JPH04245851A - イメージセンサユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイメージセンサユニット
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリやハンディーコピー機など
に用いられるイメージセンサユニットの原稿と接する面
にはガラスが用いられている。それは原稿の読み取りが
光学的に行われるため、読み取り部は可視領域の波長の
光に対する透過率が高くなければならないこと、また原
稿に強く擦られたり、押されたりするため、読み取り部
は硬く傷つきにくくなければならないなどの理由による
。通常フロートガラスが用いられるが、薄板ガラスが用
いられていることもある。しかし、ガラス等は光学的に
厚く、ガラスを通過すると画像劣化（具体的にはＭＴＦ
の低下）を引き起こす。そこで、ガラス表面に　　Ｔｉ
Ｏ２　、ＳｎＯ２　、ＳｉＯ２　等の被膜のコーティン
グを施すことも考えられるが、これらの膜は耐擦傷性及
び熱処理後のアルカリバリア性を十分に満たすものでは
なく、膜表面のキズが読み取りを阻害したり、アルカリ
が厚膜形成等の次工程における障害となることがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術が
有していた前述の問題点を解消せんとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべく成されたものであり、イメージセンサユニット
の原稿面と接する透明基体の原稿面側の面或いは原稿面
側ではない面或いは前記両面に、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｓ
ｎ、Ｔａ、Ｉｎのうち少なくとも１種と、Ｂ（ホウ素）
とＳｉ（ケイ素）のうち少なくとも１種とを含む酸化物
を主成分とする非晶質酸化物膜からなる耐熱性を兼ね備
えた耐擦傷性またはアルカリバリア性または耐擦傷性お
よびアルカリバリア性を有した保護膜が形成されてなる
ことを特徴とするイメージセンサユニットを提供するも
のである。

【０００５】イメージセンサユニットの原稿面側ではな
い面は原稿面とは接しないが、該面はイメージセンサユ
ニットとして必要な次工程、例えば厚膜印刷工程や半田
工程などのためには耐熱性を兼ね備えた耐擦傷性の他に
アルカリバリア性を有する膜により保護されている必要
がある。即ち、本発明の保護膜は耐熱性を兼ね備えた、
耐擦傷性とアルカリバリア性を有するものであり、耐擦
傷性を要求される原稿面側の面に形成される場合と、ア
ルカリバリア性を要求される原稿面側以外の面に形成さ
れる場合、さらに上記いずれの面にも形成される場合が
ある。

【０００６】図１に本発明のイメージセンサの一例の概
略図を透明基体としてファイバアレイプレートを用いた
場合で示す。

【０００７】図１において、ファイバアレイ２の原稿面
５側の面に上記した組成をもつ非晶質酸化物膜からなる
保護膜１が設けられている。３はセンサ、４は光源であ
る。上記保護膜１は上記した諸特性のうち少なくとも耐
擦傷性をもつものである。原稿面側ではない面たとえば
面６は厚膜回路や薄膜が設けられることがあり、また半
田がもられることがある。この場合には本発明における
非晶質酸化物であって上記した諸特性のうち、少なくと
もアルカリバリア性をもつ保護膜が面６上に設けられて
いることが望ましい。

【０００８】本発明で用いる透明基体は、ソーダ石灰ガ
ラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ケイ酸ガラス、アルミノケ
イ酸ガラス、アルミノホウ酸ガラス、石英ガラス、バリ
ウムホウ酸ガラスなどであるが、その他固体のガラスで
あればいかなる成分を持つものでもよい。また、プラス
チック板やフィルムを用いることもできる。更に光学フ
ァイバを複数本配列したファイバアレイプレートを用い
ることもできる。基板の形状は平板ばかりでなく、曲げ
形状、その他いかなる形状を持つものでもよい。

【０００９】本発明は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｔａ
、Ｉｎのうち少なくとも１種と、Ｂ、Ｓｉのうち少なく
とも１種を含む酸化物を主成分とする非晶質酸化物膜が
耐擦傷性、耐摩耗性、化学的耐久性、アルカリバリア性
に優れた薄膜であることを見いだして成されたものであ
り、かかる膜を耐擦傷性保護膜として用いることを特徴
とするものである。

【００１０】表１、表２は本発明における耐擦傷性保護
膜として好適な各種非晶質酸化物膜の性質を示したもの
である。それぞれ表に挙げた組成のターゲットを用いて
反応性スパッタリングにより成膜したものである。同じ
ターゲットを用いても、膜組成や屈折率は成膜条件によ
り若干変動することがあるので、表１、表２はあくまで
も一例を示したものである。結晶性は、薄膜Ｘ線回折に
より観測した。表１、表２の結晶性の欄においてＣは結
晶質、Ａはアモルファスを示す。また、耐擦傷性は砂消
しゴムによる擦り試験の結果で、○は傷がほとんどつか
なかったもの、×は容易に傷が生じたものである。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】耐摩耗性は、テーバー試験（摩耗輪ＣＳ−
１０Ｆ、加重５００ｇ、１０００回転）の結果、ヘイズ
４％以内のものを○、ヘイズ４％超のものを×とした。 耐酸性は０．　１Ｎ、Ｈ２　ＳＯ４　中に２４０時間浸
漬した結果、Ｔｖ　（可視光透過率）、Ｒｖ　（可視光
反射率）の浸漬前に対する変化率が１％以内のものを○
、１〜４％のものを△、膜が溶解して消滅してしまった
ものを×とした。耐アルカリ性は、０．　１Ｎ、ＮａＯ
Ｈ中に２４０時間浸漬した結果、Ｔｖ　、Ｒｖ　の浸漬
前に対する変化率が１％以内のものを○、膜が溶解して
しまったものを×とした。煮沸テストは、１気圧下、１
００℃の水に２時間浸漬した後、Ｔｖ　、Ｒｖ　の浸漬
前に対する変化率が１％以内であるとき○、１％超のと
き×とした。

【００１４】本発明の耐擦傷性保護膜において、ホウ素
やケイ素の含有割合は特に限定されるものでないが、以
下のような範囲が好ましい。ＺｒＢｘ　Ｏｙ　膜に関し
ては、表１、表２から明らかなように膜中のＢが少ない
と結晶性の膜ができ、Ｂが多いと非晶質の膜ができる傾
向があることがわかる。そして、結晶性の膜は耐擦傷性
及び耐摩耗性が劣るのに対して非晶質の膜は優れている
ことがわかる。これは非晶質の膜は、表面が平滑である
ためであると考えられる。従って、ＺｒＢｘ　Ｏｙ　膜
（膜中のＺｒに対するＢの原子比ｘが０．　１０＜ｘ）
の膜は耐擦傷性、耐摩耗性に優れている。Ｂ２　Ｏ３　
は吸湿性で空気中の水分を吸収して溶けてしまうので、
ＺｒＢｘ　Ｏｙ　膜においてｘ≦３程度が好ましい。

【００１５】ＺｒＢｘ　Ｏｙ　膜中のＺｒに対するＯ（
酸素）の原子比は、特に限定されないが多すぎると膜構
造が粗になり、ボソボソの膜になってしまうこと、また
、あまり少ないと膜が金属的になり、透過率が低下した
り膜の耐擦傷性が低下する傾向にあることなどの理由に
よりＺｒＯ２とＢ２　Ｏ３　の複合系となる量程度であ
ることが好ましい。即ち、複合酸化物をＺｒＯ２　＋ｘ
ＢＯ１．５　と表すと、ＢがＺｒに対して原子比でｘ含
まれる時にｙ＝２＋１．　５ｘ程度であることが好まし
い。従って０．　１０＜ｘ＜４、２＜ｙ＜８のＺｒＢｘ
　Ｏｙ　膜は良好な耐擦傷性及び耐摩耗性を有し、かつ
、Ｂの量によって自由に屈折率を選択できる本発明の目
的に好適な耐擦傷性保護膜である。

【００１６】さらに、表１に示したように膜中のＢの含
有量が増えるにつれて、耐酸性、耐アルカリ性が劣化す
る傾向がある。ｘ≧２．　３で耐酸性が悪くなりｘ＞４
で耐アルカリ性の低下及び煮沸テストで劣化を示すよう
になる。従って、高化学的耐久性が要求される場合には
、ＺｒＢｘ　Ｏｙ（ｘ＜２．　３）の非晶質酸化物膜が
好ましい。以上のように、ＺｒＯ２　膜にＢを加えたこ
とにより、膜が非晶質化し、表面が平滑化し、これが耐
摩耗性及び耐擦傷性の向上に寄与していると考えられる
。また、Ｂの量で屈折率の調節が可能となり、さらにＺ
ｒＯ２　膜と比べて内部応力が小さいため、基体（ガラ
ス、プラスチック等）や基体上の下地膜との密着性の点
で有利である。これは、特に厚い膜を形成する場合に有
利である。

【００１７】次に、ＺｒＳｉｚ　Ｏｙ　膜に関しては、
やはり非晶質であり、耐擦傷性、耐摩耗性の高い膜が得
られる。ＺｒＳｉｚ　Ｏｙ　膜において、０．　０５≦
ｚ（膜中のＺｒに対するＳｉの原子比）＜１９であるこ
とが好ましい。ｚ＜０．　０５だと膜が非晶質化せず、
十分な物理的耐久性が得られない。また、ｚ＞１９だと
耐アルカリ性が悪くなる。又、ｙ（ＺｒＳｉｚ　Ｏｙ　
膜中のＺｒに対するＯの原子比）は、ＺｒＢｘ　Ｏｙ　
膜について述べたのと同様の理由により、ＳｉがＺｒに
対して原子比でｚ含まれる時に、ｙ＝２＋２ｚ程度であ
ることが好ましい。従って高耐久性が要求される場合に
は、０．　０５≦ｚ＜１９、２．　１≦ｙ＜４０のＺｒ
Ｓｉｚ　Ｏｙ　膜が好ましい。

【００１８】また、ＺｒＢｘ　Ｓｉｚ　Ｏｙ　膜も本発
明の耐擦傷性保護膜として好適な膜である。かかる膜中
のＺｒに対するＢの原子比ｘ、Ｓｉの原子比ｚ、Ｏの原
子比ｙは、ｘ＋ｚ≧０．　０５であれば耐アルカリ性も
良好であるので、ＺｒＢｘ　Ｓｉｚ　Ｏｙ　膜において
は０．　０５≦ｘ＋ｚ＜１９であるのが好ましい。但し
、上述のように、Ｂ２　Ｏ３　は吸湿性で空気中の水分
を吸収して溶けてしまうため、ＺｒＢｘ　Ｓｉｚ　Ｏｙ
　膜中に余り多く含有されない方がよい。具体的には、
膜中において、Ｏ（酸素）以外のＢ、Ｓｉ、Ｚｒの合計
に対してＺｒ＜２５原子％、かつＳｉ＜２５原子％で残
りがＢとなる程Ｂが含まれていると化学的耐久性が不十
分となる。即ち、ＺｒＢｘ　Ｓｉｚ　Ｏｙ　膜中のＺｒ
：Ｂ：Ｓｉ（原子比）を１：ｘ：ｚとすると、１／（１
＋ｘ＋ｚ）＜０．　２５かつｚ／（１＋ｘ＋ｚ）＜０．
　２５即ちｘ＋ｚ−３＞０かつｘ−３ｚ＋１＞０の組成
は、化学的耐久性が好ましくない。

【００１９】ｙは、ＺｒＢｘ　Ｏｙ　の場合に述べたの
と同様の理由により、この膜をＺｒＯ２　＋Ｂ２　Ｏ３
　＋ＳｉＯ２　の複合系と考えて、ｙは２＋１．　５ｘ
＋２ｚ程度であることが好ましい。よってほぼ２＜ｙ＜
４０程度であることが好ましい。Ｚｒ以外の金属、即ち
Ｔｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｉｎのうち少なくとも１種と
ＢとＳｉのうち少なくとも１種とを含む酸化物も同様に
非晶質となり、十分な耐擦傷性、及び耐摩耗性が得られ
る。ＴｉＳｉｚ　Ｏｙ　膜を表２のサンプル２８に一例
として示した。

【００２０】本発明の非晶質酸化物からなる耐擦傷性保
護膜は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｉｎ、Ｂ、Ｓ
ｉ、Ｏ以外の元素、例えばＢ、Ｓｉと同様にガラス構成
元素であるＰ、Ａｓ等を耐久性向上、光学定数調整、成
膜時の安定性、或いは成膜速度の向上等のために、微量
に含んでいてもよい。本発明のイメージセンサユニット
において耐擦傷性保護膜の膜厚は、１０ｎｍ〜５００ｎ
ｍであることが好ましい。あまり薄すぎるとイメージセ
ンサユニットの原稿と接する面としての十分な耐擦傷性
が得られず、またあまり厚すぎると膜の剥離が生じやす
く、また生産性も悪いからである。

【００２１】本発明の耐擦傷性保護膜の製法として、蒸
着法、スパッタ法、イオンプレーティング法などの成膜
法を用いることができ、特に製法を限るものでない。し
かし、スパッタ法はこれらのうちでも原料を溶融させる
ことがなく、膜組成のコントロールや再現性が良好であ
り、基体に到達する粒子のエネルギーが高く、密着性の
良い膜が得られるなど、容易に本発明の非晶質膜からな
る耐擦傷性保護膜を得ることができる。

【００２２】また、膜の基体との密着性を高める手段と
してイオン注入法を併用してもよい。即ち、ガラス基板
上に形成された耐擦傷性保護膜上から数１０ｋｅＶ程度
の高エネルギーのアルゴンイオン、酸素イオン等を照射
して、該耐擦傷性保護膜とガラス基板との間に混合層を
形成することによって、ガラス基板への密着性を高める
こともできる。更に、耐擦傷性保護膜上に薄い有機系の
潤滑膜を塗布して、より摩擦係数を低減することも用途
によって有効である。

【００２３】

【作用】保護膜の耐擦傷性を左右する要因として膜の潤
滑性、膜の硬度、膜の基体との密着性が考えられる。本
発明においては、上記の要因のうち特に膜の潤滑性を従
来の膜に比べて向上せしめていると考えられる。ＴｉＯ
２やＳｎＯ２　のような従来の膜においては、Ｘ線的に
は非晶質であるとされている膜でも、電子顕微鏡による
ミクロな観察によると非常に細やかな微結晶の集合であ
ると考えられている。この様な報告は、例えば　Ｊａｐ
ａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　
Ｐｈｙｓｉｃｓ　１９７９　年　１８　巻１９３７ペー
ジに掲載されている。

【００２４】本発明の特徴はジルコニウムの酸化膜にホ
ウ素（Ｂ）やケイ素（Ｓｉ）を添加することであるが、
ホウ素の原子半径は　０．０４１ｎｍ、ケイ素の原子半
径は０．０５４ｎｍ　で　　ジルコニウム、酸素のそれ
ぞれ０．０９８ｎｍ　、０．１２６ｎｍ　に比べて小さ
く、ホウ素またはケイ素は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２
　）の格子の間隔に入りこむと考えられる。このことは
酸化ジルコニウムの格子を破壊し、酸化ジルコニウムの
結晶粒の成長を妨げ、膜をより非晶質に近いものとする
と考えられる。膜表面の凹凸は微結晶の集合である膜よ
りも非晶質の膜の方が少ないと考えられ、その結果、本
発明の非晶質膜は摩擦係数を低減されているものと考え
られる。このため、本発明の非晶質膜は非常に潤滑性に
優れ、引っかかりが少ないため摩擦により傷つきにくく
、高耐擦傷性能が得られるものと考えられる。

【００２５】

【実施例】本発明のイメージセンサユニットの透明基体
として厚さ１〜２ｍｍのファイバアレイプレートを用い
、以下の方法でＤＣスパッタ法により作成した。ターゲ
ットには、ホウ素（Ｂ）の割合（原子％）が６７％であ
る、ジルコニウム（Ｚｒ）とホウ素（Ｂ）の焼結体を用
いた。導入ガスは酸素（Ｏ２　）の流量比が３０％であ
る酸素（Ｏ２　）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを用い
、真空槽内の真空度が３．　５ｍＴｏｒｒになるように
した。ターゲットにＤＣ電源を接続し、−６００Ｖを印
加しグロー放電を生じさせた。この時の放電電流密度は
、２０ｍＡ／ｃｍ２　であった。このような状態でシャ
ッターを３７．　５秒間あけ、厚さ１〜２ｍｍのファイ
バアレイプレート上にＺｒＢｘ　Ｏｙ　非晶質膜を成膜
した。（サンプル１とする）

【００２６】基体に成膜された膜の厚さは５０ｎｍであ
り、膜は無色透明で屈折率は１．　８であった。膜にお
けるホウ素の含有量をＥＳＣＡで調べたところ、ジルコ
ニウムに対するホウ素の原子比ｘは２．　０であった。 別に、ターゲットにケイ素（Ｓｉ）の割合（原子％）が
６７％である、ジルコニウム（Ｚｒ）とケイ素（Ｓｉ）
の焼結体を用いて、上記と同様の条件でスパッタリング
を行い、厚さ１〜２ｍｍのファイバアレイプレート上に
ＺｒＳｉｚＯｙ　非晶質膜を形成して原稿載置板を形成
した。（サンプル２とする）膜厚は５０ｎｍであり、膜
は無色透明であった。膜中のＺｒに対するＳｉの原子比
ｚは２．　０であった。

【００２７】荷重５０ｇ、基体の移動速度１５０ｍｍ／
分で直径６ｍｍのステンレス球による動摩擦係数を、従
来より使用されているスプレイによるコーティングされ
たＴｉＯ２　及びＳｎＯ２　、ソーダ石灰ガラス表面、
本発明によるＺｒＢｘ　Ｏｙ　（サンプル１）ＺｒＳｉ
ｚ　Ｏｙ　（サンプル２）非晶質膜からなる耐擦傷性保
護膜について表面をアセトンに浸した布で拭き取ってか
ら新東化学社製Ｈｅｉｄｏｎ１４型表面性測定器を用い
て測定したところ、上記５種類のサンプルについてそれ
ぞれ０．　２０４、０．　２８２、０．　１４５、０．
　１４２（サンプル１）、０．　１３８（サンプル２）
という値を得た。このように本発明の耐擦傷性保護膜は
非常に潤滑性に優れており、引っかかりが少ないため摩
擦により傷つきにくいと考えられる。

【００２８】実際、荷重５００ｇをかけ直径５ｍｍの砂
消しゴムを３０ｍｍのストロークで１０往復させる試験
をしたところ、目視によれば上記５種類のサンプルのう
ち本発明によるＺｒＢｘ　Ｏｙ　、ＺｒＳｉｚ　Ｏｙ　
からなる耐擦傷性保護膜は傷の数が最も少なかった。ま
た、ＺｒＳｉｚ　Ｏｙ　（サンプル２）非晶質膜を今回
熱処理（３００℃、５分間）した後、アルカリバリア性
及び耐熱性を試験したところ、基体中のアルカリの膜最
表面への析出を抑え、更に膜自身熱処理による影響を受
けていないことが確認された。

【００２９】

【発明の効果】本発明のイメージセンサユニットの透明
基体における耐擦傷性保護膜は従来用いられていたＴｉ
Ｏ２　、ＳｎＯ２　などの保護膜に比べて潤滑性が向上
している。従って本発明においては、高透過率で、高潤
滑性でかつ耐熱性及びアルカリバリア性を有した、耐擦
傷性膜を有するイメージセンサユニットを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるイメージセンサユニットの一例の
概略図

【符号の説明】

１　　耐擦傷性保護膜 ２　　ファイバアレイプレート ３　　センサ ４　　ＬＥＤ等照明 ５　　原稿

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イメージセンサユニットの原稿面と接する
   透明基体の原稿面側の面或いは原稿面側ではない面或い
   は前記両面に、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｉｎの
   うち少なくとも１種と、Ｂ（ホウ素）とＳｉ（ケイ素）
   のうち少なくとも１種とを含む酸化物を主成分とする非
   晶質酸化物膜からなる耐熱性を兼ね備えた耐擦傷性また
   はアルカリバリア性または耐擦傷性及びアルカリバリア
   性を有した保護膜が形成されてなることを特徴とするイ
   メージセンサユニット。
2. 【請求項２】透明基体がプラスチック板、ガラス板、光
   学ファイバを複数本配列したファイバアレイプレートの
   うち少なくとも１種或いは上記構成の組合せであること
   を特徴とする請求項１記載のイメージセンサユニット。
3. 【請求項３】前記保護膜が、Ｚｒ（ジルコニウム）とＢ
   （ホウ素）を含む酸化物（ＺｒＢｘ　Ｏｙ　）を主成分
   とし、膜中のＢのＺｒに対する原子比ｘが、０．１０＜
   ｘ＜４であり、ＯのＺｒに対する原子比ｙが、２＜ｙ＜
   ８である非晶質酸化物膜であることを特徴とする請求項
   １記載のイメージセンサユニット。
4. 【請求項４】前記保護膜が、Ｚｒ（ジルコニウム）とＳ
   ｉ（ケイ素）とを含む酸化物（ＺｒＳｉｚ　Ｏｙ　）を
   主成分とし、ＳｉのＺｒに対する原子比ｚが、０．０５
   ≦ｚ＜１９であり、ＯのＺｒに対する原子比ｙが、２．
   １≦ｙ＜４０である非晶質酸化物膜であることを特徴と
   する請求項１記載のイメージセンサユニット。
5. 【請求項５】前記保護膜が、Ｚｒ（ジルコニウム）とＢ
   （ホウ素）とＳｉ（ケイ素）とを含む酸化物（ＺｒＢｘ
   　Ｓｉｚ　Ｏｙ　）を主成分とし、膜中のＢのＺｒに対
   する原子比をｘ、ＳｉのＺｒに対する原子比をｚ、Ｏの
   Ｚｒに対する原子比をｙとすると、０．０５≦ｘ＋ｙ＜
   １９（但し、ｘ＋ｙ−３＞０かつｘ−３ｚ＋１＞０の組
   成は除く）であり、２＜ｙ＜４０である非晶質酸化物膜
   であることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ
   ユニット。
6. 【請求項６】前記保護膜が透明基体に膜処理後、何等か
   の熱処理を施した後も基体中のアルカリ成分の析出を抑
   えるアルカリバリア性を有することを特徴とする請求項
   １記載のイメージセンサユニット。