CN108072928A - 光学滤波器以及光学元件用封装体 - Google Patents

Abstract

本发明提供能充分减少光学特性的变化的光学滤波器以及具备该光学滤波器的光学元件用封装体。光学滤波器(1)具备：透明基板(2)；配置于在透明基板(2)的光入射面(2a)处开口的凹部(20)的吸收膜(3)；和覆盖凹部地配置在光入射面(2a)的第1反射膜(4)，还具备配置于透明基板(2)的光射出面(2b)的第2反射膜(5)。

Description

光学滤波器以及光学元件用封装体

技术领域

本发明涉及光学滤波器以及具备该光学滤波器的光学元件用封装体。

背景技术

在利用摄像元件等的摄像光学系统中，使用汇聚光的光学透镜、使规定波段的光透过且不使其他波段的光透过的带通型光学滤波器等各种光学构件。

例如，在利用由CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)传感器构成的摄像元件的情况下，在光学透镜与摄像元件之间配置光学滤波器，该光学滤波器将入射到摄像元件的光限制在人的眼睛能感知的波长范围(可见波长范围)。作为这样的光学滤波器，有构成为阻止具有比可见波长范围长的波长的近红外光的透过的光学滤波器、构成为阻止具有比可见波长范围短的波长的紫外光的透过的光学滤波器、构成为阻止近红外光及紫外光的透过的光学滤波器等。

专利文献1记载的光学滤波器在透明基板的表面形成有光吸收结构体，且设置有近红外光反射结构体，以便覆盖该光吸收结构体的上表面以及侧面。若作为光吸收结构体而使用在树脂中分散了光吸收特性的色素的结构体，则因来自周边环境的吸湿等导致光学特性发生变化，因此如上述那样利用近红外光反射结构体覆盖光吸收结构体。

专利文献1：JP特开2012-137650号公报

在专利文献1那样的构成中，存在不能用近红外光反射结构体充分覆盖光吸收结构体导致不能充分减少光学特性的变化的问题。

发明内容

本公开的光学滤波器的特征在于，具备：透明基板，具有平行的第1面和第2面，在所述第1面设有凹部；吸收膜，包含树脂材料，该树脂材料吸收预先确定的波段的至少一部分波长的光，在所述凹部内配置该吸收膜；和第1反射膜，反射预先确定的所述波段的波长的光，覆盖所述凹部且配置在所述第1面。

另外，本公开的光学元件用封装体的特征在于，包括：基板，具有搭载摄像元件或受光元件的搭载部；光学透镜；上述的光学滤波器；和透镜保持体，保持所述光学透镜以及所述光学滤波器，被固定于所述基板以覆盖所述搭载部。

发明效果

根据本公开的光学滤波器，由于包含树脂材料的吸收膜配置在设于透明基板的凹部内，覆盖凹部的第1反射膜被配置在透明基板，因此能充分减少吸收膜的光学特性即光学滤波器的光学特性的变化。

另外，根据本公开的光学元件用封装体，通过具备上述的光学滤波器，能充分减少光学特性的变化。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的光学滤波器的构成的截面图。

图2是透明基板以及吸收膜的俯视图。

图3是表示本发明的第2实施方式所涉及的光学滤波器的构成的截面图。

图4是变形例的透明基板以及吸收膜的截面图。

图5是变形例的透明基板以及吸收膜的俯视图。

图6是表示本发明的第3实施方式的光学元件用封装体以及电子装置的外观的顶视图。

图7是将图6的A-A线作为切断面线的纵截面图。

符号说明

1 光学滤波器

1A 光学滤波器

2、2A、2B、2C 透明基板

2a、2Ba 光入射面

2b 光射出面

3、3A、3B、3C 吸收膜

4 第1反射膜

5 第2反射膜

6 应力缓和层

7 光学透镜

8 透镜保持体

8a 上表面

8b 透镜保持部

9 基板

9a 第1基板

9b 第2基板

10 光学元件用封装体

11 光学元件

12 接合线(bonding wire)

20、20A、20B、20C 凹部

20a、20Aa、20Ba 底面

20Ab、20Bb 侧面

20Bc、20Cc 开口

21 电子装置

具体实施方式

(第1实施方式)

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的光学滤波器的构成的截面图，图2是透明基板以及吸收膜的俯视图。光学滤波器1具备：透明基板2；吸收膜3，配置于凹部20，该凹部20在透明基板2的光入射面(第1面)2a开口；和第1反射膜4，覆盖凹部20地配置于光入射面2a，并且还具备配置在透明基板2的光射出面(第2面)2b的第2反射膜5。光入射面2a和光射出面2b是透明基板2中相互平行的两个主面。

透明基板2是具有至少对可见波长范围的光没有透过的光的波长选择性的光透过性的基板。透明基板2也可以对可见波长范围的光具有80％以上的透过率。

透明基板2可以由碱石灰玻璃、石英玻璃或硼硅酸玻璃等玻璃材料构成。或者，透明基板2可以由金属氧化物等无机材料、或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰亚胺、聚碳酸酯或者丙烯酸树脂等树脂材料构成。

在透明基板2设置有在光入射面2a开口的凹部20。凹部20内的空间形状是厚度小的长方体形状，即所谓的层状或膜状。在凹部20内配置后述的吸收膜3。由于在凹部20内的空间内填充吸收膜3，因此凹部20的空间形状就是吸收膜3的形状。

透明基板2的厚度t只要考虑对光学滤波器1要求的机械强度、总厚度来适当设定即可，例如是50μm～300μm。凹部20的内部空间形状如上述那样为层状或膜状，凹部20的底面20a是平坦面。在将凹部20的深度设为d时，如下设置凹部20，即，相对于透明基板2的厚度t，d/t＜0.5。通过设为d/t＜0.5，能在保持透明基板2的机械强度不变的情况下设置凹部20。另外，通过设为0.05≤d/t≤0.1，不仅能保持机械强度，还能提升吸收膜3的吸收特性，减少透明基板2的翘曲。

如图2所示，在本实施方式中，在俯视下，透明基板2的外形形状和凹部20的开口形状都是矩形，是相似形，但并不限于此，也可以是虽然是相同的矩形但并非相似形。透明基板2的外形形状和凹部20的开口形状也可以不是相同的形状。另外，透明基板2的外形形状、凹部20的开口形状可以是圆形或椭圆形，也可以是五角形以上的多角形等。凹部20被设置成，凹部20的开口与透明基板2的第1面2a的外周的距离在100μm以上。当存在凹部20的开口与透明基板2的第1面2a的外周之间的距离小于100μm的部位的情况下，在该部位，水分等从外部进入到凹部20内的可能性变高。

凹部20能通过针对要成为透明基板2的板状基材实施公知的机械性加工或化学性加工来形成。作为机械性加工，例如能使用研磨加工、磨削加工等。作为化学性加工，例如能使用湿蚀刻加工、干蚀刻加工等。另外，也可以通过注射成型等以预先设有凹部20的形状来制作透明基板2。

另外，凹部20的底面20a可以是表面粗糙度Rms不足2nm。若表面粗糙度Rms在2nm以上，则透明基板2的透过率就会降低。底面20a的表面粗糙度Rms能通过控制如述那样形成凹部20时的加工条件或在加工后实施镜面研磨等来实现不足2nm。

吸收膜3配置在凹部20内，吸收预先确定的波段的至少一部分波长的光。吸收膜3包含树脂材料，通过分散在树脂材料中的光吸收材料吸收光。

构成吸收膜3的树脂材料优选至少在可见波长范围内没有吸收，例如可使用聚酯树脂、聚丙烯酸酯树脂或聚酰亚胺树脂等。分散在树脂材料中的有机色素可使用被用作染料或颜料的化合物。染料或颜料也优选在可见波长范围内没有吸收，优选在近红外频带内吸收率高。

作为染料，例如可使用酞青系化合物、偶氮化合物系化合物、聚甲块系化合物、二苯甲烷系化合物、三苯甲烷系化合物、醌系化合物、二亚胺(diimonium)系化合物、硫醇金属配合物系化合物等化合物。在要吸收的波段窄的情况下，可以选择这些染料当中的1种并使其分散到树脂材料中，在要吸收的波段宽的情况下，可以选择吸收波长不同的多种染料并使它们分散到树脂材料中。

作为颜料，例如能使用将铟与锡的复合氧化物、即ITO微粒子化得到的颜料。ITO在可见光频带透过率高，吸收近红外波长范围的光。颜料与染料不同，以粒子状态分散在树脂层内，因此为了防止粒子引起的透过光的散射等，优选做成更小的粒径。

作为吸收紫外波长范围的光的化合物，可以使用氧化钛、氧化锌等，也可以使用作为有机材料的苯并三唑、二苯甲酮、三嗪等。

也可以在分散或溶化了未固化的树脂的溶媒中，分散上述的近红外光吸收剂、紫外光吸收剂，将由此得到的涂覆液通过旋涂法、喷射法、浸渍法等涂覆并填充在透明基板2的凹部20内，经过干燥、加热等，使树脂固化，由此形成吸收膜3。

吸收膜3的膜厚越厚，即透明基板2的凹部20的深度d越深，光的吸收率就越高，但若要加深凹部20的深度，为了确保透明基板2的强度等，需要增厚透明基板2的厚度t，光学滤波器1的厚度会变厚，因此吸收膜3的膜厚例如是0.5μm～10μm。

另外，在将吸收膜3的折射率设为n1、将透明基板2的折射率设为n2时，|n1-n2|≤0.2。通过减小吸收膜3与透明基板2的折射率之差，能够抑制凹部20内表面的反射等，能减少杂散光的产生。

第1反射膜4以及第2反射膜5分别设于透明基板2的光入射面2a以及光射出面2b，反射预先确定的波长范围的光。当对光学滤波器1要求的滤波器特性是截止近红外波长范围的光的情况下，第1反射膜4以及第2反射膜5构成为反射近红外波长范围的光。当对光学滤波器1要求的滤波器特性是可见波长范围的光的透过的情况下，构成为反射应透过的可见波长范围以外的波长范围的近红外波长范围的光以及紫外波长范围的光。

第1反射膜4对在内部配置了吸收膜3的凹部20进行覆盖，配置在透明基板2的光入射面2a。例如，可以将第1反射膜4配置成，俯视下透明基板2的外形和第1反射膜4的外形相同。吸收膜3以高的气密性以及高的水密性配置于被透明基板2和第1反射膜4包围的凹部20的内空间内。

在过去，需要用第1反射膜覆盖配置于透明基板的平坦的光入射面处的吸收膜的上表面以及侧面，但是很难通过第1反射膜完全覆盖凸状的吸收膜的侧面以确保气密性以及水密性。根据本实施方式，由于吸收膜3配置在凹部20内，因此应被第1反射膜4覆盖的光入射面2a大致是平坦面，只要堵住凹部20的开口，就能对吸收膜3确保充分高的气密性以及充分高的水密性。由此，防止由树脂材料构成的吸收膜3的氧化以及吸湿等，充分减少吸收膜3的光学特性的变化，从而能充分减少光学滤波器1的光学特性的变化。

第1反射膜4以及第2反射膜5分别具有将折射率相对低的低折射率层和折射率相对高的高折射率层交替地层叠而成的多个群，通过适当设定构成各群的低折射率层以及高折射率层的物理膜厚和/或折射率，能调整各群的看上去的光学膜厚以及看上去的折射率。在将想要阻止透过的波长范围的中心波长设为λ时，通过将各群的看上去的光学膜厚设定为λ/2，各群的上下界面所引起的反射光变成同相位而相互增强，因此能阻止以波长λ为中心的波长范围的光的透过，该波长范围以外的波长范围的光会透过第1反射膜4以及第2反射膜5。因此，通过将λ设为近红外波长范围以及紫外波长范围，第1反射膜4以及第2反射膜5反射近红外光以及紫外光而阻止其透过，使近红外波长范围以及紫外波长范围以外的波长范围的可见波长范围的光透过。

第1反射膜4以及第2反射膜5中，低折射率层由氧化硅(SiO₂)构成，高折射率层由氧化钛(TiO₂)构成。氧化硅电介质层的折射率为n＝1.45，是相对的低折射率，氧化钛电介质层的折射率为n＝2.30，是相对的高折射率。

另外，除了SiO₂以及TiO₂以外，也可以根据想要通过反射阻止透过的波段，使用Al₂O₃、ZrO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₃等无机材料。

在本实施方式中，第2反射膜5的厚度大于第1反射膜4的厚度。第1反射膜4和透明基板2在光入射面2a处仅在除了凹部20的外周部分接合。通过减小接合面积小的第1反射膜4的厚度，减小了膜形成后的残留应力，从而抑制了裂纹的产生。对于第1反射膜4以及第2反射膜5的厚度，若将低折射率层和高折射率层的厚度在各反射膜中设定为相同的厚度，则能通过每个反射膜层叠的层数的不同来使两者厚度不同。在本实施方式那样第2反射膜5的厚度大于第1反射膜4的厚度的情况下，只要第2反射膜5的层数多于第1反射膜4的层数即可。

在第1反射膜4以及第2反射膜5中，通过用蒸镀法、离子电镀法(ion plating)、化学气相生长法(CVD)或溅射法等，使低折射率层以及高折射率层成膜，形成低折射率层与高折射率层的凹凸小且平坦的界面。

(第2实施方式)

图3是表示本发明的第2实施方式所涉及的光学滤波器的构成的截面图。光学滤波器1A具备：透明基板2；配置于凹部20内的吸收膜3；配置于透明基板2的光入射面2a上的应力缓和层6；配置于应力缓和层6上的第1反射膜4；和配置于透明基板2的光射出面2b上的第2反射膜5。

光学滤波器1A与第1实施方式的光学滤波器1相比，不同点在设有应力缓和层6，其他都是同样的构成，因此对同样的构成标注与光学滤波器1相同的参考符号，并省略详细的说明。

应力缓和层6具有光透过性即可，作为应力缓和层6的材料，例如可以使用SiO₂。通过在透明基板2的光入射面2a侧、即第1反射膜4和第2反射膜5当中厚度薄的第1反射膜4侧设置应力缓和层6，减小了设于透明基板2的光入射面2a侧的膜的厚度与设于光射出面2b侧的膜的厚度之差，从而能有效果地抑制光学滤波器1A的变形以及翘曲。

(第1实施方式及第2实施方式的变形例)

图4是变形例的透明基板以及吸收膜的截面图，图5是变形例的透明基板以及吸收膜的俯视图。以下说明的各变形例只有透明基板以及吸收膜与前述的各实施方式不同，因此仅图示透明基板以及吸收膜，省略其他构成。

在图4(a)所示的变形例中，在设于透明基板2A的凹部20A，将底面20Aa和侧面20Ab所构成的角部作为R面(曲面)。通过将角部作为R面，抑制了因使用光学滤波器时的温度变化、外力的附加等而产生的应力集中于角部，能抑制在透明基板2A产生裂纹等。另外，取代R面，作为C面(倒角)也能得到与R面同样的效果。吸收膜3A由于配置在凹部20A内，因此配合凹部20A的形状，角部变成R面状或C面状。

在图4(b)所示的变形例中，在设于透明基板2B的凹部20B，与底面20Ba相比开口20Bc更大。凹部20B的侧面20Bb被设置成向外方倾斜。换言之，在如图那样将透明基板2B的光入射面2Ba设为上侧时，凹部20B的内部空间的形状变成倒四角锥台状。吸收膜3B也配合该形状变成倒四角锥台状。

由树脂材料构成的吸收膜3B在以涂覆液的状态被涂覆、填充在凹部20B内之后被固化。通过使凹部20B的开口20Bc大于它的底面20Ba，在填充时气泡易于脱离。若气泡残留，会在吸收膜与气泡的界面等处引起不需要的反射，会产生杂散光，但在本实施方式中，通过将凹部20B的形状设为如上所述的形状，减少了气泡残留，能抑制杂散光的产生。

在图5所示的变形例中，在设于透明基板2C的凹部20C中，将开口20Cc的形状设成了圆角矩形状而不是矩形状。即，将开口20Cc的角设成了R状(曲线状)。通过将开口20Cc的角设为R状，抑制了因使用光学滤波器时的温度变化、外力的附加等而产生的应力集中于开口20Cc的角，能抑制在透明基板2C产生裂纹等。由于吸收膜3C配置在凹部20C内，因此配合凹部20C的形状，开口20Cc的角变成R状。

图6是表示本发明的第3实施方式的光学元件用封装体以及电子装置的外观的顶视图，图7是将图6的A-A线作为切断面线的纵截面图。光学元件用封装体10具备：具有搭载光学元件11的搭载部的基板9；固定于基板9以覆盖搭载部的透镜保持体8；和保持在透镜保持体8的光学透镜7以及上述的光学滤波器1、1A。透镜保持体8包括保持光学透镜7以及光学滤波器1、1A的透镜保持部8b。

基板9是在由陶瓷材料或有机材料构成的绝缘层形成了布线导体的布线基板，与光学元件11电连接并与外部装置电连接。

基板9例如层叠了板状的第1基板9a和在中央具有贯通孔的第2基板9b。由第2基板9b的贯通孔和第1基板9a的上表面构成凹状的搭载部，搭载光学元件11。另外，基板9既可以由在中央部分设有搭载部的一个绝缘层构成，也可以层叠三个以上的基板构成。

电子装置21具备光学元件用封装体10和光学元件11。光学元件11是摄像元件或受光元件，通过接合线12等连接构件与基板9电连接。在光学元件11与基板9的电连接中，除了接合线以外还可以使用金隆起焊盘(gold bump)或焊料等。

透镜保持体8的透镜保持部8b保持光学透镜7以及光学滤波器1、1A，使得光学透镜7的光轴穿过光学元件11。作为光学透镜7，能使用凸透镜、凹透镜或菲涅耳透镜等各种形状的透镜。光学透镜7只要根据所用的光学元件11的种类而具备各种光学功能即可，例如使从外部入射的外光汇聚在摄像元件表面。

透镜保持部8b大致具有立方体形状或长方体形状，下表面开放，在上表面8a设有贯通孔，以嵌入该贯通孔的方式保持光学透镜7。光学滤波器1、1A被保持在透镜保持部8b的下方，位于光学透镜7与光学元件11之间。透镜保持部8b的形状并没有特别限定，例如既可以如上述那样是立方体形状或长方体形状，也可以是圆筒形状，还可以是半球形状或穹顶形状等。

透镜保持部8b的侧壁的下端通过粘结剂等被固定在基板9的上表面的外周部分。

在光学元件11为摄像元件的情况，由光学透镜7汇聚的外光通过光学滤波器1、1A，近红外波长范围或近红外波长范围及紫外频带的光被光学滤波器1、1A阻止透过，除了近红外波长范围的波长范围的光或可见光频带的光透过而到达摄像元件。

通过具备光学滤波器1、1A，能实现光学特性的变化被充分降低的光学元件用封装体10以及电子装置21。

以上详细说明了本发明的实施方式，但本发明并不限于上述的实施方式以及变形例，在不脱离本发明的宗旨的范围内将实施方式以及变形例分别相互组合的构成也是本发明的实施方式。

Claims (8)

1.一种光学滤波器，其特征在于，具备：

透明基板，具有平行的第1面和第2面，在所述第1面设有凹部；

吸收膜，包含吸收预先确定的波段内的至少一部分波长的光的树脂材料，配置在所述凹部内；和

第1反射膜，反射所述预先确定的波段的波长的光，覆盖所述凹部地配置于所述第1面。

2.根据权利要求1所述的光学滤波器，其特征在于，还具备：

第2反射膜，反射所述预先确定的波段的波长的光，配置于所述第2面。

3.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其特征在于，

所述凹部的底面的表面粗糙度Rms不足2nm。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的光学滤波器，其特征在于，

在将所述凹部的深度设为d、将所述透明基板的厚度设为t时，d/t＜0.5。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的光学滤波器，其特征在于，

与所述凹部的底面相比所述凹部的开口更大。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的光学滤波器，其特征在于，

在将所述吸收膜的折射率设为n1、将所述透明基板的折射率设为n2时，|n1-n2|≤0.2。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的光学滤波器，其特征在于，

所述第1反射膜交替地层叠了低折射率层和高折射率层，

所述第2反射膜交替地层叠了低折射率层和高折射率层，

与所述第1反射膜的层数相比所述第2反射膜的层数更多。

8.一种光学元件用封装体，其特征在于，包括：

基板，具有搭载摄像元件或受光元件的搭载部；

光学透镜；

权利要求1～7中任一项所述的光学滤波器；和

透镜保持体，保持所述光学透镜及所述光学滤波器，被固定在所述基板，以覆盖所述搭载部。