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KR101669219B1 - 광변조기 및 이를 채용한 광학장치 - Google Patents

광변조기 및 이를 채용한 광학장치 Download PDF

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KR101669219B1
KR101669219B1 KR1020100139356A KR20100139356A KR101669219B1 KR 101669219 B1 KR101669219 B1 KR 101669219B1 KR 1020100139356 A KR1020100139356 A KR 1020100139356A KR 20100139356 A KR20100139356 A KR 20100139356A KR 101669219 B1 KR101669219 B1 KR 101669219B1
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antenna
optical modulator
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박용화
신창균
이홍석
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삼성전자주식회사
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Abstract

광변조기 및 이를 채용한 광학장치에 관해 개시되어 있다. 개시된 광변조기는 플라즈모닉 나노안테나(plasmonic nano-antenna) 및 상기 나노안테나의 플라즈몬 공진 특성을 변화시키기 위한 요소를 포함할 수 있다. 상기 나노안테나의 플라즈몬 공진 특성을 변화시키기 위한 요소는 굴절률 변화층일 수 있다. 상기 굴절률 변화층은 전기적 신호에 의해 굴절률이 변화되는 물질층일 수 있다. 이 경우, 상기 굴절률 변화층은 전기광학(electrooptic) 물질을 포함하거나, 투명 전도성(transparent conductive) 물질을 포함할 수 있다. 상기 굴절률 변화층의 굴절률 변화에 의해 나노안테나의 플라즈몬 공진 특성이 변화될 수 있고, 그에 따라, 광이 변조될 수 있다.

Description

광변조기 및 이를 채용한 광학장치{Light modulator and optical apparatus employing the same}
광변조기 및 이를 채용한 광학장치에 관한 것이다.
종래의 광변조기들은 광차단/변화 요소의 기계적 움직임을 이용하거나, 액정(liquid crystal), MEMS(microelectromechanical system) 구조 등을 이용하여 빛의 흐름/특성(방향, 투과/반사 정도 등)을 제어한다. 이러한 광변조기들은 그 구동 방식의 특성상 동작 응답시간이 수 ㎲ 이상으로 느린 단점이 있다.
이에, 전기광학(electrooptic) 방식으로 구동하는 광변조기(이하, 전기광학 변조기)가 제안되었다. 전기광학 변조기의 경우, 비교적 빠른 동작 속도를 가질 수 있으나, 큰 부피의 전기광학 매질이 요구되고, 구동 전압이 큰 문제가 있다.
플라즈모닉 나노안테나(plasmonic nano-antenna) 또는 그의 어레이(array)를 포함하는 광변조기를 제공한다.
상기 광변조기를 포함하는 광학장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 플라즈모닉 나노안테나(plasmonic nano-antenna); 상기 나노안테나에 인접하게 배치된 굴절률 변화층; 및 상기 굴절률 변화층의 굴절률을 변화시키기 위한 굴절률 변화수단;을 포함하고, 상기 굴절률 변화층의 굴절률 변화에 의해 상기 나노안테나의 플라즈몬 공진 특성이 변화되는 광변조기가 제공된다.
상기 굴절률 변화층은 전기적 신호에 의해 굴절률이 변화되는 물질층일 수 있다.
상기 굴절률 변화층은 전기광학(electrooptic) 물질을 포함할 수 있다.
상기 굴절률 변화층은 투명 전도성(transparent conductive) 물질을 포함할 수 있다.
상기 굴절률 변화수단은 상기 굴절률 변화층을 사이에 두고 이격 배치된 제1 및 제2 전극; 및 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하기 위한 전압 인가수단;을 포함할 수 있다.
상기 굴절률 변화층은 상기 제1 전극에 접촉하도록 구비될 수 있고, 상기 굴절률 변화층과 상기 제2 전극 사이에 상기 나노안테나가 구비될 수 있다.
상기 굴절률 변화층의 적어도 일부가 상기 제1 및 제2 전극 중 하나로 사용될 수 있다.
상기 굴절률 변화층의 적어도 일부는 상기 제1 전극으로 사용될 수 있고, 상기 굴절률 변화층과 상기 제2 전극 사이에 상기 나노안테나가 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 굴절률 변화층과 상기 나노안테나 사이에 유전층이 더 구비될 수 있다.
상기 굴절률 변화층의 적어도 일부는 상기 제1 전극으로 사용될 수 있고, 이때, 상기 굴절률 변화층의 일측에 상기 굴절률 변화층과 이격된 상기 제2 전극이 구비될 수 있고, 상기 굴절률 변화층의 타측에 상기 나노안테나가 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 굴절률 변화층과 상기 제2 전극 사이에 유전층이 더 구비될 수 있다.
상기 나노안테나의 적어도 일부가 상기 제1 및 제2 전극 중 하나로 사용될 수 있다.
상기 나노안테나의 적어도 일부는 상기 제1 전극으로 사용될 수 있고, 상기 나노안테나와 상기 제2 전극 사이에 상기 굴절률 변화층이 구비될 수 있다.
상기 나노안테나는 금속층 패턴을 포함할 수 있고, 상기 금속층 패턴은 비금속층에 접촉될 수 있다.
상기 비금속층은 유전층일 수 있다.
상기 비금속층은 상기 굴절률 변화층이거나, 상기 굴절률 변화층과 별개의 층으로 구비될 수 있다.
상기 금속층 패턴은 원형 디스크, 십자, 원뿔, 구, 반구, 쌀알, 타원형 디스크, 막대 구조 중 어느 한 구조를 가질 수 있다.
상기 금속층 패턴은 하면이 오목한 구조를 가질 수 있다.
상기 금속층 패턴의 하면은 반구 형태 또는 유사 반구 형태로 오목할 수 있다.
상기 금속층 패턴의 두께는 λ/5 (여기서, λ는 상기 광변조기의 공진 파장) 이하일 수 있다.
상기 금속층 패턴이 복수 개 주기적으로 배열될 수 있다.
상기 복수의 금속층 패턴은 서로 이격될 수 있다.
상기 복수의 금속층 패턴은 서로 접촉될 수 있다.
상기 복수의 금속층 패턴에서 인접한 두 패턴의 중심 사이의 거리는 λ/2 (여기서, λ는 상기 광변조기의 공진 파장) 이하일 수 있다.
상기 광변조기는 반사형, 투과형 또는 반투과 반사형일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 광변조기를 포함하는 광학장치가 제공된다.
상기 광학장치는 카메라일 수 있다.
상기 카메라는 상기 광변조기를 셔터(shutter)로 사용하는 3차원 카메라일 수 있다.
상기 광학장치는 디스플레이 장치일 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 상기 광변조기를 컬러 픽셀(color pixel)로 사용할 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 반사형, 투과형 또는 반투과 반사형일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 나노입자가 배열된 나노입자층; 상기 나노입자층 상에 구비되어 하면에 요철 구조를 갖는 금속층; 상기 금속층 상에 구비된 굴절률 변화층; 및 상기 굴절률 변화층의 굴절률을 변화시키기 위한 굴절률 변화수단;을 포함하는 광변조기가 제공된다.
상기 금속층은 상기 나노입자 하나에 대응하는 영역에 단위 구조를 포함할 수 있고, 복수의 상기 단위 구조가 연속 배열될 수 있다.
상기 복수의 단위 구조 중 인접한 두 개의 중심 사이의 거리는 λ/2 (여기서, λ는 상기 광변조기의 공진 파장) 이하일 수 있다.
상기 복수의 단위 구조의 두께는 λ/5 (여기서, λ는 상기 광변조기의 공진 파장) 이하일 수 있다.
상기 굴절률 변화수단은 상기 굴절률 변화층을 사이에 두고 이격 배치된 제1 및 제2 전극; 및 상기 제1 및 상기 제2 전극 사이에 전압을 인가하기 위한 전압 인가수단;을 포함할 수 있다.
상기 금속층은 상기 제1 및 제2 전극 중 하나로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 광변조기를 포함하는 광학장치가 제공된다.
상기 광학장치는 카메라일 수 있다.
상기 카메라는 상기 광변조기를 셔터(shutter)로 사용하는 3차원 카메라일 수 있다.
상기 광학장치는 디스플레이 장치일 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 상기 광변조기를 컬러 픽셀(color pixel)로 사용할 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 반사형, 투과형 또는 반투과 반사형일 수 있다.
저전력/고속 구동이 가능하고 부피가 작으며 넓은 변조 범위를 갖는 광변조기를 구현할 수 있다. 이러한 광변조기를 디스플레이, 카메라 등과 같은 광학장치에 적용하면, 광학장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광변조기를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광변조기의 구체적인 구조를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광변조기에 사용되는 나노안테나의 구조를 예시적으로 보여주는 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광변조기에 사용되는 나노안테나들의 어레이 구조를 예시적으로 보여주는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 광변조기에 사용되는 나노안테나들의 단위 어레이 구조가 주기적으로 배열된 구조를 보여주는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기에 사용되는 다양한 나노안테나의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기를 보여주는 단면도이다.
도 12는 도 11의 복수의 나노입자의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광변조기의 입사광 변조 방식을 설명하기 위한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기의 입사광 변조 방식을 설명하기 위한 단면도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기의 입사광 변조 방식을 설명하기 위한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 광변조기의 온(ON)/오프(OFF)에 따른 반사율 변화의 한 예를 보여주는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 광변조기를 적용한 반사형 컬러 픽셀을 보여주는 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
A1 : 제1 영역 D10∼D12, D21 : 유전층
E10∼E13 : 제1 전극 E20∼E23 : 제2 전극
LM1∼LM3 : 광변조기 M1, M10∼M13 : 금속층
n1 : 단위 나노구조 N1, N10∼N12, N100 : 나노안테나
P13 : 나노입자층 PX1 : 컬러 픽셀
R1, R10∼R13 : 굴절률 변화층 SUB10∼SUB13 : 기판
U1 : 굴절률 변화수단 V1∼V4 : 전압 인가수단
10 : 나노입자
이하, 본 발명의 실시예에 따른 광변조기 및 이를 채용한 광학장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광변조기를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 플라즈모닉 나노안테나(plasmonic nano-antenna)(N1) 및 이에 인접한 굴절률 변화층(R1)이 구비될 수 있다. 나노안테나(N1)는 특정 파장(혹은 주파수)의 빛(입사광, visible 및 invisible 전자기파 모두 포함)을 국소 표면 플라즈몬 공진(localized surface plasmon resonance)의 형태로 변환하여 그 에너지를 포획하는 것으로, 빛에 대한 나노구조의 안테나라 할 수 있다. 나노안테나(N1)에 의해 특정 파장 대역의 빛이 흡수될 수 있다. 나노안테나(N1)는 금속층 패턴(M1)을 포함할 수 있고, 금속층 패턴(M1)은 비금속층(ex, 유전층)에 접촉되어 있을 수 있다. 금속층 패턴(M1)과 상기 비금속층(ex, 유전층)의 계면에서 플라즈몬 공진이 발생할 수 있다. 이때, 상기 비금속층(ex, 유전층)은 아래에서 설명할 굴절률 변화층(R1)일 수도 있고, 굴절률 변화층(R1)과 별개의 층으로 구비될 수도 있다. 편의상, 이하에서는 금속층 패턴(M1) 자체를 나노안테나(N1)로 간주하고 설명하도록 한다.
나노안테나(N1)에 접촉하거나 그에 근접하게 배치된 굴절률 변화층(R1)이 구비될 수 있다. 굴절률 변화층(R1)은 전기적 신호에 의해 굴절률이 변화되는 물질층일 수 있다. 여기서, 굴절률 변화는 흡수율(광흡수율) 변화 개념을 포함할 수 있다. 따라서 굴절률 변화층(R1)은 굴절률 및 흡수율(광흡수율)이 변화되는 물질층일 수 있다. 예컨대, 굴절률 변화층(R1)은 전기광학(electrooptic)(EO) 물질을 포함할 수 있다. 상기 전기광학 물질은, 예컨대, KTN(potassium tantalate niobate), LiNbO3, PZT(lead zirconate titanate) 등의 결정질 물질을 포함하거나, 전기광학 특성을 갖는 다양한 폴리머(polymer)를 포함할 수도 있다. 또는 굴절률 변화층(R1)은 투명 전도성(transparent conductive) 물질을 포함할 수도 있다. 상기 투명 전도성 물질은, 예컨대, ITO(indium tin oxide)를 포함하거나, IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide)와 같은 ZnO 계열의 산화물 등을 포함할 수 있다. 이러한 투명 전도성 물질도 전기적 신호의 인가에 의해 굴절률이 변화될 수 있다.
굴절률 변화층(R1)의 굴절률을 변화시키기 위한 굴절률 변화수단(U1)이 구비될 수 있다. 굴절률 변화층(R1)이 전기적 신호에 의해 굴절률이 변화되는 층인 경우, 굴절률 변화수단(U1)은 굴절률 변화층(R1)에 전기적 신호를 인가하기 위한 요소(ex, 전압 발생장치)를 포함할 수 있다. 이 경우, 굴절률 변화층(R1)의 일측에 굴절률 변화수단(U1)에 연결되는 제1 전극(미도시)이 구비될 수 있고, 굴절률 변화층(R1)의 타측에 굴절률 변화수단(U1)에 연결되는 제2 전극(미도시)이 구비될 수 있다. 굴절률 변화층(R1)이 전도성 물질층인 경우, 굴절률 변화층(R1) 자체(혹은, 그 일부)를 상기 제1 및 제2 전극(미도시) 중 하나로 사용할 수도 있다. 이렇게 전기적 신호에 의해 굴절률 변화층(R1)의 굴절률을 변화시키면, 매우 빠른 속도로 굴절률 변화층(R1)의 굴절률을 변화시킬 수 있다.
굴절률 변화층(R1)의 굴절률이 변화되면, 나노안테나(N1)의 플라즈몬 공진 특성이 변화될 수 있다. 즉, 굴절률 변화층(R1)의 굴절률 변화에 의해 나노안테나(N1)의 공진 파장, 공진 파장 폭, 공진 깊이 등이 변화될 수 있다. 특히, 나노안테나(N1)는 특정 파장(혹은 주파수)의 빛을 국소 표면 플라즈몬 공진의 형태로 포획하는데, 이 경우, 나노안테나(N1)의 표면 혹은 그 근처의 매우 작은 영역(수∼수십 nm)에 에너지가 집중되기 때문에, 굴절률 변화층(R1)의 굴절률 변화에 의해 나노안테나(N1)의 플라즈몬 공진 특성이 매우 민감하게 변화(변조)될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 작은 부피의 굴절률 변화 물질(ex, 전기광학 매질)을 사용하더라도, 저전력/고속 구동이 가능하고 넓은 변조 범위를 갖는 광변조기를 용이하게 구현할 수 있다. 플라즈몬 공진을 이용하지 않고 전기광학 방식만 적용하는 경우, 큰 부피의 전기광학 매질이 요구되고, 구동 전압이 커지는 등의 문제가 있다. 그러나 본 실시예에서는 플라즈모닉 나노안테나(N1)의 공진 특성을 굴절률 변화 물질(ex, 전기광학 매질)의 굴절률 변화를 이용해서 변화(변조)시키기 때문에, 저전력/고속 구동이 가능하고 변조 범위가 넓으며 부피가 작은 박막 타입의 광변조기를 구현할 수 있다. 부가해서, 나노안테나(N1)의 구조/형태 및 그의 배열 방식에 따라, 공진 파장, 공진 파장 폭, 공진 편광 특성, 공진 각도, 반사/흡수/투과 특성 등이 달라질 수 있다. 따라서, 나노안테나(N1)의 구조/형태 및 배열 방식을 제어함으로써, 목적에 맞는 특성을 갖는 광변조기를 용이하게 제조할 수 있다.
도 1에 도시하지는 않았지만, 굴절률 변화층(R1)의 하면 및 상면 중 적어도 하나에 유전층이 더 구비될 수 있다. 상기 유전층이 굴절률 변화층(R1)의 상면에 구비되는 경우, 상기 유전층이 굴절률 변화층(R1)과 나노안테나(N1) 사이에 구비될 수 있으므로, 굴절률 변화층(R1)과 나노안테나(N1)는 다소 이격될 수 있다. 그러나 이 경우에도, 굴절률 변화층(R1)과 나노안테나(N1)는 매우 근접하게 배치될 수 있으므로, 굴절률 변화층(R1)의 굴절률 변화에 의해 나노안테나(N1)의 플라즈몬 공진 특성이 변화될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광변조기를 보다 구체적으로 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 기판(SUB10) 상에 제1 전극(E10)이 구비될 수 있다. 제1 전극(E10)은 투명 전극 또는 불투명 전극이거나, 반투명 전극일 수 있다. 제1 전극(E10) 상에 굴절률 변화층(R10)이 구비될 수 있다. 굴절률 변화층(R10)은, 예컨대, 전기광학(electrooptic) 물질을 포함하는 비도전층일 수 있다. 또는 굴절률 변화층(R10)은 투명 전도성 물질을 포함하는 도전층일 수도 있다. 굴절률 변화층(R10) 상에 나노안테나(N10)가 구비될 수 있다. 나노안테나(N10)는 금속층 패턴(M10)을 포함할 수 있다. 금속층 패턴(M10)과 굴절률 변화층(R10) 사이에 소정의 접착층(또는 씨드층)(미도시)을 더 구비시킬 수도 있다. 상기 접착층으로는, 예컨대, Cr층 등을 사용할 수 있다. 나노안테나(N10)의 금속층 패턴(M10)을 덮는 유전층(D10)이 구비될 수 있다. 금속층 패턴(M10)은 유전층(D10)과 접촉되어 있으므로, 금속층 패턴(M10) 자체를 나노안테나(N10)로 여길 수 있다. 유전층(D10) 상에 제2 전극(E20)이 구비될 수 있다. 제2 전극(E20)은 투명 전극일 수 있다. 예컨대, 제2 전극(E20)은 투명 전도성 산화물로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(E10, E20)에 연결된 전압 인가수단(V1)이 구비될 수 있다. 전압 인가수단(V1)은 제1 및 제2 전극(E10, E20) 사이에 소정의 전압을 인가하여, 결과적으로, 굴절률 변화층(R10)에 전기장을 인가할 수 있다. 상기 전기장에 의해 굴절률 변화층(R10)의 유전율이 변화될 수 있고, 그 결과, 굴절률 변화층(R10)의 굴절률이 변화될 수 있다.
도 2에 도시하지는 않았지만, 제1 전극(E10)과 굴절률 변화층(R10) 사이 및 굴절률 변화층(R10)과 나노안테나(N10)(즉, 금속층 패턴(M10)) 사이 중 적어도 하나에 별도의 유전층을 더 구비시킬 수도 있다. 굴절률 변화층(R10)과 나노안테나(N10)(즉, 금속층 패턴(M10)) 사이에 상기 별도의 유전층이 구비되는 경우, 그 두께는 수십 nm 이하로 얇을 수 있다.
제1 전극(E10)의 투명도(또는 불투명도)에 따라, 도 2의 광변조기의 타입이 달라질 수 있다. 제1 전극(E10)이 투명 전극인 경우, 본 실시예의 광변조기는 투과형 또는 반투과 반사형 소자일 수 있다. 제1 전극(E10)이 불투명 전극인 경우, 본 실시예의 광변조기는 반사형 소자일 수 있다. 제1 전극(E10)이 반투명 전극인 경우, 본 실시예의 광변조기는 반투과 반사형 소자일 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기를 보여주는 단면도이다. 도 3 및 도 4는 굴절률 변화층(R11, R12) 자체(혹은, 그 일부)가 전극(E11, E12)으로 사용되는 경우이다.
도 3을 참조하면, 기판(SUB11) 상에 굴절률 변화층(R11)이 구비될 수 있다. 이때, 굴절률 변화층(R11)은 도전층일 수 있다. 예컨대, 굴절률 변화층(R11)은 ITO, IZO, AZO, GZO, ZnO 등과 같은 산화물을 포함하는 투명 전도성 물질층일 수 있다. 이 경우, 굴절률 변화층(R11) 자체(혹은, 그 일부)를 제1 전극(E11)으로 사용할 수 있다. 굴절률 변화층(R11) 상에 제1 유전층(D11)이 구비될 수 있다. 제1 유전층(D11) 상에 금속층 패턴(M11)이 구비될 수 있고, 금속층 패턴(M11)을 덮는 제2 유전층(D21)이 더 구비될 수 있다. 이렇게 유전층(D11, D21)과 접촉된 금속층 패턴(M11)을 나노안테나(N11)라 할 수 있다. 제2 유전층(D21) 상에 제2 전극(E21)이 구비될 수 있다. 제1 전극(E11)으로 사용되는 굴절률 변화층(R11)과 제2 전극(E21)에 연결된 전압 인가수단(V2)이 구비될 수 있다. 전압 인가수단(V2)은 굴절률 변화층(R11)과 제2 전극(E21) 사이에 소정의 전압을 인가하여, 결과적으로, 굴절률 변화층(R11)에 전기장을 인가할 수 있다. 이때, 굴절률 변화층(R11)에 음(-)의 전압이 인가될 수 있고, 제2 전극(E21)에 양(+)의 전압이 인가될 수 있다. 이 경우, 굴절률 변화층(R11)의 상단부(upper portion)에 음(-)의 전하가 집중되면서, 상기 상단부 영역의 굴절률이 변화될 수 있다. 이러한 굴절률 변화층(R11)의 굴절률 변화에 의해 나노안테나(N11)의 플라즈몬 공진 특성이 변화될 수 있다.
굴절률 변화층(R11)과 나노안테나(N11) 사이에 구비되는 제1 유전층(D11)의 두께는 수십 nm 이하, 예컨대, 약 80nm 이하로 얇을 수 있다. 이렇게 제1 유전층(D11)이 얇은 두께를 가질 때, 굴절률 변화층(R11)과 나노안테나(N11)는 서로 매우 근접하게 구비될 수 있고, 굴절률 변화층(R11)의 굴절률 변화에 의해 나노안테나(N11)의 플라즈몬 공진 특성이 용이하게 변화될 수 있다.
도 3의 구조에서 제1 전극(E11)으로 사용되는 굴절률 변화층(R11)은 투명 전도성 물질층일 수 있으므로, 도 3의 구조는 투과형 또는 반투과 반사형 광변조기일 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기를 보여주는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 기판(SUB12) 상에 제2 전극(E22)이 구비될 수 있고, 제2 전극(E22) 상에 유전층(D12)이 구비될 수 있다. 유전층(D12) 상에 굴절률 변화층(R12)이 구비될 수 있다. 굴절률 변화층(R12)은, 도 3의 굴절률 변화층(R11)과 유사한 도전층일 수 있다. 즉, 굴절률 변화층(R12)은 ITO, IZO, AZO, GZO, ZnO 등과 같은 산화물을 포함하는 투명 전도성 물질층일 수 있다. 이 경우, 굴절률 변화층(R12)은 제1 전극(E12)으로 사용될 수 있다. 굴절률 변화층(R12)은 전기적으로는 도전층이지만, 빛에 대해서는 '유전층'일 수 있다. 다시 말해, 굴절률 변화층(R12)은 빛의 주파수에 대해서는 '유전층'과 같은 역할을 할 수 있다. 굴절률 변화층(R12)의 두께는, 예컨대, 약 100nm 이하일 수 있다. 굴절률 변화층(R12) 상에 금속층 패턴(M12)이 구비될 수 있다. 굴절률 변화층(R12)은 빛에 대해서 '유전층'일 수 있으므로, 금속층 패턴(M12)은 유전층(즉, 굴절률 변화층(R12))과 접촉되어 있다고 할 수 있다. 이러한 금속층 패턴(M12)은 나노안테나(N12)라 할 수 있다. 또한 도시하지는 않았지만, 굴절률 변화층(R12) 상에 나노안테나(N12)를 덮는 별도의 유전층을 더 구비시킬 수도 있다. 제1 전극(E12)으로 사용되는 굴절률 변화층(R12)과 제2 전극(E22)에 연결된 전압 인가수단(V3)이 구비될 수 있다. 전압 인가수단(V3)은 굴절률 변화층(R12)과 제2 전극(E22) 사이에 소정의 전압을 인가하여, 결과적으로, 굴절률 변화층(R12)에 전기장을 인가할 수 있다. 이때, 굴절률 변화층(R12)에 음(-)의 전압이 인가될 수 있고, 제2 전극(E22)에 양(+)의 전압이 인가될 수 있다. 이 경우, 굴절률 변화층(R12)의 하단부(lower portion)에 음(-)의 전하가 집중되면서, 상기 하단부 영역의 굴절률이 변화될 수 있다. 이러한 굴절률 변화층(R12)의 굴절률 변화에 의해 나노안테나(N12)의 플라즈몬 공진 특성이 변화될 수 있다.
도 4의 구조에서 제2 전극(E22)의 투명도(또는 불투명도)에 따라, 광변조기의 타입이 달라질 수 있다. 제2 전극(E22)이 투명 전극인 경우, 본 실시예의 광변조기는 투과형 또는 반투과 반사형 소자일 수 있다. 제2 전극(E22)이 불투명 전극인 경우, 본 실시예의 광변조기는 반사형 소자일 수 있다. 제2 전극(E22)이 반투명 전극인 경우, 본 실시예의 광변조기는 반투과 반사형 소자일 수 있다.
도 5는 도 1 내지 도 4의 나노안테나(N1, N10∼N12)의 전체적 구조/형태를 예시적으로 보여주는 사시도이다. 즉, 도 5는 도 1 내지 도 4의 금속층 패턴(M1, M10∼M12)의 전체적 구조/형태를 예시적으로 보여주는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 나노안테나(N100)는 디스크(disc) 구조를 가질 수 있다. 상기 디스크는 원형일 수 있다. 도 5의 나노안테나(N100)는 어레이(array) 구조를 이룰 수 있다. 그 일례가 도 6에 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 복수의 나노안테나(N100)가 규칙적으로(주기적으로) 배열될 수 있다. 이때, 복수의 나노안테나(N100) 중에서 인접한 두 개의 중심 사이의 거리(d)는 λ/2 이하, 예컨대, λ/3 이하일 수 있다. 여기서, λ는 광변조기의 공진 파장, 즉, 나노안테나(N100)의 공진 파장일 수 있다. 한편, 나노안테나(N100)의 두께(t)는 λ/5 이하, 예컨대, λ/10 이하 λ/20 이상일 수 있다. 인접한 두 나노안테나(N100) 사이의 중심 거리(d)가 위 조건을 만족할 때, 입사광이 추가적인 회절광을 발생시키지 않으면서 투과 혹은 반사될 수 있다. 또한 나노안테나(N100)의 두께(t)가 위 조건을 만족할 때, 공진 파장(흡수 파장)의 수가 2개 이상으로 과도하게 늘어나지 않을 수 있다.
도 6과 같이, 복수의 나노안테나(N100)가 규칙적으로(주기적으로) 배열된 어레이 구조는 하나의 단일 매질(single medium) 또는 하나의 유효 매질(effective medium)처럼 동작할 수 있다.
복수의 나노안테나(N100)의 배열 방식은 도 6에 도시된 바에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 도 6에서는 복수의 나노안테나(N100)가 소정 간격 이격하도록 배열되지만, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 나노안테나(N100)는 서로 접촉하도록 배열될 수도 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 나노안테나(N100)는 조밀 충진(close packing) 구조를 가질 수도 있다.
도 6 내지 도 8의 나노안테나(N100)들이 주기적으로 배열된 구조(어레이 구조)는 하나의 단위 구조(이하, 단위 어레이 구조)가 될 수 있고, 상기 단위 어레이 구조가 반복해서 배열될 수 있다. 그 일례가 도 9에 도시되어 있다. 도 9에서 참조번호 NA100은 상기 단위 어레이 구조를 나타낸다. 즉, 단위 어레이 구조(NA100)는 도 6 내지 도 8 중 어느 하나의 어레이 구조에 대응될 수 있다. 도 9의 구조는 공간 광변조기(spatial light modulator)로 동작할 수 있다. 예컨대, 도 9에서 단위 어레이 구조(NA100) 또는 단위 어레이 구조(NA100)가 복수 개 배열된 구조는 하나의 픽셀(pixel)로 적용될 수 있다.
나노안테나(N100)의 구조/형태는 도 5 내지 도 8에 도시된 바에 한정되지 않고, 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 나노안테나(N100)는 도 10에 도시된 바와 같이, 다양한 구조/형태를 가질 수 있다.
도 10을 참조하면, 나노안테나(N100)는 십자(a), 원뿔(b), 구(c), 반구(d), 쌀알(e), 타원형 디스크(f), 막대(g) 구조 등 다양한 변형 구조를 가질 수 있다. 여기서, 십자(a), 원뿔(b), 구(c), 반구(d) 구조는 도 5의 원형 디스크와 유사하게 대칭 구조일 수 있다. 한편, 쌀알(e), 타원형 디스크(f), 막대(g) 구조는 한쪽 방향으로 대칭성이 깨진 구조일 수 있다. 또한 나노안테나(N100)는 복수의 층이 겹쳐진 다층 구조를 가질 수도 있다. 예컨대, 나노안테나(N100)가 구(c) 구조를 갖는 경우, 코어부와 적어도 하나의 껍질부로 구성될 수 있다. 부가해서, 두 개 이상의 서로 다른 구조/형태를 갖는 나노안테나들이 하나의 단위를 이루어 주기적으로 배열될 수도 있다.
나노안테나(N100)의 구조/형태 및 그의 배열 방식에 따라, 공진 파장, 공진 파장 폭, 공진 편광 특성, 공진 각도, 반사/흡수/투과 특성 등이 달라질 수 있다. 따라서, 나노안테나(N100)의 구조/형태 및 배열 방식을 제어함으로써, 목적에 맞는 특성을 갖는 광변조기를 용이하게 제조할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기를 보여주는 단면도이다.
도 11을 참조하면, 기판(SUB13) 상에 복수의 나노입자(10)로 구성된 나노입자층(P13)이 구비될 수 있다. 나노입자(10)는 유전체로 형성될 수 있다. 이때, 상기 유전체의 굴절률은, 예컨대, 1∼2 정도일 수 있다. 나노입자(10)는 유전체가 아닌 다른 물질로 형성될 수도 있다. 나노입자층(P13) 상에 금속층(M13)이 구비될 수 있다. 금속층(M13)은, 예컨대, Au, Ag, Cu, Al 등으로 형성될 수 있다. 금속층(M13)은 나노입자층(P13) 상에 형성되기 때문에, 금속층(M13)의 하면은 요철 구조를 가질 수 있다. 금속층(M13)에서 나노입자(10) 하나에 대응하는 영역(확대 도면 참조)을 "단위 나노구조(n1)"라 할 수 있다(부분 확대도 참조). 상기 단위 나노구조(n1)는 오목한 하면을 가질 수 있다. 이때, 상기 오목한 하면은 반구면 또는 유사 반구면일 수 있다. 단위 나노구조(n1)는 "플라즈모닉 나노안테나"일 수 있다. 금속층(M13)은 복수의 단위 나노구조(n1)가 연속 배열된 구조라 할 수 있다.
금속층(M13) 상에 굴절률 변화층(R13)이 구비될 수 있고, 굴절률 변화층(R13) 상에 전극(E23)이 구비될 수 있다. 금속층(M13) 자체(혹은 그 일부)가 제1 전극(E13)으로 사용될 수 있고, 이 경우, 굴절률 변화층(R13) 상에 구비되는 전극(E23)은 제2 전극(E23)이라 할 수 있다. 굴절률 변화층(R13)과 제2 전극(E23)에 연결된 전압 인가수단(V4)이 구비될 수 있다. 전압 인가수단(V4)으로 금속층(M13)과 제2 전극(E23) 사이에 전압을 인가하여, 굴절률 변화층(R13)의 굴절률을 변화시킬 수 있다. 도 11에서 점선으로 표시한 제1 영역(A1)의 구조는 구비되지 않을 수도 있다. 즉, 상기 제1 영역(A1)의 구조는, 필요에 따라, 제거될 수도 있다. 도 11에 도시하지는 않았지만, 금속층(M13)과 굴절률 변화층(R13) 사이 및 굴절률 변화층(R13)과 제2 전극(E23) 사이 중 적어도 하나에 유전층을 더 구비시킬 수도 있다.
도 11에서 나노입자(10)의 직경은, 예컨대, 200nm 내지 600nm 정도일 수 있다. 나노입자(10)의 상부 정점으로부터 금속층(M13)의 상면까지의 거리, 즉, 금속층(M13)의 얇은 영역에서의 두께는, 예컨대, 약 20nm 이하일 수 있다. 굴절률 변화층(R13)의 두께는 500nm 내지 100㎛ 정도일 수 있다. 또한, 전압 인가수단(V4)으로 굴절률 변화층(R13)과 제2 전극(E23) 사이에 인가하는 전압은 수 내지 수백 V, 예컨대, 2V 내지 200V 정도의 범위에서 결정될 수 있다. 그러나 여기서 제시한 구성요소들의 크기 및 두께 그리고 전압 조건 등은 예시적인 것에 불과하고, 경우에 따라, 다양하게 변화될 수 있다.
도 12는 도 11의 복수의 나노입자(10)의 평면 구조를 보여주는 평면도이다.
도 12를 참조하면, 복수의 나노입자(10)는 조밀 충진(close packing) 구조를 가질 수 있다. 이때, 인접한 두 나노입자(10) 사이의 중심 거리(d)는 λ/2 이하, 예컨대, λ/3 이하일 수 있다. 여기서, λ는 광변조기의 공진 파장, 즉, 나노안테나의 공진 파장일 수 있다. 도 12의 평면 구조는 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변화될 수 있다. 즉, 복수의 나노입자(10)는 조밀 충진(close packing) 구조를 갖지 않을 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광변조기는 반사형 또는 투과형이거나, 반투과 반사형일 수 있다. 도 13 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 광변조기의 타입에 따른 입사광 변조 방식의 차이를 보여준다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광변조기(LM1)가 반사형인 경우이다. 도 13을 참조하면, 광변조기(LM1)는 다양한 각도 및 편광 형태를 가지고 입사하는 광 정보를 반사 혹은 흡수할 수 있다. 반사된 빛(즉, 반사광)은 소정의 검출기나 광학계로 입사될 수 있다. 광변조기(LM1)의 온(ON)/오프(OFF) 여부에 따라, 반사 혹은 흡수 특성이 변조될 수 있다. 즉, 광변조기(LM1)의 온(ON)/오프(OFF) 여부에 따라, 상기 검출기나 광학계로 입사되는 반사광의 특성이 달라질 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 광변조기(LM2)가 투과형인 경우이다. 도 14를 참조하면, 광변조기(LM2)는 다양한 각도 및 편광 형태를 가지고 입사하는 광 정보를 투과 혹은 흡수할 수 있다. 투과된 빛(즉, 투과광)은 소정의 검출기나 광학계로 조사될 수 있다. 광변조기(LM2)의 온(ON)/오프(OFF) 여부에 따라, 투과 혹은 흡수 특성이 변조될 수 있다. 즉, 광변조기(LM2)의 온(ON)/오프(OFF) 여부에 따라, 상기 검출기나 광학계로 입사되는 투과광의 특성이 달라질 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 광변조기(LM3)가 반투과 투과형인 경우이다. 도 15를 참조하면, 입사광의 일부는 광변조기(LM3)에서 반사되고, 입사광의 다른 일부는 광변조기(LM3)를 투과할 수 있고, 입사광의 또 다른 일부는 광변조기(LM3)에 흡수될 수 있다. 광변조기(LM3)의 온(ON)/오프(OFF) 여부에 따라, 반사, 투과 및 흡수 특성이 달라질 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 광변조기의 온(ON)/오프(OFF) 여부에 따른 반사율 변화의 한 예를 보여주는 그래프이다. 도 16에서 제1 그래프(G1)는 광변조기가 오프(OFF) 상태인 경우이고, 제2 그래프(G2)는 광변조기가 온(ON) 상태인 경우이다.
도 16을 참조하면, 제2 그래프(G2)가 제1 그래프(G1)보다 상당히 오른쪽에 위치하는 것을 알 수 있다. 이는 광변조기가 턴-온(turn-on) 됨에 따라, 반사/흡수 특성이 크게 변화되었음을 보여준다. 오프(OFF) 상태에서는 제1 파장(λ1) 영역의 빛을 흡수하고 그 주변 영역의 빛은 반사하지만, 온(ON) 상태에서는 제2 파장(λ2) 영역의 빛을 흡수하고 그 주변 영역의 빛은 반사한다. 제2 파장(λ2)은 제1 파장(λ1)보다 상당히 오른쪽에 위치하고 있다. 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)의 차이(Δλ)가 클수록 광변조기의 변조 폭이 크다고 할 수 있다. 오프(OFF) 상태에서는 제1 파장(λ1) 영역의 빛이 반사되지 않고 대부분 흡수되지만, 온(ON) 상태에서는 제1 파장(λ1) 영역의 빛이 대부분 반사된다. 따라서, 광변조기의 온(ON)/오프(OFF) 여부에 따라, 반사광의 특성이 크게 달라질 수 있다. 예컨대, 광변조기의 온(ON)/오프(OFF) 여부에 따라, 반사광의 컬러가 달라질 수 있다.
한편, 광변조기가 투과형인 경우, 오프(OFF) 상태에서는 소정의 제1 파장 영역의 빛은 흡수하고 그 주변 영역의 빛은 투과할 수 있고, 온(ON) 상태에서는 소정의 제2 파장 영역의 빛은 흡수하고 그 주변 영역의 빛은 투과할 수 있다. 따라서 광변조기의 온(ON)/오프(OFF) 여부에 따라, 투과광의 특성이 달라질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 굴절률 변화층의 굴절률을 변화시켜, 굴절률 변화층과 인접한 나노안테나의 플라즈몬 공진 특성을 바꿔줌으로써, 입사광의 반사, 투과, 흡수 특성 등을 변화시킬 수 있다. 특히, 나노안테나로 이용되는 금속막 패턴의 구조/형태, 배열 방식 등을 조절하여, 흡수 파장, 편광 특성, 시야각 등을 다양하게 조절할 수 있다. 아울러, 본 발명의 실시예에 따른 광변조기는 입사광의 위상을 변조하는 역할을 할 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 광변조기는 위상 변조 기능을 갖는 광변조기일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광변조기는 디스플레이, 카메라 등 다양한 광학장치에 적용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 광변조기는 디스플레이의 색변조용 컬러 픽셀(color pixel)로 적용될 수 있다. 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 광변조기를 적용한 반사형 컬러 픽셀(PX1)을 보여준다. 도 17에 도시된 바와 같이, 반사형 컬러 픽셀(PX1)은 다양한 색을 변조하기 위한 복수의 서브 픽셀(R, G, B)을 포함할 수 있다. 서브 픽셀(R, G, B)은 서로 다른 색(적, 녹, 청)을 변조하도록 구성된 것으로, 도 9와 유사한 어레이 구조를 포함할 수 있다. 도 17에서는 반사형 디스플레이에 적용되는 반사형 컬러 픽셀(PX1)에 대해 설명하였지만, 본 발명의 실시예에 따른 광변조기는 반사형 디스플레이뿐 아니라, 투과형 디스플레이 및 반투과 반사형 디스플레이에 다양한 목적으로 적용될 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 광변조기는 정전압 방식으로 구동되는 디스플레이뿐 아니라, 그 밖의 방식으로 구동되는 다양한 디스플레이에 적용될 수 있다. 디스플레이의 전체적 구조는 잘 알려진바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광변조기를 적용한 디스플레이는 저전력 및 고속으로 구동될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광변조기를 카메라에 적용하는 경우, 예컨대, 상기 광변조기는 특정 파장의 빛의 흐름을 개폐하는 셔터(shutter)로 적용될 수 있다. 예컨대, 상기 광변조기는 IR(infrared) 파장의 펄스형 빛을 고속으로 개폐하는 셔터(shutter)로 적용될 수 있다. 구체적인 예로, 본 발명의 실시예에 따른 광변조기는 비행시간법(time-of-flight method)에 기반한 3차원 카메라에서 깊이(depth) 정보를 추출하기 위해 광신호를 변조하는 셔터(shutter)로 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광변조기를 적용하면, 저전력으로 구동되고 고속으로(ex, 100 MHz 급) 동작하는 셔터(solid state shutter)를 구현할 수 있다. 일반적인 카메라 및 3차원 카메라의 구조는 잘 알려진바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
여기서는, 본 발명의 실시예에 따른 광변조기를 디스플레이 및 카메라 등에 적용하는 경우에 대해서 주로 설명하였지만, 상기 광변조기는 전술한 장치(디스플레이 및 카메라) 이외에 다른 광학장치에도 다양한 용도로 적용될 수 있다.
이상에서는, 굴절률 변화층의 굴절률이 전기적 신호에 의해 변화되는 경우에 대해서 주로 설명하였지만, 전기적 신호가 아닌 다른 방식으로 굴절률 변화층의 굴절률을 변화시킬 수도 있다. 예컨대, 굴절률 변화층은 열이나 기계적 변형(strain)(수축/팽창 및 electro-wetting 등)에 의해 굴절률이 변화되는 층일 수도 있다. 이 경우, 굴절률 변화층의 굴절률을 변화시키기 위한 수단, 즉, 굴절률 변화수단의 구성도 전술한 바와 달라질 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 광변조기는 전기광학 변조 방식이 아니라 열적 변조 방식 또는 기계적 변조 방식으로 동작되는 변조기일 수도 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 나노안테나를 구성하는 금속층 패턴과 그에 접촉된 유전층의 물질이 서로 뒤바뀐 구조(즉, 인버스 구조)도 가능함을 알 수 있을 것이다. 또한 굴절률 변화가 아닌 다른 광학적 특성의 변화를 이용해서 나노안테나의 플라즈몬 공진 특성을 변화시킬 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 그 밖에도 다양한 구조적/물질적 변형이 가능하다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

Claims (38)

  1. 플라즈모닉 나노안테나(plasmonic nano-antenna);
    상기 나노안테나에 인접하게 배치된 굴절률 변화층; 및
    상기 굴절률 변화층의 굴절률을 변화시키기 위한 굴절률 변화수단;을 포함하고, 상기 굴절률 변화층의 굴절률 변화에 의해 상기 나노안테나의 플라즈몬 공진 특성이 변화되는 광변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴절률 변화층은 전기적 신호에 의해 굴절률이 변화되는 물질층인 광변조기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 굴절률 변화층은 전기광학(electrooptic) 물질을 포함하는 광변조기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 굴절률 변화층은 투명 전도성(transparent conductive) 물질을 포함하는 광변조기.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 굴절률 변화수단은,
    상기 굴절률 변화층을 사이에 두고 이격 배치된 제1 및 제2 전극; 및
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하기 위한 전압 인가수단;을 포함하는 광변조기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 굴절률 변화층은 상기 제1 전극에 접촉하도록 구비되고,
    상기 굴절률 변화층과 상기 제2 전극 사이에 상기 나노안테나가 구비된 광변조기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 굴절률 변화층의 적어도 일부가 상기 제1 및 제2 전극 중 하나로 사용되는 광변조기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 굴절률 변화층의 적어도 일부는 상기 제1 전극으로 사용되고,
    상기 굴절률 변화층과 상기 제2 전극 사이에 상기 나노안테나가 구비된 광변조기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 굴절률 변화층과 상기 나노안테나 사이에 구비된 유전층을 더 포함하는 광변조기.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 굴절률 변화층의 적어도 일부는 상기 제1 전극으로 사용되고,
    상기 굴절률 변화층의 일측에 상기 굴절률 변화층과 이격된 상기 제2 전극이 구비되며,
    상기 굴절률 변화층의 타측에 상기 나노안테나가 구비된 광변조기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 굴절률 변화층과 상기 제2 전극 사이에 구비된 유전층을 더 포함하는 광변조기.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 나노안테나의 적어도 일부가 상기 제1 및 제2 전극 중 하나로 사용되는 광변조기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 나노안테나의 적어도 일부는 상기 제1 전극으로 사용되고,
    상기 나노안테나와 상기 제2 전극 사이에 상기 굴절률 변화층이 구비된 광변조기.
  14. 제 1 내지 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노안테나는 금속층 패턴을 포함하고,
    상기 금속층 패턴은 비금속층에 접촉되며,
    상기 비금속층은 상기 굴절률 변화층이거나 상기 굴절률 변화층과 별개의 층으로 구비되고, 상기 비금속층은 상기 금속층 패턴의 하면 및 상면 중 적어도 하나에 접촉된 광변조기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 비금속층은 유전층인 광변조기.
  16. 삭제
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 금속층 패턴은 원형 디스크, 십자, 원뿔, 구, 반구, 쌀알, 타원형 디스크, 막대 구조 중 어느 한 구조를 갖는 광변조기.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 금속층 패턴은 하면이 오목한 구조를 갖는 광변조기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속층 패턴의 하면은 반구 형태 또는 유사 반구 형태로 오목한 광변조기.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 금속층 패턴의 두께는 0 보다 크고 λ/5 (여기서, λ는 상기 광변조기의 공진 파장) 이하인 광변조기.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 금속층 패턴이 복수 개 주기적으로 배열된 광변조기.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수의 금속층 패턴은 서로 이격된 광변조기.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수의 금속층 패턴은 서로 접촉된 광변조기.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수의 금속층 패턴에서 인접한 두 패턴의 중심 사이의 거리는 0 보다 크고λ/2 (여기서, λ는 상기 광변조기의 공진 파장) 이하인 광변조기.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 광변조기는 반사형, 투과형 또는 반투과 반사형인 광변조기.
  26. 청구항 1에 기재된 광변조기를 포함하는 광학장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 광학장치는 카메라인 광학장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 카메라는 상기 광변조기를 셔터(shutter)로 사용하는 3차원 카메라인 광학장치.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 광학장치는 디스플레이 장치인 광학장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 상기 광변조기를 컬러 픽셀(color pixel)로 사용하는 광학장치.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 반사형, 투과형 또는 반투과 반사형인 광학장치.
  32. 복수의 나노입자가 배열된 나노입자층;
    상기 나노입자층 상에 구비되어 하면에 요철 구조를 갖는 금속층;
    상기 금속층 상에 구비된 굴절률 변화층; 및
    상기 굴절률 변화층의 굴절률을 변화시키기 위한 굴절률 변화수단;을 포함하는 광변조기.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 금속층은 상기 나노입자 하나에 대응하는 영역에 단위 구조를 포함하고, 복수의 상기 단위 구조가 연속 배열된 광변조기.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 구조 중 인접한 두 개의 중심 사이의 거리는 0 보다 크고λ/2 (여기서, λ는 상기 광변조기의 공진 파장) 이하인 광변조기.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 구조의 두께는 0 보다 크고 λ/5 (여기서, λ는 상기 광변조기의 공진 파장) 이하인 광변조기.
  36. 제 32 항에 있어서, 상기 굴절률 변화수단은,
    상기 굴절률 변화층을 사이에 두고 이격 배치된 제1 및 제2 전극; 및
    상기 제1 및 상기 제2 전극 사이에 전압을 인가하기 위한 전압 인가수단;을 포함하는 광변조기.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 금속층은 상기 제1 및 제2 전극 중 하나로 사용되는 광변조기.
  38. 청구항 32에 기재된 광변조기를 포함하는 광학장치.
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