KR100536780B1 - 광 밴드 갭 광 요소 및 이를 포함하는 광 소자 - Google Patents

광 밴드 갭 광 요소 및 이를 포함하는 광 소자 Download PDF

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KR100536780B1 KR10-2003-0017461A KR20030017461A KR100536780B1 KR 100536780 B1 KR100536780 B1 KR 100536780B1 KR 20030017461 A KR20030017461 A KR 20030017461A KR 100536780 B1 KR100536780 B1 KR 100536780B1
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Abstract

굴절률 및/또는 두께가 서로 상이한 3개 이상의 박막이 순차 적층된 단위 구조가 2 주기 이상 반복하여 형성된 다중 박막층을 포함하는 광 밴드 갭 광 요소를 구성하여 광 밴드 갭(photonic band gap) 특성을 용이하게 조절하고, 이러한 광 밴드 갭 광 요소를 채용하는 광 소자의 제조 공정을 단순화고 제조 수율을 향상시킬 수 있게 되었다.

Description

광 밴드 갭 광 요소 및 이를 포함하는 광 소자{Photonic band gap device and optical apparatus employing the same}
본 발명은 광 밴드 갭 광 요소와 이를 포함하는 광 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광 밴드 갭(photonic band gap) 특성을 용이하게 조절할 수 있는 우수한 광학 특성을 갖는 광 밴드 갭 광 요소 및 이를 포함하는 광 소자에 관한 것이다.
주기적인 격자 구조를 가진 광 요소 내에서 빛을 포함한 전자기파의 진행은 학문적으로도 흥미 있는 분야일 뿐만 아니라 그 특이한 광학적 현상 때문에 다양한 광학 소자의 요소 성분으로 적용되고 있다. 이러한 주기적인 구조를 가진 광 요소의 특이한 현상의 대표적인 예로는 결정 내에서의 X-선 회절, 굴절률이 주기적으로 변형된 광 요소에 의한 빛의 회절 및 주기적으로 적층되어 형성된 박막층(layer)의 구조로 형성된 광 요소에서의 광 밴드 갭 등이 있다. 이러한 현상을 채용한 광학 소자들로는 회절 격자, 홀로그램, 자유전자 레이저, 디스트리뷰티드 피드백(distributed-feedback;DFB) 레이저, 디스트리뷰티드 브래그 반사경(distributed-Bragg-reflector;DFR), 고반사 브래그(Bragg) 거울, 광음향(acoustio-optic)필터 등이 있다.
이러한 주기적인 구조를 갖는 광 요소의 광학 특성은 광 요소의 이동 대칭으로 특성 지워진 유전률 텐서에 의해 결정된다. 가장 단순한 주기적인 구조의 예로는 1차원 주기를 가진 것으로서, 이 경우, 유전률 텐서는 ε(z) = ε(z + l*P) 로 묘사된다. 여기서 z는 위치, p 는 주기, 그리고 l 은 정수를 나타낸다. 일반적으로 1차원의 주기를 가진 광 요소는 두개의 투명한 매질 박막들이 교대로 적층되어 주기적으로 형성된 구조를 가진다. 이러한 주기적인 광 요소에 빛이 입사하게 되면, 빛은 적층된 박막의 각 경계면에서 반사되거나 굴절하며 투과된다. 이때, 빛의 입사각을 θ라고 하면, 각 경계면에서 반사되는 빛들의 보강 간섭(constructive interference)은 브레그 조건으로 알려진 다음 조건에서 일어난다.
mλ=2*P*z*cosθ
이러한 브래그 조건을 만족하는 파장의 빛은 모두 반사되어 투과가 금지되는, 소위 광 밴드 갭(photonic band gap; PBG)을 형성하게 된다.
이러한 현상은 X-선 영역에서는 브래그 반사로도 알려져 있으며 반도체의 전자 밴드 갭 현상과 물리적으로 유사하다.
도 1a는 1차원 주기의 광 밴드 갭을 형성하는 광 요소를 나타낸다. 광 밴드 갭 광 요소(10)는 상대적으로 낮은 굴절률 n1과 두께 d1을 가지는 제 1 박막(11)과 상대적으로 높은 굴절률 n2와 두께 d2를 가지는 제 2 박막(12)이 적층된 단위가 주기적으로 Z회(Z은 2 이상) 반복되어 있다. 이때 피치(P)는 d1 + d2 가 된다.
이러한 광 요소에 도면에 도시된 것과 같이 z축 방향으로 광이 입사하게 되면(입사각 θ가 0도 이면), 입사된 광의 소정 파장 영역에서는 광 밴드 갭이 형성되어 그 파장 영역에서 입사광의 투과율이 제어되게 된다. 한편, 광 밴드 갭의 에너지 폭은 제 1 박막(11)과 제 2 박막(12)의 굴절률 차이에 비례하기 때문에 적층되는 박막(11, 12)의 굴절률과 그의 두께가 광 밴드 갭의 특성을 결정하게 된다. 따라서 소정의 파장 영역에서 광 밴드 갭 특성을 갖도록 하기 위하여 다양한 광학 물질들이 박막으로 연구되어 적용되고 있다. 예를 들어 실리콘, 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 등의 무기물 또는 Si, GaAs 등의 반도체 물질을 비롯하여 다양한 액정, 단분자 또는 고분자 유기물, 무기물 및 이들의 복합체들이 적용될 수 있다. 이러한 물질들을 이용하여 광밴드 갭 광 요소의 박막을 형성하는 방법으로는 진공 증착 등의 건식 공정법과 졸-겔 상태를 이용하는 습식 공정들이 있다.
도 1b는 제 1 박막(11)으로 TiO2(굴절률 n1 : 2.1, 두께 d1 : 70 nm)를 사용하고 제 2 박막(12)으로 SiO2(굴절률 n2 : 1.46, 두께 d2 : 90 nm)를 사용하여 10 주기(Z=10)로 형성시킨 광 밴드 갭 광 요소(10)의 투과 특성을 나타내었다. 도 1b에서 알 수 있는 바와 같이, 483 nm 내지 656 nm 의 파장 영역에 걸쳐, 광 밴드 갭이 형성되어 이 파장 영역에서는 광 투과가 제어되는 필터 특성이 나타나게 된다. 즉, TiO2로 이루어진 제 1 박막(11)과 SiO2로 이루어진 제 2 박막(12)의 10주기 광학 요소는 입사광에서 483nm 내지 656 nm 를 걸러내는 필터 역할을 하게 된다.
1차원 주기의 광 밴드 갭을 형성하는 광 요소의 다른 예로서, 도 1c에 나타난 것과 같이, 제 1 박막(11), 제 2 박막(12) 외에, 이들 박막(11, 12)과는 다른 굴절률을 가지며 소정의 두께를 가지는 제 3 박막(13)을 제 1 박막(11)과 제 2 박막(12)의 주기 구조 사이에 삽입할 수 도 있다. 여기서 제 3 박막(13)을 "결함층" 이라고 한다. 이러한 경우, 광 밴드 갭 현상과 더불어, 밴드 갭 내부의 좁은 파장 영역에서는 소정의 빛들만 투과되는 특성이 나타난다.
도 1d는 제 1 박막(11)으로 TiO2(굴절률 n1 : 2.1, 두께 d1 : 70 nm)를 사용하고 제 2 박막(12)으로 SiO2(굴절률 n2 : 1.46, 두께 d2 : 90 nm)를 사용하여 5 주기로 형성한 후에, 제 3 박막(13)으로 SiO2(굴절률 n2 : 1.46, 두께 d3 : 90 nm)를 삽입한 후, 다시 제 1 박막(11)으로 TiO2(굴절률 n1 : 2.1, 두께 d1 : 70 nm)를 사용하고 제 2 박막(12)으로 SiO2(굴절률 n2 : 1.46, 두께 d2 : 90 nm)를 사용하여 5 주기를 형성하여 제작된 광 밴드 갭 광 요소(15)의 파장에 따른 광투과 특성을 나타낸다. 도면에 나타난 바와 같이, 광 밴드 갭 광 요소(15)는 462nm와 697nm의 파장 영역에 걸쳐 형성된 광 밴드 갭 특성과 더불어 결함층(13)에 의한 새로운 광 투과 결함 모드가 551nm 영역에 나타남을 알 수 있다. 즉, 광 밴드 갭 광 요소(15)는 입사광 중 약 462nm 내지 약 550nm, 약 552nm 근방에서 697nm 의 파장을 걸러내는 필터 역할을 하게 되고 약 551nm 의 파장은 통과시키게 된다.
1차원 주기의 광 밴드 갭을 형성하는 광 요소의 또 다른 예로서, 도 1e에 나타난 것과 같이, 광 밴드 갭을 구성하는 적층된 박막들 중에서 적어도 하나의 박막(16)에 2 차원의 주기적인 구멍(17)을 설치하여 3차원의 광 밴드 갭 요소를 구성하게 할 수도 있다. 또한, 도 1f에 나타낸 바와 같이 박막층(18)의 2차원의 주기 구조의 구멍(17)의 일부에 결함(19)을 도입하여 그 광학 특성을 조절할 수도 있다.
이러한 광 밴드 갭 광 요소의 특이한 특성들을 응용하면, 광 투과 또는 반사를 제어하는 다양한 광 소자들을 제작할 수 있다. 여기서, 광 소자의 예들로는 i)광 필터를 이용한 광도파로(wave guide), 광 통신 모듈레이터(optical communication modulator) 및 광 검출기(photo detector)(참조:미국특허 6380551), ii) 공진 마이크로 캐비티 발광 소자, 광 밴드 갭 매질의 결함층에 발광 능력을 부가하여 제작한 발광 소자 및 이를 이용한 디스플레이 또는 레이저 (참조:미국특허5617445, 미국특허5881089, 미국특허6462356) 및 광 밴드 에치(edge) 레이저 (참조:미국특허6411635), iii)금속/ 유전체 박막을 이용하는 스펙트럼 센서(참조:미국특허 6392782), 광 신호 지연기(참조:미국특허6396617) 및 비선형 광학성 매질을 이용한 빛의 주파수 변환기(참조:미국특허공개 20010028029) 등이 있다.
이렇게 다양한 분야에서 사용되는 광 밴드 갭 광 요소는 기본적으로 광학적 특성(굴절률, 두께)을 갖는 2 종류의 물질을 쌓아 만든 구조이므로, 제작이 간편한 이점이 있다. 그러나, 이러한 광 밴드 갭 광 요소의 광 특성은 각종 분야의 광 소자의 작동 목적에 부합해야 하는데, 광 밴드 갭 광 요소의 광 특성은 박막층의 구성 물질의 굴절률과 두께( 도 1a의 구조에 있어서 d1=λ/(4n1) 및 d2 = λ/(4n2))에 의해 결정되므로, 브래그 조건과 적층된 박막층들의 주기 수에 의해서만 광 밴드 갭 효과가 규정되게 된다.
일 예로서 비선형 광학성 매질을 도입한 비선형 광학성 광 밴드 갭 소자의 경우나 또 다른 예로서 발광 매질 박막을 도입한 발광성 광 밴드 갭 소자의 경우들에서는, 광 밴드 갭의 에치(edge) 영역 또는 광 밴드 갭의 결함 모드 영역에서 파장에 따른 투과율의 변화가 급격하여야 매질 내부의 내부-장(internal field)의 증강을 얻을 수 있으며, 이러한 증강을 통하여 소자들의 작동 효율도 높일 수 있다. 그런데, 종래의 구성에서는 2 종의 매질 박막들(또는 굴절률들)이 일단 선정되고 나면, 소정의 파장에 따른 투과율의 변화를 조절하여, 작동 효율을 높일 수 있는 방법으로는 적층되는 박막들의 주기수를 증가시키는 것 이외에는 다른 방법이 없다. 그러므로 종래의 2 층을 적층시킨 구조의 광 요소는 가장 단순하게 광 밴드 갭 요소를 형성시킬 수 있다는 장점은 있으나, 우수한 광 특성을 얻기 위해서는 광 밴드 갭 매질의 전체 두께가 두꺼워야 하므로, 제작 공정 수가 증가한다는 문제점과 더불어 소정의 파장에서 그 특성을 변형 또는 조절하는 것이 쉽지 않다는 단점이 있다. 따라서, 광 밴드 갭 광학 요소를 사용될 광학 소자의 목적에 따라 임의로 조절 또는 변형시키는 것이 용이하지 않은 문제가 있다.
다른 예로서, 서로 다른 굴절률을 가지는 2개의 박막층을 적층하여 제작된 광학적 밴드 갭 구조를 이용한 공진 마이크로 캐비티 발광 소자를 도 1g를 참고로 살펴본다.
종래 기술에 다른 공진 마이크로 캐비티 발광 소자(100)는 기판(110)상에 적색광(R), 녹색광(G), 청색광(B)을 각각 발하는 각 화소 별로 배치되는 광 밴드 갭 미러(120, 130, 140)와 그 상부에 배치되는 R화소, G화소 및 B화소로 이루어진다. R화소는 순차적으로 적층된 투명한 ITO 전극(141), 홀 전송층(143), 적색광을 발하는 발광층(145c), 전자 수송층(147) 및 전반사경으로 동작하는 금속 전극(149)으로 이루어지며, R화소의 하부에 위치하는 R화소의 광 밴드 캡 미러(120)는 SiO2로 이루어진 제 1 층(120a)과 TiO2로 이루어진 제 2 층(120b)의 광 밴드 갭 구조가 2회 이상의 주기로 적층되어 있으며, 금속 전극(149)에 대해서 반사율이 낮은 반사경으로 동작한다. G화소 및 G화소의 하부에 위치하는 광 밴드 갭 미러(130) 그리고 B화소 및 B화소의 하부에 위치하는 광 밴드 갭 미러(140)의 구조도 전술한 R화소 및 R화소의 하부에 위치하는 광 밴드 갭 미러(120)의 것과 유사하다. 다만 G화소의 광 밴드 갭 미러(130)의 SiO2로 이루어진 제 1 층(130a)과 TiO2로 이루어진 제 2 층(130b)의 두께 그리고 R화소의 광 밴드 갭 미러(140)의 SiO2로 이루어진 제 1 층(140a)과 TiO2로 이루어진 제 2 층(140b)의 두께는 B화소의 광 밴드 갭 미러의 것과 다르게 하여서, 각 화소의 광 밴드 갭 구조(120, 130, 140)가 각 화소의 발광 빛의 파장 대역에서 미러로 작용하도록 구성한다.
이러한 2층 구조의 광 밴드 갭 미러를 사용할 경우에는, 각 화소에 배치되는 광 밴드 갭 미러의 물질층의 두께를 조절하거나 또는 주기 수를 조절함에 의해서만, 광 밴드 갭 미러(120, 130, 140)를 각 화소의 발광 영역에서의 급격한 투과율 특성을 보이는 구조로 만들 수 있다. 따라서, 각 화소의 광 밴드 갭 미러를 제작하기 위한 공정이 복잡해지게 된다. 또한, 광 밴드 갭 미러의 두께를 높이더라도, 투과율 또는 반사율의 광특성이 우수하지 않은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 소자의 작동 파장 영역에서 소정의 광 특성을 결정하는 광 밴드 갭 현상을 손쉽게 조절 또는 변형할 수 있는 광학적 밴드 갭 요소 및 이를 이용한 광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 광 소자는, 굴절률 및/또는 두께가 서로 상이한 3종 이상의 박막이 순차 적층된 단위 구조가 2 주기 이상 반복하여 형성된 다중 박막층을 적어도 포함하는 광 밴드 갭 광 요소, 상기 광 밴드 갭 광 요소가 그의 상면 전체에 걸쳐 형성되는 기판과, 기판 상에 형성된 광 밴드 갭 광 요소 상에서 배치되는, 복수의 적색광 발광 화소, 복수의 녹색광 발광화소 및 복수의 청색광 발광 화소로 이루어진 발광 소자를 포함한다.
구체적으로, 광 밴드 갭 광 요소의 단위 구조는 제 1 내지 제 3 박막으로 이루어질 수 있으며, 특히 다중 박막층은 제 1 내지 제 3 박막의 단위가 2주기 이상 적층되어 형성된 상호 분리된 복수의 제 1 서브 다중 박막층과 복수의 제 2 서브 다중 박막층으로 이루어질 경우에는 복수의 제 1서브 다중 박막층의 어느 하나와 복수의 제 2 서브 다중 박막층의 어느 하나의 사이에는 소정의 굴절률과 두께를 가지는 적어도 하나 이상의 결함층이 더욱 형성될 수 도 있다. 그리고 이러한 결함층은 다중 박막층의 양 단부 중의 적어도 하나의 단부에 위치할 수도 있다.
또한, 다중 박막들 중에서 적어도 하나의 박막에 하나의 박막을 관통하는 구멍(hole)들을 그 박막 평면에 1차원 또는 2차원 주기 구조로 형성하거나 또는 다수의 박막들 중에서 적어도 하나의 박막에 하나의 박막을 관통하는 구멍(hole)들을 그 박막 평면에 1차원 또는 2차원 주기 구조로 형성하되, 구멍이 형성된 박막 평면에 적어도 하나 이상의 결함이 포함되도록 할 수 도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본격적인 설명에 앞서 본 발명을 간략하게 설명하면, 본 발명에서는 소정의 파장에서 광 특성을 보다 손쉽게 변형 또는 조절할 수 있도록 하게 위해 굴절률, 두께의 광학적 특성이 서로 다른 3 종 이상의 매질 층들을 적층하여 된 단위 구조를 2 주기 이상으로 형성하여 광 밴드 갭 광 요소를 제작한다.
도 2a는 이러한 3층 이상의 박막의 적층에 의해 형성된 본 발명의 일 예에 따른 광 밴드 갭 광 요소의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2a에서, 광 밴드 갭 광 요소(20)는 굴절력 및/또는 두께가 서로 다른 3층의 박막(21, 22, 23)이 순차적으로 적층된 단위가 2회 이상 반복되어 있는 구조를 가진다. 제 1 박막(21), 제 2 박막(22) 및 제 3 박막(23)의 굴절력과 두께는 각각 [n1, d1], [n2, d2] 및 [n3, d3] 이며 피치 p는 p = d1 + d2 + d3 이다.
상기 박막층들(21, 22, 23)의 재료는 특별히 제한되지 않으나, 광 밴드 갭의 에너지 폭을 넓히기 위해서는 박막 간의 굴절률 차이가 큰 것들을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, SiO2 와 TiO2 등과 같이 굴절률의 차이가 큰 물질과 더불어 굴절률이 SiO2 와 TiO2의 중간인 SiO2-TiO2 복합 물질(굴절률 예: 약 1.78)을 함께 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 실리콘, GaAs 등과 같은 반도체 물질이나 황화물(sulfide), 불화물(fluoride), 산화물(oxide), 실리케이트(silicate), 황산화물(oxysulfide), 알루민산염(aluminate), 셀렌산염(selenite), 질화물(nitride), 세라믹 등의 무기물과 이들의 복합체 중의 어느 하나를 비롯하여 광 특성이 우수하고 박막화가 손쉬운 에폭시 폴리에스터 셀룰로즈 폴리스타이렌, 폴리비닐렌, 폴리사일록산, 폴리사일란, 폴리이미드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리퀴놀린, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌, 테프론, 액정성 고분자, 포토 레지스트 등의 유기 고분자 물질과 이들의 복합 물 중의 어느 하나를 사용할 수도 있다. 상기 박막층의 형태는 주기성을 유지하면 특별히 제한되지는 않으나, 그 두께는 약 1 nm ∼ 약 10,000 nm가 바람직하다. 상기 박막들(21, 22, 23)을 형성하는 방법으로는 기존의 진공 증착, 화학기상증착(chemical vapor deposition;CVD), 분자 빔 에피텍시(molecular beam epitaxy;MBE), 원자층 에피택시(atomic layer epitaxy ;ALE), 전자빔 증착(electron beam evaporation) 또는 스퍼터(sputter) 등의 건식 공정을 사용하거나 또는 졸-겔 상태를 이용하는 스핀 코팅(spin-coating), 디핑(dipping), 프린팅(printing) 등의 습식 공정을 사용할 수도 있다.
도 2a에 도시한 구성에 있어서, 제 1 박막(21), 제 2 박막(22) 및 제 3 박막(23)의 [굴절력, 두께]를 각각 [약 2.1, 약 70 nm], [약 1.46, 약 60 nm], [약 1.86, 약 30nm]로 하고 그의 주기를 10(단위 구조가 10회 적층)으로 하여, 광학적 밴드 갭 광 요소를 제작하여 투과율을 조사한 그래프(실선)가 도 2b에 도시되어 있다. 도 2b에서 점선으로 표시된 그래프는 종래의 2개의 박막으로 구성하되 전체 높이가 본 발명에 따른 광학적 밴드 갭 광 요소의 것과 동일하도록 하여 제작된 광학적 밴드 갭 광 요소의 투과율을 나타낸다. 구체적으로 종래 기술에 따른 광학적 밴드 갭 광 요소의 박막은 [약 2.1, 약 70 nm]와 [약 1.46, 약 90 nm]의 특징을 가지는 단위 구조의 박막을 10 주기로 적층하여 제작되었다.
종래 기술에 따른 광학적 밴드 갭 광 요소와 본 발명에 따른 광학적 밴드 갭 광 요소의 전체 두께는 모두 약 160 nm로 동일하기 때문에 브래그 반사 조건은 서로 유사하나, 광 특성들은 도2b에 나타난 것과 같이 서로 상이하다. 특히, 광 밴드 에치(약 500 nm 부근의 파장 영역, 약 650 nm 부근의 파장 영역)에서 파장 변화에 따른 투과율의 변화가 현저하게 다르게 나타남을 알 수 있다. 이를 상세히 살펴보기 위하여, 도 2c의 실선으로 나타난 3층의 박막(21, 22, 23)의 광 밴드 갭 광 요소의 모드 밀도(density of mode: DOM)를 점선으로 나타낸 종래 기술에 따른 2층의 광 밴드 갭 광 요소의 DOM과 비교하였다.
도 2c에 나타낸 바와 같이, 파장이 약 500nm 부근의 광 밴드 에치에서 본 발명에 따른 3층 박막의 광 밴드 갭 광 요소의 모드 밀도가 2층 박막의 광 밴드 갭 광 요소의 모드 밀도에 비해 약 14% 정도 증강된 반면, 약 650 nm영역의 밴드 에치에서는 3층 박막의 광 밴드 갭 광 요소의 모드 밀도가 2층 박막의 광 밴드 갭 광 요소의 모드 밀도에 비해 억제 되었다. 따라서, 비선형 광학성(nonlinear optical property)과 같이, 모드 밀도 특성에 비례하는 제반 광학 특성을 응용하는 광 밴드 갭 광 요소를 채용하는 광 소자에 있어서는 광 밴드 에치 영역에서 그 성능의 향상 또는 조절을 기대할 수 있다. 또한, 3층 박막으로 된 광 요소의 광 밴드 갭 특성 또는 필터의 특성을 사용하여, 광도파로, 광 검출기 또는 스펙트럼센서, 광 신호 지연기 등의 광 기능 소자를 제작할 수 있다.
도 2a의 구조를 채택하는 3층 박막으로 형성된 광 밴드 갭 광 요소의 또 다른 특징을 도 2d와 도 2e를 참고로 살펴본다.
약 400 nm 와 약 700 nm 사이의 파장 영역에서, 적색(red, R, 약 620 nm), 녹색(green, G, 약 520 nm), 청색(blue, B, 약 450 nm)의 파장 대에 3개의 광 밴드 갭들이 동시에 형성되도록 각 박막층(21, 22, 23)의 두께를 조절하고, 고차의 브래그 반사 조건을 만족하도록 조절하였다. 즉, 5차, 6차, 7차의 브래그 반사 조건을 만족하는 구조로서, 제 1박막층(21)/제 2 박막층(22)/제 3 박막층(23)을 [약 1.86, 약 230 nm]/[약 2.1, 약 350 nm]/[약 1.46, 약 270nm]로 하고 12주기로 선택하였다.
mλ=2*P*z, (입사각 θ= 0)
= 2 × (230 nm × 1.86 + 350 nm × 2.1 + 270 nm × 1.46) = 3114 nm 에서 m = 5 이면, λ5 = 622.8 nm (R), m = 6 이면, λ6 = 519.0 nm (G), m = 7 이면, λ7 = 444.9 nm (B)가 된다.
이러한 상태의 3층 박막의 광학적 밴드 갭 광 요소의 광 투과성이 도 2d에 실선으로 나타나 있다. 도 2d를 보면, 적색광(약 610 nm - 약 638nm), 녹색광(약 509 nm - 약 529 nm), 그리고 청색광(약 437 nm - 약 452 nm) 파장 영역과 일치하는 부분에서 3개의 완전한 형태의 광 밴드 갭들이 형성되었음을 알 수 있다.
한편, 본 실시 예와 비교하기 위하여, 종래 기술에 따른 2 층 구조의 광학적 밴드 갭 요소의 적색광, 녹색광 및 청색광 파장 대역에서의 광 투과율 특성이 도 2d에서 점선으로 표시되었다. 2층 박막의 굴절력과 두께를 각각 [약 2.1, 약 442.4 nm]와 [약 1.46, 약 442.4nm]로 구성하고 12 주기로 적층하여 광학적 밴드 갭 광 요소를 제작하였다. 그런데, 이러한 2층 박막 구조의 광학적 밴드 갭 광 요소에서 발현된 광 특성에서는, 적색광(약 610 nm - 약 638nm), 녹색광(약 509 nm - 약 529 nm), 그리고 청색광(약 437 nm - 약 452 nm) 파장 영역에서 3 개의 광 밴드 갭의 형태가 완전하지 않다. 또한, 이를 개선하기 위하여, 적층 조건을 바꾸면, 녹색광 밴드 갭 영역과 청색 광 밴드 갭 사이의 영역에서는 광 투과율이 약 60%로 떨어지는(도시하지 않음) 등의 문제가 있었다.
따라서 종래의 2층 박막 구조의 광 밴드 갭 광 요소를 이용할 경우 광 밴드 갭 특성이 명확하게 조절되지 않는 반면, 본 발명의 3층 박막 구조의 광 밴드 갭 광 요소를 이용할 경우, 소정의 파장 영역에서 손쉽게 광 밴드 갭 특성을 조절할 수 있게 된다. 특히 전술한 실시예에서의 광 밴드 갭 파장 영역들은 칼라 디스플레이 소자에서 적용하는 화소의 R, G, B파장 영역에 해당한다. 따라서, 전술한 도 2d의 그래프를 나타내도록 하는 광학적 밴드 갭 광 요소를 칼라 디스플레이 또는 백색광 디스플레이 소자들에 응용할 수 있다. 왜냐하면, 전술한 3층 박막 구조의 광 밴드 갭 요소를 채용하는 디스플레이 소자에서는 광학적 밴드 갭 요소의 발광이 강하게 변조될 수 있기 때문이다.
이러한 발광(자발발광-spontaneous emission 또는 자극 발광-stimulated emission)의 변조에 대한 이해는 다음과 같다. 광 밴드 갭 요소가 없을 때에는, 미약하며 마구잡이로 분포하는 "진공 요동(vacuum fluctuation) 전기장"의 자극에 의해 디스플레이 소자의 발광은 모든 방향으로 균일하게 나타난다. 그런데 이러한 진공 요동 전기장이 본 발명에 따른 3층 박막 구조의 광 밴드 갭 요소에 입사하게 되면, 전자기파와 같이 변조되어 진다. 즉, 빛이 3층 박막 구조의 광 밴드 갭 광 요소의 공진 주파수 또는 밴드 갭 주파수로 입사되면, 3층 박막 구조의 광 밴드 갭 광 요소 내부의 광 세기는 입사 세기보다 더 증강되는 반면, 밴드 갭 주파수에서 벗어난 빛은 밴드 갭을 느끼지 못하기 때문에, 빛의 세기의 변조가 강하지 않다. 그러므로 발광은 광 밴드 갭에서 주기 축을 따라 강하게 증강된다. 이러한 증강은 모드 밀도에 비례하는 캐비티 퀄러티 팩터(cavity quality factor) 인 "Q인자"로 기술될 수 있다. Q인자가 증가하면 디스플레이의 밝기와 발광 효율이 증가하는 반면에 빛의 각 퍼짐(angular spread)은 감소하여 방향성을 갖으며, 자발 또는 자극 방출 주파수의 특성을 변조하며, 선폭(line width)을 감소시켜 색도(chromaticity)를 변조한다. 이러한 증강된 빛의 지향성 때문에 빛의 파이핑 현상(light piping)이 없어지고 반면에 높은 외부 결합 효율(external efficiency), 고 해상도(high resolution), 고 지향성(high directional)의 빛을 출력하게 된다.
따라서, 전술한 실시예의 3층 박막 구조의 광 밴드 갭 광 요소를 VFD(Vacuum Fluorescent Display), 음극선관(Cathode Ray Tube;CRT), 음극 발광장치(Cathodoluminescence), FED (Field Emission Display), 레이저 형광 디스플레이(Laser Fluorescent Display), 광발광장치(Photoluminsecence), LCD (Liquid Crystal Display), 또는 유기발광장치(Organic ElectroLuminescent Device; OELD) 등의 디스플레이 전면에 걸쳐 설치하면, 각 R, G, B화소에서 발광하는 파장의 빛이 광 밴드 갭의 특성에 의해 변조, 조절되기 때문에 디스플레이 특성을 증진시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 3층 박막 구조의 광 밴드 갭 요소를 각종 디스플레이에 적용함에 있어서, 미국특허 5804919, 미국특허 6198211 또는 미국특허 6392341호에 개시된 것과 같이 각 R, G, B, 화소 마다 각각의 파장 영역에 해당하는 광 밴드 갭 요소들을 번거롭게 독립적으로 제작하고 이들은 해당 발광 화소와 일치하도록 배열하지 않아도 되므로, 본 발명에 따른 광학적 밴드 갭 구조를 채용하는 디스플레이의 제작이 용이하게 되며 나아가 제작 수율이 향상되게 된다.
구체적으로 도 1g의 마이크로 캐비티 발광소자(100)에서 기판과 발광 화소 사이에 배치되는 광학적 밴드 갭 요소를 본 발명에 따른 광학적 밴드 갭 요소로 대체한 마이크로 캐비티 발광소자(200)가 도 2f에 도시되어 있다.
도 2f를 보면, 본 발명에 따른 광학적 밴드 갭 구조를 채용한 마이크로 캐비티 발광 소자(200)는 기판(210) 전면 상에 형성된 R, G, B의 각 화소의 발광 파장 영역에서 밴드 갭을 구성하는 광 밴드 갭 미러(220)와 광 밴드 갭 미러(220)의 상부에 배치되는 R화소, G화소 및 B화소로 이루어진다. R화소, G화소 및 B화소의 구성은 도 1g의 것과 동일하다. 다만, 복수의 화소 하부에 위치하는 광 밴드 갭 미러(220)는 SiO2로 이루어진 제 1 박막(220a), TiO2로 이루어진 제 2 박막(220b) 및 SiO2와 TiO2의 복합체로 이루어진 제 3 박막(220c)이 하나의 단위를 구성하고 이러한 단위가 2회 이상 적층되어 이루어져 있다.
각 화소의 유기 발광층(245a, 245b, 245c)에서 각각 발광된 청색광, 녹색광 및 적색광은 부분 거울(금속전극에 대비하여 상대적으로 낮은 반사율을 보임)로 작용하하는 광 밴드 갭 요소(220)에서 반사되고 이는 다시 금속 전극(249)에서 전부 반사되며 이러한 과정을 반복한다. 한편, 광 밴드 갭 구조(220)는 적색광 파장 영역, 녹색광 파장 영역 그리고 청색광 파장 영역에서 밴드 갭을 형성하고 있다. 따라서, 반복되는 양측의 거울에서의 반사에 의해 궁극적으로는 부분 거울(부분적으로 투과시킴)인 광 밴드 갭 광 요소(220)을 통해 지향성이 우수하고, 주파수가 변조되어 색도가 우수한 적색광, 녹색광 또는 청색광이 발현되게 된다.
한편, 청색광, 녹색광 및 적색광을 발광하는 물질층으로서 전술한 유기 발광층(245a, 245b, 245c) 대신에 공지의 무기발광 물질로 이루어진 발광층을 사용할 수 도 있다.
본 발명의 3층 구조의 광 밴드 갭 광 요소는 자발 발광을 이용한 디스플레이 소자 뿐만 아니라, 모드 밀도가 높은 광 밴드 에치에서 자극 발광을 유도할 수 있으므로, 이러한 자극 발광을 이용한 레이저 프로젝션 디스플레이에도 적용할 수 있다.
또한 상기 3층 구조의 광 밴드 갭 광 요소에 있어서 비선형 광학성이 우수한 ADP(NH4H2PO4), KDP(KD2PO4), LiNbO3, LiTaO3, BaTiO3, PbTiO3, KNbO3, CdTe, InAs, ZnS 등의 비선형 광학성 매질과 이들의 복합체 중의 어느 하나 또는 비선형 광학성 유기 분자, 액정, 비선형 광학성 유기 반도체, 비선형 광학성 고분자 및 이들의 복합체중의 어느 하나 등과 같이, 전계를 인가하면 굴절률의 변조가 가능한 매질 박막을 사용하면, 전계 인가에 의한 광 밴드 갭 특성의 변조를 유도할 수 있어서, 새로운 광 소자로 응용될 수도 있다.
더욱, 상기 3층 구조의 광 밴드 갭 광 요소에 전계를 인가하면 두께가 변조되는 압전성(piezoelectricity)이 우수한 석영, 로첼염(Rochelle salt), 암모니윰 디하이드로젠 포스페이드(ammonium dihydrogen phosphate), 티탄산염 바륨전기석(tourmalinebarium titanate), 티탄산염납(lead titanate), 지르콘산염납(lead zirconate), 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride;PVDF), 폴리비닐플로라이드(polyvinylfluoride), 비닐리덴 플로라이드-트리플로에틸렌 코폴로머( vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer), 나일론-7(Nylon-7), 나일론-11( Nylon-11) 등과 이들의 복합체 중의 어느 하나를 제 1 박막 내지 제 3 박막으로 사용하면, 전계 인가에 의해 광 밴드 갭 특성을 변조할 수 있기 때문에, 역시 광 소자로 응용할 수 있다.
또한 상기 광 밴드 갭 광 요소의 박막으로 도전성이 우수한 구리, 알루미늄, 금, 은 철, 니켈, 크롬 등의 금속 또는 폴리다이아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌 등의 전도성 고분자 매질 박막 및 이들의 복합체 중의 어느 하나를 사용하여 금속 / 유전체 박막구조를 포함하는 마이크로파 영역에서 광 밴드 갭 효과를 가지는 광요소를 제작할 수도 있다.
도 3a는 본 발명의 다른 예에 따른 광 밴드 갭 광 요소의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3a에서는 결함층(24)이 상기 3층 박막(21, 22, 23)의 밴드 갭 요소 내부에 도입되어 있다. 결함층(24)은 제 1 박막(21) 내지 제 3 박막(23)의 매질과는 다른 굴절력 및/또는 두께 특성을 가지는 매질로 구성되며, 제 1 박막 내지 제 3 박막의 일부를 제거하여 결함층(24)을 형성할 수도 있으며, 또한 이들의 다양한 조합으로 결함층을 구성할 수도 있다.
도 3a와 같은 결함층(24)을 포함하는 광 밴드 갭 광 요소(25)에 z-방향으로빛이 수직 입사하게 되면, 소정의 파장 영역에서 광 투과율이 제어되는 광 밴드 갭 현상이 발현되며, 이와 더불어 광 밴드 갭 영역 내부의 소정의 파장 영역에서 결함 모드에 의해 급격한 광의 투과가 발현된다. 이를 도 3b 및 3c를 참고로 살펴본다.
도 3a에 도시된 구조를 사용한 일 실험예에서 제 1 박막(21), 제 2 박막(22) 및 제 3 박막(23)을 각각 [약 2.1, 약 70 nm], [약 1.46, 약 60 nm] 및 [약 1.86, 약 30nm]로 6 주기로 적층하고, 이어서 결함층(24)을 [약 1.46, 약 60 nm]로 형성한 뒤 다시 전술한 제 1 박막(21) 내지 제 3 박막(23)을 다시 6주기 적층하여 광 밴드 갭 광 요소를 제작하였다. 그리고 이렇게 제작된 광 밴드 갭 광 요소의 광 투과 특성 및 모드 밀도를 살펴보았다. 도 3b 및 도 3c에서 볼 수 있듯이, 결함층(24)에 의한 새로운 모드가 약 545 nm 영역에서 광 투과로 나타남을 볼 수 있다. 따라서, 모드 밀도에 비례하는 제반 광학 특성, 일 예로 비선형 광학성 등을 이용하는 소자에서는 그 성능의 향상을 위해 결함층(24)을 포함하는 3층 박막 구조의 광학적 밴드 갭 요소를 적용할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예는 결함층(24)의 모드 밀도의 증강 또는 억제에 관계하는 제반 광학 특성을 이용하는 소자에 적용되어 그 소자의 성능의 향상 또는 개선을 도모할 수 있다.
또한, 상기 구조로 형성된 광 요소의 결함층(24)에 발광 능력을 부여하여, 광 밴드 갭 특성 또는 필터의 특성이 개선된 발광 소자, 디스플레이, 및 VCSEL과 같은 레이저 등의 광 소자들을 제작할 수도 있다. 상기 발광 능력은 황산 아연(Zinc Sulfide) 반도체 등의 고분자 바인더 중에 분산된 형광체(Phosphor) 또는 결정 속의 천이금속이온을 전자로 충돌시키거나, 또는 전도성, 비전도성 또는 반도체성의 유기 단분자, 올리고머 또는 고분자에 자외선 조사 또는 전자 및 정공을 직접 주입함으로 얻을 수 있다.
또한 결함층(24)은 전계에 의해 굴절률의 변조가 가능한 ADP(NH4H2PO4), KDP(KD2PO4), LiNbO3, LiTaO3, BaTiO3, PbTiO3 , KNbO3, CdTe, InAs, ZnS 및 이들의 복합체 중 선택된 하나, 또는 비선형 광학성 유기 분자, 액정, 비선형 광학성 유기 반도체, 비선형 광학성 고분자 및 이들의 복합체 중 선택된 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 구조로 형성된 광 요소의 결함층(24)에 비선형 광학성이 우수한 매질층을 부가하여 광 통신 모듈레이터 및 비선형 광학성 소자와 같은 광 소자들을 제작할 수도 있다.
한편, 결함층(24)은 3층 박막 구조의 광학적 밴드 갭 구조의 내부에 하나가 삽입되어 있으나, 내부에 삽입되는 결함층(24)의 수가 복수개 일 수 도 있고 또한 결함층(24)이 3층 박막 구조의 광학적 밴드 갭 구조의 양 단부 중의 적어도 한 쪽에 배치될 수 도 있다.
도 3a의 구조를 채택하는 3층 박막으로 형성된 광 밴드 갭 광 요소의 또 다른 특징을 도 3d와 도 3e를 참고로 살펴본다. 도 3a의 3층 박막(21, 22, 23)들을 각각 [약 1.86, 약 230 nm], [약 2.1, 약 350 nm], [약 1.46, 약 270nm]로 하여 6 주기 형성하고, 결함층(24)으로 [약 2.1, 약 350 nm]의 특성을 가지는 물질층을 형성하고, 다시 3층 박막(21, 22, 23)을 6주기로 형성하여 광 밴드 갭 광 요소를 완성한다. 그리고 이렇게 제작된 광 밴드 갭 광 요소의 광 투과 특성 및 모드 밀도를 살펴보았다. 도 3d 및 도 3e에 나타난 바와 같이, R, G 및 B의 밴드 갭 영역들 내부에 결함층(24)에 의한 새로운 모드들이 광 투과(약 441nm, 약 525nm 및 약 621nm)로 나타남을 볼 수 있다.
따라서, 모드 밀도에 비례하는 제반 광학 특성, 일 예로 비선형 광학성 등을 이용하는 소자에서는 그 성능의 향상을 위해 결함층(24)을 포함하는 도 3d의 투과율을 보이는 3층 박막 구조의 광 밴드 갭 광 요소를 적용할 수 있게 된다. 또한, 이러한 구조로 형성된 광 요소의 결함층(24)에 R, G, B 발광 능력을 부여하여 다파장 발광 소자, 칼라 디스플레이, 백색광 디스플레이 및 다파장 발진 레이저 등의 광 소자들을 제작할 수도 있으며, 밴드 에치에서 자극 발광을 이용한 레이저 프로젝션 디스플레이에도 적용할 수도 있다.
전술한 [굴절률, 두께] 특성이 서로 다른 3 종의 박막들의 적층의 주기적인 구조를 갖는 광 밴드 갭 광 요소의 특징은 다음과 같은 이유에 기인한다. 기존의 서로 다른 2 종의 박막들의 적층의 주기적인 구조를 갖는 광 밴드 갭 광 요소에서는 임의의 박막(예 : [n1, d1])을 기준으로 하였을 때, 인접한 좌우의 박막들이 동일한 광학적 특성([굴절률, 두께])을 갖는 대칭적인 구조(예 : [n2, d2])를 갖는 반면에, 본 발명의 [굴절률, 두께] 특성이 서로 다른 3 종 이상의 박막들의 적층의 주기적인 구조를 갖는 광 밴드 갭 광 요소에서는 임의의 박막(예 : [n1, d1])을 기준으로 하였을 때, 인접한 좌우의 박막들이 서로 상이한 광학적 특성([굴절률, 두께])을 갖는 비대칭적인 구조(예 : [n2, d2] 및 [n3, d3])를 갖는다. 따라서, 밴드 갭 광 요소의 내부에 형성되는 아이젠 모드(eigen mode)들의 형성이 기존의 경우보다 많은 자유도(degree of freedom)를 갖으며 이들 모드의 발현이 광학적인 효과로 나타나기 때문에 광 밴드 갭을 조절할 수 있으며, 특히 광 밴드 갭의 에치에서 파장 변화에 따른 투과율 특성을 조절할 수 있게 된다. 따라서 비록 도면으로는 나타내지 않았으나, [굴절률, 두께] 특성이 서로 다른 3 종의 박막들의 적층의 주기적인 구조를 갖는 광 밴드 갭 광 요소를 확장하여, [굴절률, 두께] 특성이 서로 다른 4 종 내지 그 이상의 박막들의 적층 구조를 갖는 광 밴드 갭 요소를 구성하여도 그 구조의 비대칭성 때문에, 도 2 b에 나타낸 특성과 유사하게 광 밴드 갭을 조절할 수 있었으며, 특히 광 밴드 갭의 에치에서 파장 변화에 따른 투과율 특성을 조절할 수 있게 된다.
전술한 3종 이상의 박막 구조의 광학적 밴드 갭 요소의 변형으로서, 상기 결함층(24)에 새로운 물질의 새로운 구조를 사용할 수도 있으며, 결함층(24)의 앞 뒤에 배치되는 3층 박막의 적층 순서를 서로 뒤바꾸어 형성할 수도 있다. 또한, 3개의 박막들 중의 적어도 한 층에 박막을 관통하는 연속하는 구멍(hole)들을 박막층 평면에 주기적으로 제작하여 2차원 또는 3차원 광 밴드 갭 특성을 제공하도록 할 수도 있으며, 구멍들의 주기성에도 결함을 삽입하여 2차원 또는 3차원 필터 특성을 부여할 수도 있다.
이상의 설명에 따르면, 본 발명에 따른 [굴절률, 두께] 특성이 서로 다른 3 종 이상의 박막이 순차 적층되어 형성된 광 밴드 갭 광 요소를 사용함으로써, 투과율 특성의 변화 또는 모드 밀도의 증강 또는 억제에 관계하는 제반 광학 특성을 이용하는 광 소자들의 신뢰성을 향상 시킬 수 있다. 이러한 광 소자들의 예로서, 파장 분할 소자, 광도파로, 광 검출기, 스펙트럼센서, 광 신호 지연기, 슈퍼 프리즘, 광 통신 모듈레이터를 비롯한 비선형 광학성 광 밴드 갭 소자, 칼라 디스플레이, 백색광 디스플레이 소자, 레이저 프로젝션 디스플레이, 다 파장 발광 소자, VCSEL을 비롯한 레이저 및 다 파장 발진 레이저 등을 들 수 있다.
지금까지 본 발명의 구성 및 원리에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정하는 것이 아니며, 명세서에 기재되고 청구된 원리의 진정한 정신 및 범위 안에서 수정 및 변경할 수 있는 여러 가지 형태는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것임을 이해해야 할 것이다.
도 1a는 종래 기술에 따른 광 밴드 갭 광 요소의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 광 밴드 갭 광 요소의 일 예의 광 투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 1c는 종래 기술에 따른 결함층을 포함하는 광 밴드 갭 광 요소의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1d는 종래 기술에 따른 결함층을 포함하는 광 밴드 갭 요소의 일 예의 광 투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 1e는 종래 기술에 따른 광 밴드 갭 광 요소에서 광 밴드 갭을 형성하는 박막층에 2 차원 주기 구조의 구멍을 마련하여 3차원의 광 밴드 갭 광 요소를 구성하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1f는 종래 기술에 따른 광 밴드 갭 광 요소에서 광 밴드 갭을 형성하는 박막층에 결함이 도입된 2 차원의 주기 구조의 구멍을 마련하여 3차원의 광 밴드 갭 요소를 구성하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1g 는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 발광 특성들이 각각 부여된 종래 기술에 따른 광 밴드 갭 광 요소들을 배열하여 형성한 마이크로 캐비티 발광 소자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 예에 따른 광 밴드 갭 광 요소의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2b와 도 2c 각각은 도 2a에 도시한 광 밴드 갭 광 요소의 일 실험예의 광 투과 특성 및 모드 밀도를 나타내는 그래프들이다.
도 2d와 도 2e 각각은 도 2a에 도시한 광 밴드 갭 광 요소의 다른 실험예의 광 투과 특성 및 모드 밀도를 나타내는 그래프들이다.
도 2f는 본 발명에 따른 광 밴드 갭 광 요소를 마이크로 캐비티 발광 소자에 응용한 상태를 보여주는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 다른 예에 따른 광 밴드 갭 광 요소의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3b 및 도 3c 각각은 도 3a에 도시한 광 밴드 갭 광 요소의 일 실험예의 광 투과 특성 및 모드 밀도를 나타내는 그래프들이다.
도 3d 및 도 3e 각각은 도 3a에 도시한 광 밴드 갭 광 요소의 다른 실험예의 광 투과 특성 및 모드 밀도를 나타내는 그래프들이다.

Claims (21)

  1. 굴절률 및/또는 두께가 서로 상이한 3 종 이상의 박막이 순차 적층된 단위 구조가 2 주기 이상 반복하여 형성된 다중 박막층을 적어도 포함하는 광 밴드 갭 광 요소를 포함하는 광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광 밴드 갭 광 요소의 단위 구조는 제 1 내지 제 3 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 소자.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 다중 박막층은 제 1 내지 제 3 박막의 단위가 적층되어 형성된 상호 분리된 복수의 제 1 서브 다중 박막층과 복수의 제 2 서브 다중 박막층으로 이루어지며, 상기 복수의 제 1서브 다중 박막층의 어느 하나와 상기 복수의 제 2 서브 다중 박막층의 어느 하나의 사이에는 소정의 굴절률과 두께를 가지는 적어도 하나 이상의 결함층이 더욱 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 소자.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 광 밴드 갭 광 요소는 다중 박막층의 양 단부 중의 적어도 하나의 단부에 위치하는 박막에 접촉하는 결함층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 박막의 다중 박막층은, 400 nm이상 700nm 이하의 파장 범위에서 5차, 6차, 7차의 브래그 반사 조건을 만족하는 단위 구조가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 광 소자.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 박막의 다중 박막층은, 400 nm이상 700nm 이하의 파장 범위에서 5차, 6차, 7차의 브래그 반사 조건을 만족하는 단위 구조가 적층되어 있으며 적어도 하나 이상의 결함층이 더욱 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 다중 박막들 중에서 적어도 하나의 박막에 상기 하나의 박막을 관통하는 구멍(hole)들을 그 박막 평면에 1차원 또는 2차원 주기 구조로 형성한 것을 특징으로 하는 광 소자.
  8. 제 1항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 박막들 중에서 적어도 하나의 박막에 상기 하나의 박막을 관통하는 구멍(hole)들을 그 박막 평면에 1차원 또는 2차원 주기 구조로 형성하되, 상기 구멍이 형성된 박막 평면에 적어도 하나 이상의 결함이 포함되도록 하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 박막은 황화물(sulfide), 불화물(fluoride), 산화물(oxide), 실리케이트(silicate), 황산화물(oxysulfide), 알루민산염(aluminate), 셀렌산염(selenite), 질화물(nitride) 세라믹 및 이들의 복합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 소자.
  10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 박막은 에폭시 폴리에스터 셀룰로즈 폴리스타이렌, 폴리비닐렌, 폴리사일록산, 폴리사일란, 폴리이미드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리퀴놀린, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌, 포토 레지스트, 테프론, 액정성 고분자, 및 이들의 복합체로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 광 소자.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 박막은 실리콘, GaAs, AlGaAs, GaP 및 이들의 복합체 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 광 소자.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 박막은 압전성이 우수한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 밴드 갭 광 소자.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 12항에 있어서, 상기 압전성이 우수한 물질은 석영, 로첼염(Rochelle salt), 암모니움 디하이드로젠 포스페이드(ammonium dihydrogen phosphate), 티탄산염 바륨전기석(tourmalinebarium titanate), 티탄산염납(lead titanate), 지르콘산염납(lead zirconate), 폴리비닐리덴 플로라이드 (polyvinylidene fluoride;PVDF), 폴리비닐플로라이드(polyvinylfluoride), 비닐리덴 플로라이드-트리플로에틸렌 코폴로머(vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer), 나일론-7(Nylon-7), 나일론-11(Nylon-11) 및 이들의 복합체로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 소자.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 박막은 전계에 의해 굴절률의 변조가 가능한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 소자.
  15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 14항에 있어서, 상기 전계에 의해 굴절률 변조 가능한 물질은 ADP(NH4H2PO4), KDP(KD2PO4), LiNbO3, LiTaO3, BaTiO3, PbTiO3, KNbO3, CdTe, InAs, ZnS 및 이들의 복합체로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 밴드 갭 광 소자.
  16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3박막은 비선형 광학성 유기 분자, 액정, 비선형 광학성 유기 반도체, 비선형 광학성 고분자 및 이들의 복합체 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 광소자.
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 14항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3박막은 비선형 광학성 유기 분자, 액정, 비선형 광학성 유기 반도체, 비선형 광학성 고분자 및 이들의 복합체 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 광소자.
  18. 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 박막층은 구리, 알루미늄, 금, 은 철, 니켈, 크롬 등의 금속 또는 폴리다이아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌의 전도성 고분자 매질 박막 및 이들의 복합체 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 광소자.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 광소자는, 상기 광 밴드 갭 광 요소가 형성되어 있는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 광 밴드 갭 광 요소 상에서 배치되되, 복수의 적색광 발광 화소, 복수의 녹색광 발광화소 및 복수의 청색광 발광 화소로 이루어진 발광 소자인 것을 특징으로 하는 광소자.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 발광 소자의 각 발광 화소는 광 밴드 갭 광 요소와 접촉하는 투명 전극, 상기 투명 전극 상에 형성된 유기 발광층 및 상기 유기발광층 상에 형성된 금속 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 발광 소자의 각 발광 화소는 광 밴드 갭 광 요소와 접촉하는 투명 전극, 상기 투명 전극 상에 형성된 무기 발광층 및 상기 무기 발광층 상에 형성된 금속 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자.
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