CN104246544B - 光学元件 - Google Patents
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Abstract
提供一种在搭载于移动电话、便携终端等中的照相机中衍射的影响小且分辨率的劣化小的小型光学光圈。通过提供如下光学元件从而解决上述课题,所述光学元件是光的透射率从中心部分向周边部分单调减少的光学元件,其特征在于,该光学元件具有:吸收材料部,其由吸收一部分光的材料形成且厚度从中心部分向周边部分单调增加;和透明材料部,其由透射光的材料形成且层积于所述吸收材料部,且所述吸收材料部和所述透明材料部合在一起的厚度大致恒定。
Description
技术领域
本发明涉及光学元件。
背景技术
照相机等光学设备中,为了调节入射至透镜等的入射光的光量,使用有光学光圈、减光(ND:Neutral Density,中性密度)滤光片等。移动电话、便携终端等也在推进搭载照相机,这样的照相机中也使用光学光圈(例如,专利文献1)。将常规的光学光圈示于图1中。光圈910在由遮光材料形成为板状的构件的中心部分形成有开口部911,周边部分的光被遮挡,在形成有开口部911的中心部分透射光。图1(a)为光圈910的俯视图,图1(b)表示图1(a)的单点划线1A-1B处的光的透射率。最近由于移动电话、便携终端的小型化、薄型化,使得照相机也小型化。因此,所使用的光学光圈也小型化,对于小型光学光圈910而言,无法忽略在开口部911的周围会产生光的衍射,难以提高分辨率。即,需要其中照相机的高像素化得到推进但另一方面不会使分辨率变差的小型光学光圈。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-301221号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于提供一种如图2所示光的透射率从中心部分向周边部分单调减少的光学元件。
用于解决问题的方法
本发明涉及一种光学元件,其是光的透射率从中心部分向周边部分单调减少的光学元件,其特征在于,该光学元件具有:吸收材料部,其由吸收一部分光的材料形成且厚度从中心部分向周边部分单调增加;和透明材料部,其由透射光的材料形成且层积于上述吸收材料部,上述吸收材料部和上述透明材料部合在一起的厚度大致恒定。
发明效果
根据本发明,能够提供光的透射率从中心部分向周边部分单调减少的光学元件。并且,本元件由吸收材料部和透明材料部层积而成,吸收材料部和透明材料部合在一起的厚度大致恒定。与不层积透明材料部的情况相比,不会发挥减光以外的光学性作用,因此能够提供即使是插入至光路内或提取至光路外之类的使用方法也不存在使光扩散的副作用的使用方法。
附图说明
图1是光圈的说明图。
图2是变迹滤光片(アポダイズドフィルタ)的说明图
图3是本实施方式中的光学滤光片的结构图。
图4是通过本实施方式中的光学滤光片的制造方法制造的光学滤光片的说明图(1)。
图5是通过本实施方式中的光学滤光片的制造方法制造的光学滤光片的说明图(2)。
图6是本实施方式中的光学滤光片的制造方法的说明图(1)。
图7是本实施方式中的光学滤光片的制造方法的说明图(2)。
图8是实施例7中的光学滤光片的透射率分布图。
图9是光学滤光片的光的波长与透射率的关系图。
图10是实施例13中的光学滤光片的透射率分布的说明图。
具体实施方式
(光学滤光片)
基于图3对本实施方式中的光学元件进行说明。本实施方式中的光学元件为光学滤光片,是所谓的被称为变迹滤光片的光学元件。具体而言,具有由吸收可见光的材料形成的吸收材料部10和由透射可见光的材料形成的透明材料部20。对于本实施方式中的光学滤光片而言,其形成为使得吸收材料部10的厚度D1从中心部分向周边部分连续地逐渐增加。如此,通过形成为使得吸收材料部10的厚度D1逐渐变厚,从而吸收材料部10中被吸收的光量也逐渐增加,因此透射该光学滤光片的光的光量逐渐减少。由此,形成透射率从中心部分向周边部分连续地逐渐减少的光学滤光片。具体而言,例如能够制成吸收材料部10的透射率从中心部分向周边部分呈高斯分布这样的光学滤光片。需要说明的是,本实施方式中,可见光是指波长为380nm~700nm的范围的光。另外,本实施方式中的光学元件也可以是在作为基材的基板等之上形成有吸收材料部10和透明材料部20的光学元件。
另外,实施方式中的光学滤光片,透明材料部20形成为使得填埋其中吸收材料部10薄薄地形成的凹状的部分,透明材料部20包含从吸收材料部10的端部起在凹部内形成的厚度D2的部位和在吸收材料部10的端部上形成的厚度D3的部位。吸收材料部10中的厚度D1与透明材料部20中的厚度D2和D3之和构成光学滤光片的厚度D,形成为使得该光学滤光片的厚度D大致恒定。即,D=D1+D2+D3,且形成为使得一个元件内部中的D的最大值与D的最小值之差为5μm以下、更优选为1μm以下。因此,该光学滤光片的一侧表面与另一侧表面呈大致平行。另外,也可以形成为使得D1和D3的厚度为零。
另外,本实施方式中的光学滤光片由于在中心部分透射光,因此形成为使得中心部分处的吸收材料部10的厚度D1m为0.5μm以下。即,形成为使得D1m≤0.5μm。这是因为,由于一部分光被吸收材料部10吸收,因此吸收材料部形成为0.5μm以上时,不能保持高的通过中心部的光的透射率。需要说明的是,厚度D1m为吸收材料部10中厚度D1为最薄的部分的厚度。另外,将距中心的距离设定为X的情况下,X增加时,吸收材料部10的厚度D1从中心向端部增加,另一方面透射率减小。优选以高斯函数的方式赋予透射率,如下进行例示。
[数学式1]
数学式1中,σ为实数。可以根据透射率的半峰宽来确定σ,例如,当以1mm的半径计透射率设定为50%的情况下,可以将σ设定为0.85。
另外,可以配置两个以上本实施方式中的光学滤光片而用作一个光学滤光片。例如,在后述的支撑基板上制作出具有不同直径的多个本光学滤光片,以光圈大小不同的多个光学滤光片的方式配置在光路中而进行驱动,由此能够切换光圈直径。
上述内容可以根据光学设计而合适变更,即使在吸收材料部具有任意形状的情况下,也能够通过层积透明材料部来制作吸收材料部和透明材料部合在一起的厚度大致恒定的光学滤光片。
本实施方式的光学滤光片中的有效区域是指可见光透射率高于1%的区域。
另外,本实施方式中的光学滤光片形成为使得除了减光以外不会发挥光学性作用。因此,D1和D2的厚度的总和恒定而与X无关。进一步,优选形成为使得形成吸收材料部10的材料的折射率n1与形成透明材料部20的材料的折射率n2大致相等。即,优选为|n1-n2|≤0.1,更优选为|n1-n2|≤0.05。虽然折射率因波长而变化,但优选折射率在所使用的波带区(波長帯域)中为|n1-n2|≤0.1,更优选为|n1-n2|≤0.05。另外,即使在周围的温度发生变化的情况下,形成吸收材料部10的材料和形成透明材料部20的材料优选使用折射率的温度变化率大致相等的材料,以使得形成吸收材料部10的材料的折射率n1与形成透明材料部20的材料的折射率n2大致相等。|dn1/dT-dn2/dT|优选为100ppm/K以下,进一步优选为20ppm/K以下。虽然是由吸收材料部10和透明材料部20不同的层层积而成,但由于即使温度发生变化而折射率也大致相等,因此在层积后的界面处的光的折射作用被抑制。需要说明的是,本申请中,有时将折射率的温度变化率记为折射率温度系数。
另外,本实施方式中的光学滤光片形成为使得形成吸收材料部10的材料的折射率n1和厚度D1的乘积与形成透明材料部20的材料的折射率n2和厚度D2的乘积之和大致恒定。即,n1×D1+n2×D2+n3×D3=P中,P大致恒定而与X无关。P为光程长度,本光学滤光片优选在其有效区域内光程长度差为波长(也称为λ)以下。需要说明的是,在形成有下述说明的防反射膜的情况下,虽然与防反射膜的量相应地而使光学滤光片的光程长度变长,但即使在这种情况下也优选在有效区域内光程长度差为λ以下。
另外,本实施方式中的光学滤光片中,在光学滤光片的一侧表面或两侧表面形成有防反射膜30。图3中,显示了在光学滤光片的两侧表面形成有防反射膜30的例子,但也可以仅在光学滤光片的光入射的一侧表面形成有防反射膜30。该防反射膜30例如由电介质多层膜形成,在波长430nm到630nm中的反射率低,优选在该波长区中的反射率为2%以下。另外,该防反射膜30优选反射波长小于380nm的光且透射波长为380nm以上的光。如后所述,本发明的光学元件优选含有有机材料而成,但有机材料容易因紫外线而劣化,通过反射小于380nm的光,能够抑制本元件的光劣化。另外,本元件的配置位置没有特别限定,但也能够期待抑制其它光学部件的紫外线劣化的效果。
另外,对于本实施方式中的光学滤光片而言,可以层积在透射可见光的树脂膜之上。例如,如图4(a)所示的光学滤光片是吸收材料部10层积于树脂膜130上,如图4(b)所示的光学滤光片是透明材料部20层积于树脂膜131上。如后所述,吸收材料部10中优选含有无机颜料,因此有时热膨胀系数小于透明材料部20。在层积热膨胀系数不同的两个材料部的情况下,存在容易产生翘曲的问题。即,与如图4(c)所示的光学滤光片相比,如图4(a)、(b)所示的光学滤光片那样在使用膜的情况下能够降低翘曲量。例如,对于如图4(a)所示的光学滤光片,通过使用热膨胀系数大于吸收材料部10的膜可有效降低翘曲量;对于如图4(b)所示的光学滤光片,通过使用热膨胀系数小于透明材料部20的膜可有效降低翘曲量。另外,可以使用耐热性优良的树脂膜。这种情况下,在热膨胀以外的其它方面也能够期待效果。即,在组装时需要加热工序的情况下,膜会发挥耐热性优良的支撑基板的作用,因此能够抑制光学滤光片的形状发生变形。可以优选使用玻璃化转变温度高于吸收材料部10和透明材料部20的膜。
需要说明的是,作为一例,本光学滤光片的制作方法在后述的图7中进行说明。在制作工序中,树脂膜优选刚性高、难以变形。模具成形时,若树脂膜变形成凹状,则有时会产生非期望的光学作用,结果使得照相机内的透镜控制变得复杂。另外,本光学滤光片优选作为光学部件的操作处理优良。从这点出发,树脂膜也优选刚性高,树脂膜的杨氏模量优选为1.0GPa以上,进一步更优选为2.0GPa以上。
另外,树脂膜的折射率与透明材料部20的折射率之差的绝对值小时,由于在它们界面处的反射率低,因此本光学滤光片的透射率变高,这是优选的。树脂膜的折射率与透明材料部20的折射率之差的绝对值优选为0.1以下,进一步优选为0.05以下。折射率因波长而发生变化,但在可见波带区中折射率之差的绝对值优选为0.1以下,进一步优选为0.05以下。
另外,树脂膜的折射率与吸收材料部10的折射率之差的绝对值小时,由于在它们界面处的反射率低,因此本光学滤光片的透射率变高,这是优选的。树脂膜的折射率与透明材料部20的折射率之差的绝对值优选为0.1以下,进一步优选为0.05以下。折射率因波长而发生变化,但在可见波带区中折射率之差的绝对值优选为0.1以下,进一步优选为0.05以下。
另外,本光学滤光片优选在其有效区域内光程长度差为λ以下。通过使用树脂膜,与树脂膜的折射率与厚度的量相应地使光程长度比上述P更长,光学滤光片的光程长度变长,但即使在这种情况下也优选有效区域内的光程长度差为λ以下。关于本发明的光学滤光片,其构成并非限定为一个,也可以采取多个构成,但在任一种构成的情况下,也优选在其有效区域内光程长度差为λ以下。
此外,如图5所示,本实施方式中的光学滤光片可以采取吸收材料部10为层积两个凹状结构而成这样的结构,这种结构中,在厚度方向也可以并非一定是对称的。即,D2a与D2b也可以不相等,同样地,D3a与D3b也可以不相等。
这种情况下,也是形成为使得形成吸收材料部10的材料的折射率n1和厚度D1的乘积与形成透明材料部20的材料的折射率n2和厚度D2的乘积之和大致恒定。即,n1×D1+n2×D2+n3×D3=P中,P大致恒定而与X无关。在此,D2=D2a+D2b、D3=D3a+D3b。
此外,可以在树脂膜、同样能够用作支撑基板的玻璃基板上制作该光学滤光片。
此外,该光学滤光片不仅可以如上所述单独使用,也可以在照相机模块中层积于任意构件上使用。例如可以层积于保护玻璃、透镜、IR截止滤光片上而使用。通过如此使用,能够减少照相机模块中的部件数。
对于保护玻璃而言,优选使用白板玻璃、化学强化玻璃等。作为白板玻璃,可以列举铁等杂质少的冕玻璃、硼硅酸玻璃等;化学强化玻璃可以列举对铝硅酸玻璃、钠钙玻璃的表面进行离子交换处理后的玻璃。另外,除玻璃以外,还能够使用蓝宝石等在可见区域中透明的陶瓷材料、在可见区域中透明的树脂材料。作为树脂材料,优选使用聚碳酸酯树脂、丙烯酸类树脂等。
保护玻璃上可以层积透射可见光且反射红外光或紫外光的电介质多层膜、透射可见光的防反射膜。电介质多层膜是低折射率材料和高折射率材料交替层积而成的。作为低折射率材料,可以列举二氧化硅(SiO2)、氟化镁(MgF2)等;作为高折射率材料,可以列举二氧化钛(TiO2)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钽(Ta2O5)、氧化锆(ZrO2)等。另外,可以在低折射率材料的层与高折射率材料的层之间插入中等折射率材料的层。作为中等折射率材料,可以列举氧化铝(Al2O3)等。防反射膜可以使用上述低折射率材料、高折射率材料、中等折射率材料。将多个层进行层积并使用时,由于能够降低反射率,因此是优选的。
另外,相反面上可以施加防污、防指纹附着的涂层。作为这种材料,优选表面能量低的材料,能够使用氟类材料、聚硅氧烷类材料、氟代聚硅氧烷类材料。特别是,优选使用全氟聚醚硅烷。涂层可以直接施加至保护玻璃,另外,也可以在保护玻璃上形成防反射膜后、在其上施加涂层。将赋予涂层的面配置于外侧,将层积有本发明的光学滤光片的面配置于内侧。此处的内侧是指接近如下记载的固态图像传感器的侧。
接着,IR截止滤光片也被称为红外线截止滤光片,是截止近红外区域的波长的用于颜色校正的滤光片。IR截止滤光片用于互补式金属氧化膜半导体(CMOS)、电荷耦合元件(CCD)等固态图像传感器的颜色校正,具有多种方式。例如优选使用含有Cu2+离子的磷酸类玻璃、氟磷酸类玻璃,其为吸收波长约700nm以上的波长的光的玻璃材料。磷酸类玻璃以P5+作为阳离子的主要成分,可以含有碱金属离子(Li+、Na+、K+)、碱土金属离子(Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+)、Al3+、Zn2+等,阴离子的主要成分为O2-。另外,除了上述阴离子以外,氟磷酸类玻璃还含有F-。磷酸类玻璃、氟磷酸类玻璃中含有的离子不一定限定于上述离子,也可以含有其它离子种类。
作为其它方式,存在有使用电介质多层膜的方式,可以使用透射可见光而反射红外光的电介质多层膜。电介质多层膜被设计成波长约700nm以上的红外光的反射率高且截止红外光。电介质多层膜形成于玻璃等在可见区域中透明的基板上。另外,作为其它方式,存在组合上述电介质多层膜和色素的方式。电介质多层膜通常设计成截止波长约700nm以上的红外光,但光的入射角相对于电介质多层膜从垂直向倾斜偏移时,电介质多层膜的截止波长向短波长偏移。将光从垂直入射的角度设定为入射角度零时,入射角度小的情况下在波长约700nm下的反射率高,另一方面,光从倾斜入射且其入射角度大的情况下反射率降低。即,存在反射率因入射角度而发生变动的问题。为了改善该问题,组合使用入射角度依赖性小的材料、即吸收材料。作为这种吸收材料,优选在700nm附近具有吸收的色素,优选与电介质多层膜组合使用含有色素的树脂。电介质多层膜可以通过成膜于树脂上而形成,另外,也可以通过成膜于玻璃等在可见区域中透明的基板上而形成。后者的情况下,在与形成有电介质多层膜的面的相反侧的面上形成树脂。需要说明的是,对于与电介质多层膜组合的吸收材料,除色素以外,也可以是上述含有Cu2+离子的磷酸类玻璃、氟磷酸类玻璃。此外,也可以在IR截止滤光片中组合使用反射紫外光的电介质多层膜、透射可见光的防反射膜。
作为透镜,优选使用玻璃透镜、塑料透镜。通常,照相机模块中使用多个凸透镜、凹透镜,可以在照相机模块中的任意透镜上层积本光学元件。例如,可以将透镜的凸部视为后述的本光学元件中的透明树脂,可在该凸部上层积吸收材料。另外,也可以在平凸透镜、平凹透镜的平面侧层积本发明的吸收材料部和透明树脂而使用。
另外,可以在透镜上层积防反射膜,也可以在将本光学元件层积于透镜上后,在本光学元件上层积防反射膜,另外,还可以在未层积本光学元件的面上层积防反射膜,另外,进一步还可以在本光学元件上和未层积本光学元件的面这二者上均层积防反射膜。
(吸收材料部)
本发明的吸收材料部是在(B)透明树脂中含有(A)吸收材料而成的。
(A)吸收材料
作为吸收材料,可以使用蒽醌类、酞菁类、苯并咪唑酮类、喹吖啶酮类、偶氮螯合物类、偶氮类、异吲哚酮类、皮蒽酮类、靛蒽醌类、蒽素嘧啶类、二溴蒽缔蒽酮类、黄蒽酮类、二萘嵌苯类、芘酮类、喹酞酮类、硫靛蓝类、二噁嗪类、苯胺黑、尼格罗黑等有机色素或有机颜料;使用金、银、铜、锡、镍、钯、它们的合金的金属纳米粒子;进而硫酸钡,锌华,硫酸铅,铬黄,氧化铁红,佛青,普鲁士蓝,氧化铬,铁黑,铅丹,硫化锌,镉黄,镉红,锌,锰紫,钴,磁铁矿,炭黑,碳纳米管,石墨烯,钛黑,由铜、铁、锰构成的复合氧化物等无机颜料。特别是,钛黑由于分散性优良且吸收系数高,因此优选。在添加至后述的透明树脂中进行成形时,可以降低钛黑的添加浓度,因此能够保持低粘度。
钛黑是指以TiNxOy(0≤x<1.5且0.16<y<2)、或(1.0≤x+y<2.0且2x<y)表示的低维钛氧化物化合物,能够容易得到其粒子。用作光学元件的情况下,雾度优选小,因此本发明中使用的钛黑粒子的平均粒径优选为100nm以下,更优选为30nm以下。在此,平均粒径为利用透射电子显微镜(TEM)对有机溶剂中含有的钛黑粒子进行拍摄所得的粒子的一次粒径,是指100个粒子的数均粒径。
本发明中,在使用粒子的情况下,可以使用分散剂,对于钛黑也是同样。分散剂是为了使粒子均匀分散在树脂中而使用。作为分散剂,可以列举高分子分散剂(烷基铵及其盐、具有酸基的共聚物的羟烷基铵盐、含羟基的羧酸酯、含羧酸的共聚物、含酰胺基的共聚物、颜料衍生物、硅烷偶联剂等。另外,分散剂的分子中可以存在与树脂进行相互作用的官能团、聚合性官能团。另外,既可以单独使用它们,也可以组合两种以上使用。
钛黑在树脂中的比例优选为0.3质量%以上、15质量%以下,更优选为从0.5质量%到13质量%。需要说明的是,这对应于在10μm时的OD值为0.2以上、4.0以下。小于0.3质量%时,为了显示出所期望的透射率而需要100μm以上的膜厚,有时非常难以进行成形。另一方面,大于15质量%时,每单位膜厚的透射率减量增大,因此在中心部分需要使残膜几乎为零,难以制作。
除钛黑以外,也可以添加使用其它材料。尤其是炭黑的透射率从700nm向380nm单调减少,显示出与钛黑相反的特性,因此通过组合该两者,能够减小透射率的波长依赖性。
本发明中使用的炭黑没有特别限定,可以使用通过不完全燃烧法、热解法合成的粒子。其中,通过作为不完全燃烧法的一种的槽法炭黑法合成的炭黑由于表面官能团多且容易均匀分散在树脂中,因此可以特别优选使用。
用作光学元件的情况下,雾度优选小,因此本发明中使用的炭黑粒子的平均粒径优选为500nm以下,更优选为200nm以下。在此,平均粒径为利用透射电子显微镜(TEM)对有机溶剂中含有的炭黑粒子进行拍摄所得的粒子的一次粒径,是指100个粒子的数均粒径。
炭黑在树脂中的比例优选为0.3质量%以上、15质量%以下,更优选为从0.5质量%到13质量%。小于0.3质量%时,为了显示出所期望的透射率而需要100μm以上的膜厚,有时非常难以进行成形。另一方面,大于15质量%时,每单位膜厚的透射率减量增大,因此在中心部分需要使残膜几乎为零,难以制作光学元件。
此外,通过控制炭黑和上述钛黑的比例,能够控制后述的透射率的波长依赖性。钛黑与炭黑的质量比例(钛黑的质量/炭黑的质量)优选从0.5到3.0之间,更优选为从0.8到2.0。
关于本发明的光学滤光片,透射率的波长分散优选小。在此,将透射率的波长分散定义为在450nm波长下的透射率与在650nm波长下的透射率之差的绝对值、即|T450-T650|。该透射率的波长分散优选为5%以下,进一步优选为1%以下。例如,在元件内的某一点测定的在450nm波长下的透射率和在650nm波长下的透射率分别为T450=55%、T650=50%时,将透射率的波长分散定为|55%-50%|=5%。在此,将380nm到700nm波长下的透射率的平均值设定为可见光透射率。优选在可见光透射率从40%到80%的区域中,|T450-T650|满足上述条件。
另外,关于本发明的光学滤光片,雾度优选小。可以调节在可见区域具有吸收的材料,以使得在总透光率Tt为10%时的雾度优选为10%以下、更优选为5%以下的方式使用。
(B)透明树脂
作为透明树脂材料,可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃(COP)等热塑性树脂;聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰胺(PA)、聚酰胺酰亚胺(PAI)等热固化性树脂;丙烯酸类、环氧等能量射线固化性树脂。使用热固化性树脂、能量射线固化性树脂的情况下,可以在低聚物、单体等聚合前体化合物(下面也称为聚合性化合物)的阶段添加吸收材料,然后进行固化。这些之中,优选使用能量射线固化性树脂。作为这样的聚合性化合物,只要是通过聚合反应发生固化而形成固化物之类的成分,就可以无特别限制地使用。例如,可以无特别限制地使用自由基聚合型固化性树脂、阳离子聚合型固化性树脂、自由基聚合型固化性化合物(单体)。它们之中,从聚合速度、后述的成形性的观点出发,优选为自由基聚合型固化性化合物(单体)。作为自由基聚合型固化性树脂,可以列举具有(甲基)丙烯酰氧基、(甲基)丙烯酰氨基、(甲基)丙烯酰基、烯丙氧基、烯丙基、乙烯基、乙烯基氧基等具有碳-碳不饱和双键的基团的树脂。
本发明中使用的聚合性化合物没有特别限定,可以例示出乙氧基化邻苯基苯酚丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-(全氟己基)乙酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、三环癸烷(甲基)丙烯酸酯、三环癸烷甲醇(甲基)丙烯酸酯、三环癸烷乙醇(甲基)丙烯酸酯、1-金刚烷基丙烯酸酯、1-金刚烷基甲醇丙烯酸酯、1-金刚烷基乙醇丙烯酸酯、2-甲基-2-金刚烷基丙烯酸酯、2-乙基-2-金刚烷基丙烯酸酯、2-丙基-2-金刚烷基丙烯酸酯等单官能化合物;9,9-双[4-(2-丙烯酰氧基乙氧基)苯基]芴、二(甲基)丙烯酸二乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸1,3-丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸1,4-丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸新戊二醇酯、二(甲基)丙烯酸异冰片酯、三环癸烷二(甲基)丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、三环癸烷二乙醇二(甲基)丙烯酸酯、金刚烷二丙烯酸酯、金刚烷二甲醇二丙烯酸酯等二官能化合物;三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯等三官能化合物;季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯等四官能化合物;二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯等六官能化合物等。聚合性化合物可以包含一种或两种以上。在仅使用单官能化合物的情况下,有时在成形后的脱模时容易引起凝聚破坏,因此优选包含二官能以上的多官能化合物。聚合性化合物组中的多官能化合物优选为1质量%以上、90质量%以下,进一步优选为10质量%以上、80质量%以下。多官能化合物的量小于1质量%的情况下,能够改善凝聚破坏的效果不充分,大于90质量%的情况下,有时聚合后的收缩会成为大问题。
另外,除了上述具有碳-碳不饱和双键的官能团以外,还可以使用环氧基这样的引起开环反应的聚合性化合物。虽然没有特别例示出,但这种情况下也是在仅为单官能化合物时,有时在成形后的脱模时容易引起凝聚破坏,因此优选包含二官能以上的多官能化合物。聚合性化合物组中的多官能化合物优选为1质量%以上、90质量%以下,进一步优选为10质量%以上、80质量%以下。出于减小与层积的构件的折射率差而减弱界面反射、或者调节粘度的目的,这些吸收材料部既可以单独使用,也可以将多种组合使用。
作为丙烯酸类单体中使用的自由基引发剂,能够使用肟酯类引发剂、二茂钛类引发剂、苯乙酮类引发剂、苯偶姻类引发剂、二苯甲酮类引发剂、噻吨酮类引发剂、α-氨基酮类引发剂、α-羟基酮类引发剂等光自由基引发剂;过氧化物、偶氮化合物、氧化还原引发剂等热自由基引发剂。其中,从引发剂的活性的高度出发,优选使用肟酯类引发剂。
自由基引发剂既可以单独使用一种,也可以合用两种以上。相对于聚合性化合物的总量,自由基引发剂的量优选为0.05~5质量%。
本发明中能够适合使用的自由基引发剂的例子为IRGACURE784、IRGACURE OXE-01、IRGACURE OXE-02(均为BASF公司制造)。
另外,还可以根据需要含有各种添加剂。作为添加剂,可以列举抗氧化剂、光稳定剂、表面活性剂、光敏剂、上述聚合性化合物以外的树脂等。作为抗氧化剂,可以列举酚类抗氧化剂、硫类抗氧化剂和磷类抗氧化剂等。作为光稳定剂,可以列举受阻胺类光稳定剂(HALS)等。
作为表面活性剂,可以为阴离子性表面活性剂、阳离子性表面活性剂、两性表面活性剂或者非离子性表面活性剂中的任一种。另外,表面活性剂也可以为含有氟原子的表面活性剂。
本发明中的光固化性吸收材料的调节方法为,向吸收粒子中添加分散剂和有机溶剂,进行分散处理后,添加聚合性化合物、自由基引发剂和根据需要的其它添加剂,利用蒸发而蒸馏除去有机溶剂,由此得到。
作为分散处理方法,可以列举超声波均化器、利用磁力搅拌器的搅拌、利用带叶片的搅拌棒的搅拌、高压乳化装置、湿式粉碎机、砂磨机、球磨机等。
这些分散处理既可以单独进行,也可以将多种分散方法组合而进行多次。
所使用的有机溶剂只要是使用分散剂而使得吸收材料容易分散且聚合性化合物、自由基引发剂和其它添加剂充分溶解的溶剂,就可以无特别限制地使用。作为满足这些条件的溶剂,可以优选使用醇类、酮类、酯类、烷烃类、芳香族类等。作为具体例,可以列举甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、甲乙酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、环己酮等。
有机溶剂可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
粉碎时的浓度没有特别限定,优选为从0.01mg/mL到10mg/mL的范围,更优选为从0.1mg/mL到5mg/mL的范围。这是因为,粉碎时的浓度为低于0.01mg/mL的浓度时,上述蒸发工序变得繁杂,因此不优选,另外,为高于10mg/mL的浓度时,粒子容易部分凝聚而成为导致雾度的原因。
接着,基于图6对本实施方式中的光固化性吸收材料的制造方法进行说明。
首先,向图6(a)所示的吸收材料粉末110中加入分散剂和有机溶剂后照射超声波,然后加入氧化锆珠,进行上述分散处理,由此得到图6(b)所示的吸收材料分散液111。
接着,在图6(b)所示的吸收材料分散液111中加入光固化性丙烯酸酯和自由基引发剂后,除去有机溶剂,从而得到图6(c)所示的光固化性吸收材料112。如此通过加入光固化性丙烯酸酯和自由基引发剂而得到的光固化性吸收材料112可通过照射紫外线而固化。
从成形性优良出发,除去溶剂后光固化性吸收材料112的粘度优选小。具体而言,30℃时的粘度优选为30mPa·s以上、低于5000mPa·s,更优选为50mPa·s以上、低于3500mPa·s。
30℃时的光固化性吸收材料的粘度为5000mPa·s以上时,外部气体的卷入量增大而容易在成形体中卷入气泡,难以得到均匀的成形体。另一方面,30℃时的粘度为小于30mPa·s时,成为液体下垂(ダレ)的原因,难以得到均匀的成形体。
另外,关于本发明的光学滤光片,吸收材料部的折射率优选为1.35以上、1.65以下。在此,折射率的波长为589nm。吸收材料部的折射率与透明材料部的折射率大致相等,通常的透明材料的折射率大多为1.35以上、1.65以下,因此吸收材料部的折射率优选处于上述范围。
(透明材料部)
接着,对本发明的透明材料部进行说明。透明材料部中所使用的透明树脂可以使用吸收材料部中记载的透明树脂。其中,优选使用能量射线固化性树脂。另外,出于调节折射率的目的,可以含有在可见波长区中透明的无机氧化物材料的纳米粒子。作为这样的材料,可以列举Al2O3、SiO2、GeO2、SnO2、Y2O3、La2O3、CeO2、TiO2、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5等。
另外,为了降低温度变化所导致的光学滤光片的翘曲,优选形成吸收材料部和透明材料部的构件的线性膨胀率大致一致。线性膨胀率之差的绝对值优选为50ppm/K以下,进一步优选为10ppm/K以下。可以根据吸收材料部来合适地调节透明材料部。
(光学滤光片的制造方法)
接着,基于图7对本实施方式中的光学滤光片的制造方法进行说明。
如图7(a)所示,准备由石英形成的石英模具120。该石英模具120在中央部分形成有凸部,在凸部的周围形成有凹部。需要说明的是,本实施例中使用石英制的模具,但可以考虑模具的成形性、脱模性等而使用由最佳材料制造的模具。
接着,如图7(b)所示,在石英模具120中滴加规定量的如图6(c)所示的光固化性吸收材料112。
接着,如图7(c)所示,在滴加的光固化性吸收材料112之上覆盖树脂膜130,利用紫外线照射装置照射紫外线,由此使光固化性吸收材料112固化从而形成吸收材料部10。
接着,如图7(d)所示,将固化后的吸收材料部10从石英模具120脱模。由此,形成与石英模具120的形状相对应的形状的吸收材料部10。需要说明的是,也可以在照射紫外线后或脱模后进行加热处理。
接着,如图7(e)所示,在吸收材料部10的凹状的部分滴加透射光的透明的紫外线固化树脂材料,覆盖树脂膜131,利用紫外线照射装置照射紫外线,由此使紫外线固化树脂材料固化而形成透明材料部20。需要说明的是,紫外线固化树脂材料调节成使得由紫外线固化树脂材料形成的透明材料部20的折射率与吸收材料部10的折射率大致相等。此外,吸收材料部10与透明材料部20的折射率的温度变化率优选大致相等,以使得不会因温度变动而产生吸收材料部10与透明材料部20的折射率差。
由此,能够制作本实施方式中的光学滤光片。
需要说明的是,上述制造方法中,在凸部上制作出光固化性吸收材料,从模具脱模后,在形成凹部的吸收材料上填充透明的光固化性材料,但也可以颠倒成形顺序。即,首先在具有凹状的部分的模具中填充透明材料,覆盖树脂膜后,利用紫外线照射使透明材料固化。接着,将透明材料从模具脱模后,将光固化性吸收材料滴落于上述透明材料的凸状的部分。覆盖树脂膜后,同样地利用紫外线照射使吸收材料固化。
另外,本实施方式中的光学滤光片可以除去图7(e)所示的两个树脂膜中任一个。图4(a)是除去树脂膜131后的示例,并在树脂膜130上层积有吸收材料部10。图4(b)是除去树脂膜130后的示例,并在树脂膜131上层积有透明材料部20。进一步,也可以除去图7(e)所示的树脂膜130和树脂膜131两者,如图4(c)所示由吸收材料部10和透明材料部20构成。
作为树脂膜,可以使用作为透明树脂材料说明的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃(COP)等热塑性树脂,聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰胺(PA)、聚酰胺酰亚胺(PAI)等热固化性树脂。
本发明中,作为以物理方式施加膜厚渐变的方法,除上述制造方法以外,可以通过下述制造方法进行成形。
使上述吸收粒子、分散剂、聚合性化合物、自由基引发剂溶解分散于有机溶剂中,然后将溶液涂敷于图案化成凸状的模具上。接着利用加热或减压蒸馏除去上述有机溶剂,最后使聚合性化合物固化,由此能够将吸收材料成形为任意形状。作为涂敷方法,可以列举旋涂法、浸涂法、喷涂法、柔版印刷法、丝网印刷法、凹版印刷法、辊涂法、弯液面涂敷法、模涂法等。聚合性化合物的固化既可以为光固化也可以为热固化,可以使用选自上述自由基引发剂中的任意的引发剂。固化时,为了防止氧所导致的聚合阻碍,优选根据需要利用减压或惰性气体进行除氧。
另外,可以在将吸收材料均匀分散于热塑性树脂和溶剂中后,将该混合溶液流入至图案化成凸状的模具中。此时,也可以使用热固化性树脂的前体代替热固化性树脂。涂敷于模具后,经涂布、干燥工艺,从而能够制作出所期望的成形体。
另外,将吸收材料和热塑性树脂均匀分散后,可以通过注射成形来制作。利用注射注入将加热熔融后的树脂组合物成形于模具内,然后进行冷却,由此能够制作出所期望的成形体。
此外,作为其它方法,可以通过将吸收材料和热塑性树脂均匀分散后,使用加热模具进行压制成形来制作。加热至热塑性树脂的玻璃化转变温度以上,由此树脂组合物的粘度降低,易于成形。
需要说明的是,上述均是对吸收材料部的成形方法进行说明,但对于透明材料部也是同样,可以合适地选择。
以上,对吸收材料或透明材料赋予膜厚分布,然后使用另一种材料进行填充,由此能够制造本发明中的光学元件。
本实施方式中的光学滤光片能够层积于照相机模块中所构成的其它光学元件上而使用。例如,能够层积于保护玻璃、透镜单元、IR截止滤光片等等。另外,也可以仅层积于玻璃上,这种情况下,能够提供操作处理优良的光学滤光片。此外,也可以层积于ND滤光片。需要说明的是,图3中,通过将D1m设定为达到所期望的OD值,能够提供同时具有ND滤光片的功能的光学元件。
实施例
接着,对关于形成光学滤光片的吸收材料部10的实施例进行说明。具体而言,制作出由能够形成吸收材料部的材料形成吸收材料膜的实施例1~6和比较例1~4中的试样。制作的试样其制作条件等不同,针对这些制作出的实施例1~6和比较例1~4中的试样,进行OD值、雾度值、折射率、粘度的测定。
制作试样时,作为黑色材料粉末,使用两种钛黑(TB-1、TB-2)。具体而言,制作实施例1~6中的试样时使用钛黑(TB-1),制作比较例1~4中的试样时使用钛黑(TB-2)。需要说明的是,钛黑(TB-1)为钛黑(微粒制品)(三菱综合材料公司制造),比表面积为79m2/g,平均粒径约为19nm。另外,钛黑(TB-2)为钛黑12S(三菱综合材料公司制造),比表面积为22m2/g,平均粒径约为68nm。
另外,分散剂使用DisperBYK2164(毕克化学日本公司制造)。另外,光固化性丙烯酸酯使用选自A-DCP(三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯:新中村化学工业公司制造)、FA-513AS(丙烯酸二环戊酯:日立化成工业公司制造)、OGSOL EA-F5003(芴类二丙烯酸酯:大阪瓦斯化学工业公司制造)、C6FMA(甲基丙烯酸2-(全氟己基)乙酯:旭硝子公司制造)的一种或两种以上。另外,自由基引发剂使用Irgacure OXE-02(BASF公司制造)。
需要说明的是,OD值是利用分光光度计(日立高新技术公司制造:U3310)对制作出的试样的透射率测定波长为600nm下的透射率T600,由此基于下述数学式2中所示的公式算出OD值。另外,该OD值是厚度为10μm时的值,是按照实施例1~6和比较例1~4中的试样的厚度为10μm的方式制作测定的。
[数学式2]
OD=-log(T600/100)
雾度值是使用全自动雾度计(东京电色公司制造:TC-HIIIDPK/III)对制作的试样进行测定的。需要说明的是,雾度值是由下述数学式3中所示的公式得到的值。另外,Tt为总透光率,Td为扩散透射率。
[数学式3]
雾度值(%)=(Td/Tt)×100
如数学式3所示,雾度值是依赖于总透光率Tt的值。具体而言,总透光率Tt为0.1%的情况下,如果雾度值为10%,则扩散透射率Td为0.01%。另外,总透光率Tt为10%的情况下,如果雾度值为10%,则扩散透射率Td为1%。需要说明的是,所制作的试样是以调节膜厚使得总透光率Tt为10%而制作的,所得的雾度值是总透光率Tt为10%的情况下、即OD值为1情况下的雾度值。
折射率为如下测定值:将制作的试样的一侧表面的玻璃去除,使吸收材料膜露出,然后利用椭圆偏振计(日本分光公司制造:M-220)对露出的吸收材料膜中的折射率进行测定所得的值。需要说明的是,测定时所使用的光是波长为589nm的光。
粘度是使用锥板型数字粘度计(Brookfield制:DVIII-ultra)在30℃温度的环境下对制作试样时所使用的照射紫外线前的状态的光固化性吸收材料的粘度进行测定而得。
(实施例1)
对实施例1进行说明。本实施例中,首先,如表1所示,在玻璃制小瓶中称量作为黑色材料粉末的钛黑(TB-1)24mg、分散剂(DisperBYK2164)24mg、乙酸甲酯:24ml,进行15分钟超声波照射,然后进一步加入70g直径为0.5mm的氧化锆珠,使用球磨机进行3小时粉碎处理,由此得到成为吸收材料分散液111的吸收材料分散液A1。
[表1]
黑色材料粉末(TB-1) | 24mg |
分散剂 | 24mg |
乙酸甲酯 | 24ml |
接着,在所得到的吸收材料分散液A1中加入120mg的A-DCP、180mg的FA-513AS、9mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到成为光固化性吸收材料112的光固化性吸收材料B1。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B1中钛黑的组成比为6.9质量%。
接着,在加热下将所得到的光固化性吸收材料B1夹入在间隙被合适地调节为1~30μm的两片玻璃基板之间,使用紫外线照射装置(哈利盛东芝照明公司制造的Toscure751),以100mW/cm2的照度在40℃下照射5分钟紫外线。进一步,在135℃的温度下进行1小时热处理,由此制作实施例1中的试样。
(实施例2)
接着,对实施例2进行说明。本实施例中,使用实施例1中得到的吸收材料分散液A1,加入1000mg的A-DCP、1500mg的FA-513AS、75mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到成为光固化性吸收材料112的光固化性吸收材料B2。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B2中钛黑的组成比为0.94质量%。
接着,在加热下将所得到的光固化性吸收材料B2夹入在间隙被合适地调节为1~30μm的两片玻璃基板之间,使用紫外线照射装置(哈利盛东芝照明公司制造的Toscure751),以100mW/cm2的照度在40℃下照射5分钟紫外线。进一步,在135℃的温度下进行1小时热处理,由此制作实施例2中的试样。
(实施例3)
接着,对实施例3进行说明。本实施例中,使用实施例1中得到的吸收材料分散液A1,加入180mg的A-DCP、270mg的FA-513AS、13.5mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到成为光固化性吸收材料112的光固化性吸收材料B3。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B3中钛黑的组成比为4.8质量%。
接着,在加热下将所得到的光固化性吸收材料B3夹入在间隙被合适地调节为1~30μm的两片玻璃基板之间,使用紫外线照射装置(哈利盛东芝照明公司制造的Toscure751),以100mW/cm2的照度在40℃下照射5分钟紫外线。进一步,在135℃的温度下进行1小时热处理,由此制作实施例3中的试样。
(实施例4)
接着,对实施例4进行说明。本实施例中,使用实施例1中得到的吸收材料分散液A1,加入67mg的A-DCP、100mg的FA-513AS、5mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到成为光固化性吸收材料112的光固化性吸收材料B4。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B4中钛黑的组成比为11.1质量%。
接着,在加热下将所得到的光固化性吸收材料B4夹入在间隙被合适地调节为1~30μm的两片玻璃基板之间,使用紫外线照射装置(哈利盛东芝照明公司制造的Toscure751),以100mW/cm2的照度在40℃下照射5分钟紫外线。进一步,在135℃的温度下进行1小时热处理,由此制作实施例4中的试样。
(实施例5)
接着,对实施例5进行说明。本实施例中,使用实施例1中得到的吸收材料分散液A1,加入450mg的OGSOL EA-F5003、13.5mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到成为光固化性吸收材料112的光固化性吸收材料B5。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B5中钛黑的组成比为4.8质量%。
接着,在加热下将所得到的光固化性吸收材料B5夹入在间隙被合适地调节为1~30μm的两片玻璃基板之间,使用紫外线照射装置(哈利盛东芝照明公司制造的Toscure751),以100mW/cm2的照度在40℃下照射5分钟紫外线。进一步,在135℃的温度下进行1小时热处理,由此制作实施例5中的试样。
(实施例6)
接着,对实施例6进行说明。本实施例中,使用实施例1中得到的吸收材料分散液A1,加入450mg的C6FMA、13.5mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到成为光固化性吸收材料112的光固化性吸收材料B6。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B6中钛黑的组成比为4.8质量%。
接着,在加热下将所得到的光固化性吸收材料B6夹入在间隙被合适地调节为1~30μm的两片玻璃基板之间,使用紫外线照射装置(哈利盛东芝照明公司制造的Toscure751),以100mW/cm2的照度在40℃下照射5分钟紫外线。进一步,在135℃的温度下进行1小时热处理,由此制作实施例6中的试样。
(比较例1)
对比较例1进行说明。本比较例中,首先,如表2所示,在玻璃制小瓶中称量作为黑色材料粉末的钛黑(TB-2)24mg、分散剂(DisperBYK2164)24mg、乙酸甲酯24ml,进行15分钟超声波照射,然后进一步加入70g直径为0.5mm的氧化锆珠,使用球磨机进行3小时粉碎处理,由此得到吸收材料分散液A2。
[表2]
黑色材料粉末(TB-2) | 24mg |
分散剂 | 24mg |
乙酸甲酯 | 24ml |
接着,在所得到的吸收材料分散液A2中,加入4700mg的A-DCP、7050mg的FA-513AS、350mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到光固化性吸收材料B7。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B7中钛黑的组成比为0.2质量%。
接着,在加热下将所得到的光固化性吸收材料B7夹入在间隙被合适地调节为1~30μm的两片玻璃基板之间,使用紫外线照射装置(哈利盛东芝照明公司制造的Toscure751),以100mW/cm2的照度在40℃下照射5分钟紫外线。进一步,在135℃的温度下进行1小时热处理,由此制作比较例1中的试样。
(比较例2)
接着,对比较例2进行说明。本比较例中,使用比较例1中得到的吸收材料分散液A2,加入28mg的A-DCP、42mg的FA-513AS、2mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到光固化性吸收材料B8。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B8中钛黑的组成比为20质量%。
接着,在加热下将所得到的光固化性吸收材料B8夹入在间隙被合适地调节为1~30μm的两片玻璃基板之间,使用紫外线照射装置(哈利盛东芝照明公司制造的Toscure751),以100mW/cm2的照度在40℃下照射5分钟紫外线。进一步,在135℃的温度下进行1小时热处理,由此制作比较例2中的试样。
(比较例3)
接着,对比较例3进行说明。本比较例中,使用比较例1中得到的吸收材料分散液A2,加入300mg的A-DCP、450mg的FA-513AS、13.5mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到光固化性吸收材料B9。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B9中钛黑的组成比为3.0质量%。
接着,在加热下将所得到的光固化性吸收材料B9夹入在间隙被合适地调节为1~30μm的两片玻璃基板之间,使用紫外线照射装置(哈利盛东芝照明公司制造的Toscure751),以100mW/cm2的照度在40℃下照射5分钟紫外线。进一步,在135℃的温度下进行1小时热处理,由此制作比较例3中的试样。
(比较例4)
接着,对比较例4进行说明。本比较例中,使用比较例1中得到的吸收材料分散液A2,加入180mg的A-DCP、270mg的FA-513AS、13.5mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到光固化性吸收材料B10。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B10中钛黑的组成比为4.8质量%。
接着,在加热下将所得到的光固化性吸收材料B10夹入在间隙被合适地调节为1~30μm的两片玻璃基板之间,使用紫外线照射装置(哈利盛东芝照明公司制造的Toscure751),以100mW/cm2的照度在40℃下照射5分钟紫外线。进一步,在135℃的温度下进行1小时热处理,由此制作比较例4中的试样。
(实施例1~6的试样和比较例1~4的试样的评价)
接着,对实施例1~6的试样和比较例1~4的试样的评价进行说明。具体而言,将针对实施例1~6的试样和比较例1~4的试样进行OD值、雾度值、折射率、粘度的测定的结果示于表3中。需要说明的是,如上所述,粘度表示制作实施例1~6的试样和比较例1~4的试样时使用的照射紫外线前的状态的光固化性吸收材料B1~B10的粘度。
[表3]
如表3所示,实施例1中的试样的OD值为1.5、雾度值为3.2%、折射率为1.54、粘度为220mPa·s。另外,实施例2中的试样的OD值为0.28、雾度值为3.1%、折射率为1.51、粘度为190mPa·s。另外,实施例3中的试样的OD值为1.02、雾度值为3.4%、折射率为1.52、粘度为200mPa·s。另外,实施例4中的试样的OD值为2.44、雾度值为3.8%、折射率为1.57、粘度为340mPa·s。另外,实施例5中的试样的OD值为1.01、雾度值为3.2%、折射率为1.61、粘度为3500mPa·s。另外,实施例6中的试样的OD值为1.00、雾度值为3.8%、折射率为1.39、粘度为80mPa·s。另外,比较例1中的试样的OD值为0.05、雾度值为3.8%、折射率为1.51、粘度为180mPa·s。另外,比较例2中的试样的OD值为5.0、雾度值为4.8%、折射率为1.60、粘度为450mPa·s。另外,比较例3中的试样的OD值为0.51、雾度值为37%。另外,比较例4中的试样的OD值为1.29、雾度值为42%。
基于实施例1~6的测定结果,通过形成吸收材料部以使得厚度为10μm时的OD值为0.2以上、2.5以下,雾度值为10%以下,由此能够形成光学特性良好的光学滤光片。进一步,吸收材料部优选在波长为589nm的光中的折射率为1.35以上、1.65以下。另外,形成吸收材料部时所使用的照射紫外线前的状态的光固化性吸收材料的粘度在30℃下为50mPa·s以上、3500mPa·s以下,因此粘度低,在利用压印工艺等形成光学滤光片中的吸收材料部的情况下优选。
(实施例7)
接着,对实施例7进行说明。本实施例为光学滤光片,基于图7对该光学滤光片的制造方法进行说明。
首先,如图7(a)所示,准备由石英形成的石英模具120。该石英模具120在中央部分形成有凸部,在凸部的周围形成有凹部。对于凸部的表面的曲面而言,将自中心的半径方向的长度设定为r、将面的位置设定为Z(r)时,将所述曲面形成为使得满足Z(r)=A×r2(A为系数)。需要说明的是,该凸部的高度为30μm,形成凹部的区域的直径为3mm。
接着,如图7(b)所示,在石英模具120中滴加0.7mg实施例3中得到的光固化性吸收材料B3。
接着,如图7(c)所示,在滴加的光固化性吸收材料B3之上覆盖厚度约为188μm的由环烯烃膜(日本瑞翁公司制造:ZF-14,杨氏模量参考值为2.2GPa)形成的树脂膜130,利用作为紫外线照射装置的光纤型UV曝光机(滨松光子学公司制造:点光源(スポット光)LC6),照射300mW/cm2的UV光100秒,由此使光固化性吸收材料B3固化而形成吸收材料部10。关于光固化性吸收材料B3,在30℃到80℃的范围中折射率的温度变化率dn/dT为-216ppm/K。
接着,如图7(d)所示,将固化后的吸收材料部10从石英模具120剥离,在135℃的温度下进行1小时的热处理。
接着,如图7(e)所示,在吸收材料部10的凹状的部分中滴加如表4所示的混合有32份A-DCP、65份FA-513AS、3份Irgacure OXE-02的透射光的透明的紫外线固化树脂材料0.5mg,覆盖厚度约为188μm的由环烯烃膜(日本瑞翁公司制造:ZF-14)形成的树脂膜131,利用作为紫外线照射装置的光纤型UV曝光机(滨松光子学公司制造:点光源LC6)照射300mW/cm2的UV光100秒,由此使紫外线固化树脂材料固化而形成透明材料部20。此时,透明材料部20的589nm下的折射率为1.53。关于该透明材料部20,在30℃到80℃的范围中折射率的温度变化率dn/dT为-181ppm/K。吸收材料部10与透明材料部20的折射率的温度变化率的绝对值之差为35ppm/K,即使周围的温度发生变化也不会发挥减光以外的光学性作用,因此能够适合用作变迹滤光片。
[表4]
A-DCP | 32份 |
FA-513AS | 65份 |
Irgacure OXE-02 | 3份 |
根据以上工序,制作了本实施例中的光学滤光片。将本实施例中的光学滤光片设置于激光的光斑位置,利用透镜等进行聚焦以使得光斑直径为50μm并照射激光,利用激光测量装置测定透射光学滤光片的光的强度。具体而言,照射波长为633nm的激光,利用自动载台使本实施例中的光学滤光片移动,由此测定本实施例中的光学滤光片的透射率分布。其结果为,本实施例中的光学滤光片的中心部分的透射率为89%,另外,如图8所示,本实施例中的光学滤光片的透射率相对于距中心部分的距离而单调减少。
(实施例8)
对实施例8进行说明。本实施例中,如表5所示,在玻璃制小瓶中称量作为黑色材料粉末的钛黑(TB-1)112mg、炭黑(FW200,DEGUSSA公司制造)85mg、分散剂(DisperBYK2164)107mg、作为溶剂的乙酸甲酯200ml,进行15分钟超声波照射,然后进一步加入400g直径为0.5mm的氧化锆珠,使用球磨机进行3小时粉碎处理,由此得到成为吸收材料分散液111的吸收材料分散液A3。
[表5]
黑色材料粉末(TB-1) | 112mg |
黑色材料粉末(CB-1) | 85mg |
分散剂 | 107mg |
乙酸甲酯 | 200ml |
接着,在所得到的吸收材料分散液A3中,加入1.59g的A-DCP、2.38g的FA-513AS、120mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到成为光固化性吸收材料112的光固化性吸收材料B11。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B11中,钛黑的组成比为2.5质量%,炭黑的组成比为1.9质量%。
接着,在加热下将所得到的光固化性吸收材料B11夹入在间隙被合适地调节为1~30μm的两片玻璃基板之间,使用紫外线照射装置(哈利盛东芝照明公司制造的Toscure751),以100mW/cm2的照度在40℃下照射5分钟紫外线。进一步,在135℃的温度下进行1小时热处理,由此制作实施例8中的试样。
(实施例9)
对实施例9进行说明。使用实施例8中所示的吸收材料分散液A3,加入0.86g的A-DCP、1.29g的FA-513AS、65mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到成为光固化性吸收材料112的光固化性吸收材料B12。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B12中,钛黑的组成比为4.4质量%,炭黑的组成比为3.3质量%。接着,通过实施例7中所示的方法,制作实施例9中的试样。
(实施例10)
对实施例10进行说明。使用实施例7中所示的吸收材料分散液A3,加入7.6g的A-DCP、11.4g的FA-513AS、950mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到成为光固化性吸收材料112的光固化性吸收材料B13。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B13中,钛黑的组成比为0.55质量%,炭黑的组成比为0.42质量%。接着,通过实施例7中所示的方法,制作实施例10中的试样。
(实施例11)
对实施例11进行说明。使用实施例7中所示的吸收材料分散液A3,加入0.5g的A-DCP、0.76g的FA-513AS、64mg的Irgacure OXE-02,然后使用蒸发器蒸馏除去乙酸甲酯,从而得到成为光固化性吸收材料112的光固化性吸收材料B14。需要说明的是,在该光固化性吸收材料B14中,钛黑的组成比为6.8质量%,炭黑的组成比为5.2质量%。接着,通过实施例7中所示的方法,制作实施例11中的试样。
[表6]
(实施例8~11的试样的评价)
接着,对实施例的试样8~11的试样的评价进行说明。具体而言,将针对实施例8~11的试样进行OD值、雾度值、折射率、粘度的测定的结果示于表6中。需要说明的是,如上所述,粘度表示制作实施例8~11的试样时使用的照射紫外线前的状态的光固化性吸收材料B11~B14的粘度。
如表6所示,实施例8中的试样的OD值为1.37、雾度值为2.8%、折射率为1.52、粘度为50mPa·s。另外,实施例9中的试样的OD值为2.44、雾度值为2.9%、折射率为1.53、粘度为110mPa·s。另外,实施例10中的试样的OD值为0.30、雾度值为3.2%、折射率为1.51、粘度为35mPa·s。另外,实施例11中的试样的OD值为3.80、雾度值为3.0%、折射率为1.57、粘度为230mPa·s。
基于实施例8~11的测定结果,通过形成吸收材料部以使得厚度为10μm时的OD值为0.2以上、4.0以下,且雾度值为10%以下,由此能够形成光学特性良好的光学滤光片。进一步,吸收材料部优选在波长为589nm的光中的折射率为1.35以上、1.65以下。另外,形成吸收材料部时所使用的照射紫外线前的状态的光固化性吸收材料的粘度在30℃下为50mPa·s以上、3500mPa·s以下,因此粘度低,在利用压印工艺等形成光学滤光片中的吸收材料部的情况下优选。
(实施例12)
接着,对实施例12进行说明。本实施例为光学滤光片,除了将实施例7中的B3替换为B11以外以同样的方法制作,得到光学滤光片。
将实施例12中得到的光学滤光片设置于激光的光斑位置,利用透镜等进行聚焦以使得光斑直径为50μm、并照射激光,利用激光测量装置测定透射光学滤光片的光的强度。具体而言,照射波长为633nm的激光,利用自动载台使本实施例中的光学滤光片移动,由此测定本实施例中的光学滤光片的透射率分布。其结果是,本实施例中的光学滤光片的中心部分的透射率为91%,吸收材料的膜厚为0.02μm。另外,与图8同样,本实施例中的光学滤光片的透射率相对于距中心部分的距离而单调减少。
接着,测定实施例12中得到的光学滤光片的中心部、中间部、端部的分光光谱,即光的波长与透射率的关系。将测定结果分别示于图9中。9A是可见光透射率约为88.0%的中心部、9B是可见光透射率约为58.7%的中间部、9C是可见光透射率约为38.6%的中间部、9D是可见光透射率约为0.1%的端部。
在9A中所示的可见光透射率约为88.0%的中心部,波长450nm下的透射率T450约为87.2%,波长650nm下的透射率T650约为90.0%,|T450-T650|约为1.8%。另外,在9B中所示的可见光透射率约为58.7%的中间部,T450约为57.5%,T650约为60.0%,|T450-T650|约为2.5%。另外,在9C中所示的可见光透射率约为38.6%的中间部,T450约为37.3%,T650约为40.0%,|T450-T650|约为2.7%。另外,在9D中所示的可见光透射率约为0.1%的端部,T450约为0.1%,T650约为0.1%,|T450-T650|约为0.0%。由此,实施例12中得到的光学滤光片的吸收的波长依赖性低,能够适合用作变迹滤光片。
接着,利用富士胶片公司制造的激光干涉仪R10对实施例12中得到的光学滤光片的透射波前像差进行测定,结果是以PV(峰谷,peak to valley)值计为0.7λ,元件的有效直径内的膜厚的最大值与最小值之差Δd为860nm。需要说明的是,测定波长为650nm、测定直径为2.5mm。
由此,光学滤光片中的面内的膜厚差Δd小,并且光程长度差PV也小,不会产生非期望的光学作用,因此能够适合用作变迹滤光片。
(实施例13)
接着,对实施例13进行说明。实施例13是在具有IR截止功能的玻璃上层积变迹滤光片而成的。
首先,在氟磷酸类玻璃(旭硝子公司制造的NF50T)的单面上形成包含SiO2和TiO2的电介质多层膜,从而制作具有紫外线和红外线截止功能的玻璃。
接着,在实施例7中使用的石英模具120中滴加实施例8中得到的光固化性吸收材料B110.7mg,进一步,将上述玻璃的未层积电介质多层膜的面覆盖其上,利用作为紫外线照射装置的光纤型UV曝光机(滨松光子学公司制造:点光源LC6),照射300mW/cm2的UV光100秒,由此使光固化性吸收材料B11固化从而形成吸收材料部10。
接着,将固化后的吸收材料部10从石英模具120剥离,在135℃的温度下进行1小时的热处理。
接着,在吸收材料部10的凹状的部分滴加表4所示的透射光的透明的紫外线固化树脂材料0.5mg,覆盖实施脱模处理后的玻璃。接着,照射300mW/cm2的UV光100秒,由此使紫外线固化树脂材料固化从而形成透明材料部20。最后,将玻璃脱模,从而得到了具有IR截止功能的变迹滤光片。
接着,对所得到的变迹滤光片的中心部、中间部、端部的分光光谱进行测定。将其结果示于图10中。需要说明的是,图10中,10A表示变迹滤光片的中心部的分光光谱,10B和10C表示中间部的分光光谱。如图10所示,可知实施例13中的光学元件具有紫外线和红外线截止功能,其是在可见光中以变迹滤光片的方式发挥功能的光学元件。
以上,对实施方式进行了详细描述,但并不限定于特定的实施方式,在权利要求书所记载的范围内,可以进行各种变形和变更。
本国际申请要求基于2012年4月26日提交的日本专利申请2012-101834号的优先权和基于2013年2月28日提交的日本专利申请2013-038498号的优先权,将该日本专利申请2012-101834号和日本专利申请2013-038498号的全部内容援引入本国际申请中。
[符号的说明]
10 吸收材料部
20 透明材料部
30 防反射膜
110 黑色材料粉末
111 吸收材料分散液
112 光固化性吸收材料
120 石英模具
130 树脂膜
131 树脂膜
Claims (21)
1.一种光学元件,其是光的透射率从中心部分向周边部分单调减少的光学元件,其特征在于,
该光学元件具有:
吸收材料部,其由吸收一部分光的材料形成且厚度从中心部分向周边部分单调增加;和
透明材料部,其由透射光的材料形成且层积于所述吸收材料部,
所述吸收材料部和所述透明材料部合在一起的厚度大致恒定,
所述吸收材料部包含平均粒径100nm以下的钛黑,且所述吸收材料部在厚度为10μm时的OD值为0.2以上且4.0以下,且
其中所述钛黑是指以TiNxOy表示的低维钛氧化物化合物,其中0≤x<1.5且0.16<y<2,或者1.0≤x+y<2.0且2x<y。
2.如权利要求1所述的光学元件,其特征在于,
所述吸收材料部的透射率从中心部分向周边部分呈高斯分布。
3.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
所述吸收材料部的折射率与所述透明材料部的折射率大致相等。
4.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
所述吸收材料部的中心部分的厚度为0.5μm以下。
5.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
所述吸收材料部的折射率温度系数与所述透明材料部的折射率温度系数大致相等。
6.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
所述吸收材料部在OD值为1时的雾度值为10%以下。
7.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
所述吸收材料部在波长为589nm的光中的折射率为1.35以上且1.65以下。
8.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
在波长为380nm到700nm下的透射率的平均值为40%到80%的区域中,在将波长450nm和650nm下的透射率分别设定为T450和T650的情况下,满足
|T450-T650|≤5%。
9.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
所述吸收材料部和所述透明材料部的有效区域内的膜厚的最大值与最小值的差为1μm以下。
10.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
所述吸收材料部还包含平均粒径500nm以下的炭黑。
11.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
所述吸收材料部和所述透明材料部层积于基材上,所述基材为树脂膜或玻璃。
12.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
所述吸收材料部和所述透明材料部层积于保护玻璃。
13.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
所述光为可见光。
14.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
在所述光学元件的一侧或两侧的面上形成有防反射膜,所述防反射膜降低波长为430nm到630nm下的光的反射。
15.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
在所述光学元件的有效区域内,波长650nm下的光程长度差的最大值与最小值的差为波长以下。
16.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
形成所述吸收材料部时所使用的光固化性吸收材料的粘度在30℃时为50mPa·s以上且3500mPa·s以下。
17.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
所述吸收材料部和所述透明材料部层积于IR截止滤光片。
18.如权利要求17所述的光学元件,其特征在于,
所述IR截止滤光片中使用有磷酸玻璃或氟磷酸玻璃。
19.如权利要求17所述的光学元件,其特征在于,
所述IR截止滤光片中使用有色素。
20.如权利要求17所述的光学元件,其特征在于,
所述IR截止滤光片中使用有电介质多层膜。
21.如权利要求1或2所述的光学元件,其特征在于,
所述吸收材料部层积于透镜。
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