KR101527822B1

KR101527822B1 - 광학 필터 및 이를 포함하는 촬상 장치

Info

Publication number: KR101527822B1
Application number: KR1020130140098A
Authority: KR
Inventors: 김주영; 조성민
Original assignee: 주식회사 엘엠에스
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2015-06-10
Also published as: US20160259103A1; US20160252664A1; KR101474902B1; CN105518494B; CN105518494A; CN105518493B; CN105518493A; US10670785B2; KR20150028683A; US10386555B2

Abstract

본 발명은 하기 수학식 1을 만족하는 광학 필터 및 상기 필터를 포함하는 촬상 장치를 제공한다.
[수학식 1]
ΔE^* ≤ 1.5
수학식 1에서,
ΔE^*는 광학 필터의 수직 방향에서 입사되어 상기 광학 필터를 투과한 광과, 상기 광학 필터의 수직 방향과 30°를 이루는 각도로 입사되어 상기 광학 필터를 투과한 광의 색차를 의미한다.

Description

광학 필터 및 이를 포함하는 촬상 장치{OPTICAL FILTER AND IMAGE PICKUP DEVICE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 광학 필터 및 이를 포함하는 촬상 장치에 관한 것이다.

카메라와 같은 촬상 장치는 CMOS 센서(sensor)를 사용하여 입사광을 전기신호로 바꾸어서 화상을 만들게 된다. 카메라의 고화소화에 따른 고화질의 화상 구현을 위하여 기존에 많이 사용하던 FSI형(Front Side Illuminated type, 표면 조사형) CMOS 센서 대신에 신규 개발된 BSI형(Back Side Illuminated type, 이면 조사형) CMOS 센서가 주(main) 카메라에 적용되고 있는 추세이다. FSI형 CMOS 센서는 포토다이오드(photodiode, PD) 윗면에 배선을 형성하여 일부 광이 차단되는 현상이 나타난다. 이에 반해, BSI형 CMOS 센서는 광을 더 많이 받을 수 있도록 배선을 포토다이오드 아래로 위치시킴으로써, FSI형 CMOS 센서에 비해 입사광을 더 많이 받을 수 있어, 화상이 70% 이상 밝아지는 효과가 있다. 이에, 일반적으로 800만 화소(pixel) 이상의 카메라에서는 대부분 BSI형의 CMOS 센서가 적용되고 있는 추세이다.

이러한, BSI형 CMOS 센서는 구조적으로 FSI형 CMOS 센서에 비해서 보다 큰 입사각을 갖는 광도 포토다이오드에 도달될 수 있다.

일반적으로 CMOS 센서는 육안으로 확인할 수 없는 파장 영역의 광도 감지를 할 수 있는데 이러한 파장 영역의 광에 의해서 화상의 왜곡이 발생되어 육안으로 보는 경우보다는 다른색으로 보이게 된다. 이를 차단하기 위해 CMOS 센서 전면부에 광학 필터를 사용하게 된다. 그러나 종래의 광학 필터에서는 광의 입사각이 달라짐에 따라서 광학 필터의 투과 스펙트럼이 달라져서 이로 인해 화상에 왜곡이 발생하는 문제점이 있었다.

일본공개특허 제2009-258362호

따라서, 본 발명의 목적은 광의 입사각에 따른 색감차이를 해소하여 색 재현성을 높일 수 있는 광학 필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 광학 필터를 포함하는 촬상 장치를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 광학 필터는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.

[수학식 1]

ΔE^* ≤ 1.5

수학식 1에서,

ΔE^*는 광학 필터의 수직 방향에서 입사되어 상기 광학 필터를 투과한 광과, 상기 광학 필터의 수직 방향과 30°를 이루는 각도로 입사되어 상기 광학 필터를 투과한 광의 색차를 의미한다.

본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에서, 본 발명에 따른 광학 필터를 포함하는 촬상 장치를 포함할 수 있다.

이와 같은 광학 필터는 가시광 영역의 투과도를 저해하지 않으면서, 광의 입사각 변화에 따른 투과 스펙트럼의 편이(shift) 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 일 실시예에서, 본 발명에 따른 광학 필터의 적층 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 일 실시예에서, 본 발명에 따른 광학 필터의 광 투과도 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명에서 “입사각”이란, 광학 필터에 입사되는 광이 광학 필터에 수직한 방향과 이루는 각도를 의미한다. 촬상 장치의 화소수가 증가됨에 따라 요구되는 입사광의 광량이 증가하게 된다. 따라서, 최근의 촬상 장치는 광학 필터에 수직 방향으로 입사되는 광 뿐 만 아니라 수직 방향과 이루는 각도가 에 대하여 30° 혹은 그 이상인 광도 수용할 필요성이 있다.

한편, 본 발명에서 "ΔE^*"란, 광학 필터의 수직 방향에서 입사되어 상기 광학 필터를 투과한 광과, 상기 광학 필터의 수직 방향과 30°를 이루는 각도로 입사되어 상기 광학 필터를 투과한 광의 색차를 의미한다.

일반적으로 광학 필터를 투과한 광은 입사광과 실질적으로 평행한 성분과 산란된 성분으로 나눌 수 있다. 이 경우 입사광과 실질적으로 평행한 성분에 대한 투과도를 정투과도(Transmittance)라고 하며, 산란된 성분의 투과도를 확산투과도(Diffuse Transmittance)라 한다. 일반적으로 광의 투과도는 정투과도 및 확산투과도를 포함하는 개념이지만 본 발명에서의 광의 투과도를 정투과도만을 의미하는 개념으로 사용한다.

구체적으로, 상기 ΔE^*는 CIE(국제조명위원회, Commossion International de l'Eclairage)에서 규정한 색상 값인 CIE Lab 색 공간에서 사용되는 개념으로서, 이러한 개념을 본 발명에서 원용하였다. 상기 CIE Lab 색 공간은 인간의 시력으로 감지할 수 있는 색의 차이를 표현할 수 있는 색좌표 공간이다. CIE Lab 색 공간에서 서로 다른 두 색의 거리는 인간이 인지하는 색상의 차이와 비례하도록 설계되었다.

CIE Lab 색 공간에서의 색차란, CIE Lab 색 공간에서의 두 색간의 거리를 의미한다. 즉, 거리가 멀면 색차가 크게 나는 것이고 거리가 가까울수록 색차가 거의 없다는 것을 의미한다. 이러한 색차를 ΔE^*로 표시할 수 있다.

CIE 색 공간에서의 임의의 위치는 L*, a*, b* 3가지 좌표값으로 표현된다. L* 값은 밝기를 나타내는 것으로 L* = 0 이면 검은색(black)이며, L* = 100 이면 흰색(white)을 나타낸다. a*은 해당 색좌표를 갖는 색이 순수한 심홍색(pure magenta)과 순수한 초록색(pure green) 중 어느 쪽으로 치우쳤는지를 나타내며, b*은 해당 색좌표를 갖는 색이 순수한 노랑색(pure yellow)과 순수한 파랑색(pure blue) 중 어느 쪽으로 치우쳤는지를 나타낸다.

a*는 -a 내지 +a의 범위를 가진다. a*의 최대값(a* max)은 순수한 심홍색(pure magenta)을 나타내며, a*의 최소값(a* min)은 순수한 초록색(pure green)을 나타낸다. 예를 들어, a*이 음수이면 순수한 초록색에 치우친 색상이며, 양수이면 순수한 심홍색에 치우친 색상을 의미한다. a^*=80와 a^*=50를 비교하였을 때, a^*=80이 a^*=50보다 순수한 심홍색에 가깝게 위치함을 의미한다.

b*는 -b 내지 +b의 범위를 가진다. b*의 최대값(b* max)은 순수한 노랑색(pure yellow)을 나타내며, b*의 최소값(b* min)은 순수한 파랑색(pure blue)을 나타낸다. 예를 들어, b*이 음수이면 순순한 노랑색에 치우친 색상이며, 양수이면 순수한 파랑색에 치우친 색상을 의미한다. b^*=50와 b^*=20를 비교하였을 때, b^*=80이 b^*=50보다 순수한 노랑색에 가깝게 위치함을 의미한다.

통상적으로 ΔE^*가 1.5이하면 인간의 시력으로 색의 차이를 거의 인지하게 못하며, ΔE^*가 0.5 이하면 인간의 시력으로 색의 차이를 인지할 수 없게 된다. 그러나, ΔE^*가 1.5를 초과할 경우, 인간의 시력으로 색의 차이를 인지할 가능성이 있으며, ΔE^*가 2.0 이상이면 인간의 시력으로 색의 차이를 명확하게 인지할 수 있게 된다. 예를 들어, 공장에서 제품을 생산할 때, ΔE^* 값을 0.8~1.2로 유지할 경우, 제품간의 색 편차가 인간의 시력으로 인지할 수 없는 수준으로 관리가 되고 있다는 것을 의미할 수 있다.

색좌표가 (L1^*, a1^*, b1^*)인 임의의 색 E1과 색좌표가 (L2^*, a2^*, b2^*)인 다른 임의의 색 E2간의 색차인 ΔE^*는, 하기 수학식 5를 통해 산출할 수 있다.

[수학식 5]

수학식 5에서 ΔL^*는 두 색이 갖는 색좌표 E1과 E2의 색좌표 중 L1^*와 L2^*의 차를 의미한다. 또한, Δa^*도 E1과 E2의 색좌표 중 a1^*과 a2^*의 차를 의미하고, Δb^*도 E1과 E2의 색좌표 중 b1^*과 b2^*의 차를 의미한다.

본 발명은 광학 필터에 관한 것으로, 하나의 예로서,

하기 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 필터를 포함할 수 있다.

[수학식 1]

ΔE^* ≤ 1.5

수학식 1에서,

구체적으로, 상기 수학식 1에서, ΔE^*는, 본 발명에 따른 광학 필터에 수직 방향으로 입사되어 상기 광학 필터를 투과한 광의 색좌표 E1(L1^*, a1^*, b1^*)과 상기 광학 필터의 수직 방향과 30°를 이루는 각도로 입사되어 상기 광학 필터를 투과한 광의 색좌표 E2(L2^*, a2^*, b2^*)를 상기 수학식 1에 대입하여 산출한 색차를 의미한다.

이와 같이 색차(ΔE^*)가 1.5 이하가 되도록 광학 필터를 구현하게 되면 디스플레이 장치에서 표현되는 화상에 존재하는 색의 왜곡을 인간의 시력으로는 인지할 수 없게 된다.

예를 들어, 상기 ΔE^*는, 0.001 내지 1.5, 0.001 내지 1.2, 0.001 내지 1.0 또는 0.001 내지 0.8일 수 있다.

다른 실시예로서, 본 발명에 따른 광학 필터는 광흡수층 및 근적외선 반사층을 포함하며, 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.

[수학식 2]

W2-W1 ≤ 20 nm

수학식 2에서,

W1은 600~800 nm의 파장 범위에서, 상기 광학 필터에 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 상기 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장을 의미하고,

W2는 상기 광흡수층이 흡수 극대를 갖는 파장을 의미한다.

구체적으로, 수학식 2를 보면, 600~800 nm의 파장 범위에서, 상기 광학 필터에 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)과 광흡수층이 흡수 극대를 갖는 파장 즉, 광흡수층이 가장 낮은 투과도를 보이는 파장(W2)의 차이가 20 nm 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 W2-W1은 0 nm 내지 20 nm, 5 nm 내지 15 nm 또는 10 nm 내지 13 nm일 수 있다. 상기 범위 내의 W2-W1 값을 통해, 입사각의 변화에 따른 투과 스펙트럼의 편이(shift) 현상을 방지할 수 있으며, 우수한 근적외선 차단 효과를 기대할 수 있다. 또한, 근적외선 반사층이 광흡수층으로 입사되는 광의 일부를 반사시킴으로써, 광흡수층이 과도한 양의 광을 흡수함으로 인해 발생될 수 있는 광학 필터의 효율성 저하 또는 광학 필터의 열화 등의 문제점을 방지할 수 있다.

다른 실시예로서, 본 발명에 따른 광학 필터는 광흡수층 및 근적외선 반사층을 포함하며, 하기 수학식 3을 만족할 수 있다.

[수학식 3]

0 nm ≤ W1-(W2-W3/2) ≤ 65 nm

수학식 3에서,

W1은 600~800 nm의 파장 범위에서, 상기 광학 필터에 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장을 의미하고,

W2는 광흡수층이 흡수 극대를 갖는 파장을 의미하고,

W3는 600 nm 이상의 파장 범위에서 광흡수층의 투과도가 50%가 되는 두 파장의 차이의 절대값을 의미한다.

구체적으로, 수학식 3은, 600~800 nm의 파장 범위에서, 상기 광학 필터에 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 근적외선 반사층의 광 투과도가 50%가 되는 파장(W1), 광흡수층이 흡수 극대를 갖는 파장(W2) 및 광흡수층의 투과도가 50%가 되는 파장에서의 반치폭(Full Width at Half Maximum : FWHM)(W3)의 관계를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 W1-(W2-W3/2) 값은, 0 nm 내지 65 nm, 5 nm 내지 40 nm 또는 10 nm 내지 30 nm 범위일 수 있다. 구체적으로, W1-(W2-W3/2) 값을 상기 범위 내로 조절함으로써, 근적외선 영역의 광의 투과도를 최소화할 수 있다. 이때, 상기 W1-(W2-W3/2) 값이 0 nm 미만일 경우에는 입사각의 변화에 따른 광학 필터의 투과 스펙트럼의 편이 현상을 방지할 수 없고, 근적외선 영역의 광의 투과도가 증가할 수 있어, 디스플레이 장치에서 표현되는 화상에 존재하는 색의 왜곡을 사용자가 인지할 수 있게 되는 문제가 발생된다.

한편, 상기 W1-(W2-W3/2) 값이 65 nm를 초과할 경우, 광흡수층의 제형 안정성이 저해될 수 있으며, 오히려 화상의 생성에 기여하는 가시광 영역의 광 투과도를 저해하여 화상의 왜곡을 발생시킬 수 있다. 상기 수학식 1과 함께 수학식 2 및 3이 동시에 만족될 경우, 광학 필터로 입사되는 광의 입사각이 변화되더라도 그로 인한 화상의 왜곡을 최소화할 수 있게 되어 육안에 의해 관찰되는 화상과 동일한 수준으로 색을 재현할 수 있다. 또한, 근적외선 영역의 광의 투과도를 최소화하여 근적외선 영역의 광이 광학 필터로 입사됨으로 인하여 발생될 수 있는 광학 필터의 효율성 저하 및 발열현상을 방지할 수 있다.

이러한 광학 필터구조에서는 광흡수층의 흡수 특성에 따라 근적외선 영역(700~750 nm)의 파장 범위에서 불필요한 투과 피크가 발생될 수 있다.

이를 방지하기 위한 본 실시예의 광학 필터는 하기 수학식 4를 만족할 수 있다.

[수학식 4]

%T_NIR _- _peak ≤ 10%

상기 수학식 4에서,

%T_NIR _- _peak는 근적외선 영역(700~750 nm)의 파장 범위에서의 최대 투과도를 의미한다.

구체적으로, 상기 %T_NIR _- _peak는 상기 근적외선 영역의 파장 범위에서의 최대 투과도를 의미하며, %T_NIR _- _peak는 10% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 %T_NIR _- _peak는 0.1% 내지 8%, 1% 내지 5% 또는 1% 내지 2% 이하로 나타낼 수 있으며, 바람직하게는 0%일 수 있다. %T_NIR _- _peak가 0%에 가까울수록 화상의 왜곡을 줄일 수 있다.

다른 실시예로서, 본 발명에 따른 광학 필터는 가시광 영역(450~600 nm) 에서, 평균 투과도는 80% 이상일 수 있다.

광학 필터는 촬상 장치나 카메라 모듈 등에 적용되는 경우, 가시광 영역에서 광 투과도가 높은 것이 바람직하다. 상기 광학 필터가 가시광 영역에서 80% 이상의 평균 투과도를 가질 경우 상기 광학 필터가 적용된 촬상 장치나 카메라 모듈에 의해 표현되는 화상은 육안에 의해 관찰되는 화상과 동일한 수준의 색으로 표현될 수 있다.

또 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 광학 필터는 적외선 영역(750~1000 nm)에서, 평균 투과도가 10% 이하일 수 있다.

구체적으로, 상기 조건은, 적외선 영역의 광에 대한 광학 필터의 투과도가 10% 이하인 것을 의미할 수 있다. 적외선 영역의 광에 대한 광학 필터의 투과도를 상기 범위 내로 제어함으로써, 가시광 영역의 동적 폭(dynamic range)의 감소, 잡음(Noise)의 증가, 색 재현성과 해상도의 감소를 방지 할 수 있다.

상기 가시광 영역의 동적 폭은 CMOS 센서가 화면에서 충실하게 표현할 수 있는 광의 범위를 말한다. 색 표현과 무관한 적외선 영역의 광이 광학 필터를 투과하여 CMOS 센서에 입사되면 색을 구현하는데 필요한 가시광 영역의 동적 폭이 작아진다. 가시광 영역의 동적 폭이 작아지면 어두운 부분의 이미지를 구분할 수 없는 현상이 발생하여 정확한 화상의 구현이 어려워지게 되므로 광학 필터는 적외선 영역의 광 투과도를 최소화하여야 한다. CMOS 센서에서 잡음은 주로 회로 구조에 의해 발생되는 것으로 특히 열 잡음(thermal noise)이 주요 원인이다. 광학 필터를 투과한 적외선 영역의 광이 CMOS 센서의 열 발생에 주요한 원인으로 작용하므로 광학 필터는 적외선 영역의 광 투과도를 최소화하여야 한다.

BSI형 CMOS 센서와 같이 감도가 높은 센서를 채용한 고화소의 촬상 장치가 개발되면서, 상기 촬상 장치에 적용되는 광학 필터로 입사되는 광의 입사각이 변화되어 상기 광학 필터의 투과 스펙트럼이 변화되면 상기 고화소의 촬상 장치가 제공하는 화상에는 심각한 왜곡이 발생되었다. 이러한 심각한 왜곡을 방지하기 위하여 종래에는 광학 필터에 수직으로 입사되어 광학 필터를 투과한 광과, 광학 필터에 수직한 방향과 30°를 이루는 방향에서 입사되어 광학 필터를 투과한 광의 투과도가 50%가 되는 파장의 차이를 제어하는 방안이 도입되었다. 그러나, 상기 각각의 각도로 입사되는 광의 투과도가 50%가 되는 파장의 차이를 제어하는 것만으로는 화상의 왜곡을 방지하는데 한계가 있었다. 즉 상기 각각의 각도로 입사되는 광의 투과도가 30%가 되는 파장에서는 광의 입사각이 변화될 경우 광학 필터의 투과도가 급격하게 변화되어 여전히 화상의 왜곡이 발생되는 문제가 있었다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 광학 필터에서는 상기 수학식 1 내지 3에 의해 상기 각각의 입사각으로 입사된 광의 투과도가 50%가 되는 파장뿐만 아니라 광의 투과도가 30%가 되는 파장을 동시에 제어하였다. 그 결과 광학 필터에 수직으로 입사되어 광학 필터를 투과한 광과, 광학 필터에 수직한 방향과 30°를 이루는 방향에서 입사되어 광학 필터를 투과한 광의 투과도가 30%가 되는 파장의 차이를 15 nm 이하로 제어함으로써 본 발명의 광학 필터는 화상의 왜곡을 종래의 광학 필터보다 줄일 수 있었다.

이하에서는 본 발명에 따른 광학 필터의 구조를 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 광학 필터는 1 종 이상의 광흡수제를 포함하는 광흡수층 및 근적외선 반사층을 포함할 수 있다. 따라서 상기 광학 필터로 입사되는 근적외선 영역의 광은 상기 근적외선 반사층에 의해 대부분 반사된다.

상기 광흡수층은 바인더 수지 및 상기 바인더 수지 내에 분산된 광흡수제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더의 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.

상기 광흡수제로는 다양한 종류의 염료, 안료 혹은 금속 착제계 화합물 중에서 1 종 이상을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 광흡수제로는 시아닌계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 나프탈로시아닌계 화합물 또는 디티올 금속 착제계 화합물 등을 사용할 수 있다.

상기 광흡수제는 1 종을 단독으로 사용할 수 있고, 경우에 따라서는 2 종 이상을 혼합하여 사용하거나 두 개 층으로 분리하여 형성할 수 있다.

광흡수제의 함량은, 예를 들어, 바인더 수지 100 중량부를 기준으로, 0.001 내지 10 중량부, 0.01 내지 10 중량부, 혹은 0.5 내지 5 중량부 범위일 수 있다. 광흡수제의 함량을 상기 범위로 조절함으로써 광의 입사각 변화에 따른 광학 필터의 투과 스펙트럼의 편이(shift) 현상을 보정하고, 우수한 근적외선 차단 효과를 구현할 수 있다. 또한, 상기 광흡수제를 2 종 이상을 혼합하여 사용하거나 두 개 층으로 분리하여 형성할 경우, 광흡수층의 흡수 스펙트럼에서의 반치폭을 증가시켜, 근적외선 영역의 파장 범위에서의 최대 투과도를 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 광학 필터는 상기 광흡수층의 일면에 형성된 투명 기재를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 투명 기재는 투명 유리 기판 혹은 투명 수지제 기판일 수 있다.

구체적으로, 상기 투명 기재는 투명 유리 기판을 사용할 수 있으며, 필요에 따라서는 산화구리(CuO)를 함유하는 인산염계 유리 기판을 사용할 수 있다. 투명 기재로 유리 기판을 사용하는 경우에는, 가시광의 투과도를 저해하지 않으면서, 광학 필터 제조 과정에서의 열변형을 방지하고, 휨을 억제하는 효과가 있다.

상기 투명 수지제 기판은 강도가 우수한 것이 바람직하며, 예를 들어, 무기 필러가 분산된 광투과성 수지를 사용할 수 있다. 광투과성 수지의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 상기 광흡수층에 적용 가능하다고 언급한 바인더 수지를 사용할 수 있다. 예를 들어, 광흡수층의 바인더 수지와 투명 기재로 사용되는 수지의 종류를 동일 또는 유사하게 제어함으로써, 계면 박리를 감소시킬 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, 오산화탄탈럼, 오산화니오브, 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, 600 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.

본 발명은, 본 발명에 따른 광학 필터를 포함하는 촬상 장치를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 광학 필터는 PDP 등의 디스플레이 장치에도 적용 가능하다. 그러나, 최근 고화소가 요구되는 촬상 장치, 예를 들어 800만 화소급 이상의 카메라 등에 보다 바람직하게 적용 가능하다. 예를 들어, 본 발명에 따른 광학 필터는 모바일 장치용 카메라에 효과적으로 적용 가능하다.

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.

제조예 1

유리 기판의 일면 상에, 이빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용해서 TiO₂과 SiO₂을 교대 증착하여 근적외선 반사층을 형성하였다.

이와는 별도로 상업적으로 입수 가능하며 흡수 극대가 670nm인 광흡수제와 바인더 수지 원료인 환상 올레핀계 수지 그리고 톨루엔(Sigma Aldrich사 제품)을 혼합하고, 자력교반기를 이용해서 1 일 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다.

이후 제조된 근적외선 흡수 용액을 근적외선 반사층이 형성된 유리 기판의 반대면에 스핀 코팅하여 광흡수층을 형성하였다.

이상의 과정을 거쳐 본 발명에 따른 광학 필터를 제조하였다. 제조된 광학 필터의 적층 구조는 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면, 유리 기판(10)을 기준으로 아래쪽 면에는 근적외선 반사층(20)이 형성되어 있고, 위쪽 면에는 광흡수층(30)이 형성된다.

본 제조예 1에서 제조된 광학 필터에 대하여 광의 입사각을 (a) 0° 및 (b) 30°로 달리하여 광 투과도 실험을 수행하였다. 그 결과는 도 2에 나타내었다.

제조예 2

상기 제조예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 상업적으로 입수 가능하며 흡수 극대가 700nm인 광흡수제로 달리하여 광학 필터를 제조하였다.

실험예 1

상기 제조예 1 및 2에서 제조된 광학 필터에 대하여 ΔE^*를 측정하였다.

구체적으로는, 제조된 흡수필터에 대해 수직(입사각 0°)으로 백색광을 조사한 경우와, 수직 방향과 30˚를 이루는 각도에서 조사한 경우에 대해서, 광학 필터를 투과한 각각의 광의 색좌표 L^*, a^* 및 b^*값을 Perkin Elmer사의 분광 광도계 Lambda 35를 사용하여 측정한 다음 ΔE^*를 산출하였다.

또한, W1,W2 및 W3를 측정하여 W2-W1, W1-(W2-W3/2) 값을 산출하였다. 상기 수학식 2에 기재된 W2-W1 값 및 수학식 3에 기재된 W1-(W2-W3/2) 값을 측정하였다.

이때, 근적외선 반사층을 형성하는 TiO₂과 SiO₂의 교대 적층 수를 달리하여, 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)을 650 nm 내지 750 nm로 조절하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

W1 (nm)	제조예 1			제조예 2
W1 (nm)	ΔE^*	W2-W1	W1-(W2-W3/2)	ΔE^*	W2-W1	W1-(W2-W3/2)
650	5.6	30	12	7.4	50	-8
660	3.0	21	21	4.5	41	1
670	1.4	10	32	2.3	30	12
680	0.8	0	41	1.0	20	21
690	0.6	-10	52	0.5	10	32
700	0.7	-20	62	0.6	0	42
710	0.9	-30	71	0.9	-10	51
720	1.2	-40	82	1.2	-20	62
730	1.7	-50	91	1.6	-30	71
740	2.4	-60	102	2.4	-40	82
750	3.8	-70	112	3.6	-50	92

상기 표 1을 통해, 본 발명에 따른 광학 필터는 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 680~720 nm일 때, 광학 필터에 수직 방향으로 입사되어 상기 광학 필터를 투과한 광과, 광학 필터에 입사각 30°로 입사되어 상기 광학 필터를 투과한 광의 색차(ΔE^*)가 1.5 이하임을 알 수 있다. 또한, 제조예 1의 광학 필터는 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 670 내지 750 nm 범위인 경우에, 그리고 제조예 2의 광학 필터는 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 680 내지 750 nm 범위에서 W2-W1 값이 20 nm 이하인 것으로 나타났다. 또한, 제조예 1의 광학 필터는 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장이 650 내지 700 nm 범위에서, 그리고 제조예 2의 광학 필터는 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 660 내지 720 nm 범위인 경우에 W1-(W2-W3/2)의 값이 0 nm 내지 65 nm로 나타났다.

실험예 2

상기 제조예 1 및 2에서 제조된 광학 필터에 대하여 W1-(W2-W3/2) 및 근적외선 영역(700~750 nm)의 파장 범위에서의 최대 투과도(%T_NIR-peak)를 측정하였다.

이때, 근적외선 반사층을 형성하는 TiO₂과 SiO₂의 교대 적층 수를 달리하여, 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장을 650 nm 내지 750 nm로 조절하였다. 또한, 광흡수층의 두께를 7, 11 및 15 ㎛로 달리하여 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2 내지 4에 나타내었다.

(2-1) 흡수층 두께를 7 ㎛로 형성( W3 = 57 nm )

W1 (nm)	제조예 1		제조예 6
W1 (nm)	W1-(W2-W3/2)	(%T_NIR _- _peak)	W1-(W2-W3/2)	(%T_NIR _- _peak)
650	-2	1%	-22	0%
660	8	1%	-12	0%
670	19	1%	-1	1%
680	28	1%	8	0%
690	39	5%	19	1%
700	49	21%	29	2%
710	58	50%	38	5%
720	69	76%	49	21%
730	78	87%	58	49%
740	89	92%	69	76%
750	98	95%	78	87%

상기 표 2를 참조하면, 제조예 1의 광학 필터는 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 680 내지 710 nm 범위인 경우에, 그리고 제조예 2의 광학 필터는 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장이 700 내지 730 nm 범위인 경우에 W1-(W2-W3/2) 수치가 20 내지 65 범위를 만족하는 것으로 나타났다.

또한, 제조예 1의 광학 필터는 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 690 nm 이하인 경우에, 그리고 제조예 2의 광학 필터는 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 710 nm 이하인 경우에, 근적외선 영역(700~750 nm)의 파장 범위에서의 최대 투과도(%T_NIR-peak)가 10% 이하인 것을 알 수 있다.

(2-2) 흡수층 두께를 11 ㎛로 형성( W3 = 71 nm )

W1 (nm)	제조예 1		제조예 6
W1 (nm)	W1-(W2-W3/2)	%T_NIR _- _peak	W1-(W2-W3/2)	%T_NIR _- _peak
650	5	0%	-15	0%
660	15	1%	-5	0%
670	25	1%	5	1%
680	35	1%	15	0%
690	46	3%	26	1%
700	55	13%	35	1%
710	65	39%	45	3%
720	76	68%	56	13%
730	85	84%	65	39%
740	96	91%	76	68%
750	105	94%	85	84%

상기 표 3을 참조하면, 제조예 1의 광학 필터는 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 650 내지 690 nm 범위인 경우에, 그리고 제조예 2의 광학 필터는 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 670 내지 710 nm 범위인 경우에 W1-(W2-W3/2) 수치가 0 내지 50 범위를 만족하는 것으로 나타났다.

또한, 제조예 1의 광학 필터는 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 690 nm 이하인 경우에, 그리고 제조예 2의 광학 필터는 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 710 nm 이하인 경우에, %T_NIR _- _peak 가 10% 이하인 것을 알 수 있다.

(2-3) 흡수층 두께를 15 ㎛로 형성( W3 = 83 nm )

W1 (nm)	제조예 1		제조예 6
W1 (nm)	W1-(W2-W3/2)	%T_NIR _- _peak	W1-(W2-W3/2)	%T_NIR _- _peak
650	12	0%	-8	0%
660	21	1%	1	0%
670	32	1%	12	1%
680	41	1%	21	0%
690	52	2%	32	1%
700	62	9%	42	1%
710	71	32%	51	2%
720	82	63%	62	10%
730	91	80%	71	32%
740	102	89%	82	63%
750	112	93%	92	80%

상기 표 4를 참조하면, 제조예 1의 광학 필터는 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 650 내지 680 nm 범위인 경우에, 그리고 제조예 2의 광학 필터는 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 660 내지 700 nm 범위인 경우에 W1-(W2-W3/2)가 0 내지 50 범위를 만족하는 것으로 나타났다.

또한, 제조예 1의 광학 필터는 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 700 nm 이하인 경우에, 그리고 제조예 2의 광학 필터는 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장(W1)이 720 nm 이하인 경우에, %T_NIR _- _peak가 10% 이하인 것을 알 수 있다.

10: 유리 기판
20: 근적외선 반사층
30: 광흡수층

Claims

광흡수층 및 근적외선 반사층을 포함하며,
하기 수학식 1 및 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 필터:
[수학식 1]
ΔE^* ≤ 1.5
수학식 1에서,
ΔE^*는 광학 필터의 수직 방향에서 입사되어 상기 광학 필터를 투과한 광과, 상기 광학 필터의 수직 방향과 30°를 이루는 각도로 입사되어 상기 광학 필터를 투과한 광의 색차를 의미하며,
[수학식 2]
W2-W1 ≤ 20 nm
수학식 2에서,
W1은 600~800 nm의 파장 범위에서, 상기 광학 필터에 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 상기 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장을 의미하고,
W2는 광흡수층이 흡수 극대를 갖는 파장을 의미한다.
삭제
제 1 항에 있어서,
하기 수학식 3을 만족하는 광학 필터:
[수학식 3]
0 nm ≤ W1-(W2-W3/2) ≤ 65 nm
수학식 3에서,
W1은 600~800 nm의 파장 범위에서, 상기 광학 필터에 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 근적외선 반사층의 투과도가 50%가 되는 파장을 의미하고,
W2는 광흡수층이 흡수 극대를 갖는 파장을 의미하고,
W3는 600 nm 이상의 파장 범위에서 광흡수층은 투과도가 50%가 되는 제1 지점과 제2 지점을 포함할 때, 상기 제1 지점과 제2 지점의 파장값 차이의 절대값을 의미한다.
제 1 항에 있어서,
하기 수학식 4를 만족하는 광학 필터:
[수학식 4]
%T_NIR _- _peak ≤ 10%
상기 수학식 4에서,
%T_NIR _- _peak는 700~750 nm의 파장 범위에서의 최대 투과도를 의미한다.
제 1 항에 있어서,
광흡수층은 바인더 수지; 및 상기 바인더 수지 내에 분산된 광흡수제를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
제 1 항에 있어서,
광흡수층의 일면에 형성된 투명 기재를 더 포함하는 광학 필터.
제 6 항에 있어서,
상기 투명 기재는 투명 유리 기판 또는 투명 수지제 기판을 포함하는 광학 필터.
제 1 항에 있어서,
근적외선 반사층은 유전체 다층막으로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 필터.
제 8 항에 있어서,
근적외선 반사층은 유전체 다층막에 분산된 광흡수제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 광학 필터를 포함하는 촬상 장치.