KR20190096984A - 광대역 메타-광학 장치 - Google Patents

광대역 메타-광학 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유전체 층 및 나노막대 어레이를 포함하는 광학 구성품을 제공하고; 상기 나노막대 어레이는 상기 유전체 층의 표면 상에 형성되고 또한 측면 방향 및 수직 방향을 따라 연장된다. 상기 나노막대 어레이는 상기 유전체 층을 따라 연장되는 복수의 나노막대들을 포함한다. 상기 나노막대들은 서로의 사이에 간격을 가지고, 또한 각은 2 개의 인접하는 나노막대들에 의해 정의된다. 범프는 상기 나노막대의 2 개의 끝단들 각각에 형성된다.

Description

광대역 메타-광학 장치
본 발명은 광학 구성품/장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 나노-구조에 의해 유도되는 플라즈모닉 커플링을 이용한 위상-변조된 광학 구성품/장치에 관한 것이다.
플라즈모닉 메타물질들로 만들어지는 광학 구성품들은 나노물질들 및 나노광학의 기술적 분야들에 관한 것이다. 기본적으로, 플라즈모닉 메타물질은 금속 나노구조에서 전자들에 대하여 공진이 발생할 때 생성되는 이례적인 광학적 현상을 이용한다. 플라즈모닉 메타물질들의 특정 응용들은 예를 들어 음의 지수 물질들(negative index materials), 수퍼렌즈들, 위상 변조, 홀로그램들 등의 실현을 포함한다.
예를 들어, 플라즈모닉 메타표면들은 입사 광(즉, 전자기파)의 위상을 변조하기 위해 메타표면들 상에서 파장길이 이하의(sub-wavelength) 나노구조들을 갖는 고객맞춤형 유닛 요소를 이용하여, 전자기파들의 파면들(wavefronts)이 변경될 수 있다.
추가적인 예에 있어서, 공개된 문헌(D.P. Tsai et al, "High-Efficiency Broadband Anomalous Reflection by Gradient Meta-Surfaces," Nano Letters, 2012)는 금 나노구조, MgF2 및 금-미러로 구성되는 위상-변조된 광학 구성품의 예를 개시한다. 이 광학 구성품은 근적외선의 작동 파장길이들에 대하여는 매우 잘 위상 변조를 달성할 수 있다. 하지만, 다른 파장길이들을 갖는 공진들에 있어서는 잘 수행하지 않고, 또한 파장길이 분리 멀티플렉싱(wavelength division multiplexing)을 달성할 수 없고 또한 3 원색들로 디스플레이되지도 못한다.
이에 더하여, 2 개의 공개된 문헌들, "Dual-polarity Plasmonic Metalens for Visible Light, Nat.Commun. 3, 1198 (2012)" 및 "Super-Dispersive Off-Axis Meta-Lenses for Compact High Resolution Spectroscopy, Nano Lett. 16, 3732-3737 (2016)은 복수의 기능들을 갖는 가시광선 및 근적외선 메타렌즈를 실현하기 위해 메타표면들에 위상 기하를 도입하는 접근들을 개시한다. 다른 2 개의 공개된 문헌들, "Decoupling Optical Function and Geometrical Form Using Conformal Flexible Dielectric Metasurfaces, Nat.Commun. 7, 11618 (2016)" 및 "A Flat Lens with Tunable Phase Gradient by Using Random Access Reconfigurable Metamaterial, Adv.Mater. 27, 4739-4743 (2015)" 각각은 메타표면과 함께 미세유체 시스템(또는 탄성 물질)을 이용하는 것에 의해 달성되는 조정가능한 메타렌즈를 개시한다. 이 검색 결과들은 메타표면을 메타렌즈들을 제조하기 위한 잠재적인 물질로 만드는 한편, 메타표면들은 공개된 문헌들 "Aberration-Free Ultrathin Flat Lenses and Axicons at Lelecom Wavelengths Based on Plasmonic Metasurfaces, Nano lett. 12, 4932-4936 (2012)", "Aberrations of Flat Lenses and Aplanatic Metasurfaces, Opt. Express, 21, 31530-31530 (2013)" 및 "Multiwavelength Achromatic Metasurfaces by Dispersive Phase Compensation, Science 347, 1342-1345 (2015)"에서 개시된 바와 같이, 수차-보정 플랫 렌즈들(aberration-corrected flat lenses)로 만들어질 수 있다.
현재까지 개시된 무색의 메타표면 렌즈들(achromatic metasurface lenses)은 일반적으로 복수의 파장길이들에서 작동가능한 메타표면 렌즈들을 형성하기 위해 칩으로 다양한 구조들의 어레이들을 통합하는 것에 의해 실현되고, 또한 특정 파장길이들에서 색수차를 극복할 수 있게 된다; 예들은 공개된 문헌들 "Achromatic Metasurface Lens at Telecommunication Wavelengths, Nano Let. 15, 5358-5362 (2015)" 및 "Multiwavelength Polarization-insensitive Lenses based on Dielectric Metasurfaces with Meta-molecules, Optica 3, 628-633 (2016)"에서 발견될 수 있다. 상기에서 설명된 렌즈들을 개선하는 것을 목표로 하는 다른 종류의 유전체 메타표면이 제안되었지만, 나쁜 이미지 품질로 귀결될 수 있는, 색수차는 이러한 메타표면들에 있어서 문제로 남아 있다.
그러므로, 색수차를 보정하는 개선된 능력을 갖는 광대역 메타표면 구성품/장치에 대한 요구가 있고, 또한 그 개선이 기대되어져 왔다.
나노플라즈모닉 구조들에 기초한 광학 구성요소들이 더 짧은 파장길이들을 갖는 응용들에 적용되고 또한 3 원색들로 디스플레이될 수 있기 위해, 본 발명의 목적은 유전체 층 및 그 위에 형성되는 주요 나노막대 어레이를 포함하는 광학 구성품을 제공하는 데 있다. 이 주요 나노막대 어레이는 화소를 정의하기 위해 유전체 층 상에 형성되고, 또한 2 차원 어레이들로 배치되는 복수의 나노막대 서브-어레이들로 구성된다. 각각의 나노막대 서브-어레이는 2차원 어레이들로 배치되는 복수의 나노막대들로 구성되고, 동일한 나노막대 서브-어레이 내의 나노막대들은 동일한 형태의 사각 막대들이다. 각각의 나노막대는 폭과 길이를 가지는데, 길이 방향은 그 나노막대의 방향으로 기능한다. 하나의 나노막대 서브-어레이 내의 모든 나노막대들은 동일한 길이를 가지고 동일한 방향을 가진다. 게다가, 하나의 화소에 속하는 복수의 나노막대 서브어레이들 중에서, 적어도 3 개의 나노막대 서브-어레이들은 서로 다른 길이들을 갖는 나노막대들로 구성된다. 하나의 화소는 그 폭 방향을 따라 적어도 2 개의 나노막대 서브-어레이들, 및 그 길이 방향을 따라 적어도 2 개의 나노막대 서브-어레이들을 포함한다. 나노막대들은 상대적으로 더 높은 플라즈마 공진을 가져서, 더 넓은 작동 파장길이 범위가 스펙트럼의 더 짧은 파장길이들을 커버하도록 달성될 수 있는, 금속으로 만들어진다.
본 발명은 상기에서 언급된 광학 구성품에 기초한 디스플레이 장치를 더 제공한다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 광원 및 상기에서 언급된 광학 구성품을 포함한다. 광원은 편광된 광을 광학 구성품으로 방출하는데, 이것은 입사되는 편광된 광에 응답하여 이미지를 투사한다. 이미지의 패턴은 화소들의 배치에 관련되는데, 이미지의 색상들은 광원 및 화소들의 나노막대 서브-어레이들 내의 나노막대들의 길이들에 의해 결정된다.
본 발명은 또한 광학 구성품에 있어서, 유전체 층, 및 상기 유전체 층의 표면 상에 형성되고 측면 방향 및 수직 방향을 따라 연장되는, 나노막대 어레이를 포함하는 광학 구성품을 제공한다. 상기 나노막대 어레이는 복수의 종류들의 나노막대 패턴들로 구성되고, 각각의 나노막대 패턴은 하나 또는 그 이상의 나노막대들에 의해 정의된다. 상기 복수의 종류들의 나노막대 패턴들의 각각의 나노막대 패턴은 그 방향을 정의하는 길이방향의 축을 가진다. 상기 동일한 종류의 나노막대 패턴들은 상기 측면 방향을 따라 서로 인접하여 배치되고 또한 서로 다른 방향들(orientations)을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 나노막대 패턴은 평행한 형태로 배치되는, 복수의 나노막대들에 의해 정의된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 나노막대 패턴은 서로 수직하여 배치되는, 복수의 나노막대들에 의해 정의된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 동일한 종류의 나노막대 패턴들 각각의 길이방향의 축과 측면 방향에 의해 정의되는 각은 상기 동일한 종류의 나노막대 패턴들이 상기 측면 방향을 따라 연장됨에 따라 감소된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 동일한 종류의 나노막대 패턴들 각각의 길이방향의 축과 측면 방향에 의해 정의되는 각은 상기 동일한 종류의 나노막대 패턴들이 상기 측면 방향을 따라 연장됨에 따라 증가된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 동일한 종류의 나노막대 패턴들은 상기 동일한 방향으로 수직 방향을 따라 서로 인접하게 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 나노막대 어레이는 상기 유전체 층을 따라 연장되고 서로의 사이에 간격을 가지는 복수의 나노막대들을 포함한다. 0.0 내지 90.0 도의 각은 상기 나노막대들 각각의 길이방향의 축과 상기 측면 방향에 의해 정의되고, 상기 길이방향의 축은 상기 나노막대의 길이에 의해 정의되고, 상기 각은 상기 측면 방향을 따라 변한다. 범프(bump)는 분할 링(split ring)의 형태를 형성하기 위해 상기 나노막대의 양 단들 각각에 형성된다.
이 특징들 및 장점들 및 다른 특징들 및 장점들은 실시예들의 이하의 상세한 설명 및 첨부된 청구항들로부터 더 명백해질 것이다.
도 1은 일반화된 스넬의 법칙(generalized Snell's law)을 유도하는 데 사용되는 구성도(schematics)를 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품의 예시적인 공진 유닛을 보여준다.
도 3a는 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품의 주요 나노막대 어레이 및 나노막대 서브-어레이들을 보여주는 대략도이다.
도 3b는 도 2에 도시된 공진 유닛들로 구성되는 나노스케일의 광학 구성품의 표면 어레이의 SEM 이미지이고, Λ는 화소의 측면 길이를 나타낸다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품의 반사 및 위상 분포를 보여주는데, 이 모두는 나노막대 길이들(L) 및 파장길이들에 따라 변한다.
도 5는 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품와 함께 기록되는 이미지들을 재구축하는 데 사용되는 이미지 재구축 시스템을 보여주는 대략도이다.
도 6(a) 내지 도 6(c)는 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품에 기초한 재구축된 이미지들의 연속들을 보여주고; 이 이미지들은 y-편광된 광 빔들(적색, 녹색 및 청색 광원들로부터의 빔들을 포함하는)에 의해 재구축된다.
도 6(d) 내지 도 6(f)는 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품에 기초한 재구축된 이미지들의 연속들을 보여주고; 이 이미지들은 y-편광된, 45°-편광된 및 x-편광된 광 빔들 각각에 의해 재구축된다.
도 7(a) 내지 도 7(c)는 SEM 이미지들 내의 반사 이미지들 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품에 대한 다양한 작동 파장들에 걸친 반사와 나노막대 길이 사이의 관계들을 보여준다.
도 8(a) 내지 도 8(c)는 본 발명에 따른 무색의 나노스케일의 광학 구성품의 공진 유닛들을 보여준다.
도 9(a) 내지 도 9(e)는 본 발명에 따른 무색의 나노스케일의 광학 구성품에 대한 다양한 나노막대 배치들을 보여준다.
도 10은 본 발명에 따른 무색의 나노스케일의 광학 구성품에 대한 나노막대 배치들의 배치도를 보여준다.
본 발명에서 예를 든 나노스케일의 광학 구성품은 메타표면의 일종이다. 일반적으로, 이러한 메타표면은 그 위에 주기적으로 배치되는 복수의 금속 나노구조들을 가지고, 이 금속 나노구조들의 디자인 및 배치는 전자기파들에 대한 위상 변조와 가장 관련된다. 입사되는 전자기파가 메타표면에 도달한 때, 그 금속 나노구조는 그후 여기되고 플라즈몬 공진이 발생하는데, 이것은 금속 나노구조가 전자기파를 더 방출하도록 야기시킨다. 입사파와 비교하면, 여기된 금속 나노구조로부터 방출되는 전자기파는 세기 및 위상에서 변경되고, 일반화된 스넬의 법칙에 따라 전파된다.
일반화된 스넬의 법칙
도 1을 참조하면, 메타표면에 관한 한, 2 개의 매체들 사이에 정의되는 인터페이스 상에 구성되는 인공적인 구조(본 발명에 따른 금속 나노구조와 같은)는 전자기파에 대한 위상 변조를 제공할 수 있다. 위상 천이와 함께 인터페이스에 도달하는 2 개의 입사광선들은 각각
Figure pct00001
및
Figure pct00002
로 나타낸다고 가정하면, 이때
Figure pct00003
는 위치 x의 함수로 나타내고, 위치 A로부터 위치 B까지 전파되는 입사광선은 이하의 등식으로 표현될 수 있다:
Figure pct00004
Figure pct00005
............... (1)
이때
Figure pct00006
및
Figure pct00007
각각은 굴절각 및 반사각을 나타내는 한편,
Figure pct00008
및
Figure pct00009
각각은 입사 매체에서의 굴절율 및 굴절 매체에서의 굴절율을 나타낸다.
식 (1)과 유사하게, 입사 매체와 굴절 매체 사이에 동일한 인터페이스 하에서, 입사광선, 그 관련된 반사광선(반사각(
Figure pct00010
)을 가지는) 및 이들의 관계는 이하의 등식으로 표현될 수 있다:
Figure pct00011
...................(2)
식 (2)는 등식의 양측에 입사파,
Figure pct00012
의 파 벡터를 곱함으로써 더 처리될 수 있고, 이로써 식 (2)는 그후 인터페이스를 따라 연장되는 수평 방향으로 파 벡터 변환을 보여주는 관계로 변환된다. 변환되는 등식들은 이하와 같다:
Figure pct00013
.......................................(3.1)
Figure pct00014
.......................................(3.2)
Figure pct00015
.......................................(3.3)
Figure pct00016
.......................................(3.4)
이때
Figure pct00017
는 X 방향을 따른 반사광선의 수평 모멘텀을 나타내고,
Figure pct00018
는 X 방향을 따른 입사광선의 수평 모멘텀을 나타내고, 또한
Figure pct00019
는 위상의 변화속도와 연관된 값을 나타내고 이것은 또한 인터페이스에서 거리 변화에 연관된다(즉,
Figure pct00020
). 다시 말하면, 식 (3)에 따르면, 수평 방향(예. X 방향)을 따른 위상의 변화 속도가 2 개의 비균질한 매체들 사이의 인터페이스에서 0이 아니라면, 반사광선의 파 벡터의 수평 성분은 입사광선의 파 벡터의 수평 성분과 인터페이스 구조에 연관된 수평 모멘텀의 합일 수 있다. 결과적으로, 입사각은 반사각과 같지 않고, 이례적인 반사가 발생한다.
하지만, 메타표면에 대하여, 입사 전자기파에 의해 유도되는 공통된 반사 및 이례적인 반사 모두는 동시에 발생할 수 있다. 이하의 예를 든 실시예들에 있어서, 그렇지 않다고 지시되지 않는 한, 설명되는 반사들은 모두 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품에 의해 야기되는 이례적인 반사들을 지칭한다.
나노스케일의 광학 구성품의 디자인
도 2 및 도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 그 적재된 구조 및 어레이 배치들을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노스케일의 광학 구성품이 제공된다. 도 2는 플라즈몬 공진을 유도할 수 있는, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품의 최소 유닛 셀(이하 공진 유닛으로 지칭됨)을 보여준다. 공진 유닛은 금속 층(11), 유전체 층(12) 및 나노막대(13)를 포함하는 층들로 적재된다. 금속 층(11)은 고른 두께(H1)를 갖는 층에 의해 정의되고, 금속 층(11)의 일 표면은 이 광학 구성품의 반사 표면으로서 기능한다. 일반적으로, 금속 층(11)의 두께(H1)는 가시광선 범위의 파장길이들보다 더 작은데, 바람직하게 130 nm와 같이, 100 nm 내지 200 nm의 범위 내에 있다. 금속 층(11)은 광학 구성품에 대하여 원하는 작동 파장(들)에 종속하여 하나 또는 그 이상의 금속들로 만들어질 수 있는데, 바람직하게 금속들 또는 반도체 물질들은 높은 투과도를 갖는 반도체 물질들 또는 0보다 적은 투과도를 갖는 알루미늄 및 은과 같이, 높은 플라즈마 주파수를 가진다.
유전체 층(12)은 금속 층(11)의 일 측 상에 형성된다. 예를 들어, 유전체 층(12)은 금속 층(11)의 반사 표면 상에 형성될 수 있다. 유전체 층(12)은 고른 두께(H2)를 갖는 층에 의해 정의되고, 이때 이 두께(H2)는 가시광선 범위의 파장길이들보다 더 작은데, 바람직하게 30 nm와 같이, 5 nm 내지 100 nm의 범위 내에 있다. 일반적으로, 유전체 층(12)은 가시광선 광 스펙트럼에 투명한 물질로 만들어지고, 실리콘(SiO2), 불화 마그네슘(MgF2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 하프늄(HfO2) 등과 같은, 0보다 큰 투과도를 갖는 절연체들 또는 반도체 물질들로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 높은 투과도를 갖는 반도체 물질들에 있어서, 이들의 광학적 특성들은 금속들의 특성들을 재조합할 수 있다. 0보다 더 큰 투과도를 갖는 반도체 물질들에 있어서, 이들의 광학적 특성들은 유전체들의 특성들을 재조합할 수 있다. 유전체 층(12)은 유전체 층(12)과 금속 층(11)이 인터페이스하는 표면에 대응하는 이송 표면(carrying surface)을 가진다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 나노막대들은 유전체 층(12)의 이송 표면 상에 형성될 수 있다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 공진 유닛은 x-방향을 따라 연장되는 길이(Px) 및 y-방향을 따라 연장되는 다른 길이(Py)를 가지는데, 이 양자는 공진 유닛의 수평 치수들을 정의한다. 일반적으로 Px 및/또는 Py는 광학 구성품의 작동 파장길이의 2배보다 작을 수 있다. 예를 들어, Px= Py= 200 nm이다. 나노막대(13)는 길이(L), 폭(W) 및 두께(H3)에 의해 정의되는데, 이때 길이(L)는 Py에 실질적으로 평행하지만 이보다 더 짧은 한편, 폭(W)은 Px에 실질적으로 평행하지만 이보다 더 짧다. 그러므로, 나노막대(13)는 Px 및 Py에 의해 정의되는 영역보다 작거나 또는 이를 넘지 않는 영역을 차지한다. 일반적으로, L≥ W >H3이다. 두께(H3)는 가시광선 영역의 파장길이들보다 작고, 바람직하게 10 nm 내지 100 nm의 범위 내에 있다. 일 실시예에 있어서 예를 든 나노막대에 있어서, L은 50 nm 내지 180 nm의 범위 안에 있을 수 있고, W는 50 nm일 수 있는 한편 H3는 25 nm일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 나노막대(13)는 그 길이 방향 및 폭 방향이 입사 전자기파에 의해 유도되는 공진 방향에 상당히 연관된 실질적으로 사각 형태를 가진다. 본 발명의 몇몇의 실시예들에 있어서, 이 나노막대(13)는 두께를 갖는 둘레와 같은, 타 측 길이들에 의해 정의될 수 있다. 나노막대(13)는 알루미늄, 은 또는 금과 같은, 금속 및/또는 반도체 물질들로 만들어질 수 있다. 특히, 나노막대(13)가 알루미늄으로 만들어지면, 가시광선 영역(400 nm 내지 700 nm) 또는 적외선 및/또는 자외선 영역을 커버하는 공진 스펙트럼의 더 넓은 범위가 획득될 수 있다.
몇몇의 실시예들에 있어서, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품은 기판, 또는 기판과 금속 층(11) 사이에 형성되는 완충 층과 같은, 그 구조에 있어서 다른 층들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 상기에서 설명된 바와 같은 층 구조는 e-빔 리소그래피(e-beam lithography), 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography) 또는 이온 빔 밀링(ion beam milling)과 같은, 종래의 접근법들로 제조될 수 있고, 이에 따라 그에 대한 설명은 간략함을 위해 생략된다.
도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 광학 구성품은 도 2의 복수의 공진 유닛들로 구성된 어레이 구조를 포함한다. 이 어레이 구조는 복수의 1차 나노막대 어레이들(2)(도 3a에 단지 하나만 도시됨)을 포함하고, 1차 나노막대 어레이들(2) 각각은 수 개의 서브-어레이들(20)(도 3a에 도시된 4개)을 더 포함한다. 서브-어레이(20) 각각은 동일한 나노막대들(13)의 어레이를 포함한다. 즉, 서브-어레이(20) 내의 나노막대들(13) 모두는 동일한 길이(L)를 가지고 또한 x-방향 및 y-방향 모두를 따라 주기적으로 정렬된다. 예를 들어, 2-차원의 4 x 4 나노막대 어레이는 각각의 서브-어레이(20) 내에 도시되어 있다. 각각의 서브-어레이(20)의 측면 길이는 서브-어레이(20)를 정의하는 공진 유닛들의 측면 길이들(Px, Py)의 합일 수 있다. 예를 들어, Px = 200 nm라면, 4 x 4 나노막대 어레이에 대한 서브-어레이의 측면 길이는 800 nm일 수 있다. 서브-어레이(20) 내에 포함된 나노막대들(13)은 일반적으로 동일한 방향을 향하고, 이것은 서브-어레이(20)가 특정 방향으로 특정 공진 효과를 달성하고, 이로써 입사파에 대한 반사 및 위상의 변조를 달성하는 것을 가능하게 해준다. 특히 반사 및 위상 변조의 관점에서 나노막대 길이(L)와 작동 파장길이들 사이의 관계는, 이하의 단락들에서 이하에서 설명될 것이다.
본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품은 복수의 화소들을 포함하고, 각각의 화소는 주요 나노막대 어레이(2)에 의해 정의된다. 화소들은 광학 구성품에 기록된 하나 또는 그 이상의 패턴들과 연관된다. 각각의 화소는 복수의 서브-어레이들(20)로 구성되는 주요 나노막대 어레이(2)에 의해 정의된다. 화소는 적어도 3 개의 나노막대 서브-어레이들을 포함할 수 있고, 그 각각은 다른 서브-어레이와 다른 특정 나노막대 길이를 가진다. 도 3a에서 볼 수 있는 바와 같이, 2 x 2 서브-어레이들에 있어서, 3 개의 서브-어레이들은 3 개의 각각의 나노막대 길이들을 가진다. 나노막대들(13)은 x-방향 및 y-방향을 따라 주기적으로 배치되는, 광학 구성품의 둘레 표면의 일부에 배치된다. 광학 구성품의 둘레 표면 상에는, 하나 또는 그 이상의 어레이들 내에 배치되는 수 개의 나노막대들(13)의 열들 및 행들이 있을 수 있다. 광학 구성품은 수 개의 공진 유닛들의 행들 및 열들을 포함할 수 있거나 또는 이로 구성될 수 있다. 서브-어레이들 내에 포함되는 나노막대들(13) 모두는 실질적으로 동일한 폭(W) 및 두께(H3)를 가지고, 각각의 나노막대(13)는 공진 유닛의 개별적인 영역 내에 위치된다(즉, Px 및 Py에 의해 정의되는). x-방향으로 2 개의 인접한 나노막대들은 Px와 동일한 간격을 가지고, 이로써 x-방향을 따라 나노막대들은 서브-어레이들(20)에 걸쳐 주기적으로 배치된다. 주요 어레이(2)는 각각의 서브-어레이들(20) 내에 적어도 2 개의 다른 길이들(L)을 갖는 나노막대들을 포함할 수 있다.
도 3b는 본 발명에 따른 광학 구성품의 몇몇의 나노막대 어레이들의 부분 상면도를 보여주는, 1 ㎛ 스케일 바(scale bar)를 갖는 SEM 이미지이다. 도 3b에서 볼 수 있는 바와 같이, 화소는 2 x 2 인접한 서브-어레이들(20(R), 20(G), 20(B) 및 20(R)')로 구성될 수 있다. 즉, 화소는 나노막대 폭의 방향을 따른 적어도 2 개의 서브-어레이들 및 나노막대 길이의 방향을 따른 적어도 2 개의 서브-어레이들을 가진다. 화소에 대한 다른 실시예들은 도면에 없지만, 화소는 2 x 3 또는 3 x 4 배치들과 같은, 수 개의 가능한 순열(permutation) 방식으로 구성될 수 있다. 이 서브-어레이들(20(R), 20(G), 20(B) 및 20(R)')은 그들의 광학 특성들(즉, 플라즈몬 공진 특성들)에 따라 적색 서브-어레이들(20(R) 및 20(R)'), 청색 서브-어레이(20(B)) 및 녹색 서브-어레이(20(G))로 나눠질 수 있다. 적색 서브-어레이들(20(R) 및 20(R)')에 있어서, 2 개의 각각의 서브-어레이들 내에 포함된 나노막대들은 동일한 나노막대 길이를 가질 수 있다. 이것은 일반적으로 청색 및 녹색 서브-어레이들의 반사보다 일반적으로 더 약한 충분한 적색 광 반사를 보장한다. 각각의 서브-어레이에 대한 하나 또는 그 이상의 작동 파장길이들은 서브-어레이와 연관된 스펙트럼 분포에 의해 정의될 수 있는데, 이것은 도 7에서 볼 수 있고 이하의 단락들에서 이하에서 설명된다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 화소는 2 x 2 서브-어레이들(20(R), 20(G), 20(B) 및 20(R)')로 구성되는 Λ x Λ (1600 x 1600 nm2)에 의해 정의되는 영역을 차지하는데, 이때 각각의 서브-어레이는 4 x 4 나노막대들의 어레이로 더 구성된다. 본 발명의 몇몇의 실시예들에 있어서, 화소는 각각의 나노막대 서브-어레이들 내에 설정된 3 개 이상의 서로 다른 나노막대 길이들을 갖는 더 많은 서브-어레이들로 구성될 수 있다.
몇몇의 실시예들에 있어서, 본 발명에 따른 광학 구성품은 광학 특성들 또는 광학 구성품 내에 포함된 서브-어레이들의 공진 성능에 종속하는, 수 개의 적색 서브-어레이들, 녹색 서브-어레이들 및 청색 서브-어레이들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 광학 구성품의 적색 서브-어레이들은 도 3b에 도시된 적색 서브-어레이들(20(R) 및 20(R)')과 같은, 서로 다른 적색 서브-어레이들을 구성하는, 2 개의 서로 다른 나노막대 길이들을 가질 수 있다. 유사하게, 서로 다른 나노막대 길이들을 갖는 녹색 서브-어레이들 및/또는 청색 서브-어레이들을 설계하는 것이 가능하다. 이 방식으로, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품은 입사파에 대하여 2-레벨 위상 변조를 구현할 수 있다. 이와 같이, 단색의 작동 파장길이를 이용해, 본 발명에 따른 2-레벨 광학 구성품은 입사파에 대하여 2 개의 반사들을 생성할 수 있는, 2 개의 서로 다른 공진 모드들을 제공할 수 있다. 3원색(RGB)이 작동 파장길이들로서 사용되는 경우에 있어서, 나노스케일의 광학 구성품은 6 개의 서로 다른 공진 모드들을 제공할 수 있다.
도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 나노막대의 파장길이 및 길이(L)의 함수로서 반사 및 위상 분포가 설명된다(H1, H2, H3 및 W는 여기서 고정된 값들이다). 도면들에서 볼 수 있는 바와 같이, 공진 스펙트럼 범위는 375 nm로부터 800 nm까지일 수 있다. 위상 천이 또는 지연이 나노스케일 구조에 대해 파면의 전파에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 반사의 값은 반사파의 진폭과 연관되고, 위상 정도는 반사파의 반사각과 연관된다(즉, 식 (2)에 표현된 바와 같이,
Figure pct00021
). 반사 스펙트럼 및 위상 분포에 따르면, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품의 각각의 공진 유닛에 대하여 원하는 반사 및 위상 제어는 그 나노막대 길이(L)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 청색 원, 녹색 삼각형 및 적색 사각형과 같이, 분포도에 표시된 각각의 점은, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품을 구성하는 공진 유닛의 종류를 나타낸다.
예를 들어, 2 개의 청색 원들은 각각 55 nm 및 70 nm의 나노막대 길이들을 지시하고, 또한 이러한 구성을 가지고 각각 구성되는 공진 유닛들 또는 서브-어레이들은 청색 영역 내의 특정 작동 파장길이에 대하여, 그 사이에 π의 위상 천이를 생성할 수 있다. 또한, 84 nm 및 104 nm의 나노막대 길이들을 각각 갖는 녹색 삼각형들에 의해 지시될 때, 또는 113 nm 및 128 nm의 나노막대 길이들을 각각 갖는 적색 사각형들에 의해 지시될 때, 유사한 효과가 발생할 수 있다. 이러한 디자인을 가지고, 나노스케일의 광학적 구성품은 6 개의 공진 모드들을 제공할 수 있다. 하지만, 나노막대 길이들의 선택에 종속하여, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품은 더 많은 공진 모드들을 제공할 수 있다. 나아가, 나노막대들은 복수의 방향들(orientations)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 다시 참조하면, 서브-어레이들의 일 부분 내에 포함되는 나노막대들은 x-방향을 따라 연장되는 나노막대 길이(L)을 가질 수 있는 한편, 서브-어레이의 다른 부분 내에 포함되는 나노막대들은 y-방향을 따라 연장되는 나노막대 길이(L)을 가진다. 다른 예에 있어서, 2 개의 개별적인 서브-어레이들 내에 포함된 2 개의 나노막대들의 어레이들은 서로에 대하여 각을 형성할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품은 상기의 구성을 가지고 더 많은 방향들로 공진을 생성할 수 있다.
도 4(c)를 참조하면, 반사 및 위상 대 나노막대 길이에 관한 관계들이 보여지는데, 작동 파장들은 405 nm, 532 nm 및 658 nm에 고정된다. 도면에서 지시된 바와 같이, 405 nm의 파장에 있어서 최소 반사는 나노막대 길이가 55 nm 내지 70 nm 사이의 범위로 설정될 때 발생하고; 532 nm의 파장에 있어서 최소 반사는 나노막대 길이가 84 nm 내지 104 nm 사이의 범위로 설정될 때 발생하고; 658 nm의 파장에 있어서 최소 반사는 나노막대 길이가 113 nm 내지 128 nm 사이의 범위로 설정될 때 발생한다.
도 4로부터, 각각의 공진 유닛 또는 서브-어레이에 있어서 가시광선 스펙트럼 상의 광학적 반사 및 위상 천이는 그 나노막대 길이에 종속하여 비선형적으로 변한다는 것이, 이해될 수 있다. 이러한 비선형적 변화는 나노막대들의 크기, 나노 어레이들의 방향 및/또는 유전체 층 및 금속 층의 선택에 적어도 기초하여 결정될 수 있다.
상세하게 말하면, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품은 메타표면을 갖는 반사 미러일 수 있다. 패턴들의 저장은 패턴을 형성하기 위해 서로 다른 나노막대 서브-어레이들을 구성하는 수 개의 화소들을 이용하여 설립될 수 있다.
이미지 재구축
도 5는 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품에 기록되는 하나 또는 그 이상의 이미지들을 재구축하는 데 이용되는 예시적인 이미지 재구축 시스템을 보여준다. 시스템은 하나 또는 그 이상의 이미지들을 재구축하기 위한 작동 파장길이들로서 405 nm, 532 nm 및 658 nm의 파장길이들에서 각각의 레이저 빔들을 생성하기 위해 3 개의 레이저 다이오드들(50, 51 및 52)을 이용한다. 빔들은 제1 다이크로믹 미러(dichromic mirror, 53) 및 제2 다이크로믹 미러(54)를 연이어 지난 후 하나의 주류(major)로 결합된다. 적어도 2 개의 렌즈들 및 핀 홀을 포함하는 빔 조정 구성요소(55)는 주류 빔의 스팟 크기를 조정하도록 구성된다. 하나 또는 그 이상의 편광기들, 1/4 파장판들(quarter-wave plates) 및 필터들을 포함하는 편광 변조 구성요소(polarization modulation component, 56)는 주류 빔의 편광을 제어하도록 구성된다. 편광된 빔은 그후 초점 렌즈(57)에 의해 초점 평면 상에 포커싱된다. 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품은 초점 렌즈(57)의 초점 평면에 배치되고, 나노스케일의 광학 구성품의 메타표면의 일 부분은 편광되고 포커싱된 빔을 수신하기 위해 초점 평면과 중첩한다. 입사 빔은 그후 변조된 위상을 가지고 메타표면으로부터 반사되고 추가의 프로세싱을 위해 CCD 카메라(58)에 의해 기록된다.
도 6(a) 내지 도 6(c)는 405 nm, 532 nm 및 658 nm의 y-편광된 작동 파장들 각각에서 도 3b에 도시된 구성 및 상기의 시스템에 기초하여 재구축된 이미지들의 연속을 예를 들어 보여준다. (도 3b에 도시된 20(R), 20(G), 및 20(B)와 같이) 특정 작동 파장길이 또는 스펙트럼을 갖는 서브-어레이들의 서로 다른 그룹들은 대응하는 입사 파장에 응답하여 하나 또는 그 이상의 RGB 이미지들을 각각 생성하고, 이 재구축된 이미지들의 패턴들은 화소들의 배치와 연관된다.
도 6(d) 내지 도 6(f)는 y-편광된, 45°-편광된 및 x-편광된 3색 레이저 빔들을 각각 이용하여 도 3b에 도시된 구성 및 상기의 시스템에 기초하여 재구축된 이미지들의 연속을 예를 들어 보여준다. 보이는 바와 같이, 재구축된 이미지는 작동 레이저 빔이 y-편광에서 x-편광으로 변할 때 점차적으로 사라진다. 이미지 재구축을 위한 입사 빔의 편광 방향은 광학 구성품 내의 나노막대 길이(L)의 방향에 의해 결정될 수 있다.
알루미늄 나노막대들 대 반사 스펙트럼
본 발명에 따른 메타표면을 구성하는 상기의 설명에 따르면, 알루미늄 나노막대들은 공진 스펙트럼 범위를 375 nm까지 확장하여, 가시광선 스펙트럼에의 응응들을 허용할 수 있다. 이에 더하여, 반사 스펙트럼은 나노막대 크기에 의해, 특히 나노막대 길이(L)에 의해, 결정될 수 있다.
도 7(a) 및 도 7(c)는 광학 구성품 내에 포함된 서로 다른 나노막대 어레이들 및 그 광학 특성들을 보여준다. 도 7(b)는 6 개 크기들에 있어서의 나노막대 서브-어레이들의 일부의 SEM 이미지들의 연속을 보여준다. 이 나노막대 서브-어레이들은 30 nm의 두께를 갖는 실리콘 층(유전체 층) 및 130 nm의 두께를 갖는 알루미늄 층(금속 층)에 기초하여 형성된다. 이 SEM 이미지들은 200 nm 스케일 바와 함께 도시되어 있고, 위에서 바닥까지, L1=55 nm, L2=70 nm, L3=84 nm, L4=104 nm, L5=113 nm 및 L6=126 nm의 막대 길이들을 갖는, 나노막대 서브-어레이들의 이미지들을 포함하고, 그 각각은 도 7(a)에 도시된 반사 스펙트럼 및 도 7(c)에 도시된 반사 이미지들에 대응한다. 20 ㎛의 스케일 바가 포함된, 도 7(c)는, 도 7(b)에 도시된 나노막대 서브-어레이들에 기초하여 광학 구성품의 반사 이미지들을 보여준다.
도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 가시광선 광의 반사 스펙트럼 각각은 그 막대 길이가 증가함에 따라 더 긴 파장길이를 향해 천이되는 밸리 점(공진과 연관된)을 가져서, 각각의 플라즈모닉 밴드의 보색들에 대응하는 황색으로부터 주황색 및 청색을 거쳐 시안(cyan)까지 변하는 반사 색상으로 귀결된다. 다시 말하면, (서브-어레이(20)와 같은) 나노막대 서브-어레이의 반사 색상은 나노막대 길이에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안되지만, 나노막대 서브-어레이들의 반사 색상은 막대 길이(L)이 55-84 nm(55-70 nm 및 70-84 nm를 포함하는)로 설정될 때 황색으로부터 주황색을 거쳐 변하고; 나노막대 서브-어레이들의 반사 색상은 막대 길이(L)이 104-128 nm(104-113 nm 및 113-128 nm를 포함하는)로 설정될 때 청색으로부터 시안을 거쳐 변한다. 도면들에는 개시되지 않았지만, 당업자라면 서브-어레이 내의 나노막대들의 나노막대 폭, 두께 또는 밀도 또한 본 발명에 따른 광학 구성품에 대한 반사 스펙트럼에 영향을 미칠 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 막대 길이 및 여기에 개시된 그 대응하는 반사 색상은 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 서로 다른 서브-어레이들 내에서 나노막대들이 동일한 길이를 가지는 다른 실시예들에 있어서조차, 서브-어레이들은 다양한 어레이 배치들 또는 물질들의 선택에 따라 공진 스펙트럼에 있어서 다양한 천이들을 보일 수 있다.
본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품은 청색 광 범위까지도 포함하는 스펙트럼의 더 넓은 범위에 걸쳐 플라즈몬 공진을 얻기 위해 더 높은 플라즈마 주파수를 갖는 알루미늄 나노막대들을 채용하고, 이것은 나노스케일의 광학 구성품의 응용들은 확장될 수 있음을 의미한다. 이에 더하여, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품은 홀로그램 응용들에 채용될 수 있다. 홀로그램은 하나 또는 그 이상의 패턴들을 그 안에 기록할 수 있다. 기록된 패턴들 각각은 특정 파장길이들에 각각 적합한 다양한 나노막대 길이들(L)을 갖는 수 개의 서브-어레이들에 의해 구성되는 수 개의 화소들로 구성될 수 있어, WDM(wavelength division multiplexing)을 이용한 이미지 재구축 작업들은 실현될 수 있다. 특정 반사 각들을 가지고 각각 반사되는 빔들의 서로 다른 작동 파장길이들에 기초하여, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품으로부터 투사되는 하나 또는 그 이상의 재구축된 이미지들은 특정 방식으로 분포되는 패턴들을 가질 수 있다. 따라서, 이러한 광학 구성품은 전 색상들(full colors)로 홀로그램 보안 라벨들(hologram securiry labels)을 제조하는 데 사용될 수 있다. WDM 작업들의 특징이 실현될 수 있다면, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품 또한 예를 들어, 전-색상 디스플레이 또는 전-색상 이미지 투사를 실현하기 위해, 디스플레이 유닛들에 적용될 수 있다. 게다가, 본 발명에 따른 나노스케일의 광학 구성품을 적용하는 홀로그램은 하나의 색에 대하여 2 개의 서로 다른 나노막대 길이들을 필요로 하여, 이로써 위상 변조는 π 또는 180 도의 위상 천이를 갖는 하나의 색으로 달성될 수 있는 2-레벨 홀로그램일 수 있다. 유사하게, 3-레벨 홀로그램은 하나의 색에 대하여 3 개의 서로 다른 나노막대 길이들을 필요로 하고 또한 2π/3 또는 120 도까지의 위상 변조를 달성할 수 있는 한편, 4-레벨 홀로그램은 하나의 색에 대하여 4 개의 나노막대 길이들을 필요로 하고 π/2 또는 90 도까지의 위상 변조를 달성할 수 있다. 위장 변조들과 관련하여 홀로그램의 위상 레벨들에의 다른 변화들 또는 변형들은 본 발명과 관련있는 분야의 상식을 이용해 유도될 수 있다.
무색의 나노스케일의 광학 구성품의 디자인
본 발명에 따른 무색의 광학 구성품은 또한 플라즈모닉 메타표면 접근법에 기초하여 달성된다. 인접하는 파장길이들 및 나노막대들(또는 소위 나노-안테나들 또는 통합된 유닛 요소들) 사이의 근접장 커플링(near-field coupling)을 이용해, 광 전파 동안 축적되는 위상 차는 보상될 수 있고, 그러므로 서로 다른 파장길이들에서의 광선들은 자유 공간 내에서 동일한 초점 평면 상에 포커싱될 수 있다. 나아가, 선형적으로 편광된 입사 빔들은 원형으로 편광되는 빔들로 변환될 수 있다.
도 8(a), 도 8(b) 및 도 8(c) 각각은 본 발명에 따른 무색의 나노스케일의 광학 구성품을 구성하는 독립적인 공진 유닛을 보여준다. 도 2에 도시된 것과 유사하게, 이 공진 유닛들 각각은 금속 층(81) 및 유전체 층(82)을 포함하는 적재된 구조를 가진다. 적재된 구조는 하나 또는 그 이상의 나노막대들(83a, 83b, 또는 83c)을 더 포함한다. 반사 광학 구성품으로서, 금속 층(81)은 소정의 두께를 갖는 고른 층이고, 금속 층(81)과 유전체 층(82) 사이의 인터페이스는 광학 구성품의 반사 표면으로서 기능한다. 일반적으로, 금속 층(81)의 두께는 가시광선 스펙트럼 내의 파장길이보다 작고, 바람직하게는 130 nm와 같이, 100 내지 200 nm의 범위 내에 있다. 금속 층(81)의 물질은 광학 구성품의 작동 파장길이에 종속하여 적당한 금속들로부터 선택될 수 있다. 바람직하게, 물질은 알루미늄, 은 또는 높은 투과도를 갖는 다른 반도체들과 같이, 높은 주파수 플라즈모닉 공진을 갖는 금속 또는 반도체일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 투명한 광학 구성품으로서, 이 나노막대(83)는 이 금속 층을 형성하지 않고, BK7 유리와 같은, 유리 기판 상에 형성될 수 있다. 공진 유닛의 측면 스케일은 x-방향을 따라 에지 Px 및 y-방향을 따라 에지 Py에 의해 정의될 수 있다. 예를 들어, Px=Py=550 nm이다. 일반적으로 Px 및/또는 Py는 이 작동 파장길이의 스케일의 2배보다 작다.
유전체 층(82)은 금속 층(81)의 일 측 상에 형성된다. 유전체 층(82)은 가시광선 스펙트럼 내의 파장길이보다 더 작은 두께를 갖는 고른 층이고, 30 nm와 같이, 바람직하게는 5 내지 100 nm의 범위 내에 있다. 일반적으로, 유전체 층(82)은 SiO2, MgF2, Al2O3, 및 HfO2와 같이, 전기적으로 절연 물질들 또는 0보다 큰 투과도를 갖는 반도체들로부터 선택될 수 있는 시각적으로 투명한 물질로 만들어진다. 유전체 층(82)은 금속 층(81)과 유전체 층(82)이 함께 결합되는 인터페이스에 반대되는 지지 표면을 가진다. 하나 또는 그 이상의 나노막대(들)(83)은 그후 유전체 층(82)의 지지 표면 상에 패터닝된다.
본 발명에 따른 무색의 광학 구성품은 유전체 층의 표면 상에 형성되는 나노막대 어레이를 포함하고, 나노막대 어레이는 하나 또는 그 이상의 어레이로 된 나노막대 패턴들로 구성되고 그 각각은 하나 또는 그 이상의 나노막대들에 의해 정의된다. 나노막대 어레이는 측면 방향(x-방향) 및 수직 방향(y-방향)을 따라 연장되고, 이하에서 설명될 것이다.
도 8(a)에 도시된 나노막대(83a)의 패턴은 도 2에 도시된 나노막대(13)의 패턴과 유사하지만, 나노막대(83a)는 x-방향 또는 y-방향에 대하여 소정의 각을 향한다. 도 8(b)는 서로 접촉하지 않는, 2 개의 평행한 나노막대들(83b)을 보여준다. 도 8(c)는 그 양 끝단들에 범프들을 가지는 나노막대에 의해 형성되는, 분할 링과 유사한 나노막대 패턴을 보여준다. 더 많은 나노막대 패턴들은 본 발명에 결합될 수 있고, 이들은 도면들에 도시된 실시예들에 의해 한정되어서는 안된다.
도 8(a) 내지 도 8(c)에서 볼 수 있는 바와 같이, 각각의 나노막대 패턴은 패턴을 정의하는 나노막대의 길이(La, Lb 및 Lc)에 의해 정의되는, 각각의 길이방향의 축(84a, 84b, 84c)을 가진다. 길이방향의 축(84a, 84b, 84c)은 길이(La, Lb 및 Lc)의 연장 방향에 평행하다. 각 θ(θa, θb, θc)는 길이방향의 축(84a, 84b, 84c)과 어레이의 측면 방향 사이에서 정의된다. 각 θ는 어레이 내의 나노막대 패턴의 방향을 결정한다. 각 θ는 원하는 각 범위로부터 선택될 수 있고 또한 어레이 내의 나노막대 패턴의 위치에 종속하여 달라질 수 있다. 그러므로, 도 3a에 도시된 공진 유닛들에 적합한 접근법과는 달리, 본 발명에 따른 무색의 광학 구성품에 여기서 사용되는 메타표면은 소정의 각에서 변하고 또한 서로 다른 방향들로 배치되는 나노막대 구조를 사용한다.
도 8(a)에 도시된 나노막대 패턴은 길이, 폭 및 높이에 의해 정의되는 사각형 구조와 유사한, 하나의 나노막대(83a)로 구성되는데, 여기서 나노막대의 길이(La)는 나노막대 패턴의 길이방향의 축(84a)을 정의하는 방향으로 연장된다. 각 θa는, 어떠한 각일 수 있는데, 길이방향의 축(84a) 및 어레이의 연장 방향(x-방향)에 의해 정의된다. 독립적인 공진 유닛 내의 하나의 나노막대를 이용하는 것에 대한 설명은 도 2와 관련된 상기의 내용에서 언급되었으므로, 반복된 설명은 간략함을 위해 생략된다.
도 8(b)에 도시된 나노막대 패턴은 2 개의 평행한 나노막대들(83b)을 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 더 많은 나노막대들이 패턴 내에 포함될 수 있고, 나노막대들은 서로 다른 길이들일 수 있다. 예를 들어, 도 8(b)에 있어서, 나노막대 길이(Lb)는 30 nm 내지 530 nm의 범위 내에 포함될 수 있고, 이웃하는 나노막대들 사이에 간격 Gb이 배치되는데, 이때 Gb는 대략 10 내지 100 nm일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 나노막대 패턴은 서로 수직하는 2 개의 나노막대들로 구성되는 "T" 자형 배치와 유사할 수 있다. 즉, 하나의 나노막대의 폭 측면은 다른 나노막대의 길이 측면에 반대되고 또한 평행하고, 2 개의 나노막대들은 간격에 의해 분리된다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 나노막대 패턴은 길이방향의 축(84b)을 가지고, 또한 어떠한 각일 수 있는, 각(θb)는 길이방향의 축(84b) 및 나노막대 어레이의 연장 방향(x-방향)에 의해 정의되는데, 이때 길이방향의 축(84b)은 나노막대 길이(Lb)의 연장 방향에 의해 정의된다. 길이방향의 축(84b)은 나노막대 어레이 내에서 나노막대 패턴의 방향을 결정한다. 패턴이 "T"자형을 형성하는 경우에 있어서, 패턴을 위한 대칭 축은 그 방향을 결정하는 데 적용될 수 있다.
도 8(c)에 도시된 나노막대 패턴은 유전체 층의 표면을 따라 연장되는 나노막대(85) 및 나노막대(85)의 양 끝단들 상에 형성되는 2 개의 범프들(86)를 포함하는 분할 링이다. 2 개의 범프들(86) 및 나노막대(85)는 위를 향하는 개구부를 갖는 "U"자 형태를 형성한다. 각각의 범프(86)는 (나노막대(85)의 두께를 포함하는) 대략 100 nm의 높이 Hc를 가지고, 전반적으로 z-방향을 따라 연장된다. 각각의 범프(86)는 사각형 구조를 가질 필요는 없고; 또한 볼 형태를 가질 수 있다. 그리고 양 끝단들에의 2 개의 범프들(86)은 거리 Gc에 의해 분리되는데, 이것은 대략 25 nm이다. 다른 실시예들에 있어서, 나노막대 패턴은 "U"자형과 더 유사한 구조들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8(b)에 도시된 패턴 내에 수 개의 나노막대들이 형성될 수 있는 한편, z-방향을 따라 연장되는 범프들은 나노막대들 각각의 2 개의 끝단들에서 성장될 수 있고; 나노막대들의 길이들은 동일할 필요는 없고, 또한 하나의 나노막대 상에 형성되는 범프들의 높이는 다른 나노막대 상에 형성되는 범프들의 높이와 동일할 필요는 없다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 나노막대 패턴은 길이방향의 축(84c)을 가지고, 또한 각 θc는, 어떠한 각일 수 있는데, 길이방향의 축(84c) 및 나노막대 어레이의 연장 방향(x-방향)에 의해 정의되고; 길이방향의 축(84c)은 나노막대의 길이(Lc)의 연장 방향에 의해 결정된다. 길이방향의 축(84c)은 나노막대 어레이 내에서 나노막대 패턴의 방향을 결정한다.
상기에서 설명되는 바와 같은 층 구조는 e-빔 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피 또는 이온 빔 밀링과 같은, 종래의 접근법들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 공개된 문헌, "Plasmon Coupling in Vertical Split-ring Resonator Metamolecules (Scientific Reports 5 /9726 (2015) / DOI: 10.1038/srep09726)"은 그 물리적인 특성 분석 뿐만 아니라 도 8(c)에 도시된 것과 유사한 나노막대 패턴들을 제조하기 위한 방법을 개시한다.
상기에서 설명된 바와 같이, 메타-홀로그램 나노스케일의 광학적 구성품은 광 전파에 있어서 위상에 영향을 미치는 플라즈모닉 공진 효과에 기초하여 실현되고; 유사하게, 본 발명에 따른 무색의 광학 구성품은 기하학적 위상(또는 소위 판카라트남-베리 위상(Pancharatnam-Berry phase))에 더 기초하여 위상 변조의 목표를 달성한다. 도 8(a) 내지 도 8(c)에 도시된 각 θ는 나노막대 어레이 내의 나노막대 패턴들의 방향을 결정할 뿐만 아니라, 나노막대 패턴들에 의해 주어진 특정 위상 변조를 결정한다. 나노스케일의 무색의 광학 구성품에 의해 나타나는 성능은 형성된 패턴 및 이 나노막대의 크기 및/또는 형태에 의해 영향받을 수 있고, 또한 어레이 내에서의 밀도 및 주기성과 같은 물리적 특성에 연관되는데, 이것은 광학 구성품의 작동 파장길이 및 대역폭에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 복수의 방향들을 가지는 다양한 나노막대 패턴들을 제공함으로써, 위상 변조는 적절하게 제어될 수 있고 또한 색수차 교정이 달성될 수 있다. 도 9(a) 내지 도 9(e) 각각은 나노막대 패턴들의 배치들 및 회전을 보여주는, 나노막대 어레이의 일 부분을 보여준다. 본 발명에 따른 무색의 광학 구성품은 측면 방향 및 수직 방향을 따라 연장되는 나노막대 어레이를 포함한다. 나노막대 어레이는 이 유전체 층의 표면을 따라 연장되는 나노막대 패턴들 및/또는 수 개의 나노막대들을 포함하고, 이 나노막대들 및/또는 나노막대 패턴들은 서로로부터 분리되도록 배치된다. 각(0.0부터 90.0 도까지)은 2 개의 이웃하는 나노막대들 또는 2 개의 이웃하는 나노막대 패턴들 사이에서 정의될 수 있고, 또한 이 각은 측면 방향을 따라 나노막대 패턴들의 위치들에 종속하여 변한다. 일 실시예에 있어서, 서로 다른 나노막대 패턴들 사이에서 정의되는 각은 측면 방향을 따라 증가하는데, 이것은 나노막대 패턴들의 회전 정도는 측면 방향을 따라 더 명백해짐을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 나노막대 어레이는 동일한 종류의 복수의 나노막대 패턴들을 포함하고, 이들은 어레이를 정의하는 하나 또는 그 이상의 연장 방향들(예. 상기의 측면 또는 수직 방향들)을 따라 연장되고, 또한 동일한 종류의 패턴들은 서로 인접하도록 배치된다. 또한, 어레이의 측면 방향과 같이, 어레이를 정의하는 하나 또는 그 이상의 연장 방향들을 따라, 동일한 종류의 나노막대 패턴들의 배치가 변한다. 도 9(a) 내지 도 9(e) 각각은 어레이의 측면 방향(x-방향)을 따른 복수의 나노막대 패턴들의 특정 배치를 보여주는데, 이때 주기는 도 8(a)에 도시된 Px 또는 Py와 같이, 하나의 공진 유닛의 크기에 의해 결정될 수 있다. x-방향으로, 동일한 종류의 나노막대 패턴들 각각의 길이방향의 축 및 동일한 종류의 이웃하는 나노막대 패턴의 길이방향의 축은 그 사이에 각을 정의한다. 도면에는 없지만, 각은 나노막대 패턴의 긴 축 및 x-방향으로 동일한 종류의 이웃하는 패턴의 다른 긴 축에 의해 정의될 수 있음이 이해가능하다. 이 각은 0.0으로부터 90.0 도까지, 바람직하게는 0.0으로부터 15.0 도까지의 범위에 속한다. 일 실시예에 있어서, 동일한 종류의 각각의 나노막대 패턴의 길이방향의 축과 측면 방향 사이에서 정의되는 각은 측면 방향(x-방향)을 따라 점차적으로 감소한다. 다른 실시예에 있어서, 동일한 종류의 각각의 나노막대 패턴의 길이방향의 축과 측면 방향 사이에서 정의되는 각은 측면 방향(x-방향)을 따라 점차적으로 증가한다.
도 9(a)는 동일한 종류의 복수의 나노막대 패턴들(90)을 보여주는데, 이 나노막대 패턴들(90) 각각은 5 개의 평행한 나노막대들(901)로 구성된다. 각각의 나노막대 패턴(90) 내의 나노막대들(901)은 간격에 의해 서로로부터 분리되어 있다. 일 실시예에 있어서, 나노막대 패턴들(90) 내에서 2 개의 인접하는 나노막대들(901)은 25 nm의 간격에 의해 분리되고, 나노막대 패턴(90) 내의 나노막대들(901) 각각은 450 nm의 길이 및 40 nm의 폭을 가진다. 나노막대 패턴들(90) 각각은 나노막대(901)의 길이 측(903)에 평행한 길이방향의 축(902)을 가진다. 긴 축(902)은 나노막대 패턴(90)은 어레이 내에서 방향을 가지는 것을 결정한다. x-방향을 따라 배치되는 나노막대 패턴들(90) 각각은 이웃하는 것들과 서로 다른 방향을 향한다. 각(이하에는 "지향각(orientation angle))")은 나노막대 패턴(90)의 길이방향의 축(902)과 x-방향에 의해 정의되고; 이 각은 도 8(a)에 도시된 θ와 동일하고 x-방향의 위치에 종속하여 변한다. 일 실시예에 있어서, 각각의 나노막대 패턴(90)의 지향각은 말단(distal end, 904)으로부터 다른 말단(905)까지 x-방향을 따라 0부터 45 도까지 변한다. 도 9(a)에 도시되지 않았지만, 말단(904)과 다른 말단(905) 사이에 서로 다른 지향각들을 갖는 적어도 10 개의 나노막대 패턴들(90)이 있을 수 있다.
도 9(b)는 동일한 종류의 복수의 나노막대 패턴들(91)을 보여주는데, 나노막대 패턴들(91) 각각은 3 개의 평행한 나노막대들(911)로 구성된다. 나노막대 패턴(91) 내에서 나노막대들(911)은 간격에 의해 서로로부터 분리되어 있다. 일 실시예에 있어서, 나노막대 패턴(91) 내의 2 개의 인접하는 나노막대들(911)은 35 nm의 간격에 의해 분리되어 있고, 패턴(91) 내의 나노막대들(911) 각각은 400 nm의 길이 및 70 nm의 폭을 가진다. 나노막대 패턴들(91) 각각은 나노막대(911)의 길이 측(913)에 평행한 길이방향의 축(912)을 가진다. 길이방향의 축(912)은 나노막대 패턴(91)이 어레이 내에서 방향을 가지는 것을 결정한다. x-방향을 따라 배치되는 나노막대 패턴들(91) 각각은 이웃하는 것들과 서로 다른 방향을 향한다. 지향각은 나노막대 패턴(91)의 길이방향의 축(912)과 x-방향에 의해 정의되고, 이 나노막대 패턴(91) 각각의 지향각은 x-방향의 위치에 종속하여 변한다. 일 실시예에 있어서, 각각의 나노막대 패턴(91)의 지향각은 말단(914)으로부터 다른 말단(915)까지 x-방향을 따라 0부터 45 도까지 변한다. 도 9(b)에 도시되지 않았지만, 말단(914)과 다른 말단(915) 사이에 서로 다른 지향각들을 갖는 적어도 10 개의 (또는 나노막대 패턴들(90)의 수보다 더 적은) 나노막대 패턴들(91)이 있을 수 있다.
도 9(c)는 동일한 종류의 복수의 나노막대 패턴들(92)을 보여주는데, 나노막대 패턴들(92) 각각은 2 개의 평행한 나노막대들(921)로 구성된다. 나노막대 패턴(92) 내에서 나노막대들(921)은 간격에 의해 서로로부터 분리되어 있다. 일 실시예에 있어서, 2 개의 인접하는 나노막대들(921)은 40 nm의 간격에 의해 분리되어 있고, 나노막대들(921) 각각은 380 nm의 길이 및 170 nm의 폭을 가진다. 나노막대 패턴들(92) 각각은 나노막대(921)의 길이 측(923)에 평행한 길이방향의 축(922)을 가진다. 길이방향의 축(922)은 나노막대 패턴(92)이 어레이 내에서 방향을 가지는 것을 결정한다. x-방향을 따라 배치되는 나노막대 패턴들(92) 각각은 이웃하는 것들과 서로 다른 방향을 향한다. 지향각은 나노막대 패턴(92)의 길이방향의 축(922)과 x-방향에 의해 정의되고, 이 나노막대 패턴(92) 각각의 지향각은 x-방향의 위치에 종속하여 변한다. 일 실시예에 있어서, 각각의 나노막대 패턴(92)의 지향각은 말단(924)으로부터 다른 말단(925)까지 x-방향을 따라 0부터 45 도까지 변한다. 도 9(c)에 도시되지 않았지만, 말단(924)과 다른 말단(925) 사이에 서로 다른 지향각들을 갖는 적어도 10 개의 (또는 나노막대 패턴들(91)의 수보다 더 적은) 나노막대 패턴들(92)이 있을 수 있다.
도 9(d)는 동일한 종류의 복수의 나노막대 패턴들(93)을 보여주는데, 나노막대 패턴들(93) 각각은 하나의 나노막대(931)로 구성된다. 일 실시예에 있어서, 각각의 나노막대(931)는 390 nm의 길이 및 240 nm의 폭을 가진다. 나노막대 패턴들(93) 각각은 나노막대(931)의 길이 측(933)에 평행한 길이방향의 축(932)을 가진다. 길이방향의 축(932)은 나노막대 패턴(93)이 어레이 내에서 방향을 가지는 것을 결정한다. x-방향을 따라 배치되는 나노막대 패턴들(93) 각각은 이웃하는 것들과 서로 다른 방향을 향한다. 지향각은 나노막대 패턴(93)의 길이방향의 축(932)과 x-방향에 의해 정의되고, 이 나노막대 패턴(93) 각각의 지향각은 x-방향의 위치에 종속하여 변한다. 일 실시예에 있어서, 각각의 나노막대 패턴(93)의 지향각은 말단(934)으로부터 다른 말단(935)까지 x-방향을 따라 0부터 45 도까지 변한다. 도 9(d)에 도시되지 않았지만, 말단(934)과 다른 말단(935) 사이에 서로 다른 지향각들을 갖는 적어도 10 개의 (또는 나노막대 패턴들(92)의 수보다 더 적은) 나노막대 패턴들(93)이 있을 수 있다.
도 9(e)는 동일한 종류의 복수의 나노막대 패턴들(94)을 보여주는데, 나노막대 패턴들(94) 각각은 상기에서 설명된 바와 같이 "T"와 유사한 형태를 형성하기 위해 서로 수직으로 배치되는 2 개의 나노막대들(941)로 구성된다. 일 실시예에 있어서, 패턴(94) 내의 2 개의 인접하는 나노막대들(941)은 35 내지 40 nm의 간격에 의해 분리되어 있고; 패턴(91) 내의 나노막대들(941) 중 하나는 330 내지 370 nm의 길이 및 90 내지 120 nm의 폭을 가지는 한편, 패턴(94) 내의 나노막대들(941) 중 다른 하나는 170 내지 245 nm의 길이 및 240 내지 280 nm의 폭을 가진다. 나노막대 패턴들(94) 각각은 나노막대(941)의 길이 측(943)에 평행한 길이방향의 축(942)을 가진다. 길이방향의 축(942)은 나노막대 패턴(94)이 어레이 내에서 방향을 가지는 것을 결정한다. x-방향을 따라 배치되는 나노막대 패턴들(94) 각각은 이웃하는 것들과 서로 다른 방향을 향한다. 지향각은 나노막대 패턴(94)의 길이방향의 축(942)과 x-방향에 의해 정의되고, 이 나노막대 패턴(94) 각각의 지향각은 x-방향의 위치에 종속하여 변한다. 일 실시예에 있어서, 지향각은 말단(944)으로부터 다른 말단(945)까지 x-방향을 따라 0부터 45 도까지 변한다. 도 9(e)에 도시되지 않았지만, 말단(944)과 다른 말단(945) 사이에 서로 다른 지향각들을 갖는 적어도 10 개의 (또는 나노막대 패턴들(93)의 수보다 더 적은) 나노막대 패턴들(94)이 있을 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 무색의 나노막대 어레이의 일 실시예를 보여준다. 보이는 바와 같이, 나노막대 어레이는 측면 방향(x-방향) 및 수직 방향(y-방향)을 따라 연장된다. 측면 방향을 따라 나노막대 어레이는 각 행(100)에 다양한 나노막대 패턴들을 포함하고, 이때 동일한 종류의 나노막대 패턴들은 서로 인접하게 배치된다. 수직 방향을 따라, 나노막대 어레이는 동일한 종류의 나노막대 패턴들을 포함하고, 하나의 열(101) 내의 모든 나노막대 패턴들은 동일한 방향을 가진다.
측면 방향으로, 나노막대 어레이는 나노막대 패턴들의 복수의 세트들을 포함하고, 또한 각각의 세트는 동일한 종류의 복수의 나노막대 패턴들을 포함한다. 도 10에 도시된 바와 같이, -x 방향을 따라, 제1 나노 패턴들의 세트(111), 제2 나노막대 패턴들의 세트(112), 제3 나노막대 패턴들의 세트(113), 제4 나노막대 패턴들의 세트(114) 및 제5 나노막대 패턴들의 세트(115)가 순서대로 배치되어 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 나노막대 패턴들의 세트(111)는 도 9(a)에 도시된 것과 동일한 종류의 나노막대 패턴들의 배치를 포함하고, 제2 나노막대 패턴들의 세트(112)는 도 9(b)에 도시된 것과 동일한 종류의 나노막대 패턴들의 배치를 포함하고, 제3 나노막대 패턴들의 세트(113)는 도 9(c)에 도시된 것과 동일한 종류의 나노막대 패턴들의 배치를 포함하고, 제4 나노막대 패턴들의 세트(114)는 도 9(d)에 도시된 것과 동일한 종류의 나노막대 패턴들의 배치를 포함하고, 제5 나노막대 패턴들의 세트(115)는 도 9(e)에 도시된 것과 동일한 종류의 나노막대 패턴들의 배치를 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 세트들의 순서는 패턴 내의 나노막대(들)의 수에 의해 결정될 필요는 없다. 바람직하게 각각의 세트들(111 내지 115) 내의 나노막대 패턴들은 -x 방향을 따라 시계방향으로 서로 다른 각들로 회전한다. 바람직하게, 회전각들은 -x 방향의 원단(farther end)에서 더 명백하게 된다.
도 10에서, x-방향을 따라, 더 많은 나노막대 패턴들의 세트들(116, 117 및 118)은 서로 다른 순서로 상기의 나노막대 패턴들의 세트들을 반복하는 것에 의해 배치될 수 있다. 예를 들어, 나노막대 패턴들의 세트(116)는 나노막대 패턴들의 세트(111)의 재배치일 수 있고; 나노막대 패턴들의 세트(117)는 나노막대 패턴들의 세트(112)의 재배치일 수 있고; 나노막대 패턴들의 세트(118)는 나노막대 패턴들의 세트(113)의 재배치일 수 있다. 바람직하게, 각각의 세트들(116, 117 및 118) 내의 나노막대 패턴들의 방향은 +x 방향을 따라 시계 방향으로 변한다. 도 10에 도시된 나노막대 어레이는 측면 방향으로 더 많은 나노막대 패턴들의 세트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, -x 방향으로, 제5 나노막대 패턴들의 세트(115) 뒤에 다른 크기들의 나노막대들을 포함하는 유사한 나노막대 패턴들이 이어질 수 있다. 이에 더하여, 본 발명에 따른 나노막대 어레이는 특정 주기를 가질 수 있다. 예를 들어, 나노막대 패턴들의 세트들(111 내지 1118) 또는 더 많은 세트들은 나노막대 어레이의 측면 방향을 따라 주기적으로 반복될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 더 많거나 또는 더 적은 종류의 나노막대 패턴들이 상기의 나노막대 어레이 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 무색의 나노막대 어레이는 도 8(c)에 도시된 바와 같은 나노막대들(83c)의 배치 또는 조합을 포함하는 나노막대 패턴들을 포함할 수 있다.
각은 나노막대 어레이 내의 측면 방향을 따라 배치되는 매 2 개의 인접한 나노막대 패턴들은 서로 다른 방향들을 가지기 때문에, 동일한 종류의 나노막대 패턴들의 세트 내에서 나노막대 패턴의 (상기에서 정의된 바와 같은) 길이방향의 축 및 인접한 세트 내의 나노막대 패턴의 길이방향의 축에 의해 정의될 수 있다. 다시 말하면, 나노막대들 및 형성된 나노막대 패턴들은 측면으로 분포하기 때문에 서로에 대해 상대적으로 회전한다. 어레이 내의 나노막대들이 단지 하나의 방향을 가지는, 도 3a에 도시된 나노막대 어레이와 달리, 도 10에 도시된 바와 같은 무색의 나노막대 어레이는 그 방향들이 측면 방향에서 변하는 복수의 종류들의 나노막대들 및 나노막대 패턴들을 포함한다. 결과적으로, 이러한 무색의 나노막대 어레이와 통합된 칩은 플라즈모닉 커플링 효과를 더 강하게 그리고 더 다양하게 생성할 수 있고, 이로써 광대역 위상 변조가 달성되게 된다.
출원서에서, 본 발명에 따른 상기의 나노스케일의 광학 구성품은 휴대폰, 디지털 카메라, 현미경을 위한 초점 이미징 시스템, 또는 광학 리소그래피를 위한 이미징 시스템에서 사용되는 렌즈 조립체를 구성하는 구성품들 중 하나로서 사용될 수 있다.
본 발명은 여기서 제시된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 당업자라면 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 첨부된 도면들의 교시에 적어도 부분적으로 기초하여 다른 배치들 또는 조합들을 달성할 수 있다. 상기의 실시예들 및 다른 실시예들은 이하의 청구항들에 의해 정의되는 범위의 측면에서 명백할 것이다.

Claims (14)

  1. 광학 구성품에 있어서,
    유전체 층, 및
    상기 유전체 층의 표면 상에 형성되고 측면 방향 및 수직 방향을 따라 연장되는, 나노막대 어레이를 포함하고, 상기 나노막대 어레이는 복수의 종류들의 나노막대 패턴들로 구성되고, 각각의 나노막대 패턴은 하나 또는 그 이상의 나노막대들에 의해 정의되고;
    상기 복수의 종류들의 나노막대 패턴들의 각각의 나노막대 패턴은 그 방향을 정의하는 길이방향의 축을 가지고, 상기 동일한 종류의 나노막대 패턴들은 상기 측면 방향을 따라 서로 인접하여 배치되고 또한 서로 다른 방향들을 가지는, 광학 구성품.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 나노막대 패턴은 평행한 형태로 배치되는, 복수의 나노막대들에 의해 정의되는, 광학 구성품.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 나노막대 패턴은 서로 수직하여 배치되는, 복수의 나노막대들에 의해 정의되는, 광학 구성품.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 나노막대의 물질은 알루미늄, 은, 금, 및 반도체로 구성되는 군으로부터 선택되는, 광학 구성품.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체 층이 형성되는 반사 표면을 제공하기 위한 금속 층을 더 포함하는, 광학 구성품.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 금속 층은 알루미늄으로 만들어지는, 광학 구성품.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체 층의 물질은 실리콘, 불화 마그네슘, 산화 알루미늄, 및 산화 하프늄으로 구성되는 군으로부터 선택되는, 광학 구성품.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 동일한 종류의 나노막대 패턴들 각각의 길이방향의 축과 측면 방향에 의해 정의되는 각은 상기 동일한 종류의 나노막대 패턴들이 상기 측면 방향을 따라 연장됨에 따라 감소되는, 광학 구성품.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 동일한 종류의 나노막대 패턴들 각각의 길이방향의 축과 상기 측면 방향에 의해 정의되는 각은 상기 동일한 종류의 나노막대 패턴들이 상기 측면 방향을 따라 연장됨에 따라 증가되는, 광학 구성품.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 동일한 종류의 나노막대 패턴들은 상기 동일한 방향으로 수직 방향을 따라 서로 인접하게 배치되는, 광학 구성품.
  11. 광학 구성품에 있어서,
    유전체 층; 및
    상기 유전체 층의 표면 상에 형성되고 또한 측면 방향 및 수직 방향을 따라 연장되는 나노막대 어레이를 포함하고, 상기 나노막대 어레이는 상기 유전체 층을 따라 연장되고 또한 상호 이격되어 있는 복수의 나노막대들을 포함하고, 각이 상기 나노막대들 각가의 길이방향의 축과 상기 측면 방향에 의해 정의되고, 상기 길이방향의 축은 상기 나노막대의 길이에 의해 정의되고, 상기 각은 상기 측면 방향을 따라 변하고;
    범프는 상기 나노막대의 양 단들 각각에 형성되는, 광학 구성품.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 범프는 상기 수직 방향 및 상기 측면 방향에 수직하는 방향으로 연장되는, 광학 구성품.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 유전체 층이 형성되는 반사 표면을 제공하기 위한 금속 층을 더 포함하는, 광학 구성품.
  14. 제 11 항에 있어서, 하나의 나노막대 상에 형성되는 2 개의 범프들 사이의 거리는 다른 나노막대 상에 형성되는 다른 2 개의 범프들 사이의 거리와 다른, 광학 구성품.
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