CN109491003A - 近红外线截止滤光片及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉一种近红外线截止滤光片及其制造工艺，近红外线截止滤光片包括玻璃基材及镀于所述玻璃基材的至少一个表面的至少一层无机红外线吸收层，每一层无机红外线吸收层的材料为吸收近红外线的RCuPO4陶瓷晶体粉末，其中R为碱金金属或碱土金属，碱金金属是选自锂、钠、钾及铷中一者，碱土金属是选自铍、镁、钙、锶、钡及锌中一者。每一层无机红外线吸收层的厚度介于500nm与5000nm间。本申请的无机红外线吸收层通过PVD制程直接镀于玻璃基材，以利近红外线截止滤光片的生产，提升近红外线截止滤光片的量产性，也使近红外线截止滤光片符合薄型化的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤光片的技术领域，尤其涉及一种近红外线截止滤光片及其制造工艺。
背景技术
近红外线截止滤光片已广泛应用于影像传感器(CCD&CMOS)等摄影组件，其基材可分为无机材(玻璃)、有机材(塑胶)及与有机无机复合材(玻璃+有机染料涂布)等。
使用无机材为基材的近红外线截止滤光片是如使用含铜的磷酸盐玻璃或含铜的氟磷酸盐玻璃为基材的近红外线截止滤光片，其基材的缺点具有薄化制程易碎与不耐酸碱之性质。然目前滤光片的厚度趋向薄型化，基材厚度需小于0.1mm，有一定的制程难度。
使用有机材为基材的近红外线截止滤光片是如以COC树脂添加近红外光吸收型染料形成近近红外线截止滤光片，其具有较玻璃轻薄化优势。但此滤光片的缺点为其所添加的近红外光吸收型染料只能吸收特定波段之光线(如波段介于700nm与800nm间)，如须达到700nm与1200nm间的全近红外光波段吸收，仍需藉由PVD镀膜方式于近红外线截止滤光片的表面镀上一层红外线截止膜，已达到全近红外光波段吸收效果。但必须控制PVD镀膜的温度，避免有机材料不耐高温而产生质变的问题。
使用有机无机复合材为基材的近红外线截止滤光片是如以在玻璃基材上涂布有机红外线吸收层的近红外线截止滤光片，其玻璃基材可选用强度高且厚度薄(50um与200um间)的透明硼硅酸盐或铝硅酸盐玻璃。但此滤光片的缺点是有机红外线吸收层所使用的有机染料仍无法达到700nm与1200nm间的全近红外光波段吸收。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种近红外线截止滤光片及其制造工艺。
为了解决上述技术问题，本申请揭示了一种近红外线截止滤光片，其特征在于，包括玻璃基材及镀于玻璃基材的至少一个表面的至少一层无机红外线吸收层，每一层无机红外线吸收层的材料为吸收近红外线的RCuPO4陶瓷晶体粉末，其中R为碱金金属或碱土金属，碱金金属是选自锂、钠、钾及铷中一者，碱土金属是选自铍、镁、钙、锶、钡及锌中一者；其中每一层无机红外线吸收层的厚度介于500nm与5000nm间。
本申请更提供一种近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，包括制备RCuPO4陶瓷晶体粉末；制备RCuPO4陶瓷锭；以及以RCuPO4陶瓷锭为靶材，并通过PVD制程将RCuPO4陶瓷晶体镀于玻璃基材，并于玻璃基材的至少一个表面上形成至少一层无机红外线吸收层；其中制备RCuPO4陶瓷晶体粉末的步骤更包括制备RCuPO4前驱物，RCuPO4前驱物是混合搅拌所述铜源、碱源、磷酸源及柠檬酸水溶液形成，其中铜源、碱源及磷酸源的比例为1:1:1；去除混合溶液的水分而获得溶胶；去除RCuPO4溶胶的水分而获得RCuPO4起始粉末；研磨RCuPO4起始粉末成细粉状RCuPO4起始粉末；加热细粉状RCuPO4起始粉末而得到RCuPO4陶瓷晶体粉末；其中R为碱金金属或碱土金属，碱金金属是选自锂、钠、钾及铷中一者，碱土金属是选自铍、镁、钙、锶、钡及锌中一者；其中每一层无机红外线吸收层的厚度介于500nm与5000nm间。
与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：
本申请揭示一种近红外线截止滤光片及其制造工艺，红外线截止滤光片具有为玻璃基材及至少一层无机红外线吸收层，无机红外线吸收层主要通过PVD制程将RCuPO4陶瓷晶体直接镀于玻璃基材的至少一个表面，如此可大量生产近红外线截止滤光片，同时让近红外线截止滤光片符合薄型化的需求。
此外本申请的红外线截止滤光片的玻璃基材与至少一层无机红外线吸收层均使用具有耐温性的无机材形成，如此红外线截止滤光片有利于后续的高温加工制程的进行，避免红外线截止滤光片于高温加工时产生质变的问题。
另红外线截止滤光片更包括镀于玻璃基材或无机红外线吸收层的抗反射层，抗反射层可减少光源的反射并提高红外线截止滤光片的可见光的穿透率。
附图说明
图1为本申请第一实施方式的近红外线截止滤光片的示意图。
图2为本申请第一实施方式的陶瓷晶体粉末的反射图谱。
图3为本申请第一实施方式的近红外线截止滤光片的制造工艺的流程图。
图4为本申请第一实施方式的制备RCuPO4陶瓷晶体粉末的制造工艺的流程图。
图5为本申请第一实施方式的无机红外线吸收层的光谱图。
图6为本申请第二实施方式的近红外线截止滤光片的示意图。
图7为本申请第三实施方式的近红外线截止滤光片的示意图。
图8为本申请第四实施方式的近红外线截止滤光片的示意图。
具体实施方式
以下将以图式揭露本申请的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本申请。也就是说，在本申请的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
关于本文中所使用之“第一”、“第二”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本申请，其仅仅是为了区别以相同技用语描述的组件或操作而已。
请参阅图1，其是本申请第一实施方式的近红外线截止滤光片1的示意图；如图所示，本实施方式提供一种近红外线截止滤光片1，近红外线截止滤光片1包括玻璃基材10及镀于玻璃基材10的一表面101的无机红外线吸收层11。其中无机红外线吸收层11的材料为吸收近红外线的陶瓷晶体粉末，陶瓷晶体粉末的材料为RCuPO4，其中R为碱金金属或碱土金属，碱金金属是选自锂、钠、钾及铷中一者，碱土金属是选自铍、镁、钙、锶、钡及锌中一者。无机红外线吸收层11的厚度介于500nm与5000nm间。请一并参阅图2，其是本申请第一实施方式的陶瓷晶体粉末的反射图谱；如图所示，本实施方式的无机红外线吸收层11所使用的陶瓷晶体粉末于700nm与1200nm间波段的反射率低，证明陶瓷晶体粉末的吸收率高，可完全吸收波段介于700nm与1200nm间的近红外线。
再一并参阅图3，其是本申请第一实施方式的近红外线截止滤光片1的制造工艺的流程图；如图所示，本实施方式的近红外线截止滤光片1的制造工艺是先执行步骤S10，制备RCuPO4陶瓷晶体粉末；接着执行步骤S11，制备RCuPO4陶瓷锭；最后执行步骤S12，以RCuPO4陶瓷锭为靶材，并通过电子束或溅镀等PVD制程将RCuPO4陶瓷晶体镀于玻璃基材10，且于玻璃基材10的一表面101上形成无机红外线吸收层11，其中于PVD制程中控制设备功率、温度与时间而调控无机红外线吸收层11的厚度及其内陶瓷晶体颗粒大小，进而调整近红外线截止滤光片1的近红外线吸收率。
由上述可知，本实施方式的红外线截止滤光片1的无机红外线吸收层11是直接镀于玻璃基材10，并非藉由有机材混合无机红外线吸收材料形成具有高粘性的有机无机复合红外线吸收层，也因本实施方式的玻璃基材10及无机红外线吸收层11均使用无机材，如此可承受后续的高温制程，避免于高温制程中玻璃基材10及无机红外线吸收层11产生质变的问题，此外本实施方式的红外线截止滤光片1也达到薄化效果。本实施方式的无机红外线吸收层11通过PVD制程镀于玻璃基材10上，以利大量生产红外线截止滤光片1，提高红外线截止滤光片1的量产性。
请一并参阅图4，其是本申请第一实施方式的制备RCuPO4陶瓷晶体粉末的制造工艺的流程图；如图所示，制备RCuPO4陶瓷晶体粉末的方法是先执行步骤S101，制备RCuPO4前驱物，其主要藉由柠檬酸对阳离子的螯合性形成具有溶胶凝胶特性的RCuPO4前驱物；制备RCuPO4前驱物的方式先取铜源(Cu)、碱源(R)、磷酸源(P)及柠檬酸水溶液，其中铜源(Cu)、碱源(R)与磷酸源(P)的比例为1：1：1，铜源(Cu)选自铜粉、氯化铜、硝酸铜及硫酸铜中一者，碱源(R)选自氢氧化物、柠檬酸化合物及硝酸化合物中一者，例如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、柠檬酸锂、柠檬酸钠、柠檬酸钾、硝酸镁、硝酸钙或硝酸锶，磷酸源(P)选自磷酸、磷酸二氢铵及含碱磷酸盐化合物中一者，例如磷酸锂、磷酸二氢锂、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾。混合搅拌铜源(Cu)、碱源(R)、磷酸源(P)及柠檬酸水溶液形成RCuPO4前驱物，进行混合搅拌时的温度控制于45摄氏度与90摄氏度间，其时间控制于4小时与96小时间。
然后执行步骤S102，去除RCuPO4前驱物的水分而获得蓝绿色的RCuPO4溶胶，其主要通过加热或其他方式提升RCuPO4前驱物的温度，使RCuPO4前驱物内的水分挥发，进行水分挥发时RCuPO4前驱物的温度控制于70摄氏度与90摄氏度间，较佳的温度为80摄氏度。接著执行步骤S103，去除RCuPO4溶胶的水分而获得RCuPO4起始粉末，其主要通过加热方式提高溶胶的温度至100摄氏度与110摄氏度间，较佳的温度为105摄氏度，去除RCuPO4溶胶内的水分而获得RCuPO4起始粉末。然后执行步骤S104，研磨RCuPO4起始粉末成细粉状RCuPO4起始粉末，最后执行步骤S105，加热细粉状RCuPO4起始粉末而得到RCuPO4陶瓷晶体粉末，其将细粉状起始粉末放于陶瓷坩埚中，并加热陶瓷坩埚，于加热过程中进行多阶段加热，加热完成后炉冷降温，得到RCuPO4陶瓷晶体粉末。本实施方式的多阶段加热为三阶段加热，第一阶段的加热温度可至140摄氏度与160摄氏度间，较佳的加热温度为150摄氏度，并保持加热温度在140摄氏度与160摄氏度间的时间为4小时；第二阶段的加热温度可升至290摄氏度与310摄氏度间，较佳的加热温度为300摄氏度，并保持加热温度在290摄氏度与310摄氏度间的时间为4小时；第三阶段的加热温度可升至600摄氏度与800摄氏度间，并保持加热温度在600摄氏度与800摄氏度间的时间为24小时。
获得RCuPO4陶瓷晶体粉末后，研磨RCuPO4陶瓷晶体粉末，干压成型经研磨的RCuPO4陶瓷晶体粉末形成生胚，最后加热生胚，生胚的加热温度升至600摄氏度与800摄氏度间，保持生胚的加热温度在600摄氏度与800摄氏度间的时间为8小时。完成生胚的加热后炉冷降温，得到RCuPO4陶瓷锭。
请一并参阅图5，其是本申请第一实施方式的无机红外线吸收层11的光谱图；如图所示，本实施方式所使用的玻璃基材10为Schott D263T，其尺寸76X76X0.21mm。玻璃基材10經過清洗與乾燥後置入磁控濺鍍機进行PVD制程，并控制磁控溅镀机的真空度(即进行PVD制程的真空度)需達1X 10-5torr以下，其鍍膜功率70W与200W间，玻璃基材10的溫度為介于20摄氏度与50摄氏度间，较佳的温度为室溫，于溅镀过程(PVD制程)中通入氧氣，无机红外线吸收层11的厚度為500nm与5000nm间。通过上述的溅镀方式所形成的无机红外线吸收层11的光谱图如图5所示，图5包括第一光谱曲线21、第二光谱曲线22、第三光谱曲线23及第四光谱曲线24，第一光谱曲线21显示厚度为500nm的无机红外线吸收层11的光谱，第二光谱曲线22显示厚度为1000nm的无机红外线吸收层11的光谱，第三光谱曲线23显示厚度为3000nm的无机红外线吸收层11的光谱，第四光谱曲线24显示厚度为5000nm的无机红外线吸收层11的光谱，由上述光谱曲线可知，厚度为500nm与5000nm间的无机红外线吸收层11均能达到吸收红外线的作用，其中厚度为5000nm的无机红外线吸收层11的吸收效果最好，所以利用本实施例的制造工艺制造红外线截止滤光片1，不但可以解决之前制造红外线截止滤光片1的问题，也能保持红外线截止滤光片1的功能。
请参阅图6，其是本申请第二实施方式的近红外线截止滤光片1的示意图；如图所示，本实施方式的近红外线截止滤光片1与第一实施方式的近红外线截止滤光片不同在于，本实施方式的玻璃基材10的相对二表面101分别镀上无机红外线吸收层11，如此可防止玻璃基材10于高温的PVD制程中因热膨胀而造成弯曲。
请参阅图7，其是本申请第三实施方式的近红外线截止滤光片1的示意图；如图所示，本实施方式的近红外线截止滤光片1与第一实施方式的近红外线截止滤光片不同在于，本实施方式的无机红外线吸收层11的表面及与无机红外线吸收层11相对的玻璃基材10的表面101分别镀上抗反射层12，抗反射层12的厚度介于50nm与3000nm间，其包括至少一个第一折射膜121及至少一个第二折射膜122，至少一个第一折射膜121与至少一个第二折射膜122交错堆叠，其中第一折射膜121的折射率大于第二折射膜122的折射率，第一折射膜121的材料为高折射率材料，其选自TiO2、Nb2O5、Ta2O5、ZrO2及Y2O3中一者，第二折射膜122的材料为低折射率材料，其选自SiO2、MgF2、MgO及Al2O3中一者。另参阅图8，其是本申请第四实施方式的近红外线截止滤光片1的示意图；如图所示，本实施方式的近红外线截止滤光片1与第二实施方式的近红外线截止滤光片不同在于，本实施方式的二个无机红外线吸收层11的表面分别镀上抗反射层12，抗反射层12的结构与第三实施方式的抗反射层12的结构相同，于此不再赘述。抗反射层12的设置可减少光源的反射并提高可见光的穿透率。
上述抗反射层12主要通过PVD制程镀于玻璃基材10或无机红外线吸收层11，因玻璃基材10及无机红外线吸收层11均仅使用无机材，不具有不耐高温的特性，因此进行PVD制程时所产生的高温不会让玻璃基材10及无机红外线吸收层11产生质变的问题。
综上所述，本申请揭示一种近红外线截止滤光片及其制造工艺，红外线截止滤光片具有为玻璃基材及至少一层无机红外线吸收层，无机红外线吸收层主要通过PVD制程将RCuPO4陶瓷晶体直接镀于玻璃基材的至少一个表面，如此可大量生产近红外线截止滤光片。此外红外线截止滤光片的玻璃基材与至少一层无机红外线吸收层均使用具有耐温性的无机材形成，如此红外线截止滤光片有利于后续的高温加工制程的进行，避免红外线截止滤光片于高温加工时产生质变的问题。另可于红外线截止滤光片更包括镀于玻璃基材或无机红外线吸收层的抗反射层，抗反射层可减少光源的反射并提高红外线截止滤光片的可见光的穿透率。
以上所述仅为本申请的实施方式而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的权利要求范围之内。
Claims (18)
1.一种近红外线截止滤光片，其特征在于，包括玻璃基材及镀于所述玻璃基材的至少一个表面的至少一层无机红外线吸收层，每一层无机红外线吸收层的材料为吸收近红外线的RCuPO4陶瓷晶体粉末，其中R为碱金金属或碱土金属，所述碱金金属是选自锂、钠、钾及铷中一者，所述碱土金属是选自铍、镁、钙、锶、钡及锌中一者；其中所述每一层无机红外线吸收层的厚度介于500nm与5000nm间。
2.根据权利要求1所述的近红外线截止滤光片，其特征在于，所述至少一层无机红外线吸收层包括一层无机红外线吸收层，所述无机红外线吸收层镀于所述玻璃基材的一表面。
3.根据权利要求2所述的近红外线截止滤光片，其特征在于，更包括二层抗反射层，所述二层抗反射层分别镀于所述无机红外线吸收层及所述玻璃基材的另一表面，并相互对应。
4.根据权利要求1所述的近红外线截止滤光片，其特征在于，所述至少一层无机红外线吸收层包括二层无机红外线吸收层，所述二层无机红外线吸收层分别镀于所述玻璃基材的相对二表面。
5.根据权利要求4所述的近红外线截止滤光片，其特征在于，更包括二层抗反射层，所述二层抗反射层分别镀于所述二层无机红外线吸收层。
6.根据权利要求3或5所述的近红外线截止滤光片，其特征在于，每一层抗反射层包括至少一个第一折射膜及至少一个第二折射膜，所述至少一个第一折射膜与所述至少一个第二折射膜交错堆叠，每一个第一折射膜的折射率大于每一个第二折射膜，所述每一个第一折射膜的材料选自TiO2、Nb2O5、Ta2O5、ZrO2及Y2O3中一者，所述每一个第二折射膜的材料选自SiO2、MgF2、MgO及Al2O3中一者；其中所述每一层抗反射层的厚度介于50nm与3000nm间。
7.一种近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，包括制备RCuPO4陶瓷晶体粉末；制备RCuPO4陶瓷锭；以及以RCuPO4陶瓷锭为靶材，并通过PVD制程将RCuPO4陶瓷晶体镀于玻璃基材，且于所述玻璃基材的至少一个表面上形成至少一层无机红外线吸收层；
其中制备RCuPO4陶瓷晶体粉末更包括制备RCuPO4前驱物，所述RCuPO4前驱物是混合搅拌铜源、碱源、磷酸源及柠檬酸水溶液形成，其中所述铜源、碱源及磷酸源的比例为1:1:1；去除所述RCuPO4前驱物的水分而获得RCuPO4溶胶；去除RCuPO4溶胶的水分而获得RCuPO4起始粉末；研磨所述RCuPO4起始粉末成细粉状RCuPO4起始粉末；加热所述细粉状RCuPO4起始粉末而得到RCuPO4陶瓷晶体粉末；
其中R为碱金金属或碱土金属，所述碱金金属是选自锂、钠、钾及铷中一者，所述碱土金属是选自铍、镁、钙、锶、钡及锌中一者；其中所述每一层无机红外线吸收层的厚度介于500nm与5000nm间。
8.根据权利要求7所述的近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，所述铜源选自铜粉、氯化铜、硝酸铜及硫酸铜中一者；所述碱源选自氢氧化物、柠檬酸化合物及硝酸化合物中一者；所述磷酸源选自磷酸、磷酸二氢铵及含碱磷酸盐化合物中一者。
9.根据权利要求7所述的近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，所述混合搅拌所述铜源、碱源、磷酸源及柠檬酸水溶液的温度介于45摄氏度与90摄氏度间，其时间介于4小时与96小时间。
10.根据权利要求7所述的近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，所述去除所述RCuPO4前驱物的水分的温度介于70摄氏度与90摄氏度间，较佳的温度为80摄氏度。
11.根据权利要求7所述的近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，所述去除RCuPO4溶胶的水分的温度介于100摄氏度与110摄氏度间，较佳的温度为105摄氏度。
12.根据权利要求7所述的近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，所述加热所述细粉状RCuPO4起始粉末包括将细粉状RCuPO4起始粉末放于陶瓷坩埚中，并多阶段加热所述陶瓷坩埚，加热完成后炉冷降温，得到所述RCuPO4陶瓷晶体粉末。
13.根据权利要求12所述的近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，所述多阶段加热包括三阶段加热，第一阶段的加热温度介于140摄氏度与160摄氏度间，较佳的加热温度为150摄氏度，并保持所述第一阶段的加热温度的时间为4小时；第二阶段的加热温度介于290摄氏度与310摄氏度间，较佳的加热温度为300摄氏度，并保持所述第二阶段的加热温度的时间为4小时；第三阶段的加热温度介于600摄氏度与800摄氏度间，并保持在所述第三阶段的加热温度的时间为24小时。
14.根据权利要求7所述的近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，所述制备RCuPO4陶瓷锭包括研磨所述RCuPO4陶瓷晶体粉末；干压成型经研磨的RCuPO4陶瓷晶体粉末形成生胚；加热所述生胚，其加热温度介于600摄氏度与800摄氏度间，保持所述生胚的加热温度在600摄氏度与800摄氏度间的时间为8小时；待完成所述生胚的加热后炉冷降温得到所述RCuPO4陶瓷锭。
15.根据权利要求7所述的近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，所述PVD制程的真空度是1X10-5torr以下。
16.根据权利要求7所述的近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，所述PVD制程的镀膜功率是介于70W与200W间。
17.根据权利要求7所述的近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，所述通过PVD制程将所述RCuPO4陶瓷晶体镀于所述玻璃基材时，所述玻璃基材的温度为介于20摄氏度与50摄氏度间。
18.据权利要求7所述的近红外线截止滤光片的制造工艺，其特征在于，所述通过PVD制程将所述RCuPO4陶瓷晶体镀于所述玻璃基材时通入氧气。
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| CN106662686A (zh) * | 2015-07-28 | 2017-05-10 | Jsr株式会社 | 光学滤波器及具备光学滤波器的环境光传感器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
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| 苏君红: "《红外材料与探测技术》", 31 October 2015, 浙江科学技术出版社 * |
| 赵时璐: "《多弧离子镀Ti-Al-Zr-Cr-N系复合硬质膜》", 28 February 2013, 冶金工业出版社 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201912603A (zh) | 2019-04-01 |
| TWI643830B (zh) | 2018-12-11 |
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