KR101912124B1 - 광학 필터 셀 어레이 구조체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 필터 셀 어레이 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 강화 글라스 기판 상부 또는 하부에 특정 파장의 빛을 차단하는 광학필터층이 형성된 광학 필터가 셀 어레이 형태로 구현되며, 원판 글라스 기판에 셀 어레이 형태에 따른 쉬트컷팅부를 형성하는 단계와, 상기 원판 글라스 기판을 강화시켜 상기 원판 글라스 기판의 상부 및 하부와 동시에 상기 쉬트컷팅부를 통해 측면부도 강화시키는 단계 및 상기 원판 글라스 기판의 상부 또는 하부에 광학필터층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체 및 그 제조방법을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 광학 필터를 셀 어레이 형태의 구조로 제공하여, 쉬트 상태로 제공되는 광학 필터 셀이 무단으로 빠지는 경우를 방지하고, 제품 사양에 따라 광학 필터 셀 간의 간격이나 셀 유닛의 형태를 조절하여 그 보관이나 공급이 용이한 광학 필터 셀 어레이 구조체를 제공하는 이점이 있다.

Description

광학 필터 셀 어레이 구조체 및 그 제조방법{optical filter cell array structure and manufacturing method of optical filter cell array structure thereby}

본 발명은 광학 필터 셀 어레이 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 강화 글라스 기판을 이용하여 광학 필터를 제공함으로써 강도가 보강된 광학 필터 셀 어레이 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

광학 필터는 특정한 파장의 대역을 선택적으로 투과시키거나 투과하지 못하도록 하는 장치로서, 기판 상에 광학 설계된 다층막을 형성하여 구현하고 있다.

이러한 광학 필터는 다양한 분야에 사용되고 있으며 특히 카메라의 촬상 렌즈로 수광되는 빛의 파장을 제어하기 위해 널리 사용되고 있다.

일반적으로 비디오카메라, 디지털카메라나 스마트폰의 카메라에는 빛을 전기 신호로 바꾸어주는 CCD나 CMOS와 같은 고체촬상소자가 사용되고 있으며, 이러한 고체촬상소자들은 가시광선 영역(400~700nm)뿐만 아니라 근적외선 영역(~1200nm)까지 수광하게 되므로, 실제로 사람들이 인식하게 되는 이미지와 화상 이미지의 색상이 차이가 나게 된다.

이러한 점을 보정하기 위해, 근적외선 영역의 파장을 차단하기 위한 근적외선 차단 필터(IR-Cut Filter)와 같은 광학 필터가 사용되고 있다.

근적외선 차단 필터는 촬상 장치를 구성하는 촬상 렌즈와 고체촬상소자 사이에 위치하게 되며, 촬상 렌즈로부터 입사된 빛 중 근적외선 영역의 빛을 차단시켜 고체촬상소자의 수광부에 제공하게 된다.

종래의 근적외선 차단 필터는 투명 글라스 기판 상부 또는 하부에 근적외선 반사층을 형성한 반사식 차단 필터를 사용하여 왔으나, 최근 고화소 모델이 개발되면서 흡수식과 반사식을 혼합한 하이브리드 필터가 널리 사용되고 있다.

예컨대 근적외선을 흡수하는 블루 글라스 기판에 산화물 다층막으로 이루어진 근적외선 반사층을 형성하는 기술이 있다.

이러한 글라스 기판의 경우 외부 충격이나 스트레스에 의해 깨지는 문제와 상용화된 근적외선 차단 필터의 경우 글라스 기판의 두께가 두꺼운 점, 글라스 기판의 두께가 얇은 경우에는 그 취급 및 가공이 매우 어려운 점이 있다.

최근에는 근적외선을 흡수하는 색소가 포함된 수지 기판을 이용하고 그 상부 및 하부에 산화물 다층막으로 이루어진 근적외선 반사층을 형성한 기술이 사용되고 있다.

그러나 수지 기판을 사용하는 경우에는 글라스 기판에 비해 가격이 비싸며, 외부 스트레스에 의해 굽혀지거나(bending), 상기 산화물 다층막의 코팅 수율이 나빠지는 문제점이 있다.

또한 종래의 글라스 기판(일반적으로 보로실리케이트 글라스(boro silicate glass)를 사용함)이나 수지 기판의 경우, 근적외선 흡수층이나 반사층 증착시 증착 물질과 기판의 열팽창계수 차이로 인해 응력이 발생하여 기판이 휘는 현상이 발생하게 되므로, 기존 기판의 경우 휨(warpage) 영향으로 증착 조건을 잡기 어려운 점이 있다.

따라서, 새로운 근적외선 차단 필터 구조에 대한 요구가 필요한 실정이다.

한편, 비디오카메라나 디지털카메라보다 더욱 대중적으로 사용되고 있는 스마트폰의 경우, 고화질, 고성능화의 요구와 더불어 차별화된 디자인에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 따라 보다 더 슬림화되면서 경량화가 요구되고 있는 추세이다.

그러나 고해상도의 카메라일수록 촬상 렌즈의 매수가 최소 3매 이상 사용되는 렌즈 시스템을 사용하여야 하고, 근적외선 차단 필터, 고체촬상소자 등이 기본 구성으로 사용되어야 하는 고해상도 실현을 위한 스펙의 요구에 따라 촬상 장치의 두께를 줄이는데에는 한계가 있으며, 이에 의해 스마트폰을 슬림화시키는데에도 한계가 있다.

이에 촬상 장치의 두께를 줄이기 위한 방안으로 렌즈 시스템을 구성하는 렌즈의 형태나 조립 방법 등에 대한 연구가 진행되고 있거나, 렌즈 시스템을 보호하기 위한 커버 글라스의 두께를 최소화하기 위한 연구가 진행되고 있다.

또한, 본 발명에서 관심있는 근적외선 차단 필터의 두께를 줄이기 위한 연구도 진행되고 있으며, 특히 상술한 바와 같은 단점이 많은 수지 기판 대신에 0.1T 글라스 기판의 상용화에 대한 연구가 이루어지고 있다.

그러나 글라스 기판의 두께가 얇으면 얇을수록 가장 큰 문제점으로 지적되는 것이 강도에 매우 취약한 점이며, 그 가공방법이나 이의 취급방법이 용이하지 않은 문제점이 있다.

또한, 글라스 기판 상에 형성되는 근적외선 반사층의 경우, 일반적으로 산화물로 이루어진 다층막으로 형성되며, 이 경우 글라스 기판과 산화물 사이에 응력 차이로 인해 글라스 기판의 강도 저하의 원인이 되고 있으며, 이는 0.3T 이하의 박판 글라스의 경우 더욱 치명적인 문제점으로 작용하게 된다.

대한민국특허청 공개특허 10-2017-0054322호((2017.05.17 공개)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 강화 글라스 기판을 이용한 광학 필터를 셀 어레이 형태의 구조체로 제공하여, 그 보관이나 공급이 용이한 광학 필터 셀 어레이 구조체 및 그 제조방법의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 강화 글라스 기판 상부 또는 하부에 특정 파장의 빛을 차단하는 광학필터층이 형성된 광학 필터가 셀 어레이 형태로 구현되어 쉬트 상태로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체를 기술적 요지로 한다.

또한, 본 발명은 원판 글라스 기판에 셀 어레이 형태에 따른 쉬트컷팅부를 형성하는 단계와, 상기 원판 글라스 기판을 강화시켜 상기 원판 글라스 기판의 상부 및 하부와 동시에 상기 쉬트컷팅부를 통해 측면부도 강화시키는 단계 및 상기 원판 글라스 기판의 상부 또는 하부에 광학필터층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체의 제조방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 셀 어레이는, 각 셀 간의 간격이 0.1mm~2mm이며, 복수개의 셀 유닛(unit)이 포함되며, 상기 셀 유닛 간의 간격은 0.5mm~2mm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 강화 글라스 기판은, 알루미노실리케이트 글라스(alumino-silicate glass) 계열로, 화학 강화된 것이 바람직하며, 상기 화학 강화는 질산칼륨(KNO₃)을 이용하여, 350℃~450℃의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 강화 글라스 기판 상부 및 하부 중 어느 하나 또는 둘 다에 형성되되, 상기 광학필터층 하부에 강도 보강용 수지층이 더 형성되는 것이 바람직하며, 상기 수지층은, 근적외선 흡수 성분이 더 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광학필터층은, 근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층 중 어느 하나가 상기 강화 글라스 기판 상부 및 하부에 각각 형성되거나, 근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층의 조합으로 상기 강화 글라스 기판 상부 및 하부에 각각 형성되는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 강화 글라스 기판의 두께는, 0.05mm~0.3mm인 것이 바람직하다.

본 발명은 강화 글라스 기판을 이용하여 광학 필터를 제조함으로써 강도가 보강된 광학 필터를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 광학 필터를 셀 어레이 형태의 구조로 제공하여, 쉬트 상태로 제공되는 광학 필터 셀이 무단으로 빠지는 경우를 방지하고, 제품 사양에 따라 광학 필터 셀 간의 간격이나 셀 유닛의 형태를 조절하여 그 보관이나 공급이 용이한 광학 필터 셀 어레이 구조체를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 강화 글라스 기판 상에 강도 보강용 수지층을 형성하여 글라스 기판의 강도를 더욱 보강함으로써 이를 이용한 광학 필터의 강도를 더욱 개선시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전 공정이 쉬트 상태에서 이루어지게 되어 공정이 간단하고, 글라스 기판, 특히 0.3mm 이하의 박판 글라스의 취급 및 가공이 편리하여 전체 공정 수율의 향상 및 공정 단가를 절감시키는 효과가 있다.

특히 본 발명은 종래의 박판 글라스 기판의 취급 및 가공 그리고 강화가 어려운 점을 쉬트컷팅부의 형성과 이에 의한 원판 글라스 기판을 쉬트 상태로 유지하여 공정을 진행함으로써 해소하는 효과가 있다.

또한, 0.05T~0.3T 즉 0.3mm 이하의 박판 글라스 기판을 강화하여 사용하고, 더욱이 강도 보강용 수지층을 이용하여 강도를 더욱 향상시킴으로써 박판 글라스 기판을 이용한 광학 필터의 제공이 가능하며, 이에 따라 광학 필터의 슬림화를 도모할 수 있어 촬상 장치의 슬림화를 실현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 강도 보강용 수지층을 형성하고 광학필터층을 형성함으로써 광학필터층의 코팅성을 향상시키고, 광학필터층과 글라스 기판 사이의 응력 차이를 완화시켜 글라스 기판의 강도는 더욱 향상시키고, 기판의 휨 현상은 최소화하여 고품위 광학 필터를 제공할 수 있어, 그 상용화가 기대되는 효과가 있다.

또한, 광학필터층으로 광학 설계에 따른 근적외선 반사층 또는 가시광선 저반사층을 형성하여 근적외선 파장 대역의 빛은 차단하고, 가시광선 반사율을 최소화함으로써 그 성능이 우수한 근적외선 차단 필터를 제공하는 효과가 있다.

도 1 - 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필터 제조 방법에 대한 블럭도.
도 2 - 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필터에 대한 단면 모식도.
도 3 - 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필터 셀 어레이 형태를 나타낸 모식도.
도 4 - 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 강도 보강용 수지층 형성 후의 특성 그래프를 나타낸 도.
도 5 - 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 근적외선 차단 필터의 근적외선 반사층 형성 후의 특성 그래프를 나타낸 도.

본 발명은 강화 글라스 기판을 사용한 광학 필터를 제공하여 강도를 보강하고, 글라스 기판을 쉬트 상태로 유지한 상태에서 강화 및 가공하며 글라스 기판 상부 또는 하부에 광학필터층을 형성하여 특정 파장의 빛을 차단하는 광학 필터를 제공하고자 하는 것이다.

특히, 본 발명에 따른 광학 필터를 셀 어레이 형태의 구조로 제공하여, 쉬트 상태로 제공되는 광학 필터 셀이 무단으로 빠지는 경우를 방지하고, 제품 사양에 따라 광학 필터 셀 간의 간격이나 셀 유닛의 형태를 조절하여 그 보관이나 공급이 용이한 광학 필터 셀 어레이 구조체에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 글라스 기판과 광학필터층 사이에 강도 보강용 수지층을 형성하여 광학 필터의 강도를 더욱 보강시키는 것이다.

즉, 0.05T~0.3T 즉 0.3mm 이하의 박판 글라스를 강화시켜 사용함으로써 박판 글라스 기판을 이용한 광학 필터의 제공이 가능하며, 여기에 강도 보강용 수지층을 더 형성함으로써 강도를 보강함과 동시에 광학 필터의 슬림화를 도모할 수 있어 촬상 장치의 슬림화를 실현할 수 있게 된다.

또한, 강도 보강용 수지층을 형성하고 광학 필터를 형성함으로써 광학필터층의 코팅성을 향상시키고, 광학필터층과 강화 글라스 기판 사이의 응력 차이를 완화시켜 강화 글라스 기판의 강도를 더욱 향상시키면서 기판의 휨 현상은 최소화하여 고품위 광학 필터를 제공할 수 있게 된다.

또한, 광학필터층으로 광학 설계에 따른 근적외선 반사층 또는 가시광선 저반사층을 형성하여 근적외선 파장 대역의 빛은 차단하고, 가시광선 반사율은 최소화함으로써 그 성능이 우수한 근적외선 차단 필터를 제공할 수 있게 된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필터 제조 방법에 대한 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필터에 대한 단면 모식도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필터 셀 어레이 형태를 나타낸 모식도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 강도 보강용 수지층 형성 후의 특성 그래프를 나타낸 도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 근적외선 차단 필터의 근적외선 반사층 형성 후의 특성 그래프를 나타낸 도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 필터 셀 어레이 구조체의 제조방법은, 원판 글라스 기판(100)에 셀 어레이 형태에 따른 쉬트컷팅부를 형성하는 단계와, 상기 원판 글라스 기판(100)을 강화시켜 상기 원판 글라스 기판(100)의 상부 및 하부와 동시에 상기 쉬트컷팅부를 통해 측면부도 강화시키는 단계 및 상기 원판 글라스 기판의 상부 또는 하부에 광학필터층(300)을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서 광학 필터는 이러한 광학 필터 셀 어레이 구조체에서 광학 필터를 셀단위로 분리하여 광학 필터(10)를 형성하게 된다.

본 발명에서의 원판 글라스 기판 또는 셀단위 글라스 기판은 박판 글라스 기판을 사용하는 경우 더욱 효과적으로 적용할 수 있으며, 특히 0.05T~0.3T 즉 0.3mm 이하의 박판 글라스 기판(100)에 적용하면서, 박판 글라스 기판(100)의 강도를 보강하여 광학 필터(10)의 강도를 개선시키고 슬림화를 도모할 수 있도록 하는 것이다.

도 2에 도시된 도면 부호 (100)은 경우에 따라 원판 글라스 기판 또는 셀단위 글라스 기판에 모두 혼용하여 사용할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 필터 셀 어레이 구조체 제조방법은, 먼저 원판 글라스 기판(100)에 셀 어레이 형태에 따른 쉬트컷팅부를 형성한다.

상기 원판 글라스 기판(100)은 알루미노실리케이트 글라스(alumino-silicate glass) 계열로, 화학 강화하여 사용하게 된다.

상기 쉬트컷팅부는 원판 글라스 기판(100)을 레이저로 쉬트컷팅(sheet cutting)하여 형성하는 것으로서, 원판 글라스 기판(100) 영역을 레이저에 의해 브레이킹 라인(breaking line)은 형성하지 않고, 상하부로 관통하는 크랙을 형성하는 것이다.

이는 크랙으로 이루어진 쉬트컷팅부 양측의 원판 글라스 기판(100) 부분이 지그재그 형태로 맞물려 있거나 또는 나사의 맞물림과 같은 형태로 맞물려, 쉬트컷팅부 양측의 원판 글라스 기판(100) 부분이 상호 맞물림 결합력이 유지되어, 원판 글라스 기판은 쉬트 상태를 유지하는 것이다.

즉, 원판 글라스 기판(100)은 상하부로 관통하는 크랙으로 이루어진 쉬트컷팅부가 형성되었음에도 불구하고 셀단위로 분리되지 않고 쉬트 상태를 유지하게 되는 것이다. 이를 본 발명에서는 쉬트컷팅이라고 한다.

여기에서, 상기 셀 어레이는 제품의 사양이나 공급 형태에 따라 다양한 배열 형태를 이루는 구조로 형성되는 것으로, 각 단위 셀이 일정 간격으로 이격되게 형성되거나, 간격이 없거나 일정 간격으로 이격된 단위 셀의 집합이 하나의 유닛을 이룬 셀 유닛으로 구현될 수도 있다. 여기에서 각 셀 유닛은 일정 간격으로 이격되게 형성되게 되며, 이러한 셀 어레이 구조체에 대응하여 쉬트컷팅부를 형성하게 된다.

이는 보관, 공급 및 취급이 용이하도록 하면서, 각 단위 셀이 무단으로 빠지는 것을 방지하기 위한 것이다.

도 3의 (a)는 단위 셀이 3x3 어레이 형태로 형성되며, 이러한 단위 셀 어레이는 다시 셀 유닛으로 집합되어 다시 어레이 형태로 배열되어 형성된다. 도 3의 (b)는 단위셀이 1x3 어레이 형태로 형성되며, 이러한 단위 셀 어레이는 다시 셀 유닛으로 집합되어 다시 어레이 형태로 배열되어 형성된다.

또한 이러한 셀 유닛을 이루는 광학 필터 단위 셀 간은 제품 사양이나 공급 형태에 따라 간격없이 배열되거나 일정 간격 이격되게 배열된다.

이는 원판 글라스 기판(100) 상태 즉, 쉬트 상태로 공급되는 광학 필터가 어레이 구조를 이루도록 하는 것으로서, 제품 사양이나 공급 형태에 따라 다양한 셀 어레이 구조체로 구현되도록 한 것이다. 단위 셀 간의 거리는 0.1mm~2mm인 것이 바람직하며, 상기 셀 유닛 간의 간격은 0.5mm~2mm인 것이 바람직하다. 상기 범위보다 더 넓은 경우에는 재료의 낭비를 초래하게 되며, 더 좁은 경우에는 제품 사양에 따라 단위 셀 또는 셀 유닛의 무단 빠짐 현상을 초래하게 된다.

그리고, 상기 원판 글라스 기판(100)을 강화시키면 상기 쉬트컷팅부를 통해 상기 원판 글라스 기판(100)의 측면부도 강화가 이루어지게 된다.

즉, 상기 쉬트컷팅부는 원판 글라스 기판(100)을 셀단위로 컷팅하는 경우 셀단위 글라스 기판(100)의 측면부가 되므로, 강화에 의해 원판 글라스 기판(100)의 상부 및 하부 그리고 쉬트컷팅부를 통해 측면부도 20~90㎛ 정도의 강화층이 형성되게 된다.

상기 원판 글라스 기판(100)은 알루미노실리케이트 글라스(alumino-silicate glass) 계열을 사용한다.

상기 원판 글라스 기판(100)의 강화 공정은 질산칼륨(KNO₃)을 이용하여, 350℃~450℃의 온도에서 화학 강화(chemical tempering)를 실시하게 되며, 강화 후에는 서서히 냉각시켜 크랙을 방지하도록 하고, 강화가 완료되면 원판 글라스 기판(100)을 세정한다.

즉, 현재 쉬트 상태를 유지하고 있는 원판 글라스 기판(100)을 강화시키게 되는 것으로서, 이 경우 원판 글라스 기판(100)의 상부 및 하부뿐만 아니라 원판 글라스 기판(100)의 셀단위 글라스 기판(100)의 측면부, 즉 컷팅면도 이에 따라 강화가 되는 것이다.

이러한 강화 공정은 원판 글라스 기판(100)이 쉬트 상태로 유지된 채로 진행되므로 쉬트 프로세스가 가능하여, 기존 셀 타입 공정에 비하여 양산성 및 내구성을 개선시키게 된다.

특히 기존의 셀단위 공정을 이용하는 경우 박판 글라스 기판의 강화 작업이 매우 곤란하여, 강도의 한계에 따른 박판 글라스 기판의 실용화가 매우 어려움 실정이었다.

그러나, 본 발명은 쉬트컷팅부 형성에 의해 쉬트 상태에서 박판 글라스의 강화 공정이 이루어지도록 하여 박판 글라스 기판(100)의 취급 및 가공이 매우 용이하도록 하며, 글라스 기판의 측면부도 동시 강화가 가능하여, 박판의 강도가 보강된 글라스 기판(100)을 제공할 수 있게 되는 것이다.

즉, 기존 쉬트 프로세스에서는 원판 글라스 기판(100)의 컷팅면인 측면부의 강화가 이루어지지 않아 측면강도가 취약하였으나, 본 발명은 쉬트 상태를 유지하면서 측면 강화도 동시에 수행할 수 있으므로, 수율 향상과 더불어 강도 개선을 시킬 수 있는 것이다.

그리고 상기 원판 글라스 기판(100)의 상부 또는 하부에 강도 보강용 수지층(200)을 형성한다. 상기 강도 보강용 수지층(200)은 상기 원판 글라스 기판(100)의 상부 또는 하부 중 어느 하나의 전체면에 형성되거나 또는 상부 및 하부 전체 면에 각각 형성되는 것으로서, 쉬트 상태를 유지한 상태에서 이루어지게 되어 공정 수율을 향상시키게 된다.

도 2는 본 발명의 일실시예로 원판 글라스 기판(100)의 상부에 강도 보강용 수지층(200)이 형성되고, 그 상부에 광학필터층(300)이 형성되고, 하부에는 광학필터층(300)만 형성된 경우를 도시한 것으로, 광학 필터 단위 셀을 나타낸 것이다. 도 2에서 글라스 기판(100)은 강화된 원판 글라스 기판이거나 강화된 셀단위 글라스 기판일 수 있으며, 이 두 가지가 특별하게 구분되어 도시되지는 않았다.

이러한 광학 필터 단위 셀이 도 3과 같이 셀 어레이 형태로 배열되어 형성되며, 상술한 바와 같이 제품 사양이나 공급 형태에 따라 다양한 셀 어레이 구조체를 제공하게 된다.

상기 강도 보강용 수지층(200)은 원판 글라스 기판(100) 자체에 코팅되어 원판 글라스 기판(100)의 강도를 향상시킴과 동시에, 광학필터층(300)과 글라스 기판(100) 간의 응력 차이를 최소화하여 원판 글라스 기판(100)의 강도 저하를 최소화고, 원판 글라스 기판의 휨 현상을 최소화하는 역할을 하게 된다.

즉, 광학필터층(300)으로 사용되는 산화물 다층막(예컨대 SiO₂, TiO₂, Ta₂O₅ 등)은 글라스 기판(100)과의 결합면에서의 열팽창 계수 등의 차이로 인해 응력이 발생하게 되며, 이로 인해 외부 충격으로부터 글라스 기판(100)의 압축 스트레스 균형이 깨지면서 강도 저하의 원인이 되거나 글라스 기판의 휨 현상을 유발하고 있으므로, 상기 강도 보강용 수지층(200)을 상기 글라스 기판(100)과 광학필터층(300) 사이에 형성함으로써, 글라스 기판(100)과 강도 저하 및 휨 현상의 원인이 되고 있는 광학필터층(300) 간에 직접적인 결합을 방지하도록 하는 것이다.

여기에서, 상기 강도 보강용 수지층(200)은 가시광선 투과율에는 영향을 미치지 않도록 투명한 재료로 0.1㎛~20㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 투과율 저하가 거의 없으며, 강도 보완 특성은 보장하면서 슬림화를 위한 최적의 두께는 0.5㎛~5㎛ 정도가 가장 바람직하다.

한편, 상기 강도 보강용 수지층(200)에는 근적외선 흡수 성분이 더 포함될 수 있으며, 이에 근적외선을 더욱 효과적으로 차단할 수 있도록 한다.

상기 근적외선 흡수 성분은 근적외선을 흡수하는 색소 예컨대 스쿠알륨계 색소, 프탈로시아닌계색소 또는 시아닌계 색소 등이 사용되며, 가시광선의 흡수는 최소화하고 근적외선의 흡수는 최대화시켜 고성능 근적외선 차단 필터를 제공할 수 있도록 한다.

상기 강도 보강용 수지층(200)의 재료는 도막성 및 코팅성이 우수하며 투명한 재료를 사용하며, 폴리카보네이트, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 아크릴레이트, 실란계 수지 및 플루오르계 수지 중 어느 하나를 사용하며, 필요에 의해 이러한 수지층(200)의 재료에 상기 근적외선 흡수 성분을 혼합하여 사용하게 된다. 근적외선 흡수 성분의 조절은 근적외선 차단 필터의 사양에 따라 조절할 수 있으며, 가시광선 투과에는 방해가 되지 않도록 한다.

이러한 수지층(200) 재료는 글라스 기판(100) 상에 딥핑(dipping), 스핀코팅, 다이코팅, 바코팅, 스프레이, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 디스펜싱, 임프린팅 등 수지 재료를 글라스 기판(100) 상에 코팅할 수 있는 다양한 방법에 의해 구현될 수 있다.

한편, 상기 강도 보강용 수지층(200)의 형성은 상기 원판 글라스 기판(100)의 강화 후에 선택적으로 채용될 수 있으며, 원판 글라스 기판(100)의 강화 후 아래의 광학필터층(300) 공정 형성이 바로 구현될 수도 있다.

상기 광학필터층(300)은 상기 원판 글라스 기판(100)의 상부 및 하부에 형성되며, 상기 강도 보강용 수지층(200)이 있는 경우 그 상부에 광학필터층(300)을 형성하게 된다.

즉, 상기 강도 보강용 수지층(200)이 형성된 경우에는 그 상부에 광학필터층(300)을 형성하여 글라스 기판(100)과 광학필터층(300)이 직접적으로 결합되지 않도록 하면서, 필요에 의해 강도 보강용 수지층(200)이 상기 원판 글라스 기판(100)의 상부 및 하부 중 어느 한면에만 형성된 경우에는 상기 광학필터층(300)은 한면은 상기 원판 글라스 기판(100) 상에 바로 형성되고, 한면은 강도 보강용 수지층(200) 상부에 형성되게 된다.

상기 광학필터층(300)은 특정한 파장 대역을 선택적으로 반사하거나 투과시키기 위한 것으로서, 본 발명의 일실시예로는 근적외선 반사층 또는 가시광선 저반사층으로 구현될 수 있어, 근적외선 차단 필터로 활용될 수 있다.

상기 광학필터층(300)은 주로 산화물 다층막(예컨대 SiO₂, TiO₂, Ta₂O₅ 등)을 증착하여 형성하며, 목적이나 용도에 따른 광학 설계에 따라 입사각 의존성을 최소화시키고, 특정한 영역에 대한 파장을 투과 또는 반사하기 위하여 특정한 두께의 고굴절률과 저굴절률을 갖는 산화물 다층막을 선택적으로 증착함으로써 형성하게 된다.

즉, 목적이나 용도에 따른 광학 설계에 따라 근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층 중 어느 하나를 상기 강화 글라스 기판 상부 및 하부에 각각 형성하거나, 근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층의 조합으로 상기 강화 글라스 기판 상부 및 하부에 각각 형성할 수 있다.

예컨대, 강화 글라스 기판의 상부 및 하부에 다층막의 근적외선 반사층 및 다층막의 가시광선 저반사층 중 어느 하나가 형성되거나, 상부에는 다층막의 근적외선 반사층, 하부에는 다층막의 가시광선 저반사층(그 반대로도 가능)으로 형성되거나, 상부 및 하부에 각각 다층막의 근적외선 반사층과 다층막의 가시광선 저반사층의 조합 형태로도 구현될 수 있다.

이러한 광학필터층(300)은 공지된 물리, 화학적 증착방법에 의해 이루어지며, 예컨대 E-beam, 스파터링이나 CVD 공정 등에 의해 구현될 수 있다.

그리고 상기 광학필터층(300)의 형성이 완료되면, 상기 원판 글라스 기판(100)을 셀단위로 분리하여 셀단위 광학 필터(10)를 완성하게 된다.

즉, 원판 글라스 기판(100)이 쉬트 상태로 유지된 채로 전체 공정을 완료하게 되면, 원판 글라스 기판(100)을 셀단위 글라스 기판(100)으로 분리하게 된다.

구체적으로는 레이저를 이용하여 브레이킹 라인(breaking line)을 형성하여 셀단위로 컷팅하거나 일정압력을 가하여 셀단위로 컷팅하여 셀단위 글라스 기판(100) 즉 셀단위 광학 필터(10)를 형성하게 된다.

이러한 셀단위로의 분리에 필요한 일정 압력의 구현은 원판 글라스 기판(100)에 형상가공된 각 셀에 직접적으로 일정 압력 또는 충격을 가할 수 있는 어떠한 방법에 의해서도 구현될 수 있다.

도 4는 강화된 글라스 기판(두께 0.1mm)의 일면에(도면상 상부에) 수지층(우레탄 및 아크릴 합성수지에 스쿠알륨계 색소 추가) 형성 후의 특성 그래프를 나타낸 것으로서, 근적외선 영역에서의 우수한 흡수 성능을 나타냄을 확인할 수 있었다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 글라스 기판의 상부(전면)에 수지층 형성 후 그 상부(전면) 및 하부(배면)에 광학필터층(SiO₂ 또는 TiO₂를 이용하여 근적외선 반사층 24층(전면)/글라스 기판/가시광선 저반사층 18층(배면))을 형성한 근적외선 차단 필터의 특성 그래프를 나타낸 것(입사각 0°)으로, 90% 이상의 우수한 근적외선 반사 및 흡수 성능을 나타냄을 확인할 수 있었다(여기서 전면은 빛이 입사되는 쪽의 글라스 기판의 방향을 말하고, 배면은 그 반대방향을 의미한다.).

다음 표 1은 본 발명에 따른 강도 보강용 수지층을 형성한 강화 글라스 기판의 강도를 측정한 것으로서, 측정 방법은 바텀 지그(6.42x6.42mm) 상에 시편을 안착시키고, 탑 지그의 압입부(지름 2mm, 1R)로 시편을 눌러 파단 강도를 측정한 것이다(압입부의 속도 50mm/min).

비교를 위해 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 0.1T(0.1mm) 두께의 강화 글라스 기판(알루미노실리케이트 글라스) 시편(B/G, Bare Glass)에 대해서도 강도를 측정하였다.

여기서, 수지층이 형성된 시편의 경우, 수지층이 강화 글라스 기판의 아래쪽(Bottom)에 형성된 경우와 강화 글라스 기판의 위쪽(Top)에 형성된 경우에 대해 각각 강도를 측정하였다.

시편	B/G(강화 글라스 기판)	강화 글라스 기판에 수지층 코팅
		Bottom	Top
1	8.87	9.22	7.83
2	9.30	9.54	8.99
3	9.35	8.97	8.80
4	7.71	8.79	8.53
5	7.73	8.04	8.86
6	6.95	8.90
7	9.49	9.01
8	8.92	8.92
9	9.01	8.45
10	7.88	9.09
Max	9.49	9.54	8.99
Min	6.95	8.04	7.83
AVG	8.52	8.89	8.60
STDEV(표준오차)	0.88	0.41	0.46
B10	7.50	8.35	8.17

(단위 kgf)

표 1에 나타낸 바와 같이 수지층이 형성되지 않은 강화 글라스 기판에 비해 수지층이 형성된 강화 글라스 기판의 강도가 전반적으로 더 높은 것으로 확인되었으며, 수지층이 형성되지 않은 강화 글라스 기판이나 수지층이 형성된 강화 글라스 기판 모두 B10(불량률이 10%라고 하였을 때 예상 강도)보다는 전반적으로 높은 강도를 가지는 것으로 측정되었다.

통상 강화되지 않은 0.1T 글라스 기판의 경우 1kgf~2kgf의 강도를 가지며, 수지 기판의 경우에는 대략 1kgf의 강도를 가지는 것으로 알려져 있어, 본 발명에 따른 강화 글라스 기판 자체의 강도도 월등히 개선되었을 뿐만 아니라 수지층을 형성한 경우의 강화 글라스 기판의 강도도 더욱 개선되었음을 확인할 수 있었다.

이와 같이 본 발명은 글라스 기판 특히 강화된 글라스 기판을 이용하여 강도가 보강된 광학 필터를 제공하고, 글라스 기판을 쉬트 상태로 유지한 상태에서 강화 및 가공이 이루어지도록 하면서 필요에 의해 글라스 기판 상부 또는 하부에 강도 보강용 수지층을 형성하여 간단한 제조방법으로 강도가 보강된 광학 필터를 제공하게 된다.

특히, 본 발명에 따른 광학 필터를 셀 어레이 형태의 구조로 제공하여, 쉬트 상태로 제공되는 광학 필터 셀이 무단으로 빠지는 경우를 방지하고, 제품 사양에 따라 광학 필터 셀 간의 간격이나 셀 유닛의 형태를 조절하여 그 보관이나 공급이 용이한 광학 필터 셀 어레이 구조체를 제공하게 된다.

또한 본 발명은 전 공정이 쉬트 상태에서 이루어지게 되어 공정이 획기적으로 간단하고, 글라스 기판의 취급 및 가공이 편리하여 전체 공정 수율의 향상 및 공정 단가를 절감시키게 된다. 특히 본 발명은 종래의 박판 글라스 기판의 취급 및 가공 그리고 강화가 어려운 점을 쉬트컷팅부의 형성과 이에 의한 원판 글라스 기판을 쉬트 상태로 유지하여 공정을 진행함으로써 해소하게 된다.

또한, 0.05T~0.3T 즉 0.3mm 이하의 박판 글라스 기판을 강화하여 강도를 향상시키고, 여기에 강도 보강용 수지층을 더 형성함으로써 강도가 더욱 보강된 박판 글라스 기판을 이용한 광학 필터의 제공이 가능하며, 이에 따라 광학 필터의 슬림화를 도모할 수 있어 강도가 보강된 촬상 장치의 슬림화를 실현할 수 있게 된다.

또한, 강도 보강용 수지층을 형성하고 광학 필터층을 형성함으로써 광학필터층의 코팅성을 향상시키고, 광학필터층과 글라스 기판 사이의 응력 차이를 완화시켜 글라스 기판의 강도는 더욱 향상시키면서 기판의 휨 현상을 최소화하여 고품위 광학 필터를 제공할 수 있어, 박판 글라스 기판을 이용한 광학 필터의 상용화에 기여하게 된다.

또한, 광학필터층으로 광학 설계에 따른 근적외선 반사층 또는 가시광선 저반사층을 형성하여 근적외선 파장 대역의 빛은 차단하고, 가시광선 반사율을 최소화함으로써 성능이 우수한 근적외선 차단 필터를 제공하게 된다.

10 : 광학 필터
100 : 글라스 기판
200 : 수지층
300 : 광학필터층

Claims (21)

1. 강화 글라스 기판 상부 또는 하부에 특정 파장의 빛을 차단하는 광학필터층이 형성된 광학 필터가 셀 어레이 형태로 구현되어 쉬트 상태로 형성되고,
   상기 강화 글라스 기판의 두께는,
   0.05mm~0.3mm이며,
   상기 강화 글라스 기판 상부 및 하부 중 어느 하나 또는 둘 다에 형성되되,
   상기 강화 글라스 기판과 광학필터층 사이에 강도 보강용 수지층이 더 형성되며,
   상기 수지층은 0.1㎛~20㎛로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 셀 어레이는,
   각 셀 간의 간격은 0.1mm~2mm인 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체.
3. 제 1항에 있어서, 상기 셀 어레이는,
   복수개의 셀 유닛(unit)이 포함된 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체.
4. 제 3항에 있어서, 상기 셀 유닛 간의 간격은 0.5mm~2mm인 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체.
5. 제 1항에 있어서, 상기 강화 글라스 기판은,
   알루미노실리케이트 글라스(alumino-silicate glass) 계열로, 화학 강화된 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체.
6. 제 5항에 있어서, 상기 화학 강화는 질산칼륨(KNO₃)을 이용하여, 350℃~450℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서, 상기 수지층은,
   근적외선 흡수 성분이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체.
9. 제 1항에 있어서, 상기 광학필터층은,
   근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층 중 어느 하나가 상기 강화 글라스 기판 상부 및 하부에 각각 형성되거나,
   근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층의 조합으로 상기 강화 글라스 기판 상부 및 하부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체.
10. 삭제
11. 0.05mm~0.3mm 두께의 원판 글라스 기판에 셀 어레이 형태에 따른 쉬트컷팅부를 형성하는 단계;
    상기 원판 글라스 기판을 강화시켜 상기 원판 글라스 기판의 상부 및 하부와 동시에 상기 쉬트컷팅부를 통해 측면부도 강화시키는 단계; 및
    상기 원판 글라스 기판의 상부 또는 하부에 광학필터층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지며,
    상기 원판 글라스 기판의 강화 후,
    상기 원판 글라스 기판 상부 및 하부 중 어느 하나 또는 둘 다에 형성하되,
    상기 원판 글라스 기판과 광학필터층 사이에 강도 보강용 수지층을 형성하며, 상기 수지층은 두께 0.1㎛~20㎛로 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체의 제조방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 셀 어레이는,
    각 셀 간의 간격은 0.1mm~2mm인 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체의 제조방법.
13. 제 11항에 있어서, 상기 셀 어레이는,
    복수개의 셀 유닛(unit)이 포함된 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체의 제조방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 셀 유닛 간의 간격은 0.5mm~2mm인 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체의 제조방법.
15. 제 11항에 있어서, 상기 원판 글라스 기판은,
    알루미노실리케이트 글라스(alumino-silicate glass) 계열을 사용하는 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체의 제조방법.
16. 제 15항에 있어서, 상기 원판 글라스 기판의 강화는,
    화학 강화에 의해 이루어지며, 상기 화학 강화는,
    질산칼륨(KNO₃)을 이용하여, 350℃~450℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체의 제조방법.
17. 제 11항에 있어서, 상기 쉬트컷팅부는,
    상기 원판 글라스 기판을 레이저로 쉬트컷팅(sheet cutting)하여 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체의 제조방법.
18. 삭제
19. 제 11항에 있어서, 상기 수지층은,
    근적외선 흡수 성분이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체의 제조방법.
20. 제 11항에 있어서, 상기 광학필터층은,
    근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층 중 어느 하나,
    또는 근적외선 반사층 및 가시광선 저반사층의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필터 셀 어레이 구조체의 제조방법.
21. 삭제

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