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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022030828
(43)【公開日】2022-02-18
(54)【発明の名称】紫外線透過フィルタ及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
G02B 5/28 20060101AFI20220210BHJP
C23C 14/08 20060101ALI20220210BHJP
C23C 14/10 20060101ALI20220210BHJP
C23C 14/58 20060101ALI20220210BHJP
【ＦＩ】
G02B5/28
C23C14/08 F
C23C14/10
C23C14/58 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020135102
(22)【出願日】2020-08-07
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り １．令和１年９月１７日ウシオ電機株式会社（兵庫県姫路市別所町佐土１１９４）において納入。
(71)【出願人】
【識別番号】000231475
【氏名又は名称】日本真空光学株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100153497
【弁理士】
【氏名又は名称】藤本 信男
(74)【代理人】
【識別番号】100189083
【弁理士】
【氏名又は名称】重信 圭介
(72)【発明者】
【氏名】延与 知紀
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 裕仁
(72)【発明者】
【氏名】佐野 大希
【テーマコード（参考）】
2H148
4K029
【Ｆターム（参考）】
2H148GA04
2H148GA12
2H148GA18
2H148GA33
2H148GA60
4K029AA08
4K029AA24
4K029BA43
4K029BA46
4K029BB02
4K029BB08
4K029BC08
4K029CA01
4K029CA03
4K029CA05
4K029GA01
(57)【要約】 （修正有）
【課題】酸化ハフニウム層の結晶構造を制御することで光干渉膜の耐光性を向上させ、長時間の紫外線の照射によっても透過帯域の透過率の低下を抑制できる紫外線透過フィルタを提供すること。
【解決手段】光干渉膜１１０が酸化ハフニウム層１１１を含み、酸化ハフニウム層１１１の結晶構造は、直方晶系構造及び正方晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度が単斜晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度より小さいこと。
【選択図】図１
【解決手段】光干渉膜１１０が酸化ハフニウム層１１１を含み、酸化ハフニウム層１１１の結晶構造は、直方晶系構造及び正方晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度が単斜晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度より小さいこと。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
屈折率の異なる層が交互に積層された多層の光干渉膜を有する紫外線透過フィルタであって、
前記光干渉膜が酸化ハフニウム層を含み、
前記酸化ハフニウム層の結晶構造は、直方晶系構造及び正方晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉｂ)が単斜晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉａ)より小さいことを特徴とする紫外線透過フィルタ。
前記光干渉膜が酸化ハフニウム層を含み、
前記酸化ハフニウム層の結晶構造は、直方晶系構造及び正方晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉｂ)が単斜晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉａ)より小さいことを特徴とする紫外線透過フィルタ。
【請求項2】
前記直方晶系構造及び正方晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉｂ)が、前記単斜晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉａ)の１／１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線透過フィルタ。
【請求項3】
前記光干渉膜が、酸化ハフニウム層と酸化ケイ素層が交互に積層されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の紫外線透過フィルタ。
【請求項4】
屈折率の異なる層が交互に積層された多層の光干渉膜を有する紫外線透過フィルタの製造方法であって、
前記光干渉膜が酸化ハフニウム層を含み、
前記酸化ハフニウム層の結晶構造が、熱処理または電磁気によりアニール処理によって制御されることを特徴とする紫外線透過フィルタの製造方法。
前記光干渉膜が酸化ハフニウム層を含み、
前記酸化ハフニウム層の結晶構造が、熱処理または電磁気によりアニール処理によって制御されることを特徴とする紫外線透過フィルタの製造方法。
【請求項5】
前記光干渉膜が、スパッタリング法、蒸着法、イオンアシスト蒸着法のいずれかで形成されることを特徴とする請求項４に記載の紫外線透過フィルタの製造方法。
【請求項6】
前記直方晶系構造及び正方晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉｂ)が、前記単斜晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉａ)より小さくなるよう制御されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の紫外線透過フィルタの製造方法。
【請求項7】
前記酸化ハフニウム層の直方晶系構造及び正方晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉｂ)が、前記単斜晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉａ)の１／１０以下になるよう制御されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の紫外線透過フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
屈折率の異なる層が交互に積層された多層の光干渉膜を有する紫外線透過フィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、発光デバイス、撮像デバイス、測定デバイス、通信デバイス等において、その使用用途や機能に応じて、所定の波長帯域を選択的に遮断、透過するために紫外線透過フィルタを使用することが慣用されている。
そして、紫外線透過フィルタとして、基板上に屈折率の異なる層が交互に積層された多層の光干渉膜を有する構成のものは周知である。
また、紫外線透過フィルタを構成する光干渉膜として酸化ハフニウム層を含むものが公知である（例えば、特許文献1等参照）。
そして、紫外線透過フィルタとして、基板上に屈折率の異なる層が交互に積層された多層の光干渉膜を有する構成のものは周知である。
また、紫外線透過フィルタを構成する光干渉膜として酸化ハフニウム層を含むものが公知である（例えば、特許文献1等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００６－１６３０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
酸化ハフニウム層を含む光干渉膜は、透過波長域（例えば２２０～２７０ｎｍの波長域）での高い透過性を有し、遮断波長域（例えば３００～４００ｎｍの波長域）で高い遮光性を有していることから、特定波長の紫外線を選択的に透過する光源等の紫外線透過フィルタの光干渉膜として好適である。
しかしながら、長時間の紫外線の照射によって光干渉膜の透過帯域の透過率が劣化してしまうという問題があった。
しかしながら、長時間の紫外線の照射によって光干渉膜の透過帯域の透過率が劣化してしまうという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は前述した課題を解決するものであり、酸化ハフニウム層の結晶構造を制御することで光干渉膜の耐光性を向上させ、長時間の紫外線の照射によっても透過帯域の透過率の低下を抑制できる紫外線透過フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る紫外線透過フィルタは、屈折率の異なる層が交互に積層された多層の光干渉膜を有する紫外線透過フィルタであって、前記光干渉膜が酸化ハフニウム層を含み、前記酸化ハフニウム層の結晶構造は、直方晶系構造及び正方晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度が単斜晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度より小さいことにより、前記課題を解決するものである。
本発明に係る紫外線透過フィルタの製造方法は、屈折率の異なる層が交互に積層された多層の光干渉膜を有する紫外線透過フィルタの製造方法であって、前記光干渉膜が酸化ハフニウム層を含み、前記酸化ハフニウム層の結晶構造が、熱処理または電磁気によりアニール処理によって制御されることにより、前記課題を解決するものである。
本発明に係る紫外線透過フィルタの製造方法は、屈折率の異なる層が交互に積層された多層の光干渉膜を有する紫外線透過フィルタの製造方法であって、前記光干渉膜が酸化ハフニウム層を含み、前記酸化ハフニウム層の結晶構造が、熱処理または電磁気によりアニール処理によって制御されることにより、前記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【0007】
請求項１に係る紫外線透過フィルタによれば、酸化ハフニウム層の直方晶系構造及び正方晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度が、前記単斜晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度より小さいことにより、酸化ハフニウム層を含む光干渉膜の透過波長域での高い透過性、遮断波長域で高い遮光性を維持しつつ、紫外線に対する耐光性を向上でき、長時間の紫外線の照射によっても光干渉膜の透過帯域の透過率の低下を抑制できる。
本請求項２、３に記載の構成によれば、さらに紫外線に対する耐光性を向上できる。
本請求項２、３に記載の構成によれば、さらに紫外線に対する耐光性を向上できる。
【0008】
請求項４に係る紫外線透過フィルタの製造方法によれば、酸化ハフニウム層の結晶構造が、熱処理または電磁気によりアニール処理によって制御されることにより、酸化ハフニウム層の透過波長域での高い透過性、遮断波長域で高い遮光性を維持しつつ、光干渉膜の紫外線に対する耐光性を向上でき、長時間の紫外線の照射によっても光干渉膜の透過帯域の透過率の低下を抑制できる紫外線透過フィルタを容易に製造することが可能となる。
本請求項５に記載の構成によれば、光干渉膜を容易に製造することが可能となる。
本請求項６、７に記載の構成によれば、製造される紫外線透過フィルタの耐光性がさらに向上する。
本請求項５に記載の構成によれば、光干渉膜を容易に製造することが可能となる。
本請求項６、７に記載の構成によれば、製造される紫外線透過フィルタの耐光性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明に係る紫外線透過フィルタの概略説明図。
【図2】従来の紫外線透過フィルタのＸ線回折によるスペクトル分布のグラフ。
【図3】本発明紫外線透過フィルタのＸ線回折によるスペクトル分布のグラフ。
【図4】従来の紫外線透過フィルタの特性グラフ。
【図5】本発明の紫外線透過フィルタの特性グラフ。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の一実施形態である紫外線透過フィルタ１００について、図に基づき説明する。
紫外線透過フィルタ１００は、石英からなる基板１０１に、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）層１１１と酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層１１２が交互に積層された多層の光干渉膜１１０を形成することで構成されている。
紫外線透過フィルタ１００は、石英からなる基板１０１に、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）層１１１と酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層１１２が交互に積層された多層の光干渉膜１１０を形成することで構成されている。
【0011】
光干渉膜１１０の各層は、スパッタリング法、蒸着法、イオンアシスト蒸着法のいずれかで形成される。
酸化ハフニウム層は形成方法により、アモルファス状態あるいはアモルファスと結晶が混在した状態で形成され、結晶状態のほうが透過性に優れることが知られているため、熱処理または電磁気によりアニール処理が施されて透過性を向上させる。
従来は、結晶構造の違い、すなわち、直方晶系構造、正方晶系構造、単斜晶系構造等の比率の違いによる耐光性の向上について知見も課題も存在せず、単に結晶化による透過性の向上のみを目的として、結晶構造の制御を行うことは全く意図されずにアニール処理が行われていた。
これに対し、本発明では酸化ハフニウム層の結晶構造が、熱処理または電磁気によりアニール処理をコントロールすることによって、直方晶系構造、正方晶系構造、単斜晶系構造等の比率が制御される。
酸化ハフニウム層は形成方法により、アモルファス状態あるいはアモルファスと結晶が混在した状態で形成され、結晶状態のほうが透過性に優れることが知られているため、熱処理または電磁気によりアニール処理が施されて透過性を向上させる。
従来は、結晶構造の違い、すなわち、直方晶系構造、正方晶系構造、単斜晶系構造等の比率の違いによる耐光性の向上について知見も課題も存在せず、単に結晶化による透過性の向上のみを目的として、結晶構造の制御を行うことは全く意図されずにアニール処理が行われていた。
これに対し、本発明では酸化ハフニウム層の結晶構造が、熱処理または電磁気によりアニール処理をコントロールすることによって、直方晶系構造、正方晶系構造、単斜晶系構造等の比率が制御される。
【0012】
本実施例では、酸化ハフニウム層の結晶構造における直方晶系構造、正方晶系構造、単斜晶系構造等の比率について、Ｘ線回折によるスペクトル分布を指標とし、直方晶系構造及び正方晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉｂ)が、前記単斜晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉａ)より小さくなるように制御される。
より好ましくは、直方晶系構造及び正方晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度が(Ｉｂ)、前記単斜晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉａ)の１／１０以下になるよう制御される。
より好ましくは、直方晶系構造及び正方晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度が(Ｉｂ)、前記単斜晶系構造に由来するＸ線回折によるスペクトルピーク強度(Ｉａ)の１／１０以下になるよう制御される。
【0013】
従来の紫外線透過フィルタの酸化ハフニウム層は、図２に示すように、直方晶系構造または正方晶系構造に由来するスペクトルピーク強度(Ｉｂ)（２θ＝３０．７付近のシグナル：約９００００）は、単斜晶系構造に由来するスペクトルピーク強度(Ｉａ)（２θ＝２８．５付近のシグナル：約４００００、３１．６付近のシグナル：２００００、合計６００００）に比べて大きい。
これに対し、本実施例の紫外線透過フィルタ１００の酸化ハフニウム層１１１は、図３に示すように直方晶系構造または正方晶系構造に由来するスペクトルピーク強度(Ｉｂ)（２θ＝３０．７付近のシグナル：約５０００）は、単斜晶系構造に由来するスペクトルピーク強度(Ｉa)（２θ＝２８．５付近のシグナル：約１１００００、３１．６付近のシグナル：約３００００、合計１４００００) より小さい。
スペクトルピークの強度Ｉａ、Ｉｂは、以下のように求めることができる。例えば、ピーク強度Ｉａ、Ｉｂは図２のようにＸ線回折スペクトルから算出されたベースラインからのピークの高さで表される。このベースラインは２７．０°と３３°の値から求め、これを基に２θ=２８．５±０．５°ならびに３１．６±０．６°の範囲に現れるピークの強度Ｉａと２θ=３０．４±０．５°の範囲に現れるピークの強度Ｉｂとを決定できる。以上のようにして、ピークの強度Ｉａ、Ｉｂを求めることができる。
これに対し、本実施例の紫外線透過フィルタ１００の酸化ハフニウム層１１１は、図３に示すように直方晶系構造または正方晶系構造に由来するスペクトルピーク強度(Ｉｂ)（２θ＝３０．７付近のシグナル：約５０００）は、単斜晶系構造に由来するスペクトルピーク強度(Ｉa)（２θ＝２８．５付近のシグナル：約１１００００、３１．６付近のシグナル：約３００００、合計１４００００) より小さい。
スペクトルピークの強度Ｉａ、Ｉｂは、以下のように求めることができる。例えば、ピーク強度Ｉａ、Ｉｂは図２のようにＸ線回折スペクトルから算出されたベースラインからのピークの高さで表される。このベースラインは２７．０°と３３°の値から求め、これを基に２θ=２８．５±０．５°ならびに３１．６±０．６°の範囲に現れるピークの強度Ｉａと２θ=３０．４±０．５°の範囲に現れるピークの強度Ｉｂとを決定できる。以上のようにして、ピークの強度Ｉａ、Ｉｂを求めることができる。
【0014】
従来の紫外線透過フィルタの酸化ハフニウム層では、図４に示すように、透過波長域である２２０～２７０ｎｍの透過度が、ＵＶ照射前の９０％から、１３０時間のＵＶ照射後には８０％まで低下している。
これに対し、本実施例の紫外線透過フィルタ１００の酸化ハフニウム層１１１は、図５に示すように、透過波長域である２２０～２７０ｎｍの透過度が、ＵＶ照射前の９０％から、１３０時間のＵＶ照射後もほとんど低下していない。
このことで、酸化ハフニウム層の結晶構造を、熱処理または電磁気によりアニール処理によって制御することで、遮断波長域で高い遮光性を維持しつつ、紫外線に対する耐光性を向上でき、長時間の紫外線の照射によっても光干渉膜の透過帯域の透過率の低下を抑制できる事がわかる。
これに対し、本実施例の紫外線透過フィルタ１００の酸化ハフニウム層１１１は、図５に示すように、透過波長域である２２０～２７０ｎｍの透過度が、ＵＶ照射前の９０％から、１３０時間のＵＶ照射後もほとんど低下していない。
このことで、酸化ハフニウム層の結晶構造を、熱処理または電磁気によりアニール処理によって制御することで、遮断波長域で高い遮光性を維持しつつ、紫外線に対する耐光性を向上でき、長時間の紫外線の照射によっても光干渉膜の透過帯域の透過率の低下を抑制できる事がわかる。
【0015】
なお、基板１０１は石英に限定されず、例えば、ガラス、色ガラス、水晶、透明樹脂などでもよく、基板１０１そのものに特定の波長の光を吸収する特性をもたらすもの、例えば、透明樹脂に所定の波長の光を吸収する色素を添加したものであってもよい。
また、光干渉膜１１０は、酸化ハフニウム層を含んでいれば、酸化ケイ素以外の層と積層されてもよく、３種以上の材質の層が積層されていてもよい。
例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）層の他に、高屈折率膜としては、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＬａＦ３、ＧｄＦ３等の層、低屈折率膜としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３,ＭｇＦ２等の層が存在してもよい。
また、本発明の紫外線透過フィルタは、発光機器、撮像機器、測定機器、通信機器等をはじめ、様々な分野において応用可能である。
また、光干渉膜１１０は、酸化ハフニウム層を含んでいれば、酸化ケイ素以外の層と積層されてもよく、３種以上の材質の層が積層されていてもよい。
例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）層の他に、高屈折率膜としては、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＬａＦ３、ＧｄＦ３等の層、低屈折率膜としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３,ＭｇＦ２等の層が存在してもよい。
また、本発明の紫外線透過フィルタは、発光機器、撮像機器、測定機器、通信機器等をはじめ、様々な分野において応用可能である。
【符号の説明】
【0016】
１００ ・・・ 紫外線透過フィルタ
１０１ ・・・ 基板
１１０ ・・・ 光干渉膜
１１１ ・・・ 酸化ハフニウム層
１１２ ・・・ 酸化ケイ素層
１０１ ・・・ 基板
１１０ ・・・ 光干渉膜
１１１ ・・・ 酸化ハフニウム層
１１２ ・・・ 酸化ケイ素層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
