WO2016148518A1 - 광학 필터 및 이를 포함하는 촬상 장치 - Google Patents

광학 필터 및 이를 포함하는 촬상 장치 Download PDF

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김주영
황윤하
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Definitions

  • the present invention relates to an optical filter and an imaging device including the same.
  • the video signal of the digital camera module is received through the image sensor.
  • an image sensor made of a semiconductor has a characteristic of reacting at a wavelength in an infrared region. Therefore, an infrared filter (IR-Filter) that cuts the wavelength of the infrared region is required to obtain image information similar to that of the human eye.
  • IR-Filter infrared filter
  • the infrared filter is composed of a combination of an AR coating layer and an IR coating layer, in which a metal oxide is repeatedly laminated on both surfaces of a glass material at a low pixel of 2 million pixels or less.
  • the antireflective layer and the infrared reflecting layer which are repeatedly laminated with a metal oxide, have a large change in the spectral characteristics according to the incident angle of light.
  • the digital camera module is developing toward increasing pixel of the image sensor.
  • the structure employing such a high pixel there is a problem that the change in the spectral characteristics according to the angle becomes large, and as a result, the image quality is degraded.
  • a structure employing an infrared filter containing an infrared region absorber in a high pixel digital camera is used.
  • an infrared filter containing an absorbent a filter having a structure in which an antireflection layer in which metal oxides are repeatedly laminated using a blue glass as a substrate and an infrared reflection layer is used on both sides is used. Due to process limitations in the manufacturing process, it is practically difficult to manufacture a filter having a thickness of 0.2 mm or less, and thus has a limitation of thinning.
  • a film-type infrared filter including an absorbent therein In the conventional film-type optical filter, a metal oxide or the like is deposited on one or both surfaces of the binder resin matrix in which the light absorber is dispersed to form an antireflection layer or a near infrared reflection layer. do.
  • the conventional film type infrared absorption filter has a structure in which the absorbent is disperse
  • Patent Document 1 United States Patent Publication No. 2013-0094075
  • An object of the present invention is to provide a film type optical filter capable of effectively cutting off infrared rays (IR cut-off) and an imaging device including the same.
  • the optical filter according to the present invention is the optical filter according to the present invention.
  • the binder resin matrix in which the light absorbing agent is dispersed is composed of a single layer
  • the binder resin matrix includes n regions (n is an integer of 3 to 7) evenly divided based on the thickness direction of the matrix,
  • At least one area is dispersed more than 40% compared to the A
  • At least one region in which 10% or less of A is dispersed is present.
  • an imaging device comprising the optical filter according to the present invention.
  • the heat treatment of the binder resin matrix coated with the solution in which the light absorbing agent is dispersed is performed at a temperature range of 130 to 150 ° C.
  • Such an optical filter can minimize the occurrence of warpage and increase process freedom without disturbing the infrared cut-off effect.
  • 1 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a conventional optical filter.
  • 2 to 4 are cross-sectional views each showing a laminated structure of an optical filter according to an embodiment of the present invention.
  • 5 to 14 are each a graph measuring the degree of warpage of the polymer resin matrix according to an embodiment of the present invention.
  • 15 and 16 are graphs showing the results of comparing and measuring the light transmittance spectra of the optical filter according to one embodiment of the present invention, respectively.
  • the terms "comprises” or “having” are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
  • the binder resin matrix in which the light absorbing agent is dispersed is composed of a single layer
  • the binder resin matrix includes n regions (n is an integer of 3 to 7) evenly divided based on the thickness direction of the matrix,
  • At least one region in which at least 40% of A is dispersed is present,
  • An optical filter having one or more regions in which 10% or less of A is dispersed is provided.
  • the optical filter has a structure in which a light absorbing agent is dispersed in a partial region divided in the thickness direction of the binder resin matrix. This is in contrast to the structure in which the light absorber is dispersed in the entire area of the conventional binder resin matrix.
  • the optical filter according to the present invention has a structure in which a light absorbing agent is dispersed in a portion of the binder resin matrix based on a single binder resin matrix. Therefore, it is possible to fundamentally prevent a phenomenon that defects occur or peeling occurs at the interface between the resin layer and the light absorbing layer. This is different from the structure in which a separate light absorption layer is formed on one side or both sides of the resin layer.
  • the binder resin matrix according to the present invention may be divided into three or more regions based on the thickness direction. Dividing the regions of the binder resin matrix in the thickness direction means that the regions can be distinguished and recognized according to the concentration of the light absorber dispersed therein, and does not mean that the layers are physically divided.
  • At least one of the divided areas may be a region in which the light absorber is dispersed at a relatively high concentration, and a region in which the light absorber is divided at a relatively low concentration.
  • a region where the light absorbing agent is dispersed at a high concentration is 40% or more, 70% or more, 40 to 99%, 70 to 99%, and 40 to 50, respectively, when the total amount of the light absorbing agent dispersed in the binder resin matrix is A. %, 60-95%, or 80-99%.
  • the binder resin matrix may include a region where the light absorbing agent is dispersed at a high concentration and a region where the light absorber is dispersed at a low concentration, thereby suppressing warpage caused in the manufacturing process.
  • a region where the light absorbing agent is dispersed at a high concentration and a region where the light absorber is dispersed at a low concentration have different stresses.
  • the stress can be adjusted and by combining the regions having different stresses, the warping can be remarkably prevented. If the warpage of the binder resin matrix is prevented, the degree of design freedom in manufacturing the optical filter can be increased. That is, even when oxides are deposited on one or both surfaces of the binder resin matrix, deposition can be carried out in various compositions or thicknesses by adjusting the dispersion concentration and combining regions having different stresses.
  • the binder resin matrix according to the present invention since the light absorbing agent is present in a limited region, it is possible to lower the haze.
  • the image quality and resolution of images taken with a digital camera are degraded when the haze of the optical filter is high.
  • the image quality and resolution of the image is largely influenced by the haze as the pixel size of the image sensor becomes smaller. Therefore, by lowering the haze of the optical filter in the high pixel digital camera, it is possible to prevent the deterioration of the image quality and resolution of the image and video.
  • the haze value of the optical filter may be 0.2% or less, 0.1% or less and 0.07% or less.
  • binder resin which forms the said binder resin matrix is not specifically limited, For example, cyclic olefin resin, polyarylate resin, polysulfone resin, polyether sulfone resin, polyparaphenylene resin, polyarylene
  • etherphosphine oxide resin polyimide resin, polyetherimide resin, polyamideimide resin, acrylic resin, polycarbonate resin, polyethylene naphthalate resin, and various organic-inorganic hybrid series resins may be used.
  • the light absorbing agent may be used one or more of various kinds of dyes, pigments or metal complex system compounds, it is not particularly limited.
  • the light absorbing agent may be a cyanine compound, a phthalocyanine compound, a naphthalocyanine compound, a squarylium compound, or a dithiol metal complex compound.
  • the said light absorbing agent can be used individually by 1 type, and can mix and use 2 or more types as needed.
  • At least one of the first region and the nth region may be a region in which at least 40% of the total light absorbing agent is dispersed.
  • the binder resin matrix may include a first region, a k-th region (k is an integer ranging from 2 to n-1), and an n-th region (n is 3) when the regions are divided in the thickness direction from one surface of the matrix.
  • the first region or the nth region may be a region dispersed at least 70%, at least 80%, at least 90%, and at least 70 to 99% of the total amount of the light absorbing agent.
  • the binder resin matrix may include a first region, a k-th region (k is an integer ranging from 2 to n-1), and an n-th region (n is 3) when the regions are divided in the thickness direction from one surface of the matrix. (Integer of 7 to 7), wherein at least one of the first region and the n-th region is a region in which 10% or less of the total amount of the light absorber is dispersed, and at least 40% of the total amount of the total light absorber is dispersed It may be an area.
  • a solution containing the light absorber is applied to the surface, and then the solvent is removed by heat treatment or the like. It can be implemented by applying to the surface a solution that does not contain.
  • the binder resin matrix may include five regions divided in a thickness direction from one surface of the matrix, and at least one of the first region and the fifth region may be 10% or less of the total amount of the light absorber, 5% or less, 1% or less, or 10 to 0.001% may be a dispersed area.
  • at least one of the first region and the fifth region may be a region in which at least 40% of the total light absorbing agent is dispersed.
  • the binder resin matrix according to the present invention exhibits a significantly reduced degree of warpage.
  • the binder resin matrix in which the light absorbing agent is dispersed satisfies the following condition 1.
  • Fmax means the bending generation value of the sample
  • Fmax represents the maximum separation distance from the straight line which connects the both ends of a sample in the horizontal direction (X-axis) +/- 2.3 mm area
  • the Fmax value disclosed in Condition 1 may be in a range of 40 ⁇ m or less, 35 ⁇ m or less, 15 ⁇ m or less, 0.5 to 40 ⁇ m, 10 to 40 ⁇ m, or 1 to 15 ⁇ m.
  • whip occurrence can be significantly reduced by varying the concentration of the light absorbent based on the thickness direction of the binder resin matrix.
  • the binder resin matrix according to the present invention can suppress the occurrence of warpage as much as possible, and in some cases may cause warpage in one direction. When curvature generation of a binder resin matrix is suppressed, the flatness of a film is raised and it is advantageous for near-horizontal optical filter manufacture.
  • the optical filter may be manufactured in a desired form by adding up the warpage degree caused in the deposition process of the metal oxide to be further laminated. This increases the design freedom for the optical filter.
  • the light absorbing agent may include a near infrared reflecting layer formed on one or both sides of the binder resin matrix dispersed. Specifically, the near infrared reflecting layer formed on the first surface of the binder resin matrix in which the light absorbing agent is dispersed; And an anti-reflection layer formed on the second surface of the binder resin matrix in which the light absorbing agent is dispersed.
  • the near infrared reflecting layer may be formed of a dielectric multilayer.
  • the near infrared reflecting layer serves to reflect light in the near infrared region.
  • the near-infrared reflection layer can use the dielectric multilayer film etc. which alternately laminated the high refractive index layer and the low refractive index layer.
  • the near-infrared reflecting layer may include an aluminum vapor deposition film if necessary; Precious metal thin film; Or a resin film in which at least one fine particle of indium oxide and tin oxide is dispersed.
  • the near infrared reflecting layer may have a structure in which a dielectric layer having a first refractive index and a dielectric layer having a second refractive index are alternately stacked.
  • the refractive index difference between the dielectric layer having the first refractive index and the dielectric layer having the second refractive index may be 0.2 or more, 0.3 or more, or 0.2 to 1.0.
  • the dielectric layer having the first refractive index may be a layer having a relatively high refractive index
  • the dielectric layer having the second refractive index may be a layer having a relatively low refractive index.
  • the refractive index of the dielectric layer having the first refractive index may range from 1.6 to 2.4
  • the refractive index of the dielectric layer having the second refractive index may range from 1.3 to 1.6.
  • the dielectric layer having the first refractive index may be formed of one or more selected from the group consisting of titanium oxide, alumina, zirconium oxide, tantalum pentoxide, niobium pentoxide, lanthanum oxide, yttrium oxide, zinc oxide, zinc sulfide and indium oxide.
  • the indium oxide may further contain a small amount of titanium oxide, tin oxide, cerium oxide, and the like as necessary.
  • the dielectric layer having the second refractive index may be formed of one or more selected from the group consisting of silica, lanthanum fluoride, magnesium fluoride, and sodium alumina fluoride.
  • the method for forming the near infrared reflecting layer is not particularly limited, and for example, a CVD method, a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like may be applied.
  • the near-infrared reflective layer may have a structure in which a dielectric layer having a first refractive index and a dielectric layer having a second refractive index are alternately stacked into 5 to 61 layers, 11 to 51 layers, or 21 to 41 layers.
  • the near-infrared reflecting layer can be designed in consideration of a range of desired transmittance to refractive index and a region of a wavelength to be blocked.
  • the near-infrared reflective layer may further include a light absorbing agent dispersed in the dielectric multilayer.
  • the light absorbing agent dispersed in the dielectric multilayer film is not particularly limited as long as it is a light absorbing agent capable of absorbing a near infrared to infrared wavelength region of 500 nm or more.
  • the dielectric multilayer film when the dielectric multilayer film further includes a light absorbing agent, it is possible to manufacture a thinner thickness of the dielectric multilayer film, thereby miniaturizing the device.
  • the anti-reflection layer serves to reduce the phenomenon that the light incident on the optical filter is reflected at the interface, thereby increasing the amount of incident light to the optical filter.
  • the anti-reflection layer is formed to reduce surface reflection to increase efficiency and to remove interference or scattering caused by reflected light.
  • the anti-reflection layer may be formed by forming a thin film on the surface of a dielectric having a smaller refractive index than glass using a method such as vacuum deposition.
  • the anti-reflection layer can be formed by using various commercially available materials without particular limitation.
  • the present invention provides an imaging device including the optical filter described above.
  • the imaging device is not particularly limited and includes a camera device mounted on a mobile device such as a mobile phone, a digital camera, a camera device mounted on a notebook computer, a camera device for CCTV, and the like.
  • a method of manufacturing an optical filter may include applying a solution in which a light absorber is dispersed on one or both surfaces of a light transmissive film, and heat treating the applied binder resin matrix.
  • a solution in which a light absorber is dispersed on one or both surfaces of a light transmissive film may be applied.
  • various methods such as slot die coating, microgravure coating, spin coating, and solution casting are possible.
  • the heat treatment of the binder resin matrix may be performed at a temperature ranging from 130 to 150 ° C.
  • the light absorbing agent can penetrate into the binder resin matrix and be partially dispersed.
  • the method for producing the optical filter may be a method of partially injecting a solution containing a light absorbing agent into the binder resin matrix.
  • the conventional optical filter includes the light absorbing agent 11 dispersed in the entire region of the binder resin matrix 10.
  • the antireflection layer 20 is formed on one surface of the binder resin matrix 10
  • the near-infrared reflection layer 30 is formed on the opposite surface of the binder resin matrix 10. Since the optical filter of FIG. 1 has a structure in which the light absorbing agent 11 is dispersed in the entire region of the binder resin matrix 10, the amount of the light absorbing agent 11 used is inevitably increased.
  • the light absorbing agent 11 dispersed in the binder resin matrix 10 acts as an impurity in terms of light transmittance and causes haze.
  • the laminated structure of the optical filter of FIG. 1 is relatively simple, there is a problem that warpage is caused due to the stress generated in the process of forming the anti-reflection layer 20 to the near-infrared reflection layer 30.
  • FIGS. 2 to 4 are cross-sectional views each illustrating a laminated structure of an optical filter according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the light absorbing agent 110 is dispersed at a high concentration in the first region 101 positioned above the binder resin matrix 100.
  • An anti-reflection layer 200 is formed on one surface of the binder resin matrix 100, and a near-infrared reflective layer 300 is formed on one surface of the binder resin matrix 100.
  • the optical filter of FIG. 2 has a structure in which the light absorbing agent 110 is concentrated in the first region 101 of the binder resin matrix 100. Through this, it is possible to reduce and thin the amount of the light absorbing agent 110 used, thereby reducing the haze.
  • the degree of dispersion of the light absorbing agent 110 by controlling the degree of dispersion of the light absorbing agent 110, it can be induced to cause stress in one direction with respect to the binder resin matrix (100).
  • the stress caused by the concentrated dispersion of the light absorbing agent 110 and the stress caused in the process of laminating the anti-reflective layer 200 and the near-infrared reflective layer 300 to be laminated later may be designed to work in the opposite direction. . Through this, it is possible to manufacture a film-type optical filter in which the warpage is very reduced.
  • the light absorbing agent 110 is dispersed at a high concentration in the second region 102 positioned below the binder resin matrix 100.
  • the light absorbing agent 110 is dispersed in a high concentration in the first region 101 and the second region 102 of the binder resin matrix 100, respectively.
  • any one or more layers of the antireflective layer 200 and the near infrared reflecting layer 300 may be omitted as necessary, and the antireflective layer 200 and the near infrared reflecting layer 300 are based on the binder resin matrix 100. This does not exclude a structure that is sequentially stacked on the same side.
  • a commercially available light absorber having an absorption maximum of 690 nm was mixed with toluene (manufactured by Sigma aldrich) and stirred for at least 24 hours to prepare a near-infrared absorbing solution.
  • the light absorbing agent penetration depth in the binder resin matrix was adjusted by controlling the concentration of the near infrared absorbing solution. In Examples 1 to 5, the light absorbing agent penetration depth in the binder resin matrix was adjusted to an average of 8 ⁇ m, 17 ⁇ m, 26 ⁇ m, 35 ⁇ m and 44 ⁇ m, respectively.
  • TiO 2 and SiO 2 were alternately deposited using an E-beam evaporator to form a near infrared reflecting layer to have a thickness of 5.5 ⁇ m.
  • TiO 2 and SiO 2 were alternately deposited to form an antireflection layer to have a thickness of 3.2 ⁇ m.
  • the total thickness of the optical filters produced was determined to be 108.7 ⁇ m.
  • an optical filter was prepared in the same manner as in Example 1 except that the solvent was evaporated.
  • the light absorbing agent penetration depth in the binder resin matrix was adjusted to 8 ⁇ m, 17 ⁇ m, 26 ⁇ m, 35 ⁇ m and 44 ⁇ m on both sides, respectively.
  • a commercially available light absorber having an absorption maximum of 690 nm was mixed with toluene (manufactured by Sigma aldrich) and stirred for at least 24 hours. The stirred solution was cured after solution casting so that the light absorber was uniformly distributed in the binder resin matrix.
  • TiO 2 and SiO 2 were alternately deposited using an E-beam evaporator to form a near-infrared reflective layer to have a thickness of 5.5 ⁇ m.
  • TiO 2 and SiO 2 were alternately deposited to form an antireflection layer to have a thickness of 3.2 ⁇ m.
  • a commercially available light absorber having an absorption maximum of 690 nm was mixed with toluene (manufactured by Sigma aldrich) and stirred for at least 24 hours to prepare a near-infrared absorbing solution.
  • the prepared near-infrared absorbing solution was coated on one surface of the binder resin matrix, and then the solvent was evaporated through heat treatment.
  • the light absorber was prepared to be positioned in a part of the interior of the binder resin matrix by applying a toluene solution containing no light absorber to the surface of the binder resin matrix in which solvent evaporation was completed.
  • the light absorbing agent penetration depth in the binder resin matrix was controlled to an average of 26 ⁇ m, and a region where the light absorber was not dispersed was formed from the surface of the binder resin matrix to 8 ⁇ m.
  • TiO 2 and SiO 2 were alternately deposited using an E-beam evaporator to form a near infrared reflecting layer to have a thickness of 5.5 ⁇ m.
  • TiO 2 and SiO 2 were alternately deposited to form an antireflection layer to have a thickness of 3.2 ⁇ m.
  • the total thickness of the optical filters produced was determined to be 108.7 ⁇ m.
  • the degree of warpage was measured for the binder resin matrix in which the light absorbing agents prepared in Examples 1 to 10 were dispersed.
  • Panasonic's UA3P was used to measure the degree of warpage.
  • the sample used for measuring the degree of warp was cut into a size of 10 mm in width and 10 mm in length. Then, the degree of warpage was calculated for the area of ⁇ 2.3 mm in the horizontal direction (X axis) based on the center of the sample. The curvature degree measured the separation distance with the straight line which connects the both ends of each sample. Both ends here mean a point of ⁇ 2.3 mm. The degree of warpage was calculated for each point, and the maximum value was selected as the number of warpages.
  • the polymer resin matrixes according to Examples 1 to 5 showed a degree of warpage in the range of 14.0 to 35.8 ⁇ m.
  • the degree of warpage did not exceed 36 ⁇ m.
  • the polymer resin matrix exhibited warpage in the range of 2.2 to 12.2 ⁇ m. It can be seen that the warpage of the polymer resin matrix was significantly reduced even in comparison with Examples 1 to 5. Through this, it is judged that the occurrence of warpage can be further minimized by forming the layers penetrating the light absorbing agent on both surfaces.
  • FIG. 15 compares and measures the light transmission spectra of the optical filters of Example 1 (B) and Comparative Example 1 (A).
  • 16 is the comparative measurement of the light transmission spectrum of the optical filter of Example 6 (C) and the comparative example 1 (A).
  • Example 1 Comparative Example 1 Average transmittance 87.74% 87.87% 87.05% Permeability 79.86% 79.96% 74.98% T50% 643.2 nm 643.8 nm 643.7 nm
  • the average transmittance is the result of calculating the average value of light transmittance in the region of 410 to 565 nm
  • the minimum transmittance is the result of calculating the minimum value of light transmittance in the region of 410 to 565 nm.
  • T50% shows the 1st wavelength value which light transmittance becomes 50% in the 600 nm or more region.
  • the average light transmittance in the region of 410 to 565 nm was 87.5% or more, and the minimum transmittance was 79% or more.
  • optical filters (Examples 1 and 6) according to the present invention have an average transmittance of 0.6% or more and a minimum transmittance of 4.8% or more as compared with the conventional optical filters (Comparative Example 1).
  • Haze for the optical filter according to Example 1 and Comparative Example 1 was measured. Haze measurement was used NDH 2000N of Nippon Denshoku.
  • the optical filter according to Example 1 had an average haze of 0.06%, whereas the optical filter according to Comparative Example 1 had an average haze of 0.31%.
  • the haze of the optical filter according to the present invention is significantly reduced to a level of 20% compared to the conventional optical filter.
  • the haze value measured in Experimental Example 3 is preferably 0.2% or less, and more preferably 0.1% or less.

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Abstract

바인더 수지 매트릭스; 및 바인더 수지 매트릭스 내에 분산된 광흡수제를 포함하며, 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스는 단일층으로 이루어지되, 상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 두께 방향을 기준으로, 균등 분할된 n개(n은 3 내지 7의 정수)의 영역을 포함하고, 상기 바인더 수지 매트릭스 전체에 분산된 광흡수제의 총량을 A라고 할 때, 상기 A 대비 40 % 이상이 분산된 영역이 1개 이상 존재하며, 상기 A 대비 10 % 이하가 분산된 영역이 1개 이상 존재하는 광학 필터에 관한 것으로, 적외선 컷-오프 효과를 저해하지 않으면서, 광학 필터의 휨 발생을 최소화하고 공정 자유도를 높일 수 있다.

Description

광학 필터 및 이를 포함하는 촬상 장치
본 발명은 광학 필터 및 이를 포함하는 촬상 장치에 관한 것이다.
최근 스마트폰과 태블릿 PC의 보급의 확대 등으로 이미지 센서를 이용한 디지털 카메라 모듈의 수요가 크게 늘어나고 있다. 이러한 모바일 기기에 이용되는 디지털 카메라 모듈의 발전 방향은 박형화와 고화질을 추구하는 방향으로 발전하는 상황이다.
디지털 카메라 모듈의 영상 신호는 이미지 센서를 통해서 받아들여지게 된다. 반도체로 이루어진 이미지 센서는 사람의 눈과는 다르게 적외선 영역의 파장에서도 반응을 하는 특징을 가진다. 따라서 사람의 눈으로 보는 것과 유사한 영상 정보를 얻기 위해서 적외선 영역의 파장을 차단하는 적외선 필터(IR-Filter)가 요구된다.
이러한 적외선 필터는 200만 화소 이하의 저화소에서는 주로 유리 재료의 양면에 금속산화물을 반복 적층한 반사방지층(AR Coating Layer)과 적외선 반사층(IR Coating layer)을 조합한 구조로 이루어진다. 그러나, 금속 산화물을 반복 적층한 반사방지층과 적외선 반사층은 빛의 입사각도에 따른 분광특성 변화가 큰 특징을 가진다. 한편 디지털 카메라 모듈은 이미지 센서의 화소가 높아지는 쪽으로 발전을 거듭하고 있다. 이러한 고화소를 채용한 구조에서는 각도에 따른 분광특성 변화가 커지게 되고, 그 결과 화상의 품질이 저하되는 문제가 있다. 이러한 문제를 최소화하기 위해서, 적외선 영역 흡수제가 함유된 적외선 필터를 고화소 디지털 카메라에 채용한 구조가 사용된다.
흡수제가 함유된 적외선 필터의 경우 Blue glass를 기판으로 사용하여 금속 산화물을 반복 적층한 반사방지층과 적외선 반사층을 양면에 조합한 구조의 필터를 사용하는 경우가 있는데 Blue Glass를 필터에 사용하기 위한 두께로 제작하는 과정에서 공정상의 한계로 인해 두께 0.2 mm이하의 필터 제작이 현실적으로 어렵고, 이로 인해 박형화의 한계를 가진다. 그 대안으로 내부에 흡수제를 포함하는 필름형 적외선 필터가 있는데 종래의 필름형 광학 필터는, 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 일면 또는 양면에 금속 산화물 등을 증착하여 반사방지층 내지 근적외선 반사층을 형성하게 된다. 그러나, 이러한 금속 산화물을 증착하는 과정에서, 바인더 수지 매트릭스에 외력이 작용하고, 이로 인해 휨 현상이 발생된다. 특히, 금속 산화물을 증착하는 과정에서 발생되는 휨 현상은, 광학 필름에 대해 컬(curl)을 유발하는 원인으로 작용한다. 또한, 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 구조적 단순함으로 인해, 광학 필터 제조시 설계 자유도가 저하되는 문제가 있다. 또한, 종래의 필름형 적외선 흡수 필터는, 필름 전체에 흡수제가 분산되어 있는 구조로 이루어져 있다. 이러한 구조는 촬영된 영상의 화질 저하를 일으키는 헤이즈(Haze)의 원인이 되고, 고화소 디지털 카메라에서 요구되는 가시광선 영역의 파장에 대한 높은 투과율을 유지 하기 어려운 문제를 안고 있다.
(특허문헌 1) 미국공개특허 제2013-0094075호
본 발명은 적외선을 효과적으로 컷-오프(IR Cut-off)할 수 있는 필름형 광학 필터 및 이를 포함하는 촬상 장치를 제공하고자 한다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 광학 필터는,
바인더 수지 매트릭스; 및
바인더 수지 매트릭스 내에 분산된 광흡수제를 포함하며,
광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스는 단일층으로 이루어지되,
상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 두께 방향을 기준으로, 균등 분할된 n개(n은 3 내지 7의 정수)의 영역을 포함하고,
상기 바인더 수지 매트릭스 전체에 분산된 광흡수제의 총량을 A라고 할 때,
상기 A 대비 40 % 이상이 분산된 영역이 1개 이상 존재하며,
상기 A 대비 10 % 이하가 분산된 영역이 1개 이상 존재한다.
또 다른 일 실시예에서, 본 발명에 따른 광학 필터를 포함하는 촬상 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에서, 본 발명에 따른 광학 필터의 제조방법은,
바인더 수지 매트릭스의 일면 또는 양면에 광흡수제가 분산된 용액을 도포하는 단계; 및 광흡수제가 분산된 용액이 도포된 바인더 수지 매트릭스를 열처리하는 단계를 포함한다.
광흡수제가 분산된 용액이 도포된 바인더 수지 매트릭스를 열처리하는 단계는 130 내지 150℃ 온도 범위에서 수행한다.
이와 같은 광학 필터는, 적외선 컷-오프 효과를 저해하지 않으면서, 휨 발생을 최소화하고 공정 자유도를 높일 수 있다.
도 1은 종래 광학 필터의 적층 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 적층 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5 내지 14는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 수지 매트릭스의 휨 정도를 측정한 그래프이다.
도 15 및 16은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 광 투과도 스펙트럼을 비교 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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" 또는 "가지다" 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.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 하나의 실시예에서,
바인더 수지 매트릭스; 및
바인더 수지 매트릭스 내에 분산된 광흡수제를 포함하며,
광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스는 단일층으로 이루어지되,
상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 두께 방향을 기준으로, 균등 분할된 n개(n은 3 내지 7의 정수)의 영역을 포함하고,
상기 바인더 수지 매트릭스 전체에 분산된 광흡수제의 총량을 A라고 할 때,
상기 A 대비 40% 이상이 분산된 영역이 1개 이상 존재하며,
상기 A 대비 10% 이하가 분산된 영역이 1개 이상 존재하는 광학 필터를 제공한다.
상기 광학 필터는, 바인더 수지 매트릭스의 두께 방향으로 나누어진 일부 영역에 광흡수제가 분산된 구조이다. 이는 기존의 바인더 수지 매트릭스 전 영역에 광흡수제가 분산된 구조와 대비되는 구성이다.
또한, 본 발명에 따른 광학 필터는 단일층으로 이루어진 바인더 수지 매트릭스를 기준으로, 상기 바인더 수지 매트릭스의 일부 영역에 광흡수제가 분산된 구조이다. 따라서, 수지층과 광흡수층 사이의 계면에서 결합(defect)이 발생하거나 박리가 일어나는 현상을 근본적으로 방지할 수 있다. 이는 수지층의 일면 또는 양면에 별도의 광흡수층을 형성한 구조와는 차별화된다.
본 발명에 따른 바인더 수지 매트릭스는 두께 방향을 기준으로 3 이상의 영역으로 구분할 수 있다. 바인더 수지 매트릭스를 두께 방향으로 영역을 구분한다는 것은, 내부에 분산된 광흡수제의 농도에 따라 영역을 구분하여 인식할 수 있다는 취지이며, 물리적으로 층이 구분된다는 의미는 아니다.
구분된 영역 중 어느 하나 이상의 영역은, 광흡수제가 상대적으로 고농도로 분산된 영역과, 광흡수제가 상대적으로 저농도로 구분된 영역일 수 있다. 광흡수제가 고농도로 분산된 영역은, 바인더 수지 매트릭스 내에 분산된 광흡수제 전체양을 A라 할 때, 각각 A 대비 40 % 이상, 70 % 이상, 40 내지 99 %, 70 내지 99 %, 40 내지 50 %, 60 내지 95 %, 또는 80 내지 99 % 범위일 수 있다.
상기 바인더 수지 매트릭스는 광흡수제가 고농도로 분산된 영역과 저농도로 분산된 영역을 함께 포함함으로써, 제조공정에서 유발되는 휨을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 상기 바인더 수지 매트릭스에서 광흡수제가 고농도로 분산된 영역과 저농도로 분산된 영역은 서로 다른 응력을 가지게 된다. 분산 농도를 조절함으로써 응력을 조절할 수 있고 서로 다른 응력을 가지는 영역을 조합함으로써, 휨을 현저히 방지할 수 있다. 바인더 수지 매트릭스의 휨이 방지되면, 광학 필터 제조시 설계 자유도를 높일 수 있다. 즉, 바인더 수지 매트릭스의 일면 또는 양면에 산화물을 증착할 경우에도, 분산농도의 조절 및 서로 다른 응력을 가지는 영역의 조합을 통해서 다양한 조성 내지 두께로 증착이 가능하다.
또한, 이를 통해 바인더 수지 매트릭스의 컬(curl)을 저감시킬 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 바인더 수지 매트릭스는 광흡수제가 일부 영역에 한정적으로 존재하게 되므로, 이를 통해 헤이즈(haze)를 낮출수 있다. 디지털 카메라로 촬영된 영상의 화질 및 해상도는 광학 필터의 헤이즈가 높은 경우 저하된다. 특히 영상의 화질 및 해상도는 이미지 센서의 픽셀 크기가 작아지면서 헤이즈에 의한 영향이 커지게 된다. 그러므로 고화소 디지털 카메라에서 광학 필터의 헤이즈를 낮춤으로써, 이미지 및 동영상의 화질 및 해상도의 저하를 방지할 수 있다.
상기 광학 필터의 헤이즈 값은 0.2% 이하, 0.1% 이하 0.07% 이하일 수 있다.
상기 바인더 수지 매트릭스를 형성하는 바인더 수지의 종류는, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 환상 올레핀계 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 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.
또한, 상기 광흡수제로는 다양한 종류의 염료, 안료 혹은 금속 착체계 화합물 중에서 1 종 이상을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 광흡수제로는 시아닌계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 나프탈로시아닌계 화합물, 스쿠아릴륨계 화합물 또는 디티올 금속 착체계 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 광흡수제는 1 종을 단독으로 사용할 수 있고, 경우에 따라서는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예로서,
바인더 수지 매트릭스는,
매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 영역을 구분하면,
제1 영역, 제k 영역(k는 2 내지 n-1 범위의 정수) 및 제n 영역(n은 3 내지 7의 정수)을 포함하고,
제1 영역 및 제n 영역 중 어느 하나 이상은, 전체 광흡수제 총량의 40 % 이상이 분산된 영역일 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 영역을 구분하면, 제1 영역, 제k 영역(k는 2 내지 n-1 범위의 정수) 및 제n 영역(n은 3 내지 7의 정수)을 포함하고, 제1 영역 또는 제n 영역은, 전체 광흡수제 총량의 70 % 이상, 80 % 이상, 90 % 이상, 70 내지 99 % 분산된 영역일 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 영역을 구분하면, 제1 영역, 제k 영역(k는 2 내지 n-1 범위의 정수) 및 제n 영역(n은 3 내지 7의 정수)을 포함하고, 제1 영역 및 제n 영역 중 어느 하나 이상은, 전체 광흡수제 총량의 10 % 이하가 분산된 영역이고, 제 k 영역은 전체 광흡수제 총량의 40 % 이상이 분산된 영역일 수 있다. 여기서, 바인더 수지 매트릭스의 내부 영역에 광흡수제의 분산 농도가 상대적으로 높은 경우는, 예를 들어, 광흡수제를 포함하는 용액을 표면에 도포한 다음, 열처리 등을 통해 용매를 제거한 후 다시 광흡수제를 포함하지 않는 용액을 표면에 도포함으로써 구현 가능하다.
또 다른 예로서, 상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 구분된 5개의 영역을 포함하고, 제1 영역 및 제5 영역 중 어느 하나 이상의 영역은, 전체 광흡수제 총량의 10 % 이하, 5 % 이하, 1 % 이하, 혹은 10 내지 0.001 %가 분산된 영역일 수 있다. 혹은, 상기 제1 영역 및 제5 영역 중 어느 하나 이상의 영역은, 전체 광흡수제 총량의 40 % 이상이 분산된 영역일 수 있다.
본 발명에 따른 바인더 수지 매트릭스는, 현저히 감소된 휨 정도를 나타낸다. 하나의 예로서, 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스는, 하기 조건 1을 만족한다.
[조건 1]
Fmax ≤ 40 (㎛)
조건 1에서,
Fmax는 시료의 휨 발생 수치를 의미하며,
Fmax는, 가로 10 mm 및 세로 10 mm 크기의 시료에 대해서, 시료의 중심을 기준으로 가로 방향(X축) ± 2.3 mm 영역에서, 시료의 양 단부를 연결하는 직선과의 최대 이격 거리를 나타낸다.
상기 조건 1에 개시된 Fmax 값은 40 ㎛ 이하, 35 ㎛ 이하, 15 ㎛ 이하, 0.5 내지 40 ㎛, 10 내지 40 ㎛, 1 내지 15 ㎛ 범위일 수 있다. 본 발명에서는, 바인더 수지 매트릭스의 두께 방향을 기준으로, 광흡수제의 농도를 달리하여 분산함으로써, 휩 발생 정도를 현저히 감소할 수 있음을 확인하였다. 본 발명에 따른 바인더 수지 매트릭스는, 휨 발생을 최대한 억제할 수 있고, 경우에 따라서는 일방향으로 휨을 유발할 수도 있다. 바인더 수지 매트릭스의 휨 발생을 억제한 경우에는, 필름의 평탄도를 높이고, 수평에 가까운 광학 필터 제조에 유리하다. 혹은 바인더 수지 매트릭스의 휨 발생을 유도한 경우에는, 추가 적층되는 금속 산화물의 증착과정에서 유발되는 휨 정도와 합산하여, 원하는 형태로 광학 필터를 제조할 수 있다. 이를 통해, 광학 필터에 대한 설계 자유도를 높이게 된다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른, 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 일면 또는 양면에 형성된 근적외선 반사층을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 제1 면에 형성된 근적외선 반사층; 및 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 제2 면에 형성된 반사방지층을 모두 포함할 수 있다.
상기 근적외선 반사층은 유전체 다층막으로 형성할 수 있다. 근적외선 반사층은 근적외선 영역의 광을 반사하는 역할을 한다. 예를 들어, 근적외선 반사층은, 고굴절률층과 저굴절률층을 교대로 적층한 유전체 다층막 등을 사용할 수 있다. 상기 근적외선 반사층은, 필요에 따라, 알루미늄 증착막; 귀금속 박막; 혹은 산화 인듐 및 산화 주석 중 1종 이상의 미립자가 분산된 수지막을 더 포함할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 근적외선 반사층은 제1 굴절률을 가지는 유전체층과 제2 굴절률을 가지는 유전체층이 교대 적층된 구조일 수 있다. 제1 굴절률을 가지는 유전체층과 제2 굴절률을 가지는 유전체층의 굴절률 차이는 0.2 이상, 0.3 이상 또는 0.2 내지 1.0 범위일 수 있다.
예를 들어, 제1 굴절률을 가지는 유전체층은 상대적으로 높은 굴절률을 가지는 층일 수 있고, 제2 굴절률을 가지는 유전체층은 상대적으로 낮은 굴절률을 가지는 층일 수 있다. 이 경우, 제1 굴절률을 가지는 유전체층의 굴절률은 1.6 내지 2.4 범위이고, 제2 굴절률을 가지는 유전체층의 굴절률은 1.3 내지 1.6 범위일 수 있다.
제1 굴절률을 가지는 유전체층은 산화티탄, 알루미나, 산화지르코늄, 오산화탄탈륨, 오산화니오븀, 산화란탄, 산화이트륨, 산화아연, 황화아연 및 산화인듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상으로 형성될 수 있다. 상기 산화인듐은, 필요에 따라 산화 티탄, 산화주석, 산화세륨 등을 소량 더 포함할 수 있다.
제2 굴절률을 가지는 유전체층은 실리카, 불화란탄, 불화마그네슘 및 불화알루미나나트륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상으로 형성될 수 있다.
근적외선 반사층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, CVD법, 스퍼터링법, 진공 증착법 등이 적용될 수 있다.
상기 근적외선 반사층은 제1 굴절률을 가지는 유전체층과 제2 굴절률을 가지는 유전체층이 5 내지 61층, 11 내지 51층, 혹은 21 내지 41층으로 교대 적층된 구조일 수 있다. 근적외선 반사층은 원하는 투과도 내지 굴절률의 범위 및 차단하고자 하는 파장의 영역 등을 고려하여 설계 가능하다.
상기 근적외선 반사층은 유전체 다층막에 분산된 광흡수제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유전체 다층막에 분산된 광흡수제는, 500 nm 이상의 근적외선 내지 적외선 파장 영역을 흡수할 수 있는 광흡수제라면 특별히 한정하지 않는다. 상기 유전체 다층막에 광흡수제를 분산시킴으로써, 유전체 다층막의 교대 적층 횟수를 줄일 수 있어, 근적외선 반사층의 두께를 줄일 수 있다. 이를 통해, 촬상 장치에 적용하였을 때, 촬상 장치의 소형화를 구현할 수 있다.
하나의 실시예에서, 유전체 다층막에 광흡수제를 더 포함할 경우, 유전체 다층막의 두께를 더 얇게 제조할 수 있으며, 이를 통해, 장치를 소형화할 수 있다.
상기 반사방지층은 광학 필터로 입사되는 광이 계면에서 반사되는 현상을 감소시키는 역할을 하며, 이를 통해 광학 필터로의 입사광량을 높이게 된다. 상기 반사방지층은 표면반사를 줄여서 효율을 높이고 반사광으로 인한 간섭이나 산란을 제거하기 위해 형성하게 된다. 예를 들어, 상기 반사방지층은 진공증착 등의 방법을 사용해 유리보다 굴절률이 작은 유전체를 표면에 얇게 성막하여 형성할 수 있다. 반사방지층은 상업적으로 입수 가능한 다양한 소재들을 특별한 제한 없이 이용하여 성막 가능하다.
본 발명은, 앞서 설명한 광학 필터를 포함하는 촬상 장치를 제공한다. 상기 촬상 장치는, 특별히 제한되는 것은 아니며, 휴대폰 등의 모바일 기기에 장착된 카메라 장치, 디지털 카메라, 노트북에 장착된 카메라 장치, CCTV용 카메라 장치 등을 포함한다.
본 발명은 또한, 앞서 설명한 광학 필터를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 하나의 실시예로서, 광학 필터를 제조하는 방법은, 광투과성 필름의 일면 또는 양면에 광흡수제가 분산된 용액을 도포하는 공정 및 상기 도포된 바인더 수지 매트릭스를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로는, 상기 광흡수제를 도포하는 공정으로, 슬롯다이 코팅, 마이크로그라비아 코팅, 스핀 코팅 및 용액 캐스팅 등 다양한 방법의 공정이 가능하다. 이 후 상기 바인더 수지 매트릭스를 열처리하는 단계는 130 내지 150℃ 온도 범위에서 수행할 수 있다.
이러한 과정을 통해서, 광흡수제가 바인더 수지 매트릭스에 침투되어 부분적으로 분산될 수 있다.
혹은, 상기 광학 필터를 제조하는 방법은, 광흡수제를 포함하는 용액을 부분적으로 바인더 수지 매트릭스 내에 주입하는 방법도 가능하다.
이하에서는, 도면에 대한 설명을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기에 언급되는 도면에 대한 설명은 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 종래의 광학 필터의 적층 구조를 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 광학 필터는, 바인더 수지 매트릭스(10)의 전 영역에 분산된 광흡수제(11)를 포함하고 있다. 또한, 바인더 수지 매트릭스(10)의 일면에는 반사방지층(20)이 형성되고, 그 반대쪽 일면에는 근적외선 반사층(30)이 형성된 구조이다. 도 1의 광학 필터는, 바인더 수지 매트릭스(10)의 전 영역에 광흡수제가(11)가 분산된 구조이므로, 사용되는 광흡수제(11)의 양이 증가할 수 밖에 없다. 바인더 수지 매트릭스(10)에 분산된 광흡수제(11)는 광투과도 측면에서는 불순물로 작용하여 헤이즈(haze)를 유발하는 원인이 된다. 또한, 도 1에 따른 광학 필터는 적층구조가 상대적으로 단순하므로, 반사방지층(20) 내지 근적외선 반사층(30)을 형성하는 과정에서 발생되는 응력으로 인해서 휨이 유발되는 문제가 있다.
이에 대해, 도 2 내지 4는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광학 필터의 적층 구조를 나타낸 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 바인더 수지 매트릭스(100)내의 상부에 위치하는 제1 영역(101)에 광흡수제(110)가 고농도로 분산되어 있음을 알 수 있다. 상기 바인더 수지 매트릭스(100)의 일면에는 반사방지층(200)이 형성되고, 그 반대쪽 일면에는 근적외선 반사층(300)이 형성된다. 예를 들어, 도 2에 따른 광학 필터는, 바인더 수지 매트릭스(100)의 제1 영역(101)에 광흡수제(110)가 집중적으로 분산된 구조이다. 이를 통해, 사용되는 광흡수제(110)의 양을 절감 및 박형화가 가능하고, 이를 통해 헤이즈 감소가 가능하다. 특히, 광흡수제(110)의 분산 정도를 제어함으로써, 바인더 수지 매트릭스(100)에 대해서 일방향으로 응력이 유발되도록 유도할 수 있다. 이 경우, 광흡수제(110)의 집중 분산으로 인해 유발되는 응력과 추후 적층되는 반사방지층(200)과 근적외선 반사층(300)을 적층하는 과정에서 유발되는 응력이, 서로 반대방향으로 작용하도록 설계 가능하다. 이를 통해, 휨 발생이 매우 저감된 필름형 광학 필터 제조가 가능하다.
도 3을 참조하면, 바인더 수지 매트릭스(100)내의 하부에 위치하는 제2 영역(102)에 광흡수제(110)가 고농도로 분산되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 바인더 수지 매트릭스(100)의 제1 영역(101)과 제2 영역(102)에 각각 광흡수제(110)가 고농도로 분산되어 있음을 알 수 있다.
도 2 내지 4에서, 반사방지층(200)과 근적외선 반사층(300) 중 어느 하나 이상의 층은 필요에 따라 생략 가능하며, 반사방지층(200)과 근적외선 반사층(300)이 바인더 수지 매트릭스(100)를 기준으로 동일 편면에 순차 적층된 구조를 배제하는 것은 아니다.
이하에서는, 본 발명에 따른 구체적인 실시예들을 통해서 본 발명에 따른 신규한 구조의 광학 필터를 보다 상세히 설명한다. 하기에 예시되는 실시예들은 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 것은 아니다.
실시예 1 내지 5
상업적으로 입수 가능하며 흡수 극대가 690 nm 인 광흡수제를 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)에 혼합하고, 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다.
제조된 근적외선 흡수 용액을 바인더 수지 매트릭스의 일면에 코팅한 후, 톨루엔을 증발시켰다. 이 때, 근적외선 흡수 용액의 농도를 제어함으로써, 바인더 수지 매트릭스 내의 광흡수제 침투 깊이를 조절하였다. 실시예 1 내지 5는, 바인더 수지 매트릭스 내의 광흡수제 침투 깊이를, 각각 평균 8 ㎛, 17 ㎛, 26 ㎛, 35 ㎛ 및 44 ㎛로 조절하였다.
광흡수제가 침투된 바인더 수지 매트릭스의 일면에, 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용해서 TiO2와 SiO2을 교대 증착하여 5.5 ㎛ 두께를 갖도록 근적외선 반사층을 형성하였다. 근적외선 반사층이 형성된 바인더 수지 매트릭스의 반대쪽 일면에는 TiO2와 SiO2을 교대 증착하여 3.2 ㎛ 두께를 갖도록 반사방지층을 형성하였다.
제조된 광학 필터의 전체 두께는 108.7 ㎛인 것으로 측정되었다.
실시예 6 내지 10
제조된 근적외선 흡수 용액을 바인더 수지 매트릭스의 양면에 코팅한 후, 용매를 증발시킨 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 필터를 제조하였다.
실시예 6 내지 10은, 바인더 수지 매트릭스 내의 광흡수제 침투 깊이를 양면에 각각 평균 8 ㎛, 17 ㎛, 26 ㎛, 35 ㎛ 및 44 ㎛로 조절하였다.
비교예 1
바인더 수지 매트릭스 제조시, 상업적으로 입수 가능하며 흡수 극대가 690 nm 인 광흡수제를 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)에 혼합하고, 24시간 이상 교반하였다. 교반된 용액을 용액 캐스팅 후 경화시켜 광흡수제가 바인더 수지 매트릭스 내에 균일하게 분포되도록 하였다.
광흡수제 혼합된 바인더 수지 매트릭스의 일면에, 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용해서 TiO2와 SiO2을 교대 증착하여 5.5 ㎛ 두께를 갖도록 근적외선 반사층을 형성하였다. 근적외선 반사층이 형성된 바인더 수지 매트릭스의 반대쪽 일면에는 TiO2와 SiO2을 교대 증착하여 3.2 ㎛ 두께를 갖도록 반사방지층을 형성하였다.
제조된 광학 필터의 전체 두께는 실시예 1과 동등 수준인 것을 확인하였다.
실시예 11
상업적으로 입수 가능하며 흡수 극대가 690 nm 인 광흡수제를 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)에 혼합하고, 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다.
제조된 근적외선 흡수 용액을 바인더 수지 매트릭스의 일면에 코팅한 후, 열처리를 통해 용매를 증발시켰다.
그런 다음, 용매 증발이 완료된 바인더 수지 매트릭스 표면에 광흡수제를 포함하지 않은 톨루엔 용액을 도포함으로써 광흡수제를 바인더 수지 매트릭스의 내부 일부 영역에 위치하도록 제조하였다.
바인더 수지 매트릭스 내의 광흡수제 침투 깊이는 평균 26 ㎛로 제어하였고, 바인더 수지 매트릭스 표면으로부터 8 ㎛까지는 광흡수제가 분산되지 않은 영역을 형성하였다.
광흡수제가 침투된 바인더 수지 매트릭스의 일면에, 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용해서 TiO2와 SiO2을 교대 증착하여 5.5 ㎛ 두께를 갖도록 근적외선 반사층을 형성하였다. 근적외선 반사층이 형성된 바인더 수지 매트릭스의 반대쪽 일면에는 TiO2와 SiO2을 교대 증착하여 3.2 ㎛ 두께를 갖도록 반사방지층을 형성하였다.
제조된 광학 필터의 전체 두께는 108.7 ㎛인 것으로 측정되었다.
실험예 1
실시예 1 내지 10에 따라 제조된 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스에 대하여, 휨 정도를 측정하였다. 휨 정도 산출을 위한 측정에는 Panasonic사의 UA3P를 사용하였다.
구체적으로는, 휨 정도 측정에 사용되는 시료는 가로 10 mm 및 세로 10 mm크기로 재단하였다. 그런 다음, 시료의 중심을 기준으로 가로 방향(X축)으로 ± 2.3 mm 영역에 대해 휨 정도를 산출하였다. 휨 정도는, 각 시료의 양 단부를 연결하는 직선과의 이격 거리를 측정하였다. 여기서 양 단부는 ± 2.3 mm의 지점을 의미한다. 각 지점별로 휨 정도를 산출하여, 그 중에서 최대값을 휨 발생 수치로 선정하였다.
실시예 1 내지 5에 따른 광학 필터의 휨 정도를 측정한 결과는 각각 도 5 내지 9와 같다. 실시예 6 내지 10에 따른 광학 필터의 휨 정도를 측정한 결과는 각각 도 10 내지 14와 같다. 또한, 각 실험에서 도출된 휨 정도를 측정한 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 No. 광흡수제 침투 깊이(㎛) 휨 정도(㎛)
실시예 1 8 14.0
실시예 2 17 20.4
실시예 3 26 33.9
실시예 4 35 34.5
실시예 5 44 35.8
실시예 6 16 2.2
실시예 7 34 3.2
실시예 8 52 7.5
실시예 9 70 11.3
실시예 10 88 12.2
실시예 11 26 28.1
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 5에 따른 고분자 수지 매트릭스는 휨 정도가 14.0 내지 35.8 ㎛ 범위에서 나타났다. 광흡수제 침투 깊이가 깊어질수록 휨 정도는 크게 유발되는 것으로 확인된다. 그러나, 광흡수제 침투 깊이가 44 ㎛인 실시예 5의 경우에도, 휨 정도가 36 ㎛를 넘지 않는 것으로 확인되었다.
또한, 고분자 수지 매트릭스의 양측에 광흡수제를 침투시킨 실시예 6 내지 10의 경우에는, 고분자 수지 매트릭스는 휨 정도가 2.2 내지 12.2 ㎛ 범위에서 나타났다. 이는 실시예 1 내지 5와 비교하더라도, 고분자 수지 매트릭스의 휨이 현저히 감소되었음을 알 수 있다. 이를 통해, 광흡수제가 침투된 층을 양면에 형성함으로써, 휨 발생을 보다 최소화할 수 있는 것으로 판단된다.
실험예 2
실시예 1 및 6에서 제조된 광학 필터에 대해서, 비교예 1에 따른 광학 필터와 비교하여, 광투과 스펙트럼을 측정하였다.
구체적으로는, 도 15는 실시예 1(B)과 비교예 1(A)의 광학 필터의 광투과 스펙트럼을 비교 측정한 것이다. 또한, 도 16은 실시예 6(C)와 비교예 1(A)의 광학 필터의 광투과 스펙트럼을 비교 측정한 것이다.
측정 결과는 표 2에 정리한 바와 같다.
항목 실시예 1 실시예 6 비교예 1
평균 투과도 87.74% 87.87% 87.05%
최소 투과도 79.86% 79.96% 74.98%
T50% 643.2 nm 643.8 nm 643.7nm
표 2에서, 평균 투과도는 410 내지 565nm 영역에서 광투과도의 평균치를 산출한 결과이고, 최소 투과도는 410 내지 565 nm 영역에서 광투과도의 최저치를 산출한 결과이다. 또한, T50%는, 600 nm 이상 영역에서, 광투과도가 50%가 되는 첫번째 파장값을 나타낸 것이다.
표 2를 참조하면, 실시예 1 및 6에 따른 광학 필터는, 410 내지 565nm 영역에서 광투과도의 평균치는 87.5% 이상이고, 최소 투과도는 79% 이상인 것으로 나타났다.
이는 비교예 1과 비교하면, 평균 투과도는 각각 0.69% 및 0.82% 향상되었고, 최소 투과도는 각각 4.88% 및 4.98% 향상되었음을 알 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따른 광학 필터(실시예 1 및 6)는 종래의 광학 필터(비교예 1)에 비하여, 평균 투과도는 0.6% 이상, 최소 투과도는 4.8% 이상 향상되었음을 알 수 있다.
실험예 3
실시예 1 및 비교예 1에 따른 광학 필터에 대한 헤이즈를 측정하였다. 헤이즈 측정은 Nippon Denshoku사의 NDH 2000N를 사용하였다.
헤이즈 측정은 시료별로 임의의 3점을 지정하여 측정하였고, 그 결과는 하기 표 3과 같다.
항목 실시예 1 비교예 1
지점 1 0.07% 0.30%
지점 2 0.06% 0.30%
지점 3 0.05% 0.33%
평균 0.06% 0.31%
표 3을 참조하면, 실시예 1에 따른 광학 필터는 헤이즈가 평균 0.06%임에 비해, 비교예 1에 따른 광학 필터는 헤이즈가 평균 0.31%인 것으로 나타났다. 이를 통해, 본 발명에 따른 광학 필터의 헤이즈는, 종래의 광학 필터 대비 20% 수준으로 현저히 감소됨을 알 수 있다.
상기 실험예 3에서 측정한 헤이즈값은 0.2% 이하인 것이 바람직하며, 0.1% 이하인 것이 더욱 바람직하다.

Claims (13)

  1. 바인더 수지 매트릭스; 및
    바인더 수지 매트릭스 내에 분산된 광흡수제를 포함하며,
    광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스는 단일층으로 이루어지되,
    상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 두께 방향을 기준으로, 균등 분할된 n개(n은 3 내지 7의 정수)의 영역을 포함하고,
    상기 바인더 수지 매트릭스 전체에 분산된 광흡수제의 총량을 A 라고 할 때,
    상기 A 대비 40% 이상이 분산된 영역이 1개 이상 존재하며,
    상기 A 대비 10% 이하가 분산된 영역이 1개 이상 존재하는 광학 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    바인더 수지 매트릭스는,
    매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 영역을 구분하면,
    제1 영역, 제k 영역(k는 2 내지 n-1 범위의 정수) 및 제n 영역(n은 3 내지 7의 정수)을 포함하고,
    제1 영역 및 제n 영역 중 어느 하나 이상은,
    상기 A 대비 40 % 이상이 분산된 영역인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    바인더 수지 매트릭스는,
    매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 영역을 구분하면,
    제1 영역, 제k 영역(k는 2 내지 n-1 범위의 정수) 및 제n 영역(n은 3 내지 7의 정수)을 포함하고,
    제1 영역 또는 제n 영역은,
    상기 A 대비 70 % 이상이 분산된 영역인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    바인더 수지 매트릭스는,
    매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 영역을 구분하면,
    제1 영역, 제k 영역(k는 2 내지 n-1 범위의 정수) 및 제n 영역(n은 3 내지 7의 정수)을 포함하고,
    제1 영역 및 제n 영역 중 어느 하나 이상은, 상기 A 대비 10 % 이하가 분산된 영역이고,
    제 k 영역은 상기 A 대비 40 % 이상이 분산된 영역인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 구분된 5개의 영역을 포함하고,
    제1 영역 및 제5 영역 중 어느 하나 이상의 영역은,
    상기 A 대비 10 % 이하가 분산된 영역인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스는, 하기 조건 1을 만족하는 광학 필터:
    [조건 1]
    Fmax ≤ 40 (㎛)
    조건 1에서,
    Fmax는 시료의 휨 발생 수치를 의미하며,
    Fmax는, 가로 10 mm 및 세로 10 mm 크기의 시료에 대해서, 시료의 중심을 기준으로 가로 방향(X축) ± 2.3 mm 영역에서, 시료의 양 단부를 연결하는 직선과의 최대 이격 거리를 나타낸다.
  7. 제 1 항에 있어서,
    광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 일면 또는 양면에 형성된 근적외선 반사층을 포함하는 광학 필터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 제1 면에 형성된 근적외선 반사층; 및
    광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 제2 면에 형성된 반사방지층을 포함하는 광학 필터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    바인더 수지 매트릭스의 헤이즈(haze)값은 0.2 % 이하인 광학 필터.
  10. 제 10 항에 있어서,
    바인더 수지 매트릭스의 헤이즈(haze)값은 0.07 % 이하인 광학 필터.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 광학 필터를 포함하는 촬상 장치.
  12. 바인더 수지 매트릭스의 일면 또는 양면에 광흡수제가 분산된 용액을 도포하는 단계; 및
    광흡수제가 분산된 용액이 도포된 바인더 수지 매트릭스를 열처리하는 단계를 포함하는 광학 필터의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    광흡수제가 분산된 용액이 도포된 바인더 수지 매트릭스를 열처리하는 단계는, 130 내지 150℃ 온도 범위에서 수행하는 것을 포함하는 광학 필터의 제조 방법.
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