JP2007094049A

JP2007094049A - 光学部品用キャップ及びその製造方法

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Publication number: JP2007094049A
Application number: JP2005283689A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Yoda; 稔久依田; Kenji Kawamura; 賢二川村
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12
Also published as: CN1940709A; US20070069356A1

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。