DD269234A1 - Duennschicht-farbfilter - Google Patents

Abstract

Duennschichtfarbfilter sind zur Veraenderung der spektralen Energieverteilung von Licht einsetzbar. Besonders guenstig koennen sie zur Beeinflussung der spektralen Empfindlichkeit von Lichtempfaengeranordnungen eingesetzt werden. Die Duennschicht-Farbfilter bestehen aus einer Mischung organischer Farbpigmente mit anorganischen Verbindungen. Durch sie werden stabile optische Eigenschaften in einer breiten Palette ermoeglicht bei einfacher Herstellbarkeit und guter Strukturierbarkeit.

Description

Anwendungsgebiet

Die Dünnschicht-Farbfilter dienen zur Veränderung der spektralen Energieverteilung von Licht. Die Anwendung solcher Farbfilter ist in Kombination mit Lichtempfängern besonders günstig, weil durch sie die spektrale Empfindlichkeit der Empfängeranordnung den spezifischen Anwendungen angepaßt werden kann.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Zur Beeinflussung der spektralen Energieverteilung von Licht sind z. B. Absorptionsfilter und Interferenzfilter bekannt. Während Absorptionsfilter aus Materialien bestehen, die im interessierenden Spektralbereich Licht absorbieren und vorwiegend in Wärme umwandeln, bestehen Interferenzfilter aus zahlreichen transparenten Dünnschichten. Die an den Schichtgrenzen

reflektierten Lichtanteile überlagern sich und ermöglichen die für die einzelnen Spektralbereiche unterschiedliche Wirkung der

Interferenzfilter. Die optische Dicke dieser Filter ist bis auf eine Ausnahme größer als die Wellenlängen des zu filternden

Liciites.

Dünne Absorptionsfilter wurden in den letzten Jahren aus organischen Aufdampfschichten beschrieben. Zu ihrer Herstellung

werden organische Farbpigmente im Hochvakuum erhitzt, bis sie verdampfen und sich anschließend auf dem Träger der -

Farbfilter niederschlagen. Auf diesem Wege sind dünne, gleichmäßige Farbfilter herstellbar, sofern si h die Pigmente bei diesem Verfahren nicht zersetzen und geeignete Schichtbildungseigenschaften besitzen. Die Anwendung solcher Farbstoffschichten ist jedoch stark eingeschränkt, da nur sehr wenige geeignete Stoffgruppen zur Verfügung stehen und innerhalb dieser Stoffgruppen oft nur ein Vertreter die notwendige Stabilität gegenüber Wärmeeinwirkung, Wasser, Luft und elektromagnetischer Strahlung (z. B. UV-Licht) unter Beibehaltung geeigneter optischer Eigenschaften aufweist. Als geeignet wurden bisher Phthalocyanine, Isoindolinon-, Perylentetracarboxyl-, Anthrachinon- und Chinacridon-Pigmente in j

der DE-OS 3509198 beschrieben. j

Durch die Wahl der Stoffgruppe bzw. der Stoffgruppen sind die erzielbaren optischen Filtereigenschaften weitgehend festgelegt, ;

da einerseits die optischen Eigenschaften der verschiedenen Vertreter einer Stoffgruppe sehr ähnlich sind (siehe z. B. C. Hamann, ί

„Organische Festkörper und organische dünne Schichten", Leipzig 1978, S. 104) und andererseits die meisten wegen j

Stabilitätsproblemen ungeeignet sind. j Modifikationen der Pigmente lassen kaum eine Variation der Absorptionsbanden erwarten, da sie elektronischen Übergängen !

zwischen molel 'laren Orbitalen zuzuordnen sind, für die nach H.Laurs u. G.Heiland, „thin solid films", 149 (1987), S. 138, nur j

geringe Wechselwirkungen zwischen den Molekülen bestehen. |

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, dünne Farbfilter mit neuen und stabilen optischen Eigenschaften zu erhalten, die als Ergänzung der Filter aus organischen Aufdampfschichten die verfügbare Farbpalette dünner Farbfilter erweitern. Damit können beispielsweise Lichtsensoren durch solche Filter an die von ihnen geforderte spektrale Empfindlichkeit gut angepaßt werden, was für diese Farbfilter-Sensor-Komplexe kostengünstige und qualitativ gute Lösungen ermöglicht.

-2- 269 234 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der Stabilität der optischen Eigenschaften von Farbfiltern, die bisher keine ausreichende Stabilität zugelassen haben und eine Erweiterung der erzielbaren optischen Eigenschaften bei Dünnschicht-Farbfiltern.

Erfindungsgemäß werden die Dünnschicht-Farbfiller aus einem molekularen Gemisch aus organischen Farbpigmenten und aus anorganischen Verbindungen auf einem transparenten Träger (z. B. Glas) oder direkt auf Fotosensoren ausgebildet.

Das Ausbilden der Dünnschicht-Farbfilter geschieht im Hoc wakuum so, daß sich ni«!rhze <jg oder im ständigen schnellen Wechsel ein oder mehrere organische Farbpigmente und em oder mehrere a'iorganische Verbindungen auf dem Träger niederschlagen.

Das ist sowohl durch eine Verdampfung der Materialien aus einer als auch aus mehreren Dampfquellen möglich. Beim Einsatz mehrerer Dampfquellen kann das in der Schichtwachstumsrichtung entstehende Kon/Ciitrationsproiil der Komponenten besser gesteuert werden.

Durch das Mischen der Farbpigment-Moleküle mit anorganischen Verbindungen in der Schicht kann ein Kristallisieren der Farbpigmente auf dem Träger wirksam verhindert werden. Dadurch wächst die Stabilität der Dünnschichtfilter sowohl gegenüber den Schritten der weiteren Bearbeitung der Dünnschichtfilter (z. B. bei einer anschließenden Strukturierung der Filter), als auch gegenüber äußeren Einflüssen (Wärme, Licht, Feuchtigkeit, mechanische Einflüsse,...) während Lagerung und Gebrauch der Filter.

Weiterhin wird durch das Mischen der Farbpigment-Moleküle mit anorganischen Verbindungen ein Senken störender Reflexionen und in anderen Spektralbereichen ein Erhöhen erwünschter Reflexionen an den Filtergrenzflächen möglich durch die Veränderung des Brechungsindex des Dünnschichtfilters.

Neben der hieraus resultierenden Beeinflußbarkeit der Transmission des Dünnschichtfilters ergibt sich diese Möglichkeit auch durch eine entsprechende Kombination von organischem Farbpigment und anorganischer Verbindung über eine Veränderung der Absorptionseigenschaften des Farbpigmentes, hervorgerufen durch Wechselwirkungen zwischen den Molekülen. Diese Wechselwirkungen ermöglichen einen erstaunlich «: oßen Einfluß auf die Transmissionseigenschaften der Filter.

Außerdem könnten durch das Mischen der Farbpigment-Moleküle mit anorganischen Verbindungen günstige mechanische Eigenschaften der Dünnschichtfilter wie große Haftfestigkeit auf dem Träger und geringe Empfindlichkeit gegenüber äußeren mechanischen Einwirkungen erreicht werden. Dadurch wird auch eine Strukturierung der Farbfilter im Bereich um 1 pm möglich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels näher erläutert. Eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Dünnschicht-Farbfilters besteht aus einer Mischung von etwa 50% Cu-Phthalocyanin (Cu-Pc) mit etwa 50% CaF₂, strukturiert auf einen Festkörperbildsensor aufgebracht. Durch diesen und weitere strukturierte Farbfilter (z. B. aus 1.5-Bis-benzamino-anthrachinon gemischt mit NaF) kann der Sensor als Farbbildsensor in einer Kamera betrieben werden. Die Empfindlichkeit des Farbbildsensors für grüne und blau-grüne Teilbilder wird bei Verwendung einer reinen Cu-Pc-Schicht durch einen Absorptionspik bei einer Wellenlänge von etwa 575nm herabgesetzt, während die Empfindlichkeit der Grün- und Blaugrün-Kanäle für rote Teilbilder durch eine geringe Absorption bei Wellenlängen um 665 nm störend hoch ist. Bei der Anwendung eines Farbfilters aus etwa 50% Cu-Pc und aus etwa 50% CaF₂ wird die Transmission und damit die Sensorempfindlichkeit bei 575 nm um über 30% angehoben. Die störende Resttransmission bei 665nm wird gleichzeitig auf die Hälfte verringert. Diese Verbesserungen sind bei unverändert starker Absorption im Absorptionsmaximum bei 620ηm möglich. Durch Mischen von Anthrachinon mit NaF wird die Farbstoffabsorption weiter in den blauen Spektralbereich verschoben. Durch diese optischen Filtereigenschaften wird eine Farbkamera besser an die gewünschte spektrale Empfindlichkeit angepaßt, wodurch sie empfindlicher gestaltet wird. Außerdem ist der Farbfilter weniger störanfällig gegenüber mechanischen, thermischen und optischen Einflüssen.

Claims (6)

1. Dünnschicht-Farbfilter, gekennzeichnet dadurch, daß der Farbfilter aus einer Mischung aus organischen Farbpigmenten und anorganischen Materialien besteht und auf einem Träger aufgebracht ist.

2. Dünnschicht-Farbfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die organischen Farbpigmente und die anorganischen Materialien im Kochvakuum aufdampf bar sind.

3. Dünnschicht-Farbfilter nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die anorganischen Materialien Halogenide der Alkali- oder Erdalkalimetalle oder Oxide der Elemente der I. bis IV. Hauptgruppe oder der III. bis IV. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente sind.

4. Dünnschicht-Farbfilter nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die organischen Farbpigmente Vertreter der Phthalocyanine, der Anthrachinone, der Chinacridone, der Isoindolinone, der Indigo-, der Perinon-, der Flavanthron-, der Azo-Farbstoffe oder der Perylentetracarboxyle sind.

5. Dünnschicht-Farbfilter nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß nur ein organisches Farbpigment mit nur einem anorganischen Material gemischt ist.

6. Dünnschicht-Farbfilter nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Träger ein Festkörper-Fotosensor oder ein Festkörper-Bildsensor ist.