KR102055579B1 - 광학 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터는, 기판의 제1면에 적층된 제1 필터층을 포함하되, 제1 필터층은, 3 미만의 굴절률을 갖는 복수개의 저굴절률층; 3 초과의 굴절률을 갖는 복수개의 고굴절률층; 및 3 이상의 굴절률을 갖되 고굴절률층보다 낮은 굴절률을 갖는 복수개의 중굴절률층을 포함하고, 2개의 저굴절률층들 사이의 영역들 중 적어도 하나의 영역에 하나의 고굴절률층 및 하나의 중굴절률층이 개재된다.

Description

광학 필터{OPTICAL FILTER}
본 발명은 굴절률이 서로 다른 얇은 층들을 포함하는 광학 필터에 관한 것이다.
광학 필터는 요구되는 파장 대역의 광을 투과시키거나 차단하는 광학 장치이다. 예를 들어, 카메라 모듈 등과 같이 선택된 영역의 주파수 또는 색상이 필요한 애플리케이션의 경우 광의 파장 범위를 제한할 필요가 있다. 이를 위해 원치 않는 파장의 광을 선택적으로 반사(reflection), 굴절(refraction), 회절(diffraction) 또는 흡수(absorption)하고 나머지 파장의 광을 투과(transmission)하도록 하는 광학 필터가 사용될 수 있다.
한편, VR(Virtual Reality), AR(Augmented Reality), 자율 주행 차량, 드론, 안면 인식, 홍채 인식, 제스처 인식 등에 있어서 핵심 구성 요소 중 하나로 적외선 영역의 파장을 제어하기 위한 광학 필터가 주목받고 있다. 스마트 장치에 안면 인식, 홍채 인식, 제스처 인식 등과 같은 기능을 적용함에 있어서, 특정 적외선 영역에 대한 높은 투과 성능 및 나머지 영역에 대한 높은 차단 성능을 가짐과 동시에 낮은 두께를 갖는 광학 필터의 개발이 요구되고 있다.
일반적으로, 광학 필터는 기판 상에 배치된 필터 적층체를 포함하며, 필터 적층체는 높은 굴절률층과 낮은 굴절률층이 교번하여 적층된 구조를 갖는다. 높은 굴절률층과 낮은 굴절률층 각각의 굴절률, 전체 층 개수, 각 층의 두께 등을 조절하여 요구되는 파장의 광을 투과시키는 광학 필터가 제공될 수 있다.
한편, 광학 필터를 투과하는 광은 필터 적층체 내의 모든 층들을 통과하므로, 높은 굴절률층 및 낮은 굴절률층은 모두 낮은 흡광계수를 갖도록 선택된다. SiOx, SiNx 등의 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물은 2.0 미만의 상대적으로 낮은 굴절률을 가지며, 또한, 매우 작은 흡광계수를 갖기 때문에 낮은 굴절률층 용으로 적합하다. 한편, 수소화된 실리콘(Si:H)은 높은 굴절률을 가지며, 상대적으로 작은 흡광계수를 갖기 때문에, 오래전부터 높은 굴절률층으로 채택되어 왔다.
그러나 높은 굴절률층과 낮은 굴절률층의 두 종류의 층들을 이용한 광학 필터는 그 구조가 단순한 장점이 있지만, 요구되는 파장에 적합한 광학 필터를 세밀하게 설계하는데 한계가 있다. 특히, Si:H의 경우, 흡광계수를 줄이면 굴절률이 감소하고 굴절률을 증가시키면 흡광계수도 증가하는 경향이 있어, 굴절률을 증가시키면서 흡광계수를 줄이는데 한계가 있다. 더욱이, Si:H층은 가시광선에 가까운 근적외선 영역에서 상대적으로 높은 흡광계수를 갖기 때문에 투과율을 증가시키는데도 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 요구되는 파장을 선택적으로 투과하도록 세밀하게 설계할 수 있는 광학 필터를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 근적외선 영역의 특정 파장 대역 내의 광에 대해 높은 투과율과 함께 높은 차단 성능을 갖는 광학 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터는 기판; 및 상기 기판의 제1면에 적층된 제1 필터층을 포함하되, 상기 제1 필터층은, 3 미만의 굴절률을 갖는 복수개의 저굴절률층; 3 초과의 굴절률을 갖는 복수개의 고굴절률층; 및 3 이상의 굴절률을 갖되 상기 고굴절률층보다 낮은 굴절률을 갖는 복수개의 중굴절률층을 포함하고, 2개의 저굴절률층들 사이의 영역들 중 적어도 하나의 영역에 하나의 고굴절률층 및 하나의 중굴절률층이 개재된다.
고굴절률층과 함께 굴절률이 3 이상인 중굴절률층을 채택함으로써 광학 필터를 세밀하게 설계할 수 있어 광학 필터의 성능을 개선할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 고굴절률층들은 각각 수소화된 실리콘(Si:H)층을 포함하고, 상기 중굴절률층들은 각각 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층을 포함할 수 있다. 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘층들은 수소화된 실리콘층에 비해 더 작은 흡광계수를 갖기 때문에, 투과율이 향상된 광학 필터를 제공할 수 있다.
상기 광학 필터는, 특정 파장 영역에서 투과율이 96% 이상이며, 0도-30도 사이의 입사각에 따른 중심 파장의 블루 시프트(blue shift)는 12nm 미만일 수 있다.
나아가, 상기 제1 필터층은 상기 특정 파장 영역의 광을 투과시키는 밴드 패스 필터일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 특정 파장 영역은 800nm 내지 1000nm 파장 범위 내에 있을 수 있다.
한편, 상기 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층의 흡광계수는 800 내지 1000nm의 파장 영역 내에 0.0001 미만의 극소값을 가질 수 있다. 상기 흡광계수의 극소값은 800 내지 900nm의 파장 영역 내 또는 900 내지 1000nm의 파장 영역 내에 있을 수 있다.
한편, 상기 저굴절률층들은 SiOx, TiOx, NbOx, TaOx, AlOx, SiNx, TiNx, NbNx, TaNx, 또는 AlNx 중에서 선택될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 2개의 저굴절률층들 사이의 영역마다 하나의 고굴절률층 및 하나의 중굴절률층이 개재될 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 광학 필터는 서로 인접하는 고굴절률층과 중굴절률층의 광학 두께의 합이 중심 파장의 1.6배보다 큰 고굴절률층과 중굴절률층의 쌍을 적어도 2개 포함할 수 있다.
나아가, 상기 적어도 2개의 쌍은 각각 서로 인접하는 고굴절률층과 중굴절률층의 광학 두께의 합이 중심 파장의 2배보다 클 수 있다.
상기 적어도 2개의 쌍은 각각 중심 파장보다 큰 광학 두께를 갖는 고굴절률층을 포함할 수 있다.
상기 적어도 2개의 쌍은 각각 중심 파장보다 큰 광학 두께를 갖는 중굴절률층을 포함할 수 있다.
한편, 상기 고굴절률층과 중굴절률층의 쌍들 사이에 적어도 3개의 저굴절률층들이 배치될 수 있으며, 상기 적어도 3개의 저굴절률층들 사이의 영역마다 배치된 고굴절률층은 그것에 인접한 중굴절률층보다 작은 굴절률을 가질 수 있다.
본 명세서에서 용어 "중심 파장"은, 특별한 언급이 없는 한, 투과율 50% 이상의 파장 대역의 중심이 되는 파장을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 용어 "통과 대역"은 투과율이 특정 값 이상을 유지하는 파장 대역을 의미하며, 예를 들어, 투과율 50% 이상의 통과 대역, 또는 투과율 90% 이상의 통과 대역 등과 같이 특정 투과율과 함께 정의될 수 있다. 특별한 언급이 없는 경우, 용어 "통과 대역"은 투과율 50% 이상의 통과 대역을 의미한다. 한편, 용어 "전이 영역"은 통과 대역에서 투과율이 소정 값으로 낮아지는 파장 영역을 의미한다. 여기서, 상기 소정 값은 투과율 5% 이하의 값일 수 있으며, 요구되는 차단 수준에 따라 결정될 수 있다. 한편, 통과 대역과 전이 영역 외부의 영역은 일반적으로 차단 영역으로 지칭된다.
상기 광학 필터는 상기 기판 상에 배치된 제2 필터층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 필터층은 굴절률이 서로 다른 층들이 교번하여 적층된 구조를 가질 수 있다. 나아가, 상기 굴절률이 서로 다른 층들은 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층 을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제2 필터층은 가시광 영역 중 적어도 일부에 대해 95% 이상의 차단 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 제1 필터층 및 상기 제2 필터층의 전체 두께는 10μm 미만일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 필터층은 대역 통과 필터이고, 상기 제2 필터층은 상기 제1 필터층의 통과 대역을 포함하는 통과 대역을 가질 수 있다.
상기 제1 필터층은 상기 기판 상에 중간 주파수(MF) 마그네트론 스퍼터링 방식에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 특정 파장 영역에 대한 높은 투과율을 가짐과 동시에 두께가 감소된 광학 필터를 제공할 수 있으며, 나아가, 입사각 증가에 따른 중심 파장의 블루 시프트(blue shift)가 감소된 광학 필터를 제공할 수 있다.
나아가, 설계 파라미터 증가에 의해 요구되는 파장에 적합하게 세밀한 설계가 가능한 광학 필터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MF 마그네트론 스퍼터링 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 MF 마그네트론 스퍼터링 장치에서 H2 및 CH4 유량에 따른 SiC:H층의 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프들이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터에 적합한 Si:H층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터에 적합한 SiC:H층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프이다.
도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 필터에 적합한 SiC:H층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터층 내 각 층의 두께를 예시적으로 설명하기 위한 도표이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터층을 광학 거리에 따른 굴절률로 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터층 내 각 층의 광학 두께를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 도 6의 제1 필터층의 투과율을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 필터층의 구조 및 두께를 예시적으로 설명하기 위한 도표이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 필터층의 투과율을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제2 필터층의 구조 및 두께를 예시적으로 설명하기 위한 도표이다.
도 13은 도 12의 제2 필터층의 투과율을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 입사각에 따른 투과율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 더욱 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
본 명세서에서 '광학 필터(optical filter)', '광학 필름(optical film)', 광학 코팅(optical coating), 또는 '박막 필터(thin film filter)' 라 함은 일정한 파장 대역의 빛을 선택적으로 투과시키거나 투과하지 못하도록 막는 소자를 의미한다.
여기서 광학 필터, 광학 필름, 광학 코팅, 또는 박막 필터는 복수 개의 박막층(thin film) 또는 코팅층(coating layer)들로 구성될 수 있다.
박막층 또는 코팅층들의 재료, 층 개수, 두께 등을 다양하게 조합함으로써 원하는 투과 또는 반사 특성을 갖는 광학 필터를 생산할 수 있다.
대표적으로 광학 필터는 흡수 필터(absorption filter) 및 간섭 필터(interference filter)로 구분될 수 있다.
흡수 필터는 특정 파장 대역의 빛을 선택적으로 흡수하는 물질을 이용하여 빛을 차단할 수 있다.
간섭 필터는 흡수 필터와 달리 흡수보다는 빛의 간섭 현상을 이용하여 원하지 않는 파장을 파괴적으로 간섭(destructively interfere)함으로써 투과되는 파장을 제한할 수 있다. 선택적으로, 필터의 성능 개선을 위하여 특정 파장 대역의 빛을 흡수하는 물질을 더 도포할 수 있다.
일반적으로 간섭 필터는 기판 상에 다수의 박막층을 증착함으로써 주변광(ambient light)과 같이 필요 없는 방사를 제거할 수 있다.
예를 들어, 다층 유전체 표면에 입사하는 광은 보강 강화(constructive reinforcement)된 필터를 통과하거나 그로부터 반사되며 상쇄 간섭(destructive interference)에 의해 크기가 감소된다.
간섭 필터의 투과 및 반사 특성은 증착되는 박막층의 재료, 층수, 두께 등에 의해 결정될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터(10)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 광학 필터(10)는 기판(100), 제1 필터층(200), 및 제2 필터층(300)을 포함할 수 있다.
기판(100)은 요구되는 파장의 광을 투과하는 투명 기판으로, 예컨대 유리 기판 또는 석영 기판일 수 있다. 유리 기판(100)의 굴절률은 약 1.5일 수 있다. 기판(100)은 제1 필터층(200) 및 제2 필터층(300)을 지지한다.
제1 필터층(200)은 기판(100)의 제1면 상에 배치될 수 있다. 제1 필터층(200)은 기판(100) 상에 증착되어 형성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 필터층(200)은 임시 기판과 같은 다른 기판 상에 증착된 후, 기판(100) 상에 부착될 수도 있다.
제1 필터층(200)은 복수의 저굴절률층들(L), 복수의 고굴절률층들(H) 및 복수의 중굴절률층들(M)을 포함한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 필터층(200)은 L/M/H/L/M/H의 순서로 LMH가 반복되는 구조를 가질 수 있다. 첫째층과 마지막층은 모두 저굴절률층(L)일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시한 바와 같이, 두 개의 저굴절률층들(L) 사이의 영역에 중굴절률층(M)과 고굴절률층(H)이 배치된다. 두 개의 저굴절률층들(L) 사이의 영역마다 중굴절률층(M)과 고굴절률층(H)이 배치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 영역엔 중굴절률층(M) 및 고굴절률층(H) 중 어느 하나가 배치될 수도 있고, 다른 굴절률층이 추가로 배치될 수도 있다.
도 1의 광학 필터(10)에서 중굴절률층(M)이 인접한 고굴절률층(H)보다 기판(100)에 가깝게 배치되지만, 도 2에 도시한 광학 필터(10a)와 같이, 중굴절률층(M)이 인접한 고굴절률층(H)보다 기판(100)으로부터 더 멀리 배치될 수도 있다. 또한, 도 1 및 도 2의 광학 필터(10, 10a) 내에서 중굴절률층(M)과 고굴절률층(H) 쌍들은 동일한 적층 순서로 저굴절률층(L) 사이의 영역마다 배치된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 저굴절률층들(L) 사이에 배치된 중굴절률층(M)과 고굴절률층(H)의 적층 순서는 위치에 따라 변경될 수도 있다.
고굴절률층(H)과 저굴절률층(L) 이외에 중굴절률층(M)을 채택함으로써 광학 필터 설계를 위한 파라미터가 추가된다. 이에 따라, 요구되는 파장에 적합한 광학 필터를 세밀하게 설계할 수 있어 고성능의 광학 필터를 제공할 수 있다.
여기서 고굴절률층(H)은 3 초과의 굴절률(reflactive index)을 갖는 물질층으로 형성될 수 있다. 고굴절률층(H)은 특히 940nm의 파장에서 약 3.4 이상의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 고굴절률층(H)은 수소화된 실리콘(Si:H)층으로 형성될 수 있다.
한편, 중굴절률층(M)은 3 이상의 굴절률을 갖되 고굴절률층(H)보다 작은 굴절률을 갖는 물질층으로 형성될 수 있다. 중굴절률층(M)은 특히 940nm의 파장에서 약 3.3 이상의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 중굴절률층(M)은 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)으로 형성될 수 있다.
저굴절률층(L)은 3 미만의 굴절률을 갖는 물질층으로 형성될 수 있다. 저굴절률층(L)은 940nm의 파장에서 3 미만, 나아가, 2 미만, 더 나아가, 약 1.5 미만의 굴절률을 갖는 물질층으로 형성될 수 있다. 저굴절률층(L)은 예를 들어, SiOx(예컨대, SiO2), TiOx(예컨대, TiO2), NbOx(예컨대, Nb2O5), TaOx(예컨대, Ta2O5), 또는 AlOx(예컨대, Al2O3)를 포함할 수 있다.
제1 필터층(200)의 층 구조, 각 층들(L, M, H)의 층 두께 등에 대해서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 뒤에서 상세하게 설명된다.
한편, 제2 필터층(300)은 상기 제1면에 대향하여 기판(100)의 제2면 상에 배치될 수 있다. 제2 필터층(300)은 기판(100)의 제2면 상에 증착되어 형성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 필터층(300)은 임시 기판과 같은 다른 기판 상에 증착된 후, 기판(100) 상에 부착될 수도 있다.
제2 필터층(300)은 복수의 저굴절률층(301a) 및 복수의 고굴절률층(301b)들을 포함할 수 있으며, 저굴절률층(301a)과 고굴절률층(301b)이 교번하여 적층된 구조를 가질 수 있다. 또한, 제2 필터층(300)의 첫째층과 마지막층은 저굴절률층(301a)일 수 있으며, 특히 SiOx(예컨대, SiO2)층일 수 있다.
저굴절률층(301a)은 예컨대 SiOx(예컨대, SiO2), TiOx(예컨대, TiO2), NbOx(예컨대, Nb2O5), TaOx(예컨대, Ta2O5), 또는 AlOx(예컨대, Al2O3)를 포함할 수 있다. 특히, 저굴절률층(301a)은 SiO2층으로 형성될 수 있다.
고굴절률층(301b)은 예컨대 수소화된 실리콘(Si:H)층 또는 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층일 수 있다.
제2 필터층(300)은 기판의 제1면을 투과한 특정 파장 대역의 광이 다시 제2면에서 반사되는 것을 방지하기 위한 반사 방지 코팅(anti reflection coating)으로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제2 필터층(300)은 제1 필터층의 통과 대역 내의 파장의 광에 대해 높은 투과율을 가질 수 있다. 나아가, 제2 필터층(300)은 기판(100)의 제1면을 투과한 광 제1 필터층(200)의 통과 대역 외부의 파장의 광 중 적어도 일부를 차단할 수 있다. 제2 필터층(300)은 예를 들어 밴드 패스 필터일 수 있으며, 특히, 제1 필터층의 통과 대역과 중첩하는 파장 대역을 포함할 수 있다. 나아가, 제1 필터층(200)이 대역 통과 필터인 경우, 제2 필터층(300)은 제1 필터층(200)의 통과 대역보다 더 넓은 통과 대역을 가질 수 있으며, 제2 필터층(300)의 통과 대역은 제1 필터층(200)의 통과 대역을 포함할 수 있다. 이 경우, 광학 필터(10, 10a)의 통과 대역은 제1 필터층(200)과 제2 필터층(300)의 통과 대역이 중첩하는 영역, 제1 필터층(200)의 통과 대역에 의해 결정될 수 있다.
제2 필터층(300)의 구체적인 층 구조, 각 층들(301a, 301b)의 층 두께 등에 대해서는 도 10 내지 도 12를 참조하여 뒤에서 상세하게 설명된다.
한편, 제1 필터층(200) 및 제2 필터층(300) 내 각층의 증착 방식은 다양할 수 있다. 예를 들어, 박막 증착은 CVD(Chemical Vapor Deposition), 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering) 등과 같은 공정에 의해 수행될 수 있다.
스퍼터링 증착은 물리적 기상 증착(physical vapor deposition) 방법의 하나로 진공상태의 용기 안에 불활성 기체를 채우고, 소스인 타겟에 이온을 충돌시켜 타겟 물질을 기판으로 방출함으로써 기판 상에 박막을 증착한다.
이와 같은 스퍼터링 증착 방식은 재료가 되는 원자들이 강하게 기판에 부딪혀 증착되기 때문에 CVD, 증발 등에 의한 증착 방식에 비해 박막의 밀착 강도가 높아질 수 있다.
예를 들어, 스퍼터링 증착은, 직류 전원을 이용한 DC 스퍼터링, DC 펄스를 이용한 DC-펄스 스퍼터링, 교류 전원을 이용한 MF 또는 RF 스퍼터링, 이온 소스를 사용하여 타겟에 집중된 이온빔을 발생시키는 이온빔 스퍼터링, 자기장에 의해 한정된 기판과 타겟 사이의 플라즈마에서 이온화되는 마그네트론 스퍼터링 등을 포함할 수 있다.
마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)은 타겟의 이온화를 증가시키기 위하여 타겟 뒷면에 영구자석 또는 전자석을 설치한 것으로, 전기장으로부터 방출되는 전자를 타겟 바깥으로 형성되는 자기장내에 국부적으로 모아 반응성 가스와 충돌을 촉진시킴으로써 스퍼터링 효율을 향상시킬 수 있다.
MF 파워를 사용한 마그네트론 스퍼터링은 DC에 의한 아킹 발생의 단점을 보완하면서도 RF 마그네트론 스퍼터링에 비해 높은 증착률을 유지할 수 있어 광학 필터를 대량으로 제조하는데 특히 적합하다. 그러나 본 발명이 MF 마그네트론 스퍼터링에 한정되는 것은 아니며, 위에서 언급된 다양한 박막 증착 기술이 또한 이용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MF 마그네트론 스퍼터링 장치(1000)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 스퍼터링 장치(1000)는 진공 챔버(C), 기판 홀더(H), ICP(Inductively coupled plasma), 및 타겟(T)을 포함할 수 있다.
진공 챔버(C)는 진공 상태인 내부에서 박막층을 증착시키기 위한 것으로, 상기 진공 챔버(C) 내에 5.0E-3Pa 이하의 초기 진공도를 형성할 수 있다.
진공 챔버(C) 내에는 원통 형상의 드럼이 배치될 수 있고, 상기 드럼의 둘레를 따라 복수 개의 기판 홀더(H)가 배치될 수 있다. 각각의 기판 홀더(H)에 박막층이 증착될 기판이 배치될 수 있다. 원통형 드럼이 회전함에 따라 상기 기판 홀더(H) 내에 배치된 기판 상에 다수의 코팅층들이 증착될 수 있다.
기판은 앞서 설명한 바와 같이 특정 파장 대역에 투명한 기판일 수 있으며, 예컨대, 유리 기판 또는 석영 기판일 수 있다. 예를 들어, 투명한 유리 기판 상에 다수의 박막층을 증착하는 경우, 상기 기판의 제1면에 제1 필터층을 증착한 다음 상기 제1면과 대향하는 제2면에 제2 필터층을 증착하거나, 또는 제2면에 제2 필터층을 먼저 증착한 다음, 제1면에 제1 필터층을 증착할 수도 있다.
한편, 타겟(T)은 Si, Ge, Ga, As, Al, Sb, Zr, Nb, Ti, Mo 등의 금속 물질 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물로 형성될 수 있다.
타겟(T)에 MF 전원을 공급하고, 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 플라즈마를 형성함으로써 기판 상에 박막이 증착될 수 있다.
타겟에 인가되는 MF 전원은 예컨대 1kW 내지 20kW 범위 내일 수 있으며, 구체적으로는 3kW 내지 12kW 범위 내일 수 있다.
또한, 예를 들어, 아르곤(Ar) 가스는 10sccm(standard cubic centimeter per minute) 내지 500sccm의 유량으로 챔버(C)내에 주입될 수 있고, 더 구체적으로는, 50sccm 내지 300sccm의 유량으로 주입될 수 있다.
또한, ICP(Inductively Coupled Plasma)에는 RF 전원이 0.5~5kW 범위 내에서 공급될 수 있으며, 반응성 가스를 주입함으로써 기판 상에 원하는 코팅층이 형성되도록 할 수 있다.
예를 들어, ICP(Inductively Coupled Plasma)에 반응성 가스 H2를 10sccm 내지 500sccm 범위 내에서 주입할 수 있다. Si 타겟을 사용할 경우, 기판 상에는 수소화된 실리콘(Si:H)이 형성될 수 있다.
나아가, ICP(Inductively Coupled Plasma)에 반응성 가스 H2를 10sccm 내지 500sccm 범위 내에서 주입함과 동시에 CH4 또는 C2H2 등 C(Carbon)이 함유된 가스를 5sccm 내지 500sccm 범위 내에서 주입할 수 있다. 이 경우, 기판 상에는 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘층(SiC:H)이 형성될 수 있다.
또는, 예를 들어, ICP에 반응성 가스 H2, O2, N2 또는 CO2 등의 H(Hydrogen), O(Oxyzen), N(nitrogen), C(Carbon)이 함유된 가스를 50sccm 내지 500sccm 범위 내에서 주입할 수 있다. 이 경우, 기판 상에는 타겟 물질에 따라 SiOx(예컨대, SiO2), SiNx(예컨대 Si3N4), TiOx(예컨대, TiO2), NbOx(예컨대, Nb2O5), TaOx(예컨대, Ta2O5), AlOx(예컨대, Al2O3) 등과 같은 코팅층이 형성될 수 있다.
전술한 방법으로 다수의 코팅층들이 기판의 제1면 및 제2면에 증착될 수 있으며, 상기 기판에 증착되는 물질, 층의 개수, 두께를 조절함으로써 원하는 광학적 특성을 얻을 수 있다.
설명의 편의를 위하여 MF 마그네트론 스퍼터링 방식에 의해 제1 필터층 및 제2 필터층을 증착하는 것에 대해 설명하지만, 본 발명이 MF 마그네트로 스퍼터링 방식에 의해 증착된 층들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예들에 따른 광학 필터는 마그네트론 스퍼터링 방식 이외에 공지의 다양한 박막 증착 방식에 의해 제조될 수도 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 MF 마그네트론 스퍼터링 장치(1000)에서 H2 및 CH4 유량에 따른 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프들이다. 굴절률 및 흡광계수는 940nm의 파장에 대한 값으로 나타내었으며, H2 및 CH4 유량 이외의 다른 조건들은 모두 동일하게 하였다. 여기서, H2 및 CH4 유량은 ICP에 주입되는 H2 및 CH4 반응성 가스의 유량을 나타낸다.
우선, H2 유량이 90sccm에서 120sccm으로 증가함에 따라 SiC:H의 굴절률이 감소하는 경향을 나타내었다. 한편, H2 유량이 고정된 상태에서 CH4의 유량이 증가함에 따라 SiC:H의 굴절률은 대체로 감소하는 경향을 나타내었으며, 다만, H2 유량이 120sccm일 경우, CH4의 유량이 증가함에 따라 SiC:H의 굴절률이 약간 증가하는 경향을 나타내었다.
한편, H2 유량이 90sccm에서 CH4의 유량 증가에 따라 흡광계수가 대체로 감소하는 경향을 나타내었으나, H2 유량이 108sccm 및 120sccm에서 흡광계수는 CH4 유량에 따라 대체로 큰 변화 없이 약간 증가하는 경향을 보였다.
H2유량 및 CH4 유량을 조절함으로써 증착되는 SiC:H층의 굴절률 및 흡광계수를 제어할 수 있다. 수소화된 실리콘(Si:H)층에 대해서도 H2 유량을 조절함으로써 굴절률 및 흡광계수를 제어할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터에 적합한 Si:H층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프이다. Si:H층의 굴절률 및 흡광계수는 글래스 기판 상에 단일층을 증착한 후 투과율 및 반사율을 측정하고 Macleod 소프트웨어를 이용하여 정밀하게 계산하여 산출하였다.
도 5a를 참조하면, 700 내지 1100nm의 파장 영역에 걸쳐 굴절률은 단조 감소하였다. 굴절률은 700 내지 1100nm에 걸쳐 3.3보다 높은 값을 나타내며, 940nm의 파장에서 약 3.4보다 높은 값을 나타내었다.
흡광계수는 700nm에서 파장이 증가함에 따라 급격히 감소하며, 900 내지 1100nm의 파장범위에서 완만하게 감소하는 경항을 보인다. 흡광계수는 약 820nm 이상에서 0.0005보다 작은 값을 나타냈다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터에 적합한 SiC:H층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프이다. SiC:H층의 굴절률 및 흡광계수는 글래스 기판 상에 단일층을 증착한 후 투과율 및 반사율을 측정하고 Macleod 소프트웨어를 이용하여 정밀하게 계산하여 산출하였다.
도 5b를 참조하면, 700 내지 1100nm의 파장 영역에 걸쳐 굴절률은 단조 감소하였다. 굴절률은 700 내지 1050nm에 걸쳐 3.3보다 높은 값을 나타내며, 940nm의 파장에서 약 3.34보다 높은 값을 나타냉다.
흡광계수는 700nm 이상에 파장이 증가함에 따라 급격히 감소하며, 800 내지 1000nm 사이, 특히 800 내지 900nm의 파장 영역 내에서 0.0001 미만의 거의 0에 가까운 극소값을 갖고, 이어서 파장이 1100nm로 증가함에 따라 다시 증가하였다가 감소하였다. 흡광계수는 800 내지 1100nm에 걸쳐 0.0005보다 작은 값을 보여준다. 특히, SiC:H층의 흡광계수는 940nm의 파장에서 Si:H층의 흡광계수보다 작은 값을 가진다.
H2 유량, CH4 유량, MF 파워 등을 조절함으로써 SiC:H층의 굴절률 및 흡광계수를 제어할 수 있으며, 특히, 흡광계수의 극소값이 요구되는 파장에 일치하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 흡광계수의 극소값은 도 5c에 도시한 바와 같이 900nm 내지 1000nm의 파장 범위 내에 위치할 수도 있다. SiC:H층의 흡광계수의 극소값은 0에 가까운 값을 갖기 때문에, 요구되는 파장에 대해 Si:H보다 개선된 흡광계수를 갖는다. 따라서, 광학 필터에 SiC:H층을 사용함으로써 Si:H를 사용한 광학 필터에 비해 더 높은 투과율을 달성할 수 있다.
특히, 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(a-SiC:H)은 탄소가 첨가되지 않은 수소화된 실리콘(a-Si:H) 보다 결합 에너지가 높은 물질로 알려져 있으며, 이에 따라, 높은 방사 내성, 고온에서의 안정성 및 높은 열 전도성을 가진다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터층 내 각 층의 두께를 예시적으로 설명하기 위한 도표이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터층을 광학 거리에 따른 굴절률로 나타낸 개략도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터층 내 각 층의 광학 두께를 설명하기 위한 그래프이다.
여기서, a-Si:H는 고굴절률층(H), a-SiC:H는 중굴절률층(M), SiO2는 저굴절률층(L)으로 사용되었다. 또한, a-Si:H층들은 도 5a의 Si:H층 증착 조건에 따라 증착되었으며, a-SiC:H층들은 도 5b의 SiC:H층 증착 조건에 따라 증착되었다.
우선, 도 6을 참조하면, 제1 필터층(200)은 글래스 기판(100) 상에 L/M/H/L/M/H의 순서로 적층되며, 총 49층으로 구성된다. 첫째층과 마지막층은 모두 저굴절률층(L), 특히, SiO2층으로 형성된다. 제1 필터층(200)의 전체 두께는 약5440nm로 6㎛ 미만이다.
도 6은 제1 필터층(200) 내의 각 층들의 두께를 물리적 두께로 나타내며, 도 7 및 도 8은 각 층들의 두께를 광학 거리 또는 광학 두께(물리적 두께×굴절률)로 나타낸다. 도 7 및 도 8에서, FWOT(full wavelength optical thickness)는 중심 파장(λ0)의 크기에 해당되는 값을 나타내며, 광학 두께 또는 광학 거리는 FWOT의 배수로 표현된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 필터층(200)은 서로 인접하는 고굴절률층(H, SiH)과 중굴절률층(M, SiCH)의 광학 두께의 합이 중심 파장(λ0), 예컨대 940nm의 1.6배를 초과하는 고굴절률층(H)과 중굴절률층(M)의 쌍을 적어도 2개 포함할 수 있다. 나아가, 이들 적어도 2개의 쌍들 중 적어도 하나는 고굴절률층(H)과 중굴절률층(M)의 광학 두께의 합이 중심 파장(λ0)의 2배를 초과할 수도 있다.
이들 적어도 2개의 쌍은 제1 필터층(200)의 내부에 배치되며, 이들 쌍들의 사이에는 광학 두께가 0.4λ0, 나아가 0.3λ0보다 작은 광학 두께를 갖는 층들이 배치될 수 있다. 특히, 이들 쌍들의 사이에는 저굴절률층들(L, SiO2)이 적어도 3개 배치될 수 있으며, 이에 따라, 고굴절률층들과 중굴절률층들이 각각 적어도 2개 배치될 수 있다.
도 8에 도시되듯이, 상기 적어도 3개의 저굴절률층들(L)은 광학 두께가 그것에 인접한 고굴절률층(H) 또는 중굴절률층(M)보다 작을 수 있다. 또한, 상기 적어도 3개의 저굴절률층들(L) 사이의 영역마다 배치된 고굴절률층들(H)은 각각 그것에 인접한 중굴절률층(M)보다 작은 굴절률을 가질 수 있다.
나아가, 상기 적어도 2개의 쌍은 각각 중심 파장(λ0)의 0.8배보다 큰 광학 두께를 갖는 고굴절률층(H) 또는 중심 파장(λ0)의 0.8배보다 큰 광학 두께를 갖는 중굴절률층(M)을 포함할 수 있다. 특히, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 적어도 2개의 쌍들 내의 고굴절률층들(H) 및 중굴절률층들(M)은 모두 중심 파장(λ0)의 0.8배를 초과하는 광학 두께를 가질 수 있으며, 나아가 중심 파장(λ0)의 1배, 즉 중심 파장(λ0)보다 더 큰 광학 두께를 가질 수 있다.
한편, 광학 필터에 있어서 입사각(Angle of Incident, AOI) 증가에 따라 중심파장(Center Wave Length, CWL)이 단파장측으로 이동하는 블루 시프트(blue shift) 현상이 발생할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 광학 필터는 입사각 증가에 따른 중심파장의 블루 시프트(blue shift)를 감소시킴으로 통과 대역 안정성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 고굴절률층(H) 및 중굴절률층(M)의 광학 두께의 합이 중심 파장(λ0)의 1.6배, 나아가, 2배를 초과하는 고굴절률층과 중굴절률층의 쌍을 배치함으로써 입사각에 따른 중심파장의 블루 시프트(blue shift)를 감소시킬 수 있다.
도 9는 도 6의 제1 필터층의 투과율을 예시적으로 나타내는 그래프이다. 0.21mm의 글래스 기판 상에 도 6의 각 층의 두께 및 실제 측정하여 계산한 굴절률값들을 이용하여 Macleod 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션한 것이다.
도 9를 참조하면, 제1 필터층(200)은 750~1050nm 파장 영역 내에서 90% 이상, 나아가, 96% 이상의 높은 투과율을 갖는 파장 대역을 갖는다. 또한, 상기 제1 필터층(200)은 대역 통과 필터의 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 다만, 제1 필터층(200)은 750nm 근처에서 약 10%의 투과율을 나타내었다.
한편, 입사각이 증가함에 따라 중심파장(CWL)이 블루 시프트되는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 필터층(300)의 구조 및 두께를 예시적으로 설명하기 위한 도표이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 필터층의 투과율을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 필터층(300)은 Si:H/SiO2의 코팅층을 포함한다. 여기서 각 층의 두께 및 전체 층수는 특정 파장 영역에 대한 투과율을 얻도록 조정될 수 있다.
예를 들어, 제2 필터층(300)은 Si:H 및 SiO2 물질이 H/L/H/L 순서로 교번하여 적층된 형태일 수 있다. 이와 달리, 첫째 층과 마지막층이 모두 저굴절률층(L)일 수도 있다.
또한, 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이 제2 필터층(300)은 34개의 코팅층을 포함할 수 있으며, SiH/SiO2 의 코팅층이 쌍(pair)을 이루어 적층된 구조일 수 있다. 제2 필터층의 총 두께는 약 3955nm로 4㎛ 이하 일 수 있다. 제2 필터층(300) 내의 각 층의 두께 및 두께 비율은 일정하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 10를 참조하면, 각 Si:H층 및 SiO2 층들은 모두 서로 다른 두께 값(nm)을 가질 수 있다.
도 11을 참조하면, 제2 필터층(300)은 900~1050nm 파장 영역 내에서 투과율 90% 이상인 파장 대역을 가질 수 있다. 한편, 제2 필터층(300)은 900~1050nm 파장 영역 이외의 350 내지 1200nm의 파장 영역에 걸쳐 95% 이상의 차단 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 필터층(300)은 적어도 가시광 영역에 걸쳐 95% 이상의 차단 특성을 나타낸다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제2 필터층(300)은 대역통과 필터일 수 있다. 나아가, 제2 필터층(300)은 반사 방지를 위한 간섭 필터의 기능을 수행할 수 있다.
본 실시예에서, 제2 필터층(300)이 대역 통과 필터의 특성을 갖는 것으로 설명하지만, 예를 들어, 제2 필터층은 특정 파장 이상의 빛을 투과하는 에지(edge) 필터 또는 장파장 통과(long wavelength pass, LWP) 필터의 특성을 갖도록 형성될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제2 필터층의 구조 및 두께를 예시적으로 설명하기 위한 도표이고, 도 13은 도 12의 제2 필터층의 투과율을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 필터층은 SiC:H/SiO2의 코팅층을 포함한다. 여기서 각 층의 두께 및 전체 층수는 특정 파장 영역에 대한 투과율을 얻도록 조정될 수 있다.
예를 들어, 제2 필터층은 SiO2층 및 SiC:H층이 L/H/L/H/ 순서로 교번하여 적층된 형태일 수 있다. 또한, 예를 들어, 도 20에 도시된 바와 같이 제2 필터층은 33개의 코팅층을 포함할 수 있으며, 첫 번째 코팅층과 마지막 코팅층이 낮은 굴절률을 갖는 SiO2층일 수 있다. 제2 필터층의 총 두께는 5㎛ 미만, 나아가 4㎛ 미만일 수 있으며, 본 실시예에서는 약 3656nm이다.
도 13은 도 12의 제2 필터층내 각 층의 두께 및 굴절률을 이용하여 Macleod 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션한 것이다. 도 13에 도시되듯이, 제2 필터층은 900~1050nm 파장 영역 내에서 90% 이상의 높은 투과 특성을 갖는 파장 대역을 가질 수 있다. 반면에, 제2 필터층은 900~1050nm 파장 영역 이외의 350 내지 1200nm의 파장 영역에서 높은 차단 특성을 나타내며, 특히, 550 내지 850nm의 파장 영역에서 95% 이상의 높은 차단 특성을 갖는다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 입사각에 따른 투과율을 설명하기 위한 그래프이다.
본 실시예에 따른 광학 필터는 도 6의 제1 필터층(200) 및 도 12의 제2 필터층(300)이 약 0.21mm 두께의 글래스 기판(100) 양측 면에 각각 배치된 것으로, 도 14의 투과율 그래프는 Macleod 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션한 것이다. 제1 필터층과 제2 필터층의 전체 두께는 10μm 미만이다. 제1 필터층은 통과 대역을 갖는 밴드 패스 필터이고, 제2 필터층은 제1 필터층에 비해 상대적으로 넓은 통과 대역을 갖는 밴드 패스 필터이다. 제2 필터층은 통과 대역 및 전이 영역 외부의 차단 영역에서 상대적으로 높은 차단 수준을 갖는다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 필터는 900 내지 1000nm의 파장 영역 내에서 투과율 90% 이상, 나아가, 투과율 96% 이상인 통과 대역을 갖는다. 또한, 0도-30도 사이의 입사각에 따른 중심파장의 블루 시프트(blue shift)는 약 10nm로 12nm 미만이었다.
상기 광학 필터는 근적외선을 투과하는 적외선 투과 필터로 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 광학 필터는 제1 파장 영역에서 적어도 80% 이상의 투과율을 나타내는 제1 대역 통과 필터 및 제2 파장 영역에서 적어도 80% 이상의 투과율을 나타내는 제2 대역 통과 필터의 조합이다.
다른 실시예에서, 광학 필터는 제1 파장 영역에서 적어도 80% 이상의 투과율을 나타내는 대역 통과 필터와 제2 파장 영역에서 적어도 80% 이상의 투과율을 나타내는 에지 필터의 조합일 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 광학 필터는 입사각 0도에서 900 내지 1000nm 이외의 350 내지 1100nm에 걸쳐 OD2 이상의 높은 차단 특성을 갖는다. 특히, 상기 광학 필터는 가시광 영역에서 OD2.5 이상의 높은 차단 특성을 갖는다.
본 발명의 실시예들에 따른 광학 필터는 제1 파장 영역 및 제2 파장 영역 중 중첩되는 파장 영역에 대하여 적어도 80% 이상, 90% 이상, 나아가, 96% 이상의 투과율을 나타내는 대역 통과 필터일 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 15를 참조하면, 센서 시스템은 광원(LS), 센서(S) 및 광학 필터(F)를 포함한다.
광학 필터(F)는 센서(S) 상에 배치될 수 있다. 한편, 광원(LS)은 광학 필터(F)를 향해 광을 조사할 수 있다. 광원(LS)으로부터 입사된 광은 기판의 제1 면에 배치된 제1 필터층(200), 기판(100), 제2 필터층(300)의 순으로 통과할 수 있다. 제1 필터층(200), 기판(100) 및 제2 필터층(300)을 모두 통과한 특정 파장 대역의 광만이 센서(1000)에서 감지될 수 있다.
광원(LS)이 센서(S)에 대향하여 광학 필터(F) 상부에 배치된 것으로 설명하지만, 광원(LS)은 센서(S) 측에 배치될 수도 있다. 광원(LS)은 특정 파장, 예컨대 940nm 파장의 광을 피사체를 향해 조사할 수 있으며, 피사체에서 반사된 광이 광학 필터(F)로 입사될 수 있다. 광학 필터(F)는 상기 특정 파장을 포함하는 파장 대역의 광을 투과하고, 그 외 차단 영역 내의 파장의 광을 차단한다. 이에 따라, 배경광에 의한 노이즈가 제거된다.
앞서 설명한 실시예들의 광학 필터는 적외선 영역의 광을 투과하는 광학 필터로 사용하기에 적합하다. 앞서, 설명의 편의를 위하여 광학 필터가 센서 상에 배치되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시예들에 따른 광학 필터는 적외선 영역에서의 투과 및 반사 특성 조절을 위한 다양한 장치에 활용될 수 있다.
앞서, 본 발명이 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 설명된 시스템, 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로 다른 구현예들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위에 속한다.

Claims (19)

  1. 기판; 및
    상기 기판의 제1면에 적층된 제1 필터층을 포함하되,
    상기 제1 필터층은,
    3 미만의 굴절률을 갖는 복수개의 저굴절률층;
    3 초과의 굴절률을 갖는 복수개의 고굴절률층; 및
    3 이상의 굴절률을 갖되 상기 고굴절률층보다 낮은 굴절률을 갖는 복수개의 중굴절률층을 포함하고,
    2개의 저굴절률층들 사이의 영역들 중 복수의 영역에 하나의 고굴절률층 및 하나의 중굴절률층의 쌍이 개재되고,
    서로 인접하는 고굴절률층과 중굴절률층의 광학 두께의 합이 중심 파장의 1.6배보다 큰 고굴절률층과 중굴절률층의 쌍을 적어도 2개 포함하는 광학 필터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고굴절률층들은 각각 수소화된 실리콘(Si:H)층을 포함하고,
    상기 중굴절률층들은 각각 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층을 포함하는 광학 필터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    특정 파장 영역에서 투과율이 96% 이상이며, 0도-30도 사이의 입사각에 따른 중심 파장의 블루 시프트(blue shift)는 12nm 미만인 광학 필터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 필터층은 상기 특정 파장 영역의 광을 투과시키는 밴드 패스 필터인 광학 필터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 특정 파장 영역은 800nm 내지 1000nm 파장 범위 내에 있는 광학 필터.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층의 흡광계수는 800 내지 1000nm의 파장 영역 내에 0.0001 미만의 극소값을 갖는 광학 필터.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 저굴절률층들은 SiOx, TiOx, NbOx, TaOx, AlOx, SiNx, TiNx, NbNx, TaNx, 또는 AlNx 중에서 선택되는 광학 필터.
  8. 청구항 1에 있어서,
    2개의 저굴절률층들 사이의 영역마다 하나의 고굴절률층 및 하나의 중굴절률층의 쌍이 개재된 광학 필터.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 2개의 쌍은 각각 서로 인접하는 고굴절률층과 중굴절률층의 광학 두께의 합이 중심 파장의 2배보다 큰 광학 필터.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 2개의 쌍은 각각 중심 파장보다 큰 광학 두께를 갖는 고굴절률층을 포함하는 광학 필터.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 2개의 쌍은 각각 중심 파장보다 큰 광학 두께를 갖는 중굴절률층을 포함하는 광학 필터.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 고굴절률층과 중굴절률층의 쌍들 사이에 적어도 3개의 저굴절률층들이 배치되고,
    상기 적어도 3개의 저굴절률층들 사이의 영역마다 배치된 고굴절률층은 그것에 인접한 중굴절률층보다 작은 굴절률을 갖는 광학 필터.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 상에 배치된 제2 필터층을 더 포함하되,
    상기 제2 필터층은 굴절률이 서로 다른 층들이 교번하여 적층된 구조를 가지는 광학 필터.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 굴절률이 서로 다른 층들은 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층을 포함하는 광학 필터.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 필터층은 가시광 영역 중 적어도 일부에 대해 95% 이상의 차단 특성을 나타내는 광학 필터.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 필터층 및 상기 제2 필터층의 전체 두께는 10μm 미만인 광학 필터.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 필터층은 대역 통과 필터이고, 상기 제2 필터층은 상기 제1 필터층의 통과 대역을 포함하는 통과 대역을 갖는 광학 필터.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 필터층은 상기 기판 상에 중간 주파수(MF) 마그네트론 스퍼터링 방식에 의해 형성된 광학 필터.
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