KR101688186B1 - 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터에 관한 것으로, 일 실시예에 따르면, 투명기판; 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴; 및 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 하부면에 형성된 복수개의 원추형 미세구조물;을 포함하는 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터를 제공한다.
Description
본 발명은 광학 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가시광선을 투과하고 적외선을 반사할 수 있는 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터에 관한 것이다.
최근에 태양전지의 제조에 필요한 비용을 발전 출력으로서 회수할 수 있는 기간의 단축 및 태양전지를 사용한 발전 시스템의 저비용화를 위하여, 태양광을 집광렌즈를 사용하여 집광하여 태양전지 셀로의 입사광량을 증가시키는 동시에 고가인 태양 전지 셀의 사용면적을 줄일 수 있는 집광형 태양 전지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
예를 들면, 대한민국 공개특허공보 제2015-0033923호는 적외선을 차단하고 가시광선을 투과할 수 있는 적외선 필터를 개시하였는데, 이 적외선 필터는 가시광선에 대한 무반사 또는 저반사를 위해 기판에 미세구조물을 형성하고 적외선 반사를 위해 기판 표면에 화합물을 코팅하는 방법을 개시하였다.
또한 가시광선을 투과하고 적외선을 반사할 수 있는 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터는 비단 태양전지 뿐만 아니라 안경, 유리창 등 열을 피하면서 시야확보를 위한 투과를 극대화시키는 곳에 응용할 수 있어 많은 관심을 받고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명기판에 미세구조물과 금속 패턴의 조합하여 형성함으로써 가시광선을 투과하고 적외선을 차단할 수 있는 광학필터를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다양한 크기 또는 다양항 피치 거리의 십자형 금속 패턴을 배열함으로써 넓은 파장 영역에서 적외선을 반사할 수 있는 광학필터를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적외선을 광학필터의 상부 영역에서 반사시킴으로써 투명기판이 가열되는 것을 방지할 수 있는 광학필터를 제공한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터로서, 투명기판; 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴; 및 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 하부면에 형성된 복수개의 원추형 미세구조물;을 포함하는 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터를 제공한다.
또한 본 발명의 제1 실시예의 대안적 실시예에 따르면, 투명기판; 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴; 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상부면의 상기 금속 패턴 외 영역에 형성된 복수개의 제1 원추형 미세구조물; 및 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 하부면에 형성된 복수개의 제2 원추형 미세구조물;을 포함하는 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터를 제공한다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터로서, 제1 투명기판; 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 제1 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴; 상기 복수개의 십자형 금속 패턴을 덮으면서 상기 제1 투명기판의 상부면에 형성된 제2 투명기판; 및 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 제2 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 원추형 미세구조물;을 포함하는 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터를 제공한다.
또한 본 발명의 제2 실시예의 대안적 실시예에 따르면, 제1 투명기판; 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 제1 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴; 상기 복수개의 십자형 금속 패턴을 덮으면서 상기 제1 투명기판의 상부면에 형성된 제2 투명기판; 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 제2 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 제1 원추형 미세구조물; 및 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 제1 투명기판의 하부면에 형성된 복수개의 제2 원추형 미세구조물;을 포함하는 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터를 제공한다.
본 발명의 제3 실시예에 따르면, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터로서, 투명기판; 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 원추형 미세구조물; 및 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판과 상기 원추형 미세구조물의 표면 위에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴;을 포함하는 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터를 제공한다.
또한 본 발명의 제3 실시예의 대안적 실시예에 따르면, 투명기판; 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상부면과 하부면에 각각 형성된 복수개의 원추형 미세구조물; 및 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판과 상기 상부면의 원추형 미세구조물의 표면 위에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴;을 포함하는 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터를 제공한다.
본 발명의 제4 실시예에 따르면, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터로서, 투명기판; 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴; 상기 복수개의 십자형 금속 패턴을 덮으면서 상기 투명기판의 상부면에 형성된 폴리머층; 및 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 하부면에 형성된 복수개의 원추형 미세구조물;을 포함하는 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터를 제공한다.
또한 본 발명의 제4 실시예의 대안적 실시예에 따르면, 투명기판; 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴; 상기 복수개의 십자형 금속 패턴을 덮으면서 상기 투명기판의 상부면에 형성된 폴리머층; 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 하부면에 형성된 복수개의 제1 원추형 미세구조물; 및 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 폴리머층의 상부면에 형성된 복수개의 제2 원추형 미세구조물;을 포함하는 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명기판에 미세구조물과 금속 패턴의 조합하여 형성함으로써 가시광선을 투과하고 적외선을 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다양한 크기 또는 다양항 피치 거리의 십자형 금속 패턴을 배열함으로써 넓은 파장 영역에서 적외선을 반사할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적외선을 광학필터의 상부 영역에서 반사시킴으로써 투명기판이 가열되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도2는 제1 실시예에 따른 광학필터의 사시도,
도3은 제1 실시예에 따른 광학필터의 평면도;
도4 및 도5는 제1 실시예에 따른 광학필터의 적외선 차단 효과를 나타내는 투과 스펙트럼;
도6은 대안적 실시예에 따른 금속 패턴을 설명하기 위한 도면,
도7 및 도8은 또 다른 대안적 실시예에 따른 금속 패턴을 설명하기 위한 도면,
도9는 제1 실시예의 대안적 실시예로서, 양면에 미세구조물이 형성된 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도11은 제2 실시예에 따른 광학필터의 예시적인 제조방법을 설명하기 위한 도면,
도12는 제2 실시예의 대안적 실시예로서, 양면에 미세구조물이 형성된 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도14는 제3 실시예에 따른 광학필터의 평면도,
도15는 제3 실시예의 대안적 실시예로서, 양면에 미세구조물이 형성된 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도17은 제4 실시예에 따른 광학필터의 예시적인 제조방법을 설명하기 위한 도면,
도18은 제4 실시예의 대안적 실시예로서, 양면에 미세구조물이 형성된 광학필터를 설명하기 위한 도면이다.
도2는 제1 실시예에 따른 광학필터의 사시도,
도3은 제1 실시예에 따른 광학필터의 평면도;
도4 및 도5는 제1 실시예에 따른 광학필터의 적외선 차단 효과를 나타내는 투과 스펙트럼;
도6은 대안적 실시예에 따른 금속 패턴을 설명하기 위한 도면,
도7 및 도8은 또 다른 대안적 실시예에 따른 금속 패턴을 설명하기 위한 도면,
도9는 제1 실시예의 대안적 실시예로서, 양면에 미세구조물이 형성된 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도11은 제2 실시예에 따른 광학필터의 예시적인 제조방법을 설명하기 위한 도면,
도12는 제2 실시예의 대안적 실시예로서, 양면에 미세구조물이 형성된 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도14는 제3 실시예에 따른 광학필터의 평면도,
도15는 제3 실시예의 대안적 실시예로서, 양면에 미세구조물이 형성된 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광학필터를 설명하기 위한 도면,
도17은 제4 실시예에 따른 광학필터의 예시적인 제조방법을 설명하기 위한 도면,
도18은 제4 실시예의 대안적 실시예로서, 양면에 미세구조물이 형성된 광학필터를 설명하기 위한 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상부(위)', '하부(아래)', '좌', '우' 등의 표현은 절대적 기준으로서의 방향을 의미하지 않고 각 도면을 참조하여 설명할 때의 상대적 위치를 의미한다. 예를 들어 도1에서 금속 패턴(140)이 투명기판(120)의 '상부면'에 형성되고 미세구조물(130)이 '하부면'에 형성된다고 설명하지만, 광학필터(100)의 실제 사용시에는 상하가 반전되어 금속패턴(140)이 투명기판(120)의 하부에 위치할 수도 있다. 그러므로 이하에서 언급되는 위치관계를 나타내는 표현들은 각각의 도면을 참조하여 설명할 때의 해당 도면에서의 상대적 위치관계를 나타내는 것임을 이해할 것이다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학필터(100)를 설명하기 위한 도면이고, 도2와 도3은 각각 제1 실시예의 광학필터의 사시도와 평면도이다.
제1 실시예에 따른 광학필터(100)는 투명기판(120), 복수개의 미세구조물(130), 및 복수개의 금속 패턴(140)을 포함한다. 투명기판(120)은 예컨대 석영(SiO2) 재질의 유리기판일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 예컨대 광투과성 재질로 형성된 기판일 수 있다.
가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 투명기판(120)의 하부면에 복수개의 미세구조물(130)이 형성된다. 도시한 실시예에서 미세구조물(130)은 단부가 뾰족한 원추형(pointy cone shape) 형상일 수 있다. 이런 형상은 하나의 예시로 광의 파장에 따른 무반사 또는 저반사 표면을 제어하기 위해서는 다른 모양의 미세구조물을 사용할 수도 있다. 예를 들어 다른 실시예에서, 미세구조물의 단부가 약간 라운드된 원추형 형상이거나 또는 약간의 굴곡을 가지면서 절단된 형상일 수도 있다.
각각의 미세구조물(130)의 크기는 수 나노미터 내지 수백 나노미터이고, 일 실시예에서 원추형 미세구조물(130)의 바닥부의 지름은 대략 20 내지 200nm이고 높이는 50 내지 500nm이다. 복수개의 원추형 미세구조물(130)은 2차원적으로 배열되어 있다. 이러한 복수개의 미세구조물(130)이 투명기판(120)의 일면에 형성됨으로써, 예컨대 태양광이 투명기판(120)으로 입사될 때 입사된 광이 점차적으로 굴절률의 차이를 느끼도록 하여 광이 반사되지 않고 미세구조물(130) 층을 통과하게 되므로 거의 모든 태양광이 미세구조물(130) 층을 통과하게 된다.
투명기판(120)의 상부에는 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해 복수개의 금속 패턴(140)이 형성된다. 도2와 도3에 도시한 실시예에서 이 금속 패턴은 십자형 금속 패턴이다. 복수개의 십자형 금속 패턴(140)은 서로 소정의 이격 거리를 두고 2차원적으로 배열된다.
십자형 금속 패턴(140)의 각각의 크기는 반사의 대상이 되는 광의 파장에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 1000 내지 2500nm 파장대역의 적외선 광을 반사하기 위해, 십자형 금속 패턴(140)의 가로 및 세로 길이는 예컨대 각각 400 내지 650nm이고 패턴의 폭은 10 내지 60nm로 설정될 수 있다. 또한 일 실시예에서 금속 패턴(140)의 두께(높이)는 예컨대 10 내지 20nm일 수 있다.
이와 관련하여 도4 및 도5는 십자형 금속 패턴(140)의 크기에 따른 광 투과 스펙트럼을 나타낸다.
우선 도4를 참조하면, 도4의 우측상단에 도시하였듯이 서로 이웃하는 금속 패턴의 중심간 거리(P)(이하에서 "피치 거리"라고 함)가 670nm이고 패턴의 폭(w)이 50nm 일 때, 패턴의 가로 및 세로 길이(L)를 270 내지 620nm 사이에서 변화시키면서 광 투과율을 실험하였다. 도4의 그래프에 따르면, L이 450 에서 620nm 사이일 때 1500 내지 2500nm 파장대역의 적외선 광의 투과율이 낮아짐을 알 수 있다. 또한 적외선 광 투과율의 최저점은 L 값에 따라 좌우로 쉬프트 됨을 알 수 있다. 예컨대 L이 450nm 일 때 1500nm 파장에서 투과율의 최저점을 갖고, L이 570nm 일 때 대략 2000nm 파장에서 투과율의 최저점을 가진다.
도5는 피치 거리(P)가 670 nm이고 패턴의 가로 및 세로 길이가 570 nm 일 때 패턴의 폭(w)을 변화시키면서 광 투과율을 실험한 그래프이다. 도5의 그래프에 따르면, 패턴의 폭(w)이 50nm 일 때 광투과율의 최저점이 대략 2000nm로서 적외선 대역에서 낮은 투과율을 가진다. 또한 도5의 그래프에 도시하지 않았지만, 폭(w)이 100nm인 경우 적외선 대역의 광투과율이 점차 높아지는 것으로 나타났다. 따라서 패턴의 폭(w)은 대략 10 내지 60nm 사이의 값을 갖는 것이 바람직할 것이다.
도6은 대안적 실시예에 따른 금속 패턴을 나타낸다. 이 대안적 실시예에서 십자형 금속 패턴(140)은 복수개의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어 도6의 실시예에서 십자형 금속 패턴은 제1 크기를 갖는 십자형 금속 패턴(141) 및 제2 크기를 갖는 십자형 금속 패턴(142)으로 구분된다. 일 실시예에서 제1 크기의 패턴(141)은 패턴의 가로 및 세로 길이(L)가 570nm이고, 제2 크기의 패턴(142)의 길이(L)는 450nm이다. 도6의 실시예에서 복수개의 십자형 금속 패턴(140)은 이와 같이 크기가 서로 다른 제1 패턴(141)과 제2 패턴(142)이 서로 하나씩 교대로 2차원적으로 배열하여 형성될 수 있다.
이와 같이 크기가 다른 금속 패턴을 조합하여 사용함으로써 적외선을 차단할 수 있는 파장 대역을 더 넓게 형성할 수 있다. 도4를 다시 참조하여 설명하면, 패턴의 길이(L)가 450nm 일 때 대략 1500nm에서 투과율의 최저점이 나타나고 길이(L)가 570nm 일 때 대략 2000nm에서 최저점이 나타나므로, 예컨대 길이(L)가 450nm인 패턴과 570nm인 패턴을 50:50 비율로 조합하여 도6에서와 같이 배열하면, 1500 내지 2000nm 파장 대역에서 광투과율을 낮출 수 있다.
그러므로 구체적 실시 형태에 따라 제1 패턴(141)과 제2 패턴(142)의 각각의 길이(L)를 적절히 선택하여 복수개의 금속 패턴(140)을 구성할 수 있고, 더 나아가 3개 이상의 패턴을 사용하면 더 넓은 파장대역에서 광투과율을 낮출 수 있다. 따라서 십자형 금속 패턴(140)이 패턴 크기에 따라 제1 내지 제m (단, m은 2 이상의 정수) 패턴으로 구분되고, 이 때 제1 내지 제m 패턴의 패턴 크기가 서로 상이하다고 가정하면, 제1 내지 제m 패턴을 서로 차례로 하나씩 배치하여 교대로 배열함으로써 넓은 대역에 걸쳐 낮은 적외선 광투과율을 갖는 십자형 금속 패턴(140)을 만들 수 있음을 이해할 것이다.
도7 및 도8은 또 다른 대안적 실시예에 따른 금속 패턴을 나타낸다. 이 대안적 실시예에서 십자형 금속 패턴(140)은 복수개의 서로 다른 피치 거리(P)를 갖는 패턴 그룹으로 구분된다. 예를 들어 도7에 도시한 실시예에서 A 영역의 패턴 그룹은 복수개의 제1 크기의 십자형 금속 패턴을 갖되 이들 금속 패턴간의 피치 거리(P)가 670nm이고, B 영역의 패턴 그룹은 복수개의 제2 크기의 십자형 금속 패턴을 갖되 이들 금속 패턴간의 피치 거리(P)가 1000nm 이다. 즉 두 패턴 그룹의 십자형 금속 패턴의 크기(즉, 길이(L))가 모두 동일한 경우 A 영역이 B 영역에 비해 피치 거리(P)가 작으므로 상대적으로 더 촘촘하게 배열되어 있는 구성이다.
다른 실시예에서, A 영역의 패턴 그룹과 B 영역의 패턴 그룹의 금속 패턴의 크기가 서로 다를 수도 있다. 예를 들어 A 영역의 패턴 그룹 내의 십자형 금속 패턴의 길이(L)가 450nm이고 B 영역의 패턴 그룹 내의 십자형 금속 패턴의 길이(L)는 570nm일 수 있다.
도7의 실시예에서 A 영역과 B 영역은 각각 세로 방향으로 길이 제한이 없고 가로 방향으로 십자형 금속 패턴을 5줄씩 포함한다. 그러므로 예컨대 A 영역내 금속 패턴의 피치 거리(P)가 670nm인 경우 A 영역의 가로방향의 폭은 3.35 마이크로미터(㎛)이고, B 영역 내 금속 패턴의 피치 거리(P)가 1000nm(=1㎛)인 경우 B 영역의 가로방향의 폭은 5㎛가 될 것이다.
도8은 A 영역과 B 영역의 각각이 가로 및 세로 방향으로 소정 길이를 갖는 사각형 영역을 갖는 경우를 도시한 것으로, 이 두 영역이 2차원적으로 서로 교대로 배열되어 넓은 대역에 걸쳐 낮은 적외선 광투과율을 갖는 십자형 금속 패턴(140)을 만들 수도 있다.
또한 더 나아가 3개 이상의 패턴 그룹의 영역을 사용할 수도 있다. 따라서 십자형 금속 패턴(140)이 피치 거리(P)에 따라 제1 내지 제n (단, n은 2 이상의 정수) 패턴 그룹으로 구분되고, 이 때 상기 제1 내지 제n 패턴 그룹의 피치 거리(P)가 서로 상이하다고 가정하면, 제1 내지 제n 패턴 그룹을 서로 차례로 하나씩 배치하도록 하고 이를 교대로 배열함으로써 십자형 금속 패턴(140)을 형성할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 상부에서 광학필터(100)를 향해 입사되는 태양광 중 적외선은 십자형 금속 패턴(140)에 의해 반사되고, 가시광선 영역의 광이 투명기판(120)을 통과하며 그 후 무반사 또는 저반사의 미세구조물(130)의 층을 지날 때 대부분의 광이 반사되지 않고 투과하여 아래의 구조물(예컨대 아래쪽에 배열된 태양전지 셀)에 입사될 수 있다.
도9는 상술한 제1 실시예의 대안적 실시예를 나타낸다. 이 대안적 실시예에서, 광학필터는 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상부면의 상기 금속 패턴(140)이 있는 영역을 제외한 나머지 영역에 형성된 복수개의 원추형 미세구조물(150)을 더 포함한다. 이와 같이 투명기판(120)의 상부면에서 적외선 반사를 위한 금속 패턴(140)이 있는 부분을 제외한 나머지 영역에 원하는 조건에 맞는 형상을 가지는 미세구조물(150)을 포함함으로써 투명기판 상부면에서 일어나는 빛의 반사를 최소화하여 가시광선의 투과를 극대화할 수 있다.
도시한 실시예에서 미세구조물(150)은 단부가 뾰족한 원추형(pointy cone shape) 형상일 수 있다. 이런 형상은 하나의 예시로 광의 파장에 따른 무반사 또는 저반사 표면을 제어하기 위해서는 반대편에 형성된 미세구조물(130)의 형상, 크기, 높이를 고려하여 효과를 극대화 시킬 수 있는 다양한 모양의 미세구조물을 사용할 수도 있다. 각각의 미세구조물(150)의 크기는 수 나노미터 내지 수백 나노미터이고, 일 실시예에서 원추형 미세구조물(150)의 바닥부의 지름은 대략 20 내지 200nm이고 높이는 50 내지 500nm이다. 복수개의 원추형 미세구조물(150)은 2차원적으로 배열되어 있다.
도10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학필터(200)를 나타낸다.
도면을 참조하면 제2 실시예의 광학필터(200)는 투명기판(210), 복수개의 금속 패턴(220), 및 복수개의 미세구조물(230)을 포함한다.
투명기판(210)은 예컨대 석영(SiO2) 재질의 유리기판일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 예컨대 광투과성 재질로 형성된 기판일 수 있다.
복수개의 금속 패턴(220)은 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 투명기판(210)의 내부에 형성된다. 일 실시예에서 각각의 금속 패턴(220)은 도1 내지 도3의 제1 실시예와 마찬가지로 십자형 금속 패턴이다. 십자형 금속 패턴(220)의 크기 및 배열은 제1 실시예와 동일 또는 유사하다. 즉, 도3에 도시한 것처럼 단일 크기의 십자형 금속 패턴이 2차원 배열로 형성될 수도 있고, 도6 내지 도8을 참조하여 설명한 것처럼 서로 다른 크기의 복수개의 금속 패턴이 교대로 배열되거나 서로 다른 피치 거리의 복수개의 패턴 그룹이 교대로 배열되어 형성될 수 있다.
투명기판(210) 내에 복수개의 금속 패턴(220)이 형성되는 높이는 특별히 정해지지 않았지만, 바람직하게는 가능하면 투명기판(210)의 상부 표면에 가깝게 금속 패턴(220)이 형성되는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 투명기판(210)의 전체 두께는 대략 1mm이고, 금속 패턴(220)의 두께는 대략 10 내지 20nm이고, 금속 패턴(220)의 높이에서 투명기판(210)의 상부 표면까지의 두께는 대략 0.1 내지 10㎛ 일 수 있다.
미세구조물(230)은 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해 투명기판(210)의 상부 표면에 형성된다. 도시한 실시예에서 각각의 미세구조물(230)은 원추형 형상을 갖는 미세구조물이다. 이러한 원추형 미세구조물(230)의 크기나 형상 및 배열은 제1 실시예의 미세구조물(130)과 동일 또는 유사하므로 설명을 생략하기로 한다.
이러한 제2 실시예의 광학필터(200)에 따르면, 상부에서 광학필터(200)를 향해 입사되는 태양광의 전체 파장대역의 광의 대부분이 무반사 또는 저반사의 미세구조물(230)을 통과하여 투명기판(210)으로 입사하고, 그 중 적외선 광은 금속 패턴(220)에 의해 반사되고 나머지 파장 대역의 광이 투명기판(210)의 하부까지 통과하여 투명기판(210)의 아래쪽에 배치된 구조물(예컨대 태양전지 셀)에 입사할 수 있다. 이러한 구성은 적외선 반사를 위한 금속 패턴(220)이 바로 공기에 노출되지 않고 투명기판(210)과 동일한 굴절률을 가지는 물질로 덮여있으므로 그 효과를 더 높일 수 있다.
이 때 미세구조물(230)을 통과한 태양광은 적외선도 포함하고 있으므로 적외선에 의해 투명기판(210)의 상부 영역, 즉 금속패턴(220)의 높이에서 투명기판(210) 상부 표면 사이의 투명기판 영역은 적외선에 의해 가열되지만, 상술하였듯이 이 영역의 두께를 아주 얇게 설계했으므로 투명기판의 가열되는 영역을 최소화하였고, 따라서 적외선에 의해 광학필터(200)가 가열되는 문제를 해결할 수 있다.
도11은 제2 실시예에 따른 광학필터(200)의 예시적인 제조방법을 나타낸다.
도면을 참조하면, 우선 도11(a)에 도시한 것처럼 제1 투명기판(211) 위에 금속 패턴(220)을 형성한다. 금속 패턴(220)에 사용되는 금속은 금, 은, 구리, 알루미늄, 철 등 자유전자가 많은 금속 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 금속 패턴(220)의 형성 방법은 특정 방법에 제한되지 않으며, 나노 입자 프린팅, 나노 선 프린팅, 롤 코팅, 슬롯다이 코팅, 그라비어 코팅, 나노리소그래피를 이용한 증착이나 스퍼터링에 의해 투명기판 위에 금속 패턴(220)을 형성할 수 있다. 일 실시예에서 금속 패턴(220)의 두께는 대략 10 내지 20nm 일 수 있다.
그 후 도11(b)와 같이 복수개의 금속 패턴(220)을 덮으면서 제1 투명기판(211)의 상부면에 제2 투명기판(212)을 형성한다. 일 실시예에서 제1 투명기판(211)과 금속 패턴(220) 위에 석영(SiO2)을 증착하여 제2 투명기판(212)를 형성한다. 투명기판의 두께는 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 제1 및 제2 투명기판(211,212)의 전체 두께가 대략 1mm이고, 이 때 제2 투명기판(212)의 두께는 대략 0.1 내지 10 ㎛일 수 있다.
다음으로, 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 도11(c)에 도시한 바와 같이 제2 투명기판(212) 위에 미세구조물(230)을 형성한다. 일 실시예에서 미세구조물(230)은 원추형 형상이고, 바닥부의 지름은 20 내지 200nm이고 높이는 50 내지 500nm의 크기를 가진다. 복수개의 원추형 미세구조물(230)은 서로 2차원적으로 배열되며 형성된다. 미세구조물(230)을 형성하는 예시적 방법으로서, 예컨대 광간섭 리소그래피 또는 콜로이달 리소그래피 방법을 통해 미세구조물(230)을 형성할 수 있다.
도12는 상술한 제2 실시예의 대안적 실시예를 나타낸다. 이 대안적 실시예에서 광학필터는, 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 투명기판(210)의 하부면에 형성된 복수개의 원추형 미세구조물(240)을 더 포함한다. 가시광선에 대한 반사가 투명기판(210)의 상부면 뿐만 아니라 하부면에서도 일어나므로 하부면에 미세구조물(240)을 포함함으로써 투명기판 하부면에서 일어나는 빛의 반사를 최소화하여 가시광선의 투과를 극대화할 수 있다.
도시한 실시예에서 미세구조물(240)은 단부가 뾰족한 원추형(pointy cone shape) 형상일 수 있다. 이런 형상은 하나의 예시로 광의 파장에 따른 무반사 또는 저반사 표면을 제어하기 위해서는 반대편에 형성된 미세구조물(230)의 형상, 크기, 높이를 고려하여 효과를 극대화 시킬 수 있는 다양한 모양의 미세구조물을 사용할 수도 있다. 하부면의 각각의 미세구조물(240)의 크기는 수 나노미터 내지 수백 나노미터이고, 일 실시예에서 원추형 미세구조물(240)의 바닥부의 지름은 대략 20 내지 200nm이고 높이는 50 내지 500nm이다. 복수개의 원추형 미세구조물(240)은 2차원적으로 배열되어 있다.
도13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학필터(300)를 나타내며, 도14는 제3 실시예에 따른 광학필터의 평면도이다.
도면을 참조하면 제3 실시예의 광학필터(300)는 투명기판(310), 복수개의 미세구조물(320), 및 복수개의 금속 패턴(330)을 포함한다.
투명기판(310)은 예컨대 석영(SiO2) 재질의 유리기판일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 예컨대 광투과성 재질로 형성된 기판일 수 있다.
미세구조물(320)은 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위한 것으로, 투명기판(310)의 상부 표면에 형성된다. 도시한 실시예에서 각각의 미세구조물(320)은 원추형 형상을 갖는 미세구조물이고, 이러한 원추형 미세구조물(320)의 크기나 형상 및 배열은 제1 또는 제2 실시예의 미세구조물(130, 230)과 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다.
복수개의 금속 패턴(330)은 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위한 것으로, 투명기판(310)과 원추형 미세구조물(320)의 표면 위에 형성된다. 일 실시예에서 각각의 금속 패턴(330)은 도1 내지 도3의 제1 실시예와 마찬가지로 십자형 금속 패턴이다. 즉 도14의 평면도에 도시한 것처럼, 광학필터(300)를 위에서 바라볼 때 금속 패턴(330)이 십자형으로 형성되어 있다. 투명기판(310)과 미세구조물(320)의 표면 위에 금속 패턴(330)을 형성하기 위해 공지의 방법이 사용될 수 있다. 일 예로서 투명기판(310)과 미세구조물(320)의 표면에 금속 나노 입자를 분사하여 십자형 패턴을 형성할 수 있다.
십자형 금속 패턴(330)의 크기 및 배열은 제1 또는 제2 실시예의 십자형 금속 패턴과 동일 또는 유사하다. 즉, 도3에 도시한 것처럼 단일 크기의 십자형 금속 패턴이 2차원 배열로 형성될 수도 있고, 도6 내지 도8을 참조하여 설명한 것처럼 서로 다른 크기의 복수개의 금속 패턴을 차례로 하나씩 배치하도록 하고 이를 교대로 배열하거나 서로 다른 피치 거리의 복수개의 패턴 그룹을 차례로 하나씩 배치하도록 하고 이를 교대로 배열하여 형성될 수 있다.
이러한 제3 실시예의 광학필터(300)에 따르면, 태양광이 상부에서 광학필터(300)를 향해 입사하면, 적외선에 대해 반사 표면을 갖는 금속 패턴(330)에 의해 적외선이 반사되고, 적외선을 제외한 파장 대역의 광이 미세구조물(320) 층에 도달한다. 이 때 미세구조물(320)이 무반사 또는 저반사 표면 역할을 하므로, 대부분의 광이 미세구조물(320)과 투명기판(310)을 통과하여 투명기판(310)의 아래쪽에 배치된 구조물(예컨대 태양전지 셀)에 입사할 수 있다.
일반적으로 적외선에 의해 광학필터가 가열되는데, 제3 실시예의 경우 적외선 반사 기능을 하는 금속 패턴(330)을 광학필터(300)의 가장 상부에 형성하여 적외선을 반사시키기 때문에 광학필터(300)가 가열되는 문제를 방지할 수 있다.
도15는 상술한 제3 실시예의 대안적 실시예를 나타낸다. 이 대안적 실시예에서 광학필터는, 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 투명기판(310)의 하부면에 형성된 복수개의 원추형 미세구조물(340)을 더 포함한다. 가시광선에 대한 반사가 투명기판(310)의 상부면 뿐만 아니라 하부면에서도 일어나므로 하부면에 미세구조물(340)을 포함함으로써 투명기판 하부면에서 일어나는 빛의 반사를 최소화하여 가시광선의 투과를 극대화할 수 있다.
도시한 실시예에서 미세구조물(340)은 단부가 뾰족한 원추형(pointy cone shape) 형상일 수 있다. 이런 형상은 하나의 예시로 광의 파장에 따른 무반사 또는 저반사 표면을 제어하기 위해서는 반대편에 형성된 미세구조물(320)의 형상, 크기, 높이를 고려하여 효과를 극대화 시킬 수 있는 다양한 모양의 미세구조물을 사용할 수도 있다. 각각의 미세구조물(340)의 크기는 수 나노미터 내지 수백 나노미터이고, 일 실시예에서 원추형 미세구조물(340)의 바닥부의 지름은 대략 20 내지 200nm이고 높이는 50 내지 500nm이다. 복수개의 원추형 미세구조물(340)은 2차원적으로 배열되어 있다.
도16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광학필터(400)를 나타낸다.
도면을 참조하면 제4 실시예의 광학필터(400)는 투명기판(410), 복수개의 금속 패턴(420), 폴리머층(430), 및 복수개의 미세구조물(440)을 포함한다.
투명기판(410)은 예컨대 석영(SiO2) 재질의 유리기판일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 예컨대 광투과성 재질로 형성된 기판일 수 있다.
복수개의 금속 패턴(420)은 적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위한 것으로, 투명기판(410)의 상부에 형성된다. 일 실시예에서 각각의 금속 패턴(420)은 도1 내지 도3의 제1 실시예와 같이 십자형 금속 패턴이다. 십자형 금속 패턴(420)의 크기 및 배열은 제1 또는 제2 실시예의 십자형 금속 패턴과 동일 또는 유사하다. 즉, 도3에 도시한 것처럼 단일 크기의 십자형 금속 패턴이 2차원 배열로 형성될 수도 있고, 도6 내지 도8을 참조하여 설명한 것처럼 서로 다른 크기의 복수개의 금속 패턴을 차례로 하나씩 배치하여 교대로 배열하거나 서로 다른 피치 거리의 복수개의 패턴 그룹을 차례로 하나씩 배열하도록 하고 이를 교대로 배열되어 형성될 수 있다.
십자형 금속 패턴(420) 및 투명기판(410)의 상부 표면에 폴리머층(430)이 형성된다. 폴리머층의 재질은 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 투명기판(410)의 굴절률과 동일하거나 유사한 굴절률을 갖는 재질이 바람직하다. 예컨대 투명기판으로서 굴절률이 1.5인 SiO2 기판을 사용할 경우, 이와 거의 동일한 굴절율을 갖는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)를 사용하여 폴리머층(430)을 형성할 수 있다. 이러한 구성은 적외선 반사를 위한 금속 패턴(420)이 바로 공기에 노출되지 않고 투명기판(410)과 비슷한 굴절률을 가지는 물질로 덮여있으므로 그 효과를 더 높일 수 있다.
상부에서 입사되는 (적외선을 포함한) 태양광이 폴리머층(430)을 가열할 수 있으므로, 가능하면 폴리머층(430)을 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서 투명기판(410)의 두께는 대략 1mm이고 폴리머층(430)의 두께는 대략 0.1 내지 10 ㎛일 수 있다.
복수개의 미세구조물(440)은 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위한 것으로, 투명기판(410)의 하부 표면에 형성된다. 도시한 실시예에서 각각의 미세구조물(440)은 원추형 형상을 갖는 미세구조물이고, 이러한 원추형 미세구조물(440)의 크기나 형상 및 배열은 제1, 제2, 또는 제3 실시예의 미세구조물(130, 230, 320)과 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다.
도17은 제4 실시예에 따른 광학필터의 예시적인 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 도17(a)에 도시한 것처럼 투명기판(410) 위에 금속 패턴(420)을 형성한다. 금속 패턴(420)에 사용되는 금속은 금, 은, 구리, 알루미늄, 철 등 자유전자가 많은 금속 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 금속 패턴(420)의 형성 방법은 특정 방법에 제한되지 않으며, 나노 입자 프린팅, 나노 선 프린팅, 롤 코팅, 슬롯다이 코팅, 그라비어 코팅, 나노리소그래피를 이용한 증착이나 스퍼터링 방법을 사용할 수 있다. 일 실시예에서 금속 패턴(420)의 두께는 대략 10 내지 20nm 일 수 있다.
그 후 도17(b)에 도시한 것처럼 투명기판(410)과 금속 패턴(420)의 상부면에 제2 폴리머층(430)을 증착한다. 일 실시예에서 폴리머 재질로서 PMMA를 사용할 수 있고 스핀코팅법 등 공지의 방법으로 폴리머층(430)을 형성할 수 있다. 폴리머층(430)의 두께는 0.1 내지 10 ㎛일 수 있다.
다음으로, 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 도17(c)에 도시한 바와 같이 투명기판(410) 하부 표면에 미세구조물(440)을 형성한다. 일 실시예에서 미세구조물(440)은 원추형 형상이고, 바닥부의 지름은 20 내지 200nm이고 높이는 50 내지 500nm의 크기를 가진다. 복수개의 원추형 미세구조물(440)은 서로 2차원적으로 배열되며 형성된다. 미세구조물(440)을 형성하는 예시적 방법으로서, 예컨대 광간섭 리소그래피 또는 콜로이달 리소그래피 방법을 통해 미세구조물(440)을 형성할 수 있다.
이러한 제4 실시예의 광학필터(400)에 따르면, 태양광이 상부에서 광학필터(400)를 향해 입사하면, 폴리머층(430)을 통과한 태양광 중 적외선이 금속 패턴(420)에 의해 반사되고, 나머지 광이 투명기판(410)을 통과한 후 미세구조물(440) 층에 도달한다. 미세구조물(440)이 무반사 또는 저반사 표면 역할을 하므로, 대부분의 광이 미세구조물(440)을 통과하여 광학필터(400)의 아래쪽에 배치된 구조물(예컨대 태양전지 셀)에 입사할 수 있다.
도18은 상술한 제4 실시예의 대안적 실시예를 나타낸다. 이 대안적 실시예에서 광학필터는, 가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 폴리머층(430)의 상부면에 형성된 복수개의 원추형 미세구조물(450)을 더 포함한다. 가시광선에 대한 반사가 투명기판(410)의 하부면 뿐만 아니라 폴리머층(430)의 상부면에서 일어나므로, 폴리머층(430)의 상부면에 미세구조물(450)을 포함함으로써 폴리머층(430) 상부면에서 일어나는 빛의 반사를 최소화하여 가시광선의 투과를 극대화할 수 있다.
도시한 실시예에서 미세구조물(450)은 단부가 뾰족한 원추형(pointy cone shape) 형상일 수 있다. 이런 형상은 하나의 예시로 광의 파장에 따른 무반사 또는 저반사 표면을 제어하기 위해서는 반대편에 형성된 미세구조물(440)의 형상, 크기, 높이를 고려하여 효과를 극대화 시킬 수 있는 다양한 모양의 미세구조물을 사용할 수도 있다. 각각의 미세구조물(450)의 크기는 수 나노미터 내지 수백 나노미터이고, 일 실시예에서 원추형 미세구조물(450)의 바닥부의 지름은 대략 20 내지 200nm이고 높이는 50 내지 500nm이다. 복수개의 원추형 미세구조물(441)은 2차원적으로 배열되어 있다.
이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있으며, 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200, 300, 400: 광학필터
120, 210, 310, 410: 투명기판
130, 150, 230, 240, 320, 340, 440, 450: 미세구조물
140, 220, 330, 430: 금속 패턴
120, 210, 310, 410: 투명기판
130, 150, 230, 240, 320, 340, 440, 450: 미세구조물
140, 220, 330, 430: 금속 패턴
Claims (21)
- 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터로서,
태양광이 입사되는 상부면 및 이에 대향하는 하부면을 갖는 투명기판(120);
적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상기 상부면에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴(140); 및
가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상기 하부면에 형성된 복수개의 제1 원추형 미세구조물(130);을 포함하고,
상기 십자형 금속 패턴은, 서로 상이한 크기의 복수개의 패턴을 포함하되 상기 복수개의 패턴이 차례로 하나씩 배열되어 교대로 배치하도록 구성되거나, 또는, 서로 상이한 피치 거리의 복수개의 패턴 그룹을 포함하되 상기 복수개의 패턴 그룹이 교대로 배열되도록 구성된 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제 1 항에 있어서,
각각의 상기 제1 원추형 미세구조물의 바닥부 지름은 20 내지 200 nm이고 높이는 50 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 십자형 금속 패턴이 패턴 크기에 따라 제1 내지 제m (단, m은 2 이상의 정수) 패턴으로 구분되고, 이 때 상기 제1 내지 제m 패턴의 패턴 크기가 서로 상이하고,
상기 복수개의 십자형 금속 패턴은 제1 내지 제m 패턴이 차례로 하나씩 배치하여 교대로 배열함으로써 형성된 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 십자형 금속 패턴이 피치 거리에 따라 제1 내지 제n (단, n은 2 이상의 정수) 패턴 그룹으로 구분되고, 이 때 상기 제1 내지 제n 패턴 그룹의 피치 거리가 서로 상이하고,
상기 복수개의 십자형 금속 패턴은 상기 제1 내지 제n 패턴 그룹이 차례로 하나씩 배치하도록 하고 이를 교대로 배열함으로써 형성된 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제1 항에 있어서,
가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상부면의 상기 금속 패턴(140)이 있는 영역을 제외한 나머지 영역에 형성된 복수개의 제2 원추형 미세구조물(150);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터로서,
제1 투명기판(211);
적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 제1 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴(220);
상기 복수개의 십자형 금속 패턴을 덮으면서 상기 제1 투명기판의 상부면에 형성되고, 상기 제1 투명기판 보다 얇은 두께를 갖는 제2 투명기판(212); 및
가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 제2 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 제1 원추형 미세구조물(230);을 포함하고,
상기 제2 투명기판의 두께는 0.1 내지 10 ㎛ 이고,
태양광은 상기 제2 투명기판의 상부면으로 입사하고 상기 제1 투명기판의 하부면으로 배출되는 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제 7 항에 있어서,
각각의 상기 제1 원추형 미세구조물의 바닥부 지름은 20 내지 200 nm이고 높이는 50 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 삭제
- 제 7 항에 있어서,
각각의 상기 십자형 금속 패턴의 가로 및 세로 길이는 각각 400 내지 650 nm이고, 패턴의 폭은 10 내지 60 nm인 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제7 항에 있어서,
상기 십자형 금속 패턴이 패턴 크기에 따라 제1 내지 제m (단, m은 2 이상의 정수) 패턴으로 구분되고, 이 때 상기 제1 내지 제m 패턴의 패턴 크기가 서로 상이하고,
상기 복수개의 십자형 금속 패턴은 제1 내지 제m 패턴이 차례로 하나씩 배치하여 교대로 배열함으로써 형성된 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제 7 항에 있어서,
상기 십자형 금속 패턴이 피치 거리에 따라 제1 내지 제n (단, n은 2 이상의 정수) 패턴 그룹으로 구분되고, 이 때 상기 제1 내지 제n 패턴 그룹의 피치 거리가 서로 상이하고,
상기 복수개의 십자형 금속 패턴은 상기 제1 내지 제n 패턴 그룹을 차례로 하나씩 배치하도록 하고 이를 교대로 배열함으로써 형성된 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제 7 항에 있어서,
가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 제1 투명기판(211)의 하부면에 형성된 복수개의 제2 원추형 미세구조물(240);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터로서,
태양광이 입사되는 상부면 및 이에 대향하는 하부면을 갖는 투명기판(310);
가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상기 상부면에 형성된 복수개의 제1 원추형 미세구조물(320); 및
적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판과 상기 원추형 미세구조물의 표면 위에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴(330);을 포함하고,
상기 십자형 금속 패턴은, 서로 상이한 크기의 복수개의 패턴을 포함하되 상기 복수개의 패턴이 차례로 하나씩 배열되어 교대로 배치하도록 구성되거나, 또는, 서로 상이한 피치 거리의 복수개의 패턴 그룹을 포함하되 상기 복수개의 패턴 그룹이 교대로 배열되도록 구성된 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제 14 항에 있어서,
상기 십자형 금속 패턴이 패턴 크기에 따라 제1 내지 제m (단, m은 2 이상의 정수) 패턴으로 구분되고, 이 때 상기 제1 내지 제m 패턴의 패턴 크기가 서로 상이하고,
상기 복수개의 십자형 금속 패턴은 제1 내지 제m 패턴이 차례로 하나씩 배치하여 교대로 배열함으로써 형성된 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제 14 항에 있어서,
상기 십자형 금속 패턴이 피치 거리에 따라 제1 내지 제n (단, n은 2 이상의 정수) 패턴 그룹으로 구분되고, 이 때 상기 제1 내지 제n 패턴 그룹의 피치 거리가 서로 상이하고,
상기 복수개의 십자형 금속 패턴은 상기 제1 내지 제n 패턴 그룹을 차례로 하나씩 배치하도록 하고 이를 교대로 배열함으로써 형성된 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제 14 항에 있어서,
가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 하부면에 형성된 복수개의 제2 원추형 미세구조물(340);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터로서,
투명기판(410);
적외선에 대해 반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 상부면에 형성된 복수개의 십자형 금속 패턴(420);
상기 복수개의 십자형 금속 패턴을 덮으면서 상기 투명기판의 상부면에 형성되고, 상기 투명기판 보다 얇은 두께를 갖는 폴리머층(430); 및
가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 투명기판의 하부면에 형성된 복수개의 제1 원추형 미세구조물(440);을 포함하고,
상기 폴리머층의 두께는 0.1 내지 10 ㎛ 이고,
태양광은 상기 폴리머층의 상부면으로 입사하고 상기 투명기판의 하부면으로 배출되는 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제 18 항에 있어서,
상기 십자형 금속 패턴이 패턴 크기에 따라 제1 내지 제m (단, m은 2 이상의 정수) 패턴으로 구분되고, 이 때 상기 제1 내지 제m 패턴의 패턴 크기가 서로 상이하고,
상기 복수개의 십자형 금속 패턴은 제1 내지 제m 패턴이 차례로 하나씩 배치하여 교대로 배열함으로써 형성된 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제 18 항에 있어서,
상기 십자형 금속 패턴이 피치 거리에 따라 제1 내지 제n (단, n은 2 이상의 정수) 패턴 그룹으로 구분되고, 이 때 상기 제1 내지 제n 패턴 그룹의 피치 거리가 서로 상이하고,
상기 복수개의 십자형 금속 패턴은 상기 제1 내지 제n 패턴 그룹을 차례로 하나씩 배치하도록 하고 이를 교대로 배열함으로써 형성된 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터. - 제 18 항에 있어서,
가시광선에 대해 무반사 또는 저반사 표면을 제공하기 위해, 상기 폴리머층의 상부면에 형성된 복수개의 제2 원추형 미세구조물(450);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 파장 선택적 투과 및 반사 기능을 갖는 광학필터.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019102813A1 (ja) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | 国立大学法人東北大学 | 選択波長反射体 |
| KR20190101011A (ko) | 2018-02-22 | 2019-08-30 | 한국과학기술원 | 박막 태양전지의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 박막 태양전지 |
| KR20190106074A (ko) * | 2018-03-07 | 2019-09-18 | 한국기계연구원 | 태양 전지 조립체 및 이의 제조 방법 |
| KR20210141023A (ko) * | 2020-05-15 | 2021-11-23 | 주식회사 옵트론텍 | 편광기를 갖는 광학 필터 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090081761A (ko) * | 2008-01-25 | 2009-07-29 | 엘지전자 주식회사 | 파장 필터, 그의 제조하는 방법 및 그를 구비한 전자 장치 |
| KR20150033923A (ko) | 2013-09-25 | 2015-04-02 | 한국기계연구원 | 태양광 집광 시스템 및 이에 사용되는 무반사 및 저반사 특성을 가진 적외선 필터 |
-
2015
- 2015-12-03 KR KR1020150171114A patent/KR101688186B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090081761A (ko) * | 2008-01-25 | 2009-07-29 | 엘지전자 주식회사 | 파장 필터, 그의 제조하는 방법 및 그를 구비한 전자 장치 |
| KR20150033923A (ko) | 2013-09-25 | 2015-04-02 | 한국기계연구원 | 태양광 집광 시스템 및 이에 사용되는 무반사 및 저반사 특성을 가진 적외선 필터 |
| KR101525474B1 (ko) * | 2013-09-25 | 2015-06-03 | 한국기계연구원 | 태양광 집광 시스템 및 이에 사용되는 무반사 및 저반사 특성을 가진 적외선 필터 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019102813A1 (ja) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | 国立大学法人東北大学 | 選択波長反射体 |
| JPWO2019102813A1 (ja) * | 2017-11-24 | 2020-12-03 | 国立大学法人東北大学 | 選択波長反射体 |
| JP7345783B2 (ja) | 2017-11-24 | 2023-09-19 | 国立大学法人東北大学 | 選択波長反射体 |
| KR20190101011A (ko) | 2018-02-22 | 2019-08-30 | 한국과학기술원 | 박막 태양전지의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 박막 태양전지 |
| KR20190106074A (ko) * | 2018-03-07 | 2019-09-18 | 한국기계연구원 | 태양 전지 조립체 및 이의 제조 방법 |
| KR102024318B1 (ko) * | 2018-03-07 | 2019-09-23 | 한국기계연구원 | 태양 전지 조립체 및 이의 제조 방법 |
| KR20210141023A (ko) * | 2020-05-15 | 2021-11-23 | 주식회사 옵트론텍 | 편광기를 갖는 광학 필터 |
| KR102429415B1 (ko) | 2020-05-15 | 2022-08-04 | 주식회사 옵트론텍 | 편광기를 갖는 광학 필터 |
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