KR20160114763A - 광학 소자 및 그 동작 방법 - Google Patents

광학 소자 및 그 동작 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160114763A
KR20160114763A KR1020150040668A KR20150040668A KR20160114763A KR 20160114763 A KR20160114763 A KR 20160114763A KR 1020150040668 A KR1020150040668 A KR 1020150040668A KR 20150040668 A KR20150040668 A KR 20150040668A KR 20160114763 A KR20160114763 A KR 20160114763A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
liquid crystal
light
crystal layer
layer
Prior art date
Application number
KR1020150040668A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101696537B1 (ko
Inventor
유창재
한정호
이재호
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020150040668A priority Critical patent/KR101696537B1/ko
Publication of KR20160114763A publication Critical patent/KR20160114763A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101696537B1 publication Critical patent/KR101696537B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/13306—Circuit arrangements or driving methods for the control of single liquid crystal cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133553—Reflecting elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

광학 소자의 동작 방법이 제공된다. 상기 광학 소자의 동작 방법은 제1 전극, 상기 제1 전극 상의 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고 함몰 영역을 포함하는 고분자 층, 및 상기 고분자 층의 상기 함몰 영역 내의 액정 층을 포함하는 광학 소자를 준비하는 단계, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극으로 광을 조사하는 단계, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전기장 형성 여부에 따른 상기 액정 층의 배열 변화를 조절하여, 선택적으로, 상기 광을 반사 또는 투과시키는 단계를 포함하여, 조사광의 투과 여부 조절을 통한 광학적 다이오드의 기능을 수행할 수 있다.

Description

광학 소자 및 그 동작 방법 {Optical device and the method of operation of the same}
본 발명은 광학 소자 및 그 동작 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 전기장의 형성 여부에 따라 조사광의 반사 및 투과 여부가 조절되는 광학 소자 및 그 동작 방법에 관련된 것이다.
실리콘 기판 위에 형성된 전극 사이에 액정 층을 형성하는, 기존의 액정 광학 소자는 광학 커뮤니케이션 (optical communications), 광학 정보 처리 시스템 (optical information processing systems), 3차원 디스플레이 (three-dimensional display) 등, 다양한 광학 시스템에 적용되고 있다.
따라서, 액정 층을 활용하여 광학 소자의 특성을 높이는 새로운 방법이 다양하게 연구되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 공개 공보 10-1995-0019866 (출원번호 10-1994-0035812 출원인 샤프 가부시키가이샤)에는, 액정 층의 복수 투과로 픽셀들의 전압-출력 광 강도 특성에 있어서 출력 광 강도를 높임으로써, 최대 전압 이상의 높은 구동 전압을 다수의 픽셀에 인가하는 액정 광학 소자 및 이의 구동 방법이 개시되어 있다.
또한, 대한민국 특허 공개 공보 10-2009-0004771 (출원번호 10-2008-0065160출원인 주식회사 엘지화학)에는, 광학 소자 내에 경화성 이색성 염료 및 경화성 액정 화합물을 주입하여 내열성과 고온, 고습에 대한 내구성, 수직 배향성능 및 협시야각을 조절하는 액정 광학 소자 및 이의 구동방법이 개시되어 있다.
대한민국 특허 공개 공보 10-1995-0019866 대한민국 특허 공개 공보 10-2009-0004771
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고신뢰성의 광학 소자 및 그 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 조사광의 투과 여부를 조절하는 광학 소자 및 그 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 광학적 다이오드의 기능을 수행하는 광학 소자 및 그 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 광학 소자의 동작 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광학 소자의 동작 방법은, 제1 전극, 상기 제1 전극 상의 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고 함몰 영역을 포함하는 고분자 층, 및 상기 고분자 층의 상기 함몰 영역 내의 액정 층을 포함하는 광학 소자를 준비하는 단계, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극으로 광을 조사하는 단계, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전기장 형성 여부에 따른 상기 액정 층의 배열 변화를 조절하여, 선택적으로, 상기 광을 반사 또는 투과시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 액정 층은 장축 방향의 굴절률 또는 및 단축 방향의 굴절률이 서로 다른 것을 포함하고, 상기 액정 층의 상기 단축 방향의 굴절률과 상기 고분자 층의 굴절률은 동일할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 고분자 층의 상기 함몰 영역은 상기 제1 전극에 대하여 오목한 것을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기장이 미 형성되고, 상기 제1 전극으로 상기 광이 조사되는 경우, 상기 제1 전극으로 조사된 상기 광은 상기 액정 층에 의해 반사될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 및 상기 제 전극 사이에 전기장이 미 형성되고, 상기 제2 전극으로 상기 광이 조사되는 경우, 상기 제2 전극으로 조사된 상기 광은 반사되고, 상기 반사된 광은, 상기 액정 층 및 상기 고분자 층의 굴절률 차이에 따라서, 디포커싱(defocusing)되거나 포커싱(focusing)될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 액정 층의 굴절률이 상기 고분자 층의 굴절률보다 큰 경우, 상기 반사된 광은 포커싱될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 액정 층의 굴절률이 상기 고분자 층의 굴절률보다 큰 경우, 상기 반사된 광은 포커싱될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 액정 층의 굴절률이 상기 고분자 층의 굴절률보다 작은 경우, 상기 반사된 광은 디포커싱될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전극으로 조사된 상기 광이 반사되는 단계는, 상기 고분자 층과 상기 액정 층의 경계에서 상기 광이 제1 굴절되는 단계, 상기 제1 굴절된 광이 상기 액정 층에서 반사되는 단계, 및 상기 액정 층에서 반사된 광이 상기 액정 층과 상기 고분자 층의 경계에서 제2 굴절되는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기장이 형성된 경우, 상기 광은 상기 광학 소자를 투과할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 광학 소자를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광학 소자는, 제1 전극, 상기 제1 전극 상의 제2 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 함몰 영역을 갖는 고분자 층, 및 상기 함몰 영역을 채우는 콜레스테릭 액정 층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기장의 형성 여부에 따라, 상기 콜레스테릭 액정 층의 배열이 조절되고, 상기 콜레스테릭 액정 층의 배열에 따라서, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극으로 조사된 광의 반사 또는 투과 여부가 조절될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광학 소자는, 상기 콜레스테릭 액정 층 및 상기 함몰 영역 사이의 제1 배향막 및, 상기 제1 전극 및 상기 콜레스테릭 액정 층 사이의 제2 배향막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자는, 전극들 사이에 함몰 영역을 갖는 고분자층, 및 상기 함몰 영역 내에 제공된 액정층을 포함할 수 있다. 상기 전극들 사이의 전기장 형성 여부에 따른 상기 액정층의 배열 변화에 의해, 외부에서 상기 광학 소자로 조사된 광의 투과 또는 반사 여부가 조절될 수 있다. 이에 따라, 광학적 다이오드의 기능을 수행할 수 있는 고신뢰성의 광학 소자 및 그 동작 방법이 제공될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자의 전극들 사이에 전기장이 인가되지 않은 경우, 광학 소자의 동작 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자의 전극들 사이에 전기장이 인가된 경우, 광학 소자의 동작 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자의 광학적 다이오드 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5a 내지 도5d들은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자의 제조 방법에 따라 제조된 함몰 영역이 형성된 고분자 층의 FESEM 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자를 설명하기 위한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 a-a'따라 절취한 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자는 제1 전극(100), 제2 전극(110), 고분자 층(120), 액정 층(130), 제1 배향막(140), 및 제2 배향막(145)을 포함할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자를 설명하기 위한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 a-a'따라 절취한 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자는 제1 전극(100), 제2 전극(110), 고분자 층(120), 액정 층(130), 제1 배향막(140), 및 제2 배향막(145)을 포함할 수 있다.
상기 고분자 층(120)은 상기 제1 전극(100) 및 상기 제2 전극(110) 사이에 배치될 수 있다. 또한. 상기 고분자 층(120)은 광 경화성 폴리머(photocurable polymer)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 층(120)은 PBT(polybutylene terephthalate), CBT(cyclicbutylene terephthalate), 에폭시아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 불포화폴리에스테르수지, 폴리에스테르아크릴레이트, 폴리에테르아크릴레이트, 불포화아그릴수지 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 고분자 층(120)은 함몰 영역(125)을 포함할 수 있다. 상기 함몰 영역(125)는 상기 제1 전극(100)에 대하여 오목한 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 함몰 영역(125)은 반구의 형태로 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 전극(100) 및 상기 고분자 층(120) 사이에 빈 공간이 정의될 수 있고, 상기 빈 공간이 상기 함몰 영역(125)일 수 있다.
상기 제1 배향막(140)은, 상기 함몰 영역(125)을 갖는 상기 고분자 층(120)의 일면 상에 콘포말하게(conformally) 배치될 수 있다. 상기 제1 배향막(140)은 상기 고분자 층(120)의 상기 함몰 영역(125)의 내면을 따라, 실질적으로, 균일한 두께로 형성될 수 있다.
상기 제2 배향막(145)은 상기 제1 전극(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 함몰 영역(125) 외부에 위치한 상기 제1 배향막(140)의 일부분은, 상기 제2 배향막(145)과 접촉될 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 배향막(140) 및 상기 제2 배향막(145)의 종류는 폴리이미드, 폴리아미드산, 또는 PVA(Polyvinyl alcohol) 중에서 어느 하나일 수 있다.
상기 액정 층(130)은 상기 고분자 층(120)의 상기 함몰 영역(125) 내에 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 액정 층(130)은, 상기 제1 배향막(140) 및 상기 제2 배향막(145) 사이에 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 액정 층(130)은 콜레스테릭 액정을 포함할 수 있다. 상기 제1 배향막(140) 및 상기 제2 배향막(145)에 의해 상기 액정 층(130) 내의 액정이 일정한 방향으로 배열될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극(100) 및 상기 제2 전극(110) 사이의 전기장 형성 여부에 따라, 상기 액정 층(130)의 배열 구조 변형으로 인한 굴절률에 차이가 발생하여, 상기 제1 전극(100) 또는 상기 제2 전극(110)으로 조사된 광의 반사 또는 투과 여부가 조절될 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자의 동작 방법이 보다 구체적으로 설명된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자의 전극들 사이에 전기장이 인가되지 않은 경우, 동작 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 구체적으로, 도 2의 (a)는 상기 제2 전극(110)에서 반사된 광(180)이 포커싱(focusing)되는 경우를 설명하기 위한 것이고, 도 2의 (b)는 상기 제2 전극(110)에서 반사된 광(182)이 디포커싱(defocusing)되는 경우를 설명한 것이다.
도 2를 참조하면, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 광학 소자가 준비된다. 상기 광학 소자의 상기 제1 전극(100)으로 제1 광(150)이 조사될 수 있다.
상기 제1 전극(100) 및 상기 제2 전극(110) 사이에 전기장이 형성되지 않은 경우, 상기 액정 층(130)의 배열 구조는 상기 제1 전극(100)에 대하여 수평상 구조(planar texture)를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전극(100)으로 조사된 상기 제1 광(150)은, 상기 제1 전극(100) 및 상기 제2 배향막(145)을 투과하여, 상기 액정 층(130)에 의해 반사될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극(100)으로 조사된 상기 제1 광(150)은 무편광의 형태일 수 있다. 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 바와 같이 상기 액정 층(130)이 콜레스테릭 액정인 경우, 콜레스테릭 액정에 의해 반사된 제1 광(160)이 원편광(Circularly polarized light)되어, 상기 반사된 제1 광(160)의 휘도는 상기 제1 광(150)의 휘도의 1/2일 수 있다.
상기 제2 전극(110)으로 제2 광(170)이 조사될 수 있다. 상기 제2 전극(110)으로 조사된 상기 제2 광(170)은, 상기 제2 전극(110)을 투과할 수 있다.
상기 제2 광(170)은 상기 고분자 층(120) 및 상기 액정 층(130)의 굴절률 차이에 의해 반사될 수 있다. 다시 말하면, 상기 고분자 층(120), 및 상기 고분자 층(120)의 상기 함몰 영역(125) 내의 상기 액정 층(130)은 반사형 렌즈를 구성할 수 있다.
상기 반사형 렌즈를 구성하는 상기 고분자 층(120) 및 상기 액정 층(130)의 굴절률의 차이에 따라서, 상기 반사된 제2 광(180)은 포커싱(focusing)되거나, 또는 디포커싱(defocusing)될 수 있다.
상기 액정 층(130)의 굴절률이 상기 고분자 층(120)의 굴절률보다 큰 경우, 도 2의 (a)에 도시된 것과 같이, 상기 제2 전극(110)으로부터 반사된 제2 광(180)은 포커싱(focusing)될 수 있다. 다시 말하면, 상기 액정 층(130)의 굴절률이 상기 고분자 층(120)의 굴절률 보다 클 경우, 상기 제2 전극(110)으로 조사된 상기 제2 광(170)은, 상기 제2 전극(110)을 투과하고, 상기 고분자 층(120)과 상기 액정 층(130)의 경계에서 제1 굴절되고, 상기 제1 굴절된 광이 상기 액정 층(130)에서 반사된 후, 상기 액정 층(130)에서 반사된 광이 상기 액정 층(130)과 상기 고분자 층(120)의 경계에서 제2 굴절될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 제2 광(170)은 상기 고분자 층(120) 및 상기 액정 층(130)의 경계에서 제1 굴절 및 제2 굴절되어, 상기 액정 층(130) 및 상기 고분자 층(120)으로 구성된 상기 반사형 렌즈는, 양면 볼록 렌즈(biconvex lens)의 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라 상기 반사된 제2 광(180)이 포커싱(focusing)될 수 있다.
상기 액정 층(130)의 굴절률이 상기 고분자 층(120)의 굴절률보다 작은 경우, 도 2의 (b)에 도시된 것과 같이, 상기 제2 전극(110)으로부터 반사된 제2 광(182)은 디포커싱(defocusing)될 수 있다. 다시 말하면, 상기 액정 층(130)의 굴절률이 상기 고분자 층(120)의 굴절률 보다 작은 경우, 상기 제2 전극(110)으로 조사된 상기 제2 광(170)은, 상기 고분자 층(120)과 상기 액정 층(130)의 경계에서 반사되어, 상기 액정 층(130) 및 상기 고분자 층(120)으로 구성된 상기 반사형 렌즈는 평면 볼록 렌즈(plano-convex lens)의 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라 상기 반사된 제2 광(182)이 디포커싱(defocusing)될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전극(110)으로 조사된 상기 제2 광(170)은 무편광의 형태일 수 있다. 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 액정 층(130)이 콜레스테릭 액정인 경우, 콜레스테릭 액정에 의해 상기 반사된 제2 광(180)이 원편광(Circularly polarized light) 될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 제2 전극(110)으로 조사된 상기 제2 광(170)이 상기 액정 층(130) 및 상기 고분자 층(120)으로 구성된 상기 반사형 렌즈에 의해 반사되는 경우, 상기 반사된 제2 광(180)은 상기 액정 층(130) 및 상기 고분자 층(120)의 경계면의 구조에 따라 산란되어, 상기 반사된 제2 광(180)의 휘도는 상기 제2 광(170)의 휘도의 1/2에서 거리에 따라 감소될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자의 전극들 사이에 전기장이 인가된 경우 동작 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 광학 소자가 준비된다.
상기 광학 소자의 상기 제1 전극(100) 또는 상기 제2 전극(110)으로 제1 광(150) 및 제2 광(170)이 각각 조사될 수 있다.
상기 제1 전극(100) 및 상기 제2 전극(110) 사이에 전기장이 형성되는 경우, 상기 액정 층(130)의 배열 구조는 상기 제1 전극(100)에 대하여, 수평상 구조(planar texture)에서 수직 배향(homeotropic alignment) 구조로 변형될 수 있다. 상기 액정 층(130)은 배열 구조에 따라 굴절률에 차이를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 액정 층(130)은 MLC-6422인 경우, 상기 제1 전극(100) 및 상기 제2 전극(110) 사이에 전압이 미형성되어, MLC-6422가 수평상 구조(planar texture)로 형성될 경우, MCL-6422의 장축 방향 굴절률은 1.524일 수 있고, 상기 제1 전극(100) 및 상기 제2 전극(110) 사이에 전압이 형성되어, MLC-6422가 수직 배향(homeotropic alignment) 구조로 형성될 경우, MCL-6422의 단축 방향 굴절률은 1.509일 수 있다.
상기 제1 전극(100) 및 상기 제2 전극(110) 사이에 전기장이 인가되어, 상기 액정 층(130)이 수직 배향(homeotropic alignment) 구조로 변형될 경우, 상기 액정 층(130)의 단축 방향 굴절률 및 상기 고분자 층(120)의 굴절률이 실질적으로 동일해질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전극(100)으로 조사된 상기 제1 광(150) 및 상기 제2 전극(110)으로 조사된 상기 제2 광(170)은, 상기 광학 소자를 투과할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자의 광학적 다이오드 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4을 참조하면, 도 2와 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자는, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제2 전극(110) 사이에 전기장 형성 여부에 따라, 조사된 광의 투과, 또는 반사가 조절될 수 있다.
구체적으로, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 제1 전극(100) 및 상기 제2 전극(110) 사이에 전기장이 형성되지 않을 경우, 상기 제1 전극(100) 및 상기 제2 전극(110)으로 조사된 광들은 상기 액정 층(120)에 의해 반사될 수 있다.
반면, 도 3을 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 제1 전극(100) 및 상기 제2 전극(110) 사이에 전기장이 형성될 경우, 상기 제1 전극(100) 및 상기 제2 전극(110)으로 조사된 광들은 상기 액정 층(120)을 투과할 수 있다.
이에 따라, 상기 광학 소자는 전기장의 형성 여부, 다시 말하면 전압의 인가 여부에 따라, 조사되는 광을 반사하거나, 또는 투과하여, 광학적 회로 내에서 광학적 다이오드의 기능을 수행할 수 있다.
이하, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 광학 소자의 제조 방법이 설명된다.
도 5a 내지 도5d들은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자의 제조 방법에 따라 제조된 함몰 영역이 형성된 고분자 층의 FESEM 사진이다.
도 5a를 참조하면, 몰드(200)가 준비될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 몰드(200)는 고분자로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 몰드(200)는 PDMS(polydimethysiloxane)일 수 있다.
상기 몰드(200)는 일면에 볼록한 형태의 돌출부(205)를 포함할 수 있다. 상기 몰드(200)는 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 상기 고분자 층(120)의 상기 함몰 영역(125)을 제조하는 데에 이용될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 상기 제2 전극(110) 상에 상기 고분자 층(120)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 고분자 층(120)은 상기 제2 전극(110) 상에 스핀 코팅(Spin-Coating)의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 함몰 영역(125)은 상기 몰드(200) 및 상기 제2 전극(110) 상에 배치된 상기 고분자 층(120)을 접합하여 제조될 수 있다. 다시 말하면, 상기 함몰 영역(125)의 제조 방법은, 상기 몰드(200)의 일면에 위치한 상기 돌출부(205)가 상기 제2 전극(110) 상에 형성된 상기 고분자 층(120)과 대향하게 위치되는 단계, 및 상기 몰드(200)과 상기 고분자 층(120)이 접촉하도록 압력을 가하는 단계를 포함할 수 있다.
접합된 상기 고분자 층(120)에 자외선이 조사된 후, 상기 고분자 층(120) 및 상기 몰드(200)가 서로 분리될 수 있다. 도 1a 및 도 1b를 참조하여 상술된 바와 같이, 상기 고분자 층(120)은 광 경화성 폴리머 일 수 있다. 따라서, 상기 고분자 층(120)에 자외선을 조사할 경우, 상기 고분자 층(120)이 경화되어, 상기 몰드(200) 및 상기 고분자 층(120)이 용이하게 분리될 수 있다.
상기 몰드(200)와 상기 고분자 층(120)이 분리되어 형성된 상기 함몰 영역(125)은, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 상기 제1 전극(100)에 대하여, 오목한 형태를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 함몰 영역(125)은 복수로 제공될 수 있고, 상기 복수의 함몰 영역들은, 도 6에 도시된 것과 같이, 실질적으로 동일한 피치(pitch) 및 직경(diameter)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 함몰 영역(125)의 직경(diameter) 및 상기 함몰 영역(125)의 피치(Pitch)는 각각 49.5 ㎛, 3.7 ㎛이다.
도 5c를 참조하면, 상기 함몰 영역(125)이 형성된 상기 고분자 층(120) 상에, 상기 제1 배향막(140)이 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 배향막(140)은, 상기 고분자 층(120) 내의 상기 함몰 영역(125)의 내벽을 따라, 실질적으로, 균일한 두께로 도포될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 배향막(140)은 상기 함몰 영역(125) 상에 스핀 코팅(Spin-Coating)될 수 있다.
상기 고분자 층(120) 상에 스핀 코팅(Spin-Coating)된 상기 제1 배향막(140)이 건조될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 배향막(140)을 건조하는 단계는 100 ℃, 10min의 조건에서 프리베이크(Pre-bake)하는 단계, 및 180 ℃, 1h의 조건에서 포스트베이크(Post-bake) 처리되는 단계 순으로 진행될 수 있다.
건조된 상기 제1 배향막(140)은, 상기 액정 층(130)의 효과적인 액정 배열을 위해 러빙(Rubbing, 220) 처리가 될 수 있다.
도 5d를 참조하면, 상기 제1 전극(100) 상에 상기 제2 배향막(145)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 배향막(145)은 상기 제1 전극(100) 상에, 실질적으로, 균일한 두께로 스핀 코팅(Spin-Coating)될 수 있다.
상기 제1 전극(100) 상에 스핀 코팅(Spin-Coating)된 상기 제2 배향막(145)이 건조될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 배향막(145)을 건조하는 단계는 100 ℃, 10min의 조건에서 프리베이크(Pre-bake)하는 단계, 및 180 ℃, 및 1h의 조건에서 포스트베이크(Post-bake) 처리되는 단계 순으로 진행될 수 있다.
건조된 상기 제2 배향막(145)은, 상기 액정 층(130)의 효과적인 액정 배열을 위해 러빙(Rubbing, 220) 처리가 될 수 있다.
도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 제1 배향막(140)이 형성된 상기 제2 전극(110)과 상기 제2 배향막(145)이 형성된 상기 제1 전극(100)은 각각 상기 제1 배향막(140) 및 상기 제2 배향막(145)이 서로 대향하게 위치시켜 조립될 수 있다.
상기 제1 전극(100)및 상기 제2 전극(110)이 조립되어 형성되는 상기 제1 배향막(140)과 상기 제2 배향막(145) 사이에 공간 내에, 상기 액정 층(130)이 형성될 수 있다. 모세관 현상에 의해 상기 액정 층(130)이 상기 제1 배향막(140) 및 상기 제2 배향막(145) 사이의 상기 함몰 영역(125) 내에 주입될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 액정 층(130)이 콜레스테릭 액정일 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100; 제1 전극
110; 제2 전극
120; 고분자 층
125; 함몰 영역
130; 액정 (층)
140; 제1 배향막
145; 제2 배향막
150; 제1 광
160; 반사된 제1 광
170; 제2 광
180; 반사된 제2 광
182; 반사된 제2 광
200; 몰드
205; 돌출부
210; 러빙(Rubbing)

Claims (11)

  1. 제1 전극, 상기 제1 전극 상의 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고 함몰 영역을 포함하는 고분자 층, 및 상기 고분자 층의 상기 함몰 영역 내의 액정 층을 포함하는 광학 소자를 준비하는 단계;
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극으로 광을 조사하는 단계; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전기장 형성 여부에 따른 상기 액정 층의 배열 변화를 조절하여, 선택적으로, 상기 광을 반사 또는 투과시키는 단계를 포함하는 광학 소자의 동작 방법.
  2. 제1 항에 있어서
    상기 액정 층은 장축 방향의 굴절률 또는 및 단축 방향의 굴절률이 서로 다른 것을 포함하고,
    상기 액정 층의 상기 단축 방향의 굴절률과 상기 고분자 층의 굴절률이 동일한 것을 포함하는 광학 소자의 동작 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 고분자 층의 상기 함몰 영역은 상기 제1 전극에 대하여 오목한 것을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기장이 미 형성되고, 상기 제1 전극으로 상기 광이 조사되는 경우, 상기 제1 전극으로 조사된 상기 광은 상기 액정 층에 의해 반사되는 것을 포함하는 광학 소자의 동작 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제 전극 사이에 전기장이 미 형성되고, 상기 제2 전극으로 상기 광이 조사되는 경우, 상기 제2 전극으로 조사된 상기 광은 반사되고,
    상기 반사된 광은, 상기 액정 층 및 상기 고분자 층의 굴절률 차이에 따라서, 디포커싱(defocusing)되거나 포커싱(focusing)되는 것을 포함하는 광학 소자의 동작 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 액정 층의 굴절률이 상기 고분자 층의 굴절률보다 큰 경우, 상기 반사된 광은 포커싱되는 것을 포함하는 광학 소자의 동작 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 액정 층의 굴절률이 상기 고분자 층의 굴절률보다 작은 경우, 상기 반사된 광은 디포커싱되는 것을 포함하는 광학 소자의 동작 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 전극으로 조사된 상기 광이 반사되는 단계는,
    상기 고분자 층과 상기 액정 층의 경계에서 상기 광이 제1 굴절되는 단계;
    상기 제1 굴절된 광이 상기 액정 층에서 반사되는 단계; 및
    상기 액정 층에서 반사된 광이 상기 액정 층과 상기 고분자 층의 경계에서 제2 굴절되는 단계를 포함하는 광학 소자의 동작 방법.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기장이 형성된 경우, 상기 광은 상기 광학 소자를 투과하는 것을 포함하는 광학 소자의 동작 방법.
  9. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상의 제2 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 함몰 영역을 갖는 고분자 층; 및
    상기 함몰 영역을 채우는 콜레스테릭 액정 층을 포함하는 광학 소자.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기장의 형성 여부에 따라, 상기 콜레스테릭 액정 층의 배열이 조절되고,
    상기 콜레스테릭 액정 층의 배열에 따라서, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극으로 조사된 광의 반사 또는 투과 여부가 조절되는 것을 포함하는 광학 소자.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정 층 및 상기 함몰 영역 사이의 제1 배향막; 및
    상기 제1 전극 및 상기 콜레스테릭 액정 층 사이의 제2 배향막을 더 포함하는 광학 소자.
KR1020150040668A 2015-03-24 2015-03-24 광학 소자 및 그 동작 방법 KR101696537B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150040668A KR101696537B1 (ko) 2015-03-24 2015-03-24 광학 소자 및 그 동작 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150040668A KR101696537B1 (ko) 2015-03-24 2015-03-24 광학 소자 및 그 동작 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160114763A true KR20160114763A (ko) 2016-10-06
KR101696537B1 KR101696537B1 (ko) 2017-01-16

Family

ID=57164640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150040668A KR101696537B1 (ko) 2015-03-24 2015-03-24 광학 소자 및 그 동작 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101696537B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950019866A (ko) 1993-12-20 1995-07-24 쯔지 하루오 액정 디바이스 및 이의 구동 방법
KR20070002774A (ko) * 2005-06-30 2007-01-05 엘지.필립스 엘시디 주식회사 콜레스테릭 액정을 이용한 액정표시장치
KR20090004771A (ko) 2007-07-05 2009-01-12 주식회사 엘지화학 광학 소자 형성 조성물 및 이를 이용하여 제조된 광학소자
KR20110061176A (ko) * 2009-12-01 2011-06-09 한양대학교 산학협력단 액정 표시 장치
KR20110106004A (ko) * 2010-03-22 2011-09-28 한양대학교 산학협력단 액정 표시 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950019866A (ko) 1993-12-20 1995-07-24 쯔지 하루오 액정 디바이스 및 이의 구동 방법
KR20070002774A (ko) * 2005-06-30 2007-01-05 엘지.필립스 엘시디 주식회사 콜레스테릭 액정을 이용한 액정표시장치
KR20090004771A (ko) 2007-07-05 2009-01-12 주식회사 엘지화학 광학 소자 형성 조성물 및 이를 이용하여 제조된 광학소자
KR20110061176A (ko) * 2009-12-01 2011-06-09 한양대학교 산학협력단 액정 표시 장치
KR20110106004A (ko) * 2010-03-22 2011-09-28 한양대학교 산학협력단 액정 표시 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR101696537B1 (ko) 2017-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5095749B2 (ja) 表面レリーフ複屈折液晶素子の製造方法およびそれを用いたディスプレイの製造方法
TWI598676B (zh) 顯示系統之螢幕組態
US10330970B2 (en) Variable light shaping optic using liquid crystals and surface relief micro-structure diffuser
CN110546427B (zh) 灯单元和车辆用灯具系统
US20140284746A1 (en) Solid state imaging device and portable information terminal
WO2023201945A1 (zh) 一种裸眼3d显示光学器件
US7394529B2 (en) Fingerprint sensor using microlens
KR101813753B1 (ko) 액정표시장치
JP5157234B2 (ja) 光学シート、それを用いたバックライトユニット、およびディスプレイ装置
CN108474979B (zh) 用于具有被掩蔽透明粘合剂的显示器组件的边缘固化
US9594206B2 (en) Complex substrate for display apparatus, display apparatus having the same and method of manufacturing the same
KR101696537B1 (ko) 광학 소자 및 그 동작 방법
WO2015196959A1 (zh) 2d/3d可切换立体显示装置
CN109239833A (zh) 背光单元和包括该背光单元的显示装置
JP2009048078A (ja) 液晶マイクロレンズアレイ
JP2013073715A (ja) 照明装置及び照明装置の駆動方法
KR101041230B1 (ko) 복합 광학 필름
JP2008241847A (ja) 液晶表示装置
JP5066957B2 (ja) 光学シート、それを用いたバックライトユニット、およびディスプレイ装置
KR20180018883A (ko) 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시장치
JP2010044260A (ja) 液晶レンズの製造方法
JP2008170871A (ja) 光学シート、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置、およびその製造方法
JP2011065049A (ja) 光学シート及びその製造方法
KR20190019880A (ko) 지문인식센서가 결합된 디스플레이 장치
JP2004054251A (ja) ロッドレンズアレイ、その製造方法、及びこれを用いたイメージセンサ並びにプリンタ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 4