WO2018106079A1 - Highly transmissive nanowire-grid polarizer, and method for producing same - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a high permeability wire grid polarizer and a method of manufacturing the high permeability wire grid polarizer, and specifically, a high permeability wire grid polarizer using impedance matching conditions and a high permeability wire grid polarizer using the principles of electromagnetic wave cancellation and constructive interference, and these It relates to a method for producing.
- US Patent 2015-0077851 discloses a multilayer absorbent wire grid polarizer.
- the present invention relates to a highly transparent wire grid polarizer using impedance matching conditions and a highly transparent wire grid polarizer using the principles of electromagnetic wave canceling and constructive interference and a method of manufacturing the same.
- a first aspect of the present disclosure includes a first layer and a second layer comprising a first dielectric and spaced apart from each other; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second dielectric and a plurality of wires inserted into the second dielectric and arranged in parallel with each other. Wherein the dielectric constant of the second dielectric is less than the dielectric constant of the first dielectric.
- a second aspect of the present disclosure includes a first layer comprising a first 'dielectric; A second layer comprising a third 'dielectric; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second 'dielectric and a plurality of wires inserted into the second' dielectric and arranged in parallel with each other. And a wire grid polarizer.
- a third aspect of the present application is a method of manufacturing a wire grid polarizer according to claim 1, wherein the polarizer comprises: a first layer and a second layer comprising a first dielectric and spaced apart from each other; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second dielectric and a plurality of wires inserted into the second dielectric and arranged in parallel with each other.
- the dielectric constant of the second dielectric is smaller than that of the first dielectric
- the manufacturing method of the polarizer includes the steps of: (1) calculating a TM direction effective volume ratio and a TE direction effective volume ratio according to the geometric characteristics of the polarizing layer; ; (2) calculating a TM direction effective dielectric constant using the TM direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (3) calculating the TE direction effective dielectric constant using the TE direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (4) calculating a TM direction impedance using the TM direction effective dielectric constant; (5) calculating a TE direction impedance using the TE direction effective dielectric constant; (6) calculating a first transmission coefficient calculated using the TM direction impedance; And (7) calculating a second transmission coefficient calculated using the TE direction impedance, and repeating steps (1) to (7), wherein the first transmission coefficient is close to 1, and A second transmission coefficient provides a
- a fourth aspect of the present application is a method of manufacturing a wire grid polarizer according to claim 9, wherein the polarizer comprises: a first layer comprising a first ′ dielectric; A second layer comprising a third 'dielectric; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second 'dielectric and a plurality of wires inserted into the second' dielectric and arranged in parallel with each other.
- the manufacturing method of the polarizer may include the steps of: (1) calculating the TM direction effective volume ratio and the TE direction effective volume ratio according to the geometrical characteristics of the polarizing layer; (2) calculating a TM direction effective dielectric constant using the TM direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (3) calculating the TE direction effective dielectric constant using the TE direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (4) calculating a TM direction impedance using the TM direction effective dielectric constant; (5) calculating a TE direction impedance using the TE direction effective dielectric constant; (6) calculating a first 'transmission coefficient calculated using the TM direction impedance; And (7) calculating a second 'transmission coefficient calculated using the TE direction impedance, and repeating steps (1) to (7), wherein the first' transmission coefficient is close to one.
- a highly transparent wire grid polarizer using impedance matching conditions and a highly transparent wire grid polarizer using the principles of electromagnetic canceling and constructive interference and methods of manufacturing the same.
- an improved polarizer technology through impedance matching is provided by controlling a low-index dielectric and controlling an array period between dielectrics in relation to amplification of an effective dielectric constant and an independent control concept of permittivity and permeability.
- an improved polarizer uses a method of impedance matching of dielectric layers having different refractive indices through adjusting the arrangement period of the wires between the dielectrics.
- an effective impedance control and impedance matching technique is provided through a three-dimensional periodic arrangement, which can improve permeability without an antireflective coating layer.
- an improved polarizer technique using impedance control of dielectric layers with different refractive indices by adjusting the arrangement period between dielectrics by applying the concept of amplification of effective permittivity of material and independent control of permittivity and permeability This is provided.
- the improvement in transmission is achieved regardless of whether the effective impedance of the intermediate layer (nanowire structure) is larger or smaller than the impedance of the upper and lower layers, regardless of whether the upper and lower impedances are larger or smaller than the impedance of the dielectric of the intermediate layer.
- a highly transparent wire grid polarizer capable of improving transmission in accordance with the principles of cancellation and constructive interference of electromagnetic waves.
- the highly transmissive wire grid polarizer can be used in a variety of optical devices such as displays, microscopes, projectors and projectors.
- FIG. 1 is a structural diagram of a wire grid polarizer showing good polarization performance in a wide wavelength region including a visible light region in the prior art.
- FIG. 2 is a graph showing transmittance and attenuation ratio of TM polarized light and TE polarized light using the polarizer of FIG. 1 according to one embodiment of the present application.
- FIG. 3 is a schematic diagram of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 4 is a schematic diagram of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 5 is a schematic diagram showing a single grating (unit cell) of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 6 is a schematic diagram showing TM polarization and TE polarization of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 6 is a schematic diagram showing TM polarization and TE polarization of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 7 illustrates an exemplary diagram for describing a TM polarization transmission performance according to an incident angle of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 8 illustrates an exemplary diagram for describing a TM polarization transmission performance according to an incident angle of a wire grid polarizer in an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 9 is a schematic diagram of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 10 illustrates an exemplary diagram for describing a TM polarization transmission performance according to an incident angle of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 11 illustrates an exemplary diagram for describing a TM polarization transmission performance according to an incident angle of a wire grid polarizer in an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 12 shows a graph for explaining transmission characteristics independent of the incident angle of the wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 13 shows a graph for explaining transmission characteristics independent of an incident angle of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 14 shows an exemplary view for explaining an optical characteristic of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 15 shows an exemplary view for explaining the optical characteristics of the wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 16 shows an exemplary view for explaining the optical characteristics of the wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 17 shows a graph for comparing and explaining optical characteristics of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 18 illustrates a graph for comparing and explaining optical characteristics of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 19 illustrates a graph for comparing and explaining optical characteristics of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- FIG. 20 shows a graph for comparing and explaining optical characteristics of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- 21 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
- the term "combination (s) thereof" included in the expression of a makushi form refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of components described in the expression of makushi form, It means to include one or more selected from the group consisting of the above components.
- skin depth refers to the depth indicating how far electromagnetic waves can penetrate the surface of the medium.
- the current density tends to be close to the surface of the medium and decreases as it penetrates into the conductor.
- the current flows mainly at the "surface” of the conductor, which is between the outer surface and the level called the skin depth, so that the penetration depth is more specifically 1 / e (such as current density or electric field at the surface). 37%).
- index of refraction refers to the rate of velocity of waves traveling in two media as light travels from one media to another.
- the refractive index varies with wavelength, and at the interface of the media with different refractive indices, the light bends according to Snell's law and some reflects according to the angle of incidence.
- the index of refraction can be expressed as the square root of the product of relative permittivity and relative permeability, as the resolution increases because the refractive index value increases, the ability of the optical device to distinguish two objects from each other. Increases.
- Impedance is an inherent amount of electromagnetic waves propagating in the medium, and can be expressed as the square root of the ratio of absolute permeability and absolute permittivity, but throughout this specification, "impedance" is defined as the The square root of the ratio of relative permeability and relative permittivity, which is the impedance of the medium when the vacuum's impedance is 1, not the ratio:
- the direction of intrinsic polarization of the wire grid polarizer may be divided into “polarization direction (TE polarization)" parallel to the wire and “polarization direction (TM polarization)” perpendicular to the wire. have.
- a first aspect of the present disclosure includes a first layer and a second layer comprising a first dielectric and spaced apart from each other; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second dielectric and a plurality of wires inserted into the second dielectric and arranged in parallel with each other. Wherein the dielectric constant of the second dielectric is less than the dielectric constant of the first dielectric.
- the wire grid polarizer is a polarization technology that reflects one of two inherent linear polarizations, a linear polarization TM polarization wave and the other linear polarization TE polarization wave, and transmits the other It is about.
- the wire grid polarizer relates to a polarization technology using a nanowire structure, it is possible to obtain an improved transmission performance for one linear polarization of the two inherent linear polarization, affecting the incident angle It can be reduced to provide a polarizer with good performance for various angles of incidence, especially for wide angles of incidence.
- the wire grid polarizer uses the low refractive index second dielectric by adjusting the period of arrangement between the second dielectrics in relation to the amplification of the effective dielectric constant and the independent control concept of permittivity and permeability. It may be to provide an improved polarizer technique using a matching method.
- FIG. 1 is a structural diagram of a wire lattice polarizer showing good polarization performance in a wide wavelength region including a visible light region in the prior art.
- the period is p
- the height of the photoresist is h
- the width of the photoresist is a
- the thickness of the metal is t
- d h-t
- the duty cycle f a / p of the photoresist.
- FIG. 2 is a graph showing transmittance and attenuation ratio of TM polarized light and TE polarized light using the polarizer of FIG. 1.
- wire grid polarizers have been devised that operate at longer wavelengths as well as in the visible region, and are usable at large angles of incidence.
- the wire grid polarizer in the prior art focuses on adjusting the arrangement and size of the wire grid in order to improve the performance of the polarizer, as shown in FIG. 1.
- studies on the dielectric properties of the substrate material and the dielectric material constituting the polarizer together with the wire grid have been insufficient.
- the dielectric properties of the dielectric of the wire grid polarizer and the arrangement of the wire gratings are simultaneously considered.
- the transmission and reflection of the electromagnetic wave is affected by the effective impedance of the incident structure, so that the effective impedance can be controlled according to the structural arrangement of the incident structure and the selection of the constituent material. It is possible to control the characteristics of the transmission and reflection.
- the wire grid polarizer polarizes light of a wide wavelength range, and may exhibit high transparency, but may not be limited thereto.
- the principle of the wire grid polarizer is to amplify the effective dielectric constant of the material, and to control the dielectric constant and permeability independently.
- the wire grid polarizer forms a structure of a polarizing layer comprising a wire and a second dielectric, and a first layer and a second layer including a first dielectric surrounding the polarizing layer. It may be, but is not limited thereto.
- a wire structure (unit cell of FIG. 5) including each wire and the second dielectric is arranged and sized between the wire and the second dielectric.
- the first dielectric of the first layer and the second layer may have the same impedance to each other, and may have a smaller value than the impedance of the second dielectric of the polarizing layer.
- the effective impedance of the first layer and the second layer and the effective impedance of the polarizing layer may be the same to satisfy the impedance matching conditions.
- FIG. 4 shows a schematic diagram of a wire grid polarizer according to an embodiment of the present application, wherein electromagnetic waves traveling in a first layer (medium) having an effective impedance of ⁇ 1 (effective impedance of a first dielectric) in the wire grid polarizer
- ⁇ 1 effective impedance of a first dielectric
- ⁇ 2 the effective impedance of the second dielectric
- the reflection coefficient r can be controlled, and when applied to the wire grid polarizer, the transmission performance can be improved.
- the transmission performance is improved by satisfying the impedance matching conditions.
- Wire grid polarizer can be produced.
- the period has a subwavelength scale, the thickness of the wire (eg, the size of the cross section of the wire) and / or the width, the size of the unit cell being the skin of the material or material forming the wire. It can be determined at a level below the skin depth.
- the period in the visible light region having a wavelength length of about 400 nm to about 700 nm may be on the order of about 10 nm to about 100 nm on the subwavelength scale, in which case the thickness and / or width of the wire It may be determined to a level below the skin depth of the material or material selected for the wire formation.
- the skin thickness is then determined by the material or material selected for the wire formation, for example gold in the visible region (about 30 nm to about 35 nm), aluminum (about 12 nm to about 15 nm), or In the case of a material such as silver (about 25 nm to about 35 nm), the skin thickness may be about 10 nm to about 35 nm, but is not limited thereto.
- the direction of intrinsic polarization of the wire grid polarizer may be divided into a polarization direction (TE polarization) parallel to the wire, and a vertical polarization direction (TM polarization), and for each polarization It may be a polarizer exhibiting anisotropic properties, having a different intrinsic impedance.
- TE polarization polarization direction
- TM polarization vertical polarization direction
- the method for controlling the effective impedance of the highly transparent nanowire grid polarizer may be achieved by precisely adjusting the geometric characteristics of the wire structure. For example, when a polarized electromagnetic wave is incident of a linear polarization of two TM polarizations and a TE polarization, which is perpendicular to a wire smaller than a wavelength, the effective impedance is determined by the size, period, Or it may be controlled according to the spacing between the wires.
- the effective impedance of the wire grid polarizer can be controlled according to the electromagnetic properties of the material constituting the wire grid polarizer, and the material properties of the second dielectric between the wire and the wire.
- the thickness of the wire for controlling the effective impedance is less than the skin depth (skin depth) level
- the second dielectric surrounding the wire may have a low refractive index
- the thickness of the wire affects the permeability with the effective dielectric constant
- by using a wire thinner than the skin thickness of the wire by precisely controlling the effective dielectric constant of the wire grid polarizer,
- the impedance matching condition of the wire grid polarizer may be found, but may not be limited thereto.
- the geometric parameters of the wire structure satisfying the impedance matching conditions of the wire grid polarizer may be selected according to the respective materials of the first layer and the second layer of the wire grid polarizer. For example, depending on the impedance matching condition between the wire structure and the substrate, the reflectance at the interface may be reduced and the transmittance may be improved, but the present invention may not be limited thereto.
- the wire may include a nanowire, but may not be limited thereto.
- the wire or nanowires can be used without limitation as long as the absolute value of the complex dielectric constant is large, and as a non-limiting example, may include a material having an absolute value of the complex dielectric constant of 10 or more.
- the wire or nanowire may include, but is not limited to, one selected from the group consisting of metal compounds such as metals, alloys, oxides of metals, and combinations thereof.
- the wire or nanowire may comprise a metal or alloy having a relatively low light absorption in the visible light region, for example, gold, silver, aluminum, copper, nickel, platinum, chromium, palladium, Iron, brass, zinc, bronze, and combinations thereof may include, but may not be limited to.
- an effective impedance matching condition according to an incident angle may be found using the wire grid polarizer, but may not be limited thereto.
- the wire grid polarizer has an effective impedance independent of two inherent linear polarization TM polarization and TE polarization, and has a constant effective impedance independent of the incident angle for the two intrinsic linear polarization Can be.
- the wire grid polarizer of FIGS. 3 to 6 in one embodiment of the present application, it may be confirmed that nanowires are periodically arranged in each wire grid polarizer.
- the wire and the second dielectric surrounding the wire may be thought of as a lattice structure, that is, a unit cell, the lattice structure being C3 symmetric or C4 symmetrical and three-dimensionally arranged perpendicular to the nanowires. Since it is isotropic in the direction, the wide-angle impedance matching condition can be satisfied.
- the C3 symmetry arrangement may include a hexagonal arrangement or a triangular arrangement
- the C4 symmetry may include a square arrangement, a rectangular arrangement, and the like.
- the cross section of the nanowires in the lattice structure of the wire grid polarizer may also be C3 symmetry or C4 symmetry at the same time, but may not be limited thereto.
- the impedance matching condition may be satisfied even if the shape of the cross-sectional area is not C3 symmetry or C4 symmetry, but is not limited thereto. You may not.
- the three-dimensional array of the single grating is a random arrangement, it may be able to achieve the performance corresponding to the impedance matching conditions.
- Implementing the wire as designed at subwavelength size is a fairly difficult task, but making it a random arrangement is relatively easy.
- the periodically arranged wire may be surrounded by a second dielectric having a dielectric constant of ⁇ d , as shown in FIG. 5, wherein ⁇ d is a first layer and a second layer. It may have a value smaller than the dielectric constant of the first dielectric to form a, but may not be limited thereto.
- the second dielectric may be formed of a synthetic material such as a porous dielectric material having a low effective permittivity, as well as a dielectric consisting of a single material, but may not be limited thereto.
- the second dielectric may include a material selected from the group consisting of a porous dielectric material, SiO 2 , MgF 2 , NaF, Si, Teflon, PMSSQ, PS-PEG, and combinations thereof, This may not be limited.
- the first dielectric forming the first layer and the second layer may use a material having a dielectric constant greater than that of the second dielectric without particular limitation.
- Non-limiting examples of the second dielectric GaP, Si 3 N 4 , AlN, TiO 2 , HfO 2 , but is not limited thereto.
- the effective impedance of the wire structure having a cross-sectional area smaller than the wavelength may be controlled according to the size of the wire, the arrangement period, or the spacing between the wires.
- the wire grid polarizer may improve the transmission performance for the TM polarized light by achieving the impedance matching condition for the TM polarized light, and induces impedance mismatch for the TE polarized light to secure a blocking rate It may be, but may not be limited thereto.
- the effective impedance of the wire grid polarizer is controlled by the dielectric constant ⁇ m of the material constituting the wire, the dielectric constant ⁇ d of the second dielectric, the arrangement period p, the cross-sectional area A of the wire It may be, but may not be limited thereto.
- the thickness of the wire may be less than the skin depth level (skin depth level) of the material forming the wire, but may not be limited thereto.
- the wire grid polarizer because the cross-sectional area of the wire is less than the skin depth (skin depth) of the wire material, it is possible to control only the effective dielectric constant independently, thereby meeting the impedance matching conditions But may not be limited thereto.
- the effective impedance of the unit cell including the wire and the second dielectric is affected by the impedance of the second dielectric, the first wrapping the wire to satisfy the impedance matching conditions;
- the dielectric constant of the second dielectric should be lower than that of the first dielectric.
- the aspect ratio of the wire is not particularly limited.
- the aspect ratio of the wire may be one or more or less than one, but is not limited thereto.
- the wire may be a nanowire, for example, the aspect ratio of the wire is about 0.1 to about 1,000, about 0.1 to about 500, about 0.1 to about 100, about 0.1 to about 50, About 1 to about 1,000, about 1 to about 500, about 1 to about 100, or about 1 to about 50, but is not limited thereto.
- an impedance matching condition may be satisfied, but may not be limited thereto.
- the polarization layer including the wire and the TM polarization reflectance at the interface can be lowered according to the impedance matching between the first layer and the second layer, and the transmittance may be increased, but is not limited thereto. Can be.
- the wire grid structure may represent a polarizer function, but may not be limited thereto.
- the effective impedance for the TM polarized wave and the TE polarized wave may be calculated using an effective permeability and an effective dielectric constant, but may not be limited thereto.
- the magnitude of the electric field component of the electromagnetic wave propagating inside the effective material can be said to have a uniform value on average based on the quasi-static assumption, and the effective dielectric constant according to the quasi-static assumption can be calculated.
- the thickness of the wire may be below the skin depth level of the material forming the wire, but may not be limited thereto.
- the thickness of the wire may be equal to or less than the skin depth level of the material forming the wire, the wire may comprise a nanowire. That is, as the wire has a thickness less than the skin thickness, the effective permeability may be viewed as 1, but may not be limited thereto.
- Equation 2 to 3 the dielectric constant according to the polarization direction of the active material follows Equations 2 to 3:
- ⁇ eff, TM Is the effective dielectric constant for the TM polarized wave
- ⁇ eff, TE is the effective dielectric constant for the TE polarized wave.
- the f TM and f TE are the effective volume ratios of the wires for a single lattice (unit cell) forming a periodic arrangement.
- the effective volume ratio is a value different from the geometric volume ratio, and the effective volume ratio may be determined according to the shape, size, arrangement period, or arrangement shape of the cross-sectional area of the wire.
- the shape of the wire cross-sectional area may be isotropic or anisotropic, for example, may be a variety of polygons, such as spherical, oval, triangular, square, pentagonal, hexagonal, or octagonal, but is not limited thereto. Can be.
- the wires may be independent of the incident angle because they form a periodic arrangement.
- the wire may have a cross-sectional area of a length smaller than the skin depth (skin depth), and thus the effective permeability can be viewed as 1, but may not be limited thereto.
- the thickness of the polarizing layer may be thicker than the thickness of the light incident layer of the first layer and the second layer, but may not be limited thereto.
- the wire grid polarizer may be formed on a transparent substrate or a transparent substrate, but may not be limited thereto.
- the substrate of the wire grid polarizer may be a high heat-resistant inorganic material having high transparency when the heat resistance is required, for example, may include glass, but is not limited thereto. Can be.
- the substrate of the wire grid polarizer may be transparent and / or flexible plastics for applications where heat resistance is not so required, for example, polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), diethylene glycol biscarbonate (CR-39), styrene / acrylonitrile copolymer (SAN), styrene / methacrylic acid It may include, but is not limited to, one selected from the group consisting of a copolymer (MS), an alicyclic acrylic resin, an alicyclic polyolefin resin, and combinations thereof.
- PMMA polymethyl methacrylate
- PC polycarbonate
- PS polystyrene
- PET polyethylene terephthalate
- PEN polyethylene naphthalate
- CR-39 diethylene glycol biscarbonate
- SAN styrene / acrylonitrile copolymer
- a second aspect of the present disclosure includes a first layer comprising a first 'dielectric; A second layer comprising a third 'dielectric; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second 'dielectric and a plurality of wires inserted into the second' dielectric and arranged in parallel with each other. And a wire grid polarizer (see FIG. 4B).
- the polarizer according to the principle of electromagnetic wave cancellation and constructive interference, regardless of whether the effective impedance of the second dielectric of the polarizing layer is greater or less than the impedance of the first layer and the second layer.
- Polarization transmission may be improved, but may not be limited thereto.
- the impedance of the first layer and the second layer is equal to each other, the impedance of the polarizing layer is greater or less than the impedance of the first layer and the second layer, the polarizing layer
- the thickness of may be an integer multiple of 1/2 of the wavelength of the incident light, but may not be limited thereto.
- the impedance ⁇ 1 of the first layer and the impedance ⁇ 3 of the second layer are the same, and the impedance ⁇ 2, eff of the polarizing layer is the impedance of the first layer and the second layer.
- the thickness of the polarizing layer may be an integer multiple of 1/2 of the wavelength according to the principle of cancellation and constructive interference of the electromagnetic waves, thereby improving the polarization transmission. It may be, but may not be limited thereto.
- the impedance ⁇ 1 of the first layer and the impedance ⁇ 3 of the second layer are the same, and the impedance ⁇ 2, eff of the polarizing layer is the first layer and the first layer.
- the thickness of the polarizing layer may be an integer multiple of 1/2 of the wavelength according to the principle of cancellation and constructive interference of the electromagnetic waves, thereby transmitting the polarized light. May be to be improved, but may not be limited thereto.
- the impedance ⁇ 1 of the first layer and the impedance ⁇ 3 of the second layer are different from each other, and the impedance ⁇ 2, eff of the polarizing layer is different from the first layer. It is larger than the impedance of any one of the second layer and smaller than the impedance of the other layer, the thickness of the polarizing layer may be an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the incident light, but may not be limited thereto.
- the impedance ⁇ 1 of the first layer and the impedance ⁇ 3 of the second layer are different from each other, and the impedance ⁇ 2, eff of the polarizing layer is the impedance ⁇ 1 of the first layer.
- the thickness of the polarizing layer according to the principles of cancellation and constructive interference of the electromagnetic waves is 1 It may be an odd multiple of / 4, and thus the polarization transmission may be improved, but may not be limited thereto.
- the impedance ( ⁇ 1 ) of the first layer and the impedance ( ⁇ 3 ) of the second layer are different from each other, and the impedance ( ⁇ 2, eff ) of the polarizing layer is If less than the impedance ⁇ 1 and greater than the impedance ⁇ 3 of the second layer ( ⁇ 3 > ⁇ 2, eff > ⁇ 1 ), the thickness of the polarizing layer according to the principle of cancellation and constructive interference of the electromagnetic waves May be an odd multiple of 1/4 of the wavelength, and thus the polarization transmission may be improved, but may not be limited thereto.
- a third aspect of the present application is a method of manufacturing a wire grid polarizer according to claim 1, wherein the polarizer comprises: a first layer and a second layer comprising a first dielectric and spaced apart from each other; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second dielectric and a plurality of wires inserted into the second dielectric and arranged in parallel with each other.
- the dielectric constant of the second dielectric is smaller than that of the first dielectric
- the manufacturing method of the polarizer includes the steps of: (1) calculating a TM direction effective volume ratio and a TE direction effective volume ratio according to the geometric characteristics of the polarizing layer; ; (2) calculating a TM direction effective dielectric constant using the TM direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (3) calculating the TE direction effective dielectric constant using the TE direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (4) calculating a TM direction impedance using the TM direction effective dielectric constant; (5) calculating a TE direction impedance using the TE direction effective dielectric constant; (6) calculating a first transmission coefficient calculated using the TM direction impedance; And (7) calculating a second transmission coefficient calculated using the TE direction impedance, and repeating steps (1) to (7), wherein the first transmission coefficient is close to 1, and A method of manufacturing the wire grid
- step (1) may be to calculate the effective volume ratio from the geometric volume ratio, but may not be limited thereto.
- a fourth aspect of the present application is a method of manufacturing a wire grid polarizer according to the third aspect of the present application, the polarizer comprising: a first layer comprising a first 'dielectric; A second layer comprising a third 'dielectric; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second 'dielectric and a plurality of wires inserted into the second' dielectric and arranged in parallel with each other.
- the manufacturing method of the polarizer may include the steps of: (1) calculating the TM direction effective volume ratio and the TE direction effective volume ratio according to the geometrical characteristics of the polarizing layer; (2) calculating a TM direction effective dielectric constant using the TM direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (3) calculating the TE direction effective dielectric constant using the TE direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (4) calculating a TM direction impedance using the TM direction effective dielectric constant; (5) calculating a TE direction impedance using the TE direction effective dielectric constant; (6) calculating a first 'transmission coefficient calculated using the TM direction impedance; And (7) calculating a second 'transmission coefficient calculated using the TE direction impedance, and repeating steps (1) to (7), wherein the first' transmission coefficient is close to one.
- step (1) may be to calculate the effective volume ratio from the geometric volume ratio, but may not be limited thereto.
- a wire grid polarizer was implemented using a first layer, a second layer, and a polarizing layer having a refractive index of 1.5.
- the polarizing layer had a NaF having a refractive index of 1.33 in the visible region.
- Each embodiment using a dielectric consisting of a dielectric material consisting of a porous material having a dielectric constant of 1.14.
- the wire is made of aluminum and has a structure size (period, wire cross-sectional area, height of polarizing layer) that satisfies the impedance matching condition for each embodiment.
- the wavelength range is 400 nm to 1000 nm, and the performance for the incidence angle of 0 to 60 ° as well as the vertical incidence was confirmed.
- the structure was calculated under periodic boundary conditions in the form of infinite arrays in the horizontal direction.
- 4, 7, 8, and 9 to 11 are exemplary views for explaining the TM polarization transmission performance according to the incident angle of the nanowire grid polarizer and the lattice polarizer according to the present invention.
- a grating structure even when the angle of incidence is zero, like the nanowire array structure, an impedance matching condition may be satisfied and improved transmission performance may be obtained.
- it is impossible to obtain the same transmission performance with respect to the incident angle because no isotropic arrangement is made for the vertical cross section. Since the nanowires form an isotropic array irrespective of the direction of the incident angle, the transmission performance may be improved independently of the incident angle by satisfying the impedance matching condition of the TM polarized light.
- the thickness of the polarizer may be reduced by Equation 2, and for this purpose, a SiO 2 porous material having a refractive index of about 1.14 is assumed. The simulation results of the improvement of the TM transmission performance and the wide-angle performance were calculated.
- FIGS. 12 and 13 assume a square cross-sectional structure using aluminum as the nanowire and having a width of 15 nm at the skin depth level.
- the arrangement period of the nanowires and the porous material surrounding them is 25 nm, and the C4 symmetrical arrangement is performed.
- the refractive index of the upper substrate and the lower substrate is 1.5, the TM transmission performance could be achieved 90%, and the transmission performance independent of the angular component is shown in FIG. 12.
- FIGS. 14 to 16 are structures in which nanowires made of aluminum are stacked side by side in C4 symmetry, and have a structure similar to that of FIG. 6.
- the performance of the wire grid polarizer may be improved by using impedance matching in the visible light region.
- the skin thickness of aluminum in the visible region is 15 nm
- the width and height of the nanowire cross-sectional area a metal may be 15 nm
- the second dielectric surrounding the nanowire is 1.33 in the visible region, such as NaF.
- the first layer and the second layer are commonly used and may have a refractive index of 1.5.
- the refractive index n of the dielectric is the square root of the relative permittivity and the permeability, and the relative permeability of the nonmagnetic material can be set to 1, so that the relative permittivity E d of the second dielectric surrounding the nanowire among the first and second dielectrics is 1.7689.
- the dielectric constant of the first layer and the second layer may be 2.25.
- the impedance in air with a refractive index of 1 is 1, the impedance of a nonmagnetic material having a dielectric constant of 1.5 is 1 / ⁇ 1.5.
- the cross-sectional area of the nanowire is a square having a width and height of 15 nm, a single lattice unit comprising the same assumes a C4 symmetric array structure having a square period array having a 40 nm period.
- FIGS. 14 and 16 graphs showing optical characteristics when the TE polarized light and the TM polarized light are incident along the z axis direction are FIGS. 14 and 16.
- Fig. 16 shows the transmission performance of TM polarized light and shows a transmittance of 90% or more in the visible light region.
- 14 shows the extinction ratio.
- the attenuation ratio is the ratio of the transmittance of the TM polarized light and the transmittance of the TE polarized light.
- 15 is a graph for explaining an impedance matching method using transmission characteristics. Background values of the first and second layers are close to the effective impedance values of the polarizer (MWP layer).
- the effective impedance can be matched to achieve a desired transmission performance and a polarization performance, and attenuation ratio of a certain level or more can be obtained.
- the effective dielectric constant follows the above formulas (2) to (3), and the effective volume ratio f can be obtained as a function of the geometric ratio (a / p).
- the function of the effective volume ratio is influenced by the area of the nanowires relative to the thickness of the skin and also by the cross-sectional structure of the nanowires.
- 17 and 18 are graphs for comparing and explaining the optical characteristics of the nanowire grid polarizer according to the present invention. Specifically, the relationship between the geometric ratio (a / p) and the effective volume ratio (f) according to the cross-sectional structure of the nanowire.
- FIG. 17 is the length (square cross section) or diameter (circular cross section) of one side of the cross-sectional area of the nanowire, and the geometric ratio refers to the ratio of the relative length a of the wire to the period p. The relationship between the effective volume ratio and the geometric ratio is shown.
- Equations 2 to 3 The effective volume ratio to be applied to Equations 2 to 3 can be obtained through Equations 4 and 5 using geometric ratios (a / p, ratio).
- FIGS. 19 and 20 are graphs for comparing and explaining the optical characteristics of the nanowire grid polarizer according to the present invention. Specifically, FIGS. 19 and 20 are graphs showing a relationship between an effective volume ratio and a volume ratio of nanowires having a rectangular cross section and a circular cross section for a TE polarized wave.
- the effective volume ratios of the equations (2) to (3) can be confirmed as follows for the nanowires of the square cross section and the nanowires of the circular cross section with respect to the geometric ratio.
- the effective volume ratio can be obtained according to Equation 6 and Equation 7, Equation 4 and Equation 5, and substituted in Equation 2 to Equation 3 to the TM direction and TE. It can be used to calculate the effective dielectric constant of the direction.
- Figure 21 is a procedure flow diagram illustrating a method of making a highly transparent nanowire grid polarizer in accordance with the present invention.
- Method for producing a highly transparent nanowire grid polarizer calculating the effective volume ratio of the TM direction and TE direction according to the geometric characteristics of the polarizing layer; Calculating effective dielectric constants in the TM and TE directions using the effective volume ratio, the permittivity of the wire and the dielectric; Calculating impedance in a TM direction and a TE direction using the effective dielectric constant; Calculating a transmission coefficient using the calculated impedance; And calculating geometric characteristics in a recursive method of matching impedance.
- Method for producing a highly transparent nanowire grid polarizer by the impedance matching method comprises the steps of (1) calculating the effective volume ratio of the TM direction and the effective volume ratio of the TE direction according to the geometric characteristics of the polarizing layer; (2) calculating a TM direction effective dielectric constant using the TM direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (3) calculating the TE direction effective dielectric constant using the TE direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (4) calculating a TM direction impedance using the TM direction effective dielectric constant; (5) calculating a TE direction impedance using the TE direction effective dielectric constant; (6) calculating a first transmission coefficient calculated using the TM direction impedance; And (7) calculating a second transmission coefficient using the TE directional impedance; repeating steps (1) to (7), wherein the first transmission coefficient is set to 1 in a recursive manner.
- the second transmission coefficient calculated using the
- the effective volume ratio may be calculated using Equations 3 to 7 using geometric ratios (a / p) or geometric volume ratios.
- the TM direction effective dielectric constant and TE direction effective dielectric constant can be calculated (Equations 2 to 3).
- the calculated effective permittivity may be used to calculate impedance in each direction (TM direction or TE direction), and the transmission coefficient may be calculated using impedances of the first dielectrics of the first and second layers.
- a series of calculations can be calculated by the computer, and the reflection coefficient can be recalculated by varying the geometric ratio or geometric volume fraction. By repeating this, the impedance can be matched to calculate a geometric ratio or geometric volume ratio having a high TM direction transmittance and a high TE direction reflectance.
- the thickness of the wire should be thinner than the skin depth of the metal constituting the wire, but since the thickness of the wire is difficult to make thinner than the thickness of the metal, the thickness of the wire is made at the skin thickness level.
- the effective volume fraction will be changed.
- the impedances are matched to calculate geometric ratios or geometric volume ratios having high TM-direction transmittance and high TE-direction reflectivity.
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Abstract
Description
본원은, 고투과성 와이어 그리드 편광자 및 상기 고투과성 와이어 그리드 편광자의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 임피던스 정합 조건을 이용한 고투과성 와이어 그리드 편광자 및 전자기파 상쇄 및 보강 간섭의 원리 이용한 고투과성 와이어 그리드 편광자 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high permeability wire grid polarizer and a method of manufacturing the high permeability wire grid polarizer, and specifically, a high permeability wire grid polarizer using impedance matching conditions and a high permeability wire grid polarizer using the principles of electromagnetic wave cancellation and constructive interference, and these It relates to a method for producing.
최근 편광기에 관련된 연구로서 긴 파장에 대하여 작동하는 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer, WGP)에 대한 연구 및 큰 입사각에 대한 사용 가능한 와이어 격자 편광자에 관한 연구 등이 이루어지고 있다.In recent years, research on polarizers has been conducted on wire grid polarizers (WGPs) that operate at long wavelengths, and on the usable wire grid polarizers for large angles of incidence.
통상 와이어 격자의 배열 형태나 크기에 집중하여 편광자의 성능을 향상시키고자 하나, 격자 구조와 함께 투과 성능을 향상시키기 위한 기판 소재의 유전 특성이나 격자와 함께 편광자를 이루고 있는 유전체의 유전 특성에 대한 연구는 미흡하여 편광자의 성능이 제한되는 문제가 있다.In order to improve the performance of polarizers by focusing on the arrangement and size of wire gratings, studies on dielectric properties of substrate materials to improve transmission performance with grating structure or dielectric properties of dielectrics forming polarizers with gratings There is a problem in that the performance of the polarizer is limited inadequate.
미국 공개특허 2015-0077851은, 다층 흡수성 와이어 그리드 편광자에 대해 개시하고 있다.US Patent 2015-0077851 discloses a multilayer absorbent wire grid polarizer.
본원은, 임피던스 정합 조건을 이용한 고투과성 와이어 그리드 편광자 및 전자기파 상쇄 및 보강 간섭의 원리 이용한 고투과성 와이어 그리드 편광자 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a highly transparent wire grid polarizer using impedance matching conditions and a highly transparent wire grid polarizer using the principles of electromagnetic wave canceling and constructive interference and a method of manufacturing the same.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, another task that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원의 제 1 측면은, 제 1 유전체를 포함하며 서로 이격된, 제 1 층과 제 2 층; 및 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 형성된 편광층을 포함하며, 상기 편광층은, 제 2 유전체와, 상기 제 2 유전체 내부에 삽입되며 서로 평행하게 배열된 복수의 와이어를 포함하는 것이고, 상기 제 2 유전체의 유전율은 상기 제 1 유전체의 유전율보다 작은 것인, 와이어 그리드 편광자를 제공한다.A first aspect of the present disclosure includes a first layer and a second layer comprising a first dielectric and spaced apart from each other; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second dielectric and a plurality of wires inserted into the second dielectric and arranged in parallel with each other. Wherein the dielectric constant of the second dielectric is less than the dielectric constant of the first dielectric.
본원의 제 2 측면은, 제 1' 유전체를 포함하는 제 1 층; 제 3' 유전체를 포함하는 제 2 층; 및 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 형성된 편광층을 포함하며, 상기 편광층은, 제 2' 유전체와, 상기 제 2' 유전체 내부에 삽입되며 서로 평행하게 배열된 복수의 와이어를 포함하는 것이고, 와이어 그리드 편광자를 제공한다.A second aspect of the present disclosure includes a first layer comprising a first 'dielectric; A second layer comprising a third 'dielectric; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second 'dielectric and a plurality of wires inserted into the second' dielectric and arranged in parallel with each other. And a wire grid polarizer.
본원의 제 3 측면은, 제 1 항에 따른 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법으로서, 상기 편광자는, 제 1 유전체를 포함하며 서로 이격된, 제 1 층과 제 2 층; 및 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 형성된 편광층을 포함하며, 상기 편광층은, 제 2 유전체와, 상기 제 2 유전체 내부에 삽입되며 서로 평행하게 배열된 복수의 와이어를 포함하는 것이고, 상기 제 2 유전체의 유전율은 상기 제 1 유전체의 유전율보다 작은 것이며, 상기 편광자의 제조 방법은, (1) 상기 편광층의 기하학적 특성에 따라 TM 방향 유효 부피 비율 및 TE 방향 유효 부피 비율을 산출하는 단계; (2) 상기 TM 방향 유효 부피 비율, 상기 와이어의 유전율 및 상기 제2 유전체의 유전율을 이용하여 TM 방향 유효 유전율을 산출하는 단계; (3) 상기 TE 방향 유효 부피 비율, 상기 와이어의 유전율 및 상기 제2 유전체의 유전율을 이용하여 TE 방향 유효 유전율을 산출하는 단계; (4) 상기 TM 방향 유효 유전율을 이용하여 TM 방향 임피던스를 산출하는 단계; (5) 상기 TE 방향 유효 유전율을 이용하여 TE 방향 임피던스를 산출하는 단계; (6) 상기 TM 방향 임피던스를 이용하여 산출한 제1 투과계수를 산출하는 단계; 및 (7) 상기 TE 방향 임피던스를 이용하여 산출한 제2 투과계수를 산출하는 단계를 포함하며, 상기 (1) 단계 내지 (7) 단계를 반복하여, 상기 제 1 투과 계수는 1에 가깝고, 상기 제 2 투과계수는 0에 가깝도록 하는 상기 편광층의 기하학적 특성을 조정함으로써 임피던스 정합 방법에 의하여 상기 와이어 그리드 편광자를 제조하는 것인, 제 1 항에 따른 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법을 제공한다.A third aspect of the present application is a method of manufacturing a wire grid polarizer according to
본원의 제 4 측면은, 제 9 항에 따른 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법으로서, 상기 편광자는, 제 1' 유전체를 포함하는 제 1 층; 제 3' 유전체를 포함하는 제 2 층; 및 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 형성된 편광층을 포함하며, 상기 편광층은, 제 2' 유전체와, 상기 제 2' 유전체 내부에 삽입되며 서로 평행하게 배열된 복수의 와이어를 포함하는 것이고, 상기 편광자의 제조 방법은, (1) 상기 편광층의 기하학적 특성에 따라 TM 방향 유효 부피 비율 및 TE 방향 유효 부피 비율을 산출하는 단계; (2) 상기 TM 방향 유효 부피 비율, 상기 와이어의 유전율 및 상기 제2 유전체의 유전율을 이용하여 TM 방향 유효 유전율을 산출하는 단계; (3) 상기 TE 방향 유효 부피 비율, 상기 와이어의 유전율 및 상기 제2 유전체의 유전율을 이용하여 TE 방향 유효 유전율을 산출하는 단계; (4) 상기 TM 방향 유효 유전율을 이용하여 TM 방향 임피던스를 산출하는 단계; (5) 상기 TE 방향 유효 유전율을 이용하여 TE 방향 임피던스를 산출하는 단계; (6) 상기 TM 방향 임피던스를 이용하여 산출한 제 1' 투과계수를 산출하는 단계; 및 (7) 상기 TE 방향 임피던스를 이용하여 산출한 제 2' 투과계수를 산출하는 단계를 포함하며, 상기 (1) 단계 내지 (7) 단계를 반복하여, 상기 제 1' 투과 계수는 1에 가깝고, 상기 제 2' 투과계수는 0에 가깝도록 하는 상기 편광층의 기하학적 특성을 조정함으로써 임피던스 정합 방법에 의하여 상기 와이어 그리드 편광자를 제조하는 것인, 제 8 항에 따른 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법을 제공한다.A fourth aspect of the present application is a method of manufacturing a wire grid polarizer according to claim 9, wherein the polarizer comprises: a first layer comprising a first ′ dielectric; A second layer comprising a third 'dielectric; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second 'dielectric and a plurality of wires inserted into the second' dielectric and arranged in parallel with each other. The manufacturing method of the polarizer may include the steps of: (1) calculating the TM direction effective volume ratio and the TE direction effective volume ratio according to the geometrical characteristics of the polarizing layer; (2) calculating a TM direction effective dielectric constant using the TM direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (3) calculating the TE direction effective dielectric constant using the TE direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (4) calculating a TM direction impedance using the TM direction effective dielectric constant; (5) calculating a TE direction impedance using the TE direction effective dielectric constant; (6) calculating a first 'transmission coefficient calculated using the TM direction impedance; And (7) calculating a second 'transmission coefficient calculated using the TE direction impedance, and repeating steps (1) to (7), wherein the first' transmission coefficient is close to one. The method of manufacturing the wire grid polarizer according to claim 8, wherein the wire grid polarizer is manufactured by an impedance matching method by adjusting the geometric characteristics of the polarizing layer such that the second 'transmission coefficient is close to zero. to provide.
본원에 의하여, 임피던스 정합 조건을 이용한 고투과성 와이어 그리드 편광자 및 전자기파 상쇄 및 보강 간섭의 원리 이용한 고투과성 와이어 그리드 편광자 및 이들의 제조 방법이 제공된다. Provided herein is a highly transparent wire grid polarizer using impedance matching conditions and a highly transparent wire grid polarizer using the principles of electromagnetic canceling and constructive interference and methods of manufacturing the same.
본원의 구현예들에 따르면, 금속 격자 구조를 이용한 편광 기술을 적용하여 한가지 선형 편광에 대하여 개선된 투과 성능을 얻을 수 있고, 입사각에 무관하게 우수한 편광 성능을 얻을 수 있는 효과가 있다.According to the embodiments of the present invention, by applying a polarization technology using a metal lattice structure, it is possible to obtain improved transmission performance for one linear polarization, and to obtain excellent polarization performance irrespective of the incident angle.
본원의 구현예들에 따르면, 유효 유전율의 증폭 및 유전율과 투자율의 독립 제어 개념과 관련하여 유전체 간의 배열 주기를 조절하며 저굴절률의 유전체를 도입하여 임피던스 정합을 통한 개선된 편광자 기술을 제공하는 것이다.According to embodiments of the present disclosure, an improved polarizer technology through impedance matching is provided by controlling a low-index dielectric and controlling an array period between dielectrics in relation to amplification of an effective dielectric constant and an independent control concept of permittivity and permeability.
본원의 구현예들에 따르면, 유전체 간의 와이어의 배열 주기 조절을 통해 서로 다른 굴절률을 가진 유전체 층의 임피던스 정합 방법을 사용하는 개선된 편광자 제공된다.According to embodiments herein, an improved polarizer is provided that uses a method of impedance matching of dielectric layers having different refractive indices through adjusting the arrangement period of the wires between the dielectrics.
본원의 구현예들에 따르면, 무반사 코팅층 없이 투과성능을 향상시킬 수 있으며 3차원적인 주기적 배열을 통한 유효 임피던스 제어 및 임피던스 정합 기술이 제공된다. According to embodiments of the present invention, an effective impedance control and impedance matching technique is provided through a three-dimensional periodic arrangement, which can improve permeability without an antireflective coating layer.
본원의 구현예들에 따르면, 소재의 유효 유전율의 증폭 및 유전율과 투자율의 독립제어 개념을 적용하여, 유전체 간의 배열 주기 조절을 통해 서로 다른 굴절률을 가진 유전체 층의 임피던스 제어를 사용하는 개선된 편광자 기술이 제공된다.According to the embodiments of the present invention, an improved polarizer technique using impedance control of dielectric layers with different refractive indices by adjusting the arrangement period between dielectrics by applying the concept of amplification of effective permittivity of material and independent control of permittivity and permeability This is provided.
본원의 구현예들에 따르면, 상하층 임피던스가 중간층의 유전체의 임피던스보다 크거나 작은 것과는 상관 없이 중간층(나노와이어 구조)의 유효 임피던스가 상하층의 임피던스보다 더 크거나 작은 경우에 상관없이 투과 향상이 가능한 기술로써, 전자기파의 상쇄 및 보강 간섭의 원리에 따라서 투과 향상이 가능한 고투과성 와이어 그리드 편광자가 제공된다. According to the embodiments of the present invention, the improvement in transmission is achieved regardless of whether the effective impedance of the intermediate layer (nanowire structure) is larger or smaller than the impedance of the upper and lower layers, regardless of whether the upper and lower impedances are larger or smaller than the impedance of the dielectric of the intermediate layer. As a possible technique, there is provided a highly transparent wire grid polarizer capable of improving transmission in accordance with the principles of cancellation and constructive interference of electromagnetic waves.
본원의 구현예들에 따르면, 상기 고투과성 와이어 그리드 편광자는 다양한 디스플레이, 현미경, 영사기 및 투사기 등의 광학 장치에 사용될 수 있다.According to embodiments herein, the highly transmissive wire grid polarizer can be used in a variety of optical devices such as displays, microscopes, projectors and projectors.
도 1은, 종래 기술에 있어서, 가시광 영역을 포함하는 넓은 파장 영역에서 좋은 편광 성능을 보이는 와이어 그리드 편광자의 구조도이다.1 is a structural diagram of a wire grid polarizer showing good polarization performance in a wide wavelength region including a visible light region in the prior art.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, 상기 도 1의 편광자를 이용하여 TM 편광과 TE편광의 투과율과 감쇠 비율을 나타내는 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing transmittance and attenuation ratio of TM polarized light and TE polarized light using the polarizer of FIG. 1 according to one embodiment of the present application.
도 3은, 본원의 일 구현예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 모식도이다.3 is a schematic diagram of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 4는, 본원의 일 구현예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 모식도이다.4 is a schematic diagram of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 5는, 본원의 일 구현예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 단일 격자(유닛 셀)을 나타낸 모식도이다.5 is a schematic diagram showing a single grating (unit cell) of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 6은, 본원의 일 구현예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 TM 편광과 TE 편광을 나타낸 모식도이다.FIG. 6 is a schematic diagram showing TM polarization and TE polarization of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application. FIG.
도 7은, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 입사각에 따른 TM 편광 투과 성능을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.FIG. 7 illustrates an exemplary diagram for describing a TM polarization transmission performance according to an incident angle of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 8은, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 입사각에 따른 TM 편광 투과 성능을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.FIG. 8 illustrates an exemplary diagram for describing a TM polarization transmission performance according to an incident angle of a wire grid polarizer in an embodiment of the present disclosure.
도 9는, 본원의 일 구현예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 모식도이다.9 is a schematic diagram of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 10은, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 입사각에 따른 TM 편광 투과 성능을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.FIG. 10 illustrates an exemplary diagram for describing a TM polarization transmission performance according to an incident angle of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 11은, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 입사각에 따른 TM 편광 투과 성능을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.FIG. 11 illustrates an exemplary diagram for describing a TM polarization transmission performance according to an incident angle of a wire grid polarizer in an embodiment of the present disclosure.
도12는, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 입사각에 독립적인 투과 특성을 설명하기 위한 그래프를 나타낸다.FIG. 12 shows a graph for explaining transmission characteristics independent of the incident angle of the wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 13은, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 입사각에 독립적인 투과 특성을 설명하기 위한 그래프를 나타낸다.FIG. 13 shows a graph for explaining transmission characteristics independent of an incident angle of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 14는, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 광학 특성을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.FIG. 14 shows an exemplary view for explaining an optical characteristic of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 15는, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 광학 특성을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.FIG. 15 shows an exemplary view for explaining the optical characteristics of the wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 16은, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 광학 특성을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.FIG. 16 shows an exemplary view for explaining the optical characteristics of the wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 17은, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 광학 특성을 비교 설명하기 위한 그래프를 나타낸 것이다.FIG. 17 shows a graph for comparing and explaining optical characteristics of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 18은, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 광학 특성을 비교 설명하기 위한 그래프를 나타낸 것이다.18 illustrates a graph for comparing and explaining optical characteristics of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 19는, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 광학 특성을 비교 설명하기 위한 그래프를 나타낸 것이다.19 illustrates a graph for comparing and explaining optical characteristics of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 20은, 본원의 일 실시예에 있어서, 와이어 그리드 편광자의 광학 특성을 비교 설명하기 위한 그래프를 나타낸 것이다.FIG. 20 shows a graph for comparing and explaining optical characteristics of a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
도 21은, 본원의 일 구현예에 있어서, 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법을 나타내는 절차 흐름도이다.21 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a wire grid polarizer in one embodiment of the present application.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present disclosure. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted for simplicity of explanation, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be "connected" with another part, this includes not only the "directly connected" but also the "electrically connected" between other elements in between. do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is located “on” another member, this includes not only when one member is in contact with another member but also when another member exists between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated. As used throughout this specification, the terms “about”, “substantially”, and the like, are used at, or in close proximity to, numerical values when manufacturing and material tolerances inherent in the meanings indicated are provided, and an understanding of the present application may occur. Accurate or absolute figures are used to assist in the prevention of unfair use by unscrupulous infringers. As used throughout this specification, the term “step of” or “step of” does not mean “step for”.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination (s) thereof" included in the expression of a makushi form refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of components described in the expression of makushi form, It means to include one or more selected from the group consisting of the above components.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.Throughout this specification, the description of “A and / or B” means “A or B, or A and B”.
본원 명세서 전체에서, "표피 두께(skin depth)"는, 전자기파가 매질의 표면에서 어느 정도까지 파고들어갈 수 있는지를 나타내는 깊이를 나타낸다. 상기 매질에서, 표피 효과(skin effect)에 따라 전류 밀도는 매질의 표면 가까이에서 최대가 되고, 도체 안으로 파고 들어갈수록 감소하는 경향을 나타낸다. 상기 전류는 외부 표면과 표피 두께(skin depth)라고 불리우는 레벨 사이인 도체의 "표면"에서 주로 흐르며, 따라서, 상기 침투 깊이는 더욱 상세하게는 표면에서 전류 밀도 또는 전기장 등의 크기가 1/e (37%)까지 떨어지는 깊이를 의미한다. Throughout this specification, "skin depth" refers to the depth indicating how far electromagnetic waves can penetrate the surface of the medium. In the medium, depending on the skin effect, the current density tends to be close to the surface of the medium and decreases as it penetrates into the conductor. The current flows mainly at the "surface" of the conductor, which is between the outer surface and the level called the skin depth, so that the penetration depth is more specifically 1 / e (such as current density or electric field at the surface). 37%).
본원 명세서 전체에서, "굴절률"은 빛이 매질로부터 다른 매질로 진행할 때 두 매질 속에서 진행하는 파동의 속력 비율을 말한다. 굴절률은 파장에 따라 그 차이를 보이며, 굴절률이 서로 다른 매질의 경계면에서는 빛이 스넬의 법칙에 따라 휘게 되고 입사각에 따라 일부는 반사하게 된다. 상기 굴절률은 다음과 같은 상대 유전율(permittivity)과 상대 투자율(permeability) 곱의 제곱근으로 표현할 수 있으며, 굴절률 값이 증가함에 따라 광학 기기에서 두 물체를 서로 구별할 수 있는 능력인 분해능이 향상되기 때문에 해상도가 증가한다. Throughout this specification, "index of refraction" refers to the rate of velocity of waves traveling in two media as light travels from one media to another. The refractive index varies with wavelength, and at the interface of the media with different refractive indices, the light bends according to Snell's law and some reflects according to the angle of incidence. The index of refraction can be expressed as the square root of the product of relative permittivity and relative permeability, as the resolution increases because the refractive index value increases, the ability of the optical device to distinguish two objects from each other. Increases.
임피던스는 전자기파가 전파 시에 매질의 특성을 나타내는 고유한 양이라 할 수 있으며, 절대 투자율과 절대 유전율의 비의 제곱근으로 표현할 수 있으나, 본원 명세서 전체에서, "임피던스"는 이러한 절대 투자율과 절대 유전율의 비가 아니라 진공의 임피던스가 1인 경우의 매질의 임피던스인, 상대 투자율과 상대 유전율의 비의 제곱근을 의미한다:Impedance is an inherent amount of electromagnetic waves propagating in the medium, and can be expressed as the square root of the ratio of absolute permeability and absolute permittivity, but throughout this specification, "impedance" is defined as the The square root of the ratio of relative permeability and relative permittivity, which is the impedance of the medium when the vacuum's impedance is 1, not the ratio:
(n=굴절률, ε=상대 유전율, μ=상대 투자율) (n = refractive index, ε = relative permittivity, μ = relative permeability)
(n=굴절률, ε=상대 유전율, μ=상대 투자율) (n = refractive index, ε = relative permittivity, μ = relative permeability)
본원 명세서 전체에서, 본원의 일 구현예에 따른 와이어 그리드 편광자의 고유 편광의 방향은 상기 와이어에 대해서 나란한 "편광 방향(TE 편광)"과, 수직인 "편광 방향(TM 편광)"으로 구분 될 수 있다.Throughout this specification, the direction of intrinsic polarization of the wire grid polarizer according to one embodiment of the present application may be divided into "polarization direction (TE polarization)" parallel to the wire and "polarization direction (TM polarization)" perpendicular to the wire. have.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments and embodiments of the present application; However, the present disclosure may not be limited to these embodiments, examples, and drawings.
본원의 제 1 측면은, 제 1 유전체를 포함하며 서로 이격된, 제 1 층과 제 2 층; 및 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 형성된 편광층을 포함하며, 상기 편광층은, 제 2 유전체와, 상기 제 2 유전체 내부에 삽입되며 서로 평행하게 배열된 복수의 와이어를 포함하는 것이고, 상기 제 2 유전체의 유전율은 상기 제 1 유전체의 유전율보다 작은 것인, 와이어 그리드 편광자를 제공한다.A first aspect of the present disclosure includes a first layer and a second layer comprising a first dielectric and spaced apart from each other; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second dielectric and a plurality of wires inserted into the second dielectric and arranged in parallel with each other. Wherein the dielectric constant of the second dielectric is less than the dielectric constant of the first dielectric.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자는 두 가지의 고유 선형 편광 중 한가지인 선형 편광 TM 편광파와, 다른 한 가지인 선형 편광 TE 편광파 중 하나는 반사 시키고, 다른 하나는 투과시키는 편광 기술에 관한 것이다.In one embodiment of the present application, the wire grid polarizer is a polarization technology that reflects one of two inherent linear polarizations, a linear polarization TM polarization wave and the other linear polarization TE polarization wave, and transmits the other It is about.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자는 나노와이어 구조를 이용한 편광 기술에 관한 것으로, 상기 두 가지 고유 선형 편광 중 한 가지 선형 편광에 대해서 개선된 투과 성능을 얻을 수 있고, 입사각에 영향을 적게 받아 다양한 입사각, 특히 광각 입사각에 대해서 좋은 성능의 편광자를 제공할 수 있다. In one embodiment of the present application, the wire grid polarizer relates to a polarization technology using a nanowire structure, it is possible to obtain an improved transmission performance for one linear polarization of the two inherent linear polarization, affecting the incident angle It can be reduced to provide a polarizer with good performance for various angles of incidence, especially for wide angles of incidence.
종래 편광자 기술들은, 상기 와이어와 상기 제 2 유전체 간의 주기 배열이 1:1의 비율을 가지는 경향이 있다. 그에 반하여, 본원의 일 구현예에 따른 상기 와이어 그리드 편광자는 유효 유전율의 증폭 및 유전율과 투자율의 독립 제어 개념과 관련하여 제 2 유전체 간의 배열 주기를 조절함으로써, 낮은 굴절률의 제 2 유전체를 이용하여 임피던스 정합 방법을 사용하는 개선된 편광자 기술을 제공하는 것일 수 있다.Conventional polarizer techniques tend to have a 1: 1 ratio of the periodic arrangement between the wire and the second dielectric. In contrast, the wire grid polarizer according to an embodiment of the present application uses the low refractive index second dielectric by adjusting the period of arrangement between the second dielectrics in relation to the amplification of the effective dielectric constant and the independent control concept of permittivity and permeability. It may be to provide an improved polarizer technique using a matching method.
또한, 종래 편광자 기술들은 무반사 코팅(antireflection coating)을 통하여 특정 편광(TM wave)의 전자기파 투과 성능을 향상시키는 반면, 본원의 일 구현예에 따른 와이어 그리드 편광자는, 임피던스 정합 조건을 이용함으로써 무반사 코팅 층 없이 투과 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, while conventional polarizer technologies improve the electromagnetic wave transmission performance of a specific polarization (TM wave) through an antireflection coating, the wire grid polarizer according to an embodiment of the present application, an antireflection coating layer by using an impedance matching condition Permeation performance can be improved without.
도 1은, 종래 기술에 있어서, 가시광 영역을 포함하는 넓은 파장 영역에서 좋은 편광 성능을 보이는 와이어 격자 편광자의 구조도이다.1 is a structural diagram of a wire lattice polarizer showing good polarization performance in a wide wavelength region including a visible light region in the prior art.
주기가 p이고, 포토레시스트의 높이는 h, 포토레시스트의 폭은 a, 금속의 두께는 t이며, d=h-t이고, 포토레시스트의 듀티 사이클 f=a/p이다. The period is p, the height of the photoresist is h, the width of the photoresist is a, the thickness of the metal is t, d = h-t, and the duty cycle f = a / p of the photoresist.
도 2는, 상기 도 1의 편광자를 이용하여 TM 편광과 TE 편광의 투과율과 감쇠 비율을 나타내는 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing transmittance and attenuation ratio of TM polarized light and TE polarized light using the polarizer of FIG. 1.
이층으로 이루어진 도 1의 편광자를 이용하여 p=100 nm, h=94 nm, t=60 nm 및 f=0.36을 사용하였다. 감쇠 비율을 기준으로 600 nm 이상 900 nm 이하의 파장 영역에서 개선된 편광 성능을 보여준다.P = 100 nm, h = 94 nm, t = 60 nm and f = 0.36 were used using the polarizer of FIG. Based on the attenuation ratio, it shows improved polarization performance in the wavelength range from 600 nm to 900 nm.
종래 기술로서, 가시광 영역뿐만 아니라 더 긴 파장에서 작동하며, 큰 입사각에서 사용 가능한 와이어 그리드 편광자가 고안되었다. 그러나, 상기 종래 기술 상의 와이어 그리드 편광자는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 편광자의 성능을 향상시키기 위하여 와이어 그리드의 배열 형태나 크기를 조정하는 것에 집중한다. 그러나, 편광자의 투과 성능을 향상시키기 위하여 격자의 구조와 더불어 기판 소재의 유전 특성, 와이어 그리드와 함께 편광자를 구성하는 유전체의 유전 특성에 대한 연구는 부족한 실정이다.As a prior art, wire grid polarizers have been devised that operate at longer wavelengths as well as in the visible region, and are usable at large angles of incidence. However, the wire grid polarizer in the prior art focuses on adjusting the arrangement and size of the wire grid in order to improve the performance of the polarizer, as shown in FIG. 1. However, in order to improve the transmission performance of the polarizer, studies on the dielectric properties of the substrate material and the dielectric material constituting the polarizer together with the wire grid have been insufficient.
이에, 본원의 제 1 측면에서는 와이어 그리드 편광자의 유전체의 유전 특성과 와이어 격자의 배열 형태를 동시에 고려하였다. 전자기파가 입사 구조체에 입사되는 경우, 입사 구조체의 유효 임피던스에 따라서 전자기파의 투과 및 반사가 영향을 받으므로, 입사 구조체의 구조 배열 및 구성 소재의 선택에 따라 유효 임피던스의 제어가 가능하고, 입사되는 전자기파의 투과 및 반사의 특성을 제어할 수 있다.Thus, in the first aspect of the present application, the dielectric properties of the dielectric of the wire grid polarizer and the arrangement of the wire gratings are simultaneously considered. When the electromagnetic wave is incident on the incident structure, the transmission and reflection of the electromagnetic wave is affected by the effective impedance of the incident structure, so that the effective impedance can be controlled according to the structural arrangement of the incident structure and the selection of the constituent material. It is possible to control the characteristics of the transmission and reflection.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자는 넓은 파장 범위의 빛을 편광하며, 고투과성을 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the wire grid polarizer polarizes light of a wide wavelength range, and may exhibit high transparency, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자의 원리는 소재의 유효 유전율을 증폭하고, 유전율과 투자율을 독립적으로 제어하는 것이다.In one embodiment of the present application, the principle of the wire grid polarizer is to amplify the effective dielectric constant of the material, and to control the dielectric constant and permeability independently.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자는, 와이어 및 제 2 유전체를 포함하는 편광층과, 상기 편광층을 감싸고 있는, 제 1 유전체를 포함하는 제 1 층 및 제 2 층의 구조를 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment of the present application, the wire grid polarizer forms a structure of a polarizing layer comprising a wire and a second dielectric, and a first layer and a second layer including a first dielectric surrounding the polarizing layer. It may be, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자의 편광층에서, 각각의 와이어 및 제 2 유전체를 포함하는 와이어 구조체(도 5의 유닛 셀)는, 상기 와이어와 상기 제 2 유전체간의 배열 주기 및 크기를 조절함으로써, 유효 임피던스를 제어하고 이를 통해 상기 제 1 층 및 제 2 층과의 임피던스 정합 조건을 만족시켜 결과적으로는 투과율을 향상시키는 것일 수 있다. 상기 투과율은 전자기파의 두 가지 고유 편광인 TM 편광과 TE 편광 중 하나의 편광에 대한 설명이며, 다른 하나의 편광에 대해서는 차단한다.In one embodiment of the present application, in the polarization layer of the wire grid polarizer, a wire structure (unit cell of FIG. 5) including each wire and the second dielectric is arranged and sized between the wire and the second dielectric. By controlling the, it is possible to control the effective impedance, thereby satisfying the impedance matching conditions with the first layer and the second layer, and consequently to improve the transmittance. The transmittance is a description of one polarization of TM polarization and TE polarization, which are two intrinsic polarizations of electromagnetic waves, and blocks the other polarization.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 층 및 제 2 층의 제 1 유전체는 서로 동일한 임피던스를 가지는 것일 수 있으며, 상기 편광층의 제 2 유전체의 임피던스보다는 더 작은 값을 가지는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the first dielectric of the first layer and the second layer may have the same impedance to each other, and may have a smaller value than the impedance of the second dielectric of the polarizing layer.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 층 및 제 2 층의 유효 임피던스와, 상기 편광층의 유효 임피던스가 동일하여 임피던스 정합 조건이 만족되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the effective impedance of the first layer and the second layer and the effective impedance of the polarizing layer may be the same to satisfy the impedance matching conditions.
도 4는, 본원의 일 구현예에 따른 와이어 그리드 편광자의 모식도를 나타내며, 상기 와이어 그리드 편광자에서 유효 임피던스가 η1 (제 1 유전체의 유효 임피던스)인 제 1 층 (매질) 내에서 진행하는 전자기파가, 유효 임피던스가 η2 (제 2 유전체의 유효 임피던스)인 편광층 (매질)로 입사될 때, 경계면에서의 반사계수(r)는 다음 수학식 1을 따른다:4 shows a schematic diagram of a wire grid polarizer according to an embodiment of the present application, wherein electromagnetic waves traveling in a first layer (medium) having an effective impedance of η 1 (effective impedance of a first dielectric) in the wire grid polarizer When the incident light enters the polarizing layer (medium) whose effective impedance is η 2 (the effective impedance of the second dielectric), the reflection coefficient r at the interface follows the following equation:
[수학식 1][Equation 1]
유효 임피던스 η2를 제어하면 반사계수 r을 제어할 수 있고, 이를 상기 와이어 그리드 편광자에 적용할 경우, 투과성능을 개선할 수 있다. 예를 들어, 파장보다 작은 크기(부파장 스케일, subwavelength scale)의 주기적 배열, 그리고 제 1 유전체와 2 유전체의 유전율 사이의 상대적 크기 등의 관계를 고려함으로써, 임피던스 정합 조건을 만족하여 투과 성능이 개선된 와이어 그리드 편광자를 제조할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 주기는 부파장 스케일을 가지며, 상기 와이어의 두께 (예를 들어, 상기 와이어의 단면의 크기) 및/또는 너비, 상기 유닛 셀의 크기 는 상기 와이어를 형성하는 물질 또는 소재의 표피 두께 (skin depth) 이하 수준으로 결정될 수 있다.By controlling the effective impedance η 2 , the reflection coefficient r can be controlled, and when applied to the wire grid polarizer, the transmission performance can be improved. For example, by considering the relationship between the periodic arrangement of a size smaller than the wavelength (subwavelength scale) and the relative magnitude between the dielectric constants of the first and second dielectrics, the transmission performance is improved by satisfying the impedance matching conditions. Wire grid polarizer can be produced. In this regard, the period has a subwavelength scale, the thickness of the wire (eg, the size of the cross section of the wire) and / or the width, the size of the unit cell being the skin of the material or material forming the wire. It can be determined at a level below the skin depth.
예를 들어, 파장 길이가 약 400 nm 내지 약 700 nm 인 가시광 영역에서의 상기 주기는 부파장 스케일에서 약 10 nm 내지 약 100 nm 수준 일 수 있으며, 이 경우, 상기 와이어의 두께 및/또는 너비는 상기 와이어 형성을 위하여 선택되는 물질 또는 소재의 표피 두께 (skin depth) 이하 수준으로 결정될 수 있다. 이때 상기 표피 두께는 상기 와이어 형성을 위하여 선택되는 물질 또는 소재에 의해 결정 되며, 예를 들어, 가시광 영역에서 금 (약 30 nm 내지 약 35 nm), 알루미늄(약 12 nm 내지 약 15 nm), 또는 은(약 25 nm 내지 약 35 nm) 등의 소재의 경우, 상기 표피 두께는 약 10 nm 내지 약 35 nm 수준일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the period in the visible light region having a wavelength length of about 400 nm to about 700 nm may be on the order of about 10 nm to about 100 nm on the subwavelength scale, in which case the thickness and / or width of the wire It may be determined to a level below the skin depth of the material or material selected for the wire formation. The skin thickness is then determined by the material or material selected for the wire formation, for example gold in the visible region (about 30 nm to about 35 nm), aluminum (about 12 nm to about 15 nm), or In the case of a material such as silver (about 25 nm to about 35 nm), the skin thickness may be about 10 nm to about 35 nm, but is not limited thereto.
도 3 내지 도 6에 따른 와이어 그리드 편광자의 모식도를 통해, 본원의 일 구현예에 따른 고투과성 나노와이어 그리드 편광자에 대해 설명할 수 있다.Through the schematic diagram of the wire grid polarizer according to Figures 3 to 6, it can be described for the highly transparent nanowire grid polarizer according to an embodiment of the present application.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자의 고유 편광의 방향은 상기 와이어에 대해서 나란한 편광 방향(TE 편광)과, 수직인 편광 방향(TM편광)으로 구분 될 수 있고, 각 편광에 대해서 서로 다른 고유 임피던스를 가지는 것인, 비등방 특성을 보이는 편광자일 수 있다.In one embodiment of the present application, the direction of intrinsic polarization of the wire grid polarizer may be divided into a polarization direction (TE polarization) parallel to the wire, and a vertical polarization direction (TM polarization), and for each polarization It may be a polarizer exhibiting anisotropic properties, having a different intrinsic impedance.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고투과성 나노와이어 그리드 편광자의 유효 임피던스를 제어하는 방법은, 상기 와이어 구조의 기하학적 특성을 정밀하게 조정함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 상기 TM 편광 및 TE 편광 두 가지의 선형 편광 중, 파장보다 작은 와이어에 대해 수직인, 편광 전자기파가 입사 될 때, 유효 임피던스는 상기 편광 방향에 대해 나란한 방향의 와이어의 크기, 주기, 또는 와이어 사이의 간격에 따라서 제어되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the method for controlling the effective impedance of the highly transparent nanowire grid polarizer may be achieved by precisely adjusting the geometric characteristics of the wire structure. For example, when a polarized electromagnetic wave is incident of a linear polarization of two TM polarizations and a TE polarization, which is perpendicular to a wire smaller than a wavelength, the effective impedance is determined by the size, period, Or it may be controlled according to the spacing between the wires.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자를 구성하는 소재의 전자기 특성, 및 상기 와이어와 와이어 사이의 상기 제 2 유전체의 소재 특성에 따라서, 상기 와이어 그리드 편광자의 유효 임피던스를 제어할 수 있다. In one embodiment of the present application, the effective impedance of the wire grid polarizer can be controlled according to the electromagnetic properties of the material constituting the wire grid polarizer, and the material properties of the second dielectric between the wire and the wire.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유효 임피던스를 제어하기 위한 상기 와이어의 두께는 표피 두께(skin depth) 이하 수준 이고, 상기 와이어를 감싸는 상기 제 2 유전체는 낮은 굴절률을 가지는 것일 수 있다. In one embodiment of the present application, the thickness of the wire for controlling the effective impedance is less than the skin depth (skin depth) level, the second dielectric surrounding the wire may have a low refractive index.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어의 두께는 유효 유전율과 함께 투자율에 영향을 미치므로, 상기 와이어의 표피 두께보다 얇은 와이어를 이용하여, 상기 와이어 그리드 편광자의 유효 유전율을 정밀하게 제어함으로써, 상기 와이어 그리드 편광자의 임피던스 정합 조건을 찾을 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, since the thickness of the wire affects the permeability with the effective dielectric constant, by using a wire thinner than the skin thickness of the wire, by precisely controlling the effective dielectric constant of the wire grid polarizer, The impedance matching condition of the wire grid polarizer may be found, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자의 크기와 주기를 조정함으로써, 상기 제 1 유전체와 상기 제 2 유전체의 조합에 따른 유효 임피던스 정합 조건을 찾을 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, by adjusting the size and period of the wire grid polarizer, it is possible to find an effective impedance matching condition according to the combination of the first dielectric and the second dielectric, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자의 제 1 층 및 제 2 층의 각각의 소재에 따라 상기 와이어 그리드 편광자의 임피던스 정합 조건을 만족하는 와이어 구조의 기하학적 파라미터를 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 와이어 구조와 상기 기판 사이의 임피던스 정합 조건에 따라, 경계면에서의 반사율를 줄이고 투과율을 향상시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, the geometric parameters of the wire structure satisfying the impedance matching conditions of the wire grid polarizer may be selected according to the respective materials of the first layer and the second layer of the wire grid polarizer. For example, depending on the impedance matching condition between the wire structure and the substrate, the reflectance at the interface may be reduced and the transmittance may be improved, but the present invention may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어는 나노와이어를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the wire may include a nanowire, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 또는 나노와이어는 복소 유전율의 절대값이 큰 물질이라면 제한없이 사용할 수 있으며, 비제한적 예로서, 복소 유전율의 절대값이 10 이상인 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 와이어 또는 나노와이어는 금속, 합금, 금속의 산화물 등의 금속 화합물, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 구체적인 비제한적 예로서, 상기 와이어 또는 나노와이어는 가시광선 영역에서 비교적 광흡수가 적은 금속 또는 합금을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 금, 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 백금, 크롬, 팔라듐, 철, 황동, 아연, 청동, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the wire or nanowires can be used without limitation as long as the absolute value of the complex dielectric constant is large, and as a non-limiting example, may include a material having an absolute value of the complex dielectric constant of 10 or more. For example, the wire or nanowire may include, but is not limited to, one selected from the group consisting of metal compounds such as metals, alloys, oxides of metals, and combinations thereof. As a specific non-limiting example, the wire or nanowire may comprise a metal or alloy having a relatively low light absorption in the visible light region, for example, gold, silver, aluminum, copper, nickel, platinum, chromium, palladium, Iron, brass, zinc, bronze, and combinations thereof may include, but may not be limited to.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자를 이용하여, 입사 각도에 따른 유효 임피던스 정합 조건을 찾을 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, an effective impedance matching condition according to an incident angle may be found using the wire grid polarizer, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자는 TM 편광 및 TE 편광 두 개의 고유 선형 편광에 대해서 독립적인 유효 임피던스를 가지며, 상기 두 개의 고유 선형 편광에 대하여 입사각에 독립적이고 일정한 유효 임피던스를 가지는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the wire grid polarizer has an effective impedance independent of two inherent linear polarization TM polarization and TE polarization, and has a constant effective impedance independent of the incident angle for the two intrinsic linear polarization Can be.
본원의 일 구현예에 있어서, 나노와이어 구조의 3차원적인 주기적 배열을 통해, 유효 임피던스 제어와 함께 임피던스 정합 조건을 만족시킴으로써 입사각에 자유로운 와이어 그리드 편광자를 제공할 수 있다.In one embodiment of the present application, through the three-dimensional periodic arrangement of the nanowire structure, it is possible to provide a free wire grid polarizer at the incident angle by satisfying the impedance matching conditions with the effective impedance control.
도 3 내지 도 6의 와이어 그리드 편광자의 모식도에 나타낸 바와 같이, 본원의 일 구현예에 있어서, 각각의 와이어 그리드 편광자에서 나노와이어가 주기적으로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다. 상기 와이어 및 상기 와이어를 둘러싼 제 2 유전체는 하나의 격자 구조, 즉 유닛 셀(unit cell)로서 생각될 수 있으며, 상기 격자 구조는 C3 대칭 또는 C4 대칭을 이루며 3차원 배열되어 상기 나노와이어와 수직한 방향으로 등방성을 가지므로, 광각 임피던스 정합 조건을 만족시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 C3 대칭 배열은 헥사고날 배열 또는 삼각 배열을 포함하며, 상기 C4 대칭은 정사각 배열, 직사각 배열 등을 포함할 수 있다. As shown in the schematic diagram of the wire grid polarizer of FIGS. 3 to 6, in one embodiment of the present application, it may be confirmed that nanowires are periodically arranged in each wire grid polarizer. The wire and the second dielectric surrounding the wire may be thought of as a lattice structure, that is, a unit cell, the lattice structure being C3 symmetric or C4 symmetrical and three-dimensionally arranged perpendicular to the nanowires. Since it is isotropic in the direction, the wide-angle impedance matching condition can be satisfied. For example, the C3 symmetry arrangement may include a hexagonal arrangement or a triangular arrangement, and the C4 symmetry may include a square arrangement, a rectangular arrangement, and the like.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자의 상기 격자 구조 내의 나노와이어의 단면 역시, 동시에 C3 대칭이나 C4 대칭을 이루는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the cross section of the nanowires in the lattice structure of the wire grid polarizer may also be C3 symmetry or C4 symmetry at the same time, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어의 단면적이 단일 격자의 전체 단면적에 비해서 상대적으로 작은 경우, 단면적의 형상이 C3 대칭이나 C4 대칭을 이루지 않더라도 임피던스 정합 조건이 만족되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, when the cross-sectional area of the wire is relatively small compared to the overall cross-sectional area of a single grating, the impedance matching condition may be satisfied even if the shape of the cross-sectional area is not C3 symmetry or C4 symmetry, but is not limited thereto. You may not.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단일 격자의 3차원 배열이 무작위 배열을 하더라도, 임피던스 정합 조건에 준하는 성능을 달성할 수 있는 것일 수 있다. 부파장 크기에서 상기 와이어를 설계된 대로 구현하는 것으로 상당히 난해한 작업이나, 무작위 배열로 만드는 것은 상대적으로 용이하다.In one embodiment of the present application, even if the three-dimensional array of the single grating is a random arrangement, it may be able to achieve the performance corresponding to the impedance matching conditions. Implementing the wire as designed at subwavelength size is a fairly difficult task, but making it a random arrangement is relatively easy.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 주기적으로 배열된 와이어는, 도 5에 나타낸 바와 같이, εd 의 유전율을 가지는 제 2 유전체로 둘러싸여 있는 것일 수 있고, 상기 εd 는 제 1 층 및 제 2 층을 형성하는 제 1 유전체의 유전율보다 작은 값을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the periodically arranged wire may be surrounded by a second dielectric having a dielectric constant of ε d , as shown in FIG. 5, wherein ε d is a first layer and a second layer. It may have a value smaller than the dielectric constant of the first dielectric to form a, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 유전체는 단일 물질로 구성된 유전체뿐만 아니라, 유효 유전율이 낮은 다공성 유전체 물질 등의 합성 물질로도 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 유전체는 다공성 유전체 물질, SiO2, MgF2, NaF, Si, Teflon, PMSSQ, PS-PEG, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 층 및 제 2 층을 형성하는 제 1유전체는 상기 제 2 유전체의 유전율보다 큰 물질을 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 이러한 상기 제 2 유전체의 비제한적 예로서, GaP, Si3N4, AlN, TiO2, HfO2 , 가 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the second dielectric may be formed of a synthetic material such as a porous dielectric material having a low effective permittivity, as well as a dielectric consisting of a single material, but may not be limited thereto. For example, the second dielectric may include a material selected from the group consisting of a porous dielectric material, SiO 2 , MgF 2 , NaF, Si, Teflon, PMSSQ, PS-PEG, and combinations thereof, This may not be limited. Accordingly, the first dielectric forming the first layer and the second layer may use a material having a dielectric constant greater than that of the second dielectric without particular limitation. Non-limiting examples of the second dielectric, GaP, Si 3 N 4 , AlN, TiO 2 , HfO 2 , but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 파장보다 작은 단면적을 갖는 와이어 구조의 유효 임피던스는, 상기 와이어의 크기, 배열 주기, 또는 상기 와이어 간의 간격에 따라 제어되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the effective impedance of the wire structure having a cross-sectional area smaller than the wavelength may be controlled according to the size of the wire, the arrangement period, or the spacing between the wires.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자는, 상기 TM편광에 대한 임피던스 정합 조건을 달성함으로써 TM 편광에 대한 투과 성능을 개선할 수 있으며, 상기 TE 편광에 대한 임피던스 부정합을 유도하여 차단율을 확보할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the wire grid polarizer may improve the transmission performance for the TM polarized light by achieving the impedance matching condition for the TM polarized light, and induces impedance mismatch for the TE polarized light to secure a blocking rate It may be, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자의 유효 임피던스는, 상기 와이어를 이루는 물질의 유전율 εm, 상기 제 2 유전체의 유전율 εd, 상기 배열 주기 p, 상기 와이어의 단면적 A에 의해서 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the effective impedance of the wire grid polarizer is controlled by the dielectric constant ε m of the material constituting the wire, the dielectric constant ε d of the second dielectric, the arrangement period p, the cross-sectional area A of the wire It may be, but may not be limited thereto.
상기 와이어의 유전 특성 및 상대적인 단면적의 크기에 따라 유효 유전율뿐만 아니라 투자율이 변화하므로, 종래 유효 투자율이 변하는 와이어 그리드 구조는 임피던스 정합 조건을 충족시킬 수 없는 문제가 있다.Since the effective permittivity as well as the permeability change according to the dielectric properties of the wire and the size of the relative cross-sectional area, there is a problem that the conventional wire grid structure in which the effective permeability changes does not satisfy the impedance matching condition.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어의 두께는 상기 와이어를 형성하는 물질의 표피 두께 수준 (skin depth level) 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the thickness of the wire may be less than the skin depth level (skin depth level) of the material forming the wire, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자는 상기 와이어의 단면적이 상기 와이어 소재의 표피 두께(skin depth) 이하의 크기이므로, 유효 유전율만을 독립적으로 제어할 수 있고, 그에 따라서 임피던스 정합 조건을 충족시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the wire grid polarizer because the cross-sectional area of the wire is less than the skin depth (skin depth) of the wire material, it is possible to control only the effective dielectric constant independently, thereby meeting the impedance matching conditions But may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 및 상기 제 2 유전체를 포함하는 유닛 셀의 유효 임피던스는 상기 제 2 유전체의 임피던스에 영향을 받으므로, 임피던스 정합 조건을 충족시키기 위해, 상기 와이어를 감싸는 상기 제 2 유전체의 유전율이 상기 제 1 유전체의 유전율보다 낮아야 한다. In one embodiment of the present application, since the effective impedance of the unit cell including the wire and the second dielectric is affected by the impedance of the second dielectric, the first wrapping the wire to satisfy the impedance matching conditions; The dielectric constant of the second dielectric should be lower than that of the first dielectric.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 구조의 크기 및 주기를 제어하여, 상기 특정 유전체에 따른 유효 임피던스를 달성하고, 상기 기판의 특성을 고려함으로써, 상기 와이어 그리드 구조와 상기 기판 사이의 임피던스 정합 조건을 충족시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, by controlling the size and period of the wire grid structure, to achieve an effective impedance according to the specific dielectric, and considering the characteristics of the substrate, by matching the impedance between the wire grid structure and the substrate Conditions may be met but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어의 종횡비는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 와이어의 종횡비는 1 이상 또는 1 이하 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In one embodiment of the present application, the aspect ratio of the wire is not particularly limited. For example, the aspect ratio of the wire may be one or more or less than one, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어는 나노와이어일 수 있으며, 예를 들어, 상기 와이어의 종횡비는 약 0.1 내지 약 1,000, 약 0.1 내지 약 500, 약 0.1 내지 약 100, 약 0.1 내지 약 50, 약 1 내지 약 1,000, 약 1 내지 약 500, 약 1 내지 약 100, 또는 약 1 내지 약 50, 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment of the invention, the wire may be a nanowire, for example, the aspect ratio of the wire is about 0.1 to about 1,000, about 0.1 to about 500, about 0.1 to about 100, about 0.1 to about 50, About 1 to about 1,000, about 1 to about 500, about 1 to about 100, or about 1 to about 50, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 유효 임피던스와 상기 편광층의 유효 임피던스가 동일하여 임피던스 정합 조건이 만족되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, since the effective impedance of the first layer and the second layer and the effective impedance of the polarizing layer may be the same, an impedance matching condition may be satisfied, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어를 포함하는 편광층과, 상기 제 1 층 및 제 2 층 사이의 임피던스 정합에 따라 경계면에서의 TM 편광 반사율을 낮추고, 투과율을 높일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the polarization layer including the wire and the TM polarization reflectance at the interface can be lowered according to the impedance matching between the first layer and the second layer, and the transmittance may be increased, but is not limited thereto. Can be.
본원의 일 구현예에 있어서, 와이어를 포함하는 편광층과, 상기 제 1 층 및 제 2 층 사이의 임피던스 정합에 따라, TM 편광 반사율을 낮추고, 투과율을 높이는 동시에, TE 편광의 투과를 차단하므로, 상기 와이어 그리드 구조가 편광자 기능을 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, according to the impedance matching between the polarizing layer comprising a wire and the first layer and the second layer, it lowers the TM polarized light reflectance, increases the transmittance, and blocks the transmission of TE polarized light, The wire grid structure may represent a polarizer function, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 TM 편광파 및 TE 편광파에 대한 유효 임피던스는, 유효 투자율과 유효 유전율을 이용하여 산출할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 유효 물질 내부를 진행하는 전자기파의 전기장 성분의 크기는 준정적 가정에 의하여 평균적으로 균일한 값을 가진다고 할 수 있고, 준정적 가정에 따른 유효 유전율을 계산할 수 있다. In one embodiment of the present application, the effective impedance for the TM polarized wave and the TE polarized wave may be calculated using an effective permeability and an effective dielectric constant, but may not be limited thereto. The magnitude of the electric field component of the electromagnetic wave propagating inside the effective material can be said to have a uniform value on average based on the quasi-static assumption, and the effective dielectric constant according to the quasi-static assumption can be calculated.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어의 두께는 상기 와이어를 형성하는 물질의 표피 두께(skin depth) 수준 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the thickness of the wire may be below the skin depth level of the material forming the wire, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어의 두께는 상기 와이어를 형성하는 물질의 표피 두께(skin depth) 수준 이하일 수 있으며, 상기 와이어는 나노와이어를 포함할 수 있다. 즉, 상기 와이어는 표피 두께 이하의 두께를 가짐에 따라, 유효 투자율을 1로 볼 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, the thickness of the wire may be equal to or less than the skin depth level of the material forming the wire, the wire may comprise a nanowire. That is, as the wire has a thickness less than the skin thickness, the effective permeability may be viewed as 1, but may not be limited thereto.
도 4를 참고하여, 상기 평균적으로 균일한 값을 가지는 전기장 크기를 이용하여, 유효 물질의 편광 방향에 따른 유전율은 다음 수학식 2 내지 수학식 3을 따른다:Referring to FIG. 4, using the electric field size having an average value uniformly, the dielectric constant according to the polarization direction of the active material follows Equations 2 to 3:
[수학식 2][Equation 2]
[수학식 3][Equation 3]
상기 수학식에서, εeff,TM 은 TM 편광파에 대한 유효 유전율이고, εeff,TE 는 TE 편광파에 대한 유효 유전율이다. 상기 fTM 과 fTE 는 주기 배열을 이루는 단일 격자(유닛 셀)에 대한 와이어의 유효 부피 비율이다. 유효 부피 비율은 기하학적 부피비와 다른 값이며, 상기 와이어의 단면적의 모양, 크기, 배열 주기, 또는 배열 모양에 따라서 유효 부피 비율이 결정되는 것일 수 있다.In the above equation, ε eff, TM Is the effective dielectric constant for the TM polarized wave, and ε eff, TE is the effective dielectric constant for the TE polarized wave. The f TM and f TE are the effective volume ratios of the wires for a single lattice (unit cell) forming a periodic arrangement. The effective volume ratio is a value different from the geometric volume ratio, and the effective volume ratio may be determined according to the shape, size, arrangement period, or arrangement shape of the cross-sectional area of the wire.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 단면적의 모양은 등방성 또는 비등방성일 수 있으며, 예를 들어, 구형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 또는 팔각형 등 다양한 다각형일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the shape of the wire cross-sectional area may be isotropic or anisotropic, for example, may be a variety of polygons, such as spherical, oval, triangular, square, pentagonal, hexagonal, or octagonal, but is not limited thereto. Can be.
상기 수학식 2 및 수학식 3에서, 상기 와이어는 주기 배열을 이루기 때문에 입사각에 대해서 독립적일 수 있다. In Equations 2 and 3, the wires may be independent of the incident angle because they form a periodic arrangement.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어는 표피 두께(skin depth)보다 작은 길이의 단면적을 가지는 것일 수 있으며, 이에 따라 유효 투자율을 1로 볼 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 유효 투자율(=1)과 상기 수학식 2 및 수학식 3에 의한 유효 유전율을 이용하면, 유효 임피던스를 산출할 수 있다. 산출된 유효 임피던스를 이용하여, 상기 제 1 층 및 제 2 층의 임피던스 정합 조건을 충족시킬 수 있다.In one embodiment of the present application, the wire may have a cross-sectional area of a length smaller than the skin depth (skin depth), and thus the effective permeability can be viewed as 1, but may not be limited thereto. The effective impedance can be calculated using the effective permeability (= 1) and the effective permittivity according to Equations 2 and 3 above. The calculated effective impedance may be used to satisfy impedance matching conditions of the first and second layers.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 편광층의 두께는 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층 중 빛이 입사되는 층의 두께보다 두꺼운 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, the thickness of the polarizing layer may be thicker than the thickness of the light incident layer of the first layer and the second layer, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자는 투명 기판, 또는 투과성 기판에 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, the wire grid polarizer may be formed on a transparent substrate or a transparent substrate, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자의 기판은, 내열성이 요구되는 용도일 경우 투명성이 높은 고내열성 무기 재료일 수 있으며, 예를 들어, 유리를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the substrate of the wire grid polarizer may be a high heat-resistant inorganic material having high transparency when the heat resistance is required, for example, may include glass, but is not limited thereto. Can be.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자의 기판은, 내열성이 그다지 요구되지 않는 용도일 경우 투명 및/또는 유연성 플라스틱일 수 있으며, 예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 디에틸렌글리콜비스카보네이트(CR-39), 스티렌/아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 스티렌/메타크릴산 공중합체(MS), 지환식 아크릴 수지, 지환식 폴리올레핀 수지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the substrate of the wire grid polarizer may be transparent and / or flexible plastics for applications where heat resistance is not so required, for example, polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), diethylene glycol biscarbonate (CR-39), styrene / acrylonitrile copolymer (SAN), styrene / methacrylic acid It may include, but is not limited to, one selected from the group consisting of a copolymer (MS), an alicyclic acrylic resin, an alicyclic polyolefin resin, and combinations thereof.
본원의 제 2 측면은, 제 1' 유전체를 포함하는 제 1 층; 제 3' 유전체를 포함하는 제 2 층; 및 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 형성된 편광층을 포함하며, 상기 편광층은, 제 2' 유전체와, 상기 제 2' 유전체 내부에 삽입되며 서로 평행하게 배열된 복수의 와이어를 포함하는 것이고, 와이어 그리드 편광자를 제공한다 (도 4b참고).A second aspect of the present disclosure includes a first layer comprising a first 'dielectric; A second layer comprising a third 'dielectric; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second 'dielectric and a plurality of wires inserted into the second' dielectric and arranged in parallel with each other. And a wire grid polarizer (see FIG. 4B).
본원의 제 2측면에 따른 와이어 그리드 편광자에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the wire grid polarizer according to the second aspect of the present application, detailed descriptions of portions overlapping with the first side of the present application have been omitted, but the contents described in the first side of the present application are described in the second aspect of the present application even if the description is omitted. The same applies to.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 편광자는, 상기 편광층의 제 2 유전체의 유효 임피던스가 상기 제 1 층 및 제 2 층의 임피던스보다 크거나 작은 것과는 상관 없이, 전자기파 상쇄 및 보강 간섭의 원리에 따라 편광 투과가 향상되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present application, the polarizer according to the principle of electromagnetic wave cancellation and constructive interference, regardless of whether the effective impedance of the second dielectric of the polarizing layer is greater or less than the impedance of the first layer and the second layer. Polarization transmission may be improved, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 임피던스는 서로 동일하고, 상기 편광층의 임피던스가 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 임피던스보다 크거나 작으며, 상기 편광층의 두께는 입사되는 빛의 파장의 1/2의 정수배일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 층의 임피던스 (η1) 및 제 2 층의 임피던스(η3) 가 동일하며, 상기 편광층의 임피던스(η2,eff)가 상기 제 1 층 및 제 2 층의 임피던스보다 작은 경우 (η1> η2,eff), 상기 전자기파의 상쇄 및 보강 간섭의 원리에 따라서 상기 편광층의 두께가 파장의 1/2의 정수배일 수 있으며, 이에 따라 상기 편광 투과가 향상되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the impedance of the first layer and the second layer is equal to each other, the impedance of the polarizing layer is greater or less than the impedance of the first layer and the second layer, the polarizing layer The thickness of may be an integer multiple of 1/2 of the wavelength of the incident light, but may not be limited thereto. For example, the impedance η 1 of the first layer and the impedance η 3 of the second layer are the same, and the impedance η 2, eff of the polarizing layer is the impedance of the first layer and the second layer. When smaller (η 1 > η 2, eff ), the thickness of the polarizing layer may be an integer multiple of 1/2 of the wavelength according to the principle of cancellation and constructive interference of the electromagnetic waves, thereby improving the polarization transmission. It may be, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 층의 임피던스(η1) 및 제 2 층의 임피던스(η3)가 동일하며, 상기 편광층의 임피던스(η2,eff)가 상기 제 1 층 및 제 2 층의 임피던스보다 큰 경우(η1< η2,eff), 상기 전자기파의 상쇄 및 보강 간섭의 원리에 따라서 상기 편광층의 두께가 파장의 1/2의 정수배일 수 있으며, 이에 따라 상기 편광 투과가 향상되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the impedance η 1 of the first layer and the impedance η 3 of the second layer are the same, and the impedance η 2, eff of the polarizing layer is the first layer and the first layer. When greater than the impedance of two layers (η 1 <η 2, eff ), the thickness of the polarizing layer may be an integer multiple of 1/2 of the wavelength according to the principle of cancellation and constructive interference of the electromagnetic waves, thereby transmitting the polarized light. May be to be improved, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 층의 임피던스(η1) 및 제 2 층의 임피던스(η3)가 서로 상이하고, 상기 편광층의 임피던스(η2,eff)가 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 중 어느 한층의 임피던스보다 크고 다른 층의 임피던스보다 작으며, 상기 편광층의 두께는 상기 입사되는 빛의 파장의 1/4의 홀수배 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the impedance η 1 of the first layer and the impedance η 3 of the second layer are different from each other, and the impedance η 2, eff of the polarizing layer is different from the first layer. It is larger than the impedance of any one of the second layer and smaller than the impedance of the other layer, the thickness of the polarizing layer may be an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the incident light, but may not be limited thereto.
예를 들어, 상기 제 1 층의 임피던스 (η1) 및 제 2 층의 임피던스 (η3)가 서로 상이하고, 상기 편광층의 임피던스(η2,eff)가 상기 제 1 층의 임피던스(η1) 보다 크고, 상기 제 2 층의 임피던스(η3)보다는 작은 경우 (η1 > η2,eff > η3), 상기 전자기파의 상쇄 및 보강 간섭의 원리에 따라서 상기 편광층의 두께가 파장의 1/4의 홀수배일 수 있으며, 이에 따라 상기 편광 투과가 향상되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.For example, the impedance η 1 of the first layer and the impedance η 3 of the second layer are different from each other, and the impedance η 2, eff of the polarizing layer is the impedance η 1 of the first layer. Greater than) and less than the impedance η 3 of the second layer (η 1 > η 2, eff > η 3 ), the thickness of the polarizing layer according to the principles of cancellation and constructive interference of the electromagnetic waves is 1 It may be an odd multiple of / 4, and thus the polarization transmission may be improved, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 층의 임피던스 (η1) 및 제 2 층의 임피던스 (η3)가 서로 상이하고, 상기 편광층의 임피던스(η2,eff)가 상기 제 1 층의 임피던스(η1) 보다 작고, 상기 제 2 층의 임피던스(η3)보다는 큰 경우 (η3 > η2,eff > η1), 상기 전자기파의 상쇄 및 보강 간섭의 원리에 따라서 상기 편광층의 두께가 파장의 1/4의 홀수배일 수 있으며, 이에 따라 상기 편광 투과가 향상되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the impedance (η 1 ) of the first layer and the impedance (η 3 ) of the second layer are different from each other, and the impedance (η 2, eff ) of the polarizing layer is If less than the impedance η 1 and greater than the impedance η 3 of the second layer (η 3 > η 2, eff > η 1 ), the thickness of the polarizing layer according to the principle of cancellation and constructive interference of the electromagnetic waves May be an odd multiple of 1/4 of the wavelength, and thus the polarization transmission may be improved, but may not be limited thereto.
본원의 제 3 측면은, 제 1 항에 따른 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법으로서, 상기 편광자는, 제 1 유전체를 포함하며 서로 이격된, 제 1 층과 제 2 층; 및 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 형성된 편광층을 포함하며, 상기 편광층은, 제 2 유전체와, 상기 제 2 유전체 내부에 삽입되며 서로 평행하게 배열된 복수의 와이어를 포함하는 것이고, 상기 제 2 유전체의 유전율은 상기 제 1 유전체의 유전율보다 작은 것이며, 상기 편광자의 제조 방법은, (1) 상기 편광층의 기하학적 특성에 따라 TM 방향 유효 부피 비율 및 TE 방향 유효 부피 비율을 산출하는 단계; (2) 상기 TM 방향 유효 부피 비율, 상기 와이어의 유전율 및 상기 제2 유전체의 유전율을 이용하여 TM 방향 유효 유전율을 산출하는 단계; (3) 상기 TE 방향 유효 부피 비율, 상기 와이어의 유전율 및 상기 제2 유전체의 유전율을 이용하여 TE 방향 유효 유전율을 산출하는 단계; (4) 상기 TM 방향 유효 유전율을 이용하여 TM 방향 임피던스를 산출하는 단계; (5) 상기 TE 방향 유효 유전율을 이용하여 TE 방향 임피던스를 산출하는 단계; (6) 상기 TM 방향 임피던스를 이용하여 산출한 제1 투과계수를 산출하는 단계; 및 (7) 상기 TE 방향 임피던스를 이용하여 산출한 제2 투과계수를 산출하는 단계를 포함하며, 상기 (1) 단계 내지 (7) 단계를 반복하여, 상기 제 1 투과 계수는 1에 가깝고, 상기 제 2 투과계수는 0에 가깝도록 하는 상기 편광층의 기하학적 특성을 조정함으로써 임피던스 정합 방법에 의하여 상기 와이어 그리드 편광자를 제조하는 것인, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법을 제공한다.A third aspect of the present application is a method of manufacturing a wire grid polarizer according to
본원의 제 3 측면에 따른 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법에 대하여, 본원의 제 1측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 3 측면에 동일하게 적용될 수 있다.For the method of manufacturing the wire grid polarizer according to the third aspect of the present application, detailed descriptions of the overlapping portions of the first side of the present application have been omitted, but the contents described in the first aspect of the present application may be The same can be applied to the third aspect of.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 (1) 단계는 기하학적 부피 비율로부터 유효 부피 비율을 산출하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, step (1) may be to calculate the effective volume ratio from the geometric volume ratio, but may not be limited thereto.
본원의 제 4 측면은, 상기 본원의 제 3 측면에 따른 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법으로서, 상기 편광자는, 제 1' 유전체를 포함하는 제 1 층; 제 3' 유전체를 포함하는 제 2 층; 및 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 형성된 편광층을 포함하며, 상기 편광층은, 제 2' 유전체와, 상기 제 2' 유전체 내부에 삽입되며 서로 평행하게 배열된 복수의 와이어를 포함하는 것이고, 상기 편광자의 제조 방법은, (1) 상기 편광층의 기하학적 특성에 따라 TM 방향 유효 부피 비율 및 TE 방향 유효 부피 비율을 산출하는 단계; (2) 상기 TM 방향 유효 부피 비율, 상기 와이어의 유전율 및 상기 제2 유전체의 유전율을 이용하여 TM 방향 유효 유전율을 산출하는 단계; (3) 상기 TE 방향 유효 부피 비율, 상기 와이어의 유전율 및 상기 제2 유전체의 유전율을 이용하여 TE 방향 유효 유전율을 산출하는 단계; (4) 상기 TM 방향 유효 유전율을 이용하여 TM 방향 임피던스를 산출하는 단계; (5) 상기 TE 방향 유효 유전율을 이용하여 TE 방향 임피던스를 산출하는 단계; (6) 상기 TM 방향 임피던스를 이용하여 산출한 제 1' 투과계수를 산출하는 단계; 및 (7) 상기 TE 방향 임피던스를 이용하여 산출한 제 2' 투과계수를 산출하는 단계를 포함하며, 상기 (1) 단계 내지 (7) 단계를 반복하여, 상기 제 1' 투과 계수는 1에 가깝고, 상기 제 2' 투과계수는 0에 가깝도록 하는 상기 편광층의 기하학적 특성을 조정함으로써 임피던스 정합 방법에 의하여 상기 와이어 그리드 편광자를 제조하는 것인, 제 8 항에 따른 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법을 제공한다.A fourth aspect of the present application is a method of manufacturing a wire grid polarizer according to the third aspect of the present application, the polarizer comprising: a first layer comprising a first 'dielectric; A second layer comprising a third 'dielectric; And a polarization layer formed between the first layer and the second layer, wherein the polarization layer includes a second 'dielectric and a plurality of wires inserted into the second' dielectric and arranged in parallel with each other. The manufacturing method of the polarizer may include the steps of: (1) calculating the TM direction effective volume ratio and the TE direction effective volume ratio according to the geometrical characteristics of the polarizing layer; (2) calculating a TM direction effective dielectric constant using the TM direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (3) calculating the TE direction effective dielectric constant using the TE direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (4) calculating a TM direction impedance using the TM direction effective dielectric constant; (5) calculating a TE direction impedance using the TE direction effective dielectric constant; (6) calculating a first 'transmission coefficient calculated using the TM direction impedance; And (7) calculating a second 'transmission coefficient calculated using the TE direction impedance, and repeating steps (1) to (7), wherein the first' transmission coefficient is close to one. The method of manufacturing the wire grid polarizer according to claim 8, wherein the wire grid polarizer is manufactured by an impedance matching method by adjusting the geometric characteristics of the polarizing layer such that the second 'transmission coefficient is close to zero. to provide.
본원의 제 4 측면에 따른 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법에 대하여, 본원의 제 1측면 또는 본원의 제 2 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면 또는 본원의 제 2 측면에 기재된 내용은 본원의 제 4 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the method for manufacturing the wire grid polarizer according to the fourth aspect of the present application, detailed descriptions of portions overlapping with the first side of the present application or the second side of the present application are omitted, although the description thereof is omitted. The content described in the aspects or the second aspect of the present application is equally applicable to the fourth aspect of the present application.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 (1) 단계는 기하학적 부피 비율로부터 유효 부피 비율을 산출하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, step (1) may be to calculate the effective volume ratio from the geometric volume ratio, but may not be limited thereto.
이하, 본원의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것 일뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples of the present application, but the following examples are merely illustrated to aid the understanding of the present application, and the content of the present application is not limited to the following examples.
[실시예] EXAMPLE
시뮬레이션 조건Simulation condition
본원의 실시예에서는, 1.5의 굴절률을 가지는 제 1층과 제 2층, 및 편광층을 이용하여 와이어 그리드 편광자를구현하였으며, 두 가지 실시예에 대해서 편광층은 가시광 영역에서 1.33의 굴절률을 가지는 NaF로 이루어진 유전체와 1.14의 유전율을 가지는 다공성 물질로 이루어진 유전체를 이용한 각각의 실시예를 구현하였다. 상기 와이어는 알루미늄으로 이루어져있으며, 각각의 실시예에 대해서 임피던스 정합 조건을 만족하는 구조 크기(주기, 와이어 단면적, 편광층의 높이)를 가진다. 파장 범위는 400 nm 내지 1000nm 이며, 수직 입사뿐 아니라 0 내지 60˚의 입사각에 대한 성능을 확인하였다. 구조는 수평 방향에 대해서 무한대로 배열된 형태의 주기 경계 조건하에 계산되었다.In the present embodiment, a wire grid polarizer was implemented using a first layer, a second layer, and a polarizing layer having a refractive index of 1.5. For both embodiments, the polarizing layer had a NaF having a refractive index of 1.33 in the visible region. Each embodiment using a dielectric consisting of a dielectric material consisting of a porous material having a dielectric constant of 1.14. The wire is made of aluminum and has a structure size (period, wire cross-sectional area, height of polarizing layer) that satisfies the impedance matching condition for each embodiment. The wavelength range is 400 nm to 1000 nm, and the performance for the incidence angle of 0 to 60 ° as well as the vertical incidence was confirmed. The structure was calculated under periodic boundary conditions in the form of infinite arrays in the horizontal direction.
와이어 그리드 편광자의 입사각에 따른 TM 편광 투과 성능TM polarization transmission performance according to the incident angle of wire grid polarizer
도 4, 도 7, 도 8, 및 도 9 내지 도 11은, 본 발명에 따른 나노와이어 그리드 편광자와 격자 편광자의 입사각에 따른 TM 편광 투과 성능을 설명하기 위한 예시도이다.4, 7, 8, and 9 to 11 are exemplary views for explaining the TM polarization transmission performance according to the incident angle of the nanowire grid polarizer and the lattice polarizer according to the present invention.
격자(grating) 구조를 이용해서, 입사각이 0인 경우에도 나노와이어 배열 구조와 마찬가지로 임피던스 정합 조건을 충족하며 향상된 투과 성능을 얻을 수 있다. 그러나, 수직한 단면에 대해서 등방 배열을 하지 않기 때문에 입사각에 대해서 동일한 투과 성능을 얻는 것이 불가능하다. 나노와이어는 입사각의 방향과 무관하게 등방 배열을 이루므로 TM 편광의 임피던스 정합 조건을 충족하여 입사각에 독립적으로 투과 성능이 개선될 수 있다. Using a grating structure, even when the angle of incidence is zero, like the nanowire array structure, an impedance matching condition may be satisfied and improved transmission performance may be obtained. However, it is impossible to obtain the same transmission performance with respect to the incident angle because no isotropic arrangement is made for the vertical cross section. Since the nanowires form an isotropic array irrespective of the direction of the incident angle, the transmission performance may be improved independently of the incident angle by satisfying the impedance matching condition of the TM polarized light.
와이어 그리드 편광자의 입사각에 독립적인 투과 성능Transmission Performance Independent of Incident Angle of Wire Grid Polarizer
도 12및 도 13은, 본 발명에 따른 나노와이어 그리드 편광자의 입사각에 독립적인 투과 특성을 설명하기 위한 그래프이다.12 and 13 are graphs for explaining the transmission characteristics independent of the incident angle of the nanowire grid polarizer according to the present invention.
본 발명에 따른 다른 실시예로서 나노와이어를 둘러싸고 있는 물질이 더 작은 굴절률을 가질 경우, 수학식 2에 의해서 편광자의 두께를 감소 시킬 수 있으며, 이를 위해 1.14 수준의 굴절률을 가지는 SiO2 다공성 물질을 가정하여 TM 투과 성능의 향상과 광각 성능의 시뮬레이션 결과를 산출하였다. As another embodiment according to the present invention, when the material surrounding the nanowire has a smaller refractive index, the thickness of the polarizer may be reduced by Equation 2, and for this purpose, a SiO 2 porous material having a refractive index of about 1.14 is assumed. The simulation results of the improvement of the TM transmission performance and the wide-angle performance were calculated.
예를 들어, 도 12 및 도 13은 나노와이어로서 알루미늄을 사용하고, 표피 두께(skin depth) 수준의 15 nm 너비를 가지는 정사각 단면구조를 가정하였다. 유효 부피 비율에 의한 임피던스 정합 조건을 충족시키기 위하여 나노와이어와 이를 둘러싼 다공성 물질의 배열 주기는 25 nm이며, C4 대칭 배열을 하고 있다. 상부 기판과 하부기판의 굴절률이 1.5인 경우 TM 투과 성능은 90%을 달성할 수 있었고, 각도 성분에 대해서 독립적인 투과 성능을 도 12에 나타난다. For example, FIGS. 12 and 13 assume a square cross-sectional structure using aluminum as the nanowire and having a width of 15 nm at the skin depth level. In order to satisfy the impedance matching condition by the effective volume ratio, the arrangement period of the nanowires and the porous material surrounding them is 25 nm, and the C4 symmetrical arrangement is performed. When the refractive index of the upper substrate and the lower substrate is 1.5, the TM transmission performance could be achieved 90%, and the transmission performance independent of the angular component is shown in FIG. 12.
와이어 그리드 편광자의 광학 특성 - (1)Optical Properties of Wire Grid Polarizers-(1)
도 14, 도 15, 및 도 16은, 도 6의 구조를 갖는 와이어 그리드 편광자의 광학 특성을 설명하기 위한 예시도이다. 구체적으로, 도 14 내지 도 16은 알루미늄으로 이루어진 나노와이어가 나란하게 C4 대칭을 이루며 적층된 것으로 도 6과 유사한 구조이다. 도 6의 구조를 이용하면, 가시광 영역에서 임피던스 정합을 이용하여 와이어 그리드 편광자의 성능을 개선시킬 수 있다. 14, 15, and 16 are exemplary views for explaining optical characteristics of the wire grid polarizer having the structure of FIG. 6. Specifically, FIGS. 14 to 16 are structures in which nanowires made of aluminum are stacked side by side in C4 symmetry, and have a structure similar to that of FIG. 6. Using the structure of FIG. 6, the performance of the wire grid polarizer may be improved by using impedance matching in the visible light region.
예를 들어, 가시광 영역에서의 알루미늄의 표피 두께는 15 nm 수준으로, 나노와이어 단면적의 너비와 높이 ametal는 15 nm일 수 있고, 상기 나노와이어를 둘러싼 제 2 유전체는 NaF와 같이 가시광 영역에서 1.33의 굴절률을 가진다. 제 1 층 및 제 2 층은 통상 사용되는 것으로 굴절률이 1.5일 수 있다. For example, the skin thickness of aluminum in the visible region is 15 nm, the width and height of the nanowire cross-sectional area a metal may be 15 nm, and the second dielectric surrounding the nanowire is 1.33 in the visible region, such as NaF. Has a refractive index of. The first layer and the second layer are commonly used and may have a refractive index of 1.5.
통상 유전체의 굴절률 n은 상대 유전율과 투자율의 제곱근이고, 비자성 물질의 상대 투자율을 1로 둘 수 있어, 상기 제 1 유전체 및 제 2 유전체 중 나노와이어를 둘러싼 제 2 유전체의 상대 유전율 Ed 는 1.7689 이며, 제 1 층 및 제 2 층의 유전율은 2.25이라 할 수 있다.Usually, the refractive index n of the dielectric is the square root of the relative permittivity and the permeability, and the relative permeability of the nonmagnetic material can be set to 1, so that the relative permittivity E d of the second dielectric surrounding the nanowire among the first and second dielectrics is 1.7689. The dielectric constant of the first layer and the second layer may be 2.25.
굴절률이 1인 공기중의 임피던스가 1일 때, 1.5의 유전율을 가지는 비자성 재료의 임피던스는 1/√1.5 이다. 본원의 일 실시예에 따르면, 나노와이어의 단면적이 15 nm의 너비와 높이를 가지는 정사각형이며, 이를 포함하는 단일 격자 단위체는 40 nm 주기를 가지는 정사각 주기 배열을 가지는 C4 대칭 배열 구조를 가정한다.When the impedance in air with a refractive index of 1 is 1, the impedance of a nonmagnetic material having a dielectric constant of 1.5 is 1 / √1.5. According to one embodiment of the present application, the cross-sectional area of the nanowire is a square having a width and height of 15 nm, a single lattice unit comprising the same assumes a C4 symmetric array structure having a square period array having a 40 nm period.
도 6과 같이, TE 편광과 TM 편광이 z 축 방향을 따라서 입사될 때의 광학 특성을 나타내는 그래프가 도 14 및 도 16이다. 도 16은, TM 편광의 투과 성능을 나타내고, 가시광선 영역에서 90% 이상의 투과도를 보여준다. 도 14는 감쇠 비율 (Extinction ratio)을 나타낸다. 상기 감쇠 비율은 TM 편광의 투과율과 TE 편광의 투과율의 비율이다. 도 15는 투과 특성을 이용하여 임피던스 정합 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 제 1 층 및 제 2 층의 임피던스(Background) 값과 편광자(MWP layer)의 유효 임피던스 값이 근접한다. As shown in FIG. 6, graphs showing optical characteristics when the TE polarized light and the TM polarized light are incident along the z axis direction are FIGS. 14 and 16. Fig. 16 shows the transmission performance of TM polarized light and shows a transmittance of 90% or more in the visible light region. 14 shows the extinction ratio. The attenuation ratio is the ratio of the transmittance of the TM polarized light and the transmittance of the TE polarized light. 15 is a graph for explaining an impedance matching method using transmission characteristics. Background values of the first and second layers are close to the effective impedance values of the polarizer (MWP layer).
유효 부피 비율에 대한 유효 유전율을 조절하여 유효 임피던스를 정합하여 목적하는 투과 성능과 편광 성능를 달성할 수 있고, 일정 수준 이상의 감쇠 비율을 얻을 수 있다. By adjusting the effective dielectric constant with respect to the effective volume ratio, the effective impedance can be matched to achieve a desired transmission performance and a polarization performance, and attenuation ratio of a certain level or more can be obtained.
상기 서술한 바와 같이, 유효 유전율은 상기 수학식 2 내지 수학식 3을 따르며, 유효 부피 비율 f는 기하비(a/p)의 함수로 구할 수 있다. 유효 부피 비율의 함수는 표피 두께 대비 나노와이어의 면적에 영향을 받고, 나노와이어의 단면 구조에 대해서도 영향을 받는다.As described above, the effective dielectric constant follows the above formulas (2) to (3), and the effective volume ratio f can be obtained as a function of the geometric ratio (a / p). The function of the effective volume ratio is influenced by the area of the nanowires relative to the thickness of the skin and also by the cross-sectional structure of the nanowires.
와이어 그리드 편광자의 광학 특성 - (2)Optical Properties of Wire Grid Polarizers-(2)
도 17 및 도 18은, 본 발명에 따른 나노와이어 그리드 편광자의 광학 특성을 비교 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 상기 나노와이어의 단면 구조에 따른 기하비(a/p)와 유효 부피 비율(f)의 관계를 나타낸다.17 and 18 are graphs for comparing and explaining the optical characteristics of the nanowire grid polarizer according to the present invention. Specifically, the relationship between the geometric ratio (a / p) and the effective volume ratio (f) according to the cross-sectional structure of the nanowire.
도 17은, 나노와이어의 단면적의 한 변의 길이(사각 단면) 또는 지름(원형 단면)이고, 기하비는 주기(p)에 대한 와이어의 상대적 길이(a)의 비율을 말한다. 유효 부피 비율과 기하 비의 관계를 표시하고 있다. 도 17은 사각 단면에 대한 관계를, 도 18은 원형 단면에 대한 관계를 그래프로 나타내고 있다. 예를 들어, a=15nm 일 수 있다. 17 is the length (square cross section) or diameter (circular cross section) of one side of the cross-sectional area of the nanowire, and the geometric ratio refers to the ratio of the relative length a of the wire to the period p. The relationship between the effective volume ratio and the geometric ratio is shown. FIG. 17 graphically shows the relation with respect to the rectangular cross section and FIG. 18 the relation with respect to the circular cross section. For example, a = 15 nm.
수학식 2 내지 수학식 3에 적용할 유효 부피 비율은 기하비(a/p, ratio)를 이용하여 상기 수학식 4 및 5를 통해 구할 수 있다. The effective volume ratio to be applied to Equations 2 to 3 can be obtained through
[수학식 4][Equation 4]
fTM,Squre = 1.2×ratio - 0.16f TM, Squre = 1.2 × ratio-0.16
[수학식 5][Equation 5]
fTM,circle = 1.1×ratio - 0.17f TM, circle = 1.1 × ratio-0.17
와이어 그리드 편광자의 광학 특성 - (3)Optical Properties of Wire Grid Polarizers-(3)
도 19 및 도 20은, 본 발명에 따른 나노와이어 그리드 편광자의 광학 특성을 비교 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 19 및 도 20은 TE 편광파에 대한 사각 단면적과 원형 단면적의 나노와이어의 유효 부피 비율와 부피비 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.19 and 20 are graphs for comparing and explaining the optical characteristics of the nanowire grid polarizer according to the present invention. Specifically, FIGS. 19 and 20 are graphs showing a relationship between an effective volume ratio and a volume ratio of nanowires having a rectangular cross section and a circular cross section for a TE polarized wave.
수학식 2 내지 수학식 3의 유효 부피 비율은 기하비에 대해서 정사각 단면의 나노와이어와 원형 단면의 나노와이어에 대해서 다음과 같은 관계식을 확인할 수 있다.The effective volume ratios of the equations (2) to (3) can be confirmed as follows for the nanowires of the square cross section and the nanowires of the circular cross section with respect to the geometric ratio.
[수학식 6][Equation 6]
fTE,Squre = 0.74×volume ratio - 0.0071f TE, Squre = 0.74 × volume ratio-0.0071
[수학식 7][Equation 7]
fTE,circle = 0.74×volume ratio - 0.0038f TE, circle = 0.74 × volume ratio-0.0038
나노와이어의 기하학적 구조가 정하여 지면, 상기 수학식 6 및 수학식 7 또는 수학식 4, 수학식 5에 따라서 유효 부피 비율을 구할 수 있고, 이를 수학식 2 내지 수학식 3에 대입하여 TM 방향 및 TE 방향의 유효 유전율을 산출하는데 사용할 수 있다. When the geometry of the nanowires is determined, the effective volume ratio can be obtained according to Equation 6 and Equation 7, Equation 4 and
와이어 그리드 편광자의 제조Manufacture of wire grid polarizer
도 21은, 본 발명에 따른 고투과성 나노와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법을 나타내는 절차 흐름도이다.Figure 21 is a procedure flow diagram illustrating a method of making a highly transparent nanowire grid polarizer in accordance with the present invention.
본 발명에 따른 고투과성 나노와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법은, 편광층의 기하학적 특성에 따라 TM 방향 및 TE 방향 유효 부피 비율을 산출하는 단계; 상기 유효 부피 비율, 상기 와이어 및 유전체의 유전율을 이용하여 TM 방향 및 TE 방향 유효 유전율을 산출하는 단계; 상기 유효 유전율을 이용하여 TM 방향 및 TE 방향 임피던스를 산출하는 단계; 상기 산출한 임피던스를 이용하여 투과계수를 산출하는 단계; 및 임피던스를 정합하는 재귀적 방법으로 기하학적 특성을 산출하는 단계를 포함한다.Method for producing a highly transparent nanowire grid polarizer according to the present invention, calculating the effective volume ratio of the TM direction and TE direction according to the geometric characteristics of the polarizing layer; Calculating effective dielectric constants in the TM and TE directions using the effective volume ratio, the permittivity of the wire and the dielectric; Calculating impedance in a TM direction and a TE direction using the effective dielectric constant; Calculating a transmission coefficient using the calculated impedance; And calculating geometric characteristics in a recursive method of matching impedance.
본 발명에 따른 임피던스 정합 방법에 의하여 고투과성 나노와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법은 (1) 상기 편광층의 기하학적 특성에 따라 TM 방향 유효 부피 비율 및 TE 방향 유효 부피 비율을 산출하는 단계; (2) 상기 TM 방향 유효 부피 비율, 상기 와이어의 유전율 및 상기 제2 유전체의 유전율을 이용하여 TM 방향 유효 유전율을 산출하는 단계; (3) 상기 TE 방향 유효 부피 비율, 상기 와이어의 유전율 및 상기 제2 유전체의 유전율을 이용하여 TE 방향 유효 유전율을 산출하는 단계; (4) 상기 TM 방향 유효 유전율을 이용하여 TM 방향 임피던스를 산출하는 단계; (5) 상기 TE 방향 유효 유전율을 이용하여 TE 방향 임피던스를 산출하는 단계; (6) 상기 TM 방향 임피던스를 이용하여 산출한 제1 투과계수를 산출하는 단계; 및 (7) 상기 TE 방향 임피던스를 이용하여 제2 투과계수를 산출하는 단계;를 포함하되, 상기 (1) 단계 내지 (7) 단계를 반복하여, 재귀적 방법으로 상기 제1 투과계수는 1에 가깝게, 상기 제2 반사계수는 0에 가깝도록 하는 상기 편광층의 기하학적 특성을 찾는 것을 특징으로 한다.Method for producing a highly transparent nanowire grid polarizer by the impedance matching method according to the present invention comprises the steps of (1) calculating the effective volume ratio of the TM direction and the effective volume ratio of the TE direction according to the geometric characteristics of the polarizing layer; (2) calculating a TM direction effective dielectric constant using the TM direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (3) calculating the TE direction effective dielectric constant using the TE direction effective volume ratio, the dielectric constant of the wire and the dielectric constant of the second dielectric; (4) calculating a TM direction impedance using the TM direction effective dielectric constant; (5) calculating a TE direction impedance using the TE direction effective dielectric constant; (6) calculating a first transmission coefficient calculated using the TM direction impedance; And (7) calculating a second transmission coefficient using the TE directional impedance; repeating steps (1) to (7), wherein the first transmission coefficient is set to 1 in a recursive manner. Closely, the second reflection coefficient is characterized by finding the geometric characteristic of the polarizing layer to be close to zero.
상기 유효 부피 비율은 기하비(a/p) 또는 기하학적 부피 비율을 이용하여 수학식 3 내지 수학식 7을 이용하여 산출할 수 있다. 산출된 유효 부피 비율을 이용하여, TM 방향 유효 유전율 및 TE 방향 유효 유전율을 산출할 수 있다(수학식 2 내지 수학식 3). 산출된 유효 유전율을 이용하여 각 방향(TM 방향 또는 TE 방향)의 임피던스를 산출할 수 있고, 제1층 및 제2층의 제1 유전체의 임피던스를 이용하여 투과계수를 산출할 수 있다. 일련의 계산은 컴퓨터에 의하여 계산될 수 있고, 기하비 또는 기하학적 부피 비율을 달리하여, 반사계수를 다시 산출할 수 있다. 이를 반복하여, 임피던스를 정합하여 TM 방향 투과율이 높고, TE 방향 반사율이 높은 임피던스를 갖는 기하비 또는 기하학적 부피 비율을 산출할 수 있다.The effective volume ratio may be calculated using Equations 3 to 7 using geometric ratios (a / p) or geometric volume ratios. Using the calculated effective volume ratio, the TM direction effective dielectric constant and TE direction effective dielectric constant can be calculated (Equations 2 to 3). The calculated effective permittivity may be used to calculate impedance in each direction (TM direction or TE direction), and the transmission coefficient may be calculated using impedances of the first dielectrics of the first and second layers. A series of calculations can be calculated by the computer, and the reflection coefficient can be recalculated by varying the geometric ratio or geometric volume fraction. By repeating this, the impedance can be matched to calculate a geometric ratio or geometric volume ratio having a high TM direction transmittance and a high TE direction reflectance.
이때, 와이어의 두께는 와이어를 구성하는 금속의 표피 두께(skin depth)보다 얇아야 하나, 와이어의 두께는 금속의 표피 두께보다 얇게 제작하기 힘들기 때문에, 와이어의 두께는 표피 두께 수준으로 제작되며, 주기를 변경하여 유효 부피 비율을 변경하게 된다. 주기를 변경하는 방법으로 임피던스를 정합하여 TM 방향 투과율이 높고, TE 방향 반사율이 높은 임피던스를 갖는 기하비 또는 기하학적 부피 비율을 산출한다.At this time, the thickness of the wire should be thinner than the skin depth of the metal constituting the wire, but since the thickness of the wire is difficult to make thinner than the thickness of the metal, the thickness of the wire is made at the skin thickness level. By changing the frequency the effective volume fraction will be changed. By changing the period, the impedances are matched to calculate geometric ratios or geometric volume ratios having high TM-direction transmittance and high TE-direction reflectivity.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above description, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present application.
[부호의 설명][Description of the code]
100: 제 1 층100: first layer
200: 제 2 층200: second layer
300: 편광층300: polarizing layer
310: 제 2 유전체310: second dielectric
320: 와이어320: wire
400: 제 1 층400: first layer
500: 제 2 층500: second layer
600: 편광층600: polarizing layer
610: 제 2' 유전체610: second dielectric
620: 와이어620: wire
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