KR101844372B1 - 고체 촬상 소자용 광학필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체 촬상 소자용 광학필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자에 관한 것으로서, 상기 광학필터는 제1 유전체 다층막, 광 흡수층, 투명기재, 및 제2 유전체 다층막이 적층되는 구조와; 광 흡수층 상에 형성되는 제1 유전체 다층막 및 투명기재와 접하도록 광 흡수층이 형성된 면의 반대면에 형성되는 제2 유전체 다층막의 적층 층수가 최적화되어 광학필터의 휨 현상을 개선하는 효과가 우수하므로, 고체 촬상 소자에 사용 시 광학필터의 휨으로 인해 발생되는 수율 저하를 방지할 수 있으며, 광학필터를 투과한 광의 파장 시프트를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 고체 촬상 소자용 광학필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자에 관한 것으로서, 상세하게는 고체 촬상 소자용 광학필터의 제조 시, 발생되는 광학필터의 휨(curl) 현상이 개선된 광학필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
전하결합소자(Charge Coupled Device, CCD), 상보형 금속 산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS) 등의 고체 촬상 소자를 이용하는 디지털 소자는 사람이 눈으로 보는 것과 같이 자연스러운 색상의 화상을 얻기 위하여, 센서가 감지하는 근적외선 영역의 800 내지 1000 nm 범위의 광을 차단하고, 400 내지 600 nm 범위의 빛은 투과시켜 사람의 시 감도에 근사 보정시킬 수 있는 광학 부품이 필수적으로 요구된다. 이러한 광학 부품으로는 반사형 근적외선 차단 필터, 흡수형 근적외선 차단 필터 등의 광학필터를 들 수 있는데, 상기 광학필터는 투명기재 상에 굴절률이 다른 투명 물질을 포함하는 다층막 구조를 가져 표면으로 입사된 광의 파장에 따라 반사율 또는 투과율을 제어하여 센서로 입사되는 광을 선별하는 기능을 수행한다.
그러나, 상기 광학필터는 유리나 고분자 수지 등을 포함하는 투명기재 상에 굴절률이 서로 다른 투명 물질들을 박막 형태로 증착하여 제조되는 과정에서, 증착 시 투명기재와 투명 물질들 간의 상이한 열팽창 계수로 인하여 광학필터가 휘거나 박막이 투명기재로부터 박리되는 문제가 발생될 수 있다. 특히, 광학필터에 휨이 발생할 경우 입사광으로부터 제거되는 근적외선의 제거율이 감소될 수 있고, 광학필터를 투과한 광의 파장 시프트(wavelength shift)에 의한 색차가 발생될 수 있다. 또한, 상기 문제를 방지하기 위하여 렌즈 및 이미지 센서의 복잡한 튜닝이 요구될 수 있으므로 생산공정이 복잡해지거나 생산단가가 상승되는 문제가 부가적으로 발생될 수 있다.
이러한 문제를 개선하기 위하여, 특허문헌 1은 다층의 박막이 형성된 투명기재 이면에 투명기재와 유사한 굴절률을 갖는 굴절막 유닛을 반복 적층한 광학필터를 제시하였다. 또한, 특허문헌 2는 일면에 적외선 차단층 또는 적외선 차단층과 함께 제2 유전체 다층막이 형성된 투명기재의 타면에 SiO2를 함유하는 응력 보정막을 도입한 광학필터를 제시하였으며, 특허문헌 3은 투명기재 상에 형성된 각 박막의 휨을 방지할 수 있는 점착제 조성물을 제시하였다.
그러나, 투명 물질을 포함하는 박막이 형성된 투명기재의 타면에 증착 시 발생되는 휨을 상쇄시키기 위하여 굴절막 유닛 또는 응력 보정막을 도입한 경우 광학필터의 두께를 증가시킬 수 있으며, 이로 인하여 광 투과율이 감소하는 문제가 있다. 또한, 박막의 휨을 방지할 수 있는 점착제는 점착층의 두께가 두꺼운 경우, 휨을 방지하는 효과가 미미할 수 있다.
따라서, 고체 촬상 소자용 광학필터의 제조 시 발생되는 광학필터의 휨 현상을 보다 근본적으로 방지된 광학필터의 개발이 보다 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 휨 현상이 개선된 고체 촬상 소자용 광학필터를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 광학필터를 포함하는 고체 촬상 소자를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 해결하기 위하여,
본 발명은 일실시예에서,
제1 유전체 다층막, 광 흡수층(Absorption layer, Abs Layer), 투명기재 및 제2 유전체 다층막이 순차적으로 적층된 구조를 갖고,
가로 3 mm × 세로 3 mm의 광학필터에 대한 휨(curl) 평가 시, 하기 일반식 1의 조건을 만족하는 고체 촬상 소자용 광학필터를 제공한다:
[일반식 1]
| YML1 + Abs + YML2 | < 1 ㎛
상기 일반식 1에서,
YML1 + Abs 은 수평면을 기준으로 임의의 지점(x)에서의 제1 유전체 다층막과 광 흡수층을 포함하는 적층 구조의 휨 정도 및 방향을 의미하고,
YML2는 수평면을 기준으로 임의의 지점(x)에서의 제2 유전체 다층막의 휨 정도 및 방향을 의미한다.
또한, 본 발명은 일실시예에서, 상기 고체 촬상 소자용 광학필터의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은 일실시예에서, 상기 고체 촬상 소자용 광학필터를 포함하는 고체 촬상 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학필터는 제1 유전체 다층막, 광 흡수층, 투명기재, 및 제2 유전체 다층막이 적층되는 구조와; 광 흡수층 상에 형성되는 제1 유전체 다층막 및 투명기재와 접하도록 광 흡수층이 형성된 면의 반대면에 형성되는 제2 유전체 다층막의 적층 층수가 최적화되어 광학필터의 휨 현상을 개선하는 효과가 우수하므로, 고체 촬상 소자에 사용 시 광학필터의 휨으로 인해 발생되는 수율 저하를 방지할 수 있으며, 또한 광학필터를 투과한 광의 파장 시프트를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일실시예에서 제조되는 고체 촬상 소자용 광학필터의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 박막, 투명기재, 광학필터 등을 포함하는 시편의 휘어진 상태를 도시한 단면도이다:
여기서, A 내지 C, 및 (a) 내지 (g)는 다음과 같다,
A 및 B: (-) 방향으로 휜 시편, C: (+) 방향으로 휜 시편,
(a): 수평면, (b): 시편
(c): 휨 정도, (d): 중앙면,
(e): 시편의 말단을 포함하는 면,
(f) 및 (g): 시편의 내면 상에서 휨 정도가 가장 큰 지점.
도 3은 일실시예에서, 투명기재 상에 광 흡수층 및 제1 유전체 다층막이 순차적으로 적층된 시편(가로 3 mm × 세로 3 mm)을 투명기재 상면에 광 흡수층 및 제1 유전체 다층막이 위치하도록 수평면에 고정하여 측정한 시편의 휨 정도 및 방향을 도시한 그래프이다.
도 4는 다른 일실시예에서, 투명기재 상에 제2 유전체 다층막이 형성된 시편(가로 3 mm × 세로 3 mm)을 투명기재 하면에 제2 유전체 다층막이 위치하도록 수평면에 고정하여 측정한 시편의 휨 정도 및 방향을 도시한 그래프이다.
도 5는 일실시예에서, 제1 유전체 다층막, 광 흡수층, 투명기재 및 제2 유전체 다층막이 순차적으로 적층된 광학 필터가 제2 유전체 다층막이 수평면 상에 위치하도록 고정하여 측정한 결과로, 휨 정도 및 방향을 도시한 그래프이다.
도 2는 박막, 투명기재, 광학필터 등을 포함하는 시편의 휘어진 상태를 도시한 단면도이다:
여기서, A 내지 C, 및 (a) 내지 (g)는 다음과 같다,
A 및 B: (-) 방향으로 휜 시편, C: (+) 방향으로 휜 시편,
(a): 수평면, (b): 시편
(c): 휨 정도, (d): 중앙면,
(e): 시편의 말단을 포함하는 면,
(f) 및 (g): 시편의 내면 상에서 휨 정도가 가장 큰 지점.
도 3은 일실시예에서, 투명기재 상에 광 흡수층 및 제1 유전체 다층막이 순차적으로 적층된 시편(가로 3 mm × 세로 3 mm)을 투명기재 상면에 광 흡수층 및 제1 유전체 다층막이 위치하도록 수평면에 고정하여 측정한 시편의 휨 정도 및 방향을 도시한 그래프이다.
도 4는 다른 일실시예에서, 투명기재 상에 제2 유전체 다층막이 형성된 시편(가로 3 mm × 세로 3 mm)을 투명기재 하면에 제2 유전체 다층막이 위치하도록 수평면에 고정하여 측정한 시편의 휨 정도 및 방향을 도시한 그래프이다.
도 5는 일실시예에서, 제1 유전체 다층막, 광 흡수층, 투명기재 및 제2 유전체 다층막이 순차적으로 적층된 광학 필터가 제2 유전체 다층막이 수평면 상에 위치하도록 고정하여 측정한 결과로, 휨 정도 및 방향을 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다", "가지다" 또는 "구성하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서, "휨 정도"란, 제1 유전체 다층막, 광 흡수층, 제2 유전체 다층막 등의 박막; 투명기재; 또는 광학필터 등을 포함하는 시편의 휘어진 정도를 나타내는 것으로서, 구체적으로 도 2의 A 및 B에 나타낸 바와 같이, 시편(b)의 말단을 직선으로 연결하여 형성되는 면(e)을 기준으로 시편(b) 내면 상에 존재하는 임의의 지점에 대한 높이 중 그 값이 가장 큰 지점(f)의 높이를 의미한다. 이때, "시편의 내면"이란 휨이 발생된 시편의 양면 중 길이가 작은 면을 의미하고, 그 반대면을 "시편의 외면"이라 한다. 상기 높이는 그 값이 클수록 시편(b)의 휨 정도(c)가 크다고 할 수 있다.
또한, 본 발명에서, "휨 방향"이란, 광학필터를 구성하는 제1 유전체 다층막, 광 흡수층, 제2 유전체 다층막 등의 박막; 투명기재; 또는 광학필터 등이 휘는 방향을 의미하며, (+) 방향 또는 (-) 방향으로 나타낼 수 있다. 구체적으로 도 2의 A 및 B에 나타낸 바와 같이, 시편(b)의 말단을 직선으로 연결하여 형성되는 면(e)을 기준으로 시편(b)의 내면 상에서 휨 정도(c)가 가장 큰 지점(f)이 수평면(a)과 중앙면(d) 사이에 존재하면, 시편(b)의 휨은 (-) 방향을 갖는다고 할 수 있다. 이와 달리, 도 2의 C에 나타낸 바와 같이, 시편(b)의 말단을 직선으로 연결하여 형성되는 면(e)을 기준으로 시편(b)의 내면 상에서 휨 정도(c)가 가장 큰 지점(g)이, 수평면(a)과 중앙면(d) 사이에 존재하지 않으면, 시편(b)의 휨은 (+) 방향을 갖는다고 할 수 있다.
이때, 상기 "중앙면(d)"이란, 시편(b)의 내면 상에서 휨 정도(c)가 가장 큰 지점(f 또는 g)과 시편(b)의 말단을 직선으로 연결하여 형성되는 면(e) 사이에 존재하는 평면으로서, 상기 지점(f 또는 g)의 높이가 1/2이 되는 위치에서 면(e)에 평행한 면을 의미한다.
이와 더불어, 상기 "수평면(a)"란, 시편(b)의 휨 정도 측정 시 시편이 지지되는 평면으로서, 초정밀 3차원 조면계(Ultra accuracy 3-D profilometer)와 같은 3차원 표면 측정장치의 시편 고정면 등을 포함할 수 있다,
본 발명은 고체 촬상 소자용 광학필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
고체 촬상 소자를 이용하는 디지털 장치에 필수적으로 요구되는 광학 부품인 광학필터는, 표면으로 입사된 광의 파장에 따라 반사율 또는 투과율을 제어하여 센서로 입사되는 광을 선별하는 기능을 수행한다. 그러나, 상기 광학필터는 제조 공정 시, 광학필터를 구성하는 투명기재와 투명기재 상에 적층되는 다른 투명 물질 간의 열 팽창률 차이로 인하여 휨 현상이 발생할 수 있으며, 이로 인하여 광학필터의 수율이 감소하거나, 광학필터를 투과한 광의 파장 시프트(wavelength shift)로 인한 색차가 발생하는 등의 문제가 있다. 이러한 문제를 개선하기 위하여, 다각도로 다양한 방법이 연구되었으나, 고체 촬상 소자용 광학필터의 휨 현상을 보다 근본적으로 개선할 수 있는 기술은 현재까지 개발되지 않았다.
이에, 본 발명은 휨 현상이 개선된 고체 촬상 소자용 광학필터 및 이를 포함하는 고체 촬상 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학필터는 제1 유전체 다층막, 광 흡수층, 투명기재, 및 제2 유전체 다층막이 적층되는 구조와; 광 흡수층 상에 형성되는 제1 유전체 다층막 및 투명기재와 접하도록 광 흡수층이 형성된 면의 반대면에 형성되는 제2 유전체 다층막의 적층 층수가 최적화되어 광학필터의 휨 현상을 개선하는 효과가 우수하므로, 고체 촬상 소자에 사용 시 광학필터의 휨으로 인한 수율 저하를 방지할 수 있으며, 또한 광학필터를 투과한 광의 파장 시프트를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
<고체
촬상
소자용 광학필터>
본 발명은 일실시예에서,
제1 유전체 다층막, 광 흡수층(Absorption layer, Abs Layer), 투명기재, 및 제2 유전체 다층막이 순차적으로 적층된 구조를 갖고,
가로 3 mm × 세로 3 mm의 광학필터에 대한 휨(curl) 평가 시,
하기 일반식 1의 조건을 만족하는 고체 촬상 소자용 광학필터를 제공한다:
[일반식 1]
| YML1+Abs + YML2 | < 1 ㎛
상기 일반식 1에서,
YML1 + Abs 은 수평면을 기준으로 임의의 지점(x)에서의 제1 유전체 다층막과 광 흡수층을 포함하는 적층 구조의 휨 정도 및 방향을 의미하고,
YML2는 수평면을 기준으로 임의의 지점(x)에서의 제2 유전체 다층막의 휨 정도 및 방향을 의미한다.
본 발명에 따른 고체 촬상용 광학필터는 제1 유전체 다층막, 광 흡수층, 투명기재, 및 제2 유전체 다층막이 순차적으로 적층된 구조를 가져 광학필터의 휨 현상을 개선하는 효과가 우수하므로, 상기 일반식 1의 조건을 1 μm 미만으로, 구체적으로는 0.95 μm 이하, 0.9 μm 이하, 0.85 μm 이하, 0.8 μm 이하 또는 0.75 μm 이하로 만족할 수 있다.
일실시예에서, 제1 유전체 다층막, 광 흡수층, 투명기재, 및 제2 유전체 다층막이 순차적으로 적층된 구조를 갖고, 상기 제1 및 제2 유전체 다층막이 각각 25층으로 층수가 조절된 본 발명의 광학필터를 수평면에 투명기재의 상면에 광 흡수층이 위치하도록 고정하여 광학필터의 휨 정도 및 방향을 측정한 결과, 상기 광학필터는 수평면 기준 (-) 방향으로 약 0.06 μm의 휨 정도를 갖는 것으로 확인되었다(여기서, 광학필터의 내면 상에 존재하는 임의의 지점에 대한 높이 및 휨 방향은, 상기 지점에서의 제1 유전체 다층막, 광 흡수층 및 제2 유전체 다층막 각 외면에 대한 높이 및 휨 방향의 합과 같으며; 상기 "휨 정도"란 앞서 정의한 바와 같이, 광학필터의 내면 상에 존재하는 임의의 지점에 대한 높이 중 그 값이 가장 큰 지점의 높이를 의미한다). 이러한 결과로부터, 상기 광학필터는, 약 0.06 μm의 휨 정도를 가지므로 상기 수학식 1의 조건을 만족시키는 것을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학필터의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1을 살펴보면, 상기 고체 촬상 소자용 광학필터는 제1 유전체 다층막(103), 광 흡수층(Absorption layer, Abs Layer, 102), 투명기재(101), 및 제2 유전체 다층막(104)을 순차적으로 포함하는 구조를 갖는다.
이하, 본 발명에 따른 광학필터를 각 구성요소 별로 보다 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 제1 유전체 다층막(103)은 투명기재(101) 상에 형성된 광 흡수층(102)과 맞닿도록 100 내지 180℃에서 광 흡수층(102) 상에 형성된 층으로서, 광학필터로 입사되는 근적외선 영역의 광을 반사하는 역할을 수행하는 근적외선 반사층(Infrared reflection layer, IR Layer)일 수 있다.
또한, 상기 제1 유전체 다층막(103)은 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 적층된 유전체 다층막 등의 구조를 가질 수 있으며, 상기 유전체 다층막에 알루미늄 증착막; 귀금속 박막; 또는 산화인듐 및 산화주석 중 1종 이상의 미립자가 분산된 수지막을 더 포함하는 구조를 가질 수도 있다. 구체적으로, 제1 유전체 다층막(103)은 제1 굴절률을 가지는 유전체층(미도시)과 제2 굴절률을 가지는 유전체층(미도시)이 교대 적층된 구조일 수 있으며, 상기 제1 굴절률을 가지는 유전체층과 제2 굴절률을 가지는 유전체층의 굴절률 편차는 0.2 이상; 0.3 이상; 또는 0.2 내지 1.0 일 수 있다.
여기서, 상기 제1 유전체 다층막(103)의 고굴절률층 및 저굴절률층은, 고굴절률층과 저굴절률층의 굴절률 편차가 앞서 설명한 범위에 포함되는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 고굴절률층으로는, 이산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 오산화탄탈륨(Ta2O5), 오산화니오븀(Nb2O5), 산화란타늄(La2O3), 산화이트륨(Y2O3), 산화아연(ZnO), 황화아연(ZnS) 및 산화인듐(In2O3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 박막일 수 있으며, 상기 산화인듐의 경우, 이산화티타늄, 산화주석, 산화세륨 등을 소량 더 포함할 수 있다. 또한, 저굴절률층으로는, 1.3 내지 1.6의 굴절률을 갖는 이산화규소(SiO2), 불화란타늄(LaF3), 불화마그네슘(MaF2) 및 육불화알루미륨나트륨(빙정석, Na3AlF6)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 박막일 수 있다.
나아가, 상기 제1 유전체 다층막(103)은, 제1 굴절률을 갖는 유전체층과 제2 굴절률을 갖는 유전체층이 20 내지 40층으로 교차 적층된 다층 구조를 가질 수 있다. 구체적으로는 20 내지 40층; 30 내지 40층; 20 내지 30층; 20 내지 35층; 21 내지 28층; 24 내지 32층; 또는 24 내지 26층으로 교차 적층된 다층 구조를 가질 수 있다. 유전체 다층막은 적층 층수가 증가할수록 휨 현상이 크게 나타나므로, 본 발명은 제1 유전체 다층막(103)의 적층 구조, 즉 층수를 상기 범위로 조절함으로써 근적외선 영역의 광을 효과적으로 차단함과 동시에 100 내지 180℃에서 광 흡수층(102) 상에 형성되는 제1 유전체 다층막(103) 자체의 휨 정도를 3.0 내지 3.9 ㎛, 구체적으로는 3.0 내지 3.8 ㎛, 3.05 내지 3.75 ㎛, 3.1 내지 3.7 ㎛, 3.15 내지 3.2 ㎛, 3.2 내지 3.5 ㎛, 3.4 내지 3.7 ㎛, 3.1 내지 3.4 ㎛, 3.2 내지 3.7 ㎛, 또는 3.15 내지 3.6 ㎛로 제어하여 광학필터의 휨 정도를 최소화할 수 있다.
하나의 예로서, 투명기재(101) 상에 광 흡수층(102) 및 제1 유전체 다층막(103)이 순차적으로 적층된 시편(가로 3 mm × 세로 3 mm)을 투명기재(101) 상면에 광 흡수층(102)이 위치하도록 수평면에 고정하여 시편의 휨 정도 및 방향을 측정하는 경우, 제1 유전체 다층막이 10층, 20층, 25층, 40층 및 60층의 다층 구조를 가질 경우, 휨 방향은 (+) 방향이고, 휨 정도는 각각 약 3.00±0.05 μm, 3.18±0.2 μm, 3.27±0.2 μm, 3.55±0.2 μm 및 4.00±0.1 μm인 것으로 확인되었다(표 1 및 2 참조).
다음으로, 본 발명에 따른 광 흡수층(102)은 광학필터로 입사되는 근적외선 영역의 광을 흡수하여 차단하는 역할을 수행한다.
이를 위해, 상기 광 흡수층(102)은 근적외선 영역의 광을 흡수하는 광 흡수제가 바인더 수지에 분산된 구조를 가질 수 있다. 상기 광 흡수제로는 600 내지 800 ㎚ 파장 범위에서 흡수 극대를 갖는 염료, 안료 또는 금속 착화합물이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.
또한, 상기 광 흡수제의 함량은 광 흡수층(102)에 포함되는 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 0.001 내지 10.0 중량부; 0.01 내지 10.0 중량부; 0.01 내지 8.0 중량부; 또는 0.01 내지 5.0 중량부; 또는 0.5 내지 5.0 중량부 범위일 수 있다. 상기 광 흡수제는, 상기 함량 범위 내에서 광학필터로 입사되는 대부분의 근적외선 영역의 빛을 흡수하여 효과적으로 제거할 수 있다. 이와 더불어, 상기 광 흡수제는, 2종 이상 혼합하여 사용하거나, 두 개의 층으로 분리하여 형성할 경우, 광 흡수층(102)의 흡수 스펙트럼에서의 반치 폭을 증가시켜, 근적외선 파장 범위에서의 최대 투과도를 감소시킬 수 있다.
이와 더불어, 상기 광 흡수층(102)에 적용 가능한 바인더 수지로는, 가시광선 영역에 해당하는 광의 투과율에 영향을 미치지 않는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로는, 상기 바인더 수지로는 폴리에테르술폰 수지, 폴리파라페닐렌 수지, 폴리아릴렌에테르포스핀옥사이드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌프탈레이트 수지, 다양한 유-무기 하이브리드 계열의 수지 등을 단독으로 사용하거나, 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(102)의 평균 두께는 1 내지 15 μm일 수 있으며, 구체적으로는 2 내지 11 μm; 5 내지 12.5 μm; 7 내지 15 μm; 8 내지 13 μm; 8.5 내지 11 μm; 9 내지 11 μm; 또는 9.5 내지 10.5일 수 있다.
나아가, 상기 광 흡수층(102)은 휨 평가 시, 광 흡수층(102) 상에 존재하는 임의의 지점의 휨 정도 및 방향이 수평면을 기준으로 (-) 방향 1 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 투명기재(101) 상에 광 흡수층(102)이 형성된 시편을 투명기재(101) 상면에 광 흡수층(102)이 위치하도록 수평면에 고정하여 휨 정도 및 방향을 측정하는 경우, 상기 시편의 휨 정도는 1 ㎛ 이하; 0.9 ㎛ 이하; 0.8 ㎛ 이하; 0.7 ㎛ 이하; 또는 0.6 ㎛ 이하일 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 투명기재(101)는 광 흡수층(102)이 형성되는 베이스 기판으로, 광학필터의 기본 골격으로서의 역할을 수행한다.
이때, 상기 투명기재(101)로는, 이미지 센서에 입사되는 광의 투과율을 감소시키지 않고, 180℃ 이상의 온도에서 내열성이 우수하며, 상업적으로 구입이 용이한 판형상의 기재라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로는 투명 수지기판, 유리기판 등을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 강도가 우수한 투명 수지기판, 유리기판 등을 사용할 수 있으며, 그 예로서, 무기 필러가 분산된 광투과성 수지나, 상기 광 흡수층(102)에 사용 가능한 바인더 수지 등을 들 수 있다. 상기 투명 수지기판은 투명 유리기판과 대비하여 가벼우므로 광학필터의 중량을 감소시키는 효과가 있으며, 광 흡수층(102)의 바인더 수지를 투명 수지기판으로 사용할 경우, 광 흡수층(102)의 바인더 수지와 투명기재(101)로 사용되는 수지의 종류를 동일 또는 유사하게 제어함으로써 계면박리를 개선할 수 있다.
또한, 상기 투명기재(101)의 평균 두께는, 이미지 센서에 입사되는 광의 투과율을 감소시키지 않는다면 특별히 제한하는 것은 아니나, 구체적으로 0.3 mm 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 0.3 mm 이하; 0.25 mm 이하; 0.2 mm 이하; 0.15 mm 이하; 또는 0.1 mm 이하일 수 있다. 본 발명에 따른 투명기재(101)는 상기 두께 범위 내에서 광학필터의 휨 현상 개선 효과를 극대화할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 제2 유전체 다층막(104)은 투명기재(101)와 접하도록 180℃ 내지 250℃에서 광 흡수층(102)이 형성된 투명기재(101) 면의 반대면에 형성되는 층으로서, 광학필터로 입사되는 광이 계면에서 반사되는 현상을 감소시켜 광학필터로의 입사광량을 증가시키고 반사광으로 인한 간섭이나 산란을 제거하는 반사 방지층(Anti-reflection layer, AR Layer)일 수 있다.
이때, 상기 제2 유전체 다층막(104)으로는 투명 유리보다 굴절률이 작은 유전체를 표면에 얇게 성막한 구조를 가질 수 있으며, 경우에 따라서 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 적층된 다층막 등의 구조를 가질 수 있다. 구체적으로 상기 다층막 구조는 제1 굴절률을 갖는 박막층(미도시)과 제2 굴절률을 갖는 박막층(미도시)이 교대 적층된 구조일 수 있다. 여기서, 상기 제2 유전체 다층막(104)의 고굴절률층은 이산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 오산화탄탈륨(Ta2O5), 오산화니오븀(Nb2O5), 산화란타늄(La2O3), 산화이트륨(Y2O3), 산화아연(ZnO), 황화아연(ZnS) 및 산화인듐(In2O3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 박막일 수 있으며, 상기 산화인듐의 경우, 이산화티타늄, 산화주석, 산화세륨 등을 소량 더 포함할 수 있다. 또한, 저굴절률층으로는, 이산화규소(SiO2), 불화란타늄(LaF3), 불화마그네슘(MaF2) 및 육불화알루미륨나트륨(빙정석, Na3AlF6)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 박막일 수 있다. 하나의 예로서, 제2 유전체 다층막(104)의 고굴절률층으로는, 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 박막일 수 있고, 저굴절률층으로는, 이산화규소(SiO2)를 포함하는 박막일 수 있다.
또한, 상기 제2 유전체 다층막(104)은 제1 굴절률을 갖는 박막층과 제2 굴절률을 갖는 박막층이 20 내지 30층으로 교차 적층된 다층 구조를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는 20 내지 30층; 22 내지 30층; 20 내지 27층; 21 내지 29층; 23내지 27층; 24 내지 30층; 22 내지 28층; 또는 24 내지 26층으로 교차 적층된 다층 구조를 가질 수 있다. 제2 유전체 다층막(104)의 경우 180℃ 이상의 고온에서 형성된 것이므로 휨 현상이 크게 나타난다. 이에, 본 발명은 제2 유전체 다층막(104)의 적층 구조, 즉 층수를 상기 범위로 조절함으로써 입사광의 반사를 효과적으로 차단함과 동시에 180 내지 250℃에서 투명기재(101) 상에 형성되는 제2 유전체 다층막(104) 자체의 휨 정도를 2.0 내지 4.5 ㎛, 구체적으로는 2.0 내지 4.3 ㎛, 2.1 내지 4.1 ㎛, 또는 2.2 내지 4.0 ㎛로 제어하여 광학필터의 휨 정도를 최소화할 수 있다.
하나의 예로서, 투명기재(101) 상에 제2 유전체 다층막(104)이 적층된 시편(가로 3 mm × 세로 3 mm)을 투명기재(101) 하면에 제2 유전체 다층막(104)이 위치하도록 수평면에 고정하여 시편의 휨 정도 및 방향을 측정하는 경우, 제2 유전체 다층막(104)이 10층, 20층, 25층, 30층, 35층, 40층 및 45층으로 적층된 구조를 가질 경우, 휨 방향은 (-) 방향이고, 휨 정도가 각각 약 1.59±0.2 μm, 2.29±0.2 μm, 2.74±0.2 μm, 3.30±0.2 μm, 3.96±0.2 μm, 4.75±0.2 μm 및 5.70±0.2 μm인 것으로 확인되었다(표 1 및 2 참조).
<고체
촬상
소자용 광학필터의 제조방법>
또한, 본 발명은 일실시예에서,
투명기재 일면에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및
상기 광 흡수층의 표면 및 광 흡수층이 형성된 투명기재의 타면에 제1 및 제2 유전체 다층막을 각각 형성하는 단계를 포함하고,
가로 3 mm × 세로 3 mm의 광학필터에 대한 휨(curl) 평가 시,
하기 일반식 1의 조건을 만족하는 고체 촬상 소자용 광학필터의 제조방법을 제공한다:
[일반식 1]
| YML1 + Abs + YML2 | < 1 ㎛
상기 일반식 1에서,
YML1 + Abs 은 수평면을 기준으로 임의의 지점(x)에서의 제1 유전체 다층막과 광 흡수층을 포함하는 적층 구조의 휨 정도 및 방향을 의미하고,
YML2은 수평면을 기준으로 임의의 지점(x)에서의 제2 유전체 다층막의 휨 정도 및 방향을 의미한다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학필터의 제조방법은 투명기재 일면에 광 흡수층을 형성하는 단계 및 상기 광 흡수층의 표면 및 광 흡수층이 형성된 투명기재의 타면에 제1 및 제2 유전체 다층막을 각각 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 유전체 다층막은 광 흡수층 상에 제1 유전체 다층막을 형성한 이전에 광 흡수층이 형성된 투명기재의 타면에 형성될 수 있고, 경우에 따라서는 제1 유전체 다층막을 형성한 이후에 광 흡수층이 형성되 투명기재의 타면에 형성될 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학필터의 제조방법을 각 단계별로 보다 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 광 흡수층을 형성하는 단계는 바인더 수지에 광 흡수제를 혼합한 근적외선 흡수 용액을 투명기재 상에 코팅하여 수행될 수 있다. 여기서, 상기 코팅은 당업계에서 통상적으로 수행되는 코팅법이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.
또한, 상기 광 흡수제로는 600 내지 800 ㎚ 파장 범위에서 흡수 극대를 갖는 염료, 안료 또는 금속 착화합물이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.
아울러, 상기 광 흡수제의 함량은 광 흡수층에 포함되는 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 0.001 내지 10.0 중량부; 0.01 내지 10.0 중량부; 0.01 내지 8.0 중량부; 또는 0.01 내지 5.0 중량부; 또는 0.5 내지 5.0 중량부 범위일 수 있다. 상기 광 흡수제는, 상기 함량 범위 내에서 광학필터로 입사되는 대부분의 근적외선 영역의 빛을 흡수하여 효과적으로 제거할 수 있다. 이와 더불어, 상기 광 흡수제는, 2종 이상 혼합하여 사용하거나, 두 개의 층으로 분리하여 형성할 경우, 광 흡수층의 흡수 스펙트럼에서의 반치 폭을 증가시켜, 근적외선 파장 범위에서의 최대 투과도를 감소시킬 수 있다.
이와 더불어, 상기 광 흡수층에 적용 가능한 바인더 수지로는, 가시광선 영역에 해당하는 광의 투과율에 영향을 미치지 않는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로는, 상기 바인더 수지로는 폴리에테르술폰 수지, 폴리파라페닐렌 수지, 폴리아릴렌에테르포스핀옥사이드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌프탈레이트 수지, 다양한 유-무기 하이브리드 계열의 수지 등을 단독으로 사용하거나, 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다.
나아가, 상기 광 흡수층의 평균 두께는, 1 내지 15 μm일 수 있으며, 구체적으로는 2 내지 11 μm; 5 내지 12.5 μm; 7 내지 15 μm; 8 내지 13 μm; 8.5 내지 11 μm; 9 내지 11 μm; 또는 9.5 내지 10.5일 수 있다
다음으로, 본 발명에 따른 제1 및 제2 유전체 다층막을 형성하는 단계는 광 흡수층의 표면 및 광 흡수층이 형성된 투명기재의 타면에 고굴절률층과 저굴절률층을 교대로 적층된 다층막을 각각 형성하는 단계로서, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법, 스퍼터링 방법, MOCVD(metal-organic chemical vapordeposition) 방법, 전자빔 증착(e-beam evaporation) 방법, 임프린트법, 습식 도포 등의 방법에 의해 수행될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 제1 및 제2 유전체 다층막은 아르곤 가스(Ar gas)를 캐리어 가스로 하고 실리콘 타겟(silicon target)과 산소 가스(O2 gas)를 이용하는 반응성 스퍼터링법이나 이산화티타늄(TiO2)이나 이산화규소(SiO2) 소스를 승화시켜 증착하는 전자빔 증착(e-beam evaprtation)법에 의해 형성될 수 있다.
나아가, 상기 제1 및 제2 유전체 다층막을 형성하는 단계는 각각의 유전체 다층막을 형성하는 온도가 상이할 수 있다. 구체적으로, 제1 유전체 다층막을 형성하는 온도는 100 내지 180℃일 수 있으며, 구체적으로는 120 내지 180℃, 130 내지 170℃, 145 내지 180℃, 또는 140 내지 160℃일 수 있다. 아울러, 제2 유전체 다층막을 형성하는 온도는 180 내지 250℃일 수 있으며, 보다 구체적으로는 180 내지 200℃, 190 내지 230℃, 195 내지 220℃, 200 내지 240℃, 또는 190 내지 210℃일 수 있다. 표면에 제1 유전체 다층막이 형성되는 광 흡수층은 근적외선 영역의 광을 흡수하는 광 흡수제가 바인더 수지에 분산된 구조를 가지므로 제1 유전체 다층막을 상기 온도 범위에서 형성함으로써 광 흡수제의 변성으로 인한 근적외선 흡수율 저하를 방지할 수 있다. 또한, 제2 유전체 다층막은 광 흡수층이 형성되지 않는 투명기재의 타면에 형성되므로 상기 온도 범위에서 균일하게 다층막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 제2 유전체 다층막의 광 투과도를 극대화할 수 있다.
여기서, 형성된 제1 및 제2 유전체 다층막의 평균 두께는 각각 2 내지 5.5 μm; 및 2.5 내지 3.5 μm일 수 있다. 구체적으로 제1 유전체 다층막의 평균 두께는 2.5 내지 3.5 μm; 2.5 내지 3.2 μm; 2.75 내지 3.25 μm; 2.6 내지 3.4 μm; 2.8 내지 3.1 μm; 2.5 내지 3.05 μm; 2.9 내지 3.5 μm; 또는 2.95 내지 3.05 μm일 수 있다. 또한, 제2 유전체 다층막의 평균 두께는 2.5 내지 4 μm; 2 내지 4.5 μm; 2 내지 4 μm; 2.5 내지 3.5 μm; 또는 2.75 내지 3.25 μm일 수 있다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학필터의 제조방법은 투명기재 상에 광 흡수층을 형성한 다음, 형성된 광 흡수층의 표면 및 광 흡수층이 형성되지 않은 투명기재의 타면에 제1 및 제2 유전체 다층막을 형성하되 형성온도 및 적층 구조를 제어함으로써 광학필터의 근적외선 차단 및 휨 개선 효과를 극대화할 수 있다.
<고체
촬상
소자>
나아가, 본 발명은 일실시예에서, 본 발명에 따른 상기 광학필터를 포함하는 고체 촬상 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자는, 제1 유전체 다층막, 광 흡수층, 투명기재, 및 제2 유전체 다층막이 적층되는 구조와; 광 흡수층 상에 형성되는 제1 유전체 다층막 및 투명기재와 접하도록 광 흡수층이 형성된 면의 반대면에 형성되는 제2 유전체 다층막의 적층 층수가 최적화되어 휨 현상이 개선된 고체 촬상용 광학필터를 포함함으로써 광학필터의 휨으로 인해 발생되는 수율 저하를 방지할 수 있으며, 또한 광학필터를 투과한 광의 파장 시프트를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
따라서, 상기 고체 촬상 소자는 고체 촬상 소자가 적용되는 전자기기 예를 들어, 모바일 카메라, 디지털 카메라, PC 카메라, 감시 카메라, 자동차용 카메라, 휴대 정보 단말기, 비디오 게임, 의료기기, 휴대 게임기, 지문 인증 시스템, 디지털 뮤직 플레이어, 완구 로봇, 장난감, 선글라스 등에 유용하게 활용될 수 있다. 또한, 자동차나 건물 등의 유리 등에 장착되는 열선 차단 필터 등으로서도 유용하게 활용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1 - 5.
먼저, 상업적으로 입수 가능한 근적외선 광 흡수제를 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 5 중량부로 혼합하고, 교반기를 이용하여 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다. 제조된 근적외선 흡수 용액을 투명기재 일면에 도포하여 광 흡수층을 형성한 후, 150±10℃에서 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 광 흡수층 상에 이산화티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)가 교대로 증착된 구조의 제1 유전체 다층막을 형성하였다. 그런 다음, 200±10℃에서 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 광 흡수층이 형성되지 않은 투명기재의 타면에 이산화티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)가 교대로 증착된 구조의 제2 유전체 다층막을 형성하여 도 1의 구조를 갖는 고체 촬상 소자용 광학필터를 제조하였다.
이때, 상기 고체 활상 소자용 광학필터를 제조하기 전에 하기와 같은 적층 구조에 대해 유전체 다층막의 적층 층수에 따른 휨 정도 및 방향을 하기와 같은 방법으로 측정하여 하기 표 1과 도 3 및 4에 나타내었다:
i) 제1 유전체 다층막(IR)과 광 흡수층(Abs)의 휨 정도 및 방향: 투명기재 상에 광 흡수층 및 제1 유전체 다층막이 적층된 시편(가로 3 mm × 세로 3 mm)을 투명기재 상면에 광 흡수층 및 제1 유전체 다층막이 순차적으로 위치하도록 수평면에 고정하여 측정함.
ii) 제2 유전체 다층막(AR)의 휨 정도 및 방향: 투명기재 상에 제2 유전체 다층막이 형성된 시편(가로 3 mm × 세로 3 mm)을 투명기재 하면에 제2 유전체 다층막이 위치하도록 수평면에 고정하여 측정함.
| 제1 유전체 다층막 + 광 흡수층 | 제2 유전체 다층막 | |||
| 층수 | 휨 방향 및 정도 | 층수 | 휨 방향 및 정도 | |
| 실시예 1 | 25층 | +2.68 μm | 25층 | -2.74 μm |
| 실시예 2 | 40층 | +2.96 μm | 25층 | -2.74 μm |
| 실시예 3 | 20층 | +2.59 μm | 25층 | -2.74 μm |
| 실시예 4 | 20층 | +2.59 μm | 20층 | -2.29 μm |
| 실시예 5 | 20층 | +2.59 μm | 30층 | -3.30 μm |
비교예
1.
먼저, 상업적으로 입수 가능한 근적외선 광 흡수제를 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 5 중량부로 혼합하고, 교반기를 이용하여 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다. 제조된 근적외선 흡수 용액을 투명기재 일면에 도포하여 광 흡수층을 형성한 후, 200±10℃에서 전자빔 증착기(E-beam evaporator)로 광 흡수층 상에 이산화티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)가 교대로 증착된 구조의 제1 유전체 다층막을 형성하였다. 그런 다음, 150±10℃에서 전자빔 증착기(E-beam evaporator)로 투명기재의 타면에 이산화티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)가 교대로 증착된 구조의 제2 유전체 다층막을 형성하여 고체 촬상 소자용 광학필터를 제조하였다. 즉, 비교예 1은 실시예에서 제1 및 제2 유전체 다층막의 적층 순서를 서로 변경한 구조이며, 측정 방법은 하기와 같이 실시하였다. 이때, 상기 제1 유전체 다층막과 제2 유전체 다층막의 층수는 각각 25층이다.
i) 제2 유전체 다층막(AR)과 광 흡수층(Abs)의 휨 정도 및 방향: 투명기재 상에 광 흡수층 및 제2 유전체 다층막이 적층된 시편(가로 3 mm × 세로 3 mm)을 투명기재 상면에 광 흡수층 및 제2 유전체 다층막이 순차적으로 위치하도록 수평면에 고정하여 측정함.
ii) 제1 유전체 다층막(AR)의 휨 정도 및 방향: 투명기재 상에 제1 유전체 다층막이 형성된 시편(가로 3 mm × 세로 3 mm)을 투명기재 하면에 제1 유전체 다층막이 위치하도록 수평면에 고정하여 측정함.
비교예
2 - 5.
먼저, 상업적으로 입수 가능한 근적외선 광 흡수제를 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 5 중량부로 혼합하고, 교반기를 이용하여 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다. 제조된 근적외선 흡수 용액을 투명기재 일면에 도포하여 광 흡수층을 형성한 후, 150±10℃에서 전자빔 증착기(E-beam evaporator)로 광 흡수층 상에 이산화티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)가 교대로 증착된 구조의 제1 유전체 다층막을 형성하였다. 그런 다음, 200±10℃에서 전자빔 증착기(E-beam evaporator)로 투명기재의 타면에 이산화티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)가 교대로 증착된 구조의 제2 유전체 다층막을 형성하여 고체 촬상 소자용 광학필터를 제조하였다. 이때, 적층 층수에 따른 제1 및 제2 유전체 다층막의 휨 정도 및 방향을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하여 하기 표 2와 도 3 및 4에 나타내었다.
이때, 도 3 및 4에서, X축은 시편 상에 존재하는 임의의 지점이 시편의 정중앙으로부터 떨어진 위치를 나타내며, 단위는 변위(mm)로 표시한다. Y축은 시편의 말단을 직선으로 연결하여 형성되는 면에 대해 법선 방향으로 떨어진 위치를 나타내고, 단위는 휨 정도(μm)로 표시한다.
| 제1 유전체 다층막 + 광 흡수층 | 제2 유전체 다층막 | |||
| 층수 | 휨 방향 및 정도 | 층수 | 휨 방향 및 정도 | |
| 비교예 1 | 25층 | -3.85 μm | 25층 | +2.74 μm |
| 비교예 2 | 10층 | +3.00 μm | 35층 | -3.96 μm |
| 비교예 3 | 60층 | +3.99 μm | 45층 | -5.70 μm |
| 비교예 4 | 25층 | +3.27 μm | 10층 | -1.59 μm |
| 비교예 5 | 25층 | +3.27 μm | 40층 | -4.75 μm |
실험예
1.
본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학필터의 휨(curl)을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
상기 실시예 1 - 5, 및 비교예 1 - 5에서 제조된 광학필터(가로 3 mm × 세로 3 mm)를 대상으로 실험을 수행하였으며, 시편의 휨을 평가할 수 있는 휨 정도 및 방향을 측정하기 위하여 초정밀 3차원 조면계(Ultra accuracy 3-D profilometer, UA3P-300, Panasonic Corporation)를 이용하였다. 구체적으로 투명기재 상면에 광 흡수층이 위치하도록 각 광학필터를 수평면에 고정시키고, 수평면을 기준으로 고정된 광학필터 표면에 존재하는 지점들의 높이를 측정하였다. 이때, 챔버 온도는 23℃, 상대습도는 60%였으며, 진동 가속도는 0.5 cm/s2였다. 측정된 결과를 표 3 및 도 5에 나타내었다.
이때, 도 5의 X축은 시편 상에 존재하는 임의의 지점이 시편의 정중앙으로부터 떨어진 위치를 나타내며, 단위는 변위(mm)로 표시한다. 또한, Y축은 시편의 말단을 직선으로 연결하여 형성되는 면에 대해 법선 방향으로 떨어진 위치를 나타내고, 단위는 휨 정도(μm)로 표시한다.
| 휨 방향 및 정도 | |
| 실시예 1 | -0.06 |
| 실시예 2 | +0.22 |
| 실시예 3 | -0.15 |
| 실시예 4 | +0.30 |
| 실시예 5 | -0.71 |
| 비교예 1 | -1.11 |
| 비교예 2 | -1.54 |
| 비교예 3 | -2.29 |
| 비교예 4 | +1.09 |
| 비교예 5 | -2.06 |
표 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학필터는 휨 현상이 개선되는 효과가 우수한 것을 알 수 있다.
구체적으로, 표 3 및 도 5를 살펴보면, 제2 유전체 다층막, 투명기재, 광 흡수층 및 제1 유전체 다층막이 순차적으로 적층된 구조를 갖고, 제1 유전체 다층막과 제2 유전체 다층막의 층수를 각각 25층으로 제어한 실시예 1의 광학필터는 (-) 방향으로 약 0.06 μm의 휨 정도를 갖는 것으로 확인되었다. 또한, 제1 유전체 다층막과 제2 유전체 다층막의 층수를 40층과 25층; 또는 20층과 25층으로 제어한 실시예 2 및 3의 광학필터는 각각 (+) 방향으로 약 0.22 μm; 또는 (-) 방향으로 약 0.15 μm의 휨을 갖는 것으로 확인되었다.
반면, 제1 유전체 다층막과 제2 유전체 다층막의 층수를 25층으로 제어하되, 실시예 1의 광학필터와 제1 유전체 다층막 및 제2 유전체 다층막의 위치가 바뀐 구조를 갖는 비교예 1의 광학필터의 경우, (+) 방향으로 약 1.02 μm의 휨을 갖는 것으로 확인되었다. 또한, 실시예 1의 광학필터와 구조는 동일하나 제1 유전체 다층막의 구조가 15 내지 50층의 구조를 벗어나는 비교예 2 및 3의 광학필터는 휨의 방향 및 정도가 각각 (-) 방향으로 1.54 μm 및 2.29μm인 것으로 확인되었다. 이와 더불어, 제2 유전체 다층막의 구조가 20 내지 30층의 구조를 벗어나는 비교예 4 및 5의 광학필터 역시, 휨의 방향 및 정도가 각각 (+) 방향으로 1.09 μm 및 (-) 방향으로 2.06 μm인 것으로 확인되었다.
즉, 고체 촬상 소자용 광학필터의 휨 정도에 있어서, 실시예 1 - 5에서 제조된 광학필터는 약 0.06 내지 0.22 μm의 값을 가지므로, 비교예 1 - 5에서 제조된 광학필터와 대비하여 약 4.64 내지 38.27배의 개선 효과가 있는 것을 알 수 있다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학필터는 제1 유전체 다층막, 광 흡수층, 투명기재, 및 제2 유전체 다층막이 적층되는 구조와; 제1 유전체 다층막과 제2 유전체 다층막의 적층 층수를 조절함으로써 광학필터를 구성하는 각 층의 휨 방향 및 휨 정도를 제어할 수 있음을 알 수 있다. 이는 광학필터의 휨을 상쇄시킴에 있어서, 각 층이 적층되는 위치와, 휨 정도에 영향을 미치는 각 층의 적층 구조(즉, 적층 층수)가 중요하다는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 광학필터는 필터의 휨 현상이 개선되는 효과가 우수하므로 고체 촬상 소자에 유용하게 사용할 수 있으며, 이를 포함하는 고체 촬상 소자는 광학필터의 휨으로 인해 발생되는 수율 저하를 방지할 수 있으며, 광학필터를 투과한 광의 파장 시프트를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
101: 투명기재
102: 광 흡수층
103: 제1 유전체 다층막
104: 제2 유전체 다층막
102: 광 흡수층
103: 제1 유전체 다층막
104: 제2 유전체 다층막
Claims (9)
- 제1 유전체 다층막, 광 흡수층(Absorption layer, Abs Layer), 투명기재, 및 제2 유전체 다층막이 순차적으로 적층된 구조를 갖고,
제1 유전체 다층막의 휨 방향 및 정도가 (+) 방향 및 3.0 내지 3.9㎛이며,
제2 유전체 다층막의 휨 방향 및 정도가 (-) 방향 및 2.0 내지 4.5㎛이고,
광 흡수층의 휨 방향 및 정도가 (-) 방향 및 1㎛ 이하이며,
가로 3 mm × 세로 3 mm의 광학필터에 대한 휨(curl) 평가 시, 하기 일반식 1의 조건을 만족하는 고체 촬상 소자용 광학필터:
[일반식 1]
| YML1+Abs + YML2 | < 1 ㎛
상기 일반식 1에서,
YML1+Abs 은 수평면을 기준으로 임의의 지점(x)에서의 제1 유전체 다층막과 광 흡수층을 포함하는 적층 구조의 휨 정도 및 방향을 의미하고,
YML2는 수평면을 기준으로 임의의 지점(x)에서의 제2 유전체 다층막의 휨 정도 및 방향을 의미한다.
- 제1항에 있어서,
제1 유전체 다층막은, 이산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 오산화탄탈륨(Ta2O5), 오산화니오븀(Nb2O5), 산화란타늄(La2O3), 산화이트륨(Y2O3), 산화아연(ZnO), 황화아연(ZnS) 및 산화인듐(In2O3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 박막과;
이산화규소(SiO2), 불화란타늄(LaF3), 불화마그네슘(MaF2) 및 육불화알루미륨나트륨(빙정석, Na3AlF6)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 박막이 교차 적층된 구조를 갖는 고체 촬상 소자용 광학필터.
- 제1항에 있어서,
제2 유전체 다층막은, 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 박막과; 이산화규소(SiO2)를 포함하는 박막이 교차 적층된 구조를 갖는 고체 촬상 소자용 광학필터.
- 제1항에 있어서,
제1 유전체 다층막은, 20 내지 40층의 다층 구조를 갖는 고체 촬상 소자용 광학필터.
- 제1항에 있어서,
제2 유전체 다층막은, 20 내지 30층의 다층 구조를 갖는 고체 촬상 소자용 광학필터.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
광 흡수층의 평균 두께는 1 내지 15 ㎛인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자용 광학필터.
- 제1항에 있어서,
투명기재의 평균 두께는, 0.3 mm 이하인 고체 촬상 소자용 광학필터.
- 제1항에 따른 광학필터를 포함하는 고체 촬상 소자.
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