(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された下地層と、前記下地層に接する、前記下地層と同素材からなるナノサイズ突起物とを有し、
前記ナノサイズ突起物は、長さが９０ｎｍ〜１５０μｍであり、
前記下地層及びナノサイズ突起物は、少なくとも、インジウム、スズ及び酸素を含有する
ことを特徴とする赤外線カットフィルタ。
【請求項２】
ナノサイズ突起物は、１ｍｍ２以上の領域に１ｍｍ２あたり１×１０５〜１×１０９個の密度で形成されていることを特徴とする請求項１記載の赤外線カットフィルタ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の赤外線カットフィルタを製造する方法であって、スパッタリングにより基板上に下地層とナノサイズ突起物とを形成することを特徴とする赤外線カットフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近赤外線から遠赤外線までの幅広い波長域において優れた赤外線カット性能を有する赤外線カットフィルタに関する。また、本発明は、該赤外線カットフィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学用途においては、例えば、偏光フィルタ、波長用フィルタ等の様々な光学フィルタが用いられている。
波長用フィルタは、入射光の中の特定波長だけを選択的に取り出したり、カットしたりする性能を有するフィルタであり、例えば、赤外線をカットする赤外線カットフィルタが挙げられる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
赤外線カットフィルタは、例えば、デジタルカメラ、携帯電話カメラ等のカメラ、液晶プロジェクタ等において用いられている。
赤外線カットフィルタには様々なタイプがあり、例えば、光の干渉効果を生じる誘電体多層膜を有するフィルタ、無機材料からなる薄膜を有するフィルタ、有機系赤外線吸収剤を含有するフィルタ等が挙げられる。
しかしながら、従来の赤外線カットフィルタ、特に無機材料からなる薄膜を有するフィルタは、遠赤外線のカット性能に比べて近赤外線のカット性能が不充分であることがあり、近赤外線から遠赤外線までの幅広い波長域において優れた赤外線カット性能を有する赤外線カットフィルタが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５０５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、近赤外線から遠赤外線までの幅広い波長域において優れた赤外線カット性能を有する赤外線カットフィルタを提供することを目的とする。また、本発明は、該赤外線カットフィルタの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板上に形成された下地層と、前記下地層に接する、前記下地層と同素材からなるナノサイズ突起物とを有し、前記ナノサイズ突起物は、長さが９０ｎｍ〜１５０μｍである赤外線カットフィルタである。
以下、本発明を詳述する。
【０００７】
本発明者は、赤外線カットフィルタとして、基板上に形成された下地層と、該下地層に接する、該下地層と同素材からなるナノサイズ突起物とを有するフィルタを用いることにより、充分な可視光透過性を維持しながら優れた赤外線カット性能が得られることを見出した。このようなフィルタは、基板上に同素材からなる下地層とナノサイズ突起物とを１工程で形成させることも可能であるため、製造方法も簡便である。
更に、本発明者は、ナノサイズ突起物の長さによっては充分な赤外線カット性能が得られないことがあるのに対し、ナノサイズ突起物の長さを特定範囲に調整することで、下地層及びナノサイズ突起物の素材が無機材料である場合であっても、近赤外線から遠赤外線までの幅広い波長域において優れた赤外線カット性能が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
本発明の赤外線カットフィルタは、基板上に形成された下地層と、上記下地層に接する、上記下地層と同素材からなるナノサイズ突起物とを有する。
図１は、本発明の赤外線カットフィルタの一例を模式的に示した断面図である。図１に示す赤外線カットフィルタ５は、基板６上に形成された下地層７と、下地層７に接する、下地層７と同素材からなるナノサイズ突起物８とを有する。
【０００９】
上記基板は特に限定されないが、透明であることが好ましく、例えば、ガラス基板、金属基板等の無機基板、プラスチックフィルム等が挙げられる。上記プラスチックフィルムとして、ＰＥＴフィルム、ポリエチレンナフトエートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム、シクロオレフィン樹脂フィルム等が好ましい。
上記基板の厚みは特に限定されないが、上記ガラス基板等の無機基板の厚みは、２０μｍ〜１０ｍｍが好ましく、上記プラスチックフィルムの厚みは、８〜５００μｍが好ましい。
【００１０】
本発明の赤外線カットフィルタにおいては、上記基板上に上記下地層が直接形成されていてもよいが、上記基板の表面に表面処理が施されていたり、上記基板と上記下地層との間に薄膜層が形成されていたりしてもよい。
上記薄膜層として、例えば、上記基板が上記プラスチックフィルムである場合に該プラスチックフィルムのガスバリア性を高めることのできる薄膜層等が挙げられる。上記薄膜層は、透明であることが好ましく、具体的には例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の金属酸化物層、アクリル、シリコーン等からなる透明樹脂層等が挙げられる。
【００１１】
上記下地層の素材は特に限定されないが、無機材料が好ましく、導電性を有する無機材料がより好ましい。更に、上記下地層は、少なくとも、インジウム、スズ及び酸素を含有することが好ましく、更に、窒素を含有してもよい。上記下地層の素材として、具体的には例えば、インジウムを含有する酸化スズ、アルミニウムを含有する酸化スズ、亜鉛を含有する酸化スズ、ガリウムを含有する酸化スズ、窒素を含有する酸化スズ等が挙げられる。
上記下地層の厚みは特に限定されないが、３〜５００ｎｍが好ましい。
【００１２】
上記ナノサイズ突起物は、上記下地層と同素材からなるものである。本発明の赤外線カットフィルタは、上記基板上に同素材からなる上記下地層と上記ナノサイズ突起物とを１工程で形成させることも可能であるため、製造方法も簡便である。
上記ナノサイズ突起物の素材は、上記下地層と同素材である限り特に限定されないが、無機材料が好ましく、導電性を有する無機材料がより好ましい。更に、上記ナノサイズ突起物は、少なくとも、インジウム、スズ及び酸素を含有することが好ましく、更に、窒素を含有することが好ましい。上記ナノサイズ突起物の素材として、具体的には例えば、インジウムを含有する酸化スズ、アルミニウム含有する酸化スズ、亜鉛を含有する酸化スズ、ガリウムを含有する酸化スズ、窒素を含有する酸化スズ等が挙げられる。
なお、「同素材からなる」とは、構成元素が同一であることを意味する。構成元素が同一であれば、必ずしも各構成元素の組成比が同一である必要はない。
【００１３】
上記ナノサイズ突起物は、長さが９０ｎｍ〜１５０μｍである。
上記ナノサイズ突起物の長さが上記範囲に調整されていることで、本発明の赤外線カットフィルタは、上記下地層及び上記ナノサイズ突起物の素材が無機材料である場合であっても、近赤外線から遠赤外線までの幅広い波長域において優れた赤外線カット性能を有することができる。長さが９０ｎｍ未満であると、充分な赤外線カット性能を得ることが難しくなる。また、長さが１５０μｍを超えるナノサイズ突起物を形成することは難しい。長さの好ましい下限は１２０ｎｍ、好ましい上限は１００μｍであり、より好ましい下限は１５０ｎｍ、より好ましい上限は５０μｍであり、更に好ましい下限は５００ｎｍ、更に好ましい上限は３０μｍであり、特に好ましい下限は８００ｎｍ、特に好ましい上限は１μｍである。
なお、ナノサイズ突起物の長さとは、基板から離れる方向に伸びるナノサイズ突起物の長さ（基板に対してほぼ垂直方向にナノサイズ突起物が伸びている場合はナノサイズ突起物の高さ）であり、赤外線カットフィルタの断面又は表面を観察した電子顕微鏡写真（ＳＥＭ像）から求めることができる。ナノサイズ突起物の長さとは、３０個以上のナノサイズ突起物の平均値を意味する。
【００１４】
上記ナノサイズ突起物は、上記基板から成長したナノサイズ突起物の長さＨと、上記ナノサイズ突起物の幹を輪切りにした断面の幅（基板に対してほぼ垂直方向にナノサイズ突起物が伸びている場合はナノサイズ突起物を基板に対して水平方向に輪切りにした断面の幅）Ｗとの比率Ｈ／Ｗが１〜３００であることが好ましい。本発明の赤外線カットフィルタにおいては、いずれの箇所においても実質的に比率Ｈ／Ｗが同比率のナノサイズ突起物が同一密度で形成されていることが好ましい。比率Ｈ／Ｗが１未満であると、上記ナノサイズ突起物が充分に形成されず、充分な赤外線カット性能を得ることが難しくなることがある。比率Ｈ／Ｗが３００を超えると、上記ナノサイズ突起物が物理的な力で破壊されやすくなることがある。
【００１５】
上記ナノサイズ突起物の形状は特に限定されず、例えば、ロッド状（円錐状、円筒状）、こぶ状、四角柱状、四角錐状等が挙げられる。なかでも、ロッド状が好ましく、円錐状がより好ましい。上記円錐状は、円錐の先端に球を有する形状であることがより好ましい。これらの形状は、単一の形状のみが存在していてもよいし、２種以上の形状が混在していてもよい。
また、上記ナノサイズ突起物は、分岐構造を有するものを含んでいてもよい。
【００１６】
なお、ナノサイズ突起物の比率Ｈ／Ｗ、及び、形状は、赤外線カットフィルタの断面又は表面を観察した電子顕微鏡写真（ＳＥＭ像）から求めることができる。ナノサイズ突起物の比率Ｈ／Ｗとは、３０個以上のナノサイズ突起物の平均値を意味する。
【００１７】
上記ナノサイズ突起物は、広い領域に高い密度で形成されていることが好ましい。
上記ナノサイズ突起物は、１ｍｍ２以上の領域、好ましくは１００ｍｍ２〜１ｍ２もの広い領域に１ｍｍ２あたり１×１０５〜１×１０９個の密度で形成されていることが好ましい。密度が１ｍｍ２あたり１×１０５個未満であると、上記ナノサイズ突起物を有しないフィルタとの差異がなく、上記ナノサイズ突起物の効果が得られないことがある。密度が１ｍｍ２あたり１×１０９個を超えると、上記ナノサイズ突起物が多すぎて、密度が不均一になることや、可視光透過性が低下することがある。密度のより好ましい下限は１ｍｍ２あたり１×１０６個、より好ましい上限は１ｍｍ２あたり１×１０７個である。
なお、「ナノサイズ突起物が１ｍｍ２以上の領域に１ｍｍ２あたり１×１０５〜１×１０９個の密度で形成されている」とは、赤外線カットフィルタの表面を観察した電子顕微鏡写真（ＳＥＭ像）を用いて、１ｍｍ２以上の領域にわたる任意の５以上の箇所について算出したナノサイズ突起物の密度の平均値が、１ｍｍ２あたり１×１０５〜１×１０９個であることを意味する。
【００１８】
上記下地層及び上記ナノサイズ突起物は、少なくとも上記基板の片面に形成されていればよいが、上記基板の両面に形成されていてもよい。
【００１９】
本発明の赤外線カットフィルタの用途は特に限定されないが、カメラ（例えば、デジタルカメラ、携帯電話カメラ）、液晶プロジェクタ等の光学用途や、通過センサー、対物センサー等の光学センサー用途等が好ましい。
本発明の赤外線カットフィルタは、近赤外線から遠赤外線までの幅広い波長域において優れた赤外線カット性能を有する。より具体的には、本発明の赤外線カットフィルタは、波長１４００ｎｍ付近の近赤外線のカット性能が６０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。また、本発明の赤外線カットフィルタは、波長３０００ｎｍ付近の遠赤外線のカット性能が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。
一方で、本発明の赤外線カットフィルタは、充分な可視光透過性を有する。本発明の赤外線カットフィルタは、波長５５０ｎｍ付近の可視光透過率が６０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。
なお、近赤外線カット性能、遠赤外線カット性能、及び、可視光透過率は、例えば、紫外可視赤外分光光度計（例えば、日本分光社製のＶ−７２００）を用いて、検出器に小型積分球を用いてＩＳＯ  １３４６８−１：１９９６の条件で測定することができる。
【００２０】
本発明の赤外線カットフィルタを製造する方法は特に限定されないが、スパッタリングにより上記基板上に上記下地層と上記ナノサイズ突起物とを形成する方法が好ましい。
本発明の赤外線カットフィルタを製造する方法であって、スパッタリングにより基板上に下地層とナノサイズ突起物とを形成する赤外線カットフィルタの製造方法もまた、本発明の１つである。
【００２１】
上記スパッタリングに使用するスパッタ装置は特に限定されず、バッチ式のスパッタ装置であってもよいし、ロールｔｏロール方式のスパッタ装置であってもよい。
【００２２】
上記スパッタリングの条件（例えば、ガス雰囲気、基板を加熱する温度（成膜温度）及び時間、スパッタリングターゲット中のＳｎＯ２含有量等）を調整することにより、上記基板上に上記範囲の長さを有するナノサイズ突起物を形成することができる。
なかでも、酸素ガスを導入しないでスパッタリングを行うことが好ましく、アルゴンガス雰囲気下でスパッタリングを行うことがより好ましい。なお、酸素ガスを導入しないでスパッタリングを行うとは、少なくとも、酸素ガスを導入しないでスパッタリングを行う工程が含まれていればよく、その工程の前に酸素ガスを導入してスパッタリングを行ってもよい。酸素ガスを導入する場合は、アルゴンガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気下でスパッタリングを行い、続いて、酸素ガスを含まないアルゴンガス雰囲気下でスパッタリングを行うことが好ましい。
【００２３】
上記スパッタリングにおいて、上記基板を加熱する温度（成膜温度）は特に限定されないが、好ましい下限が１２０℃、好ましい上限が５００℃である。このような成膜温度とすることにより、上記ナノサイズ突起物を充分に形成することができる。
なかでも、上記基板が上記ガラス基板等の無機基板である場合、成膜温度の好ましい下限は１５０℃、より好ましい下限は１７５℃である。成膜温度を１７５℃以上とすることにより、目的とする形状のナノサイズ突起物を形成しやすくなる。
また、上記プラスチックフィルムは一般的に薄く熱伝導性が高いため、上記基板が上記プラスチックフィルムである場合、成膜温度の好ましい下限は１３０℃である。このような成膜温度とすることにより、上記基板として上記プラスチックフィルムを用いることができ、フレキシブルな赤外線カットフィルタとすることができる。
【００２４】
上記スパッタリングに使用するスパッタリングターゲットは特に限定されず、例えば、ＳｎＯ２３．０〜５０重量％のＩＴＯターゲット等が挙げられる。このようなＳｎＯ２含有量とすることにより、上記ナノサイズ突起物を充分に形成することができる。また、ＳｎＯ２含有量が多くなるにつれて、上記ナノサイズ突起物の長さが増し、密度が高くなるとともに、円錐の先端に存在する球の直径が小さくなる傾向がある。ＳｎＯ２含有量のより好ましい下限は５重量％、より好ましい上限は４５重量％であり、更に好ましい下限は７重量％、更に好ましい上限は３５重量％である。
【００２５】
上記スパッタリングの様式は特に限定されず、ＤＣスパッタであってもＲＦスパッタであってよく、ＤＣスパッタとＲＦスパッタとの重畳スパッタであってもよい。上記スパッタリングの圧力、投入電力等は特に限定されず、例えば、圧力０．６６６Ｐａ、投入電力３００Ｗ等を用いることができる。
【００２６】
本発明の赤外線カットフィルタの製造方法においては、上記基板に対して、スパッタリングターゲットを傾けて対向させた状態でスパッタリングを行うことが好ましい。これにより、目的とする形状のナノサイズ突起物をより広い領域に高い密度で形成することができる。
この理由ははっきりとは判っていないが、基板に対してスパッタリングターゲットを傾けることで、１）ターゲット材料の基板への到達エネルギーを制御できる、２）アルゴンプラズマによる基板及び生成膜へのダメージ（逆スパッタ）を制御できるためであると推察される。１）のターゲット材料の基板への到達エネルギーはナノサイズ突起物の生成に関与すると考えられ、２）のアルゴンプラズマによるダメージは生成したナノサイズ突起物の逆スパッタによる選択的消失による膜の平坦化に寄与すると考えられる。
【００２７】
図２に、基板に対して、スパッタリングターゲットを傾けて対向させた状態でスパッタリングを行うスパッタリング方法の一例を模式的に示す。図２に示すスパッタリング方法においては、基板ホルダ１に保持した基板２に対して、ターゲット電極３に取り付けたスパッタリングターゲット４を傾けて対向させた状態でスパッタリングを行う。これにより、スパッタリングターゲット４と同素材のスパッタ原子４’が基板２の表面に入射し、基板２の表面に堆積してナノサイズ突起物が形成される。なお、通常は基板ホルダ１を回転させながらスパッタリングを行う。
なお、図２において基板２は水平に図示されているが、基板２に対してスパッタリングターゲット４を傾けて対向させている限りにおいて、基板２及びスパッタリングターゲット４はいずれも水平であってもよいし、水平でなくてもよい。
【００２８】
なお、図３に、基板に対して、スパッタリングターゲットを傾けることなく水平に対向させた状態でスパッタリングを行う一般的なスパッタリング方法の一例を模式的に示す。
図３に示すように、基板に対して、スパッタリングターゲットを傾けることなく水平に対向させた状態でスパッタリングを行う一般的なスパッタリング方法であってもナノサイズ突起物を形成することはできるが、図２に示すように、基板に対して、スパッタリングターゲットを傾けて対向させた状態でスパッタリングを行うことにより、目的とする形状のナノサイズ突起物をより広い領域に高い密度で形成することができる。
【００２９】
上記基板に対して、スパッタリングターゲットを傾けて対向させた状態でスパッタリングを行う場合、上記基板の鉛直軸と上記スパッタリングターゲットの鉛直軸とがなす角度θ（図２参照）の好ましい下限が５°、好ましい上限が６０°である。角度θが５°未満であると、目的とする形状のナノサイズ突起物を広い領域に均一な密度で形成できないことがある。角度θが６０°を超えると、成膜時の結晶性の低下、及び、成膜速度の遅延がみられることがある。特にＩＴＯターゲットを用いる場合は、角度θが６０°を超えると、膜質の低下から表面抵抗が増大することがある。角度θのより好ましい下限は１０°、より好ましい上限は５５°であり、更に好ましい下限は１５°、更に好ましい上限は４５°である。
【００３０】
本発明の赤外線カットフィルタの製造方法においては、得られた赤外線カットフィルタに対して焼成、プラズマ処理等を行ってもよい。焼成時の加熱方法は特に限定されず、例えば、ヒーターオーブン加熱、赤外線加熱等が挙げられる。焼成することで、赤外線カットフィルタの可視光透過性を増大させることができる。
焼成時のフィルタ表面温度は特に限定されないが、好ましい下限は２００℃、好ましい上限は６００℃である。上記フィルタ表面温度を２００℃以上とすることで、赤外線カットフィルタの波長５５０ｎｍ付近の可視光透過率を大幅に向上させることができる。上記フィルタ表面温度が６００℃を超えると、赤外線カットフィルタの波長１４００ｎｍ付近の近赤外線の透過率が増大してしまい、赤外線カットフィルタとしての性能が低下することがある。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、近赤外線から遠赤外線までの幅広い波長域において優れた赤外線カット性能を有する赤外線カットフィルタを提供することができる。また、本発明によれば、該赤外線カットフィルタの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の赤外線カットフィルタの一例を模式的に示した断面図である。
【図２】基板に対して、スパッタリングターゲットを傾けて対向させた状態でスパッタリングを行うスパッタリング方法の一例を模式的に示した図である。
【図３】基板に対して、スパッタリングターゲットを傾けることなく水平に対向させた状態でスパッタリングを行う一般的なスパッタリング方法の一例を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
【００３４】
（実施例１）
ＤＣマグネトロンスパッタ装置のターゲット電極にスパッタリングターゲットとしてＳｎＯ２７．０重量％のＩＴＯターゲットを取り付け、アルゴンガス雰囲気下で基板（コーニングガラス＃１７３７基板、厚み０．７ｍｍ）を加熱して該基板にスパッタリングを行い、基板上に下地層とナノサイズ突起物とを有する赤外線カットフィルタを得た。
このときの基板の鉛直軸とスパッタリングターゲットの鉛直軸とがなす角度θは２５°であった。また、アルゴン圧は０．６６６Ｐａ、成膜温度は３００℃、投入電力は３００Ｗ、成膜時間は５分であった。
【００３５】
（実施例２〜１６、比較例１〜３）
スパッタ成膜条件（様式、ターゲット、投入電力、成膜時間、角度θ）、及び、加熱条件を表１に示すように変更したこと以外は実施例１と同様にして、基板上に下地層とナノサイズ突起物とを有する赤外線カットフィルタを得た。
なお、実施例２、４〜１６及び比較例１〜３では、得られた赤外線カットフィルタに対してフィルタ表面温度３００℃で１時間焼成を行った。
【００３６】
＜評価＞
実施例、比較例で得られた赤外線カットフィルタについて、下記の評価を行った。結果を表１に示した。
【００３７】
（１）ナノサイズ突起物の観察
赤外線カットフィルタの表面を観察した電子顕微鏡写真（ＳＥＭ像）を用いて、ナノサイズ突起物の形状を求めた。また、同様の電子顕微鏡写真（ＳＥＭ像）を用いて、３０個以上のナノサイズ突起物の平均値として、ナノサイズ突起物の長さ及び比率Ｈ／Ｗを求めた。また、同様の電子顕微鏡写真（ＳＥＭ像）を用いて、１ｍｍ２以上の領域にわたる任意の５以上の箇所について算出したナノサイズ突起物の密度の平均値を求めた。
なお、比較例１及び２で得られた赤外線カットフィルタはナノサイズ突起物が充分に形成されていない平坦な薄膜であり、比較例３で得られた赤外線カットフィルタでは長さが９０ｎｍ以上となるナノサイズ突起物は得られなかったことがわかった。
【００３８】
（２）近赤外線カット性能、遠赤外線カット性能、及び、可視光透過率の評価
紫外可視赤外分光光度計（日本分光社製のＶ−７２００）を用いて、検出器に小型積分球を用いて赤外線カットフィルタ（サンプルサイズ２０ｍｍ角、厚み０．７ｍｍ）の波長３００〜３３００ｎｍの範囲での透過率を３回測定した。３点の平均値からそれぞれ可視光透過率（波長５５０ｎｍ）、近赤外線カット性能（１４００ｎｍ）、遠赤外線カット性能（３０００ｎｍ）を求めた。なお、近赤外線カット性能、遠赤外線カット性能は、それぞれの波長での光線透過率を１００％から差し引いて求めた。
【００３９】
【表１】
0006568424.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、近赤外線から遠赤外線までの幅広い波長域において優れた赤外線カット性能を有する赤外線カットフィルタを提供することができる。また、本発明によれば、該赤外線カットフィルタの製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１    基板ホルダ
２    基板
３    ターゲット電極
４    スパッタリングターゲット
４’  スパッタ原子
５    赤外線カットフィルタ
６    基板
７    下地層
８    ナノサイズ突起物
【図１】
0006568424.tif 000003
【図２】
0006568424.tif 000004
【図３】
0006568424.tif 000005