專利名稱：：介電多層濾光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及入射角依賴性降低的介電多層濾光片.
背景技術(shù)：
：介電多層濾光片是由一組用不同折射率的介電材料制成的多種薄膜組成的光學(xué)濾光片，并且用來利用光的干涉反射(去除)或透射入射光中的特定波長段成分.例如，介電多層濾光片是用于CCD照相機中去除對顏色再現(xiàn)有負面影響的紅外光(波長大于約650nm的光)，并透過可見光的所謂IR分割濾光片(紅外分割濾光片).二者擇一地，介電多層濾光片是用于液晶投影儀中反射入射可見光中特定顏色的光并透過其它顏色的光的所謂分色濾光片.閨2顯示采用傳統(tǒng)介電多層膜的IR分割濾光片的結(jié)構(gòu).IR分割濾光片10由用光學(xué)玻璃制成的基材12以及交替堆疊在基材12正面的SK)2低折射率膜14(由低折射率材料制成的膜)和TiCh高折射率膜16(高折射率材料膜)組成.圖3顯示IR分割濾光片IO的光謙透射率特征.在圖3中，特征A和B分別代表以下透射率.特征A:O度入射角下的透射率.特征B:25度入射角下的p極化光和s極化光(n極化光)的平均透射率.由困3可見，紅外光(波長大于約650nm的光)被反射和去除，而可見光透過.閨4是顯示圖3中600-700nm波段中的特征的放大困，由困4可見，反射波段("反射波段"指較短波長側(cè)邊緣和較長波長側(cè)邊緣間的高反射波段)的較短波長側(cè)邊緣處的半值波長("半值波長"指透射率為50。/。的波長)在入射角為0度的情況(特征A)和入射角為25度的情況(特征B)之間偏移多達19.Snm,這樣，在田2所示的傳統(tǒng)IR分割濾光片10中，反射波段的較短波長側(cè)邊緣偏移較大(或主要取決于入射角).因此，如果將IR分割濾光片用于CCD相機，則存在攝取圖像的色調(diào)隨入射角變化的問題.采用傳統(tǒng)介電多層膜的分色濾光片具有類似困2所示的結(jié)構(gòu).即分色濾光片由用光學(xué)玻璃制成的基材12及在基材12正面上交替堆疊的SK)2低折射率膜14和Ti02高折射率膜16組成.困5顯示構(gòu)造成反射紅光的分色濾光片的分色濾光片的光譜透射率特征.該特征是在基材背面上形成抗反射膜的情況下的特征.在困5中，特征A、B和C分別代表以下透射率.在這里，分色濾光片的額定入射角是45度.特征A:s極化光對30度入射角的透射率.特征B:s極化光對45度入射角的透射率.特征C:s極化光對60度入射角的透射率.從圖5可見，與45度額定入射角的情況(特征B)比較，反射波段較短波長側(cè)邊緣處的半值波長在30度入射角時向較長波長偏移35.9nm(特征A)，在60度入射角時向較短波長偏移37.8nm(特征C).反射紅光的分色濾光片的典型反射波段的較短波長側(cè)邊緣在約600mn處，而較長波長側(cè)邊緣在約680nra或更長處.具體而言，如果像特征C的情況那樣，較短波長側(cè)邊緣向較短波長明顯位移(達37.8nm),則存在反射光色調(diào)改變的問題.減少波長位移的傳統(tǒng)技術(shù)描述在下述專利文獻l中.困6顯示根據(jù)該技術(shù)的濾光片結(jié)構(gòu).介電多層濾光片18由光學(xué)玻璃基材20以及交替堆疊在光學(xué)玻璃基材20正面上的TK)2薄膜22和折射率比TK)2的低約0.3的Ta20s薄膜24或類似物組成.專利文獻11日本專利未審公開號7-"907(困1).
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供入射角依賴性降低的介電多層濾光片.根據(jù)本發(fā)明的介電多層濾光片包含透明基材；以及在透明基材的一個表面上形成的具有預(yù)定反射波段的介電多層膜.在介電多層濾光片中，介電多層膜具有包括相互交替堆疊的中等折射率材料的膜和高折射率材料的膜的結(jié)構(gòu)，所述中等折射率材料的膜對波長550nm的光的折射率大于1.52且等于或小于2.1，所述高折射率材料的膜對波長550nm的光的折射率等于或大于2.0且大于由中等折射率材料制成的膜的折射率，且"高折射率材料膜的光學(xué)厚度除以中等折射率材料膜的光學(xué)厚度"的值大于1并等于或小于4，優(yōu)選大于2并等于或小于4。根據(jù)本發(fā)明，由于對波長550nm的光的折射率大于1.52且等于或低于2.1的中等折射率材料的膜與對波長5幼nm的光的折射率等于或大于2.0且大于由中等折射率材料制成的膜的高折射率材料的膜相互交替堆疊，且"高折射率材料膜的光學(xué)厚度除以中等折射率材料膜的光學(xué)厚度"的值大于1并等于或小于4,優(yōu)選大于2并等于或小于4，因此能提供平均折射率比所述值等于1的情況提高且入射角依賴性降低的介電多層濾光片.此外，根據(jù)本發(fā)明，反射波段寬度可有益地減小.因此，可以很容易地提供具有單色反射波段的濾光片，例如反射綠光的分色濾光片.在本申請中，術(shù)語"平均折射率"指"整個介電多層膜的光學(xué)厚度乘以參考波長再除以整個介電多層膜的物理厚度"的值.在本發(fā)明中，以下關(guān)系適用于整個介電多層膜的平均折射率，其中字母標記nM指中等折射率材料的折射率，而字母標記nH指高折射率材料的折射率.(nM+nH)/2〈平均折射率〈nH根據(jù)本發(fā)明，平均折射率可例如等于或大于I.7.例如，中等折射率材料可以是LaF3(折射率M.58)、Ah03(折射率M.62)、Prz03和Al203的復(fù)合氣化物(折射率^1.65-1.8)或Laz03和入1203的復(fù)合氧化物、Bh03(折射率M.9)、SiO(折射率^1.97)和Ta2Os(折射率^2.0)的任何一種，或兩種或多種這些材料的復(fù)合氧化物.此外，例如高折射率材料可以是Ta205(折射率^2.0)、Ti02(折射率^2.1—2.5)和Nb2Os(折射率^2.1-2.4)的任何一種，或任何一種Ta20s、TKh和Nb20s與La203混合的復(fù)合氣化物(折射率^1.9).附困說明圖l是顯示根據(jù)本發(fā)明實施方案的介電多層濾光片的堆疊結(jié)構(gòu)的示意圖2是顯示采用傳統(tǒng)介電多層濾光片的IR分割濾光片的堆疊結(jié)構(gòu)的示意圖3顯示困2所示IR分割濾光片的光譜透射率特征；圖4是顯示困3中600-700nm波段內(nèi)的光傳透射率特征的放大圖；-閨5顯示具有圖2所示結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)反射紅光的分色濾光片的光譜透射率特征(模擬值)；閨6是顯示專利文獻1中描述的介電多層濾光片的堆疊結(jié)構(gòu)的閨7顯示根據(jù)實施例(1)設(shè)計的反射紅光的分色濾光片對于不同入射角的光譜透射率特征；和困8顯示根據(jù)實施例(2)設(shè)計的反射紅光的分色濾光片對于不同入射角的光謙透射率特征.具體實施例方式下面描述本發(fā)明的實施方案.困1表示根據(jù)本發(fā)明實施方案的介電多層濾光片.介電多層濾光片26包含白玻璃或類似物的透明基材28，和沉積在透明基材28正面(光入射平面)28a上的介電多層膜30.介電多層膜30由相互交替堆疊的具有預(yù)定折射率的中等折射率材料膜34和折射率大于中等折射率材料的髙折射率材料膜36組成.介電多層膜30基本上由奇數(shù)層組成，但也可以由偶數(shù)層組成.雖然折射率較低的膜34在困1中作為笫一層布里，但折射率較高的膜36也可作為笫一層布置.例如，介電多層膜26可用作反射紅光的反射紅光的分色濾光片、反射綠光的反射綠光的分色濾光片或反射紅外光的紅外分割濾光片.由中等折射率材料制成的膜34對波長S50nm光的折射率大于1.52(-玻璃基材的折射率)且等于或小于2.1.由高折射率材料制成的膜36對波長550nm光的折射率等于或大于2.0."髙折射率材料膜36的光學(xué)厚度除以中等折射率材料膜34的光學(xué)厚度"的值大于1并等于或小于4，優(yōu)選大于2并等于或小于4.介電多層膜30中折射率較低的膜34可由一種介電材料(中等折射率材料)制成，該介電材料是例如Bi203、Ta2Os、La203、Al203、SiO^(xSl)、LaF3、1^203和八1203的復(fù)合氧化物以及卩1"203和厶1203的復(fù)合氧化物的任何一種，或兩種或多種這些材料的復(fù)合氣化物.介電多層膜30中折射率較高的膜36可由一種介電材料(高折射率材料)制成，該介電材料是例如TK)2、Nb20s和Ta20s的任何一種，或主要包含任何一種TiO、NbO和Ta20s的復(fù)合氣化物.由于困1所示介電多層濾光片26具有由中等折射率材料膜34和高折射率材料膜36組成的多層膜，其平均折射率高于由低折射率材料膜和高折射率材料膜組成的多層膜，因此，其入射角依賴性降低,，由于"高折射率材料膜的光學(xué)厚度除以中等折射率材料膜的光度"的值大于1，介電多層膜的平均折射率高于所述值等于1的,因此入射角依賴性降低.例現(xiàn)在描述構(gòu)造成反射紅光的分色濾光片的困1所示介電多層濾光片26的實施例.每個實施例中的折射率值和衰減系數(shù)均相對于該實施例中的設(shè)計波長(參考波長)入0,實施例(l)介電多層膜30用以下參數(shù)設(shè)計.基材玻璃(折射率為1.52且衰減系數(shù)為0)中等折射率材料膜34:"203和A1203的復(fù)合氧化物(折射率為1.72且衰減系數(shù)為0)高折射率材料膜36:Ta20s(折射率為2.19且衰減系數(shù)為0)膜34和膜36間的光學(xué)厚度比約1:2層數(shù)27參考波長(反射波段的中心波長)"465nm整個介電多層膜30的平均折射率2,00介電多層膜30中每層的厚度示于表l.表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>外厚況施此學(xué)情實困7顯示根據(jù)實施例(l)設(shè)計的反射紅光的分色濾光片26對于不同入射角的光語透射率特征(整個反射紅光的分色濾光片26的特征)(模擬值).在困7中，特征A、B和C分別代表以下透射率.特征A:s極化光對30度入射角的透射率(-額定入射角減15度)特征B:s極化光對45度入射角的透射率(-額定入射角)特征C:s極化光對60度入射角的透射率(-額定入射角加15度)從困7可見，特征A和C在反射波段的較短波長倒邊緣處的半值波長從特征B在反射波段的較短波長倒邊緣處的半值波長(591.3nm)(入射角-45度)的偏移如下對特征A的偏移(入射角-30度)+23.1nm對特征C的偏移(入射角=60度)-24.1nm為了比較，參考早先描述的顯示采用傳統(tǒng)介電多層膜的反射紅光的分色濾光片特征的困5，特征A和C在反射波段的較短波長側(cè)邊緣處的半值波長從特征B在反射波段的較短波長側(cè)邊緣處的半值波長(591.7nm)(入射角-45度)的偏移如下對特征A的偏移(入射角-30度)+35.9iun對特征C的偏移(入射角-60度)-37.8nm從圖5與閨7的比較可見，與傳統(tǒng)設(shè)計相比，實施例(l)中反射波段的較短波長側(cè)邊緣處的半值波長對45度入射角的偏移得到如下改進對30度入射角為12.8nm(=35.9nm-23.1nm),和對60度入射角為13.7nm(=37.8nm-24.1nni).實施例(2)介電多層膜30用以下參數(shù)設(shè)計.基材玻璃(折射率為1,52且衰減系數(shù)為0)中等折射率材料膜34:Laz03和Al203的復(fù)合氣化物(折射率為1.70且衰減系數(shù)為0)高折射率材料膜36:Ta20s(折射率為2.16且衰減系數(shù)為0)膜34和膜36間的光學(xué)厚度比約0.S:2(1M)層數(shù)43參考波長(反射波段的中心波長)Xo:S33mn整個介電多層膜30的平均折射率2.04介電多層膜30中每層的厚度示于表2.表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>圖8顯示根據(jù)實施例(2)設(shè)計的反射紅光的分色濾光片26對于不同入射角的光詳透射率特征(整個反射紅光的分色濾光片26的特征)(模擬值)。在困8中，特征A、B和C分別代表以下透射率.特征A:s極化光對30度入射角的透射率(-類定入射角減15度)特征B:s極化光對45度入射角的透射率(-類定入射角)特征C:s極化光對60度入射角的透射率(-額定入射角加15度)從圖8可見，特征A和C在反射波段的較短波長側(cè)邊緣處的半值波長從特征B在反射波段的較短波長側(cè)邊緣處的半值波長(592.8nm)(入射角-45度)的偏移如下.對特征A的偏移(入射角=30度)+20.3nni對特征C的偏移(入射角-60度)-20.8IHI1將早先描述的圖5(顯示采用傳統(tǒng)介電多層膜的反射紅光的分色濾光片特征)與困8比較可見，與傳統(tǒng)設(shè)計相比，實施例(2)中反射波段的較短波長側(cè)邊緣處的半值波長對45度入射角的偏移得到如下改進對30度入射角為15.6nm(-35.9nm-20.3nm)，和對60度入射角為17.0nm(=37.8nm-20.8nm).在上述實施例中，形成膜34的中等折射率材料是Laz03和A1203的復(fù)合氧化物，而形成膜36的高折射率材料是Ta20"作為中等折射率材料與高折射率材料的典型的可選組合，可以使用Ah03(或La203和A1203的復(fù)合氣化物)作為形成膜34的中等折射率材料，而使用TK)2(或Nb20s)作為形成膜36的高折射率材料.在上述實施例中，將根據(jù)本發(fā)明的介電多層濾光片構(gòu)造成分色濾光片.然而，本發(fā)明可應(yīng)用到要求降低入射角依賴性的其它濾光片(例如1R分割濾光片或其它邊緣濾光片).權(quán)利要求1.一種介電多層濾光片，包含透明基材；和在透明基材的一個表面上形成的具有預(yù)定反射波段的介電多層膜，其中所述介電多層膜具有包括相互交替堆疊的中等折射率材料的膜和高折射率材料的膜的結(jié)構(gòu)，所述中等折射率材料的膜對波長550nm的光的折射率大于1.52且等于或小于2.1，所述高折射率材料的膜對波長550nm的光的折射率等于或大于2.0且大于由中等折射率材料制成的膜的折射率，且“高折射率材料膜的光學(xué)厚度除以中等折射率材料膜的光學(xué)厚度”的值大于1且等于或小于4，優(yōu)選大于2且等于或小于4。2.權(quán)利要求1的介電多層濾光片，其中整個所述介電多層膜的平均折射率等于或大于1.7,3.權(quán)利要求1的介電多層濾光片，其中所述中等折射率材料是LaF3、Al203、Prz03和Ah03的復(fù)合氧化物、La203和A1203的復(fù)合氧化物、Bi203、SiO和Ta20s的任何一種，或兩種或多種這些材料的復(fù)合氣化物.4.權(quán)利要求1的介電多層濾光片，其中所述高折射率材料是Ta2Os、TiOz和Nb20s的任何一種，或任何一種Ta2Os、TiCh和Nb2Os與La203混合的復(fù)合氣化物.5.權(quán)利要求1的介電多層濾光片，其中介電多層膜是反射紅光的紅光反射性分色濾光片、反射綠光的綠光反射性分色濾光片和反射紅外光的紅外分割濾光片的任何一種.全文摘要提供了諸如紅光反射性分色濾光片的入射角依賴性降低的介電多層濾光片。在透明基材28正面上形成介電多層膜30以形成介電多層濾光片26。介電多層膜30由相互交替堆疊的中等折射率材料膜34和高折射率材料膜36組成。中等折射率材料形成折射率大于1.52且等于或小于2.1的膜34。高折射率材料形成折射率等于或大于2.0且大于形成膜34的中等折射率材料的折射率的膜36?！案哒凵渎什牧夏?6的光學(xué)厚度除以中等折射率材料膜34的光學(xué)厚度”的值設(shè)定為大于1且等于或小于4。文檔編號G02B5/20GK101105547SQ200710129089公開日2008年1月16日申請日期2007年7月11日優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日發(fā)明者寺田佳之申請人:株式會社村上開明堂