KR101463605B1 - 금속성 구조체 및 광전자 장치 - Google Patents
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Abstract
금속성 구조체 및 광전자 장치가 개시된다. 금속성 구조체는 전자기파를 필터링 또는 편광 시키기 위해 사용되고, 광 허용 매질, 제1 금속성 블록 및 제2 금속성 블록을 포함한다. 제1 및 제2 금속성 블록은 상호간에 평행하고 상호간에 미리 정의된 거리(d)만큼 이격되며, 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치된다. 전자기파는 금속성 구조체를 통과한 후에 파장 대비 투과율의 분포곡선을 가지고, 분포곡선은 일대일 방식으로 적어도 하나의 파장에 대응하는 적어도 하나의 투과율 피크 값을 가진다. 상기 미리 정의된 거리(d) 및 제1 금속성 블록의 평균 폭(w)은 d < λ; 0.01λ < w < d를 만족하고, λ는 상기 적어도 하나의 파장 중 하나를 의미한다.
Description
본 출원은 2011년 11월 23일자로 제출된 대만 출원 제100142940호를 기초로 우선권을 주장하고, 상기 대만 출원의 공개 전문은 여기에 포함된다.
본 발명은 금속성 구조체 및 광전자 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 전자기파를 필터링(filtering) 및/또는 편광(polarizing)하는 금속성 구조체 및 광전자 장치에 관한 것이다.
특정 주파수 스펙트럼의 필터링 및 편광은 전자기파에 대한 기초적 작업이다. 컬러 필터링 및 편광 기능이 있는 재료 및 장치는 전자-광학 시스템에 중요한 기능을 제공하고, 과학, 공학, 공업, 소비재산업, 방위산업 및 기타 많은 응용분야에서의 전자광학 시스템에서 중요한 부분을 차지하곤 한다. 투과 스펙트럼(transmission spectrum)을 효과적으로 좁히는 것(effective narrowing)과 피크 투과율(peak transmission efficiency)은 상술한 응용분야에서 중요한 요소가 된다.
종래 기술에서 사용된 재료의 대부분은 염료(dye), 유기체(organic), 플라스틱(plastic) 등과 같이 전자기파와 상호작용할 수 있는 유전체가 대부분이고, 흔히 필름 형상으로 이루어진다. 수십 년 전 이래로 금속 와이어로 이루어진 그물이 마이크로파 주파수 영역에서 전자기파를 필터링 할 수 있는 것으로 알려졌고, 최근 더욱 개선되고 있다.
최근, 전자기파의 투과율이 금속 필름의 서브파장 구멍(subwavelength holes)을 통해 높아질 수 있다는 사실이 과학자들에 의해 밝혀졌다. 구멍을 통해 투과된 전자기파의 강도는 구멍 영역에 충돌하는 것보다 클 수 있지만, 전체 투과 강도는 여전히 도래파(incoming electromagnetic waves)의 작은 부분(예를 들어 10% 미만)에 불과하고 이는 구멍 영역이 도래파가 조사되는 전체 영역에 비해 훨씬 작은 것에 부분적으로 기인한다.
본 발명의 목적은 전자기파의 투과율을 높이거나 전자기파를 효과적으로 필터링 또는 편광 하기 위한 금속성 구조체를 제공하는데 있다.
전술한 목적에 따라, 본 발명의 일 측면은 전자기파를 필터링(또는 분배) 또는 편광 하기 위한 금속성 구조체를 제공하는데 있다. 금속성 구조체는 광 허용 매질, 제1 금속성 블록 및 제2 금속성 블록을 포함한다. 제1 금속성 블록은 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치된다. 제2 금속성 블록은 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되고, 제1 금속성 블록 및 제2 금속성 블록은 상호간에 평행하고 상호간에 미리 정의된 거리만큼 이격된다. 전자기파는 제1 금속성 블록과 제2 금속성 블록 및 제1 금속성 블록과 제2 금속성 블록 사이로 입사된다. 전자기파는 금속성 구조체를 통과한 후에 파장 대비 투과율의 분포곡선을 가지고, 분포곡선은 일대일 방식으로 적어도 하나의 파장에 대응하는 적어도 하나의 투과율 피크 값을 가진다. 상기 미리 정의된 거리 및 제1 금속성 블록의 평균 폭은 하기 관계식을 만족시킨다.
d < λ
0.01λ < w < d
상기 관계식에서 d는 상기 미리 정의된 거리, λ는 상기 적어도 하나의 파장 중 하나의 파장, w는 상기 제1 금속성 블록의 평균 폭을 의미한다.
다른 실시예에서, 상기 미리 정의된 거리 및 상기 제1 금속성 블록의 평균 폭은 하기 관계식을 만족시킨다.
d + w < λ
다른 실시예에서, 제1 금속성 블록의 평균 길이는 하기 관계식을 만족시킨다.
l < 2λ
상기 관계식에서 l은 제1 금속성 블록의 평균 길이를 의미한다.
다른 실시예에서, λ는 상기 적어도 하나의 투과율 피크 값 중 하나의 투과율 피크 값(이하에서는 제1 투과율 피크 값이라 한다)이고, 제1 투과율 피크 값은 10% 보다 크고, 제1 투과율 피크 값의 파장과 제1 투과율 피크 값의 70%에 해당하는 투과율을 가지는 파장 사이에 상응하는 스펙트럼 반치폭(spectrum half-width)은 2λ/3보다 작다.
다른 실시예에서, 상기 전자기파는 0.1㎛ ~ 12㎛의 파장을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 금속성 구조체는 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되고 제1 금속성 블록 및 제2 금속성 블록의 일 측에 인접하는 제3 금속성 블록을 더 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 제3 금속성 블록은 제1 금속성 블록 및 제2 금속성 블록에 동시에 접촉하지는 않는다.
다른 실시예에서, 상기 제3 금속성 블록의 연장선은 제1 금속성 블록 및 제2 금속성 블록의 연장선들에 수직을 이룬다.
다른 실시예에서, 상기 금속성 구조체는 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되고, 제1 금속성 블록 및 제2 금속성 블록의 타 측에 인접하는 제4 금속성 블록을 더 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 제4 금속성 블록은 제1 금속성 블록 및 제2 금속성 블록에 동시에 접촉하지는 않는다.
다른 실시예에서, 상기 제4 금속성 블록의 연장선은 제1 금속성 블록 및 제2 금속성 블록의 연장선들에 수직을 이룬다.
다른 실시예에서, 상기 제4 금속성 블록은 제3 금속성 블록으로부터 2λ보다 작은 거리만큼 이격된다.
다른 실시예에서, 상기 금속성 구조체는 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되는 금속성 프레임을 더 포함하고, 제1 금속성 블록, 제2 금속성 블록, 제3 금속성 블록 및 제4 금속성 블록은 금속성 프레임의 내부에 배치되거나 금속성 프레임과 겹쳐서 배치된다.
전술한 목적에 따라, 다른 금속성 구조체가 전자기파를 편광 또는 필터링 하기 위해 제공된다. 상기 금속성 구조체는 광 허용 매질 및 금속성 어레이를 포함한다. 금속성 어레이는 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되고, 금속성 어레이는 복수 개의 어레이 유닛을 포함한다. 금속성 어레이 유닛 각각은 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 금속성 어레이 유닛 중 적어도 하나는 상기 제3 금속성 블록을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 금속성 어레이 유닛 중 상기 적어도 하나는 상기 제4 금속성 블록을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 금속성 어레이 유닛 중 상기 적어도 하나는 상기 금속성 프레임을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 금속성 구조체 중 하나를 포함하는 광전자 장치(예를 들어 디스플레이 장치)를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전자기파의 투과율이 향상되거나 전자기파가 효과적으로 필터링 될 수 있다.
전술하는 개략적인 설명과 후술하는 구체적인 설명은 모두 여러 가지 예시들에 관한 것으로서, 본 발명의 특허청구범위를 뒷받침하는 설명을 제공하기 위함이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전자기파의 투과율이 향상되거나 전자기파가 효과적으로 필터링 될 수 있다.
본 발명의 여러 특징은 첨부되는 도면을 참조하여 후술하는 구체적인 설명에서 보다 쉽게 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속성 구조체의 3차원 다이어그램이다.
도 1b는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제1 및 제2 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 1c는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제3 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 1d는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제4 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 1e는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제5 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제1 내지 제5 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선이다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제1 내지 제5 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선이다.
도 3a는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제1 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 3b는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제2 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 3c는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제3 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 3d는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제4 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제1 내지 제4 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선이다.
도 4b는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제1 내지 제4 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선이다.
도 5a는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제1 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 5b는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제2 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 5c는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제3 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 5d는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제4 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 5e는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제5 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 5f는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제6 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 5g는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제7 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 6a는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제1 내지 제7 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선이다.
도 6b는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제1 내지 제7 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선이다.
도 7a는 본 발명의 제4 실시예를 적용한 일 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 7b는 본 발명의 제4 실시예를 적용한 일 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선이다.
도 7c는 본 발명의 제4 실시예를 적용한 일 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선이다.
도 8a는 본 발명의 제4 실시예를 적용한 일 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 8b는 본 발명의 제5 실시예를 적용한 일 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선이다.
도 8c는 본 발명의 제5 실시예를 적용한 일 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선이다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속성 구조체의 3차원 다이어그램이다.
도 1b는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제1 및 제2 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 1c는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제3 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 1d는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제4 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 1e는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제5 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제1 내지 제5 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선이다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제1 내지 제5 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선이다.
도 3a는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제1 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 3b는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제2 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 3c는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제3 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 3d는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제4 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제1 내지 제4 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선이다.
도 4b는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제1 내지 제4 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선이다.
도 5a는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제1 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 5b는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제2 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 5c는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제3 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 5d는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제4 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 5e는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제5 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 5f는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제6 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 5g는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제7 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 6a는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제1 내지 제7 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선이다.
도 6b는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제1 내지 제7 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선이다.
도 7a는 본 발명의 제4 실시예를 적용한 일 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 7b는 본 발명의 제4 실시예를 적용한 일 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선이다.
도 7c는 본 발명의 제4 실시예를 적용한 일 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선이다.
도 8a는 본 발명의 제4 실시예를 적용한 일 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다.
도 8b는 본 발명의 제5 실시예를 적용한 일 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선이다.
도 8c는 본 발명의 제5 실시예를 적용한 일 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명이 구체적으로 이루어질 것이고, 본 발명의 바람직한 실시예의 예시들이 첨부된 도면에 도시된다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어서 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하기로 한다.
금속성 재료의 표면에 존재하는 전자들은 전자기장과 강하게 상호작용할 수 있는데, 이는 전자의 편극(polarization)에 따라 달라진다. 실제로, 집단적 전자 움직임(collective electron motions)은 일반 금속에서 더 높고 도핑 반도체에서 더 낮은 전자 밀도의 제곱근에 비례하는 주파수를 가지는 플라스모닉 고유 모드(plasmonic eigenmodes)를 가진다. 일반적인 플라스모닉 주파수(plasmonic frequency)는 자외선에서 적외선까지의 범위 내에 있다.
본 발명은 높은 투과율뿐만 아니라 우수한 필터링 및 편광을 달성하기 위하여 전술한 상호작용을 이용한다. 전자기력은 장거리 힘이기 때문에, 전술한 상호작용은 물리적 접촉을 필요로 하지 않는다. 광 허용 매질(light-permissible medium)의 내부 또는 위에 배치되는 다수의 금속성 블록 또는 시트는 상호간에 접촉하거나 접촉하지 않을 수도 있지만, 어느 하나의 금속성 블록 또는 시트의 전자는 근처의 다른 블록 또는 시트의 전자와도 동시에 상호작용하는 전자기장과 상호작용할 수 있다. 이와 같이 연계된 상호작용은 두 개의 블록/시트 사이에 물리적 접촉이 없을 때조차도 발생할 수 있고, 그 결과로 표면 플라스몬(surface plasmons)이 어느 하나의 블록/시트에서 다른 블록/시트로 퍼져나가게 한다(또는 전자와 전자 진동이 어느 하나의 블록/시트에서 다른 블록/시트로 흐르게 한다). 전자기파의 전기장은 블록/시트의 경계와 직각을 이루는 성분(수직 편파) 및 블록/시트의 경계와 평행을 이루는 성분(평행 편파)을 가진다. 전기장을 통한 이와 같이 연계된 상호작용은 블록/시트의 경계 표면에서 유도되는 편극 효과(polarization effect)에 의해 강화될 수 있다. 본 발명의 금속성 블록은 금속성 재료로 만들어지는 정사각형의 블록, 직사각형의 블록 또는 기타 다른 형상의 블록을 의미한다. 상기 금속성 재료는 금속 재료 또는 부분적으로 금속성을 가지는 재료를 의미하고, 상기 금속 재료는 예를 들어 구리, 알루미늄, 합금 등일 수 있고, 상기 부분적으로 금속성을 가지는 재료는 예를 들어 반도체 재료 또는 반도체 재료를 포함하는 혼합물일 수 있다. 본 발명의 광 허용 매질은 공기, 유리, 유전체 등과 같은 광 허용 재료일 수 있다.
(금속성 블록의 경계 또는 폭과 같은) 매질이 바뀌면, 전자 진동은 반사되거나 부분적으로 반사될 것이다. 전자 진동은 평행 및 수직 편파와 강하게 상호작용하고, 평행 및 수직 편파의 투과 및 반사에 영향을 줄 것이다. (길이, 폭 및 두께의 변화와 같은) 금속성 블록의 기하학적 변화는 전자 진동과 빛의 평행 및 수직 편파와의 상호작용에 영향을 줌으로써, 빛의 투과, 필터링 및 편광에 영향을 줄 것이고, 상기 상호작용은 시간영역 유한차분 시뮬레이션(finite-difference time-domain(FDTD) simulation)을 통해 해석될 수 있다.
한편, 본 발명의 금속성 구조체는 필터(filter), 편광자(polarizer), 파동분배기(wave splitter), 센서(sensor) 또는 디스플레이장치(display) 등과 같은 광전자 장치에 적용될 수 있다. 본 발명의 금속성 구조체는 전자기파를 필터링(분배) 또는 편광 하기 위하여 사용되고, 상기 전자기파는 (후술하는 시뮬레이션 결과에 도시된 것처럼) 대체로 0.1㎛ ~ 12㎛이고 더 바람직하게는 0.1㎛ ~ 2㎛인 바람직한 범위의 파장을 포함한다. 하지만, 본 발명의 금속성 구조체에 의해 처리될 수 있는 전자기파의 파장 범위는 이에 한정되지 않고 어떠한 범위 내의 파장일 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 금속성 구조체를 설명하기 위하여 여러 가지 실시예들이 제시되고, 각각의 실시예와 관련된 예시들에서 사용되는 금속성 구조체를 형성하는 금속성 블록은 알루미늄-구리 합금으로 형성되고, 각각의 예시에서 사용되는 광 허용 매질은 공기이며, 상기 금속성 블록은 적당한 메커니즘에 의하여 광전자 장치에 고정될 수 있다. 후술하는 실시예들에서, 도면에 표시되는 동일한 도면부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속성 구조체의 3차원 다이어그램이고, 도 1b는 본 발명의 제1 실시예를 적용한 제1 및 제2 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다. 제1 실시예는 본 발명의 기초적인 금속성 구조체이고, 도 1a에서는 설명 편의상 광 허용 매질(100)이 생략되었다. 도 1a에 도시된 것처럼, 본 발명의 기초적인 금속성 구조체는 대체로 평행한 2개의 금속성 블록으로 형성되고, 상기 대체로 평행한 2개의 금속성 블록은 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)을 포함하고, 전자기파를 필터링 또는 편광 시키는데 사용된다. 도 1b에 도시된 것처럼, 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)은 광 허용 매질(100)의 표면의 안쪽 또는 위에 배치되고, 광 허용 매질(100)의 크기는 설명을 위한 일 예로서 사용된 것에 불과하고, 본 발명의 실시예들을 한정하기 위한 것은 아니다. 실제로, 광 허용 매질(100)의 크기는 실제 요구에 따라 조정될 수 있다. 또한, 광 허용 매질(100)이 금속성 구조체를 지지하는데 실패한다면, 적절한 지지 메커니즘의 추가적인 디자인이 요구되고, 이는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 것으로서 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)은 미리 정의된 거리(d)로 상호간에 이격되고, 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)의 표면과 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)의 사이로 전자기파가 입사된다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 것처럼, 전자기파는 금속성 구조체를 통과한 후에 파장 대비 투과율의 분포곡선을 가지고, 분포곡선은 일대일 방식으로 적어도 하나의 파장에 대응하는 적어도 하나의 투과율 피크 값(transmission peak value)을 가진다. 미리 정의된 거리(d)와 제1 금속성 블록(110)의 평균 폭(w1)은 하기 관계식을 만족시킨다.
d < λ (1)
0.01λ < w1 < d (2)
상기 관계식에서 λ는 적어도 하나의 파장 중에 하나를 의미한다.
미리 정의된 거리(d)와 제1 금속성 블록(110)의 평균 폭(w1)은 다음 관계식도 만족시킨다.
d + w1 < λ (3)
제1 금속성 블록(110)의 평균 길이(l1)는 하기 관계식을 만족시킨다.
l1 < 2λ (4)
또한, λ는 적어도 하나의 투과율 피크 값 중 하나(제1 투과율 피크 값)에 대응하고, 제1 투과율 피크 값은 10% 보다 크고, 제1 투과율 피크 값의 파장과 제1 투과율 피크 값의 70%에 해당하는 투과율을 가지는 파장 사이에 상응하는 스펙트럼 반치폭(spectrum half-width)은 2λ/3보다 작다. λ는 적색 광 파장, 녹색 광 파장 또는 청색 광 파장과 같이 본 발명의 금속성 구조체를 이용하여 필터링 작업을 수행함으로써 얻고자 하는 파장이라는 점에서 주목할 만하다.
도 1b에 도시된 것처럼, 투과율은 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 영역(Ac)과 제1 금속성 블록(110)의 영역(Ab)에 들어오기 전후의 전자기파의 강도 비율이다. 미리 정의된 거리(d)는 λ보다 작기 때문에, 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120)의 전자(electrons) 또는 플라스몬(plasmons)은 전자기파의 전기장과 연계되고(coupled), 본 발명의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가지게 된다. 투과율은 (제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120)의 길이 방향에 수직인) x축을 따라 전기장을 통과하는 (도 2a에 도시된 것처럼, x축 투과율을 의미하는) 성분과 (제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120)의 길이 방향에 평행인) z축을 따라 전기장을 통과하는 (도 2b에 도시된 것처럼, z축 투과율을 의미하는) 성분으로 분리될 수 있다. 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선 및 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선으로부터, 본 실시예의 금속성 구조체의 필터링 및 편광 효과를 알 수 있고, x축 투과율 성분과 z축 투과율 성분은 금속성 구조체의 편광 효과를 보여줄 수 있고, 피크 값(peak value), 밸리 값(valley value) 또는 영(zero)에서의 투과율은 필터링 효과를 보여줄 수 있다. 투과율이 피크 값에 있을 때, 상기 투과율에 대응하는 파장을 가지는 전자기파는 금속성 구조체를 통과할 수 있다는 것을 의미한다. 투과율이 밸리 값 또는 영에 있을 때, 상기 투과율에 대응하는 파장을 가지는 전자기파는 금속성 구조체에 의하여 필터링된다는 것을 의미한다. 이하에서는, 제1 실시예를 적용한 예시들을 이용하여 설명할 것이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 도 2a는 제1 실시예를 적용한 제1 내지 제5 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선을 나타내고, 도 2b는 제1 실시예를 적용한 제1 내지 제5 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선을 나타낸다.
제1 예시
본 예시에서, 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.32㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.32㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 0.16㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 2a에 도시된 것처럼, 제1 예시를 나타내는 곡선은 복수 개의 투과율 피크 값을 가진다. 140%의 투과율 피크 값에서 대응하는 파장 λ는 1.4㎛이므로, 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1), 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시킨다. 또한, 제1 투과율 피크 값(140%)의 파장과 제1 투과율 피크 값의 70%에 해당하는 투과율(140% * 0.7 = 98%)의 파장 사이에 상응하는 스펙트럼 반치폭(1.4㎛ - 1.1㎛ = 0.3㎛)은 2λ/3(0.93㎛)보다 작다.
도 2b에 도시된 것처럼, 제1 예시를 나타내는 곡선은 복수 개의 투과율 피크 값을 가진다. 46%의 투과율 피크 값에서, 이에 대응하는 파장 λ는 1.45㎛이므로, 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1), 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시킨다. 또한, 제1 투과율 피크 값(46%)의 파장과 제1 투과율 피크 값의 70%에 해당하는 투과율(46% * 0.7 = 32.2%)의 파장 사이에 상응하는 스펙트럼 반치폭(1.45㎛ - 1.25㎛ = 0.2㎛)은 2λ/3(0.96㎛)보다 작다. 0%의 투과율 피크 값에서, 이에 대응하는 파장 λ는 0.8㎛로서 길이 l1(0.32㎛)의 두 배와 거의 같으며, 이와 같은 현상은 전술한 표면 플라스몬과 관련 있다.
도 2a 및 도 2b로부터, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가지는 것을 알 수 있다.
제2 예시
제2 예시는 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)와 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)가 모두 0.16㎛라는 점에서 제1 예시와 다르다.
도 2a 및 도 2b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1), 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
제1 예시 및 제2 예시로부터, 금속성 블록의 두께 차이는 필터링 및 편광에 크게 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다. 금속성 블록의 두께는 요구 파장 λ보다 작은 것이 일반적이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
제3 예시
도 1c를 참조하면, 도 1c는 제1 실시예를 적용한 제3 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다. 본 예시에서, 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.32㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 4.0㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 1.84㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 2a 및 도 2b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1), 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
제4 예시
도 1d를 참조하면, 도 1d는 제1 실시예를 적용한 제4 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다. 본 예시에서, 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.32㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.32㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 1.84㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 2a 및 도 2b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1), 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
제5 예시
도 1e를 참조하면, 도 1e는 제1 실시예를 적용한 제5 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이고, 제1 금속성 블록(110)은 제2 금속성 블록(120)과 제3 금속성 블록(130) 사이에 배치된다. 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.32㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.32㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)는 0.16㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)는 0.32㎛, 제3 금속성 블록(130)의 폭(w3)은 0.16㎛, 제3 금속성 블록(130)의 깊이(t3)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제3 금속성 블록(130) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 2a 및 도 2b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)와 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)와 폭(w3) 및 미리 정의된 거리(d)도 마찬가지로 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
도 2b로부터 전술한 예시들에서의 금속성 구조체들은 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
도 3a를 참조하면, 도 3a는 본 발명의 제2 실시예를 적용한 제1 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다. 제2 실시예는 금속성 구조체가 제3 금속성 블록(130)을 더 포함한다는 점에서 제1 실시예와 다르다. 제3 금속성 블록(130)은 광 허용 매질(100)의 내부 또는 위에 배치되고 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120)의 일 측에 인접한다. 제3 금속성 블록(130)의 연장선은 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)의 연장선들과 수직이고, 제3 금속성 블록(130)은 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)에 동시에 접촉할 수도 있고 접촉하지 않을 수도 있다.
이하에서는, 제2 실시예를 적용한 예시들을 이용하여 설명할 것이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 4a는 제2 실시예를 적용한 제1 내지 제4 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선을 나타내고, 도 4b는 제2 실시예를 적용한 제1 내지 제4 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선을 나타낸다.
제1 예시
도 3a에 도시된 것처럼, 제3 금속성 블록(130)은 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)에 접촉하지 않는다. 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.3㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.3㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 0.16㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)는 0.3㎛, 제3 금속성 블록(130)의 폭(w3)은 0.16㎛, 제3 금속성 블록(130)의 두께(t3)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 4a 및 도 4b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1), 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
제2 예시
도 3b를 참조하면, 도 3b는 제2 실시예를 적용한 제2 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이고, 제3 금속성 블록(130)은 제1 금속성 블록(110)에 접촉하지만 제2 금속성 블록(120)에는 접촉하지 않는다. 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.31㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.3㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 0.16㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)는 0.47㎛, 제3 금속성 블록(130)의 폭(w3)은 0.16㎛, 제3 금속성 블록(130)의 두께(t3)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 4a 및 도 4b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1), 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
제3 예시
도 3c를 참조하면, 도 3c는 제2 실시예를 적용한 제3 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이고, 제3 금속성 블록(130)은 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)에 동시에 접촉한다. 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.31㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.31㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 0.16㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)는 0.64㎛, 제3 금속성 블록(130)의 폭(w3)은 0.16㎛, 제3 금속성 블록(130)의 두께(t3)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 4a 및 도 4b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1), 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
제4 예시
도 3d를 참조하면, 도 3d는 제2 실시예를 적용한 제4 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이고, 제3 금속성 블록(130)은 제1 금속성 블록(110)에는 접촉하지 않지만 제2 금속성 블록(120)에 접촉하고, 제2 금속성 블록(120)과 제3 금속성 블록(130)의 크기는 제1 금속성 블록(110)에 비해 훨씬 크다. 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.3㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 2.16㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 1.84㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)는 4.00㎛, 제3 금속성 블록(130)의 폭(w3)은 1.84㎛, 제3 금속성 블록(130)의 두께(t3)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 4a 및 도 4b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)와 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
도 4b로부터 전술한 예시들에서의 금속성 구조체들은 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
도 5a를 참조하면, 도 5a는 본 발명의 제3 실시예를 적용한 제1 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이다. 제3 실시예는 금속성 구조체가 제4 금속성 블록(140)을 더 포함한다는 점에서 제2 실시예와 다르다. 제4 금속성 블록(140)은 광 허용 매질(100)의 내부 또는 위에 배치되고 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120)의 타 측에 인접한다. 제4 금속성 블록(140)의 연장선은 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)의 연장선들과 수직이고, 제4 금속성 블록(140)은 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)에 동시에 접촉하지 않을 수도 있고 접촉할 수도 있다.
이하에서는, 제3 실시예를 적용한 예시들을 이용하여 설명할 것이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 도 6a는 제3 실시예를 적용한 제1 내지 제7 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선을 나타내고, 도 6b는 제3 실시예를 적용한 제1 내지 제7 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선을 나타낸다.
제1 예시
도 5a에 도시된 것처럼, 제3 금속성 블록(130) 및 제4 금속성 블록(140)은 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)에 접촉하지 않고, 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.3㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.3㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 0.16㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)는 0.3㎛, 제3 금속성 블록(130)의 폭(w3)은 0.16㎛, 제3 금속성 블록(130)의 두께(t3)는 0.08㎛이다. 제4 금속성 블록(140)의 길이(l4)는 0.3㎛, 제4 금속성 블록(140)의 폭(w4)은 0.16㎛, 제4 금속성 블록(140)의 두께(t4)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 6a 및 도 6b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)와 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다. 본 예시의 금속성 구조체는 x축 및 z축에 대해서 대칭이기 때문에, 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선과 동일하다는 것은 주목할 만하다.
제2 예시
도 5b를 참조하면, 도 5b는 제3 실시예를 적용한 제2 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이고, 제3 금속성 블록(130)은 제1 금속성 블록(110)에 접촉하지만, 제2 금속성 블록(120)에는 접촉하지 않고, 제4 금속성 블록(140)은 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)에 접촉하지 않는다. 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.31㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.3㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 0.16㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)는 0.47㎛, 제3 금속성 블록(130)의 폭(w3)은 0.16㎛, 제3 금속성 블록(130)의 두께(t3)는 0.08㎛이다. 제4 금속성 블록(140)의 길이(l4)는 0.3㎛, 제4 금속성 블록(140)의 폭(w4)은 0.16㎛, 제4 금속성 블록(140)의 두께(t4)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 6a 및 도 6b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)와 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
제3 예시
도 5c를 참조하면, 도 5c는 제3 실시예를 적용한 제3 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이고, 제3 금속성 블록(130)은 제1 금속성 블록(110)에 접촉하지만 제2 금속성 블록(120)에는 접촉하지 않고, 제4 금속성 블록(140)은 제1 금속성 블록(110)에 접촉하지만 제2 금속성 블록(120)에는 접촉하지 않는다. 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.32㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.3㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 0.16㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)는 0.47㎛, 제3 금속성 블록(130)의 폭(w3)은 0.16㎛, 제3 금속성 블록(130)의 두께(t3)는 0.08㎛이다. 제4 금속성 블록(140)의 길이(l4)는 0.47㎛, 제4 금속성 블록(140)의 폭(w4)은 0.16㎛, 제4 금속성 블록(140)의 두께(t4)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 6a 및 도 6b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)와 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
제4 예시
도 5d를 참조하면, 도 5d는 제3 실시예를 적용한 제4 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이고, 제3 금속성 블록(130)은 제1 금속성 블록(110)에 접촉하지만 제2 금속성 블록(120)에는 접촉하지 않고, 제4 금속성 블록(140)은 제1 금속성 블록(110)에는 접촉하지 않지만 제2 금속성 블록(120)에 접촉한다. 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.31㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.31㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 0.16㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)는 0.47㎛, 제3 금속성 블록(130)의 폭(w3)은 0.16㎛, 제3 금속성 블록(130)의 두께(t3)는 0.08㎛이다. 제4 금속성 블록(140)의 길이(l4)는 0.47㎛, 제4 금속성 블록(140)의 폭(w4)은 0.16㎛, 제4 금속성 블록(140)의 두께(t4)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 6a 및 도 6b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)와 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다. 본 예시의 금속성 구조체는 중심점에 대하여 대칭이기 때문에, 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선과 동일하다는 것은 주목할 만하다.
제5 예시
도 5e를 참조하면, 도 5e는 제3 실시예를 적용한 제5 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이고, 제3 금속성 블록(130)은 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)에 접촉하고, 제4 금속성 블록(140)은 제1 금속성 블록(110)에 접촉하지만 제2 금속성 블록(120)에는 접촉하지 않는다. 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.32㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.31㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 0.16㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)는 0.64㎛, 제3 금속성 블록(130)의 폭(w3)은 0.16㎛, 제3 금속성 블록(130)의 두께(t3)는 0.08㎛이다. 제4 금속성 블록(140)의 길이(l4)는 0.47㎛, 제4 금속성 블록(140)의 폭(w4)은 0.16㎛, 제4 금속성 블록(140)의 두께(t4)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 6a 및 도 6b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)와 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다. 본 예시의 금속성 구조체는 중심점에 대하여 대칭이기 때문에, 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선과 동일하다는 것은 주목할 만하다.
제6 예시
도 5f를 참조하면, 도 5f는 제3 실시예를 적용한 제6 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이고, 제3 금속성 블록(130) 및 제4 금속성 블록(140)은 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)에 동시에 접촉한다. 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.32㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.32㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 0.16㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)는 0.64㎛, 제3 금속성 블록(130)의 폭(w3)은 0.16㎛, 제3 금속성 블록(130)의 두께(t3)는 0.08㎛이다. 제4 금속성 블록(140)의 길이(l4)는 0.64㎛, 제4 금속성 블록(140)의 폭(w4)은 0.16㎛, 제4 금속성 블록(140)의 두께(t4)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 6a 및 도 6b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)와 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다. 본 실시예의 금속성 구조체는 중심점에 대하여 대칭이기 때문에, 파장 대비 X축 투과율의 분포곡선은 파장 대비 Z축 투과율의 분포곡선과 동일하다는 것은 주목할 만하다.
제7 예시
도 5g를 참조하면, 도 5g는 제3 실시예를 적용한 제7 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이고, 제3 금속성 블록(130) 및 제4 금속성 블록(140)은 제1 금속성 블록(110)에는 접촉하지 않지만 제2 금속성 블록(120)에 접촉하고, 제2 금속성 블록(120), 제3 금속성 블록(130) 및 제4 금속성 블록(140)의 크기는 제1 금속성 블록(110)의 크기보다 훨씬 크다. 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)는 0.6㎛, 제1 금속성 블록(110)의 폭(w1)은 0.16㎛, 제1 금속성 블록(110)의 두께(t1)는 0.08㎛이다. 제2 금속성 블록(120)의 길이(l2)는 0.64㎛, 제2 금속성 블록(120)의 폭(w2)은 1.84㎛, 제2 금속성 블록(120)의 두께(t2)는 0.08㎛이다. 제3 금속성 블록(130)의 길이(l3)는 4.00㎛, 제3 금속성 블록(130)의 폭(w3)은 1.68㎛, 제3 금속성 블록(130)의 두께(t3)는 0.08㎛이다. 제4 금속성 블록(140)의 길이(l4)는 4.00㎛, 제4 금속성 블록(140)의 폭(w4)은 1.68㎛, 제4 금속성 블록(140)의 두께(t4)는 0.08㎛이다. 제1 금속성 블록(110)과 제2 금속성 블록(120) 사이의 미리 정의된 거리(d)는 0.32㎛이다.
도 6a 및 도 6b로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)와 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
전술한 실시예들(예시들)의 금속성 구조체 각각은 반복적으로 형성됨으로써 복수 개의 어레이 유닛(array units)을 포함하는 금속성 어레이(metallic array)를 형성할 수 있다. 각 어레이 유닛은 상기 제1 금속성 블록, 상기 제2 금속성 블록 및/또는 상기 제3 금속성 블록 및/또는 상기 제4 금속성 블록을 포함한다. 상기 금속성 블록들은 전술한 실시예들(예시들)에서 도시된 각 패턴으로 배열될 수 있다. 이하에서는, 금속성 어레이를 설명하기 위하여 제3 실시예의 제1 예시에서 도시된 금속성 구조체가 사용된다.
도 7a를 참조하면, 도 7a는 본 발명의 제4 실시예를 적용한 일 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이고, 금속성 어레이는 복수 개의 금속성 유닛(200)을 포함하고, 각 금속성 유닛(200)은 제3 실시예를 적용한 제1 예시에 도시된 제1, 제2, 제3 및 제4 금속성 블록을 포함한다.
도 7b 및 도 7c를 참조하면, 도 7b는 제4 실시예를 적용한 본 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선을 도시하고, 도 7c는 제4 실시예를 적용한 본 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선을 도시한다.
도 7b 및 도 7c로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)와 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가지는 것을 알 수 있다.
전술한 실시예들(예시들)의 금속성 구조체 각각은 금속성 재료로 형성되는 금속성 프레임(metallic frame)에 배치될 수 있다. 본 실시예의 금속성 구조체는 상기 제1 금속성 블록, 상기 제2 금속성 블록 및/또는 상기 제3 금속성 블록 및/또는 상기 제4 금속성 블록을 포함한다. 상기 금속성 블록들은 전술한 실시예들(예시들)에서 도시된 각 패턴으로 배치될 수 있다. 이하에서는, 제1 실시예의 제1 예시에 도시된 금속성 구조체를 금속성 프레임에 배치한 것을 일 예시로 사용하여 설명하기로 한다.
도 8a를 참조하면, 도 8a는 본 발명의 제5 실시예를 적용한 일 예시에 따른 금속성 구조체의 평면도이고, 제1 실시예를 적용한 제1 예시에서 도시된 제1 금속성 블록(110) 및 제2 금속성 블록(120)이 금속성 프레임(210)에 배치된다.
도 8b 및 도 8c를 참조하면, 도 8b는 제5 실시예를 적용한 본 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 x축 투과율의 분포곡선을 도시하고, 도 8c는 제 5 실시예를 적용한 본 예시를 시뮬레이션 하여 얻은 파장 대비 z축 투과율의 분포곡선을 도시한다.
도 8b 및 도 8c로부터, 본 예시에서의 제1 금속성 블록(110)의 길이(l1)와 폭(w1) 및 미리 정의된 거리(d)는 전술한 관계식 (1) 내지 (4)를 만족시키고, 본 예시의 금속성 구조체는 우수한 필터링 및 편광 효과를 가진다는 것을 알 수 있다.
전술한 실시예들의 예시들은 설명을 위한 예시들로서 사용된 것일 뿐, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 즉, 본 발명의 금속성 구조체의 응용예는 이에 한정되지 않는다.
당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형의 실시가 가능할 수 있다. 그와 같은 변형의 실시가 후술하는 청구범위 및 그 균등범위 내에 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 할 것이다.
100: 광 허용 매질
110: 제1 금속성 블록
120: 제2 금속성 블록
130: 제3 금속성 블록
140: 제4 금속성 블록
200: 금속성 어레이 유닛
210: 금속성 프레임
110: 제1 금속성 블록
120: 제2 금속성 블록
130: 제3 금속성 블록
140: 제4 금속성 블록
200: 금속성 어레이 유닛
210: 금속성 프레임
Claims (25)
- 전자기파를 필터링 또는 편광 하기 위한 금속성 구조체에 있어서,
상기 금속성 구조체는,
광 허용 매질;
상기 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되는 제1 금속성 블록;
상기 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되는 제2 금속성 블록;
상기 제1 금속성 블록, 상기 제2 금속성 블록 및 상기 제1 금속성 블록과 상기 제2 금속성 블록 사이에 파장 범위(range wavelength)를 포함하는 상기 전자기파를 받아들이기 위한 입사면(incident plane);
상기 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되고 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록의 일 측에 인접하며 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록과 동일한 평면에 배치되는 제3 금속성 블록; 및
상기 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되고 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록의 타 측에 인접하며 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록과 동일한 평면에 배치되는 제4 금속성 블록을 포함하고,
상기 제1 금속성 블록과 상기 제2 금속성 블록은 상호간에 평행하고 상호간에 미리 정의된 거리만큼 이격되며, 상기 전자기파는 상기 금속성 구조체를 통과한 후에 파장 대비 투과율의 분포곡선을 가지며, 상기 분포곡선은 일대일 방식으로 적어도 하나의 파장에 대응하는 적어도 하나의 투과율 피크 값을 가지고, 상기 미리 정의된 거리 및 상기 제1 금속성 블록의 평균 폭은 하기 관계식을 만족시키고,
상기 제3 금속성 블록 또는 상기 제4 금속성 블록은 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록에 동시에 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
d < λ
0.01λ < w < d
상기 관계식에서 d는 상기 미리 정의된 거리, λ는 상기 적어도 하나의 파장 중 하나의 파장, w는 상기 제1 금속성 블록의 평균 폭을 의미한다.
- 제1항에 있어서,
상기 미리 정의된 거리 및 상기 제1 금속성 블록의 평균 폭은 하기 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
d + w < λ
- 제1항에 있어서,
상기 제1 금속성 블록의 평균 길이는 하기 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
l < 2λ
상기 관계식에서 l은 상기 제1 금속성 블록의 평균 길이를 의미한다.
- 제1항에 있어서,
상기 λ는 상기 적어도 하나의 투과율 피크 값 중 하나의 투과율 피크 값에 대응하고, 상기 적어도 하나의 투과율 피크 값 중 상기 하나의 투과율 피크 값은 제1 투과율 피크 값이고, 상기 제1 투과율 피크 값은 10% 보다 크고, 상기 제1 투과율 피크 값의 파장과 상기 제1 투과율 피크 값의 70%에 해당하는 투과율을 가지는 파장 사이에 상응하는 스펙트럼 반치폭(spectrum half-width)은 2λ/3보다 작은 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 전자기파는 0.1㎛ ~ 12㎛의 상기 파장 범위(range wavelength)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 제3 금속성 블록의 연장선은 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록의 연장선들에 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 제4 금속성 블록의 연장선은 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록의 연장선들에 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 제4 금속성 블록은 상기 제3 금속성 블록으로부터 2λ보다 작은 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되는 금속성 프레임을 더 포함하고, 상기 제1 금속성 블록, 상기 제2 금속성 블록, 상기 제3 금속성 블록 또는 상기 제4 금속성 블록은 상기 금속성 프레임의 내부에 배치되거나 상기 금속성 프레임과 겹쳐서 배치되는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
- 전자기파를 필터링 또는 편광 하기 위한 금속성 구조체에 있어서,
상기 금속성 구조체는,
광 허용 매질;
상기 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되는 금속성 어레이를 포함하고,
상기 금속성 어레이는 복수 개의 연결된 금속성 어레이 유닛을 포함하고, 상기 연결된 금속성 어레이 유닛은,
제1 금속성 블록;
상기 제1 금속성 블록에 평행하고 상기 제1 금속성 블록으로부터 미리 정의된 거리만큼 이격되는 제2 금속성 블록;
상기 제1 금속성 블록, 상기 제2 금속성 블록 및 상기 제1 금속성 블록과 상기 제2 금속성 블록 사이에 파장 범위(range wavelength)를 포함하는 상기 전자기파를 받아들이기 위한 입사면(incident plane);
상기 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되고 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록의 일 측에 인접하며 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록과 동일한 평면에 배치되는 제3 금속성 블록; 및
상기 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되고 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록의 타 측에 인접하며 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록과 동일한 평면에 배치되는 제4 금속성 블록을 포함하고,
상기 전자기파는 상기 금속성 구조체를 통과한 후에 파장 대비 투과율의 분포곡선을 가지며, 상기 분포곡선은 일대일 방식으로 적어도 하나의 파장에 대응하는 적어도 하나의 투과율 피크 값을 가지고, 상기 미리 정의된 거리 및 상기 제1 금속성 블록의 평균 폭은 하기 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
d < λ
0.01λ < w < d
상기 관계식에서 d는 상기 미리 정의된 거리, λ는 상기 적어도 하나의 파장 중 하나의 파장, w는 상기 제1 금속성 블록의 평균 폭을 의미한다.
- 제10항에 있어서,
상기 미리 정의된 거리 및 상기 제1 금속성 블록의 평균 폭은 하기 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
d + w < λ
- 제10항에 있어서,
상기 제1 금속성 블록의 평균 길이는 하기 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
l < 2λ
상기 관계식에서 l은 상기 제1 금속성 블록의 평균 길이를 의미한다.
- 제10항에 있어서,
상기 λ는 상기 적어도 하나의 투과율 피크 값 중 하나의 투과율 피크 값에 대응하고, 상기 적어도 하나의 투과율 피크 값 중 상기 하나의 투과율 피크 값은 제1 투과율 피크 값이고, 상기 제1 투과율 피크 값은 10% 보다 크고, 상기 제1 투과율 피크 값의 파장과 상기 제1 투과율 피크 값의 70%에 해당하는 투과율을 가지는 파장 사이에 상응하는 스펙트럼 반치폭(spectrum half-width)은 2λ/3보다 작은 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
- 제10항에 있어서,
상기 전자기파는 0.1㎛ ~ 12㎛의 상기 파장 범위(range wavelength)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
- 제10항에 있어서,
상기 제3 금속성 블록은 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록에 동시에 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
- 제10항에 있어서,
상기 제4 금속성 블록은 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록에 동시에 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
- 제10항에 있어서,
상기 제3 금속성 블록 또는 상기 제4 금속성 블록의 연장선은 상기 제1 금속성 블록 및 상기 제2 금속성 블록의 연장선들에 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
- 제10항에 있어서,
상기 광 허용 매질의 내부 또는 위에 배치되는 금속성 프레임을 더 포함하고, 상기 제1 금속성 블록, 상기 제2 금속성 블록, 상기 제3 금속성 블록 또는 상기 제4 금속성 블록은 상기 금속성 프레임의 내부에 배치되거나 상기 금속성 프레임과 겹쳐서 배치되는 것을 특징으로 하는 금속성 구조체.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 금속성 구조체를 포함하는 광전자 장치.
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