(57)【要約】      （修正有）【課題】厳しい使用環境でも安定した優れた性能を発揮する光学フィルターを提供する。【解決手段】基板の厚みａ(μm)、同ヤング率ｂ(kgf/mm2)、同湿度膨張係数ｃ(％ＲＨ-1)、同温度膨張係数ｄ(℃-1)、両側の無機多層膜の厚みｅ１，ｅ２(μm)、厚みｅ１，ｅ２の大きい方の値ｅ(μm)、光学フィルターの保証環境の温度ｆ(℃)、湿度ｇ(％ＲＨ)、成膜時の基板温度ｈ(℃)、光学フィルターの破壊限界応力ｉ(kgf/mm2)として、下記条件式を満足する。〔ｃ・ｇ＋ｄ（ｆ−ｈ）〕・（ａ／２・ｂ）／ｉ＜ｅ・・・（１）、０．９＜ｅ１／ｅ２＜１．１・・・・・・・・・・・・・・（２）、ａ＜２００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）、ｂ＜５００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）、ｉ≦４０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
主吸収波長が透過光帯域よりも１０〜３０ｎｍ短波長側又は長波長側にある吸光剤を含む平坦な透明性合成樹脂製の基板の両面に、真空成膜法によって短波長光カット層及び／又は長波長光カット層を構成する無機多層膜が形成され、
基板の厚みａ（μｍ）、
基板のヤング率ｂ（ｋｇｆ／ｍｍ2)、
基板の湿度膨張係数ｃ（％ＲＨ-1）、
基板の温度膨張係数ｄ（℃-1）、
両側の無機多層膜の各々の厚みｅ１，ｅ２（μｍ）、
両厚みｅ１，ｅ２の大きい方の値ｅ（μｍ）、
光学フィルターの保証環境の温度ｆ（℃）、
光学フィルターの保証環境の湿度ｇ（％ＲＨ）、
無機多層膜の成膜時の基板温度ｈ（℃）、
光学フィルターの破壊限界応力ｉ（ｋｇｆ／ｍｍ2)として、
下記の条件式（１）〜（５）：
〔ｃ・ｇ＋ｄ（ｆ−ｈ）〕・（ａ／２）・ｂ／ｉ＜ｅ・・・（１）
０．９＜ｅ１／ｅ２＜１．１・・・・・・・・・・・・・・（２）
ａ＜２００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
ｂ＜５００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
ｉ≦４０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
を満足することを特徴とする光学フィルター。
【請求項２】
前記基板における吸光剤が該基板の片面又は両面に施された有機塗膜層に含有されてなる請求項１に記載の光学フィルター。
【請求項３】
前記基板がポリアミド系又はポリイミド系合成樹脂からなる請求項１又は２に記載の光学フィルター。
【請求項４】
前記基板が芳香族環を含むポリエステル系合成樹脂からなる請求項１又は２に記載の光学フィルター。
【請求項５】
前記基板の厚みａが５０〜１５０μｍである請求項１〜４のいずれかに記載の光学フィルター。
【請求項６】
前記基板の両面の無機多層膜の厚みｅ１，ｅ２が両面合計（ｅ１＋ｅ２）で１．５〜５．５μｍである請求項１〜５のいずれかに記載の光学フィルター。
【請求項７】
前記光学フィルターの破壊限界応力ｉが３５ｋｇｆ／ｍｍ2以下である請求項１〜５のいずれかに記載の光学フィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型で必要透過光帯域の光透過率が高く、且つ必要透過光帯域に対する長波長側又は短波長側の光遮断性に優れた光学フィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話、携帯情報端末、ノートパソコン、タブレット型パソコン等の電子機器類の薄型化に伴い、これらに搭載する光学部品の可及的な小型化及び低背化が要求されている。特にＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＶＭＩＳ等の撮像素子では、可視域より長波長側にも感度を有することから、赤外線を含んだ受光による画像劣化を抑制するために赤外線カットフィルター（以下、ＩＲＣＦと略称する）が使用されるが、撮像部を薄型化する上でＩＲＣＦとしても更に薄型のものが必要になっている。
【０００３】
従来、ＩＲＣＦとして、ガラス基板の表面に、多重反射による光干渉を利用して近赤外線を選択的に遮断する積層型の赤外線カット層を設けたものが汎用されている（特許文献１，２）。しかるに、近年の撮像部の薄型化にはＩＲＣＦの厚さを０．２ｍｍ以下にすることが求められているところ、ガラス基板は厚さ０．５ｍｍ以下になると割れ易いことから、従来構造のＩＲＣＦでは対応困難になっており、そのために基板を有機材料で構成する必要が生じている。そして、このような有機材料の基板を用いたＩＲＣＦも提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２２４３号公報
【特許文献２】特開２００６−１０７６４号公報
【特許文献３】特開２００８−５１９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、有機材料の基板を用いたＩＲＣＦでは、その基板と無機材料である赤外線カット層とで熱膨張率が格段に異なる（前者の熱膨張係数６ｅ−５／℃、後者の熱膨張係数６ｅ−６／℃で約一桁の違い）ことから、使用環境によっては熱膨張差に起因した歪によってクラックや界面剥離が発生し、透過率等の光学的特性の劣化をきたし易い。従って、有機材料の基板を用いたＩＲＣＦにおいては、厳しい使用環境で安定した性能を発揮する上で、基板の機械的特性や物理的特性等の物性と赤外線カット層の同様物性との適正なバランスをとることが非常に重要になるが、このような物性バランスに関して未解明の現状である。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みて、ＩＲＣＦを含むエッジフィルターやバンドパスフィルター等の光学フィルターとして、有機材料からなる基板と無機材料からなる長波長光カット層及び／又は短波長光カット層との物性が精妙にバランスし、もって厳しい使用環境でも安定した優れたフィルター性能を発揮し得るものを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る光学フィルターは、主吸収波長が透過光帯域よりも１０〜３０ｎｍ短波長側又は長波長側にある吸光剤を含む平坦な透明性合成樹脂製の基板の両面に、無機薄膜を真空成膜法によって短波長光カット層及び／又は長波長光カット層を構成する無機多層膜が形成され、
基板の厚みａ（μｍ）、
基板のヤング率ｂ（ｋｇｆ／ｍｍ2)、
基板の湿度膨張係数ｃ（％ＲＨ-1）、
基板の温度膨張係数ｄ（℃-1）、
両側の無機多層膜の厚みｅ１，ｅ２（μｍ）、
両厚みｅ１，ｅ２の大きい方の値ｅ（μｍ）、
光学フィルターの保証環境の温度ｆ（℃）、
光学フィルターの保証環境の湿度ｇ（％ＲＨ）、
無機多層膜の成膜時の基板温度ｈ（℃）、
光学フィルターの破壊限界応力ｉ（ｋｇｆ／ｍｍ2)として、
下記の条件式（１）〜（５）：
〔ｃ・ｇ＋ｄ（ｆ−ｈ）〕・（ａ／２）・ｂ／ｉ＜ｅ・・・（１）
０．９＜ｅ１／ｅ２＜１．１・・・・・・・・・・・・・・（２）
ａ＜２００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
ｂ＜５００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
ｉ≦４０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
を満足することを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の光学フィルターにおいて、前記基板における吸光剤が該基板の片面又は両面に施された有機塗膜層に含有されてなる構成としている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２の光学フィルターにおいて、前記基板がポリアミド系又はポリイミド系合成樹脂からなる構成としている。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１又は２の光学フィルターにおいて、前記基板が芳香族環を含むポリエステル系合成樹脂からなる構成としている。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの光学フィルターにおいて、前記基板の厚みａが５０〜１５０μｍである構成としている。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの光学フィルターにおいて、前記基板の両面の無機多層膜の厚みｅ１，ｅ２が両面合計（ｅ１＋ｅ２）で１．５〜５．５μｍである構成としている。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれかの光学フィルターにおいて、前記光学フィルターの破壊限界応力ｉが３５ｋｇｆ／ｍｍ2以下である構成としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、特定の吸光特性を持つ吸光剤を含む透明性合成樹脂製の基板の両面に、真空成膜法によって短波長光カット層及び／又は長波長光カット層を構成する無機多層膜が形成された光学フィルターとして、基板の厚みとヤング率と湿度膨張係数及び温度膨張係数、両側の無機多層膜の厚み、光学フィルターの保証環境の温度及び湿度、無機多層膜の成膜時の基板温度、光学フィルターの破壊限界応力、の各因子が特定の条件式を満たすように設定していることから、有機材料からなる基板と無機材料からなる長波長光カット層及び／又は短波長光カット層との物性が精妙にバランスし、もって厳しい使用環境でも安定した性能を発揮できるものが提供される。また、この光学フィルターでは、その製造過程で短波長光カット層及び／又は長波長光カット層を真空成膜法にて積層形成する際に割れを生じにくいため、高性能な製品を高歩留りで安定的に製造できるという利点もある。
【００１５】
請求項２の発明によれば、前記吸光剤が透明性合成樹脂製の基板の片面又は両面に施された有機塗膜層に含有される構成であり、この有機塗膜層中には該吸光剤を均一分散させ易いため、その吸光特性を確実に且つ充分に発揮させることができる。これに対し、該吸光剤を基板自体の透明性合成樹脂材料中に含有させる場合、分散不良による着色を生じてフィルター性能の低下に繋がる懸念があると共に、該基板をフィルム化する際の厳しい物理的・化学的条件下で吸光剤が劣化し、その吸光特性が損なわれる虞もある。
【００１６】
請求項３の発明によれば、前記基板がポリアミド系又はポリイミド系合成樹脂からなるため、光学フィルターは高剛性で特に機械的特性及び耐熱性に優れるものとなる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、前記基板がポリエステル系合成樹脂からなるため、光学フィルターは高剛性で特に機械的特性及び耐熱性に優れるものとなる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、前記基板が特定範囲の厚さに設定されているから、光学フィルターは特に薄型で高強度のものとなる。
【００１９】
請求項６の発明によれば、前記基板の両面の無機多層膜の厚みｅ１，ｅ２の合計を特定範囲に設定することから、短波長光カット層及び／又は長波長光カット層の各々の対象とする波長域の光を効率よくカットできる。
【００２０】
請求項７の発明によれば、前記光学フィルターの破壊限界応力ｉがより低く設定されることから、工業的規模での生産により適合し易いという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の光学フィルターの一構成例を示す模式縦断面図である。
【図２】同光学フィルターの製造に用いる蒸着装置の一構成例を示す模式縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の光学フィルターは、主吸収波長が透過光帯域よりも１０〜３０ｎｍ短波長側又は長波長側にある吸光剤を含む平坦な透明性合成樹脂製の基板の両面に、真空成膜法によって短波長光カット層及び／又は長波長光カット層を構成する無機多層膜が形成されたものであり、ＩＲＣＦ、近紫外線吸収フィルター、近赤外線及び近紫外線吸収フィルター等のエッジフィルターの他、特定波長域の光透過性を備えるバンドパスフィルターも対象としており、前記基板と長波長光カット層又は短波長光カット層との物性の精妙なバランスにより、厳しい使用環境でも安定した優れたフィルター性能を発揮し得るものである。
【００２３】
すなわち、上記物性の精妙なバランスとは、
基板の厚みａ（μｍ）、
基板のヤング率ｂ（ｋｇｆ／ｍｍ2)、
基板の湿度膨張係数ｃ（％ＲＨ-1）、
基板の温度膨張係数ｄ（℃-1）、
両側の無機多層膜の各々の厚みｅ１，ｅ２（μｍ）、
両厚みｅ１，ｅ２の大きい方の値ｅ（μｍ）、
光学フィルターの保証環境の温度ｆ（℃）、
光学フィルターの保証環境の湿度ｇ（％ＲＨ）、
無機多層膜の成膜時の基板温度ｈ（℃）、
光学フィルターの破壊限界応力ｉ（ｋｇｆ／ｍｍ2)として、
次の条件式（１）〜（５）：
〔ｃ・ｇ＋ｄ（ｆ−ｈ）〕・（ａ／２）・ｂ／ｉ＜ｅ・・・（１）
０．９＜ｅ１／ｅ２＜１．１・・・・・・・・・・・・・・（２）
ａ＜２００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
ｂ＜５００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
ｉ≦４０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
を満足することにある。
【００２４】
ここで、条件式（１）の左辺の値がｅ以上になる場合は、基板と長波長光カット層及び／又は短波長光カット層との物性のバランスが崩れる結果、光学フィルターの使用環境によっては熱膨張差に起因した歪によってクラックや界面剥離の発生が避けられず、透過率等の光学的特性の劣化をきたすことになる。
【００２５】
条件式（２）におけるｅ１／ｅ２が０．９以下及び１．１以上になる場合は、基板の両側の無機多層膜の厚み差に起因して、これら無機多層膜を真空成膜法にて形成する際の成膜に伴う両側の収縮力の違いで光学フィルターに反りが発生するという問題がある。
【００２６】
条件式（３）の基板の厚みａについては、２００μｍ以上になると所期する光学フィルターの薄型化の目的に添えなくなる。条件式（４）の基板のヤング率ｂについては、５００ｋｇｆ／ｍｍ2 以上になると、基板の剛性が大きくなり過ぎ、該基板の僅かな変形で無機多層膜に過大な内部応力が発生するため、光学フィルターとしての機械的強度を確保することが困難になる。
【００２７】
条件式（５）の光学フィルターの破壊限界応力ｉの設定については、４０ｋｇｆ／ｍｍ2 を越えるものは現実的には想定できず、仮に４０ｋｇｆ／ｍｍ2 を越えるとの設定を適用すると、保証環境の温度・湿度に達したときにカット層にクラックの発生する虞がある。なお、光学フィルターの破壊限界応力ｉは、蒸着時に電子ビーム、イオンプレーティング等のアシストがない場合は、工業的規模での生産により適合し易くする観点から、３５ｋｇｆ／ｍｍ2 以下に設定するのが好ましく、更に３０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下が好適であり、最適には２７．５ｋｇｆ／ｍｍ2 以下に設定することが推奨される。一方、アシストがある場合は、３５〜４０ｋｇｆ／ｍｍ2 に設定することが可能である。
【００２８】
本発明において前記条件式（１）に適用する基板の湿度膨張係数ｃ及び温度膨張係数ｄは、それぞれ保証環境下での特性値であって、温度膨張係数ｄは無機多層膜を設けた状態での特性値とする。すなわち、基板の湿度膨張係数ｃは、環境に依存し、例えば、標準湿度膨張率をｃ0、温度をＴ（℃）、α及びβを実験的に求められる比例定数として、ｃ＝ｃ0（αＴ＋β）で表され、温度によって変動する。ただし、この温度による変動の少ない基板材料では、該湿度膨張係数ｃは一定と見なして、例えば、３８℃，９０％ＲＨで２４時間放置後の寸法差、水蒸気透過率テスト、ＡＳＴＭ−Ｅ９６等から求めてもよい。また、基板の温度膨張係数ｄは、両側の無機多層膜を形成後の基板自体の該係数を意味するから、基板材料の透明性合成樹脂フィルムの温度膨張率が大きい場合、無機多層膜の存在による影響を受けるため、該フィルム単体の温度膨張係数ｄ0 から無機多層膜の温度膨張係数ｄ1 を差し引いた値、つまりｄ＝ｄ0 −ｄ1 とする。なお、ここでいう湿度及び温度膨張率は線膨張率を指す。
【００２９】
図１に示す本発明の光学フィルターは、透明性合成樹脂製の基板１の両面に、屈折率の異なる複数種の無機薄膜２ａ、２ｂ及び３ａ，３ｂを真空成膜法によって交互に積層形成することにより、短波長光カット層ＨＰ及び／又は長波長光カット層ＬＰとなる無機多層膜２，３が形成されている。その基板１は、高剛性の透明性合成樹脂フィルム１ａの片面に、該透明性合成樹脂フィルム１ａの透過光帯域に対して主吸収波長が１０〜３０ｎｍ短波長側又は長波長側にある吸光剤を含む有機塗膜層１ｂを設けたものとなっている。なお、図では、無機多層膜２が長波長光カット層ＬＰの一部をなす下層と短波長光カット層ＨＰの上層よりなり、無機多層膜３が長波長光カット層ＬＰの残り部分をなすものとしている。また、有機塗膜層１ｂは、透明性合成樹脂フィルム１ａの両面に設けてもよい。
【００３０】
ここで、基板１の透明性合成樹脂フィルム１ａの樹脂材料としては、加工性、透明性の観点等から、ポリアミド系及びポリイミド系合成樹脂とポリエステル系合成樹脂が好適なものとして挙げられる。そして、ポリアミド系及びポリイミド系合成樹脂では、剛性、機械的強度、耐熱性等の観点から、芳香環を含むものが推奨され、特に繰返し単位の全てに芳香環を含む全芳香族のポリマーが好ましい。また、ポリエステル系合成樹脂においても、同様の観点よりポリエチレンテレフタレートの如き芳香環を含むものが好適である。
【００３１】
基板１の有機塗膜層１ｂに含有する吸光剤は、無機多層膜２，３の短波長光カット層又は長波長光カット層にて遮断すべき波長域の光の内、層面に対する入射角が大きいために遮断できない光線成分を吸収して低減させる機能を果たす。このような吸光剤は、主吸収波長が基板１（透明性合成樹脂フィルム１ａ）の透過光帯域よりも１０〜３０ｎｍ短波長側又は長波長側にある色素であり、光学フィルターの用途によって異なる吸収特性を有するものを選択することになるが、ＩＲＣＦ用では主吸収波長が６１０〜６４０ｎｍの範囲にあるもの、例えばフタロシアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、ジインモニウム系化合物、ジチオール系金属錯体、二価銅イオン有機錯体等が挙げられる。また、紫外線用の吸光剤としては、酸化亜鉛の如き金属酸化物、ベンゾトリアゾール系又はベンゾフェノン系の有機吸光剤等が挙げられる。そして、これら吸光剤はフィルターに要求される光学特性に応じて複数種を組み合せて使用することも可能である。
【００３２】
なお、吸光剤は基板１の透明性合成樹脂フィルム１ａを形成する樹脂材料中に予め練り込むことも可能であるが、その場合には、該吸光剤が均一分散しにくく、分散不良による着色を生じてフィルター性能の低下に繋がる懸念があると共に、基板１として該樹脂材料をフィルム化する際の厳しい物理的・化学的条件下で吸光剤が劣化し、その吸光特性が損なわれる虞もある。これに対し、吸光剤を有機塗膜層１ｂに含有させる場合は、その形成用塗料中に該吸光剤を均一分散させることが容易であるため、分散不良による着色を生じにくく、且つ塗布・乾燥の過程で吸光剤が劣化することはないから、その吸光特性を確実に且つ充分に発揮させることができる。
【００３３】
このような有機塗膜層１ｂのバインダー成分としては、特に限定されないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が好適なものとして挙げられる。なお、バインダーと吸光剤は適当なリンカーを介して結合した形で使用してもよい。
【００３４】
有機塗膜層１ｂを形成する塗料の溶媒又は分散媒は、吸光剤の種類に応じて一般的な有機溶剤を適宜な比率で混合して調製する。このような一般的な有機溶剤としては、アセトン、メタノール、エタノール、ブチルアルコール、塩化メチレン、クロロホルム、シクロヘキサン、トルエン、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
【００３５】
有機塗膜層１ｂを含む基板１の厚みは、前記条件式（３）より２００μｍ未満であるが、フィルターとして必要な剛性及び機械的強度を得る上で下限は少なくとも４０μｍであり、好ましくは５０〜１５０μｍの範囲、より好適には５０〜１２０μｍの範囲、最適には７０〜１００μｍの範囲である。なお、有機塗膜層１ｂの厚さは、１〜５μｍ程度である。また、基板１のヤング率は、前記条件式（４）より５００ｋｇｆ／ｍｍ2未満であるが、下限値を１００ｋｇｆ／ｍｍ2とすることが好ましく、更に生産性の観点から上限値を３００ｋｇｆ／ｍｍ2とすることがより好ましい。
【００３６】
基板１の両側に設ける無機多層膜２，３を構成する無機薄膜２ａ、２ｂ及び３ａ，３ｂの材料としては、特に制約されないが、一般的に透明性の無機化合物、多くは無機酸化物が用いられる。例えば、高屈折率層材料としては、酸化チタン、酸化タンタル、酸化チタンと酸化タンタルの混合物、酸化チタンと酸化ランタンの混合物等が挙げられる。また、低屈折率層材料としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ケイ素と酸化アルミニウムの混合物等が挙げられる。更に、誘電体多層膜材料では、酸化チタン、酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、ＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）、ＡＴＯ（アンチモンドープ酸化錫）、ニオブ酸リチウム、四酸化バナジウム等が挙げられる。
【００３７】
このような無機多層膜２，３として、例えば、低屈折率の無機薄膜２ａ，３ａに屈折率ｎ＝１．４５のＳｉＯ2 膜、高屈折率の無機薄膜２ｂ，３ｂに屈折率ｎ＝２．３０のＴｉＯ2 膜を使用し、これら無機薄膜２ａ、２ｂ及び３ａ，３ｂの層数と個々の厚みを適切に設定すれば、多重干渉を利用して特定波長範囲の長波長光又は短波長光を遮断するカット層の機能を発揮させることができる。なお、所要透過光帯域に対して短波長側及び長波長光側の両方のカット機能を付与する場合は、図示のように、基板１の一面側に長波長光カット層（ローパス層）ＬＰの一部を積層すると共に、該基板１の他面側に長波長光カット層ＬＰの残り部分を積層し、この積層した残り部分の上に短波長カット層（ハイパス層）ＨＰを積層するのが一般的である。また、誘電体多層膜では、カット層の他に、反射防止膜（単層、多層）として機能させることもできる。
【００３８】
無機多層膜２，３の合計厚み（ｅ１＋ｅ２）は、特に制約されないが、短波長光カット層及び／又は長波長光カット層の対象とする波長域の光を効率よくカットし、且つ工業的生産性を維持する上で、１．５〜５．５μｍの範囲が好適である。また、無機多層膜２，３の各々の積層数は、やはり制約されないが、好適には１０〜６０層、より好適には１０〜４０層、更に最適には２０〜３０層である。
【００３９】
基板１の両面に無機多層膜２，３を形成する手段としては、種々の真空成膜法を採用できるが、特にイオンアシスト蒸着(Ion Assisted Deposition・・・以下、ＩＡＤと略称する）法が推奨される。このＩＡＤ法は、蒸着室内にセットされた基板に対し、イオン銃によってイオン化したガス分子と中和のための同量の電子を照射することにより、蒸発源から気化させた蒸着物質をガス分子によって基板表面に押し付けて蒸着させるものであり、極めて平滑で欠陥が少なく高強度の多層膜を形成できるという特徴がある。
【００４０】
図２に上記ＩＡＤ法による蒸着装置の好適な構成例を示す。この蒸着装置においては、蒸着室を構成する真空容器１０内の天井部に、反転装置（図示省略）を有する傘状の回転ドーム１１が設置され、この回転ドーム１１の下面側には、前記反転装置により反転可能な試料取付治具である反転パレット１２と、回転中心に位置する光学式膜厚み計１３とが設けられている。反転パレット１２は、貫通穴を有し、前記基板１（図示省略）を該貫通穴の周辺部で保持して当該貫通穴を塞ぐように配置させるものであり、蒸着工程において蒸着中の基板１の裏面側が蒸着物質から隔離されるようになっている。なお、基板１の保持には、別の治具、接着剤、粘着テープ等を用いてもよいし、２枚の反転パレット間に挟み込む手段も採用できる。また、反転装置としては、反転パレット１２自体を反転させる方式に限らず、例えばブラインドを表裏移動して相対的な位置関係を転ずる方式等、他の種々の反転方式も採用可能である。
【００４１】
真空容器１０内の底部には、蒸着物質を収容する坩堝１４、その蒸着物質を加熱して蒸発させる電子銃１５、試料取付治具１２に保持された基板１を下方から加熱するハロゲンランプ１６、流量制御弁Ｖ１を介してボンベＢ１から供給されるアルゴンガス等の希ガスをイオン化して放出するイオン銃１７、ボンベＢ２から供給される酸素ガスを流量制御弁Ｖ２を介して真空容器１０内に放出する酸素ガス放出ノズル１８、真空ポンプＰ及び真空弁Ｖ３を介して真空容器１０内を真空排気する排気口１９がそれぞれ設けられている。更に、真空容器１０内の中間部には、蒸着物質の拡散分布のムラを修正する膜厚み補正板２０と、蒸着時の雰囲気温度を目安として計測する温度計２１とが配置している。
【００４２】
上記構成の蒸着装置では、真空容器１０内を所定の真空度に保ちつつ、反転パレット１２に保持された基板をハロゲンランプ１６を含む加熱手段によって所定温度に加熱した状態で、坩堝１４内の蒸着物質を電子銃１５で加熱して蒸発させて基板表面に蒸着させるが、この蒸着の際にイオン銃１７から放出されるイオン化されたガス分子と電子銃１５から照射される電子ビームとをアシストとして作用させる。しかして、反転パレット１２は、保持した基板１の表裏に同一材質の無機薄膜を連続的工程で成膜できるように、自動で反転して基板１の表裏面を順次に蒸着物質に晒すことを可能にしている。酸素ガス放出ノズル１８からの酸素ガス放出は、ＴｉＯ2 等の蒸着の際に必要となる。
【００４３】
なお、基板１は温度が上がり過ぎると白濁する一方、光を通すことで昇温しにくいため、ハロゲンランプ１６による加熱のみでは適正温度に設定することが困難であり、特に反転パレット１２による固定部分（貫通穴の周辺部）と貫通穴に臨む透光部分との温度差によって過熱（オーバーヒート）を生じ易いが、ＩＡＤ法ではイオン銃１７によるイオン化したガスと電子ビームの照射が加熱手段として機能するため、容易に基板１の温度調節を行えるという利点がある。このように、蒸着のアシストに電子ビームを用いるＩＡＤ法では、イオンプレーティング、スパッタリング、ＣＶＤ法等の薄膜形成手段に比して、基板装着部の構造が簡素になるという利点がある。また、加熱手段としてハロゲンランプ６以外の各種ヒーターを用いたり、回転ドーム１１の貫通穴による透光防止用のブラインドを設けることも考えられるが、これらでは温度調整が難しいため、過熱によって基板１が劣化すると共に無機多層膜２，３のカット層も弱くなり、耐用性が低下する懸念がある。
【００４４】
試料取付治具としては、個々の光学フィルター製品に対応するサイズの基板１を１個ずつ装着させるものでも使用可能であるが、生産効率面より原材としての大きなサイズの基板１を装着して、上記反転パレット１２の如く遠隔操作によって真空容器１０内で反転動作できるものが推奨される。すなわち、このような大きなサイズの基板原材を用いれば、これを試料取付治具に装着して表裏の全体に蒸着物質を蒸着して所要の無機多層膜２，３を形成したのち、試料取付治具から外して所定の大きさに細かくダイシングすることで、多数の光学フィルター製品を一挙に作製できるから、無機多層膜２，３の成膜中に試料取付治具に対して個々に着脱するような煩雑な操作を要さず、高い生産効率が得られる。
【００４５】
ＩＡＤ法による成膜時の基板温度としては、基板１の透明性合成樹脂フィルム１ａの材料種と、蒸着する無機多層膜２，３に求められる光学特性及び耐熱性によって異なるが、特に耐熱性の観点からは少なくともフィルム１ａの樹脂の耐熱温度より１０℃低い温度、具体的には１２０℃未満が推奨される。例えば、芳香族ポリアミド系及び芳香族ポリイミド系合成樹脂フィルムに対しては、４０〜１２０℃程度がよく、より好ましくは５０〜９０℃程度とする。ただし、成膜時の基板温度は、無機多層膜２，３の各層によって異なってもよく、一部の層の成膜において例外的に上記温度範囲を外れることも許容されるが、全層数の９０％以上が前記条件式（１）に則って成膜されることが望ましい。なお、成膜時の基板温度は、基板１自体もしくは反転パレット１２の基板近傍位置に感熱発色剤を用いた感熱紙（サーモシール、サーモラベル）を貼着することで計測できる。
【００４６】
なお、基板温度は、電子ビームの出力等でも調整可能である。また、温度制御のために反転パレット１２を介した加熱・冷却手段も利用できるが、基板温度を目的とする成膜時の温度よりも高くすることは前記白濁の問題があるために好ましくない。
【００４７】
光学フィルターの保証環境の温湿度条件は、光学フィルターの用途によって異なるが、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサの如き撮像素子のＩＲＣＦとして用いる場合、温度範囲は一般に６０〜８５℃程度、湿度範囲は８０〜９０％ＲＨ程度である。
【００４８】
本発明の対象とする光学フィルターは、既述のＩＲＣＦを含むエッジフィルターやバンドパスフィルターに加え、ハーフミラー、ダイクロイックミラー、ダイクロイックフィルター等を包含する。その透過光の帯域は、基板１の有機塗膜層１ｂに含有する吸光剤の種類、無機多層膜２，３の各無機薄膜２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの配置と層厚によって、任意に設定できる。
【実施例】
【００４９】
以下に、本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に制約されるものではない。実施例１〜５及び比較例１〜４で用いたＰＡ（ポリアミド樹脂）基板と実施例６で用いたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板のヤング率ｂ、湿度膨張係数ｃ、温度膨張係数ｄは、次のとおりである。なお、ヤング率ｂは、通常の状態及び耐用性を保証する環境であれば、変化しないとする。また、湿度膨張係数ｃは、温度膨張率の大きいＰＡ基板では８５℃と９０℃とで異なるが、温度膨張率の小さいＰＥＴ基板では一定としている。更に、温度膨張係数ｄは、ガラス転移温度以下であれば、一定であるとする。
【００５０】
＜ＰＡ基板＞
ヤング率ｂ・・・・・２２０ｋｇｆ／ｍｍ2
湿度膨張係数ｃ（８５℃）・・・８．２５ｅ−５（％ＲＨ-1）
湿度膨張係数ｃ（９０℃）・・・８．７８ｅ−５（％ＲＨ-1）
温度膨張係数ｄ・・・５．６０ｅ−５（℃-1）
＜ＰＥＴ基板＞
ヤング率ｂ・・・・・４０６ｋｇｆ／ｍｍ2
湿度膨張係数ｃ・・・１．２０ｅ−５（％ＲＨ-1）
温度膨張係数ｄ・・・１．９０ｅ−５（℃-1）
【００５１】
実施例１〜６，比較例１〜４
各実施例及び比較例において、可視光を透過するバンドパスフィルターを次の手順で作製した。
【００５２】
＜基板の作製＞
後記表１記載の厚みａで８．０×５．５ｃｍの大きさの透明性合成樹脂フィルム１ａ（実施例６のみポリエチレンテレフタレート、他はポリアミド樹脂）を用い、その両面にポリイミドをバインダーとして吸光剤を含む有機塗膜層１ｂを設けて原材としての基板１を作製した。なお、有機塗膜層１ｂは、赤外及び紫外カットフィルター用として、主吸収波長が透明性合成樹脂フィルム１ａの透過光帯域よりも１０〜３０ｎｍ短波長側又は長波長側にあって吸収特性の異なる複数種の吸光剤（例えば、Ｅｘｃｉｔｏｎ社製の商品名ＡＢＳ６４３、ＡＢＳ６５４、ＡＢＳ６６７、ＡＢＳ６７０Ｔ、ＩＲＡ６９３Ｎ、ＩＲＡ７３５等）を適宜組み合わせて、その吸収剤のメーカーが奨励する溶媒とポリイミド系バインダーとを混合した塗料を乾燥厚み２〜３μｍで塗布している。てお、これら基板１においては、可視光域の波長の透過率が８０〜９５％であって、波長６５０ｎｍ付近の透過率が上記吸光剤の作用で５０％以上を示すようにした。
【００５３】
＜無機多層膜の蒸着＞
既述の図２で示すＩＡＤ法による蒸着装置を用い、表面の一部にサーモシールを貼着した上記基板１を反転パレット１２に装着し、蒸着物質として屈折率ｎ＝１．４５のＳｉＯ2 と屈折率ｎ＝２．３０のＴｉＯ2 をそれぞれ使用し、成膜時の基板温度ｈを後記表１記載の温度に設定（サーモシールにて確認）して蒸着操作を行い、該基板１の両面に多層構造の無機多層膜２，３を各々同表記載の略同じ厚みに形成し、フィルター原材を作製した。なお、両側の無機多層膜２，３の積層数は、厚さ２．６μｍ（実施例１，２，５，６、比較例１，２，４）で２６層と２０層、厚さ１．６μｍ（実施例３，比較例３）で１３層と１１層、厚さ５．０μｍ（実施例４）で４０層と３６層である。また、図１で示すように、基板１の一面側の無機多層膜３は赤外線カット層である長波長光カット層ＬＰからなると共に、他面側の無機多層膜２は長波長光カット層ＬＰの下層と紫外線カット層である短波長光カット層ＨＰの上層とで構成されている。
【００５４】
＜フィルター原材のダイシング＞
上記蒸着後のフィルター原材を反転パレット１２から外し、細かく矩形にダイシングすることにより、６．６×５．６ｍｍの大きさのチップ状の光学フィルターを多数個作製した。これら光学フィルターの破壊限界応力ｉは、３５ｋｇｆ／ｍｍ2以上である。
【００５５】
＜耐用性試験＞
実施例１〜６及び比較例１〜４で作製したチップ状の光学フィルターのサンプル各１０個用い、温度ｆが８５℃、湿度ｇが８５％ＲＨの保証環境下で４８時間保持したのち、常温常湿になるまで放置した上で表面状態を目視観察で評価した。また、別に用意した同様のサンプル各１０個を用い、温度ｆが９０℃、湿度ｇが９０％ＲＨの保証環境下で３時間保持したのち、同様にして表面状態を評価した。その結果を、基板の材質と厚みａ及び成膜時の温度ｈ、片側カット層の厚みｅ（両側カット層の厚みｅ１，ｅ２が等しいため，その大きい方の値ｅに相当する）、各保証環境での発生応力と共に、後記表１に示す。なお、発生応力は有限要素法等で解析した計算値である。また、各保証環境での評価は次の３段階とした。
【００５６】
〔各保証環境での評価〕
○・・・１０個のサンプル全てにクラックが認められなかった。
△・・・一部（確認では１〜３個）のサンプルにクラックが発生した。
×・・・全てのサンプルにクラックが発生した。
【００５７】
表２に、実施例１〜６及び比較例１〜４で作製した光学フィルターについて、前記条件式（１）に各変数値ａ〜ｅ，ｈと設定値ｆ，ｇ，ｉを当てはめて計算した左辺の値Ｖl 、ならびに右辺の値(片側カット層の厚みｅ)Ｖrと左辺の値Ｖlとの比Ｖr／Ｖlを示す。
【００５８】
【表１】
2013246266.tif 000002
【００５９】
【表２】
2013246266.tif 000003
【００６０】
表１及び表２から明らかなように、実施例１〜６で得られた光学フィルターは、いずれも前記条件式（１）〜（５）を満たすため、実用上で必要な８５℃，８５％ＲＨの保証環境における耐性を示し、特に実施例１，４〜６の光学フィルターではより苛酷な９０℃，９０％ＲＨの保証環境にも耐えるものであった。これに対し、比較例１〜４で得られた光学フィルターは、いずれも前記条件式（１）〜（５）を満たさず（比較例１：成膜時の基板温度ｈが低過ぎる、比較例２：基板の厚みａが厚過ぎる、比較例３：カット層の厚みｅが薄過ぎる、比較例４：基板の厚みａが厚いのに対して成膜時の基板温度ｈとカット層の厚みｅが足りない）、８５℃，８５％ＲＨの保証環境に耐えないことが判る。なお、表１の発生応力の計算値が設定した破壊限界応力ｉ（３５及び４０）を越えない場合に性能評価が○、越える場合に△または×になることは、本発明の条件式（１）の規定に調和している。
【符号の説明】
【００６１】
１          基板
１ａ        透明性合成樹脂フィルム
１ｂ        有機塗膜層
２，３      無機多層膜
２ａ，２ｂ  無機薄膜
３ａ，３ｂ  無機薄膜
ＬＰ        長波長光カット層
ＨＰ        短波長光カット層
【図１】
2013246266.tif 000004
【図２】
2013246266.tif 000005