JP6380624B2 - 光学フィルター及び光学フィルターを具備する環境光センサー - Google Patents

光学フィルター及び光学フィルターを具備する環境光センサー Download PDF

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Description

本発明は、光学フィルターおよび光学フィルターを具備する環境光センサーに関する。詳しくは、近赤外吸収粒子を含む赤外線吸収層および誘電体多層膜を有する光学フィルター、ならびに該光学フィルターを用いた環境光センサーに関する。
近年、スマートフォンやタブレット端末等の情報端末装置への用途として、照度センサー、環境光センサーの開発が進められている。情報端末装置において、照度センサーは、情報端末装置がおかれた環境の照度を検出し、ディスプレイの明るさを調光するための用途として、環境光センサーは、ディスプレイの色調を調整するための用途として用いられる。
人間の視感度と、ディスプレイの輝度や色調を自然な形で合わせるためには、可視光線のみを環境光センサーに到達させることが重要である。例えば、環境光センサーは、近赤外線カットフィルターなどの光学フィルターを設置することで、分光感度特性を視感度に近づけることが可能となる。
一方、情報端末装置のデザイン性重視の要望から、環境光センサーに光を入射させる透過窓の透過率を下げる(黒っぽい外観とする)ことが求められており、赤外光に対する可視光の入射量が減少し、正確な照度や色味の検出が困難となり、誤作動が発生するとういう問題がある。また、情報端末装置の低背化が進み、光の入射窓から環境光センサーまでの距離が短くなるため、例えば、入射角度60度といった高入射角からの入射光の割合が増加することになり、高入射角の入射光に対しても環境光センサーに到達する光の分光特性(特に近赤外線の強度)が変化しないことが要求されている。
環境光センサーの分光特性を、人間の視感度と合わせるための手段として、ガラス板上に金属多層膜で成る赤外線カットフィルターを設けた装置が開示されている(例えば特許文献1参照)。しかしながら、ガラス板上に金属多層薄膜を形成した近赤外線カットフィルターは、入射光の入射角度によって光学特性が大きく変化する。そのため、環境光センサーの検出精度が低下するという問題がある。
一方、入射角度によらず広帯域の近赤外線をカットできるとして、種々の近赤外吸収粒子が知られている(例えば、特許文献2、特許文献3参照)。この近赤外線吸収粒子を用いて、環境光センサーの用途として十分な近赤外線カット性能を達成するためには、近赤外吸収粒子の添加量を多くする必要がある。しかし、近赤外線カットフィルターの近赤外吸収粒子の添加量を多くすると、可視光透過率が低下するといった問題がある。
これに対し、ノルボルネン系樹脂製基板、特定波長に吸収極大を有する近赤外線吸収色素、および近赤外線反射膜を有する近赤外線カットフィルターは光線が斜め方向から入射した際に可視域の透過率変化が少ないという特性を有する(特許文献4参照)。しかし、この近赤外線カットフィルターを環境光センサー用途として使用するには、入射角度60度といった高入射角の赤外線カット性能をさらに向上させることが望ましい。
特開2011−060788号公報 国際公開第2005/037932号明細書 特開2011−118255号公報 特開2011−100084号公報
本発明は、各種環境光センサーが設けられる機器の低背化に伴い、入射角度が大きくなった場合でも優れた可視光透過率と近赤外線カット性能を両立可能な光学フィルターを提供することを課題の一つとする。
本発明の一実施形態によれば、近赤外吸収微粒子を含む層を有する基材と該基材の少なくとも一方の面に誘電体多層膜を有し、下記(a)及び(b)の要件を満たす光学フィルターが提供される。
(a)波長400〜650nmの範囲において、光学フィルターに対し垂直方向から入射する光、垂直方向から30度斜め方向から入射する光、垂直方向から60度斜め方向から入射する光、のいずれにおいても透過率の平均値が45%以上85%未満。
(b)波長800〜1200nmの範囲において、光学フィルターに対し垂直方向から入射する光、垂直方向から30度斜め方向から入射する光、垂直方向から60度斜め方向から入射する光、のいずれに対しても光学濃度(OD値)の平均値が1.7以上。
本発明の一実施形態において、近赤外線吸収微粒子の粒子直径の平均値は1〜200nmであってもよい。
本発明の一実施形態において、近赤外線吸収微粒子は、下記に定義される、第1の微粒子及び第2の微粒子の少なくとも1種であってもよい。
第1の微粒子:一般式A1/nCuPO4(但し、式中、Aは、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびNH4からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、nは、Aがアルカリ金属またはNH4の場合は1であり、Aがアルカリ土類金属の場合は2である。)で表記される酸化物。
第2の微粒子:一般式Mxyz(但し、Mは、H、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iから選ばれる一種又は複数種での元素あり、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表記される金属酸化物。
本発明の一実施形態において、光学フィルターにおける近赤外線吸収微粒子を含む層は、透明樹脂の層であってもよい。また、光学フィルターの基材の両面に誘電体多層膜が設けられていてもよい。
本発明の一実施形態において、光学フィルターは、さらに、下記(c)の要件を満たすことが好ましい。
(c)波長400〜650nmの範囲において、光学フィルターに対し垂直方向から30度斜め方向から入射する光の透過率の平均値が、光学フィルターに対し垂直方向から入射する光、および垂直方向から60度斜め方向から入射する光の透過率の平均値よりも高い。
本発明の一実施形態において、基材は、透明樹脂の基板もしくはガラス基板による支持体を有していてもよい。透明樹脂は、環状(ポリ)オレフィン系樹脂、芳香族ポリエーテル系樹脂、ポリイミド系樹脂、フルオレンポリカーボネート系樹脂、フルオレンポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹脂、ポリパラフェニレン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂、フッ素化芳香族ポリマー系樹脂、(変性)アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、アリルエステル系硬化型樹脂、シルセスキオキサン系紫外線硬化型樹脂、アクリル系紫外線硬化型樹脂およびビニル系紫外線硬化型樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂から選ばれたものであることが好ましい。
本発明の一実施形態に係る光学フィルターは環境光センサーに用いることができ、当該光学フィルターを備える環境光センサーが提供される。また、本発明の一実施形態に係る環境光センサーを有する電子機器が提供される。
本発明によれば、垂直方向からの入射光、および斜め方向からの入射光の双方に対して高い可視光透過率と近赤外線カット性能を有し、環境光センサー用途として好適に使用できる光学フィルターを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る光学フィルターの構成を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る光学フィルターの構成を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る環境光センサーの構成を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る環境光センサーの構成を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る環境光センサーを備える電子機器の一例を説明する図である。 透過スペクトルを、(A)垂直方向から、(B)斜め30度角度から及び(C)斜め60度の角度から測定する態様を説明する図である。 実施例1における透明樹脂製基板の両面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する基材の分光透過率を示すグラフである。 実施例1における基材の一方の面に誘電体多層膜(I)を形成し、さらに基材の他方の面に誘電体多層膜(II)を形成した光学フィルターの垂直方向から30度の角度から測定した場合、垂直方向から60度の角度から測定した場合の分光透過率を示すグラフである。 比較例1における光学フィルターの分光透過率を示すグラフである。 比較例5における光学フィルターの分光透過率を示すグラフである。 比較例6における光学フィルターの分光透過率を示すグラフである。
本発明の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付し又は類似の符号(数字の後にa、bなどを付しただけの符号)を付し、詳細な説明を適宜省略することがある。
[光学フィルター]
本発明の一実施形態に係る光学フィルターは、近赤外吸収微粒子を含む層を有する基材と該基材の少なくとも一方の面に誘電体多層膜を有する。誘電体多層膜は該基材の少なくとも一方の面に設けられている。本発明の一実施形態に係る光学フィルターは、垂直方向からの入射光、および斜め方向からの入射光(特に高入射角の入射光)の双方に対して高い可視光透過率と近赤外線カット性能を有する。
なお、本明細書において、光学フィルターを構成する基材に対して、垂直に入射する光を垂直入射光とし、該垂直入射光を基準(入射角0度)として、斜め方向から入射する光を斜め入射光とする。
本発明の一実施形態に係る光学フィルターは、下記(a)および(b)の要件を満たす。
(a)波長400〜650nmの範囲において、基材の垂直方向から入射する光、垂直方向から30度斜め方向から入射する光、垂直方向から60度斜め方向から入射する光、のいずれにおいても透過率の平均値(以下、「平均透過率」ともいう。)が45%以上85%未満であること。
この平均値は、好ましくは48%以上、さらに好ましくは52%以上、特に好ましくは55%以上である。この波長範囲でいずれの入射角度においても平均透過率がこの範囲にあると、本発明の一実施形態に係る光学フィルターを環境光センサー用途として使用した場合、優れたセンサー感度を達成することができる。一方、前記各入射角度における波長400〜650nmの範囲における光学フィルターの平均透過率が85%以上である場合には近赤外線吸収微粒子の添加量の上限が限られてしまい十分な近赤外カット性能との両立が困難になる傾向にある。前記各入射角度における波長400〜650nmの範囲における光学フィルターの平均透過率は、好ましくは83%未満、さらに好ましくは80%未満、特に好ましくは75%未満である。
(b)波長800〜1200nmの範囲において、基材の垂直方向から入射する光、垂直方向から30度斜め方向から入射する光、垂直方向から60度斜め方向から入射する光、のいずれに対しても光学濃度(OD値)の平均値(以下、「平均光学濃度」ともいう。)が1.7以上であること。この平均値は、好ましくは1.8以上、より好ましくは1.9以上、さらに好ましくは2.0以上、特に好ましくは2.1以上である。上限は特に制限されないが、6.0以下であることが好ましく、5.5以下であることが特に好ましい。極端に光学濃度が高くなると可視域の透過率が低下する傾向が有る上、実用特性に顕著な差が見られなくなってくるため、環境光センサー用途として使用する場合、光学濃度上限を上記範囲とすることが好ましい。この波長域でいずれの入射角度においても光学濃度の平均値がこの範囲にあると、本発明の一実施形態に係る光学フィルターを環境光センサー用途として使用した場合、センサーの誤作動を防止できる。
なお、光学濃度とは、特定の波長における光を反射もしくは吸収により遮断する特性を表したものであり、入射光量を100、透過光量をTとした際に、光学濃度=log10(100/T)の式で表すことができる。例えば、特定の波長における光学フィルターの透過率が0.8%(界面反射を含めた透過率)であるとき、この波長における光学濃度はlog10(100/0.8)=2.10となる。また、光学濃度(OD値)の「平均値」とは、波長800〜1200nmの全域における平均値をいう。
さらに、本発明の一実施形態に係る光学フィルターは、(c)の要件を満たすことが好ましい。
(c)波長400〜650nmの範囲において、基材に対し、垂直方向から30度斜め方向から入射する光の透過率の平均値が、基材に対し、垂直方向から入射する光、および垂直方向から60度斜め方向から入射する光の透過率の平均値よりも高いこと。このような場合、垂直方向から60度斜め方向から入射する光に対しても可視透過率の低下を抑制しやすい傾向に有り(誘電体多層膜の特性上、入射角度が60度以上となると可視透過率が極端に低下する場合が有る)、環境光センター用途として使用した場合、光の入射角度によるセンサー感度のばらつきを低減することができる。
この波長域で、上記の要件を満たすことにより、本発明の一実施形態に係る光学フィルターを環境光センサー用途として使用した場合、センサーの誤作動を防止できる。
さらに、本発明の一実施形態に係る光学フィルターは、(d)、(e)および(f)の要件を満たすことが好ましい。
(d)波長430〜470nmの範囲において、基材の垂直方向から入射する光、垂直方向から30度斜め方向から入射する光、垂直方向から60度斜め方向から入射する光、のいずれにおいても透過率の平均値が45%以上であること。この平均値は、好ましくは48%以上、特に好ましくは50%以上である。上限は特に制限されないが、85%以下であることが好ましい。
(e)波長520〜560nmの範囲において、基材の垂直方向から入射する光、垂直方向から30度斜め方向から入射する光、垂直方向から60度斜め方向から入射する光、のいずれにおいても透過率の平均値が60%以上であること。この平均値は、好ましくは62%以上、特に好ましくは65%以上である。上限は特に制限されないが、88%以下であることが好ましい。
(f)波長580〜620nmの範囲において、基材の垂直方向から入射する光、垂直方向から30度斜め方向から入射する光、垂直方向から60度斜め方向から入射する光、のいずれにおいても透過率の平均値が50%以上であること。この平均値は、好ましくは53%以上、特に好ましくは55%以上である。上限は特に制限されないが、85%以下であることが好ましい。
上記(d)、(e)および(f)の要件を満たすと、斜め入射時でも青色、緑色、赤色に相当する波長領域において良好な可視透過率を示すため、本発明の一実施形態に係る光学フィルターを環境光センサー用途として使用した場合、光の入射角度によらず良好な色調感知特性を達成できるため好ましい。
図1(A)〜(C)は、本発明の一実施形態に係る光学フィルターを示す。図1(A)に示す光学フィルター100aは、基材102の少なくとも一方の面に誘電体多層膜104を有する。誘電体多層膜104は、近赤外線を反射する特性を有する。また、図1(B)は、基材102の一方の面に第1誘電体多層膜104aが設けられ、他方の面に第2誘電体多層膜104bが設けられる光学フィルター100bを示す。このように、近赤外線を反射する誘電体多層膜は基材の片面に設けてもよいし、両面に設けてもよい。片面に設ける場合、製造コストや製造容易性に優れ、両面に設ける場合、高い強度を有し、反りやねじれが生じにくい光学フィルターを得ることができる。光学フィルターを環境光センサー用途に適用する場合、光学フィルターの反りやねじれが小さい方が好ましいことから、誘電体多層膜を基材の両面に設けることが好ましい。
誘電体多層膜104は、可視光に相当する波長の光を透過させた上で、垂直方向から入射した光に対して波長800〜1150nmの範囲全体にわたって反射特性を有することが好ましく、さらに好ましくは波長800〜1200nm、特に好ましくは800〜1250nmの範囲全体にわたって反射特性を有することが好ましい。基材102の両面に誘電体多層膜を有する形態として、光学フィルター(又は基材)の垂直方向に対して5度の角度から測定した場合に波長800〜1000nm付近に主に反射特性を有する第1誘電体多層膜104aを基材102の片面に設け、基材102の他方の面上に光学フィルター(又は基材)の垂直方向に対して5度の角度から測定した場合に1000nm〜1250nm付近に主に反射特性を有する第2誘電体多層膜104bを有する形態が挙げられる。
また、他の形態として、図1(C)に示す光学フィルター100cは、垂直方向に対して5度の角度から測定した場合に波長800〜1250nm付近に主に反射特性を有する誘電体多層膜104を基材102の片面に設け、基材102の他方の面上に可視域の反射防止特性を有する反射防止膜106を有する形態が挙げられる。基材に対して誘電体多層膜と反射防止膜とを組み合わせることで、可視域の光の透過率を高めつつ近赤外線を反射することができる。
本発明の一実施形態に係る光学フィルターに要求されるヘーズ値は、用途によって異なるが、例えば環境光センサー用光学フィルターとして用いる場合、ヘーズ値は8%以下であることが好ましく、さらに好ましくは5%以下、特に好ましくは3%以下である。ヘーズ値が8%よりも大きい場合、センサー感度が低下してしまう場合が有る。
光学フィルターの厚みは、所望の用途に応じて適宜選択すればよいが、近年の情報端末の薄型化、軽量化等の流れを考慮すると薄いことが好ましい。
本発明の一実施形態に係る光学フィルターの厚みは、好ましくは210μm以下、より好ましくは190μm以下、さらに好ましくは160μm以下、特に好ましくは130μm以下であることが望ましく、下限は特に制限されないが、光学フィルターの強度や取り扱いのしやすさを考慮すると、例えば、20μmであることが望ましい。
[基材]
図2(A)〜(C)は基材102の構成を示す。基材102は、単層であっても多層であってもよく、近赤外線吸収微粒子を1種以上含む層を有すればよく、近赤外線吸収微粒子を含む層は透明樹脂層であることが好ましい。
以下、近赤外線吸収微粒子を少なくとも1種と透明樹脂とを含有する層を「透明樹脂層」ともいい、それ以外の樹脂層を単に「樹脂層」ともいう。
図2(A)に示すように、単層である基材102aは、近赤外線吸収微粒子を含む透明樹脂製基板108である。この透明樹脂製基板が前述の透明樹脂層に相当する。図2(B)は、多層構造の基材102bを示し、例えば、ガラス支持体やベースとなる樹脂製支持体などの支持体110上に近赤外線吸収微粒子を含有する硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなるオーバーコート層などの樹脂層112が積層された構成を有する。なお、樹脂層112に相当する層は、支持体110の両面に設けられていてもよい。図2(C)は、近赤外線吸収微粒子を含む透明樹脂製基板108上に、近赤外線吸収微粒子を含有する硬化性樹脂等からなるオーバーコート層などの樹脂層112が積層された基材102cを示す。
ガラス支持体を有する場合、基材の薄型化と強度を両立させるためにはガラス支持体は吸収剤を含まない無色透明のガラス基板であることが好ましく、特に基材の厚みが150μm以下となる場合はこの傾向が顕著になる(吸収剤として銅を含むフツリン酸塩ガラスなどでは強度が低下する傾向にある)。樹脂製支持体を有する場合、光学特性調整の容易性、さらに、樹脂製支持体の傷消し効果を達成できることや基材の耐傷性向上等の点から、樹脂製支持体の両面に硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなるオーバーコート層などの樹脂層が積層され、当該樹脂層の少なくとも一方が近赤外線吸収微粒子を含む形態であることが特に好ましい。
基材の波長400〜650nmにおける平均透過率は、好ましくは55%以上、さらに好ましくは60%以上、特に好ましくは65%以上である。このような透過特性を有する基材を用いると、環境光センサーとして必要な波長帯域において高い光線透過特性を有する光学フィルターを得ることができ、高感度なセンサー機能を達成することができる。
基材の波長800〜1200nmにおける平均透過率は、好ましくは20%以下、さらに好ましくは18%以下、特に好ましくは15%以下である。このような吸収特性を有する基材を用いると、特定の反射特性を有する誘電体多層膜と組み合わせることで入射角度によらず優れた近赤外カット特性を有する光学フィルターを得ることができ、環境光センサー用途として好適に使用することができる。
基材の厚みは、所望の用途に応じて適宜選択することができ、特に制限されないが、必要となる基材強度と薄型化を両立できるように適宜選択することが望ましく、好ましくは10〜200μm、より好ましくは15〜180μm、さらに好ましくは20〜150μm、特に好ましくは25〜120μmである。
基材の厚みが前記範囲にあると、該基材を用いた光学フィルターを薄型化および軽量化することができ、情報端末に搭載する環境光センサー等の様々な用途に好適に用いることができる。
[近赤外線吸収微粒子]
近赤外線吸収微粒子は、近赤外波長領域に吸収を有するものであれば特に制限されないが、好ましくは波長800〜1200nmに吸収を有するものが好ましい。このような近赤外線吸収微粒子としては、例えば、ITO(スズドープ酸化インジウム)、ATO(アンチモンドープ酸化スズ)、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)などの透明導電性酸化物や、下記に定義される第1の微粒子や第2の微粒子を挙げることができ、吸収−透過特性の観点から特に第1の微粒子及び第2の微粒子が好ましい。
第1の微粒子:一般式A1/nCuPO4(但し、式中、Aは、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびNH4からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、nは、Aがアルカリ金属またはNH4の場合は1であり、Aがアルカリ土類金属の場合は2である。)で表記される酸化物。
第2の微粒子:一般式Mxyz(但し、Mは、H、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iであり、Mが複数ある場合は別々の原子でもよく、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表記される金属酸化物。
本発明において、アルカリ金属とはLi、Na、K、Rb、Csのことを指し、アルカリ土類金属とはCa、Sr、Baのことを指し、希土類元素とはSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luのことを指す。
近赤外線吸収微粒子の粒子直径の平均値は1〜200nm、すなわち200nm以下であることが好ましく、さらに好ましくは150nm以下、特に好ましくは100nm以下である。近赤外線吸収微粒子の粒子直径は、近赤外線吸収微粒子が分散した状態の懸濁液(以下、単に「分散液」ともいう)をダイナミク光散乱光度計(大塚電子社製、型番DLS−8000HL/HH)を用いた動的光散乱法(He−Neレーザー使用、セル室温度25℃)によって測定したものである。近赤外線吸収微粒子の粒子直径の平均値がこの範囲にあれば、可視光透過率低下の原因となる幾何学散乱やミー散乱を低減でき、レイリー散乱領域となる。レイリー散乱領域では、散乱光は粒子直径の6乗に反比例して低減するため、粒子直径の減少に伴い散乱が低減し可視光透過率が向上する。このため、粒子直径が上記範囲にあれば散乱光が非常に少なくなり、良好な可視光透過率を達成できるため好ましい。散乱光の観点からは粒子直径は小さい方が好ましいが、工業的な製造のしやすさや製造コストなどを考慮すると、粒子直径の平均値の下限は好ましくは1nm以上、特に好ましくは2nm以上である。
近赤外線吸収粒子の含有量は、近赤外線吸収微粒子を含む層を構成する樹脂成分100重量部に対して5〜60重量部であることが好ましい。含有量の上限値は、さらに好ましくは55重量部であり、特に好ましくは50重量部である。含有量の下限値は、さらに好ましくは10重量部であり、特に好ましくは15重量部である。近赤外線吸収粒子の含有量が5重量部よりも小さいと十分な近赤外吸収特性が得られない場合があり、60重量部よりも大きいと可視透過率の低下や近赤外線吸収粒子の凝集によるヘーズ値の増大が起こりやすくなる傾向にある。
近赤外線吸収粒子の分散媒としては、水、アルコール、ケトン、エーテル、エステル、アルデヒド、アミン、脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素、芳香族炭化水素等が挙げられる。分散媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。分散媒の量は、近赤外線吸収粒子の分散性を維持する点から、分散液100重量部に対して50〜95重量部が好ましい。
近赤外線吸収粒子の分散媒には、必要に応じて近赤外線吸収粒子の分散状態を改良するために分散剤を配合することができる。分散剤としては、近赤外吸収粒子の表面に対して改質効果を示すもの、例えば、界面活性剤、シラン化合物、シリコーンレジン、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、ジルコアルミネート系カップリング剤等が使用される。
界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤(特殊ポリカルボン酸型高分子界面活性剤、アルキルリン酸エステル等)、ノニオン系界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンカルボン酸エステル、ソルビタン高級カルボン酸エステル等)、カチオン系界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルアミンカルボン酸エステル、アルキルアミン、アルキルアンモニウム塩等)、両性界面活性剤(高級アルキルベタイン等)が挙げられる。
シラン化合物としては、シランカップリング剤、クロロシラン、アルコキシシラン、シラザン等が挙げられる。シランカップリング剤としては、官能基(グリシドキシ基、ビニル基、アミノ基、アルケニル基、エポキシ基、メルカプト基、クロロ基、アンモニウム基、アクリロキシ基、メタクリロキシ基等)を有するアルコキシシラン等が挙げられる。
シリコーンレジンとしては、メチルシリコーンレジン、メチルフェニルシリコーンレジン等が挙げられる。
チタネート系カップリング剤としては、アシロキシ基、ホスホキシ基、ピロホスホキシ基、スルホキシ基、アリーロキシ基等を有するものが挙げられる。
アルミニウム系カップリング剤としては、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレートが挙げられる。
ジルコアルミネート系カップリング剤としては、アミノ基、メルカプト基、アルキル基、アルケニル基等を有するものが挙げられる。
分散剤の量は、分散剤の種類にもよるが、分散液100重量部に対し、0.5〜10重量部が好ましい。分散剤の量が該範囲内であれば、近赤外吸収粒子の分散性が良好となり、透明性が損なわれず、また、経時的な近赤外吸収粒子の沈降が抑えられる。
近赤外線吸収微粒子の市販品としては、三菱マテリアル(株)製P−2(ITO)、三井金属(株)製パストラン(ITO)、三菱マテリアル(株)製T?1(ATO)、石原産業(株)製SN?100P(ATO)、ハクスイテック(株)製パゼットGK(GZO)、住友金属鉱山(株)製YMF−02A(第2の微粒子)などを挙げることができる。
<第1の微粒子>
第1の微粒子は、下記式(1)で表わされる化合物からなるものであり、化合物の結晶構造(結晶子)に起因する近赤外線吸収特性を有する。
Figure 0006380624
(式中、Aは、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびNH4からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、nは、Aがアルカリ金属またはNH4の場合は1であり、Aがアルカリ土類金属の場合は2である。)
ここで、「結晶子」とは単結晶とみなせる単位結晶を意味し、「粒子」は複数の結晶子によって構成される。「式(1)で表わされる化合物の結晶子からなる」とは、例えば、X線回折によってA1/nCuPO4の結晶構造を確認でき、実質的にA1/nCuPO4の結晶子からなることがX線回折によって同定されていることを意味し、「実質的にA1/nCuPO4の結晶子からなる」とは、結晶子がA1/nCuPO4の結晶構造を十分に維持できる(X線回折によってA1/nCuPO4の結晶構造を確認できる)範囲内で不純物を含んでいてもよいことを意味する。なお、X線回折は、粉末状態の近赤外線吸収粒子について、X線回折装置を用いて測定される。
式(1)中のAとして、アルカリ金属(Li、Na、K、Rb、Cs)、アルカリ土類金属(Ca、Sr、Ba)、またはNH4を採用する理由は、下記の(i)〜(iii)の通りである。
(i)近赤外線吸収粒子における結晶子の結晶構造は、PO4 3-とCu2+との交互結合からなる網目状三次元骨格であり、骨格の内部に空間を有する。該空間のサイズが、アルカリ金属イオン(Li+:0.090nm、Na+:0.116nm、K+:0.152nm、Rb+:0.166nm、Cs+:0.181nm)、アルカリ土類金属イオン(Ca2+:0.114nm、Sr2+:0.132nm、Ba2+:0.149nm)およびNH4 +(0.166nm)のイオン半径と適合するため、結晶構造を十分に維持できる。
(ii)アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンおよびNH4 +は、溶液中で1価または2価のカチオンとして安定的に存在できるため、近赤外線吸収粒子の製造過程において、前駆体が生成する際、結晶構造中にカチオンが取り込まれやすい。
(iii)PO4 3-と配位結合性の強いカチオン(例えば、遷移金属イオン等)では、十分な近赤外線吸収特性を発現する本実施形態における結晶構造とは異なる結晶構造を与える可能性がある。
Aとしては、PO4 3-とCu2+とからなる骨格内に取り込まれるイオンとして最もカチオンサイズが適し、熱力学的な安定構造をとる点から、Kが特に好ましい。
近赤外線吸収粒子は、結晶子がA1/nCuPO4の結晶構造を十分に維持することによって、十分な近赤外線吸収特性を発現できる。よって、結晶子の表面に水または水酸基が付着した場合、A1/nCuPO4の結晶構造を維持できなくなるため、可視光領域と近赤外波長領域の光の透過率の差が減少し、光学フィルター用途として好適に使用できない。
よって、近赤外線吸収粒子は、顕微IRスペクトルにおいて、リン酸基に帰属される1000cm-1付近のピークの吸収強度を基準(100%)とした際に、水に帰属される1600cm-1付近のピークの吸収強度が8%以下であり、かつ水酸基に帰属される3750cm-1付近のピークの吸収強度が26%以下であることが好ましく、水に帰属される1600cm-1付近のピークの吸収強度が5%以下であり、かつ水酸基に帰属される3750cm-1付近のピークの吸収強度が15%以下であることがより好ましい。なお、顕微IRスペクトルは、粉末状態の近赤外線吸収粒子について、フーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定される。具体的には、例えば、Thermo Fisher Scientific社製のフーリエ変換赤外分光光度計Magna760を用い、そのダイヤモンドプレート上に、第1の微粒子の1片を置き、ローラーで平坦にし、顕微FT−IR法により測定する。
<第2の微粒子>
三酸化タングステン(WO3)のタングステンに対する酸素の比率を3より低減し、特定の組成範囲とすることによって当該タングステン酸化物中に自由電子が生成し、近赤外線吸収材料として良好な特性を達成できることが知られている。
該タングステンと酸素との組成範囲は、タングステンに対する酸素の組成比が3 以下であり、さらには、当該タングステン酸化物をWyzと記載したとき、2.2≦z/y≦2.999であることが好ましい。このz/yの値が、2.2以上であれば、当該タングステン酸化物中に目的以外であるWO2の結晶相が現れるのを回避することが出来ると伴に、材料としての化学的安定性を得ることが出来るので、有効な近赤外吸収材料として適用できる。一方、このz/yの値が、2.999以下であれば、当該タングステン酸化物中に必要とされる量の自由電子が生成され、効率よい近赤外吸収材料となる。
また、当該タングステン酸化物を微粒子化したタングステン酸化物微粒子において、一般式Wyzとしたとき2.45≦z/y≦2.999で表される組成比を有する、所謂「マグネリ相」は化学的に安定であり、近赤外線領域の吸収特性も良いので、近赤外吸収材料として好ましい。
さらに、当該タングステン酸化物へ、元素M(但し、Mは、H、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種又は複数種の元素であり、)を添加して複合タングステン酸化物とすることで、当該複合タングステン酸化物中に自由電子が生成され、近赤外線領域に自由電子由来の吸収特性が発現し、波長1000nm付近の近赤外線吸収材料として有効となるため好ましい。すなわち、第2の微粒子の好ましい組成は、一般式Mxyz(Mは前記1種又は複数種の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表記される金属酸化物である。ここで、元素Mを添加された当該複合タングステン酸化物における、安定性の観点からは、元素Mは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素であることがより好ましく、近赤外吸収材料としての光学特性、耐候性を向上させる観点からは、前記元素Mにおいて、アルカリ金属、アルカリ土類金属元素、遷移金属元素、4族元素、5族元素に属するものがさらに好ましい。
ここで、当該複合タングステン酸化物に対し、上述した酸素量の制御と、自由電子を生成する元素の添加とを併用することで、より効率の良い赤外線遮蔽材料を得ることができる。この酸素量の制御と、自由電子を生成する元素の添加とを併用した赤外線遮蔽材料の一般式を、Mxyz(但し、Mは、前記M元素、Wはタングステン、Oは酸素)と記載したとき、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0の関係を満たす近赤外吸収材料が望ましい。
まず、元素Mの添加量を示すx/yの値について説明する。x/yの値が0.001より大きければ、十分な量の自由電子が生成され目的とする赤外線遮蔽効果を得ることが出来る。そして、元素Mの添加量が多いほど、自由電子の供給量が増加し、赤外線遮蔽効率も上昇するが、x/yの値が1程度で当該効果も飽和する。また、x/yの値が1より小さければ、当該赤外線遮蔽材料中に不純物相が生成されるのを回避できるので好ましく、0.2以上0.5以下がさらに好ましい。また、元素Mは、H、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上であることが好ましい。ここで、元素Mを添加された当該Mxyzにおける、安定性の観点からは、元素Mは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Reのうちから選択される1種類以上の元素であることがより好ましく、近赤外吸収材料としての光学特性、耐候性を向上させる観点からは、前記元素Mにおいてアルカリ金属、アルカリ土類金属元素、遷移金属元素、4族元素、5族元素に属するものが、さらに好ましい。
次に、酸素量の制御を示すz/yの値について説明する。z/yの値については、Mxyzで表記される近赤外吸収材料においても、上述したWyzで表記される近赤外吸収材料と同様の機構が働くことに加えz/y=3.0においても、上述した元素Mの添加量による自由電子の供給があるため、2.2≦z/y≦3.0が好ましい。
<透明樹脂>
樹脂製支持体やガラス支持体などに積層する透明樹脂層および透明樹脂製基板は、透明樹脂を用いて形成することができる。基材に用いる透明樹脂としては、1種単独でもよいし、2種以上でもよい。
透明樹脂としては、本発明の効果を損なわないものである限り特に制限されないが、例えば、熱安定性およびフィルムへの成形性を確保し、かつ、100℃以上の蒸着温度で行う高温蒸着により誘電体多層膜を形成しうるフィルムとするため、ガラス転移温度(Tg)が、好ましくは110〜380℃、より好ましくは110〜370℃、さらに好ましくは120〜360℃である樹脂が挙げられる。また、前記樹脂のガラス転移温度が140℃以上であると、誘電体多層膜をより高温で蒸着形成しえるフィルムが得られるため、特に好ましい。
透明樹脂としては、当該樹脂からなる厚さ0.1mmの樹脂板を形成した場合に、この樹脂板の全光線透過率(JISK7105)が、好ましくは75〜95%、さらに好ましくは78〜95%、特に好ましくは80〜95%となる樹脂を用いることができる。全光線透過率がこのような範囲となる樹脂を用いれば、得られる基板は光学フィルムとして良好な透明性を示す。
透明樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定される、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、通常15,000〜350,000、好ましくは30,000〜250,000であり、数平均分子量(Mn)は、通常10,000〜150,000、好ましくは20,000〜100,000である。
透明樹脂としては、例えば、環状(ポリ)オレフィン系樹脂、芳香族ポリエーテル系樹脂、ポリイミド系樹脂、フルオレンポリカーボネート系樹脂、フルオレンポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド(アラミド)系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹脂、ポリパラフェニレン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエチレンナフタレート(PEN)系樹脂、フッ素化芳香族ポリマー系樹脂、(変性)アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、アリルエステル系硬化型樹脂、シルセスキオキサン系紫外線硬化型樹脂、アクリル系紫外線硬化型樹脂およびビニル系紫外線硬化型樹脂を挙げることができる。
≪環状(ポリ)オレフィン系樹脂≫
環状(ポリ)オレフィン系樹脂としては、下記式(2)で表される単量体および下記式(3)で表される単量体からなる群より選ばれる少なくとも1種の単量体から得られる樹脂、および当該樹脂を水素添加することで得られる樹脂が好ましい。
Figure 0006380624
式(2)中、Rx1〜Rx4はそれぞれ独立に、下記(i’)〜(ix’)より選ばれる原子または基を表し、kx、mxおよびpxはそれぞれ独立に、0または正の整数を表す。
(i’)水素原子
(ii’)ハロゲン原子
(iii’)トリアルキルシリル基
(iv’)酸素原子、硫黄原子、窒素原子またはケイ素原子を含む連結基を有する、
置換または非置換の炭素数1〜30の炭化水素基
(v’)置換または非置換の炭素数1〜30の炭化水素基
(vi’)極性基(但し、(iv’)を除く。)
(vii’)Rx1とRx2またはRx3とRx4とが、相互に結合して形成されたアルキリデン基
(但し、前記結合に関与しないRx1〜Rx4は、それぞれ独立に前記(i’)〜(vi’)より選ばれる原子または基を表す。)
(viii’)Rx1とRx2またはRx3とRx4とが、相互に結合して形成された単環もしくは多環の炭化水素環または複素環(但し、前記結合に関与しないRx1〜Rx4は、それぞれ独立に前記(i’)〜(vi’)より選ばれる原子または基を表す。)
(ix’)Rx2とRx3とが、相互に結合して形成された単環の炭化水素環または複素環(但し、前記結合に関与しないRx1とRx4は、それぞれ独立に前記(i’)〜(vi’)より選ばれる原子または基を表す。)
Figure 0006380624
式(3)中、Ry1およびRy2はそれぞれ独立に、前記(i’)〜(vi’)より選ばれる原子または基を表すか、Ry1とRy2とが、相互に結合して形成された単環もしくは多環の脂環式炭化水素、芳香族炭化水素または複素環を表し、kyおよびpyはそれぞれ独立に、0または正の整数を表す。
≪芳香族ポリエーテル系樹脂≫
芳香族ポリエーテル系樹脂は、下記式(4)で表される構造単位および下記式(5)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位を有することが好ましい。
Figure 0006380624
式(4)中、R1〜R4はそれぞれ独立に、炭素数1〜12の1価の有機基を示し、a〜dはそれぞれ独立に、0〜4の整数を示す。
Figure 0006380624
式(5)中、R1〜R4およびa〜dはそれぞれ独立に、前記式(4)中のR1〜R4およびa〜dと同義であり、Yは、単結合、−SO2−または>C=Oを示し、R7およびR8はそれぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数1〜12の1価の有機基またはニトロ基を示し、gおよびhはそれぞれ独立に、0〜4の整数を示し、mは0または1を示す。但し、mが0のとき、R7はシアノ基ではない。
また、前記芳香族ポリエーテル系樹脂は、さらに下記式(6)で表される構造単位および下記式(7)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位を有することが好ましい。
Figure 0006380624
式(6)中、R5およびR6はそれぞれ独立に、炭素数1〜12の1価の有機基を示し、Zは、単結合、−O−、−S−、−SO2−、>C=O、−CONH−、−COO−または炭素数1〜12の2価の有機基を示し、eおよびfはそれぞれ独立に、0〜4の整数を示し、nは0または1を示す。
Figure 0006380624
式(7)中、R7、R8、Y、m、gおよびhはそれぞれ独立に、前記式(5)中のR7、R8、Y、m、gおよびhと同義であり、R5、R6、Z、n、eおよび・・・fはそれぞれ独立に、前記式(6)中のR5、R6、Z、n、eおよびfと同義である。
≪ポリイミド系樹脂≫
ポリイミド系樹脂としては、特に制限されず、繰り返し単位にイミド結合を含む高分子化合物であればよく、例えば、特開2006−199945号公報や特開2008−163107号公報に記載されている方法で合成することができる。
≪フルオレンポリカーボネート系樹脂≫
フルオレンポリカーボネート系樹脂としては、特に制限されず、フルオレン部位を含むポリカーボネート樹脂であればよく、例えば、特開2008−163194号公報に記載されている方法で合成することができる。
≪フルオレンポリエステル系樹脂≫
フルオレンポリエステル系樹脂としては、特に制限されず、フルオレン部位を含むポリエステル樹脂であればよく、例えば、特開2010−285505号公報や特開2011−197450号公報に記載されている方法で合成することができる。
≪フッ素化芳香族ポリマー系樹脂≫
フッ素化芳香族ポリマー系樹脂としては、特に制限されないが、フッ素原子を少なくとも1つ有する芳香族環と、エーテル結合、ケトン結合、スルホン結合、アミド結合、イミド結合およびエステル結合からなる群より選ばれる少なくとも1つの結合を含む繰り返し単位とを含有するポリマーであることが好ましく、例えば特開2008−181121号公報に記載されている方法で合成することができる。
≪アクリル系紫外線硬化型樹脂≫
アクリル系紫外線硬化型樹脂としては、特に制限されないが、分子内に一つ以上のアクリル基もしくはメタクリル基を有する化合物と、紫外線によって分解して活性ラジカルを発生させる化合物を含有する樹脂組成物から合成されるものを挙げることができる。アクリル系紫外線硬化型樹脂は、前記基材(i)として、ガラス支持体上やベースとなる樹脂製支持体上に近赤外線吸収微粒子を含む透明樹脂層が積層された基材や、近赤外線吸収微粒子を含有する透明樹脂製基板(ii)上に硬化性樹脂等からなるオーバーコート層などの樹脂層が積層された基材を用いる場合、該硬化性樹脂として特に好適に使用することができる。
≪エポキシ系樹脂≫
エポキシ系樹脂としては、特に制限されないが、紫外線硬化型と熱硬化型に大別することができる。紫外線硬化型エポキシ系樹脂としては、例えば、分子内に一つ以上のエポキシ基を有する化合物と、紫外線によって酸を発生させる化合物(以下、光酸発生剤ともいう)を含有する組成物から合成されるものを挙げることができ、熱硬化型エポキシ系樹脂としては、例えば、分子内に一つ以上のエポキシ基を有する化合物と、酸無水物を含有する組成物から合成されるものを挙げることができる。エポキシ系紫外線硬化型樹脂は、前記基材(i)として、ガラス支持体上やベースとなる樹脂製支持体上に近赤外線吸収微粒子を含む透明樹脂層が積層された基材や、近赤外線吸収微粒子を含有する透明樹脂製基板(ii)上に硬化性樹脂等からなるオーバーコート層などの樹脂層が積層された基材を用いる場合、該硬化性樹脂として特に好適に使用することができる。
≪市販品≫
透明樹脂の市販品としては、以下の市販品等を挙げることができる。環状(ポリ)オレフィン系樹脂の市販品としては、JSR(株)製アートン、日本ゼオン(株)製ゼオノア、三井化学(株)製APEL、ポリプラスチックス(株)製TOPASなどを挙げることができる。ポリエーテルサルホン系樹脂の市販品としては、住友化学(株)製スミカエクセルPESなどを挙げることができる。ポリイミド系樹脂の市販品としては、三菱ガス化学(株)製ネオプリムLなどを挙げることができる。ポリカーボネート系樹脂の市販品としては、帝人(株)製ピュアエースなどを挙げることができる。フルオレンポリカーボネート系樹脂の市販品としては、三菱ガス化学(株)製ユピゼータEP−5000などを挙げることができる。フルオレンポリエステル系樹脂の市販品としては、大阪ガスケミカル(株)製OKP4HTなどを挙げることができる。アクリル系樹脂の市販品としては、(株)日本触媒製アクリビュアなどを挙げることができる。シルセスキオキサン系紫外線硬化型樹脂の市販品としては、新日鐵化学(株)製シルプラスなどを挙げることができる。
<その他成分>
基材は、本発明の効果を損なわない範囲において、さらに近赤外吸収色素、酸化防止剤、近紫外線吸収剤、蛍光消光剤、金属錯体系化合物等の添加剤を含有してもよい。これらその他成分は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
近赤外吸収色素としては、溶剤可溶型の化合物であることが好ましく、スクアリリウム系化合物、フタロシアニン系化合物、シアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、ピロロピロール系化合物、クロコニウム系化合物、ヘキサフィリン系化合物、金属ジチオラート系化合物、ペリレン系化合物、ジイモニウム系色素、および環拡張BODIPY(ボロンジピロメテン)系化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であることがより好ましく、スクアリリウム系化合物を含むことが特に好ましい。近赤外吸収色素の吸収極大波長は、好ましくは600〜1200nmであり、さらに好ましくは650〜1150nm、特に好ましくは680〜1100nmである。このような近赤外吸収色素を用いると、良好な可視光透過率と近赤外吸収特性を両立できる傾向にあり、環境光センサー用光学フィルター用途で好適に使用することができる。
近紫外線吸収剤としては、例えばアゾメチン系化合物、インドール系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物などが挙げられる。
酸化防止剤としては、例えば2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、2,2'−ジオキシ−3,3'−ジ−t−ブチル−5,5'−ジメチルジフェニルメタン、およびテトラキス[メチレン−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、トリス(2,6−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイトなどが挙げられる。
なお、これら添加剤は、基材を製造する際に、樹脂などとともに混合してもよいし、樹脂を合成する際に添加してもよい。また、添加量は、所望の特性に応じて適宜選択されるものであるが、樹脂100重量部に対して、通常0.01〜5.0重量部、好ましくは0.05〜2.0重量部である。
<基材の製造方法>
基材が、透明樹脂製基板を含む基材である場合、該透明樹脂製基板は、例えば、溶融成形またはキャスト成形により形成することができ、さらに、必要により、成形後に、反射防止剤、ハードコート剤および/または帯電防止剤等のコーティング剤をコーティングすることで、オーバーコート層が積層された基材を製造することができる。
基材が、ガラス支持体やベースとなる樹脂製支持体上に近赤外線吸収微粒子を含有する硬化性樹脂等からなるオーバーコート層などの透明樹脂層が積層された基材である場合、例えば、ガラス支持体やベースとなる樹脂製支持体に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂溶液を溶融成形またはキャスト成形することで、好ましくはスピンコート、スリットコート、インクジェットなどの方法にて塗工した後に溶媒を乾燥除去し、必要に応じてさらに光照射や加熱を行うことで、ガラス支持体やベースとなる樹脂製支持体上に透明樹脂層が形成された基材を製造することができる。
≪溶融成形≫
溶融成形としては、具体的には、樹脂と近赤外線吸収微粒子とを溶融混練りして得られたペレットを溶融成形する方法、樹脂と近赤外線吸収微粒子とを含有する樹脂組成物を溶融成形する方法、または、近赤外線吸収微粒子、樹脂および溶剤を含む樹脂組成物から溶剤を除去して得られたペレットを溶融成形する方法などが挙げられる。溶融成形方法としては、射出成形、溶融押出成形またはブロー成形などを挙げることができる。
≪キャスト成形≫
キャスト成形としては、近赤外線吸収微粒子、樹脂および溶剤を含む樹脂組成物を適当な支持体の上にキャスティングして溶剤を除去する方法、または近赤外線吸収微粒子、光硬化性樹脂及び/又は熱硬化性樹脂とを含む硬化性組成物を適当な支持体の上にキャスティングして溶媒を除去した後、紫外線照射や加熱などの適切な手法により硬化させる方法などにより製造することもできる。
基材が、近赤外線吸収微粒子を含有する透明樹脂製基板からなる基材である場合には、該基材は、キャスト成形後、成形用支持体から塗膜を剥離することにより得ることができ、また、前記基材が、ガラス支持体やベースとなる樹脂製支持体等の支持体などの上に近赤外線吸収微粒子を含有する硬化性樹脂等からなるオーバーコート層などの透明樹脂層が積層された基材である場合には、該基材は、キャスト成形後、塗膜を剥離しないことで得ることができる。
[誘電体多層膜]
誘電体多層膜としては、高屈折率材料層と低屈折率材料層とを交互に積層したものが挙げられる。高屈折率材料層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、屈折率が通常は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、硫化亜鉛または酸化インジウム等を主成分とし、酸化チタン、酸化錫および/または酸化セリウム等を少量(例えば、主成分に対して0〜10重量%)含有させたものが挙げられる。
低屈折率材料層を構成する材料としては、屈折率が1.6以下の材料を用いることができ、屈折率が通常は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および六フッ化アルミニウムナトリウムが挙げられる。
高屈折率材料層と低屈折率材料層とを積層する方法については、これらの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。例えば、基材上に、直接、CVD法、スパッタ法、真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法またはイオンプレーティング法等により、高屈折率材料層と低屈折率材料層とを交互に積層した誘電体多層膜を形成することができる。
高屈折率材料層および低屈折率材料層の各層の厚さは、通常、遮断しようとする近赤外線波長をλ(nm)とすると、0.1λ〜0.5λの厚さが好ましい。λ(nm)の値としては、例えば700〜1400nm、好ましくは750〜1300nmである。厚さがこの範囲であると、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、高屈折率材料層および低屈折率材料層の各層の厚さとがほぼ同じ値となって、反射・屈折の光学的特性の関係から、特定波長の遮断・透過を容易にコントロールできる傾向にある。
誘電体多層膜における高屈折率材料層と低屈折率材料層との合計の積層数は、光学フィルター全体として16〜70層であることが好ましく、20〜60層であることがより好ましい。各層の厚み、光学フィルター全体としての誘電体多層膜の厚みや合計の積層数が前記範囲にあると、十分な製造マージンを確保できる上に、光学フィルターの反りや誘電体多層膜のクラックを低減することができる。
本発明の一実施形態において、近赤外線吸収微粒子の吸収特性に合わせて高屈折率材料層および低屈折率材料層を構成する材料種、高屈折率材料層および低屈折率材料層の各層の厚さ、積層の順番、積層数を適切に選択することで、可視域に十分な透過率を確保した上で近赤外波長域に十分な光線カット特性を有し、且つ、斜め方向から近赤外線が入射した際の反射率を低減することができる。
ここで、条件を最適化するには、例えば、光学薄膜設計ソフト(例えば、EssentialMacleod、ThinFilmCenter社製)を用い、光学フィルター(又は基材)の垂直方向から測定した場合、垂直方向から30度の角度から測定した場合、垂直方向から60度の角度から測定した場合のいずれにおいても可視光透過率と近赤外域の光線カット効果を両立できるようにパラメーターを設定すればよい。特に、環境光センサー用光学フィルターとして好適に使用するためには、各入射角度において可視光透過率や近赤外カット性能の変化が小さいことが重要であり、このような特性を達成するためには誘電体多層膜の設計を行う際、波長領域によって光学特性を最適化する入射角度を変化させることが好ましい(例えば、波長400〜750nmの透過率は入射角度30度で光学特性を最適化、800〜1200nmの透過率は入射角度0度で光学特性を最適化など)。上記ソフトの場合、例えば基材の片面のみに形成される誘電体多層膜の設計にあたっては、波長400〜750nmの垂直方向から30度の角度から測定した場合の目標透過率を100%、TargetToleranceの値を1、波長755〜790nmの垂直方向から測定した場合の目標透過率を100%、TargetToleranceの値を0.8、波長800〜1000nmの垂直方向から30度の角度から測定した場合の目標透過率を0%、TargetToleranceの値を0.5、波長1005〜1300nmの垂直方向から0度の角度から測定した場合の目標透過率を0%、TargetToleranceの値を0.7とするなどのパラメーター設定方法が挙げられる。これらのパラメーターは基材(i)の各種特性などに合わせて波長範囲をさらに細かく区切って設計を最適化する光線入射角度やTargetToleranceの値を変えることもできる。特に、波長400〜700nmの領域における少なくとも一部の波長領域を斜め方向からの光線に対して設計を最適化すると、入射角度60度など入射角が非常に大きい場合もリップルなどによる可視透過率の低下を低減できるため好ましい。
[その他の機能膜]
本発明の一実施形態に係る光学フィルターは、本発明の効果を損なわない範囲において、基材と誘電体多層膜との間、基材の誘電体多層膜が設けられた面と反対側の面、または誘電体多層膜の基材が設けられた面と反対側の面に、基材や誘電体多層膜の表面硬度の向上、耐薬品性の向上、帯電防止および傷消しなどの目的で、反射防止膜、ハードコート膜や帯電防止膜などの機能膜を適宜設けることができる。
本発明の一実施形態に係る光学フィルターは、前述の機能膜からなる層を1層含んでもよく、2層以上含んでもよい。本発明の一実施形態に係る光学フィルターがこのような機能膜からなる層を2層以上含む場合には、同様の層を2層以上含んでもよいし、異なる層を2層以上含んでもよい。
このような機能膜を積層する方法としては、特に制限されないが、反射防止剤、ハードコート剤および/または帯電防止剤等のコーティング剤などを基材または誘電体多層膜に、前記と同様に溶融成形またはキャスト成形する方法等を挙げることができる。
また、コーティング剤などを含む硬化性組成物をバーコーター等で基材または誘電体多層膜上に塗布した後、紫外線照射等により硬化することによっても製造することができる。
コーティング剤としては、紫外線(UV)/電子線(EB)硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などが挙げられ、具体的には、ビニル化合物類や、ウレタン系、ウレタンアクリレート系、アクリレート系、エポキシ系およびエポキシアクリレート系樹脂などが挙げられる。これらのコーティング剤を含む硬化性組成物としては、ビニル系、ウレタン系、ウレタンアクリレート系、アクリレート系、エポキシ系およびエポキシアクリレート系硬化性組成物などが挙げられる。
また、硬化性組成物は、重合開始剤を含んでいてもよい。重合開始剤としては、公知の光重合開始剤または熱重合開始剤を用いることができ、光重合開始剤と熱重合開始剤を併用してもよい。重合開始剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
硬化性組成物中、重合開始剤の配合割合は、硬化性組成物の全量を100重量%とした場合、好ましくは0.1〜10重量%、より好ましくは0.5〜10重量%、さらに好ましくは1〜5重量%である。重合開始剤の配合割合が前記範囲にあると、硬化性組成物の硬化特性および取り扱い性が優れ、所望の硬度を有する反射防止膜、ハードコート膜や帯電防止膜などの機能膜を得ることができる。
さらに、硬化性組成物には溶剤として有機溶剤を加えてもよく、有機溶剤としては、公知のものを使用することができる。有機溶剤の具体例としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、オクタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエステル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類を挙げることができる。これら溶剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
機能膜の厚さは、好ましくは0.1〜20μm、さらに好ましくは0.5〜10μm、特に好ましくは0.7〜5μmである。
また、基材と機能膜および/または誘電体多層膜との密着性や、機能膜と誘電体多層膜との密着性を上げる目的で、基材、機能膜または誘電体多層膜の表面にコロナ処理やプラズマ処理等の表面処理をしてもよい。
[光学フィルターの用途]
本発明の一実施形態に係る光学フィルターは、入射角度が大きい場合においても優れた可視透過率と近赤外線カット能を有する。したがって、照度センサーや色補正用センサーなどの各種環境光センサー用として有用である。特に、デジタルスチルカメラ、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話、ウェアラブルデバイス、自動車、テレビ、ゲーム機等に搭載される環境光センサー用として有用である。さらに、自動車や建物等の窓用ガラス板等に装着される熱線カットフィルターなどとしても有用である。
[環境光センサー]
本発明の一実施形態に係る光学フィルターと、光電変換素子を組み合わせて環境光センサーとして用いることができる。ここで、環境光センサーとは、照度センサーや色補正用センサーなど周囲の明るさや色調(夕方の時間帯で赤色が強いなど)を感知可能なセンサーであり、例えば、環境光センサーで感知した情報により機器に搭載されているディスプレイの照度や色合いを制御することが可能である。
図3は、周囲の明るさを検知する環境光センサー200aの一例を示す。環境光センサー200aは、光学フィルター100及び光電変換素子202を備える。光電変換素子202は、受光部に光が入射すると光起電力効果により電流や電圧を発生する。光学フィルター100は光電変換素子202の受光面側に設けられている。光学フィルター100により、光電変換素子202の受光面に入射する光は可視光帯域の光となり、近赤外線帯域(800nm〜2500nm)の光は遮断される。環境光センサー200aは可視光に感応して信号を出力する。
なお、環境光センサー200aにおいて、光学フィルター100と光電変換素子202との間には他の透光性の層が介在していてもよい。例えば、光学フィルター100と光電変換素子202との間には、封止材として透光性を有する樹脂層が設けられていてもよい。
光電変換素子202は、第1電極206、光電変換層208、第2電極210を有している。また、受光面側にはパッシベーション膜216が設けられている。光電変換層208は光電効果を発現する半導体で形成される。例えば、光電変換層208は、シリコン半導体を用いて形成される。光電変換層208はダイオード型の素子であり、内蔵電界により光起電力を発現する。なお、光電変換素子202は、ダイオード型の素子に限定されず、光導電型の素子(フォトレジスタ、光依存性抵抗、光導電体、フォトセルとも呼ばれる)、またはフォトトランジスタ型の素子であってもよい。
光電変換層208はシリコン半導体以外に、ゲルマニウム半導体、シリコン・ゲルマニウム半導体を用いてもよい。また、光電変換層208として、GaP、GaAsP、CdS、CdTe、CuInSe2などの化合物半導体材料を用いてもよい。半導体材料によって形成される光電変換素子202は、可視光線帯域から近赤外線帯域の光に対して感度を有する。例えば、光電変換層208がシリコン半導体で形成される場合、シリコン半導体のバンドギャップエネルギーは1.12eVであるので、原理的には近赤外光である波長700〜1100nmの光を吸収し得る。しかし、光学フィルター100を備えることで環境光センサー200aは近赤外光には感応せず、可視光域の光に対して感度を有する。なお、光電変換素子202は、光学フィルター100を透過した光が選択的に照射されるように、遮光性の筐体204で囲まれていることが好ましい。環境光センサー200aは、光学フィルター100を備えることで、近赤外光を遮断して、周囲光を検知することができる。それにより環境光センサー200aが、近赤外光に感応して誤動作するといった不具合を解消することができる。
図4は、周囲の明るさに加え色調を検知する環境光センサー200bの一例を示す。環境光センサー200bは、光学フィルター100、光電変換素子202a〜202c、カラーフィルタ212a〜212cを含んで構成されている。光電変換素子202aの受光面上には赤色光帯域の光を透過するカラーフィルタ212aが設けられ、光電変換素子202bの受光面上には緑色光帯域の光を透過するカラーフィルタ212bが設けられ、光電変換素子202cの受光面上には青色光帯域の光を透過するカラーフィルタ212cが設けられている。光電変換素子202a〜202cは、素子分離絶縁層214で絶縁されていることを除き、図3で示すものと同様の構成を備えている。この構成により、光電変換素子202a〜202cは独立して照度を検知することが可能となっている。なお、カラーフィルタ212a〜212cと光電変換素子202a〜202cとの間にはパッシベーション膜216が設けられていてもよい。
光電変換素子202a〜202cは、可視光線波長領域から近赤外線波長領域の広い範囲にわたって感度を有する。そのため、光学フィルター100に加え、光電変換素子202a〜202cに対応してカラーフィルタ212a〜212cを設けることで、環境光センサー200bは、近赤外光を遮断して、センサーの誤動作を防止しつつ、各色に対応した光を検知することができる。環境光センサー200bは、近赤外域の光を遮断する光学フィルター100とカラーフィルタ212a〜212cとを備えることにより、周囲光を複数の波長帯域の光に分光して検知することができるだけでなく、従来のカラーセンサでは近赤外線の影響を受けて正確に検知ができなくなっていた暗い環境下でも適用可能となる。
[電子機器]
図5(A)〜(C)は、本発明の一実施形態に係る環境光センサー200を有する電子機器300の一例を示す。なお、図5(A)は正面図、図5(B)は上面図、図5(C)は、図5(B)において点線で囲む領域Dの構成を例示する詳細図を示す。電子機器300は、筐体302、表示パネル304、マイクロホン部306、スピーカ部308、環境光センサー200を含む。表示パネル304はタッチパネルが採用され、表示機能に加え入力機能を兼ね備えている。
環境光センサー200は、筐体302に設けられる表面パネル310背面に設けられている。すなわち、環境光センサー200は電子機器300の外観に表れず、透光性の表面パネル310を通して光が入射する。表面パネル310は、光学フィルター100により近赤外線域の光を遮断され、可視光域の光が光電変換素子202へ入射する。電子機器300は環境光センサー200により、表示パネル304の照度や色合いを制御することができる。
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。なお、「部」は、特に断りのない限り「重量部」を意味する。また、各物性値の測定方法および物性の評価方法は以下のとおりである。
<分子量>
樹脂の分子量は、各樹脂の溶剤への溶解性等を考慮し、下記の(a)または(b)の方法にて測定を行った。
(a)ウオターズ(WATERS)社製のゲルパーミエ−ションクロマトグラフィー(GPC)装置(150C型、カラム:東ソー社製Hタイプカラム、展開溶剤:o−ジクロロベンゼン)を用い、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)を測定した。
(b)東ソー社製GPC装置(HLC−8220型、カラム:TSKgelα‐M、展開溶剤:THF)を用い、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)を測定した。
なお、後述する樹脂合成例3で合成した樹脂については、上記方法による分子量の測定ではなく、下記方法(c)による対数粘度の測定を行った。
(c)ポリイミド樹脂溶液の一部を無水メタノールに投入してポリイミド樹脂を析出させ、ろ過して未反応単量体から分離した。80℃で12時間真空乾燥して得られたポリイミド0.1gをN−メチル−2−ピロリドン20mLに溶解し、キャノン−フェンスケ粘度計を使用して30℃における対数粘度(μ)を下記式により求めた。
μ={ln(ts/t0)}/C
0:溶媒の流下時間
s:希薄高分子溶液の流下時間
C:0.5g/dL
<ガラス転移温度(Tg)>
エスアイアイ・ナノテクノロジーズ株式会社製の示差走査熱量計(DSC6200)を用いて、昇温速度:毎分20℃、窒素気流下で測定した。
<分光透過率>
光学フィルターの各波長域における透過率は、株式会社日立ハイテクノロジーズ製の分光光度計(U−4100)を用いて測定した。
ここで、光学フィルターの垂直方向から測定した場合の透過率では、図6(A)のように光学フィルター2に対して垂直に透過した光1を分光光度計3で測定し、光学フィルターの垂直方向に対して30度の角度から測定した場合の透過率では、図6(B)のように光学フィルター2の垂直方向に対して30度の角度で透過した光1’を分光光度計3で測定し、光学フィルターの垂直方向に対して60度の角度から測定した場合の透過率では、図6(C)のように光学フィルター2の垂直方向に対して60度の角度で透過した光1’’を分光光度計3で測定した。
[合成例]
下記実施例で用いた近赤外吸収色素は、一般的に知られている方法で合成した。一般的合成方法としては、例えば、特許第3366697号公報、特許第2846091号公報、特許第2864475号公報、特許第3703869号公報、特開昭60−228448号公報、特開平1−146846号公報、特開平1−228960号公報、特許第4081149号公報、特開昭63−124054号公報、「フタロシアニン−化学と機能―」(アイピーシー、1997年)、特開2007−169315号公報、特開2009−108267号公報、特開2010−241873号公報、特許第3699464号公報、特許第4740631号公報などに記載されている方法を挙げることができる。
<樹脂合成例1>
下記式(8)で表される8−メチル−8−メトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−3−エン(以下「DNM」ともいう。)100部、1−ヘキセン(分子量調節剤)18部およびトルエン(開環重合反応用溶媒)300部を、窒素置換した反応容器に仕込み、この溶液を80℃に加熱した。次いで、反応容器内の溶液に、重合触媒として、トリエチルアルミニウムのトルエン溶液(0.6mol/リットル)0.2部と、メタノール変性の六塩化タングステンのトルエン溶液(濃度0.025mol/リットル)0.9部とを添加し、この溶液を80℃で3時間加熱攪拌することにより開環重合反応させて開環重合体溶液を得た。この重合反応における重合転化率は97%であった。
Figure 0006380624
このようにして得られた開環重合体溶液1,000部をオートクレーブに仕込み、この開環重合体溶液に、RuHCl(CO)[P(C6533を0.12部添加し、水素ガス圧100kg/cm2、反応温度165℃の条件下で、3時間加熱撹拌して水素添加反応を行った。得られた反応溶液(水素添加重合体溶液)を冷却した後、水素ガスを放圧した。この反応溶液を大量のメタノール中に注いで凝固物を分離回収し、これを乾燥して、水素添加重合体(以下「樹脂A」ともいう。)を得た。得られた樹脂Aは、数平均分子量(Mn)が32,000、重量平均分子量(Mw)が137,000であり、ガラス転移温度(Tg)が165℃であった。
<樹脂合成例2>
3Lの4つ口フラスコに2,6−ジフルオロベンゾニトリル35.12g(0.253mol)、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン87.60g(0.250mol)、炭酸カリウム41.46g(0.300mol)、N,N−ジメチルアセトアミド(以下「DMAc」ともいう。)443gおよびトルエン111gを添加した。続いて、4つ口フラスコに温度計、撹拌機、窒素導入管付き三方コック、ディーンスターク管および冷却管を取り付けた。次いで、フラスコ内を窒素置換した後、得られた溶液を140℃で3時間反応させ、生成する水をディーンスターク管から随時取り除いた。水の生成が認められなくなったところで、徐々に温度を160℃まで上昇させ、そのままの温度で6時間反応させた。室温(25℃)まで冷却後、生成した塩をろ紙で除去し、ろ液をメタノールに投じて再沈殿させ、ろ別によりろ物(残渣)を単離した。得られたろ物を60℃で一晩真空乾燥し、白色粉末(以下「樹脂B」ともいう。)を得た(収率95%)。得られた樹脂Bは、数平均分子量(Mn)が75,000、重量平均分子量(Mw)が188,000であり、ガラス転移温度(Tg)が285℃であった。
<樹脂合成例3>
温度計、撹拌器、窒素導入管、側管付き滴下ロート、ディーンスターク管および冷却管を備えた500mLの5つ口フラスコに、窒素気流下、1,4−ビス(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン27.66g(0.08モル)および4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル7.38g(0.02モル)を入れて、γ―ブチロラクトン68.65g及びN,N−ジメチルアセトアミド17.16gに溶解させた。得られた溶液を、氷水バスを用いて5℃に冷却し、同温に保ちながら1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物22.62g(0.1モル)およびイミド化触媒としてトリエチルアミン0.50g(0.005モル)を一括添加した。添加終了後、180℃に昇温し、随時留出液を留去させながら、6時間還流させた。反応終了後、内温が100℃になるまで空冷した後、N,N−ジメチルアセトアミド143.6gを加えて希釈し、攪拌しながら冷却し、固形分濃度20重量%のポリイミド樹脂溶液264.16gを得た。このポリイミド樹脂溶液の一部を1Lのメタノール中に注ぎいれてポリイミドを沈殿させた。濾別したポリイミドをメタノールで洗浄した後、100℃の真空乾燥機中で24時間乾燥させて白色粉末(以下「樹脂C」ともいう。)を得た。得られた樹脂CのIRスペクトルを測定したところ、イミド基に特有の1704cm-1、1770cm-1の吸収が見られた。樹脂Cはガラス転移温度(Tg)が310℃であり、対数粘度を測定したところ、0.87であった。
<近赤外線吸収微粒子製造例1>
メタタングステン酸アンモニウム水溶液(WO3換算で50wt%)と塩化セシウムの水溶液とを、WとCsとのモル比が1対0.33となるように所定量秤量し、両液を混合し混合溶液を得た。この混合溶液を130℃で乾燥し、粉末状の出発原料とした。この出発原料を、還元雰囲気(アルゴン/水素=95/5体積比)中において550℃で1時間加熱した。そして、一度室温に戻した後800℃アルゴン雰囲気中で1時間加熱することで、Cs0.33WO3の粉末を得た。
Cs0.33WO3の粉末20重量部、トルエン75重量部、ポリアクリレート系分散剤5重量部を混合し、分散処理を行うことで、平均分散粒子直径が80nmであるCs0.33WO3粒子(以下「近赤外線吸収微粒子(P−1)」ともいう。)の分散液Aを得た。
<近赤外線吸収微粒子製造例2>
52質量%リン酸水素二カリウム水溶液500gに、撹拌下、5質量%硫酸銅・五水和物水溶液500gを加え、5時間以上室温にて撹拌し、水色溶液(PO4 3-/Cu2+(モル比)=15)を得た。
得られた水色溶液から生成物を吸引濾過によって分離し、水およびアセトンで洗浄し、水色の生成物を得た。生成物をるつぼに移し、100℃で4時間真空乾燥した後、ワンダーブレンダー(大阪ケミカル社製、以下同じ)を用いて、30秒間の乾式粉砕を2回行った。
粉末状態の生成物をるつぼに移し、大気下、600℃で8時間焼成し、黄緑色の焼成物を得た。焼成物について、ワンダーブレンダーを用いて、30秒間の乾式粉砕を2回行った。得られた黄緑色の焼成物は15.4gであり、硫酸銅・五水和物のモル数を基準とした場合の収率は78%であった。
焼成物についてX線回折を測定した。X線回折の結果から、KCuPO4の結晶構造を確認でき、焼成物は、実質的にKCuPO4の結晶子からなる粒子であることが同定された。
上記焼成物を水に分散させ、固形分濃度10質量%の分散液とし、超音波ホモジナイザで処理した後、湿式微粒子化装置(スギノマシン社製、スターバーストミニ)を用いて湿式粉砕を行った。分散液がオリフィス径を通過する回数を湿式粉砕処理回数とする。本例においては、湿式粉砕処理回数を20回とした。
湿式粉砕後の分散液から解砕物を遠心分離し、るつぼに移して150℃で乾燥し、黄緑色の解砕物を得た。解砕物についてワンダーブレンダーを用いて30秒間の乾式粉砕を2回行い、KCuPO4の結晶子からなる平均粒子直径が89nmである近赤外線吸収粒子(P−2)を得た。
[実施例1]
実施例1では、両面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する透明樹脂製基板からなる基材を有する光学フィルターを以下の手順および条件で作成した。
容器に、樹脂合成例1で得られた樹脂A100重量部および塩化メチレンを加えて樹脂濃度が20重量%の溶液を調製した。得られた溶液を平滑なガラス板上にキャストし、20℃で8時間乾燥した後、ガラス板から剥離した。剥離した塗膜をさらに減圧下100℃で8時間乾燥して、厚さ0.100mm、縦60mm、横60mmの透明樹脂製基板を得た。
得られた透明樹脂製基板の片面に、下記組成の近赤外線吸収微粒子を含む樹脂組成物(1)をバーコーターで塗布し、オーブン中70℃で2分間加熱し、溶剤を揮発除去した。この際、乾燥後の厚みが2μmとなるように、バーコーターの塗布条件を調整した。次に、コンベア式露光機を用いて露光(露光量500mJ/cm2,200mW)を行い、樹脂組成物(1)を硬化させ、透明樹脂製基板上に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を形成した。同様に、透明樹脂製基板のもう一方の面にも樹脂組成物(1)からなる近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を形成し、透明樹脂製基板の両面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する基材を得た。この基材の分光透過率を測定した。結果を図7および表7に示す。
近赤外線吸収微粒子を含む樹脂組成物(1):トリシクロデカンジメタノールアクリレート60重量部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート40重量部、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン5重量部、近赤外線吸収微粒子分散液(住友金属鉱山(株)製YMF−02A、第2の微粒子の市販分散液)117重量部(固形分換算で約33重量部)、メチルエチルケトン(溶剤、固形分濃度(TSC):30%)
続いて、得られた基材の片面に誘電体多層膜(I)を形成し、さらに基材のもう一方の面に誘電体多層膜(II)を形成し、厚さ約0.109mmの光学フィルターを得た。
誘電体多層膜(I)は、蒸着温度100℃でシリカ(SiO2)層とチタニア(TiO2)層とが交互に積層されてなる(合計20層)。誘電体多層膜(II)は、蒸着温度100℃でシリカ(SiO2)層とチタニア(TiO2)層とが交互に積層されてなる(合計18層)。誘電体多層膜(I)および(II)のいずれにおいても、シリカ層およびチタニア層は、基材側からチタニア層、シリカ層、チタニア層、・・・シリカ層、チタニア層、シリカ層の順で交互に積層されており、光学フィルターの最外層をシリカ層とした。この光学フィルターの垂直方向から測定した場合、垂直方向から30度の角度から測定した場合、垂直方向から60度の角度から測定した場合の分光透過率を測定し、各波長領域における光学特性を評価した。結果を図8および表7に示す。
誘電体多層膜(I)および(II)の設計は、以下のようにして行った。各層の厚さと層数については、可視域の反射防止効果と近赤外域の選択的な透過・反射性能を達成できるよう基材屈折率の波長依存特性や、適用した近赤外線吸収微粒子の吸収特性に合わせて光学薄膜設計ソフト(EssentialMacleod、ThinFilmCenter社製)を用いて最適化を行った。最適化を行う際、本実施例においてはソフトへの入力パラメーター(Target値)を下記表1の通りとした。
Figure 0006380624
膜構成最適化の結果、実施例1では、誘電体多層膜(I)は、膜厚33〜176nmのシリカ層と膜厚10〜99nmのチタニア層とが交互に積層されてなる、積層数20の多層蒸着膜となり、誘電体多層膜(II)は、膜厚42〜213nmのシリカ層と膜厚13〜122nmのチタニア層とが交互に積層されてなる、積層数18の多層蒸着膜となった。最適化を行った膜構成の一例を表2に示す。
Figure 0006380624
図8および表7で示すように、実施例1で得られた光学フィルターは、入射角度60度といった斜め方向の光に対しても良好な可視光透過率と近赤外光カット特性を有することが確認された。
[実施例2〜4]
実施例2〜4では、樹脂、溶媒、樹脂製基板の乾燥条件、近赤外線吸収微粒子を含む樹脂組成物を表3に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、両面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する透明樹脂製基板からなる基材および光学フィルターを作成した。得られた基材および光学フィルターの光学特性を表7に示す。
近赤外線吸収微粒子を含む樹脂組成物(2):トリシクロデカンジメタノールアクリレート60重量部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート40重量部、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン5重量部、近赤外線吸収微粒子製造例1で得られた近赤外線吸収微粒子(P−1)の分散液A120重量部(固形分換算で約30重量部)、メチルエチルケトン(溶剤、固形分濃度(TSC):30%)
[実施例5]
実施例5では、片面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する透明ガラス基板からなる基材を有する光学フィルターを以下の手順および条件で作成した。
縦60mm、横60mmの大きさにカットした日本電気硝子社製透明ガラス基板「OA−10G(厚み100μm)」(以下「ガラス基板(1)」ともいう)上に前記樹脂組成物(1)をスピンコーターで塗布し、ホットプレート上80℃で2分間加熱し溶剤を揮発除去した。この際、乾燥後の厚みが4μmとなるように、スピンコーターの塗布条件を調整した。次に、コンベア式露光機を用いて露光(露光量500mJ/cm2,200mW)を行い、樹脂組成物(1)を硬化させ、近赤外線吸収微粒子を含む透明樹脂層を有する透明ガラス基板からなる基材を得た。この基材の分光透過率を測定し、各波長領域における光学特性を評価した。結果を表3に示す。
続いて、実施例1と同様に、得られた基材の片面に第一光学層としてシリカ(SiO2)層とチタニア(TiO2)層とが交互に積層されてなる(合計20層)誘電体多層膜(III)を形成し、さらに基材のもう一方の面に第二光学層としてシリカ(SiO2)層とチタニア(TiO2)層とが交互に積層されてなる(合計18層)誘電体多層膜(IV)を形成し、厚さ約0.109mmの光学フィルターを得た。誘電体多層膜の設計は、実施例1と同様に近赤外線吸収微粒子の特性や基材屈折率の波長依存性等を考慮した上で、実施例1と同じ設計パラメーターを用いて行った。この光学フィルターの分光透過率を測定し、各波長領域における光学特性を評価した。結果を表7に示す。
[実施例6]
実施例6では、片面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する透明樹脂製基板からなる基材を有する光学フィルターを以下の手順および条件で作成した。
実施例1において、樹脂溶液を調製する際に下記式(9)で表される近赤外吸収色素(X−1)を樹脂A100重量部に対して0.02重量部加えた以外は実施例1と同様にして透明樹脂製基板を得た。
Figure 0006380624
得られた透明樹脂製基板の片面に、下記組成の近赤外線吸収微粒子を含む樹脂組成物(3)をバーコーターで塗布し、オーブン中70℃で2分間加熱し、溶剤を揮発除去した。この際、乾燥後の厚みが2μmとなるように、バーコーターの塗布条件を調整した。次に、コンベア式露光機を用いて露光(露光量500mJ/cm2,200mW)を行い、樹脂組成物(3)を硬化させ、透明樹脂製基板上に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を形成し、透明樹脂製基板の片面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する基材を得た。この基材の分光透過率を測定した。結果を表3に示す。
近赤外線吸収微粒子を含む樹脂組成物(3):トリシクロデカンジメタノールアクリレート80重量部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート20重量部、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン5重量部、近赤外線吸収微粒子分散液(住友金属鉱山(株)製YMF−02A、第2の微粒子の市販分散液)234重量部(固形分換算で約66重量部)、メチルエチルケトン(溶剤、固形分濃度(TSC):30%)
続いて、実施例1と同様に、得られた基材の片面に第一光学層としてシリカ(SiO2)層とチタニア(TiO2)層とが交互に積層されてなる(合計20層)誘電体多層膜(V)を形成し、さらに基材のもう一方の面に第二光学層としてシリカ(SiO2)層とチタニア(TiO2)層とが交互に積層されてなる(合計18層)誘電体多層膜(VI)を形成し、厚さ約0.107mmの光学フィルターを得た。誘電体多層膜の設計は、実施例1と同様に近赤外線吸収微粒子の特性や基材屈折率の波長依存性等を考慮した上で、実施例1と同じ設計パラメーターを用いて行った。この光学フィルターの分光透過率を測定し、各波長領域における光学特性を評価した。結果を表7に示す。
[実施例7]
実施例7では、近赤外線吸収微粒子を含む樹脂製基板からなる基材を有する光学フィルターを以下の手順および条件で作成した。
ADELL社製メタクリル系樹脂HV153(以下「樹脂D」ともいう。)100重量部と近赤外線吸収微粒子製造例2で得られた近赤外線吸収粒子(P−2)59重量部を混合し、混合液に直径0.5mmのジルコニアビーズを加え、ボールミルを用いて粉砕して近赤外線吸収粒子(P−2)の分散液を得た。得られた分散液を厚さ0.7mmのソーダガラス基板上にスピンコーターを用いて塗布し、120℃で2分間加熱してガラス基板に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を形成した。この際、乾燥後の厚みが100μmとなるように、スピンコーターの塗布条件を調整した。続いて、近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層をガラス基板から剥離し、近赤外線吸収微粒子を含む樹脂製基板からなる基材を得た。この基材の分光透過率を測定した。結果を表7に示す。
続いて、実施例1と同様に、得られた基材の片面に第一光学層としてシリカ(SiO2)層とチタニア(TiO2)層とが交互に積層されてなる(合計20層)誘電体多層膜(VII)を形成し、さらに基材のもう一方の面に第二光学層としてシリカ(SiO2)層とチタニア(TiO2)層とが交互に積層されてなる(合計18層)誘電体多層膜(VIII)を形成し、厚さ約0.105mmの光学フィルターを得た。誘電体多層膜の設計は、実施例1と同様に近赤外線吸収微粒子の特性や基材屈折率の波長依存性等を考慮した上で、実施例1と同じ設計パラメーターを用いて行った。この光学フィルターの分光透過率を測定し、各波長領域における光学特性を評価した。結果を表7に示す。
[実施例8]
実施例8では、片面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する近赤外吸収ガラス基板からなる基材を有する光学フィルターを以下の手順および条件で作成した。
実施例5において、ガラス基板(1)に代えて縦60mm、横60mmの大きさにカットした松浪硝子工業社製近赤外吸収ガラス基板BS−6(厚み210μm)(以下「ガラス基板(2)」ともいう)を使用した以外は実施例5と同様にして、片面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する近赤外吸収ガラス基板からなる基材および光学フィルターを作成した。得られた基材および光学フィルターの光学特性を表7に示す。
[比較例1]
実施例1において、透明樹脂基板上に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を形成しなかった以外は実施例1と同様にして基材および光学フィルターを作成した。得られた光学フィルターの光学特性を図9および表7に示す。比較例1で得られた光学フィルターは、比較的良好な可視光透過率を示すものの、入射角度60度の条件では近赤外光カット特性に劣ることが確認された。
[比較例2]
実施例1と同様の手順で、両面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する透明樹脂製基板からなる基材を作成し、当該基材をそのまま光学フィルターとして分光特性の評価を行った。結果を表7に示す。比較例2で得られた光学フィルターは、近赤外光カット特性に劣ることが確認された。
[比較例3]
基材としてガラス基板(1)を用いたこと以外は、実施例1と同様に光学フィルターを作成した。基材および得られた光学フィルターの光学特性を表7に示す。比較例3で得られた光学フィルターは、比較的良好な可視光透過率を示すものの、入射角度60度の条件では近赤外光カット特性に劣ることが確認された。
[比較例4]
実施例6において、透明樹脂基板上に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を形成しなかった以外は実施例6と同様にして基材および光学フィルターを作成した。得られた光学フィルターの光学特性を表7に示す。比較例4で得られた光学フィルターは、比較的良好な可視光透過率を示すものの、入射角度60度の条件では近赤外光カット特性に劣ることが確認された。
[比較例5]
実施例1と同様の手順で、両面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する透明樹脂製基板からなる基材を作成した。続いて、得られた基材の片面に誘電体多層膜(III)を形成し、さらに基材のもう一方の面に誘電体多層膜(IV)を形成し、厚さ約0.108mmの光学フィルターを得た。
誘電体多層膜(III)および誘電体多層膜(IV)は、光学薄膜設計ソフト(EssentialMacleod、ThinFilmCenter社製)への入力パラメーター(Target値)を下記表3の通りとした以外は実施例1と同様の手順で基材へ製膜した。
Figure 0006380624
膜構成最適化の結果、比較例5では、誘電体多層膜(III)および誘電体多層膜(IV)は、ともに膜厚32〜157nmのシリカ層と膜厚10〜95nmのチタニア層とが交互に積層されてなる、積層数20の多層蒸着膜となった。最適化を行った膜構成の一例を表4に示す。
Figure 0006380624
得られた光学フィルターの光学特性を図10および表7に示す。比較例5で得られた光学フィルターは、入射角度60度の条件では近赤外光カット特性に劣る他、波長580〜620nmの赤色に相当する波長領域における透過率が大幅に低下することが確認された。
[比較例6]
実施例1と同様の手順で、両面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する透明樹脂製基板からなる基材を作成した。続いて、得られた基材の片面に誘電体多層膜(V)を形成し、さらに基材のもう一方の面に誘電体多層膜(VI)を形成し、厚さ約0.110mmの光学フィルターを得た。
誘電体多層膜(V)および誘電体多層膜(VI)は、光学薄膜設計ソフト(EssentialMacleod、ThinFilmCenter社製)への入力パラメーター(Target値)を下記表5の通りとした以外は実施例1と同様の手順で基材へ製膜した。
Figure 0006380624
膜構成最適化の結果、比較例6では、誘電体多層膜(V)は、膜厚149〜194nmのシリカ層と膜厚97〜439nmのチタニア層とが交互に積層されてなる、積層数21の多層蒸着膜となり、誘電体多層膜(VI)は、膜厚41〜596nmのシリカ層と膜厚22〜137nmのチタニア層とが交互に積層されてなる、積層数19の多層蒸着膜となった。最適化を行った膜構成の一例を表6に示す。
Figure 0006380624
得られた光学フィルターの光学特性を図11および表7に示す。比較例6で得られた光学フィルターは、良好な近赤外光カット特性を有するものの、可視光透過率に劣ることが確認された。
実施例および比較例で適用した基材の構成、各種化合物などは下記の通りである。
<基材の形態>
形態(1):両面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する透明樹脂製基板からなる
形態(2):片面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する透明ガラス基板からなる
形態(3):片面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する透明樹脂製基板からなる
形態(4):近赤外線吸収微粒子を含む樹脂製基板からなる基材を有する
形態(5):片面に近赤外線吸収微粒子を含む樹脂層を有する近赤外吸収ガラス基板からなる
形態(6):透明樹脂製基板(比較例)
形態(7):透明ガラス基板(比較例)
<透明樹脂>
樹脂A:環状オレフィン系樹脂(樹脂合成例1)
樹脂B:芳香族ポリエーテル系樹脂(樹脂合成例2)
樹脂C:ポリイミド系樹脂(樹脂合成例3)
樹脂D:ADELL社製メタクリル系樹脂HV153
<ガラス基板>
ガラス基板(1):縦60mm、横60mmの大きさにカットした透明ガラス基板「OA−10G(厚み100μm)」(日本電気硝子(株)製)
ガラス基板(2):縦60mm、横60mmの大きさにカットした近赤外線吸収ガラス基板「BS−6(厚み210μm)」(松浪硝子工業(株)製)
<近赤外線吸収色素>
化合物(X−1):上記の化合物(X−1)(ジクロロメタン中での吸収極大波長776nm)
<溶媒>
溶媒(1):塩化メチレン
溶媒(2):N,N−ジメチルアセトアミド
表7における、実施例および比較例の(透明)樹脂製基板の乾燥条件は以下の通りである。なお、減圧乾燥前に、塗膜をガラス板から剥離した。
<樹脂製基板乾燥条件>
条件(1):20℃/8hrの条件で乾燥後、減圧下100℃/8hrの条件で乾燥
条件(2):60℃/8hrの条件で乾燥後、80℃/8hrの条件で乾燥、さらに減圧下140℃/8hrの条件で乾燥
条件(3):120℃/2minの条件で乾燥
Figure 0006380624
1,1’,1’’・・・光、2・・・光学フィルター、3・・・分光光度計、100・・・光学フィルター、102・・・基材、104・・・誘電体多層膜、106・・・反射防止膜、108・・・近赤外線吸収微粒子を含む透明樹脂製基板、110・・・支持体、112・・・樹脂層、200・・・環境光センサー、202・・・光電変換素子、204・・・筐体、206・・・第1電極、208・・・光電変換層、210・・・第2電極、212・・・カラーフィルタ、214・・・素子分離絶縁層、216・・・パッシベーション膜、300・・・電子機器、302・・・筐体、304・・・表示パネル、306・・・マイクロホン部、308・・・スピーカ部、310・・・表面パネル

Claims (14)

  1. 電子機器の表面パネルと光電変換素子との間に配置され、近赤外吸収微粒子を含む層を有する基材と該基材の少なくとも一方の面に誘電体多層膜を有し、下記(a)及び(b)
    の要件を満たすことを特徴とする光学フィルター。
    (a)波長400〜650nmの範囲において、光学フィルターに対し垂直方向から入射する光、垂直方向から30度斜め方向から入射する光、垂直方向から60度斜め方向から入射する光、のいずれにおいても透過率の平均値が45%以上85%未満。
    (b)波長800〜1200nmの範囲において、光学フィルターに対し垂直方向から入射する光、垂直方向から30度斜め方向から入射する光、垂直方向から60度斜め方向から入射する光、のいずれに対しても光学濃度(OD値)の平均値が1.7以上。
  2. 厚みが210μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光学フィルター。
  3. 前記近赤外線吸収微粒子の粒子直径の平均値が1〜200nmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学フィルター。
  4. 前記近赤外線吸収微粒子が、下記に定義される、第1の微粒子及び第2の微粒子の少なくとも1種であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光学フィルター。
    第1の微粒子:一般式A1/nCuPO4(但し、式中、Aは、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびNH4からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、nは、Aがアルカリ金属またはNH4の場合は1であり、Aがアルカリ土類金属の場合は2である。)で表記される酸化物。
    第2の微粒子:一般式Mxyz(但し、Mは、H、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iから選ばれる一種又は複数種での元素あり、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0)で表記される金属酸化物。
  5. 前記近赤外線吸収微粒子を含む層が透明樹脂の層であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学フィルター。
  6. 前記基材の両面に誘電体多層膜が設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光学フィルター。
  7. さらに、下記(c)の要件を満たすことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光学フィルター。
    (c)波長400〜650nmの範囲において、光学フィルターに対し垂直方向から30度斜め方向から入射する光の透過率の平均値が、光学フィルターに対し垂直方向から入射する光、および垂直方向から60度斜め方向から入射する光の透過率の平均値よりも高い。
  8. さらに、下記(d)乃至(f)の要件を満たすことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光学フィルター。
    (d)波長430〜470nmの範囲において、光学フィルターに対し垂直方向から入射する光、垂直方向から30度斜め方向から入射する光、垂直方向から60度斜め方向から入射する光、のいずれにおいても透過率の平均値が45%以上。
    (e)波長520〜560nmの範囲において、光学フィルターに対し垂直方向から入射する光、垂直方向から30度斜め方向から入射する光、垂直方向から60度斜め方向から入射する光、のいずれにおいても透過率の平均値が60%以上。
    (f)波長580〜620nmの範囲において、光学フィルターに対し垂直方向から入射する光、垂直方向から30度斜め方向から入射する光、垂直方向から60度斜め方向から入射する光、のいずれにおいても透過率の平均値が50%以上。
  9. 前記基材が透明樹脂の基板もしくはガラス基板による支持体を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光学フィルター。
  10. 前記透明樹脂の基板は、近赤外吸収色素を含有することを特徴とする請求項9に記載の光学フィルター。
  11. 前記透明樹脂が、環状(ポリ)オレフィン系樹脂、芳香族ポリエーテル系樹脂、ポリイミド系樹脂、フルオレンポリカーボネート系樹脂、フルオレンポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹脂、ポリパラフェニレン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂、フッ素化芳香族ポリマー系樹脂、(変性)アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、アリルエステル系硬化型樹脂、シルセスキオキサン系紫外線硬化型樹脂、アクリル系紫外線硬化型樹脂およびビニル系紫外線硬化型樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂からなることを特徴とする請求項、9、又は10に記載の光学フィルター。
  12. 環境光センサーに用いられる請求項1乃至11のいずれか一項に記載の光学フィルター。
  13. 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の光学フィルターを具備する環境光センサー。
  14. 請求項13に記載の環境光センサーを有する電子機器。
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