WO2018186554A1 - 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합에 의한 투과 스펙트럼 변조를 이용하는 각감응성 가변 광학 필터 및 그 제조 방법 - Google Patents

나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합에 의한 투과 스펙트럼 변조를 이용하는 각감응성 가변 광학 필터 및 그 제조 방법 Download PDF

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    • G01J2001/242—Filter wheel, i.e. absorption filter series graduated

Definitions

  • the present invention relates to an angle sensitive variable optical filter using a transmission spectral modulation by complementary coupling of a nanohole array and a nanodisk array, and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention is made to transmit light of a specific wavelength so that it can be used for multi spectral imaging, but the optical filter and its manufacture to easily and accurately control the wavelength to be transmitted It is about a method.
  • Multi spectral imaging refers to recording images obtained by dividing electromagnetic energy reflected or radiated from an object into several narrow wavelength bands, and are generally divided into four channels of blue, green, red, and near infrared.
  • the photographic method by the camera, the mechanical electro-mechanical method by the scanning which divides and measures by the wavelength band of several tens or hundreds normally, etc. are mentioned.
  • This multispectral imaging can be used in a wide variety of ways, for example, for vascular detection in the medical field, or for inspecting defective products by identifying broken or bruised fruit by color in the field of product inspection. It can be usefully used in the field.
  • one pixel is divided into quadrants, so only the red light is detected in the R area consisting of one quadrant, and only the green light is transmitted in the G area consisting of the two quadrants.
  • area B consisting of three quadrants, only blue light is detected.
  • a full color image may be generated, or an image made of only red light may be generated.
  • the area that actually detects red light is only one quarter of one pixel, and the other three quarters have nothing to do with red imaging.
  • a spectral camera in which a filter that transmits only light of a specific wavelength band is placed in front of the camera and photographed while physically replacing the filter.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-089599 (“Multispectral Imaging Apparatus, Multispectral Illumination Device", hereinafter referred to as Prior Art 1) discloses a multispectral illumination device for irradiating light of a specific wavelength to an object and the reflected light.
  • An apparatus comprising an imaging optical system to form an image is disclosed.
  • spectral cameras are not limited to the light irradiated to the object, but to filter the light coming into the optical system (that is, the camera) in which the actual image is taken, whereas in the case of Prior Art 1, the wavelength band of the light irradiated to the object itself is limited. To be done.
  • spectral cameras are inevitably bulky due to filters, lighting devices, etc., and thus, miniaturization is difficult, and as a result, there is a limitation in utilization.
  • Patent Document 2 (“Nanohole Array Substrate for Specific Light Transmission Phenomena and Ultra-High Resolution Image System Using the Same”, hereinafter, referred to as Patent Document 2) discloses a nanohole array substrate for generating such a specific light transmission phenomenon and a superstructure using the same. High resolution image system technology is disclosed.
  • FIG. 1 is a graph illustrating wavelength-transmittance graphs depending on a nanohole array arrangement shape and a nanohole array placement angle with respect to an incident light direction.
  • the nanohole array is disposed on the path of the incident light, and an angle between the advancing direction of the incident light and the arrangement direction of the nanohole array is referred to as a placement angle ⁇ .
  • a placement angle ⁇ is 0 ((solid line graph in Fig.
  • the nanohole array which is one of the existing plasmonic structures, has a property of passing light of a specific wavelength, but has a fatal problem that several specific wavelengths appear.
  • an optical filter for multi-spectral imaging Difficult to use
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide an angle-sensitive variable optical filter using transmission spectrum modulation by complementary coupling of nanohole array and nanodisk array; It is to provide a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention is made to transmit light of a specific wavelength so that it can be used for multi spectral imaging, but the optical filter and its manufacture to easily and accurately control the wavelength to be transmitted In providing a method.
  • the plurality of nano holes (111a) on the plate A nano-hole array 111 formed of the dispersed form;
  • the plurality of nanodisks 112a are distributed in positions corresponding to the plurality of nanoholes 111a, respectively, to form planes spaced apart in parallel with the planes formed by the nanohole arrays 111.
  • the optical filter 100 is disposed on a propagation path of incident light to transmit light having a wavelength band selectively by an extraordinary optical transmission (EOT) phenomenon, but the nanohole array 111 and the By the plasmonic structure in which the nanodisk array 112 is complementarily coupled, the higher order peak among the first peak and the higher order peak shown in the transmittance graph according to the wavelength of the nanohole array 111 is suppressed and corresponds to the first peak. It may be made to transmit light of a single wavelength band.
  • EOT extraordinary optical transmission
  • the optical filter 100 is adjusted as the placement angle ⁇ is adjusted.
  • the wavelength band of the light transmitted by the light may be adjusted.
  • the optical filter 100 is disposed in the lower portion of the nano-hole array 111 and formed in the form of a plate supporting the nano-hole array 111 and the nano-hole from the base 121 A substrate 120 protruding through the 111a and including a plurality of pillars 122 supporting the nanodisc 112a; It may be made to include more.
  • the substrate 120 may be made of a transparent material.
  • the substrate 120 may be made of a dielectric material.
  • the substrate 120 may be made of a flexible material.
  • the nanohole array 111 and the nanodisk array 112 may be made of a metal material. In addition, the nanohole array 111 and the nanodisk array 112 may be made of the same material.
  • the optical filter 100 may be formed such that the diameters D of the nanoholes 111a and the nanodisks 112a disposed at positions corresponding to each other are the same.
  • the optical filter 100 may be formed such that the thicknesses Th of the nanoholes 111a and the nanodisks 112a disposed at positions corresponding to each other are the same.
  • each of the nanohole array 111 and the nanodisk array 112, the nanohole 111a or the nanodisk 112a is in the form of a square lattice, triangular lattice, hexagon It may be formed in a dispersed arrangement in at least one form selected from a hexagonal lattice, spiral (spiral), radial (radial) form.
  • the optical filter 100 may be formed such that the arrangement of the nano holes 111 a on the nano holes array 111 and the arrangement of the nano discs 112 a on the nano disc array 112 are the same. Can be done.
  • the optical filter 100 is referred to as the NH condition when only the nanohole array 111 is disposed on the traveling path of the incident light, and when the optical filter 100 is disposed on the traveling path of the incident light.
  • the CPS condition the magnitude of the higher order peak in NH condition is called t
  • the difference between the higher order peak in NH condition and higher order peak in CPS condition is ⁇ t
  • ⁇ t / t is the degree of attenuation.
  • diameter (D) and thickness (Th) of the nanoholes 111a or the nanodisks 112a may be determined such that the degree of attenuation falls within a predetermined reference to 1 range.
  • the method of manufacturing an angular sensitive variable optical filter using transmission spectral modulation by complementary coupling of a nanohole array and a nanodisk array of the present invention includes a nanohole having a form in which a plurality of nanoholes 111a are dispersed and formed on a plate.
  • the plurality of nanodisks 112a are distributed in positions corresponding to the plurality of nanoholes 111a, respectively, to form planes spaced apart in parallel with the planes formed by the nanohole arrays 111.
  • the nano-hole array 111 is formed on the top surface of the base portion 121 and the base portion 121 is formed in the form of a plate supporting the nano-hole array 111
  • the metal thin film layer is formed on the top surface of the base portion 121 and the pillar portion 122 by metal deposition, the nanohole array 111 is formed on the top surface of
  • HSQ hydrogen silsesquioxane
  • the method of manufacturing an angular sensitive variable optical filter using transmission spectrum modulation by complementary coupling of a nanohole array and a nanodisk array of the present invention includes a nanohole having a form in which a plurality of nanoholes 111a are dispersed and formed on a plate.
  • the plurality of nanodisks 112a are distributed in positions corresponding to the plurality of nanoholes 111a, respectively, to form planes spaced apart in parallel with the planes formed by the nanohole arrays 111.
  • a manufacturing method comprising: forming the substrate 120 by a nanoimprinting process in a predetermined pattern form; As the metal thin film layer is formed on the top surface of the base portion 121 and the pillar portion 122 by metal deposition, the nanohole array 111 is formed on the top surface of the base portion 121, and the top surface of the pillar portion 122 is formed. Forming the nanodisk array (112) on the substrate; It may be made, including.
  • the angle sensitive variable optical filter imaging apparatus 500 using the transmission spectrum modulation by the complementary combination of the nanohole array and the nanodisk array of the present invention, the optical filter 100 as described above;
  • the optical filter 100 As described above;
  • the angle between the advancing direction of the incident light and the arrangement direction of the optical filter 100 is called a placement angle ⁇ , it is connected to the optical filter 100 to adjust the placement angle ⁇ of the optical filter 100.
  • Actuator 200 It may be made, including.
  • the actuator 200 the frame 210 to form a fixed support;
  • a bimorph 220 having one end connected to the frame 210 and the other end connected to the optical filter 100 to adjust a degree of bending in accordance with an applied electric signal; It may be made, including.
  • the optical filter imaging apparatus 500 may include a single unit including the optical filter 100 and the actuator 200 or a plurality of the units may form an array. In this case, when the plurality of units are formed in an array, the optical filter imaging apparatus 500 may adjust the arrangement angle ⁇ in each of the units in conjunction with each other or may be independent of each other. .
  • optical filter imaging apparatus 500 may be used as an image sensor or a display device.
  • the new plasmonic structure composed of the complementary combination of the nano-hole array and the nano-disc array, it is possible to selectively transmit only a single wavelength band of light very well.
  • a specific light transmission phenomenon using a nanohole array has been known in the past, it is well known that a specific wavelength band for transmitting nanohole arrays appears instead of a single one, and accordingly, a conventional plasmonic made of only a simple nanohole array is known.
  • the structure alone has a limitation in that it is difficult to use as an optical filter for selectively transmitting only light of a specific wavelength band.
  • the plasmonic structure of the nanohole array and the nanodisc array of the present invention has an excellent characteristic of accurately transmitting only a single wavelength band of light, and thus, the practical use as an optical filter is significantly lower than that of the conventional plasmonic structure. This has a big effect.
  • the wavelength band to be transmitted is changed as the filter angle is changed, so that the wavelength band to be transmitted can be easily adjusted as desired by the user.
  • the optical filter of the present invention since the optical filter of the present invention has excellent angular sensitivity in structure, it has an advantage that the filter angle size to be adjusted when changing the wavelength band to be transmitted is small. That is, since the movement of the filter may be small, the mechanism for changing the filter angle may be miniaturized, and ultimately, an effect of greatly saving energy for adjusting the filter angle may be obtained.
  • the optical filter of the present invention has a great effect that the mechanism itself for selectively transmitting wavelengths can be dramatically miniaturized in comparison with the prior art by various advantages as described above. That is, according to the present invention, an ultra-thin spectral filter can be realized. Accordingly, when the optical filter of the present invention is applied to a multi-spectral imaging device, the effect of greatly reducing the device volume and weight, and improving portability and convenience can be obtained.
  • 1 is a graph of wavelength-transmittance depending on nanohole array placement type and nanohole array placement angle with respect to incident light direction.
  • Figure 2 is an optical filter having a complementary coupling structure of the nanohole array and nanodisk array of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph of wavelength-transmittance of the optical filter arrangement of the present invention and the nanohole array / nanodisk array / optical filter of the present invention versus incident light direction.
  • FIG. 4 is a schematic view of each step of the manufacturing method of the optical filter of the present invention.
  • 6 is a wavelength-transmission graph comparison of nanohole arrays and optical filters of the present invention.
  • 10 is a wavelength-transmittance graph according to an arrangement angle in the case of a rectangular lattice arrangement.
  • 11 is a wavelength-transmittance graph according to the placement angle in the case of the hexagonal grid arrangement.
  • FIG 13 is an embodiment of an optical filter imaging apparatus of the present invention.
  • nanohole array 112 nanodisk array
  • Figure 2 shows an optical filter having a complementary coupling structure of the nanohole array and nanodisk array of the present invention.
  • the optical filter 100 of the present invention basically has a shape in which nanohole arrays 111 and nanodisk arrays 112 each having a planar shape are arranged in parallel with each other. Is done.
  • the optical filter 100 of the present invention may further comprise a substrate 120, as shown in FIG. The detailed description of each part is as follows.
  • the nano hole array 111 is formed in a form in which a plurality of nano holes 111 a are dispersed on a plate.
  • the nanoholes 111a have a size of several tens to hundreds of nm in diameter.
  • EOT specific light transmission
  • the fundamental principle of generating such a specific light transmission phenomenon is a local surface plasmon resonance phenomenon, a structure that causes a local surface plasmon resonance phenomenon is called a plasmonic structure. That is, the nano-hole array 111 may also be referred to as a kind of plasmonic structure.
  • the nanodisk array 112 has a plurality of nanodisks 112a distributed in positions corresponding to the plurality of nanoholes 111a, respectively, and spaced apart in parallel with a plane formed by the nanohole array 111. In the form of a flat plane.
  • the nanohole array 111 is a type of plasmonic structure that generates surface plasmon resonance
  • the nanodisk array 112 is another type of plasmonic structure.
  • the nanohole array 111 and the nanodisk array 112 both have plasmonic structures but produce different results, and combinations of the light of the selective wavelength band required by the present invention. Makes the permeation properties more excellent. That is, the optical filter 100 of the present invention is configured to form a complementary plasma structure in which the nanohole array 111 and the nanodisk array 112 are complementarily combined.
  • the surface plasmon is formed by the high-density charge distribution between the photons and the metal surface due to the light waves incident on TM polarized light, and thus the near field formed on the metal surface.
  • the surface plasmon phenomenon occurring around the metal nanostructure is called a local surface plasmon phenomenon.
  • the nano-hole array 111 and the nano-disk array 112 is preferably made of a metal material in order to smoothly induce such local surface plasmon phenomenon, specifically, silver, gold and the like can be used.
  • the nano-hole array 111 and the nano-disk array 112 may be made of different materials, but made of the same material to improve the ease of manufacturing or analysis of results, the ease of adjustment of characteristics, etc. It is preferable.
  • 3 is a wavelength-transmittance graph of each of the optical filter arrangement of the present invention and the nanohole array / nanodisk array / optical filter of the present invention with respect to the incident light direction.
  • incident light travels in a downward to upward direction, and thus incident light passes first through the nanohole array 111 and then through the nanodisk array 112.
  • the lowest graph among the wavelength-transmittance graphs shown on the right side of FIG. 3 is an input light graph, and light of all wavelength bands is evenly mixed since no structure has passed through.
  • the graph indicated by NH is a wavelength-transmittance graph of the nanohole array 111.
  • the graph indicated by ND is a wavelength-transmittance graph of the nanodisk array 112, which shows that the characteristic of blocking light of a selective wavelength band appears.
  • the shape of the wavelength-transmittance graph (ie, peak, valley position, size, etc.) varies according to the diameter, thickness, and arrangement of the nanoholes 111a and the nanodisks 112a.
  • the valleys appearing in can overlap some of the peaks in the NH graph.
  • the left peak of the two peaks shown in the NH graph and the valleys shown in the ND graph overlap. Accordingly, when the NH graph and the ND graph in FIG. 3 are combined, the left peak is combined with the valley and attenuated, and the right peak remains.
  • the top graph of the wavelength-transmittance graphs shown on the right side of FIG. Structure It will appear in the form of a graph.
  • the optical filter 100 of the present invention has a plasmonic structure in which the nanohole array 111 and the nanodisk array 112 are complementaryly coupled to each other, and thus, to the wavelength of the nanohole array 111. It is made to transmit the light of a single wavelength band corresponding to the first peak by ultimately suppressing the higher peak among the first peak and the higher peak appearing in the transmittance graph.
  • the optical filter 100 of the present invention transmits only light of a single wavelength band. In order to selectively transmit only a desired wavelength, the best effect can be obtained.
  • the shape of the wavelength-transmittance graph varies depending on the diameter, thickness, and arrangement of the nanoholes 111a and the nanodisks 112a as described above.
  • the diameter, thickness, arrangement, etc. of the nanoholes 111a and the nanodisks 112a may be completely different from each other, of course.
  • the diameter (D) or the thickness (Th) of the nanoholes 111a and the nanodisks 112a disposed at the positions corresponding to each other are the same in order to improve the ease of manufacture or analysis of results and the convenience of adjusting characteristics. It is preferable to form.
  • the arrangement shape of the nanoholes 111a on the nanohole array 111 and the arrangement shape of the nanodisks 112a on the nanodisk array 112 be the same.
  • the optical filter 100 of the present invention not only selectively transmits light of a single wavelength band, but also in the case of using a nanohole array alone, the advancing direction of incident light and the optical filter 100
  • the placement angle ⁇ the angle between the placement directions
  • the wavelength band of the light transmitted by the optical filter 100 is adjusted as the placement angle ⁇ is adjusted.
  • the peaks are scattered according to the change in the arrangement angle ⁇ , and thus the number of higher order peaks increases, thereby further degrading the performance as a filter. there was.
  • the optical filter 100 of the present invention only the nano-hole array has excellent characteristics in that only a single peak is formed (that is, only a single wavelength band of light is transmitted) by the complementary structure of the nano-hole array and the nano-disk array. The problem of using it is eliminated at the source. In addition, since the wavelength band of the light to be transmitted can be arbitrarily adjusted by adjusting the placement angle ⁇ , the utility as an optical filter is dramatically improved.
  • the structure of the optical filter 100 of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in more detail as follows.
  • the nanohole array 111 and the nanodisk array 112 may be basically formed in a state in which they are spaced apart in parallel.
  • the substrate 120 for supporting the nano-hole array 111 and the nanodisk array 112 is further provided.
  • the substrate 120 is disposed under the nanohole array 111 and has a base portion 121 formed in a plate shape to support the nanohole array 111. And a plurality of pillars 122 protruding from the base 121 through the nano holes 111 a to support the nano disc 112 a.
  • the substrate 120 should be made of a transparent material so as not to have an unnecessary effect on transmitting light, and also local plasmon in association with the nanohole array 111 and the nanodisk array 112 made of a metal material. It is preferable to be made of a dielectric material so as to smoothly generate a resonance phenomenon.
  • the glass is generally a material widely used as a substrate of various integrated circuits such as semiconductors, and is also suitable for use as the substrate 120 of the present invention.
  • the substrate 120 may be made of a flexible material to further have flexibility.
  • Glass is a rigid material and has no flexibility.
  • PDMS Polydimethylsiloxane
  • the optical filter 100 may have flexibility.
  • the reference to glass and PDMS is merely an example, and thus the present invention is not limited thereto. Any material may be used as long as the material of the substrate 120 is high in transparency and dielectric.
  • FIG. 4 is a schematic view of each step of the method for manufacturing the optical filter of the present invention, and each step will be described in more detail as FIGS. 4A to 4D as follows.
  • a hydrogen silsesquioxane (HSQ) resist is applied onto the base 121 of glass material. Since glass is a stable material, it is generally widely used as a material of a substrate of various devices, and since the transparency is very high and a dielectric, glass is very suitable for use as the substrate 120 of the present invention.
  • HSQ is a material having the same molecular formula (SiO 2 ) as silica glass but having a different molecular structure, and it is well known that HSQ exists in a liquid state in an environment in which glass exists in a solid state.
  • the HSQ resist in the region other than the predetermined pattern is removed by E-beam patterning.
  • the HSQ resist remaining on the base 121 after a part is removed forms a fine pillar, as shown in FIG. 4B.
  • the HSQ resist is cured by hard baking to form the pillar part 122.
  • the HSQ resist is a material having the same molecular formula as glass but having a different molecular structure, and it is also well known that heating the HSQ resist changes the molecular structure to become glass. That is, when the heating is performed in a state where fine pillars made of HSQ resist are formed as shown in FIG. 4B, they eventually become a pillar portion 122 made of glass material in a solid state. As a result, through the steps of FIGS. 4A to 4C, the base 120 and the pillar part 122 are manufactured of the substrate 120 having the glass material integrated therein.
  • the metal thin film layer is formed on the top surface of the base 121 and the pillar 122 by metal deposition.
  • Deposition processes such as physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD) processes are generally used to form a thin film layer on the surface of an object.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD Atomic Layor Deposition
  • PVD and CVD Since the raw material particles proceed in a relatively constant direction, it is well known that a thin film layer is formed on the side of the object surface facing the direction from which the raw material particles are supplied.
  • a metal thin film layer is formed on the top surface of the base 121 and the pillar 122.
  • the metal thin film layer is not formed on the side surface of the pillar part 122.
  • the metal thin film layer formed on the upper surface of the base portion 121 forms a plate shape according to the shape of the base portion 121, but since the metal thin film layer is not formed in the portion penetrated by the pillar portion 122, this portion is formed.
  • the nano holes 111a are formed. That is, the metal thin film layer formed on the upper surface of the base portion 121 naturally becomes the nanohole array 111.
  • the metal thin film layer formed on the upper surface of the pillar portion 122 has the same shape as that of the upper surface of the pillar portion 122, but only a thin thickness is formed, that is, the nano-disk (112a), and also the pillar portion 122 ) All have the same height, so naturally they are formed on the same plane.
  • the metal thin film layer formed on the upper surface of the pillar portion 122 naturally becomes the nanodisk array 112.
  • the nanohole array 111 and the nanodisk array 112 are self-aligned at one time by one metal deposition.
  • FIG. 5 shows an actual photographic example of such a manufacturing step of the optical filter of the present invention.
  • the optical filter 100 of the present invention having a diameter D of 150 nm, 170 nm, 190 nm, and 210 nm is very accurate and precise through the above-described method. It can be confirmed that it can be manufactured.
  • the lower side of FIG. 5 is labeled ⁇ Tilted view (52 ')> seen in an oblique direction. 5 is a state before the metal deposition is performed, that is, the state corresponding to Fig. 4 (C), as shown, the base 121 and the pillar 122 are very accurate and precisely well You can see that it can be made.
  • FIG. 5 is a state after the metal deposition is performed, that is, a state corresponding to FIG. 4 (D).
  • the metal thin film layer is very evenly disposed only on the top surface of the base 121 and the pillar 122. Well formed, it can be seen that the nanohole array 111 and the nanodisk array 112 can be made very well as desired.
  • the optical filter 100 When manufacturing the optical filter 100 of the present invention through a manufacturing method consisting of the step shown in Figure 4, the optical filter 100, the substrate 120 is made of a glass material, the nano-hole array ( 111 and the nanodisk array 112 are made of the same metal material, and the diameter (D) and the thickness (Th) of the nanoholes 111a and the nanodisks 112a disposed at corresponding positions are It is made in the form of forming the same with each other.
  • the shape of the wavelength-transmittance graph according to the diameter, thickness, and arrangement of the nanoholes 111a and the nanodisks 112a, materials of the nanohole arrays 111 and the nanodisk arrays 112, etc. (I.e., peaks, valley positions, sizes, etc.) vary, all of them may be made independently of each other, and thus the manufacturing method of the optical filter 100 of the present invention is not limited to the above-described method.
  • the substrate 120 will be made of glass, but of course, the present invention is not limited thereto.
  • glass is well suited for use as the substrate 120 as a transparent dielectric material, but if the optical filter 100 wants to have flexibility, the glass may be made of the material of the substrate 120.
  • a material such as PDMS, which is a transparent dielectric and a material having flexibility, may be used as the substrate 120.
  • the above-described manufacturing method (manufacturing method using an HSQ resist) cannot be used.
  • the substrate 120 instead of allowing the substrate 120 to be formed through the steps of preparing the glass base-applying and patterning the HSQ resist-curing the HSQ resist, etc., the substrate (by a nanoimprinting process as a predetermined pattern form) is formed. 120 may be formed.
  • Nanoimprinting refers to a method of making a nanoscale structure by manufacturing a stamp having a nanoscale structure and then stamping the stamp on a polymer thin film. Even in the nanoimprinting process, E-beam lithography is used in the stamp making stage, but once the stamp is made, the production is carried out using the stamp, so mass production in a relatively short time compared to E-beam lithography This has the advantage of being possible.
  • the method of stamping the stamp on the polymer thin film as described above it is also suitable for the case of using a material such as the aforementioned PDMS.
  • the nanoimprinting process is advantageous to manufacture a large-area substrate at a lower cost, and is also very suitable for application in actual production processes.
  • the top surface of the base 121 and the pillar 122 is formed by metal deposition.
  • the metal thin film layer is formed on the upper surface of the base 121, the nanohole array 111 is formed, and the nanodisk array 112 is formed on the upper surface of the pillar part 122, thereby forming the nanohole array 111.
  • the nanodisk array 112 are self-aligned to complete the fabrication of the optical filter 100.
  • Figure 6 compares the wavelength-transmittance graph of the nanohole array and the optical filter of the present invention.
  • the optical filter of the present invention when only the nanohole array is used, there are several peaks in the wavelength-transmittance graph, and when the optical filter of the present invention is used, higher order peaks among the peaks appearing in the nanohole array are suppressed, resulting in a single peak. Will only appear.
  • the NH condition when only the nano-hole array 111 is disposed on the path of incident light, the NH condition is referred to, and when the optical filter 100 is disposed on the path of incident light, the CPS condition.
  • the magnitude of the higher-order peak in NH condition is referred to as t
  • the magnitude difference between the higher-order peak in NH condition and higher-order peak in CPS condition is ⁇ t.
  • Attenuation of zero means that no higher order peaks have been removed at all. Attenuation of one means that the higher order peaks have been completely removed. In other words, the higher the attenuation, the better the removal of the higher order peaks and ultimately better to leave only a single peak.
  • FIG. 7 shows the DOA distribution along nanohole and nanodisk diameter-thickness.
  • shape of the wavelength-transmittance graph according to the diameter, thickness, and arrangement of the nanoholes 111a and the nanodisks 112a, materials of the nanohole arrays 111 and the nanodisk arrays 112, etc. I.e. peak, valley location or size.
  • design variables that may emerge from the nanoholes 111a and the nanodisks 112a may include a diameter, a thickness, a separation distance (that is, the height of the pillar 122), an arrangement interval, and the like. have.
  • the diameter D and the thickness Th of the nanoholes 111a or the nanodisks 112a may be determined such that the degree of attenuation falls within a predetermined reference to 1 range.
  • the 'predetermined criterion' may set the criterion as high as 0.7 when the highest aim is to increase the degree of attenuation, and may appropriately set the criterion as about 0.5 when securing the degree of freedom of manufacture even if the degree of attenuation is not high. It may be appropriately determined according to the purpose or performance desired by the user.
  • FIG. 8 shows wavelength-transmittance graphs according to nanoholes and nanodisk diameters
  • FIG. 9 shows wavelength-transmittance graphs according to nanoholes and nanodisk thicknesses. More specifically, the wavelength-transmittance graphs of FIGS. 8 and 9 show graphs of wavelength-transmittance in the wavelength band to be attenuated (ie, the wavelength band corresponding to the left peak in FIG. 6). That is, the smaller the peak value in FIGS. 8 and 9 has the technical meaning that the attenuation degree is larger.
  • FIG. 8 is a measurement of wavelength-transmittance while varying the diameter D while the thickness Th is fixed in the attenuation distribution diagram of FIG. 7.
  • the peak is high (that is, the attenuation does not occur very much and the attenuation degree is small).
  • the diameter corresponding to the bright portion of the attenuation distribution map that is, the diameter is 190nm, 210nm
  • the peak appears low, that is, it can be confirmed that the attenuation occurs very well.
  • the wavelength-transmittance was measured while varying the thickness Th while the diameter D was fixed in the damping degree distribution diagram of FIG. 7, and the thickness corresponding to the dark part of the damping degree distribution diagram.
  • the peak is high (attenuation degree is small), and at 50 nm and 60 nm thickness corresponding to the bright part, the peak is low (attenuation degree is large).
  • FIG. 10 illustrates a wavelength-transmittance graph according to an arrangement angle in the case of a rectangular lattice arrangement.
  • the optical filter 100 of the present invention has a characteristic that the wavelength band of the light transmitted by the optical filter 100 is adjusted as the placement angle ⁇ is adjusted.
  • the wavelength band of the transmitted light varies from about 700 nm to about 850 nm as the placement angle ⁇ varies from 0 ⁇ s to 30 ⁇ s.
  • the wavelength band of the light to be transmitted can be controlled by the diameter, thickness, material, etc. of the nanoholes / nanodisks, and another important shape design parameter may be a layout form of the nanoholes / nanodisks. 2 to 5, the nano holes 111 a or the nano discs 112 a are formed in a form in which the lattice is arranged in a square lattice form. As described above, when the arrangement of the nano holes / nano discs is in the form of a square lattice, the range of the change in the transmission wavelength according to the change in the placement angle is relatively wide. In other words, it is possible to change the transmission wavelength by changing the placement angle only a little.
  • the angular sensitivity is high. If the angular sensitivity is high, since the filter angle size to be adjusted is small when the wavelength band to be transmitted is changed, various advantages such as miniaturization of the filter angle adjustment mechanism and power saving for the filter angle adjustment can be obtained. have.
  • the arrangement of the nano holes / nano discs is not limited to the rectangular lattice, but may be arranged to be alternately arranged, that is, triangular lattice or hexagonal lattice.
  • 11 is a wavelength-transmittance graph according to an arrangement angle in the case of a hexagonal grid arrangement.
  • the angular sensitivity is deteriorated, advantages such as miniaturization and power saving are relatively difficult to obtain, as described above.
  • advantages because of the relatively small change in the transmission wavelength may be advantageous in terms of stability.
  • the peak value increases as the placement angle increases, and there is room for new application.
  • FIG. 12 shows a wavelength-polarization graph in the case of a hexagonal lattice arrangement.
  • the arrangement of the nano holes / nano discs is indicated by an arrow, the direction of the arrow becomes polarization.
  • FIG. 12 shows the lower diagram of FIG. 12 that shows the range in which the peak values are tuned. Specifically, in the lower view of FIG.
  • the x-axis represents the wavelength / y-axis polarization angle, the angle between the incident light and the optical filter, that is, when the placement angle is 0 ⁇ , and when the placement angle is 30 ⁇ Indicated.
  • the range where the peak value is tuned is about 750 to 790 nm when the polarization is 0 Hz or 60 Hz (the same arrangement as the upper diagram in FIG. 12).
  • the range in which the peak value is tuned is in the range of about 750 to 830 nm. That is, even in the form of a hexagonal lattice, the range in which the peak value is tuned (ie, the transmission wavelength change range according to the angle change) can be adjusted by changing the polarization.
  • the arrangement of the nano holes / nano discs may be in various forms such as a spiral shape, a radial shape, as well as a square lattice shape, a triangular lattice shape, and a hexagonal lattice shape.
  • various modifications may be made, such as arrangements may be made in a mixed form.
  • the range of change of the wavelength band transmitted by the optical filter of the present invention appears in the range of about 750-800 nm, that is, generally in the range of red visible light in the near infrared, of course, the present invention is limited. It is not at all.
  • the wavelength band transmitted varies depending on the material of the metal forming the nanohole array / nanodisk array, the nanohole / nanodisk diameter, the thickness, the arrangement form, and the like.
  • the range of change of the transmitted wavelength band can be differently designed as desired, such as visible light band, specific band among visible light, infrared band, ultraviolet band, and all other electromagnetic bands.
  • visible light band such as visible light band, specific band among visible light, infrared band, ultraviolet band, and all other electromagnetic bands.
  • the optical filter of the present invention has excellent characteristics of selectively transmitting only a single wavelength band, and can adjust the wavelength band to be transmitted by adjusting the placement angle, and thus can be utilized in various imaging apparatuses.
  • Fig. 13 shows an embodiment of such an optical filter imaging apparatus of the present invention.
  • the optical filter imaging apparatus 500 including the optical filter 100 of the present invention includes the optical filter 100 and the optical filter 100 of the present invention as described above. It may be connected to include an actuator 200 to adjust the placement angle ( ⁇ ) of the optical filter 100.
  • the actuator 200 as shown in Figure 13 (A) as an example, a frame 210 forming a fixed support, one end is connected to the frame 210 and the other end is the optical filter It is connected to the 100, it may be made to include a bimorph 220 to be adjusted to the degree of bending in accordance with the applied electrical signal.
  • a bimorph 220 to be adjusted to the degree of bending in accordance with the applied electrical signal.
  • any other type of actuator may be employed as long as the actuator is capable of fine angle adjustment.
  • the optical filter imaging apparatus 500 may include a single unit consisting of the optical filter 100 and the actuator 200, as shown in FIG. 13 (A).
  • a plurality of the units may be formed in an array.
  • adjustment of the arrangement angle ⁇ in each of the units may be performed in conjunction with each other or may be independent of each other. That is, the arrangement angles ⁇ in each of the units may be the same, may be different for each region, may be adjusted sequentially or in accordance with any relation according to the order of the rows or columns, as desired by the user. It can be done differently.
  • the optical filter imaging apparatus 500 selectively transmits only light having a desired wavelength band from incident light emitted from the outside by using the excellent angular sensitivity variable characteristics of the optical filter 100 of the present invention as described above. Naturally, it can be used as an image sensor.
  • the optical filter imaging apparatus 500 may be used as a display device.
  • FIG. 14 illustrates an example in which the optical filter imaging apparatus 500 is used as a display apparatus.
  • the optical filter imaging apparatus 500 may include a plurality of the units, and each of the units may be adjusted independently of each other as shown in FIG. 14.
  • the optical filter of the present invention has a great effect that the mechanism itself for selectively transmitting wavelengths can be dramatically miniaturized compared to the prior art by various advantages as described above. That is, according to the present invention, an ultra-thin spectral filter can be realized. Accordingly, when the optical filter of the present invention is applied to a multi-spectral imaging device, the effect of greatly reducing the device volume and weight, and improving portability and convenience can be obtained.

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Abstract

본 발명은 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합에 의한 투과 스펙트럼 변조를 이용하는 각감응성 가변 광학 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 멀티 스펙트럴 이미징(multi spectral imaging)에 사용될 수 있도록 특정 파장의 빛을 투과시키도록 이루어지되, 투과시키고자 하는 파장을 용이하고 정확하게 조절할 수 있도록 하는 광학 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합에 의한 투과 스펙트럼 변조를 이용하는 각감응성 가변 광학 필터 및 그 제조 방법
본 발명은 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합에 의한 투과 스펙트럼 변조를 이용하는 각감응성 가변 광학 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 멀티 스펙트럴 이미징(multi spectral imaging)에 사용될 수 있도록 특정 파장의 빛을 투과시키도록 이루어지되, 투과시키고자 하는 파장을 용이하고 정확하게 조절할 수 있도록 하는 광학 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
멀티 스펙트럴 이미징(multi spectral imaging)이란 대상체로부터 반사 혹은 방사되는 전자기파 에너지를 여러 개의 좁은 파장대역별로 분할하여 기록 영상화한 것을 말하는 것으로, 일반적으로 청색, 녹색, 적색, 근적외선의 4채널로 분할하여 측정하는 카메라에 의한 사진 방법, 통상 수십 내지 수백 개의 파장 대역으로 분할하여 측정하는 주사에 의한 기계 전자공학적 방법 등이 있다. 이러한 멀티 스펙트럴 이미징은, 예를 들어 의료 분야에서 혈관 디텍팅을 하는 경우라든가, 제품 검수 분야에서 상하거나 멍이 든 과일을 색깔로 분별하여 불량품을 검수해 내는 경우 등과 같이, 수없이 다양하고 넓은 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
일반적인 CMOS 이미지 센서의 경우, 하나의 픽셀이 사분면으로 영역이 나뉘어 있어서, 1사분면으로 이루어지는 R 영역에서는 빨간색 빛만을 투과시켜 감지하고, 2, 4사분면으로 이루어지는 G 영역에서는 초록색 빛만을 투과시켜 감지하고, 3사분면으로 이루어지는 B 영역에서는 파란색 빛만을 투과시켜 감지한다. 이와 같이 한 픽셀 안에서 R/G/B 영역으로 나뉘어 감지된 빛의 세기 데이터를 취합함으로써, 풀컬러 이미지를 생성할 수도 있고, 또는 예를 들어 빨간색 빛만으로 만들어진 이미지를 생성할 수도 있다. 그런데 이 때, 예를 들어 빨간색 빛만으로 만들어진 이미지를 생성하고자 하는 경우, 실제로 빨간색 빛을 감지하는 영역은 한 픽셀의 1/4 영역밖에 되지 않으며 나머지 3/4 영역은 빨간색 이미징에는 아무런 관련이 없다. 즉 빨간색 이미징으로 국한하여 생각할 때 나머지 3/4 영역은 불필요한 면적이 되는 것이다. 물론 초록색 이미징, 파란색 이미징의 경우에는 해당 색깔의 빛을 투과시키는 영역 이외의 영역이 이러한 불필요한 면적이 된다. 이처럼 특정 색깔의 이미징을 함에 있어서, CMOS 이미지 센서의 경우 상술한 바와 같은 불필요한 면적들로 인하여 해상도를 향상하는데 필연적인 한계가 발생하게 된다.
이러한 문제를 해소하기 위해 특정 파장 대역의 빛만을 투과시키는 필터를 카메라 앞에 놓고 물리적으로 이 필터를 교체해 가면서 촬영하는 형태로 된 스펙트럴 카메라가 사용되기도 한다. 또는 이와 유사한 방식으로서 일본특허공개 제2008-089599호("멀티스펙트럼 촬상 장치, 멀티스펙트럼 조명 장치", 이하 선행문헌 1)에는, 특정 파장의 광을 대상물로 조사하는 멀티 스펙트럼 조명 장치 및 이 반사광을 결상하는 촬상 광학계로 이루어지는 장치가 개시된다. 기존의 스펙트럴 카메라는 대상물로 조사되는 빛에는 제한을 두지 않되 실제 촬상이 이루어지는 광학계(즉 카메라)로 들어오는 빛을 필터링하도록 이루어지는 반면, 선행문헌 1의 경우 대상물로 조사되는 빛 자체의 파장 대역을 제한하도록 이루어지는 것이다. 그러나 이러한 스펙트럴 카메라들은, 필터나 조명 장치 등으로 인하여 필연적으로 부피가 커지게 되며, 따라서 소형화가 어려워서 결과적으로 활용에 있어 제한이 있다.
이처럼 멀티 스펙트럴 이미징을 위하여 원하는 특정 파장 대역의 빛만을 용이하고 정확하게 투과시킬 수 있는 가변 필터를 개발하기 위한 다양한 연구가 꾸준히 이루어져 왔다. 이러한 연구로부터 발견된 현상으로서, 나노홀 어레이(nanohole array)를 이용하여 특정 파장 대역의 빛만을 투과시키는 특이 광 투과(Extraordinary Optical Transmission, EOT) 현상이 있다. 특이 광 투과(EOT) 현상이란 빛이 어떤 틈을 통과할 때 투과하는 세기가 비정상적으로 강하게 발생하는 현상으로서, 기존의 이론과 달리 파장 이하의 크기를 가지는 슬릿에서는 투과율이 거의 없어야 하지만 실제로는 표면 플라즈몬에 의해 강한 세기의 빛이 투과되는 것을 말한다. 한국특허등록 제1710570호("특이 광 투과 현상을 위한 나노홀 어레이 기판 및 이를 이용하는 초고해상도 이미지 시스템", 이하 선행문헌 2)에는 이러한 특이 광 투과 현상을 발생시키기 위한 나노홀 어레이 기판 및 이를 이용한 초고해상도 이미지 시스템 기술이 개시된다.
선행문헌 2에 개시된 바와 같이, 나노홀 어레이를 사용함으로써 특정 파장의 빛만을 투과시키는 기술이 개시되어 있기는 하다. 그러나 이를 광학 필터로서 사용하기에는 치명적인 단점이 있는데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 1은 입사광 방향에 대한 나노홀 어레이 배치 형태 및 나노홀 어레이 배치 각도에 따라 달라지는 파장(wavelength)-투과율(transmittance) 그래프를 나타낸 것이다. 도 1(A)에 도시된 바와 같이 입사광의 진행 경로 상에 나노홀 어레이를 배치하되, 입사광의 진행 방향 및 나노홀 어레이의 배치 방향 간 각도를 배치각(Δθ)이라 한다. 그런데 이 때 도 1(B)에서 보이는 바와 같이, 배치각(Δθ)이 0ㅀ일 때(도 1(B)의 실선 그래프) 투과율 피크(peak)가 나오는 파장이 2군데인 것으로 나타난다. 뿐만 아니라 배치각(Δθ)이 0ㅀ보다 약간 커지면, 0ㅀ일 때의 피크 파장 위치 양쪽으로 작은 피크 2개가 갈라져서 나타난다(도 1(B)의 실선 그래프에 가장 가까운 점선 그래프). 또한 배치각(Δθ)이 점점 커짐에 따라(도 1(B)의 점선 그래프들, 변화 경향이 화살표로 표시됨), 이렇게 갈라진 피크들은 점점 작아지면서 또한 점점 더 벌어지는 경향이 나타난다.
이와 같이 기존의 플라즈모닉 구조 중 하나인 나노홀 어레이의 경우, 특정 파장의 빛을 통과시키는 성질을 가지고는 있으나 그 특정 파장이 여러 개 나타난다는 치명적인 문제점이 있어, 멀티 스펙트럴 이미징을 위한 광학 필터로서 사용하기에는 어려움이 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
1. 일본특허공개 제2008-089599호("멀티스펙트럼 촬상 장치, 멀티스펙트럼 조명 장치")
2. 한국특허등록 제1710570호("특이 광 투과 현상을 위한 나노홀 어레이 기판 및 이를 이용하는 초고해상도 이미지 시스템")
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합에 의한 투과 스펙트럼 변조를 이용하는 각감응성 가변 광학 필터 및 그 제조 방법을 제공함에 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 멀티 스펙트럴 이미징(multi spectral imaging)에 사용될 수 있도록 특정 파장의 빛을 투과시키도록 이루어지되, 투과시키고자 하는 파장을 용이하고 정확하게 조절할 수 있도록 하는 광학 필터 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합에 의한 투과 스펙트럼 변조를 이용하는 각감응성 가변 광학 필터(100)는, 플레이트 상에 복수 개의 나노홀(111a)이 분산 형성된 형태로 이루어지는 나노홀 어레이(111); 복수 개의 나노디스크(112a)가 각각 복수 개의 상기 나노홀(111a)에 상응하는 위치에 분산 배치되어, 상기 나노홀 어레이(111)가 형성하는 평면과 평행하게 이격된 평면을 형성하도록 이루어지는 나노디스크 어레이(112); 를 포함하여 이루어져, 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)가 상보적 결합된 플라즈모닉 구조(Complementary Plasmonic Structure)를 형성하도록 이루어질 수 있다.
이 때 상기 광학 필터(100)는, 입사광의 진행 경로 상에 배치되어 특이 광 투과(Extraordinary Optical Transmission, EOT) 현상에 의해 선택적인 파장 대역의 빛을 투과시키되, 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)가 상보적 결합된 플라즈모닉 구조에 의하여, 상기 나노홀 어레이(111)의 파장에 따른 투과율 그래프에서 나타나는 1차 피크 및 고차 피크 중 고차 피크가 억제되어, 1차 피크에 해당하는 단일 파장 대역의 빛을 투과시키도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 광학 필터(100)는, 입사광의 진행 방향 및 상기 광학 필터(100)의 배치 방향 간 각도를 배치각(Δθ)이라 할 때, 배치각(Δθ)이 조절됨에 따라 상기 광학 필터(100)가 투과시키는 빛의 파장 대역이 조절되도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 광학 필터(100)는, 상기 나노홀 어레이(111)의 하부에 배치되어 상기 나노홀 어레이(111)를 지지하는 플레이트 형태로 형성되는 기저부(121) 및 상기 기저부(121)로부터 상기 나노홀(111a)을 관통하여 돌출 형성되어 상기 나노디스크(112a)를 지지하는 복수 개의 기둥부(122)를 포함하여 이루어지는 기판(120); 을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때 상기 기판(120)은, 투명 재질로 이루어질 수 있다. 또한 상기 기판(120)은, 유전체 재질로 이루어질 수 있다. 또한 상기 기판(120)은, 유연 재질로 이루어질 수 있다.
한편 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)는, 금속 재질로 이루어질 수 있다. 또한 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)는, 서로 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
또한 상기 광학 필터(100)는, 서로 상응하는 위치에 배치되는 상기 나노홀(111a) 및 상기 나노디스크(112a)의 직경(D)이 서로 동일하게 형성되도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 광학 필터(100)는, 서로 상응하는 위치에 배치되는 상기 나노홀(111a) 및 상기 나노디스크(112a)의 두께(Th)가 서로 동일하게 형성되도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)는, 각각 상기 나노홀(111a) 또는 상기 나노디스크(112a)가 사각 격자(square lattice) 형태, 삼각 격자(triangular lattice) 형태, 육각 격자(hexagonal lattice), 나선(spiral) 형태, 방사상(radial) 형태 중 선택되는 적어도 하나의 형태로 분산 배치된 형태로 이루어질 수 있다. 또한 상기 광학 필터(100)는, 상기 나노홀 어레이(111) 상에서의 상기 나노홀(111a) 배치 형태 및 상기 나노디스크 어레이(112) 상에서의 상기 나노디스크(112a) 배치 형태가 서로 동일하게 형성되도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 광학 필터(100)는, 입사광의 진행 경로 상에 상기 나노홀 어레이(111)만 배치되어 있을 때를 NH조건이라 하고, 입사광의 진행 경로 상에 상기 광학 필터(100)가 배치되어 있을 때를 CPS조건이라 하며, NH조건에서의 고차 피크의 크기를 t라 하고, NH조건에서의 고차 피크 및 CPS조건에서의 고차 피크의 크기 차이를 Δt라 하고, Δt/t를 감쇄도(Degree Of Attenuation)라 정의할 때, 감쇄도가 미리 결정된 기준 내지 1 범위 내에 해당하도록 상기 나노홀(111a) 또는 상기 나노디스크(112a)의 직경(D) 및 두께(Th)가 결정되도록 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합에 의한 투과 스펙트럼 변조를 이용하는 각감응성 가변 광학 필터의 제조 방법은, 플레이트 상에 복수 개의 나노홀(111a)이 분산 형성된 형태로 이루어지는 나노홀 어레이(111); 복수 개의 나노디스크(112a)가 각각 복수 개의 상기 나노홀(111a)에 상응하는 위치에 분산 배치되어, 상기 나노홀 어레이(111)가 형성하는 평면과 평행하게 이격된 평면을 형성하도록 이루어지는 나노디스크 어레이(112); 상기 나노홀 어레이(111)의 하부에 배치되어 상기 나노홀 어레이(111)를 지지하는 플레이트 형태로 형성되는 기저부(121) 및 상기 기저부(121)로부터 상기 나노홀(111a)을 관통하여 돌출 형성되어 상기 나노디스크(112a)를 지지하는 복수 개의 기둥부(122) 를 포함하여 이루어지는 기판(120); 을 포함하여 이루어져, 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)가 상보적 결합된 플라즈모닉 구조(Complementary Plasmonic Structure)를 형성하는 광학 필터(100)를 제조하는 광학 필터(100)의 제조 방법에 있어서, 유리 재질의 상기 기저부(121) 상에 HSQ(hydrogen silsesquioxane) 레지스트가 도포되는 단계; E-빔 패터닝에 의하여 미리 결정된 패턴 이외 영역의 HSQ 레지스트가 제거되는 단계; 가열에 의하여 HSQ 레지스트가 경화되어 상기 기둥부(122)가 형성되는 단계; 금속 증착에 의하여 상기 기저부(121) 및 상기 기둥부(122)의 상면에 금속 박막층이 형성됨으로써, 상기 기저부(121) 상면에 상기 나노홀 어레이(111)가 형성되고, 상기 기둥부(122) 상면에 상기 나노디스크 어레이(112)가 형성되는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또는 본 발명의 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합에 의한 투과 스펙트럼 변조를 이용하는 각감응성 가변 광학 필터의 제조 방법은, 플레이트 상에 복수 개의 나노홀(111a)이 분산 형성된 형태로 이루어지는 나노홀 어레이(111); 복수 개의 나노디스크(112a)가 각각 복수 개의 상기 나노홀(111a)에 상응하는 위치에 분산 배치되어, 상기 나노홀 어레이(111)가 형성하는 평면과 평행하게 이격된 평면을 형성하도록 이루어지는 나노디스크 어레이(112); 상기 나노홀 어레이(111)의 하부에 배치되어 상기 나노홀 어레이(111)를 지지하는 플레이트 형태로 형성되는 기저부(121) 및 상기 기저부(121)로부터 상기 나노홀(111a)을 관통하여 돌출 형성되어 상기 나노디스크(112a)를 지지하는 복수 개의 기둥부(122) 를 포함하여 이루어지는 기판(120); 을 포함하여 이루어져, 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)가 상보적 결합된 플라즈모닉 구조(Complementary Plasmonic Structure)를 형성하는 광학 필터(100)를 제조하는 광학 필터(100)의 제조 방법에 있어서, 미리 결정된 패턴 형태로서 나노임프린팅 공정에 의해 상기 기판(120)이 형성되는 단계; 금속 증착에 의하여 상기 기저부(121) 및 상기 기둥부(122)의 상면에 금속 박막층이 형성됨으로써, 상기 기저부(121) 상면에 상기 나노홀 어레이(111)가 형성되고, 상기 기둥부(122) 상면에 상기 나노디스크 어레이(112)가 형성되는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합에 의한 투과 스펙트럼 변조를 이용하는 각감응성 가변 광학 필터 이미징 장치(500)는, 상술한 바와 같은 광학 필터(100); 입사광의 진행 방향 및 상기 광학 필터(100)의 배치 방향 간 각도를 배치각(Δθ)이라 할 때, 상기 광학 필터(100)에 연결되어 상기 광학 필터(100)의 배치각(Δθ)을 조절하는 액추에이터(200); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때 상기 액추에이터(200)는, 고정 지지부를 형성하는 프레임(210); 일단이 상기 프레임(210)에 연결되고 타단이 상기 광학 필터(100)에 연결되어, 인가되는 전기 신호에 따라 굽힘 정도가 조절되도록 이루어지는 바이모프(220); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 광학 필터 이미징 장치(500)는, 상기 광학 필터(100) 및 상기 액추에이터(200)로 이루어지는 유닛을 단일 개 포함하여 이루어지거나, 또는 복수 개의 상기 유닛이 어레이를 형성하여 이루어질 수 있다. 이 때 상기 광학 필터 이미징 장치(500)는, 복수 개의 상기 유닛이 어레이를 형성하여 이루어지는 경우, 각각의 상기 유닛에서의 배치각(Δθ)의 조절이 서로 연계해서 이루어지거나 또는 서로 독립적으로 이루어질 수 있다.
또한 상기 광학 필터 이미징 장치(500)는, 이미지 센서 또는 디스플레이 장치로 사용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합으로 이루어지는 새로운 플라즈모닉 구조를 통하여, 특정한 단일 파장 대역의 빛만을 선택적으로 아주 잘 투과시켜 낼 수 있다는 큰 효과가 있다. 종래에도 나노홀 어레이를 이용한 특이 광 투과 현상이 알려져 있었으나, 나노홀 어레이의 경우 투과시키는 특정 파장 대역이 단일 개가 아니라 여러 개 나타난다는 점이 잘 알려져 있으며, 이에 따라 단순한 나노홀 어레이로만 된 종래의 플라즈모닉 구조만으로는 특정 파장 대역의 빛만을 선택적으로 투과시키는 광학 필터로서의 활용이 어렵다는 한계가 있었다. 그러나 본 발명의 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이로 이루어지는 플라즈모닉 구조는, 특정한 단일 파장 대역의 빛만을 정확하게 투과시켜 내는 우수한 특성이 있으며, 이에 따라 종래의 플라즈모닉 구조에 비해 광학 필터로서의 활용성이 비약적으로 향상된다는 큰 효과가 있다.
뿐만 아니라 본 발명에 따르면, 필터 각도를 변화시킴에 따라 투과시키는 파장 대역이 변화함으로써, 투과시키고자 하는 파장 대역을 사용자가 원하는 대로 용이하게 조절할 수 있다는 큰 효과가 있다. 더불어 본 발명의 광학 필터는 그 구조상 각감응성이 뛰어나기 때문에, 투과시키고자 하는 파장 대역을 변화시키고자 할 때 조절되어야 하는 필터 각도 크기가 작다는 장점이 있다. 즉 필터의 움직임이 작아도 되기 때문에 필터 각도를 바꾸기 위한 메카니즘이 소형화될 수 있는 등, 궁극적으로는 필터 각도를 조절하는데 드는 에너지를 크게 절약할 수 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
더불어 본 발명의 광학 필터는, 상술한 바와 같은 여러 장점들에 의하여 파장을 선택적으로 투과시키는 메커니즘 자체를 종래에 비해 비약적으로 초소형화시킬 수 있다는 큰 효과가 있다. 즉 본 발명에 따르면 초극박(ultra-thin) 스펙트럴 필터를 실현할 수 있는 것이다. 이에 따라 본 발명의 광학 필터를 멀티 스펙트럴 이미징 장치에 적용할 경우 장치 부피 및 중량을 크게 저감하고 휴대성 및 편의성을 향상시키는 등의 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.
도 1은 입사광 방향에 대한 나노홀 어레이 배치 형태 및 나노홀 어레이 배치 각도에 따라 달라지는 파장(wavelength)-투과율(transmittance) 그래프.
도 2는 본 발명의 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합 구조를 가지는 광학 필터.
도 3은 입사광 방향에 대한 본 발명의 광학 필터 배치 형태 및 나노홀 어레이 / 나노디스크 어레이 / 본 발명의 광학 필터 각각의 파장-투과율 그래프.
도 4는 본 발명의 광학 필터의 제조 방법의 각 단계의 개략도.
도 5는 본 발명의 광학 필터의 제조 단계의 실제 사진 예시.
도 6은 나노홀 어레이 및 본 발명의 광학 필터의 파장-투과율 그래프 비교.
도 7은 나노홀 및 나노디스크 직경-두께에 따른 DOA 분포도.
도 8은 나노홀 및 나노디스크 직경에 따른 파장-투과율 그래프.
도 9는 나노홀 및 나노디스크 두께에 따른 파장-투과율 그래프.
도 10은 사각 격자 배치 형태인 경우의 배치각에 따른 파장-투과율 그래프.
도 11은 육각 격자 배치 형태인 경우의 배치각에 따른 파장-투과율 그래프.
도 12는 육각 격자 배치 형태인 경우의 파장-편광 그래프.
도 13은 본 발명의 광학 필터 이미징 장치의 실시예.
도 14는 본 발명의 광학 필터 이미징 장치의 활용예.
**부호의 설명**
100: (본 발명의) 광학 필터
111: 나노홀 어레이 112: 나노디스크 어레이
111a: 나노홀 112a: 나노디스크
120: 기판
121: 기저부 122: 기둥부
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합에 의한 투과 스펙트럼 변조를 이용하는 각감응성 가변 광학 필터 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 결합 구조를 가지는 광학 필터를 도시한 것이다. 도 2(A)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광학 필터(100)는 기본적으로, 각각 평면 형태로 이루어지는 나노홀 어레이(111) 및 나노디스크 어레이(112)가 서로 평행하게 이격 배치되어 있는 형태로 이루어진다. 또한 본 발명의 광학 필터(100)는, 도 2(B)에 도시된 바와 같이 기판(120)을 더 포함하여 이루어질 수도 있다. 각부에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 나노홀 어레이(111)는, 플레이트 상에 복수 개의 나노홀(111a)이 분산 형성된 형태로 이루어진다. 그 명칭에서 알 수 있듯이 상기 나노홀(111a)은 그 직경이 수십~수백 nm 정도의 사이즈를 가진다. 또한 앞서 설명했던 바와 같이, 입사광의 진행 경로 상에 상기 나노홀 어레이(111)를 배치하면, 선택적인 파장 대역의 빛만이 투과되는 특이 광 투과(EOT) 현상이 일어난다는 것이 잘 알려져 있다. 이러한 특이 광 투과 현상을 발생시키는 근본적인 원리는 국소 표면 플라즈몬 공명 현상으로, 이처럼 국소 표면 플라즈몬 공명 현상을 일으키는 구조를 플라즈모닉 구조(Plasmonic Structure)라고 한다. 즉 상기 나노홀 어레이(111)도 플라즈모닉 구조의 한 종류라고 할 수 있다.
상기 나노디스크 어레이(112)는, 복수 개의 나노디스크(112a)가 각각 복수 개의 상기 나노홀(111a)에 상응하는 위치에 분산 배치되어, 상기 나노홀 어레이(111)가 형성하는 평면과 평행하게 이격된 평면을 형성하는 형태로 이루어진다. 상술한 바와 같이 상기 나노홀 어레이(111)는 표면 플라즈몬 공명 현상을 발생시키는 플라즈모닉 구조의 한 종류이며, 상기 나노디스크 어레이(112)도 플라즈모닉 구조의 다른 한 종류이다. 이후 보다 상세히 설명되겠지만, 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112) 둘 다 플라즈모닉 구조이기는 하나 서로 다른 결과를 발생시키는데, 이들의 조합에 의하여 본 발명에서 필요한 선택적인 파장 대역의 빛을 투과시키는 특성을 더욱 우수하게 만든다. 즉 본 발명의 광학 필터(100)는, 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)가 상보적 결합된 플라즈모닉 구조(Complementary Plasmonic Structure)를 형성하도록 이루어지는 것이다.
부연하자면, 표면 플라즈몬(surface plasmon)은 TM 편광으로 입사하는 광파에 의해서 유전체와 금속의 경계면을 따라 존재하는 광자와 금속 표면의 고밀도 전하 분포에 의해 일어나는 상호 작용에 의해, 금속 표면에 형성되는 근접장을 말하는 것이며, 특히 금속 나노 구조물 주변에서 일어나는 표면 플라즈몬 현상을 국소 표면 플라즈몬 현상이라고 한다. 즉 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)는 이러한 국소 표면 플라즈몬 현상을 원활하게 유발하기 위해서 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 구체적으로는 은, 금 등이 사용될 수 있다. 더불어 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)는, 물론 서로 다른 재질로 이루어지도록 할 수도 있으나, 제조나 결과 분석의 용이성, 특성의 조절 편의성 등을 향상하도록, 서로 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 광학 필터(100)의 선택적인 빛 투과 원리에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 3은 입사광 방향에 대한 본 발명의 광학 필터 배치 형태 및 나노홀 어레이 / 나노디스크 어레이 / 본 발명의 광학 필터 각각의 파장-투과율 그래프이다. 도 3을 기준으로, 입사광은 하→상 방향으로 진행하며, 따라서 입사광은 상기 나노홀 어레이(111)를 먼저 통과하고, 그 다음에 상기 나노디스크 어레이(112)를 통과하게 된다. 도 3 우측에 표시되어 있는 파장-투과율 그래프들 중 최하단 그래프가 입사광(Input Light) 그래프로서, 아직 아무 구조물도 통과하지 않았기 때문에 모든 파장 대역의 빛이 고르게 혼합되어 있는 상태이다. 다음으로 NH로 표시된 그래프가 상기 나노홀 어레이(111)의 파장-투과율 그래프로서, 앞서 도 1을 통해 설명했던 바와 같이, 특이 광 투과 현상에 의해 선택적인 파장 대역의 빛만을 투과시키기는 하되, 그렇게 투과시키는 파장 대역 피크 값이 여러 개 나타나는 것을 알 수 있다. 한편 ND로 표시된 그래프가 상기 나노디스크 어레이(112)의 파장-투과율 그래프로서, 선택적인 파장 대역의 빛을 차단하는 특성이 나타나는 것을 보여 주고 있다.
도 3의 NH 그래프 및 ND 그래프를 비교하여 볼 때, NH 그래프에서는 피크 값이 여러 개 나타나는 반면, ND 그래프에서는 큰 골이 나타나는 것을 알 수 있다. 이 때, 상기 나노홀(111a) 및 상기 나노디스크(112a)의 직경, 두께, 배치 형태 등에 따라 파장-투과율 그래프의 형태(즉 피크, 골 위치나 크기 등)가 달라지며, 이를 조절함으로써 ND 그래프에서 나타나는 골 부분이 NH 그래프에서 나타나는 피크들 중 일부와 겹치게 할 수 있다. 도 3의 예시에서는, NH 그래프에 나타나는 2개의 피크 중 좌측 피크와 ND 그래프에 나타나는 골이 겹치고 있다. 따라서 도 3에서의 NH 그래프 및 ND 그래프를 합치면 좌측 피크는 골과 합쳐져서 감쇄되고 우측 피크는 그대로 남게 되어, 결과적으로 도 3 우측에 표시되어 있는 파장-투과율 그래프들 중 최상단 그래프, 즉 CPS(Complementary Plasmonic Structure) 그래프와 같은 형태로 나타나게 된다.
요약하자면 본 발명의 광학 필터(100)는, 이와 같이 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)가 상보적 결합된 플라즈모닉 구조에 의하여, 상기 나노홀 어레이(111)의 파장에 따른 투과율 그래프에서 나타나는 1차 피크 및 고차 피크 중 고차 피크가 억제되게 함으로써, 궁극적으로 1차 피크에 해당하는 단일 파장 대역의 빛을 투과시키도록 이루어진다. 앞서 설명한 바와 같이, 단지 나노홀 어레이만 있을 경우에는 여러 파장 대역의 빛을 투과시키기 때문에 광학 필터로서 사용하기에 어려움이 있었으나, 본 발명의 광학 필터(100)는 이처럼 단일 파장 대역의 빛만을 투과시키도록 이루어지기 때문에, 원하는 파장만을 선택적으로 투과시키고자 할 때 최상의 효과를 얻을 수 있다.
부가적으로, 상술한 바와 같이 상기 나노홀(111a) 및 상기 나노디스크(112a)의 직경, 두께, 배치 형태 등에 따라 파장-투과율 그래프의 형태(즉 피크, 골 위치나 크기 등)가 달라지기 때문에, 상기 나노홀(111a) 및 상기 나노디스크(112a)의 직경, 두께, 배치 형태 등이 서로 완전히 독립적으로 다르게 이루어져도 물론 무방하다. 그러나 제조나 결과 분석의 용이성, 특성의 조절 편의성 등을 향상하도록, 서로 상응하는 위치에 배치되는 상기 나노홀(111a) 및 상기 나노디스크(112a)의 직경(D)이나 두께(Th)가 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 또한 마찬가지 이유로, 상기 나노홀 어레이(111) 상에서의 상기 나노홀(111a) 배치 형태 및 상기 나노디스크 어레이(112) 상에서의 상기 나노디스크(112a) 배치 형태가 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 광학 필터(100)는 단일 파장 대역의 빛만을 선택적으로 투과시킬 뿐만 아니라, 나노홀 어레이를 단독으로 사용하는 경우와 마찬가지로, 입사광의 진행 방향 및 상기 광학 필터(100)의 배치 방향 간 각도를 배치각(Δθ)이라 할 때, 배치각(Δθ)이 조절됨에 따라 상기 광학 필터(100)가 투과시키는 빛의 파장 대역이 조절된다. 나노홀 어레이를 단독으로 사용하는 경우에는, 도 1에 도시된 바와 같이 배치각(Δθ) 변화에 따라 피크가 분산(split)되어 고차 피크 개수가 더 많아짐으로써 필터로서의 성능을 더욱 저하시키는 큰 문제가 있었다. 그러나 본 발명의 광학 필터(100)의 경우, 나노홀 어레이 및 나노디스크 어레이의 상보적 구조에 의하여 단일 피크만이 형성(즉 단일 파장 대역의 빛만이 투과)되는 우수한 특성을 가지는 바 나노홀 어레이만을 사용하는 경우의 문제점은 원천적으로 제거된다. 또한 이처럼 배치각(Δθ)을 조절시킴으로써 투과시키고자 하는 빛의 파장 대역을 마음대로 조절할 수 있으므로, 광학 필터로서의 활용성이 비약적으로 향상된다.
본 발명의 광학 필터(100)의 구조 및 그 제작 방법에 대하여 좀더 설명하자면 다음과 같다. 상술한 바와 같이 본 발명의 광학 필터(100)는, 가장 기본적으로는 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)가 평행 이격된 상태로 형성되어 있기만 하면 된다. 그런데 실제로 이러한 구조를 용이하게 제작하고 또한 안정적으로 유지되게 하기 위해서는, 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)를 지지하는 기판(120)이 더 구비되는 것이 바람직하다.
상기 기판(120)은, 도 2(B)에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 나노홀 어레이(111)의 하부에 배치되어 상기 나노홀 어레이(111)를 지지하는 플레이트 형태로 형성되는 기저부(121) 및 상기 기저부(121)로부터 상기 나노홀(111a)을 관통하여 돌출 형성되어 상기 나노디스크(112a)를 지지하는 복수 개의 기둥부(122)를 포함하여 이루어질 수 있다. 물론 빛을 투과시키는 데 불필요한 영향을 끼치지 않도록, 상기 기판(120)은 투명 재질로 이루어져야 하며, 또한 금속 재질로 된 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)와 연계하여 국소 플라즈몬 공명 현상을 원활하게 발생시키도록 유전체 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이처럼 투명한 유전체 재질의 한 예시로서 유리가 있으며, 유리는 일반적으로 반도체 등 다양한 집적회로의 기판으로 널리 사용되고 있는 재질인 바 본 발명의 상기 기판(120)으로 사용되기에도 적합하다. 한편 상기 기판(120)은 유연 재질로 이루어짐으로써 유연성(flexible)을 더 가지도록 이루어질 수도 있다. 유리는 강성을 가지는 재질로서 유연성이 없지만, 이와 같이 투명하고 유전체이며 유연성까지 가지며 집적회로의 기판으로 널리 사용되고 있는 다른 재질로서 PDMS(Polydimethylsiloxane)가 있다. 즉 상기 기판(120)을 PDMS로 할 경우 상기 광학 필터(100)가 유연성까지 가지도록 할 수 있다. 물론 여기서 유리, PDMS를 언급한 것은 예시적인 것일 뿐으로 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(120)의 재질은 투명도가 높고 유전체인 것이라면 다른 어떤 재질이 채용되어도 무방하다.
이러한 상기 기판(120)의 형태 및 상기 기판(120), 상기 나노홀 어레이(111), 상기 나노디스크 어레이(112)의 결합 형태를 제조함에 있어, 다음과 같은 단계를 따를 수 있다. 도 4는 본 발명의 광학 필터의 제조 방법의 각 단계의 개략도로서, 도 4(A) 내지 도 4(D)로서 각 단계를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 4(A)에 도시된 바와 같이, 유리 재질의 상기 기저부(121) 상에 HSQ(hydrogen silsesquioxane) 레지스트가 도포되게 한다. 유리는 안정적인 재질이기 때문에 일반적으로도 다양한 장치의 기판의 재질로서 널리 활용되고 있으며, 무엇보다도 투명도가 매우 높고 유전체이므로 본 발명의 상기 기판(120)으로 사용되기에 매우 적절하다. 한편 HSQ란 실리카 유리와 동일한 분자식(SiO2)을 가지되 분자 구조가 다른 물질로서, 유리가 고체 상태로 존재하는 환경에서 HSQ는 액체 상태로 존재한다는 것이 잘 알려져 있다.
다음으로 도 4(B)에 도시된 바와 같이, E-빔(E-beam) 패터닝에 의하여 미리 결정된 패턴 이외 영역의 HSQ 레지스트가 제거되게 한다. 이와 같이 일부가 제거된 후 상기 기저부(121) 상에 남아 있는 HSQ 레지스트는, 도 4(B)에 도시되어 있는 바와 같이 미세한 기둥(nanopillar)를 형성하게 된다.
다음으로 도 4(C)에 도시된 바와 같이, 가열(hard baking)에 의하여 HSQ 레지스트가 경화되어 상기 기둥부(122)가 형성되게 한다. 상술한 바와 같이 HSQ 레지스트는 유리와 동일한 분자식을 가지되 분자 구조만 다르게 형성되는 재질인데, HSQ 레지스트를 가열하면 분자 구조가 변경되어 유리가 된다는 성질이 역시 잘 알려져 있다. 즉 도 4(B)와 같이 HSQ 레지스트로 된 미세한 기둥들이 형성된 상태에서 가열을 하면, 이들이 결국 고체 상태인 유리 재질의 기둥부(122)가 되는 것이다. 결과적으로 도 4(A) 내지 도 4(C)의 단계를 거치면, 상기 기저부(121) 및 상기 기둥부(122)가 유리 재질로서 일체형으로 된 상기 기판(120)의 제조가 완료되게 된다.
마지막으로 도 4(D)에 도시된 바와 같이, 금속 증착에 의하여 상기 기저부(121) 및 상기 기둥부(122)의 상면에 금속 박막층이 형성되게 한다. PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정과 같은 증착 공정은 일반적으로 대상물의 표면에 박막층을 형성하는데 널리 사용되는 공정이다. 이 때 ALD(Atomic Layor Deposition) 공정의 경우 증착시키고자 하는 원료 입자가 공간 상에서 매우 활발하게 분산되기 때문에 3차원 형태의 대상물 표면 전체에 박막층이 형성되는 반면, PVD, CVD 공정의 경우 증착시키고자 하는 원료 입자가 상대적으로 일정한 한 방향으로 진행되기 때문에, 대상물 표면 중 원료 입자가 공급되어 오는 방향에 대면한 쪽에 박막층이 형성된다는 점이 잘 알려져 있다. 즉 PVD, CVD 공정과 같은 증착 공정을 사용하여 금속 입자를 상부에서 공급하면, 도 4(D)에 도시된 바와 같이 상기 기저부(121) 및 상기 기둥부(122)의 상면에 금속 박막층이 형성되고, 상기 기둥부(122)의 옆면 등에는 금속 박막층이 형성되지 않게 된다.
이 때 상기 기저부(121)의 상면에 형성된 금속 박막층은, 상기 기저부(121) 형상에 따라 플레이트 형태를 형성하되, 상기 기둥부(122)에 의하여 관통된 부분에는 금속 박막층이 형성되지 않으므로 이 부분이 상기 나노홀(111a)이 된다. 즉 상기 기저부(121)의 상면에 형성된 금속 박막층은 자연히 상기 나노홀 어레이(111)가 되는 것이다. 또한 상기 기둥부(122)의 상면에 형성된 금속 박막층은, 상기 기둥부(122) 상면의 형상과 동일한 형상이되 두께만 얇게 형성되므로 즉 상기 나노디스크(112a)가 되며, 또한 상기 기둥부(122)들이 모두 동일한 높이를 가지고 있으므로 당연히 서로 동일 평면 상에 형성되게 된다. 즉 상기 기둥부(122)의 상면에 형성된 금속 박막층은 자연히 상기 나노디스크 어레이(112)가 되는 것이다. 이와 같이 본 발명의 제조 방법에 의하면, 한 번의 금속 증착으로 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)가 한 번에 자가정렬되어(self-aligned) 만들어지게 된다.
도 5는 이와 같은 본 발명의 광학 필터의 제조 단계의 실제 사진 예시를 도시하고 있다. 도 5 상측의 <Top view>라고 표시된 도면들에서 보이는 바와 같이, 상술한 바와 같은 방식을 통해 직경(D)이 150nm, 170nm, 190nm, 210nm인 본 발명의 광학 필터(100)를 매우 정확하고 정밀하게 제조할 수 있음을 확인할 수 있다. 도 5 하측의 <Tilted view (52ㅀ)>라고 표시된 도면은 비스듬한 방향으로 본 것이다. 도 5 하측-좌측 도면은 금속 증착이 이루어지기 전 상태로서 즉 도 4(C)에 해당하는 상태인데, 도시된 바와 같이 상기 기저부(121) 및 상기 기둥부(122)가 매우 정확하고 정밀하게 잘 만들어질 수 있음을 확인할 수 있다. 도 5 하측-우측 도면은 금속 증착이 이루어진 후 상태로서 즉 도 4(D)에 해당하는 상태인데, 도시된 바와 같이 상기 기저부(121) 및 상기 기둥부(122)의 상면에만 금속 박막층이 매우 고르게 잘 형성되어, 결과적으로 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)가 원하는 대로 아주 잘 만들어질 수 있음을 확인할 수 있다.
도 4에 나타나는 바와 같은 단계로 이루어지는 제조 방법을 통해 본 발명의 광학 필터(100)를 제조하는 경우, 상기 광학 필터(100)는, 상기 기판(120)은 유리 재질로 되고, 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)는 서로 동일한 금속 재질로 이루어지며, 서로 상응하는 위치에 배치되는 상기 나노홀(111a) 및 상기 나노디스크(112a)의 직경(D) 및 두께(Th)가 서로 동일하게 형성되는 형태로 만들어지게 된다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 나노홀(111a) 및 상기 나노디스크(112a)의 직경, 두께, 배치 형태, 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)의 재질 등에 따라 파장-투과율 그래프의 형태(즉 피크, 골 위치나 크기 등)가 달라지는 바, 이들 모두가 서로 독립적으로 다르게 이루어지게 하여도 무방하며, 따라서 본 발명의 광학 필터(100)의 제조 방법이 상술한 방법으로 한정되는 것은 아니다.
도 4에 개시된 제조 방법에 따르면 상기 기판(120)이 유리 재질로 이루어지게 되겠으나, 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 앞서도 간략히 언급한 바와 같이, 유리는 투명한 유전체로서 상기 기판(120)으로 사용되기에 매우 적합하기는 하지만, 상기 광학 필터(100)가 유연성을 가지게 하고 싶을 경우에는 유리를 상기 기판(120)의 재질로 사용하는 것이 적합하지 않다. 이러한 경우에는 상기 기판(120)으로서 투명한 유전체이자 유연성도 가지는 재질인 PDMS 등과 같은 재질을 사용할 수 있는데, 이 경우에는 상술한 제조 방법(HSQ 레지스트를 사용하는 제조 방법)을 사용할 수 없음은 당연하다.
이러한 경우에, 유리 기저부 준비 - HSQ 레지스트 도포 및 패터닝 - HSQ 레지스트 경화 등의 단계를 거쳐 상기 기판(120)이 형성되도록 하는 대신, 미리 결정된 패턴 형태로서 나노임프린팅(nanoimprinting) 공정에 의해 상기 기판(120)이 형성되도록 할 수 있다. 나노임프린팅이란, 나노스케일의 구조를 갖는 스탬프를 제작한 다음, 이 스탬프를 고분자 박막에 각인하여 나노스케일의 구조물을 만드는 방법을 말한다. 나노임프린팅 공정에서도 스탬프를 제작하는 단계에서 E-빔 리소그래피가 사용되기는 하지만, 일단 한 번 스탬프를 제작하고 나면 그 스탬프를 사용하여 생산이 진행되므로, E-빔 리소그래피에 비해 상대적으로 단시간에 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다. 또한 상술한 바와 같이 스탬프를 고분자 박막에 각인하는 방식을 사용하기 때문에, 앞서 언급한 PDMS 등과 같은 재질을 사용하는 경우에 적용하기에 적합하기도 하다. 뿐만 아니라 나노임프린팅 공정을 사용할 경우 보다 저비용으로 대면적의 기판 제작에 유리하여, 실제 생산 공정에 적용하기에 매우 적합하다는 장점 또한 있다.
상술한 바와 같이 나노임프린팅 공정을 이용하여 상기 기판(120)의 제작이 이루어진 후에는, 도 4의 제작 방법에서와 마찬가지로, 금속 증착에 의하여 상기 기저부(121) 및 상기 기둥부(122)의 상면에 금속 박막층이 형성됨으로써, 상기 기저부(121) 상면에 상기 나노홀 어레이(111)가 형성되고, 상기 기둥부(122) 상면에 상기 나노디스크 어레이(112)가 형성되어, 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)가 자가정렬되도록 하여, 상기 광학 필터(100)의 제작이 완료되게 된다.
이하에서는 본 발명의 광학 필터(100)의 특성 및 효과를 다양한 실험 결과들을 사용하여 보다 상세하게 설명한다.
도 6은 나노홀 어레이 및 본 발명의 광학 필터의 파장-투과율 그래프를 비교한 것이다. 앞서도 설명한 바와 같이, 나노홀 어레이만을 사용하는 경우 파장-투과율 그래프에서 피크가 여러 군데 나타나고, 본 발명의 광학 필터를 사용하는 경우 나노홀 어레이에서 나타나는 여러 피크들 중 고차 피크들이 억제됨으로써 결과적으로 단일 피크만 나타나게 된다. 이 때, 입사광의 진행 경로 상에 상기 나노홀 어레이(111)만 배치되어 있을 때를 NH조건이라 하고, 입사광의 진행 경로 상에 상기 광학 필터(100)가 배치되어 있을 때를 CPS조건이라 한다. 이 때, 도 6에 보이는 바와 같이 NH조건에서의 고차 피크의 크기를 t라 하고, NH조건에서의 고차 피크 및 CPS조건에서의 고차 피크의 크기 차이를 Δt라 할 때, 감쇄도(Degree Of Attenuation)를 다음과 같이 정의한다.
DOA = Δt/t
감쇄도가 0이라는 것은 고차 피크가 전혀 제거되지 못했다는 의미이며, 감쇄도가 1이라는 것은 고차 피크가 완전히 제거되었다는 의미이다. 즉 감쇄도가 클수록 고차 피크의 제거가 잘 이루어져서 궁극적으로 보다 우수하게 단일 피크만을 남길 수 있게 된다.
도 7은 나노홀 및 나노디스크 직경-두께에 따른 DOA 분포도를 도시한 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 나노홀(111a) 및 상기 나노디스크(112a)의 직경, 두께, 배치 형태, 상기 나노홀 어레이(111) 및 상기 나노디스크 어레이(112)의 재질 등에 따라 파장-투과율 그래프의 형태(즉 피크, 골 위치나 크기 등)가 달라진다. 형상적인 관점에서 볼 때 상기 나노홀(111a) 및 상기 나노디스크(112a)에서 나올 수 있는 설계변수들은 직경, 두께, 이격 거리(즉 상기 기둥부(122)의 높이), 배치 간격 등이 있을 수 있다. 본 출원인은 여러 실험을 통해, 이 중 직경 및 두께를 조절하는 것이 감쇄도에 주로 영향을 끼치며, 이격 거리나 배치 간격을 조절하는 것은 상대적으로 감쇄도에 영향을 적게 준다는 사실을 알아내었다. 즉, 본 발명의 광학 필터(100)를 제조함에 있어서, 감쇄도가 높은(즉 파장 선택의 효율이 뛰어난) 광학 필터를 제조하고자 할 때, 도 7과 같이 직경-두께에 따른 감쇄도 분포도를 활용함으로써 최적 설계를 이룰 수 있다. 구체적으로는, 감쇄도가 미리 결정된 기준 내지 1 범위 내에 해당하도록 상기 나노홀(111a) 또는 상기 나노디스크(112a)의 직경(D) 및 두께(Th)가 결정되게 할 수 있다. 여기에서 '미리 결정된 기준'은, 감쇄도를 높이는 것을 최고 목적으로 하는 경우 상기 기준을 0.7 정도로 높게 잡을 수도 있고, 다소 감쇄도가 높지 않아도 제작 자유도를 확보하고자 하는 경우 상기 기준을 0.5 정도로 적당하게 잡을 수도 있는 등, 사용자가 원하는 목적이나 성능 등에 따라 적절히 결정될 수 있다.
도 8은 나노홀 및 나노디스크 직경에 따른 파장-투과율 그래프를, 도 9는 나노홀 및 나노디스크 두께에 따른 파장-투과율 그래프를 각각 나타내고 있다. 보다 구체적으로는, 도 8 및 도 9의 파장-투과율 그래프는 감쇄하고자 하는 파장 대역(즉 예를 들면 도 6에서 좌측 피크에 해당하는 파장 대역)에서의 파장-투과율 그래프를 나타낸 것이다. 즉 도 8 및 도 9에서 피크 값이 작을수록 감쇄도가 크다는 기술적 의미를 갖게 된다. 도 8은 도 7의 감쇄도 분포도에서 두께(Th)를 고정한 상태에서 직경(D)을 변화시켜 가면서 파장-투과율을 측정한 것으로, 함께 도시한 감쇄도 분포도에서 어두운 부분에 해당하는 직경, 즉 직경이 150nm, 170nm일 때는 피크가 높게 나타나는 것(즉 별로 감쇄가 일어나지 않아 감쇄도가 작음)을 알 수 있다. 반면 감쇄도 분포도에서 밝은 부분에 해당하는 직경, 즉 직경이 190nm, 210nm일 때는 피크가 낮게 나타나는데, 즉 이 때에는 감쇄가 매우 잘 일어나고 있음을 확인할 수 있다. 도 9는 도 8과는 반대로 도 7의 감쇄도 분포도에서 직경(D)을 고정한 상태에서 두께(Th)를 변화시켜 가면서 파장-투과율을 측정한 것으로, 역시 감쇄도 분포도에서 어두운 부분에 해당하는 두께 30nm, 40nm일 때에는 피크가 높게 나타나고(감쇄도가 작고), 밝은 부분에 해당하는 두께 50nm, 60nm일 때에는 피크가 낮게 나타난다(감쇄도가 크다).
도 10은 사각 격자 배치 형태인 경우의 배치각에 따른 파장-투과율 그래프를 도시하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 광학 필터(100)는 배치각(Δθ)이 조절됨에 따라 상기 광학 필터(100)가 투과시키는 빛의 파장 대역이 조절되는 특성을 가진다. 도 10의 예시에서는, 배치각(Δθ)이 0ㅀ에서 30ㅀ까지 변화함에 따라 투과시키는 빛의 파장 대역이 약 700nm에서 850nm 정도까지 변화하는 양상을 보이고 있다.
앞서도 설명한 바와 같이, 투과시키는 빛의 파장 대역은 나노홀/나노디스크의 직경, 두께, 재질 등으로 조절이 가능한데, 또 한 가지 중요한 형상 설계 변수로서 나노홀/나노디스크의 배치 형태를 들 수 있다. 앞서 도 2 내지 도 5에서는, 상기 나노홀(111a) 또는 상기 나노디스크(112a)가 사각 격자(square lattice) 형태로 분산 배치된 형태로 이루어지는 예시가 나타나 있다. 이와 같이 나노홀/나노디스크의 배치 형태가 사각 격자 형태인 경우, 배치각 변화 정도에 따른 투과 파장 변화 정도의 범위가 상대적으로 넓게 나타난다. 쉽게 말해 배치각을 조금만 변화시켜도 투과 파장을 많이 변화시킬 수 있다는 것으로서, 이처럼 나노홀/나노디스크의 배치 형태를 사각 격자 형태로 형성할 경우 각감응성(angular-sensitive)이 높다는 장점을 가진다. 이처럼 각감응성이 높을 경우, 투과시키고자 하는 파장 대역을 변화시키고자 할 때 조절되어야 하는 필터 각도 크기가 작기 때문에, 필터 각도 조절용 메카니즘의 소형화, 필터 각도 조절에 드는 동력 절감 등의 다양한 장점을 얻을 수 있다.
한편, 나노홀/나노디스크의 배치 형태가 사각 격자 형태로 국한되는 것은 아니며, 서로 엇갈리게 배치되는 형태, 즉 삼각 격자(triangular lattice) 또는 육각 격자(hexagonal lattice) 형태로 배치되도록 할 수도 있다. 도 11은 육각 격자 배치 형태인 경우의 배치각에 따른 파장-투과율 그래프인데, 이 경우 각감응성이 나빠지기 때문에 상술한 바와 같이 소형화, 동력 절감 등의 장점들을 상대적으로 얻기 어려운 단점은 있으나, 각도 변화에 따른 투과 파장 변화가 상대적으로 적기 때문에 안정성 측면에서 유리할 수도 있다. 또한 도 11에 보이는 바와 같이 배치각이 증가할수록 피크 값이 커지는 특성도 보이고 있어, 새롭게 응용할 여지 또한 있다.
나노홀/나노디스크의 배치 형태가 육각 격자 배치 형태인 경우에 대해서 부연하여 설명하자면 다음과 같다. 도 12는 육각 격자 배치 형태인 경우의 파장-편광 그래프를 도시하고 있다. 도 12의 상측 도면에서와 같이 나노홀/나노디스크의 배치 형태를 화살표로 나타내었을 때 이 화살표의 방향이 바로 편광(polarization)이 되는데, 도 12의 상측 도면에는 예시적으로 편광이 60ㅀ인 상태를 도시하고 있다. 이 편광이 달라짐에 따라, 피크 값이 조율되는 범위가 달라짐을 나타낸 것이 바로 도 12의 하측 도면이다. 구체적으로 설명하자면, 도 12의 하측 도면에서, x축은 파장 / y축은 편광 각도를 나타내고 있으며, 입사광 및 광학 필터 간의 각도 즉 배치각이 0ㅀ일 때를 원으로, 배치각이 30ㅀ일 때를 마름모로 표시하였다. 도 12의 하측 도면으로부터, 배치각이 0~30ㅀ로 변화할 때, 편광이 0ㅀ 또는 60ㅀ(도 12의 상측 도면과 같은 배치 형태)일 때에는 피크 값이 조율되는 범위가 약 750~790nm 범위가 되고, 편광이 30ㅀ일 때에는 피크 값이 조율되는 범위가 약 750~830nm 범위가 됨을 확인할 수 있다. 즉, 육각 격자 형태라 할지라도 편광을 변화시킴에 따라 피크 값이 조율되는 범위(즉 각도 변화에 따른 투과 파장 변화 범위)를 조절할 수 있다.
이처럼 나노홀/나노디스크의 배치 형태가 달라짐에 따라 각감응성이 좋아질 수도 있고, 배치각 증가에 따라 피크 값이 커질 수도 있고, 피크 값의 조율 범위를 변화시킬 수 있는 등 다양한 특성들이 있으며, 제작하고자 하는 광학 필터에 이러한 특성들을 어떻게 반영하느냐에 따라 유리한 배치 형태가 달라질 수 있다. 즉, 본 발명에서 나노홀/나노디스크의 배치 형태는, 상술한 사각 격자 형태, 삼각 격자 형태, 육각 격자 형태 뿐만 아니라, 나선(spiral) 형태, 방사상(radial) 형태 등 다양한 형태가 될 수 있으며, 또한 이러한 배치 형태들이 혼합된 형태로 이루어질 수도 있는 등, 다양한 변경 실시가 가능하다.
한편, 앞서의 도면들 상에 나타난 예시에서, 본 발명의 광학 필터에 의하여 투과되는 파장 대역의 변화 범위가 약 750~800nm 범위, 즉 대체로 빨간색 가시광선~근적외선 범위 정도로 나타나는데, 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 전혀 아니다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 광학 필터는, 나노홀 어레이/나노디스크 어레이를 형성하는 금속의 재질이나, 나노홀/나노디스크 직경, 두께, 배치 형태 등에 따라 투과되는 파장 대역이 달라진다. 즉 재질이나 형상 등을 적절하게 설계함으로써 투과되는 파장 대역의 변화 범위를, 가시광선 대역, 가시광선 중 특정 대역, 적외선 대역, 자외선 대역, 그 외의 모든 전자기파 대역 등 얼마든지 원하는 대로 달리 설계할 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 광학 필터는, 특정한 단일 파장 대역만을 선택적으로 투과시키는 특성이 매우 우수하며, 또한 배치각을 조절함으로써 투과시키고자 하는 파장 대역의 조절이 가능하여, 다양한 이미징 장치로 활용할 수 있다. 도 13은 이러한 본 발명의 광학 필터 이미징 장치의 실시예를 도시한 것이다. 도 13에 보이는 바와 같이, 본 발명의 광학 필터(100)를 포함하여 이루어지는 광학 필터 이미징 장치(500)는, 앞서 설명한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 광학 필터(100)와, 상기 광학 필터(100)에 연결되어 상기 광학 필터(100)의 배치각(Δθ)을 조절하는 액추에이터(200)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때 상기 액추에이터(200)는, 한 예시로서 도 13(A)에 도시되어 있는 바와 같이, 고정 지지부를 형성하는 프레임(210)과, 일단이 상기 프레임(210)에 연결되고 타단이 상기 광학 필터(100)에 연결되어, 인가되는 전기 신호에 따라 굽힘 정도가 조절되도록 이루어지는 바이모프(220)를 포함하여 이루어질 수 있다. 물론 이는 하나의 예시일 뿐으로, 미세한 각도 조절이 가능한 액추에이터라면 다른 어떤 형태의 액추에이터가 채용되어도 무방하다.
또한 상기 광학 필터 이미징 장치(500)는, 도 13(A)에 도시된 바와 같이 상기 광학 필터(100) 및 상기 액추에이터(200)로 이루어지는 유닛을 단일 개 포함하여 이루어질 수도 있지만, 도 13(B)에 도시된 바와 같이 복수 개의 상기 유닛이 어레이를 형성하여 이루어질 수 있다. 이처럼 상기 광학 필터 이미징 장치(500)가 복수 개의 상기 유닛이 어레이를 형성하여 이루어지는 경우, 각각의 상기 유닛에서의 배치각(Δθ)의 조절이 서로 연계해서 이루어지거나 또는 서로 독립적으로 이루어질 수 있다. 즉 각각의 상기 유닛에서의 배치각(Δθ)이 서로 동일하게 이루어질 수도 있고, 영역별로 다르게 이루어질 수도 있고, 행 또는 열 순번에 따라 순차적으로 또는 어떠한 관계식을 따라 조절될 수도 있는 등, 사용자가 원하는 대로 얼마든지 다르게 이루어질 수 있다.
한편 상기 광학 필터 이미징 장치(500)는, 상술한 바와 같은 본 발명의 광학 필터(100)의 우수한 각감응성 가변 특성을 이용하여, 외부로부터 조사되어 오는 입사광에서 원하는 파장 대역의 빛만을 선택적으로 투과시키는 이미지 센서로 사용될 수 있음은 당연하다. 이 때 입사광 광원이 디스플레이 장치의 배경광원이고, 관찰자가 상기 광학 필터(100)를 투과해 나간 빛을 감지할 수 있도록 이루어지는 경우, 상기 광학 필터 이미징 장치(500)는 디스플레이 장치로 사용될 수 있다. 도 14는 바로 이처럼 상기 광학 필터 이미징 장치(500)가 디스플레이 장치로 사용되는 활용예를 도시하고 있다. 물론 이 경우에도 상기 광학 필터 이미징 장치(500)는 복수 개의 상기 유닛을 포함할 수 있으며, 각각의 상기 유닛은 도 14에 도시된 바와 같이 서로 독립적으로 조절될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
본 발명의 광학 필터는, 상술한 바와 같은 여러 장점들에 의하여 파장을 선택적으로 투과시키는 메커니즘 자체를 종래에 비해 비약적으로 초소형화시킬 수 있다는 큰 효과가 있다. 즉 본 발명에 따르면 초극박(ultra-thin) 스펙트럴 필터를 실현할 수 있는 것이다. 이에 따라 본 발명의 광학 필터를 멀티 스펙트럴 이미징 장치에 적용할 경우 장치 부피 및 중량을 크게 저감하고 휴대성 및 편의성을 향상시키는 등의 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.

Claims (21)

  1. 플레이트 상에 복수 개의 나노홀이 분산 형성된 형태로 이루어지는 나노홀 어레이;
    복수 개의 나노디스크가 각각 복수 개의 상기 나노홀에 상응하는 위치에 분산 배치되어, 상기 나노홀 어레이가 형성하는 평면과 평행하게 이격된 평면을 형성하도록 이루어지는 나노디스크 어레이;
    를 포함하여 이루어져,
    상기 나노홀 어레이 및 상기 나노디스크 어레이가 상보적 결합된 플라즈모닉 구조(Complementary Plasmonic Structure)를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광학 필터는,
    입사광의 진행 경로 상에 배치되어 특이 광 투과(Extraordinary Optical Transmission, EOT) 현상에 의해 선택적인 파장 대역의 빛을 투과시키되,
    상기 나노홀 어레이 및 상기 나노디스크 어레이가 상보적 결합된 플라즈모닉 구조에 의하여, 상기 나노홀 어레이의 파장에 따른 투과율 그래프에서 나타나는 1차 피크 및 고차 피크 중 고차 피크가 억제되어,
    1차 피크에 해당하는 단일 파장 대역의 빛을 투과시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 광학 필터는,
    입사광의 진행 방향 및 상기 광학 필터의 배치 방향 간 각도를 배치각이라 할 때,
    배치각이 조절됨에 따라 상기 광학 필터가 투과시키는 빛의 파장 대역이 조절되는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 광학 필터는,
    상기 나노홀 어레이의 하부에 배치되어 상기 나노홀 어레이를 지지하는 플레이트 형태로 형성되는 기저부 및
    상기 기저부로부터 상기 나노홀을 관통하여 돌출 형성되어 상기 나노디스크를 지지하는 복수 개의 기둥부
    를 포함하여 이루어지는 기판;
    을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 기판은,
    투명 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 기판은,
    유전체 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 기판은,
    유연 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 나노홀 어레이 및 상기 나노디스크 어레이는,
    금속 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 나노홀 어레이 및 상기 나노디스크 어레이는,
    서로 동일한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 광학 필터는,
    서로 상응하는 위치에 배치되는 상기 나노홀 및 상기 나노디스크의 직경이 서로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 광학 필터는,
    서로 상응하는 위치에 배치되는 상기 나노홀 및 상기 나노디스크의 두께가 서로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 나노홀 어레이 및 상기 나노디스크 어레이는,
    각각 상기 나노홀 또는 상기 나노디스크가 사각 격자(square lattice) 형태, 삼각 격자(triangular lattice) 형태, 육각 격자(hexagonal lattice), 나선(spiral) 형태, 방사상(radial) 형태 중 선택되는 적어도 하나의 형태로 분산 배치된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 광학 필터는,
    상기 나노홀 어레이 상에서의 상기 나노홀 배치 형태 및 상기 나노디스크 어레이 상에서의 상기 나노디스크 배치 형태가 서로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  14. 제 2항에 있어서, 상기 광학 필터는,
    입사광의 진행 경로 상에 상기 나노홀 어레이만 배치되어 있을 때를 NH조건이라 하고, 입사광의 진행 경로 상에 상기 광학 필터가 배치되어 있을 때를 CPS조건이라 하며,
    NH조건에서의 고차 피크의 크기를 t라 하고, NH조건에서의 고차 피크 및 CPS조건에서의 고차 피크의 크기 차이를 Δt라 하고, Δt/t를 감쇄도(Degree Of Attenuation)라 정의할 때,
    감쇄도가 미리 결정된 기준 내지 1 범위 내에 해당하도록 상기 나노홀 또는 상기 나노디스크의 직경 및 두께가 결정되는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  15. 플레이트 상에 복수 개의 나노홀이 분산 형성된 형태로 이루어지는 나노홀 어레이; 복수 개의 나노디스크가 각각 복수 개의 상기 나노홀에 상응하는 위치에 분산 배치되어, 상기 나노홀 어레이가 형성하는 평면과 평행하게 이격된 평면을 형성하도록 이루어지는 나노디스크 어레이; 상기 나노홀 어레이의 하부에 배치되어 상기 나노홀 어레이를 지지하는 플레이트 형태로 형성되는 기저부 및 상기 기저부로부터 상기 나노홀을 관통하여 돌출 형성되어 상기 나노디스크를 지지하는 복수 개의 기둥부를 포함하여 이루어지는 기판; 을 포함하여 이루어져, 상기 나노홀 어레이 및 상기 나노디스크 어레이가 상보적 결합된 플라즈모닉 구조(Complementary Plasmonic Structure)를 형성하는 광학 필터를 제조하는 광학 필터의 제조 방법에 있어서,
    유리 재질의 상기 기저부 상에 HSQ(hydrogen silsesquioxane) 레지스트가 도포되는 단계;
    E-빔 패터닝에 의하여 미리 결정된 패턴 이외 영역의 HSQ 레지스트가 제거되는 단계;
    가열에 의하여 HSQ 레지스트가 경화되어 상기 기둥부가 형성되는 단계;
    금속 증착에 의하여 상기 기저부 및 상기 기둥부의 상면에 금속 박막층이 형성됨으로써, 상기 기저부 상면에 상기 나노홀 어레이가 형성되고, 상기 기둥부 상면에 상기 나노디스크 어레이가 형성되는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터의 제조 방법.
  16. 플레이트 상에 복수 개의 나노홀이 분산 형성된 형태로 이루어지는 나노홀 어레이; 복수 개의 나노디스크가 각각 복수 개의 상기 나노홀에 상응하는 위치에 분산 배치되어, 상기 나노홀 어레이가 형성하는 평면과 평행하게 이격된 평면을 형성하도록 이루어지는 나노디스크 어레이; 상기 나노홀 어레이의 하부에 배치되어 상기 나노홀 어레이를 지지하는 플레이트 형태로 형성되는 기저부 및 상기 기저부로부터 상기 나노홀을 관통하여 돌출 형성되어 상기 나노디스크를 지지하는 복수 개의 기둥부를 포함하여 이루어지는 기판; 을 포함하여 이루어져, 상기 나노홀 어레이 및 상기 나노디스크 어레이가 상보적 결합된 플라즈모닉 구조(Complementary Plasmonic Structure)를 형성하는 광학 필터를 제조하는 광학 필터의 제조 방법에 있어서,
    미리 결정된 패턴 형태로서 나노임프린팅 공정에 의해 상기 기판이 형성되는 단계;
    금속 증착에 의하여 상기 기저부 및 상기 기둥부의 상면에 금속 박막층이 형성됨으로써, 상기 기저부 상면에 상기 나노홀 어레이가 형성되고, 상기 기둥부 상면에 상기 나노디스크 어레이가 형성되는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터의 제조 방법.
  17. 제 1 내지 14항 중 선택되는 어느 한 항에 의한 광학 필터;
    입사광의 진행 방향 및 상기 광학 필터의 배치 방향 간 각도를 배치각이라 할 때, 상기 광학 필터에 연결되어 상기 광학 필터의 배치각을 조절하는 액추에이터;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터 이미징 장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 액추에이터는,
    고정 지지부를 형성하는 프레임;
    일단이 상기 프레임에 연결되고 타단이 상기 광학 필터에 연결되어, 인가되는 전기 신호에 따라 굽힘 정도가 조절되도록 이루어지는 바이모프;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터 이미징 장치.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 광학 필터 이미징 장치는,
    상기 광학 필터 및 상기 액추에이터로 이루어지는 유닛을 단일 개 포함하여 이루어지거나, 또는
    복수 개의 상기 유닛이 어레이를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터 이미징 장치.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 광학 필터 이미징 장치는,
    복수 개의 상기 유닛이 어레이를 형성하여 이루어지는 경우,
    각각의 상기 유닛에서의 배치각의 조절이 서로 연계해서 이루어지거나 또는 서로 독립적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터 이미징 장치.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 광학 필터 이미징 장치는,
    이미지 센서 또는 디스플레이 장치로 사용되는 것을 특징으로 하는 광학 필터 이미징 장치.
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