JP6428001B2

JP6428001B2 - 赤外線カットフィルタ

Info

Publication number: JP6428001B2
Application number: JP2014141163A
Authority: JP
Inventors: 悠祐金子; 尚史上坂
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2034-07-09
Also published as: JP2016018092A

Description

本発明は、赤外線吸収ガラス板を用いた赤外線カットフィルタに関するものである。

デジタルカメラ等においては、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子が用いられている。これらの固体撮像素子は、広範囲の受光感度を有しているので、人間の視感に合わせるため、赤外域の光を除去する必要がある。赤外域の光を除去するため、特許文献１等では、ＣｕＯを含有するフツリン酸塩系ガラスもしくはリン酸塩系ガラスからなる赤外線吸収ガラスが用いられている。

特開２００９−２６７３９６号公報

しかしながら、これらの赤外線吸収ガラスは、潮解性を有しているため、耐湿性が非常に低いという問題がある。

本発明の目的は、耐湿性を改善することができる、赤外線吸収ガラスを用いた赤外線カットフィルタを提供することにある。

本発明の赤外線カットフィルタは、赤外線吸収ガラス板と、赤外線吸収ガラス板の少なくとも一方の面の上に設けられるカバーガラス板と、赤外線吸収ガラス板とカバーガラス板の間に設けられる接着剤層とを備えることを特徴としている。

カバーガラス板の表面は、未研磨であることが好ましい。

カバーガラス板の表面粗さは、赤外線吸収ガラス板の表面粗さより小さいことが好ましい。

本発明においては、カバーガラス板の熱膨張係数が、赤外線吸収ガラス板の熱膨張係数より小さいことが好ましい。

接着剤層としては、アクリル系またはエポキシ系の紫外線硬化型樹脂または熱硬化型樹脂が挙げられる。

赤外線ガラス板としては、硫リン酸塩系ガラスから形成されているものが挙げられる。

赤外線吸収ガラス板の厚みは、２ｍｍ以下であることが好ましい。

カバーガラス板の厚みは、１ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明においては、赤外線吸収ガラス板の両面上に、カバーガラス板がそれぞれ設けられていることが好ましい。

本発明の赤外線カットフィルタは、固体撮像素子用赤外線カットフィルタとして用いることができる。

本発明によれば、赤外線吸収ガラスを用いた赤外線カットフィルタにおいて、耐湿性を改善することができる。

本発明の第１の実施形態の赤外線カットフィルタを示す模式的断面図である。本発明の第２の実施形態の赤外線カットフィルタを示す模式的断面図である。本発明の第１の実施形態の赤外線カットフィルタを用いた固体撮像素子デバイスを示す模式的断面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

図１は、本発明の第１の実施形態の赤外線カットフィルタ１を示す模式的断面図である。図１に示すように、赤外線吸収ガラス板２の一方面２ａの上には、カバーガラス板３が設けられている。赤外線吸収ガラス板２とカバーガラス板３との間には、接着剤層５が設けられている。また、赤外線吸収ガラス板２の他方面２ｂの上には、カバーガラス板４が設けられている。赤外線吸収ガラス板２とカバーガラス板４との間には、接着剤層６が設けられている。したがって、本実施形態では、赤外線吸収ガラス板２の両面２ａ及び２ｂの上に、カバーガラス板３及び４がそれぞれ設けられている。

赤外線吸収ガラス板２としては、硫リン酸塩系ガラス、フツリン酸系ガラス、リン酸塩系ガラス等からなるガラス板が挙げられる。特に、ＣｕＯを含有した硫リン酸塩系ガラス、フツリン酸系ガラス、リン酸塩系ガラスが好ましく用いられる。本実施形態では、ＣｕＯを含有した硫リン酸塩系ガラスを用いている。

硫リン酸塩系ガラスとしては、赤外線吸収ガラスとして用いられる公知のガラス組成を用いることができるが、具体的には、質量％でＰ_２Ｏ_５２０〜７０％、ＳＯ_３１〜２５％、ＺｎＯ１０〜５０％、Ｒ_２Ｏ１〜３０％（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋのいずれか）の基本組成を含有するガラスを用いることができる。

フツリン酸塩系ガラスとしては、赤外線吸収ガラスとして用いられる公知のガラス組成を用いることができるが、具体的には、アニオン％でＦ⁻ ５〜７０％Ｏ^２− ３０〜９５％であり、カチオン％でＰ^５＋２０〜５０％、Ａｌ^３＋０．２〜２０％、Ｒ^＋１〜３０％（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋのいずれか）、Ｒ’^２＋１〜５０％（Ｒ’はＺｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのいずれか）の基本組成を含有するガラスを用いることができる。

リン酸塩系ガラスとしては、赤外線吸収ガラスとして用いられる公知のガラス組成を用いることができるが、具体的には、重量％でＰ_２Ｏ_５２０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３１〜２０％、Ｒ_２Ｏ０〜３０％（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋのいずれか）、Ｒ’Ｏ０〜４０％(Ｒ’はＺｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのいずれか)の基本組成を含有するガラスを用いることができる。

上記各ガラスにおけるＣｕＯの含有量は、基礎ガラス１００質量部に対して、０．１〜１５質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜１０質量部であり、さらに好ましくは２〜８質量部である。ＣｕＯの含有量が少なすぎると、赤外線吸収性能が不十分となる場合があり、ＣｕＯの含有量が多すぎると、可視光透過率が低下する場合や、ガラス化しない場合がある。

赤外線吸収ガラス板２の厚みは、２ｍｍ以下であることが好ましく、０．１〜１．５ｍｍの範囲内であることがより好ましく、０．１〜１．０ｍｍの範囲内であることがさらに好ましく、０．１〜０．５ｍｍの範囲内であることが特に好ましい。赤外線吸収ガラス板２の厚みが薄すぎると、赤外線吸収性能が不十分となる場合がある。赤外線吸収ガラス板２の厚みが厚すぎると、可視光透過率が低下する場合がある。

カバーガラス板３及び４としては、例えば、質量％で、ＳｉＯ_２５２〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３５〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３５〜２０％、アルカリ土類金属酸化物４〜３０％、ＺｎＯ０〜５％の基本組成を含有し、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しないガラスや、質量％で、ＳｉＯ_２５８〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３０．５〜１５％、Ｂ_２Ｏ_３５〜２０％、アルカリ金属酸化物１〜２０％、アルカリ土類金属酸化物０〜２０％、ＺｎＯ０〜９％の基本組成を含有するガラスを用いることができる。

赤外線カットフィルタ１を、固体撮像素子デバイス等に用いる場合、ガラスから放出するα線やβ線を少なくすることが求められており、カバーガラス板３及び４としては、α線放出量が０．０１ｃ／ｃｍ^２・ｈｒ以下であるガラスであることが好ましい。したがって、α線やβ線の放出量を抑えるため、ガラス中に含まれるウランやトリウムがｐｐｂレベルで少ないことが好ましい。

カバーガラス板３及び４のそれぞれの厚みは、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．００４〜０．５ｍｍの範囲内であることがより好ましく、０．０１〜０．４ｍｍの範囲内であることがさらに好ましく、０．０５〜０．３ｍｍの範囲内であることが特に好ましい。カバーガラス板３及び４のそれぞれの厚みが薄すぎると、接着剤を用いて赤外線吸収ガラス板２と貼り合わせる際にカバーガラス３及び４が破損しやすく、赤外線カットフィルタ１の耐湿性が低下する場合がある。カバーガラス板３及び４のそれぞれの厚みが厚すぎると、光学的設計上、光学的な厚みの変化が大きく不具合が生じやすくなる。また、デバイスの薄型化が困難となる。

赤外線カットフィルタ１を、固体撮像素子デバイス等に用いる場合、厚みをできるだけ薄くすることが望まれている。このような観点から、カバーガラス板３及び４のそれぞれの厚みは、できるだけ薄いことが好ましい。

接着剤層５及び６は、例えば、アクリル系またはエポキシ系の紫外線硬化型樹脂または熱硬化型樹脂から形成することができる。

アクリル系またはエポキシ系の紫外線硬化型樹脂及び熱硬化型樹脂としては、硬化体が無色透明であり、光学的等方性を有するものであれば良く、管理が容易な一液性の硬化樹脂を用いることができ、具体的には、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート等を用いることができる。

接着剤層５及び６のそれぞれの厚みは、１０μｍ以下であることが好ましく、１〜１０μｍの範囲内であることがより好ましく、２〜８μｍの範囲内であることがさらに好ましく、２〜５μｍの範囲内であることが特に好ましい。接着剤層５及び６のそれぞれの厚みが薄すぎると、温度変化が生じた場合、カバーガラス板３及び４と赤外線吸収ガラス板２の熱膨張差によって発生する応力を緩和できなくなり、赤外線吸収ガラス板２に応力が集中し割れが生じたり、カバーガラス板３及び４が赤外線吸収ガラス板２から剥離しやすくなる。接着剤層５及び６のそれぞれの厚みが厚すぎると、外力が加わった場合、接着剤層５及び６からの凝集破壊に繋がるおそれがある。

本実施形態の赤外線カットフィルタ１は、接着剤層５及び６を用いて、赤外線吸収ガラス板２に、カバーガラス板３及び４を接着させ、接着剤層５及び６を必要に応じて紫外線硬化または熱硬化させることにより製造することができる。

本実施形態の赤外線カットフィルタ１では、カバーガラス板３及び４を、接着剤層５及び６を用いて、赤外線吸収ガラス板２の上に設けているので、赤外線吸収ガラス板２に水分などが吸収されるのを抑制することができる。このため、耐湿性を改善することができる。

（屈折率）
カバーガラス板３及び４の屈折率並びに接着剤層５及び６の屈折率は、赤外線吸収ガラス板２の屈折率に近いことが好ましい。これにより、カバーガラス板３及び４と接着剤層５及び６との界面、接着剤層５及び６と赤外線吸収ガラス板２との界面における反射を抑えることができ、光学特性の変化を抑えることができる。具体的には、カバーガラス板３及び４の屈折率並びに接着剤層５及び６の屈折率は、赤外線吸収ガラス板２の屈折率の±５％の範囲内であることが好ましく、±３％の範囲内であることがより好ましく、±１％の範囲内であることがさらに好ましい。

（表面粗さ）
カバーガラス板３及び４の表面粗さが大きいと、固体撮像素子に取り込まれる情報にノイズが入りやすくなる。よって、カバーガラス板３及び４の表面粗さは、赤外線吸収ガラス板２の表面粗さより小さいことが好ましい。これにより、固体撮像素子に取り込まれる情報の精度を向上させることができる。カバーガラス板３及び４の表面粗さは、１．０ｎｍ以下であることが好ましく、０．５ｎｍ以下であることがより好ましく、０．４ｎｍ以下であることがさらに好ましく、０．２ｎｍ以下であることが特に好ましい。

また、カバーガラス板３及び４の表面は、未研磨であることが好ましい。これにより、さらに固体撮像素子に取り込まれる情報の精度を向上させることができる。未研磨であり、かつ表面粗さが小さいガラス板として、スロットダウンドロー法、オーバーフローダウンドロー法、リドロー法により成形されたガラス板が挙げられる。このような観点からは、カバーガラス板３及び４として、スロットダウンドロー法、オーバーフローダウンドロー法、リドロー法により成形されたテープ状またはシート状のガラス板を用いることができる。

（熱膨張係数）
固体撮像素子デバイスのパッケージは、セラミックなどからなり、その熱膨張係数は赤外線吸収ガラス板２の熱膨張係数よりもかなり小さく、赤外線吸収ガラス板２を固体撮像素子のカバーガラスとして用いた場合、温度変化が生じるとパッケージから赤外線吸収ガラス板２が剥離しやすい。そのため、赤外線吸収ガラス板２の表面に設けられるカバーガラス板３及び４の熱膨張係数は、赤外線吸収ガラス板２の熱膨張係数より小さいことが好ましい。これにより、カバーガラスの熱膨張係数をパッケージの熱膨張係数に近づけることができ、温度変化が生じてもパッケージから赤外線カットフィルタ１が剥離するのを防止することができる。

なお、赤外線吸収ガラス板２とカバーガラス板３及び４の間に、赤外線吸収ガラス板２及びカバーガラス板３及び４よりも弾性係数が小さい樹脂からなる接着層５及び６を介在させているので、赤外線吸収ガラス板２の熱膨張係数とカバーガラス板３及び４の熱膨張係数が大きく相違していていても、赤外線吸収ガラス板２とカバーガラス板３及び４の熱膨張差によって発生する応力を緩和でき、割れやカバーガラス板３及び４が赤外線吸収ガラス板２から剥離するのを抑えることができる。

図２は、本発明の第２の実施形態の赤外線カットフィルタ１を示す模式的断面図である。本実施形態の赤外線カットフィルタ１は、赤外線吸収ガラス板２の周囲に接着剤層７が設けられており、この接着剤層７を介して、一方面２ａの上にカバーガラス板３を設け、他方面２ｂの上にカバーガラス板４を設けることにより構成されている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

＜耐候性試験＞
図１に示す実施形態の赤外線カットフィルタと、カバーガラス板を設けていない赤外線吸収ガラス板とを、１２１℃、９５％ＲＨの環境下に６時間放置後、顕微鏡を用いてそれぞれの試料の外表面を観察すると、図１に示す赤外線吸収ガラス板の表面にカバーガラス板を設けた赤外線カットフィルタは異常がなかったのに対し、カバーガラス板を設けていない赤外線吸収ガラス板は変質が確認された。なお、このような変質が存在すると、固体撮像素子のカバーガラスとして用いる場合、固体撮像素子に取り込まれる情報にノイズが入り問題となる。

図３は、本発明の第１の実施形態の赤外線カットフィルタを用いた固体撮像素子デバイスを示す模式的断面図である。図３に示すように、本実施形態の固体撮像素子デバイス１０は、セラミックなどからなるパッケージ１２と、パッケージ１２内に収納された固体撮像素子１１と、パッケージ１２の開口部に設けられる赤外線カットフィルタ１と、赤外線カットフィルタ１とパッケージ１２とを接着する接着剤層１３とを備える。

接着剤層１３としては、紫外線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂などを用いることができる。

本実施形態の固体撮像素子デバイス１０では、固体撮像素子１１の光入射側に、赤外線カットフィルタ１が設けられているので、赤外域の光をカットして、固体撮像素子１１に光を入射することができる。また、本実施形態の赤外線カットフィルタ１は、耐湿性に優れているので、耐湿性に優れた固体撮像素子デバイスとすることができる。

上記各実施形態では、赤外線吸収ガラス板の両面上にカバーガラス板を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。赤外線吸収ガラス板の少なくとも一方の面の上にカバーガラス板が設けられていればよい。

本発明の赤外線カットフィルタは、固体撮像素子用に限定されるものではなく、その他の用途にも用いることができる。

１…赤外線カットフィルタ
２…赤外線吸収ガラス板
３，４…カバーガラス板
５，６，７…接着剤層
１０…固体撮像素子デバイス
１１…固体撮像素子
１２…パッケージ
１３…接着剤層

Claims

赤外線吸収ガラス板と、
前記赤外線吸収ガラス板の少なくとも一方の面の上に設けられるカバーガラス板と、
前記赤外線吸収ガラス板と前記カバーガラス板の間に設けられる、厚み１〜１０μｍの接着剤層とを備える、赤外線カットフィルタ。
前記カバーガラス板の表面が、未研磨である、請求項１に記載の赤外線カットフィルタ。
前記カバーガラス板の表面粗さが、前記赤外線吸収ガラス板の表面粗さより小さい、請求項１または２に記載の赤外線カットフィルタ。
前記カバーガラス板の熱膨張係数が、前記赤外線吸収ガラス板の熱膨張係数より小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外線カットフィルタ。
前記接着剤層が、アクリル系またはエポキシ系の紫外線硬化型樹脂または熱硬化型樹脂である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の赤外線カットフィルタ。
前記赤外線吸収ガラス板が、硫リン酸塩系ガラス、フツリン酸系ガラス、またはリン酸塩系ガラスから形成され、その厚みが０．１〜２ｍｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の赤外線カットフィルタ。
前記赤外線吸収ガラス板の両面上に、前記カバーガラス板がそれぞれ設けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の赤外線カットフィルタ。
前記カバーガラス板は、厚みが、０．００４〜１ｍｍ以下であり、
前記カバーガラス板は、組成として、質量％で、ＳｉＯ _２５２〜７０％、Ａｌ _２Ｏ _３５〜２０％、Ｂ _２Ｏ _３５〜２０％、アルカリ土類金属酸化物４〜３０％、ＺｎＯ０〜５％を含有するガラス、または、質量％で、ＳｉＯ _２５８〜７５％、Ａｌ _２Ｏ _３０．５〜１５％、Ｂ _２Ｏ _３５〜２０％、アルカリ金属酸化物１〜２０％、アルカリ土類金属酸化物０〜２０％、ＺｎＯ０〜９％を含有するガラスである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の赤外線カットフィルタ。
開口部において、請求項１〜８のいずれか一項に記載の赤外線カットフィルタを備える、素子デバイス用パッケージ。
前記赤外線カットフィルタと接着する接着剤層をさらに備える、請求項９に記載の素子デバイス用パッケージ。