KR20220149707A - 광학 필터, 그 제조 방법 및 광학 모듈 - Google Patents
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Abstract
SCE 방식으로 측정한 L*가 20 이상인 광학 필터이며, 760㎚ 이상 2000㎚ 이하의 파장 범위 내의 적어도 일부의 파장의 광에 대한 직선 투과율이 60% 이상이며, 크세논 아크 램프(파장 300㎚ 이상 400㎚ 이하인 광의 평균 적산 조도가 120W/㎡)의 광을 300시간 조사하는 내광성 시험 전후에 있어서의 분광 측색계를 사용하여 SCE 방식으로 측정한 C*의 변화의 절대값은 6 이하이다.
Description
본 발명은 광학 필터, 그 제조 방법 및 광학 모듈에 관한 것으로서 예를 들면 적외선의 직진 투과율이 높고, 가시광의 확산 반사율이 높은 적외선 필터로서 적합하게 사용되는 광학 필터, 그 제조 방법 및 그와 같은 광학 필터를 디바이스가 갖는 적외선 수광부의 전방면에 구비하는 광학 모듈에 관한 것이다. 상기 디바이스는, 예를 들면 센싱 디바이스 또는 통신 디바이스이다.
적외선을 이용한 센서 기술 또는 통신 기술이 개발·실용화되어 있다. 적외선을 수광하는 소자는 가시광에도 감도를 가지므로 적외선만을 선택적으로 투과시키는 적외선 투과 필터가 사용되어 있다. 적외선의 정의는 기술 분야에 따라 상이하다. 본 명세서에 있어서 「적외선」은 센싱 또는 통신에 사용되는 파장이 760㎚ 이상 2000㎚ 이하의 범위 내의 광(전자파)을 적어도 포함하는 것으로 한다. 또한, 「가시광」은 400㎚ 이상 760㎚ 미만의 범위 내의 광을 말한다.
종래의 적외선 투과 필터는 가시광을 흡수하기 위해서 흑색을 나타내는 것이 주류이며, 그 때문에 의장성이 낮다는 문제가 있었다.
그래서, 예를 들면 특허문헌 1에는 적외선을 투과시키고, 또한 가시광을 반사 및 투과시키는 유전체 다층막과, 새틴 피니시로 가공된 표면을 갖는 적외선 수발광부가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 투명 기재의 표면을 조면화함으로써 형성된 미세한 요철형상에 의한 레일리 산란을 이용해서 가시광을 산란시키고, 백색을 나타나게 함과 아울러, 적외선의 투과율을 12% 이상으로 한 적외선 통신용 광학 물품이 개시되어 있다.
M. Iwata et al. "Bio-Inspired Bright Structurally Colored Colloidal Amorphous Array Enhanced by Controlling Thickness and Black Background", Adv. Mater., 2017, 29, 1605050.
특허문헌 1에 기재된 적외선 수발광부는 유전체 다층막에 의해 반사된 가시광으로만 외관을 채색하는 것이며, 보는 각도에 따라 색이 변화된다. 또한, 유전체 다층막은 고가이다라는 문제도 있다.
특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 유전체 다층막을 이용한 적외선 통신용 필름은 본 발명자의 검토에 의하면 이 필름을 통해 적외선 카메라로 손의 움직임을 촬영하면 손의 윤곽이 희미해져버려 모션 캡처 용도로 사용하는 것은 어려운 것을 알 수 있었다. 이것은 적외선의 직선 투과율이 낮기 때문이라고 생각된다.
한편, 예를 들면 특허문헌 3 및 비특허문헌 1에는 어모퍼스 구조를 갖는 미립자 분산체 또는 콜로이드 어모퍼스 집합체가 각도 의존성이 적은 선명한 구조색(예를 들면, 청)을 발현할 수 있는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는 어모퍼스 구조를 갖는 미립자 분산체는 특정 파장의 광을 반사하는 용도(예를 들면, 색재나 적외선 반사막 등)에 특히 유용하다고 기재되어 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 적외선의 직선 투과율이 높은 적외선 투과 필터를 실현하는 것이 가능하며, 대체로 백색을 나타내고, 내광성이 우수한 광학 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 의하면 이하의 항목에 나타내는 해결 수단이 제공된다.
[항목 1]
SCE 방식으로 측정한 L*가 20 이상인 광학 필터로서,
760㎚ 이상 2000㎚ 이하의 파장 범위 내의 적어도 일부의 파장의 광에 대한 직선 투과율이 60% 이상이며,
크세논 아크 램프(파장 300㎚ 이상 400㎚ 이하인 광의 평균 적산 조도가 120W/㎡)의 광을 300시간 조사하는 내광성 시험 전후에 있어서의 분광 측색계를 사용하여 SCE 방식으로 측정한 C*의 변화의 절대값은 6 이하인 광학 필터.
[항목 2]
분광 측색계를 사용하여 SCE 방식으로 측정한 L*, a*, b*로부터 구해지는 상기 내광성 시험 전후에 있어서의 백색의 색차 ΔE* ab는 8 이하인 항목 1에 기재된 광학 필터.
[항목 3]
파장이 950㎚인 광에 대한 직선 투과율의 상기 내광성 시험 전후에 있어서의 변화는 15% 이하인 항목 1 또는 2에 기재된 광학 필터.
[항목 4]
파장이 950㎚인 광에 대한 직선 투과율이 60% 이상인 항목 1 내지 3 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 5]
파장이 1550㎚인 광에 대한 직선 투과율이 60% 이상인 항목 1 내지 4 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 6]
표준광을 D65 광원으로 했을 때 나타내는 색의 CIE1931 색도도 상의 x, y 좌표는 0.25≤x≤0.40, 0.25≤y≤0.40인 항목 1 내지 5 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 7]
상기 필터의 가시광의 파장 영역의 투과율 곡선은 장파장측으로부터 단파장측에 걸쳐서 직선 투과율이 단조로 감소하는 곡선 부분을 갖고, 상기 곡선 부분은 입사각의 증대에 따라서 장파장측으로 시프트하는 항목 1 내지 6 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 8]
파장이 950㎚인 광에 대한 입사각이 60°일 때의 직선 투과율은 입사각이 0°일 때의 직선 투과율의 80% 이상인 항목 1 내지 7 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 9]
적외선 투과 잉크로 형성된 프린트층을 더 갖는 항목 1 내지 8 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 10]
3차원 형상을 갖는 항목 1 내지 9 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 11]
매트릭스와, 상기 매트릭스 중에 분산된 미립자를 포함하는 항목 1 내지 10 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 12]
상기 미립자는 평균 입경이 80㎚ 이상 300㎚ 이하의 범위 내에 있는 단분산의 제 1 미립자를 포함하는 항목 11에 기재된 광학 필터.
[항목 13]
상기 제 1 미립자의 평균 입경은 150㎚ 이상인 항목 12에 기재된 광학 필터.
[항목 14]
상기 필터의 면 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서의 상기 미립자의 무게 중심간 거리의 평균값이 200㎚ 이상인 항목 11 내지 13 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 15]
상기 필터의 면 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서의 상기 미립자의 무게 중심간 거리의 평균값의 변동계수가 10% 이상인 항목 11 내지 14 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 16]
상기 필터의 면 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서의 상기 미립자의 무게 중심간 거리의 평균값의 변동계수가 45% 이하인 항목 11 내지 15 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 17]
상기 매트릭스는 가교 구조를 갖는 수지를 포함하는 항목 11 내지 16 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 18]
상기 미립자는 적어도 콜로이드 어모퍼스 집합체를 구성하고 있는 항목 11 내지 17 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 19]
상기 미립자의 체적분율은 6% 이상 60% 이하인 항목 11 내지 18 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 20]
파장이 546㎚인 광에 대한 상기 매트릭스의 굴절률을 nM, 상기 미립자의 굴절률을 nP라고 할 때, |nM-nP|가 0.03 이상 0.6 이하인 항목 11 내지 19 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 21]
상기 매트릭스는 수지로 형성되어 있으며, 상기 미립자는 무기 재료로 형성되어 있는 항목 11 내지 20 중 어느 1항에 기재된 광학 필터.
[항목 22]
항목 21에 기재된 광학 필터를 제조하는 방법으로서,
경화성 수지에 상기 미립자를 분산·혼합시킨 경화성 수지 조성물을 준비하는 공정과,
상기 경화성 수지 조성물을 기재의 표면에 부여하는 공정과,
상기 표면에 부여된 상기 경화성 수지 조성물에 포함되는 상기 경화성 수지를 경화시키는 공정을 포함하는 제조 방법.
[항목 23]
상기 부여 공정은 도포법으로 행해지는 항목 22에 기재된 제조 방법.
[항목 24]
상기 부여 공정은 딥 코팅법으로 행해지는 항목 22에 기재된 제조 방법.
[항목 25]
적외선 수광부를 구비한 디바이스와,
상기 디바이스의 상기 적외선 수광부의 전방면에 배치된 항목 1 내지 21 중 어느 1항에 기재된 광학 필터를 갖는 광학 모듈.
[항목 26]
상기 디바이스는 센싱 디바이스, 통신 디바이스, 태양 전지, 히터, 또는 급전 디바이스인 항목 25에 기재된 광학 모듈.
(발명의 효과)
본 발명의 실시형태에 의하면 적외선의 직선 투과율이 높은 적외선 투과 필터를 실현하는 것이 가능하며, 대체로 백색을 나타내고, 내광성이 우수한 광학 필터, 그 제조 방법 및 광학 모듈이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터(10)의 모식적인 단면도이다.
도 2는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다.
도 3은 비교예 1의 광학 필터(20A)의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다.
도 5는 비교예 1의 광학 필터(20A)의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다.
도 6은 모션 캡처 디바이스를 사용하여 취득한 카메라 화상의 예이다.
도 7은 실시예 1의 광학 필터(10A)를 통해 모션 캡처 디바이스를 사용하여 취득한 카메라 화상의 예이다.
도 8은 비교예 1의 광학 필터(20A)를 통해 모션 캡처 디바이스를 사용하여 취득한 카메라 화상의 예이다.
도 9는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 광학상을 나타내는 도면이다.
도 10은 비교예 1의 광학 필터(20A)의 광학상을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터(10)의 광학 특성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 12는 광학 필터의 확산 투과율의 측정 방법을 나타내는 모식도이다.
도 13은 광학 필터의 직선 투과율의 측정 방법을 나타내는 모식도이다.
도 14는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 15는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 확산 투과율 스펙트럼과 확산 반사율 스펙트럼의 차로서 구해진 흡수율 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 16은 비교예 1의 광학 필터(20A)의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 17은 실시예 2의 광학 필터의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다.
도 18은 실시예 2의 광학 필터의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다.
도 19는 실시예 2의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 20은 실시예 3 및 4의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 21은 실시예 5의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 22는 실시예 6의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 23은 실시예 7의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 24는 실시예 8의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 25는 실시예 9의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 26은 실시예 10의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 27은 실시예 10의 광학 필터의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다.
도 28은 실시예 10의 광학 필터의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다.
도 29는 실시예 11의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 30은 실시예 12의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 31은 실시예 13의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 32는 비교예 2의 광학 필터의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다.
도 33은 비교예 2의 광학 필터의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다.
도 34는 비교예 2의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다(입사각 0°, 60°).
도 35는 비교예 3의 광학 필터의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다.
도 36은 비교예 3의 광학 필터의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다.
도 37은 비교예 3의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 38은 실시예 1의 광학 필터(10A) 및 비교예 A의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 39는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 40은 비교예 A의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 41은 실시예 2의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 42는 실시예 6의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 43은 비교예 3의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 44a는 반구면형상으로 형성된 실시예의 광학 필터를 나타내는 광학 화상(가시광)을 나타내는 도면이다.
도 44b는 도 44a에 나타낸 반구면형상의 실시예의 광학 필터의 적외선 화상을 나타내는 도면이다.
도 45는 실시예 6 및 비교예 A의 광학 필터의 C*의 내광성 시험에 있어서의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 46은 실시예 6 및 비교예 A의 광학 필터의 ΔE* ab의 내광성 시험에 있어서의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 47은 실시예 6 및 비교예 A의 광학 필터의 적외선(파장 950㎚)에 대한 직선 투과율의 내광성 시험에 있어서의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다.
도 3은 비교예 1의 광학 필터(20A)의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다.
도 5는 비교예 1의 광학 필터(20A)의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다.
도 6은 모션 캡처 디바이스를 사용하여 취득한 카메라 화상의 예이다.
도 7은 실시예 1의 광학 필터(10A)를 통해 모션 캡처 디바이스를 사용하여 취득한 카메라 화상의 예이다.
도 8은 비교예 1의 광학 필터(20A)를 통해 모션 캡처 디바이스를 사용하여 취득한 카메라 화상의 예이다.
도 9는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 광학상을 나타내는 도면이다.
도 10은 비교예 1의 광학 필터(20A)의 광학상을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터(10)의 광학 특성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 12는 광학 필터의 확산 투과율의 측정 방법을 나타내는 모식도이다.
도 13은 광학 필터의 직선 투과율의 측정 방법을 나타내는 모식도이다.
도 14는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 15는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 확산 투과율 스펙트럼과 확산 반사율 스펙트럼의 차로서 구해진 흡수율 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 16은 비교예 1의 광학 필터(20A)의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 17은 실시예 2의 광학 필터의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다.
도 18은 실시예 2의 광학 필터의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다.
도 19는 실시예 2의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 20은 실시예 3 및 4의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 21은 실시예 5의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 22는 실시예 6의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 23은 실시예 7의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 24는 실시예 8의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 25는 실시예 9의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 26은 실시예 10의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 27은 실시예 10의 광학 필터의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다.
도 28은 실시예 10의 광학 필터의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다.
도 29는 실시예 11의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 30은 실시예 12의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 31은 실시예 13의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 32는 비교예 2의 광학 필터의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다.
도 33은 비교예 2의 광학 필터의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다.
도 34는 비교예 2의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다(입사각 0°, 60°).
도 35는 비교예 3의 광학 필터의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다.
도 36은 비교예 3의 광학 필터의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다.
도 37은 비교예 3의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다.
도 38은 실시예 1의 광학 필터(10A) 및 비교예 A의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 39는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 40은 비교예 A의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 41은 실시예 2의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 42는 실시예 6의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 43은 비교예 3의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 44a는 반구면형상으로 형성된 실시예의 광학 필터를 나타내는 광학 화상(가시광)을 나타내는 도면이다.
도 44b는 도 44a에 나타낸 반구면형상의 실시예의 광학 필터의 적외선 화상을 나타내는 도면이다.
도 45는 실시예 6 및 비교예 A의 광학 필터의 C*의 내광성 시험에 있어서의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 46은 실시예 6 및 비교예 A의 광학 필터의 ΔE* ab의 내광성 시험에 있어서의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 47은 실시예 6 및 비교예 A의 광학 필터의 적외선(파장 950㎚)에 대한 직선 투과율의 내광성 시험에 있어서의 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터를 설명한다. 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 이하에서 예시하는 것에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 매트릭스와, 매트릭스 중에 분산된 미립자를 포함하는 광학 필터이며, 미립자는 적어도 콜로이드 어모퍼스 집합체를 구성하고 있으며, 760㎚ 이상 2000㎚ 이하의 파장 범위 내의 적어도 일부의 파장의 광에 대한 직선 투과율이 60% 이상이다. 예를 들면, 파장이 950㎚ 및 1550㎚인 광에 대한 직선 투과율이 60% 이상인 광학 필터를 얻을 수 있다. 광학 필터의 직선 투과율이 60% 이상인 광(근적외선)의 파장 범위는, 예를 들면 810㎚ 이상 1700㎚ 이하인 것이 바람직하고, 840㎚ 이상 1650㎚ 이하인 것이 더 바람직하다. 이러한 광학 필터는, 예를 들면 InGaAs 센서, InGaAs/GaAsSb 센서, CMOS 센서, NMOS 센서, CCD 센서에 적합하게 사용된다. 여기에서 매트릭스 및 미립자는 모두 가시광에 대하여 투명(이하, 간단히 「투명」이라고 한다)한 것이 바람직하다. 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 백색을 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 콜로이드 어모퍼스 집합체를 포함한다. 콜로이드 어모퍼스 집합체란 콜로이드 입자(입경 1㎚~1㎛)의 집합체이며, 장거리 질서를 갖지 않고, 브래그 반사를 일으키지 않는 집합체를 말한다. 콜로이드 입자가 장거리 질서를 갖도록 분포되면, 소위 콜로이드 결정(포토닉 결정의 일종)이 되고, 브래그 반사가 일어나는 것과 대조적이다. 즉, 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터가 갖는 미립자(콜로이드 입자)는 회절 격자를 형성하지 않는다.
본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터가 포함하는 미립자는 평균 입경이 적외선의 파장의 10분의 1 이상인 단분산의 미립자를 포함한다. 즉, 파장이 760㎚ 이상 2000㎚ 이하의 범위 내의 적외선에 대하여 미립자의 평균 입경은 적어도 80㎚ 이상인 것이 바람직하고, 150㎚ 이상인 것이 바람직하고, 200㎚ 이상인 것이 더 바람직하다. 미립자의 평균 입경의 상한은, 예를 들면 300㎚이다. 평균 입경이 상이한 2 이상의 단분산의 미립자를 포함해도 좋다. 각각의 미립자는 거의 구형인 것이 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서 미립자(복수)는 미립자의 집합체의 의미로도 사용하고, 단분산의 미립자란 변동계수(표준 편차/평균 입경을 백분율로 나타낸 값)가 20% 이하, 바람직하게는 10% 이하, 보다 바람직하게는 1~5%인 것을 말한다. 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 입경(입자 직경, 체적구 상당 지름)이 파장의 10분의 1 이상인 입자를 이용함으로써 적외선의 직선 투과율을 높게 한다. 특허문헌 2에 기재된 광학 물품이 레일리 산란을 이용하고 있는 것과 원리가 상이하다.
평균 입경은 여기에서는 3차원 SEM상에 의거하여 구했다. 구체적으로는 집속 이온빔 주사형 전자 현미경(이하, 「FIB-SEM」이라고 한다)으로서 FEI사제의 형번 Helios G4 UX를 사용하여 연속 단면 SEM상을 취득하고, 연속 화상 위치를 보정한 후 3차원상을 재구축했다. 상세하게는 SEM에 의한 단면 반사 전자상의 취득과 FIB(가속 전압: 30㎸) 가공을 50㎚ 간격으로 100회 반복하고, 3차원상을 재구축했다. 얻어진 3차원상에 대해서 해석 소프트(Thermo Fisher Scientific사제의 AVIZO)의 Segmention 기능을 사용하여 2치화를 행하고, 미립자의 상을 추출했다. 이어서, 각각의 미립자를 식별하기 위해 Separate object 조작을 실시한 후 각 미립자의 체적을 산출했다. 각 입자를 구로 가정하고, 체적구 상당 지름을 산출하여 미립자의 입경을 평균낸 값을 평균 입경이라고 했다.
본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 미립자 및 매트릭스의 굴절률, 미립자의 평균 입경, 체적분율, 분포(비주기성의 정도), 및 두께 중 어느 하나를 조정함으로써 760㎚ 이상 2000㎚ 이하의 파장 범위 내의 적어도 일부의 파장의 광에 대한 직선 투과율을 60% 이상으로 한다.
본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 백색을 나타낼 수 있다. 여기에서 백색이란 표준광을 D65 광원으로 했을 때의 CIE1931 색도도 상의 x, y 좌표가 각각 0.25≤x≤0.40, 0.25≤y≤0.40의 범위 내에 있는 것을 말한다. 물론, x=0.333, y=0.333에 가까울수록 백색도는 높고, 바람직하게는 0.28≤x≤0.37, 0.28≤y≤0.37이며, 더 바람직하게는 0.30≤x≤0.35, 0.30≤y≤0.35이다. 또한, CIE1976 색공간상의 SCE 방식으로 측정한 L*는 20 이상인 것이 바람직하고, 40 이상인 것이 보다 바람직하고, 50 이상이 더 바람직하고, 60 이상인 것이 특히 바람직하다. L*가 20 이상이면 대체로 백색이라고 할 수 있다. L*의 상한값은, 예를 들면 100이다. 직선 투과율의 측정 방법은 실험예(실시예 및 비교예를 포함한다)에 있어서 후술한다.
도 1에 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터(10)의 모식적인 단면도를 나타낸다. 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터(10)는 가시광에 대하여 투명한 매트릭스(12)와, 투명한 매트릭스(12) 중에 분산된 투명한 미립자(14)를 포함한다. 미립자(14)는 적어도 콜로이드 어모퍼스 집합체를 구성하고 있다. 미립자(14)가 구성하는 콜로이드 어모퍼스 집합체를 어지럽히지 않는 다른 미립자를 포함해도 좋다.
광학 필터(10)는 도 1에 모식적으로 나타내는 바와 같이 실질적으로 평탄한 표면을 갖고 있다. 여기에서 실질적으로 평탄한 표면이란 가시광이나 적외선을 산란(회절) 또는 확산 반사시키는 것 같은 크기의 요철 구조를 갖지 않는 표면을 말한다. 또한, 광학 필터(10)는 콜레스테릭 액정(고분자 액정, 저분자 액정, 이들 액정 혼합물, 및 이들 액정 재료에 가교제를 혼합하고, 가교하는 등 해서 고화한 것이며, 콜레스테릭상을 발현하는 것을 넓게 포함한다)을 포함하지 않는다. 또한, 광학 필터(10)는, 예를 들면 필름형상이지만 이것에 한정되지 않는다.
투명한 미립자(14)는, 예를 들면 실리카 미립자이다. 실리카 미립자로서, 예를 들면 스토버법에 의해 합성된 실리카 미립자를 사용할 수 있다. 또한, 미립자로서 실리카 미립자 이외의 무기 미립자를 사용해도 좋고, 수지 미립자를 사용해도 좋다. 수지 미립자로서는, 예를 들면 폴리스티렌 및 폴리메타크릴산 메틸 중 적어도 1종으로 이루어지는 미립자가 바람직하고, 가교한 폴리스티렌, 가교한 폴리메타크릴산 메틸 또는 가교한 스티렌-메타크릴산 메틸 공중합체로 이루어지는 미립자가 더 바람직하다. 또한, 이러한 미립자로서는, 예를 들면 에멀젼 중합에 의해 합성된 폴리스티렌 미립자 또는 폴리메타크릴산 메틸 미립자를 적당히 사용할 수 있다. 또한, 공기를 포함한 중공 실리카 미립자 및 중공 수지 미립자를 사용할 수도 있다. 또한, 무기 재료로 형성되어 있는 미립자는 내열성·내광성이 우수하다는 이점을 갖는다. 미립자의 전체(매트릭스 및 미립자를 포함한다)에 대한 체적분율은 6% 이상 60% 이하가 바람직하고, 20% 이상 50% 이하가 보다 바람직하고, 20% 이상 40% 이하가 더 바람직하다. 투명한 미립자(14)는 광학적 등방성을 가져도 좋다.
매트릭스(12)는, 예를 들면 아크릴 수지(예를 들면, 폴리메타크릴산 메틸, 폴리아크릴산 메틸), 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리(디에틸렌글리콜비스알릴카보네이트), 폴리우레탄, 에폭시 수지, 폴리이미드를 들 수 있지만 이들에 한정되지 않는다. 매트릭스(12)는 경화성 수지(열경화성 또는 광경화성)를 사용하여 형성하는 것이 바람직하고, 양산성의 관점으로부터 광경화성 수지를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 광경화성 수지로서는 여러 가지의 (메타)아크릴레이트를 사용할 수 있다. (메타)아크릴레이트는 2관능 또는 3관능 이상의 (메타)아크릴레이트를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 매트릭스(12)는 광학적 등방성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 다관능 모노머를 포함하는 경화성 수지를 사용하면 가교 구조를 갖는 매트릭스(12)가 얻어지므로 내열성 및 내광성을 향상시킬 수 있다.
매트릭스(12)가 수지 재료로 형성된 광학 필터(10)는 유연성을 갖는 필름형상일 수 있다. 광학 필터(10)의 두께는, 예를 들면 10㎛ 이상 10㎜ 이하이다. 광학 필터(10)의 두께가, 예를 들면 10㎛ 이상 1㎜ 이하, 또한 10㎛ 이상 500㎛ 이하이면 유연성을 현저하게 발휘할 수 있다.
미립자로서 표면이 친수성인 실리카 미립자를 사용할 경우, 예를 들면 친수성의 모노머를 광경화함으로써 형성하는 것이 바람직하다. 친수성 모노머로서, 예를 들면 폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜트리(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜트리(메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 또는 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 아크릴아미드, 메틸렌비스아크릴아미드, 에톡시화비스페놀A디(메타)아크릴레이트를 들 수 있지만 이들에 한정되지 않는다. 또한, 이들 모노머는 1종류를 단독으로 사용해도 좋고, 또는 2종류 이상을 혼합해서 사용해도 좋다. 물론, 2종류 이상의 모노머는 단관능 모노머와 다관능 모노머를 포함해도 좋고, 또는 2종류 이상의 다관능 모노머를 포함해도 좋다.
이들 모노머는 광중합 개시제를 적당히 사용해서 경화 반응시킬 수 있다. 광중합 개시제로서는, 예를 들면 벤조인에테르, 벤조페논, 안트라퀴논, 티옥산, 케탈, 아세토페논 등의 카르보닐 화합물이나, 디술피드, 디티오카바메이트 등의 황 화합물, 과산화 벤조일 등의 유기 과산화물, 아조 화합물, 천이금속착체, 폴리실란 화합물, 색소 증감제 등을 들 수 있다. 첨가량은 미립자와 모노머의 혼합물 100질량부에 대하여 0.05질량부 이상 3질량부 이하가 바람직하고, 0.05질량부 이상 1질량부 이하가 더 바람직하다.
가시광에 대한 매트릭스의 굴절률을 nM, 미립자의 굴절률을 nP라고 할 때, |nM-nP|(이하, 간단히 굴절률차라고 하는 경우가 있다)가 0.01 이상인 것이 바람직하고, 0.6 이하인 것이 바람직하고, 0.03 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.11 이하인 것이 보다 바람직하다. 굴절률차가 0.03보다 작으면 산란 강도가 약해지고, 소망의 광학 특성이 얻어지기 어려워진다. 또한, 굴절률차가 0.11을 초과하면 적외선의 직선 투과율이 저하되는 경우가 있다. 또한, 예를 들면 지르코니아 미립자(굴절률 2.13)와 아크릴 수지를 사용함으로써 굴절률차를 0.6으로 한 경우에는 두께를 작게 함으로써 적외선의 직선 투과율을 조정할 수 있다. 이렇게 적외선의 직선 투과율은, 예를 들면 광학 필터의 두께와 굴절률차를 제어함으로써 조정할 수도 있다. 또한, 용도에 따라 적외선을 흡수하는 필터와 겹쳐서 사용할 수도 있다. 또한, 가시광에 대한 굴절률은, 예를 들면 546㎚의 광에 대한 굴절률로 대표될 수 있다. 여기에서는 특별히 언급이 없는 한 굴절률은 546㎚의 광에 대한 굴절률을 말한다.
본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는, 예를 들면 경화성 수지에 미립자를 분산·혼합시킨 경화성 수지 조성물을 준비하는 공정과, 경화성 수지 조성물을 기재의 표면에 부여하는 공정과, 표면에 부여된 경화성 수지 조성물에 포함되는 경화성 수지를 경화시키는 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 기재는, 예를 들면 유리 기판이어도, 예를 들면 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), TAC(트리아세틸셀룰로오스), PI(폴리이미드)와 같은 수지 필름이어도 좋지만 이들에 한정되지 않는다. 경화성 수지에 미립자를 분산·혼합시키는 공정은 호모믹서, 호모지나이저(예를 들면, 초음파 호모지나이저, 고압 호모지나이저) 등의 공지의 분산·혼합 장치를 사용하여 행할 수 있다. 또한, 부여 공정은, 예를 들면 도포법(예를 들면, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법, 다이 코팅법)이나 인쇄법 등, 공지의 여러 가지의 방법으로 행할 수 있다.
이하, 구체적인 실험예(실시예 및 비교예)를 나타내고, 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터의 구성과 광학 특성의 특징을 설명한다. 실시예 및 비교예의 광학 필터의 구성 및 광학 특성을 표 1에 나타낸다. 실리카 미립자와 수지의 종류의 조합, 응집제의 첨가, 또한 분산·혼합 방법의 상위함에 따라 표 1에 나타내는 여러 가지의 광학 필터를 제작했다.
실시예 1~13 및 비교예 1~3의 광학 필터는 표 1에 기재된 아크릴 수지와 실리카 미립자를 사용하여 필름으로서 형성했다. 실리카 미립자로서는 스토버법으로 합성된 단분산 실리카 미립자((평균 입경 110㎚, 입경의 CV값 4.5%), (평균 입경 181㎚, 입경의 CV값 4.7%), (평균 입경 221㎚, 입경의 CV값 4.9%), 및 (평균 입경 296㎚, 입경의 CV값 6.1%))를 사용했다. 여기에서는 실리카 미립자로서 후지화학 주식회사제의 하우토폼 Sibol220을 사용했다. 실리카 미립자의 입도 분포는 주식회사 히타치 하이테크사제의 주사 전자 현미경 SU3800으로 측정했다.
아크릴 모노머 A~E에 실리카 미립자를 소정 배합으로 혼합·분산하고, 경화성 수지 조성물을 조제하고, 어플리케이터를 사용하여 기재의 표면에 소정 두께의 필름이 얻어지도록 도포하고, 경화함으로써 얻었다. 광중합 개시제로서 Darocure1173을 아크릴 모노머 100질량부에 대하여 0.2질량부를 배합하고, UV 램프를 조사해서 광중합에 의해 경화시켰다. 모노머의 종류에 의해 굴절률이 상이한 수지(폴리머)를 형성했다.
아크릴 모노머 A~E를 이하에 나타낸다. 모노머 A 및 E는 3관능 아크릴레이트이며, 모노머 B 및 C는 2관능 아크릴레이트이며, 모노머 D는 단관능 아크릴레이트이다.
A: 펜타에리스리톨트리아크릴레이트
B: 에톡시화비스페놀A디아크릴레이트(m+n=10)
C: 에톡시화비스페놀A디아크릴레이트(m+n=3)
D: 메톡시폴리에틸렌글리콜#400메타크릴레이트
E: 트리메틸올프로판 EO 변성 트리아크릴레이트
또한, 아크릴 모노머 B 및 C는 하기 화학식(화 1)으로 나타내어진다.
[화 1]
얻어진 필름의 두께를 d라고 했을 때, 단면 방향에 대하여 d/2의 위치를 마이크로톰으로 절단함으로써 실리카 미립자의 평균 입경과 동일한 두께의 시료편을 잘라내고, TEM 관찰용의 시료를 얻었다. TEM(주식회사 히타치 하이테크사제 HT7820)을 사용해서 200개 이상의 입자의 화상을 포함하는 단면 TEM상으로부터 화상 처리 소프트 이미지 J를 사용하여 미립자를 자동 식별 들로네 도면 해석을 행함으로써 인접하는 미립자의 무게 중심간 거리의 평균값(La) 및 표준 편차(Ld)를 구했다. 또한, 무게 중심간 거리의 평균값(「평균 무게 중심간 거리」라고도 한다)과 표준 편차로부터 변동계수(거리의 CV값)를 구했다. 여기에서는 무게 중심간 거리를 구하는 것에 있어서 입경이 150㎚ 이상인 입자만을 대상으로 하고, 입경이 150㎚ 미만인 입자는 대상으로 하지 않았다. 후술하는 바와 같이 이들의 값은 실리카 미립자가 콜로이드 어모퍼스 집합체를 구성하고 있는지의 여부 및 콜로이드 어모퍼스 집합체에 있어서의 실리카 미립자의 분포 상태의 지표가 된다. La의 하한값은 100㎚ 이상이 바람직하고, 150㎚ 이상이 더 바람직하고, 175㎚ 이상이 한층 바람직하고, 200㎚ 이상이 특히 바람직하다. La의 상한값은 600㎚ 이하가 바람직하고, 500㎚ 이하가 더 바람직하다.
본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터가 갖는 콜로이드 어모퍼스 집합체는 미립자(14)의 평균 무게 중심간 거리의 변동계수로 특징지을 수 있다. 변동계수가 작은 경우에는 장거리 질서가 큰 것을 나타내고, 브래그 반사에 기인한 각도 의존성이 있는 반사색이 발현된다. 한편, 변동계수가 큰 경우에는 Mie 산란의 영향이 커져 광산란의 파장 의존성이 적어지는 경향이 있다. 따라서, 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터에 있어서는 미립자(14)의 평균 무게 중심간 거리의 변동계수는 10% 이상인 것이 바람직하고, 45% 이하가 바람직하고, 15% 이상인 것이 보다 바람직하고, 40% 이하인 것이 보다 바람직하고, 20% 이상인 것이 더 바람직하고, 40% 이하인 것이 더 바람직하고, 25% 이상인 것이 한층 더 바람직하고, 35% 이하인 것이 한층 더 바람직하다.
도 2에 실시예 1의 광학 필터(10A)의 단면 TEM상을 나타내고, 도 3에 비교예 1의 광학 필터(20A)의 단면 TEM상을 나타낸다. 도면 중의 TEM상에 있어서의 흰 원은 실리카 미립자이며, 검은 원은 실리카 미립자가 빠진 흔적이다. 화상 처리에 있어서는 검은 원도 실리카 미립자로서 취급했다.
도 2에 나타낸 광학 필터(10A)의 단면에 있어서는 실리카 미립자가 거의 균일하게 분산되어 있는 것에 대하여 도 3에 나타낸 광학 필터(20A)의 단면에 있어서는 실리카 미립자가 일부 응집하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은 비교예 1의 광학 필터(20A)를 제작할 때에 아크릴 모노머 A에 추가하여 응집제로서 폴리에틸렌글리콜을 아크릴 모노머 A에 대하여 0.1질량% 첨가했기 때문이다.
이어서, 도 4에 실시예 1의 광학 필터(10A)의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램을 나타내고, 도 5에 비교예 1의 광학 필터(20A)의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램을 나타낸다. 이들로부터 구한 평균 무게 중심간 거리 La(㎚), 표준 편차 Ld(㎚), 및 변동계수(거리의 CV값)를 표 1에 나타낸다. 이하에서는 거리의 CV값을 간단히 CV값이라고 하는 경우가 있다.
실시예 1의 광학 필터(10A)에 있어서의 실리카 미립자의 분포는 비교예 1의 광학 필터(20A)에 있어서의 실리카 미립자의 분포에 비해서 균일성이 높은 것을 알 수 있다. 실시예 1의 광학 필터(10A)의 Ld가 84㎚, CV값이 27.8%인 것에 대해 비교예 1의 광학 필터(20A)의 Ld는 168㎚, CV값은 49.3%로 큰 값을 나타내고 있다.
이어서, 도 6~도 8을 참조하여 실시예 1의 광학 필터(10A) 및 비교예 1의 광학 필터(20A)를 적외선 필터로서의 성능을 비교한 결과를 설명한다. 도 6은 모션 캡처 디바이스를 사용하여 취득한 카메라 화상의 예이며, 필터를 사용하는 일 없이 취득한 카메라 화상이다. 도 7은 실시예 1의 광학 필터(10A)를 통해 모션 캡처 디바이스를 사용하여 취득한 카메라 화상의 예이며, 도 8은 비교예 1의 광학 필터(20A)를 통해 모션 캡처 디바이스를 사용하여 취득한 카메라 화상의 예이다.
여기에서는 모션 캡처 디바이스로서 Leap Motion Controller(등록상표)를 사용하고, 약 20㎝ 떨어진 위치에 있는 손의 카메라 화상을 취득했다. 또한, 이 디바이스는 파장이 850㎚인 적외선을 사용하고 있다. 도 6, 도 7, 및 도 8을 비교하면 명백한 바와 같이 실시예의 광학 필터(10A)를 사용한 경우(도 7)에는 필터를 사용하지 않은 경우(도 6)와 동 정도로 선명한 화상이 얻어지고 있는 것에 대해 비교예의 광학 필터(20A)를 사용한 경우(도 9)에는 선명한 화상을 취득할 수 없어 손을 인식할 수 없었다.
도 9에 실시예 1의 광학 필터(10A)의 광학상을 나타내고, 도 10에 비교예 1의 광학 필터(20A)의 광학상을 나타낸다. 실시예 1의 광학 필터(10A) 및 비교예 1의 광학 필터(20A)는 약 5㎝× 약 10㎝의 필름으로서 디바이스의 전방면을 덮도록 배치했다. 도 9 및 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이 어느 필름도 백색을 나타내고 있다. 따라서, 실시예 1의 광학 필터(10A)는 적외선 투과 필터로서 적합하게 사용됨과 아울러, 백색을 나타내므로 높은 의장성을 갖고 있다. 물론, 실시예 1의 광학 필터(10A)의 표면에 인쇄 등에 의해 색이나 모양을 부여할 수도 있다. 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터가 갖는 이점은 이하에서 상세하게 설명한다.
광학 필터의 광학 특성은 이하와 같이 해서 평가할 수 있다.
도 11에 나타내는 바와 같이 광학 필터(10)에 입사광(I0)이 입사하면 입사광(I0)의 일부는 광학 필터(10)를 투과하고(투과광(Ii)), 일부는 계면 반사하고(계면 반사광(Ri)), 다른 일부는 산란된다. 산란광에는 광학 필터(10)의 전방에 출사되는 전방 산란광(Sf)과, 후방에 출사되는 후방 산란광(Sb)이 있다. 후방 산란광(Sb)에 의해 광학 필터(10)는 백색을 나타낸다. 입사광(I0)의 일부는 광학 필터(10)에 의해 흡수되지만 여기에서 사용하고 있는 수지 및 실리카 미립자는 400㎚~2000㎚의 광에 대한 흡수율은 작다.
도 12는 광학 필터의 확산 투과율의 측정 방법을 나타내는 모식도이며, 도 13은 광학 필터의 직선 투과율의 측정 방법을 나타내는 모식도이다. 확산 투과율은 도 12에 나타내는 바와 같이 적분구(32)의 개구부에 시료(광학 필터(10))를 배치하고, 투과광(Ii) 및 전방 산란광(Sf)의 합계의 강도의 입사광(I0)의 강도에 대한 백분율로서 구했다. 또한, 직선 투과율은 시료(광학 필터(10))를 적분구(32)의 개구부로부터 20㎝ 떨어진 위치에 배치해서 측정했다. 이때에 얻어진 투과광(Ii)의 강도의 입사광(I0)의 강도에 대한 백분율로서 구했다. 개구의 직경은 1.8㎝이며, 입체각으로 0.025sr에 상당하다. 분광기로서 자외 가시 근적외 분광 광도계 UH4150(주식회사 히타치 하이테크 사이언스제)을 사용했다. 표 1에는 760㎚, 950㎚, 및 1550㎚의 적외선에 대한 직선 투과율의 값을 나타내고 있다. 또한, 각 시료의 직선 투과율 스펙트럼을 도 14 등에 나타낸다. 직선 투과율 스펙트럼에 딤플(국소적인 투과율의 저하)이 존재하는지의 여부로 브래그 반사의 유무를 판정할 수 있다. 브래그 반사의 유무도 표 1에 나타냈다.
후방 산란광(Sb)의 백색도는 분광 측색계 CM-2600-D(코니카 미놀타 재팬 주식회사제)를 사용하여 측정했다. SCE(정반사 제거) 방식의 L*의 값과 함께 CIE1931 색도도 상의 x, y 좌표의 값을 구했다. L*의 값이 클수록, x, y의 값은 0.33에 가까울수록 백색도는 높다. 이들의 값도 표 1에 나타냈다.
도 14에 실시예 1의 광학 필터(10A)의 직선 투과율 스펙트럼을 나타내고, 도 15에 실시예 1의 광학 필터(10A)의 확산 투과율 스펙트럼과 확산 반사율 스펙트럼의 차로서 구해진 흡수율 스펙트럼을 나타낸다. 도 14로부터 알 수 있는 바와 같이 실시예 1의 광학 필터(10A)는 높은 적외선 투과율을 갖고 있다. 특히, 900㎚ 이상의 파장의 적외선에 대한 투과율이 높다. 또한, 도 15의 흡수율 스펙트럼으로 보이는 1200㎚ 이상의 적외선에 대한 흡수는 수지(유기 화합물)의 특성 흡수에 의한 것이며, 얼마 안된다.
도 16에 비교예 1의 광학 필터(20A)의 직선 투과율 스펙트럼을 나타낸다. 도 16을 도 15와 비교하면 명백한 바와 같이 비교예 1의 광학 필터(20A)의 투과율은 낮다. 표 1을 참조하여 실시예 1과 비교예 1을 비교하면 백색도를 나타내는 L*, CIE 색도도 상의 x, y 좌표의 값은 실시예 1과 비교예 1에서 큰 차는 없지만 적외선의 직선 투과율은 크게 상이하다. 이것은 CV값이 비교예 1에서는 49.3%로 실시예 1의 27.8%에 비해서 크고, 실리카 미립자가 응집하고 있는 것이 영향을 주고 있다고 생각된다. 즉, CV값은 적외선의 직선 투과율을 향상시키는 지표가 될 수 있는 것을 알 수 있다.
이어서, 도 17~도 19를 참조하여 실시예 2의 광학 필터에 대해서 설명한다. 도 17은 실시예 2의 광학 필터 단면 TEM상을 나타내는 도면이고, 도 18은 실시예 2의 광학 필터의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다. 도 19는 실시예 2의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다. 실시예 1에서는 평균 입경이 221㎚인 실리카 미립자를 사용하고 있었던 것에 대해 실시예 2에서는 평균 입경이 296㎚인 실리카 미립자를 사용하고 있다. 실시예 2의 CV값은 실시예 1의 CV값과 거의 동일하지만 적외선 직선 투과율은 실시예 2의 쪽이 낮다. 즉, 실리카 미립자의 평균 입경을 제어함으로써 적외선 직선 투과율을 제어할 수 있는 것을 알 수 있다.
여기에서 비교를 위해 도 35~도 37을 참조하여 비교예 3의 광학 필터에 대해서 설명한다. 도 35는 비교예 3의 광학 필터의 단면 TEM상을 나타내는 도면이고, 도 36은 비교예 3의 광학 필터의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다. 도 37은 비교예 3의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다. 비교예 3에서는 평균 입경이 110㎚인 실리카 미립자를 사용한 점에서 실시예 1 및 2와 상이하다. 도 37 및 표 1의 결과로부터 명백한 바와 같이 비교예 3의 CV값은 실시예 1 및 실시예 2의 CV값과 거의 동일하지만 비교예 3은 760㎚의 적외선 직선 투과율이 87%로 높고, 또한 가시광의 직선 투과율도 높다. 또한, 비교예 3의 백색도는 실시예 1 및 2에 비하면 뒤떨어진다. 이러한 점에서 실리카 미립자의 평균 입경을 제어함으로써 적외선 직선 투과율 및 백색도를 제어할 수 있는 것을 알 수 있다. 실시예 1과, 실시예 2 및 비교예 3의 비교로부터 평균 입경이 221㎚ 이상인 실리카 미립자를 포함하는 것이 바람직하다고 생각된다.
이어서, 도 20을 참조하여 실시예 3 및 4의 광학 필터에 대해서 설명한다. 도 20은 실시예 3 및 4의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다. 실시예 3 및 4의 광학 필터는 실리카 미립자의 체적분율이 각각 34% 및 38%이며, 실시예 1의 29%보다 크다. 실시예 1의 결과와 비교하면 950㎚ 및 1550㎚에 있어서의 적외선 직선 투과율 및 CIE 색도도 상의 x, y 좌표에 큰 차는 없고, 760㎚에 있어서의 적외선 직선 투과율 및 L*의 값이 조금 향상되어 있다. 실시예 3과 실시예 4의 직선 투과율 스펙트럼을 비교하면 실리카 미립자의 체적분율이 증대하면 산란 파장이 단파장측으로 시프트하고, L*의 값이 조금 향상되어 있다.
여기에서 비교를 위해 도 25에 나타내는 실시예 9의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼을 참조한다. 실시예 9의 광학 필터는 실리카 미립자의 체적분율이 6%로 낮다. 실시예 1의 결과와 비교하면 950㎚에 있어서의 적외선 직선 투과율이 조금 저하되고, L*의 값이 크게 저하되어 있다. 이것은 실리카 미립자의 체적분율의 감소에 의한 산란광의 강도의 저하에 의한다고 생각된다.
이렇게 실리카 미립자의 체적분율을 제어함으로써 적외선 직선 투과율 및 L*의 값을 제어할 수 있다.
이어서, 도 21을 참조하여 실시예 5의 광학 필터에 대해서 설명한다. 도 21은 실시예 5의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다. 실시예 1의 광학 필터의 두께가 100㎛인 것에 대해 실시예 5의 광학 필터의 두께는 500㎛이다. 실시예 5를 실시예 1과 비교하면 적외선 직선 투과율의 투과율은 저하되지만 백색도는 향상되어 있다. 광학 필터의 두께를 크게 함으로써 가시광의 투과율도 저하시킬 수 있다.
이어서, 도 22를 참조하여 실시예 6의 광학 필터에 대해서 설명한다. 도 22는 실시예 6의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다. 실시예 6은 실시예 1~5와 상이한 모노머를 사용하여 굴절률이 1.52인 폴리머를 매트릭스로서 갖고 있다. 실시예 1~5의 매트릭스의 굴절률이 1.49이며, 실리카 미립자의 굴절률 1.43과의 차가 0.06이었던 것에 대해 실시예 6에서는 굴절률차가 0.09로 크다. 실시예 1과 비교하면 760㎚, 950㎚, 및 1550㎚ 중 어느 적외선 직선 투과율 및 L*의 값도 향상되어 있다.
이어서, 도 23을 참조하여 실시예 7의 광학 필터에 대해서 설명한다. 도 23은 실시예 7의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다. 실시예 6의 광학 필터가 유리 기판 상에 형성된 것에 대해 실시예 7의 광학 필터는 PET 필름 상에 형성된 점에서 상이하다. 도 23과 도 22의 비교 및 표 1의 결과를 비교하면 기재의 영향은 적다고 생각된다.
이어서, 도 24를 참조하여 실시예 8의 광학 필터에 대해서 설명한다. 도 24는 실시예 8의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다. 실시예 7의 광학 필터의 두께가 100㎛인 것에 대해 실시예 8의 광학 필터의 두께는 500㎛이다. 실시예 8을 실시예 7과 비교하면 적외선 직선 투과율의 투과율은 저하되지만 L*는 향상되어 있다. 광학 필터의 두께를 크게 함으로써 가시광의 투과율도 저하시킬 수 있다.
이어서, 도 26~28을 참조하여 실시예 10의 광학 필터에 대해서 설명한다. 도 26은 실시예 10의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이며, 도 27은 실시예 10의 광학 필터의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다. 도 28은 실시예 10의 광학 필터의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다. 실시예 10은 굴절률이 1.54인 폴리머를 매트릭스로서 갖고 있으며, 실리카 미립자와의 굴절률차는 0.11로, 실시예 6에 있어서의 굴절률차보다 더 크다. 실시예 1, 6과 비교하면 적외선 직선 투과율이 저하되고, L*의 값이 향상된다.
이어서, 도 29를 참조하여 실시예 11의 광학 필터에 대해서 설명한다. 도 29는 실시예 11의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다. 실시예 11은 굴절률이 1.46인 폴리머를 매트릭스로서 갖고 있다. 실시예 11에서는 굴절률차가 0.03으로 작다. 실시예 1과 비교하면 1550㎚에 있어서의 적외선 직선 투과율이 저하되고, 가시광 영역의 투과율이 상승하고, 백색도가 저하되어 있는 것을 알 수 있다.
이어서, 도 30을 참조하여 실시예 12의 광학 필터에 대해서 설명한다. 도 30은 실시예 12의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다. 실시예 12의 광학 필터는 실리카 미립자로서 평균 입경이 110㎚인 미립자와, 평균 입경이 221㎚인 미립자를 포함한다. 체적비(110㎚:221㎚)는 1:1이다. 실시예 1과 비교하면 적외선 직선 투과율 및 백색도 모두 저하되어 있다(표 1 참조). 이것은 평균 입경 110㎚의 실리카 미립자를 혼합한 영향이라고 생각된다(비교예 3, 도 37 참조).
이어서, 도 31을 참조하여 실시예 13의 광학 필터에 대해서 설명한다. 도 31은 실시예 13의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이다. 실시예 13의 광학 필터는 평균 입경이 181㎚인 실리카 미립자를 사용하고 있는 점에서 실시예 6의 광학 필터와 상이하다. 도 31을 도 22와 비교하면 실시예 13의 쪽이 직선 투과율이 상승하는 파장이 실시예 6보다 단파장측으로 시프트하고 있다. 즉, 실시예 13의 광학 필터의 가시광 영역에 있어서의 직선 투과율이 실시예 6보다 조금 높고, 그 결과, L*의 값 및 백색도가 실시예 6보다 조금 낮지만 적외선의 직선 투과율은 높은 값을 갖고 있으며, 평균 입경이 181㎚인 실리카 미립자가 적합하게 사용되는 것을 알 수 있다. 또한, 백색도의 관점으로부터는 평균 입경이 200㎚ 이상인 실리카 미립자를 포함하는 것이 바람직하고, 221㎚ 이상인 실리카 미립자를 포함하는 것이 더 바람직하다.
이어서, 도 32~도 34를 참조하여 비교예 2의 광학 필터에 대해서 설명한다. 도 32는 비교예 2의 광학 필터의 단면 TEM상을 나타내는 도면이다. 도 33은 비교예 2의 광학 필터의 단면 TEM상으로부터 구한 입자의 무게 중심간 거리의 히스토그램이다. 도 34는 비교예 2의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼이며, 입사각이 0°와 입사각이 60°인 결과를 나타내고 있다. 입사각 0°는 광학 필터의 표면의 법선 방향이다. 비교예 2는 아크릴 모노머E를 사용하여 형성된 굴절률이 1.48인 매트릭스를 갖고 있다. 매트릭스의 굴절률은 실시예 1과 0.01밖에 바뀌지 않는다. 또한, 직선 투과율의 입사각 의존성은 자외 가시 근적외선 분광 광도계 UH4150(히타치 하이테크 사이언스사제)에 부속된 자동 각도 가변 시스템을 사용하여 입사광에 대한 시료의 표면의 각도(도 11 중의 광학 필터(10)의 각도)를 변화시켜서 측정했다.
도 32 및 도 33으로부터 알 수 있는 바와 같이 비교예 2의 광학 필터에 있어서의 실리카 미립자의 집합체는 장거리 질서를 갖고 있다. 그 결과, 표 1의 CV값은 9.4%로 작은 값으로 되어 있다. 또한, 도 34에 나타낸 직선 투과율 스펙트럼의 가시광 영역에 급준(急峻)한 딤플(국소적인 투과율의 저하)이 보이고 있다. 이 급준한 딤플은 브래그 반사에 의한 것이며, 비교예 2의 광학 필터에 있어서의 실리카 미립자의 집합체는 콜로이드 어모퍼스 집합체가 아니라, 장거리 질서를 갖는 콜로이드 결정 또는 콜로이드 결정에 가까운 구조를 갖고 있다. 또한, 가시광 영역의 급준한 딤플은 입사각에 의해 시프트하고 있으므로 비교예 2의 광학 필터는 보는 각도에 따라 색이 바뀌어서 보인다. 따라서, 가시광 영역에 있어서의 브래그 반사를 억제하기 위해서는 CV값은 10% 이상이 바람직하다고 생각된다. 또한, 상술한 비교예 1의 결과로부터 실리카 미립자의 응집을 억제하기 위해 CV값은 49% 이하가 바람직하다고 생각된다.
실시예 1~13의 광학 필터는 직선 투과율 스펙트럼에 있어서 급준한 딤플이 보이지 않고, 실리카 미립자가 콜로이드 어모퍼스 집합체를 구성하고 있다. 또한, 760㎚ 이상 2000㎚ 이하의 파장 범위 내의 적어도 일부의 파장의 광에 대한 직선 투과율이 60% 이상을 나타내고 있다. 또한, 표준광을 D65 광원으로 했을 때의 백색의 CIE1931 색도도 상의 x, y 좌표는 0.25≤x≤0.40, 0.25≤y≤0.40의 범위 내에 있다. 또한, 보는 각도에 따른 색의 변화도 억제된다.
상술한 점에서 명백한 바와 같이 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 미립자 및 매트릭스의 굴절률, 미립자의 평균 입경, 체적분율, 분포(비주기성의 정도) 및 두께를 조정함으로써 소망의 광학 특성(예를 들면, 적외선 직선 투과율 및 백색도)을 얻을 수 있음과 아울러, 보는 각도에 따른 색의 변화도 억제된다. 또한, 상이한 광학 특성을 갖는 광학 필터를 겹쳐서 사용할 수도 있다. 또한, 용도에 따라, 예를 들면 적외선을 흡수하는 필터와 겹쳐서 사용할 수 있다. 도 9로부터 이해되는 바와 같이, 예를 들면 흑색이나 그 외 색을 나타내는 필터와 겹쳐서 사용해도 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 백색을 나타내므로 의장성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성에도 특징을 갖는다.
도 38~도 40을 참조하여 실시예 1의 광학 필터(10A) 및 비교예 A의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성(입사각 0°, 15°, 30°, 45°, 60°)을 설명한다. 비교예 A의 광학 필터는 적외선 투과 필터로서 시판되어 있는 토카이 광학 주식회사제의 화이트 IR 윈도우(https://www.tokaioptical.com/jp/product14/)이다. 비교예 A의 광학 필터는 특허문헌 2에 기재된 광학 물품에 상당하고, 유전체 다층막과 PET 필름으로 구성되어 있으며, 새틴 피니시 표면을 갖는다. 비교예 A의 광학 필터는 백색을 나타내고, 두께는 120㎛이었다.
도 38은 실시예 1의 광학 필터(10A) 및 종래의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다. 도 39 및 도 40은 각각의 그래프를 최대 투과율로 규격화한 그래프이며, 도 39는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이고, 도 40은 종래의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성을 나타내는 도면이다.
도 38로부터 알 수 있는 바와 같이 실시예 1의 광학 필터(10A)의 직선 투과율은 비교예 A의 광학 필터에 비해서 크다. 또한, 입사각의 증대에 의한 적외선 직선 투과율의 저하는 실시예 1의 광학 필터(10A)의 쪽이 비교예 A의 광학 필터보다 작다. 예를 들면, 950㎚의 적외선 직선 투과율은 입사각이 0°일 때 88%인 것에 대해 입사각이 60°일 때 80%이며, 입사각이 0°일 때의 투과율의 90% 이상이다. 이에 대하여 비교예 A에서는 950㎚의 적외선에 대한 직선 투과율은 입사각이 0°일 때 30%인 것에 대해 입사각이 60°일 때 9%이며, 입사각이 0°일 때의 직선 투과율의 30%까지 저하되어 있다. 이렇게 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터의 적외선 직선 투과율은 입사각 의존성이 작고, 예를 들면 950㎚의 적외선에 대하여 입사각이 60°일 때의 직선 투과율은 입사각이 0°일 때의 직선 투과율의 80% 이상, 또한 85% 이상, 또한 90% 이상을 얻을 수 있다.
도 39에 나타낸 실시예 1의 광학 필터(10A)의 투과율 곡선을 보면 가시광으로부터 적외선에 걸쳐서 직선 투과율이 단조로 상승하는 곡선 부분이 입사각의 증대에 따라서 장파장측으로 시프트(약 50㎚)하고 있다. 이 특징적인 입사각 의존성은 도 41, 도 42, 및 도 43에 나타낸 실시예 2, 실시예 6, 및 비교예 3의 광학 필터의 직선 투과율 스펙트럼의 입사각 의존성에도 보인다. 즉, 가시광으로부터 적외선에 걸쳐서 직선 투과율이 단조로 상승하는 곡선 부분이 입사각의 증대에 따라서 장파장측으로 시프트한다는 특징적인 입사각 의존성은 광학 필름에 포함되는 실리카 미립자가 콜로이드 어모퍼스 집합체를 구성하고 있는 것에 기인한다고 생각된다. 이에 대하여 도 40에 나타낸 비교예 A의 광학 필터의 투과율 곡선에서는 가시광으로부터 적외선에 걸쳐서 직선 투과율이 단조로 상승하는 곡선 부분이 입사각의 증대에 따라서 단파장측으로 시프트(약 100㎚)하고 있다. 즉, 완전히 반대의 경향으로 되어 있다.
비교예 A의 광학 필터에서는 가시광으로부터 적외선에 걸쳐서 직선 투과율이 단조로 상승하는 곡선 부분이 입사각의 증대에 따라서 단파장측으로 시프트하므로 비스듬한 입사광에 대하여 본래 차단하고 싶은 단파장측의 광을 투과해버리는(광누설) 우려가 발생한다. 이에 대하여 실리카 미립자가 콜로이드 어모퍼스 집합체를 구성하고 있는 광학 필터에서는 입사각의 증대에 따라 보다 단파장측의 광에 대한 투과율이 저하되므로 비교예 A의 광학 필터와 같이 광누설이 발생할 우려가 없다.
또한, 콜로이드 어모퍼스 실리카 미립자가 콜로이드 어모퍼스 집합체를 구성하고 있는 광학 필터에 있어서 입사각의 증대에 따라, 보다 단파장측의 광에 대한 투과율이 저하되는 것은 가시광(특히, 장파장측)의 산란광의 강도가 증대하는 것에 의한다. 따라서, 본 발명에 의한 실시형태의 광학 필터를 비스듬히 보면 확산 반사광(후방 산란광)의 강도가 증대하므로 백휘도가 상승할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 상술한 바와 같이 백색을 나타낼 수 있으므로 적외선 투과 잉크를 사용하여, 예를 들면 문자, 그림, 사진을 광학 필터의 표면에 인쇄함으로써 풍부한 색채를 갖는 의장성이 풍부한 광학 필터를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 매트릭스와 미립자를 포함하는 광학 필터층과, 광학 필터층 상에 배치된 적외선 투과 잉크로 형성된 프린트층을 가져도 좋다. 프린트층은 광학 필터층의 표면에 직접 형성되어도 좋고, 투명한 필름의 표면에 프린트층을 형성한 것을 광학 필터층 상에 배치해도 좋다. 적외선 투과 잉크로서는 용도 또는 투과해야 할 적외선의 파장에 따라 공지의 적외선 투과 잉크를 선택하면 좋다.
또한, 본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 비스듬히 보았을 때에 확산 반사광의 강도가 증대하므로 백휘도가 상승하고, 의장의 외관(의장의 시인성)이 향상된다.
실시형태에 의한 광학 필터는 예시한 바와 같은 평면형상의 필름일 수 있지만 이것에 한정되지 않고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 실시형태에 의한 광학 필터는 3차원형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 3차원형상을 갖는 필름형상일 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 3차원형상을 갖는 물체의 표면에 도포법을 사용하여 광학 필터를 형성해도 좋다. 물체의 표면은 구면의 일부 또는 전부, 임의형상의 곡면, 다면체의 표면의 일부 또는 전부 등, 임의의 형상을 가져도 좋다. 단, 물체의 표면은 광산란을 일으키지 않는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 44a 및 도 44b에 나타내는 바와 같이 반구면형상으로 형성된 광학 필터를 얻을 수 있다. 도 44a는 반구면형상으로 형성된 실시예의 광학 필터를 나타내는 광학 화상(가시광)을 나타내는 도면이고, 도 44b는 도 44a에 나타낸 반구면형상의 실시예의 광학 필터의 적외선 화상을 나타내는 도면이다. 도 44a 및 도 44b에 나타낸 화상은 주식회사 켄코 토키나사제의 풀 하이비전 디지털 무비 카메라 DVSA10FHDIR을 사용하여 촬영했다. 도 44a는 백색 LED 조명하에서 가시광 모드로 촬영한 화상이며, 도 44b는 암실 내에서 상기 카메라의 적외선 LED의 광으로만 촬상한 화상이다.
도 44a 및 도 44b에 나타낸 광학 필터는 반경이 2㎝, 두께가 1㎜인 아크릴 수지(PMMA)제의 반구의 표면에 딥 코팅에 의해 실시예 6과 동일한 재료를 부여함으로써 형성된 두께가 300㎛인 광학 필터이다. 도 44a에 나타내는 바와 같이 반구면형상의 백색의 필터가 얻어졌다. 또한, 도 44b에 나타내는 바와 같이 이 필터는 적외선을 투과하고 있다.
본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는 예시한 센싱 디바이스(예를 들면, 적외선 카메라)나 통신 디바이스에 한정되지 않고, 여러 가지의 용도에 사용된다. 예를 들면, 태양 전지, 적외선을 사용한 히터, 적외선을 사용한 광급전 디바이스에 적합하게 사용된다.
광학 필터의 용도에 따라서는 내광성이 요구된다. 그래서 내광성을 평가한 결과를 이하에 설명한다. 내광성 시험은 JIS B 7754에 준거한 방법으로 행했다. 내광성 시험의 전후에 있어서의 외관의 변화는 CIE1976 색공간상의 SCE 방식으로 측정한 채도 C*의 변화로 평가했다. 이하의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 후술하는 내광성 시험(300시간)의 전후의 채도 C*의 변화는 6 이하인 것이 바람직하고, 5 이하인 것이 더 바람직하고, 3 이하인 것이 보다 바람직하다. 내광성 시험의 조건 등은 이하와 같다.
장치: 슈퍼 크세논 웨더 미터 SX75(스가 시험기 주식회사제)
샘플: 폭 20㎜×길이 10㎜
자외선 방사 조도: 파장 300㎚ 이상 400㎚ 이하인 광의 평균 적산 조도가 120W/㎡
블랙 패널 온도(BPT): 55℃
조내 온도: 30℃
조내 습도: 55%
시험 시간: 약 500시간까지(단, 내광성 시험에 의한 C*의 변화는 300시간에서의 값을 사용했다).
내광성은 백색도의 변화 및 적외선의 직선 투과율의 변화에 의거하여 평가했다. 백색도 및 직선 투과율은 모두 상술한 방법으로 측정했다. 또한, 백색도의 평가 지표로서 채도 C*와 색차 ΔE* ab를 사용했다.
실시예 6의 샘플은 상술한 바와 같이 제작한 실시예 6의 광학 필터의 아크릴 수지 및 실리카 미립자로 형성된 필름을 유리 기판으로부터 박리함으로써 얻었다. 실시예 6의 샘플은 백색을 나타내고, 두께는 120㎛이었다.
도 45에 실시예 6 및 비교예 A의 광학 필터의 C*의 내광성 시험에 있어서의 변화를 나타내는 그래프를 나타내고, 도 46에 실시예 6 및 비교예 A의 광학 필터의 ΔE* ab의 내광성 시험에 있어서의 변화를 나타내는 그래프를 나타낸다.
도 45로부터 알 수 있는 바와 같이 실시예 6의 광학 필터의 내광성 시험에 의한 채도 C*의 변화는 비교예 A에 비해서 매우 작다. 비교예 A의 광학 필터의 C*는 내광성 시험 300시간이며, 약 3으로부터 약 9까지 증대하고, 그 후에도 계속해서 증대하여 500시간에 약 11에 도달해 있다. 즉, 비교예 A의 광학 필터의 C*는 내광성 시험 300시간에 약 6이나 증대하고 있다.
이에 대하여 실시예 6의 광학 필터의 C*는 내광성 시험 300시간에 약 5로부터 약 3까지 감소하고, 그 후는 증대로 변하고, 500시간에 약 5로 되돌아가 있다. 실시예 6의 광학 필터의 C*는 내광성 시험 300시간에 약 2까지 감소한 것이 최대의 변화이다.
도 46을 보면 비교예 A의 광학 필터의 ΔE* ab는 내광성 시험 300시간에 약 9까지 증대하고, 그 후에도 계속해서 증대하여 500시간에 약 12까지 증대하고 있다. 이에 대하여 실시예 6의 광학 필터의 ΔE* ab는 내광성 시험 300시간에 약 3까지 증대하고, 500시간에 약 6까지 증대하고 있다.
이렇게 실시예 6의 광학 필터는 비교예 A의 광학 필터에 비해 내광성 시험에 의한 백색도의 변화가 작다. 이 이유는 다음과 같이 생각된다. 비교예 A의 광 필터는 유전체 다층막을 이용하고 있으므로 내광성 시험에 의해 유전체 다층막의 층간 거리가 변화되면 광학 특성이 크게 변화된다. 이에 대하여 실시예 6의 광학 필터는 매트릭스 중에 미립자가 분산된 구조를 갖고 있으며, 규칙성을 갖지 않는 미립자(콜로이드 어모퍼스)가 광학 특성을 담당하고 있으므로 내광성 시험에 의해 구조(예를 들면, 입자간 거리)가 변화되어도 그것에 의한 광학 특성의 변화는 비교적 작다. 또한, 매트릭스가 가교 구조를 갖는 수지로 구성되어 있으므로 내광성 시험에 의한 구조 변화가 비교적 작다고 생각된다. 또한, 미립자가 무기 재료로 형성되어 있는 것도 내광성의 향상에 기여하고 있다.
광학 필터에 요구되는 내광성은 용도에 따라 상이하지만 본 발명의 실시형태에 의하면 크세논 아크 램프(파장 300㎚ 이상 400㎚ 이하인 광의 평균 적산 조도가 120W/㎡)의 광을 300시간 조사하는 내광성 시험 전후에 있어서의 C*의 변화의 절대값이 6 이하, 또한 5 이하, 또한 3 이하인 광학 필터를 얻을 수 있다. 또는, 상기 내광성 시험 전후에 있어서의 색차 ΔE* ab가 8 이하, 또한 5 이하인 광학 필터를 얻을 수 있다.
도 47에 실시예 6 및 비교예 A의 광학 필터의 적외선(파장 950㎚)에 대한 직선 투과율의 내광성 시험에 있어서의 변화를 나타내는 그래프를 나타낸다. 도 47로부터 알 수 있는 바와 같이 실시예 6의 광학 필터의 내광성 시험에 의한 직선 투과율의 변화는 비교예 A에 비해 매우 작다. 비교예 A의 광학 필터의 직선 투과율은 내광성 시험 100시간에 약 82%로부터 약 73%까지 감소하고, 그 후에도 계속해서 감소하여 300시간에 약 66%, 500시간에 약 64%까지 감소하고 있다. 이렇게 비교예 A의 광학 필터의 직선 투과율은 비교적 단시간에 감소하고, 내광성 시험 300시간에 약 20%나 감소하고 있다.
이에 대하여 실시예 6의 광학 필터의 직선 투과율은 내광성 시험에 의한 변화는 얼마 안되며, 100시간에 약 89%로부터 약 91%까지 상승하고, 300시간이어도 약 91%, 500시간에 약 93%로 약간 상승하고 있다. 실시예 6의 광학 필터의 직선 투과율의 내광 시험 300시간에 의한 변화는 약 1%에 지나지 않는다.
이렇게 실시예 6의 광학 필터는 비교예 A의 광학 필터에 비해 내광성 시험에 의한 직선 투과율의 변화가 작다. 이 이유도 상술한 바와 같이 실시예 6의 광학 필터는 매트릭스 중에 미립자가 분산된 구조를 갖고 있으며, 규칙성을 갖지 않는 미립자(콜로이드 어모퍼스)가 광학 특성을 담당하고 있는 것 및 매트릭스가 가교 구조를 갖는 수지로 구성되어 있는 것에 의한다고 생각된다.
광학 필터에 요구되는 내광성은 용도에 따라 상이하지만 본 발명의 실시형태에 의하면 크세논 아크 램프(파장 300㎚ 이상 400㎚ 이하인 광의 평균 적산 조도가 120W/㎡)의 광을 300시간 조사하는 내광성 시험 전후의 변화가 15% 이하, 또한 5% 이하인 광학 필터를 얻을 수 있다.
(산업상 이용가능성)
본 발명의 실시형태에 의한 광학 필터는, 예를 들면 센서 기술 또는 통신 기술 등에 사용되는 적외선 투과 필터로서 사용할 수 있다.
10, 10A, 20A : 광학 필터
12: 매트릭스
14: 미립자
12: 매트릭스
14: 미립자
Claims (26)
- SCE 방식으로 측정한 L*가 20 이상인 광학 필터로서,
760㎚ 이상 2000㎚ 이하의 파장 범위 내의 적어도 일부의 파장의 광에 대한 직선 투과율이 60% 이상이며,
크세논 아크 램프(파장 300㎚ 이상 400㎚ 이하인 광의 평균 적산 조도가 120W/㎡)의 광을 300시간 조사하는 내광성 시험 전후에 있어서의 분광 측색계를 사용하여 SCE 방식으로 측정한 C*의 변화의 절대값은 6 이하인 광학 필터. - 제 1 항에 있어서,
분광 측색계를 사용하여 SCE 방식으로 측정한 L*, a*, b*로부터 구해지는 상기 내광성 시험 전후에 있어서의 백색의 색차 ΔE* ab는 8 이하인 광학 필터. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
파장이 950㎚인 광에 대한 직선 투과율의 상기 내광성 시험 전후에 있어서의 변화는 15% 이하인 광학 필터. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
파장이 950㎚인 광에 대한 직선 투과율이 60% 이상인 광학 필터. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
파장이 1550㎚인 광에 대한 직선 투과율이 60% 이상인 광학 필터. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
표준광을 D65 광원으로 했을 때 나타내는 색의 CIE1931 색도도 상의 x, y 좌표는 0.25≤x≤0.40, 0.25≤y≤0.40인 광학 필터. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터의 가시광의 파장 영역의 투과율 곡선은 장파장측으로부터 단파장측에 걸쳐서 직선 투과율이 단조로 감소하는 곡선 부분을 갖고, 상기 곡선 부분은 입사각의 증대에 따라서 장파장측으로 시프트하는 광학 필터. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
파장이 950㎚인 광에 대한 입사각이 60°일 때의 직선 투과율은 입사각이 0°일 때의 직선 투과율의 80% 이상인 광학 필터. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
적외선 투과 잉크로 형성된 프린트층을 더 갖는 광학 필터. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
3차원 형상을 갖는 광학 필터. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
매트릭스와, 상기 매트릭스 중에 분산된 미립자를 포함하는 광학 필터. - 제 11 항에 있어서,
상기 미립자는 평균 입경이 80㎚ 이상 300㎚ 이하의 범위 내에 있는 단분산의 제 1 미립자를 포함하는 광학 필터. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 미립자의 평균 입경은 150㎚ 이상인 광학 필터. - 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터의 면 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서의 상기 미립자의 무게 중심간 거리의 평균값이 200㎚ 이상인 광학 필터. - 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터의 면 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서의 상기 미립자의 무게 중심간 거리의 평균값의 변동계수가 10% 이상인 광학 필터. - 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터의 면 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서의 상기 미립자의 무게 중심간 거리의 평균값의 변동계수가 45% 이하인 광학 필터. - 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 매트릭스는 가교 구조를 갖는 수지를 포함하는 광학 필터. - 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미립자는 적어도 콜로이드 어모퍼스 집합체를 구성하고 있는 광학 필터. - 제 11 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미립자의 체적분율은 6% 이상 60% 이하인 광학 필터. - 제 11 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
파장이 546㎚인 광에 대한 상기 매트릭스의 굴절률을 nM, 상기 미립자의 굴절률을 nP라고 할 때, |nM-nP|가 0.03 이상 0.6 이하인 광학 필터. - 제 11 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 매트릭스는 수지로 형성되어 있으며, 상기 미립자는 무기 재료로 형성되어 있는 광학 필터. - 제 21 항에 기재된 광학 필터를 제조하는 방법으로서,
경화성 수지에 상기 미립자를 분산·혼합시킨 경화성 수지 조성물을 준비하는 공정과,
상기 경화성 수지 조성물을 기재의 표면에 부여하는 공정과,
상기 표면에 부여된 상기 경화성 수지 조성물에 포함되는 상기 경화성 수지를 경화시키는 공정을 포함하는 제조 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 부여 공정은 도포법으로 행해지는 제조 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 부여 공정은 딥법으로 행해지는 제조 방법. - 적외선 수광부를 구비한 디바이스와,
상기 디바이스의 상기 적외선 수광부의 전방면에 배치된 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 기재된 광학 필터를 갖는 광학 모듈. - 제 25 항에 있어서,
상기 디바이스는 센싱 디바이스, 통신 디바이스, 태양 전지, 히터, 또는 급전 디바이스인 광학 모듈.
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