KR20160061131A - Polarization Rotator And Optical Device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 편광 회전자에 관한 것으로, 더 구체적으로 2 층 구조의 단축 결정 구조를 포함하는 편광 회전자에 관한 것이다.The present invention relates to a polarization rotator, and more particularly to a polarization rotator including a uniaxial crystal structure of a two-layer structure.
편광 빛을 조작함에 있어서, 선형 편광된 빛의 편광 방향의 회전이 자주 요구된다. 반파장판(Half wave plate;HWP)은 편광 방향을 회전시키기 위하여 널리 사용되는 방법 중에 하나이다. 그러나, 편광 회전자(polarization rotator )로서 상기 반파장판의 효용성은 파장에 강하게 의존한다. 그리고, 선형 편광된 빛의 편광 방향과 상기 반파장판의 광축(optic axis) 사이의 각도는 요구되는 회전 각을 얻기 위하여 적절히 선택될 필요가 있다.In manipulating polarized light, rotation of the polarization direction of linearly polarized light is frequently required. Half wave plate (HWP) is one of the widely used methods for rotating the polarization direction. However, the utility of the half-wave plate as a polarization rotator depends strongly on the wavelength. And the angle between the polarization direction of the linearly polarized light and the optic axis of the half-wave plate needs to be appropriately selected in order to obtain the required rotation angle.
반파장판(half wave plate)는 선편광 회전자로 사용된다. 상기 반파장판은 입사광의 편광 방향과 상기 반파장판의 광축 사이의 각도의 2배로 편광 방향을 회전시킬 수 있다. 빛의 통과 및 차단을 목적으로, 입사광의 편광 방향과 상기 반파장판의 광축 사이의 각도는 45도로 선택된 경우, 상기 반파장판을 투고한 투과 광의 편광 방향은 상기 입사광의 편광 방향과 수직이다.Half wave plates are used as linear polarized light rotors. The half wave plate can rotate the polarization direction by twice the angle between the polarization direction of the incident light and the optical axis of the half wave plate. When the angle between the polarization direction of the incident light and the optical axis of the half wave plate is 45 degrees for the purpose of passing and blocking light, the polarization direction of the transmitted light transmitted through the half wave plate is perpendicular to the polarization direction of the incident light.
상기 반파장판에 입사하는 선형 편광된 제1 빔이 편광 방향과 상기 반파장판의 광축 사이의 제1 각도를 가지고, 상기 반파장판에 입사하는 선형 편광된 제2 빔이 편광 방향과 상기 반파장판의 광축 사이의 제2 각도를 가지는 경우, 편광 회전각도는 서로 다르다. 따라서, 상기 반파장판에 입사하는 선형 편광된 빔의 편광 방향은 상기 반파장판의 광축과 정렬이 요구된다. 이러한 정렬을 수반하는 광 세기 변조기 (light intensity modulator)등과 같은 응용 제품은 단가를 증가시키고 진동 또는 광학 정렬에 취약하다. Wherein a linearly polarized first beam incident on the half wave plate has a first angle between a polarization direction and an optical axis of the half wave plate, and a linearly polarized second beam incident on the half wave plate has a polarization direction and an optical axis The polarization rotation angles are different from each other. Therefore, the polarization direction of the linearly polarized beam incident on the half-wave plate is required to be aligned with the optical axis of the half-wave plate. Applications such as light intensity modulators involving such alignment increase the unit cost and are vulnerable to vibration or optical alignment.
광학 활동(optical activity)의 성질을 가진 광학 물질(Optical media )은 편광 방향의 회전을 야기할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 그러나, 매우 두꺼운 물질이 편광 방향의 수십 도(tens of degrees)를 회전시키기 위하여 요구된다.Optical media with optical activity properties have been reported to cause polarization rotation. However, a very thick material is required to rotate the tens of degrees of polarization direction.
비틀림 네마틱(twisted nematic;TN )액정(liquid crystal; LC)은 아디아바틱 활로잉(adiabatic following)이라 불리는 특정한 조건 하에서 편광 방향의 회전을 야기할 수 있는 것으로 보고되었다. 상기 아디아바틱 활로잉(adiabatic following) 조건 하에서, 입사하는 편광된 빛의 방향은 LC 방향자(LC directors)의 방향을 따라 회전하는 것으로 보고되었다. 이 방법은 입사하는 광의 편광 방향이 입구 측에서 상기 LC 방향자의 방향에 평행 또는 수직한 경우에 한하여, 효율적인 것으로 알려져 있다.It has been reported that twisted nematic (TN) liquid crystals (LCs) can cause polarization rotation under certain conditions called adiabatic following. Under the adiabatic following conditions, the direction of the incident polarized light has been reported to rotate along the direction of the LC directors. This method is known to be efficient only when the polarization direction of incident light is parallel or perpendicular to the direction of the LC director at the entrance side.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 간단한 구조를 가지면서 파장 의존성을 억제하고 입사하는 광의 선형 편광 방향을 불문하고 일정한 각도의 편광 회전을 제공할 수 있는 편광 회전자 및 이를 포함하는 광학 소자를 제공하는 것이다.The present invention provides a polarization rotator having a simple structure and suppressing wavelength dependence and capable of providing polarization rotation of a certain angle irrespective of the direction of linear polarization of incident light and an optical element including the polarization rotator .
본 발명의 일 실시예에 따른 편광 회전자는 일면에서 액정의 방향자의 방향과 타면에서 액정의 방향자의 방향은 R/2의 각도를 가지는 제1 비틀림 네마틱 액정; 및 상기 제1 비틀림 네마틱 액정 상에 배치되고 일면에서 액정의 방향자의 방향은 제1 비틀림 네마틱 액정의 일면에서 액정의 방향자의 방향을 기준으로 R/2 + 90도를 가지고 타면에서 방향자는 R+ 90도를 가지는 제2 비틀림 네마틱 액정을 포함한다.A polarized rotator according to an embodiment of the present invention includes: a first twisted nematic liquid crystal having a direction of a liquid crystal director on one side and a direction of a liquid crystal director on the other side, the angle being R / 2; And the direction of the director of the liquid crystal on one side of the first twisted nematic liquid crystal has R / 2 + 90 degrees with respect to the direction of the liquid crystal director on one side of the first twisted nematic liquid crystal, and the director on the other side has R + And a second twisted nematic liquid crystal having 90 degrees.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 적층된 제1 비틀림 네마틱 액정 및 제2 비틀림 네마틱 액정의 일면 상에 배치된 제1 편광자; 및 상기 적층된 제1 비틀림 네마틱 액정 및 제2 비틀림 네마틱 액정의 타면 상에 배치되는 제2 편광자를 포함하고, 상기 제1 편광자와 상기 제2 편광자는 서로 임의의 각도로 배치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, there is provided a liquid crystal display comprising: a first polarizer disposed on one surface of a first twisted nematic liquid crystal layer and a second twisted nematic liquid crystal layer; And a second polarizer disposed on the other surface of the stacked first twisted nematic liquid crystal and the second twisted nematic liquid crystal, wherein the first polarizer and the second polarizer can be arranged at an arbitrary angle with respect to each other.
본 발명의 일 실시예에 따른 편광 회전자는 입사하는 광에 대하여 R/2의 편광 회전을 유도하고, -iΓ/2의 위상 변화를 유도하는 제1 광학 이방성 구조 물질층; 및 상기 제1 광학 이방성 구조 물질층 상에 배치되고, 입사하는 광에 대하여 R/2의 편광 회전을 유도하고, iΓ/2의 위상 변화를 유도하는 제2 광학 이방성 구조 물질층을 포함한다. 상기 제1 광학 이방성 구조 물질층 및 제2 이방성 구조 물질층은 R의 편광 회전을 제공하고, 영의 위상 변화를 제공한다.A polarization rotator according to an embodiment of the present invention includes a first optically anisotropic structured material layer that induces a polarization rotation of R / 2 for incident light and induces a phase change of -iΓ / 2; And a second optically-anisotropic structured material layer disposed on the first optically-anisotropic structured material layer, for inducing a polarization rotation of R / 2 with respect to incident light and inducing a phase change of iΓ / 2. The first optically anisotropic structured material layer and the second anisotropic structured material layer provide a polarization rotation of R and provide a phase change of zero.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 광학 이방 구조 물질층은 반응성 메소겐(reative mesogne)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first optically anisotropic material layer may be a reactive mesogne.
본 발명의 일 실시예에 따른 편광 회전자는 서로 나란히 이격된 제1 평면과 제2 평면 사이에 배치된 제1 단축 결정 필름; 및 상기 제1 단축 결정 필름 상에 배치되고 서로 나란히 이격된 제3 평면과 제4 평면 사이에 배치된 제2 단축 결정 필름을 포함한다. 상기 제1 단축 결정 필름의 제1 광축은 상기 제1 평면 내에 배치되고, 상기 제1 광축은 필림의 두께에 따라 순차적으로 비틀림을 가진다. 상기 제2 단출 결정 필름의 제2 광축은 상기 제3 평면 내에 배치되고, 상기 제2 광축은 필림의 두께에 따라 순차적으로 비틀림을 가진다. 상기 제2 단축 결정 필름의 제1 광축은 상기 제1 단축 결정 필름의 제2 광축에 대하여 90도 회전하여 배치된다.A polarizing rotator according to an embodiment of the present invention includes a first uniaxial crystal film disposed between a first plane and a second plane that are spaced apart from each other; And a second unidirectional crystal film disposed on the first unexpanded crystal film and disposed between a third plane and a fourth plane that are spaced apart from each other. The first optical axis of the first uniaxial crystal film is disposed in the first plane, and the first optical axis has a torsion in order according to the thickness of the film. And a second optical axis of the second single crystal film is disposed in the third plane, and the second optical axis has a twist in order according to the thickness of the film. And the first optical axis of the second monoaxe crystal film is arranged to rotate by 90 degrees with respect to the second optical axis of the first monoaxe crystal film.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 단축 결정 필름 및 상기 제2 단축 결정 필름은 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first unidirectional crystal film and the second unidirectional crystal film may be reactive mesogen (RM).
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자는 서로 나란히 이격된 제1 평면과 제2 평면 사이에 배치된 제1 단축 결정 필름을 포함하는 제1 편광 회전자; 및 서로 나란히 이격된 제3 평면과 제4 평면 사이에 배치된 제2 단축 결정 필름을 포함하는 제2 편광 회전자를 포함한다. 상기 제1 단축 결정 필름의 제1 광축은 상기 제1 평면 내에 배치되고, 상기 제1 광축은 필림의 두께에 따라 순차적으로 비틀림을 가진다. 상기 제2 단출 결정 필름의 제2 광축은 상기 제3 평면 내에 배치되고, 상기 제2 광축은 필림의 두께에 따라 순차적으로 비틀림을 가진다. 상기 제2 단축 결정 필름의 제1 광축은 상기 제1 단축 결정 필름의 제2 광축에 대하여 90도 회전하여 배치된다.An optical element according to an embodiment of the present invention includes a first polarization rotator including a first uniaxial crystal film disposed between a first plane and a second plane that are spaced apart from each other; And a second polarizing rotor including a second single crystal film disposed between a third plane and a fourth plane that are spaced apart from each other. The first optical axis of the first uniaxial crystal film is disposed in the first plane, and the first optical axis has a torsion in order according to the thickness of the film. And a second optical axis of the second single crystal film is disposed in the third plane, and the second optical axis has a twist in order according to the thickness of the film. And the first optical axis of the second monoaxe crystal film is arranged to rotate by 90 degrees with respect to the second optical axis of the first monoaxe crystal film.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 단축 결정 필름 및 상기 제2 단축 결정 필름은 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first unidirectional crystal film and the second unidirectional crystal film may be reactive mesogen (RM).
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자의 제조 방법은 투명 기판 상에 제1 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM) 배향막을 형성하는 단계; 상기 제1 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM) 배향막을 제1 방향으로 배열하는 단계; 상기 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM) 배향막에 반응성 메소겐 및 비틀림 각도를 결정하는 도펀트를 포함하는 제1 반응성 메소겐 혼합물을 코팅하는 단계; 상기 제1 반응성 메소겐 혼합물을 열 또는 자외선을 사용하여 경화하여 제1 반응성 메소겐 필름을 형성하는 단계; 상기 제1 반응성 메소겐층 상에 제2 배향막을 형성하는 단계; 상기 제2 배향막을 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배열하는 단계; 상기 제2 배향막에 반응성 메소겐 및 비틀림 각도를 결정하는 도펀트를 포함하는 제2 반응성 메소겐 혼합물을 코팅하는 단계; 및 상기 제2 반응성 메소겐 혼합물을 열 또는 자외선을 사용하여 경화하여 제2 반응성 메소겐 필름을 형성하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing an optical element according to an embodiment of the present invention includes: forming a first reactive mesogen (RM) alignment layer on a transparent substrate; Arranging the first reactive mesogen (RM) alignment layer in a first direction; Coating the reactive mesogen mixture with a reactive mesogen and a first reactive mesogen mixture comprising a reactive mesogen and a dopant to determine a twist angle; Curing the first reactive mesogen mixture using heat or ultraviolet light to form a first reactive mesogen film; Forming a second alignment layer on the first reactive mesogen layer; Arranging the second alignment film in a second direction perpendicular to the first direction; Coating a second reactive mesogen mixture comprising a reactive mesogen and a dopant to determine a twist angle in the second alignment layer; And curing the second reactive mesogen mixture using heat or ultraviolet light to form a second reactive mesogen film.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자는 일면에서 액정의 방향자의 방향과 타면에서 액정의 방향자의 방향은 R/2의 각도를 가지는 제1 비틀림 네마틱 액정 소자; 및 상기 제1 비틀림 네마틱 액정 상에 배치되고 일면에서 액정의 방향자의 방향은 제1 비틀림 네마틱 액정의 일면에서 액정의 방향자의 방향을 기준으로 R/2 + 90도를 가지고 타면에서 방향자는 R+ 90도를 가지는 제2 비틀림 네마틱 액정 소자를 포함한다.An optical element according to an embodiment of the present invention includes: a first twisted nematic liquid crystal element having a direction of a liquid crystal director on one side and a direction of a director of the liquid crystal on the other side, the angle being R / 2; And the direction of the director of the liquid crystal on one side of the first twisted nematic liquid crystal has R / 2 + 90 degrees with respect to the direction of the liquid crystal director on one side of the first twisted nematic liquid crystal, and the director on the other side has R + And a second twisted nematic liquid crystal device having a 90 degree angle.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자는: 하부 투명 기판; 상기 하부 투명 기판 상에 형성되고 제1 방향으로 배열된 하부 배향막; 상기 하부 배향막 상에 배치되는 상부 투명 기판; 상기 상부 투명 기판의 하부면에 형성되고 상기 제1 방향과 소정의 비틀림 각도를 가진 제2 방향으로 배열된 상부 배향막; 및 상기 하부 배향막과 상기 상부 배향막 사이에 주입되는 제1 비틀림 네마틱 액정을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first twisted nematic liquid crystal device includes: a lower transparent substrate; A lower alignment layer formed on the lower transparent substrate and arranged in a first direction; An upper transparent substrate disposed on the lower alignment layer; An upper alignment layer formed on a lower surface of the upper transparent substrate and arranged in a second direction having a predetermined twist angle with the first direction; And a first twisted nematic liquid crystal injected between the lower alignment layer and the upper alignment layer.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자는: 하부 투명 기판; 상기 하부 투명 기판 상에 형성된 하부 투명 전극; 상기 하부 투명 전극 상에 형성되고 제1 방향으로 배열된 하부 배향막; 상기 하부 배향막 상에 배치되는 상부 투명 기판; 상기 상부 투명 기판의 하부면에 형성되는 상부 투명 전극; 상기 상부 투명 전극의 하부면에 형성되고 상기 제1 방향과 소정의 비틀림 각도를 가진 제2 방향으로 배열된 상부 배향막; 및 상기 하부 배향막과 상기 상부 배향막 사이에 주입되는 제1 비틀림 네마틱 액정;을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first twisted nematic liquid crystal device includes: a lower transparent substrate; A lower transparent electrode formed on the lower transparent substrate; A lower alignment layer formed on the lower transparent electrode and arranged in a first direction; An upper transparent substrate disposed on the lower alignment layer; An upper transparent electrode formed on a lower surface of the upper transparent substrate; An upper alignment layer formed on a lower surface of the upper transparent electrode and arranged in a second direction having a predetermined twist angle with the first direction; And a first twisted nematic liquid crystal injected between the lower alignment layer and the upper alignment layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 편광 회전자는 파장 의존성을 억제하고 입사하는 광의 선형 편광 방향을 불문하고 일정한 각도의 편광 회전을 제공할 수 있다. 또한, 상기 편광 회전자는 억제된 위상 지연을 제공한다.The polarization rotator according to an embodiment of the present invention can suppress wavelength dependence and can provide polarization rotation of a certain angle regardless of the direction of linear polarization of incident light. In addition, the polarization rotator provides a retarded phase delay.
도 1은 통상적인 비틀림 네마틱(twisted nematic;TN )액정의 동작을 설명하는 도면이다.
도 2는 E-모드와 O-도드에 대한 아디아바틱 활로잉의 조건 하에서 TN LC 셀(celㅣ)을 통과하는 편형 편광의 진행을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 회전자를 나타내는 도면이다.
도 4은 LC 비틀림 R이 LC 층의 위상 지연보다 충분히 작은 조건하에서 제1 및 제2 LC 층의 입구와 출구에서 편광 상태의 계통도를 나타낸다.
도 5는 통상적인 지연 Γ 와 비틀림각 R을 가진 하나의 비틀림 LC 층(twisted LC layer)의 구성(a) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 TN LC 매질의 두 층의 제안된 구성(b)을 나타낸다.
도 6는 도 5의 (a)의 한 층의 구성에 대한 550 nm (a) 및 650 nm (b)의 파장에서 비틀림각(twist angle) R= 30도 에서 계산된 투과도를 나타낸다.
도 7은 도 5의 (b)의 두 층의 구조에 대한 550 nm (a) 및 650 nm (b)의 파장에서 비틀림각 R=30 도에서 계산된 투과도를 설명한다.
도 8은 도 5의 (b)의 두 층의 구성에 대한 550nm (a) 및 650nm (b)의 파장에서 R=90도에 대한 계산된 투과도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광 회전자를 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광 회전자를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자의 제조 방법의 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자를 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자를 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자를 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining the operation of a conventional twisted nematic (TN) liquid crystal.
FIG. 2 is a diagram showing the progress of the polarization polarized light passing through the TN LC cell (cel) under the conditions of adiabatic activation for the E-mode and the O-dode.
3 is a view of a polarization rotator according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows a diagram of polarization states at the entrance and exit of the first and second LC layers under conditions where the LC torsion R is sufficiently smaller than the phase delay of the LC layer.
Figure 5 shows the structure (a) of a twisted LC layer with a typical delay Γ and twist angle R and the proposed structure (b) of two layers of a TN LC medium according to an embodiment of the present invention. .
FIG. 6 shows the transmittance calculated at a twist angle R = 30 degrees at a wavelength of 550 nm (a) and 650 nm (b) for the construction of one layer of FIG. 5 (a).
Figure 7 illustrates the calculated transmittance at twist angle R = 30 degrees at wavelengths of 550 nm (a) and 650 nm (b) for the two-layer structure of Figure 5 (b).
Figure 8 shows the calculated transmittance for R = 90 degrees at wavelengths of 550 nm (a) and 650 nm (b) for the two-layer configuration of Figure 5 (b).
9 is a view for explaining a polarization rotator according to another embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining a polarization rotator according to another embodiment of the present invention.
11 is a flowchart of a method of manufacturing an optical element according to an embodiment of the present invention.
12 is a view for explaining an optical element according to another embodiment of the present invention.
13 is a view for explaining an optical element according to another embodiment of the present invention.
14 is a view for explaining an optical element according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the components have been exaggerated for clarity. Like numbers refer to like elements throughout the specification.
도 1은 통상적인 비틀림 네마틱(twisted nematic;TN )액정의 동작을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining the operation of a conventional twisted nematic (TN) liquid crystal.
도 1을 참조하면, 비틀림 네마틱(twisted nematic;TN )액정(liquid crystal;LC)은 비틀림 각(twist angle; R)을 가지고 있으며, 광은 TN LC의 비틀림 축(twist axes)인 z축을 따라 진행한다. 상기 TN LC의 광축(optical axis)은 xy 평면에 평행하고, y축과 비틀림 각 R을 가진다. 정상 굴절 계수(ordinalry refractive index)은 no이고, 이상 굴절 계수(extraordinary refractive index)는 no이다. 위상 지연(phase retadation)은 (ne-no)kd로 주어진다. 여기서, k는 파수(wave number)이고, d는 TN LC의 두께이다. Referring to Figure 1, a twisted nematic (TN) liquid crystal LC has a twist angle R and the light propagates along the z axis, which is the twist axes of the TN LC. Go ahead. The optical axis of the TN LC is parallel to the xy plane and has a y-axis and twist angle R. [ The ordinal refractive index is n o and the extraordinary refractive index n o . The phase retardation is given by (n e -n 0 ) kd. Where k is the wave number and d is the thickness of the TN LC.
편광 회전을 위하여 보고된 방법들은 장점 및 단점을 가짐에 따라, 초기 편광 방향 및 파장에 무관하게 선형 편광된 빛의 방향을 회전시키기 위한 효율적인 방법이 연구되었다.As the methods reported for polarization rotation have advantages and disadvantages, an efficient method for rotating the direction of linearly polarized light irrespective of the initial polarization direction and wavelength has been studied.
이를 위하여, TN LC의 두 층으로 구성된 구조가 새롭게 제안된다. 그리고, 상기 TN LC 물질을 통하여 임의의 편광 방향의 입사하는 선형 편광의 행동이 조사되었다. 초기 편광 방향과 파장에 대한 의존성이 역시 조사되었다.To this end, a two-layer structure of TN LC is newly proposed. Then, the behavior of linearly polarized light incident on an arbitrary polarization direction was examined through the TN LC material. Dependence on initial polarization direction and wavelength was also investigated.
[TN LC 매질에서 아디아바틱 활로잉의 현상][The phenomenon of adiabatic bowing in a TN LC medium]
TN LC 매질을 통하여 진행하는 편광 상태는 E-성분(Extraordinary-component; E-component)과 O-성분(Ordinary component; O-component)을 사용하여 국부 프린서펄 좌표계(local principal coordinate system)에서, 다음의 수학식으로 표시될 수 있다. The progression of the polarization state through the TN LC medium is determined in the local principal coordinate system using the E-component and the O-component, Can be expressed by the following equation.
여기서, E- 모드와 O-모드는 각각 광선이 통과하는 위치에서 LC 방향자(director)에 평행 및 수직한 방향을 나타낸다. 입구와 출구에서 LC 방향자들 사이의 각도는 φ로 표시될 수 있다. (V'e, V'o)는 국부 프린서펄 좌표계에서 출구에서 E- 모드와 O-모드를 나타내고, (Ve, Vo)은 입구에서 국부 프린서펄 좌표계(local principal coordinate system)에서 입구에서 E- 모드와 O-모드를 나타낸다.Here, the E-mode and the O-mode indicate parallel and perpendicular directions to the LC director at the position where the light beam passes, respectively. The angle between the LC directors at the inlet and outlet can be denoted by φ. (V'e, V'o) denote E-mode and O-mode at the exit in the local principal coordinate system and (Ve, Vo) represent the local principal coordinate system at the entrance, Mode and O-mode.
상기 각도 φ는 LC 층의 비틀림각(twist angle)을 나타낸다. X는 다음과 같이 정의된다.The angle? Represents the twist angle of the LC layer. X is defined as follows.
수학식 2에서, λ,d, ne, 및 no는 파장, LC 매질의 두께, LC의 이상 굴절 계수, 및 LC의 정상 굴절 계수를 각각 나타낸다. Γ는 전체 위상 지연(overal phase detardation)이다. 초기 편광 방향이 LC 매질의 입구 측에서 LC 방향자의 방향과 평행한 경우, 입구에서 편광 상태 (Ve, Vo)는 국부 프린서펄 좌표계에서 (1,0)으로 표시된다. LC 매질로부터 나오는 광의 편광 상태는 다음과 같이 표시될 수 있다.In Equation (2),?, D, n e , and n o represent the wavelength, the thickness of the LC medium, the ideal refraction coefficient of LC, and the normal refraction coefficient of LC, respectively. Γ is the total phase delay (overal phase detardation). If the initial polarization direction is parallel to the direction of the LC director at the entrance side of the LC medium, the polarization state (Ve, Vo) at the entrance is denoted by (1,0) in the local principal coordinate system. The polarization state of light from the LC medium can be expressed as:
LC 비틀림(LC twist)의 변화가 LC 층의 전체 위상 지연(overal phase detardation Γ)에 비교하여 충분히 작은 경우, 수학식 3은 다음과 같이 근사될 수 있다.If the change in LC twist is small enough compared to the overal phase detardation Γ of the LC layer, Equation (3) can be approximated as:
수학식 4는 LC 매질에서 존재하는 광의 편광 방향이 LC 매질의 출구측에서 LC 방향자의 방향과 평행한 것을 의미한다. 따라서, 입구와 출구에서 LC 방향자의 비틀림각 φ은 입사하는 선형 편광 빛의 편광 방향의 회전각을 결정한다.Equation 4 means that the polarization direction of light present in the LC medium is parallel to the direction of the LC director at the exit side of the LC medium. Thus, the twist angle? Of the LC director at the entrance and exit determines the rotation angle of the polarization direction of the incident linearly polarized light.
도 2는 E-모드와 O-도드에 대한 아디아바틱 활로잉의 조건 하에서 TN LC 셀(celㅣ)을 통과하는 편형 편광의 진행을 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing the progress of the polarization polarized light passing through the TN LC cell (cel) under the conditions of adiabatic activation for the E-mode and the O-dode.
도 2를 참조하면, E-모드에 대한 편광 방향은 LC 방향자에 대하여 평행하고, O-모드에 대한 편광 방향은 LC 방향자에 대하여 수직하다. E-모드와 O-모드가 LC 매질을 진행함에 따라, E-모드에 대하여 -Γ/2 의 지연이 유도되고, O-모드에 대한 Γ/2 의 지연이 유도된다.Referring to FIG. 2, the polarization direction for the E-mode is parallel to the LC direction and the polarization direction for the O-mode is perpendicular to the LC direction. As the E-mode and O-mode proceed in the LC medium, a delay of -Γ / 2 is induced for E-mode and a delay of G / 2 for O-mode is induced.
도 2에서 설명된 것과 같이 입사광의 방향이 LC 방향자의 비틀림을 따라가는 현상은 아디아바틱 활로잉(adiabatic following)으로 알려져 있다.The phenomenon that the direction of the incident light follows the twist of the LC director as described in FIG. 2 is known as adiabatic following.
한편, 편광 방향이 LC 매질의 입구측에서 LC 방향자의 방향에 수직한 경우, 입구에서 편광 상태(Ve, Vo)는 국부 프린서펄 좌표계에서 (0,1)로 표시될 수 있다. LC 비틀림의 변화가 전체 위상 지연에 비교하여 충분히 작은 경우, LC 매질로부터 나오는 광의 편광 상태는 다음과 같이 주어질 수 있다.On the other hand, when the polarization direction is perpendicular to the direction of the LC direction at the entrance side of the LC medium, the polarization state (Ve, Vo) at the entrance can be represented as (0, 1) in the local principal coordinate system. If the change in LC twist is small enough compared to the total phase delay, the polarization state of light from the LC medium can be given as:
O-모드의 선형 편광은 도 2 에서 설명된 것과 같이 각도 φ 만큼 회전한다. 만약 입사하는 선형 편광의 편광 방향이 입구에서 LC 방향자의 방향과 평행하거나 수직하지 않는 경우, 입사하는 선형 편광은 E-모드와 O-모드를 위한 2 성분으로 분해된다. LC 매질을 진행하는 각 성분의 편광 상태는 위의 식에 의하여 결정될 수 있다.The linear polarization of the O-mode rotates by an angle? As described in Fig. If the polarization direction of the incident linear polarized light is not parallel or perpendicular to the direction of the LC director at the entrance, the incident linear polarized light is split into two components for the E-mode and the O-mode. The polarization state of each component traveling in the LC medium can be determined by the above equation.
출구에서 이들 두 편광의 위상은 수학식 5 및 수학식 5에 의하여 (-Γ/2) 및 (Γ/2)로서 결정될 수 있다. 이들 두 편광의 위상은 더 이상 동일하지 않다. 따라서, 이들 두 편광은 위상(Γ/2) 이 π의 배수인 경우를 제외하고 LC 매질로부터 선형 편광으로 일반적으로 결합할 수 없다. 만약 비틀림 LC 매질의 구성이 E- 성분과 O- 성분 사이의 위상 차이가 영 또는 2π의 배수가 되도록 설계되면, 이 E- 성분과 O- 성분은 선형 편광으로 결합할 수 있다. 이 경우, 선형 편광은 편광 방향을 불문하고, 비틀림각(twist angle)의 양만큼 회전할 수 있다.At the exit, the phases of these two polarizations can be determined as (-Γ / 2) and (Γ / 2) by equations (5) and (5). The phases of these two polarizations are no longer the same. Thus, these two polarizations can not generally combine linearly polarized light from the LC medium except that the phase (Γ / 2) is a multiple of π. If the configuration of the torsional LC medium is designed such that the phase difference between the E-component and the O-component is a multiple of zero or 2π, then the E-component and the O-component can combine with linear polarization. In this case, the linearly polarized light can be rotated by an amount of the twist angle regardless of the polarization direction.
[ TN LC 매질의 두 층의 구성][Composition of two layers of TN LC medium]
LC 비틀림의 변화가 전체 위상 지연 Γ에 비교하여 충분히 작으면, E-모드 및 O-모드를 위한 LC 매질에 의하여 유도되는 위상의 절대 크기는 수학식 4 및 5에서 보여지는 바와 같이 반대 부호를 가지고 동일하다. 이러한 위상 차이를 보상하기 위하여, ne와 no의 방향이 서로 교환된 TN LC의 두 층이 고려될 수 있다. If the change in the LC twist is sufficiently small compared to the total phase delay Γ, then the absolute magnitude of the phase induced by the LC medium for E-mode and O-mode has the opposite sign as shown in equations 4 and 5 same. To compensate for this phase difference, two layers of TN LC in which the directions of n e and n o are interchanged can be considered.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 회전자를 나타내는 도면이다.3 is a view of a polarization rotator according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 편광 회전자(100)는 일면에서 액정의 방향자의 방향과 타면에서 액정의 방향자의 방향은 R/2의 각도를 가지는 제1 비틀림 네마틱 액정(110), 및 상기 제1 비틀림 네마틱 액정(110) 상에 배치되고 일면에서 액정의 방향자의 방향은 제1 비틀림 네마틱 액정(110)의 일면에서 액정의 방향자의 방향을 기준으로 R/2 + 90도를 가지고 타면에서 방향자는 R+ 90도를 가지는 제2 비틀림 네마틱 액정(120)을 포함한다.3, the
각 R의 편광 회전을 위하여 TN LC의 두 층의 구성이 설명된다. TN LC의 두층의 정렬이 표시된다. LC 방향자는 R/2의 비틀림 각을 가지고 균일하게 정렬될 수 있다. 두 층의 LC는 수직이다. 제1 LC 층과 제2 LC 층에 대하여 입구 및 출구에서 LC 방향자의 방위각(azimuthal angle)이 표시된다. The configuration of the two layers of the TN LC for polarization rotation of each R is described. The alignment of the two layers of the TN LC is displayed. The LC director can be uniformly aligned with a twist angle of R / 2. The LC of the two layers is vertical. The azimuthal angle of the LC director at the inlet and outlet is displayed for the first LC layer and the second LC layer.
각 층의 LC 방향자는 R/2 의 비틀림각으로 균일하게 정열되었다. 제1 LC 층의 LC 방향자의 방향이 영으로 선택된 경우, 제1 LC 층의 출구에서 LC 방향자의 가도는 R/2 기 되도록 선택된다. 제2 LC 층의 입구에서 LC 방향자의 각도는 R/2 + 90 도가 되도록 선택되고, 제2 LC 층의 출구에서 LC 방향자의 각도는 R+90도가 되도록 선택된다.The LC director of each layer was uniformly aligned with the twist angle of R / 2. When the direction of the LC director of the first LC layer is selected to be zero, the slope of the LC director at the exit of the first LC layer is selected to be R / 2. The angle of the LC director at the entrance of the second LC layer is chosen to be R / 2 + 90 degrees and the angle of the LC director at the exit of the second LC layer is chosen to be R + 90 degrees.
도 4은 LC 비틀림 R이 LC 층의 위상 지연보다 충분히 작은 조건하에서 제1 및 제2 LC 층의 입구와 출구에서 편광 상태의 계통도를 나타낸다.Figure 4 shows a diagram of polarization states at the entrance and exit of the first and second LC layers under conditions where the LC torsion R is sufficiently smaller than the phase delay of the LC layer.
도 4를 참조하면, TN LC의 두층의 구성을 통하여 E-모드와 O-모드의 선형 편광이 표시된다. 선형 편광 상태 P(A,B)는 편광각(polarzation angle,A)과 위상(B)으로 표시된다.Referring to Fig. 4, E-mode and O-mode linear polarization is displayed through the construction of two layers of TN LC. The linear polarization state P (A, B) is represented by a polarizing angle (A) and a phase (B).
편광 회전자(100)는 일면에서 액정의 방향자의 방향과 타면에서 액정의 방향자의 방향은 R/2의 각도를 가지는 제1 비틀림 네마틱 액정(110), 및 상기 제1 비틀림 네마틱 액정(110) 상에 배치되고 일면에서 액정의 방향자의 방향은 제1 비틀림 네마틱 액정(110)의 일면에서 액정의 방향자의 방향을 기준으로 R/2 + 90도를 가지고 타면에서 방향자는 R+ 90도를 가지는 제2 비틀림 네마틱 액정(120)을 포함한다.The
빛의 진행 방향 및 제1 비틀림 네마틱 액정(110)의 입구에서 LC 방향자의 방향은 z축과 x축으로 각각 선택되었다. 위에서 기술한 E-모드와 O-모드의 거동에 기초하여, 편광 상태에 대한 본 발명에서 제안한 구성의 효과는 다음과 같이 유도될 수 있다. x축으로 편광된 입사 광은 P(0,0)의 편광 상태를 가지고 제1 비틀림 네마틱 액정(110)의 입구에서 E-모드에 대응한다. 상기 제1 비틀림 네마틱 액정(110)은 R/2의 편광 회전 및 -iΓ/2 의 위상 변화를 유도한다. 따라서, 제1 비틀림 네마틱 액정(110)의 출구에서 광의 편광 상태 P(R/2, -iΓ/2) 는 R/2 의 편광 상태 및 -iΓ/2의 위상이 된다. 이 광은 제2 비틀림 네마틱 액정(120)에 들어올 때, R/2의 편광 방향은 제2 비틀림 네마틱 액정(120)의 입구에서 LC 방향자에 수직이다. 이 편광은 국부 프린서펄 좌표계에서 제2 비틀림 네마틱 액정(120)의 입구에서 O-모드에 대응한다. 따라서, 제2 비틀림 네마틱 액정(120)은, 제2 비틀림 네마틱 액정(120)의 입구에 들어오는 광의 편광 상태에서 추가적으로 R/2의 편광 회전 및 iΓ/2 의 위상 변화를 유도한다. 결과적으로, 제2 비틀림 네마틱 액정(120)의 출구로부터 나오는 편광 상태는 R/2+R/2=R 의 편광 방향 및 (-iΓ/2 + iΓ/2 =0)의 위상 변화를 가진다.The direction of light propagation and the direction of the LC director at the entrance of the first torsion nematic
y축으로 편광된 입사광은 P(90,0)의 편광 상태를 가지고, 제1 비틀림 네마틱 액정(120)의 입구에서 LC 방향자에 수직이고, 제1 비틀림 네마틱 액정(120)의 입구에서 O-모드에 대응한다. 이 광은 제1 비틀림 네마틱 액정(120)에 의하여 (90+R/2) 의 편광 회전 및 iΓ/2의 위상이 된다. 이 광이 제2 비틀림 네마틱 액정(120)에 들어올 때, 각 R/2 의 편광 방향은 제2 비틀림 네마틱 액정(120)의 입구에서 E-모드에 대응한다. 따라서, 제2 비틀림 네마틱 액정(120)은 R/2의 회전을 유도하고, -iΓ/2의 위상 변화를 유도한다. 결과적으로, 제2 비틀림 네마틱 액정(120)의 출구로부터 나오는 편광 상태는 (90+R)의 편광 상태 및 영의 위상이 된다.The incident light polarized in the y-axis has a polarization state of P (90,0), perpendicular to the LC director at the entrance of the first torsion nematic
본 발명에서 제안된 구성에 입사하는 선형 편광은 E- 성분 및 O-성분으로 분해될 수 있다. 각 성분은 회전각 R의 변화와 영 위상 변화를 가지고 제2 비틀림 네마틱 액정(120)의 출구까지 제안된 구성을 통하여 진행한다. 따라서, 제2 비틀림 네마틱 액정(120)의 출구에서, E-성분 및 O-성분은, 편광 방향이 각 R의 양만큼 변환되어, 다시 선형 편광으로 결합할 수 있다. The linear polarization incident on the configuration proposed in the present invention can be decomposed into an E-component and an O-component. Each component proceeds through the proposed configuration up to the exit of the second torsion nematic
만약, 제안된 구성의 효과에 관한 위의 유도(derivation)이 옳다면, 선형 편광 광은, 초기 편광 방향을 불문하고, 각도 R 만큼 회전할 수 있다. LC 비틀림의 변화는 LC 층의 전체 위상 지연 Γ에 비교하여 충분히 작은 조건은 파장에 거의 의존하지 않는다. 따라서, 편광 회전의 현상은 입사하는 광의 파장에 의하여 거의 영향 받지 않을 것으로 예측된다.If the derivation for the effect of the proposed configuration is correct, the linearly polarized light can rotate by an angle R, irrespective of the initial polarization direction. The change in the LC twist is little dependent on the wavelength, which is sufficiently small compared to the total phase retardation Γ of the LC layer. Therefore, it is predicted that the phenomenon of polarization rotation is hardly affected by the wavelength of incident light.
본 발명의 일 실시예에 따른 복층 구조의 편광 회전자는 파장 및 입사광의 편광 방향에 의존하지 않고 편광 방향을 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 종래의 반파장판과 같은 위상 지연자(phase retarder) 또는 편광 회전자(polariazation rotator)에 비하여 광축 정렬없이 안정적인 편광 회전을 제공할 수 있다.The polarization rotator of the multilayer structure according to an embodiment of the present invention can rotate the polarization direction without depending on the wavelength and the polarization direction of the incident light. Thus, it is possible to provide a stable polarization rotation without optical axis alignment as compared with a phase retarder or a polarization rotator such as a conventional half wave plate.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 회전자의 LC 비틀림 R이 전압으로 조절되는 경우, 상기 편광 회전자는 전압 조절 편광 회전자, 전압 조절 광 스위치, 또는 전압 조절 광량 변조기로 사용될 수 있다.Further, when the LC torsion R of the polarization rotator according to an embodiment of the present invention is adjusted to a voltage, the polarization rotator can be used as a voltage-controlled polarization rotator, a voltage-controlled optical switch, or a voltage-controlled light quantity modulator.
위에서, 우리는 비틀림 LC 를 사용하여 편광 회전자를 설명하였다. 그러나, 비틀림 LC는 다른 이방성 구조(various anisotropic structure) 물질로 대체될 수 있다.Above, we have described a polarization rotator using twist LC. However, torsional LCs can be replaced by various anisotropic structure materials.
반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)는 TN LC 층과 유사하게 다양한 이방성 구조(various anisotropic structure)의 필름을 생성할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 반응성 메소겐과 같은 물질을 사용하면, 비틀림 LC 매질(twisted LC medium)의 층은 박막으로 형성될 수 있다. 서로 수직한 이러한 두 필름을 겹치는 것은 본 제안된 구조를 만들기 위하여 사용될 수 있다. Reactive mesogen (RM) has been reported to produce films of various anisotropic structures similar to the TN LC layer. Using materials such as reactive mesogens, a layer of twisted LC medium can be formed into a thin film. Overlapping these two films perpendicular to each other can be used to make the proposed structure.
다만, 상기 편광 회전자가 능동 소자로서 동작하기 위하여, 상기 편광 회전자는 전압을 인가하기 위한 전극 사이에 배치된 비틀림 LC를 사용할 수 있다.However, in order for the polarization rotator to function as an active device, the polarization rotator may use a twist LC disposed between electrodes for applying a voltage.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 회전자의 성능을 확인하기 위한 시뮬레이션 결과가 소개된다.Hereinafter, a simulation result for confirming the performance of the polarization rotator according to one embodiment of the present invention will be introduced.
[시뮬레이션][simulation]
도 3 및 도 4의 제안된 구성을 디자인함에 있어서 주 가정(main assumption)은 LC 비틀림의 변화는 LC 층의 전체 위상 지연에 비하여 충분히 작다는 것이다. 상용 소프트웨어(Techwiz LCD simulator)는 비틀림각 R과 지연 Γ 사이의 다양한 비에 대하여 본 제안된 구성의 가능성을 조사하기 위하여 사용되었다. 파장 의존성이 역시 조사되었다.In designing the proposed configuration of FIGS. 3 and 4, the main assumption is that the change in LC twist is small enough relative to the total phase delay of the LC layer. Commercial software (Techwiz LCD simulator) was used to investigate the possibility of this proposed configuration for various ratios between twist angle R and delay Γ. The wavelength dependence was also investigated.
시뮬레이션을 위한 설치(setups)은 도 4에 설명된다. LC 층의 입구와 출구에서 LC 방향자들은 균일하게 정렬되고, 방향은 도 4에 도시되었다.The setups for the simulation are described in FIG. The LC directors at the entrance and exit of the LC layer are uniformly aligned, and the orientation is shown in FIG.
LC 층의 총 두께 및 굴절률 차이(ne-no)는 각각 5.5 μm 및 0.1로 선택되었다.The total thickness and refractive index difference (n e -n o ) of the LC layers were selected to be 5.5 μm and 0.1, respectively.
도 5는 통상적인 지연 Γ 와 비틀림각 R을 가진 하나의 비틀림 LC 층(twisted LC layer)의 구성(a) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 TN LC 매질의 두 층의 제안된 구성(b)을 나타낸다.Figure 5 shows the structure (a) of one twisted LC layer with a typical delay Γ and twist angle R and the proposed configuration (b) of two layers of a TN LC medium according to an embodiment of the present invention. .
도 5의 (a)를 참조하면, 비틀림 LC 층(twisted LC layer)은 교차하는 편광자(crossed polarizer) 사이에 놓인다. 편광자(crossed polarizer)는 하부 편광자(31)와 상부 편광자(32)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 5 (a), a twisted LC layer is placed between crossed polarizers. A crossed polarizer may include a
도 5의 (b)를 참조하면, TN LC 매질의 두 층 구조의 편광 회전자는 교차하는 편광자(crossed polarizer) 사이에 놓인다. 편광자(crossed polarizer)는 하부 편광자(131)와 상부 편광자(132)를 포함할 수 있다. TN LC 매질의 두 층 구조는 제1 비틀림 네마틱 액정(110) 및 제2 제1 비틀림 네마틱 액정(120)을 포함할 수 있다.Referring to Figure 5 (b), the polarizing rotator of the two layer structure of the TN LC medium lies between crossed polarizers. A crossed polarizer may include a
Γ/2의 지연과 비틀림 각 R/2의 두 층은 교차하는 편광자(crossed polarizer) 사이에 놓인다. P1 및 P2는 제1 편광자(131) 및 제2 편광자(132)의 투과축(transmittance axes)의 방향을 나타낸다. 입사하는 선형 편광의 편광 방향은 제1 편광자(131)의 각 P1의 변화에 의하여 제어된다. 이들 편광자의 축이 변함에 따라, 이들 두 구조의 투과도(transmittance)가 계산된다. 계산된 투과도는 교차하는 편광자(131,132) 사이에 어떤 LC 매질도 없이 두 편광자가 평행인 경우의 값으로 규격화된다. 만약, 선형 편광이 LC 층의 제2 편광자(132)의 투과축(transmittance axes)에 평행하게 되면, 규격화된 투과도는 P2의 특정한 각도에서 100 퍼센트로 되도록 계산된다.Two layers of retardation of Γ / 2 and twist angle R / 2 are placed between the crossed polarizers. P1 and P2 denote directions of transmittance axes of the
[결과 및 분석][Results and Analysis]
파장에 대한 의존성은 550 nm 및 650 nm의 파장에 대하여 조사되었다. 550nm는 녹색(green colour)을 위한 주요 파장이고, 650 nm는 적색(red colour)을 위한 주요 파장으로 고려되었다.Dependence on wavelength was investigated for wavelengths of 550 nm and 650 nm. 550 nm is the dominant wavelength for green color and 650 nm is considered the dominant wavelength for red color.
도 6는 도 5의 (a)의 한 층의 구성에 대한 550 nm (a) 및 650 nm (b)의 파장에서 비틀림각(twist angle) R= 30도 에서 계산된 투과도를 나타낸다. 수평축은 제2 편광자(32)의 투과축의 각 P2를 나타내고, 수직축은 규격화된 투과도(normalized transmittance)를 나타낸다. 그래프의 상부에 표시된 수차는 제1 편광자(31)의 투과축의 각 P1을 나타낸다. P1은 입하는 편광 방향과 동일한다.FIG. 6 shows the transmittance calculated at a twist angle R = 30 degrees at a wavelength of 550 nm (a) and 650 nm (b) for the construction of one layer of FIG. 5 (a). The horizontal axis represents the angle P2 of the transmission axis of the
도 6를 참조하면, 제1 편광자(31)의 투과축 P1은 0도, 30도, 60도, 및 90 도의 각도에 설치되었다.Referring to FIG. 6, the transmission axis P1 of the
550 nm의 파장의 경우에, 30도의 편광 회전은 도 6a에서 도시된 것 처럼, 제1 편광자(31)의 각도에 불구하고, 30도의 편광 회전이 관측되었다. 그러나, 650 nm의 파장에 대한 도 6의(b)는 도 6의 (a)와 다른 경향을 보인다. 이에 따라, 제1 편광자(31)의 각도가 0도 또는 90도인 경우에 한하여 30도의 편광 회전이 관측되었다.In the case of a wavelength of 550 nm, a polarization rotation of 30 degrees was observed, irrespective of the angle of the
이 결과는 비틀림 LC 층을 통한 편광 상태의 분석에 의하여 설명될 수 있다. 제1 편광자(31)의 투과축이 0도의 각도에 있는 경우, 오직 E-성분은 LC 층의 입구에 입사하고, E-성분은 30도의 양만큼 LC 층을 통하여 회전한다. 따라서, 550nm 및 650 nm의 파장을 불문하고, 제2 편광자(32)의 투과축 P2가 P1+30도의 각도에 설정된 경우, 계산된 투과도는 100 퍼센트에 접근한다.This result can be explained by analysis of the polarization state through the torsional LC layer. If the transmission axis of the
제2 편광자의 투과축이 90도로 설정된 경우, 오직 O-성분은 LC 층의 입구에 입사하고, 이 편광은 비틀림 LC 층에 의하여 120도의 각도로 회전한다. 제1 편광자 의 각도 P1이 30도 또는 60도 인 경우, E-모드 및 O-모드는 LC 매질을 통하여 진행한다.When the transmission axis of the second polarizer is set at 90 degrees, only the O-component enters the entrance of the LC layer, which rotates at an angle of 120 degrees by the torsional LC layer. If the angle P1 of the first polarizer is 30 degrees or 60 degrees, the E-mode and O-mode proceed through the LC medium.
LC 층의 총 두께 및 굴절률 차이(ne-no)는 5.5 um 및 0.1로 각각 선택되었으므로, 지연 Γ는 수학식 2로부터 550 nm에 대하여 2π가 되고, 650 nm에 대하여 1.7π가 된다.Since the total thickness of the LC layer and the difference in refractive index (ne-no) were respectively selected to be 5.5 mu m and 0.1 mu m, the retardation? Becomes 2 pi with respect to 550 nm from the equation (2) and becomes 1.7 pi with respect to 650 nm.
550 nm의 파장에 대하여 E-모드와 O-모드 사이의 위상 차이는 LC 층의 출구에서 2π이므로, E-모드 와 O-모드는 선형 편광으로 결합될 수 있고, 최대 투과도는 P1+30도의 각도에서 관측될 수 있다. 그러나, 650nm의 파장에 대한 E-모드와 O-모드 사이의 위상 차이는 2π가 아니다. 따라서, E-모드와 O-모드는 선형 편광으로 결합할 수 없고, 이 비틀림 LC층은 더 이상 편광 회전자로서 유효하지 않다.Since the phase difference between the E-mode and the O-mode for a wavelength of 550 nm is 2? At the exit of the LC layer, the E-mode and O-mode can be combined with linear polarization and the maximum transmittance is at an angle of P1 + 30 degrees ≪ / RTI > However, the phase difference between the E-mode and O-mode for a wavelength of 650 nm is not 2 [pi]. Thus, E-mode and O-mode can not combine with linearly polarized light, and this torsional LC layer is no longer valid as a polarization rotator.
계산된 결과는 하나의 비틀림 층들의 한계를 보여준다.The calculated results show the limit of one torsional layer.
도 7은 도 5b의 두 층의 구조에 대한 550 nm (a) 및 650 nm (b)의 파장에서 비틀림각 R=30 도에서 계산된 투과도를 설명한다. 수평축은 제2 편광자(132)의 투과축의 각 P2를 나타내고, 수직축은 규격화된 투과도(normalized transmittance)를 나타낸다. 그래프의 상부에 표시된 수차는 제1 편광자(131)의 투과축의 각 P1을 나타낸다. P1은 입하는 편광 방향과 동일한다.Figure 7 illustrates the calculated transmittance at twist angle R = 30 degrees at wavelengths of 550 nm (a) and 650 nm (b) for the two-layer structure of Figure 5b. The horizontal axis represents the angle P2 of the transmission axis of the
도 7를 참조하면, 제1 편광자(131)의 투과축, P1은 0도, 30도, 60도, 및 90도의 각도에서 설정된다. 제2 편광자(132)의 각 P2가 P1+30도의 각에 있을 때, 계산된 투과도는 100 퍼센트에 근접한다. 이것은 TN LC의 두층이 P1의 다른 편광에 대하여 550 nm 및 650 nm의 파장에 대하여 비틀림각 R= 30도의 양 만큼 편광 방향을 효과적으로 회전시킨 것을 의미한다.Referring to FIG. 7, the transmission axis, P1, of the
파장 650 nm의 파장에서 도 6(b) 및 도 7(b)의 결과 사이에의 비교는 E-성분과 O-모성분 사이의 위상 차이는, 하나의 비틀림 LC 층의 구성과 비교하여 파장에 적은 의존성을 가지고, 두 비틀림 층을 사용하는 제안된 구성에 의하여 보상되는 것 및 제안된 구성은 편광 방향을 불문하고 회전을 효과적으로 변경할 수 있는 것을 보여준다. Comparisons between the results of FIG. 6 (b) and FIG. 7 (b) at wavelengths of 650 nm wavelength show that the phase difference between the E-component and the O- It is shown that the proposed configuration, which has little dependence, is compensated by the proposed configuration using two torsional layers and that the proposed configuration can effectively change the rotation regardless of the polarization direction.
편광 회전의 효율성은 근사적인 수학식 4 및 5의 타당성 및 비틀림각(R)은 지연(Γ) 보다 충분히 작다는 가정에 강하게 관계된다. 계산을 위하여 사용된 비틀림각 R과 지연 Γ 사이의 비율은 표 1에 표시된다. 비틀림각이 30도인 도 7의 조건에서, 비는 0.1 미만이다.The efficiency of polarization rotation is strongly related to the assumption that the approximations of Equations 4 and 5 and the twist angle R are sufficiently smaller than the delay Γ. The ratio between the twist angle R used for the calculation and the delay Γ is shown in Table 1. In the condition of FIG. 7 where the twist angle is 30 degrees, the ratio is less than 0.1.
비틀림각이 90도가 되도록 선태된 경우, 비는 표1에서 보여지는 바와 같이 약 0.25~0.3이 된다. 편광 회전은 이 비의 유효한 범위를 확인하기 위하여, 90도의 비틀림각에 대하여 계산되었다.When the twist angle is selected to be 90 degrees, the ratio is about 0.25 to 0.3 as shown in Table 1. Polarization rotation was calculated for a twist angle of 90 degrees in order to determine the effective range of this ratio.
도 8은 도 5의 (b)의 두 층의 구성에 대한 550nm (a) 및 650nm (b)의 파장에서 R=90도에 대한 계산된 투과도를 나타낸다. 수평축은 제2 편광자(132)의 투과축의 각 P2를 나타내고, 수직축은 규격화된 투과도(normalized transmittance)를 나타낸다. 그래프의 상부에 표시된 수차는 제1 편광자(131)의 투과축의 각 P1을 나타낸다. R=90도인 경우, 편광 회전자(100)는 반파장판에 대응할 수 있다.Figure 8 shows the calculated transmittance for R = 90 degrees at wavelengths of 550 nm (a) and 650 nm (b) for the two-layer configuration of Figure 5 (b). The horizontal axis represents the angle P2 of the transmission axis of the
도 8을 참조하면, 계산된 투과도는 550nm 및 650nm에 대하여 100 퍼센트에 근접한다. 650 nm의 파장에 대한 최대 투과도의 각도는 도 8의 (b)에서 설명한 것과 같이 P1+30와 완전히 동일하지는 않았다. 도 8의 (b)에서, P1+30도의 각이 최대 투과도의 각과 동일하기 않은 때 조차도, P1+30도의 각도에서 투과도는 90 퍼센트 초과이다. 따라서, 빛의 효율성은 조금 감소하더라도, 이것은 실용적인 관점에서 편광 회전을 위하여 유효할 수 있다.Referring to FIG. 8, the calculated transmittance is close to 100 percent for 550 nm and 650 nm. The angle of maximum transmittance for a wavelength of 650 nm was not exactly equal to P1 + 30 as described in Figure 8 (b). In Fig. 8 (b), even when the angle of P1 + 30 degrees is not equal to the angle of maximum transmittance, the transmittance exceeds 90% at an angle of P1 + 30 degrees. Thus, even if the efficiency of light is reduced a little, this can be effective for polarization rotation from a practical point of view.
도 7 및 도 8 및 표 1의 결과는 0.1 근처의 비(비틀림각 R/ 지연 Γ)는 LC 비틀림의 변화는 LC 층의 전체 위상 지연 Γ에서 비하여 충분히 작다는 가정을 만족하는 것으로 고려될 수 있다. 만약, 비틀림 각(R)이 더 크게 되면, LC 층의 두께 비(thickness ratio, R/Γ)는 역시 증가할 수 있다. The results in Figures 7 and 8 and Table 1 can be considered to satisfy the assumption that the ratio (torsional angle R / delay Γ) near 0.1 is sufficiently small compared to the total phase retardation Γ of the LC layer . If the twist angle R is greater, the thickness ratio R / G of the LC layer can also increase.
비틀림 LC 매질을 사용한 편광 회전의 효과가 조사되었다. 만약 지연이 2π의 배수인 조건을 만족하는 경우, 비틀림 LC의 한층의 구성은 초기 편광 방향을 불문하고 편광 효전을 위하여 효과적이다. The effect of polarization rotation using a torsional LC medium was investigated. If the retardation satisfies the condition that is a multiple of 2 ?, the structure of one layer of the torsional LC is effective for polarization activation regardless of the initial polarization direction.
비틀림 LC의 두 층을 사용한 제안된 구성의 성능은 파장에 대한 적은 의존하는 것으로 보여졌고, 초기 편광 방향을 불문하고 편광 방향을 효율적으로 회전시킬 수 있다. The performance of the proposed configuration using two layers of torsional LCs has been shown to be less dependent on wavelength and can efficiently rotate the polarization direction regardless of the initial polarization direction.
회전 각의 양이 제안된 구조에서 변하지 않는 한, 제안된 구조는, 초기 편광 방향을 불문하고, 다 파장의 광에 대한 편광 회전자로서 사용될 수 있다.Unless the amount of rotation angle changes in the proposed structure, the proposed structure can be used as a polarization rotator for multi-wavelength light regardless of the initial polarization direction.
본 발명의 일 실시예에 따른 편광 회전자는 수동 소자 및 가변 능동 소자로 동작할 수 있다. 구체적으로, 가변 능동 소자인 경우, 외부 신호를 제공받아, 상기 편광 회전자는 외부 신호에 대응하는 편광 회전을 제공할 수 있다.The polarization rotator according to an embodiment of the present invention can operate as a passive element and a variable active element. Specifically, in the case of a variable active element, the polarization rotator can be provided with an external signal, and the polarization rotator can provide a polarization rotation corresponding to an external signal.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광 회전자를 설명하는 도면이다.9 is a view for explaining a polarization rotator according to another embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 편광 회전자(200)는 입사하는 광에 대하여 R/2의 편광 회전을 유도하고, -iΓ/2의 위상 변화를 유도하는 제1 광학 이방성 구조 물질층(210), 및 상기 제1 광학 이방성 구조 물질층(210) 상에 배치되고, 입사하는 광에 대하여 R/2의 편광 회전을 유도하고, iΓ/2의 위상 변화를 유도하는 제2 광학 이방성 구조 물질층(220)을 포함한다. 상기 제1 광학 이방성 구조 물질층(210) 및 제2 이방성 구조 물질층(220)은 R의 편광 회전을 제공하고, 영의 위상 변화를 제공한다. 상기 제1 광학 이방성 구조 물질층 및 상기 제2 광학 이방성 구조 물질층은 반응성 메소겐(reative mesogne) 또는 TN LC일 수 있다.9, the
상기 제1 광학 이방성 구조 물질층(210) 및 상기 제1 광학 이방성 구조 물질층(210)은 동일한 구조일 수 있다. 제1 광학 이방성 구조 물질층의 광축은 배치 평면에 배치되고, 상기 제2 광학 이방성 구조 물질층의 광축은 배치 평면에 배치될 수 있다. 한편, 제1 광학 이방성 구조 물질층의 광축은 상기 제2 광학 이방성 구조 물질층의 광축과 90도 회전하여 배치될 수 있다. The first optically-anisotropic
반응성 메소겐(reative mesogne) 또는 TN LC인 경우, 상기 제1 광학 이방성 구조 물질층(210) 및 상기 제1 광학 이방성 구조 물질층(210)은 동일한 비틀림각을 가지고, 서로 90도 회전하여 배치될 수 있다.In the case of a reactive mesogne or TN LC, the first optically-anisotropic
서로 다른 파장의 입사광이 상기 회전 회전자(200)를 통과하는 경우, 상기 회전 회전자(200)는 영의 위상 지연을 제공하고, 편광 회전을 파장을 불문하고 동일하게 제공할 수 있다.When incident light of different wavelengths passes through the
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광 회전자를 설명하는 도면이다.10 is a view for explaining a polarization rotator according to another embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 편광 회전자(300)는 서로 나란히 이격된 제1 평면과 제2 평면 사이에 배치된 제1 단축 결정 필름(310), 및 상기 제1 단축 결정 필름 상에 배치되고 서로 나란히 이격된 제3 평면과 제4 평면 사이에 배치된 제2 단축 결정 필름(320)을 포함한다. 상기 제1 단축 결정 필름(310)의 제1 광축은 상기 제1 평면 내에 배치되고, 상기 제1 광축은 필림의 두께에 따라 순차적으로 비틀림을 가진다. 상기 제2 단출 결정 필름(320)의 제2 광축은 상기 제3 평면 내에 배치되고, 상기 제2 광축은 필림의 두께에 따라 순차적으로 비틀림을 가진다. 상기 제2 단축 결정 필름의 제1 광축은 상기 제1 단축 결정 필름의 제2 광축에 대하여 90도 회전하여 배치된다. 상기 제1 단축 결정 필름 및 상기 제2 단축 결정 필름은 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)일 수 있다.10, a
편광자(231)는 상기 투명 기판(312)의 하부에 배치되어 일정한 선평광의 입사광을 제공할 수 있다. The
상기 편광 회전자(300)는 투명 기판(231) 상에 차례로 적층된 하부 배향막(313), 제1 단축 결정 필름(310), 상부 배향막(315), 및 제2 단축 결정 필름(320)을 포함할 수 있다.The
제1 내지 제4 평면은 수직 방향(z축)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 평면은 xy평면일 수 있다. 상기 제1 단축 결정 필름(310)은 일정한 두께를 가지고 일정한 비틀림각을 가질 수 있다. 상기 제2 단축 결정 필름(320)은 일정한 두께를 가지고 상기 제1 단축 결정 필름(310)의 비틀림각과 동일한 비틀림각을 가질 수 있다. 상기 제1 단축 결정 필름(310)의 광축은 배치 평면에 배치되고, 두께에 따른 순차적으로 광축이 회전하여 일정한 비틀림각을 형성할 수 있다. 상기 제1 단축 결정 필름(310)의 광축은 상기 제2 단축 결정 필름(320)의 광축과 90도 회전하여 배치될 수 있다.The first to fourth planes may be disposed apart from each other in the vertical direction (z-axis). The first to fourth planes may be xy planes. The first
투명 기판(312)은 입사광을 투과시킬 수 있는 재질로, 유리 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 적외선이 입사하는 경우, 상기 투명 기판은 반도체 기판을 포함할 수 있다.The
하부 배향막(313)은 상기 투명 기판 상에 배치된다. 상기 하부 배향막(313)은 폴리이미드(polyimide)와 같은 폴리머일 수 있다. 상기 하부 배향막(313)은 러빙(rubbing) 또는 광배향(photoalignment)와 같은 방법으로 제1 방향의 정렬 방향을 가지고 액정 또는 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)과 같은 물질의 배향을 유도할 수 있다. 상기 하부 배향막(313)은 스핀 코팅 또는 증발 증착과 같은 방법으로 형성될 수 있다.The
상기 제1 단축 결정 필름(310)은 상기 하부 배향막(313) 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 단축 결정 필름(310)은 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)을 포함할 수 있다. 액상의 반응성 메소겐은 스핀 코팅과 같은 방법으로 상기 하부 배향막(313) 상에 코팅될 수 있다. 상기 반응성 메소겐은 하부의 하부 배향막을 따라 정렬하고, 도핑 물질에 의하여 비틀림각이 결정될 수 있다. The first
상기 제1 단축 결정 필름(310)은 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)으로 자외선 경화 또는 열 경화에 의하여 형성될 수 있다. 반응성 메소겐 혼합물은 반응성 메소겐, 및 비틀림각을 결정하는 도펀트, 및 경화제를 포함할 수 있다. 상기 경화제는 광 경화제 또는 열 경화제일 수 있다. 상기 반응성 메소겐 혼합물이 상기 하부 배향막 상에 코딩된 후, 상기 반응성 메소겐은 일정한 방향으로 정렬되고, 비틀림각을 가질 수 있다. 이후, 열 경화 또는 자외선 경화가 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 단축 결정 필름이 형성될 수 있다. The first
상기 제1 단축 결정 필름(310)이 형성된 후, 상부 배향막(315)이 코팅될 수 있다. 상기 상부 배향막(315)은 상기 하부 배향막과 동일한 물질이나 배향 방향은 상기 하부 배향막과 90도 회전하여 배치될 수 있다. 상기 상부 배향막(315)의 정렬 방향은 상기 하부 배향막의 정렬 방향과 90도 회전하여 배치될 수 있다. 90도 회전은 제1 단축 결정 필름의 출구 면의 정렬 방향을 기준으로 한다.After the first
상기 제2 단축 결정 필름(320)은 상기 상부 배향막(315) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 단축 결정 필름(320)은 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)으로 자외선 경화 또는 열 경화에 의하여 형성될 수 있다. 반응성 메소겐 혼합물은 반응성 메소겐, 및 비틀림각을 결정하는 도펀트, 및 경화제를 포함할 수 있다. 상기 경화제는 광 경화제 또는 열 경화제일 수 있다. 상기 반응성 메소겐 혼합물이 상기 상부 배향막 상에 코딩된 후, 상기 반응성 메소겐은 일정한 방향으로 정렬되고, 비틀림각을 가질 수 있다. 이후, 열 경화 또는 자외선 경화가 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 단축 결정 필름(320)이 형성될 수 있다. 상기 제2 단축 결정 필름(320) 상에는 보호 필름 등이 형성될 수 있다.The second short
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자의 제조 방법의 흐름도이다.11 is a flowchart of a method of manufacturing an optical element according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 상기 제조 방법은 투명 기판 상에 제1 배향막을 형성하는 단계(S111), 상기 제1 배향막을 제1 방향으로 배열하는 단계(S112), 상기 제1 배향막 상에 반응성 메소겐 및 비틀림 각도를 결정하는 도펀트를 포함하는 제1 반응성 메소겐 혼합물을 코팅하는 단계(S113), 상기 제1 반응성 메소겐 혼합물을 열 또는 자외선을 사용하여 경화하여 제1 반응성 메소겐 필름을 형성하는 단계(S114), 상기 제1 반응성 메소겐 필름 상에 제2 배향막을 형성하는 단계(S115), 상기 제2 배향막을 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배열하는 단계(S116), 상기 제2 배향막 상에 반응성 메소겐 및 비틀림 각도를 결정하는 도펀트를 포함하는 제2 반응성 메소겐 혼합물을 코팅하는 단계(S117), 및 상기 제2 반응성 메소겐 혼합물을 열 또는 자외선을 사용하여 경화하여 제2 반응성 메소겐 필름(S118)을 형성하는 단계를 포함한다. 제2 반응성 메소겐 필름의 비틀림 각과 상기 제1 반응성 메소겐 필름의 비틀림 각은 서로 90도를 이룰 수 있다. Referring to FIG. 11, the method includes forming a first alignment layer on a transparent substrate (S111), arranging the first alignment layer in a first direction (S112), forming a reactive mesogen Coating a first reactive mesogen mixture comprising a first reactive mesogen mixture comprising a first reactive mesogen mixture and a dopant that determines a twist angle, and curing the first reactive mesogen mixture using heat or ultraviolet light to form a first reactive mesogen film (S114), forming a second alignment film on the first reactive mesogen film (S115), arranging the second alignment film in a second direction perpendicular to the first direction (S116) (S117) coating a second reactive mesogen mixture comprising a reactive mesogen and a dopant that determines a twist angle on the alignment layer, and curing the second reactive mesogen mixture using heat or ultraviolet light to form a second half And forming a mesogenic film (S118). The twist angle of the second reactive mesogen film and the twist angle of the first reactive mesogen film may be 90 degrees relative to each other.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자를 설명하는 도면이다.12 is a view for explaining an optical element according to another embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 상기 광학 소자(400)는 서로 나란히 이격된 제1 평면과 제2 평면 사이에 배치된 제1 단축 결정 필름(410a)을 포함하는 제1 편광 회전자(401a), 및 서로 나란히 이격된 제3 평면과 제4 평면 사이에 배치된 제2 단축 결정 필름(410b)을 포함하는 제2 편광 회전자(401b)를 포함한다. 상기 제1 단축 결정 필름(410a)의 제1 광축은 상기 제1 평면 내에 배치되고, 상기 제1 광축은 필림의 두께에 따라 순차적으로 비틀림을 가지고, 상기 제2 단출 결정 필름(410b)의 제2 광축은 상기 제3 평면 내에 배치되고, 상기 제2 광축은 필림의 두께에 따라 순차적으로 비틀림을 가진다. 상기 제2 단축 결정 필름의 제1 광축은 상기 제1 단축 결정 필름의 제2 광축에 대하여 90도 회전하여 배치된다. 상기 제1 단축 결정 필름 및 상기 제2 단축 결정 필름은 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)일 수 있다.12, the
상기 제1 편광 회전자(401a)는 제1 투명 기판(412a) 상에 차례로 적층된 제1 배향막(413a), 및 제1 단축 결정 필름(410a)을 포함할 수 있다. 상기 제1 단축 결정 필름(401a)은 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)으로 자외선 경화 또는 열 경화에 의하여 형성될 수 있다. 반응성 메소겐 혼합물은 반응성 메소겐, 및 비틀림각을 결정하는 도펀트, 및 경화제를 포함할 수 있다. 상기 경화제는 광 경화제 또는 열 경화제일 수 있다. 상기 반응성 메소겐 혼합물이 상기 상부 배향막 상에 코딩된 후, 상기 반응성 메소겐은 일정한 방향으로 정렬되고, 비틀림각을 가질 수 있다. 이후, 열 경화 또는 자외선 경화가 수행될 수 있다. The
상기 제2 편광 회전자(401b)는 제2 투명 기판(412b) 상에 차폐로 적층된 제2 배향막(413b), 및 제2 단축 결정 필름(410b)을 포함할 수 있다. 상기 제2 단축 결정 필름(401b)은 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)으로 자외선 경화 또는 열 경화에 의하여 형성될 수 있다. 반응성 메소겐 혼합물은 반응성 메소겐, 및 비틀림각을 결정하는 도펀트, 및 경화제를 포함할 수 있다. 상기 경화제는 광 경화제 또는 열 경화제일 수 있다. 상기 반응성 메소겐 혼합물이 상기 상부 배향막 상에 코딩된 후, 상기 반응성 메소겐은 일정한 방향으로 정렬되고, 비틀림각을 가질 수 있다. 이후, 열 경화 또는 자외선 경화가 수행될 수 있다. The second
상기 제1 편광 회전자(401b)는 상기 제1 편광 회전자(401a) 상에 뒤집혀서 정렬될 수 있다. 상기 제1 편광 회전자(401b)와 상기 제1 편광 회전자(401a)가 정렬된 경우, 상기 제1 단축 결정 필름과 상기 제2 단축 결정 필름이 접하는 면에서 광축은 90도 차이를 가질 수 있다.The first
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자를 설명하는 도면이다.13 is a view for explaining an optical element according to another embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 상기 광학 소자(500)는 일면에서 액정의 방향자의 방향과 타면에서 액정의 방향자의 방향은 R/2의 각도를 가지는 제1 비틀림 네마틱 액정 소자(510), 및 상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자 상에 배치되고 일면에서 액정의 방향자의 방향은 제1 비틀림 네마틱 액정의 일면에서 액정의 방향자의 방향을 기준으로 R/2 + 90도를 가지고 타면에서 방향자는 R+ 90도를 가지는 제2 비틀림 네마틱 액정 소자(520)를 포함한다.13, the
상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자(510)는 하부 투명 기판(512), 상기 하부 투명 기판(512) 상에 형성되고 제1 방향으로 배열된 하부 배향막(514), 상기 하부 배향막(514) 상에 배치되는 상부 투명 기판(519), 상기 상부 투명 기판(519)의 하부면에 형성되고 상기 제1 방향과 소정의 비틀림 각도를 가진 제2 방향으로 배열된 상부 배향막(518), 및 상기 하부 배향막(514)과 상기 하부 배향막(518) 사이에 주입되는 제1 비틀림 네마틱 액정(516)을 포함한다. 상기 스페이서(511)는 상기 하부 배향막(514)과 상기 상부 배향막(518) 사이에 일정한 간격을 유지할 수 있다.The first twisted nematic
상기 제2 비틀림 네마틱 액정 소자(520)는 상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자(510)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 그러나, 액정의 정렬 방향은 서로 다를 수 있다. 상기 제2 비틀림 네마틱 액정 소자(520)는 뒤집혀서 상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자(510)와 정렬될 수 있다.The second twisted nematic
상기 제2 비틀림 네마틱 액정 소자(520)는 하부 투명 기판(522), 상기 하부 투명 기판(522) 상에 형성되고 제3 방향으로 배열된 하부 배향막(524), 상기 하부 배향막(524) 상에 배치되는 상부 투명 기판(529), 상기 상부 투명 기판(529)의 하부면에 형성되고 상기 제3 방향과 소정의 비틀림 각도를 가진 제4 방향으로 배열된 상부 배향막(528), 및 상기 하부 배향막(524)과 상기 상부 배향막(528) 사이에 주입되는 제2 비틀림 네마틱 액정(526)을 포함한다. 상기 스페이서(521)는 상기 하부 배향막(524)과 상기 상부 배향막(528) 사이에 일정한 간격을 유지할 수 있다.The second twisted nematic
상기 제2 비틀림 네마틱 액정 소자(520)와 상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자(510)가 서로 마주보는 면에서 액정의 방향자는 90도 회전하여 배치될 수 있다.The director of the liquid crystal may be rotated by 90 degrees on the surface where the second twisted nematic
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자를 설명하는 도면이다.14 is a view for explaining an optical element according to another embodiment of the present invention.
도 14를을 참조하면, 상기 광학 소자(600)는 일면에서 액정의 방향자의 방향과 타면에서 액정의 방향자의 방향은 R/2의 각도를 가지는 제1 비틀림 네마틱 액정 소자(510a), 및 상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자(510a) 상에 배치되고 일면에서 액정의 방향자의 방향은 제1 비틀림 네마틱 액정(516)의 일면에서 액정의 방향자의 방향을 기준으로 R/2 + 90도를 가지고 타면에서 방향자는 R+ 90도를 가지는 제2 비틀림 네마틱 액정 소자(520a)를 포함한다.14, the
상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자(510a)는 하부 투명 기판(512), 상기 하부 투명 기판(512) 상에 형성된 하부 투명 전극(513), 상기 하부 투명 전극(513) 상에 형성되고 제1 방향으로 배열된 하부 배향막(514), 상기 하부 배향막(514) 상에 배치되는 상부 투명 기판(519), 상기 상부 투명 기판(519)의 하부면에 형성되는 상부 투명 전극(517), 상기 상부 투명 전극(517)의 하부면에 형성되고 상기 제1 방향과 소정의 비틀림 각도를 가진 제2 방향으로 배열된 상부 배향막(518), 및 상기 하부 배향막(514)과 상기 상부 배향막(518) 사이에 주입되는 제1 비틀림 네마틱 액정(516)을 포함한다. 상기 스페이서(511)는 상기 하부 배향막(514)과 상기 상부 배향막(518) 사이에 일정한 간격을 유지할 수 있다.The first twisted nematic
상기 제2 비틀림 네마틱 액정 소자(520a)는 상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자(510a)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 그러나, 액정의 정렬 방향은 서로 다를 수 있다. 상기 제2 비틀림 네마틱 액정 소자(520a)는 뒤집혀서 상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자(510a)와 정렬될 수 있다.The second twisted nematic
상기 제2 비틀림 네마틱 액정 소자(520a)는 하부 투명 기판(522), 상기 하부 투명 기판(522) 상에 형성된 하부 투명 전극(523), 상기 하부 투명 전극(523) 상에 형성되고 제3 방향으로 배열된 하부 배향막(524), 상기 하부 배향막(524) 상에 배치되는 상부 투명 기판(529), 상기 상부 투명 기판(529)의 하부면에 형성되는 상부 투명 전극(527), 상기 상부 투명 전극(527)의 하부면에 형성되고 상기 제3 방향과 소정의 비틀림 각도를 가진 제4 방향으로 배열된 상부 배향막(528), 및 상기 하부 배향막(524)과 상기 상부 배향막(528) 사이에 주입되는 제2 비틀림 네마틱 액정(526)을 포함한다. 상기 스페이서(521)는 상기 하부 배향막(524)과 상기 상부 배향막(528) 사이에 일정한 간격을 유지할 수 있다.The second twisted nematic
상기 제2 비틀림 네마틱 액정 소자(520)와 상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자(510)가 서로 마주보는 면에서 액정의 방향자는 90도 회전하여 배치될 수 있다.The director of the liquid crystal may be rotated by 90 degrees on the surface where the second twisted nematic
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And all of the various forms of embodiments that can be practiced without departing from the technical spirit.
110: 제1 비틀림 네마틱 액정
120: 제2 비틀림 네마틱 액정110: first twisted nematic liquid crystal
120: second twisted nematic liquid crystal
Claims (12)
상기 제1 비틀림 네마틱 액정 상에 배치되고 일면에서 액정의 방향자의 방향은 제1 비틀림 네마틱 액정의 일면에서 액정의 방향자의 방향을 기준으로 R/2 + 90도를 가지고 타면에서 방향자는 R+ 90도를 가지는 제2 비틀림 네마틱 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 회전자.A first twisted nematic liquid crystal having an orientation of liquid crystal director on one side and an orientation of liquid crystal director on the other side having an angle of R / 2; And
2 + 90 degrees with respect to the direction of the liquid crystal director on one side of the first twisted nematic liquid crystal and the directional element of the liquid crystal on one side of the first twisted nematic liquid crystal is R + 90 And a second twisted nematic liquid crystal having a first axis and a second axis.
적층된 제1 비틀림 네마틱 액정 및 제2 비틀림 네마틱 액정의 일면 상에 배치된 제1 편광자; 및
상기 적층된 제1 비틀림 네마틱 액정 및 제2 비틀림 네마틱 액정의 타면 상에 배치되는 제2 편광자를 포함하고,
상기 제1 편광자와 상기 제2 편광자는 서로 임의의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 편광 회전자.The method according to claim 1,
A first polarizer disposed on one surface of the first twisted nematic liquid crystal and the second twisted nematic liquid crystal stacked; And
And a second polarizer disposed on the other surface of the stacked first twisted nematic liquid crystal and the second twisted nematic liquid crystal,
Wherein the first polarizer and the second polarizer are arranged at an arbitrary angle with respect to each other.
상기 제1 광학 이방성 구조 물질층 상에 배치되고, 입사하는 광에 대하여 R/2의 편광 회전을 유도하고, iΓ/2의 위상 변화를 유도하는 제2 광학 이방성 구조 물질층을 포함하고,
상기 제1 광학 이방성 구조 물질층 및 제2 이방성 구조 물질층은 R의 편광 회전을 제공하고, 영의 위상 변화를 제공하는 것을 특징으로 하는 편광 회전자.A first optically anisotropic structured material layer which induces a polarization rotation of R / 2 with respect to incident light and induces a phase change of -iΓ / 2; And
An optical anisotropic structure material layer disposed on the first optically anisotropic structured material layer and inducing a polarization rotation of R / 2 with respect to incident light and inducing a phase change of iΓ / 2,
Wherein the first optically anisotropic structured material layer and the second anisotropic structured material layer provide a polarization rotation of R and provide a phase change of zero.
상기 제1 광학 이방 구조 물질층은 반응성 메소겐(reative mesogne)인 것을 특징으로 하는 편광 회전자.The method of claim 3,
Wherein the first optically anisotropic material layer is a reactive mesogne.
상기 제1 단축 결정 필름 상에 배치되고 서로 나란히 이격된 제3 평면과 제4 평면 사이에 배치된 제2 단축 결정 필름을 포함하고,
상기 제1 단축 결정 필름의 제1 광축은 상기 제1 평면 내에 배치되고, 상기 제1 광축은 필림의 두께에 따라 순차적으로 비틀림을 가지고,
상기 제2 단출 결정 필름의 제2 광축은 상기 제3 평면 내에 배치되고, 상기 제2 광축은 필림의 두께에 따라 순차적으로 비틀림을 가지고,
상기 제2 단축 결정 필름의 제1 광축은 상기 제1 단축 결정 필름의 제2 광축에 대하여 90도 회전하여 배치된 것을 특징으로 하는 편광 회전자.A first shrinkage determination film disposed between a first plane and a second plane that are spaced apart from each other; And
And a second single crystal film disposed on the first single crystal film and disposed between a third plane and a fourth plane spaced apart from each other,
Wherein a first optical axis of the first unexpanded crystal film is disposed in the first plane, the first optical axis has a torsion in sequence according to a thickness of the film,
Wherein a second optical axis of the second single crystal film is disposed in the third plane, the second optical axis has a torsion in order according to the thickness of the film,
Wherein the first optical axis of the second monoaxe crystal film is arranged to be rotated by 90 degrees with respect to the second optical axis of the first monoaxe crystal film.
상기 제1 단축 결정 필름 및 상기 제2 단축 결정 필름은 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)인 것을 특징으로 하는 편광 회전자.6. The method of claim 5,
Wherein the first uniaxial crystal film and the second uniaxial crystal film are reactive mesogen (RM).
서로 나란히 이격된 제3 평면과 제4 평면 사이에 배치된 제2 단축 결정 필름을 포함하는 제2 편광 회전자를 포함하고,
상기 제1 단축 결정 필름의 제1 광축은 상기 제1 평면 내에 배치되고, 상기 제1 광축은 필림의 두께에 따라 순차적으로 비틀림을 가지고,
상기 제2 단출 결정 필름의 제2 광축은 상기 제3 평면 내에 배치되고, 상기 제2 광축은 필림의 두께에 따라 순차적으로 비틀림을 가지고,
상기 제2 단축 결정 필름의 제1 광축은 상기 제1 단축 결정 필름의 제2 광축에 대하여 90도 회전하여 배치된 것을 특징으로 하는 광학 소자.A first polarization rotator including a first uniaxial crystal film disposed between a first plane and a second plane that are spaced apart from each other; And
And a second polarizing rotor including a second single crystal film disposed between a third plane and a fourth plane that are spaced apart from each other,
Wherein a first optical axis of the first unexpanded crystal film is disposed in the first plane, the first optical axis has a torsion in sequence according to a thickness of the film,
Wherein a second optical axis of the second single crystal film is disposed in the third plane, the second optical axis has a torsion in order according to the thickness of the film,
And the first optical axis of the second monoaxe crystal film is arranged to be rotated by 90 degrees with respect to the second optical axis of the first monoaxe crystal film.
상기 제1 단축 결정 필름 및 상기 제2 단축 결정 필름은 반응성 메소겐(reactive mesogen;RM)인 것을 특징으로 하는 광학 소자.8. The method of claim 7,
Wherein the first unconverted crystal film and the second unconjugated crystal film are reactive mesogen (RM).
상기 제1 배향막을 제1 방향으로 배열하는 단계;
상기 제1 배향막 상에 반응성 메소겐 및 비틀림 각도를 결정하는 도펀트( dopant)를 포함하는 제1 반응성 메소겐 혼합물을 코팅하는 단계;
상기 제1 반응성 메소겐 혼합물을 열 또는 자외선을 사용하여 경화하여 제1 반응성 메소겐 필름을 형성하는 단계;
상기 제1 반응성 메소겐 필름 상에 제2 배향막을 형성하는 단계;
상기 제2 배향막을 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배열하는 단계;
상기 제2 배향막 상에 반응성 메소겐 및 비틀림 각도를 결정하는 도펀트를 포함하는 제2 반응성 메소겐 혼합물을 코팅하는 단계; 및
상기 제2 반응성 메소겐 혼합물을 열 또는 자외선을 사용하여 경화하여 제2 반응성 메소겐 필름을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.Forming an alignment film on the transparent substrate;
Arranging the first alignment layer in a first direction;
Coating a first reactive mesogen mixture comprising a reactive mesogen and a dopant on the first alignment layer to determine a twist angle;
Curing the first reactive mesogen mixture using heat or ultraviolet light to form a first reactive mesogen film;
Forming a second alignment film on the first reactive mesogen film;
Arranging the second alignment film in a second direction perpendicular to the first direction;
Coating a second reactive mesogen mixture comprising a reactive mesogen and a dopant to determine a twist angle on the second alignment layer; And
And curing the second reactive mesogen mixture using heat or ultraviolet light to form a second reactive mesogen film.
상기 제1 비틀림 네마틱 액정 상에 배치되고 일면에서 액정의 방향자의 방향은 제1 비틀림 네마틱 액정의 일면에서 액정의 방향자의 방향을 기준으로 R/2 + 90도를 가지고 타면에서 방향자는 R+ 90도를 가지는 제2 비틀림 네마틱 액정 소자를포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.A first twisted nematic liquid crystal element having a direction of a liquid crystal director on one side and an orientation of a liquid crystal director on the other side having an angle of R / 2; And
2 + 90 degrees with respect to the direction of the liquid crystal director on one side of the first twisted nematic liquid crystal and the directional element of the liquid crystal on one side of the first twisted nematic liquid crystal is R + 90 Wherein the second torsional nematic liquid crystal element has a second torsional nematic liquid crystal element.
상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자는:
하부 투명 기판;
상기 하부 투명 기판 상에 형성되고 제1 방향으로 배열된 하부 배향막;
상기 하부 배향막 상에 배치되는 상부 투명 기판;
상기 상부 투명 기판의 하부면에 형성되고 상기 제1 방향과 소정의 비틀림 각도를 가진 제2 방향으로 배열된 상부 배향막; 및
상기 하부 배향막과 상기 상부 배향막 사이에 주입되는 하부 비틀림 액정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.11. The method of claim 10,
The first twisted nematic liquid crystal device comprising:
A lower transparent substrate;
A lower alignment layer formed on the lower transparent substrate and arranged in a first direction;
An upper transparent substrate disposed on the lower alignment layer;
An upper alignment layer formed on a lower surface of the upper transparent substrate and arranged in a second direction having a predetermined twist angle with the first direction; And
And a lower torsion liquid crystal injected between the lower alignment layer and the upper alignment layer.
상기 제1 비틀림 네마틱 액정 소자는:
하부 투명 기판;
상기 하부 투명 기판 상에 형성된 하부 투명 전극;
상기 하부 투명 전극 상에 형성되고 제1 방향으로 배열된 하부 배향막;
상기 하부 배향막 상에 배치되는 상부 투명 기판;
상기 상부 투명 기판의 하부면에 형성되는 상부 투명 전극;
상기 상부 투명 전극의 하부면에 형성되고 상기 제1 방향과 소정의 비틀림 각도를 가진 제2 방향으로 배열된 상부 배향막; 및
상기 하부 배향막과 상기 상부 배향막 사이에 주입되는 하부 비틀림 액정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.11. The method of claim 10,
The first twisted nematic liquid crystal device comprising:
A lower transparent substrate;
A lower transparent electrode formed on the lower transparent substrate;
A lower alignment layer formed on the lower transparent electrode and arranged in a first direction;
An upper transparent substrate disposed on the lower alignment layer;
An upper transparent electrode formed on a lower surface of the upper transparent substrate;
An upper alignment layer formed on a lower surface of the upper transparent electrode and arranged in a second direction having a predetermined twist angle with the first direction; And
And a lower torsion liquid crystal injected between the lower alignment layer and the upper alignment layer.
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| KR20040002779A (en) * | 2002-06-28 | 2004-01-07 | 샤프 가부시키가이샤 | Polarisation rotator, parallax barrier, display and optical modulator |
| KR20100024387A (en) * | 2007-04-16 | 2010-03-05 | 노쓰 캐롤라이나 스테이트 유니버시티 | Low-twist chiral liquid crystal polarization gratings and related fabrication methods |
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2014
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| KR20100024387A (en) * | 2007-04-16 | 2010-03-05 | 노쓰 캐롤라이나 스테이트 유니버시티 | Low-twist chiral liquid crystal polarization gratings and related fabrication methods |
| KR20140088107A (en) * | 2011-10-07 | 2014-07-09 | 노쓰 캐롤라이나 스테이트 유니버시티 | Multi-twist retarders for broadband polarization transformation and related fabrication methods |
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