KR20180109641A - 필터 - Google Patents

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플래티넘 옵틱스 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

본 개시 내용은 필터에 관한 것으로서, 필터는, 근적외선 흡광 염료를 갖는 근적외선 필터링 기판; 근적외선 흡광 염료와 자외선 흡광 염료를 갖고, 근적외선 필터링 기판의 일면 상에 형성된 흡수층; 흡수층 상에 형성된 제1 다층막; 및 근적외선 필터링 기판의 타면 상에 형성된 제2 다층막을 포함한다.

Description

필터{FILTER}
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2017년 3월 27일에 출원한 중국 특허출원 일련번호 제201710190154.5호인 우선권을 주장하며, 그 전문은 본원에 참고로 원용된다.
본 개시 내용은, 일반적으로 필터에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 이미지 캡처 장치를 위한 필터에 관한 것이다.
디지털 시대에서, 카메라나 모바일 폰 등의 모바일 장치는, 전하 결합 장치(CCD) 또는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS)를 사용하여 이미지를 전자 디지털 신호로 변환한다. CCD 또는 CMOS는 가시광선 및 적외선을 동시에 감지할 수도 있다. 그러나, 적외선은, 정상적인 이미지를 방해할 수도 있고, 정상적인 이미지의 색에 영향을 끼칠 수도 있으며, 열과 잡음 등의 문제를 야기할 수도 있다. 구체적으로, 이미지 센서의 광 감지 범위의 파장은 약 350nm 내지 1200nm이므로, 이미지 센서가 적외선과 자외선을 캡처할 수도 있다. 이미지 프리젠테이션이 적외선 및 자외선에 의한 영향을 받지 않도록, 이미지 센서 앞에 필터를 배치하여 적외선 및 자외선이 이미지 센서에 진입하는 것을 차단한다. 따라서, 상기한 이미지 문제를 회피하게 되고, 가시광선의 감지 범위를 수정하여 이미지의 색 전이(color shift) 현상을 감소시킨다. 한편, 얇은 모바일 장치의 CCD 또는 CMOS에 의해 수신되는 큰 각도의 입사광으로 인한 색 전이 문제점을 해결하기 위해, 필터의 투과율은 630nm 내지 700nm의 파장에서 더욱 빠르게 변해야 한다.
이미지 캡처 장치에 적용된 종래 기술의 필터에 있어서, 투명 수지는 필터의 베이스 재료로서 사용된다. 그러나, 종래 기술의 필터는 적외선과 자외선을 적절하게 차폐하지 못한다.
일반적으로, 비용을 줄이고 다양한 제조 공정으로 인한 수율 감소를 줄이기 위해서는, 적외선 차단 기능을 갖는 필터의 필름 층의 수를 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 필터의 층의 수를 줄이면, 스펙트럼 특성에 영향을 줄 수도 있으며, 이상적인 적외선 및 자외선 차단 성능을 달성하는 것이 어렵다.
본 개시 내용은, 서로 다른 입사각으로 방출되는 입사광에 의해 야기되는 색 전이 현상을 감소시킬 수도 있으며 가시광선의 투과율을 유지할 수도 있는 필터를 제공하는 것이다. 다른 양태에서, 본 개시 내용에 의해 제공되는 필터는, 적어도, 600nm 내지 700nm 파장의 가시광선의 투과율을 개선할 수도 있고, 근적외선과 자외선을 효율적으로 흡수할 수도 있다.
본 개시 내용은 필터를 제공하며, 필터는, 근적외선 흡광 염료를 갖는 근적외선 필터링 기판; 근적외선 흡광 염료와 자외선 흡광 염료를 갖고, 근적외선 필터링 기판의 일면 상에 형성된 흡수층; 흡수층 상에 형성된 제1 다층막; 및 근적외선 필터링 기판의 타면 상에 형성된 제2 다층막을 포함한다. 본 개시 내용의 필터의 흡수층과 근적외선 필터링 기판의 근적외선 흡광 염료는, 서로 다른 스펙트럼 특성을 생성할 수도 있어서, 필터에 의해 요구되는 스펙트럼 패턴을 조절 및 제어할 수도 있다.
그러나, 이 개요는 본 발명의 모든 양태와 실시예를 포함하지 않을 수도 있다는 점, 이 개요는 어떠한 식으로든 한정적으로 또는 제한적으로 의도한 것이 아니라는 점, 및 본원에 개시된 바와 같은 발명은 명백한 개선점 및 이에 대한 수정예를 포함하도록 통상의 기술자에 의해 이해된다는 점을 이해해야 한다.
신규한 것으로 여겨지는 예시적인 실시예의 특징 및 예시적인 실시예의 특징적 요소 및/또는 단계는 첨부된 청구 범위에서 상세하게 설명된다. 도면은 설명을 위한 것일 뿐이며 일정한 비율로 그려진 것은 아니다. 구성 및 동작 방법에 관한 예시적인 실시예는 첨부된 도면과 관련하여 취해진 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수도 있다.
도 1은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 필터의 개략도이다.
도 2는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 필터의 제조 흐름도이다.
도 3은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 필터의 스펙트럼 투과 곡선의 개략도이다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 있는 첨부 도면을 참조하여 본 개시 내용을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 개시 내용은, 많은 상이한 형태로 구현될 수도 있으며, 본원에 설명된 실시예로 한정되는 것으로 해석해서는 안 된다. 오히려, 이들 실시예는, 본 개시 내용이 철저하고 완전하게 이루어지도록 제공된 것이며, 본 개시 내용의 범위를 통상의 기술자에게 완전히 전달할 것이다. 이하의 실시예에서, 전체적으로 동일한 또는 유사한 요소를 지칭하기 위해 동일한 도면 부호를 사용한다.
본 개시 내용의 일 실시예에 따른 필터(1)의 개략도인 도 1을 참조한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 개시 내용은 필터(1)를 제공하며, 필터(1)는 근적외선 필터링 기판(11), 흡수층(13), 제1 다층막(15), 및 제2 다층막(17)을 포함한다. 근적외선 필터링 기판(11)은 근적외선 흡광 염료를 갖는다. 흡수층(13)은, 근적외선 흡광 염료 및 자외선 흡광 염료를 포함하며, 근적외선 필터링 기판(11)의 일면 상에 형성된다. 일 실시예에서, 근적외선 흡광 염료는 일반적으로 스쿠아릴륨 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 및 시아닌 화합물 중 하나 이상일 수도 있다. 근적외선 흡광 염료는, 파장이 630nm 내지 800nm인 광을 흡수할 수도 있다. 자외선 흡광 염료는, 일반적으로 아조메틴계 화합물, 인돌계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물, 및 트리아진계 화합물 중 하나 이상일 수도 있다. 자외선 흡광 염료는 300nm 내지 400nm의 파장을 갖는 광을 흡수할 수도 있다. 제1 다층막(15)은 흡수층(13) 상에 형성된다. 제2 다층막(17)은 근적외선 필터링 기판(11)의 타면 상에 형성된다.
도 1은, 또한, 근적외선 필터링 기판(11)과 흡수층(13)이 2층 구조이고 흡수층(13)이 근적외선 필터링 기판(11) 상에 형성된 것을 도시한다. 근적외선 필터링 기판(11)은 수지와 근적외선 흡광 염료를 혼합함으로써 형성되고, 흡수층(13)은 수지, 근적외선 흡광 염료, 및 자외선 염료를 혼합함으로써 형성된다. 근적외선 필터링 기판(11)은, 용융 형성, 사출 성형, 주조 성형, 또는 블로우 성형을 통해 형성되며, 그 두께는 90㎛ 내지 200㎛이다. 일 실시예에서, 근적외선 필터링 기판(11)의 수지는, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 프로필렌-스티렌 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 저 밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐 아세테이트, 및 환형 폴리올레핀 수지 중 하나 이상을 포함한다. 흡수층(13)의 수지는, 열가소성 수지(예를 들어, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드 수지, 알키드 수지 등) 또는 열경화성 수지(예를 들어, 에폭시 수지 또는 열경화성 아크릴 수지)를 포함한다. 흡수층(13)은, 흡수층(13)의 혼합 재료를 근적외선 필터링 기판(11) 상에 스핀 코팅법에 의해 평균적으로 코팅함으로써 형성된다. 예를 들어, 흡수층(13)의 혼합 재료를 스핀 코팅법에 의해 근적외선 필터링 기판(11) 상에 도포하고, 스핀 속도는 1100rpm이고, 상기한 방법은, 근적외선 필터링 기판(11) 상에 흡수층(13)이 형성되도록 100℃ 내지 130℃의 환경 조건에서 약 1시간을 유지한다. 흡수층(13)과 근적외선 필터링 기판(11) 간의 접착력이 양호하며, 이때 온도, 압력 등의 외부 환경 변화로 인해 흡수층(13)이 근적외선 필터링 기판(11)으로부터 박리되는 것은 쉽지 않다. 일 실시예에서, 상기한 방법에 의해 형성된 흡수층(13)의 두께는 2.5㎛ 내지 3.5㎛이며, 다른 일 실시예에서, 흡수층(13)의 두께는 3㎛이다. 흡수층(13)은 350nm 내지 420nm 또는 630nm 내지 800nm의 파장을 갖는 광을 흡수할 수도 있다. 또한, 흡수층(13)은, 스프레이 코팅법, 커튼 코팅법, 그라비어 코팅법, 에어 나이프 코팅법, 블레이드 코팅법, 또는 리버스 그라비어 코팅법을 통해 근적외선 필터링 기판(11) 상에 코팅될 수도 있다.
제1 다층막(15)은 증착법에 의해 흡수층(13) 상에 형성된다. 제2 다층막(17)은, 증착법에 의해 근적외선 필터링 기판(11)의 타면 상에 형성되고, 흡수층(13)과 대향한다. 일 실시예에서, 제1 다층막(15)과 제2 다층막(17)은, 기상 성막법(예를 들어, 스퍼터링, 전자 빔 증착, 이온 빔 증착, 화학 기상 증착 중 하나 또는 조합)을 통해 흡수층(13)과 근적외선 필터링 기판(11) 상에 개별적으로 형성될 수도 있다. 일 실시예에서, 제1 다층막(15)과 제2 다층막(17)은 이온 보조 증착법을 이용하는 전자 총 증착에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 제1 다층막(15)과 제2 다층막(17)은 Ti02와 Si02를 포함하는 다층 구조를 얻기 위해 별도의 증착 방법을 별도로 사용한다. 일 실시예에서, 제1 다층막(15)과 제2 다층막(17)의 두께는 10nm 내지 500nm이고, 다른 일 실시예에서는 60nm 내지 150nm이다. 제1 다층막(15)과 제2 다층막(17)은 700nm 내지 1200nm의 파장 범위의 광을 흡수하는 데 사용된다.
도 1에 도시된 필터(1)는, 근적외선 흡광 염료를 통해 서로 다른 매질에서 서로 다른 스펙트럼 특성을 생성하여 필터(1)에서 요구되는 스펙트럼 패턴을 조절 및 제어할 수도 있다. 일 실시예에서, 근적외선 필터링 기판(11)과 흡수층(13)에 함유된 근적외선 흡광 염료의 질량 농도(몰/부피)의 비는 도 1에 도시된 바와 같이 상이하다. 근적외선 필터링 기판에 함유된 근적외선 흡광 염료의 질량 농도 대 흡수층에 함유된 근적외선 흡광 염료의 질량 농도의 비가 1:0.03인 경우, 원하는 성능을 제시할 수도 있다. 또한, 그 비가 1:0.03인 경우, 430nm 내지 580nm의 파장 범위에서, 필터(1)의 평균 투과율은 88%를 초과하는 것으로 유지될 수도 있다. 590nm 내지 630nm의 파장 범위에서, 필터(1)의 평균 투과율은 60%를 초과하여 유지될 수도 있다. 700nm 내지 720nm의 파장 범위에서, 필터(1)의 평균 투과율은 2% 미만으로 낮아질 수도 있다. 적외선 영역에서, 40%의 투과율을 갖는 필터(1)의 파장과 20%의 투과율을 갖는 필터(1)의 파장 간의 차는 27nm이므로, 이는 다른 비와 비교해 볼 때 작은 차를 갖는다. 전술한 조성비에서 가시광선은 필터(1)를 효과적으로 투과할 수도 있고 근적외선은 효과적으로 흡수될 수도 있다.
근적외선 필터링 기판에 함유된 근적외선 흡광 염료의 질량 농도 대 흡수층에 함유된 근적외선 흡광 염료의 질량 농도의 비
1:0

1:0.005

1:0.01

1:0.02

1:0.03

1:0.05

1:0.1
430nm 내지 580nm의 파장에서의 평균 투과율(%) 89.7 89.4 88.9 89.3 89.1 85.3 82.4
590nm 내지 630nm의 파장에서의 평균 투과율(%) 67.3 65.4 63.8 63.6 63.2 60.5 57.6
700nm 내지 720nm의 파장에서의 평균 투과율(%) 8.2 7.07 3.4 2.3 1.4 1.2 1.3
적외선 영역 및 40% 투과율의 파장(nm)에서(λ40[nm]) 640 638 641 635 637 628 621
적외선 영역 및 20% 투과율의 파장(nm)에서(λ20[nm]) 687 678 674 665 664 656 650
λ20[nm]과 λ40[nm] 간의 차 47 40 33 30 27 28 29
본 개시 내용의 일 실시예에 따른 필터(1)의 제조 흐름도인 도 2를 참조한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시 내용의 필터(1)의 제조 방법은 먼저 단계 S10을 수행한다. 방법은 근적외선 필터링 기판(11)을 제공하는 단계를 포함한다. 단계 S11이 수행되며, 이때, 방법은, 근적외선 필터링 기판(11)의 일면 상에 근적외선 및 자외선을 흡수하기 위한 흡수층(13)을 형성하는 단계를 포함한다. 이어서, 단계 S12가 수행되고, 이때, 방법은 흡수층(13) 상에 제1 다층막(15)을 형성하는 단계를 포함한다. 최종적으로, 단계 S13이 수행되고, 이때, 방법은 근적외선 필터링 기판(11)의 타면 상에 제2 다층막(17)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 흡수층(13)은 코팅법을 통해 근적외선 필터링 기판(11) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 제1 다층막(15)과 제2 다층막(17)은 흡수층(13)과 근적외선 필터링 기판(11) 상에 증착 공정을 통해 별도로 형성된다. 한편, 흡수층(13) 상에 위치하는 제1 다층막(15) 및 근적외선 필터링 기판(11) 상에 위치하는 제2 다층막(17)은, 또한, 증착 공정을 통해 동시에 제조될 수도 있다.
본 개시 내용의 일 실시예에 따른 필터(1)의 스펙트럼 투과 곡선의 개략도인 도 3을 참조한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도 3은 본 개시 내용의 필터(1)의 스펙트럼 투과 곡선을 도시하며, 필터의 두께 범위는 0.2mm 내지 0.4mm이며, 본 개시 내용의 필터(1)에 입사하는 입사광의 입사각은 0.2 내지 0.4mm 범위의 필터의 두께가 0도 내지 30도이다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 필터(1)에 입사하는 입사광의 입사각이 0도 내지 30도인 상태 하에서 본 개시 내용의 필터(1)에 의해 측정된 투과율 곡선과, 필터(1)에 입사하는 입사광의 입사각이 30도인 상태 하에서 본 개시 내용의 필터(1)에 의해 측정된 투과율 곡선은 매우 유사하다. 425nm 내지 590nm의 파장에 대해, 본 개시 내용의 필터(1)의 투과율은 80%를 초과할 수도 있다. 본 개시 내용의 필터(1)의 흡수층(13)은, 근적외선 및 자외선을 흡수하고, 350nm 내지 420nm 및 700nm 내지 720nm의 파장 범위의 투과율을 크게 억제함으로써, 색 전이 현상을 감소시킨다.
이하의 표 2에 나타낸 바와 같이, 필터(1)에 입사하는 입사각이 0도인 경우, 본 개시 내용의 필터(1)의 자외선 영역(파장 350nm 내지 395nm)에서의 평균 투과율은 0.01%이다. 본 개시 내용의 필터(1)의 적외선 영역(파장 735nm 내지 11OOnm)에서의 평균 투과율은 0.03%이다. 본 개시 내용의 필터(1)의 가시광선 영역(파장 430nm 내지 580nm)에서의 평균 투과율은 91.6%이다. 필터(1)에 입사하는 입사광의 입사각이 30도인 경우, 본 개시 내용의 필터(1)의 자외선 영역(파장 350nm 내지 395nm)에서의 평균 투과율은 0.09%이다. 본 개시 내용의 필터(1)의 적외선 영역(파장 735nm 내지 11OOnm)에서의 평균 투과율은 0.04%이다. 본 개시 내용의 필터(1)의 가시광선 영역(파장 430nm 내지 580nm)에서의 평균 투과율은 90.3%이다. 본 개시 내용의 필터(1)는 가시광선이 효과적으로 통과될 수도 있도록 자외선 대역과 적외선 대역을 효과적으로 차폐할 수도 있음을 알 수 있다.
입사각이 0도임 입사각이 30도임
350nm 내지 395nm의 λ를 갖는 평균 투과율(%) 0.01 0.09
735nm 내지 1100nm의 λ를 갖는 평균 투과율(%) 0.03 0.04
430nm 내지 580nm의 λ를 갖는 평균 투과율(%) 91.6 90.3
표 3에 도시한 바와 같이, 필터(1)에 입사하는 입사광의 입사각이 0도 및 30도인 경우, 본 개시 내용의 필터(1)의 50% 투과율의 상태와 자외선 영역에서는, 약 412nm와 410nm의 파장을 갖는 광이 본 개시 내용의 필터(1)를 통과할 수도 있다. 본 개시 내용의 필터(1)의 50% 투과율의 상태와 적외선 영역에서는, 약 626nm와 624nm의 파장을 갖는 광이 본 개시 내용의 필터(1)를 통과할 수도 있다. 다시 말하면, 본 개시 내용의 필터(1)의 50% 투과율의 상태에서, 필터(1)에 입사하는 입사광의 입사각이 0도 및 30도인 경우, 자외선 영역 내에서 필터(1)를 통과할 수 있는 파장 전이는 0 내지 2nm이다. 필터(1)에 입사하는 입사광의 입사각이 0도 및 30도인 경우, 근적외선 영역 내에서 필터(1)를 통과할 수 있는 파장 전이는 0 내지 2nm이다. 본 개시 내용의 필터(1)에 입사하는 입사광의 입사각이 0도 및 30도인 경우, 본 개시 내용의 필터(1)의 색 전이 현상이 명백하지 않음을 알 수 있다.
입사각이 0도임 입사각이 30도임
자외선 영역과 투과율 50%의 파장에서 412nm 410nm
적외선 영역과 투과율 50%의 파장에서 626nm 624nm
도 3 및 표 1 내지 표 3에 따르면, 적외선과 자외선을 흡수할 수 있는 근적외선 필터링 기판(11)과 흡수층(13)을 갖는 필터(1)가 자외선 및 근적외선을 효과적으로 차폐할 수도 있고 자외선 영역과 적외선 영역에서 서로 다른 각도로 입사되는 입사광으로 인해 필터(1)에 의해 발생하는 색 전이 현상을 감소시킬 수도 있다는 점은 명백하게 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시 내용은 필터를 개시한다. 필터는, 흡수층과 근적외선 필터링 기판의 근적외선 흡광 염료에 따라 서로 다른 스펙트럼 특성들을 생성하여 본 개시 내용의 필터에 의해 필요로 하는 스펙트럼 패턴을 조절 및 제어함으로써, 서로 다른 입사각으로 필터에 입사하는 입사광으로 인해 필터에 의해 발생하는 색 전이 현상을 감소시키고 필터를 통과하는 가시광의 투과율을 유지한다. 특히, 본 개시 내용에 의해 제공되는 필터는, 600nm 내지 700nm의 파장을 갖는 가시광에 대한 투과율을 크게 개선할 수도 있고, 근적외선과 자외선을 효과적으로 흡수할 수도 있고, 근적외선과 자외선의 투과율을 감소시킬 수도 있다.
본 개시 내용은, 본 개시 내용의 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 개시 내용을 제한하려는 것은 아니다. 본 개시 내용의 사상을 벗어나지 않고 본원에 구체적으로 기술된 실시예를 넘어서는 예시적인 실시예의 다른 수정이 이루어질 수 있다는 것은 본 개시 내용에 관련된 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 이에 따라, 이러한 수정은 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되는 본 발명의 범위 내에서 속하는 것으로 간주된다.

Claims (12)

  1. 필터로서,
    근적외선 흡광 염료를 갖는 근적외선 필터링 기판;
    근적외선 흡광 염료와 자외선 흡광 염료를 갖고, 상기 근적외선 필터링 기판의 일면 상에 형성된 흡수층;
    상기 흡수층 상에 형성된 제1 다층막; 및
    상기 근적외선 필터링 기판의 타면 상에 형성된 제2 다층막을 포함하는, 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 근적외선 필터링 기판의 물질은, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 프로필렌-스티렌 공중합체, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐 아세테이트, 및 환형 폴리올레핀 수지 중 하나 이상을 포함하는, 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흡수층의 두께는 2.5㎛ 내지 3.5㎛인, 필터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 흡수층의 두께는 3㎛인, 필터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 다층막의 두께와 상기 제2 다층막의 두께는 10nm 내지 500nm인, 필터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 다층막과 상기 제2 다층막은 TiO2와 SiO2를 포함하는, 필터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 흡수층은, 350nm 내지 420nm와 630nm 내지 800nm의 파장을 갖는 광을 흡수하는, 필터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 다층막과 상기 제2 다층막은 700nm 내지 1200nm의 파장을 갖는 광을 흡수하는, 필터.
  9. 제1항에 있어서, 자외선 영역에서, 입사각이 0도이며 투과율이 50%인 필터의 파장과 입사각이 30도이며 투과율이 50%인 필터의 파장 간의 차는 2nm 이하인, 필터.
  10. 제1항에 있어서, 적외선 영역에서, 입사각이 0도이며 투과율이 50%인 필터의 파장과 입사각이 30도이며 투과율이 50%인 필터의 파장 간의 차는 2nm 이하인, 필터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 근적외선 필터링 기판의 근적외선 흡광 염료의 질량 농도 대 상기 흡수층의 근적외선 흡광 염료의 질량 농도의 비는 1:0.03인, 필터.
  12. 제1항에 있어서, 상기 흡수층의 물질은, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 또는 열경화성 아크릴 수지를 포함하는, 필터.
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