KR20180074090A - The nanostructure based tunable wavelength absorption film, producing method of the same, and application to the optical instrument comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름, 그의 제조방법, 및 이를 포함하는 광학기기에 관한 것으로, 상세하게는 가변형 파장 흡광 필름에 나노구조체가 구비됨으로써, 특정 파장이 투과되지 않도록 하는 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름, 그의 제조방법, 및 이를 포함하는 광학기기에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a variable wavelength light absorbing film using nanostructure, a method of manufacturing the same, and an optical apparatus including the nanostructure, and more particularly to a variable wavelength light absorbing film having a nanostructure, To a method for producing the same, and to an optical apparatus including the same.
일반적으로 알려진 외상 후 스트레스 장애는 사람이 전쟁, 고문, 자연재해, 사고 등의 심각한 사건을 경험한 후 그 사건에 공포감을 느끼고 사건 후에도 계속적인 재경험을 통해 고통을 느끼며 거기서 벗어나기 위해 에너지를 소비하게 되는 질환을 말한다.Commonly known post-traumatic stress disorder is when a person experiences a serious event such as a war, torture, natural disaster, or accident, feels frightened by the incident, and after the event continues suffering through re-experiencing, consuming energy to escape .
특히, 구급대원들은 직업적인 특성상 부상자, 사상자를 많이 접하게 되면서 많은 혈액을 보게 된다. 이 과정에서 구급대원들은 정신적인 충격을 받게 되고 인지적 신체적 정서적인 증후군에 시달리게 된다. 그 중 사고 현장을 정리하는 과정에서 선혈색 즉, 빨간색에 대한 심리적인 타격이 크므로 이를 목격하는 것을 줄여 스트레스 수치를 낮추는 것이 필요하다. Especially, paramedics are exposed to many injuries and casualties due to their professional characteristics, so they see a lot of blood. In this process, paramedics are mentally shocked and suffer from cognitive, physical, and emotional symptoms. In the process of sorting out the accident scene, it is necessary to lower the stress level by reducing the sighting of the red color, that is, the psychological blow to red.
상기 스트레스 수치를 낮추는 방법으로는 고글 또는 안경에 광학필터를 부착시키는 방법이 있다. 광학 필터란 특수한 코팅이 되어 광도의 사이에 위치하여 특정한 파장을 투과시키거나 차단함으로써 사용자가 요구하는 광 성질을 도출하는 유리 또는 플라스틱 기판이다. As a method of lowering the stress value, there is a method of attaching an optical filter to goggles or glasses. An optical filter is a glass or plastic substrate that is specially coated and positioned between luminous intensities to derive the optical properties required by the user by transmitting or blocking specific wavelengths.
상기 특수한 코팅은 금, 은, 플루오린화 마그네슘(MgF2) 등을 이용하는데 하나의 금속 코팅으로는 균일한 차단 파장대를 만들 수 없는 문제가 있어, 단일 금속 코팅을 제작된 광학필터로는 특정한 파장을 투과시키거나 차단시키는 것이 어려우며, 이로 인해, 빨간색에 대한 스트레스 수치를 감소시킬 수 없는 어려움이 있다. The special coating uses gold, silver, magnesium fluoride (MgF 2 ) or the like. However, since a single metal coating can not provide a uniform blocking wavelength band, It is difficult to permeate or block it, which makes it difficult to reduce the stress value for red.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 가변평 파장 흡광 필름에 플라즈모닉스 박막층과 나노구조 박막층이 형성되어 있어서, 박막층 간에 특정한 파장이 간섭되어 특정한 파장이 반사되거나 투과되도록 하는 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름, 그의 제조방법, 및 이를 포함하는 광학기기를 제공하는데 목적이 있다. Disclosure of the Invention The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method for producing a nanoporous polyimide thin film which has a plasmonic thin film layer and a nanostructure thin film layer formed on a variable flat wave absorbing film, A method of manufacturing the same, and an optical apparatus including the same.
본 발명의 일 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름은 기판과, 상기 기판 상에 형성된 접착층, 및 상기 접착층 상에 형성된 플라즈모닉스 박막층을 포함할 수 있다. The variable wavelength light absorbing film using nanostructure according to an aspect of the present invention may include a substrate, an adhesive layer formed on the substrate, and a plasmonic thin film layer formed on the adhesive layer.
본 발명의 다른 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름의 제조방법은 기판 상에 접착층을 형성하는 단계(S10)와, 상기 접착층 상에 금속층을 형성하는 단계(S20), 상기 금속층 상에 양극산화된 나노구조 박막층을 형성하는 단계(S30)와, 상기 양극산화된 나노구조 박막층을 건식 식각하는 단계(S40), 및 상기 건식 식각 후 양극산화된 나노구조 박막층을 제거하여 플라즈모닉스 박막층을 형성하는 단계(S50)를 수행한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a variable wavelength light absorbing film using a nanostructure, including: forming an adhesive layer on a substrate; forming a metal layer on the adhesive layer; (S30) forming an oxidized nanostructured thin film layer, dry etching the anodized nanostructure thin film layer (S40), and removing the anodized nanostructured thin film layer after the dry etching to form a plasmonic thin film layer (S50).
본 발명의 또 다른 측면에 따른 광학기기는 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름을 포함할 수 있다. The optical device according to another aspect of the present invention may include a variable wavelength light absorbing film using a nanostructure.
상기와 같이 본 발명에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름, 그의 제조방법, 및 이를 포함하는 광학기기는 가변평 파장 흡광 필름에 플라즈모닉스 박막층과 나노구조 박막층이 형성되어 있어서, 박막층 간에 특정한 파장이 간섭되어 특정한 파장이 반사되거나 투과시켜 심리적인 스트레스를 야기시키는 특정색을 차단시키는 효과가 있다. As described above, the variable wavelength light absorbing film using the nanostructure according to the present invention, the method of manufacturing the same, and the optical apparatus including the same have the plasmonic thin film layer and the nanostructured thin film layer formed on the variable flat wave absorbing film, Is interfered with and reflects or transmits a specific wavelength, thereby blocking a specific color causing psychological stress.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름에서 플라즈모닉스 박막의 나노 홀과 나노 홀간의 간격을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름 제조방법의 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름의 제조방법의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 양극산화된 나노구조 박막층의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 6은 본 발명의 플라즈모닉스 박막층의 나노 홀 지름에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름의 투과도를 나타낸 그래프이다(도 6a는 플라즈모닉스 박막층의 두께가 10 nm 일 때 투과도, 도 6b는 플라즈모닉스 박막층의 두께가 15 nm 일 때 투과도, 도 6c는 플라즈모닉스 박막층의 두께가 20 nm 일 때 투과도).
도 7은 본 발명의 플라즈모닉스 박막층의 두께에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름의 투과도를 나타낸 그래프이다(도 7a는 플라즈모닉스 박막층의 나노 홀 지름이 75 nm 일 때 투과도, 도 7b는 플라즈모닉스 박막층의 나노 홀 지름이 100 nm 일 때 투과도, 도 7c는 플라즈모닉스 박막층의 나노 홀 지름이 125 nm 일 때 투과도, 도 7d는 플라즈모닉스 박막층의 나노 홀 지름이 150 nm 일 때 투과도).1 is a schematic view of a variable wavelength light absorbing film using a nanostructure according to an aspect of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a gap between a nano-hole and a nano-hole in a plasmonic thin film in a variable-wavelength light absorbing film using a nanostructure according to an aspect of the present invention.
3 is a flowchart of a method of fabricating a variable wavelength light absorbing film using a nanostructure according to another aspect of the present invention.
4 is a conceptual diagram of a method of manufacturing a variable wavelength light absorbing film using a nanostructure according to another aspect of the present invention.
5 is a scanning electron microscope (SEM) image of an anodized nanostructured thin film layer according to another aspect of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the transmittance of a variable wavelength absorbing film using a nanostructure according to the nano-hole diameter of the plasmonics thin film layer of the present invention (FIG. 6A shows the transmittance when the thickness of the plasmonics thin film layer is 10 nm, and FIG. FIG. 6C shows the transmittance when the thickness of the plasmonics thin film layer is 20 nm).
FIG. 7 is a graph showing the transmittance of a variable wavelength light absorbing film using nanostructure according to the thickness of the plasmonics thin film layer of the present invention (FIG. 7 (a) shows the transmittance when the nanohole diameter of the plasmonics thin film layer is 75 nm, FIG. 7C shows the transmittance when the nano-hole diameter of the plasmonics thin film layer is 125 nm, FIG. 7D shows the transmittance when the nano-hole diameter of the plasmonic thin film layer is 150 nm, ).
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.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 1에서는 보는 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름은 기판(10)과, 상기 기판 상에 형성된 접착층(20), 및 상기 접착층 상에 형성된 플라즈모닉스 박막층(30)을 포함할 수 있다. 1, a variable wavelength light absorbing film using a nanostructure according to an aspect of the present invention includes a
상기 기판(10)은 빛이 투과될 수 있도록 투명 무기물 기판 또는 투명 유기물 기판을 사용할 수 있다. 상세하게는, 유리, 석영(quartz), 및 Al2O3 중에서 선택되는 투명 무기물 기판 또는 PET(polyethylene terephthlate), PES(polyethersulfone), PS(polystyrene), PC(polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate), 및 PAR(polyarylate) 중에서 선택되는 투명 유기물 기판일 수 있다.The
상기 접착층(20)은 기판(10)과 플라즈모닉스 박막층(30)의 사이에 형성되며, 상기 플라즈모닉스 박막층(30)의 박리를 방지하기 위해 기판(10) 상에 증착하여 형성된다. 접착층(20)은 빛 투과도를 고려하여 0.5 ~ 10 nm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 접착층(20)의 두께가 0.5 nm 미만이면 플라즈모닉스 박막층(30)이 쉽게 박리되는 문제가 있으며, 10 nm 초과이면 빛 투과도가 감소되어 차단되는 특정 파장의 색상 이외에 다른 파장의 색상을 구별하기 어려운 문제가 있다. The
상기 접착층(20)은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 및 크롬(Cr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. The
상기 플라즈모닉스 박막층(30)은 접착층(20) 상에 형성되며, 플라즈모닉스 박막층(30)은 표면 플라즈몬(surface plasmon) 현상을 이용하는 것으로, 상기 표면 플라즈몬은 금속 나노구조의 특이한 광학 특성은 빛이 파장보다 작은 크기의 금속 나노구조 표면에 조사될 때, 금속 표면과 유전체의 경계에서 빛과 전자와 상호작용에 의해 발생되는 전자들의 집단 진동현상을 말한다. The plasmonics
즉, 금속의 크기가 빛의 파장보다 작은 경우에 표면 플라즈몬은 국소화(localized)되어 금속의 나노구조 표면에서 전기장이 증가하게 되며, 특정한 파장에서 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR, localized surface plasmon resonance)의 특성을 보인다. 이러한 현상은 투과되는 광이나 전반사되는 광의 파장 영역이 변화하는 것을 극대화할 수 있으며 구조의 모양 또는 크기에 따라 파장 영역을 조절한다. That is, when the size of the metal is smaller than the wavelength of light, the surface plasmon is localized and the electric field is increased on the surface of the metal nanostructure. At the specific wavelength, the characteristic of the localized surface plasmon resonance (LSPR) . This phenomenon can maximize the change of the wavelength range of transmitted light or total reflection light and adjusts the wavelength range according to the shape or size of the structure.
상기 플라즈모닉스 박막층(30)은 금 또는 은으로 형성되고, 육각형 형태의 나노 홀 구조로 형성되며, 상기 나노 홀의 지름은 50 ~ 200 nm이며, 바람직하게는 75 ~ 150 nm이다. 상기 나노 홀의 지름이 50 nm 미만이면 붉은색 영역대의 파장(0.6 ~ 0.7 ㎛)을 효율적으로 차단하지 못하며, 200 nm 초과이면 붉은색 영역대의 파장(0.6 ~ 0.7 ㎛)보다 긴 파장대의 빛도 차단되는 문제가 있다.The plasmonics
상기 플라즈모닉스 박막층(30)은 5 ~ 50 nm의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 5 nm 미만이면 평평한 박막이 형성되는 것보다 아일랜드가 형성되는 문제가 있고, 접착층(20)과 쉽게 박리되는 문제가 있으며, 50 nm 초과이면 나노구조 박막층(40)과 국소 표면 플라즈몬 현상이 일어나지 못해 붉은색 영역대의 파장(0.6 ~ 0.7 ㎛)을 차단시키지 못하는 문제가 있다.If the thickness is less than 5 nm, there is a problem that islands are formed rather than a flat thin film is formed, and a problem that the film is easily peeled off from the
상기 붉은색 영역대의 파장(0.6 ~ 0.7 ㎛)을 효율적으로 차단하기 위해서는 도 2에서는 보는 바와 같이, 나노 홀의 지름과 나노 홀간의 간격이 동일한 것이 바람직하다. In order to efficiently block the wavelength of the red region (0.6 to 0.7 mu m), it is preferable that the diameter of the nanohole and the distance between the nanoholes are the same as shown in Fig.
따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름은 나노 홀 구조를 가진 플라즈모닉스 박막층(30)이 형성됨으로써, 국소 표면 플라즈몬 현상에 의해 붉은색 영역대의 파장(0.6 ~ 0.7 ㎛)이 차단되어, 붉은색(선혈색)에 의한 심리적인 스트레스를 줄일 수 있는 효과가 있다. Therefore, the variable wavelength light absorbing film using the nanostructure according to one aspect of the present invention is formed by forming the plasmonics
본 발명의 다른 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름의 제조방법은 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A method for manufacturing a variable wavelength light absorbing film using nanostructure according to another aspect of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 다른 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름 제조방법의 플로우 차트이고, 도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름의 제조방법의 개념도이다.FIG. 3 is a flow chart of a method of fabricating a variable wavelength light absorbing film using nanostructure according to another aspect of the present invention, and FIG. 4 is a conceptual view of a method of manufacturing a variable wavelength light absorbing film using a nanostructure according to another aspect of the present invention.
이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시 내용은 첨부한 도면을 참조하여 설명하며, 본 발명의 다른 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름의 제조방법은 하기 단계를 포함하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. A method for fabricating a variable wavelength light absorbing film using nanostructure according to another aspect of the present invention includes, but is not limited to, the following steps .
본 발명의 다른 측면에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름의 제조방법은 기판(10) 상에 접착층(20)을 형성하는 단계(S10)와, 상기 접착층(20) 상에 금속층(M)을 형성하는 단계(S20)와, 상기 금속층(M) 상에 양극산화된 나노구조 박막층(40)을 형성하는 단계(S30)와, 상기 양극산화된 나노구조 박막층(40)을 건식 식각하는 단계(S40), 및 상기 건식 식각 후 양극산화된 나노구조 박막층(40)을 제거하여 플라즈모닉스 박막층(30)을 형성하는 단계(S50)를 수행한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a variable wavelength light absorbing film using a nanostructure, including: forming an
본 발명의 제조방법을 각 단계별로 나누어서 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the present invention will be described separately for each step.
우선, 기판(10) 상에 접착층(20)을 형성하는 단계(S10)를 수행한다.First, a step (S10) of forming an
유리, 석영(quartz), Al2O3, PET(polyethylene terephthlate), PES(polyethersulfone), PS(polystyrene), PC(polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate), 및 PAR(polyarylate)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 투명 기판(10) 상에 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 및 크롬(Cr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 금속을 물리 또는 화학적 증착법으로 증착하여 0.5 ~ 10 nm 두께의 접착층(20)을 형성한다. Glass, quartz, Al 2 O 3 , polyethylene terephthlate, PES, polystyrene, polycarbonate, polyimide, polyethylene naphthalate (PEN), and polyarylate A metal selected from the group consisting of titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and chromium (Cr) is deposited on one of the
그 다음, 상기 접착층(20) 상에 금속층(M)을 형성하는 단계(S20)를 수행한다. Then, a step S20 of forming a metal layer M on the
상기 접착층(20) 상에 금 또는 은을 물리 또는 화학적 증착법으로 증착하여 5 ~ 50 nm 두께의 금속층(M)을 형성한다. Gold or silver is deposited on the
그 다음, 상기 금속층(M) 상에 양극산화된 나노구조 박막층(40)을 형성하는 단계(S30)를 수행한다. Next, a step S30 of forming an anodized nanostructured
상기 금속층(M) 상에 나노 홀 구조를 가진 플라지모닉스 박막층(30)을 제조하기 위한 스캐폴드(지지체, S)로서, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 금속을 100 ~ 500 nm의 두께로 물리 또는 화학적 증착법으로 증착시킨 후 양극 산화 처리를 하여 다공성 금속 산화물 박막층을 형성한다. 도 5에서 보는 바와 같이, 양극산화된 나노구조 박막층(40)은 균일하면서 조밀하게 다공성 형태(육각형 모양)로 이루어진다. (Al), titanium (Ti), and zirconium (Zr) as a scaffold (support, S) for manufacturing the plasmonics
상기 양극 산화의 일 실시예는 전해질 용액에서 금속 막을 양극으로 하는 양극산화(anodic oxidation)법으로 산화 처리할 수 있다. 금속층(M) 상에 증착된 금속을 0.3 M의 옥살산용액(oxalic acid)에 넣고 20 ~ 80 V에서 5 ~ 20 ℃로 1차 양극 산화 처리를 한다. 1차 양극 산화 처리 후 증류수나 에탄올로 세척하고 건조시킨 후 인산(phosphoric acid, 6 wt%)과 크롬산(chromic acid, 1.5 wt%)의 혼합용액에서 1차 양극 산화 처리된 표면을 제거하고 다시 1차 양극 산화 조건과 동일한 조건에서 2차 양극 산화 처리하여 도 5에서 보는 바와 같이, 다공성 금속 산화물 박막층, 즉 양극산화된 나노구조 박막층(40)을 형성한다.One embodiment of the anodic oxidation may be oxidized by anodic oxidation using a metal film as an anode in an electrolyte solution. The metal deposited on the metal layer (M) is placed in a 0.3 M oxalic acid solution and subjected to primary anodization at 20 to 80 V at 5 to 20 ° C. After the first anodizing treatment, it was washed with distilled water or ethanol and dried. Then, the first anodized surface was removed from the mixed solution of phosphoric acid (6 wt%) and chromic acid (1.5 wt%), 5, a porous metal oxide thin film layer, that is, an anodized nanostructure
또한, 상기 단계(S10 ~ S30)에서 실시되는 증착법은 딥 코팅법(dip coating), 회전 열 증착법(rotational thermal evaporation), 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD), 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD), 플라즈마 증강 원자층 증착법(plasma enhanced atomic layer deposition, PEALD), 플라즈마 증강 화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD), 전자빔 증착법(E-beam evaporation) 및 스퍼터링법(sputter)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 실시되는 것이 바람직하다.The deposition method used in the above steps S10 to S30 may be a dip coating method, a rotational thermal evaporation method, an atomic layer deposition (ALD) method, a chemical vapor deposition method, CVD evaporation, plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), electron beam evaporation (E-beam evaporation), and sputtering Or the like.
그 다음, 상기 양극산화된 나노구조 박막층(40)을 건식 식각하는 단계(S40)를 수행한다. Next, dry etching the anodized nanostructured
도 4에서 보는 바와 같이, 상기 양극산화된 나노구조 박막층(40)은 건식 식각을 실시하여 상기 양극산화된 나노구조 박막층(40)과 동일한 다공성 형태(육각형) 및 홀의 크기를 가진 플라지모닉스 박막층(30)을 형성한다. As shown in FIG. 4, the
상기 건식 식각은 반응 이온 식각(reactive ion etching, RIE), 플라즈마 식각(plasma etching), 및 스퍼터 식각(sputter etching)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 실시되는 것이 바람직하다.The dry etching is preferably performed by any one selected from the group consisting of reactive ion etching (RIE), plasma etching, and sputter etching.
끝으로, 상기 건식 식각 후 양극산화된 나노구조 박막층(40)을 제거하여 플라즈모닉스 박막층(30)을 형성하는 단계(S50)를 수행한다. Finally, after the dry etching, the anodized nanostructured
상기 건식 식각 후 증류수나 에탄올로 세척하고 건조시킨 후 인산(phosphoric acid, 6 wt%)과 크롬산(chromic acid, 1.5 wt%)의 혼합용액으로 양극산화된 나노구조 박막층(40)을 제거하여 나노 홀 구조를 가진 플라즈모닉스 박막층(30)을 수득한다. After the dry etching, the substrate is washed with distilled water or ethanol and dried. Then, the
본 발명의 또 다른 측면에 따른 광학기기는 나노구조를 이용한 가변형 파장 흡광 필름을 포함함으로써, 나노 홀 구조를 가진 플라즈모닉스 박막층(30)이 형성되어, 국소 표면 플라즈몬 현상에 의해 붉은색 영역대의 파장(0.6 ~ 0.7 ㎛)이 차단되며, 이러한 특성을 이용하여 보안경 표면 또는 콘택트렌즈 등에 적용하였을 때, 빨간색(선혈색)이 효과적으로 차단되어 현장 출동 대원들에게 빨간색에 의해 야기된 심리적 스트레스를 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.The optical device according to another aspect of the present invention includes a variable wavelength light absorbing film using a nanostructure to form a plasmonics
이하, 본 발명의 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Experimental Examples.
하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것 일뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것이 아니다.The following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following Examples and Experimental Examples.
< < 실시예Example 1 > 본 발명에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 1> Variable wavelength using nanostructure according to the present invention 흡광Absorbance 필름 제조 Film manufacturing
(S10) : 유리(BK7, 붕규산 크라운 광학유리) 상에 티타늄(Ti)을 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD)으로 증착하여 1 nm 두께의 접착층을 형성하였다.(S10): Titanium (Ti) was deposited by atomic layer deposition (ALD) on glass (BK7, crown borosilicate glass) to form a 1 nm thick adhesive layer.
(S20) : 상기 접착층 상에 금을 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD)으로 증착하여 10 nm 두께의 금속층을 형성하였다. (S20): Gold was deposited on the adhesive layer by atomic layer deposition (ALD) to form a metal layer having a thickness of 10 nm.
(S30) : 상기 금속층 상에 알루미늄(Al)을 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD)이용하여 300 nm의 두께로 증착시킨 후 양극 산화 처리를 하여 양극산화된 나노구조 박막층을 형성하였다.(S30): Aluminum (Al) was deposited on the metal layer to a thickness of 300 nm using atomic layer deposition (ALD), and then anodized to form an anodized nanostructured thin film layer.
상기 양극 산화는 전해질 용액에서 알루미늄 막을 양극으로 하는 양극산화(anodic oxidation)법으로 산화 처리하였다.The anodic oxidation was performed by anodic oxidation using an aluminum film as an anode in an electrolyte solution.
상기 금속층(M) 상에 증착된 금속을 0.3 M의 옥살산용액(oxalic acid)에 넣고 20 ~ 80 V에서 5 ~ 20 ℃로 1차 양극 산화 처리를 한다. 1차 양극 산화 처리 후 증류수나 에탄올로 세척하고 건조시킨 후 인산(phosphoric acid, 6 wt%)과 크롬산(chromic acid, 1.5 wt%)의 혼합용액에서 1차 양극 산화 처리된 표면을 제거하고 다시 1차 양극 산화 조건과 동일한 조건에서 2차 양극 산화 처리하여 도 5에서 보는 바와 같이, 다공성 금속 산화물 박막층, 즉 양극산화된 나노구조 박막층(40)을 형성하였다. 이 때, 전압이 증가할수록 다공성의 지름이 증가하였고, 본 발명에서 다공성 지름이 75, 100, 125, 150 nm인 양극산화된 나노구조 박막층(40)을 얻을 수 있었다.The metal deposited on the metal layer (M) is put into a 0.3 M oxalic acid solution and subjected to a first anodization treatment at 20 to 80 V at 5 to 20 占 폚. After the first anodizing treatment, it was washed with distilled water or ethanol and dried. Then, the first anodized surface was removed from the mixed solution of phosphoric acid (6 wt%) and chromic acid (1.5 wt%), 5, a porous metal oxide thin film layer, that is, an anodized nanostructure
(S40) : 상기 양극산화된 나노구조 박막층(40)에 반응 이온 식각(reactive ion etching, RIE)을 하여 다공성 형태(육각형)의 나노 홀을 가진 플라지모닉스 박막층(30)을 형성하였다. 이 때, 상기 나노 홀의 지름은 전압에 따라 75, 100, 125, 150 nm로 형성되었다. (S40): The anodized nanostructured
(S50) : 상기 건식 식각 후 증류수나 에탄올로 세척하고 건조시킨 후 인산(phosphoric acid, 6 wt%)과 크롬산(chromic acid, 1.5 wt%)의 혼합용액으로 양극산화된 나노구조 박막층(40)을 제거하여 나노 홀 구조를 가진 플라즈모닉스 박막층(30)을 수득하였다.(S50): After the dry etching, the substrate is washed with distilled water or ethanol, dried, and then anodized nanostructured thin film layer (40) is formed with a mixed solution of phosphoric acid (6 wt%) and chromic acid And a plasmonic
< < 실시예Example 2 > 본 발명에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 2> Variable wavelength using nanostructure according to the present invention 흡광Absorbance 필름 제조 Film manufacturing
실시예 2는 실시예 1의 단계(S20)에서 금 두께를 15 nm로 형성한 것 이외에 제조방식은 동일하게 실시하였다. Example 2 was carried out in the same manner except that the gold thickness was changed to 15 nm in the step S20 of Example 1.
< < 실시예Example 3 > 본 발명에 따른 나노구조를 이용한 가변형 파장 3> Variable wavelength using nanostructure according to the present invention 흡광Absorbance 필름 제조 Film manufacturing
실시예 3은 실시예 1의 단계(S20)에서 금 두께를 20 nm로 형성한 것 이외에 제조방식은 동일하게 실시하였다. Example 3 was carried out in the same manner as in Example 1 except that the thickness of gold was 20 nm in step S20.
< < 실험예Experimental Example 1 > 나노 홀의 지름에 따른 투과도 분석 1> Analysis of Transmittance according to Diameter of Nanohole
실시예 1 ~ 3에서 제조된 가변형 파장 흡광 필름은 UV/Vis 분광계로 투과도로 측정하였다. 상기 가변형 파장 흡광 필름 상단면의 수직으로 입사되는 광의 파장은 300~1000 nm 대역으로 각각 1 nm 간격으로 조사하여 나노 홀의 지름에 따른 파장별 투과되는 세기를 측정하여 투과도를 측정하였다. The variable wavelength light absorbing films prepared in Examples 1 to 3 were measured with a UV / Vis spectrometer as a transmittance. The wavelengths of light incident vertically on the upper surface of the variable wavelength light absorbing film were irradiated at intervals of 1 nm each in the band of 300 to 1000 nm, and transmittance was measured by measuring intensities transmitted through the wavelengths according to the diameters of the nanoholes.
도 6a에서 보는 바와 같이, 박막의 두께가 10 nm일 때, 홀의 지름이 커질수록 투과도가 감소된, 즉 차단된 파장대가 0.6 ㎛에서 0.8 ㎛ 대역으로 이동하는 것을 볼 수 있다. 이러한 현상은 금속으로 이루어진 박막에서 홀 구조가 식각되었을 때, 홀 구조에 금속이 아닌 측정 물질이 채워져 전체적인 박막의 유전적 성질이 유효한 값으로 변화하기 때문이다As shown in FIG. 6A, when the thickness of the thin film is 10 nm, as the diameter of the hole increases, the transmittance decreases, that is, the blocked wavelength band shifts from 0.6 μm to 0.8 μm. This phenomenon is due to the fact that when the hole structure is etched in a thin film made of metal, the hole structure is filled with a non-metal measurement material and the overall thin film's genetic property changes to a valid value
또한, 홀의 구조적인 특성에 의해 플라즈몬이 구조에 구획되어 공명 현상이 일어나기 위한 에너지양이 줄어들기 때문이다. In addition, due to the structural characteristics of the holes, plasmons are partitioned into structures, which reduces the amount of energy required to cause resonance.
따라서, 감소되는 영역이 더 작은 에너지를 가지는 장파장 대역으로 이동하는 것이다. 도 6a ~ 6c의 그래프를 비교해 보았을 때, 차단된 파장 영역의 이동에 차이가 있는 것을 볼 수 있다. 박막의 두께가 10, 15, 20 nm 일 때에 홀의 지름이 25 nm 단위로 변하면 차단되는 파장 영역 대는 약 40, 30, 21 nm 단위로 변화하는 것을 볼 수 있다. 이 현상은 구조적 특성에 의해 차단되는 파장 영역이 생기지만 박막의 두께가 두꺼워짐에 따라 홀에 의한 박막의 유효 유전율의 변화가 작아지기 때문에 발생하는 것이다. Therefore, the region to be reduced moves to a long wavelength band having a smaller energy. 6A to 6C, it can be seen that there is a difference in the movement of the blocked wavelength region. When the thickness of the thin film is 10, 15, or 20 nm, when the diameter of the hole is changed by 25 nm, the wavelength band to be blocked changes by 40, 30 or 21 nm. This phenomenon occurs because the wavelength range blocked by the structural characteristics occurs, but as the thickness of the thin film becomes thicker, the change of the effective permittivity of the thin film due to the hole becomes smaller.
< < 실험예Experimental Example 2 > 2> 플라즈모닉스Plasmonics 박막층Thin film layer 두께에 따른 투과도 분석 Analysis of permeability according to thickness
실시예 1 ~ 3에서 제조된 가변형 파장 흡광 필름은 UV/Vis 분광계로 투과도로 측정하였다. 상기 가변형 파장 흡광 필름 상단면의 수직으로 입사되는 광의 파장은 300~1000 nm 대역으로 각각 1 nm 간격으로 조사하여 플라즈모닉스 박막층 두께에 따른 파장별 투과되는 세기를 측정하여 투과도를 측정하였다. The variable wavelength light absorbing films prepared in Examples 1 to 3 were measured with a UV / Vis spectrometer as a transmittance. The wavelengths of light incident vertically on the upper surface of the variable wavelength light absorbing film were irradiated at intervals of 1 nm in the 300 to 1000 nm band, and the transmittance was measured by measuring intensities of the respective wavelengths depending on the thickness of the thin film layer.
도 7에서 보는 바와 같이, 특정한 값으로 고정된 홀의 지름(75, 100, 125, 150 nm)에 플라즈모닉스 박막의 두께를 변화(10, 15, 20 nm)하며 두께의 변화에 따른 투과도의 변화를 분석하였다. As shown in FIG. 7, the thickness of the plasmonics thin film was changed (10, 15, and 20 nm) to the diameters of fixed holes (75, 100, 125, and 150 nm) Respectively.
도 7a ~ 7d에서 보는 바와 같이, 플라즈모닉스 박막이 두꺼워질 경우 차단되는 파장의 대역대가 0.4 ㎛로 가까워지는 경향을 띈다. 이는 앞서 설명한 플라즈모닉스 박막의 두께가 두꺼워짐에 따른 금속 내 전자를 표면에 여기 시키기 위해 더 많은 에너지가 이용되어야 하기 때문에 짧은 파장의 광이 LSPR 현상을 일으켜 투과도가 떨어지게 된다. 플라즈모닉스 박막의 두께가 두꺼워 지게 되면 전체 파장 영역 대에 대해 투과도가 떨어지지만 차단하고자 하는 파장을 짧은 파장 영역으로 옮기도록 조절할 수 있다. As shown in FIGS. 7A to 7D, when the plasmonics thin film becomes thick, the band width of the blocked wavelength tends to approach 0.4 μm. This is because the more energy is used to excite the electrons in the metal to the surface as the thickness of the plasmonics thin film is increased as described above, the shorter wavelength light causes the LSPR phenomenon and the transmittance is lowered. When the thickness of the plasmonics thin film becomes thicker, the transmittance of the whole wavelength band is lowered, but the wavelength to be blocked can be controlled to be shifted to a shorter wavelength band.
따라서, 플라즈모닉스 박막의 두께를 조절하여 차단되는 파장의 시작점을 조절할 수 있다. 0.3 ~ 0.4 ㎛ 대역에서 특정한 피크가 발생하는데, 이는 구조가 변화하면서 플라즈몬 현상 중 하나인 특이 광 투과 현상이 생기는 것으로, 투과도가 일시적으로 증가하는 현상이 생긴다.Therefore, the starting point of the wavelength to be blocked can be adjusted by controlling the thickness of the plasmonics thin film. A specific peak occurs in the range of 0.3 to 0.4 mu m due to a change in the structure and a specific light transmission phenomenon, which is one of the plasmon phenomena, resulting in a transient increase in transmittance.
따라서, 본 발명의 가변형 파장 흡광 필름은 붉은색 영역대의 파장(0.6 ~ 0.7 ㎛)을 약 87 ~ 90 %까지 차단할 수 있음을 확인하였으며, 나노 홀 지름의 크기 조절을 통해 차단되는 파장 영역의 넓이를 늘일 수도 있고, 상기 나노 홀 지름의 크기가 증가할수록 붉은색 영역대의 파장이 차단되는 효과를 향상시킬 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 보안경 표면 또는 콘택트렌즈 등에 적용하였을 때, 빨간색(선혈색)이 효과적으로 차단되어 현장 출동 대원들에게 빨간색에 의해 야기된 심리적 스트레스를 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.Therefore, it was confirmed that the variable wavelength light absorbing film of the present invention can block the wavelength of the red region band (0.6 to 0.7 μm) by about 87 to 90%, and the width of the wavelength region blocked by controlling the size of the nano- The effect of blocking the wavelength of the red region band can be improved as the size of the nano hole is increased. When such characteristics are used, when applied to a safety glass surface or a contact lens, the red color (red blood color) is effectively blocked, and the psychological stress caused by red is remarkably reduced to the field workers.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
10 : 기판
20 : 접착층
30 : 플라즈모닉스 박막층
40 : 양극산화된 나노구조 박막층
100 : 가변형 파장 흡광 필름
M : 금속층10: substrate 20: adhesive layer
30: Plasmonics thin film layer 40: Anodized nanostructured thin film layer
100: Variable wavelength absorbing film M: metal layer
Claims (12)
상기 기판 상에 형성된 접착층; 및
상기 접착층 상에 형성되며, 나노 홀 구조를 가지는 플라즈모닉스 박막층;을 포함하는 가변형 파장 흡광 필름.
Board;
An adhesive layer formed on the substrate; And
And a plasmonic thin film layer formed on the adhesive layer and having a nano-hole structure.
상기 기판은 유리, 석영(quartz), Al2O3, PET(polyethylene terephthlate), PES(polyethersulfone), PS(polystyrene), PC(polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate), 및 PAR(polyarylate)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가변형 파장 흡광 필름.
The method according to claim 1,
The substrate may be glass, quartz, Al 2 O 3 , Wherein the substrate is any one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polyimide (PI), polyethylene naphthalate (PEN), and polyarylate Wavelength absorbing film.
상기 접착층은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 및 크롬(Cr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가변형 파장 흡광 필름.
The method according to claim 1,
Wherein the adhesive layer is any one selected from the group consisting of titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and chromium (Cr).
상기 접착층은 0.5 ~ 10 nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변형 파장 흡광 필름.
The method according to claim 1,
Wherein the adhesive layer is formed to a thickness of 0.5 to 10 nm.
상기 플라즈모닉스 박막층은 금 또는 은으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변형 파장 흡광 필름.
The method according to claim 1,
Wherein the plasmonics thin film layer is formed of gold or silver.
상기 나노 홀은 지름이 50 ~ 200 nm인 것을 특징으로 하는 가변형 파장 흡광 필름.
The method according to claim 1,
Wherein the nano-holes have a diameter of 50 to 200 nm.
상기 플라즈모닉스 박막층은 5 ~ 50 nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변형 파장 흡광 필름.
The method according to claim 1,
Wherein the plasmonics thin film layer is formed to a thickness of 5 to 50 nm.
An optical device comprising the variable wavelength light absorbing film according to any one of claims 1 to 7.
상기 접착층 상에 금속층을 형성하는 단계(S20);
상기 금속층 상에 양극산화된 나노구조 박막층을 형성하는 단계(S30);
상기 양극산화된 나노구조 박막층을 건식 식각하는 단계(S40); 및
상기 건식 식각 후 양극산화된 나노구조 박막층을 제거하여 플라즈모닉스 박막층을 형성하는 단계(S50);를 포함하는 가변형 파장 흡광 필름의 제조방법.
Forming an adhesive layer on the substrate (S10);
Forming a metal layer on the adhesive layer (S20);
Forming an anodized nanostructured thin film layer on the metal layer (S30);
Dry etching the anodized nanostructure thin film layer (S40); And
And removing the anodized nanostructured thin film layer after the dry etching to form a plasmonic thin film layer (S50).
상기 양극산화된 나노구조 박막층은 다공성으로 형성되는 것으로 특징으로 하는 가변형 파장 흡광 필름의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the anodized nanostructure thin film layer is formed to have a porous structure.
상기 양극산화된 나노구조 박막층은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가변형 파장 흡광 필름의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the anodized nanostructure thin film layer is any one selected from the group consisting of aluminum (Al), titanium (Ti), and zirconium (Zr).
상기 건식 식각은 반응 이온 식각(reactive ion etching, RIE), 플라즈마 식각(plasma etching), 및 스퍼터 식각(sputter etching)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가변형 파장 흡광 필름의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the dry etching is any one selected from the group consisting of reactive ion etching (RIE), plasma etching, and sputter etching.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160177790A KR20180074090A (en) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | The nanostructure based tunable wavelength absorption film, producing method of the same, and application to the optical instrument comprising the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112433277A (en) * | 2020-12-05 | 2021-03-02 | 中国人民解放军国防科技大学 | Glass photonic crystal selective wave absorber based on DBS algorithm |
-
2016
- 2016-12-23 KR KR1020160177790A patent/KR20180074090A/en not_active Application Discontinuation
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