DE102013022162A1 - Optical filter - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Filtern, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Filters, sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Filters.The present invention relates to an optical filter, a method for producing an optical filter, and the use of the filter according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Filtern, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Filters, sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Filters.The present invention relates to an optical filter, a method for producing an optical filter, and the use of the filter according to the invention.

Die meisten verfügbaren Filter und Filtersysteme, welche im Bereich Kameras, Mobiltelefone, o. a. WLP(wafer-level packaging)-basierte Elektronik eingesetzt werden, basieren auf anorganischen Systemen. Ziel solcher Systeme ist i. d. R. die Realisierung einer spezifikations-genauen Transmissionskurve, bspw. eine steile Kante im Bereich von 650 nm. Häufig kommt sogenanntes Blauglas zum Einsatz, d. h. ein optisches Glas, beispielsweise ein Fluorphosphatglas, welchem färbende Glasbestandteile wie beispielsweise CuO zugesetzt wurden. Ferner werden Schichten, welche anorganische Bestandteile enthalten, oder Mehrfachschichtsysteme verwendet. Bei der Verwendung von Blauglas ist man bei sehr guten optischen Eigenschaften bzgl. einiger Dinge limitiert: zum einen ist das Glas nur bedingt korrosionsstabil, zum anderen sind Glasdicken kleiner 300 μm aufgrund der Sprödheit des Materials nur schwer realisierbar bzw. deren Herstellung mit hohen Kosten verbunden. Außerdem schränkt der thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE) des Glases die Weiterverarbeitung durch manche Bonding-Verfahren, wie bspw. „Wafer-Level-Packaging” (WLP), ein, welche in der Mikroelektronik Standardverfahren sind. Mehrfachschichten bzw. Schichten mit anorganischen Partikeln weisen das Problem auf, dass die optischen Eigenschaften nur unzureichend erfüllt werden und bei Partikel gefüllten Systemen häufig eine starke Streuung (Haze) auftritt, welche ungewünschte optische Effekte, d. h. optische Verluste in Form von Transmissionsverminderung und Bildverschlechterung, erzeugt.Most available filters and filter systems, which are used in the field of cameras, mobile phones, o. A. WLP (wafer-level packaging) -based electronics are used based on inorganic systems. The aim of such systems is i. d. R. The realization of a specification-accurate transmission curve, for example. A steep edge in the range of 650 nm. Frequently, so-called blue glass is used, d. H. an optical glass, for example, a fluorophosphate glass to which coloring glass components such as CuO have been added. Further, layers containing inorganic constituents or multilayer systems are used. With the use of blue glass one is limited with very good optical properties with regard to some things: on the one hand the glass is only conditionally corrosion-resistant, on the other hand glass thicknesses of less than 300 μm are difficult to realize due to the brittleness of the material or their production is associated with high costs , In addition, the coefficient of thermal expansion (CTE) of the glass limits further processing by some bonding techniques, such as wafer-level packaging (WLP), which are standard in microelectronics. Multilayers or layers of inorganic particles have the problem that the optical properties are not adequately fulfilled, and in particle-filled systems a large spread (haze) often occurs which causes undesired optical effects, i.e., haze. H. optical losses in the form of transmission degradation and image degradation produced.

Der sogenannte „Haze” oder „Haze-Wert” (auch Opazität, Trübung) ist ein optischer Parameter zur Beschreibung des Streuverhaltens eines Materials, insbesondere für die Trübung von transparenten Proben. Der Wert beschreibt den Anteil des transmittierten Lichts, der von der durchstrahlten Probe nach vorne gestreut wird. Somit quantifiziert der Haze-Wert den Einfluss von Partikeln in der Oberfläche oder der Struktur, die die klare Durchsicht stören. Diese Partikel können entweder bewusst eingebracht worden sein oder von Materialfehlern stammen. Das Verfahren zur Messung des Haze-Wertes wird in der Norm ASTM D 1003 beschrieben. Die Norm erfordert die Messung von vier Spektren. Für jedes Spektrum wird der Lichttransmissionsgrad berechnet. Die vier Transmissionsgrade werden zum %-Haze-Wert verrechnet.The so-called "haze" or "haze value" (also opacity, turbidity) is an optical parameter for describing the scattering behavior of a material, in particular for the turbidity of transparent samples. The value describes the proportion of transmitted light that is scattered forward by the irradiated sample. Thus, the Haze value quantifies the influence of particles in the surface or structure that interfere with the clear view. These particles can either be deliberately introduced or derived from material defects. The method for measuring the Haze value is described in the Standard ASTM D 1003 described. The standard requires the measurement of four spectra. For each spectrum the light transmittance is calculated. The four transmittances are charged to the% Haze value.

Mehrfachschichtsysteme bzw. Interferenzfilter mit guten optischen Eigenschaften sind heute ein Standard in derartigen Filtern. Da in diesen Schichten das Licht nicht absorbiert wird, treten Mehrfachreflexionen im Filter auf, die zu sogenannten „Geisterbildern” („ghost images”) werden. Erst durch eine optische Absorption in Schichten oder im Substrat können diese Geisterbilder vermieden werden. Zum anderen sind Mehrfachschichtsysteme, die die gewünschte Filterfunktion mit steilen Kanten aufweisen sehr kostenintensiv und daher für eine Umsetzung nicht geeignet.Multi-layer systems or interference filters with good optical properties are today a standard in such filters. Since the light is not absorbed in these layers, multiple reflections occur in the filter, which become so-called "ghost images". Only by an optical absorption in layers or in the substrate, these ghost images can be avoided. On the other hand, multi-layer systems that have the desired filter function with steep edges are very expensive and therefore not suitable for implementation.

Des Weiteren existieren mittlerweile auf Kunststoff basierende Folien auf dem Markt, welche gute optische Eigenschaften bei gleichzeitig niedrigen Kosten aufweisen. Allerdings verschlechtern sich die optischen Eigenschaften bzw. die Stabilität der Folie bei Belastungstests wie Temperatur-, Klimabelastung, Resistenz gegenüber Chemikalien wie Isopropanol und sind aus diesen Gründen nicht für WLP-Prozesse geeignet.Furthermore, there are now plastic-based films on the market, which have good optical properties at low cost. However, the optical properties or the stability of the film deteriorate during stress tests such as temperature and climate exposure, resistance to chemicals such as isopropanol and are therefore not suitable for WLP processes.

Beschichtungen aus Polyurethan (PU) sind im Stand der Technik bekannt. In WO 2007/025011 A1 werden Kratzschutzschichten für Handydisplays und andere Displaybauteile beschrieben, wobei diese Schichten ungefärbt oder getönt sein können. Es ist kein Hinweis zu finden, womit und nach welchen Auswahlkriterien diese Färbung erzeugt werden kann und wie intensiv die Tönung sein kann, wobei das beschriebene System keine Filterfunktion im Sinne eines gezielten optischen Designs aufweist.Coatings of polyurethane (PU) are known in the art. In WO 2007/025011 A1 Scratch protective coatings for mobile phone displays and other display components are described, these layers may be uncolored or tinted. There is no indication as to how and with what selection criteria this coloration can be produced and how intense the tinting can be, wherein the system described has no filter function in the sense of a targeted optical design.

In WO 2012/031837 A1 wird ein Beschichtungssystem auf PU-Basis für Anzeigebereiche auf glatten transparenten Formkörpern mit einer Transmission im sichtbaren Bereich von 1 bis 20% beschrieben, welche farbstabil bis 150°C sind, die Stoß-/Biegefestigkeit des Substrats nicht herabsetzt, sowie ausreichend opak ist, um Leuchtanzeigen und andere Bauteile der Anzeige zu verdecken. Damit ist sind die hier beschriebenen Systeme nicht für den Einsatz im Bereich Filtersysteme für die Mikroelektronik/Optik und Prozesse wie WLP geeignet, da hier zumindest kurzfristig Temperaturen von kurzfristig > 250°C erreicht werden.In WO 2012/031837 A1 For example, a PU-based coating system is described for display areas on smooth transparent molded articles having a visible transmission of from 1 to 20% which are color stable to 150 ° C, which does not lower the impact / flexural strength of the substrate, and is sufficiently opaque Illuminate LEDs and other components of the display. Thus, the systems described here are not suitable for use in the field of filter systems for microelectronics / optics and processes such as WLP, since at least in the short term temperatures of> 250 ° C are reached.

Somit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Filters, welcher in geringen Dicken und mit guten optischen Filtereigenschaften, beispielsweise Homogenität und Haze, kostengünstig hergestellt werden kann. Der Filter sollte außerdem ausreichend mechanisch und thermisch stabil sein und eine gute chemische und Klimabeständigkeit aufweisen.Thus, the object of the present invention is to provide a filter which can be produced inexpensively in small thicknesses and with good optical filter properties, for example homogeneity and haze. The filter should also be sufficiently mechanically and thermally stable and have good chemical and environmental resistance.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelöst. The above object is achieved by the embodiments of the present invention described in the claims.

Insbesondere wird ein optischer Filter bereitgestellt, welcher ein Substrat 2 und auf mindestens einer Seite des Substrats eine Filterschicht 3 umfasst, wobei die Filterschicht 3 eine Matrix umfasst, welche mindestens einen in der Matrix gelösten organischen Farbstoff enthält.In particular, an optical filter is provided which is a substrate 2 and a filter layer on at least one side of the substrate 3 comprising, wherein the filter layer 3 comprises a matrix containing at least one organic dye dissolved in the matrix.

Der erfindungsgemäße Filter umfasst ein Substrat und mindestens eine Filterschicht. Die Filterschicht umfasst eine Matrix und mindestens einen, in die Matrix eingebundenen Farbstoff.The filter according to the invention comprises a substrate and at least one filter layer. The filter layer comprises a matrix and at least one dye incorporated into the matrix.

Die Figuren zeigen:The figures show:

1 zeigt eine schematische Abbildung einer Variante des erfindungsgemäßen Filters 1. Auf dem Substrat 2 ist zumindest eine Filterschicht 3 aufgebracht. Optional können auf der Oberseite und/oder der Unterseite Antireflexbeschichtungen 4 bzw. 4' aufgebracht sein. Ferner kann eine Zwischenschicht 5 beispielsweise zur Verbesserung der Haftfestigkeit der Filterschicht 3 zwischen Substrat 2 und Filterschicht 3 aufgebracht sein. Die Schichten 4, 4' und/oder 5 können optional ferner eine Funktion zur Feineinstellung der optischen Eigenschaften der Filter aufweisen, beispielsweise können sie eine im IR-blockierende Funktion aufweisen. 1 shows a schematic illustration of a variant of the filter according to the invention 1 , On the substrate 2 is at least one filter layer 3 applied. Optionally, anti-reflective coatings can be provided on the top and / or bottom 4 respectively. 4 ' be upset. Furthermore, an intermediate layer 5 for example, to improve the adhesion of the filter layer 3 between substrate 2 and filter layer 3 be upset. The layers 4 . 4 ' and or 5 Optionally, they may further have a function of fine tuning the optical properties of the filters, for example, they may have an IR blocking function.

2 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens. 2 shows schematically an embodiment of the coating method according to the invention.

3 zeigt eine Transmissionskurve eines erfindungsgemäßen Filters gemäß Beispiel 1 sowie die Definitionen von Durchlass- und Sperrbereich des Filters einschließlich der 1–50 Werte. 3 shows a transmission curve of a filter according to the invention according to Example 1 and the definitions of the passband and stopband of the filter including the 1-50 values.

4 und 5 zeigen Transmissionskurven erfindungsgemäßer Filter gemäß Beispielen 2 und 3. 4 and 5 show transmission curves of inventive filter according to Examples 2 and 3.

6 zeigt das Ergebnis einer Homogenitätsmessung eines Filters gemäß Beispiel 1, d. h. Transmissionskurven gemessen an vier verschiedenen Stellen auf dem Filter. Die Kurven liegen exakt übereinander, der Filter weist somit eine hohe optische Homogenität auf. 6 shows the result of a homogeneity measurement of a filter according to Example 1, ie transmission curves measured at four different locations on the filter. The curves are exactly superimposed, the filter thus has a high optical homogeneity.

7 zeigt den Vergleich von Transmissionskurven von Filtern mit Filterschichten, welche mit zum einen mit Spin-coating (durchgezogene Linie), zum anderen mit Siebdruck (gepunktete Kurve) aufgebracht wurden. Die Transmission im Durchlassbereich der mittels Spin-coating aufgebrachten Filterschicht ist deutlich besser als die der mittels Siebdruck aufgebrachten Schicht. 7 shows the comparison of transmission curves of filters with filter layers, which were applied on the one hand with spin-coating (solid line), on the other hand with screen printing (dotted curve). The transmission in the passage region of the filter layer applied by means of spin coating is significantly better than that of the screen applied by means of screen printing.

8 zeigt den Vergleich von Transmissionskurven von Filtern mit Filterschichten, welche mit unterschiedlichen Spin-coating-Parametern aufgebracht wurden. Zwar sind beide Kurven besser als die mittels Siebdruck aufgebrachte Schicht, jedoch lässt sich durch Anpassung der Spin-coating-Parameter eine weitere Verbesserung der Transmissionskurve erreichen. 8th shows the comparison of transmission curves of filters with filter layers, which were applied with different spin-coating parameters. Although both curves are better than the layer applied by means of screen printing, a further improvement in the transmission curve can be achieved by adapting the spin-coating parameters.

Der erfindungsgemäße Filter weist gute optische Eigenschaften auf.The filter according to the invention has good optical properties.

Die erfindungsgemäßen Filter weisen verglichen mit Filtern des Stands der Technik eine überraschend niedrige Streuung bzw. einen überraschend niedrigen Haze auf. Der Haze-Wert des Filters ist vorzugsweise kleiner als 10%, weiter bevorzugt kleiner als 5%, mehr bevorzugt kleiner als 3%, ganz besonders bevorzugt kleiner als 1%. Der Haze-Wert wird vorzugsweise mit einem Messgerät der Gerätebezeichnung Hazeguard Plus der Firma Byk bestimmt.The filters according to the invention have a surprisingly low dispersion or a surprisingly low haze compared with filters of the prior art. The Haze value of the filter is preferably less than 10%, more preferably less than 5%, more preferably less than 3%, most preferably less than 1%. The haze value is preferably determined using a device of the device designation Hazeguard Plus from Byk.

Ferner weisen sie eine geringere Rauheit als Filter des Stands der Technik auf, wodurch Schichten mit geringer Streuung erhalten werden. Insbesondere beträgt die Rauheit der Filterschicht Ra weniger als 0,5 μm, insbesondere weniger als 0,3 μm und bevorzugt weniger als 0,001 μm, welches vergleichbar mit der Rauheit des unbeschichteten Substrats ist.Further, they have less roughness than prior art filters, thereby providing low-scattering layers. In particular, the roughness of the filter layer R a is less than 0.5 μm, in particular less than 0.3 μm and preferably less than 0.001 μm, which is comparable to the roughness of the uncoated substrate.

3 zeigt die erfindungsgemäße Definition von Durchlass- bzw. Sperrbereich sowie den T50-Werten für einen Bandpassfilter. Der erfindungsgemäße Filter ist durch die Transmission im sogenannten Durchlassbereich (Passbereich) und die Transmission im Sperrbereich charakterisiert. Unter dem Durchlassbereich wird erfindungsgemäß der Bereich zwischen T50I und T50II verstanden. Der Durchlassbereich sollte eine möglichst hohe Transmission aufweisen. Insbesondere sollte die Transmission innerhalb des Durchlassbereichs mindestens teilweise, d. h. für einen im Durchlassbereich liegenden Wellenlängenbereich, mindestens 70%, bevorzugt höchstens 80%, mehr bevorzugt mindestens 85% betragen. Unter dem Sperrbereich wird erfindungsgemäß der Bereich nach T50II verstanden. Gemäß einer wie in 3 gezeigten Variante kann sich an den Sperrbereich ein weiterer Bereich mit hoher Transmission anschließen. Bei einer solchen Variante wird kann noch ein dritter Wert T50III zur Charakterisierung der Kurve angegeben werden. Der Sperrbereich sollte eine möglichst geringe Transmission aufweisen. Insbesondere sollte die Transmission innerhalb des Durchlassbereichs mindestens teilweise, d. h. für einen im Sperrbereich liegenden Wellenlängenbereich, höchstens 40%, bevorzugt höchstens 30%, mehr bevorzugt höchstens 25% betragen. Vorzugsweise beträgt die mittlere Transmission im Sperrbereich höchstens 50%, bevorzugt höchstens 40%, mehr bevorzugt höchstens 30%. Der Wert T50 beschreibt eine Wellenlänge bei der der Wert von 50% Transmission überschritten wird. Bei Filtern wird dieser Wert vor Eintritt in den Transmissionsbereich, hier als T50I bezeichnet, und nach Austritt aus dem Transmissionsbereich, hier als T50II bezeichnet, durchschritten. T50II kennzeichnet erfindungsgemäß gleichzeitig den Eintritt in den Sperrbereich, T50III den Eintritt in einen weiteren Durchlassbereich. Sogenannten Langpass- und Kurzpass-Filter weisen nur einen T50-Wert zwischen Sperr- und Durchlassbereich auf. 3 shows the inventive definition of passband as well as the T 50 values for a bandpass filter. The filter according to the invention is characterized by the transmission in the so-called pass band (pass band) and the transmission in the stop band. Under the passband according to the invention the range between T 50 I and T 50 II understood. The passband should have the highest possible transmission. In particular, the transmission within the passband should be at least partially, ie for a wavelength range lying in the passband, at least 70%, preferably at most 80%, more preferably at least 85%. Under the blocking area is according to the invention the area according to T 50 II understood. According to a like in 3 shown variant may connect to the stopband another area with high transmission. In such a variant, a third value T 50 III can still be specified for characterizing the curve. The stopband should have the lowest possible transmission. In particular, the transmission within the passband should be at least partially, ie for a wavelength range lying in the stopband, at most 40%, preferably at most 30%, more preferably at most 25%. The average transmission in the blocking region is preferably at most 50%, preferably at most 40%, more preferably at most 30%. The value T 50 describes a wavelength at which the value of 50% transmission is exceeded. For filters, this value is entered before entering the transmission range, here designated T 50 I, and after exiting the transmission range, here designated T 50 II. T 50 II according to the invention at the same time the entry into the restricted area, T 50 III, the entry into a further passband. So-called long-pass and short-pass filters have only a T 50 value between the blocking and the passband.

Weiterhin sollte die Breite des Durchlassbereichs, bei welchem die Transmission mehr als 70%, 80% bzw. 85% beträgt, möglichst groß sein.Furthermore, the width of the passband at which the transmission is more than 70%, 80% or 85% should be as large as possible.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist der erfindungsgemäße Filter Blaufilter bzw. ein NIR-Cut-Filter. Der der Bereich mit einer Transmission von mehr als 70%, vorzugsweise mehr als 85%, beginnt dann vorzugsweise bei einer Wellenlänge von 460 nm, bevorzugt 450 nm, mehr bevorzugt 440 nm und/oder endet vorzugsweise frühestens bei 540 nm, bevorzugt 550 nm, mehr bevorzugt bei 560 nm. Insbesondere sollte der T50II bei 650 nm +/– 30 nm liegen, die mittlere Transmission im Bereich von 450 bis 550 nm bei 87% (+/–5%) und die Breite des Wellenlängenbereichs um T50II von einer Transmission von 70% bis zu einer Transmission von 30% höchstens 80 nm (+/–10 nm) (Maß für die Steilheit der Bandkante) betragen.According to a variant of the invention, the filter according to the invention is a blue filter or an NIR-cut filter. The region with a transmission of more than 70%, preferably more than 85%, then preferably starts at a wavelength of 460 nm, preferably 450 nm, more preferably 440 nm and / or ends preferably at the earliest at 540 nm, preferably 550 nm, more preferably at 560 nm. In particular, the T 50 II should be at 650 nm +/- 30 nm, the average transmission in the range from 450 to 550 nm at 87% (+/- 5%) and the width of the wavelength range around T 50 II from a transmission of 70% to a transmission of 30% at most 80 nm (+/- 10 nm) (measure of the steepness of the band edge) amount.

Die Filterschicht 3 weist vorzugsweise eine Schichtdicke von mindestens 0,1 μm, weiter bevorzugt mindestens 0,5 μm, mehr bevorzugt mindestens 1 μm, gemäß spezieller Ausführungsformen mindestens 2 μm auf. Die Schichtdicke beträgt vorzugsweise höchstens 15 μm, mehr bevorzugt höchstens 12 μm, gemäß einer Variante höchstens 10 μm. Gemäß spezieller Ausführungsformen können auch größere Schichtdicken von beispielsweise höchstens 20 μm oder höchstens 100 μm bevorzugt sein.The filter layer 3 preferably has a layer thickness of at least 0.1 .mu.m, more preferably at least 0.5 .mu.m, more preferably at least 1 .mu.m, according to specific embodiments at least 2 microns. The layer thickness is preferably at most 15 μm, more preferably at most 12 μm, according to a variant at most 10 μm. According to specific embodiments, larger layer thicknesses of, for example, at most 20 μm or at most 100 μm may also be preferred.

Der erfindungsgemäße Filter weist eine Dicke von vorzugsweise höchstens 2 mm, mehr bevorzugt höchstens 1 mm und/oder mindestens 0,1 mm auf. Gemäß einer Variante der Erfindung können bei Verwendung von Dünnstgläsern als Substrate auch Filter mit eine Dicke von weniger als 0,1 mm bereitgestellt werden, beispielsweise Filter mit einer Schichtdicke von 0,05 mm oder 0,025 mm. Gemäß dieser Variante weist auch die Filterschicht 3 nur eine sehr geringe Dicke von höchstens 10 μm oder höchstens 5 μm auf.The filter according to the invention has a thickness of preferably at most 2 mm, more preferably at most 1 mm and / or at least 0.1 mm. According to a variant of the invention, filters which have a thickness of less than 0.1 mm, for example filters with a layer thickness of 0.05 mm or 0.025 mm, can also be provided as substrates when thin glass glasses are used as substrates. According to this variant also has the filter layer 3 only a very small thickness of at most 10 microns or at most 5 microns on.

Die Filterschicht weist eine Homogenität der Schichtdicke über die gesamte Beschichtungsfläche von vorzugsweise mindestens 15%, mehr bevorzugt mindestens 10% und am meisten bevorzugt mindestens 5% auf. Diese Homogenität der Schichtdicke wird vorzugsweise beim fertigen Filter, bei der Herstellung von Filtern über Wafer jedoch auf der gesamten Waferoberfläche, d. h. auf einer Fläche mit einem Durchmesser von 8 bzw. 12 Zoll oder sogar 16 Zoll erreicht. Erfindungsgemäß kann der Begriff „Filter” sowohl den vereinzelten Filter als auch einen Wafer zur Herstellung von Filtern umfassen.The filter layer has a homogeneity of the layer thickness over the entire coating area of preferably at least 15%, more preferably at least 10%, and most preferably at least 5%. This homogeneity of the layer thickness is preferred in the finished filter, however, in the production of filters over wafers over the entire wafer surface, i. H. reached on an area with a diameter of 8 or 12 inches or even 16 inches. According to the invention, the term "filter" may include both the singulated filter and a wafer for producing filters.

Durch die große Homogenität der Schichtdicke der Filterschicht weist der erfindungsgemäße Filter eine gute optische Homogenität auf, insbesondere eine Wellenlängen-Abweichung bei T50II von vorzugsweise höchstens 5%, bevorzugt höchstens 3%, mehr bevorzugt von höchstens 1% auf.Due to the great homogeneity of the layer thickness of the filter layer, the filter according to the invention has a good optical homogeneity, in particular a wavelength deviation at T 50 II of preferably at most 5%, preferably at most 3%, more preferably at most 1%.

Der erfindungsgemäße Filter weist außerdem hervorragende mechanische Eigenschaften auf, insbesondere hinsichtlich Haftfestigkeit und Abriebfestigkeit nach MIL-C-48497.The filter according to the invention also has excellent mechanical properties, in particular with regard to adhesive strength and abrasion resistance according to MIL-C-48497.

Die Haftfestigkeit wird durch einen sog. Klebebandtest (aufbringen des Klebebands, wie bspw. Tesafilm, und langsames Abziehen über die Ecke) bestimmt. Vorzugsweise löst sich bei diesem Test weniger als 10% der Testfläche, bevorzugt weniger als 2%, mehr bevorzugt findet keine Ablösung statt.The adhesive strength is determined by a so-called adhesive tape test (application of the adhesive tape, such as Tesafilm, and slow removal over the corner). Preferably, less than 10% of the test area, preferably less than 2%, dissolves in this test, more preferably no separation takes place.

Die Abriebfestigkeit wird durch einen sog. Schrubbtest mit einem sogenannten „Käsetuch” (s. Definition cheese cloth nach US Federal Standard CCC-C-440 ) mit einer Auflage von 500 g und 50 Hüben bestimmt. Vorzugsweise bestehen die erfindungsgemäßen Filter diesen Test ohne Verschlechterung der optischen Eigenschaften.The abrasion resistance is determined by a so-called scrubbing test with a so-called "cheese cloth" (see Definition cheese cloth according to US Federal Standard CCC-C-440 ) with a run of 500 g and 50 strokes. Preferably, the filters of the invention pass this test without degrading the optical properties.

Der Filter weist eine gute chemische Beständigkeit (bspw. gegenüber Wasser, Isoprop, Ethanol) und eine hohe Klima-(entsprechend MIL-C-675A: 95% rel. LF bei 49°C 24 h) und Langzeitbeständigkeit (entsprechend MIL-STD-810C) bei gleichbleibenden Absorptionseigenschaften auf. The filter has good chemical resistance (eg to water, isoprop, ethanol) and high climate (according to MIL-C-675A: 95% RH at 49 ° C 24 h) and long-term stability (according to MIL-STD). 810C) with consistent absorption properties.

Der Begriff „gleichbleibende Absorptionseigenschaften” bedeutet dabei, dass die Änderung der Transmission in Durchlass- und Sperrbereich vor und nach dem Belastungstest höchstens +/–5% beträgt. Unter einer signifikanten Änderung der Absorptionseigenschaften wird hingegen eine Änderung der Transmission von mehr als +/–10%, insbesondere mehr als +/–5% verstanden.The term "constant absorption properties" means that the change in the transmission in the passband and stopband before and after the load test is at most +/- 5%. By contrast, a significant change in the absorption properties is understood as meaning a change in the transmission of more than +/- 10%, in particular more than +/- 5%.

Für die Langzeitstabilität wird außerdem nach folgenden Methoden getestet: (i) Temperatur-Luftfeuchte Test: 1000 h bei 85°C und 85% rel. LF und (ii) zyklischer feuchte Wärmetest: von –20 bis 65°C bei 90% rel. LF einer Temperaturrampe von < 1°C/min und 14 Wiederholungen. Vorzugsweise bestehen die erfindungsgemäßen Filter diesen Test ohne Verschlechterung der optischen Eigenschaften.For long-term stability is also tested by the following methods: (i) temperature-humidity test: 1000 h at 85 ° C and 85% rel. LF and (ii) cyclic wet heat test: from -20 to 65 ° C at 90% rel. LF a temperature ramp of <1 ° C / min and 14 repetitions. Preferably, the filters of the invention pass this test without degrading the optical properties.

Varianten des erfindungsgemäßen Filters weisen eine hohe Temperaturstabilität auf, d. h. der Filter kann für einen Zeitraum von bis zu 10 Min auf eine Temperatur im Bereich von 220 bis 270°C bei gleichbleibenden Absorptionseigenschaften erhitzt werden, wie vorstehend definiert. Insbesondere kommt dabei aufgrund der Verwendung der thermisch beständigen Matrix zu keiner signifikanten Änderung der Transmission bzw. es erfolgt keine zusätzliche Absorption bspw. aufgrund der Vergilbung des Matrixmaterials durch organische Zersetzungsreaktionen.Variants of the filter according to the invention have a high temperature stability, d. H. the filter may be heated for a period of time of up to 10 minutes to a temperature in the range of 220 to 270 ° C with constant absorption properties, as defined above. In particular, due to the use of the thermally stable matrix, there is no significant change in the transmission or there is no additional absorption, for example due to the yellowing of the matrix material due to organic decomposition reactions.

Unter dem „relevanten Wellenlängenbereich” wird erfindungsgemäß insbesondere der Wellenlängenbereich von 405 bis 700 nm, vorzugsweise von 400 bis 800 nm, gemäß einer Ausführungsform von 400 bis 2500 nm, verstanden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der relevante Wellenlängenbereich bei 300 nm, 330 nm, 350 nm, 380 oder 400 nm beginnen, sofern Substrat und Matrix eine ausreichende Transparenz im UV-Bereich aufweisen. Ferner kann die Obergrenze des relevanten Wellenlängenbereich bei 2400 nm, 1500 nm, 1000 nm, oder 800 nm liegen, sofern dies für die geplante Anwendung ausreichend ist.The "relevant wavelength range" according to the invention is understood in particular to mean the wavelength range from 405 to 700 nm, preferably from 400 to 800 nm, according to an embodiment of 400 to 2500 nm. According to certain embodiments, the relevant wavelength range may begin at 300 nm, 330 nm, 350 nm, 380 or 400 nm, provided the substrate and matrix have sufficient transparency in the UV range. Furthermore, the upper limit of the relevant wavelength range may be 2400 nm, 1500 nm, 1000 nm, or 800 nm, if this is sufficient for the intended application.

Der erfindungsgemäße Filter kann gleichzeitig als Träger bzw. Substrat für elektronische Bauteile, d. h. als Leiterplatte dienen. Leiterplatten bestehen aus elektrisch isolierendem Material mit daran haftenden, leitenden Verbindungen (Leiterbahnen). Als isolierendes Material kann der erfindungsgemäße Filter auch als Substrat verwendet werden. Die Leiterbahnen können aus einer dünnen metallischen Schicht geätzt werden, oder durch ein Fotolithographieverfahren mittels der Lift-Off Technologie strukturiert werden. Typischerweise werden Kupfer- oder Silber- oder Goldschichten als leitfähiges Material eingesetzt, die zumeist noch eine (metallische) Haftvermittlerschicht aufweisen. Diese Kann beispielsweise aus Titan bestehen, wobei eine Anzahl weiterer Haftvermittlerschichten bekannt sind. Durch eine Pufferschicht, die als Lötstopplack im Bereich der Leiterplattenindustrie bekannt ist, können Bereiche freigelegt werden, in denen die Leiterbahnen kontaktiert werden können. Aus diese freiliegenden metallischen Flächen werden Lötpunkte (engl. ”bumps”) gesetzt, die später im Lötprozess die Kontakte zum CMOS Chip oder die Leiterplatte herstellen. Die Bauelemente werden damit elektrisch kontaktiert. Gleichzeitig können sie durch die Kontakte auch mechanisch gehalten werden. Größere Komponenten können auch mit Kabelbindern, Klebstoff oder Verschraubungen auf der Leiterplatte befestigt werden. Aufgrund der thermischen Belastung im Lötprozess muss die Filterschicht eine Temperaturstabilität aufweisen, um zumindest kurzzeitig auf die zum Löten notwendigen Temperatur aufgeheizt werden zu können.The filter according to the invention can simultaneously be used as a carrier or substrate for electronic components, ie. H. serve as a circuit board. Circuit boards are made of electrically insulating material with adhering, conductive connections (conductors). As an insulating material, the filter according to the invention can also be used as a substrate. The tracks may be etched from a thin metallic layer, or patterned by a photolithography process using lift-off technology. Typically, copper or silver or gold layers are used as a conductive material, which usually still have a (metallic) adhesion promoter layer. This may, for example, consist of titanium, with a number of further adhesion promoter layers being known. A buffer layer known as a solder mask in the printed circuit board industry can be used to expose areas in which the printed conductors can be contacted. From these exposed metallic surfaces, soldering points ("bumps") are set, which later in the soldering process make the contacts to the CMOS chip or the printed circuit board. The components are contacted with it electrically. At the same time they can also be mechanically held by the contacts. Larger components can also be attached to the printed circuit board using cable ties, adhesive or screwed connections. Due to the thermal load in the soldering process, the filter layer must have a temperature stability in order to be able to be heated to the temperature required for soldering, at least for a short time.

Das Substrat ist vorzugsweise im relevanten Wellenlängenbereich optisch unwirksam, d. h. transparent und weist eine Transmission von mindestens 85%, vorzugsweise mindestens 90%, mehr bevorzugst mindestens 91% auf, wobei die maximale Transmission aufgrund der Reflexion an den beiden Substratoberflächen mit der Brechzahl nd von circa 1,5 ohne zusätzliche Antireflexschicht auf ca. 92% begrenzt ist. Außerdem sollte das Substrat eine thermische Beständigkeit von vorzugsweise mindestens 300°C, mehr bevorzugt mindestens 400°C aufweisen.The substrate is preferably optically inactive in the relevant wavelength range, ie transparent and has a transmission of at least 85%, preferably at least 90%, more preferably at least 91%, the maximum transmission due to the reflection at the two substrate surfaces with the refractive index n d of circa 1.5 without additional antireflection coating is limited to approximately 92%. In addition, the substrate should have a thermal resistance of preferably at least 300 ° C, more preferably at least 400 ° C.

Als Material für das Substrat für den erfindungsgemäßen Filter kommen Glas, Glaskeramik, Kristalle und Optokeramik in Frage, wobei Glassubstrate, mehr bevorzugt Dünnglassubstrate bevorzugt sindAs a material for the substrate for the filter according to the invention glass, glass ceramic, crystals and optoceramics in question, with glass substrates, more preferably thin glass substrates are preferred

Gemäß einer Ausführungsform werden transparente Gläser (z. B. Borosilicatglas, Kalk-Natron-Glas, Alumosilikatglas, Erdalkali-Silicat-Glas, Quarzglas oder alkalifreie Gläser) verwendet, die gewalzt oder gefloatet sein können oder durch (wie z. B. in EP 1 414 762 B1 beschrieben) aus Ziehverfahren wie der Downdraw- oder Updraw-Prozesse oder ein Overflow-Fusion-Verfahren hergestellt sein können. Bei Gläsern, die aufgrund ihres Herstellungsprozesses nur in größeren Dicken, z. B. größer 1 mm hergestellt werden können, kann durch mechanische Bearbeitung mit Schleif-, Läpp- und/oder Polierverfahren oder ein Wiederziehverfahren ein geeignet dünnes Substrat hergestellt werden.According to one embodiment, transparent glasses (eg, borosilicate glass, soda-lime glass, alumosilicate glass, alkaline-earth silicate glass, quartz glass, or alkali-free glasses) may be used, which may be rolled or floated, or by (e.g. EP 1 414 762 B1 described) can be made of drawing methods such as the downdraw or updraw processes or an overflow fusion method. For glasses that due to their manufacturing process only in larger thicknesses, eg. B. greater than 1 mm can be produced by mechanical processing by grinding, lapping and / or polishing or a Wiederziehverfahren a suitably thin substrate can be produced.

Gemäß einer Variante werden als Substrat Dünngläser, d. h. Gläser mit einer Dicke von 100 μm bis 2 mm, oder Dünnstgläser, d. h. Gläser mit einer Dicke von 25 μm bis 100 μm, verwendet. Für solche Dünngläser geeignet sind bspw. die von SCHOTT AG unter den Namen AF32, D263, B270 vertriebenen GläserAccording to a variant are used as substrate thin glasses, d. H. Glasses with a thickness of 100 μm to 2 mm, or thin glasses, d. H. Glasses with a thickness of 25 microns to 100 microns, used. For example, the glasses marketed by SCHOTT AG under the names AF32, D263, B270 are suitable for such thin glasses

Als Substrat kann auch ein optisches Glas wie sie bspw. von SCHOTT AG unter dem Namen PSK-Gläser, BASF-Gläser, LAF-Gläser, LASF-Gläser, BK-Gläser oder LF-Gläser angeboten werden, verwendet werden.An optical glass, such as those offered by SCHOTT AG under the name PSK glasses, BASF glasses, LAF glasses, LASF glasses, BK glasses or LF glasses, may also be used as the substrate.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform wird eine transparente Keramik, im Speziellen eine Optokeramik verwendet.According to a further particular embodiment, a transparent ceramic, in particular an optoceramic is used.

Als kristalline Substrate gemäß einer weiteren Ausführungsform können beispielsweise Calciumfluorid oder Saphir verwendet werden.As crystalline substrates according to another embodiment, for example, calcium fluoride or sapphire can be used.

Für nachfolgende Prozesse, wie zum Beispiel Wafer-Level-Packaging, kann der thermische Ausdehnungskoeffizient des Filters von großer Bedeutung sein. Hier zeigt der erfindungsgemäße Filter gegenüber Glasbulk- oder Kunststofflösungen der Vorteil, dass der Ausdehnungskoeffizient im Wesentlichen durch das verwendete Glassubstrat bestimmt wird und an die jeweiligen Verbindungspartner, wie beispielsweise Silizium angepasst werden können. Dabei sind Substrate mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE bzw. α (20, 300) im Bereich von 3 bis 9,4 10–6 K–1 bevorzugt.For subsequent processes, such as wafer level packaging, the coefficient of thermal expansion of the filter may be of great importance. Here, the filter according to the invention has the advantage over glassbulk or plastic solutions that the expansion coefficient is essentially determined by the glass substrate used and can be adapted to the respective connection partners, such as, for example, silicon. In this case, substrates with a thermal expansion coefficient CTE or α (20, 300) in the range of 3 to 9.4 10 -6 K -1 are preferred.

In einer besonderen Ausführungsform wird ein vorgespanntes Substrat verwendet. Die Vorspannung kann dabei chemisch bzw. thermisch induziert sein.In a particular embodiment, a biased substrate is used. The bias voltage can be induced chemically or thermally.

Als Substrat kann auch ein Glas mit absorbierenden Eigenschaften verwendet werden. Die Absorptionseigenschaften eines solchen Glases können zur Feineinstellung des Transmissionsprofils des Filters verwendet werden.As the substrate, a glass having absorbing properties can also be used. The absorption properties of such a glass can be used to fine tune the transmission profile of the filter.

Die Matrix enthält mindestens einen Farbstoff, welcher in der Matrix gelöst vorliegt, d. h. bei der Herstellung der Beschichtungslösung bzw. der Lackherstellung keine dauerhafte Schlierenbildung zeigt und eine homogen gefärbte Matrix ermöglicht. Der oder die Farbstoffe sollen ferner ausreichend stark färben und thermisch stabil genug sein, um den Belastung bei der Vernetzung des Bindersystems und im späteren Gebrauch standzuhalten.The matrix contains at least one dye which is dissolved in the matrix, i. H. in the preparation of the coating solution or the paint production shows no permanent streaking and allows a homogeneously colored matrix. The dye (s) should also be sufficiently strong in color and thermally stable enough to withstand the stress of crosslinking the binder system and later use.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein solcher organischer Farbstoff in einem üblichen Lösungsmittel löslich.According to a preferred embodiment, such an organic dye is soluble in a common solvent.

Gemäß einer Variante der Erfindung bevorzugt sind Farbstoffe, die dauerhaft bis mindestens 140°C thermisch stabil sind und kurzzeitig Temperaturbelastungen von 150°C bis 300°C, bevorzugt 200 bis 270°C standhalten. Unter dem Begriff „dauerhaft” wird dabei ein Zeitraum von mehr als 60 min, vorzugsweise mindestens 100 Stunden verstanden. Unter dem Begriff „kurzzeitig” ein Zeitraum von höchstens 60 min, vorzugsweise höchstens 30 min.According to one variant of the invention, preference is given to dyes which are permanently thermally stable up to at least 140.degree. C. and withstand short-term exposure to temperatures of from 150.degree. C. to 300.degree. C., preferably from 200 to 270.degree. The term "permanent" is understood to mean a period of more than 60 minutes, preferably at least 100 hours. The term "short-term" means a period of at most 60 minutes, preferably at most 30 minutes.

Als Farbstoffe kommen vorzugsweise organische Farbstoffe in Frage, welche aus der Gruppe bestehend aus Azofarbstoffen, Polymethin-Farbstoffen, Cyaninfarbstoffen, Triphenylmethan-Farbstoffen, Carbonyl-Farbstoffen: Anthrachinone, Indigo, Porphyrine und Phthalocyanine ausgewählt sind, wobei Phthalocyanine und Porphyrine bevorzugt sind.Suitable dyes are preferably organic dyes which are selected from the group consisting of azo dyes, polymethine dyes, cyanine dyes, triphenylmethane dyes, carbonyl dyes: anthraquinones, indigo, porphyrins and phthalocyanines, with phthalocyanines and porphyrins are preferred.

Je nach relevantem Wellenlängenbereich wird ein Farbstoff mit geeigneten Absorptionseigenschaften ausgewählt. Für die Herstellung eines Blaufilters bzw. eines IR-Cut-Filters können blau-grüne Farbstoffe verwendet werden.Depending on the relevant wavelength range, a dye with suitable absorption properties is selected. For the production of a blue filter or an IR cut filter blue-green dyes can be used.

Phthalocyanine (Tetrabenzotetraazaporphyrine) zeichnen sich durch hohe chemische und thermische Stabilität aus. Erfindungsgemäß können Phthalocyanine mit unterschiedlichen Zentralatomen verwendet werden, beispielsweise Pb, Zn, Al, Ga, Si, Ti, Cu oder V. Ein dieses Zentralatom nicht enthaltendes Pigment erscheint türkis (Pigment Blue 16) und kann ebenfalls verwendet werden.Phthalocyanines (Tetrabenzotetraazaporphyrine) are characterized by high chemical and thermal stability. According to the invention, phthalocyanines having different central atoms can be used, for example Pb, Zn, Al, Ga, Si, Ti, Cu or V. A pigment which does not contain this central atom appears turquoise (Pigment Blue 16) and can also be used.

Porphyrine sind organisch-chemische Farbstoffe, die aus vier Pyrrol-Ringen (Tetrapyrrol) bestehen, die durch vier Methingruppen zyklisch miteinander verbunden sind. Der einfachste Vertreter ist Porphin. Porphyrins are organic chemical dyes consisting of four pyrrole rings (tetrapyrrole) which are cyclically linked by four methine groups. The simplest representative is porphin.

Von den blau-grünen Farbstoffen sind solche bevorzugt, deren Transmissionsmaximum im Bereich von 550 bis 750 nm liegt, besonders bevorzugt im Bereich 650 bis 750 nm. Speziell eingesetzt werden Eisencyan-Komplexe, Indanthron, Indigo, Pthalocyanine mit Cu, Zn oder V als Zentralatom, vorzugsweise die β-Form der Phthalocyanine, beispielsweise des Kupfephthalocyanins (z. B. Orasol®, wie Orasol Blau GN, Orasol Blau 94416, Orasol Blau 94416), Vanadium- oder Zinkphthalocyanine (z. B. Epolight®), Chrom-Chelate, vorzugsweise Cr3+ mit Liganden aus der Azo- und Azomethinreihen z. B. Heliogenblau 23050, Heliogenblau 23080, Corimax Blue, der Firma Kremer Pigmente sowie Marabu Glasfarben,.Of the blue-green dyes, preference is given to those whose transmission maximum lies in the range from 550 to 750 nm, more preferably in the range from 650 to 750 nm. Particular preference is given to using iron cyan complexes, indanthrone, indigo, pthalocyanines with Cu, Zn or V as the central atom , preferably the β-form of the phthalocyanines, for example of the Kupfephthalocyanins (z. B. Orasol ® as Orasol Blue GN, Orasol Blue 94416, Orasol Blue 94416), vanadium or zinc phthalocyanines (eg. B. Epolight ®), chromium chelates , preferably Cr 3+ with ligands from the azo and Azomethinreihen z. Heliogen Blue 23050, Heliogen Blue 23080, Corimax Blue, Kremer Pigmente and Marabu Glasfarben ,.

Bevorzugt können die Epolight-Farbtoffe der Firma Epolin, d. h. die Gruppe der NIR-Farbstoffe von 700 nm, 800 nm, 900 nm, 1000 nm NIR Absorbing Dyes (wie bspw. 700A, 700B, 714A, 720B, 721A, 728A), Phthalocyanine mit unterschiedlichem Zentralatom (wie Pb, Zn, Al, Ga, Si, Ti, Cu, und andere) bspw. von Sigma Aldrich und von QCR Solutions Corp. auch die Gruppe des sichtbaren Bereich 400 nm, 500 nm, 600 nm Visible Absorbing Dyes verwendet werden.Preferably, the Epolight dyes of Epolin, d. H. the group of NIR dyes of 700 nm, 800 nm, 900 nm, 1000 nm NIR Absorbing Dyes (such as 700A, 700B, 714A, 720B, 721A, 728A), phthalocyanines with different central atom (such as Pb, Zn, Al, Ga, Si, Ti, Cu, and others) from, for example, Sigma Aldrich and QCR Solutions Corp. also the group of visible range 400 nm, 500 nm, 600 nm Visible Absorbing Dyes can be used.

Neben den bereits erwähnten Farbstoffen, sind insbesondere auch solche von hohem Interesse welche im IR-Bereich > 600 nm blockieren. Dazu sind insbesondere Farbstoffe der Gruppe Tetrakis(alkyl)ammoniumsalze, im besonderen Farbstoffe der Gruppe Tetrakis(alkyl)ammoniumbromid, oder -Chlorid besonders bevorzugt in geradkettiger Ausführung mit n ≥ 4, und symmetrische Cyanine geeignet mit n ≥ 5, beschrieben durch: N(-(CH2)n-CH3)4Br Tetrakis(alkyl)ammoniumbromid (CH3)2N-(CH=CH)n-1-CH=N(CH3)2 Cyanine In addition to the dyes already mentioned, especially those of high interest which block in the IR range> 600 nm. For this purpose, in particular dyes of the group tetrakis (alkyl) ammonium salts, in particular dyes of the group tetrakis (alkyl) ammonium bromide, or chloride particularly preferably in the straight-chain version with n ≥ 4, and symmetrical cyanines suitable with n ≥ 5, described by: N (- (CH 2 ) n -CH 3 ) 4 Br - Tetrakis (alkyl) ammonium bromide (CH 3 ) 2 N- (CH = CH) n-1 -CH = N (CH 3 ) 2 Cyanine

Erfindungsgemäß können einer oder eine Kombination von zweien oder mehreren der vorstehend genannten Farbstoffe in der Matrix verwendet werden.In the invention, one or a combination of two or more of the above-mentioned dyes may be used in the matrix.

Als weitere Ausführungsform können im roten Bereich des Spektrums absorbierende Farbstoffe verwendet werden.As a further embodiment, absorbing dyes may be used in the red region of the spectrum.

Daneben können Farbstoffe verwendet werden, welche ein geeignetes Absorptionsspektrum für grüne Kontrastfilter oder Graufilter aufweisen.In addition, dyes can be used which have a suitable absorption spectrum for green contrast filters or gray filters.

Zusätzlich zu den vorstehend genannten löslichen Farbstoffen können erfindungsgemäß feinskalige Pigmente, d. h. nicht in den verwendeten Lösungsmitteln bzw. Beschichtungslösungen lösliche Farbstoffe, in die Matrix eingebunden werden. Insbesondere kann, sofern erforderlich, mit einer Mischung eines oder mehrerer Farbstoffe mit Pigmenten eine Möglichkeit sein, die Feineinstellung des gewünschten Transmissionsverlaufs im relevanten Wellenlängenbereich einzustellen.In addition to the above-mentioned soluble dyes, fine-scale pigments according to the invention, i. H. not soluble in the solvents or coating solutions soluble dyes are incorporated into the matrix. In particular, if necessary, with a mixture of one or more dyes with pigments, one possibility may be to adjust the fine adjustment of the desired transmission profile in the relevant wavelength range.

Um beispielsweise IR-Licht im Bereich > 750 nm gut zu blocken, d. h. eine Transmission < 20% in diesem Wellenlängen-Bereich, eignen sich bspw. CuO oder Cu3(PO)4-Verbindungen bzw. -salze.For example, to block well IR light in the range> 750 nm, ie a transmission <20% in this wavelength range, are, for example, CuO or Cu 3 (PO) 4 compounds or salts.

Geeignet sind grundsätzlich alle Pigmente, welche keine bzw. keine zu hohe Streuung aufweisen.Suitable in principle are all pigments which have no or no excessive dispersion.

Je feiner die Pigmente sind, umso geringer die Streuung. Bei Korngrößen > 1 μm tritt üblicherweise eine Streuung von 5 bis 40% im Wellenlängenbereich von 400 bis 750 nm, so dass die solche Pigmente erfindungsgemäß nicht bevorzugt sind.The finer the pigments, the less the scatter. With particle sizes> 1 μm, a scattering of 5 to 40% usually occurs in the wavelength range from 400 to 750 nm, so that such pigments are not preferred according to the invention.

Bei der Verwendung von Pigmenten mit Korngrößen unterhalb von 1 μm, sogenannte Nanopigmente kann die Streuung auf weniger als 6% (0,1–6%), insbesondere auf 4–5%, reduziert werden. Bei der Dispergierung dieser Nanopigmente ist zu beachten, dass diese fein dispergiert werden müssen, um eine Agglomeration zu verhindern, was bspw. durch einen Dreiwalzenstuhl oder Ultraschallbehandlung möglich ist.When using pigments with particle sizes below 1 μm, so-called nanopigments, the scattering can be reduced to less than 6% (0.1-6%), in particular to 4-5%. When dispersing these nanopigments, it should be noted that they must be finely dispersed in order to prevent agglomeration, which is possible, for example, by means of a three-roll mill or ultrasound treatment.

Bevorzugt liegen diese Absorptionspigmente in nanoskaliger Form mit einer Primärpartikeldurchmessern von 2 bis 5000 nm, bevorzugt 8 bis 1000 nm, ganz besonders 10 bis 500 nm vor. Unter Primärpartikeln werden dabei in der Regel die Partikel im unagglomerierten Zustand verstanden. Teilchendurchmesser können durch Kleinwinkelstreuung (SAXS), dynamische Lichtstreuung (DLS) und/oder Fraunhofer-Beugung ermittelt werden.These absorption pigments are preferably present in nanoscale form with a primary particle diameter of 2 to 5000 nm, preferably 8 to 1000 nm, very particularly 10 to 500 nm. Primary particles are generally understood as meaning the particles in the unagglomerated state. Particle diameters can be determined by small angle scattering (SAXS), dynamic light scattering (DLS) and / or Fraunhofer diffraction.

Mindestens ein wie vorstehend beschriebener Farbstoff ist in der Matrix gelöst. Die Matrix besteht vorzugsweise aus einem sogenannten Binder. Als Binder können zum einen Verbindungen verwendet werden, welche bereits die für die Schichtbildung erforderlichen Eigenschaften aufweisen, beispielsweise Kunststoffe bzw. Polymere mit einem ausreichenden Polymergewicht. Als weitere Variante kann die Matrix nach der Beschichtung des Substrats durch Vernetzungs- und/oder Polymerisationsreaktionen in situ gebildet werden. At least one dye as described above is dissolved in the matrix. The matrix preferably consists of a so-called binder. As binders, on the one hand, it is possible to use compounds which already have the properties required for layer formation, for example plastics or polymers having a sufficient polymer weight. As a further variant, the matrix may be formed in situ after coating of the substrate by crosslinking and / or polymerization reactions.

Als Binder können Polyurethanharze, Sol-Gel-Verbindungen, Hybrid-Polymere, Silikone (org. und/oder anorganisch vernetzend), Phenolharze, Epoxide, Polyamide, Polyimid, EVA (Ethylenvinylacetat) und Polyesterharze und Mischungen derselben verwendet werden.As the binder, polyurethane resins, sol-gel compounds, hybrid polymers, silicones (organic and / or inorganic crosslinking), phenolic resins, epoxies, polyamides, polyimide, EVA (ethylene-vinyl acetate), and polyester resins and mixtures thereof can be used.

Es können verschiedene Thermoplasten als Kunststoffschichten verwendet werden, wie Cyclo-Olefin-Copolymer COC, Ionomere, Polyamid PA, Polyethylenterephthalat PET, Polybutylenterephthalat PBT, Polyetherketon PEK, Polyoxymethylen POM, Acrylatbasierende Systeme, Polymethylmethacrylat und/oder Polystyrol PS, die sich durch ihre hohe chemische und mechanische Stabilität auszeichnen.Various thermoplastics can be used as plastic layers, such as cyclo-olefin copolymer COC, ionomers, polyamide PA, polyethylene terephthalate PET, polybutylene terephthalate PBT, polyether ketone PEK, polyoxymethylene POM, acrylate-based systems, polymethylmethacrylate and / or polystyrene PS, which are characterized by their high chemical and distinguish mechanical stability.

Von den Polyesterharzen sind sogenannte UP-Harze, d. h. ungesättigte Polyesterharze, bevorzugt. Je nach Reaktion mit Säuren oder Alkoholen können weiche bzw. harte Kunststoffschichten hergestellt werden.Of the polyester resins, so-called UP resins, d. H. unsaturated polyester resins, preferred. Depending on the reaction with acids or alcohols soft or hard plastic layers can be produced.

Alkydharze können mit verschiedenen Filmbildnern wie Epoxidharze oder auch Phenolharze verarbeitet werden. Verwendung zur Lacksynthese, ja nach Lösungsmittel können niedrig oder höher viskose Lacke hergestellt werden.Alkyd resins can be processed with various film formers such as epoxy resins or phenolic resins. Use for paint synthesis, yes after solvents can be prepared low or higher viscosity paints.

Bei Verwendung von EVA ist bevorzugt, dass der Polyolefinanteil (d. h. der Ethylenanteil) einen Anteil von höchstens 5% aufweist, da ansonsten eine Beschichtung durch Spin-coating durch die hohe Viskosität der Bindemittellösung erschwert ist. Als Lösungsmittel für EVA eignen sich Toluol, Benzol und Xylol.When using EVA it is preferred that the polyolefin content (i.e., the ethylene content) has a content of at most 5%, otherwise coating by spin-coating is made difficult by the high viscosity of the binder solution. Suitable solvents for EVA are toluene, benzene and xylene.

Gemäß einer Variante der Erfindung sind Sol-Gel-Verbindungen oder Polyurethanharze bevorzugt.According to a variant of the invention, sol-gel compounds or polyurethane resins are preferred.

Bei Sol-Gel-Verbindungen umfasst die Beschichtungszusammensetzung insbesondere Sol-Gel-Vorstufen des Siliziums, Titans, Zirkons, Aluminiums, Zinks, Magnesiums, Calciums, Zinns oder Mischungen davon. Ganz besonders bevorzugt sind die Sol-Gel-Vorstufen Si(ORx)Ry, Ti(ORx)Ry, Zr(ORx)Ry, Al(ORx)Ry, Zn(ORx)Ry, Mg(ORx)Ry, Ca(ORx)Ry und Sn(ORx)Ry.In the case of sol-gel compounds, the coating composition comprises in particular sol-gel precursors of silicon, titanium, zirconium, aluminum, zinc, magnesium, calcium, tin or mixtures thereof. Most preferably, the sol-gel precursors are Si (ORx) Ry, Ti (ORx) Ry, Zr (ORx) Ry, Al (ORx) Ry, Zn (ORx) Ry, Mg (ORx) Ry, Ca (ORx) Ry and Sn (ORx) Ry.

Darin ist vorzugsweise Rx = Wasserstoff, Alkyl, Allyl oder Aryl und/oder Ry = Epoxy, Methacrylat, Acrylat, Vinyl, Allyl, Amino, Thiol, Alkyl oder Aryl. Die Indizes x und y sind in Summe 4, d. h. x + y = 4.Therein Rx is preferably hydrogen, alkyl, allyl or aryl and / or Ry = epoxy, methacrylate, acrylate, vinyl, allyl, amino, thiol, alkyl or aryl. The indices x and y are 4 in total, d. H. x + y = 4.

Bevorzugt umfasst die Beschichtungszusammensetzung eine UV-hartbare und oder thermisch hartbare hybridpolymere, hydrolysierte und kondensierte Alkoxysilanvorstufe, insbesondere Glycidyloxypropylltriethoxysilan (GPTES) und/oder Methacryloxypropyltrimethoxysilan. Diese können ferner mit Polysiloxanen funktionalisiert sein. Bevorzugt werden Methyl- und oder Phenyl-funktionalisierte Polysiloxane verwendet. Die Sol-Gel-Schicht auf dem Substrat umfasst also vorzugsweise die Reaktionsprodukte hierin beschriebener Sol-Gel-Vorstufen mit hierin beschriebenen Polysiloxanen.Preferably, the coating composition comprises a UV curable and / or thermally curable hybrid polymer hydrolyzed and condensed alkoxysilane precursor, especially glycidyloxypropyltriethoxysilane (GPTES) and / or methacryloxypropyltrimethoxysilane. These may also be functionalized with polysiloxanes. Preference is given to using methyl- and / or phenyl-functionalized polysiloxanes. Thus, the sol-gel layer on the substrate preferably comprises the reaction products of sol-gel precursors described herein with polysiloxanes described herein.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Binderzusammensetzung ein Polyurethanharz, welches durch Reaktion einer Polyisocyanat-Komponente mit einer Polyol-Komponente entsteht. Unter Polyisocyanaten werden dabei organische Verbindungen verstanden, die zwei oder mehrere Isocyanatgruppen (-N=C=O) enthalten. Unter Polyolen werden organische Verbindungen verstanden, welche zwei oder mehrere Hydroxylgruppen (-OH) enthalten. Durch Reaktion von Polyisocyanaten und Polyolen entstehen geradkettige oder verzweigte Polyurethane:

Figure DE102013022162A1_0002
In another embodiment, the binder composition comprises a polyurethane resin formed by reacting a polyisocyanate component with a polyol component. By polyisocyanates are meant organic compounds containing two or more isocyanate groups (-N = C = O). Polyols are understood as meaning organic compounds which contain two or more hydroxyl groups (-OH). Reaction of polyisocyanates and polyols produces straight-chain or branched polyurethanes:
Figure DE102013022162A1_0002

Erfindungsgemäß können je nach Anwendung folgende Polyisocyanate verwendet werden:

  • – aromatischen Isocyanaten, z. B. 2,4-Toluylendiisocyanat (TDI), 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI),
  • – cycloaliphatischen und araliphatischen Isocyanaten, z. B. Isophorondiisocyanat (IPDI), 2,4-Methylcyclohexyldiisocyanat (HTDI), Xylylendiisocyanat (XDI),
  • – aliphatischen Isocyanaten, z. B. Hexamethylendiisocyanat (HDI), Trimethylhexamethylendiisocyanat (TMDI) oder 1,4-Cyclohexyldiisocyanat (CHDI),
Depending on the application, the following polyisocyanates can be used according to the invention:
  • - aromatic isocyanates, eg. 2,4-tolylene diisocyanate (TDI), 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI),
  • - Cycloaliphatic and araliphatic isocyanates, eg. Isophorone diisocyanate (IPDI), 2,4-methylcyclohexyl diisocyanate (HTDI), xylylene diisocyanate (XDI),
  • - aliphatic isocyanates, eg. Hexamethylene diisocyanate (HDI), trimethylhexamethylene diisocyanate (TMDI) or 1,4-cyclohexyl diisocyanate (CHDI),

Mit aliphatischen Isocyanaten, insbesondere mit HDI, können Polyurethane mit ausgezeichneter thermischer Stabilität erzeugt werden, die sich erst bei 210 bis 270°C zersetzen. Die thermische Stabilität von Polyurethanschichten aus aliphatischen Isocyanaten ist daher ausreichend für die Anwendung als Filtersysteme, welche in der Regel über WLP(Wafer-Level-Packaging)-Prozesse im Bauteil eingebracht werden, da hier hierbei kurzzeitig Temperaturen von 260°C für einen Zeitraum von ca. 10 min, bevorzugt weniger als 5 min, auftreten. Im Einsatzbereich bspw. in Kameramodule kommen allerdings nur Temperaturen deutlich < 150°C zum Tragen. With aliphatic isocyanates, especially with HDI, polyurethanes can be produced with excellent thermal stability, which decompose only at 210 to 270 ° C. The thermal stability of polyurethane layers of aliphatic isocyanates is therefore sufficient for use as filter systems, which are usually introduced via WLP (wafer-level packaging) processes in the component, since here for a short time temperatures of 260 ° C for a period of about 10 minutes, preferably less than 5 minutes occur. In the field of application, for example, in camera modules, however, only temperatures significantly <150 ° C come into play.

Anstelle monomerer Polyisocyanate können bevorzugt auch Polymerisate der entsprechenden Monomere eingesetzt, z. B. ihre Dimere, Trimere, Oligomere oder höhere Polymerisate. Des Weiteren können mehrwertige Alkohole wie Biurete, Isocyanurate oder Addukte an Trimethylolopropan oder ähnliche Verbindungen verwendet werden, welche durch Molekülvergrößerung die Monomere in schwerer flüchtige und damit leichter zu handhabende Komponenten umwandeln.Instead of monomeric polyisocyanates and polymers of the corresponding monomers may preferably be used, for. B. their dimers, trimers, oligomers or higher polymers. It is also possible to use polyhydric alcohols such as biurets, isocyanurates or adducts of trimethylolpropane or similar compounds which, by enlarging the molecular weight, convert the monomers into less volatile and thus easier-to-handle components.

Bevorzugt sind ferner blockierte Polyisocyanate (sogenannte Einbrennurethanharze, EBU-Harze), bei welchen die hochreaktiven Isocyanatgruppen durch sogenannte Blockierungsmittel reversibel blockiert sind. Ein blockiertes Polyisocyanat spaltet bei erhöhter Temperatur das Blockierungsmittel unter Freisetzung des reaktiven Isocyanats ab, so dass die Vernetzungsreaktion durch thermische Behandlung gestartet werden muss. Als Blockierungsmittel eignen sich neben Alkoholen und Phenolen auch andere Brönstedsäuren (Protonendonatoren, Verbindungen mit acidem Wasserstoff) wie Thioalkohole, Thiophenole, Oxime, Hydroxamsäureester, Amine, Amide, Imide, Lactame oder Dicarbonylverbindungen und insbesondere ε-Caprolactam, Butanonoxim, Dimethylpyrazol, Diisopropylamin und Malonsäureester wie z. B. Diethylmalonat. Während mit Butanonoxim-blockiertem HDI Lacke formuliert werden können, die bereits bei 140 bis 180°C (5–60 min) aushärten, sind bei ε-Caprolactam blockiertem HDI etwas höhere Temperaturen zur Vernetzung notwendig (160–240°C, 5–60 min). Da bei der Vernetzung das Blockierungsmittel freigesetzt wird und Malonsäurediethylester keine und ε-Caprolactam im Vergleich zu Butanonoxim eine weniger kritische Einstufung als Gefahrenstoff hat, werden mit Malonsäureester oder mit ε-Caprolactam blockierte, aliphatische Polyisocyanate bevorzugt. Butanonoxim, ε-Caprolactam und die meisten anderen Blockierungsmittel entweichen bei der Vernetzung zu einem erheblichen Anteil aus dem Lackfilm und werden mit dem Abluftstrom des Trockners aus dem Lack entfernt. Dadurch verschiebt sich das Reaktionsgleichgewicht von der Seite der Ausgangskomponenten auf die Seite des Polyurethans.Also preferred are blocked polyisocyanates (so-called Einbrennurethanharze, EBU resins) in which the highly reactive isocyanate groups are reversibly blocked by so-called blocking agents. A blocked polyisocyanate cleaves at elevated temperature, the blocking agent to release the reactive isocyanate, so that the crosslinking reaction must be started by thermal treatment. Suitable blocking agents are, in addition to alcohols and phenols, other Brönsted acids (proton donors, compounds with acidic hydrogen) such as thio alcohols, thiophenols, oximes, hydroxamic acid esters, amines, amides, imides, lactams or dicarbonyl compounds and in particular ε-caprolactam, butanone oxime, dimethylpyrazole, diisopropylamine and malonic acid esters such as B. diethyl malonate. While it is possible to formulate coatings with butanone oxime-blocked HDI, which already cure at 140 to 180 ° C. (5-60 min), somewhat higher temperatures are necessary for crosslinking with ε-caprolactam-blocked HDI (160-240 ° C., 5-60 min). Since crosslinking releases the blocking agent and malonic acid diethyl ester and ε-caprolactam have less critical classification as hazardous substance compared with butanone oxime, aliphatic polyisocyanates blocked with malonic acid ester or with ε-caprolactam are preferred. Butanone oxime, ε-caprolactam and most other blocking agents escape during crosslinking to a considerable extent from the paint film and are removed with the exhaust air flow of the dryer from the paint. This shifts the reaction equilibrium from the side of the starting components to the side of the polyurethane.

Beispiele für geeignete, blockierte aliphatische Polymerisate von Polyisocyanate sind z. B. die Desmodur®-Typen von Bayer Material Science, beispielsweise Desmodur® BL 3175 SN und Desmodur® BL 3272 MPA.Examples of suitable blocked aliphatic polymers of polyisocyanates are, for. As the Desmodur ® grades from Bayer MaterialScience, for example Desmodur ® BL 3175 SN and Desmodur® BL 3272 MPA.

Aus dem Gehalt blockierter Isocyanatgruppen lässt sich das Äquivalentgewicht berechnen. Sofern die durchschnittliche NCO-Funktionalität der blockierten Polyisocyanate bekannt ist, lässt sich daraus das durchschnittliche Molekulargewicht bestimmen. Unter NCO-Funktionalität versteht man die Anzahl an blockierten und gegebenenfalls freien NCO-Gruppen pro Molekül. Bei geeigneten EBU-Harzen liegt die NCO-Funktionalität bei ≥ 2, insbesondere bei 2,5–6, besonders bevorzugt bei 2,8–4,2. Es sind aber auch, Harze mit mehr als 6 blockierten Isocyanatgruppen pro Molekül geeignet, wenn auch nicht bevorzugt.From the content of blocked isocyanate groups, the equivalent weight can be calculated. If the average NCO functionality of the blocked polyisocyanates is known, the average molecular weight can be determined therefrom. NCO functionality is the number of blocked and optionally free NCO groups per molecule. For suitable EBU resins, the NCO functionality is ≥ 2, especially 2.5-6, more preferably 2.8-4.2. However, resins having more than 6 blocked isocyanate groups per molecule are also suitable, though not preferred.

Das durchschnittliche Molekulargewicht bevorzugter Polymerisate blockierter Polyisocyanate liegt bei 800–2000 g/mol. Polyisocyanate mit Molekulargewichten von 2000–10000 g/mol können aber ebenfalls geeignet sein. Die mittleren Molekulargewichte können z. B. über eine GPC-Messung (Gelpermeationschromatografie) bestimmt werden.The average molecular weight of preferred polymers of blocked polyisocyanates is 800-2000 g / mol. However, polyisocyanates with molecular weights of 2000-10000 g / mol may also be suitable. The average molecular weights may, for. B. via a GPC measurement (gel permeation chromatography) can be determined.

Als Reaktionspartner für ein Polyisocyanat können prinzipiell alle Verbindungen dienen, die ein reaktives (acides) Wasserstoffatom enthalten. Durch die Reaktion der Isocyanatgruppen mit Verbindungen, die reaktive Wasserstoffatome enthalten, bildet sich durch Polyaddition das Polyurethan.In principle, all compounds which contain a reactive (acidic) hydrogen atom can serve as reactants for a polyisocyanate. By the reaction of the isocyanate groups with compounds containing reactive hydrogen atoms, polyaddition forms the polyurethane.

Die Eigenschaften des Polyurethans hängen nicht nur von der Isocyanat-Komponente, sondern auch von der gewählten H-aciden Verbindung ab.The properties of the polyurethane depend not only on the isocyanate component, but also on the chosen H-acidic compound.

Polyole, insbesondere Polyesterpolyole und Polyetherpolyole sind geeignet, da mit diesen Komponenten mechanisch und chemisch sehr stabile Beschichtungen erhalten werden können. Als besonders geeignet haben sich Polyesterpolyole, insbesondere verzweigte Polyesterpolyole mit einem hohen Hydroxylgruppenanteil (vorzugsweise drei und mehr Hydroxylgruppen pro Molekül, entsprechend einem OH-Anteil von 2–8 Gew.-%, insbesondere 3–6 Gew.-%) und einem mittleren Molekulargewicht im Bereich von 1000–2000 g/mol erwiesen. Diese Polyole führen über ihre Hydroxylgruppen zu stark vernetzten Polyurethanfilmen, so dass besonders harte, kratzfeste sowie chemisch beständige Schichten erzeugt werden können. Je stärker die Polyesterpolyole verzweigt sind und je mehr Hydroxylgruppen sie aufweisen, umso stärker vernetzt ist das gebildete Polyurethan.Polyols, in particular polyester polyols and polyether polyols are suitable, since mechanically and chemically very stable coatings can be obtained with these components. Particularly suitable are polyester polyols, in particular branched polyester polyols having a high hydroxyl group content (preferably three or more hydroxyl groups per molecule, corresponding to an OH content of 2-8 wt .-%, in particular 3-6 wt .-%) and an average molecular weight in the range of 1000-2000 g / mol proved. These polyols lead via their hydroxyl groups to strongly crosslinked polyurethane films, so that particularly hard, scratch-resistant and chemically resistant layers can be produced. The more the polyesterpolyols are branched and the more hydroxyl groups they have, the more crosslinked the polyurethane formed is.

Beispiele für geeignete Polyesterpolyole sind die Desmophen®-Typen von Bayer Material Science Desmophen® 651 MPA, Desmophen® 680 BA und Desmophen® 670.Examples of suitable polyester polyols are the Desmophen ® grades of Bayer MaterialScience Desmophen ® 651 MPA Desmophen ® 680 BA and Desmophen ® 670th

Die Molekülstruktur der meisten handelsüblichen Polyesterpolyole und auch der oben genannten Desmophen®-Typen kann nicht exakt angegeben werden, da bei der Herstellung i. d. R. ein Polymergemisch erhalten wird. Die Eigenschaften der Polyesterpolyole können jedoch durch die Reaktionsführung reproduzierbar eingestellt werden, wobei die Produkte durch den Hydroxylgehalt (OH-Zahl), das mittlere Molekulargewicht, ihre Dichte und die Viskosität charakterisierbar sind. Die durchschnittliche OH-Funktionalität wird durch die Wahl der Ausgangskomponenten bestimmt.The molecular structure of most commercially available polyester polyols and also the above-mentioned Desmophen ® grades can not be specified exactly, since a polymer mixture is obtained in the production rule. However, the properties of the polyester polyols can be reproducibly adjusted by the reaction procedure, the products being characterized by the hydroxyl content (OH number), the average molecular weight, their density and the viscosity. The average OH functionality is determined by the choice of starting components.

Die Kontrolle und die Kenntnis des Hydroxylgehalts (OH-Gehalts) der Polyol-Komponente (H-acide oder Hydroxylkomponente) und die Kenntnis des Gehalts an blockierten Isocyanatgruppen (NCO-Gehalt) der Polyisocyanat-Komponente, sind deshalb wichtig, weil theoretisch eine maximale Vernetzung der Beschichtung nur bei dem Einsatz gleicher stöchiometrischer Mengen an Isocyanat- und Hydroxylkomponente erfolgt, wenn das stöchiometrische Verhältnis von Isocyanat- zu Hydroxylkomponente also 1:1 beträgt gemäß folgender Reaktionsgleichung:

Figure DE102013022162A1_0003
The control and knowledge of the hydroxyl content (OH content) of the polyol component (H-acid or hydroxyl component) and the knowledge of the content of blocked isocyanate groups (NCO content) of the polyisocyanate component are important because, theoretically, maximum crosslinking The coating is carried out only when using the same stoichiometric amounts of isocyanate and hydroxyl component, if the stoichiometric ratio of isocyanate to hydroxyl component is therefore 1: 1 according to the following reaction equation:
Figure DE102013022162A1_0003

Die bei dem stöchiometrischen Verhältnis von 1:1 theoretisch erreichbare, maximale Vernetzungsdichte ist entscheidend für die Eigenschaften der Beschichtung (Haftung, Kratzfestigkeit, Flexibilität, chemische und thermische Beständigkeit). Isocyanat- und Hydroxylkomponente sollten daher in dem Polyurethansystem in dem stöchiometrischen Verhältnis 1:1 vorliegen. Die hierzu notwendigen Mengen können über das Äquivalentgewicht berechnet werden.The maximum crosslink density theoretically achievable at the stoichiometric ratio of 1: 1 is decisive for the properties of the coating (adhesion, scratch resistance, flexibility, chemical and thermal resistance). Isocyanate and hydroxyl components should therefore be present in the polyurethane system in the stoichiometric ratio of 1: 1. The quantities required for this purpose can be calculated using the equivalent weight.

Die Reduzierung des Polyisocyanatanteils (Untervernetzung) führt zu flexibleren Beschichtungen mit geringerer mechanischer und chemischer Stabilität und ist daher nicht bevorzugt. Die Erhöhung des Polyisocyanatanteils (Übervernetzung) erhöht die Vernetzungsdichte, weil die überschüssigen Isocyanatgruppen mit Luftfeuchte unter Bildung von Harnstoffgruppen reagieren. Der Einsatz von Polyisocyanat- zu Polyolkomponente in den Äquivalent-Verhältnissen 1,1:1 bis 2:1 kann daher sinnvoll sein, um über die Härte der Beschichtung die Kratzfestigkeit oder die Haftfestigkeit auf dem Substrat zu erhöhen. Da die Nebenreaktion mit Wasser auch durch andere Faktoren wie den Wassergehalt des Lösungsmittels oder die Restfeuchtigkeit des Substrats ermöglicht wird, wodurch dem System Isocyanatgruppen entzogen werden, die dann nicht mehr für eine Reaktion mit den Hydroxygruppen der Polyol-Komponente zur Verfügung stehen, werden Äquivalent-Verhältnisse von Polyisocyanat- zu Polyolkomponente in der Größenordnung von 1,1:1 bis 2:1, insbesondere von 1,2:1 bis 1,5:1, bevorzugt.The reduction of the polyisocyanate portion (undercrosslinking) results in more flexible coatings with less mechanical and chemical stability and is therefore not preferred. The increase in the polyisocyanate content (over-crosslinking) increases the crosslinking density because the excess isocyanate groups react with atmospheric moisture to form urea groups. The use of polyisocyanate to polyol in the equivalent ratios of 1.1: 1 to 2: 1 may therefore be useful to increase the scratch resistance or adhesion to the substrate on the hardness of the coating. Since the secondary reaction with water is also made possible by other factors, such as the water content of the solvent or the residual moisture of the substrate, which deprives the system of isocyanate groups which are then no longer available for reaction with the hydroxy groups of the polyol component, equivalent Ratios of polyisocyanate to polyol component in the order of 1.1: 1 to 2: 1, in particular from 1.2: 1 to 1.5: 1, preferably.

Natürlich können auch verschiedene H-acide Verbindungen kombiniert werden, z. B. Polyesterpolyole mit Silicon- oder Epoxidharzen, insbesondere, um die Filmeigenschaften hinsichtlich spezieller Anforderungen anzupassen.Of course, various H-acid compounds can be combined, for. As polyester polyols with silicone or epoxy resins, in particular to adapt the film properties with respect to specific requirements.

Die thermische Aushärtung des aufgebrachten Polyurethansystems erfolgt durch Erhitzen auf 150°C–260°C, insbesondere durch Erhitzen auf 170–210°C für eine Dauer von 10–120 min, insbesondere von 60–90 min. Die Aushärtezeit ist dabei für die Haftfestigkeit und chemische Beständigkeit von wesentlicher Bedeutung, bspw. zeigt eine Aushärtung von 45 min bei 180°C keine chemische Beständigkeit gegenüber Isopropanol und besteht den Klebebandtest nicht, während eine Aushärtung bei gleicher Temperatur von > 60 min dazu führt, dass beide Tests bestanden werden. Durch das Erhitzen verdunstet zum einen das Lösungsmittel aus der Farbe, zum anderen wird die Isocyanatkomponente deblockiert, so dass die Vernetzungsreaktion mit der H-aciden Komponente (z. B. Polyesterpolyol) abläuft und sich ein fester Film bildet. Höhere Temperaturen als 210°C werden in der Regel für eine längere Aushärtung (> 30 min) nicht angewandt, da sich das gebildete Polyurethan ab 200°C zersetzen kann. Die Zersetzung bewirkt eine leichte Braunfärbung der Beschichtung, die in der Regel unerwünscht ist.The thermal curing of the applied polyurethane system is carried out by heating to 150 ° C-260 ° C, in particular by heating to 170-210 ° C for a period of 10-120 min, in particular from 60-90 min. Curing time of 45 minutes at 180 ° C. shows no chemical resistance to isopropanol and does not pass the adhesive tape test, whereas curing at the same temperature of> 60 minutes results in that both tests are passed. The heating on the one hand evaporates the solvent from the paint and on the other hand deblocks the isocyanate component so that the crosslinking reaction with the H-acidic component (eg polyester polyol) takes place and a solid film forms. Higher temperatures than 210 ° C are usually not used for a longer curing (> 30 min), since the polyurethane formed can decompose from 200 ° C. The decomposition causes a slight browning of the coating, which is generally undesirable.

Die erforderliche Reaktionstemperatur hängt u. a. ganz wesentlich von dem Blockierungsmittel, mit dem die Isocyanatkomponente blockiert ist, ab. So genügen bei Isocyanaten, die mit Butanonoxim blockiert sind, 140–180°C, um die Vernetzung in Gang zu setzen, während bei Isocyanaten, die mit ε-Caprolactam blockiert sind, 160–240°C notwendig sind. Die notwendige Dauer für eine ausreichende Vernetzung hängt von der Auswahl der Isocyanat-Komponente und der H-aciden Verbindung (Polyesterpolyol) ab. Sie kann wesentlich (auf wenige Minuten) durch Katalysatoren verkürzt werden, z. B. durch tertiäre Amine, insbesondere aber durch metallhaltige Katalysatoren, z. B. Zn-, Co-, Fe-, Sn(IV)-, Sb- und Sn(II)-Salze. Besonders geeignete Katalysatoren sind Zinn(IV)-Alkoxylate wie z. B. Dibutylzinndilaurat und Tetra-(2-ethylhexyl)-titanat, Zink- oder Cobaltnaphthenat. Der Katalysator oder die Katalysatormischung werden in einer Menge von 0,05–1 Gew.-% (bezogen auf die Farbpaste) zugesetzt. The required reaction temperature depends, inter alia, quite significantly on the blocking agent with which the isocyanate component is blocked. Thus, in the case of isocyanates blocked with butanone oxime, 140-180 ° C. suffice to initiate the crosslinking, whereas in the case of isocyanates blocked with ε-caprolactam, 160-240 ° C. are necessary. The time necessary for sufficient crosslinking depends on the choice of the isocyanate component and the H-acid compound (polyester polyol). It can be shortened significantly (to a few minutes) by catalysts, eg. B. by tertiary amines, but especially by metal-containing catalysts, eg. Zn, Co, Fe, Sn (IV), Sb and Sn (II) salts. Particularly suitable catalysts are tin (IV) alkoxylates such. As dibutyltin dilaurate and tetra (2-ethylhexyl) titanate, zinc or cobalt naphthenate. The catalyst or catalyst mixture is added in an amount of 0.05-1% by weight (based on the color paste).

Ein Verfahren zur Herstellung des Filters umfasst vorzugsweise folgende Schritte:

  • (1) Herstellung Bindersystem: Lösen des Binders (eine oder zwei Komponenten) im Lösungsmittel;
  • (2) Herstellung des Lackes durch Lösen des Farbstoffes und ggf. Dispergieren der Pigmente im Bindersystem sowie ggf. weitere Zusatzstoffe;
  • (2) ggf. Entlüften des Lacks;
  • (3) ggf. Substratreinigung;
  • (4) ggf. Aufbringen einer Zwischenschicht;
  • (5) Aufbringen des Lacks beispielsweise durch Spin-coating;
  • (6) ggf. Vortrocknung des Lacks (sogenanntes „soft-bake”);
  • (7) Trocknung thermische und/oder UV-Härtung des Lacks;
  • (8) ggf. Aufbringen weiterer Schichten.
A method for producing the filter preferably comprises the following steps:
  • (1) Preparation of binder system: dissolving the binder (one or two components) in the solvent;
  • (2) preparation of the paint by dissolving the dye and, if appropriate, dispersing the pigments in the binder system and optionally further additives;
  • (2) if necessary, bleeding the paint;
  • (3) if necessary, substrate cleaning;
  • (4) optionally applying an intermediate layer;
  • (5) application of the paint, for example by spin-coating;
  • (6) if necessary predrying of the varnish (so-called "soft-bake");
  • (7) drying thermal and / or UV curing of the varnish;
  • (8) optionally applying further layers.

Unter „Trocknung” wird erfindungsgemäß verstanden, dass der Binder im Wesentlichen ohne chemische Reaktion in die Filterschicht überführt wird, d. h. dass nur flüchtige Bestandteile aus der Beschichtungslösung entfernt werden.By "drying" is understood according to the invention that the binder is transferred substantially without chemical reaction in the filter layer, d. H. that only volatile constituents are removed from the coating solution.

Die Herstellung der Filterschicht umfasst vorzugsweise den Schritt des Herstellens einer Beschichtungslösung. Zur Herstellung der Beschichtungslösung bzw. des Lackes werden mindestens ein Farbstoff und Binder bzw. ein Bindersystem in einem Lösungsmittel gelöst. Die Beschichtungslösung wird auf das Substrat aufgebracht und gehärtet.The production of the filter layer preferably comprises the step of preparing a coating solution. To prepare the coating solution or the paint, at least one dye and binder or a binder system are dissolved in a solvent. The coating solution is applied to the substrate and cured.

Der Binder kann als Lösungsmittel für den Farbstoff dienen. Sofern die Viskosität des Binders nicht ausreicht, kann ein Lösungsmittel hinzugegeben werden. Lösungsmittel sorgen insbesondere dafür, dass der Lack in seiner Viskosität und Verarbeitbarkeit beeinflusst werden kann. Durch Zugabe von Lösungsmitteln kann die Filterschicht in einem Beschichtungsverfahren aufgebracht werden, wobei die Menge des Lösungsmittels bzw. die Viskosität der Beschichtungslösung die resultierende Schichtdicke maßgeblich beeinflusst. Dabei ist zu beachten, dass die Ausbildung und Beschaffenheit der Filmoberfläche auch von den verwendeten Lösungsmitteln abhängen kann. Lösungsmittel mit sehr großen Verdunstungsraten, also hohem Dampfdruck, sind weniger geeignet, da es zur Ausbildung einer Haut an der Oberfläche kommen kann. Dadurch ändert sich das Fließverhalten, es können hydrodynamische Instabilitäten auftreten, welche letztendlich zur Ausbildung von lateralen Beschichtungsstrukturen, die sternförmig vom Rotationszentrum ausgehen, führen. Des Weiteren sind hygroskopische Lösungsmittel nicht geeignet, die zwar Wasser aus der Umgebung anziehen, jedoch selbst nicht mit diesem mischbar sind. Dann kann es zu Entmischungseffekten kommen, was ebenfalls laterale Strukturen bewirkt. Daher werden Lösungsmittel mit einem Dampfdruck < 120 hPa (bei Normbedingungen: 20°C) bevorzugt, besonders bevorzugt < 60 hPa, um eine gute Verarbeitbarkeit zu gewährleisten.The binder can serve as a solvent for the dye. If the viscosity of the binder is insufficient, a solvent may be added. Solvents ensure in particular that the paint can be influenced in its viscosity and processability. By adding solvents, the filter layer can be applied in a coating process, wherein the amount of the solvent or the viscosity of the coating solution significantly influences the resulting layer thickness. It should be noted that the design and condition of the film surface may also depend on the solvents used. Solvents with very high evaporation rates, ie high vapor pressure, are less suitable because it can lead to the formation of a skin on the surface. As a result, the flow behavior changes, there may be hydrodynamic instabilities, which ultimately lead to the formation of lateral coating structures, which emanate star-shaped from the center of rotation. Furthermore, hygroscopic solvents are not suitable, although they attract water from the environment, but are themselves not miscible with this. Then it can come to demixing effects, which also causes lateral structures. Therefore, solvents having a vapor pressure <120 hPa (at standard conditions: 20 ° C.) are preferred, particularly preferably <60 hPa, in order to ensure good processability.

Bevorzugte Lösungsmittel sind Alkohole, Ether und Mischungen daraus. Vorzugsweise werden n-Butylacetat, Carbitol, Carbitolacetat, Butylcarbitolacetat, Ethylacetat, Methanol, Ethanol, 1-Propanol, Dimethylformamid (DMF), Etylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Trip ropylenglycolmonomethylether, Dichlormethan, 1,2,3-Trichlorpropan, Cyclohexan, Tetrahydrofuran, 4-Hydroxy-4-methyl-2-pentanon, Ethylmethylketon, Cyclohexanon und Mischungen derselben eingesetzt.Preferred solvents are alcohols, ethers and mixtures thereof. Preference is given to n-butyl acetate, carbitol, carbitol acetate, butylcarbitol acetate, ethyl acetate, methanol, ethanol, 1-propanol, dimethylformamide (DMF), ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, dichloromethane, 1,2,3-trichloropropane, cyclohexane, tetrahydrofuran, Hydroxy-4-methyl-2-pentanone, ethyl methyl ketone, cyclohexanone and mixtures thereof.

Für die Herstellung von dünnen Polymerfilmen für ein Spin-coating-Verfahren werden gemäß dem Stand der Technik 1,2,3-Trichlorpropan (2,8 hPa Dampfdruck bei 20°C) oder Cyclohexanon (4,55 hPa Dampfdruck bei 20°C) oder DMF (3,77 hPa Dampfdruck bei 20°C) bevorzugt verwendet. In der Regel werden zwischen 10 und 30% bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtungslösung eingesetzt.For the preparation of thin polymer films for a spin-coating process, 1,2,3-trichloropropane (2.8 hPa vapor pressure at 20 ° C.) or cyclohexanone (4.55 hPa vapor pressure at 20 ° C.) are used according to the prior art. or DMF (3.77 hPa vapor pressure at 20 ° C) is preferably used. As a rule, between 10 and 30% based on the total mass of the coating solution is used.

Überraschenderweise zeigt sich jedoch, dass eine Mischung von mindestens einem Lösungsmittel mit geringem Dampfdruck < 2 hPas (bei Normalbedingungen) mit mindestens einem Lösungsmittel mit einem hohen Dampfdruck > 100 hPas ebenfalls gute Ergebnisse zeigten. Surprisingly, however, it has been found that a mixture of at least one solvent with a low vapor pressure <2 hPas (under normal conditions) with at least one solvent with a high vapor pressure> 100 hPas also showed good results.

Der Beschichtungslösung können weitere Additive, wie Haftvermittler, Entschäumer, Verlaufsadditive, Nivellierer, Entlüfter, Gleit-Additive, Substratnetadditive, Netz- und Dispergieradditive, Rheologieadditive, strahlenhärtende und Antiblocking (UV-Blocker)-Additive zugefügt werden. Dieses Additive können bis zu 5 Gew.-%, bevorzugt bis zu 2 Gew.-% der Beschichtungslösung ausmachen. Sie können beispielsweise von der Firma TEGO (EVONIK) kommerziell erworben werden und sind dem Fachmann als typische Lackadditive bekannt.The coating solution may be further added additives such as adhesion promoters, defoamers, flow control additives, levelers, deaerators, slip additives, Substratnetadditive, wetting and dispersing additives, rheology additives, radiation-curing and antiblocking (UV blocker) additives. These additives may constitute up to 5% by weight, preferably up to 2% by weight of the coating solution. They can be obtained commercially, for example, from TEGO (EVONIK) and are known to the person skilled in the art as typical paint additives.

Im Speziellen handelt es sich um reine und oder organisch modifizierte niedermolekulare Polysiloxane und oder organische Polymere und oder Fluor-funktionalisierte Polymere und oder Polyethermodifizierte und oder Polysiloxane und oder Polyacrylate und oder basische und saure Fettsäurederivate.In particular, they are pure and or organically modified low molecular weight polysiloxanes and or organic polymers and or fluorine-functionalized polymers and or polyether-modified and or polysiloxanes and or polyacrylates and or basic and acidic fatty acid derivatives.

Viele organische Farbstoffe haben den Nachteil, dass sie trotz gewünschtem Transmissionsverhalten und ggf. auch hoher Temperaturstabilität, nicht stabil gegenüber UV-Strahlung sind. Aus diesem Grund können in einer weiteren Ausführungsform sog. Anti-Blocking-Additive zur Erhöhung der UV-Stabilität zugegeben werden. Die Wirkung solcher Blocking-Additive geht auf die Deaktivierung freier Radikale zurück und werden im allgemeinen als HALS („Hindered Amine Light Stabilizers”) bezeichnet und sind chemisch in der Regel Derivate von TMP (2,2,6,6-Tetramethylpiperidin).Many organic dyes have the disadvantage that, despite the desired transmission behavior and possibly also high temperature stability, they are not stable to UV radiation. For this reason, in a further embodiment, so-called. Anti-blocking additives can be added to increase the UV stability. The effect of such blocking additives is due to the deactivation of free radicals and are generally referred to as HALS ("hindered amine light stabilizers") and are chemically usually derivatives of TMP (2,2,6,6-tetramethylpiperidine).

Je nach Beschichtungsverfahren können auch noch verschiedene Verlaufsmittel zugegeben werden, beispielsweise PEG, BYK 302, BYK 306, TEGO Wet- oder TEGO Rad-Produkte, um homogene Schichtdicken zu erreichen. Insbesondere beim Beschichten von nicht glatten, unebenen Oberflächen wird ein Benetzungsmittel/Verlaufsmittel zugegeben, das ein homogenes Verlaufen der Schicht trotz der Unebenheiten gewährleistet. Für Spin-coating werden Lösungsmittel bevorzugt, welche eine gute Benetzung der Oberfläche erlauben und geeignet sind zusätzlich Additive wie Verlaufsmittel und Benetzungshilfen einzusetzen, dies können bspw. Ethylmethylketon oder Butylcarbitolacetat sein.Depending on the coating method, it is also possible to add various leveling agents, for example PEG, BYK 302, BYK 306, TEGO Wet or TEGO Rad products, in order to achieve homogeneous layer thicknesses. In particular, when coating non-smooth, uneven surfaces, a wetting agent / leveling agent is added, which ensures a homogeneous running of the layer despite the unevenness. For spin coating, preference is given to solvents which permit good wetting of the surface and are suitable for additionally using additives such as leveling agents and wetting aids; these may be, for example, ethyl methyl ketone or butyl carbitol acetate.

Wenn das Bindersystem zu flüssig für den Beschichtungsprozess ist und der Lösungsmittelanteil nicht weiter reduziert werden kann, kann die Viskosität durch Zusatz von rheologischen Additiven erhöht werden. Andernfalls würde der Lack in Abhängigkeit von den gewählten Spin-Coating-Parametern zu dünn werden und die Filterschicht nicht ausreichend absorbieren.If the binder system is too liquid for the coating process and the solvent content can not be further reduced, the viscosity can be increased by adding rheological additives. Otherwise, depending on the spin coating parameters chosen, the paint would become too thin and not sufficiently absorb the filter layer.

Typischerweise kann eine Verdickung, d. h. die Erhöhung der Viskosität durch Zusatz von Harzen wie Polyacrylaten, Polysiloxanen, thixotropierten Acrylharzen und isocyanat- oder urethanthixotropierten Alkydharzen erreicht werden oder durch Reduzierung des Lösungsmittelanteils. Auch Wachse wie hydriertes Rizinusöl oder Polyolefinwachse sind geeignet oder assoziative Verdicker wie assoziative Acrylatverdicker, hydrophob modifizierte Celluloseether, hydrophob modifizierte Etherurethane („Polyurethanverdicker”), hydrophob modifizierte Polyether oder modifizierte Harnstoffe. Bei der Auswahl der Verdickungsmittel ist allerdings darauf zu achten, ob der Farbfilm bspw. weiter beschichtet werden soll. In diesem Falle sind insbesondere Wachse nicht als Verdickungsmittel geeignet.Typically, thickening, i. H. the viscosity can be increased by adding resins such as polyacrylates, polysiloxanes, thixotropic acrylic resins and isocyanate- or urethane-thixotropic alkyd resins, or by reducing the solvent content. Waxes such as hydrogenated castor oil or polyolefin waxes are also suitable or associative thickeners such as associative acrylate thickeners, hydrophobically modified cellulose ethers, hydrophobically modified etherurethanes ("polyurethane thickeners"), hydrophobically modified polyethers or modified ureas. When selecting the thickening agent, however, it must be ensured that the color film is to be further coated, for example. In this case, in particular waxes are not suitable as thickeners.

Zusätzlich können sog. Härter z. B. zur Erhöhung der Schichthärte/Kratzbeständigkeit zugefügt werden, beispielsweise Nanopartikel, Bis-epoxide.In addition, so-called. Hardener z. B. be added to increase the layer hardness / scratch resistance, such as nanoparticles, bis-epoxides.

Die bevorzugten Gewichtsanteile der verschiedenen Bestandteile der Beschichtungslösungen zum Aufbringen von Filterschichten auf Substrate hängen von dem verwendeten Binder ab.The preferred weight percentages of the various components of the coating solutions for applying filter layers to substrates depend on the binder used.

Insbesondere wird eine für das Beschichtungsverfahren geeignete Viskosität eingestellt. Für ein Spin-coating Verfahren ist bevorzugt, die Viskosität des Binder-Gemisches auf höchstens 100 mPas, bevorzugt höchstens 50 mPas, besonders bevorzugt höchstens 20 mPas einzustellen.In particular, a viscosity suitable for the coating process is set. For a spin-coating process, it is preferable to adjust the viscosity of the binder mixture to at most 100 mPas, preferably at most 50 mPas, particularly preferably at most 20 mPas.

In den folgenden Tabellen sind bevorzugte Gewichtsanteile der Bestandteile von Beschichtungslösungen beispielhaft für ein Polyurethansystem und GPTES angegeben. Anteile in Gew.-% PU-System Lösungsmittel Farbstoff Additive Bevorzugt 22–99 1-80 < 10 < 10 mehr bevorzugt 41–90 2–60 < 5 < 5 besonders bevorzugt 60–80 20–35 < 1 < Anteile in Gew.-% GPTES Lösungsmittel Farbstoff Additive Bevorzugt 22–99 1–80 < 10 < 10 mehr bevorzugt 30–80 30–60 < 5 < 5 besonders bevorzugt 40–60 40–50 < 2 < 1 In the following tables, preferred weight proportions of the components of coating solutions are exemplified for a polyurethane system and GPTES. Proportions in% by weight PU system solvent dye additives Prefers 22-99 1-80 <10 <10 more preferred 41-90 2-60 <5 <5 particularly preferred 60-80 20-35 <1 < Proportions in% by weight GPTES solvent dye additives Prefers 22-99 1-80 <10 <10 more preferred 30-80 30-60 <5 <5 particularly preferred 40-60 40-50 <2 <1

Der Farbstoffanteil, der zur Erreichung der gewünschten Transmission in der Beschichtung notwendig ist, hängt von der Schichtdicke der Beschichtung ab und liegt je nach Schichtdicke bei 0,1–45 Gew.-% (bezogen auf die ausgehärtete Beschichtung). Dem Farbstoffanteil entspricht ein Binderanteil von 55–99,9 Gew.-%. Bei höheren Schichtdicken sind geringere Farbstoffanteile als bei niedrigen Schichtdicken notwendig, um die gewünschte wellenlängenabhängige Absorption und damit eine Transmissionserniedrigung zu erreichen. Durch Änderung der Konzentration kann zudem auch die Steilheit der Bandkante des Filters beeinflusst werden, da sich bei höheren Konzentrationen Sättigungseffekte einstellen. Diese kann zur gezielten Einstellung der Form der Bandkante des Filters ausgenutzt werden Farbstoffanteile von mehr als 45 Gew.-% sind nicht bevorzugt, da dann die Kratz- und Haftfestigkeit nicht mehr ausreichend wäre.The proportion of dye necessary to achieve the desired transmission in the coating depends on the layer thickness of the coating and, depending on the layer thickness, is 0.1-45% by weight (based on the cured coating). The dye content corresponds to a binder content of 55-99.9 wt .-%. At higher layer thicknesses, lower dye contents than at low layer thicknesses are necessary in order to achieve the desired wavelength-dependent absorption and thus a reduction in transmission. In addition, by changing the concentration, the steepness of the band edge of the filter can also be influenced, since saturation effects occur at higher concentrations. This can be utilized for the purposeful adjustment of the shape of the band edge of the filter. Dye fractions of more than 45% by weight are not preferred since the scratch and adhesion strength would then no longer be sufficient.

In einer getrockneten und gehärteten Filterschicht liegt das Massenverhältnis von Farbstoff zu Binder 1 bei 200:1 bis 50:1, bevorzugt 175:1 bis 60:1, ganz besonders bevorzugt 150:1 bis 100:1.In a dried and cured filter layer, the mass ratio of dye to binder 1 is 200: 1 to 50: 1, preferably 175: 1 to 60: 1, most preferably 150: 1 to 100: 1.

In einer getrockneten und gehärteten Filterschicht liegt das Massenverhältnis von Farbstoff zu Binder 2 bei 100:1 bis 3:1, bevorzugt 50:1 bis 5:1, ganz besonders bevorzugt 40:1 bis 25:1.In a dried and cured filter layer, the mass ratio of dye to binder 2 is 100: 1 to 3: 1, preferably 50: 1 to 5: 1, most preferably 40: 1 to 25: 1.

Alle Bestandteile, die Matrix, die Farbstoffe und die funktionellen Zusätze werden homogenisiert, vorzugsweise mittels Dispermat (Ultraturax) oder Dreiwalzenstuhl.All components, the matrix, the dyes and the functional additives are homogenized, preferably by means of Dispermat (Ultraturax) or three-roll mill.

Der fertige Lack kann druckfiltriert werden, um aus den Rohstoffen oder im Herstellungsprozess eingetragene Fussel, Staub oder andere Partikel, zu entfernen. Alternativ kann der Lack vor der Beschichtung durch einen Ultrafeinfilter gefiltert werden.The finished paint can be pressure filtered to remove lint, dust or other particles from the raw materials or in the manufacturing process. Alternatively, the paint can be filtered through an ultrafine filter prior to coating.

Die Beschichtung kann ein- oder mehrlagig erfolgen, wobei eine einlagige Beschichtung bevorzugt ist.The coating can take place in one or more layers, with a single-layer coating being preferred.

In einer speziellen Ausführungsform wird die Filterschicht nur lokal strukturiert bzw. ausgespart bzw. auf das Substrat aufgebracht. Vorzugsweise wird das Substrat jedoch vollflächig beschichtet.In a specific embodiment, the filter layer is only locally structured or cut out or applied to the substrate. Preferably, however, the substrate is coated over its entire surface.

Die Beschichtung des Substrats kann durch Spin-coating, Sprühen, Tauchen, Gießen, Aufstreichen, Siebdruck, Tampondruck, Ink-Jet-Druck, Off-Set-Druck, Roll-coating, oder andere dem Fachmann bekannte Verfahren erfolgen. Für diese Beschichtungsverfahren muss die Viskosität der Farbmatrix auf die Verarbeitbarkeit angepasst werden.The coating of the substrate can be carried out by spin coating, spraying, dipping, pouring, brushing, screen printing, pad printing, ink jet printing, off-set printing, roll coating, or other methods known to those skilled in the art. For these coating methods, the viscosity of the color matrix must be adapted to the processability.

Erfindungsgemäß ist ein Spin-coating Verfahren bzw. Rotationsbeschichtungsverfahren bzw. ein Schleuderbeschichtungsverfahren bevorzugt, da mit einem solchen Verfahren sehr homogene Filterschichten aufgetragen werden können.According to the invention, a spin-coating method or spin-coating method or a spin-coating method is preferred, since with such a method very homogeneous filter layers can be applied.

Zum Aufschleudern eignen sich alle in Lösung vorliegenden Materialien. Das Substrat wird auf einem Drehteller, dem sogenannten Chuck, in der Regel mittels Vakuumansaugung an der Unterseite fixiert. Mit einer Dosiereinrichtung über dem Zentrum des Substrats wird die gewünschte Menge der Lösung aufgebracht.For spin coating, all materials in solution are suitable. The substrate is fixed on a turntable, the so-called chuck, usually by means of vacuum suction at the bottom. With a metering device above the center of the substrate, the desired amount of the solution is applied.

Der Spin-Coating Prozess wird in drei Schritte unterschieden:

  • 1. Schritt Verteilung der Beschichtungslösung, charakteristisch sind hier moderate Beschleunigung und Drehzahlen, üblicherweise im Bereich 200–2000 rpm, jedoch abhängig von dem verwendeten Spin-Coater;
  • 2. Schritt Beschichtung, hier werden mittlere bis hohe Drehzahlen benötigt, um das Substrat gleichmäßig zu beschichten, üblicherweise im Bereich 1000–10000 rpm, jedoch abhängig von dem verwendeten Spin-Coater;
  • 3. Schritt Abschleudern von überschüssigem Material, wobei hohe Drehzahlen notwendig sind, typischerweise > 2000 rpm, jedoch abhängig von dem verwendeten Spin-Coater.
The spin-coating process is divided into three steps:
  • 1st step distribution of the coating solution, characteristic here are moderate acceleration and speeds, usually in the range 200-2000 rpm, but depending on the spin coater used;
  • 2nd step coating, here medium to high speeds are required to evenly coat the substrate, usually in the range 1000-10000 rpm, but depending on the spin coater used;
  • Step 3 Spinning off excess material, where high speeds are required, typically> 2000 rpm, depending on the spin coater used.

Um eine feste Schicht zu erhalten, ist es notwendig, das Lösungsmittel zu entfernen. Ein Teil des Lösungsmittels verflüchtigt sich schon beim Aufschleudern. Das Entfernen des Lösungsmittels kann durch einen beheizten Chuck oder durch anschließendes Ausheizen auf einer „Hotplate” (Tempern, auch Soft Bake genannt) forciert werden. Vorteile dieser Behandlung liegen darin begründet, dass mit moderaten Temperaturen beim Soft Bake verhindert wird, dass das Lösungsmittel Blasen in der Schicht erzeugt, wie dies beim schnellen Aufheizen oft der Fall ist. Weiterhin wird die Schicht „staubtrocken”, d. h. Staub und Schwebteilchen haften im Wesentlichen nicht mehr auf der Oberfläche, so dass Kontaminationen leichter entfernt werden können.In order to obtain a solid layer, it is necessary to remove the solvent. Part of the solvent volatilizes already during spin-coating. The removal of the solvent can be accelerated by a heated chuck or by subsequent heating on a "Hotplate" (annealing, also called Soft Bake). Advantages of this treatment are that with moderate temperatures the soft bake prevents the solvent from generating bubbles in the layer, as is often the case with rapid heating. Furthermore, the layer becomes "dust-dry", i. H. Dust and suspended particles are essentially no longer adhering to the surface, so that contamination can be removed more easily.

Für Spin-coating wird insbesondere ein Lösungsmittel, wie bspw. Ketone oder Acetate, bevorzugt, welches eine gute Benetzung der Oberfläche erlaubt und geeignet ist, zusätzlich Additive wie Verlaufsmittel und Benetzungshilfen einzusetzenFor spin coating, in particular a solvent, such as, for example, ketones or acetates, is preferred, which permits good wetting of the surface and is suitable for additionally using additives such as leveling agents and wetting aids

Nach der Beschichtung werden die Farbschichten wenn erforderlich thermisch gehärtet und/oder UV gehärtet. Bevorzugt werden die Schichten bei Temperaturen > 150°C, bevorzugt > 170°C eingebrannt. Dazu kann Standardequipment verwendet werden, im Falle der UV-Härtung oder Kombination von UV-Härtung mit thermischer Härtung können beispielsweise herkömmliche UV-Flächenstrahler verwendet werden, bevorzugt mikrowellenangeregte elektrodenlose Flächenstrahler-UV-Lampen, besonders bevorzugt UV-LEDs.After coating, the color layers are thermally cured if necessary and / or UV cured. The layers are preferably baked at temperatures> 150 ° C., preferably> 170 ° C. For this standard equipment can be used, in the case of UV curing or combination of UV curing with thermal curing, for example, conventional UV surface radiators can be used, preferably microwave excited electrodeless surface radiator UV lamps, more preferably UV LEDs.

Für eine hohe Güte der Filter ist neben der bereits erwähnten geringen Rauheit und der geringen Streuung weiter wichtig, dass sich ein glatter Film ausbildet und dass die ausgehärtete Beschichtung keine groben, lichtundurchlässigen Teilchen, Verunreinigungen oder dergleichen enthält, (z. B. Staub, Fussel, Körner mit einer Größe von über 200 μm, insbesondere 0,3–1,5 mm). Aufgrund dieser Anforderung muss bei der Herstellung von Filterschichten mit exzellenter Qualität auf Sauberkeit in der Produktion geachtet werden. Idealerweise wird unter Reinraumbedingungen (Reinraumklasse < 10000) produziert.For a high quality of the filters, in addition to the already mentioned low roughness and the low scattering it is further important that a smooth film forms and that the cured coating does not contain coarse, opaque particles, impurities or the like (eg dust, lint , Grains with a size of over 200 microns, in particular 0.3-1.5 mm). Due to this requirement, care must be taken to ensure clean production during the production of filter layers of excellent quality. Ideally, it is produced under clean room conditions (cleanroom class <10000).

Filter kann auch mehr als eine Filterschicht 3 aufweisen. Gemäß einer solchen Variante der Erfindung weisen weitere Filterschichten 3' vorzugsweise andere Absorptionseigenschaften, d. h. beispielsweise Absorptionsbanden bei jeweils anderen Wellenlängen auf.Filter can also do more than one filter layer 3 exhibit. According to such a variant of the invention have further filter layers 3 ' preferably other absorption properties, ie for example absorption bands at different wavelengths.

Eine oder mehrere Filterschichten 3' können auf der Unterseite des Substrats 2 zwischen Substrat 2 und Schicht 4' oder auf der Oberseite des Substrats unterhalb oder unterhalb der Filterschicht 3 angeordnet sein. Diese Variante ist gegenüber einer Variante, bei welcher in einer Filterschicht 3 mehr als ein Farbstoff enthalten ist, in Fällen bevorzugt, wenn es durch Wechselwirkungen der Farbstoffmoleküle zu unerwünschten optischen Effekten kommt. Da die erfindungsgemäßen Filterschichten eine hohe Homogenität der Schichtdicke aufweisen können, weisen auch Filter mit zwei oder mehreren Filterschichten eine sehr gute bis ausreichende optische Homogenität auf.One or more filter layers 3 ' can on the bottom of the substrate 2 between substrate 2 and layer 4 ' or on top of the substrate below or below the filter layer 3 be arranged. This variant is opposite to a variant in which in a filter layer 3 more than one dye is included, in cases where undesirable optical effects are caused by interactions of the dye molecules. Since the filter layers according to the invention can have a high homogeneity of the layer thickness, filters with two or more filter layers also have very good to sufficient optical homogeneity.

Weiterhin kann der erfindungsgemäße Filter transmissionsändernde Multilayerschichten 4, 4' uns 5 umfassen. Multilayerschichten umfassen in der Regel Abfolgen hoch- und niedrigbrechender Schichten aus Nitriden, Oxiden, Oxynitriden von Metallen oder Mischungen daraus und können beispielsweise durch PVD-Verfahren wie Sputtern, Aufdampfen, etc. oder PECVD-Verfahren auf den Filter aufgebracht werden.Furthermore, the filter according to the invention can transmissive multilayer layers 4 . 4 ' us 5 include. Multilayer coatings typically include sequences of high and low refractive index layers of nitrides, oxides, oxynitrides of metals, or mixtures thereof, and may be applied to the filter by, for example, PVD techniques such as sputtering, evaporation, etc., or PECVD.

Beispielsweise kann durch eine solche transmissionsändernde Multilayerschicht elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich oberhalb 650 nm bis 1000 nm, vorzugsweise bis 1200 nm weitgehend reflektiert bzw. geblockt werden, und so der Sperrbereich beispielsweise des in 3 gezeigten Filters in Richtung längerer Wellenlängen erweitert werden. Im Stand der Technik werden solche reflektiven Multilayerschichten als einzige IR-Strahlung beeinflussende Schicht verwendet. Aufgrund des durch die Reflektion erzeugten Streulichts kommt es jedoch in der Regel zur Bildung sogenannter Geisterbilder. Überraschenderweise treten auch bei der Kombination der Filterschichten gemäß dieser Erfindung mit solchen Multilayerschichten keine Geisterbilder auf. Es wird angenommen, dass die absorbierenden Schichten das durch die Multilayerschichten entstehende Streulicht durch die Filterschicht absorbiert wird.By way of example, electromagnetic radiation in the infrared range above 650 nm to 1000 nm, preferably up to 1200 nm, can be largely reflected or blocked by such a transmission-modifying multilayer layer, and thus the blocking range of, for example, the in 3 shown filters are extended in the direction of longer wavelengths. In the prior art, such reflective multilayer films are used as the only layer which influences IR radiation. Due to the scattered light generated by the reflection, however, so-called ghost images usually form. Surprisingly, no ghosting occurs even with the combination of the filter layers according to this invention with such multilayer coatings. It is believed that the absorbing layers absorb the stray light generated by the multilayer layers through the filter layer.

Das Design der Multilayerschichten bei Verwendung in Verbindung mit der organischen Filterschicht kann derart angepasst, dass die kombinierte wellenlängenabhängige Transmission des gesamten Filters der gewünschten Spezifikation entspricht. Besonders kritisch ist hierbei der Wert T50II, der als zentrales Bestandteil der optischen Spezifikation gilt. Die Absorptionskante der Multilayerschicht bei kurzen Wellenlängen muss hierbei zu längeren Wellenlängen hin verschoben werden. Für das Beispiel eines Blauglasfilters liegt diese Absorptionskante T50II beispielsweise bei 630 nm. Diese Absorptionskante wird bereits im Wesentlichen durch die Absorption der organische Filterschicht realisiert, so dass die Multilayerschicht hier eine hohe Transmission oberhalb 80% aufweisen sollte, um die Gesamttransmission zu erreichen. Dies ermöglicht eine tolerantere Auslegung der Multilayerschicht, bei dem beispielsweise eine weniger steile Flanke und eine geringere Transmissionsunterdrückung ausreicht zur Erreichung der Gesamttransmission. Insgesamt können durch diese Kombination technisch einfachere und damit kostengünstigere Multilayerschichten hergestellt werden. Das Design derartiger Multilayerschichten ist dem Fachmann bekannt und kann gut mithilfe von optischer Schichtdesign Software wie beispielsweise TFCalc von der Firma Software Spectra Inc. durchgeführt werden. Um den Effekt der organischen Filterschicht einzubeziehen, kann die Transmission und Reflexion der organischen Filterschicht in die optischen Konstanten eines Substratglases überführt werden und damit beim Schichtdesign berücksichtigt werden. Dem Fachmann ist dabei bekannt wie die optische Transmission und Reflexion der organischen Filterkurve beispielsweise in die Sellmeyer-Koeffizienten umgerechnet werden, die ein Programm wie TFCalc verendet. Die Anpassung des Multilayer-Schichtdesigns geschieht durch Anpassung der Anzahl und der Dicke der Einzelschichten. The design of the multilayer films, when used in conjunction with the organic filter layer, may be adapted such that the combined wavelength-dependent transmission of the entire filter meets the desired specification. Particularly critical here is the value T 50 II, which is regarded as a central component of the optical specification. The absorption edge of the multilayer layer at short wavelengths must be shifted to longer wavelengths. For the example of a blue glass filter, this absorption edge T 50 II is, for example, 630 nm. This absorption edge is already realized essentially by the absorption of the organic filter layer, so that the multilayer layer should have a high transmission above 80% in order to achieve the total transmission. This allows a more tolerant design of the multilayer layer, in which, for example, a less steep edge and a lower transmission suppression is sufficient to achieve the total transmission. Overall, this combination can be used to produce technically simpler and thus more cost-effective multilayer coatings. The design of such multilayer coatings is well known to those skilled in the art and can be performed well using optical layer design software such as TFCalc from Software Spectra Inc. In order to include the effect of the organic filter layer, the transmission and reflection of the organic filter layer can be converted into the optical constants of a substrate glass and thus taken into account in the layer design. The person skilled in the art is aware of how the optical transmission and reflection of the organic filter curve are converted, for example, into the Sellmeyer coefficients used by a program such as TFCalc. The adaptation of the multilayer layer design is done by adjusting the number and thickness of the individual layers.

Vorzugsweise werden Reflexionen auf der Vorder- bzw. Rückseite des Filters durch das Aufbringen von Antireflexbeschichtungen 4, 4' verhindert bzw. vermindert, so dass sich die Gesamttransmission im optischen Bereich merklich erhöht. Hier können mehr als 6% Transmissionsgewinn im absorptionsfreien Wellenlängenbereich erzielt werden. Auch bei solchen Antireflexbeschichtungen handelt es sich in der Regel um Multilayerschichten wie vorstehend beschrieben. Durch entsprechendes Schichtdesign kann die Antireflexfunktion mit der Funktion der Erweiterung des Sperrbereichs wie vorstehend beschrieben in einer Multilayerschicht kombiniert werden.Preferably, reflections on the front and back of the filter, respectively, are achieved by the application of anti-reflection coatings 4 . 4 ' prevents or reduces, so that the total transmission in the optical range increases significantly. Here more than 6% transmission gain in the absorption-free wavelength range can be achieved. Also, such anti-reflection coatings are usually multilayer films as described above. By appropriate layer design, the antireflection function can be combined with the function of extending the stop band as described above in a multilayer layer.

Des weiteren können Haftvermittler zwischen Substrat und Filterschicht bzw. Filtersystem aufgebracht sein, bevorzugt anorganische Haftvermittler, wie poröse SiO2-Schichten bspw. mittels einem Pyrolyse (Beispielsweise Beflammung mit HMDSO)- oder SolGel-Verfahren aufgebracht, besonders bevorzugt organische Haftvermittler bestehend aus Hexamethyldisilazan(HMDS), Epoxy-, Methacrylat-, Acrylat- Amino-, Vinyl-, und Thiolgruppen in stark verdünnter alkoholischen Lösung oder durch ein CVD-Verfahren aufgebracht.Furthermore, adhesion promoters may be applied between substrate and filter layer or filter system, preferably inorganic adhesion promoters, such as porous SiO 2 layers, for example by means of pyrolysis (for example flame treatment with HMDSO) or SolGel processes, particularly preferably organic adhesion promoters consisting of hexamethyldisilazane (US Pat. HMDS), epoxy, methacrylate, acrylate, amino, vinyl, and thiol groups are applied in a highly diluted alcoholic solution or by a CVD method.

Gegebenenfalls können zusätzlich funktionale Schichten, wie Kratzschutzschichten, Korrosionsschutzschichten, Glättungsschichten Easy to Clean-Schichten u. v. m. auch auf die Filterschicht bzw. das Filterschichtsystem aufgebracht werden oder die der Filterschicht bzw. des Filterschichtsystems gegenüberliegende Substratoberfläche, oder eine Kombination dieser beschriebenen Schichten und deren Anordnungen.Optionally, additional functional layers, such as scratch-resistant layers, anticorrosive layers, smoothing layers Easy to Clean layers u. v. m. also be applied to the filter layer or the filter layer system or the substrate surface opposite the filter layer or the filter layer system, or a combination of these described layers and their arrangements.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen Filters. Insbesondere kann der Filter als Filterelement im Strahlengang von optisch empfindlichen Halbleiterdetektoren, beispielsweise einem CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor; komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter)-Sensor oder CCD(Charge Coupled Device)-Sensor verwendet werden. Solche Halbleiterdetektoren finden beispielsweise als Bildsensoren in digitalen Kameras oder Videokameras oder in der Spektroskopie Anwendung.The present invention further relates to the use of the filter according to the invention. In particular, the filter can be used as a filter element in the beam path of optically sensitive semiconductor detectors, for example a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor or CCD (Charge Coupled Device) sensor. Such semiconductor detectors are used, for example, as image sensors in digital cameras or video cameras or in spectroscopy.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können sehr homogene Filterschichten auch auf größeren Flächen hergestellt werden. Somit eignen sich die erfindungsgemäßen Filter bzw. Wafer zur Herstellung von Filtern auch zum Einsatz in Wafer-Level-Packaging(WLP)-Prozessen. Das Substrat (2), im Folgenden „Glaswafer”, weist in einem solchen Fall nicht die Abmessungen eines einzelnen Filters, sondern die Abmessung eines Wafers auf, auf welchem eine Vielzahl von Filterelementen vorgesehen ist. Bei WLP-Prozessen werden die Halbleiterwafer mit den optisch aktiven Sensoren und ein Glaswafer (2) Filterschicht (3) direkt übereinander montiert, mit Abständen zwischen Glasoberfläche und Halbleiterchip von weniger als 1 mm, so dass der optische Strahlengang von der Lichtquelle über den Filter (1) auf den Sensor fällt. Bei der Montage der Glaswafer über dem Sensor Chip können gleichzeitig Versiegelungen aufgebracht, so dass der Sensor Chip hermetisch gegenüber der Umgebung geschützt ist. Die Montage kann entweder durch Klebeprozesse erfolgen, oder aber durch einen Lötprozess, bei dem entweder eine metallische Versiegelung durch ein niedrig schmelzendes Lot oder aber eine glasartige Verbindung durch ein niedrig schmelzendes Glaslot realisiert wird. Typischerweise wird für derartige Prozesse ein Glaswafer (1) eingesetzt, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient im Bereich des Ausdehnungskoeffizienten des Silizium Chips liegt. Als Beispiel für ein geeignetes Glassubtrat kann das Glas AF32 (SCHOTT AG) verwendet werden, das mit einer thermischen Ausdehnung von 3,2 10–6 K–1 besonders gut an das Siliziumsubstrat angepasst ist. Bei Klebeprozessen ist der thermische Ausdehnungskoeffizient weniger kritisch, so dass auch Gläser mit höheren Ausdehnungskoeffizienten, wie beispielsweise das Glas D263eco (SCHOTT AG) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 7,2 10–6 K–1 eingesetzt werden kann. Der große Vorteil des WLP-Prozesses beruht darauf, dass Filter und Sensor in Waferform miteinander verbunden werden und erst anschließend in Einzelchips vereinzelt werden.The method according to the invention makes it possible to produce very homogeneous filter layers even on larger surfaces. Thus, the filters or wafers according to the invention for the production of filters are also suitable for use in wafer-level packaging (WLP) processes. The substrate ( 2 ), hereinafter "glass wafer", in such a case does not have the dimensions of a single filter, but the dimension of a wafer on which a plurality of filter elements is provided. In WLP processes, the semiconductor wafers with the optically active sensors and a glass wafer ( 2 ) Filter layer ( 3 ) mounted directly above one another, with distances between glass surface and semiconductor chip of less than 1 mm, so that the optical beam path from the light source via the filter ( 1 ) falls on the sensor. When mounting the glass wafers over the sensor chip seals can be applied at the same time, so that the sensor chip is hermetically protected from the environment. The assembly can be done either by gluing processes, or by a soldering process in which either a metallic seal by a low-melting solder or a glassy compound is realized by a low-melting glass solder. Typically, for such processes, a glass wafer ( 1 ), whose thermal expansion coefficient is in the range of the expansion coefficient of the silicon chip. As an example of a suitable Glassubtrat the glass AF32 (SCHOTT AG) can be used, with a thermal expansion of 3.2 10 -6 K -1 particularly well adapted to the silicon substrate. In adhesive processes, the thermal expansion coefficient is less critical, so that glasses with higher expansion coefficients, such as the glass D263eco (SCHOTT AG) with a thermal expansion coefficient of 7.2 10 -6 K -1 can be used. The big advantage of the WLP process is that the wafer-shaped filter and filter are connected together before being separated into individual chips.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit weiter einen Glaswafer, auf welchem eine Vielzahl der erfindungsgemäßen Filter vorgesehen ist und welcher den gleichen, wie in 1 für den erfindungsgemäßen Filter beschriebenen Aufbau aufweist. Ein solcher Glaswafer kann einen Durchmesser von beispielsweis 8 oder 12 Zoll aufweisen.The present invention thus further relates to a glass wafer on which a plurality of the filters according to the invention is provided and which is the same as in 1 for the filter according to the invention described construction. Such a glass wafer may have a diameter of, for example, 8 or 12 inches.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der CMOS-Sensor durch „Pick-and-Place” Prozesse mit dem Filter (3) zusammen geführt werden. Hierbei kann der CMOS Sensor durch ähnliche Klebe- und Lötprozesse Prozesse wie oben beschrieben durch den Filter (3) hermetisch versiegelt und geschützt. Die Vereinzelung der CMOS-Chips und Glaswafer vor dem Montieren ermöglicht eine weitere Produktvariante, bei denen der Filter (3) und der CMOS Chip unterschiedliche Größen haben.According to another embodiment, the CMOS sensor can be controlled by "pick-and-place" processes with the filter (FIG. 3 ) are brought together. Here, the CMOS sensor by similar bonding and soldering processes as described above through the filter ( 3 ) hermetically sealed and protected. The separation of the CMOS chips and glass wafers before mounting allows a further product variant in which the filter ( 3 ) and the CMOS chip have different sizes.

Wie vorstehend beschrieben eignen sich hitzebeständige Varianten des erfindungsgemäßen Filters für die Verwendung als Substrat für Leiterplatten. So können zusätzlich zur optischen Filterwirkung noch elektrisch leitfähige, strukturierte Elektroden außerhalb des optischen Strahlenganges aufgebracht sein, um den CMOS Chip und/oder die Kontakte einer elektrischen Platine zu kontaktieren. Gemäß spezieller Ausführungsformen können durch die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen sowohl die Kontakte des CMOS Chips auf der Vorderseite als auch die Kontakte einer unter dem CMOS Chip liegenden elektrischen Platine kontaktiert werden und eine elektrische Verbindung hergestellt werden. In diesen Fällen unterscheiden sich die Größen des Glaschips von der Größe des Silizium-Chips, da die Leiterbahnen geometrisch über den Silizium Chip hinausgeführt werden, um eine Kontaktierung außerhalb zu ermöglichen.As described above, heat-resistant variants of the filter according to the invention are suitable for use as a substrate for printed circuit boards. Thus, in addition to the optical filter effect, electrically conductive, structured electrodes can also be applied outside the optical beam path in order to contact the CMOS chip and / or the contacts of an electrical circuit board. According to specific embodiments, the contacts of the CMOS chip on the front side as well as the contacts of an electrical circuit board located below the CMOS chip can be contacted by the electrically conductive conductor tracks and an electrical connection can be established. In these cases, the sizes of the glass chip differ from the size of the silicon chip because the tracks are geometrically extended beyond the silicon chip to allow external bonding.

Die vorstehende Erfindung wird im Folgenden durch Beispiele näher erläutert, ist jedoch nicht auf die in den Beispielen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.The above invention will be further explained by examples below, but is not limited to the embodiments described in the examples.

BeispieleExamples

Erfindungsgemäße Filter wurden gemäß der in der Tabelle 1 angegebenen Bedingungen hergestellt. Als Substrat dienten 0,5 bis 0,7 mm dicke Glaswafer aus AF32 bzw. D263 (SCHOTT AG). Tabelle 1:

Figure DE102013022162A1_0004
Inventive filters were prepared according to the conditions given in Table 1. 0.5 to 0.7 mm thick glass wafers from AF32 or D263 (SCHOTT AG) served as the substrate. Table 1:
Figure DE102013022162A1_0004

Tabelle 2 fasst die Eigenschaften der hergestellten erfindungsgemäßen Filter zusammen Tabelle 2: Eigenschaften Bsp. 1 Bsp. 2 Bsp. 3 Bsp. 4 Bsp. 5 Schichtdicke + + + + + Haftfestigkeit + o + o + Chemische Beständigkeit + o + o o Klimabeständigkeit + + + + + Haze + + + + + Homogenität + + + + + Temperaturstabilität + + + + + Transmissionseigenschaften + + + + Absorptionseigenschaften + + + + Dabei gilt folgende Legende: + o Schichtdicke < 10% Abweichung 10–15% Abweichung > 15% Abweichung Haftfestigkeit keine Ablösung Ablösung < 2% der Testfläche Ablösung > 2% der Testfläche Chemische Beständigkeit keine Ablösung // Transmissions-Veränderung < 5% Ablösung < 2% der Testfläche // 5–10% Ablösung < 2% der Testfläche //> 10% Klimabeständigkeit Abweichung in Transmission < 5% 5–10% > 10% Haze < 4% 4–8% > 8 Homogenität über die Waferfläche Abweichung in Transmission < 5% 5–10% > 10% Temperaturstabilität Abweichung in Transmission < 5% 5–10% > 10% Bandkante T50 (bei 650 nm) < 25 nm 25–40 nm > 40 nm Table 2 summarizes the properties of the filters produced according to the invention. TABLE 2 properties Example 1 Ex. 2 Example 3 Example 4 Example 5 layer thickness + + + + + adhesiveness + O + O + Chemical resistance + O + O O air resistance + + + + + Haze + + + + + homogeneity + + + + + temperature stability + + + + + transmission properties + - + + + absorption properties + - + + + The following legend applies: + O - layer thickness <10% deviation 10-15% deviation > 15% deviation adhesiveness no replacement Replacement <2% of the test area Replacement> 2% of the test area Chemical resistance no replacement // transmission change <5% Replacement <2% of the test area // 5-10% Replacement <2% of the test area //> 10% air resistance Deviation in transmission <5% 5-10% > 10% Haze <4% 4-8% > 8 Homogeneity over the wafer surface Deviation in transmission <5% 5-10% > 10% temperature stability Deviation in transmission <5% 5-10% > 10% Band edge T 50 (at 650 nm) <25 nm 25-40 nm > 40 nm

Beispiel 5Example 5

Die Beschichtungslösung aus Beispiel 1 wurde durch ein Siebdruckverfahren auf das Substrat aufgebracht. Die Transmissionskurve ist in 7 im Vergleich zu einem mit einem Spin-coating-Verfahren aufgebrachten Filter gezeigt.The coating solution of Example 1 was applied to the substrate by a screen printing method. The transmission curve is in 7 compared to a filter applied by a spin-coating method.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • WO 2012/031837 A1 [0007] WO 2012/031837 A1 [0007]
  • EP 1414762 B1 [0041] EP 1414762 B1 [0041]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Norm ASTM D 1003 [0003] Standard ASTM D 1003 [0003]
  • Standard CCC-C-440 [0032] Standard CCC-C-440 [0032]

Claims (15)

Optischer Filter, umfassend ein Substrat (2) und auf mindestens einer Seite des Substrats eine Filterschicht (3), wobei die Filterschicht (3) eine Matrix umfasst, welche mindestens einen in der Matrix gelösten organischen Farbstoff enthält.Optical filter comprising a substrate ( 2 ) and on at least one side of the substrate a filter layer ( 3 ), wherein the filter layer ( 3 ) comprises a matrix containing at least one organic dye dissolved in the matrix. Optischer Filter nach Anspruch 1, wobei die Filterschicht (3) durch ein Spin-coating-Verfahren aufgetragen ist.An optical filter according to claim 1, wherein the filter layer ( 3 ) is applied by a spin-coating method. Optischer Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Filter eine optische Homogenität, insbesondere eine Wellenlängen-Abweichung bei T50II von vorzugsweise höchstens 5%, bevorzugt höchstens 3%, mehr bevorzugt von höchstens 1% aufweist.Optical filter according to one of the preceding claims, wherein the filter has an optical homogeneity, in particular a wavelength deviation at T 50 II of preferably at most 5%, preferably at most 3%, more preferably at most 1%. Optischer Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Substrat (2) ein Glas, vorzugsweise ein Dünnglas oder Dünnstglas umfasst und wobei das Substrat (2) eine Transmission von mindestens 85%, vorzugsweise von mindestens 90%, mehr bevorzugt von mindestens 91% im Spektralbereich von 400 nm bis 800 nm aufweist.Optical filter according to one of the preceding claims, wherein the substrate ( 2 ) comprises a glass, preferably a thin glass or thin glass, and wherein the substrate ( 2 ) has a transmission of at least 85%, preferably of at least 90%, more preferably of at least 91% in the spectral range from 400 nm to 800 nm. Optischer Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Filterschicht (3) eine Dicke von höchstens 100 μm, mehr bevorzugt von höchstens 20 μm und am meisten bevorzugt von höchstens 15 μm aufweist.Optical filter according to one of the preceding claims, wherein the filter layer ( 3 ) has a thickness of at most 100 μm, more preferably at most 20 μm, and most preferably at most 15 μm. Optischer Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Filter eine Dicke von höchstens 2 mm, vorzugsweise höchstens 1 mm und/oder mindestens 0,1 mm aufweist.Optical filter according to one of the preceding claims, wherein the filter has a thickness of at most 2 mm, preferably at most 1 mm and / or at least 0.1 mm. Optischer Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Filter einen Haze-Wert von kleiner als 10%, vorzugsweise kleiner als 5%, mehr bevorzugt kleiner als 3%, ganz besonders bevorzugt kleiner als 1% aufweist.Optical filter according to one of the preceding claims, wherein the filter has a haze value of less than 10%, preferably less than 5%, more preferably less than 3%, most preferably less than 1%. Optischer Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Filter im Sperrbereich von 650 nm bis 700 nm eine mittlere Transmission von maximal 50%, bevorzugt maximal 40% besonders bevorzugt maximal 30% aufweist.Optical filter according to one of the preceding claims, wherein the filter in the stop band of 650 nm to 700 nm has an average transmission of not more than 50%, preferably not more than 40%, particularly preferably not more than 30%. Optischer Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Filter mindestens eine weitere Schicht umfasst, die die Transmission im IR-Bereich absenkt, und wobei diese Schicht als Multilayerschicht (4, 4', 5) und/oder weitere Filterschicht (3') ausgebildet ist.Optical filter according to one of the preceding claims, wherein the filter comprises at least one further layer, which lowers the transmission in the IR range, and wherein this layer is used as multilayer layer ( 4 . 4 ' . 5 ) and / or further filter layer ( 3 ' ) is trained. Optischer Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Filter auf der oberen und/oder unteren Oberfläche eine Antireflexbeschichtung (4, 4'), vorzugsweise eine Multilayerschicht, umfasst.Optical filter according to one of the preceding claims, wherein the filter on the upper and / or lower surface an antireflective coating ( 4 . 4 ' ), preferably a multilayer layer. Optischer Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein Wafer ist.An optical filter according to any one of the preceding claims, wherein the substrate is a wafer. Verfahren zur Herstellung eines optischen Filters nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die folgenden Schritte: – Herstellung Bindersystem: Lösen des Binders (eine oder zwei Komponenten) im Lösungsmittel – Herstellung des Lackes durch Lösen des Farbstoffes und ggf. Dispergieren der Pigmente im Bindersystem; ggf. weitere Zusatzstoffe – Aufbringen des Lacks durch ein Beschichtungsverfahren vorzugsweise durch Spin-coating; – „Trocknung” und/oder thermische und/oder UV-Härtung der Filterschicht.Process for producing an optical filter according to one of Claims 1 to 11, comprising the following steps: - Preparation binder system: Dissolve the binder (one or two components) in the solvent - Preparation of the paint by dissolving the dye and optionally dispersing the pigments in the binder system; if necessary further additives - Application of the paint by a coating method, preferably by spin-coating; - "drying" and / or thermal and / or UV curing of the filter layer. Verwendung eines optischen Filters nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Filterelement im Strahlengang von optisch empfindlichen Halbleiterdetektoren, beispielsweise einem CMOS-Sensor.Use of an optical filter according to one of claims 1 to 11 as a filter element in the beam path of optically sensitive semiconductor detectors, for example a CMOS sensor. Verwendung eines optischen Filters nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in digitalen Kameras, Videokameras oder der Spektroskopen.Use of an optical filter according to one of claims 1 to 11 in digital cameras, video cameras or spectroscopes. Verwendung eines optischen Filters nach Anspruch 11 in einem WLP-Prozess.Use of an optical filter according to claim 11 in a WLP process.
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