KR102250527B1 - Variable Color Filter Film And Strain Measuring Apparatus - Google Patents

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KR102250527B1
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허주혁
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 가변 칼라 필터 및 변형률 측정 장치를 제공한다. 이 가변 칼라 필터는 광에 대하여 투과성을 가지고 제1 굴절률을 가지고 신축성을 가지는 투명 신축 필름; 및 외부로 돌출되지 않도록 상기 투명 신축 필름 내부에 완전히 매몰되고 비신축성을 가지고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 가지는 주기 패턴을 포함한다.The present invention provides a variable color filter and a strain measurement device. The variable color filter includes: a transparent stretchable film having transmittance to light, a first refractive index, and stretchability; And a periodic pattern that is completely buried inside the transparent stretchable film so as not to protrude to the outside, has non-stretchy, and has a second refractive index higher than the first refractive index.

Description

가변 칼라 필터 필름 및 변형률 측정 장치{Variable Color Filter Film And Strain Measuring Apparatus}Variable Color Filter Film And Strain Measuring Apparatus}

본 발명은 가이드 모드 공명(Guided-mode resonance)을 이용한 칼라 필터 필름에 관한 것으로, 더 구체적으로 신축성 소재를 이용한 가변 칼라 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a color filter film using guided-mode resonance, and more particularly, to a variable color filter using a stretchable material.

일반적으로 산업에 사용되는 컬러필터는 화학적 안료나 염색 시약을 사용한다. 하지만 디스플레이 산업이 발달하고 광학소자가 점점 집적화, 공정 간소화가 요구됨에 따라 새로운 대안 기술들이 개발되었다.In general, color filters used in industry use chemical pigments or dyeing reagents. However, as the display industry has developed and optical devices are increasingly integrated and process simplification is required, new alternative technologies have been developed.

자연에서 발견되는 공작새 깃털의 화려한 색이나 나비 날개의 영롱한 색은 염료나 염색과 같은 화학적인 요인으로 인한 색이 아니라 표면 구조가 나노 크기로 되어 있어서 빛을 산란시킴으로 인해 발현되는 색이다. 이를 구조 색 (Structural color)이라고 하며 이에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. The brilliant color of peacock feathers found in nature or the bright color of butterfly wings is not a color due to chemical factors such as dyes or dyeing, but a color that is expressed by scattering light because the surface structure is nano-sized. This is called structural color, and many studies are being conducted on this.

나노 크기의 격자는 격자 사이의 거리, 격자 하나의 직경 및 높이 또는 깊이 등 구조적 크기에 따라 발현되는 광 특성이 다양하게 달라진다. 또한 나노 크기로 패터닝할 때 사용하는 물질을 금속과 유전체의 복합적인 구조를 통해 플라즈모닉 현상을 발생시켜 효율을 향상시키는 연구들도 진행되고 있다. Nano-sized gratings have various optical properties depending on the structural size, such as the distance between gratings and the diameter and height or depth of one grating. In addition, studies are being conducted to improve efficiency by generating a plasmonic phenomenon through a complex structure of metal and dielectric materials used for patterning in nano size.

변형률 센서는 일반적으로 광섬유를 사용하여 개발되고 있다. 광섬유 내부에 브래그 회절 격자(Bragg diffraction grating)를 형성한 후, 광섬유의 일단에 빛을 조사시켜 반대쪽에서 변형된 빛의 스펙트럼을 분석한다. 광섬유 변형률 센서는 광섬유에 걸린 변형률을 계산한다. Strain sensors are generally developed using optical fibers. After forming a Bragg diffraction grating inside the optical fiber, light is irradiated to one end of the optical fiber to analyze the spectrum of the light deformed from the other side. The fiber optic strain sensor calculates the strain applied to the fiber.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고굴절률 물질의 나노 급 그레이팅 구조가 입사광에 대해 선택적으로 빛을 반사 또는 투과시켜 나타내는 컬러필터 개념을 이용한다. 신축성 필름에 매몰된 비신축성의 나노 격자구조를 형성한 후, 신축성 필름에 걸리는 변형률에 따라 필터링되는 빛의 파장이 달라짐을 이용하여 광학적 시그널을 이용한 변형률 센서가 제공된다. 또한 역으로 걸어준 변형률의 정도에 따라 필터링되는 빛의 파장을 조절할 수 있는 가변 칼라 필터가 제공된다.One technical problem to be solved of the present invention uses the concept of a color filter in which a nano-class grating structure of a high refractive index material selectively reflects or transmits light with respect to incident light. After forming a non-stretchable nano-grid structure buried in the stretchable film, a strain sensor using an optical signal is provided by using a wavelength of light filtered according to a strain applied to the stretchable film. In addition, a variable color filter capable of adjusting the wavelength of the filtered light according to the degree of the reverse applied strain is provided.

본 발명의 일 실시예에 따른 가변 칼라 필터는 광에 대하여 투과성을 가지고 제1 굴절률을 가지고 신축성을 가지는 투명 신축 필름; 및 외부로 돌출되지 않도록 상기 투명 신축 필름 내부에 완전히 매몰되고 비신축성을 가지고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 가지는 주기 패턴을 포함한다.A variable color filter according to an embodiment of the present invention includes a transparent stretchable film having transmittance to light, a first refractive index, and stretchability; And a periodic pattern that is completely buried inside the transparent stretchable film so as not to protrude to the outside, has non-stretchy, and has a second refractive index higher than the first refractive index.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 투명 신축 필름은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), PFPE(perfluoropolyether), 에폭시(epoxy) 수지, 라텍스(latex) 고무 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the transparent stretchable film may include at least one of polydimethylsiloxane (PDMS), perfluoropolyether (PFPE), epoxy resin, and latex rubber.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주기 패턴은 타이타늄산화물(TiO2), 지르코늄산화물(ZrO2), 아연산화물(ZnO), 실리콘(Si), 그리고 제마늄(Ge) 중에서 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the periodic pattern may include one of titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO2), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), and gemanium (Ge). .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주기 패턴은 나란히 연장되는 직선이고, 상기 주기 패턴의 주기는 입사하는 파장보다 작고, 상기 주기 패턴의 두께는 반파장 내지 파장의 정수배의 범위일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the periodic pattern is a straight line extending in parallel, the period of the periodic pattern is smaller than an incident wavelength, and the thickness of the periodic pattern may range from half a wavelength to an integer multiple of a wavelength.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주기 패턴은 제1 방향의 제1 주기를 가지고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제1 주기와 다른 제2 주기를 가지고 배치되고, 상기 제1 주기 및 상기 제2 주기는 입사하는 파장보다 작고, 상기 주기 패턴의 두께는 반파장 내지 파장의 정수배의 범위일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the periodic pattern has a first period in a first direction and is disposed in a second direction perpendicular to the first direction to have a second period different from the first period, and the first period And the second period is smaller than the incident wavelength, and the thickness of the period pattern may range from half a wavelength to an integer multiple of a wavelength.

본 발명의 일 실시예에 따른 변형률 측정 장치는 온도 또는 외력에 의하여 변형되고 측정 대상에 부착된 가변 칼라 필터; 상기 가변 칼라 필터에 광대역의 입사광을 조사하는 광대역 광원; 상기 가변 칼라 필터에서 반사된 반사광 또는 상기 가변 칼라 필터을 투과한 광을 제공받아 파장에 따라 스펙트럼을 측정하는 분광기; 및 상기 분광기에 측정된 반사 스펙트럼의 최대 세기의 파장 또는 투과 스펙트럼의 최소 세기의 파장으로부터 상기 가변 칼라 필터의 변형률을 산출하는 처리부를 포함한다. 상기 가변 칼라 필터는 광에 대하여 투과성을 가지고 제1 굴절률 가지고 신축성을 가지는 투명 신축 필름; 및 외부로 돌출되지 않도록 상기 투명 신축 필름 내부에 완전히 매몰되고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 가지는 주기 패턴을 포함한다.A strain measurement apparatus according to an embodiment of the present invention includes a variable color filter deformed by temperature or external force and attached to a measurement object; A broadband light source for irradiating a broadband incident light onto the variable color filter; A spectrometer for measuring a spectrum according to a wavelength by receiving reflected light reflected from the variable color filter or light transmitted through the variable color filter; And a processing unit that calculates a strain of the variable color filter from a wavelength of a maximum intensity of a reflection spectrum or a wavelength of a minimum intensity of a transmission spectrum measured by the spectrometer. The variable color filter may include a transparent stretchable film having transmittance to light, a first refractive index, and stretchability; And a periodic pattern that is completely buried inside the transparent stretchable film so as not to protrude to the outside and has a second refractive index higher than the first refractive index.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 칼라 필터는 상기 투명 신축 필름의 일면에 배치된 접착층을 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the variable color filter may further include an adhesive layer disposed on one surface of the transparent stretchable film.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 투명 신축 필름은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), PFPE(perfluoropolyether), 에폭시(epoxy) 수지, 라텍스(latex) 고무 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the transparent stretchable film may include at least one of polydimethylsiloxane (PDMS), perfluoropolyether (PFPE), epoxy resin, and latex rubber.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주기 패턴은 타이타늄산화물(TiO2), 지르코늄산화물(ZrO2), 아연산화물(ZnO), 실리콘(Si), 그리고 제마늄(Ge) 중에서 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the periodic pattern may include one of titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO2), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), and gemanium (Ge). .

본 발명의 일 실시예에 따른 가변 칼라 필터의 제조 방법은 희생 기판에 비신축성 및 고굴절률을 가지는 제1 유전체층을 증착하는 단계; 상기 제1 유전체층을 패터닝하여 상기 희생 기판 상에 주기 패턴을 형성하는 단계; 상기 주기 패턴 상에 신축성 및 저굴절률을 가지는 제2 유전체층을 형성하는 단계; 상기 희생 기판을 제거하여 상기 주기 패턴을 노출시키는 단계; 및 상기 노출된 주기 패턴 상에 신축성 및 저굴절률을 가지는 제3 유전체층을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a variable color filter according to an embodiment of the present invention includes depositing a first dielectric layer having a non-stretchable and high refractive index on a sacrificial substrate; Patterning the first dielectric layer to form a periodic pattern on the sacrificial substrate; Forming a second dielectric layer having elasticity and a low refractive index on the periodic pattern; Exposing the periodic pattern by removing the sacrificial substrate; And forming a third dielectric layer having elasticity and a low refractive index on the exposed periodic pattern.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 희생 기판은 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판 상에 적층된 실리콘산화막, 및 상기 실리콘 산화막 상에 적층된 니켈층을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the sacrificial substrate may include a silicon substrate, a silicon oxide layer stacked on the silicon substrate, and a nickel layer stacked on the silicon oxide layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유전체층을 패터닝하여 상기 희생 기판 상에 주기 패턴을 형성하는 단계는 상기 제1 유전체층 상에 희생 폴리머 마스크층과 실리콘 함유 레지스트층를 차례로 코팅하고 임프린팅 기법을 이용하여 상기 실리콘 함유 레지스트층에 역 패턴(line inverse pattern)을 형성하는 단계; 상기 역 패턴이 형성된 실리콘 함유 레지스트를 마스크로 상기 희생 폴리머 마스크층을 식각하여 상기 제1 유전체층의 상부면을 노출시키는 단계; 상기 노출된 제1 유전체층 상에 금속 마스크층을 증착하는 단계; 상기 희생 폴리머 마스크층을 리프트-오프 기법을 사용하여 제거하고 금속 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 금속 마스크 패턴을 마스크로 하여 상기 제1 유전체층을 식각하여 주기 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 금속 마스크 패턴을 제거하여 상기 주기 패턴을 노출하는 단계;을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the step of forming a periodic pattern on the sacrificial substrate by patterning the first dielectric layer, a sacrificial polymer mask layer and a silicon-containing resist layer are sequentially coated on the first dielectric layer, and an imprinting technique is performed. Forming a line inverse pattern on the silicon-containing resist layer by using; Etching the sacrificial polymer mask layer using the silicon-containing resist having the reverse pattern formed thereon as a mask to expose the upper surface of the first dielectric layer; Depositing a metal mask layer on the exposed first dielectric layer; Removing the sacrificial polymer mask layer using a lift-off technique and forming a metal mask pattern; Forming a periodic pattern by etching the first dielectric layer using the metal mask pattern as a mask; And exposing the periodic pattern by removing the metal mask pattern.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 유전체층 및 제3 유전체층은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), PFPE(perfluoropolyether), 에폭시(epoxy) 수지, 라텍스(latex) 고무 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the second dielectric layer and the third dielectric layer may include at least one of polydimethylsiloxane (PDMS), perfluoropolyether (PFPE), epoxy resin, and latex rubber. have.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유전체층은 타이타늄산화물(TiO2), 지르코늄산화물(ZrO2), 아연산화물(ZnO), 실리콘(Si), 그리고 제마늄(Ge) 중에서 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first dielectric layer may include one of titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO2), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), and gemanium (Ge). have.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 유연/신축성 필름에 나노 격자형 컬러필터가 구현될 수 있다. 상기 컬러 필터는 변형률에 따라 필터링되는 대역이 변경되어, 가변 칼라 필러 및 변형률 센서로 동작한다. 이에 따라, 상기 가변 칼라 필러는 기존의 복잡한 변형률 센서 및 그 시스템을 대체하는 간단한 소자로서 활용될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a nano-grid type color filter may be implemented in a flexible/stretchable film. The color filter changes a band to be filtered according to the strain, and thus operates as a variable color filler and a strain sensor. Accordingly, the variable color filler can be used as a simple element replacing the existing complex strain sensor and the system.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사식 변형률 측정 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 가변 칼라 필터를 설명하는 사시도이다.
도 3은 2의 가변 칼라 필터를 설명하는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 칼라 필터의 변형률을 나타내는 도면이다.
도 4b는 도 4a에서 변형률에 따른 반사 스펙트럼을 나타내는 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 칼라 필터의 변형률에 따른 반사 스펙트럼을 나타내는 실험 결과이다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 칼라 필터를 나타내는 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 가변 칼라 필터를 나타내는 평면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 칼라 필터의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투과식 변형률 측정 장치를 설명하는 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a reflective strain measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating the variable color filter of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view illustrating the variable color filter of 2;
4A is a diagram illustrating a strain rate of a variable color filter according to an embodiment of the present invention.
4B is a diagram showing a simulation result showing a reflection spectrum according to a strain in FIG. 4A.
5 is an experimental result showing a reflection spectrum according to a strain rate of a variable color filter according to an embodiment of the present invention.
6A is a perspective view showing a variable color filter according to another embodiment of the present invention.
6B is a plan view showing the variable color filter of FIG. 6A.
7 and 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a variable color filter according to an embodiment of the present invention.
9 is a conceptual diagram illustrating a transmission strain measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

가이드 모드 공명(Guided-mode resonance)은 광 도파관의 가이드 모드가 위상-매칭 소자에 의하여 여기될 수 있는 현상이다. 유리 기판 표면에 형성된 실리콘 재질의 직선 그레이팅 패턴(linear grating pattern)은 칼라 필터로 동작할 수 있다. 단순히 고 굴절률을 가지는 유전체 물질만 사용해서 나노 격자(nano grating) 구조를 만들어도 컬러필터가 구현 될 수 있다.Guided-mode resonance is a phenomenon in which a guide mode of an optical waveguide can be excited by a phase-matching element. A linear grating pattern made of silicon formed on the surface of the glass substrate may operate as a color filter. A color filter can be implemented by simply creating a nano grating structure using only a dielectric material having a high refractive index.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고굴절률을 가진 직선형 그레이팅 패턴은 저굴절률의 신축성 투명 재질 필름 내부에 매몰된다. 이러한 구조의 필름은 외력에 의하여 수축/인장될 수 있다. 이러한 신축성은 그레이팅 패턴의 굴절률 및 격자 주기를 변경하여, 반사되는 파장 대역을 가변할 수 있는 가변 칼라 필터를 제공할 수 있다. 상기 가변 칼라 필터로 사용하기 위하여, 외부로부터 상기 가변 칼라 필터에 인장력이 가해질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a linear grating pattern having a high refractive index is buried in a stretchable transparent material film having a low refractive index. The film of this structure can be contracted/tensioned by an external force. Such elasticity may provide a variable color filter capable of varying the reflected wavelength band by changing the refractive index and grating period of the grating pattern. In order to be used as the variable color filter, a tensile force may be applied to the variable color filter from the outside.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예와 결과 등에 대해 설명하고자 한다. 이하의 실시 예와 결과는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments and results of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The following examples and results are provided to complete the disclosure of the present invention, and to fully inform a person of ordinary skill in the scope of the invention. In addition, in the drawings for convenience of description, the size of the components may be exaggerated or reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사식 변형률 측정 장치를 설명하는 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a reflective strain measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 가변 칼라 필터를 설명하는 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view illustrating the variable color filter of FIG. 1.

도 3은 2의 가변 칼라 필터를 설명하는 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating the variable color filter of 2;

도 1 내지 도 3을 참조하면, 변형률 측정 장치(100)는 가변 칼라 필터(120), 광대역 광원(110), 분광기(116), 및 처리부(118)를 포함한다. 상기 가변 칼라 필터(120)는 온도 또는 외력에 의하여 변형되고 측정 대상(10)에 부착된다. 1 to 3, the strain measuring apparatus 100 includes a variable color filter 120, a broadband light source 110, a spectroscope 116, and a processing unit 118. The variable color filter 120 is deformed by temperature or external force and attached to the measurement object 10.

상기 광대역 광원(110)은 상기 가변 칼라 필터(120)에 광대역의 입사광을 조사한다. 상기 분광기(116)는 상기 가변 칼라 필터(120)에서 반사된 반사광 또는 상기 가변 칼라 필터(120)을 투과한 투과광을 제공받아 파장에 따라 스펙트럼을 측정한다. 상기 처리부(118)는 상기 분광기(116)에 측정된 반사 스펙트럼의 최대 세기의 파장 또는 투과 스펙트럼의 최소 세기의 파장으로부터 상기 가변 칼라 필터(120)의 변형률을 산출한다. 상기 가변 칼라 필터(120)은 광에 대하여 투과성을 가지고 제1 굴절률 가지고 신축성을 가지는 투명 신축 필름(124); 및 외부로 돌출되지 않도록 상기 투명 신축 필름 내부에 완전히 매몰되고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 가지는 주기 패턴(122)을 포함한다.The broadband light source 110 irradiates a broadband incident light onto the variable color filter 120. The spectrometer 116 receives reflected light reflected from the variable color filter 120 or transmitted light transmitted through the variable color filter 120 and measures a spectrum according to a wavelength. The processing unit 118 calculates the strain of the tunable color filter 120 from the wavelength of the maximum intensity of the reflection spectrum or the wavelength of the minimum intensity of the transmission spectrum measured by the spectrometer 116. The variable color filter 120 may include a transparent stretchable film 124 having transmittance to light, a first refractive index, and stretchability; And a periodic pattern 122 that is completely buried inside the transparent stretchable film so as not to protrude to the outside and has a second refractive index higher than the first refractive index.

상기 변형률 측정 장치(100)는 가해지는 힘에 따라 반사 스펙트럼이 변하는 센서이다. 상기 변형률 측정 장치(100)는 전기적 특성을 이용하지 않아 외부 전자기파에 방해받지 않으며, 외부 광원이 없는 경우, 태양광을 외부 광원으로 하여 사용 가능하다.The strain measurement device 100 is a sensor whose reflection spectrum changes according to an applied force. The strain measurement device 100 does not use electrical characteristics and is not disturbed by external electromagnetic waves, and when there is no external light source, sunlight can be used as an external light source.

측정대상(10)은 온도 또는 외력에 의하여 변형되는 장치일 수 있다. 측정 대상(110)은 상기 가변 칼라 필터(120)에 의하여 변형율을 측정하고자 하는 대상이다. 상기 측정 대상이 변형됨에 따라, 상기 가변 칼라 필터(120)가 동시에 동일하게 변형된다.The measurement object 10 may be a device that is deformed by temperature or external force. The measurement object 110 is an object for which the strain rate is to be measured by the variable color filter 120. As the object to be measured is deformed, the variable color filter 120 is deformed at the same time and equally.

상기 광대역 광원(110)은 상기 가변 칼라 필터의 반사 특성에 따라 선택되며, 상기 광대역 광원의 대역폭은 100 nm 이상 일 수 있다. 상기 광대역 광원(110)은 일정한 세기의 연속 스펙스럼을 제공하기 위하여 복수의 광원을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 광대역 광원은 텅스턴 램프일 수 있다. 상기 광대역 광원(110)은 적외선 영역 또는 가시 광선 영역일 수 있다. 상기 광대역 광원의 파장 대역에 따라 상기 주기 패턴의 주기가 선택될 수 있다.The broadband light source 110 is selected according to reflection characteristics of the variable color filter, and the bandwidth of the broadband light source may be 100 nm or more. The broadband light source 110 may be used by combining a plurality of light sources to provide a continuous spectrum of a constant intensity. The broadband light source may be a tungsten lamp. The broadband light source 110 may be an infrared region or a visible ray region. The period of the periodic pattern may be selected according to the wavelength band of the broadband light source.

상기 광대역 광원의 출력광은 선택적으로 편광판(112)을 투과하여 빔 분할기(114)에 제공될 수 있다. 상기 가변 칼라 필터(120)는 편광판으로 기능할 수 있으므로, 상기 입사광에 일정한 편광을 제공할 수 있다. 상기 편광판이 배치된 경우, 상기 반사광의 안정성이 향상될 수 있다. The output light of the broadband light source may be selectively transmitted through the polarizing plate 112 and provided to the beam splitter 114. Since the variable color filter 120 may function as a polarizing plate, it may provide constant polarization to the incident light. When the polarizing plate is disposed, stability of the reflected light may be improved.

빔 분할기(114)는 상기 광대역 광원의 출력광을 상기 가변 칼라 필터(120)에 제공하고, 반사되는 반사광을 반사시키어 빔 경로를 변경할 수 있다.The beam splitter 114 may change the beam path by providing the output light of the broadband light source to the variable color filter 120 and reflecting the reflected light.

분광기(116)는 상기 빔 분할기(114)를 통하여 제공된 반사광을 제공받아 스펙트럼을 분석할 수 있다. 상기 분광기(116)는 프리즘이나 회절 격자를 포함하고, 공간적으로 분리된 스펙트럼을 측정하여 전기 신호로 변경할 수 있다. 상기 분광기(116)는 일차원 광센서 어레이, 2차원 광센서 어레이, 또는 최대/최소 광 세기의 위치를 측정하는 위치 감지 소자(Position Sensitive Detector)를 포함할 수 있다.The spectrometer 116 may receive reflected light provided through the beam splitter 114 and analyze the spectrum. The spectrometer 116 includes a prism or a diffraction grating, and may measure a spatially separated spectrum and convert it into an electrical signal. The spectrometer 116 may include a one-dimensional optical sensor array, a two-dimensional optical sensor array, or a position sensing element (Position Sensitive Detector) for measuring a position of a maximum/minimum light intensity.

처리부(118)는 상기 분광기의 반사 스펙트럼의 최대 세기의 위치(파장)로부터 상기 측정 대상의 변형률을 산출할 수 있다. 상기 처리부(118)는 반사 스펙트럼의 최대 세기의 위치 차이는 변형이 없는 경우와 변형이 있는 경우의 최대 위치의 파장 차이이다. 상기 파장 차이는 변형률이 20 퍼센트 이하인 경우에는 변형률에 선형 비례하고, 변형률이 20 퍼센트 초과인 경우 변형률에 선형 비례하지 않을 수 있다. 상기 파장 차이와 상기 변형률의 관계는 테이블화되어 사용될 수 있다. The processing unit 118 may calculate the strain of the measurement object from the position (wavelength) of the maximum intensity of the reflection spectrum of the spectroscope. The difference in the position of the maximum intensity of the reflection spectrum of the processing unit 118 is a difference in wavelength between the maximum position in the case of no deformation and the case of deformation. The wavelength difference may be linearly proportional to the strain when the strain is 20 percent or less, and may not be linearly proportional to the strain when the strain is greater than 20 percent. The relationship between the wavelength difference and the strain may be tabled and used.

상기 가변 칼라 필터(120)는 광에 대하여 투과성을 가지고 제1 굴절률 가지고 신축성을 가지는 투명 신축 필름(124) 및 외부로 돌출되지 않도록 상기 투명 신축 필름 내부에 완전히 매몰되고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 가지는 주기 패턴(122)을 포함한다. 입사광은 상기 가변 칼라 필터에 수직으로 입사할 수 있다. 상기 가변 칼라 필터(120)는 변형률에 따라 반사 스펙트럼의 최대 위치(파장)을 변경할 수 있다. 또한, 상기 가변 칼라 필터(120)는 편광판으로도 기능할 수 있다. 상기 가변 칼라 필름(120)의 인장 방향은 직선 주기 패턴(122)의 연장 방향에 수직한 방향일 수 있다. The variable color filter 120 is a transparent stretchable film 124 having a first refractive index and elasticity to transmit light, and a second transparent stretchable film that is completely buried inside the transparent stretchable film so as not to protrude to the outside, and is higher than the first refractive index. It includes a periodic pattern 122 having a refractive index. Incident light may be vertically incident on the variable color filter. The variable color filter 120 may change the maximum position (wavelength) of the reflection spectrum according to the strain. In addition, the variable color filter 120 may also function as a polarizing plate. The tensile direction of the variable color film 120 may be a direction perpendicular to the extending direction of the linear periodic pattern 122.

상기 투명 신축 필름(124)은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), PFPE(perfluoropolyether), 에폭시(epoxy) 수지, 라텍스(latex) 고무 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 투명 신축 필름(124)은 입사광에 대하여 투명하고 비전도성이고 신축성 또는 탄성을 가진 폴리머일 수 있다.The transparent stretchable film 124 may include at least one of polydimethylsiloxane (PDMS), perfluoropolyether (PFPE), epoxy resin, and latex rubber. The transparent stretchable film 124 may be a polymer that is transparent to incident light, is non-conductive, and has stretch or elasticity.

상기 주기 패턴(122)은 타이타늄산화물(TiO2), 지르코늄산화물(ZrO2), 아연산화물(ZnO), 실리콘(Si), 그리고 제마늄(Ge) 중에서 하나를 포함할 수 있다. 상기 주기 패턴은 비전도성이고, 입사광에 투명하고, 비신축성을 가진 금속산화물일 수 있다.The periodic pattern 122 may include one of titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO2), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), and zemanium (Ge). The periodic pattern may be a non-conductive, transparent to incident light, and non-stretchable metal oxide.

상기 주기 패턴(122)은 나란히 연장되는 직선이고, 상기 주기 패턴의 반복 주기는 입사하는 파장보다 작을 수 있다.The periodic pattern 122 is a straight line extending side by side, and a repetition period of the periodic pattern may be smaller than an incident wavelength.

상기 투명 신축 필름(124)은 변형이 가능한 유연 재질로 구성되며, 저굴절률 재질이고, 굴절률은 2 이하일 수 있다. 상기 투명 신축 필름(124)의 재질은 PDMS, 에폭시, 라텍스 등 신축성이 좋은 유무기 고분자를 이용하여 제작이 가능하다. 상기 투명 신축 필름은 상기 주기 패턴을 완전히 감싸도록 배치되어, 복수의 인장 사이클에 대하여도 파손되지 않을 수 있다. 상기 투명 신축 필름의 두께는 수 마이크로비터 내지 수백 마이크로미터일 수 있다. The transparent stretchable film 124 is made of a flexible material that can be deformed, is a low refractive index material, and may have a refractive index of 2 or less. The material of the transparent stretchable film 124 may be manufactured using organic-inorganic polymers having good stretchability such as PDMS, epoxy, and latex. The transparent stretchable film is disposed so as to completely surround the periodic pattern, and thus may not be damaged even for a plurality of tensile cycles. The thickness of the transparent stretchable film may be several microbits to several hundreds of microns.

상기 주기 패턴(122)은 고 굴절률 재질의 나노 격자 구조이다. 상기 주기 패턴(122)의 굴절률은 2 이상일 수 있다. 상기 주기 패턴의 재질은 투명한 유연 재질로 고굴절률 특성을 가지며 외부 인장력에 대한 변형이 일어날 수 있는 재질일 수 있다. 상기 주기 패턴과 상기 투명 신축 필름(124) 사이의 굴절률 차이는 0.5 이상일 수 있다.The periodic pattern 122 is a nano-lattice structure made of a high refractive index material. The refractive index of the periodic pattern 122 may be 2 or more. The material of the periodic pattern is a transparent flexible material, has high refractive index characteristics, and may be a material capable of deformation due to external tensile force. The difference in refractive index between the periodic pattern and the transparent stretchable film 124 may be 0.5 or more.

상기 주기 패턴(122)의 주기는 입사 파장보다 작으며, 가시 광선 영역의 반사스펙트럼에 최대 세기를 가지는 파장을 가지는 경우, 300 nm 내지 600 nm 일 수 있다. 상기 주기 패턴(122)의 두께는 입사광의 반파장 내지 파장의 정수배 수준일 수 있다. 상기 주기 패턴(122)의 폭은 상기 주기 패턴의 주기의 1/2 내지 1/3 수준일 수 있다. 외력에 의하여 변형된 경우, 상기 주기 패턴의 두께 및 높이는 변하지 않고, 상기 주기 패턴(122)의 주기는 인장력에 따라 변한다.The period of the periodic pattern 122 is smaller than the incident wavelength, and may be 300 nm to 600 nm when it has a wavelength having a maximum intensity in a reflection spectrum in a visible light region. The thickness of the periodic pattern 122 may be at a level of half a wavelength of incident light to an integer multiple of a wavelength. The width of the periodic pattern 122 may be about 1/2 to 1/3 of the period of the periodic pattern. When deformed by an external force, the thickness and height of the periodic pattern do not change, and the period of the periodic pattern 122 changes according to the tensile force.

상기 가변 칼라 필터(122)는 상기 투명 신축 필름의 일면에 배치된 접착층(126)을 포함할 수 있다. 상기 접착층(126)은 측정 대상과 상기 가변 칼라 필터를 떨어지지 않게 한다. 상기 접착층(122)은 에폭시 수지 또는 상기 투명 신축 필름과 통일한 재질을 포함하는 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지일 수 있다.The variable color filter 122 may include an adhesive layer 126 disposed on one surface of the transparent stretchable film. The adhesive layer 126 prevents separation of the object to be measured and the variable color filter. The adhesive layer 122 may be an epoxy resin or a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin including a material unified with the transparent stretchable film.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 가변 칼라 필터는 언급된 물질 만으로 한정되지 않고 고굴절률 물질과 저 굴절률 물질이 교차적으로 나노 크기의 격자 구조를 이루는 것을 포함한다.According to a modified embodiment of the present invention, the variable color filter is not limited to only the mentioned materials, and includes a high-refractive-index material and a low-refractive-index material alternately forming a nano-sized lattice structure.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 신축성 나노 격자구조의 동작 파장은 가시광선 영역, 적외선 영역 등 다양한 파장에서 적용 가능하다. 신축성 나노 격자구조는 직선형, 매트릭스 형태로 배출된 디스크 형 등으로 다양하게 변형될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the operating wavelength of the stretchable nano grating structure can be applied in various wavelengths such as a visible ray region and an infrared ray region. The stretchable nano lattice structure can be variously deformed into a linear shape or a disk shape discharged in a matrix shape.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 칼라 필터의 변형률을 나타내는 도면이다.4A is a diagram illustrating a strain rate of a variable color filter according to an embodiment of the present invention.

도 4b는 도 4a에서 변형률에 따른 반사 스펙트럼을 나타내는 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.4B is a diagram showing a simulation result showing a reflection spectrum according to a strain in FIG. 4A.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, FDTD simulation (LumericalTM)을 이용하여 시뮬레이션을 진행한 결과이다. 신축 정도에 따라 가변 칼라 필터의 필터링 되는 광특성이 변형될 수 있다. 상기 가변 칼라 필터는 광에 대하여 투과성을 가지고 제1 굴절률 가지고 신축성을 가지는 투명 신축 필름 및 외부로 돌출되지 않도록 상기 투명 신축 필름 내부에 완전히 매몰되고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 가지는 직선 주기 패턴을 포함한다. 4A and 4B, this is a result of performing a simulation using FDTD simulation (Lumerical TM ). Depending on the degree of stretching, the optical characteristics to be filtered of the variable color filter may be modified. The variable color filter is a transparent stretch film having a first refractive index and elasticity with respect to light, and a linear periodic pattern that is completely buried inside the transparent stretch film so as not to protrude to the outside and has a second refractive index higher than the first refractive index. Includes.

상기 직선 주기 패턴(122)의 재질은 타이타늄 산화물이고, 굴절률은 청색 영역에서 2.4 수준이며, 선폭은 400 nm이고, 주기는 800 nm이며, 두께는 350nm이다. 상기 투명 신축 필름(124)의 재질은 PDMS이고, 굴절율은 1.4 수준이다.The material of the linear periodic pattern 122 is titanium oxide, the refractive index is about 2.4 in the blue region, the line width is 400 nm, the period is 800 nm, and the thickness is 350 nm. The material of the transparent stretchable film 124 is PDMS, and the refractive index is 1.4 level.

변형률이 증가함에 따라, 반사 스펙트럼의 최대 세기의 파장은 장파장 방향으로 이동한다. 변형률의 측정은 30 퍼센트 미만에서 사용되는 것이 바람직할 수 있다.As the strain increases, the wavelength of the maximum intensity of the reflection spectrum shifts in the direction of the long wavelength. It may be desirable to use less than 30 percent of the strain measurement.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 칼라 필터의 변형률에 따른 반사 스펙트럼을 나타내는 실험 결과이다.5 is an experimental result showing a reflection spectrum according to a strain rate of a variable color filter according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 실험 결과는 시뮬레이션 결과와 유사한 효과를 나타낸다. 그러나, 실험 결과와 시뮬레이션 결과는 중심파장과 반사 스펙트럼의 선폭에서 차이를 보였다. 상기 직선 주기 패턴(122)의 재질은 타이타늄 산화물이고, 굴절률은 청색 영역에서 2.4 수준이며, 선폭은 400 nm이고, 주기는 800 nm이며, 두께는 350nm이다. 상기 투명 신축 필름(124)의 재질은 PDMS이고, 굴절율은 1.4 수준이다.Referring to FIG. 5, the experimental result shows an effect similar to that of the simulation result. However, the experimental results and simulation results showed differences in the center wavelength and the line width of the reflection spectrum. The material of the linear periodic pattern 122 is titanium oxide, the refractive index is about 2.4 in the blue region, the line width is 400 nm, the period is 800 nm, and the thickness is 350 nm. The material of the transparent stretchable film 124 is PDMS, and the refractive index is 1.4 level.

변형률이 영(zero) 퍼센트인 경우, 중심 파장은 1324 nm이다. 변형률이 10퍼센트인 경우, 중심 파장은 1355nm이다. 변형률이 20퍼센트인 경우, 중심 파장은 1385 nm이다. 변형률이 30 퍼센트인 경우, 중심 파장은 1445 nm이다. 변형률에 따른 중심 파장은 테이블화되거나, 곡선으로 피팅되어 사용될 수 있다.When the strain is zero percent, the central wavelength is 1324 nm. When the strain is 10%, the center wavelength is 1355 nm. When the strain is 20%, the central wavelength is 1385 nm. When the strain is 30 percent, the central wavelength is 1445 nm. The center wavelength according to the strain may be tabled or fitted to a curve and used.

도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 칼라 필터를 나타내는 사시도이다.6A is a perspective view showing a variable color filter according to another embodiment of the present invention.

도 6b는 도 6a의 가변 칼라 필터를 나타내는 평면도이다.6B is a plan view showing the variable color filter of FIG. 6A.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 가변 칼라 필터(320)는 광에 대하여 투과성을 가지고 제1 굴절률을 가지고 신축성을 가지는 투명 신축 필름(324); 및 외부로 돌출되지 않도록 상기 투명 신축 필름 내부에 완전히 매몰되고 비신축성을 가지고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 가지는 주기 패턴(322)을 포함한다.6A and 6B, the variable color filter 320 includes a transparent stretchable film 324 having transmittance to light, a first refractive index, and stretchability; And a periodic pattern 322 that is completely buried inside the transparent stretchable film so as not to protrude to the outside, has non-stretchy, and has a second refractive index higher than the first refractive index.

상기 주기 패턴(322)은 제1 방향의 제1 주기(P1)를 가지고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제1 주기와 다른 제2 주기(P2)를 가지고 배치된다. 상기 제1 주기 및 상기 제2 주기는 입사하는 파장보다 작고, 상기 주기 패턴의 두께는 반파장 내지 파장의 정수배의 범위일 수 있다. 제1 방향의 변형률에 기한 중심 파장과 상기 제2 방향의 변형률에 기한 중심 파장이 서로 중첩되지 않도록, 제1 주기(P1)과 제2 주기(P2)는 서로 다를 수 있다. The periodic pattern 322 has a first period P1 in a first direction and a second period P2 different from the first period in a second direction perpendicular to the first direction. The first period and the second period may be smaller than an incident wavelength, and the thickness of the periodic pattern may range from half a wavelength to an integer multiple of a wavelength. The first period P1 and the second period P2 may be different from each other so that the center wavelength due to the strain in the first direction and the center wavelength due to the strain in the second direction do not overlap with each other.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 칼라 필터의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.7 and 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a variable color filter according to an embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8을 참조하면, 가변 칼라 필터의 제조 방법은 희생 기판(210)에 비신축성 및 고굴절률을 가지는 제1 유전체층(222)을 증착하는 단계(S10); 상기 제1 유전체층(222)을 패터닝하여 상기 희생 기판 상에 주기 패턴(222a)을 형성하는 단계(S20); 상기 주기 패턴(222a) 상에 신축성 및 저굴절률을 가지는 제2 유전체층(230)을 형성하는 단계(S30); 상기 희생 기판(210)을 제거하여 상기 주기 패턴(222a)을 노출시키는 단계(S40); 및 상기 노출된 주기 패턴 상에 신축성 및 저굴절률을 가지는 제3 유전체층(240)을 형성하는 단계(S50)를 포함한다.Referring to FIGS. 7 and 8, a method of manufacturing a variable color filter includes depositing a first dielectric layer 222 having a non-stretchable and high refractive index on a sacrificial substrate 210 (S10); Forming a periodic pattern 222a on the sacrificial substrate by patterning the first dielectric layer 222 (S20); Forming a second dielectric layer 230 having elasticity and a low refractive index on the periodic pattern 222a (S30); Removing the sacrificial substrate 210 to expose the periodic pattern 222a (S40); And forming a third dielectric layer 240 having elasticity and a low refractive index on the exposed periodic pattern (S50).

제1 유전체층(222)을 증착하는 단계(S10)는 실리콘 기판(211) 상에 실리콘 산화막 및 니켈막을 차례로 증착한다(S11). 상기 니켈층 상에 상기 제1 유전체층(222)을 증착한다. 상기 제1 유전체층(222)은 타이타늄산화물(TiO2), 지르코늄산화물(ZrO2), 아연산화물(ZnO), 실리콘(Si), 그리고 제마늄(Ge) 중에서 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 제1 유전체층(222)은 타이타늄산화물(TiO2)일 수 있다. 상기 희생 기판은 유리기판(또는 쿼츠 기판) 및 상기 유리 기판에 적층된 니켈층으로 변형될 수 있다.In the step of depositing the first dielectric layer 222 (S10), a silicon oxide film and a nickel film are sequentially deposited on the silicon substrate 211 (S11). The first dielectric layer 222 is deposited on the nickel layer. The first dielectric layer 222 may include one of titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO2), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), and gemanium (Ge). Preferably, the first dielectric layer 222 may be titanium oxide (TiO 2 ). The sacrificial substrate may be transformed into a glass substrate (or a quartz substrate) and a nickel layer laminated on the glass substrate.

이어서, 상기 제1 유전체층(222)을 패터닝하여 상기 희생 기판(210) 상에 주기 패턴을 형성된다. 나노임프린트 리소그래피(Nanoimprint lithography) 기술이 사용된 경우가 설명된다. 상기 제1 유전체층(222)을 패터닝하여 상기 희생 기판 상에 주기 패턴을 형성하는 단계(S20)는 다음과 같이 수행될 수 있다. 상기 제1 유전체층(222) 상에 희생 폴리머 마스크층(224)과 실리콘 함유 레지스트층를 차례로 코팅하고 나노임프린팅 기법을 이용하여 상기 실리콘 함유 레지스트층에 역 패턴(line inverse pattern,225)을 형성한다(S21). 이어서, 상기 역 패턴(225)이 형성된 실리콘 함유 레지스트를 마스크로 상기 희생 폴리머 마스크층(224)을 식각하여 상기 제1 유전체층(222)의 상부면을 노출시킨다(S22). 이어서, 상기 노출된 제1 유전체층(222) 상에 금속 마스크층(226)을 증착한다(S23). 이어서, 상기 희생 폴리머 마스크층(224)을 리프트-오프(lift-off)기법을 사용하여 제거하고 금속 마스크 패턴(226a)을 형성한다(S24). 이어서, 상기 금속 마스크 패턴(226a)을 마스크로 하여 상기 제1 유전체층(222)을 식각하여 주기 패턴(222a)을 형성한다(S25). 이어서, 상기 금속 마스크 패턴(226a)을 제거하여 상기 주기 패턴(222a)을 노출한다(S26). 상기 희생 폴리머 마스크층은 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate; PMMA)일 수 있다. 상기 금속 마스크층은 크롬(Cr)일 수 있다.Subsequently, the first dielectric layer 222 is patterned to form a periodic pattern on the sacrificial substrate 210. A case in which the Nanoimprint lithography technique is used will be described. The step S20 of forming a periodic pattern on the sacrificial substrate by patterning the first dielectric layer 222 may be performed as follows. A sacrificial polymer mask layer 224 and a silicon-containing resist layer are sequentially coated on the first dielectric layer 222, and a line inverse pattern 225 is formed on the silicon-containing resist layer using a nanoimprinting technique ( S21). Subsequently, the sacrificial polymer mask layer 224 is etched using the silicon-containing resist having the reverse pattern 225 formed thereon as a mask to expose the upper surface of the first dielectric layer 222 (S22). Subsequently, a metal mask layer 226 is deposited on the exposed first dielectric layer 222 (S23). Subsequently, the sacrificial polymer mask layer 224 is removed using a lift-off technique, and a metal mask pattern 226a is formed (S24). Subsequently, the first dielectric layer 222 is etched using the metal mask pattern 226a as a mask to form a periodic pattern 222a (S25). Subsequently, the periodic pattern 222a is exposed by removing the metal mask pattern 226a (S26). The sacrificial polymer mask layer may be polymethyl methacrylate (PMMA). The metal mask layer may be chromium (Cr).

이어서, 상기 주기 패턴(222a) 상에 신축성 및 저굴절률을 가지는 제2 유전체층(230)이 형성된다(S30). 상기 제2 유전체층(230)은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), PFPE(perfluoropolyether), 에폭시(epoxy) 수지, 라텍스(latex) 고무 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 제2 유전체층은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS)일 수 있다. 폴리디메틸실록산은 코팅된 후, 열경화될 수 있다. Subsequently, a second dielectric layer 230 having elasticity and a low refractive index is formed on the periodic pattern 222a (S30). The second dielectric layer 230 may include at least one of polydimethylsiloxane (PDMS), perfluoropolyether (PFPE), epoxy resin, and latex rubber. Preferably, the second dielectric layer may be polydimethylsiloxane (PDMS). After the polydimethylsiloxane is coated, it can be thermally cured.

이어서, 상기 희생 기판(210)은 제거되고 상기 주기 패턴(222a)이 노출될 수 있다(S40). 상기 희생 기판 중에서 실리콘 기판(211)과 상기 실리콘 산화막(212)은 외력에 의하여 분리될 수 있다(S41). 노출된 니켈층은 식각되어 제거되고 상기 주기 패턴이 노출될 수 있다(S42).Subsequently, the sacrificial substrate 210 may be removed and the periodic pattern 222a may be exposed (S40). Among the sacrificial substrates, the silicon substrate 211 and the silicon oxide layer 212 may be separated by an external force (S41). The exposed nickel layer may be etched to be removed, and the periodic pattern may be exposed (S42).

이어서, 노출된 주기 패턴 상에 신축성 및 저굴절률을 가지는 제3 유전체층(240)이 형성될 수 있다(S50). 상기 제3 유전체층(240)은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), PFPE(perfluoropolyether), 에폭시(epoxy) 수지, 라텍스(latex) 고무 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 제2 유전체층은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS)일 수 있다. 폴리디메틸실록산은 코팅된(S51) 후, 열경화될 수 있다(S52). 이에 따라, 상기 제2 유전체층(230)과 상기 제3 유전체층(240)은 일체화될 수 있다.Subsequently, a third dielectric layer 240 having elasticity and a low refractive index may be formed on the exposed periodic pattern (S50). The third dielectric layer 240 may include at least one of polydimethylsiloxane (PDMS), perfluoropolyether (PFPE), epoxy resin, and latex rubber. Preferably, the second dielectric layer may be polydimethylsiloxane (PDMS). After the polydimethylsiloxane is coated (S51), it may be thermally cured (S52). Accordingly, the second dielectric layer 230 and the third dielectric layer 240 may be integrated.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 나노 주기 패턴 형성공정은 포토리소그래피(Photo- lithography), 레이저 간섭 리소그래피(Laser interference lithography), 또는 전자빔 리소그래피(e-beam lithography) 등의 광학기반의 리소그래피와 나노임프린트 리소그래피(Nanoimprint lithography), 나노트랜스퍼 프린팅(Nanotransfer printing), 롤임프린트 리소그래피 (Roll imprint lithography), 직접 패터닝(Direct patterning), 또는 블록공중합체 자기조립공정 (BCP-DSA) 등의 비광학 기반의 리소그래피 공정을 이용하여 제작이 가능하다.According to a modified embodiment of the present invention, the nano-periodic pattern formation process includes optical-based lithography such as photolithography, laser interference lithography, or e-beam lithography and nano Non-optical-based lithography such as nanoimprint lithography, nanotransfer printing, roll imprint lithography, direct patterning, or block copolymer self-assembly process (BCP-DSA) It can be manufactured using a process.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투과식 변형률 측정 장치를 설명하는 개념도이다. 도 1 에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.9 is a conceptual diagram illustrating a transmission strain measuring apparatus according to another embodiment of the present invention. Descriptions overlapping with those described in FIG. 1 will be omitted.

도 9를 참조하면, 변형률 측정 장치(100a)는 가변 칼라 필터(120), 광대역 광원(110), 분광기(116), 및 처리부(118)를 포함한다. 상기 가변 칼라 필터는 온도 또는 외력에 의하여 변형되고 측정 대상에 부착된다. Referring to FIG. 9, the strain measuring apparatus 100a includes a variable color filter 120, a broadband light source 110, a spectroscope 116, and a processing unit 118. The variable color filter is deformed by temperature or external force and attached to the object to be measured.

가변 칼라 필터(120)는 광대역 광원 온도 또는 외력에 의하여 변형되고 측정 대상에 부착된다. 상기 광대역 광원(110)은 상기 가변 칼라 필터에 광대역의 입사광을 조사한다. 상기 분광기(116)는 상기 가변 칼라 필터(120)를 투과한 광을 제공받아 파장에 따라 스펙트럼을 측정한다. 상기 처리부(118)는 상기 분광기에 측정된 투과 스펙트럼의 최소 세기의 파장으로부터 상기 가변 칼라 필터의 변형률을 산출한다. 상기 가변 칼라 필터(120)는 광에 대하여 투과성을 가지고 제1 굴절률 가지고 신축성을 가지는 투명 신축 필름(124); 및 외부로 돌출되지 않도록 상기 투명 신축 필름 내부에 완전히 매몰되고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 가지는 주기 패턴(122)을 포함한다. 접착층(126)은 상기 가변 칼라 필터(120)와 측정 대상(10)을 서로 부착한다.The variable color filter 120 is deformed by the broadband light source temperature or external force and attached to the measurement object. The broadband light source 110 irradiates a broadband incident light onto the variable color filter. The spectrometer 116 receives the light transmitted through the variable color filter 120 and measures a spectrum according to a wavelength. The processing unit 118 calculates the strain of the variable color filter from the wavelength of the minimum intensity of the transmission spectrum measured by the spectrometer. The variable color filter 120 includes a transparent stretchable film 124 having transmittance to light, a first refractive index, and stretchability; And a periodic pattern 122 that is completely buried inside the transparent stretchable film so as not to protrude to the outside and has a second refractive index higher than the first refractive index. The adhesive layer 126 attaches the variable color filter 120 and the measurement object 10 to each other.

상기 변형률 측정 장치는 가해지는 힘에 따라 투과 스펙트럼이 변하는 센서이다. 상기 변형률 측정 장치는 전기적 특성을 이용하지 않아 외부 전자기파에 방해받지 않으며, 외부 광원이 없는 경우, 태양광을 외부 광원으로 하여 사용 가능하다.The strain measurement device is a sensor whose transmission spectrum changes according to an applied force. The strain measuring device does not use electrical characteristics and is not disturbed by external electromagnetic waves, and when there is no external light source, sunlight can be used as an external light source.

투과 스펙트럼은 반사 스펙트럼의 반대로 주어진다. 상기 측정 대상(10)은 입사광에 대하여 투명한 재질일 수 있다.The transmission spectrum is given the opposite of the reflection spectrum. The measurement object 10 may be a material that is transparent to incident light.

이상에서는 본 발명을 특정 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.In the above, the present invention has been illustrated and described with respect to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments, and the technical of the present invention claimed in the claims by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. It includes all various types of embodiments that can be implemented without departing from the spirit.

120:가변 칼라 필터
122:투명 신축 필름
124:주기 패턴120: variable color filter
122: Transparent stretch film
124: periodic pattern

Claims (7)

광에 대하여 투과성을 가지고 제1 굴절률을 가지고 신축성을 가지는 투명 신축 필름; 및
외부로 돌출되지 않도록 상기 투명 신축 필름 내부에 완전히 매몰되고 비신축성을 가지고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 가지는 주기 패턴을 포함하고,
상기 투명 신축 필름은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), PFPE(perfluoropolyether), 에폭시(epoxy) 수지, 라텍스(latex) 고무 중에서 적어도 하나를 포함하고,
상기 주기 패턴은 타이타늄산화물(TiO2), 지르코늄산화물(ZrO2), 아연산화물(ZnO), 실리콘(Si), 그리고 제마늄(Ge) 중에서 하나를 포함하고,
상기 주기 패턴은 나란히 연장되는 직선이고, 상기 주기 패턴의 주기는 입사하는 파장보다 작고,
상기 주기 패턴의 두께는 반파장 내지 파장의 정수배의 범위이고,
상기 주기 패턴의 주기는 300 nm 내지 600 nm이고,
상기 주기 패턴의 폭은 상기 주기 패턴의 주기의 1/2 내지 1/3 인 것을 특징으로 하는 가변 칼라 필터.A transparent stretchable film having transmittance to light, a first refractive index, and stretchability; And
It includes a periodic pattern that is completely buried inside the transparent stretchable film so as not to protrude to the outside, has non-stretchy, and has a second refractive index higher than the first refractive index,
The transparent stretchable film includes at least one of polydimethylsiloxane (PDMS), perfluoropolyether (PFPE), epoxy resin, and latex rubber,
The periodic pattern includes one of titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO2), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), and zemanium (Ge),
The periodic pattern is a straight line extending side by side, and the period of the periodic pattern is smaller than the incident wavelength,
The thickness of the periodic pattern is in the range of half a wavelength to an integer multiple of a wavelength,
The period of the periodic pattern is 300 nm to 600 nm,
The variable color filter, characterized in that the width of the periodic pattern is 1/2 to 1/3 of the period of the periodic pattern. 제1 항에 있어서,
상기 주기 패턴은 나란히 연장되는 직선이고, 상기 주기 패턴의 주기는 입사하는 파장보다 작고,
상기 주기 패턴의 두께는 반파장 내지 파장의 정수배의 범위인 것을 특징으로 하는 가변 칼라 필터. The method of claim 1,
The periodic pattern is a straight line extending side by side, and the period of the periodic pattern is smaller than the incident wavelength,
The thickness of the periodic pattern is a variable color filter, characterized in that the range of half a wavelength to an integer multiple of the wavelength. 제1 항에 있어서,
상기 주기 패턴은 제1 방향의 제1 주기를 가지고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제1 주기와 다른 제2 주기를 가지고 배치되고,
상기 제1 주기 및 상기 제2 주기는 입사하는 파장보다 작고,
상기 주기 패턴의 두께는 반파장 내지 파장의 정수배의 범위인 것을 특징으로 하는 가변 칼라 필터. The method of claim 1,
The periodic pattern is arranged to have a first period in a first direction and a second period different from the first period in a second direction perpendicular to the first direction,
The first period and the second period are smaller than the incident wavelength,
The thickness of the periodic pattern is a variable color filter, characterized in that the range of half a wavelength to an integer multiple of the wavelength. 외력에 의하여 변형되고 측정 대상에 부착된 가변 칼라 필터;
상기 가변 칼라 필터에 광대역의 입사광을 조사하는 광대역 광원;
상기 가변 칼라 필터에서 반사된 반사광 또는 상기 가변 칼라 필터을 투과한 광을 제공받아 파장에 따라 스펙트럼을 측정하는 분광기; 및
상기 분광기에 측정된 반사 스펙트럼의 최대 세기의 파장 또는 투과 스펙트럼의 최소 세기의 파장으로부터 상기 가변 칼라 필터의 변형률을 산출하는 처리부를 포함하고,
상기 가변 칼라 필터는:
광에 대하여 투과성을 가지고 제1 굴절률 가지고 신축성을 가지는 투명 신축 필름; 및
외부로 돌출되지 않도록 상기 투명 신축 필름 내부에 완전히 매몰되고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 가지는 주기 패턴을 포함하고,
상기 주기 패턴은 나란히 연장되는 직선이고, 상기 주기 패턴의 주기는 입사하는 파장보다 작고,
상기 주기 패턴의 두께는 반파장 내지 파장의 정수배의 범위이고,
상기 주기 패턴의 주기는 300 nm 내지 600 nm이고,
상기 주기 패턴의 폭은 상기 주기 패턴의 주기의 1/2 내지 1/3 인 것을 특징으로 하는 변형률 측정 장치.A variable color filter deformed by an external force and attached to the object to be measured;
A broadband light source for irradiating a broadband incident light onto the variable color filter;
A spectrometer for measuring a spectrum according to a wavelength by receiving reflected light reflected from the variable color filter or light transmitted through the variable color filter; And
A processing unit for calculating a strain of the variable color filter from a wavelength of a maximum intensity of a reflection spectrum or a wavelength of a minimum intensity of a transmission spectrum measured by the spectrometer,
The variable color filter is:
A transparent stretchable film having transmittance to light, a first refractive index, and stretchability; And
And a periodic pattern that is completely buried inside the transparent stretchable film so as not to protrude to the outside and has a second refractive index higher than the first refractive index,
The periodic pattern is a straight line extending side by side, and the period of the periodic pattern is smaller than the incident wavelength,
The thickness of the periodic pattern is in the range of half a wavelength to an integer multiple of a wavelength,
The period of the periodic pattern is 300 nm to 600 nm,
The strain measurement device, characterized in that the width of the periodic pattern is 1/2 to 1/3 of the period of the periodic pattern. 제4 항에 있어서,
상기 가변 칼라 필터는 상기 투명 신축 필름의 일면에 배치된 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변형률 측정 장치.The method of claim 4,
The variable color filter further comprises an adhesive layer disposed on one surface of the transparent stretchable film. 제4 항에 있어서,
상기 투명 신축 필름은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), PFPE(perfluoropolyether), 에폭시(epoxy) 수지, 라텍스(latex) 고무 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형률 측정 장치.The method of claim 4,
The transparent stretchable film includes at least one of polydimethylsiloxane (PDMS), perfluoropolyether (PFPE), epoxy resin, and latex rubber. 제4 항에 있어서,
상기 주기 패턴은 타이타늄산화물(TiO2), 지르코늄산화물(ZrO2), 아연산화물(ZnO), 실리콘(Si), 그리고 제마늄(Ge) 중에서 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형률 측정 장치.
The method of claim 4,
The periodic pattern includes one of titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO2), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), and gemanium (Ge).
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