CN112462461A - 红外带通滤波结构及应用该结构的红外带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种红外带通滤波结构由复数氢化硅铝层及复数较低折射率层交互堆栈形成，该复数较低折射率层为一氧化物，该红外带通滤波结构具有800nm至1600nm的波长范围内至少部分重迭的一通带，该通带具有一中心波长，且该中心波长在入射角自0°改变至30°时，在量值上偏移幅度小于11nm；一种红外带通滤波器则是于一基板的第一侧面形成上述的红外带通滤波结构，于该基板的相反该第一侧面的一第二侧面上形成有一抗反射层；由此可提升溅镀效率以大幅降低制作成本，以及可减小膜层的翘曲量以解决后制切割易崩角的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外带通滤波结构及滤波器的结构方面的技术领域，尤指一种可提升溅镀效率以大幅降低制作成本，以及可减小膜层的翘曲量以解决后制切割易崩角问题的红外带通滤波结构及应用该结构的红外带通滤波器者。
背景技术
一般滤光器按光谱特性可分为带通滤光器、短波截止滤光器、长波截止滤光器。带通型滤光器指选定特定波段的光通过，通带以外的光截止，按带宽分为窄带和宽带，通常按带宽比中心波长的值来区分，小于5％为窄带，大于5％则为宽带。为了减少环境可见光线的干扰，普遍采用窄带干涉滤波器。传统的RGB可见光摄像头，需要采用红外截止滤波器，将不必要的低频近红外光过滤掉，以免红外光线对可见光部分造成影响，产生伪色或波纹，同时可以提高有效分辨率和彩色还原性。但是红外摄像头，为了不受到环境光线的干扰，需要使用窄带滤波器(即红外带通滤波器)，只允许特定波段的近红外光通过。
一种通常熟知的红外带通滤波器，如台湾公告第I576617号、第I648561号「光学滤波器及感测***」专利所示，其主要是由复数氢化硅层及复数较低折射率层交互堆栈形成，该红外带通滤波结构具有800nm至1600nm的波长范围内至少部分重迭的一通带(passband)，该通带具有一中心波长，且该中心波长在入射角自0°改变至30°时，在量值(magnitude)上偏移(shifts)幅度约12.2～20nm。其中，复数氢化硅层各自具有在800nm至1100nm的该波长范围内大于(接近)3.5的一折射率，该复数较低折射率层为一氧化物，在800nm至1100nm的波长范围内的折射率小于2，其可包括二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二铌(Nb2O5)、五氧化二钽(Ta2O5)及其混合物中的至少一者。
然而，通常熟知红外带通滤波器在实际实施时具有以下缺点：
1、该通常熟知由该复数氢化硅层及该复数较低折射率层交互堆栈形成的红外带滤波器的通带的中心波长在入射角自0°改变至30°时会有较大的偏移量(约12.2～20nm)，因此易导致其应用于三维成像***，于大角度收光时发生无法识别或识别失败的问题。
2、该通常熟知红外带通滤波器的膜层是利用纯硅靶进行溅镀形成，而纯硅靶只能使用5-6KW功率进行溅度制程，过大的功率将使纯硅靶材造成靶裂现象而无法使用，因此其在溅镀膜层时需花费较多时间，而使溅镀效率非常差，进而增加制作的成本(如电费、工时…等)。
3、该通常熟知红外带通滤波器的膜层具有较厚的厚度，所以其镀设于玻璃基板上时会产生较大的翘曲量，导致在后续的切割制程时易产生严重崩角的问题。
有鉴于此，本发明人乃是针对上述的问题，而深入构思，且积极研究改良试做而开发设计出本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于解决通常熟知红外带通滤波器所存在的溅效率低导致制作成本高，以及膜层的翘曲量导致后制切割时易产生崩角等诸多问题。
本发明所述的红外带通滤波结构，由复数氢化硅铝层及复数较低折射率层交互堆栈形成，该复数较低折射率层是一氧化物，该红外带通滤波结构具有800nm至1600nm的波长范围内至少部分重迭的一通带，该通带具有一中心波长，且该中心波长在入射角自0°改变至30°时，在量值上偏移幅度小于11nm。
本发明所述的红外带通滤波器，主要是于一基板的第一侧面形成上述的红外带通滤波结构，于该基板的相反该第一侧面的一第二侧面上形成有一抗反射层。
本发明所提供的红外带通滤波结构及应用该结构的红外带通滤波器，其利用该复数氢化硅铝层及该复数较低折射率层交互堆栈形成的红外带滤波结构的通带的中心波长在入射角自0°改变至30°时会有小于11nm的较小偏移量，因此应用于三维成像***时不易发生无法识别或识别失败的问题。尤其是，利用掺杂铝成分的硅铝靶制成该氢化硅铝时可以比通常熟知利纯硅靶制成氢化硅能多承受2倍以上功率输出(约10-20KW)，因此可使镀膜时间至少缩短一半，相对的同时间产量便可以多一倍以上，致使包括整厂生产时间、人力、电力等资源成本也会降低一半，大大提高竞争优势。而且，该红外带通滤波结构的膜层可通过铝成分延展性佳的特性而能制成较小的厚度，所以镀设于玻璃基板上时较少的膜厚则内应力相对较小，内应力小可以使后续的切割制程减少崩角的情况发生，以提高切割制成的良率，相对的进一步达到降低成本的目的。
附图说明
图1为本发明的红外带通滤波器的剖面示意图；
图2为本发明进行镀膜制程的真空溅射反应镀膜***的结构示意图；
图3为本发明的红外带通滤波结构的第一实施例的膜层结构示意图；
图4为本发明的红外带通滤波结构的第一实施例的光谱图；
图5为本发明的红外带通滤波结构的第二实施例的实验一的膜层结构示意图；
图6为本发明的红外带通滤波结构的第二实施例的实验一的光谱图；
图7为本发明的红外带通滤波结构的第二实施例的实验二的膜层结构示意图；
图8为本发明的红外带通滤波结构的第二实施例的实验二的光谱图；
图9为本发明的红外带通滤波结构的第三实施例的膜层结构示意图；
图10为本发明的红外带通滤波结构的第三实施例的光谱图；
图11为本发明的红外带通滤波结构的可见光反射率实验的膜层结构图；
图12为本发明的红外带通滤波结构的可见光反射率实验的光谱图；
图13为本发明的红外带通滤波结构的可见光反射率实验的色坐标范围图。
具体实施方式
请参阅图1所示，显示本发明所述的红外带通滤波器包括一基板10、一红外带通滤波结构20及一抗反射(AR)层30，其中：
该基板10，为玻璃，且同时具有一第一侧面及位于该第一侧面相反侧的一第二侧面。
该红外带通滤波结构20，形成于该基板10的第一侧面，由复数氢化硅铝(SiAl:H)层21及复数较低折射率层22交互堆栈形成，使该红外带通滤波结构20具有800nm至1600nm的波长范围内至少部分重迭的一通带(passband)，该通带具有一中心波长，且该中心波长在入射角自0°改变至30°时，在量值(magnitude)上偏移(shifts)幅度小于11nm(约10.3～10.5nm)。而且，该红外带通滤波结构20的厚度为3000～5500nm，在350nm～1600nm的波长范围内具有高OD值，在800nm至1600nm的波长范围内具有高穿透率，在可见光范围时色坐标位在x轴坐标0.2～0.5、y轴坐标0.2～0.5处，反射率低于20％。其中该复数氢化硅铝层21在800nm至1600nm波长范围内的折射率为3.1～3.6，消光系数为1.E-4～1.E-6，在350nm至700nm波长范围内的消光系数大于0.005。其中该较低折射率层22为一氧化物，其包括二氧化硅铝(SiAl:O2)、氮化硅铝(SiAl:N)、氮化硅(SiN)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二铌(Nb2O5)、五氧化二钽(Ta2O5)及其混合物中的至少一者。而且，该复数较低折射率层22在800nm至1600nm的波长范围内的折射率小于1.8，消光系数小于0.0005，在350nm至700nm波长范围内的消光系数大于0.005。
该抗反射层30，形成于该基板10的第二侧面，其由复数个高折射率材料氢化硅铝(SiAl:H)与复数个低折射率材料堆栈而成，该低折射率材料包含二氧化硅铝(SiAl:O2)、氮化硅铝(SiAl:N)、氮化硅(SiN)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二铌(Nb2O5)、五氧化二钽(Ta2O5)及其混合物中的至少一者，而且厚度为3000nm～6000nm。
请参阅图2所示，其指出本发明的氢化硅铝膜层21的溅镀制程是在一真空溅射反应镀膜***40中进行，其主要是以利用掺杂铝成分200ppm～1500ppm的各结构之硅圆柱靶作为溅镀的靶材45，制作过程为(A)将干净的基板10放在滚筒41上，使镀膜面朝外；(B)使滚筒41在镀膜腔室42内匀速旋转；(C)当真空度在10-3至10-4Pa时，开启溅射源43并通氩气，氩气被电离形成等离子体，在电、磁场的作用下轰击硅铝靶材45，硅铝材料被溅射到该基片10上形成硅铝薄膜；(D)随着滚筒200的转动，基片100被带往反应源(RF/ICP)区域44；(E)反应源区域44通入氢气、氧气和氩气，形成等离子体，在电场的作用下向该基片10高速运动，最终与该基片10上的硅铝薄膜发生反应，化合成含氢的氢化硅铝膜层21。其中，在制备高折射率的薄膜时，反应源区域44充入的混合气体中，通过调节氢气的比例(流量)，可以制备800nm至1600nm的最高折射率从3.1至4逐渐变化、消光系数可小于0.0005的薄膜。当反应源区域44充入的气体是氧气和氩的混合气体，可制备350nm至1600nm的折射率从1.46至1.7逐渐变化、消光系数可小于0.0005的薄膜。
请参阅第3、4图所示，为本发明所述红外带通滤波结构的第一实施例(850bandpass filter)，其由氢化硅铝层及二氧化硅铝层相互推迭共27层而成，相互堆栈厚度约3500nm。其中，该氧化硅铝层在800nm至1600nm波长范围内的折射率大于3且接近3.6，消光系数小于0.0005，在350nm至700nm波长范围内的消光系数大于0.005。该二氧化硅铝层在800nm至1600nm的波长范围内的折射率小于1.8，消光系数小于0.0005。堆栈形成的该红外带通滤波结构具有800nm至1600nm的波长范围内至少部分重迭的一通带，该通带的中心波长在入射角自0°改变至30°时偏移幅度小于11nm。其应用于三维成像***时可提升三维影像解析能力。
请参阅第5、6图所示，为本发明所述红外带通滤波结构的第二实施例的实验一(940 bandpass filter)，其是由氢化硅铝层及二氧化硅铝层相互推迭共31层而成，相互堆栈厚度约4000nm。其中，该氧化硅铝层在800nm至1600nm波长范围内的折射率大于3且接近3.6，消光系数小于0.0005，在350nm至700nm波长范围内的消光系数大于0.005。该二氧化硅铝层在800nm至1600nm的波长范围内的折射率小于1.8，消光系数小于0.0005。堆栈形成的该红外带通滤波结构具有800nm至1600nm的波长范围内至少部分重迭的一通带，该通带的中心波长在入射角自0°改变至30°时偏移幅度小于11nm。其应用于三维成像***时可提升三维影像解析能力。
请参阅第7、8图所示，为本发明所述红外带通滤波结构的第二实施例的实验二(940 bandpass filter)，其是由氢化硅铝层及二氧化硅铝层相互推迭共35层而成，相互堆栈厚度约4000～550nm。其中，该氧化硅铝层在800nm至1600nm波长范围内的折射率大于3且接近3.6，消光系数小于0.0005，在350nm至700nm波长范围内的消光系数大于0.005。该二氧化硅铝层在800nm至1600nm的波长范围内的折射率小于1.8，消光系数小于0.0005。堆栈形成的该红外带通滤波结构具有800nm至1600nm的波长范围内至少部分重迭的一通带，该通带的中心波长在入射角自0°改变至30°时偏移幅度小于11nm，其T90～T10％斜率会优于实例一(实验一slope小于8实验二slope小于7)，相同位置OD值也会优于实例一。
请参阅第9、10图所示，为本发明所述红外带通滤波结构的第三实施例(1064bandpass filter)，其是由氢化硅铝层及二氧化硅铝层相互推迭共33层而成，相互堆栈厚度在5000nm以下。其中，该氧化硅铝层在800nm至1600nm波长范围内的折射率大于3且接近3.6，消光系数小于0.0005，在350nm至700nm波长范围内的消光系数大于0.005。该二氧化硅铝层在800nm至1600nm的波长范围内的折射率小于1.8，消光系数小于0.0005。堆栈形成的该红外带通滤波结构具有800nm至1600nm的波长范围内至少部分重迭的一通带，该通带的中心波长在入射角自0°改变至7°时偏移幅度小于2nm，在400至1000nm及1120～1600的波长范围内的通带入射角从0°改变至7°时，OD>3。
请参阅第11～13图所示，为本发明所述红外带通滤波结构的可见光反射率实验，其是由氢化硅铝层及二氧化硅铝层相互推迭共37层而成，其在可见光范围时色坐标位在RxCoordinate 0.2～0.5、Ry Coordinate 0.2～0.5处，反射率低于20％。
本发明所提供的红外带通滤波结构及应用该结构的红外带通滤波器，具有以下优点：
1、本发明由该复数氢化硅铝层21及该复数较低折射率层22交互堆栈形成的红外带滤波结构20的通带的中心波长在入射角自0°改变至30°时会有小于11nm的较小偏移量(约10.3～10.5nm)，因此应用于三维成像***时不易发生无法识别或识别失败的问题。
2、本发明的掺杂铝成分的硅铝靶可以比通常熟知纯硅靶多承受2倍以上功率输出(约10-20KW)，因此可使镀膜时间至少缩短一半，相对的同时间产量便可以多一倍以上，致使包括整厂生产时间、人力、电力等资源成本也会降低一半，大大提高竞争优势。
3、本发明的膜层可通过铝成分延展性佳的特性而能制成较小的厚度，所以镀设于玻璃基板上时较少的膜厚则内应力相对较小，内应力小可以使后续的切割制程减少崩角的情况发生，以提高切割制成的良率，相对的进一步达到降低成本的目的。
综上，由于本发明具有上述优点及实用价值，在同类产品中均未见有类似的产品发表，已符合发明专利的申请要件，爰依法提出申请。
【符号说明】
10基板
20红外带通滤波结构 21氧化硅铝层
22较低折射率层
30抗反射层
40真空溅射反应镀膜*** 41滚筒
42镀膜腔室 43溅射源
44反应源区域 45靶材
Claims (16)
1.一种红外带通滤波结构，其特征在于，所述红外带通滤波结构是由复数氢化硅铝(SiAl:H)层及折射率低于所述复数氢化硅铝层的复数较低折射率层交互堆栈形成，所述复数较低折射率层为一氧化物，所述红外带通滤波结构具有800nm至1600nm的波长范围内至少部分重迭的一通带(passband)，所述通带具有一中心波长，且所述中心波长在入射角自0°改变至30°时，在量值(magnitude)上偏移(shifts)幅度小于11nm。
2.如权利要求1所述的红外带通滤波结构，其特征在于，所述红外带通滤波结构的厚度为3000～5500nm。
3.如权利要求1所述的红外带通滤波结构，其特征在于，所述红外带通滤波结构在350nm～1600nm的波长范围内具有高OD值，在800nm至1600nm的波长范围内具有高穿透率。
4.如权利要求1所述的红外带通滤波结构，其特征在于，所述红外带通滤波结构在可见光范围时色坐标位在X轴坐标0.2～0.5、y轴坐标0.2～0.5处，反射率低于20％。
5.如权利要求1所述的红外带通滤波结构，其特征在于，复数氢化硅铝层在800nm至1600nm波长范围内的折射率为3.1～3.6，消光系数为1.E-4～1.E-6，在350nm至700nm波长范围内的消光系数大于0.005。
6.如权利要求1所述的红外带通滤波结构，其特征在于，复数较低折射率层包括二氧化硅铝(SiA:lO2)、氮化硅铝(SiAl:N)、氮化硅(SiN)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二铌(Nb2O5)、五氧化二钽(Ta2O5)及其混合物中的至少一者。
7.如权利要求1所述的红外带通滤波结构，其特征在于，复数较低折射率层在800nm至1600nm的波长范围内的折射率小于1.8，消光系数小于0.0005。
8.一种红外带通滤波器，其特征在于，包括：
一基板，其同时具有一第一侧面及位于所述第一侧面相反侧的一第二侧面；
一红外带通滤波结构，其形成于所述基板的第一侧面，由复数氢化硅铝(SiAl:H)层及复数较低折射率层交互堆栈形成，所述复数较低折射率层为一氧化物，所述红外带通滤波结构具有800nm至1600nm的波长范围内至少部分重迭的一通带(passband)，所述通带具有一中心波长，且所述中心波长在入射角自0°改变至30°时，在量值(magnitude)上偏移(shifts)幅度小于11nm；以及
一抗反射(AR)层，其形成于所述基板的第二侧面。
9.如权利要求8所述的红外带通滤波器，其特征在于，所述红外带通滤波结构的厚度为3000～5500nm。
10.如权利要求8所述的红外带通滤波器，其特征在于，所述红外带通滤波结构在350nm～1600nm的波长范围内具有高OD值，在800nm至1600nm的波长范围内具有高穿透率。
11.如权利要求8所述的红外带通滤波器，其特征在于，所述红外带通滤波结构在可见光范围时色坐标位在x轴坐标0.2～0.5、y轴坐标0.2～0.5处，反射率低于20％。
12.如权利要求8所述的红外带通滤波器，其特征在于，所述复数氢化硅铝层在800nm至1600nm波长范围内的折射率为3.1～3.6，消光系数为1.E-4～1.E-6，在350nm至700nm波长范围内的消光系数大于0.005。
13.如权利要求8所述的红外带通滤波器，其特征在于，所述复数较低折射率层包括二氧化硅铝(SiAl:O2)、氮化硅铝(SiAl:N)、氮化硅(SiN)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二铌(Nb2O5)、五氧化二钽(Ta2O5)及其混合物中的至少一者。
14.如权利要求8所述的红外带通滤波器，其特征在于，所述复数较低折射率层在800nm至1600nm的波长范围内的折射率小于1.8，消光系数小于0.0005，在350nm至700nm波长范围内的消光系数大于0.005。
15.如权利要求8所述的红外带通滤波器，其特征在于，所述抗反射层由复数个高折射率材料氢化硅铝(SiAl:H)与复数个低折射率材料堆栈而成，所述低折射率材料包含二氧化硅铝(SiAl:O2)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二铌(Nb2O5)、五氧化二钽(Ta2O5)及其混合物中的至少一者。
16.如权利要求8所述的红外带通滤波器，其特征在于，所述抗反射层的厚度为3000nm～6000nm。
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|---|---|---|---|
| CN201910848758.3A CN112462461A (zh) | 2019-09-09 | 2019-09-09 | 红外带通滤波结构及应用该结构的红外带通滤波器 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112462461A true CN112462461A (zh) | 2021-03-09 |
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ID=74807343
Family Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112462461A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11169309B2 (en) * | 2019-10-08 | 2021-11-09 | Kingray technology Co., Ltd. | Infrared bandpass filter having silicon aluminum hydride layers |
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2019
- 2019-09-09 CN CN201910848758.3A patent/CN112462461A/zh active Pending
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