KR102466673B1 - 가변 전기광학 필터 - Google Patents

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Abstract

가변 전기광학 필터가 개시된다. 개시된 가변 전기광학 필터는 액정층 양측에 각각 형성된 반사 구조체를 포함할 수 있다. 반사 구조체는 메타표면 구조를 지닌 패턴층을 지닌 반사층을 포함할 수 있다. 또한, 반사 구조체는 액정층 양측에 각각 형성되며, 다수의 유전 물질층이 교대로 형성되되 각각 유전 물질층의 두께가 점차적으로 변하는 반사층을 포함할 수 있다. 그리고, 가변 전기광학 필터는 액정층의 적어도 일측에 형성된 메타표면 구조를 지닌 패턴층을 포함할 수 있다.

Description

가변 전기광학 필터{Electro-optic tunable filters}
본 개시는 전기광학 방식의 가변 전기광학 필터에 관한 것이다.
가변 전기광학 필터는 인가된 전압에 따라서 투과광 또는 반사광의 스펙트럼을 변조하는 광학 소자를 말한다. 액정 기반 전기 광학 필터에는 크게 Lyot-Ohman 방식과 Fabry-Perot 방식 두 가지가 주로 쓰인다.
Lyot-Ohman 방식을 이용한 전기 광학 필터는 입력부와 출력부 쪽에 각각 형성된 편광판 및 편광판들 사이에 형성된 액정 기반의 위상 지연부(phase retarder)를 포함한다. 입력부의 편광판에 의해 편광된 광이 위상 지연부를 통과하면서 편광 방향이 회전한다. 회전 각도는 광의 파장의 함수로 결정된다. 편광된 광이 출력부의 편광판을 통과하게 되면 파장에 따라 변조된 스펙트럼을 갖게 된다. 액정 기반의 위상 지연부는 다단으로 구성되면서 인가된 전압에 따라 광의 투과 파장 대역과 대역폭을 변조하게 된다.
그리고, Fabry-Perot 방식의 전기 광학 필터는 액정층, 액정층에 전압을 인가하기 위한 투명 전극층 및 미러층(mirror)을 포함할 수 있다. 액정층에 전압이 인가되면 인가 전압에 따라 액정층의 굴절률이 변하게 되고, 광학 공진기의 광경로가 변화하게 되어 광의 투과 공진 파장이 변하게 된다.
본 개시의 일 측면에서는 편광 의존성이 없으면서, 넓은 가변 파장 범위를 지닐 수 있는 가변 전기 광학 필터를 제공한다.
본 개시의 다른 측면에서는 반사판 사이의 간격에 의존하지 않는 가변 전기 광학 필터를 제공한다.
본 개시의 다른 측면에서는 액정층 양측에 반사층이 형성되거나, 적어도 일측에 패턴층이 형성된 가변 전기광학 필터를 제공한다.
실시예에서는,
액정층;
상기 액정층 양쪽에 형성된 전극층 및 반사 구조체를 포함하며,
상기 반사 구조체는 상기 액정층의 양측에 각각 형성된 제 1반사층 및 제 2반사층;을 포함하며,
상기 제 1반사층 및 제 2반사층은 메타표면 구조를 지닌 가변 전기광학 필터를 제공한다.
상기 제 1반사층 및 제 2반사층은 투명 기판 표면에 메타표면 구조로 형성된 패턴층을 포함할 수 있다.
상기 패턴층은 유전물질 또는 금속으로 형성될 수 있다.
상기 패턴층은 1차원 격자 구조 또는 2차원 주기/비주기 패턴 구조를 지닐 수 있다.
상기 패턴층은 원형, 타원형, 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다.
상기 패턴층은 다수의 패턴들을 포함하며, 상기 패턴들 사이에는 유전 물질 또는 폴리머로 충진될 수 있다.
상기 액정층과 상기 전극층 및 반사 구조체 사이에는 액정 배향층이 더 형성될 수 있다.
입사광이 입사하는 상기 액정층의 일측부에는 제 1기판, 상기 전극층 중 제 1전극층 및 상기 제 1반사층이 순차적으로 형성되며,
상기 액정층의 타측부에는 상기 제 2반사층, 상기 전극층 중 제 2전극층 및 제 2기판이 순차적으로 형성될 수 있다.
또한, 실시예에서는,
액정층;
상기 액정층의 일측에 접하여 형성된 메타표면 구조를 지닌 패턴층; 및
상기 액정층의 양측에 형성된 전극층;을 포함하는 가변 전기광학 필터.
상기 액정층의 양측에는 액정 배향층이 형성되며, 상기 패턴층은 상기 액정 배향층에 형성될 수 있다.
상기 패턴층은 상기 액정 배향층 표면에 직접 형성되며, 상기 액정층 내부로 돌출되도록 형성된 다수의 패턴을 포함할 수 있다.
상기 패턴층 주변의 상기 액정층은 굴절율은 상기 액정층의 다른 영역의 굴절율과 서로 다를 수 있다.
상기 액정층의 양측에는 액정 배향층이 형성되며, 상기 패턴층은 상기 액정층 양측의 상기 액정 배향층에 각각 형성될 수 있다.
또한, 실시예에서는,
액정층;
상기 액정층 양쪽에 형성된 전극층 및 반사 구조체를 포함하며,
상기 반사 구조체는 상기 액정층의 양측에 각각 형성된 제 1반사층 및 제 2반사층;을 포함하며,
상기 제 1반사층 및 상기 제 2반사층은 각각 서로 다른 두께를 지닌 적어도두가지 이상의 유전물질층이 교대로 적층되어 형성된 가변 전기광학 필터를 제공한다.
상기 액정층에 입사광이 입사하여 방출되는 방향으로 상기 제 1반사층 및 상기 제 2반사층을 구성하는 유전물질층들의 두께는 점차 두꺼워질 수 있다.
상기 제 1반사층은 서로 다른 유전물질들이 각각 교대로 적층된 다수의 층들을 포함하며, 상기 액정층에 입사하는 입사광의 입사 방향으로 갈수록 상기 제 1반사층을 구성하는 다수의 층들의 두께가 점차 두꺼워질 수 있다.
상기 제 2반사층은 서로 다른 유전물질들이 각각 교대로 적층된 다수의 층들을 포함하며, 상기 액정층에 입사하는 입사광의 입사 방향으로 갈수록 상기 제 1반사층을 구성하는 다수의 층들의 두께가 점차 두꺼워질 수 있다.
상기 제 1반사층 및 상기 제 2반사층의 반사 위상 기울기는 서로 반대일 수 있다.
본 개시에 따르면, 액정층 양측의 반사 구조체를 메타표면 구조로 형성하여 반사 위상을 제어하면 투과 스펙트럼을 변조할 수 있는 자유도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 액정층의 적어도 일측에 메타표면 구조를 지닌 패턴층을 형성하여 공진기 간격에 투과 파장이 민감하게 변화하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 액정층 양측에 두께가 점차적으로 변화하는 다수의 유전 물질층들을 반사 구조체로 사용하여 원하는 반사 위상을 지닌 전기광학 필터를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 가변 전기광학 필터를 나타낸 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 실시예에 따른 가변 전기광학 필터의 메타표면을 지닌 반사층의 다양한 형태를를 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 가시광선 파장 범위에서 반사 위상 기울기가 달라질 때의 도 1에 나타낸 실시예에 따른 가변 전기광학 필터의 투과 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예에 따른 가변 전기광학 필터에서 메타구조를 지닌 패턴층이 액정층 일측부에 형성된 가변 전기광학 필터를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 가변 전기광학 필터에서 패턴층 주변의 액정층의 굴절율 변화를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 4에 나타낸 가변 전기광학 필터의 투과 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 4에 나타낸 가변 전기광학 필터에서 메타구조를 지닌 패턴층이 액정층 양측부에 직접 형성된 가변 전기광학 필터를 나타낸 단면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 가변 전기광학 필터를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 실시예에 따른 가변 전기광학 필터에 대하여 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 구현예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 구현예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 가변 전기광학 필터를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 가변 전기광학 필터(100)는 액정층(18)의 양측에 각각 형성된 반사 구조체를 포함하는 구조를 지니고 있다. 입사광(L11)이 입사하는 액정층(18)의 일측부에는 제 1기판(10), 제 1전극층(12) 및 제 1반사층(14, 14a)이 형성될 수 있다. 그리고, 입사광(L11)이 가변 전기광학 필터(100) 내에서 변조되어 방출되는 액정층(18)의 타측부에는 제 2반사층(24, 24a), 제 2전극층(22) 및 제 2기판(20)이 형성될 수 있다. 그리고, 액정층(18) 및 제 1반사층(14, 14a) 사이에는 제 1액정 배향층(16)이 형성될 수 있으며, 액정층(18) 및 제 2반사층(24, 24a) 사이에는 제 2액정 배향층(26)이 형성될 수 있다.
전압 인가부(V)는 액정층(18) 양측의 제 1전극층(12) 및 제 2전극층(22)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 제 1전극층(12) 및 제 2전극층(22)을 통하여 액정층(18)에 전압을 인가할 수 있다.
실시예에 따른 가변 전기광학 필터(100)는 액정층(18) 양측에 각각 형성된 제 1반사층(14, 14a) 및 제 2반사층(24, 24a)을 포함할 수 있으며, 제 1반사층(14, 14a) 및 제 2반사층(24, 24a)을 통하여 광학 공진기 구조를 형성할 수 있다. 제 1반사층(14, 14a) 및 제 2반사층(24, 24a) 중 적어도 하나는 메타표면(metasurface) 구조를 지닐 수 있다. 구체적으로 메타표면 구조는 기판 상에 유전체 물질이나 금속 물질이 기판 상에 1차원 격자 구조 또는 2차원 구조로 형성된 다수의 패턴을 포함할 수 있다.
제 1반사층(14, 14a) 및 제 2반사층(24, 24a)은 각각 기판(14, 24) 및 기판(14, 24) 표면에 형성된 패턴층(14a, 24a)을 포함할 수 있다. 패턴층(14a, 24a)은 투명 기판(14, 24) 표면에 유전 물질 또는 금속 물질을 증착한 뒤, 원하는 형태로 패턴을 실시하여 형성할 수 있다. 패턴층(14a, 24a)은 다양한 형태를 지닌 다수의 패턴을 포함하도록 형성시킬 수 있으며, 각각의 패턴의 크기, 형태 및 패턴들 사이의 간격은 제한되지는 않는다. 패턴층(14a, 24a)의 패턴들은 서로 주기적으로 또는 비주기적인 간격으로 형성될 수 있다. 패턴층(14a, 24a)의 패턴들은 1차원 격자구조나 2차원 주기/비주기 구조를 지니도록 형성될 수 있다.
개시에 따른 가변 전기광학 필터 메타표면 구조로 형성된 제 1반사층(14, 14a) 및 제 2반사층(24, 24a)를 채용하여 광학 공진기로 구현하였다. 제 1반사층(14, 14a) 및 제 2반사층(24, 24a)은 액정층(18)을 중심으로 하여 서로 대향하도록 대칭된 위치에 형성될 수 있다. 메타표면 구조를 이루는 패턴층(14a, 24a)의 물질, 패턴 모양 또는 패턴들 사이의 간격을 조절하여, 광 파장에 따른 반사율 및 반사 시의 위상 지연 정도를 제어할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 실시예에 따른 가변 전기광학 필터의 메타표면을 지닌 반사층의 다양한 형태를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 기판(30) 상에 형성된 다수의 패턴들(32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b, 38a, 38b)이 형성되어 있다. 도 2a에서는 기판(30) 상으로부터 돌출되어 형성되며, 소정의 방향으로 형성된 일자형 패턴(32a, 32b)들을 나타내었다. 패턴(32a, 32b)들은 서로 일정한 간격으로 나란히 형성된 구조를 나타내었다. 그리고, 도 2b 및 도 2c에서는 각각 사각형 패턴(34a, 34b) 및 원형 패턴(36a, 36b)들이 서로 일정한 간격으로 정렬되어 형성된 구조를 나타내었다. 이처럼, 실시예에 따른 가변 전기광학 필터의 반사층의 메타표면 구조는 기판(30) 상에 일정한 형상 및 간격을 지닌 패턴들(32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b, 38a, 38b)을 포함하도록 형성될 수 있다.
그리고, 도 2d에 나타낸 바와 같이, 실시예에 따른 가변 전기광학 필터의 반사층의 메타표면 구조는 기판(30) 상에 원형 패턴(38a, 38b)들이 그 간격이 일정하지 않고 무작위로 형성된 구조를 지닐 수 있다. 이처럼 실시예에 따른 가변 전기광학 필터의 반사층의 메타표면 구조는 전기광학 필터의 사용자가 임의로 설계하여 조정될 수 있다. 기판(30) 상에 형성된 다수의 패턴들(32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b, 38a, 38b)의 크기, 간격, 높이 등을 적절히 변경할 수 있으며, 제한되는 것은 아니다.
다시 도 1을 참조하면, 제 1반사층(14, 14a) 및 제 2반사층(24, 24a)의 기판(14, 24) 표면에 패턴층(14a, 24a)을 형성하는 경우, 패턴층(14a, 24a)이 기판(14, 24) 표면으로부터 돌출됨으로써 그 단면 형상이 요철 형상을 지닐 수 있다. 패턴층(14a, 24a) 상부 또는 일측면에 액정층(18)을 형성하기 앞서 액정 배향층(16, 26)을 형성하고자 하는 경우, 패턴층(14a, 24a)들 사이에 패턴층(14a, 24a)의 물질과는 다른 유전 물질이나 폴리머 등으로 충진시킴으로써, 제 1반사층(14, 14a) 및 제 2반사층(24, 24a) 표면을 평탄화시킬 수 있다. 메타표면 구조를 지닌 제 1반사층(14, 14a) 및 제 2반사층(24, 24a)의 기판(14, 24)으로부터 돌출된 패턴층(14a, 24a)의 돌출 높이도 임의로 선택될 수 있다.
실시예에 따른 가변 전기광학 필터(100)에 있어서, 액정 배향층(16, 26) 및 액정층(18)는 광학 필터에서 사용되는 액정 배향 물질 및 액정 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 액정 배향층(16, 26)은 고분자 화합물을 포함하는 폴리머 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 액정 배향층(16, 26)은 폴리이미드, 폴리에스테르, 아크릴 화합물, 에폭시 화합물 또는 우레탄 화합물을 포함할 수 있다. 그리고, 액정층(18)은 액정 배향층(16, 26)에 의해 배향된 액정 화합물로 형성될 수 있다.
기판(10, 20)은 광학 필터에서 사용되는 기판 물질이면 제한없이 사용될 수 있다. 기판(10, 20)은 입사광(L11) 및 방출광(L12)에 대한 광 투과도가 우수한 물질이면 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 글래스(glass), SiO2와 같은 투명 유전 물질이 사용될 수 있다. 그리고, 전극층(12, 22)은 ITO(Indium-Tin-Oxide)와 같은 투명 전도성 물질로 형성될 수 있으며, 일반적으로 광학 필터에 사용되는 투명 전극 물질이면 제한없이 사용될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 가시광선 파장 범위에서 반사 위상 기울기가 달라질 때의 도 1에 나타낸 실시예에 따른 가변 전기광학 필터의 투과 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다. 여기서는 제 1반사층(14, 14a) 및 제 2반사층(24, 24a)의 반사율(reflectivity) R 및 가시광선 파장 범위인 400nm~700nm 범위에서 파장 변화에 따른 위상 변화를 의미하는 반사 위상 기울기가 변할 때의 실시예에 따른 가변 전기광학 필터의 투과 스펙트럼 변화를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c을 참조하면, 액정층(18)의 굴절률이 각각 n=1.55, 1.64, 1.72 순으로 변할 때 피크(peak) 파장이 450nm에서 장파장 쪽으로 이동하는 것을 알 수 있다. 도 3a와 같이 반사 위상 기울기가 0일 때에는 최대 가변 파장 범위가 약 50nm 정도이지만, 도 3b와 같이 반사 위상 기울기가 2.67mrad/nm 이면 약 100nm 정도로 더 확장될 수 있다. 그리고, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 반사율 R이 0.9, 반사 위상 기울기가 3.67mrad/nm이면 최대 가변 파장 범위가 약 200nm 정도에 이를 수 있다. 이처럼 실시예에 따른 가변 전기광학 필터의 제 1반사층(14, 14a) 및 제 2반사층(24, 24a)을 메타표면 구조로 형성하여 반사 위상을 제어하면 투과 스펙트럼을 변조할 수 있는 자유도를 크게 향상시킬 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 가변 전기광학 필터에서 메타구조를 지닌 패턴층이 액정층 일측부에 형성된 가변 전기광학 필터를 나타낸 단면도이다. 그리고, 도 5은 상기 도 4에 나타낸 실시예에 따른 가변 전기광학 필터에서 패턴층 주변의 액정층의 굴절율 변화를 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 가변 전기광학 필터(200)는 액정층(18)의 일측에만 형성된 제 1패턴층(120)을 포함하는 구조를 지닌다. 입사광(L11)이 입사하는 액정층(18)의 일측부에는 제 1기판(10), 제 1전극층(12) 및 제 1액정 배향층(16)이 형성되어 있다. 제 1패턴층(130)은 제 1액정 배향층(16) 표면에 형성되며, 액정층(18) 내부로 돌출되도록 형성될 수 있다. 제 1패턴층(120)은 도 2a 내지 도 2d에 나타낸 바와 같은 형상 및 배열을 지닌 패턴들(32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b, 38a, 38b)을 포함할 수 있다. 도 1에 나타낸 가변 전기광학 필터(100)의 경우, 액정층(18) 양측에 서로 대향하는 제 1반사층(14, 14a) 및 제 2반사층(24, 24a)이 광학 공진기 구조를 이루도록 형성되어 있다. 반면, 도 4에 나타낸 액정층(18)의 일측부에만 제 1패턴층(130)이 형성되어 비공진 방식으로 동작될 수 있다.
도 5를 참조하면, 액정층(18)은 제 1굴절율(N0)을 지닐 수 있다. 전압 인가부(V)로부터 제 1전극층(12) 및 제 2전극층(22)을 통하여 액정층(18)에 전압을 인가하게 되면, 제 1패턴층(120)의 인접부인 A1영역의 액정층(18)은 제 1굴절율(N0)과 다른 제 2굴절율(Ne)을 지닐 수 있다. 또는 제 1굴절율(N0) 및 제 2굴절율(Ne) 사이의 굴절율을 지닐 수 있다. 즉, 메타표면 구조의 제 1패턴층(130) 주변 영역(A1)에서의 액정층(18)의 굴절율이 제 1패턴층(120) 주변 영역(A1)과 다른 영역의 액정층(18)의 굴절율과 달라지도록 변화하게 된다.
실시예에 따른 가변 전기광학 필터(200)에 입사하는 입사광(L21)은 액정층(18)을 투과하면서 액정층(18)의 액정 굴절율이 변화하면서 그 투과율이 액정 굴절율 변화에 따라 변화하여 방출광(L23)으로 방출된다. 이처럼 도 4에 나타낸 실시예에 따른 가변 전기광학 필터(200)는 메타표면 구조를 지닌 제 1패턴층(130)의 주변 굴절율 변화에 따라 달라지는 광의 산란 현상을 이용한다.
도 6은 도 4에 나타낸 가변 전기광학 필터의 투과 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제 1굴절율(N0)을 지닌 액정층(18)의 일측면에는 제 1패턴층(130)이 형성되어 있으며, 제 1패턴층(130)의 주변 영역(A1)의 액정층(18)은 예를 들어 제 2굴절율(Ne)을 지닌다. 이처럼 액정층(18)의 영역에 따른 굴절율이 변화하는 경우, 입사광(L1)의 투과 스펙트럼의 변화가 도 7과 같이 나타날 수 있다. 도 7에서 예를 들어, 입사광(L21)의 약 460nm 파장 근처에서 투과율(transmission)이 액정 굴절률 변화에 따라 크게 변하는 것을 볼 수 있다. 이처럼 실시예에 따른 가변 전기광학 필터(200)는 메타표면 구조의 제 1패턴층(130)과 그 주변 영역(A1)의 굴절률 변화에 대해서만 의존하므로 종래의 Fabry-Perot 방식의 광학필터와 같이 공진기 간격에 투과 파장이 민감하게 바뀌는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 도 5에 나타낸 가변 전기광학 필터에서 메타구조를 지닌 패턴층이 액정층 양측부에 직접 형성된 가변 전기광학 필터를 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 가변 전기광학 필터(200)는 액정층(18)의 양측에 각각 형성된 제 1패턴층(120) 및 제 2패턴층(220)을 포함하는 구조를 지닐 수 있다. 입사광(L11)이 입사하는 액정층(18)의 일측부에는 제 1기판(10), 제 1전극층(12) 및 제 1액정 배향층(16)이 형성되어 있다. 그리고, 제 1액정 배향층(16) 표면에는 제 1액정 배향층(16) 표면으로부터 돌출된 제 1패턴층(120)이 형성되어 있다. 제 1패턴층(120)은 제 1액정 배향층(16) 상으로부터 액정층(18) 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 그리고, 방출광(L22)이 방출되는 액정층(18)의 타측에는 제 2기판(20), 제 2전극층(22) 및 제 2액정 배향층(26)이 형성되어 있으며, 제 2액정 배향층(26) 표면에는 제 2패턴층(220)이 형성되어 있다. 제 2패턴층(220)은 제 2액정 배향층(26) 표면으로부터 액정층(18) 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
이처럼 제 1패턴층(120) 및 제 2패턴층(220)은 각각 제 1액정 배향층(16) 및 제 2액정 배향층(26)의 표면 상에 직접 형성되며, 액정층(18) 내부로 돌출되도록 형성될 수 있다. 제 1패턴층(120) 및 제 2패턴층(220)은 액정층(18)을 중심으로 하여 서로 대향되도록 형성될 수 있으며, 광학 공진기 구조를 이룰 수 있다. 제 1패턴층(120) 및 제 2패턴층(220)은 도 2a 내지 도 2d에 나타낸 바와 같은 형상 및 배열을 지닌 패턴들(32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b, 38a, 38b)을 포함할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 가변 전기광학 필터를 나타낸 단면도이다.
도 8을 참조하면, 가변 전기광학 필터(300)는 액정층(18)의 양측에 각각 형성된 반사 구조체를 포함하는 구조를 지니고 있다. 입사광(L31)이 입사하는 액정층(18)의 일측부에는 제 1기판(10), 제 1반사층(CM1) 및 제 1전극층(12)이 형성된다. 제 1전극층(12)과 액정층(18) 사이에는 제 1액정 배향층(16)이 형성될 수 있다. 그리고, 입사광(L31)이 가변 전기광학 필터(300)에서 변조되어 방출광(L32)으로 방출되는 액정층(18)의 타측부에는 제 2전극층(22), 제 2반사층(CM2) 및 제 2기판(20)이 형성될 수 있다. 액정층(18) 및 제 2전극층(22) 사이에는 제 2액정 배향층(26)이 형성될 수 있다.
도 8에 나타낸 가변 전기광학 필터(300)의 제 1반사층(CM1) 및 제 2반사층(CM2)은 각각 다층 구조를 지닌 유전 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어 제 1반사층(CM1) 및 제 2반사층(CM2)은 Si산화물, Si질화물, Ti산화물, Hf산화물, Al산화물, Zn산화물 등으로 형성될 수 있다. 제 1반사층(CM1) 및 제 2반사층(CM2)는 서로 다른 물질들이 교대로 형성된 다층 구조를 지닐 수 있다.
즉, 제 1반사층(CM1) 및 제 2반사층(CM2)은 각각 제 1유전물질 및 제 2유전물질이 서로 교대로 적층된 구조를 지닐 수 있다. 예를 들어, Si산화물 및 Ti 산화물이 교대로 적층된 구조를 지닐 수 있다. 제 1반사층(CM1) 및 제 2반사층(CM2)은 각각 서로 다른 두 가지 물질층이 교대로 적층될 수 있으며, 또한 두 가지 이상의 물질층이 교대로 적층될 수 있다. 제 1반사층(CM1) 및 제 2반사층(CM2)은 두 가지 이상의 물질층이 교대로 적층되면서, 적층되는 각 물질층의 두께가 일방향으로 변할 수 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 제 1반사층(CM1)은 제 1층(41) 내지 제 6층(46)의 다수의 물질층을 포함하도록 형성되며, 제 1층(41), 제 3층(42) 및 제 5층(44)은 제 1유전물질로 형성되며, 제 2층(42), 제 4층(44) 및 제 6층(46)은 제 2유전물질로 형성될 수 있다. 입사광(L31)이 입사하는 입사부에 상대적으로 가까이 형성된 제 1층(41)으로부터 액정층(18)에 상대적으로 가까이 형성된 제 6층(46)으로 갈수록 점차 두께가 두께워지도록 형성될 수 있다.
그리고, 제 2반사층(CM2)은 제 1층(51) 내지 제 6층(56)의 다수의 물질층을 포함하도록 형성될 수 있다. 제 2반사층(CM2)의 제 1층(51), 제 3층(52) 및 제 5층(54)은 제 1유전물질로 형성되며, 제 2층(52), 제 4층(54) 및 제 6층(56)은 제 2유전물질로 형성될 수 있다. 액정층(18)에 상대적으로 가까이 형성된 제 1층(51)으로부터 방출광(L32)이 가변 전기광학 필터(300)로부터 방출되는 방출부에 상대적으로 가까이 형성된 제 6층(56)으로 갈수록 점차 그 두께가 두께워지도록 형성될 수 있다.
액정층(18)을 중심으로 하여 서술하면, 제 1반사층(CM1)의 각 층(41, 42, 43, 44, 45, 46)은 액정층(18)으로부터 멀어질수록 그 두께가 점차 얇아지며, 제 2반사층(CM2)의 각 층(51, 52, 53, 54, 55, 56)은 액정층(18)으로부터 거리가 멀어질수록 그 두께가 점차 두꺼워질 수 있다.
이처럼 제 1반사층(CM1) 및 제 2반사층(CM2)은 각각 서로 다른 유전 물질이 교대로 형성된 다층 구조를 지닐 수 있다. 그리고, 제 1반사층(CM1) 및 제 2반사층(CM2)에 포함되는 각각의 층들의 두께는 입사광(L31)이 가변 전기광학 필터(300)로 입사하는 입사부로부터 방출광(L32)이 방출되는 방출부로 갈수록 점점 두꺼워질 수 있다. 이러한 구조를 지니는 제 1반사층(CM1) 및 제 2반사층(CM2)은 광학 공진기 구조를 형성할 수 있다. 이러한 형상을 지닌 제 1반사층(CM1) 및 제 2반사층(CM2)은 적층형 방식의 처프 미러(chirped mirror)라 할 수 있다.
제 1반사층(CM1) 및 제 2반사층(CM2)은 액정층(18)을 중심으로 서로 대칭적인 형상을 지니지 않으며, 서로 극성이 반대이므로 반사 위상 기울기가 서로 반대가 될 수 있다. 도 8에 나타낸 가변 전기광학 필터의 경우, 제 1반사층(CM1) 및 제 2반사층(CM2)의 서로 반대 부호의 반사 위상 기울기가 합해져서 사용자가 원하는 반사 위상을 갖도록 설계될 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 가변 전기광학 필터에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100, 200, 300: 가변 전기광학 필터
10: 제 1기판 12: 제 1전극층
14, 14a: 제 1반사층, 16: 제 1액정 배향층
18: 액정층, 20: 제 2기판
22: 제 2전극층, 24, 24a: 제 2반사층
26: 제 2액정 배향층, 30: 기판
32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b, 38a, 38b: 패턴
120: 제 1패턴층, 220: 제 2패턴층
L11, L21, L31: 입사광 L12, L22, L32: 방출광
CM1: 제 1반사층, CM2: 제 2반사층

Claims (18)

  1. 액정층;
    상기 액정층 양쪽에 형성된 전극층 및 반사 구조체;를 포함하며,
    상기 반사 구조체는 상기 액정층의 양측에 각각 형성된 제 1반사층 및 제 2반사층을 포함하며,
    상기 제 1반사층 및 제 2반사층은 메타표면 구조를 지니고,
    상기 제 1반사층 및 제 2반사층의 메타표면 구조가 2.67mrad/nm 내지 3.67mrad/nm의 반사 위상 기울기를 갖도록 구성된 가변 전기광학 필터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1반사층 및 제 2반사층은 투명 기판 표면에 메타표면 구조로 형성된 패턴층을 포함하는 가변 전기광학 필터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 패턴층은 유전물질 또는 금속으로 형성된 가변 전기광학 필터.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 패턴층은 1차원 격자 구조 또는 2차원 주기/비주기 패턴 구조를 지닌 가변 전기광학 필터.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 패턴층은 원형, 타원형, 또는 다각형 형상으로 형성된 가변 전기광학 필터.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 패턴층은 다수의 패턴들을 포함하며, 상기 패턴들 사이에는 유전 물질 또는 폴리머로 충진된 가변 전기광학 필터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 액정층과 상기 전극층 및 반사 구조체 사이에는 액정 배향층이 더 형성된 가변 전기광학 필터.
  8. 제 1항에 있어서,
    입사광이 입사하는 상기 액정층의 일측부에는 제 1기판, 상기 전극층 중 제 1전극층 및 상기 제 1반사층이 순차적으로 형성되며,
    상기 액정층의 타측부에는 상기 제 2반사층, 상기 전극층 중 제 2전극층 및 제 2기판이 순차적으로 형성된 가변 전기광학 필터.
  9. 액정층;
    상기 액정층의 제 1면에 형성된 제 1액정 배향층;
    메타표면 구조를 지니고, 상기 액정층의 제 1면과 상기 제 1액정 배향층 사이에 제공되는 패턴층;
    상기 액정층의 양측에 형성된 제 1전극층과 제 2전극층을 포함하는 가변 전기광학 필터.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 액정층의 제 2면에는 제 2액정 배향층이 형성되며,
    상기 패턴층은 상기 제 1액정 배향층에 형성된 가변 전기광학 필터.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 패턴층은 상기 제 1액정 배향층 표면에 직접 형성되며,
    상기 액정층 내부로 돌출되도록 형성된 다수의 패턴을 포함하는 가변 전기광학 필터.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 패턴층 주변의 상기 액정층은 굴절율은 상기 액정층의 다른 영역의 굴절율과 서로 다른 가변 전기광학 필터.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 액정층의 제 2면에는 제 2액정 배향층이 형성되며,
    제 2패턴층은 상기 액정층의 제 2면과 상기 제 2액정 배향층 사이에 제공되고,
    상기 제 2패턴층은 메타 구조를 지닌 가변 전기광학 필터.
  14. 액정층;
    상기 액정층 양쪽에 형성된 전극층 및 반사 구조체를 포함하며,
    상기 반사 구조체는 상기 액정층의 양측에 각각 형성된 제 1반사층 및 제 2반사층;을 포함하며,
    상기 제 1반사층 및 상기 제 2반사층은 각각 서로 다른 두께를 지닌 적어도 두가지 이상의 유전물질층이 교대로 적층되어 형성되고,
    상기 액정층에 입사광이 입사하여 방출되는 방향으로 상기 제 1반사층을 구성하는 상기 적어도 두가지 이상의 유전물질층들 각각의 두께는 점차 두꺼워지는 가변 전기광학 필터.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 액정층에 입사광이 입사하여 방출되는 방향으로 상기 제 2반사층을 구성하는 상기 적어도 두가지 이상의 유전물질층들 각각의 두께는 점차 두꺼워지는 가변 전기광학 필터.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 제 1반사층 및 상기 제 2반사층의 반사 위상 기울기는 서로 반대인 가변 전기광학 필터.
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