特開 2024-173786 赤外フィルター膜層及び赤外フィルター構造体

(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】P2024173786

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】赤外フィルター膜層及び赤外フィルター構造体

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/28 20060101AFI20241205BHJP

   B32B 9/00 20060101ALI20241205BHJP

   B32B 9/04 20060101ALI20241205BHJP

   B32B 7/023 20190101ALI20241205BHJP

   G02B 1/113 20150101ALN20241205BHJP

【ＦＩ】

G02B5/28

B32B9/00 A

B32B9/04

B32B7/023

G02B1/113

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024087063

(22)【出願日】2024-05-29

(31)【優先権主張番号】112120229

(32)【優先日】2023-05-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】524082373

【氏名又は名称】台灣彩光科技股▲フン▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＴＡＩＷＡＮ ＣＯＬＯＲ ＯＰＴＩＣＳ， ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】４Ｆ．， Ｎｏ．３２， Ｋｅｙａ Ｒｄ．， Ｄａｙａ Ｄｉｓｔ．， Ｔａｉｃｈｕｎｇ Ｃｉｔｙ ４２８， ＴＡＩＷＡＮ，

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】王志峰

(72)【発明者】

【氏名】黄國胤

(72)【発明者】

【氏名】王文ユー

(72)【発明者】

【氏名】張可朋

(72)【発明者】

【氏名】張永朋

(72)【発明者】

【氏名】朱正ウェイ

【テーマコード（参考）】

2H148

2K009

4F100

【Ｆターム（参考）】

2H148GA04

2H148GA07

2H148GA09

2H148GA12

2H148GA18

2H148GA19

2H148GA32

2H148GA48

2K009AA02

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2K009CC02

2K009CC03

2K009CC14

4F100AA13B

4F100AA19D

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4F100BA10D

4F100JD10

4F100JM02B

4F100JN01D

(57)【要約】

【課題】本発明は、品質が安定し、使用中の光波長のドリフトが少ない赤外フィルター膜層を公開する。
【解決手段】赤外フィルター膜層は、複数のシリコンベース層、複数の隔離層及び複数の酸化物層が積層されて構成される。複数の隔離層は、複数のシリコンベース層と複数の酸化物層の間に位置する。この構造により、赤外フィルター膜層は優れた品質を持ち、波長ドリフトが小さいという利点がある。本発明は、光透過基板及び赤外フィルター膜層を含む赤外フィルター構造体も提供する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つのシリコンベース層、少なくとも１つの隔離層及び少なくとも１つの酸化物層が積層してなる赤外フィルター膜層であって、
前記少なくとも１つの隔離層は前記少なくとも１つのシリコンベース層と前記少なくとも１つの酸化物層の間に位置する、ことを特徴とする、赤外フィルター膜層。

【請求項2】

前記少なくとも１つの隔離層は窒化物層である、請求項１に記載の赤外フィルター膜層。

【請求項3】

前記少なくとも１つの窒化物層の材料は、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）及び窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）からなる群から選ばれる少なくとも１つである、請求項２に記載の赤外フィルター膜層。

【請求項4】

前記少なくとも１つの隔離層の厚さは６ｎｍから１５０ｎｍである、請求項１に記載の赤外フィルター膜層。

【請求項5】

前記少なくとも１つの酸化物層は二酸化シリコン層（ＳｉＯ_２）である、請求項１に記載の赤外フィルター膜層。

【請求項6】

前記ベース層には接着層が定義され、前記接着層は前記少なくとも１つのシリコンベース層、前記少なくとも１つの隔離層又は前記少なくとも１つの酸化物層である、請求項１に記載の赤外フィルター膜層。

【請求項7】

光透過基板と、
少なくとも１つのシリコンベース層と、少なくとも１つの酸化物層と、前記少なくとも１つのシリコンベース層と前記少なくとも１つの酸化物層の間に位置する少なくとも１つの隔離層とが積層してなり、前記光透過基板の第１の表面上にコーティングされる、赤外フィルター膜層と、
を備える、ことを特徴とする、赤外フィルター構造体。

【請求項8】

前記光透過基板の前記第１の表面に対して反対側となる第２の表面上にコーティングされる前記赤外フィルター膜層をさらに含む、請求項７に記載の赤外フィルター構造体。

【請求項9】

前記光透過基板はガラス基材、サファイア基材又は樹脂基材から製造される、請求項７に記載の赤外フィルター構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、赤外フィルター膜層に関し、特に干渉フィルターの赤外フィルター膜層及び赤外フィルター構造体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

光学コーティングは、人々の生活に広く応用されている。例えば、遮光、フィルタリング、防水、さらには外観デザインに使用される。

【0003】

一般に、光学コーティング構造は、多層の干渉光学薄膜が多く、通常は２種類以上の材料を使用して完成される。紅外波長帯のフィルター設計では、例えば長波通フィルター、短波通フィルターまたはバンドパスフィルターなどがあり、その使用波長帯が紅外線であるため、可視光波長帯を抑制する必要がある場合、設計上はより多くかつ厚い膜層が必要となり、これにより製造コストが増大する。多層の干渉光学薄膜は通常、高折射率及び低折射率の酸化物を交互に積層する設計を採用しており、例えば、五酸化二タンタル、二酸化チタンまたは五酸化二ニオブと二酸化珪素を組み合わせて使用する。しかし、この設計では、可視光波長帯をブロックするためには、より厚い厚みが必要となり、そのためコーティングの製造コストは高くなる。また、既存の技術においては、多層の干渉光学薄膜にハイドライドと酸化物を交互に積層する設計も採用されており、例えば、ハイドロジェン化珪素及び二酸化珪素を使用しているが、製造プロセスにおいて水素の使用が制限されるため、生産が不便である。

【0004】

フィルターフィルムについては、通常、シリコン層の上に酸化物層をコーティングして膜厚を減少させる手法が採られる。しかし、酸化物層内の酸素原子がシリコン層のシリコンと結合しやすく、生成される光学膜の品質が不安定となり、使用中に波長ドリフトが発生しやすい問題がある。そのため、構造設計の改良を通じて赤外フィルター膜層の品質を向上させ、波長ドリフトの問題を減少させることは、この事業で解決したい重要な課題の一つとなっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする技術的問題は、既存技術の不足を補う赤外フィルター膜層を提供することであり、その品質が安定し、使用中の光波長のドリフトが少ないという利点がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

記の技術的問題を解決するために、本発明による技術方案の一つは、少なくとも１つのシリコンベース層、少なくとも１つの隔離層及び少なくとも１つの酸化物層から積層されて構成される赤外フィルター膜層を提供することである。少なくとも１つの隔離層は、少なくとも１つのシリコンベース層と少なくとも１つの酸化物層の間に位置する。

【0007】

実施可能な方案によれば、前記隔離層は窒化物層である。

【0008】

実施可能な方案によれば、前記窒化物層の材料は、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、及び窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）から構成される群から少なくとも１つを選択される。

【0009】

実施可能な方案において、前記隔離層の厚さは６ｎｍから１５０ｎｍの間である。

【0010】

実施可能な方案において、前記酸化物層は二酸化シリコン層（ＳｉＯ_２）である。

【0011】

実施可能な方案において、赤外フィルター膜層のベース層には接着層が定義され、前記接着層は少なくとも１つのシリコンベース層、少なくとも１つの隔離層または少なくとも１つの酸化物層である。

【0012】

上述の技術問題を解決するため、本発明が採用する別の技術方案は、光透過基板及び赤外フィルター膜層を含む赤外フィルター構造体を提供することである。赤外フィルター膜層は光透過基板の第１の表面にコーティングされる。

【0013】

実施可能な方案において、赤外フィルター構造体は、光透過基板の第１の表面に対応する第２の表面上に、別の赤外フィルター膜層がコーティングされている。

【0014】

光透過基板は、ガラス基材、サファイア基材、または樹脂基材から製造される。

【0015】

本発明の有益な効果は、シリコンベース層と酸化物層の間に隔離層を設置する技術方案を通じて、酸化物層の酸素原子がシリコンベース層に侵入するのを防ぎ、赤外フィルター膜層の安定性を向上させることができる点である。さらに、「隔離層を窒化物とする」という技術方案に基づき、赤外フィルター膜層の品質をさらに向上させ、使用上での光波長のドリフトの程度を減少させることができる。

【0016】

本発明のもう有益な効果として、特定の実施形態において、提供される赤外フィルター膜層が赤外レーザーレーダーに適用され、各種の環境変化による影響を改善し、光リーダー検出の精度を向上させることである。

【0017】

発明の特徴及び技術内容がより一層分かるように、以下本発明に関する詳細な説明と添付図面を参照する。しかし、提供される添付図面は参考と説明のために提供するものに過ぎず、本発明の特許請求の範囲を制限するためのものではない。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係る第１の実施形態の赤外フィルター膜層の構造模式図である。

【図2】本発明に係る第２の実施形態の赤外フィルター膜層の構造模式図である。

【図3】本発明に係る第３の実施形態の赤外フィルター膜層の構造模式図である。

【図4】本発明に係る特定の実施形態の赤外フィルター膜層が反射防止膜に応用されたスペクトルシミュレーション図である。

【図5】本発明に係る特定の実施形態の赤外フィルター膜層が長波通フィルターに応用されたスペクトルシミュレーション図である。

【図6】本発明に係る特定の実施形態の赤外フィルター膜層が短波通フィルターに応用されたスペクトルシミュレーション図である。

【図7】本発明に係る特定の実施形態の赤外フィルター膜層が帯通フィルターに応用されたスペクトルシミュレーション図である。

【図8】本発明に係る第１の実施形態の赤外フィルター構造体の模式図である。

【図9】本発明に係る第２の実施形態の赤外フィルター構造体の模式図である。

【図10】本発明に係る第３の実施形態の赤外フィルター構造体の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

下記より、本発明が開示する赤外フィルター膜層及び赤外フィルター構造体に係る実施形態を説明する。当業者は本明細書の公開内容により本発明のメリット及び効果を理解し得る。本発明は他の異なる実施形態により実行又は応用できる。本明細書における各細節も様々な観点又は応用に基づいて、本発明の精神逸脱しない限りに、均等の変形と変更を行うことができる。また、本発明の図面は簡単で模式的に説明するためのものであり、実際的な寸法を示すものではない。以下の実施形態において、さらに本発明に係る技術事項を説明するが、公開された内容は本発明を限定するものではない。また、本明細書に用いられる「又は」という用語は、実際の状況に応じて、関連する項目中の何れか一つ又は複数の組合せを含み得る。

【0020】

さらに、本明細書で使用される用語「または」は、関連する列挙された項目のいずれかまたは組み合わせを適宜含むことができる。

【0021】

図１を参照されたい。これは本発明第１の実施形態の赤外フィルター膜層１００Ａの構造模式図である。赤外フィルター膜層１００Ａは、シリコンベース層１１、隔離層１２及び酸化物層１３を含み、隔離層１２はシリコンベース層１１及び酸化物層１３の間に位置している。一部の実施形態においては、シリコンベース層１１、隔離層１２及び酸化物層１３は少なくとも１つであり、シリコンベース層１１及び酸化物層１３の間には必ず隔離層１２が存在する（詳細は後述）。

【0022】

図１に示された実施形態において、シリコンベース層１１は接着層であり、その底面が接着面Ｆを定義し、接着面Ｆは例えばガラス板や樹脂板（例：ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂）の表面に鍍着されたり、接着されたり、貼り付けられる。他の一部の実施形態において、赤外フィルター膜層のベース層は酸化物層１３（即ち接着層）であり、酸化物層１３の表面が接着面Ｆを定義する。さらに、赤外フィルター膜層のベース層が隔離層１２（即ち接着層）である一部の実施形態において、隔離層１２の表面が接着面Ｆを定義する。

【0023】

シリコンベース層１１の主要材料はシリコン（Ｓｉ）である。一部の実施形態において、酸化物層１３は二酸化シリコン層（ＳｉＯ_２）を含むがこれに限らない。隔離層１２はシリコンベース層１１及び酸化物層１３を隔て、酸化物層の酸素原子がシリコンベース層１１へ拡散するのを防ぐ。隔離層１２はシリコンベース層１１及び酸化物層１３に対して良好な接着性を有する材料を採用し、一部の実施形態において、隔離層１２は窒化物層である。例えば、窒化物層の材料は窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、及び窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）から成る群から少なくとも１つを選択する。一部の実施形態において、隔離層１２の厚さは６～１５０ｎｍの間である。

【0024】

図２を参照されたい。これは本発明第２の実施形態の赤外フィルター膜層１００Ｂの構造模式図である。この実施形態では、シリコンベース層１１及び酸化物層１３はそれぞれ２つ、隔離層１２は３つで、３つの隔離層１２はそれぞれ隣接するシリコンベース層１１と酸化物層１３の間に配置される。本発明はシリコンベース層１１、隔離層１２及び酸化物層１３の数に制限はないが、シリコンベース層１１及び酸化物層１３の間には必ず隔離層１２を設置する必要があり、これにより酸化物層１３の酸素原子のシリコンベース層１１への拡散を改善する。この実施形態において、赤外フィルター膜層１００Ｂはベース層からシリコンベース層１１、隔離層１２、酸化物層１３、隔離層１２、シリコンベース層１１、隔離層１２、及び酸化物層１３の順に積層される。さらに、本発明は赤外フィルター膜層の全体的な厚さにも制限を設けない。使用者や製造者の要求に応じて変更可能であり、例えば、赤外フィルター膜層の全体は、図１に示された赤外フィルター膜層１００Ａの複数の積層で構成される場合がある。その中で、シリコンベース層１１及び酸化物層１３の間には必ず隔離層１２を設置する。

【0025】

図３を参照されたい。これは本発明第３の実施形態の赤外フィルター膜層１００Ｃの構造模式図である。この実施形態において、シリコンベース層１１及び酸化物層１３はそれぞれ２つ、隔離層１２は３つであり、第２の実施形態と異なる点は、第３の実施形態の赤外フィルター膜層１００Ｃは酸化物層１３の表面を接着面Ｆとしている。その積層構造はベース層から上へと酸化物層１３、隔離層１２、シリコンベース層１１、隔離層１２、酸化物層１３、隔離層１２、及びシリコンベース層１１の順である。一部の実施形態において、接着面Ｆは酸化物層１３の表面であり、赤外フィルター膜層の全体は複数の酸化物層１３、複数の隔離層１２、及び複数のシリコンベース層１１から成る積層で構成されており、複数の隔離層１２はそれぞれ酸化物層１３とシリコンベース層１１の間に存在する。

【0026】

一部の実施形態において、隔離層１２を接着層として採用し、その表面を接着面Ｆとする。接着面Ｆは、目標物の表面にめっきされ、接着されるか、貼り付けられる。この時、赤外フィルター膜層は底から上に向かって隔離層１２、シリコンベース層１１、隔離層１２、酸化物層１３、隔離層１２、及びシリコンベース層１１の順に積層される（例として３つの隔離層１２、２つのシリコンベース層１１、及びの酸化物層１３を挙げる）。赤外フィルター膜層の全体にわたって、シリコンベース層１１と酸化物層１３の間には必ず隔離層１２を設置する。

【0027】

一部の実施形態において、隔離層１２を接着層として採用し、その表面を接着面Ｆとする。接着面Ｆは、目標物の表面にめっきされ、接着されるか、貼り付けられる。前述の実施形態と異なる点は、隔離層１２に隣接する層が酸化物層１３であることである。例として３つの隔離層１２、２つの酸化物層１３、及びのシリコンベース層１１を挙げると、この時、赤外フィルター膜層はベース層から上に向かって隔離層１２、酸化物層１３、隔離層１２、シリコンベース層１１、隔離層１２、及び酸化物層１３の順に積層される。赤外フィルター膜層の全体にわたって、酸化物層１３とシリコンベース層１１の間には必ず隔離層１２を設置する。

【0028】

図４を参照されたい。これは本発明の一実施形態である赤外フィルター膜層が反射防止膜（Ａｎｔｉ－Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＡＲ）としての光スペクトルシミュレーション図である。赤外フィルター膜層の構成は以下の表１に示される：

【表1】

【0029】

この実施形態では、総層数は１２層であり、隔離層１２がベース層となっている。図４に示されるように、波長１４５０ｎｍから１６５０ｎｍの光波の透過率は９９％以上である。

【0030】

図５を参照されたい。これは本発明の一実施形態である赤外フィルター膜層が長波通過フィルター（Ｌｏｎｇ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ： ＬＰ）としての光スペクトルシミュレーション図である。赤外フィルター膜層の構成は以下の表２に示される。

【表2】

【0031】

この実施形態では、合計７５層があり、隔離層１２がベース層となっている。図５に示されるように、波長１５３０ｎｍから１６５０ｎｍの光波の透過率は９５％から１００％である。

【0032】

図６を参照されたい。これは本発明の一実施形態である赤外フィルター膜層が短波通過フィルター（Ｓｈｏｒｔ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ： ＳＰ）としての光スペクトルシミュレーション図である。赤外フィルター膜層の構成は以下の表３に示される。

【表3】

【0033】

この実施形態では、合計６５層があり、隔離層１２がベース層となっている。図６に示されるように、波長１４５０ｎｍから１６００ｎｍの光波の透過率は９５％から１００％である。

【0034】

図７を参照されたい。これは本発明に係る特定の実施形態である赤外フィルター膜層が帯域通過フィルター（Ｂａｎｄ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ： ＢＰ）としての光スペクトルシミュレーション図である。赤外フィルター膜層の構成は以下の表４に示される。

【表4】

【0035】

この実施形態では、合計６８層があり、酸化物層１３がベース層である。図７に示されるように、波長１５５０ｎｍから１５８０ｎｍの光波の透過率は９９％以上である。

【0036】

図８を参照されたい。これは本発明の第１の実施形態である赤外フィルター構造体２００Ａを示す模式図である。この実施形態において、赤外フィルター構造体２００Ａは光透過基板２と赤外フィルター膜層から成り、赤外フィルター膜層は複数のシリコンベース層１１、複数の隔離層１２、及び複数の酸化物層１３を含む。ここで、赤外フィルター膜層はシリコンベース層１１を接着層として使用し（以下、第１の態様と称する）、光透過基板２の第１の表面２１上に位置している。赤外フィルター膜層はコーティング技術により光透過基板２上に配置され、本発明はコーティングの方法に制限されない。前記光透過基板２は例えばガラス基材で製造される。いくつかの実施形態において、光透過基板２は樹脂基材で製造される。さらに、いくつかの実施形態において、光透過基板２はサファイア基材で製造される。

【0037】

図９を参照されたい。これは本発明の第２の実施形態である赤外フィルター構造体２００Ｂの模式図である。この実施形態において、赤外フィルター膜層は複数のシリコンベース層１１、複数の隔離層１２、及び複数の酸化物層１３を含むが、ここで赤外フィルター膜層は酸化物層１３を接着層として使用し（以下、第２の態様と称する）、光透過基板２の第１の表面２１上に位置している。

【0038】

一部の実施形態に基づき、赤外フィルター構造体において、赤外フィルター膜層は隔離層１２を接着層として使用し、その上に位置するものをシリコンベース層１１（以下、第三態様と称する）または酸化物層１３（以下、第四態様と称する）とする。

【0039】

図１０を参照されたい。これは本発明の第三実施形態である赤外フィルター構造体２００Ｃの模式図である。この実施形態において、赤外フィルター構造体２００Ｃは、光透過基板２の第２の表面２２にもう赤外フィルター膜層を含んでいる。光透過基板２の第１の表面２１にある赤外フィルター膜層は、上述の第１の態様から第四態様のいずれかが可能であり、光透過基板２の第２の表面２２にある赤外フィルター膜層も、第１の態様から第四態様のいずれかが可能である。したがって、赤外フィルター構造体は１６種の組み合わせを持ち、利用者の要求に応じて設計されるが、本発明はその方法に制限されない。図１０に示された実施形態に基づき、光透過基板２の第１の表面２１には第１の態様の赤外フィルター膜層があり、第２の表面２２には第三態様の赤外フィルター膜層がある。

【0040】

［実施形態による有益な効果］
本発明の有益な効果は、本発明によって提供される赤外フィルター膜層及び赤外フィルター構造体が、シリコンベース層と酸化物層の間に隔離層を配置する技術方案を通じて、酸化物層の酸素原子がシリコンベース層に侵入するのを防ぎ、赤外フィルター膜層の安定性を向上させる点にある。これにより、赤外領域での赤外フィルター膜層の安定性と信頼性が向上する。さらに、「隔離層を窒化物とする」という技術方案により、赤外フィルター膜層の品質がさらに向上し、波長ドリフトの程度が低下する。

【0041】

一部の実施形態における本発明のもう有益な効果は、提供される赤外フィルター膜層及び赤外フィルター構造体が、赤外レーザーレーダーに適用され、さまざまな環境変化による影響を改善し、光レーダー検出の精度を高めることができる点にある。

【0042】

以上に開示された内容は本発明の好ましい実施形態に過ぎず、これにより本発明の特許請求の範囲を制限するものではない。そのため、本発明の明細書及び添付図面の内容に基づき為された等価の技術変形は、全て本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。

【符号の説明】

【0043】

１００Ａ－１００Ｃ： 赤外フィルター膜層
１１： シリコンベース層
１２： 隔離層、窒化物層
１３： 酸化物層
２００Ａ－２００Ｃ： 赤外フィルター構造体
２： 光透過基板
２１：第１の表面
２２：第２の表面
Ｆ： 接着面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】