JP2007094049A - 光学部品用キャップ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】クロム層の成膜及びパターニングを行うことなく、低コストで容易に製造される光学部品用キャップを提供する。
【解決手段】中央部に開口部10xが設けられた上側枠部10aと、上側枠部10aの下側周縁部に繋がって設けられた立設枠部10bとを備え、立設枠部10bによって内部に収容部11が設けられた金属枠10と、金属枠10の外面及び内面にそれぞれ形成された反射防止層R1,R2と、金属枠10の収容部11に設けられたガラス14とを含み、反射防止層R1,R2は金属酸化層や金属めっき層から形成される。
【選択図】図5

Description

本発明は光学部品用キャップ及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、光源からの光を反射させて画像を投影する光学部品用のキャップに適用できる光学部品用キャップ及びその製造方法に関する。
従来、光源からの光を光学部品で反射させて画像を投影するDLP(デジタル・ライト・プロセッシング)技術が開発されている。そのような光学部品としては、シリコン基板の上に数μm角のミラーを多数並べて光を反射させるDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)がある。
DMDは、その周辺部で不必要に光が反射しないように黒枠層(クロム層)が設けられたキャップによって気密封止された状態で実装される。図1に示すように、従来技術のキャップ100は、中央部に開口部110xが設けられたリング状の枠部110と、その開口部110xに設けられた透明なガラス120と、枠部110の下側周縁側に設けられたクロム層からなる黒枠層130とによって構成されている。そして、基板200の中央部に設けられたキャビティ200x内にDMD300が実装され、基板200の周縁部の突起部210にキャップ100が接合されてDMD300が気密封止される。これによって、キャップ100の周縁部では光源からの光やDMD300からの反射光の反射が抑えられ、黒枠層130の内側の光透過窓を透過した光のみが外部に放出される。
従来技術のキャップ100の製造方法は、まず、開口部110x内にガラス120が設けられた枠部110の下側にクロム層をマスク蒸着によって成膜する。その後に、フォトリソグランフィ及びエッチングによってクロム層をパターニングすることにより、中央部に光透過窓を設けると共に、周縁側に黒枠層130を選択的に形成する。
また、特許文献1には、ハウジングの上側にガラス窓が設けられ、そのガラス窓の周縁部にクロム層がパターニングされて形成された構造のDMD用のパッケージが記載されている。
特表2005−512114
しかしながら、上記した従来技術では、黒枠層を形成するにはクロム層の蒸着工程とパターニング工程(フォトリソグラフィ及びエッチング)が必要であるため、製造コストの上昇を招く問題がある。また、キャップの光透過窓は比較的高いパターン精度が要求されるので、クロム層をパターニングする際に煩雑なプロセス管理が必要になり、さらにはクロム層をエッチングする際にパターンがぎざつくなどの不具合が発生する場合がある。
このような背景から、クロム層を使用せずに簡易な方法で光学部品用キャップを製造する方法が切望されている。
本発明は以上の課題を鑑みて創作されたものであり、クロム層の成膜及びパターニングを行うことなく低コストで容易に製造される光学部品用キャップ及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は光学部品用キャップに係り、中央部に開口部が設けられた上側枠部と、前記上側枠部の下側周縁部に繋がって設けられた立設枠部とを備え、前記立設枠部によって内部に収容部が設けられた金属枠と、前記金属枠の外面及び内面にそれぞれ形成された反射防止層と、前記金属枠の前記収容部に設けられたガラスとを有することを特徴とする。
本発明の光学部品用キャップは、中央部に開口部が設けられ、内部に収容部が設けられたリング状の金属枠がプレス加工などで形成された後に、金属枠の外面及び内面に黒色又は灰色を呈する反射防止層が形成されて得られる。
本発明の一つの好適な態様では、まず、金属枠を酸化することによって黒色系の金属酸化層(コバール酸化層など)を形成した後に、金属枠の収容部にガラスを溶着する。続いて、金属枠のガラスに接していない外側露出部の金属酸化層が除去された後に、金属枠の外面に反射防止層として機能する黒色系の金属めっき層又はインクなどが形成される。
これによって、金属枠の内面に金属酸化層からなる第1反射防止層が形成され、金属枠の外面に金属めっき層又はインクなどからなる第2反射防止層が形成される。あるいは、金属枠の全面に形成した金属酸化層をそのまま反射防止層として利用してもよい。
このように、本発明では、金属枠の内面及び外面を黒化処理することで反射防止層を形成する手法を採用することから、コスト高となるクロム層の成膜工程及びパターニング工程(フォトリソグラフィ及びエッチング)を必要としないので、従来技術に比べて格段に低コスト化を図ることができる。
また、本発明では、光透過窓は加工精度の高いプレス加工によって形成される金属枠の開口部によって画定されるので、煩雑なプロセス管理を行うことなく、パターン精度の高い光透過窓を備えた光学部品用キャップを歩留りよく安定して製造することができる。
以上説明したように、本発明の光学部品用キャップは、極めて簡易な方法によって低コストで製造される。
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図2及び図3は本発明の第1実施形態の光学部品用キャップの製造方法を示す断面図、図4は同じく光学部品用キャップを示す図、図5は同じく光学部品用キャップを光学部品のキャップに適用した例を示す断面図である。
第1実施形態の光学部品用キャップの製造方法は、図2(a)に示すように、まず、金属板をプレス加工又は切削加工することにより、中央部に開口部10xが設けられたリング状の金属枠10を形成する。金属枠10は、中央部に開口部10xが設けられたリング状の上側枠部10aと、その下側周縁部に繋がって設けられたリング状の立設枠部10bとから構成されている。立設枠部10bはリング状の側壁部10cとその下側外周部から外側に延在するリング状の下側枠部10dとから構成されている。金属枠10は、立設枠部10cを設けることによって内部に収容部11をもって形成される。
次いで、図2(b)に示すように、700〜800℃の酸素雰囲気で金属枠10を熱処理して酸化することにより、金属枠10の表面に金属酸化層12aを形成して黒化する。具体的な一例としては、金属枠10はコバール(鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金)よりなり、コバールを700℃の酸素雰囲気で43分間、加熱して酸化することにより、膜厚が10〜20μmのコバール酸化層を形成して黒化する。金属枠10の材料としては、コバール以外にFe−Ni合金などの金属を使用してもよい。なお、黒化とは、灰色〜黒色のような光反射を防止できる色にすることである。
次いで、図2(c)に示すように、金属枠10の収容部11にそれに対応する透明なガラス14を配置した後に、900℃程度で熱処理することにより金属枠10の収容部11にガラス14を溶着する。
続いて、図3(a)に示すように、金属枠10のガラス14と接していない外側の金属酸化層12aをウェットエッチングにより選択的に除去して金属枠10の金属(コバール)を露出させる。これにより、金属枠10の内面(ガラス14と接触する部分)に金属酸化層12aが残されて内側黒化層12となる。金属枠10の内面の金属酸化層12aは反射防止層として使用されるだけではなく、ガラス14を金属枠10に溶着するための接着層として利用される。
次いで、図3(b)に示すように、金属枠10の立設枠部10bの下面にめっきレジストとなる保護フィルム15を貼着した後に、金属枠10の外側の露出部に電解めっき又は無電解めっきでニッケル(Ni)めっきを施すことによって外側黒化層16を形成する。その後に、保護フィルム15が除去される。
金属枠10の外側を黒化するためのNiめっき条件の好適な一例としては、塩化ニッケル(75g/l)とチオシアン酸ナトリウム(15g/l)と塩化アンモニウム(30g/l)を含むめっき液(pH:4.5〜5.5、温度:常温(25℃))を使用し、陰極電流密度が1〜3A/cm2、処理時間が15秒〜30分の条件が採用される。このような電解めっき条件を採用することにより、膜厚が2〜10μmの表面が粗化されたNiめっき層が形成され、黒色又は灰色を呈する黒化層として使用することができる。
なお、黒化層(反射防止層)として使用できる金属めっきとしては、Niの他に、すず(Sn)−ニッケル(Ni)合金(膜厚:0.01〜0.1μm)、亜鉛(Zn)−ニッケル(Ni)合金(膜厚:0.01〜0.1μm)、ルテニウム(Ru)(膜厚:0.1〜0.5μm)、黒色ニッケル(Ni)−リン(P)合金(膜厚:2〜6μm)、及び黒色パラジウム(Pd)(膜厚:0.1〜0.5μm)などがある。
続いて、図3(c)に示すように、金属枠10に形成された外側黒化層16をカバーする保護フィルム15aを貼着した後に、金属枠10の立設枠部10bの下面に電解めっき又は無電解めっきにより金(Au)層を形成して接合部18とする。その後に保護フィルム15aが除去される。
これにより、図4(a)及び(b)に示すように、本実施形態の光学部品用キャップ1が得られる。本実施形態の光学部品用キャップ1は、中央部に開口部10xが設けられ、内部に収容部11が設けられたリング状の金属枠10とその収容部11に設けられた透明なガラス14とによって基本構成されている。そして、金属枠10の開口部10xが光透過窓Wとなっている。金属枠10は、リング状の上側枠部10aとその下側周縁部に繋がって設けられたリング状の立設枠部10bによって構成されている。
金属枠10の内面には金属枠10(コバール)が酸化されて得られる内側黒化層12が設けられており、これが第1反射防止層R1となっている。また、金属枠10の外面には粗化されたNiめっき層よりなる外側黒化層16が設けられており、これが第2反射防止層R2となっている。また、金属枠10の立設枠部10bの下面にはAu層からなる接合部18が設けられている。
なお、前述した形態では、金属枠10の外面にNiめっきを施して外側黒化層16(第2反射防止層R2)としたが、黒色インク(カーボンブラックインクなど)をインクジェット法、スクリーン印刷、又はスプレーによって形成して黒化することにより第2反射防止層R2としてもよい。その他にも、反射防止層として機能する灰色〜黒色を呈するような黒化処理であれば各種方法を採用することができる。
また、立設枠部10bの外側枠部10dは必ずしも設ける必要はなく、側壁部10cを厚くすることによって接合部18を形成してもよい。
次に、本実施形態の光学部品用キャップ1がDMD用のキャップとして適用される例を示す。DMDはシリコン基板の上に数μm角のミラーが多数並べて構成される光学部品であり、光源からの光を反射させてスクリーンに画像を投影することができる。図5に示すように、DMD20が実装される基板30はセラミックなどからなり、その周縁部に突起部32が設けられ、これによって中央部にキャビティ30xが設けられている。突起部32の上面にはAu層からなる接合部32aが設けられている。そして、DMD20は基板30のキャビティ30x内に実装されている。
このようなDMD20が実装された基板30の突起部32の接合部32a(Au層)に、前述した本実施形態の光学部品用キャップ1の接合部18(Au層)が抵抗溶接によって接合される。これによって、DMD20は基板30のキャビティ30x内に気密封止される。
そして、光源からの光が光透過窓Wを透過した後にDMD20で反射され、その反射光が光透過窓Wを透過して外部のスクリーンに投影されて画像が得られる。本実施形態の光学部品用キャップ1では、金属枠10の内面及び外面に第1、第2反射防止層R1,R2がそれぞれ設けられている。このため、DMD20からの反射光のうち光透過窓Wを透過しない周縁側の反射光L1は金属枠10の内面の第1反射防止層R1によって吸収されてキャップ周縁部での光反射が抑制され、光透過窓Wを透過した反射光L2のみが外部に放出される。
また、光源からの光のうち金属枠10の外面に入射する入射光L3は、金属枠10の外面の第2反射防止層R2によって吸収され、不必要な反射光がスクリーン側に反射されることが防止される。
このように、本実施形態の光学部品用キャップ1では、金属枠10の内面及び外面に第1、第2反射防止層R1,R2がそれぞれ設けられているので、DMD20及び外部からの不必要な光を効率よく吸収することができるので、DMD20での光反射によって得られる画像の表示特性を向上させることができる。
本願発明者は、本実施形態で使用する粗化Niめっき層及びコバール酸化層による黒化層の反射率と従来技術で使用されるクロム層の反射率とを比較調査した。図6にその結果が示されている。DMDなどの光学部品用のキャップに要求される光反射特性は、可視光領域(400〜700nm)で十分に反射が抑制され、さらには400nm付近での反射率が10%以下であることである。
図6に示すように、本実施形態の粗化Niめっき層の反射率は、400〜700nmの帯域で20%以下(400nm付近で5%以下)であり、従来技術のクロム層の反射率と同等以下である。また、本実施形態のコバール酸化層の反射率は、400〜700nmの帯域で25%以下(400nm付近で10%以下)であり、従来技術のクロム層の反射率よりも若干高いものの、反射防止層として十分に使用できる反射特性を示している。
このように、本実施形態で使用される粗化Niめっき層及びコバール酸化層による黒化層は、光反射特性のスペックを満たしており、DMDなどの光学部品用のキャップの反射防止層として適していることが分る。
また、本実施形態の光学部品用キャップ1の製造の観点からは、従来技術と違って、クロム層の蒸着工程やパターニング工程(フォトリソグラフィ及びエッチング)を必要とせず、金属枠10の内面では金属酸化層12aを形成して第1反射防止層R1とし、金属枠10の外面では金属めっき層などを形成して第2反射防止層R2としている。
このように、金属枠10を酸化したり、金属枠10に金属めっきを施すことにより、金属枠10の内面及び外面に第1、第2反射防止層R1,R2をそれぞれ容易に形成できるので、従来技術に比べ大幅に低コスト化を図ることができる。
また、従来技術では、光透過窓はクロム層をフォトリソグラフィ及びエッチングでパターニングして開口することで画定されるので、所望のパターン精度で光透過窓を形成するには煩雑なプロセス管理が必要になると共に、場合によってはパターンがぎざつくなどの不具合が発生し、所望のスペックを満たせないことがある。
しかしながら、本実施形態では、光透過窓Wはプレス加工によって高精度に形成される金属枠10の開口部10xによって画定されるので、従来技術よりも光透過窓Wを精度よく安定して形成することができる。しかも、金属枠10にセルフアラインで金属酸化層12や金属めっき層を形成して第1、第2反射防止層R1,R2とするので、反射防止層R1,R2も高精度に形成される。
(第2の実施の形態)
図7及び図8は本発明の第2実施形態の光学部品用キャップの製造方法を示す断面図である。第2実施形態の特徴は、金属枠の外面にも黒化された金属酸化層を残して反射防止層として利用することにある。第2実施形態では、第1実施形態と同一工程及び同一要素についてはその詳しい説明を省略する。
図7(a)に示すように、まず、第1実施形態と同様な方法により、金属枠10の全面に金属酸化層12aを形成して黒化した後に、金属枠10の収容部11にガラス14を溶着することにより、図2(c)と同一の構造体を得る。
その後に、図7(b)に示すように、金属枠10の立設枠部10bの下面を除く外側露出部に保護フィルム15bを貼着する。次いで、図7(c)に示すように、金属枠10の立設枠部10bの下面の金属酸化層12aを選択的に除去する。
続いて、図8(a)に示すように、金属枠10の立設枠部10bの下面に電解めっき又は無電解めっきによってAu層を形成して接続部18を得る。その後に、保護フィルム15bが除去される。
これにより、図8(b)に示すように、第2実施形態の光学部品用キャップ1aが得られる。第2実施形態の光学部品用キャップ1aは、金属枠10の内面及び外面に金属酸化層12a(コバール酸化層)がそれぞれ形成されて黒化されており、これによって第1、第2反射防止層R1,R2が設けられている。
第2実施形態の光学部品用キャップ1aにおいても、第1実施形態と同様にDMDのキャップとして利用され、第1実施形態と同様な効果を奏する。これに加えて、金属枠10の内面及び外面に同時に形成される金属酸化層12aをそのまま第1、第2反射防止層R1,R2として利用するので、第1実施形態よりも製造工程が簡易になり、さらに低コスト化を図ることができる。
図1は従来技術の光学部品用キャップを示す断面図である。 図2(a)〜(c)は本発明の第1実施形態の光学部品用キャップの製造方法を示す断面図(その1)である。 図3(a)〜(c)は本発明の第1実施形態の光学部品用キャップの製造方法を示す断面図(その2)である。 図4(a)は本発明の第1実施形態の光学部品用キャップを示す断面図であり、図4(b)の平面図のI−Iに沿った断面に相当する。 図5は本発明の第1実施形態の光学部品用キャップを光学部品のキャップに適用した例を示す断面図である。 図6は本発明の実施形態で使用される粗化Niめっき層及びコバール酸化層による黒化層の反射率と従来技術で使用されるクロム層の反射率とを比較する図である。 図7は本発明の第2実施形態の光学部品用キャップの製造方法を示す断面図(その1)である。 図8は本発明の第2実施形態の光学部品用キャップの製造方法を示す断面図(その2)である。
符号の説明
1,1a…光学部品用キャップ、10…金属枠、10a…上側枠部、10b…立設枠部、10c…側壁部、10d…下側枠部、10x…開口部、11…収容部、12a…金属酸化層、12…下側黒化層、14…ガラス、15,15a,15b…保護フィルム、16…上側黒化層、18,32a…接合部、20…DMD、30…基板、30x…キャビティ、32…突起部、W…光透過窓、R1…第1反射防止層、R2…第2反射防止層。

Claims (10)

  1. 中央部に開口部が設けられた上側枠部と、前記上側枠部の下側周縁部に繋がって設けられた立設枠部とを備え、前記立設枠部によって内部に収容部が設けられた金属枠と、
    前記金属枠の外面及び内面にそれぞれ形成された反射防止層と、
    前記金属枠の前記収容部に設けられたガラスとを有することを特徴とする光学部品用キャップ。
  2. 前記金属枠の外面には黒色又は灰色を呈する黒化処理が施されており、前記金属枠の内面には黒色又は灰色を呈する金属酸化層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学部品用キャップ。
  3. 前記金属枠の外面及び内面には、黒色又は灰色を呈する金属酸化層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学部品用キャップ。
  4. 前記金属枠はコバールよりなり、前記金属酸化層はコバール酸化層であることを特徴とする請求項2又は3に記載の光学部品用キャップ。
  5. 前記黒化処理は、黒色又は灰色の金属めっき層又はインクが形成されていることを特徴とする請求項2に記載の光学部品用キャップ。
  6. 前記立設枠部の下面に接合部が設けられており、前記立設枠部の前記接合部が、光学部品が実装された基板に接合され、これによって前記光学部品が気密封止されることを特徴とする請求項1に記載の光学部品用キャップ。
  7. 金属板を加工することにより、中央部に開口部が設けられた上側枠部と、前記上側枠部の下側周縁部に繋がって設けられた立設枠部とを備え、前記立設枠部によって内部に収容部が設けられた金属枠を形成する工程と、
    前記金属枠を酸化することにより、前記金属枠の全面に反射防止層として機能する金属酸化層を形成する工程と、
    前記金属枠の前記収容部にガラスを溶着する工程と、
    前記上側枠部の外面、前記立設枠部の外面及び下面の前記金属酸化層を選択的に除去し、前記金属枠の内面の前記金属酸化層を第1反射防止層として残す工程と、
    前記金属枠の外面に第2反射防止層を形成すると共に、前記立設枠部の下面に金属めっきを施して接合部を得る工程とを有することを特徴とする光学部品用キャップの製造方法。
  8. 金属板を加工することにより、中央部に開口部が設けられた上側枠部と、前記上側枠部の下側周縁部に繋がって設けられた立設枠部とを備え、前記立設枠部によって内部に収容部が設けられた金属枠を形成する工程と、
    前記金属枠を酸化することにより、前記金属枠の全面に反射防止層として機能する金属酸化層を形成する工程と、
    前記金属枠の前記収容部にガラスを溶着する工程と、
    前記立設枠部の下面の前記金属酸化層を選択的に除去する工程と、
    前記立設枠部の下面に金属めっきを施して接合部を得る工程とを有することを特徴とする光学部品用キャップの製造方法。
  9. 前記金属枠はコバールからなり、前記金属酸化層は黒色又は灰色を呈するコバール酸化層であることを特徴とする請求項7又は8に記載の光学部品用キャップの製造方法。
  10. 前記第2反射防止層を形成する工程は、黒色又は灰色を呈する金属めっき層又はインクを形成する工程であることを特徴とする請求項7に記載の光学部品用キャップの製造方法。
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