KR20240048493A - 광학 필터 - Google Patents

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KR20240048493A
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정준호
양선호
황성민
지춘우
송태진
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주식회사 엘엠에스
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Abstract

본 출원은, 광학 필터 및 그 용도를 제공할 수 있다. 본 출원에서는, 자외선과 적외선은 효과적으로 차단하고, 가시광에서는 높은 투과율을 나타내는 광학 필터 및 그 용도를 제공할 수 있다. 본 출원에서는 상기와 같은 투과 특성이 입사각이 변동되어도 안정적으로 유지되는 광학 필터 및 그 용도를 제공할 수 있다. 본 출원에서는 리플(ripple)이나 페탈 플레어(petal flare)와 같은 문제를 나타내지 않는 광학 필터 및 그 용도를 제공할 수 있다.

Description

광학 필터{Optical Filter}
본 출원은, 광학 필터 및 촬상 장치에 대한 것이다.
CCD(Charge-Coupled Device)나 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서 등을 사용한 촬상 장치에서는 광학 필터가 사용되고 있다. 이러한 광학 필터는, 양호한 색재현성과 선명한 화상을 얻기 위해서 사용되고, 근적외 커트 필터라고도 불린다.
이러한 광학 필터에 대해서는 여러가지 특성이 요구된다.
상기 광학 필터는, 자외선 영역과 적외선 영역의 광은 효과적으로 차단하면서 가시광은 높은 투과율로 투과시켜야 한다. 이를 위해서 차단하고자 하는 자외선과 가시광의 경계와 적외선과 가시광의 경계에서 급격하고 샤프한 투과율의 변화가 필요하다.
광학 필터는, 위와 같은 투과 및 차단 특성이 입사각이 변화하여도 유지되는 것이 필요하다. 광각 카메라 등이 개발되면서 이러한 특성이 보다 중요해지고, 더 넓은 입사각에서도 투과 및 차단 특성이 유지되는 광학 필터의 필요성이 더 커지고 있다.
광학 필터에서는 소위 리플(ripple)로 불리는 현상이 억제되는 것도 필요하다. 리플은, 가시광 영역에서 주기적인 투과율의 변동이 발생하는 현상이고, 소정 영역에서의 실제 투과율이 해당 영역의 평균 투과율 대비 커지고, 작아지는 현상이 주기적으로 관찰되는 현상이다. 촬상 장치는, 광학 필터를 투과한 가시광을 RGB(Red, Green, Blue)별로 센서로 센싱한다. RGB의 각 센서의 감도 등은 파장별 평균 투과율을 고려하여 조절되는데, 리플이 일어나면, 센서가 인식하는 광에서도 변동(fluctuation)이 발생하게 되어 색재현성이 저하되게 된다. 이러한 리플 현상은, 가시광 영역에서 투과율이 순간적으로 떨어지는 구역(소위 bunk 구역)을 발생시킬 수 있으며, 이는 고스트 현상을 유발하고, 이러한 고스트 현상도 색재현성을 저하시킨다.
최근 소위 페탈 플레어(petal flare)로 불리는 현상도 문제가 되고 있다. 페탈 플레어 현상은 발광체 등을 촬영할 때에 육안으로는 관찰되지 않던 붉은색 선 등이 사진에 찍히는 현상을 의미하고, 발광체를 기준으로 상기 붉은색 선이 마치 꽃잎과 같이 형상을 띠는 경우가 많아서 페탈 플레어라고 불린다. 촬상 장치에 포함되는 센서의 민감도가 증가하고, 보다 선명한 사진을 얻기 위해서 광학 필터 등의 투과율을 높이는 것에 따라 상기 페탈 플레어의 발생 빈도가 증가하고 있다.
공지의 광학 필터로서, 흡수제를 함유하는 흡수층 및/또는 유전체막인 반사층을 적용한 광학 필터가 알려져 있다. 유전체막을 적용하면 자외선 및/또는 적외선 영역 대의 광을 차단할 수 있다. 그렇지만, 유전체막은, 입사각에 따라 투과율 곡선이 변화(시프트)하는 특성을 가진다. 따라서, 유전체막의 단점을 보완하기 위해서 투과율의 입사각 의존성이 작은 근적외 흡수 색소를 함유하는 흡수층을 적용한 광학 필터도 알려져 있다.
기판으로서 근적외선 흡수 특성을 가지는 소위 적외선 흡수 유리(Blue glass라고도 불림)를 적용한 광학 필터도 알려져 있다. 적외선 흡수 유리는 근적외선 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하도록 유리에 CuO 등을 첨가한 유리 필터이다.
그렇지만, 적외선 흡수 유리는 가시광 영역에서도 어느 정도의 흡수 특성을 나타내기 때문에 가시광의 투과율이 함께 떨어지는 문제점이 있다.
원하는 차단 및 투과 특성을 나타내면서, 입사각에 따른 투과 특성의 시프트가 없고, 리플이나 페탈 플레어 등을 발생시키지 않는 광학 필터를 얻는 것은 어려운 문제이다.
본 출원은, 광학 필터 및 그 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 출원에서는, 자외선과 적외선은 효과적으로 차단하고, 가시광에서는 높은 투과율을 나타내는 광학 필터 및 그 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 출원에서는 상기와 같은 투과 특성이 입사각이 변동되어도 안정적으로 유지되는 광학 필터 및 그 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 출원에서는 리플(ripple)이나 페탈 플레어(petal flare)와 같은 문제를 나타내지 않는 광학 필터 및 그 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 결과에 영향을 미치는 물성은, 특별히 달리 언급하지 않는 한, 상온에서 측정한 결과이다.
용어 상온은 가온 및 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 예를 들면, 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23℃ 또는 약 25℃ 정도의 온도를 의미한다. 또한, 본 명세서에서 온도의 단위는 특별히 달리 규정하지 않는 한 섭씨(℃)이다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 압력이 결과에 영향을 미치는 물성은, 특별히 달리 언급하지 않는 한, 상압에서 측정한 결과이다.
용어 상압은 가압 및 감압되지 않은 자연 그대로의 압력이고, 통상 대기압 수준의 약 740 mmHg 내지 780 mmHg 정도의 정도를 의미한다.
본 명세서에서 측정 습도가 결과에 영향을 미치는 물성의 경우, 해당 물성은 상기 상온 및/또는 상압 상태에서 특별히 조절되지 않은 자연 그대로의 습도에서 측정한 물성이다.
본 출원에서 언급하는 광학 특성(예를 들면, 굴절률)이 파장에 따라 달라지는 특성인 경우에, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 광학 특성은 520 nm 파장의 광에 대한 특성이다.
본 출원에서 용어 투과율 또는 반사율은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 특정 파장에서 확인한 실제 투과율(실측 투과율) 또는 실제 반사율(실측 반사율)을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 용어 투과율 또는 반사율은, 특별히 달리 규정하지 않는 한 입사각 0도를 기준으로 한 투과율 또는 반사율이다.
본 출원에서 용어 평균 투과율은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 소정 파장 영역 내에서의 가장 단 파장에서부터 파장을 1 nm씩 증가시키면서 각 파장의 투과율을 측정한 후에 측정된 투과율의 산술 평균을 구한 결과이다. 예를 들면, 350 nm 내지 360 nm의 파장 범위 내의 평균 투과율은, 350 nm, 351 nm, 352 nm, 353 nm, 354 nm, 355 nm, 356 nm, 357 nm, 358 nm, 359 nm 및 360 nm의 파장에서 측정한 투과율의 산술 평균이다.
본 명세서에서 용어 최대 투과율은, 소정 파장 영역 내에서의 가장 단 파장에서부터 파장을 1 nm씩 증가시키면서 각 파장의 투과율을 측정하였을 때의 최대 투과율이다. 예를 들면, 350 nm 내지 360 nm의 파장 범위 내의 최대 투과율은, 350 nm, 351 nm, 352 nm, 353 nm, 354 nm, 355 nm, 356 nm, 357 nm, 358 nm, 359 nm 및 360 nm의 파장에서 측정한 투과율 중 가장 높은 투과율이다.
본 출원에서 용어 평균 반사율은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 소정 파장 영역 내에서의 가장 단 파장에서부터 파장을 1 nm씩 증가시키면서 각 파장의 반사율을 측정한 후에 측정된 반사율의 산술 평균을 구한 결과이다. 예를 들면, 350 nm 내지 360 nm의 파장 범위 내의 평균 반사율은, 350 nm, 351 nm, 352 nm, 353 nm, 354 nm, 355 nm, 356 nm, 357 nm, 358 nm, 359 nm 및 360 nm의 파장에서 측정한 반사율의 산술 평균이다.
본 명세서에서 용어 최대 반사율은, 소정 파장 영역 내에서의 가장 단 파장에서부터 파장을 1 nm씩 증가시키면서 각 파장의 반사율을 측정하였을 때의 최대 반사율이다. 예를 들면, 350 nm 내지 360 nm의 파장 범위 내의 최대 반사율은, 350 nm, 351 nm, 352 nm, 353 nm, 354 nm, 355 nm, 356 nm, 357 nm, 358 nm, 359 nm 및 360 nm의 파장에서 측정한 반사율 중 가장 높은 반사율이다.
본 명세서에서 입사각은, 평가 대상 표면의 법선을 기준으로 한 각도이다. 예를 들어, 광학 필터의 입사각 0도에서의 투과율은, 상기 광학 필터 표면의 법선과 실질적으로 평행한 방향으로 입사된 광에 대한 투과율을 의미한다. 또한, 예를 들어, 입사각 40도는 상기 법선과 시계 또는 반시계 방향으로 실질적으로 40도의 각도를 이루는 입사광에 대한 값이다. 이러한 입사각의 정의는 투과율 등 다른 특성에서도 동일하게 적용된다.
본 출원의 광학 필터는, 단파장 가시광 영역 근방의 자외광과 장파장 가시광 영역 근방의 적외광을 효율적이고 정확하게 차단할 수 있으며, 높은 투과율로 가시광 투과 밴드를 구현할 수 있다.
본 출원의 광학 필터는, 투명 기판을 포함할 수 있고, 상기 투명 기판으로 소위 적외선 흡수 기판을 적용할 수 있다. 적외선 흡수 기판은, 적외선 영역 중 적어도 일부 영역에서 흡수 특성을 나타내는 기판이다. 구리를 포함시켜서 상기 특성을 나타내는 소위 블루 글래스(Blue Glass)는 상기 적외선 흡수 기판의 대표적인 예이다. 이러한 적외선 흡수 기판은, 적외선 영역의 광을 차단하는 광학 필터를 구성함에 있어서 유용하지만, 상기 흡수 특성으로 인해서 가시광 영역에서 높은 투과율을 확보하는 측면에서는 불리하다. 본 출원에서는 적외선 흡수 기판을 선택하고, 이를 특정의 유전체막과 조합시키는 것에 의해서 원하는 자외선 및 적외선 영역의 광은 효율적으로 차단하면서, 가시광 영역에서 높은 투과율 특성을 나타내는 광학 필터를 제공할 수 있다.
상기 적외선 흡수 기판으로는, 425nm 내지 560 nm의 범위 내에서 75% 이상의 평균 투과율을 나타내는 기판을 사용할 수 있다. 상기 평균 투과율은 다른 예시에서 77% 이상, 79% 이상, 81% 이상, 83% 이상, 85% 이상, 87% 이상, 89% 이상 또는 91% 이상의 범위 내 및/또는 98% 이하, 96% 이하, 94% 이하 또는 92% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 적외선 흡수 기판으로는, 425nm 내지 560 nm의 범위 내에서 80% 이상의 최대 투과율을 나타내는 기판을 사용할 수 있다. 상기 최대 투과율은 다른 예시에서 82% 이상, 84% 이상, 86% 이상, 88% 이상, 90% 이상 또는 92% 이상의 범위 내 및/또는 100% 이하, 98% 이하, 96% 이하 또는 94% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 적외선 흡수 기판으로는, 350nm 내지 390 nm의 범위 내에서 75% 이상의 평균 투과율을 나타내는 기판을 사용할 수 있다. 상기 평균 투과율은 다른 예시에서 77% 이상, 79% 이상 또는 81% 이상의 범위 내 및/또는 98% 이하, 96% 이하, 94% 이하, 92% 이하, 90% 이하, 88% 이하, 86% 이하 또는 84% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 적외선 흡수 기판으로는, 350nm 내지 390 nm의 범위 내에서 80% 이상의 최대 투과율을 나타내는 기판을 사용할 수 있다. 상기 최대 투과율은 다른 예시에서 82% 이상, 84% 이상 또는 86% 이상의 범위 내 및/또는 100% 이하, 98% 이하, 96% 이하, 94% 이하, 92% 이하, 90% 이하 또는 88% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 적외선 흡수 기판으로는, 700 nm 파장에서의 투과율이 30% 이하인 기판을 사용할 수 있다. 상기 투과율은 다른 예시에서 28% 이하, 26% 이하, 24% 이하, 22% 이하, 20% 이하, 18% 이하, 16% 이하, 14% 이하 또는 12% 이하 정도이거나, 0% 이상, 2% 이상, 4% 이상, 6% 이상, 8% 이상, 10% 이상 또는 12% 이상 정도일 수도 있다.
상기 적외선 흡수 기판으로는, 700nm 내지 800 nm의 범위 내에서 10% 이하의 평균 투과율을 나타내는 기판을 사용할 수 있다. 상기 평균 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상, 1.5% 이상, 2% 이상, 2.5% 이상, 3% 이상 또는 3.5% 이상의 범위 내 및/또는 9% 이하, 8% 이하, 7% 이하, 6% 이하, 5% 이하 또는 4% 이하의 범위 내일 수 있다.
상기 적외선 흡수 기판으로는, 700nm 내지 800 nm의 범위 내에서 20% 이하의 최대 투과율을 나타내는 기판을 사용할 수 있다. 상기 최대 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 2% 이상, 6% 이상, 8% 이상, 10% 이상 또는 12% 이상의 범위 내 및/또는 19% 이하, 18% 이하, 17% 이하, 16% 이하, 15% 이하, 14% 이하, 13% 이하, 12% 이하, 11% 이하 또는 10% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 적외선 흡수 기판으로는, 800nm 내지 1000 nm의 범위 내에서 5% 이하의 평균 투과율을 나타내는 기판을 사용할 수 있다. 상기 평균 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.1% 이상, 0.2% 이상 또는 0.3% 이상의 범위 내 및/또는 4.8% 이하, 4.6% 이하, 4.4% 이하, 4.2% 이하, 4.0% 이하, 3.8% 이하, 3.6% 이하, 3.4% 이하, 3.2% 이하, 3.0% 이하, 2.8% 이하, 2.6% 이하, 2.4% 이하, 2.2% 이하, 2.0% 이하, 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하, 1.0% 이하, 0.8% 이하 또는 0.6% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
상기 적외선 흡수 기판으로는 800nm 내지 1000 nm의 범위 내에서 5% 이하의 최대 투과율을 나타내는 기판을 사용할 수 있다. 상기 최대 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.2% 이상, 0.4% 이상 또는 0.6% 이상의 범위 내 및/또는 4.8% 이하, 4.6% 이하, 4.4% 이하, 4.2% 이하, 4.0% 이하, 3.8% 이하, 3.6% 이하, 3.4% 이하, 3.2% 이하, 3.0% 이하, 2.8% 이하, 2.6% 이하, 2.4% 이하, 2.2% 이하, 2.0% 이하, 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하, 1.0% 이하, 0.8% 이하 또는 0.6% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 적외선 흡수 기판으로는 1000nm 내지 1200 nm의 범위 내에서 10% 이하의 평균 투과율을 나타내는 기판을 적용할 수 있다. 상기 평균 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상 또는 1.5% 이상의 범위 내 및/또는 9.5% 이하, 9% 이하, 8.5% 이하, 8% 이하, 7.5% 이하, 7% 이하, 6.5% 이하, 6% 이하, 5.5% 이하, 5% 이하, 4.5% 이하, 4% 이하, 3.5% 이하, 3% 이하, 2.5% 이하 또는 2% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
상기 적외선 흡수 기판으로는 1000nm 내지 1200 nm의 범위 내에서 10% 이하의 최대 투과율을 나타내는 투과 밴드를 가질 수 있다. 상기 최대 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상, 1.5% 이상, 2% 이상, 2.5% 이상, 3% 이상 또는 3.5% 이상의 범위 내 및/또는 9% 이하, 8% 이하, 7% 이하, 6% 이하, 5% 이하 또는 4% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 특성의 적외선 흡수 기판은 본 출원의 유전체막과 조합되어 목적하는 광학 필터를 형성할 수 있다.
이러한 기판으로는 소위 적외선 흡수 유리로 알려져 있는 기판을 사용할 수 있다. 이러한 유리는, 불화 인산염계 유리나 인산염계 유리 등에 CuO 등을 첨가하여 제조한 흡수형 유리이다. 따라서, 일 예시에서 본 출원에서는, 상기 적외선 흡수 기판으로는, CuO 함유 불화인산염 유리 기판 또는 CuO 함유 인산염 유리 기판이 사용될 수도 있다. 상기에서 인산염 유리에는 유리의 골격 일부가 SiO2로 구성되는 규산 인산염 유리도 포함된다. 이러한 흡수형 유리는 공지이고, 예를 들면, 한국 등록특허 제10-2056613호 등에 개시된 유리나 기타 시판의 흡수형 유리(예를 들면, 호야, 쇼트, PTOT사 등의 시판 제품)를 사용할 수 있다.
이러한 적외선 흡수 기판은, 구리를 포함한다. 본 출원에서는, 상기 구리의 함량이 7 중량% 내지 30 중량%의 범위 내인 기판을 사용할 수 있다. 이 때 구리의 함량을 측정하는 방법은 본 명세서의 실시예에 정리되어 있다. 상기 구리 함량은 다른 예시에서 8 중량% 이상, 9 중량% 이상, 10 중량% 이상, 11 중량% 이상 또는 12 중량% 이상 정도이거나, 28 중량% 이하, 26 중량% 이하, 24 중량% 이하, 22 중량% 이하, 20 중량% 이하, 18 중량% 이하, 16 중량% 이하, 14 중량% 이하 또는 13 중량% 이하 정도일 수도 있다. 이러한 구리 함량을 가지는 기판은, 전술한 광학 특성을 나타내기 쉽고, 후술하는 유전체막과 조합되어 원하는 특성의 광학 필터를 형성할 수 있다.
상기 적외선 흡수 기판의 두께는 예를 들면, 약 0.03 mm 내지 5 mm의 범위 내에서 조절될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 광학 필터는 상기 적외선 흡수 기판의 양면에 유전체막을 포함할 수 있다. 편의상 이하의 명세서에서 상기 적외선 흡수 기판의 양면에 형성된 유전체막 중 어느 하나는 제 1 유전체막으로 호칭되고, 다른 하나는 제 2 유전체막으로 호칭될 수 있다.
상기 적외선 흡수 기판은 제 1 면상에 형성되어 있는 제 1 유전체막과 제 2 면상에 형성되어 있는 제 2 유전체막을 포함할 수 있다. 상기에서 제 1 면은 상기 적외선 흡수 기판의 어느 하나의 주표면을 의미하고, 제 2 면은 상기 제 1 면과 대향하는 상기 적외선 흡수 기판의 다른 주표면을 의미한다.
도 1은 이러한 광학 필터의 하나의 예시적인 구조이고, 적외선 흡수 기판(100)의 양면에 상기 유전체막(201, 202)이 형성된 경우이다.
상기 제 1 및 제 2 유전체막은, 각각 서로 굴절률이 다른 적어도 2종의 서브층을 포함하는 다층 구조일 수 있고, 상기 2종의 서브층이 반복하여 적층된 다층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 유전체막은, 서로 굴절률이 상이한 제 1 및 제 2 서브층이 반복 적층된 구조를 포함할 수 있고, 상기 제 2 유전체막은 서로 굴절률이 상이한 제 3 및 제 4 서브층이 반복 적층된 구조를 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 서브층은 서로간의 굴절률의 차이에 의해 구분되는 서브층이고, 상기 제 3 및 제 4 서브층도 서로간의 굴절률의 차이에 의해 구분되는 서브층이다. 따라서 상기 제 2 서브층과 다른 굴절률을 가지는 한, 상기 제 1 서브층은 상기 제 3 또는 제 4 서브층과 동일한 재질로 되는 층일 수 있으며, 이는 제 2 내지 제 4 서브층의 경우도 같다.
통상 유전체막은, 저굴절률의 유전체 재료와 고굴절률의 유전체 재료를 반복 적층하여 구성된 막이고, 소위 IR 반사층 및 AR(Anti-reflection)층을 형성하기 위해 사용되며, 본 출원에서도 이러한 공지의 IR 반사층이나 AR층의 형성을 위한 유전체막이 적용될 수 있다.
상기 유전체막의 형성 형태를 적외선 흡수 기판과의 관계에서 조절하는 것에 의해 목적하는 광학 필터를 제공할 수 있다.
예를 들면, 본 출원의 광학 필터에서 상기 제 1 유전체막의 하기 식 1에 따른 V값(V1)과 상기 제 2 유전체막의 하기 식 1에 따른 V값(V2)의 합계(V1+V2)는 50 내지 75의 범위 내에 있을 수 있다.
[식 1]
식 1에서 R은, 제 1 유전체막의 V값을 확인하는 경우는, 상기 제 1 및 제 2 서브층 중 더 굴절률이 큰 서브층의 굴절률(n1)의 상기 제 1 및 제 2 서브층 중 더 굴절률이 작은 서브층의 굴절률(n2)에 대한 비율(n1/n2)이고, 제 2 유전체막의 V값을 확인하는 경우는, 상기 제 3 및 제 4 서브층 중 더 굴절률이 큰 서브층의 굴절률(n1)의 상기 제 3 및 제 4 서브층 중 더 굴절률이 작은 서브층의 굴절률(n2)에 대한 비율(n1/n2)이다.
식 1에서 n2는, 제 1 유전체막의 V값을 확인하는 경우, 상기 제 1 및 제 2 서브층 중 더 굴절률이 작은 서브층의 굴절률(n2)이고, 제 2 유전체막의 V값을 확인하는 경우는, 상기 제 3 및 제 4 서브층 중 더 굴절률이 작은 서브층의 굴절률(n2)이다.
식 1에서 Cu는 상기 적외선 흡수 기판에 포함되어 있는 구리의 함량이다.
식 1에서 K는, 제 1 유전체막의 V값을 확인하는 경우는, 제 1 유전체막 내의 제 1 및 제 2 서브층의 합계 층수이고, 제 2 유전체막의 V값을 확인하는 경우는, 제 2 유전체막 내의 제 3 및 제 4 서브층의 합계 층수이며, 2p는 K-1이다.
식 1의 V값을 확인하는 제 1 및 2 서브층은, 제 1 유전체막에서 서로 굴절률이 다른 서브층의 반복 적층 구조를 형성하는 서브층으로서, 상기 제 1 및 제 2 서브층의 합계 층수가 상기 제 1 유전체막 내의 전체 서브층의 합계 층수의 적어도 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상인 서브층이다. 상기 제 1 및 제 2 서브층의 합계 층수의 비율의 상한에는 제한이 없고, 예를 들면, 100% 이하 또는 100% 미만일 수 있다. 즉, 제 1 유전체막은 상기 제 1 및 제 2 서브층만을 포함하거나, 혹은 다른 서브층도 포함할 수 있다.
식 1의 V값을 확인하는 제 3 및 4 서브층은, 제 2 유전체막에서 서로 굴절률이 다른 서브층의 반복 적층 구조를 형성하는 서브층으로서, 상기 제 3 및 제 4 서브층의 합계 층수가 상기 제 2 유전체막 내의 전체 서브층의 합계 층수의 적어도 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상인 서브층이다. 상기 제 3 및 제 4 서브층의 합계 층수의 비율의 상한에는 제한이 없고, 예를 들면, 100% 이하 또는 100% 미만일 수 있다. 즉, 제 1 유전체막은 상기 제 3 및 제 4 서브층만을 포함하거나, 혹은 다른 서브층도 포함할 수 있다.
상기 V값의 합계(V1+V2)는, 다른 예시에서 52 이상, 54 이상, 56 이상, 58 이상, 60 이상 또는 61 이상이거나, 73 이하, 71 이하, 69 이하, 67 이하, 65 이하 또는 63 이하 정도일 수도 있다.
상기 광학 필터에서 상기 제 2 유전체막의 V값(V2)의 제 1 유전체막의 V값(V1)에 대한 비율 V2/V1은 3 내지 7의 범위 내일 수 있다. 상기 비율 V2/V1은 다른 예시에서 3.5 이상, 4 이상 또는 4.5 이상이거나, 6.5 이하, 6 이하, 5.5 이하 또는 5 이하 정도일 수도 있다.
이와 같은 조건을 만족하도록 형성된 유전체막은, 상기 적외선 흡수 기판의 특성 중 부족한 부분은 보완 또는 개선하여 목적하는 차단 및 투과 특성을 나타내면서 리플 및 페탈 플레어 등의 문제를 발생시키지 않는 광학 필터를 제공할 수 있다.
식 1의 V값은 제 1 서브층과 제 2 서브층 또는 제 3 서브층과 제 4 서브층의 굴절률의 차이, 기판 내의 구리의 함량 및 제 1 서브층과 제 2 서브층 또는 제 3 서브층과 제 4 서브층의 합계 층수에 비례하고, 제 1 및 제 2 서브층과 제 3 및 제 4 서브층 중 더 낮은 굴절률의 서브층의 굴절률에 반비례한다.
상기 V값에 영향을 주는 인자는 각각 광학 필터의 개별 구성 요소의 투과 및 반사 특성에 영향을 준다.
예를 들어, 기판 내의 구리의 함량이 증가할수록 기판 자체의 장파장 영역에 대한 흡수 특성이 증가하고, 대략 550 nm의 파장에서부터 더 샤프한 투과율의 감소를 나타낸다. 따라서, 기판 내의 구리의 함량이 증가하면, 장파장 영역의 광을 차단하는 측면에서는 유리하지만, 증가된 구리의 함량은 기판의 내구성을 저하시킨다.
제 1 서브층과 제 2 서브층(또는 제 3 서브층과 제 4 서브층)의 굴절률의 차이, 제 1 서브층과 제 2 서브층(또는 제 3 서브층과 제 4 서브층)의 합계 층수 및 제 1 및 제 2 서브층(또는 제 3 및 제 4 서브층) 중 더 낮은 굴절률의 서브층의 굴절률은 각 유전체막의 투과 및 반사 특성에 영향을 미친다.
본 출원에서는 상기 제 1 및 제 2 유전체막의 V값의 합계가 15 내지 50의 범위 내가 되고, 양자의 V값의 비율 V2/V1이 4 내지 12의 범위 내가 되도록 기판과 유전체막을 조합시킴으로써, 광학 필터 내에서 개개의 요소(기판과 유전체막)이 원하는 광학 필터의 광학 특성을 나타내는 것에 기여하는 부분을 극대화하고, 광학 필터의 특성에 나쁜 영향을 미칠 수 있는 어느 한 요소의 특성을 없애면서 다른 요소로 보완할 수 있다.
이에 따라서 본 출원에서는 자외선과 적외선은 효과적으로 차단하고, 가시광에서는 높은 투과율을 나타내면서, 해당 특성이 입사각이 변동되어도 안정적으로 유지되며, 리플(ripple)과 페탈 플레어(petal flare)와 같은 문제를 나타내지 않고, 내구성이 우수한 광학 필터 및 그 용도를 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 유전체막의 V값의 합계가 지나치게 커지도록 광학 필터가 구성되면, 광학 필터의 내구성 저하 및/또는 가시광 영역에서의 투과율 저하의 문제가 발생하거나, 이용이 가능한 장파장의 가시광 영역의 광을 광학 필터가 차단하여 광의 이용 효율이 저하될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 유전체막의 V값의 합계가 지나치게 작아지도록 광학 필터가 구성되면, 광학 필터의 장파장 영역의 광의 차단 효율이 떨어지고, 차단되어야 할 장파장 영역 내의 일부 영역(예를 들면, 700 nm 내지 800 nm 영역)에서 국소적인 투과율 증가가 발생할 수 있다.
제 1 및 제 2 유전체막의 V값의 비율이 지나치게 작아지거나 증가하면, 광학 필터의 내구성 저하 및/또는 가시광 영역에서의 투과율 저하의 문제가 발생하거나, 이용이 가능한 장파장의 가시광 영역의 광을 광학 필터가 차단하여 광의 이용 효율이 저하될 수 있고, 또한 광학 필터의 장파장 영역의 광의 차단 효율의 저하 및/또는 장파장 영역 내의 일부 영역(예를 들면, 700 nm 내지 800 nm 영역)에서 국소적인 투과율 증가 등의 문제가 발생할 수 있다.
식 1에서 제 1 및 제 2 서브층 또는 제 3 및 제 4 서브층 중 굴절률이 높은 층의 굴절률(n1)과 굴절률이 낮은 층의 굴절률(n2)의 비율(n1/n2)은 일 예시에서 약 1.4 내지 2.0의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 1.45 이상, 1.5 이상, 1.55 이상, 1.6 이상, 1.65 이상, 1.7 이상 또는 1.75 이상이거나, 1.95 이하, 1.9 이하, 1.85 이하 또는 1.8 이하 정도일 수 있다.
식 1에서 제 1 및 제 2 서브층 또는 제 3 및 제 4 서브층 중 굴절률이 높은 층의 굴절률(n1)은, 약 1.8 내지 3.5의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 굴절률(n1)은 다른 예시에서 2.0 이상, 2.2 이상, 2.4 이상, 2.5 이상 또는 2.55 이상이거나, 3.3 이하, 3.1 이하, 2.9 이하 또는 2.7 이하 정도일 수 있다.
식 1에서 제 1 및 제 2 서브층 또는 제 3 및 제 4 서브층 중 굴절률이 낮은 층의 굴절률(n2)은 약 1.1 내지 1.7의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 굴절율(n2)은 다른 예시에서 1.2 이상, 1.3 이상 또는 1.4 이상이거나, 1.65 이하, 1.6 이하, 1.55 이하 또는 1.5 이하 정도일 수도 있다.
식 1의 Cu, 즉 적외선 흡수 기판에 포함되는 구리의 함량은, 전술한 바와 같이, 7 중량% 내지 30 중량%의 범위 내일 수 있다. 식 1의 V값의 계산 시에 구리의 함량은 단위를 무시하고 숫자만 대입한다. 즉 식 1의 V값은 무차원일 수 있다. 상기 식 1의 Cu는, 다른 예시에서 8 중량% 이상, 9 중량% 이상, 10 중량% 이상, 11 중량% 이상 또는 12 중량% 이상 정도이거나, 28 중량% 이하, 26 중량% 이하, 24 중량% 이하, 22 중량% 이하, 20 중량% 이하, 18 중량% 이하, 16 중량% 이하, 14 중량% 이하 또는 13 중량% 이하 정도일 수도 있다.
제 1 유전체막의 경우, 식 1에서 2p를 결정하는 K, 즉 제 1 서브층과 제 2 서브층의 합계 층수(제 1 서브층의 층수+제 2 서브층의 층수)는, 17 이하, 16 이하, 15 이하, 14 이하, 13 이하, 12 이하, 11 이하, 10 이하 또는 9 이하 정도일 수 있으며, 다른 예시에서 2 이상, 3 이상, 4 이상, 5 이상, 6 이상, 7 이상, 8 이상 또는 9 이상일 수 있다. 제 1 유전체막은 상기 제 1 및 제 2 서브층의 반복 적층 구조를 포함할 수 있고, 따라서 이러한 경우에 상기 제 1 및 제 2 서브층 각각의 층수는 서로 동수이거나, 어느 한 층이 1층 또는 2층 정도 많을 수 있다.
이러한 제 1 유전체막에 포함되는 전체 서브층의 합계 층수는, 20층 이하, 19층 이하, 18층 이하,, 17층 이하, 16층 이하, 15층 이하, 14층 이하, 13층 이하, 12층 이하, 11층 이하, 10층 이하 또는 9층 이하 정도일 수 있으며, 다른 예시에서 2층 이상, 3층 이상, 4층 이상, 5층 이상, 6층 이상, 7층 이상, 8층 이상 또는 9층 이상일 수 있다.
제 2 유전체막의 경우, 식 1에서 2p를 결정하는 K, 즉 제 3 서브층과 제 4 서브층의 합계 층수(제 3 서브층의 층수+제 4 서브층의 층수)는, 60 이하, 58 이하, 56 이하, 54 이하, 52 이하, 50 이하, 48 이하, 46 이하, 44 이하, 42 이하, 40 이하 또는 39 이하 정도이거나, 10 이상, 12 이상, 13 이상, 14 이상, 16 이상, 18 이상, 20 이상, 22 이상, 24 이상, 26 이상, 28 이상, 30 이상, 32 이상, 34 이상, 36 이상, 38 이상 또는 39 이상 정도일 수도 있다. 제 2 유전체막은 상기 제 3 및 제 4 서브층의 반복 적층 구조를 포함할 수 있고, 따라서 이러한 경우에 상기 제 3 및 제 4 서브층 각각의 층수는 서로 동수이거나, 어느 한 층이 1층 또는 2층 정도 많을 수 있다.
이러한 제 2 유전체막에 포함되는 전체 서브층의 합계 층수는, 예를 들면, 70층 이하, 68층 이하, 66층 이하, 64층 이하, 62층 이하, 60층 이하, 58층 이하, 56층 이하, 54층 이하, 52층 이하, 50층 이하, 48층 이하, 46층 이하, 44층 이하, 42층 이하, 40층 이하 또는 39층 이하 정도이거나, 10층 이상, 12층 이상, 13층 이상, 14층 이상, 16층 이상, 18층 이상, 20층 이상, 22층 이상, 24층 이상, 26층 이상, 28층 이상, 30층 이상, 32층 이상, 34층 이상, 36층 이상, 38층 이상 또는 39층 이상 정도일 수도 있다.
제 1 유전체막에서 상기 제 1 및 제 2 서브층의 각각의 두께는 목적에 따라서 조절될 수 있지만, 대략 1nm 내지 200 nm의 범위 내일 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서 3nm 이상, 5nm 이상, 7nm 이상, 9nm 이상, 10nm 이상, 15nm 이상, 20nm 이상, 25nm 이상, 30nm 이상, 35nm 이상, 40nm 이상, 45nm 이상, 50 nm 이상, 55 nm 이상, 60 nm 이상, 65 nm 이상, 70nm 이상, 75nm 이상, 85nm 이상, 90 nm 이상 또는 95 nm 이상 정도이거나, 190nm 이하, 180nm 이하, 170nm 이하, 160nm 이하, 150nm 이하, 140nm 이하, 130nm 이하, 120nm 이하, 110nm 이하, 100nm 이하, 90nm 이하, 80nm 이하, 70nm 이하, 60nm 이하, 50nm 이하, 40nm 이하, 30nm 이하, 20nm 이하, 15nm 이하 또는 10 nm 이하 정도일 수도 있다.
제 1 유전체막에 포함되는 제 1 서브층들의 두께와 제 2 서브층들의 두께의 평균값(산술 평균)은, 약 10nm 내지 100 nm의 범위 내일 수 있다. 상기 평균값은 다른 예시에서 15nm 이상, 20nm 이상, 25nm 이상, 30nm 이상, 35nm 이상 또는 40 nm 이상이거나, 95nm 이하, 90 nm 이하, 85 nm 이하, 80 nm 이하, 75 nm 이하, 70 nm 이하, 65 nm 이하, 60 nm 이하, 55 nm 이하, 50 nm 이하, 45nm 이하 또는 40nm 이하 정도일 수도 있다.
이와 같은 제 1 또는 제 2 유전체막은 전체 두께가 약 200nm 내지 500nm의 범위 내일 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서 220nm 이상, 240nm 이상, 260nm 이상, 280nm 이상, 300 nm 이상, 320 nm 이상, 340 nm 이상 또는 360nm 이상이거나, 480nm 이하, 460nm 이하, 440nm 이하, 420nm 이하, 400nm 이하 또는 380nm 이하 정도의 범위 내일 수 있다.
상기 제 1 유전체막에서는, 상기 제 1 및 제 2 서브층을 교대로 포함하는 적층 구조에서 한쪽 표면은 제 1 서브층으로 형성되고, 다른쪽 표면은 제 2 서브층으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 유전체막의 상기 적층 구조의 적외선 흡수 기판측의 표면은 제 1 서브층 또는 제 2 서브층으로 형성되고, 반대측 표면은 제 2 서브층 또는 제 1 서브층으로 형성될 수 있다. 다만, 이러한 적층 순서는 변경될 수 있다.
제 2 유전체막에서 제 3 및 제 4 서브층의 각각의 두께는 목적에 따라서 조절될 수 있지만, 대략 1nm 내지 300 nm의 범위 내일 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서 5nm 이상, 10nm 이상, 15nm 이상, 20nm 이상, 25nm 이상, 30nm 이상, 35nm 이상, 40nm 이상, 45nm 이상, 50nm 이상, 55nm 이상, 60nm 이상, 65nm 이상, 70nm 이상, 75nm 이상, 85nm 이상, 90 nm 이상, 95 nm 이상, 100 nm 이상, 105 nm 이상, 110 nm 이상, 115 nm 이상, 120 nm 이상, 125 nm 이상, 130 nm 이상, 135 nm 이상, 140 nm 이상, 145 nm 이상, 150 nm 이상, 155 nm 이상, 160 nm 이상, 165 nm 이상, 170 nm 이상, 175 nm 이상, 180 nm 이상, 185 nm 이상 또는 190 nm 이상 정도이거나, 290nm 이하, 280 nm 이하, 270 nm 이하, 260 nm 이하, 250 nm 이하, 240 nm 이하, 230 nm 이하, 220 nm 이하, 210 nm 이하, 200 nm 이하 또는 195nm 이하 정도일 수도 있다.
제 2 유전체막에 포함되는 제 3 서브층들의 두께와 제 4 서브층들의 두께의 평균값(산술 평균)은, 약 50nm 내지 300 nm의 범위 내일 수 있다. 상기 평균값은 다른 예시에서 55nm 이상, 60 nm 이상, 75nm 이상, 80nm 이상, 95nm 이상, 100nm 이상, 105 nm 이상, 110 nm 이상, 115 nm 이상, 120 nm 이상 또는 125nm 이상이거나, 290 nm 이하, 280 nm 이하, 270 nm 이하, 260 nm 이하, 250 nm 이하, 240 nm 이하, 230 nm 이하, 220 nm 이하, 210 nm 이하, 200 nm 이하, 190 nm 이하, 180 nm 이하, 170 nm 이하, 160 nm 이하, 150 nm 이하, 140 nm 이하 또는 130nm 이하 정도일 수도 있다.
이와 같은 제 2 유전체막은 전체 두께가 약 3000nm 내지 7000nm의 범위 내일 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서 3500 nm 이상, 4000nm 이상 또는 4500nm 이상이거나, 6500 nm 이하, 6000nm 이하, 5500nm 이하 또는 5000nm 이하 정도의 범위 내일 수 있다.
상기 제 2 유전체막에서는, 상기 제 3 및 제 4 서브층을 교대로 포함하는 적층 구조에서 양쪽 표면이 동일한 서브층으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 3 및 제 4 서브층 중에서 굴절률이 높은 층 또는 낮은 층이 상기 양쪽 표면을 형성할 수 있다. 다만, 이러한 적층 순서는 변경될 수 있다.
상기 제 1 유전체막의 식 1에 따른 V값 V1은, 일 예시에서 7 내지 20의 범위 내일 수 있다. 상기 V1은, 다른 예시에서 8 이상, 9 이상 또는 10 이상 정도이거나, 19 이하, 18 이하, 17 이하, 16 이하, 15 이하, 14 이하, 13 이하, 12 이하 또는 11 이하 정도일 수도 있다.
상기 제 2 유전체막의 식 1에 따른 V값 V2는, 일 예시에서 40 내지 70의 범위 내일 수 있다. 상기 V2는, 다른 예시에서 42 이상, 44 이상, 46 이상, 48 이상 또는 50 이상 정도이거나, 68 이하, 66 이하, 64 이하, 62 이하, 60 이하, 58 이하, 56 이하, 54 이하, 52 이하 또는 51 이하 정도일 수도 있다.
위와 같은 특성의 제 1 및 제 2 유전체막은 상기 적외선 흡수 기판과 함께 목적하는 광학 특성을 확보하도록 할 수 있다.
제 1 또는 제 2 유전체막을 형성하는 재료, 즉 상기 각 서브층을 형성하는 재료의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 공지의 재료가 적용될 수 있다. 통상 저굴절 서브층의 제조에는, SiO2 또는 Na5Al3F14, Na3AlF6 또는 MgF2 등의 불화물이 적용되고, 고굴절 서브층의 제조에는 TiO2, Ta2O5, Nb2O5, ZnS 또는 ZnSe 등이 적용될 수 있지만, 본 출원에서 적용되는 재료가 상기에 제한되는 것은 아니다.
적절한 효과를 확보하기 위해서 상기 제 1 및 제 2 유전체막 중 어느 하나로는 다른 하나에 비해서 반사 특성이 강한 유전체막을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 제 2 유전체막이 상기 제 1 유전체막 대비 높은 반사 특성을 가질 수 있다.
상기 제 1 유전체막은, 425nm 내지 560 nm의 범위 내에서 2% 이하의 평균 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 평균 반사율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.1% 이상, 0.2% 이상, 0.3% 이상 또는 0.4% 이상의 범위 내 및/또는 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하, 1% 이하, 0.8% 이하, 0.6% 이하 또는 0.4% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 1 유전체막은, 425nm 내지 560 nm의 범위 내에서 2% 이상의 최대 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 최대 반사율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.1% 이상, 0.2% 이상, 0.3% 이상, 0.4% 이상 또는 0.5% 이상의 범위 내 및/또는 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하, 1% 이하, 0.8% 이하 또는 0.6% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 1 유전체막은, 350nm 내지 390 nm의 범위 내에서 40% 이하의 평균 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 평균 반사율은 다른 예시에서 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상 또는 20% 이상의 범위 내 및/또는 38% 이하, 36% 이하, 34% 이하, 32% 이하, 30% 이하, 28% 이하, 26% 이하, 24% 이하, 22% 이하 또는 21% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 1 유전체막은, 350nm 내지 390 nm의 범위 내에서 60% 이하의 최대 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 최대 반사율은 다른 예시에서 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상의 범위 내 및/또는 58% 이하, 56% 이하, 54% 이하, 52% 이하, 50% 이하, 48% 이하, 46% 이하, 44% 이하 또는 42% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 1 유전체막으로는, 700 nm 파장에서의 반사율이 2% 이하인 기판을 사용할 수 있다. 상기 반사율은 다른 예시에서 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하, 1% 이하, 0.8% 이하, 0.6% 이하 또는 0.4% 이하 정도이거나, 0% 이상, 0.1% 이상, 0.2% 이상, 0.3% 이상 또는 0.4% 이상 정도일 수도 있다.
상기 제 1 유전체막은, 700nm 내지 800 nm의 범위 내에서 5% 이하의 평균 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 평균 반사율은 다른 예시에서 4.8% 이하, 4.6% 이하, 4.4% 이하, 4.2% 이하, 4% 이하, 3.8% 이하, 3.6% 이하, 3.4% 이하, 3.2% 이하, 3% 이하, 2.8% 이하, 2.6% 이하, 2.4% 이하, 2.2% 이하, 2% 이하, 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하, 1% 이하, 0.8% 이하, 0.6% 이하 또는 0.4% 이하의 범위 내 및/또는 0% 이상, 0.1% 이상, 0.2% 이상 또는 0.3% 이상의 범위 내일 수 있다.
상기 제 1 유전체막은 700nm 내지 800 nm의 범위 내에서 5% 이하의 최대 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 최대 반사율은 다른 예시에서 4.8% 이하, 4.6% 이하, 4.4% 이하, 4.2% 이하, 4% 이하, 3.8% 이하, 3.6% 이하, 3.4% 이하, 3.2% 이하, 3% 이하, 2.8% 이하, 2.6% 이하, 2.4% 이하, 2.2% 이하, 2% 이하, 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하, 1% 이하, 0.8% 이하, 0.6% 이하 또는 0.4% 이하의 범위 내 및/또는 0% 이상, 0.1% 이상, 0.2% 이상 또는 0.3% 이상의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 1 유전체막은, 800nm 내지 1000 nm의 범위 내에서 10% 이하의 평균 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 평균 반사율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상, 1.5% 이상, 2% 이상 또는 2.4% 이상의 범위 내 및/또는 9% 이하, 8% 이하, 7% 이하, 6% 이하, 5% 이하, 4% 이하 또는 3% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
상기 제 1 유전체막은 800nm 내지 1000 nm의 범위 내에서 15% 이하의 최대 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 최대 반사율은 다른 예시에서 0% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상 또는 5.5% 이상의 범위 내 및/또는 14% 이하, 13% 이하, 12% 이하, 12% 이하, 11% 이하, 10% 이하, 9% 이하, 8% 이하, 7% 이하 또는 6% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 1 유전체막은 1000nm 내지 1200 nm의 범위 내에서 15% 이하의 평균 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 평균 반사율은 다른 예시에서 0% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 6% 이상, 7% 이상, 8% 이상, 9% 이상 또는 9.5% 이상의 범위 내 및/또는 14% 이하, 13% 이하, 12% 이하, 11% 이하 또는 10% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
상기 제 1 유전체막은 1000nm 내지 1200 nm의 범위 내에서 20% 이하의 최대 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 최대 반사율은 다른 예시에서 0% 이상, 2% 이상, 4% 이상, 6% 이상, 8% 이상, 10% 이상, 12% 이상 또는 13% 이상의 범위 내 및/또는 18% 이하, 16% 이하 또는 14% 이하의 범위 내일 수도 있다.
제 2 유전체막은, 425nm 내지 560 nm의 범위 내에서 2% 이하의 평균 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 평균 반사율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.1% 이상, 0.2% 이상, 0.3% 이상 또는 0.4% 이상의 범위 내 및/또는 1.5% 이하, 1% 이하 또는 0.5% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 2 유전체막은, 425nm 내지 560 nm의 범위 내에서 4% 이하의 최대 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 최대 반사율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상, 1.2% 이상 또는 1.4% 이상의 범위 내 및/또는 3.5% 이하, 3% 이하, 2.5% 이하 또는 2% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 2 유전체막은, 350nm 내지 390 nm의 범위 내에서 75% 이상의 평균 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 평균 반사율은 다른 예시에서 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 94% 이상의 범위 내 및/또는 98% 이하, 96% 이하 또는 95% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 2 유전체막은, 350nm 내지 390 nm의 범위 내에서 80% 이상의 최대 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 최대 반사율은 다른 예시에서 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상의 범위 내 및/또는 100% 이하의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 2 유전체막은, 700 nm 파장에서의 반사율이 30% 이하일 수 있다. 상기 반사율은 다른 예시에서 28% 이하, 26% 이하, 24% 이하, 22% 이하, 20% 이하, 18% 이하, 16% 이하, 14% 이하, 12% 이하, 10% 이하, 8% 이하, 6% 이하, 4% 이하, 2% 이하, 1% 이하 또는 0.5% 이하 정도이거나, 0% 이상, 0.1% 이상, 0.2% 이상, 0.3% 이상 또는 0.4% 이상 정도일 수도 있다.
상기 제 2 유전체막은, 700nm 내지 800 nm의 범위 내에서 20% 이상의 평균 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 평균 반사율은 다른 예시에서 22% 이상, 24% 이상, 26% 이상, 28% 이상, 30% 이상, 32% 이상, 34% 이상, 36% 이상, 38% 이상, 40% 이상, 42% 이상 또는 44% 이상의 범위 내 및/또는 60% 이하, 68% 이하, 66% 이하, 64% 이하, 62% 이하, 60% 이하, 58% 이하, 56% 이하, 54% 이하, 52% 이하, 50% 이하, 48% 이하, 46% 이하 또는 45% 이하의 범위 내일 수 있다.
상기 제 2 유전체막은, 700nm 내지 800 nm의 범위 내에서 80% 이상의 최대 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 최대 반사율은 다른 예시에서 82% 이상, 84% 이상, 86% 이상, 88% 이상, 90% 이상, 92% 이상, 94% 이상, 96% 이상, 98% 이상 또는 99% 이상의 범위 내 및/또는 100% 이하 또는 100% 미만의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 2 유전체막은, 800nm 내지 1000 nm의 범위 내에서 80% 이상의 평균 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 평균 반사율은 다른 예시에서 82% 이상, 84% 이상, 86% 이상, 88% 이상, 90% 이상, 92% 이상, 94% 이상, 96% 이상, 98% 이상 또는 99% 이상의 범위 내 및/또는 100% 이하 또는 100% 미만의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 2 유전체막은 800nm 내지 1000 nm의 범위 내에서 80% 이상의 최대 반사율을 나타낼 수 있다. 상기 최대 반사율은 다른 예시에서 82% 이상, 84% 이상, 86% 이상, 88% 이상, 90% 이상, 92% 이상, 94% 이상, 96% 이상, 98% 이상 또는 99% 이상의 범위 내 및/또는 100% 이하 또는 100% 미만의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 2 유전체막은 1000nm 내지 1200 nm의 범위 내에서 80% 이상의 평균 반사율을 나타내는 기판을 적용할 수 있다. 상기 평균 반사율은 다른 예시에서 82% 이상, 84% 이상, 86% 이상, 88% 이상, 90% 이상, 92% 이상, 94% 이상, 96% 이상, 98% 이상 또는 99% 이상의 범위 내 및/또는 100% 이하 또는 100% 미만의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 2 유전체막은 1000nm 내지 1200 nm의 범위 내에서 80% 이상의 최대 반사율을 나타내는 투과 밴드를 가질 수 있다. 상기 최대 반사율은 다른 예시에서 82% 이상, 84% 이상, 86% 이상, 88% 이상, 90% 이상, 92% 이상, 94% 이상, 96% 이상, 98% 이상 또는 99% 이상의 범위 내 및/또는 100% 이하 또는 100% 미만의 범위 내일 수도 있다.
상기 제 1 또는 제 2 유전체막의 반사율은, 각 유전체막을 투명 기판(SCHOTT사, D263)상에 형성한 상태에서 측정한 값이거나, 혹은 광학 필터상에서 측정한 값일 수 있다. 즉, 광학 필터에서 제 1 유전체막이 가장 외측에 존재하는 경우에 상기 광학 필터의 제 1 유전체막측에서 상기 반사율을 측정할 수 있으며, 제 2 유전체막의 반사율도 동일한 방식으로 광학 필터상에서 측정할 수 있다.
적절한 광학 필터의 특성을 확보하기 위해서 상기 제 1 유전체막, 제 2 유전체막 또는 상기 광학 필터의 반사 특성, 특히 600 nm 내지 900 nm의 범위 내에서의 반사 특성이 조절될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 제 1 유전체막, 제 2 유전체막 및 광학 필터 중 어느 하나, 또는 그 중 어느 2개 또는 모두는 600nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에서 50%의 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장이 720 nm 이상이거나, 혹은 상기 파장이 존재하지 않을 수 있다. 후자의 경우는, 600 nm 내지 900 nm의 파장 범위에서 최대 투과율이 50% 미만이다. 존재하는 경우에 상기 50%의 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장은, 다른 예시에서 725 nm 이상, 730 nm 이상, 735 nm 이상, 740 nm 이상, 745 nm 이상, 750 nm 이상 또는 754 nm 이상이거나, 900 nm 이하, 850 nm 이하, 800 nm 이하, 790 nm 이하, 780 nm 이하, 770 nm 이하 또는 760 nm 이하 정도일 수도 있다.
상기의 경우, 상기 제 1 유전체막, 제 2 유전체막 및 광학 필터 중 어느 하나, 또는 그 중 어느 2개 또는 모두는 600nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에서의 평균 반사율은 80% 이하일 수 있다. 상기 평균 반사율은 다른 예시에서 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하, 5% 이하 또는 1% 이하 정도이거나, 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상 또는 50% 이상 정도일 수 있다.
상기에서 제 1 유전체막, 제 2 유전체막 및/또는 광학 필터가 600nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에서 50%의 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장이 존재하지 않는 경우에 해당 구성의 600nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에서의 최대 반사율은 50% 미만일 수 있다. 상기 최대 반사율은 다른 예시에서 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하, 5% 이하 또는 1% 이하 정도이거나, 0.5% 이상, 1% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상 정도일 수 있다.
상기에서 제 1 또는 제 2 유전체막의 반사율은, 각 유전체막을 투명 기판(SCHOTT사, D263)상에 형성한 상태에서 측정한 값이고, 광학 필터의 반사 특성은 광학 필터의 제 1 유전체막이 존재하는 측의 표면 또는 제 2 유전체막이 존재하는 측의 표면에서 측정한 값이다.
통상 광학 필터에 존재하는 층은 상대적으로 얇고, 기판의 경우, 반사 특성이 적거나 없기 때문에, 제 1 유전체막이 존재하는 면에서 측정한 반사 특성과 제 2 유전체막이 존재하는 면에서 측정한 반사 특성은 거의 유사하다.
상기와 같이 반사 특성을 제어하는 것에 의해서 소위 페탈 플레어 현상을 방지할 수 있다. 즉, 페탈 플레어 현상의 원인 중 하나는 광학 필터가 장착된 촬상 장치 내에서 근적외광의 반사가 반복되는 것이 고려될 수 있다. 이러한 경우에 상기 제 1 및/또는 제 2 유전체막 및/또는 광학 필터의 반사 특성을 상기와 같이 제어함으로써 페탈 플레어 현상을 방지할 수 있다.
상기와 같은 유전체막을 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 공지의 증착 방식을 적용하여 형성할 수 있다. 업계에서는 서브층의 증착 두께나 층수 등을 감안하여 해당 유전체막의 반사 내지 투과 특성을 제어하는 방식이 공지되어 있고, 본 출원에서는 이러한 공지의 방식에 따라서 상기 특성을 나타내는 제 1 및 제 2 유전체막을 형성할 수 있으며, 상기 유전체막의 특성의 제어를 통해서 상기 광학 필터의 제 2 유전체막측 표면의 반사율도 조절할 수 있다.
상기 광학 필터는 상기 투명 기판인 적외선 흡수 기판과 유전체막을 기본적으로 포함하는 한 다양한 임의의 층을 추가로 포함할 수도 있다.
예를 들면, 상기 광학 필터는, 상기 투명 기판 및/또는 유전체막의 일면 또는 양면에 형성된 흡수층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 흡수층은 광흡수층이고, 예를 들면, 적외선 및/또는 자외선 영역의 적어도 일부의 파장 범위 내의 광을 흡수하는 층이다. 이러한 흡수층은 광학 필터에 1층 또는 2층 이상 형성되어 있을 수 있다.
도 2 내지 4는, 도 1의 광학 필터에 흡수층(300, 301, 302)이 형성된 경우를 보여주는 도면이다. 도 2 내지 4와 같이 상기 흡수층은 적외선 흡수 기판(100)과 제 1 및/또는 제 2 유전체막(201, 202)의 사이에 1층 또는 2층 이상 형성될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 흡수층은, 적외선 흡수층 및/또는 자외선 흡수층일 수 있다. 상기 흡수층은 또한 적외선 흡수성과 자외선 흡수성을 모두 가지는 층일 수도 있다. 이러한 층들은 통상 흡수제(안료, 염료 등)와 투명 수지를 포함하는 층이며, 근자외선 영역 및/또는 근적외선 영역의 광을 커트하여 보다 샤프한 투과율 밴드를 구현하기 위해서 적용될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 자외선 흡수층은 약 300nm 내지 390 nm의 파장 영역에서 흡수 극대를 나타내도록 설계될 수 있고, 적외선 흡수층은, 600nm 내지 800 nm의 파장 영역에서 흡수 극대를 나타내도록 설계될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 광흡수층이 자외선 및 적외선에 대한 흡수성을 동시에 나타내는 층인 경우에 상기 광흡수층은 약 300nm 내지 390 nm의 파장 영역에서 흡수 밴드와 600nm 내지 800 nm의 파장 영역에서 흡수 밴드를 동시에 나타내도록 설계될 수 있다.
적외선 흡수층과 자외선 흡수층은 하나의 층으로 구성될 수도 있고, 별도의 층으로 각각 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 층이 상기 자외선 흡수층의 흡수 극대와 적외선 흡수층의 흡수 극대를 모두 나타내도록 설계되거나, 상기 각각의 흡수 극대를 나타내는 2개의 층이 형성될 수도 있다. 또한, 복수의 적외선 흡수층 및/또는 자외선 흡수층이 존재할 수도 있다.
각 흡수층은 1종의 흡수제만을 포함할 수도 있으며, 필요한 경우 적외선 및/또는 자외선의 적절한 커트를 위해서 2종 이상의 흡수제를 포함할 수도 있다.
예를 들면, 상기 적외선 흡수층은, 흡수 극대 파장이 700nm 내지 720nm의 범위 내이고, 반치폭이 50nm 내지 60nm의 범위 내인 제 1 흡수제; 흡수 극대 파장이 730nm 내지 750nm의 범위 내이고, 반치폭이 60nm 내지 70nm의 범위 내인 제 2 흡수제 및 흡수 극대 파장이 760nm 내지 780nm의 범위 내이고, 반치폭이 90nm 내지 100nm의 범위 내인 제 3 흡수제를 적어도 포함할 수 있고, 자외선 흡수층은, 흡수 극대 파장이 340nm 내지 350 nm의 범위 내인 제 1 흡수제 및 흡수극대 파장이 360nm 내지 370nm의 범위 내인 제 2 흡수제를 적어도 포함할 수 있다.
흡수층을 구성하는 재료 및 구성 방식은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 재료 및 구성 방식을 적용할 수 있다.
통상 흡수층은, 목적하는 흡수 극대를 나타낼 수 있도록 하는 흡수제(염료 또는 안료 등)를 투명한 수지와 배합한 재료를 사용하여 형성한다.
예를 들어, 자외선 흡수제로는, 약 300nm 내지 390 nm의 파장 영역에서 흡수 극대를 나타내는 공지의 흡수제를 적용할 수 있고, 그 예로는, Exiton사의 ABS 407; QCR Solutions Corp사의 UV381A, UV381B, UV382A, UV386A, VIS404A; H.W. Sands사의 ADA1225, ADA3209, ADA3216, ADA3217, ADA3218, ADA3230, ADA5205, ADA3217, ADA2055, ADA6798, ADA3102, ADA3204, ADA3210, ADA2041, ADA3201, ADA3202, ADA3215, ADA3219, ADA3225, ADA3232, ADA4160, ADA5278, ADA5762, ADA6826, ADA7226, ADA4634, ADA3213, ADA3227, ADA5922, ADA5950, ADA6752, ADA7130, ADA8212, ADA2984, ADA2999, ADA3220, ADA3228, ADA3235, ADA3240, ADA3211, ADA3221, ADA5220, ADA7158; CRYSTALYN 사의 DLS 381B, DLS 381C, DLS 382A, DLS 386A, DLS 404A, DLS 405A, DLS 405C, DLS 403A 등이 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
적외선 흡수제로도 600nm 내지 800 nm의 파장 영역에서 흡수 극대를 나타내는 적절한 염료 또는 안료 등이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 스쿠아릴륨(squarylium)계 염료, 시아닌계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 나프탈로시아닌계 화합물 또는 디티올 금속 착제계 화합물 등이 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
흡수층에 적용되는 투명 수지 역시 공지의 수지가 사용될 수 있고, 예를 들어, 환상 올레핀계 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르 술폰 수지, 폴리파라페닐렌 수지, 폴리아릴렌에테르포스핀옥사이드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트 수지 및 다양한 유-무기 하이브리드 계열의 수지 중 1 종 이상을 사용할 수 있다.
상기와 같은 본 출원의 광학 필터는 우수한 내구성과 함께 탁월한 광학 특성을 나타낼 수 있다.
예를 들면, 상기 광학 필터는 T50% cut on 파장이 약 400nm 내지 425 nm의 범위 내인 투과 밴드를 나타낼 수 있다. 상기 T50% cut on 파장은, 350 nm 내지 425 nm의 파장 범위 내에서 50%의 투과율을 나타내는 파장 중 가장 짧은 파장이다. 상기 50%의 투과율을 나타내는 파장은 상기 400 nm 내지 425 nm의 범위 내에 하나 또는 두 개 이상 존재할 수 있고, 하나가 존재하는 경우에 그 파장, 두 개 이상 존재하는 경우에 그 중 가장 짧은 파장이 상기 T50% cut on 파장이 된다. 상기 T50% cut on 파장은 402nm 이상, 404nm 이상, 406nm 이상, 408nm 이상 또는 410nm 이상의 범위 내 및/또는 424nm 이하, 422nm 이하, 420nm 이하, 418 nm 이하, 416 nm 이하, 414 nm 이하, 412 nm 이하 또는 410 nm 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
상기 광학 필터는 T50% cut off 파장이 약 590nm 내지 680 nm의 범위 내인 투과 밴드를 나타낼 수 있다. 상기 T50% cut off 파장은, 560 nm 내지 700 nm의 파장 범위 내에서 50%의 투과율을 나타내는 파장 중 가장 긴 파장이다. 상기 50%의 투과율을 나타내는 파장은 상기 560 nm 내지 700 nm의 범위 내에 하나 또는 두 개 이상 존재할 수 있고, 하나가 존재하는 경우에 그 파장, 두 개 이상 존재하는 경우에 가장 긴 파장이 상기 T50% cut off 파장이 된다. 상기 T50% cut off 파장은 592nm 이상, 594nm 이상, 596nm 이상, 598nm 이상, 600nm 이상, 602nm 이상, 604nm 이상, 606nm 이상, 608nm 이상, 610nm 이상, 612nm 이상, 614nm 이상, 616nm 이상, 618 nm 이상, 620 nm 이상, 622 nm 이상, 624 nm 이상 또는 626 nm 이상의 범위 내 및/또는 678 nm 이하, 676 nm 이하, 674 nm 이하, 672 nm 이하, 670 nm 이하, 668 nm 이하, 666 nm 이하, 664 nm 이하, 662 nm 이하, 660 nm 이하, 658nm 이하, 656nm 이하, 654nm 이하, 652nm 이하, 650nm 이하, 648 nm 이하, 646 nm 이하, 644 nm 이하, 642 nm 이하, 640 nm 이하, 638 nm 이하, 636 nm 이하, 634 nm 이하, 632 nm 이하 또는 630 nm 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
상기 광학 필터는, 425nm 내지 560 nm의 범위 내에서 75% 이상의 평균 투과율을 나타내는 투과 밴드를 가질 수 있다. 상기 평균 투과율은 다른 예시에서 77% 이상, 79% 이상, 81% 이상, 83% 이상, 85% 이상, 87% 이상, 89% 이상, 91% 이상, 92% 이상 또는 92.5% 이상의 범위 내 및/또는 98% 이하, 96% 이하, 94% 이하, 93% 이하 또는 92.5% 이하의 범위 내에서 조절될 수 있다.
본 출원의 광학 필터는, 425nm 내지 560 nm의 범위 내에서 79% 이상의 최대 투과율을 나타내는 투과 밴드를 가질 수 있다. 상기 최대 투과율은 다른 예시에서 81% 이상, 83% 이상, 85% 이상, 87% 이상, 89% 이상, 91% 이상, 93% 이상 또는 95% 이상의 범위 내 및/또는 100% 이하, 98% 이하 또는 96% 이하의 범위 내에서 조절될 수 있다.
본 출원의 광학 필터는, 350nm 내지 390 nm의 범위 내에서 2% 이하의 평균 투과율을 나타내는 투과 밴드를 가질 수 있다. 상기 평균 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.1% 이상 또는 0.2% 이상의 범위 내 및/또는 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하, 1.0% 이하, 0.8% 이하, 0.6% 이하, 0.4% 이하, 0.35% 이하 또는 0.3% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
본 출원의 광학 필터는, 300nm 내지 390 nm의 범위 내에서 10% 이하의 최대 투과율을 나타내는 투과 밴드를 가질 수 있다. 상기 최대 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상, 1.5% 이상, 2% 이상 또는 2.5% 이상의 범위 내 및/또는 9.5% 이하, 9% 이하, 8.5% 이하, 8% 이하, 7.5% 이하, 7% 이하, 6.5% 이하, 6% 이하, 5.5% 이하, 5% 이하, 4.5% 이하, 4% 이하, 3.5% 이하 또는 3% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
본 출원의 광학 필터는, 700 nm 파장에서의 투과율이 2% 이하일 수 있다. 상기 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.2% 이상, 0.4% 이상, 0.6% 이상 또는 0.8% 이상의 범위 내 및/또는 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하 또는 1.0% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
본 출원의 광학 필터는, 700nm 내지 800 nm의 범위 내에서 2% 이하의 평균 투과율을 나타내는 투과 밴드를 가질 수 있다. 상기 평균 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.1% 이상, 0.3% 이상, 0.4% 이상 또는 0.5% 이상의 범위 내 및/또는 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하, 1.0% 이하, 0.8% 이하, 0.6% 이하 또는 0.5% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
본 출원의 광학 필터는, 700nm 내지 800 nm의 범위 내에서 2% 이하의 최대 투과율을 나타내는 투과 밴드를 가질 수 있다. 상기 최대 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.2% 이상, 0.4% 이상, 0.6% 이상 또는 0.8% 이상의 범위 내 및/또는 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하 또는 1.0% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
본 출원의 광학 필터는, 800nm 내지 1000 nm의 범위 내에서 2% 이하의 평균 투과율을 나타내는 투과 밴드를 가질 수 있다. 상기 평균 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.01% 이상, 0.03% 이상, 0.05% 이상, 0.07% 이상 또는 0.09% 이상의 범위 내 및/또는 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하, 1.0% 이하, 0.8% 이하, 0.6% 이하, 0.4% 이하, 0.2% 이하, 0.15% 이하 또는 0.1% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
본 출원의 광학 필터는, 800nm 내지 1000 nm의 범위 내에서 2% 이하의 최대 투과율을 나타내는 투과 밴드를 가질 수 있다. 상기 최대 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.2% 이상, 0.4% 이상, 0.6% 이상 또는 0.8% 이상의 범위 내 및/또는 1.8% 이하, 1.6% 이하, 1.4% 이하, 1.2% 이하, 1.0% 이하, 0.8% 이하, 0.6% 이하 또는 0.4% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
본 출원의 광학 필터는, 1000nm 내지 1200 nm의 범위 내에서 5% 이하의 평균 투과율을 나타내는 투과 밴드를 가질 수 있다. 상기 평균 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상 또는 1.5% 이상의 범위 내 및/또는 4.5% 이하, 4% 이하, 3.5% 이하, 3% 이하, 2.5% 이하, 2% 이하, 1.5% 이하, 1% 이하, 0.8% 이하, 0.6% 이하, 0.4% 이하 또는 0.3% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
본 출원의 광학 필터는, 1000nm 내지 1200 nm의 범위 내에서 5% 이하의 최대 투과율을 나타내는 투과 밴드를 가질 수 있다. 상기 최대 투과율은 다른 예시에서 0% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상 또는 1.5% 이상의 범위 내 및/또는 4.5% 이하, 4% 이하, 3.5% 이하, 3% 이하, 2.5% 이하, 2% 이하, 1.5% 이하, 1% 이하, 0.8% 이하, 0.6% 이하, 0.4% 이하 또는 0.3% 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.
본 출원의 광학 필터는 상기 기술한 광학 특성 중 어느 하나, 2개 이상의 조합을 나타낼 수 있고, 적절하게는 상기 기술한 광학 특성을 모두 만족할 수 있다.
광학 필터는 상기 기술한 층 외에도 필요한 다양한 층이 목적하는 효과를 해치지 않는 범위에서 추가될 수 있다.
본 출원은 또한 상기 광학 필터를 포함하는 촬상 장치에 대한 것이다. 이 때 상기 촬상 장치의 구성 방식이나 상기 광학 필터의 적용 방식은 특별히 제한되지 않고, 공지의 구성과 적용 방식이 적용될 수 있다.
또한, 본 출원의 광학 필터의 용도가 상기 촬상 장치에 제한되는 것은 아니며, 기타 근적외선 커트가 필요한 다양한 용도(예를 들면, PDP 등의 디스플레이 장치 등)에 적용될 수 있다.
본 출원은, 광학 필터 및 그 용도를 제공할 수 있다. 본 출원에서는, 자외선과 적외선은 효과적으로 차단하고, 가시광에서는 높은 투과율을 나타내는 광학 필터 및 그 용도를 제공할 수 있다. 본 출원에서는 상기와 같은 투과 특성이 입사각이 변동되어도 안정적으로 유지되는 광학 필터 및 그 용도를 제공할 수 있다. 본 출원에서는 리플(ripple)이나 페탈 플레어(petal flare)와 같은 문제를 나타내지 않는 광학 필터 및 그 용도를 제공할 수 있다.
도 1 내지 4는 본 출원의 광학 필터의 예시적인 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는, 실시예에서 적용한 적외선 흡수 기판의 투과율 스펙트럼이다.
도 6, 8, 12, 14 및 16은 실시예 또는 비교예에서 적용된 유전체막의 투과 스펙트럼이다.
도 7, 9, 13, 15 및 17은, 실시예 또는 비교예에서 적용된 유전체막의 반사 스펙트럼이다.
도 10 및 11은 비교예에서 적용된 투명 기판의 투과율 스펙트럼이다.
도 18은 실시예의 광학 필터의 투과율 스펙트럼이다.
도 19 내지 23은 비교예의 광학 필터의 투과율 스펙트럼이다.
도 24는, 실시예의 광학 필터를 적용한 경우의 petal flare 현상을 확인하기 위한 사진이다.
도 25 및 26은, 비교예의 광학 필터를 적용한 경우의 petal flare 현상을 확인하기 위한 사진이다.
이하 실시예를 통하여 본 출원의 광학 필터를 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 광학 필터의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
1. 투과율 또는 반사율 스펙트럼의 평가
투과율 또는 반사율 스펙트럼은, 측정 대상을 가로 및 세로가 각각 10 mm 및 10 mm가 되도록 재단하여 얻은 시편에 대해서 분광 광도계(제조사: Perkinelmer사제, 제품명: Lambda750 분광광도계)를 사용하여 측정하였다. 투과율 또는 반사율 스펙트럼은 상기 장비의 매뉴얼에 따라서 파장별 및 입사 각도별로 측정하였다. 시편을 분광 광도계의 측정 빔과 디텍터 사이의 직선상에 위치시키고, 측정 빔의 입사 각도를 0도에서 40도까지 변경하면서 투과율 또는 반사율 스펙트럼을 확인하였다. 특별히 달리 언급하지 않는 한, 본 실시예에서 말하는 투과율 또는 반사율 스펙트럼의 결과는 상기 입사 각도가 0도인 경우의 결과이다. 입사 각도 0도는 시편의 표면 법선 방향과 실질적으로 평행한 방향이다.
투과율 또는 반사율 스펙트럼에서 소정 파장 영역 내에서의 평균 투과율 또는 평균 반사율은, 상기 파장 영역에서의 가장 단 파장에서부터 파장을 1 nm씩 증가시키면서 각 파장의 투과율 또는 반사율을 측정한 후에 측정된 투과율 또는 반사율의 산술 평균을 구한 결과이며, 최대 투과율 또는 최대 반사율은 상기 1 nm씩 파장을 증가시키면서 측정한 투과율 또는 반사율 중 최대 투과율 또는 최대 반사율이다. 예를 들면, 350 nm 내지 360 nm의 파장 범위 내의 평균 투과율은, 350 nm, 351 nm, 352 nm, 353 nm, 354 nm, 355 nm, 356 nm, 357 nm, 358 nm, 359 nm 및 360 nm의 파장에서 측정한 투과율의 산술 평균이고, 350 nm 내지 360 nm의 파장 범위 내의 최대 투과율은, 350 nm, 351 nm, 352 nm, 353 nm, 354 nm, 355 nm, 356 nm, 357 nm, 358 nm, 359 nm 및 360 nm의 파장에서 측정한 투과율 중 가장 높은 투과율이다.
2. 구리 함량 평가
유리 기판의 구리 함량은, X선 형광 분석 장비(WD XRF, Wavelength Dispersive X-Ray Fluorescence Spectrometry)를 이용하여 확인하였다. 상기 장비를 사용하여 시편(유리 기판)에 X선을 조사하면, 상기 시편의 개별 원소로부터 특징적인 2차 X선이 발생되고, 상기 장비는 상기 2차 X선을 각 원소별 파장에 따라 검출한다. 상기 2차 X선의 세기는, 원소 함량에 비례하고, 따라서 상기 원소별 파장에 따라 측정된 2차 X선의 세기를 통해 정량 분석을 수행할 수 있다.
3. 굴절률의 평가
유전체막의 서브층의 굴절률은 위즈옵틱스사의 엘립소미터(M-2000® Ellipsometer) 기기를 적용하여 520 nm 파장에 대해서 측정하였다.
제조예 1. 흡수층 재료(A)의 제조
흡수층 재료(A)는, 약 340 nm 내지 390nm 정도의 범위 내에서 흡수 극대를 나타내는 흡수제(1)(트리아진(triazine)계 염료), 흡수 극대 파장이 약 700 nm 내지 720 nm의 범위 내이고, 반치폭(FWHM)이 약 50nm 내지 60nm 수준인 적외선 흡수제(2)(스쿠아릴륨(squarylium)계 염료), 흡수 극대 파장이 약 730nm 내지 750 nm 정도의 범위 내이고, 반치폭(FWHM)이 약 60nm 내지 70nm 수준인 적외선 흡수제(3)(스쿠아릴륨(squarylium)계 염료) 및 흡수 극대 파장이 약 760nm 내지 780 nm 정도의 범위 내이고, 반치폭(FWHM)이 약 90nm 내지 100nm 수준인 적외선 흡수제(4)(스쿠아릴륨(squarylium)계 염료)를 사용하여 제조하였다. 상기 흡수제 (1) 내지 (4)와 바인더 수지를 배합하여 흡수층 재료(A)를 제조하였다. 바인더 수지로는 COP(Cyclo olefin polymer)를 사용하였다. 상기 바인더 수지 100 중량부에 대해서 약 5 중량부의 흡수제(1), 약 0.1 중량부의 흡수제(2), 약 0.2 중량부의 흡수제(3) 및 약 0.4 중량부의 흡수제(4)를 톨루엔(toluene)에 배합하여 흡수층 재료(A)를 제조하였였다.
제조예 2. 흡수층 재료(B)의 제조
흡수층 재료(B)는, 흡수 극대 파장이 약 1050 nm 내지 1150 nm 수준인 적외선 흡수제(4)(디이모늄(Diimmonium)계 염료)를 상기 흡수층 재료(A)에 추가로 배합하여 제조하였다. 상기 배합 시에 상기 적외선 흡수제(4)는, 흡수층 재료(A)의 고형분 100 중량부에 대해서 약 0.8 중량부의 비율로 첨가하였다.
실시예 1
적외선 흡수 유리 기판으로는, 도 5와 같은 투과율 스펙트럼을 나타내는 인산염계 적외선 흡수 유리 기판(HOYA사제)(두께: 약 0.21mm)을 사용하였다. 상기 적외선 흡수 유리 기판에 대해서 측정된 구리 함량은 약 12.08 중량% 정도였다. 상기 적외선 흡수 유리 기판의 스펙트럼 특성은 하기 표 1에 정리된 바와 같다. 하기 표 1에서 TMAX는 해당 파장 영역 내에서의 최대 투과율로서, 그 단위는 %이고, TAVG는 해당 파장 영역 내에서의 평균 투과율로서, 그 단위는 %이다. 하기 표 1에서 T50% cut on은, 350 nm 내지 425 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율을 보이는 가장 짧은 파장(단위: nm)이고, T50% cut off는, 560 nm 내지 700 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율을 나타내는 가장 긴 파장(단위: nm)이다.
적외선 흡수 유리 기판(실시예1)
350nm~390nm TMAX 87.9
TAVG 83.3
T50% cut on 파장(nm) -
425nm~560nm TMAX 92.5
TAVG 91.6
T50% cut off 파장(nm) 635
700nm 투과율(%) 12
700nm~800nm TMAX 12
TAVG 3.7
800nm~1000nm TMAX 0.6
TAVG 0.3
1000nm~1200nm TMAX 3.8
TAVG 1.6
상기 적외선 흡수 유리 기판의 일면에 제조예 1의 흡수층 재료(A)를 도포하고, 135℃에서 2시간 동안 열처리하여 흡수층을 형성하였다. 상기 흡수층의 두께는 약 3 μm 정도로 형성하였다. 상기 흡수층이 형성된 면에 제 1 유전체막을 형성하였다. 제 1 유전체막은 이온 빔 어시스트 증착(Ion-beam assisted deposition) 방식으로 서브층을 증착하여 형성하였다. 증착 시에 진공도 및 온도 조건은, 각각 5.0E-5 Torr 및 120℃로 하였고, IBS(Ion Beam Sputtering) 소스(source) 전압 350V 및 전류 850mA 조건으로 설정하였다. 상기 방식으로 고굴절층인 TiO2층(굴절률 약 2.61)과 저굴절층인 SiO2층(굴절률 약 1.46)을 번갈아 형성하여 제 1 유전체막을 형성하였다. 서브층인 상기 고굴절층과 저굴절층은 총 9층 형성하였으며, 구체적으로는 흡수층상에 SiO2층(두께 약 98.9 nm), TiO2층(두께 약 28.5nm), SiO2층(두께 약 12nm), TiO2층(두께 약 76.1 nm), SiO2층(두께 약 23.1 nm), TiO2층(두께 약 24.5 nm), SiO2층(두께 약 56.5 nm), TiO2층(두께 약 8.3 nm) 및 SiO2층(두께 약 44.3 nm)을 순차 형성하여 제 1 유전체막을 형성하였다.
이러한 제 1 유전체막은, 하기 식 A의 R(n1/n2, n1은 TiO2의 굴절률(약 2.61), n2는 SiO2의 굴절률(약 1.46))이 약 1.79이고, n2가 약 1.46(SiO2층의 굴절률)이며, K가 9이고, 2p가 8인 유전체막이다. 적외선 흡수 유리 기판의 구리 함량인 하기 식 A의 Cu가 약 12.08 중량%이기 때문에, 상기 제 1 유전체막이 상기 적외선 흡수 유리 기판에 적용된 경우에 하기 식 A의 V값은 약 10.5이다.
[식 A]
도 6은 상기와 같은 방식으로 형성한 제 1 유전체막의 투과율 그래프이고, 도 7은 상기 제 1 유전체막의 반사율 그래프이다. 상기 투과율과 반사율은, 상기 제 1 유전체막을 투명 기판상(SCHOTT사, D263)에 형성한 후에 측정한 것이다. 도 6 및 7에서 AR(9L)-0deg는 입사각 0도에서의 투과율 또는 반사율이고, AR(9L)-30deg는 입사각 30도에서의 투과율 또는 반사율이며, AR(9L)-40deg는 입사각 40도에서의 투과율 또는 반사율이다.
도 6 및 7의 투과율과 반사율 특성은, 하기 표 2에 정리하였다. 하기 표 2에서 TMAX는 해당 파장 영역 내에서의 최대 투과율 또는 최대 반사율로서, 그 단위는 %이고, TAVG는 해당 파장 영역 내에서의 평균 투과율 또는 평균 반사율로서, 그 단위는 %이다.
하기 표 2에서 T50% cut on은, 350 nm 내지 425 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율 또는 반사율을 보이는 가장 짧은 파장(단위: nm)이고, T50% cut off는, 600 nm 내지 900 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율 또는 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장(단위: nm)이다.
투과율(입사각0도) 반사율(입사각0도)
350nm~390nm TMAX 91.2 41.1
TAVG 76 20.8
T50% cut on 파장(nm) -
425nm~560nm TMAX 95.7 0.5
TAVG 95.6 0.4
T50% cut off 파장(nm) -
700nm 투과율(%) 95.7 0.4
600nm~900nm TMAX 94.7 2.1
TAVG 95.4 0.6
700nm~800nm TMAX 95.7 0.4
TAVG 95.7 0.3
800nm~1000nm TMAX 95.6 5.6
TAVG 93.7 2.4
1000nm~1200nm TMAX 90.6 13.6
TAVG 86.7 9.7
이어서 적외선 흡수 유리 기판의 상기 제 1 유전체막이 형성된 면의 반대면에 제 2 유전체막을 형성하야 광학 필터를 제조하였다. 제 2 유전체막은 제 1 유전체막과 동일한 방식으로 형성하였다. 다만, 제 2 유전체막은 고굴절층인 TiO2층(굴절률 약 2.61)과 저굴절층인 SiO2층(굴절률 약 1.46)을 번갈아 형성하여 총 39층이 되도록 하였고, 각 층의 두께는 하기 표 3과 같이 조정하였다. 하기 표 3에서 번호 1은 적외선 흡수 유리상에 첫번째로 형성되는 층이고, 번호 39는 가장 마지막에 형성되는 층이다.
번호 소재 두께(nm)
1 SiO2 91.29
2 TiO2 109.42
3 SiO2 185.18
4 TiO2 113.02
5 SiO2 189.60
6 TiO2 115.66
7 SiO2 190.09
8 TiO2 114.31
9 SiO2 191.32
10 TiO2 116.73
11 SiO2 190.25
12 TiO2 113.85
13 SiO2 188.75
14 TiO2 115.31
15 SiO2 186.51
16 TiO2 106.99
17 SiO2 167.91
18 TiO2 93.59
19 SiO2 160.83
20 TiO2 91.88
21 SiO2 156.31
22 TiO2 90.62
23 SiO2 154.95
24 TiO2 89.96
25 SiO2 155.51
26 TiO2 89.28
27 SiO2 155.74
28 TiO2 89.22
29 SiO2 155.40
30 TiO2 90.10
31 SiO2 155.46
32 TiO2 91.87
33 SiO2 157.56
34 TiO2 94.48
35 SiO2 167.73
36 TiO2 105.13
37 SiO2 39.75
38 TiO2 8.82
39 SiO2 102.45
이러한 제 2 유전체막은, 상기 식 A의 R(n1/n2, n1은 TiO2의 굴절률(약 2.61), n2는 SiO2의 굴절률(약 1.46))이 약 1.79이고, n2가 약 1.46(SiO2층의 굴절률)이며, K가 39이고, 2p가 38인 유전체막이다. 적외선 흡수 유리 기판의 구리 함량인 식 A의 Cu가 약 12.08 중량%이기 때문에, 상기 제 2 유전체막이 상기 적외선 흡수 유리 기판에 적용된 경우에 하기 식 A의 V값은 약 50.5이다.
도 8은 상기와 같은 방식으로 형성한 제 2 유전체막의 투과율 그래프이고, 도 9는 상기 제 2 유전체막의 반사율 그래프이다. 상기 투과율과 반사율은, 상기 제 1 유전체막과 같은 방식으로 측정한 것이다. 도 8 및 9에서 IR(39L)-0deg는 입사각 0도에서의 투과율 또는 반사율이고, IR(39L)-30deg는 입사각 30도에서의 투과율 또는 반사율이며, IR(39L)-40deg는 입사각 40도에서의 투과율 또는 반사율이다.
도 8 및 9의 투과율과 반사율 특성은, 하기 표 4에 정리하였다. 하기 표 4에서 TMAX는 해당 파장 영역 내에서의 최대 투과율 또는 최대 반사율로서, 그 단위는 %이고, TAVG는 해당 파장 영역 내에서의 평균 투과율 또는 평균 반사율로서, 그 단위는 %이다.
하기 표 4에서 T50% cut on은, 350 nm 내지 425 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율 또는 반사율을 보이는 가장 짧은 파장(단위: nm)이고, T50% cut off는, 600 nm 내지 900 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율 또는 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장(단위: nm)이다.
한편, 상기 광학 필터의 제 1 유전체막측 또는 제 2 유전체막층 표면에서 측정한 600 nm 내지 900 nm 영역 내에서 50%의 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장은 약 755 nm 정도였다.
투과율(입사각0도) 반사율(입사각0도)
350nm~390nm TMAX 52.5 100
TAVG 5.6 94.1
T50% cut on 파장(nm) 413 417
425nm~560nm TMAX 95 1.4
TAVG 94.8 0.4
T50% cut off 파장(nm) 754 755
700nm 투과율(%) 94.7 0.4
600nm~900nm TMAX 95 100
TAVG 49.3 48.1
700nm~800nm TMAX 95 99.6
TAVG 53 44.2
800nm~1000nm TMAX 0.4 100
TAVG 0 100
1000nm~1200nm TMAX 0.9 100
TAVG 0.2 99.8
비교예 1
유리 기판으로서 흡수 특성이 없는 일반 투명 유리 기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 광학 필터를 제조하였다. 도 10은 상기 사용한 투명 유리 기판의 투과율 스펙트럼이고, 도면으로부터 상기 기판은 흡수 특성이 전혀 없는 것을 확인할 수 있다. 상기 광학 필터의 제 1 유전체막측 또는 제 2 유전체막층 표면에서 측정한 600 nm 내지 900 nm 영역 내에서 50%의 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장은 약 755 nm 정도였다.
비교예 2
흡수층의 형성 시에 제조예 2의 흡수층 재료(B)를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 광학 필터를 제조하였다. 상기 광학 필터의 제 1 유전체막측 또는 제 2 유전체막층 표면에서 측정한 600 nm 내지 900 nm 영역 내에서 50%의 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장은 약 755 nm 정도였다.
비교예 3
적외선 흡수 유리 기판으로는, 도 11과 같은 투과율 스펙트럼을 나타내는 인산염계 적외선 흡수 유리 기판(HOYA사제)(두께: 약 0.21mm)을 사용하였다. 상기 적외선 흡수 유리 기판에 대해서 측정된 구리 함량은 약 2.89 중량% 정도였다. 상기 적외선 흡수 유리 기판의 스펙트럼 특성은 하기 표 5에 정리된 바와 같다. 하기 표 5에서 TMAX는 해당 파장 영역 내에서의 최대 투과율로서, 그 단위는 %이고, TAVG는 해당 파장 영역 내에서의 평균 투과율로서, 그 단위는 %이다. 하기 표 5에서 T50% cut on은, 350 nm 내지 425 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율을 보이는 가장 짧은 파장(단위: nm)이고, T50% cut off는, 560 nm 내지 700 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율을 나타내는 가장 긴 파장(단위: nm)이다.
적외선 흡수 유리 기판(비교예3)
350nm~390nm TMAX 87.7
TAVG 83.9
T50% cut on 파장(nm) -
425nm~560nm TMAX 90
TAVG 89.3
T50% cut off 파장(nm) 약 650
700nm 투과율(%) 28.1
700nm~800nm TMAX 28.1
TAVG 16.8
800nm~1000nm TMAX 15.9
TAVG 11.2
1000nm~1200nm TMAX 36.3
TAVG 25.3
상기 적외선 흡수 유리 기판의 경우, 상기 식 A의 Cu가 약 2.89 중량%이기 때문에, 상기 적외선 흡수 유리 기판에 적용된 상기 제 1 유전체막의 경우에 식 A의 V값은 약 5.5이며, 제 2 유전체막의 경우 식 A의 V값은 약 26.9이다. 상기 광학 필터의 제 1 유전체막측 또는 제 2 유전체막층 표면에서 측정한 600 nm 내지 900 nm 영역 내에서 50%의 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장은 약 755 nm 정도였다.
비교예 4
제 1 및 제 2 유전체막을 하기와 같이 변경하여 형성한 것을 제외하면, 실시예 1과 같은 방식으로 광학 필터를 제조하였다.
제 1 유전체막은, 고굴절층인 TiO2층(굴절률 약 2.61)과 저굴절층인 SiO2층(굴절률 약 1.46)을 번갈아 형성하여 총 21층이 되도록 하였고, 각 층의 두께는 하기 표 6과 같이 조정하였다. 하기 표 6에서 번호 1은 적외선 흡수 유리상에 첫번째로 형성되는 층이고, 번호 21는 가장 마지막에 형성되는 층이다.
번호 소재 두께(nm)
1 SiO2 82.75
2 TiO2 104.21
3 SiO2 180.14
4 TiO2 108.78
5 SiO2 184.81
6 TiO2 110.9
7 SiO2 186.07
8 TiO2 111.23
9 SiO2 187.41
10 TiO2 111.44
11 SiO2 186.51
12 TiO2 111.42
13 SiO2 186.30
14 TiO2 111.45
15 SiO2 186.11
16 TiO2 109.28
17 SiO2 181.08
18 TiO2 111.64
19 SiO2 44.86
20 TiO2 8.2
21 SiO2 57.3
이러한 제 1 유전체막은, 상기 식 A의 R(n1/n2, n1은 TiO2의 굴절률(약 2.61), n2는 SiO2의 굴절률(약 1.46))이 약 1.79이고, n2가 약 1.46(SiO2층의 굴절률)이며, K가 21이고, 2p가 20인 유전체막이다. 적외선 흡수 유리 기판의 구리 함량인 식 A의 Cu가 약 12.08 중량%이기 때문에, 상기 제 1 유전체막이 상기 적외선 흡수 유리 기판에 적용된 경우에 식 A의 V값은 약 26.5이다.
도 12는 상기와 같은 방식으로 형성한 제 1 유전체막의 투과율 그래프이고, 도 13은 상기 제 1 유전체막의 반사율 그래프이다. 상기 제 1 유전체막의 투과율과 반사율은, 실시예 1과 동일하게 측정한 것이다. 도 12 및 13에서 AR(21L)-0deg는 입사각 0도에서의 투과율 또는 반사율이고, AR(21L)-30deg는 입사각 30도에서의 투과율 또는 반사율이며, AR(21L)-40deg는 입사각 40도에서의 투과율 또는 반사율이다.
도 12 및 13의 투과율과 반사율 특성은, 하기 표 7에 정리하였다. 하기 표 7에서 TMAX는 해당 파장 영역 내에서의 최대 투과율 또는 최대 반사율로서, 그 단위는 %이고, TAVG는 해당 파장 영역 내에서의 평균 투과율 또는 평균 반사율로서, 그 단위는 %이다.
하기 표 7에서 T50% cut on은, 350 nm 내지 425 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율 또는 반사율을 보이는 가장 짧은 파장(단위: nm)이고, T50% cut off는, 600 nm 내지 900 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율 또는 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장(단위: nm)이다.
투과율(입사각0도) 반사율(입사각0도)
350nm~390nm TMAX 86.3 99.9
TAVG 5.5 94.2
T50% cut on 파장(nm) 407 406
425nm~560nm TMAX 95 1.9
TAVG 94.6 0.5
T50% cut off 파장(nm) 857 899
700nm 투과율(%) 94.6 0.4
600nm~900nm TMAX 95 53.5
TAVG 86.5 8.9
700nm~800nm TMAX 94.6 14.1
TAVG 89.9 5.4
800nm~1000nm TMAX 95 99.7
TAVG 40.3 57.6
1000nm~1200nm TMAX 1.3 99.8
TAVG 0.4 99.6
제 2 유전체막은, 고굴절층인 TiO2층(굴절률 약 2.61)과 저굴절층인 SiO2층(굴절률 약 1.46)을 번갈아 형성하여 총 22층이 되도록 하였고, 각 층의 두께는 하기 표 8과 같이 조정하였다. 하기 표 8에서 번호 1은 적외선 흡수 유리상에 첫번째로 형성되는 층이고, 번호 22는 가장 마지막에 형성되는 층이다.
번호 소재 두께(nm)
1 SiO2 76.25
2 TiO2 87.94
3 SiO2 152.36
4 TiO2 86.64
5 SiO2 146.74
6 TiO2 83.14
7 SiO2 145.9
8 TiO2 82.91
9 SiO2 143.54
10 TiO2 82.72
11 SiO2 145.02
12 TiO2 81.65
13 SiO2 144.23
14 TiO2 83.7
15 SiO2 144.91
16 TiO2 82.85
17 SiO2 148.76
18 TiO2 88.17
19 SiO2 155.69
20 TiO2 96.27
21 SiO2 34.49
22 TiO2 8.47
이러한 제 2 유전체막은, 상기 식 A의 R(n1/n2, n1은 TiO2의 굴절률(약 2.61), n2는 SiO2의 굴절률(약 1.46))이 약 1.79이고, n2가 약 1.46(SiO2층의 굴절률)이며, K가 22이고, 2p가 21인 유전체막이다. 적외선 흡수 유리 기판의 구리 함량인 식 A의 Cu가 약 12.08 중량%이기 때문에, 상기 제 2 유전체막이 상기 적외선 흡수 유리 기판에 적용된 경우에 식 A의 V값은 약 27.9이다.
도 14는 상기와 같은 방식으로 형성한 제 2 유전체막의 투과율 그래프이고, 도 15는 상기 제 2 유전체막의 반사율 그래프이다. 상기 투과율과 반사율은, 상기 제 2 유전체막을 광의 흡수 및 반사가 없는 투명 기판상에 형성한 후에 측정한 것이다. 도 14 및 15에서 IR(22L)-0deg는 입사각 0도에서의 투과율 또는 반사율이고, IR(22L)-30deg는 입사각 30도에서의 투과율 또는 반사율이며, IR(22L)-40deg는 입사각 40도에서의 투과율 또는 반사율이다.
도 14 및 15의 투과율과 반사율 특성은, 하기 표 9에 정리하였다. 하기 표 9에서 TMAX는 해당 파장 영역 내에서의 최대 투과율 또는 최대 반사율로서, 그 단위는 %이고, TAVG는 해당 파장 영역 내에서의 평균 투과율 또는 평균 반사율로서, 그 단위는 %이다. 하기 표 9에서 T50% cut on은, 350 nm 내지 425 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율 또는 반사율을 보이는 가장 짧은 파장(단위: nm)이고, T50% cut off는, 600 nm 내지 900 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율 또는 반사율을 나타내는 가장 긴 파장(단위: nm)이다. 상기 광학 필터의 제 1 유전체막측 또는 제 2 유전체막층 표면에서 측정한 600 nm 내지 900 nm 영역 내에서 50%의 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장은 약 755 nm 정도였다.
투과율(입사각0도) 반사율(입사각0도)
350nm~390nm TMAX 52.2 100
TAVG 5.6 94.1
T50% cut on 파장(nm) 413 416
425nm~560nm TMAX 95 1.4
TAVG 94.8 0.4
T50% cut off 파장(nm) 754 755
700nm 투과율(%) 84.1 11.5
600nm~900nm TMAX 95 100
TAVG 43.7 54
700nm~800nm TMAX 85.6 99.7
TAVG 37.8 60.2
800nm~1000nm TMAX 0.5 100
TAVG 0.1 99.9
1000nm~1200nm TMAX 92.1 99.5
TAVG 44.5 53.2
비교예 5
제 2 유전체막을 하기와 같이 변경하여 형성한 것을 제외하면, 실시예 1과 같은 방식으로 광학 필터를 제조하였다.
제 2 유전체막은, 고굴절층인 TiO2층(굴절률 약 2.61)과 저굴절층인 SiO2층(굴절률 약 1.46)을 번갈아 형성하여 총 38층이 되도록 하였고, 각 층의 두께는 하기 표 10과 같이 조정하였다. 하기 표 10에서 번호 1은 적외선 흡수 유리상에 첫번째로 형성되는 층이고, 번호 38는 가장 마지막에 형성되는 층이다.
번호 소재 두께(nm)
1 SiO2 86.96
2 TiO2 102.23
3 SiO2 176.39
4 TiO2 105.59
5 SiO2 180.6
6 TiO2 108.05
7 SiO2 181.06
8 TiO2 106.79
9 SiO2 182.24
10 TiO2 109.06
11 SiO2 181.22
12 TiO2 106.37
13 SiO2 179.79
14 TiO2 107.73
15 SiO2 177.66
16 TiO2 99.96
17 SiO2 159.94
18 TiO2 87.44
19 SiO2 153.19
20 TiO2 85.84
21 SiO2 148.89
22 TiO2 84.66
23 SiO2 147.6
24 TiO2 84.04
25 SiO2 148.13
26 TiO2 83.41
27 SiO2 148.35
28 TiO2 83.35
29 SiO2 148.02
30 TiO2 84.18
31 SiO2 148.08
32 TiO2 85.83
33 SiO2 150.08
34 TiO2 88.27
35 SiO2 159.77
36 TiO2 98.22
37 SiO2 37.87
38 TiO2 8.24
이러한 제 2 유전체막은, 상기 식 A의 R(n1/n2, n1은 TiO2의 굴절률(약 2.61), n2는 SiO2의 굴절률(약 1.46))이 약 1.79이고, n2가 약 1.46(SiO2층의 굴절률)이며, K가 38이고, 2p가 37인 유전체막이다. 적외선 흡수 유리 기판의 구리 함량인 식 A의 Cu가 약 12.08 중량%이기 때문에, 상기 제 2 유전체막이 상기 적외선 흡수 유리 기판에 적용된 경우에 식 A의 V값은 약 49.2이다.
도 14는 상기와 같은 방식으로 형성한 제 2 유전체막의 투과율 그래프이고, 도 15는 상기 제 2 유전체막의 반사율 그래프이다. 상기 투과율과 반사율은, 상기 제 2 유전체막을 광의 흡수 및 반사가 없는 투명 기판상에 형성한 후에 측정한 것이다. 도 14 및 15에서 IR(22L)-0deg는 입사각 0도에서의 투과율 또는 반사율이고, IR(22L)-30deg는 입사각 30도에서의 투과율 또는 반사율이며, IR(22L)-40deg는 입사각 40도에서의 투과율 또는 반사율이다.
도 16은 상기와 같은 방식으로 형성한 제 2 유전체막의 투과율 그래프이고, 도 17은 상기 제 2 유전체막의 반사율 그래프이다. 상기 투과율과 반사율은, 실시예 1의 경우와 동일하게 측정한 것이다. 도 16 및 17에서 IR(38L)-0deg는 입사각 0도에서의 투과율 또는 반사율이고, IR(38L)-30deg는 입사각 30도에서의 투과율 또는 반사율이며, IR(38L)-40deg는 입사각 40도에서의 투과율 또는 반사율이다.
도 16 및 17의 투과율과 반사율 특성은, 하기 표 11에 정리하였다. 하기 표 11에서 TMAX는 해당 파장 영역 내에서의 최대 투과율 또는 최대 반사율로서, 그 단위는 %이고, TAVG는 해당 파장 영역 내에서의 평균 투과율 또는 평균 반사율로서, 그 단위는 %이다. 표 11에서 T50% cut on은, 350 nm 내지 425 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율 또는 반사율을 보이는 가장 짧은 파장(단위: nm)이고, T50% cut off는, 600 nm 내지 900 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율 또는 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장(단위: nm)이다. 상기 광학 필터의 제 1 유전체막측 또는 제 2 유전체막층 표면에서 측정한 600 nm 내지 900 nm 영역 내에서 50%의 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장은 약 712 nm 정도였다.
투과율(입사각0도) 반사율(입사각0도)
350nm~390nm TMAX 52.2 100
TAVG 5.6 94.1
T50% cut on 파장(nm) 413 417
425nm~560nm TMAX 95 1.4
TAVG 94.8 0.4
T50% cut off 파장(nm) 711 712
700nm 투과율(%) 94.3 0.7
600nm~900nm TMAX 95 100
TAVG 35.8 62.3
700nm~800nm TMAX 94.3 99.9
TAVG 13 86.3
800nm~1000nm TMAX 0.1 100
TAVG 0 100
1000nm~1200nm TMAX 0.9 100
TAVG 0.2 99.8
시험예 1. 투과율 스펙트럼의 평가
도 18 내지 23은 각각 실시예 1의 광학 필터(도 18)와 비교예 1 내지 5의 광학 필터의 투과율 스펙트럼(입사각 0도 기준)이다. 상기 광학 필터의 스펙트럼 특성은 하기 표 12에 정리된 바와 같다. 하기 표 12에서 TMAX는 해당 파장 영역 내에서의 최대 투과율로서, 그 단위는 %이고, TAVG는 해당 파장 영역 내에서의 평균 투과율로서, 그 단위는 %이다. 하기 표 12에서 T50% cut on은, 350 nm 내지 425 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율을 보이는 가장 짧은 파장(단위: nm)이고, T50% cut off는, 560 nm 내지 700 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율을 나타내는 가장 긴 파장(단위: nm)이다.
실시예1 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
350nm~390nm TMAX 0.2 0.2 0.1 0.2 0.1 0.2
TAVG 0 0 0 0 0 0
T50% cut on 파장(nm) 414 414 415 414 414 414
425nm~560nm TMAX 95.5 94.4 84.3 92.8 94.7 95.5
TAVG 92.7 92.6 80.8 90.4 91.7 92.7
T50% cut off 파장(nm) 625 665 656 631 624 625
700nm (투과율(%)) 1.1 8.2 6.3 2.5 0.9 1.1
700nm~800nm TMAX 1.1 17.8 12.1 3.0 0.9 1.1
TAVG 0.3 6 4.2 1.2 0.2 0.1
800nm~1000nm TMAX 0 0.4 0.2 0 0 0
TAVG 0 0 0 0 0 0
1000nm~1200nm TMAX 0 0.8 0.1 0.3 0 0
TAVG 0 0.2 0 0.1 0 0
실시예 1과 비교예 1의 광학 필터의 투과율 스펙트럼을 비교하면(도 18 및 도 19), 비교예 1의 경우 T50% cut off 파장이 실시예 1 대비 장파장으로서 적외선에 대한 적절한 차단 효과를 발휘하고 있지 못하며, 700 nm 이상의 장파장 대역에서도 높은 투과율을 나타내어서 광학 필터로서의 기능을 적절하게 수행하지 못한다는 것을 확인할 수 있다.
비교예 2의 광학 필터의 투과율 스펙트럼(도 20)도, 비교예 1의 경우와 같이 적외선에 대한 적절한 차단 효과를 발휘하지 못하며, 특히 가시광 영역에서의 투과율이 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
실시예 1과 비교예 3의 광학 필터의 투과율 스펙트럼을 비교하면(도 18 및 도 21), 비교예 3의 경우 T50% cut off 파장이 실시예 1 대비 장파장으로서 적외선에 대한 적절한 차단 효과를 발휘하고 있지 못하며, 700 nm 이상의 장파장 대역에서도 높은 투과율을 나타내어서 광학 필터로서의 기능을 적절하게 수행하지 못한다는 것을 확인할 수 있다.
시험예 3. Petal Flare 평가
실시예 1 및 비교예 4와 5의 광학 필터를 각각 장착한 촬상 장치를 사용하여 발광원을 촬영하였다. 그 결과는 도 24 내지 26에 나타나 있다(실시예 1: 도 24, 비교예 4: 도 25, 비교예 5: 도 26).
도 24 내지 26는 각각 실시예 1의 광학 필터를 장착한 후면 카메라로 발광원(색 온도가 3100K인 할로겐 LED 광원)를 촬영한 사진(도 24), 비교예 4의 광학 필터를 장착한 후면 카메라로 피사체(색 온도가 3100K인 할로겐 LED 광원)를 촬영한 사진(도 25) 및 비교예 5의 광학 필터를 장착한 후면 카메라로 피사체(색 온도가 3100K인 할로겐 LED 광원)를 촬영한 사진(도 26)이다.
상기 촬영 시에 발광원과 카메라의 사이의 거리는 약 50 cm로 하고, 상기 발광원을 중심으로 반경 1m 범위 내에서 암실에서 촬영을 진행하였다.
도면을 비교하면, 실시예 1의 광학 필터를 적용한 촬상 장치의 촬영 결과에서는 별다른 결점이 확인되지 않았으나, 비교예 4 및 5의 경우, 사진에서 실제 육안으로는 관찰되지 않는 붉은색 라인(Petal Flare 현상)이 관찰된 것을 확인할 수 있다.
정량적으로 비교하면, 상기 암실에 대한 RGB값은 각각 11, 11 및 9였는데, 도 24의 사진에서 R값이 가장 큰 지점에서의 RGB 값은 각각 39, 40 및 42였다.
따라서, 도 24의 경우, R값이 가장 큰 지점에서의 R값과 G값의 차이와 R 값과 B값의 차이의 절대값은 각각 약 1 및 약 3이였다.
반면, 도 25의 사진에서 R값이 가장 큰 지점에서의 RGB 값은 각각 81, 25 및 8였다.
따라서, 도 25의 경우, R값이 가장 큰 지점에서의 R값과 G값의 차이와 R 값과 B값의 차이의 절대값은 각각 약 56 및 약 73이였다.
반면, 도 26의 사진에서 R값이 가장 큰 지점에서의 RGB 값은 각각 136, 43 및 28였다.
따라서, 도 26의 경우, R값이 가장 큰 지점에서의 R값과 G값의 차이와 R 값과 B값의 차이의 절대값은 각각 약 93 및 약 108이였다.
이러한 결과는 도 24에서는 소위 페탈 플레어가 발생하지 않았지만, 도 25 및 26에서는 페탈 플레어 현상이 현격히 발생한 것을 보여준다.
100: 적외선 흡수 기판
201: 제 1 유전체막
202: 제 2 유전체막
300, 301, 302: 광흡수층

Claims (22)

  1. 구리를 포함하는 적외선 흡수 기판;
    상기 적외선 흡수 기판의 제 1 면상에 형성되어 있고, 서로 굴절률이 상이한 제 1 및 제 2 서브층이 반복 적층된 구조를 포함하는 제 1 유전체막; 및
    상기 적외선 흡수 기판의 제 2 면상에 형성되어 있고, 서로 굴절률이 상이한 제 3 및 제 4 서브층이 반복 적층된 구조를 포함하는 제 2 유전체막을 포함하고,
    상기 제 1 유전체막의 하기 식 1에 따른 V값(V1)과 상기 제 2 유전체막의 하기 식 1에 따른 V값(V2)의 합계(V1+V2)가 50 내지 75의 범위 내에 있고,
    상기 V2의 V1에 대한 비율 V2/V1이 3 내지 7의 범위 내으며,
    상기 제 1 또는 제 2 유전체막은, 600 nm 내지 900 nm의 파장 영역 내에서 50%의 반사율을 나타내는 가장 짧은 파장이 720 nm 이상이거나 존재하지 않는 광학 필터:
    [식 1]

    식 1에서 R은, 상기 제 1 및 제 2 서브층 중 더 굴절률이 큰 서브층의 굴절률(n1)의 상기 제 1 및 제 2 서브층 중 더 굴절률이 작은 서브층의 굴절률(n2)에 대한 비율(n1/n2) 또는 상기 제 3 및 제 4 서브층 중 더 굴절률이 큰 서브층의 굴절률(n1)의 상기 제 3 및 제 4 서브층 중 더 굴절률이 작은 서브층의 굴절률(n2)에 대한 비율(n1/n2)이고, n2는 상기 제 1 및 제 2 서브층 중 더 굴절률이 작은 서브층의 굴절률(n2) 또는 상기 제 3 및 제 4 서브층 중 더 굴절률이 작은 서브층의 굴절률(n2)이며, Cu는 상기 적외선 흡수 기판에 포함되어 있는 구리의 함량이고, K는 제 1 유전체막 내의 제 1 및 제 2 서브층의 합계 층수 또는 제 2 유전체막 내의 제 3 및 제 4 서브층의 합계 층수이며, 2p는 K-1이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 적외선 흡수 기판 내의 구리의 함량이 7 중량% 내지 30 중량%의 범위 내에 있는 광학 필터.
  3. 제 1 항에 있어서, 적외선 흡수 기판은 CuO 함유 불화인산염 유리 기판 또는 CuO 함유 인산염 유리 기판인 광학 필터.
  4. 제 1 항에 있어서, 적외선 흡수 기판은 700 nm 내지 800 nm의 파장 영역에서 최대 투과율이 20% 이하이고, 상기 파장 영역에서의 평균 투과율이 5% 이하인 광학 필터.
  5. 제 1 항에 있어서, 적외선 흡수 기판은 800 nm 내지 1000 nm의 파장 영역에서 최대 투과율이 2% 이하이고, 상기 파장 영역에서의 평균 투과율이 2% 이하인 광학 필터.
  6. 제 1 항에 있어서, 적외선 흡수 기판은 1000 nm 내지 1200 nm의 파장 영역에서 최대 투과율이 7% 이하이고, 상기 파장 영역에서의 평균 투과율이 5% 이하인 광학 필터.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 1 유전체막의 식 1에 따른 V값(V1)이 7 내지 20의 범위 내인 광학 필터.
  8. 제 1 항에 있어서, 제 1 유전체막의 700 nm 내지 800 nm의 파장 범위 내에서의 최대 반사율이 5% 이하이고, 상기 파장 영역 내에서의 평균 반사율이 5% 이하인 광학 필터.
  9. 제 1 항에 있어서, 제 1 유전체막의 800 nm 내지 1000 nm의 파장 범위 내에서의 최대 반사율이 15% 이하이고, 상기 파장 영역 내에서의 평균 반사율이 10% 이하인 광학 필터.
  10. 제 1 항에 있어서, 제 2 유전체막의 식 1에 따른 V값(V2)이 40 내지 70의 범위 내인 광학 필터.
  11. 제 1 항에 있어서, 제 2 유전체막의 700 nm 내지 800 nm의 파장 범위 내에서의 최대 반사율이 40% 이상이고, 상기 파장 영역 내에서의 평균 반사율이 20% 이상인 광학 필터.
  12. 제 1 항에 있어서, 제 2 유전체막의 800 nm 내지 1000 nm의 파장 범위 내에서의 최대 반사율이 70% 이상이고, 상기 파장 영역 내에서의 평균 반사율이 70% 이상인 광학 필터.
  13. 제 1 항에 있어서, 광흡수층을 적외선 흡수 기판의 일면 또는 양면에 추가로 포함하는 광학 필터.
  14. 제 1 항에 있어서, 제 1 유전체막은 두께가 200 nm 내지 500 nm의 범위 내인 광학 필터.
  15. 제 14 항에 있어서, 제 1 및 제 2 서브층의 두께는 각각 1 nm 내지 200 nm의 범위 내에 있고, 제 1 서브층들의 두께와 제 2 서브층들의 두께의 평균값은, 10 nm 내지 100nm의 범위 내인 광학 필터.
  16. 제 1 항에 있어서, 제 2 유전체막은 두께가 3000nm 내지 7000nm의 범위 내인 광학 필터.
  17. 제 16 항에 있어서, 제 3 및 제 4 서브층의 두께는 각각 1nm 내지 300nm의 범위 내에 있고, 제 3 서브층들의 두께와 제 4 서브층들의 두께의 평균값은, 50nm 내지 300nm의 범위 내인 광학 필터.
  18. 제 1 항에 있어서, 700 nm 내지 800 nm의 파장 범위 내에서의 최대 투과율이 3% 이하이고, 상기 파장 영역 내에서의 평균 투과율이 2% 이하인 광학 필터.
  19. 제 1 항에 있어서, 800 nm 내지 1000 nm의 파장 범위 내에서의 최대 투과율이 1% 이하이고, 상기 파장 영역 내에서의 평균 투과율이 1% 이하인 광학 필터.
  20. 제 1 항에 있어서, 350 nm 내지 425 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율을 보이는 가장 짧은 파장이 400 nm 내지 420 nm의 범위 내에 있는 광학 필터.
  21. 제 1 항에 있어서, 560 nm 내지 700 nm의 파장 영역 내에서 50%의 투과율을 나타내는 가장 긴 파장이 590 nm 내지 650 nm의 범위 내에 있는 광학 필터.
  22. 제 1 항의 광학 필터를 포함하는 촬상 장치.
KR1020230132596A 2022-10-06 2023-10-05 광학 필터 KR20240048493A (ko)

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