KR102070627B1 - 편광 변환 소자 및 광고립 장치 - Google Patents

Abstract

본 출원은, 편광 변환 소자 및 광고립 장치에 대한 것이다. 본 출원에서는, 비편광의 입사광을 1종의 편광으로 변환시킬 수 있는 편광 변환 소자 및 상기 편광 변환 소자를 포함하는 광고립도가 우수한 광고립 장치가 제공된다. 이러한 광고립 장치는, 예를 들면, 광통신이나 레이저 광학 분야, 보안, 사생활 보호 분야, 디스플레이의 휘도 향상 또는 은폐 엄폐용 등의 다양한 용도에 적용될 수 있다.

Description

편광 변환 소자 및 광고립 장치{Polarization Conversion System and Optical Isolation Device}

본 출원은 2016년 10월 13일자 제출된 대한민국 특허출원 제10-2016-0132841호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.

본 출원은 편광 변환 소자 및 광고립 장치에 대한 것이다.

광고립 장치는, 정방향의 광 투과율이 역방향의 광 투과율에 비하여 높은 장치이고, 광 다이오드(optical diode)라고도 불린다. 광고립 장치는, 광통신이나 레이저 광학 분야에서 불필요한 반사광을 막는 것에 사용될 수 있고, 그 외에도 건물이나 자동차 유리에 적용되어 보안이나 사생활 보호 등에 사용될 수도 있다. 광고립 장치는 또한 다양한 디스플레이에서의 휘도 향상 또는 은폐 엄폐용 군용 제품 등 용도에도 적용될 수 있다.

광고립 장치로는, 패러데이 효과를 이용한 패러데이 광 고립 장치가 있다. 패러데이 광고립 장치의 원리가 도 1에 나타나 있다. 도 1과 같이 패러데이 광고립 장치는, 제 1 편광자(101), 패러데이 회전자(102) 및 제 2 편광자(103)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 편광자(101, 103)의 흡수축은 서로 45도를 이루도록 배치되어 있다. 제 1 편광자를 통과하여 선편광된 입사광을 패러데이 회전자는 45도 회전시키고, 이에 따라 제 2 편광자를 투과하게 된다(Forward direction). 반대로 제 2 편광자를 투과한 선편광된 광은 패러데이 회전자에 의해 동일하게 45도 회전하게 되면, 제 1 편광자의 흡수축과 평행한 선편광이 되기 때문에 제 1 편광자를 투과할 수 없다(Backward direction).

패러데이 광고립 장치는, 구동을 위해 매우 큰 외부 자기장이 필요하고, 고가의 재료가 적용되어야 하기 때문에 대면적화 등이 곤란하다.

본 출원은 편광 변환 소자 및 광 고립 장치에 대한 것이다.

본 출원에서 용어 편광 변환 소자는, 비편광 입사광을 1종의 편광으로 변환시켜서 출광시킬 수 있도록 구성된 소자를 의미한다.

하나의 예시에서 상기 편광 변환 소자의 투과율은 50% 이상, 50% 초과, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상일 수 있다. 상기 투과율의 상한은 특별히 제한되지 않고, 약 100% 정도일 수 있다. 상기 투과율은, 상기 편광 변환 소자로 입사되는 비편광의 광 대비 상기 편광 변환 소자를 투과한 상기 1종의 편광의 비율일 수 있다. 즉, 이상적으로 상기 편광 변환 소자는, 입사되는 비편광을 손실 없이 1종의 편광으로 변환시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 명세서에서 용어 투과율, 위상차값, 반사율 및 굴절률 등의 광학적 물성의 기준 파장은 광고립 장치를 사용하여 고립하고자 하는 광 및/또는 상기 편광 변환 소자로 변환하고자 하는 광에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 파장은, 상기 고립하고자 하는 광 및/또는 상기 편광 변환 소자로 변환하고자 하는 광의 파장일 수 있다. 예를 들어, 광고립 장치를 가시광 영역의 광을 고립시키고자 하는 경우에 상기 투과율 등의 기준 파장은, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm의 범위 내의 어느 한 파장 또는 약 550 nm 파장의 광을 기준으로 한 수치이며, 적외선 영역의 광을 고립시키고자 하는 경우에 상기 투과율 등은 1,000 nm의 파장의 광을 기준으로 정해질 수 있고, 자외선 영역의 광을 고립시키고자 하는 경우에는 상기 투과율 등은 250 nm의 파장의 광을 기준으로 정해질 수 있다.

편광 변환 소자를 투과한 광은 상기 1종의 편광만을 실질적으로 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 편광 변환 소자를 투과한 광의 90% 이상 또는 95% 이상은 상기 1종의 편광일 수 있다. 이상적으로는 상기 편광 변환 소자를 투과한 광의 100%가 오로지 상기 1종의 편광일 수 있다.

이러한 편광 변환 소자는, 기본적으로 재귀 반사기 및 반사형 편광기를 적어도 포함할 수 있다.

상기에서 반사형 편광기는, 직교 모드쌍(orthogonal mode pair)을 포함하는 입사광 중에서 어느 하나의 편광을 투과시키고, 다른 하나의 편광은 반사시키는 소자일 수 있다. 상기에서 직교 모드쌍은, 서로 편광 방향이 수직인 2개의 선편광 또는 서로 회전 방향이 역방향인 2개의 원편광을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용하는 용어 수직, 수평, 평행 또는 직교는 오차를 감안한 실질적인 수직, 수평, 평행 또는 직교를 의미하고, 예를 들면, ±10도 이내, ±8도 이내, ±6도 이내, ±4도 이내, ±2도 이내, ±1도 이내 또는 ±0.5도 이내의 오차가 존재할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어 원편광은, 소위 타원편광도 포함하는 개념이다. 이하, 본 명세서에서는 편의상 상기 직교 모드쌍 중에서 어느 하나의 편광을 제 1 편광으로 호칭하고, 다른 하나의 편광을 제 2 편광으로 호칭할 수 있다.

이러한 반사형 편광기로는, 소위 이방성 물질 편광 분리자 또는 박막 코팅형 편광자 등을 적용하여 상기 효과를 나타내는 편광 광선 분리기(polarizing beam splitter), 금속 선격자 편광자 등의 선격자 편광자(WGP, Wire Grid Polarizer), 이중 휘도 향상 필름(DBEF, Dual Brightness Enhancement Film) 또는 콜레스테릭 액정(CLC, Choresteric Liquid Crystal) 필름 등이 있다. 상기에서 금속 선격자 편광자(WGP, Wire Grid Polarizer)와 이중 휘도 향상 필름(DBEF, Dual Brightness Enhancement Film)은, 서로 편광 방향이 수직인 제 1 및 제 2 편광 중에서 어느 하나의 편광은 투과시키고, 다른 하나의 편광은 반사시키는 소자이며, 콜레스테릭 액정 필름은, 서로 회전 방향이 역방향인 원편광 중에서 어느 하나의 편광은 투과시키고, 다른 하나의 편광은 반사시키는 소자이다. 예를 들면, 금속 선격자 편광자의 격자의 사이즈 내지는 피치, 이중 휘도 향상 필름의 적층 구조, 콜레스테릭 액정 필름 내의 액정의 피치 내지는 회전 방향 등의 제어를 통해 목적하는 파장 범위의 광을 직교 모드쌍으로 분할할 수 있다. 본 출원에서 적용할 수 있는 반사형 편광기의 종류는 상기에 제한되지 않고, 입사광을 직교 모드쌍의 편광으로 분할할 수 있는 것으로 공지된 모든 반사형 편광기가 적용될 수 있다.

상기에서 재귀 반사기와 반사형 편광기는, 상기 반사형 편광기가 제 1 및 제 2 편광 중에서 제 1 편광은 투과시키고, 제 2 편광은 반사시킨다고 할 때에 상기 제 2 편광이 상기 재귀 반사기에 입사될 수 있도록 위치될 수 있다.

재귀 반사기(retro reflector)는 공지된 따라서, 상기 재귀 반사기로 입사된 광을 입사 방향과 평행한 방향으로 반사시키는 소자이다. 따라서, 상기 반사형 편광기에 의해 반사되어 상기 반사기에 입사되는 제 2 편광은 반사되어 다시 상기 반사형 편광기측으로 입사된다. 이러한 재귀 반사기는 다양하게 공지되어 있으며, 본 출원에서는 이러한 공지된 재귀 반사기 중에서 적절한 종류를 선택하여 사용할 수 있다. 재귀 반사기로는, 예를 들면, 홀로그래픽 필름 또는 반사형 경사 루버 필름 등이 사용될 수 있다.

본 출원의 편광 변환 소자에서는, 상기 재귀 반사기에 의해 반사된 제 2 편광이 반사형 편광기로 다시 입사될 때에 그 편광 상태가 제 1 편광으로 변환될 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의해서 이론적으로 입사된 비편광은 모두 제 1 편광의 상태로 변환되어 상기 반사형 편광기를 투과할 수 있다.

광학적으로 비편광된 광은 직교 모드쌍(orthogonal mode pair), 즉 서로 편광 방향이 수직인 2개의 선편광 또는 서로 회전 방향이 역방향인 2개의 원편광을 포함하고 있는 것으로 가정될 수 있다. 따라서, 1차적으로 반사형 편광기에 입사한 비편광된 광의 약 50%인 제 1 편광은 상기 반사형 편광기를 투과하고, 다른 50%인 제 2 편광은 반사되어 상기 재귀 반사기로 입사되고, 이와 같이 입사된 제 2 편광이 상기 재귀 반사기에 의해 반사된 후에 제 1 편광인 상태로 반사형 편광기에 입사되기 때문에 이론적으로 비편광된 광의 100%가 상기 제 1 편광 상태로 반사형 편광기를 투과할 수 있다.

상기에서 반사형 편광기에 의해 반사된 제 2 편광을 재귀 반사기를 거치면서 제 1 편광으로 변환시키는 방식은 특별히 제한되지 않는다.

일 태양에서는 상기 재귀 반사기 자체가 상기와 같은 제 2 편광을 제 1 편광으로 변환하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 광학적으로 직교 모드쌍의 편광 중 어느 하나의 편광이 반사면에서 반사되는 경우에 반사된 편광은 해당 반사 전의 편광의 다른 직교 모드쌍으로 변경되어 반사되는 경우가 있다. 예를 들어, 반시계 방향으로 회전하고 있는 우원 편광이 반사면에서 반사되면, 반사된 편광은 시계 방향으로 회전하는 좌원 편광으로 변환되고, 반대로 좌원 편광은 반사면에서 반사되면 우원 편광으로 변환될 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는 재귀 반사기에 의해 반사된 제 2 편광은 상기 반사형 편광기를 투과할 수 있는 제 1 편광으로 변환될 수 있다.

이러한 경우를 도면을 참조하여 설명하면, 도 2와 같이 반사형 편광기(100)로 비편광의 광(NP)이 입사되면, 상기 비편광의 광(NP) 중에서 제 1 편광(P1)만이 반사형 편광기(100)를 투과하고, 제 2 편광(P2)은 상기 편광기(100)에 의해 반사된다. 상기에서 반사형 편광기(100)가 예를 들어, 전술한 콜레스테릭 액정 필름이라면, 상기 반사된 제 2 편광(P2)은 우원 편광 또는 좌원 편광일 수 있다. 반사된 제 2 편광(P2)이 재귀 반사기(200)에 입사되면, 반사 후의 상기 제 2 편광(P2)은 다시 제 1 편광(P1)으로 변환되고, 변환된 제 1 편광(P1)은, 반사형 편광기(100)를 투과할 수 있게 되어, 결국 비편광의 광(NP)은 모두 제 1 편광(P1)을 변환될 수 있다. 도 2에서는 비편광의 광(NP)이 재귀 반사기(200)를 투과한 후에 반사형 편광기(100)로 입사되는 경우를 표시하지만, 상기 비편광 광(NP)은 재귀 반사기(200)를 거치지 않고, 상기 반사형 편광기(100)로 입사될 수도 있다. 도 2와 같은 경우는 재귀 반사기(200)로서 소정 각도로 입사되는 광을 투과시키고, 다른 각도로 입사되는 광은 반사시키는 반사기로서, 예를 들면, 반사형 경사 루버 필름 등이 사용된 경우이다.

일 태양에서는 재귀 반사기에서 반사되는 광이 반사형 편광기를 투과할 수 있는 제 1 편광으로 변환될 수 있도록 리타더가 적용될 수 있다. 적절한 리타더의 적용을 통해 제 2 편광을 제 1 편광으로 변환시킬 수 있다.

리타더로는 λ/2판 또는 λ/4판이 적용될 수 있다. 용어 λ/2판은, 소위 HWP(Half Wave Plate)로 호칭되는 리타더로서 선형 편광이 입사되면, 그 선형 편광의 편광 방향을 대략 90도 회전시킬 수 있는 소자이고, 용어 λ/4판은, 소위 QWP(Quarter Wave Plate)로 호칭되는 리타더로서 선형 편광과 원편광을 상호 변환시킬 수 있는 소자이다. λ/2판 또는 λ/4판으로 작용할 수 있는 리타더는 이 분야에서 다양하게 공지되어 있다. 예를 들면, 상기 리타더는, 고분자 연신 필름 또는 액정 고분자 필름일 수 있다. 고분자 연신 필름으로는, 예를 들면, 아크릴 필름, 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름 등의 폴리올레핀 필름, 폴리노르보넨 필름 등의 고리형 올레핀 폴리머(COP: Cycloolefin polymer) 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리아크릴로니트릴 필름, 폴리설폰 필름, 폴리비닐알코올 필름 또는 TAC(Triacetyl cellulose) 필름 등의 셀룰로오스 에스테르 폴리머 필름이나 상기 폴리머를 형성하는 단량체 중에서 2종 이상의 단량체의 공중합체 필름 등이 예시될 수 있다. 상기와 같은 필름을 이 분야에서 공지된 방식에 의해 적절하게 연신함으로써 상기 리타더를 형성할 수 있다. 또한, 상기에서 액정 고분자 필름으로는, 네마틱 액정 또는 디스코틱 액정 등과 같은 공지의 액정 필름을 배향 및 중합시킨 필름이 예시될 수 있다.

이 분야에서 λ/2판 또는 λ/4판으로 작용할 수 있는 리타더는 공지이며, 본 출원에서는 이러한 필름이 제한 없이 사용될 수 있다.

리타더가 적용되는 경우에 상기 리타더는, 상기 반사형 편광기에 의해 상기 재귀 반사기로 반사된 제 2 편광의 광 경로의 사이에 위치할 수 있다. 이러한 경우에 대한 예시가 도 3에 나타나 있다.

도 3은, 반사형 편광기(100)가 전술한 PBS(polarizing beam splitter), 금속 선격자 편광기 또는 이중 휘도 향상 필름인 경우의 예시일 수 있다. 이러한 경우에 제 1 및 제 2 편광은 서로 편광 방향이 수직하는 선편광일 수 있다. 도 3의 예시는 리타더(300)를 추가로 포함하고, 상기 리타더(300)는 상기 반사형 편광기(100)에 의해 상기 재귀 반사기(200)측으로 반사되는 제 2 편광(P2)의 광 경로에 위치한다. 이 때 상기 리타더(300)는, λ/4판일 수 있다. 도면으로부터 확인되는 것과 같이 반사형 편광기(100)에 의해 반사된 제 2 편광(P2)은 우선 상기 리타더(300)로 입사되고, 그에 의해 좌원 및 우원 편광 중에서 어느 하나의 편광으로 변환된다. 이와 같이 변환된 편광이 재귀 반사기(200)로 입사되면, 반사된 편광은 회전 방향이 역방향으로 변환된 편광이 되고, 그와 같은 편광이 다시 리타더(300)로 입사되면, 제 2 편광(P2)과 편광 방향이 수직인 제 1 편광(P1)으로 변환되어 반사형 편광기(100)를 투과할 수 있다. 도 3의 경우도 비편광의 광(NP)이 재귀 반사기(200)와 리타더(300)를 투과한 후에 반사형 편광기(100)로 입사되는 경우를 표시하지만, 상기 비편광 광(NP)은 재귀 반사기(200) 및 리타더(300)를 거치지 않고, 상기 반사형 편광기(100)로 입사될 수도 있다. 또한, 입사광(NP)은 비편광의 광이기 때문에 리타더(300)를 거치는 경우에도 그 편광 상태에는 영향이 없다.

편광 변환 소자는, 추가 구성으로서, 상기 반사형 편광기를 투과한 제 1 편광이 입사될 수 있는 위치에 배치된 리타더를 포함할 수도 있다. 이러한 리타더는, 예를 들어, 도 2의 예시와 같이 최종적으로 반사형 편광기(100)를 투과한 제 1 편광(P1)이 우원 편광 및 좌원 편광 중에서 어느 한 편광이 경우에 이러한 편광을 선형 편광으로 변환시키기 위해 필요할 수 있다. 상기 리타더는 λ/4판일 수 있고, 이에 의해 최종적으로 선형 편광이 생성될 수 있다.

상기와 같이 편광 변환 소자가 리타더를 추가로 포함하는 경우에 포함되는 리타더가 적절한 역할을 수행할 수 있도록 해당 리타더의 광축이 그 리타더로 입사되는 광에 따라 제어될 수 있다.

편광 변환 소자는, 광의 경로를 제어하기 위한 광경로 제어기(400)를 하나 이상 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 광경로 제어기(400)로는 프리즘 또는 반사판 등이 예시될 수 있다. 이러한 광경로 제어기는, 예를 들면, 반사형 편광기를 투과한 편광의 진행 방향을 일치시키기 위한 용도 등으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 나타난 바와 같이 반사형 편광기(100)를 투과한 제 1 편광은 진행 방향이 서로 다른 2종의 편광을 포함할 수 있는데, 적절한 위치에 상기 광경로 제어기(400)를 위치시킴으로써 상기 2종의 제 1 편광의 진행 방향을 일치시킬 수 있다. 상기와 같은 경우에 상기 제어기(400)는, 상기 반사형 편광기(100)를 투과한 2개 이상의 광으로서, 서로 광경로가 다른 2개 이상의 광의 경로를 일치시키도록 형성되어 있을 수 있다.

편광 변환 소자는, 상기 구성 외에도 추가의 필요한 구성을 포함할 수 있으며, 이러한 구성으로는, 비편광의 광의 광 경로를 상기 반사형 편광기에 적절하게 입사될 수 있도록 제어할 수 있는 광경로 제어기 등이 예시될 수 있다. 예를 들면, 상기의 경우, 광경로 제어기는, 비편광의 입사광이 상기 반사형 편광기에 0도 초과이고, 90도 미만인 각도로 입사할 수 있도록 형성될 수 있다.

본 출원은 또한 광 고립 장치에 대한 것이다. 용어 광고립 장치는, 어느 한 방향으로 입사된 광의 투과율이 그 반대 방향으로 입사된 광의 투과율에 비하여 상대적으로 크게 되도록 구성된 장치를 의미할 수 있다. 광고립 장치에서 입사된 광의 투과율이 큰 방향은 정 방향(Forward direction)으로 호칭될 수 있고, 그 반대 방향은 역 방향(Backward direction)으로 호칭될 수 있다. 상기에서 정방향과 역방향은 서로 대략 160도 내지 200도 정도의 각도를 이룰 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

광고립 장치에서 정방향으로 입사된 광의 투과율과 역방향으로 입사된 광의 투과율의 비율은, 하기 수식 1에 따른 고립도(IR, isolation ratio)에 의할 때, 약 3 dB 이상일 수 있다. 상기 고립도는, 그 수치가 높을수록 우수한 광고립 효과를 나타내는 점을 보여주기 때문에 그 상한은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 고립도는 약 10 dB 이하, 약 9.5 dB 이하, 약 9 dB 이하, 약 8.5 dB 이하, 약 8 dB 이하, 약 7.5 dB 이하, 약 7 dB 이하, 약 6.5 dB 이하, 약 6 dB 이하, 약 5.5 dB 이하, 약 5 dB 이하, 약 4.5 dB 이하 또는 약 4 dB 이하 정도일 수 있다.

[수식 1]

IR = 10 × n × log(F/B)

수식 1에서 IR은 고립도이고, n은 광고립 장치 내에 포함되는 후술하는 광고립 소자의 개수이며, F(Forward direction)는 정방향으로 광고립 장치로 입사된 광의 투과율이고, B(Backward direction)는 역방향으로 광고립 장치로 입사된 광의 투과율이다.

광고립 장치의 정방향으로 입사된 광의 투과율은 약 50% 이상, 약 55% 이상, 약 60% 이상, 약 65% 이상, 약 70% 이상, 약 75% 이상, 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상 또는 약 95% 이상일 수 있다. 상기 정방향 투과율의 상한은 약 100%일 수 있다. 또한, 광고립 장치의 역방향으로 입사된 광의 투과율은, 약 50% 미만, 약 45% 이하, 약 40% 이하, 약 35% 이하, 약 30% 이하, 약 25% 이하, 약 20% 이하, 약 15% 이하, 약 10% 이하 또는 약 5% 이하일 수 있다. 상기 역방향 투과율의 하한은 약 0% 정도일 수 있다.

광고립 장치는 적어도 하나 이상의 광고립 소자를 포함할 수 있다. 용어 광고립 소자는, 광고립 장치를 형성하는 단위 소자이고, 단독으로 광고립 기능을 가진다. 따라서, 광고립 소자도 정방향으로 입사된 광의 투과율이 역방향으로 입사된 광의 투과율에 비하여 상대적으로 크게 되도록 구성되어 있고, 이 때 고립도, 정방향 투과율 및 역방향 투과율의 범위는 상기 광고립 장치에서 언급한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.

광고립 소자는, 상기 편광 변환 소자 및 편광자를 포함할 수 있다. 도 5에 모식적으로 나타낸 것처럼 상기 편광 변환 소자(201) 및 편광자(202)는, 상기 편광 변환 소자(201)측으로 입사된 광이 상기 소자(201)를 투과한 후에 상기 편광자(202)에 향할 수 있도록 위치할 수 있다. 본 명세서에서는 상기 편광 변환 소자(201)에서 편광자(202)로 향하는 방향이 정 방향(Forward direction)으로 호칭되고, 상기 편광자(202) 및 편광 변환 소자(201)를 향하는 방향이 역 방향(Backward direction)으로 호칭될 수 있다.

편광 변환 소자는, 상기 전술한 바와 같이 제 1 방향으로 입사된 비편광을 선형 편광으로 변환시켜 제 2 방향으로 출사시킬 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 상기 편광 변환 소자에 대한 설명을 참조하면, 상기 제 1 및 제 2 방향은 비편광의 광이 반사형 편광기로 입사되는 방향 및/또는 최종적으로 반사형 편광기를 투과한 제 1 편광의 진행 방향과 평행할 수 있다. 상기에서 제 2 방향으로 출사되는 선편광은, 한 종류의 선편광일 수 있다. 즉, 제 2 방향으로 출사되는 선편광은, 서로 편광 방향이 다른 2종류 이상의 선편광을 포함하지 않을 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 방향은 정방향과 대략 평행한 방향일 수 있다.

광고립 소자는, 상기한 편광 변환 소자와 함께 편광자를 포함하고, 편광자는 정방향으로 진행하여 상기 광고립 소자를 투과한 선편광이 입사할 수 있는 위치에 배치된다. 상기 편광자로는, 예를 들면, 흡수형 선형 편광자가 사용될 수 있다. 흡수형 선형 편광자는 업계에 다양하게 공지되어 있으며, 예를 들면, 소위 PVA(polyvinyl alcohol) 편광자가 사용될 수 있다. 이러한 흡수형 편광자는 일 방향으로 형성된 투과축과 상기 투과축과 수직하는 방향으로 형성된 흡수축을 가지는데, 상기 투과축이 상기 편광 변환 소자를 투과하여 생성된 선형 편광의 편광 방향과 평행하도록 상기 편광자가 배치될 수 있다. 이와 같은 경우에 정방향으로 입사하여 편광 변환 소자를 투과하는 광은 이론적으로 100% 투과될 수 있고, 역방향으로 투과되는 광의 적어도 50%는 상기 흡수형 선형 편광자에 흡수되어 차단된다.

광고립 소자는, 추가적으로 위상지연판을 추가로 포함할 수 있다. 상기에서 위상지연판은, 전술한 리타더와 동일 개념의 광학 소자이나, 본 출원에서는 편광 변환 소자에 포함되는 리타더와의 구분을 위해 위상지연판으로 호칭한다. 상기 위상지연판은, 정방향으로 진행하는 광이 상기 편광자를 투과한 후에 입사하는 위치에 위치할 수 있다. 이와 같은 위상지연판은, 정방향으로 일단 광고립 소자를 투과한 광이 반사 등에 의해 다시 광고립 소자를 향해서 진행하여 발생할 수 있는 문제를 해소할 수 있다. 즉, 상기 위상지연판의 존재로 인하여 반사된 광은 흡수형 편광자의 흡수축과 평행한 선편광으로 변환될 것이고, 그에 따라 상기 편광자에 다시 흡수된다.

이러한 경우에 상기 위상지연판으로는, 전술한 λ/4판이 사용될 수 있다. 상기 λ/4판의 구체적인 종류는 전술한 바와 같다.

이 경우 상기 위상지연판은, 그 광축(ex. 지상축)이 상기 흡수형 편광자의 투과축과 약 40도 내지 50도의 범위 내, 예를 들면 약 45도 또는 130도 내지 140도의 범위 내, 예를 들면, 약 135도의 각도를 이루도록 배치될 수 있다.

상기 광고립 소자는, 전술한 편광 변환 소자에 포함될 수 있는 것 외에 필요한 경우 추가적으로 광의 경로를 제어할 수 있는 프리즘 또는 반사판과 같은 광경로 제어기를 추가로 포함할 수 있다.

광고립 장치는, 상기와 같은 광고립 소자를 1개 또는 2개 이상 포함될 수 있다. 광고립 소자가 2개 이상 포함되는 경우에 각 광고립 소자는, 정방향을 따라서 어느 하나의 광고립 소자를 투과한 광이 다른 광고립 소자의 편광 변환 소자측으로 입사할 수 있도록 배치될 수 있다. 이와 같이 복수개의 광고립 소자를 적용함으로써 광고립도를 보다 향상할 수 있다. 예를 들어 도 6을 참조하면, 이론적으로 정방향으로 복수의 광고립 소자들을 투과하는 광은 손실 없이 계속 투과되지만, 역방향으로 투과하는 광의 경우, 1/2의 지수배로 계속적으로 감소한다. 따라서, 광고립 소자의 수를 제어함으로써, 광고립도를 극대화할 수 있다.

본 출원에서는, 비편광의 입사광을 1종의 편광으로 변환시킬 수 있는 편광 변환 소자 및 상기 편광 변환 소자를 포함하는 광고립도가 우수한 광고립 장치가 제공된다. 이러한 광고립 장치는, 예를 들면, 광통신이나 레이저 광학 분야, 보안, 사생활 보호 분야, 디스플레이의 휘도 향상 또는 은폐 엄폐용 등의 다양한 용도에 적용될 수 있다.

도 1은 패러데이 광고립 장치를 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 2 내지 4는, 본 출원의 편광 변환 소자의 모식도이다.
도 5는, 본 출원의 광고립 소자의 기본 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은, 복수의 광고립 소자가 포함되는 경우를 모식적으로 보여주는 도면이다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.

실시예 1.

도 3과 같은 형태의 소자를 제작하고, 그 성능을 테스트하였다. 이 과정에서 반사형 편광기(100)로는 금속 선격자 편광자(Wire Grid Polarizer)를 사용하였고, 재귀 반사기(200)로는 반사형 경사 루버 필름을 적용하였으며, 리타더(300)로는, Thorlabs社의 제품(WPQ05M-532)를 사용하였다. 상기와 같은 소자에 대해서 Coherent社의 Genesis MX SLM 레이저를 입사(10mW 출력)시켜서 소자를 테스트하였다. 이와 같은 방식으로 얻어진 정방향 투과율은 약 76% 정도였으며, 역방향 투과율은 약 36% 정도였고, 고립도(IR)는 약 3.2 dB 정도였다.

Claims (17)

1. 적어도 하나의 광고립 소자를 포함하는 광고립 장치이고,
   상기 광고립 소자는, 순차 배치되어 있는 편광 변환 소자 및 편광자를 포함하며,
   상기 편광 변환 소자는, 비편광 입사광을 1종의 편광으로 변환시켜서 출광시키는 편광 변환 소자로서, 상기 편광 변환 소자의 투과율은 50% 이상이고,
   상기 편광 변환 소자는, 재귀 반사기 및 서로 수직 모드쌍의 제 1 편광과 제 2 편광 중에서 제 1 편광은 투과시키고, 제 2 편광은 반사시키는 반사형 편광기를 포함하며,
   상기 재귀 반사기는, 상기 반사형 편광기에 의해 반사된 제 2 편광이 입사될 수 있는 위치에 위치하 고,
   상기 편광 변환 소자에서 상기 편광자로 향하는 방향으로 입사된 광의 투과율은 60% 이상이며,
   상기 편광 변환 소자에서 생성되어 상기 편광자를 투과한 광이 입사할 수 있는 위치에 존재하는 λ/4판을 추가로 포함하 는, 광고립 장치 .
2. 제 1 항에 있어서, 1종의 편광은 선편광 또는 원편광인 광고립 장치 .
3. 제 1 항에 있어서, 재귀 반사기는, 홀로그래픽 필름 또는 반사형 경사 루버 필름인 광고립 장치 .
4. 제 1 항에 있어서, 반사형 편광기는, 편광 광선 분리기, 선격자 편광기, 이중 휘도 향상 필름 또는 콜레스테릭 액정 필름인 광고립 장치 .
5. 제 4 항에 있어서, 편광 변환 소자는, 반사형 편광기에 의해 재귀 반사기로 반사된 제 2 편광의 광 경로에 위치하는 리타더를 추가로 포함하는 광고립 장치 .
6. 제 5 항에 있어서, 리타더는, λ/4판인 광고립 장치 .
7. 제 1 항에 있어서, 반사형 편광기는 콜레스테릭 액정 필름 과 상기 콜레스테릭 액정 필름을 투과한 제 1 편광이 입사될 수 있는 위치에 λ/4판인 리타더를 추가로 포함하는 광고립 장치 .
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서, 편광 변환 소자는, 입사광이 반사형 편광기에 0도 초과이고, 90도 미만인 각도로 입사할 수 있도록 하는 광경로 제어기를 추가로 포함하는 광고립 장치 .
11. 제 1 항에 있어서, 편광 변환 소자는, 반사형 편광기를 투과한 2개 이상의 광으로서, 서로 광경로가 다른 2개 이상의 광의 광경로를 일치시키도록 형성된 광경로 제어기를 추가로 포함하는 광고립 장치 .
12. 삭제
13. 제 1 항에 있어서, 편광 변환 소자는 1종의 선형 편광을 생성하는 광고립 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 편광자는, 일 방향으로 형성된 투과축과 상기 투과축과 수직한 방향으로 형성된 흡수축을 가지는 흡수형 선형 편광자이고, 상기 편광자는, 상기 투과축이 편광 변환 소자에서 생성된 선형 편광과 평행한 방향으로 형성되도록 배치되어 있는 광고립 장치.
15. 삭제
16. 제 1 항에 있어서, λ/4판 은, 그 지상축이 편광자의 투과축과 40도 내지 50도의 범위 내의 어느 한 각도 또는 130도 내지 140도의 범위 내의 어느 한 각도를 이루도록 배치되어 있는 광고립 장치.
17. 삭제

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