CN101523246B

CN101523246B - 光学滤镜及其制造方法

Info

Publication number: CN101523246B
Application number: CN200780035838.2A
Authority: CN
Inventors: 木下健
Original assignee: Seiko Precision Inc
Current assignee: Seiko Precision Inc
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2008083504A; US20100040865A1; WO2008038800A1; CN101523246A

Abstract

一种光学滤镜(10)，由平板(11)、转动销(12)和作动销(13)构成。平板(11)具有透明基板(31)、形成在透明基板(31)上的树脂层(32)、和形成在树脂层(32)上的CNT层(33)。CNT层(33)被设置在最表面。由于CNT层(33)中分散的CNT具有更能吸收短波长的光的特性，所以通过将CNT层(33)形成在最表面，可减弱到达树脂层(32)的紫外线的强度，防止被分散在树脂层(32)中的染料劣化。从而，光学滤镜(10)具有良好的耐环境性。

Description

光学滤镜及其制造方法

技术领域

本发明涉及利用了碳纳米管的光学滤镜及其制造方法。

背景技术

以往，当利用照相机、摄像机等摄像装置在强光的场所进行摄影时，为了改变照片或影像的感觉，使用了以特定的比率减少进入到摄像装置的光的强度的ND滤镜(Neutral Density filter)、去除红外域频段长的IR(InfraRed)去除滤镜等光学滤镜。

另外，作为这样的光学滤镜，如专利文献1所公开那样，通过在具有透光性的基板上形成金属氧化膜等具有吸收特定波长的光学特性的膜而形成。

专利文献1：特开2006-178395号公报

专利文献2：特开2007-187992号公报

但是，具有吸收特定波长的特性的滤镜，通过将染料等分散到树脂中而形成。这样的染料存在着对紫外线和水分的耐性差，容易劣化的问题。如果发生了这样的劣化，则光学特性将发生变化。

因此，为了使光学特性不发生变化，希望有一种能够防止因紫外线和水分引起的劣化，具备良好的耐环境性的光学滤镜及其制造方法。

另外，专利文献2中公开了一种在透明基板上形成镍层，进而形成了CNT层的光学滤镜。

发明内容

本发明鉴于上述现状而提出，其目的在于提供一种具备良好的耐环境性的光学滤镜及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明的第1观点涉及的光学滤镜是用于使规定波长的光衰减的光学滤镜，其特征在于，具有：含有吸收规定波长的光的材料的至少一层树脂层、和分散有碳材料的碳层，上述树脂层形成在上述碳层的一个面上，通过了上述碳层的光入射到上述树脂层。

上述树脂层可以形成在具有透光性的基板上。

上述吸收规定波长的光的材料可以是聚乙烯二氧噻吩。

上述碳材料可以是碳纳米管。

上述碳纳米管的直径可以为300nm以下。

上述碳纳米管被以0.01～20重量％的比例混合。

为了实现上述目的，本发明的第2观点涉及的光学滤镜的制造方法是制造光学滤镜的方法，其特征在于，包括：形成含有吸收规定波长的光的材料的至少一层树脂层的树脂层形成工序；和

在上述树脂层上形成分散有碳材料的碳层的碳层形成工序；

在上述碳层形成工序中，以通过了上述碳层的光入射到上述树脂层的方式，将上述树脂层形成在上述光学滤镜的光入射侧。

上述树脂层可以形成透明基板上。

为了实现上述目的，本发明的第3观点涉及的光学滤镜的制造方法是制造光学滤镜的方法，其特征在于，包括：

形成分散有碳材料的至少一层碳材料层的碳层形成工序；和

在上述碳层上形成含有吸收规定波长的光的材料的树脂层的树脂层形成工序；

将具备在上述碳层形成工序中形成的碳层和在上述树脂层形成工序中形成的树脂层的碳-树脂层，以上述树脂层与具有透光性的基板相接的方式转印到上述具有透光性的基板上，

在上述树脂层形成工序中，以通过了上述碳层的光入射到上述树脂层的方式，将上述碳层形成在上述光学滤镜的光入射侧。

为了实现上述目的，本发明的第4观点涉及的光学滤镜的制造方法是制造光学滤镜的方法，其特征在于，包括：

在具有透光性的基板上，印刷含有吸收规定波长的光的材料的树脂的树脂印刷工序；和

在上述树脂印刷工序中被印刷的印刷体的印刷了上述树脂的面上，形成分散有碳材料的碳层的碳层形成工序；

在上述碳层形成工序中，以通过了上述碳层的光入射到上述树脂的方式，将上述碳层形成在上述光学滤镜的光入射侧。

根据本发明，通过在最表层形成分散有碳纳米管的层，可提供具备良好的耐环境性的光学滤镜。

附图说明

图1(a)是表示本发明的实施方式涉及的光学滤镜的结构例的图。(b)是(a)所示的I-I线剖面图。

图2是表示搭载有本发明实施方式的光学滤镜的摄像装置的图。

图3是表示被分散在树脂层中的染料(有机导电材料)的透光率的图。

图4是表示CNT层的透光率的图。

图5是表示在透明胶片上形成了树脂层和CNT层时的透光率的图。

图6是表示荧光胶片的耐光试验结果的图。

图7是表示本发明的变形例的图，(a)是(b)的III-III线剖面图。(b)是(a)的II-II线剖面图。

图8(a)是表示本发明的变形例的图，(b)是(a)的IV-IV线剖面图。

图中：10、70-光学滤镜；10a、70a-减光区域；11、51、71-平板；12、72-转动销；13、73-作动销；20-摄像装置；21a～21c-透镜；22-光阑；22a-开口部；23-滤镜支承基板；23a-开口部；24-摄像元件；25-基板；31、61-透明基板；32、62、81-树脂层；33、63、82-CNT层。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的实施方式涉及的光学滤镜及其制造方法进行说明。

在本实施方式中，举例说明以特定的比率减少光强度的ND滤镜(Neutral Density filter)。

光学滤镜10如图1(a)所示，具备：形成为平板翼状的具有规定硬度的平板11；形成在平板11的一端部的转动销12；和形成在平板11的一端部，且向与转动销12相反的面突出的作动销13。光在通过图1(a)所示的平板11的用点划线包围的区域(减光区域10a)后，其强度被衰减规定程度。

而且，光学滤镜10如图2所示，被设置在摄像装置20内。转动销12如图2所示，被嵌合在滤镜支承基板23上的孔内，作为光学滤镜10的旋转中心发挥功能。作动销13形成为在与转动销12相反的面突出。作动销13被未图示的执行元件驱动，使光学滤镜10以转动销12为中心转动。其中，转动销12和作动销13与平板11一体成形，例如通过粘接剂等粘在平板11上。

摄像装置20如图2所示，具有透镜21a～21c、光阑22、光学滤镜10、滤镜支承基板23、摄像元件24、和基板25。光学滤镜10在该摄像装置20内被配置在滤镜支承基板23上。光学滤镜10的转动销12嵌合在设置于滤镜支承基板23的孔内。而且，作动销13与未图示的执行元件卡合。执行元件驱动作动销13，使光学滤镜10以转动销12为中心转动。光学滤镜的减光区域10a遮挡或开放滤镜支承基板23的开口部23a。这样，减光区域10a使从透镜21a和光阑22进入的光衰减。由于光被衰减的比例在可见光频段大致一定，所以到达设置在基板25上的CCD(Charge Coupled Devices)、CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)等摄像元件24的光的颜色本身几乎不受影响。

光学滤镜10如图1(b)所示，由构成平板11的透明基板31、树脂层32、和CNT(碳纳米管：carbon nanotube)层33构成。在本实施方式中，CNT层33形成在最表层且成为光入射侧，接着形成有树脂层32，接下来形成有透明基板31。换言之，其构成为使通过减光区域10a的光从CNT层33入射，通过树脂层32，从透明基板31射出。这样将CNT层33形成在最表层，将通过了CNT层33的光向树脂层32导入，可减小入射到树脂层32的光中的紫外线强度，从而可防止分散在树脂层32内的染料的劣化。

并且，减光区域10a如图2所示，在将光学滤镜10配置成遮挡滤镜支承基板23的开口部23a时，覆盖开口部23a，使从光阑22的开口部22a进入的光衰减。因此，减光区域10a具有与滤镜支承基板23的开口部23a及光阑22的开口部22a相同或比它们大的面积。

另外，在本实施方式中，进入到摄像装置20的光通过减光区域10a后被衰减的比例必须相对波长大致一定。在本实施方式中，通过使树脂层32内分布的染料及CNT层33内分布的CNT至少在减光区域10a中大致一定地分布，能够使光衰减的比例相对波长大致一定。

而且，由于平板11的上面形成有CNT层33，所以基于CNT层33中分散的碳纳米管而形成为凹凸状。从而，可良好抑制在平板11的上面产生的反射。

构成平板11的透明基板31只要是光学透明的基板即可，例如可由PET(PolyEthylene Terephthalate)构成。透明基板31具有例如100m左右的厚度。

树脂层32形成在透明基板31与CNT层33之间。树脂层32在光学透明的PET等树脂中分散了有机导电材料等规定的染料等。作为分散的染料，例如可举出以下化学式所表示的聚乙烯二氧噻吩(PEDT)。其中，PEDT具有与短波长频段相比，更能吸收长波长频段的光学特性。具体而言，如图3所示，具有在450nm时透过率为75％左右，并以450nm为峰值，从450nm到800nm，透过率从75％左右逐渐下降到55％左右的特性。

而且，通过在树脂中分散更多的PEDT，可降低透过率，且通过加厚树脂层32可降低透过率。通过这样地增减分散的染料的量和/或增减树脂层32的厚度，可调节树脂层32的光学特性，具体能够调节光的透过率(吸收率)。另外，在本实施方式中，例如采用印刷法、涂敷法等在透明基板31上形成树脂层32。

CNT层33由分散了碳纳米管(CNT)的树脂构成，其在树脂层32的上面形成为例如0.1～100μm左右的厚度。分散在CNT层33中的碳纳米管由碳构成，分别呈中空的圆筒形状。由于如果CNT的直径过大，则对可见光产生漫射，造成模糊，所以，例如使用直径为10～300nm、长度为0.1～30μm的碳纳米管。而且，需要光学滤镜10在可见光频段中使光衰减的比例为一定。碳纳米管的添加量越多，光学滤镜10使光衰减的比例越高，添加量越少比例越低。利用此特性，通过改变碳纳米管的添加率，可调整对光学滤镜10要求的光的衰减率。其中，如果针对树脂增加碳纳米管的添加率，则滤镜材料的粘度上升，最终会对印刷、成形等产生影响。因此，碳纳米管的添加量需要考虑光的衰减率和印刷、成形性。在本实施方式中，可以混入0.01～20重量％左右的碳纳米管。而且，在本实施方式中，CNT层33采用印刷法、涂敷法等形成在树脂层32上。

构成CNT层33的碳纳米管具有图4所示的光学特性。混入到透明树脂中的CNT层的光的透过率如图4所示，波长为350nm的情况下约为10％，随着波长变长而上升，在800nm时，成为约20％左右。这样，CNT显示出随着波长变长，透过率增高的倾向。

形成了树脂层32及CNT层33的透明薄膜的光的透过率如图5所示，通过重叠形成树脂层32和CNT层，可弥补相对各自具有的波长而倾斜的透过率特性，呈现出相对波长大致均匀的透过率特性。

另外，如图4所示，CNT具有容易吸收短波长频段的光的特性。因此，通过在树脂层32上形成CNT层33，可使到达树脂层32的短波长的光(紫外线等)衰减。而且，通过CNT层33覆盖树脂层32，树脂层32不与水分等接触。因此，光学滤镜10可防止因紫外线、水分等引起树脂层32的劣化，具有良好的耐环境性。

本实施方式的光学滤镜10在透明基板31上形成了树脂层32的基础上形成CNT层33。通过这样将CNT层33形成在最表层，可由CNT层33吸收紫外线。由此，可保护含有容易因紫外线而劣化的染料的树脂层32，能够防止树脂层32的光学特性劣化。从而，可提供具有良好的耐环境性的光学滤镜。

另外，CNT层33对短波长频段、具体对紫外线频段具有吸收特性。因此，通过进一步形成对长波长频段具有吸收特性的层，可提供对波长具有平坦的吸收特性的光学滤镜。

而且，本实施方式的光学滤镜10的上面，在光学滤镜10的表面上形成有分散了碳纳米管的CNT层33。由此，由于CNT层33形成为凹凸的面，所以可良好地抑制在光学滤镜10的表面产生的反射。并且，由于碳纳米管具有导电性，所以即使在图2所示的摄像装置20内转动的情况下，也可以良好地抑制静电的发生。

图6表示在荧光橙色滤镜上，被覆了CNT层的情况和未被覆的情况的耐光试验的结果。耐光试验首先在不被覆CNT层的状态下测定了荧光橙色滤镜的光的透过率。接着，准备被覆了CNT层的滤镜、和未被覆CNT层的滤镜。然后，在规定的耐光检查装置照射了规定时间光的基础上，测定了各滤镜的光的透过率如何变化。其中，耐光试验在温度湿度条件为40℃90％恒温恒湿，使用水银灯(峰值波长为365nm)作为UV灯，将照度设定为3.0mW/cm²，以24小时照射实施7天的试验条件下进行。

未被覆CNT层的滤镜，如图6所示，在350nm～600nm的波长频段整体光的透过率上升。而在被覆了CNT层的情况下，与初始状态的滤镜相比，虽然可稍微看到光的透过率的上升，但基本维持了初始状态的滤镜的透过率。根据该结果可知，通过形成CNT层，可防止在CNT层下的滤镜内分散的染料劣化。从而可利用CNT层防止光学特性的降低。

如上所述，本实施方式的光学滤镜10在光入射的最表层形成CNT层33，由CNT层33使规定波长的光衰减的基础上，将光导向树脂层32、透明基板31。由此，光学滤镜10可防止分散在树脂层32中的染料因紫外线等而劣化。并且，通过树脂层32被CNT层33覆盖，保护了树脂层32不受水分等影响。这样，通过在树脂层32上被覆CNT层33，可良好地防止光学滤镜10的光学特性降低。这样，根据本实施方式，可提供具有良好的耐环境性的光学滤镜10。

接着，对本实施方式的光学滤镜10的第1制造方法进行说明。

首先，准备透明基板。透明基板可以使用任意的光学透明基板，例如可使用PET。透明基板具有可形成多枚光学滤镜10的面积，具有例如100μm的厚度。

然后，向树脂中大致均匀地分散染料，采用涂敷法、印刷法等在透明基板上形成树脂层。分散在树脂层中的染料的种类、量可根据对光学滤镜要求的特性来适当调节。

接着，将预先采用气相成长法等合成方法形成的CNT混合到粘合剂(binder)中，通过搅拌使其均匀分散。粘合剂使用了在作为溶剂的甲乙基酮中混合了作为氟树脂的氟化聚偏氯乙烯纤维和6氟化丙烯的共聚物的粘合剂。另外，不限于氟树脂，只要光学透明，例如可以使用聚酯、聚氯乙烯、硅酮等。为了容易地分散在粘合剂中，预先将CNT分散在离子交换水中。而且，对于CNT而言，由于直径过大会对可见光产生漫射，造成模糊，所以例如使用直径为10～300nm、长度为0.1～30μm的CNT。另外，分散0.01重量％～20重量％左右的CNT。

接着，在树脂层的上面形成具有与光学滤镜的形状对应的开口部的丝网印刷版或金属掩模，采用印刷法或涂敷法等将分散在粘合剂中的 CNT印刷或涂敷到树脂层上。在完成了印刷或涂敷后，取下丝网印刷版或金属掩模。接下来，通过例如100℃左右、约1小时的烧结，形成CNT层。其中，CNT层的厚度形成为0.1～100μm左右。

由此完成了光学滤镜10的平板11。进而将平板11切成光学滤镜10的形状，利用粘接剂等将转动销12、作动销13粘接到光学滤镜10上。由此完成了光学滤镜10。

这样，本实施方式的制造方法由于在透明基板上形成树脂层，在其上形成CNT层，所以可制造出具有良好的耐环境性的光学滤镜10。

下面，对在透明基板上形成CNT层的第2制造方法进行说明。首先，采用涂敷法、印刷法等在基板上涂敷或印刷包含利用粘合剂分散的CNT的树脂。接着，通过烧结所形成的包含CNT的树脂层，形成CNT层。其中，CNT层形成为0.1～100μm左右。

然后，在CNT层的上面形成具有与光学滤镜的形状对应的开口部的丝网印刷版或金属掩模，采用印刷法或涂敷法等在CNT层的上面印刷或涂敷树脂。

接着，将由树脂层和CNT层构成的叠层体转印到透明基板上。此时，按照透明基板与叠层体的树脂层相接的方式进行转印。

由此完成了光学滤镜10的平板71。进而将平板11切成光学滤镜10的形状，利用粘接剂将转动销12、作动销13粘接到光学滤镜10上。由此完成了光学滤镜10。

下面，对第3制造方法进行说明。首先，在透明基板上形成具有与光学滤镜的形状对应的开口部的丝网印刷版或金属掩模，采用印刷法或涂敷法等将含有染料的树脂印刷或涂敷到透明基板上。

在将含有染料的树脂印刷或涂敷到透明基板上后，在涂敷或印刷了含有染料的树脂的透明基板上的面上，形成含有CNT的树脂层。接下来，通过例如100℃、约1小时的烧结，形成CNT层。其中，CNT层的厚度形成为0.1～100μm左右。

由此，如图7(b)所示，完成了树脂层62被周期性印刷，透明基板61与CNT层63夹着树脂层62重叠为层状的状态的平板51。进而切成光学滤镜10的形状，利用粘接剂将转动销12、作动销13粘接到光学滤镜10上。由此完成了光学滤镜10。

当在第3制造方法中切取平板51时，如果以与树脂层的形状相似、且比树脂层大的形状进行切取，则含有CNT的树脂覆盖树脂层的侧面。实际上需要确保光入射的区域地进行切取。由此，由透明基板和含有CNT的树脂将含有染料的树脂密封。因此，使含有染料的树脂不曝露在外部。于是，水分等不会附着于含有染料的树脂，光学滤镜具有良好的耐环境性。

本发明不限于上述各实施方式，可以进行各种变更及应用。例如，在上述实施方式中，举例说明了在透明基板31上形成分散有染料的树脂层32的结构。但不限于此，也可以如图8(a)和(b)所示的光学滤镜70那样，省略透明基板。如图8(a)和(b)所示，光学滤镜70具有减光区域70a，并且具有平板11、转动销72和作动销73。平板71具有分散了染料的树脂层81、和形成在该树脂层上的CNT层82。由于本实施方式也在树脂层81上形成CNT层82，所以，可使到达树脂层81的紫外线衰减，且不会在树脂层81上附着水分，因此，光学滤镜70具有良好的耐环境性。

另外，光学滤镜不限于相对波长具有平坦的吸收特性，也可以是只吸收短波长的滤镜。还可以是吸收特定波长的滤镜。可根据在树脂层中分散了什么样的染料，适宜变更这些特性。

而且，在上述实施方式中，举例说明了树脂层由1层构成的情况，但不限于此，也可以形成为多层。

并且，对以转动销12为转动中心，通过由执行元件驱动作动销13，使光学滤镜10转动的结构进行了说明，但不限于此。例如，也可以采用只具有作动销，通过由执行元件等使作动销旋转，来转动光学滤镜10等对光学滤镜10进行驱动的结构，由此进行适当变更。另外，转动销12和作动销13可以位于同一面上。而且，光学滤镜10可以还具有引导部。

另外，树脂层32和CNT层62也可以不形成在透明基板31的整个面，只要至少能够覆盖减光区域10a即可。并且，也可以是树脂层32和CNT层62中的任意一层形成在全体面，任意一层形成为具有至少覆盖减光区域10a的面积。

而且，在上述实施方式中，举例说明了CNT层33形成在光入射的最表面的结构，但不限于此。例如，光学滤镜10也可以在透明基板31上形成CNT层33，进而在CNT层33上形成树脂层32。该情况下，如果将光学滤镜10配置成CNT层33成为光的入射侧，则通过减光区域10a的光从透明基板31入射，通过CNT层33，从树脂层32射出。根据这样的结构，也可以减少入射到树脂层32的光中的紫外线的强度，从而可防止被分散在树脂层32内的染料劣化。

本申请以平成18年9月28日向日本国特许厅提出的特愿2006-264554号申请为基础，并在本申请中引用了该申请的内容。

工业上的可利用性

本发明的光学滤镜可以用作在经常受到紫外线照射，或与水分接触机会多的数码相机等光学机器中使用的滤镜。

Claims

1.一种光学滤镜，用于使规定波长的光衰减，其特征在于，

具有含有吸收规定波长的光的材料的至少一层树脂层、和分散有碳材料的碳层，

所述树脂层形成在所述碳层的一个面上，通过了所述碳层的光入射到所述树脂层，

所述吸收规定波长的光的材料是聚乙烯二氧噻吩。

2.根据权利要求1所述的光学滤镜，其特征在于，

所述树脂层形成在具有透光性的基板上。

3.根据权利要求1所述的光学滤镜，其特征在于，

所述碳材料是碳纳米管。

4.根据权利要求3所述的光学滤镜，其特征在于，

所述碳纳米管的直径为300nm以下。

5.根据权利要求4所述的光学滤镜，其特征在于，

所述碳纳米管被以0.01～20重量％的比例混合。

6.一种制造光学滤镜的方法，其特征在于，包括：

树脂层形成工序，形成含有吸收规定波长的光的材料的至少一层树脂层；和

碳层形成工序，在所述树脂层上形成分散有碳材料的碳层；

在所述碳层形成工序中，以通过了所述碳层的光入射到所述树脂层的方式，将所述树脂层形成在所述光学滤镜的光入射侧，

所述吸收规定波长的光的材料是聚乙烯二氧噻吩。

7.根据权利要求6所述的光学滤镜的制造方法，其特征在于，

所述树脂层形成在具有透光性的基板上。

8.一种制造光学滤镜的方法，其特征在于，包括：

碳层形成工序，形成分散有碳材料的至少一层碳层；和

树脂层形成工序，在所述碳层上形成含有吸收规定波长的光的材料的树脂层；

将具备在所述碳层形成工序中形成的碳层和在所述树脂层形成工序中形成的树脂层的碳-树脂层，以所述树脂层与具有透光性的基板相接的方式转印到所述具有透光性的基板上，

在所述树脂层形成工序中，以通过了所述碳层的光入射到所述树脂层的方式，将所述碳层形成在所述光学滤镜的光入射侧，

所述吸收规定波长的光的材料是聚乙烯二氧噻吩。

9.一种制造光学滤镜的方法，其特征在于，包括：

树脂印刷工序，在具有透光性的基板上，印刷含有吸收规定波长的光的材料的树脂；和

碳层形成工序，在所述树脂印刷工序中被印刷的印刷体的印刷了所述树脂的面上，形成分散有碳材料的碳层；

在所述碳层形成工序中，以通过了所述碳层的光入射到所述树脂的方式，将所述碳层形成在所述光学滤镜的光入射侧，

所述吸收规定波长的光的材料是聚乙烯二氧噻吩。