KR20220138134A - Multi-functional meta surface device with multiple pattern layers and fabricating method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a meta surface-related technical idea, wherein pattern layers are formed on both surfaces of a meta surface device to form multiple patterns and thus, provide multiple functions. The present invention is to provide a multi-functional meta surface device, which can be applied with a broadband wavelength of incident light based on multiple patterns formed on both surfaces of the meta surface device and replace all functions of a lens in a three-dimensional form capable of correcting a chromatic aberration. According to one embodiment of the present invention, the multi-functional meta surface device comprises: a first pattern layer which includes a plurality of first nano-antennas as a first pattern to provide a first function; and a second pattern layer which includes a plurality of second nano-antennas as a second pattern formed on a side surface different from a side surface formed with the first pattern layer to face a direction opposite to the direction faced by the plurality of first nano-antennas so as to provide a second function. The first pattern layer and the second pattern layer may independently control a phase, polarization, and intensity of the incident light based on the first function and the second function. Accordingly, the present invention can simplify a process of manufacturing the meta surface device and thus, reduce costs consumed for the process.

Description

다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자 및 그 제조 방법{MULTI-FUNCTIONAL META SURFACE DEVICE WITH MULTIPLE PATTERN LAYERS AND FABRICATING METHOD THEREOF}Multi-functional meta-surface device having multiple patterned layers and manufacturing method thereof

본 발명은 메타 표면 소자의 양면에 패턴층이 형성되어 다중 패턴을 형성함에 따라 다중 기능을 제공하는 메타 표면 관련 기술적 사상에 관한 것으로, 메타 표면 소자의 양면에 형성된 다중 패턴에 기반하여 입사광의 광대역 파장 적용이 가능하고, 색수차 보정이 가능한 3차원 형태인 렌즈의 모든 기능을 대체할 수 있는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a meta-surface-related technical idea that provides multiple functions as pattern layers are formed on both sides of a meta-surface element to form multiple patterns, and a broadband wavelength of incident light based on multiple patterns formed on both sides of a meta-surface element It relates to a technology for providing a multi-functional meta-surface element that can replace all functions of a lens in a three-dimensional form that can be applied and can correct chromatic aberration.

메타 표면은 렌즈 및 홀로그램 등 다양한 광학소자의 기능을 수행하는 2차원 소자로서 입사광 파장크기의 나노 안테나가 평면 위에 배열된 형태로 이루어 진다.The meta surface is a two-dimensional element that performs the functions of various optical elements such as lenses and holograms, and consists of nanoantennas of the wavelength of incident light arranged on a plane.

메타 표면은 나노안테나의 형태, 주기 그리고 배열에 의해 다양한 광학적 기능을 수행할 수 있으므로, 차세대 광학소자로 각광받고 있어 활발히 연구되고 있으나 현시점에서 양산화 및 상용화 단계에 이르지 못하고 있다.Since metasurfaces can perform various optical functions according to the shape, period, and arrangement of the nanoantennas, they are in the spotlight as a next-generation optical device and are being actively studied, but have not reached the stage of mass production and commercialization at this time.

메타 표면은 나노 안테나 소재의 박막을 기판 위에 증착한 뒤 전자선 리소그라피 공정과 식각 공정을 통해 나노 안테나로 제조되어 만들어지나 이 방법을 통해 생산될 경우, 단가가 매우 높고, 생산 속도가 매우 느리며, 대면적 소자 제작이 어려워서 상용화에 큰 걸림돌이 되고 있다.The meta surface is made by depositing a thin film of nanoantenna material on a substrate and then manufacturing it as a nanoantenna through an electron beam lithography process and an etching process. Difficulty in device fabrication is a major obstacle to commercialization.

최근, 기존의 박막 증착, 리소그라피 및 식각 공정을 대신하여 임프린트 공정으로 메타 표면을 제조하는 방법이 등장 하였는데, 이는 기존의 방법보다 훨씬 제작 과정이 쉽고, 저가의 공정비용으로 만들 수 있다는 장점이 존재한다.Recently, instead of the existing thin film deposition, lithography, and etching process, a method of manufacturing a meta surface by an imprint process has appeared. .

다만, 고굴절률 임프린트 레진(나노 성형 소재)이 필요하며 나노 크기의 패턴을 갖는 임프린트 스탬프가 필요한데, 이러한 임프린트 스탬프를 만들기 위해서는 전자선 리소그라피 공정이 요구될 수 있다.However, a high refractive index imprint resin (nano molding material) is required and an imprint stamp having a nano-sized pattern is required. In order to make such an imprint stamp, an electron beam lithography process may be required.

그러나, 임프린트 공정은 한번 만들어진 임프린트 스탬프를 복제해서 반복적으로 이용할 수 있음에 따라 기존의 공정에 비교하여 매우 큰 장점을 가지고 있다고 볼 수 있다.However, the imprint process can be seen to have a very big advantage compared to the existing process because the imprint stamp made once can be duplicated and used repeatedly.

한편, 기존의 메타 표면은 단일 면에만 패턴이 형성되어 있어서 메타 표면이 수행할 수 있는 기능적인 면에서 제한이 따른다.On the other hand, the existing meta surface has a pattern formed on only a single surface, so there is a limitation in the functional aspect that the meta surface can perform.

한국공개특허 제10-2020-0099832호, "다층 메타 렌즈 및 이를 포함하는 광학 장치"Korean Patent Laid-Open No. 10-2020-0099832, "Multi-layered meta lens and optical device comprising same" 미국공개특허 제2017/0131460호, "METASURFACES FOR REFIRECTING LIGHT AND METHODS FOR FABRICATING"US Patent Publication No. 2017/0131460, "METASURFACES FOR REFIRECTING LIGHT AND METHODS FOR FABRICATING" 한국공개특허 제10-2019-0115820호, "메타 표면이 형성된 투명 부재를 포함하는 광원 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치"Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0115820, "Light source module including transparent member with meta-surface and electronic device including same" 한국등록특허 제10-2143535호, "편향 또는 포커싱 조절이 가능한 두 기능 유전체 메타 표면 소자"Korean Patent Registration No. 10-2143535, "Two-functional dielectric meta-surface element with adjustable deflection or focusing"

본 발명은 메타 표면 소자의 양면에 형성된 다중 패턴에 기반하여 입사광의 광대역 파장 적용이 가능하고, 색수차 보정이 가능한 3차원 형태인 렌즈의 모든 기능을 대체할 수 있는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to provide a multifunctional meta surface element that can replace all functions of a three-dimensional lens that can apply a broadband wavelength of incident light and can correct chromatic aberration based on multiple patterns formed on both sides of the meta surface element. The purpose.

본 발명은 양면에 서로 다른 패턴층을 포함하여 다층의 나노 안테나 어레이를 가지고 있어 복합적인 기능성을 제공하는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a multi-functional meta-surface device that has a multi-layered nano-antenna array including different pattern layers on both sides and provides complex functionality.

본 발명은 양면에 서로 다른 패턴층을 포함하여 다층의 나노 안테나 어레이를 가짐에 따라 입사광의 위상, 세기 및 편광을 독립적으로 제어하는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a multi-functional meta-surface element that independently controls the phase, intensity and polarization of incident light by having a multi-layered nano-antenna array including different pattern layers on both sides.

본 발명은 양면 임프린팅 공정에 따른 단일 공정에 기반하여 양면에 서로 다른 패턴을 가지는 패턴층을 포함하는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a multi-functional meta-surface device including pattern layers having different patterns on both sides based on a single process according to a double-sided imprinting process.

본 발명은 양면 임프린팅 공정을 이용하여 양면에 서로 다른 패턴층을 가지는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공함에 따라 메타 표면 소자를 제조하는 공정을 단순화하고, 이에 소요되는 비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to simplify the process of manufacturing a meta surface element and reduce costs by providing a multi-functional meta surface element having different pattern layers on both sides using a double-sided imprinting process.

본 발명은 양면에 서로 다른 패턴층 사이의 거리가 기준 거리보다 클 경우 두 개의 메타 표면이 겹쳐진 형태로 구현되고, 기준 거리 보다 작을 경우 두 면을 갖는 하나의 메타 표면으로 구현되는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is a multi-functional meta-surface device in which two meta-surfaces are superimposed when the distance between different pattern layers on both sides is greater than the reference distance, and when the distance is smaller than the reference distance, a multi-functional meta-surface device implemented as one meta-surface having two sides aims to provide

본 발명은 두 개의 메타 표면을 이용한 광학 소자에 대비하여 양면 패턴층에 기반하여 무게 및 부피를 감소시키면서도 추가적인 정렬 공정이 요구되지 않는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a multifunctional meta surface device that does not require an additional alignment process while reducing weight and volume based on a double-sided pattern layer compared to an optical device using two meta surfaces.

본 발명의 일실시예에 따르면 다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자는 복수의 제1 나노 안테나를 제1 패턴으로 포함하여 제1 기능을 제공하는 제1 패턴층 및 상기 복수의 제1 나노 안테나가 향하는 방향과 반대 방향을 향하도록 상기 제1 패턴층이 형성된 측면과 다른 측면에 형성된 복수의 제2 나노 안테나를 제2 패턴으로 포함하여 제2 기능을 제공하는 제2 패턴층을 포함하고, 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 상기 제1 기능 및 상기 제2 기능에 기반하여 입사광의 위상, 편광 및 세기를 모두 독립적으로 제어 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a multi-function meta-surface element having a multi-pattern layer includes a first pattern layer providing a first function by including a plurality of first nano-antennas in a first pattern, and the plurality of first nano-antennas. a second pattern layer providing a second function by including a plurality of second nanoantennas formed on a side surface different from the side surface on which the first pattern layer is formed in a second pattern so as to face a direction opposite to the direction in which the first pattern layer is formed; The first pattern layer and the second pattern layer may independently control all of the phase, polarization, and intensity of incident light based on the first function and the second function.

상기 제1 기능은 상기 제2 기능이 입사광의 위상, 세기 및 편광 중 둘을 독립적으로 제어하는 기능을 제공하는 경우, 상기 제2 기능에서 제공하는 기능 이외의 입사광의 위상, 세기 및 편광 중 둘을 독립적으로 제어하는 기능을 제공할 수 있다.When the second function provides a function of independently controlling two of the phase, intensity, and polarization of the incident light, the first function may select two of the phase, intensity, and polarization of the incident light other than the function provided by the second function. Independent control can be provided.

상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층의 사이 거리는 입사광의 파장과 관련하여 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층이 제어 가능한 각도 범위를 결정하고, 기준 거리보다 작을 경우 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 하나의 메타 표면이 되고, 상기 기준 거리보다 클 경우 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 두개의 메타 표면이 겹쳐진 형태가 될 수 있다.The distance between the first pattern layer and the second pattern layer determines a controllable angular range of the first pattern layer and the second pattern layer with respect to the wavelength of incident light, and when it is smaller than a reference distance, the first pattern layer and the second pattern layer becomes one meta surface, and when the distance is greater than the reference distance, the first pattern layer and the second pattern layer may have a form in which two meta surfaces are overlapped.

상기 제1 패턴층 및 상기 제2 패턴층은 상기 제1 기능 및 상기 제2 기능에 기반하여 입사광의 색수차를 보정할 수 있다.The first pattern layer and the second pattern layer may correct chromatic aberration of incident light based on the first function and the second function.

상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 상기 제1 패턴을 가지는 제1 임프린트 스탬프와 상기 제2 패턴을 가지는 제2 임프린트 스탬프를 이용한 양면 임프린팅 공정을 고굴절률 소재를 포함하는 임프린트 레진에 적용하여 단일 공정으로 형성될 수 있다.For the first pattern layer and the second pattern layer, a double-sided imprinting process using a first imprint stamp having the first pattern and a second imprint stamp having the second pattern is applied to an imprint resin containing a high refractive index material Thus, it can be formed in a single process.

상기 고굴절률 소재는 액상의 광경화 폴리머나 열경화 폴리머 및 경화제가 포함된 용매에 Au, GaN, TiO2, ZrO2, Si, c-Si, poly-Si 및 a-Si 중 적어도 하나의 나노 입자가 분산되어 형성될 수 있다.The high refractive index material is at least one of Au, GaN, TiO 2 , ZrO 2 , Si, c-Si, poly-Si and a-Si nanoparticles in a liquid photocurable polymer or thermosetting polymer and a solvent containing a curing agent. may be dispersed.

상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층의 사이 거리는 2㎛ 내지 3㎛일 수 있다.A distance between the first pattern layer and the second pattern layer may be 2 μm to 3 μm.

본 발명의 일실시예에 따르면 다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자는 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층 사이에서 기판을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the multi-functional meta surface device having a multi-pattern layer may further include a substrate between the first pattern layer and the second pattern layer.

상기 기판은 유리(glass), 석영(quartz) 및 폴리머 필름(polymer film) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The substrate may include at least one of glass, quartz, and a polymer film.

상기 기판의 두께는 2㎛ 내지 3㎛일 수 있다.The thickness of the substrate may be 2 μm to 3 μm.

상기 기판의 두께는 입사광의 파장과 관련하여 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층이 제어 가능한 각도 범위를 결정하고, 기준 거리보다 작을 경우 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 하나의 메타 표면이 되고, 상기 기준 거리보다 클 경우 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 두개의 메타 표면이 겹쳐진 형태가될 수 있다.The thickness of the substrate determines a controllable angular range of the first pattern layer and the second pattern layer with respect to the wavelength of incident light, and when it is smaller than a reference distance, the first pattern layer and the second pattern layer form one It becomes a meta surface, and when the distance is greater than the reference distance, the first pattern layer and the second pattern layer may have a form in which two meta surfaces are overlapped.

본 발명의 일실시예에 따르면 다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법은 제1 패턴을 가지는 제1 임프린트 스탬프와 제2 패턴을 가지는 제2 임프린트 스탬프를 이용한 양면 임프린팅 공정을 통해 복수의 제1 나노 안테나를 상기 제1 패턴으로 포함하여 제1 기능을 제공하는 제1 패턴층 및 상기 복수의 제1 나노 안테나가 향하는 방향과 반대 방향을 향하도록 상기 제1 패턴층이 형성된 측면과 다른 측면에 형성된 복수의 제2 나노 안테나를 상기 제2 패턴으로 포함하여 제2 기능을 제공하는 제2 패턴층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 상기 제1 기능 및 상기 제2 기능에 기반하여 입사광의 위상, 편광 및 세기를 독립적으로 제어 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing a multi-functional meta-surface device having a multi-pattern layer includes a plurality of double-sided imprinting processes using a first imprint stamp having a first pattern and a second imprint stamp having a second pattern. A first pattern layer providing a first function by including the first nanoantenna of the first nanoantenna as the first pattern, and a side surface different from the side on which the first pattern layer is formed so as to face a direction opposite to the direction in which the plurality of first nanoantennas are directed and forming a second pattern layer providing a second function by including a plurality of second nanoantennas formed on the side surface as the second pattern, wherein the first pattern layer and the second pattern layer include the first pattern layer. Based on the function and the second function, it is possible to independently control the phase, polarization, and intensity of incident light.

상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 상기 제1 임프린트 스탬프와 상기 제2 임프린트 스탬프를 이용한 양면 임프린팅 공정을 고굴절률 소재를 포함하는 임프린트 레진에 적용하여 단일 공정으로 형성될 수 있다.The first pattern layer and the second pattern layer may be formed in a single process by applying a double-sided imprinting process using the first imprint stamp and the second imprint stamp to an imprint resin including a high refractive index material.

상기 제1 기능은 상기 제2 기능이 입사광의 위상, 세기 및 편광 중 둘을 독립적으로 제어하는 기능을 제공하는 경우, 상기 제2 기능에서 제공하는 기능 이외의 입사광의 위상, 세기 및 편광 중 둘을 독립적으로 제어하는 기능을 제공하고, 상기 제1 패턴층 및 상기 제2 패턴층은 상기 제1 기능 및 상기 제2 기능에 기반하여 입사광의 색수차를 보정할 수 있다.When the second function provides a function of independently controlling two of the phase, intensity, and polarization of the incident light, the first function may select two of the phase, intensity, and polarization of the incident light other than the function provided by the second function. An independent control function is provided, and the first pattern layer and the second pattern layer may correct chromatic aberration of incident light based on the first function and the second function.

상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층의 사이 거리는 2㎛ 내지 3㎛이고, 입사광의 파장과 관련하여 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층이 제어 가능한 각도 범위를 결정하며, 기준 거리보다 작을 경우 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 하나의 메타 표면이 되고, 상기 기준 거리보다 클 경우 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 두개의 메타 표면이 겹쳐진 형태가 될 수 있다.The distance between the first pattern layer and the second pattern layer is 2 μm to 3 μm, and determines the controllable angle range of the first pattern layer and the second pattern layer with respect to the wavelength of the incident light, and is greater than the reference distance. When it is small, the first pattern layer and the second pattern layer become one meta surface, and when it is larger than the reference distance, the first pattern layer and the second pattern layer can have a form in which two meta surfaces are overlapped. .

본 발명은 메타 표면 소자의 양면에 형성된 다중 패턴에 기반하여 입사광의 광대역 파장 적용이 가능하고, 색수차 보정이 가능한 3차원 형태인 렌즈의 모든 기능을 대체할 수 있는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.The present invention can provide a multi-functional meta surface element that can replace all functions of a three-dimensional lens that can apply a broadband wavelength of incident light and can correct chromatic aberration based on multiple patterns formed on both sides of the meta surface element. have.

본 발명은 양면에 서로 다른 패턴층을 포함하여 다층의 나노 안테나 어레이를 가지고 있어 복합적인 기능성을 제공하는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.The present invention has a multi-layered nano-antenna array including different pattern layers on both sides, so that it is possible to provide a multi-functional meta-surface device that provides complex functionality.

본 발명은 양면에 서로 다른 패턴층을 포함하여 다층의 나노 안테나 어레이를 가짐에 따라 입사광의 위상, 세기 및 편광을 독립적으로 제어하는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.The present invention can provide a multi-functional meta-surface element that independently controls the phase, intensity and polarization of incident light by having a multi-layered nano-antenna array including different pattern layers on both sides.

본 발명은 양면 임프린팅 공정에 따른 단일 공정에 기반하여 양면에 서로 다른 패턴을 가지는 패턴층을 포함하는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.The present invention can provide a multi-functional meta-surface device including patterned layers having different patterns on both sides based on a single process according to the double-sided imprinting process.

본 발명은 양면 임프린팅 공정을 이용하여 양면에 서로 다른 패턴층을 가지는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공함에 따라 메타 표면 소자를 제조하는 공정을 단순화하고, 이에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.The present invention provides a multi-functional meta surface element having different pattern layers on both sides using a double-sided imprinting process, thereby simplifying the process of manufacturing the meta surface element and reducing the cost.

본 발명은 양면에 서로 다른 패턴층 사이의 거리가 기준 거리보다 클 경우 두 개의 메타 표면이 겹쳐진 형태로 구현되고, 기준 거리 보다 작을 경우 두 면을 갖는 하나의 메타 표면으로 구현되는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.The present invention is a multi-functional meta-surface device in which two meta-surfaces are superimposed when the distance between different pattern layers on both sides is greater than the reference distance, and when the distance is smaller than the reference distance, a multi-functional meta-surface device implemented as one meta-surface having two sides can provide

본 발명은 두 개의 메타 표면을 이용한 광학 소자에 대비하여 양면 패턴층에 기반하여 무게 및 부피를 감소시키면서도 추가적인 정렬 공정이 요구되지 않는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.The present invention can provide a multifunctional meta surface device that does not require an additional alignment process while reducing weight and volume based on a double-sided pattern layer compared to an optical device using two meta surfaces.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자의 다중 기능을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자의 다른 구조를 설명하는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.1 and 2 are diagrams illustrating a multi-function meta surface device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the multi-function of the multi-function meta surface element according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining another structure of a multi-function meta surface element according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are views for explaining a method of manufacturing a multi-function meta surface device according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Hereinafter, various embodiments of the present document will be described with reference to the accompanying drawings.

실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Examples and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutions of the embodiments.

하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration related to various embodiments may unnecessarily obscure the gist of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in various embodiments, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.

도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like components.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, expressions such as “A or B” or “at least one of A and/or B” may include all possible combinations of items listed together.

"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.Expressions such as "first," "second," "first," or "second," can modify the corresponding elements, regardless of order or importance, and to distinguish one element from another element. It is used only and does not limit the corresponding components.

어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.When an (eg, first) component is referred to as being “connected (functionally or communicatively)” or “connected” to another (eg, second) component, that component is It may be directly connected to the component or may be connected through another component (eg, a third component).

본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.As used herein, "configured to (or configured to)" according to the context, for example, hardware or software "suitable for," "having the ability to," "modified to ," "made to," "capable of," or "designed to," may be used interchangeably.

어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some contexts, the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” with other devices or components.

예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.For example, the phrase “a processor configured (or configured to perform) A, B, and C” refers to a dedicated processor (eg, an embedded processor) for performing the operations, or by executing one or more software programs stored in a memory device. , may refer to a general-purpose processor (eg, a CPU or an application processor) capable of performing corresponding operations.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.Also, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'.

즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.That is, unless stated otherwise or clear from context, the expression 'x employs a or b' means any one of natural inclusive permutations.

이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Terms such as '.. unit' and '.. group' used below mean a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자를 설명하는 도면이다.1 and 2 are diagrams illustrating a multi-function meta surface device according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자의 구조 및 기능을 예시한다.1 illustrates the structure and function of a multi-function meta-surface device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자(100)는 기판(110), 제1 패턴층(120) 및 제2 패턴층(121)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , a multi-function meta surface device 100 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 110 , a first pattern layer 120 , and a second pattern layer 121 .

일례로, 제1 패턴층(120)과 제2 패턴층(121)은 기판(110)을 중심으로 서로 다른 측면에 형성됨에 따라 기판(110)의 양면에 형성될 수 있다.For example, the first pattern layer 120 and the second pattern layer 121 may be formed on both sides of the substrate 110 as they are formed on different sides of the substrate 110 .

여기서, 다중 기능 메타 표면 소자(100)는 기판(110)을 포함하나, 기판(110) 없이 제1 패턴층(120)과 제2 패턴층(121)을 포함하는 구조도 임프린팅 공정에 기반하여 형성 가능하며, 해당 구조는 도 6을 통해 보충 설명한다.Here, the multi-function meta surface device 100 includes a substrate 110, but a structure including the first pattern layer 120 and the second pattern layer 121 without the substrate 110 is also based on the imprinting process. It can be formed, and the corresponding structure will be described with reference to FIG. 6 .

아울러, 다중 기능 메타 표면 소자(100)는 기판(110)이 없이 형성될 경우, 기판(110)에 해당하는 부분은 잔류층에 해당될 수 있고, 잔류층은 제1 패턴층(120)과 제2 패턴층(121)의 사이 거리에 해당될 수 있다.In addition, when the multi-functional meta surface device 100 is formed without the substrate 110 , the portion corresponding to the substrate 110 may correspond to the residual layer, and the residual layer may be the first pattern layer 120 and the second layer. It may correspond to a distance between the two pattern layers 121 .

본 발명의 일실시예에 따르면 제1 패턴층(120)은 복수의 제1 나노 안테나를 제1 패턴으로 포함하여 제1 기능을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, the first pattern layer 120 includes a plurality of first nanoantennas as a first pattern to provide a first function.

일례로, 제2 패턴층(121)은 복수의 제1 나노 안테나가 향하는 방향과 반대 방향을 향하도록 제1 패턴층(120)이 형성된 측면과 다른 측면에 형성된 복수의 제2 나노 안테나를 제2 패턴으로 포함하여 제2 기능을 제공할 수 있다.For example, the second pattern layer 121 may include a plurality of second nanoantennas formed on a side different from the side on which the first pattern layer 120 is formed so as to face a direction opposite to the direction in which the plurality of first nanoantennas are directed. The second function may be provided by including it as a pattern.

여기서, 복수의 제1 나노 안테나가 향하는 방향과 반대 방향을 향하도록 제1 패턴층(120)이 형성된 측면과 다른 측면에 형성된 복수의 제2 나노 안테나를 제2 패턴으로 포함하는 것은 복수의 제1 나노 안테나와 복수의 제2 나노 안테나가 서로 다른 측면에 형성되는 것을 나타내고, 서로 다른 측면에 형성되는 것은 양 측면에 형성되는 것을 나타낼 수 있다.Here, including a plurality of second nanoantennas formed on a side surface different from the side on which the first pattern layer 120 is formed so as to face a direction opposite to the direction in which the plurality of first nanoantennas are directed, as a second pattern, includes the plurality of first nanoantennas. It may indicate that the nanoantenna and the plurality of second nanoantennas are formed on different side surfaces, and that the nanoantenna and the plurality of second nanoantennas are formed on different side surfaces may indicate that they are formed on both side surfaces.

다시 말해, 제1 패턴층(120)과 제2 패턴층(121)은 서로 다른 면인 양면에 형성되는 다중 패턴층일 수 있다.In other words, the first pattern layer 120 and the second pattern layer 121 may be multiple pattern layers formed on both surfaces, which are different surfaces.

예를 들어, 제1 기능은 제2 기능이 입사광의 위상, 세기 및 편광 중 둘을 독립적으로 제어하는 기능을 제공하는 경우, 제2 기능에서 제공하는 기능 이외의 입사광의 위상, 세기 및 편광 중 둘을 독립적으로 제어하는 기능을 제공할 수 있다.For example, if the first function provides a function to independently control two of the phase, intensity, and polarization of the incident light, the first function may include two of the phase, intensity, and polarization of the incident light other than the function provided by the second function. can provide the ability to independently control the

예를 들어, 제2 기능이 입사광의 위상 및 세기를 독립적으로 제어하는 경우, 제1 기능은 입사광의 편광을 독립적으로 제어하고, 제2 기능이 입사광의 편광을 제어하는 경우, 제1 기능은 입사광의 위상 및 세기를 독립적으로 제어하는 기능을 제공할 수 있다.For example, if the second function independently controls the phase and intensity of the incident light, the first function independently controls the polarization of the incident light, and if the second function controls the polarization of the incident light, the first function controls the polarization of the incident light It is possible to provide a function to independently control the phase and intensity of

또한, 제1 기능은 제2 기능이 입사광의 위상 및 편광을 제어하는 기능을 제공하는 경우, 제2 기능에서 제공하는 기능 이외의 입사광의 세기를 제어하는 기능을 제공하면서 추가적으로 위상 및 편광 중 어느 하나를 제어하는 기능을 제공할 수 있다.In addition, when the second function provides a function of controlling the phase and polarization of the incident light, the first function provides a function of controlling the intensity of incident light other than the function provided by the second function while additionally providing any one of phase and polarization It can provide a function to control

즉, 제1 기능과 제2 기능은 서로 상호 보완적으로 입사광의 위상, 세기 및 편광을 모두 독립적으로 제1 패턴층(120)과 제2 패턴층(121)에서 제어하는 기능과 관련될 수 있다.That is, the first function and the second function are complementary to each other and may relate to a function of independently controlling all of the phase, intensity, and polarization of incident light in the first pattern layer 120 and the second pattern layer 121 . .

다시 말해, 제1 패턴층(120)과 제2 패턴층(121)은 기준 거리보다 근접하게 상호 배치 또는 제1 패턴층(120)과 제2 패턴층(121) 각각의 패턴이 기준에 맞게 정렬되도록 상호 위치함에 따라 입사광의 위상, 편광 및 세기 모두를 독립적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 세기는 진폭에 해당될 수 있다.In other words, the first pattern layer 120 and the second pattern layer 121 are disposed closer to each other than the reference distance, or the patterns of the first pattern layer 120 and the second pattern layer 121 are aligned according to the reference. All of the phase, polarization, and intensity of the incident light can be independently controlled by mutually positioning as much as possible. For example, intensity may correspond to amplitude.

따라서, 본 발명은 양면에 서로 다른 패턴층을 포함하여 다층의 나노 안테나 어레이를 가짐에 따라 입사광의 위상, 세기 및 편광을 독립적으로 제어하는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention can provide a multi-functional meta-surface element that independently controls the phase, intensity and polarization of incident light by having a multi-layered nano-antenna array including different pattern layers on both sides.

본 발명의 일실시예에 따르면 제1 패턴층(120) 및 제2 패턴층(121)은 제1 기능 및 제2 기능에 기반하여 입사광의 색수차를 보정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first pattern layer 120 and the second pattern layer 121 may correct chromatic aberration of incident light based on the first function and the second function.

일례로, 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 제1 패턴을 가지는 제1 임프린트 스탬프와 제2 패턴을 가지는 제2 임프린트 스탬프를 이용한 양면 임프린팅 공정을 고굴절률 소재를 포함하는 임프린트 레진에 적용하여 단일 공정으로 형성될 수 있다.For example, a double-sided imprinting process using a first imprint stamp having a first pattern and a second imprint stamp having a second pattern for the first pattern layer and the second pattern layer is applied to an imprint resin containing a high refractive index material Thus, it can be formed in a single process.

상술한 양면 임프린팅 공정은 도 5 및 도 6을 통해서 보충 설명한다.The above-described double-sided imprinting process will be described with reference to FIGS. 5 and 6 .

예를 들어, 고굴절률 소재는 액상의 광경화 폴리머나 열경화 폴리머 및 경화제가 포함된 용매에 Au, GaN, TiO2, ZrO2, Si, c-Si, poly-Si 및 a-Si 중 적어도 하나의 나노 입자가 분산되어 형성될 수 있다.For example, the high refractive index material is at least one of Au, GaN, TiO 2 , ZrO 2 , Si, c-Si, poly-Si, and a-Si in a liquid photocurable polymer or thermosetting polymer and a solvent containing a curing agent. of nanoparticles may be dispersed and formed.

본 발명의 일실시예에 따르면 기판(110)은 2㎛ 내지 3㎛의 두께를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the substrate 110 may have a thickness of 2 μm to 3 μm.

기판의 두께는 입사광의 파장과 관련하여 제1 패턴층(120)과 제2 패턴층(121)이 제어 가능한 각도 범위의 결정과 관련될 수 있다.The thickness of the substrate may be related to the determination of a controllable angular range of the first patterned layer 120 and the second patterned layer 121 with respect to the wavelength of the incident light.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자의 2차원 구조와 3차원 구조를 함께 예시한다.2 illustrates a two-dimensional structure and a three-dimensional structure of a multi-function meta surface device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220)은 기판을 중심으로 서로 다른 측면에 위치하고, 제1 패턴층(210)은 복수의 제1 나노 안테나를 포함하고, 제2 패턴층(220)은 복수의 제2 나노 안테나를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 according to an embodiment of the present invention are located on different sides of the substrate, and the first pattern layer 210 includes a plurality of A first nanoantenna is included, and the second pattern layer 220 includes a plurality of second nanoantennas.

본 발명의 일실시예에 따르면 제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220) 각각은 복수의 제1 나노 안테나와 복수의 제2 나노 안테나를 서로 다른 패턴으로 포함하고, 복수의 제1 나노 안테나의 제1 패턴과 복수의 제2 나노 안테나의 제2 패턴에 기반하여 서로 다른 기능을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, each of the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 includes a plurality of first nanoantennas and a plurality of second nanoantennas in different patterns, and a plurality of first Different functions may be provided based on the first pattern of the nanoantenna and the second pattern of the plurality of second nanoantennas.

예를 들어, 복수의 제1 나노 안테나는 제1 나노 안테나 어레이로 지칭될 수 있고, 복수의 제2 나노 안테나는 제2 나노 안테나 어레이로 지칭될 수 있다.For example, a plurality of first nanoantennas may be referred to as a first nanoantenna array, and a plurality of second nanoantennas may be referred to as a second nanoantenna array.

복수의 제1 나노 안테나 및 복수의 제2 나노 안테나는 입사광의 파장 정도의 크기를 갖고 있으며, 입사광의 진폭과 위상을 독립적으로 조절할 수 있다.The plurality of first nanoantennas and the plurality of second nanoantennas have a size about the wavelength of the incident light, and the amplitude and phase of the incident light can be independently adjusted.

예를 들어, 다중 기능 메타 표면 소자는 메타렌즈, 메타홀로그램, 클로킹(cloaking) 디바이스 등 다양한 광학소자의 역할을 수행할 수 있다.For example, the multi-functional meta surface element may serve as various optical elements, such as a meta lens, a meta hologram, and a cloaking device.

일례로, 다중 기능 메타 표면 소자는 양면에 서로 다른 패턴의 메타 표면에 해당하는 제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220)을 포함함에 따라 복수의 제1 나노 안테나에 기반하여 제1 기능을 제공하고, 복수의 제2 안테나에 기반하여 제2 기능을 제공하는 제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220)의 사이 거리는 입사광의 파장의 100배 이내의 범위에서 결정될 수 있다.As an example, the multi-functional meta-surface element includes a first pattern layer 210 and a second pattern layer 220 corresponding to meta-surfaces of different patterns on both sides, so based on a plurality of first nano-antennas, the first The distance between the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 that provides a function and provides a second function based on a plurality of second antennas may be determined within 100 times the wavelength of the incident light. .

여기서, 제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220)의 사이 거리는 기판(200)의 두께와 관련되고, 기판(200)의 두께는 입사광의 파장의 100배 이내의 범위에서 결정되는 것이 바람직하다.Here, the distance between the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 is related to the thickness of the substrate 200, and the thickness of the substrate 200 is determined within 100 times the wavelength of the incident light. desirable.

예를 들어, 기판(200)의 두께는 2㎛ 내지 3㎛이고, 제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220)의 사이 거리는 2㎛ 내지 3㎛일 수 있다.For example, the thickness of the substrate 200 may be 2 μm to 3 μm, and the distance between the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 may be 2 μm to 3 μm.

여기서, 제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220)의 사이 거리는 한 값으로 한계치가 결정되어 있기 보다는 입사광의 파장과 제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220)의 사이 거리에 비례하여 제어 가능한 각도 범위가 좁아진다고 볼 수 있다.Here, the distance between the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 is between the wavelength of the incident light and the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 rather than a limit value determined by one value. It can be seen that the controllable angle range is narrowed in proportion to the distance.

따라서, 원리적으로 입사광의 위상, 세기, 편광을 모두 독립적으로 제어하는 것이 하나의 메타렌즈로는 불가능하지만 두 층으로된 패턴층이나 두개가 겹쳐진 패턴층으로는 가능할 수 있다.Therefore, in principle, it is impossible to independently control all of the phase, intensity, and polarization of incident light with one metal lens, but it may be possible with a two-layer pattern layer or two overlapping pattern layers.

양면 임프린팅의 경우, 기판의 두께가 작으면 두 면을 갖는 하나의 메타 표면 소자가 되고, 두꺼우면 두 개의 메타 표면에 해당하는 패턴층들이 겹쳐진 형태가 되는 메타 표면 소자가 될 수 있다.In the case of double-sided imprinting, when the thickness of the substrate is small, it becomes one meta surface element having two sides, and when it is thick, it can be a meta surface element in which pattern layers corresponding to two meta surfaces are superimposed.

일례로, 제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220)의 사이 거리는 입사광의 파장과 관련하여 제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220)이 제어 가능한 각도 범위를 결정한다.For example, the distance between the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 determines the controllable angular range of the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 with respect to the wavelength of the incident light. .

제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220)의 사이 거리는 기준 거리보다 작을 경우 제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220)은 하나의 메타 표면이 되고, 기준 거리보다 클 경우 제1 패턴층(210)과 제2 패턴층(220)은 두개의 메타 표면이 겹쳐진 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 기준 거리는 2㎛ 내지 3㎛일 수 있다.When the distance between the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 is smaller than the reference distance, the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 become one meta surface, and the distance between the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 is greater than the reference distance. In this case, the first pattern layer 210 and the second pattern layer 220 may have a form in which two meta surfaces are overlapped. For example, the reference distance may be 2 μm to 3 μm.

본 발명의 일실시예에 따르면 기판(200)은 유리(glass), 석영(quartz) 및 폴리머 필름(polymer film) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the substrate 200 may include at least one of glass, quartz, and a polymer film.

본 발명의 일실시예에 따르면 복수의 제1 나노 안테나와 복수의 제2 나노 안테나는 고굴절률 나노 성형 소재인 고굴절률 소재를 이용하여 형성될 수 있는데, 고굴절률 소재는 유효 굴절률을 높이기 위해 Au, GaN, TiO2, ZrO2, Si, c-Si, poly-Si 및 a-Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of first nanoantennas and the plurality of second nanoantennas may be formed using a high refractive index material that is a high refractive index nano-molding material, and the high refractive index material includes Au, GaN, TiO 2 , ZrO 2 , Si, c-Si, poly-Si, and may include at least one of a-Si.

여기서, c-Si는 크리스탈 실리콘(crystalline silicon)이고, poly-Si는 폴리크리스탈 실리콘(polycrystalline silicon)이며, a-Si는 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 나타낼 수 있다.Here, c-Si may represent crystalline silicon, poly-Si may represent polycrystalline silicon, and a-Si may represent amorphous silicon.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자의 다중 기능을 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining the multi-function of the multi-function meta surface element according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자의 다중 기능에 대한 개념도를 예시한다.3 illustrates a conceptual diagram for multiple functions of a multi-function meta surface device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 다중 기능 메타 표면 소자는 기판(300)을 중심으로 제1 패턴층(310)과 제2 패턴층(320)을 양면에 포함하고, 제1 패턴층(310)에 기반하여 제1 기능을 제공하며, 제2 패턴층(320)에 기반하여 제2 기능을 제공한다.Referring to FIG. 3 , the multi-functional meta surface device includes a first pattern layer 310 and a second pattern layer 320 on both sides of the substrate 300 , and based on the first pattern layer 310 , A first function is provided, and a second function is provided based on the second pattern layer 320 .

다중 기능 메타 표면 소자는 기판 없이 형성되는 경우, 기판(300)은 잔류층에 해당할 수 있으며, 잔류층은 제1 패턴층(310)과 제2 패턴층(320)의 사이 거리에 해당할 수 있다.When the multi-function meta surface element is formed without a substrate, the substrate 300 may correspond to a residual layer, and the residual layer may correspond to a distance between the first pattern layer 310 and the second pattern layer 320 . have.

따라서, 다중 기능 메타 표면 소자는 지점(330)에서 색수차 보정 기능을 제공할 수 있다.Thus, the multi-function meta surface element can provide a chromatic aberration correction function at point 330 .

다시 말해, 다중 기능 메타 표면 소자는 기판의 한 측면에 메타 표면을 포함하고 있는 단면 메타 표면 소자에서 단일 파장에서만 적용 가능하고, 색수차가 발생하는 문제점을 해결 할 수 있다.In other words, the multi-functional meta-surface device can be applied only to a single wavelength in a single-sided meta-surface device that includes a meta-surface on one side of the substrate, and can solve the problem of chromatic aberration.

즉, 다중 기능 메타 표면 소자는 제1 패턴층(310)과 제2 패턴층(320)에 기반하여 광대역 파장 적용이 가능하고, 지점(330)에서 색수차 보정 기능을 제공할 수 있다.That is, the multi-functional meta-surface element may apply a broadband wavelength based on the first pattern layer 310 and the second pattern layer 320 , and may provide a chromatic aberration correction function at the point 330 .

예를 들어, 제2 패턴층(320)을 통해서 광이 입사되는 경우 제2 패턴층(320)을 통과한 입사광은 제2 기능이 적용되어 입사광의 위상, 세기 및 편광 중 둘이 제어되고, 제1 패턴층(310)을 통과하면서 제2 기능에 의해 제어되지 않은 입사광의 위상, 세기 및 편광이 제어되어 지점(330)에서 색수차 보정 기능을 제공할 수 있다.For example, when light is incident through the second pattern layer 320 , the second function is applied to the incident light passing through the second pattern layer 320 to control two of the phase, intensity, and polarization of the incident light, and A chromatic aberration correction function may be provided at the point 330 by controlling the phase, intensity, and polarization of incident light that is not controlled by the second function while passing through the pattern layer 310 .

또한, 다중 기능 메타 표면 소자는 제1 패턴층(310)과 제2 패턴층(320)에 기반하여 입사광의 위상, 세기 및 편광을 모두 독립적으로 제어함에 따라 광대역 파장에 해당하는 입사광에 대하여 3차원 형태인 렌즈와 유사 또는 이상의 기능을 제공할 수 있다.In addition, the multi-function meta-surface element independently controls all of the phase, intensity, and polarization of the incident light based on the first pattern layer 310 and the second pattern layer 320 , so that the incident light corresponding to a broadband wavelength is three-dimensional. It may provide a function similar to or more than that of a lens in the form of a lens.

따라서, 본 발명은 메타 표면 소자의 양면에 형성된 다중 패턴에 기반하여 입사광의 광대역 파장 적용이 가능하고, 색수차 보정이 가능한 3차원 형태인 렌즈의 모든 기능을 대체할 수 있는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention provides a multi-functional meta surface element that can replace all functions of a three-dimensional lens capable of applying a broadband wavelength of incident light and correcting chromatic aberration based on multiple patterns formed on both sides of the meta surface element. can do.

또한, 본 발명은 양면에 서로 다른 패턴층을 포함하여 다층의 나노 안테나 어레이를 가지고 있어 복합적인 기능성을 제공하는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.In addition, the present invention has a multi-layered nano-antenna array including different pattern layers on both sides, so that it is possible to provide a multi-functional meta-surface device that provides complex functionality.

또한, 본 발명은 양면에 서로 다른 패턴층을 포함하여 다층의 나노 안테나 어레이를 가지고 있어 광대역 파장 적용이 가능하고, 색수차 보정이 가능한 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.In addition, the present invention has a multi-layered nano-antenna array including different pattern layers on both sides, so that a broadband wavelength can be applied and a multi-functional meta surface element capable of correcting chromatic aberration can be provided.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자의 다른 구조를 설명하는 도면이다.4 is a view for explaining another structure of a multi-function meta surface element according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자(400)는 기판(410)의 내부에 제1 패턴층(420) 및 제2 패턴층(421)이 포함되는 구조를 가진다.Referring to FIG. 4 , the multi-function meta surface device 400 according to an embodiment of the present invention has a structure including a first pattern layer 420 and a second pattern layer 421 inside a substrate 410 . have

일례로, 기판(410)과 제1 패턴층(420) 및 제2 패턴층(421)의 굴절률 차이가 클 수 록, 다중 기능 메타 표면 소자(400)의 효율이 높아 질 수 있다.For example, as the difference in refractive index between the substrate 410 and the first pattern layer 420 and the second pattern layer 421 increases, the efficiency of the multi-function meta surface element 400 may increase.

제1 패턴층(420)과 제2 패턴층(421)의 사이에는 잔류층(430)이 위치하는데, 잔류층(430)의 두께가 작을수록 제1 패턴층(420)과 제2 패턴층(421)이 상호작용하여 하나의 메타 표면으로 작동할 수 있다.A residual layer 430 is positioned between the first pattern layer 420 and the second pattern layer 421 , and as the thickness of the residual layer 430 decreases, the first pattern layer 420 and the second pattern layer ( 421) can interact and act as a metasurface.

여기서, 잔류층(430)의 두께가 클수록 다중 기능 메타 표면 소자(400)의 효율이 낮아 질 수 있다.Here, as the thickness of the residual layer 430 increases, the efficiency of the multi-function meta surface device 400 may be lowered.

가시광 영역의 메타 표면의 경우 잔류층(430)의 두께는 수 마이크론 이내이어야 하는데, 이는 단순히 직관적이고, 실증적(empirical)인 값일 수 있다.In the case of the meta-surface in the visible region, the thickness of the residual layer 430 should be within a few microns, which may simply be an intuitive and empirical value.

바람직하게, 잔류층(430)의 두께는 2㎛ 내지 3㎛에서 결정될 수 있다.Preferably, the thickness of the residual layer 430 may be determined from 2 μm to 3 μm.

예를 들어, 잔류층(430)의 두께가 2㎛ 내지 3㎛ 보다 클 경우 제1 패턴층(420)과 제2 패턴층(421)은 두 개의 메타 표면이 겹쳐진 형태일 수 있다.For example, when the thickness of the residual layer 430 is greater than 2 μm to 3 μm, the first pattern layer 420 and the second pattern layer 421 may have two meta-surfaces overlapping each other.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.5 and 6 are views for explaining a method of manufacturing a multi-function meta surface device according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법에 따라 양면 임프린팅 공정에 기반하여 기판의 양면에 서로 다른 패턴에 해당하는 제1 패턴층 및 제2 패턴층을 가지는 다중 기능 메타 표면 소자를 제조하는 방법을 예시한다.5 is a multi-layer having a first pattern layer and a second pattern layer corresponding to different patterns on both sides of a substrate based on a double-sided imprinting process according to a method for manufacturing a multi-function meta surface device according to an embodiment of the present invention; A method of fabricating a functional metasurface device is illustrated.

도 5를 참고하면, 단계(S501)에서 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법은 기판(500)의 일면을 제1 패턴을 가지는 제1 임프린트 스탬프를 이용하여 복수의 제1 나노 안테나를 제1 패턴으로 포함하여 제1 기능을 제공하는 제1 패턴층을 형성하기 위해 임프린팅 공정을 수행하고, 기판(500)의 다른 일면을 제2 패턴을 가지는 제2 임프린트 스탬프를 이용하여 복수의 제2 나노 안테나를 제2 패턴으로 포함하여 제2 기능을 제공하는 제2 패턴층을 형성하기 위해 임프린팅 공정을 수행한다.Referring to FIG. 5 , in the method of manufacturing a multi-function meta surface element in step S501 , a plurality of first nanoantennas as a first pattern by using a first imprint stamp having a first pattern on one surface of the substrate 500 . An imprinting process is performed to form a first pattern layer providing a first function, including a plurality of second nanoantennas using a second imprint stamp having a second pattern on the other surface of the substrate 500 . An imprinting process is performed to form a second pattern layer that is included as a second pattern and provides a second function.

단계(S502)에서 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법은 기판(500)의 일면을 제1 패턴을 가지는 복수의 제1 나노 안테나를 포함하는 제1 패턴층(520)을 형성하고, 기판(500)의 다른 일면을 제2 패턴을 가지는 복수의 제2 나노 안테나를 포함하는 제2 패턴층(521)을 형성한다.In the method of manufacturing a multi-function meta surface device in step S502 , a first pattern layer 520 including a plurality of first nanoantennas having a first pattern is formed on one surface of the substrate 500 , and the substrate 500 is formed. A second pattern layer 521 including a plurality of second nanoantennas having a second pattern is formed on the other surface of the .

기판(500)의 양면에 각각 위치하는 제1 패턴층(520)과 제2 패턴층(521)의 사이 거리(501)는 기판(500)의 두께에 비례할 수 있고, 사이 거리(501)는 한 값으로 한계치가 결정되어 있기보다는 입사광의 파장과 사이 거리(501)에 비례하여 제어 가능한 입사광의 각도 범위가 결정된다고 볼 수 있다.The distance 501 between the first pattern layer 520 and the second pattern layer 521 positioned on both sides of the substrate 500 may be proportional to the thickness of the substrate 500 , and the distance 501 between the substrate 500 is It can be seen that the controllable angular range of the incident light is determined in proportion to the distance 501 between the wavelength of the incident light and the threshold value, rather than the limit value is determined by a single value.

본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법에 따라 제조된 다중 기능 메타 표면 소자는 입사광의 위상, 세기 및 편광을 모두 독립적으로 제어할 수 있는데, 하나의 메타렌즈로는 불가능하지만 서로 다른 패턴의 두 패턴층으로된 다중 기능 메타 표면 소자는 두 패턴층이 겹쳐진 형태로는 가능할 수 있다.A multi-function meta surface element manufactured according to the method for manufacturing a multi-function meta surface element according to an embodiment of the present invention can independently control all of the phase, intensity, and polarization of incident light, although it is impossible with one metal lens A multi-functional meta-surface device with two patterned layers of different patterns may be possible in the form of overlapping two patterned layers.

양면 임프린팅의 경우 기판(500) 두께가 2㎛ 보다 얇으면 두 면을 갖는 하나의 메타 표면에 해당하는 다중 기능 메타 표면 소자가 되고, 2㎛ 보다 두꺼우면 두 개의 메타 표면이 겹쳐진 다중 기능 메타 표면 소자의 형태가 될 수 있다.In the case of double-sided imprinting, when the thickness of the substrate 500 is thinner than 2 μm, it becomes a multi-functional meta-surface device corresponding to one meta-surface having two sides, and when it is thicker than 2 μm, it becomes a multi-functional meta-surface in which two meta-surfaces are superimposed. It can be in the form of a device.

본 발명의 일실시예에 따르면 다중 기능 메타 표면 소자의 기판(500)의 두께는 입사광의 파장과 관련하여 제1 패턴층(520)과 제2 패턴층(521)이 제어 가능한 각도 범위를 결정하고, 기준 거리보다 작을 경우 제1 패턴층(520)과 제2 패턴층(521)은 하나의 메타 표면이 되고, 기준 거리보다 클 경우 제1 패턴층(520)과 제2 패턴층(521)은 두개의 메타 표면이 겹쳐진 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 기준 거리는 2㎛ 내지 3㎛일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness of the substrate 500 of the multi-function meta-surface element determines the angular range in which the first pattern layer 520 and the second pattern layer 521 are controllable in relation to the wavelength of the incident light, and , when the distance is smaller than the reference distance, the first pattern layer 520 and the second pattern layer 521 become one meta surface, and when the distance is greater than the reference distance, the first pattern layer 520 and the second pattern layer 521 are Two meta surfaces can be superimposed. For example, the reference distance may be 2 μm to 3 μm.

따라서, 본 발명은 양면 임프린팅 공정에 따른 단일 공정에 기반하여 양면에 서로 다른 패턴층을 포함하는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention can provide a multi-functional meta surface device including different pattern layers on both sides based on a single process according to the double-sided imprinting process.

또한, 본 발명은 양면 임프린팅 공정을 이용하여 양면에 서로 다른 패턴층을 가지는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공함에 따라 메타 표면 소자를 제조하는 공정을 단순화하고, 이에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.In addition, the present invention provides a multi-functional meta surface element having different pattern layers on both sides using a double-sided imprinting process, thereby simplifying the process of manufacturing the meta surface element and reducing the cost.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법에 따라 양면 임프린팅 공정에 기반하여 기판 없이 양면에 서로 다른 패턴에 해당하는 제1 패턴층 및 제2 패턴층을 가지는 다중 기능 메타 표면 소자를 제조하는 방법을 예시한다.6 is a multi-layer having a first pattern layer and a second pattern layer corresponding to different patterns on both sides without a substrate based on a double-sided imprinting process according to a method of manufacturing a multi-function meta surface device according to an embodiment of the present invention; A method of fabricating a functional metasurface device is illustrated.

도 6을 참고하면, 단계(S601)에서 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법은 양면 임프린팅 공정을 수행하기 위해, 제1 패턴을 가지는 제1 임프린트 스탬프(610)와 제2 패턴을 가지는 제2 임프린트 스탬프(611)를 사이에 임프린팅 레진(600)을 위치시킨다.Referring to FIG. 6 , in the method of manufacturing a multi-function meta surface device in step S601 , a first imprint stamp 610 having a first pattern and a second imprint having a second pattern to perform a double-sided imprinting process The imprinting resin 600 is placed between the stamp 611 .

예를 들어, 임프린팅 레진(600)은 고굴절률 소재를 포함하는데, 고굴절률 소재는 액상의 광경화 폴리머나 열경화 폴리머 및 경화제가 포함된 용매에 Au, GaN, TiO2, ZrO2, Si, c-Si, poly-Si 및 a-Si 중 적어도 하나의 나노 입자가 분산되어 형성될 수 있다.For example, the imprinting resin 600 includes a high refractive index material, and the high refractive index material is Au, GaN, TiO 2 , ZrO 2 , Si, At least one of c-Si, poly-Si, and a-Si nanoparticles may be dispersed and formed.

단계(S602)에서 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법은 임프린팅 레진(600)에 제1 임프린트 스탬프(610)와 제2 임프린트 스탬프(611)를 이용하여 양면 임프린팅 공정을 수행한다.In the method of manufacturing the multi-function meta surface device in step S602 , a double-sided imprinting process is performed using the first imprint stamp 610 and the second imprint stamp 611 on the imprinting resin 600 .

여기서, 임프린팅 레진(600)의 양면 중 어느 하나의 면에는 제1 임프린트 스탬프(610)에 의해 제1 패턴을 가지는 복수의 제1 나노 안테나가 형성되고, 다른 하나의 면에는 제2 임프린트 스탬프(611)에 의해 제2 패턴을 가지는 복수의 제2 나노 안테나가 형성될 수 있다.Here, a plurality of first nanoantennas having a first pattern are formed on one surface of both surfaces of the imprinting resin 600 by a first imprint stamp 610, and a second imprint stamp ( 611), a plurality of second nanoantennas having a second pattern may be formed.

예를 들어, 복수의 제1 나노 안테나는 제1 패턴층을 형성하고, 복수의 제2 나노 안테나는 제2 패턴층을 형성할 수 있다.For example, the plurality of first nanoantennas may form a first pattern layer, and the plurality of second nanoantennas may form a second pattern layer.

단계(S603)에서 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법은 단계(602)에 기반하여 무기판 임프린트 양면 메타 표면으로서 다중 기능 메타 표면 소자(620)를 형성한다.The method of manufacturing the multi-function meta surface element in step S603 forms the multi-function meta surface element 620 as an inorganic plate imprint double-sided meta surface based on the step 602 .

다중 기능 메타 표면 소자(620)는 제1 패턴층과 제2 패턴층 사이에 잔류층(621)이 형성될 수 있는데, 잔류층(621)은 잔류층(621)의 두께가 2㎛ 보다 작을 경우, 두 쌍의 패턴층이 상호작용하여 하나의 메타 표면처럼 작동한다.In the multi-function meta surface element 620 , a residual layer 621 may be formed between the first pattern layer and the second pattern layer. , two pairs of patterned layers interact to act as a single metasurface.

한편, 잔류층(621)의 두께가 2㎛ 보다 클수록 하나의 메타 표면의로써의 효과는 감소하나, 두 쌍의 패턴층은 두개의 패턴층이 겹쳐진 것처럼 작동할 수 있다.On the other hand, as the thickness of the residual layer 621 is greater than 2 μm, the effect as one meta surface decreases, but the two pairs of patterned layers may operate as if two patterned layers were overlapped.

따라서, 가시광 영역의 입사광을 수용하는 다중 기능 메타 표면 소자(620)의 경우 잔류층(621)의 두께는 수 마이크론 이내이어야 한다.Therefore, in the case of the multi-function meta surface element 620 for accommodating incident light in the visible light region, the thickness of the residual layer 621 should be within several microns.

바람직하게, 다중 기능 메타 표면 소자(620)의 잔류층(621)의 두께는 2㎛ 내지 3㎛일 수 있다.Preferably, the thickness of the residual layer 621 of the multi-function meta surface element 620 may be 2 μm to 3 μm.

다만, 두 쌍의 패턴층이 상호작용하여 하나의 메타 표면처럼 동작하거나 두 쌍의 패턴층이 겹쳐진 것처럼 동작하더라도 동일한 기능을 제공할 수 있다.However, the same function can be provided even if two pairs of pattern layers interact to operate as one meta surface or as if two pairs of pattern layers are overlapped.

본 발명의 일실시예에 따르면 다중 기능 메타 표면 소자(620)의 잔류층(621)의 두께는 입사광의 파장과 관련하여 제1 패턴층과 제2 패턴층이 제어 가능한 각도 범위를 결정하고, 기준 거리보다 작을 경우 제1 패턴층과 제2 패턴층은 하나의 메타 표면이 되고, 기준 거리보다 클 경우 제1 패턴층과 제2 패턴층은 두개의 메타 표면이 겹쳐진 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 기준 거리는 2㎛ 내지 3㎛일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness of the residual layer 621 of the multi-function meta surface element 620 determines the controllable angular range of the first patterned layer and the second patterned layer with respect to the wavelength of the incident light, and the reference When the distance is smaller than the distance, the first pattern layer and the second pattern layer become one meta surface, and when the distance is greater than the reference distance, the first pattern layer and the second pattern layer may have two meta surfaces overlapping each other. For example, the reference distance may be 2 μm to 3 μm.

따라서, 본 발명은 양면에 서로 다른 패턴층 사이의 거리가 기준 거리보다 클 경우 두 개의 메타 표면이 겹쳐진 형태로 구현되고, 기준 거리 보다 작을 경우 두 면을 갖는 하나의 메타 표면으로 구현되는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.Therefore, in the present invention, when the distance between different pattern layers on both sides is greater than the reference distance, two meta surfaces are superimposed, and when the distance is smaller than the reference distance, the multi-functional meta surface is implemented as one meta surface having two sides. A surface element may be provided.

또한, 본 발명은 두 개의 메타 표면을 이용한 광학 소자에 대비하여 양면 패턴층에 기반하여 무게 및 부피를 감소시키면서도 추가적인 정렬 공정이 요구되지 않는 다중 기능 메타 표면 소자를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a multi-functional meta surface device that does not require an additional alignment process while reducing weight and volume based on a double-sided pattern layer compared to an optical device using two meta surfaces.

상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.In the above-described specific embodiments, elements included in the invention are expressed in the singular or plural according to the specific embodiments presented.

그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.However, the singular or plural expression is appropriately selected for the situation presented for convenience of description, and the above-described embodiments are not limited to the singular or plural component, and even if the component is expressed in plural, it is composed of a singular or , even a component expressed in the singular may be composed of a plural.

한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.On the other hand, although specific embodiments have been described in the description of the invention, various modifications are possible without departing from the scope of the technical idea contained in the various embodiments.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.

100: 다중 기능 메타 표면 소자
110: 기판 120: 제1 패턴층
121: 제2 패턴층100: multi-function meta surface element
110: substrate 120: first pattern layer
121: second pattern layer

Claims (15)

복수의 제1 나노 안테나를 제1 패턴으로 포함하여 제1 기능을 제공하는 제1 패턴층; 및
상기 복수의 제1 나노 안테나가 향하는 방향과 반대 방향을 향하도록 상기 제1 패턴층이 형성된 측면과 다른 측면에 형성된 복수의 제2 나노 안테나를 제2 패턴으로 포함하여 제2 기능을 제공하는 제2 패턴층을 포함하고,
상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 상기 제1 기능 및 상기 제2 기능에 기반하여 입사광의 위상, 편광 및 세기를 모두 독립적으로 제어 하는 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자.a first pattern layer including a plurality of first nanoantennas in a first pattern to provide a first function; and
A second function providing a second function by including a plurality of second nanoantennas formed on a side surface different from a side surface on which the first pattern layer is formed so as to face a direction opposite to the direction in which the plurality of first nanoantennas are directed in a second pattern comprising a pattern layer,
The first pattern layer and the second pattern layer independently control all of the phase, polarization and intensity of incident light based on the first function and the second function.
Multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제1항에 있어서,
상기 제1 기능은 상기 제2 기능이 입사광의 위상, 세기 및 편광 중 둘을 독립적으로 제어하는 기능을 제공하는 경우, 상기 제2 기능에서 제공하는 기능 이외의 입사광의 위상, 세기 및 편광 중 둘을 독립적으로 제어하는 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자.According to claim 1,
When the second function provides a function of independently controlling two of the phase, intensity, and polarization of the incident light, the first function may select two of the phase, intensity, and polarization of the incident light other than the function provided by the second function. characterized in that it provides the ability to independently control
Multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제1항에 있어서,
상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층의 사이 거리는 입사광의 파장과 관련하여 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층이 제어 가능한 각도 범위를 결정하고, 기준 거리보다 작을 경우 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 하나의 메타 표면이 되고, 상기 기준 거리보다 클 경우 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 두개의 메타 표면이 겹쳐진 형태가 되는 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자.According to claim 1,
The distance between the first pattern layer and the second pattern layer determines a controllable angular range of the first pattern layer and the second pattern layer with respect to the wavelength of incident light, and when it is smaller than a reference distance, the first pattern layer and the second pattern layer becomes one meta surface, and when the distance is greater than the reference distance, the first pattern layer and the second pattern layer have a form in which two meta surfaces are superimposed.
Multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제1항에 있어서,
상기 제1 패턴층 및 상기 제2 패턴층은 상기 제1 기능 및 상기 제2 기능에 기반하여 입사광의 색수차를 보정하는 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자.According to claim 1,
wherein the first pattern layer and the second pattern layer correct chromatic aberration of incident light based on the first function and the second function.
Multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제1항에 있어서,
상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 상기 제1 패턴을 가지는 제1 임프린트 스탬프와 상기 제2 패턴을 가지는 제2 임프린트 스탬프를 이용한 양면 임프린팅 공정을 고굴절률 소재를 포함하는 임프린트 레진에 적용하여 단일 공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자.According to claim 1,
For the first pattern layer and the second pattern layer, a double-sided imprinting process using a first imprint stamp having the first pattern and a second imprint stamp having the second pattern is applied to an imprint resin containing a high refractive index material characterized in that it is formed in a single process
Multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제5항에 있어서,
상기 고굴절률 소재는 액상의 광경화 폴리머나 열경화 폴리머 및 경화제가 포함된 용매에 Au, GaN, TiO2, ZrO2, Si, c-Si, poly-Si 및 a-Si 중 적어도 하나의 나노 입자가 분산되어 형성되는 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자.6. The method of claim 5,
The high refractive index material is at least one of Au, GaN, TiO 2 , ZrO 2 , Si, c-Si, poly-Si and a-Si nanoparticles in a liquid photocurable polymer or thermosetting polymer and a solvent containing a curing agent. characterized in that it is formed by being dispersed
Multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제1항에 있어서,
상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층의 사이 거리는 2㎛ 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자.According to claim 1,
The distance between the first pattern layer and the second pattern layer is characterized in that 2㎛ to 3㎛
Multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제1항에 있어서,
상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층 사이에서 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자.According to claim 1,
Between the first pattern layer and the second pattern layer, characterized in that it further comprises a substrate
Multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제8항에 있어서,
상기 기판은 유리(glass), 석영(quartz) 및 폴리머 필름(polymer film) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자.9. The method of claim 8,
The substrate is characterized in that it comprises at least one of glass (glass), quartz (quartz) and a polymer film (polymer film)
Multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제8항에 있어서,
상기 기판의 두께는 2㎛ 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자.9. The method of claim 8,
The thickness of the substrate is characterized in that 2㎛ to 3㎛
Multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제10항에 있어서,
상기 기판의 두께는 입사광의 파장과 관련하여 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층이 제어 가능한 각도 범위를 결정하고, 기준 거리보다 작을 경우 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 하나의 메타 표면이 되고, 상기 기준 거리보다 클 경우 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 두개의 메타 표면이 겹쳐진 형태가 되는 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자.11. The method of claim 10,
The thickness of the substrate determines a controllable angular range of the first pattern layer and the second pattern layer with respect to the wavelength of incident light, and when it is smaller than a reference distance, the first pattern layer and the second pattern layer form one It becomes a meta surface, and when the distance is greater than the reference distance, the first pattern layer and the second pattern layer have a shape in which two meta surfaces are superimposed.
Multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제1 패턴을 가지는 제1 임프린트 스탬프와 제2 패턴을 가지는 제2 임프린트 스탬프를 이용한 양면 임프린팅 공정을 통해 복수의 제1 나노 안테나를 상기 제1 패턴으로 포함하여 제1 기능을 제공하는 제1 패턴층 및 상기 복수의 제1 나노 안테나가 향하는 방향과 반대 방향을 향하도록 상기 제1 패턴층이 형성된 측면과 다른 측면에 형성된 복수의 제2 나노 안테나를 상기 제2 패턴으로 포함하여 제2 기능을 제공하는 제2 패턴층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 상기 제1 기능 및 상기 제2 기능에 기반하여 입사광의 위상, 편광 및 세기를 독립적으로 제어 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법.A first pattern providing a first function by including a plurality of first nanoantennas as the first pattern through a double-sided imprinting process using a first imprint stamp having a first pattern and a second imprint stamp having a second pattern A second function is provided by including, as the second pattern, a plurality of second nanoantennas formed on a side different from the side on which the first pattern layer is formed so as to face a direction opposite to the direction in which the layer and the plurality of first nanoantennas are directed. and forming a second pattern layer to
The first pattern layer and the second pattern layer independently control the phase, polarization and intensity of incident light based on the first function and the second function.
A method for fabricating a multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제12항에 있어서,
상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 상기 제1 임프린트 스탬프와 상기 제2 임프린트 스탬프를 이용한 양면 임프린팅 공정을 고굴절률 소재를 포함하는 임프린트 레진에 적용하여 단일 공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법.13. The method of claim 12,
The first pattern layer and the second pattern layer are formed in a single process by applying a double-sided imprinting process using the first imprint stamp and the second imprint stamp to an imprint resin containing a high refractive index material.
A method for fabricating a multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제12항에 있어서,
상기 제1 기능은 상기 제2 기능이 입사광의 위상, 세기 및 편광 중 둘을 독립적으로 제어하는 기능을 제공하는 경우, 상기 제2 기능에서 제공하는 기능 이외의 입사광의 위상, 세기 및 편광 중 둘을 독립적으로 제어하는 기능을 제공하고,
상기 제1 패턴층 및 상기 제2 패턴층은 상기 제1 기능 및 상기 제2 기능에 기반하여 입사광의 색수차를 보정하는 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법.13. The method of claim 12,
When the second function provides a function of independently controlling two of the phase, intensity, and polarization of the incident light, the first function may select two of the phase, intensity, and polarization of the incident light other than the function provided by the second function. provides the ability to independently control,
wherein the first pattern layer and the second pattern layer correct chromatic aberration of incident light based on the first function and the second function.
A method for fabricating a multifunctional metasurface device with multiple patterned layers. 제12항에 있어서,
상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층의 사이 거리는 2㎛ 내지 3㎛이고, 입사광의 파장과 관련하여 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층이 제어 가능한 각도 범위를 결정하며, 기준 거리보다 작을 경우 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 하나의 메타 표면이 되고, 상기 기준 거리보다 클 경우 상기 제1 패턴층과 상기 제2 패턴층은 두개의 메타 표면이 겹쳐진 형태가 되는 것을 특징으로 하는
다중 패턴층을 갖는 다중 기능 메타 표면 소자의 제조 방법.13. The method of claim 12,
The distance between the first pattern layer and the second pattern layer is 2 μm to 3 μm, and determines the controllable angle range of the first pattern layer and the second pattern layer with respect to the wavelength of the incident light, and is greater than the reference distance. When it is small, the first pattern layer and the second pattern layer become one meta surface, and when it is larger than the reference distance, the first pattern layer and the second pattern layer have a form in which two meta surfaces are overlapped. to do
A method for fabricating a multifunctional metasurface device with multiple patterned layers.
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