WO2019013466A1 - 원형 편광 소자, 이를 포함하는 노치 필터 및 밴드 패스 필터 - Google Patents

원형 편광 소자, 이를 포함하는 노치 필터 및 밴드 패스 필터 Download PDF

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정미윤
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    • G02B1/11—Anti-reflection coatings

Definitions

  • the present disclosure relates to a circularly polarizing element, a notch filter including the same, and a band-pass filter, and more particularly, to a circularly polarizing element and a band-pass filter using a circularly polarizing element without requiring a phase retarder.
  • Natural light is an electromagnetic wave that travels as the intensity of the electric field and magnetic field periodically changes.
  • Natural light is an electromagnetic wave whose periodic intensity changes with respect to all directions in 360 degrees. And has a polarization characteristic by the direction of the electric field in an arbitrary plane perpendicular to the traveling direction among the components of the natural light.
  • Types of polarization include linear polarized light, circular polarized light, and elliptically polarized light.
  • Circular polarization includes left-handed circular polarization in which the direction of the electric field of the light rotates counter-clockwise, and right-handed circular polarization in which the direction of the electric field of light rotates in the clockwise direction.
  • Linear polarization is the sum of right circular polarization and left circular polarization.
  • the polarization characteristics of light are used for an optical element or a display element.
  • phase retarder is expensive, optical knowledge is necessary because the optical axis direction of the polarizer and the phase retarder must be aligned to use the phase retarder, and only one wavelength can be used, and if the wavelength is changed, another phase retarder must be used.
  • the present disclosure is directed to solving the above problems and an object of the present disclosure is to provide a circularly polarized light element which can easily obtain circularly polarized light for a plurality of wavelengths with one element without using a phase retarder.
  • a circularly polarized light element includes a pair of substrates, a polyimide (PI) layer coated on one surface of each of the pair of substrates, A plurality of spacers arranged to secure a space between the polyimide (PI) layers coated on one surface, and a plurality of spacers arranged in the space ensured by the spacers, wherein any one of the predetermined cholesteric or preferential chiral materials And a cholesteric liquid crystal (CLC) layer comprising one chiral material.
  • PI polyimide
  • CLC cholesteric liquid crystal
  • At least one substrate of the pair of substrates may be an anti-reflective coating on the other surface.
  • the plurality of spacers may be of different sizes.
  • the cholesteric liquid crystal layer may include a predetermined concentration of azo dye, which is formed by ultraviolet (UV) light.
  • the cholesteric liquid crystal layer is irradiated with uniform ultraviolet rays through an ND filter whose light transmittance is changed continuously in a predetermined direction, and the intensities of the transmitted ultraviolet light corresponding to the light transmittance of the ND filter,
  • the proportion of the azo dye that is light-modulated based on the intensity of the transmitted ultraviolet light may be continuously varied.
  • the cholesteric liquid crystal layer includes the azo dye having a concentration gradient continuously changing in a predetermined direction, and the azo dye can be light-modulated by ultraviolet rays of uniform intensity.
  • the cholesteric liquid crystal layer may include the chiral substance having a concentration gradient continuously changing in a predetermined direction.
  • the circular polarization element supplies heat of a first temperature through one end of one of the pair of substrates and transmits heat of a second temperature lower than the first temperature through the other end of the one substrate
  • the cholesteric liquid crystal layer is capable of changing its pitch by the temperature gradient by the heat of the supplied first temperature and the heat of the supplied second temperature.
  • the circular polarization element may further include a rotator for positioning the circular polarization element at a position separated from the rotation axis by a predetermined distance and for rotating the circular polarization element so as to continuously realize a wavelength variable circular polarization element.
  • the circular polarization element further includes a heater for supplying heat of a predetermined temperature through one end of at least one of the pair of substrates, wherein the cholesteric liquid crystal layer has a pitch corresponding to the supplied column Can change.
  • the circular polarization element may further include a power supply for supplying a voltage through the pair of substrates, and the cholesteric liquid crystal layer may have a pitch corresponding to the supplied voltage.
  • a notch filter includes a cholesteric liquid crystal (CLC) layer containing a predetermined concentration of left-handed chiral material, And a cholesteric liquid crystal (CLC) layer including a right circular polarization element for reflecting light of a left-hand component of a predetermined frequency band and a predetermined chiral material at a predetermined concentration, And a left-handed circularly polarizing element for reflecting light of a right-hand component of the set frequency band.
  • CLC cholesteric liquid crystal
  • CLC cholesteric liquid crystal
  • a notch filter includes a pair of substrates, a polyimide (PI) layer coated on one surface of each of the pair of substrates, A plurality of first and second spacers arranged to secure a space between the polyimide (PI) layers, a plurality of first and second spacers arranged in a space secured by the first spacers, A first cholesteric liquid crystal (CLC) layer having a right-handed circular polarization characteristic that reflects light of a left-hand component of a predetermined frequency band and transmits light of a right-hand component among lights output from the light source, A light source which is located in a space secured by the spacer and includes a predetermined chiral material at a predetermined concentration, And a second cholesteric liquid crystal (CLC) layer of left-handed circular polarization that transmits light of the left-hand component.
  • PI polyimide
  • first and second spacers arranged to secure a space between the polyimide (PI) layers
  • a notch filter comprising: a substrate; a polyimide layer coated on one side of the substrate; a spin-coated on the polyimide layer; A first cholesteric liquid crystal (CLC) layer having a right-handed circular polarization characteristic that reflects light of a left-hand component of a predetermined frequency band among lights output from a light source including a left-handed chiral substance at a concentration of the first cholesteric liquid crystal A second cholesteric liquid crystal (CLC) having a left-handed circular polarization characteristic that reflects light of a predetermined frequency band from the light output from the light source, including a predetermined chiral material, Layer.
  • CLC cholesteric liquid crystal
  • a band pass filter comprising: a beam splitter for passing light output from a light source; and a cholesteric liquid crystal including a predetermined concentration of a left- And a cholesteric liquid crystal (CLC) layer including a right-handed circular polarization element for reflecting light of a left-hand component of a predetermined frequency band from the light having passed through the beam splitter, And a circular polarization element including one of left-handed circularly polarized elements for reflecting light of a right-handed component of the predetermined frequency band from light passing through the beam splitter, wherein the beam- The light of the left-hand component of the predetermined frequency band is reflected and changed to the light of the right-hand component, By reflecting the light of the right-handed circular components of the frequency band over a predetermined reflection in the optical element it can be changed in light of the left circularly component.
  • CLC cholesteric liquid crystal
  • a filter includes a pair of substrates, a polyimide (PI) layer coated on one surface of each of the pair of substrates, (AR) layer coated on the other surface, a plurality of spacers arranged to secure a space between the polyimide (PI) layers, and a space left by the spacer, wherein a predetermined concentration of left-handed chiral material (PI) layer coated on one surface of each of the pair of substrates, and a plurality of right-handed polarization elements including a cholesteric liquid crystal (CLC) layer included in the other surface of the pair of substrates
  • a plurality of spacers disposed to secure a space between the polyimide (PI) layers, and a spacer disposed in a space secured by the spacers, wherein a predetermined concentration of the primary chiral material
  • the cholesteric liquid includes a plurality of counterclockwise circularly polarizing element containing the liquid crystal (CLC) layer, and the plurality of spacers arranged to secure a
  • a filter according to another embodiment of the present disclosure includes a plurality of right-handed polarizing elements including a cholesteric liquid crystal (CLC) layer containing a predetermined concentration of left-handed chiral material, A plurality of left-handed circular polarization elements including a cholesteric liquid crystal (CLC) layer containing a predetermined concentration of a preferential chiral material, and an index matching material layer disposed between the plurality of right-handed circular polarization elements and the left circular polarization element, The plurality of right-handed polarizing elements and left-handed polarizing elements are alternately arranged, and the surfaces of the right-handed polarizing element and the left-handed polarizing element that are exposed to the outside are anti-reflection coated.
  • CLC cholesteric liquid crystal
  • the plurality of right-handed circularly polarized light elements block the light of a left-hand component of a predetermined frequency band from the light incident at a predetermined first angle on the plane, and the plurality of left- It is possible to cut off the light of the right-hand component of the predetermined frequency band among the light incident on the left-handed circularly polarized light and to pass the light except for the light of the left-handed component and the right-
  • the plurality of right-handed circularly polarized elements may reflect light of a left-hand component of a predetermined frequency band among lights incident on the plane at a predetermined second angle, and the plurality of left- It is possible to reflect the light of the right-handed component of the predetermined frequency band among the lights incident on the light source.
  • a circularly polarized light element can obtain circularly polarized light without a phase retarder.
  • circularly polarized light can be obtained at all wavelengths within a certain wavelength range (photonic band gap: PBG) with one circularly polarizing element.
  • PBG photonic band gap
  • a notch filter and a band-pass filter using a circularly polarizing element can be used.
  • a notch filter and a bandpass filter using a circularly polarizing element can perform a wavelength tunable filter function for various wavelengths.
  • a bandpass filter can be implemented without a beam splitter.
  • notch filters and bandpass filters using circularly polarized light elements can have excellent characteristics for inputting high energy laser light sources.
  • FIG. 1 is a view for explaining a structure of a circularly polarizing element according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating right-handed circular polarization and left-handed circular polarization according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a circularly polarizing element including spacers of different sizes according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a circularly polarizing element using a difference in concentration of a chiral substance according to an embodiment of the present disclosure.
  • 5 is a view for explaining an azo dye.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a circularly polarizing element using an azo dye according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a view for explaining a circularly polarizing element using a difference in concentration of an azo dye according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a circular polarization element using an azo dye and an ND filter according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a view for explaining a circularly polarizing element using heat according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a circular polarization element using a temperature gradient according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a view for explaining a circularly polarizing element using an electric field according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a view for explaining a circularly polarizing element using a rotator according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS 13-19 illustrate a notch filter according to various embodiments of the present disclosure.
  • 20 and 21 are diagrams illustrating a method for implementing a notch filter according to another embodiment of the present disclosure.
  • 22 and 23 are views for explaining a notch filter according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 24 is a diagram showing an output waveform of a notch filter according to an embodiment of the present disclosure.
  • 25 to 38 are diagrams illustrating band-pass filters according to various embodiments of the present disclosure.
  • 39 is a diagram showing an output waveform of a bandpass filter according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figures 40 and 43 are diagrams illustrating a method of implementing a filter including a plurality of cholesteric liquid crystals in accordance with one embodiment of the present disclosure.
  • Figs. 44 to 45 are diagrams for explaining the structure of a filter including a plurality of cholesteric liquid crystal layers according to an embodiment of the present disclosure. Fig.
  • Figures 46-48 illustrate a notch filter including a plurality of cholesteric liquid crystal layers according to one embodiment of the present disclosure.
  • 49 to 54 are diagrams for explaining a band-pass filter including a plurality of cholesteric liquid crystal layers according to an embodiment of the present disclosure.
  • 55 is a diagram illustrating a composite filter including a bandpass filter and a notch filter according to an embodiment of the present disclosure
  • 56 is a diagram showing an output waveform of a filter according to an embodiment of the present disclosure.
  • the terms “ comprises “ or “ having “, and the like, are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof. It is to be understood that when an element is referred to as being “connected” or “connected” to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
  • module “ or “ part” for components used in the present specification performs at least one function or operation.
  • module “ or “ part” may perform functions or operations by hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • a plurality of “ modules “ or a plurality of “ parts “, other than a " module “ or “ part “, to be performed in a specific hardware or performed in at least one processor may be integrated into at least one module.
  • the singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
  • each embodiment may be independently implemented or operated, but each embodiment may be implemented or operated in combination.
  • FIG. 1 is a view for explaining a structure of a circularly polarizing element according to an embodiment of the present disclosure.
  • a circularly polarizing element 100 includes a substrate 110a or 110b, a polyimide (PI) 120a or 120b, a spacer 130, or a cholesteric liquid crystal (CLC) (140).
  • PI polyimide
  • CLC cholesteric liquid crystal
  • the substrates 110a and 110b may be made of indium tin oxide (ITO), glass, or plastic. If necessary, the substrate may be coated with an antireflection coating on one side or both sides of the incident light.
  • the polyimide layers 120a and 120b are coated on one surface of each of the pair of substrates 110a and 110b.
  • Polyimides do not change their physical properties over a wide range of temperatures and include high heat resistance, electrical insulation, flexibility, and non-flammability characteristics.
  • the polyimide may be Kapton, made by condensation of pyromellitic dianhydride with 4,4'-oxydianiline.
  • the polyimide may be classified into an aliphatic compound, a semi-aromatic compound and an aromatic compound depending on the structure of the linking ring.
  • the polyimide layers 120a and 120b may be rubbed as needed.
  • a plurality of spacers 130 are disposed to secure a space between the polyimide layers 120a and 120b. That is, the polyimide layers 120a and 120b are coated on one surface of each of the pair of substrates 110a and 110b, and then the polyimide layers 120a and 120b are disposed to face each other. A spacer 130 is provided between the opposed polyimide layers 120a and 120b to secure a space therebetween.
  • a cholesteric liquid crystal 140 is disposed between the spacers 130.
  • the cholesteric liquid crystal 140 includes rod-shaped nematic liquid crystals and predetermined concentrations of chiral materials.
  • the chiral material includes a left-handed chiral material that reflects left-handed polarized light and a preferred chiral material that reflects right-handed polarized light. That is, when a left-handed chiral substance is added to the cholesteric liquid crystal 140, the nematic liquid crystals are arranged in a spiral shape in the counterclockwise direction. When a chiral material is added to the cholesteric liquid crystal 140, the nematic liquid crystals are arranged in a clockwise direction.
  • the right circularly polarized light characteristic and the left circularly polarized light characteristic of the circularly polarized element will be described later.
  • the circular polarization element 100 may be fabricated by filling a cholesteric liquid crystal 140 containing a chiral substance having one characteristic into a wedge or uniformly spaced cell. That is, the cholesteric liquid crystal 140 is a spontaneous assembly spiral structure of a mixture of a nematic liquid crystal and a chiral substance. A selective reflection occurs in a specific wavelength region with respect to the circularly polarized light such as the rotation spiral direction of the cholesteric liquid crystal 140.
  • the wavelength band to be reflected by the circular polarization element 100 can be adjusted according to the concentration of the chiral substance.
  • the circular polarization element 100 according to the present disclosure can be used in ultraviolet (UV), visible light (VIS) or infrared (IR) bands depending on the concentration of a chiral substance.
  • the circular polarizing element 100 may use an inorganic material of a smectic liquid crystal or a helical structure as well as a nematic liquid crystal.
  • the cholesteric liquid crystal 140 may include a general liquid crystal, a liquid crystal which can be polymerized by ultraviolet rays or heat. Cholesteric liquid crystals, which can be ultra-violet (UV) or thermally polymerizable, can also be prepared by spin coating.
  • UV ultra-violet
  • thermally polymerizable can also be prepared by spin coating.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating right-handed circular polarization and left-handed circular polarization according to an embodiment of the present disclosure.
  • a right-handed circular polarization element 100a is disclosed.
  • the cholesteric liquid crystal of the right-handed circular polarization element 100a includes a left-handed chiral substance.
  • the cholesteric liquid crystal molecules are arranged in a counterclockwise spiral shape by the left-handed chiral substance.
  • a cholesteric liquid crystal containing a left-handed chiral substance reflects left-handed circularly polarized light.
  • the circularly polarizing element includes a cholesteric liquid crystal containing a left-handed chiral substance, it can operate as a right-handed circular polarization element 100a that reflects left-handed circularly polarized light.
  • the left-handed chiral material may be a S-811 chiral dopant mixture.
  • the right-handed circular polarization element 100a when unpolarized light or linearly polarized light is incident on the right-handed circular polarization element 100a, the right-handed circular polarization element 100a reflects left-handed circularly polarized light within a certain wavelength range and transmits right-handed circularly polarized light.
  • the cholesteric liquid crystal may comprise a left-handed chiral substance.
  • the circular polarization element including the left-handed chiral substance can operate as the right-handed circular polarization element 100a.
  • a left-handed circular polarization element 100b is disclosed.
  • the cholesteric liquid crystals of the left circularly polarizing element 100b include a preferential chiral substance.
  • the cholesteric liquid crystal molecules are arranged in a clockwise direction by the preferential chiral material.
  • a cholesteric liquid crystal including a preferential chiral substance reflects right-handed circularly polarized light.
  • the circular polarizing element includes a cholesteric liquid crystal containing a preferential chiral substance, it can operate as a left circular polarizing element 100b that reflects right circularly polarized light.
  • the primary chiral material may be a R-811 chiral dopant mixture.
  • the left circularly polarizing element 100b reflects the right-handed circularly polarized light within a certain wavelength range and transmits the left-circularly polarized light.
  • the cholesteric liquid crystal may comprise a preferential chiral material.
  • the circular polarizing element including the preferential chiral substance can operate as the left circularly polarizing element 100b.
  • the chiral substance arranges the nematic liquid crystals contained in the cholesteric liquid crystal in a counterclockwise or clockwise direction.
  • the distance traveled until the nematic liquid crystal rotates 360 degrees is one pitch (P), and the distance until the rotation is 180 degrees is 1 / 2P.
  • P one pitch
  • the nematic liquid crystals Due to the boundary conditions between the nematic liquid crystals and both the substrates 110a and 110b, the nematic liquid crystals are arranged only in a direction (for example, 180 degrees or 360 degrees) parallel to the rubbing direction at a position where the nematic liquid crystals are in contact with the polyimide. Therefore, the nematic liquid crystals arranged between both the substrates 110a and 110b are always integral multiples of 1 / 2P.
  • the circularly polarizing element may be meant to reflect left-handed circularly polarized light and pass right-handed circularly polarized light in the PBG.
  • the circular polarization element may be meant to reflect the right circularly polarized light in the PBG and pass the left circularly polarized light.
  • the circularly polarized PBG moves to the short wavelength band, and if the pitch is long, it moves to the long wavelength band. That is, when the distance of the pitch of the nematic liquid crystals included in the cholesteric liquid crystal is changed, the circularly polarized PBG can be moved.
  • one circular polarizing element 100 continuously reflects light of various frequency bands according to the region where the light is incident, Polarized light.
  • FIG. 3 shows a CLC structure in which the pitch is continuously increased as the position of the cholesteric liquid crystal that is the circularly polarized light element 100 moves in the wedge direction (the X-axis direction in Fig. 3) in one embodiment of the present disclosure .
  • Such a structure can be implemented by the following embodiment. Ii) a method using light-induced crystallization of azo dye molecules; and iii) a method using a temperature gradient, depending on the position of the wedge cell.
  • spacers 130a and 130b having different sizes may be included in the circularly polarized light element 100 to realize a CLC structure in which the pitch is continuously increased.
  • spacers 130a, 130b of different sizes may be used with the three embodiments described above for CLC structures with increasingly more successive pitch increments.
  • the circular polarization element 100 includes a pair of substrates 110a and 110b, polyimide layers 120a and 120b coated on one surface of each of the pair of substrates, and spacers 130a and 130b .
  • the circular polarization element 100 including spacers having the same size has been described.
  • the circular polarization element 100 may include spacers 130a and 130b having different sizes.
  • a cholesteric liquid crystal in which a nematic liquid crystal and a chiral substance are mixed may be included between the plurality of spacers 130a and 130b.
  • the pitch 141 of the nematic liquid crystal around the first spacer 130a is shorter than the pitch 142 of the nematic liquid crystal around the second spacer 140b. Therefore, when the position of the light passing through the circular polarization element 100 moves along the + X axis direction, the circularly polarized light frequency band moves to the low frequency band and the circularly polarized light wavelength band moves to the long wavelength band.
  • FIG. 4 is a view for explaining a continuously variable wavelength variable circular polarization element using a difference in concentration of a chiral substance according to an embodiment of the present disclosure.
  • a cholesteric liquid crystal filled with different chiral concentrations is shown.
  • the cholesteric liquid crystals 11 and 12 having different chiral densities can be filled in half of the void space of the spacer by the capillary principle.
  • the first cholesteric liquid crystal 11 having a relatively high chiral concentration is filled on the thin wedge cell
  • the steric liquid crystal 12 is filled.
  • the chiral concentration of the discontinuous cholesteric liquid crystals 11 and 12 can form a continuous pitch change as shown in Fig. 3 after a certain period of time due to the principle of diffusion.
  • a cholesteric liquid crystal 13 in which the chiral concentration is continuously changed by diffusion is shown.
  • the chiral concentration is continuously lowered from left to right in Fig. 4 (b).
  • the length of one pitch is increased, the frequency band in which the circularly polarized light is shifted to the low frequency band, and the wavelength in which the circularly polarized light is shifted to the longer wavelength band.
  • the circular polarizing element 100 includes the cholesteric liquid crystal 13 including a chiral substance having a concentration gradient continuously changing in a predetermined direction
  • one circular polarizing element 100 is incident on the incident light
  • the circularly polarized light can be applied to the various frequency bands of the light source.
  • the circular polarization element 100 may include a cholesteric liquid crystal 13 containing a chiral substance having a concentration gradient continuously changing in a predetermined direction, and spacers of different sizes.
  • the circularly polarized frequency band of the circular polarization element 100 can be continuously changed by chiral materials of different concentration gradients and spacers of different sizes.
  • the cholesteric liquid crystal 130 including a continuously changing concentration gradient chiral substance can be made by polymerizing by applying UV (ultraviolet rays) or heat.
  • Liquid crystals that can be polymerized by ultraviolet light may include RMS08-062, RMS08-061, RMS11-066 or RMS11-068, and the like.
  • 5 is a view for explaining an azo dye.
  • the azo dye which is changed into a trans type or a cis type according to light.
  • the azo dye may be azobenzene.
  • azo dyes can exist in trans form (1).
  • the trans-type azo dye can be transformed into a cis-form (2) in proportion to the intensity of the ultraviolet ray and the exposure time due to photoisomerization.
  • the azo dye of the cis-type 2 is exposed to heat or visible light, the azo dye of the cis-type 2 can be transformed into trans-type 1 by photoisomerization.
  • Cholesteric liquid crystals may contain a certain amount of azo dye.
  • the azo dye may be in trans form (1). Then, the frequency band in which the circularly polarized light element is circularly polarized can be moved by the azo dye which has been deformed into the cis-shaped 2.
  • a cholesteric liquid crystal may contain a molecule containing a stilbene group instead of an azo dye.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a circularly polarizing element using an azo dye according to an embodiment of the present disclosure.
  • the circular polarization element 100 may include a cholesteric liquid crystal to which a certain proportion of the azo dye is added.
  • the circular polarization element 100 can be a left-handed circularly polarized element.
  • the circular polarization element 100 can be a right-handed circular polarization element.
  • the cholesteric liquid crystal may include a liquid crystal that can be polymerized by ultraviolet light.
  • the cholesteric liquid crystal may also include a liquid crystal that can be polymerized by heat.
  • liquid crystals that can be polymerized by ultraviolet light may include RMS08-062, RMS08-061, RMS11-066 or RMS11-068, and the like.
  • the circular polarizing element 100 can be maintained in the cholesteric liquid crystal state including the azo dye deformed into the cis-form if it is not exposed to visible light or heat.
  • a liquid crystal which is not polymerized by ultraviolet rays or heat may be a general liquid crystal.
  • the circular polarizing element 100 including the azo dye deformed by the ultraviolet rays into a cis-shaped structure may further include a blocking film blocking ultraviolet rays or visible rays.
  • the circular polarizing element 100 including an azo dye deformed into a cis-shape by ultraviolet rays can return to its original state by visible light. Therefore, the wavelength region (PBG) that is circularly polarized by using ultraviolet light and visible light can be actively used.
  • the cholesteric liquid crystal may comprise 50 wt% nematic liquid crystal, 30 wt% chiral material, and 20 wt% azo dye. That is, the cholesteric liquid crystal may have a ratio of the chiral material to the total material of 30 wt%.
  • the azo dye contained in the cholesteric liquid crystal is a trans-type, and the trans-type azo dye participates in the cholesteric helical structure together with the nematic liquid crystal, so that the azo dye can affect the proportion of the chiral substance.
  • Cholesteric liquid crystals, including azo dyes can emit ultraviolet light. And, the azo dye can be transformed into a cis type.
  • the azo dye changed into a cis-form by UV does not participate in the cholesteric helical structure together with the nematic liquid crystal, but is released from the helical structure.
  • the cholesteric liquid crystal spiral structure The ratio is increased.
  • the photonic bandgap (PBG) moves to a shorter wavelength, and when the ratio of the chiral material decreases, the PBG moves to a longer wavelength.
  • the azo dye changed into a cis type does not affect the ratio of the chiral substance. That is, when 20 wt% of the azo dye is deformed into a cis-shape, the azo dye escapes from the spiral structure of the cholesteric liquid crystal.
  • the cholesteric liquid crystal comprises about 62.5 wt% nematic liquid crystal, about 37.5 wt% chiral material. Therefore, when the trans-type azo dye is transformed into a cis-type, the ratio of the chiral substance of the cholesteric liquid crystal is changed, and the frequency band (PBG) in which the circularly polarized light is shifted has a short wavelength.
  • the cholesteric liquid crystal may include azo dyes having a constant concentration corresponding to the frequency band in which circularly polarized light is emitted.
  • FIG. 7 is a view for explaining a circularly polarizing element using a difference in concentration of an azo dye according to an embodiment of the present disclosure.
  • the circularly polarizing element 100 includes a cholesteric liquid crystal, and the cholesteric liquid crystal may include an azo dye that is photo-isomerized by ultraviolet light.
  • the two types of cholesteric liquid crystals having different concentrations of azo dyes can be prepared.
  • the two types of cholesteric liquid crystals having different azo dyes can be filled in half by the capillary principle in the void space of the spacer.
  • the first cholesteric liquid crystal may be a liquid crystal having a relatively high concentration of the azo dye
  • the second cholesteric liquid crystal may be a liquid crystal having a relatively low concentration of the azo dye.
  • the concentration of the azo dye in discontinuous cholesteric liquid crystals can change continuously after a certain time due to the diffusion principle. In one embodiment, after a certain period of time, the concentration of the azo dye increases continuously from one side to the other as shown in FIG.
  • the circularly polarizing element 100 in which the concentration of the azo dye continuously changes can emit ultraviolet rays.
  • the azo dye contained in the circular polarization element 100 due to ultraviolet rays can be transformed from a trans type to a cis type.
  • the chiral concentration included in the circularly polarized light element 100 can also be relatively changed depending on the concentration of the continuously changing azo dye. That is, the distance of one pitch of the nematic liquid crystals included in the circular polarization element 100 can be continuously varied depending on the chiral concentration continuously changing.
  • one circular polarization element 100 can cause circular polarization to various frequency bands of incident light.
  • cholesteric liquid crystals containing azo dyes can be polymerized by heat or ultraviolet rays.
  • the circularly polarizing element 100 including the azo dye may further include a film that blocks ultraviolet rays or visible rays after the azo dye is deformed into a cis-shape. Further, as described above, the circular polarization element 100 may include spacers of different sizes.
  • FIG. 8 illustrates a method of fabricating a circularly polarizing element capable of obtaining a continuously varying pitch structure of FIG. 3 using an ND filter 150 in which the intensity of transmitted light is continuously variable according to an embodiment of the present disclosure
  • Fig. 5 is a diagram illustrating the second method.
  • the circular polarization element 100 may include a cholesteric liquid crystal to which a certain proportion of the azo dye is added.
  • Cholesteric liquid crystals containing azo dyes can transform azo dyes contained in cholesteric liquid crystals from a trans-form to a cis-form by subjecting the liquid crystal to left-hand irradiation. Even if the concentration of the azo dye contained in the cholesteric liquid crystal is the same, the ratio of the azo dye that is transformed into the cis-form may vary, such as the intensity of the ultraviolet light to be applied to the cholesteric liquid crystal or the exposure time. When the ratio of the azo dye to be transformed into the cis type is different, the frequency band of the circularly polarized light of the cholesteric liquid crystal may be varied.
  • the circular polarization element 100 may be exposed to ultraviolet rays through a ND (Neutral Density) filter 150.
  • the density of the ND filter 150 can be continuously changed in a constant direction. That is, the amount of ultraviolet light transmitted through the ND filter 150 may vary along a certain direction. In one embodiment, as shown in FIG. 8, the density of the ND filter 150 may gradually increase along the Y-axis direction. Therefore, even if a uniform ultraviolet ray is applied to the circularly polarizing element 100, the amount of ultraviolet rays transmitted through the ND filter 150 can be gradually decreased along the Y-axis direction. Also, the amount of the azo dye that is transformed into the cis-form can be gradually reduced. Therefore, the circularly polarized light element 100 shown in FIG.
  • the 8 can be formed with a pitch gradient in the Y-axis direction (slope, gradient). That is, in the circular polarization element 100, the proportion of the chiral material continuously decreases along the + Y axis direction, the pitch distance becomes longer, the frequency band in which the circularly polarized light is shifted to the low frequency band and the wavelength band moves to the long wavelength band . That is, one circular polarization element 100 can circularly polarize light in various frequency bands according to the region where the light is incident.
  • the circularly polarized light element 100 can be maintained in the cholesteric liquid crystal state including the azo dye modified into the cis-form.
  • the circular polarization element 100 may further include a blocking film for blocking ultraviolet rays or visible rays.
  • the cholesteric liquid crystal including the azo dye at a predetermined concentration can be exposed so that the intensity of the ultraviolet light continuously changes in accordance with the position of the device in a predetermined direction. Therefore, the ratio of the azo dye in which the light is contained in the circular polarization element 100 can be continuously changed in a predetermined direction of the device, and the pitch of the cholesteric liquid crystal can be continuously changed.
  • An ND filter continuously changing between a UV of a predetermined intensity and the device can be used so that the intensity of ultraviolet light continuously changes according to the position of the device in a predetermined direction.
  • FIG. 9 is a view for explaining a circularly polarizing element using heat according to an embodiment of the present disclosure.
  • a circular polarization element 100 including a heater 160 and heater rings 161a and 161b on both substrates, respectively.
  • the reflected frequency (or wavelength) band of the cholesteric liquid crystal can be changed according to the temperature change.
  • the pitch of the nematic liquid crystals included in the cholesteric liquid crystal can be changed corresponding to the supplied column. That is, the circular polarization frequency of the cholesteric liquid crystal can be changed in accordance with the temperature change.
  • the heater 160 can adjust the temperature of the heater rings 161a and 161b.
  • the temperature of the heater rings 161a and 161b can be changed by the heater 160. [
  • the heat supplied by the heater 160 can be transferred to the cholesteric liquid crystals through the heater rings 161a and 161b.
  • the reflected frequency band can be shifted as the temperature of the cholesteric liquid crystal changes. That is, by controlling the temperature to be transferred to the cholesteric liquid crystal using the heater 160, one circular polarization element 100 can circularly polarize light of various frequencies of incident light.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a third method for fabricating a circularly polarizing element capable of obtaining a continuously varying pitch structure of FIG. 3 using a temperature gradient according to one embodiment of the present disclosure
  • a circular polarization element 100 including a first heater 160a and a second heater 160b is shown.
  • the first heater 160a and the second heater 160b can supply heat of different temperatures to the circular polarization element 100.
  • the first heater 160a may supply heat at a first temperature
  • the second heater 160b may supply heat at a second temperature lower than the first temperature.
  • the first heater 160a may be connected to one end of the substrate, and the second heater 160b may be connected to the other end of the substrate. That is, a temperature gradient may be formed in the circular polarization element 100 from one end to the other end due to the temperature difference between the first and second heaters 160a and 160b.
  • the pitch of the cholesteric liquid crystals can vary depending on the temperature.
  • the frequency band to be circularly polarized can be varied depending on the pitch. Therefore, the circularly polarized frequency band of the circularly polarized light element 100 can be changed from one end to the other end where the temperature gradients are formed.
  • the first heater 160a and the second heater 160b may be set at various temperatures depending on the purpose. In some cases, the first heater 160a and the second heater 160b may be set at the same temperature.
  • the circular polarization element 100 may further include a moving stage 20 moving in a direction parallel to the direction in which the temperature gradient is formed.
  • the movable body 20 may include a light source and move the position of the incident light to the circular polarization element 100 according to the movement of the moving body 20.
  • the moving object 20 may be included in another embodiment in which the frequency band in which the circularly polarized light is circularly polarized according to the position of the light of one circularly polarizing element 100 is changed.
  • FIG. 11 is a view for explaining a wavelength variable circular polarization element using an electric field according to an embodiment of the present disclosure.
  • a circularly polarized light element 100 to which a power source is connected is shown.
  • the substrate when the substrate is made of ITO, the substrate may include a cell that can receive electricity.
  • the cholesteric liquid crystal can pass only the circularly polarized light with respect to the wavelength within the optical band gap (the reflection wavelength band of the cholesteric liquid crystal).
  • the pitch of the cholesteric liquid crystal can be changed depending on the magnitude of the supplied voltage. Then, the frequency band that is circularly polarized according to the change of the pitch can be changed.
  • the circular polarization element 100 can operate as a right-handed circular polarization element. And, when the cholesteric liquid crystal contains a preferential chiral substance, the circular polarizing element 100 can operate as a left circularly polarizing element.
  • one circularly polarizing element 100 having a pitch gradient continuously changing in accordance with the position can transmit light of various frequency bands Circularly polarized light. Therefore, it is necessary to move the light source or move the circular polarization element 100 so that light can be incident on various regions of the circularly polarizing element 100.
  • the circular polarization element 100 may include a moving body.
  • the moving body may include a light source and may move from one end of the circular polarization element 100 to the other end.
  • the light source can emit light in various regions of the circular polarization element 100 according to the movement of the moving body.
  • FIG. 12 is a view for explaining a wavelength variable circular polarization element using a rotator according to an embodiment of the present disclosure.
  • a rotator 30 in which a circularly polarizing element 100 is located.
  • the rotator 30 may be used for the purpose of changing the incident angle of the light incident on the element or for simultaneously changing the incident angle of the light and the incident position with respect to the element.
  • the rotator 30 can rotate based on the center point (or rotation axis).
  • the circular polarization element 100 may be positioned at a distance d from the center point of the rotator 30. That is, when changing the position of the circular polarizing element 100 so that light can be incident on various regions of the circular polarizing element 100, the rotator 30 can be used instead of the moving body.
  • the axis passing through the diameter of the rotator 30 according to the rotation of the rotator 30 can pass through various regions of the circular polarization element 100 because the circularly polarized light element 100 is disposed at a certain distance d away from the center point. That is, when the light source is positioned on the same axis as the diameter of the rotator 30, the light source can light various areas of the circular polarizer 100 according to the rotation of the rotator 30.
  • the rotator 30 may be applied to various embodiments of one circular polarization element 100 with a pitch gradient formed therein.
  • FIGS 13-19 illustrate a notch filter according to various embodiments of the present disclosure.
  • a notch filter of the first embodiment including the circularly polarizing element 100 is shown.
  • the notch filter includes a right-handed circular polarization element 100a and a left-handed circular polarization element 100b.
  • the output waveform of the notch filter can be detected using a spectrophotometer. That is, a notch filter that blocks light transmission in a predetermined frequency band PBG by combining one right-handed circular polarization element 100a of a predetermined concentration and one left-handed circular polarization element 100b can be realized.
  • the right-handed circular polarization element 100a includes a left-handed chiral substance in the cholesteric liquid crystal. Accordingly, the right-handed circular polarization element 100a reflects left-handed circularly polarized light of a certain wavelength (or frequency) band and transmits right-handed circularly polarized light.
  • the left circularly polarizing element 100b includes a chiral material in the cholesteric liquid crystal. Therefore, the left circularly polarizing element 100b has the property of reflecting right-handed circularly polarized light of a certain frequency band and transmitting left-handed circularly polarized light.
  • a light 53 is output from the light source 200.
  • the light 53 output from the light source 200 may be unpolarized light (unpolarized light) or linearly polarized light.
  • the unpolarized light and the linearly polarized light are composed of 50% right circular polarization and 50% left circular polarization, respectively.
  • the right-handed circular polarization element 100a reflects left-handed circularly polarized light of a specific wavelength (PBG) and transmits right-handed circularly polarized light. Therefore, the light 52 passing through the right-handed circular polarization element 100a may have a waveform in which a left-circularly polarized light component is removed from the PBG. The light having passed through the right-handed circular polarization element 100a reaches the left-handed circular polarization element 100b.
  • PBG specific wavelength
  • the left-handed circular polarization element 100b reflects right-handed circularly polarized light of the PBG. Therefore, the light 53 passing through the left circularly polarizing element 100b may have a waveform in which a right-circularly polarized light component is removed at a specific wavelength.
  • the left-handed circularly polarized light component in the PBG is removed from the right-handed circularly polarized element 100a and the right-handed circularly polarized light component is removed again from the left-handed circularly polarized element 100b, All wavelengths in the PBG can have a waveform that has been removed. Therefore, the notch filter can be realized using the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circular polarization element 100b.
  • the notch filter may be realized by changing the positions of the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circular polarization element 100b. That is, the left circularly polarizing element 100b may be disposed first, and the light output from the light source 200 may pass through the right circularly polarizing element 100a after passing through the left circularly polarizing element 100b.
  • the arrangement order of the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circular polarization element 100b can be applied to various notch filters described below.
  • the notch filter can be realized by using the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b of the various embodiments described above.
  • a notch filter implemented with a left-handed circular polarization element 100b including a right-handed circular polarization element 100a including a first rotator 30a and a second rotator 30b is shown.
  • the wavelength variable notch filter can be implemented by adjusting the PBG positions to coincide.
  • the right and left circular polarization elements 100a and 100b each have a constant chiral molecule concentration, and the positional shift of the PBG due to rotation can be turned clockwise or counterclockwise regardless of the rotation direction.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b may be circular polarization elements each having a pitch gradient according to various methods.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b may include different spacers, and may be a device having a gradient of a chiral substance concentration, and the light of the azo dye may be a gradient Or a pitch gradient using a temperature gradient may be formed.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b may be devices in which the nature of the chiral material is different and the gradients are formed in the same manner and at similar concentrations.
  • the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b may be disposed at a distance from the rotational axis of the first and second rotators 30a and 30b, respectively.
  • the first and second rotators 30a and 30b can rotate at the same angle. In some cases, the first rotator 30a and the second rotator 30b may rotate at different angles. In one embodiment, the first and second rotators 30a and 30b may rotate from 0 degrees to 90 degrees.
  • the light source 200 may be disposed on the same axis as the diameter of the first and second rotators 30a and 30b.
  • the light output from the light source 200 can be incident on the corresponding regions of the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circular polarization element 100b.
  • Light passing through the left circularly polarizing element 100a and the right circularly polarizing element 100b can be detected through the spectrometer 300.
  • the light output from the light source 200 may be incident on various regions of the right circular polarization element 100a and the left circular polarization element 100b according to the rotation of the first and second rotators 30a and 30b.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b can reflect light of different wavelength (or frequency) band depending on the region to which the light is irradiated by the pitch gradient. Accordingly, the notch filter shown in Fig. 14 can remove light of various wavelength bands according to the rotation of the first and second rotators 30a and 30b.
  • Embodiments of the rotator can be applied to various notch filters.
  • the notch filter may include a right-handed circular polarization element 100a and a left-handed circular polarization element 100b having gradients of chiral concentration formed therein.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circular polarization element 100b may include a first moving body 20a and a second moving body 20b, respectively.
  • the first and second moving bodies 20a and 20b can move the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b having the gradients respectively.
  • the first and second moving bodies 20a and 20b can move the same distance. In some cases, the first and second moving bodies 20a and 20b may move at different distances.
  • the light outputted from the light source 200 can be separated into various regions of the right circular polarization element 100a and the left circular polarization element 100b according to the movement of the first and second mobile bodies 20a and 20b.
  • the light output from the light source 200 is applied to various regions of the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element having the gradients, so that the notch filter can remove light of various wavelength bands.
  • Embodiments of the moving object can be applied to various notch filters.
  • the notch filter may include a first heater 160a and a second heater 160b in the right circular polarization element 100a and the left circularly polarizing element 100b at a constant concentration.
  • the notch filter may include the first moving body 20a and the second moving body 20b in the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b of a constant density.
  • the light source 200 outputs light.
  • the first heater 160a can supply heat of the first temperature to one end of the right circular polarization element 100a and the left circular polarization element 100b.
  • the second heater 160b can supply heat at a second temperature different from the first temperature to the other end of the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b.
  • the temperature gradients can be formed by the heat of the different temperatures supplied from the first heater 160a and the second heater 160b in the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b, respectively.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b can reflect light components of various wavelengths according to a region to which light is applied.
  • the notch filter shown in FIG. 16 can adjust the wavelength band of the reflected light by adjusting the temperature of the heat supplied from the first heater 160a and the second heater 160b.
  • the notch filter shown in Fig. 16 may include the first moving body 20a and the second moving body 20b.
  • the first moving body 20a and the second moving body 20b can adjust the wavelength band of the reflected light by moving the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b by the same distance, respectively.
  • the first moving body 20a and the second moving body 20b may respectively control the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circular polarization element 100b to adjust the wavelength band of reflected light.
  • the notch filter may include a right circularly polarizing element 100a and a left circularly polarizing element 100b including a certain azo dye.
  • the PBG of each circularly polarizing element can be moved toward the short wavelength side by irradiating ultraviolet rays to the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b including the azo dye, and the moved PBG position becomes the visible light VIS You can move to the long wavelength again.
  • the concentration of the azo dye contained in the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b can be variously set according to the purpose of the notch filter.
  • linear polarizing element including the azo dye
  • characteristics of the notch filter including the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b are the same as those in the above example, so a detailed description thereof will be omitted.
  • the cholesteric liquid crystals of the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circular polarization element 100b can be polymerized by heat or ultraviolet rays.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b may further include a blocking film capable of blocking ultraviolet rays or visible rays.
  • a notch filter including a right circularly polarizing element 100a and a left circularly polarizing element 100b having gradients formed according to the concentration of the azo dye converted into a cis-shape.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b may each include an ND filter having a uniform concentration of azo dye and a concentration varying uniformly.
  • the amount and intensity of the ultraviolet rays projected to the respective regions of the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b may be varied by the ND filter.
  • the ratio of the azo dye that is converted into the cis form in each region may vary.
  • the wavelength of light reflected from each of the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b may be varied.
  • the characteristics of the linear polarizing element including the azo dye and the characteristics of the notch filter including the right circular polarizing element 100a and the left circular polarizing element 100b are the same as those of the above-mentioned example, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the notch filter may include a heater 160.
  • the heater 160 can supply heat to the respective surfaces of the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circular polarization element 100b. As the temperature of the heater 160 is controlled, the wavelength of light reflected from the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b may be changed.
  • the notch filter may be implemented as a single device.
  • 20 and 21 are diagrams illustrating a method for implementing a notch filter according to another embodiment of the present disclosure.
  • the above-described circularly polarized light element is shown. That is, the polyimide layers 120a and 120b are coated on one surface of each of the pair of substrates 110a and 110b. Then, the polyimide layers 120a and 120b may be subjected to rubbing treatment as the case may be. Next, a cell is fabricated using the spacers 130 between the polyimide layers 120a and 120b, and a mixture of a nematic liquid crystal and a chiral material (dopant) is implanted. In one embodiment, the chiral material may be a left-handed chiral material.
  • the nematic liquid crystals are arranged in a counterclockwise spiral.
  • the cholesteric liquid crystal layer 140 is polymerized by irradiating ultraviolet rays.
  • One substrate 110b coated with the polyimide layer 120b of the polymerized circular polarization element is removed.
  • a substrate 110b coated with a polyimide layer 120b of a circularly polarizing element is removed.
  • the cell is fabricated using the spacer 130a.
  • FIG. 20 (c) shows a device including a new cell.
  • the cell is fabricated using the substrate 110c coated with the polyimide layer 120c and the new spacer 130a. Then, nematic liquid crystal and chiral material are injected into the fabricated cell.
  • FIG. 20 (d) shows a two-layer structure element having left-hand circular polarization and right-handed circular polarization characteristics including a new cholesteric liquid crystal layer 140a by injecting nematic liquid crystal and chiral material into the fabricated cell .
  • the new cholesteric liquid crystal layer 140a includes a preferential chiral substance.
  • the new cholesteric liquid crystal layer 140a contains a left-handed chiral substance.
  • the light transmitted through the cholesteric liquid crystal layer has the right-handed circular polarization characteristic.
  • the preferred chiral substance is contained, the light transmitted through the cholesteric liquid crystal layer has right- I have. That is, the order of production of the cholesteric liquid crystal layer having the left-handed circular polarization property and the cholesteric liquid crystal layer having the right-handed circular polarization property may be changed.
  • the concentration of chiral molecules injected so that the positions of PBG coincide with the existing cholesteric liquid crystal layer 140 and the new cholesteric liquid crystal layer 140a can be adjusted.
  • the surfaces of the pair of substrates 110a and 110c that are not coated with polyimide with respect to incident light may be used as anti-reflective coatings.
  • the cholesteric liquid crystal layers 140 and 140a used for the fabrication of the notch filter may be a material that can be polymerized by ultraviolet rays or heat.
  • the notch filter may also be fabricated in other ways.
  • a cholesteric liquid crystal layer 140b is spin-coated on a rubbed substrate 110a after the polyimide layer 120a is coated.
  • the cholesteric liquid crystal layer 140b may include a primary chiral substance, and the cholesteric liquid crystal layer 140b may have a left circular polarization property. Since the cholesteric liquid crystal layer 140b is formed through the spin coating process, only one substrate 110a is used. Then, the cholesteric liquid crystal layer 140b is polymerized when ultraviolet light is radiated slowly at room temperature so that the heat treatment process is performed at about 100 degrees for about 1 minute, and the cholesteric helical structure is formed well. A new cholesteric liquid crystal layer 140c is spin-coated on the spin-coated cholesteric liquid crystal layer 140b and formed in the same manner as the conventional cholesteric liquid crystal layer 140b.
  • FIG. 21 (b) shows a device in which a new cholesteric liquid crystal layer 140c is formed. If the previous cholesteric liquid crystal layer 140b comprises a preferential chiral material, then the new cholesteric liquid crystal layer 140c comprises a left-handed chiral material.
  • a spin coating process is performed to form a two-layer cholesteric liquid crystal layer 140b and 140c in the device. The heat treatment is performed at about 100 degrees for about one minute so that the new cholesteric liquid crystal layer 140c is well formed and the new cholesteric liquid crystal layer 140c is polymerized when the left external ray is irradiated.
  • the concentrations of the chiral molecules injected so that the positions of the PBG coincide with those of the conventional cholesteric liquid crystal layer 140b and the new cholesteric liquid crystal layer 140c can be adjusted.
  • the cholesteric liquid crystals 140b and 140c used in the fabrication of the notch filter may be a material that can be polymerized by ultraviolet rays or heat.
  • the notch filter 400 includes a bilayer of a right-handed circular polarized cholesteric liquid crystal and a left circularly polarized cholesteric liquid crystal.
  • light 53 is output from the light source 200.
  • the light 53 output from the light source 200 may be unpolarized light (unpolarized light) or linearly polarized light.
  • the non-polarized light and the linearly polarized light are composed of right-handed circularly polarized light 50% and left-hand circularly polarized light 50%.
  • Light 56 outputted from the light source 200 is transmitted through the right-handed circularly polarized cholesteric liquid crystal of the notch filter, Through the liquid crystal.
  • the right circularly polarized cholesteric liquid crystal of the notch filter 400 reflects the left circularly polarized light component in the PBG.
  • the left circularly polarized cholesteric liquid crystal of the notch filter 400 reflects the right circularly polarized light component in the PBG.
  • the right-handed circular polarized cholesteric liquid crystal of the notch filter 400 and the left circular polarized cholesteric liquid crystal PBG are the same. Therefore, the light 57 passing through the notch filter 400 may have a waveform in which the components of the PBG region are all removed.
  • the waveform of the light 57 passing through the notch filter 400 can be detected using a spectrophotometer.
  • the notch filter 400 includes a right circularly polarized cholesteric liquid crystal and a left circularly polarized cholesteric liquid crystal. And light 53 is output from the light source 200. [ As the rotator 30a rotates, the PBG position of the notch filter 400 can be moved to a shorter wavelength.
  • the right circularly polarized cholesteric liquid crystal and the left circularly polarized cholesteric liquid crystal in the notch filter 400 each have a constant chiral molecule concentration, and the positional shift of the PBG due to the rotation is independent of the rotational direction, It can be turned clockwise.
  • the right-handed circularly polarized cholesteric liquid crystals and the left-handed circularly polarized cholesteric liquid crystals in the notch filter 400 may each have a pitch gradient according to various methods.
  • the right-handed polarized cholesteric liquid crystal and the left-handed circular polarized cholesteric liquid crystal may be devices in which a gradient of the chiral substance concentration is formed
  • the light of the azo dye may be a device formed with a gradient using the property, May be used to form the pitch gradient.
  • the right circularly polarized cholesteric liquid crystal and the left circularly polarized cholesteric liquid crystal can be formed in the same manner and with the same concentration of gradients in the nature of the chiral material.
  • the notch filter 400 may be disposed at a distance from the rotation axis of the rotator 30a. In one embodiment, the rotator 30a can rotate about 90 degrees at -90 degrees.
  • the light source 200 may be disposed on the same axis as the diameter of the rotator 30a. Light passing through the notch filter 400 can be detected through the spectrometer 300.
  • the light output from the light source 200 may be split into various areas of the notch filter 400 according to the rotation of the rotator 30a.
  • the notch filter 400 may reflect light of different wavelength (or frequency) bands depending on the region to be lighted by the pitch gradient. Accordingly, the notch filter 400 shown in FIG. 23 can remove light of various wavelength bands as the rotator 30a rotates.
  • FIG. 24 is a diagram showing an output waveform of a notch filter according to an embodiment of the present disclosure.
  • a waveform of a notch filter according to various embodiments is shown.
  • one notch filter can remove various wavelengths of light according to the right-handed circular polarization element and various gradients formed on the left-handed circular polarization element.
  • the waveform of the notch filter shown in FIG. 24 shows that continuous and varying wavelengths of light can be removed from a wavelength of about 500 nm to a wavelength of about 730 nm.
  • notch filter using the linear polarization element Various embodiments of the notch filter using the linear polarization element have been described so far. As described above, the embodiment of the notch filter is not limited to the embodiment shown in the drawings. If a specific wavelength (or frequency) band can be eliminated using various linear polarization elements described above, a notch filter can be realized by combining various linear polarization elements.
  • 25 to 38 are diagrams illustrating band-pass filters according to various embodiments of the present disclosure.
  • Fig. 25 shows the band-pass filter of the first embodiment.
  • the band-pass filter may include a beam splitter 180 and a left-handed circular polarization element 100b.
  • the light source 200 outputs light.
  • the output light may be unpolarized light or linearly polarized light.
  • the light output from the light source 200 can be transmitted through the beam splitter 180.
  • the light transmitted through the beam splitter 180 reaches the left-handed circular polarization element 100b.
  • the left circularly polarizing element 100b can reflect right-handed circularly polarized light of a specific wavelength band among the arriving light. For example, a particular wavelength band may be between 490 nm and 510 nm.
  • the right-handed circularly polarized light reflected by the left circularly polarizing element 100b may be reflected by the beam splitter 180.
  • the right-handed polarized light reflected by the beam splitter 180 is converted into left-handed circularly polarized light. That is, the spectrometer 300 can detect only the left circularly polarized light having a wavelength band of 490 nm to 510 nm by the beam splitter 180 and the left circularly polarizing element 100b among the lights output from the light source 200. That is, the filter shown in Fig. 25 is a band-pass filter that allows only light having a wavelength band of 490 nm to 510 nm to pass therethrough.
  • a band-pass filter may be implemented using the right-handed circular polarization element 100a.
  • the band-pass filter includes the right-handed circular polarization element 100a
  • the light output from the light source 200 passes through the beam splitter 180 and reaches the right-handed circular polarization element 100a.
  • the right-handed circular polarization element 100a can reflect left-circularly polarized light of a specific wavelength band. For example, a particular wavelength band may be between 490 nm and 510 nm.
  • the left circularly polarized light reflected by the right-handed circular polarization element 100a may be reflected by the beam splitter 180.
  • the left circularly polarized light reflected by the beam splitter 180 is converted into right circularly polarized light. That is, the spectrometer 300 can detect only the right-circularly polarized light having a wavelength band of 490 nm to 510 nm by the beam splitter 180 and the right-handed circular polarization element 100a out of the light output from the light source 200.
  • the filter is a band-pass filter that passes only light between wavelengths of 490 nm and 510 nm.
  • an optical waveguide may be disposed instead of the beam splitter. That is, a band-pass filter that transmits light of a specific wavelength band by reflecting or separating the light reflected from the right (or left) polarizing element 100a by a beam splitter or an optical waveguide can be realized.
  • 26 shows the band-pass filter of the second embodiment.
  • the band-pass filter may include an optical waveguide 190.
  • the light output from the light source 200 can pass through the optical waveguide 190 and reach the left circularly polarizing element 100b.
  • the left-handed circular polarization element 100b can reflect right-circularly polarized light among the arriving light.
  • the reflected right-handed circularly polarized light may be totally reflected in the waveguide through the branch of the optical waveguide 190 a number of times and then output in a non-polarized state.
  • a spectrometer may be located at the end of the branch path. The spectrometer can detect light of a specific wavelength band output from the optical waveguide.
  • the band-pass filter may include a left-handed circular polarization element 100b and a right-handed circularly polarized element 100a.
  • the light output from the light source 200 passes through the beam spiller 180 and reaches the left circularly polarizing element 100b.
  • the right-handed circularly polarized light of a specific wavelength among the light reaching the left circularly polarizing element 100b is reflected by the left-circularly polarizing element 100b.
  • the specific wavelength may be between 483 nm and 516 nm.
  • the reflected right-handed circularly polarized light is reflected by the beam splitter 180 and converted into left-handed circularly polarized light.
  • the light changed to the left-handed circularly polarized light reaches the right-handed circular polarization element 100a.
  • the wavelength band to be polarized by the left circularly polarizing element 100b may be different from the wavelength band to be polarized by the right circularly polarizing element 100a.
  • the polarization wavelength of the left-handed circular polarization element 100b may be between 483 nm and 516 nm
  • the polarization wavelength of the right-handed circular polarization element 100a may be between 500 nm and 534 nm.
  • the wavelength band of light reaching the right-handed circular polarization element 100a is left-circularly polarized light between 483 nm and 516 nm.
  • the right-handed circular polarization element 100a reflects left-handed circularly polarized light between 500 nm and 534 nm. Therefore, light passing through the right-handed circular polarization element 100a is a left-handed circularly polarized light between 483 nm and 500 nm.
  • Light passing through the right-handed circular polarization element 100a can be detected through the spectrometer 300.
  • the position of the left circular polarizing element 100b and the position of the right polarizing element 100a may be changed.
  • a band-pass filter capable of adjusting a bandgap passing through the left-handed circularly polarized light element 100b and the right-handed circularly polarized element 100a having different wavelength bands can be realized.
  • the band-pass filter may include a beam splitter 180, a left-handed circular polarization element 100b, and a right-handed circular polarization element 100a.
  • the wavelength bands reflected by the left-handed circular polarization element 100b and the right-handed circular polarization element 100a may be the same.
  • the reflected wavelength band is between 490 nm and 510 nm.
  • the light output from the light source 200 and passing through the beam splitter 180 reaches the left-handed circular polarizer 100b.
  • the right circularly polarized light between 490 and 510 nm is reflected and the remaining light including the left circularly polarized light between 490 and 510 nm.
  • the left-handed circularly polarized light between 490 nm and 510 nm is reflected by the right-handed circular polarization element 100a.
  • the reflected left-handed circularly polarized light passes through the left-handed circular polarization element 100b. Therefore, the light from the left-handed circular polarization element 100b to the beam splitter 180 may include both the left-handed circular polarization component and the right-handed circular polarization component. That is, the light from the left-handed circular polarization element 100b to the beam splitter 180 may be a non-polarized light.
  • the unpolarized light can be reflected by the beam splitter 180.
  • the band-pass filter in which the left circularly polarizing element 100b and the right-handed circularly polarizing element 100a are arranged in parallel can pass light in a specific wavelength band including both the left-handed circularly polarized component and the right-handed circularly polarized component.
  • 29 shows the band-pass filter of the fifth embodiment.
  • the band-pass filter may include a left-handed circularly polarized light element 100b disposed on the mobile 20.
  • the left circular polarizing element 100b of Fig. 29 has a pitch gradient according to its position. Accordingly, the wavelength band in which the left circular polarization element 100b is reflected according to the region where the light output from the light source 200 reaches the element may be different. Therefore, as the area of the left-handed circularly polarized light element 100b to which the light is transmitted by the mobile body 20 is changed, the wavelength band to be passed may be changed.
  • the linear polarization element having the gradient formed therein has been described in detail above, so that a detailed description thereof will be omitted.
  • the bandpass filter may include a left-handed circularly polarized light element 100b and a right-handed circularly polarized light element 100a, which are connected to the beam splitter 180, the moving bodies 20a and 20b, respectively.
  • the left circularly polarizing element 100b and the right circularly polarizing element 100a are capable of reflecting light of various wavelength bands according to the position where the light reaches because the pitch gradient is formed. Then, the moving body 20 can adjust the area of the polarizing element to which the light arrives.
  • a part of the light outputted from the light source 200 and passed through the beam splitter 180 is reflected by the left-handed circular polarization element 100b. Some components of the reflected light are in a specific wavelength band and have the right-handed circular polarization characteristic. The reflected right-handed circularly polarized light is converted into left-handed circularly polarized light by a beam splitter. Some of the components of the left-handed circularly polarized light are reflected by the right-handed circular polarization element 100a. Therefore, only the light of a specific wavelength band by the combination of the left circularly polarizing element 100b and the right-handed circularly polarizing element 100a can be passed and detected by the spectrometer 300. [
  • 31 shows the band-pass filter of the seventh embodiment.
  • the band-pass filter may include a beam splitter 180, a left-handed circular polarization element 100b, and a right-handed circular polarization element 100a.
  • the spectrometer 300 can detect non-polarized light in a specific wavelength band.
  • the pitch gradient is formed by the left circularly polarizing element 100b and the right circularly polarizing element 100a
  • various band gaps can be set by the combination of the left circularly polarizing element 100b and the right-handed circularly polarizing element 100a.
  • the band-pass filter may be implemented as an optical waveguide instead of the beam splitter 180.
  • the band-pass filter may include two left-handed circularly polarized light elements 100b-1 and 100b-2 and two right-handed circularly polarized light elements 100a-1 and 100a-2.
  • the first right circularly polarized light element 100a-1 and the first left circularly polarized light element 100b-1 located in a region that is output from the light source 200 and reaches the light passing through the beam splitter 180, It is possible to reflect polarized light and right-handed polarized light. Therefore, the light reflected by the first right-handed circularly polarized element 100a-1 and the first left-handed circularly polarized element 100b-1 and directed to the beam splitter 180 may be unpolarized light.
  • the second right circularly polarized light element 100a-2 and the second left circularly polarized light element 100b-2 located in a region where the light reflected by the beam splitter 180 reaches can control the band gap (pass wavelength band) .
  • the circularly polarized wavelength band of the first right circularly polarizing element 100a-1 and the first left circularly polarizing element 100b-1 is between 480 nm and 510 nm
  • the circularly polarized wavelength band of the two-way circular polarization element 100b-2 may be between 490 nm and 520 nm.
  • the light reflected from the first right circularly polarizing element 100a-1 and the first left circularly polarizing element 100b-1 is unpolarized light between 480 nm and 510 nm. Then, when the reflected unpolarized light arrives at the second right-handed circular polarization element 100a-2, only the left circularly polarized light between 490nm and 520nm is reflected. Thus, unpolarized light having a wavelength range of 480 nm to 490 nm and right-handed circularly polarized light having a wavelength range of 490 nm to 510 nm can pass through the second right-handed circular polarization element 100a-2.
  • the second left circularly polarizing element 100b-2 reflects only the right circularly polarized light between 490nm and 520nm.
  • unpolarized light having a wavelength range of 480 nm to 490 nm can pass through the second left-handed circular polarization element 100b-2 and be detected by the spectrometer 300.
  • the band-pass filter may include an optical waveguide instead of the beam spiller 180.
  • the band-pass filter includes two right-handed circularly polarized light elements 100a-1 and 100a-2, two left circularly polarized light elements 100b-1 and 100b-2 and four heaters 160a, 160b, 160c, 160d.
  • the four heaters 160a, 160d, 160c and 160d are respectively connected to the first and second right polarization elements 100a-1 and 100a-2 and the first and second left polarization elements 100b-1 and 100b- Heat can be supplied.
  • the wavelength band of the light reflected by the first right-handed circularly polarized element 100a-1 and the first left-handed circularly polarized element 100b-1 may be the same.
  • the wavelength band of the light reflected by the second right-handed circular polarization element 100a-2 and the second left-handed circularly polarized element 100b-2 may be the same.
  • Each of the heaters 160a, 160b, 160c, and 160d may be set to the same temperature and may be set to another temperature.
  • the circularly polarized wavelength bands of the right-handed circularly polarized light filters 100a-1 and 100a-2 and the left-hand circularly polarized light filters 100b-1 and 100b-2 are changed in accordance with the temperature of the heat supplied from each of the heaters 160a, 160b, 160c and 160d It can be different.
  • the first right circularly polarizing element 100a-1 and the first left circularly polarizing element 100b-1 respectively reflect the left-handed polarized light and the right-handed circularly polarized light and reflect the unpolarized light of a specific pass wavelength band to the beam splitter 180 .
  • the second right-handed circular polarization element 100a-2 and the second left-handed circularly polarized element 100b-2 can adjust the pass wavelength band.
  • the detailed operation of the band-pass filter is the same as that described above, so a detailed description thereof will be omitted.
  • the band-pass filter may include right-handed circularly polarized light elements 100a-1 and 100a-2 including moving objects and left-handed circularly polarized light elements 100b-1 and 100b-2.
  • Pitch gradients can be formed in the right circularly polarized light elements 100a-1 and 100a-2 and the left circularly polarized light elements 100b-1 and 100b-2.
  • the pitch gradient can be formed using the temperature, the concentration of the chiral substance, the concentration of the azo dye, the cis-type conversion ratio by the amount of ultraviolet incident or intensity, and the distance of the pitch depending on the size of the spacer.
  • the gradients of the first right-handed circular polarization element 100a-1 and the first left-handed circularly polarized element 100b-1 may be formed at the same ratio.
  • the gradients of the second right-handed circular polarization element 100a-2 and the second left-handed circularly polarized element 100b-2 can also be formed at the same ratio.
  • the first right-handed circular polarizing element 100a-1 is disposed on the first moving body 20a-1 and the first left polarizing element 100b-1 is disposed on the first moving body 20a-2. have.
  • the second right-handed circular polarization element 100a-2 is disposed on the second-1 moving body 20b-1 and the second left circularly polarized element 100b-2 is disposed on the second 2-nd moving body 20b-2 .
  • the 1-1 moving body 20a-1 and the 1-2 moving body 20a-2 can move at the same distance. At this time, the first moving object 20a-1 and the first moving object 20a-2 are moved by using either one of the first moving object 100a-1 and the first left-handed circularly polarizing element 100b -1) may be moved simultaneously.
  • the 2-1 moving body 20b-1 and the 2-2 moving body 20b-2 can move the same distance.
  • the second-first moving object 20b-1 and the second-2 moving object 20b-2 are moved by using either one of the second right-handed circular polarizing element 100a-2 and the second left circularly polarizing element 100b -2) at the same time.
  • the first right circularly polarizing element 100a-1 and the first left circularly polarizing element 100b-1 respectively reflect the left-handed circularly polarized light and the right-handed circularly polarized light and transmit the unpolarized light of a specific pass wavelength band to a beam splitter 180).
  • the second right-handed circular polarization element 100a-2 and the second left-handed circularly polarized element 100b-2 can adjust the pass wavelength band.
  • the detailed operation of the band-pass filter is the same as that described above, so a detailed description thereof will be omitted.
  • the band-pass filter may include a rotator in place of the moving body, and may include an optical waveguide instead of the beam spiller 180.
  • the wavelength variable bandpass filter of the various embodiments described above may be used as a monochrometer, a tunable mirror, or a spectrophotometer including a detector.
  • Fig. 35 shows the band-pass filter of the eleventh embodiment.
  • the band-pass filter may include a beam splitter 180, and a notch filter 400 composed of two layers of a left-handed circular polarizer and a right-handed circular polarizer.
  • the light source 200 outputs light.
  • the output light may be unpolarized light or linearly polarized light.
  • the light output from the light source 200 can be transmitted through the beam splitter 180.
  • the light transmitted through the beam splitter 180 reaches the notch filter 400.
  • the notch filter 400 can reflect light of a specific wavelength band (PBG) out of the arriving light.
  • PBG specific wavelength band
  • the notch filter 400 includes a right-handed circular polarized cholesteric liquid crystal and a left circularly polarized cholesteric liquid crystal
  • the light reflected by the notch filter 400 has both left-handed circular polarization components and right-handed circular polarization components.
  • a particular wavelength band may be between 490 nm and 510 nm.
  • the light reflected by the notch filter 400 may be reflected by the beam splitter 180.
  • the spectrometer 300 can detect only light having a wavelength band ranging from 490 nm to 510 nm out of the light output from the light source 200. That is, the filter shown in Fig. 35 is a band-pass filter that passes only light between wavelengths of 490 nm and 510 nm.
  • an optical waveguide may be disposed instead of the beam splitter. That is, a band-pass filter that reflects or separates the light reflected from the notch filter 400 into a beam splitter or an optical waveguide and passes light in the PBG region can be realized.
  • the band-pass filter may include notch filters 400a and 400b having a two-layered structure of two left and right polarisers.
  • the light output from the light source 200 passes through the beam spiller 180 and reaches the first notch filter 400a.
  • the light of a specific wavelength among the light reaching the first notch filter 400a is reflected by the first notch filter 400a.
  • the notch filter since the notch filter includes a right-handed circular polarized cholesteric liquid crystal and a left circularly polarized cholesteric liquid crystal, the light reflected from the notch filter has both a left-handed circular polarization component and a right-handed circular polarization component.
  • the specific wavelength may be between 483 nm and 516 nm.
  • the reflected light is reflected by the beam splitter 180 and reaches the second notch filter 400b.
  • the wavelength band reflected by the first notch filter 400a may be different from the wavelength band reflected by the second notch filter 400b.
  • the wavelength band reflected by the first notch filter 400a may be between 483 nm and 516 nm
  • the wavelength band reflected by the second notch filter 400b may be between 500 nm and 534 nm.
  • the wavelength band of the light reaching the second notch filter 400b is between 483 nm and 516 nm.
  • the second notch filter 400b reflects light between 500 nm and 534 nm.
  • the light passing through the second notch filter 400b is between 483 nm and 500 nm.
  • Light passing through the second notch filter 400b may be detected through the spectrometer 300.
  • a band-pass filter capable of adjusting a bandgap passing through the first notch filter 400a and the second notch filter 400b having different wavelength bands can be realized.
  • the light source 200 may be a light source of a narrow wavelength region (for example, 450 nm to 550 nm region) or a light source of a wide wavelength region.
  • a filter which passes only light of a specific wavelength range can be used.
  • a fluorescence dichroic filter 50 (passing only light of a specific wavelength range, for example, passing only light of 450 nm to 550 nm) may be disposed after the light source to block light of an undesired wavelength range in the light source.
  • the first notch filter 400a and the second notch filter 400b may include a first moving body 20a and a second moving body 20b, respectively.
  • the light outputted from the light source 200 is divided into various areas of the first notch filter 400a and the second notch filter 400b in accordance with the movement of the moving bodies 20a and 20b, 400a and the second notch filter 400b may reflect light of different PBG regions.
  • the first notch filter 400a moves the first moving body 20a such that the first notch filter 400a is positioned to reflect the light 61 in the wavelength band 420nm to 500nm, and the second notch filter 400b moves the wavelength band 510nm It is possible to move the second mobile 20b so as to reflect the light 63 between 590 nm and 590 nm.
  • the light output from the light source 200 passes through a fluorescence dichroic filter 50 (passing only light of 450 nm to 550 nm).
  • Light in the 450 nm to 550 nm region passed through the fluorescence dichroic filter reaches the first notch filter 400a.
  • the light passing through the first notch filter 400a is light whose wavelength is 420 nm to 500 nm.
  • Light between 500 nm and 550 nm passing through the first notch filter 400a reaches the second notch filter 400b.
  • the second notch filter 400b removes the light between the wavelength band 510 nm and 590 nm.
  • the light passing through the second notch filter 400b may include a component 63 between the wavelength band of 500 nm and 510 nm.
  • the filter including the moving object can operate as a tunable band-pass filter having a band width of 10 nm in the range of 450 nm to 550 nm by moving the first moving body 20a and the second moving body 20b.
  • the light source may be a light source of a narrow wavelength region (for example, an area of 450 nm to 550 nm) or a light source of a wide wavelength region.
  • a filter which passes only light of a specific wavelength range can be used.
  • a fluorescence dichroic filter 50 (passing only light of a specific wavelength range, for example, passing only light of 450 nm to 550 nm) may be disposed after the light source to block light of an undesired wavelength range in the light source.
  • the PBG positions of the first and second notch filters 400a and 400b can be shifted to short wavelengths.
  • a tunable bandpass filter can be realized. That is, a band-pass filter can be realized in which the PBG positions of the first and second notch filters 400a and 400b are shifted to pass the light 68 in a specific wavelength region.
  • the positional shift of the PBG due to rotation can be turned clockwise or counterclockwise irrespective of the direction of rotation.
  • the first notch filter 400a and the second notch filter 400b may each be a notch filter having a pitch gradient according to various schemes.
  • the first notch filter 400a and the second notch filter 400b may be disposed at a predetermined distance from the rotation axis of the first and second rotators 30a and 30b, respectively.
  • the first and second rotators 30a and 30b can rotate at different angles.
  • another filter may be used instead of a fluorescence dichroic filter (passing only light of a specific wavelength range, for example, passing only light of 450 nm to 550 nm) in order to pass only light of a specific wavelength range .
  • a fluorescence dichroic filter passing only light of a specific wavelength range, for example, passing only light of 450 nm to 550 nm
  • one band-pass filter can pass various wavelength bands of light in accordance with the right-handed circular polarization element and various gradients formed on the left-handed circular polarization element.
  • the waveform of the band-pass filter shown in FIG. 39 shows that continuous and various wavelength band light can be transmitted from a wavelength of about 460 nm to a wavelength of about 750 nm.
  • band-pass filters using linear polarization elements have been described so far. As described above, the embodiment of the band-pass filter is not limited to the embodiment shown in the drawings.
  • a band-pass filter can be realized by combining various linear polarizing elements, as long as a specific wavelength (or frequency) band can be passed using various linear polarization elements described above.
  • the light intensity of 1% to 3% can transmit the optical band of the notch filter depending on the quality of the anti-reflective coating.
  • the transmission light of 1% to 3% may be neglected in some cases, but may not be negligible in a precision optical sensor or a device.
  • the light source is a high output laser
  • the characteristics of the pass filter or the notch filter may be deteriorated. High-power lasers are large in energy because some of the light in the wavelength region to be reflected is transmitted through the polarizing element.
  • a high power laser may mean a laser having a power of at least 30 mW of a CW laser.
  • the above-described criterion is an embodiment, and the criterion for classifying the high-power laser may be different.
  • a notch filter and a band-pass filter having excellent characteristics even when a high-power laser is used as a light source will be described. It is a matter of course that the band-pass filter and the notch filter described below can also be used as a light source of a low-power laser.
  • 40 and 43 are diagrams illustrating a method of implementing a filter including a plurality of cholesteric liquid crystal layers according to one embodiment of the present disclosure.
  • One circular polarization element can have the characteristics of a band-pass filter according to the angle of the incident light. That is, the circular polarization element may be a filter.
  • the filter includes a pair of substrates 110a and 110b, a polyimide layer 120a and 120b coated on one surface of each of the pair of substrates 110a and 110b, a polyimide layer 120a and 120b, And a cholesteric liquid crystal layer 140 comprising a material.
  • the cholesteric liquid crystal layer 140 is polymerized by ultraviolet rays or heat.
  • the cholesteric liquid crystal may be a substance which can be polymerized by ultraviolet rays or heat.
  • the polyimide layers 120a and 120b may be rubbed as the case may be.
  • Anti Reflection (AR) layers 125a and 125b may be coated on the other surfaces of the pair of substrates 110a and 110b. That is, the outer surface of the filter may be coated with the anti-reflection layers 125a and 125b.
  • One substrate 100b coated with the polyimide layer 120b of the filter is removed.
  • one substrate 110b coated with the polyimide layer 120b of the filter is removed. After one substrate 110b of the filter is removed, the cell is fabricated using the spacer 130-1.
  • FIG. 40 (c) shows a device including a new cell.
  • the cell is fabricated using the substrate 110b coated with the polyimide layer 120b and the new spacer 130-1. Then, nematic liquid crystal and chiral material are injected into the fabricated cell. After injection of the chiral material, the cholesteric liquid crystal layer is polymerized by ultraviolet rays or heat.
  • the cholesteric liquid crystal may be a substance which can be polymerized by ultraviolet rays or heat.
  • FIG. 40 (d) shows a two-layer structure filter having left and right circular polarization characteristics including a new cholesteric liquid crystal layer 140a by injecting nematic liquid crystal and chiral material into the fabricated cell .
  • the new cholesteric liquid crystal layer 140a includes the preferential chiral substance.
  • the cholesteric liquid crystal layer 140 of FIG. 40 (a) includes a preferential chiral substance
  • the new cholesteric liquid crystal layer 140a contains a left-handed chiral substance.
  • the cholesteric liquid crystal layer When a left-handed chiral substance is included, the cholesteric liquid crystal layer has the right-handed circular polarization property, and when the right chiral substance is contained, the cholesteric liquid crystal layer has the left-handed circular polarization property.
  • the order of manufacturing the cholesteric liquid crystal layer of the left circular polarization property and the cholesteric liquid crystal layer of the right circular polarization property may be changed.
  • the concentration of chiral molecules injected so that the positions of PBG coincide with the existing cholesteric liquid crystal layer 140 and the new cholesteric liquid crystal layer 140a can be adjusted.
  • One substrate 100b coated with the polyimide layer 120b of the filter is removed.
  • a substrate 110b on which a polyimide layer 120b of a filter is coated is removed. After one substrate 110b of the filter is removed, an additional cell is fabricated using the spacer 130-2.
  • Fig. 40 (f) an element including an additional cell is shown.
  • the cell is fabricated using the substrate 110b coated with the polyimide layer 120b and the new spacer 130-2. Then, nematic liquid crystal and chiral material are injected into the fabricated cell.
  • the cholesteric liquid crystal layer is polymerized by ultraviolet rays or heat.
  • FIG. 40 (g) shows a filter including a new cholesteric liquid crystal layer 140b by injecting nematic liquid crystal and chiral material into the fabricated cell.
  • One substrate 100b coated with the polyimide layer 120b of the filter is removed, and nematic liquid crystal and chiral material are injected into the cells between the spacers 130-3.
  • the cholesteric liquid crystal layer 140b is polymerized by ultraviolet rays or heat.
  • a filter having a four-layer structure sequentially having right and left circular polarization characteristics. That is, the filter having the four-layer structure includes a cholesteric liquid crystal layer 140 having a right-handed circular polarization characteristic, a cholesteric liquid crystal layer 140a having left-handed circular polarization characteristics, and a cholesteric liquid crystal layer 140b having right- ), And a cholesteric liquid crystal layer 140c having left-handed circular polarization characteristics.
  • a cholesteric liquid crystal layer 140 having right circularly polarized light characteristics a cholesteric liquid crystal layer 140a having right circularly polarized light characteristics, a cholesteric liquid crystal layer 140b having left circularly polarized light characteristics, And a cholesteric liquid crystal layer 140c.
  • the filter can be made in other ways.
  • the filter includes a pair of substrates 110a and 110b, a polyimide layer 120a and 120b coated on one surface of each of the pair of substrates 110a and 110b, a polyimide layer 120a and 120b, And a cholesteric liquid crystal layer 140 comprising a material.
  • the chiral substance may be a left-handed chiral substance, and may be a first-order chiral substance.
  • the cholesteric liquid crystal layer 140 can be formed by injecting a chiral dopant mixture between the spacers 130 and polymerizing them by ultraviolet rays or heat.
  • the polyimide layers 120a and 120b may be rubbed as the case may be.
  • the respective substrates 110a and 110b coated with the polyimide layers 120a and 120b are removed.
  • each substrate 110a, 110b is removed.
  • a polymerized cholesteric liquid crystal layer 140 can be obtained.
  • FIG. 41 (c) a plurality of polymer-rotated cholesteric liquid crystal layers in which a polymerized cholesteric liquid crystal layer is divided into several small pieces is shown. If the plurality of cholesteric liquid crystal layers 140-1, 140-2, and 140-3 obtained in the procedures of Figs. 41 (a) and 41 (b) are cholesteric liquid crystal layers having the right- A cholesteric liquid crystal layer having a left-handed circular polarization characteristic can also be obtained. Alternatively, if the plurality of cholesteric liquid crystal layers 140-1, 140-2, 140-3 obtained in the procedure of Figs.
  • 41 (a) and 41 (b) are cholesteric liquid crystal layers having left-
  • a cholesteric liquid crystal layer having the right-handed circular polarization characteristic can also be obtained.
  • the plurality of cholesteric liquid crystal layers 140-1, 140-2, 140-3 obtained in the processes of Figs. 41 (a) and 41 (b) are liquid crystal layers having right- do.
  • 41 (c) shows a plurality of cholesteric liquid crystal layers 140-1, 140-2, 140-3 having right-handed circular polarization characteristics and a plurality of cholesteric liquid crystal layers 140a-1 , 140a-2, 140a-3.
  • cholesteric liquid crystal layers having different characteristics are shown, but the cholesteric liquid crystal layers may be formed in different numbers such as two or four.
  • the cholesteric liquid crystal layers 140-1, 140-2, 140-3, 140a-1, 140a-2, and 140a-3 may be fabricated to have a constant chiral density or have a pitch gradient.
  • the filter can be manufactured by alternately laminating cholesteric liquid crystal layers having different characteristics.
  • the filter is formed by sequentially stacking polyimide layers 120a and 120b and polyimide layers 120a and 120b coated on one surface of each of a pair of substrates 110a and 110b, a pair of substrates 110a and 110b.
  • the non-reflecting layers 125a and 1250b may be coated on the other surfaces of the substrates 110a and 110b.
  • the filter may be fabricated by laminating a plurality of cholesteric liquid crystal layers having the same characteristics.
  • Fig. 41 (e) shows a filter in which a plurality of cholesteric liquid crystal layers having the same characteristics are stacked.
  • the filter can be manufactured by stacking a plurality of cholesteric liquid crystal layers 140-1, 140-2, 140-3, and 140-4 having right-handed circular polarization characteristics.
  • the filter may be manufactured by laminating a plurality of cholesteric liquid crystal layers 140a-1, 140a-2, 140a-3, and 140a-4 having left-handed circular polarization characteristics.
  • the cholesteric liquid crystal layer may be produced by another method.
  • the cell may be manufactured by spin coating a cholesteric liquid crystal 140 including a chiral substance on the substrate 110a coated with the polyimide layer 120a.
  • the cholesteric liquid crystal can be obtained by removing the substrate 110a coated with the polyimide layer 120a in the fabricated cell.
  • the separated cholesteric liquid crystal 140 is shown.
  • the cholesteric liquid crystal containing the left-handed chiral substance has the right-handed circular polarization property with respect to the transmitted light
  • the cholesteric liquid crystal including the preferred chiral substance has the left circular polarization property with respect to the transmitted light .
  • the cholesteric liquid crystal having different characteristics can be divided into a plurality of small pieces and can be manufactured in plural.
  • 41 (d) cholesteric liquid crystals having different characteristics can be alternately laminated in order to produce a filter.
  • a plurality of A cholesteric liquid crystal may be laminated to form a filter.
  • the filter can be made in other ways.
  • a cholesteric liquid crystal divided into a plurality of pieces is shown. 41 (d), cholesteric liquid crystal pieces having different characteristics can be alternately laminated in order to produce a filter. Similarly to the case described in Fig. 41 (e), a plurality The filter may be fabricated by laminating a plurality of cholesteric liquid crystal pieces. When the cholesteric liquid crystal piece was divided, the cholesteric liquid crystals were divided into reference planes in the xy plane. A single cholesteric liquid crystal may be divided into a plurality of layers, and a filter including a cholesteric liquid crystal layer may be fabricated.
  • a filter including a plurality of cholestric liquid crystal layers can have excellent filter performance even when a high output laser beam is input. That is, the filter including the relatively thick cholesteric liquid crystal layer can effectively block (or reflect) light of a certain wavelength band even when high power laser light is input.
  • Various embodiments for implementing a notch filter and a bandpass filter are described below.
  • Figs. 44 to 45 are diagrams for explaining the structure of a filter including a plurality of cholesteric liquid crystal layers according to an embodiment of the present disclosure. Fig.
  • a filter including a plurality of circular polarization elements is shown.
  • the filter includes a plurality of right-eye polarizing elements 100a and a plurality of left-handed polarizing elements 100b. 44.
  • the filter may include various numbers of right and left circular polarization elements 100a and 100b.
  • An anti-reflection layer may be coated on the outermost surfaces of the respective right and left circular polarization elements 100a and 100b.
  • the cholesteric liquid crystal layers included in the right and left polarizing elements 100a and 100b may contain a certain concentration of chiral material or may have a pitch gradient.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circular polarization element 100b of the filter can be alternately arranged at predetermined intervals. Therefore, an air layer may exist between the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circular polarization element 100b.
  • the right-handed circular polarization element 100a is arranged first, the right-circularly polarized light element 100a, the left-handed circularly polarized element 100b, the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b may be arranged in this order .
  • the left circularly polarizing element 100b when the left circularly polarizing element 100b is disposed first, the left circularly polarizing element 100b, the right circularly polarizing element 100a, the left circularly polarizing element 100b, and the right-handed circularly polarizing element 100a can be disposed.
  • a filter of another structure including a plurality of circular polarization elements is shown.
  • the filter includes a plurality of right-eye polarizing elements 100a and left-handed circularly polarizing elements 100b.
  • the right-handed circular polarization element 100a may include a substrate coated with a polyimide layer on one surface, a cholesteric liquid crystal layer disposed between the polyimide layers and including a left-handed chiral material, A substrate coated with a polyimide layer, and a cholesteric liquid crystal layer positioned between the polyimide layers and including a preferential chiral material.
  • the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b may be disposed alternately and the index matching material layer 145 may be disposed between the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b.
  • the index matching material layer 145 is a material having substantially the same refractive index as the substrate (e.g., glass) when the light passes through the right-handed circular polarization element 100a and is incident on the left-handed circularly polarized element 100b disposed next, When the light passes through the left circularly polarizing element 100b and is incident on the right-right circularly polarizing element 100a disposed next, the light can be prevented from being reflected.
  • the index matching material 145 may include a paste or index matching oil that is absorptive to the incident light.
  • the non-reflective layer may be coated on the surface of the right circularly polarizing element 100a and the left side polarizing element 100b other than the surface of the index matching material layer 145. That is, the non-reflective layer may be coated on both sides (a, b) of the outermost side of the filter.
  • Figures 46-48 illustrate a notch filter including a plurality of cholesteric liquid crystals in accordance with one embodiment of the present disclosure.
  • the notch filter may include a plurality of right-handed polarizing elements 100a and left-handed circularly polarizing elements 100b.
  • a notch filter including a plurality of right-handed circular polarization elements 100a and a left-handed circularly polarized light element 100b can be manufactured by the method and structure described in Figs. 40 to 45.
  • the plurality of right-handed circular polarization elements 100a and left-handed circularly polarized elements 100b may contain a constant concentration of chiral material or may have a pitch gradient.
  • the light source 200 may include a high power laser.
  • the light output from the light source 200 may be unpolarized light or linearly polarized light.
  • the unpolarized light and the linearly polarized light are composed of 50% right circular polarization and 50% left circular polarization, respectively.
  • the plurality of right-eye polarizing elements 100a reflect left-handed circularly polarized light of a specific wavelength (PBG) and transmit right-handed circularly polarized light.
  • the left-handed circular polarization element 100b reflects right-handed circularly polarized light of a specific wavelength and transmits left-handed circularly polarized light. That is, since the left-handed circularly polarized light component in the PBG is removed from the right-handed circularly polarized light element 100a and the right-handed circularly polarized light component is removed from the left-handed circularly polarized element 100b, Lt; / RTI > Light passing through the notch filter can be detected through the spectrometer 300.
  • the notch filter may include a rotator.
  • the rotator can rotate the notch filter.
  • the notch filter may be disposed in a region separated from the rotation axis of the rotator by a predetermined distance d.
  • the light source 200 may be disposed on the same axis as the diameter of the rotator, and the light source 200 and the spectrometer 300 may be disposed on the same axis.
  • the rotator can change the incidence angle of the light incident on the notch filter or the position of the notch filter on which the light is incident. Therefore, the PBG position of the notch filter can change because the angle of incidence of light or the position of the notch filter to be incident is changed in accordance with the rotation of the rotator.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b included in the notch filter can have a pitch gradient according to various methods described above.
  • the light output from the light source 200 may be incident on various regions of the right circular polarization element 100a and the left circular polarization element 100b according to the rotation of the rotator.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b can reflect light of different wavelength (or frequency) band depending on the region to which the light is irradiated by the pitch gradient. Therefore, the notch filter can remove light of various wavelength bands according to the rotation of the rotator.
  • the notch filter can change the position of the PBG according to the rotation of the rotator.
  • the bandwidth of the changeable wavelength may be between about 100 nm and 150 nm, and the bandwidth of the changeable wavelength with a pitch gradient may be between about 400 nm and 500 nm have.
  • the notch filter may include a plurality of right-eye polarizing elements 100a and left-handed circularly polarizing elements 100b each of which has a gradient of a chiral concentration.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circular polarization element 100b may include a first moving body 20a and a second moving body 20b, respectively.
  • the first and second moving bodies 20a and 20b can move the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b having the gradients respectively.
  • the first and second moving bodies 20a and 20b can move the same distance. In some cases, the first and second moving bodies 20a and 20b may move at different distances.
  • the light outputted from the light source 200 can be separated into various regions of the right circular polarization element 100a and the left circular polarization element 100b according to the movement of the first and second mobile bodies 20a and 20b.
  • the light output from the light source is applied to various regions of the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b on which the gradients are formed, so that the notch filter can remove light in various wavelength bands. That is, the position of the PBG can be changed according to the movement of the first and second moving bodies 20a and 20b.
  • the number of the right circularly polarizing element 100a and the left circularly polarizing element 100b included in the notch filter can be variously set as needed.
  • the notch filter may change the band width using two notch filter sets.
  • the notch filter system may include a first set of notch filters and a second set of notch filters.
  • Each notch filter set may include a plurality of right-handed circularly polarized light elements 100a and 100a-1 and left-handed circularly polarized light elements 100b and 100b-1, each of which has a gradient of a chiral gradient.
  • the right-handed circular polarization elements 100a and 100a-1 and the left-handed circularly polarized elements 100b and 100b-1 may include the first movable bodies 20a and 20a-1 and the second movable bodies 20b and 20b-1, respectively have.
  • the first and second moving bodies 20a, 20a-1, 20b and 20b-1 can move the right-handed circularly polarized light elements 100a and 100a-1 and the left-handed circularly polarized light elements 100b and 100b-1, .
  • the moving bodies 20a, 20a-1, 20b, and 20b-1 of the first notch filter set and the second notch filter set can move the same distance. In some cases, the moving bodies 20a, 20b of the first notch filter set and the moving bodies 20a-1, 20b-1 of the second notch filter set may move at different distances.
  • the light outputted from the light source 200 according to the movement of the first and second mobile bodies 20a-20b-1 is transmitted through the right circular polarization elements 100a and 100a-1 and the left circular polarization elements 100b and 100b -1). ≪ / RTI >
  • the light output from the light source falls on various regions of the left-handed circularly polarized light elements 100a and 100a-1 and the left-handed circularly polarized light elements 100b and 100b-1 formed with gradients so that the notch filter system can remove light of various wavelength bands have.
  • the bandwidth of each of the first and second notch filter sets may be approximately 50 nm.
  • the first notch filter set can remove light having a band width of 50 nm from 490 nm to 540 nm.
  • the moving object 20a-1, 20b-1 of the second notch filter set allows the second notch filter set to remove light with a bandwidth of 50 nm from 520 nm to 570 nm. Therefore, light passing through the first and second notch filter sets can remove light having a band width of 80 nm from 420 nm to 570 nm.
  • the band width can be varied from 50 nm to 100 nm according to the movement of the moving body 20a, 20b, 20a-1, 20b-1 included in the first and second notch filter sets.
  • the number of notch filter sets can be variously set as needed.
  • FIGS. 49 to 54 are diagrams for explaining a bandpass filter including a plurality of cholesteric liquid crystals according to an embodiment of the present disclosure.
  • the band-pass filter shown in Figs. 49 to 54 does not include a beam splitter.
  • the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b included in the band-pass filter may contain a constant concentration of chiral material or may have a pitch gradient.
  • the number of the right-handed circular polarization element 100a and the left-handed circularly polarized element 100b included in the band-pass filter can be variously set according to the output power of the light source and the like.
  • the band-pass filter may include a plurality of right-handed polarizing elements 100a.
  • a band-pass filter including a plurality of right-handed polarizing elements 100a can also be manufactured by the method and structure described in Figs. 40 to 45. Fig.
  • the light source 200 and the spectrometer 300 may be arranged to form a certain angle together with the band-pass filter. 49, the angle formed by the light source 200, the band-pass filter and the spectrometer 300 may be an arbitrary angle depending on the purpose, for example, the angle at which the light is incident is 45 .
  • the light output from the light source 200 may be incident on the band-pass filter at a predetermined angle.
  • the light output from the light source 200 may be reflected by the band-pass filter and detected by the spectrometer 300.
  • the light source may include a high power laser.
  • the light output from the light source 200 may be unpolarized light or linearly polarized light.
  • the unpolarized light and the linearly polarized light are composed of 50% right circular polarization and 50% left circular polarization, respectively.
  • the plurality of right-eye polarizing elements 100a reflect left-handed circularly polarized light of a specific wavelength (PBG) and transmit right-handed circularly polarized light. Therefore, the band-pass filter including the plurality of right-eye polarizing elements 100a reflects only the left-handed circularly polarized light component in the PBG, so that the spectrometer 300 can detect the waveform passed through only the left-handed circularly polarized light of a certain band.
  • PBG specific wavelength
  • a band-pass filter including a plurality of left-handed circular polarization elements may also be realized. Since the bandpass filter including the plurality of left-handed circular polarization elements reflects only the right-handed circularly polarized light component in the PBG, the spectrometer 300 can detect the waveform passed through only the right-handed circularly polarized light of a certain band.
  • the band-pass filter may include a plurality of right-eye polarizing elements 100a and left-eye polarizing elements 100b. Each of the left and right polarizing elements 100a and 100b may have a pitch of a predetermined concentration or may have a pitch gradient by various methods of the above-described embodiment.
  • a band-pass filter including a plurality of right-handed circular polarization elements 100a and left-handed circular polarization elements 100b may also be manufactured by the method and structure described in FIGS. 40 to 45.
  • the light source 200 and the spectrometer 300 are arranged to form a certain angle together with the band-pass filter so that the light reflected by the band-pass filter can be detected by the spectrometer 300.
  • the light source may include a high power laser.
  • the plurality of right-eye polarizing elements 100a reflect left-handed circularly polarized light of a specific wavelength (PBG) and transmit right-handed circularly polarized light.
  • the plurality of left-handed circular polarization elements 100b reflect right-handed circularly polarized light of a specific wavelength and transmit left-handed circularly polarized light.
  • the spectrometer 300 can detect a waveform in which a non-polarized light of a certain band is passed.
  • the band-pass filter can include a moving body so that the positions of the optical band gaps can coincide with each other, and the wavelength of the band-pass filter can be varied by moving the position.
  • a bandpass filter according to another embodiment is shown.
  • the bandpass filter may include two right-handed polarizing elements 100a and 100a-1.
  • the light output from the light source 200 reflects left-handed circularly polarized light of a specific wavelength by the first right-handed circular polarization element 100a.
  • the specific wavelength may be between 490 nm and 540 nm.
  • the reflected left-handed circularly polarized light reaches the second right-handed circular polarization element 100a-1.
  • the wavelength band to be polarized by the second right-handed circularly polarized element 100a-1 may be different from the wavelength band of the first right-handed circularly polarized element 100a.
  • the wavelength band of the second right-handed circular polarization element 100a-1 may be between 510 nm and 560 nm.
  • the wavelength band of light reaching the second right-handed circular polarization element 100a-1 is left-handed circularly polarized light between 490 nm and 540 nm.
  • the second right-handed circular polarization element 100a-1 reflects left-handed circularly polarized light between 510 nm and 560 nm. Therefore, light passing through the second right-handed circular polarization element 100a-1 is left-handed circularly polarized light between 490nm and 510nm. Therefore, the band width of the light can be reduced by the two-poled element 100a-1.
  • the band-pass filter may include a left-handed circularly polarized element instead of a right-handed circularly polarized element. If the wavelength bands are the same, the light passing through the band pass filter including the left circularly polarized element is right circularly polarized light between 490 nm and 510 nm.
  • the first right-handed circular polarization element 100a and the second right-handed circular polarization element 100a-1 may include the moving bodies 20a and 20a-1, respectively.
  • the wavelength band detected by the spectrometer 300 may change when the first right-handed circular polarization element 100a and the second right-handed circular polarization element 100a-1 are moved by the moving bodies 20a and 20a-1.
  • the band pass filter may rotate the first right-handed circular polarization element 100a including the above-described rotator in place of the moving bodies 20a and 20a-1.
  • a bandpass filter according to another embodiment is shown.
  • the band pass filter includes a reflection portion including the first right polarization element 100a and the first left polarization element 100b and a second right polarization element 100a-1 and a second left polarization element 100b-1 Band cut-out portion.
  • Each of the left and right polarizing elements 100a, 100b, 100a-1, and 100b-1 may have a constant density pitch or may have a pitch gradient according to various embodiments described above.
  • the light output from the light source 200 reflects left-handed circularly polarized light of a specific wavelength by the first right-handed circularly polarized light element 100a of the reflective portion and reflects right-handed circularly polarized light of the same specific wavelength by the first left- . Therefore, the light reflected by the reflection portion is non-polarized light.
  • the specific wavelength may be between 490 nm and 540 nm. The reflected unpolarized light reaches the band cut.
  • the wavelength band to be polarized in the band cutting portion may be different from the wavelength band of the reflection portion.
  • the wavelength band of the second right-handed circular polarization element 100a-1 and the second left circular polarization element 100b-1 may be between 510 nm and 560 nm.
  • the wavelength band of the light reaching the band cutout is unpolarized light between 490 nm and 540 nm.
  • the second right-handed circular polarization element 100a-1 of the band-cut portion reflects left-handed circularly polarized light between 510nm and 560nm
  • the second left-handed circularly polarized element 100b-1 reflects right-handed circularly polarized light of 510nm to 560nm . Therefore, the light passing through the second right circularly polarizing element 100a-1 and the second left circularly polarizing element 100b-1 is unpolarized light between 490nm and 510nm.
  • the right-handed circular polarization elements 100a and 100a-1 and the left-handed circular polarization elements 100b and 100b-1 may include the moving bodies 20a, 20a-1, 20b and 20b-1, respectively.
  • the first right circularly polarized light element 100a, the first left circularly polarized element 100b, the second right circularly polarized element 100a-1 and the second left circularly polarized light element 100b are moved by the moving bodies 20a, 20b, 20a-1,
  • the wavelength band detected by the spectrometer 300 may be changed when the light source 100b-1 moves.
  • the band-pass filter may rotate the first right-handed circular polarization element 100a and the first left-handed circularly polarized element 100b including the rotator described above instead of the moving bodies 20a, 20a-1, 20b, and 20b-1.
  • the bandpass filter may include a band cutout that includes a reflector including first right poled element 100a and second and third right poled elements 100a-1 and 100a-2.
  • Each right-handed circular polarization element 100a, 100a-1, 100a-2 may have a constant density pitch or may have a pitch gradient according to various embodiments described above.
  • the light output from the light source reflects the left-handed circularly polarized light of a specific wavelength by the first right-handed circular polarization element 100a.
  • the specific wavelength may be between 490 nm and 540 nm.
  • the reflected left circularly polarized light reaches the band cut.
  • the polarized wavelength bands of the second and third right-handed polarizing elements 100a-1 and 100a-2 of the band cutting portion may be different from each other.
  • the wavelength band of the second right-handed polarization element 100a-1 may be between 515 nm and 560 nm
  • the wavelength band of the third right polarization element 100a-2 may be between 460 nm and 510 nm.
  • the wavelength band of the light reaching the band cutout is a left circularly polarized light between 490 nm and 540 nm.
  • the second right-handed circularly polarized element 100a-1 reflects left-handed circularly polarized light between 515nm and 560nm.
  • light passing through the second right-handed circularly polarized element 100a-1 is left-handed circularly polarized light between 490 nm and 515 nm.
  • the third right-handed circular polarization element 100a-2 reflects left-handed circularly polarized light between 460nm and 510nm. Therefore, the light passing through the third right-handed circular polarization element 100a-2 is a left-handed circularly polarized light of 510 nm to 515 nm.
  • An ideal band pass filter can be realized by removing both sides of the band width from the band cut portion of the band pass filter.
  • the band-pass filter may include a plurality of left-handed circularly polarized elements instead of a plurality of right-handed circularly polarized elements. If the wavelength bands are the same, the light passing through the band-pass filter including a plurality of left-handed polarizing elements is right circularly polarized light of 510 nm to 515 nm.
  • each right-handed circularly polarized light element 100a, 100a-1, 100a-2 may include moving objects 20a, 20a-1, 20a-2.
  • the wavelength band detected by the spectrometer 300 may change when the right-handed circularly polarized light elements 100a, 100a-1, and 100a-2 are appropriately moved by the moving bodies 20a, 20a-1 and 20a-2.
  • the bandpass filter may rotate the first right-handed circular polarization element 100a including the above-described rotator in place of the moving body 20a.
  • the bandpass filter includes a first right-handed circular polarization element 100a and a second right-handed circular polarization element 100b-1 including a first left-handed circularly polarized element 100b and a second right- A third band-cut section including a first band-cut section, a third right-handed circular polarization element 100a-2, and a third left-handed circular polarization element 100b-2.
  • the right circularly polarizing elements 100a, 100a-1 and 100a-2 and the left-hand circularly polarizing elements 100b, 100b-1 and 100b-2 have pitches of a constant density or have pitch gradients .
  • the light output from the light source 200 reflects left-handed circularly polarized light of a specific wavelength by the first right-handed circularly polarized light element 100a of the reflective portion and reflects right-handed circularly polarized light of the same specific wavelength by the first left- . Therefore, the light reflected by the reflection portion is non-polarized light.
  • the specific wavelength may be between 490 nm and 540 nm. The reflected unpolarized light reaches the first band cut.
  • the wavelength band polarized in the first band cutout portion may be different from the wavelength band of the reflection portion.
  • the wavelength band of the second right-handed circular polarization element 100a-1 and the second left circular polarization element 100b-1 may be between 515 nm and 560 nm.
  • the wavelength band of light reaching the first band cutout is unpolarized light between 490 nm and 540 nm.
  • the second right-handed circularly polarized light element 100a-1 of the first band-cut portion reflects left-handed circularly polarized light between 515nm and 560nm
  • the second left-handed circularly polarized element 100b-1 reflects right-handed circularly polarized light between 515nm and 560nm Reflection.
  • the light passing through the first band cutout is unpolarized light between 490 nm and 515 nm.
  • Light passing through the first band cutout reaches the second band cutout.
  • the wavelength band polarized in the second band cutoff portion may be different from the wavelength band of the reflection portion and the first band cutoff portion.
  • the wavelength band of the third right-handed circularly polarized element 100a-2 and the third left circularly polarized element 100b-2 may be between 460 nm and 510 nm.
  • the wavelength band of light reaching the second band cutout is unpolarized light between 490 nm and 515 nm.
  • the third right-handed circular polarization element 100a-2 of the second band-cut portion reflects left-handed circularly polarized light between 460nm and 510nm and the third left-handed circularly polarized element 100b-2 reflects right-handed circularly polarized light of between 460nm and 510nm Reflection.
  • light passing through the second band cutout is unpolarized light between 510 nm and 515 nm.
  • the right circular polarization elements 100a, 100a-1 and 100a-2 and the left circular polarization elements 100b, 100b-1 and 100b-2 are movable bodies 20a, 20a-1, 20a-2, 20b, 1, 20b-2).
  • the polarizing elements 100a, 100a-1, 100a-2, 100b, 100b-1, and 100b-2 are moved by the moving bodies 20a, 20a-1, 20a-2, 20b, 20b-
  • the wavelength band detected by the spectrometer 300 may be changed when properly moved.
  • the bandpass filter may rotate the first right-handed circular polarization element 100a and the first left-handed circularly polarized element 100b by including the above-described rotator in place of the moving body 20a.
  • 55 is a diagram illustrating a composite filter including a bandpass filter and a notch filter according to an embodiment of the present disclosure
  • the composite filter includes first and second right-handed polarizing elements 100a and 100a-1, first and second left-handed circular polarization elements 100b and 100b-1, first and second switches 40a and 40b ).
  • the first and second switches 40a and 40b perform a function of passing or blocking incident light according to ON / OFF.
  • the light source 200, the first spectrometer 300a, the first right polarization element 100a, the second switch 40b, and the first left polarization element 100b may be arranged on the same axis line.
  • the second spectrometer 300b, the second right-handed circular polarization element 100a-1, the first switch 40a and the second left-handed circularly polarized element 100b-1 may also be arranged on the same axis line.
  • the first and second right-handed circularly polarized elements 100a and 100a-1 and the first and second left-handed circularly polarized elements 100b and 100b-1 are arranged such that light in a specific wavelength range is reflected, So as to form a constant angle with respect to the incident light axis.
  • the second right-handed circular polarization element 100a-1 is disposed at a position where light reflected from the first right-handed circularly polarized element 100a can be incident
  • the second left circularly polarized element 100b-1 is disposed at a position where the light reflected from the first right- And 100b may be incident thereon.
  • the light output from the light source 200 can reach the first right polarization element 100a.
  • the first spectrometer 300a detects the light transmitted through the first left circularly polarizing element 100b and the second spectrometer 300b detects the light transmitted through the second left circularly polarizing element 100b- (100b-1).
  • the first switch 40a When the first switch 40a is turned off, light that is reflected by the second right-handed circularly polarized element 100a-1 and passes through the second left circularly polarized element 100b-1 and is blocked to the second spectral system 300b is blocked. Accordingly, the first path through which the light reaches the first spectrometer 300a through the light source 200, the first right circularly polarizing element 100a, and the first left circularly polarizing element 100b, the first path through which the light reaches the first spectral system 300a, A second path through which the light reaches the second spectrometer 300b through the element 100a, the first left-handed circular polarization element 100b, and the second left-handed circularly polarized element 100b-1 is formed.
  • the first right-handed circular polarization element 100a reflects left-handed circularly polarized light in a specific wavelength band. If the specific wavelength band is between 490 nm and 540 nm, the light passing through the first right polarization element 100a may have a waveform in which the left-handed circularly polarized light component of the band from 490 nm to 540 nm is removed. The light having passed through the first right-handed circularly polarized element 100a reaches the first left-handed circularly polarized element 100b.
  • the first left-handed circular polarization element 100b reflects right-handed circularly polarized light of a specific wavelength band. If the specific wavelength band is between 490 nm and 540 nm, the light passing through the first left circularly polarizing element 100b may have a waveform in which the right-handed circularly polarized light component of 490 nm to 540 nm band is removed. Therefore, the light detected by the first spectrometer 300a through the first right-handed circular polarization element 100a and the first left-handed circularly polarized element 100b can have a waveform in which all the light components between 490 nm and 540 nm are removed. Accordingly, the first spectrometer 300a can detect the waveform of light passing through the notch filter.
  • the light having passed through the first right circularly polarizing element 100a reaches the first left circularly polarizing element 100b with a waveform from which the components of the left-handed circularly polarized light in the band from 490nm to 540nm are removed. Only the right circularly polarized light between 490 nm and 540 nm is reflected by the first left circularly polarizing element 100b and directed to the second left circularly polarizing element 100b-1.
  • the reflected wavelength band of the second left circularly polarizing element 100b-1 is between 460 nm and 510 nm, the light reflected by the second left circularly polarizing element 100b-1 reflects only the components of the right-handed circularly polarized light in the range of 490 nm to 510 nm . Therefore, the band width of the wavelength of the light reflected by the second left circularly polarizing element can be reduced.
  • the light reflected from the second left circular polarization element 100b-1 is directed to the second spectrometer 300b. Accordingly, the second spectrometer 300b can detect the waveform of light of the second path that has passed through the right-handed polarized band-pass filter.
  • the first right-handed circular polarization element 100a reflects left-handed circularly polarized light in a specific wavelength band. If the specific wavelength band is between 490 nm and 540 nm, the light reflected from the first right-handed circular polarization element 100a includes only the components of the left-handed circularly polarized light in the band from 490 nm to 540 nm.
  • the second right-handed circular polarization element 100a-1 can reflect left-handed circularly polarized light in a wavelength band different from that of the first right-handed circular polarization element 100a.
  • the wavelength band of the second right-handed circular polarization element 100a-1 is between 460 nm and 510 nm, the light reflected by the second right-handed circularly polarized element 100a-1 includes only the components of the left-handed circularly polarized light in the band from 490nm to 510nm. Therefore, the band width of the wavelength of the light reflected by the second right-handed circular polarization element 100a-1 can be reduced. The light reflected by the second right-handed circularly polarized element 100a-1 reaches the second left circularly polarized element 100b-1.
  • the second left-handed circular polarization element 100b-1 can reflect right-handed circularly polarized light of a wavelength band different from that of the first left-handed circular polarization element 100b.
  • the light output from the light source 200 forms a first path passing through the first right circularly polarizing element 100a and the first left circularly polarizing element 100b.
  • the waveform of the light passing through the first path is the same as the case where the first switch 40a is turned off and the second switch 40b is turned off. Accordingly, the first spectrometer 300a can detect the waveform of light passing through the notch filter.
  • the light output from the light source 200 forms a second path passing through the first right circularly polarizing element 100a, the first left circularly polarizing element 100b and the second left circularly polarizing element 100b-1. Accordingly, the second spectrometer 300b can detect the waveform of light in the second path that has passed through the right-handed polarized band-pass filter.
  • the light output from the light source 200 forms a third path passing through the first right-handed circular polarization element 100a, the second right-handed circular polarization element 100a-1 and the second left-handed circular polarization element 100b-1 .
  • the second spectrometer 300b can detect the waveform of light of the third path that has passed through the left-handed polarized band-pass filter.
  • the right circularly polarized light incident through the second path and the left circularly polarized light incident through the third path are combined and passed through a non-polarized band-pass filter having a wavelength range of 490 nm to 510 nm
  • the waveform of the light can be detected.
  • the waveform of the light passing through the notch filter can be detected in the first spectrometer 300a, and at the same time, in the second spectrometer 300b, It is possible to detect the waveform of the light passing through the band-pass filter.
  • the first and second right polarizing elements 100a and 100a-1 and the first and second left polarizing elements 100b and 100b-1 are connected to the moving bodies 20a and 20b, respectively.
  • the cholesteric liquid crystal layer included in the first and second right-handed circularly polarized elements 100a and 100a-1 and the first and second left-handed circularly polarized elements 100b and 100b-1 includes a certain concentration of chiral substance Or have a pitch gradient. Therefore, the composite filter can change the position of the notch filter and the position and width of the band of the bandpass filter by the moving body.
  • the composite filter can change the position of the notch filter and the position and width of the band of the bandpass filter by the moving body.
  • only the first and second right-handed circularly polarized light elements 100a and 100a-1 are used or only the first and second left-handed circularly polarized elements 100b and 100b-1 are used, Can be implemented.
  • 56 is a diagram showing an output waveform of a filter according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 56 (a) shows the waveform of the notch filter.
  • the notch filter can change the wavelength, and can substantially completely remove the light component in the band region.
  • the band-pass filter can change the wavelength and shows a waveform close to an ideal waveform.

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Abstract

원형 편광 소자, 이를 포함하는 노치 필터 및 밴드 패스 필터가 개시된다. 원형 편광 소자는 한 쌍의 기판, 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI) 층, 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI) 층 사이의 공간을 확보하기 위해 배치된 복수의 스페이서 및 스페이서에 의해 확보된 공간에 위치하고, 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질 또는 우선성 카이랄 물질 중 어느 하나의 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(CLC)을 포함한다.

Description

원형 편광 소자, 이를 포함하는 노치 필터 및 밴드 패스 필터
본 개시는 원형 편광 소자, 이를 포함하는 노치 필터 및 밴드 패스 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위상 지연자가 필요없는 원형 편광 소자 및 원형 편광 소자를 이용한 노치 필터 및 밴드 패스 필터에 관한 것이다.
빛은 전기장과 자기장의 세기가 주기적으로 변하면서 진행하는 전자기파이다. 자연광은 360도 모든 방향에 대해 전기장의 세기가 주기적으로 변화하는 전자기파이다. 자연광의 성분 중 진행방향에 수직한 임의의 평면에서 전기장의 방향에 의해 편광 특성을 가진다.
편광의 종류에는 선형 편광, 원형 편광, 타원 편광이 있다. 원형 편광은 빛의 전기장의 방향이 시계 반대 방향으로 회전하는 좌원 편광과 빛의 전기장의 방향이 시계 방향으로 회전하는 우원 편광을 포함한다. 선형 편광은 우원 편광과 좌원 편광의 합이다. 빛의 편광 특성은 광학 소자 또는 디스플레이 소자 등에 이용되고 있다.
한편, 일반적으로 원형 편광된 빛은 선형 편광 소자를 통과한 선형 편광된 빛을 위상 지연자를 통과시켜서 획득될 수 있다. 그러나, 위상 지연자는 비싸고, 위상 지연자를 이용하기 위해서는 편광기와 위상지연자의 광축 방향을 맞춰야 하기 때문에 광학적 지식이 필요하고, 단 1개의 파장에만 사용할 수 있으며, 만일 파장이 바뀌면 다른 위상 지연자를 사용해야 한다.
따라서, 여러 위상 지연자를 쓰지 않고 1개의 소자로 여러 파장에 대해 원형 편광된 빛을 획득할 수 있는 원형 편광 소자 및 원형 편광 소자를 이용한 필터에 대한 필요성이 존재한다.
본 개시는 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로 본 개시의 목적은 위상 지연자를 쓰지 않고 간편하게, 1개의 소자로 다수의 파장에 대해 원형 편광된 빛을 획득할 수 있는 원형 편광 소자를 제공함에 있다.
그리고, 본 개시의 목적은 원형 편광 소자를 이용한 노치 필터 및 밴드 패스 필터를 제공함에 있다.
또한, 본 개시의 목적은 고에너지 레이저 광원의 입력에도 우수한 특성을 가지는 노치 필터 및 밴드 패스 필터를 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 원형 편광 소자는 한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI)층, 상기 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI)층 사이의 공간을 확보하기 위해 배치된 복수의 스페이서 및 상기 스페이서에 의해 확보된 공간에 위치하고, 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질 또는 우선성 카이랄 물질 중 어느 하나의 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(CLC)층;을 포함한다.
그리고, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판은 타면에 무반사 코팅이 될 수 있다.
또한, 상기 복수의 스페이서는 서로 다른 크기일 수 있다.
그리고, 상기 콜레스테릭 액정층은 자외선(UV)에 의해 광이성질화되는 기 설정된 농도의 아조 색소를 포함할 수 있다.
또한, 상기 콜레스테릭 액정층은 기 설정된 방향에 따라 연속적으로 광 투과도가 변화하는 ND 필터를 통해 균일한 자외선이 조사되어, 상기 ND 필터의 광 투과도에 대응되는 투과된 자외선의 세기 또는 기 설정된 방향에 따라 서로 다른 세기의 자외선이 조사되어 투과된 자외선의 세기에 기초하여 광이성질화된 아조 색소의 비율이 연속적으로 변할 수 있다.
그리고, 상기 콜레스테릭 액정층은 기 설정된 방향으로 연속적으로 변화하는 농도 구배의 상기 아조 색소를 포함하고, 상기 아조 색소는 균일한 세기의 자외선에 의해 광이성질화될 수 있다.
그리고, 상기 콜레스테릭 액정층은 기 설정된 방향으로 연속적으로 변화하는 농도 구배의 상기 카이랄 물질을 포함할 수 있다.
한편, 원형 편광 소자는 상기 한 쌍의 기판 중 어느 하나의 기판의 일단을 통해 제1 온도의 열을 공급하고, 상기 어느 하나의 기판의 타단을 통해 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도의 열을 공급하는 히터를 더 포함하고, 상기 콜레스테릭 액정층은 상기 공급된 제1 온도의 열 및 상기 공급된 제2 온도의 열에 의한 온도 구배에 의해 피치가 변할 수 있다.
한편, 원형 편광 소자는 연속적으로 파장 가변 원형 편광 소자를 구현하기 위해, 회전축과 기 설정된 거리만큼 떨어진 위치에 상기 원형 편광 소자를 위치시키고, 상기 원형 편광 소자를 회전시키는 로테이터를 더 포함할 수 있다.
그리고, 원형 편광 소자는 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 어느 하나의 기판의 일단을 통해 기 설정된 온도의 열을 공급하는 히터를 더 포함하고, 상기 콜레스테릭 액정층은 상기 공급된 열에 대응하여 피치가 변할 수 있다.
또한, 원형 편광 소자는 상기 한 쌍의 기판을 통해 전압을 공급하는 전원을 더 포함하고, 상기 콜레스테릭 액정층은 상기 공급된 전압에 대응하여 피치가 변할 수 있다.
그리고, 이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 노치 필터는 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하여 광원으로부터 출력된 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 반사시키는 우원 편광 소자 및 기 설정된 농도의 우선성 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하여 상기 우원 편광 소자를 통과한 빛 중에서 상기 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 반사시키는 좌원 편광 소자를 포함한다.
그리고, 이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 다른 실시 예에 따른 노치 필터는 한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI)층, 상기 한 쌍의 기판 각각의 타면에 코팅된 무반사 층, 상기 폴리이미드(PI)층 사이의 공간을 확보하기 위해 배치된 복수의 제1 및 제2 스페이서, 상기 제1 스페이서에 의해 확보된 공간에 위치하고, 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질을 포함하여 광원으로부터 출력된 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 반사시키고 우원 성분의 빛을 투과시키는 우원 편광 특성의 제1 콜레스테릭 액정(CLC)층 및 상기 제2 스페이서에 의해 확보된 공간에 위치하고, 기 설정된 농도의 우선성 카이랄 물질을 포함하여 광원으로부터 출력된 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 반사시키고 좌원 성분의 빛을 투과시키는 좌원 편광 특성의 제2 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함한다.
또한, 이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 노치 필터는 기판, 상기 기판의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI)층, 상기 폴리이미드층 상에 스핀 코팅되고, 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질을 포함하여 광원으로부터 출력된 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 반사시키는 우원 편광 특성의 제1 콜레스테릭 액정(CLC)층 및 상기 제1 콜레스테릭 액정층 상에 스핀 코팅되고, 기 설정된 농도의 우선성 카이랄 물질을 포함하여 광원으로부터 출력된 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 반사시키는 좌원 편광 특성의 제2 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함한다.
한편, 이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 밴드 패스 필터는 광원으로부터 출력된 빛을 통과시키는 빔 스플리터 및 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하여 상기 빔 스플리터를 통과한 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 반사시키는 우원 편광 소자 또는 기 설정된 농도의 우선성 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하여 상기 빔 스플리터를 통과한 빛 중에서 상기 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 반사시키는 좌원 편광 소자 중 하나를 포함하는 원형 편광 소자를 포함하고, 상기 빔 스플리터는 상기 원형 편광 소자에서 반사된 상기 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 반사시켜 우원 성분의 빛으로 변화시키거나 상기 원형 편광 소자에서 반사된 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 반사시켜 좌원 성분의 빛으로 변화시킬 수 있다.
그리고, 이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 필터는 한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI)층, 상기 한 쌍의 기판 각각의 타면에 코팅된 무반사(AR)층, 상기 폴리이미드(PI)층 사이의 공간을 확보하기 위해 배치된 복수의 스페이서 및 상기 스페이서에 의해 확보된 공간에 위치하고, 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질이 포함된 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하는 복수 개의 우원 편광 소자 및 한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI)층, 상기 한 쌍의 기판 각각의 타면에 코팅된 무반사(AR)층, 상기 폴리이미드(PI)층 사이의 공간을 확보하기 위해 배치된 복수의 스페이서 및 상기 스페이서에 의해 확보된 공간에 위치하고, 기 설정된 농도의 우선성 카이랄 물질이 포함된 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하는 복수 개의 좌원 편광 소자를 포함하고, 상기 복수 개의 우원 편광 소자 및 좌원 편광 소자는 기 설정된 간격으로 번갈아 배치된다.
또한, 이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 다른 실시 예에 따른 필터는 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질이 포함된 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하는 복수 개의 우원 편광 소자, 기 설정된 농도의 우선성 카이랄 물질이 포함된 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하는 복수 개의 좌원 편광 소자 및 상기 복수 개의 우원 편광 소자 및 좌원 편광 소자 사이에 배치되는 인덱스 매칭 물질층을 포함하며, 상기 복수 개의 우원 편광 소자 및 좌원 편광 소자는 번갈아 배치되고, 상기 우원 편광 소자 및 좌원 편광 소자의 외부로 노출되는 면은 무반사 코팅된다.
그리고, 상기 복수 개의 우원 편광 소자는 상기 면에 기 설정된 제1 각도로 입사되는 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 차단시키고, 상기 복수 개의 좌원 편광 소자는 상기 면에 기 설정된 제1 각도로 입사되는 빛 중에서 상기 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 차단시켜 상기 차단된 좌원 성분의 빛 및 우원 성분의 빛을 제외한 빛을 통과시킬 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 우원 편광 소자는 상기 면에 기 설정된 제2 각도로 입사되는 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 반사시키고, 상기 복수 개의 좌원 편광 소자는 상기 면에 기 설정된 제2 각도로 입사되는 빛 중에서 상기 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 반사시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 원형 편광 소자는 위상 지연자 없이 원형 편광된 빛을 얻을 수 있다.
그리고, 사용자는 저렴하고 간편한 원형 편광 소자를 사용할 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 원형 편광 소자 하나로 일정 파장 영역(광밴드 갭, Photonic Band Gap: PBG) 안의 모든 파장에서 원형 편광된 빛을 얻을 수 있다.
그리고, 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 원형 편광 소자를 이용한 노치 필터와 밴드 패스 필터가 사용될 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 원형 편광 소자를 이용한 노치 필터와 밴드 패스 필터는 다양한 파장에 대해 파장가변 필터 기능을 수행할 수 있다.
한편, 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 밴드 패스 필터는 빔 스플리터 없이 구현될 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 원형 편광 소자를 이용한 노치 필터 및 밴드 패스 필터는 고에너지 레이저 광원의 입력에도 우수한 특성을 가질 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 원형 편광 소자의 구조를 설명하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 일 실시 예에 다른 우원 편광 및 좌원 편광을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 서로 다른 크기의 스페이서를 포함하는 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 카이랄 물질의 농도차를 이용한 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 5는 아조 색소를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 아조 색소를 이용한 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 아조 색소의 농도차를 이용한 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 아조 색소와 ND 필터를 이용한 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 열을 이용한 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 온도 기울기를 이용한 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전기장을 이용한 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 로테이터를 이용한 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 13 내지 도 19는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 노치 필터를 설명하는 도면이다.
도 20 및 도 21은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 노치 필터를 구현하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 22 및 도 23은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 노치 필터를 설명하는 도면이다.
도 24는 본 개시의 일 실시 예에 따른 노치 필터의 출력 파형을 나타내는 도면이다.
도 25 내지 도 38은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 밴드 패스 필터를 설명하는 도면이다.
도 39는 본 개시의 일 실시 예에 따른 밴드 패스 필터의 출력 파형을 나타내는 도면이다.
도 40 및 도 43은 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 콜레스테릭 액정을 포함하는 필터를 구현하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 44 내지 도 45는 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 콜레스테릭 액정층을 포함하는 필터의 구조를 설명하는 도면이다.
도 46 내지 도 48은 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 콜레스테릭 액정층을 포함하는 노치 필터를 설명하는 도면이다.
도 49 내지 도 54은 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 콜레스테릭 액정층을 포함하는 밴드 패스 필터를 설명하는 도면이다.
도 55는 본 개시의 일 실시 예에 따른 밴드 패스 필터 및 노치 필터를 포함하는 복합 필터를 설명하는 도면이다.
도 56는 본 개시의 일 실시 예에 따른 필터의 출력 파형을 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시 예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다. 한편, 각 실시 예는 독립적으로 구현되거나 동작될 수도 있지만, 각 실시 예는 조합되어 구현되거나 동작될 수도 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 원형 편광 소자의 구조를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 원형 편광 소자(100)는 기판(110a, 110b), 폴리이미드층(Polyimide: PI)(120a, 120b), 스페이서(130) 및 콜레스테릭 액정(Cholesteric Liquid Crystal: CLC)(140)를 포함한다.
먼저, 한 쌍의 기판(110a, 110b)이 준비된다. 예를 들어, 기판(110a, 110b)은 ITO(Indium Tin Oxide), 유리 또는 플라스틱 재질일 수 있고, 필요에 따라 기판은 입사 광선에 대해 한면 또는 양면이 무반사 코팅이 되어 사용될 수 있다. 한 쌍의 기판(110a, 110b) 각각의 일면에는 폴리이미드층(120a, 120b)이 코팅된다. 폴리이미드는 광범위한 온도에서 물성이 변하지 않고 높은 내열성, 전기절연성, 유연성, 불연성의 특성을 포함한다. 예를 들어, 폴리이미드는 파이로멜리틱 디아니드라이드(pyromellitec dianhydride)와 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline)의 축합으로 만든 켑톤(Kapton)일 수 있다. 그리고, 폴리이미드는 연결고리의 구성에 따라, 지방족 화합물(Aliphatic), 준-방향족 화합물(Semi-aromatic) 및 방향족 화합물(Aromatic)로 구분될 수 있다. 폴리이미드층(120a, 120b)은 필요에 따라 러빙(rubbing) 처리될 수 있다.
폴리이미드층(120a, 120b) 사이의 공간을 확보하기 위해 복수의 스페이서(130)가 배치된다. 즉, 한 쌍의 기판(110a, 110b) 각각의 일면에 폴리이미드층(120a, 120b)이 코팅된 후 각각의 폴리이미드층(120a, 120b)이 마주보도록 배치한다. 그리고, 마주보는 폴리이미드층(120a, 120b) 사이에 공간 확보를 위한 스페이서(130)가 배치된다.
스페이서(130) 사이에 콜레스테릭 액정(140)이 배치된다. 콜레스테릭 액정(140)은 막대 형태의 네마틱 액정과 기 설정된 농도의 카이랄 물질을 포함한다. 카이랄 물질은 좌원 편광된 빛을 반사시키는 좌선성 카이랄 물질과 우원 편광된 빛을 반사시키는 우선성 카이랄 물질을 포함한다. 즉, 콜레스테릭 액정(140)에 좌선성 카이랄 물질이 추가되는 경우, 네마틱 액정이 반시계 방향의 나선형으로 배열된다. 그리고, 콜레스테릭 액정(140)에 우선성 카이랄 물질이 추가되는 경우, 네마틱 액정이 시계 방향의 나선형으로 배열된다. 원형 편광 소자의 우원 편광 특성 및 좌원 편광 특성은 후술한다.
원형 편광 소자(100)는 한 가지 특성을 가지는 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(140)을 웨지(wedge) 또는 등 간격 셀에 채워 제작될 수 있다. 즉, 콜레스테릭 액정(140)은 네마틱 액정과 카이랄 물질의 혼합물로 자발적 조립 나선구조이다. 콜레스테릭 액정(140)의 회전 나선 방향과 같은 원형 편광된 빛에 대해 특정 파장 영역에서 선택반사가 일어난다. 이 반사를 브래그(Bragg) 반사라고 하는데, 중심 파장은 λB = n × p이고, 밴드 폭은 Δλ = p × Δn로 주어지는데, 여기서 p는 피치(pitch: 콜레스테릭 액정의 나선 구조가 360도 회전할 때 진행하는 거리), n은 평균 굴절율, Δn = ne - no은 네마틱 액정의 복굴절 특성으로 분자의 장축 굴절율(ne)과 단축 굴절율(no)의 차이이다. 따라서, 브래그 반사가 일어나는 파장 영역(PBG: Photonic Band Gap, 광밴드 갭)에서 콜레스테릭 액정(140)은 원형 편광 소자로 작동된다. 그리고, 원형 편광 소자(100)의 반사되는 파장 대역은 카이랄 물질의 농도에 따라 조정될 수 있다. 그리고, 원형 편광 소자(100)의 원 편광 범위(PBG)는 네마틱 액정 분자의 장축 굴절율(ne)와 단축 굴절율(no)의 차(△n = ne - no)를 변경하여 조정될 수 있다. 본 개시에 따른 원형 편광 소자(100)는 카이랄 물질의 농도에 따라 자외선(UltraViolet: UV), 가시광선(Visible light: VIS) 또는 적외선(InfraRed: IR) 대역에서 사용될 수 있다. 경우에 따라, 원형 편광 소자(100)는 네마틱 액정 뿐만 아니라 스멕틱 액정, 나선 구조의 무기 물질을 이용할 수도 있다.
한편, 콜레스테릭 액정(140)은 일반 액정, 자외선이나 열에 의해 고분자화될 수 있은 액정을 모두 포함할 수 있다. 자외선(Ultra Violet: UV) 또는 열에 의해 고분자화 될 수 있는 콜레스테릭 액정은 스핀 코팅 과정을 거쳐 제작될 수도 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 일 실시 예에 따른 우원 편광 및 좌원 편광을 설명하는 도면이다.
도 2a를 참고하면, 우원 편광 소자(100a)가 개시되어 있다. 우원 편광 소자(100a)의 콜레스테릭 액정은 좌선성 카이랄 물질을 포함한다. 좌선성 카이랄 물질에 의해 콜레스테릭 액정 분자는 반시계 방향의 나선형으로 배열된다. 그리고, 좌선성 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정은 좌원 편광 빛을 반사시킨다. 원형 편광 소자가 좌선성 카이랄 물질이 포함된 콜레스테릭 액정을 포함하는 경우, 좌원 편광 빛을 반사시키는 우원 편광 소자(100a)로 동작할 수 있다. 예를 들어, 좌선성 카이랄 물질은 S-811 카이랄 도펀트 혼합물일 수 있다.
즉, 무편광 빛 또는 선편광된 빛이 우원 편광 소자(100a)에 입사되는 경우, 우원 편광 소자(100a)는 일정 파장 범위 내의 좌원 편광 빛을 반사시키고, 우원 편광 빛을 투과시킨다. 이하 설명하는 원형 편광 소자의 다양한 실시 예에서, 콜레스테릭 액정은 좌선성 카이랄 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 좌선성 카이랄 물질을 포함하는 원형 편광 소자는 우원 편광 소자(100a)로 동작할 수 있다.
도 2b를 참고하면, 좌원 편광 소자(100b)가 개시되어 있다. 좌원 편광 소자(100b)의 콜레스테릭 액정은 우선성 카이랄 물질을 포함한다. 우선성 카이랄 물질에 의해 콜레스테릭 액정 분자는 시계 방향의 나선형으로 배열된다. 그리고, 우선성 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정은 우원 편광 빛을 반사시킨다. 원형 편광 소자가 우선성 카이랄 물질이 포함된 콜레스테릭 액정을 포함하는 경우, 우원 편광 빛을 반사시키는 좌원 편광 소자(100b)로 동작할 수 있다. 예를 들어, 우선성 카이랄 물질은 R-811 카이랄 도펀트 혼합물일 수 있다.
즉, 무편광 빛 또는 선편광된 빛이 좌원 편광 소자(100b)에 입사되는 경우, 좌원 편광 소자(100b)는 일정 파장 범위 내의 우원 편광 빛을 반사시키고, 좌원 편광 빛을 투과시킨다. 이하 설명하는 원형 편광 소자의 다양한 실시 예에서, 콜레스테릭 액정은 우선성 카이랄 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 우선성 카이랄 물질을 포함하는 원형 편광 소자는 좌원 편광 소자(100b)로 동작할 수 있다.
카이랄 물질은 콜레스테릭 액정에 포함된 네마틱 액정을 반시계 방향 또는 시계 방향의 나선형으로 배열시킨다. 네마틱 액정이 360도 회전할 때까지의 진행 거리는 1피치(P)이고, 180도 회전할 때까지의 거리는 1/2P이다. 네마틱 액정과 양 기판(110a, 110b) 사이의 경계 조건에 의해 네마틱 액정은 폴리이미드와 접촉하는 위치에서 러빙 방향과 나란한 방향(예, 180도 또는 360도)으로만 배열된다. 따라서, 양 기판(110a, 110b) 사이에 배열된 네마틱 액정은 항상 1/2P의 정수배이다. 그리고, 1 피치의 거리가 짧아지면 원형 편광되는 PBG는 고주파수 대역으로 이동하고, 1 피치의 거리가 길어지면 원형 편광되는 PBG는 저주파수 대역으로 이동한다. 원형 편광 소자는 PBG 내에서 좌원 편광 빛을 반사시키고 우원 편광 빛을 통과시키는 것을 의미할 수 있다. 또는, 원형 편광 소자는 PBG 내에서 우원 편광 빛을 반사시키고 좌원 편광 빛을 통과시키는 것을 의미할 수 있다.
주파수와 파장은 반비례 관계이므로 피치의 거리가 짧아지면 원형 편광되는 PBG는 단파장 대역으로 이동하고, 피치의 거리가 길어지면 장파장 대역으로 이동한다. 즉, 콜레스테릭 액정에 포함된 네마틱 액정의 피치의 거리가 변경되면, 원형 편광되는 PBG가 이동될 수 있다.
하나의 원형 편광 소자(100)의 위치에 따라 네마틱 액정의 피치의 길이가 연속적으로 변하는 경우, 하나의 원형 편광 소자(100)는 빛이 입사되는 영역에 따라 다양한 주파수 대역의 빛을 연속적으로 원형 편광시킬 수 있다.
아래에서는 원형 편광 소자의 다양한 실시 예를 설명한다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예로, 원형 편광 소자(100)인 콜레스테릭 액정은 웨지 방향(도 3의 X 축 방향)으로 위치를 이동함에 따라 피치가 연속적으로 증가하는 CLC 구조를 보여 주고 있다. 이와 같은 구조는 다음과 같은 실시 예로 구현될 수 있다. 웨지 셀의 위치에 따라 i) 카이랄 분자의 연속적인 농도 변화를 이용하는 방법, ii) 아조 색소 분자의 광이성질화를 이용하는 방법, iii) 온도 기울기를 이용하는 방법이 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 원형 편광 소자(100)에 서로 다른 크기의 스페이서(130a, 130b)가 포함되어 피치가 연속적으로 증가하는 CLC 구조가 구현될 수도 있다. 그러나, 더욱 효과적인 연속적으로 피치가 증가하는 CLC 구조를 위해 서로 다른 크기의 스페이서(130a, 130b)는 상술한 세 가지 실시 예와 함께 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 연속적으로 파장 가변 가능한 원형 편광 소자(100)가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 원형 편광 소자(100)는 한 쌍의 기판(110a, 110b), 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드층(120a, 120b), 스페이서(130a, 130b)를 포함한다. 그리고, 도 1에서는 동일한 크기의 스페이서를 포함한 원형 편광 소자(100)를 설명하였으나, 원형 편광 소자(100)는 서로 다른 크기의 스페이서(130a, 130b)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 복수의 스페이서(130a, 130b) 사이에는 네마틱 액정과 카이랄 물질이 혼합된 콜레스테릭 액정을 포함할 수 있다. 제1 스페이서(130a) 주변의 네마틱 액정의 피치(141)는 제2 스페이서(140b) 주변의 네마틱 액정의 피치(142)보다 짧다. 따라서, 빛이 원형 편광 소자(100)를 통과하는 위치가 +X 축 방향을 따라 이동하는 경우, 원형 편광되는 주파수 대역은 저주파수 대역으로 이동하고, 원형 편광되는 파장 대역은 장파장 대역으로 이동한다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 카이랄 물질의 농도차를 이용한 연속적으로 파장 가변 가능한 원형 편광 소자를 설명하는 도면으로, 도 3의 연속적으로 변화하는 피치 구조를 얻을 수 있는 첫 번째 방법을 설명하는 도면이다.
도 4(a)를 참조하면, 카이랄 농도가 서로 다른 콜레스테릭 액정이 채워진 도면이 도시되어 있다. 카이랄 농도가 서로 다른 콜레스테릭 액정(11, 12)은 스페이서의 빈 공간에 모세관 원리에 의해 반씩 채워질 수 있다. 예를 들어, 웨지 빈 셀의 두께가 얇은 쪽에 카이랄 농도가 상대적으로 높은 제1 콜레스테릭 액정(11)이 채워지고, 웨지 빈 셀의 두께가 두꺼운 쪽에 카이랄 농도가 상대적으로 낮은 제2 콜레스테릭 액정(12)이 채워진다. 불연속적인 콜레스테릭 액정(11, 12)의 카이랄 농도는 확산 원리에 의해 일정 시간이 지나면 도 3과 같이 연속적인 피치 변화를 형성할 수 있다.
도 4(b)를 참조하면, 확산에 의해 카이랄 농도가 연속적으로 변하는 콜레스테릭 액정(13)이 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 일정 시간이 지나면 카이랄 농도는 도 4(b)의 좌측에서 우측으로 갈수록 연속적으로 낮아지게 된다. 상술한 바와 같이, 카이랄 농도가 낮아짐에 따라, 1 피치의 길이는 늘어나고, 원형 편광되는 주파수 대역은 저주파수 대역으로 이동하고, 원형 편광되는 파장은 장파장 대역으로 이동한다. 즉, 원형 편광 소자(100)가 기 설정된 방향으로 연속적으로 변화하는 농도 구배의 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(13)을 포함하는 경우, 하나의 원형 편광 소자(100)는 입사되는 빛의 다양한 주파수 대역에 대해 원형 편광을 시킬 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 원형 편광 소자(100)는 기 설정된 방향으로 연속적으로 변화하는 농도 구배의 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(13) 및 서로 다른 크기의 스페이서를 포함할 수 있다. 원형 편광 소자(100)의 원형 편광되는 주파수 대역은 서로 다른 농도 구배의 카이랄 물질 및 서로 다른 크기의 스페이서에 의해 연속적으로 변화될 수 있다. 또한, 연속적으로 변화하는 농도 구배의 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(130)은 UV(자외선) 또는 열을 가하여 고분자화시켜 만들 수 있다. 자외선에 의해 고분자화될 수 있는 액정은 RMS08-062, RMS08-061, RMS11-066 또는 RMS11-068 등을 포함할 수 있다. 콜레스테릭 액정이 자외선이나 열에 의해 고분자화되는 경우, 도 3과 같이 형성된 연속적으로 변화하는 농도 구배를 가진 콜레스테릭 액정은 장시간(수 년 이상) 유지될 수 있다.
도 5는 아조 색소를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 빛에 따라 트랜스형 또는 시스형으로 변경되는 아조 색소가 도시되어 있다. 예를 들어, 아조 색소는 아조벤젠(azobenzene)일 수 있다. 일반적으로 아조 색소는 트랜스형(1)으로 존재할 수 있다. 그리고, 아조 색소가 자외선을 쬐면, 트랜스형의 아조 색소는 광 이성질화에 의해 자외선의 세기와 노출 시간에 비례하여 시스형(2)으로 변형될 수 있다. 그리고, 시스형(2)의 아조 색소가 열이나 가시광선을 쬐면, 시스형(2)의 아조 색소는 광 이성질화에 의해 트랜스형(1)으로 변형될 수 있다. 콜레스테릭 액정은 일정량의 아조 색소를 포함할 수 있다. 아조 색소는 트랜스형(1)일 수 있다. 그리고, 원형 편광 소자의 원형 편광되는 주파수 대역은 시스형(2)으로 변형된 아조 색소에 의해 이동될 수 있다.
한편, 콜레스테릭 액정은 아조 색소 대신 스틸벤기를 포함하는 분자를 포함할 수도 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 아조 색소를 이용한 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 아조 색소가 포함된 원형 편광 소자(100)가 도시되어 있다. 원형 편광 소자(100)는 아조 색소를 일정 비율 첨가한 콜레스테릭 액정을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 콜레스테릭 액정에 우선성 카이랄 물질이 포함된 경우, 원형 편광 소자(100)는 좌원 편광 소자가 될 수 있다. 그리고, 콜레스테릭 액정에 좌선성 카이랄 물질이 포함된 경우, 원형 편광 소자(100)는 우원 편광 소자가 될 수 있다.
그리고, 아조 색소가 포함된 콜레스테릭 액정이 자외선을 쬐면, 콜레스테릭 액정에 포함된 아조 색소가 트랜스형에서 시스형으로 변형될 수 있다. 그리고, 콜레스테릭 액정은 자외선에 의해 고분자화될 수 있는 액정을 포함할 수 있다. 또한, 콜레스테릭 액정은 열에 의해 고분자화될 수 있는 액정도 포함할 수 있다. 예를 들어, 자외선에 의해 고분자화될 수 있는 액정은 RMS08-062, RMS08-061, RMS11-066 또는 RMS11-068 등을 포함할 수 있다. 콜레스테릭 액정이 자외선이나 열에 의해 고분자화되는 경우, 가시광이나 열에 노출되지 않으면 원형 편광 소자(100)는 시스형으로 변형된 아조 색소를 포함하는 콜레스테릭 액정 상태로 유지될 수 있다.
한편, 자외선이나 열에 의해 고분자화되지 않는 액정은 일반 액정일 수 있다. 콜레스테릭 액정이 일반 액정인 경우, 자외선에 의해 시스형으로 변형된 아조 색소를 포함한 원형 편광 소자(100)는 자외선이나 가시광선을 차단하는 차단막을 더 포함할 수 있다. 또는, 콜레스테릭 액정이 일반 액정인 경우, 자외선에 의해 시스형으로 변형된 아조 색소를 포함하는 원형 편광 소자(100)는 가시광선에 의해 원래 상태로 돌아갈 수 있다. 따라서, 자외선과 가시광선을 이용하여 원형 편광되는 파장 영역(PBG)은 능동적으로 이용될 수 있다.
일 실시 예로서, 콜레스테릭 액정은 50 wt%의 네마틱 액정, 30 wt%의 카이랄 물질 및 20 wt%의 아조 색소를 포함할 수 있다. 즉, 콜레스테릭 액정은 전체 물질 대비 카이랄 물질의 비율이 30 wt%일 수 있다. 콜레스테릭 액정에 포함된 아조 색소는 트랜스형이고, 트랜스형 아조 색소는 네마틱 액정과 함께 콜레스테릭 나선구조에 참여하므로 아조 색소는 카이랄 물질의 비율에 영향을 줄 수 있다. 아조 색소를 포함한 콜레스테릭 액정은 자외선을 쬘 수 있다. 그리고, 아조 색소는 시스형으로 변형될 수 있다. 그러나, UV에 의해 시스형으로 변한 아조 색소는 네마틱 액정과 함께 콜레스테릭 나선 구조에 참여하지 않고 나선 구조에서 빠져 나오게 되고, 결과적으로 콜레스테릭 액정 나선 구조를 만드는 전체 물질 대비 카이랄 물질의 비율이 증가하게 된다. 콜레스테릭 액정에서 카이랄 물질의 비율이 증가하면 광밴드 갭(PBG)은 단파장으로 이동하고, 카이랄 물질의 비율이 감소하면 PBG은 장파장으로 이동한다.
시스형으로 변한 아조 색소는 카이랄 물질 비율에 영향을 주지 않는다. 즉, 아조 색소 20 wt%가 모두 시스형으로 변형되는 경우, 아조 색소는 콜레스테릭 액정의 형성된 나선 구조로부터 빠져 나오게 된다. 따라서, 콜레스테릭 액정은 약 62.5 wt%의 네마틱 액정, 약 37.5 wt%의 카이랄 물질을 포함한다. 따라서, 트랜스형의 아조 색소가 시스형으로 변형되면, 콜레스테릭 액정의 카이랄 물질의 비율이 변경되는 효과가 있고, 원형 편광되는 주파수 대역(PBG)이 단파장으로 이동하는 효과가 있다. 그리고, 콜레스테릭 액정은 원형 편광되는 주파수 대역에 대응되는 일정한 농도의 아조 색소를 포함할 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 아조 색소의 농도차를 이용한 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 기 설정된 방향으로 연속적으로 변화하는 농도 구배의 아조 색소를 포함하는 원형 편광 소자(100)가 도시되어 있다. 원형 편광 소자(100)는 콜레스테릭 액정을 포함하고, 콜레스테릭 액정은 자외선에 의해 광 이성질화되는 아조 색소를 포함할 수 있다.
아조 색소의 농도가 서로 다른 두 종류의 콜레스테릭 액정이 준비될 수 있다. 그리고, 아조 색소의 농도가 서로 다른 두 종류의 콜레스테릭 액정은 스페이서의 빈 공간에 모세관 원리에 의해 반씩 채워질 수 있다. 예를 들어, 제1 콜레스테릭 액정은 아조 색소의 농도가 상대적으로 높은 액정이고, 제2 콜레스테릭 액정은 아조 색소의 농도가 상대적으로 낮은 액정일 수 있다. 불연속적인 콜레스테릭 액정의 아조 색소의 농도는 확산 원리에 의해 일정 시간이 지나면 연속적으로 변할 수 있다. 일 실시 예로서, 일정 시간이 지나면 아조 색소의 농도는 도 7에 도시된 바와 같이 일측에서 타측으로 갈수록 연속적으로 높아지게 된다.
아조 색소의 농도가 연속적으로 변하는 원형 편광 소자(100)는 자외선을 쬘 수 있다. 자외선에 의해 원형 편광 소자(100)에 포함된 아조 색소는 트랜스형에서 시스형으로 변형될 수 있다. 그리고, 연속적으로 변하는 아조 색소의 농도에 따라 원형 편광 소자(100)에 포함된 카이랄 농도도 상대적으로 변할 수 있다. 즉, 연속적으로 변하는 카이랄 농도에 따라, 원형 편광 소자(100)에 포함된 네마틱 액정의 1 피치의 거리도 연속적으로 달라질 수 있다. 따라서, 하나의 원형 편광 소자(100)는 입사되는 빛의 다양한 주파수 대역에 대해 원형 편광을 시킬 수 있다.
한편, 아조 색소를 포함하는 콜레스테릭 액정은 열이나 자외선에 의해 고분자화될 수 있다. 또는, 아조 색소를 포함하는 원형 편광 소자(100)는 아조 색소가 시스형으로 변형된 후, 자외선이나 가시광선을 차단하는 막을 더 포함할 수도 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 원형 편광 소자(100)는 서로 다른 크기의 스페이서를 포함할 수도 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 투과 빛의 세기가 연속적으로 변하는(continuous variable) ND 필터(150)를 이용하여 도 3의 연속적으로 변화하는 피치 구조를 얻을 수 있는 원형 편광 소자를 제작하는 두 번째 방법을 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 아조 색소가 포함된 원형 편광 소자(100)가 도시되어 있다. 원형 편광 소자(100)는 아조 색소를 일정 비율 첨가한 콜레스테릭 액정을 포함할 수 있다. 아조 색소가 포함된 콜레스테릭 액정은 좌외선을 쬐면, 콜레스테릭 액정에 포함된 아조 색소가 트랜스형에서 시스형으로 변형될 수 있다. 콜레스테릭 액정에 포함된 아조 색소의 농도가 동일하더라도 콜레스테릭 액정에 쪼이는 자외선의 세기나 노출 시간 등에 시스형으로 변형되는 아조 색소의 비율이 달라질 수 있다. 시스형으로 변형되는 아조 색소의 비율이 다른 경우, 콜레스테릭 액정의 원형 편광되는 주파수 대역은 달라질 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 원형 편광 소자(100)는 ND(Neutral Density) 필터(150)를 통해 자외선에 노출될 수 있다. ND 필터(150)의 농도는 일정한 방향으로 연속적으로 변할 수 있다. 즉, ND 필터(150)를 투과하는 자외선의 양은 일정한 방향을 따라 달라질 수 있다. 일 실시 예로서, 도 8에 도시된 바와 같이, ND 필터(150)의 농도는 Y축 방향을 따라 점차 짙어질 수 있다. 따라서, 균일한 자외선이 원형 편광 소자(100)에 쪼이더라도, ND 필터(150)를 투과하는 자외선의 양은 Y축 방향을 따라 점차 적어질 수 있다. 그리고, 시스형으로 변형되는 아조 색소의 양도 점차 적어질 수 있다. 따라서, 도 8에 도시된 원형 편광 소자(100)는 Y축 방향으로 피치 그래디언트(gradient, 또는, 기울기, 구배)가 형성될 수 있다. 즉, 원형 편광 소자(100)는 +Y축 방향을 따라 카이랄 물질의 비율이 연속적으로 작아지고, 피치 거리는 길어지며, 원형 편광되는 주파수 대역은 저주파수 대역으로 이동하며, 파장 대역은 장파장 대역으로 이동할 수 있다. 즉, 하나의 원형 편광 소자(100)는 빛이 입사되는 영역에 따라 다양한 주파수 대역의 빛을 원형 편광시킬 수 있다.
콜레스테릭 액정이 자외선이나 열에 의해 고분자화되는 경우, 원형 편광 소자(100)는 시스형으로 변형된 아조 색소를 포함하는 콜레스테릭 액정 상태로 유지될 수 있다. 또는, 원형 편광 소자(100)는 자외선이나 가시광선을 차단하는 차단막을 더 포함할 수 있다.
또는, 기 설정된 농도의 아조 색소를 포함하는 콜레스테릭 액정은 기 설정된 방향으로 자외선의 세기가 소자의 위치에 따라 연속적으로 변하도록 노출될 수 있다. 따라서, 원형 편광 소자(100)에 포함된 광이성질화된 아조 색소의 비율은 소자의 기 설정된 방향으로 연속적으로 변할 수 있고, 연속적으로 콜레스테릭 액정의 피치를 변화시킬 수 있다. 기 설정된 방향으로 자외선의 세기가 소자의 위치에 따라 연속적으로 변하게 하기 위해 일정 세기의 UV와 소자 사이에 연속적으로 변화하는 ND 필터가 사용될 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 열을 이용한 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 히터(160) 및 양 기판에 각각 히터 고리(161a, 161b)를 포함하는 원형 편광 소자(100)가 도시되어 있다. 콜레스테릭 액정의 반사되는 주파수(또는, 파장) 대역은 온도 변화에 따라 변경될 수 있다. 콜레스테릭 액정에 포함된 네마틱 액정의 피치는 공급된 열에 대응하여 변할 수 있다. 즉, 콜레스테릭 액정의 원형 편광 주파수는 온도 변화에 따라 변경될 수 있다. 히터(160)는 히터 고리(161a, 161b)의 온도를 조절할 수 있다. 그리고, 히터 고리(161a, 161b)의 온도는 히터(160)에 의해 변할 수 있다. 히터(160)에 의해 공급된 열은 히터 고리(161a, 161b)를 통해 콜레스테릭 액정으로 전달될 수 있다. 그리고, 콜레스테릭 액정의 온도가 변함에 따라 반사되는 주파수 대역은 이동될 수 있다. 즉, 히터(160)를 이용하여 콜레스테릭 액정에 전달되는 온도를 조절함으로써 하나의 원형 편광 소자(100)는 입사되는 빛의 다양한 주파수 대역에 대해 원형 편광을 시킬 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 온도 기울기를 이용한 도 3의 연속적으로 변화하는 피치 구조를 얻을 수 있는 원형 편광 소자를 제작하는 세 번째 방법을 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 제1 히터(160a) 및 제2 히터(160b)를 포함하는 원형 편광 소자(100)가 도시되어 있다. 제1 히터(160a)와 제2 히터(160b)는 원형 편광 소자(100)에 서로 다른 온도의 열을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제1 히터(160a)는 제1 온도의 열을 공급하고, 제2 히터(160b)는 제1 온도보다 낮은 제2 온도의 열을 공급할 수 있다. 제1 히터(160a)는 기판의 일단에 연결될 수 있고, 제2 히터(160b)는 기판의 타단에 연결될 수 있다. 즉, 원형 편광 소자(100)에는 제1 및 제2 히터(160a, 160b)의 온도차에 의해 일단에서 타단 방향으로 온도 그래디언트(gradient)가 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 콜레스테릭 액정의 피치는 온도에 따라 변할 수 있다. 그리고, 원형 편광되는 주파수 대역은 피치에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 원형 편광 소자(100)의 원형 편광되는 주파수 대역은 온도 그래디언트가 형성된 일단에서 타단 방향으로 달라질 수 있다.
그리고, 제1 히터(160a)와 제2 히터(160b)는 목적에 따라 다양한 온도로 설정될 수 있다. 경우에 따라, 제1 히터(160a)와 제2 히터(160b)는 동일한 온도로 설정될 수도 있다.
원형 편광 소자(100)는 온도 그래디언트가 형성된 방향과 평행한 방향으로 이동하는 이동체(moving stage)(20)를 더 포함할 수 있다. 이동체(20)는 광원을 포함하여 이동체(20)의 이동에 따라 입사하는 빛이 원형 편광 소자(100)에 쪼이는 위치가 이동될 수 있다. 이동체(20)는 도 10에서 설명되었으나, 하나의 원형 편광 소자(100)의 빛의 쪼이는 위치에 따라 원형 편광되는 주파수 대역이 변하는 다른 실시 예에도 이동체(20)가 포함될 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전기장을 이용한 파장 가변 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 전원이 연결된 원형 편광 소자(100)가 도시되어 있다. 예를 들어, 기판이 ITO로 제작된 경우, 기판은 전기를 공급받을 수 있는 셀을 포함할 수 있다. 그리고, 전기장이 인가되는 경우, 콜레스테릭 액정은 광 밴드 갭(콜레스테릭 액정의 반사 파장 대역) 내의 파장에 대해 원형 편광된 빛만 통과시킬 수 있다. 공급된 전압의 크기에 따라 콜레스테릭 액정의 피치는 변화될 수 있다. 그리고, 피치의 변화에 따라 원형 편광되는 주파수 대역은 변할 수 있다.
상술한 바와 같이, 콜레스테릭 액정이 좌선성 카이랄 물질을 포함하는 경우, 원형 편광 소자(100)는 우원 편광 소자로 동작할 수 있다. 그리고, 콜레스테릭 액정이 우선성 카이랄 물질을 포함하는 경우, 원형 편광 소자(100)는 좌원 편광 소자로 동작할 수 있다.
상술한 바와 같이, 원형 편광 소자(100)의 다양한 실시 예에 따르면, 위치에 따라 연속적으로 변하는 피치 기울기를 가진 하나의 원형 편광 소자(100)는 빛이 입사되는 위치에 따라 다양한 주파수 대역의 빛을 원형 편광시킬 수도 있다. 따라서, 원형 편광 소자(100)의 다양한 영역으로 빛이 입사될 수 있도록 광원을 이동시키거나 원형 편광 소자(100)를 이동시켜야 한다.
광원을 이동시키는 일 실시 예로서, 원형 편광 소자(100)는 이동체를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 이동체는 광원을 포함하고 원형 편광 소자(100)의 일단에서 타단으로 이동할 수 있다. 이동체의 이동에 따라 광원은 원형 편광 소자(100)의 다양한 영역에 빛을 쪼일 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 로테이터를 이용한 파장 가변 원형 편광 소자를 설명하는 도면이다.
도 12를 참고하면, 원형 편광 소자(100)가 위치하는 로테이터(30)가 도시되어 있다. 로테이터(30)는 소자에 입사하는 빛의 입사각을 변경할 목적으로 사용하거나 또는 소자에 대해 빛의 입사각과 입사 위치를 동시에 변경할 목적으로 이용될 수 있다. 로테이터(30)는 중심점(또는, 회전축)을 기준으로 회전할 수 있다. 그리고, 원형 편광 소자(100)는 로테이터(30)의 중심점에서 일정 거리(d) 떨어진 지점에 위치할 수 있다. 즉, 원형 편광 소자(100)의 다양한 영역으로 빛이 입사될 수 있도록 원형 편광 소자(100)의 위치를 변경할 때, 이동체 대신 로테이터(30)를 이용할 수 있다. 원형 편광 소자(100)가 중심점과 일정 거리(d) 떨어져서 배치되기 때문에 로테이터(30)의 회전에 따라 로테이터(30)의 지름을 지나는 축은 원형 편광 소자(100)의 다양한 영역을 지날 수 있다. 즉, 광원이 로테이터(30)의 지름과 동일한 축상에 위치한 경우, 광원은 로테이터(30)의 회전에 따라 원형 편광 소자(100)의 다양한 영역에 빛을 쪼일 수 있다. 따라서, 로테이터(30)는 피치 그래디언트가 형성된 하나의 원형 편광 소자(100)의 다양한 실시 예에 적용될 수 있다.
지금까지, 원형 편광 소자(100)의 다양한 실시 예를 설명하였다. 아래에서는 원형 편광 소자(100)를 포함하는 다양한 필터에 대해 설명한다.
도 13 내지 도 19는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 노치 필터를 설명하는 도면이다.
도 13을 참조하면, 원형 편광 소자(100)를 포함하는 제1 실시 예의 노치 필터가 도시되어 있다.
노치 필터는 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)을 포함한다. 그리고, 노치 필터의 출력 파형은 분광계(spectrophotometer)를 이용하여 검출될 수 있다. 즉, 기 설정된 농도의 우원 편광 소자(100a) 1개와 좌원 편광 소자(100b) 1개를 조합하여 기 설정된 주파수 대역(PBG)에서 빛의 투과를 차단하는 노치 필터가 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 우원 편광 소자(100a)는 콜레스테릭 액정에 좌선성 카이랄 물질을 포함한다. 따라서, 우원 편광 소자(100a)는 일정한 파장(또는, 주파수) 대역의 좌원 편광 빛을 반사시키고 우원 편광 빛을 투과시키는 특성을 가진다. 그리고, 좌원 편광 소자(100b)는 콜레스테릭 액정에 우선성 카이랄 물질을 포함한다. 따라서, 좌원 편광 소자(100b)는 일정한 주파수 대역의 우원 편광 빛을 반사시키고 좌원 편광 빛을 투과시키는 특성을 가진다.
도 13을 참조하면, 광원(200)에서 빛(53)이 출력된다. 광원(200)에서 출력되는 빛(53)은 편광되지 않은 빛(무편광 빛) 또는 선편광된 빛일 수 있다. 무편광 빛과 선편광된 빛은 각각 우원 편광 50%와 좌원 편광 50%로 구성되어 있다.
우원 편광 소자(100a)는 특정 파장(PBG)의 좌원 편광 빛을 반사시키고 우원 편광 빛을 투과시킨다. 따라서, 우원 편광 소자(100a)를 통과한 빛(52)은 PBG에서 좌원 편광된 빛 성분이 제거된 파형을 가질 수 있다. 우원 편광 소자(100a)를 통과한 빛은 좌원 편광 소자(100b)에 도달한다.
좌원 편광 소자(100b)는 PBG의 우원 편광 빛을 반사시킨다. 따라서, 좌원 편광 소자(100b)를 통과한 빛(53)은 특정 파장에서 우원 편광된 빛 성분이 제거된 파형을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, PBG 내의 좌원 편광 빛 성분은 우원 편광 소자(100a)에서 제거되었고, 우원 편광 빛 성분은 좌원 편광 소자(100b)에서 다시 제거되기 때문에, 두 편광 소자를 통과한 빛(53)은 PBG 내의 모든 파장이 제거된 파형을 가질 수 있다. 따라서, 노치 필터는 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 노치 필터는 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 배치 위치를 바꿔서 구현될 수도 있다. 즉, 좌원 편광 소자(100b)가 먼저 배치되어 광원(200)으로부터 출력된 빛이 좌원 편광 소자(100b)를 통과한 후 우원 편광 소자(100a)를 통과할 수도 있다. 우원 편광 소자(100a)와 좌원 편광 소자(100b)의 배치 순서의 다양한 실시 예는 아래 설명하는 다양한 노치 필터에도 적용될 수 있다.
노치 필터는 상술한 다양한 실시 예의 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 이용하여 구현될 수 있다.
도 14에는 제2 실시 예의 노치 필터가 도시되어 있다.
도 14를 참조하면, 제1 로테이터(30a)를 포함하는 우원 편광 소자(100a) 및 제2 로테이터(30b)를 포함하는 좌원 편광 소자(100b)로 구현된 노치 필터가 도시되어 있다. 제1 로테이터(30a)와 제2 로테이터(30b)가 각각 회전함에 따라 우원과 좌원 편광 소자(100a, 100b)의 PBG 위치가 각각 단파장으로 이동할 수 있고, 회전각을 변화시켜 두 원편광 소자의 변화된 PBG 위치가 일치하도록 조정함으로써 파장 가변 노치 필터가 구현될 수 있다. 이때, 우원과 좌원 편광 소자(100a, 100b)는 각각 일정한 카이랄 분자의 농도를 가지고 있고, 회전에 의한 PBG의 위치 이동은 회전 방향에 무관하여 시계방향 또는 반시계 방향으로 돌릴 수 있다.
또한, 도 14에서 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 각각 다양한 방식에 따라 피치 그래디언트를 가지는 원형 편광 소자일 수 있다. 예를 들어, 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 서로 다른 스페이서를 포함할 수 있고, 카이랄 물질 농도의 그래디언트가 형성된 소자일 수 있으며, 아조 색소의 광이성질화를 이용한 그래디언트가 형성된 소자일 수도 있고, 온도 기울기를 이용한 피치 그래디언트를 형성할 수도 있다. 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 카이랄 물질의 성질만 다르고 동일한 방식 및 비슷한 농도의 그래디언트가 형성된 소자일 수 있다.
우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 각각 제1 및 제2 로테이터(30a, 30b)의 회전축과 일정 거리 떨어진 영역에 배치될 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 로테이터(30a, 30b)는 동일한 각도로 회전할 수 있다. 경우에 따라, 제1 로테이터(30a)와 제2 로테이터(30b)는 서로 다른 각도로 회전할 수도 있다. 일 실시 예로서, 제1 및 제2 로테이터(30a, 30b)는 0도에서 90도 가까이 회전할 수 있다. 광원(200)은 제1 및 제2 로테이터(30a, 30b)의 지름과 동일한 축상에 배치될 수 있다. 따라서, 광원(200)에서 출력된 빛은 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 대응되는 영역에 쪼여질 수 있다. 좌원 편광 소자(100a) 및 우원 편광 소자(100b)를 통과한 빛은 분광계(300)를 통해 검출될 수 있다.
광원(200)에서 출력된 빛은 제1 및 제2 로테이터(30a, 30b)의 회전에 따라 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 다양한 영역에 쪼여질 수 있다. 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 피치의 그래디언트에 의해 빛이 쪼여지는 영역에 따라 서로 다른 파장(또는, 주파수) 대역의 빛을 반사시킬 수 있다. 따라서, 도 14에 도시된 노치 필터는 제1 및 제2 로테이터(30a, 30b)에 회전에 따라 다양한 파장 대역의 빛을 제거할 수 있다.
로테이터의 실시 예는 다양한 노치 필터에 적용될 수 있다.
도 15에는 제3 실시 예의 노치 필터가 도시되어 있다.
도 15를 참조하면, 노치 필터는 카이랄 농도의 그래디언트가 형성된 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 포함할 수 있다. 또한, 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 각각 제1 이동체(20a) 및 제2 이동체(20b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 이동체(20a, 20b)는 각각 그래디언트가 형성된 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 이동시킬 수 있다. 제1 및 제2 이동체(20a, 20b)는 동일한 거리를 이동할 수 있다. 경우에 따라, 제1 및 제2 이동체(20a, 20b)는 서로 다른 거리를 이동할 수도 있다.
제1 및 제2 이동체(20a, 20b)의 이동에 따라 광원(200)에서 출력된 빛은 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 다양한 영역에 쪼여질 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛이 그래디언트가 형성된 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자의 다양한 영역에 쪼여짐으로써 노치 필터는 다양한 파장 대역의 빛을 제거할 수 있다. 이동체의 실시 예는 다양한 노치 필터에 적용될 수 있다.
도 16에는 제4 실시 예의 노치 필터가 도시되어 있다.
도 16을 참조하면, 노치 필터는 일정 농도의 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)에 제1 히터(160a) 및 제2 히터(160b)를 포함할 수 있다. 또는, 노치 필터는 일정 농도의 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)에 제1 이동체(20a) 및 제2 이동체(20b)를 포함할 수 있다.
광원(200)은 빛을 출력한다. 제1 히터(160a)는 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 일단에 제1 온도의 열을 공급할 수 있다. 제2 히터(160b)는 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 타단에 제1 온도와 다른 제2 온도의 열을 공급할 수 있다. 상술한 바와 같이, 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 각각 제1 히터(160a)와 제2 히터(160b)에서 공급되는 서로 다른 온도의 열에 의해 온도 그래디언트가 형성될 수 있다. 그리고, 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 빛이 쪼여지는 영역에 따라 다양한 파장의 빛 성분을 반사시킬 수 있다.
도 16에 도시된 노치 필터는 제1 히터(160a) 및 제2 히터(160b)에서 공급되는 열의 온도를 조정함으로써 반사되는 빛의 파장 대역을 조정할 수 있다. 또는, 도 16에 도시된 노치 필터는 제1 이동체(20a) 및 제2 이동체(20b)를 포함할 수 있다. 제1 이동체(20a) 및 제2 이동체(20b)는 각각 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 동일한 거리만큼 이동시켜 반사되는 빛의 파장 대역을 조정할 수 있다. 또는, 제1 이동체(20a) 및 제2 이동체(20b)는 각각 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 개별적으로 제어하여 반사되는 빛의 파장 대역을 조정할 수도 있다.
도 17에는 제5 실시 예의 노치 필터가 도시되어 있다.
도 17을 참조하면, 노치 필터는 일정한 아조 색소를 포함한 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 아조 색소를 포함한 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)에 자외선을 쬐면 각 원 편광 소자의 PBG를 단파장 쪽으로 이동시킬 수 있고, 이동된 PBG 위치는 가시광(VIS)을 쪼이면 다시 장파장으로 이동할 수 있다. 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)에 포함되는 아조 색소의 농도는 노치 필터의 목적에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
아조 색소를 포함하는 선형 편광 소자의 특성 및 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 포함하는 노치 필터의 특성은 상술한 예와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.
우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 콜레스테릭 액정은 열이나 자외선에 의해 고분자화될 수 있다. 또는, 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 자외선이나 가시광선을 차단할 수 있는 차단막을 더 포함할 수도 있다.
도 18에는 제6 실시 예의 노치 필터가 도시되어 있다.
도 18을 참조하면, 시스형으로 전환된 아조 색소의 농도에 따라 그래디언트가 형성된 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 포함한 노치 필터가 도시되어 있다.
일 실시 예로서, 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 각각 균일한 농도의 아조 색소 및 농도가 일정하게 변하는 ND 필터를 포함할 수 있다. ND 필터에 의해 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 각 영역에 투사되는 자외선의 양이나 세기가 달라질 수 있다. 자외선의 양이나 세기에 따라 각 영역에서 시스형으로 전환되는 아조 색소의 비율이 달라질 수 있다. 그리고, 아조 색소의 비율에 따라 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 각 영역에서 반사되는 빛의 파장은 달라질 수 있다.
아조 색소를 포함하는 선형 편광 소자의 특성 및 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 포함하는 노치 필터의 특성은 상술한 예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 19에는 제7 실시 예의 노치 필터가 도시되어 있다.
도 19를 참조하면, 노치 필터는 히터(160)를 포함할 수 있다. 히터(160)는 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 각 면에 열을 공급할 수 있다. 히터(160)의 온도가 제어됨에 따라 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)에서 반사되는 빛의 파장은 달라질 수 있다.
한편, 노치 필터는 하나의 소자로 구현될 수도 있다.
도 20 및 도 21은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 노치 필터를 구현하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 20(a)를 참조하면, 상술한 원형 편광 소자가 도시되어 있다. 즉, 한 쌍의 기판(110a, 110b) 각각의 일면에는 폴리이미드층(120a, 120b)이 코팅된다. 그리고, 폴리이미드층(120a, 120b)은 경우에 따라 러빙(rubbing) 처리될 수 있다. 다음에, 폴리이미드층(120a, 120b) 사이의 스페이서(130)를 이용하여 셀이 제작되고, 네마틱 액정과 카이랄 물질(도펀트)의 혼합물이 주입된다. 일 실시 예로, 카이랄 물질은 좌선성 카이랄 물질일 수 있다. 셀에 좌선성 카이랄 물질이 주입되는 경우, 네마틱 액정은 반시계 방향의 나선형으로 배열된다. 카이랄 물질 주입 후, 자외선을 조사하면 콜레스테릭 액정층(140)이 고분자화된다. 고분자화된 원형 편광 소자의 폴리이미드층(120b)이 코팅된 한쪽 기판(110b)이 제거된다. 도 20(b)를 참조하면 원형 편광 소자의 폴리이미드층(120b)이 코팅된 한쪽 기판(110b)이 제거된 도면이 도시되어 있다. 원형 편광 소자의 한쪽 기판(110b)이 제거된 후, 스페이서(130a)를 이용하여 셀이 제작된다.
도 20(c)에는 새로운 셀이 포함된 소자가 도시되어 있다. 폴리이미드층(120c)이 코팅된 기판(110c)과 새로운 스페이서(130a)를 이용하여 셀이 제작된다. 그리고, 제작된 셀에 네마틱 액정과 카이랄 물질이 주입된다.
도 20(d)에는 제작된 셀에 네마틱 액정과 카이랄 물질이 주입되어 새로운 콜레스테릭 액정층(140a)을 포함하는, 각각 좌원과 우원 편광 특성을 가지는 2층 구조의 소자가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 도 20(a)의 콜레스테릭 액정층(140)에 좌선선 카이랄 물질이 포함된 경우, 새로운 콜레스테릭 액정층(140a)에는 우선성 카이랄 물질이 포함된다. 한편, 도 20(a)의 콜레스테릭 액정층(140)에 우선성 카이랄 물질이 포함된 경우, 새로운 콜레스테릭 액정층(140a)에는 좌선성 카이랄 물질이 포함된다. 좌선성 카이랄 물질이 포함된 경우, 콜레스테릭 액정층을 투과한 빛은 우원 편광 특성을 가지고, 우선성 카이랄 물질이 포함된 경우, 콜레스테릭 액정층을 투과한 빛은 좌원 편광 특성을 가진다. 즉, 좌원 편광 특성의 콜레스테릭 액정층 및 우원 편광 특성의 콜레스테릭 액정층의 제작 순서는 바뀔 수 있다. 그리고, 기존 콜레스테릭 액정층(140) 및 새로운 콜레스테릭 액정층(140a)에는 PBG의 위치가 일치하도록 주입되는 카이랄 분자의 농도가 조절될 수 있다.
경우에 따라, 한 쌍의 기판(110a, 110c)은 입사 광선에 대해 폴리이미드가 코팅이 되지 않는 면은 무반사 코팅이 되어 사용될 수 있다. 그리고, 노치 필터의 제작에 사용되는 콜레스테릭 액정층(140, 140a)은 자외선 또는 열에 의해 고분자화될 수 있는 물질일 수 있다.
또한, 노치 필터는 다른 방식으로 제작될 수도 있다.
도 21(a)을 참조하면, 폴리이미드층(120a)이 코팅된 후 러빙 처리된 기판(110a) 위에 콜레스테릭 액정층(140b)을 스핀 코팅한다. 예를 들어, 콜레스테릭 액정층(140b)은 우선성 카이랄 물질을 포함할 수 있고, 콜레스테릭 액정층(140b)은 좌원 편광 특성을 가진다. 스핀 코팅 과정을 통해 콜레스테릭 액정층(140b)이 제작되므로 기판(110a)는 1개만 사용된다. 다음에, 약 100도에서 약 1분간 열처리 과정이 수행되고, 콜레스테릭 나선구조의 형성이 잘 되도록 천천히 상온에서 냉각 후 자외선이 조사되면 콜레스테릭 액정층(140b)은 고분자화 된다. 스핀 코팅된 콜레스테릭 액정층(140b) 위에 새로운 콜레스테릭 액정층(140c)이 스핀 코팅되어 기존의 콜레스테릭 액정층(140b)과 같은 방법으로 형성된다.
도 21(b)에는 새로운 콜레스테릭 액정층(140c)이 형성된 소자가 도시되어 있다. 이전 콜레스테릭 액정층(140b)이 우선성 카이랄 물질을 포함하는 경우, 새로운 콜레스테릭 액정층(140c)은 좌선성 카이랄 물질을 포함한다. 스핀 코팅 과정이 수행되어 소자에는 2층의 콜레스테릭 액정층(140b, 140c)이 형성된다. 새로운 콜레스테릭 액정층(140c)이 잘 형성되도록 약 100도에서 약 1분간 열처리 과정이 수행되고, 좌외선이 조사되면 새로운 콜레스테릭 액정층(140c)은 고분자화 된다. 그리고, 기존 콜레스테릭 액정층(140b) 및 새로운 콜레스테릭 액정층(140c)에는 PBG의 위치가 일치하도록 주입되는 카이랄 분자의 농도가 조절될 수 있다. 그리고, 노치 필터의 제작에 사용되는 콜레스테릭 액정(140b, 140c)층은 자외선 또는 열에 의해 고분자화될 수 있는 물질일 수 있다.
도 22에는 제8 실시 예의 노치 필터가 도시되어 있다.
도 22를 참조하면, 하나의 소자로 형성된 노치 필터(400)가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 노치 필터(400)는 우원 편광 콜레스테릭 액정 및 좌원 편광 콜레스테릭 액정의 2중층을 포함한다. 광원(200)에서 빛(53)이 출력된다. 광원(200)에서 출력되는 빛(53)은 편광되지 않은 빛(무편광 빛) 또는 선편광된 빛일 수 있다. 무편광 빛과 선편광된 빛은 각각 우원 편광 50%와 좌원 편광 50%로 구성되어 있다.광원(200)에서 출력된 빛(56)은 노치 필터의 우원 편광 콜레스테릭 액정 및 좌원 편광 콜레스테릭 액정을 통과한다. 노치 필터(400)의 우원 편광 콜레스테릭 액정은 PBG에서 좌원 편광된 빛 성분을 반사시킨다. 그리고, 노치 필터(400)의 좌원 편광 콜레스테릭 액정은 PBG에서 우원 편광된 빛 성분을 반사시킨다. 노치 필터(400)의 우원 편광 콜레스테릭 액정과 좌원 편광 콜레스테릭 액정의 PBG는 동일하다. 따라서, 노치 필터(400)를 통과한 빛(57)은 PBG 영역의 성분이 모두 제거된 파형을 가질 수 있다.
노치 필터(400)를 통과한 빛(57)의 파형은 분광계(spectrophotometer)를 이용하여 검출될 수 있다.
도 23에는 제9 실시 예의 노치 필터가 도시되어 있다.
도 23을 참조하면, 로테이터(30a)에 배치된 노치 필터(400)가 도시되어 있다. 노치 필터(400)는 우원 편광 콜레스테릭 액정 및 좌원 편광 콜레스테릭 액정을 포함한다. 광원(200)에서 빛(53)이 출력된다. 로테이터(30a)가 회전함에 따라 노치 필터(400)의 PBG 위치가 단파장으로 이동할 수 있다.
이때, 노치 필터(400) 내의 우원 편광 콜레스테릭 액정 및 좌원 편광 콜레스테릭 액정은 각각 일정한 카이랄 분자의 농도를 가지고 있고, 회전에 의한 PBG의 위치 이동은 회전 방향에 무관하여 시계방향 또는 반시계 방향으로 돌릴 수 있다.
또한, 도 23에서 노치 필터(400) 내의 우원 편광 콜레스테릭 액정 및 좌원 편광 콜레스테릭 액정은 각각 다양한 방식에 따라 피치 그래디언트를 가질 수 있다. 예를 들어, 우원 편광 콜레스테릭 액정 및 좌원 편광 콜레스테릭 액정은 카이랄 물질 농도의 그래디언트가 형성된 소자일 수 있으며, 아조 색소의 광이성질화를 이용한 그래디언트가 형성된 소자일 수도 있고, 온도 기울기를 이용한 피치 그래디언트를 형성할 수도 있다. 우원 편광 콜레스테릭 액정 및 좌원 편광 콜레스테릭 액정은 카이랄 물질의 성질만 다르고 동일한 방식 및 비슷한 농도의 그래디언트가 형성될 수 있다.
노치 필터(400)는 로테이터(30a)의 회전축과 일정 거리 떨어진 영역에 배치될 수 있다. 일 실시 예로서, 로테이터(30a)는 -90도에서 90도 가까이 회전할 수 있다. 광원(200)은 로테이터(30a)의 지름과 동일한 축상에 배치될 수 있다. 노치 필터(400)를 통과한 빛은 분광계(300)를 통해 검출될 수 있다.
광원(200)에서 출력된 빛은 로테이터(30a)의 회전에 따라 노치 필터(400)의 다양한 영역에 쪼여질 수 있다. 노치 필터(400)는 피치의 그래디언트에 의해 빛이 쪼여지는 영역에 따라 서로 다른 파장(또는, 주파수) 대역의 빛을 반사시킬 수 있다. 따라서, 도 23에 도시된 노치 필터(400)는 로테이터(30a)에 회전에 따라 다양한 파장 대역의 빛을 제거할 수 있다.
도 24는 본 개시의 일 실시 예에 따른 노치 필터의 출력 파형을 나타내는 도면이다.
도 24를 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 노치 필터의 파형이 도시되어 있다. 도 24에 도시된 바와 같이, 하나의 노치 필터는 우원 편광 소자 및 좌원 편광 소자에 형성된 다양한 그래디언트에 따라 다양한 빛의 파장을 제거할 수 있다. 예를 들어, 도 24에 도시된 노치 필터의 파형은 약 500nm의 파장부터 약 730nm의 파장까지 연속적이고 다양한 파장의 빛이 제거될 수 있다는 것을 보여준다.
지금까지 선형 편광 소자를 이용한 노치 필터의 다양한 실시 예를 설명하였다. 상술한 바와 같이, 노치 필터의 실시 예는 도면에 도시된 실시 예에 한정되지 않는다. 위에서 설명한 다양한 선형 편광 소자를 이용하여 특정 파장(또는, 주파수) 대역을 제거할 수 있다면, 다양한 선형 편광 소자를 조합하여 노치 필터가 구현될 수 있다.
아래에서는 선형 편광 소자를 이용한 밴드 패스 필터의 다양한 실시 예를 설명한다.
도 25 내지 도 38은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 밴드 패스 필터를 설명하는 도면이다.
도 25에는 제1 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 25를 참조하면, 밴드 패스 필터는 빔 스플리터(180), 좌원 편광 소자(100b)를 포함할 수 있다. 광원(200)은 빛을 출력한다. 출력된 빛은 무편광 빛이거나 선편광된 빛일 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 빔 스플리터(180)를 투과할 수 있다. 빔 스플리터(180)를 투과한 빛은 좌원 편광 소자(100b)에 도달한다. 좌원 편광 소자(100b)는 도달된 빛 중에서 특정 파장 대역의 우원 편광된 빛을 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 특정 파장 대역은 490nm에서 510nm 사이일 수 있다. 좌원 편광 소자(100b)에서 반사된 우원 편광된 빛은 빔 스플리터(180)에서 반사될 수 있다. 빔 스플리터(180)에서 반사된 우원 편광된 빛은 좌원 편광으로 바뀐다. 즉, 분광계(300)는 광원(200)에서 출력된 빛 중에서 빔 스플리터(180) 및 좌원 편광 소자(100b)에 의해 파장 대역이 490nm에서 510nm 사이의 좌원 편광된 빛만을 검출할 수 있다. 즉, 도 25에 도시된 필터는 파장 대역이 490nm에서 510nm 사이의 빛만을 통과시키는 밴드 패스 필터이다.
도 25에서는 좌원 편광 소자(100b)를 사용하였으나, 우원 편광 소자(100a)를 사용하여 밴드 패스 필터가 구현될 수도 있다. 밴드 패스 필터가 우원 편광 소자(100a)를 포함하는 경우, 광원(200)에서 출력된 빛은 빔 스플리터(180)를 투과하여 우원 편광 소자(100a)에 도달한다. 우원 편광 소자(100a)는 특정 파장 대역의 좌원 편광된 빛을 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 특정 파장 대역은 490nm에서 510nm 사이일 수 있다. 우원 편광 소자(100a)에서 반사된 좌원 편광된 빛은 빔 스플리터(180)에서 반사될 수 있다. 빔 스플리터(180)에서 반사된 좌원 편광된 빛은 우원 편광으로 바뀐다. 즉, 분광계(300)는 광원(200)에서 출력된 빛 중에서 빔 스플리터(180) 및 우원 편광 소자(100a)에 의해 파장 대역이 490nm에서 510nm 사이의 우원 편광된 빛만을 검출할 수 있다. 즉, 필터는 파장 대역이 490nm에서 510nm 사이의 빛만을 통과시키는 밴드 패스 필터이다.
한편, 빔 스플리터 대신 광 도파로가 배치될 수도 있다. 즉, 우원(또는 좌원) 편광 소자(100a)에서 반사된 빛을 빔 스플리터 또는 광 도파로로 반사 또는 분리함으로써 특정 파장대의 빛을 통과시키는 밴드 패스 필터가 구현될 수 있다.
도 26에는 제2 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 26을 참조하면, 밴드 패스 필터는 광도파로(190)를 포함할 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 광도파로(190)를 통과하여 좌원 편광 소자(100b)에 도달할 수 있다. 좌원 편광 소자(100b)는 도달된 빛 중에서 우원 편광된 빛을 반사시킬 수 있다. 반사된 우원 편광 빛은 광도파로(190)의 분기로(branch)를 통해 무수히 많은 횟수로 도파로 내에서 전반사한 후 무편광 상태로 출력될 수 있다. 분기로의 끝단에는 분광계가 위치할 수 있다. 분광계는 광도파로에서 출력된 특정 파장 대역의 빛을 검출할 수 있다.
도 27에는 제3 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 27을 참조하면, 밴드 패스 필터는 좌원 편광 소자(100b) 및 우원 편광 소자(100a)를 포함할 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 빔 스필리터(180)를 통과하여 좌원 편광 소자(100b)에 도달한다. 좌원 편광 소자(100b)에 도달된 빛 중 특정 파장의 우원 편광된 빛은 좌원 편광 소자(100b)에 의해 반사된다. 예를 들어, 특정 파장은 483nm에서 516nm 사이일 수 있다. 반사된 우원 편광 빛은 빔 스플리터(180)에 의해 반사되고, 좌원 편광으로 바뀐다. 좌원 편광으로 바뀐 빛은 우원 편광 소자(100a)에 도달한다.
한편, 좌원 편광 소자(100b)의 편광되는 파장 대역은 우원 편광 소자(100a)의 편광되는 파장 대역과 다를 수 있다. 예를 들어, 좌원 편광 소자(100b)의 편광 파장은 483nm에서 516nm 사이일 수 있고, 우원 편광 소자(100a)의 편광 파장은 500nm에서 534nm 사이일 수 있다.
즉, 우원 편광 소자(100a)에 도달된 빛의 파장 대역은 483nm에서 516nm 사이의 좌원 편광된 빛이다. 그리고, 우원 편광 소자(100a)는 500nm에서 534nm 사이의 좌원 편광 빛을 반사시킨다. 따라서, 우원 편광 소자(100a)를 통과한 빛은 483nm에서 500nm 사이의 좌원 편광 빛이다. 우원 편광 소자(100a)를 통과한 빛은 분광계(300)를 통해 검출될 수 있다.
상술한 바와 같이, 좌원 편광 소자(100b)의 위치와 우원 편광 소자(100a)의 위치는 바뀔 수 있다. 반사되는 파장 대역이 서로 다른 좌원 편광 소자(100b) 및 우원 편광 소자(100a)를 이용하여 통과하는 밴드 갭을 조절할 수 있는 밴드 패스 필터가 구현될 수 있다.
도 28에는 제4 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 28을 참조하면, 밴드 패스 필터는 빔 스플리터(180), 좌원 편광 소자(100b) 및 우원 편광 소자(100a)를 포함할 수 있다. 도 28에서 좌원 편광 소자(100b) 및 우원 편광 소자(100a)가 반사하는 파장 대역은 동일할 수 있다. 예를 들어, 도 28에서 도시된 바와 같이, 반사되는 파장 대역은 490nm에서 510nm 사이라고 가정한다.
광원(200)에서 출력되어 빔 스플리터(180)를 통과한 빛은 좌원 편광 소자(100b)에 도달한다. 490nm에서 510nm 사이의 우원 편광 빛은 반사되고, 490nm에서 510nm 사이의 좌원 편광 빛을 포함한 나머지 빛은 통과한다. 그리고, 우원 편광 소자(100a)에 의해 490nm에서 510nm 사이의 좌원 편광 빛은 반사된다. 그리고, 반사된 좌원 편광 빛은 좌원 편광 소자(100b)를 통과한다. 따라서, 좌원 편광 소자(100b)에서 빔 스플리터(180)로 향하는 빛은 좌원 편광 성분 및 우원 편광 성분을 모두 포함할 수 있다. 즉, 좌원 편광 소자(100b)에서 빔 스플리터(180)로 향하는 빛은 무편광 빛일 수 있다. 무편광 빛은 빔 스플리터(180)에서 반사될 수 있다.
좌원 편광 소자(100b) 및 우원 편광 소자(100a)가 나란히 배치된 밴드 패스 필터는 좌원 편광 성분 및 우원 편광 성분 모두를 포함한 특정 파장 대역의 빛을 통과시킬 수 있다.
도 29에는 제5 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 29를 참조하면, 밴드 패스 필터는 이동체(20)에 배치된 좌원 편광 소자(100b)를 포함할 수 있다. 밴드 패스 필터의 기본적인 동작 과정은 상술한 바와 동일하다. 도 29의 좌원 편광 소자(100b)는 위치에 따라 피치 그래디언트가 형성되어 있다. 따라서, 좌원 편광 소자(100b)는 광원(200)에서 출력된 빛이 소자에 도달되는 영역에 따라 반사되는 파장 대역은 달라질 수 있다. 따라서, 이동체(20)에 의해 빛이 도달되는 좌원 편광 소자(100b)의 영역이 달라짐에 따라 통과되는 파장 대역도 달라질 수 있다. 그래디언트가 형성된 선형 편광 소자도 위에서 자세히 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 30에는 제6 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 30을 참조하면, 밴드 패스 필터는 빔 스플리터(180), 이동체(20a, 20b)와 각각 연결된 좌원 편광 소자(100b) 및 우원 편광 소자(100a)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 좌원 편광 소자(100b) 및 우원 편광 소자(100a)는 피치 그래디언트가 형성되어 있기 때문에 빛이 도달되는 위치에 따라 다양한 파장 대역의 빛을 반사시킬 수 있다. 그리고, 이동체(20)는 빛이 도달되는 편광 소자의 영역을 조정할 수 있다.
광원(200)에서 출력되어 빔 스플리터(180)를 통과한 빛의 일부 성분은 좌원 편광 소자(100b)에 의해 반사된다. 반사되는 빛의 일부 성분은 특정 파장 대역이고, 우원 편광 특성을 가진다. 그리고, 반사된 우원 편광 빛은 빔 스플리터에 의해 좌원 편광으로 바뀐다. 바뀐 좌원 편광 빛의 일부 성분은 우원 편광 소자(100a)에 의해 반사된다. 따라서, 좌원 편광 소자(100b) 및 우원 편광 소자(100a)의 조합에 의한 특정 파장 대역의 빛만 통과되어 분광계(300)에 의해 검출될 수 있다.
도 31에는 제7 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 31을 참조하면, 밴드 패스 필터는 빔 스플리터(180) 및 좌원 편광 소자(100b) 및 우원 편광 소자(100a)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 좌원 편광 소자(100b) 및 우원 편광 소자(100a)를 나란히 배치하는 경우, 분광계(300)는 특정 파장 대역의 무편광 빛을 검출할 수 있다.
좌원 편광 소자(100b) 및 우원 편광 소자(100a)가 피치 그래디언트가 형성된 경우, 좌원 편광 소자(100b) 및 우원 편광 소자(100a)의 이동체(20a, 20b)에 의해 빛이 도달되는 위치를 조정할 수 있다. 또한, 좌원 편광 소자(100b)와 우원 편광 소자(100a)의 조합에 의해 다양한 밴드 갭(패스 대역)이 설정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 밴드 패스 필터는 빔 스플리터(180) 대신 광도파로로 구현될 수도 있다.
도 32에는 제8 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 32를 참조하면, 밴드 패스 필터는 2개의 좌원 편광 소자(100b-1, 100b-2) 및 2개의 우원 편광 소자(100a-1, 100a-2)를 포함할 수 있다. 광원(200)에서 출력되어 빔 스플리터(180)를 통과한 빛이 도달되는 영역에 위치한 제1 우원 편광 소자(100a-1) 및 제1 좌원 편광 소자(100b-1)는 각각 특정 파장 대역의 좌원 편광된 빛 및 우원 편광된 빛을 반사시킬 수 있다. 따라서, 제1 우원 편광 소자(100a-1) 및 제1 좌원 편광 소자(100b-1)에서 반사되어 빔 스플리터(180)로 향하는 빛은 무편광 빛일 수 있다.
그리고, 빔 스플리터(180)에서 반사된 빛이 도달되는 영역에 위치한 제2 우원 편광 소자(100a-2) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-2)는 밴드 갭(통과 파장 대역)을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 우원 편광 소자(100a-1) 및 제1 좌원 편광 소자(100b-1)의 원형 편광되는 파장 대역은 480nm에서 510nm 사이이고, 제2 우원 편광 소자(100a-2) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-2)의 원형 편광되는 파장 대역은 490nm에서 520nm 사이일 수 있다.
제1 우원 편광 소자(100a-1) 및 제1 좌원 편광 소자(100b-1)로부터 반사된 빛은 480nm에서 510nm 사이의 무편광 빛이다. 그리고, 반사된 무편광 빛이 제2 우원 편광 소자(100a-2)에 도달되면, 490nm에서 520nm 사이의 좌원 편광 빛만 반사된다. 따라서, 파장 영역이 480nm에서 490nm인 무편광 빛과 파장 영역이 490nm에서 510nm인 우원 편광 빛이 제2 우원 편광 소자(100a-2)를 통과할 수 있다. 그리고, 제2 좌원 편광 소자(100b-2)는 490nm에서 520nm 사이의 우원 편광 빛만 반사한다. 따라서, 파장 영역이 480nm에서 490nm인 무편광 빛은 제2 좌원 편광 소자(100b-2)를 통과하고 분광계(300)에서 검출될 수 있다.
상술한 바와 같이, 밴드 패스 필터는 빔 스필리터(180) 대신 광도파로를 포함할 수 있다.
도 33에는 제9 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 33을 참조하면, 밴드 패스 필터는 2개의 우원 편광 소자(100a-1, 100a-2), 2개의 좌원 편광 소자(100b-1, 100b-2) 및 4개의 히터(160a, 160b, 160c, 160d)를 포함할 수 있다. 4개의 히터(160a, 160d, 160c, 160d)는 각각 제1 및 제2 우원 편광 소자(100a-1, 100a-2) 및 제1 및 제2 좌원 편광 소자(100b-1, 100b-2)에 열을 공급할 수 있다. 제1 우원 편광 소자(100a-1)와 제1 좌원 편광 소자(100b-1)가 반사하는 빛의 파장 대역은 동일할 수 있다. 또한, 제2 우원 편광 소자(100a-2)와 제2 좌원 편광 소자(100b-2)가 반사하는 빛의 파장 대역도 동일할 수 있다. 각 히터(160a, 160b, 160c, 160d)는 동일한 온도로 설정될 수 있고, 다른 온도로 설정될 수도 있다. 각 히터(160a, 160b, 160c, 160d)에서 공급되는 열의 온도에 따라 우원 편광 필터(100a-1, 100a-2) 및 좌원 편광 필터(100b-1, 100b-2)의 원형 편광되는 파장 대역이 달라질 수 있다.
제1 우원 편광 소자(100a-1) 및 제1 좌원 편광 소자(100b-1)는 각각 좌원 편광 빛과 우원 편광 빛을 반사시켜 특정 통과 파장 대역의 무편광 빛을 빔 스플리터(180)로 반사시킬 수 있다. 그리고, 제2 우원 편광 소자(100a-2) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-2)는 통과 파장 대역을 조절할 수 있다. 밴드 패스 필터의 구체적인 동작은 상술한 바와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 34에는 제10 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 34를 참조하면, 밴드 패스 필터는 이동체를 포함하는 우원 편광 소자(100a-1, 100a-2) 및 좌원 편광 소자(100b-1, 100b-2)를 포함할 수 있다. 우원 편광 소자(100a-1, 100a-2) 및 좌원 편광 소자(100b-1, 100b-2)에는 피치 그래디언트가 형성될 수 있다. 예를 들어, 피치 그래디언트는 온도, 카이랄 물질의 농도, 아조 색소의 농도, 자외선 입사 양이나 세기에 의한 시스형 전환 비율, 스페이서의 크기에 따른 피치의 거리 등을 이용하여 형성될 수 있다.
제1 우원 편광 소자(100a-1) 및 제1 좌원 편광 소자(100b-1)의 그래디언트는 동일한 비율로 형성될 수 있다. 그리고, 제2 우원 편광 소자(100a-2) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-2)의 그래디언트도 동일한 비율로 형성될 수 있다.
제1 우원 편광 소자(100a-1)는 제1-1 이동체(20a-1)에 배치되고, 제1 좌원 편광 소자(100b-1)는 제1-2 이동체(20a-2)에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 우원 편광 소자(100a-2)는 제2-1 이동체(20b-1)에 배치되고, 제2 좌원 편광 소자(100b-2)는 제2-2 이동체(20b-2)에 배치될 수 있다. 그리고, 제1-1 이동체(20a-1)와 제1-2 이동체(20a-2)는 동일한 거리를 이동할 수 있다. 이때, 제1-1 이동체(20a-1)와 제1-2 이동체(20a-2)는 둘 중 하나의 이동체를 사용하여 제1 우원 편광 소자(100a-1)와 제1 좌원 편광 소자(100b-1)를 동시에 이동시킬 수도 있다. 또한, 제2-1 이동체(20b-1)와 제2-2 이동체(20b-2)도 동일한 거리를 이동할 수 있다. 이때, 제2-1 이동체(20b-1)와 제2-2 이동체(20b-2)는 둘 중 하나의 이동체를 사용하여 제2 우원 편광 소자(100a-2)와 제2 좌원 편광 소자(100b-2)를 동시에 이동시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이, 제1 우원 편광 소자(100a-1) 및 제1 좌원 편광 소자(100b-1)는 각각 좌원 편광 빛과 우원 편광 빛을 반사시켜 특정 통과 파장 대역의 무편광 빛을 빔 스플리터(180)로 반사시킬 수 있다. 그리고, 제2 우원 편광 소자(100a-2) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-2)는 통과 파장 대역을 조절할 수 있다. 밴드 패스 필터의 구체적인 동작은 상술한 바와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 밴드 패스 필터는 이동체 대신 로테이터를 포함할 수 있고, 빔 스필리터(180) 대신 광도파로를 포함할 수도 있다.
한편, 상술한 다양한 실시 예의 파장 가변 밴드 패스 필터는 검출기(detector)를 포함하여 모노크로메타(Monochrometer), 파장가변 미러 또는 스펙트로포토메타(Spectrophotometer) 장치로 활용될 수도 있다.
도 35에는 제11 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 35를 참조하면, 밴드 패스 필터는 빔 스플리터(180), 좌원과 우원 편광기의 2층으로 이루어진 노치 필터(400)를 포함할 수 있다. 광원(200)은 빛을 출력한다. 출력된 빛은 무편광 빛이거나 선편광된 빛일 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 빔 스플리터(180)를 투과할 수 있다. 빔 스플리터(180)를 투과한 빛은 노치 필터(400)에 도달한다. 노치 필터(400)는 도달된 빛 중에서 특정 파장 대역(PBG)의 빛을 반사시킬 수 있다. 노치 필터(400)는 우원 편광 콜레스테릭 액정 및 좌원 편광 콜레스테릭 액정을 포함하기 때문에 노치 필터(400)에서 반사된 빛은 좌원 편광 성분 및 우원 편광 성분 모두를 가진다. 예를 들어, 특정 파장 대역은 490nm에서 510nm 사이일 수 있다. 노치 필터(400)에서 반사된 빛은 빔 스플리터(180)에서 반사될 수 있다.
분광계(300)는 광원(200)에서 출력된 빛 중에서 파장 대역이 490nm에서 510nm 사이의 빛만을 검출할 수 있다. 즉, 도 35에 도시된 필터는 파장 대역이 490nm에서 510nm 사이의 빛만을 통과시키는 밴드 패스 필터이다.
한편, 빔 스플리터 대신 광 도파로가 배치될 수도 있다. 즉, 노치 필터(400)에서 반사된 빛을 빔 스플리터 또는 광 도파로로 반사 또는 분리함으로써 PBG 영역의 빛을 통과시키는 밴드 패스 필터가 구현될 수 있다.
도 36에는 제12 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 36을 참조하면, 밴드 패스 필터는 두 개의 좌원과 우원 편광기의 2층 구조로 이루어진 노치 필터(400a, 400b)를 포함할 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 빔 스필리터(180)를 통과하여 제1 노치 필터(400a)에 도달한다. 제1 노치 필터(400a)에 도달된 빛 중 특정 파장의 빛은 제1 노치 필터(400a)에 의해 반사된다. 상술한 바와 같이, 노치 필터는 우원 편광 콜레스테릭 액정 및 좌원 편광 콜레스테릭 액정을 포함하기 때문에 노치 필터에서 반사된 빛은 좌원 편광 성분 및 우원 편광 성분 모두를 가진다. 예를 들어, 특정 파장은 483nm에서 516nm 사이일 수 있다. 반사된 빛은 빔 스플리터(180)에 의해 반사되고, 제2 노치 필터(400b)에 도달한다.
한편, 제1 노치 필터(400a)에서 반사되는 파장 대역은 제2 노치 필터(400b)의 반사되는 파장 대역과 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 노치 필터(400a)에서 반사되는 파장 대역은 483nm에서516nm 사이일 수 있고, 제2 노치 필터(400b)에서 반사되는 파장 대역은 500nm에서 534nm 사이일 수 있다.
즉, 제2 노치 필터(400b)에 도달된 빛의 파장 대역은 483nm에서 516nm 사이의 빛이다. 그리고, 제2 노치 필터(400b)는 500nm에서 534nm 사이의 빛을 반사시킨다. 따라서, 제2 노치 필터(400b)를 통과한 빛은 483nm에서 500nm 사이의 빛이다. 제2 노치 필터(400b)를 통과한 빛은 분광계(300)를 통해 검출될 수 있다. 반사되는 파장 대역이 서로 다른 제1 노치 필터(400a) 및 제2 노치 필터(400b)를 이용하여 통과하는 밴드 갭을 조절할 수 있는 밴드 패스 필터가 구현될 수 있다.
도 37에는 제13 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 37을 참조하면, 두 개의 피치 그래디언트가 형성된 노치 필터(400a, 400b)가 광원(200)과 일렬로 배치된 밴드 패스 필터가 도시되어 있다. 이때 광원(200)은 좁은 파장 영역의 광원이거나(예를 들명, 450nm ~ 550nm 영역) 또는 넓은 파장 영역의 광원일 수 있다. 이때 넓은 파장 영역의 광원인 경우, 특정 파장 영역의 빛만 통과시키는 필터가 사용될 수 있다. 예를 들면, fluorescence dichroic 필터(50)(특정 파장 영역의 빛만 통과시킴, 예를 들면 450nm ~ 550nm의 빛만 통과)를 광원 다음에 배치하여 광원에서 원치 않는 일정 파장 영역의 빛을 차단할 수 있다. 제1 노치 필터(400a) 및 제2 노치 필터(400b)는 각각 제1 이동체(20a) 및 제2 이동체(20b)를 포함할 수 있다. 그리고, 각각의 이동체(20a, 20b)의 이동에 따라 광원(200)에서 출력된 빛은 제1 노치 필터(400a) 및 제2 노치 필터(400b)의 다양한 영역에 쪼여짐으로써 제1 노치 필터(400a) 및 제2 노치 필터(400b)는 서로 다른 PBG 영역의 빛을 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 노치 필터(400a)는 파장 대역 420nm에서 500nm 사이의 빛(61)을 반사시키는 위치에 있도록 제1 이동체(20a)를 이동시키고, 제2 노치 필터(400b)는 파장 대역 510nm 에서 590nm 사이의 빛(63)을 반사시킬 수 있도록 제2 이동체(20b)를 이동시킬 수 있다.
광원(200)에서 출력된 빛은 fluorescence dichroic 필터(50)(450nm ~550nm의 빛만 통과)를 통과한다. fluorescence dichroic 필터를 통과한 450nm 에서 550nm 영역의 빛은 제1 노치 필터(400a)에 도달한다. 따라서, 제1 노치 필터(400a)를 통과한 빛은 파장 대역 420nm에서 500nm 사이의 성분이 제거된 빛이다. 제1 노치 필터(400a)를 통과한 500nm 에서 550nm 사이의 빛은 제2 노치 필터(400b)에 도달한다. 그리고, 제2 노치 필터(400b)는 파장 대역 510nm 에서 590 nm 사이의 빛을 제거한다. 따라서, 제2 노치 필터(400b)를 통과한 빛은 파장 대역 500nm에서 510nm 사이의 성분(63)을 포함할 수 있다. 이동체를 포함하는 필터는 제1 이동체(20a) 및 제2 이동체(20b)를 이동시켜 450nm 에서 550nm 범위에서 밴드 폭이 10nm인 파장가변 밴드 패스 필터로 동작할 수 있다.
도 38에는 제14 실시 예의 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
도 38을 참조하면, 제1 로테이터(30a)를 포함하는 제1 노치 필터(400a) 및 제2 로테이터(30b)를 포함하는 제2 노치 필터(400b)로 구현된 밴드 패스 필터가 도시되어 있다. 두 개의 노치 필터(400a, 400b)는 광원(200)과 일렬로 배치된다. 이때 광원은 좁은 파장 영역의 광원이거나(예를 들면 450nm ~ 550nm 영역) 또는 넓은 파장 영역의 광원일 수 있다. 이때 넓은 파장 영역의 광원일 경우, 특정 파장 영역의 빛만 통과시키는 필터가 사용될 수 있다. 예를 들면, fluorescence dichroic 필터(50)(특정 파장 영역의 빛만 통과시킴, 예를 들면 450nm ~ 550nm의 빛만 통과)를 광원 다음에 배치하여 광원에서 원치 않는 일정 파장 영역의 빛을 차단할 수 있다.
제1 로테이터(30a)와 제2 로테이터(30b)가 각각 회전함에 따라 제1 및 제2 노치 필터(400a, 400b)의 PBG 위치가 각각 단파장으로 이동할 수 있고, 회전각을 변화시켜 두 노치 필터의 변화된 PBG 위치가 엇갈리도록 조장함으로써 파장 가변 밴드 패스 필터가 구현될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 노치 필터(400a, 400b)의 PBG 위치가 엇갈림으로써 특정 파장 영역의 빛(68)이 통과하는 밴드 패스 필터가 구현될 수 있다. 회전에 의한 PBG의 위치 이동은 회전 방향과 무관하여 시계방향 또는 반시계 방향으로 돌릴 수 있다.
또한, 도 38에서 제1 노치 필터(400a) 및 제2 노치 필터(400b)는 각각 다양한 방식에 따라 피치 그래디언트를 가지는 노치 필터일 수 있다. 그리고, 제1 노치 필터(400a) 및 제2 노치 필터(400b)는 각각 제1 및 제2 로테이터(30a, 30b)의 회전축과 일정 거리 떨어진 영역에 배치될 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 로테이터(30a, 30b)는 서로 다른 각도로 회전할 수 있다.
또한, 상기의 도 37과 도 38의 광원 다음에 특정 파장 영역의 빛만 통과시키기 위해 fluorescence dichroic 필터(특정 파장 영역의 빛만 통과시킴, 예를 들면 450nm ~ 550nm의 빛만 통과) 대신 다른 필터가 사용될 수 있다. 예를 들면, longpass filter(특정 파장 이상의 빛만 통과시킴, 예를 들면 400nm 이상) 또는 shortpass filter(특정 파장 이하의 빛만 통과시킴, 예를 들면 550nm 이하)등을 적절히 포함하여 원치 않는 파장영역을 차단할 수 있다.
도 39는 본 개시의 일 실시 예에 따른 밴드 패스 필터의 출력 파형을 나타내는 도면이다. 도 39에 도시된 바와 같이, 하나의 밴드 패스 필터는 우원 편광 소자 및 좌원 편광 소자에 형성된 다양한 그래디언트에 따라 다양한 빛의 파장 대역을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 도 39에 도시된 밴드 패스 필터의 파형은 약 460nm의 파장부터 약 750nm의 파장까지 연속적이고 다양한 파장 대역의 빛을 통과시킬 수 있다는 것을 보여준다.
지금까지 선형 편광 소자를 이용한 밴드 패스 필터의 다양한 실시 예를 설명하였다. 상술한 바와 같이, 밴드 패스 필터의 실시 예는 도면에 도시된 실시 예에 한정되지 않는다. 위에서 설명한 다양한 선형 편광 소자를 이용하여 특정 파장(또는, 주파수) 대역을 통과시킬 수 있다면, 다양한 선형 편광 소자를 조합하여 밴드 패스 필터가 구현될 수 있다.
한편, 넓은 파장 영역, 예를 들면 400nm ~ 1000nm 범위의 무반사 코팅의 경우 무반사 코팅의 품질에 따라 1% ~ 3%의 빛의 세기가 노치 필터의 광 밴드를 투과할 수 있다. 낮은 파워의 광원의 경우, 경우에 따라 1% ~ 3%의 투과 빛을 무시할 수 있지만, 정밀 광 센서나 기기에서는 무시할 수 없을 수도 있고, 또한 광원이 고출력 레이저인 경우, 상술한 편광 소자를 이용한 밴드 패스 필터 또는 노치 필터의 특성이 떨어질 수 있다. 고출력 레이저는 에너지가 크기 때문에 반사되어야 하는 파장 영역의 빛의 일부 성분이 편광 소자를 투과하기 때문이다. 따라서, 노치 필터의 광 밴드 내에서 완벽하게 차단하는 0% 투과 효과를 줄 수 있을 뿐만 아니라 고출력 레이저의 빛이 입사되어도 100% 우수한 특성을 가지는 필터가 필요하다. 예를 들어, 고출력 레이저는 CW 레이저 30mW 이상의 파워를 가지는 레이저를 의미할 수 있다. 그러나, 상술한 기준은 일 실시 예이며, 고출력 레이저를 분류하는 기준은 달라질 수 있다.
아래에서는 고출력 레이저를 광원으로 사용하는 경우에도 우수한 특성을 가지는 노치 필터 및 밴드 패스 필터에 대해 설명한다. 아래에서 설명하는 밴드 패스 필터 및 노치 필터는 저출력 레이저의 광원에서도 사용될 수 있음은 물론이다.
도 40 및 도 43은 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 콜레스테릭 액정층을 포함하는 필터를 구현하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 40(a)를 참조하면, 필터의 일 실시 예가 도시되어 있다. 하나의 원형 편광 소자는 입사되는 빛의 각도에 따라 밴드 패스 필터의 특성을 가질 수 있다. 즉, 원형 편광 소자가 필터일 수 있다.
필터는 한 쌍의 기판(110a, 110b), 한 쌍의 기판(110a, 110b) 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드층(120a, 120b), 폴리이미드층(120a, 120b) 사이에 주입된 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정층(140)을 포함한다. 콜레스테릭 액정층(140)은 자외선이나 열에 의해 고분자화된다. 콜레스테릭 액정은 자외선 또는 열에 의해 고분자화될 수 있는 물질일 수 있다. 폴리이미드층(120a, 120b)은 경우에 따라 러빙(rubbing) 처리될 수 있다. 그리고, 한 쌍의 기판(110a, 110b) 타면에는 무반사(Anti Reflection: AR) 층(125a, 125b)이 코팅될 수 있다. 즉, 필터의 외면에는 무반사층(125a, 125b)이 코팅될 수 있다. 필터의 폴리이미드층(120b)이 코팅된 한쪽 기판(100b)이 제거된다.
도 40(b)를 참조하면 필터의 폴리이미드층(120b)이 코팅된 한쪽 기판(110b)이 제거된 도면이 도시되어 있다. 필터의 한쪽 기판(110b)이 제거된 후, 스페이서(130-1)를 이용하여 셀이 제작된다.
도 40(c)에는 새로운 셀이 포함된 소자가 도시되어 있다. 폴리이미드층(120b)이 코팅된 기판(110b)과 새로운 스페이서(130-1)를 이용하여 셀이 제작된다. 그리고, 제작된 셀에 네마틱 액정과 카이랄 물질이 주입된다. 카이랄 물질 주입 후, 콜레스테릭 액정층은 자외선이나 열에 의해 고분자화된다. 콜레스테릭 액정은 자외선 또는 열에 의해 고분자화 될 수 있는 물질일 수 있다.
도 40(d)에는 제작된 셀에 네마틱 액정과 카이랄 물질이 주입되어 새로운 콜레스테릭 액정층(140a)을 포함하는, 각각 좌원과 우원 편광 특성을 가지는 2층 구조의 필터가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 도 40(a)의 콜레스테릭 액정층(140)에 좌선선 카이랄 물질이 포함된 경우, 새로운 콜레스테릭 액정층(140a)에는 우선성 카이랄 물질이 포함된다. 한편, 도 40(a)의 콜레스테릭 액정층(140)에 우선성 카이랄 물질이 포함된 경우, 새로운 콜레스테릭 액정층(140a)에는 좌선성 카이랄 물질이 포함된다. 좌선성 카이랄 물질이 포함된 경우, 콜레스테릭 액정층은 우원 편광 특성을 가지고, 우선성 카이랄 물질이 포함된 경우, 콜레스테릭 액정층은 좌원 편광 특성을 가진다. 좌원 편광 특성의 콜레스테릭 액정층 및 우원 편광 특성의 콜레스테릭 액정층의 제작 순서는 바뀔 수 있다. 그리고, 기존 콜레스테릭 액정층(140) 및 새로운 콜레스테릭 액정층(140a)에는 PBG의 위치가 일치하도록 주입되는 카이랄 분자의 농도가 조절될 수 있다. 필터의 폴리이미드층(120b)이 코팅된 한쪽 기판(100b)이 제거된다.
도 40(e)를 참조하면 필터의 폴리이미드층(120b)이 코팅된 한쪽 기판(110b)이 제거된 도면이 도시되어 있다. 필터의 한쪽 기판(110b)이 제거된 후, 스페이서(130-2)를 이용하여 추가 셀이 제작된다.
도 40(f)에는 추가 셀이 포함된 소자가 도시되어 있다. 폴리이미드층(120b)이 코팅된 기판(110b)과 새로운 스페이서(130-2)를 이용하여 셀이 제작된다. 그리고, 제작된 셀에 네마틱 액정과 카이랄 물질이 주입된다. 콜레스테릭 액정층은 자외선이나 열에 의해 고분자화된다.
도 40(g)에는 제작된 셀에 네마틱 액정과 카이랄 물질이 주입되어 새로운 콜레스테릭 액정층(140b)을 포함하는 필터가 도시되어 있다. 상술한 바와 동일하게 필터의 폴리이미드층(120b)이 코팅된 한쪽 기판(100b)이 제거되고, 스페이서(130-3) 사이의 셀에 네마틱 액정과 카이랄 물질이 주입된다. 콜레스테릭 액정층(140b)는 자외선이나 열에 의해 고분자화된다.
도 40(h)에는 순차적으로 좌원과 우원 편광 특성을 가지는 4층 구조의 필터가 도시되어 있다. 즉, 4층 구조의 필터는 아래부터 우원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층(140), 좌원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층(140a), 우원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층(140b), 좌원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층(140c)의 순서로 배치될 수 있다. 또는, 반대로 좌원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층(140), 우원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층(140a), 좌원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층(140b), 우원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층(140c)의 순서로 배치될 수도 있다.
또한, 필터는 다른 방식으로 제작될 수 있다.
도 41(a)를 참조하면, 필터의 일 실시 예가 도시되어 있다. 필터는 한 쌍의 기판(110a, 110b), 한 쌍의 기판(110a, 110b) 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드층(120a, 120b), 폴리이미드층(120a, 120b) 사이에 주입된 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정층(140)을 포함한다. 카이랄 물질은 좌선성 카이랄 물질일 수 있고, 우선성 카이랄 물질일 수 있다. 콜레스테릭 액정층(140)은 스페이서(130) 사이에 카이랄 도펀트 혼합물을 주입하고, 자외선이나 열에 의해 고분자화시켜 형성될 수 있다. 폴리이미드층(120a, 120b)은 경우에 따라 러빙(rubbing) 처리될 수 있다. 폴리이미드층(120a, 120b)이 코팅된 각각의 기판(110a, 110b)이 제거된다.
도 41(b)를 참조하면, 각각의 기판(110a, 110b)이 제거된 필터가 도시되어 있다. 각각의 기판(110a, 110b)이 제거되면 고분자화된 콜레스테릭 액정층(140)이 얻어질 수 있다.
도 41(c)를 참조하면 고분자화된 콜레스테릭 액정층이 여러 개의 작은 조각으로 나누어진 복수의 고분자회된 콜레스테릭 액정층이 도시되어 있다. 만일, 도 41(a) 및 도 41(b) 과정에서 얻어진 복수의 콜레스테릭 액정층(140-1, 140-2, 140-3)이 우원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층이라면, 동일한 방식으로 좌원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층도 얻어질 수 있다. 또는, 도 41(a) 및 도 41(b) 과정에서 얻어진 복수의 콜레스테릭 액정층(140-1, 140-2, 140-3)이 좌원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층이라면, 동일한 방식으로 우원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층도 얻어질 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 41(a) 및 도 41(b) 과정에서 얻어진 복수의 콜레스테릭 액정층(140-1, 140-2, 140-3)은 우원 편광 특성을 가지는 액정층이라고 가정한다. 즉, 도 41(c)에는 우원 편광 특성을 가지는 복수의 콜레스테릭 액정층(140-1, 140-2, 140-3) 및 좌원 편광 특성을 가지는 복수의 콜레스테릭 액정층(140a-1, 140a-2, 140a-3)이 도시되어 있다. 도 41(c)에는 서로 다른 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층이 각각 3개씩 도시되어 있으나, 콜레스테릭 액정층은 2개, 4개 등 다른 개수로 제작될 수도 있다. 또한, 콜레스테릭 액정층(140-1, 140-2, 140-3, 140a-1, 140a-2, 140a-3)은 일정한 카이랄 농도로 제작되거나 피치 그래디언트를 가지도록 제작될 수도 있다. 필터는 서로 다른 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층을 번갈아 적층하여 제작될 수 있다.
도 41(d)에는 서로 다른 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층을 번갈아 적층하여 제작된 필터가 도시되어 있다. 즉, 필터는, 한 쌍의 기판(110a, 110b), 한 쌍의 기판(110a, 110b) 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드층(120a, 120b), 폴리이미드층(120a, 120b) 사이에 순차적으로 번갈아 적층된 우원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층(140-1, 140-2) 및 좌원 편광 특성을 가지는 콜레스테릭 액정층(140a-1, 140a-2) 및 콜레스테릭 액정층 측면에 위치하는 스페이서(130, 130-1, 130-2, 130-3)를 포함할 수 있다. 필요에 따라, 기판(110a, 110b)의 타면에는 무반사층(125a, 1250b)이 코팅될 수 있다. 한편, 필터는 동일한 특성을 가지는 복수의 콜레스테릭 액정층을 적층하여 제작될 수도 있다.
도 41(e)는 동일한 특성을 가지는 복수의 콜레스테릭 액정층이 적층된 필터가 도시되어 있다. 도 41(e)에 도시된 바와 같이, 필터는 우원 편광 특성을 가지는 복수의 콜레스테릭 액정층(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)을 적층하여 제작될 수 있다. 또한, 필터는 좌원 편광 특성을 가지는 복수의 콜레스테릭 액정층(140a-1, 140a-2, 140a-3, 140a-4)을 적층하여 제작될 수도 있다. 한편, 콜레스테릭 액정층은 다른 방식으로 제작될 수도 있다.
도 42(a-1)을 참조하면, 다른 방식으로 제작된 셀이 도시되어 있다. 셀은 폴리이미드층(120a)이 코팅된 기판(110a) 위에 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(140)을 스핀 코팅하는 방식으로 제작될 수 있다. 콜레스테릭 액정은 제작된 셀에서 폴리이미드층(120a)이 코팅된 기판(110a)을 제거하여 얻어질 수 있다.
도 42(b-1)을 참조하면, 분리된 콜레스테릭 액정(140)이 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 좌선성 카이랄 물질이 포함된 콜레스테릭 액정은 투과 빛에 대해 우원 편광 특성을 가지고, 우선성 카이랄 물질이 포함된 콜레스테릭 액정은 투과 빛에 대해 좌원 편광 특성을 가진다. 서로 다른 특성을 가지는 콜레스테릭 액정은 여러 개의 작은 조각으로 나누어 복수 개 제작될 수 있다. 그리고, 도 41(d)에서 설명한 바와 같이, 서로 다른 특성을 가지는 콜레스테릭 액정을 순차적으로 번갈아 적층하여 필터가 제작될 수 있고, 도 41(e)에서 설명한 바와 같이, 동일한 특성을 가지는 복수 개의 콜레스테릭 액정을 적층하여 필터가 제작될 수도 있다. 한편, 필터는 다른 방식으로 제작될 수 있다.
도 43을 참조하면 복수 개의 조각으로 나누어진 콜레스테릭 액정이 도시되어 있다. 도 41(d)에서 설명한 바와 유사하게, 서로 다른 특성을 가지는 콜레스테릭 액정 조각을 순차적으로 번갈아 적층하여 필터가 제작될 수 있고, 도 41(e)에서 설명한 바와 유사하게, 동일한 특성을 가지는 복수 개의 콜레스테릭 액정 조각을 적층하여 필터가 제작될 수도 있다. 콜레스테릭 액정 조각이 분할될 때, 콜레스테릭 액정은 xy 평면을 기준면으로 분할되었다. 하나의 콜레스테릭 액정을 여러 개로 나누어 적층하여 콜레스테릭 액정층을 포함하는 필터가 제작될 수 있다.
복수 개의 콜레스트릭 액정층을 포함하는 필터는 고출력 레이저광이 입력되어도 우수한 필터 성능을 가질 수 있다. 즉, 상대적으로 두꺼운 콜레스테릭 액정층을 포함하는 필터는 고출력 레이저광이 입력되어도 일정한 파장 대역의 빛을 효과적으로 차단(또는, 반사)시킬 수 있다. 아래에서는 노치 필터 및 밴드 패스 필터를 구현하는 다양한 실시 예를 설명한다.
도 44 내지 도 45는 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 콜레스테릭 액정층을 포함하는 필터의 구조를 설명하는 도면이다.
도 44를 참조하면, 복수의 원형 편광 소자를 포함하는 필터가 도시되어 있다. 필터는 복수 개의 우원 편광 소자(100a)와 복수 개의 좌원 편광 소자(100b)를 포함한다. 도 44에는 각각 2개의 우원 및 좌원 편광 소자(100a, 100b)가 도시되어 있으나, 필터는 다양한 개수의 우원 및 좌원 편광 소자(100a, 100b)를 포함할 수 있다. 각각의 우원 및 좌원 편광 소자(100a, 100b)의 제일 바깥쪽 면에는 무반사층이 코팅될 수 있다. 그리고, 우원 및 좌원 편광 소자(100a, 100b)에 포함된 콜레스테릭 액정층은 일정한 농도의 카이랄 물질을 포함하거나 피치 그래디언트를 가질 수 있다.
필터의 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 기 설정된 간격으로 번갈아 배치될 수 있다. 따라서, 우원 편광 소자(100a)와 좌원 편광 소자(100b) 사이에는 공기층이 존재할 수 있다. 우원 편광 소자(100a)가 먼저 배치되는 경우, 우원 편광 소자(100a), 좌원 편광 소자(100b), 우원 편광 소자(100a), 좌원 편광 소자(100b)의 순서로 원형 편광 소자가 배치될 수 있다. 또는, 좌원 편광 소자(100b)가 먼저 배치되는 경우, 좌원 편광 소자(100b), 우원 편광 소자(100a), 좌원 편광 소자(100b), 우원 편광 소자(100a)로 배치될 수 있다.
도 45를 참조하면, 복수의 원형 편광 소자를 포함하는 다른 구조의 필터가 도시되어 있다.
필터는 복수 개의 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 포함한다. 우원 편광 소자(100a)는 일면에 폴리이미드층이 코팅된 기판, 폴리이미드층 사이에 위치하고 좌선성 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정층을 포함할 수 있고, 좌원 편광 소자(100b)는 일면에 폴리이미드층이 코팅된 기판, 폴리이미드층 사이에 위치하고 우선성 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정층을 포함할 수 있다. 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 번갈아 배치되고, 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b) 사이에는 인덱스 매칭 물질층(145)을 포함할 수 있다. 인덱스 매칭 물질층(145)은 기판(예, 유리)과 거의 동일한 굴절율을 가지는 물질로서 빛이 우원 편광 소자(100a)를 통과하여 다음에 배치된 좌원 편광 소자(100b)로 입사될 때, 또는, 빛이 좌원 편광 소자(100b)를 통과하여 다음에 배치된 우원 편광 소자(100a)로 입사될 때, 빛이 반사되지 않도록 하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 인덱스 매칭 물질(145)은 입사 광에 대해 흡수가 없는 풀(paste) 또는 인덱스 매칭 오일 등을 포함할 수 있다.
한편, 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 인덱스 매칭 물질층(145)과 부착된 면이 아닌 면에는 무반사층이 코팅될 수 있다. 즉, 필터의 제일 바깥쪽 양면(a, b)에는 무반사층이 코팅될 수 있다.
지금까지, 고출력 레이저 광원을 위한 필터의 다양한 구조를 설명하였다. 아래에서는, 노치 필터 및 밴드 패스 필터의 구체적인 실시 예를 설명한다.
도 46 내지 도 48은 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 콜레스테릭 액정을 포함하는 노치 필터를 설명하는 도면이다.
도 46을 참조하면, 일 실시 예에 따른 노치 필터가 도시되어 있다. 노치 필터는 복수 개의 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 포함할 수 있다. 복수 개의 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 포함하는 노치 필터는 도 40 내지 도 45에서 설명한 방법과 구조로 제작될 수 있다. 복수 개의 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 일정한 농도의 카이랄 물질을 포함하거나 피치 그래디언트를 가질 수 있다.
광원(200)에서 빛이 출력된다. 광원(200)은 고출력 레이저를 포함할 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 무편광 빛 또는 선편광된 빛일 수 있다. 무편광 빛과 선편광된 빛은 각각 우원 편광 50%와 좌원 편광 50%로 구성되어 있다.
복수의 우원 편광 소자(100a)는 특정 파장(PBG)의 좌원 편광 빛을 반사시키고 우원 편광 빛을 투과시킨다. 그리고, 좌원 편광 소자(100b)는 특정 파장의 우원 편광 빛을 반사시키고 좌원 편광 빛을 투과시킨다. 즉, PBG 내의 좌원 편광 빛 성분은 우원 편광 소자(100a)에서 제거되고 우원 편광 빛 성분은 좌원 편광 소자(100b)에서 제거되기 때문에 두 편광 소자를 통과한 빛은 PBG 내의 모든 파장이 제거된 파형을 가질 수 있다. 노치 필터를 통과한 빛은 분광계(300)를 통해 검출될 수 있다.
한편, 노치 필터는 로테이터를 포함할 수 있다. 로테이터는 노치 필터를 회전시킬 수 있다. 노치 필터는 로테이터의 회전축과 일정 거리(d) 떨어진 영역에 배치될 수 있다. 광원(200)은 로테이터의 지름과 동일한 축상에 배치되고, 광원(200)과 분광계(300)도 동일한 축상에 배치될 수 있다.
로테이터는 노치 필터에 입사하는 빛의 입사각이나 빛이 입사되는 노치 필터의 위치를 변경할 수 있다. 따라서, 로테이터의 회전에 따라 빛의 입사각이나 입사되는 노치 필터의 위치가 변경되기 때문에 노치 필터의 PBG 위치는 변화할 수 있다.
한편, 노치 필터에 포함된 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 상술한 다양한 방식에 따라 피치 그래디언트를 가질 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 로테이터의 회전에 따라 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 다양한 영역에 쪼여질 수 있다. 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 피치의 그래디언트에 의해 빛이 쪼여지는 영역에 따라 서로 다른 파장(또는, 주파수) 대역의 빛을 반사시킬 수 있다. 따라서, 노치 필터는 로테이터의 회전에 따라 다양한 파장 대역의 빛을 제거할 수 있다. 즉, 노치 필터는 로테이터의 회전에 따라 PBG의 위치가 변화할 수 있다. 예를 들어, 노치 필터가 일정한 농도의 카이랄 물질을 포함하는 경우 변화 가능한 파장의 대역 폭은 약 100nm~150nm일 수 있고, 피치 그래디언트를 가지는 경우 변화 가능한 파장의 대역 폭은 약 400nm~500nm일 수 있다.
도 47을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 노치 필터가 도시되어 있다. 노치 필터는 카이랄 농도의 그래디언트가 형성된 복수의 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 포함할 수 있다. 또한, 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 각각 제1 이동체(20a) 및 제2 이동체(20b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 이동체(20a, 20b)는 각각 그래디언트가 형성된 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 이동시킬 수 있다. 제1 및 제2 이동체(20a, 20b)는 동일한 거리를 이동할 수 있다. 경우에 따라, 제1 및 제2 이동체(20a, 20b)는 서로 다른 거리를 이동할 수도 있다.
제1 및 제2 이동체(20a, 20b)의 이동에 따라 광원(200)에서 출력된 빛은 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 다양한 영역에 쪼여질 수 있다. 광원에서 출력된 빛이 그래디언트가 형성된 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 다양한 영역에 쪼여짐으로써 노치 필터는 다양한 파장 대역의 빛을 제거할 수 있다. 즉, 노치 필터는 제1 및 제2 이동체(20a, 20b)의 이동에 따라 PBG의 위치가 변화할 수 있다. 노치 필터에 포함되는 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 개수는 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 노치 필터는 두 개의 노치 필터 세트(set)를 이용하여 밴드 폭을 변경할 수도 있다.
도 48을 참조하면, 파장을 가변 함과 동시에 밴드 폭을 변경 할 수 있는 노치 필터 시스템이 도시되어 있다. 노치 필터 시스템은 제1 노치 필터 세트 및 제2 노치 필터 세트를 포함할 수 있다. 각각의 노치 필터 세트는 카이랄 농도의 그래디언트가 형성된 복수의 우원 편광 소자(100a, 100a-1) 및 좌원 편광 소자(100b, 100b-1)를 포함할 수 있다. 또한, 우원 편광 소자(100a, 100a-1) 및 좌원 편광 소자(100b, 100b-1)는 각각 제1 이동체(20a, 20a-1) 및 제2 이동체(20b, 20b-1)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 이동체(20a, 20a-1, 20b, 20b-1)는 각각 그래디언트가 형성된 우원 편광 소자(100a, 100a-1) 및 좌원 편광 소자(100b, 100b-1)를 이동시킬 수 있다. 제1 노치 필터 세트 및 제2 노치 필터 세트의 이동체(20a, 20a-1, 20b, 20b-1)는 동일한 거리를 이동할 수 있다. 경우에 따라, 제1 노치 필터 세트의 이동체(20a, 20b)와 제2 노치 필터 세트의 이동체(20a-1, 20b-1)는 서로 다른 거리를 이동할 수도 있다.
제1 및 제2 이동체(20a, 20a-1, 20b, 20b-1)의 이동에 따라 광원(200)에서 출력된 빛은 우원 편광 소자(100a, 100a-1) 및 좌원 편광 소자(100b, 100b-1)의 다양한 영역에 쪼여질 수 있다. 광원에서 출력된 빛이 그래디언트가 형성된 우원 편광 소자(100a, 100a-1) 및 좌원 편광 소자(100b, 100b-1)의 다양한 영역에 쪼여짐으로써 노치 필터 시스템은 다양한 파장 대역의 빛을 제거할 수 있다.
예를 들면, 제1 및 제2 노치 필터 세트 각각의 밴드 폭은 대략 50nm 일 수 있다. 제1 노치 필터 세트의 이동체(20a, 20b)에 의해 제1 노치 필터 세트는 490nm 부터 540nm 까지의 밴드 폭이 50nm 인 빛을 제거할 수 있다. 동시에 제2 노치 필터 세트의 이동체(20a-1, 20b-1)에 의해 제2 노치 필터 세트는 520nm 부터 570nm 까지의 밴드 폭이 50nm 인 빛을 제거할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 노치 필터 세트를 통과한 빛은 420nm 부터 570nm 까지의 밴드 폭이 80nm 인 빛을 제거할 수 있다. 제1 및 제2 노치 필터 세트에 포함된 이동체(20a, 20b, 20a-1, 20b-1)의 이동에 따라 밴드 폭은 50nm 에서 100nm 까지 가변될 수 있다. 노치 필터 세트의 수는 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
지금까지 노치 필터를 구현하는 다양한 실시 예를 설명하였다. 아래에서는 밴드 패스 필터를 구현하는 실시 예를 설명한다.
도 49 내지 도 54는 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 콜레스테릭 액정을 포함하는 밴드 패스 필터를 설명하는 도면이다. 도 49 내지 도 54에 도시된 밴드 패스 필터는 빔 스플리터가 포함되지 않는다. 그리고, 밴드 패스 필터에 포함된 복수 개의 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)는 일정한 농도의 카이랄 물질을 포함하거나 피치 그래디언트를 가질 수 있다. 또한, 밴드 패스 필터에 포함되는 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)의 개수는 광원의 출력 파워 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
도 49를 참조하면, 일 실시 예에 따른 밴드 패스 필터가 도시되어 있다. 밴드 패스 필터는 복수 개의 우원 편광 소자(100a)를 포함할 수 있다. 복수 개의 우원 편광 소자(100a)를 포함하는 밴드 패스 필터도 도 40 내지 도 45에서 설명한 방법과 구조로 제작될 수 있다.
광원(200)과 분광계(300)는 밴드 패스 필터와 함께 일정한 각도를 형성하도록 배치될 수 있다. 일 실시 예로서, 도 49에 도시된 바와 같이, 광원(200)-밴드 패스 필터-분광계(300)가 이루는 각도는 목적에 따라 임의의 각일 수 있고, 예를 들어, 빛이 입사되는 각도는 45도일 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 밴드 패스 필터에 일정한 각도로 입사될 수 있다.
광원(200)에서 출력된 빛은 밴드 패스 필터에 반사되어 분광계(300)에서 검출될 수 있다. 광원은 고출력 레이저를 포함할 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 무편광 빛 또는 선편광된 빛일 수 있다. 무편광 빛과 선편광된 빛은 각각 우원 편광 50%와 좌원 편광 50%로 구성되어 있다.
복수의 우원 편광 소자(100a)는 특정 파장(PBG)의 좌원 편광 빛을 반사시키고 우원 편광 빛을 투과시킨다. 따라서, 복수의 우원 편광 소자(100a)를 포함하는 밴드 패스 필터는 PBG 내의 좌원 편광 빛 성분만 반사시키므로 분광계(300)는 일정한 밴드의 좌원 편광 빛만 패스된 파형을 검출할 수 있다.
한편, 복수의 좌원 편광 소자를 포함하는 밴드 패스 필터도 구현될 수도 있다. 복수의 좌원 편광 소자를 포함하는 밴드 패스 필터는 PBG 내의 우원 편광 빛 성분만 반사시키므로 분광계(300)는 일정한 밴드의 우원 편광 빛만 패스된 파형을 검출할 수 있다.
도 50을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 밴드 패스 필터가 도시되어 있다. 밴드 패스 필터는 복수 개의 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 포함할 수 있다. 각각의 좌원 및 우원 편광 소자(100a, 100b)는 일정 농도의 피치를 가지거나 상술한 실시 예의 다양한 방법들에 의해 피치 그래디언트를 가질 수 있다. 또한, 복수 개의 우원 편광 소자(100a) 및 좌원 편광 소자(100b)를 포함하는 밴드 패스 필터도 도 40 내지 도 45에서 설명한 방법과 구조로 제작될 수 있다.
광원(200)과 분광계(300)는 밴드 패스 필터와 함께 일정한 각도를 형성하도록 배치되어 밴드 패스 필터에 반사된 빛은 분광계(300)에서 검출될 수 있다. 광원은 고출력 레이저를 포함할 수 있다. 복수의 우원 편광 소자(100a)는 특정 파장(PBG)의 좌원 편광 빛을 반사시키고 우원 편광 빛을 투과시킨다. 복수의 좌원 편광 소자(100b)는 특정 파장의 우원 편광 빛을 반사시키고 좌원 편광 빛을 투과시킨다. 즉, PBG 내의 좌원 편광 빛 성분은 우원 편광 소자(100a)에서 반사되고 우원 편광 빛 성분은 좌원 편광 소자(100b)에서 반사되기 때문에 두 편광 소자에서 반사된 빛은 PBG 내의 모든 파장을 반사한 파형을 가질 수 있다. 즉, 분광계(300)는 일정한 밴드의 무편광 빛이 패스된 파형을 검출할 수 있다.
한편, 밴드 패스 필터는 상호 간의 광밴드 갭의 위치가 일치할 수 있도록 이동체를 포함할 수 있고, 위치를 이동시킴에 따라 밴드 패스 필터의 파장을 가변할 수 있다.
도 51을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
밴드 패스 필터는 두 개의 우원 편광 소자(100a, 100a-1)를 포함할 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 제1 우원 편광 소자(100a)에 의해 특정 파장의 좌원 편광 빛을 반사시킨다. 일 실시 예로서, 특정 파장은 490nm에서 540nm 사이일 수 있다. 반사된 좌원 편광 빛은 제2 우원 편광 소자(100a-1)에 도달한다.
한편, 제2 우원 편광 소자(100a-1)의 편광되는 파장 대역은 제1 우원 편광 소자(100a)의 파장 대역과 다를 수 있다. 일 실시 예로서, 제2 우원 편광 소자(100a-1)의 파장 대역은 510nm에서 560nm 사이일 수 있다. 제2 우원 편광 소자(100a-1)에 도달된 빛의 파장 대역은 490nm에서 540nm 사이의 좌원 편광 빛이다. 그리고, 제2 우원 편광 소자(100a-1)는 510nm에서 560nm 사이의 좌원 편광 빛을 반사시킨다. 따라서, 제2 우원 편광 소자(100a-1)를 통과한 빛은 490nm에서 510nm 사이의 좌원 편광 빛이다. 따라서, 빛은 2제 우원 편광 소자(100a-1)에 의해 밴드 폭이 줄어들 수 있다.
상술한 바와 같이, 밴드 패스 필터는 우원 편광 소자 대신 좌원 편광 소자를 포함할 수 있다. 파장 대역이 동일하다면, 좌원 편광 소자를 포함하는 밴드 패스 필터를 통과한 빛은 490nm에서 510nm 사이의 우원 편광 빛이다.
한편, 제1 우원 편광 소자(100a) 및 제2 우원 편광 소자(100a-1)는 각각 이동체(20a, 20a-1)를 포함할 수 있다. 이동체(20a, 20a-1)에 의해 제1 우원 편광 소자(100a)와 제2 우원 편광 소자(100a-1)가 이동되면 분광계(300)에서 검출되는 파장 대역은 변화할 수 있다. 또한, 밴드 패스 필터는 이동체(20a, 20a-1) 대신 상술한 로테이터를 포함하여 제1 우원 편광 소자(100a)를 회전시킬 수도 있다.
도 52를 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
밴드 패스 필터는 제1 우원 편광 소자(100a) 및 제1 좌원 편광 소자(100b)를 포함하는 반사부와 제2 우원 편광 소자(100a-1) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-1)를 포함하는 대역절단부를 포함할 수 있다. 각각의 좌원 및 우원 편광 소자(100a, 100b, 100a-1, 100b-1)는 일정 농도의 피치를 가지거나 상술한 다양한 실시 예에 의해 피치 그래디언트를 가질 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 반사부의 제1 우원 편광 소자(100a)에 의해 특정 파장의 좌원 편광 빛을 반사시키고, 제1 좌원 편광 소자(100b)에 의해 동일한 특정 파장의 우원 편광 빛을 반사시킨다. 따라서, 반사부에서 반사된 빛은 무평광 빛이다. 일 실시 예로서, 특정 파장은 490nm에서 540nm 사이일 수 있다. 반사된 무편광 빛은 대역절단부에 도달한다.
한편, 대역절단부에서 편광되는 파장 대역은 반사부의 파장 대역과 다를 수 있다. 일 실시 예로서, 제2 우원 편광 소자(100a-1) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-1)의 파장 대역은 510nm에서 560nm 사이일 수 있다. 대역절단부에 도달된 빛의 파장 대역은 490nm에서 540nm 사이의 무편광 빛이다. 그리고, 대역절단부의 제2 우원 편광 소자(100a-1)는 510nm에서 560nm 사이의 좌원 편광 빛을 반사시키고, 제2 좌원 편광 소자(100b-1)는 510nm에서 560nm 사이의 우원 편광 빛을 반사시킨다. 따라서, 제2 우원 편광 소자(100a-1) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-1)를 통과한 빛은 490nm에서 510nm 사이의 무편광 빛이다.
한편, 우원 편광 소자(100a, 100a-1) 및 좌원 편광 소자(100b, 100b-1)는 각각 이동체(20a, 20a-1, 20b, 20b-1)를 포함할 수 있다. 이동체(20a, 20b, 20a-1, 20b-1)에 의해 제1 우원 편광 소자(100a), 제1 좌원 편광 소자(100b), 제2 우원 편광 소자(100a-1) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-1)가 이동되면 분광계(300)에서 검출되는 파장 대역은 변화할 수 있다. 또한, 밴드 패스 필터는 이동체(20a, 20a-1, 20b, 20b-1) 대신 상술한 로테이터를 포함하여 제1 우원 편광 소자(100a) 및 제1 좌원 편광 소자(100b)를 회전시킬 수도 있다.
도 53을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 밴드 패스 필터가 도시되어 있다. 밴드 패스 필터는 제1 우원 편광 소자(100a)를 포함하는 반사부와 제2 및 제3 우원 편광 소자(100a-1, 100a-2)를 포함하는 대역절단부를 포함할 수 있다. 각각의 우원 편광 소자(100a, 100a-1, 100a-2)는 일정 농도의 피치를 가지거나 상술한 다양한 실시 예에 의해 피치 그래디언트를 가질 수 있다. 광원에서 출력된 빛은 제1 우원 편광 소자(100a)에 의해 특정 파장의 좌원 편광 빛을 반사시킨다. 일 실시 예로서, 특정 파장은 490nm에서 540nm 사이일 수 있다. 반사된 좌원 편광 빛은 대역절단부에 도달한다.
한편, 대역절단부의 제2 및 제3 우원 편광 소자(100a-1, 100a-2)의 편광되는 파장 대역은 서로 다를 수 있다. 일 실시 예로서, 제2 우원 편광 소자(100a-1)의 파장 대역은 515nm에서 560nm 사이이고, 제3 우원 편광 소자(100a-2)의 파장 대역은 460nm에서 510nm 사이일 수 있다. 대역절단부에 도달된 빛의 파장 대역은 490nm에서 540nm 사이의 좌원 편광 빛이다. 그리고, 제2 우원 편광 소자(100a-1)는 515nm에서 560nm 사이의 좌원 편광 빛을 반사시킨다. 따라서, 제2 우원 편광 소자(100a-1)를 통과한 빛은 490nm에서 515nm 사이의 좌원 편광 빛이다. 그리고, 제3 우원 편광 소자(100a-2)는 460nm에서 510nm 사이의 좌원 편광 빛을 반사시킨다. 따라서, 제3 우원 편광 소자(100a-2)를 통과한 빛은 510nm에서 515nm 사이의 좌원 편광 빛이다. 밴드 패스 필터의 대역절단부에서 밴드폭의 양측면을 제거하면 이상적인 밴드 패스 필터가 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 밴드 패스 필터는 복수의 우원 편광 소자 대신 복수의 좌원 편광 소자를 포함할 수 있다. 파장 대역이 동일하다면, 복수의 좌원 편광 소자를 포함하는 밴드 패스 필터를 통과한 빛은 510nm에서 515nm 사이의 우원 편광 빛이다.
한편, 각각의 우원 편광 소자(100a, 100a-1, 100a-2)는 이동체(20a, 20a-1, 20a-2)를 포함할 수 있다. 이동체(20a, 20a-1, 20a-2)에 의해 각각의 우원 편광 소자(100a, 100a-1, 100a-2)가 적절히 이동되면 분광계(300)에서 검출되는 파장 대역은 변화할 수 있다. 또한, 밴드 패스 필터는 이동체(20a) 대신 상술한 로테이터를 포함하여 제1 우원 편광 소자(100a)를 회전시킬 수도 있다.
도 54를 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 밴드 패스 필터가 도시되어 있다.
밴드 패스 필터는 제1 우원 편광 소자(100a) 및 제1 좌원 편광 소자(100b)를 포함하는 반사부, 제2 우원 편광 소자(100a-1) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-1)를 포함하는 제1 대역절단부, 제3 우원 편광 소자(100a-2) 및 제3 좌원 편광 소자(100b-2)를 포함하는 제2 대역절단부 포함할 수 있다. 각각의 우원 편광 소자(100a, 100a-1, 100a-2)와 좌원 편광 소자(100b, 100b-1, 100b-2)는 일정 농도의 피치를 가지거나 상술한 다양한 실시 예에 의해 피치 그래디언트를 가질 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 반사부의 제1 우원 편광 소자(100a)에 의해 특정 파장의 좌원 편광 빛을 반사시키고, 제1 좌원 편광 소자(100b)에 의해 동일한 특정 파장의 우원 편광 빛을 반사시킨다. 따라서, 반사부에서 반사된 빛은 무평광 빛이다. 일 실시 예로서, 특정 파장은 490nm에서 540nm 사이일 수 있다. 반사된 무편광 빛은 제1 대역절단부에 도달한다.
한편, 제1 대역절단부에서 편광되는 파장 대역은 반사부의 파장 대역과 다를 수 있다. 일 실시 예로서, 제2 우원 편광 소자(100a-1) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-1)의 파장 대역은 515nm에서 560nm 사이일 수 있다. 제1 대역절단부에 도달된 빛의 파장 대역은 490nm에서 540nm 사이의 무편광 빛이다. 그리고, 제1 대역절단부의 제2 우원 편광 소자(100a-1)는 515nm에서 560nm 사이의 좌원 편광 빛을 반사시키고, 제2 좌원 편광 소자(100b-1)는 515nm에서 560nm 사이의 우원 편광 빛을 반사시킨다. 따라서, 제1 대역절단부를 통과한 빛은 490nm에서 515nm 사이의 무편광 빛이다. 제1 대역절단부를 통과한 빛은 제2 대역절단부에 도달한다.
한편, 제2 대역절단부에서 편광되는 파장 대역은 반사부 및 제1 대역절단부의 파장 대역과 다를 수 있다. 일 실시 예로서, 제3 우원 편광 소자(100a-2) 및 제3 좌원 편광 소자(100b-2)의 파장 대역은 460nm에서 510nm 사이일 수 있다. 제2 대역절단부에 도달된 빛의 파장 대역은 490nm에서 515nm 사이의 무편광 빛이다. 그리고, 제2 대역절단부의 제3 우원 편광 소자(100a-2)는 460nm에서 510nm 사이의 좌원 편광 빛을 반사시키고, 제3 좌원 편광 소자(100b-2)는 460nm에서 510nm 사이의 우원 편광 빛을 반사시킨다. 따라서, 제2 대역절단부를 통과한 빛은 510nm에서 515nm 사이의 무편광 빛이다.
한편, 각각의 우원 편광 소자(100a, 100a-1, 100a-2)와 좌원 편광 소자(100b, 100b-1, 100b-2)는 이동체(20a, 20a-1, 20a-2, 20b, 20b-1, 20b-2)를 포함할 수 있다. 이동체(20a, 20a-1, 20a-2, 20b, 20b-1, 20b-2)에 의해 각각의 편광 소자(100a, 100a-1, 100a-2, 100b, 100b-1, 100b-2)가 적절히 이동되면 분광계(300)에서 검출되는 파장 대역은 변할 수 있다. 또한, 밴드 패스 필터는 이동체(20a) 대신 상술한 로테이터를 포함하여 제1 우원 편광 소자(100a) 및 제1 좌원 편광 소자(100b)를 회전시킬 수도 있다.
지금까지 밴드 패스 필터를 구현하는 실시 예를 설명하였다. 아래에서는 노치 필터 및 밴드 패스 필터의 기능을 포함하는 복합 필터에 대해 설명한다.
도 55는 본 개시의 일 실시 예에 따른 밴드 패스 필터 및 노치 필터를 포함하는 복합 필터를 설명하는 도면이다.
도 55를 참조하면 복합필터는 제1 및 제2 우원 편광 소자(100a, 100a-1), 제1 및 제2 좌원 편광 소자(100b, 100b-1), 제1 및 제2 스위치(40a, 40b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 스위치(40a, 40b)는 입사되는 빛을 온/오프에 따라 통과 또는 차단하는 기능을 수행한다.
광원(200), 제1 분광계(300a), 제1 우원 편광 소자(100a), 제2 스위치(40b) 및 제1 좌원 편광 소자(100b)는 동일축선상에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 분광계(300b), 제2 우원 편광 소자(100a-1), 제1 스위치(40a) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-1)도 동일축선상에 배치될 수 있다.
제1 및 제2 우원 편광 소자(100a, 100a-1), 제1 및 제2 좌원 편광 소자(100b, 100b-1)는 특정 파장 영역의 빛이 반사되어 광학경로상 다음에 위치한 소자에 입사될 수 있도록 입사광 축을 기준으로 일정한 각도를 형성하도록 배치될 수 있다. 제2 우원 편광 소자(100a-1)는 제1 우원 편광 소자(100a)에서 반사된 빛이 입사될 수 있는 위치에 배치되고, 제2 좌원 편광 소자(100b-1)는 제1 좌원 편광 소자(100b)에서 반사되는 빛이 입사될 수 있는 위치에 배치될 수 있다. 광원(200)에서 출력된 빛은 제1 우원 편광 소자(100a)에 도달할 수 있다. 제1 분광계(300a)는 제1 좌원 편광 소자(100b)를 투과한 빛을 검출하고, 제2 분광계(300b)는 제2 좌원 편광 소자(100b-1)를 투과한 빛과 제2 좌원 편광 소자(100b-1)를 반사한 빛을 검출한다.
먼저, 제1 스위치(40a)가 오프되고, 제2 스위치(40b)가 온 되는 경우를 설명한다.
제1 스위치(40a)가 오프되면, 제2 우원 편광 소자(100a-1)에서 반사되고 제2 좌원 편광 소자(100b-1)를 통과하여 제2 분광계(300b)에 도달하는 빛이 차단된다. 따라서, 광원(200), 제1 우원 편광 소자(100a), 제1 좌원 편광 소자(100b)를 거쳐 제1 분광계(300a)에 빛이 도달하는 제1 경로와 광원(200), 제1 우원 편광 소자(100a), 제1 좌원 편광 소자(100b), 제2 좌원 편광 소자(100b-1)를 거쳐 제2 분광계(300b)에 빛이 도달하는 제2 경로가 형성된다.
제1 우원 편광 소자(100a)는 특정 파장 대역의 좌원 편광 빛을 반사시킨다. 특정 파장 대역이 490nm에서 540nm 사이라면, 제1 우원 편광 소자(100a)를 통과한 빛은 490nm에서 540nm 대역의 좌원 편광 빛의 성분이 제거된 파형을 가질 수 있다. 제1 우원 편광 소자(100a)를 통과한 빛은 제1 좌원 편광 소자(100b)에 도달한다.
제1 좌원 편광 소자(100b)는 특정 파장 대역의 우원 편광 빛을 반사시킨다. 특정 파장 대역이 490nm에서 540nm 사이라면, 제1 좌원 편광 소자(100b)를 통과한 빛은 490nm에서 540nm 대역의 우원 편광 빛의 성분이 제거된 파형을 가질 수 있다. 따라서, 제1 우원 편광 소자(100a) 및 제1 좌원 편광 소자(100b)를 거쳐 제1 분광계(300a)에서 검출되는 빛은 490nm에서 540nm 사이의 모든 빛 성분이 제거된 파형을 가질 수 있다. 따라서, 제1 분광계(300a)는 노치 필터를 통과한 빛의 파형을 검출할 수 있다.
제2 경로의 경우, 제1 우원 편광 소자(100a)를 통과한 빛은 490nm에서 540nm 대역의 좌원 편광 빛의 성분이 제거된 파형을 가지고 제1 좌원 편광 소자(100b)에 도달한다. 이 빛은 제1 좌원 편광 소자(100b)에 의해 490nm에서 540nm 사이의 우원 편광된 빛만이 반사되어 제2 좌원 편광 소자(100b-1)로 향한다. 제2 좌원 편광 소자(100b-1)의 반사 파장 대역이 460nm에서 510nm 사이라면, 제2 좌원 편광 소자(100b-1)에서 반사된 빛은 490nm에서 510nm 대역의 우원 편광된 빛의 성분만을 반사한다. 따라서 제2 좌원 편광 소자에 의해 반사된 빛의 파장의 밴드 폭을 줄일 수 있다. 제2 좌원 편광 소자(100b-1)에서 반사된 빛은 제2 분광계(300b)로 향한다. 따라서, 제2 분광계(300b)는 우원 편광돤 밴드 패스 필터를 통과한 제 2경로의 빛의 파형을 검출할 수 있다.
다음으로, 제1 스위치(40a)가 온 되고, 제2 스위치(40b)가 오프되는 경우를 설명한다.
제2 스위치(40b)가 오프되면, 제1 좌원 편광 소자(100b) 및 제1 분광계(300b)에 도달하는 빛이 차단된다. 따라서, 광원(200), 제1 우원 편광 소자(100a), 제2 우원 편광 소자(100a-1) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-1)을 거쳐 제2 분광계(300b)에 빛이 도달하는 제3 경로가 형성된다.
제3 경로의 경우, 제1 우원 편광 소자(100a)는 특정 파장 대역의 좌원 편광 빛을 반사시킨다. 특정 파장 대역이 490nm에서 540nm 사이라면, 제1 우원 편광 소자(100a)에서 반사된 빛은 490nm에서 540nm 대역의 좌원 편광 빛의 성분만을 포함한다. 제2 우원 편광 소자(100a-1)는 제1 우원 편광 소자(100a)의 대역과 다른 파장 대역의 좌원 편광 빛을 반사시킬 수 있다. 제2 우원 편광 소자(100a-1)의 파장 대역이 460nm에서 510nm 사이라면, 제2 우원 편광 소자(100a-1)에서 반사된 빛은 490nm에서 510nm 대역의 좌원 편광 빛의 성분만을 포함한다. 따라서, 제2 우원 편광 소자(100a-1)에 의해 반사된 빛의 파장의 밴드 폭은 줄어들 수 있다. 제2 우원 편광 소자(100a-1)에서 반사된 빛은 제2 좌원 편광 소자(100b-1)에 도달한다.
제2 좌원 편광 소자(100b-1)는 제1 좌원 편광 소자(100b)의 대역과 다른 파장 대역의 우원 편광 빛을 반사시킬 수 있다. 제2 좌원 편광 소자(100b-1)로 입사되는 빛은 490nm에서 510nm 대역의 우원 편광 빛의 성분만을 반사시키므로 제2 우원 편광 소자(100a-1)에서 반사하여 제2 좌원 편광 소자(100b-1)로 입사되는 좌원 편광된 빛은 아무 영향 없이 통과된다. 따라서, 제2 분광계에서 검출되는 빛은 490nm에서 510nm 사이의 좌원 편광 빛 성분만 포함된 파형을 가질 수 있다. 따라서, 제2 분광계(300b)는 밴드 패스 필터를 통과한 좌원 편광된 제3 경로의 빛의 파형을 검출할 수 있다.
마지막으로, 제1 및 제2 스위치(40a, 40b)가 모두 온 되는 경우를 설명한다.
광원(200)에서 출력된 빛은 제1 우원 편광 소자(100a), 제1 좌원 편광 소자(100b)를 거치는 제1 경로를 형성한다. 제1 경로를 거친 빛의 파형은 상술한 제1 스위치(40a)가 오프되고, 제2 스위치(40b)가 오프되는 경우와 동일하다. 따라서, 제1 분광계(300a)는 노치 필터를 통과한 빛의 파형을 검출할 수 있다.
그리고, 광원(200)에서 출력된 빛은 제1 우원 편광 소자(100a), 제1 좌원 편광 소자(100b) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-1)를 거치는 제2 경로를 형성한다. 따라서, 제2 분광계(300b)는 우원 편광된 밴드 패스 필터를 통과한 제2 경로의 빛의 파형을 검출할 수 있다.
그리고 동시에, 광원(200)에서 출력된 빛은 제1 우원 편광 소자(100a), 제2 우원 편광 소자(100a-1) 및 제2 좌원 편광 소자(100b-1)를 거치는 제3 경로를 형성한다. 제2 분광계(300b)는 좌원 편광된 밴드 패스 필터를 통과한 제3 경로의 빛의 파형을 검출할 수 있다. 따라서, 제2 분광계(300b)에서는 제2 경로를 통해 입사한 우원 편광된 빛과 제3 경로를 통해 입사한 좌원 편광된 빛이 합해져 파장 영역 490nm에서 510nm 사이의 무편광된 밴드 패스 필터를 통과한 빛의 파형을 검출할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 스위치(40a, 40b)가 모두 온 되는 경우, 제1 분광계(300a)에서는 노치 필터를 통과한 빛의 파형을 검출할 수 있고, 동시에 제2 분광계(300b)에서는 무편광된 밴드 패스 필터를 통과한 빛의 파형을 검출할 수 있다.
제1 및 제2 우원 편광 소자(100a, 100a-1), 제1 및 제2 좌원 편광 소자(100b, 100b-1)는 각각 이동체(20a, 20b)에 연결되어 위치 이동을 할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 우원 편광 소자(100a, 100a-1), 제1 및 제2 좌원 편광 소자(100b, 100b-1)에 포함된 콜레스테릭 액정층은 일정한 농도의 카이랄 물질을 포함하거나 피치 그래디언트를 가질 수 있다. 따라서, 복합 필터는 이동체에 의해 노치 필터의 위치와 밴드 패스 필터의 밴드의 위치와 폭을 변경할 수 있다. 한편, 상술한 복합 필터의 구성 중에서 제1 및 제2 우원 편광 소자(100a, 100a-1)만을 사용하거나 제1 및 제2 좌원 편광 소자(100b, 100b-1)만을 사용하는 경우 투과형 밴드 패스 필터가 구현될 수 있다.
도 56은 본 개시의 일 실시 예에 따른 필터의 출력 파형을 나타내는 도면이다.
도 56(a)는 노치 필터의 파형이 도시되어 있다. 도 56(a)에 도시된 바와 같이, 노치 필터는 파장을 가변할 수 있고, 밴드 영역에서 거의 완벽하게 빛의 성분을 제거할 수 있다.
도 56(b)는 밴드 패스 필터의 파형이 도시되어 있다. 도 56(b)에 도시된 바와 같이, 밴드 패스 필터는 파장을 가변할 수 있고, 이상적인 파형에 가까운 파형을 보여준다.
이상과 같이 본 개시는 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 개시는 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 개시가 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양하게 수정 및 변형할 수 있다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (19)

  1. 한 쌍의 기판;
    상기 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI)층;
    상기 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI)층 사이의 공간을 확보하기 위해 배치된 복수의 스페이서; 및
    상기 스페이서에 의해 확보된 공간에 위치하고, 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질 또는 우선성 카이랄 물질 중 어느 하나의 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(CLC)층;을 포함하는 원형 편광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판은,
    타면에 무반사 코팅이 된 원형 편광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스페이서는 서로 다른 크기인 원형 편광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정층은,
    자외선(UV)에 의해 광이성질화되는 기 설정된 농도의 아조 색소를 포함하는 원형 편광 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정층은,
    기 설정된 방향에 따라 연속적으로 광 투과도가 변화하는 ND 필터를 통해 균일한 자외선이 조사되어, 상기 ND 필터의 광 투과도에 대응되는 투과된 자외선의 세기 또는 기 설정된 방향에 따라 서로 다른 세기의 자외선이 조사되어 투과된 자외선의 세기에 기초하여 광이성질화된 아조 색소의 비율이 연속적으로 변화하는 원형 편광 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정층은,
    기 설정된 방향으로 연속적으로 변화하는 농도 구배의 상기 아조 색소를 포함하고,
    상기 아조 색소는,
    균일한 세기의 자외선에 의해 광이성질화된 원형 편광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정층은,
    기 설정된 방향으로 연속적으로 변화하는 농도 구배의 상기 카이랄 물질을 포함하는 원형 편광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 기판 중 어느 하나의 기판의 일단을 통해 제1 온도의 열을 공급하고, 상기 어느 하나의 기판의 타단을 통해 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도의 열을 공급하는 히터;를 더 포함하고,
    상기 콜레스테릭 액정층은,
    상기 공급된 제1 온도의 열 및 상기 공급된 제2 온도의 열에 의한 온도 구배에 의해 피치가 변화하는 원형 편광 소자.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    연속적으로 파장 가변 원형 편광 소자를 구현하기 위해, 회전축과 기 설정된 거리만큼 떨어진 위치에 상기 원형 편광 소자를 위치시키고, 상기 원형 편광 소자를 회전시키는 로테이터;를 더 포함하는 원형 편광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 기판 중 적어도 어느 하나의 기판의 일단을 통해 기 설정된 온도의 열을 공급하는 히터;를 더 포함하고,
    상기 콜레스테릭 액정층은,
    상기 공급된 열에 대응하여 피치가 변화하는 원형 편광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 기판을 통해 전압을 공급하는 전원;을 더 포함하고,
    상기 콜레스테릭 액정층은,
    상기 공급된 전압에 대응하여 피치가 변화하는 원형 편광 소자.
  12. 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하여 광원으로부터 출력된 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 반사시키는 우원 편광 소자; 및
    기 설정된 농도의 우선성 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하여 상기 우원 편광 소자를 통과한 빛 중에서 상기 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 반사시키는 좌원 편광 소자;를 포함하는 노치 필터.
  13. 한 쌍의 기판;
    상기 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI)층;
    상기 한 쌍의 기판 각각의 타면에 코팅된 무반사 층;
    상기 폴리이미드(PI)층 사이의 공간을 확보하기 위해 배치된 복수의 제1 및 제2 스페이서;
    상기 제1 스페이서에 의해 확보된 공간에 위치하고, 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질을 포함하여 광원으로부터 출력된 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 반사시키고 우원 성분의 빛을 투과시키는 우원 편광 특성의 제1 콜레스테릭 액정(CLC)층; 및
    상기 제2 스페이서에 의해 확보된 공간에 위치하고, 기 설정된 농도의 우선성 카이랄 물질을 포함하여 광원으로부터 출력된 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 반사시키고 좌원 성분의 빛을 투과시키는 좌원 편광 특성의 제2 콜레스테릭 액정(CLC)층;을 포함하는 노치 필터.
  14. 기판;
    상기 기판의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI)층;
    상기 폴리이미드층 상에 스핀 코팅되고, 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질을 포함하여 광원으로부터 출력된 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 반사시키는 우원 편광 특성의 제1 콜레스테릭 액정(CLC)층; 및
    상기 제1 콜레스테릭 액정층 상에 스핀 코팅되고, 기 설정된 농도의 우선성 카이랄 물질을 포함하여 광원으로부터 출력된 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 반사시키는 좌원 편광 특성의 제2 콜레스테릭 액정(CLC)층;을 포함하는 노치 필터.
  15. 광원으로부터 출력된 빛을 통과시키는 빔 스플리터; 및
    기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하여 상기 빔 스플리터를 통과한 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 반사시키는 우원 편광 소자 또는 기 설정된 농도의 우선성 카이랄 물질을 포함하는 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하여 상기 빔 스플리터를 통과한 빛 중에서 상기 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 반사시키는 좌원 편광 소자 중 하나를 포함하는 원형 편광 소자;를 포함하고,
    상기 빔 스플리터는,
    상기 원형 편광 소자에서 반사된 상기 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 반사시켜 우원 성분의 빛으로 변화시키거나 상기 원형 편광 소자에서 반사된 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 반사시켜 좌원 성분의 빛으로 변화시키는 밴드 패스 필터.
  16. 한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI)층, 상기 한 쌍의 기판 각각의 타면에 코팅된 무반사(AR)층, 상기 폴리이미드(PI)층 사이의 공간을 확보하기 위해 배치된 복수의 스페이서 및 상기 스페이서에 의해 확보된 공간에 위치하고, 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질이 포함된 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하는 복수 개의 우원 편광 소자; 및
    한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판 각각의 일면에 코팅된 폴리이미드(PI)층, 상기 한 쌍의 기판 각각의 타면에 코팅된 무반사(AR)층, 상기 폴리이미드(PI)층 사이의 공간을 확보하기 위해 배치된 복수의 스페이서 및 상기 스페이서에 의해 확보된 공간에 위치하고, 기 설정된 농도의 우선성 카이랄 물질이 포함된 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하는 복수 개의 좌원 편광 소자;를 포함하고,
    상기 복수 개의 우원 편광 소자 및 좌원 편광 소자는,
    기 설정된 간격으로 번갈아 배치되는, 필터.
  17. 기 설정된 농도의 좌선성 카이랄 물질이 포함된 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하는 복수 개의 우원 편광 소자;
    기 설정된 농도의 우선성 카이랄 물질이 포함된 콜레스테릭 액정(CLC)층을 포함하는 복수 개의 좌원 편광 소자; 및
    상기 복수 개의 우원 편광 소자 및 좌원 편광 소자 사이에 배치되는 인덱스 매칭 물질층;을 포함하며,
    상기 복수 개의 우원 편광 소자 및 좌원 편광 소자는 번갈아 배치되고,
    상기 우원 편광 소자 및 좌원 편광 소자의 외부로 노출되는 면은 무반사 코팅이 된, 필터.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 복수 개의 우원 편광 소자는,
    상기 면에 기 설정된 제1 각도로 입사되는 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 차단시키고,
    상기 복수 개의 좌원 편광 소자는,
    상기 면에 기 설정된 제1 각도로 입사되는 빛 중에서 상기 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 차단시켜 상기 차단된 좌원 성분의 빛 및 우원 성분의 빛을 제외한 빛을 통과시키는, 필터.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 복수 개의 우원 편광 소자는,
    상기 면에 기 설정된 제2 각도로 입사되는 빛 중에서 기 설정된 주파수 대역의 좌원 성분의 빛을 반사시키고,
    상기 복수 개의 좌원 편광 소자는,
    상기 면에 기 설정된 제2 각도로 입사되는 빛 중에서 상기 기 설정된 주파수 대역의 우원 성분의 빛을 반사시키는, 필터.
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