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KR-20260061905-A - ANTIREFLECTION FILM AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME

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Abstract

본 발명은 반사방지 필름 및 이의 제조 방법 를 개시한다. 본 발명은 기판 상에 형성되고 고굴절률 구조체과 저굴절률 구조체가 교대로 적층된 반사방지 다층 코팅층을 포함하고, 상기 고굴절률 구조체는 접착층과 고굴절률층을 포함하며, 상기 저굴절률 구조체는 상기 접착층과 저굴절률층을 포함하고, 상기 접착층의 두께는 상기 고굴절률층과 저굴절률층의 두께보다 작은 것을 특징으로 한다.

Inventors

  • 이응규
  • 김선경
  • 정세랑
  • 유재선

Assignees

  • 경희대학교 산학협력단

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (15)

  1. 기판 상에 형성되고 고굴절률 구조체과 저굴절률 구조체가 교대로 적층된 반사방지 다층 코팅층을 포함하고, 상기 고굴절률 구조체는 접착층과 고굴절률층을 포함하며, 상기 저굴절률 구조체는 상기 접착층과 저굴절률층을 포함하고, 상기 접착층의 두께는 상기 고굴절률층과 상기 저굴절률층의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 반사방지 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 접착층의 두께는 5 nm 내지 15 nm 인 것을 특징으로 하는 반사방지 필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고굴절률층 및 상기 저굴절률층의 두께를 조절하여 상기 반사방지 필름의 굴절률을 제어하는 것을 특징으로 하는 반사방지 필름.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고굴절률층 및 상기 저굴절률층의 두께는 80 nm 내지 1,080 nm인 것을 특징으로 하는 반사방지 필름.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고굴절률층과 상기 저굴절률층의 총 층 수는 5층 내지 10층인 것을 특징으로 하는 반사방지 필름.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반사방지 다층 코팅층의 두께는 1.7 ㎛ 내지 2.5 ㎛인 것을 특징으로 하는 반사방지 필름.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반사방지 다층 코팅층은 제1 고굴절률층, 제1 저굴절률층, 제2 고굴절률층, 제2 저굴절률층 및 제3 고굴절률층을 포함하고, 상기 제1 고굴절률층, 제1 저굴절률층, 제2 고굴절률층, 제2 저굴절률층 및 제3 고굴절률층은 각각 두께가 상이한 것을 특징으로 하는 반사방지 필름.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반사 방지 필름은 상기 기판의 상부면에 형성되는 제1 반사방지 다층 코팅층 및 상기 기판의 하부면에 형성되는 제2 반사방지 다층 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사방지 필름.
  9. 제1항에 있어서, 상기 고굴절률층은 Ge, PbTe, ZnSe, ZnS, Ta 2 O 5 , CeO 2 및 Si 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사방지 필름.
  10. 제1항에 있어서, 상기 접착층은 Y 2 O 3 를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사방지 필름.
  11. 제1항에 있어서, 상기 저굴절률층은 YF 3 , YbF 3 , MgF 2 , CaF 3 , BaF 2 , CeF 3 , NaF, LaF 2 , NdF 3 , LiF, AlF 3 , Na 5 Al 3 F 14 및 Na 3 AlF 6 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사방지 필름.
  12. 기판 상에 반사방지 다층 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고, 반사방지 다층 코팅층을 형성하는 단계는, 순차적으로 적층된 접착제층와 고굴절률층을 포함하는 고굴절률 구조체를 형성하는 단계; 상기 고굴절률 구조체 상에 순차적으로 적층된 접착제층과 저굴절률층을 포함하는 저굴절률 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 고굴절률 구조체를 형성하는 단계와 상기 저굴절률 구조체를 형성하는 단계를 적어도 1회 이상 교대로 반복하여 진행하는 단계; 를 포함하고, 상기 접착층의 두께는 상기 고굴절률층과 저굴절률층의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 반사방지 다층 코팅층을 형성하는 단계는 머신 러닝 모델을 이용하여 상기 반사방지 필름의 반사방지 다층 코팅층의 층 구조를 설계하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 접착제층의 증착 속도는 1Å/초 내지 3Å/초인 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 고굴절률층 및 저굴절률층의 증착 속도는 3Å/초 내지 7Å/초인 것을 특징으로 하는 반사방지 필름의 제조 방법.

Description

반사방지 필름 및 이의 제조 방법{ANTIREFLECTION FILM AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME} 본 발명은 반사방지 필름 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 중적외선 카메라용 고성능 반사방지 필름 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 종래의 반사방지 필름 설계방법은 서로 다른 굴절률을 가진 3개 물질을 이용하여 단일 파장에서 반사율을 줄이는 설계법이 존재하였다. 보편적인 다층박막 광학구조 최적화 방법으로는 "needle optimization" 이 있고, 이는 다층 박막 구조에 임의의 층을 추가하고 그 층의 두께를 조절하며 최종 구조를 찾는 방법으로, 반사방지필름 설계에서도 적용될 수 있다. 그러나, 다층박막 광학구조 설계 시, 물질과 층 수, 각 층의 두께 등 고려해야 할 변수가 매우 많아 최적의 구조를 설계하는 것이 매우 어렵다. 특히, 3가지 물질을 사용하는 반사방지 필름 설계방법은 단일 파장만을 기준으로 산술적 계산을 통해 구조를 설계할 수 있으나, 단일 파장만을 위한 설계이므로, 넓은 파장영역에서 반사방지효과를 얻기 위해서는 두께가 두꺼워야 한다는 단점이 존재한다. 또한, 기존 최적화 방법(needle optimization)은 한 개의 최종 최적 구조를 도출하는데 다층박막의 층 수가 지나치게 많아질 수 있으며 한 층의 두께가 너무 얇아져 공정 상 구현하기 어려운 문제가 있다. 특히, 반사방지 필름은 층 수가 너무 많아지거나 사용해야 하는 물질의 개수가 많아지면 실제 공정상 시간적, 비용적 측면에서 비효율적이나, 이를 해결하기 위해 물질 개수를 줄이고 층 수가 적어지면 반사방지 성능이 떨어지게 되는 상충관계가 존재한다. 따라서, 적은 물질 개수와 적은 층 수, 얇은 두께의 다층 박막 구조를 이용하여 중적외선 영역에서의 반사 방지 효과를 갖는 반사방지 필름에 대한 연구가 요구된다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 필름을 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 필름의 바람직한 실시예 및 각도별 반사율을 도시한 그래프이다. 도 3은 장파장 적외선(LWIR) 카메라에 적용하기 위한 반사방지 필름의 다층 구조의 설계를 도시한 개략도이고, 도 4는 제조예 1 내지 제조예 4의 파장에 따른 실수부 및 허수부의 굴절률 지수를 도시한 그래프이다. 도 5는 300K에서의 흑체 복사 스펙트럼 및 파장의 함수로서 장파장 적외선(LWIR) 카메라의 정규화된 응답성을 도시한 그래프이다. 도 6은 반사방지 필름의 다층 구조를 이진 벡터로 인코딩하는 것을 도시한 개략도이다. 도 7은 제조예 5의 다양한 N에서 최적화 주기의 함수로 발견된 최소 FoM(figure-of-merit)을 도시한 그래프이다. 도 8은 제조예 5, 제조예 6 및 제조예 7의 의사층(pseudo-layer) 두께 80 nm, 100 nm 및 120 nm 에서 N의 함수로 식별된 FoM(figure-of-merit)을 도시한 그래프이다. 도 9는 DO 공정에서 식별된 준 최적 구조의 물리적 층과 두께를 정의한 개략도이다. 도 10은 N의 함수로 식별된 FoM 및 CO 공정이 있거나 없는 Ge-YF3 기반 반사 방지 코팅의 해당 구조를 도시한 그래프이다. 도 11은 CO 공정이 있거나 없는 다양한 N 값에서 최적화된 파장의 함수로 계산된 반사율을 도시한 그래프이다. 도 12는 실시예 1에 따른 반사방지 필름을 도시한 개략도이다. 도 13은 종래의 기술과 실시예 1에 따른 반사방지 필름의 특성을 비교하여 도시한 그래프이다. 도 14는 실시예 1에 따른 반사방지 필름에서 다양한 입사각에서 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다. 도 15는 실시예 1에 따른 반사방지 필름의 위상 분석 및 반사 계수를 도시한 그래프이다. 도 16은 실시예 2에 따른 반사방지 필름을 도시한 개략도이다. 도 17은 실시예 2에 따른 반사방지 필름의 상부 반사방지 반사방지 다층 코팅층의 투과전자현미경(TEM) 측정 결과 및 (EDX) 측정 결과를 도시한 이미지이고, 도 18은 실시예 2에 따른 반사방지 필름의 하부 반사방지 반사방지 다층 코팅층의 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 측정 결과 및 에너지 분산 엑스선(Energy-dispersive X-ray, EDX) 측정 결과를 도시한 이미지다. 도 19는 장파장 적외선(LWIR) 열화상을 사용하여 제조된 실시예 2에 따른 반사방지 필름의 반사방지 성능을 측정하기 위한 개략도이고, 도 20은 제조된 샘플의 광학이미지이며, 도 21은 제조된 샘플의 장파장 적외선(LWIR) 이미지이다. 도 22는 파장에 따른 실시예 1에 따른 반사방지 필름의 반사율을 도시한 그래프이다. 도 23은 입사각에 따른 실시예 1에 따른 반사방지 필름의 평균 반사율을 도시한 그래프이다. 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다. 또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다. 또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 고감도와 짧은 노출 시간을 가진 장파장 적외선(LWIR) 카메라를 구현하는 것은 컴팩트한 광학 시스템 내의 고굴절률 렌즈에서 발생하는 연속 반사로 인해 과제에 직면해 있다. 그러나, 이러한 시스템에서 광 처리량을 극대화하기 위한 효과적인 반사 방지 코팅을 설계하는 것은 LWIR에 사용할 수 있는 투명 재료의 범위가 제한되어 복잡하고, 이러한 부족으로 인해 설계의 자유도가 좁아지며 물리적 층 수를 최소화하고 고굴절률 렌즈의 고유한 큰 굴절률 불일치를 해결하는 시스템의 최적화 프로세스가 복잡해진다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 필름은 불연속-연속 최적화를 사용하여 LWIR 카메라용 고굴절률 Si 기판에 파장 이하 두께의 반사방지 필름을 제공할 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 필름에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 필름을 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 필름의 바람직한 실시예 및 각도별 반사율을 도시한 그래프이다. 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 필름은 기판(110) 상에 형성되고 고굴절률 구조체(제1 HR층, 제2 HR층, 제3 HR층)과 저굴절률 구조체(제1 LR층, 제3 LR층)가 교대로 적층된 반사방지 다층 코팅층을 포함하고, 고굴절률 구조체는 접착층(121-1, 121-3, 121-5)과 고굴절률층(122-1, 122-2, 122-3)을 포함하며, 저굴절률 구조체는 접착층(121-2, 121-4)과 저굴절률층(123-1, 123-2)을 포함한다. 이 때, 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 필름은 고굴절률층(122-1, 122-2, 122-3)과 저굴절률층(123-1, 123-2) 사이에 얇은 두께의 접착층(121-1, 121-2, 121-3, 121-4, 121-5)을 추가하여 구조의 안정성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반사방지 필름은 굴절률 차이가 큰 고굴절률층(122-1, 122-2, 122-3)과 저굴절률층(123-1, 123-2) 및 접착층(121-1, 121-2, 121-3, 121-4, 121-5)을 이용하여 적은 물질 개수와 적은 층 수 및