TWI676853B - 濾光片 - Google Patents

Abstract

一種濾光片包括光吸收部以及濾光層。光吸收部包括至少一種紫外光吸收材料，其中上述紫外光吸收材料的任一種在紫外光波段中的最大吸收波長介於365奈米至380奈米之間。濾光層形成於光吸收部上。濾光片的紫外光截通波長介於404奈米至419奈米之間。濾光片在波長350奈米至395奈米範圍內的平均穿透率小於2%，且在波長430奈米至450奈米範圍內的平均穿透率大於87%。

Description

濾光片

本發明是有關於一種光學元件，且特別是有關於一種濾光片。

目前很多電子裝置，例如智慧手機，已具有影像感測器（image sensor），而現有影像感測器內的晶片（chip）大多是互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）或感光耦合元件（Charge-Coupled Device，CCD）。互補式金屬氧化物半導體與感光耦合元件兩者的響應波長（wavelenghth of response）涵蓋到紫外光，所以一般影像感測器會加裝濾光片以濾除不必要的紫外光，避免紫外光對影像感測器所擷取的影像色彩產生不利影響。由此可知，濾光片的好壞足以左右影像感測器的影像品質。

本發明提供一種濾光片，其能濾除紫外光，以幫助降低紫外光對影像感測器的影像品質所產生的不良影響。

本發明所提供的濾光片包括光吸收部以及濾光層。光吸收部包括至少一種紫外光吸收材料，其中上述紫外光吸收材料的任一種在紫外光波段中的最大吸收波長介於365奈米至380奈米之間。濾光層形成於光吸收部上。濾光片的紫外光截通波長（ultraviolet cut-on wavelength）介於404奈米至419奈米之間，而濾光片在波長350奈米至395奈米範圍內的平均穿透率小於2%，且在波長430奈米至450奈米範圍內的平均穿透率大於87%。

在本發明一實施例中，上述紫外光吸收材料選自於由雜環（heterocycle）與酚基（phenolic group）所組成的群組，而雜環皆含有氧原子與氮原子其中至少一種。

在本發明一實施例中，紫外光吸收材料在紫外光波段中的最大吸收波長介於369奈米至379奈米之間。

在本發明一實施例中，上述紫外光吸收材料的固含量介於0.2%至0.27%之間。

在本發明一實施例中，上述紫外光吸收材料的固含量介於16%至23%之間。

在本發明一實施例中，上述紫外光吸收材料有多種，並包括第一紫外光吸收材料及第二紫外光吸收材料。第一紫外光吸收材料的最大吸收波長大於第二紫外光吸收材料的最大吸收波長。

在本發明一實施例中，上述第一紫外光吸收材料及第二紫外光吸收材料之間的重量比介於0.14至0.64之間。

在本發明一實施例中，上述光吸收部還包括透明基板以及黏著層。黏著層形成於透明基板上，並黏合紫外光吸收材料與透明基板，其中黏著層具有疏水性，而紫外光吸收材料具有親水性。

在本發明一實施例中，上述透明基板為用於吸收紅外光的藍玻璃板。

在本發明一實施例中，上述透明基板的材料包括玻璃與樹脂其中至少一種。

在本發明一實施例中，上述光吸收部還包括紅外光吸收層，其形成於透明基板上。

在本發明一實施例中，上述紅外光吸收層與紫外光吸收材料未接觸該透明基板。

在本發明一實施例中，上述光吸收部還包括透光層。濾光層形成於透光層上，而紫外光吸收材料分布於透光層內。

在本發明一實施例中，上述光吸收部還包括紅外光吸收材料，而紅外光吸收材料分布於透光層內。

在本發明一實施例中，上述濾光片的紅外光截通波長介於615奈米至635奈米之間。

在本發明一實施例中，上述濾光片在波長700奈米至725奈米範圍內的平均穿透率小於2%。

在本發明一實施例中，上述濾光片在波長700奈米至1200奈米範圍內的平均穿透率小於1%。

在本發明一實施例中，上述濾光片還包括抗反射層。抗反射層形成於光吸收部上。

在本發明一實施例中，上述抗反射層為多層膜。

在本發明一實施例中，上述濾光層為多層膜。

基於上述，本發明採用光吸收部與濾光層來濾除紫外光，而本發明的濾光片在波長350奈米至395奈米範圍內的平均穿透率小於2%，且在波長430奈米至450奈米範圍內的平均穿透率大於87%，其中濾光片的紫外光截通波長介於404奈米至419奈米之間。因此，本發明的濾光層能有效濾除，進而幫助降低紫外光對影像感測器的影像品質所產生的不良影響。

為讓本發明上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1A是本發明一實施例的濾光片的剖面示意圖。請參閱圖1A，濾光片100a包括濾光層110、光吸收部120a以及抗反射層130。濾光層110形成於光吸收部120a上，並且可以是多層膜，所以濾光層110可包括多層彼此堆疊的透明膜層，並利用光干涉（optical interference）來達到濾光的功能。抗反射層130形成於光吸收部120a上，而光吸收部120a可位於濾光層110與抗反射層130之間。抗反射層130能減少對光線的反射，以供大部分光線穿透，其中抗反射層130可以是多層膜（如圖1A所示）或是次波長結構（sub-wavelenghth structure）。

光吸收部120a包括至少一種紫外光吸收材料，因此光吸收部120a能吸收紫外光，以濾除紫外光。任一種紫外光吸收材料在紫外光波段中的最大吸收波長介於365奈米至380奈米之間，例如介於369奈米至379奈米之間。在圖1A所示的實施例中，光吸收部120a僅包括單一種紫外光吸收材料121a，其最大吸收波長大約可為377奈米，但在其他實施例中，光吸收部120a可包括至少兩種紫外光吸收材料，所以光吸收部120a不限定只包括單一種紫外光吸收材料121a。

光吸收部120a還可以包括黏著層122以及透明基板123。紫外光吸收材料121a與黏著層122皆形成於透明基板123上，而黏著層122黏合紫外光吸收材料121a與透明基板123，其中黏著層122位於紫外光吸收材料121a與透明基板123之間，並且可接觸紫外光吸收材料121a與透明基板123，而紫外光吸收材料121a可以不接觸透明基板123。透明基板123的材料可包括玻璃與塑膠其中至少一種。例如，透明基板123可以是塑膠板或玻璃板，其中玻璃板例如是能吸收紅外光的藍玻璃板，而塑膠板可以是由聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate，PMMA，也就是壓克力）所製成。或者，塑膠板可由樹脂所製成，即透明基板123可包括樹脂。此外，透明基板123也可以是由至少一塊玻璃板與至少一塊塑膠板疊合而成，所以透明基板123的材料可包括玻璃與塑膠。

黏著層122具有疏水性，而紫外光吸收材料121a具有親水性。例如，黏著層122可以是疏水氧化矽溶凝膠、疏水環氧樹脂或疏水聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）樹脂（以下簡稱：疏水PC樹脂）。所以，黏著層122與紫外光吸收材料121a之間能形成明顯的界面（boundary）。黏著層122的疏水性以及紫外光吸收材料121a的親水性也能促使濾光片100a的穿透光譜（transmissive spectrum）在其紫外光截通波長處的斜率變的較為陡斜，進而有助於提升濾光片100a的濾光效果。此外，特別說明的是，本說明書在此所述的截通波長（不論是紫外光截通波長以及後續所述的紅外光截通波長）乃是指濾光片在其穿透率為50%時所對應的波長。換句話說，當某一光線的波長為濾光片的截通波長時，濾光片對應此光線的穿透率基本上是50%。

紫外光吸收材料121a選自於由雜環與酚基所組成的群組，其中此雜環含有氧原子與氮原子其中至少一種。也就是說，雜環可含有氧原子與氮原子。或是，雜環可以含有氧原子或氮原子。紫外光吸收材料121a可以是膜層（layer），並可由塗佈及乾燥此紫外光吸收液而形成，其中塗佈此紫外光吸收液的方法可採用浸塗、鑄塗（casting）、噴塗（spraying）、旋塗（spin coating）、珠塗、棒塗以及刮刀塗佈其中至少一種。此外，上述紫外光吸收液含有紫外光吸收染料與溶劑，其中溶劑可為有機液體，並可選用酮類、醚類、酯類、醇類、醇-醚類、碳氫化合物類以及松烯類其中至少一種。

濾光片100a可依據紫外光吸收材料121a不同的固含量而具有不同的穿透率與紫外光截通波長，如以下表（一）所示的樣品A1至樣品A3。 表（一）

	樣品A1	樣品A2	樣品A3
紫外光吸收材料121a的固含量（%）	0.20	0.24	0.27
膜厚	100	100	100
波長430~450奈米的平均穿透率（%）	90.1	89.0	88.5
波長350~395奈米的平均穿透率（%）	1.96	1.30	0.57
紫外光截通波長（奈米）	414	414	415

從以上表（一）來看，當紫外光吸收材料121a的固含量介於0.2%至0.27%之間時，濾光片100a的紫外光截通波長介於414奈米至415奈米之間；濾光片100a在波長350奈米至395奈米範圍內的平均穿透率小於2%，例如介於0.57%至1.96%之間；而濾光片100a在波長430奈米至450奈米範圍內的平均穿透率大於87%，例如介於88%至91%之間。由此可知，濾光片100a能有效濾除紫外光（例如波長350奈米至395奈米），並讓大部分的可見光（例如波長430奈米至450奈米）穿透。如此，濾光片100a能有效地濾除紫外光，以幫助降低紫外光對影像感測器的影像品質所產生的不良影響。

值得一提的是，由於濾光層110是利用光干涉來濾光，因此濾光層110的穿透率會隨著不同的入射角而改變，以至於濾光層110難以濾除沿著較大入射角入射的紫外光。然而，紫外光吸收材料121a能吸收紫外光，所以包括紫外光吸收材料121a的光吸收部120a能吸收沿著較大入射角入射的紫外光。因此，當紫外光沿著較大入射角入射於濾光片100a時，光吸收部120a也能濾除此紫外光。如此，濾光片100a能不受紫外光入射角的改變而降低濾光效果。

圖1B是本發明另一實施例的濾光片的剖面示意圖。請參閱圖1B，圖1B所示的濾光片100b與圖1A所示的濾光片100a相似。例如，濾光片100a與100b兩者功效相同，且也包括相同的元件，像是濾光層110以及抗反射層130。不過，有別於圖1A的濾光片100a，濾光片100b的光吸收部120b包括多種紫外光吸收材料。以圖1B為例，光吸收部120b包括兩種紫外光吸收材料。另外，須說明的是，在其他實施例中，光吸收部120b也可包括兩種以上的紫外光吸收材料。所以，光吸收部120b不限定只能包括兩種紫外光吸收材料。

在濾光片100b中，這些紫外光吸收材料包括第一紫外光吸收材料121b與第二紫外光吸收材料121c。第一紫外光吸收材料121b與第二紫外光吸收材料121c在紫外光波段中的最大吸收波長同樣也是介於365奈米至380奈米之間，例如介於369奈米至379奈米之間。在本實施例中，第一紫外光吸收材料121b的最大吸收波長大約可為379奈米，而第二紫外光吸收材料121c的最大吸收波長大約可為375奈米。所以，第一紫外光吸收材料121b的最大吸收波長大於第二紫外光吸收材料121c的最大吸收波長。

第一紫外光吸收材料121b與第二紫外光吸收材料121c之間的重量比介於0.14至0.64之間，而濾光片100b可依據第一紫外光吸收材料121b與第二紫外光吸收材料121c兩者不同的固含量而具有不同的穿透率與紫外光截通波長，如以下表（二）所示的樣品B1至樣品B4。 表（二）

	樣品B1	樣品B2	樣品B3	樣品B4
第一紫外光吸收材料121b的固含量（%）	0	2	6	9
第二紫外光吸收材料121c的固含量（%）	20	14	14	14
膜厚	3	3	3	3
波長430~450奈米的平均穿透率（%）	91.7	90.9	89.5	87.4
波長350~395奈米的平均穿透率（%）	0.43	0.36	0.21	0.09
紫外光截通波長 （奈米）	404	410	415	419

從表（二）可看出，當第一紫外光吸收材料121b與第二紫外光吸收材料121c兩者的固含量總和介於16%至23%之間時，濾光片100b的紫外光截通波長介於404奈米至419奈米之間；濾光片100b在波長350奈米至395奈米範圍內的平均穿透率介於0.09%至0.43%之間；而濾光片100b在波長430奈米至450奈米範圍內的平均穿透率大於87%，例如介於87.4%至92%之間。

由此可知，濾光片100b對應紫外光（例如波長350奈米至395奈米）的穿透率皆低於2%，甚至低於1%，所以濾光片100b更能有效濾除紫外光，而且也能讓大部分的可見光（例如波長430奈米至450奈米）穿透。此外，須說明的是，在表（二）的樣品B1中，第一紫外光吸收材料121b的固含量為零，因此濾光片100b也可以不含有第一紫外光吸收材料121b，即濾光片100b可以只包括單一種紫外光吸收材料，即第二紫外光吸收材料121c。

圖2是本發明另一實施例的濾光片的剖面示意圖。請參閱圖2，濾光片200相似於前述實施例中的濾光片100b。例如，濾光片200與濾光片100b兩者都具有濾除紫外光的功能，並且包括相同元件：濾光層110與抗反射層130，而在濾光片200所包括的光吸收部220中，光吸收部220包括紫外光吸收材料221，其可為前述實施例中的紫外光吸收材料121a，或是彼此堆疊的第一紫外光吸收材料121b與第二紫外光吸收材料121c。

不同於圖1B中的濾光片100b，光吸收部220還包括紅外光吸收層224，其形成於透明基板123上，其中黏著層122位於紅外光吸收層224與透明基板123之間，並黏合紅外光吸收層224與透明基板123，而紅外光吸收層224可與紫外光吸收材料221彼此堆疊，並位於紫外光吸收材料221與黏著層122之間。因此，紅外光吸收層224與紫外光吸收材料221可以不接觸透明基板123。由於光吸收部220包括紫外光吸收材料221與紅外光吸收層224，因此濾光片200不僅可以濾除紫外光，而且還可以濾除紅外光，以避免紫外光與紅外光對影像感測器所擷取的影像的色彩產生不利影響。

此外，須說明的是，在本實施例中，紫外光吸收材料221位於紅外光吸收層224與濾光層110之間。然而，在其他實施例中，紅外光吸收層224與紫外光吸收材料221兩者可以互相對調，即紅外光吸收層224可位於紫外光吸收材料221與濾光層110之間。因此，圖2中的紅外光吸收層224與紫外光吸收材料221兩者位置僅供參考，並非限制紫外光吸收材料221一定要位於紅外光吸收層224與濾光層110之間。

圖3是本發明另一實施例的濾光片的剖面示意圖。請參閱圖3，濾光片300相似於前述實施例的濾光片200，而且濾光片300也包括紅外光吸收材料324以及至少一種紫外光吸收材料，所以濾光片300能濾除紫外光與紅外光。濾光片300與濾光片200兩者主要差異在於：濾光片300的光吸收部320所包括紅外光吸收材料324與至少一種紫外光吸收材料皆彼此混合並分布於單一膜層內。

具體而言，濾光片300包括光吸收部320，而光吸收部320包括紅外光吸收材料324以及兩種紫外光吸收材料，其中這些紫外光吸收材料包括第一紫外光吸收材料321a以及第二紫外光吸收材料321b，而第一紫外光吸收材料321a以及第二紫外光吸收材料321b兩者的主成分可分別相同於第一紫外光吸收材料121b以及第二紫外光吸收材料121c兩者的主成分。

此外，在圖3所示的實施例中，光吸收部320所包括的紫外光吸收材料為兩種（即第一紫外光吸收材料321a以及第二紫外光吸收材料321b），但在其他實施例中，光吸收部320所包括的紫外光吸收材料也可以只有一種或兩種以上。所以，在此強調，圖3所示的光吸收部320為舉例說明，並非限定光吸收部320只包括兩種紫外光吸收材料。

光吸收部320還包括透光層325，其例如是由高分子材料製成，其中此高分子材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，即壓克力）。濾光層110形成於透光層325上，並位於濾光層110與抗反射層130之間，如圖3所示。第一紫外光吸收材料321a、第二紫外光吸收材料321b以及紅外光吸收材料324皆分布於透光層325內。如此，光吸收部320能同時吸收紅外光與紫外光，以使濾光片300得以有效濾除紅外光與紫外光。

圖4是本發明至少一實施例的濾光片的穿透光譜示意圖。請參閱圖4，圖4所示的曲線C4代表至少一實施例中的濾光片的穿透光譜，其例如是前述實施例中濾光片100a、100b、200以及300至少一者的穿透光譜。從圖4來看，不僅可以得知濾光片（例如濾光片100a、100b、200或300）的紫外光截通波長介於404奈米至419奈米之間，而且也看出濾光片的紅外光截通波長可介於615奈米至635奈米之間。其次，從圖4也可看出濾光片在波長430奈米至450奈米範圍內的平均穿透率大於87%，以讓大部分的可見光穿透。

此外，圖4也揭示濾光片在紅外光與紫外光的穿透率。根據圖4所示，濾光片在波長350奈米至395奈米範圍內的平均穿透率小於2%，而在波長700奈米至1200奈米範圍內的平均穿透率可小於1%，其中濾光片在波長700奈米至725奈米範圍內的平均穿透率可小於2%。因此，本發明至少一實施例所提供的濾光片不僅能讓大部分的可見光穿透，而且還能有效地濾除紅外光與紫外光，進而避免紫外光與紅外光對影像感測器所擷取的影像的色彩產生不利影響。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100a、100b、200、300‧‧‧濾光片

110‧‧‧濾光層

120a、120b、220、320‧‧‧光吸收部

121a、221‧‧‧紫外光吸收材料

121b、321a‧‧‧第一紫外光吸收材料

121c、321b‧‧‧第二紫外光吸收材料

122‧‧‧黏著層

123‧‧‧透明基板

130‧‧‧抗反射層

224‧‧‧紅外光吸收層

324‧‧‧紅外光吸收材料

325‧‧‧透光層

C4‧‧‧曲線

圖1A是本發明一實施例的濾光片的剖面示意圖。 圖1B是本發明另一實施例的濾光片的剖面示意圖。 圖2是本發明一實施例的濾光片的剖面示意圖。 圖3是本發明另一實施例的濾光片的剖面示意圖。 圖4是本發明至少一實施例的濾光片的穿透光譜示意圖。

Claims (19)

1. 一種濾光片，包括：一光吸收部，包括：至少一種紫外光吸收材料，其中上述紫外光吸收材料的任一種在紫外光波段中的最大吸收波長介於365奈米至380奈米之間；一透明基板；一黏著層，形成於該透明基板上，並黏合該紫外光吸收材料與該透明基板，其中該黏著層具有疏水性，而該紫外光吸收材料具有親水性；以及一濾光層，形成於該光吸收部上；其中該濾光片的紫外光截通波長介於404奈米至419奈米之間，該濾光片在波長350奈米至395奈米範圍內的平均穿透率小於2%，且在波長430奈米至450奈米範圍內的平均穿透率大於87%。
2. 如請求項第1項所述的濾光片，其中上述紫外光吸收材料選自於由一雜環與一酚基所組成的群組，而該雜環含有氧原子與氮原子其中至少一種。
3. 如請求項第1項所述的濾光片，其中上述紫外光吸收材料在紫外光波段中的最大吸收波長介於369奈米至379奈米之間。
4. 如請求項第1、2或3項所述的濾光片，其中上述紫外光吸收材料的固含量介於0.2%至0.27%之間。
5. 如請求項第1、2或3項所述的濾光片，其中上述紫外光吸收材料的固含量介於16%至23%之間。
6. 如請求項第5項所述的濾光片，其中上述紫外光吸收材料有多種，並包括一第一紫外光吸收材料及一第二紫外光吸收材料，該第一紫外光吸收材料的最大吸收波長大於該第二紫外光吸收材料的最大吸收波長。
7. 如請求項第5項所述的濾光片，其中該第一紫外光吸收材料及該第二紫外光吸收材料之間的重量比介於0.14至0.64之間。
8. 如請求項第1項所述的濾光片，其中該透明基板為用於吸收紅外光的藍玻璃板。
9. 如請求項第1項所述的濾光片，其中該透明基板的材料可包括玻璃與樹脂其中至少一種。
10. 如請求項第1項所述的濾光片，其中該光吸收部還包括一紅外光吸收層，其形成於該透明基板上。
11. 如請求項第10項所述的濾光片，其中該紅外光吸收層與該紫外光吸收材料未接觸該透明基板。
12. 如請求項第1、2或3項所述的濾光片，其中該光吸收部還包括一透光層，而該濾光層形成於該透光層上，而該紫外光吸收材料分布於該透光層內。
13. 如請求項第12項所述的濾光片，其中該光吸收部還包括一紅外光吸收材料，而該紅外光吸收材料分布於該透光層內。
14. 如請求項第1、2或3項所述的濾光片，其中該濾光片的紅外光截通波長介於615奈米至635奈米之間。
15. 如請求項第1、2或3項所述的濾光片，其中該濾光片在波長700奈米至725奈米範圍內的平均穿透率小於2%。
16. 如請求項第1、2或3項所述的濾光片，其中該濾光片在波長700奈米至1200奈米範圍內的平均穿透率小於1%。
17. 如請求項第1項所述的濾光片，還包括一抗反射層，該抗反射層形成於該光吸收部上。
18. 如請求項第17項所述的濾光片，其中該抗反射層為多層膜。
19. 如請求項第1項所述的濾光片，其中該濾光層為多層膜。