JP2007527553A

JP2007527553A - ファブリ・ペローフィルタを備えた基板およびフィルタを基板に被着するための方法

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Publication number: JP2007527553A
Application number: JP2007501101A
Authority: JP
Inventors: ホフマンゲルト; ルートビッヒライナー; ロッツハンス−ゲオルク; シュタイニガーゲアハルト
Original assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2007-09-27
Also published as: EP1660848A1; DE112004002818D2; US8323734B2; DE502004012473D1; EP1660848B1; TWI250553B; WO2005085780A1; US20110081485A1; TW200531138A; CN1942744A; US20070273989A1; ATE508348T1

Abstract

薄い被覆層としてシート、たとえば包装シートに被着されるファブリ・ペローフィルタは、関心を引く色効果を得ることができる。本発明は、フィルタの両反射層がアルミニウムから成りかつ両反射層の間の中間層が酸化アルミニウムから成る被覆層の層構造を提案している。このような被覆層の光学的な特性は、中間層として二酸化ケイ素化合物が使用される従来既知の被覆層に類似している。しかし、さらに、本発明による層構造は、フィルタを、ただ１つの蒸発装置を備えた真空被覆設備において１回の作業工程で形成することができるという利点を有している。

Description

本発明は、基板であって、当該基板に被着された、少なくとも３つの層から成るファブリ・ペローフィルタが設けられており、該フィルタの、互いに向かい合った反射性の表面を備えた第１の反射性の層と第２の反射性の層とが、厚さｄのギャップによって互いに間隔を置いて配置されていて、該ギャップに位置する光透過性の中間層を閉鎖している形式のものに関する。

このようなファブリ・ペローフィルタ（ファブリ・ペロー層とも呼ばれる）は、たとえば装飾的なシートに蒸着される。欧州特許出願公開第０８７８８９９号明細書によれば、フィルタの層システムが、金属反射性の基本層を有している。この基本層には、５０〜２０００ｎｍの間の層厚さを備えた透明なＳｉＯ中間層が被着される。層システムの終端は、０．２〜６０ｎｍの間の厚さにおける所定の金属の部分透過性の反射性の層を形成している。このような層によって、確かに、関心を引く色デザインを実現することができる。しかし、この色デザインは、現在使用されている技術では高い製作手間を伴ってしか実現することができない。

つまり、慣用の真空被覆設備は、単に基板の１回の通過で、規定された材料から成るそれぞれ１つの層しか被着することができない。１つの被覆層が複数の層から成っている場合には、複数回の通過が必要となる。この結果、各通過に対して、設備に新たに材料が供給されなければならず、この設備が排気されなければならない。このために必要となる時間と、相応の人手間とは、生産性を低下させ、生産コストを高める。

確かに、１つの真空被覆設備内に複数の被覆ステーションを収納することも可能である。これらの被覆ステーションでは、基板に順次に種々異なる層が設けられる。しかし、この方法は一般的に実用的でない。なぜならば、これには、付加的な著しい投資コストが結び付けられているからである。

したがって、本発明の課題は、基板の被覆層としてのファブリ・ペローフィルタを改良して、ファブリ・ペローフィルタが、従来既知の被覆層に類似の色効果を有しており、この場合、フィルタが、慣用の生産設備によって実現することができるように提供されているようにすることである。

さらに、本発明の課題は、このような１つの被覆層を、ただ１つの蒸発ステーションを備えた設備内で基板に被着することができる方法を提供することである。

第１の課題は、反射性の層が、同一の基本材料から成っており、中間層が、前記基本材料と、別の材料との化合物から成っていることによって解決される。

このような層構造によって、基本材料としてのアルミニウムおよび別の材料としての酸素による試験が示したように、形成されたフィルタが、上述した公知先行技術によるファブリ・ペロー層に類似の色効果を生ぜしめることが分かった。しかし、このフィルタは著しく簡単にかつ一層簡単な手段で基板に被着することができる。被覆設備の蒸発設備には、一種類の基本材料が装備されさえすればよい。この場合、この基本材料の蒸発によって、両反射層が形成される。中間層を形成するためには、金属蒸気に別の材料が供給され、これによって、この別の材料が基本材料と共に第１の反射性の層に堆積させられ得る。

通常、基本材料は金属であり、別の材料は酸素である。この酸素は相応の供給部を介して、排気された蒸発チャンバ内に導入することができる。このために必要となるシステムと手段とは既知である。酸素の供給によって、いわゆる「反応性被覆」が生ぜしめられる。なぜならば、酸素が、一部では、金属蒸発クラウド内の金属原子または金属イオンもしくは分子に化学的に結合し、一部では、この金属蒸発クラウドと共に基板に堆積させられ、そこで初めて金属との結合が生ぜしめられるからである。しかし、この場合、反応は完全には進行せず、これによって、関与する反応パートナの化学量論的な分配を必ずしも有していない不自然な被覆層が形成される。

基本材料としてのアルミニウムは特に簡単に処理することができ、これによって、中間層が、構造式Ａｌ_２Ｏ_３を備えた酸化アルミニウムから成っている。

酸素の代わりに、窒素が使用されてもよく、これによって、中間層として金属−窒素化合物が付与されるかもしくは、金属がアルミニウムである場合には、窒化アルミニウムが付与される。

幾つかの事例、たとえば、特に基板がシートもしくは包装シートである場合には、フィルタ材料を全体的に光透過性にしたくない。このことは、基板に続く第１の反射性の層が光透過性でなく、外側に位置する第２の反射性の層が部分透過性であることによって達成される。このことは、各層の適宜な厚さによって達成される。このために考慮される値は、第１の反射性の層に対して５０〜２００ｎｍの間にあり、第２の反射性の層に対して１〜２０ｎｍの間にある。この場合、中間層は、フィルタの所望の特性に応じて、５０〜２０００ｎｍの間の厚さを有している。

第２の課題を解決するためには、本発明が、フィルタを被着するための方法を提案している。この方法は、以下のステップを有している。

−排気可能な真空チャンバに設けられた蒸発装置と、材料供給装置とを備えた真空被覆設備を準備する。

−蒸発装置に基本材料を供給する。

−真空チャンバを閉鎖し、該真空チャンバ内に真空を発生させる。

−基本材料を専ら蒸発させ、これによって、該基本材料を基板に堆積させて、第１の層を形成する。

−基本材料の蒸発と同時に別の材料を真空チャンバ内に供給し、これによって、第１の層を備えた基板に、基本材料と、別の材料とから成る中間層を反応性蒸着する。

−基本材料を専ら蒸発させ、これによって、該基本材料を中間層に堆積させて、第２の反射性の層を形成する。

−被覆チャンバを開放し、フィルタを備えた基板を取り出す。

この方法ステップから知ることができるように、ただ１つの蒸発装置を備えた真空被覆設備は、被覆を１回の排気サイクルで実施することができる。設備は１回排気されさえすればよい。３つの層から成るファブリ・ペローフィルタが完全に形成された後に初めて、被覆設備が再び開放され、被覆された基板が取り出される。

すでに上述したように、別の材料としてガス、特に酸素が供給されるので、材料供給装置は、ガスを蒸発クラウドの領域に案内するランスを備えたガス接続部から成っている。

シートの被覆のためには、被覆設備が、冷却された被覆ローラを有している。この被覆ローラでは、シートが展開され、この場合、蒸発被覆ローラの下方に配置された蒸発装置によって被覆される。さらに、真空チャンバは２つのストックローラを有している。この場合、シートが、まず、第１のストックローラから繰り出され、第２のストックローラに巻き上げられる。中間層の被着のためには、両ローラがその機能を交換する。第１の工程で巻き上げられたローラから、シートが再び繰り出され、これによって、第１のローラが再び充填される。第３の工程では、第２の反射層が被着される。この場合、シートが再び第１のローラから繰り出され、第２のローラに巻き上げられる。

したがって、説明から明らかであるように、既知の簡単な被覆設備が著しく変更される必要はない。付加的に設けられた、ストックローラにシートを供給するための案内ローラを、システムが一方向だけでなく多方向でもシートによって通走され得るように配置しかつ使用しさえすればよい。

したがって、以下に、実施例につき本発明を詳しく説明する。

まず、図１に関連して説明する。この図１には、基板２に設けられたファブリ・ペローフィルタ１が横断面図で示してある。このフィルタ１は３つの層、つまり、アルミニウムから成る第１の反射層４と、この第１の反射層４に被着された、酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３から成る厚さｄの中間層５と、この中間層５に被着された、同じくアルミニウムから成る第２の反射層６とから成っている。認められるように、第１の反射層４は第２の反射層６よりも著しく厚く形成されている。したがって、第１の反射層４が光透過性でないのに対して、外側に位置する第２の層６は部分透過性である。

フィルタ１に入射した光７は、反射性の層４，６の反射性の面８，９の間で繰返し反射される。この場合、中間層５の厚さｄに相当する波長を備えた光は干渉によって部分的に吸収される。これによって、図２の線図に示したスペクトル１０，１１が生ぜしめられる。

線図のＸ軸には、４００〜８００ｎｍの間の波長が示してあり、Ｙ軸には、フィルタの反射率がパーセントで示してある。両スペクトル１０，１１の根底には、それぞれ第１の反射性の層４が１００ｎｍの厚さを有しかつ第２の反射性の層６が１０ｎｍの厚さを有するフィルタがある。一方のスペクトル１０（実線の曲線）では、中間層の厚さが２００ｎｍであり、これによって、５３０ｎｍの範囲内の波長が著しく吸収される、すなわち、反射されない。６２．５ｎｍの厚さの中間層では、４３０ｎｍ付近の波長に対する反射最小値を備えた他方のスペクトル１１（破線の曲線）が生ぜしめられる。

したがって、一方のスペクトル１０による層は、低減された反射を緑色の範囲に有しており、これによって、明確に紫赤色の反射が生ぜしめられる。他方のスペクトル１１に対して、黄緑色の色反射が生ぜしめられる。

被覆層は、図３に概略的に示したように、被覆設備によってシートに被着される。

この設備２０は、下側の真空チャンバ２２と上側の真空チャンバ２２′とを備えた二分割された真空チャンバ２１を有している。この場合、下側のチャンバ２２内には、蒸発装置２３が配置されている。この蒸発装置２３は、たとえば坩堝であってよい。この坩堝は、蒸発させたい材料を収容している。この材料は坩堝内で電子銃（図示せず）によって蒸発させられる。蒸気２４はシート２５に衝突する。このシート２５は、両真空チャンバ２２，２２′の間の分離壁２７に設けられた開口内に位置する冷却された被覆ローラ２６を介して展開される。下側の真空チャンバ２２内には、付加的にランス２８が位置している。このランス２８と外側接続部２９とを介して、ガス、たとえば酸素を蒸発クラウド２４内に案内することができる。上側の第２の真空チャンバ２２′内には、第１のストックローラ３０と第２のストックローラ３１とが位置している。第１の工程では、第１のストックローラ３０からシート２５が繰り出され、このシートが第２のストックローラ３１に巻き上げられる。この場合、坩堝内で蒸発した材料、すなわち、たとえばアルミニウムがシートに被着される。この場合、層厚さは、特にシートの搬送速度によって規定される。第２の工程では、巻き過程が逆転される。シート２５が第２のストックローラ３１から繰り出され、再び第１のストックローラ３０に戻される。この第２の工程では、酸素がランス２８を介して蒸発クラウド２４内に供給される。この場合、この蒸発クラウド２４には、さらに、マイクロ波界が重畳されてよい。酸素は、蒸発させられた金属原子に結合し、この金属原子と共に第１の反射層４に中間層５として堆積する。化学的な結合により形成される酸化アルミニウムは、両材料が層として堆積させられた場合に初めて部分的に生ぜしめられる。この過程は、反応性被覆とも呼ばれる。

第３の工程では、ストックローラ３０，３１の搬送方向が再び逆転され、専ら金属の蒸発によって、第２の反射性の層が被着される。

基板に設けられたファブリ・ペローフィルタの典型的な構造を示す図である。種々異なる波長と、中間層の厚さｄとに関するフィルタの反射特性を備えた線図である。真空被覆設備の概略図である。

符号の説明

１ファブリ・ペローフィルタ、２基板、４反射層、５中間層、６反射層、７光、８面、９面、１０スペクトル、１１スペクトル、２０設備、２１真空チャンバ、２２，２２′ 真空チャンバ、２３蒸発装置、２４蒸発クラウド、２５シート、２６被覆ローラ、２７分離壁、２８ランス、２９外側接続部、３０ストックローラ、３１ストックローラ

Claims

基板であって、当該基板に被着された、少なくとも３つの層から成るファブリ・ペローフィルタが設けられており、該フィルタの、互いに向かい合った反射性の表面を備えた第１の反射性の層と第２の反射性の層とが、厚さｄのギャップによって互いに間隔を置いて配置されていて、該ギャップに位置する光透過性の中間層を閉鎖している形式のものにおいて、反射性の層（４，６）が、同一の基本材料から成っており、中間層（５）が、前記基本材料と、別の材料との化合物から成っていることを特徴とする、基板。
基本材料が、金属であり、別の材料が、酸素であり、これによって、反射性の層（４，６）が、金属性の層であり、中間層（５）が、化学量論的な組成または化学量論的でない組成における金属酸化物から形成されている、請求項１記載の基板。
金属が、アルミニウムであり、これによって、中間層（５）が、酸化アルミニウムから成っている、請求項１記載の基板。
基本材料が、金属であり、別の材料が、窒素であり、これによって、反射性の層（４，６）が、金属性の層であり、中間層（５）が、化学量論的な組成または化学量論的でない組成における金属−窒素化合物から形成されている、請求項１記載の基板。
金属が、アルミニウムであり、これによって、中間層（５）が、窒化アルミニウムから成っている、請求項４記載の基板。
当該基板（２）に続く第１の反射性の層（４）が光透過性でなく、外側に位置する第２の反射性の層（６）が部分透過性である、請求項１から５までのいずれか１項記載の基板。
当該基板（２）に続く第１の反射性の層（４）が、１０〜２００ｎｍの間の厚さを有しており、第２の反射性の層（６）が、１〜２０ｎｍの間の厚さを有しており、中間層（５）が、フィルタ（１）の所望の特性に応じて、５０〜２０００ｎｍの間の厚さを有している、請求項６記載の基板。
請求項１から７までのいずれか１項記載の基板にフィルタを被着するための方法において、当該方法が、以下のステップ：すなわち、
−排気可能な真空チャンバに設けられた蒸発装置と、材料供給装置とを備えた真空被覆設備を準備し；
−蒸発装置に基本材料を供給し；
−真空チャンバを閉鎖し、該真空チャンバ内に真空を発生させ；
−基本材料を専ら蒸発させ、これによって、該基本材料を基板に堆積させて、第１の層を形成し；
−基本材料の蒸発と同時に別の材料を真空チャンバ内に供給し、これによって、第１の層を備えた基板に、基本材料と、別の材料とから成る中間層を反応性蒸着し；
−基本材料を専ら蒸発させ、これによって、該基本材料を中間層に堆積させて、第２の反射性の層を形成し；
−被覆チャンバを開放し、被覆された基板を取り出す；
を有していることを特徴とする、基板にフィルタを被着するための方法。
材料供給装置が、ガス接続部である、請求項８記載の方法。
被覆したい基板が、シート（２５）であり、該シート（２５）を、蒸発装置の上方に位置する被覆ローラ（２６）を介して展開する、請求項８または９記載の方法。
真空チャンバが、２つのストックローラを有しており、シートを、個々の層の蒸着のために、交互に一方のストックローラ（３０，３１）から繰り出し、それぞれ他方のストックローラ（３１，３０）に巻き上げる、請求項１０記載の方法。