search
Contact Us
HOME

Journal Search Engine

to

Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1229-6457(Print)
ISSN : 2466-040X(Online)
The Korean Journal of Vision Science Vol.17 No.4 pp.453-460
DOI : https://doi.org/10.17337/JMBI.2015.17.4.453

Study on anti-reflective coating of three multilayer on Ophthalmic lens including a nanostructure film

Moon-Chan Park
Dep. of Ophthalmic Optics, Shinhan University, Eujungbu
Address reprint requests to Moon-Chan Park Dept. of Ophthalmic Optics, Shinhan University, Eujungbu Tel: 031-870-3432, Fax:031-870-3439, E-mail: mcpark@shinhan.ac.kr
October 12, 2015 November 18, 2015 December 11, 2015

Abstract

Purpose:

The antireflection film coated three multilayer including a nanostructure on Ophthalmic lens with no curvature was studied.


How:

Al2O3/ZrO2/Al2O3 on hard-coating film and nano-structure made nano-cylindrical hole in the top Al2O3 layer were designed on the lens. The best anti-reflective coating was found by observing the reflection spectrum according to the radius, height, period of the nano-cylindrical hole and the thickness of the ZrO2 layer.


Result:

The radii of the nano-cylindrical holes were changed while the depth and the period were fixed. The reflectance was close to 0% in the radius of 70 nm where the position of wavelength was at 450 nm to 650 nm. The heights of the nano-cylindrical holes were changed while the radius and the period were fixed. The reflectance spectrum revealed that the height of the nano-cylindrical hole was optimal at about 100 nm. In addition, the period and the radius of the nano-cylindrical hole were changed. The reflectance spectrum gave the best in the period 200 nm or less. It was found that the anti-reflection film coating was optimal at the thickness of 130 nm in ZrO2.


Conclusion:

The anti-reflection coating consisted of Al2O3/ZrO2/Al2O3 film with nano-layer on the spectacle lens was studied, and the optimal reflectance spectrum was found at the radius of 70 nm, at the height of 100 nm, at the period of below 200 nm. In addition, the optimal reflectance spectrum was found at a the ZrO2 thickness of 130 nm.


nanostructure , Al2O3/ZrO2/Al2O3 , anti-reflective coating film , FDTD

나노 구조 층을 포함한 안경렌즈 3층 코팅 막의 반사방지에 관한 연구

박 문찬
신한대학교 뷰티헬스학부 안경광학과전공

    Ⅰ. 서 론

    반사방지막 코팅의 가장 간단한 방법은 한 층막을 기판 위에 코팅을 하는 경우다. 이 때 막 위에서 반사 하는 파와 기판과 막 사이에서 반사되는 파가 임의의 파장에서 소멸간섭조건을 만족하고 두 파의 진폭이 같으면 임의의 파장에서 반사율이 영이 된다. 그러나 일반적으로 두 파의 진폭을 같게 할 수 있는 1.22(기 판의 굴절률이 1.5인 경우)와 같은 낮은 굴절률을 갖 는 물질이 없고 임의의 파장에서만 소멸간섭조건을 만족해 좁은 영역에서의 반사율이 작은 반사방지막이 만들어진다.

    넓은 영역에서 반사율이 영인 반사방지막을 만들 기 위해서는 기판 위에 다층막으로 코팅을 해야 하며, 다층막 코팅 시 맨 위층은 저 굴절률 물질이 코팅되 어야 한다. 다층막의 코팅 막의 층수가 적게 하기 위 해서는 저 굴절률 물질에서는 굴절률이 작을수록 좋 고 고 굴절률 물질에서는 굴절률을 클수록 좋다.1) 박 막에 나노 패턴을 만들 경우 박막의 굴절률을 작게 만들 수 있으며 또한 코팅 조건에 알맞게 조절할 수 도 있다는 장점을 가지고 있을 뿐 아니라 표면에서 초 발수 현상이 나타나 이를 실생활에 이용할 수 있 다. 최근에 안경렌즈 위에 하드코팅 막과 SiO2 막을 설계하고 SiO2 막에 나노 원기둥 hole 구조물을 만들 고 구조물의 배열은 hexagonal로 한 후, 나노 원기 둥 hole 반경에 따라 반사율을 측정하여 나노 구조 SiO2 박막의 굴절률을 구했다.2,3)

    나노 원기둥 hole 구조물은 레이저 간섭 리소그래 피(laser interference lithography)방법4~6)을 이용 하여 쉽게 만들 수 있는데, 이는 원하는 박막 위에 Photoresistor를 입히고 레이저를 Lloyd 거울을 이 용하여 박막 위에 조사하여 노광시킨 후 공정과정을 통해 만들 수 있다. 간섭 리소그래피에서 패턴의 주 기(P)는 P= λ/2sinθ의 관계식7)과 같이 일정한 빛의 파장을 갖는 경우 빛의 입사각을 변화시켜 조절이 가 능하다. 여기서 λ는 레이저 빛의 파장, θ는 빛의 입사 각이다.

    본 연구에서는 나노 구조 층을 포함한 3층의 박막 으로 넓은 파장 영역에서 반사방지막 코팅이 가능한 [공기-Al2O3 막(나노 구조)-ZrO2 막-Al2O3 막-하드 코팅 막]을 설계하려 한다. 나노 구조와 배열은 비교 적 쉽게 만들 수 있는 나노 원기둥 hole 구조와 조밀 도가 큰 hexagonal 배열6)을 선택하였다. 박막 물질 은 Al2O3와 ZrO2로서, Al2O3는 굴절률이 1.6으로 저 굴절률로서는 다소 크지만 경도가 커 내마모성이 좋 을 뿐만 아니라 나노구조 막으로 만들 경우 굴절률을 조절하여 굴절률을 작게 만들 수 있기에 선택하였고, ZrO2는 굴절률이 2.1인 고 굴절률 물질로 선택하였 다. 하드 코팅 막 위에 있는 Al2O3 막은 일반 박막으 로, ZrO2 막 위에 있는 Al2O3 막은 나노구조 막으로 사용하였다.

    Ⅱ. 실험방법

    본 연구에서는 FDTD 시뮬레이터(Lumerical FDTD simulations)를 사용하여 안경렌즈 하드코팅 위에 나 노구조 층을 포함한 3층막을 만들어 나노 구조물의 형 태에 따른 안경렌즈 코팅 막의 반사방지막을 연구하 였다.

    FDTD 시뮬레이션에서 안경렌즈는 굴절률이 1.551 인 플라스틱 렌즈를 택하였고, 시뮬레이션을 간단하 게 하기 위해서 곡률이 없는 안경렌즈를 택했고, 그 위에 하드코팅막을 쌓고 두께는 1.5 μm로 설계했다. 하드코팅막 위에 Al2O3 막과 ZrO2 막과 Al2O3 막을 선택하였고, 맨 위층에 있는 Al2O3 막에 나노 구조물 을 설계하였다. 나노 구조물로 만들 때 굴절률을 줄 이기 위해 안이 비워있는 원기둥 hole을 선택하였고 나노 원기둥 hole 밖은 Al2O3 매질이며, 원기둥 hole 배열을 hexagonal로 만들고, 나노 원기둥 hole의 두 께는 맨 위 Al2O3 막의 두께와 같게 하였다.

    나노 원기둥 hole 주기와 두께를 고정하고 반경에 따른 반사율 스펙트럼을 얻어 반사방지 효과를 연구하 였고, 나노 구조가 아닌 3층막과 비교하여 나노 구조 Al2O3 막의 굴절률을 구하였다. 또한 나노 원기둥 hole 주기와 반경을 고정하고 높이에 따른 반사율 스펙트럼 을 얻어 최적의 반사방지막을 갖는 두께를 찾았다. 그 리고 나노 원기둥 hole 주기와 반경의 비를 일정하게 하면서 주기를 변화시켰을 때 반사율을 얻었으며, 또 한 박막 중간층에 있는 ZrO2 막의 두께에 따른 반사율 스펙트럼으로부터 최적의 반사방지막을 얻었다.

    FDTD 시뮬레이션 시 하드코팅의 굴절률은 헬륨 d 선을 기준으로 한 굴절률 1.551이며, 저자가 기존의 논문8)에 발표한 타원법을 이용해서 구한 하드 코팅 막의 분산식을 입력하였다. 그 위의 Al2O3 막과 ZrO2 막의 광학 상수 값은 Lumerical FDTD 시뮬레이터 안에 있는 데이터를 사용하였다.

    <Fig. 1 a>는 나노 원기둥 hole의 단면을 나타내는 그림으로 맨 위층은 나노 구조 Al2O3 막이며 그 아래 쪽에는 ZrO2 막과 Al2O3 막을 나타낸다. <Fig. 1 b> 는 나노 원기둥 hole을 위에서 본 그림으로 나노 원 기둥 hole 배열이 hexagonal로 나타나 있으며 빛은 나노 원기둥 hole 면에 수직으로 입사하며, 시뮬레이 션 주기는 그림처럼 원기둥 hole 중심과 이웃하는 원 기둥 hole 중심을 연결한 것이다.

    Ⅲ. 결 과

    1. 나노 원기둥 hole 반경에 따른 반사율 스펙트럼

    하드코팅 막 위에 Al2O3 층의 두께는 90 nm로 하 고, 그 위에 있는 ZrO2 층의 두께는 130 nm로 하고 맨 위에 있는 Al2O3 층의 두께는 100 nm로 하였다. 나노 원기둥 hole 주기는 200 nm이고, 나노 원기둥 hole 두께는 맨 위에 있는 Al2O3 층의 두께와 같은 100 nm 이고, 나노 원기둥 hole 반경은 0 nm에서 100 nm까 지 10 nm씩 증가시켰을 때, <Fig. 2>는 파장 350 nm 에서 850 nm까지의 반사율 스펙트럼이다.

    나노 원기둥 hole 반경이 0 nm일 때는 나노 구조 물이 없는 Al2O3/ZrO2/ZrO2로 되어 있는 3층 박막 구조와 동일하다. 파장 350 nm에서 반사율이 약 21% 이고 파장 460 nm까지 급감하여 약 1%의 반사율을 갖는 후, 파장 560 nm까지 반사율이 증가하여 파장 560 nm에서 5%의 반사율을 나타낸다. 그 후 반사율 이 파장 770 nm까지 감소하여 반사율이 영을 나타내 다가 파장 850 nm까지 반사율이 조금씩 증가하여 파 장 850 nm에서는 0.5%의 반사율을 갖는다.

    나노 원기둥 hole 반경이 0 nm에서 10 nm, 30 nm, 50 nm로 점점 커지면 반사율은 전 파장 영역에서 조 금씩 감소하다가, 나노 원기둥 hole 반경이 70 nm에 서는 반사율이 파장 350 nm에서 약 16 %이며 파장 450 nm까지 반사율이 줄다가 파장 450 nm-650 nm 영역에서 거의 영의 반사율을 가리키며, 파장 650 nm 이상에서는 파장이 커짐에 따라 점점 커지다가 파장 850 nm에서는 약 6%의 반사율을 나타낸다.

    이 후 나노 원기둥 hole 반경이 90 nm과 100 nm에 서는 반사율이 전체적으로 크게 증가해 최소 반사율은 파장 550 nm 근처에서 각각 2%, 5%를 나타낸다.

    반사율이 최적조건인 나노 원기둥 hole 반경이 70 nm을 나타낼 때 나노 구조 Al2O3 박막의 굴절률 을 알기 위해, 나노구조 막이 아닌 일반 박막으로 나 노 구조 Al2O3 막과 같은 조건으로 맨 위 Al2O3 층을 FDTD simulation에서 임의의 굴절률을 변화하면서 구한 결과가 <Fig. 3>과 같다. 굴절률을 1.25에서는 반사율 스펙트럼은 550 nm에서만 영을 가리키는 좁 은 영역의 반사방지막 코팅임을 알 수 있었다. 굴절 률이 1.28, 1.30으로 점점 커짐에 따라 반사율이 영 인 영역이 점점 넓어짐을 알 수 있었고, 굴절률 1.32, 1.34에서는 나노 박막에서 얻은 반사율 스펙트럼과 거의 같은 결과를 얻을 수 있었다. 굴절률이 1.36, 1.38, 1.4일 때의 반사율 스펙트럼은 굴절률이 1.32, 134일 때의 반사율 스펙트럼과 비슷하나 파장 550 nm에서 반사율이 영이 아닌 0.2, 0.4, 0.5% 정 도이다. 이로부터 70 nm 두께의 나노 구조 Al2O3 막 의 굴절률은 1.32-1.34 정도임을 알 수 있었다.

    2. 나노 원기둥 hole 두께에 따른 반사율 스펙트럼

    <Fig. 4>은 나노 원기둥 hole 주기를 200 nm로 하 고, 반경을 70 nm로 하고, 두께를 40 nm, 80 nm, 100 nm, 120 nm, 160 nm, 200 nm로 했을 때 파장에 따른 반사율 스펙트럼이다.

    나노 원기둥 hole 두께가 0 nm일 때, 파장 350 nm 에서 반사율이 약 22%이고 파장이 커짐에 따라 반사 율이 점점 작아지다 파장 560 nm에서 반사율이 6% 가 된다. 이 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 점점 커 져 파장 850 nm에서는 약 18%가 된다. 이 층은 맨 위 Al2O3층이 없는 2층막 코팅으로 고 굴절률 물질이 맨 위에 있어 고 반사코팅이 되므로 반사율이 크리라 여겨진다. 원기둥 hole 두께가 40 nm일 때, 파장 350 nm에서 반사율이 약 10%이고 파장이 커짐에 따 라 반사율이 점점 커져 파장 380 nm에서 반사율이 14%가 된다. 이 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 점 점 작아져 파장 600 nm에서는 약 4%가 된다. 이 후 점점 반사율이 점점 증가하여 파장 850 nm에서 약 14%가 된다.

    나노 원기둥 hole 두께가 80 nm일 때, 파장 350 nm에서 반사율이 약 6%이고 파장이 커짐에 따 라 반사율이 점점 작아져 파장 600 nm에서 반사율이 1%가 된다. 이 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 점점 커져 파장 850 nm에서는 약 9%가 된다.

    나노 원기둥 hole 두께가 100 nm일 때는 파장 350 nm에서 반사율이 약 16%이고 파장이 커짐에 따 라 반사율이 급격히 작아져 파장 450 nm에서 650 nm까지 거의 반사율이 영이 된다. 이 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 점점 커져 파장 850 nm에서는 약 6%가 된다. 이때의 반사율이 최적의 조건일 때다. 나노 원기둥 hole 높이가 더 커져 120 nm, 140 nm, 160 nm, 200 nm가 되면 반사율이 파장 전 영역에서 커진다.

    나노 원기둥 hole 두께가 100 nm일 때는 반사율이 영인 파장 영역은 450 nm에서 650 nm이다. 그 중간 파장인 550 nm를 기준으로 잡을 경우 λ ′ 4 = ( = λ 4 n ) 파 장을 계산하면 두께는

    t = λ 4 n = 550   nm 4 × 1.33 = 103 nm

    으로 최적의 반사방지막의 두께 100 nm와 거의 비슷 하다. 이는 나노 Al2O3 박막의 두께가 λ ′ 4 에서 최적의 반사율 스펙트럼이 나타남을 알 수 있다.

    3. 나노 원기둥 hole 주기에 따른 반사율 스펙트럼

    <Fig. 5>는 나노 원기둥 hole 두께를 100 nm로, Al2O3 박막의 두께를 90 nm, ZrO2 박막의 두께는 130 nm로, 나노 구조 Al2O3 박막의 두께는 나노 원기 둥 hole 높이와 같으므로 100 nm로 고정했을때 나노 원기둥 hole 주기와 반경을 각각 50 nm-17.5 nm, 100 nm-35 nm, 150 nm-52.5 nm, 200 nm-70 nm, 250 nm-87.5 nm, 300 nm-105 nm, 350 nm- 122.5 nm로 변화시키면서 관찰한 파장에 따른 반사 율 스펙트럼이다.

    나노 원기둥 hole 주기가 50 nm일 때, 파장 350 nm에서 반사율이 18%이며 파장이 증가함에 따라 급 격히 반사율이 감소하여 460 nm에서 반사율이 영이 다. 이 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 조금 커져 파 장 550 nm에서는 0.5%의 반사율을 나타내다가 파장 650 nm에서 다시 영을 나타낸다. 이후 파장이 커짐 에 따라 반사율이 점점 커져 파장 850 nm에서 약 5%의 반사율을 나타낸다. 나노 원기둥 hole 주기가 100 nm, 150 nm, 200 nm일 때는 파장 350 nm에서 반사율이 각각 17%, 16%, 15%이며 파장이 증가함에 따라 급격히 반사율이 감소하여 파장 460 nm에서 650 nm까지 반사율이 영이다. 이 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 조금 커져 파장 850 nm에서 약 6% 반 사율을 나타낸다.

    나노 원기둥 hole 주기가 210 nm일 때, 파장 350 nm에서 반사율이 20%이며 파장이 조금 증가함 에 따라 급격히 반사율이 증가하여 파장이 약 355 nm에서 반사율이 26%를 나타내며 다시 파장이 조금 증가하면 반사율이 급격히 감소하여 파장이 약 360 nm에서 반사율이 10%이다. 이후 급격하게 증가 하여 파장 365 nm에서 반사율이 14%를 나타내다가 파장이 증가함에 따라 반사율이 감소해 파장 350 nm 에서 550 nm까지 영의 반사율을 나타내다가 파장이 증가함에 따라 반사율이 증가해서 파장 850 nm에서 약 6% 반사율을 나타낸다.

    나노 원기둥 hole 주기가 250 nm, 300 nm, 350 nm 일 때, 주기가 200 nm의 반사율 스펙트럼 양상과 비슷 하나 반사율 피크의 위치가 주기가 증가함에 따라 오른 쪽으로 이동하며 크기는 60%, 30%, 60%로 매우 크게 나타난다. 이와 같은 현상은 주기가 증가할 때 나노 원 기둥 hole 반경도 주기에 비례해서 증가하므로 빛이 나 노 원기둥 hole 안으로 들어간다고 여겨진다. 나노 원 기둥 hole 안으로 들어간 빛은 고 굴절률(ZrO2)과 저 굴절률(Al2O3)로 이루어진 2층 고 반사막으로 반사율 이 커지며, 빛이 나노 원기둥 hole 안에서 공명이 일어 나 반사율이 증폭되며, 주기가 커짐에 따라 나노 원기 둥 hole 반경이 커져 공명이 일어나는 파장도 커지므로 반사율 피크가 오른쪽으로 이동하리라 여겨진다. 이에 관해서는 앞으로 연구가 이루어져야 한다고 여겨진다.

    4. ZrO2 막의 두께에 따른 반사율 스펙트럼

    <Fig. 6>는 나노 원기둥 hole 반경과 두께와 주기 를 각각 70 nm, 100 nm, 200 nm으로, Al2O3 막의 두께를 90 nm로 고정하고 ZrO2 막의 두께는 50 nm, 70 nm, 90 nm, 110 nm, 130 nm, 150 nm, 170 nm로 변화시키면서 관찰한 파장에 반사율 스펙트럼이다.

    ZrO2 막의 두께가 50 nm일 때, 파장 350 nm에서 반사율이 16%이며 파장이 증가함에 따라 급격히 반 사율이 감소하여 파장 500 nm에서 반사율이 약 3% 이다. 이 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 조금 커져 파장 850 nm에서는 약 9.5%의 반사율을 나타낸다. ZrO2 막의 두께가 70 nm일 때, 파장 350 nm에서 반 사율이 11%이며 파장이 조금 증가하면 반사율이 커져 파장 370nm에서 반사율이 약 13.5%이며, 이 후 파장 에 커짐에 따라 반사율이 작아져 파장 700 nm에서는 거의 영이 된다. 그 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 조금씩 증가하여 약 3%의 반사율을 나타낸다. ZrO2 막의 두께가 90 nm일 때, 파장 350nm에서 반사율이 11%이며 파장이 조금 증가하면 반사율이 커져 파장 370 nm에서 반사율이 약 13.5%이며, 이 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 작아져 파장 700 nm에서는 거 의 영이 된다. 그 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 조 금씩 증가하여 약 3% 반사율을 나타낸다. ZrO2 막의 두께가 110 nm일 때, 파장 350 nm에서 반사율이 약 7.5%이며 파장이 증가하면 반사율이 작아져 파장 400 nm에서 반사율이 약 0.7%이며, 이 후 파장에 커 짐에 따라 반사율이 커져 500 nm에서 약 1.2%의 반 사율을 나타내며 그 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 조금씩 증가하여 약 9%의 반사율을 나타낸다.

    ZrO2 막의 두께가 130 nm일 때, 파장 350 nm에서 반사율이 16%이며 파장이 증가하면 반사율이 작아져 파장 460 nm에서 650 nm까지 반사율이 영이다. 이 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 커져 파장 850 nm 에서는 약 6%의 반사율을 나타낸다. ZrO2 막의 두께 가 150 nm일 때, 파장 350 nm에서 반사율이 약 16% 로 시작해서 파장이 증가하면 반사율이 작아져 파장 550 nm에서 반사율이 약 1%를 나타낸 후 파장에 커 짐에 따라 반사율이 작아져 700 nm에서 반사율이 영 이 되며 그 후 파장에 커짐에 따라 반사율이 조금씩 증가하여 약 3%의 반사율을 나타낸다. ZrO2 막의 두 께가 170 nm일 때, 파장 350 nm에서 반사율이 약 2%로 시작해서 파장이 증가하면 반사율이 커져 파장 400 nm에서 반사율이 약 9%을 나타낸 후 파장에 커 짐에 따라 반사율이 작아져 파장 800 nm에서 반사율 이 약 0.5%을 나타내며 그 후 파장에 커짐에 따라 반 사율이 조금씩 증가하여 약 1% 반사율을 나타낸다.

    이로부터 최적의 반사율 스펙트럼은 ZrO2 막의 두 께가 130 nm일 때의 스펙트럼임을 알 수 있었다. ZrO2 막의 굴절률은 2.1로서 반사율이 영인 파장 영역 인 450 nm에서 650 nm의 중간 파장인 550 nm를 기 준으로 잡을 경우 λ ′ 2 ( = λ 2 n ) 파장을 계산하면 두께는

    t = λ 4 n = 550   nm 2 × 2.1 = 130.1 nm

    로 130 nm와 거의 비슷하다. 이는 ZrO2 막의 두께가 λ ′ 2 에서 최적의 반사율이 나타남을 알 수 있었다.

    Ⅳ. 결 론

    시뮬레이터 설계에서 안경렌즈위에 하드코팅 막을 1.5 μm로 하고, 그 위에 Al2O3과 ZrO2와 Al2O3를 쌓 고, 맨 위층 Al2O3 막에는 나노 원기둥 hole 구조물을 설계하여 나노 Al2O3 막을 만들었다. 맨 위층의 나노 원기둥 hole의 반경에 따라 나노 박막의 굴절률이 변 화하므로 나노 원기둥 hole 반경과 높이를 변화하여 안경렌즈 3층 코팅 막의 최적의 반사방지막을 찾았 다. 또한 나노 원기둥 hole의 주기와 ZrO2 막의 두께 에 따른 반사율 스펙트럼을 관찰하여 최적의 반사방 지막을 찾았다.

    나노 원기둥 hole 주기를 200 nm로, 높이를 100 nm로 고정하고 나노 원기둥 hole 반경을 0 nm 에서 100 nm까지 10 nm씩 증가시키면서 반사율 스 펙트럼을 관찰한 결과, 반경이 70 nm일 때 파장 450 nm에서 650 nm까지 반사율이 0%에 가까웠다. 이 때 나노 Al2O3 박막의 굴절률을 알기 위해 나노 박막이 아닌 일반 박막으로 똑같은 조건으로 맨 위 Al2O3 층을 FDTD simulation에서 임의의 굴절률을 변화하면서 구한 결과로부터 나노 Al2O3 막의 굴절 률은 1.32-1.34 정도임을 알 수 있었다. 그리고 나 노 원기둥 hole 주기를 200 nm로, 반경을 70 nm로 고정하고 원기둥 hole 높이를 0 nm에서 200 nm까 지 20 nm씩 증가시키면서 반사율 스펙트럼을 관찰 한 결과, 나노 원기둥 hole 높이가 약 100 nm에서 최적의 반사율 스펙트럼을 얻을 수 있었다. 이는 나 노 Al2O3 박막의 두께가 λ ′ 4 에서 최적의 반사율 이 나타남을 알 수 있었다.

    또한 나노 원기둥 hole 반경과 두께는 각각 70 nm, 100 nm로 놓고 나노 원기둥 hole 주기를 50 nm, 100 nm, 150 nm, 200 nm, 250 nm, 300 nm, 350 nm일 때 반사율 스펙트럼을 관찰한 결 과, 주기 50 nm에서 200 nm까지는 최적의 반사율 스펙트럼과 비슷한 양상을 나타났다. 그러나 나노 원 기둥 hole 주기가 250 nm, 300 nm, 350 nm일 때는 주기가 200 nm의 반사율 스펙트럼 양상과 비슷하나 반사율 피크의 위치가 주기가 증가함에 따라 오른쪽 으로 이동하며 크기는 60%, 30%, 60%로 매우 크게 나타난다. 이와 같은 현상은 주기가 증가할 때 나노 원기둥 hole 반경도 주기에 비례해서 증가하므로 빛 이 나노 원기둥 hole 안으로 들어간다고 여겨진다. hole 안으로 들어간 빛은 고 굴절률(ZrO2)과 저 굴절 률(Al2O3)로 이루어진 2층 막으로부터 반사율이 커지 며, 빛의 파장이 나노 원기둥 hole 안에서 정상파를 만들어 공명이 일어나 반사율이 증폭되며, 주기가 커 짐에 따라 나노 원기둥 hole 반경이 커져 공명이 일 어나는 파장도 커지므로 반사율 피크가 오른쪽으로 이동하리라 여겨진다.

    ZrO2 막의 두께를 50 nm에서 170 nm까지 변화시 킨 결과, 두께가 130 nm에서 반사방지막 코팅이 최 적화 됨을 알 수 있었다. ZrO2 막의 굴절률은 2.1로 반사율이 영인 파장 영역인 450 nm에서 650 nm의 중간 파장인 550 nm를 기준으로 잡을 경우 ZrO2 막 의 두께가 λ ′ 2 에서 최적의 반사율이 나타남을 알 수 있었다.

    Figure

    JMBI-17-4-453_F1.gif

    Schematic diagram of side view(a) and top view of hexagonal nano-hole arrangement (b) of three layer antireflecting coating including nanostructure.

    JMBI-17-4-453_F2.gif

    Reflectivity with a radius of 0 nm, 10 nm, 30 nm, 50 nm, 70 nm, 90 nm, 100 nm at 100 nm thickness, 200 nm period of hexagonal hole nanostructure.

    JMBI-17-4-453_F3.gif

    Reflectivity with a index of 1.25, 1.28, 1.3, 1.32, 1.36, 1.38, 1.4 in Al2O3 top layer corresponding to nanostructure Al2O3 layer at the same conditions.

    JMBI-17-4-453_F4.gif

    Reflectivity with the thickness of 0 nm, 40 nm, 80 nm, 100 nm, 120 nm, 160 nm, 200 nm at 70 nm radius, 200 nm period of hexagonal hole nanostructure.

    JMBI-17-4-453_F5.gif

    Reflectivity at a pair of period and radius with 50 nm-17.5 nm, 100 nm-35 nm, ……, 350 nm- 122.5 nm at 100 nm height of hexagonal hole nanostructure.

    JMBI-17-4-453_F6.gif

    Reflectivity at a thickness of ZrO2 with 50 nm, 70 nm, 90 nm, 110 nm, 130 nm, 150 nm, 170 nm in three multilayer on Ophthalmic lens.

    Table

    Reference

    1. Pedrotti FL, Pedrotti LM, Pedrotti LS: Introduction to Optics. 3rd ed., New Jersey, Addison-Wesley, pp. 483-486, 2006.
    2. Park MC: FDTD simulation on the antireflection effect about nanopatterning for Ophthamic superhyphobolic lenses. Korean J Vis Sci. 17(2), 115-122, 2015.
    3. Park MC: Study of the refractive index of the coating film on the Ophthalmic lens according to nanostructures shape. Korean J Vis Sci. 17(3), 203-212, 2015.
    4. Cho KS, Mandal P, Kim KH et al.: Improved efficiency in GaAs solar cells by 1D and 2D nanopatterns fabricated by laser interference lithography. Optics Communications 284(10-11), 2608-2612, 2011.
    5. de Boor J, Geyer N, Wittemann JV et al.: Sub-100nm silicon nanowires by laser interference lithography and metal-assited etching. Nanotechnology. 21(9), 1-5, 2010.
    6. Kim TU, Kim JA, Pawar SM et al.: Creation of Nanoscale Two-Dimensional Patterns of ZnO Nanorods using Laser Interference Lithogrphy Followed by Hydrothermal Synthesis at 90℃. Crystal Growth & Design. 10(10), 4256-4261, 2010.
    7. Müller-Meskamp L, Kim YH, Roch T et al.: Efficiency Enhancement of Organic Solar Cells by Fabricating Periodic Surface Textures using Direct Laser Interference Patterning. Adv Mater. 24(7), 906-910, 2012.
    8. Park MC, Jung BY, Joo KB et al.: A Study of the optical constants of the hard-coating films by the ellipsometer. Korean J Vis Sci. 8(2), 37-44, 2006.
    Copyright © The Korean Society of Vision Science. All rights reserved.