(19) 대한민국특허청 (KR) (12) 공개특허공보 (A) (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) G02B 5/30 (2006.01) G02B 26/02 (2006.01) (21) 출원번호 10-2013-7019900 (22) 출원일자 ( 국제 ) 2011 년 12 월 29 일 심사청구일자 없음 (85) 번역문제출일자 2013 년 07 월 26 일 (86) 국제출원번호 PCT/US2011/067754 (87) 국제공개번호 WO 2012/092443 국제공개일자 (30) 우선권주장 2012 년 07 월 05 일 61/428,307 2010 년 12 월 30 일미국 (US) 전체청구항수 : 총 23 항 (54) 발명의명칭가변투과율창 (11) 공개번호 10-2013-0137668 (43) 공개일자 2013년12월17일 (71) 출원인 스마터쉐이드, 인코포레이티드 미국, 인디애나 46616, 사우스밴드, 우드론블러바드 1222 (72) 발명자 타트젤, 리안 미국, 일리노이 60613, 시카고, #2, 웨스트다킨 992, 씨 / 오로노, 엘엘씨 맥레오드, 윌리엄 미국, 일리노이 60613, 시카고, #2, 웨스트다킨 992, 씨 / 오로노, 엘엘씨 (74) 대리인 박경재 (57) 요약 여러실시예는선형변위에기초하여광투과율의연속적이거나거의연속적인변화를제공하도록구성된균일하거나패터닝된편광기또는파장지연판을갖는가변광투과율장치를포함한다. 예를들어, 실시예는, 제 1 편광축을갖는제 1 균일한편광기 ; 제 2 편광축을갖는제 2 균일한편광기 ; 제 1 편광기와제 2 편광기사이에위치하고, 광학축, 두께, 또는복굴절중적어도하나가가변하도록구성된제 1 복수의영역을포함하는, 제 1 패터닝된파장지연판 ; 및제 1 편광기와제 2 편광기사이에위치하고, 광학축, 두께, 또는복굴절중적어도하나가가변하도록구성된제 2 복수의영역을포함하는, 제 2 패터닝된파장지연판을포함하는가변투과율장치를포함한다. 제 1 또는제 2 파장지연판은제 1 또는제 2 파장지연판중다른것에대해선형으로변위될수있도록구성된다. 대표도 - 도 7d - 1 -
특허청구의범위청구항 1 가변투과율장치 (variable transmission device) 에있어서, 제 1 편광축을갖는제 1 균일한편광기 (polarizer) 와, 제 2 편광축을갖는제 2 균일한편광기와, 상기제 1 편광기와상기제 2 편광기사이에위치하고, 광학축, 두께, 또는복굴절중적어도하나가가변하도록구성된제 1 복수의영역을포함하는, 제 1 패터닝된파장지연판 (wave retarder) 과, 상기제 1 편광기와상기제 2 편광기사이에위치하고, 광학축, 두께, 또는복굴절중적어도하나가가변하도록구성된제 2 복수의영역을포함하는, 제 2 패터닝된파장지연판을포함하고, 상기제 1 또는제 2 파장지연판은, 상기제 1 또는제 2 파장지연판중다른것에대해선형으로변위될수있도록구성된, 가변투과율장치. 청구항 2 제 1항에있어서, 상기제 1 및제 2 복수의영역은광학축이가변하도록구성된, 가변투과율장치. 청구항 3 제 2항에있어서, 상기제 1 및제 2 파장지연판은패터닝된액정중합체를포함하는, 가변투과율장치. 청구항 4 제 2항에있어서, 상기제 1 및제 2 파장지연판은연신된중합체막 (stretched polymer film) 을포함하는, 가변투과율장치. 청구항 5 제 2항에있어서, 상기제 1 및제 2 파장지연판은인쇄된자기-조립액정 (self-assembling liquid crystal) 을포함하는, 가변투과율장치. 청구항 6 제 1항에있어서, 상기제 1 및제 2 복수의영역은반파장판 (half-wave plate) 또는 1/4-파장판 (quater-wave plate) 을포함하는, 가변투과율장치. 청구항 7 제 1항에있어서, 상기제 1 및제 2 파장지연판은두께가가변되도록구성된패터닝된액정중합체또는몰딩된액정중합체를포함하는, 가변투과율장치. 청구항 8 제 1항에있어서, 상기제 1 및제 2 복수의영역은지연이가변되도록구성된, 가변투과율장치. 청구항 9 제 1항에있어서, 상기제 1 및제 2 파장지연판은열적으로처리된액정중합체, 나선형액정중합체, 트위스트된액정중합체, 또는콜레스테릭액정 (cholesteric liquid crystal) 을포함하는, 가변투과율장치. 청구항 10 제 1항에있어서, 상기제 1 편광축과제 2 편광축은평행한, 가변투과율장치. - 2 -
청구항 11 제 1항에있어서, 상기제 1 편광축과제 2 편광축은평행하지않은, 가변투과율장치. 청구항 12 제 1항에있어서, 상기제 1 및제 2 편광기는요오드도핑된편광기, 와이어그리드편광기, 코팅가능편광기, 또는반사형편광기중하나인, 가변투과율장치. 청구항 13 제 1항에있어서, 상기제 1 패터닝된파장지연판은제 1 패널에상기제 1 균일한편광기에연결되고, 상기제 2 패터닝된파장지연판은상기제 1 패터닝된파장지연판에관하여선형으로변위하도록구성된, 가변투과율장치. 청구항 14 제 1항에있어서, 상기제 1 패터닝된파장지연판은제 1 패널에상기제 1 균일한편광기에연결되고, 상기제 2 패터닝된파장지연판은제 2 패널에상기제 2 균일한편광기에연결되며, 상기제 1 패널은상기제 2 패널에관하여선형으로변위하도록구성된, 가변투과율장치. 청구항 15 제 1항에있어서, 상기제 1 패터닝된파장지연판은회전지지부에연결된, 가변투과율장치. 청구항 16 제 1항에있어서, 상기장치는벽에설치된제 1 윈도우플레이트 (window plate) 와제 2 윈도우플레이트사이에위치한, 가변투과율장치. 청구항 17 가변투과율장치에있어서, 제 1 편광기와, 제 2 편광기와, 상기제 1 편광기와상기제 2 편광기사이에위치하고, 광학축의배향이가변하도록구성된제 1 복수의영역을포함하는, 제 1 패터닝된파장지연판와, 상기제 1 편광기와상기제 2 편광기사이에위치하고, 광학축의배향이가변하도록구성된제 2 복수의영역을포함하는, 제 2 패터닝된파장지연판을포함하고, 상기제 1 또는제 2 파장지연판은상기제 1 또는제 2 파장지연판중다른것에대해선형으로변위될수있게구성된, 가변투과율장치. 청구항 18 제 17항에있어서, 상기제 1 편광기는제 1 편광축을갖는균일선형이고, 상기제 2 편광기는제 2 편광축을갖는균일선형이며, 상기제 1 편광축과상기제 2 편광축은평행하지않고, 상기장치는벽에설치된제 1 윈도우플레이트와제 2 윈도우플레이트사이에위치한, 가변투과율장치. 청구항 19-3 -
제 1항의상기장치를작동하는방법에있어서, 상기가변광학투과율장치를통해광이덜투과되도록상기제 1 패터닝된파장지연판을상기제 2 패터닝된파장지연판에대해이동시키는단계와, 상기가변광학투과율장치를통해광이더많이투과되도록상기제 1 패터닝된파장지연판을상기제 2 패터닝된파장지연판에대해이동시키는단계를포함하는, 장치작동방법. 청구항 20 가변투과율창 (variable transmission window) 을위한패터닝된파장지연판을제조하는방법에있어서, 정렬층을내포하는기판을제공하는단계와, 패터닝된정렬층을생성하기위해상기정렬층을방사선에노출하는단계와, 액정중합체층을상기패터닝된정렬층상에피착하는단계와, 가변광학축을갖는상기패터닝된파장지연판을형성하기위해상기액정중합체층이상기패터닝된정렬층의패턴을채택하도록상기액정중합체층을중합하는단계를포함하는, 패터닝된파장지연판제조방법. 청구항 21 본명세서에실질적으로도시되고기술된장치를제조하는방법. 청구항 22 본명세서에실질적으로도시되고기술된장치를사용하는방법. 청구항 23 본명세서에실질적으로도시되고기술된장치. 명세서 [0001] [0002] 기술분야관련출원에대한상호참조이출원은, 그전체내용이본명세서에참조로포함되어있는, 2010년 12월 30일출원된미국가특허출원번호제 61/428,307호에대한우선권의이득을청구한다. [0003] 배경기술편광기는무편광또는혼합된편광전자기파를편광된파로변환하는장치이다. 편광기는사진필터, 현미경, 광전자장치, 레이저, 및액정디스플레이에서와같은다수의실질적인용도가적용되었다. 파장판또는지연판은전자기파의편광을변경할수있는광학장치이다. 파장판은흔히파의편광을제어하기위해사용되며따라서편광기와동일한용도대부분에서연루된다. 많은종래기술의장치는편광또는광학축사이의각을가변시키기위해편광기또는파장판을서로회전시킨다. 예를들어, 사진을위한편광필터는필터를통하는광투과율의세기를가변하기위해편광기를회전시키는것을수반할수있다. 발명의내용 [0004] 해결하려는과제여러실시예는, 제 1 편광축을갖는제 1 균일한편광기 ; 제 2 편광축을갖는제 2 균일한편광기 ; 제 1 편광기와제 2 편광기사이에위치하고, 광학축, 두께, 또는복굴절중적어도하나가가변하도록구성된제 1 복수의영역을포함하는, 제 1 패터닝된파장지연판 ; 및제 1 편광기와제 2 편광기사이에위치하고, 광학축, - 4 -
두께, 또는복굴절중적어도하나가가변하도록구성된제 2 복수의영역을포함하는, 제 2 패터닝된파장지 연판을포함하고, 제 1 또는제 2 파장지연판은제 1 또는제 2 파장지연판중다른것에대해선형으로변위 될수있도록구성된, 가변투과율장치를포함한다. [0005] 발명의효과 본발명은, 제 1 또는제 2 파장지연판은, 상기제 1 또는제 2 파장지연판중다른것에대해선형으로변위 될수있도록구성된가변투과율장치를제공하는효과를갖는다. [0006] 도면의간단한설명 본명세서에포함되고이명세서의일부를구성하는동반된도면은발명의실시예를도시하며, 위에주어진전 반적인설명및이하주어지는상세한설명과더불어발명의특징을설명하기위해사용한다. 도 1a은, 여러실시예에서사용될수있는패터닝된선형편광기에서편광축을도시한도면. 도 1b는, 여러실시예에서사용될수있는패터닝된원형편광기에서편광축을도시한도면. 도 2a는, 광이통과할수있도록정렬된 2개의패터닝된선형편광기를포함하는가변투과율창을위한실시예장치를도시한도면. 도 2b는, 광이통과할수없도록정렬된 2개의패터닝된선형편광기를포함하는가변투과율창을위한실시예장치를도시한도면. 도 2c는, 일부광만통과할수있도록정렬된 2개의패터닝된선형편광기를포함하는가변투과율창을위한실시예장치를도시한도면. 도 3은, 광을재배향하기위해 2개의편광기사이에직교편광축과파장판을갖는 2개의균일한편광기를도시한도면. 도 4a는, 광이통과하도록파장판이정렬된 2개의균일한편광기와 2개의패터닝된파장판을포함하는가변투과율창을위한실시예장치를도시한도면. 도 4b는, 광이통과하지않도록파장판이정렬된 2개의균일한편광기와 2개의패터닝된파장판을포함하는가변투과율창을위한실시예장치를도시한도면. 도 4c는, 일부광만통과하지않도록파장판이정렬된 2개의균일한편광기와 2개의패터닝된파장판을포함하는가변투과율창을위한실시예장치를도시한도면. 도 5는, 여러실시예에서사용하기에적합한패터닝된파장판을도시한도면. 도 6은, 여러실시예에서사용하기에적합한패터닝된파장판을도시한도면. 도 7a ~ 도 7c는, 패터닝된파장판을다른패터닝된파장판에대해선형으로변위하기위한여러메커니즘을갖는가변투과율창의개요도. 도 7d 및도 7e는, 일정량의투과광을이동시키기위해패터닝된파장지연판에서선형변위를도시한도면. 도 8a는러빙 (rubbing) 되는정렬층을도시하고, 도 8b는자외선에블랭킷노출된정렬층의광학축변화를취하는액정중합체층을도시하며, 도 8c는패터닝된포토마스크아래에서정렬층의노출을도시하는, 도면. 도 9는, 여러실시예에서사용하기에적합한가변두께파장판을제조하기위해사용된톱니치형기판 (saw tooth substrate) 의개요도. 도 10은, 예시적인실시예에서광투과율의변화정도를나타내는일련의사진을도시하는도면. [0007] [0008] 발명을실시하기위한구체적인내용여러실시예가동반된도면을참조하여상세히기술될것이다. 가능한어디에서나동일구성요소를지칭하기위해도면전체에걸쳐동일참조부호가사용될것이다. 특정한예와구현에대한언급은예시목적을위한것이며발명또는청구항의범위를제한하려는것이아니다. " 복수 " 라는단어는, 본원에서는 2 이상을의미하기위해사용된다. 예를들어, 복수는 3 이상, 또는 2 ~ 200, 4-5 -
~ 200, 또는 70 ~ 180 과같이여러범위를나타낼수도있다. [0009] [0010] [0011] 여러실시예는광투과율에서연속적이거나거의연속적인변화를제공하도록구성된가변광투과율장치를포함한다. 대안적으로, 장치는 " 온 " 투과상태및광투과율이이를테면 1% 이하와같이 5% 미만인낮은투과율 " 오프 " 또는어두운상태와같은개별상태사이에서변환할수있다. 이들장치는건물, 차량, 또는광, 눈부심, 또는열을단속하는것이유용할그외어떤다른장소에서창 (window) 또는차양과같이많은서로다른용도에사용될수있다. 여러실시예는편광및파장지연판이론을이용한다. 예를들어, 실시예는서로에관하여선형으로변위되도록구성된 2 이상의균일또는패터닝된광편광기또는파장지연판을포함할수있다. 또다른실시예는본명세서에개시된여러방법중어느것에의해제조되는균일또는패터닝된편광기또는파장지연판을포함할수있다. 본원에서사용되는바와같이, " 광 " 이라는용어는, 적외선및 / 또는자외선 ( 예를들어, 태양스펙트럼의 IR 및 UV 부분 ) 뿐만아니라, 가시선 ( 예를들어, 태양스펙트럼의가시부분 ) 을포함한다. 편광이론전자기파는서로수직이고파장전파의방향으로진동하는전계성분및자계성분을포함한다. 광빔은이의전파방향, 주파수, 및벡터진폭 ( 예를들어, 전계벡터 ) 에의해기술될수있다. 벡터진폭은빔의세기에관계되고파의진행방향에수직이다. 파장전파의방향 ( 예를들어, z-축 ) 이주어지면, 전계벡터진폭의 2개의독립적인상호직교하는횡방향성분인, 정상 (ordinary) 광선및이상 (extraordinary) 광선 ( 예를들어, E x 와 E y ) 이존재한다. [0012] [0013] 전계벡터및전파방향을내포하는평면을편광평면이라고한다. 편광은파의진동의배향을기술하는파의특성이다. 무편광광에서, 전계벡터는전파방향에관하여랜덤하게배향된다. 반대로, 전계벡터가모든파에대해동일한방향으로배향되면, 광은평면편광된것으로서간주된다. 편광기는무편광광의빔으로부터편광된광의빔을생성하는광학배열이다. 전파방향 ( 예를들어, z-축 ) 이주어지면, 편광기는무편광광의빔의전계벡터를 2개의독립적인상호직교하는횡방향성분인정상광선및이상광선 ( 예를들어, E x 및 E y ) 으로분해하고우선 적으로하나를선택하고다른것은거절한다. 편광기의유형에따라, 이선택은흡수, 반사, 굴절, 또는산란에 의해달성된다. [0014] [0015] [0016] 말루스의법칙은편광기가입사빔의전방에놓여졌을때초래되는세기 (I) 를준다. I = I O cos 2 θ i I O 는초기세기이며 θ i 은광의초기편광방향과편광기의축사이의각도이다. [0017] [0018] [0019] [0020] [0021] 무편광광의빔은모든가능한각에서선형편광의균일혼합을내포하는것으로서간주될수있다. cos 2 θ의하나의주기에대한적분은 1/2이기때문에, 단일편광기를통하여투과광의세기는초기세기의 50% 이다. 실제로, 일부광은전형적으로편광기내에서손실되고무편광광의실제투과율은이보다다소낮을수도있다. 두개의선형편광기가연이어놓여졌을때, 이들의편광축사이에상호각은말루스의법칙에서 θ의값을제공한다. 제 2 편광기는일반적으로분해기라고한다. 그러므로, 편광기의편광축과분해기의편광축이평행할때광투과량은최대가되고, 두축이직교할때편광기는교차되며이론적으로어떠한광도투과되지않는다. 또한, 다른편광기에대해하나의편광기를회전시키면말루스의법칙에따라투과율의범위에걸쳐이의최대와최소사이에서광을부분적으로차단하게될것이다. 파장지연판이론광의편광을조작하기위한또다른유용한툴은파장판으로도알려진파장지연판이다. 파장판또는지연판은이를통해진행하는파의편광상태를변경하는 ( 즉, 파의편광축재배향 ) 복굴절물질이다. 복굴절또는이중굴절은무편광광의빔을 2개의광선으로분할한다. 대부분의광학물질은등방성인데, 즉, 물질을통과하는전파방향에관계없이동일한광학특성 ( 및이에따라하나의굴절률 ) 을갖는다. 이방성물질에서, 이웃한원자구조유닛사이의분리는서로다른방향에서서로다르거나이러한유닛을함께묶는결합은서로다른방향에서서로다른특징을갖는다. 결국, 파의속도는변위방향의함수이다. 이러한물질을통 - 6 -
해전파하는편광된광은전파및편광배향의서로다른방향에대해상이한굴절률을경험할것이다. 이현상은복굴절로서알려져있다. 물질내에는이를따라전파하는광이자신의편광방향에관계없이단지하나의굴절률만마주치게하는고유한광학특성을갖는광학축이존재한다. 복굴절물질은이들이광학축을하나만갖고있는지아니면두개를갖는지에따라, 단축이거나 2축이다. 간략하게하기위해서이하실시예에서는단축물질이논의될지라도, 여러실시예는 2 이상의광학축을갖는복굴절물질을포함할수도있다. [0022] 선형으로편광된전자기파에대해각전파방향에있어서속도가상이한 2개의주요변위방향이있다. 이들편광방향은수직으로있다. 광빔의편광평면이 2개의주요변위방향중하나와일치하지않을때, 광벡터는두방향에대응하는 2개의성분으로분할될것이다. 정상광선은이의전계벡터가광학축에수직하게항시편광되고정상굴절률 (n o ) 에접할때, 굴절의스넬의법칙을따라모든방향에서동일한속력으로진행한다. 이상 파는이의전계벡터가정렬축에평행하게항시편광되고이상굴절률 (n e ) 에접하여, 자신의파면에수직으로전 파하지않으며일반적으로스넬의법칙을따르지않는다. 두광선사이에서분리는광이결정의광학축의방향 에관하여결정을통해진행하는방향에따른다. 정량적으로, 물질의복굴절값은 (n e - n o ) 으로서정의된다. [0023] n e > n o 이면, 이상파의전파속도는정상파의속도보다크며, 복굴절물질은포지티브라고한다. 그반대가성 립한다면복굴절물질은네거티브라고한다. 흔히가장큰인덱스값을갖고전파하는축을저속축이라고 한다. [0024] [0025] [0026] [0027] [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] 간단히말하면, 복굴절물질은서로다른속도로한가지유형의진동이하나의경로로진행하게하고, 다른유형이다른경로로진행하게하여광을 2개의성분으로분해한다. 결국, 성분은위상을달리하여복굴절물질로부터나오고입사광의편광상태는변경된다. 이상및정상광선에대한결과적인위상차또는지연 (Γ) 은다음식으로주어진다. Γ = 2πd(n e - n o )/λ d는물질두께를나타내며, λ는파장을나타내며, n e 및 n o 는각각이상및정상광선의굴절률이다. 앞에서논의된바와같이, 편광기의편광축과분해기의편광축이직교하지않을때광은투과하지않는다. 그러나, 편광기와분해기사이에파장판을삽입시키는것은편광된광의상태를변경하며광이통과하게할수있다. 파장판의광학축이입력편광기의축에대해 θ의각으로교차된편광기사이에놓일때, 주입된광의세기는다음과같이표현된다. I = I 0 sin 2 2θsin 2 (Γ/2) 그러므로, 투과광의양은, (1) 인입측편광기의광학축과파장판의광학축사이의각및 (2) 지연둘다에의해결정된다. 또한, 지연은복굴절물질의두께및파장판의복굴절 (n e - n o ) 에의해결정된다. 지연이 π 라디안 ( 또는 180 ) 에대응한다면, 이를반파장판이라고한다. Γ = π의지연은편광이입력편광평면에대해반파장판의고속축의각을 2번회전하게할것이다. 투과광의양은인입측편광기의광학축과반파장판사이의각에의해결정된다. 반파장판의광학축을인입측편광기에대해 45 에배치하는것은최대투과율을달성한다. 반파장판의광학축을입력또는출력편광기의광학축의어느하나와정렬시키는것은최소투과율을준다. 또한, 반파장판의광학축의회전은말루스의법칙에따라투과율의범위에걸쳐이의최소와최대사이에서광이부분적으로차단되도록한다. 여러실시예는 1/4-파장판을포함할수도있다. 1/4-파장판은 π/2 라디안 ( 또는 90 ) 의지연또는 1/4-파장위상이동을가지며선형으로편광된광을원형으로편광되고다시그반대로변경할수있다. 또한, 지연을조절함으로써광투과율을가변하는것이가능하다. 가변지연판의고속축을소정의각, 이를테면 45 또는입력편광기에관하여또다른적합한각에정렬시키고, 반파및전파장 (full wave) 사이의지연을조절함으로써, 투과율은최대와최소사이에서가변한다. 이러한지연변화는복굴절물질의두께또는막의복굴절 (n e - n o ) 을가변함으로써달성될수있다. 가변투과율창여러실시예는패터닝된편광기또는패터닝된파장판을선형으로변위시켜조절가능한가변투과율창을포함 - 7 -
한다. 패터닝된편광기또는파장판은또다른패터닝된편광기또는파장판에대해이동할수있다. 일부실시예에서, 편광기및파장판은다른편광기또는파장판에관하여함께이동하게패널내에함께결합될수도있다. 예를들어, 일부실시예는제 2 파장판에제 2 균일선형편광기가물리적으로결합된제 2 패널에관하여선형으로변위할수있는, 제 1 균일선형편광기및제 1 파장판이함께물리적으로결합된제 1 패널을포함할수있다. 대안적으로, 하나또는두파장판은패널또는편광기에연결되지않을수도있다. [0036] [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] [0042] 실시예는여러유형의편광기를포함할수있다. 일부실시예는단일균일한편광축을갖는균일한편광기를탑재할수도있다. 이들편광기는요오드염색된편광기, 와이어그리드편광기, 코팅가능편광기, 반사형편광기, 또는각종의흡수형편광기를포함할수있다. 대안실시예는다수의편광축을갖는패터닝된편광기를포함할수있다. 패터닝된편광기를갖는이들실시예에있어서, 파장지연판은요구되지않는다. 도 1a는여러실시예에서사용될수있는패터닝된편광기를도시한것이다. 패터닝된편광기 (102) 는서로다른편광축을갖는여러영역 (104) 으로분할될수있다. 도 1a에서영역 (104) 의축은화살표로표시되었다. 편광축은각영역내에서균일할수있지만이웃영역사이에서가변할수있다. 이들편광축은도 1a에도시된바와같이이웃영역 (104) 에걸쳐점진적으로옮겨지게선택될수도있다. 이들영역 (104) 은패터닝된편광기 (102) 위및밑에점으로나타낸바와같이필요한만큼연속되고반복될수있다. 패터닝된편광기 (102) 는크기가가변할수있다. 각영역 (104) 은스트립형상일수있고폭은일부실시예에서대략 2mm과같이 1 ~ 10mm 일수있지만이폭은가변할수있다. 도 1a는패터닝된선형편광기를도시한것이다. 대안적으로, 패터닝된원형편광기 (106) 는도 1b에도시된바와같이원형편광영역 (108) 을포함할수있다. 패터닝된선형편광기 (102) 와유사하게, 패터닝된원형편광기 (106) 는크기가가변하며이웃영역 (108) 에걸쳐점진적으로옮겨가는편광축을포함할수있다. 다음예는간단하게하기위해서선형편광기를사용하여제시되지만다른실시예는패터닝된원형편광기 (106) 를포함할수도있다. 여러실시예에서, 두선형편광기의편광축은 2개의균일선형편광기가서로회전할때발생하는것과유사하게다른편광기에대해편광기의선형변위가광투과율의연속된변화가생기도록패터닝될수있다. 다른패터닝된편광기에대해패터닝된편광기의변위는이들의편광축사이에상호각을변경하여말루스의법칙에서 θ의값을주며따라서광투과율을결정한다. 광투과율은패터닝된편광기의영역이얼마나정렬되었는가에기초하여가변할수있는데, 이에따라편광기가서로에상대적으로얼마나선형변위되는지를기초로가변할수있다. 도 2a는 2개의패터닝된선형편광기 (102a, 102b){ 제 2 편광기 (102b) 는위에논의된바와같이분해기라칭할수도있다 } 의실시예배열을도시한것이다. 2개의패터닝된선형편광기 (102a, 102b) 는서로다른편광축을갖는영역 (104a ~ 104h) 을포함한다. 광은 z축으로전파하여밑에도시된 z축을따라좌에서우로편광기를통과할수있다. 광 (202) 은원래는무편광된것으로 x 및 y 축에성분을내포할수있다. 도 2a에서원래의광 (202) 의플러스기호는단지예시를위해서 x 및 y 성분을기호로나타낸것이지만, 광은실제로는 z축으로이동하고있고, 이에따라, 이들성분은이관점에서는이러한식으로보이지않을것이다. 도 2a에는편광기사이에광 (204) 과두편광기후에광 (206) 이이들의 x 및 y 편광배향에대한기호로나타내어져있지만 z축으로이동할수있다. 제 1 패터닝된편광기 (102a) 는도 1a에편광기 (102) 와유사하게편광축을포함할수있다. 이들축은도 1a에서와같이 x 및 y 축으로나타내었지만, 편광기 (102a) 는광이 z축을따라진행할수있게 z축에수직한평면에서 90도로회전된다. 제 2 편광기 (102b) 는유사하게배열될수있다. 영역 (104a ~ 104h) 은임의의횟수로반복할수있지만, 간략성을위해단일시리즈만도시되었다. 도시된시리즈는도 2b와도 2c에서와같이편광기가위또는아래로옮겨질때변경될수있다. 광 (202) 이제 1 편광기 (102a) 를통과할때, 광이통과하는어느영역이든이의편광축에따라광 (202) 의성분이차단되기때문에광은편광될수있다. 결과는가변적으로편광된광 (204) 일수있다. 예를들어, 편광기 (102a) 에보인맨위에영역 { 즉, 영역 (104a)} 은 y축으로편광배향을갖고, 이에따라, x 축에성분을차단한다. 따라서, 편광기의영역 (104a) 을따라가는가변적으로편광된광 (204) 은 x 성분이없어지게된다. 다른영역 (104b ~ 104h) 도마찬가지로각편광축에따라인입광 (202) 의 x와 y 성분을차단할수있다. 이에따라, 가변적으로편광된광 (204) 은편광기 (102a) 의영역에따라가변할수있다. 가변적으로편광된광 (204) 의전체세기는말루스의법칙및편광에관하여위에논의된바와같이원래의광에대략반이거나미만일수있다. - 8 -
[0043] [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] 가변적으로편광된광 (204) 은제 2 편광기 (102b) 를통과할수있다. 도 2a에서, 제 2 편광기 (102b) 는각영역이제 1 편광기 (102a) 내대응하는영역과동일한편광축을갖도록 { 예를들어, 제 1 편광기 (102a) 의영역 (104a) 은제 2 편광기 (102b) 의영역 (104a) 과정렬되고, 제 1 편광기 (102a) 의영역 (104b) 은제 2 편광기 (102b) 의영역 (104b) 과정렬되는등 } 정렬된다. 가변적으로편광된광 (204) 의각레벨은제 1 편광기 (102a) 에서통과될때와동일한편광축을갖는영역을통과할수있다. 평행한편광축을갖는제 2 편광기를통과하는것은말루스의법칙에따라어떠한추가의광도차단하지않을수있다. 그러므로, 최종의광 (206) 은가변적으로편광된광 (204) 과동일할수있다 ( 또는거의같을수있다 ). 이것은가변광학투과율장치의밝은상태에대응한다. 도 2b는직교편광축을갖는영역이정렬되도록제 2 편광기 (102b) 가제 1 편광기 (102a) 에관하여선형으로변위되는것을제외하고, 도 2a와유사한실시예를도시한것이다. 예를들어, 제 2 편광기는몇몇영역의폭의거리만큼위또는아래로옮겨져있을수있다 { 예를들어, 제 1 편광기 (102a) 의영역 (104a) 은제 2 편광기 (102b) 의영역 (104e) 과정렬되고, 제 1 편광기 (102a) 의영역 (104b) 는제 2 편광기 (102b) 의영역 (104f) 과정렬되며, 등등 }. 가변적으로편광된광 (204) 의각레벨은제 1 편광기 (102a) 에서이미통과된영역의편광축에직교하는편광축을갖는영역에가해수있다. 결과는어떠한광 (206) 도 ( 또는거의어느것도 ) 제 2 편광기를통과하지않는것일수있다. 이것은가변광학투과율장치의어두운상태에대응한다. 도 2c는제 1 및제 2 편광기의대응하는영역이평행하지도직교하지도않게제 2 편광기 (102b) 가선형으로변위되는것을제외하고, 또다른유사한실시예를도시한것이다. 결과는일부광 (206) 이제 2 편광기 (102b) 를통과하는것이다. 그러므로, 편광기를선형으로변위하여 ( 즉, 편광기중하나를위또는아래로이동하는 ), 실시예는편광기를통하여투과광의세기를가변할수있게한다. 또한, 투과되는통과된광은변위량에기초하여연속적으로가변될수있다. 편광기는투과광의세기를연속적으로가변하기위해서서로에관하여여러다른중간위치까지변위될수있다. 이것은가변광학투과율장치의중간상태에대응한다. 대안실시예는파장지연판을포함할수있다. 도 3은제 1 편광기 (302) 와제 2 편광기 (304) 사이에파장지연판 (306) 을도시한것이다. 앞에도면과달리, 제 1 및제 2 편광기는서로다른편광축의영역을갖게패터닝되지않고편광기전체에걸쳐단일편광축 ( 양끝에화살표를갖는실선으로나타내었다 ) 을갖게균일할수있다. 제 1 편광기의편광축이제 2 편광기의편광축에직교한다면, 말루스의법칙에따라보통은어떠한광도통과하지않을것이다. 그러나, 도 3은파장지연판 (306) 이다른결과에이르게할수있음을도시한다. 광 (202) 과유사한기호를사용하여도시된무편광광 (312) 은제 1 균일한편광기 (302) 를통해전파할수있다. 결과는 y축으로편광된광 (314) 일수있다. 편광된광 (314) 은파장지연판 (306) 을통과할수있다. 파장지연판 (306) 은복굴절물질로만들어지고따라서광학축또는축 ( 양끝에화살표을갖는점선으로나타낸바와같이 ) 의배향에따라광을지연시킨다. 결과는, 편광된광 (314) 이다른방향으로편광을갖는광 (316) 으로재배향될수있다는것이다. 예를들어, 파장지연판 (306) 이반파장판 ( 즉, π의지연 ) 이고편광된광 (314) 이광학축 ( 즉, 점선 ) 에관하여 45도의각 ( 즉, θ) 의편광축을갖는다면, 재배향된광 (316) 은광 (314) 의원래의편광축에대해 90도의새로운편광축 ( 즉, 2θ) 을가질것이다. 재배향된광 (316) 은제 2 편광기 (304) 를통과할수있다. 재배향된광 (316) 의편광이제 2 균일한편광기 (304) 의편광축과평행하다면, 광 (318) 은통과할수있다. 일정량의투과광을연속적으로가변하기위해서, 여러실시예는광투과율의변화를제어하기위해서 2개의균일선형편광기사이내에놓인 2개의패터닝된파장지연판에의존할수있다. 패터닝된파장지연판은양을변화시켜광을재배향하는여러영역을가질수있다. 다른패터닝된지연판에대해패터닝된지연판의변위는광의편광상태를변경하며얼마나많은광이제 2 편광기를통과할것인지를제어할수있다. 서로다른여러유형의파장지연판이실시예에서사용될수있다. 파장지연판은서로다른특징을갖는여러영역을포함하도록패터닝될수있다. 2개의교차된균일선형편광기 ( 이를테면도 3에도시된 ) 사이에파장지연판이배치될때, 투과되는되는광의양은 (1) 제 1 편광기의편광축과파장지연판의광학축사이에각및 (2) 지연둘다에의해결정된다. 또한, 지연은복굴절물질의두께와물질의복굴절 ( 이상및정상광선의굴절률사이의차이 (n e -n o ) 에의해결정된다. 결국, 패터닝된지연판은이들 3개의파라미터중임의의하나이 상을조절함으로써구성될수있다. [0050] 일부실시예에서, 파장지연판은파장지연판의서로다른영역에서광학축의배향을변화시켜패터닝된될수있다. 명시된수의개별적인투과율레벨을가져오게할지연판에서, 두패터닝된지연판은명시된수의지연구역또는영역을포함할수있다. 이들지연구역은각각의지연판상에동일한폭을가질수도있다. 파장지연판의광학축의배향은표준각차이 ( 예를들어, 0.1 내지 30도, 이를테면 2 ~ 10도 ) 만큼이웃구역의광학 - 9 -
축의배향과서로다를수있다. 대안적으로, 파장지연판은하나의지연판또는지연판을갖는패널을제 2 지 연판또는패널에관하여선형으로변위할때광투과율에있어순조롭고연속된변경을제공하도록구성될수 있다. 하나의패널은다른패널이정지한동안이동하거나, 변위동안두패널이이동할수있다. [0051] [0052] [0053] [0054] [0055] [0056] [0057] [0058] 도 4a는 2개의균일한교차된편광기 (302, 304) 사이에 2개의패터닝된파장지연판 (402a, 402b) 을갖는실시예를도시한것이다. 대안실시예에서는교차되지않은편광기가사용될수있으나, 어두운상태와밝은상태는반대로될것이다. 이실시예에도시된 2개의패터닝된파장지연판 (402a, 402b) 은광학축배향 { 영역 (404a ~ 404h) 에서점선의배향에서변화에의해나타낸바와같은 } 이변하는영역 (404a ~ 404h) 을포함한다. 그러나, 대안실시예는영역의두께또는복굴절을가변시킴으로써지연을가변할수있다. 무편광광 (412) 은제 1 균일한편광기 (302) 를통과할수있고 y 방향으로편광된광 (414) 이된다. 편광된광 (414) 은제 1 패터닝된파장지연판 (402a) 을통과하고가변적으로재배향된광 (416) 으로나타날수있다. 가변적으로재배향된광 (416) 은제 2 패터닝된파장지연판 (402b) 을통과하고균일하게재배향된광 (418a) 이될수있다. 균일하게재배향된광 (418a) 은재배향된광 (418a) 이제 2 균일한편광기 (304) 를통과할수있게제 2 균일한편광기 (304) 의편광축에평행한공통의편광을가질수있다. 제 2 편광기 (304) 를통과하는광 (420a) 은편광된광 (414) 과세기가대략동일하거나미만일수있다. 이것은가변광학투과율장치의밝은상태에대응한다. 도 4b는제 2 패터닝된파장지연판 (402b) 이제 1 패터닝된파장지연판 (402a) 에관하여선형으로변위되는 ( 즉, 위또는아래로옮겨진 ) 실시예를도시한것이다. 도 4a와유사하게, 무편광광 (412) 은제 1 균일한편광기 (302) 을통과하여편광된광 (414) 이될수있다. 편광된광 (414) 은제 1 패터닝된파장지연판 (402a) 을통과하고가변적으로재배향된광 (416) 으로서나타날수있다. 가변적으로재배향된광 (416) 은제 2 패터닝된파장지연판 (402b) 을통과하고재배향된광 (418b) 이될수있다. 그러나, 도 4a에서재배향된광 (418a) 과는달리, 선형으로변위된패터닝된파장지연판 (402b) 후에재배향된광 (418b) 은제 2 편광기 (304) 의편광축에직교하게편광될수있고, 따라서실시예를통해투과되는되는광 (420b) 은없을수있다. 이것은가변광학투과율장치의어두운상태에대응한다. 도 4c는제 2 패터닝된파장지연판 (402b) 이제 1 패터닝된파장지연판 (402a) 에관하여선형으로변위되는 ( 즉, 위또는아래로옮겨진 ) 또다른실시예를도시한것이다. 제 2 패터닝된파장지연판 (402b) 은도 4b에제 2 패터닝된파장지연판의반만큼변위될수있다. 덜한변위의결과는광의일부가제 2 편광기를을통하여빛난다는것이다. 무편광광 (412) 은제 1 균일한편광기 (302) 을통과하고편광된광 (414) 이될수있다. 편광된광 (414) 은제 1 패터닝된파장지연판 (402a) 을통과하고가변적으로재배향된광 (416) 으로서나타날수있다. 가변적으로재배향된광 (416) 은제 2 패터닝된파장지연판 (402d) 을통과하고재배향된광 (418c) 이될수있다. 재배향된광 (418c) 의편광은제 2 균일한편광기 (304) 의편광축에평행하지도직교하지도않을수있고, 따라서광전부는아니지만일부는 420c를통과한다. 이것은가변광학투과율장치의중간상태에대응한다. 패터닝된편광기의변위와유사하게, 투과광은파장지연판사이에상대적변위량에기초하여연속적으로가변될수있다. 패터닝된파장지연판은투과광의세기를연속적으로가변하기위해서서로에관하여여러중간위치까지변위될수있다. 패터닝된파장지연판의상대적선형변위는영역 (404a ~ 404h) 의정렬을변경하는데, 이것은광 (418) 의편광을변경하며얼마나많은광이제 2 편광기 (304) 를통과하는지를변경한다. 또다른실시예의패터닝된파장판은도 4a ~ 도 4c에도시된것보다많은영역을포함할수있다. 예를들어, 도 5는 32개의영역에 1 ~ 32의번호가매겨진예시적인패터닝된파장판 (502) 을도시한것이다. 도 5의패터닝된반파장판 (502) 은 32개의동일폭영역으로구성되고이들에있어지연판의광학축의배향은이웃한영역 ( 예를들어, 선으로나타낸바와같이, 총 180 ) 사이에서 5.625 의스텝크기만큼변경된다. 대안실시예는이외여러다른개수의영역및각도스텝크기를갖는파장판을포함할수있다. 도 4a ~ 도 4c 및도 5의패터닝된파장지연판은점진적으로변하는광학축배향이영역에서아크또는 U 형상의패턴을제공할수있음을도시한것이다. 이패턴은영역이반복할때반복될수있다. 도 6은많은영역에서 U 형상패턴의여러세트 (604) 를갖는예시적인패터닝된파장판 (602) 을도시한것이다. 각세트 (604) 는도 5에도시된 32개의영역을포함한다. 위에논의된패터닝된편광기또는파장지연판의선형변위는여러방법으로달성될수있다. 상대적위치가투과율을결정하기때문에, 하나또는두패터닝된편광기또는파장판은이동될수도있다. 대안실시예에서, 패터닝된편광기또는파장지연판은패터닝된편광기또는파장지연판을서로에관하여안내하기위해슬라이 - 10 -
딩메커니즘에, 이를테면레일을따라, 부착될수있다. 패터닝된편광기또는파장지연판을변위하기위해여 러다른기계식장치이사용될수도있다. [0059] [0060] [0061] [0062] [0063] [0064] [0065] 일부실시예에서, 패터닝된편광기또는파장지연판의변위는전자적으로제어될수있는데, 이를테면컴퓨터또는각종의로직회로에의해자동으로제어되거나또는사용자로부터지시들에의해수동적으로제어될수있다 ( 예를들어, 사용자는디밍스위치를누른다 ). 도 7a는이러한기계식장치를갖는가변광투과율창실시예를도시한것이다. 유리또는또다른투명한물질의플레이트 (706) 는벽또는그외다른표면내프레임 (708) 내에고정될수있다. 윈도우플레이트 (706) 사이에, 2개의편광기 (704) 가프레임내에고정될수도있다. 2개의파장판 (702a, 702b) 은편광기 (704) 사이에놓일수있다. 도 7a에서, 하나의파장판 (702b) 은프레임 (708) 에고정되고제 2 파장판 (702a) 은일단부에서메커니즘 (710) 에결합된다. 제 2 파장판 (702a) 의다른단부는프레임 (708) 에의해이동가능하게지지될수있다. 메커니즘 (710) 은다른파장판 (702b) 에관하여파장판 (702a) 을선형으로옮기기위한여러장치를포함할수있다. 예를들어, 메커니즘 (710) 은여러전동식, 전기기계식, 자기, 또는압전장치, 또는전기신호를선형변위로변환할수있는기타임의의장치중임의의것을포함할수있다. 대안실시예에서, 패터닝된편광기또는파장지연판은패터닝된편광기또는파장지연판을위또는아래로이동시키기위해끝에회전지지부에감겨질수있다. 이들편광기또는파장지연판은선형으로변위하기위해위쪽또는아래쪽으로감길수있다. 도 7b는이러한회전지지부를갖는가변광투과율창실시예를도시한것이다. 유리또는또다른투명한물질의플레이트 (706) 는벽또는그외다른표면내프레임 (708) 내에고정될수있다. 윈도우플레이트 (706) 사이에는 2개의편광기 (704) 이프레임내에고정될수도있다. 2개의파장판 (702b, 702c) 은편광기 (704) 사이에놓일수있다. 하나의파장판 (702) 은프레임 (708) 에고정되고제 2 파장판 (702b) 은각단부에서회전지지부 (712) 에결합된다. 이들회전지지부 (712) 는유연한파장판 (702c) 을다른파장판에관하여위쪽또는아래쪽으로감을수있다. 회전지지부 (712) 는도 7a에관하여기술된바와같이수동으로 ( 예를들어, 사용자는노브를돌린다 ) 또는자동으로회전될수있다. 도 7c는두파장판 (702d, 702e) 이회전장치 (714) 에의해동시에이동되는대안실시예를도시한것이다. 파장판 (702d, 702e) 은회전스풀또는릴 (714) 둘레에장착되는하나의연속된파장판막또는웹 (web) 의부분일수있다. 이들회전장치 (714) 는위에기술된바와같이수동으로또는자동으로회전될수있다. 도 7d 및도 7e는제 2 패터닝된파장지연판 (702b) 에관하여제 1 패터닝된파장지연판 (702a) 의선형변위를도시한것이다. 파장지연판 (702a, 702b) 은 2개의교차된균일한편광기 (704) 사이에있을수있다. 도 7d는광이투과될수있게하는변위된지연판 (702a) 을도시한것이다. 도시된바와같이, 파장지연판 (702a) 은다른파장지연판 (702b) 에관하여영역의크기에따르는요망되는양만큼선형으로변위될수있다 ( 예를들어, 도 7d 에도시된바와같이수직으로 ). 예를들어, 변위거리는도면에도시된 13mm와같이 5 내지 50 mm일수있는데, 이거리는영역의폭과수에따라가변할수있다. 도 7e는역으로선형으로변위되고 ( 예를들어, 수직아래로 ) 광이장치를투과하지못하도록하는지연판 (702a) 을도시한것이다. 수직선형변위가도시되었지만, 선형변위는수평방향, 또는장치의성분이위치한것에기초하여그라운드에관하여수직과수평사이의그외어떤다른방향으로있을수있음에유의한다. 도면에도시된실시예는편광기와파장지연판사이에갭을포함하는데, 그러나이것은일부실시예에서회피될수도있을것이다. 예를들어, 파장지연판은적층되거나편광기에고정될수있다. 일부실시예는편광기및 / 또는파장판을내장할수있는패널을포함할수있다. 이들패널은서로변위될수있다. 또다른실시예에서, 편광기또는패널은고정된상태로있을수있고, 편광기또는패널사이에하나이상의파장지연판은선형으로변위된다. 여러실시예는몇가지서로다른방법중어느것에의해제작된패터닝된파장지연판또는편광기를포함할수있다. 한가지제조방법에서, 패터닝된지연막을생성하기위해서기판 ( 또는편광기 ) 에적층될수있는다수스트립의회전축지연필터를생성하기위해연신된중합체지연막은서로다른배향에서여러크기의스트립으로절단될수있다. 다른제조방법에서, 지연판의광학축의배향의변경은정렬층의기계식러빙을통해달성될수있다. 도 8a에도시된바와같이, 통상의정렬층 (804) 이기판 (802) 상에피착될수있다. 마스크 (805) 는정렬층상에놓여지고이어서마스크 (805) 내개구 (806) 를통해노출된층 (804) 의부분에특정정렬을유발시키위해연마륜 (810) 으로러빙된다. 이어서, 샘플은다른마스크를사용하여다른방향으로러빙될수있다. 이방법은마스크를사용하지않고수행될수도있다. 마스크 (805) 가제거된후에, 도 8b에도시된바와같이층 (804) 내에러빙패턴을 - 11 -
따르는층 (806) 내에패터닝된지연판을생성하기위해액정중합체 (806) 가층 (804) 의표면상에피착되고방사 선 ( 예를들어, 자외선 )(808) 에블랭킷노출된다. 액정중합체 (806) 는정렬층 (806) 에러빙된배향을채택하고패 터닝된파장판 ( 즉, 지연판 ) 이된다. [0066] [0067] [0068] [0069] [0070] [0071] [0072] [0073] 다른제조방법에서, 지연판의광학축의배향의변경은액정중합체의광패터닝된표면정렬을통해달성될수도있다. 정렬층은정렬표면에접촉한액정 (LC) 분자의명료한배향을제공한다. 광정렬된층은광노출에의해서만, 즉, 어떠한기계적접촉도없이배향되고, 결국임의의배향이 LC 분자에이전될수있게한다. 전용의광-반응성중합체 ( 아조-염료, 롤릭리서치선형광중합체 ) 가코팅된기판을선형으로편광된 UV광 (LPUV) 에노출시키는것은편광방향으로우선적정렬방향및이어서광반응성정렬층과접촉하는 LC 분자의정렬을유발한다. 정렬방향에공간적변화는정렬층을상이하게조정된 LPUV 광에구역선택적으로노출시킴으로써, 즉세기, 입사각, 또는편광방향을가변하여유발될수있다. 제 2 단계에서, 이방성 LPP 층은광개시제또한함유하는액정중합체 (LCP) 의제형이코팅된다. 하지의 LPP 층에의해 LCP를정렬시킨후에, 막은무편광 UV광으로가교되어영속적으로배향된패터닝된지연판을제공한다. LPP에서정렬패턴을발생하는서로다른방법이있다. 이들중에는포토마스크, 정렬마스터, 레이저스캐닝및동기화된회전의사용및 / 또는 UV-노출동안 UV-편광기및기판의이동이있다. 단일노출단계로요구되는복잡한정렬패턴을생성하기위한한가지선택은정렬마스터의사용이다. 정렬마스터의기능은공간적변화의편광평면에 LPUV 광을제공하는것으로, 이것은광이 LPP 층에가해질때정렬패턴을곧바로발생한다. 포토마스크를통해 UV 광을사용하여준비되는정렬층의예가도 8c에도시되었다. 정렬층 (804) 이기판 (802) 상에피착될수있다. UV 선 (808) 은편광기 (817) 를통과하여편광된 UV 선이될수있다. 이어서, 결과적인편광된 UV 선은패터닝된포토마스크 (815) 를통과하여정렬층 (804) 의부분을선택적으로노출시킨다. 이것은노출된정렬층 (804) 내에패턴을생성한다. 이프로세스는정렬층 (804) 에관하여포토마스크 (815) 를이동하고 / 이동하거나복수의포토마스크 (815) 를통해정렬층 (804) 을노출시켜전체정렬층 (804) 을패터닝함으로써반복될수있다. 이어서, 액정중합체층은패터닝된정렬층 (804) 상에피착되고액정중합체층을중합하기위해블랭킷노출된다. 액정중합체층은정렬층 (806) 에패터닝된배향을채택하고, 패터닝된파장판 ( 즉, 지연판 )( 도 8b에도시된프로세스와유사한 ) 이된다. 다른제조방법에서, 지연판의광학축의배향의변경은격자구조상에액정중합체패터닝을통해달성된다. 패터닝된지연판은기판상에패터닝된격자-유사톱니표면을사용하여생성될수도있다. 이들격자구조는평탄한기판상에포토레지스트를피착하고진폭포토마스크를통해노출시킴으로써생성된다. 일반적인섀도우포토마스크대신, 진폭포토마스크는개별적지역에대조되는매끄러운특징부 (feature) 가생기도록하는투과율의변화도이다. 진폭마스크를통해포토레지스트를노광하고현상하는것은기판상에톱니패턴을생성한다. 이기판상에액정중합체를코팅하는것은교번하는액정중합체정렬을생성하며이에따라톱니상에위치에따라교번하는지연값을생성한다. 다른제조방법에서, 지연판의광학축의배향의변경은인쇄가능자기-조립유기물 / 리오트리픽 (lyotropic) 액정을통해달성된다. 자기-조립거동을나타내는유기분자는지연판에서필요한복굴절특성을나타낸다. 이들자기-조립유체는연신된중합체지연막보다저렴한지연필터를형성하기위해기판상에코팅또는인쇄될수있다. 타원 ( 이방성 ) 분자의장축의정렬은슬롯-다이인쇄프로세스를통해야기된압력에의해결정된다. 지연판의광학축의서로다른배향은전단력의방향을가변시킴으로써달성될수있다. 여러실시예에서, 파장지연판은복굴절물질의두께를변경함으로써패터닝될수있다. 특정수의개별투과율레벨을야기할막에대해서, 2개의패터닝된지연판은동일폭의특정수의지연하는구역을포함할것이다. 파장지연판의두께는표준개별적양만큼이웃구역의두께와는다르다. 하나의패널을제 2 패널에대해선형으로변위하면광투과율이순조롭고연속적으로변경되도록할막을제작하는것또한가능하다. 복굴절물질의두께를변경함으써패터닝된된가변지연판은다음방법에의해서또는유사한방법에의해제작될수있다. 한가지제조방법에서, 지연에변화는액정중합체지연층의두께패터닝을통해달성된다. 액정중합체는기판상에습식으로코팅되어균일정렬층이기판상에코팅된다. 특정지역을평면의정렬로광중합하기위해 UV 포토마스크노출이사용된다. 이어서, 가교및중합체되지않은액정중합체를용해하기위해서기판은테트라하이드로퓨란 ( 또는이외다른현상액 ) 으로처리된다. 이것은지연이전혀없는지역과액정중합체복굴절및층두께에따른지연의지역이되도록한다. 다른제조방법에서, 파장지연판은복제몰드액정중합체인쇄를통해복굴절물질의두께를변경함으로써패 - 12 -
터닝된다. PDMS(polydimethylsiloxane) 중합체몰드스탬프는마스터사진식각적으로제작된중합체몰드를사용하여생성되고, 이어서중합액정에패턴을스탬프하기위해사용될수있다. 액정중합체는스탬프가물질내인쇄되어경화되어잔류된패터닝된액정지연판을남긴다. 정렬은추가의정렬층이필요하지않도록액정중합체를처리된인쇄하는 PDMS 표면과상호작용함으로써발생된다. [0074] [0075] [0076] [0077] [0078] [0079] [0080] [0081] 다른제조방법에서, 파장지연판은표면높이를가변시키면서기판상에물질을코팅하는것을통해복굴절물질의두께를변경함으로써패터닝된다. 표면높이를가변시키기위해서, 마이크로-엠보싱방법이제시된다. 이방법은마이크로패터닝된스탬프및폴리에틸렌 (PET) 폴리비닐알코올 (PVA) 또는폴리이미드와같은몰딩가능비-복굴절투명기판으로구성된다. 이어서, 이패터닝된기판은몰드로부터벗겨지고인쇄가능중합액정또는그외다른복굴절물질이코팅된다. 앞에방법을위한몰드의예가도 9에도시되었다. 스탬프또는기판 (902) 은여러형상으로높이가가변할수있다. 도 9에서기판 (902) 은톱니형상의예를예시한다. 액정중합체 (904) 는가변하는두께및지연을취하기위해몰드 (902) 상에적층될수있다. 일부실시예에서, 파장지연판은복굴절을변경함으로써패턴닝된다. 특정수의개별투과율레벨을일으킬막에서, 2개의패터닝된지연판은동일폭의특정수의지연되는구역을포함할것이다. 파장지연판의복굴절은표준개별적양만큼이웃구역의복굴절과는다르다. 하나의패널을제 2 패널에대해선형으로변위하면광투과율이순조롭고연속적으로변경되도록할막을제작하는것또한가능하다. 복굴절물질의두께를변경함으로써패터닝된된가변지연판은다음방법에의해서또는유사한방법에의해제작될수있다. 한가지제조방법에서파장지연판은액정중합체의열적패터닝을통해복굴절을변경함으로써패터닝된다. 패터닝된지연판은액정중합체를사용하여생성되고표준균일정렬층이코팅될수있다. 액정아크릴레이트는기판상에습식으로코팅되고정렬층에따른평면의구성으로배향되도록한다. 포토마스크가생성되고액정중합체는선택된지역에서평면의정렬을가교하여고정시키기위해 UV광에노출된다. 포토마스크가제거되고샘플은액정중합체녹는점이상으로가열된다 ( 등방성또는랜덤한정렬조건을생성한다 ). 이어서, 샘플은선형조건에서이전에중합되지않은지역에서랜덤한정렬을고정하기위해블랭킷노출된다. 두노출은 UV 노출의부재시중합및포토마스크경계밖에서가교중합을최소화하기위해질소환경에서수행된다. 다른제조방법에서, 파장지연판은액정중합체및광반응성이성질체의광패터닝을통해복굴절을변경함으로써패터닝된다. 위에방법에서와같이등방성에온도를증가시킴으로써액정정렬을제거하기보다는, 노출을통해등방성온도를수정하기위해액정중합체와광반응성이성질체와의혼합체가사용될수있다. 구성은이미피착된선형정렬층을갖는기판상에액정중합체가코팅되는점에서유사하다. 이어서, 액정중합체혼합체는포토마스크를통해노출되지만, 그러나이들지역에서액정중합체를중합하는대신, 액정중합체혼합체의하나의성분의이성질체화를통해등방성온도를변경한다. 시스템은 UV 노출시, 등방성전이온도가실온미만으로감소되도록설계된다. 결국, 제 1 노출단계에서노출된지역은등방성정렬을가지며노출되지않은지역은선형구성인채로있는다. 이어서, 막을고형화하기위해제 2 블랭킷노출이수행된다. 다른제조방법에서, 광반응성정렬층 ( 예를들어, 롤릭 LPP) 을직접액정중합체혼합체 ( 표면상에코팅하고액정중합체를도포하기전에패터닝하는것과는반대로 ) 에혼합하는것을통해복굴절을변경함으로써파장지연판이패터닝된다. 이기술에서, 액정중합체의정렬은단지표면에서만이아니나액정중합체혼합체의볼륨전체에걸쳐제어된다. 이혼합체는균일한평면의정렬층을갖는기판에도포된다. 샘플은하나의 UV 편광을갖는하나의지역과다른편광을갖는다른지역에서노출된 UV 포토마스크이다. 서로다른편광노출은서로다른키랄성 ( 좌수, 우수 ) 을갖는나선형또는트위스트된액정중합체구조를생성하는데, 이에따라서로다른양의지연을야기한다. 다른제조방법에서, 파장지연판은광정렬된콜레스테릭액정을통해복굴절을변경함으로써패터닝된다. 콜레스테릭액정 (CLC) 은 DNA의구조와유사한나선형또는트위스트된구조를갖는다. 어떤 CLC은키랄성 ( 또는나선형트위스팅파워 ) 의양이 UV 광노출투여를통해조절될수있게, 예를들어, UV에대한오랜노출이트위스트를, 이에따라 CLC의지연을조절할수있게조작될수있다. 패터닝된지연층은다수의포토마스크를통해 UV 광의서로다른투여량에 CLC의서로다른영역을노출하여형성될수도있다. 다른제조방법에서, 파장지연판은중합연신된지연판을레이저인쇄하는것을통해복굴절을변경함으로써패터닝된다. 복굴절은형상이방성및이에따른복굴절 / 지연을유발하는중합체의연신을통해중합체막에도입된다. 이들중합체막의가열또는화학적처리는스트레스가가해진중합체결합을끊을수있어국부화된구 - 13 -
역에서단량체의랜덤한정렬을생성할수있다. 이것은레이저가적합한투여량를전달하게잘제어된다면레 이저인쇄프로세스를통해패터닝된지연막을생성하기위해이용될수있다. 레이저는샘플에걸쳐스캐닝되 고국부적가열을통해인쇄된스트립에지연을제거한다. [0082] [0083] [0084] [0085] 다른제조방법에서, 파장지연판은가변하는복굴절을갖는서로다른액정물질의스트립을코팅하는것을통해복굴절을변경함으로써패터닝된다. 이방법에서, 슬롯다이코팅기는기판에걸쳐서로다른구역에서서로다른액정물질을피착할것이다. 패터닝된지연판을생성하기위해위에명시된방법또는유사한방법의어느것의조합이사용될수있는것또한가능하다. 도 10은발명의실시예의가변투과율장치를통과하는광의예시적실시예를시사하는일련의디지털이미지이다. 이미지 (a) ~ 이미지 (h) 는파장지연판이서로에관하여선형으로변위될때광투과율의변화를보여준다. 각이미지는가변투과율장치가위치하는중앙부분을내포한다. 이미지 (a) 는중앙부분을통해광의 38% 투과율을보여주는것으로배경에서물체가명확하게보여질수있다. 각이미지에서중앙부분은이미지 (h) 가중앙부분을통해 1% 광투과율을보일때까지점진적으로어두워진다 ( 즉, 각각이미지 (b) 내지이미지 (g) 의중앙에서 35%, 30%, 20%, 13%, 7%, 4% 투과율 ). 개시된양상의상기설명은당업자가본발명을제작또는사용할수있도록하기위해제공된다. 이러한양상에대한여러변형예는당업자에게쉽게분명해질것이고본명세서에정의된일반원리는발명의범위내에서다른양상에적용될수도있다. 이에따라, 본발명은본명세서에제시된양상에제한되도록의도되지않고, 본명세서에개시된원리와신규특징에일치하는가장넓은범위에따르도록의도된다. 도면 도면 1a - 14 -
도면 1b 도면 2a - 15 -
도면 2b 도면 2c - 16 -
도면 3 도면 4a - 17 -
도면 4b 도면 4c - 18 -
도면 5 도면 6-19 -
도면 7a 도면 7b - 20 -
도면 7c 도면 7d - 21 -
도면 7e 도면 8a 도면 8b - 22 -
도면 8c 도면 9-23 -
도면 10-24 -