JP4811293B2 - Absorption-type multilayer ND filter and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、可視光領域の透過光を減衰させる吸収型多層膜NDフィルター、特に、その分光透過特性の平坦性の改善と、高温高湿環境下における耐環境性の改良に関するものである。 The present invention relates to an absorptive multilayer ND filter that attenuates transmitted light in the visible light region, and more particularly to improvement in flatness of spectral transmission characteristics and improvement in environmental resistance in a high-temperature and high-humidity environment.
可視光領域の透過光を減衰させるND(Neutral Density Filter)フィルターとしては、入射光を反射して減衰させる反射型NDフィルターと、入射光を吸収して減衰させる吸収型NDフィルターが知られている。特に反射光が問題となるレンズ光学系にNDフィルターを組み込む場合には、一般的に吸収型NDフィルターが用いられている。 As an ND (Neutral Density Filter) filter that attenuates transmitted light in the visible light region, a reflective ND filter that reflects and attenuates incident light and an absorption ND filter that absorbs and attenuates incident light are known. . In particular, when an ND filter is incorporated in a lens optical system in which reflected light is a problem, an absorption ND filter is generally used.
この吸収型NDフィルターには、基板自体に吸収物質を混ぜるタイプ(色ガラスNDフィルター)と、基板に吸収物質を塗布するタイプと、基板自体に吸収はなく基板表面に形成された薄膜に吸収があるタイプとがある。また、薄膜に吸収があるタイプの場合は、薄膜表面の反射を防ぐため薄膜を多層膜で構成し、透過光を減衰させる機能と共に、反射防止の効果を持たせることもできる。 The absorption type ND filter includes a type in which an absorbing substance is mixed with the substrate itself (color glass ND filter), a type in which an absorbing substance is applied to the substrate, and a thin film formed on the substrate surface without absorption in the substrate itself. There are certain types. In the case of a type in which the thin film has absorption, the thin film can be composed of a multilayer film in order to prevent reflection on the surface of the thin film, and can have an antireflection effect as well as a function of attenuating transmitted light.
特に、小型薄型デジタルカメラ等に用いられる吸収型多層膜NDフィルターでは、組込みスペースが狭いため基板自体を薄くする必要があることから、樹脂フィルムが最適な基板とされている。例えば、特開2006−178395号公報には、樹脂フィルムに酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層とを交互に積層して吸収型多層膜を形成した吸収型多層膜NDフィルターが開示されている。 In particular, in an absorption type multilayer ND filter used for a small and thin digital camera or the like, a resin film is regarded as an optimal substrate because the mounting space is narrow and the substrate itself needs to be thinned. For example, JP-A-2006-178395, JP-absorption type multi-layer film ND filter and the resin off I Lum oxide dielectric film layer and the metal absorption film layer are laminated alternately to form absorptive multilayer film disclosed Has been.
また、特開2003−322709号公報には、フィルムの走行パス上に、基板表面をクリーニングするためのプラズマ電極と、その表面上に光吸収膜、透明誘電体膜を形成するための蒸着源を備え、最初にプラズマ電極で発生するプラズマ放電によって基板の表面洗浄を行い、次いで蒸着源のスパッタリングにより光吸収膜を形成し、引き続きスパッタリングにより透明誘電体膜を形成する方法が記載されている。ここでは、吸収型多層膜の密着性を向上させるために、成膜前の樹脂フィルムにプラズマ処理を行うことが開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-322709 discloses a plasma electrode for cleaning a substrate surface on a traveling path of a film, and a vapor deposition source for forming a light absorption film and a transparent dielectric film on the surface. A method is described in which a substrate surface is first cleaned by plasma discharge generated at a plasma electrode, then a light absorbing film is formed by sputtering of a vapor deposition source, and then a transparent dielectric film is formed by sputtering. Here, it is disclosed that plasma treatment is performed on a resin film before film formation in order to improve the adhesion of the absorption multilayer film.
上記した樹脂フィルムに吸収型多層膜を形成した吸収型多層膜NDフィルターは、波長400〜700nmにおける平均透過率が通常25%程度であり、波長400〜550nm付近の透過率が高いという谷型形状の分光透過特性を有している。しかし、デジタルカメラ等に使用するNDフィルターは、良好なカラーバランスを得るために、分光透過特性の平坦性が求められている。
Above-described absorption type multi-layer film ND filter forming the absorption type multi-layer film on the resin off I Lum is generally approximately 25% average transmittance in the
可視光領域(波長400〜700nm)における分光透過特性を平坦化する(各波長における透過率をほぼ等しくする)ためには、吸収型多層膜の膜総数を増加するか、膜材料をもう1種類追加することによって、膜設計の自由度が広がり、分光透過特性の平坦性ばらつき((最大透過率−最小透過率)/波長400〜700nmの平均透過率)をより小さくすることができる。しかしながら、膜総数を増加させることも、膜材料をもう1種類追加することも、製造コストのアップと共に、複雑な成膜工程になってしまうため好ましくない。
In order to flatten the spectral transmission characteristics in the visible light region (
また、吸収型多層膜NDフィルターは、デジタルカメラや防犯カメラ等に組み込まれるために、耐環境性も要求されている。特に、樹脂フィルムからなる基板に成膜した吸収型多層膜NDフィルターは、高温高湿環境下に放置すると吸収型多層膜が網の目状にヒビ割れることがあり、その改良が望まれていた。 Moreover, since the absorption type multilayer ND filter is incorporated in a digital camera, a security camera, etc., environmental resistance is also required. In particular, an absorptive multilayer film ND filter formed on a substrate made of a resin film may crack in the absorptive multilayer film like a mesh when left in a high-temperature and high-humidity environment. .
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、基板である樹脂フィルムに可視光領域の透過光を減衰させる吸収型多層膜を設けた吸収型多層膜NDフィルターについて、吸収型多層膜の膜構造を変更することなく、光学特性に優れ、特に分光透過特性の平坦性に優れると同時に、高温高湿環境下においてもヒビ割れが発生しない吸収型多層膜NDフィルターを提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and relates to an absorptive multilayer ND filter in which a resin film as a substrate is provided with an absorptive multilayer film that attenuates transmitted light in the visible light region. Without changing the film structure of the absorption multilayer film, the absorption multilayer film ND filter has excellent optical characteristics, in particular, excellent flatness of spectral transmission characteristics, and at the same time, does not generate cracks even in a high temperature and high humidity environment. The purpose is to provide.
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を行った結果、透明な樹脂多層フィルムがプラズマやイオンビームを照射する処理により若干着色するという知見に基づき、吸収型膜の膜構造を変更せず、樹脂フィルムにプラズマやイオンビームを照射して吸収を持たせることによって、可視光領域(波長400〜700nm)における分光透過特性の平坦性を向上させ得ることを見出した。同時に、透明な樹脂フィルムがプラズマ処理やイオンビーム処理により若干着色するようになると、吸収型多層膜の高温高湿環境下での耐環境性も向上することが分り、本発明に至ったものである。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has changed the film structure of the absorption film based on the knowledge that the transparent resin multilayer film is slightly colored by the treatment with plasma or ion beam irradiation. First, it was found that the flatness of the spectral transmission characteristics in the visible light region (
即ち、本発明が提供する吸収型多層膜NDフィルターの製造方法は、樹脂フィルムに可視光領域(波長400〜700nm)の透過光を減衰させる吸収型多層膜を設けた、波長400〜550nmにおける平均透過率が3〜32%である吸収型多層膜NDフィルターの製造方法であって、樹脂フィルムにプラズマ処理あるいはイオンビーム処理を施して、該樹脂フィルムの波長400nmにおける透過率を処理前に対し1.0%以上減衰させた後、該樹脂フィルムの少なくとも片面に酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層とを交互に積層して吸収型多層膜を形成することを特徴とする。
That is, the manufacturing method of the absorption type multilayer ND filter provided by the present invention is an average at a wavelength of 400 to 550 nm, in which an absorption type multilayer film that attenuates transmitted light in the visible light region (
また、本発明が提供する吸収型多層膜NDフィルターは、樹脂フィルムに可視光領域の透過光を減衰させる吸収型多層膜を設けた吸収型多層膜NDフィルターであって、上記した本発明による方法によって製造され、波長400〜550nmにおける平均透過率が3〜32%であり、可視光領域における分光透過特性の平坦性ばらつき((最大透過率−最小透過率)/波長400〜700nmの平均透過率)が樹脂フィルムにプラズマ処理あるいはイオンビーム処理を行っていないものに比べて1%以上小さいことを特徴とする。 The present invention provides an absorptive multilayer ND filter, which is an absorptive multilayer ND filter in which a resin film is provided with an absorptive multilayer film that attenuates transmitted light in the visible light region. The average transmittance at a wavelength of 400 to 550 nm is 3 to 32%, and the flatness variation of spectral transmission characteristics in the visible light region ((maximum transmittance−minimum transmittance) / average transmittance at a wavelength of 400 to 700 nm) ) Is smaller by 1% or more than a resin film not subjected to plasma treatment or ion beam treatment.
本発明によれば、樹脂フィルムにプラズマ処理あるいはイオンビーム処理を施すことにより基板となる樹脂フィルムの波長400nmにおける透過率を1.0%以上減衰させることができ、その結果、その樹脂フィルム上に吸収型多層膜を形成した波長400〜550nmにおける平均透過率が3〜32%である吸収型多層膜NDフィルターについて、波長400〜550nmにおける透過率を減衰させ、可視光領域(波長400〜700nm)における分光透過特性の平坦性ばらつき((最大透過率−最小透過率)/波長400〜700nmの平均透過率)を樹脂フィルムにプラズマ処理あるいはイオンビーム処理を行っていないものに比べて1%以上小さくすることができる。更に、吸収型多層膜と樹脂フィルムの密着性を向上させるだけでなく、高温高湿環境下における吸収型多層膜のヒビ割れを防ぐことができ、吸収型多層膜NDフィルターの耐環境性を向上させることができる。
According to the present invention, by applying plasma treatment or ion beam treatment to a resin film, the transmittance of the resin film serving as a substrate at a wavelength of 400 nm can be attenuated by 1.0% or more. The absorption multilayer film ND filter having an average transmittance of 3 to 32% at a wavelength of 400 to 550 nm on which the absorption multilayer film is formed attenuates the transmittance at a wavelength of 400 to 550 nm, and is in the visible light region (
従って、上記本発明の吸収型多層膜NDフィルターは、吸収型膜の膜構造を変更せずに、また製造コストのアップや成膜工程を複雑にすることなく、分光透過特性の平坦性の改善と、吸収型多層膜の高温高湿環境下におけるヒビ割れ防止をすることが可能となり、デジタルカメラや防犯カメラ等の多くの用途に展開することが可能となったものである。 Therefore, the absorption multilayer ND filter of the present invention improves the flatness of the spectral transmission characteristics without changing the film structure of the absorption film and without increasing the manufacturing cost or complicating the film formation process. Thus, it is possible to prevent cracking of the absorption multilayer film in a high-temperature and high-humidity environment, and it can be applied to many applications such as digital cameras and security cameras.
本発明の吸収型多層膜NDフィルターにおいては、分光透過特性の平坦性改善と、吸収型多層膜の高温高湿環境下におけるヒビ割れ防止のために、吸収型多層膜を成膜する前に、基板となる樹脂フィルムにプラズマあるいはイオンビームを照射する。このプラズマ処理あるいはイオンビーム処理の条件は、本来は透明な樹脂フィルムが若干着色し、樹脂フィルムの波長400nmにおける透過率が上記処理前に比べ1.0%以上減衰するように設定する。 In the absorption multilayer ND filter of the present invention, before the absorption multilayer film is formed, in order to improve the flatness of the spectral transmission characteristics and prevent cracking of the absorption multilayer film in a high temperature and high humidity environment, Plasma or ion beam is irradiated to the resin film used as a substrate. The conditions for this plasma treatment or ion beam treatment are set so that the originally transparent resin film is slightly colored, and the transmittance of the resin film at a wavelength of 400 nm is attenuated by 1.0% or more compared to before the treatment.
一般的に、樹脂フィルム上に形成する膜の密着性改善のため、従来から樹脂フィルムへのプラズマ処理あるいはイオンビーム処理が行なわれていた。また、照射するプラズマあるいはイオンビームの強度を上げると、樹脂フィルムが着色することも知られていた。しかし、樹脂フィルムが着色すると透過光が吸収され、色合いも変化するため、通常は膜の密着性が改善される程度の最小限の照射に止められ、光学特性に明らかな影響を与えるような処理はなされていなかった。 In general, in order to improve the adhesion of a film formed on a resin film, conventionally, plasma treatment or ion beam treatment has been performed on the resin film. It has also been known that the resin film is colored when the intensity of plasma or ion beam to be irradiated is increased. However, when the resin film is colored, the transmitted light is absorbed and the hue changes, so the treatment is usually limited to the minimum irradiation that can improve the adhesion of the film and has an obvious effect on the optical properties. Was not done.
吸収型多層膜NDフィルターの吸収型多層膜は透明膜ではなく、樹脂フィルムの着色による吸収で透過光が減衰しても問題がない。そのため、本発明においては、プラズマ処理あるいはイオンビーム処理により樹脂フィルムが着色する現象を積極的に利用して、本来は透明な樹脂フィルムが若干着色するように、具体的には樹脂フィルムの波長400nmにおける透過率が処理前に比べて1.0%以上減衰するように、成膜前の樹脂フィルムにプラズマあるいはイオンビームを照射するのである。 The absorptive multilayer film of the absorptive multilayer film ND filter is not a transparent film, and there is no problem even if transmitted light is attenuated by absorption due to coloring of the resin film. Therefore, in the present invention, the phenomenon that the resin film is colored by the plasma treatment or the ion beam treatment is actively used, and the wavelength of the resin film is specifically 400 nm so that the originally transparent resin film is slightly colored. The resin film before film formation is irradiated with plasma or an ion beam so that the transmittance in the film is attenuated by 1.0% or more compared with that before the treatment.
本発明においては、プラズマ処理あるいはイオンビーム処理により、樹脂フィルムの波長400nmにおける透過率を処理前に比べて1.0%以上減衰させる。その結果、この樹脂フィルム上に吸収型多層膜を設けた吸収型多層膜NDフィルターでは、波長400〜550nmにおける透過率が減衰するため、分光透過特性の平坦性を改善することができる。具体的には、吸収型多層膜NDフィルターの波長400〜550nmにおける平均透過率が3〜32%であり、可視光領域における分光透過特性の平坦性ばらつき((最大透過率−最小透過率)/波長400〜700nmの平均透過率)を樹脂フィルムにプラズマ処理あるいはイオンビーム処理を行っていないものに比べて1%以上小さくすることができる。
In the present invention, the transmittance of the resin film at a wavelength of 400 nm is attenuated by 1.0% or more by plasma treatment or ion beam treatment as compared to before treatment. As a result, in the absorption type multilayer ND filter in which the absorption type multilayer film is provided on the resin film, the transmittance at a wavelength of 400 to 550 nm is attenuated, so that the flatness of spectral transmission characteristics can be improved. Specifically, the average transmittance of the absorption multilayer ND filter at a wavelength of 400 to 550 nm is 3 to 32%, and the flatness variation of spectral transmission characteristics in the visible light region ((maximum transmittance−minimum transmittance) / The average transmittance (
同時に、本発明の吸収型多層膜NDフィルターにおいては、吸収型多層膜と樹脂フィルムの密着性を向上させ、更に吸収型多層膜の高温高湿環境下におけるヒビ割れを防止することができる。吸収型多層膜のヒビ割れが防止される理由は明らかではないが、上記プラズマ処理あるいはイオンビーム処理によって樹脂フィルムに熱収縮が生じ、この熱収縮が吸収型多層膜の密着性向上に寄与することで、吸収型多層膜のヒビ割れが防止されるものと考えられる。 At the same time, in the absorptive multilayer film ND filter of the present invention, the adhesion between the absorptive multilayer film and the resin film can be improved, and further, the cracking of the absorptive multilayer film in a high temperature and high humidity environment can be prevented. The reason why cracking of the absorption multilayer film is prevented is not clear, but the above-mentioned plasma treatment or ion beam treatment causes thermal shrinkage of the resin film, and this thermal shrinkage contributes to improving the adhesion of the absorption multilayer film. Thus, it is considered that cracking of the absorption multilayer film is prevented.
基板となる樹脂フィルムの材質は特に限定されないが、透明であるものが好ましく、量産性を考慮した場合、乾式のロールコーティングが可能なフレキシブルなものが好ましい。フレキシブル基板は、従来のガラス基板等に比べて廉価であるうえ、軽量で変形性に富む点においても優れている。 Although the material of the resin film used as a board | substrate is not specifically limited, A transparent thing is preferable and the flexible thing which can be dry-type roll-coated is preferable when mass productivity is considered. A flexible substrate is less expensive than a conventional glass substrate, and is excellent in that it is light and rich in deformability.
樹脂フィルムの具体例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリアリレート(PAR)、ポリカーボネート(PC)、ポリオレフィン(PO)及びノルボルネンから選ばれた樹脂からなるフィルム、あるいは、その樹脂フィルムの片面又は両面をアクリル系有機膜で被覆した複合フィルムが挙げられる。特に、ノルボルネン樹脂は、可視波長域における透明性と耐熱性などの特長を有するため好ましく、その代表的なものとして、吸収率の低い日本ゼオン社製のゼオノア(商品名)や、膜密着性の高いJSR社製のアートン(商品名)などを挙げることができる。 Specific examples of the resin film include a film made of a resin selected from polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyarylate (PAR), polycarbonate (PC), polyolefin (PO) and norbornene, or The composite film which coat | covered the one or both surfaces of the resin film with the acrylic type organic film is mentioned. In particular, norbornene resin is preferable because it has characteristics such as transparency and heat resistance in the visible wavelength range, and representative examples thereof include ZEONOR (trade name) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., which has a low absorption rate, and film adhesion. A high JSR Arton (trade name) can be mentioned.
樹脂フィルムの片面又は両面に設ける吸収型多層膜は、酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層とを交互に積層させた多層膜で構成される。酸化物誘電体膜層としては、SiO2、Al2O3、若しくはこれら酸化物の混合物、あるいは複合酸化物を用いることができる。また、金属吸収膜層としては、Ni、Ti、Cr、W、Ta、Nbから選ばれた少なくとも1種の金属を用いることができる。 The absorption multilayer film provided on one side or both sides of the resin film is composed of a multilayer film in which oxide dielectric film layers and metal absorption film layers are alternately laminated. As the oxide dielectric film layer, SiO 2 , Al 2 O 3 , a mixture of these oxides, or a composite oxide can be used. In addition, as the metal absorption film layer, at least one metal selected from Ni, Ti, Cr, W, Ta, and Nb can be used.
上記吸収型多層膜を構成する酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層は、上記のごとくプラズマ処理あるいはイオンビーム処理を行った後、真空蒸着法、イオンビームスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンプレーティング法などの成膜法により、それぞれ成膜することができる。特に金属吸収膜層は、膜材料の添加物や不純物、成膜時の残留ガス、基板からの放出ガスや成膜速度によって、屈折率や吸収係数などの特性が大きく異なることがあるが、これらの条件を適宜選択して、所望の吸収型多層膜NDフィルターの特性となるように設定すればよい。 The oxide dielectric film layer and the metal absorption film layer constituting the absorption multilayer film are subjected to the plasma treatment or the ion beam treatment as described above, and then the vacuum deposition method, the ion beam sputtering method, the magnetron sputtering method, the ion plate method. Each film can be formed by a film forming method such as a coating method. In particular, the characteristics of the metal absorption film layer, such as the refractive index and absorption coefficient, may vary greatly depending on the additive and impurities of the film material, the residual gas during film formation, the gas released from the substrate, and the film formation speed. These conditions may be appropriately selected and set so as to obtain the desired absorption multilayer ND filter characteristics.
次に、本発明による吸収型多層膜NDフィルターの製造方法について、具体例を用いて更に詳しく説明する。例えば、波長400〜700nmにおける平均透過率が25%の吸収型多層膜NDフィルターは、基板をPETフィルム、吸収型多層膜の酸化物誘電体膜層をSiO2及び金属吸収膜層をNiで構成すると、下記表1に示すような膜構成になる。また、この膜構成の吸収型多層膜NDフィルターの分光透過特性を図1に示す。 Next, the manufacturing method of the absorption-type multilayer ND filter according to the present invention will be described in more detail using specific examples. For example, an absorption multilayer ND filter having an average transmittance of 25% at a wavelength of 400 to 700 nm is composed of a PET film as a substrate, SiO 2 as an oxide dielectric film layer of the absorption multilayer film, and Ni as a metal absorption film layer. Then, the film configuration as shown in Table 1 below is obtained. FIG. 1 shows the spectral transmission characteristics of the absorption multilayer ND filter having this film configuration.
本発明方法においては、上記表1の膜構成を有する吸収型多層膜NDフィルターを製造するとき、吸収型多層膜を成膜する前に、まず樹脂フィルムにプラズマ処理あるいはイオンビーム処理を施す。プラズマ処理あるいはイオンビーム処理では、樹脂フィルムの波長400nmにおける透過率を1.0%以上減衰させるようにプラズマまたはイオンビームを照射する。尚、プラズマ処理あるいはイオンビーム処理については、種々の処理装置を用いることができる。 In the method of the present invention, when an absorption multilayer ND filter having the film configuration shown in Table 1 is manufactured, the resin film is first subjected to plasma treatment or ion beam treatment before forming the absorption multilayer film. In the plasma treatment or ion beam treatment, the plasma or ion beam is irradiated so as to attenuate the transmittance of the resin film at a wavelength of 400 nm by 1.0% or more. For plasma processing or ion beam processing, various processing apparatuses can be used.
例えば、上記表1の膜構成において基板となるPETフィルムについて、DCプラズマ処理の電圧を変化させたときの分光透過特性の変化を図2に示す。このときのプラズマ照射時間は6秒である。プラズマ処理電圧が高くなるにつれて、PETフィルムの波長400〜550nmにおける透過率が減衰していることが分る。このように、プラズマ処理やイオンビーム処理の電力を高くするほど、樹脂フィルムの波長400〜550nmにおける透過率が低下するので、吸収型多層膜NDフィルターの波長400〜550nmにおける平均透過率の所望の減衰量に応じて、プラズマ処理やイオンビーム処理の電力を調整すれば良い。 For example, FIG. 2 shows changes in spectral transmission characteristics when the voltage of DC plasma treatment is changed for a PET film serving as a substrate in the film configuration of Table 1 above. The plasma irradiation time at this time is 6 seconds. It can be seen that the transmittance of the PET film at a wavelength of 400 to 550 nm is attenuated as the plasma processing voltage is increased. Thus, since the transmittance | permeability in the wavelength of 400-550 nm of a resin film falls, so that the electric power of a plasma processing or ion beam processing is made high, the average transmittance | permeability in the wavelength of 400-550 nm of an absorption type multilayer ND filter is desired. The power for plasma processing or ion beam processing may be adjusted in accordance with the amount of attenuation.
上記プラズマ処理あるいはイオンビーム処理を施した樹脂フィルムの片方又は両方の表面に、真空蒸着法、イオンビームスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンプレーティング法などの成膜法を用いて、酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層を交互に積層して吸収型多層膜を形成することにより、本発明の吸収型多層膜NDフィルターが得られる。 An oxide dielectric is formed on one or both surfaces of the above-mentioned plasma treatment or ion beam treatment using a film deposition method such as vacuum deposition, ion beam sputtering, magnetron sputtering, or ion plating. By forming the absorption multilayer film by alternately laminating the film layers and the metal absorption film layers, the absorption multilayer film ND filter of the present invention is obtained.
上記表1のような膜構成を有する両面吸収型多層膜NDフィルターでは、その透過率に対するプラズマ処理あるいはイオンビーム処理によるフィルム着色の寄与は、波長毎に以下の計算式1に基づいて考えることができる。
[計算式1]
両面吸収型多層膜NDフィルターの透過率=A面の吸収型多層膜の透過率×樹脂フィルム着色による透過率×B面の吸収型多層膜の透過率
In the double-sided absorption type multilayer ND filter having the film structure shown in Table 1 above, the contribution of film coloring by plasma treatment or ion beam treatment to the transmittance can be considered based on the following calculation formula 1 for each wavelength. it can.
[Calculation Formula 1]
Transmittance of double-sided absorption type multilayer ND filter = transmittance of A-side absorption multilayer film × transmittance due to resin film coloring × B-side absorption multilayer film transmittance
ただし、厳密には、分光エリプソメトリー法等により、着色した樹脂フィルムの各波長における屈折率と消衰係数、金属吸収膜層の各波長における屈折率と消衰係数、酸化物誘電体膜層の各波長における屈折率と消衰係数から、光学薄膜シミュレーションソフト等を利用して、分光光学特性の理論計算をすることが望ましい。 However, strictly speaking, the refractive index and extinction coefficient at each wavelength of the colored resin film, the refractive index and extinction coefficient at each wavelength of the metal absorption film layer, and the oxide dielectric film layer by spectral ellipsometry, etc. From the refractive index and extinction coefficient at each wavelength, it is desirable to perform theoretical calculation of spectroscopic optical characteristics using optical thin film simulation software or the like.
本発明は、透過率が比較的高い吸収型多層膜NDフィルターに対して特に有効である。具体的には、平均透過率25%の両面吸収型多層膜NDフィルターでは、A面とB面の吸収型多層膜の透過率は50%(=√0.25)である。ここで、プラズマ処理による樹脂フィルムの着色の吸収が3%とすると、上記吸収型多層膜の透過率は50%×(100%−0%)×50%−50%×(100%−3%)×50%=24.2%となり、約0.8%の透過率の補正が可能になる。具体的には、分光透過特性の平坦性ばらつきを最大3%(=0.8%/25%)も小さくする効果がある。ここで、吸収型多層膜は樹脂フィルム基板に対して反射防止効果もあるため、反射は無視しても差し支えない。 The present invention is particularly effective for an absorption type multilayer ND filter having a relatively high transmittance. Specifically, in the double-sided absorption type multilayer ND filter having an average transmittance of 25%, the transmittance of the A-type and B-side absorption multilayer films is 50% (= √0.25). Here, when the absorption of coloring of the resin film by plasma treatment is 3%, the transmittance of the absorption multilayer film is 50% × (100% −0%) × 50% −50% × (100% −3%). ) × 50% = 24.2%, and the transmittance can be corrected by about 0.8%. Specifically, there is an effect of reducing the flatness variation of the spectral transmission characteristics by 3% (= 0.8% / 25%) at the maximum. Here, since the absorption multilayer film also has an antireflection effect on the resin film substrate, the reflection can be ignored.
一方、平均透過率6.3%の両面吸収型多層膜NDフィルターでは、A面とB面の吸収型多層膜の透過率は25%(=√0.063)である。ここで、プラズマ処理あるいはイオンビーム処理による樹脂フィルムの着色の吸収が3%とすると、25%×(100%−0%)×25%−25%×(100%−3%)×25%=6.1%となり、わずか約0.2%の透過率の補正しかできないが、分光透過特性の平坦性ばらつきを最大3%(=0.2%/6.3%)小さくすることができる。 On the other hand, in the double-sided absorption type multilayer ND filter having an average transmittance of 6.3%, the transmittance of the A-type and B-side absorption type multilayer films is 25% (= √0.063). Here, when the absorption of coloring of the resin film by plasma treatment or ion beam treatment is 3%, 25% × (100% −0%) × 25% −25% × (100% −3%) × 25% = Although the transmittance can be corrected by only about 0.2%, the flatness variation of the spectral transmission characteristics can be reduced by 3% (= 0.2% / 6.3%) at the maximum.
このように、透過率が低い吸収型多層膜NDフィルターにおいては、樹脂フィルムの着色の吸収による透過率の減衰はごくわずかしか寄与しないことが分る。尚、樹脂フィルムの着色により、吸収型多層膜NDフィルターの反射特性に変化が無いことも確認している。従って、プラズマ処理あるいはイオンビーム処理により樹脂フィルムに3%以上の吸収をもたせることは、熱負荷等の問題で難しく現実的ではない。 Thus, in the absorption type multilayer ND filter having a low transmittance, it can be seen that the attenuation of the transmittance due to the absorption of the coloring of the resin film contributes very little. In addition, it has also been confirmed that there is no change in the reflection characteristics of the absorption multilayer ND filter due to the coloring of the resin film. Therefore, it is difficult and impractical to have the resin film absorb 3% or more by plasma treatment or ion beam treatment due to problems such as heat load.
上記表1に示す膜構造を有する吸収型多層膜NDフィルターを、下記のごとく製造した。尚、上記表1の膜構造を有する吸収型多層膜NDフィルターは、PETフィルムのプラズマ処理あるいはイオンビーム処理を行っていない従来のものでは、図1に示す谷型形状の分光透過特性を有し、波長400〜700nmにおける平均透過率が25%である。 The absorption multilayer ND filter having the film structure shown in Table 1 was manufactured as follows. Note that the absorption multilayer ND filter having the film structure shown in Table 1 has a valley-shaped spectral transmission characteristic shown in FIG. 1 in the case of a conventional filter that is not subjected to plasma treatment or ion beam treatment of PET film. The average transmittance at a wavelength of 400 to 700 nm is 25%.
まず、厚さ100μmの易接着層付PETフィルム(東洋紡製)のA面に、プラズマ処理電圧1.6kVでプラズマ処理を行い、PETフィルムの終端部に分光透過特性を測定するための未成膜部分を残し、SiO2からなる酸化物誘電体膜層とNiからなる金属吸収膜層とを交互に積層して吸収型多層膜を成膜した。その後、B面にもA面の同じ位置に同じプラズマ処理電圧でプラズマ処理を行い、A面と同様にPETフィルム終端部に未成膜部分を残して吸収型多層膜を成膜することにより、吸収型多層膜NDフィルターを得た。 First, the non-deposited portion for measuring the spectral transmission characteristics at the terminal portion of the PET film by subjecting the A side of a 100 μm thick PET film with an easy-adhesion layer (Toyobo) to plasma treatment at a plasma treatment voltage of 1.6 kV Then, an oxide dielectric film layer made of SiO 2 and a metal absorption film layer made of Ni were alternately stacked to form an absorption multilayer film. After that, the B surface is also subjected to plasma processing at the same position on the A surface with the same plasma processing voltage, and an absorption multilayer film is formed by leaving an undeposited portion at the end of the PET film in the same manner as the A surface. A mold multilayer ND filter was obtained.
更に具体的に述べると、上記吸収型多層膜の成膜には、DCプラズマ処理機構が装備されているスパッタリングロールコータ装置を用いた。PETフィルムのプラズマ処理は、DCプラズマ処理装置にArガスを100sccm導入し、ターボポンプの回転数を低下させることによりArガス圧を3Paとし、フィルム搬送速度を1m/minにしてプラズマ処理を行った。 More specifically, a sputtering roll coater equipped with a DC plasma processing mechanism was used to form the absorption multilayer film. The plasma treatment of the PET film was performed by introducing Ar gas into the DC plasma treatment apparatus at 100 sccm and lowering the rotation speed of the turbo pump so that the Ar gas pressure was 3 Pa and the film conveyance speed was 1 m / min. .
また、吸収型多層膜の成膜には、金属吸収膜層成膜用としてNi合金ターゲット(住友金属鉱山(株)製)を、酸化物誘電体膜層成膜用としてSiターゲット(住友金属鉱山(株)製)を用いた。即ち、Ni合金ターゲットはArガスを導入するDCマグネトロンスパッタリング法で成膜し、SiターゲットはArガスを導入するデュアルマグネトロンスパッタリングを行い、SiからSiO2を成膜するためにインピーダンスモニターにより酸素導入量を制御した。 For the formation of the absorption multilayer film, a Ni alloy target (manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.) is used for forming a metal absorbing film layer, and a Si target (Sumitomo Metal Mining) is used for forming an oxide dielectric film layer (Made by Co., Ltd.) was used. That is, the Ni alloy target is formed by a DC magnetron sputtering method in which Ar gas is introduced, the Si target is subjected to dual magnetron sputtering in which Ar gas is introduced, and an oxygen introduction amount is measured by an impedance monitor in order to form SiO 2 from Si. Controlled.
また、PETフィルムのプラズマ処理電圧を変えた以外は上記と同様にして、吸収型多層膜NDフィルターを製造した。即ち、PETフィルムのA面とB面のプラズマ処理の際に、プラズマ処理電圧を1.8kV、2.1kV、2.3kV、及び2.5kVに設定して、それぞれプラズマ処理を行った後、吸収型多層膜を成膜することにより吸収型多層膜NDフィルターを製造した。 Also, an absorption multilayer ND filter was manufactured in the same manner as described above except that the plasma treatment voltage of the PET film was changed. That is, during the plasma treatment of the A side and B side of the PET film, the plasma treatment voltage was set to 1.8 kV, 2.1 kV, 2.3 kV, and 2.5 kV, respectively, and after performing the plasma treatment, An absorptive multilayer film ND filter was manufactured by forming an absorptive multilayer film.
上記各条件で得られた吸収型多層膜NDフィルターについて、PETフィルム終端部の未成膜部分の波長400〜700nmにおける分光透過率を測定し、プラズマ処理前の分光透過率と共に、図2に示した。また、得られた各吸収型多層膜NDフィルターの波長400〜700nmにおける分光透過率を測定し、その結果を図3に示した。尚、PETフィルム及びNDフィルターの分光透過率は、自記分光光度計(日本分光(株)製、V570)を用いて測定した。 With respect to the absorption multilayer ND filter obtained under each of the above conditions, the spectral transmittance at a wavelength of 400 to 700 nm of the non-deposited portion of the PET film termination was measured, and the spectral transmittance before plasma treatment was shown in FIG. . Moreover, the spectral transmittance in wavelength 400-700nm of each obtained absorption type multilayer ND filter was measured, and the result was shown in FIG. The spectral transmittance of the PET film and the ND filter was measured using a self-recording spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, V570).
更に、上記各条件で得られた吸収型多層膜NDフィルターを50mm角に切断して、温度80℃、湿度90%の環境試験機に24時間放置した。その後、各吸収型NDフィルターを100倍のノマルスキー微分干渉顕微鏡で観察し、吸収型多層膜のヒビ割れの状態を調べた。得られた観察結果を下記表2に示す。尚、表2には、プラズマ処理前後のPETフィルムの波長400nmにおける透過率も併せて示した。 Furthermore, the absorption multilayer ND filter obtained under the above conditions was cut into 50 mm squares and left in an environmental tester at a temperature of 80 ° C. and a humidity of 90% for 24 hours. Then, each absorption type ND filter was observed with a 100 × Nomarski differential interference microscope, and the state of cracking of the absorption type multilayer film was examined. The obtained observation results are shown in Table 2 below. Table 2 also shows the transmittance of the PET film before and after the plasma treatment at a wavelength of 400 nm.
図3から明らかなように、成膜前のPETフィルムにプラズマ処理を行った吸収型多層膜NDフィルターは、プラズマ処理を行っていないものに比べて、400〜550nmの短波長領域における分光透過特性の平坦性ばらつき((最大透過率−最小透過率)/波長400〜700nmの平均透過率)が小さくなっている。この分光透過特性の平坦性の向上は、プラズマ処理電圧の増加と共に大きくなっている。 As is clear from FIG. 3, the absorption multilayer ND filter obtained by performing the plasma treatment on the PET film before film formation has a spectral transmission characteristic in a short wavelength region of 400 to 550 nm as compared with the case where the plasma treatment is not performed. The flatness variation ((maximum transmittance−minimum transmittance) / average transmittance at a wavelength of 400 to 700 nm) is small. The improvement in the flatness of the spectral transmission characteristic increases with the plasma processing voltage.
更に詳しくは、プラズマ処理を行っていない吸収型多層膜NDフィルターの平坦性ばらつきは19%であるのに対し、プラズマ処理電圧1.8kV、2.1kV、2.3kV、2.5kVでプラズマ処理を行うと、分光透過特性の平坦性ばらつきはそれぞれ18%、17%、16%、15%に改善した。これらのことから、波長400〜550nmにおける平均透過率が3〜32%の吸収型多層膜NDフィルターであれば、樹脂フィルムにプラズマ処理あるいはイオンビーム処理を行うことによって、可視光領域における分光透過特性の平坦性ばらつきを1%以上改善できることが分った。 More specifically, the flatness variation of the absorption-type multilayer ND filter not subjected to the plasma treatment is 19%, whereas the plasma treatment voltage is 1.8 kV, 2.1 kV, 2.3 kV, and 2.5 kV. As a result, the variation in flatness of the spectral transmission characteristics was improved to 18%, 17%, 16%, and 15%, respectively. From these facts, in the case of an absorption multilayer ND filter having an average transmittance of 3 to 32% at a wavelength of 400 to 550 nm, spectral transmission characteristics in the visible light region can be obtained by performing plasma treatment or ion beam treatment on the resin film. It was found that the flatness variation of the film can be improved by 1% or more.
また、表2の結果から、成膜前のPETフィルムのプラズマ処理による吸収型多層膜のヒビ割れ防止効果は、波長400nmにおけるPETフィルムの透過率の低下が1.0%となった1.8kV付近から現れ、透過率の低下が2.0%となるプラズマ電圧2.1kV以上から効果が顕著になることが分る。ただし、プラズマ処理電圧1.6kVでのプラズマ処理の場合でも、吸収型多層膜の十分な初期密着性は得られた。 Further, from the results in Table 2, the effect of preventing cracking of the absorption multilayer film by plasma treatment of the PET film before film formation was 1.8 kV in which the decrease in the transmittance of the PET film at a wavelength of 400 nm was 1.0%. It can be seen that the effect becomes remarkable from the plasma voltage of 2.1 kV or higher, which appears from the vicinity and the decrease in transmittance is 2.0%. However, even in the case of plasma processing at a plasma processing voltage of 1.6 kV, sufficient initial adhesion of the absorption multilayer film was obtained.
尚、上記実施例ではPETフィルムにプラズマ処理を行った場合についてのみ説明したが、イオンビーム処理においても上記とほぼ同様の結果が得られた。 In addition, although the said Example demonstrated only the case where a plasma process was performed to PET film, the result similar to the above was obtained also in the ion beam process.
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