한국안광학회지 (Journal of Korean Ophthalmic Optics Society)

한국안광학회 (The Korean Ophthalmic Optics Society)
권호 표지

Ti3O5/SiO2 다층박막를 이용한 협대역 칼라투과필터 제작 및 특성연구

The Fabrication and Characteristic for Narrow-band Pass Color-filter Deposited by Ti3O5/SiO2 Multilayer

  • 투고 : 2011.11.07
  • 심사 : 2011.12.17
  • 발행 : 2011.12.31
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초록

목적: $Ti_3O_5$와 $SiO_2$를 이용하여 중심파장이 500 nm에서 반치폭이 약 12 nm이고 투과율이 99%인 협대역 칼라투과필터를 제작하고, 이 칼라필터의 박막 특성을 연구하고자 한다. 방법: 두께 800 nm인 $Ti_3O_5$박막과 $SiO_2$박막의 투과율로부터 박막의 광학상수 n(굴절률)과 k(소멸계수)를 구하였고, Essential Macleod program을 이용하여 중심파장이 500 nm에서 반치폭이 약 12 nm이고 투과율이 99%인 협대역 칼라투과필터의 필터층과 AR 코팅층을 설계하였다. 또 한 electron beam evaporation 장치를 이용하여 $Ti_3O_5/SiO_2$ 다층막 칼라필터을 만든 후, 분광광도계를 이용하여 투과율을 측정하였고, SEM 사진에 의한 칼라필터의 단면으로부터 칼라필터의 박막두께와 층수를 알 수 있었고, XPS분석으로부터 박막 성분을 분석하였다. 결과: 칼라필터의 AR 코팅층의 최적조건은 6층으로 [air$|SiO_2(90)|Ti_3O_5(36)|SiO_2(5)|Ti_3O_5(73)|SiO_2(30)|Ti_3O_5(15)|$ glass]이며, 반치폭이 12 nm인 칼라필터의 필터층의 최적조건은 41층으로 [air$|SiO_2(20)|Ti_3O_5(64)|SiO_2(102)|Ti_3O_5(66)|SiO_2(112)|Ti_3O_5(74)|SiO_2(120)|Ti_3O_5(68)|SiO_2(123)|Ti_3O_5(80)|SiO_2(109)|Ti_3O_5(70)|SiO_2(105)|Ti_3O_5(62)|SiO_2(99)|Ti_3O_5(63)|SiO_2(98)|Ti_3O_5(51)|SiO_2(60)|Ti_3O_5(42)|SiO_2(113)|Ti_3O_5(88)|SiO_2(116)|Ti_3O_5(68)|SiO_2(89)|Ti_3O_5(49)|SiO_2(77)|Ti_3O_5(48)|SiO_2(84)|Ti_3O_5(51)|SiO_2(85)|Ti_3O_5(48)|SiO_2(59)|Ti_3O_5(34)|SiO_2(71)|Ti_3O_5(44)|SiO_2(65)|Ti_3O_5(45)|SiO_2(81)|Ti_3O_5(52)|SiO_2(88)|$ glass] 이었다. 위의 데이터를 이용하여 제작한 칼라필터는 SEM 사진에 의해 41층으로 확인되었으며, XPS 분석에 의해 $SiO_2$층이 맨 위층이며 $Ti_3O_5$층과 교번인 다층막으로 형성돼 있으며, $Ti_3O_5$박막 형성 시 TiO2 박막과 $Ti_3O_5$박막이 섞여 형성됨을 알 수 있었다. 결론: 41층의 $Ti_3O_5/SiO_2$ 다층박막을 이용하여 12 nm 반치폭을 갖으며 500 nm 중심파장에서 투과율은 99%인 협대역 칼라투과필터를 제작하였으며, 이 칼라필터는 $Ti_3O_5$박막 형성 시 TiO2 박막과 $Ti_3O_5$박막이 섞여 형성됨을 알 수 있었다.

Purpose: The narrow-band pass color-filters with a 500 nm central wavelength and 12 nm FWHM using $Ti_3O_5/SiO_2$ mutilayer were fabricated, and their characteristics and structures were studied. Methods: the optical constants, n and k, of the $Ti_3O_5$ and $SiO_2$ thin films were obtained from the transmittances of their thin film. The narrow-band pass color-filters were designed with these optical constants and the AR coating of the filter was also designed. $Ti_3O_5/SiO_2$ multilayer filters were made by electron beam evaporation apparatus and the transmittaces of the filters were measured by spectrophotometer. the number of layers and the thicknesses of filters were calculated from the cross section of filters by SEM image and the composition of filters was analysed by XPS analysis. Results: The optimization of AR coating for the narrow-band pass color-filter was [air$|SiO_2(90)|Ti_3O_5(36)|SiO_2(5)|Ti_3O_5(73)|SiO_2(30)|Ti_3O_5(15)|$ glass], and the optimization of filter layer for the color filter was [air$|SiO_2(192)|Ti_3O_5(64)|SiO_2(102)|Ti_3O_5(66)|SiO_2(112)|Ti_3O_5(74)|SiO_2(120)|Ti_3O_5(68)|SiO_2(123)|Ti_3O_5(80)|SiO_2(109)|Ti_3O_5(70)|SiO_2(105)|Ti_3O_5(62)|SiO_2(99)|Ti_3O_5(63)|SiO_2(98)|Ti_3O_5(51)|SiO_2(60)|Ti_3O_5(42)|SiO_2(113)|Ti_3O_5(88)|SiO_2(116)|Ti_3O_5(68)|SiO_2(89)|Ti_3O_5(49)|SiO_2(77)|Ti_3O_5(48)|SiO_2(84)|Ti_3O_5(51)|SiO_2(85)|Ti_3O_5(48)|SiO_2(59)|Ti_3O_5(34)|SiO_2(71)|Ti_3O_5(44)|SiO_2(65)|Ti_3O_5(45)|SiO_2(81)|Ti_3O_5(52)|SiO_2(88)|$ glass]. It was known that the color-filters fabricated by the simulation data were composed of 41 layers by SEM image and the top layer of filters was $SiO_2$ layer and the filters were composed of $SiO_2$/$Ti_3O_5$ multilayer by XPS analysis. It was also known that the mixed thin film of TiO2 and $Ti_3O_5$ was made during the deposition of the $Ti_3O_5$ material. Conclusions: The narrow-band pass color-filters with a 500 nm central wavelength and 12 nm FWHM using $Ti_3O_5/SiO_2$ mutilayer of 41 layer were fabricated, and it was known that the mixed form of TiO2 and $Ti_3O_5$ thin film was made during the deposition of the $Ti_3O_5$ material.

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참고문헌

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  6. 황보창권, 진권휘, 박대윤, 이민희, "포락선 방법을 이용한 흡수가 작은 박막의 광학 상수 및 두께 결정", The Journal of Optical Society of Korea, 3(1):1-10(1992).
  7. 박문찬, 김동진, "$Ti_3O_5/SiO_2$ 다층박막를 이용한 협대역 칼라투과필터 설계", 신흥대학 부설 보건과학연구소논문집, 15:55-66(2011).