WO2023238775A1 - 光透過窓部材及びその製造方法、プリズム、並びに電子機器 - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/36—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal
- C03C17/40—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal all coatings being metal coatings
Definitions
- the present invention relates to a light transmitting window member having a light transmitting portion, a method for manufacturing the same, a prism, and an electronic device using the light transmitting window member or the prism.
- an opening for light transmission may be provided in the housing.
- a light transmitting window member is attached to the opening of such a housing for the purpose of ensuring airtightness inside the housing.
- Patent Document 1 describes a substrate having a light transmitting portion, an anti-reflection layer provided on a portion of the main surface of the substrate excluding the outer periphery, and a portion along the outer periphery of the anti-reflection layer when viewed from above.
- An optical member including a metal layer having a frame shape is disclosed.
- the opening of the housing is sealed by attaching an optical member to the opening of the housing.
- a metal layer provided on the optical member is bonded to the housing via a bonding material such as a solder material.
- a light-transmitting window member is sometimes used by being placed on the wrist (skin) side. More specifically, the opening of the housing may be placed on the wrist (skin) side, and the light-transmitting window member may be fitted into the opening. At this time, if you try to reliably seal the opening with solder, the solder will protrude, so make sure to place the casing and the light-transmitting window member on the same plane on the surface of the wearable device closest to the wrist (skin). It is difficult to arrange the wearable terminal, and there is a possibility that a step (indentation) may be caused by arranging the base material slightly above the surface of the wearable terminal closest to the wrist (skin).
- the object of the present invention is to provide a light-transmitting window member that is excellent in usability and aesthetics and less likely to cause light loss when used in electronic devices such as wearable terminals, and a method for manufacturing the light-transmissive window member.
- Our goal is to provide prisms and electronic equipment.
- a light transmitting window member includes a plate-shaped base material having a light transmitting portion, and a metallized film provided on at least a part of a side surface of the base material, It is characterized in that a solder blocking portion is provided on at least a portion of the side surface of the material.
- a light transmitting window member according to Aspect 2 is the light transmitting window member according to Aspect 1, wherein the base material has a first main surface provided on the light incidence side and facing the first main surface, and a light transmitting window member on the light exit side. a second main surface provided thereon, the side surface connects the first main surface and the second main surface, and the metallized film is on the first main surface. may also be provided.
- the metallized film may also be provided at a corner portion connecting the first main surface and the side surface of the base material.
- the ratio of the thickness of the metallized film on the side surface to the thickness of the metallized film on the first main surface may be 0.05 or more and 1.00 or less.
- the solder blocking portion may be provided on a side surface of the base material so as to extend from the second main surface in the thickness direction.
- the solder blocking portion is provided in a portion of 5% or more and less than 100% from the second main surface in the thickness direction with respect to the entire thickness of the side surface. You can leave it there.
- the solder blocking portion is not provided with the metallized film and is constituted by a portion where the base material is exposed. Good too.
- the solder blocking portion is configured by providing an inorganic film with low wettability to solder on the surface layer of the light transmitting window member. may have been done.
- the inorganic film may be an oxide film, a nitride film, a fluoride film, or a sulfide film.
- the metallized film is in contact with the base material, and an adhesion layer containing at least one of Cr and Ti; a diffusion prevention layer provided on the adhesion layer and containing at least one member selected from the group consisting of Ni, Pt, and Pd; and a solder bonding layer containing at least one of them.
- solder is provided on the metallized film, and the solder is selected from the group consisting of Au, Sn, and In. It may contain at least one kind.
- the solder in the light transmitting window member of Aspect 12, in Aspect 11, the solder may be in the form of a ring preform or in the form of a paste.
- the planar shape of the base material may be approximately circular or approximately rectangular.
- a light transmitting window member includes a plate-shaped base material having a light transmitting portion, a metallized film that is provided on at least a portion of a side surface of the base material, and has a high wettability to solder. , and is characterized in that a solder blocking portion with low wettability to solder is provided on at least a portion of the side surface of the base material.
- a method for manufacturing a light transmitting window member includes the steps of: preparing a plate-shaped base material having a light transmitting portion; and forming a metallized film on at least part of the side surface of the base material.
- the metallized film is formed so that a solder blocking portion is provided on at least a portion of the side surface of the base material.
- Aspect 16 is a method for producing a light transmitting window member, in which, in Aspect 15, the metallization is performed by a vacuum evaporation method or a sputtering method so as to extend from a part of the main surface on the light incident side of the base material to a part of the side surface.
- a film may also be formed.
- a method for manufacturing a light transmitting window member includes the steps of: preparing a plate-shaped base material having a light transmitting portion; and at least a portion of the side surface of the base material having high wettability to solder. forming a metallized film, and when forming the metallized film, the film is formed so that a solder blocking part with low wettability to solder is provided on at least a part of the side surface of the base material. It is characterized by
- a prism according to aspect 18 of the present invention includes a prismatic base material having a bottom surface, a side surface connected to the bottom surface, and a light transmitting part, and a prism provided on at least a portion of the side surface of the base material.
- a metallized film is provided, and a solder blocking portion is provided on at least a portion of a side surface of the base material.
- a prism according to aspect 19 of the present invention includes a prismatic base material having a bottom surface, a side surface connected to the bottom surface, and a light transmitting part, and a prism provided on at least a portion of the side surface of the base material.
- a metallized film having high wettability to solder is provided, and a solder blocking portion having low wettability to solder is provided on at least a portion of the side surface of the base material.
- An electronic device includes a casing having an opening, and a light transmitting window member according to any one of Aspects 1 to 14, which is fitted into the opening of the casing. It is characterized by being prepared.
- the surface of the casing on which the opening is provided and the surface of the light-transmitting window member on the light exit side may be provided on substantially the same plane.
- a light-transmitting window member that has excellent usability and aesthetics and can prevent light loss when used in electronic devices such as wearable terminals, a method for manufacturing the light-transmitting window member, Prisms as well as electronic devices can be provided.
- FIG. 1(a) is a schematic plan view showing a light transmitting window member according to the first embodiment of the present invention
- FIG. 1(b) is a schematic cross-sectional view of a portion thereof taken along line AA. It is.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged portion of FIG. 1(b) where a metallized film is provided.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining how the light transmitting window member according to the first embodiment of the present invention is attached to the housing of an electronic device.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a first modification of the light transmitting window member according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a second modification of the light transmitting window member according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a graph showing optical characteristics as an example of a portion provided with an antireflection film.
- FIG. 7 is a schematic plan view for explaining a method of manufacturing a light transmitting window member according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an electronic device according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a schematic diagram showing a prism and electronic equipment according to the second embodiment of the invention.
- FIG. 10 is a schematic diagram of the prism shown in FIG. 9 when viewed from the light incident surface side.
- FIG. 11 is a schematic diagram of the prism shown in FIG.
- FIG. 12 is a schematic diagram showing a modification of the prism according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining how a light transmitting window member of a comparative example is attached to a housing of an electronic device.
- FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a portion where a metallized film is provided.
- FIG. 1(a) is a schematic plan view showing a light transmitting window member according to the first embodiment of the present invention
- FIG. 1(b) is a schematic cross-sectional view of a portion thereof taken along line AA. It is.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged portion of FIG. 1(b) where a metallized film is provided.
- the light transmitting window member 1 includes a base material 2 and a metallized film 3.
- the base material 2 has a light transmitting part 5.
- the shape of the base material 2 is a plate.
- the planar shape of the base material 2 is circular.
- the planar shape of the light transmitting portion 5 is also circular.
- the planar shape of the base material 2 may be substantially circular, may be substantially rectangular including rectangular, or may be substantially polygonal including polygonal.
- the planar shape of the light transmitting portion 5 may be substantially circular, may be substantially rectangular including a rectangular shape, or may be substantially polygonal including a polygonal shape. It is desirable that the planar shape of the light transmitting portion 5 is the same as the planar shape of the base material 2.
- the base material 2 may have a flat plate shape as in this embodiment, but it may also have one or more convex portions or concave portions, and the main surface on one side may have a convex or concave shape. It may have a substantially plate-like shape that is curved.
- the base material 2 is not particularly limited, for example, a transparent base material can be used.
- the base material 2 preferably has an extinction coefficient k of 1 ⁇ 10 ⁇ 7 or less in the wavelength range of 1200 nm to 2500 nm. Further, it is desirable that the extinction coefficient k in the wavelength range of 800 nm to 2500 nm is 1 ⁇ 10 ⁇ 7 or less. This makes it easier to transmit near-infrared rays emitted from the LED, for example.
- a material for such a base material 2 for example, sapphire, silicon wafer, glass, etc. can be used.
- the glass for example, optical glass such as borosilicate glass or quartz can be used.
- the extinction coefficient k in the wavelength range of 800 nm or less is not limited, but can be selected depending on the purpose. For example, when transparency in the visible light range is required, it is desirable that the extinction coefficient k in the wavelength range of 400 nm to 800 nm is 1 ⁇ 10 ⁇ 7 or less. Further, when hiding properties in the visible light range are required, it is desirable that the extinction coefficient k in the wavelength range of 400 nm to 800 nm is 1 or more.
- the base material 2 has a first main surface 2a and a second main surface 2b facing each other.
- the first main surface 2a is a main surface provided on the light incidence side.
- the second main surface 2b is a main surface provided on the light exit side.
- the base material 2 has a side surface 2c that connects the first main surface 2a and the second main surface 2b.
- the thickness of the base material 2 is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 mm or more and 10 mm or less. From the viewpoint of further downsizing electronic devices such as wearable terminals, the thickness of the base material 2 is preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm or less, still more preferably 2 mm or less, particularly preferably 1 mm or less. Moreover, from the viewpoint of more reliably avoiding damage, the thickness of the base material 2 is preferably 0.2 mm or more, more preferably 0.3 mm or more. Furthermore, the base material 2 may have one or more protrusions or recesses on the first main surface 2a, and the first main surface 2a has a curved shape in a convex or concave manner. It's okay.
- the metallized film 3 is provided from the first main surface 2a of the base material 2 to the side surface 2c. More specifically, the metallized film 3 has a frame-like shape on the first main surface 2a of the base material 2 along the outer peripheral edge of the first main surface 2a. Note that, in the first main surface 2a of the base material 2, a portion where the metallized film 3 is not provided is a light transmitting portion 5.
- the metallized film 3 is also provided on a portion of the side surface 2c of the base material 2 on the first main surface 2a side. Therefore, the metallized film 3 is also provided on the corner portion 2d connecting the first main surface 2a and side surface 2c of the base material 2.
- the metallized film 3 may be provided only on the side surface 2c of the base material 2. In this case, since the entire first main surface 2a and second main surface 2b can be used as the light transmitting section 5, it becomes easier to downsize electronic devices such as wearable terminals.
- the metallized film 3 is a film with high wettability to solder.
- high wettability with solder means that the contact angle, which is the angle that the solder forms with the film, is 90° or less. In this case, the affinity between the solder and the film is high, making it easier for the solder to wet and spread.
- the metallized film 3 includes an adhesion layer 3a, a diffusion prevention layer 3b, and a solder bonding layer 3c.
- the adhesive layer 3a is in contact with the first main surface 2a and side surface 2c of the base material 2.
- the diffusion prevention layer 3b is provided on the adhesive layer 3a.
- the solder bonding layer 3c is provided on the diffusion prevention layer 3b.
- the adhesive layer 3a is not particularly limited, but examples thereof include metal films containing Cr, Ti, Ta, W, and the like.
- the adhesive layer 3a is preferably a metal film made of at least one of Cr and Ti.
- the thickness of the adhesive layer 3a is not particularly limited, but may be, for example, 0.01 ⁇ m or more and 0.3 ⁇ m or less.
- the diffusion prevention layer 3b is not particularly limited, but includes, for example, a metal film containing Ni, Pt, Pd, W, etc.
- the diffusion prevention layer 3b is preferably a metal film made of at least one member selected from the group consisting of Ni, Pt, and Pd.
- the thickness of the diffusion prevention layer 3b is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
- solder bonding layer 3c be made of a material with high wettability to solder.
- solder bonding layer 3c include a metal film containing Au, Pt, etc.
- the solder bonding layer 3c is preferably a metal film made of at least one of Au and Pt.
- the thickness of the solder bonding layer 3c is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
- the thickness of the metallized film 3 may become thinner as the distance from the first main surface 2a increases on the side surface 2c of the base material 2. That is, in the metallized film 3, the thickness may become thinner on the side surface 2c of the base material 2 from the first main surface 2a side toward the second main surface 2b side.
- the thickness may become thinner as the distance from the first main surface 2a increases on the side surface 2c of the base material 2. That is, the adhesive layer 3a, the diffusion prevention layer 3b, and the solder bonding layer 3c each become thinner on the side surface 2c of the base material 2 from the first main surface 2a side toward the second main surface 2b side. You can leave it there.
- the thickness of the metallized film 3 may be uniform, or the thickness of the metallized film 3 may vary depending on the location where the metallized film 3 is provided. Further, the adhesive layer 3a, the diffusion prevention layer 3b, and the solder bonding layer 3c may each have a uniform thickness or may vary depending on the location where they are provided.
- the thickness of the metallized film 3 is not particularly limited, but may be, for example, 0.2 ⁇ m or more and 3.6 ⁇ m or less. Moreover, the thickness of the metallized film 3 may be 0.31 ⁇ m or more and 2.3 ⁇ m or less. In particular, the ratio of the thickness of the metallized film 3 on the first main surface 2a to the thickness of the metallized film 3 on the side surface 2c (thickness on the side surface 2c/thickness on the first main surface 2a) is particularly limited. but preferably 0.40 or more, more preferably 0.50 or more, even more preferably 0.55 or more, even more preferably 0.60 or more, even more preferably 0.65 or more, even more preferably 0.
- the film when forming the metallized film 3 on the side surface 2c to a predetermined thickness, the film can be formed in a short time, thereby improving productivity.
- the thickness ratio is within the above range, there is no need to make the metallized film 3 on the first main surface 2a excessively thick, so that warping of the substrate due to film stress can be suppressed, and as a result, for example, The openings of electronic devices can be sealed more reliably by using solder. Furthermore, solder can be more effectively prevented from coming out. Note that if the thickness of the metallized film 3 on the first main surface 2a is not uniform, the average thickness of the maximum thickness and the minimum thickness is adopted as the thickness of the metallized film 3 on the first main surface 2a. Further, if the thickness of the metallized film 3 on the side surface 2c is not uniform, the thickness at a point half the length of the side surface 2c is adopted as the thickness of the metallized film 3 on the side surface 2c.
- the thickness of the adhesive layer 3a is not particularly limited, but can be, for example, 0.01 ⁇ m or more and 0.3 ⁇ m or less.
- the ratio between the thickness of the adhesive layer 3a on the first main surface 2a and the thickness of the adhesive layer 3a on the side surface 2c (thickness on the side surface 2c/thickness on the first main surface 2a) is not particularly limited.
- preferably 0.40 or more more preferably 0.50 or more, even more preferably 0.55 or more, even more preferably 0.60 or more, even more preferably 0.65 or more, even more preferably 0.70 or more , even more preferably 0.75 or more, even more preferably 0.80 or more, particularly preferably 0.85 or more, preferably 0.99 or less, more preferably 0.97 or less, even more preferably 0.95 below, it is still more preferably 0.93 or less, particularly preferably 0.90 or less.
- productivity can be improved since the adhesion layer 3a on the side surface 2c can be formed in a short time to a predetermined thickness. Further, when sealing an opening of an electronic device with solder, solder can be more effectively prevented from coming out.
- the thickness of the adhesive layer 3a on the first main surface 2a is not uniform, the average thickness of the maximum thickness and the minimum thickness is adopted as the thickness of the adhesive layer 3a on the first main surface 2a. Further, if the thickness of the adhesive layer 3a on the side surface 2c is not uniform, the thickness at a point half the length of the side surface 2c is adopted as the thickness of the adhesive layer 3a on the side surface 2c.
- the thickness of the diffusion prevention layer 3b is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
- the ratio of the thickness of the diffusion prevention layer 3b on the first main surface 2a to the thickness of the diffusion prevention layer 3b on the side surface 2c (thickness on the side surface 2c/thickness on the first main surface 2a) is not particularly limited.
- the diffusion prevention layer 3b on the side surface 2c when forming the diffusion prevention layer 3b on the side surface 2c to a predetermined thickness, it can be formed in a short time, thereby improving productivity.
- the thickness of the diffusion prevention layer 3b on the first main surface 2a is not uniform, the average thickness of the maximum thickness and the minimum thickness is adopted as the thickness of the diffusion prevention layer 3b on the first main surface 2a. . Furthermore, if the thickness of the diffusion prevention layer 3b on the side surface 2c is not uniform, the thickness at a point half the length of the side surface 2c is adopted as the thickness of the diffusion prevention layer 3b on the side surface 2c.
- the thickness of the solder bonding layer 3c is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
- the ratio of the thickness of the solder bonding layer 3c on the first main surface 2a to the thickness of the solder bonding layer 3c on the side surface 2c (thickness on the side surface 2c/thickness on the first main surface 2a) is particularly limited. but preferably 0.40 or more, more preferably 0.50 or more, even more preferably 0.55 or more, even more preferably 0.60 or more, even more preferably 0.65 or more, even more preferably 0.
- solder bonding layer 3c on the side surface 2c when forming the solder bonding layer 3c on the side surface 2c to a predetermined thickness, it can be formed in a short time, thereby improving productivity. Further, when sealing an opening of an electronic device with solder, solder can be more effectively prevented from coming out. Note that if the thickness of the solder joint layer 3c on the first main surface 2a is not uniform, the average thickness of the maximum thickness and the minimum thickness is adopted as the thickness of the solder joint layer 3c on the first main surface 2a. . Further, if the thickness of the solder bonding layer 3c on the side surface 2c is not uniform, the thickness at a point half the length of the side surface 2c is adopted as the thickness of the solder bonding layer 3c on the side surface 2c.
- the metallized film 3 only needs to have the solder bonding layer 3c as its outermost layer, and the adhesion layer 3a and the diffusion prevention layer 3b do not need to be provided. However, in order to further improve hermetic sealing properties, it is desirable that the metallized film 3 has all of the adhesion layer 3a, the diffusion prevention layer 3b, and the solder bonding layer 3c.
- a solder blocking portion 4 is provided on the side surface 2c of the base material 2. It is desirable that the solder blocking portion 4 is a portion with low wettability to solder. In addition, in this specification, the wettability with respect to solder is low means that the contact angle which is the angle formed by the solder and the solder prevention part 4 is more than 90 degrees. It is desirable that the solder blocking portion 4 is a portion that has lower wettability to solder than the metallized film 3. In this case, the affinity between the solder and the solder blocking portion 4 is low, making it more difficult for the solder to wet and spread. In this embodiment, the solder blocking portion 4 is a portion of the side surface 2c where the metallized film 3 is not provided and the base material 2 is exposed.
- solder blocking portion 4 is provided on the side surface 2c on the second main surface 2b side where the metallized film 3 is not provided. More specifically, the solder blocking portion 4 is provided on the side surface 2c so as to extend in the thickness direction from the second main surface 2b. Note that the thickness direction is a direction that connects the first main surface 2a and the second main surface 2b.
- the solder blocking portion 4 is provided in a portion of 5% to less than 100% in the thickness direction from the second main surface 2b, more preferably 5 to 98%, and more preferably 5% to 98%, with respect to the entire thickness of the side surface 2c.
- 6% to 95% even more preferably 6% to 90%, even more preferably 7% to 80%, even more preferably 8% to 70%, even more preferably 9% to 60%, even more preferably It is preferably provided in a 10% to 50% portion, and particularly preferably in a 15% to 30% portion.
- the thickness direction from the second main surface 2b it is preferably provided in a portion of 5% or more, 6% or more, 7% or more, 8% or more, 9% or more, 10% or more, especially 15% or more. is preferable, and preferably less than 100%, 98% or less, 95% or less, 92% or less, 90% or less, 85% or less, 80% or less, 70% or less, 60% or less, 50% or less, especially 30% or less % or less.
- the solder blocking portion 4 may be provided on the entire circumferential direction of the second main surface 2b, or It may be provided in a part of the circumferential direction.
- the solder blocking portion 4 is preferably provided at a portion of 50% to 100%, more preferably 60% or more, and more preferably 60% or more of the entire circumferential length. Preferably it is 70% or more, even more preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more.
- the upper limit is not particularly set, but may be, for example, 99% or less, 98% or less, 97% or less, 95% or less, 92% or less, or 90% or less.
- the solder blocking portion 4 is provided on the side surface 2c of the base material 2. Therefore, when the light transmitting window member 1 of this embodiment is used in electronic equipment such as a wearable terminal, it has excellent usability and aesthetics, and can be made less likely to cause a loss of light quantity. This point will be explained in detail below.
- a light-transmitting window member is sometimes placed on the wrist (skin) side. More specifically, the opening of the housing may be placed on the wrist (skin) side, and the light-transmitting window member may be fitted into the opening.
- the solder 106 is placed so as to cover the entire side surface 102c of the base material 102 to reliably seal the opening 110a, the solder protrudes and the wearable It is difficult to arrange the casing 110 and the light-transmitting window member 101 on the same plane on the surface 110b of the terminal closest to the wrist (skin). There was a risk that this would occur.
- the wearer may feel uncomfortable, such as sweat accumulating, or there may be a loss in the amount of light being measured. Furthermore, when the wearable terminal is viewed from the wrist (skin) side, the solder 106 is included in the visual field, which may impair the aesthetic appearance.
- the solder 6 is provided on a part of the side surface 2c on the first main surface 2a side. Further, since the solder blocking portion 4 is provided on the second main surface 2b side, the solder 6 is difficult to protrude onto the second main surface 2b side. Therefore, on the surface 10b of the casing 10 closest to the wrist (skin), the casing 10 and the light transmitting window member 1 can be arranged on substantially the same plane, making it difficult to form a step (indentation). Therefore, when wearing the wearable terminal, it is difficult to feel discomfort such as sweat buildup, or to cause a loss in the amount of light to be measured.
- the wearable terminal when viewed from the wrist (skin) side, the solder 6 is not included in the field of view, so that the aesthetic appearance is less likely to be impaired. Therefore, when the light transmitting window member 1 is used in an electronic device such as a wearable terminal, it has excellent usability and aesthetics, and can be made less likely to cause a loss of light quantity.
- the light transmitting window member 1 of this embodiment may include solder 6 on the metallized film 3.
- solder 6 for example, a metal containing Au, Sn, or In can be used.
- the high melting point solder 6 for example, Au--Sn alloy, Au--Ge alloy, etc. can be used.
- the low melting point solder 6 Sn-based, In-based, etc. can be used.
- the solder 6 may be a laminated film in which Au layers and Sn layers are alternately laminated.
- solder 6 for example, ring preform-shaped or paste-shaped solder can be used.
- the solder 6 can be made to wrap around the side surface 2c by, for example, placing solder 6 in the form of a ring preform or paste on the first main surface 2a and then melting the solder 6.
- the solder 6 that has gotten around to the side surface 2c can be prevented from protruding to the second main surface 2b side by the solder blocking portion 4.
- the light transmitting portion 5 was provided on the first main surface 2a, but a reflective film that reflects a specific wavelength and transmits a specific wavelength is further provided on the first main surface 2a.
- a reflective film that reflects a specific wavelength and transmits a specific wavelength is further provided on the first main surface 2a.
- the reflective film for example, a dielectric multilayer film in which high refractive index films and low refractive index films are alternately laminated can be used.
- the material for the high refractive index film include TiO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , or HfO 2 .
- the material for the low refractive index film include SiO 2 or MgF 2 .
- the reflective film may be a single-layer metal film and is not particularly limited.
- the thickness of the reflective film can be, for example, 70 nm or more and 300 nm or less.
- the reflective film can be formed by laminating each layer by, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like.
- the solder blocking portion 4A may be configured by providing the inorganic film 7.
- the inorganic film 7 is not particularly limited, and for example, an oxide film, a nitride film, a fluoride film, or a sulfide film can be used.
- a material for the oxide film for example, SiO 2 or Al 2 O 3 can be used.
- a material for the nitride film for example, Si 3 N 4 or AlN can be used.
- MgF 2 can be used as the material for the fluoride film.
- ZnS can be used as the material of the sulfide film.
- the antireflection film 8 for example, a dielectric multilayer film in which high refractive index films and low refractive index films are alternately laminated can be used.
- the material of the high refractive index film for example, Ta 2 O 5 , TiO, TiO 2 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , ZrO 2 , Si 3 N 4 , Si, etc. can be used.
- a material for the low refractive index film for example, SiO, SiO 2 , MgF 2 or the like can be used.
- other materials for the intermediate refractive index film may be used.
- the intermediate refractive index film for example, Al 2 O 3 or the like may be used.
- the thickness of the high refractive index film can be, for example, 30 nm or more and 400 nm or less.
- the thickness of the low refractive index film can be, for example, 15 nm or more and 400 nm or less.
- the overall thickness of the antireflection film 8 can be, for example, 400 nm or more and 2500 nm or less. Note that the antireflection film 8 can be formed by laminating each layer by, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like.
- the reflectance of the portion where the antireflection film 8 is provided at a wavelength of 1200 nm to 1700 nm is preferably 1% or less, more preferably 0.5% or less.
- the portion where the antireflection film 8 is provided do not transmit light in the visible wavelength range.
- the average reflectance of the portion where the antireflection film 8 is provided at a wavelength of 450 nm to 700 nm is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and particularly preferably 40% or more.
- FIG. 6 is a graph showing optical characteristics as an example of a portion provided with an antireflection film.
- FIG. 6 shows that Ta 2 O 5 (thickness: 67 nm), SiO 2 (thickness: 58 nm), Ta 2 O 5 (thickness: 197 nm), and SiO 2 (thickness: 254 nm) are placed on the base material 2. It shows the reflectance at wavelengths of 1200 nm to 1700 nm in the portion where the antireflection film 8 formed by laminating layers in this order is provided. Note that the portion where this antireflection film 8 is provided has an increased reflectance in the visible wavelength range.
- a reflective film or an anti-reflection film 8 is provided in the region on the first main surface 2a of the base material 2 where the light transmitting portion 5 is provided, but as another embodiment, the base material 2 may be The above-mentioned reflective film or anti-reflection film 8 may be provided on the second main surface 2b. Moreover, as another embodiment, the above-mentioned reflective film or antireflection film 8 may be provided on both the first main surface 2a and the second main surface 2b of the base material 2.
- a protective film for preventing scratches may be provided on the first main surface 2a and the second main surface 2b of the base material 2.
- the material for the protective film include SiO 2 , SiO, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , and MgF 2 .
- the thickness of the protective film can be, for example, 10 nm or more and 300 nm or less.
- FIG. 7 is a schematic plan view for explaining a method of manufacturing a light transmitting window member according to the first embodiment of the present invention.
- the base material 2 is prepared.
- the mask 12 is placed so as to be in contact with the first main surface 2a of the base material 2.
- the mask 12 is arranged so as to mask the formation portion of the light transmitting portion 5 during film formation. Furthermore, the portion where the solder blocking portion 4 is formed is masked.
- the metallized film 3 is formed using the film forming jig 11 while masking the first main surface 2a and side surface 2c of the base material 2 other than the metallized film forming portion. Thereby, the light transmitting window member 1 can be formed.
- the metallized film 3 can be formed by, for example, a vapor deposition method or a sputtering method.
- a vapor deposition method examples include a vacuum vapor deposition method, an ion plating vacuum vapor deposition method, and an ion-assisted vacuum vapor deposition method.
- the ratio of the thickness of the metallized film 3 on the side surface 2c to the thickness of the metallized film 3 on the first main surface 2a (on the side surface 2c) can be adjusted.
- thickness/thickness on the first main surface 2a) can be adjusted to a desired value. For example, when forming a film from the direction facing the first main surface 2a, or when forming a film for a short time, the metallized film 3 on the side surface 2c is deposited on the first main surface 2a.
- the thickness of the upper metallized film 3 tends to increase, the ratio of the thickness of the metallized film 3 on the side surface 2c to the thickness of the metallized film 3 on the first main surface 2a (thickness on the side surface 2c/first main surface 2a) can be reduced. Furthermore, the thickness of the metallized film 3 on the side surface 2c can be provided so as to gradually decrease in the thickness direction from the first main surface 2a side to the second main surface 2b side on the side surface 2c of the base material 2. Thereby, it is possible to make it more difficult for the solder 6 to protrude onto the second main surface 2b side.
- the wraparound to the side surface 2c, and the thickness of the metallized film 3 on the side surface 2c relative to the thickness of the metallized film 3 on the first main surface 2a can be brought close to 1. This makes it easier to obtain a light transmitting window member 1 in which the thickness of the metallized film 3 is more uniform.
- FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an electronic device according to the first embodiment of the present invention.
- the electronic device 21 includes a light transmitting window member 1 and a housing 10.
- the light transmitting window member 1 is fitted into the opening 10a of the housing 10.
- the material of the housing 10 is not particularly limited, and for example, aluminum, stainless steel, resin, or the like can be used.
- the light A emitted from the light source 22 is reflected by the prism 23, passes through the light transmission window member 1, and is irradiated onto the object to be irradiated.
- the light source 22 for example, an LD, an LED, or the like can be used.
- the light source 22 and the prism 23 are arranged inside the housing 10.
- the light source 22 and the prism 23 may be arranged outside the housing 10.
- a refractive index matching resin 24 may be provided between the light source 22 and the prism 23.
- the material of the refractive index matching resin 24 is not particularly limited, and for example, acrylic resin, polycarbonate resin, silicone resin, or the like can be used.
- the light transmitting window member 1 is fitted into the opening 10a of the housing 10.
- the solder 6 is provided on a part of the side surface 2c on the first main surface 2a side. Further, since the solder blocking portion 4 is provided on the second main surface 2b side, the solder 6 does not protrude onto the second main surface 2b side. Therefore, in the electronic device 21, the housing 10 and the light transmitting window member 1 can be arranged on substantially the same plane on the surface 10b of the housing 10 on the irradiated object side, making it difficult to form a step (indentation). I can do it.
- the electronic device 21 when a wearable terminal is used as the electronic device 21, it is difficult to feel discomfort such as sweat accumulation when wearing the device, or to cause a loss in the amount of light to be measured. Moreover, when the wearable terminal is viewed from the side of the object to be irradiated, the solder 6 is not included in the field of view, so that the aesthetic appearance is not easily impaired. Therefore, according to the electronic device 21, the usability and aesthetics can be improved, and loss of light amount can be made less likely to occur. In this way, the electronic device 21 can be suitably used as a wearable terminal such as a smart watch, for example.
- FIG. 9 is a schematic diagram showing a prism and electronic equipment according to the second embodiment of the invention.
- FIG. 10 is a schematic diagram of the prism shown in FIG. 9 when viewed from the light incident surface side.
- FIG. 11 is a schematic diagram of the prism shown in FIG. 9 when viewed from the reflective surface side. Note that although FIGS. 9 to 11 show schematic cross-sectional views of the prism and electronic device according to the second embodiment, only the positions where the metallized films are arranged are shown by hatching.
- the prism 31 includes a prismatic base material 32 having a light transmitting portion 35, a metallized film 33, a reflective film 36, and an antireflection film 38.
- the cross-sectional shape of the base material 32 is approximately triangular.
- the base material 32 has a bottom surface 32a and a side surface 32b connected to the bottom surface 32a.
- the side surface 32b has a light entrance surface 32b1 and a reflective surface 32b2.
- the base material 32 is not particularly limited, for example, a transparent base material can be used.
- the base material 32 desirably has an extinction coefficient k of 1 ⁇ 10 ⁇ 7 or less in the wavelength range of 1200 nm to 2500 nm. Further, it is desirable that the extinction coefficient k in the wavelength range of 800 nm to 2500 nm is 1 ⁇ 10 ⁇ 7 or less.
- a material for such a base material 32 for example, sapphire, silicon wafer, glass, etc. can be used.
- the glass include optical glasses such as borosilicate glass and quartz.
- the extinction coefficient k in the wavelength range of 800 nm or less is not limited, but can be selected depending on the purpose. For example, when transparency in the visible light range is required, it is desirable that the extinction coefficient k in the wavelength range of 400 nm to 800 nm is 1 ⁇ 10 ⁇ 7 or less. Furthermore, when concealing properties in the visible light range are required, it is desirable that the extinction coefficient k in the wavelength range of 400 nm to 800 nm is 1 or more.
- the metallized film 33 is partially provided on the side surface 32b of the base material 32.
- the metallized film 33 is not provided on the side surface 32b of the base material 32 on the bottom surface 32a side. Further, as shown in FIG. 10, the metallized film 33 is not provided in the light transmitting portion 35 on the light incident surface 32b1. Further, as shown in FIG. 11, the metallized film 33 is provided to cover the reflective film 36 on the reflective surface 32b2. Note that the metallized film 33 may not be provided in the portion where the reflective film 36 is provided.
- the metallized film 33 be a film with high wettability to solder.
- the metallized film 33 may be a laminated film in which an adhesion layer, a diffusion prevention layer, and a solder bonding layer are provided in this order, for example.
- the adhesive layer is not particularly limited, but examples thereof include metal films containing Cr, Ti, Ta, W, and the like.
- the adhesion layer is preferably a metal film made of at least one of Cr and Ti.
- the diffusion prevention layer is not particularly limited, but examples include metal films containing Ni, Pt, Pd, W, and the like.
- the diffusion prevention layer is preferably a metal film made of at least one member selected from the group consisting of Ni, Pt, Pd, and W.
- the solder bonding layer is preferably made of a material with high wettability to solder.
- Examples of the solder bonding layer include metal films containing Au, Pt, and the like.
- the solder bonding layer is preferably a metal film made of at least one selected from the group consisting of at least one of Au and Pt.
- the thickness of the metallized film 33 is not particularly limited, but may be, for example, 0.2 ⁇ m or more and 2.3 ⁇ m or less.
- the thickness of the adhesive layer is not particularly limited, but may be, for example, 0.01 ⁇ m or more and 0.3 ⁇ m or less.
- the thickness of the diffusion prevention layer is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
- the thickness of the solder bonding layer is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
- the metallized film 33 only needs to have a solder bonding layer as its outermost layer, and does not need to be provided with an adhesion layer or a diffusion prevention layer. However, in order to further improve hermetic sealing properties, it is desirable that the metallized film 33 has all of the adhesion layer, diffusion prevention layer, and solder bonding layer.
- a solder blocking portion 34 is provided on the side surface 32b of the base material 32. It is desirable that the solder blocking portion 34 be a portion with low wettability to solder. In this embodiment, the solder blocking portion 34 is a portion of the side surface 32b where the metallized film 33 is not provided and the base material 32 is exposed. Note that, similarly to the first modification of the first embodiment, the solder blocking portion 34 may be configured by providing an inorganic film with low wettability to solder.
- solder blocking portion 34 is provided in a portion of the side surface 32b on the bottom surface 32a side where the metallized film 33 is not provided. More specifically, the solder blocking portion 34 is provided on the side surface 32b so as to extend from the bottom surface 32a.
- the solder blocking portion 34 is provided at a portion of 5% to 95% in the thickness direction from the bottom surface 32a, more preferably 5% to 80%, and still more preferably 6% of the entire thickness of the side surface 32b. 70%, even more preferably 7% to 60%, even more preferably 8% to 50%, even more preferably 9% to 40%, even more preferably 10% to 30%, and 10% It is particularly preferable that it is provided in an area of ⁇ 25%.
- the solder blocking portion 34 may be provided in the entire circumferential direction, or may be provided in a part of the circumferential direction.
- the solder blocking portion 34 is preferably provided in a portion of 50% to 100% of the entire length in the circumferential direction, more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more, and furthermore More preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more.
- the upper limit is not set in particular, but for example, 99% or less, 98% or less, 97% or less, 95% or less, 92% or less, 90% or less, 85% or less, 80% or less, 75% or less, 70%.
- solder blocking part when an inorganic film with low wettability to solder is provided as the solder blocking part, it is desirable that the solder blocking part is not provided on the light incident surface 32b1, or is provided within a range of 20% or less in the thickness direction from the bottom surface 32a. .
- the reflective film 36 is provided on the reflective surface 32b2 of the base material 32.
- the reflective film 36 for example, a dielectric multilayer film in which high refractive index films and low refractive index films are alternately laminated can be used.
- the material for the high refractive index film include TiO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , or HfO 2 .
- the material for the low refractive index film include SiO 2 or MgF 2 .
- the reflective film 36 may be a single-layer metal film, and is not particularly limited.
- the thickness of the reflective film 36 can be, for example, 70 nm or more and 500 nm or less.
- the reflective film 36 can be formed by laminating each layer by, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like.
- the antireflection film 38 is provided on the bottom surface 32a of the base material 32.
- the antireflection film 38 for example, a dielectric multilayer film in which high refractive index films and low refractive index films are alternately laminated can be used.
- the material of the high refractive index film for example, Ta 2 O 5 , TiO, TiO 2 , Nb 2 O 5 , HfO 2 , ZrO 2 , Si, etc. can be used.
- As a material for the low refractive index film for example, SiO, SiO 2 , MgF 2 or the like can be used.
- other materials for the intermediate refractive index film may be used.
- the intermediate refractive index film As a material for the intermediate refractive index film, for example, Al 2 O 3 or the like may be used.
- the thickness of the high refractive index film can be, for example, 30 nm or more and 400 nm or less.
- the thickness of the low refractive index film can be, for example, 15 nm or more and 400 nm or less.
- the overall thickness of the antireflection film 38 can be, for example, 400 nm or more and 2500 nm or less.
- the antireflection film 38 can be formed by laminating each layer by, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like. Note that the antireflection film 38 may not be provided.
- a protective film may be provided on the bottom surface 32a of the base material 32 to prevent scratches.
- the material for the protective film include SiO 2 , SiO, Al 2 O 3 , and MgF 2 .
- the thickness of the protective film can be, for example, 10 nm or more and 300 nm or less.
- the method for manufacturing the prism 31 is not particularly limited, but for example, similarly to the light transmitting window member 1 of the first embodiment, with the part of the base material 32 other than the metallized film forming part being masked using a film forming jig, It can be manufactured by forming the metallized film 33.
- the electronic device 41 of this embodiment includes a prism 31 and a housing 40.
- the prism 31 is fitted into the opening 40a of the housing 40.
- the material of the housing 40 is not particularly limited, and for example, aluminum, stainless steel, or resin can be used.
- the light B emitted from the light source 42 is reflected on the reflective surface 32b2 of the prism 31, emitted from the bottom surface 32a, and irradiated onto the object to be irradiated.
- the light source 42 for example, an LD, an LED, or the like can be used.
- the light source 42 is arranged inside the housing 40.
- the light source 42 may be placed outside the housing 40.
- a refractive index matching resin 44 may be provided between the light source 42 and the prism 31.
- the material of the refractive index matching resin 44 is not particularly limited, and for example, acrylic resin, polycarbonate resin, or silicone resin can be used.
- the prism 31 is fitted into the opening 40a of the housing 40.
- solder is provided on the metallized film 33. Therefore, the solder is provided on a portion of the side surface 32b. Further, since the solder blocking portion 34 is provided on the bottom surface 32a side of the side surface 32b, no solder protrudes toward the bottom surface 32a side. Therefore, in the electronic device 41, the casing 40 and the prism 31 can be arranged on substantially the same plane on the surface 40b of the casing 40 on the irradiated object side, making it difficult to form a step (indentation).
- the electronic device 41 when a wearable terminal is used as the electronic device 41, it is unlikely that the wearable terminal will cause discomfort such as accumulation of sweat when worn, or loss of the amount of light to be measured. Further, when the wearable terminal is viewed from the side of the object to be irradiated, the solder is not included in the field of view, so the aesthetic appearance is not easily impaired. Therefore, according to the electronic device 41, the usability and aesthetics can be improved, and loss of light amount can be made less likely to occur. In this way, the electronic device 41 can be suitably used as a wearable terminal such as a smart watch, for example.
- the prism 31 also serves as a light-transmitting window member. Therefore, according to the prism 31, the number of parts in the electronic device 41 can be reduced. Furthermore, it is possible to downsize the electronic device 41 and increase the degree of freedom in design.
- FIG. 12 is a schematic diagram showing a modification of the prism and electronic device according to the second embodiment of the present invention.
- a base material 32A is formed by bonding two base materials each having a substantially triangular cross-sectional shape.
- the prism 31A may be configured by the base material 32A having a substantially rectangular cross-sectional shape. In this way, the prism 31A can be easily attached to the housing.
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Abstract
ウェアラブル端末などの電子機器に用いた場合に、使用感や美観性に優れ、光量ロスを生じ難くすることができる、光透過窓部材を提供することができる。 光透過部5を有する、板状の基材2と、基材2の側面2cにおける少なくとも一部に設けられている、メタライズ膜3とを備え、基材2の側面2cにおける少なくとも一部に、はんだ阻止部4が設けられている、光透過窓部材1。
Description
本発明は、光透過部を有する、光透過窓部材及びその製造方法、プリズム、並びに上記光透過窓部材又は上記プリズムを用いた電子機器に関する。
光半導体等の光素子を用いた電子機器においては、その筐体に光透過用の開口部が設けられることがある。このような筐体の開口部には、筐体の内部における気密性の確保等を目的として、光透過窓部材が取り付けられている。
例えば、下記の特許文献1には、光透過部を有する基板と、基板の主面における外周縁を除く部分に設けられる反射防止層と、基板の平面視で反射防止層の外周縁に沿った枠形状を有する金属層とを備える、光学部材が開示されている。特許文献1では、光学部材が、筐体の開口部に取り付けられることにより、筐体の開口部が封止されている。また、光学部材を筐体の開口部に取り付けるに際しては、光学部材に設けられる金属層が、半田材などの接合材を介して、筐体に接合されている。
ところで、スマートウォッチなどのウェアラブル端末においては、光透過窓部材が手首(皮膚)側に配置されて用いられることがある。より具体的には、筐体の開口部を手首(皮膚)側に配置し、光透過窓部材が開口部に嵌め込まれて用いられることがある。このとき、はんだを用いて開口部を確実に封止しようとすると、はんだが食み出るため、ウェアラブル端末の最も手首(皮膚)側の面において、筐体と光透過窓部材を同一平面上に配置することが難しく、ウェアラブル端末の最も手首(皮膚)側の面に対し基材を僅かに上方に配置することで段差(凹み)を生じさせる虞れがある。このような凹みが生じた場合、装着時に汗が溜まるなどの違和感を感じたり、あるいは計測する光量のロスが生じることがある。また、手首(皮膚)側から視たウェアラブル端末の美観性が損なわれることがある。また、金属材料であるはんだによる金属アレルギーを惹き起こす虞もある。
本発明の目的は、ウェアラブル端末などの電子機器に用いた場合に、使用感や美観性に優れ、光量ロスを生じ難くすることができる、光透過窓部材、該光透過窓部材の製造方法、プリズム、並びに電子機器を提供することにある。
上記課題を解決することのできる光透過窓部材、光透過窓部材の製造方法、プリズム、並びに電子機器の各態様について説明する。
本発明の態様1に係る光透過窓部材は、光透過部を有する、板状の基材と、前記基材の側面における少なくとも一部に設けられている、メタライズ膜と、を備え、前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだ阻止部が設けられていることを特徴としている。
態様2の光透過窓部材は、態様1において、前記基材は、光入射側に設けられている、第1の主面と、前記第1の主面に対向しており、光出射側に設けられている、第2の主面とを有し、前記側面は、前記第1の主面及び前記第2の主面を結んでおり、前記メタライズ膜が、前記第1の主面上にも設けられていてもよい。
態様3の光透過窓部材は、態様2において、前記メタライズ膜が、前記基材の前記第1の主面及び前記側面を接続するコーナー部にも設けられていてもよい。
態様4の光透過窓部材は、態様2又は態様3において、前記第1の主面上の前記メタライズ膜の厚みに対する前記側面上の前記メタライズ膜の厚みの比(側面上の厚み/第1の主面上の厚み)が、0.05以上、1.00以下であってもよい。
態様5の光透過窓部材は、態様2~態様4のいずれか1つの態様において、前記第1の主面及び前記第2の主面を結ぶ方向を厚み方向としたときに、前記はんだ阻止部は、前記基材の側面において、前記第2の主面から前記厚み方向に延びるように設けられていてもよい。
態様6の光透過窓部材は、態様5において、前記はんだ阻止部は、前記側面全体の厚みに対し、前記第2の主面から前記厚み方向において5%以上、100%未満の部分に設けられていてもよい。
態様7の光透過窓部材は、態様1~態様6のいずれか1つの態様において、前記はんだ阻止部は、前記メタライズ膜が設けられておらず、前記基材が露出した部分により構成されていてもよい。
態様8の光透過窓部材は、態様1~態様7のいずれか1つの態様において、前記はんだ阻止部は、前記光透過窓部材の表層にはんだに対する濡れ性が低い無機膜が設けられることにより構成されていてもよい。
態様9の光透過窓部材は、態様8において、前記無機膜が、酸化物膜、窒化物膜、フッ化物膜、又は硫化物膜であってもよい。
態様10の光透過窓部材は、態様1~態様9のいずれか1つの態様において、前記メタライズ膜が、前記基材と接しており、Cr及びTiのうち少なくとも一方を含有する、密着層と、前記密着層上に設けられており、Ni、Pt、及びPdからなる群から選択される少なくとも1種を含有する、拡散防止層と、前記拡散防止層上に設けられており、Au及びPtのうち少なくとも一方を含有する、はんだ接合層と、を有していてもよい。
態様11の光透過窓部材は、態様1~態様10のいずれか1つの態様において、前記メタライズ膜の上にはんだが設けられており、前記はんだが、Au、Sn、及びInからなる群から選択される少なくとも1種を含有していてもよい。
態様12の光透過窓部材は、態様11において、前記はんだが、リングプリフォーム状又はペースト状であってもよい。
態様13の光透過窓部材は、態様1~態様12のいずれか1つに態様において、前記基材の平面形状が、略円状又は略矩形状であってもよい。
本発明の態様14に係る光透過窓部材は、光透過部を有する、板状の基材と、前記基材の側面における少なくとも一部に設けられており、はんだに対する濡れ性の高いメタライズ膜と、を備え、前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだに対する濡れ性の低いはんだ阻止部が設けられていることを特徴としている。
本発明の態様15に係る光透過窓部材の製造方法は、光透過部を有する、板状の基材を用意する工程と、前記基材の側面における少なくとも一部に、メタライズ膜を成膜する工程と、を備え、前記メタライズ膜を成膜するに際し、前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだ阻止部が設けられるように成膜することを特徴としている。
態様16の光透過窓部材の製造方法は、態様15において、前記基材における光入射側の主面の一部から前記側面の一部に至るように、真空蒸着法又はスパッタリング法により、前記メタライズ膜を成膜してもよい。
本発明の態様17に係る光透過窓部材の製造方法は、光透過部を有する、板状の基材を用意する工程と、前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだに対する濡れ性の高いメタライズ膜を成膜する工程と、を備え、前記メタライズ膜を成膜するに際し、前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだに対する濡れ性の低いはんだ阻止部が設けられるように成膜することを特徴としている。
本発明の態様18に係るプリズムは、底面及び前記底面に接続されている側面を有し、かつ光透過部を有する、プリズム状の基材と、前記基材の側面における少なくとも一部に設けられている、メタライズ膜と、を備え、前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだ阻止部が設けられていることを特徴としている。
本発明の態様19に係るプリズムは、底面及び前記底面に接続されている側面を有し、かつ光透過部を有する、プリズム状の基材と、前記基材の側面における少なくとも一部に設けられており、はんだに対する濡れ性の高いメタライズ膜と、を備え、前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだに対する濡れ性の低いはんだ阻止部が設けられていることを特徴としている。
本発明の態様20に係る電子機器は、開口部を有する筐体と、前記筐体の開口部に嵌め込まれている、態様1~態様14のいずれか1つの態様の光透過窓部材と、を備えることを特徴としている。
態様21の電子機器は、態様20において、前記筐体の開口部が設けられる面と、前記光透過窓部材における光出射側の面とが略同一平面上に設けられていてもよい。
本発明によれば、ウェアラブル端末などの電子機器に用いた場合に、使用感や美観性に優れ、光量ロスを生じ難くすることができる、光透過窓部材、該光透過窓部材の製造方法、プリズム、並びに電子機器を提供することができる。
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
[第1の実施形態]
(光透過窓部材)
図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る光透過窓部材を示す模式的平面図であり、図1(b)は、そのA-A線に沿う部分の模式的断面図である。また、図2は、図1(b)において、メタライズ膜が設けられている部分を拡大して示す模式的断面図である。
(光透過窓部材)
図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る光透過窓部材を示す模式的平面図であり、図1(b)は、そのA-A線に沿う部分の模式的断面図である。また、図2は、図1(b)において、メタライズ膜が設けられている部分を拡大して示す模式的断面図である。
図1(a)及び(b)に示すように、光透過窓部材1は、基材2と、メタライズ膜3とを備える。基材2は、光透過部5を有している。
基材2の形状は、板状である。特に、本実施形態においては、基材2の平面形状が、円形状である。また、光透過部5の平面形状も円形状である。もっとも、本発明において、基材2の平面形状は、略円形状であってもよく、矩形状を含む略矩形状であってもよく、多角形状を含む略多角形状であってもよい。また、光透過部5の平面形状は、略円形状であってもよく、矩形状を含む略矩形状であってもよく、多角形状を含む略多角形状であってもよい。光透過部5の平面形状は、基材2の平面形状と同一であることが望ましい。なお、基材2は、本実施形態のように、平板状であってもよいが、1つまたは複数の凸部または凹部を有していてもよく、一方側の主面が凸状または凹状に湾曲した略板状の形状を有してもよい。
基材2としては、特に限定されないが、例えば、透明基材を用いることができる。基材2としては、波長1200nm~2500nmにおける波長域の消衰係数kが1×10-7以下であることが望ましい。また、波長800nm~2500nmにおける波長域の消衰係数kが1×10-7以下であることが望ましい。これにより、例えば、LEDから出射された近赤外線を透過しやすくなる。このような基材2の材料としては、例えば、サファイア、シリコンウエハ、ガラスなどを用いることができる。ガラスとしては、例えば、ホウケイ酸系ガラスや石英などの光学ガラスを用いることができる。
なお、波長800nm以下における波長域の消衰係数kについては限定されるものではないが、目的に応じて選択することができる。例えば、可視光域の透明性が求められる場合は、波長400nm~800nmにおける波長域の消衰係数kが1×10-7以下であることが望ましい。また、可視光域の隠蔽性が求められる場合には、波長400nm~800nmにおける波長域の消衰係数kが1以上であることが望ましい。
基材2は、対向している第1の主面2a及び第2の主面2bを有する。第1の主面2aは、光入射側に設けられる主面である。また、第2の主面2bは、光出射側に設けられる主面である。また、基材2は、第1の主面2a及び第2の主面2bを結ぶ側面2cを有している。
なお、基材2の厚みは、特に限定されないが、例えば、0.1mm以上、10mm以下とすることができる。ウェアラブル端末などの電子機器をより小型化する観点では、基材2の厚みは、好ましくは5mm以下、より好ましくは3mm以下、さらに好ましくは2mm以下、特に好ましくは1mm以下である。また、破損をより確実に避ける観点からは、基材2の厚みは、好ましくは0.2mm以上、より好ましくは0.3mm以上である。さらに、基材2は、第1の主面2a上に1つまたは複数の凸部または凹部を有していてもよく、第1の主面2aが凸状または凹状に湾曲した形状を有してもよい。
メタライズ膜3は、基材2の第1の主面2aから側面2cに至るように設けられている。より具体的には、メタライズ膜3は、基材2の第1の主面2aにおいて、第1の主面2aの外周縁に沿う枠状の形状を有している。なお、基材2の第1の主面2aにおいては、メタライズ膜3が設けられていない部分が光透過部5とされている。
また、メタライズ膜3は、基材2の側面2cにおける第1の主面2a側の部分にも設けられている。従って、メタライズ膜3は、基材2の第1の主面2a及び側面2cを接続するコーナー部2dにも設けられている。もっとも、本発明において、メタライズ膜3は、基材2の側面2cのみに設けられていてもよい。この場合、第1の主面2a及び第2の主面2b全体を光透過部5とすることができるため、ウェアラブル端末などの電子機器をより小型化しやすくなる。
メタライズ膜3は、はんだに対する濡れ性の高い膜であることが望ましい。なお、本明細書において、はんだに対する濡れ性が高いとは、はんだが膜と成す角度である接触角が90°以下であることをいう。この場合、はんだと膜との親和性が高く、はんだがより濡れ広がりやすくなる。
図2に示すように、本実施形態において、メタライズ膜3は、密着層3aと、拡散防止層3bと、はんだ接合層3cとを有する。密着層3aは、基材2の第1の主面2a及び側面2cと接している。拡散防止層3bは、密着層3a上に設けられている。また、はんだ接合層3cは、拡散防止層3b上に設けられている。
密着層3aとしては、特に限定されないが、例えば、Cr、Ti、Ta、W等を含有する金属膜が挙げられる。密着層3aは、好ましくはCr及びTiのうち少なくとも一方からなる金属膜である。密着層3aの厚みは、特に限定されないが、例えば、0.01μm以上、0.3μm以下とすることができる。
拡散防止層3bとしては、特に限定されないが、例えば、Ni、Pt、Pd、W等を含む金属膜が挙げられる。拡散防止層3bは、好ましくはNi、Pt、及びPdからなる群から選択される少なくとも1種からなる金属膜である。拡散防止層3bの厚みは、特に限定されないが、例えば、0.1μm以上、1μm以下とすることができる。
はんだ接合層3cとしては、はんだに対する濡れ性の高い材料であることが望ましい。はんだ接合層3cとしては、例えば、Au、Pt等を含む金属膜が挙げられる。はんだ接合層3cは、好ましくはAu及びPtのうち少なくとも一方からなる金属膜である。はんだ接合層3cの厚みは、特に限定されないが、例えば、0.1μm以上、1μm以下とすることができる。
なお、図14に変形例として示すように、メタライズ膜3では、基材2の側面2cにおいて、第1の主面2aから遠ざかるほど厚みが薄くなっていてもよい。つまり、メタライズ膜3では、基材2の側面2cにおいて、第1の主面2a側から第2の主面2b側に向かうにつれて厚みが薄くなっていてもよい。
より具体的には、密着層3a、拡散防止層3b、及びはんだ接合層3cでは、それぞれ、基材2の側面2cにおいて、第1の主面2aから遠ざかるほど厚みが薄くなっていてもよい。つまり、密着層3a、拡散防止層3b、及びはんだ接合層3cでは、それぞれ、基材2の側面2cにおいて、第1の主面2a側から第2の主面2b側に向かうにつれて厚みが薄くなっていてもよい。
このように、本発明では、メタライズ膜3の厚みが均一であってもよいし、メタライズ膜3が設けられる場所によってメタライズ膜3の厚みが変化してもよい。また、密着層3a、拡散防止層3b、及びはんだ接合層3cもそれぞれ、厚みが均一であってもよいし、設けられる場所によって厚みが変化してもよい。
メタライズ膜3の厚みとしては、特に限定されないが、例えば、0.2μm以上、3.6μm以下とすることができる。また、メタライズ膜3の厚みは、0.31μm以上、2.3μm以下であってもよい。特に、第1の主面2a上のメタライズ膜3の厚みと、側面2c上のメタライズ膜3との厚みの比(側面2c上の厚み/第1の主面2a上の厚み)は、特に限定されないが、好ましくは0.40以上、より好ましくは0.50以上、さらに好ましくは0.55以上、さらにより好ましくは0.60以上、さらにより好ましくは0.65以上、さらにより好ましくは0.70以上、さらにより好ましくは0.75以上、さらにより好ましくは0.80以上、特に好ましくは0.85以上であり、好ましくは0.99以下、より好ましくは0.97以下、さらに好ましくは0.95以下、さらにより好ましくは0.93以下、特に好ましくは0.90以下である。この場合、側面2c上のメタライズ膜3を所定の膜厚にする際に、短時間で成膜できるため生産性が向上する。また、厚みの比が上記の範囲であると、第1の主面2a上のメタライズ膜3の厚みを過剰に厚くする必要がないため、膜応力による基板の反りを抑制でき、その結果、例えば電子機器の開口部などをはんだを用いることでより確実に封止することができる。さらに、より効果的にはんだを食み出し難くできる。なお、第1の主面2a上のメタライズ膜3の厚みが一様でない場合は、最大厚みと最小厚みを平均した厚みを第1の主面2a上のメタライズ膜3の厚みとして採用する。また、側面2c上のメタライズ膜3の厚みが一様でない場合は、側面2cの長さの1/2の箇所における厚みを側面2c上のメタライズ膜3の厚みとして採用する。
密着層3aの厚みは、特に限定されないが、例えば、0.01μm以上、0.3μm以下とすることができる。第1の主面2a上の密着層3aの厚みと、側面2c上の密着層3aの厚みとの比(側面2c上の厚み/第1の主面2a上の厚み)は、特に限定されないが、好ましくは0.40以上、より好ましくは0.50以上、さらに好ましくは0.55以上、さらにより好ましくは0.60以上、さらにより好ましくは0.65以上、さらにより好ましくは0.70以上、さらにより好ましくは0.75以上、さらにより好ましくは0.80以上、特に好ましくは0.85以上であり、好ましくは0.99以下、より好ましくは0.97以下、さらに好ましくは0.95以下、さらにより好ましくは0.93以下、特に好ましくは0.90以下である。この場合、側面2c上の密着層3aを所定の膜厚にする際に、短時間で形成できるため生産性が向上する。また、電子機器の開口部などをはんだを用いて封止する場合、より効果的にはんだを食み出し難くできる。なお、第1の主面2a上の密着層3aの厚みが一様でない場合は、最大厚みと最小厚みを平均した厚みを第1の主面2a上の密着層3aの厚みとして採用する。また、側面2c上の密着層3aの厚みが一様でない場合は、側面2cの長さの1/2の箇所における厚みを側面2c上の密着層3aの厚みとして採用する。
拡散防止層3bの厚みは、特に限定されないが、例えば、0.1μm以上、1μm以下とすることができる。第1の主面2a上の拡散防止層3bの厚みと、側面2c上の拡散防止層3bの厚みの比(側面2c上の厚み/第1の主面2a上の厚み)は、特に限定されないが、好ましくは0.05以上、0.10以上、0.15以上、0.20以上、0.25以上、0.30以上、0.35以上、0.40以上、0.50以上、0.55以上、0.60以上、0.65以上、0.70以上、0.75以上、0.80以上、特に0.85以上であることが望ましく、好ましくは1.00以下、0.99以下、より好ましくは0.97以下、さらに好ましくは0.95以下、さらにより好ましくは0.93以下、特に好ましくは0.90以下であることが望ましい。この場合、側面2c上の拡散防止層3bを所定の膜厚にする際に、短時間で形成できるため生産性が向上する。また、電子機器の開口部などをはんだを用いて封止する場合、より効果的にはんだを食み出し難くできる。なお、第1の主面2a上の拡散防止層3bの厚みが一様でない場合は、最大厚みと最小厚みを平均した厚みを第1の主面2a上の拡散防止層3bの厚みとして採用する。また、側面2c上の拡散防止層3bの厚みが一様でない場合は、側面2cの長さの1/2の箇所における厚みを側面2c上の拡散防止層3bの厚みとして採用する。
はんだ接合層3cの厚みは、特に限定されないが、例えば、0.1μm以上、1μm以下とすることができる。第1の主面2a上のはんだ接合層3cの厚みと、側面2c上のはんだ接合層3cとの厚みの比(側面2c上の厚み/第1の主面2a上の厚み)は、特に限定されないが、好ましくは0.40以上、より好ましくは0.50以上、さらに好ましくは0.55以上、さらにより好ましくは0.60以上、さらにより好ましくは0.65以上、さらにより好ましくは0.70以上、さらにより好ましくは0.75以上、さらにより好ましくは0.80以上、特に好ましくは0.85以上であり、好ましくは0.99以下、より好ましくは0.95以下、さらに好ましくは0.93以下、特に好ましくは0.90以下である。この場合、側面2c上のはんだ接合層3cを所定の膜厚にする際に、短時間で形成できるため生産性が向上する。また、電子機器の開口部などをはんだを用いて封止する場合、より効果的にはんだを食み出し難くできる。なお、第1の主面2a上のはんだ接合層3cの厚みが一様でない場合は、最大厚みと最小厚みを平均した厚みを第1の主面2a上のはんだ接合層3cの厚みとして採用する。また、側面2c上のはんだ接合層3cとの厚みが一様でない場合は、側面2cの長さの1/2の箇所における厚みを側面2c上のはんだ接合層3cの厚みとして採用する。
なお、本発明においては、メタライズ膜3がその最外層にはんだ接合層3cを有していればよく、密着層3aや拡散防止層3bは設けられていなくてもよい。もっとも、気密封止性をより高めるためには、メタライズ膜3が、密着層3a、拡散防止層3b、及びはんだ接合層3cの全てを有していることが望ましい。
基材2の側面2cには、はんだ阻止部4が設けられている。はんだ阻止部4は、はんだに対する濡れ性の低い部分であることが望ましい。なお、本明細書において、はんだに対する濡れ性が低いとは、はんだとはんだ阻止部4との成す角度である接触角が90°超であることをいう。はんだ阻止部4は、メタライズ膜3に比べてはんだに対する濡れ性が低い部分であることが望ましい。この場合、はんだとはんだ阻止部4との親和性が低く、はんだがより濡れ広がりにくくなる。本実施形態において、はんだ阻止部4は、側面2cにおいて、メタライズ膜3が設けられておらず、基材2が露出した部分である。
また、はんだ阻止部4は、側面2cにおいて、メタライズ膜3が設けられていない第2の主面2b側に設けられている。より具体的には、はんだ阻止部4は、側面2cにおいて、第2の主面2bから厚み方向に延びるように設けられている。なお、厚み方向は、第1の主面2a及び第2の主面2bを結ぶ方向であるものとする。
はんだ阻止部4は、側面2c全体の厚みに対し、第2の主面2bから厚み方向において5%~100%未満の部分に設けられていることが好ましく、より好ましくは5~98%、さらに好ましくは6%~95%、さらにより好ましくは6%~90%、さらにより好ましくは7%~80%、さらにより好ましくは8%~70%、さらにより好ましくは9%~60%、さらにより好ましくは10%~50%の部分であり、15%~30%の部分に設けられていることが特に好ましい。すなわち、第2の主面2bから厚み方向において、好ましくは5%以上、6%以上、7%以上、8%以上、9%以上、10%以上、特に15%以上の部分に設けられていることが好ましく、また、好ましくは100%未満、98%以下、95%以下、92%以下、90%以下、85%以下、80%以下、70%以下、60%以下、50%以下、特に30%以下の部分に設けられていることが好ましい。
なお、第2の主面2bの外周方向を周方向としたときに、はんだ阻止部4は、第2の主面2bの周方向全体に設けられていてもよいし、第2の主面2bの周方向の一部に設けられていてもよい。はんだ阻止部4は、第2の主面2bの周方向において、周方向全体の長さに対し、50%~100%の部分に設けられていることが好ましく、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらにより好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上である。また、その上限は特に設定しないが、例えば、99%以下、98%以下、97%以下、95%以下、92%以下、90%以下であってもよい。
本実施形態の光透過窓部材1では、基材2の側面2cにおいてはんだ阻止部4が設けられている。そのため、本実施形態の光透過窓部材1は、ウェアラブル端末などの電子機器に用いた場合に、使用感や美観性に優れ、光量ロスを生じ難くすることができる。この点について、以下詳細に説明する。
従来、スマートウォッチなどのウェアラブル端末においては、光透過窓部材が手首(皮膚)側に配置されて用いられることがある。より具体的には、筐体の開口部を手首(皮膚)側に配置し、光透過窓部材が開口部に嵌め込まれて用いられることがある。このとき、図13に比較例で示すように、はんだ106を基材102の側面102c全体に至るように配置して開口部110aを確実に封止しようとすると、はんだが食み出るため、ウェアラブル端末の最も手首(皮膚)側の面110bにおいて、筐体110と光透過窓部材101を同一平面上に配置することが難しく、基材102を僅かに上方に配置することで段差(凹み)を生じさせる虞れがあった。このような凹みが生じた場合、装着時に汗が溜まるなどの違和感を感じたり、あるいは計測する光量のロスが生じることがあった。また、ウェアラブル端末を手首(皮膚)側から視た場合、はんだ106が視野に含まれることから、美観性が損なわれることがあった。
これに対して、本実施形態の光透過窓部材1では、図3に示すように、はんだ6が側面2cにおける第1の主面2a側の一部に設けられる。また、第2の主面2b側には、はんだ阻止部4が設けられていることから、第2の主面2b側にはんだ6が食み出し難い。そのため、筐体10の最も手首(皮膚)側の面10bにおいて、筐体10と光透過窓部材1を略同一平面上に配置することができ、段差(凹み)を生じ難くすることができる。そのため、ウェアラブル端末の装着時に汗が溜まるなどの違和感を感じたり、あるいは計測する光量のロスが生じ難い。また、ウェアラブル端末を手首(皮膚)側から視た場合、はんだ6が視野に含まれないので、美観性が損なわれ難い。よって、光透過窓部材1は、ウェアラブル端末などの電子機器に用いた場合に、使用感や美観性に優れ、光量ロスを生じ難くすることができる。
本実施形態の光透過窓部材1は、メタライズ膜3上に、はんだ6を備えていてもよい。はんだ6としては、例えば、Au、Sn、又はInを含有する金属を用いることができる。なかでも、高融点のはんだ6としては、例えば、Au-Sn合金や、Au-Ge合金等を用いることができる。また、低融点のはんだ6としては、Sn系や、In系等を用いることができる。なお、はんだ6は、Au層及びSn層が交互に積層された積層膜であってもよい。
また、はんだ6は、例えば、リングプリフォーム状又はペースト状のはんだを用いることができる。はんだ6は、例えば、第1の主面2a上に、リングプリフォーム状又はペースト状のはんだ6を載置した後、溶融させることにより、側面2cに回りこませることができる。側面2cに回り込んだはんだ6は、はんだ阻止部4により第2の主面2b側まで食み出すことを防止することができる。
なお、上記実施形態では、第1の主面2a上に光透過部5が設けられていたが、第1の主面2a上にさらに特定の波長を反射し、特定の波長を透過する反射膜が設けられていてもよい。反射膜としては、例えば、高屈折率膜及び低屈折率膜が交互に積層された誘電体多層膜を用いることができる。高屈折率膜の材料としては、例えば、TiO2、Ta2O5、ZrO2、又はHfO2が挙げられる。低屈折率膜の材料としては、例えば、SiO2又はMgF2が挙げられる。なお、反射膜は、単層の金属膜であってもよく、特に限定されない。反射膜の厚みとしては、例えば、70nm以上、300nm以下とすることができる。反射膜は、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法等により、各層を積層することによって形成することができる。
また、上記実施形態では、メタライズ膜3が設けられておらず、基材2が露出した部分によりはんだ阻止部4が構成されていた。もっとも、本発明においては、図4に示す第1の変形例の光透過窓部材1Aのように、基材2の側面2cにおける第2の主面2b側の部分に、はんだに対する濡れ性が低い無機膜7が設けられることにより、はんだ阻止部4Aが構成されていてもよい。無機膜7としては、特に限定されず、例えば、酸化物膜、窒化物膜、フッ化物膜、又は硫化物膜を用いることができる。酸化物膜の材料としては、例えば、SiO2又はAl2O3を用いることができる。窒化物膜の材料としては、例えば、Si3N4又はAlNを用いることができる。フッ化物膜の材料としては、例えば、MgF2を用いることができる。また、硫化物膜の材料としては、例えば、ZnSを用いることができる。
また、図5に示す第2の変形例の光透過窓部材1Bのように、基材2の第1の主面2a上における光透過部5が設けられる領域に反射防止膜8をさらに備えていてもよい。反射防止膜8としては、例えば、高屈折率膜及び低屈折率膜が交互に積層された誘電体多層膜を用いることができる。高屈折率膜の材料としては、例えば、Ta2O5、TiO、TiO2、Nb2O5、HfO2、ZrO2、Si3N4、Si等を用いることができる。低屈折率膜の材料としては、例えば、SiO、SiO2、MgF2等を用いることができる。また、この他にも、中間屈折率膜の材料を用いてもよい。中間屈折率膜の材料としては、例えば、Al2O3等を用いてもよい。高屈折率膜の厚みとしては、例えば、30nm以上、400nm以下とすることができる。低屈折率膜の厚みとしては、例えば、15nm以上、400nm以下とすることができる。また、反射防止膜8全体の厚みとしては、例えば、400nm以上、2500nm以下とすることができる。なお、反射防止膜8は、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法等により、各層を積層することによって形成することができる。
反射防止膜8が設けられる部分の波長1200nm~1700nmの反射率は、好ましくは1%以下、より好ましくは0.5%以下である。一方、筐体内部を見え難くすることにより審美性をより一層高める観点から、反射防止膜8が設けられる部分は、可視波長域の光を通さないことが好ましい。より具体的には、反射防止膜8が設けられる部分の波長450nm~700nmの平均反射率は、好ましくは10%以上、より好ましくは20%以上、特に好ましくは40%以上である。
図6は、反射防止膜が設けられる部分の一例としての光学特性を示すグラフである。なお、図6は、基材2の上に、Ta2O5(厚み:67nm)、SiO2(厚み:58nm)、Ta2O5(厚み:197nm)、及びSiO2(厚み:254nm)がこの順に積層されてなる反射防止膜8が設けられた部分における波長1200nm~1700nmの反射率を示している。なお、この反射防止膜8が設けられる部分は、可視波長域の反射率が高められている。
上記実施形態では、基材2の第1の主面2a上における光透過部5が設けられる領域に反射膜や反射防止膜8が設けられているが、別の実施形態として、基材2の第2の主面2b上に、上述した反射膜や反射防止膜8を設けてもよい。また、別の実施形態として、基材2の第1の主面2a及び第2の主面2bの双方の上に、上述した反射膜や反射防止膜8を設けてもよい。
さらに、基材2の第1の主面2a及び第2の主面2b上に、傷防止のための保護膜が設けられていてもよい。保護膜の材料としては、例えば、SiO2、SiO、Al2O3、Si3N4、MgF2が挙げられる。なお、保護膜の厚みとしては、例えば、10nm以上、300nm以下とすることができる。
以下、光透過窓部材1の製造方法の一例について説明する。
(光透過窓部材の製造方法)
図7は、本発明の第1の実施形態に係る光透過窓部材の製造方法を説明するための模式的平面図である。
図7は、本発明の第1の実施形態に係る光透過窓部材の製造方法を説明するための模式的平面図である。
光透過窓部材1の製造方法では、まず、基材2を用意する。次に、膜付け治具11を用いて、基材2の第1の主面2aに接するようにマスク12を配置する。マスク12は、成膜時に光透過部5の形成部をマスクするように配置する。さらに、はんだ阻止部4の形成部をマスクする。
次に、膜付け治具11により基材2の第1の主面2a及び側面2cにおけるメタライズ膜形成部以外をマスクした状態で、メタライズ膜3を成膜する。これにより、光透過窓部材1を形成することができる。
メタライズ膜3の成膜は、例えば、蒸着法又はスパッタリング法により形成することができる。蒸着法としては、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング真空蒸着法、又はイオンアシスト真空蒸着法が挙げられる。
メタライズ膜3の成膜に際し、成膜方向や成膜時間を調整することで、第1の主面2a上のメタライズ膜3の厚みに対する側面2c上のメタライズ膜3の厚みの比(側面2c上の厚み/第1の主面2a上の厚み)を所望の値に調整することが可能である。例えば、成膜方向として第1の主面2aに面する方向から成膜する場合や、成膜時間を短時間にする場合は、側面2c上のメタライズ膜3よりも、第1の主面2a上のメタライズ膜3の厚みが厚くなりやすいため、第1の主面2a上のメタライズ膜3の厚みに対する側面2c上のメタライズ膜3の厚みの比(側面2c上の厚み/第1の主面2a上の厚み)の値を小さくできる。さらに、側面2c上のメタライズ膜3の厚みが、基材2の側面2cにおいて、第1の主面2a側から第2の主面2b側に向かう厚み方向に漸減するように設けることができる。これにより、第2の主面2b側に、はんだ6をより食み出しにくくすることができる。
一方、例えば、成膜時の圧力をより高くすることで2c側面への回り込みを多くすることができ、第1の主面2a上のメタライズ膜3の厚みに対する側面2c上のメタライズ膜3の厚みの比(側面2c上の厚み/第1の主面2a上の厚み)の値を1に近づけることができる。これにより、メタライズ膜3の膜厚がより均一な光透過窓部材1が得やすくなる。
なお、上記ではメタライズ膜3を例に挙げて説明したが、当然に、密着層3a、拡散防止層3b、はんだ接合層3cについても、同様の成膜条件が適用でき、メタライズ膜3の場合と同様の効果を得ることができる。
(電子機器)
図8は、本発明の第1の実施形態に係る電子機器を示す模式的断面図である。図8に示すように、電子機器21は、光透過窓部材1と、筐体10とを備える。光透過窓部材1は、筐体10の開口部10a内に嵌め込まれている。筐体10の材質は、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス、又は樹脂などを用いることができる。
図8は、本発明の第1の実施形態に係る電子機器を示す模式的断面図である。図8に示すように、電子機器21は、光透過窓部材1と、筐体10とを備える。光透過窓部材1は、筐体10の開口部10a内に嵌め込まれている。筐体10の材質は、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス、又は樹脂などを用いることができる。
電子機器21では、光源22から出射した光Aが、プリズム23において反射され、光透過窓部材1を通り、被照射物に照射される。光源22としては、例えば、LDやLED等を用いることができる。
本実施形態では、光源22及びプリズム23が、筐体10の内部に配置されている。もっとも、本発明においては、光源22及びプリズム23が、筐体10の外部に配置されていてもよい。また、図8に示すように、光源22及びプリズム23の間には、屈折率整合樹脂24が設けられていてもよい。屈折率整合樹脂24の材料は、特に限定されず、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、又はシリコーン樹脂などを用いることができる。
本実施形態の電子機器21では、筐体10の開口部10aに光透過窓部材1が嵌め込まれている。光透過窓部材1では、はんだ6が、側面2cにおける第1の主面2a側の一部に設けられている。また、第2の主面2b側には、はんだ阻止部4が設けられていることから、第2の主面2b側には、はんだ6が食み出していない。そのため、電子機器21では、筐体10の被照射物側の面10bにおいて、筐体10と光透過窓部材1を略同一平面上に配置することができ、段差(凹み)を生じ難くすることができる。そのため、電子機器21として、ウェアラブル端末を用いた場合には、装着時に汗が溜まるなどの違和感を感じたり、あるいは計測する光量のロスが生じ難い。また、ウェアラブル端末を被照射物側から視た場合、はんだ6が視野に含まれないことから、美観性も損なわれ難い。よって、電子機器21によれば、使用感や美観性を向上させることができ、光量ロスを生じ難くすることができる。このように、電子機器21は、例えば、スマートウォッチ等のウェアラブル端末に好適に用いることができる。
[第2の実施形態]
図9は、本発明の第2の実施形態に係るプリズム及び電子機器を示す模式図である。図10は、図9のプリズムを光入射面側から視たときの模式図である。図11は、図9のプリズムを反射面側から視たときの模式図である。なお、図9~図11においては、第2の実施形態に係るプリズム及び電子機器の模式的断面図を示しているが、メタライズ膜が配置されている位置のみをハッチングで示している。
図9は、本発明の第2の実施形態に係るプリズム及び電子機器を示す模式図である。図10は、図9のプリズムを光入射面側から視たときの模式図である。図11は、図9のプリズムを反射面側から視たときの模式図である。なお、図9~図11においては、第2の実施形態に係るプリズム及び電子機器の模式的断面図を示しているが、メタライズ膜が配置されている位置のみをハッチングで示している。
プリズム31は、光透過部35を有するプリズム状の基材32と、メタライズ膜33と、反射膜36と、反射防止膜38とを備える。本実施形態において、基材32の断面形状は、略三角形である。基材32は、底面32aと、底面32aに接続されている側面32bとを有する。側面32bは、光入射面32b1と、反射面32b2とを有する。
基材32としては、特に限定されないが、例えば、透明基材を用いることができる。基材32としては、波長1200nm~2500nmにおける波長域の消衰係数kが1×10-7以下であることが望ましい。また、波長800nm~2500nmにおける波長域の消衰係数kが1×10-7以下であることが望ましい。このような基材32の材料としては、例えば、サファイア、シリコンウエハ、ガラスなどを用いることができる。ガラスとしては、例えば、ホウケイ酸系ガラスや石英などの光学ガラス等が挙げられる。
なお、波長800nm以下における波長域の消衰係数kについては限定されるものではないが、目的に応じて選択することができる。例えば、可視光域における透明性が求められる場合は波長400nm~800nmにおける波長域の消衰係数kが1×10-7以下であることが望ましい。また、可視光域における隠蔽性が求められる場合には、波長400nm~800nmにおける波長域の消衰係数kが1以上であることが望ましい。
メタライズ膜33は、基材32の側面32bにおいて部分的に設けられている。メタライズ膜33は、基材32の側面32bにおいて底面32a側には設けられていない。また、図10に示すように、光入射面32b1において、メタライズ膜33は、光透過部35には設けられていない。また、図11に示すように、反射面32b2において、メタライズ膜33は、反射膜36を覆うように設けられている。なお、メタライズ膜33は、反射膜36が設けられている部分には設けられていなくてもよい。
メタライズ膜33は、はんだに対する濡れ性の高い膜であることが望ましい。メタライズ膜33としても、第1の実施形態のメタライズ膜3と同様に、例えば、密着層、拡散防止層、及びはんだ接合層がこの順に設けられた積層膜を用いることができる。
密着層としては、特に限定されないが、例えば、Cr、Ti、Ta、W等を含有する金属膜が挙げられる。密着層は、好ましくはCr及びTiのうち少なくとも一方からなる金属膜である。
拡散防止層としては、特に限定されないが、例えば、Ni、Pt、Pd、W等を含む金属膜が挙げられる。拡散防止層は、好ましくはNi、Pt、Pd、Wからなる群から選択される少なくとも1種からなる金属膜である。
はんだ接合層としては、はんだに対する濡れ性の高い材料であることが望ましい。はんだ接合層としては、例えば、Au、Pt等を含む金属膜が挙げられる。はんだ接合層は、好ましくはAu及びPtのうち少なくとも一方からなる群から選択される少なくとも1種からなる金属膜である。
メタライズ膜33の厚みとしては、特に限定されないが、例えば、0.2μm以上、2.3μm以下とすることができる。密着層の厚みは、特に限定されないが、例えば、0.01μm以上、0.3μm以下とすることができる。拡散防止層の厚みは、特に限定されないが、例えば、0.1μm以上、1μm以下とすることができる。また、はんだ接合層の厚みは、特に限定されないが、例えば、0.1μm以上、1μm以下とすることができる。
なお、本発明においては、メタライズ膜33がその最外層にはんだ接合層を有していればよく、密着層や拡散防止層は設けられていなくてもよい。もっとも、気密封止性をより高めるためには、メタライズ膜33が、密着層、拡散防止層、及びはんだ接合層の全てを有していることが望ましい。
基材32の側面32bには、はんだ阻止部34が設けられている。はんだ阻止部34は、はんだに対する濡れ性の低い部分であることが望ましい。本実施形態において、はんだ阻止部34は、側面32bにおいて、メタライズ膜33が設けられておらず、基材32が露出した部分である。なお、第1の実施形態の第1の変形例と同様に、はんだに対する濡れ性が低い無機膜が設けられることにより、はんだ阻止部34が構成されていてもよい。
また、はんだ阻止部34は、側面32bにおいて、メタライズ膜33が設けられていない、底面32a側の部分に設けられている。より具体的には、はんだ阻止部34は、側面32bにおいて、底面32aから延びるように設けられている。
はんだ阻止部34は、側面32b全体の厚みに対し、底面32aから厚み方向において5%~95%の部分に設けられていることが好ましく、より好ましくは5%~80%、さらに好ましくは6%~70%、さらにより好ましくは7%~60%、さらにより好ましくは8%~50%、さらにより好ましくは9%~40%、さらにより好ましくは10%~30%の部分であり、10%~25%の部分に設けられていることが特に好ましい。
なお、底面32aの外周方向を周方向としたときに、はんだ阻止部34は、周方向全体に設けられていてもよいし、周方向の一部に設けられていてもよい。はんだ阻止部34は、周方向において、周方向全体の長さに対し、50%~100%の部分に設けられていることが好ましく、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらにより好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上である。また、その上限は特に設定しないが、例えば、99%以下、98%以下、97%以下、95%以下、92%以下、90%以下、85%以下、80%以下、75%以下、70%以下であってもよい。なお、はんだ阻止部としてはんだに対する濡れ性が低い無機膜を設ける場合には、光入射面32b1に、はんだ阻止部を設けないか、底面32aから厚み方向において20%以下の範囲に設けることが望ましい。
反射膜36は、基材32の反射面32b2に設けられている。反射膜36としては、例えば、高屈折率膜及び低屈折率膜が交互に積層された誘電体多層膜を用いることができる。高屈折率膜の材料としては、例えば、TiO2、Ta2O5、ZrO2、又はHfO2が挙げられる。低屈折率膜の材料としては、例えば、SiO2又はMgF2が挙げられる。なお、反射膜36は、単層の金属膜であってもよく、特に限定されない。反射膜36の厚みとしては、例えば、70nm以上、500nm以下とすることができる。反射膜36は、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法等により、各層を積層することによって形成することができる。
反射防止膜38は、基材32の底面32aに設けられている。反射防止膜38としては、例えば、高屈折率膜及び低屈折率膜が交互に積層された誘電体多層膜を用いることができる。高屈折率膜の材料としては、例えば、Ta2O5、TiO、TiO2、Nb2O5、HfO2、ZrO2、Si等を用いることができる。低屈折率膜の材料としては、例えば、SiO、SiO2、MgF2等を用いることができる。また、この他にも、中間屈折率膜の材料を用いてもよい。中間屈折率膜の材料としては、例えば、Al2O3等を用いてもよい。高屈折率膜の厚みとしては、例えば、30nm以上、400nm以下とすることができる。低屈折率膜の厚みとしては、例えば、15nm以上、400nm以下とすることができる。また、反射防止膜38全体の厚みとしては、例えば、400nm以上、2500nm以下とすることができる。なお、反射防止膜38は、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法等により、各層を積層することによって形成することができる。なお、反射防止膜38は設けられていなくてもよい。
また、基材32の底面32aに、傷防止のための保護膜が設けられていてもよい。保護膜の材料としては、例えば、SiO2、SiO、Al2O3、MgF2が挙げられる。なお、保護膜の厚みとしては、例えば、10nm以上、300nm以下とすることができる。
プリズム31の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、第1の実施形態の光透過窓部材1と同様に、膜付け治具により基材32のメタライズ膜形成部以外をマスクした状態で、メタライズ膜33を成膜することにより、製造することができる。
本実施形態の電子機器41は、プリズム31と、筐体40とを備える。プリズム31は、筐体40の開口部40a内に嵌め込まれている。筐体40の材質は、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス、樹脂を用いることができる。
電子機器41では、光源42から出射した光Bが、プリズム31の反射面32b2において反射され、底面32aから出射し、被照射物に照射される。光源42としては、例えば、LDやLED等を用いることができる。なお、本実施形態では、光源42が、筐体40の内部に配置されている。もっとも、本発明においては、光源42が、筐体40の外部に配置されていてもよい。また、図9に示すように、光源42及びプリズム31の間には、屈折率整合樹脂44が設けられていてもよい。屈折率整合樹脂44の材料は、特に限定されず、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂を用いることができる。
本実施形態の電子機器41では、筐体40の開口部40aにプリズム31が嵌め込まれている。プリズム31では、メタライズ膜33の上に、はんだが設けられている。従って、はんだは、側面32bの一部に設けられている。また、側面32bの底面32a側には、はんだ阻止部34が設けられていることから、底面32a側にははんだが食み出していない。そのため、電子機器41では、筐体40の被照射物側の面40bにおいて、筐体40とプリズム31を略同一平面上に配置することができ、段差(凹み)を生じ難くすることができる。従って、電子機器41として、ウェアラブル端末を用いた場合には、装着時に汗が溜まるなどの違和感を感じたり、あるいは計測する光量のロスが生じ難い。また、ウェアラブル端末を被照射物側から視た場合、はんだが視野に含まれないことから、美観性も損なわれ難い。よって、電子機器41によれば、使用感や美観性を向上させることができ、光量ロスを生じ難くすることができる。このように、電子機器41は、例えば、スマートウォッチ等のウェアラブル端末に好適に用いることができる。
また、第2の実施形態では、プリズム31が光透過窓部材を兼ねている。そのため、プリズム31によれば、電子機器41における部品点数を少なくすることができる。また、電子機器41の小型化を図ることができ、設計自由度を高めることもできる。
また、図12は、本発明の第2の実施形態に係るプリズム及び電子機器の変形例を示す模式図である。変形例のプリズム31Aでは、断面形状が略三角形の2個の基材が貼り合わされて、基材32Aが構成されている。このように、プリズム31Aは、断面形状が略矩形状の基材32Aにより構成されていてもよい。このようにすると、プリズム31Aを筐体に取り付けやすくすることができる。
1,1A,1B…光透過窓部材
2,32,32A…基材
2a…第1の主面
2b…第2の主面
2c,32b…側面
2d…コーナー部
3…メタライズ膜
3a…密着層
3b…拡散防止層
3c…はんだ接合層
4,4A,34…はんだ阻止部
5,35…光透過部
6…はんだ
7…無機膜
8,38…反射防止膜
10,40…筐体
10a,40a…開口部
10b,40b…面
11…膜付け治具
12…マスク
21,41…電子機器
22,42…光源
23,31,31A…プリズム
24,44…屈折率整合樹脂
32a…底面
32b1…光入射面
32b2…反射面
33…メタライズ膜
36…反射膜
2,32,32A…基材
2a…第1の主面
2b…第2の主面
2c,32b…側面
2d…コーナー部
3…メタライズ膜
3a…密着層
3b…拡散防止層
3c…はんだ接合層
4,4A,34…はんだ阻止部
5,35…光透過部
6…はんだ
7…無機膜
8,38…反射防止膜
10,40…筐体
10a,40a…開口部
10b,40b…面
11…膜付け治具
12…マスク
21,41…電子機器
22,42…光源
23,31,31A…プリズム
24,44…屈折率整合樹脂
32a…底面
32b1…光入射面
32b2…反射面
33…メタライズ膜
36…反射膜
Claims (21)
- 光透過部を有する、板状の基材と、
前記基材の側面における少なくとも一部に設けられている、メタライズ膜と、
を備え、
前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだ阻止部が設けられている、光透過窓部材。 - 前記基材は、光入射側に設けられている、第1の主面と、前記第1の主面に対向しており、光出射側に設けられている、第2の主面とを有し、前記側面は、前記第1の主面及び前記第2の主面を結んでおり、
前記メタライズ膜が、前記第1の主面上にも設けられている、請求項1に記載の光透過窓部材。 - 前記メタライズ膜が、前記基材の前記第1の主面及び前記側面を接続するコーナー部にも設けられている、請求項2に記載の光透過窓部材。
- 前記第1の主面上の前記メタライズ膜の厚みに対する前記側面上の前記メタライズ膜の厚みの比(側面上の厚み/第1の主面上の厚み)が、0.05以上、1.00以下である、請求項2又は3に記載の光透過窓部材。
- 前記第1の主面及び前記第2の主面を結ぶ方向を厚み方向としたときに、
前記はんだ阻止部は、前記基材の側面において、前記第2の主面から前記厚み方向に延びるように設けられている、請求項2又は3に記載の光透過窓部材。 - 前記はんだ阻止部は、前記側面全体の厚みに対し、前記第2の主面から前記厚み方向において5%以上、100%未満の部分に設けられている、請求項5に記載の光透過窓部材。
- 前記はんだ阻止部は、前記メタライズ膜が設けられておらず、前記基材が露出した部分により構成されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の光透過窓部材。
- 前記はんだ阻止部は、前記光透過窓部材の表層に無機膜が設けられることにより構成されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の光透過窓部材。
- 前記無機膜が、酸化物膜、窒化物膜、フッ化物膜、又は硫化物膜である、請求項8に記載の光透過窓部材。
- 前記メタライズ膜が、
前記基材と接しており、Cr及びTiのうち少なくとも一方を含有する、密着層と、
前記密着層上に設けられており、Ni、Pt、及びPdからなる群から選択される少なくとも1種を含有する、拡散防止層と、
前記拡散防止層上に設けられており、Au及びPtのうち少なくとも一方を含有する、はんだ接合層と、
を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の光透過窓部材。 - 前記メタライズ膜の上にはんだが設けられており、
前記はんだが、Au、Sn、及びInからなる群から選択される少なくとも1種を含有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の光透過窓部材。 - 前記はんだが、リングプリフォーム状又はペースト状である、請求項11に記載の光透過窓部材。
- 前記基材の平面形状が、略円状又は略矩形状である、請求項1~3のいずれか1項に記載の光透過窓部材。
- 光透過部を有する、板状の基材と、
前記基材の側面における少なくとも一部に設けられており、はんだに対する濡れ性の高いメタライズ膜と、
を備え、
前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだに対する濡れ性の低いはんだ阻止部が設けられている、光透過窓部材。 - 光透過部を有する、板状の基材を用意する工程と、
前記基材の側面における少なくとも一部に、メタライズ膜を成膜する工程と、
を備え、
前記メタライズ膜を成膜するに際し、前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだ阻止部が設けられるように成膜する、光透過窓部材の製造方法。 - 前記基材における光入射側の主面の一部から前記側面の一部に至るように、真空蒸着法又はスパッタリング法により、前記メタライズ膜を成膜する、請求項15に記載の光透過窓部材の製造方法。
- 光透過部を有する、板状の基材を用意する工程と、
前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだに対する濡れ性の高いメタライズ膜を成膜する工程と、
を備え、
前記メタライズ膜を成膜するに際し、前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだに対する濡れ性の低いはんだ阻止部が設けられるように成膜する、光透過窓部材の製造方法。 - 底面及び前記底面に接続されている側面を有し、かつ光透過部を有する、プリズム状の基材と、
前記基材の側面における少なくとも一部に設けられている、メタライズ膜と、
を備え、
前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだ阻止部が設けられている、プリズム。 - 底面及び前記底面に接続されている側面を有し、かつ光透過部を有する、プリズム状の基材と、
前記基材の側面における少なくとも一部に設けられており、はんだに対する濡れ性の高いメタライズ膜と、
を備え、
前記基材の側面における少なくとも一部に、はんだに対する濡れ性の低いはんだ阻止部が設けられている、プリズム。 - 開口部を有する筐体と、
前記筐体の開口部に嵌め込まれている、請求項1~3のいずれか1項に記載の光透過窓部材と、
を備える、電子機器。 - 前記筐体の開口部が設けられる面と、前記光透過窓部材における光出射側の面とが略同一平面上に設けられている、請求項20に記載の電子機器。
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- 2023-06-06 TW TW112120992A patent/TW202413304A/zh unknown
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