WO2007139029A1

WO2007139029A1 - 透明積層膜及びその製造方法、並びに液体レンズ

Info

Publication number: WO2007139029A1
Application number: PCT/JP2007/060723
Authority: WO
Inventors: Shina Kirita; Toshitaka Kawashima
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2007-12-06
Also published as: JP2007313764A; CN101495303A; US20090303605A1

Abstract

　ターゲット材料を変更することなく簡便に透明積層膜を成膜することのできる透明積層膜の製造方法を提供し、該透明積層膜の製造方法により形成された透明積層膜、並びに該透明積層膜を用いた液体レンズを提供する。反応性ガスなし、あるいは反応性ガスの存在下で、ＺｎＯにＡｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、ＳｉＯ2のいずれかが含有されてなるターゲット３をスパッタガスによりスパッタリングして、基材上に透明導電膜を成膜し、ついで反応性ガスの存在下で前記ターゲットをスパッタガスによりスパッタリングして、前記透明導電膜上に透明絶縁膜を成膜して透明積層膜を形成する。

Description

明細書

透明積層膜及びその製造方法、並びに液体レンズ

技術分野

[0001] 本発明は、透明積層膜及びその製造方法、並びに前記透明積層膜を用いた液体レンズに関するものである。

背景技術

[0002] 従来、レンズを機械的に移動させることなく可変焦点することのできる技術が提案されており、その中でエレクトロウエツティング効果を用いた液体レンズが注目されてヽる（例えば、国際公開第 99Z18456号公報、特開 2002— 162506号公報、 Bruno Berge、機構部品ゼロ量産近づく液体レンズの実力、日経エレクトロニクス、日本経済新聞社、平成 17年 10月 24日、 p. 129〜135参照。；)。

[0003] この液体レンズとは、例えば上部から基材 101Z電極 102Z水溶液 103Zオイル 1 04Z絶縁膜 105Z電極 106Z基材 107の構造となっており、電極 102と電極 106間に電圧を印加して水溶液 103とオイル 104の界面の形状を変化させることにより、焦点を変化させる駆動を行うものである。

[0004] ここで前記液体レンズのうち、絶縁膜 105Z電極 106Z基材 107の構造については、基材 107に金属膜または透明導電膜を電極 106としてスパッタリング法により成膜し、その後電極 106上に蒸着法により数 mの膜厚の絶縁膜 105を成膜するといつた別々のプロセスで作製されており、積層膜の製造が煩雑であった。

[0005] また、従来の液体レンズでは、焦点を変化させる駆動を起こさせるために数十 V以上の電圧を印加する必要があることから、種々の光学装置に用いる場合、とくに小型の液体レンズを多数用いる場合にはその適用が困難であり、印加電圧の低減が望まれていた。

[0006] 本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、ターゲット材料を変更することなく簡便に透明積層膜を成膜することのできる透明積層膜の製造方法を提供し、該透明積層膜の製造方法により形成された透明積層膜、並びに該透明積層膜を用いた液体レンズを提供することを目的とする。発明の開示

[0007] 前記課題を解決するために提供する請求項 1の発明は、反応性ガスなし、ある!、は反応性ガスの存在下で、 ZnOに Al O のいずれかが含有されてなるタ

2 3、 Ga O S

2 3、 iO

2

ーゲットをスパッタガスによりスパッタリングして、基材上に透明導電膜を成膜し、ついで反応性ガスの存在下で前記ターゲットをスパッタガスによりスパッタリングして、前記透明導電膜上に透明絶縁膜を成膜して透明積層膜を形成することを特徴とする透明積層膜の製造方法である。

[0008] また前記課題を解決するために提供する請求項 2の発明は、請求項 1の発明において、前記ターゲットの Al O

2 3、 Ga O

2 3、 SiOのいずれかの含有量は、 10wt%以下

2

であることを特徴とする透明積層膜の製造方法である。

[0009] また前記課題を解決するために提供する請求項 3の発明は、請求項 1の発明において、前記透明絶縁膜の膜厚は、： m以下であることを特徴とする透明積層膜の製造方法である。

[0010] また前記課題を解決するために提供する請求項 4の発明は、請求項 1の発明において、前記透明絶縁膜の抵抗値は、前記反応性ガスとスパッタガスとの流量比により調整されてなることを特徴とする透明積層膜の製造方法である。

[0011] 前記課題を解決するために提供する請求項 5の発明は、請求項 1〜4のいずれか一に記載の透明積層膜の製造方法により基材上に透明導電膜、透明絶縁膜が順次積層されてなることを特徴とする透明積層膜である。

[0012] 前記課題を解決するために提供する請求項 6の発明は、請求項 5に記載の透明積層膜と、電極を含む部材とにより、前記透明絶縁膜を内側にしてオイル及び水溶液が封止されてなるものであり、前記電極と透明導電膜間への電圧印加により前記透明絶縁膜上の水溶液とオイルとの界面の形状を変化させることを特徴とする液体レンズである。

[0013] 本発明の透明積層膜の製造方法によれば、 1つのスパッタリング成膜工程の中でタ一ゲット材料を変更することなく同一のターゲットで簡便に透明積層膜を成膜することができる。

[0014] 本発明の透明積層膜によれば、液体レンズに好適な透明積層膜を提供することができる。

[0015] 本発明の液体レンズによれば、誘電率が高く膜厚の薄い透明絶縁膜を備えているので、低い電圧で駆動させることができる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]図 1は、本発明に係る透明積層膜の製造方法を実施する上で使用するスパッタ装置の構成を示す概略図である。

[図 2]図 2は、本発明に係る透明積層膜の構成を示す断面図である。

[図 3]図 3は、本発明に係る液体レンズの構成を示す断面図である。

[図 4]図 4は、透明導電膜、電極間に電圧を印カロしていない場合の界面の張力の状態を示す概略図である。

[図 5]図 5は、透明導電膜、電極間に電圧を印加した場合の界面の張力の状態を示す概略図である。

[図 6]図 6は、従来の透明積層膜の構成を示す断面図である。

[図 7]図 7は、実施例 1の反応性ガス流量比と比抵抗の関係を示す図である。

[図 8]図 8は、実施例 2の反応性ガス流量比と比抵抗の関係を示す図である。

[図 9]図 9は、透明積層膜について耐圧測定する際の接続構成を示す図である。

[図 10]図 10は、透明積層膜の耐圧測定結果を示す図である。

[図 11]図 11は、透明導電膜の耐圧測定結果を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0017] 以下に、本発明に係る透明積層膜の製造方法について説明する。

[0018] 図 1は、本発明に係る透明積層膜の製造方法を実施する上で使用するスパッタ装置の構成を示す概略図である。

[0019] 図 1に示すように、スパッタ装置は直流方式のスパッタ装置であり、チャンバ一 1内に基板 11を保持する基板ホルダー 2とターゲット 3を保持するターゲットホルダー 4とが対向配置されており、基板 11とターゲット 3との間に電圧が印加されるようになっている。詳しくは、基板 11は基板ホルダー 2を経由してグランドに接地され、ターゲット 3 はターゲットホルダー 4を経由して直流電源 5につながっており、基板 11のアース電位に対してターゲット 3には直流電源 5から所定のマイナスの電圧が印加される。 [0020] また、スパッタ装置は、チャンバ一 1内の排気系として排気ポンプ 6を有している。さらに、ガス供給系として Arガスボンベ 7、 Oガスボンベ 8及びガスボンベ 7, 8それぞ

2

れカゝらガスを途中で混合しこの混合したガスをチャンバ一 1内へ導くガス配管 9を有しており、該混合ガスはガス配管 9に設けられた Arガス流量コントローラ 7a、 Oガス流

2 量コントローラ 8aによってそれぞれの流量比及び混合ガスとしての流量がコントロールされプロセスガス導入口 9aからチャンバ一 1内に導入されるようになって!/、る。

[0021] 本スパッタ装置により基板 11上に透明積層膜を成膜するに当っては、つぎの手順で処理を行う。

[0022] (S11)基板ホルダー 2に基板 11をセットする。

[0023] ここで、基板 11は、表面が清浄な透明ガラス基板またはポリカーボネイト (PC)、ポリエチレンテレフタレート（PET)、ポリエチレンナフタレート（PEN)、ポリエーテルサルフォン (PES)、ポリオレフイン (PO)の、ずれ力からなる透明な榭脂基板である。

[0024] (S12)ターゲットホルダー 4にターゲット 3をセットする。

[0025] ここで、ターゲット 3は、 ZnOに Al O、 Ga O

2 3 2 3、 SiOのいずれかが含有されてなるも

2

の（すなわち、 AZOターゲット、 GZOターゲット、 SZOターゲットのいずれ力）であり、ターゲット 3の Al O、 Ga O、 SiOのいずれかの含有量は、 10wt%以下がよぐ例

2 3 2 3 2

えば 1. 0〜： LO. Owt%であることが好ましい。

[0026] (S 13)チャンバ一 1内を排気ポンプ 6により排気し真空にする。

[0027] (S14)ついで、排気を継続しながらチャンバ一 1内に Arガスボンベ 7、 Oガスボン

2 ベ 8それぞれからのガスを所定量混合したガスをプロセスガス導入口 9aから導入し、チャンバ一 1内が一定の雰囲気圧力（例えば、 0. 1〜1. OPa)になるようにする。ここで、混合ガスの流量 (sccm)の比 (反応性ガス流量比（O /Ar) )は、成膜される透

2

明膜が所定の抵抗値以下となり導電性をもつように調整される (例えば、 AZOターゲットの場合、 0. 2%) oあるいは、チャンバ一 1内に Oガスは導入せず、 Arガスのみを

2

導人するようにしてもよヽ。

[0028] (S 15)ついで、直流電源 5よりターゲット 3と基板 11間に直流電圧を印加し、雰囲気ガス (O +Ar、または Ar)についてグロ

2 一放電させプラズマ状態 Pとする。

[0029] (S16)直流電源 5から電力（例えば、 0· 1〜7· 8WZcm²)を投入してスパッタリングを開始し、基板 11上にターゲット組成に基づいた透明導電膜 12を形成する（一旦成膜終了)。

[0030] (S17)ついで、排気を継続しながらチャンバ一 1内に Arガスボンベ 7、 Oガスボン

2

明膜が所定の抵抗値となり絶縁性をもつように調整される。すなわち、反応性ガス流量比及び投入電力を調整して膜中に酸素を過剰に入れることにより絶縁性を確保する。その反応性ガス流量比は 2%以下でよぐ例えば AZOターゲットの場合、 1. 3% とする。

[0031] (S18)ついで、直流電源 5よりターゲット 3と基板 11間に直流電圧を印加し、雰囲気ガス (O +Ar)についてグロ一放電させプラズマ状態 Pとする。

2

[0032] (S19)直流電源 5から電力（例えば、 0. 1〜7. 8W/cm²)を投入してスパッタリングを開始し、透明導電膜 12上にターゲット組成に基づいた透明絶縁膜 13を形成して透明積層膜を完成する。

[0033] また、別の透明積層膜の製造方法として、前記ステップ S16の成膜開始後に、反応性ガス流量比（O ZAr)を徐々に増力！]させながらスパッタ成膜するようにして、膜厚

2

方向にお、て抵抗値が徐々に変化する傾斜膜を形成してもよ！/、。

[0034] この場合、透明導電膜、透明絶縁膜の界面がなくなるため、密着性が向上する。

[0035] 図 2に、前記方法により形成された透明積層膜の断面構成を示す。

[0036] 本発明の透明積層膜は、基板 11上に形成される透明導電膜 12、透明絶縁膜 13 の積層構造をもつ光学膜である。

[0037] 透明導電膜 12は、前述の通り、ターゲット 3の組成に基づいた透明膜であって、例えば比抵抗が 1. 0 Χ 10^_3〜1. 0 Χ 10^_2 ( Ω -cm)で、波長 380〜780nmの透過光の平均吸収率が 3%以下となっている。また、透明導電膜 12の膜厚は 20〜200nm である。

[0038] 透明絶縁膜 13は、前述の通り、前記透明導電膜 12を形成したターゲット 3の組成に基づいた透明膜であって、例えば比抵抗が 1. O X 10⁺²〜1. O X 10⁺⁷ ( Ω 'cm)で、波長 380〜780nmの透過光の平均吸収率が 3%以下となっている。また、透明絶縁膜 13の膜厚は 1 μ m以下であり、好ましくは 200〜600nmである。

[0039] つぎに、本発明の液体レンズについて説明する。

[0040] 図 3は、本発明の液体レンズの構成を示す断面図である。図 3においては液体レンズ 20の光軸は上下方向に伸びており、光は図中上から液体レンズ 20の基材 21に入射し、基材 27から出射するようになっている。

[0041] 本発明の液体レンズ 20は、中央に凹部を設けた透明な基材 27上に設けられた本発明の透明積層膜 (透明導電膜 12、透明絶縁膜 13)と、電極 22を含む部材 (基材 2 1及び電極 22)とにより、透明絶縁膜 13を内側にしてオイル 24及び水溶液 23が封止されてなるものであり、電極 22と透明導電膜 12間への電圧印加により透明絶縁膜 13 上の水溶液 23とオイル 24との界面の形状を変化させ、入射してきた光を収斂または発散させて出射するものである。

[0042] 基材 21, 27はともに透明ガラス基板またはポリカーボネイト（PC)、ポリエチレンテレフタレート（PET)、ポリエチレンナフタレート（PEN)、ポリエーテルサルフォン（PE S)、ポリオレフイン (PO)の、ずれかからなる透明な榭脂基板である。

[0043] また、透明導電膜 12及び透明絶縁膜 13は、前述した透明積層膜の製造方法により基材 27上に形成されてなるものであり、水溶液 23及びオイル 24には透明絶縁膜 1 3が接している。さらに電極 22が水溶液 23及びオイル 24を封止するように基材 21と透明絶縁膜 13との間に設けられている。また、透明導電膜 12、電極 22には電源 28 が接続されており、両者の間に所定の電圧が印加されるようになっている。

[0044] 水溶液 23及びオイル 24は、比重が等しぐ屈折率が異なり、かつ互いに混ざることのない（不溶な)液体が選ばれる。例えば、水溶液 23は、水とエチルアルコールが所定比率で混合され、さらに所定量の NaClが加えられた、比重 1. 06、室温での屈折率 1. 38の電解液 (導電性又は有極性を有する液体)であり、オイル 24は、無色透明で、比重 1. 06、室温での屈折率 1. 49のシリコーンオイルである。

[0045] 水溶液 23及びオイル 24が封止される際には、まず基材 27の凹部の透明絶縁膜 1 3上にオイル 24を滴下し、ついで封止領域の残りの空間に水溶液 23を充填する。これにより、水溶液 23とオイル 24は混ざり合わずにそれぞれが独立して存在し、界面 2 5を形成している。

[0046] 図 4、図 5に液体レンズ 20の駆動原理を示す。図 4は透明導電膜 12、電極 22間に電圧を印加していない場合の透明絶縁膜 13Zオイル 24Z水溶液 23の各界面の張力の状態を示しており、図 5は透明導電膜 12、電極 22間に電圧を印加している場合のそれを示している。

[0047] 液体レンズ 20の内部では、透明絶縁膜 13Zオイル 24Z水溶液 23において 3つの界面張力が発生している。すなわち、透明絶縁膜 13と水溶液 23の間の張力（SW)、オイル 24と水溶液 23の間の張力（OW)、透明絶縁膜 13とオイル 24の間の張力（S O)であり、ここではそれぞれを γ , y , y と表す。

SW OW so

[0048] 透明導電膜 12、電極 22間に電圧を印加していない場合には、 3つの界面張力と、透明絶縁膜 13とオイル 24の接触角度（ Θ )の間にはいわゆる Young-Laplaceの方程式力も次式の関係が成り立ち、これに基づいて界面 25の形状が決まる（図 4)。

[0049] cos θ = ( γ - y ) / y

SW SO OW

透明導電膜 12、電極 22間に電圧を印加した場合には、エレクトロウエツティング効果により界面 25の形状が変化する。すなわち、電圧印加により透明絶縁膜 13と水溶液 23界面には電荷が発生し、それによつて透明絶縁膜 13とオイル 24の間の張力（S

O)方向に次式に示す圧力 Πが加わるようになる。

[0050] Π = 1/2 ( ε · ε /d) V²

o

(ここで、 εは絶縁部の誘電率， ε 0は真空誘電率， dは絶縁部の厚さ、 Vは印加電圧を表す。 )

したがって、この場合、 3つの界面張力と、透明絶縁膜 13とオイル 24の接触角度（ 0 )の間には次式のような関係が成り立ち、電圧を印加しない場合に比べて接触角度 Θは増加して界面 25の形状が変化する。また、その変化の程度は電圧を変化させることによって制御可能である。

[0051] cos 0 = ( γ - γ ) / y ~ 1/2 { ε - ε /d) V² - - - ( 1)

SW SO OW 0

以上のように、液体レンズ 20は屈折率の異なる水溶液 23、オイル 24の界面 25の形状が変化することによって、焦点距離を変化させることが可能であるとともに、その焦点距離は印加電圧により制御可能なものとなる。 [0052] また、従来の液体レンズと比較すると、本発明の液体レンズは優れた性能を示す。

[0053] 例えば、従来の液体レンズでは、本発明の透明積層膜の代わりに、基材 27上にスノッタリング法あるいは蒸着法により ITO (インジウム錫酸ィ匕物）が成膜されてなる電極膜 92と、該電極膜 92上にノリレン（日本パリレン株式会社製、ノリレン C、パリレン N)が数; z mの厚さで蒸着されてなる絶縁膜 93とが積層されている（図 6)。

[0054] ここで、従来の液体レンズとしてノ^レン力もなる絶縁膜 93 (膜厚： 2 m、誘電率： 2 . 65)を用いた場合と、本発明の液体レンズ 20において ZnO— 2wt%Al Oのター

2 3 ゲットを用いて形成した透明絶縁膜 13 (膜厚：100nm、誘電率: 8. 7)を用いた場合とを比較すると、絶縁膜に関して膜厚で 20倍、誘電率で 3. 28倍の差がある。すなわち、前記式（1)より、本発明の液体レンズ 20は従来の液体レンズよりも印加電圧を 1 /65. 6にすることが可能ということであり、例えば従来の液体レンズにおける印加電圧力 0〜100Vであったとすると、本発明の液体レンズ 20では 4. 93〜12. 35Vまで印加電圧を低減することが可能である。

実施例

[0055] 以下に本発明を検証し、実施した例を説明する。

[0056] (実施例 1)

図 1に示すスパッタ装置を使用し、以下の条件で透明膜サンプルを作製した。

[0057] '基板 11 :ガラス基板

•ターゲット ₃： ζηθ - 2wt%Al O

2 3

'投入電力： 0. 1〜7. 8W/cm²

•反応性ガス流量比（O ZAr) : 0〜1. 6 (%)

2

なお、（反応性ガス流量比） = (Oガス流量)

2 Z{ (Oガス流量） + (Arガス流量） } X

2

100 (%)とした。

[0058] ·透明膜膜厚： lOOnm

図 7に、得られたサンプルの比抵抗測定結果を示す。

[0059] その結果、反応性ガス流量比に比例して比抵抗が増加する傾向を示した。この結果に従い、例えば、反応性ガス流量比を 0. 2%として透明導電膜 12を形成し、つぎに同じターゲット 3を使用して反応性ガス流量比を 1. 3%として透明絶縁膜 13を形成することにより、本発明の透明積層膜を得ることができる。

[0060] (実施例 2)

[0061] '基板 11：ガラス基板 (面積 9cm²)

•ターゲット ₃： ζηθ - 2wt%SiO

2

'投入電力： 100〜400W

•反応性ガス流量比（O ZAr) :0〜0. 5 (%)

2

'透明膜膜厚： lOOnm

図 8に、得られたサンプルの比抵抗測定結果を示す。

[0062] その結果、反応性ガス流量比に比例して比抵抗が増加する傾向を示した。また、投入電力に比例して比抵抗が減少する傾向が見られた。

[0063] (実施例 3)

本発明の透明積層膜の製造方法により、以下の条件で透明積層膜サンプルを作製した。なお、基板 11としてガラス基板を使用した。

[0064] (1)透明導電膜 12

•ターゲット ₃： ζηθ - 2wt%Al O

2 3

•反応性ガス流量比（O ZAr) :0. 2 (%)

2

•膜厚： 100應

(2)透明絶縁膜 13

•ターゲット ₃： ζηθ - 2wt%Al O

2 3

•反応性ガス流量比（O ZAr) : 1. 3 (%)

2

•膜厚： 200應

得られたサンプルについて耐圧評価を行った。具体的には、図 9に示すように、透明積層膜サンプルとソースメータとを接続し、透明導電膜 12に接したプローブに電圧を 0〜60Vの範囲で変化させて印加し、そのときの透明絶縁膜 13上の電解液に接したプローブに流れる電流値を測定した。

[0065] 図 10に、その結果を示す。また、透明積層膜サンプルの構成のうち透明絶縁膜 13 を省略し透明導電膜 12のみを形成したサンプルについて同様の耐圧測定を行った結果を図 11に示す。

[0066] 透明積層膜サンプルは、透明導電膜 12のみ形成したサンプルの結果（図 11)と比較すると、ォーミック反応を示さず、従来の構成のもの（図 6に示すパリレンからなる絶縁膜を有する積層膜)と同等の耐圧特性が確認された。

[0067] また、本実施例の条件の透明積層膜を有する液体レンズを作製したところ、電圧印加によって焦点距離を可変で制御することができた。

Claims

請求の範囲

[1] 反応性ガスなし、あるいは反応性ガスの存在下で、 ZnOに Al O、 Ga O、 SiOの

2 3 2 3 2 いずれかが含有されてなるターゲットをスパッタガスによりスパッタリングして、基材上に透明導電膜を成膜し、っ、で反応性ガスの存在下で前記ターゲットをスパッタガスによりスパッタリングして、前記透明導電膜上に透明絶縁膜を成膜して透明積層膜を形成することを特徴とする透明積層膜の製造方法。

[2] 前記ターゲットの Al O、 Ga O、 SiOのいずれかの含有量は、 10wt%以下である

2 3 2 3 2

ことを特徴とする請求項 1に記載の透明積層膜の製造方法。

[3] 前記透明絶縁膜の膜厚は、 1 μ m以下であることを特徴とする請求項 1に記載の透明積層膜の製造方法。

[4] 前記透明絶縁膜の抵抗値は、前記反応性ガスとスパッタガスとの流量比により調整されてなることを特徴とする請求項 1に記載の透明積層膜の製造方法。

[5] 請求項 1〜4のいずれか一に記載の透明積層膜の製造方法により基材上に透明導電膜、透明絶縁膜が順次積層されてなることを特徴とする透明積層膜。

[6] 請求項 5に記載の透明積層膜と、電極を含む部材とにより、前記透明絶縁膜を内側にしてオイル及び水溶液が封止されてなるものであり、前記電極と透明導電膜間への電圧印加により前記透明絶縁膜上の水溶液とオイルとの界面の形状を変化させることを特徴とする液体レンズ。