KR20220016883A - 850-950 ㎚에서 lidar 적용을 위한 강화된 광학 윈도우 - Google Patents
850-950 ㎚에서 lidar 적용을 위한 강화된 광학 윈도우 Download PDFInfo
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Abstract
센싱 시스템용 윈도우는 제공된다. 상기 윈도우는 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 미리결정된 두께 및 굴절률을 갖는 기판 및 상기 기판 상에 배치된 적층 필름을 포함하며, 상기 적층 필름은 고굴절률 물질 및 저굴절률 물질의 교번층을 포함하고, 상기 고굴절률 물질은 저굴절률 물질보다 더 높은 굴절률을 가지며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 각 층은 두께를 갖고, 상기 교번층의 두께는 윈도우가 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 적어도 80%의 투과율을 갖도록 구성된다. 상기 윈도우는 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 측정된 것으로, 적층 필름에서, 적어도 10 GPa의 경도를 더욱 포함한다.
Description
본 출원은 2019년 6월 5일자에 출원된 미국 가출원 제62/857,507호의 우선권을 주장하며, 이의 내용은 그 전체가 참조로 여기에 인용되고 혼입된다.
본 개시는 850-950 ㎚에서 LIDAR 적용을 위한 강화된 광학 윈도우(hardened optical windows)에 관한 것이다.
광 검출 및 거리 측정(Light detection and ranging)("LIDAR") 시스템은, 레이저 및 센서를 포함한다. 레이저는, 물체에 반사될 수 있는, 레이저 빔을 방사하고, 센서는 반사된 레이저 빔을 감지한다. 레이저 빔은 펄스화되거나 또는 방사형 범위에 걸쳐 분산되어 시야를 가로질러 물체를 감지한다. 물체에 관한 정보는 감지된 반사된 레이저 빔의 특성으로부터 해독될 수 있다. 레이저 빔으로부터 물체의 거리는, 레이저 빔의 방사로부터 반사된 레이저 빔의 검출까지의 비행 시간으로부터 결정될 수 있다. 물체가 움직이면, 물체의 경로 및 속도는 도플러 주파수 측정(Doppler frequency measurements)뿐만 아니라, 시간의 함수에 따라 반사되고 감지되는 방사된 레이저 빔의 방사상 위치에서 이동으로부터 결정될 수 있다.
차량은, 보조, 반-자율, 또는 완전 자율 주행을 가능하게 하는 공간 매핑 기능을 제공하는, LIDAR 시스템에 대한 잠재적인 적용이다. 전통적으로, 레이저 이미터(laser emitter) 및 센서는, 차량의 지붕 또는 차량의 낮은 전방 부분에 장착된다. 905 ㎚ 또는 1550 ㎚에서 또는 그 근처에서와 같이, 가시광선의 범위 밖의 파장을 갖는 전자기 복사선(electromagnetic radiation)을 방사하는 레이저는, 차량용 LIDAR 적용들에 대해 고려된다. 암석 및 기타 물체들의 충격으로부터 레이저와 센서를 보호하기 위해, 윈도우는, 레이저와 센서 사이, 및 레이저와 센서의 가시선에서 외부 환경에 배치된다. 그러나, 충돌하는 암석 및 기타 물체들이 윈도우에 스크래치를 내거나 및 다른 타입의 손상을 일으켜, 윈도우에서 방사 및 반사된 레이저 빔을 산란시키고, 따라서, LIDAR 시스템의 효율성을 손상시키는 문제가 있다.
본 개시는 윈도우에 경도 및 내스크래치성을 제공하는 물질의 하나 이상의 층을 포함하는 윈도우용 적층 필름(layered film)을 제공한다. 상기 적층 필름은 (경도 및 내스크래치성을 제공하는 물질을 포함하는) 다른 굴절률을 갖는 물질의 교번층(alternating layers)을 더욱 포함하여서, 상기 교번층의 수 및 이들의 두께는 윈도우가 905 ㎚ 파장(및 주변 파장)의 높은 투과율 및 낮은 반사율을 갖도록 구성될 수 있다. 교번층의 수와 이들의 두께는 윈도우가 가시광선 파장의 낮은 투과율 및 높은 반사율을 갖도록 더욱 구성될 수 있다.
본 개시의 일 구현예에 따르면, 센싱 시스템(sensing system)용 윈도우는 제공된다. 상기 윈도우는 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 미리결정된 두께 및 굴절률을 갖는 기판 및 상기 기판 상에 배치된 적층 필름을 포함하며, 상기 적층 필름은 고굴절률 물질 및 저굴절률 물질의 교번층을 포함하고, 상기 고굴절률 물질은 저굴절률 물질보다 더 높은 굴절률을 가지며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 각 층은 두께를 갖고, 상기 교번층의 두께는 윈도우가 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 적어도 80%의 투과율을 갖도록 구성된다. 상기 윈도우는 베르코비치 압입자 경도 시험(Berkovich Indenter Hardness Test)에 의해 측정된 것으로, 적층 필름에서, 적어도 10 GPa의 경도를 더욱 포함한다.
본 개시의 또 다른 구현예에 따르면, 센싱 시스템용 윈도우는 제공된다. 상기 윈도우는 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 미리결정된 두께 및 굴절률을 갖는 유리 기판 및 상기 기판 상에 배치되는 적층 필름을 포함하며, 상기 적층 필름은 Si3N4 및 SiO2의 소정량의 적어도 7개의 교번층을 포함하고, 상기 Si3N4의 층은 SiO2의 층보다 높은 굴절률을 가지며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 각 층은 두께를 갖고, 상기 교번층의 두께는 윈도우가 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 적어도 80%의 투과율을 갖도록 구성된다. 상기 윈도우는, 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 측정된 것으로, 적층 필름에서, 적어도 8 GPa의 경도를 포함한다.
부가적인 특색 및 장점들은 하기 상세한 설명에서 서술될 것이고, 부분적으로 하기 상세한 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 명백하거나, 또는 하기 상세한 설명, 청구범위뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기재된 구현예를 실행시켜 용이하게 인지될 것이다.
전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 단지 대표적인 것이고, 청구범위의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 수반되는 도면은 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 병합되며, 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구현예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 구현예의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은, 차량의 지붕에 장착된 LIDAR 시스템 및 차량의 전방에 장착된 LIDAR 시스템을 갖는 차량의 측면도;
도 2는, 전자기 복사선 이미터 및 센서에 의해 센싱되도록 윈도우를 통해 다시 진행하는 반사된 복사선으로서 물체에서 반사되는, 윈도우를 통해 전자기 복사선을 방사하는 전자기 복사선 이미터 및 센서를 예시하는, 도 1의 LIDAR 시스템 중 하나의 개념도;
도 3은, 제1 표면 및 상기 제1 표면 전에 방사된 복사선과 만나는 제2 표면, 및 상기 제1 표면 위에 및 선택적으로 제2 표면 위에 적층 필름을 갖는 유리 기판을 갖는 도 2의 윈도우를 예시하는, 도 2의 Ⅲ 구역의 단면도;
도 4는, 고굴절률 물질과 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 유리 기판의 제1 표면 상에 배치된 적층 필름을 예시하는, 도 3의 Ⅳ 구역의 단면도;
도 5a는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 95%를 초과하는 투과율 퍼센트를 예시하는, 실시예 1에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 2000 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 일곱(7) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 5b는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 750 ㎚ 내지 약 1600 ㎚ 이상의 범위의 파장에 대해 85%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대한 투과율 퍼센트에서 진동 감소(oscillating reduction)를 예시하는, 도 5a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 5c는, 모든 입사각에 대한 905 ㎚ 파장에 대해 0.4% 미만, 및 모든 입사각에 대한 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 파장 범위에 대해 약 0.8% 미만의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 5a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 6a는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 95%를 초과하는 투과율 퍼센트를 예시하는, 실시예 1A에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 5000 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 일곱(7) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 6b는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 750 ㎚ 내지 약 1600 ㎚ 이상의 범위의 파장에 대해 85%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대한 투과율 퍼센트에서 진동 감소를 예시하는, 도 6a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 6c는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대한 905 ㎚ 파장에 대해 0.4% 미만, 및 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대한 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 파장 범위에 대해 약 0.8% 미만의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 6a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 7a는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 95%를 초과하는 투과율 퍼센트를 예시하는, 실시예 2에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 2000 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 아홉(9) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 7b는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 750 ㎚ 내지 약 1600 ㎚ 이상의 범위의 파장에 대해 85%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대한 투과율 퍼센트에서 진동 감소를 예시하는, 도 7a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 7c는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대한 905 ㎚ 파장에 대해 0.2% 미만, 및 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대한 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 파장 범위에 대해 약 1.0% 미만의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 7a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 8a는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 95%를 초과하는 투과율 퍼센트를 예시하는, 실시예 3에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 2000 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 열한(11) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 8b는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 750 ㎚ 내지 약 1600 ㎚ 이상의 범위의 파장에 대해 85%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대한 투과율 퍼센트에서 진동 감소를 예시하는, 도 8a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 8c는, 모든 입사각에 대한 905 ㎚ 파장에 대해 0.2% 미만, 및 모든 입사각에 대한 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 파장 범위에 대해 약 1.2% 미만의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 8a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 9a는, 0°의 입사각에서 거의 100% 투과율을 나타내지만, 입사각이 변화함에 따라 상당히 변하는, 실시예 4에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 1955 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 일곱(7) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우의 말단(최외곽)(terminal(outermost)) 표면을 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 9b는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 500 ㎚ 내지 약 1600 ㎚ 이상의 범위의 파장에 대해 60%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 300 ㎚ 내지 약 500 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대한 투과율 퍼센트에서 진동 감소를 예시하는, 도 9a에서 기재된 윈도우의 말단(최외곽) 표면을 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 9c는, 0°의 입사각에서 905 ㎚ 파장에 대해 0%에 가까운 반사율 퍼센트를 나타내지만, 입사각이 변화함에 따라 상당히 변하는, 도 9a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 10a는, 0°의 입사각에서 거의 100% 투과율을 나타내지만, 입사각 및 파장이 변화함에 따라 상당히 변하는, 실시예 4에서와 같이, 1955 ㎚ 두께의 Si3N4의 층 대신에 126.5 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름(실시예 4D)의 일곱(7) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우의 말단(최외곽) 표면을 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 10b는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 400 ㎚ 내지 약 1600 ㎚ 이상의 범위의 파장에 대해 60%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 파장의 함수에 따라 90% 초과의 진동 감소를 예시하는, 도 10a에서 기재된 윈도우의 말단(최외곽) 표면을 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 10c는, 0°의 입사각에서 905 ㎚ 파장에 대해 0%에 가까운 반사율 퍼센트를 나타내지만, 입사각이 변화함에 따라 및 파장이 변화함에 따라 상당히 변하는, 도 10a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 11a는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 820 ㎚ 내지 920 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 94.5%를 초과하는 투과율 퍼센트를 나타내지만, 920 ㎚ 내지 1000 ㎚의 파장 범위 내에서 92%를 초과하여 감소하는, 실시예 5에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 5087 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 스물-한(21) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 11b는, 0° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 750 ㎚ 내지 약 1800 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 80%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 450 ㎚ 내지 약 650 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대해 약 30% 미만의 투과율 퍼센트를 예시하는, 도 11a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 11c는, 0° 내지 25°의 모든 입사각에 대해 약 820 ㎚ 내지 약 920 ㎚의 파장 범위에 대해 1.5% 미만, 및 0° 내지 25°의 모든 입사각에 대해 920 ㎚ 내지 1000 ㎚의 파장 범위에 대해 약 4% 미만의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 11a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 11d는, 0° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 400 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 가시광선 범위 내에 파장에 대해 60% 초과의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 11a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 12a는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 약 870 ㎚ 내지 약 930 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 93.5%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나 상기 파장 범위 외에 속하는 파장에 대한 투과율의 감소된 퍼센트를 예시하는, 실시예 6에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 2270 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 서른-한(31) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 12b는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 약 850 ㎚ 내지 약 1800 ㎚의 범위의 파장에 대해 75%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 400 ㎚ 내지 약 750 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대해 약 30% 미만의 투과율 퍼센트를 예시하는, 도 12a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 12c는, 25°까지의 모든 입사각에 대해 약 875 ㎚ 내지 약 925 ㎚의 파장 범위에 대해 3% 미만의 반사율 퍼센트, 그러나 상기 파장 범위 밖에 파장에 대해 증가된 반사율을 예시하는, 도 12a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 12d는, 약 875 ㎚ 내지 약 1800 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 20% 미만, 그러나 약 400 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 70% 초과의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 12a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 13a는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 약 870 ㎚ 내지 약 930 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 93.5%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나 상기 파장 범위 밖의 파장에 대한 감소된 투과율 퍼센트를 예시하는, 실시예 7에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 5130 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 오십-한(51) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 13b는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 약 850 ㎚ 내지 약 1800 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 75%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 400 ㎚ 내지 약 750 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대해 약 30% 미만의 투과율 퍼센트를 예시하는, 도 13a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 13c는, 25°까지의 모든 입사각에 대해 약 875 ㎚ 내지 약 925 ㎚의 파장 범위에 대해 3% 미만의 반사율 퍼센트, 그러나 상기 파장 범위 밖에 파장에 대해 증가된 반사율을 예시하는, 도 13a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 13d는, 약 875 ㎚ 내지 약 1800 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 20% 미만, 그러나 약 400 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 70% 초과의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 13a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 14a는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 약 875 ㎚ 내지 약 940 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 99%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나 상기 파장 범위 밖의 파장에 대한 감소된 투과율 퍼센트를 예시하는, 실시예 8에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 5000 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 제1 표면 상에 적층 필름의 아홉(9) 개 층의 구현예, 및 제2 표면 상에 제2 적층 필름의 팔십-한(81) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 14b는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 약 800 ㎚ 내지 약 1550 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 80%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 400 ㎚ 내지 약 750 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대해 약 10% 미만의 투과율 퍼센트를 예시하는, 도 14a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 14c는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 약 420 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 3% 미만의 투과율 퍼센트를 예시하는, 도 14a에 기재된 윈도우에서 투과율 퍼센트의 그래프;
도 14d는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 약 900 ㎚ 내지 약 940 ㎚의 파장 범위에 대해 1% 미만의 반사율 퍼센트, 그러나 상기 파장 범위 밖에 파장에 대해 증가된 반사율을 예시하는, 도 14a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프; 및
도 14e는, 약 850 ㎚ 내지 약 1600 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 20% 미만, 그러나 약 450 ㎚ 내지 약 750 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 95% 초과의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 14a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프이다.
도 2는, 전자기 복사선 이미터 및 센서에 의해 센싱되도록 윈도우를 통해 다시 진행하는 반사된 복사선으로서 물체에서 반사되는, 윈도우를 통해 전자기 복사선을 방사하는 전자기 복사선 이미터 및 센서를 예시하는, 도 1의 LIDAR 시스템 중 하나의 개념도;
도 3은, 제1 표면 및 상기 제1 표면 전에 방사된 복사선과 만나는 제2 표면, 및 상기 제1 표면 위에 및 선택적으로 제2 표면 위에 적층 필름을 갖는 유리 기판을 갖는 도 2의 윈도우를 예시하는, 도 2의 Ⅲ 구역의 단면도;
도 4는, 고굴절률 물질과 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 유리 기판의 제1 표면 상에 배치된 적층 필름을 예시하는, 도 3의 Ⅳ 구역의 단면도;
도 5a는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 95%를 초과하는 투과율 퍼센트를 예시하는, 실시예 1에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 2000 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 일곱(7) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 5b는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 750 ㎚ 내지 약 1600 ㎚ 이상의 범위의 파장에 대해 85%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대한 투과율 퍼센트에서 진동 감소(oscillating reduction)를 예시하는, 도 5a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 5c는, 모든 입사각에 대한 905 ㎚ 파장에 대해 0.4% 미만, 및 모든 입사각에 대한 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 파장 범위에 대해 약 0.8% 미만의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 5a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 6a는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 95%를 초과하는 투과율 퍼센트를 예시하는, 실시예 1A에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 5000 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 일곱(7) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 6b는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 750 ㎚ 내지 약 1600 ㎚ 이상의 범위의 파장에 대해 85%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대한 투과율 퍼센트에서 진동 감소를 예시하는, 도 6a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 6c는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대한 905 ㎚ 파장에 대해 0.4% 미만, 및 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대한 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 파장 범위에 대해 약 0.8% 미만의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 6a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 7a는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 95%를 초과하는 투과율 퍼센트를 예시하는, 실시예 2에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 2000 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 아홉(9) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 7b는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 750 ㎚ 내지 약 1600 ㎚ 이상의 범위의 파장에 대해 85%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대한 투과율 퍼센트에서 진동 감소를 예시하는, 도 7a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 7c는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대한 905 ㎚ 파장에 대해 0.2% 미만, 및 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대한 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 파장 범위에 대해 약 1.0% 미만의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 7a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 8a는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 95%를 초과하는 투과율 퍼센트를 예시하는, 실시예 3에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 2000 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 열한(11) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 8b는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 750 ㎚ 내지 약 1600 ㎚ 이상의 범위의 파장에 대해 85%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대한 투과율 퍼센트에서 진동 감소를 예시하는, 도 8a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 8c는, 모든 입사각에 대한 905 ㎚ 파장에 대해 0.2% 미만, 및 모든 입사각에 대한 800 ㎚ 내지 1000 ㎚의 파장 범위에 대해 약 1.2% 미만의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 8a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 9a는, 0°의 입사각에서 거의 100% 투과율을 나타내지만, 입사각이 변화함에 따라 상당히 변하는, 실시예 4에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 1955 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 일곱(7) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우의 말단(최외곽)(terminal(outermost)) 표면을 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 9b는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 500 ㎚ 내지 약 1600 ㎚ 이상의 범위의 파장에 대해 60%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 300 ㎚ 내지 약 500 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대한 투과율 퍼센트에서 진동 감소를 예시하는, 도 9a에서 기재된 윈도우의 말단(최외곽) 표면을 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 9c는, 0°의 입사각에서 905 ㎚ 파장에 대해 0%에 가까운 반사율 퍼센트를 나타내지만, 입사각이 변화함에 따라 상당히 변하는, 도 9a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 10a는, 0°의 입사각에서 거의 100% 투과율을 나타내지만, 입사각 및 파장이 변화함에 따라 상당히 변하는, 실시예 4에서와 같이, 1955 ㎚ 두께의 Si3N4의 층 대신에 126.5 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름(실시예 4D)의 일곱(7) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우의 말단(최외곽) 표면을 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 10b는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 400 ㎚ 내지 약 1600 ㎚ 이상의 범위의 파장에 대해 60%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 파장의 함수에 따라 90% 초과의 진동 감소를 예시하는, 도 10a에서 기재된 윈도우의 말단(최외곽) 표면을 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 10c는, 0°의 입사각에서 905 ㎚ 파장에 대해 0%에 가까운 반사율 퍼센트를 나타내지만, 입사각이 변화함에 따라 및 파장이 변화함에 따라 상당히 변하는, 도 10a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 11a는, 8° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 820 ㎚ 내지 920 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 94.5%를 초과하는 투과율 퍼센트를 나타내지만, 920 ㎚ 내지 1000 ㎚의 파장 범위 내에서 92%를 초과하여 감소하는, 실시예 5에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 5087 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 스물-한(21) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 11b는, 0° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 750 ㎚ 내지 약 1800 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 80%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 450 ㎚ 내지 약 650 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대해 약 30% 미만의 투과율 퍼센트를 예시하는, 도 11a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 11c는, 0° 내지 25°의 모든 입사각에 대해 약 820 ㎚ 내지 약 920 ㎚의 파장 범위에 대해 1.5% 미만, 및 0° 내지 25°의 모든 입사각에 대해 920 ㎚ 내지 1000 ㎚의 파장 범위에 대해 약 4% 미만의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 11a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 11d는, 0° 내지 25°의 모든 입사각에 대해, 약 400 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 가시광선 범위 내에 파장에 대해 60% 초과의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 11a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 12a는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 약 870 ㎚ 내지 약 930 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 93.5%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나 상기 파장 범위 외에 속하는 파장에 대한 투과율의 감소된 퍼센트를 예시하는, 실시예 6에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 2270 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 서른-한(31) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 12b는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 약 850 ㎚ 내지 약 1800 ㎚의 범위의 파장에 대해 75%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 400 ㎚ 내지 약 750 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대해 약 30% 미만의 투과율 퍼센트를 예시하는, 도 12a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 12c는, 25°까지의 모든 입사각에 대해 약 875 ㎚ 내지 약 925 ㎚의 파장 범위에 대해 3% 미만의 반사율 퍼센트, 그러나 상기 파장 범위 밖에 파장에 대해 증가된 반사율을 예시하는, 도 12a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 12d는, 약 875 ㎚ 내지 약 1800 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 20% 미만, 그러나 약 400 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 70% 초과의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 12a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 13a는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 약 870 ㎚ 내지 약 930 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 93.5%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나 상기 파장 범위 밖의 파장에 대한 감소된 투과율 퍼센트를 예시하는, 실시예 7에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 5130 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 적층 필름의 오십-한(51) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 13b는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 약 850 ㎚ 내지 약 1800 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 75%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 400 ㎚ 내지 약 750 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대해 약 30% 미만의 투과율 퍼센트를 예시하는, 도 13a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 13c는, 25°까지의 모든 입사각에 대해 약 875 ㎚ 내지 약 925 ㎚의 파장 범위에 대해 3% 미만의 반사율 퍼센트, 그러나 상기 파장 범위 밖에 파장에 대해 증가된 반사율을 예시하는, 도 13a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 13d는, 약 875 ㎚ 내지 약 1800 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 20% 미만, 그러나 약 400 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 70% 초과의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 13a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프;
도 14a는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 905 ㎚를 포함하는, 약 875 ㎚ 내지 약 940 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 윈도우를 통해 99%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나 상기 파장 범위 밖의 파장에 대한 감소된 투과율 퍼센트를 예시하는, 실시예 8에 서술된 바와 같이, 경도 및 내스크래치성을 부여하는 5000 ㎚ 두께의 Si3N4의 층을 갖는 제1 표면 상에 적층 필름의 아홉(9) 개 층의 구현예, 및 제2 표면 상에 제2 적층 필름의 팔십-한(81) 개 층의 구현예를 포함하는 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 14b는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 약 800 ㎚ 내지 약 1550 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 80%를 초과하는 투과율 퍼센트, 그러나, 약 400 ㎚ 내지 약 750 ㎚의 가시 범위 내에 파장에 대해 약 10% 미만의 투과율 퍼센트를 예시하는, 도 14a에서 기재된 윈도우를 통한 투과율 퍼센트의 그래프;
도 14c는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 약 420 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 3% 미만의 투과율 퍼센트를 예시하는, 도 14a에 기재된 윈도우에서 투과율 퍼센트의 그래프;
도 14d는, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 약 900 ㎚ 내지 약 940 ㎚의 파장 범위에 대해 1% 미만의 반사율 퍼센트, 그러나 상기 파장 범위 밖에 파장에 대해 증가된 반사율을 예시하는, 도 14a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프; 및
도 14e는, 약 850 ㎚ 내지 약 1600 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 20% 미만, 그러나 약 450 ㎚ 내지 약 750 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 95% 초과의 반사율 퍼센트를 예시하는, 도 14a에 기재된 윈도우에서 반사율 퍼센트의 그래프이다.
이하 언급은 본 구현예에 대해 상세하게 만들어질 것이고, 이의 실시예들은 수반되는 도면에 예시된다. 가능한 한, 동일한 참조 번호는 동일하거나 또는 유사한 부분을 지칭하는 것으로 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다.
이하, 도 1을 참조하면, 차량(10)은 하나 이상의 LIDAR 시스템(12)을 포함한다. 하나 이상의 LIDAR 시스템(12)은, 차량(10) 위 또는 내에 어느 곳에나 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 LIDAR 시스템(12)은, 차량(10)의 지붕(14) 및/또는 차량(10)의 전방 부분(16)에 배치될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하면, 하나 이상의 LIDAR 시스템(12)의 각각은, 인클로저(enclosure; 20)에 넣어질 수 있는, 당업계에 공지된 바와 같은, 전자기 복사선 이미터 및 센서(18)를 포함한다. 전자기 복사선 이미터 및 센서(18)는, 파장 또는 파장의 범위를 갖는 전자기 복사선(22)을 방사한다. 방사된 복사선(22)은 윈도우(24)를 통해 인클로저(20)를 빠져나간다. 외부 환경(26)에 물체(예시되지 않음)가 방사된 복사선(22)의 경로에 있으면, 방사된 복사선(22)은 물체에서 반사되고, 반사된 복사선(28)으로서 전자기 복사선 이미터 및 센서(18)로 되돌아갈 것이다. 반사된 복사선(28)은 다시 윈도우(24)를 통과하여 전자기 복사선 이미터 및 센서(18)에 도달한다. 구현예에서, 방사된 복사선(22) 및 반사된 복사선(28)은, 905 ㎚ 또는 1550 ㎚의 파장 또는 905 ㎚ 또는 1550 ㎚ 파장을 포함하는 범위를 갖는다. (가시광 스펙트럼에서 파장을 갖는 전자기 복사선과 같은) 반사된 복사선(28) 이외의 전자기 복사선은, 여기에 기재된 바와 같은 윈도우(24)의 광학 특성에 따라, 윈도우(24)를 통과할 수도 있거나 또는 통과하지 않을 수도 있다. 여기에서 사용된 바와 같은, 용어 "가시 스펙트럼"은, 사람의 눈에 가시적인 전자기 스펙트럼 중 일부를 지칭하고, 일반적으로 약 380 ㎚ 내지 700 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선을 지칭하는데 사용된다.
이하, 도 3을 참조하면, 하나 이상의 LIDAR 시스템(12)의 각각에 대한 윈도우(24)는 기판(30)을 포함한다. 기판(30)은 제1 표면(32) 및 제2 표면(34)을 포함한다. 상기 제1 표면(32) 및 제2 표면(34)은 기판(30)의 주된 표면이다. 상기 제1 표면(32)은 외부 환경(26)에 가장 가깝다. 상기 제2 표면(34)은 전자기 복사선 이미터 및 센서(18)에 가장 가깝다. 상기 방사된 복사선(22)은 제1 표면(32) 전에 제2 표면(34)과 만난다. 반사된 복사선(28)은 제2 표면(34) 전에 제1 표면(32)과 만난다. 기판(30)은 기판(30)의 제1 표면(32) 상에 배치된 적층 필름(36)을 더욱 포함하고, 몇몇 구현예에서, 제2 적층 필름(38)은 기판(30)의 제2 표면(34) 상에 배치된다.
여기에서 사용된 바와 같은, 용어 "배치하다"는, 당업계에 공지된 임의의 방법을 사용하여 표면 상으로 물질을 코팅, 증착 및/또는 형성하는 것을 포함한다. 배치된 물질은, 여기에서 정의된 바와 같이, 층을 구성할 수 있다. 문구 "에 배치된"은, 물질이 표면과 직접 접촉하도록 표면 상으로 물질을 형성하는 경우를 포함하고, 또한 배치된 물질과 표면 사이에 있는 하나 이상의 개재 물질(들)를 사용하여, 물질이 표면 상에 형성되는 경우도 포함한다. 상기 개재 물질(들)은, 여기에서 정의된 바와 같이, 층을 구성할 수 있다.
기판(30)은 유리 기판일 수 있다. 유리 기판은, 소다 라임 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 함유 보로실리케이트 유리 및 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리의 조성물을 가질 수 있지만, 다른 유리 조성물도 고려된다. 이러한 유리 조성물은 이온 교환 공정에 의해 화학적으로 강화될 수 있다. 몇몇 변형에서, 조성물은 리튬 이온이 없을 수 있다.
기판(30)용으로 적합한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물은, 알루미나, 적어도 하나의 알칼리 금속 및, 몇몇 구현예에서, 50 mol.%를 초과하는 SiO2, 다른 구현예에서, 적어도 58 mol.%의 SiO2, 및 또 다른 구현예에서, 적어도 60 mol.%의 SiO2를 포함하고, 여기서, 비 (Al2O3+B2O3)/∑개질제(즉, 개질제의 합)는 1을 초과하며, 여기서, 성분의 비는 mol.%로 표시되고, 개질제는 알칼리 금속 산화물이다. 이러한 조성물은, 특정 구현예에서: 58-72 mol.% SiO2; 9-17 mol.% Al2O3; 2-12 mol.% B2O3; 8-16 mol.% Na2O; 및 0-4 mol.% K2O를 포함하고, 여기서, 비 (Al2O3+B2O3)/∑개질제(즉, 개질제의 합)는 1을 초과한다.
기판(30)용으로 또 다른 적합한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물은: 64-68 mol.% SiO2; 12-16 mol.% Na2O; 8-12 mol.% Al2O3; 0-3 mol.% B2O3; 2-5 mol.% K2O; 4-6 mol.% MgO; 및 0-5 mol.% CaO를 포함하고, 여기서: 66 mol.% ≤ SiO2+B2O3+CaO ≤ 69 mol.%; Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO > 10 mol.%; 5 mol.% ≤ MgO+CaO+SrO ≤ 8 mol.%; (Na2O+B2O3)―Al2O3 ≤ 2 mol.%; 2 mol.% ≤ Na2O―Al2O3 ≤ 6 mol.%; 및 4 mol.% ≤ (Na2O+K2O)-Al2O3 ≤ 10 mol.%이다.
기판(30)용으로 또 다른 적합한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물은: 2 mol.% 이상의 Al2O3 및/또는 ZrO2, 또는 4 mol.% 이상의 Al2O3 및/또는 ZrO2를 포함한다.
하나의 대표 유리 조성물은 SiO2, B2O3 및 Na2O를 포함하며, 여기서, (SiO2+B2O3) ≥ 66 mol.%, 및 Na2O ≥ 9 mol.%이다. 하나의 구현예에서, 조성물은 적어도 6 wt.%의 산화 알루미늄을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 조성물은 적어도 5 wt.%의 알칼리 토산화물을 포함한다. 적합한 조성물은, 몇몇 구현예에서, K2O, MgO, 및 CaO 중 적어도 하나를 더욱 포함한다. 특정 구현예에서, 기판(30)의 조성물은, 61-75 mol.% SiO2; 7-15 mol.% Al2O3; 0-12 mol.% B2O3; 9-21 mol.% Na2O; 0-4 mol.% K2O; 0-7 mol.% MgO; 및 0-3 mol.% CaO를 포함한다.
기판(30)용으로 적합한 또 다른 대표 조성물은: 60-70 mol.% SiO2; 6-14 mol.% Al2O3; 0-15 mol.% B2O3; 0-15 mol.% Li2O; 0-20 mol.% Na2O; 0-10 mol.% K2O; 0-8 mol.% MgO; 0-10 mol.% CaO; 0-5 mol.% ZrO2; 0-1 mol.% SnO2; 0-1 mol.% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3를 포함하고; 여기서, 12 mol.% ≤ (Li2O+Na2O+K2O) ≤ 20 mol.% 및 0 mol.% ≤ (MgO+CaO) ≤ 10 mol.%이다.
기판(30)용으로 적합한 또 다른 대표 유리 조성물은: 63.5-66.5 mol.% SiO2; 8-12 mol.% Al2O3; 0-3 mol.% B2O3; 0-5 mol.% Li2O; 8-18 mol.% Na2O; 0-5 mol.% K2O; 1-7 mol.% MgO; 0-2.5 mol.% CaO; 0-3 mol.% ZrO2; 0.05-0.25 mol.% SnO2; 0.05-0.5 mol.% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3를 포함하고; 여기서, 14 mol.% ≤ (Li2O+Na2O+K2O) ≤ 18 mol.% 및 2 mol.% ≤ (MgO+CaO) ≤ 7 mol.%이다.
기판(30)은 실질적으로 평면이거나 시트-형일 수 있지만, 다른 구현예는 만곡되거나 또는 형상화되거나 조각된 기판을 활용할 수 있다. 기판(30)의 길이 및 폭은, 윈도우(24)에 필요한 치수에 따라 변할 수 있다. 기판(30)은 플로우트(float) 유리 공정 및 다운 인발(down-draw) 공정, 예컨대, 퓨전 인발(fusion draw) 및 슬롯 인발(slot draw)과 같은 다양한 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 기판(30)은 강화되지 않은 상태로 사용될 수 있다.
기판(30)을 형성하는 유리는, 압축 응력("CS") 하에 있도록 제1 표면(32)과 인접한 영역 및/또는 제2 표면(34)과 인접한 영역을 갖도록 변경될 수 있다. 이러한 상황에서, 압축 응력 하에 영역(들)은, 제1 표면(32) 및/또는 제2 표면(34)으로부터 압축의 깊이(들)까지 연장된다. 이러한 압축 응력의 발생은, 인장 응력 하에 중심 영역을 더욱 생성시켜, 중앙 장력 또는 중심 장력(CT)으로 지칭되는, 중심 영역의 중심에서 최대값을 갖는다. 중심 영역은 압축의 깊이들 사이에서 연장되고 인장 응력 하에 있다. 중심 영역의 인장 응력은 압축 응력 하에 영역의 압축 응력과 균형을 이루거나 압축 응력을 상쇄시킨다. 여기에서 사용되는 바와 같은, 용어 "압축의 깊이" 및 "DOC"는, 기판(30) 내에 응력이 압축 응력으로부터 인장 응력으로 변화하는 깊이를 지칭한다. 압축의 깊이에서, 응력은 양의(압축) 응력으로부터 음의(인장) 응력으로 교차하고, 따라서, 0의 값을 갖는다. 압축의 깊이는, 기판(30)의 제1 및/또는 제2 표면(32, 34)에 날카로운 충격에 의해 도입된 흠의 전파로부터 기판(30)을 보호하는 반면, 압축 응력은 흠이 압축의 깊이를 통해 성장하고 침투할 가능성을 최소화시킨다. 구현예들에서, 압축의 깊이들은 각각 적어도 20 ㎛이다. 구현예들에서, 영역들 내에 최대 압축 응력(CS)의 절대값은, 적어도 200 MPa, 최대 약 400 MPa, 또는 최대 약 1000 MPa이다. 구현예에서, 영역들 내에 최대 압축 응력의 절대값은 적어도 600 MPa이다.
압축 응력 하에 있는 영역을 갖는 기판(30)에 대한 상세하고 정확한 응력 프로파일(깊이의 함수에 따른 응력)을 추출하기 위한 두 가지 방법은, 명칭이 "Systems and Methods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass"이고, 2011년 5월 25일자에 출원된, 미국 가 특허출원 제61/489,800호의 우선권을 주장하여, 2012년 5월 3일자에 Douglas Clippinger Allan 등에 의해, 동일한 명칭으로 출원된, 미국 특허 제9,140,543호에 개시되어 있고, 이들의 내용은 그 전체가 참조로 여기에 혼입된다.
구현예에서, 압축 응력 하에 있는 기판(30)의 영역(들)을 발생시키는 것은, 기판(30)에 이온-교환 화학적 템퍼링 공정(화학적 템퍼링은 종종 "화학적 강화"로 지칭됨)을 적용하는 단계를 포함한다. 이온-교환 화학적 템퍼링 공정에서, 기판(30)의 제1 및 제2 표면(32, 34)에서 또는 그 근처에 이온은, 보통 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 이온으로 대체되거나 또는 교환된다. 기판(30)이 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 보로실리케이트 유리, 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 알칼리 실리케이트 유리를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어지는 구현예에서, 유리의 표면층에 이온 및 더 큰 이온은, Na+(Li+가 유리에 존재하는 경우), K+, Rb+, 및 Cs+와 같은, 1가 알칼리 금속 양이온이다. 선택적으로, 제1 및 제2 표면(32, 34) 내에, 표면에, 또는 그 근처의 1가 양이온은, Ag+ 또는 이와 유사한 것과 같은, 알칼리 금속 양이온 이외의 1가 양이온으로 대체될 수 있다.
구현예에서, 이온-교환 공정은, 기판(30) 내에 더 작은 이온과 교환될 더 큰 이온을 함유하는 용융염 욕조에 기판(30)을 침지시켜 수행된다. 욕조 조성물 및 온도, 침지 시간, 염 욕조(또는 욕조들)에 유리의 침지의 횟수, 다중 염 욕조의 사용, 및 부가적인 단계, 예컨대, 어닐링, 세척, 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 이온-교환 공정에 대한 파라미터가, 일반적으로 기판(30)의 조성물 및 강화 작업으로부터 결과하는 기판(30)의 원하는 압축의 깊이 및 압축 응력에 의해 결정된다는 것은, 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 알칼리 금속-함유 유리 기판의 이온-교환은, 더 큰 알칼리 금속 이온의 질산염, 황산염, 및 염화물과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 염을 함유하는 적어도 하나의 용융 욕조에 침지시켜 달성될 수 있다. 구현예에서, 용융염 욕조는, 질산 칼륨(0-100wt%), 질산 나트륨(0-100wt%), 및 질산 리튬(0-12wt%)을 포함하며, 조합된 질산 칼륨 및 질산 나트륨은 88 wt% 내지 100 wt%의 범위 내에서 중량 퍼센트를 갖는다. 구현예에서, 용융염 욕조의 온도는 통상적으로 약 350℃ 내지 약 500℃의 범위인 반면, 침지 시간은, 약 20분 내지 약 10시간을 포함하여, 약 15분 내지 약 40시간의 범위이다. 그러나, 전술된 것과 다른 온도 및 침지 시간은 또한 사용될 수 있다. 기판(30)은, 표면 흠의 영향을 제거하거나 감소시키기 위해 산 연마되거나 또는 달리 처리될 수 있다.
기판(30)은 제1 표면(32)과 제2 표면(34) 사이에 최단 직선 거리로 정의되는 두께(35)를 갖는다. 구현예에서, 기판(30)의 두께(35)는 약 100 ㎛ 내지 약 5 ㎜이다. 하나 이상의 구현예에 따르면, 기판(30)은, 약 100 ㎛ 내지 약 500 ㎛(예를 들어, 100, 200, 300, 400, 또는 500 ㎛) 범위의 물리적 두께(35)를 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 두께(35)는, 약 500 ㎛ 내지 약 1000 ㎛(예를 들어, 500, 600, 700, 800, 900, 또는 1000 ㎛)의 범위이다. 두께(35)는, 약 1 ㎜를 초과(예를 들어, 약 2, 3, 4, 또는 5 ㎜)할 수 있다. 하나 이상의 특정 구현예에서, 두께(35)는 2 ㎜ 이하 또는 1 ㎜ 미만이다. 기판(30)용으로 적합한 상업적으로 이용 가능한 조성물은, Gorilla® Glass(약 850 MPa의 CS, 및 약 40 microns의 DOC, 및 1.0 millimeter(㎜)의 두께(35)를 갖는 Corning 코드 #5318)이다.
유리 대신에, 또는 유리에 부가하여, 기판(30)은, 가시광을 흡수하는, IR-투과 물질층이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 이러한 물질의 예로는, 적외선 파장을 투과하고, 가시 파장을 흡수하는, 아크릴 시트, 예컨대, ePlastics으로부터 상표명 Plexiglas® IR acrylic 3143 및 CYRO's ACRYLITE® IR acrylic 1146으로 상업적으로 이용 가능한 것을 포함한다. Plexiglas® IR acrylic 3143은, 약 700 ㎚ 이하(가시광선 스펙트럼 내)의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 1% 미만(적어도 10% 미만)의 투과율을 갖지만, (905 ㎚를 포함하는) 800 ㎚ 내지 약 1100 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 약 90%(85% 이상)의 투과율을 갖는다.
하나 이상의 구현예에서, 기판(30)은, 약 1.45 내지 약 1.55의 범위에서 굴절률을 나타낸다. 여기에서 사용된 바와 같은, "굴절률"은, 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 물질(여기서, 기판(30))의 굴절률을 지칭한다. 여기서, "굴절률" 및 "굴절 지수"는 동의어로 사용된다.
이하, 도 4를 참조하면, 적층 필름(36)(및 존재하는 경우, 제2 적층 필름(38))은, 고굴절률 물질(40) 및 저굴절률 물질(42)의 교번층을 포함한다. 여기에서 사용된 바와 같은, 용어 "고굴절률" 및 "저굴절률"은, 서로에 대한 굴절률의 값을 지칭한다. 구현예에서, 고굴절률 물질(40)은 약 1.7 내지 약 3.0의 굴절률을 갖는다. 구현예에서, 저굴절률 물질(42)은 약 1.3 내지 약 1.6의 굴절률을 갖는다. 다른 구현예에서, 저굴절률 물질(42)은 약 1.3 내지 약 1.7의 굴절률을 갖는 반면, 고굴절률 물질(40)은 약 1.7 내지 약 2.5의 굴절률을 갖는다. 고굴절률 물질(40)과 저굴절률 물질(42)의 굴절률에서 차이는, 약 0.10 이상, 0.20 이상, 0.3 이상, 0.4 이상, 또는 심지어 0.5 이상일 수 있다. 고굴절률 물질(40) 및 저굴절률 물질(42)의 굴절률에서 차이 때문에, 교번층의 수(양) 및 이들 두께의 조작은, 적층 필름(36)을 통해 파장의 범위 내에서 전자기 복사선의 선택적인 투과, 및 별도로, 적층 필름(36)에서 파장의 범위 내에서 전자기 복사선의 선택적 반사율을 야기할 수 있다. 적층 필름(36)은, 제2 적층 필름(38)과 함께, 미리결정된 광학 특성을 갖는 박-막 광학 필터이다.
저굴절률 물질(42) 층에 또는 저굴절률 물질(42) 층으로서 사용하기에 적합한 물질의 몇몇 예로는, SiO2, Al2O3, GeO2, SiO, AlOxNy, SiOxNy, SiuAlvOxNy, MgO, MgAl2O4, MgF2, BaF2, CaF2, DyF3, YbF3, YF3, 및 CeF3를 포함한다. 저굴절률 물질(42)에서 또는 저굴절률 물질(42)로서 사용하기 위한 물질의 질소 함량은 (예를 들어, AlOxNy, SiOxNy, 및 SiuAlvOxNy와 같은 물질에서) 최소화될 수 있다. 예를 들어, 질소 함량은, AlOxNy, SiOxNy, 및 SiuAlvOxNy와 같은 물질에서, 20 원자% 미만의 질소 또는 10 원자% 미만의 질소일 수 있다.
고굴절률 물질(40)에 또는 고굴절률 물질(40)로서 사용하기에 적합한 물질의 몇몇 예로는, SiNx, AlNx, SiuAlvOxNy, Ta2O5, Nb2O5, AlN, Si3N4, AlOxNy, SiOxNy, HfO2, TiO2, ZrO2, Y2O3, Al2O3, MoO3, 및 다이아몬드-형 탄소를 포함한다. 고굴절률 물질(40)용 물질의 산소 함량은, 특히, SiNx 또는 AlNx 물질에서 최소화될 수 있다. AlOxNy 물질은 산소-도핑된 AlNx로 고려될 수 있다, 즉, 이들은 AlNx 결정 구조(예를 들어, 우르츠광(wurtzite))를 가질 수 있고, AlON 결정 구조를 가질 필요가 없다. 고굴절률 물질(40)에 또는 고굴절률 물질(40)로서 사용하기 위한 대표적인 AlOxNy 물질은, 30 원자% 내지 약 50 원자%의 질소를 포함하면서, 약 0 원자% 내지 약 20 원자%의 산소, 또는 약 5 원자% 내지 약 15 원자%의 산소를 포함할 수 있다. 고굴절률 물질(40)에 또는 고굴절률 물질(40)로서 사용하기 위한 대표적인 SiuAlvOxNy는, 약 10 원자% 내지 약 30 원자% 또는 약 15 원자% 내지 약 25 원자%의 규소, 약 20 원자% 내지 약 40 원자% 또는 약 25 원자% 내지 약 35 원자%의 알루미늄, 약 0 원자% 내지 약 20 원자% 또는 약 1 원자% 내지 약 20 원자%의 산소, 및 약 30 원자% 내지 약 50 원자%의 질소를 포함할 수 있다. 상기 물질은 약 30 중량%까지 수소화될 수 있다. 고굴절률 물질(40) 및 저굴절률 물질(42)의 굴절률이 서로 상대적이기 때문에, (Al2O3와 같은) 동일 물질은, 저굴절률 물질(42)용으로 선택된 물질(들)의 굴절률에 따라 고굴절률 물질(40)용으로 적합할 수 있고, 선택적으로, 고굴절률 물질(40)용으로 선택된 물질(들)의 굴절률에 따라 저굴절률 물질(42)용으로 적합할 수 있다.
구현예에서, 저굴절률 물질(42)은 SiO2이고, 고굴절률 물질(40)은 Si3N4이다. Si3N4의 고굴절률 물질(40)의 층은 높은 경도를 나타낸다.
고굴절률 물질(40) 및 저굴절률 물질(42)의 교번층의 수는 특별히 제한되지 않는다. 구현예에서, 적층 필름(36) 내에 교번층의 수는, 7 이상, 9 이상, 11 이상, 21 이상, 31 이상, 51 이상, 및 81 이상이다. 일반적으로, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38)) 내에 층의 수가 많을수록, 투과율 및 반사율 특성은 하나 이상의 특정 파장 또는 파장 범위로 더 좁게 조정될 수 있다.
반사된 복사선(28)은 윈도우(24)와 상호작용시 적층 필름(36)의 말단 표면(44)과 먼저 만나고, 말단 표면(44)은 외부 환경(26)에 개방될 수 있다. 하나의 구현예에서, 저굴절률 물질(42)의 층은 말단 표면(44)을 제공하여 외부 환경(26)에서 공기의 굴절률에 더 가깝게 일치시키고, 따라서, 말단 표면(44)에서 입사 전자기 복사선(반사된 복사선(28)이든 그렇지 않든)의 반사를 감소시킨다. 말단 표면(44)을 제공하는 저굴절률 물질(42)의 층은, 기판(30)으로부터 가장 멀리 있는 적층 필름(36)의 층이다. 유사하게, 일 구현예에서, 저굴절률 물질(42)이 SiO2인 경우, 저굴절률 물질(42)의 층은 기판(30)의 제1 표면(32) 상에 직접 배치되며, 이는 통상적으로 큰 몰 퍼센트의 SiO2를 포함할 것이다. 이론에 구속됨이 없이, SiO2의 저굴절률 물질(42)과 기판(30) 사이에 유사한 화학적 구성은 SiO2가 기판(30)에 잘 접합되도록 하는 것으로 생각된다. 이러한 경우에, 이러한 저굴절률 물질(42)의 층은, 기판(30)에 가장 가까운 적층 필름(36)의 층이다.
비교적 높은 굴절률을 갖는 물질은 종종 내스크래치성을 제공하는 비교적 높은 경도를 동시에 갖는다. 적층 필름(36)의 제2 층이든 그렇지 않든, 고굴절률 물질(40)의 두께는, 윈도우(24)의 내스크래치성 및/또는 내손상성을 증가시키기 위해 최대화될 수 있다. 구현예들에서, 이러한 최대-두께의 고굴절률 물질(40)의 두께는, 적층 필름(36)의 두께의 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 또는 심지어 80% 이상의 두께를 갖는다. 윈도우(24)에 내스크래치성 및/또는 내손상성을 부여하기 위해 선택된 고굴절률 물질(40)의 두께는, 윈도우(24)에 대한 의도된 적용의 함수에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 차량(10)의 지붕(14)에 활용되는 윈도우(24)용 적층 필름(36)은, 차량(10)의 전방 부분(16)에 활용되는 윈도우(24)용 적층 필름(36)과 다른 경도 및 내스크래치성 요건을 가질 수 있으며, 따라서 고굴절률 물질(40)의 최대-두께 층에 대해 다른 두께를 가질 수 있다. 적층 필름(36)의 나머지 층 각각의 수량 및 두께는, 여기에 기재된 바와 같은 원하는 광학 특성을 윈도우(24)에 부여하도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 적층 필름(36)의 나머지 층의 수량 및 두께는, 여기에 기재된 바와 같이 원하는 반사율 및 투과율 광학 특성을 윈도우(24)에 제공하기 위해, 윈도우(24)에 내스크래치성 및/또는 내손상성을 부여하도록 최대화된 고굴절률 물질(30)의 선택된 두께를 수용하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 전체로서 적층 필름(36)(따라서 윈도우(24))의 반사율 및 투과율 특성은, 고굴절률 물질(40)의 최대-두께 층의 두께에 대한 이들 특성의 민감도(sensitivity)를 최소화하도록 구성될 수 있다. 제2 적층 필름(38)이 적층 필름(36)에 부가하여 활용되는 경우, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38) 모두에 대한 층의 수량, 뿐만 아니라, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38) 모두의 교번층의 두께는, 윈도우(24)가 850 ㎚ 내지 950 ㎚(예컨대, 905 ㎚)의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 원하는 투과율 및/또는 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 고굴절률 물질(40)의 최대-두께 층은 적층 필름(36)에 배치될 수 있고, 제2 적층 필름(38)은 적층 필름(36)보다 더 많은 수의 교번층을 포함할 수 있다.
고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층의 적층 필름(36) 내에 두께 및 위치는, 전체로서 적층 필름(36), 따라서 윈도우(24)에 원하는 수준의 경도 및 내스크래치성을 제공하도록 최적화될 수 있다. 구현예들에서, 윈도우(24)에 경도 및 내스크래치성을 제공하는 층으로 역할을 하는 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층은, 500 ㎚ 내지 10000 ㎚의 두께, 예컨대, 1950 ㎚ 내지 5150 ㎚의 범위 내에 두께를 갖는다. 고굴절률 물질(40)의 경도는 구체적으로 특징지어질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 측정된 것으로, 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층의 최대 경도는, (말단 표면(44)으로부터 측정된) 50 ㎚ 내지 1000 ㎚의 하나 이상의 압입 깊이에서 약 8 GPa 이상, 약 10 GPa 이상, 약 12 GPa 이상, 약 15 GPa 이상, 또는 약 18 GPa 이상일 수 있다. 이러한 수준의 경도는, 전술한 바와 같이, 차량(10)이 이동하는 동안 마주치는 모래, 작은 돌, 파편, 및 기타 물체로 인한 충격 손상에 대한 내성을 제공한다. 따라서, 이러한 수준의 경도는, 충격 손상으로 인해 유발할 수 있는 광학 산란 및 LIDAR 시스템(12)의 저하된 성능을 감소시키거나 방지한다. 여기에 사용된 바와 같은, "베르코비치 압입자 경도 시험"은 다이아몬드 베르코비치 압입자로 물질의 표면을 압입하여 이의 표면 상에 물질의 경도를 측정하는 단계를 포함한다. 베르코비치 압입자 경도 시험은, 일반적으로 Oliver, W. C.; Pharr, G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. J. Mater. Res., Vol. 7, No. 6, 1992, 1564-1583; 및 Oliver, W. C.; Pharr, G. M. Measurement of Hardness and Elastic Modulus by Instrument Indentation: Advances in Understanding and Refinements to Methodology. J. Mater. Res., Vol. 19, No. 1, 2004, 3-20에 서술된 방법들을 사용하여, 다이아몬드 베르코비치 압입자로 기판(30)의 말단 표면(44)을 압입하여 약 50 ㎚ 내지 약 1000 ㎚(또는 적층 필름(36)의 전체 두께, 둘 중 더 작은 것) 범위의 압입 깊이로 압흔을 형성시키는 압입 단계 및 전체 압입 깊이 범위 또는 이러한 압입 깊이 범위의 부분(예를 들어, 약 100 ㎚ 내지 약 600 ㎚의 범위)를 따라 이러한 압입으로부터 최대 경도를 측정하는 단계를 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, 경도는 평균 경도가 아닌, 최대 경도를 지칭한다.
일 구현예에서, 말단 표면(44)을 제공하는 저굴절률 물질(42)은, 문제의 전자기 복사선의 905 ㎚ 파장의 50% 미만, 또는 45% 미만, 또는 40% 미만, 또는 35% 미만, 또는 30% 미만, 또는 25% 미만, 또는 15% 미만, 또는 10% 미만, 또는 5% 미만, 또는 4% 미만, 또는 3% 미만, 또는 2% 미만 및 심지어 1.2% 미만인 두께를 갖는다. 예를 들어, 905 ㎚의 5% 미만의 두께는 45.25 ㎚ 미만이다. 구현예들에서, 말단 표면(44)을 제공하는 저굴절률 물질(42)의 두께는 130 ㎚ 내지 180 ㎚이다. 말단 표면(44)을 제공하는 저굴절률 물질(42)의 두께를 최소화하는 것은, 말단 표면(44)을 제공하는 저굴절률 물질(42) 바로 아래에 제공된 고굴절률 물질(40)에 의해 제공되는 내스크래치성 및/또는 내손상성을 향상시킨다. 언급된 바와 같이, 구현예에서, 윈도우(24)에 최대 경도를 부여하는 고굴절률 물질(40)의 층은, 외부 환경(26)으로부터 적층 필름(36)의 제2 층, 즉, 윈도우(24)의 말단 표면(44)을 제공하는 저굴절률 물질(42)의 층에 인접한 층이다.
적층 필름(36)은 두께(46)를 갖는다. 적층 필름(36)의 두께(46)는, 여기에서 기재된 투과율 및 반사율 특성을 여전히 제공하면서 약 1 ㎛ 이상일 수 있다. 구현예들에서, 두께(46)는, 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛를 포함하는, 1 ㎛ 내지 20 ㎛의 범위이다. 약 1 ㎛의 하한은 대략적으로 경도 및 내스크래치성을 여전히 제공하는 최소 두께(46)이다. 두께(46)의 상한은, 기판(30) 상에 적층 필름(36)의 층을 배치하는데 필요한 비용 및 시간에 의해 제한된다. 부가하여, 두께(46)의 상한은, 적층 필름(36)이 기판(30)를 휘게 하는 것을 방지하기 위해 제한되며, 이는 기판(30)의 두께에 의존한다.
고굴절률 물질(40)의 최대 두께를 통해 경도 및 내스크래치성을 부여하는 것을 통해 배경기술에서 논의된 문제를 해결함과 동시에, 적층 필름(36)은 또한 윈도우(24)를 통해 905 ㎚의 파장을 갖는 반사된 복사선(28)의 투과율을 최대화한다. 구현예에서, 윈도우(24)는, 적층 필름(36)을 통해, 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에서 투과율을 최대화하고, 몇몇 사례에서, 1550 ㎚ 파장의 투과율을 최대화하거나, 또는 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에서 투과율을 최대화한다. 구현예에서, 윈도우(24)는, 적층 필름(36)을 통해, 905 ㎚ 파장, 또는 850 ㎚ 내지 950 ㎚ 범위 내에 파장의 80% 초과, 또는 90% 초과, 또는 94% 초과, 또는 95% 초과, 또는 심지어 98%를 초과하는 평균 투과율을 갖는다. 구현예에서, 윈도우(24)는, 적층 필름(36)을 통해, 부가적으로 80% 초과, 또는 90% 초과, 또는 94% 초과, 또는 95% 초과, 또는 심지어 98%를 초과하는 1550 ㎚ 파장, 또는 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 파장의 평균 투과율을 갖는다. 용어 "투과율"은, 물질(예를 들어, 윈도우(24), 기판(30), 적층 필름(36), 또는 이들의 부분)를 통해 투과된 주어진 파장 범위 내에 입사 광 파워(incident optical power)의 퍼센트를 지칭한다.
부가하여, 적층 필름(36)은 905 ㎚의 파장을 갖는 반사된 복사선(28)의 반사율을 최소화한다. 구현예에서, 적층 필름(36)을 통한 윈도우(24)는, 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에서 반사율을 최소화하고, 몇몇 사례에서, 1550 ㎚ 파장, 또는 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에서 반사율을 최소화한다. 구현예에서, 윈도우(24)는, 적층 필름(36)을 통해, 0° 내지 8°, 0° 내지 15°, 또는 0° 내지 25°의 입사각 범위에 걸쳐, 5%, 또는 3% 미만, 또는 2% 미만, 또는 1% 미만, 또는 0.8% 미만, 또는 심지어 0.6% 미만의 905 ㎚ 파장, 또는 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에 파장의 평균 반사율을 갖는다. 구현예에서, 윈도우(24)는, 적층 필름(36)을 통해, 부가적으로 0° 내지 8°, 0° 내지 15°, 또는 0° 내지 25°의 입사각 범위에 걸쳐, 5% 미만, 또는 3% 미만, 또는 2% 미만, 또는 1% 미만, 또는 심지어 0.6% 미만의 1550 ㎚ 파장, 또는 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 파장의 평균 투과율을 갖는다. 일 구현예에서, 윈도우(24)는, 적층 필름(36)을 통해, 0°의 입사각에서 또는 그 부근에서 905 ㎚ 및 1550 ㎚ 모두에서 2% 미만(예컨대, 1% 미만)의 반사율을 갖는다. 용어 "반사율"은 유사하게 물질(예를 들어, 윈도우(24), 기판(30), 적층 필름(36), 또는 이들의 일부)로부터 반사되는 주어진 파장 범위 내에 입사 광 파워의 퍼센트로 정의된다.
구현예에서, 윈도우(24)는, 5% 미만, 또는 3% 미만, 또는 심지어 1% 미만으로 가시광선 영역(예컨대, 450 ㎚ 내지 650 ㎚, 또는 380 ㎚ 내지 700 ㎚) 내에 파장의 투과율을 감소시키기 위해, 유기 염료, 간섭 미러층, 또는 둘의 조합을 부가적으로 포함한다. 가시 영역 내에 파장을 흡수하지만, 905 ㎚ 및 1550 ㎚에서 투과하는 유기 염료의 예로는, 상표명 800 ㎚ Long Pass 및 AG-300-800 ㎚ 잉크로 Adam Gates & Company로부터 이용 가능한 것을 포함한다.
구현예에서, 윈도우(24)는, 반사된 적층 필름(36)을 통해, 가시광선 범위 내에 파장(예를 들어, 300 ㎚ 내지 800 ㎚, 또는 350 ㎚ 내지 750 ㎚, 또는 400 ㎚ 내지 700 ㎚, 또는 500 ㎚ 내지 700 ㎚, 또는 550-700 ㎚의 범위 내에 파장)의 반사율을 부가적으로 최대화한다. 예를 들어, 구현예들에서, 윈도우(24)는, 반사된 적층 필름(36)을 통해, 0° 내지 8°, 0° 내지 15°, 또는 0° 내지 25°의 입사각 범위에 걸쳐, 80% 초과, 또는 90% 초과, 95% 초과, 또는 심지어 97%를 초과하는 가시 범위에서 평균 반사율을 갖는다. 구현예에서, 윈도우(24)는, 반사된 적층 필름(36)을 통해, 부가적으로 20% 미만, 10% 미만, 5% 미만, 또는 심지어 3% 미만의 가시 범위 내에 파장의 평균 투과율을 갖는다. 가시 범위 내에 파장의 반사율이 증가하고, 및/또는 투과율이 감소함에 따라, 전자기 복사선 이미터 및 센서(18)에 (a) 간섭하는 노이즈; 및 (b) 열원 히팅으로 작용하는 이들 파장들의 능력은 감소한다.
적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 층들(즉, 고굴절률 물질(40) 및 저굴절률 물질(42)의 층들)은, 개별 증착 또는 연속 증착 공정을 포함하는, 당업계에 공지된 임의의 방법에 의해 형성될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 층은 연속 증착 공정만을 사용하여 형성될 수 있거나, 또는 선택적으로, 오직 개별 증착 공정만을 사용하여 형성될 수 있다.
실시예
하기 실시예들은 여기에 기재된 윈도우(24)의 구현예(따라서, 적층 필름(36) 및 기판(30)을 통한 것을 포함함)를 통해 파장 905 ㎚를 갖는 반사된 복사선(28)의 투과율, 뿐만 아니라 윈도우(24)의 말단 표면(44)에서 파장 905 ㎚를 갖는 반사된 복사선(28)의 안티-반사율(anti-reflectance)을 입증하기 위해 컴퓨터 촉진 모델링(computer facilitated modeling)을 사용하는 모든 모델링된 실시예이다.
기판(30), 뿐만 아니라 적층 필름(36)의 고굴절률 물질(40) 및 저굴절률 물질(42)의 교번층 각각의 (파장의 함수에 따른) 굴절률은, 반응성 스퍼터링으로 제작된 단-층 실험 샘플로부터 분광 타원계측법(spectroscopic ellipsometry)을 사용하여 측정된다. 이렇게 측정된 굴절률은 그 다음 모델링된 실시예에 대한 투과 및 반사 스펙트럼을 계산하는데 사용된다. 모델링된 실시예들은 편의상 이들의 설명 표에서 단일 굴절률 값을 사용하며, 이는 약 950 ㎚ 파장에서 굴절률 분산 곡선에서 선택된 지점에 해당한다. 실시예로부터 명백해지는 바와 같이, 기판(30)에 대해 미리결정된 두께(35) 및 경도 및 내손상성 특성을 부여하는 고굴절률 물질(40)의 층에 대해 미리결정된 최대 두께를 가정하고, 적층 필름(36)에서 고굴절률 물질(40) 및 저굴절률 물질(42)의 교번층의 수량 및 두께는, 원하는 평균 투과율 및 평균 반사율 값을 윈도우(24)에 제공하도록 구성될 수 있다. 압입 경도 값은 또한 실험적으로 제작된 단-층 필름, 및 아래에서 모델링된 실시예와 유사한(그러나, 정확히 동일하지는 않은) 특성을 갖는 다층 스택에 대해 측정된다. 이러한 실험 경도 정보는, 최대 압입 경도 값, 및 500 ㎚ 압입 깊이에서 경도 값이, 실시예 1 및 실시예 1A의 경우 약 16 GPa보다 높고, 실시예 2 및 실시예 3의 경우 약 15 GPa보다 높으며, 실시예 4의 경우 약 18 GPa보다 높고, 실시예 5-7의 경우 약 16 GPa보다 높으며, 및 실시예 8의 경우 약 15 GPa보다 높다는 높은 신뢰도로의 추정을 가능하게 한다.
실시예 1 - 실시예 1의 윈도우(24)는, 표 1에 나타낸 바와 같이, 강화된 알루미노실리케이트 기판(30)(Gorilla® Glass(Corning 코드 #5318)) 상에 배치된, 순차적으로 차례로 쌓아 배치된 고굴절률 물질(40)(Si3N4) 및 저굴절률 물질(42)(SiO2)의 일곱(7) 개의 교번층의 적층 필름(36)을 포함한다.
| 실시예 1의 구조 | |||
| 층 | 물질 | 905 ㎚에서 굴절률 | 물리적 두께(㎚) |
| 외부 환경(26) | 공기 | 1 | |
| 1 | SiO2 | 1.47139 | 153.7 |
| 2 | Si3N4 | 1.98054 | 2000.0 |
| 3 | SiO2 | 1.47139 | 25.9 |
| 4 | Si3N4 | 1.98054 | 64.7 |
| 5 | SiO2 | 1.47139 | 79.0 |
| 6 | Si3N4 | 1.98054 | 22.9 |
| 7 | SiO2 | 1.47139 | 25.0 |
| 기판(30) | GG5318 | 1.49539 | 1000000 |
| 인클로저(20) 내에 매체 | 공기 | 1 | |
| 총 코팅 두께 | 2371.1 | ||
기판(30)의 제1 표면(32)은, 905 ㎚ 파장에서 입사 반사된 복사선(28)의 대략 4%를 반사한다. 따라서, 기판(30)을 포함하는 윈도우(24)를 통한 가장 높은 가능한 투과율은 대략 96%이다. 도 5a에 재현된 파장 및 입사각("AOI")의 함수에 따라 윈도우(24)를 통한 투과율 퍼센트(말단 표면(44)을 향하는 기판(30)의 제2 표면(34)을 통한 입사)의 그래프에 예시된 바와 같이, 적층 필름(36)은 단지, 입사각에 따라, 투과율을 905 ㎚에서 최대 가능한 96%로부터 95.6% 내지 95.8%까지 미미하게 감소시킨다. 도 5b에 재현된 그래프에 예시된 바와 같이, 실시예 1의 윈도우(24)는, 약 905 ㎚에서 최고 투과율을 가지며, 입사 전자기 복사선의 파장이 가시광선 스펙트럼(740 ㎚에서 380 ㎚까지)을 통해 짧아짐에 따라 투과율이 하향 진동하지만 여전히 약 50% 이상을 유지한다. 이러한 사례에서, 윈도우(24)는, 위에서 언급된 바와 같이, 5% 미만, 또는 3% 미만, 또는 심지어 1% 미만으로 가시광선 영역(예컨대, 450 ㎚ 내지 650 ㎚, 또는 380 ㎚ 내지 700 ㎚) 내에 파장의 투과율을 감소시키기 위해, 유기 염료, 간섭 미러층, 또는 둘의 조합을 부가적으로 포함할 수 있다. 도 5c에 재현된 그래프는, 적층 필름(36)이 말단 표면(44)에서 905 ㎚의 파장을 갖는 반사된 복사선(28)의 (입사각에 따라) 0.2% 내지 0.4%를 최소로 반사하는 것을 예시한다. 실시예 1의 윈도우(24)는, 고굴절률 물질(40)(Si3N4)의 가장 두꺼운 최외곽층(층 2)으로 그 아래에 적층된 적층 필름(36)의 대부분의 다른 층들을 보호하는 내스크래치성을 부가적으로 제공하면서, 905 ㎚ 부근에서 최적화된 상기 투과율 및 반사율 특성을 제공한다.
실시예 1A - 실시예 1A의 윈도우(24)는, 고굴절률 물질(40)(Si3N4)의 최외곽층의 두께가 2000 ㎚로부터 5000 ㎚로 증가된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다. 실시예 1A의 윈도우(24)의 구성은 하기 표 1A에 나타낸다.
실시예 1A에 대한 도 6a-6c에서 재현된 그래프와 실시예 1에 대한 도 5a-5c에서 재현된 그래프를 비교하면, 고굴절률 물질(40)의 최외곽층의 증가된 두께는, 파장이 905 ㎚로부터의 편차에서 증가함에 따라, 더 극단적인 편차 및 진동을 야기하는 것을 나타낸다. 실시예 1A의 윈도우(24)는, 고굴절률 물질(40)(Si3N4)의 가장 두꺼운 최외곽층(층 2)으로 그 아래에 적층된 적층 필름(36)의 대부분의 다른 층들을 보호하는 내스크래치성을 부가적으로 제공하면서, 905 ㎚ 부근에서 최적화된 상기 투과율 및 반사율 특성을 제공한다.
실시예 2 - 실시예 2의 윈도우(24)는, 표 2에 나타낸 바와 같이, 강화된 알루미노실리케이트 기판(30)(Gorilla® Glass(Corning 코드 #5318)) 상에 배치된, 순차적으로 차례로 쌓아 배치된 고굴절률 물질(40)(Si3N4) 및 저굴절률 물질(42)(SiO2)의 아홉(9) 개의 교번층의 적층 필름(36)을 포함한다.
| 실시예 2의 구조 | |||
| 층 | 물질 | 905 ㎚에서 굴절률 | 물리적 두께(㎚) |
| 외부 환경(26) | 공기 | 1 | |
| 1 | SiO2 | 1.47139 | 157.4 |
| 2 | Si3N4 | 1.98054 | 153.1 |
| 3 | SiO2 | 1.47139 | 14.4 |
| 4 | Si3N4 | 1.98054 | 2000.0 |
| 5 | SiO2 | 1.47139 | 25.9 |
| 6 | Si3N4 | 1.98054 | 64.7 |
| 7 | SiO2 | 1.47139 | 79.0 |
| 8 | Si3N4 | 1.98054 | 22.9 |
| 9 | SiO2 | 1.47139 | 25.0 |
| 기판(30) | GG5318 | 1.49539 | 1000000.0 |
| 인클로저(20) 내에 매체 | 공기 | 1 | |
| 총 코팅 두께 | 2542.3 | ||
도 7a에 재현된 그래프는, 도 5a에 예시된 실시예 1의 경우보다 905 ㎚의 파장에서 대략 최대값인 96% 부근에서 파장이 증가하거나 감소함에 따라, 투과율에서 더 높은 감소율을 예시한다. 도 7b에 재현된 그래프에 예시된 바와 같이, 실시예 2의 윈도우(24)는 다시 약 905 ㎚에서 최고 투과율을 가지며, 입사 전자기 복사선의 파장이 가시광선 스펙트럼(740 ㎚ 내지 380 ㎚)을 통해 짧아짐에 따라 투과율은 다시 하향 진동한다. 하향 진동은 실시예 1과 비교하여 실시예 2에서 더 극단적이어서, 교번층의 수 및 이들의 두께가 가시 스펙트럼을 통해 파장이 짧아짐에 따라 윈도우(24)를 통한 투과율에서 더 큰 감소를 제공하도록 구성될 수 있음을 예시한다. 도 7c에 재현된 그래프는, 적층 필름(36)이 말단 표면(44)에서 905 ㎚의 파장을 갖는 반사된 복사선(28)의 (입사각에 따라) 대략 0% 내지 0.2%를 최소로 반사하는 것을 예시한다. 실시예 1에 대한 도 5c 및 실시예 2에 대한 도 7c의 비교는, 실시예 2의 적층 필름(36)이 실시예 1의 윈도우(24)(대략 0.2% 이상)보다 더 낮은 반사율(8° 내지 25°의 입사각에 대해 0.2% 미만)을 갖는 윈도우(24)를 제공하는 것을 나타낸다. 파장이 905 ㎚에서 멀어질수록 증가하거나 감소함에 따라, 아마도 적층 필름(36)에서 부가적인 층의 기능으로, 반사율은 증가하고 실시예 1(도 5c)에서보다 더 급격하게 증가한다. 실시예 2의 윈도우(24)는, 905 ㎚ 부근에서 최적화된 상기 투과율 및 반사율 특성을 제공하는 동시에 내스크래치성을 부가적으로 제공한다.
실시예 3 - 실시예 3의 윈도우(24)는, 표 3에 나타낸 바와 같이, 강화된 알루미노실리케이트 기판(30)(Gorilla® Glass(Corning 코드 #5318)) 상에 배치된, 순차적으로 차례로 쌓아 배치된 고굴절률 물질(40)(Si3N4) 및 저굴절률 물질(42)(SiO2)의 열한(11) 개의 교번층의 적층 필름(36)을 포함한다.
| 실시예 3의 구조 | |||
| 층 | 물질 | 905 ㎚에서 굴절률 | 물리적 두께(㎚) |
| 외부 환경(26) | 공기 | 1 | |
| 1 | SiO2 | 1.47139 | 157.5 |
| 2 | Si3N4 | 1.98054 | 152.7 |
| 3 | SiO2 | 1.47139 | 14.4 |
| 4 | Si3N4 | 1.98054 | 2000.0 |
| 5 | SiO2 | 1.47139 | 17.7 |
| 6 | Si3N4 | 1.98054 | 76.8 |
| 7 | SiO2 | 1.47139 | 63.2 |
| 8 | Si3N4 | 1.98054 | 39.3 |
| 9 | SiO2 | 1.47139 | 105.6 |
| 10 | Si3N4 | 1.98054 | 11.0 |
| 11 | SiO2 | 1.47139 | 25.0 |
| 기판(30) | GG5318 | 1.49539 | 1000000 |
| 인클로저(20) 내에 매체 | 공기 | 1 | |
| 총 코팅 두께 | 2663.2 | ||
실시예 3에 대한 도 8a-8c에서 재현된 그래프와 실시예 1에 대한 도 5a-5c 및 실시예 2에 대한 도 7a-7c에서 재현된 그래프를 비교하면, 적층 필름(36)에서 고굴절률 물질(40)(Si3N4) 및 저굴절률 물질(42)(SiO2)의 층의 수를 증가시키는 것은, 905 ㎚ 주변을 중심으로 하는 최대 투과율 및 최소 반사율의 대역을 좁히고, 파장이 905 ㎚에서 멀어져 이동함에 따라 투과율을 더 급격히 감소시키고 반사율을 감소시키는 것을 나타낸다. 실시예 3의 윈도우(24)는, 905 ㎚ 부근에서 최적화된 상기 투과율 및 반사율 특성을 제공하면서 내스크래치성을 부가적으로 제공한다.
실시예 4 - 실시예 4의 윈도우(24)는, 표 4에 나타낸 바와 같이, 강화된 알루미노실리케이트 기판(30)(Gorilla® Glass(Corning 코드 #5318)) 상에 배치된, 순차적으로 차례로 쌓아 배치된 고굴절률 물질(40)(Si3N4) 및 저굴절률 물질(42)(SiO2)의 일곱(7) 개의 교번층의 적층 필름(36)을 포함한다. 실시예 4 및 4D는, 말단 표면(44)을 제공하는 저굴절률 물질(42)(SiO2)의 두께를 10 ㎚(905 ㎚ 파장의 대략 1.1%)로 감소시킨다. 실시예 4에서, 말단 표면(44)을 제공하는 저굴절률 물질(42)의 바로 아래에 있는 고굴절률 물질(40)의 제2 층의 두께는 1955 ㎚(적층 필름(36)의 두께의 대략 82%)이다. 실시예 4D에서, 말단 표면(44)을 제공하는 저굴절률 물질(42)의 바로 아래에 있는 고굴절률 물질(40)의 제2 층의 두께는 126.5 ㎚(적층 필름(36) 두께의 대략 23%)이다.
| 실시예 4 및 4D의 구조 | ||||
| 실시예: | 4 | 4D | ||
| 층 | 물질 | 905 ㎚에서 굴절률 | 물리적 두께(㎚) | 두께(㎚) |
| 외부 환경(26) | 공기 | 1 | ||
| 1 | SiO2 | 1.47139 | 10 | 10 |
| 2 | Si3N4 | 1.98054 | 1955 | 126.5 |
| 3 | SiO2 | 1.47139 | 27.66 | 27.66 |
| 4 | Si3N4 | 1.98054 | 51.64 | 51.64 |
| 5 | SiO2 | 1.47139 | 206.58 | 206.58 |
| 6 | Si3N4 | 1.98054 | 94.24 | 94.24 |
| 7 | SiO2 | 1.47139 | 25 | 25 |
| 기판(30) | GG5318 | 1.49539 | ||
| 인클로저(20) 내에 매체 | 공기 | 1 | ||
| 총 코팅 두께 | 2370.1 | 541.6 | ||
(실시예 4에 대한) 도 9a 및 (실시예 4D에 대한) 도 10a에 재현된 그래프가 예시하는 바와 같이, 실시예 4D에 비해 실시예 4의 상기 표에서 층 2의 증가된 두께는, 윈도우(24)가 임의의 주어진 투과율 퍼센트를 초과(예컨대, 90% 초과)하여 투과시키는 905 ㎚ 부근의 좁아지는 파장의 범위, 뿐만 아니라 입사각에 대한 더 큰 민감도를 결과한다. 도 9a 및 도 10a의 그래프는, 전술한 다른 실시예에서와 같이 전체 윈도우(24)를 통한 투과율이 아닌 말단 표면(44)만을 통한 투과율에 대한 것임을 유의해야 한다. 유사하게, 도 9b 및 도 10b에서 재현된 그래프의 비교는, 실시예 4에서 층 2의 더 큰 두께가 파장의 함수에 따라 말단 표면(44)을 통한 투과율에서 더 큰 민감도를 유발하는 것을 예시한다. 도 9c 및 도 10c에서 재현된 그래프의 비교는, 실시예 4에서 층 2의 더 큰 두께가 파장의 함수에 따라 말단 표면(44)에서의 반사율에서 더 큰 민감도를 유발하는 것을 나타낸다. 실시예 4D와 비교하여 실시예 4에서 층 2의 더 큰 두께는, 다른 층들의 수량 및 두께가 그럼에도 불구하고 0 도(0°)의 입사각에서 및 905 ㎚의 파장을 갖는 입사 반사된 복사선(28)의 투과율을 최대화하고 반사율을 최소화하도록 구성될 수 있음을 보여준다. 그러나, 실시예 4에서 층 2의 더 큰 두께는, 0 도(0°)로부터의 입사각 및 905 ㎚으로부터의 파장의 편차에 대한 더 큰 민감도를 결과한다.
실시예 5 - 실시예 5의 윈도우(24)는, 표 5에 나타낸 바와 같이, 강화된 알루미노실리케이트 기판(30) 상에 배치된, 순차적으로 차례로 쌓아 배치된 고굴절률 물질(40)(Si3N4) 및 저굴절률 물질(42)(SiO2)의 스물-한(21) 개의 교번층의 적층 필름(36)을 포함한다.
| 실시예 5의 구조 | |||
| 층 | 물질 | 905 ㎚에서 굴절률 | 물리적 두께(㎚) |
| 외부 환경(26) | 공기 | 1 | |
| 1 | SiO2 | 1.4685 | 138.5 |
| 2 | Si3N4 | 1.9805 | 5087.0 |
| 3 | SiO2 | 1.4685 | 95.4 |
| 4 | Si3N4 | 1.9805 | 60.7 |
| 5 | SiO2 | 1.4685 | 107.6 |
| 6 | Si3N4 | 1.9805 | 86.7 |
| 7 | SiO2 | 1.4685 | 111.0 |
| 8 | Si3N4 | 1.9805 | 71.6 |
| 9 | SiO2 | 1.4685 | 92.1 |
| 10 | Si3N4 | 1.9805 | 65.2 |
| 11 | SiO2 | 1.4685 | 90.1 |
| 12 | Si3N4 | 1.9805 | 65.1 |
| 13 | SiO2 | 1.4685 | 89.7 |
| 14 | Si3N4 | 1.9805 | 64.6 |
| 15 | SiO2 | 1.4685 | 81.9 |
| 16 | Si3N4 | 1.9805 | 45.3 |
| 17 | SiO2 | 1.4685 | 73.2 |
| 18 | Si3N4 | 1.9805 | 64.7 |
| 19 | SiO2 | 1.4685 | 85.2 |
| 20 | Si3N4 | 1.9805 | 49.6 |
| 21 | SiO2 | 1.4685 | 76.2 |
| 기판(30) | 알루미노실리케이트 유리 | 1.5049 | 1000000 |
| 인클로저(20) 내에 매체 | 공기 | 1 | |
| 총 코팅 두께 | 6701.2 | ||
도 11a에 재현된 그래프는, 실시예 5의 윈도우(24)가 0° 내지 25°의 입사각의 범위에 걸쳐 905 ㎚ 파장에 대해 윈도우(24)를 통해 높은 투과율(>94.5%)을 제공함을 나타낸다. 도 11b에 재현된 그래프는, 실시예 5의 윈도우가, 특히 450 ㎚-650 ㎚의 파장 내에서, 가시광선의 감소된 투과율을 동시에 제공한다는 것을 나타내며, 여기서, 이들 파장의 가시광선의 대략 5 내지 30 퍼센트만이 윈도우(24)를 통해 투과된다. 도 11c에 재현된 그래프는, 실시예 5의 윈도우(24)가 0° 내지 25°의 모든 입사각에 대해 905 ㎚ 파장의 약간(1.5%, <1%, 또는 심지어 <0.5%)을 반사한다는 것을 나타낸다. 도 11d에 재현된 그래프는, 실시예 5의 윈도우(24)가 450 ㎚-650 ㎚ 파장 범위에서 가시광선의 60% 내지 90%를 반사하는 동시에, 0° 내지 8°에서 905 ㎚ 및 1550 ㎚ 입사의 파장에서 1% 미만을 포함하여, 800 ㎚-1800 ㎚의 전체 파장 범위에 걸쳐 입사 전자기 복사선을 약간(20% 미만) 반사한다는 것을 나타낸다. 실시예 5의 윈도우(24)는, 고굴절률 물질(40)(Si3N4)의 가장 두꺼운 최외곽층(층 2)으로 그 아래에 적층된 적층 필름(36)의 대부분의 다른 층들을 보호하는 내스크래치성을 부가적으로 제공하면서, 905 ㎚ 부근에서 최적화된 상기 투과율 및 반사율 특성을 제공한다.
실시예 6 - 실시예 6의 윈도우(24)는, 표 6에 나타낸 바와 같이, 강화된 알루미노실리케이트 기판(30) 상에 배치된, 순차적으로 차례로 쌓아 배치된 고굴절률 물질(40)(Si3N4) 및 저굴절률 물질(42)(SiO2)의 서른-한(31) 개의 교번층의 적층 필름(36)을 포함한다.
| 실시예 6의 구조 | |||
| 층 | 물질 | 905 ㎚에서 굴절률 | 물리적 두께(㎚) |
| 외부 환경(26) | 공기 | 1 | |
| 1 | SiO2 | 1.4685 | 136.7 |
| 2 | Si3N4 | 1.9805 | 2270.0 |
| 3 | SiO2 | 1.4685 | 110.2 |
| 4 | Si3N4 | 1.9805 | 93.6 |
| 5 | SiO2 | 1.4685 | 93.6 |
| 6 | Si3N4 | 1.9805 | 77.8 |
| 7 | SiO2 | 1.4685 | 147.1 |
| 8 | Si3N4 | 1.9805 | 85.0 |
| 9 | SiO2 | 1.4685 | 114.5 |
| 10 | Si3N4 | 1.9805 | 89.3 |
| 11 | SiO2 | 1.4685 | 97.9 |
| 12 | Si3N4 | 1.9805 | 67.4 |
| 13 | SiO2 | 1.4685 | 89.9 |
| 14 | Si3N4 | 1.9805 | 67.0 |
| 15 | SiO2 | 1.4685 | 133.9 |
| 16 | Si3N4 | 1.9805 | 51.5 |
| 17 | SiO2 | 1.4685 | 84.0 |
| 18 | Si3N4 | 1.9805 | 62.5 |
| 19 | SiO2 | 1.4685 | 87.6 |
| 20 | Si3N4 | 1.9805 | 65.0 |
| 21 | SiO2 | 1.4685 | 88.6 |
| 22 | Si3N4 | 1.9805 | 57.2 |
| 23 | SiO2 | 1.4685 | 64.5 |
| 24 | Si3N4 | 1.9805 | 47.4 |
| 25 | SiO2 | 1.4685 | 80.5 |
| 26 | Si3N4 | 1.9805 | 54.3 |
| 27 | SiO2 | 1.4685 | 63.0 |
| 28 | Si3N4 | 1.9805 | 55.2 |
| 29 | SiO2 | 1.4685 | 84.7 |
| 30 | Si3N4 | 1.9805 | 57.9 |
| 31 | SiO2 | 1.4685 | 68.7 |
| 기판(30) | 알루미노실리케이트 유리 | 1.5049 | 1000000 |
| 인클로저(20) 내에 매체 | 공기 | 1 | |
| 총 코팅 두께 | 4746.6 | ||
도 12a에 재현된 그래프는, 실시예 6의 윈도우(24)가 0° 내지 8°의 입사각에 대해 905 ㎚ 파장에서 높은 투과율(>95%)을 제공하고, 투과율이 대략 870 ㎚보다 더 짧은 파장에 대해 급격히 떨어지는 것을 나타낸다. 도 12b에 재현된 그래프는, 실시예 6의 윈도우(24)가 대략 400 ㎚ 내지 740 ㎚의 넓은 가시광선 파장 범위를 통해 30% 미만의 가시광선을 투과시키면서, 905 ㎚에서 높은 투과율에 대해 최적화되어 있음을 나타낸다. 도 12c에 재현된 그래프는, 말단 표면(44)이 0° 내지 15°의 입사각에 대해 905 ㎚ 파장의 1% 미만을 반사하는 반면, 25° 이하의 모든 입사각에 대해 905 ㎚ 파장의 3% 미만을 반사한다는 것을 나타내고, 반사는 875 ㎚ 내지 925 ㎚의 대략적인 범위를 벗어나 극적으로 증가한다. 도 12d에 재현된 그래프는, 말단 표면(44)이 450 ㎚ 내지 700 ㎚의 파장 범위 내에서 가시광선의 65%를 초과하여 반사하며, 그 범위 내에 다양한 파장에 대해 90% 이상을 정점으로 반사하는 것을 나타낸다. 부가하여, 말단 표면(44)은, 0° 내지 8°의 입사각에서 1550 ㎚의 파장에서 2% 미만의 반사율로, 800 ㎚-1800 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 25% 미만의 반사율을 갖는다. 실시예 6의 윈도우(24)는, 고굴절률 물질(40)(Si3N4)의 가장 두꺼운 최외곽층(층 2)으로 그 아래에 적층된 적층 필름(36)의 대부분의 다른 층들을 보호하는 내스크래치성을 부가적으로 제공하면서, 905 ㎚ 부근에서 최적화된 상기 투과율 및 반사율 특성, 뿐만 아니라 1550 ㎚에서 또한 낮은 반사율을 제공한다.
실시예 7 - 실시예 7의 윈도우(24)는, 표 7에 나타낸 바와 같이, 강화된 알루미노실리케이트 기판(30) 상에 배치된, 순차적으로 차례로 쌓아 배치된 고굴절률 물질(40)(Si3N4) 및 저굴절률 물질(42)(SiO2)의 오십-한(51) 개의 교번층의 적층 필름(36)을 포함한다.
| 실시예 7의 구조 | |||
| 층 | 물질 | 905 ㎚에서 굴절률 | 물리적 두께(㎚) |
| 외부 환경(26) | 공기 | 1 | |
| 1 | SiO2 | 1.4685 | 175.3 |
| 2 | Si3N4 | 1.9805 | 5130.0 |
| 3 | SiO2 | 1.4685 | 131.6 |
| 4 | Si3N4 | 1.9805 | 58.0 |
| 5 | SiO2 | 1.4685 | 121.6 |
| 6 | Si3N4 | 1.9805 | 91.3 |
| 7 | SiO2 | 1.4685 | 122.3 |
| 8 | Si3N4 | 1.9805 | 95.9 |
| 9 | SiO2 | 1.4685 | 120.7 |
| 10 | Si3N4 | 1.9805 | 92.7 |
| 11 | SiO2 | 1.4685 | 118.1 |
| 12 | Si3N4 | 1.9805 | 76.3 |
| 13 | SiO2 | 1.4685 | 110.3 |
| 14 | Si3N4 | 1.9805 | 67.8 |
| 15 | SiO2 | 1.4685 | 108.4 |
| 16 | Si3N4 | 1.9805 | 68.1 |
| 17 | SiO2 | 1.4685 | 105.2 |
| 18 | Si3N4 | 1.9805 | 68.4 |
| 19 | SiO2 | 1.4685 | 105.2 |
| 20 | Si3N4 | 1.9805 | 88.5 |
| 21 | SiO2 | 1.4685 | 99.9 |
| 22 | Si3N4 | 1.9805 | 55.0 |
| 23 | SiO2 | 1.4685 | 100.0 |
| 24 | Si3N4 | 1.9805 | 66.8 |
| 25 | SiO2 | 1.4685 | 94.9 |
| 26 | Si3N4 | 1.9805 | 61.7 |
| 27 | SiO2 | 1.4685 | 96.2 |
| 28 | Si3N4 | 1.9805 | 70.2 |
| 29 | SiO2 | 1.4685 | 89.8 |
| 30 | Si3N4 | 1.9805 | 45.1 |
| 31 | SiO2 | 1.4685 | 81.7 |
| 32 | Si3N4 | 1.9805 | 50.4 |
| 33 | SiO2 | 1.4685 | 87.2 |
| 34 | Si3N4 | 1.9805 | 57.3 |
| 35 | SiO2 | 1.4685 | 86.2 |
| 36 | Si3N4 | 1.9805 | 61.5 |
| 37 | SiO2 | 1.4685 | 84.4 |
| 38 | Si3N4 | 1.9805 | 56.7 |
| 39 | SiO2 | 1.4685 | 74.9 |
| 40 | Si3N4 | 1.9805 | 44.4 |
| 41 | SiO2 | 1.4685 | 76.5 |
| 42 | Si3N4 | 1.9805 | 49.4 |
| 43 | SiO2 | 1.4685 | 68.7 |
| 44 | Si3N4 | 1.9805 | 44.9 |
| 45 | SiO2 | 1.4685 | 77.0 |
| 46 | Si3N4 | 1.9805 | 46.7 |
| 47 | SiO2 | 1.4685 | 67.6 |
| 48 | Si3N4 | 1.9805 | 54.0 |
| 49 | SiO2 | 1.4685 | 76.2 |
| 50 | Si3N4 | 1.9805 | 42.8 |
| 51 | SiO2 | 1.4685 | 69.5 |
| 기판(30) | 알루미노실리케이트 유리 | 1.5049 | 1000000 |
| 인클로저(20) 내에 매체 | 공기 | 1 | |
| 총 코팅 두께 | 9193.1 | ||
도 13a에 재현된 그래프는, 실시예 7의 윈도우(24)가 905 ㎚ 파장 및 대략 875 ㎚ 내지 대략 920 ㎚의 주변 범위에 대해 0° 내지 25°의 모든 입사각에서 95%를 초과하는 투과율을 가짐을 나타낸다. 도 13b에 재현된 그래프는, 실시예 7의 윈도우(24)가 대략 870 ㎚ 내지 대략 1800 ㎚의 파장 범위에 대해 80%를 초과하는 투과율을 갖지만, 380 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 가시 파장 범위에서 20% 미만의 투과율을 갖는 것을 나타낸다. 도 13c에 재현된 그래프는, 말단 표면(44)이 0° 내지 25°의 모든 입사각에서 905 ㎚ 파장에 대해 1% 미만의 반사율을 갖는 것을 나타낸다. 도 13d에 재현된 그래프는, 0° 내지 15°의 입사각에 대해 1550 ㎚ 파장에서 5% 미만의 반사율로, 말단 표면(44)이 800 ㎚ 내지 1800 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 15% 미만의 반사율을 갖는다는 것을 나타낸다. 부가하여, 말단 표면(44)은, 대략 98%의 반사율을 정점으로, 450 ㎚ 내지 700 ㎚의 가시 파장 범위에 대해 80%를 초과하는 반사율을 갖는다.
실시예 8 - 실시예 8의 윈도우(24)는, 표 8에 나타낸 바와 같이, 강화된 알루미노실리케이트 기판(30)의 제1 표면(32) 상에 배치된, 순차적으로 차례로 쌓아 배치된 고굴절률 물질(40)(Si3N4) 및 저굴절률 물질(42)(SiO2)의 아홉(9) 개의 교번층의 적층 필름(36)을 포함한다. 부가하여, 실시예 8의 윈도우(24)는, 표 8에 나타낸 바와 같이, 강화된 알루미노실리케이트 기판(30)의 제2 표면(34) 상에 배치된 팔십-한(81) 개의 교번층의 제2 적층 필름(38)을 포함한다.
| 실시예 8의 구조 | |||
| 층 | 물질 | 905 ㎚에서 굴절률 | 물리적 두께(㎚) |
| 외부 환경(26) | 공기 | 1 | |
| 1 | SiO2 | 1.4685 | 157.4 |
| 2 | Si3N4 | 1.9805 | 153.1 |
| 3 | SiO2 | 1.4685 | 14.4 |
| 4 | Si3N4 | 1.9805 | 5000.0 |
| 5 | SiO2 | 1.4685 | 25.9 |
| 6 | Si3N4 | 1.9805 | 64.7 |
| 7 | SiO2 | 1.4685 | 79.0 |
| 8 | Si3N4 | 1.9805 | 22.9 |
| 9 | SiO2 | 1.4685 | 25.0 |
| 기판(30) | 알루미노실리케이트 유리 | 1.5049 | 1000000.0 |
| 1 | SiO2 | 1.4685 | 70.5 |
| 2 | Si3N4 | 1.9805 | 39.0 |
| 3 | SiO2 | 1.4685 | 83.7 |
| 4 | Si3N4 | 1.9805 | 46.9 |
| 5 | SiO2 | 1.4685 | 78.3 |
| 6 | Si3N4 | 1.9805 | 47.4 |
| 7 | SiO2 | 1.4685 | 77.7 |
| 8 | Si3N4 | 1.9805 | 47.5 |
| 9 | SiO2 | 1.4685 | 74.1 |
| 10 | Si3N4 | 1.9805 | 47.1 |
| 11 | SiO2 | 1.4685 | 74.2 |
| 12 | Si3N4 | 1.9805 | 48.1 |
| 13 | SiO2 | 1.4685 | 73.1 |
| 14 | Si3N4 | 1.9805 | 48.4 |
| 15 | SiO2 | 1.4685 | 74.8 |
| 16 | Si3N4 | 1.9805 | 50.0 |
| 17 | SiO2 | 1.4685 | 71.9 |
| 18 | Si3N4 | 1.9805 | 50.3 |
| 19 | SiO2 | 1.4685 | 75.2 |
| 20 | Si3N4 | 1.9805 | 50.9 |
| 21 | SiO2 | 1.4685 | 73.5 |
| 22 | Si3N4 | 1.9805 | 53.8 |
| 23 | SiO2 | 1.4685 | 81.4 |
| 24 | Si3N4 | 1.9805 | 60.0 |
| 25 | SiO2 | 1.4685 | 94.9 |
| 26 | Si3N4 | 1.9805 | 64.7 |
| 27 | SiO2 | 1.4685 | 86.2 |
| 28 | Si3N4 | 1.9805 | 57.0 |
| 29 | SiO2 | 1.4685 | 74.9 |
| 30 | Si3N4 | 1.9805 | 59.1 |
| 31 | SiO2 | 1.4685 | 98.2 |
| 32 | Si3N4 | 1.9805 | 65.7 |
| 33 | SiO2 | 1.4685 | 79.7 |
| 34 | Si3N4 | 1.9805 | 56.0 |
| 35 | SiO2 | 1.4685 | 82.0 |
| 36 | Si3N4 | 1.9805 | 62.8 |
| 37 | SiO2 | 1.4685 | 95.6 |
| 38 | Si3N4 | 1.9805 | 61.0 |
| 39 | SiO2 | 1.4685 | 82.2 |
| 40 | Si3N4 | 1.9805 | 61.2 |
| 41 | SiO2 | 1.4685 | 83.1 |
| 42 | Si3N4 | 1.9805 | 56.0 |
| 43 | SiO2 | 1.4685 | 147.0 |
| 44 | Si3N4 | 1.9805 | 61.4 |
| 45 | SiO2 | 1.4685 | 85.9 |
| 46 | Si3N4 | 1.9805 | 90.8 |
| 47 | SiO2 | 1.4685 | 91.7 |
| 48 | Si3N4 | 1.9805 | 56.9 |
| 49 | SiO2 | 1.4685 | 103.1 |
| 50 | Si3N4 | 1.9805 | 85.1 |
| 51 | SiO2 | 1.4685 | 90.8 |
| 52 | Si3N4 | 1.9805 | 71.1 |
| 53 | SiO2 | 1.4685 | 110.6 |
| 54 | Si3N4 | 1.9805 | 99.6 |
| 55 | SiO2 | 1.4685 | 98.2 |
| 56 | Si3N4 | 1.9805 | 74.0 |
| 57 | SiO2 | 1.4685 | 87.2 |
| 58 | Si3N4 | 1.9805 | 60.6 |
| 59 | SiO2 | 1.4685 | 129.9 |
| 60 | Si3N4 | 1.9805 | 81.0 |
| 61 | SiO2 | 1.4685 | 76.0 |
| 62 | Si3N4 | 1.9805 | 114.9 |
| 63 | SiO2 | 1.4685 | 79.6 |
| 64 | Si3N4 | 1.9805 | 120.5 |
| 65 | SiO2 | 1.4685 | 93.7 |
| 66 | Si3N4 | 1.9805 | 112.7 |
| 67 | SiO2 | 1.4685 | 92.6 |
| 68 | Si3N4 | 1.9805 | 74.7 |
| 69 | SiO2 | 1.4685 | 120.9 |
| 70 | Si3N4 | 1.9805 | 111.8 |
| 71 | SiO2 | 1.4685 | 78.2 |
| 72 | Si3N4 | 1.9805 | 121.3 |
| 73 | SiO2 | 1.4685 | 86.0 |
| 74 | Si3N4 | 1.9805 | 141.3 |
| 75 | SiO2 | 1.4685 | 82.7 |
| 76 | Si3N4 | 1.9805 | 66.7 |
| 77 | SiO2 | 1.4685 | 180.0 |
| 78 | Si3N4 | 1.9805 | 51.6 |
| 79 | SiO2 | 1.4685 | 140.4 |
| 80 | Si3N4 | 1.9805 | 153.9 |
| 81 | SiO2 | 1.4685 | 146.4 |
| 인클로저(20) 내에 매체 | 공기 | 1 | |
실시예 8의 윈도우(24)는, 고굴절률 물질(40)(Si3N4)의 상대적으로 두꺼운 층 4를 갖는 적층 필름(36)이 윈도우(24)의 내스크래치성 및 내충격성을 최대화하기 위해 기판(30)의 제1 표면(32) 상에 배치될 수 있음을 보여준다. 부가하여, 실시예 8의 윈도우(24)는, 제2 적층 필름(38)이 제공하는 대부분의 광학 필터링 층들이 기판(30)의 상대적으로 훨씬 더 큰 두께 아래에 배치되고 보호될 수 있음을 보여준다. 따라서, 이러한 제2 적층 필름(38)은, 적층 필름(36)에서와 같이 내스크래치성 및 내충격성을 제공하기 위해 고굴절률 물질(40)의 상대적으로 두꺼운 층을 가질 필요가 없다. 오히려, 제2 적층 필름(38)은 가시 범위 내에서 파장의 반사를 용이하게 하는 광학층으로 역할을 할 수 있다.
양-면 반사율 및 투과율은, 이러한 양-면 코팅된 실시예에 대한 가장 적절한 미터법(metrics)이다. 도 14a-14e에 재현된 그래프는, 450 ㎚ 내지 750 ㎚의 범위 내에서 90% 초과, 500 ㎚ 내지 700 ㎚의 범위 내에서 95% 초과, 500 ㎚ 내지 700 ㎚의 범위 내에서 97% 초과, 및 98%를 초과하는 정점을 이루는 것과 같은, 가시 스펙트럼 내에 파장의 높은 반사율을 나타낸다. 양-면 투과율은, 25°까지의 모든 입사각에 대해, 370 ㎚ 내지 770 ㎚의 가시광 파장에 대해 10% 미만 및 400 ㎚ 내지 700 ㎚의 파장에 대해 3.2% 미만이다. 그러나, 양-면 투과율은, 800 ㎚ 내지 1600 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 78%를 초과한다. 부가하여, 그래프는, 15°까지의 모든 입사각에 대해 800 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 파장의 22% 미만의 반사율 및 25°까지의 모든 입사각에 대해 905 ㎚ 파장 범위에서 1% 미만의 반사율을 나타낸다.
본 개시의 관점 (1)은 센싱 시스템용 윈도우와 관련되며, 상기 센싱 시스템용 윈도우는: 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 미리결정된 두께 및 굴절률을 갖는 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 저굴절률 물질보다 더 높은 굴절률을 갖는 고굴절률 물질 및 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는, 적층 필름으로서, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 각 층은 두께를 갖고, 상기 교번층의 두께는 상기 윈도우가 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 적어도 80%의 투과율을 갖도록 구성되는, 적층 필름; 및 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 측정된 것으로, 적층 필름에서, 적어도 10 GPa의 경도를 포함한다.
관점 (2)는 관점 (1)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 기판은 유리 기판이다.
관점 (3)은 관점 (2)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 유리 기판은 압축 응력 하에 있는 표면 및 상기 표면과 인접한 영역을 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 또는 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리이다.
관점 (4)는 관점 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 기판의 두께는 약 1 ㎜ 내지 약 5 ㎜이다.
관점 (5)는 관점 (3)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 유리 기판은 약 1 ㎜의 두께를 갖고, 상기 압축 응력은 적어도 600 MPa의 최대 절대값을 가지며, 압축 응력 하에 영역은 적어도 20 ㎛의 압축의 깊이를 갖는다.
관점 (6)은 관점 (1)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 기판은 가시광 스펙트럼 내에 파장의 범위에 대해 1% 미만의 투과율, 및 905 ㎚의 파장에서 85%를 초과하는 투과율을 갖는 아크릴 시트를 포함한다.
관점 (7)은 관점 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서: 상기 기판에 대한 굴절률은 약 1.45 내지 약 1.55이고; 상기 고굴절률 물질에 대한 굴절률은 약 1.7 내지 약 3.0이며; 상기 저굴절률 물질에 대한 굴절률은 약 1.3 내지 약 1.6이다.
관점 (8)은 관점 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름은 소정량의 층을 포함하고, 상기 소정량의 층 및 상기 교번층의 두께는, 윈도우가 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 적어도 95%의 투과율을 갖도록 구성된다.
관점 (9)는 관점 (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 저굴절률 물질은 SiO2, Al2O3, AlOxNy, 및 SiOxNy 중 하나 이상을 포함하고, 상기 고굴절률 물질은 Si3N4, SiNx, AlNx, SiOxNy, AlOxNy 중 하나 이상을 포함하며, 상기 고굴절률 물질에 대한 SiOxNy, AlOxNy에서 산소 함량이 저굴절률 물질에 대한 SiOxNy, AlOxNy에서 산소 함량보다 더 낮고, 상기 고굴절률 물질에 대한 SiOxNy, AlOxNy에서 질소 함량이 저굴절률 물질에 대한 SiOxNy, AlOxNy에서 질소 함량보다 더 높다.
관점 (10)은 관점 (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서: 상기 기판은 유리 기판이고; 상기 저굴절률 물질은 SiO2이며; 상기 고굴절률 물질은 Si3N4이다.
관점 (11)은 관점 (1) 내지 (10) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서: 상기 기판은 유리 기판이고, 상기 유리 기판에 가장 가까운 적층 필름의 층은 저굴절률 물질이며, 상기 유리 기판에서 가장 멀리 있는 적층 필름의 층은 저굴절률 물질이다.
관점 (12)는 관점 (1) 내지 (11) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름은 두께를 갖고, 상기 적층 필름은 적층 필름의 두께의 50% 이상인 두께를 갖는 고굴절률 물질의 층을 포함한다.
관점 (13)은 관점 (12)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 두께의 50% 이상인 두께를 갖는 고굴절률 물질의 층은 약 500 ㎚ 내지 약 10,000 ㎚의 두께를 갖는다.
관점 (14)는 관점 (1) 내지 (13) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 유리 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 적층 필름의 층은 윈도우의 말단 표면 물질을 형성하고, 상기 윈도우의 말단 표면 물질은 약 130 ㎚ 내지 약 180 ㎚인 두께를 가지며 저굴절률 물질을 포함한다.
관점 (15)는 관점 (13)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛이다.
관점 (16)은 관점 (1) 내지 (15) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 유리 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 적층 필름의 층은 윈도우의 말단 표면 물질을 형성하고, 상기 윈도우의 말단 표면 물질은 저굴절률 물질을 포함하며, 상기 적층 필름에서 고굴절률 물질의 가장 두꺼운 층은 윈도우의 말단 표면 물질에 인접한다.
관점 (17)은 관점 (1) 내지 (16) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 두께는, 윈도우가: (a) 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 95%를 초과하는 평균 투과율; 및 (b) 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 0° 내지 8°의 입사각에서 1% 미만의 평균 반사율을 갖도록 구성된다.
관점 (18)은 관점 (17)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 두께는, 윈도우가 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 80%를 초과하는 평균 투과율을 갖도록 구성된다.
관점 (19)는 관점 (17)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 두께는, 윈도우가 400 ㎚ 내지 700 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 0° 내지 8°의 범위 내에 입사각에서 80%를 초과하는 평균 반사율을 갖도록 구성된다.
관점 (20)은 관점 (1) 내지 (19) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 기판은 적층 필름이 배치된 제1 표면, 및 제2 적층 필름이 배치된 제2 표면을 포함하고, 상기 제2 적층 필름은 고굴절률 물질과 저굴절률 물질의 교번층을 포함하며, 여기서, 상기 적층 필름 및 제2 적층 필름 모두는, 두께를 갖는 소정량의 각 층들, 적층 필름 및 제2 적층 필름 모두에 대한 소정량의 층들, 뿐만 아니라 적층 필름 및 제2 적층 필름 모두의 교번층의 두께를 포함하여, 윈도우가 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 적어도 80%의 투과율을 갖도록 구성되고, 여기서, 상기 적층 필름은 윈도우의 고굴절률 물질의 가장 두꺼운 층을 포함한다.
관점 (21)은 관점 (1) 내지 (20) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 센싱 시스템은 LIDAR 시스템을 포함한다.
관점 (22)는 센싱 시스템용 윈도우와 관련되며, 상기 센싱 시스템용 윈도우는: 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 미리결정된 두께 및 굴절률을 갖는 유리 기판; 상기 기판 상에 배치되고, Si3N4 및 SiO2의 소정량의 적어도 7개의 교번층을 포함하며, 상기 Si3N4의 층이 SiO2의 층보다 높은 굴절률을 갖는, 적층 필름으로서, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 각 층은 두께를 갖고, 상기 교번층의 두께는 윈도우가 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 적어도 80%의 투과율을 갖도록 구성되는, 적층 필름; 및 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 측정된 것으로, 적층 필름에서, 적어도 8 GPa의 경도를 포함한다.
관점 (23)은 관점 (22)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 측정된 것으로, 적층 필름에서, 경도는 적어도 10 GPa이다.
관점 (24)는 관점 (22) 내지 (23) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 유리 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 SiO2의 층은, 상기 윈도우의 말단 표면 물질을 포함하고, 상기 적층 필름에서 Si3N4의 가장 두꺼운 층은 상기 말단 표면 물질에 인접한다.
관점 (25)는 관점 (22) 내지 (24) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름에서 Si3N4의 가장 두꺼운 층은 약 500 ㎚ 내지 약 10,000 ㎚의 범위 내에 두께를 갖는다.
관점 (26)은 관점 (22) 내지 (24) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 교번층의 두께는 윈도우가: (a) 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 95%를 초과하는 평균 투과율; 및 (b) 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 0° 내지 8°의 범위 내에 입사각에서 1% 미만의 평균 반사율을 갖도록 구성된다.
관점 (27)은 관점 (22) 내지 (25) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 교번층의 두께는, 윈도우가 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 80%를 초과하는 평균 투과율을 갖도록 구성된다.
관점 (28)은 관점 (22) 내지 (25) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 교번층의 두께는, 윈도우가 400 ㎚ 내지 700 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 0° 내지 8°의 범위 내에 입사각에서 80%를 초과하는 평균 반사율을 갖도록 구성된다.
관점 (29)는 관점 (22) 내지 (28) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 센싱 시스템은 LIDAR 시스템을 포함한다.
청구범위의 사상 또는 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.
Claims (29)
- 센싱 시스템용 윈도우로서,
905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 미리결정된 두께 및 굴절률을 갖는 기판;
상기 기판 상에 배치되고, 저굴절률 물질보다 더 높은 굴절률을 갖는 고굴절률 물질 및 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는, 적층 필름으로서, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 각 층은 두께를 갖고, 상기 교번층의 두께는 상기 윈도우가 850 ㎚ 내지 950 ㎚ 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 적어도 80%의 투과율을 갖도록 구성되는, 적층 필름; 및
베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 측정된 것으로, 적층 필름에서, 적어도 10 GPa의 경도를 포함하는, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판은 유리 기판인, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 2에 있어서,
상기 유리 기판은 압축 응력 하에 있는 표면 및 상기 표면과 인접한 영역을 갖는 알칼리 알루미노실리케이트 또는 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리인, 센싱 시스템용 윈도우. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 두께는 약 1 ㎜ 내지 약 5 ㎜인, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 3에 있어서,
상기 유리 기판은 약 1 ㎜의 두께를 갖고, 상기 압축 응력은 적어도 600 MPa의 최대 절대값을 가지며, 압축 응력 하에 영역은 적어도 20 ㎛의 압축의 깊이를 갖는, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판은 가시광선 스펙트럼 내에 파장의 범위에 대해 1% 미만의 투과율, 및 905 ㎚의 파장에서 85%를 초과하는 투과율을 갖는 아크릴 시트를 포함하는, 센싱 시스템용 윈도우. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판에 대한 굴절률은 약 1.45 내지 약 1.55이고;
상기 고굴절률 물질에 대한 굴절률은 약 1.7 내지 약 3.0이며;
상기 저굴절률 물질에 대한 굴절률은 약 1.3 내지 약 1.6인, 센싱 시스템용 윈도우. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적층 필름은 소정량의 층을 포함하고, 상기 소정량의 층 및 상기 교번층의 두께는, 윈도우가 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 적어도 95%의 투과율을 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저굴절률 물질은 SiO2, Al2O3, AlOxNy, 및 SiOxNy 중 하나 이상을 포함하고, 상기 고굴절률 물질은 Si3N4, SiNx, AlNx, SiOxNy, AlOxNy 중 하나 이상을 포함하며, 상기 고굴절률 물질에 대한 SiOxNy, AlOxNy에서 산소 함량이 저굴절률 물질에 대한 SiOxNy, AlOxNy에서 산소 함량보다 더 낮고, 상기 고굴절률 물질에 대한 SiOxNy, AlOxNy에서 질소 함량이 저굴절률 물질에 대한 SiOxNy, AlOxNy에서 질소 함량보다 더 높은, 센싱 시스템용 윈도우. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 유리 기판이고;
상기 저굴절률 물질은 SiO2이며;
상기 고굴절률 물질은 Si3N4인, 센싱 시스템용 윈도우. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 유리 기판이고,
상기 유리 기판에 가장 가까운 적층 필름의 층은 저굴절률 물질이며,
상기 유리 기판에서 가장 멀리 있는 적층 필름의 층은 저굴절률 물질인, 센싱 시스템용 윈도우. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적층 필름은 두께를 갖고, 상기 적층 필름은 적층 필름의 두께의 50% 이상인 두께를 갖는 고굴절률 물질의 층을 포함하는, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 12에 있어서,
상기 적층 필름의 두께의 50% 이상인 두께를 갖는 고굴절률 물질의 층은 약 500 ㎚ 내지 약 10,000 ㎚의 두께를 갖는, 센싱 시스템용 윈도우. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 적층 필름의 층은 윈도우의 말단 표면 물질을 형성하고, 상기 윈도우의 말단 표면 물질은 약 130 ㎚ 내지 약 180 ㎚인 두께를 가지며 저굴절률 물질을 포함하는, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 13에 있어서,
상기 적층 필름의 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛인, 센싱 시스템용 윈도우. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 적층 필름의 층은 윈도우의 말단 표면 물질을 형성하고, 상기 윈도우의 말단 표면 물질은 저굴절률 물질을 포함하며, 상기 적층 필름에서 고굴절률 물질의 가장 두꺼운 층은 윈도우의 말단 표면 물질에 인접하는, 센싱 시스템용 윈도우. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적층 필름의 교번층의 두께는, 윈도우가: (a) 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 95%를 초과하는 평균 투과율; 및 (b) 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 0° 내지 8°의 입사각에서 1% 미만의 평균 반사율을 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 17에 있어서,
상기 적층 필름의 교번층의 두께는, 윈도우가 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 80%를 초과하는 평균 투과율을 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 17에 있어서,
상기 적층 필름의 교번층의 두께는, 윈도우가 400 ㎚ 내지 700 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 0° 내지 8°의 범위 내에 입사각에서 80%를 초과하는 평균 반사율을 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 적층 필름이 배치된 제1 표면, 및 제2 적층 필름이 배치된 제2 표면을 포함하고, 상기 제2 적층 필름은 고굴절률 물질과 저굴절률 물질의 교번층을 포함하며,
여기서, 상기 적층 필름 및 제2 적층 필름 모두는, 두께를 갖는 소정량의 각 층들, 적층 필름 및 제2 적층 필름 모두에 대한 소정량의 층들, 뿐만 아니라 적층 필름 및 제2 적층 필름 모두의 교번층의 두께를 포함하여, 윈도우가 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 적어도 80%의 투과율을 갖도록 구성되고,
여기서, 상기 적층 필름은 윈도우의 고굴절률 물질의 가장 두꺼운 층을 포함하는, 센싱 시스템용 윈도우. - 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센싱 시스템은 LIDAR 시스템을 포함하는, 센싱 시스템용 윈도우. - 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 미리결정된 두께 및 굴절률을 갖는 유리 기판;
상기 기판 상에 배치되고, Si3N4 및 SiO2의 소정량의 적어도 7개의 교번층을 포함하며, 상기 Si3N4의 층이 SiO2의 층보다 높은 굴절률을 갖는, 적층 필름으로서, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 각 층은 두께를 갖고, 상기 교번층의 두께는 윈도우가 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 적어도 80%의 투과율을 갖도록 구성되는, 적층 필름; 및
베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 측정된 것으로, 적층 필름에서, 적어도 8 GPa의 경도를 포함하는, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 22에 있어서,
상기 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 측정된 것으로, 적층 필름에서, 경도는 적어도 10 GPa인, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 22-23 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 SiO2의 층은, 상기 윈도우의 말단 표면 물질을 포함하고, 상기 적층 필름에서 Si3N4의 가장 두꺼운 층은 상기 말단 표면 물질에 인접하는, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 22-24 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적층 필름에서 Si3N4의 가장 두꺼운 층은 약 500 ㎚ 내지 약 10,000 ㎚의 범위 내에 두께를 갖는, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 22-25 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교번층의 두께는 윈도우가: (a) 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 95%를 초과하는 평균 투과율; 및 (b) 905 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 0° 내지 8°의 범위 내에 입사각에서 1% 미만의 평균 반사율을 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 22-25 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교번층의 두께는, 윈도우가 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 80%를 초과하는 평균 투과율을 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 22-25 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교번층의 두께는, 윈도우가 400 ㎚ 내지 700 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 0° 내지 8°의 범위 내에 입사각에서 80%를 초과하는 평균 반사율을 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우. - 청구항 22-28 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센싱 시스템은 LIDAR 시스템을 포함하는, 센싱 시스템용 윈도우.
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