나노 구조 형태에 따른 안경렌즈 코팅 막의 굴절률에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

목 적: 곡률이 없는 안경렌즈 위에 하드 코팅 막과 SiO2 막을 쌓은 후, FDTD를 사용하여 원기둥 hole 나노 구조물을 설계하고, 나노 구조 형태에 따른 안경렌즈 코팅막의 굴절률을 연구하였다.
방 법: 시뮬레이터 설계에서 안경렌즈 위에 하드코팅 막을 1.5 μm로 하고, 그 위에 SiO2 막을 100 nm에 서 900 nm까지 변화시켰으며, SiO2 막에 원기둥 hole 모양의 나노 구조를 만들고 원기둥 hole의 배열을 hexagonal로 하였다. 원기둥 hole 깊이와 주기를 고정하고 hole 반경을 변화시켜 반사율이 최소가 되는 파장위치를 찾아 나노 SiO2 막의 굴절률을 계산하였다. 그리고 원기둥 hole 반경과 주기를 고정하고 깊이를 변화시켜 깊이에 따른 반사스펙트럼을 관찰했으며, 또한 원기둥 hole 깊이를 고정시키고 반경과 주기를 변화시켜 주기에 따른 반사스펙트럼을 관찰했다. 또한 원기둥 hole의 반사율 스펙트럼을 좀 더 자세히 분석하기 위해서 원기둥 hole의 배열을 square로 했을 때 반사율 스펙트럼도 관찰하였다.
결 과: 원기둥 hole 깊이를 100 nm로, 주기를 300 nm로 고정하고 반경을 변화시킨 결과, hole 반경이 70 nm일 때 반사율이 영인 파장위치는 508 nm이었다. 이 때, 나노 SiO2 막의 굴절률은 소멸간섭 조건에 의해 계산한 값은 1.27이고, 진폭 조건으로는 1.24로 거의 비슷한 값을 가짐을 알 수 있었다. 그리고 원기둥 hole 높이가 100 nm 이상에서는 간섭현상이 일어나며 높이가 커질수록 반사율이 최대 최소를 이루는 파장의 개수가 점점 많아짐을 알 수 있었다. 또한 시뮬레이션 주기는 100 nm에서 300 nm까지는 반사방지막 효과가 나타나고 400 nm 이상에서는 반사방지막 효과와 회절이 합쳐진 현상이 나타남을 알 수 있었다.
결 론: 반사율이 영일 때 나노 SiO2 막의 굴절률은 소멸 간섭조건에 의해 계산한 값은 1.27이고, 진폭조 건으로는 1.24이다. 또한 시뮬레이션 주기는 100 nm에서 300 nm까지는 반사방지막 효과가 나타나다가 400 nm 이상에서는 반사방지막 효과와 회절이 합쳐진 현상이 나타남을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Purpose: A refractive index according to a nanostructured shape was investigated, which was accumulated a hard-coating film and a SiO2 film on an Ophthalmic lens with no curvature and was designed as hole using a FDTD simulator.
Method: the hard-coating film with 1.5 μm thickness and the SiO2 film with varying from 100 nm to 900 nm were designed on the lens. The nanostructures were made of cylindrical holes in the SiO2 film and an arrangement of the holes was hexagonal in the simulator. the radii of the holes were changed when the depths of the holes and the periods of the holes were fixed, and the refractive indexes of the SiO2 nanostructures were calculated to find the position of wavelength where the reflection was at a minimum. And the reflection spectra were observed according to the depth when the depth of the holes was changed at the fixing radius and period of the holes. And also the reflection spectra were observed according to the depth at the fixing radius and period of the holes. In addition, when the holes were arranged in square to analyze the spectra according to the period, the reflection spectra were observed.
Result: The radii of the holes were changed at the fixing depth of 100 nm and the fixing period of 300 nm, and in the radius of 70 nm the position of wavelength was 508 nm where reflectance was zero. At this time, the refractive index of the SiO2 nanostructure was 1.27 by the destructive interference condition, while the index was 1.24 by the amplitude condition. Two values were found to be similar. And a interference was taking place in the height of 100 nm or more, and the number of wavelength of forming the maximum and minimum reflectivity in shape was increased as the height was deeper. In addition, anti-reflection effect appeared in the period of 100 nm to 300 nm and anti-reflection effect and diffraction phenomena were combined in the period of above 400 nm.
Conclusion: the refractive index of the SiO2 nanostructure was 1.27 by the destructive interference condition, while the index was 1.24 by the amplitude condition. In addition, anti-reflection effect appeared in the period of 100 nm to 300 nm, anti-reflection effect and diffraction phenomena were combined in the period of above 400 nm.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론
• Ⅱ. 실험방법
• Ⅲ. 결 과
• 1. 원기둥 hole 반경에 따른 반사율 스펙트럼
• Ⅳ. 결 론
• 참 고 문 헌

참고문헌 (Reference)

1 박문찬, "나노 구조를 이용한 초발수용 안경렌즈의 반사방지 효과에 대한 FDTD 시뮬레이션" 대한시과학회 17 (17): 115-122, 2015

2 Lee FJ, "Preparation of low refractive index SiOxFy optical thin films by ion beam assisted deposition" 9 (9): 162-167, 1998

3 Pedrotti FL, "Introduction to Optics" Pearson Prentice Hall 483-486, 2013

4 Lee JH, "Inhomogeneous refractive index of SiOxFy thin films prepared by ion beam assisted deposition" 128-129 : 280-285, 2000

5 Arabi HE, "Enhanced optical transmission through subwavelength centered-polygonal hole arrays in silver thin film on silica substrate" 19 (19): 8514-8525, 2011

6 Tilly RJD, "Colour and the optical properties of materials" John Wiley &Sons 28-33, 2000

7 Park MC, "A Study of the optical constants of the hard-coating films by the ellipsometer" 8 (8): 37-44, 2006