KR100275917B1

KR100275917B1 - 광흡수체 및 이것을 이용한 광학기기

Info

Publication number: KR100275917B1
Application number: KR1019970049257A
Authority: KR
Inventors: 신지 우치다; 츠구히로 고레나가; 노리모토 노우치; 유지 마츠다; 히로키요 츠지; 쇼고 나스; 도시오 후카자와; 도시히로 구리야마
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2001-02-01
Also published as: EP0833172A3; US6076932A; EP0833172A2; DE69726374D1; DE69726374T2; EP0833172B1; KR19980025055A

Abstract

본 발명은 충분한 차광성을 가짐과 동시에, 종래의 것에 비해 반사율을 저감할 수 있는 광흡수체를 제공하는 것으로써, 광학 유리기판(BSC7 (HOYA주식회사제, 상품명))(11)의 표면에 두께 40nm의 크롬막(12), 두께113nm의 이산화 규소막(13), 두께5nm의 크롬막(14), 두께113nm의 이산화규소막(15)을 이 순서로 적층한다. 크롬막(12)이 외부에서 기판(11)으로 입사하려는 광을 차단하고, 크롬막(14)이 크롬막(12)에서 반사한 광을 흡수하여 적층구조막(광흡수체)의 외부로 나가는 것을 억제한다. 적층구조막(광흡수체)안에서는 각 막을 투과하는 광 및 인접막사이의 경계면에서 반사하는 광에 의한 다중간섭이 일어나고, 적층구조막(광흡수체)의 외부로 나가는 광이 더 저감되어진다.

Description

광흡수체 및 이것을 이용한 광학기기

본 발명은 기판상에 설치되고, 기판을 향하는 광을 차폐하면서 기판에서의 반사광을 저감하는 광흡수체로서 광 디스크, 카메라, 비디오 무비, 현미경, 내시경, 덴탈스코우프, 각종 광 통신기기, 각종 화상 표시장치, 레이저 프린터 등의 광학기기에 유용한 광흡수체에 관한 것이고, 또한 이 광흡수체를 이용한 각종 광학기기에 관한 것이다.

종래, 투명기판상에 차광을 위해 형성되는 막으로서는 예를 들면 일본국 특개평6-222354호 공보에 기재된 것이 알려져 있다. 제16도는 이 차광막의 구성을 도시하는 단면도이다. 제16도에 도시하는 바와 같이, 이 차광막은 기판(163)의 주면상에 가시광영역에서 실질적으로 투명한 산화 크롬막(162)과 가시광 영역에서 실질적으로 불투명한 크롬막(161)을 이 순서로 적층 형성하고, 산화 크롬막(162)의 막두께를 50∼75nm으로 하여 각막(산화 크롬막(162), 크롬막(161))에서의 반사광이 간섭하도록 한 것으로, 이에 따라 차광과 저광 반사화가 양립할 수 있도록 되어 있다.

그런데, 일본국 특개평 6-222354호 공보에 기재되어 있는 차광막에 의하면, 저반사화에 대한 일정 효과는 얻어지지만, 잔존 반사율이 약 6.5% 존재한다. 이 정도의 광반사율은 광디스크용 광 픽업, 비디오 무비용 색분해 프리즘, 이미지 센서, 렌즈 등의 상기 각종 광학기기에 이용되는 광 디바이스로의 응용을 생각한 경우에 충분하지 않아, 보다 낮은 광반사율(이하, 단순히 반사율이라고 칭한다)을 가지는 광흡수체가 요망된다.

본 발명은 이와같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로써, 차광성을 가짐과 동시에, 종래에 비해 반사율을 저감시킨 광흡수체 및 이 광흡수체를 이용한 광학기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1도는 본 발명의 광흡수체의 구성의 예를 도시하는 단면도.

제2도는 실시예 1에서 제작한 광흡수체의 투과율의 파장 의존 특성을 도시하는 도면.

제3도는 실시예 1에서 제작한 광흡수체의 반사율의 파장 의존 특성을 도시하는 도면.

제4도는 실시예 1에서 제작한 광흡수체의 투과율의 입사각 의존 특성을 도시하는 도면.

제5도는 실시예 1에서 제작한 광흡수체의 반사율의 입사각 의존 특성을 도시하는 도면.

제6도는 본 발명의 광흡수체의 구성의 별도의 예를 도시하는 단면도.

제7도는 실시예 2에서 제작한 광흡수체의 다층막측에서의 입사광에 대한 투과율의 파장 의존 특성을 도시하는 도면.

제8도는 실시예 2에서 제작한 광흡수체의 다층막측에서의 입사광에 대한 반사율의 파장 의존 특성을 도시하는 도면.

제9도는 실시예 2에서 제작한 광흡수체의 기판측에서의 입사광에 대한 투과율의 파장 의존 특성을 도시하는 도면.

제10도는 실시예 2에서 제작한 광흡수체의 기판측에서의 입사광에 대한 반사율의 파장 의존 특성을 도시하는 도면.

제11도는 본 발명의 광흡수체를 구비한 광 디스크장치의 예의 개요를 도시하는 도면.

제12도는 본 발명의 광흡수체를 구비한 CCD의 예의 개요를 도시하는 단면도.

제13도는 본 발명의 광흡수체를 구비한 CCD의 별도의 예의 개요를 도시하는 단면도.

제14도는 본 발명의 광흡수체를 구비한 CCD의 다른 별도의 예의 개요를 도시하는 단면도.

제15도는 본 발명의 광흡수체를 구비한 칼라 필터가 붙은 기판의 예의 단면도.

제16도는 종래의 광흡수체의 구성의 예를 도시하는 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11, 61 : 기판 12, 65 : 차광막

14, 63, 67 : 광흡수막 13, 15, 62, 64, 66, 68 : 투명막

111 : 반도체 레이저 112 : 광 빔 스프리터(splitter)

113 : 반사소자 114 : 렌즈

115 : 광디스크 116 : 광 검출기

117, 118, 125 : 광흡수체 121 : 포토 디텍터

122 : 폴리실리콘 123 : 금속막

124 : SiN막 126 : 화상 정보광

161 : 크롬막 162 : 산화 크롬막

163 : 기판

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 광흡수체는, 입사광을 차폐하기 위한 차광층과, 이 차광층보다도 상기 입사광의 입사측에 형성된 광흡수층과, 이 광흡수층과 상기 차광층과의 사이에 형성된 투명층을 포함하는 다층막을 기판 상에 형성한 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 차광층에 의한 반사광은 광흡수층에 의해 흡수되어 감쇠되게 되어, 차광성을 가지고, 반사율이 저감된 광흡수체로 할 수 있다.

본 발명의 광흡수체에 있어서는, 상기 광흡수층이 굴절율과 흡수계수와의 곱이 2이상이 되는 물질에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 광 흡수층 자체에 의한 반사를 억제하면서 차광층으로부터의 반사광을 효과적으로 흡수할 수 있기 때문이다.

일반적으로 굴절율 n₀의 매체에서 굴절율 n₁, 흡수계수 k₁의 흡수매체에 광이 입사할 경우의 반사 R는 다음 식에 의해 주어진다.

R = ( (n₀-n₁)×(n₀-n₁)+k₁×k₁) / ( (n₀+n₁)×(n₀+n₁)+k₁×k₁)

이 식에 의하면, 반사를 작게 하기 위해서는 예를 들면 흡수계수 k₁는 작은쪽이 바람직하지만, 본 발명의 광흡수체에 있어서는 막 구성 재료의 흡수성도 이용하여 무반사 효과를 발현시키기 때문에, 흡수계수 k₁를 너무 작게 하는 것은 바람직하지 않다. 굴절율 n₁에 대해서도 마찬가지로 너무 크거나 너무 작아도 바람직하지않다. 본 발명자는 상기 광흡수층을 구성하는 물질에 바람직한 굴절율 n, 흡수계수 k를 다양하게 실험함으로써 검토한 결과, 굴절율 n과, 흡수계수 k와의 곱(이하 단순히 'nk값'이라고 칭한다)이 2이상인 것이 바람직한 것을 발견했다.

예를 들면 n=0.12(파장 0.56㎛), k = 3.45인 Ag(nk 값 = 0.4)에 의해 상기 광흡수층을 구성하면, 흡수효과는 크지만 굴절율이 낮고 반사가 너무 높아져 바람직한 결과를 얻을 수 없었다. 또한, n = 4.04, k = 0.03의 결정 Si(nk값 = 0.12)에 의해 상기 광흡수층을 구성하면, 반사율은 저하하지만, 흡수효과가 너무 작아져 바람직한 결과를 얻을 수 없었다. 그러나, n=0.826, k=2.6인 Cu(nk값=2.1)에 의해 상기 광흡수층을 구성하면, 반사율이 5%이하까지 저감한 광흡수체를 구성하는 것이 가능했다.

nk값이 2이상이 되는 재료로서는 구체적으로는 Cu, Cr, Mo, Fe, Ni, 무정형 Si, SiC, Ge, WSi₂, Ti, TiN, Ta, TiW, Co, SiGe, TiSi₂, CrSi₂, MoSi₂, FeSi₂, CoSi₂, NiSi₂, CrN 및 Mo₂N 등을 들 수 있다. 따라서, 상기 광흡수층은 상기에 예시한 물질에서 선택되는 적어도 1개의 물질로 구성되는 것이 바람직하다. nk값은 더 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는 nk값은 5이상인 것이 바람직하고, 이와같은 재료로서는 Cr 및 Ni를 들 수 있다. Ni(n=1.8, k=3.33, nk치=6)을 상기 광흡수층에 이용함으로써, 반사율이 3%이하의 광흡수체로 할 수 있고, Cr(n=3.18(파장0.56㎛), k = 4.41, nk값 = 14)를 제2 광흡수체로서 이용한 경우에 이르러서는 반사율이 1%이하의 광흡수체로 하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 광흡수체에 있어서는, 상기 광흡수층의 두께가 3nm∼20nm인 것이 바람직하다. 3nm이상으로 함으로써, 차광층에서의 반사광의 흡수를 확보할 수 있다. 이러한 관점에서는 두께를 4nm이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 한편, 20nm 이하로 함으로써, 광흡수층 자체의 반사광이 강해지는 것을 방지할 수 있다. 이러한 관점에서는 두께를 10nm이하로 하는 것이 더 바람직하다. 이와같이, 광 흡수층은 차광층에서의 반사광을 흡수하는데 충분할 정도로 두껍고, 또한 광 흡수층 자체에서의 반사를 실질적으로는 방지할 수 있을 정도로 얇은 것이 바람직하다.

또한, 상기 광흡수체에 있어서는 상기 투명층의 굴절율이 2.0이하의 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 투명층은 예를 들면 Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₅, ZrO₂등으로 구성되어도 되지만, 광흡수체의 반사를 저감시키기 위해서는 굴절율이 1.5이하인 것이 더욱 바람직하고, 이러한 관점에서는 SiO₂및 MgF₂에서 선택되는 적어도 1개의 물질에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 투명층은 두께가 68nm∼147nm인 것이 바람직하다. 이와같이, 투명층을 적절하게 선택함으로써 적층체안에서의 광의 간섭을 이용하여 반사율을 더욱 저감시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 광흡수체에 있어서는 상기 다층막을 투과하는 투과광과 상기 다층막안의 각층 경계면에서의 반사광이 관여하는 광 간섭효과에 의해, 상기 입사광의 반사를 더욱 감쇠시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 차광층은 실질적으로 입사광을 차폐하는 층인 것이 바람직하고, 구체적으로는 Cu, Cr, Mo, Fe, Ni, 무정형 Si, SiC, Ge, WSi, Ti, TiN, Ta, TiW, Co, SiGe, TiSi₂, CrSi₂, MoSi₂, FeSi₂, CoSi₂, NiSi₂, CrN 및 Mo₂N에서 선택되는 적어도 1개의 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 차광층의 두께는 40nm∼200nm인 것이 바람직하다. 40nm이상으로 함으로써 차광성을 충분히 확보할 수 있고, 200nm이하로 함으로써 광흡수체 전체의 두께의 불필요한 증대에 의한 제조의 비효율화를 방지할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 광 흡수체에 있어서는 상기 다층막이 상기 입사측의 최외층에도 투명층을 포함하는 것이 바람직하다. 반사율의 저감에 효과가 있기 때문이다. 이 투명층도 상술의 투명층에 바람직하게 이용할 수 있는 물질에 의해 구성하고, 상술의 투명층에 바람직한 두께로 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와같이, 본 발명의 광흡수체는 입사광의 반사율을 가시광 반사율에 의해 표시하고, 5%이하, 더욱 바람직하게는 3%이하, 가장 바람직하게는 1%이하로까지 저감시킬 수 있다. 이 저감된 가시광 반사율을 얻기 위해서는, 차광층의 광 입사측에 투명층과 광 흡수층을 배치해 둘 필요가 있다. 차광층의 양측에 투명층과 광 흡수층을 배치하면 광 흡수체의 양측에서 입사하는 광선에 대해 반사율을 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 가시광 투과율에 대해서도 주로 차광층에 의한 차폐에 의해 실질적으로 투명한 기판을 이용해도 1%이하, 더욱 실질적으로 0%로 할 수도 있다. 본 발명의 광 흡수체는 광학기기에 있어서의 불필요한 광을 저감시키는데 충분히 낮은 반사율 및 투과율을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 광 흡수체는 가시광역에 한정되지 않고 다른 영역에 있어서도 사용할 수 있고, 예를 들면 파장 0.7㎛∼12㎛의 적외영역에 있어서도 유용하다.

본 발명의 광 흡수체의 별도의 구성은 투명층과 광 흡수층을 번갈아 각 2층 이상 적층하고, 상기 광 흡수층에 의해 입사광을 실질적으로 차폐함과 동시에, 상기 광 흡수층에 의한 입사광의 반사를, 이 광 흡수층보다도 상기 입사광의 입사측에 있는 광 흡수층에 의한 흡수에 의해 저감시키고, 상기 입사측에 가장 가까운 광 흡수층을, 굴절율과 흡수계수와의 곱이 2이상인 물질에 의해 구성한 두께3∼20nm의 층으로 하는 다층막을 기판상에 형성한 것이다. 이와같은 구성에 의해서도 차광성을 가지고 반사율이 저감된 광 흡수체로 할 수 있다.

본 발명의 광 흡수체의 다른 별도의 구성은 입사광을 차폐하기 위한 차광층과, 이 차광층보다도 상기 입사광의 입사측에 배치된 투명층과 광 흡수층을 이 순서로(2n+1)층(n은 1이상의 정수; 바람직하게는 n은 1∼5의 정수; 더욱 바람직하게는 n=1 또는 2)만큼 적층한 적층막을 포함하고, 상기 차광층에 의한 입사광의 반사 를 상기 광 흡수층에서의 흡수와 상기 적층막안에 있어서의 광 간섭효과에 의해 감쇠시킴으로써 상기 입사광의 반사율을 감쇠시키게 한다. 이와같은 구성에 의해서도 차광성을 가지고, 반사율이 저감된 광 흡수체로 할 수 있다.

이들 별도의 구성에 있어서도, 상기에 설명한 예에 의해, 더욱 바람직한 광 흡수체로 할 수 있다.

본 발명의 광학기기는 이상에 설명한 광 흡수체를 구비한 것으로써, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를들면 광 디스크, 카메라, 비디오 무비, 현미경, 내시경, 덴탈스코우프, 각종 광통신 기기, 각종 화상 표시 장치, 레이저 프린터 등이다. 이들 장치에 구비되는 광 디스크용 광 픽 업, 비디오 무비용 색분해 프리즘, CCD, 이미지 센서, 각종 렌즈, 각종 광 통신 디바이스, 칼라 필터등의 광 디바이스의 성능향상에 본 발명의 광 흡수체는 유용하다. 즉, 상기 광학기기에 있어서는 광이 투과 또는 반사하는 광부품을 구비하고, 이 광 부품에 도달하는 불필요한 광을 상기 광 흡수체에 의해 저감하는 것이 바람직하고, 또한, 상기 광 흡수체와 상기 광 부품이 기판을 동일하게 하는 콤팩트한 구성으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 광 흡수체의 양태로써는 예를 들면, 기판상에 차광층을 형성하고, 이 차광층상에 투명층과 광 흡수층과의 적층막을 형성한 양태를 들 수 있다. 또한, 별도의 양태로써는 기판상에 투명층과 광 흡수층과의 적층막을 형성하고, 이 적층 막상에 차광층을 형성하여 이 차광층상에 투명층과 광 흡수층체와의 적층막을 형성한 양태를 들 수 있다. 후자의 양태는 기판측에서 기판을 투과하여 막안으로 입사하는 광에 대해서도 저반사효과를 얻을 수 있도록 한 것이다. 이하에 본 발명의 광흡수체의 실시양태의 예를 도면을 참조하면서 설명한다.

[제1 실시형태]

본 발명의 광 흡수체의 구성예를, 제1도를 참조하면서 설명한다. 이 광 흡수체는 기판(11)상에 실질적으로 입사광을 차폐하는 제1 광 흡수층(차광층)(12), 두께가 68nm∼147nm의 투명층(13), 두께가 3∼20nm이고 굴절율과 흡수계와의 곱이 2이상이 되는 물질에 의해 구성되는 제2 광 흡수층(부분 흡광층)(14) 및 두께가 68nm∼147nm의 투명층(15)을, 이 순서로 형성한 구성을 가진다. 차광층(12)은 바람직하게는 두께40nm∼200nm의 Cr등으로 이루어지는 층이다. 투명층(13), (15)은 바람직하게는 굴절율이 2.0이하, 더욱 바람직하게는 굴절율이 1.5이하의 층이고, 구체적으로는 SiO₂및 MgF₂에서 선택되는 적어도 1개의 물질로 이루어지는 층인 것이 바람직하다. 부분 흡수층(14)은 상술한 바와같이 가장 바람직하게는 Cr로 이루어지는 층이다.

바람직한 구성은 굴절율이 다른 물질간에 있어서의 광의 거동(반사, 굴절, 흡수)에 의거한 계산과 실험의 결과에 의해 얻어진 것이다. 이 구성예에 있어서 차광층(12)의 두께가 40nm보다 작을 경우에는 차광층(12)의 외측에서 기판으로 입사하려하는 광을 차단하는 효과가 저하하여 광 흡수체 전체의 차광성이 저하하는 경향을 나타낸다. 또한, 부분흡광층(14)의 두께가 20nm보다 클 경우에는 그 자체의 표면에서 반사하는 광의 반사율이 증대하여 광 흡수체 전체의 반사율이 증대한다. 한편, 이 층의 두께가 3nm보다 작을 경우에는 차광층(12)에서의 반사광을 충분히 흡수할 수 없게 되어 광 흡수체 전체의 반사율이 증대하는 경향을 나타내게 된다. 또한, 투명층(13), (15)의 두께가 68nm∼147nm의 범위에서 벗어나 작게 또는 크게 되면, 각층 경계면에서 반사하는 다중 반사광의 위상의 고르지 못한 정도가 커져, 적층 구조막안에서의 광의 다중간섭에 의한 반사율 저감효과가 감소하고, 광 흡수체 전체의 반사율이 증대하는 경향을 나타내게 된다.

[제2 실시형태]

본 발명의 광 흡수체의 구성의 별도의 예를, 제6도를 참조하면서 설명한다. 이 광흡수체는 기판(61)상에, 두께가 68nm∼147nm의 투명층(62), 두께가 3∼20nm이고 굴절율과 흡수계수와의 곱이 2이상이 되는 물질에 의해 구성되는 제1 광 흡수층(부분 흡광층)(63), 두께가 68nm∼147nm의 투명층(64), 실질적으로 입사광을 차폐하는 제2 광 흡수층(차광층)(65), 두께가 68nm∼147nm의 투명층(66), 두께가 3∼20nm이고 굴절율과 흡수계수와의 곱이 2이상이 되는 물질에 의해 구성되는 제3 광 흡수층(부분 흡광층)(67) 및 두께가 68nm∼147nm의 투명층(68)을, 이 순서로 형성한 구성을 가진다. 이 구성예에 있어서도, 차광층(65)은 바람직하게는 두께 40nm∼200nm의 Cr등으로 이루어지는 층이다. 투명층(62), (64), (66), (68)은 바람직하게는 굴절율이 2.0이하, 더욱 바람직하게는 굴절율이 1.5이하의 층이고, 구체적으로는 SiO₂및 MgF₂에서 선택되는 적어도 1개의 물질로 이루어지는 층인 것이 바람직하다. 부분 흡광층(63), (67)은 가장 바람직하게는 Cr로 이루어지는 층이다. 이 구성에 있어서의 각층의 작용이나 두께 한정의 이유는 상술한 구성예와 마찬가지인데, 이 구성예에 있어서는 투명기판(61)과 차광층(65)과의 사이에 형성된 투명층(62)/ 부분 흡광층(63)/ 투명층(64)으로 이루어지는 적층막에 의해 투명기판(61)측에서의 입사광에 대해서도 충분한 차광성과 작은 반사율이 나타나게 된다.

또한, 상기 실시형태에 도시한 상기 광 흡수체에 있어서는 각 투명막의 두께가 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 다수의 실질적으로 투명한 막을 상호 동일 성막조건에 의해 성막할 수 있으므로, 제조시의 공정 관리가 용이해진다.

또한, 상술한 어느 구성에 의한 광 흡수체에 있어서도, 최상층(최외측층)으로써 반사방지막을 더 부가해도 상관없다. 반사방지막으로써는 종래부터 공지된 것을 사용하는 것이 가능한데, A1₂O₃막, TiO₂막, MgF₂막 및 SiO₂막에서 선택되는 어느 막 또는 2이상의 막으로 이루어지는 적층막이 바람직하다.

또한, 상기 광 흡수체를 구성하는 각층은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 각종 증착법, CVD법, 스퍼터링법 등의 종래부터 공지된 성막방법에 의해 제작할 수 있다. 또한, 상기 기판으로써도, 특별히 한정되지 않고, 각종 유리, 세라믹, 금속, 플라스틱 등으로 이루어지는 기판을 이용할 수 있다.

[제3 실시형태]

제11도는 본 발명의 광 흡수체를 이용한 광 디스크장치의 개략을 도시하는 도면이다. 반도체 레이저(111)에서 출사한 광은 빔 스플리터(112)를 통과하고, 반사소자(113)로 반사되며, 렌즈(114)를 통과하여 광 디스크 기판(115)상에 집광한다. 집광한 광은 반사하여 다시 렌즈(114), 반사소자(113)를 통하여 빔 스플리터(112)에 도달하고, 광 검출기(116)로 인도되어 신호가 검출된다.

그러나, 반도체 레이저(111)에서 출사한 광은 제11도에도 도시되는 바와같이 발산하면서 출사하기 때문에, 광의 일부는 빔 스플리터(112)의 표면에서 반사하여 광 검출기에 도달하여 신호검출에 커다란 영향을 미친다.

또한, 반사소자(113)에 도달한 광의 일부는 표면을 통과하고, 이면에 도달하여 일부 반사하는데, 반사한 광은 표면을 통과하여 최종적으로 광 검출기에 도달한다. 이것도 상기와 같은 광 검출기(116)로 검출하는 신호의 S/N을 나쁘게 하는 원인이 되고, 이와 같은 노이즈광은 제로가 요구된다.

노이즈광을 없애기 위해서는 반사방지막을 빔 스플리터(112)의 표면이나 반사소자(113)의 이면에 코트하여 반사광을 억제하는 방법이 생각되어지는데, 종래의 반사방지막에서는 반사광은 억제되지만, 잔존하는 반사광이 광 디스크 장치내에 존재하는 그 이외의 광학소자나 그 이외의 기계부품에 조사되어 미광(迷光)등이 되어 다시 광 검출기에서 노이즈로써 검출되어 버린다.

본 발명의 광 흡수체를 빔 스플리터(112)상의 피막(117)이나 반사소자상의 피막(118)으로써 설치함으로써, 미광이 억제된 매우 유용한 광 디스크 장치를 실현할 수 있다.

[제4 실시형태]

제12도에 본 발명의 광 흡수체를 구비한 CCD의 개략도를 도시한다.

121이 화상정보광(126)의 광량을 검출하는 포토 디텍터, 122가 검출한 신호를 전송하기 위한 폴리실리콘, 123이 폴리실리콘에 화상정보광(126)이 조사되지 않도록 광을 차단하기 위한 금속막, 124가 포토 디텍터 등을 보호하기 위한 SiN으로 이루어지는 보호막, 125가 광 흡수체이다.

광 흡수체(125)가 없는 경우 화상정보광(126)의 대부분은 포토 디텍터(121)에 도달하지만, 일부는 금속막(123)에 도달한다. 일반적으로 금속층(123)은 알루미늄등의 고반사율 물질로 실현되기 때문에, 금속막(123)에 도달한 광의 대부분은 반사한다. 반사한 광은 미광이 되어 그 일부는 다른 화소의 포토 디텍터등에 도달한다. 이 노이즈광은 화상에 문제가 될 수 있는 만큼 적게 하는 것이 요구되어진다.

그래서, 보호막(124)상에 본 발명의 광 흡수체(125)를 구비한 CCD의 구조로 한다. 보호막상에 형성하므로, 기존의 프로세스를 그대로 유용할 수 있는 제조상의 메리트도 발생한다. 이와 같은 구성으로 하면, 광 흡수체에 의해 반사광량이 현저하게 저감할 수 있기 때문에, 노이즈광이 적은 고품위의 CCD를 실현할 수 있다.

또한, 제13도에 도시하는 바와 같이, 광 흡수체(125)를 형성하는 대신에, 제12도의 금속막(123)을 본 발명의 광 흡수체에 치환해도 된다. 즉, 금속막(123)을 차광층(131), 투명층(132), 광 흡수층(133) 및 투명층(134)으로 이루어지는 적층막으로 치환한다. 이와같은 구조를 이용함으로써, 폴리실리콘에의 차광성을 만족함과 동시에 입사한 광을 거의 흡수하고, 반사광을 거의 발생하지 않는 본 발명의 광 흡수체의 특징이 활용된다. 이 실시양태에 있어서는, 133의 재료로서 Mo, Ti, Ta등의 실리사이드 또는 질화물 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 이들 물질은 예를들면 스퍼터링법에 의해 형성된다. 또한, 132, 134의 투명층은 상술한 투명층에 바람직한 물질 이외, 예를 들면 SiON, SiN을 이용하는 것도 바람직하다. 이들 물질은 예를 들면 CVD법으로 형성된다.

또한, 제14도에 도시한 바와같이, 제12도의 금속막(123)을 제2 실시형태와 같은 막 구조(투명층(140), 광 흡수층(141), 투명층(142), 차광층(143), 투명층(144), 광 흡수층(145), 투명층(146))으로 해도 광 흡수체의 상하 양방향에서 입사하는 광을 흡수하여 불필요한 반사광을 억제하는 효과가 발생한다. 제13도의 구조에 비해 투명층(140)이 전달된 광 흡수체의 하측방향에서 입사하는 광도 본 구조에서는 흡수할 수 있기 때문에, 더욱 성능을 향상시킬 수 있다.

[제5 실시형태]

제15도에 본 발명의 광 흡수체를 구비한 예를들면 액정표시장치등의 표시장치에 응용될 수 있는 컬러 필터가 붙은 기판의 단면도를 도시한다. 이것은 액정 셀에서 나온 광에 칼라필터의 흡수성을 이용하여 컬러화를 행하는 소자인데, 액정 셀에서 출사한 광중, 컬러 필터를 통하지 않는 여분의 광을 컷트하거나, 또 조명광 등의 외부광이 반사하여 콘트라스트가 저하하지 않도록 컬러 필터의 경계 부분에 이용하는 것이다.

제15도에 있어서, 151이 기판, 152∼154가 적색, 녹색, 청색의 컬러필터, 155가 보호막, 156이 액정 구동 전극용의 투명 도전막, 157이 광 흡수체이다.

본 발명의 광 흡수체(157)는 기판(151)상에 형성했는데, 컬러 필터(152), (153), (154)상이어도 상관없다.

본 발명의 광 흡수체를 이용함으로써, 액정 셀에서의 광을 차단할 수 있음과 동시에, 예를 들면 방의 조명광이 광 흡수체에서 반사하여 표시장치의 감각자의 눈에 들어가는 것을 막기 때문에 유용하다. 본 발명의 광 흡수체는 액정표시장치에 한정되지 않고, 화상 표시장치 전반에 유용하다.

[실시예 1]

제1도와 같은 단면구성을 가지는 광 흡수체를 제작했다. 본 실시예에서는 기판(11)으로써 광학 유리인 BSC(HOYA주식회사제 ; 상품명)을 차광층(12) 및 광 흡수층(14)로써 크롬막을, 투명층(13), (15)으로써 이산화 규소막을 사용했다. 표 1에 이 광 흡수체를 구성하는 각 층의 물질과 막두께(광학적 막 두께)를 실제의 적층순으로 도시한다. 또한, 크롬막 및 이산화규소막은 모두 EB(Electron Beam) 증착법을 이용하여 성막했다.

제1층의 크롬막(12)은 주로 기판 상방의 외부공간에서 기판으로 입사하려는 광을 차단하는 기능을 가지는 막이고, 두께를 40nm으로 함으로써, 외부공간에서 기판으로 입사하려는 광을 실질적으로 거의 차폐한다. (기판에 도달하는 광을 실질적으로 0으로 한다). 또한, 제3층의 크롬막(14)은 주로 제1층의 크롬막(12)에서 반사한 반사광이 차광막의 외부로 나가는 것을 억제하는 기능을 가지는 막이고, 두께를 5nm으로 함으로써, 그 자체는 광을 그다지 반사하지 않고 막 안으로의 흡수가 커지도록 하고, 제1막의 크롬막의 표면에서 반사된 광이 이에 효과적으로 흡수되도록 한다. 그리고, 크롬막사이의 층(13) 및 최외측 층(15)으로써 실질적으로 투명한 두께 113nm의 이산화규소막을 설치함으로써, 각 층을 투과하는 투과광과 인접하는 층 경계면에 있어서의 반사광이 다중 간섭하여 막 전체에서의 반사광이 충분히 저감되도록 한다. 또한, 2층의 이산화규소를 동일 막두께로 한 것은 광 흡수체의 제조공정에 있어서, 이산화규소막의 성막조건을 동일하게 하여 광 흡수체의 제조시의 공정관리등을 용이하게 하기 위함이다.

제2도 및 제3도는 이 광 흡수체의 각각 광선 투과율의 파장특성과 반사율의 파장특성을 도시한 도면이다. 또한 이들 특성은 제1도에 있어서의 최외층인 투명층(15)의 상방에서 이 투명층(15)표면에 입사각도가 0° 로 입사하는 광에 대해 측정된 것이다.

제2도 및 제3도에 의해 본 실시예에서 제작한 광 흡수체는 투과율 및 반사율(가시광 투과율 및 가시광 반사율)이 모두 1%이하이고, 종래 알려진 광 흡수체에 비해 매우 양호한 광학특성을 도시하는 것을 알 수 있다.

제4도 및 제5도는 이 광흡수체의 광의 입사각도에 대한 투과율 특성과 반사율 특성을 각각 도시한 것이다(가시광 투과율 및 가시광 반사율). 이들 도면에서 이러한 광 흡수체는 특정의 입사각도로 입사하는 광에 대해서만 양호한 광학특성을 나타낼 뿐만 아니라 다양한 입사각도로 입사하는 광에 대해서도 양호한 광학특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 이 광 흡수체는 제5도에 도시한 바와같이, 0° ∼60° 라는 광범위의 입사각의 범위에 대해 반사율이 약5%이하로 되어 있다. 이와같은 성질은 각종 광 디바이스에 있어서의 광 흡수체로써 사용하는데 있어 매우 유용한 특징이다.

제1층의 크롬막(12)의 막 두께를 다른층의 두께를 상기와 같은 두께로 고정한 상태이고, 40nm이상으로 해도 같은 결과를 얻을 수 있었다. 한편 제1층의 크롬막(12)의 두께를 40nm보다 작게 하면 광 흡수체 전체에 있어서의 광의 투과율이 상승하는 경향을 나타냈다. 이로부터 제1층의 크롬막(12)의 막 두께는 40nm이상이 바람직하고, 광 흡수체 전체의 두께 및 제조 코스트 등을 고려하면, 제1층의 크롬막(12)의 막 두께는 40∼200nm가 더욱 바람직한 것이 확인되었다.

제3층의 크롬막(14)의 막 두께를 다른층의 두께를 상기와 같은 두께로 고정한 상태에서 4∼10nm의 범위로 해도 같은 효과를 얻을 수 있었다. 한편, 제3층의 크롬막(14)의 두께를 10nm보다 크게 하면, 이에 따른 광 흡수체에 입사하는 광에 대한 반사율이 상승하여 광 흡수체 전체에 있어서의 반사율이 증대하는 경향을 나타내고, 4nm보다 작게하면 제1층의 크롬막(12)에서의 반사광을 흡수하는 효과가 저하하여 광 흡수체 전체에 있어서의 광의 반사율이 증대하는 경향을 나타냈다. 이로 부터 제3층의 크롬막(14)의 막두께는 4∼10nm으로 하는 것이 바람직하다는 것이 확인되었다.

또한, 제2층의 이산화규소막(13) 및 제4층의 이산화규소막(15)의 두께를, 다른층의 두께를 상기와 같은 두께로 고정하여 이들 제2층의 이산화규소막(13) 및 제4층의 이산화규소막(15)의 두께를 68-147nm의 범위내로 변경해도 같은 결과를 얻을 수 있었다. 한편 이들 이산화규소막(13), (15)의 두께를 147nm보다 크게한 경우, 또는 68nm보다 작게 한 경우는 모두 반사율이 커지는 결과가 되었다. 이로부터 제2층의 이산화규소막(13) 및 제4층의 이산화규소막(15)의 두께를 68∼147nm의 범위로 하는 것이 바람직하다는 것이 확인되었다.

또한, 이산화규소막(13), (15)을 불화 마그네슘막으로 변경하고, 그 막두께를 68∼147nm의 범위내에서 변경한 바, 상기와 같은 바람직한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 불화 마그네슘막 이외에 알루미나 등의 다른 투명 유전체 물질로 이루어지는 막에 대해서도 검토한 바, 그 결과의 정도는 이산화규소막이나 불화 마그네슘막을 이용한 광 흡수체의 경우보다 작지만, 상술한 종래의 광 흡수체보다 양호한 광학특성을 얻을 수 있었다.

[실시예 2]

제6도와 같은 단면구성을 가지는 광 흡수체를 제작했다. 본 실시예에서는 실시예 1과 같고, 기판(61)으로써 광학 유리인 BSC7(HOYA주식회사製, 상품명)를 차광막(65) 및 광 흡수막(62), (67)으로 하여 크롬막을, 투명막(62), (64), (66), (68)로써 이산화규소막을 사용하고, 크롬막 및 이산화규소막은 모두 EB 증착법을 이용하여 성막했다.

실시예 1에 의한 광 흡수체는 제1도에 있어서의 기판상방의 공간에서 기판으로 입사하려는 광, 즉 기판의 광 흡수체를 설치한 측의 공간에서 기판으로 입사하려는 광을 차광하고, 또한, 광 흡수체에 의한 광의 반사율을 저감화하는 광 흡수체인데, 실시예 2에 의한 광 흡수체는 또한 기판하방의 공간에서 기판으로 입사하려는 광, 즉 기판의 광 흡수체를 설치하지 않은 측의 공간에서 기판을 투과하여 광 흡수체로 입사하는 광을 차광하고, 기판의 하방으로 반사하는 광의 반사율을 저감화하는 광 흡수체이다. 각층의 막 두께(광학 막 두께)를 표 2에 도시한다.

이 광 흡수체에서는 제4층의 크롬막(65), 제5층의 이산화규소막(66), 제6층의 크롬막(67) 및 제7층의 이산화규소막(68)으로 이루어지는 적층막이 실시예 1의 적층막과 실질적으로 동일의 적층구성을 가지고, 이 적층막에 의해 기판(61)의 상방에서 기판으로 입사하려는 광이 차광되고, 또한, 광 흡수체에 의한 기판(61)의 상방으로의 광의 반사율이 저감된다. 또한, 제4층의 크롬막(65), 제3층의 이산화규소막(64), 제2층의 크롬막(63) 및 제1층의 이산화규소막(62)으로 이루어지는 제4층보다 아래의 적층막도 실시예 1의 적층막과 실질적으로 동일의 적층구성을 가지고, 이 적층막에 의해 기판(61)의 하방에서 입사하는 광이 차광되고, 또한 광 흡수체에 의한 기판(61)의 하방으로의 광의 반사율이 저감된다.

제7도, 제8도는 이 광 흡수체의 기판의 상방에서 기판으로 입사하는 광에 대한 투과율의 파장특성과 반사율의 파장특성을 도시한 도면이다. 또한, 이들 특성은 제6도에서의 제8층의 이산화규소막(68)표면에 입사각도가 0° 로 입사하는 광에 대해 측정된 것이다. 이들 도면에서 이러한 광 흡수체는 기판의 상방에서의 광에 대한 그 투과율 및 반사율이 모두 1%이하라는 매우 양호한 광학특성을 나타내는 것을 알수 있다. 또한 제9도, 제10도는 이 광 흡수체의 기판의 하방에서 기판으로 입사하는 광에 대한 투과율의 파장특성과 반사율의 파장특성을 도시한 도면이다.

또한, 이들 특성은 기판(61)표면에 입사각도가 0° 로 입사하는 광에 대해 측정된 것이다. 이들 도면에서 이러한 광 흡수체는 기판의 하방에서의 광에 대해서도 그 투과율 및 반사율이 충분히 작은 양호한 광학특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

또한, 본 실시예에 의한 광 흡수체에 대해서도 실시예 1에 의한 광흡수체와 마찬가지로 각층의 두께를 변경하여 그 광학특성을 조사했는데, 실시예 1에 의한 광 흡수체의 그것과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 어느 이산화규소막(62), (64), (66), (68)에 대해서도 바람직한 두께는 68∼147nm이고, 제4층의 크롬막(65)의 바람직한 두께는 40∼200nm이며, 제2층 및 제6층의 크롬막(63), (67)의 바람직한 두께는 4~10nm이었다. 또한, 실시예 1에 의한 광 흡수체와 마찬가지로, 이산화규소막을 불화 마그네슘막으로 치환해도 양호한 결과가 얻어지고, 알루미나 등의 다른 투명 유전체 물질로 이루어지는 막으로 치환한 경우는 그 효과의 정도는 이산화규소막이나 불화 마그네슘막을 이용한 광 흡수체의 경우보다 작은데, 상기한 종래의 광흡수체보다 양호한 광학특성이 얻어졌다.

또한, 상기 실시예에서는 4층 구성의 광 흡수체와 7층 구성의 광 흡수체에 대해 설명했는데, 본 발명의 기술사상을 일탈하지 않는 범위에서 다른 층수의 광 흡수체를 구성할 수 있는 것은 말할 것도 없다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 입사광을 차폐하기 위한 차광층과, 이 차광층보다 상기 입사광의 입사측에 형성된 광 흡수층과, 이 광 흡수층과 상기 차광층과의 사이에 형성된 투명층을 포함하는 다층막을 기판상에 형성한 것을 특징으로 하는 광 흡수체로 함으로써, 차광성을 가지고, 반사율이 저감된 광 흡수체로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 투명층과 광 흡수층을 번갈아 각 2층 이상 적층하고, 상기 광 흡수층에 의해 입사광을 실질적으로 차폐함과 동시에, 상기 광 흡수층에 의한 입사광의 반사를, 이 광 흡수층보다도 상기 입사광의 입사측에 있는 광 흡수층에 의한 흡수에 의해 저감시키고, 또한, 상기 입사측에 가장 가까운 광 흡수층을, 굴절율과 흡수계수의 곱이 2이상인 물질에 의해 구성한 두께 3~20nm의 층으로 하는 다층막을 기판상에 형성한 것을 특징으로 하는 광 흡수체로 함으로써, 차광성을 가지고, 반사율이 저감된 광 흡수체로 할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 입사광을 차폐하기 위한 차광층과, 이 차광층보다도 상기 입사광의 입사측에 배치된 투명층과 광 흡수층을 이 순서로 (2n+1)층(n은 1이상의 정수)만큼 적층한 적층막을 포함하고, 상기 차광층에 의한 입사광의 반사를 상기 광 흡수층에 있어서의 흡수와 상기 적층막안에서의 광 간섭효과에 의해 감쇠시킴으로써 상기 입사광의 반사율을 저감한 것을 특징으로 하는 광 흡수체로 하여, 차광성을 가지고, 반사율이 저감된 광 흡수체로 할 수 있다.

또한, 예를들면, 입사광과 반사광의 다중 간섭효과를 이용하는 본 발명의 광흡수체의 바람직한 양태에 의하면 더욱 광학특성을 양호하게 하는 것이 가능해진다.

본 발명의 광 흡수체는 각종 광 디바이스의 광 흡수체로써 유효하게 이용할 수 있는 것으로써, 각종 광학기기의 성능향상에 유리하다. 본 발명의 광 흡수체는 기본적으로 넓은 범위의 입사각도로 입사하는 광에 대해서도 양호한 광학특성을 나타내므로, 각종 광 디바이스의 광 흡수체로써 광범위하고 유효하게 이용할 수 있다.

Claims

입사광을 차폐하기 위한 것으로 두께가 40nm이상인 차광층과, 이 차광층보다도 상기 입사광의 입사측에 형성된 광흡수층과, 이 광흡수층과 상기 차광층과의 사이에 형성된 투명층을 포함하며, 상기 광흡수층은 굴절율과 흡수계수와의 곱이 2이상이고, 실리사이드 또는 질화물 재료로 구성되는 다층막을 기판상에 형성한 것을 특징으로 하는 광흡수체.
제1항에 있어서, 상기 광 흡수층은 SiC, WSi₂, TiN, SiGe, TiSi₂, CrSi₂, MoSi₂, FeSi₂, CoSi₂, NiSi₂, CrN 및 Mo₂N에서 선택되는 적어도 1개의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 흡수체.
제1항에 있어서, 상기 광흡수층의 두께는 3nm∼20nm인 것을 특징으로 하는 광 흡수체.
제1항에 있어서, 상기 투명층이 굴절율은 2.0이하의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 흡수체.
제4항에 있어서, 상기 투명층은 SiO₂및 MgF₂에서 선택되는 적어도 1개의 물질에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 광 흡수체.
제1항에 있어서, 상기 투명층의 두께가 68nm∼147nm인 것을 특징으로 하는 광 흡수체.
제1항에 있어서, 상기 다층막을 투과하는 투과광과, 상기 다층막안의 각층 경계면에서의 반사광이 관여하는 광 간섭효과에 의해 상기 입사광의 반사를 더욱 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 광 흡수체.
제1항에 있어서, 상기 차광층은 Cu, Cr, Mo, Fe, Ni, 무정형 Si, SiC, Ge, WSi, Ti, TiN, Ta, TiW, Co, SiGe, TiSi₂, CrSi₂, MoSi₂, FeSi₂, CoSi₂, NiSi₂, CrN 및 Mo₂N에서 선택되는 적어도 1개의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 흡수체.
제1항에 있어서, 상기 다층막은 상기 입사측의 최외층에도 투명층을 구비한 것을 특징으로 하는 광 흡수체.
제1항에 있어서, 상기 입사광에 대한 반사율은 가시광역에 있어서 5%이하인 것을 특징으로 하는 광 흡수체.
제1항에 있어서, 상기 입사광에 대한 투과율은 가시광역에 있어서 1%이하인 것을 특징으로 하는 광 흡수체.
입사광을 차폐하기 위한 차광층과, 이 차광층보다도 상기 입사광의 입사측에 배치된, 투명층과 광 흡수층을 이 순서로 (2n+1)층만큼 적층한 적층막으로서, 상기 차광층의 두께를 40nm 이상으로 하고, 상기 광흡수층을 굴절율과 흡수계수와의 곱이 2이상으로 되고 실리사이드 또는 질화물 재료로 구성하고, 상기 차광층에 의한 입사광의 반사를 상기 광 흡수층에서의 흡수와 상기 적층막안에 있어서의 광 간섭효과에 의해 감쇠시키는 적층막을 기판상에 형성한 것을 특징으로 하는 광 흡수체. 다만 n은 1이상의 정수.
기판상에, 입사광을 차폐하기 위한 것으로 막 두께가 40nm이상인 차광층, 두께가 68nm~147nm의 투명층, 두께가 3∼20nm이고 굴절율과 흡수계수와의 곱이 2이상이 되는 실리사이드 또는 질화물 재료로 구성되는 광 흡수층, 및 두께가 68nm∼147nm의 투명층을 이 순서로 형성한 것을 특징으로 하는 광 흡수체.
투명 기판상에 두께가 68nm∼147nm인 투명층, 두께가 3∼20nm이고 굴절율과 흡수계수와의 곱이 2이상이 되는 실리사이드 또는 질화물 재료로 구성되는 광 흡수층, 두께가 68nm~147nm인 투명층, 입사광을 차폐하기 위한 막두께가 40nm 이상인 차광층, 두께가 68nm∼147nm인 투명층, 두께가 3∼20nm이고 굴절율과 흡수계수와의 곱이 2이상이 되는 실리사이드 또는 질화물 재료로 구성되는 흡수층 및 두께가 68nm∼147nm인 투명층을, 이 순서로 형성한 것을 특징으로 하는 광 흡수체.
제1항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서, 광 흡수체를 구비한 것을 특징으로 하는 광학기기.
제15항에 있어서, 광이 투과 또는 반사하는 광 부품을 구비하고, 이 광 부품에 도달하는 불필요한 광을 상기 광 흡수체에 의해 저감하는 것을 특징으로 하는 광학기기.
제16항에 있어서, 상기 광 흡수체와 상기 광 부품이 기판을 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 광학기기.