KR102542466B1 - 빔 스티어링 소자 및 이를 적용한 시스템 - Google Patents

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Abstract

빔 스티어링 소자 및 이를 적용한 시스템이 개시된다.
개시된 빔 스티어링 소자는 전기적인 제어에 따라 굴절율이 변환되는 변환층과, 변환층상에 복수의 층으로 적층되는 복수의 나노 안테나 패턴층을 포함한다. 변환층의 굴절율은 구동부에 의해 전기적으로 제어된다.

Description

빔 스티어링 소자 및 이를 적용한 시스템{Beam steering device and system employing the same}
빔 스티어링 소자 및 이를 적용한 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비기계식으로 빔을 스티어링할 수 있는 빔 스티어링 소자 및 이를 적용한 시스템에 관한 것이다.
빔 조사부분을 기계적으로 회전시키는 기계식 빔 스티어링은 빔을 원하는 위치로 스티어링(steering)하기 위해 모터 등을 이용한다. 기계식 빔 스티어링은 부품 전체를 회전시키면서 레이저 다이오드나 발광다이오드 등에서 조사되는 광을 스티어링한다. 이러한 기계식 빔 스티어링은 모터 등을 적용하므로, 스티어링 시스템의 부피가 커지고 가격이 상승할 수 있으며, 모터의 적용으로 소음이 발생할 수 있다. 비기계식 빔 스티어링의 대표적인 방법으로는 멤스 미러(MEMS Mirror)를 사용하는 방식이 있다. 이러한 멤스 미러 기반 비기계식 빔 스티어링은 시야각이 작고, 고출력의 광을 조사할 경우, 미러에 가해지는 스트레스로 인해 광의 전달 거리가 낮을 수 있다.
비기계식으로 빔을 스티어링하며 빔 지향성이 향상된 빔 스티어링 소자 및 이를 적용한 시스템을 제공한다.
일 유형에 따른 빔 스티어링 소자는, 전기적인 제어에 따라 굴절율이 변환되는 변환층과; 상기 변환층의 굴절율을 전기적으로 제어하기 위한 구동부와; 상기 변환층상에 복수의 층으로 적층되는 복수의 나노 안테나 패턴층;을 포함한다.
상기 변환층과 구동부 사이에 반사미러층;을 더 포함할 수 있다.
상기 변환층은 상기 반사미러층과 상기 복수의 나노 안테나 패턴층 사이에 형성될 수 있다.
상기 변환층과 반사미러층 사이에 절연물질이 채워질 수 있다.
상기 반사미러층은, 금속 패턴층으로 형성될 수 있다.
상기 반사미러층의 금속 패턴 사이는 절연물질로 채워질 수 있다.
상기 반사미러층은 전체적으로 금속물질로 형성될 수 있다.
상기 반사미러층은 상기 복수의 나노 안테나 패턴층과 동일 금속 물질로 형성될 수 있다.
상기 복수의 나노 안테나 패턴층 사이는 서로 이격되도록 절연층이 형성될 수 있다.
상기 복수의 나노 안테나 패턴층은, 최상층에 위치하는 상부 나노 안테나 패턴층과; 적어도 하나의 하부 나노 안테나 패턴층;을 포함하며, 상기 적어도 하나의 하부 나노 안테나 패턴층의 나노 안테나 패턴 사이는 절연물질로 채워질 수 있다.
상기 복수의 나노 안테나 패턴층 각각은, 단위셀 내에 복수의 나노 안테나 요소를 어레이로 구비할 수 있다.
상기 복수의 나노 안테나 요소는 각 단위셀 내에서 동일 크기를 가질 수 있다.
상기 나노 안테나 요소 크기를 단위셀 별로 달리할 수 있다.
상기 복수의 나노 안테나 패턴층은, Au, Ag, TiN, TaN, Pt, Al을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 그 합금으로 형성될 수 있다.
상기 변환층은 산화물 반도체 물질로 형성될 수 있다.
상기 변환층은, ITO, IZO, GIZO, ZnO, AZO, GZO 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 나노 안테나 패턴층의 나노 안테나 요소의 크기나 나노 안테나 요소간의 간격은 상기 나노 안테나 패턴층에 조사되는 빔의 파장보다 작도록 형성될 수 있다.
일 유형에 따른 시스템은, 입사빔을 원하는 각도로 반사시키도록 스티어링하는 상술한 특징을 가지는 빔 스티어링 소자와; 상기 빔 스티어링 소자의 변환층을 전기적으로 제어하는 구동회로와; 상기 빔 스티어링 소자에 입사빔을 조사하는 광원;을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 빔 스티어링 소자는 전기적 제어에 의해 굴절율이 변환되는 변환층, 복수의 층으로 적층된 복수의 나노 안테나 패턴층을 포함하므로, 비기계식으로 즉, 전기 제어 방식으로 빔을 스티어링하며, 빔 반사 효율 및 원하는 위치에 대한 빔 지향성이 크게 증가된 빔 스티어링 소자 및 시스템을 실현할 수 있다.
실시예에 따른 빔 스티어링 소자 및 이를 적용한 시스템에 따르면, 향상된 빔 지향성 특성을 가지므로, 빔 퍼짐을 방지하기 위한 광학계 부분을 최소화하거나 제거할 수 있어, 시스템을 간략화 할 수 있다.
도 1은 내지 도 3은 실시예들에 따른 빔 스티어링 소자의 예시적인 구조를 개략적으로 보여준다.
도 4는 실시예에 따른 빔 스티어링 소자의 복수의 나노 안테나 요소 배치의 일 예를 개략적으로 보여준다.
도 5는 실시예에 따른 빔 스티어링 소자의 복수의 나노 안테나 요소 배치의 다른 예를 개략적으로 보여준다.
도 6은 실시예에 따른 빔 스티어링 소자의 동작 상태를 개략적으로 보여준다.
도 7은 픽셀별 위상 시프트량의 변화를 예시적으로 보여준다.
도 8은 실시예에 따른 빔 스티어링 소자를 적용한 시스템의 블록도를 보여준다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스티어링 소자 및 이를 적용한 시스템을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, 한 층이 기판이나 다른 층의 "위", "상부" 또는 "상"에 구비된다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 또 다른 층이 존재할 수도 있다.
도 1은 내지 도 3은 실시예들에 따른 빔 스티어링 소자(100,200,300)의 예시적인 구조를 개략적으로 보여준다. 도 2는 도 1 및 도 3과 반사미러층(30)의 구조에 차이가 있다. 도 3은 도 1 및 도 2와 나노 안테나 패턴층(70)(90)의 적층 수에 차이가 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 빔 스티어링 소자(100,200,300)는, 전기적인 제어에 따라 굴절율이 변환되는 변환층(40)과, 변환층(40) 상에 복수의 층으로 적층되는 복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)과, 변환층(40)의 굴절율을 전기적으로 제어하기 위한 구동부(20)를 포함한다. 빔 스티어링 소자(100,200,300)는, 구동부(20), 변환층(40), 복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)의 순서로 스택될 수 있다. 변환층(40)과 구동부(20) 사이에 반사미러층(30)을 더 포함할 수 있다. 도 1에서는 반사미러층(30)이 패턴층(31)으로 형성되는 예를 보여준다.
도 1 내지 도 3의 스택 구조는 빔 스티어링 소자(100,200,300)의 단위 셀을 구성하는 것으로, 빔 스티어링 소자(100,200,300)는 이러한 스택 구조가 어레이로 배치된 형태를 가질 수 있다.
변환층(40)은 인가되는 전압에 따라 굴절율이 변화도록 된 것으로, 투명한 산화물 반도체 물질 예컨대, 투명 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 변환층(40)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), GIZO(gallium indium zinc oxide), ZnO, AZO(aluminum zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
변환층(40)에 인가되는 전압에 의해 변환층(40)의 전하 밀도(charge accumulation)를 제어하면, 변환층(40)의 굴절율을 변화시킬 수 있으며, 이에 의해 메타표면(Metasurface)을 이용한 빔 스티어링이 이루어질 수 있다.
복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)은, 메타표면을 이용한 빔 스티어링이 이루어지도록 금속물질로 형성되는 것으로, 복수의 층으로 적층된 구조를 가진다. 이와 같이 나노 안테나 패턴층(70)(90)을 복수의 층으로 적층하는 경우, 지향성이 향상되어 특정위치로 스티어링되는 빔 광량을 극대화시킬 수 있다. 다른 예로, 복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)은 유전체 물질로 형성될 수도 있다.
복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)은 예를 들어, 최상층에 위치하는 상부 나노 안테나 패턴층(90)과, 상대적으로 변환층(40)에 가까운 하부 나노 안테나 패턴층(70)을 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에서와 같이 복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)이 두 층의 나노 안테나 패턴층을 구비하며, 하부 나노 안테나 패턴층(70)이 단일층일 수 있다. 복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)은 3층 이상의 나노 안테나 패턴층이 적층된 형태로 이루어져, 하부 나노 안테나 패턴층(70)은 2층 이상으로 이루질 수도 있다. 도 3은 예시적으로 나노 안테나 패턴층이 3개 층으로 적층된 실시예를 보여주는데, 이 경우, 하부 나노 안테나 패턴층(70)은 2층의 나노 안테나 패턴층(75)(77)을 포함하게 된다.
최상층에 위치하는 상부 나노 안테나 패턴층(90)은 디렉터 나노 안테나(director antenna)에 해당할 수 있다. 또한 하부 나노 안테나 패턴층(70)을 더 포함함으로써 빔 스티어링 소자(100,200,300)의 지향성이 향상될 수 있다. 한편, 반사미러층(30)을 패터닝하여 리플렉터(reflector)로 사용할 수 있다.
각 나노 안테나 패턴층(70)(90)은 금속 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 각 나노 안테나 패턴층(70)(90)은 Au, Ag, TiN, TaN, Pt, Al을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 그 합금으로 형성될 수 있다.
각 나노 안테나 패턴층(70)(90)은 단위 셀내에 복수의 나노 안테나 요소(71)(91)를 어레이로 구비할 수 있다. 도 1 내지 도 3에서는 단위 셀내에 5개의 나노 안테나 요소(71)(91)를 구비하는 것으로 개시되어 있는데, 이는 예시적인 것으로, 단위 셀내에 배치되는 나노 안테나 요소(71)(91)의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 복수의 나노 안테나 요소(71)(91)는 동일 크기를 가질 수 있으며, 단위셀별로 그 크기가 달라질 수도 있다. 예를 들어, 도 4에서와 같이 각 단위셀(110) 내에서 복수의 나노 안테나 요소(71)(91)는 동일 형상 및 크기를 가지며, 모든 단위셀(110)에서 나노 안테나 요소(71)(91)의 크기가 동일할 수 있다. 또한, 도 5에서와 같이 각 단위셀(110) 내에서 복수의 나노 안테나 요소(71)(91)는 동일 형상 및 크기를 가지며, 나노 안테나 요소(71)(91) 크기를 단위셀(110) 별로 달라질 수 있다. 이때, 단위셀(110) 별로 달라지는 나노 안테나 요소(71)(91) 크기는 점차 작아지거나 커질 수 있다.
도 4 및 도 5에서는 나노 안테나 요소(71)(91)가 직사각형 형태인 경우를 예시적으로 보여주는데, 이외에도 나노 안테나 요소(71)(91)는 원형, 타원형, 다양한 다각형 또는 불규칙적인 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 나노 안테나 요소(71)(91)의 배열 형상은 패턴들이 일정한 간격을 가지도록 정렬되거나 패턴들이 불규칙적으로 배열될 수도 있다.
한편, 복수의 층으로 적층된 복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)은, 층에 따라 나노 안테나 요소(71)(91)의 크기가 달라질 수도 있다. 예를 들어, 하부 나노 안테나 패턴층(70)에 위치되는 나노 안테나 요소(71)(91)에 비해 상부 나노 안테나 패턴층(90)에 위치하는 나노 안테나 요소(71)(91)의 크기가 작을 수 있다. 하부 나노 안테나 패턴층(70)이 2층 이상으로 형성되는 경우, 상부 나노 안테나 패턴층(90)에 가까울수록 나노 안테나 요소(71)(91)의 크기가 작아질 수 있다. 다른 예로서, 복수의 층으로 적층된 복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)은, 층에 따라 나노 안테나 요소(71)(91)의 크기가 달라지지 않고 일정할 수도 있다. 즉, 각 나노 안테나층(70)(90)에 위치되는 나노 안테나 요소(71)(91)는 빔 스티어링 소자(100,200,300)의 깊이 방향의 위치에 관계없이 크기가 일정하거나, 상부쪽으로 갈수록 크기가 작아지거나 커질 수 있다.
나노 안테나 패턴층(70)(90)의 각 단위셀(110) 내의 나노 안테나 요소(71)(91)의 크기나 나노 안테나 요소(71)(91)간의 간격은 나노 안테나 패턴층(70)(90)에 조사되는 빔 즉, 스티어링 대상 빔의 파장보다 작도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 나노 안테나 요소(71)(91)의 크기나 간격은 스티어링 대상 빔의 파장의 약 1/2, 1/3 또는 그 이하가 될 수도 있다. 나노 안테나 요소(71)(91)의 크기나 간격은 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(100,200,300)가 빔사되는 빔을 요구되는 광효율로 반사 회절시켜 원하는 위치로 스티어링하는 범위내에서 다양하게 달라질 수 있다.
다시, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90) 사이는 서로 이격되도록 절연층(50)이 형성될 수 있다. 하부 나노 안테나 패턴층(70)과 변환층(40) 사이에도 절연층(50)이 형성될 수 있다. 또한, 하부 나노 안테나 패턴층(70)의 나노 안테나 요소(71)(91) 사이는 절연 물질(50a)로 채워질 수 있다.
나노 안테나 패턴층(70)(90) 사이, 하부 나노 안테나 패턴층(70)과 변환층(40) 사이에 위치되는 절연층(50) 및 하부 나노 안테나 패턴층(70)의 나노 안테나 요소(71)(91) 사이를 채우는 절연 물질(50a)은 동일 물질로 형성될 수 있으며, 서로 다른 절연물질이 사용될 수도 있다.
나노 안테나 패턴층(70)(90) 사이에 위치되는 절연층(50) 및 나노 안테나 요소(71)(91) 사이를 채우는 절연 물질(50a)은 다양한 종류의 절연 물질 예컨대, Al2O3, HfO2, ZrO2, SiO2, Si4N4 중 적어도 어느 하나의 물질이 사용될 수 있다.
한편, 반사미러층(30)은 입사되는 빔을 반사시켜 빔 스티어링 소자(100,200,300)의 광효율을 향상시키도록 된 것으로, 금속 물질로 형성될 수 있다. 반사미러층(30)은 도 1 및 도 3에서와 같이 금속 패턴층(31)으로 형성될 수 있다. 금속 패턴층(31)의 금속 패턴 사이는 예를 들어 절연 물질(35)로 채워질 수 있다. 반사미러층(30)은 도 2에서와 같이 패턴 없이 단순한 금속층으로 형성될 수도 있다. 여기서, 도 3에서와 같이 3층 이상이 적층된 복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)을 구비하는 경우에도, 반사미러층(30)은 도 2에서와 같은 패턴 없는 단순한 금속층으로 형성될 수도 있다.
반사미러층(30)은, 나노 안테나 패턴층(70)(90)과 동일 금속 물질로 형성될 수 있다. 또한, 반사미러층(30)은 나노 안테나 패턴층(70)(90)과는 다른 금속 물질로 형성될 수도 있다.
반사미러층(30)은 변환층(40)에 대해 전극으로서 역할을 하도록 된 것으로, 반사미러층(30)을 통해, 구동부(20)에서 제어되는 전압이 변환층(40)으로 인가되어, 변환층(40)의 전하 밀도를 변화시키게 되며, 이에 따라 변환층(40)의 굴절율을 변화시키게 된다.
도 1 및 도 3에서와 같이 반사미러층(30)을 금속 패턴층(31)으로 형성하는 경우, 반사미러층(30)은 나노 안테나 패턴층(70)(90)에 대응되게 패터닝되어, 추가적인 나노 안테나 패턴층으로서 기여하도록 마련될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 빔 스티어링 소자(100,200,300)에서, 구동부(20)는 변환층(40)에 전압을 인가하여 변환층(40)의 전하 밀도 변화로 굴절율을 변화시킬 수 있도록 구동하는 것으로, 예를 들어 1 트랜지스터/1 커패시터로 이루어질 수 있다. 구동부(20)를 포함하는 구동회로(10)는 1 트랜지스터/1 커패시터로 구성된 구동부(20)를 포함하는 셀 어레이에 전압을 인가하기 위한 디지털-아날로그 컨버터(DAC: Digital-to-analog-converter), 특정 칼럼(column)을 선택하기 위한 스캐너(scanner) 또는 선택기(selector)를 포함할 수 있다. 각 셀의 구동부(20)는 저장소인 커패시터와 이를 액세스하여 특정 전압을 기록(writing)하기 위한 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 각 셀 내부에서 커패시터의 상판은 빔 스티어링 소자(100,200,300)의 각 셀과 1대1로 연결되어, 커패시터에 저장된 전압에 의해 빔 스티어링 소자(100,200,300)의 각 단위셀(110)의 변화층(40)이 구동될 수 있다.
소정 각도의 빔 스티어링을 위해서 구동 회로(10)의 모든 셀에 특정 패턴의 전압들이 기록(write)되어 빔 스티어링 소자(100,200,300)의 셀 어레이를 구동하고, 다음 각도의 빔 스티어링을 위해 변화된 패턴의 전압들이 다시 기록되어, 빔 스티어링 소자(100,200,300)의 셀 어레이를 구동하며, 이러한 동작을 반복 수행함으로써 빔을 회전시킬 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(100,200,300)의 동작 상태를 개략적으로 보여준다.
도 6에서와 같이, 빔 스티어링 소자(100,200,300)에 빔이 입사(incidence)되면, 빔 스티어링 소자(100,200,300)는 특정 각도로 입사빔을 반사시키게 된다. 이때, 반사 빔의 진행 방향은 구동부(20)에 의해 변환층(40)에 입력되는 전압에 따라 달라질 수 있다. 변환층(40)의 전하 밀도를 구동부(20)에 의해 제어함에 따라 변환층(40)의 굴절율이 변화되고, 변화된 굴절율의 크기에 따라 입사빔은 복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)에서 반사되어 원하는 각도로 방출되게 된다.
실시예에 따른 빔 스티어링 소자(100,200,300)의 변환층(40)에 인가되는 전압이 증가함에 따라 전하 밀도가 커지게 되며, 전하 밀도가 커짐에 따라 나노 안테나 패턴층(70)(90)에서 반사되는 빔의 위상 시프트량도 증가하게 된다. 위상 시프트량은 변환층(40)의 전하 밀도에 비례하여 변한다. 나노 안테나 패턴층(70)(90)은 입사되는 빔을 회절 반사시키게 되는데, 이때, 변환층(40)의 굴절율 변화에 따른 위상 시프트량을 픽셀(pixel) 별로 조절하여 반사되는 회절각을 조절할 수 있다.
도 7은 픽셀별 위상 시프트량의 변화를 예시적으로 보여준다.
도 7에서와 같이, 각 픽셀의 위상을 일정량만큼 증가 또는 감소시킴으로써 빔의 진행 방향을 결정할 수 있다. 이때, 일정량 증가 또는 감소되는 각 픽셀의 위상의 변화량에 따라 빔의 진행 방향이 변화될 수 있다.
따라서, 위상 시프트량을 조절함에 따라 회절각을 변화시킬 수 있다.
한편, 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(100,200,300)에 따르면, 복수의 층으로 적층된 나노 안테나 요소(71)(91)의 다양한 배치에 따라 빔 지향성을 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 3개의 층으로 적층된 단일 나노 안테나 요소(71)(91)에 비해, 나노 안테나 요소(71)(91)가 2 x 2의 배치를 가지는 경우 빔 지향성이 향상될 수 있다. 또한, 나노 안테나 요소(71)(91)가 2 x 2의 배치를 가지는 경우에 비해, 나노 안테나 요소(71)(91)가 3 x 3의 배치를 가질 때 빔 지향성이 더 향상될 수 있다.
실시예들에 따른 빔 스티어링 소자(100,200,300)는 복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)이 복수의 층으로 적층된 구조를 가지며, 각 단위 셀에 복수의 나노 안테나 요소(71)(91) 어레이를 포함하며, 빔 스티어링 소자(100,200,300) 전체적으로 볼 때, 복수의 층으로 적층된 나노 안테나 요소(71,91)의 m x n 어레이 배치(m,n은 각각 2 이상의 정수)를 가지므로, 빔 지향성이 크게 향상될 수 있다.
이상에서는 실시예에 따른 빔 스티어링 소자를 도 1 내지 도 5에 도시된 구조를 예를 들어 설명하였는데, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니라 예시적으로 설명한 것일 뿐이며, 다양한 변형이 가능하다.
도 8은 실시예에 따른 빔 스티어링 소자를 적용한 시스템의 블록도를 보여준다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(500)를 적용한 시스템은 예를 들어, 고체 상 메타 레이다 (Solid State Meta LiDAR) 시스템을 구현할 수 있는 것으로, 기판에 메타-포토닉 칩(Meta-photonic chip) 형태의 빔 스티어링 소자(500), 구동 회로(10), 광원(600)을 구비할 수 있다. 빔 스티어링 소자(500)는 전술한 다양한 실시예의 빔 스티어링 소자(100,200,300)가 적용될 수 있다.
광원(600)은 예를 들어, 레이저 다이오드 등의 레이저 광원 또는 발광소자 등의 광원일 수 있으며, 이외에도 다양한 종류의 광원이 적용될 수 있다. 광원으로 레이저 광원을 적용하는 경우, 빔 스티어링 소자(100,200,300)는 레이저빔을 원하는 위치로 스티어링하게 된다.
실시예에 따른 빔 스티어링 소자(100,200,300) 및 이를 적용한 시스템은, 복수의 나노 안테나 패턴층(70)(90)을 복수의 층으로 적층한 구조를 가짐으로써, 빔 반사 효율 및 원하는 위치에 대한 빔 지향성이 크게 증가될 수 있으며, 나노 안테나 요소(71)(91)의 길이 및 간격 조정에 의해 빔 지향성 특성을 보다 높일 수 있다. 또한, 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(100,200,300) 및 이를 적용한 시스템은, 향상된 빔 지향성 특성을 가지므로, 빔 퍼짐을 방지하기 위한 광학계 부분을 최소화하거나 제거할 수 있어, 시스템을 간략화 할 수 있다.
10...구동 회로 20...구동부
30...반사미러층 40...변환층
50...절연층 70,90...나노 안테나 패턴층
71,91...나노 안테나 요소 100,200,300...빔 스티어링 소자

Claims (18)

  1. 전기적인 제어에 따라 굴절율이 변환되는 변환층과;
    상기 변환층의 굴절율을 전기적으로 제어하기 위한 구동부와;
    상기 변환층상에 복수의 층으로 적층되는 복수의 나노 안테나 패턴층;을 포함하며,
    상기 복수의 나노 안테나 패턴층은,
    최상층에 위치하는 상부 나노 안테나 패턴층과;
    적어도 하나의 하부 나노 안테나 패턴층;을 포함하며,
    상기 복수의 나노 안테나 패턴층 사이는 서로 이격되도록 절연층이 형성되는 빔 스티어링 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변환층과 구동부 사이에 반사미러층;을 더 포함하는 빔 스티어링 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 변환층은 상기 반사미러층과 상기 복수의 나노 안테나 패턴층 사이에 형성되는 빔 스티어링 소자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 변환층과 반사미러층 사이에 절연물질이 채워지는 빔 스티어링 소자.
  5. 제2항에 있어서, 상기 반사미러층은, 금속 패턴층으로 형성되는 빔 스티어링 소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반사미러층의 금속 패턴 사이는 절연물질로 채워지는 빔 스티어링 소자.
  7. 제2항에 있어서, 상기 반사미러층은 전체적으로 금속물질로 형성되는 빔 스티어링 소자.
  8. 제2항에 있어서, 상기 반사미러층은 상기 복수의 나노 안테나 패턴층과 동일 금속 물질로 형성되는 빔 스티어링 소자.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 하부 나노 안테나 패턴층의 나노 안테나 패턴 사이는 절연물질로 채워지는 빔 스티어링 소자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 나노 안테나 패턴층 각각은, 단위셀 내에 복수의 나노 안테나 요소를 어레이로 구비하는 빔 스티어링 소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수의 나노 안테나 요소는 각 단위셀 내에서 동일 크기를 가지는 빔 스티어링 소자.
  13. 제11항에 있어서, 상기 나노 안테나 요소 크기를 단위셀 별로 달리하는 빔 스티어링 소자.
  14. 제1항에 있어서, 상기 복수의 나노 안테나 패턴층은,
    Au, Ag, TiN, TaN, Pt, Al을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 그 합금으로 형성되는 빔 스티어링 소자.
  15. 제1항에 있어서, 상기 변환층은 산화물 반도체 물질로 형성되는 빔 스티어링 소자.
  16. 제1항에 있어서, 상기 변환층은,
    ITO, IZO, GIZO, ZnO, AZO, GZO 중 적어도 어느 하나로 형성되는 빔 스티어링 소자.
  17. 제1항에 있어서, 상기 나노 안테나 패턴층의 나노 안테나 요소의 크기나 나노 안테나 요소간의 간격은 상기 나노 안테나 패턴층에 조사되는 빔의 파장보다 작도록 된 빔 스티어링 소자.
  18. 입사빔을 원하는 각도로 반사시키도록 스티어링하는 청구항 1항 내지 8항, 제10항 내지 17항 중 어느 한 항의 빔 스티어링 소자와;
    상기 빔 스티어링 소자의 변환층을 전기적으로 제어하는 구동회로와;
    상기 빔 스티어링 소자에 입사빔을 조사하는 광원;을 포함하는 시스템.
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