JP2013257532A - 光選択透過フィルター、樹脂シート及び固体撮像素子 - Google Patents

光選択透過フィルター、樹脂シート及び固体撮像素子 Download PDF

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Abstract

【課題】遮断特性の入射角依存性が充分に低減され、光選択透過性に優れるとともに、充分な薄膜化が可能であり、しかも耐光性及び耐熱性に特に優れる光選択透過フィルター、該光選択透過フィルターに用いられる樹脂シート及び該光選択透過フィルターを有する固体撮像素子を提供する。
【解決手段】樹脂シートを含む光選択透過フィルターであって、該樹脂シートは、色素及び樹脂成分を含む樹脂層を有し、該色素は、それが有する共役系骨格がノニオン性であり、かつ600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在する化合物である光選択透過フィルター。
【選択図】なし

Description

本発明は、光選択透過フィルター、樹脂シート及び固体撮像素子に関する。より詳しくは、光学部材やオプトデバイス部材の他、表示デバイス部品、機械部品、電気・電子部品等の用途に有用な光選択透過フィルター、それに用いられる樹脂シート、及び、光選択透過フィルターを有する固体撮像素子に関する。
光選択透過フィルターは、特定波長の光の透過率を選択的に低減するフィルターであり、低減させる光の波長に応じて、赤外線(IR)カットフィルター、紫外線カットフィルター、赤外・紫外線カットフィルター等が挙げられる。このような光選択透過フィルターは、例えば、光学部材やオプトデバイス部材の他、表示デバイス部品、機械部品、電気・電子部品等に用いられる光学フィルターとして有用なものである。例えば、代表的な光学部材の1つとして、携帯電話用カメラやデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の光学撮像装置に搭載される固体撮像素子(カメラモジュールとも称す)があるが、固体撮像素子においては、画像処理等の妨げとなる光学ノイズの低減を、光学ノイズとなる赤外線(特に波長>780nmの近赤外線領域)を遮断する赤外線(IR)カットフィルターを備えることで行うことが一般的である。
このような固体撮像素子に代表される光学部材等の分野では、近年、デジタルカメラモジュールが携帯電話に搭載される等、小型化が進みつつあり、これに伴って、光選択透過フィルターの薄膜化への要望が高まっている。光選択透過フィルターは、主に、基材に金属等を蒸着させ無機多層膜とし、各波長の屈折率を制御したものが用いられており、その基材として、従来はガラス板が用いられてきたが、薄膜化の要望の高まりを受けて樹脂を基材とする技術が検討されている。近年ではまた、携帯電話、デジタルカメラ、車載用カメラ、監視カメラ等の屋外でも使用できる光学撮像装置への適用も検討されているが、これらの屋外使用用途では、直射日光暴露等の外部環境への耐性、すなわち高いレベルの耐光性や耐熱性が要求されることになる。
固体撮像素子に適用できる光選択透過フィルターとしては、例えば、特定構造からなるクアテリレン色素を含み、かつ熱及び/又は光硬化性化合物を用いて作製された近赤外吸収フィルター(特許文献1参照)や、700nm〜1100nmに吸収極大波長を有するレーキ色素と、熱及び/又は光硬化性化合物とを含む近赤外吸収色素含有硬化性組成物を用いて作成したフィルター(特許文献2参照)等の吸収型フィルターが開発されている。
また特許文献3には、厚みが200μm未満であり、かつ基材が耐リフロー性機能フィルムを含んで構成された光選択透過フィルターが開示されており、充分に薄くても耐熱性に優れ、各種用途に極めて有用な光選択透過フィルターを実現している。また、特許文献3の実施例には、基材上に反射型のIRカット膜(誘電体多層膜)を蒸着した形態の光選択透過フィルター、すなわち反射型フィルターが開示されている。
更に吸収型フィルターと、誘電体多層膜等の反射型フィルターとを組み合わせる試みも行われている(例えば、特許文献4、5参照)。特許文献4には、近赤外線吸収剤を含有するノルボルネン系樹脂製基板と、誘電体多層膜である近赤外線反射膜とを有する近赤外線カットフィルターが開示され、近赤外線吸収剤として、良溶媒に溶解したとき、係る溶液の波長800〜1000nmにおける光路長1cmで測定された分光透過率が60%以下、好ましくは30%以下となる濃度範囲を有する化合物の使用が開示されている。特許文献5には、光学的ローパスフィルター層と、吸収型赤外線カットフィルター層と、反射型赤外線カットフィルター層とが一体に積層されて構成されている光学フィルターが開示され、吸収型赤外線カットフィルター層に使用される赤外線吸収性物質として、概略波長700〜1000nmに吸収特性を有するイオン性銅化合物の使用が開示されている。
一方、プラズマディスプレイ(PDP)用の光選択透過フィルターとして、近赤外線吸収色素をバインダー樹脂に分散した組成物を基材上へ積層して形成されてなり、該積層物中の残留溶剤量が5.0重量%以下である近赤外線吸収フィルターが開示されている(特許文献6参照)。特許文献6では、このような近赤外線吸収フィルターによって、プラズマディスプレイから放出される近赤外線を吸収し、近赤外線リモコンを使う電子機器等の誤動作を防止しようとしており、近赤外線吸収色素として、ジイモニウム塩系化合物や含フッ素フタロシアニン系化合物、ジチオ−ル金属錯体系化合物等の使用が開示されている。
特開2008−009206号公報 特開2007−271745号公報 国際公開第2008/081892号パンフレット 特開2005−338395号公報 特開2005−345680号公報 特開2000−227515号公報
上述したように種々の光選択透過フィルターが検討されているが、一般に、反射型フィルターは、光の遮断性能には優れるものの、光の入射角によって反射特性が変化する入射角依存性(視野角依存性とも称す)を有しており、その低減が課題であった。入射角依存性のないフィルターとしては、吸収型フィルターが挙げられるが、充分な吸収特性を実現するためには相当な厚みが必要であった。また、特許文献4や5には、反射型フィルターと吸収型フィルターとを組み合わせた光学フィルターが開示されているが、これらの技術においても、遮断性能の入射角依存性のより一層の低減及び薄膜化を実現することが求められる。このように、従来の技術においては、遮断性能の入射角依存性を充分に低減して特定波長の光を効果的に遮断するとともに、薄膜化の要請にも応えることができる光選択透過フィルターを得るための工夫の余地があった。また、直射日光暴露等の厳しい外部環境下でもより充分な性能を発揮できる、すなわち高いレベルの耐光性や耐熱性に優れる光選択透過フィルターとするための工夫の余地もあった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、遮断特性の入射角依存性が充分に低減され、光選択透過性に優れるとともに、充分な薄膜化が可能であり、しかも耐光性及び耐熱性に特に優れる光選択透過フィルター、該光選択透過フィルターに用いられる樹脂シート及び該光選択透過フィルターを有する固体撮像素子を提供することを目的とする。
本発明者等は、固体撮像素子に特に有用な光選択透過フィルターについて種々検討したところ、このような光選択透過フィルターには、可視光の長波長域の吸収遮断性能に優れる色素の使用が有効であることに着目し、このような色素として、それが有する共役系骨格がノニオン性であり、かつ特定の吸収特性を示す化合物を用い、該色素を用いた樹脂層を有する樹脂シートを含む構成とすると、耐光性及び耐熱性に特に優れる光選択透過フィルターとなることを見いだした。具体的には、可視光の長波長域の吸収遮断性能に優れる色素について、その分子構造と、色素が樹脂成分に分散した状態における耐光性及び耐熱性とについて検討したところ、色素の分子中にイオン化部分(アニオン、カチオン又は双性イオン)が存在すると、近赤外線吸収性能が光や熱により変化することを見いだし、特に、色素が有する共役系骨格中にイオン化(電荷分離)部分が存在すると、光や熱により近赤外線吸収性能が顕著に低下することを見いだした。したがって、反射膜(反射層)を更に含む構成とした場合にも耐光性や耐熱性に優れる光選択透過フィルターとするには、使用する色素を、その共役系骨格中にアニオンやカチオン、双性イオン等のイオン化(電荷分離)部分が存在しない、すなわち共役系骨格がノニオン性である色素とする必要があることを見いだした。また、このような構成とすることで、反射膜(反射層)を更に含む場合に、入射角依存性を長期にわたり安定して低減できる光選択透過フィルターとなることも見いだし、更に、基材にガラスを用いる場合と比較して、光選択透過フィルター全体を大幅に薄膜化できることも見いだした。そして、このような光選択透過フィルターが、固体撮像素子(カメラモジュール)用途に極めて有効な光選択透過フィルターであることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、樹脂シートを含む光選択透過フィルターであって、該樹脂シートは、色素及び樹脂成分を含む樹脂層を有し、該色素は、それが有する共役系骨格がノニオン性であり、かつ600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在する化合物である光選択透過フィルターである。
本発明はまた、上記光選択透過フィルターに用いられる樹脂シートでもある。
本発明は更に、上記光選択透過フィルター、レンズユニット部、及び、センサー部を少なくとも有する固体撮像素子でもある。
以下に本発明を詳述する。なお、以下において段落に分けて記載される本発明の好ましい形態の2つ又は3つ以上を組み合わせたものも本発明の好ましい形態である。
〔樹脂シート〕
本発明の光選択透過フィルターは、1又は2以上の樹脂シートを含む。
上記光選択透過フィルターにおける樹脂シートは、色素及び樹脂成分を含む樹脂層を有する樹脂シート(フィルム形状を含む)である。このような樹脂シートは、極めて耐光性及び耐熱性に優れるものであるが、例えば反射膜と組み合わせることで、視野角依存性(入射角依存性とも称す)が充分に低減され、かつシャープな透過吸収特性を有する光選択透過フィルターを与えることもできる。また、反射膜として好適な光学多層膜と組み合わせると、光学多層膜の層数を減らすことができ、該多層膜における応力を緩和できるため、多層膜のクラックや割れを充分に防止することもできる。このような本発明の光選択透過フィルターに用いられる樹脂シートもまた、本発明の1つである。
上記樹脂シートの構成(形態)は、樹脂層を含む限り特に限定されず、必要に応じて更に他の層を含むものであってもよい。中でも、支持体を更に有することが好ましい。樹脂シートを支持体と樹脂層(吸収層)とを含む構成とすることで、色素の分散が困難な支持体であっても、この表面に樹脂層をコートすることによって本発明の樹脂シートとしての効果を付与することができる。また、樹脂層の厚みを変更することで吸収特性をより制御することもでき、また、樹脂層を極薄コートすることによって樹脂シートの膜厚を支持体の膜厚とほとんど変えずに本発明の効果を付与することもできるし、樹脂層を支持体の厚み調整に利用することもできる。
上記樹脂シートの形態としてより好ましくは、支持体の一方又は両面に樹脂層が形成された形態であり、更に好ましくは、支持体の両面に樹脂層が形成された形態である。また、樹脂層を支持体フィルムで挟み込んだ樹脂シートとしてもよい。
なお、樹脂シートを構成する樹脂層や、支持体等の他の層は、各々、一層又は二層以上であってもよい。
上記樹脂シートの厚みは、1mm以下であることが好ましい。これにより、本発明の光選択透過フィルターを充分に薄膜化することができ、光学部材等の低背化要求により応えることができる。より好ましくは500μm以下、更に好ましくは300μm以下、特に好ましくは200μm以下、最も好ましくは150μm以下である。また、1μm以上であることが好ましく、より好ましくは40μm以上である。
なお、上記樹脂シートが支持体を含む場合、該支持体の厚みは120μm以下であることが好ましい。
<樹脂層>
上記樹脂シートにおいて、樹脂層は、色素及び樹脂成分を含むものであるが、色素が樹脂層中に分散又は溶解されてなることが好ましい。すなわち、色素と樹脂成分とを含む樹脂組成物中に、色素が分散又は溶解された形態の樹脂組成物により、樹脂層が形成されることが好適である。このような形態の樹脂組成物では、樹脂成分として、後述する溶剤可溶性樹脂、溶剤可溶性樹脂原料及び/又は液状樹脂原料を用いることが好適である。
なお、色素及び樹脂成分としては、各々、1種又は2種以上を使用することができる。
−色素−
上記色素は、それが有する共役系骨格がノニオン性であり、かつ600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在する化合物(以下、特定色素とも称す)である。
このような化合物が有する共役系骨格がノニオン性であるとは、該化合物が有するすべての共役系骨格が、アニオン性、カチオン性及び双性イオン性のいずれでもないこと、すなわち該共役系骨格中にイオン化部分(アニオン、カチオン又は双性イオン)を有しないことを意味する。共役系骨格にイオン化部分が存在すると、光や熱によって該化合物に由来する近赤外線吸収性能が顕著に低下するが、共役系骨格にイオン化部分を有さないことによって耐光性及び耐熱性が発現され、近赤外線吸収性能を長期にわたり発揮することが可能になる。
なお、双性イオンを有するとは、1つの分子内に正電荷と負電荷の両方を持つことを意味する。双性イオンは、分子内塩とも称される。
上記特定色素のうち、共役系骨格以外の部分についてはノニオン性に限定されるものではない。例えば、スルホン酸基によりアニオン性基を導入した構造を有する色素も、共役系骨格がノニオン性である上記特定色素に含まれる。中でも好ましくは、共役系骨格以外の部分もノニオン性である化合物であり、これにより、近赤外線吸収性能の低下をより抑制することができる。すなわち上記特定色素は、ノニオン性化合物であること、言い換えればアニオン、カチオン及び双性イオン部分(基)を有しない化合物であることが好適である。
このように色素の共役系骨格がノニオン性であることによって、樹脂シート(及び樹脂層)の近赤外線吸収性能を長期安定性に優れるものとすることができるが、これは、下記の機構によるものと推測される。
樹脂シート(及び樹脂層)の近赤外線吸収は、樹脂層に用いられる色素の共役系軌道間における電子遷移によるところが大きいと考えられる。この吸収では、色素が有する置換基(原子団)の種類や数、また色素が金属錯体である場合は金属イオンの種類等によって、吸収端波長や吸光係数等の吸収特性をある程度制御することができるが、近赤外線領域の光吸収性能は、基本的には色素が有する共役系電子の電子構造に概ね依存する。したがって、樹脂シート(及び樹脂層)の近赤外線吸収性能の安定性は、色素における共役系骨格の共役系の安定性によると考えられる。そこで、共役系骨格におけるイオン化構造部分の有無による、近赤外線吸収性能の安定性に及ぼす影響のメカニズムは、定かではないが、以下のように考えられる。
例えば、色素を含む樹脂層を加熱することにより、樹脂層中に水等のイオンに解離し易い物質が存在したり経時的に混入してきたりすると、まず、イオン化部分では水がイオン化し易くなる。その結果、色素中のアニオン/カチオン部分が電子的に強く相互作用したり反応したりして共役系が壊れるため、近赤外吸収性能が低下する。また、色素を含む樹脂層に光が照射された場合、光、特に紫外線の照射によって酸素分子が励起され、反応性の高い状態(一重項酸素)を生成する。イオン化部分は一重項酸素と反応し易く、反応すれば共役系が壊れるため、近赤外吸収性能が低下する。
このような点から、上記色素として共役系骨格がノニオン性である化合物を用いることが有効であると考えられる。
上記の共役系骨格がノニオン性である化合物としては、耐熱性や耐光性により優れる観点から、該共役系骨格が複素環式5員環構造である化合物(複素環式5員環芳香族化合物)が好適である。中でも、複素環式5員環構造がピロール環である化合物が好ましい。より好ましくは、テトラピロール化合物である。
ここで、4個のピロール環を含む化合物群をテトラピロール化合物といい、環状のものと直鎖状のものがあるが、環状テトラピロール化合物であることが更に好適である。
上記環状テトラピロール化合物とは、4個のピロール環を含む環状の化合物群を意味するが、隣接するピロール環が、炭素原子又は窒素原子を介して繋がれている構造を含む化合物であることが好適である。具体的には、例えば、a)ポルフィリン類、クロリン類等の如く、隣接するピロール環同士の4つの結合が、いずれも1個の炭素原子を介した結合である化合物、b)フタロシアニン類の如く、隣接するピロール環同士の4つの結合が、いずれも1個の窒素原子を介した結合である化合物、c)コリン類の如く、隣接するピロール環同士の4つの結合のうち、3つの結合は1個の炭素原子を介した結合からなり、残りの1つはピロール環を構成する炭素原子同士の結合からなる化合物等が好ましく例示される。a)の中では、ポルフィリン類、クロリン類が好ましく、b)の中ではフタロシアニン類が好ましく、c)の中ではコリン類が好ましい。すなわち、上記環状テトラピロール化合物としては、ポルフィリン類(ポルフィリン系色素とも称す)、クロリン類(クロリン系色素とも称す)、フタロシアニン類(フタロシアニン系色素とも称す)及び/又はコリン類(コリン系色素とも称す)が好ましく、これらの中でも、ポルフィリン類及び/又はフタロシアニン類が、工業的に入手し易く好適である。上記環状テトラピロール化合物はまた、耐光性に更に優れる観点から、中心に金属イオンを有する金属錯体であることが好ましい。
上記特定色素において、中心金属イオンとなる金属としては、耐光性に特に優れる樹脂シートとなる点から、銅が好ましい。特に2価の銅(Cu(II))が好ましい。これにより、色素濃度を高めても耐光性に優れる樹脂シートとなる。また、特定色素が、単一分子又は会合分子の状態で溶解・分散し易く、色素の濃度が特に高い樹脂層とすることができ、薄膜でも充分に吸収を付与できるという観点からは、金属として亜鉛が好ましい。特に2価の亜鉛(Zn(II))が好ましい。
上述のように、特定色素における中心金属イオンとなる金属としては、銅又は亜鉛が特に好ましい。これらの金属を中心金属イオンとする金属錯体としては、ポルフィリン類又はフタロシアニン類が特に好ましく、フタロシアニン類が最も好ましい。
なお、ポルフィリン類とは、ポルフィリン骨格を有する化合物群を意味し、ピロール環を構成する炭素原子やピロール環同士を繋ぐ結合炭素原子に結合した水素原子が、他の原子(団)や基で置換されたものを包含する。
上記特定色素はまた、600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在する化合物である。
ここで、上記色素が有する吸収極大波長は、600〜800nmの波長域に1又は2以上あればよく、そのうちの1つが600〜710nmに存在すればよい。このような吸収特性を有する化合物を用いて樹脂シートを構成することで、遮断したい波長域をよりシャープに遮断でき、かつ透過させたい波長域では高い透過率を示すという光選択透過性に優れるものとなり、また、該樹脂シートと反射膜とを組み合わせた際に、反射膜による入射角依存性を大幅に軽減することが可能になる。より好ましくは、600〜800nmの波長域に存在する1又は2以上の吸収極大波長のうち、最も透過率が低いピークの波長(すなわち、最大吸収波長)が、600〜710nmであることである。
またフタロシアニン系化合物のように、平面性に優れる分子は、単一分子として存在する場合と、会合した状態(会合分子)で存在する場合とで、吸収極大ピークの位置が異なる場合があり、通常、長波長側に単一分子由来のピーク(吸収極大)が表れ、短波長側に会合分子由来のピーク(吸収極大)が表れる。
上記特定色素の中でも、少なくとも一部が、会合分子由来の吸収ピークを示す状態で樹脂層に分散している形態が、樹脂シートの耐光性に優れる点で好ましい。更に、特定色素の会合分子由来の吸収極大ピークの少なくとも1つが600〜710nmの波長域に存在する樹脂シートが好ましい。言い換えれば、樹脂シートに、600〜710nmの波長域に会合分子由来の吸収極大ピークを有する色素を含有させることが好ましい。
また反射膜と組合わせたときの入射角依存性を抑制する観点からは、上記色素が600〜800nmの波長域に存在する1又は2以上の吸収極大波長のうち、単一分子由来の極大波長の少なくとも1つが、600〜710nmに存在するものであることが好適である。
色素の吸収極大波長は、通常の手法で吸収スペクトルを測定することで求めることができるが、別法として、色素の透過率スペクトルから求めることもできる。
色素の透過率は、色素を溶媒(例えば、メタノール、ジメチルアセトアミド)に溶解させて得た溶液を、1cm厚の透明石英セルに充填し、分光光度計(例えば、Shimadzu UV−3100、島津製作所社製)を用いて測定することができる。透過率測定時の色素の濃度は特に限定されないが、例えば、溶媒と色素との総量100質量%に対し、色素を0.000001〜0.01質量%とすることが好ましく、より好ましくは0.00001〜0.001質量%とすることである。
上記特定色素として具体的には、上述した構造的特徴及び吸収特性を有する、すなわち、それが有する共役系骨格がノニオン性であり、かつ600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在する化合物であれば特に限定されないが、上述したようにポルフィリン系色素、クロリン系色素、フタロシアニン系色素、コリン系色素等の1種又は2種以上を使用することが好適であり、中でも、ポルフィリン系色素及び/又はフタロシアニン系色素を使用することがより好適である。なお、これら以外の化合物であっても、上記の構造的特徴及び吸収特性を有するものであれば、本発明の色素として好ましく用いることができる。
上記フタロシアニン系色素としては、金属フタロシアニン錯体が好適であり、例えば、銅、亜鉛、インジウム、コバルト、バナジウム、鉄、ニッケル、錫、銀、マグネシウム、ナトリウム、リチウム、鉛等の金属元素を中心金属とする金属フタロシアニン錯体が挙げられる。これらの金属元素の中でも、溶解性、可視光透過性、耐光性がより優れることから、銅、バナジウム及び亜鉛のいずれか1以上を中心金属とするものが好ましい。中心金属としてより好ましくは銅、亜鉛又はインジウムであり、更に好ましくは銅又は亜鉛であり、一層好ましくは銅である。銅を用いたフタロシアニン系色素は、どのような樹脂成分(バインダー樹脂)に分散させても光による劣化がなく、非常に優れた耐光性を有する。一方、亜鉛を金属元素とするフタロシアニン錯体(フタロシアニン系色素)は、樹脂成分に対する溶解性に優れるため、400〜600nm域の高い光透過性と600〜800nm域における高い光吸収性とを有する樹脂シートが得られ易いため、特に好ましい。
上記ポルフィリン系色素としては、テトラアザポルフィリン等が挙げられる。
上記フタロシアニン系色素の中でも特に好ましくは、下記一般式(I):
Figure 2013257532
(式中、Ra1〜Rd1、Ra2〜Rd2、Ra3〜Rd3及びRa4〜Rd4は、同一又は異なって、水素原子(H)、フッ素原子(F)、OR基又はSR基を表す。R及びRは、同一又は異なって、炭素数1〜4のアルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基、又は、置換基を有していてもよいナフチル基を表す。Mは、金属原子、金属酸化物又は金属ハロゲン化物を表す。)で表される化合物である。Mは、銅原子(Cu)、亜鉛原子(Zn)又はインジウム原子(In)が好ましい。これにより、本発明の作用効果をより充分に発揮することが可能となる。このように、上記特定色素が、上記一般式(I)で表されるフタロシアニン系色素である形態もまた、本発明の好適な形態の1つである。
上記一般式(I)において、Ra1〜Rd1、Ra2〜Rd2、Ra3〜Rd3及びRa4〜Rd4は、同一又は異なって、水素原子(H)、フッ素原子(F)、OR基又はSR基を表し、R及びRは、同一又は異なって、炭素数1〜4のアルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基、又は、置換基を有していてもよいナフチル基を表すが、R及びRとして好ましくは、フェニル基又は置換基を有するフェニル基である。
なお、フェニル基又はナフチル基が置換基を有する場合、置換基としては、例えば、炭素数1〜4の有機基(例えば、アルキル基、アルコキシカルボニル基等)、ハロゲン基(ハロゲン原子)、シアノ基、ニトロ基等が好適である。中でも、メトキシカルボニル基、メトキシエトキシカルボニル基、クロル基(塩素原子)、メチル基又はシアノ基が特に好ましい。
上記Ra1〜Rd1、Ra2〜Rd2、Ra3〜Rd3及びRa4〜Rd4として好ましくは、これらのうち少なくとも1以上がOR基を表すことである。なお、OR基が結合する炭素は、フタロシアニン骨格の4個の芳香環におけるα位炭素(Cα:フタロシアニン環の1,4,8,11,15,18,22,25位の炭素を表す。)でもよいし、β位炭素(Cβ:フタロシアニン環の2,3,9,10,16,17,23,24位の炭素を表す。)でもよい。また、導入されるOR基の数は特に限定されないが、フタロシアニン骨格の各芳香環に1個又は2個が好ましい。すなわち、Ra1〜Rd1のうちの1個又は2個、Ra2〜Rd2のうちの1個又は2個、Ra3〜Rd3のうちの1個又は2個、及び、Ra4〜Rd4のうちの1個又は2個が、同一又は異なって、OR基であることが好適である。中でも、Cα位置に1個のOR基を有し、他は水素原子である形態;Cβ位置に1個のOR基を有し、他はフッ素原子である形態;Cβ位置に2個の同一又は異なるOR基を有し、他はフッ素原子である形態;のいずれかの形態であることが特に好適である。すなわち、上記一般式(I)で表される化合物が、下記一般式(I−1)、(I−2)又は(I−3)で表される化合物であることが特に好ましい。
Figure 2013257532
上記(I−3)中、OR基は、同一であっても異なっていてもよい。上記一般式(I−1)〜(I−3)中、OR基は、上述したとおりであるが、フェノキシ基、又は、置換フェノキシ基であることが好ましい。置換フェノキシ基が有する置換基としては上述した置換基が挙げられ、中でも、メトキシカルボニル基、メトキシエトキシカルボニル基、クロル基(塩素原子)、メチル基又はシアノ基が特に好適である。
また上記一般式(I)中、Mとして好ましくは、銅原子(Cu)又は亜鉛原子(Zn)である。
上記一般式(I−1)、(I−2)又は(I−3)で表される化合物として特に好適な形態は、後述する実施例で示す、式(6b)、(7b)又は(8b)で表される化合物である(これらの式中、X及びYは、それぞれOR基を表す。Mは、上記と同様である。)。
上記一般式(I)で表される化合物を得るには、例えば、特公平6−31239号公報に記載の手法に準じて製造することが好ましい。具体的には、MXn(式中、Mは、銅原子(Cu)、亜鉛原子(Zn)、チタン原子(Ti)、バナジウム原子(V)又はインジウム原子(In)を表す。Xは、ハロゲン原子又は有機酸基を表す。nは、1〜3の整数である)で表されるハロゲン化金属又は有機酸金属と、下記一般式(II):
Figure 2013257532
(式中、R〜Rは、同一又は異なって、水素原子(H)、フッ素原子(F)、OR基又はSR基を表す。R及びRは、同一又は異なって、炭素数1〜4のアルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基、又は、置換基を有していてもよいナフチル基を表す。)で表されるフタロニトリル誘導体とを、無溶媒又は有機溶媒の存在下で、加熱して反応させることにより得ることが好適である。
上記一般式(II)において、R〜Rとして好ましくは、これらのうち少なくとも1以上がOR基を表すことである。また、導入されるOR基の数は特に限定されないが、1個又は2個であることが好ましい。中でも、1個のOR基を有し、他は水素原子である形態;1個のOR基を有し、他はフッ素原子である形態;2個の同一又は異なるOR基を有し、他はフッ素原子である形態;のいずれかの形態であることが特に好適である。すなわち、上記一般式(II)で表されるフタロニトリル誘導体が、下記一般式(II−1)、(II−2)又は(II−3)で表される化合物であることが特に好ましい。
Figure 2013257532
上記一般式(II−3)中、OR基は、同一であっても異なっていてもよい。上記一般式(II−1)〜(II−3)中、OR基は、上述したとおりであるが、フェノキシ基、又は、置換フェノキシ基であることが好ましい。置換フェノキシ基が有する置換基としては上述した置換基が挙げられ、中でも、メトキシカルボニル基、メトキシエトキシカルボニル基、クロル基(塩素原子)、メチル基又はシアノ基が特に好適である。
上記一般式(II−1)、(II−2)又は(II−3)で表される化合物として特に好適な形態は、後述する実施例で示す、式(6a)、(7a)又は(8a)で表される化合物である(これらの式中、X及びYは、それぞれOR基を表す。)。
上記MXnで表されるハロゲン化金属及び有機酸塩金属としては、例えば、ヨウ化第一銅、ヨウ化亜鉛、ヨウ化インジウム、塩化第一銅、塩化第二銅、塩化亜鉛、塩化インジウム、塩化バナジウム、臭化第一銅、臭化第二銅、臭化亜鉛、臭化インジウム、フッ化第二銅、フッ化亜鉛あるいはフッ化インジウム、酢酸亜鉛、酢酸銅、ステアリン酸銅、ステアリン酸亜鉛、オルトチタン酸テトラエチル等が挙げられる。中でも好ましくは、ヨウ化第一銅、ヨウ化亜鉛、ヨウ化インジウム、塩化第一銅、塩化第二銅、塩化インジウム、ステアリン酸銅、ステアリン酸亜鉛である。
上記ハロゲン化金属又は有機酸金属と、上記一般式(II)で表されるフタロニトリル誘導体との反応を有機溶媒中で行う場合、有機溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ニトロベンゼン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、クロロナフタレン、メチルナフタレン、エチレングリコール、ベンゾニトリル等の不活性溶媒;ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホン等の非プロトン性極性溶媒;1−オクタノール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール性溶媒;等の1種又は2種以上を使用することができる。中でも好ましくは、クロロナフタレン、N−メチル−2−ピロリドン、ニトロベンゼン、エチレングリコール、ベンゾニトリルである。
上記反応に関し、反応温度は、原料の種類、溶媒の種類、その他の条件により必ずしも一定しないが、通常、100〜300℃とすることが好適である。より好ましくは120〜260℃の範囲である。また、発熱反応を制御するために段階的に温度を上げてもよい。
上記樹脂層において、上記特定色素の濃度(含有量)としては、樹脂シートの構成や樹脂層の厚み等によっても異なるが、例えば、樹脂層を構成する上記特定色素及び樹脂成分の総量100質量%に対して、上記色素が0.001質量%以上であることが好適である。特定色素を用いることで樹脂層における色素濃度が高濃度であっても優れた耐光性を有する樹脂層となる。より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは1質量%以上である。ただし、色素濃度が高すぎると透過させたい可視光領域における透過率を充分とするためには樹脂層をかなり薄くすることとなり、均一な膜厚で成膜が困難となる場合がある。このような観点から、20質量%以下であることが好適である。より好ましくは15質量%以下である。
上記樹脂層はまた、350〜400nmの波長域に吸収能を有する化合物を含むことが好適である。これにより、350〜400nm波長域の光(ほぼ紫光)に起因する樹脂シート(及び光選択透過フィルター)の劣化を充分に抑制することができる。
ここで、上記350〜400nmの波長域に吸収能を有する化合物を含む形態としては、上記特定色素が、更に350〜400nmの波長域に吸収能を有する化合物である形態であってもよいし、また、別途、350〜400nmの波長域に吸収能を有する化合物を併用する形態であってもよい。後者の350〜400nmの波長域に吸収能を有する化合物としては、例えば、TINUVIN P、TINUVIN 234、TINUVIN 329、TINUVIN 213、TINUVIN 571、TINUVIN 326(BASF社製)等の紫外線吸収化合物の1種又は2種以上を使用することができる。
本発明においては、上述した特定色素とともに、他の色素を併用することもできる。他の色素とは、上記特定色素(すなわち、それが有する共役系骨格がノニオン性であり、かつ600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在する化合物)以外の色素であればよいが、600〜800nmの波長域に吸収極大を有するものが好適である。より好ましくは、650〜750nmの波長域に吸収極大を有するものである。上記他の色素はまた、400nm以上、600nm未満の波長域には実質的に吸収極大を持たないものであることが好ましい。
上記他の色素として具体的には、例えば、シアニン系色素、クアテリレン系色素、スクアリリウム系色素、ナフタロシアニン系色素、ニッケル錯体系色素、銅イオン系色素等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用することができる。
上記他の色素の含有量は、上記特定色素による効果を充分に発揮させるため、色素の全量100質量%に対し、30質量%以下であることが好適である。より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、特に好ましくは、他の色素を実質的に含まないことである。
−樹脂成分−
上記樹脂層において、樹脂成分としては、色素を充分に溶解又は分散できる樹脂成分が好ましい。すなわち、上記色素は、樹脂層中に均一に分散又は溶解されてなることが好ましい。このような樹脂成分を適切に選択することにより、透過させたい波長域(例えば、可視領域)における高透過率と、遮断したい波長域(例えば、赤外領域)における高吸収性とを両立することが可能となる。
上記樹脂成分としては、例えば、溶剤可溶性樹脂、溶剤可溶性樹脂原料及び液状樹脂原料からなる群より選択される少なくとも1種が好適である。このような樹脂成分は、色素の分散性が高いため、光選択吸収性により優れた光吸収膜を形成することができるとともに、色素を高濃度で分散できるため、光選択透過フィルターの薄膜化も可能である。また、上記樹脂成分を用いると、後述する溶媒キャスト法によって樹脂層を形成(成膜)することができるため、樹脂層中に色素を高濃度で均一に分散できるとともに、比較的低温で樹脂層を形成することができる。
なお、上記樹脂層自体は、溶剤可溶性であっても不溶性であってもよい。
ここで、「溶剤可溶性樹脂」とは、有機溶剤に可溶な樹脂を意味し、例えば、ジメチルアセトアミド又はN−メチルピロリドン100質量部に対し、1質量部以上溶解する樹脂であることが好適である。また、「溶剤可溶性樹脂原料」とは、溶剤可溶性の樹脂原料、すなわち樹脂原料であって溶剤可溶性であるものを意味し、例えば、ジメチルアセトアミド又はN−メチルピロリドン100質量部に対し、1質量部以上溶解するものが好適である。また、「液状樹脂原料」とは、液状の樹脂原料、すなわち樹脂原料であって液状であるものを意味する。物が「液状である」とは、その物自体の粘度が、常温(25℃)において100Pa・s以下であることを意味する。粘度は、B型粘度計により測定することができる。
なお、「樹脂原料」には、樹脂の前駆体や該前駆体の原料、更に、樹脂を形成するための単量体(硬化性モノマー等)が含まれるものとする。
上記樹脂成分としては、上述したように、溶剤可溶性樹脂、溶剤可溶性樹脂原料及び液状樹脂原料からなる群より選択される少なくとも1種が好ましいが、これらの中でも、溶剤可溶性樹脂を用いることが好適である。溶剤可溶性樹脂を用いると、溶剤可溶性樹脂原料や液状樹脂原料を用いた場合に比べて、耐光性に優れる。これは、溶剤可溶性樹脂が溶剤可溶性樹脂原料及び液状樹脂原料よりも、分散した色素の吸収性能の劣化を引き起こしにくいためである。理由として、溶剤可溶性樹脂は、そのモノマーや前駆体から調整し、重合や反応を完結させている。更に精製を行う場合もある。こうして得られた溶剤可溶性樹脂には、色素の劣化、分解を促進させる未反応物、反応性末端、イオン性基、触媒、酸・塩基性基等がほとんどないと考えられる。一方、溶剤可溶性樹脂原料及び液状樹脂原料は、このような色素の劣化、分解を促進させる因子が多く残っている。また、色素を分散させた状態で、色素の吸収性能や吸収スペクトルを保持したまま、溶剤可溶性樹脂原料及び液状樹脂原料の重合や反応を完結させることが難しい(未反応部位が多くなり、所望の物性も充分に得られない。)。そのため、同じ色素を分散させても、樹脂成分の違いにより、樹脂層の耐光性が異なる。したがって、耐光性の観点からは、少なくとも溶剤可溶性樹脂を用いることが好適である。
上記溶剤可溶性樹脂として具体的には、例えば、フッ素化芳香族ポリマー、ポリ(アミド)イミド樹脂、ポリアミド樹脂、アラミド樹脂、ポリシクロオレフィン樹脂等が挙げられる。中でも、耐光性により優れる観点から、フッ素化芳香族ポリマー及び/又はポリ(アミド)イミド樹脂が好ましい。より好ましくは、ポリ(アミド)イミド樹脂であり、更に好ましくはポリイミド樹脂である。
上記溶剤可溶性樹脂はまた、架橋反応(硬化反応)することが可能な反応性基(例えば、エポキシ基やオキセタン環、エチレンスルフィド基等の開環重合性基や、アクリル基、メタクリル基、ビニル基等のラジカル硬化性基及び/又は付加硬化性基)を有するものであってもよい。
上記樹脂成分として溶剤可溶性樹脂を用いる場合、該溶剤可溶性樹脂がそのまま、上記樹脂層を構成する樹脂成分となっていてもよいし、該溶剤可溶性樹脂が架橋反応等により変化したものが、上記樹脂層を構成する樹脂成分となっていてもよい。
なお、架橋可能な反応性基の量や成膜時の架橋反応をどの程度進めるかは特に限定されるものではないが、樹脂の溶剤可溶性が維持できる程度であることが好ましい。
上記フッ素化芳香族ポリマーとしては、少なくとも1以上のフッ素基を有する芳香族環と、エーテル結合、ケトン結合、スルホン結合、アミド結合、イミド結合及びエステル結合の群より選ばれた少なくとも1つの結合とを含む繰り返し単位により構成された重合体等が挙げられ、具体的には、例えば、フッ素原子を有するポリイミド、ポリエーテル、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドエーテル、ポリアミド、ポリエーテルニトリル、ポリエステル等が挙げられる。これらの中でも、少なくとも1つ以上のフッ素基を有する芳香族環と、エーテル結合とを含む繰り返し単位を必須部位として有する重合体であることが好ましく、下記一般式(1−1)又は(1−2)で表される繰り返し単位を含む、フッ素原子を有するポリエーテルケトンがより好ましい。中でも特に、フッ素化ポリエーテルケトン(FPEK)が好適である。
なお、一般式(1−1)又は(1−2)で表される繰り返し単位は、同一でも異なっていてもよく、ブロック状、ランダム状等の何れの形態であってもよい。
Figure 2013257532
上記一般式(1−1)中、Rは炭素数1〜150の芳香族環を有する2価の有機鎖を表す。Zは2価の鎖又は直接結合を表す。x及びyは0以上の整数であり、x+y=1〜8を満たし、同一又は異なって、芳香族環に結合しているフッ素原子の数を表す。nは、重合度を表し、2〜5000の範囲内が好ましく、5〜500の範囲内がより好ましい。
上記一般式(1−2)中、Rは、置換基を有していてもよい、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数1〜12のアルキルアミノ基、炭素数1〜12のアルキルチオ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、炭素数6〜20のアリールアミノ基又は炭素数6〜20のアリールチオ基を表す。Rは、炭素数1〜150の芳香族環を有する2価の有機鎖を表す。zは、芳香族環に結合しているフッ素原子の数であり、1又は2である。nは、重合度を表し、2〜5000の範囲内が好ましく、5〜500の範囲内がより好ましい。
上記一般式(1−1)において、x+yは2〜8の範囲内が好ましく、4〜8の範囲内がより好ましい。また、エーテル構造部分(−O−R−O−)が芳香族環に結合する位置としては、Zに対してパラ位であることが好ましい。
上記一般式(1−1)及び(1−2)において、R及びRは2価の有機鎖であるが、例えば、下記の構造式群(2)で表されるいずれか一つ、又は、その組み合わせの有機鎖であることが好ましい。
Figure 2013257532
上記構造式群(2)中、Y〜Yは、同一若しくは異なって、水素基又は置換基を表し、該置換基は、ハロゲン原子、又は、置換基を有していてもよい、アルキル基、アルコキシ基、アルキルアミノ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアミノ基若しくはアリールチオ基を表す。
上記R及びRのより好ましい具体例としては、下記の構造式群(3)で表される有機鎖が挙げられる。
Figure 2013257532
上記一般式(1−1)において、Zは、2価の鎖又は直接結合していることを表す。当該2価の鎖としては、例えば、下記構造式群(4)(構造式(4−1)〜(4−13))で表される鎖であることが好ましい。
Figure 2013257532
上記構造式群(4)中、Xは、炭素数1〜50の2価の有機鎖であるが、例えば、上述した構造式群(3)で表される有機鎖が挙げられ、その中でもジフェニルエーテル鎖、ビスフェノールA鎖、ビスフェノールF鎖、フルオレン鎖が好ましい。
上記一般式(1−2)中のRにおいて、アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、2−エチルヘキシル基等が好適である。
上記アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ウンデシルオキシ基、ドデシルオキシ基、フルフリルオキシ基、アリルオキシ基等が好適である。
上記アルキルアミノ基としては、メチルアミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、プロピルアミノ基、n−ブチルアミノ基、sec−ブチルアミノ基、tert−ブチルアミノ基等が好適である。
上記アルキルチオ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、n−ブチルチオ基、sec−ブチルチオ基、tert−ブチルチオ基、iso−プロピルチオ基等が好適である。
上記アリール基としては、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基、o−、m−又はp−トリル基、2,3−又は2,4−キシリル基、メシチル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニリル基、ベンズヒドリル基、トリチル基、ピレニル基等が好適である。
上記アリールオキシ基としては、フェノキシ基、ベンジルオキシ基、ヒドロキシ安息香酸及びそのエステル類(例えば、メチルエステル、エチルエステル、メトキシエチルエステル、エトキシエチルエステル、フルフリルエステル及びフェニルエステル等)由来の基、ナフトキシ基、o−、m−又はp−メチルフェノキシ基、o−、m−又はp−フェニルフェノキシ基、フェニルエチニルフェノキシ基、クレソチン酸及びそのエステル類由来の基等が好適である。
上記アリールアミノ基としては、アニリノ基、o−、m−又はp−トルイジノ基、1,2−又は1,3−キシリジノ基、o−、m−又はp−メトキシアニリノ基、アントラニル酸及びそのエステル類由来の基等が好適である。
上記アリールチオ基としては、フェニルチオ基、フェニルメタンチオ基、o−、m−又はp−トリルチオ基、チオサリチル酸及びそのエステル類由来の基等が好適である。
上記Rとしては、これらのうち、置換基を有していてもよい、アルコキシ基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアミノ基が好ましい。但し、Rには、二重結合又は三重結合が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。
上記一般式(1−2)中のRにおける置換基としては、上述のような炭素数1〜12のアルキル基;フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子;シアノ基、ニトロ基、カルボキシエステル基等が好適である。また、これら置換基の水素がハロゲン化されていてもよいし、されていなくてもよい。これらの中でも、好ましくは、ハロゲン原子、水素がハロゲン化されていてもよいし、されていなくてもよいメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基及びカルボキシエステル基である。
上記ポリ(アミド)イミド樹脂とは、狭義のポリイミド樹脂(イミド結合を含み、アミド結合を含まない樹脂を意味し、ここでいうアミド結合とは、アミック酸の脱水反応によりイミド結合を形成し得ないアミド結合を意味する。)、及び、ポリアミドイミド樹脂(アミック酸の脱水反応によりイミド結合を形成し得ないアミド結合とイミド結合とを含む樹脂を意味する。)のいずれをも包含する。
なお、ポリイミド樹脂におけるイミド結合は、通常、アミド結合とそれに隣接するカルボキシル基とを有する結合鎖(本発明では、該結合鎖をアミック酸ともいう。通常は、アミド結合が結合した炭素原子に隣接する炭素原子にカルボキシル基が結合した構造である。)におけるアミド結合とカルボキシル基との脱水反応による形成される。
ポリアミック酸から脱水反応によりポリイミド樹脂を生成させる際、分子内に若干量のアミック酸は残存し得る。したがって、本発明で「ポリイミド樹脂」という場合は、イミド結合を含み、アミック酸の脱水反応によりイミド結合を形成し得ないアミド結合は含まないが、アミック酸の脱水反応によりイミド結合を形成し得るアミド結合は含まないか若干量含んでいてもよい。
上記溶剤可溶性樹脂としては、ポリイミド樹脂におけるイミド結合含有率(イミド化反応によりイミド化し得るアミド結合数とイミド結合数の合計量100モル%に対するイミド結合数の割合)が80モル%以上であるポリイミド樹脂が好ましい。より好ましくは90モル%以上、更に好ましくは95モル%以上、特に好ましくは98モル%以上である。
ここで、ポリアミドイミド樹脂とは、アミック酸の脱水反応によりイミド結合を形成し得ないアミド結合とイミド結合とを含むが、アミック酸の脱水反応によりイミド結合を形成し得るアミド結合は含まないか若干量含んでいてもよい。アミック酸の脱水反応によりイミド結合を形成し得るアミド結合を含む場合、アミド結合数(脱水反応によりイミド結合を形成し得ないアミド結合数と脱水反応によりイミド結合を形成し得るアミド結合数との和)とイミド結合数との合計量100モル%に対する、アミック酸の脱水反応によりイミド結合を形成し得るアミド結合の含有率は、20モル%未満が好ましい。より好ましくは10モル%未満、更に好ましくは5モル%未満、特に好ましくは2モル%未満である。
上記ポリ(アミド)イミド樹脂は、多価カルボン酸化合物と、多価アミン化合物及び/又は多価イソシアネート化合物との反応により得られるポリ(アミド)イミド樹脂の原料(ポリ(アミド)イミド前駆体とも称す。)を、イミド化反応して得ることができる。
上記ポリ(アミド)イミド樹脂はまた、透明性を有することが好ましい。透明性向上のためには、芳香環が少ないほうが好ましい。中でも、芳香環を脂環又は脂肪鎖等で置き換えた構造を有することが好適である。より好ましくは、全重量100%中の芳香環の重量が65%以下、更に好ましくは45%以下、特に好ましくは30%以下である。
上記ポリ(アミド)イミド樹脂としては、イミド結合を有する化合物であれば特に限定されないが、例えば、下記一般式(5):
Figure 2013257532
(式中、Rは、同一又は異なって、有機基を表す。)で表される繰り返し単位を有する化合物が好適である。
上記一般式(5)におけるRとしては、2価の有機基が好ましく、中でも、炭素数2〜39の2価の有機基が好ましい。また、当該有機基は1種又は2種以上の炭化水素骨格を含むものが好ましい。炭化水素骨格としては、脂肪族鎖状炭化水素、脂肪族環状炭化水素又は芳香族炭化水素であることが好ましい。当該有機基はまた、複素環骨格を有するものであってもよい。
上記一般式(5)におけるRとしてはまた、上記の炭化水素骨格及び/又は複素環骨格から選ばれる、同一又は異なる2種以上を有し、それらが炭素―炭素結合を介して、又は、炭素―炭素結合とは異なる結合基を介して、結合した骨格を含むものが好ましい。結合基としては、例えば、−O−、−SO−、−CO−、−Si(CH−、−CO−、−S−等が挙げられる。
なお、上記一般式(5)で表される繰り返し単位におけるそれぞれのRとしては、同一であっても異なるものであってもよい。
上記Rで表される有機基は窒素原子に直接結合していてもよいし、結合基として、−O−、−SO−、−CO−、−CH−、−C(CH−、−Si(CH−、−CO−、−S−等を有していてもよい。
なお、一般式(5)におけるシクロヘキシル環における水素原子の一部又は全部が置換されていてもよいが、無置換(全て水素原子である形態)であるものが好ましい。
上記一般式(5)で表される繰り返し単位は、同一でも異なっていてもよく、ブロック状、ランダム状等の何れの形態であってもよい。
上記ポリ(アミド)イミド樹脂の好ましい具体例としては、例えば、三菱ガス化学社製のネオプリムL−3430(厚さ50μm、100μm、200μm等)等が挙げられる。なお、この製品はフィルム形状であるが、有機溶剤に可溶であるので、上記溶剤可溶性樹脂として好ましく使用される。
上記溶剤可溶性樹脂原料又は液状樹脂原料としては、例えば、エポキシ樹脂の原料となるエポキシ化合物、ビニル重合体樹脂の原料であるビニル系化合物((メタ)アクリル系化合物、スチレン系化合物等)、ポリ(アミド)イミド前駆体等が挙げられる。好ましくは、エポキシ化合物、ビニル系化合物である。
上記エポキシ樹脂とは、エポキシ基を有する化合物(エポキシ化合物)を含む硬化性組成物の硬化物である。硬化物の形態としてはエポキシ化合物をカチオン硬化触媒の存在下で光及び/又は熱硬化してなる形態、エポキシ化合物を付加的硬化剤と反応させることにより得られる硬化物の形態等が挙げられる。後者において硬化反応促進のため従来公知の硬化促進剤を併用することもできる。付加的硬化剤としては、例えば、酸無水物、多価フェノール化合物、多価アミン等が例示されるが、中でも酸無水物が好ましい。
上記エポキシ化合物としては、芳香族エポキシ化合物、脂肪族エポキシ化合物、脂環式エポキシ化合物、水添エポキシ化合物等が好適であり、例えば、大阪ガスケミカル社製のフルオレンエポキシ(オンコートEX−1);ジャパンエポキシレジン社製のビスフェノールA型エポキシ化合物(エピコート828EL);ジャパンエポキシレジン社製の水添ビスフェノールA型エポキシ化合物(エピコートYX8000);ダイセル工業社製の脂環式液状エポキシ化合物(セロキサイド2021)等が好ましく使用できる。
なお、本明細書中、エポキシ基とは、3員環のエーテルであるオキシラン環を含むものであり、狭義のエポキシ基の他、グリシジル基(グリシジルエーテル基及びグリシジルエステル基を含む)を含むものを意味する。
上記エポキシ化合物を含む硬化性組成物は、可撓性を有する成分(可撓性成分)を含むことが好適である。可撓性成分を含むことにより、成形時や基板、型等からはずすときに割れない、形が崩れない、剥がれやすい、柔軟性がある等の一体感のある樹脂組成物とすることができる。
上記可撓性成分としては、上記エポキシ化合物とは異なる化合物であってもよいし、上記エポキシ化合物の少なくとも1種が可撓性成分であってもよい。
上記ビニル重合体樹脂とは、重合原料としてビニル系化合物を(共)重合して得られる重合体であり、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリル−スチレン樹脂等が例示される。
アクリル樹脂とは、(メタ)アクリロイル基を有する化合物((メタ)アクリロイル基含有化合物又は(メタ)アクリル系化合物とも称す。)を含む硬化性組成物の硬化物であり、スチレン樹脂とは、スチレンやジビニルベンゼン等のスチレン系モノマー(スチレン系化合物とも称す。)を含む硬化性組成物の硬化物であり、アクリル−スチレン樹脂とは、(メタ)アクリロイル基含有化合物及びスチレン系モノマーを含む硬化性組成物の硬化物である。上記ビニル重合体樹脂の中でも、アクリル樹脂、アクリル−スチレン樹脂が好ましい。
上記(メタ)アクリロイル基含有化合物として好ましくは、(メタ)アクリレートモノマー、ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート等が例示される。(メタ)アクリレートモノマーを(共)重合した(メタ)アクリレート(共)重合体(ただし(メタ)アクリロイル基を有する)も好適に使用できる。フィルム化を容易にできる点で、ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリレート(共)重合体等の重合性オリゴマーと、(メタ)アクリレートモノマーとを含む組成物をアクリル樹脂原料として用いることが好ましい。
上記アクリル−スチレン樹脂原料としては、上記アクリル樹脂原料の好適な形態において更にスチレン系モノマーを用いた組成物が好ましい。
上記ポリ(アミド)イミド前駆体とは、ポリ(アミド)イミド樹脂を形成するための原料、すなわちイミド化反応に供される化合物であり、例えば、ポリアミック酸等が好適である。具体的には、例えば、日立化成工業社製のHPC−7000−30等が好ましく使用される。
上記樹脂層は、上記色素と樹脂成分とを含む樹脂組成物により形成された層であることが好適であるが、該樹脂組成物は、更に必要に応じて、その他の成分を含むものであってもよい。その他の成分としては、上述した他の色素等が挙げられるが、その他の成分として、金属酸化物等の無機成分を含む場合、その含有量は、可視光に対する透明性に優れる観点から、樹脂組成物100質量%中に50質量%未満であることが好適である。より好ましくは20質量%未満、更に好ましくは5質量%未満、特に好ましくは1質量%未満である。最も好ましくは、上記樹脂層を形成する樹脂組成物が、無機成分を実質的に含まないことである。
上記樹脂層の膜厚(厚み)に関し、上述したように特定色素を用いることで薄膜化が可能となる。厚み方向からの水分等の浸入、拡散が抑制され易い点からも薄膜化できることは耐光性において有利となる。上記樹脂層の膜厚(厚み)は、5μm以下であることが好適である。これにより、光選択透過フィルターを充分に薄膜化することができ、光学部材等の低背化要求に応えることができる。より好ましくは3μm以下である。また、0.5μm以上であることが好ましく、より好ましくは1μm以上である。
上記樹脂層は、可視光の短波長域から紫外線領域において透過性に優れるものであってもよいが、樹脂シートと紫外線領域を反射する反射膜とを組み合わせた紫外線カットフィルターとする場合においては、反射膜による入射角依存性を軽減し易い点から、350〜400nm波長域における樹脂層の透過率の最小値が20〜80%であることが好ましい。同様の理由から樹脂シートにおいて350〜400nm波長域における透過率の最小値が20〜80%であることが好ましい。
上記樹脂層はまた、600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在することが好適である。ここで、上記樹脂層が有する吸収極大波長は、600〜800nmの波長域に1又は2以上あればよく、そのうちの1つが600〜710nmに存在すればよい。このような吸収特性を有することで、遮断したい波長域をよりシャープに遮断でき、かつ透過させたい波長域では高い透過率を示すという光選択透過性に優れるものとなり、また、該樹脂シートと反射膜とを組み合わせた際に、反射膜による入射角依存性を大幅に軽減することが可能になる。より好ましくは、600〜800nmの波長域に存在する1又は2以上の吸収極大波長のうち、最も透過率が低いピークの波長(すなわち、最大吸収波長)が、600〜710nmであることである。この最大吸収波長における透過率は、60%以下であることが好ましい、より好ましくは50%以下、さらに好ましくは30%以下である。
なお、上記樹脂シートについても、上記と同様の吸収特性を示すことが好適である。
樹脂層及び樹脂シートの吸収極大波長は、通常の手法で吸収スペクトルを測定することで求めることができるが、別法として、樹脂層及び樹脂シートの透過率スペクトルから求めることもできる。
上記樹脂層は、上述したように色素が樹脂層中に均一に分散又は溶解されてなることが好適であるが、該樹脂層の可視光領域におけるヘイズが10%以下であることが好ましい。より好ましくは5%以下、更に好ましくは3%以下、特に好ましくは1%以下である。また、この形態において、該樹脂層の可視光500nmにおける透過率は60%以上であることが好適である。より好ましくは70%以上、更に好ましくは80%以上、特に好ましくは85%以上である。
なお、上記樹脂シート及び光選択透過フィルターについても、可視光領域におけるヘイズ及び可視光500nmにおける透過率が、夫々上述した範囲にあることが好ましい。
透過率は、分光光度計(例えば、Shimadzu UV−3100、島津製作所社製)を用いて測定することができる。透過率の測定に供する樹脂層及び樹脂シートの厚みは、1〜200μmとすることが好ましい。
<支持体>
上記樹脂シートは、上述したように支持体を更に有することが好適であるが、支持体としては、フィルム形状のもの(支持体フィルム)が好ましい。
上記支持体フィルムとしては、透明性に優れる樹脂を用いることが好適である。具体的には、例えば、(メタ)アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素化芳香族ポリマー、ポリ(アミド)イミド樹脂、ポリアミド樹脂、アラミド樹脂、シクロオレフィン樹脂等を用いることができる。これらの中でも、反射層を蒸着形成する際の耐熱性に優れる点で、フッ素化芳香族ポリマー、ポリ(アミド)イミド樹脂、ポリアミド樹脂、アラミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、エポキシ樹脂及び/又はアクリル樹脂が好ましい。より好ましくは、ポリ(アミド)イミド樹脂を少なくとも用いることである。
上記支持体(好ましくは支持体フィルム)の材質と、樹脂層に含まれる樹脂成分との好適な組み合わせとしては、例えば、支持体フィルム/樹脂成分として、ポリ(アミド)イミド樹脂/ポリ(アミド)イミド樹脂、ポリ(アミド)イミド樹脂/アクリル樹脂、ポリ(アミド)イミド樹脂/フッ素化芳香族ポリマー、ポリアミド樹脂/アクリル樹脂、アラミド樹脂/アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂/アクリル樹脂等が挙げられる。中でも、ポリ(アミド)イミド樹脂/ポリ(アミド)イミド樹脂が好ましく、より好ましくは、ポリイミド樹脂/ポリイミド樹脂、ポリイミド樹脂/ポリアミドイミド樹脂、又は、ポリアミドイミド樹脂/ポリアミドイミド樹脂であり、更に好ましくは、ポリイミド樹脂/ポリイミド樹脂である。
上記樹脂シートの形成方法としては特に限定されず、例えば、樹脂層を形成する樹脂組成物を、支持体表面(又は、支持体と樹脂層との間に他の層を有する場合は、当該他の層の表面)に塗布し、乾燥又は硬化することにより形成する方法(塗布法又はコーティング法と称す)や、支持体に対して、樹脂組成物から形成された樹脂フィルムを熱圧着することにより形成する方法の他、練込法等も挙げられる。これらの中でも、支持体と樹脂層とを有する樹脂シートを得る場合には、塗布法を採用することが好ましい。すなわち上記樹脂層は、塗布法によって形成された層であることが好ましく、これによって上記樹脂層と支持体等との密着性がより充分なものとなる。なお、支持体を有しない樹脂シートを得る場合にも、塗布法を用いることが好ましく、例えば、仮の基材に、樹脂層を形成する樹脂組成物を塗布した後、該基材から剥離することにより当該樹脂シートを得ることができる。
上記塗布法の中でも好ましくは、溶媒キャスト法であり、このように上記樹脂層が溶媒キャスト法によって形成された層である形態もまた、本発明の好適な形態の1つである。溶媒キャスト法を用いると、色素をより均一に分散できるため、光選択吸収性により優れた光吸収膜を形成することができ、好適である。また、色素を高濃度で分散可能であるため薄膜化が可能であり、固体撮像素子等の部材の低背化要求により応えることもできる。更に、比較的低温で樹脂層を形成することができるため、比較的耐熱性の低い色素も使用することができる。一方、練込法においては、樹脂を高温(例えば、200℃以上)で溶融して用いることになるため、耐熱性の低い色素は分解してしまい、充分な光吸収性が得られないおそれがある。また、色素の分散性も充分に高くならないおそれがある。
上記溶媒キャスト法においては、溶媒に、樹脂層を形成するための樹脂組成物を溶解して得られる溶液を、支持体上に塗布・乾燥(硬化)することにより、樹脂層を製膜(成膜)することが好ましい。また、樹脂成分として液状樹脂原料を用いる場合には、該樹脂原料に直接、色素を分散させてもよいし、該樹脂原料を溶媒で希釈したうえで色素を分散させてもよい。
上記溶媒(有機溶剤)としては、上記樹脂層を形成するための樹脂組成物を溶解できるものであれば特に限定されず、樹脂成分等の種類に応じて適宜選択可能であるが、例えば、メチルエチルケトン(2−ブタノン)、メチルイソブチルケトン(4−メチル−2−ペンタノン)、シクロヘキサノン等のケトン類;PGMEA(2−アセトキシ−1−メトキシプロパン)、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート等のグリコール誘導体(エーテル化合物、エステル化合物、エーテルエステル化合物等);N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類;酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル類;N−メチル−ピロリドン(より具体的には、1−メチル−2−ピロリドン等)等のピロリドン類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;シクロヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類;ジエチルエーテル、ジプチルエーテル等のエーテル類;等が好適である。より好ましくは、メチルエチルケトン、酢酸エチル、N,N−ジメチルアセトアミドである。
上記溶媒の使用量としては、上記樹脂組成物の総量100質量部に対して、150質量部以上であることが好ましく、また、1900質量部以下が好ましい。より好ましくは、200質量部以上であり、また、1400質量部以下である。上記範囲とすることにより、例えば、色素濃度の高い樹脂層が得られ易い。
〔反射膜〕
本発明の光選択透過フィルターはまた、反射膜(反射層とも称す)を含むことが好適である。これにより、光選択透過性により優れ、光遮断特性の入射角依存性が充分に低減され、かつ充分な薄膜化を実現することが可能な光選択透過フィルターとなり得る。このように、上記光選択透過フィルターが更に反射膜を含む形態もまた、本発明の好適な形態の1つである。
上記反射膜としては、多層からなる膜であることが好適である。すなわち上記反射膜は、光学多層膜であることが好ましい。また、光学多層膜としては、耐熱性に優れる点で、各波長の屈折率を制御できる無機多層膜等が好適である。無機多層膜としては、樹脂層や支持体、その他の機能性材料層の上に、真空蒸着法やスパッタリング法等により、低屈折率材料及び高屈折率材料を交互に積層させた屈折率制御多層膜であることが好ましい。上記反射膜はまた、透明導電膜であることも好適である。透明導電膜としては、インジウム−スズ系酸化物(ITO)等の赤外線を反射する膜としての透明導電膜が好ましい。これらの中でも、無機多層膜が好適である。
上記無機多層膜としては、誘電体層Aと、誘電体層Aが有する屈折率よりも高い屈折率を有する誘電体層Bとを交互に積層した誘電体多層膜が好適である。
上記誘電体層Aを構成する材料としては、屈折率が1.6以下の材料を通常用いることができ、好ましくは、屈折率の範囲が1.2〜1.6の材料が選択される。このような材料としては、例えば、シリカ、アルミナ、フッ化ランタン、フッ化マグネシウム、六フッ化アルミニウムナトリウム等が好適である。
上記誘電体層Bを構成する材料としては、屈折率が1.7以上の材料を用いることができ、好ましくは、屈折率の範囲が1.7〜2.5の材料が選択される。このような材料としては、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化インジウムを主成分とし酸化チタン、酸化錫、酸化セリウム等を少量含有させたもの等が好適である。
上記誘電体層A及び誘電体層Bの各層の厚みは、通常、遮断しようとする光の波長をλ(nm)とすると、0.1λ〜0.5λの厚みであることが好ましい。厚みがこの範囲外になると、屈折率(n)と膜厚(d)との積(n×d)がλ/4で算出される光学的膜厚と大きく異なって反射・屈折の光学的特性の関係が崩れてしまい、特定波長の遮断・透過をするコントロールができなくなるおそれがある。
上記誘電体層Aと誘電体層Bとを積層する方法については、これら材料層を積層した誘電体多層膜が形成される限り特に制限はないが、例えば、CVD法、スパッタ法、真空蒸着法等によって、誘電体層Aと誘電体層Bとを交互に積層することにより、誘電体多層膜を形成することができる。
上記無機多層膜等の反射膜は、上記方法等により好適に形成することができるが、蒸着によって光選択透過フィルターが変形しカールしたり、割れが生じたりする可能性をより一層小さくするために、次の方法を用いることができる。すなわち具体的には、離型処理したガラス等の仮の基材に蒸着層を形成し、光選択透過フィルターの基材となる樹脂シートに該蒸着層を転写して反射膜を形成する反射膜の転写方法が好適である。この場合、樹脂シートには、接着層を形成しておくことが好ましい。
また上記樹脂シートが有機材料、具体的には樹脂組成物により形成される場合には、未硬化又は半硬化状態の樹脂シート(樹脂組成物)に誘電体層等を蒸着した後、樹脂シートを硬化する方法が好適である。このような方法を用いると、多層蒸着後の冷却時に基材が流動的となり、液状に近い状態となるために、樹脂組成物と誘電体層等との熱膨張係数差が問題にならず、光選択透過フィルターの変形(カール)をより充分に抑制することができる。
このように上記樹脂シートへの反射膜(好ましくは光学多層膜、より好ましくは無機多層膜)の形成には、蒸着法を用いることが好適であるが、蒸着温度は、100℃以上とすることが好適である。より好ましくは120℃以上、更に好ましくは150℃以上である。このような高温で蒸着すると、無機膜(無機多層膜を構成する無機膜)が緻密で硬くなり、種々の耐性が向上し、歩留りが向上する等の利点がある。そのため、このような蒸着温度に耐える樹脂シートや色素を用いることは、非常に意味がある。また、このような高温での蒸着には、樹脂シートを構成する樹脂層又は支持体フィルムとして、線膨張係数の低い樹脂層又は支持体フィルムを用いることが好適である。これにより、無機・有機の線膨張係数の差による無機層クラックをより抑制することができる。また、線膨張係数が低い樹脂層又は支持体フィルムを用いると、高温で蒸着できるだけでなく、低温で蒸着したとしても、無機膜との線膨張係数の差が小さいため、光選択透過フィルターを有する固体撮像素子を製造する場合等に採用されるリフロー工程等の製造工程での加熱環境や過酷な使用環境においても、無機・有機の線膨張係数の差による無機層クラックが生じない。
上記線膨張係数が低い樹脂層又は支持体フィルムとしては、線膨張係数が60ppm以下のものが好ましい。より好ましくは50ppm以下、更に好ましくは30ppm以下、最も好ましくは10ppm以下である。
上記線膨張係数が低い樹脂層又は支持体フィルムとして具体的には、例えば、ポリ(アミド)イミド樹脂、アラミド樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、有機無機ハイブリッド樹脂等が好適であり、上記樹脂層又は支持体フィルムが、これらからなる群より選択される少なくとも1種により形成されるものである形態は、本発明の好適な形態の1つである。また、樹脂を延伸する;無機微粒子等を分散させる;ガラスクロスを用いる;架橋密度を上げる;コンポジット化する;結晶化させる;等によっても線膨張係数を低下させることができる。
上記反射膜は、上記樹脂シートの少なくとも一方の表面に形成されてなることが好適である。反射膜は、上記樹脂シートの一方の表面のみに形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよいが、両面に形成されることが好ましい。これにより、本発明に係る光選択透過フィルターの反りや反射膜の割れを充分に低減することができる。なお、上記樹脂シートが樹脂層と支持体とからなる場合、反射膜は、樹脂層の表面に形成されることが好適である。特に樹脂シートの両面に無機多層膜からなる反射膜が形成され、且つ樹脂層表面は、支持体又は無機多層膜からなる反射膜と密着している形態が好ましい。このような形態の光選択透過フィルターは耐光性、耐熱性に特に優れたものとなる。
また他の好ましい形態として、上記樹脂シートとは異なる樹脂フィルムの少なくとも一方の表面に反射膜が形成され、更に該反射膜の表面に、上記樹脂シートが形成される形態も挙げられる。すなわち、樹脂フィルムの表面に、反射膜、上記樹脂シートの順に積層されてなる形態である。反射膜は樹脂フィルムの両面に設けられることが好ましい。その場合、上記樹脂シートは、一方の反射膜の表面に積層されていても、2つの反射膜の表面に積層されていてもよい。この場合、樹脂フィルムは、上述した支持体フィルムと同様のものを使用することができ、好適な形態についても支持体フィルムの場合と同様である。
上述したように上記反射膜は光学多層膜であることが好ましいが、その積層数は、上記樹脂シートの一方の表面にのみ上記光学多層膜を有する場合は、10〜80層の範囲が好ましく、より好ましくは25〜50層の範囲である。一方、上記樹脂シートの両面に上記光学多層膜を有する場合は、上記光学多層膜の積層数は、樹脂シート両面の積層数の合計として、10〜80層の範囲が好ましく、より好ましくは25〜50層の範囲である。
また、上記反射膜の厚みは、0.5〜10μmであることが好ましい。より好ましくは、2〜8μmである。反射膜が上記樹脂シートの両面に形成される形態においては、両面の反射膜の合計の厚みが上記範囲内にあることが好ましい。
本発明の光選択透過フィルターは、所望の光の透過率を選択的に低減させるという機能以外の種々の他の機能を有していてもよい。例えば、光選択透過フィルターとして好ましい形態の1つである赤外カットフィルターの場合、紫外線を遮蔽する機能等の赤外カット以外の各種機能を有する形態や、強靱性、強度等の赤外カットフィルターの物性を向上させる機能を有する形態を挙げることができる。
このように本発明の光選択透過フィルターが他の機能を有する形態においては、上記樹脂シートの一方の表面に反射膜を形成し、他方の表面に他の機能を付与するための機能性材料層を形成することが好ましい。機能性材料層は、例えば、CVD法、スパッタリング法、真空蒸着法により、直接、上記樹脂シート上に形成したり、離型処理された仮の基材上に形成された機能性材料層を上記樹脂シートに接着剤で張り合わせたりすることにより得ることができる。また、原料物質を含有する液状組成物を上記樹脂シートに塗布、乾燥して、製膜することによっても得ることができる。
本発明の光選択透過フィルターはまた、厚み(上記樹脂シートと反射膜等の他の層との合計の厚み)が1mm以下であることが好ましい。光選択透過フィルターの厚みとは、該光選択透過フィルターの最大厚みをいう。より好ましくは、薄膜化要求に対応し得る点で、200μm以下であり、更に好ましくは150μm以下、特に好ましくは120μm以下、最も好ましくは60μm以下である。また、耐リフロー性、特に260℃の温度における耐熱性に優れる点で、1μm以上であることが好ましく、より好ましくは10μm以上、更に好ましくは30μm以上である。また、光選択透過フィルターの厚みの範囲は、1〜150μmであることが好ましく、より好ましくは10〜120μm、更に好ましくは30〜120μm、特に好ましくは30〜60μmである。
上記光選択透過フィルターの厚みを1mm以下とすることにより、光選択透過フィルターをより小型化、軽量化することができ、種々の用途に好適に用いることができる。特に、光学部材等の光学用途において好適に用いることができる。光学用途においては、他の光学部材と同様に光選択透過フィルターも小型化、軽量化が強く求められている。本発明の光選択透過フィルターは、厚みを1mm以下とすることが可能であるため、薄膜化をより達成でき、特に撮像レンズ等のレンズユニットに用いた場合に、レンズユニットの低背化を実現することができる。言い換えると1mm以下の薄い光選択透過フィルターを光学部材として用いた場合に、光路を短縮することができ、該光学部材を小さくすることができる。具体的には、カメラモジュールにおいては、レンズと光選択透過フィルターとシーモスセンサーとを有することとなる。
図1及び図2に、カメラモジュールの一例を、模式的に示す。なお、これらの図は、エレクトロニックジャーナル第81回テクニカルセミナー(Electronic Journal 第81回 Technical Seminar)資料を参照した。
図1に示すように、光選択透過フィルターは、所望の波長の光(カメラモジュールにおいては、例えば、700nm以上の波長の光)をカットし、シーモスセンサーの誤作動を防ぐ役割がある。カメラモジュールに光選択透過フィルターを入れると、焦点距離が伸びるため、バックフォーカスが伸張し、モジュールが大きくなる。光選択透過フィルターの厚みがtで屈折率nが1.5程度の場合、図2に示すように、バックフォーカスが約t/3伸張し、モジュールが大きくなるが、光選択透過フィルターを薄くして、焦点距離を短くし、モジュールを小さくすることができる。それにより、例えば、1/10インチの光学サイズの光路長としては、光選択透過フィルターなしの場合の120%以下とすることが好ましい。より好ましくは110%以下、更に好ましくは105%以下である。
本発明の光選択透過フィルターは、光の透過率を選択的に低減するものである。低減させる光としては、10nm〜100μmの間のものであればよく、用いる用途により選択することができる。低減させる光の波長に応じて赤外線カットフィルター、紫外線カットフィルター、赤外・紫外線カットフィルター等とすることができるが、中でも、650nm〜10μmの赤外光と200〜350nmの紫外光とを低減し、それ以外の光を透過するものであることが好ましい。すなわち、上記光選択透過フィルターは赤外・紫外線カットフィルターであることが好ましい。
赤外線カットフィルターは、赤外線領域である650nm〜10μmの波長を有する光のうち、いずれかの波長(範囲)の光を選択的に低減する機能を有するフィルターであればよい。選択的に低減する波長の範囲としては、650nm〜2.5μm、650〜1μm又は800nm〜1μmであることが好適である。これらの範囲の波長の少なくとも一つを選択的に低減するフィルターもまた、上記赤外線カットフィルターに含まれる。選択的に低減する波長の範囲としては、近赤外線領域である650nm〜1μmであることがより好ましい。
紫外線カットフィルターは、紫外線を遮断する機能を有するフィルターである。選択的に低減する波長の範囲としては、200〜350nmであることが好ましい。
赤外・紫外線カットフィルターは、紫外線及び赤外線の両方を遮断する機能を有するフィルターである。選択的に低減する波長の範囲は、上述と同様であることが好ましい。
本発明の光選択透過フィルターが赤外線カットフィルターである形態においては、650〜1000nmの赤外線の透過率を選択的に5%以下に低減するものが好ましい。その他の波長域の透過率は、75%以上であることが好ましいが、フィルターの用途に応じて特定の波長域の透過率のみが高いものであってもよい。例えば、上記赤外線カットフィルターをカメラモジュールとして用いる場合には、赤外光の透過率が5%以下であり、可視光(400〜600nm)の透過率が80%以上であることが好適である。より好ましくは85%以上である。また、可視光の中でも450〜550nmの波長域の光の透過率が85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好適である。なお、上記赤外線カットフィルターにおいては、その他(赤外線領域以外)の波長の透過率としては、より好ましくは85%以上であり、更に好ましくは90%以上である。すなわち、上記光選択透過フィルターは、波長が400〜600nmにおける光の透過率が80%以上であり、かつ800〜1000nmにおける透過率が5%以下の赤外線カットフィルターであることが好ましい。
透過率は、分光光度計(Shimadzu UV−3100、島津製作所社製)を用いて測定することができる。
本発明の光選択透過フィルターが紫外線カットフィルターである形態においては、200〜350nmの紫外線の透過率を選択的に5%以下に低減するものが好ましい。その他の波長域の透過率は、75%以上であることが好ましい。
本発明の光選択透過フィルターが赤外・紫外線カットフィルターである形態においては、650nm〜10μmの赤外光と200〜350nmの紫外光とを選択的に5%以下に低減するものが好ましく、その他の波長域の透過率は、75%以上であることが好ましい。
上記光選択透過フィルターとして好ましくは、上記色素及び樹脂成分を含む樹脂層を有する樹脂シートの少なくとも一方の表面に、反射膜が形成されてなる形態であるが、この構成によって、光遮断特性の入射角依存性をより充分に低減することができる。
ここで、光遮断特性の入射角依存性は、例えば、分光光度計(Shimadzu UV−3100、島津製作所社製)を用いて、入射角を変えた透過率(例えば0°、20°、25°、30°等。入射角0°における透過率とは、光選択透過フィルターの厚み方向から光が入射するようにして測定される透過率であり、入射角20°における透過率とは、光選択透過フィルターの厚み方向に対して20°傾いた方向から光が入射するようにして測定される透過率である。)を測定し、そのスペクトル変化量により評価できる。
なお、光遮断特性の入射角依存性は、吸収層の吸収により充分に低減されている必要があり、入射角の変化に対して透過率スペクトルが変化しないこと、又は、その変化の程度が小さいことが好ましい。具体的には、入射角0°を20°に変えても(より好ましくは25°に変えても)、透過率80%以上の領域において、透過率のスペクトルが変化しないことが好ましく、より好ましくは、透過率70%以上の領域において透過率のスペクトルが変化しないことであり、更に好ましくは、透過率60%以上の領域において透過率のスペクトルが変化しないことである。最も好ましくは、いずれの透過率領域においてもスペクトルが変化しないことである。
上述したように、本発明の光選択透過フィルターは、耐光性、耐熱性及び光選択透過性に特に優れ、光遮断特性の入射角依存性を充分に低減することができるとともに、充分な薄膜化が可能であるため、自動車や建物等のガラス等に装着される熱線カットフィルター等として有用であるのみならず、カメラモジュール(固体撮像素子ともいう)用途における光ノイズを遮断し視感度補正するためのフィルターとしても有用である。中でも、本発明の光選択透過フィルターは、薄型化・軽量化が進むデジタルスチルカメラや携帯電話用カメラ等のカメラモジュールに用いられるフィルターとして有用である。すなわち、上記光選択透過フィルターは、固体撮像素子(カメラモジュール)用光選択透過フィルターであることが好適である。
固体撮像素子は、通常、レンズユニット(撮像レンズ)部、光選択透過フィルター、及び、CCDやCMOS等のセンサー部を備えるが、本発明の光選択透過フィルターを用いたカメラモジュールは、通常、レンズユニット(撮像レンズ)部と、CCDやCMOS等のセンサー部との間に配置される。このように本発明の光選択透過フィルター、レンズユニット部、及び、センサー部を少なくとも有する固体撮像素子もまた、本発明の1つである。通常、反射型の光選択透過フィルターを用いた固体撮像素子では、入射角依存性に起因する影響(入射角による色むらの発生等)を抑制するために、多数のレンズを使用してレンズユニット部を構成するが、本発明の固体撮像素子では、上述した光選択透過フィルターを用いることによって、入射角依存性に起因する影響が充分に排除されるため、レンズユニット部を構成するレンズの枚数を少なくすることができ、薄型化・軽量化がより実現されることになる。
なお、レンズユニット部については、WO2008/081892に記載の形態が好ましく採用できる。
上記固体撮像素子として具体的には、例えば、携帯電話、デジタルカメラ、車載用カメラ、監視カメラ、表示素子(LED等)等が挙げられる。このように本発明の光選択透過フィルターを用いてなる、携帯電話用カメラ、デジタルカメラ、車載用カメラ、監視カメラ、及び、表示素子もまた、本発明の好適な形態に含まれる。
本発明の光選択透過フィルターは、上述の構成よりなり、所望の波長の光を効果的に遮断することができるとともに、光遮断特性の入射角依存性が充分に低減された光選択透過フィルターである。したがって、本発明の光選択透過フィルターを用いた固体撮像素子(カメラモジュール)は、反射型の光選択透過フィルターを用いることにより課題となった入射角による色むらの発生が抑制された画像を取り込むことができる。また、充分な薄膜化も可能であるため、薄型化・軽量化が求められる用途において特に好適に用いることができる。具体的には、オプトデバイス用途、表示デバイス用途、機械部品、電気・電子部品等の様々な用途に好適に用いることができ、特に、撮像レンズ等のレンズ用光選択透過フィルターとして有用であり、中でも、カメラモジュール用IRカットフィルターとして特に有用である。また、高レベルの耐光性及び耐熱性を示すことができるため、直射日光や高温環境下に暴露される可能性がある用途等、厳しい耐光性や耐熱性が要求される用途に好ましく使用される。
カメラモジュールの構成を示す断面模式図である。 光選択透過フィルターの有無によるバックフォーカスの伸張を示す模式図である。 透過率測定方法を示す概念図である。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。なお、耐光性及び耐熱性は下記の試験方法に従って評価した。
<耐光性試験方法(蛍光灯照射試験)>
各フィルムについて、照度10万ルクスの蛍光灯光を室温(25℃)で100時間照射した。照射前後の透過率を評価し、透過率の変化を調べた。具体的には、表1−1〜1−3に記載の色素の透過率測定波長における透過率の変化の程度で評価した。なお、光源として東芝社製のメロウラインプライドFHF32EX−D−PDを用い、光源より95mm距離をおいた位置にサンプルを設置した。設置位置での照度は、照度計にて確認した。透過率は、分光光度計(Shimadzu UV−3100、島津製作所社製)にて測定した。
<耐熱性試験方法>
各フィルムについて、150℃又は200℃のオーブンの中に1時間設置し耐熱性試験を行った。耐熱性試験前後の透過率を評価し、透過率の変化を調べた。具体的には、表1−1〜1−3に記載の色素の透過率測定波長における透過率の変化の程度で評価した。透過率は、分光光度計(Shimadzu UV−3100、島津製作所社製)にて測定した。
合成例1
<脂環式ポリイミドの合成>
1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸(アルドリッチ社製、純度95%) 5部と無水酢酸(和光純薬工業社製)44部とを、フラスコに仕込み、攪拌しながら反応器内を窒素ガスで置換した。窒素ガス雰囲気下で溶剤の還流温度まで昇温し、10分間溶剤を還流させた。攪拌しながら室温まで冷却し、結晶を析出させた。析出した結晶を固液分離し、乾燥して目的物(1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物)の結晶を得た。温度計、撹拌器、窒素導入管、側管付き滴下ロート、ディーンスターク、冷却管を備えたフラスコに、窒素気流下、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(和光純薬製)0.89部と、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドン 7.6部を仕込んで溶解させた後、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物1部を室温にて固体のまま1時間かけて分割投入し、室温下2時間撹拌した。共沸脱水剤としてキシレンを2.6部添加して180℃で3時間反応を行い、ディーンスタークで還流して共沸する生成水を分離した。190℃に昇温しながらキシレンを留去した後、冷却しポリイミドのN−メチル−2−ピロリドン溶液を得た。
合成例2
<FPEK(フッ素化ポリエーテルケトン)の合成>
温度計、冷却管、ガス導入管、及び、攪拌機を備えた反応器に、BPDE(4,4’−ビス(2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンゾイル)ジフェニルエーテル)16.74部、HF(9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン)10.5部、炭酸カリウム4.34部、DMAc(ジメチルアセトアミド)90部を仕込んだ。この混合物を80℃に加温し、8時間反応した。反応終了後、反応溶液をブレンダーで激しく攪拌しながら、1%酢酸水溶液中に注加した。析出した反応物を濾別し、蒸留水及びメタノールで洗浄した後、減圧乾燥して、フッ素化芳香族ポリマーであるFPEKを得た。得られたポリマーのガラス転移点温度(Tg)は242℃、数平均分子量(Mn)が70770、表面抵抗値は1.0×1018Ω/cm以上であった。
なお、上記合成例における数平均分子量は、以下の方法により測定した。
ゲル透過クロマトグラフィー(カラム:TSKgel SuperMultiporeHZ−N 4.6150を2本、溶離液:テトラヒドロフラン、標準サンプル:TSKポリスチレンスタンダード)により測定した。
<色素の合成例>
特公平6−31239号公報に記載の処方に従い、色素(フタロシアニン色素;Pc1〜Pc15)を合成した。
Pc1〜Pc8は、表1−1中の式(6a)で表されるフタロニトリル誘導体を用いて得られる、式(6b)で表される構造を有する色素である。
Pc9〜Pc12は、表1−2中の式(7a)で表されるフタロニトリル誘導体を用いて得られる、式(7b)で表される構造を有する色素である。
Pc13〜Pc15は、表1−3中の式(8a)で表されるフタロニトリル誘導体を用いて得られる、式(8b)で表される構造を有する色素である。
式(6a)〜(8b)中のM、X及びYは、各色素について表1−1〜1−3に示すとおりである。また、各色素の吸収極大波長を表1−1〜1−3に示す。なお、後述する実施例等での耐光性及び耐熱性試験では、各実施例等で用いた色素における、表1−1〜1−3に示す各透過率測定波長にて、透過率の変化を調べた。
表中、Cαとは、フタロシアニン環の1,4,8,11,15,18,22,25位の炭素を表す。Cβとは、フタロシアニン環の2,3,9,10,16,17,23,24位の炭素を表す。
Figure 2013257532
Figure 2013257532
Figure 2013257532
合成例A−1
4,5−ビス(2,5−ジクロロフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリルの合成
500mlの四つ口セパラブルフラスコに、テトラフルオロフタロニトリル50g(0.25mol)、フッ化カリウム34.8g(0.60mol)及びアセトン50gを仕込み、更に滴下ロートに2,5−ジクロロフェノール82.3g(0.50mol)及びアセトン82.3gを仕込んだ。−1℃で攪拌しながら、滴下ロートより2,5−ジクロロフェノールのアセトン溶液を約2時間かけて滴下した後、更に2時間攪拌を続けた。その後、反応温度を室温までゆっくりと上昇させながら一晩攪拌した。反応液をろ過し、ロータリーエバポレーターでろ液からアセトンを留去し、メタノールを加えて再結晶を行った。得られた結晶をろ過し、真空乾燥により、4,5−ビス(2,5−ジクロロフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル88.8g(収率72.7%)を得た。
合成例A−2
4,5−ビス(4−ブトキシフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリルの合成
500mlの四つ口セパラブルフラスコにテトラフルオロフタロニトリル14.90g(0.074mol)、フッ化カリウム9.73g(0.17mol)及びアセトン120gを仕込み、更に滴下ロートに4−ブトキシフェノール25.00g(0.15mol)及びアセトン87.32gを仕込んだ。約5℃で攪拌しながら、滴下ロートより4−ブトキシフェノールのアセトン溶液を約2時間かけて滴下した後、更に2時間攪拌を続けた。その後、反応温度を室温までゆっくりと上昇させながら一晩攪拌した。反応液をろ過し、ロータリーエバポレーターでろ液からアセトンを留去し、メタノールを加えて再結晶を行った。得られた結晶をろ過し、真空乾燥により、4,5−ビス(4−ブトキシフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル16.43g(収率44.8%)を得た。
合成例A−3
4,5−ビス(6−メトキシエチルカルボニル−2−ナフトキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリルの合成
500mlの四つ口セパラブルフラスコにテトラフルオロフタロニトリル20.00g(0.100mol)、炭酸カリウム30.39g(0.220mol)及びアセトン46.67gを仕込み、更に滴下ロートに6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸メトキシエチル49.73g(0.200mol)及びアセトン350.00gを仕込んだ。5℃で攪拌しながら、滴下ロートより6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸メトキシエチルのアセトン溶液を約2時間かけて滴下した後、更に2時間攪拌を続けた。その後、反応温度を室温までゆっくりと上昇させながら一晩攪拌した。反応液をろ過し、ロータリーエバポレーターでろ液からアセトンを留去し、メタノールを加えて再結晶を行った。得られた結晶をろ過し、真空乾燥により、4,5−ビス(6−メトキシエチルカルボニル−2−ナフトキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル41.8g(収率64.1%)を得た。
合成例A−4
4,5−ビス(2,4−ジクロロ−1−ナフトキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリルの合成
500mlの四つ口セパラブルフラスコにテトラフルオロフタロニトリル11.62g(0.058mol)、フッ化カリウム9.61g(0.16mol)及びアセトン120gを仕込み、更に滴下ロートに2,4−ジクロロ−1−ナフトール24.99g(0.12mol)及びアセトン87.32gを仕込んだ。5℃で攪拌しながら、滴下ロートより2,4−ジクロロ−1−ナフトールのアセトン溶液を約2時間かけて滴下した後、更に2時間攪拌を続けた。その後、反応温度を室温までゆっくりと上昇させながら一晩攪拌した。反応液をろ過し、ロータリーエバポレーターでろ液からアセトンを留去し、メタノールを加えて再結晶を行った。得られた結晶をろ過し、真空乾燥により、4,5−ビス(2,4−ジクロロ−1−ナフトキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル27.20g(収率79.9%)を得た。
合成例A−5
4,5−ビス(4−エトキシカルボニルフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリルの合成
500mlの四つ口セパラブルフラスコにテトラフルオロフタロニトリル30.00g(0.15mol)、炭酸カリウム43.52g(0.315mol)及びアセトン70.00gを仕込み、更に滴下ロートにp−ヒドロキシ安息香酸エチル50.84g(0.303mol)及びアセトン120.00gを仕込んだ。5℃で攪拌しながら、滴下ロートよりp−ヒドロキシ安息香酸エチルのアセトン溶液を約2時間かけて滴下した後、更に2時間攪拌を続けた。その後、反応温度を室温までゆっくりと上昇させながら一晩攪拌した。反応液をろ過し、ロータリーエバポレーターでろ液からアセトンを留去し、メタノールを加えて再結晶を行った。得られた結晶をろ過し、真空乾燥により、4,5−ビス(4−エトキシカルボニルフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル55.3g(収率74.9%)を得た。
合成例B−1
[2,3,9,10,16,17,23,24−オクタキス(2,5−ジクロロフェノキシ)−1,4,8,11,15,18,22,25−オクタフルオロ−29H,31H−フタロシアニナト(2−)−N29,N30,N31,N32]バナジウムオキサイド(Pc16と称す)の合成
200mlの四つ口フラスコに合成例A−1で得られた4,5−ビス(2,5−ジクロロフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル60.00g(0.1234mol)、塩化バナジウム(III)6.31g(0.0401mol)、1,2,4−トリメチルベンゼン87.96g、ベンゾニトリル9.60gを仕込み、ミックスガス(窒素:酸素=93:7(vol%))バブリング下(10ml/min)、170℃で撹拌しながら24時間反応させた。反応終了後、反応液をメタノール1200g中に滴下して結晶を析出させ、吸引ろ過後ウェットケーキを得た。得られたケーキを再度、メタノール600gで撹拌洗浄し、吸引ろ過した。得られたケーキを真空乾燥機を用いて、100℃で24時間乾燥後、目的物(Pc16)56.23gを得た(収率90.6%)。
合成例B−2
[2,3,9,10,16,17,23,24−オクタキス(2,5−ジクロロフェノキシ)−1,4,8,11,15,18,22,25−オクタフルオロ−29H,31H−フタロシアニナト(2−)−N29,N30,N31,N32]インジウムクロライド(Pc17と称す)の合成
200mlの四つ口フラスコに合成例A−1で得られた4,5−ビス(2,5−ジクロロフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル5.00g(0.0103mol)、塩化インジウム(III)0.63g(0.0028mol)、ベンゾニトリル7.50gを仕込み、160℃で撹拌しながら24時間反応させた。反応終了後、反応液をアセトニトリル77.26g中に滴下して結晶を析出させ、吸引ろ過後ウェットケーキを得た。得られたケーキを再度、アセトニトリル19.3gで撹拌洗浄し、吸引ろ過した。得られたケーキを真空乾燥機を用いて、100℃で24時間乾燥後、目的物(Pc17)2.1gを得た(収率40.8%)。
合成例B−3
[2,3,9,10,16,17,23,24−オクタキス(2,5−ジクロロフェノキシ)−1,4,8,11,15,18,22,25−オクタフルオロ−29H,31H−フタロシアニナト(2−)−N29,N30,N31,N32]チタニウムオキサイド(Pc18と称す)の合成
200mlの四つ口フラスコに合成例A−1で得られた4,5−ビス(2,5−ジクロロフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル5.00g(0.0103mol)、オルトチタン酸テトラエチル0.65g(0.0028mol)、1,2,4−トリメチルベンゼン11.67gを仕込み、窒素流通下(10ml/min)、160℃で撹拌しながら24時間反応させた。反応終了後、反応液をメタノール25g中に滴下して結晶を析出させ、吸引ろ過後ウェットケーキを得た。得られたケーキを再度、メタノール25gで撹拌洗浄し、吸引ろ過した。得られたケーキを真空乾燥機を用いて、100℃で24時間乾燥後、目的物(Pc18)5.1gを得た(収率98.8%)。
合成例B−4
[2,3,9,10,16,17,23,24−オクタキス(4−ブトキシフェノキシ)−1,4,8,11,15,18,22,25−オクタフルオロ−29H,31H−フタロシアニナト(2−)−N29,N30,N31,N32]亜鉛(Pc19と称す)の合成
200mlの四つ口フラスコに合成例A−2で得られた4,5−ビス(4−ブトキシフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル3.00g(0.0061mol)、ヨウ化亜鉛(II)0.49g(0.0015mol)、ベンゾニトリル7.50gを仕込み、窒素流通下(10ml/min)、160℃で撹拌しながら24時間反応させた。反応終了後、反応液をフタロシアニン化合物の理論収量の10倍に相当するメタノール31.0g中に滴下して結晶を析出させ、吸引ろ過後ウェットケーキを得た。得られたケーキを再度、フタロシアニン化合物の理論収量の5倍量に相当するメタノール15.5gで撹拌洗浄し、吸引ろ過した。得られたケーキを真空乾燥機を用いて、100℃で24時間乾燥後、目的物(Pc19)2.48g(収率80.1%)を得た。
合成例B−5
[2,3,9,10,16,17,23,24−オクタキス(6−メトキシエチルカルボニル−2−ナフトキシ)−1,4,8,11,15,18,22,25−オクタフルオロ−29H,31H−フタロシアニナト(2−)−N29,N30,N31,N32]亜鉛(Pc20と称す)の合成
200mlの四つ口フラスコに合成例A−3で得られた4,5−ビス(6−メトキシエチルカルボニル−2−ナフトキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル3.00g(0.0046mol)、ヨウ化亜鉛(II)0.44g(0.0014mol)、ベンゾニトリル4.5gを仕込み、窒素流通下(10ml/min)、160℃で撹拌しながら24時間反応させた。反応終了後、合成例B−3と全く同様の操作を行い、目的物(Pc20)2.73g(収率88.8%)を得た。
合成例B−6
[2,3,9,10,16,17,23,24−オクタキス(2,4−ジクロロ−1−ナフトキシ)−1,4,8,11,15,18,22,25−オクタフルオロ−29H,31H−フタロシアニナト(2−)−N29,N30,N31,N32]亜鉛(Pc21と称す)の合成
200mlの四つ口フラスコに合成例A−4で得られた4,5−ビス(2,4−ジクロロ−1−ナフトキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル3.00g(0.0051mol)、ヨウ化亜鉛(II)0.41g(0.0013mol)、ベンゾニトリル7.5gを仕込み、窒素流通下(10ml/min)、160℃で撹拌しながら24時間反応させた。反応終了後、合成例B−3と全く同様の操作を行い、目的物(Pc21)2.87g(収率93.1%)を得た。
合成例B−7
[ZnPc−{β−(2,5−Cl)CO},{β−(4−COOC)CO}](Pc22と称す)の合成
200mlの四つ口フラスコに合成例A−1で得られた4,5−ビス(2,5−ジクロロフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル4.00g(0.0082mol)、合成例A−5で得られた4,5−ビス(4−エトキシカルボニルフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル4.05g(0.0082mol)、ヨウ化亜鉛(II)1.44g(0.0045mol)、ベンゾニトリル12.08gを仕込み、窒素流通下(10ml/min)、160℃で撹拌しながら24時間反応させた。反応終了後、合成例B−3と全く同様の操作を行い、目的物(Pc22)7.42g(収率89.3%)を得た。
合成例B−8
[CuPc−{β−(2,5−Cl)CO},{β−(4−COOC)CO}](Pc23と称す)の合成
200mlの四つ口フラスコに合成例A−1で得られた4,5−ビス(2,5−ジクロロフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル4.00g(0.0082mol)、合成例A−5で得られた4,5−ビス(4−エトキシカルボニルフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル4.05g(0.0082mol)、塩化銅(I)0.45g(0.0045mol)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル12.08gを仕込み、窒素流通下(10ml/min)、160℃で撹拌しながら4時間反応させた。反応終了後、合成例B−3と全く同様の操作を行い、目的物(Pc23)6.22g(収率74.8%)を得た。
合成例B−9
[VOPc−{β−(2,5−Cl)CO},{β−(4−COOC)CO}](Pc24と称す)の合成
200mlの四つ口フラスコに合成例A−1で得られた4,5−ビス(2,5−ジクロロフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル5.00g(0.0103mol)、合成例A−5で得られた4,5−ビス(4−エトキシカルボニルフェノキシ)−3,6−ジフルオロフタロニトリル5.06g(0.0103mol)、塩化バナジウム(III)0.89g(0.0057mol)、1,2,4−トリメチルベンゼン14.75g、ベンゾニトリル1.61gを仕込み、ミックスガス(窒素:酸素=93:7(vol%))バブリング下(2ml/min)、170℃で撹拌しながら24時間反応させた。反応終了後、合成例B−3と全く同様の操作を行い、目的物(Pc24)6.51g(収率62.6%)を得た。
また、上記合成例B−1〜B−6で得た色素(フタロシアニン色素;Pc16〜Pc21)の構造を下記表2−1に、また、合成例B−7〜B−9で得た色素(フタロシアニン色素;Pc22〜Pc24)の構造を下記表2−2に示す。
ここで、表2−1〜2−2に記載の「吸収極大波長」は、「600〜710nm」内にある吸収極大の波長を意味する。すなわち、この「600〜710nm」の範囲外に最大吸収波長を有していても、「600〜710nm」の範囲内にある吸収極大波長を、表2−1〜2−2に記載した。
Figure 2013257532
Figure 2013257532
実施例1
合成例1の溶液に、Pc1を0.004875部加え均一に溶解させた。この色素含有ポリイミド溶液をガラス板に塗布し、150℃で3時間焼成した。ガラス板から剥がしてフタロシアニン色素含有ポリイミドフィルム(厚み22μm)を得た。このフィルムについて、上記の試験方法に従って耐光性及び耐熱性を評価した。結果を表3に示す。
なお、Pc1の構造を表1−1(式(6b))に示したが、これは、本発明の特定色素(それが有する共役系骨格がノニオン性であり、かつ600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在する化合物)に該当する。
実施例2
合成例1の溶液に、Pc2を0.004875部加え均一に溶解させた。この色素含有ポリイミド溶液をガラス板に塗布し、150℃で3時間焼成した。ガラス板から剥がしてフタロシアニン色素含有ポリイミドフィルム(厚み21μm)を得た。このフィルムについて、上述した試験方法に従って耐光性及び耐熱性を評価した。結果を表3に示す。
なお、Pc2の構造を表1−1(式(6b))に示したが、これは、本発明の特定色素(それが有する共役系骨格がノニオン性であり、かつ600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在する化合物)に該当する。
実施例3
合成例2のFPEK1部に、DMAc6部、Pc1を0.00325部加え均一に溶解させた。この色素含有FPEK溶液をガラス板に塗布し、150℃で3時間焼成した。ガラス板から剥がしてフタロシアニン色素含有FPEKフィルム(厚み19μm)を得た。このフィルムについて、上述した試験方法に従って耐光性及び耐熱性を評価した。結果を表3に示す。
実施例4
合成例2のFPEK1部に、DMAc6部、Pc2を0.00325部加え均一に溶解させた。この色素含有FPEK溶液をガラス板に塗布し、150℃で3時間焼成した。ガラス板から剥がしてフタロシアニン色素含有FPEKフィルム(厚み20μm)を得た。このフィルムについて、上述した試験方法に従って耐光性及び耐熱性を評価した。結果を表3に示す。
比較例1
実施例1において、Pc1:0.004875部の代わりに、シアニン系色素{1H−Benzindolium,3−butyl−2−[5−(3−butyl−1,3−dihydro−1,1−dimethyl−2H−benzindol−2−ylidene)−1,3−pentadien−1−yl]−1,1−dimethyl−tetrafluoroborate(1−)(HBFB、シアニン系色素、吸収極大波長680nm)}を0.0013部用いたこと以外は、実施例1と同様にして、シアニン系色素含有ポリイミドフィルム(厚み21μm)を得た。このフィルムについて、上述した試験方法に従って耐光性及び耐熱性を評価した。結果を表3に示す。
なお、HBFBの構造を下記に示すが、これは、共役系骨格中にカチオンを有するため、本発明における共役系骨格がノニオン性である特定色素には該当しない。
Figure 2013257532
比較例2
実施例3において、Pc1:0.00325部の代わりに、HBFBを0.0009部用いたこと以外は、実施例3と同様にして、シアニン系色素含有FPEKフィルム(厚み18μm)を得た。このフィルムについて、上述した試験方法に従って耐光性及び耐熱性を評価した。結果を表3に示す。
比較例3
実施例1において、Pc1:0.004875部の代わりに、スクアリリウム系色素{ 2−(8−Hydroxy−1,1,7,7−tetramethyl−1,2,3,5,6,7−hexahydropyrido[3,2,1−ij]quinolin−9−yl)−4−(8−hydroxy−1,1,7,7−tetramethyl−2,3,6,7−tetrahydro−1H−pyrido[3,2,1−ij]quinolinium−9(5H)−ylidene)−3−oxocyclobut−1−enolate(S2084、スクアリリウム系色素、吸収極大波長668nm)}を0.0010部用いたこと以外は、実施例1と同様にして、スクアリリウム系色素含有ポリイミドフィルム(厚み20μm)を得た。このフィルムについて、上述した試験方法に従って耐光性及び耐熱性を評価した。結果を表3に示す。
なお、S2084の構造を下記に示すが、これは、共役系骨格中に双性イオンを有するため、本発明における共役系骨格がノニオン性である特定色素には該当しない。
Figure 2013257532
Figure 2013257532
実施例9〜21
実施例1において、色素として、Pc1に代えて表4に示す各色素を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、フタロシアニン色素含有ポリイミドフィルム(厚み22μm)を得た。このフィルムについて、上記の試験方法に従って耐光性及び耐熱性を評価した。結果を表4に示す。
なお、実施例9〜21で用いた色素(Pc3〜Pc15)の構造を、表1−1〜1−3(式(6b)、(7b)、(8b))に示したが、これらは、本発明の特定色素(それが有する共役系骨格がノニオン性であり、かつ600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在する化合物)に該当する。
Figure 2013257532
実施例B−1〜B−9
実施例1において、色素として、Pc1に代えて表5に示す各色素を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、フタロシアニン色素含有ポリイミドフィルム(厚み22μm)を得た。このフィルムについて、上記の試験方法に従って耐光性及び耐熱性を評価した。結果を表5に示す。
なお、実施例B−1〜B−9で用いた色素(Pc16〜Pc24)の構造を、表2−1〜2−2(式(9b)及び(10b))に示したが、これらは、本発明の特定色素(それが有する共役系骨格がノニオン性であり、かつ600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在する化合物)に該当する。
Figure 2013257532
実施例5
実施例1で得られたフタロシアニン色素含有ポリイミドフィルムを幅60mm、長さ100mmの長方形にカッティングした。
この樹脂シートの両面に、蒸着基板温度150℃で、赤外線を反射する多層膜〔シリカ(SiO:膜厚120〜190nm)層とチタニア(TiO:膜厚70〜120nm )層とが交互に積層されてなるもの、積層数は片面20層ずつ両面に蒸着:計40層〕を蒸着により形成し、光選択透過フィルター(光学フィルター)を製造した。このフィルターについて、上述した試験方法に従って耐光性を評価した。結果を表6に示す。
実施例6
実施例2で得られたフタロシアニン色素含有ポリイミドフィルムを幅60mm、長さ100mmの長方形にカッティングした。
この樹脂シートの両面に、蒸着基板温度150℃で、赤外線を反射する多層膜〔シリカ(SiO:膜厚120〜190nm)層とチタニア(TiO:膜厚70〜120nm )層とが交互に積層されてなるもの、積層数は片面20層ずつ両面に蒸着:計40層〕を蒸着により形成し、光選択透過フィルター(光学フィルター)を製造した。このフィルターについて、上述した試験方法に従って耐光性を評価した。結果を表6に示す。
実施例7
実施例3で得られたフタロシアニン色素含有FPEKフィルムを幅60mm、長さ100mmの長方形にカッティングした。
この樹脂シートの両面に、蒸着基板温度150℃で、赤外線を反射する多層膜〔シリカ(SiO:膜厚120〜190nm)層とチタニア(TiO:膜厚70〜120nm )層とが交互に積層されてなるもの、積層数は片面20層ずつ両面に蒸着:計40層〕を蒸着により形成し、光選択透過フィルター(光学フィルター)を製造した。このフィルターについて、上述した試験方法に従って耐光性を評価した。結果を表6に示す。
実施例8
実施例4で得られたフタロシアニン色素含有FPEKフィルムを幅60mm、長さ100mmの長方形にカッティングした。
この樹脂シートの両面に、蒸着基板温度150℃で、赤外線を反射する多層膜〔シリカ(SiO:膜厚120〜190nm)層とチタニア(TiO:膜厚70〜120nm )層とが交互に積層されてなるもの、積層数は片面20層ずつ両面に蒸着:計40層〕を蒸着により形成し、光選択透過フィルター(光学フィルター)を製造した。このフィルターについて、上述した試験方法に従って耐光性を評価した。結果を表6に示す。
比較例4
比較例1で得られたシアニン系色素含有ポリイミドフィルムを幅60mm、長さ100mmの長方形にカッティングした。
この樹脂シートの両面に、蒸着基板温度150℃で、赤外線を反射する多層膜〔シリカ(SiO:膜厚120〜190nm)層とチタニア(TiO:膜厚70〜120nm )層とが交互に積層されてなるもの、積層数は片面20層ずつ両面に蒸着:計40層〕を蒸着により形成し、光選択透過フィルター(光学フィルター)を製造した。このフィルターについて、上述した試験方法に従って耐光性を評価した。結果を表6に示す。
比較例5
比較例2で得られたシアニン系色素含有FPEKフィルムを幅60mm、長さ100mmの長方形にカッティングした。
この樹脂シートの両面に、蒸着基板温度150℃で、赤外線を反射する多層膜〔シリカ(SiO:膜厚120〜190nm)層とチタニア(TiO:膜厚70〜120nm )層とが交互に積層されてなるもの、積層数は片面20層ずつ両面に蒸着:計40層〕を蒸着により形成し、光選択透過フィルター(光学フィルター)を製造した。このフィルターについて、上述した試験方法に従って耐光性を評価した。結果を表6に示す。
比較例6
比較例3で得られたスクアリリウム系色素含有ポリイミドフィルムを幅60mm、長さ100mmの長方形にカッティングした。
この樹脂シートの両面に、蒸着基板温度150℃で、赤外線を反射する多層膜〔シリカ(SiO:膜厚120〜190nm)層とチタニア(TiO:膜厚70〜120nm )層とが交互に積層されてなるもの、積層数は片面20層ずつ両面に蒸着:計40層〕を蒸着により形成し、光選択透過フィルター(光学フィルター)を製造した。このフィルターについて、上述した試験方法に従って耐光性を評価した。結果を表6に示す。
Figure 2013257532
上記実施例及び比較例から以下のことが確認された。
表3〜5は、樹脂シートについて、耐光性及び耐熱性試験結果をまとめたものである。
実施例1、実施例2、実施例9〜21、比較例1及び比較例3は、同じバインダー樹脂(樹脂成分)を用いているものの色素が異なる例であるが、このような相違の下、耐光性及び耐熱性を対比すると、実施例1、2及び9〜21に比べて、比較例1及び3では光照射又は加熱の前後における透過率の差が著しく大きい。また、実施例3、実施例4及び比較例2は、同じバインダー樹脂(樹脂成分)を用いているものの色素が異なり、同様にこれらの耐光性及び耐熱性を対比すると、実施例3及び4に比べ、比較例2では光照射又は加熱の前後における透過率の差が著しく大きい。
また表6は、光選択透過フィルターについて、耐光性試験結果をまとめたものである。実施例5〜8及び比較例4〜6においても、樹脂シートと同様の傾向が見られた。
ここで、上述した実施例では、色素としてPc1〜Pc24を用いているが、共役系骨格がノニオン性であり、かつ600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在するという色素を用いる限り、本発明の効果を生じさせる作用機構は同様である。すなわち、色素が有する共役系骨格がノニオン性である、つまりイオン化構造部分を有さず、かつ特定の吸収特性を有する色素を用いるというところに本発明の本質的特徴があり、このような構造的特徴及び吸収特性を有する色素であれば、Pc1〜Pc24以外の色素であっても、上記実施例で示されるような効果を奏することになる。本発明の樹脂シート(実施例1〜4、9〜21及びB−1〜B−9)は、高度の耐光性及び耐熱性を発揮し、光選択透過フィルター用樹脂シートとして好適に用いられることが分かった。
<入射角依存性の評価>
実施例5〜8で得られた光選択透過フィルターについて、入射角依存性を評価した。
Shimadzu UV−3100(島津製作所社製)を用いて200〜1100nmにおける透過率を測定した。透過率は、図3に示すように、入射光に対して垂直になるように光選択透過フィルターを設置した場合(このようにして測定された透過率スペクトルを0°スペクトルともいう。光選択透過フィルターの厚み方向から光が入射するようにして測定される。)と、入射光に対して25°光選択透過フィルターを傾けて設置した場合(このようにして測定された透過率スペクトルを25°スペクトルともいう。光選択透過フィルターの厚み方向に対して25°傾いた方向から光が入射するようにして測定される。)の夫々について測定した。
その結果、スペクトルは示していないものの、特定色素を含有する樹脂層を有する光選択透過フィルター(実施例5〜8)では、透過率60%以上の領域において、0°と25°とのスペクトルに変化がなく、光遮断特性の入射角依存性は低減されることが確認された。したがって、本発明の光選択透過フィルター(実施例5〜8)は、光遮断特性の入射角依存性を低減すると同時に、高度の耐光性及び耐熱性を発揮することができることが分かった。
1:レンズ
2:光選択透過フィルター
3:センサー
4:光源
5:光選択透過フィルター
6:受光部

Claims (4)

  1. 樹脂シートを含む光選択透過フィルターであって、
    該樹脂シートは、色素及び樹脂成分を含む樹脂層を有し、
    該色素は、それが有する共役系骨格がノニオン性であり、かつ600〜800nmの波長域に吸収極大波長を有し、その少なくとも1つの吸収極大波長が600〜710nmに存在する化合物である
    ことを特徴とする光選択透過フィルター。
  2. 前記光選択透過フィルターは、更に、反射膜を含む
    ことを特徴とする請求項1に記載の光選択透過フィルター。
  3. 請求項1又は2に記載の光選択透過フィルターに用いられる
    ことを特徴とする樹脂シート。
  4. 請求項1又は2に記載の光選択透過フィルター、レンズユニット部、及び、センサー部を少なくとも有する
    ことを特徴とする固体撮像素子。
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