JP2007291475A - 近赤外線カットフィルター及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 可視光領域の光の吸収を抑え、分光特性の優れた近赤外線カットフィルターを提供する。
【解決手段】 基板上に低屈折率膜と高屈折率膜を交互に積層されてなる近赤外線カットフィルターの製造方法であって、それぞれの前記膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜し、電子サイクロトロン共鳴型イオン源及びアシストイオン源に酸素を供給するとともに、プラズマを励起させて前記膜を酸化することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】 基板上に低屈折率膜と高屈折率膜を交互に積層されてなる近赤外線カットフィルターの製造方法であって、それぞれの前記膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜し、電子サイクロトロン共鳴型イオン源及びアシストイオン源に酸素を供給するとともに、プラズマを励起させて前記膜を酸化することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、光学用途、近赤外線を利用する通信、リモコン用途、ディスプレイ、プラズマディスプレイ用の内部のガラス基板を保護する前面パネルのフィルターに用いる近赤外線カットフィルターに関するものである。
従来、近赤外線領域を選択的に吸収するフィルターは、例えば、家電製品のリモコン機器の出光部等、カメラの自動露出計に用いられる半導体受光素子のカバー、プラズマディスプレイ等に使用されている。
このフィルターについては、例えば、特許文献１において、樹脂等の基板上に低屈折率膜と高屈折率膜を交互にスパッタリングにより形成することの提案がなされている。
しかしながら、スパッタリングにより成膜を行った場合に、膜の酸化が十分に行われず、可視光領域の光まで吸収されるために、近赤外線カットフィルターとして十分な分光特性が得られないという問題があった。また、基板が樹脂からなる場合には、基板の厚みによっては、歪み等が生じてしまい実用に耐えないという問題があった。
このフィルターについては、例えば、特許文献１において、樹脂等の基板上に低屈折率膜と高屈折率膜を交互にスパッタリングにより形成することの提案がなされている。
しかしながら、スパッタリングにより成膜を行った場合に、膜の酸化が十分に行われず、可視光領域の光まで吸収されるために、近赤外線カットフィルターとして十分な分光特性が得られないという問題があった。また、基板が樹脂からなる場合には、基板の厚みによっては、歪み等が生じてしまい実用に耐えないという問題があった。
そこで、本発明は、可視光領域の光の吸収を抑え、分光特性の優れた近赤外線カットフィルターを提供することを目的とする。また、樹脂基板の歪みを抑えた近赤外線カットフィルターを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明者等は、鋭意検討の結果、マグネトロンスパッタリングの際に、電子サイクロトロン共鳴（ElectronCyclotronResonance；以下、ＥＣＲとする。）型イオン源を主酸加源とし、アシストイオン源を補助酸化源として用いるようにすれば、積層された膜の酸化が充分に行えるという知見の元、下記の解決手段を見いだした。
即ち、本発明の近赤外線カットフィルターの製造方法は、請求項１に記載の通り、基板上に低屈折率膜と高屈折率膜を交互に積層されてなる近赤外線カットフィルターの製造方法であって、それぞれの前記膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜し、電子サイクロトロン共鳴型イオン源及びアシストイオン源に酸素を供給するとともに、プラズマを励起させて前記膜を酸化することを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の近赤外線カットフィルターの製造方法において、前記基板の表裏に前記膜をそれぞれ積層し、表面の総膜厚合計（ｔ１）と、裏面の総膜厚合計（ｔ２）との差の絶対値（Δ＝｜ｔ１−ｔ２｜）を、前記総膜厚合計の大きい値（ｔ１又はｔ２）に対して１５．０％以内となるように、厚さ０．１〜２．０ｍｍの樹脂製基板に成膜することを特徴とする。
また、本発明の近赤外線カットフィルターは、請求項３に記載の通り、基板上に低屈折率膜と高屈折率膜を交互に積層されてなる近赤外線カットフィルターであって、前記基板の表裏に前記膜をそれぞれ積層し、表面の総膜厚合計（ｔ１）と、裏面の総膜厚合計（ｔ２）との差の絶対値（Δ＝｜ｔ１−ｔ２｜）を、前記総膜厚合計の大きい値（ｔ１又はｔ２）に対して１５．０％以内となるように、厚さ０．１〜２．０ｍｍの樹脂製基板に成膜したことを特徴とする。
即ち、本発明の近赤外線カットフィルターの製造方法は、請求項１に記載の通り、基板上に低屈折率膜と高屈折率膜を交互に積層されてなる近赤外線カットフィルターの製造方法であって、それぞれの前記膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜し、電子サイクロトロン共鳴型イオン源及びアシストイオン源に酸素を供給するとともに、プラズマを励起させて前記膜を酸化することを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の近赤外線カットフィルターの製造方法において、前記基板の表裏に前記膜をそれぞれ積層し、表面の総膜厚合計（ｔ１）と、裏面の総膜厚合計（ｔ２）との差の絶対値（Δ＝｜ｔ１−ｔ２｜）を、前記総膜厚合計の大きい値（ｔ１又はｔ２）に対して１５．０％以内となるように、厚さ０．１〜２．０ｍｍの樹脂製基板に成膜することを特徴とする。
また、本発明の近赤外線カットフィルターは、請求項３に記載の通り、基板上に低屈折率膜と高屈折率膜を交互に積層されてなる近赤外線カットフィルターであって、前記基板の表裏に前記膜をそれぞれ積層し、表面の総膜厚合計（ｔ１）と、裏面の総膜厚合計（ｔ２）との差の絶対値（Δ＝｜ｔ１−ｔ２｜）を、前記総膜厚合計の大きい値（ｔ１又はｔ２）に対して１５．０％以内となるように、厚さ０．１〜２．０ｍｍの樹脂製基板に成膜したことを特徴とする。
本発明によれば、光学薄膜の酸化を確実に行うことで、可視光領域の光の透過性を高め、分光特性の優れた近赤外線フィルターを得ることができる。また、樹脂製基板に成膜する際に、基板の歪みを抑えることができる。その結果、近赤外線フィルターを薄い樹脂製基板により形成することができるので、適用範囲を広げることができる。
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に断面を示す真空装置は、本発明の近赤外線カットフィルターを製造するものである。円筒状のチャンバー１内の中央には基板２を支持した円筒状回転体３が配置され、チャンバー１の内周に沿って、第１のマグネトロンスパッタリング装置４、ＥＣＲ型イオン源５、アシストイオン源６及び第２のマグネトロンスパッタリング装置７が順に配置される。円筒状のチャンバー１内は、真空ポンプ１０、１０'により真空排気される。
図１に断面を示す真空装置は、本発明の近赤外線カットフィルターを製造するものである。円筒状のチャンバー１内の中央には基板２を支持した円筒状回転体３が配置され、チャンバー１の内周に沿って、第１のマグネトロンスパッタリング装置４、ＥＣＲ型イオン源５、アシストイオン源６及び第２のマグネトロンスパッタリング装置７が順に配置される。円筒状のチャンバー１内は、真空ポンプ１０、１０'により真空排気される。
第１及び第２のマグネトロンスパッタリング装置４，７は、基板２上に膜材料をマグネトロンスパッタリングにより形成するものであり、各装置の内部には、スパッタリングガスを導入するためのガス導入口９が設けられている。また、各装置４，７の内部には、円筒状回転体３と対向するようにしてターゲットを取り付けたカソード１１が２個配設されている。これらのカソード１１には、各々内部に磁石（図示せず）が設けられ、ターゲットに交流電場を印加するための交流電源（図示せず）が接続されている。
また、各装置の基板２側には、シャッター１２が設けられており、第１又は第２のスパッタリング装置４，７の作動時に選択的にシャッターが開放するようになっている。
また、各装置の基板２側には、シャッター１２が設けられており、第１又は第２のスパッタリング装置４，７の作動時に選択的にシャッターが開放するようになっている。
ＥＣＲ型イオン源５には、その内部に酸素を導入するために酸素導入口１３が設けられるとともに、磁気回路１４が設けられている。この磁気回路１４からＥＣＲプラズマのマイクロ波励起プラズマを生じさせるために、図示しないが、マイクロ波導入窓を介して真空層の外部の導波管と真空チャンバー内部のマイクロ波アンテナとが接続される。
アシストイオン源６は、酸化反応を起こさせるために局所的に強くイオン化したプラズマを生じさせるものであり、イオンビーム照射型イオン源、プレーナーマグネトロン又は特許第２５０１５１０号に記載の線形若しくは逆線形マグネトロンイオン源を使用することができる。前記アシストイオン源は、その内部に酸素を導入するために酸素導入口１５が設けられ、基板２の周囲に酸素を導入し、反応性プラズマを発生させ、膜材料の酸化を行うものである。
上記構成により、基板２上に第１のマグネトロンスパッタリング装置４により低屈折率膜を構成する材料を成膜し、円筒状回転体３を回転して、ＥＣＲ型イオン源５とアシストイオン源６とにより酸化して低屈折率膜とし、更に、円筒状回転体２を回転して第２のマグネトロンスパッタリング装置７により高屈折率膜を構成する材料を成膜し、ＥＣＲ型イオン源５とアシストイオン源６とにより酸化して高屈折率膜とし、これらを交互に繰り返し基板２上に多層膜を形成して近赤外線カットフィルターを得る。
このように本発明では、酸化源として、ＥＣＲ型イオン源５に加えてアシストイオン源６を用いることにより、形成された膜の可視光の吸収を抑えることができ分光特性のよいものとなる。
次に、本発明の他の実施の形態について図２を参照して説明する。
図示されるものは、基板２の両面に成膜を行った近赤外線カットフィルターの成膜後の状態を示すものである。表面側の積層構造体１６の総膜厚合計（ｔ１）と、裏面側の面の積層構造体１７の総膜厚合計（ｔ２）との差の絶対値（Δ＝｜ｔ１−ｔ２｜）は、総膜厚合計の何れか大きい方の値（ｔ１又はｔ２）に対して１５．０％以内にすることが好ましい。これにより、厚さ０．１〜２．０ｍｍの範囲の樹脂製基板２に成膜した場合であっても、基板２の歪みを抑えることができるからである。
図示されるものは、基板２の両面に成膜を行った近赤外線カットフィルターの成膜後の状態を示すものである。表面側の積層構造体１６の総膜厚合計（ｔ１）と、裏面側の面の積層構造体１７の総膜厚合計（ｔ２）との差の絶対値（Δ＝｜ｔ１−ｔ２｜）は、総膜厚合計の何れか大きい方の値（ｔ１又はｔ２）に対して１５．０％以内にすることが好ましい。これにより、厚さ０．１〜２．０ｍｍの範囲の樹脂製基板２に成膜した場合であっても、基板２の歪みを抑えることができるからである。
本発明に使用することができる基板は、ガラス、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール、金属イオン架橋エチレン−メタクリル酸共重合体、ポリウレタン、セロファン等を使用することができる。例示された中でも、アクリル、ポリカーボネートやＰＥＴ等を使用することが好ましい。基板の厚さは、透明性を妨げない厚さであればよく、ＰＥＴの場合は、一般に１５０〜２００μｍである。１００℃以下であっても樹脂製基板の変形を防ぐことができるからである。
低屈折率膜は、屈折率１．５以下のものであれば特に制限はなく、例えば、ＳｉＯ２等のケイ素化合物等が挙げられる。また、高屈折率膜は、屈折率２．０以上のものであれば特に制限はなく、例えば、Ｎｂ２Ｏ５等のニオブ化合物やＴｉＯ２等のチタン化合物等が挙げられる。
尚、成膜条件についての制限は特になく、一例を挙げると成膜圧力０．２０〜０．３５Ｐａ下でスパッタリングすればよい。また、成膜レートについても任意に調整することができ、例えば、Ｎｂ２Ｏ５であれば１．４〜１．８Å／ｓ、ＳｉＯ２の場合であれば１．７〜２．２Å／ｓ等とすることができる。
尚、成膜条件についての制限は特になく、一例を挙げると成膜圧力０．２０〜０．３５Ｐａ下でスパッタリングすればよい。また、成膜レートについても任意に調整することができ、例えば、Ｎｂ２Ｏ５であれば１．４〜１．８Å／ｓ、ＳｉＯ２の場合であれば１．７〜２．２Å／ｓ等とすることができる。
次に、本発明の一実施例について説明する。
真空チャンバー内を２．０×１０−３Ｐａに減圧して、３００ｓｃｃｍでＡｒを導入し、１７．５ｋＷにカソード電圧を設定して、３７０ｍｍ×２３０ｍｍ×０．１８８ｍｍのアクリルからなる基板の片面に、膜厚１ｎｍのＳｉ膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜した。
次に、真空チャンバー内を２．４×１０−３Ｐａに調整し、３００ｓｃｃｍでＡｒを導入し、１１ｋＷにカソード電圧を設定し、マグネトロンスパッタリングによりＮｂを成膜するとともに、ＥＣＲ型イオン源及びアシストイオン源とを併用して、膜厚１１ｎｍのＮｂ２Ｏ５膜を成膜した。尚、ＥＣＲ型イオン源は、その周囲に３５０ｓｃｃｍで酸素を導入し、電力を３．６ｋＷ（０．９×４）としてプラズマを生じさせるようにした。また、アシストイオン源は、線状電磁管により構成し、その周囲に８５ｓｃｃｍで酸素を導入し、電圧を１．６ｋＶとしてプラズマを生じさせるようにした。
更に、真空チャンバー内を２．６×１０−３Ｐａに調整し、３００ｓｃｃｍでＡｒを導入し、１７．５ｋＷにカソード電圧を設定し、マグネトロンスパッタリングによりＳｉを成膜するとともに、ＥＣＲ型イオン源及びアシストイオン源とを併用して、膜厚２８ｎｍのＳｉＯ２膜を成膜した。尚、ＥＣＲ型イオン源は、その周囲に３５０ｓｃｃｍで酸素を導入し、電力を３．６ｋＷ（０．９×４）としてプラズマを生じさせるようにした。また、アシストイオン源は、その周囲に８０ｓｃｃｍで酸素を導入し、電圧を１．７５ｋＶとしてプラズマを生じさせるようにした。
この作業を繰り返し、図３中の表の左欄（表面）に示すように、表面に合計３７層の膜構造体を形成した。尚、膜厚は、同表に記載されるようにスパッタリングの時間を調整することにより行った。
また、基材の裏面についても同様に、膜厚１ｎｍのＳｉ膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜し、その上に膜厚９ｎｍでＮｂ２Ｏ５膜、その上に膜厚４１ｎｍのＳｉＯ２膜等を成膜し、図３中の表の右欄（裏面）に示すように、表面に合計３５層の膜構造体を形成した。
真空チャンバー内を２．０×１０−３Ｐａに減圧して、３００ｓｃｃｍでＡｒを導入し、１７．５ｋＷにカソード電圧を設定して、３７０ｍｍ×２３０ｍｍ×０．１８８ｍｍのアクリルからなる基板の片面に、膜厚１ｎｍのＳｉ膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜した。
次に、真空チャンバー内を２．４×１０−３Ｐａに調整し、３００ｓｃｃｍでＡｒを導入し、１１ｋＷにカソード電圧を設定し、マグネトロンスパッタリングによりＮｂを成膜するとともに、ＥＣＲ型イオン源及びアシストイオン源とを併用して、膜厚１１ｎｍのＮｂ２Ｏ５膜を成膜した。尚、ＥＣＲ型イオン源は、その周囲に３５０ｓｃｃｍで酸素を導入し、電力を３．６ｋＷ（０．９×４）としてプラズマを生じさせるようにした。また、アシストイオン源は、線状電磁管により構成し、その周囲に８５ｓｃｃｍで酸素を導入し、電圧を１．６ｋＶとしてプラズマを生じさせるようにした。
更に、真空チャンバー内を２．６×１０−３Ｐａに調整し、３００ｓｃｃｍでＡｒを導入し、１７．５ｋＷにカソード電圧を設定し、マグネトロンスパッタリングによりＳｉを成膜するとともに、ＥＣＲ型イオン源及びアシストイオン源とを併用して、膜厚２８ｎｍのＳｉＯ２膜を成膜した。尚、ＥＣＲ型イオン源は、その周囲に３５０ｓｃｃｍで酸素を導入し、電力を３．６ｋＷ（０．９×４）としてプラズマを生じさせるようにした。また、アシストイオン源は、その周囲に８０ｓｃｃｍで酸素を導入し、電圧を１．７５ｋＶとしてプラズマを生じさせるようにした。
この作業を繰り返し、図３中の表の左欄（表面）に示すように、表面に合計３７層の膜構造体を形成した。尚、膜厚は、同表に記載されるようにスパッタリングの時間を調整することにより行った。
また、基材の裏面についても同様に、膜厚１ｎｍのＳｉ膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜し、その上に膜厚９ｎｍでＮｂ２Ｏ５膜、その上に膜厚４１ｎｍのＳｉＯ２膜等を成膜し、図３中の表の右欄（裏面）に示すように、表面に合計３５層の膜構造体を形成した。
上記の方法により成膜されたＮｂ２Ｏ５膜及びＳｉＯ２膜の何れも膜を充分酸化することができ、下記のような優れた分光特性の近赤外線フィルターを得ることができた。
（分光特性）
ａ）λ：430-620nm：平均透過率85.0%以上
ｂ）λ：700-800nm：平均透過率2.0%以下
ｃ）λ：800-1050nm：平均透過率4.0%以下
ｄ）半値（透過率50%）：650±10nm
尚、分光特性のグラフを図４に示す。
ａ）λ：430-620nm：平均透過率85.0%以上
ｂ）λ：700-800nm：平均透過率2.0%以下
ｃ）λ：800-1050nm：平均透過率4.0%以下
ｄ）半値（透過率50%）：650±10nm
尚、分光特性のグラフを図４に示す。
また、上記近赤外線フィルターの表面の総膜厚合計と、裏面の総膜厚合計との差を、裏面の総膜厚の１５％以内としているために、基板の歪みやカールを防ぐことができた。詳細には、表面の総膜厚合計（ｔ１）は２２６１ｎｍであり、裏面の総膜厚合計（ｔ２）は２５９５ｎｍとなり、層厚差（｜ｔ１−ｔ２｜）は３３４ｎｍとなり、ｔ１又はｔ２のうち、ｔ２が大きいので、｜ｔ１−ｔ２｜／ｔ２＝３３４／２５９５＝１２．９％であった。
尚、この値については１５％以内の範囲であれば、基板の歪みやカールを防ぐことができることを確認した。
尚、この値については１５％以内の範囲であれば、基板の歪みやカールを防ぐことができることを確認した。
本発明は、光学用途、近赤外線を利用する通信、リモコン用途、ディスプレイ、プラズマディスプレイ用の内部のガラス基板を保護する前面パネルのフィルター等に利用することができる。
１ 円筒状チャンバー
２ 基板
３ 円筒状回転体
４ 第１のマグネトロンスパッタリング装置
５ ＥＣＲ型イオン源
６ アシストイオン源
７ 第２のマグネトロンスパッタリング装置
９ ガス導入口
１０，１０' 真空ポンプ
１１ カソード
１２ シャッター
１３ 酸素導入口
１４ 磁気回路
１５ 酸素導入口
１６ 表面の積層構造体
１７ 裏面の積層構造体
２ 基板
３ 円筒状回転体
４ 第１のマグネトロンスパッタリング装置
５ ＥＣＲ型イオン源
６ アシストイオン源
７ 第２のマグネトロンスパッタリング装置
９ ガス導入口
１０，１０' 真空ポンプ
１１ カソード
１２ シャッター
１３ 酸素導入口
１４ 磁気回路
１５ 酸素導入口
１６ 表面の積層構造体
１７ 裏面の積層構造体
Claims (3)
- 基板上に低屈折率膜と高屈折率膜を交互に積層されてなる近赤外線カットフィルターの製造方法であって、それぞれの前記膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜し、電子サイクロトロン共鳴型イオン源及びアシストイオン源に酸素を供給するとともに、プラズマを励起させて前記膜を酸化することを特徴とする近赤外線カットフィルターの製造方法。
- 前記基板の表裏に前記膜をそれぞれ積層し、表面の総膜厚合計（ｔ１）と、裏面の総膜厚合計（ｔ２）との差の絶対値（Δ＝｜ｔ１−ｔ２｜）を、前記総膜厚合計の大きい値（ｔ１又はｔ２）に対して１５．０％以内となるように、厚さ０．１〜２．０ｍｍの樹脂製基板に成膜することを特徴とする請求項１に記載の近赤外線カットフィルターの製造方法。
- 基板上に低屈折率膜と高屈折率膜を交互に積層されてなる近赤外線カットフィルターであって、前記基板の表裏に前記膜をそれぞれ積層し、表面の総膜厚合計（ｔ１）と、裏面の総膜厚合計（ｔ２）との差の絶対値（Δ＝｜ｔ１−ｔ２｜）を、前記総膜厚合計の大きい値（ｔ１又はｔ２）に対して１５．０％以内となるように、厚さ０．１〜２．０ｍｍの樹脂製基板に成膜したことを特徴とする近赤外線カットフィルター。
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2006
- 2006-04-27 JP JP2006122991A patent/JP2007291475A/ja active Pending
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