专利名称：：介电多层滤光片的制作方法
技术领域：
：本发明涉及入射角依赖性降低的介电多层滤光片.
背景技术：
：介电多层滤光片是由一组用不同折射率的介电材料制成的多种薄膜组成的光学滤光片，并且用来利用光的干涉反射(去除)或透射入射光中的特定波长段成分.例如，介电多层滤光片是用于CCD照相机中去除对颜色再现有负面影响的红外光(波长大于约650nm的光)，并透过可见光的所谓IR分割滤光片(红外分割滤光片).二者择一地，介电多层滤光片是用于液晶投影仪中反射入射可见光中特定颜色的光并透过其它颜色的光的所谓分色滤光片.闺2显示采用传统介电多层膜的IR分割滤光片的结构.IR分割滤光片10由用光学玻璃制成的基材12以及交替堆叠在基材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)组成.图3显示IR分割滤光片IO的光谦透射率特征.在图3中，特征A和B分别代表以下透射率.特征A:O度入射角下的透射率.特征B:25度入射角下的p极化光和s极化光(n极化光)的平均透射率.由困3可见，红外光(波长大于约650nm的光)被反射和去除，而可见光透过.闺4是显示图3中600-700nm波段中的特征的放大困，由困4可见，反射波段("反射波段"指较短波长側边缘和较长波长側边缘间的高反射波段)的较短波长側边缘处的半值波长("半值波长"指透射率为50。/。的波长)在入射角为0度的情况(特征A)和入射角为25度的情况(特征B)之间偏移多达19.Snm,这样，在田2所示的传统IR分割滤光片10中，反射波段的较短波长側边缘偏移较大(或主要取决于入射角).因此，如果将IR分割滤光片用于CCD相机，則存在摄取图像的色调随入射角变化的问题.采用传统介电多层膜的分色滤光片具有类似困2所示的结构.即分色滤光片由用光学玻璃制成的基材12及在基材12正面上交替堆叠的SK)2低折射率膜14和Ti02高折射率膜16组成.困5显示构造成反射红光的分色滤光片的分色滤光片的光谱透射率特征.该特征是在基材背面上形成抗反射膜的情况下的特征.在困5中，特征A、B和C分别代表以下透射率.在这里，分色滤光片的額定入射角是45度.特征A:s极化光对30度入射角的透射率.特征B:s极化光对45度入射角的透射率.特征C:s极化光对60度入射角的透射率.从图5可见，与45度額定入射角的情况(特征B)比较，反射波段较短波长側边缘处的半值波长在30度入射角时向较长波长偏移35.9nm(特征A)，在60度入射角时向较短波长偏移37.8nm(特征C).反射红光的分色滤光片的典型反射波段的较短波长側边缘在约600mn处，而较长波长側边缘在约680nra或更长处.具体而言，如果像特征C的情况那样，较短波长側边缘向较短波长明显位移(达37.8nm),则存在反射光色调改变的问題.减少波长位移的传统技术描述在下述专利文献l中.困6显示根据该技术的滤光片结构.介电多层滤光片18由光学玻璃基材20以及交替堆叠在光学玻璃基材20正面上的TK)2薄膜22和折射率比TK)2的低约0.3的Ta20s薄膜24或类似物组成.专利文献11日本专利未审公开号7-"907(困1).
发明内容本发明的目的是提供入射角依赖性降低的介电多层滤光片.根据本发明的介电多层滤光片包含透明基材；以及在透明基材的一个表面上形成的具有预定反射波段的介电多层膜.在介电多层滤光片中，介电多层膜具有包括相互交替堆叠的中等折射率材料的膜和高折射率材料的膜的结构，所述中等折射率材料的膜对波长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对波长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学厚度除以中等折射率材料膜的光学厚度"的值大于1并等于或小于4，优选大于2并等于或小于4。根据本发明，由于对波长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与对波长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叠，且"高折射率材料膜的光学厚度除以中等折射率材料膜的光学厚度"的值大于1并等于或小于4,优选大于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的情况提高且入射角依赖性降低的介电多层滤光片.此外，根据本发明，反射波段宽度可有益地减小.因此，可以很容易地提供具有单色反射波段的滤光片，例如反射绿光的分色滤光片.在本申请中，术语"平均折射率"指"整个介电多层膜的光学厚度乘以参考波长再除以整个介电多层膜的物理厚度"的值.在本发明中，以下关系适用于整个介电多层膜的平均折射率，其中字母标记nM指中等折射率材料的折射率，而字母标记nH指高折射率材料的折射率.(nM+nH)/2〈平均折射率〈nH根据本发明，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的复合氣化物(折射率^1.65-1.8)或Laz03和入1203的复合氧化物、Bh03(折射率M.9)、SiO(折射率^1.97)和Ta2Os(折射率^2.0)的任何一种，或两种或多种这些材料的复合氧化物.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)的任何一种，或任何一种Ta20s、TKh和Nb20s与La203混合的复合氣化物(折射率^1.9).附困说明图l是显示根据本发明实施方案的介电多层滤光片的堆叠结构的示意图2是显示采用传统介电多层滤光片的IR分割滤光片的堆叠结构的示意图3显示困2所示IR分割滤光片的光谱透射率特征；图4是显示困3中600-700nm波段内的光傳透射率特征的放大图；-闺5显示具有图2所示结构的传统反射红光的分色滤光片的光谱透射率特征(模拟值)；闺6是显示专利文献1中描述的介电多层滤光片的堆叠结构的闺7显示根据实施例(1)设计的反射红光的分色滤光片对于不同入射角的光谱透射率特征；和困8显示根据实施例(2)设计的反射红光的分色滤光片对于不同入射角的光谦透射率特征.具体实施例方式下面描述本发明的实施方案.困1表示根据本发明实施方案的介电多层滤光片.介电多层滤光片26包含白玻璃或类似物的透明基材28，和沉积在透明基材28正面(光入射平面)28a上的介电多层膜30.介电多层膜30由相互交替堆叠的具有预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组成.介电多层膜30基本上由奇数层组成，但也可以由偶数层组成.虽然折射率较低的膜34在困1中作为笫一层布里，但折射率较高的膜36也可作为笫一层布置.例如，介电多层膜26可用作反射红光的反射红光的分色滤光片、反射绿光的反射绿光的分色滤光片或反射红外光的红外分割滤光片.由中等折射率材料制成的膜34对波长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对波长550nm光的折射率等于或大于2.0."髙折射率材料膜36的光学厚度除以中等折射率材料膜34的光学厚度"的值大于1并等于或小于4，优选大于2并等于或小于4.介电多层膜30中折射率较低的膜34可由一种介电材料(中等折射率材料)制成，该介电材料是例如Bi203、Ta2Os、La203、Al203、SiO^(xSl)、LaF3、1^203和八1203的复合氧化物以及卩1"203和厶1203的复合氧化物的任何一种，或两种或多种这些材料的复合氣化物.介电多层膜30中折射率较高的膜36可由一种介电材料(高折射率材料)制成，该介电材料是例如TK)2、Nb20s和Ta20s的任何一种，或主要包含任何一种TiO、NbO和Ta20s的复合氣化物.由于困1所示介电多层滤光片26具有由中等折射率材料膜34和高折射率材料膜36组成的多层膜，其平均折射率高于由低折射率材料膜和高折射率材料膜组成的多层膜，因此，其入射角依赖性降低,，由于"高折射率材料膜的光学厚度除以中等折射率材料膜的光度"的值大于1，介电多层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.例现在描述构造成反射红光的分色滤光片的困1所示介电多层滤光片26的实施例.每个实施例中的折射率值和衰减系数均相对于该实施例中的设计波长(参考波长)入0,实施例(l)介电多层膜30用以下参数设计.基材玻璃(折射率为1.52且衰减系数为0)中等折射率材料膜34:"203和A1203的复合氧化物(折射率为1.72且衰减系数为0)高折射率材料膜36:Ta20s(折射率为2.19且衰减系数为0)膜34和膜36间的光学厚度比约1:2层数27参考波长(反射波段的中心波长)"465nm整个介电多层膜30的平均折射率2,00介电多层膜30中每层的厚度示于表l.表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>外厚况施此学情实困7显示根据实施例(l)设计的反射红光的分色滤光片26对于不同入射角的光语透射率特征(整个反射红光的分色滤光片26的特征)(模拟值).在困7中，特征A、B和C分别代表以下透射率.特征A:s极化光对30度入射角的透射率(-額定入射角减15度)特征B:s极化光对45度入射角的透射率(-額定入射角)特征C:s极化光对60度入射角的透射率(-额定入射角加15度)从困7可见，特征A和C在反射波段的较短波长倒边缘处的半值波长从特征B在反射波段的较短波长倒边缘处的半值波长(591.3nm)(入射角-45度)的偏移如下对特征A的偏移(入射角-30度)+23.1nm对特征C的偏移(入射角=60度)-24.1nm为了比较，参考早先描述的显示采用传统介电多层膜的反射红光的分色滤光片特征的困5，特征A和C在反射波段的较短波长側边缘处的半值波长从特征B在反射波段的较短波长側边缘处的半值波长(591.7nm)(入射角-45度)的偏移如下对特征A的偏移(入射角-30度)+35.9iun对特征C的偏移(入射角-60度)-37.8nm从图5与闺7的比较可见，与传统设计相比，实施例(l)中反射波段的较短波长側边缘处的半值波长对45度入射角的偏移得到如下改进对30度入射角为12.8nm(=35.9nm-23.1nm),和对60度入射角为13.7nm(=37.8nm-24.1nni).实施例(2)介电多层膜30用以下参数设计.基材玻璃(折射率为1,52且衰减系数为0)中等折射率材料膜34:Laz03和Al203的复合氣化物(折射率为1.70且衰减系数为0)高折射率材料膜36:Ta20s(折射率为2.16且衰减系数为0)膜34和膜36间的光学厚度比约0.S:2(1M)层数43参考波长(反射波段的中心波长)Xo:S33mn整个介电多层膜30的平均折射率2.04介电多层膜30中每层的厚度示于表2.表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>图8显示根据实施例(2)设计的反射红光的分色滤光片26对于不同入射角的光详透射率特征(整个反射红光的分色滤光片26的特征)(模拟值)。在困8中，特征A、B和C分別代表以下透射率.特征A:s极化光对30度入射角的透射率(-類定入射角减15度)特征B:s极化光对45度入射角的透射率(-類定入射角)特征C:s极化光对60度入射角的透射率(-額定入射角加15度)从图8可见，特征A和C在反射波段的较短波长側边缘处的半值波长从特征B在反射波段的较短波长側边缘处的半值波长(592.8nm)(入射角-45度)的偏移如下.对特征A的偏移(入射角=30度)+20.3nni对特征C的偏移(入射角-60度)-20.8IHI1将早先描述的图5(显示采用传统介电多层膜的反射红光的分色滤光片特征)与困8比较可见，与传统设计相比，实施例(2)中反射波段的较短波长側边缘处的半值波长对45度入射角的偏移得到如下改进对30度入射角为15.6nm(-35.9nm-20.3nm)，和对60度入射角为17.0nm(=37.8nm-20.8nm).在上述实施例中，形成膜34的中等折射率材料是Laz03和A1203的复合氧化物，而形成膜36的高折射率材料是Ta20"作为中等折射率材料与高折射率材料的典型的可选组合，可以使用Ah03(或La203和A1203的复合氣化物)作为形成膜34的中等折射率材料，而使用TK)2(或Nb20s)作为形成膜36的高折射率材料.在上述实施例中，将根据本发明的介电多层滤光片构造成分色滤光片.然而，本发明可应用到要求降低入射角依赖性的其它滤光片(例如1R分割滤光片或其它边缘滤光片).权利要求1.一种介电多层滤光片，包含透明基材；和在透明基材的一个表面上形成的具有预定反射波段的介电多层膜，其中所述介电多层膜具有包括相互交替堆叠的中等折射率材料的膜和高折射率材料的膜的结构，所述中等折射率材料的膜对波长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对波长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学厚度除以中等折射率材料膜的光学厚度”的值大于1且等于或小于4，优选大于2且等于或小于4。2.权利要求1的介电多层滤光片，其中整个所述介电多层膜的平均折射率等于或大于1.7,3.权利要求1的介电多层滤光片，其中所述中等折射率材料是LaF3、Al203、Prz03和Ah03的复合氧化物、La203和A1203的复合氧化物、Bi203、SiO和Ta20s的任何一种，或两种或多种这些材料的复合氣化物.4.权利要求1的介电多层滤光片，其中所述高折射率材料是Ta2Os、TiOz和Nb20s的任何一种，或任何一种Ta2Os、TiCh和Nb2Os与La203混合的复合氣化物.5.权利要求1的介电多层滤光片，其中介电多层膜是反射红光的红光反射性分色滤光片、反射绿光的绿光反射性分色滤光片和反射红外光的红外分割滤光片的任何一种.全文摘要提供了诸如红光反射性分色滤光片的入射角依赖性降低的介电多层滤光片。在透明基材28正面上形成介电多层膜30以形成介电多层滤光片26。介电多层膜30由相互交替堆叠的中等折射率材料膜34和高折射率材料膜36组成。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。“高折射率材料膜36的光学厚度除以中等折射率材料膜34的光学厚度”的值设定为大于1且等于或小于4。文档编号G02B5/20GK101105547SQ200710129089公开日2008年1月16日申请日期2007年7月11日优先权日2006年7月11日发明者寺田佳之申请人:株式会社村上开明堂