KR20160111877A - 광학 필터 및 이를 포함하는 촬상 장치 - Google Patents
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Abstract
바인더 수지 매트릭스; 및 바인더 수지 매트릭스 내에 분산된 광흡수제를 포함하며, 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스는 단일층으로 이루어지되, 상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 두께 방향을 기준으로, 균등 분할된 n개(n은 3 내지 7의 정수)의 영역을 포함하고, 상기 바인더 수지 매트릭스 전체에 분산된 광흡수제의 총량을 A라고 할 때, 상기 A 대비 40 % 이상이 분산된 영역이 1개 이상 존재하며, 상기 A 대비 10 % 이하가 분산된 영역이 1개 이상 존재하는 광학 필터에 관한 것으로, 적외선 컷-오프 효과를 저해하지 않으면서, 광학 필터의 휨 발생을 최소화하고 공정 자유도를 높일 수 있다.
Description
본 발명은 광학 필터 및 이를 포함하는 촬상 장치에 관한 것이다.
최근 스마트폰과 태블릿 PC의 보급의 확대 등으로 이미지 센서를 이용한 디지털 카메라 모듈의 수요가 크게 늘어나고 있다. 이러한 모바일 기기에 이용되는 디지털 카메라 모듈의 발전 방향은 박형화와 고화질을 추구하는 방향으로 발전하는 상황이다.
디지털 카메라 모듈의 영상 신호는 이미지 센서를 통해서 받아들여지게 된다. 반도체로 이루어진 이미지 센서는 사람의 눈과는 다르게 적외선 영역의 파장에서도 반응을 하는 특징을 가진다. 따라서 사람의 눈으로 보는 것과 유사한 영상 정보를 얻기 위해서 적외선 영역의 파장을 차단하는 적외선 필터(IR-Filter)가 요구된다.
이러한 적외선 필터는 200만 화소 이하의 저화소에서는 주로 유리 재료의 양면에 금속산화물을 반복 적층한 반사방지층(AR Coating Layer)과 적외선 반사층(IR Coating layer)을 조합한 구조로 이루어진다. 그러나, 금속 산화물을 반복 적층한 반사방지층과 적외선 반사층은 빛의 입사각도에 따른 분광특성 변화가 큰 특징을 가진다. 한편 디지털 카메라 모듈은 이미지 센서의 화소가 높아지는 쪽으로 발전을 거듭하고 있다. 이러한 고화소를 채용한 구조에서는 각도에 따른 분광특성 변화가 커지게 되고, 그 결과 화상의 품질이 저하되는 문제가 있다. 이러한 문제를 최소화하기 위해서, 적외선 영역 흡수제가 함유된 적외선 필터를 고화소 디지털 카메라에 채용한 구조가 사용된다.
흡수제가 함유된 적외선 필터의 경우 Blue glass를 기판으로 사용하여 금속 산화물을 반복 적층한 반사방지층과 적외선 반사층을 양면에 조합한 구조의 필터를 사용하는 경우가 있는데 Blue Glass를 필터에 사용하기 위한 두께로 제작하는 과정에서 공정상의 한계로 인해 두께 0.2 mm이하의 필터 제작이 현실적으로 어렵고, 이로 인해 박형화의 한계를 가진다. 그 대안으로 내부에 흡수제를 포함하는 필름형 적외선 필터가 있는데 종래의 필름형 광학 필터는, 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 일면 또는 양면에 금속 산화물 등을 증착하여 반사방지층 내지 근적외선 반사층을 형성하게 된다. 그러나, 이러한 금속 산화물을 증착하는 과정에서, 바인더 수지 매트릭스에 외력이 작용하고, 이로 인해 휨 현상이 발생된다. 특히, 금속 산화물을 증착하는 과정에서 발생되는 휨 현상은, 광학 필름에 대해 컬(curl)을 유발하는 원인으로 작용한다. 또한, 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 구조적 단순함으로 인해, 광학 필터 제조시 설계 자유도가 저하되는 문제가 있다. 또한, 종래의 필름형 적외선 흡수 필터는, 필름 전체에 흡수제가 분산되어 있는 구조로 이루어져 있다. 이러한 구조는 촬영된 영상의 화질 저하를 일으키는 헤이즈(Haze)의 원인이 되고, 고화소 디지털 카메라에서 요구되는 가시광선 영역의 파장에 대한 높은 투과율을 유지 하기 어려운 문제를 안고 있다.
본 발명은 적외선을 효과적으로 컷-오프(IR Cut-off)할 수 있는 필름형 광학 필터 및 이를 포함하는 촬상 장치를 제공하고자 한다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 광학 필터는,
바인더 수지 매트릭스; 및
바인더 수지 매트릭스 내에 분산된 광흡수제를 포함하며,
광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스는 단일층으로 이루어지되,
상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 두께 방향을 기준으로, 균등 분할된 n개(n은 3 내지 7의 정수)의 영역을 포함하고,
상기 바인더 수지 매트릭스 전체에 분산된 광흡수제의 총량을 A라고 할 때,
상기 A 대비 40 % 이상이 분산된 영역이 1개 이상 존재하며,
상기 A 대비 10 % 이하가 분산된 영역이 1개 이상 존재한다.
또 다른 일 실시예에서, 본 발명에 따른 광학 필터를 포함하는 촬상 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에서, 본 발명에 따른 광학 필터의 제조방법은,
바인더 수지 매트릭스의 일면 또는 양면에 광흡수제가 분산된 용액을 도포하는 단계; 및 광흡수제가 분산된 용액이 도포된 바인더 수지 매트릭스를 열처리하는 단계를 포함한다.
광흡수제가 분산된 용액이 도포된 바인더 수지 매트릭스를 열처리하는 단계는 130 내지 150℃ 온도 범위에서 수행한다.
이와 같은 광학 필터는, 적외선 컷-오프 효과를 저해하지 않으면서, 휨 발생을 최소화하고 공정 자유도를 높일 수 있다.
도 1은 종래 광학 필터의 적층 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 적층 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5 내지 14는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 수지 매트릭스의 휨 정도를 측정한 그래프이다.
도 15 및 16은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 광 투과도 스펙트럼을 비교 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2 내지 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 적층 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5 내지 14는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 수지 매트릭스의 휨 정도를 측정한 그래프이다.
도 15 및 16은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 광 투과도 스펙트럼을 비교 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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" 또는 "가지다" 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.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 하나의 실시예에서,
바인더 수지 매트릭스; 및
바인더 수지 매트릭스 내에 분산된 광흡수제를 포함하며,
광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스는 단일층으로 이루어지되,
상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 두께 방향을 기준으로, 균등 분할된 n개(n은 3 내지 7의 정수)의 영역을 포함하고,
상기 바인더 수지 매트릭스 전체에 분산된 광흡수제의 총량을 A라고 할 때,
상기 A 대비 40% 이상이 분산된 영역이 1개 이상 존재하며,
상기 A 대비 10% 이하가 분산된 영역이 1개 이상 존재하는 광학 필터를 제공한다.
상기 광학 필터는, 바인더 수지 매트릭스의 두께 방향으로 나누어진 일부 영역에 광흡수제가 분산된 구조이다. 이는 기존의 바인더 수지 매트릭스 전 영역에 광흡수제가 분산된 구조와 대비되는 구성이다.
또한, 본 발명에 따른 광학 필터는 단일층으로 이루어진 바인더 수지 매트릭스를 기준으로, 상기 바인더 수지 매트릭스의 일부 영역에 광흡수제가 분산된 구조이다. 따라서, 수지층과 광흡수층 사이의 계면에서 결합(defect)이 발생하거나 박리가 일어나는 현상을 근본적으로 방지할 수 있다. 이는 수지층의 일면 또는 양면에 별도의 광흡수층을 형성한 구조와는 차별화된다.
본 발명에 따른 바인더 수지 매트릭스는 두께 방향을 기준으로 3 이상의 영역으로 구분할 수 있다. 바인더 수지 매트릭스를 두께 방향으로 영역을 구분한다는 것은, 내부에 분산된 광흡수제의 농도에 따라 영역을 구분하여 인식할 수 있다는 취지이며, 물리적으로 층이 구분된다는 의미는 아니다.
구분된 영역 중 어느 하나 이상의 영역은, 광흡수제가 상대적으로 고농도로 분산된 영역과, 광흡수제가 상대적으로 저농도로 구분된 영역일 수 있다. 광흡수제가 고농도로 분산된 영역은, 바인더 수지 매트릭스 내에 분산된 광흡수제 전체양을 A라 할 때, 각각 A 대비 40 % 이상, 70 % 이상, 40 내지 99 %, 70 내지 99 %, 40 내지 50 %, 60 내지 95 %, 또는 80 내지 99 % 범위일 수 있다.
상기 바인더 수지 매트릭스는 광흡수제가 고농도로 분산된 영역과 저농도로 분산된 영역을 함께 포함함으로써, 제조공정에서 유발되는 휨을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 상기 바인더 수지 매트릭스에서 광흡수제가 고농도로 분산된 영역과 저농도로 분산된 영역은 서로 다른 응력을 가지게 된다. 분산 농도를 조절함으로써 응력을 조절할 수 있고 서로 다른 응력을 가지는 영역을 조합함으로써, 휨을 현저히 방지할 수 있다. 바인더 수지 매트릭스의 휨이 방지되면, 광학 필터 제조시 설계 자유도를 높일 수 있다. 즉, 바인더 수지 매트릭스의 일면 또는 양면에 산화물을 증착할 경우에도, 분산농도의 조절 및 서로 다른 응력을 가지는 영역의 조합을 통해서 다양한 조성 내지 두께로 증착이 가능하다.
또한, 이를 통해 바인더 수지 매트릭스의 컬(curl)을 저감시킬 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 바인더 수지 매트릭스는 광흡수제가 일부 영역에 한정적으로 존재하게 되므로, 이를 통해 헤이즈(haze)를 낮출수 있다. 디지털 카메라로 촬영된 영상의 화질 및 해상도는 광학 필터의 헤이즈가 높은 경우 저하된다. 특히 영상의 화질 및 해상도는 이미지 센서의 픽셀 크기가 작아지면서 헤이즈에 의한 영향이 커지게 된다. 그러므로 고화소 디지털 카메라에서 광학 필터의 헤이즈를 낮춤으로써, 이미지 및 동영상의 화질 및 해상도의 저하를 방지할 수 있다.
상기 광학 필터의 헤이즈 값은 0.2% 이하, 0.1% 이하 0.07% 이하일 수 있다.
상기 바인더 수지 매트릭스를 형성하는 바인더 수지의 종류는, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 환상 올레핀계 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리파라페닐렌 수지, 폴리아릴렌에테르포스핀옥사이드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트 수지, 및 다양한 유-무기 하이브리드 계열의 수지 중 1 종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 광흡수제로는 다양한 종류의 염료, 안료 혹은 금속 착체계 화합물 중에서 1 종 이상을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 광흡수제로는 시아닌계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 나프탈로시아닌계 화합물, 스쿠아릴륨계 화합물 또는 디티올 금속 착체계 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 광흡수제는 1 종을 단독으로 사용할 수 있고, 경우에 따라서는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예로서,
바인더 수지 매트릭스는,
매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 영역을 구분하면,
제1 영역, 제k 영역(k는 2 내지 n-1 범위의 정수) 및 제n 영역(n은 3 내지 7의 정수)을 포함하고,
제1 영역 및 제n 영역 중 어느 하나 이상은, 전체 광흡수제 총량의 40 % 이상이 분산된 영역일 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 영역을 구분하면, 제1 영역, 제k 영역(k는 2 내지 n-1 범위의 정수) 및 제n 영역(n은 3 내지 7의 정수)을 포함하고, 제1 영역 또는 제n 영역은, 전체 광흡수제 총량의 70 % 이상, 80 % 이상, 90 % 이상, 70 내지 99 % 분산된 영역일 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 영역을 구분하면, 제1 영역, 제k 영역(k는 2 내지 n-1 범위의 정수) 및 제n 영역(n은 3 내지 7의 정수)을 포함하고, 제1 영역 및 제n 영역 중 어느 하나 이상은, 전체 광흡수제 총량의 10 % 이하가 분산된 영역이고, 제 k 영역은 전체 광흡수제 총량의 40 % 이상이 분산된 영역일 수 있다. 여기서, 바인더 수지 매트릭스의 내부 영역에 광흡수제의 분산 농도가 상대적으로 높은 경우는, 예를 들어, 광흡수제를 포함하는 용액을 표면에 도포한 다음, 열처리 등을 통해 용매를 제거한 후 다시 광흡수제를 포함하지 않는 용액을 표면에 도포함으로써 구현 가능하다.
또 다른 예로서, 상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 구분된 5개의 영역을 포함하고, 제1 영역 및 제5 영역 중 어느 하나 이상의 영역은, 전체 광흡수제 총량의 10 % 이하, 5 % 이하, 1 % 이하, 혹은 10 내지 0.001 %가 분산된 영역일 수 있다. 혹은, 상기 제1 영역 및 제5 영역 중 어느 하나 이상의 영역은, 전체 광흡수제 총량의 40 % 이상이 분산된 영역일 수 있다.
본 발명에 따른 바인더 수지 매트릭스는, 현저히 감소된 휨 정도를 나타낸다. 하나의 예로서, 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스는, 하기 조건 1을 만족한다.
[조건 1]
Fmax ≤ 40 (㎛)
조건 1에서,
Fmax는 시료의 휨 발생 수치를 의미하며,
Fmax는, 가로 10 mm 및 세로 10 mm 크기의 시료에 대해서, 시료의 중심을 기준으로 가로 방향(X축) ± 2.3 mm 영역에서, 시료의 양 단부를 연결하는 직선과의 최대 이격 거리를 나타낸다.
상기 조건 1에 개시된 Fmax 값은 40 ㎛ 이하, 35 ㎛ 이하, 15 ㎛ 이하, 0.5 내지 40 ㎛, 10 내지 40 ㎛, 1 내지 15 ㎛ 범위일 수 있다. 본 발명에서는, 바인더 수지 매트릭스의 두께 방향을 기준으로, 광흡수제의 농도를 달리하여 분산함으로써, 휩 발생 정도를 현저히 감소할 수 있음을 확인하였다. 본 발명에 따른 바인더 수지 매트릭스는, 휨 발생을 최대한 억제할 수 있고, 경우에 따라서는 일방향으로 휨을 유발할 수도 있다. 바인더 수지 매트릭스의 휨 발생을 억제한 경우에는, 필름의 평탄도를 높이고, 수평에 가까운 광학 필터 제조에 유리하다. 혹은 바인더 수지 매트릭스의 휨 발생을 유도한 경우에는, 추가 적층되는 금속 산화물의 증착과정에서 유발되는 휨 정도와 합산하여, 원하는 형태로 광학 필터를 제조할 수 있다. 이를 통해, 광학 필터에 대한 설계 자유도를 높이게 된다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른, 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 일면 또는 양면에 형성된 근적외선 반사층을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 제1 면에 형성된 근적외선 반사층; 및 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 제2 면에 형성된 반사방지층을 모두 포함할 수 있다.
상기 근적외선 반사층은 유전체 다층막으로 형성할 수 있다. 근적외선 반사층은 근적외선 영역의 광을 반사하는 역할을 한다. 예를 들어, 근적외선 반사층은, 고굴절률층과 저굴절률층을 교대로 적층한 유전체 다층막 등을 사용할 수 있다. 상기 근적외선 반사층은, 필요에 따라, 알루미늄 증착막; 귀금속 박막; 혹은 산화 인듐 및 산화 주석 중 1종 이상의 미립자가 분산된 수지막을 더 포함할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 근적외선 반사층은 제1 굴절률을 가지는 유전체층과 제2 굴절률을 가지는 유전체층이 교대 적층된 구조일 수 있다. 제1 굴절률을 가지는 유전체층과 제2 굴절률을 가지는 유전체층의 굴절률 차이는 0.2 이상, 0.3 이상 또는 0.2 내지 1.0 범위일 수 있다.
예를 들어, 제1 굴절률을 가지는 유전체층은 상대적으로 높은 굴절률을 가지는 층일 수 있고, 제2 굴절률을 가지는 유전체층은 상대적으로 낮은 굴절률을 가지는 층일 수 있다. 이 경우, 제1 굴절률을 가지는 유전체층의 굴절률은 1.6 내지 2.4 범위이고, 제2 굴절률을 가지는 유전체층의 굴절률은 1.3 내지 1.6 범위일 수 있다.
제1 굴절률을 가지는 유전체층은 산화티탄, 알루미나, 산화지르코늄, 오산화탄탈륨, 오산화니오븀, 산화란탄, 산화이트륨, 산화아연, 황화아연 및 산화인듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상으로 형성될 수 있다. 상기 산화인듐은, 필요에 따라 산화 티탄, 산화주석, 산화세륨 등을 소량 더 포함할 수 있다.
제2 굴절률을 가지는 유전체층은 실리카, 불화란탄, 불화마그네슘 및 불화알루미나나트륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상으로 형성될 수 있다.
근적외선 반사층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, CVD법, 스퍼터링법, 진공 증착법 등이 적용될 수 있다.
상기 근적외선 반사층은 제1 굴절률을 가지는 유전체층과 제2 굴절률을 가지는 유전체층이 5 내지 61층, 11 내지 51층, 혹은 21 내지 41층으로 교대 적층된 구조일 수 있다. 근적외선 반사층은 원하는 투과도 내지 굴절률의 범위 및 차단하고자 하는 파장의 영역 등을 고려하여 설계 가능하다.
상기 근적외선 반사층은 유전체 다층막에 분산된 광흡수제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유전체 다층막에 분산된 광흡수제는, 500 nm 이상의 근적외선 내지 적외선 파장 영역을 흡수할 수 있는 광흡수제라면 특별히 한정하지 않는다. 상기 유전체 다층막에 광흡수제를 분산시킴으로써, 유전체 다층막의 교대 적층 횟수를 줄일 수 있어, 근적외선 반사층의 두께를 줄일 수 있다. 이를 통해, 촬상 장치에 적용하였을 때, 촬상 장치의 소형화를 구현할 수 있다.
하나의 실시예에서, 유전체 다층막에 광흡수제를 더 포함할 경우, 유전체 다층막의 두께를 더 얇게 제조할 수 있으며, 이를 통해, 장치를 소형화할 수 있다.
상기 반사방지층은 광학 필터로 입사되는 광이 계면에서 반사되는 현상을 감소시키는 역할을 하며, 이를 통해 광학 필터로의 입사광량을 높이게 된다. 상기 반사방지층은 표면반사를 줄여서 효율을 높이고 반사광으로 인한 간섭이나 산란을 제거하기 위해 형성하게 된다. 예를 들어, 상기 반사방지층은 진공증착 등의 방법을 사용해 유리보다 굴절률이 작은 유전체를 표면에 얇게 성막하여 형성할 수 있다. 반사방지층은 상업적으로 입수 가능한 다양한 소재들을 특별한 제한 없이 이용하여 성막 가능하다.
본 발명은, 앞서 설명한 광학 필터를 포함하는 촬상 장치를 제공한다. 상기 촬상 장치는, 특별히 제한되는 것은 아니며, 휴대폰 등의 모바일 기기에 장착된 카메라 장치, 디지털 카메라, 노트북에 장착된 카메라 장치, CCTV용 카메라 장치 등을 포함한다.
본 발명은 또한, 앞서 설명한 광학 필터를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 하나의 실시예로서, 광학 필터를 제조하는 방법은, 광투과성 필름의 일면 또는 양면에 광흡수제가 분산된 용액을 도포하는 공정 및 상기 도포된 바인더 수지 매트릭스를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로는, 상기 광흡수제를 도포하는 공정으로, 슬롯다이 코팅, 마이크로그라비아 코팅, 스핀 코팅 및 용액 캐스팅 등 다양한 방법의 공정이 가능하다. 이 후 상기 바인더 수지 매트릭스를 열처리하는 단계는 130 내지 150℃ 온도 범위에서 수행할 수 있다.
이러한 과정을 통해서, 광흡수제가 바인더 수지 매트릭스에 침투되어 부분적으로 분산될 수 있다.
혹은, 상기 광학 필터를 제조하는 방법은, 광흡수제를 포함하는 용액을 부분적으로 바인더 수지 매트릭스 내에 주입하는 방법도 가능하다.
이하에서는, 도면에 대한 설명을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기에 언급되는 도면에 대한 설명은 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 종래의 광학 필터의 적층 구조를 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 광학 필터는, 바인더 수지 매트릭스(10)의 전 영역에 분산된 광흡수제(11)를 포함하고 있다. 또한, 바인더 수지 매트릭스(10)의 일면에는 반사방지층(20)이 형성되고, 그 반대쪽 일면에는 근적외선 반사층(30)이 형성된 구조이다. 도 1의 광학 필터는, 바인더 수지 매트릭스(10)의 전 영역에 광흡수제가(11)가 분산된 구조이므로, 사용되는 광흡수제(11)의 양이 증가할 수 밖에 없다. 바인더 수지 매트릭스(10)에 분산된 광흡수제(11)는 광투과도 측면에서는 불순물로 작용하여 헤이즈(haze)를 유발하는 원인이 된다. 또한, 도 1에 따른 광학 필터는 적층구조가 상대적으로 단순하므로, 반사방지층(20) 내지 근적외선 반사층(30)을 형성하는 과정에서 발생되는 응력으로 인해서 휨이 유발되는 문제가 있다.
이에 대해, 도 2 내지 4는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광학 필터의 적층 구조를 나타낸 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 바인더 수지 매트릭스(100)내의 상부에 위치하는 제1 영역(101)에 광흡수제(110)가 고농도로 분산되어 있음을 알 수 있다. 상기 바인더 수지 매트릭스(100)의 일면에는 반사방지층(200)이 형성되고, 그 반대쪽 일면에는 근적외선 반사층(300)이 형성된다. 예를 들어, 도 2에 따른 광학 필터는, 바인더 수지 매트릭스(100)의 제1 영역(101)에 광흡수제(110)가 집중적으로 분산된 구조이다. 이를 통해, 사용되는 광흡수제(110)의 양을 절감 및 박형화가 가능하고, 이를 통해 헤이즈 감소가 가능하다. 특히, 광흡수제(110)의 분산 정도를 제어함으로써, 바인더 수지 매트릭스(100)에 대해서 일방향으로 응력이 유발되도록 유도할 수 있다. 이 경우, 광흡수제(110)의 집중 분산으로 인해 유발되는 응력과 추후 적층되는 반사방지층(200)과 근적외선 반사층(300)을 적층하는 과정에서 유발되는 응력이, 서로 반대방향으로 작용하도록 설계 가능하다. 이를 통해, 휨 발생이 매우 저감된 필름형 광학 필터 제조가 가능하다.
도 3을 참조하면, 바인더 수지 매트릭스(100)내의 하부에 위치하는 제2 영역(102)에 광흡수제(110)가 고농도로 분산되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 바인더 수지 매트릭스(100)의 제1 영역(101)과 제2 영역(102)에 각각 광흡수제(110)가 고농도로 분산되어 있음을 알 수 있다.
도 2 내지 4에서, 반사방지층(200)과 근적외선 반사층(300) 중 어느 하나 이상의 층은 필요에 따라 생략 가능하며, 반사방지층(200)과 근적외선 반사층(300)이 바인더 수지 매트릭스(100)를 기준으로 동일 편면에 순차 적층된 구조를 배제하는 것은 아니다.
이하에서는, 본 발명에 따른 구체적인 실시예들을 통해서 본 발명에 따른 신규한 구조의 광학 필터를 보다 상세히 설명한다. 하기에 예시되는 실시예들은 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 것은 아니다.
실시예
1 내지 5
상업적으로 입수 가능하며 흡수 극대가 690 nm 인 광흡수제를 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)에 혼합하고, 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다.
제조된 근적외선 흡수 용액을 바인더 수지 매트릭스의 일면에 코팅한 후, 톨루엔을 증발시켰다. 이 때, 근적외선 흡수 용액의 농도를 제어함으로써, 바인더 수지 매트릭스 내의 광흡수제 침투 깊이를 조절하였다. 실시예 1 내지 5는, 바인더 수지 매트릭스 내의 광흡수제 침투 깊이를, 각각 평균 8 ㎛, 17 ㎛, 26 ㎛, 35 ㎛ 및 44 ㎛로 조절하였다.
광흡수제가 침투된 바인더 수지 매트릭스의 일면에, 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용해서 TiO2와 SiO2을 교대 증착하여 5.5 ㎛ 두께를 갖도록 근적외선 반사층을 형성하였다. 근적외선 반사층이 형성된 바인더 수지 매트릭스의 반대쪽 일면에는 TiO2와 SiO2을 교대 증착하여 3.2 ㎛ 두께를 갖도록 반사방지층을 형성하였다.
제조된 광학 필터의 전체 두께는 108.7 ㎛인 것으로 측정되었다.
실시예
6 내지 10
제조된 근적외선 흡수 용액을 바인더 수지 매트릭스의 양면에 코팅한 후, 용매를 증발시킨 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 필터를 제조하였다.
실시예 6 내지 10은, 바인더 수지 매트릭스 내의 광흡수제 침투 깊이를 양면에 각각 평균 8 ㎛, 17 ㎛, 26 ㎛, 35 ㎛ 및 44 ㎛로 조절하였다.
비교예
1
바인더 수지 매트릭스 제조시, 상업적으로 입수 가능하며 흡수 극대가 690 nm 인 광흡수제를 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)에 혼합하고, 24시간 이상 교반하였다. 교반된 용액을 용액 캐스팅 후 경화시켜 광흡수제가 바인더 수지 매트릭스 내에 균일하게 분포되도록 하였다.
광흡수제 혼합된 바인더 수지 매트릭스의 일면에, 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용해서 TiO2와 SiO2을 교대 증착하여 5.5 ㎛ 두께를 갖도록 근적외선 반사층을 형성하였다. 근적외선 반사층이 형성된 바인더 수지 매트릭스의 반대쪽 일면에는 TiO2와 SiO2을 교대 증착하여 3.2 ㎛ 두께를 갖도록 반사방지층을 형성하였다.
제조된 광학 필터의 전체 두께는 실시예 1과 동등 수준인 것을 확인하였다.
실시예
11
상업적으로 입수 가능하며 흡수 극대가 690 nm 인 광흡수제를 톨루엔(Sigma aldrich사 제품)에 혼합하고, 24시간 이상 교반하여 근적외선 흡수 용액을 제조하였다.
제조된 근적외선 흡수 용액을 바인더 수지 매트릭스의 일면에 코팅한 후, 열처리를 통해 용매를 증발시켰다.
그런 다음, 용매 증발이 완료된 바인더 수지 매트릭스 표면에 광흡수제를 포함하지 않은 톨루엔 용액을 도포함으로써 광흡수제를 바인더 수지 매트릭스의 내부 일부 영역에 위치하도록 제조하였다.
바인더 수지 매트릭스 내의 광흡수제 침투 깊이는 평균 26 ㎛로 제어하였고, 바인더 수지 매트릭스 표면으로부터 8 ㎛까지는 광흡수제가 분산되지 않은 영역을 형성하였다.
광흡수제가 침투된 바인더 수지 매트릭스의 일면에, 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용해서 TiO2와 SiO2을 교대 증착하여 5.5 ㎛ 두께를 갖도록 근적외선 반사층을 형성하였다. 근적외선 반사층이 형성된 바인더 수지 매트릭스의 반대쪽 일면에는 TiO2와 SiO2을 교대 증착하여 3.2 ㎛ 두께를 갖도록 반사방지층을 형성하였다.
제조된 광학 필터의 전체 두께는 108.7 ㎛인 것으로 측정되었다.
실험예
1
실시예 1 내지 10에 따라 제조된 광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스에 대하여, 휨 정도를 측정하였다. 휨 정도 산출을 위한 측정에는 Panasonic사의 UA3P를 사용하였다.
구체적으로는, 휨 정도 측정에 사용되는 시료는 가로 10 mm 및 세로 10 mm크기로 재단하였다. 그런 다음, 시료의 중심을 기준으로 가로 방향(X축)으로 ± 2.3 mm 영역에 대해 휨 정도를 산출하였다. 휨 정도는, 각 시료의 양 단부를 연결하는 직선과의 이격 거리를 측정하였다. 여기서 양 단부는 ± 2.3 mm의 지점을 의미한다. 각 지점별로 휨 정도를 산출하여, 그 중에서 최대값을 휨 발생 수치로 선정하였다.
실시예 1 내지 5에 따른 광학 필터의 휨 정도를 측정한 결과는 각각 도 5 내지 9와 같다. 실시예 6 내지 10에 따른 광학 필터의 휨 정도를 측정한 결과는 각각 도 10 내지 14와 같다. 또한, 각 실험에서 도출된 휨 정도를 측정한 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
| 실시예 No. | 광흡수제 침투 깊이(㎛) | 휨 정도(㎛) |
| 실시예 1 | 8 | 14.0 |
| 실시예 2 | 17 | 20.4 |
| 실시예 3 | 26 | 33.9 |
| 실시예 4 | 35 | 34.5 |
| 실시예 5 | 44 | 35.8 |
| 실시예 6 | 16 | 2.2 |
| 실시예 7 | 34 | 3.2 |
| 실시예 8 | 52 | 7.5 |
| 실시예 9 | 70 | 11.3 |
| 실시예 10 | 88 | 12.2 |
| 실시예 11 | 26 | 28.1 |
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 5에 따른 고분자 수지 매트릭스는 휨 정도가 14.0 내지 35.8 ㎛ 범위에서 나타났다. 광흡수제 침투 깊이가 깊어질수록 휨 정도는 크게 유발되는 것으로 확인된다. 그러나, 광흡수제 침투 깊이가 44 ㎛인 실시예 5의 경우에도, 휨 정도가 36 ㎛를 넘지 않는 것으로 확인되었다.
또한, 고분자 수지 매트릭스의 양측에 광흡수제를 침투시킨 실시예 6 내지 10의 경우에는, 고분자 수지 매트릭스는 휨 정도가 2.2 내지 12.2 ㎛ 범위에서 나타났다. 이는 실시예 1 내지 5와 비교하더라도, 고분자 수지 매트릭스의 휨이 현저히 감소되었음을 알 수 있다. 이를 통해, 광흡수제가 침투된 층을 양면에 형성함으로써, 휨 발생을 보다 최소화할 수 있는 것으로 판단된다.
실험예
2
실시예 1 및 6에서 제조된 광학 필터에 대해서, 비교예 1에 따른 광학 필터와 비교하여, 광투과 스펙트럼을 측정하였다.
구체적으로는, 도 15는 실시예 1(B)과 비교예 1(A)의 광학 필터의 광투과 스펙트럼을 비교 측정한 것이다. 또한, 도 16은 실시예 6(C)와 비교예 1(A)의 광학 필터의 광투과 스펙트럼을 비교 측정한 것이다.
측정 결과는 표 2에 정리한 바와 같다.
| 항목 | 실시예 1 | 실시예 6 | 비교예 1 |
| 평균 투과도 | 87.74% | 87.87% | 87.05% |
| 최소 투과도 | 79.86% | 79.96% | 74.98% |
| T50% | 643.2 nm | 643.8 nm | 643.7nm |
표 2에서, 평균 투과도는 410 내지 565nm 영역에서 광투과도의 평균치를 산출한 결과이고, 최소 투과도는 410 내지 565 nm 영역에서 광투과도의 최저치를 산출한 결과이다. 또한, T50%는, 600 nm 이상 영역에서, 광투과도가 50%가 되는 첫번째 파장값을 나타낸 것이다.
표 2를 참조하면, 실시예 1 및 6에 따른 광학 필터는, 410 내지 565nm 영역에서 광투과도의 평균치는 87.5% 이상이고, 최소 투과도는 79% 이상인 것으로 나타났다.
이는 비교예 1과 비교하면, 평균 투과도는 각각 0.69% 및 0.82% 향상되었고, 최소 투과도는 각각 4.88% 및 4.98% 향상되었음을 알 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따른 광학 필터(실시예 1 및 6)는 종래의 광학 필터(비교예 1)에 비하여, 평균 투과도는 0.6% 이상, 최소 투과도는 4.8% 이상 향상되었음을 알 수 있다.
실험예
3
실시예 1 및 비교예 1에 따른 광학 필터에 대한 헤이즈를 측정하였다. 헤이즈 측정은 Nippon Denshoku사의 NDH 2000N를 사용하였다.
헤이즈 측정은 시료별로 임의의 3점을 지정하여 측정하였고, 그 결과는 하기 표 3과 같다.
| 항목 | 실시예 1 | 비교예 1 |
| 지점 1 | 0.07% | 0.30% |
| 지점 2 | 0.06% | 0.30% |
| 지점 3 | 0.05% | 0.33% |
| 평균 | 0.06% | 0.31% |
표 3을 참조하면, 실시예 1에 따른 광학 필터는 헤이즈가 평균 0.06%임에 비해, 비교예 1에 따른 광학 필터는 헤이즈가 평균 0.31%인 것으로 나타났다. 이를 통해, 본 발명에 따른 광학 필터의 헤이즈는, 종래의 광학 필터 대비 20% 수준으로 현저히 감소됨을 알 수 있다.
상기 실험예 3에서 측정한 헤이즈값은 0.2% 이하인 것이 바람직하며, 0.1% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
10, 100: 바인더 수지 매트릭스
11, 110: 광흡수제
20, 200: 반사방지층
30, 300: 근적외선 반사층
11, 110: 광흡수제
20, 200: 반사방지층
30, 300: 근적외선 반사층
Claims (13)
- 바인더 수지 매트릭스; 및
바인더 수지 매트릭스 내에 분산된 광흡수제를 포함하며,
광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스는 단일층으로 이루어지되,
상기 바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 두께 방향을 기준으로, 균등 분할된 n개(n은 3 내지 7의 정수)의 영역을 포함하고,
상기 바인더 수지 매트릭스 전체에 분산된 광흡수제의 총량을 A 라고 할 때,
상기 A 대비 40% 이상이 분산된 영역이 1개 이상 존재하며,
상기 A 대비 10% 이하가 분산된 영역이 1개 이상 존재하는 광학 필터.
- 제 1 항에 있어서,
바인더 수지 매트릭스는,
매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 영역을 구분하면,
제1 영역, 제k 영역(k는 2 내지 n-1 범위의 정수) 및 제n 영역(n은 3 내지 7의 정수)을 포함하고,
제1 영역 및 제n 영역 중 어느 하나 이상은,
상기 A 대비 40 % 이상이 분산된 영역인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
- 제 1 항에 있어서,
바인더 수지 매트릭스는,
매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 영역을 구분하면,
제1 영역, 제k 영역(k는 2 내지 n-1 범위의 정수) 및 제n 영역(n은 3 내지 7의 정수)을 포함하고,
제1 영역 또는 제n 영역은,
상기 A 대비 70 % 이상이 분산된 영역인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
- 제 1 항에 있어서,
바인더 수지 매트릭스는,
매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 영역을 구분하면,
제1 영역, 제k 영역(k는 2 내지 n-1 범위의 정수) 및 제n 영역(n은 3 내지 7의 정수)을 포함하고,
제1 영역 및 제n 영역 중 어느 하나 이상은, 상기 A 대비 10 % 이하가 분산된 영역이고,
제 k 영역은 상기 A 대비 40 % 이상이 분산된 영역인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
- 제 1 항에 있어서,
바인더 수지 매트릭스는, 매트릭스의 일면에서 두께 방향으로 구분된 5개의 영역을 포함하고,
제1 영역 및 제5 영역 중 어느 하나 이상의 영역은,
상기 A 대비 10 % 이하가 분산된 영역인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
- 제 1 항에 있어서,
광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스는, 하기 조건 1을 만족하는 광학 필터:
[조건 1]
Fmax ≤ 40 (㎛)
조건 1에서,
Fmax는 시료의 휨 발생 수치를 의미하며,
Fmax는, 가로 10 mm 및 세로 10 mm 크기의 시료에 대해서, 시료의 중심을 기준으로 가로 방향(X축) ± 2.3 mm 영역에서, 시료의 양 단부를 연결하는 직선과의 최대 이격 거리를 나타낸다.
- 제 1 항에 있어서,
광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 일면 또는 양면에 형성된 근적외선 반사층을 포함하는 광학 필터.
- 제 1 항에 있어서,
광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 제1 면에 형성된 근적외선 반사층; 및
광흡수제가 분산된 바인더 수지 매트릭스의 제2 면에 형성된 반사방지층을 포함하는 광학 필터.
- 제 1 항에 있어서,
바인더 수지 매트릭스의 헤이즈(haze)값은 0.2 % 이하인 광학 필터
- 제 10 항에 있어서,
바인더 수지 매트릭스의 헤이즈(haze)값은 0.07 % 이하인 광학 필터.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 광학 필터를 포함하는 촬상 장치.
- 바인더 수지 매트릭스의 일면 또는 양면에 광흡수제가 분산된 용액을 도포하는 단계; 및
광흡수제가 분산된 용액이 도포된 바인더 수지 매트릭스를 열처리하는 단계를 포함하는 광학 필터의 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,
광흡수제가 분산된 용액이 도포된 바인더 수지 매트릭스를 열처리하는 단계는, 130 내지 150℃ 온도 범위에서 수행하는 것을 포함하는 광학 필터의 제조 방법.
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