JP2000514568A - 多孔質珪素をベースとする干渉膜フィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、多孔質物質、特に珪素または酸化珪素より成る少なくとも１つの層または層系を有する構成部品に関する。多孔質物質の孔の少なくとも１部または全ての孔に物質を充填し、その物質の屈折率を外的影響によって変えることができる。物質の屈折率は電圧または電流によって有利に変えることができるかまたは調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】 多孔質珪素をベースとする干渉膜フィルター 本発明は多孔質物質、特に請求項１の上位概念に従う珪素をベースとする干渉 膜フィルターまたは干渉膜フィルター機能を持つ構造要素に関する。 従来技術としてＭ．Ｇ．Ｂｅｒｇｅｒ等、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ ．Ｐｒｏｃ．３５８、３２７（１９９５）またはドイツ特許出願公開（Ａ）第４ ３１９４１３．３−３３号明細書から、干渉膜フィルターを得るために殆ど任意 の構造を有する層系を電気化学的方法によって製造するのに多孔質珪素（ＰＳ） が適していることは公知である。この種の干渉膜フィルターによって、可視、ま た赤外線または紫外線の全ての領域の光波長のための反射−並びに透過フィルタ ーを製造することができる。この場合、多孔質の珪素は大きな表面にだけでなく 、半導体工学から公知の写真製板によって数マイクロメーターの側面寸法の上に も製造することが可能であり、その結果比較的小さい面の上に種々の干渉膜フィ ルターを形成することが可能である。 製造パラメータを適切に選択した場合には、Ｍ．Ｇ．Ｂｅｒｇｅｒ等、Ｏｐｔ ｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃｏａｔｉｎｇｓ（光干渉塗膜）、Ａｂ ｅｌｅｓ著、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ２２５３、８６５（１９９４）から公知な様 に、所望の反射性または透過性を有する干渉膜フィルターが製造される。例えば 、一方では可視領域の特定の色について非常に大きい反射能力を示し、もう一方 では他の色を実質的に反射しないいわゆるブラグ・リフラクター（Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｋｔｏｒ）が製造される。 干渉膜フィルター機能を有する公知の構造要素の場合には、製造周辺条件によ ってこの機能が決められるという欠点がある。 それ故に本発明の課題は、構造要素の製造後でも反射性および／または透過性 を意図的に調整するかまたは変えることができる、多孔質物質−、特に多孔質珪 素をベースとする干渉膜フィルター機能を持つその構造要素を提供することであ る。 この課題は請求項１の全部の特徴的構成要素に従う、干渉膜フィルター機能を 持つ構造要素によって解決される。本発明の別の有利な実施態様を請求項１に従 属する従属項に示す。 多孔質珪素（ＰＳ）の孔に適当な物質を充填しそして電圧をこの物質に印加す ることによって反射性および／または透過性を意図的に調整変更できる様に該孔 を形成できることは公知である。 詳細には、電場の影響の下で屈折率が変化し得る物質をＰＳ中の孔に充填する 。この場合に適する物質としては、複屈折性を有しそしてその屈折率を電場の中 で分予鎖を再配向させることによって変更調整できる液晶がある。 本発明の構造要素によって、特に干渉膜フィルターとして、例えば沢山の反射 フィルター、好ましくは三原色の赤、緑および青のためのそれの特別なマトリッ クス状の配列で構成されるコンピューターチップを形成することができる。この 場合、これらはそれぞれ個々に活性化可能に形成されていてもよい。かゝるチッ プによって投影ディスプレー、例えば結像装置、例えばモニターまたはＴＶ−装 置のためのそれを形成することができる。 詳しくは、多孔質珪素は孔が貫通している珪素結晶のスポンジ状骨格より成る 。結晶子および孔の大きさは出発基体の微量混入物次第で好ましくは２ノナメー ター〜２マイクロメータの範囲内である。 光の波長がＰＳ中の構造よりも非常に大きい場合には、ＰＳは光に対して均一 な物質（“有効媒体”）となりそしてその性質は、珪素結晶子の屈折率および孔 の容積割合（空隙率）に依存する有効屈折率を記述することによって説明される 。 電気化学的なエッチング法の場合には特定の空隙率を有する層が製造されるだ けでなく、それの代わりに色々な空隙率を持つ個々の層が連続して構成される層 系が製造される場合にも、個々の層の色々な効果的な屈折率によって層系に干渉 効果が生ずる。この様にして例えば、白色の光源で照射する場合に一つの波長、 即ち一つの色彩だけを反射するフィルターが製造できる。層系の製造後にこの色 彩は最早変化しない。 今や、ＰＳの孔に、屈折率が電圧の印加によってあるいは電場の影響のもとで 変化する物質（液晶）を充填することは公知である。この場合、電場の影響下で の物質の屈折率の変更は連続的にまたは不規則に行なうことができる。同様に、 液晶の場合の様に、屈折率を分子鎖の整列によって特定の光伝播方向にだけ変更 することも可能である。 さらに、本発明において多孔質物質はＰＳに限定されない。適当な物質が充填 された他の多孔質物質も勿論使用できると思われる。 次に本発明を図面および実施例によって更に詳細に説明する。 図１：干渉膜フィルター機能を有する層列を有する本発明の構成要素 図２：電圧を印加した場合または印加していない場合の図１に従う層列について の屈折率ｎの深さ依存性 図３：本発明に従ってフィルター構造を形成する層例のもの反射性の波数依存性 図４：反射ディスプレーを形成するための複数の本発明に従う干渉膜フィルター 実施例 図１に本発明のフィルター構造を示す。 この目的のために、連続する層を持つ層列を具体的に製造する。基体の上に非 反射層を形成する。その上に、個々の層において色々なポロシティーを有するＰ Ｓよりなる、印加電圧で制御可能な層系がある。ＰＳ−層の数は多かれ少なかれ 多く選択することができ、例えば６０である。 基体の屈折率の電気的に生ずる変化は個々の容積割合（即ち空隙率）次第で多 孔質層の有効屈折率を多かれ少なかれ著しく変える。層系全体の屈折能力あるい は透過能力をできるだけ大きく変えるために、多孔質の珪素骨格および孔中に充 填された物質の屈折率を特別に選択することが考えられる。 このことについて、珪素骨格の屈折率ｎが例えば酸化によって変化し得ること が判っている。その際、最終結果は多孔質ガラス（ＳｉＯ₂）より成る層系であ ってもよい。 少なくとも１種の特定の電圧（例えば印加電圧）のもとで、充填された物質の 屈折率が珪素−またはＳｉＯ₂結晶子のそれに相当する場合には、ある層の有効 屈折率は充填物質の容積割合にもはや依存していない。その結果、それぞれの個 々の層自体が屈折率を有しているので、層系は濾過効果を喪失する。 図２に層の深さにわたる屈折率の経過をかゝる場合について示す。この場合、 破線は電圧を印加した場合である。 図２の実施例で採用した値について、図３の上半分に示した反射スペクトルが 結果として生ずる。図示された全体のスペクトル範囲にわたって低い反射強度を 示している。小さい振幅は試料の全厚にわたる干渉によって引き起こされる。 図３に実線によって示されている電圧が印加されていない場合、孔中に存在す る物質の屈折率が大きい値に変化しそして珪素−あるいはＳｉＯ₂結晶子の屈折 率からずれる。異なる空隙率を有する多孔質層中の物質の異なる容積割合によっ て、全体として、比較的多い空隙率を有する同じ層について屈折率の著しい変化 を結果として生じる。その結果として、電圧が印加されていない場合に結果的に 生じる、層深さに渡る屈折率の推移は図３の下部に示した別の屈折スペクトルを もたらす。例えば層系の製造パラメータの選択によって予め決められている所定 の波長では、非常に高い屈折強度が結果として生じる。 それ故にここに示した実施例において、電圧が印加されていない場合には、層 系の緑色の色調を示し、他方、電圧を印加した場合には層系が黒色に見える。こ の様な電気的に変化する干渉膜フィルターは例えば反射ディスプレーでまたは高 いスペクトル感度を有する色彩選択検出器に使用することができる。 図４に、例えば単一の基体の上にマトリックス型中で沢山の干渉膜フィルター 機能を組合せることによって得られる反射ディスプレーの構造を概略図で示す： 白色光を電気的に変化する干渉膜フィルターの上に当てる。単一の本発明のフ ィルターは別々にまたは一緒に選択的に制御することができるので、投影スクリ ーの上に個々の反射の合計から所望の色の光点が生ずる。従って、かゝるフィル ター層のマトリックスは、投影スクリーの上に有色の影像を形成することのでき る反射ディスプレーを形成する。像を結ぶ反射点を制御することによってこの様 に色彩が変えるかまたは調整することができ、従って所望の画像点が得られる。 この様に、沢山のかゝる画像点から形成できる全体像は例えば反射映像面をもた らし得る。 ＰＳの他に例えば多孔質ＳｉＧｅまたはＧａＡｓまたは他の物質でも本発明を 実施することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月４日（１９９８．６．４） 【補正内容】 請求の範囲 １．多孔質物質、珪素、酸化珪素、珪素ゲルマニウムまたはガリウム砒素よりな る群の内の多孔質物質より成る少なくとも１つの層または層系を有する構造要 素において、多孔質物質の少なくとも１部の孔または全ての孔に、屈折率が他 の影響によって特定の値に、特にそれぞれの孔を形成する半導体物質の屈折率 の値に調整できる物質が充填されていることを特徴とする、上記構造要素。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリューガー・ミヒャエル ドイツ連邦共和国、Ｄ―52066 アーヘン、 シルトストラーセ、21 (72)発明者 アレンス―フィッシャー・リューディガー ドイツ連邦共和国、Ｄ―52066 アーヘン、 ベントストラーセ、18 (72)発明者 リュート・ハンス ドイツ連邦共和国、Ｄ―52074 アーヘン、 オイペナー・ストラーセ、299 ベー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多孔質物質、特に珪素または酸化珪素よりなる少なくとも１つの層または層 系を有する構造要素において、多孔質物質の少なくとも１部の孔または全ての 孔に、屈折率が他の影響によって変化し得る物質が充填されていることを特徴 とする、上記構造要素。 ２．物質の屈折率が電圧または電流によって変えることができるかまたは調整で きる請求項１の構造要素。 ３．充填物質の屈折率を温度変化によって変えることができる請求項１に記載の 構造要素。 ４．請求項１〜３のいずれか一つに記載の構造要素として沢山の干渉膜フィルタ ーを有する構造要素。 ５．反射ディスプレーを製造するために、単一の基体の上に請求項１〜４のいず れか一つに記載の沢山の構造要素を配列したマトリックス配列物。