JP2022077986A - 赤外線カットフィルター構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】正常なカラー画像を生成できる赤外線カットフィルター構造を提供する。【解決手段】ガラス基板、第１多層膜及び第２多層膜を含む赤外線カットフィルター構造を提供する。前記第１多層膜は、前記ガラス基板の上側面に設置され、複数の高屈折率材料及び複数の低屈折率材料が交互に堆積されて形成され、前記第１多層膜は、入射角０度及び３０度について９００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲内の光の光学密度がＯＤ３～ＯＤ７であり、前記第２多層膜は、前記ガラス基板の下側面に設置され、複数の高屈折率材料及び複数の低屈折率材料が交互に堆積されて形成され、７００ｎｍ～９００ｎｍの波長範囲内の光線の光学密度がＯＤ３～ＯＤ６である。従って、構成される赤外線カットフィルターは、７００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲の光（赤外線）の透過率を０．１％～０．００００１％に到達させることができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、赤外線カットフィルター構造の技術分野に関し、特に、赤外線を効果的にフィルタリングし、可視光を透過し、更に正常なカラー画像を生成することができる赤外線カットフィルター構造に関する。
ハイエンドなスマートフォンの開発に伴い、携帯電話のカメラモジュールの要件は、益々高くなり、カメラモジュールでは、通常、ＣＣＤ（CCD=Charge-Coupled Device）又はＣＭＯＳ（CMOS=Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）イメージセンサの前に赤外線カットフィルターが設置され、赤外線をフィルタリングし、可視光を透過し、正常なカラー画像の生成を可能にさせる。従って、赤外線カットフィルターはカメラモジュールの重要な部材であり、携帯電話の画素が高くなるにつれて、赤外線カットフィルターに対して厳しい要求がされ、特に、結像の色彩再現性及び鮮明さについての要求はより厳しくなっている。一般に、人の目で認識できる可視光の波長範囲は、３２０ｎｍ～７６０ｎｍであり、３２０ｎｍ～７６０ｎｍの範囲を超える光波は、人の目では見ることができないが、カメラの結像部材ＣＣＤ又はＣＭＯＳでは、ほとんどの波長の光を見ることができる。さまざまな光の関与により、カメラモジュールによって再現される色は、肉眼で見ることができる色と偏差があり、例えば、緑の植物は灰色になり、赤い物体は、明るい赤になり、黒色は紫色になる等であり、上述のように、優れた赤外線カットフィルターの赤外線カット機能を用いて、結像色を元の色に完全に近づけることが非常に重要である。
従来の赤外線カットフィルター構造は、台湾の公告第Ｉ５５７４３９号及び第Ｉ５５７４４０号特許に示されるように、その構造設計の最大の効果は、波長８５０～１３００ｎｍの光（赤外線）の透過率を１％程度まで小さくさせることであり、この透過率の範囲は、初期の要件の低い携帯電話のカメラモジュールでは許容されるが、携帯電話の画素は、益々高くなり、それにつれて現在のカメラモジュールによって再現される色と肉眼で見る色では、相当大きな偏差があるため、従来の赤外線カットフィルター構造によって達成される赤外線フィルター効果では、現在のハイエンド携帯電話のカメラモジュールにとっては、もはや十分ではない。
これに鑑み、本願発明者は、上記の問題に対して、深く思考し、且つ積極的に研究改良を試み、本発明を開発している。
台湾公告第Ｉ５５７４３９号 台湾公告第Ｉ５５７４４０号特許
本発明の目的は、赤外線を効果的にフィルタリングし、可視光を透過し、更に現在の高画素の携帯電話のカメラモジュールに正常なカラー画像を再現させることにある。
本発明の一態様による赤外線カットフィルター構造は、ガラス基板と、前記ガラス基板の上側面に設置され、複数の高屈折率材料及び複数の低屈折率材料が交互に堆積されて形成され、入射角０度及び３０度について９００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲内の光の光学密度（ＯＤ； Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）がＯＤ３～ＯＤ７である第１多層膜と、前記ガラス基板の下側面に設置され、複数の高屈折率材料及び複数の低屈折率材料が交互に堆積されて形成され、７００ｎｍ～９００ｎｍの波長範囲内の光線の光学密度がＯＤ３～ＯＤ６である第２多層膜と、を含む。
本発明が提供する赤外線カットフィルター構造は、その特殊な構造設計で構成される赤外線カットフィルターにより、７００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲の光（赤外線）の透過率を０．１％～０．００００１％に到達させることができ、従って、赤外線を効果的にフィルタリングし、可視光を透過し、更に、正常なカラー画像を生成し、ハイエンドの携帯電話のカメラモジュールの要求を満たすことができる。
本発明の一実施形態を示す構造説明図である。 本発明の一実施形態を示す第１多層膜の透過率のスペクトログラムである。 本発明の一実施形態を示す第１多層膜の光学密度のスペクトログラムである。 本発明の一実施形態を示す第２多層膜の透過率のスペクトログラムである。 本発明の一実施形態を示す第２多層膜の光学密度のスペクトログラムである。 本発明の一実施形態を示すガラス基板が従来の白ガラスである場合の透過率のスペクトログラムである。 本発明の一実施形態を示すガラス基板は、白ガラスである場合の光学密度のスペクトログラムである。 本発明の一実施形態を示す青ガラスの透過率のスペクトログラムである。 本発明の一実施形態を示すガラス基板が青ガラスである場合の透過率のスペクトログラムである。 本発明の一実施形態を示すガラス基板が青ガラスである場合の光学密度のスペクトログラムである。 本発明の一実施形態を示す青系ガラスの透過率のスペクトログラムである。 本発明の一実施形態を示すガラス基板が青系ガラスである場合の光学密度のスペクトログラムである。 本発明の一実施形態を示すガラス基板が青系ガラスである時の光学密度のスペクトログラムである。
図１を参照し、本発明の一実施形態を示す赤外線カットフィルター構造は、ガラス基板１０、第１多層膜２０及び第２多層膜３０を含む。
前記ガラス基板１０は、厚さが０．１ｍｍ～１．１ｍｍであり、従来の白ガラス（第１実施形態）、青ガラス（第２実施形態）、又は白ガラスに一層の赤外線を吸収する吸気膜層をコーティングした青系ガラス（第３実施形態）のいずれかであることができる。
前記第１多層膜２０は、物理真空蒸着（PVD= Physical Vapor Deposition）により前記ガラス基板１０の上側面に形成され、複数の高屈折率材料及び複数の低屈折率材料が交互に積層されて形成され、前記第１多層膜２０は、入射角０度及び３０度について９００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲内の光の光学密度がＯＤ３～ＯＤ７である（図２及び図３参照）。前記高屈折率材料は、３００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲内の屈折率が２～３であり、吸光係数が０に近い１つ又は複数の酸化物であり、例えば、Ｔｉ３Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５等である。前記低屈折率材料は、３００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲内の屈折率が１．３～２であり、且つ吸光係数が０に近い１つ又は複数の酸化物であり、例えば、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２等である。好適な実施形態における前記第１多層膜２０の構造は、下表の通りである。
Figure 2022077986000002
前記第２多層膜３０は、物理真空蒸着（ＰＶＤ）により、前記ガラス基板１０の下側面に形成され、複数の高屈折率材料及び複数の低屈折率材料が交互に堆積されて形成され、前記第２多層膜３０の７００ｎｍ～９００ｎｍの波長範囲内の光線の光学密度がＯＤ３～ＯＤ６である（図４及び図５参照）。前記高屈折率材料は、３００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲内の屈折率が２～３であり、吸光係数が０に近い１つ又は複数の酸化物であり、例えば、Ｔｉ３Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５等である。前記低屈折率材料は、３００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲内の屈折率が１．３～２であり、吸光係数が０に近い１つ又は複数の酸化物であり、例えば、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２等である。好適な実施形態における前記第２多層膜３０の構造は、下表のとおりである。
Figure 2022077986000003
このように構成される赤外線カットフィルターは、７００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲内の光（赤外線）の透過率を０．１％～０．００００１％に到達させることができるため、効果的に赤外線をフィルタリングし、可視光を透過し、更に正常なカラー画像を生成することができ、ハイエンドの携帯電話のカメラモジュールの要求を満たすことができる。
第１の実施形態において、前記ガラス基板１０は、従来の白ガラスであり、前記ガラス基板１０の上側面に前記第１多層膜２０が設けられ、前記ガラス基板１０の下側面に前記第２多層膜３０が設けられる場合、構成される赤外線カットフィルターの透過率のスペクトログラムは、図６に示すとおりであり、光学密度のスペクトログラムは、図７に示すとおりである。
第２の実施形態において、前記ガラス基板１０は、青ガラスであり、前記ガラス基板１０の上側面に前記第１多層膜２０が設けられ、前記ガラス基板１０の下側面に前記第２多層膜３０が設けられる場合、前記青ガラス自体の材料特性は、近赤外線に吸収効果を有し、Ｔ（透過率）５０％は約６４０ｎｍ±１０ｎｍの位置の０度及び３０度において、極めて小さい偏移を有し、その透過率のスペクトログラムは、図８に示すとおりであり、構成される赤外線カットフィルターの透過率のスペクトログラムは、図９に示すとおりであり、光学密度のスペクトログラムでは、図１０に示すとおりである。
第３の実施形態において、前記ガラス基板１０が青系ガラスであり、前記ガラス基板１０の上側面に前記第１多層膜２０が設けられ、前記ガラス基板１０の下側面に前記第２多層膜３０が設けられる場合、前記青系ガラス自体の材料特性は、近赤外光領域に吸収効果を有し、Ｔ５０％は約６４０ｎｍ±１０ｎｍの位置の０度及び３０度において、極めて小さい偏移を有し、その透過率のスペクトログラムは、図１１に示すとおりであり、構成される赤外線カットフィルターは、７００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲内の光カット率ＯＤ３～ＯＤ６であり、Ｔ５０％の偏移量は５ｎｍ未満であり、その透過率のスペクトログラムは、図１２に示すとおりであり、光学密度のスペクトログラムは、図１３に示すとおりである。
１０ ガラス基板
２０ 第１多層膜
２１ 第２多層膜

Claims (9)

  1. ガラス基板と、
    前記ガラス基板の上側面に設置され、複数の高屈折率材料及び複数の低屈折率材料が交互に堆積されて形成され、入射角０度及び３０度について９００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲内の光の光学密度がＯＤ３～ＯＤ７である第１多層膜と、
    前記ガラス基板の下側面に設置され、複数の高屈折率材料及び複数の低屈折率材料が交互に堆積されて形成され、７００ｎｍ～９００ｎｍの波長範囲内の光線の光学密度がＯＤ３～ＯＤ６である第２多層膜と、
    を含む赤外線カットフィルター構造。
  2. 前記ガラス基板は、白ガラスである請求項１に記載の赤外線カットフィルター構造。
  3. 前記ガラス基板は、青ガラスである請求項１に記載の赤外線カットフィルター構造。
  4. 前記ガラス基板は、白ガラス上に一層の赤外線を吸収する有機膜層をコーティングした青系ガラス基板である請求項１に記載の赤外線カットフィルター構造。
  5. 第１多層膜の高屈折率材料は、Ｔｉ３Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５又はＮｂ２Ｏ５のいずれか１つである請求項１に記載の赤外線カットフィルター構造。
  6. 第１多層膜の低屈折率材料は、ＳｉＯ２又はＭｇＦ２のいずれか１つである請求項１に記載の赤外線カットフィルター構造。
  7. 第２多層膜の高屈折率材料は、Ｔｉ３Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５又はＮｂ２Ｏ５のいずれか１つである請求項１に記載の赤外線カットフィルター構造。
  8. 前記第２多層膜の低屈折率材料は、ＳｉＯ２又はＭｇＦ２のいずれか１つである請求項１に記載の赤外線カットフィルター構造。
  9. 前記第１多層膜の構造は、下表のとおりであり、
    Figure 2022077986000004
    前記第２多層膜の構造は次のとおりである、請求項１に記載の赤外線カットフィルター構造。
    Figure 2022077986000005
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