KR20210001853A - Optical filter - Google Patents

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KR20210001853A
KR20210001853A KR1020190161924A KR20190161924A KR20210001853A KR 20210001853 A KR20210001853 A KR 20210001853A KR 1020190161924 A KR1020190161924 A KR 1020190161924A KR 20190161924 A KR20190161924 A KR 20190161924A KR 20210001853 A KR20210001853 A KR 20210001853A
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refractive index
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filter
optical filter
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KR1020190161924A
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김동환
황윤식
김원영
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주식회사 옵트론텍
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Abstract

According to one embodiment of the present invention, provided is an optical filter including a first filter layer laminated on a first surface of a substrate. The first filter layer comprises: a plurality of low refractive index layers having a refractive index of less than 3; a plurality of high refractive index layers having a refractive index greater than 3; and a plurality of medium refractive index layers having a refractive index of 3 or more but having a refractive index lower than the refractive index of the high refractive index layer. One high refractive index layer and one medium refractive index layer are interposed in at least one of the regions between the two low refractive index layers. In the present invention, the optical filter can be carefully designed to selectively transmit the required wavelength.

Description

광학 필터{OPTICAL FILTER}Optical filter {OPTICAL FILTER}

본 발명은 굴절률이 서로 다른 얇은 층들을 포함하는 광학 필터에 관한 것이다.The present invention relates to an optical filter comprising thin layers having different refractive indices.

광학 필터는 요구되는 파장 대역의 광을 투과시키거나 차단하는 광학 장치이다. 예를 들어, 카메라 모듈 등과 같이 선택된 영역의 주파수 또는 색상이 필요한 애플리케이션의 경우 광의 파장 범위를 제한할 필요가 있다. 이를 위해 원치 않는 파장의 광을 선택적으로 반사(reflection), 굴절(refraction), 회절(diffraction) 또는 흡수(absorption)하고 나머지 파장의 광을 투과(transmission)하도록 하는 광학 필터가 사용될 수 있다.An optical filter is an optical device that transmits or blocks light in a required wavelength band. For example, for applications that require a frequency or color of a selected area, such as a camera module, it is necessary to limit the wavelength range of light. To this end, an optical filter that selectively reflects, refractions, diffraction, or absorbs light of an unwanted wavelength and transmits light of the remaining wavelength may be used.

한편, VR(Virtual Reality), AR(Augmented Reality), 자율 주행 차량, 드론, 안면 인식, 홍채 인식, 제스처 인식 등에 있어서 핵심 구성 요소 중 하나로 적외선 영역의 파장을 제어하기 위한 광학 필터가 주목받고 있다. 스마트 장치에 안면 인식, 홍채 인식, 제스처 인식 등과 같은 기능을 적용함에 있어서, 특정 적외선 영역에 대한 높은 투과 성능 및 나머지 영역에 대한 높은 차단 성능을 가짐과 동시에 낮은 두께를 갖는 광학 필터의 개발이 요구되고 있다.On the other hand, as one of the key components in VR (Virtual Reality), AR (Augmented Reality), autonomous vehicle, drone, face recognition, iris recognition, gesture recognition, etc., an optical filter for controlling the wavelength in the infrared region is drawing attention. In applying functions such as facial recognition, iris recognition, gesture recognition, etc. to a smart device, development of an optical filter having a low thickness while having high transmission performance for a specific infrared region and high blocking performance for the rest of the region is required. have.

일반적으로, 광학 필터는 기판 상에 배치된 필터 적층체를 포함하며, 필터 적층체는 높은 굴절률층과 낮은 굴절률층이 교번하여 적층된 구조를 갖는다. 높은 굴절률층과 낮은 굴절률층 각각의 굴절률, 전체 층 개수, 각 층의 두께 등을 조절하여 요구되는 파장의 광을 투과시키는 광학 필터가 제공될 수 있다.In general, the optical filter includes a filter stack disposed on a substrate, and the filter stack has a structure in which high refractive index layers and low refractive index layers are alternately stacked. An optical filter that transmits light having a required wavelength by controlling the refractive index of each of the high and low refractive index layers, the total number of layers, and the thickness of each layer may be provided.

한편, 광학 필터를 투과하는 광은 필터 적층체 내의 모든 층들을 통과하므로, 높은 굴절률층 및 낮은 굴절률층은 모두 낮은 흡광계수를 갖도록 선택된다. SiOx, SiNx 등의 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물은 2.0 미만의 상대적으로 낮은 굴절률을 가지며, 또한, 매우 작은 흡광계수를 갖기 때문에 낮은 굴절률층 용으로 적합하다. 한편, 수소화된 실리콘(Si:H)은 높은 굴절률을 가지며, 상대적으로 작은 흡광계수를 갖기 때문에, 오래전부터 높은 굴절률층으로 채택되어 왔다.On the other hand, since light passing through the optical filter passes through all the layers in the filter stack, both the high refractive index layer and the low refractive index layer are selected to have a low extinction coefficient. Silicon oxides or silicon nitrides such as SiOx and SiNx have a relatively low refractive index of less than 2.0, and also have a very small extinction coefficient, so they are suitable for a low refractive index layer. On the other hand, hydrogenated silicon (Si:H) has a high refractive index and has a relatively small extinction coefficient, and thus has been adopted as a high refractive index layer for a long time.

그러나 높은 굴절률층과 낮은 굴절률층의 두 종류의 층들을 이용한 광학 필터는 그 구조가 단순한 장점이 있지만, 요구되는 파장에 적합한 광학 필터를 세밀하게 설계하는데 한계가 있다. 특히, Si:H의 경우, 흡광계수를 줄이면 굴절률이 감소하고 굴절률을 증가시키면 흡광계수도 증가하는 경향이 있어, 굴절률을 증가시키면서 흡광계수를 줄이는데 한계가 있다. 더욱이, Si:H층은 가시광선에 가까운 근적외선 영역에서 상대적으로 높은 흡광계수를 갖기 때문에 투과율을 증가시키는데도 한계가 있다.However, although an optical filter using two types of layers, a high refractive index layer and a low refractive index layer, has a simple structure, there is a limitation in finely designing an optical filter suitable for a required wavelength. In particular, in the case of Si:H, decreasing the extinction coefficient tends to decrease the refractive index, and increasing the refractive index tends to increase the extinction coefficient, so there is a limit to reducing the extinction coefficient while increasing the refractive index. Moreover, since the Si:H layer has a relatively high extinction coefficient in the near-infrared region close to visible light, there is also a limitation in increasing the transmittance.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 요구되는 파장을 선택적으로 투과하도록 세밀하게 설계할 수 있는 광학 필터를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide an optical filter that can be precisely designed to selectively transmit a required wavelength.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 근적외선 영역의 특정 파장 대역 내의 광에 대해 높은 투과율과 함께 높은 차단 성능을 갖는 광학 필터를 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide an optical filter having high transmittance and high blocking performance for light within a specific wavelength band in the near-infrared region.

본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터는 기판; 및 상기 기판의 제1면에 적층된 제1 필터층을 포함하되, 상기 제1 필터층은, 3 미만의 굴절률을 갖는 복수개의 저굴절률층; 3 초과의 굴절률을 갖는 복수개의 고굴절률층; 및 3 이상의 굴절률을 갖되 상기 고굴절률층보다 낮은 굴절률을 갖는 복수개의 중굴절률층을 포함하고, 2개의 저굴절률층들 사이의 영역들 중 적어도 하나의 영역에 하나의 고굴절률층 및 하나의 중굴절률층이 개재된다.An optical filter according to an embodiment of the present invention includes a substrate; And a first filter layer stacked on the first surface of the substrate, wherein the first filter layer comprises: a plurality of low refractive index layers having a refractive index of less than 3; A plurality of high refractive index layers having a refractive index greater than 3; And a plurality of medium refractive index layers having a refractive index of 3 or more but having a lower refractive index than the high refractive index layer, and one high refractive index layer and one medium refractive index in at least one of the regions between the two low refractive index layers The layers are interposed.

고굴절률층과 함께 굴절률이 3 이상인 중굴절률층을 채택함으로써 광학 필터를 세밀하게 설계할 수 있어 광학 필터의 성능을 개선할 수 있다.By adopting a medium refractive index layer having a refractive index of 3 or more together with a high refractive index layer, the optical filter can be designed in detail, thereby improving the performance of the optical filter.

일 실시예에 있어서, 상기 고굴절률층들은 각각 수소화된 실리콘(Si:H)층을 포함하고, 상기 중굴절률층들은 각각 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층을 포함할 수 있다. 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘층들은 수소화된 실리콘층에 비해 더 작은 흡광계수를 갖기 때문에, 투과율이 향상된 광학 필터를 제공할 수 있다.In one embodiment, the high refractive index layers may each include a hydrogenated silicon (Si:H) layer, and the medium refractive index layers may each include a hydrogenated silicon (SiC:H) layer to which carbon is added. Since the hydrogenated silicon layers to which carbon is added have a smaller extinction coefficient than that of the hydrogenated silicon layer, an optical filter with improved transmittance can be provided.

상기 광학 필터는, 특정 파장 영역에서 투과율이 96% 이상이며, 0도-30도 사이의 입사각에 따른 중심 파장의 블루 시프트(blue shift)는 12nm 미만일 수 있다.The optical filter may have a transmittance of 96% or more in a specific wavelength region, and a blue shift of a center wavelength according to an incident angle between 0° and 30° of less than 12 nm.

나아가, 상기 제1 필터층은 상기 특정 파장 영역의 광을 투과시키는 밴드 패스 필터일 수 있다.Furthermore, the first filter layer may be a band pass filter that transmits light in the specific wavelength region.

일 실시예에 있어서, 상기 특정 파장 영역은 800nm 내지 1000nm 파장 범위 내에 있을 수 있다.In one embodiment, the specific wavelength region may be within a wavelength range of 800 nm to 1000 nm.

한편, 상기 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층의 흡광계수는 800 내지 1000nm의 파장 영역 내에 0.0001 미만의 극소값을 가질 수 있다. 상기 흡광계수의 극소값은 800 내지 900nm의 파장 영역 내 또는 900 내지 1000nm의 파장 영역 내에 있을 수 있다.Meanwhile, the extinction coefficient of the hydrogenated silicon (SiC:H) layer to which carbon is added may have a minimum value of less than 0.0001 in a wavelength range of 800 to 1000 nm. The minimum value of the extinction coefficient may be within a wavelength range of 800 to 900 nm or within a wavelength range of 900 to 1000 nm.

한편, 상기 저굴절률층들은 SiOx, TiOx, NbOx, TaOx, AlOx, SiNx, TiNx, NbNx, TaNx, 또는 AlNx 중에서 선택될 수 있다. Meanwhile, the low refractive index layers may be selected from SiOx, TiOx, NbOx, TaOx, AlOx, SiNx, TiNx, NbNx, TaNx, or AlNx.

일 실시예에 있어서, 2개의 저굴절률층들 사이의 영역마다 하나의 고굴절률층 및 하나의 중굴절률층이 개재될 수 있다.In an embodiment, one high refractive index layer and one medium refractive index layer may be interposed in each region between the two low refractive index layers.

몇몇 실시예들에 있어서, 상기 광학 필터는 서로 인접하는 고굴절률층과 중굴절률층의 광학 두께의 합이 중심 파장의 1.6배보다 큰 고굴절률층과 중굴절률층의 쌍을 적어도 2개 포함할 수 있다. In some embodiments, the optical filter may include at least two pairs of a high refractive index layer and a medium refractive index layer in which the sum of the optical thicknesses of the high refractive index layer and the medium refractive index layer adjacent to each other is greater than 1.6 times the center wavelength. have.

나아가, 상기 적어도 2개의 쌍은 각각 서로 인접하는 고굴절률층과 중굴절률층의 광학 두께의 합이 중심 파장의 2배보다 클 수 있다.Further, the sum of the optical thicknesses of the high refractive index layer and the medium refractive index layer, respectively, of the at least two pairs adjacent to each other may be greater than twice the center wavelength.

상기 적어도 2개의 쌍은 각각 중심 파장보다 큰 광학 두께를 갖는 고굴절률층을 포함할 수 있다.Each of the at least two pairs may include a high refractive index layer having an optical thickness greater than a center wavelength.

상기 적어도 2개의 쌍은 각각 중심 파장보다 큰 광학 두께를 갖는 중굴절률층을 포함할 수 있다. Each of the at least two pairs may include a medium refractive index layer having an optical thickness greater than a center wavelength.

한편, 상기 고굴절률층과 중굴절률층의 쌍들 사이에 적어도 3개의 저굴절률층들이 배치될 수 있으며, 상기 적어도 3개의 저굴절률층들 사이의 영역마다 배치된 고굴절률층은 그것에 인접한 중굴절률층보다 작은 굴절률을 가질 수 있다.Meanwhile, at least three low refractive index layers may be disposed between the pairs of the high refractive index layer and the medium refractive index layer, and the high refractive index layer disposed in each region between the at least three low refractive index layers is more It can have a small refractive index.

본 명세서에서 용어 "중심 파장"은, 특별한 언급이 없는 한, 투과율 50% 이상의 파장 대역의 중심이 되는 파장을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 용어 "통과 대역"은 투과율이 특정 값 이상을 유지하는 파장 대역을 의미하며, 예를 들어, 투과율 50% 이상의 통과 대역, 또는 투과율 90% 이상의 통과 대역 등과 같이 특정 투과율과 함께 정의될 수 있다. 특별한 언급이 없는 경우, 용어 "통과 대역"은 투과율 50% 이상의 통과 대역을 의미한다. 한편, 용어 "전이 영역"은 통과 대역에서 투과율이 소정 값으로 낮아지는 파장 영역을 의미한다. 여기서, 상기 소정 값은 투과율 5% 이하의 값일 수 있으며, 요구되는 차단 수준에 따라 결정될 수 있다. 한편, 통과 대역과 전이 영역 외부의 영역은 일반적으로 차단 영역으로 지칭된다.In the present specification, the term "center wavelength" means a wavelength that becomes the center of a wavelength band having a transmittance of 50% or more, unless otherwise specified. In addition, in the present specification, the term "pass band" refers to a wavelength band in which transmittance is maintained above a specific value, and is defined together with a specific transmittance, such as a pass band of 50% or more of transmittance or a pass band of 90% or more of transmittance. Can be. Unless otherwise specified, the term "pass band" means a pass band of 50% or more of transmission. Meanwhile, the term "transition region" refers to a wavelength region in which the transmittance is lowered to a predetermined value in the pass band. Here, the predetermined value may be a value of 5% or less of transmittance, and may be determined according to a required blocking level. Meanwhile, a region outside the pass band and the transition region is generally referred to as a blocking region.

상기 광학 필터는 상기 기판 상에 배치된 제2 필터층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 필터층은 굴절률이 서로 다른 층들이 교번하여 적층된 구조를 가질 수 있다. 나아가, 상기 굴절률이 서로 다른 층들은 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층 을 포함할 수 있다. The optical filter may further include a second filter layer disposed on the substrate, and the second filter layer may have a structure in which layers having different refractive indices are alternately stacked. Furthermore, the layers having different refractive indices may include hydrogenated silicon (SiC:H) layers to which carbon is added.

한편, 상기 제2 필터층은 가시광 영역 중 적어도 일부에 대해 95% 이상의 차단 특성을 나타낼 수 있다.Meanwhile, the second filter layer may exhibit 95% or more blocking characteristics for at least a portion of the visible light region.

또한, 상기 제1 필터층 및 상기 제2 필터층의 전체 두께는 10μm 미만일 수 있다. In addition, the total thickness of the first filter layer and the second filter layer may be less than 10 μm.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 필터층은 대역 통과 필터이고, 상기 제2 필터층은 상기 제1 필터층의 통과 대역을 포함하는 통과 대역을 가질 수 있다.In one embodiment, the first filter layer may be a band pass filter, and the second filter layer may have a pass band including the pass band of the first filter layer.

상기 제1 필터층은 상기 기판 상에 중간 주파수(MF) 마그네트론 스퍼터링 방식에 의해 형성될 수 있다.The first filter layer may be formed on the substrate by an intermediate frequency (MF) magnetron sputtering method.

본 발명의 실시 예들에 따르면, 특정 파장 영역에 대한 높은 투과율을 가짐과 동시에 두께가 감소된 광학 필터를 제공할 수 있으며, 나아가, 입사각 증가에 따른 중심 파장의 블루 시프트(blue shift)가 감소된 광학 필터를 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to provide an optical filter having a high transmittance for a specific wavelength region and a reduced thickness, and further, an optical filter in which a blue shift of a center wavelength according to an increase in an incident angle is reduced. Filters can be provided.

나아가, 설계 파라미터 증가에 의해 요구되는 파장에 적합하게 세밀한 설계가 가능한 광학 필터를 제공할 수 있다.Furthermore, it is possible to provide an optical filter capable of detailed design suitable for a wavelength required by increasing design parameters.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 필터를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MF 마그네트론 스퍼터링 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 MF 마그네트론 스퍼터링 장치에서 H2 및 CH4 유량에 따른 SiC:H층의 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프들이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터에 적합한 Si:H층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터에 적합한 SiC:H층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프이다.
도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 필터에 적합한 SiC:H층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터층 내 각 층의 두께를 예시적으로 설명하기 위한 도표이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터층을 광학 거리에 따른 굴절률로 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터층 내 각 층의 광학 두께를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 도 6의 제1 필터층의 투과율을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 필터층의 구조 및 두께를 예시적으로 설명하기 위한 도표이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 필터층의 투과율을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제2 필터층의 구조 및 두께를 예시적으로 설명하기 위한 도표이다.
도 13은 도 12의 제2 필터층의 투과율을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 입사각에 따른 투과율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.1 is a schematic cross-sectional view for explaining an optical filter according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view illustrating an optical filter according to another embodiment of the present invention.
3 is a schematic cross-sectional view illustrating an MF magnetron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
4A, 4B, and 4C are graphs showing the refractive index and extinction coefficient of the SiC:H layer according to the flow rates of H 2 and CH 4 in the MF magnetron sputtering apparatus.
5A is a graph showing a refractive index and an extinction coefficient according to a wavelength of a Si:H layer suitable for an optical filter according to an embodiment of the present invention.
5B is a graph showing the refractive index and extinction coefficient according to the wavelength of a SiC:H layer suitable for an optical filter according to an embodiment of the present invention.
5C is a graph showing the refractive index and extinction coefficient according to the wavelength of a SiC:H layer suitable for an optical filter according to another embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining the thickness of each layer in the first filter layer according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram showing a first filter layer according to an embodiment of the present invention in terms of refractive index according to an optical distance.
8 is a graph for explaining the optical thickness of each layer in the first filter layer according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing exemplary transmittance of the first filter layer of FIG. 6.
10 is a diagram illustrating the structure and thickness of a second filter layer according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph exemplarily showing transmittance of a second filter layer according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating the structure and thickness of a second filter layer according to still another embodiment of the present invention.
13 is a graph showing exemplary transmittance of the second filter layer of FIG. 12.
14 is a graph for explaining transmittance according to an incident angle of an optical filter according to an embodiment of the present invention.
15 is a schematic perspective view illustrating a sensor system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 더욱 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. The above objects, features and advantages of the present invention will become more apparent through the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings. However, in the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided. Hereinafter, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.

도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in addition, an element or layer is "on" or "on" of another component or layer. What is referred to includes not only directly above another component or layer, but also a case in which another layer or other component is interposed in the middle. Throughout the specification, the same reference numerals represent the same elements in principle. In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described with the same reference numerals.

본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.If it is determined that a detailed description of known functions or configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, numbers (eg, first, second, etc.) used in the description of the present specification are merely identification symbols for distinguishing one component from another component.

본 명세서에서 '광학 필터(optical filter)', '광학 필름(optical film)', 광학 코팅(optical coating), 또는 '박막 필터(thin film filter)' 라 함은 일정한 파장 대역의 빛을 선택적으로 투과시키거나 투과하지 못하도록 막는 소자를 의미한다. In this specification, the term'optical filter','optical film', optical coating, or'thin film filter' selectively transmits light of a certain wavelength band. It refers to a device that prevents the transmission or penetration.

여기서 광학 필터, 광학 필름, 광학 코팅, 또는 박막 필터는 복수 개의 박막층(thin film) 또는 코팅층(coating layer)들로 구성될 수 있다. Here, the optical filter, optical film, optical coating, or thin film filter may be composed of a plurality of thin films or coating layers.

박막층 또는 코팅층들의 재료, 층 개수, 두께 등을 다양하게 조합함으로써 원하는 투과 또는 반사 특성을 갖는 광학 필터를 생산할 수 있다. An optical filter having a desired transmission or reflection characteristic can be produced by variously combining the material, the number of layers, and the thickness of the thin film or coating layers.

대표적으로 광학 필터는 흡수 필터(absorption filter) 및 간섭 필터(interference filter)로 구분될 수 있다. Typically, the optical filter may be divided into an absorption filter and an interference filter.

흡수 필터는 특정 파장 대역의 빛을 선택적으로 흡수하는 물질을 이용하여 빛을 차단할 수 있다.The absorption filter may block light by using a material that selectively absorbs light in a specific wavelength band.

간섭 필터는 흡수 필터와 달리 흡수보다는 빛의 간섭 현상을 이용하여 원하지 않는 파장을 파괴적으로 간섭(destructively interfere)함으로써 투과되는 파장을 제한할 수 있다. 선택적으로, 필터의 성능 개선을 위하여 특정 파장 대역의 빛을 흡수하는 물질을 더 도포할 수 있다. Unlike the absorption filter, the interference filter may limit the transmitted wavelength by destructively interfering with unwanted wavelengths by using an interference phenomenon of light rather than absorption. Optionally, in order to improve the performance of the filter, a material that absorbs light in a specific wavelength band may be further applied.

일반적으로 간섭 필터는 기판 상에 다수의 박막층을 증착함으로써 주변광(ambient light)과 같이 필요 없는 방사를 제거할 수 있다. In general, the interference filter can remove unnecessary radiation such as ambient light by depositing a plurality of thin film layers on a substrate.

예를 들어, 다층 유전체 표면에 입사하는 광은 보강 강화(constructive reinforcement)된 필터를 통과하거나 그로부터 반사되며 상쇄 간섭(destructive interference)에 의해 크기가 감소된다. For example, light incident on a multilayer dielectric surface passes through or is reflected from a constructive reinforcement filter and is reduced in size by destructive interference.

간섭 필터의 투과 및 반사 특성은 증착되는 박막층의 재료, 층수, 두께 등에 의해 결정될 수 있다. The transmission and reflection characteristics of the interference filter may be determined by the material, the number of layers, and the thickness of the thin film layer to be deposited.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터(10)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view for explaining an optical filter 10 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 광학 필터(10)는 기판(100), 제1 필터층(200), 및 제2 필터층(300)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the optical filter 10 may include a substrate 100, a first filter layer 200, and a second filter layer 300.

기판(100)은 요구되는 파장의 광을 투과하는 투명 기판으로, 예컨대 유리 기판 또는 석영 기판일 수 있다. 유리 기판(100)의 굴절률은 약 1.5일 수 있다. 기판(100)은 제1 필터층(200) 및 제2 필터층(300)을 지지한다.The substrate 100 is a transparent substrate that transmits light of a required wavelength, and may be, for example, a glass substrate or a quartz substrate. The refractive index of the glass substrate 100 may be about 1.5. The substrate 100 supports the first filter layer 200 and the second filter layer 300.

제1 필터층(200)은 기판(100)의 제1면 상에 배치될 수 있다. 제1 필터층(200)은 기판(100) 상에 증착되어 형성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 필터층(200)은 임시 기판과 같은 다른 기판 상에 증착된 후, 기판(100) 상에 부착될 수도 있다. The first filter layer 200 may be disposed on the first surface of the substrate 100. The first filter layer 200 may be formed by being deposited on the substrate 100, but the present invention is not limited thereto. For example, the first filter layer 200 may be deposited on another substrate such as a temporary substrate and then attached to the substrate 100.

제1 필터층(200)은 복수의 저굴절률층들(L), 복수의 고굴절률층들(H) 및 복수의 중굴절률층들(M)을 포함한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 필터층(200)은 L/M/H/L/M/H의 순서로 LMH가 반복되는 구조를 가질 수 있다. 첫째층과 마지막층은 모두 저굴절률층(L)일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The first filter layer 200 includes a plurality of low refractive index layers (L), a plurality of high refractive index layers (H), and a plurality of medium refractive index layers (M). 1, the first filter layer 200 may have a structure in which LMHs are repeated in the order of L/M/H/L/M/H. Both the first layer and the last layer may be a low refractive index layer L, but are not limited thereto.

도 1에 도시한 바와 같이, 두 개의 저굴절률층들(L) 사이의 영역에 중굴절률층(M)과 고굴절률층(H)이 배치된다. 두 개의 저굴절률층들(L) 사이의 영역마다 중굴절률층(M)과 고굴절률층(H)이 배치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 영역엔 중굴절률층(M) 및 고굴절률층(H) 중 어느 하나가 배치될 수도 있고, 다른 굴절률층이 추가로 배치될 수도 있다.As shown in FIG. 1, a medium refractive index layer M and a high refractive index layer H are disposed in a region between the two low refractive index layers L. The medium refractive index layer M and the high refractive index layer H may be disposed in each region between the two low refractive index layers L, but are not limited thereto. In some regions, either one of the medium refractive index layer M and the high refractive index layer H may be disposed, or another refractive index layer may be additionally disposed.

도 1의 광학 필터(10)에서 중굴절률층(M)이 인접한 고굴절률층(H)보다 기판(100)에 가깝게 배치되지만, 도 2에 도시한 광학 필터(10a)와 같이, 중굴절률층(M)이 인접한 고굴절률층(H)보다 기판(100)으로부터 더 멀리 배치될 수도 있다. 또한, 도 1 및 도 2의 광학 필터(10, 10a) 내에서 중굴절률층(M)과 고굴절률층(H) 쌍들은 동일한 적층 순서로 저굴절률층(L) 사이의 영역마다 배치된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 저굴절률층들(L) 사이에 배치된 중굴절률층(M)과 고굴절률층(H)의 적층 순서는 위치에 따라 변경될 수도 있다.In the optical filter 10 of FIG. 1, the medium refractive index layer M is disposed closer to the substrate 100 than the adjacent high refractive index layer H, but as in the optical filter 10a illustrated in FIG. 2, the medium refractive index layer ( M) may be disposed farther from the substrate 100 than the adjacent high refractive index layer H. In addition, in the optical filters 10 and 10a of FIGS. 1 and 2, the pairs of the medium refractive index layer M and the high refractive index layer H are disposed in each region between the low refractive index layer L in the same stacking order. However, the present invention is not limited thereto, and the stacking order of the medium refractive index layer M and the high refractive index layer H disposed between the low refractive index layers L may be changed according to positions.

고굴절률층(H)과 저굴절률층(L) 이외에 중굴절률층(M)을 채택함으로써 광학 필터 설계를 위한 파라미터가 추가된다. 이에 따라, 요구되는 파장에 적합한 광학 필터를 세밀하게 설계할 수 있어 고성능의 광학 필터를 제공할 수 있다.In addition to the high-refractive-index layer (H) and the low-refractive-index layer (L), a medium-refractive-index layer (M) is adopted to add parameters for optical filter design. Accordingly, an optical filter suitable for a required wavelength can be designed in detail, thereby providing a high-performance optical filter.

여기서 고굴절률층(H)은 3 초과의 굴절률(reflactive index)을 갖는 물질층으로 형성될 수 있다. 고굴절률층(H)은 특히 940nm의 파장에서 약 3.4 이상의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 고굴절률층(H)은 수소화된 실리콘(Si:H)층으로 형성될 수 있다.Here, the high refractive index layer H may be formed of a material layer having a refractive index greater than 3. The high refractive index layer H may have a refractive index of about 3.4 or more, particularly at a wavelength of 940 nm. For example, the high refractive index layer H may be formed of a hydrogenated silicon (Si:H) layer.

한편, 중굴절률층(M)은 3 이상의 굴절률을 갖되 고굴절률층(H)보다 작은 굴절률을 갖는 물질층으로 형성될 수 있다. 중굴절률층(M)은 특히 940nm의 파장에서 약 3.3 이상의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 중굴절률층(M)은 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)으로 형성될 수 있다.Meanwhile, the medium refractive index layer M may be formed of a material layer having a refractive index of 3 or more and a refractive index smaller than that of the high refractive index layer H. The medium refractive index layer M may have a refractive index of about 3.3 or more, particularly at a wavelength of 940 nm. For example, the medium refractive index layer M may be formed of hydrogenated silicon (SiC:H) to which carbon is added.

저굴절률층(L)은 3 미만의 굴절률을 갖는 물질층으로 형성될 수 있다. 저굴절률층(L)은 940nm의 파장에서 3 미만, 나아가, 2 미만, 더 나아가, 약 1.5 미만의 굴절률을 갖는 물질층으로 형성될 수 있다. 저굴절률층(L)은 예를 들어, SiOx(예컨대, SiO2), TiOx(예컨대, TiO2), NbOx(예컨대, Nb2O5), TaOx(예컨대, Ta2O5), 또는 AlOx(예컨대, Al2O3)를 포함할 수 있다.The low refractive index layer L may be formed of a material layer having a refractive index of less than 3. The low refractive index layer L may be formed of a material layer having a refractive index of less than 3, further, less than 2, and further, less than about 1.5 at a wavelength of 940 nm. The low refractive index layer (L) is, for example, SiOx (eg, SiO 2 ), TiOx (eg, TiO 2 ), NbOx (eg, Nb 2 O 5 ), TaOx (eg, Ta 2 O 5 ), or AlOx ( For example, it may include Al 2 O 3 ).

제1 필터층(200)의 층 구조, 각 층들(L, M, H)의 층 두께 등에 대해서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 뒤에서 상세하게 설명된다.The layer structure of the first filter layer 200, the layer thickness of each of the layers L, M, and H will be described in detail later with reference to FIGS. 6 to 8.

한편, 제2 필터층(300)은 상기 제1면에 대향하여 기판(100)의 제2면 상에 배치될 수 있다. 제2 필터층(300)은 기판(100)의 제2면 상에 증착되어 형성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 필터층(300)은 임시 기판과 같은 다른 기판 상에 증착된 후, 기판(100) 상에 부착될 수도 있다.Meanwhile, the second filter layer 300 may be disposed on the second surface of the substrate 100 to face the first surface. The second filter layer 300 may be deposited and formed on the second surface of the substrate 100, but the present invention is not limited thereto. For example, the second filter layer 300 may be deposited on another substrate such as a temporary substrate and then attached to the substrate 100.

제2 필터층(300)은 복수의 저굴절률층(301a) 및 복수의 고굴절률층(301b)들을 포함할 수 있으며, 저굴절률층(301a)과 고굴절률층(301b)이 교번하여 적층된 구조를 가질 수 있다. 또한, 제2 필터층(300)의 첫째층과 마지막층은 저굴절률층(301a)일 수 있으며, 특히 SiOx(예컨대, SiO2)층일 수 있다.The second filter layer 300 may include a plurality of low refractive index layers 301a and a plurality of high refractive index layers 301b, and a structure in which the low refractive index layers 301a and the high refractive index layers 301b are alternately stacked. Can have. Further, the first and last layers of the second filter layer 300 may be a low refractive index layer 301a, and in particular, may be a SiOx (eg, SiO 2 ) layer.

저굴절률층(301a)은 예컨대 SiOx(예컨대, SiO2), TiOx(예컨대, TiO2), NbOx(예컨대, Nb2O5), TaOx(예컨대, Ta2O5), 또는 AlOx(예컨대, Al2O3)를 포함할 수 있다. 특히, 저굴절률층(301a)은 SiO2층으로 형성될 수 있다.The low refractive index layer 301a is, for example, SiOx (eg, SiO 2 ), TiOx (eg, TiO 2 ), NbOx (eg, Nb 2 O 5 ), TaOx (eg, Ta 2 O 5 ), or AlOx (eg, Al 2 O 3 ) may be included. In particular, the low refractive index layer 301a may be formed of a SiO 2 layer.

고굴절률층(301b)은 예컨대 수소화된 실리콘(Si:H)층 또는 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층일 수 있다.The high refractive index layer 301b may be, for example, a hydrogenated silicon (Si:H) layer or a hydrogenated silicon (SiC:H) layer to which carbon is added.

제2 필터층(300)은 기판의 제1면을 투과한 특정 파장 대역의 광이 다시 제2면에서 반사되는 것을 방지하기 위한 반사 방지 코팅(anti reflection coating)으로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제2 필터층(300)은 제1 필터층의 통과 대역 내의 파장의 광에 대해 높은 투과율을 가질 수 있다. 나아가, 제2 필터층(300)은 기판(100)의 제1면을 투과한 광 제1 필터층(200)의 통과 대역 외부의 파장의 광 중 적어도 일부를 차단할 수 있다. 제2 필터층(300)은 예를 들어 밴드 패스 필터일 수 있으며, 특히, 제1 필터층의 통과 대역과 중첩하는 파장 대역을 포함할 수 있다. 나아가, 제1 필터층(200)이 대역 통과 필터인 경우, 제2 필터층(300)은 제1 필터층(200)의 통과 대역보다 더 넓은 통과 대역을 가질 수 있으며, 제2 필터층(300)의 통과 대역은 제1 필터층(200)의 통과 대역을 포함할 수 있다. 이 경우, 광학 필터(10, 10a)의 통과 대역은 제1 필터층(200)과 제2 필터층(300)의 통과 대역이 중첩하는 영역, 제1 필터층(200)의 통과 대역에 의해 결정될 수 있다.The second filter layer 300 may function as an anti-reflection coating for preventing light of a specific wavelength band that has passed through the first surface of the substrate from being reflected back from the second surface. For example, the second filter layer 300 may have a high transmittance for light having a wavelength within the pass band of the first filter layer. Furthermore, the second filter layer 300 may block at least a portion of light having a wavelength outside the pass band of the first filter layer 200 that has transmitted through the first surface of the substrate 100. The second filter layer 300 may be, for example, a band pass filter, and in particular, may include a wavelength band overlapping the pass band of the first filter layer. Furthermore, when the first filter layer 200 is a band pass filter, the second filter layer 300 may have a wider pass band than the pass band of the first filter layer 200, and the pass band of the second filter layer 300 May include the pass band of the first filter layer 200. In this case, the pass band of the optical filters 10 and 10a may be determined by a region where the pass bands of the first filter layer 200 and the second filter layer 300 overlap, and the pass band of the first filter layer 200.

제2 필터층(300)의 구체적인 층 구조, 각 층들(301a, 301b)의 층 두께 등에 대해서는 도 10 내지 도 12를 참조하여 뒤에서 상세하게 설명된다.The specific layer structure of the second filter layer 300 and the layer thickness of each of the layers 301a and 301b will be described in detail later with reference to FIGS. 10 to 12.

한편, 제1 필터층(200) 및 제2 필터층(300) 내 각층의 증착 방식은 다양할 수 있다. 예를 들어, 박막 증착은 CVD(Chemical Vapor Deposition), 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering) 등과 같은 공정에 의해 수행될 수 있다.Meanwhile, deposition methods of each layer in the first filter layer 200 and the second filter layer 300 may be various. For example, thin film deposition may be performed by a process such as Chemical Vapor Deposition (CVD), evaporation, sputtering, or the like.

스퍼터링 증착은 물리적 기상 증착(physical vapor deposition) 방법의 하나로 진공상태의 용기 안에 불활성 기체를 채우고, 소스인 타겟에 이온을 충돌시켜 타겟 물질을 기판으로 방출함으로써 기판 상에 박막을 증착한다.Sputtering deposition is one of the physical vapor deposition methods, and deposits a thin film on the substrate by filling an inert gas into a container in a vacuum state and releasing a target material onto the substrate by colliding ions with a target as a source.

이와 같은 스퍼터링 증착 방식은 재료가 되는 원자들이 강하게 기판에 부딪혀 증착되기 때문에 CVD, 증발 등에 의한 증착 방식에 비해 박막의 밀착 강도가 높아질 수 있다. In such a sputtering deposition method, the adhesion strength of a thin film can be increased compared to a deposition method by CVD or evaporation, since atoms used as a material are strongly collided with the substrate to be deposited.

예를 들어, 스퍼터링 증착은, 직류 전원을 이용한 DC 스퍼터링, DC 펄스를 이용한 DC-펄스 스퍼터링, 교류 전원을 이용한 MF 또는 RF 스퍼터링, 이온 소스를 사용하여 타겟에 집중된 이온빔을 발생시키는 이온빔 스퍼터링, 자기장에 의해 한정된 기판과 타겟 사이의 플라즈마에서 이온화되는 마그네트론 스퍼터링 등을 포함할 수 있다. For example, sputtering deposition includes DC sputtering using a DC power source, DC-pulse sputtering using a DC pulse, MF or RF sputtering using an AC power source, ion beam sputtering that generates an ion beam focused on a target using an ion source, and magnetic fields. Magnetron sputtering, which is ionized in a plasma between the substrate and the target defined by the above, may be included.

마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)은 타겟의 이온화를 증가시키기 위하여 타겟 뒷면에 영구자석 또는 전자석을 설치한 것으로, 전기장으로부터 방출되는 전자를 타겟 바깥으로 형성되는 자기장내에 국부적으로 모아 반응성 가스와 충돌을 촉진시킴으로써 스퍼터링 효율을 향상시킬 수 있다.Magnetron sputtering is a permanent magnet or electromagnet installed on the back of the target to increase the ionization of the target, and sputtering by promoting collisions with reactive gases by locally collecting electrons emitted from the electric field in the magnetic field formed outside the target. Efficiency can be improved.

MF 파워를 사용한 마그네트론 스퍼터링은 DC에 의한 아킹 발생의 단점을 보완하면서도 RF 마그네트론 스퍼터링에 비해 높은 증착률을 유지할 수 있어 광학 필터를 대량으로 제조하는데 특히 적합하다. 그러나 본 발명이 MF 마그네트론 스퍼터링에 한정되는 것은 아니며, 위에서 언급된 다양한 박막 증착 기술이 또한 이용될 수 있다. Magnetron sputtering using MF power is particularly suitable for manufacturing optical filters in large quantities because it can maintain a high deposition rate compared to RF magnetron sputtering while supplementing the disadvantage of arcing caused by DC. However, the present invention is not limited to MF magnetron sputtering, and various thin film deposition techniques mentioned above may also be used.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MF 마그네트론 스퍼터링 장치(1000)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the MF magnetron sputtering apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 스퍼터링 장치(1000)는 진공 챔버(C), 기판 홀더(H), ICP(Inductively coupled plasma), 및 타겟(T)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the sputtering apparatus 1000 may include a vacuum chamber C, a substrate holder H, an inductively coupled plasma (ICP), and a target T.

진공 챔버(C)는 진공 상태인 내부에서 박막층을 증착시키기 위한 것으로, 상기 진공 챔버(C) 내에 5.0E-3Pa 이하의 초기 진공도를 형성할 수 있다.The vacuum chamber C is for depositing a thin film layer inside the vacuum chamber C, and an initial vacuum degree of 5.0E-3Pa or less may be formed in the vacuum chamber C.

진공 챔버(C) 내에는 원통 형상의 드럼이 배치될 수 있고, 상기 드럼의 둘레를 따라 복수 개의 기판 홀더(H)가 배치될 수 있다. 각각의 기판 홀더(H)에 박막층이 증착될 기판이 배치될 수 있다. 원통형 드럼이 회전함에 따라 상기 기판 홀더(H) 내에 배치된 기판 상에 다수의 코팅층들이 증착될 수 있다. A drum having a cylindrical shape may be disposed in the vacuum chamber C, and a plurality of substrate holders H may be disposed along the periphery of the drum. A substrate on which a thin film layer is to be deposited may be disposed in each of the substrate holders H. As the cylindrical drum rotates, a plurality of coating layers may be deposited on the substrate disposed in the substrate holder H.

기판은 앞서 설명한 바와 같이 특정 파장 대역에 투명한 기판일 수 있으며, 예컨대, 유리 기판 또는 석영 기판일 수 있다. 예를 들어, 투명한 유리 기판 상에 다수의 박막층을 증착하는 경우, 상기 기판의 제1면에 제1 필터층을 증착한 다음 상기 제1면과 대향하는 제2면에 제2 필터층을 증착하거나, 또는 제2면에 제2 필터층을 먼저 증착한 다음, 제1면에 제1 필터층을 증착할 수도 있다.As described above, the substrate may be a transparent substrate in a specific wavelength band, for example, a glass substrate or a quartz substrate. For example, in the case of depositing a plurality of thin film layers on a transparent glass substrate, a first filter layer is deposited on the first surface of the substrate, and then a second filter layer is deposited on a second surface opposite to the first surface, or A second filter layer may be first deposited on the second surface, and then a first filter layer may be deposited on the first surface.

한편, 타겟(T)은 Si, Ge, Ga, As, Al, Sb, Zr, Nb, Ti, Mo 등의 금속 물질 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물로 형성될 수 있다. Meanwhile, the target T may be formed of a metal material such as Si, Ge, Ga, As, Al, Sb, Zr, Nb, Ti, Mo, or a mixture of two or more of them.

타겟(T)에 MF 전원을 공급하고, 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 플라즈마를 형성함으로써 기판 상에 박막이 증착될 수 있다.A thin film may be deposited on the substrate by supplying MF power to the target T and injecting argon (Ar) gas to form a plasma.

타겟에 인가되는 MF 전원은 예컨대 1kW 내지 20kW 범위 내일 수 있으며, 구체적으로는 3kW 내지 12kW 범위 내일 수 있다.The MF power applied to the target may be, for example, within the range of 1kW to 20kW, and specifically within the range of 3kW to 12kW.

또한, 예를 들어, 아르곤(Ar) 가스는 10sccm(standard cubic centimeter per minute) 내지 500sccm의 유량으로 챔버(C)내에 주입될 수 있고, 더 구체적으로는, 50sccm 내지 300sccm의 유량으로 주입될 수 있다. In addition, for example, argon (Ar) gas may be injected into the chamber C at a flow rate of 10 sccm (standard cubic centimeter per minute) to 500 sccm, and more specifically, may be injected at a flow rate of 50 sccm to 300 sccm. .

또한, ICP(Inductively Coupled Plasma)에는 RF 전원이 0.5~5kW 범위 내에서 공급될 수 있으며, 반응성 가스를 주입함으로써 기판 상에 원하는 코팅층이 형성되도록 할 수 있다. In addition, RF power may be supplied to the Inductively Coupled Plasma (ICP) within the range of 0.5 to 5 kW, and a desired coating layer may be formed on the substrate by injecting a reactive gas.

예를 들어, ICP(Inductively Coupled Plasma)에 반응성 가스 H2를 10sccm 내지 500sccm 범위 내에서 주입할 수 있다. Si 타겟을 사용할 경우, 기판 상에는 수소화된 실리콘(Si:H)이 형성될 수 있다. For example, reactive gas H 2 may be injected into an Inductively Coupled Plasma (ICP) within a range of 10 sccm to 500 sccm. When using a Si target, hydrogenated silicon (Si:H) may be formed on the substrate.

나아가, ICP(Inductively Coupled Plasma)에 반응성 가스 H2를 10sccm 내지 500sccm 범위 내에서 주입함과 동시에 CH4 또는 C2H2 등 C(Carbon)이 함유된 가스를 5sccm 내지 500sccm 범위 내에서 주입할 수 있다. 이 경우, 기판 상에는 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘층(SiC:H)이 형성될 수 있다. Furthermore, by injecting reactive gas H 2 into ICP (Inductively Coupled Plasma) within the range of 10 sccm to 500 sccm, CH 4 or C 2 H 2 The gas containing C (Carbon) can be injected within the range of 5 sccm to 500 sccm. In this case, a hydrogenated silicon layer (SiC:H) to which carbon is added may be formed on the substrate.

또는, 예를 들어, ICP에 반응성 가스 H2, O2, N2 또는 CO2 등의 H(Hydrogen), O(Oxyzen), N(nitrogen), C(Carbon)이 함유된 가스를 50sccm 내지 500sccm 범위 내에서 주입할 수 있다. 이 경우, 기판 상에는 타겟 물질에 따라 SiOx(예컨대, SiO2), SiNx(예컨대 Si3N4), TiOx(예컨대, TiO2), NbOx(예컨대, Nb2O5), TaOx(예컨대, Ta2O5), AlOx(예컨대, Al2O3) 등과 같은 코팅층이 형성될 수 있다. Alternatively, for example, a gas containing H (Hydrogen), O (Oxyzen), N (nitrogen), C (Carbon) such as reactive gas H 2, O 2, N 2 or CO 2 in ICP is 50 sccm to 500 sccm Can be injected within range. In this case, on the substrate, depending on the target material, SiOx (eg, SiO 2 ), SiNx (eg, Si 3 N 4 ), TiOx (eg, TiO 2 ), NbOx (eg, Nb 2 O 5 ), TaOx (eg, Ta 2) O 5 ), AlOx (eg, Al 2 O 3 ) A coating layer such as may be formed.

전술한 방법으로 다수의 코팅층들이 기판의 제1면 및 제2면에 증착될 수 있으며, 상기 기판에 증착되는 물질, 층의 개수, 두께를 조절함으로써 원하는 광학적 특성을 얻을 수 있다. A plurality of coating layers may be deposited on the first and second surfaces of the substrate by the above-described method, and desired optical properties may be obtained by controlling the material deposited on the substrate, the number of layers, and the thickness.

설명의 편의를 위하여 MF 마그네트론 스퍼터링 방식에 의해 제1 필터층 및 제2 필터층을 증착하는 것에 대해 설명하지만, 본 발명이 MF 마그네트로 스퍼터링 방식에 의해 증착된 층들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예들에 따른 광학 필터는 마그네트론 스퍼터링 방식 이외에 공지의 다양한 박막 증착 방식에 의해 제조될 수도 있다. For convenience of explanation, deposition of the first filter layer and the second filter layer by the MF magnetron sputtering method will be described, but the present invention is not limited to the layers deposited by the sputtering method with an MF magnet, and an embodiment of the present invention The optical filter according to the field may be manufactured by various known thin film deposition methods in addition to the magnetron sputtering method.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 MF 마그네트론 스퍼터링 장치(1000)에서 H2 및 CH4 유량에 따른 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프들이다. 굴절률 및 흡광계수는 940nm의 파장에 대한 값으로 나타내었으며, H2 및 CH4 유량 이외의 다른 조건들은 모두 동일하게 하였다. 여기서, H2 및 CH4 유량은 ICP에 주입되는 H2 및 CH4 반응성 가스의 유량을 나타낸다.4A, 4B, and 4C are graphs showing the refractive index and extinction coefficient according to the flow rate of H 2 and CH 4 in the MF magnetron sputtering apparatus 1000. The refractive index and extinction coefficient were expressed as values for a wavelength of 940 nm, and conditions other than the flow rate of H 2 and CH 4 were all the same. Here, the H 2 and CH 4 flow rates represent the flow rates of the H 2 and CH 4 reactive gases injected into the ICP.

우선, H2 유량이 90sccm에서 120sccm으로 증가함에 따라 SiC:H의 굴절률이 감소하는 경향을 나타내었다. 한편, H2 유량이 고정된 상태에서 CH4의 유량이 증가함에 따라 SiC:H의 굴절률은 대체로 감소하는 경향을 나타내었으며, 다만, H2 유량이 120sccm일 경우, CH4의 유량이 증가함에 따라 SiC:H의 굴절률이 약간 증가하는 경향을 나타내었다.First, as the H 2 flow rate increases from 90 sccm to 120 sccm, the refractive index of SiC:H tends to decrease. On the other hand, when the H 2 flow rate is fixed, as the flow rate of CH 4 increases, the refractive index of SiC:H generally decreases. However, when the H 2 flow rate is 120 sccm, as the flow rate of CH 4 increases The refractive index of SiC:H showed a tendency to slightly increase.

한편, H2 유량이 90sccm에서 CH4의 유량 증가에 따라 흡광계수가 대체로 감소하는 경향을 나타내었으나, H2 유량이 108sccm 및 120sccm에서 흡광계수는 CH4 유량에 따라 대체로 큰 변화 없이 약간 증가하는 경향을 보였다.On the other hand, H 2 flow rate is in 90sccm eoteuna indicate a tendency for the light absorption coefficient decreases substantially in accordance with the flow rate increases in CH 4, H 2 flow rate is the extinction coefficient at 108sccm and 120sccm will tend to slightly increase without substantially significant changes in accordance with the CH 4 flow rate Showed.

H2유량 및 CH4 유량을 조절함으로써 증착되는 SiC:H층의 굴절률 및 흡광계수를 제어할 수 있다. 수소화된 실리콘(Si:H)층에 대해서도 H2 유량을 조절함으로써 굴절률 및 흡광계수를 제어할 수 있다.By controlling the H 2 flow rate and the CH 4 flow rate, the refractive index and extinction coefficient of the deposited SiC:H layer can be controlled. For the hydrogenated silicon (Si:H) layer, the refractive index and extinction coefficient can be controlled by adjusting the H 2 flow rate.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터에 적합한 Si:H층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프이다. Si:H층의 굴절률 및 흡광계수는 글래스 기판 상에 단일층을 증착한 후 투과율 및 반사율을 측정하고 Macleod 소프트웨어를 이용하여 정밀하게 계산하여 산출하였다.5A is a graph showing a refractive index and an extinction coefficient according to a wavelength of a Si:H layer suitable for an optical filter according to an embodiment of the present invention. The refractive index and extinction coefficient of the Si:H layer were calculated by depositing a single layer on a glass substrate, measuring transmittance and reflectance, and precisely calculated using Macleod software.

도 5a를 참조하면, 700 내지 1100nm의 파장 영역에 걸쳐 굴절률은 단조 감소하였다. 굴절률은 700 내지 1100nm에 걸쳐 3.3보다 높은 값을 나타내며, 940nm의 파장에서 약 3.4보다 높은 값을 나타내었다.Referring to FIG. 5A, the refractive index monotonically decreases over a wavelength range of 700 to 1100 nm. The refractive index showed a value higher than 3.3 over 700 to 1100 nm and higher than about 3.4 at a wavelength of 940 nm.

흡광계수는 700nm에서 파장이 증가함에 따라 급격히 감소하며, 900 내지 1100nm의 파장범위에서 완만하게 감소하는 경항을 보인다. 흡광계수는 약 820nm 이상에서 0.0005보다 작은 값을 나타냈다.The extinction coefficient rapidly decreases as the wavelength increases at 700 nm, and exhibits a tendency to gradually decrease in the wavelength range of 900 to 1100 nm. The extinction coefficient showed a value less than 0.0005 at about 820 nm or more.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터에 적합한 SiC:H층의 파장에 따른 굴절률 및 흡광계수를 나타내는 그래프이다. SiC:H층의 굴절률 및 흡광계수는 글래스 기판 상에 단일층을 증착한 후 투과율 및 반사율을 측정하고 Macleod 소프트웨어를 이용하여 정밀하게 계산하여 산출하였다.5B is a graph showing the refractive index and extinction coefficient according to the wavelength of a SiC:H layer suitable for an optical filter according to an embodiment of the present invention. The refractive index and extinction coefficient of the SiC:H layer were calculated by depositing a single layer on a glass substrate, measuring transmittance and reflectance, and precisely calculated using Macleod software.

도 5b를 참조하면, 700 내지 1100nm의 파장 영역에 걸쳐 굴절률은 단조 감소하였다. 굴절률은 700 내지 1050nm에 걸쳐 3.3보다 높은 값을 나타내며, 940nm의 파장에서 약 3.34보다 높은 값을 나타냉다.Referring to FIG. 5B, the refractive index was monotonically decreased over a wavelength range of 700 to 1100 nm. The refractive index exhibits a value higher than 3.3 over 700 to 1050 nm, and exhibits a value higher than about 3.34 at a wavelength of 940 nm.

흡광계수는 700nm 이상에 파장이 증가함에 따라 급격히 감소하며, 800 내지 1000nm 사이, 특히 800 내지 900nm의 파장 영역 내에서 0.0001 미만의 거의 0에 가까운 극소값을 갖고, 이어서 파장이 1100nm로 증가함에 따라 다시 증가하였다가 감소하였다. 흡광계수는 800 내지 1100nm에 걸쳐 0.0005보다 작은 값을 보여준다. 특히, SiC:H층의 흡광계수는 940nm의 파장에서 Si:H층의 흡광계수보다 작은 값을 가진다.The extinction coefficient rapidly decreases as the wavelength increases above 700 nm, and has a near-zero minimum value of less than 0.0001 in the wavelength region between 800 and 1000 nm, especially 800 to 900 nm, and then increases again as the wavelength increases to 1100 nm. Then decreased. The extinction coefficient shows a value less than 0.0005 over 800 to 1100 nm. In particular, the extinction coefficient of the SiC:H layer has a value smaller than that of the Si:H layer at a wavelength of 940 nm.

H2 유량, CH4 유량, MF 파워 등을 조절함으로써 SiC:H층의 굴절률 및 흡광계수를 제어할 수 있으며, 특히, 흡광계수의 극소값이 요구되는 파장에 일치하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 흡광계수의 극소값은 도 5c에 도시한 바와 같이 900nm 내지 1000nm의 파장 범위 내에 위치할 수도 있다. SiC:H층의 흡광계수의 극소값은 0에 가까운 값을 갖기 때문에, 요구되는 파장에 대해 Si:H보다 개선된 흡광계수를 갖는다. 따라서, 광학 필터에 SiC:H층을 사용함으로써 Si:H를 사용한 광학 필터에 비해 더 높은 투과율을 달성할 수 있다.By controlling the H 2 flow rate, CH 4 flow rate, MF power, etc., the refractive index and extinction coefficient of the SiC:H layer can be controlled. In particular, the minimum value of the extinction coefficient can be controlled to match the required wavelength. For example, the minimum value of the extinction coefficient may be located within a wavelength range of 900 nm to 1000 nm as shown in FIG. 5C. Since the minimum value of the extinction coefficient of the SiC:H layer has a value close to 0, it has an improved extinction coefficient than that of Si:H for the required wavelength. Therefore, by using the SiC:H layer in the optical filter, a higher transmittance can be achieved compared to the optical filter using Si:H.

특히, 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(a-SiC:H)은 탄소가 첨가되지 않은 수소화된 실리콘(a-Si:H) 보다 결합 에너지가 높은 물질로 알려져 있으며, 이에 따라, 높은 방사 내성, 고온에서의 안정성 및 높은 열 전도성을 가진다.In particular, hydrogenated silicon with added carbon (a-SiC:H) is known as a material having higher binding energy than hydrogenated silicon without carbon (a-Si:H), and thus, high radiation resistance and high temperature Stability and high thermal conductivity.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터층 내 각 층의 두께를 예시적으로 설명하기 위한 도표이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터층을 광학 거리에 따른 굴절률로 나타낸 개략도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 필터층 내 각 층의 광학 두께를 설명하기 위한 그래프이다.6 is a chart for illustratively explaining the thickness of each layer in a first filter layer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a refractive index of a first filter layer according to an embodiment of the present invention according to an optical distance. It is a schematic diagram shown, and FIG. 8 is a graph for explaining the optical thickness of each layer in the first filter layer according to an embodiment of the present invention.

여기서, a-Si:H는 고굴절률층(H), a-SiC:H는 중굴절률층(M), SiO2는 저굴절률층(L)으로 사용되었다. 또한, a-Si:H층들은 도 5a의 Si:H층 증착 조건에 따라 증착되었으며, a-SiC:H층들은 도 5b의 SiC:H층 증착 조건에 따라 증착되었다.Here, a-Si:H is used as the high refractive index layer (H), a-SiC:H is used as the medium refractive index layer (M), and SiO 2 is used as the low refractive index layer (L). In addition, a-Si:H layers were deposited according to the Si:H layer deposition conditions of FIG. 5A, and a-SiC:H layers were deposited according to the SiC:H layer deposition conditions of FIG. 5B.

우선, 도 6을 참조하면, 제1 필터층(200)은 글래스 기판(100) 상에 L/M/H/L/M/H의 순서로 적층되며, 총 49층으로 구성된다. 첫째층과 마지막층은 모두 저굴절률층(L), 특히, SiO2층으로 형성된다. 제1 필터층(200)의 전체 두께는 약5440nm로 6㎛ 미만이다.First, referring to FIG. 6, the first filter layer 200 is stacked on the glass substrate 100 in the order of L/M/H/L/M/H, and includes a total of 49 layers. Both the first layer and the last layer are formed of a low refractive index layer (L), in particular, a SiO 2 layer. The total thickness of the first filter layer 200 is about 5440 nm, which is less than 6 μm.

도 6은 제1 필터층(200) 내의 각 층들의 두께를 물리적 두께로 나타내며, 도 7 및 도 8은 각 층들의 두께를 광학 거리 또는 광학 두께(물리적 두께×굴절률)로 나타낸다. 도 7 및 도 8에서, FWOT(full wavelength optical thickness)는 중심 파장(λ0)의 크기에 해당되는 값을 나타내며, 광학 두께 또는 광학 거리는 FWOT의 배수로 표현된다.6 shows the thickness of each layer in the first filter layer 200 as a physical thickness, and FIGS. 7 and 8 show the thickness of each layer as an optical distance or optical thickness (physical thickness×refractive index). In FIGS. 7 and 8, the full wavelength optical thickness (FWOT) represents a value corresponding to the size of the central wavelength λ 0 , and the optical thickness or optical distance is expressed as a multiple of the FWOT.

도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 필터층(200)은 서로 인접하는 고굴절률층(H, SiH)과 중굴절률층(M, SiCH)의 광학 두께의 합이 중심 파장(λ0), 예컨대 940nm의 1.6배를 초과하는 고굴절률층(H)과 중굴절률층(M)의 쌍을 적어도 2개 포함할 수 있다. 나아가, 이들 적어도 2개의 쌍들 중 적어도 하나는 고굴절률층(H)과 중굴절률층(M)의 광학 두께의 합이 중심 파장(λ0)의 2배를 초과할 수도 있다. 7 and 8, in the first filter layer 200, the sum of the optical thicknesses of the high refractive index layers (H, SiH) and the medium refractive index layers (M, SiCH) adjacent to each other is a central wavelength (λ 0 ), for example It may include at least two pairs of a high refractive index layer (H) and a medium refractive index layer (M) exceeding 1.6 times of 940 nm. Further, in at least one of these at least two pairs, the sum of the optical thicknesses of the high refractive index layer H and the medium refractive index layer M may exceed twice the central wavelength λ 0 .

이들 적어도 2개의 쌍은 제1 필터층(200)의 내부에 배치되며, 이들 쌍들의 사이에는 광학 두께가 0.4λ0, 나아가 0.3λ0보다 작은 광학 두께를 갖는 층들이 배치될 수 있다. 특히, 이들 쌍들의 사이에는 저굴절률층들(L, SiO2)이 적어도 3개 배치될 수 있으며, 이에 따라, 고굴절률층들과 중굴절률층들이 각각 적어도 2개 배치될 수 있다.These at least two pairs are disposed inside the first filter layer 200, and layers having an optical thickness of 0.4λ 0 and further less than 0.3λ 0 may be disposed between the pairs. In particular, at least three low refractive index layers L and SiO 2 may be disposed between these pairs, and thus, at least two high refractive index layers and medium refractive index layers may be disposed respectively.

도 8에 도시되듯이, 상기 적어도 3개의 저굴절률층들(L)은 광학 두께가 그것에 인접한 고굴절률층(H) 또는 중굴절률층(M)보다 작을 수 있다. 또한, 상기 적어도 3개의 저굴절률층들(L) 사이의 영역마다 배치된 고굴절률층들(H)은 각각 그것에 인접한 중굴절률층(M)보다 작은 굴절률을 가질 수 있다. As shown in FIG. 8, the optical thickness of the at least three low refractive index layers L may be smaller than that of the high refractive index layer H or the medium refractive index layer M adjacent thereto. In addition, the high refractive index layers H disposed in each region between the at least three low refractive index layers L may each have a refractive index smaller than that of the medium refractive index layer M adjacent thereto.

나아가, 상기 적어도 2개의 쌍은 각각 중심 파장(λ0)의 0.8배보다 큰 광학 두께를 갖는 고굴절률층(H) 또는 중심 파장(λ0)의 0.8배보다 큰 광학 두께를 갖는 중굴절률층(M)을 포함할 수 있다. 특히, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 적어도 2개의 쌍들 내의 고굴절률층들(H) 및 중굴절률층들(M)은 모두 중심 파장(λ0)의 0.8배를 초과하는 광학 두께를 가질 수 있으며, 나아가 중심 파장(λ0)의 1배, 즉 중심 파장(λ0)보다 더 큰 광학 두께를 가질 수 있다.Further, the refractive index layers in which the at least two pairs of large optical thickness less than 0.8 times the high refractive index layer (H) or the center wavelength (λ 0) has a large optical thickness less than 0.8 times the center wavelength (λ 0), respectively ( M) may be included. In particular, as shown in FIG. 8, both the high refractive index layers H and the medium refractive index layers M in the at least two pairs may have an optical thickness exceeding 0.8 times the central wavelength λ 0 . and, further 1 times the center wavelength (λ 0), i.e., may have a larger optical thickness than the center wavelength (λ 0).

한편, 광학 필터에 있어서 입사각(Angle of Incident, AOI) 증가에 따라 중심파장(Center Wave Length, CWL)이 단파장측으로 이동하는 블루 시프트(blue shift) 현상이 발생할 수 있다.Meanwhile, in the optical filter, a blue shift phenomenon in which a center wave length (CWL) moves toward a shorter wavelength side may occur as an angle of incidence (AOI) increases.

본원의 일 실시예에 따른 광학 필터는 입사각 증가에 따른 중심파장의 블루 시프트(blue shift)를 감소시킴으로 통과 대역 안정성을 향상시킬 수 있다.The optical filter according to the exemplary embodiment of the present disclosure may improve passband stability by reducing a blue shift of a center wavelength according to an increase in an incident angle.

예를 들어, 고굴절률층(H) 및 중굴절률층(M)의 광학 두께의 합이 중심 파장(λ0)의 1.6배, 나아가, 2배를 초과하는 고굴절률층과 중굴절률층의 쌍을 배치함으로써 입사각에 따른 중심파장의 블루 시프트(blue shift)를 감소시킬 수 있다.For example, a pair of a high refractive index layer and a medium refractive index layer in which the sum of the optical thicknesses of the high refractive index layer (H) and the medium refractive index layer (M) is 1.6 times the central wavelength (λ 0 ), and more than 2 times By arranging, it is possible to reduce the blue shift of the center wavelength according to the incident angle.

도 9는 도 6의 제1 필터층의 투과율을 예시적으로 나타내는 그래프이다. 0.21mm의 글래스 기판 상에 도 6의 각 층의 두께 및 실제 측정하여 계산한 굴절률값들을 이용하여 Macleod 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션한 것이다.9 is a graph showing exemplary transmittance of the first filter layer of FIG. 6. It was simulated using Macleod software using the thickness of each layer of FIG. 6 on a 0.21mm glass substrate and the refractive index values calculated by actual measurement.

도 9를 참조하면, 제1 필터층(200)은 750~1050nm 파장 영역 내에서 90% 이상, 나아가, 96% 이상의 높은 투과율을 갖는 파장 대역을 갖는다. 또한, 상기 제1 필터층(200)은 대역 통과 필터의 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 다만, 제1 필터층(200)은 750nm 근처에서 약 10%의 투과율을 나타내었다.Referring to FIG. 9, the first filter layer 200 has a wavelength band having a high transmittance of 90% or more, and further, 96% or more within a wavelength range of 750 to 1050 nm. In addition, it can be seen that the first filter layer 200 has characteristics of a band pass filter. However, the first filter layer 200 exhibited a transmittance of about 10% near 750 nm.

한편, 입사각이 증가함에 따라 중심파장(CWL)이 블루 시프트되는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be seen that the center wavelength CWL shifts blue as the incident angle increases.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 필터층(300)의 구조 및 두께를 예시적으로 설명하기 위한 도표이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 필터층의 투과율을 예시적으로 나타내는 그래프이다.10 is a diagram exemplarily illustrating the structure and thickness of the second filter layer 300 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is an exemplary diagram illustrating the transmittance of the second filter layer according to an embodiment of the present invention. It is a graph represented by.

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 필터층(300)은 Si:H/SiO2의 코팅층을 포함한다. 여기서 각 층의 두께 및 전체 층수는 특정 파장 영역에 대한 투과율을 얻도록 조정될 수 있다. Referring to FIG. 10, the second filter layer 300 according to the present embodiment includes a coating layer of Si:H/SiO 2 . Here, the thickness of each layer and the total number of layers may be adjusted to obtain transmittance for a specific wavelength region.

예를 들어, 제2 필터층(300)은 Si:H 및 SiO2 물질이 H/L/H/L 순서로 교번하여 적층된 형태일 수 있다. 이와 달리, 첫째 층과 마지막층이 모두 저굴절률층(L)일 수도 있다.For example, the second filter layer 300 may have a form in which Si:H and SiO 2 materials are alternately stacked in the order of H/L/H/L. Alternatively, both the first layer and the last layer may be a low refractive index layer (L).

또한, 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이 제2 필터층(300)은 34개의 코팅층을 포함할 수 있으며, SiH/SiO2 의 코팅층이 쌍(pair)을 이루어 적층된 구조일 수 있다. 제2 필터층의 총 두께는 약 3955nm로 4㎛ 이하 일 수 있다. 제2 필터층(300) 내의 각 층의 두께 및 두께 비율은 일정하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 10를 참조하면, 각 Si:H층 및 SiO2 층들은 모두 서로 다른 두께 값(nm)을 가질 수 있다.In addition, for example, as shown in FIG. 10, the second filter layer 300 may include 34 coating layers, and may have a structure in which coating layers of SiH/SiO 2 are stacked in pairs. The total thickness of the second filter layer may be about 3955 nm, which may be 4 μm or less. The thickness and thickness ratio of each layer in the second filter layer 300 may not be constant. For example, referring to FIG. 10, each of the Si:H layer and the SiO 2 layer may have different thickness values (nm).

도 11을 참조하면, 제2 필터층(300)은 900~1050nm 파장 영역 내에서 투과율 90% 이상인 파장 대역을 가질 수 있다. 한편, 제2 필터층(300)은 900~1050nm 파장 영역 이외의 350 내지 1200nm의 파장 영역에 걸쳐 95% 이상의 차단 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 필터층(300)은 적어도 가시광 영역에 걸쳐 95% 이상의 차단 특성을 나타낸다. Referring to FIG. 11, the second filter layer 300 may have a wavelength band having a transmittance of 90% or more within a wavelength range of 900 to 1050 nm. Meanwhile, the second filter layer 300 may have a blocking characteristic of 95% or more over a wavelength region of 350 to 1200 nm other than the wavelength region of 900 to 1050 nm. For example, the second filter layer 300 exhibits a blocking characteristic of 95% or more over at least a visible light region.

도 11에 도시된 바와 같이, 제2 필터층(300)은 대역통과 필터일 수 있다. 나아가, 제2 필터층(300)은 반사 방지를 위한 간섭 필터의 기능을 수행할 수 있다.As shown in FIG. 11, the second filter layer 300 may be a bandpass filter. Furthermore, the second filter layer 300 may function as an interference filter for preventing reflection.

본 실시예에서, 제2 필터층(300)이 대역 통과 필터의 특성을 갖는 것으로 설명하지만, 예를 들어, 제2 필터층은 특정 파장 이상의 빛을 투과하는 에지(edge) 필터 또는 장파장 통과(long wavelength pass, LWP) 필터의 특성을 갖도록 형성될 수도 있다. In this embodiment, the second filter layer 300 is described as having the characteristics of a band pass filter, but for example, the second filter layer is an edge filter or a long wavelength pass that transmits light of a specific wavelength or more. , LWP) may be formed to have the characteristics of the filter.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제2 필터층의 구조 및 두께를 예시적으로 설명하기 위한 도표이고, 도 13은 도 12의 제2 필터층의 투과율을 예시적으로 나타내는 그래프이다.12 is a chart exemplarily illustrating the structure and thickness of a second filter layer according to another embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a graph exemplarily showing the transmittance of the second filter layer of FIG. 12.

도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 필터층은 SiC:H/SiO2의 코팅층을 포함한다. 여기서 각 층의 두께 및 전체 층수는 특정 파장 영역에 대한 투과율을 얻도록 조정될 수 있다. Referring to FIG. 12, the second filter layer according to the present embodiment includes a coating layer of SiC:H/SiO 2 . Here, the thickness of each layer and the total number of layers may be adjusted to obtain transmittance for a specific wavelength region.

예를 들어, 제2 필터층은 SiO2층 및 SiC:H층이 L/H/L/H/ 순서로 교번하여 적층된 형태일 수 있다. 또한, 예를 들어, 도 20에 도시된 바와 같이 제2 필터층은 33개의 코팅층을 포함할 수 있으며, 첫 번째 코팅층과 마지막 코팅층이 낮은 굴절률을 갖는 SiO2층일 수 있다. 제2 필터층의 총 두께는 5㎛ 미만, 나아가 4㎛ 미만일 수 있으며, 본 실시예에서는 약 3656nm이다.For example, the second filter layer may have a form in which SiO 2 layers and SiC:H layers are alternately stacked in the order of L/H/L/H/. In addition, for example, as shown in FIG. 20, the second filter layer may include 33 coating layers, and the first and last coating layers may be SiO 2 layers having a low refractive index. The total thickness of the second filter layer may be less than 5 μm, further less than 4 μm, and in this embodiment, it is about 3656 nm.

도 13은 도 12의 제2 필터층내 각 층의 두께 및 굴절률을 이용하여 Macleod 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션한 것이다. 도 13에 도시되듯이, 제2 필터층은 900~1050nm 파장 영역 내에서 90% 이상의 높은 투과 특성을 갖는 파장 대역을 가질 수 있다. 반면에, 제2 필터층은 900~1050nm 파장 영역 이외의 350 내지 1200nm의 파장 영역에서 높은 차단 특성을 나타내며, 특히, 550 내지 850nm의 파장 영역에서 95% 이상의 높은 차단 특성을 갖는다. 13 is a simulation using Macleod software using the thickness and refractive index of each layer in the second filter layer of FIG. 12. As shown in FIG. 13, the second filter layer may have a wavelength band having a high transmission characteristic of 90% or more within a wavelength range of 900 to 1050 nm. On the other hand, the second filter layer exhibits high blocking characteristics in a wavelength region of 350 to 1200 nm other than a wavelength region of 900 to 1050 nm, and particularly, has a high blocking characteristic of 95% or more in a wavelength region of 550 to 850 nm.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 입사각에 따른 투과율을 설명하기 위한 그래프이다.14 is a graph for explaining transmittance according to an incident angle of an optical filter according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 광학 필터는 도 6의 제1 필터층(200) 및 도 12의 제2 필터층(300)이 약 0.21mm 두께의 글래스 기판(100) 양측 면에 각각 배치된 것으로, 도 14의 투과율 그래프는 Macleod 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션한 것이다. 제1 필터층과 제2 필터층의 전체 두께는 10μm 미만이다. 제1 필터층은 통과 대역을 갖는 밴드 패스 필터이고, 제2 필터층은 제1 필터층에 비해 상대적으로 넓은 통과 대역을 갖는 밴드 패스 필터이다. 제2 필터층은 통과 대역 및 전이 영역 외부의 차단 영역에서 상대적으로 높은 차단 수준을 갖는다.In the optical filter according to the present embodiment, the first filter layer 200 of FIG. 6 and the second filter layer 300 of FIG. 12 are disposed on both sides of the glass substrate 100 having a thickness of about 0.21 mm, respectively, and the transmittance of FIG. 14 The graph was simulated using Macleod software. The total thickness of the first filter layer and the second filter layer is less than 10 μm. The first filter layer is a band pass filter having a pass band, and the second filter layer is a band pass filter having a relatively wide pass band compared to the first filter layer. The second filter layer has a relatively high level of blocking in the pass band and the blocking region outside the transition region.

도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 필터는 900 내지 1000nm의 파장 영역 내에서 투과율 90% 이상, 나아가, 투과율 96% 이상인 통과 대역을 갖는다. 또한, 0도-30도 사이의 입사각에 따른 중심파장의 블루 시프트(blue shift)는 약 10nm로 12nm 미만이었다.Referring to FIG. 14, the optical filter according to the present embodiment has a passband having a transmittance of 90% or more, and further, a transmittance of 96% or more, in a wavelength range of 900 to 1000 nm. In addition, the blue shift of the center wavelength according to the angle of incidence between 0 degrees and 30 degrees was about 10 nm, less than 12 nm.

상기 광학 필터는 근적외선을 투과하는 적외선 투과 필터로 사용될 수 있다.The optical filter may be used as an infrared transmission filter that transmits near infrared rays.

본 실시예에 따른 광학 필터는 제1 파장 영역에서 적어도 80% 이상의 투과율을 나타내는 제1 대역 통과 필터 및 제2 파장 영역에서 적어도 80% 이상의 투과율을 나타내는 제2 대역 통과 필터의 조합이다.The optical filter according to the present embodiment is a combination of a first band pass filter exhibiting at least 80% or more transmittance in a first wavelength region and a second band pass filter exhibiting at least 80% or more transmittance in a second wavelength region.

다른 실시예에서, 광학 필터는 제1 파장 영역에서 적어도 80% 이상의 투과율을 나타내는 대역 통과 필터와 제2 파장 영역에서 적어도 80% 이상의 투과율을 나타내는 에지 필터의 조합일 수 있다.In another embodiment, the optical filter may be a combination of a band pass filter exhibiting at least 80% transmittance in the first wavelength region and an edge filter exhibiting at least 80% transmittance in the second wavelength region.

한편, 본 실시예에 따른 광학 필터는 입사각 0도에서 900 내지 1000nm 이외의 350 내지 1100nm에 걸쳐 OD2 이상의 높은 차단 특성을 갖는다. 특히, 상기 광학 필터는 가시광 영역에서 OD2.5 이상의 높은 차단 특성을 갖는다.On the other hand, the optical filter according to the present embodiment has a high blocking characteristic of OD2 or more over 350 to 1100 nm other than 900 to 1000 nm at an incident angle of 0 degrees. In particular, the optical filter has a high blocking characteristic of OD2.5 or more in the visible light region.

본 발명의 실시예들에 따른 광학 필터는 제1 파장 영역 및 제2 파장 영역 중 중첩되는 파장 영역에 대하여 적어도 80% 이상, 90% 이상, 나아가, 96% 이상의 투과율을 나타내는 대역 통과 필터일 수 있다.The optical filter according to the embodiments of the present invention may be a band pass filter that exhibits a transmittance of at least 80% or more, 90% or more, and further, 96% or more with respect to an overlapping wavelength region among the first and second wavelength regions. .

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.15 is a schematic perspective view illustrating a sensor system according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 센서 시스템은 광원(LS), 센서(S) 및 광학 필터(F)를 포함한다. Referring to FIG. 15, the sensor system includes a light source LS, a sensor S, and an optical filter F.

광학 필터(F)는 센서(S) 상에 배치될 수 있다. 한편, 광원(LS)은 광학 필터(F)를 향해 광을 조사할 수 있다. 광원(LS)으로부터 입사된 광은 기판의 제1 면에 배치된 제1 필터층(200), 기판(100), 제2 필터층(300)의 순으로 통과할 수 있다. 제1 필터층(200), 기판(100) 및 제2 필터층(300)을 모두 통과한 특정 파장 대역의 광만이 센서(1000)에서 감지될 수 있다. The optical filter F may be disposed on the sensor S. Meanwhile, the light source LS may irradiate light toward the optical filter F. Light incident from the light source LS may pass through the first filter layer 200, the substrate 100, and the second filter layer 300 disposed on the first surface of the substrate in order. Only light of a specific wavelength band that has passed through all of the first filter layer 200, the substrate 100, and the second filter layer 300 may be detected by the sensor 1000.

광원(LS)이 센서(S)에 대향하여 광학 필터(F) 상부에 배치된 것으로 설명하지만, 광원(LS)은 센서(S) 측에 배치될 수도 있다. 광원(LS)은 특정 파장, 예컨대 940nm 파장의 광을 피사체를 향해 조사할 수 있으며, 피사체에서 반사된 광이 광학 필터(F)로 입사될 수 있다. 광학 필터(F)는 상기 특정 파장을 포함하는 파장 대역의 광을 투과하고, 그 외 차단 영역 내의 파장의 광을 차단한다. 이에 따라, 배경광에 의한 노이즈가 제거된다.Although the light source LS is described as being disposed above the optical filter F facing the sensor S, the light source LS may be disposed on the sensor S side. The light source LS may irradiate light having a specific wavelength, for example, 940 nm wavelength toward the subject, and light reflected from the subject may be incident on the optical filter F. The optical filter F transmits light in a wavelength band including the specific wavelength and blocks light in other wavelengths in the blocking region. Accordingly, noise due to background light is removed.

앞서 설명한 실시예들의 광학 필터는 적외선 영역의 광을 투과하는 광학 필터로 사용하기에 적합하다. 앞서, 설명의 편의를 위하여 광학 필터가 센서 상에 배치되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시예들에 따른 광학 필터는 적외선 영역에서의 투과 및 반사 특성 조절을 위한 다양한 장치에 활용될 수 있다. The optical filter of the above-described embodiments is suitable for use as an optical filter that transmits light in the infrared region. Previously, for convenience of explanation, the case where the optical filter is disposed on the sensor has been described as an example, but the optical filter according to the embodiments of the present invention can be used in various devices for controlling transmission and reflection characteristics in the infrared region. have.

앞서, 본 발명이 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 설명된 시스템, 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Previously, the present invention has been described by a limited embodiment and drawings, but those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and variations are possible from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, components such as the described system, structure, and device are combined or combined in a form different from the described method, or by other components or equivalents. Even if substituted or substituted, appropriate results can be achieved.

그러므로 다른 구현예들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위에 속한다.Therefore, other embodiments, other embodiments, and those equivalent to the claims also belong to the following claims.

Claims (14)

기판; 및
상기 기판의 제1면에 적층된 제1 필터층을 포함하되,
상기 제1 필터층은,
3 미만의 굴절률을 갖는 복수개의 저굴절률층;
3 초과의 굴절률을 갖는 복수개의 고굴절률층; 및
3 이상의 굴절률을 갖되 상기 고굴절률층보다 낮은 굴절률을 갖는 복수개의 중굴절률층을 포함하고,
2개의 저굴절률층들 사이의 영역들 중 적어도 하나의 영역에 하나의 고굴절률층 및 하나의 중굴절률층이 개재된 광학 필터.
Board; And
Including a first filter layer stacked on the first surface of the substrate,
The first filter layer,
A plurality of low refractive index layers having a refractive index of less than 3;
A plurality of high refractive index layers having a refractive index greater than 3; And
Having a refractive index of 3 or more, but including a plurality of medium refractive index layers having a lower refractive index than the high refractive index layer,
An optical filter in which one high refractive index layer and one medium refractive index layer are interposed in at least one of regions between two low refractive index layers.
 청구항 1에 있어서,
상기 고굴절률층들은 각각 수소화된 실리콘(Si:H)층을 포함하고,
상기 중굴절률층들은 각각 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층을 포함하는 광학 필터.
The method according to claim 1,
Each of the high refractive index layers includes a hydrogenated silicon (Si:H) layer,
Each of the medium refractive index layers includes a hydrogenated silicon (SiC:H) layer to which carbon is added.
 청구항 2에 있어서,
특정 파장 영역에서 투과율이 96% 이상이며, 0도-30도 사이의 입사각에 따른 중심 파장의 블루 시프트(blue shift)는 12nm 미만인 광학 필터.
The method according to claim 2,
An optical filter having a transmittance of 96% or more in a specific wavelength region, and a blue shift of the center wavelength according to the incident angle between 0° and 30° is less than 12 nm.
 청구항 3에 있어서,
상기 제1 필터층은 상기 특정 파장 영역의 광을 투과시키는 밴드 패스 필터인 광학 필터.
The method of claim 3,
The first filter layer is an optical filter that is a band pass filter that transmits light in the specific wavelength region.
 청구항 4에 있어서,
상기 특정 파장 영역은 800nm 내지 1000nm 파장 범위 내에 있는 광학 필터.
The method of claim 4,
The specific wavelength region is an optical filter in the 800nm to 1000nm wavelength range.
 청구항 2에 있어서,
상기 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층의 흡광계수는 800 내지 1000nm의 파장 영역 내에 0.0001 미만의 극소값을 갖는 광학 필터.
The method according to claim 2,
The optical filter having an extinction coefficient of the hydrogenated silicon (SiC:H) layer to which carbon is added has a minimum value of less than 0.0001 in a wavelength range of 800 to 1000 nm.
 청구항 1에 있어서,
상기 저굴절률층들은 SiOx, TiOx, NbOx, TaOx, AlOx, SiNx, TiNx, NbNx, TaNx, 또는 AlNx 중에서 선택되는 광학 필터.
The method according to claim 1,
The low refractive index layers are selected from SiOx, TiOx, NbOx, TaOx, AlOx, SiNx, TiNx, NbNx, TaNx, or AlNx optical filter.
 청구항 1에 있어서,
2개의 저굴절률층들 사이의 영역마다 하나의 고굴절률층 및 하나의 중굴절률층이 개재된 광학 필터.
The method according to claim 1,
An optical filter in which one high refractive index layer and one medium refractive index layer are interposed in each region between two low refractive index layers.
 청구항 1에 있어서,
상기 기판 상에 배치된 제2 필터층을 더 포함하되,
상기 제2 필터층은 굴절률이 서로 다른 층들이 교번하여 적층된 구조를 가지는 광학 필터.
The method according to claim 1,
Further comprising a second filter layer disposed on the substrate,
The second filter layer is an optical filter having a structure in which layers having different refractive indices are alternately stacked.
 청구항 9에 있어서,
상기 굴절률이 서로 다른 층들은 탄소가 첨가된 수소화된 실리콘(SiC:H)층을 포함하는 광학 필터.
The method of claim 9,
The layers having different refractive indices include a hydrogenated silicon (SiC:H) layer to which carbon is added.
 청구항 10에 있어서,
상기 제2 필터층은 가시광 영역 중 적어도 일부에 대해 95% 이상의 차단 특성을 나타내는 광학 필터.
The method of claim 10,
The second filter layer is an optical filter exhibiting 95% or more blocking characteristics for at least a portion of the visible light region.
 청구항 9에 있어서,
상기 제1 필터층 및 상기 제2 필터층의 전체 두께는 10μm 미만인 광학 필터.
The method of claim 9,
The optical filter having a total thickness of the first filter layer and the second filter layer is less than 10 μm.
 청구항 9에 있어서,
상기 제1 필터층은 대역 통과 필터이고, 상기 제2 필터층은 상기 제1 필터층의 통과 대역을 포함하는 통과 대역을 갖는 광학 필터.
The method of claim 9,
The first filter layer is a band pass filter, and the second filter layer has a pass band including the pass band of the first filter layer.
 청구항 1에 있어서,
상기 제1 필터층은 상기 기판 상에 중간 주파수(MF) 마그네트론 스퍼터링 방식에 의해 형성된 광학 필터. The method according to claim 1,
The first filter layer is an optical filter formed on the substrate by an intermediate frequency (MF) magnetron sputtering method.
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