吸收式近红外线滤光片及影像传感器的制作方法

本实用新型涉及一种光学组件，特别是一种可应用于影像传感器的吸收式近红外线滤光片。

背景技术：

一般人眼可感受的可见光波长范围约在400至700nm之间。不可见光包含波长介于700至1200nm间的红外线，以及波长在10至400nm间的紫外线。红外线对人类的视觉颜色不产生影响，但对于摄影装置如摄影机、照相机或手机相机而言则非如此。一般摄影镜头是在一镜头座内部设置多个光学镜片、滤光片及影像感测组件，例如：电荷耦合装置(CCD)或互补式金属氧化半导体(CMOS)，影像感测组件敏感度高，对光波的感应范围为波长400nm至1200nm，可捕捉到不可见光中的红外线。为避免红外线影响画面的呈现，则须在影像感测组件前加装滤光片或滤镜以阻隔红外线进入影像感测组件，以修正影像的色偏现象。目前现有技术滤光片包括反射式滤光片及吸收式滤光片。

如图2A所示，反射式红外线滤光片2，包括透明介质20，例如玻璃、压克力(PMMA)及石英，以及形成于该透明介质20相对两表面上的第一镀膜22及第二镀膜24。由于一般玻璃对入射光的透过率(T％)高达90％以上。因此，镀膜用以反射波长为700至1200nm的红外线。然而，随着数码影像产品越来越轻、薄、短、小，影像感测组件或光学系统接收的光源入射角则会因此放大，当入射角变大时，反射式红外线滤光片的50％透过率(中心波长，或称T50波长)将产生大的偏移量，超出影像感测组件的白平衡极限，以致发生色偏问题，无法应用于500万像素以上的镜头。

具体而言，该反射式滤光片应用于影像传感器时，因入射角较小的光(如入射角为0度)会入射到影像感测组件的中央部分，入射角较大的光(如入射角为30度)会入射到影像感测组件的周围部分。因此，影像感测组件其受光面位置的不同，入射光的分光透过率曲线特性也会跟着改变，使得在图像中央部分 与周围部分产生色调不同的现象，即色偏的问题。如图2B所示，一般反射式滤光片上的镀膜的T50波长为650nm(入射角0度)，在入射角0度至30度时会有向短波长偏移30nm的偏差值。由于在红光范围的色偏已相当严重，倘若镀膜的T50波长又往长波长移动，还将使得红外光波段的鬼影无法消除。

举例而言，如图2C所示，当入射光L经该反射式红外线滤光片2之后，因为反射式红外线滤光片2无法将全部的红外线反射，部分红外线T仍会穿过该滤光片2，使得影像感测组件200感测到红外线，且该红外线T在该滤光片2和影像感测组件200之间反复地反射，形成的影像将产生炫光及鬼影。因此，反射式滤光片镀膜的T50波长无法往长波长移动，却又造成红光波的色偏问题。

为改善反射式滤光片的缺点，吸收式红外线滤光片则改采用蓝玻璃作为吸收式红外线滤光介质。如TW 200920709及TW 201200485所揭露，蓝玻璃本身材质具有对红光波长吸收、透过率较低的特性。如图3A所示，吸收式红外线滤光片包括吸收式红外线滤光介质30及形成于相对两表面上的第一镀膜32及相对应的第二镀膜34。吸收式红外线滤光片在不同角度(0度及30度)的分光透过率(T％)曲线如图3B所示，该裸片(即蓝玻璃本身)的T50波长为643nm，其镀膜的T50波长为690nm(入射角0度)，在入射角0度至30度时的色偏减少为6至10nm。然而，此吸收式红外线滤光片的20％透过率(T20波长)在650至700nm范围的色偏仍未有效改善。因此，亦无法使镀膜的T50波长往长波长移动至最佳波长范围。

因此，如何避免影像感测组件成像时产生鬼影及多角度色偏等问题，以令镀膜的T50波长往长波长移动，在0度及30度位移时不影响到滤光片在光谱上可见光透过率的整体面积，而得到色彩更饱和的影像，实为当前要解决的目标。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种吸收式近红外线滤光片及影像传感器，以解决现有技术的上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种吸收式近红外线滤光片，其中，包括：

吸收式红外线滤光介质，具有相对的第一表面及第二表面；

有机涂层，形成于该吸收式红外线滤光介质的第一表面上，以吸收红外线；

第一多层膜结构，形成于该有机涂层上，以令该有机涂层位于该第一多层膜结构及吸收式红外线滤光介质之间；以及

第二多层膜结构，形成于该吸收式红外线滤光介质的第二表面上。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该吸收式红外线滤光介质为磷酸盐系红外线滤光玻璃。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该磷酸盐系红外线滤光玻璃包含P₂O₅及CuO。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该磷酸盐系红外线滤光玻璃是氟磷酸盐系红外线滤光玻璃。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该氟磷酸盐系红外线滤光玻璃包含P₂O₅、CuO及选自AlF₃、NaF、MgF₂、CaF₂、SrF₂及BaF₂所组成组的至少一种氟化物。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该吸收式红外线滤光介质具有0.15至1.5mm的厚度。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该有机涂层的中心波长T50介于630至680nm，波长范围700至725nm的平均透过率Tavg小于8％。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该有机涂层包含有机色素及聚合物。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该有机涂层的厚度为0.1至10μm。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该有机色素是选自偶氮化合物、二亚铵化合物、二硫酚金属络合物、酞菁类化合物、方酸菁类化合物及花菁类化合物所组成组的至少之一。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该聚合物是选自聚酯、聚丙烯酸酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚环烯烃及聚乙烯缩丁醛所组成组的至少之一。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该第一多层膜结构为红外线反射多层膜或紫外线-红外线反射多层膜，且该第二多层膜结构为抗反射多层膜。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该第一多层膜结构为抗反射多层膜，且该第二多层膜结构为红外线反射多层膜或紫外线-红外线反射多层膜。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该第一多层膜结构及第二多层膜结 构各自包含4至50层膜。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，形成各该层的膜的材质为选自TiO₂、SiO₂、Y₂O₃、MgF₂、A1₂O₃、Bi₂O₃、Gd₂O₃、LaF₃、Nb₂O₅、AlF₃、PbTe、Sb₂O₃、SiO、SiN、Ta₂Os、ZnS、ZnSe、ZrO₂及Na₃AlF₆所组成组的至少之一。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该第一多层膜结构及第二多层膜结构的各该层的膜的材质分别由TiO₂及SiO₂交错层压而成。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该第一多层膜结构的中心波长位于700至730nm间。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该第二多层膜结构的中心波长位于700至730nm间。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该第一多层膜结构的厚度为0.2至5μm，该第二多层膜结构的厚度为0.2至5μm。

上述的吸收式近红外线滤光片，其中，该第一多层膜结构的厚度为0.2至5μm，该第二多层膜结构的厚度为0.2至5μm。

为了更好地实现上述目的，本实用新型还提供了一种影像传感器，其中，包括：

镜头模块，包括透镜及设于该透镜的光穿透路径上的如权利要求1所述的吸收式近红外线滤光片；以及

影像感测组件，设于该镜头模块的一侧，以令该吸收式近红外线滤光片位于该透镜和影像感测组件之间。

本实用新型的有益功效在于：

根据本实用新型的吸收式近红外线滤光片，在镀膜结构与吸收式红外线滤光介质之间形成有机涂层，以有效降低波长为680至730nm的光透过率，且搭配镀膜结构以减少色偏，还可解决产生鬼影的问题。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1A是本实用新型吸收式近红外线滤光片的结构示意图；

图1B显示各种滤光介质的分光透过率(T％)曲线；

图1C显示本实用新型的吸收式近红外线滤光片在不同角度(0度及30度)，其中，镀膜0度中心波长为710nm的分光透过率(T％)曲线；

图1D显示本实用新型影像传感器的结构示意图；

图2A显示反射式红外线滤光片的结构示意图；

图2B显示反射式红外线滤光片在镀膜后的不同角度(0度及30度)，其中，镀膜0度中心波长为650nm的分光透过率(T％)曲线；

图2C显示反射式红外线滤光片应用于影像传感器的示意图；

图3A显示现有技术吸收式红外线滤光片的示意图；

图3B显示现有技术吸收式红外线滤光片在镀膜后的不同角度(0度及30度)，其中，镀膜0度中心波长为690nm的分光透过率(T％)曲线；以及

图3C显示现有技术吸收式红外线滤光片在镀膜后的不同角度(0度及30度)，其中，镀膜0度中心波长于710nm的分光透过率(T％)曲线。

其中，附图标记

1、3、412 吸收式近红外线滤光片

10、30 吸收式红外线滤光介质

10a 第一表面

10b 第二表面

12 有机涂层

14 第一多层膜结构

16 第二多层膜结构

2 反射式红外线滤光片

20 透明介质

22、32 第一镀膜

24、34 第二镀膜

200、42 影像感测组件

4 影像传感器

40 基板

41 镜头模块

410 内壳体

411 透镜

43 外壳体

L 入射光

T 红外线

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供该领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“第一”、“第二”、“上”及“一”等用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

参阅图1A，为本实用新型的一实施形式，如图1A所示，一种吸收式近红外线滤光片1，包括：吸收式红外线滤光介质10，具有相对的第一表面10a及第二表面10b；有机涂层12，形成于该吸收式红外线滤光介质10的第一表面10a上，以吸收红外线；第一多层膜结构14，形成于该有机涂层12上，以令该有机涂层12位于该第一多层膜结构14及吸收式红外线滤光介质10之间；以及第二多层膜结构16，形成于该吸收式红外线滤光介质10的第二表面10b上。

于本实用新型中的一实施形式中，吸收式红外线滤光介质的材质为玻璃，具体而言，该玻璃为氟磷酸盐系红外线滤光玻璃或磷酸盐系红外线滤光玻璃。磷酸盐系红外线滤光玻璃主要包含P2O5，其余成分举例而言，如：Al₂O₃、CuO、SiO₂、MgO、CaO、K₂O、BaO、Li₂O、Nb₂O₅、ZnO。于一具体实施例中，该磷酸盐系红外线滤光玻璃主要包含40至75％的P₂O₅、10至28％的Al₂O₃以及3至8.5％的CuO。

氟磷酸盐系红外线滤光玻璃则还包括金属氟化物，如：AlF₃、NaF、MgF₂、 CaF₂、SrF₂及BaF₂。于一具体实施例中，该氟磷酸盐系红外线滤光玻璃包含P₂O₅、CuO及选自AlF₃、NaF、MgF₂、CaF₂、SrF₂及BaF₂所组成组的至少一种氟化物。该吸收式红外线滤光介质视需要经过切割、研磨、抛光、冷加工等加工程序。此外，该吸收式红外线滤光介质通常具有0.15至1.5mm的厚度。

于本实用新型中，该有机涂层藉由将含有红外线吸收特性的有机色素的聚合物成膜于该吸收式红外线滤光介质10的第一表面10a上。操作时，该聚合物可藉由溶解或分散于溶剂以调配成涂覆液，并于其中添加有机色素，再于该涂覆液直接涂覆于基材上后，予以干燥而形成有机涂层。涂覆方法例如旋转涂布法、凹槽辊涂覆法、喷雾涂覆法、帘幕涂覆法、气刀涂覆法、刮刀涂覆法、可逆辊涂覆法等现有技术涂覆方法。于一具体实施例中，利用旋转涂布法形成该有机涂层。此外，较佳地，该有机涂层的厚度为0.1至10μm，更佳地，该有机涂层的厚度为2μm。

于本实用新型的一具体实施例中，有机涂层含有有机色素及聚合物，其中，所述有机色素选自偶氮化合物、二亚铵化合物、二硫酚金属络合物、酞菁类化合物、方酸菁类化合物及花菁类化合物所组成组的至少一者，此外，借由选择不同有机色素可吸收不同波长范围的光辐射。该有机涂层的聚合物必须能保持被溶解或分散的有机色素，同时也必须是透明电介质，该聚合物的材料可选自聚酯、聚丙烯酸酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚环烯烃、聚氨酯、聚醚及聚乙烯缩丁醛所组成组的至少之一。此外，较佳选用可交联的聚合物，例如改质原先无法交联的聚合物，使该聚合物具有可交联的官能基，而形成可交联的聚合物。于另一具体实施例中，该有机涂层还包含固化剂，如甲苯二异氰酸酯(TDI)，例如以该有机涂层的固含量计，固化剂的含量为0.1wt％。

在涂覆液包含的有机溶剂选择上，并无特别限制，只要是可使上述有机色素及上述聚合物均匀溶解或分散者即可，适用的溶剂举例而言，包括醇类，如异丙醇；酮类，如丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环戊酮、环己酮及二丙酮醇等；酯类，如乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸甲氧基乙酯、丙烯酸乙酯及丙烯酸丁酯；氟化醇类，如2,2,3,3-四氟丙醇；烃类，如己烷、苯、甲苯及二甲苯；氯化烃类，如二氯甲烷、二氯乙烷及氯仿。该等有机溶剂可单独或混合使用。

为使有机色素及上述聚合物均匀溶解或分散于有机溶剂中，可采用在加温下搅拌、分散、粉碎等的方法。

涂覆涂覆液后，进行固化，固化方法可采用借由紫外光固化或热风固化、加热器固化及烘烤等现有技术固化方法。固化温度可视不同溶剂而调整。于一具体实施例中，建议以100至140℃(±2℃)为较佳，固化温度以良好精度进行温度控制于±2℃的范围内较佳，固化时间可视涂覆液的溶剂或其涂覆量而予以调整，较佳为30分钟。

于本实用新型中，还包含第一多层膜结构14及第二多层膜结构16，该第一多层膜结构14形成于该有机涂层12上，以令该有机涂层12置于该第一多层膜结构14及吸收式红外线滤光介质10之间；第二多层膜结构16形成于该吸收式红外线滤光介质10的第二表面10b上。

所述多层膜结构可以是红外线反射多层膜、紫外线-红外线反射多层膜或抗反射多层膜。制作上，可借由设计不同折射率、不同层数和厚度调整其分光透过率特性等光学特性，举例而言，利用高折射率及低折射率的材料交互层压，就一多层膜结构而言，所述层压层数通常为4至50层，即该第一多层膜结构14或第二多层膜结构16各自包含10至30层膜，就红外线反射多层膜或紫外线-红外线反射多层膜而言，该层压厚度为0.2至5μm，抗反射多层膜而言，该层压厚度为0.2至5μm；通常，所述第一多层膜结构14及第二多层膜结构16具有之一较厚、之一较薄的厚度，薄层较佳为抗反射多层膜。因此，第一多层膜结构14的厚度可大于或小于第二多层膜结构16的厚度，其厚度可根据所形成的性质，例如红外线反射多层膜、紫外线-红外线反射多层膜或抗反射多层膜而定。

于一具体实施例中，该多层膜结构的实施方式是以气相制膜法形成于有机涂层上及/或吸收式红外线滤光介质的第二表面上，该气相制膜法可利用各种现有技术镀膜方式，举例而言，如溅镀、离子化蒸镀、电子束蒸镀及化学蒸镀等各种真空镀膜方法的之一或其方法组合，较佳以电子枪蒸镀搭配离子源辅助镀膜方式成膜。

于一具体实施例中，形成各该层的膜的材质是选自TiO₂、SiO₂、Y₂O₃、MgF₂、A1₂O₃、Nb₂O₅、AlF₃、Bi₂O₃、Gd₂O₃、LaF₃、PbTe、Sb₂O₃、SiO、SiN、Ta₂Os、ZnS、ZnSe、ZrO₂及Na₃AlF₆所组成组的至少之一。于一具体实施例中，使用TiO₂和SiO₂交错层压而成。根据前述的说明，于一具体实施例中，该第一多层膜结构14是红外线反射多层膜或紫外线-红外线反射多层膜，且该 第二多层膜结构16是抗反射多层膜。或者，该第一多层膜结构14是抗反射多层膜，且该第二多层膜结构16是红外线反射多层膜或紫外线-红外线反射多层膜。

除上述层外，亦可更进一步形成防湿层、抗静电层、电磁波薄片层、选择吸收过滤层、底涂层或保护层及其组合。

本实用新型的一实施形式通过以下的步骤所制备。首先，将T50介于630至680nm，波长范围700至725nm的平均通过率(Tavg)小于8％的有机涂层材料，借由旋涂法将该材料均匀地涂覆在吸收式红外线滤光介质上，再以140℃(±2℃)加热固化该有机涂层材料30分钟，以形成厚度为2μm的有机涂层。接着，利用电子枪蒸镀搭配离子源辅助镀膜方式形成第一多层膜结构于有机涂层上，以及形成第二多层膜结构于该吸收式红外线滤光介质的第二表面上，其中，所述第一多层膜结构是利用TiO₂及SiO₂以10至200nm的厚度交替蒸镀以得到总层数24层，总厚度为2600nm的第一多层膜，所述第二多层膜结构是利用TiO₂及SiO₂以10至200nm的厚度交替蒸镀以得到总层数18层，总厚度为2300nm的第二多层膜。

在本实用新型的另一实施形式中，亦可如上述方法先形成第二多层膜结构于该吸收式红外线滤光介质的第二表面，再将有机涂层材料借由旋涂法涂覆在吸收式红外线滤光介质的第一表面上，以140℃(±2℃)加热烘干该有机涂层材料30分钟，以形成有机涂层。最后，利用蒸镀法形成第一多层膜结构于有机涂层上。

参照图1B，显示各种滤光介质的分光通过率(T％)曲线，该曲线借由Hitachi-U4100可变角度分光仪检测。现有技术透明介质具有90％以上的全波长通过率，吸收式红外线滤光介质在650至1200nm仍具有40％的通过率，有机涂层在700nm时具有8％以下的通过率，但不吸收波长在850至1200nm的光。本实用新型的吸收式红外线滤光介质搭配有机涂层，可有效将波长700nm的通过率降低，且吸收700至1200nm的红外光。

下表依据本实用新型的图1C吸收式近红外线滤光片、图2B反射式滤光片、图3B镀膜中心波长为690nm的现有技术吸收式红外线滤光片及图3C镀膜中心波长为710nm的现有技术吸收式红外线滤光片在不同角度(0度及30度)的T50、T20波长及通过率的数据比较：

图1C显示本实用新型的吸收式近红外线滤光片的分光透过率(T％)曲线，本实用新型的吸收式近红外线滤光片可将700至725nm之间的平均透过率降低至1％，更有效将波长700nm的透过率差距降低至3％以下。此外，可调整镀膜中心波长于波长范围700至730nm，例如图1C显示镀膜中心波长于710nm。并利用有机涂层的设置可有效减少0度至30度波长偏差问题，让T50与T20的0度至30度偏差值小于5nm，成功改善多角度色偏问题，还借由红外线吸收式滤光玻璃能解决因反射造成红外光鬼影的问题。

此外，虽然图3C在波长范围600至700nm的色差表现上优于调整镀膜中心波长于690nm的图3B，但相较于本实用新型，其在700至725nm的平均透过率明显增高至10.12，即造成近红外线的穿透、红外光鬼影的情况。

另外，相较于现有技术，本实用新型的吸收式近红外线滤光片在700至725nm的平均透过率低，可有效改善红外光鬼影的情况，且在0度与30度角 的600至700nm的平均透过率差距较小，显示相较于现有技术的滤光片具有较低的色差，克服多角度色差的问题。

根据上述的说明，本实用新型还提供一种影像传感器，如图1D所示，该影像传感器4包括基板40、镜头模块41、影像感测组件42及外壳体43。

该镜头模块41包括内壳体410及组设于该内壳体410中的透镜411及本实用新型的吸收式近红外线滤光片412，其中，该吸收式近红外线滤光片412设于该透镜411的光穿透路径上。该影像感测组件42，设于该镜头模块41的一侧，例如以打线方式结合并电性连接于该基板40上，以令该吸收式近红外线滤光片位于该透镜和影像感测组件之间。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。