JP2017109887A

JP2017109887A - 近赤外線吸収ガラス

Info

Publication number: JP2017109887A
Application number: JP2015243776A
Authority: JP
Inventors: 雄太永野; Yuta Nagano; 聡子此下; Satoko Konoshita
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2017-06-22

Abstract

【課題】フッ素を含有させない場合であっても、耐候性に優れた近赤外線吸収ガラスを提供する。【解決手段】質量％で、Ｐ２Ｏ５２０〜６０％、Ａｌ２Ｏ３２〜１５％、Ｋ２Ｏ５〜３０％（但し５％を含まない）、ＲＯ０．１〜４５％（ただしＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種）、Ｎｂ２Ｏ５＋Ｔａ２Ｏ５０．１〜２０％、ＣｕＯ０．３〜２０％を含有することを特徴とする近赤外線吸収ガラス。【選択図】図１

Description

本発明は、近赤外線を選択的に吸収することが可能な近赤外線吸収ガラスに関するものである。

一般に、デジタルカメラやスマートフォン等の光学デバイス内のカメラ部分には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子の視感度補正を目的として、近赤外線吸収ガラスが用いられている。例えば、特許文献１には、フッ素を含有するリン酸系の近赤外線吸収ガラスが開示されている。フッ素は耐候性向上効果が高いため、特許文献１に記載の近赤外線吸収ガラスは耐候性に優れている。

特開２０１４−１２６３０号公報

フッ素成分は環境負荷物質であるため、近年その使用が制限されつつある。しかしながら、フッ素成分を含有しない場合、耐候性を向上させることが困難である。

以上に鑑み、本発明は、フッ素を含有させない場合であっても、耐候性に優れた近赤外線吸収ガラスを提供することを目的とする。

本発明者等が鋭意検討した結果、特定組成を有するリン酸系ガラスにより上記の課題を解消できることを見出した。

即ち、本発明の近赤外線吸収ガラスは、質量％で、Ｐ_２Ｏ_５２０〜６０％、Ａｌ_２Ｏ_３２〜１５％、Ｋ_２Ｏ５〜３０％（但し５％を含まない）、ＲＯ０．１〜４５％（ただしＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種）、Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｔａ_２Ｏ_５０．１〜２０％、ＣｕＯ０．３〜２０％を含有することを特徴とする。なお、「Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｔａ_２Ｏ_５」は各成分の合量を意味する。

本発明の近赤外線吸収ガラスは、ＭｇＯ０〜１５％、ＣａＯ０〜１５％、ＳｒＯ０〜１２％、ＢａＯ０〜３０％を含有することが好ましい。

本発明の近赤外線吸収ガラスは、Ｐ_２Ｏ_５／ＲＯが１．０〜２．５であることが好ましい。このようにすれば、耐失透性及び耐候性に優れたガラスが得られやすくなる。なお、「Ｐ_２Ｏ_５／ＲＯ」は、Ｐ_２Ｏ_５とＲＯの各含有量の比を意味する。

本発明の近赤外線吸収ガラスは、フッ素成分を含有しないことが好ましい。このようにすれば、環境に対する負荷を低減することができる。

本発明の近赤外線吸収ガラスは、厚みが０．０１〜１．２ｍｍであることが好ましい。このようにすれば、光学デバイスの薄型化や軽量化が可能となる。

本発明によれば、フッ素を含有させない場合であっても、耐候性に優れた近赤外線吸収ガラスを提供することが可能となる。

実施例７の試料の光透過率曲線を示すグラフである。

本発明の近赤外線吸収ガラスは、質量％で、Ｐ_２Ｏ_５２０〜６０％、Ａｌ_２Ｏ_３２〜１５％、Ｋ_２Ｏ５〜３０％（但し５％を含まない）、ＲＯ０．１〜４５％（ただしＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種）、Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｔａ_２Ｏ_５０．１〜２０％、ＣｕＯ０．３〜２０％を含有することを特徴とする。各成分の含有量範囲をこのように限定した理由を以下に説明する。以下の各成分の説明において、特に断りのない限り、「％」は「質量％」を示す。

Ｐ_２Ｏ_５はガラス骨格を形成するために欠かせない成分である。Ｐ_２Ｏ_５の含有量は２０〜６０％であり、３０〜５５％、特に４０〜５０％であることが好ましい。Ｐ_２Ｏ_５の含有量が少なすぎると、ガラス化しにくい。一方、Ｐ_２Ｏ_５の含有量が多すぎると、耐候性が低下しやすくなる。

Ａｌ_２Ｏ_３は耐候性を大幅に向上させる成分である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は２〜１５％であり、２．８〜７．５％、特に３．５〜６．８％であることが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、溶融性が低下して溶融温度が上昇する傾向がある。なお、溶融温度が上昇すると、Ｃｕイオンが還元されてＣｕ^２＋からＣｕ^＋にシフトしやすくなるため、所望の光学特性が得られにくくなる。具体的には、近紫外〜可視域における光透過率が低下したり、近赤外線吸収特性が低下しやすくなる。

Ｋ_２Ｏは溶融温度を低下させる成分である。Ｋ_２Ｏの含有量は５〜３０％（但し５％を含まない）であり、１０〜２５％、１２〜２０％、特に１２．５〜１９．５％であることが好ましい。Ｋ_２Ｏの含有量が少なすぎると、溶融温度が高くなって所望の光学特性が得られにくくなる。一方、Ｋ_２Ｏの含有量が多すぎると、成形中にＫ_２Ｏ起因の結晶が析出しやすくなり、ガラス化しにくくなる。

ＲＯ（ただしＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種）は耐候性を改善するとともに、溶融性を向上させる成分である。ＲＯの含有量は合量で０．１〜４５％であり、１０〜４５％、１５〜４０％、特に２０〜３５％であることが好ましい。ＲＯの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、ＲＯの含有量が多すぎると、成形時にＲＯ成分起因の結晶が析出しやすくなる。

なお、ＲＯの各成分の含有量の好ましい範囲は以下の通りである。

ＭｇＯは耐候性を改善する成分である。ＭｇＯの含有量は０〜１５％、特に０．４〜７％であることが好ましい。ＭｇＯの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。

ＣａＯはＭｇＯと同様に耐候性を改善する成分である。ＣａＯの含有量は０〜１５％、特に０．４〜７％であることが好ましい。ＣａＯの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。

ＳｒＯもＭｇＯと同様に耐候性を改善する成分である。ＳｒＯの含有量は０〜１２％、特に０．３〜５％であることが好ましい。ＳｒＯの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。

ＢａＯはガラス化の安定性を高めるとともに、耐候性を向上させる成分である。特にＰ_２Ｏ_５が少ない場合に、ＢａＯによるガラス化安定性の効果を享受しやすい。ＢａＯの含有量は０〜３０％、５〜３０％、７〜２５％、特に７．２〜２３％であることが好ましい。ＢａＯの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、ＢａＯの含有量が多すぎると、成形中にＢａＯ起因の結晶が析出しやすくなる。

なお、Ｐ_２Ｏ_５／ＲＯは１．０〜２．５、特に１．１〜２．３であることが好ましい。Ｐ_２Ｏ_５／ＲＯが小さすぎると、液相温度が高くなってＲＯ起因の失透が析出しやすくなる。一方、Ｐ_２Ｏ_５／ＲＯが大きすぎると、耐候性が低下しやすくなる。

Ｎｂ_２Ｏ_５及びＴａ_２Ｏ_５は耐候性を高める成分である。Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｔａ_２Ｏ_５の含有量は０．１〜２０％であり、１〜１８％、特に２〜１５％であることが好ましい。Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｔａ_２Ｏ_５の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｔａ_２Ｏ_５の含有量が多すぎると、溶融温度が高くなって、所望の光学特性が得られにくくなる。なお、Ｎｂ_２Ｏ_５及びＴａ_２Ｏ_５のいずれか一方のみを含有してもよく、両者を含有してもよい。Ｎｂ_２Ｏ_５及びＴａ_２Ｏ_５の含有量は各々０〜２０％、０．１〜２０％、１〜１８％、特に２〜１５％であることが好ましい。

ＣｕＯは近赤外線を吸収するための必須成分である。ＣｕＯの含有量は０．３〜２０％、０．３〜１５％、特に０．４〜１３であることが好ましい。ＣｕＯの含有量が少なすぎると、所望の近赤外線吸収特性が得られにくくなる。一方、ＣｕＯの含有量が多すぎると、紫外〜可視域の光透過率が低下しやすくなる。またガラス化しにくくなる。なお、所望の光学特性を得るため、ＣｕＯの含有量は板厚によって適宜調整することが好ましい。

本発明の近赤外線吸収ガラスには、上記成分以外にも下記の成分を含有させることができる。

ＺｎＯはガラス化の安定性および耐候性を改善する成分である。ＺｎＯの含有量は０〜１３％、０．１〜１２％、特に１〜１０％であることが好ましい。ＺｎＯの含有量が多すぎると、溶融性が低下して溶融温度が高くなり、結果として所望の光学特性が得られにくくなる。また、ＺｎＯ成分起因の結晶が析出しやすくなる。なお、特にＰ_２Ｏ_５が少ない場合に、ＺｎＯによるガラス化安定性の効果を享受しやすい。

Ｎａ_２ＯはＫ_２Ｏと同様に溶融温度を低下させる成分である。Ｎａ_２Ｏの含有量は０〜１２％、特に０．１〜７％であることが好ましい。Ｎａ_２Ｏの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。

また、上記成分以外にも、Ｂ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_３等を本発明の効果を損なわない範囲で含有させても構わない。具体的には、これらの成分の含有量は、各々０〜３％、特に各々０〜２％であることが好ましい。

本発明の近赤外線吸収ガラスは、通常、板状で用いられる。厚みは０．０１〜１．２ｍｍ、特に０．０５〜１．２ｍｍであることが好ましい。厚みが小さすぎると、機械的強度に劣る傾向がある。一方、厚みが大きすぎると、光学デバイスの薄型化が困難になる傾向がある。

本発明の近赤外線吸収ガラスは上記組成を有することにより、可視域における高い光透過率及び近赤外域における優れた光吸収特性の両者を達成することが可能となる。具体的には、波長５５０ｎｍにおける光透過率は７７％以上、特に７９％以上であることが好ましい。一方、波長７００ｎｍにおける光透過率は１５％以下、特に１２％以下であることが好ましく、波長１２００ｎｍにおける光透過率は２５％以下、特に２０％以下であることが好ましい。

本発明の近赤外線吸収ガラスの液相温度は７７０℃以下、特に７５０℃以下であることが好ましい。液相温度が高すぎると、成形時に失透しやすくなる。

本発明の近赤外線吸収ガラスは、所望の組成となるように調製した原料粉末バッチを溶融、成形することにより製造することができる。溶融温度は９００〜１２００℃、特に９００〜１０００℃であることが好ましい。溶融温度が低すぎると、均質なガラスが得られにくくなる。一方、溶融温度が高すぎると、Ｃｕイオンが還元されてＣｕ^２＋からＣｕ^＋にシフトしやすくなるため、所望の光学特性が得られにくくなる。

その後、溶融ガラスを所定の形状に成形し、必要な後加工を施して、各種の用途に供することができる。なお、厚みの小さい近赤外線吸収ガラスを効率良く製造するためには、ダウンドロー法やリドロー法等の成形方法を適用することが好ましい。

以下、本発明の近赤外線吸収ガラスを実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１及び２は本発明の実施例及び比較例を示す。

（１）各試料の作製
まず、各表に記載の各組成となるように調合したガラス原料を白金ルツボに投入し、１０００〜１２００℃の温度で溶融した。次に、溶融ガラスをカーボン板上に流し出し、冷却固化した。その後、アニールを行って試料を得た。

（２）各試料の評価
得られた各試料について、光透過特性及び耐候性を以下の方法によって測定または評価した。結果を表１及び２に示す。また実施例７の試料の光透過率曲線を図１に示す。

光透過特性は、両面を鏡面研磨した各表に記載の厚みの試料について、株式会社島津製作所製ＵＶ−３１００ＰＣを用いて、３００〜１３００ｎｍの範囲の光透過率を測定した。光透過率が下記の基準を全て満たすものを「○」、一つでも満たさないものがあれば「×」として評価した。

（光透過率の判定基準）
波長５５０ｎｍにおける光透過率≧７７％
波長７００ｎｍにおける光透過率≦１５％
波長１２００ｎｍにおける光透過率≦２５％

耐候性は、両面を鏡面研磨した試料について、温度１２０℃、相対湿度８０％の条件下に１００時間保持した後、外観上の変化の有無により判定した。具体的には、試験後に外観上の変化が見られなかったものを「○」、白ヤケ等の外観上の変化が見られたものを「×」として評価した。

表１、２及び図１から明らかなように、実施例１〜１２の試料は所定の光学特性を満たしていた。また耐候性評価において試験前後で変化が見られなかった。一方、比較例１〜３の試料は耐候性に劣っていた。

Claims

質量％で、Ｐ_２Ｏ_５２０〜６０％、Ａｌ_２Ｏ_３２〜１５％、Ｋ_２Ｏ５〜３０％（但し５％を含まない）、ＲＯ０．１〜４５％（ただしＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種）、Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｔａ_２Ｏ_５０．１〜２０％、ＣｕＯ０．３〜２０％を含有することを特徴とする近赤外線吸収ガラス。
ＭｇＯ０〜１５％、ＣａＯ０〜１５％、ＳｒＯ０〜１２％、ＢａＯ０〜３０％を含有することを特徴とする請求項１に記載の近赤外吸収ガラス。
Ｐ_２Ｏ_５／ＲＯが１．０〜２．５であることを特徴とする請求項１または２に記載の近赤外線吸収ガラス。
フッ素成分を含有しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の近赤外線吸収ガラス。
厚みが０．０１〜１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の近赤外線吸収ガラス。