JPH0894831A

JPH0894831A - カラーフィルター

Info

Publication number: JPH0894831A
Application number: JP25625794A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ikeda; 浩池田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】小型かつ高性能で、非常に簡単に製造するこ
とができる低コストなカラーフィルターを提供する。【構成】基板３は、光束に対して複数の角度からなる
傾斜面ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを両面に持つ。基板３の
一方の面に長波長透過フィルター４を構成する多層膜を
設けるとともに、他方の面に短波長透過フィルター５を
構成する多層膜を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層膜フィルターから
なるカラーフィルターに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤなどの固体撮像デバイス用の色分
解フィルター、すなわちカラーフィルターを、ガラス基
板上やあるいは撮像デバイス上に直接形成したものとし
ては、一般に染料や顔料などを用い、これをパターン化
してカラーフィルターとしたものが多く用いられてい
る。また、放送用ビデオカメラなどのように高い色再現
性および耐熱性能を要求される機種では、１枚のカラー
フィルターではなく、プリズムやダイクロイックフィル
ターを用いて分光し、２もしくは３個の撮像デバイスを
用いるという複雑かつ大型な構造を持つ、いわゆる３Ｃ
ＣＤタイプのものが使用されている。

【０００３】ところが、最近では装置の小型化と高性能
化を両立させるため、１個の撮像デバイスと組み合わせ
るだけで、ダイクロイックフィルターを用いたものと同
等の性能が出せるようなカラーフィルターの要求が高ま
ってきている。このために、基板上の一つの面に２種類
以上の多層膜フィルターからなるパターンを形成してな
るカラーフィルターが知られている。

【０００４】従来、このようなパターンの形成方法とし
ては、一般的にはリフトオフ法や、腐食法などのように
ウェットエッチングを使用する方法や、あるいは特開平
４−２４８５０２号公報に開示されているように、ドラ
イエッチングによりパターン化する方法が多く用いられ
ている。これらは、基板のパターンニングをして成膜
し、成膜したものをまたパターンニング、さらに成膜と
いう工程を繰り返し、最終的に３度の成膜とパターンニ
ングを行うことによってカラーフィルターを作製すると
いう非常に複雑な手法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これらの現
在用いられているカラーフィルターでは、染料や顔料な
どの色吸収特性により分光特性が決まってしまうため、
鋭い分光特性の立ち上がりが得られず、また耐熱性能や
経時変化に弱いという欠点を有している。さらに、３Ｃ
ＣＤタイプのものでは、プリズムやダイクロイックフィ
ルターを用いて分光し、２もしくは３個の撮像デバイス
を用いるという構成のため、複雑かつ大型な構造とな
り、かつコストも高くなってしまう。

【０００６】一方、エッチングを用いてパターンを形成
（パターンニング）する場合、エッチングの工程が非常
に多くなり、しかも例えば３種類のフィルターからなる
カラーフィルターの場合、３度の成膜工程を経なければ
ならない。つまり、十数層から数十層の成膜を３度、延
べにして数十層から百数十層の成膜を行うことになる。
したがって、その製造工程は非常に複雑かつ高精度が要
求されるものとなり、製品コストが非常に高くなるとい
う問題点がある。

【０００７】また通常、カラーフィルターは赤い色を透
過する長波長透過フィルター、青い色を透過する短波長
透過フィルター、そして緑色を透過するバンドパスフィ
ルターの３種のフィルターによって構成されている。こ
の緑色を透過するバンドパスフィルターは、透過帯域の
長波長側と短波長側両方の透過を抑える必要があるた
め、一つの面に設ける場合は長波長透過フィルターと短
波長透過フィルター両方の機能を持つ多層膜とする必要
があるので層数が多く複雑な構成になり、しかも良い特
性が得難くなってしまう。

【０００８】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、請求項１に係る発明は、基板上に多層干
渉膜からなるフィルターを設けた小型かつ高性能で、非
常に簡単に製造することができる低コストなカラーフィ
ルターを提供することを目的とする。請求項２に係る発
明は、上記目的に加え、特に緑色透過フィルターを設け
ることによる問題点を解決し、層数の単純な構成の多層
膜によってさらにより良い特性を持ったカラーフィルタ
ーを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、光束に対して複数の角度か
らなる傾斜面を両面に持つ基板と、その基板の両面にそ
れぞれ設けられた多層膜とからカラーフィルターを構成
することとした。請求項２に係る発明は、請求項１に係
る発明において、基板の一方の面に長波長透過フィルタ
ーを構成する多層膜を設けるとともに、他方の面に短波
長透過フィルターを構成する多層膜を設けたことを特徴
とする。

【００１０】

【作用】ここで、薄膜への光線の入射角度を基板の垂線
方向からの角度θで表し、基板の垂直方向の光学的膜厚
をｎｄとすると、膜表面で反射する光線と、裏面で反射
する光線との間の光路長の差は、２ｎｄｃｏｓθとな
り、θが大きいほど光路長が垂直入射に比べて短くな
る。また、よく知られているように、反射光あるいは透
過光の総和として考慮されるのはこの光路長の差、すな
わち位相差である。このため、傾斜面に設けられた多層
膜では、その傾斜角度、すなわち光束の入射角度が大き
くなるにしたがって分光透過特性が低波長側に変化す
る。

【００１１】また、真空蒸着法などのドライプロセスに
よって多層膜を成膜する場合、成膜中の基板の傾斜角度
によって成膜される膜厚が変化し、特に真空蒸着法など
のように成膜物質の指向性の強い手法では、成膜される
基板への成膜物質の入射角度をθ、また成膜物質が基板
に垂直に入射した場合（θ＝０）の物理的膜厚をｄ、任
意の角度θを持つ基板に成膜される物理的膜厚をＤとし
た場合、Ｄ＝ｄ×ｃｏｓθという関係を満たすことが知
られている。

【００１２】この二つの原理を元に、本発明では一つの
基板の表面を場所によって異なった傾斜とすることによ
り、場所によって光線の入射角が変わることおよび成膜
される膜の物理的膜厚ｄが変わることの両効果を合わ
せ、場所によって分光透過特性（色特性）の異なるフィ
ルターとなり、カラーフィルターとして作用する。すな
わち、図１３に示すように、表面に多層膜フィルター２
を設けたカラーフィルターおいて、領域Ａ，Ｂ，Ｃを透
過する光線の中心波長λ₀,λ₁,λ₂は、θ₀＜θ₁＜θ
₂の場合、λ₀＞λ₁＞λ₂となる。

【００１３】本発明はこの作用に注目し、基板の両面に
それぞれ２種以上の傾斜角度を設け、さらにそのそれぞ
れの面上に多層膜フィルターを設けることにより、２度
の成膜で２種以上の異なる光学性能を持つフィルター、
すなわちカラーフィルターの成膜を可能とした。これに
よって、多層膜のパターンニングが必要なくなり、染料
あるいは顔料を使用した安価なカラーフィルターなみの
低コストで、非常に高性能かつ小型のカラーフィルター
を提供することが可能になった。

【００１４】またさらに、請求項２に記載したように短
波長透過フィルターを基板の一方の面に、長波長透過フ
ィルターを残るもう一方の面に設けることによって、前
述のような緑色透過フィルターを設けることによる複雑
な構成をとる必要がなくなった。したがって、多層膜の
パターンニングが必要なく、低コストで小型のカラーフ
ィルターを提供することが可能な上に、１面で緑色透過
フィルターを形成するのに比べても、少ない層数の単純
な構成の多層膜によってさらにより良い特性のフィルタ
ーを得ることができる。

【００１５】

【実施例】

［実施例１］本発明の実施例１では、赤色透過フィルタ
ー、緑色透過フィルター、青色透過フィルターの３色の
色分解フィルターパターンを基板上に設けたものを示
す。まず、型に金属アルコキシドを流し込んで焼成す
る、いわゆるゾルゲル法によって、図１および図２のよ
うな三角の谷あるいは山の形状の溝を両面にもつ基板３
を作製した。この各斜面ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆのそれ
ぞれの角度は、基板３面の水平方向に対してそれぞれ０
゜，３０゜，４５゜，０゜，２８゜，４０゜とした。

【００１６】次に、この基板３面上に基板３面の水平部
分に対する光学的膜厚が表１のようになるような長波長
透過フィルター４を構成する多層膜を斜面ａ，ｂ，ｃに
真空蒸着法によって同時に成膜した。基板３を真空槽中
にセットした後、基板３を３００℃まで加熱し、真空度
が５×１０^-4Ｐａに到達した後に成膜をはじめた。膜材
料としては、高屈折率材料にＴｉＯ₂、低屈折率材料に
ＳｉＯ₂を使用した。さらに、この基板３面上に基板３
面の水平部分に対する光学的膜厚が表２のようになるよ
うな短波長透過フィルター５を構成する多層膜を斜面
ｄ，ｅ，ｆに、上記と同様にして真空蒸着法によって同
時に成膜した。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】このカラーフィルター６を図３に示すよう
なＣＣＤ（撮像素子）７と対物レンズ８と撮影像のモア
レを抑えるためのローパスフィルター９とを備えた撮像
光学系のＣＣＤ７に貼り付けた。そして、貼り付ける前
後でのＣＣＤ７への入射光量を測定することによって、
このカラーフィルター６の分光透過率特性の測定を行っ
た。すると、基板３面の斜面ａとｄ、ｂとｅ、ｃとｆを
通過した部分の垂直入射光に対する分光特性は、図４の
ようになり、それぞれ６５０ｎｍ±３０ｎｍの光を８０
％以上透過する赤色透過フィルター、５５０ｎｍ±３０
ｎｍの光を８０％以上透過する緑色透過フィルター、４
５０ｎｍ±３０ｎｍの光を８０％以上透過する青色透過
フィルターとなった。また、斜面ａ，ｂ，ｃおよびｄ，
ｅ，ｆの片方のみ成膜したものについて、同様に分光透
過率特性を測定したところ、それぞれ図５および図６の
ように、カット波長の異なる長波長透過フィルターおよ
び短波長透過フィルターとなった。

【００２０】このカラーフィルター６とＣＣＤ７とを組
み合わせたものを、３ＣＣＤタイプの撮像素子用に設計
された光学系に組み込んだところ、３ＣＣＤの撮像素子
を使用した場合とほぼ同等の良好な像を得ることができ
た。

【００２１】［実施例２］本発明の実施例２では、赤色
透過フィルター、緑色透過フィルター、青色透過フィル
ターの３色の色分解フィルターパターンを、プラスチッ
ク基板上に設けたものを示す。まず、アモルファスポリ
オレフィン樹脂を射出成形によって、図７のように両面
にＶ字状の溝をもつ形状の基板１０に成形した。このＶ
字の各斜面ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌの角度は、基板１０
面の水平方向に対してそれぞれ０゜，３０゜，４５゜，
０゜，２８゜，４０゜とした。

【００２２】次に、この基板１０面上に基板１０面の水
平部分に対する光学的膜厚が表３のようになるような長
波長透過フィルター１１を斜面ｇ，ｈ，ｉに真空蒸着法
によって同時に成膜した。基板１０を真空槽中にセット
した後、基板加熱はせずに真空度が２×１０^-4Ｐａに到
達するまで排気を行い、その後に成膜をはじめた。膜材
料としては、高屈折率材料にＷＯ₃、低屈折率材料にＳ
ｉＯ₂を使用した。さらに、この基板１０面上に基板１
０面の水平部分に対する光学的膜厚が表４のようになる
ような短波長透過フィルター１２を斜面ｊ，ｋ，ｌに、
上記と同様にして真空蒸着法によって同時に成膜した。

【００２３】

【表３】

【００２４】

【表４】

【００２５】本実施例のカラーフィルター１３を、遮光
層を印刷した液晶板１４に貼り付けた構成をもつ液晶プ
ロジェクターの構成を図８に示す。すなわち、図８のよ
うにハロゲンランプ１５によって照射された光線を、カ
ラーフィルター１３に密着した液晶板１４を通した後、
投影レンズ１６によってスクリーンに投影する。図９の
ように液晶板１４は各画素１７について３つのドット１
８によって構成され、一つの画素１７内のそれぞれのド
ット１８にカラーフィルター１３の各斜面が密着してい
る。図９において、１９は液晶板１４に印刷された遮光
層、２０はカラーフィルター１３の接着層である。すな
わち、カラーフィルター１３の斜面ｇとｊ、斜面ｈと
ｋ、斜面ｉとｌがそれぞれ液晶板１４のドット１８に対
応し、赤、緑、青の色を投影させしめ、この３個のドッ
ト１８により一つの画素１７が構成される。

【００２６】また、このカラーフィルター１３の分光透
過率特性の測定を行ったところ、基板１０面の斜面ｇと
ｊ、斜面ｈとｋ、斜面ｉとｌを通過した部分の垂直入射
光に対する分光特性は、図１０のようになり、それぞれ
６５０ｎｍ±３０ｎｍの光を８０％以上透過する赤色透
過フィルター、５５０ｎｍ±３０ｎｍの光を８０％以上
透過する緑色透過フィルター、４５０ｎｍ±３０ｎｍの
光を８０％以上透過する青色透過フィルターとなった。
また、斜面ｇ，ｈ，ｉおよびｊ，ｋ，ｌの片方のみ成膜
したものについて、同様に分光透過率特性を測定したと
ころ、それぞれ図１１および図１２のように、カット波
長の異なる長波長透過フィルターおよび短波長透過フィ
ルターとなった。また、本実施例では、ストライプ状の
カラーフィルター１３としたが、基板１０の形状を変え
ることによってデルタ状のカラーフィルターを作製する
ことも可能である。

【００２７】［実施例３］本発明の実施例３では、実施
例１と同様の形状の基板をガラスプレス成型法によって
作製し、実施例１と同様の膜を設けた。この場合も、実
施例１と同様の特性を有するカラーフィルターが得られ
た。

【００２８】以上、この発明の実施例について説明した
が、これら多層膜の成膜は、実施例１〜３のように真空
蒸着法のみならず、同様に指向性の強いイオンビームス
パッタ法によっても全く同じ効果が得られる。また、基
板の傾斜による膜厚分布の比較的小さいマグネトロンス
パッタリング法やイオンプレーティング法、ＣＶＤ法な
どによる場合も、光学特性の角度依存性だけを利用した
形で適用が可能であることはいうまでもない。また、こ
れらの実施例では、いずれも水平部分を擁する基板を用
いたが、水平部を持たない基板やあるいは完全な曲面の
基板でも適用できることはもちろんである。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明によ
れば、２種以上の多層膜の成膜を１度に行うことを可能
にするため、精密かつ耐久性に優れ、光学性能的にも優
れたカラーフィルターを、少なく、しかも簡単な工程で
提供することができる。したがって、本発明によるカラ
ーフィルターでは、プリズムなどの必要が無いために分
光素子として非常に小型であり、かつその光学性能は多
層膜を使用した高い性能を持つものでありながら、従来
のレジストパターンニングおよびドライエッチングを使
用した手法による多層膜カラーフィルターや、あるいは
染料や顔料を用いたカラーフィルターに比較しても少な
く簡単な工程で製造することが可能であり、大幅なコス
トダウンおよび歩留まりの向上が可能となる。請求項２
に係る発明によれば、上記効果に加え、少ない層数の単
純な構成の多層膜によってさらにより良い特性のフィル
ターを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のカラーフィルターを示す側面図であ
る。

【図２】実施例１のカラーフィルターを示す斜視図であ
る。

【図３】実施例１のカラーフィルターを組み込んだ撮像
光学系を示す概略構成図である。

【図４】実施例１のカラーフィルターの分光透過率特性
を示すグラフである。

【図５】比較例のカラーフィルターの分光透過率特性を
示すグラフである。

【図６】比較例のカラーフィルターの分光透過率特性を
示すグラフである。

【図７】実施例２のカラーフィルターを示す側面図であ
る。

【図８】実施例２のカラーフィルターを組み込んだ液晶
プロジェクターを示す概略構成図である。

【図９】同液晶プロジェクターの液晶板を示す側面図で
ある。

【図１０】実施例２のカラーフィルターの分光透過率特
性を示すグラフである。

【図１１】比較例のカラーフィルターの分光透過率特性
を示すグラフである。

【図１２】比較例のカラーフィルターの分光透過率特性
を示すグラフである。

【図１３】本発明の作用を説明するためのフィルター側
面図である。

【符号の説明】

１，３，１０基板２多層膜フィルター４，１１長波長透過フィルター５，１２短波長透過フィルター６，１３カラーフィルター

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１１月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】

【表３】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光束に対して複数の角度からなる傾斜面
を両面に持つ基板と、その基板の両面にそれぞれ設けら
れた多層膜とからなることを特徴とするカラーフィルタ
ー。
【請求項２】基板の一方の面に長波長透過フィルター
を構成する多層膜を設けるとともに、他方の面に短波長
透過フィルターを構成する多層膜を設けたことを特徴と
する請求項１記載のカラーフィルター。