KR101611208B1 - 고체 촬상 소자용 광학 필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체 촬상 소자용 광학 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 광학 필터는 복수의 투명기재를 포함하고, 상기 투명기재의 일측에 패턴을 구비함으로써 광학 필터의 내구성이 향상되므로, 고체 촬상 소자용 광학 필터로 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 고체 촬상 소자용 광학 필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 상세하게는 복수의 투명기재를 포함하여 내구성이 향상되고, 박형화 및 소형화가 가능한 고체 촬상 소자용 광학 필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
전하결합소자(Charge Coupled Device, CCD), 상보형 금속 산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS) 등의 고체 촬상 소자를 이용하는 디지털 장치는 사람이 눈으로 보는 것과 같이 자연스러운 색상의 화상을 얻기 위하여, 센서가 감지하는 근적외선 영역의 800 내지 1000 nm 범위의 광을 차단하고, 400 내지 600 nm 범위의 빛은 투과시켜 사람의 시 감도에 근사 보정시킬 수 있는 광학 부품이 필수적으로 포함된다. 이를 위하여 기존에 사용되고 있는 광학 부품으로는 반사형 근적외선 차단 필터와 흡수형 근적외선 차단 필터가 있다.
반사형 근적외선 차단 필터는 저굴절율 물질과 고귤절율 물질이 교대로 증착된 다층막의 간섭효과로 인해 가시광선 영역의 빛은 투과하고 근적외선 영역의 빛은 반사시키는 특성을 이용한 것으로, 고체 촬상 소자 앞에 부착되어 입사되는 빛에서 근적외선을 반사시켜 근적외선을 차단하는 역할을 한다. 그러나, 이러한 반사형 근적외선 차단 필터는 간섭효과로 인하여 빛의 입사각에 따라 간섭 결과의 차이가 발생되는데, 특히 모바일 기기용 카메라 모듈의 화소수가 증가되고 슬림화 및 소형화됨에 따라 최종 필터 특성이 들어오는 빛의 입사각에 의한 큰 특성 변화가 문제시 되고 있다.
이에 반해, 디지털 카메라, VTR 카메라, 감시 카메라 용도로 사용되는 흡수형 근적외선 차단 필터는 반사형 차단 필터와는 달리 간섭효과가 아닌 흡수에 의해 근적외선을 차단하므로 근본적으로 입사각에 의한 특성변화를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
한편, 최근 들어 디지털 카메라, 모바일 기기용 카메라, 차량용 카메라, 감시 카메라 등의 소형화, 박형화 추세에 따라 상기 근적외선 차단 필터 또한 박형화가 요구되고 있다. 즉 근적외선 차단 필터가 박형화가 될수록 사용되는 투명기재의 물리·화학적 내구성에 대한 문제가 제기되고 있으며, 이를 해결하기 위한 연구가 다각도로 이루어지고 있다.
그 예로서, 특허문헌 1은 카르복실산, 페놀, 에놀, 티오페놀, 방향족 술폰산아미드, 제1급 또는 제2급 니트로 화합물 등의 유기산이 포함하지 않는 비유기산 점착층을 포함하여 내구성이 향상된 디스플레이 장치용 광학 필터를 개시하고 있다. 또한, 특허문헌 2는 알칼리 토금속 산화물 또는 산화아연 중 적어도 하나, 알칼리 금속 산화물, 산화구리 및 오산화인을 포함하는 광학 필터용 유리 조성물을 개시하였다.
그러나, 상기 특허문헌 1의 투명기재는 반사형 근적외선 차단 필터에 사용되는 것으로, 앞서 언급한 바와 같이 투명기재의 내구성 외에도 광학 필터에 들어오는 광의 입사각에 따른 필터 특성이 변동되는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 2의 투명기재는 흡수형 근적외선 차단 필터에 사용되는 것으로 우수한 내구성을 가지나, 박형화에 적용이 어려운 한계가 있다.
따라서, 흡수형 근적외선 차단 필터에 대한 박형화 구현과 더불어 우수한 내구성을 갖는 투명기재를 포함하는 광학 필터의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 박형화, 소형화에 적용이 가능하며, 내구성이 우수한 고체 촬상 소자용 광학 필터를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 광학 필터를 포함하는 고체 촬상 소자를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 해결하기 위하여,
본 발명은 일실시예에서,
바인더 수지 및 바인더 수지에 분산된 광흡수제를 함유하는 광흡수층; 및
복수의 투명기재를 포함하며, 상기 투명기재는 광흡수층의 일측 또는 양측에 형성되고,
상기 복수의 투명기재는 두께의 총합이 0.12 mm 이하이며,
하기 수학식 1을 만족하는 고체 촬상 소자용 광학 필터를 제공한다:
[수학식 1]
TSave ≥ 0.135
이때, TSave는 광학 필터의 평균 굽힘강도를 의미하고, 단위는 gf/mm2이다.
또한, 본 발명은 일실시예에서,
상기 광학 필터를 포함하는 고체 촬상 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학 필터는, 복수의 투명기재를 포함하고, 상기 투명기재의 일측에 패턴을 구비함으로써 광학 필터의 내구성이 향상되므로, 고체 촬상 소자용 광학 필터로 유용하게 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 고체 촬상 소장용 광학 필터는 투명 기재 두께가 최대 0.12 mm 이하인 구조에 적용될 수 있어 박형화 및 소형화된 필터 구현이 가능하다.
도 1은 일실시예에서 본 발명에 따른 광학 필터의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 다른 일실시예에서 본 발명에 따른 광학 필터의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 일실시예에서 투명기재의 광흡수층 반대측 표면에 패턴을 포함하는 본 발명에 따른 광학 필터의 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 투명기재 표면에 형성된 패턴의 형태를 도시한 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 광학 필터에 포함된 광흡수층 및 투명기재의 구조를 도시한 단면도이다: 이때, (a)는 광흡수층의 일측에 2층이 적층된 구조이고, (b)는 광흡수층의 제1 및 제2 측면에 각각 1개의 투명기재가 적층된 구조이다.
도 6은 일실시예에서 측정된 본 발명에 따른 투명기재와 투명 유리기판의 굽힘강도(flexural stress)를 도시한 그래프이다.
도 2는 다른 일실시예에서 본 발명에 따른 광학 필터의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 일실시예에서 투명기재의 광흡수층 반대측 표면에 패턴을 포함하는 본 발명에 따른 광학 필터의 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 투명기재 표면에 형성된 패턴의 형태를 도시한 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 광학 필터에 포함된 광흡수층 및 투명기재의 구조를 도시한 단면도이다: 이때, (a)는 광흡수층의 일측에 2층이 적층된 구조이고, (b)는 광흡수층의 제1 및 제2 측면에 각각 1개의 투명기재가 적층된 구조이다.
도 6은 일실시예에서 측정된 본 발명에 따른 투명기재와 투명 유리기판의 굽힘강도(flexural stress)를 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다", "가지다" 또는 "구성하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서, "리플(ripple)"이란, 광 투과대역에서 광학 필터를 투과한 광의 광투과율이 일정하지 않고 변동되는 것으로, 보다 구체적으로는 투과광이 파장의 증감에 따라 투과율이 주기적으로 변동하거나, 또는 광학 필터를 구성하는 개별 필름 또는 층들 간의 굴절률 편차로 인하여 광 밀도가 국소적으로 변동하는 것을 의미한다.
본 발명은 고체 촬상 소자용 광학 필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
전하결합소자(Charge Coupled Device, CCD), 상보형 금속 산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS) 등의 고체 촬상 소자를 이용하는 디지털 장치는 사람의 시 감도에 근사 보정시키기 위하여 반사형 근적외선 차단 필터 또는 흡수형 근적외선 차단 필터를 필수적으로 포함한다.
그러나, 최근 들어 카메라 모듈 등의 박형화에 따라 근적외선 차단 필터에 사용되는 투명기재의 물리·화학적 내구성에 대한 문제가 제기되고 있으며, 이를 해결하기 위한 연구가 다각도로 이루어지고 있으나, 실질적으로 광학 필터 제조공정에 적용 가능한 투명기재의 개발은 이루어지지 않은 상태이다.
이에, 본 발명은 박형화 구조에 적용이 가능한 고체 촬상 소자용 광학 필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학 필터는, 복수의 투명기재를 포함하고, 상기 투명기재의 일측에 일정 패턴을 구비함으로써 광학 필터의 내구성이 향상되는 이점이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 일실시예에서,
바인더 수지 및 바인더 수지에 분산된 광흡수제를 함유하는 광흡수층; 및
복수의 투명기재를 포함하며, 상기 투명기재는 광흡수층의 일측 또는 양측에 형성되고,
상기 복수의 투명기재는 두께의 총합이 0.12 mm 이하이며,
하기 수학식 1을 만족하는 고체 촬상 소자용 광학 필터를 제공한다:
[수학식 1]
TSave ≥ 0.135
이때, TSave는 광학 필터의 평균 굽힘강도를 의미하고, 단위는 gf/mm2이다.
또한, 상기 수학식 1을 만족하는 상기 평균 굽힘강도는, 구체적으로 0.135 gf/mm2 이상; 0.136 gf/mm2 이상; 0.137 gf/mm2 이상; 0.138 gf/mm2 이상; 0.139 gf/mm2 이상; 또는 0.140 gf/mm2 이상일 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 소장용 광학 필터는 박형화 구조에 있어서, 내구성을 향상시킬 수 있는 필터로서, 본 발명에 따른 광학 필터의 투명 기재 두께가 최대 0.12 mm 이하인 구조에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학 필터는 복수의 투명기재를 포함하여 내구성이 우수한 이점이 있다.
구체적으로, 일실시예에서, 본 발명에 따른 광학 필터의 내구성을 평가하기 위하여, 상기 광학 필터의 굽힘강도(flexural stress)를 평가하였다. 그 결과, 2개의 투명 유리기판이 적층된 투명기재(n=2인 경우)의 일면에 광흡수층이 형성된 구조를 갖는 광학 필터는 약 129 내지 150 gf의 최대하중을 가지며, 그 평균은 약 140 gf이고, 평균 굽힘강도는 약 0.140 gf/mm2인 반면, 단일 투명 유리기판을 포함하는 광학 필터는 약 111 내지 145 gf의 최대하중을 가지며, 그 평균은 약 130 gf이고, 평균 굽힘강도는 약 0.130 gf/mm2인 것으로 확인되었다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 상기 광학 필터는 복수의 투명기재를 포함으로써 0.14 gf/mm2 이상의 평균 굽힘강도를 가지므로 수학식 1의 조건을 만족하며, 투명 유리기판을 단독으로 사용한 광학 필터와 대비하여 내구성이 약 8 내지 35% 향상되는 것을 알 수 있다(실험예 1 참조).
도 1 및 2는 본 발명에 따른 상기 고체 촬상 소자용 광학 필터의 구조를 도시한 단면도이다.
이하, 상기 광학 필터의 각 구성요소를 도 1 및 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학 필터에 있어서, 투명기재(101 및 201)는 광학 필터 내에 위치하여 베이스 기판의 역할을 수행한다. 이와 더불어, 상기 투명기재(101 및 201)는 투명기재가 n개(n≥2인 정수) 적층된 구조를 가져 0.135 gf/mm2 이상의 평균 굽힘강도를 가지므로, 이를 포함하는 광학 필터는 내구성이 향상되어 광학 필터의 휨 또는 깨짐, 휨에 의한 크랙(crack) 발생, 비산 등을 방지할 수 있다.
이때, 상기 투명기재(101 및 201)는, 광흡수층(103 및 203)의 반대측 표면에 형성된 패턴을 포함할 수 있으며, 상기 패턴은 하기 수학식 2를 만족할 수 있다:
[수학식 2]
1 ≤ Ra ≤ 20
Ra는 투명기재(101 및 201)의 표면에 형성된 패턴의 평균 조도를 의미하고, 단위는 nm이다.
구체적으로, 상기 패턴의 평균 조도는 1 내지 20 nm; 1 내지 15 nm; 1 내지 14 nm; 1 내지 13 nm; 또는 1 내지 12 nm일 수 있다.
또한, 상기 패턴은 패턴간 평균 피치가 5 내지 200 nm일 수 있다. 구체적으로, 상기 패턴은 패턴간의 평균 피치가 5 내지 200 nm; 5 내지 150 nm; 5 내지 100 nm; 50 내지 200 nm; 100 내지 200 nm; 10 내지 100 nm; 5 내지 50 nm; 5 내지 75 nm; 25 내지 75 nm; 또는 25 내지 100 nm일 수 있다.
나아가, 상기 패턴의 패턴간 평균 피치는 λ/4 이하일 수 있으며, 여기서, λ는 광학 필터를 투과하는 광의 파장을 의미한다.
본 발명에 따른 상기 패턴은 패턴간 평균 피치를 상기 범위 내로 제어함으로써, 입사되는 가시광의 파장 변화를 최소화하면서 표면의 계면 접착력을 향상시킬 수 있다.
이와 더불어, 상기 패턴은 투명기재(101 및 201)의 표면적을 넓힐 수 있는 범위라면, 패턴의 형태, 배열 방향 등을 특별히 제한하지 않고 적용할 수 있다. 하나의 예로서, 도 4의 (a) 내지 (g)와 같이 반구형의 엠보싱; 3각뿔, 4각뿔 등의 다각뿔 형태를 갖는 도트(dot); 또는 원기둥 또는 다각 기둥이 투명기재에 정렬된 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 투명기재(101 및 201)의 구조는 투명기재가 n개(n≥2인 정수) 적층된 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로는 광흡수층(103 및 203)의 일측에 2층이 적층된 구조를 가지거나; 또는 광흡수층(103 및 203)의 제1 측면에 K 개(K≥1인 정수)의 투명기재가 적층되고, 광흡수층(103 및 203)의 제2 측면에 L 개(L≥1인 정수)의 투명기재가 적층된 구조를 가질 수 있으며, 이때, 상기 K 및 L의 합은 n일 수 있다.
예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 2 개의 투명기재가 적층된 경우(즉, n=2인 경우), 투명기재(101)를 구성하는 제1 및 제2 투명기재(101a 및 101b)는 광흡수층(103)을 기준으로 광흡수층(103)의 일측에 모두 위치하는 구조(도 5의 (a) 구조)를 가지거나, 광흡수층(203)을 기준으로 제1 투명기재(201a, K=1)는 광흡수층(203)의 제1 측면에 위치하고, 제2 투명기재(201b, L=1)는 광흡수층(203)의 제2 측면에 위치하는 구조(도 5의 (b) 구조)를 가질 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 상기 투명기재(101)는, 접착층(102)을 더 포함할 수 있다.
상기 접착층(102)은 투명기재 사이에 위치하여 적층된 투명기재를 접합하는 역할을 수행함과 동시에, 광학 필터의 리플(ripple)을 개선하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 접착층(102)은 투명기재(101) 사이에 위치하여, 입사광의 파장 증감에 따른 투과율의 주기적인 변동, 및 계면형성으로 인하여 유도되는 광 밀도의 국소적 변동, 즉 리플(ripple)을 감소시킬 수 있다.
이때, 상기 접착층(102 및 202)으로는, 투명기재(101)에 대한 접합력이 우수하고, 광투과율이 뛰어난 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 광학용 투명 접착제(optically clear adhesive, OCA), 감압성 접착제(pressure sensitive adhesive, PSA) 등을 포함할 수 있다. 상기 광학용 투명 접착제(OCA)는 빛을 97% 이상 투과하여 투명 유리와 같은 기능을 수행하는 동시에 접착성도 우수한 특성을 갖는다. 또한, 감압성 접착제(PSA)는 사용 시, 물, 용제, 광, 열 등의 드라이빙 포스(driving force)가 요구되지 않으며, 지압과 같은 극히 작은 압력으로도 피착물 표면에 접합이 용이한 이점이 있다.
한편, 상기 투명기재(101 및 201)를 구성하는 개별 투명기재(101a, 101b, 201a 및 201b)의 평균 두께는, 0.01 mm 내지 0.06 mm일 수 있다. 구체적으로, 0.01 mm 내지 0.06 mm; 0.01 mm 내지 0.03 mm; 0.01 mm 내지 0.045 mm; 0.02 mm 내지 0.03 mm; 0.02 mm 내지 0.05 mm; 0.03 mm 내지 0.05 mm; 0.015 mm 내지 0.045 mm; 0.025 mm 내지 0.055 mm; 0.045 mm 내지 0.055 mm; 또는 0.05 mm 내지 0.06 mm일 수 있다.
또한, 상기 개별 투명기재(101a, 101b, 201a 및 201b)가 n개(n≥2인 정수) 적층된 투명기재(101 및 201)의 두께 총합은 박형화 구조에 적용할 수 있도록 0.12 mm 이하, 구체적으로는 0.11 mm 이하, 또는 0.1 mm 이하일 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 광흡수층(103 및 203)은, 광학 필터로 입사되는 근적외선 영역의 광을 흡수하여 근적외선 영역의 광이 이미지 센서로 입사되는 것을 차단하는 역할하며, 이를 위하여 근적외선 영역의 광을 흡수하는 광흡수제 및 바인더 수지를 포함할 수 있다.
상기 광흡수층(103 및 203)에 적용 가능한 광흡수제로는, 600 내지 800 nm 파장 범위에서 흡수 극대를 갖는 염료, 안료, 또는 금속 착화합물이라면, 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 광흡수제로는 시아닌계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 나프탈로시아닌계 화합물, 디티올 금속 착화합물 등 일 수 있다. 또한, 상기 광흡수제를 단독으로 사용할 수 있으며, 경우에 따라서 2종 이상을 병용하거나 두 개의 층으로 분리하여 사용할 수 도 있다. 나아가, 상기 광흡수제의 함량은 광흡수층에 포함되는 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 0.01 내지 10.0 중량부; 0.01 내지 8.0 중량부; 또는 0.01 내지 5.0 중량부일 수 있다.
상기 광흡수제는, 상기 함량 범위 내에서 광학 필터로 입사되는 대부분의 근적외선 영역의 빛을 흡수하여 효과적으로 제거할 수 있다. 아울러, 상기 광흡수제를 2종 이상 혼합하여 사용하거나, 두 개의 층으로 분리하여 형성할 경우, 광흡수층(103 및 203)의 흡수 스펙트럼에서의 반치 폭을 증가시켜, 근적외선 파장 범위에서의 최대 투과도를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 광흡수층(103 및 203)에 적용 가능한 바인더 수지로는 가시광선 영역에 해당하는 광의 광투과율에 영향을 미치지 않는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로는, 상기 바인더 수지로는 폴리에테르술폰 수지, 폴리파라페닐렌 수지, 폴리아릴렌에테르포스핀옥사이드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌프탈레이트 수지, 환상 올레핀계 수지, 다양한 유-무기 하이브리드 계열의 수지 등을 단독으로 사용하거나, 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학 필터는, 근적외선 반사층(104 및 204) 및 반사 방지층(105 및 205) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 근적외선 반사층(104 및 204)은, 광학 필터로 입사되는 광 중에서 근적외선 영역의 광을 반사하여 차단하는 역할을 수행한다.
이때, 상기 근적외선 반사층(104 및 204)은, 고굴절률층과 저굴절률층을 교대로 적층한 유전체 다층막 등의 구조를 가질 수 있으며, 알루미늄 증착막; 귀금속 박막; 또는 산화인듐 및 산화주석 중 1종 이상의 미립자가 분산된 수지막을 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 상기 근적외선 반사층(104 및 204)은 제1 굴절률을 가지는 유전체층(미도시)과 제2 굴절률을 가지는 유전체층(미도시)이 교대 적층된 구조일 수 있으며, 상기 제1 굴절률을 가지는 유전체층과 제2 굴절률을 가지는 유전체층의 굴절률 편차는 0.2 이상; 0.3 이상; 또는 0.2 내지 1.0 일 수 있다.
또한, 상기 근적외선 반사층(104 및 204)의 고굴절률층 및 저굴절률층으로는, 고굴절률층과 저굴절률층의 굴절률 편차가 앞서 설명한 범위에 포함되는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 고굴절률층은 1.6 내지 2.4의 굴절률을 갖는 산화티탄늄, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 오산화탄탈륨, 오산화니오븀, 산화란타늄, 산화이트륨, 산화아연, 황화아연 및 산화인듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 산화인듐은, 산화티타늄, 산화주석, 산화세륨 등을 소량 더 포함할 수 있다. 또한, 저굴절률층은 1.3 내지 1.6의 굴절률을 갖는 이산화규소, 불화란탄, 불화마그네슘 및 육불화알루미륨나트륨(빙정석, Na3AlF6)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 반사 방지층(105 및 205)은, 표면반사를 줄여서 입사되는 광의 밀도를 향상시켜 광투과율을 높이고 반사광으로 인한 간섭이나 산란을 제거하는 역할을 수행한다. 이때, 상기 반사 방지층(105 및 205)으로는, 표면반사를 줄이고, 반사광으로 인한 간섭이나 산란을 제거할 수 있으며 상업적으로 입수 가능한 소재라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 일실시예에서,
상기 광학 필터를 포함하는 고체 촬상 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자는, 복수의 투명기재를 포함하는 상기 광학 필터를 구비함으로써 리플(ripple)이 개선되는 효과가 뛰어날 뿐만 아니라, 물리적인 내구성이 우수한 이점이 있다.
따라서, 상기 고체 촬상 소자는, 고체 촬상 장치가 적용되는 전자기기 예를 들어, 모바일 카메라, 디지털 카메라, PC 카메라, 감시 카메라, 자동차용 카메라, 휴대 정보 단말기, 비디오 게임, 의료 기기, 휴대 게임기, 지문 인증 시스템, 디지털 뮤직 플레이어 등에 유용하게 활용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
제조예
1.
가로 2 cm × 세로 1 cm × 두께 0.05 mm인 투명 유리기판(제1 투명기재) 일면에 광학용 투명 접착제(OCA)를 도포하고, 도포된 접착제 상에 상기 투명 유리기판과 동일한 투명 유리기판(제2 투명기재)을 접합시켜 2층 구조의 투명기재(n=2)를 제조하였다.
제조예
2.
가로 2 cm × 세로 1 cm × 두께 0.05 mm인 투명 유리기판(제1 투명기재) 일면에 광학용 투명 접착제(OCA)를 도포하였다. 그 후, 상기 투명 유리기판과 동일하고, 일면에 반구형의 엠보싱 패턴이 형성된 투명 수지기판(제2 투명기재)을, 상기에서 도포된 접착제 상에 접합하되, 패턴이 형성되지 않은 면이 접착제 상에 오도록 접합하여 일면은 반구형의 엠보싱 패턴이 형성되고, 타면은 패턴이 형성되지 않은 2층 구조의 투명기재(n=2)를 제조하였다.
실시예
1.
상업적으로 입수 가능한 근적외선 광흡수제를 수지 및 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)에 중량비로 혼합하고, 교반기를 이용하여 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 근적외선 흡수 용액을 상기 제조예 1에서 제조된 투명기재의 일면에 도포하여 광흡수층을 형성함으로써 도 5의 (a)에 도시된 구조와 동일한 구조의 광학 필터를 제조하였다.
실시예
2.
상업적으로 입수 가능한 근적외선 광흡수제를 수지 및 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)에 중량비로 혼합하고, 교반기를 이용하여 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 근적외선 흡수 용액을 가로 2 cm × 세로 1 cm × 두께 0.05 mm인 투명 유리기판(제1 투명기재)의 일면에 도포하여 광흡수층을 형성하고, 상기 투명 유리기판(제1 투명기재)과 동일한 투명 유리기판(제2 투명기재)을 광흡수층 상에 적층시켜 도 5의 (b)에 도시된 구조와 동일한 구조의 광학 필터를 제조하였다.
실시예
3.
상업적으로 입수 가능한 근적외선 광흡수제를 수지 및 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)에 중량비로 혼합하고, 교반기를 이용하여 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다. 제조된 근적외선 흡수 용액을 상기 제조예 2에서 제조된 투명기재의 일면(제1 투명기재 면)에 도포하여 광흡수층을 형성함으로써 광학 필터를 제조하였다.
실시예
4.
상업적으로 입수 가능한 근적외선 광흡수제를 수지 및 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)에 중량비로 혼합하고, 교반기를 이용하여 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다. 제조된 근적외선 흡수 용액을 상기 제조예 1에서 제조된 투명기재의 일면에 도포하여 광흡수층을 형성하였다.
그 후, 전자빔 증착기(E-beam evaporator)로 광흡수층 상에 이산화티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)가 교대로 적층된 반사 방지층을 증착시키고, 다시 상기 증착기로 반사 방지층의 반대면에 이산화티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)가 교대로 적층된 근적외선 반사층을 형성하여 도 1에 도시된 구조와 동일한 구조의 광학 필터를 제조하였다.
실시예
5.
상업적으로 입수 가능한 근적외선 광흡수제를 수지 및 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)을 중량비로 혼합하고, 교반기를 이용하여 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다. 제조된 근적외선 흡수 용액을 가로 2 cm × 세로 1 cm × 두께 0.05 mm인 투명 유리기판(제1 투명기재) 일면에 도포하여 광흡수층을 형성하고, 상기 투명 유리기판(제1 투명기재)과 동일한 투명 유리기판(제2 투명기재)을 광흡수층 상에 적층시켰다.
그 후, 전자빔 증착기(E-beam evaporator)로 광흡수층 상에 이산화티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)가 교대로 적층된 반사 방지층을 증착시키고,다시 상기 증착기로 반사 방지층의 반대면(제2 투명기재 면)에 이산화티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)가 교대로 적층된 근적외선 반사층을 형성하여 도 2에 도시된 구조의 광학 필터를 제조하였다.
실시예
6.
상업적으로 입수 가능한 근적외선 광흡수제를 수지 및 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)을 중량비로 혼합하고, 교반기를 이용하여 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다. 제조된 근적외선 흡수 용액을 상기 제조예 2에서 제조된 투명기재의 일면(제1 투명기재 면)에 도포하여 광흡수층을 형성하였다.
그 후, 전자빔 증착기(E-beam evaporator)로 광흡수층 상에 이산화티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)가 교대로 적층된 반사 방지층을 증착시키고, 다시 상기 증착기로 반사 방지층의 반대면(제2 투명기재 면)에 이산화티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)가 교대로 적층된 근적외선 반사층을 형성하여 도 3에 도시된 구조의 광학 필터를 제조하였다.
비교예
1.
상업적으로 입수 가능한 근적외선 광흡수제를 수지 및 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)을 중량비로 혼합하고, 교반기를 이용하여 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 근적외선 흡수 용액을 가로 2 cm × 세로 1 cm × 두께 0.1 mm인 투명 유리기판의 일면에 도포하여 광흡수층을 형성함으로써 단일 투명기재를 포함하는 광학 필터를 제조하였다.
실험예
1.
본 발명에 따른 광학 필터에 포함되는 투명기재의 내구성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
굽힘강도(σf, flexural stress) 측정을 통하여 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1에서 제조된 광학 필터의 내구성을 평가하였다.
구체적으로, 시편의 양끝을 지지점으로 받치고 윗쪽 중앙부에서 일정한 속도로 굽힘압력을 가하여 시편이 최대로 구부려질 때의 굽힘압력, 즉, 단위 면적당 최대하중(P)값을 측정하였다. 상기 측정은 ASTM D790 조건 하에서 만능재료시험기(모델명: JP/ASU-50B, 제조사: Tokyo sokki)를 이용하여 6회 반복 수행하였으며, 하기 수학식 3을 이용하여 측정된 결과로부터 굽힘강도를 도출하였다. 측정된 결과를 하기 표 1 및 도 6에 나타내었다.
[수학식 3]
상기 수학식 3에서,
σf: 굽힘강도 (단위: gf/mm2); P: 최대 하중값 (단위: gf);
L: 시편의 지지 간격 (단위: mm); b: 시편 폭 (단위: mm); 및
d: 시편 두께 (단위: mm)를 의미한다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | |
| 1회 | 150 gf | 144 gf | 166 gf | 133 gf |
| 2회 | 145 gf | 146 gf | 190 gf | 145 gf |
| 3회 | 138 gf | 141 gf | 163 gf | 116 gf |
| 4회 | 129 gf | 141 gf | 183 gf | 111 gf |
| 5회 | 143 gf | 139 gf | 177 gf | 136 gf |
| 6회 | 135 gf | 146 gf | 171 gf | 140 gf |
| 평균 최대하중 | 140 gf | 143 gf | 175 gf | 130 gf |
| 평균 굽힘강도 | 0.140 gf/mm2 | 0.143 gf/mm2 | 0.175 gf/mm2 | 0.130 gf/mm2 |
표 1 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 필터에 포함되는 투명기재는 내구성이 우수한 것을 알 수 있다.
구체적으로, 표 1 및 도 6를 참조하면, 2개의 투명 유리기판이 적층된 투명기재(n=2인 경우)의 일면에 광흡수층이 형성된 구조를 갖는 실시예 1의 광학 필터는 약 129 내지 150 gf의 최대하중을 가지며, 평균 최대하중은 약 140 gf이고, 평균 굽힘강도는 약 0.140 gf/mm2인 것으로 확인되었다. 또한, 2개의 투명 유리기판이 적층되되, 적층된 투명 유리기판 사이에 광흡수층이 형성된 구조를 갖는 실시예 2의 광학 필터는 약 139 내지 146 gf의 최대하중을 가지며, 평균 최대하중은 약 143 gf이고, 평균 굽힙강도는 약 0.143 gf/mm2인 것으로 확인되었다. 나아가, 일측에 반구형의 엠보싱 패턴이 형성된 투명 유리기판이 함께 적층된 투명기재(n=2인 경우)를 포함하는 실시예 3의 광학 필터는 약 163 내지 190 gf의 최대하중을 가지며, 그 평균은 약 175 gf이고, 평균 굽힘강도는 0.175 gf/mm2로 우수한 굽힘강도를 갖는 것으로 확인되었다. 반면, 단일 투명기재를 포함하는 비교예 3의 광학 필터는, 약 111 내지 145 gf의 최대하중을 가지며, 그 평균은 약 130 gf이고, 평균 굽힘강도는 약 0.130 gf/mm2으로 낮은 굽힘강도를 갖는 것으로 확인되었다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 상기 투명기재는 n개(n≥2인 정수)의 투명기재가 적층된 구조를 가짐으로써 0.14 gf/mm2 이상의 평균 굽힘강도를 가져 수학식 1의 조건을 만족하며, 단일 투명기재를 포함하는 광학 필터와 대비하여 내구성이 약 8 내지 35% 향상되는 것을 알 수 있다. 이와 더불어, 적층되는 투명기재의 일측에 패턴이 형성된 경우 투명기재가 적층되는 단면적이 증가하여 접합력이 향상되므로 광학 필터의 내구성이 보다 개선되는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광학 필터는 투명기재 두께의 총합이 적어도 0.12mm 이하인 복수의 투명기재를 포함하고, 상기 투명기재의 일측에 패턴을 구비함으로써 광학 필터의 내구성이 향상되어 광학 필터가 휘거나, 크랙(crack)이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 고체 촬상 소자용 광학 필터로 유용하게 사용될 수 있다.
101, 201 및 301: 투명기재
101a, 201a 및 301a: 제1 투명기재
101b, 201b 및 301b: 제2 투명기재
102 및 302: 접착층
103, 203 및 303: 광흡수층
104, 204 및 304: 근적외선 반사층
105, 205 및 305: 반사 방지층
306: 반구형의 엠보싱 패턴
101a, 201a 및 301a: 제1 투명기재
101b, 201b 및 301b: 제2 투명기재
102 및 302: 접착층
103, 203 및 303: 광흡수층
104, 204 및 304: 근적외선 반사층
105, 205 및 305: 반사 방지층
306: 반구형의 엠보싱 패턴
Claims (13)
- 근적외선 반사층, 제1 투명기재, 접착층, 제2 투명기재, 광흡수층 및 반사 방지층이 순차적으로 적층된 구조를 가지고,
상기 광흡수층은 바인더 수지, 및 바인더 수지에 분산되고 600 내지 800 nm 파장 범위에서 흡수극대를 갖는 광흡수제를 함유하며,
상기 제1 및 제2 투명기재는 두께의 총합이 0.12 mm 이하이고,
제1 투명기재는 근적외선 반사층과 접하는 면에 하기 수학식 2를 만족하는 패턴을 포함하며,
굽힘강도 평가 시, 평균 굽힘강도가 하기 수학식 1을 만족하는 고체 촬상 소자용 근적외선 차단 필터:
[수학식 1]
TSave ≥ 0.135
[수학식 2]
1 ≤ Ra ≤ 20
수학식 1에서, TSave는 광학 필터의 평균 굽힘강도를 의미하고, 단위는 gf/mm2이고,
수학식 2에서, Ra는 투명기재의 표면에 형성된 패턴의 평균 조도를 의미하며, 단위는 nm이다.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
패턴간 평균 피치는, 5 내지 200 nm인 고체 촬상 소자용 근적외선 차단 필터.
- 제1항에 있어서,
패턴간 평균 피치는, λ/4 이하이며, λ는 광학 필터를 투과하는 광의 파장을 의미하는 고체 촬상 소자용 근적외선 차단 필터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
투명기재의 평균 두께는, 0.01 내지 0.06 mm인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자용 근적외선 차단 필터.
- 제1항에 있어서,
광흡수제는, 시아닌계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 나프탈로시아닌계 화합물 및 디티올 금속 착화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 고체 촬상 소자용 근적외선 차단 필터.
- 제1항에 있어서,
바인더 수지는, 폴리에테르술폰 수지, 폴리파라페닐렌 수지, 폴리아릴렌에테르포스핀옥사이드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌프탈레이트 수지 및 환상 올레핀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 고체 촬상 소자용 근적외선 차단 필터.
- 삭제
- 제1항, 제3항, 제4항, 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 근적외선 차단 필터를 포함하는 고체 촬상 소자.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140152910A KR101611208B1 (ko) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | 고체 촬상 소자용 광학 필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140152910A KR101611208B1 (ko) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | 고체 촬상 소자용 광학 필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101611208B1 true KR101611208B1 (ko) | 2016-04-11 |
Family
ID=55800773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140152910A KR101611208B1 (ko) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | 고체 촬상 소자용 광학 필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101611208B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101903884B1 (ko) * | 2017-03-06 | 2018-10-02 | 나노스 주식회사 | 근적외선 차단 필터 및 근적외선 차단 필터를 포함하는 장치 |
| KR20200084792A (ko) * | 2019-01-03 | 2020-07-13 | 주식회사 엘엠에스 | 강화 유리기재를 포함하는 근적외선 흡수원판 및 이를 포함하는 광학필터 |
| US11360242B2 (en) | 2018-01-30 | 2022-06-14 | Viavi Solutions Inc. | Optical device having optical and mechanical properties |
-
2014
- 2014-11-05 KR KR1020140152910A patent/KR101611208B1/ko active IP Right Grant
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101903884B1 (ko) * | 2017-03-06 | 2018-10-02 | 나노스 주식회사 | 근적외선 차단 필터 및 근적외선 차단 필터를 포함하는 장치 |
| US11360242B2 (en) | 2018-01-30 | 2022-06-14 | Viavi Solutions Inc. | Optical device having optical and mechanical properties |
| KR20200084792A (ko) * | 2019-01-03 | 2020-07-13 | 주식회사 엘엠에스 | 강화 유리기재를 포함하는 근적외선 흡수원판 및 이를 포함하는 광학필터 |
| KR102303249B1 (ko) | 2019-01-03 | 2021-09-17 | 주식회사 엘엠에스 | 강화 유리기재를 포함하는 근적외선 흡수원판 및 이를 포함하는 광학필터 |
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