KR102150883B1 - Dual mode encryption surface and manufacturing method thereof and display device having the same - Google Patents

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KR102150883B1
KR102150883B1 KR1020190026713A KR20190026713A KR102150883B1 KR 102150883 B1 KR102150883 B1 KR 102150883B1 KR 1020190026713 A KR1020190026713 A KR 1020190026713A KR 20190026713 A KR20190026713 A KR 20190026713A KR 102150883 B1 KR102150883 B1 KR 102150883B1
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nanostructures
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mode encryption
unit cell
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KR1020190026713A
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노준석
윤관호
이다솔
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포항공과대학교 산학협력단
재단법인 파동에너지 극한제어 연구단
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a dual mode encryption surface includes a substrate and a dielectric layer forming a geometric metasurface on the substrate. The substrate includes a plurality of continuous unit cells, and the dielectric layer includes a plurality of nanostructures, and one or more of the nanostructures are disposed on one of the unit cells. White light emitted from a first light source is incident on the nanostructure and a spectrum is controlled to output a preset first image, and monochromatic light emitted from a second light source is incident on the nanostructure and a phase is controlled to output a preset holographic image. In the present invention, encrypted information cannot be identified in a white light area, but encrypted information can be identified when the monochromatic light is incident.

Description

듀얼 모드 암호화 표면 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 {DUAL MODE ENCRYPTION SURFACE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}A dual mode encryption surface, a manufacturing method thereof, and a display device including the same {DUAL MODE ENCRYPTION SURFACE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 듀얼 모드 암호화 표면 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a dual mode encryption surface, a method of manufacturing the same, and a display device including the same.

최근 특정한 지식을 소유한 사람을 제외하고는, 타인에게 특정한 정보를 숨기거나 보호하기 위한 암호화 기술 개발이 시도되고 있다. 뿐만 아니라, 지폐, 유명 브랜드 등의 위조 및 변조를 방지하기 위한 다양한 암호화 기술 개발이 시도되고 있다. 예를 들어, 위조 지폐의 제작을 방지하거나, 위조 지폐를 식별하기 위해 홀로그램 기술, 보는 각도에 따라 입체적으로 무늬를 달리하는 기술 등이 암호화 기술로서 개발되어 왔다.Recently, with the exception of those who possess specific knowledge, attempts have been made to develop encryption technologies to hide or protect specific information from others. In addition, various encryption technologies are being developed to prevent forgery and alteration of bills and famous brands. For example, in order to prevent the production of counterfeit bills or to identify counterfeit bills, hologram technology, a technology that changes patterns three-dimensionally according to viewing angles, and the like have been developed as encryption technologies.

한편, 백색광을 프리즘에 통과시켜 스크린에 비추어 보면 여러 가지의 색으로 나뉜다. 이처럼 빛이 한 매질에서 다른 매질로 진행할 때 매질에 따라 빛의 속도가 달라지므로 굴절이 일어나게 되고, 이때 빛의 진행속도는 파장에 따라 달라지게 되는데 이를 빛의 분산이라고 하며, 분산된 빛의 띠를 스펙트럼이라고 한다. On the other hand, when white light passes through the prism and shines on the screen, it is divided into various colors. In this way, when light travels from one medium to another, refraction occurs because the speed of light varies according to the medium. At this time, the speed of light is changed depending on the wavelength. This is called dispersion of light, and the band of dispersed light is called. It is called spectrum.

홀로그램은 단색광인 레이저 광의 특성을 이용하여 물체로부터 반사되는 물체파와 또 다른 각도에서 직진되는 기준파의 간섭 현상에 의해 물체 각 부분의 정보를 그대로 입체 형상으로 재생할 수 있는 기술을 의미한다. 이와 같은 홀로그램은 기준파가 홀로그램 장치를 투과함에 따라 이미지가 형성되는 투과형 홀로그램과 기준파가 홀로그램 장치에 의해 반사됨에 따라 이미지가 형성되는 반사형 홀로그램으로 구분될 수 있다.Hologram refers to a technology that can reproduce information of each part of an object in a three-dimensional shape as it is by interference between an object wave reflected from an object and a reference wave that goes straight at a different angle by using the characteristics of laser light, which is a monochromatic light. Such a hologram may be divided into a transmissive hologram in which an image is formed as the reference wave passes through the hologram device, and a reflective hologram in which an image is formed when the reference wave is reflected by the hologram device.

종래의 백색광을 비추었을 때 이미지를 나타내는 장치는 홀로그램을 구현할 수 없으며, 단색광을 이용하여 홀로그램을 구현하기 위한 장치는 스펙트럼에 의한 이미지를 나타낼 수 없다. A conventional device that displays an image when white light is illuminated cannot implement a hologram, and a device for implementing a hologram using monochromatic light cannot display an image by spectrum.

메타 표면과 비슷한 원리를 가진 주파수 선택성 표면 등은 위상배열 레이더 등 다양한 분야에 활용되고 있지만, 이들의 작동 주파수는 광학 범위라고 보기 어려운 기가헤르츠에서 메가헤르츠 수준이며, 가시광선에서 적외선에 이르는 광학 범위에서 작동하는 메타 표면에 대한 기술은 없는 실정이다. Frequency-selective surfaces, which have a similar principle to meta-surfaces, are used in various fields such as phased array radar, but their operating frequencies are in the range of gigahertz to megahertz, which is difficult to say in the optical range, and in the optical range from visible to infrared. There is no description of a working meta surface.

비특허 문헌: Zheng, G.; Muehlenbernd, H.; Kenney, M.; Li, G.; Zentgraf, T.;Zhang, S. Metasurface Holograms Reaching 80% Efficiency. Nat.Nanotechnol. (2015) Non-patent literature: Zheng, G.; Muehlenbernd, H.; Kenney, M.; Li, G.; Zentgraf, T.;Zhang, S. Metasurface Holograms Reaching 80% Efficiency. Nat. Nanotechnol. (2015)

본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 백색광 영역에서는 암호화된 정보를 식별하지 못하나, 단색광이 입사되는 경우 암호화된 정보를 식별할 수 있는 듀얼 모드 암호화 표면 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하고자 한다. Embodiments of the present invention have been proposed to solve the above problems, and the encrypted information cannot be identified in the white light region, but the dual mode encryption surface capable of identifying the encrypted information when monochromatic light is incident, and a method of manufacturing the same And a display device including the same.

또한, 암호화된 정보를 홀로그램 이미지로 저장하기 위한 듀얼 모드 암호화 표면 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.In addition, to provide a dual mode encryption surface for storing encrypted information as a holographic image, a method of manufacturing the same, and a display device including the same.

또한, 대량 생산으로 생산 단가가 저렴한 듀얼 모드 암호화 표면 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a dual mode encryption surface and a method of manufacturing the same, and a display device including the same, in which production cost is low due to mass production.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은 기판; 및 상기 기판 상에 기하학적 메타표면(geometric metasurface)을 형성하는 유전체 층을 포함하고, 상기 기판은 연속된 복수 개의 단위 셀을 포함하고, 상기 유전체 층은 복수 개의 나노 구조체를 포함하고, 하나의 상기 단위 셀 상에 하나 이상의 상기 나노 구조체가 배치되고, 제1 광원에서 나오는 백색광이 상기 나노 구조체에 입사되어 스펙트럼이 제어됨으로써 기 설정된 제1 이미지가 출력되고, 제2 광원에서 나오는 단색광이 상기 나노 구조체에 입사되어 위상이 제어됨으로써 기 설정된 홀로그램 이미지가 출력될 수 있다. The dual-mode encryption surface according to an embodiment of the present invention includes a substrate; And a dielectric layer forming a geometric metasurface on the substrate, wherein the substrate includes a plurality of continuous unit cells, the dielectric layer includes a plurality of nanostructures, and one unit At least one nanostructure is disposed on the cell, and white light emitted from a first light source is incident on the nanostructure and the spectrum is controlled to output a preset first image, and monochromatic light emitted from the second light source is incident on the nanostructure. As a result, a predetermined hologram image may be output by controlling the phase.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면의 상기 나노 구조체는 XY평면과 평행한 면을 갖는 3차원 형상이고, 상기 나노 구조체의 형상 및 크기가 제어됨으로써 상기 기 설정된 제1 이미지가 출력되고, 상기 나노 구조체의 회전 각도가 제어됨으로써 상기 기 설정된 홀로그램 이미지가 출력될 수 있다. The nanostructure of the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention has a three-dimensional shape having a plane parallel to the XY plane, and the preset first image is output by controlling the shape and size of the nanostructure, By controlling the rotation angle of the nanostructure, the preset hologram image may be output.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은, 하나의 상기 단위 셀 상에 있는 나노 구조체와 적어도 다른 하나의 단위 셀 상에 있는 나노 구조체의 형상은 동일하나 크기가 다를 수 있다. The dual-mode encryption surface according to an embodiment of the present invention may have the same shape but different sizes of a nanostructure on one of the unit cells and a nanostructure on at least one other unit cell.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은, 하나의 상기 단위 셀 상에 있는 상기 나노 구조체와 적어도 다른 하나의 단위 셀 상에 있는 상기 나노 구조체의 회전 각도가 상이할 수 있다. In the dual-mode encryption surface according to an embodiment of the present invention, a rotation angle of the nanostructure on at least one other unit cell may be different from the nanostructure on one unit cell.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은, 상기 하나의 단위 셀 상에 있는 상기 나노 구조체의 회전 각도는 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135°및 157.5°중 하나를 갖고, 상기 적어도 다른 하나의 단위 셀 상에 있는 상기 나노 구조체의 회전 각도는 상기 하나의 단위 셀 상에서 선택된 상기 회전 각도를 제외한 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135°및 157.5°중 하나를 가질 수 있다. In the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention, the rotation angle of the nanostructure on the one unit cell is 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135°, and It has one of 157.5°, and the rotation angle of the nanostructure on the at least one unit cell is 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, and 90° excluding the rotation angle selected on the one unit cell. , 112.5°, 135° and 157.5°.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면의 상기 나노 구조체는 직육면체 형상이고, 상기 하나의 단위 셀 상에 있는 상기 나노 구조체의 길이(L)는 300nm 이고, 폭(W)은 100nm이고, 높이(H)는 300nm이고, 상기 적어도 다른 하나의 단위 셀 상에 있는 상기 나노 구조체 길이(L)는 300nm 이고, 폭(W)은 50nm이고, 높이(H)는 300nm일 수 있다. The nanostructure of the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention has a rectangular parallelepiped shape, and the length (L) of the nanostructure on the single unit cell is 300 nm, the width (W) is 100 nm, and the height (H) may be 300 nm, the length (L) of the nanostructure on the at least one unit cell may be 300 nm, the width (W) may be 50 nm, and the height (H) may be 300 nm.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은, 하나의 상기 단위 셀 상에 두 개의 상기 나노 구조체가 배치될 수 있다. In the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention, two nanostructures may be disposed on one unit cell.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은, 하나의 상기 단위 셀 상에 배치되는 두 개의 상기 나노 구조체 사이의 간격(g)은 100nm 또는 150nm 중 하나일 수 있다. In the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention, a distance g between the two nanostructures disposed on one unit cell may be one of 100 nm or 150 nm.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은, 상기 기 설정된 제1 이미지와 상기 기 설정된 홀로그램 이미지는 독립적으로 제어될 수 있다. In the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention, the preset first image and the preset hologram image may be independently controlled.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은, 상기 기 설정된 홀로그램 이미지는 하나의 색으로 출력되고, 상기 기 설정된 제1 이미지는 적어도 두 개 이상의 색으로 출력될 수 있다. In the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention, the preset hologram image may be output in one color, and the preset first image may be output in at least two or more colors.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면에서 출력되는 상기 기 설정된 홀로그램 이미지는 QR코드일 수 있다. The preset hologram image output from the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention may be a QR code.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면의 상기 기판은 이산화규소로 이루어지고, 상기 유전체는 비정실 실리콘으로 이루어질 수 있다. The substrate of the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention may be made of silicon dioxide, and the dielectric may be made of amorphous silicon.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은, 하나의 상기 단위 셀 상에 있는 두 개의 상기 나노 구조체가 하나의 픽셀을 나타낼 수 있다. In the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention, two nanostructures on one unit cell may represent one pixel.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은, 상기 제1 광원은 가시 광을 투사할 수 있는 백색 광원이고, 상기 제2 광원은 레이저 광을 투사할 수 있는 레이저 광원일 수 있다. In the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention, the first light source may be a white light source capable of projecting visible light, and the second light source may be a laser light source capable of projecting laser light.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은, 상기 백색광에 의해 출력되는 상기 제1 이미지는 나노 구조체 상에 출력되고, 상기 단색광에 의해 출력되는 상기 홀로그램 이미지는 상기 단색광이 상기 나노 구조체를 투과함으로써 나노 구조체의 후면에 출력될 수 있다. In the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention, the first image output by the white light is output on a nanostructure, and the holographic image output by the monochromatic light transmits the monochromatic light through the nanostructure. By doing so, it can be output on the rear surface of the nanostructure.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은, 상기 백색광에 의해 출력되는 상기 제1 이미지는 나노 구조체 상에 출력되고, 상기 단색광에 의해 출력되는 상기 홀로그램 이미지는 상기 단색광이 상기 나노 구조체에 반사됨으로써 나노 구조체의 전면에 출력될 수 있다. In the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention, the first image output by the white light is output on a nanostructure, and the holographic image output by the monochromatic light reflects the monochromatic light on the nanostructure. As a result, it can be output on the entire surface of the nanostructure.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면을 제조하는 방법은, 기판을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 기하학적 메타표면(geometric metasurface)을 형성하는 유전체 층을 적층하는 단계; 상기 유전체 층에 복수 개의 나노 구조체를 형성하는 단계로서, 제1 광원에서 나오는 백색광을 입사시켜 반사 스펙트럼을 제어하고, 제2 광원에서 나오는 단색광을 입사시켜 위상을 제어하는 복수 개의 나노 구조체를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention includes the steps of: forming a substrate; Depositing a dielectric layer forming a geometric metasurface on the substrate; Forming a plurality of nanostructures on the dielectric layer, wherein white light emitted from a first light source is incident to control a reflection spectrum, and a monochromatic light emitted from a second light source is incident to control a phase. May include;

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면을 제조하는 방법은, 상기 유전체 층은 크롬이 증착된 후, 리프트 오프 공정을 통해 구현될 수 있다. A method of manufacturing a dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention may be implemented through a lift-off process after chromium is deposited on the dielectric layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 듀얼 모드 암호화 표면; 및 상기 홀로그램 이미지를 출력할 수 있도록 상기 듀얼 모드 암호화 표면에 단색광을 투사하는 제2 광원을 포함하고, 상기 제2 광원을 통해 제공된 단색광은 상기 암호화 표면에 반사되거나 투과되어 홀로그램 이미지를 생성하는 디스플레이지 장치를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a dual mode encryption surface; And a second light source for projecting monochromatic light onto the dual-mode encryption surface to output the holographic image, wherein the monochromatic light provided through the second light source is reflected or transmitted to the encryption surface to generate a holographic image. Device can be provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 듀얼 모드 암호화 표면을 포함하는 인증 마크를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide an authentication mark including a dual mode encryption surface.

본 발명의 실시예들에 따른 위한 듀얼 모드 암호화 표면 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치는 백색광 영역에서는 암호화된 정보를 식별하지 못하나, 단색광이 입사되는 경우 암호화된 정보를 식별할 수 있다. The dual-mode encryption surface and a method of manufacturing the same according to embodiments of the present invention and a display device including the same cannot identify encrypted information in a white light area, but can identify encrypted information when monochromatic light is incident.

또한, 암호화된 정보를 홀로그램 이미지로 저장할 수 있다. Also, encrypted information can be stored as a holographic image.

또한, 대량 생산으로 생산 단가가 저렴한 듀얼 모드 암호화 표면을 제공할 수 있다. In addition, it is possible to provide a dual-mode encryption surface with low production cost due to mass production.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면의 일 부분을 보여주는 부분 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면에 두 종류의 광을 입사 시켰을 때 출력되는 이미지를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 각도를 갖는 나노 구조체의 위상차를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직육각형 형상의 나노 구조체의 크기에 대응한 제1 이미지에 나타날 수 있는 스펙트럼 색을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조체에 대해 빛의 파장에 대응한 교차 편광 투과율 및 반사율을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면의 제1 이미지 및 홀로그램 이미지를 나타내는 도면이다.
1 is a partial perspective view showing a portion of a dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram illustrating an image output when two types of light are incident on a dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a phase difference of a nanostructure having a rotation angle according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing spectral colors that may appear in a first image corresponding to the size of a right hexagonal nanostructure according to an embodiment of the present invention.
5 shows cross-polarized transmittance and reflectance corresponding to the wavelength of light for a nanostructure according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a first image and a holographic image of a dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면의 일 부분을 보여주는 부분 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면에 두 종류의 광을 입사 시켰을 때 출력되는 이미지를 나타낸다. 또한, 도 1의 듀얼 모드 암호화 장치(10)는 설명의 편의를 위해 하나의 단위 셀(111)을 도시한 것이다.1 is a partial perspective view showing a part of a dual-mode encryption surface according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an output when two types of light are incident on the dual-mode encryption surface according to an embodiment of the present invention. Show the image. In addition, the dual mode encryption apparatus 10 of FIG. 1 illustrates one unit cell 111 for convenience of description.

도1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면(10)은 입사되는 빛의 종류에 따라 복수 개의 이미지를 나타낼 수 있어, 기 설정된 정보를 숨길 수 있는 기기이다. 본 발명의 실시예에서 듀얼 모드 암호화 표면(10)은 2차원 평면에 소정의 구조체가 형성되어 있는 것을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.1 and 2, the dual mode encryption surface 10 according to an embodiment of the present invention is a device capable of hiding preset information by displaying a plurality of images according to the type of incident light. In the embodiment of the present invention, the dual mode encryption surface 10 may be understood to include a structure formed on a two-dimensional plane.

듀얼 모드 암호화 표면(10)에 백색광을 입사 시켰을 때 제1 이미지(20)를 나타낼 수 있고, 단색광을 입사 시켰을 때 제1 이미지(20)와 다른 홀로그램 이미지(30)를 나타낼 수 있다. 여기서 제1 이미지(20)는 듀얼 모드 암호화 표면(10)에 반사되어 나타나는 반사 이미지 일 수 있으며, 듀얼 모드 암호화 표면(10)을 투과하여 나타나는 투과 이미지 일 수도 있다. When white light is incident on the dual mode encryption surface 10, the first image 20 may be displayed, and when monochromatic light is incident, a holographic image 30 different from the first image 20 may be displayed. Here, the first image 20 may be a reflective image that is reflected on the dual mode encryption surface 10 and may be a transmission image that appears through the dual mode encryption surface 10.

백색광은 가시광선을 포함하는 것으로서, 사람의 눈으로 듀얼 모드 암호화 표면(10)을 보는 경우 기 설정된 제1 이미지(20)가 출력된다. The white light includes visible light, and when the human eye sees the dual mode encryption surface 10, a preset first image 20 is output.

그러나, 레이저와 같은 단색광을 본 발명의 듀얼 모드 암호화 표면(10)에 입사 시키기 전에는 홀로그램 이미지(30)가 출력되지 않아 어떠한 정보가 저장되었는지 알 수 없다. 따라서, 본 발명의 듀얼 모드 암호화 표면(10)은 보안 기술에 적용 가능하다. 그 예로써, 본 발명의 듀얼 모드 암호화 표면(10)은 지폐, 브랜드 로고에 적용되어, 상품의 진위 여부를 판단하는 인증마크로 사용 될 수 있다. However, before the monochromatic light such as a laser is incident on the dual mode encryption surface 10 of the present invention, the holographic image 30 is not output, so it is not known what information is stored. Therefore, the dual mode encryption surface 10 of the present invention is applicable to security technology. As an example, the dual mode encryption surface 10 of the present invention may be applied to bills and brand logos and used as an authentication mark to determine whether a product is authentic or not.

또한, 본 발명의 실시예에서 메타물질은 자연계에는 존재하지 않는 전기적 요소와 자기적 요소가 모두 포함된 새로운 인공 소재로 이해될 수 있다. 아울러, 본 실시예에서 기판(110)과 유전체 층(120)은 전체적으로 메타물질로서 기능하는 것으로 이해될 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention, the metamaterial may be understood as a new artificial material including both electrical and magnetic elements that do not exist in nature. In addition, in the present embodiment, it can be understood that the substrate 110 and the dielectric layer 120 function as a metamaterial as a whole.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 장치(10)는 기판(110), 기판 상에 기하학적 메타표면(geometric metasurface)을 형성하는 유전체 층(120)을 포함한다. 여기서, 기하학적 메타표면은 단위 셀(111)에 포함된 나노 구조체(121)가 기하학적 형상을 갖고 메타물질로서 기능하는 것으로 이해될 수 있다. The dual mode encryption device 10 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 110 and a dielectric layer 120 forming a geometric metasurface on the substrate. Here, the geometric meta-surface may be understood as the nanostructure 121 included in the unit cell 111 has a geometric shape and functions as a metamaterial.

기판(110)은 평면을 갖는 플레이트 형상 일 수 있으며, 복수 개의 단위 셀(111)이 연속적으로 배열되어 형성된다. 여기서, 평면은 X축 및 Y축 방향으로 연장되는 평면이고, Z축은 평면과 수직한 방향이다. The substrate 110 may be in the shape of a plate having a plane, and a plurality of unit cells 111 are formed in succession. Here, the plane is a plane extending in the X-axis and Y-axis directions, and the Z-axis is a direction perpendicular to the plane.

또한, 하나의 단위 셀(111)은 XY평면을 정면에서 보았을 때 한 변의 길이가 P인 정사각형 형상일 수 있다. 여기서, 정사각형인 단위 셀(111) 한 변의 길이는 100nm 내지 1000nm 범위 일 수 있다. In addition, one unit cell 111 may have a square shape in which the length of one side is P when viewed from the front of the XY plane. Here, the length of one side of the square unit cell 111 may range from 100 nm to 1000 nm.

기판(110)의 소재는 전기가 통하는 ITO(Indium Tin Oxide)일 수 있다. 또한, 기판(110)의 소재는 이산화규소(SiO2)일 수 있다. 다만, 기판(110)의 소재는 이에 한정되지 않으며, 실리콘, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 등으로 제공될 수 있다.The material of the substrate 110 may be Indium Tin Oxide (ITO) through which electricity is conducted. In addition, the material of the substrate 110 may be silicon dioxide (SiO 2 ). However, the material of the substrate 110 is not limited thereto, and may be made of silicon, polydimethylsiloxane, or the like.

기판(110)의 상측에는 메타표면을 갖는 유전체 층(120)이 제공될 수 있다. 여기서, 유전체 층(120)은 비정실 실리콘으로 제공될 수 있으며, 유전체 층(120)은 복수 개의 나노 구조체(121)로 구성 될 수 있다. A dielectric layer 120 having a meta surface may be provided on the upper side of the substrate 110. Here, the dielectric layer 120 may be formed of amorphous silicon, and the dielectric layer 120 may be formed of a plurality of nanostructures 121.

또한, 하나의 나노 구조체(121)는 높이(h), 길이(L), 폭(W)인 직육면체 형상일 수 있다. 다만, 나노 구조체의 형상은 이에 한정되는 것이 아니라, 다면체, 원기둥 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다. In addition, one nanostructure 121 may have a rectangular parallelepiped shape having a height (h), a length (L), and a width (W). However, the shape of the nanostructure is not limited thereto, and may have various shapes such as a polyhedron and a cylindrical shape.

본 발명의 실시예에서 높이(h)는 Z축 방향 길이, 길이(L)는 XY 평면상에서 나노 구조체(121)의 긴 변의 길이, 폭(W)은 XY 평면상에서 나노 구조체에에서 짧은 변의 길이를 나타낸다. In an embodiment of the present invention, the height (h) is the length in the Z-axis direction, the length (L) is the length of the long side of the nanostructure 121 on the XY plane, and the width (W) is the length of the short side in the nanostructure on the XY plane. Show.

본 발명의 실시예에서는 하나의 나노 구조체(121)가 직육면체 형상인 것을 예로 들어 설명한다. In the embodiment of the present invention, it is described that one nanostructure 121 has a rectangular parallelepiped shape as an example.

또한, 하나 이상의 나노 구조체(121)는 하나의 단위 셀(111) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 나노 구조체(121)가 쌍을 이루어 하나의 단위 셀(111) 상에 배치될 수 있다. 즉, 하나의 단위 셀(111) 상에 위치하는 나노 구조체는 동일한 형상 및 크기를 갖는 것으로 이해될 수 있다. In addition, one or more nanostructures 121 may be disposed on one unit cell 111. For example, two nanostructures 121 may form a pair and be disposed on one unit cell 111. That is, it may be understood that the nanostructures positioned on one unit cell 111 have the same shape and size.

또한, 단위 셀(111) 상에 배치된 나노 구조체(121)가 복수 개 일 때, 나노 구조체(121) 사이의 간격(g)는 100nm 내지 200nm 범위 일 수 있다. 여기서, 나노 구조체(121) 사이의 간격(g)은 나노 구조체의 한 면과 인접하는 나노 구조체의 한 면 사이의 거리로 이해될 수 있다. In addition, when there are a plurality of nanostructures 121 disposed on the unit cell 111, the interval g between the nanostructures 121 may range from 100nm to 200nm. Here, the interval g between the nanostructures 121 may be understood as a distance between one surface of the nanostructure and one surface of the adjacent nanostructure.

도 3은 회전 각도(θ)를 갖는 나노 구조체(121)의 위상차를 나타내는 도면이다. 3 is a diagram showing the phase difference of the nanostructure 121 having a rotation angle (θ).

도 3을 참조하면, 레이저 광원(제2 광원)에서 입사되는 레이저광은 나노 구조체(121)에 투사됨으로써 위상이 제어될 수 있고, 이를 통해 홀로그램 이미지(30)가 형성될 수 있다. 이때, 위상은 나노 구조체(121)로 들어가는 빛과 나노 구조체(121)에 의해 반사되는 빛의 위상차를 의미하며, 위상이 서로 다른 두 빛은 간섭 현상을 일으키면서 빛의 세기를 변화시킬 수 있다.Referring to FIG. 3, the phase of the laser light incident from the laser light source (second light source) is projected onto the nanostructure 121, thereby forming a holographic image 30. In this case, the phase refers to a phase difference between light entering the nanostructure 121 and light reflected by the nanostructure 121, and two lights having different phases may cause an interference phenomenon and change the intensity of light.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 나노 구조체(121)는 입사되는 빛의 방향과 기 설정된 회전 각도(θ)로 단위 셀(111)의 상부에 제공 될 수 있다. 이 때, 나노 구조체(121)의 회전 각도(θ)는 기 설정된 방향에 대한 각도를 의미하며, 기 설정된 방향은 입사되는 광에 대해 위상차가 0인 방향을 의미한다. According to an embodiment of the present invention, each of the nanostructures 121 may be provided on the top of the unit cell 111 in a direction of incident light and a predetermined rotation angle θ. In this case, the rotation angle θ of the nanostructure 121 refers to an angle with respect to a preset direction, and the preset direction refers to a direction in which the phase difference is zero for incident light.

하나의 단위 셀(111)에 배치된 나노 구조체(112)는 8 종류의 회전 각도(θ)를 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 단위 셀(111)에 배치되는 나노 구조체의 회전 각도는 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135°, 157.5°중 하나를 가질 수 있다. 여기서, 각각의 회전 각도는 제1 회전 각도 내지 제 8 회전 각도로 표현할 수 있다. The nanostructure 112 disposed in one unit cell 111 may have eight types of rotation angles θ. For example, the rotation angle of the nanostructure disposed in one unit cell 111 may have one of 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135°, and 157.5°. Here, each rotation angle may be expressed as a first rotation angle to an eighth rotation angle.

0°의 회전 각도를 갖는 나노 구조체의 경우, 위상차는 0이고, 22.5°의 회전 각도를 갖는 나노 구조체의 경우 위상차는 π/4 이고, 45°의 회전 각도를 갖는 나노 구조체의 경우 위상차는 2π/4이며, 67.5°의 회전 각도를 갖는 나노 구조체의 경우 위상차는 3π/4이고, 90°의 회전 각도를 갖는 나노 구조체의 경우 위상차는 π이며, 112.5° 의 회전 각도를 갖는 나노 구조체의 경우 위상차는 5π/4이고, 135° 의 회전 각도를 갖는 나노 구조체의 경우 위상차는 6π/4이며, 157.5° 의 회전 각도를 갖는 나노 구조체의 경우 위상차는 7π/4이다. In the case of a nanostructure having a rotation angle of 0°, the phase difference is 0, in the case of a nanostructure having a rotation angle of 22.5°, the phase difference is π/4, and in the case of a nanostructure having a rotation angle of 45°, the phase difference is 2π/ 4, in the case of a nanostructure having a rotation angle of 67.5°, the phase difference is 3π/4, in the case of a nanostructure having a rotation angle of 90°, the phase difference is π, and in the case of a nanostructure having a rotation angle of 112.5°, the phase difference is In the case of a nanostructure having a rotation angle of 5π/4 and 135°, the phase difference is 6π/4, and in the case of a nanostructure having a rotation angle of 157.5°, the phase difference is 7π/4.

이와 같은 회전 각도를 갖는 나노 구조체를 조합하여, 사용자가 기 설정한 홀로그램 이미지를 구현 할 수 있다. By combining the nanostructures having such a rotation angle, a holographic image preset by the user can be implemented.

또한, 나노 구조체(121)의 높이, 폭, 및 길이는 홀로그램이 작동하는 파장대역, 반사되는 빛의 진폭, 및 홀로그램 이미지 변환 효율에 영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 듀얼 모드 암호화 표면(10)은 FDTD (Finite-Difference Time-Domain) 시뮬레이션 방법을 이용하여 대략적인 구조를 결정하고, 수치해석 방법을 통해 구현하고자 하는 이미지를 위상 정보로 변환한 후에, 이에 상응하는 나노 구조체(121)의 회전 각도(θ)를 결정할 수 있다.In addition, the height, width, and length of the nanostructure 121 may affect the wavelength band in which the hologram operates, the amplitude of reflected light, and the holographic image conversion efficiency. Therefore, the dual-mode encryption surface 10 determines an approximate structure using a Finite-Difference Time-Domain (FDTD) simulation method, converts an image to be implemented through a numerical analysis method into phase information, and then corresponds thereto. The rotation angle θ of the nanostructure 121 may be determined.

또한, 나노 구조체(121)의 높이, 폭, 길이에 따라 회전 각도(θ)를 보정할 수 있다. In addition, the rotation angle θ may be corrected according to the height, width, and length of the nanostructure 121.

나노 구조체(121)를 통과한 빛은 다음과 같은 수학식으로 표현될 수 있다. Light passing through the nanostructure 121 may be expressed by the following equation.

Figure 112019023902011-pat00001
Figure 112019023902011-pat00001

여기서,

Figure 112019023902011-pat00002
는 홀로그램 형성에 관여하지 않는 성분으로, 설명의 편의상 제1 성분으로 표현하며,
Figure 112019023902011-pat00003
는 홀로그램 형성에 관여하는 성분으로 설명의 편의상 제2 성분으로 표현한다. here,
Figure 112019023902011-pat00002
Is a component not involved in the formation of the hologram, and is expressed as the first component for convenience of explanation,
Figure 112019023902011-pat00003
Is a component involved in the formation of a hologram and is expressed as a second component for convenience of explanation.

상기 수학식에서 홀로그램 형성에 관여하는 제2 성분은

Figure 112019023902011-pat00004
Figure 112019023902011-pat00005
이 곱해진 형태이다. 제2 성분은 복소수이고, 이 복소수의 크기가 투과된 빛의 진폭을 의미하며 편각(argument)은 위상을 의미한다. 여기서
Figure 112019023902011-pat00006
은 입사광이 나노구조체의 길이방향으로 선형 편광되었을 경우에 대한 투과상수이며,
Figure 112019023902011-pat00007
는 폭 방향으로 선형 편광되었을 경우에 대한 투과상수이고, 두 값도 모두 복소수이다.
Figure 112019023902011-pat00008
Figure 112019023902011-pat00009
는 구조체의 형상에 따라 결정되는 값이며, FDTD 시뮬레이션을 통해 값을 도출해낼 수 있다.
Figure 112019023902011-pat00010
는 구조체의 회전 각도이며
Figure 112019023902011-pat00011
는 복소수이다. 따라서 제2 성분의
Figure 112019023902011-pat00012
Figure 112019023902011-pat00013
모두 복소수이기 때문에 이들은 편각에 영향을 준다. The second component involved in hologram formation in the above equation is
Figure 112019023902011-pat00004
Wow
Figure 112019023902011-pat00005
Is the multiplied form. The second component is a complex number, and the magnitude of the complex number means the amplitude of transmitted light, and the angle of the argument means the phase. here
Figure 112019023902011-pat00006
Is the transmission constant when incident light is linearly polarized in the longitudinal direction of the nanostructure,
Figure 112019023902011-pat00007
Is the transmission constant when linearly polarized in the width direction, and both values are complex numbers.
Figure 112019023902011-pat00008
and
Figure 112019023902011-pat00009
Is a value determined according to the shape of the structure, and the value can be derived through FDTD simulation.
Figure 112019023902011-pat00010
Is the rotation angle of the structure
Figure 112019023902011-pat00011
Is a complex number. Therefore, the second component
Figure 112019023902011-pat00012
Wow
Figure 112019023902011-pat00013
Since they are all complex numbers, they affect declination.

두 가지 나노 구조체를 사용하는 경우

Figure 112019023902011-pat00014
값이 두 가지 구조체에 대해 다르기 때문에 그 차이만큼
Figure 112019023902011-pat00015
를 조절하여 보정할 수 있다. When to use two nanostructures
Figure 112019023902011-pat00014
Since the values are different for the two structures, the difference
Figure 112019023902011-pat00015
It can be corrected by adjusting.

다만, 메타표면을 구성하는 나노구조체의 형상이 모두 같은 경우에는

Figure 112019023902011-pat00016
이 모든 나노구조체에 대해 같기 때문에 오로지 회전 각도에 의해서만 투과광의 위상이 조절되어 따로 보정이 필요하지 않다.However, if all the nanostructures constituting the meta surface have the same shape,
Figure 112019023902011-pat00016
Since it is the same for all of these nanostructures, the phase of the transmitted light is adjusted only by the rotation angle, so no separate correction is required.

또한, 기판(110) 위의 유전체 층(120)은 메타표면으로서 기능할 수 있다. 여기서, 메타표면은 작동하는 빛의 파장보다 작은 나노 구조체를 배열하여 만든 기능성 박막으로서, 각각의 나노 구조체가 빛의 파장, 파면, 위상, 진폭 등 빛의 특성의 조절을 수행하는 안테나 역할을 할 수 있다. 이때, 메타표면을 구성하는 나노 구조체의 크기는 수 나노미터 내지 수백 나노미터일 수 있으며, 나노 구조체의 두께 및 배열은 다양할 수 있다. 이러한 메타표면은 일반적으로 전자빔 리소그래피 공정을 통해 제작될 수 있으나, 메타표면의 제조 방법은 이에 한정되지 않는다.Further, the dielectric layer 120 on the substrate 110 may function as a meta surface. Here, the meta-surface is a functional thin film made by arranging nanostructures smaller than the wavelength of the operating light, and each nanostructure can serve as an antenna that adjusts the characteristics of light such as the wavelength, wavefront, phase, and amplitude of light. have. At this time, the size of the nanostructures constituting the meta surface may be several nanometers to several hundreds of nanometers, and the thickness and arrangement of the nanostructures may vary. In general, the meta-surface may be manufactured through an electron beam lithography process, but the method of manufacturing the meta-surface is not limited thereto.

본 실시예에서의 유전체 층(120)은 기하학적 메타표면(geometric metasurfaces, GEMS)을 구성할 수 있다. 이때, 기하학적 메타표면(GEMS)은 기하학적 구조에 따라서 반사 또는 투과되는 빛의 위상(phase)을 임의로 조절할 수 있는 메타표면을 의미하는 것으로서, Pancharatnam-Berry 위상에 기반한 것일 수 있다. 유전체 층(120)이 이와 같은 기하학적 메타표면(GEMS)으로 제공될 수 있고, 듀얼모드 암호화 표면(10)이 비정질 실리콘으로 제공되는 유전체 층(120)의 자기 공명(magnetic resonances)을 이용함에 따라, 듀얼모드 암호화 표면(10)의 구조체 크기를 줄일 수 있다. 구체적으로, 종래의 산화타이타늄(TiO2)을 이용한 기하학적 메타표면을 구현하기 위해서는 600nm 이상의 높이를 갖는 메타표면 구조가 필요했으나, 본 실시예에 따른 비정질 실리콘을 이용한 기하학적 메타표면은 종래의 기하학적 메타표면보다 높은 굴절율을 가짐과 동시에, 빛을 오래 가둘 수 있는 공명 특성을 가짐으로써 구조체 높이가 낮음에도 불구하고 홀로그램을 구현할 수 있다. 이에 따라, 듀얼 모드 암호화 표면(10)의 제조 단가가 낮아지는 효과가 있다.The dielectric layer 120 in this embodiment may constitute geometric metasurfaces (GEMS). In this case, the geometric meta-surface (GEMS) refers to a meta-surface that can arbitrarily adjust a phase of light reflected or transmitted according to a geometric structure, and may be based on a Pancharatnam-Berry phase. As the dielectric layer 120 may be provided as such a geometric meta-surface (GEMS), and the dual-mode encryption surface 10 uses magnetic resonances of the dielectric layer 120 provided with amorphous silicon, The size of the structure of the dual-mode encryption surface 10 can be reduced. Specifically, in order to implement a conventional geometric meta surface using titanium oxide (TiO 2 ), a meta surface structure having a height of 600 nm or more was required, but the geometric meta surface using amorphous silicon according to the present embodiment By having a higher refractive index and a resonance characteristic that can confine light for a long time, a hologram can be implemented despite a low structure height. Accordingly, there is an effect of lowering the manufacturing cost of the dual mode encryption surface 10.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 듀얼모드 암호화 표면(10)은 실리콘보다 낮은 가시광 흡수율을 가진 질화 실리콘, 질화 갈륨 또는 산화 티타늄이 적용될 수 있다. 이 경우 제1 이미지(20)에서는 두 가지 이상의 컬러와 70% 이상의 높은 반사효율을 나타낼 수 있으며, 홀로 그램 이미지에서는 가시광 전영역에서 90% 이상의 홀로그램 효율을 구현할 수 있다. Further, according to an embodiment of the present invention, silicon nitride, gallium nitride, or titanium oxide having a lower visible light absorption rate than silicon may be applied to the dual mode encryption surface 10. In this case, the first image 20 may exhibit two or more colors and a high reflection efficiency of 70% or more, and in a holographic image, a hologram efficiency of 90% or more may be implemented in the entire visible light area.

도 4는 직육각형 형상의 나노 구조체의 크기에 따른 제1 이미지에 나타날 수 있는 스펙트럼 색을 나타내는 그래프이다. 여기서, 직육각형 나노 구조체의 높이(h)는 300nm로 설정하였다. 4 is a graph showing spectral colors that may appear in a first image according to the size of a right hexagonal nanostructure. Here, the height (h) of the right hexagonal nanostructure was set to 300 nm.

또한, 직육각형 형태의 나노 구조체를 XY평면상에서 보았을 때, 가로축은 폭(W), 세로축은 길이(L)을 나타낸다. In addition, when the right hexagonal nanostructure is viewed on the XY plane, the horizontal axis represents the width (W) and the vertical axis represents the length (L).

도 4(a)는 하나의 단위셀(111) 상에 두 개의 나노 구조체(121)를 가지고, 각 나노 구조체 사이의 간격(g)은 100nm 인 경우, 나노 구조체의 크기에 따른 색의 변화를 나타낸다.4(a) shows a change in color according to the size of the nanostructures when two nanostructures 121 are disposed on one unit cell 111, and the interval g between each nanostructure is 100 nm. .

도 4(b)는 하나의 단위셀(111) 상에 두 개의 나노 구조체(121)를 가지고, 각 나노 구조체 사이의 간격(g)은 150nm 인 경우, 나노 구조체의 크기에 따른 색의 변화를 나타낸다.4(b) shows a change in color according to the size of the nanostructures when two nanostructures 121 are formed on one unit cell 111, and the distance g between each nanostructure is 150nm. .

도 4(c)는 하나의 단위셀(111) 상에 하나의 나노 구조체(121)를 가지는 경우, 나노 구조체의 크기에 따른 색의 변화를 나타낸다.4(c) shows a change in color according to the size of the nanostructure when one nanostructure 121 is provided on one unit cell 111.

도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 하나의 단위셀(111) 상에 두 개의 나노 구조체(121)를 가진 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조체의 크기는 가로 길이(L) 250nm 내지 450nm, 폭(W) 25nm 내지 125nm의 범위 일 수 있다. 또한, 각 나노 구조체 사이의 간격(g)은 100nm 내지 200nm의 범위 일 수 있다. 4(a) and 4(b), in the case of having two nanostructures 121 on one unit cell 111, the size of the nanostructure according to an embodiment of the present invention is a horizontal length (L) 250nm to 450nm, width (W) may be in the range of 25nm to 125nm. In addition, the interval g between each nanostructure may be in the range of 100 nm to 200 nm.

도 4(c)를 참조하면, 하나의 단위셀(111) 상에 하나의 나노 구조체(121)를 가진 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조체의 크기는 가로 길이(L) 225nm 내지 425nm, 폭(W) 25nm 내지 225nm의 범위 일 수 있다. Referring to FIG. 4(c), in the case of having one nanostructure 121 on one unit cell 111, the size of the nanostructure according to an embodiment of the present invention is in a horizontal length (L) of 225nm to 425nm. , Width (W) may be in the range of 25nm to 225nm.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조체에 대해 빛의 파장에 대응한 교차 편광 투과율 및 반사율을 나타낸다. 5 shows cross-polarized transmittance and reflectance corresponding to the wavelength of light for a nanostructure according to an embodiment of the present invention.

도 5(a)는 두 개의 나노 구조체가 쌍을 이루어 단위 셀 상에 배치된 경우와 하나의 나노 구조체가 단위 셀 상에 배치된 경우에 대해 교차 편광 투과율(Cross-polarization Transmittance)을 나타낸다. FIG. 5(a) shows cross-polarization transmittance when two nanostructures are paired and disposed on a unit cell, and when one nanostructure is disposed on a unit cell.

여기서, 나노 구조체의 크기는 가로 길이(L) 300nm, 폭(W) 100nm를 갖고, 두 개의 나노 구조체 사이의 간격(g) 100nm인 경우와, 가로 길이(L) 300nm, 폭(W) 50nm를 갖고, 두 개의 나노 구조체 사이의 간격(g) 100nm인 경우에 대해 나타낸다. Here, the size of the nanostructures has a horizontal length (L) of 300 nm and a width (W) of 100 nm, and the distance between the two nanostructures (g) is 100 nm, and the horizontal length (L) is 300 nm, and the width (W) is 50 nm. And the interval between two nanostructures (g) is shown for a case of 100 nm.

도 5(a)를 참조하면, 쌍을 이루는 나노 구조체가 단일 나노 구조체 대비 635nm 파장을 갖는 빛에서 교차 편광 투과율(Cross-polarization Transmittance)이 10% 향상되었다. Referring to FIG. 5(a), cross-polarization transmittance was improved by 10% in light having a wavelength of 635 nm in the paired nanostructure compared to a single nanostructure.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 쌍을 이루는 막대 구조체는 단일 나노 구조체에 비해 밀도가 높기 때문에 나노 구조체와 나노 구조체 사이로 새어나가는 빛을 줄일 수 있다. 따라서, 목표 파장영역에서 35% 이상의 높은 홀로그램 효율을 구현하였다.According to an embodiment of the present invention, since the rod structure forming a pair has a higher density than the single nanostructure, light leaking between the nanostructure and the nanostructure can be reduced. Therefore, a high hologram efficiency of 35% or more was implemented in the target wavelength region.

도 5(b)는 두 개의 나노 구조체가 쌍을 이루어 단위 셀 상에 배치된 경우빛의 파장에 따른 반사율을 나타낸다. 5(b) shows reflectance according to the wavelength of light when two nanostructures are paired and disposed on a unit cell.

도 5(b)를 참조하면, 나노 구조체가 가로 길이(L) 300nm, 폭(W) 100nm를 갖고, 두 개의 나노 구조체 사이의 간격(g) 100nm인 경우, 660nm 파장에서 반사율이 가장 높았다. Referring to FIG. 5(b), when the nanostructure has a horizontal length (L) of 300 nm and a width (W) of 100 nm, and a gap (g) of 100 nm between two nanostructures, the reflectance is highest at a wavelength of 660 nm.

또한, 나노 구조체가 가로 길이(L) 300nm, 폭(W) 50nm를 갖고, 두 개의 나노 구조체 사이의 간격(g) 100nm인 경우, 550nm 파장에서 반사율이 가장 높았다. In addition, when the nanostructure has a horizontal length (L) of 300 nm and a width (W) of 50 nm, and a gap (g) of 100 nm between two nanostructures, the reflectance is highest at a wavelength of 550 nm.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 이미지를 나타내는 경우 두 가지 색과 10%의 반사효율을 나타낼 수 있으며, 홀로 그램 이미지를 나타내는 경우 635nm 파장대에서 35%의 홀로그램 효율을 나타낼 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when a first image is displayed, two colors and a reflection efficiency of 10% may be displayed, and when a holographic image is displayed, a hologram efficiency of 35% in a 635 nm wavelength band may be displayed.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 듀얼 모드 암호화 표면에 저장된 홀로그램 정보를 읽어내기 위한 특정 파장을 갖는 제2 광원이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a second light source having a specific wavelength for reading hologram information stored on a dual mode encryption surface may be provided.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면 단색광을 투과할 수 있는 제2 광원은 635nm 파장을 투과할 수 있는 장치일 수 있다. 또한, 제2 광원은 635nm 파장의 레이저 광을 조사하는 장치일 수 있다. For example, according to an embodiment of the present invention, the second light source capable of transmitting monochromatic light may be a device capable of transmitting a wavelength of 635 nm. Also, the second light source may be a device that irradiates laser light having a wavelength of 635 nm.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면의 제1 이미지 및 홀로그램 이미지를 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a first image and a holographic image of a dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention.

도 6(a)는 백색광을 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면(10)에 입사 시켰을 때 나타나는 제1 이미지를 나타낸다.6(a) shows a first image that appears when white light is incident on the dual mode encryption surface 10 according to an embodiment of the present invention.

도 6(a)에 도시된 제1 이미지는 2가지 크기를 갖는 나노 구조체를 이용하여 2가지 색상으로 구현하였다. 구체적으로, π 형상의 나노 구조체 부분은 분홍색으로 구현하였으며, 바탕색은 초록색으로 구현하였다. The first image shown in FIG. 6(a) was implemented in two colors using nanostructures having two sizes. Specifically, the π-shaped nanostructure part was implemented in pink, and the background color was implemented in green.

여기서, π형상을 나타내는 나노 구조체의 크기는 가로 길이(L) 300nm, 폭(W) 100nm를 갖고, 두 개의 나노 구조체 사이의 간격(g) 100nm이다. Here, the size of the nanostructure exhibiting a π shape has a horizontal length (L) of 300 nm, a width (W) of 100 nm, and a distance (g) of 100 nm between the two nanostructures.

또한, π 형상을 둘러싸는 바탕색을 나타내는 나노 구조체의 크기는 가로 길이(L) 300nm, 폭(W) 50nm를 갖고, 두 개의 나노 구조체 사이의 간격(g) 100nm이다. In addition, the size of the nanostructures showing the background color surrounding the π shape has a horizontal length (L) of 300 nm, a width (W) of 50 nm, and an interval (g) of 100 nm between the two nanostructures.

도 6(b) 는 단색광을 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모듈 암호화 표면(10)에 입사 시켰을 때 나타나는 홀로그램 이미지를 나타낸다.6(b) shows a holographic image that appears when monochromatic light is incident on the dual module encryption surface 10 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에서 홀로그램 이미지를 3.1415292?? 로 나타내었지만, 홀로그램 이미지는 이에 한정되는 것이 아니고, 기 설정된 형상을 갖는 모든 이미지를 나타낼 수 있다. In the embodiment of the present invention, the holographic image is 3.1415292?? Although shown as, the holographic image is not limited thereto, and all images having a preset shape may be represented.

도 6(c)는 도 6(a) 및 도 6(b)의 이미지들을 구현하기 위한 본 발명의 듀얼 모드 암호화 표면의 나노 구조체들의 크기 및 배열을 나타낸다. 6(c) shows the size and arrangement of nanostructures of the dual mode encryption surface of the present invention for realizing the images of FIGS. 6(a) and 6(b).

도 6(c)를 참조하면, 상술한 바와 같이 2가지 크기를 갖는 나노 구조체가 쌍을 이루면서, 상술한 8 종류 회전 각도를 갖는 배열로 배치되어 있는 것을 보여준다. Referring to FIG. 6(c), as described above, it is shown that nanostructures having two sizes are formed in pairs and are arranged in an array having eight types of rotation angles described above.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면은 아래와 같은 공정을 거쳐 제조 될 수 있다. In addition, the dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention may be manufactured through the following process.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면의 제조 방법은 기판을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 기하학적 메타표면(geometric metasurface)을 형성하는 유전체 층을 적층하는 단계; 상기 유전체 층에 복수 개의 나노 구조체를 형성하는 단계로서, 제1 광원에서 나오는 백색광을 입사시켜 스펙트럼을 제어하고, 제2 광원에서 나오는 단색광을 입사시켜 위상을 제어하는 복수 개의 나노 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a dual mode encryption surface according to an embodiment of the present invention includes the steps of forming a substrate; Depositing a dielectric layer forming a geometric metasurface on the substrate; As the step of forming a plurality of nanostructures on the dielectric layer, the step of forming a plurality of nanostructures for controlling a spectrum by incidence of white light emitted from a first light source and controlling a phase by incident monochromatic light emitted from a second light source. Can include.

구체적으로, 기판 위에 PE-CVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정을 통해 수소화 비정질 실리콘을 증착 한 후, 레지스트로 코팅을 한 후, 전자빔을 조사하여 패턴을 형성한다. 그 후 크롬(Cr)을 증착하고, 리프트 오프(Lift off) 공정과 식각(Etching) 공정 후 크롬층을 제거하여, 본 발명의 듀얼 모드 암호화 표면을 형성할 수 있다.Specifically, hydrogenated amorphous silicon is deposited on a substrate through a PE-CVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) process, coated with a resist, and then irradiated with an electron beam to form a pattern. Thereafter, chromium (Cr) is deposited, and the chromium layer is removed after a lift-off process and an etching process to form the dual mode encryption surface of the present invention.

이하에서는 상기와 같은 듀얼 모드 암호화 표면 및 이의 제조 방법의 작용 및 효과에 대해 설명하겠다.Hereinafter, the operation and effect of the dual mode encryption surface and the method of manufacturing the same will be described.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 일반적인 백색광 아래에서는 반사 디스플레이로 작동하지만 레이저와 같은 가간섭 광을 비출 경우 내장된 홀로그램 이미지가 출력 될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it operates as a reflective display under normal white light, but when coherent light such as a laser is illuminated, an embedded hologram image may be output.

본 발명은 레이저를 조사하기 전에는 내장된 위상 정보를 읽어내는 것이 불가능하기 때문에 다양한 보안 기술로써 적용이 가능하다. 구체적으로 현금, 명품 등 고가의 상품에 적용하여 상품의 진위여부를 판단하는 인증 마크에 적용되어 사용될 수 있으며, QR코드와 같은 암호화된 개인정보를 홀로그램의 형태로 내장하여 새로운 결제 수단 등 금융 기술로도 발전할 수 있다. 나아가 대면적 공정으로 구현하는 경우, 공상과학 영화에 나오는 3차원 홀로그램 영상을 재생하는 것이 가능하다. The present invention can be applied as various security techniques because it is impossible to read the embedded phase information before irradiating the laser. Specifically, it can be applied to an authentication mark that determines the authenticity of the product by applying it to expensive products such as cash and luxury goods, and it can be used as a financial technology such as a new payment method by embedding encrypted personal information such as a QR code in the form of a hologram. Can also develop. Furthermore, when implemented in a large area process, it is possible to reproduce 3D holographic images from science fiction movies.

본 발명은 메타표면을 형성하는 개별 구조체의 크기와 회전 각도를 조절하여, 두 가지 특성을 각각 독립적으로 제어 가능하다. In the present invention, by adjusting the size and rotation angle of individual structures forming the meta-surface, it is possible to independently control the two characteristics.

또한, 반사 디스플레이에서 보여지는 이미지와 레이저에 의해 재생되는 홀로그램 이미지는 독립적으로 조절이 가능하여 서로 영향을 미치지 않는다In addition, the image shown on the reflective display and the hologram image reproduced by the laser can be adjusted independently and do not affect each other.

또한, 본 발명의 실시예들은 암호화 디스플레이로써 보안 및 금융, ICT 등 다양한 분야에 활용이 가능하다.In addition, embodiments of the present invention can be used in various fields such as security, finance, and ICT as an encrypted display.

이상 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 모드 암호화 표면 및 이의 제조 방법을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.The dual mode encryption surface and the method of manufacturing the same according to the embodiment of the present invention have been described above as specific embodiments, but this is only an example, and the present invention is not limited thereto, and the widest scope according to the basic idea disclosed in the present specification Should be interpreted as having A person skilled in the art may combine and replace the disclosed embodiments to implement a pattern of a shape not indicated, but this also does not depart from the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on the present specification, and it is clear that such changes or modifications also belong to the scope of the present invention.

10: 듀얼 모드 암호화 표면 20: 제1 이미지
30: 홀로그램 이미지 110: 기판
111: 단위 셀 120: 유전체 층
121: 나노 구조체
10: dual mode encryption surface 20: first image
30: holographic image 110: substrate
111: unit cell 120: dielectric layer
121: nano structure

Claims (20)

기판; 및
상기 기판 상에 기하학적 메타표면(geometric metasurface)을 형성하는 유전체 층을 포함하고,
상기 기판은 연속된 복수 개의 단위 셀을 포함하고, 상기 유전체 층은 복수 개의 나노 구조체를 포함하고,
하나의 상기 단위 셀 상에 두 개의 나노 구조체가 쌍을 이루어 배치되고,
하나의 상기 단위 셀 상에 있는 두 개의 상기 나노 구조체와 적어도 다른 하나의 단위 셀 상에 있는 두 개의 상기 나노 구조체의 회전 각도는 상이하고,
하나의 상기 단위 셀 상에 있는 두 개의 상기 나노 구조체의 회전 각도는 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135°및 157.5°중 하나를 갖고,
적어도 다른 하나의 단위 셀 상에 있는 두 개의 상기 나노 구조체의 회전 각도는 하나의 상기 단위 셀 상에서 선택된 상기 회전 각도를 제외한 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135°및 157.5°중 하나를 갖고,
제1 광원에서 나오는 백색광이 상기 나노 구조체에 입사되어 스펙트럼이 제어됨으로써 기 설정된 제1 이미지가 출력되고,
제2 광원에서 나오는 단색광이 상기 나노 구조체에 입사되어 위상이 제어됨으로써 기 설정된 홀로그램 이미지가 출력되는, 듀얼 모드 암호화 표면.
Board; And
Comprising a dielectric layer forming a geometric metasurface on the substrate,
The substrate includes a plurality of continuous unit cells, the dielectric layer includes a plurality of nanostructures,
Two nanostructures are arranged in pairs on one of the unit cells,
The rotation angles of the two nanostructures on one of the unit cells and the two nanostructures on at least one other unit cell are different,
The rotation angle of the two nanostructures on one unit cell has one of 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135° and 157.5°,
The rotation angles of the two nanostructures on at least one other unit cell are 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135° excluding the rotation angle selected on one unit cell. And 157.5°,
White light emitted from the first light source is incident on the nanostructure to control the spectrum, thereby outputting a preset first image,
Monochromatic light emitted from a second light source is incident on the nanostructure and a phase is controlled to output a preset holographic image.
제1 항에 있어서,
상기 나노 구조체는 XY평면과 평행한 면을 갖는 3차원 형상이고,
상기 나노 구조체의 형상 및 크기가 제어됨으로써 상기 기 설정된 제1 이미지가 출력되고,
상기 나노 구조체의 회전 각도가 제어됨으로써 상기 기 설정된 홀로그램 이미지가 출력되는, 듀얼 모드 암호화 표면.
The method of claim 1,
The nanostructure is a three-dimensional shape having a plane parallel to the XY plane,
By controlling the shape and size of the nanostructure, the preset first image is output,
By controlling the rotation angle of the nanostructure, the preset holographic image is output, the dual mode encryption surface.
제2 항에 있어서,
하나의 상기 단위 셀 상에 있는 나노 구조체와 적어도 다른 하나의 단위 셀 상에 있는 나노 구조체의 형상은 동일하나 크기가 다른, 듀얼 모드 암호화 표면.
The method of claim 2,
A nanostructure on one unit cell and a nanostructure on at least one other unit cell have the same shape but different sizes, a dual mode encryption surface.
삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 나노 구조체는 직육면체 형상이고,
하나의 상기 단위 셀 상에 있는 상기 나노 구조체의 길이(L)는 300nm 이고, 폭(W)은 100nm이고, 높이(H)는 300nm이고,
상기 적어도 다른 하나의 단위 셀 상에 있는 상기 나노 구조체 길이(L)는 300nm 이고, 폭(W)은 50nm이고, 높이(H)는 300nm인, 듀얼 모드 암호화 표면.
The method of claim 1,
The nanostructure has a rectangular parallelepiped shape,
The length (L) of the nanostructure on one of the unit cells is 300 nm, the width (W) is 100 nm, the height (H) is 300 nm,
The length (L) of the nanostructure on the at least one other unit cell is 300nm, the width (W) is 50nm, the height (H) is 300nm, dual mode encryption surface.
삭제delete 제1 항에 있어서,
하나의 상기 단위 셀 상에 배치되는 두 개의 상기 나노 구조체 사이의 간격(g)은 100nm 또는 150nm 중 하나인, 듀얼 모드 암호화 표면.
The method of claim 1,
The interval (g) between the two nanostructures disposed on one unit cell is one of 100nm or 150nm, the dual mode encryption surface.
제1 항에 있어서,
상기 기 설정된 제1 이미지와 상기 기 설정된 홀로그램 이미지는 독립적으로 제어되는, 듀얼 모드 암호화 표면.
The method of claim 1,
The preset first image and the preset hologram image are independently controlled, dual mode encryption surface.
제1 항에 있어서,
상기 기 설정된 홀로그램 이미지는 하나의 색으로 출력되고,
상기 기 설정된 제1 이미지는 적어도 두 개 이상의 색으로 출력되는, 듀얼 모드 암호화 표면.
The method of claim 1,
The preset holographic image is output in one color,
The preset first image is output in at least two or more colors, dual mode encryption surface.
제1항에 있어서,
상기 기 설정된 홀로그램 이미지는 QR코드인, 듀얼 모드 암호화 표면.
The method of claim 1,
The preset holographic image is a QR code, a dual mode encryption surface.
제1 항에 있어서,
상기 기판은 이산화규소로 이루어지고,
상기 유전체는 비정실 실리콘으로 이루어지는, 듀얼 모드 암호화 표면.
The method of claim 1,
The substrate is made of silicon dioxide,
The dielectric is made of amorphous silicon, a dual mode encryption surface.
제1 항에 있어서,
하나의 상기 단위 셀 상에 있는 두 개의 상기 나노 구조체가 하나의 픽셀을 나타내는, 듀얼 모드 암호화 표면.
The method of claim 1,
The two nanostructures on one unit cell represent one pixel, the dual mode encryption surface.
제1 항에 있어서,
상기 제1 광원은 가시 광을 투사할 수 있는 백색 광원이고,
상기 제2 광원은 레이저 광을 투사할 수 있는 레이저 광원인, 듀얼 모드 암호화 표면.
The method of claim 1,
The first light source is a white light source capable of projecting visible light,
The second light source is a laser light source capable of projecting laser light, a dual mode encryption surface.
제1 항에 있어서,
상기 백색광에 의해 출력되는 상기 제1 이미지는 나노 구조체 상에 출력되고,
상기 단색광에 의해 출력되는 상기 홀로그램 이미지는 상기 단색광이 상기 나노 구조체를 투과함으로써 나노 구조체의 후면에 출력되는, 듀얼 모드 암호화 표면.
The method of claim 1,
The first image output by the white light is output on the nanostructure,
The holographic image output by the monochromatic light is output on the rear surface of the nanostructure by transmitting the monochromatic light through the nanostructure.
제1 항에 있어서,
상기 백색광에 의해 출력되는 상기 제1 이미지는 나노 구조체 상에 출력되고,
상기 단색광에 의해 출력되는 상기 홀로그램 이미지는 상기 단색광이 상기 나노 구조체에 반사됨으로써 나노 구조체의 전면에 출력되는, 듀얼 모드 암호화 표면.
The method of claim 1,
The first image output by the white light is output on the nanostructure,
The holographic image output by the monochromatic light is output on the entire surface of the nanostructure by reflecting the monochromatic light to the nanostructure.
기판을 형성하는 단계;
상기 기판 상에 기하학적 메타표면(geometric metasurface)을 형성하는 유전체 층을 적층하는 단계;
상기 유전체 층에 복수 개의 나노 구조체를 형성하는 단계로서, 제1 광원에서 나오는 백색광을 입사시켜 스펙트럼을 제어하고, 제2 광원에서 나오는 단색광을 입사시켜 위상을 제어하는 복수 개의 나노 구조체를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 기판은 연속된 복수 개의 단위 셀을 포함하고, 상기 유전체 층은 복수 개의 나노 구조체를 포함하고,
하나의 상기 단위 셀 상에 두 개의 나노 구조체가 쌍을 이루어 배치되고,
하나의 상기 단위 셀 상에 있는 두 개의 상기 나노 구조체와 적어도 다른 하나의 단위 셀 상에 있는 두 개의 상기 나노 구조체의 회전 각도는 상이하고,
하나의 상기 단위 셀 상에 있는 두 개의 상기 나노 구조체의 회전 각도는 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135°및 157.5°중 하나를 갖고,
적어도 다른 하나의 단위 셀 상에 있는 두 개의 상기 나노 구조체의 회전 각도는 하나의 상기 단위 셀 상에서 선택된 상기 회전 각도를 제외한 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135°및 157.5°중 하나를 갖는 듀얼 모드 암호화 표면의 제조 방법.
Forming a substrate;
Depositing a dielectric layer forming a geometric metasurface on the substrate;
A step of forming a plurality of nanostructures on the dielectric layer, comprising: forming a plurality of nanostructures for controlling a spectrum by incident white light emitted from a first light source and controlling a phase by incident monochromatic light from a second light source; Including,
The substrate includes a plurality of continuous unit cells, the dielectric layer includes a plurality of nanostructures,
Two nanostructures are arranged in pairs on one of the unit cells,
The rotation angles of the two nanostructures on one of the unit cells and the two nanostructures on at least one other unit cell are different,
The rotation angle of the two nanostructures on one unit cell has one of 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135° and 157.5°,
The rotation angles of the two nanostructures on at least one other unit cell are 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135° excluding the rotation angle selected on one unit cell. And a method of manufacturing a dual mode encryption surface having one of 157.5°.
제 17항에 있어서,
상기 유전체 층은 크롬이 증착된 후, 리프트 오프 공정을 통해 구현되는, 듀얼 모드 암호화 표면의 제조 방법.
The method of claim 17,
The dielectric layer is implemented through a lift-off process after chromium is deposited, a method of manufacturing a dual mode encryption surface.
제1 항에 기재된 듀얼 모드 암호화 표면; 및
상기 홀로그램 이미지를 출력할 수 있도록 상기 듀얼 모드 암호화 표면에 단색광을 투사하는 제2 광원을 포함하고,
상기 제2 광원을 통해 제공된 단색광은 상기 암호화 표면에 반사되거나 투과되어 홀로그램 이미지를 생성하는 디스플레이 장치.
The dual mode encryption surface according to claim 1; And
And a second light source for projecting monochromatic light onto the dual-mode encryption surface so as to output the holographic image,
Monochromatic light provided through the second light source is reflected or transmitted to the encryption surface to generate a holographic image.
제1 항에 기재된 듀얼 모드 암호화 표면을 포함하는 인증 마크.
An authentication mark comprising the dual mode encryption surface according to claim 1.
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