WO2015194456A1 - 近赤外線吸収ガラス板 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a near infrared ray absorbing glass plate used for a near infrared ray absorbing filter.
- Infrared absorbing glass plates are used in digital cameras and camera parts in smartphones to correct the visibility of solid-state imaging devices such as CCD (Charge Coupled Device) and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
- CCD Charge Coupled Device
- CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
- an infrared ray absorbing glass plate for example, one made of a phosphate glass containing CuO is known (see, for example, cited document 1). By containing a predetermined amount of CuO, the infrared-absorbing glass plate can sharply cut light in the near-infrared region near an absorption wavelength of 700 to 1000 nm.
- a near-infrared absorbing glass plate is obtained by melting a glass raw material, clarifying and homogenizing it, then casting it, and processing it into a predetermined shape by cutting and polishing after slow cooling.
- a near-infrared absorbing glass plate is required to be thin (for example, about 0.15 mm).
- the near-infrared absorbing glass plate is made thin, cracks and chips are likely to occur, and the yield tends to decrease.
- an object of the present invention is to provide a near-infrared absorbing glass plate that can be easily thinned and can be stably produced.
- the near-infrared absorbing glass plate of the present invention contains CuO, and based on mol%, P 2 O 5 is 18% or more, P 2 O 5 /ZnO ⁇ 0.8, (Na 2 O-3Al 2 O 3 ) It is produced by satisfying the relationship of / SO 3 ⁇ 0.9, and by a method of directly forming molten glass or a method of drawing and forming a base glass while heating.
- P 2 O 5 is an essential component for forming a glass skeleton, and the near-infrared absorbing glass plate of the present invention contains P 2 O 5 in a predetermined amount or more.
- P 2 O 5 can exist stably as a pair with ZnO. Therefore, it is important to adjust the ratio of P 2 O 5 and ZnO as appropriate for stabilizing the glass.
- the content of P 2 O 5 is excessive with respect to ZnO, the P 2 O 5 network develops too much and the glass becomes unstable, so the content of P 2 O 5 with respect to ZnO is increased as described above.
- the glass is stabilized by setting it to a predetermined ratio or less.
- Al 3+ can take 6-coordination.
- the non-crosslinkable oxygen is considered to be generated by cleavage of the PO bond by the action of Na + ions on the oxygen atom of P 2 O 5 . Therefore, three times as much Na 2 O as Al 2 O 3 is consumed for the generation of the three non-crosslinkable oxygens.
- SO 3 can exist stably in pairs with Na 2 O. Therefore, if the content of Na 2 O remaining after consumption for the generation of the three non-crosslinkable oxygens (Na 2 O-3Al 2 O 3 ) is not less than the predetermined ratio with respect to SO 3 , , SO 3 can exist stably with Na 2 O.
- the near-infrared absorbing glass plate of the present invention by regulating the content and ratio of each component of P 2 O 5 , ZnO, Na 2 O, Al 2 O 3 and SO 3 as described above.
- the method of directly molding molten glass or the method of stretching molding while heating the base glass can be stably performed, and the thinning is facilitated.
- the near-infrared absorbing glass plate of the present invention preferably contains, in mol%, SO 3 3% or more, Na 2 O 5% or more, ZnO 25% or more, and Al 2 O 3 0.1% or more.
- the near-infrared absorbing glass plate of the present invention preferably contains 0.5 to 15% of CuO in mol%. By doing in this way, it becomes easy to obtain a desired near-infrared absorption characteristic.
- the viscosity is not crystals precipitated be held 1 hour at a temperature which becomes 10 4.0 dPa ⁇ s.
- molding by a method of directly molding molten glass or a method of stretching molding while heating a base glass is performed at a viscosity of about 10 4.0 dPa ⁇ s, and therefore, it is required not to devitrify at that viscosity. . Therefore, it can be said that the viscosity is as long as the glass not be precipitated crystals are held 1 hour at a temperature comprised between 10 4.0 dPa ⁇ s, is suitable for the molding process.
- the near-infrared absorbing glass plate of the present invention preferably has a thickness of 0.01 to 3 mm.
- the method for producing a near-infrared absorbing glass plate of the present invention contains CuO, and based on mol%, P 2 O 5 is 18% or more, (Na 2 O-3Al 2 O 3 ) / SO 3 ⁇ 0.9, P Including a step of preparing a raw material batch so as to obtain a glass satisfying the relationship of 2 O 5 /ZnO ⁇ 0.8, a step of heating the raw material batch to obtain a molten glass, and a step of directly forming the molten glass. It is characterized by.
- the method for producing a near-infrared absorbing glass plate of the present invention contains CuO, and based on mol%, P 2 O 5 is 18% or more, (Na 2 O-3Al 2 O 3 ) / SO 3 ⁇ 0.9, P
- the present invention it is possible to provide a near-infrared absorbing glass that can be easily thinned and can be stably produced.
- P 2 O 5 is an essential component for forming a glass skeleton.
- the content of P 2 O 5 is 18% or more, preferably 22% or more, and more preferably 25% or more.
- the content of P 2 O 5 is preferably 50% or less, more preferably 45% or less, further preferably 40% or less, and particularly preferably 30% or less.
- SO 3 has the effect of improving weather resistance and oxidizing Cu element in the glass to change it to Cu 2+ having near infrared absorption characteristics.
- the content of SO 3 is preferably 3% or more, more preferably 4% or more, and further preferably 5% or more. If the content of SO 3 is too small, the above effect is difficult to obtain. Incidentally, the content of SO 3 is too large, there is a tendency that the glass becomes unstable. Therefore, the content of SO 3 is preferably 20% or less, more preferably 15% or less, and even more preferably 10% or less.
- Na 2 O is a particularly effective component for stabilizing the glass.
- the content of Na 2 O is preferably 5% or more, and more preferably 10% or more.
- the content of Na 2 O is preferably 20% or less, and more preferably 15% or less.
- ZnO is a component that has a remarkable effect of stabilizing the glass. It also has the effect of improving weather resistance.
- the ZnO content is preferably 25% or more, more preferably 30% or more, and further preferably 35% or more. If the ZnO content is too small, the above effect is difficult to obtain. In addition, when there is too much ZnO content, there exists a tendency for glass to become unstable on the contrary. Therefore, the content of ZnO is preferably 50% or less, more preferably 45% or less, and further preferably 40% or less.
- Al 2 O 3 is a component that stabilizes the glass. It also has the effect of improving weather resistance.
- the content of Al 2 O 3 is preferably 0.1% or more, more preferably 0.5% or more, and further preferably 1% or more. If the content of Al 2 O 3 is too small, the above effect is difficult to obtain. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is too large, rather glass becomes unstable, it tends to be devitrified during molding. Therefore, the content of Al 2 O 3 is preferably 10% or less, more preferably 7% or less, still more preferably 5% or less, and particularly preferably 3%.
- CuO is a component that absorbs near infrared rays.
- the CuO content is preferably 0.5 to 15%, more preferably 1 to 10%, still more preferably 3 to 9%.
- the CuO content is too little, the light transmittance in the ultraviolet to visible range tends to decrease. Moreover, it becomes difficult to vitrify.
- the near-infrared absorption amount of the near-infrared absorbing glass plate depends on the CuO content and the thickness of the glass plate. In order to achieve desired near infrared absorption characteristics while reducing the thickness of the glass plate, it is preferable to increase the CuO content.
- P 2 O 5 / ZnO is 0.8 or less, and preferably 0.7 or less.
- P 2 O 5 / ZnO is too large, the P 2 O 5 network develops too much and the glass tends to become unstable. As a result, molding tends to be difficult.
- the P 2 O 5 / ZnO is too small, there is a tendency that the glass becomes unstable becomes excessive content of ZnO with respect to P 2 O 5. Therefore, it is preferable P 2 O 5 / ZnO is 0.5 or more.
- (Na 2 O-3Al 2 O 3 ) / SO 3 is 0.9 or more, preferably 1 or more. If (Na 2 O-3Al 2 O 3 ) / SO 3 is too small, the glass tends to be unstable. As a result, molding tends to be difficult. When (Na 2 O-3Al 2 O 3 ) / SO 3 is too large, crystals due to Na 2 O are precipitated, and the glass tends to become unstable.
- the near infrared absorbing glass plate of the present invention may contain the following components.
- MgO, CaO, SrO and BaO are components that stabilize the glass.
- the content thereof is preferably 0 to 10%, more preferably 0 to 5%, and still more preferably 0.1 to 2%. However, if the content of these components is too large, the glass tends to be unstable.
- the total content of MgO, CaO, SrO, BaO and ZnO (RO) is preferably 25 to 50%, more preferably 30 to 45%, and further preferably 35 to 40%. preferable. If the RO content is too low, the glass tends to become unstable. On the other hand, if the RO content is too large, crystals such as R—NaPO 4 and R—PO 4 tend to precipitate, and the glass tends to become unstable.
- Li 2 O is a component that lowers the melting temperature of the glass and increases the meltability.
- the content of Li 2 O is preferably 0 to 5%, more preferably 0.1 to 3%.
- the content of Li 2 O is too large, Li 2 O-induced crystallization tends to precipitate during molding, rather tend to glass becomes unstable.
- K 2 O is a component that improves the meltability.
- the content of K 2 O is preferably 0 to 10%, more preferably 0.1 to 7%.
- K 2 O resulting crystal tends to deposit in the molding tends to glass becomes unstable.
- the content of R ′ 2 O (R ′ is at least one selected from Li, Na and K) is preferably 5 to 20%, more preferably 8 to 18%, more preferably 10 to More preferably, it is 15%.
- R ′ 2 O is too small, the glass tends to become unstable.
- R′-based crystals tend to precipitate during molding, and the glass tends to become unstable.
- CeO 2 and Sb 2 O 3 are effective in suppressing the reduction of Cu 2+ ions and improving near infrared absorption characteristics by lowering the melting temperature.
- the total content of CeO 2 and Sb 2 O 3 is preferably 0 to 0.5%, more preferably 0.1 to 0.3%. When there is too much content of these components, there exists a tendency for glass to become unstable.
- Nb 2 O 5 is a component that improves weather resistance.
- the content of Nb 2 O 5 is preferably 0 to 3%, more preferably 0 to 2%.
- the melting temperature becomes higher meltability decreases.
- Cu 2+ ions are easily reduced, making it difficult to obtain desired spectral characteristics.
- Y 2 O 3 and La 2 O 3 are components that stabilize the glass.
- the contents of Y 2 O 3 and La 2 O 3 are each preferably 0 to 3%, more preferably 0 to 2%.
- the content of Y 2 O 3 or La 2 O 3 is too large, it tends to be devitrified during molding.
- the refractive index increases, surface reflection increases, and the light transmittance in the visible range tends to decrease.
- Ta 2 O 5 is a component for increasing the chemical durability.
- the content of Ta 2 O 5 is preferably 0 to 3%, more preferably 0 to 2%.
- the content of ta 2 O 3 is too large, it tends to be devitrified during molding.
- the refractive index increases, surface reflection increases, and the light transmittance in the visible range tends to decrease.
- B 2 O 3 is a component that makes glass unstable, its content is preferably 3% or less, and more preferably 2% or less.
- the U and Th contents in the near-infrared absorbing glass plate of the present invention are each preferably 1 ppm or less, more preferably 100 ppb or less, and even more preferably 20 ppb or less.
- the ⁇ dose emitted from the near-infrared absorbing glass plate of the present invention is preferably 1.0 c / cm 2 ⁇ h or less.
- the near-infrared absorbing glass plate of the present invention can sharply cut near-infrared light while maintaining high transmittance in the visible region.
- the transmittance at a wavelength of 500 nm is 80% or more (further 82% or more), and
- the transmittance at a wavelength of 1100 nm is preferably 25% or less (more preferably 15% or less).
- the near-infrared absorbing glass plate of the present invention is produced by a method of directly molding molten glass or a method of stretching molding while heating the base glass.
- the near-infrared absorbing glass plate of the present invention is preferably produced by a downdraw method, a roll-out method, a direct press method or a float method, which is a method for directly forming molten glass.
- it is preferable to produce by the redraw method which is the method of extending
- the near-infrared absorbing glass plate having the desired characteristics while suppressing the occurrence of devitrification even when a molding method in which devitrification is likely to occur at the time of molding as described above is adopted.
- the down draw method include an overflow down draw method and a slit down draw method.
- the overflow down draw method molten glass overflowing from the upper part of the molded body is caused to flow down along both side surfaces of the molded body, fused at the lower part of the molded body, and stretched downward to obtain a plate-like glass.
- the slot down draw method is a method of obtaining a plate-like glass by stretching downward while flowing molten glass from a substantially rectangular gap provided at the bottom of a molded body.
- the near-infrared absorbing glass plate of the present invention is formed by the overflow downdraw method or the redraw method because the surface becomes a fired surface and the surface quality is improved.
- the product can be used as a product with its surface unpolished.
- the overflow downdraw method facilitates thinning and enlargement of the glass plate.
- the slot down draw method is also a method capable of easily reducing the thickness of the glass plate. Therefore, when the surface quality is not so required and priority is given to thinning the glass plate, the slot down draw method may be adopted.
- the viscosity is not crystals precipitated be held 1 hour at a temperature which becomes 10 4.0 dPa ⁇ s. By doing in this way, it becomes hard to devitrify when applying the method of shape
- the thickness of the near-infrared absorbing glass plate of the present invention is preferably from 0.01 to 3 mm, more preferably from 0.05 to 2 mm, and further preferably from 0.1 to 1.5 mm. If the near-infrared absorbing glass plate is too thin, it will be easily damaged. On the other hand, if the near-infrared absorbing glass plate is too thick, it tends to be difficult to reduce the thickness and weight of the optical device.
- the near-infrared absorbing glass plate of the present invention can be manufactured as follows.
- the raw material batch is adjusted to have a desired composition. Specifically, it contains CuO, 18% or more of P 2 O 5 , (Na 2 O-3Al 2 O 3 ) / SO 3 ⁇ 0.9, P 2 O 5 / ZnO ⁇ 0.
- a raw material batch is prepared so that a glass satisfying the relationship of 8 is obtained.
- the melting temperature is preferably about 600 to 1000 ° C. If the melting temperature is too low, it is difficult to obtain a homogeneous glass. On the other hand, if the melting temperature is too high, Cu 2+ ions are likely to be reduced, making it difficult to obtain desired spectral characteristics.
- the near-infrared absorbing glass plate of the present invention is obtained by a method of directly forming molten glass or a method of stretching and forming the base glass.
- the formed glass plate may be appropriately cut or an infrared wavelength absorption film may be formed on the surface.
- Tables 1 and 2 show examples (Nos. 1 to 9) and comparative examples (Nos. 10 to 14) of the present invention.
- Each sample was manufactured as follows. First, a raw material batch prepared to have the composition shown in each table was put into a platinum crucible and melted at 700 to 900 ° C. to be homogeneous. As raw materials, aluminum metaphosphate, zinc metaphosphate, orthophosphate, zinc sulfate heptahydrate, zinc sulfate anhydrate, sodium sulfate, calcium carbonate, strontium carbonate and the like were used. Next, the molten glass was poured out on the carbon plate, cooled and solidified, and then annealed to prepare a sample.
- the light transmittance curve of the sample No. 1 is shown in FIG.
- the light transmittance was measured using a UV3100PC manufactured by Shimadzu Corporation on a 0.2 mm thick sample whose surfaces were mirror-polished with diamond powder having a particle size of 0.5 ⁇ m.
- sample resistance to devitrification in 10 4.0 dPa ⁇ s was evaluated by the following methods.
- the sample was crushed and put into a platinum crucible. Subsequently, the platinum crucible was heated to bring the sample into a molten state, and the viscosity of the glass at a plurality of temperatures was determined by a platinum ball pulling method. Thereafter, a viscosity curve was created from the obtained plurality of measured values, and the temperature at which the viscosity was 10 4.0 dPa ⁇ s was calculated by interpolation.
- a crushed sample is put into a platinum crucible equivalent to 100 cc, heated at 600 to 900 ° C. for 30 minutes, and lowered to a temperature of 10 4.0 dPa ⁇ s calculated above over 5 to 10 hours. The temperature was further maintained for 1 hour. Using an optical microscope, the presence or absence of devitrification inside the glass and at the interface between the glass and the crucible was confirmed. The case where devitrification was not confirmed was evaluated as “ ⁇ ”, and the case where devitrification was confirmed was evaluated as “x”.
- the near-infrared absorbing glass plate of the present invention is a lens of a digital camera, a CCD cover glass, a heat ray absorbing glass plate used for CCD or CMOS, and further an IR / UV absorbing glass plate, a visibility correction filter, a color adjustment filter, etc. It can be used for an optical filter or the like.
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Abstract
薄型化が容易であり、安定して生産することが可能な近赤外線吸収ガラスを提供する。 CuOを含有する近赤外線吸収ガラス板であって、モル%基準で、P2O5 18%以上、(Na2O-3Al2O3)/SO3≧0.9、P2O5/ZnO≦0. 8の関係を満たし、かつ溶融ガラスを直接成形する方法または母材ガラスを加熱しながら延伸成形する方法により作製されてなることを特徴とする近赤外線吸収ガラス板。
Description
本発明は、近赤外線吸収フィルタに用いられる近赤外線吸収ガラス板に関するものである。
デジタルカメラやスマートフォン内のカメラ部分には、CCD(電荷結合素子)やCMOS(相補性金属酸化膜半導体)等の固体撮像素子の視感度補正のため、赤外線吸収ガラス板が用いられている。赤外線吸収ガラス板としては、例えばCuOを含有するリン酸塩系ガラスからなるものが知られている(例えば引用文献1参照)。赤外線吸収ガラス板は、CuOを所定量含有することにより、吸収波長700~1000nm付近の近赤外域の光をシャープにカットすることが可能となる。
一般に、近赤外線吸収ガラス板は、ガラス原料を溶融し、清澄、均質化を経た後に鋳込み成形され、徐冷後に切断及び研磨により所定形状に加工することにより得られる。
近年、カメラの薄型化や軽量化を目的として、近赤外線吸収ガラス板の薄板化(例えば0.15mm程度)が求められている。しかしながら、近赤外線吸収ガラス板を薄板化しようとすると、割れや欠け等が発生しやすく、歩留りが低下する傾向があった。
以上に鑑み、本発明は薄型化が容易であり、安定して生産することが可能な近赤外線吸収ガラス板を提供することを目的とする。
本発明の近赤外線吸収ガラス板は、CuOを含有するとともに、モル%基準で、P2O5 18%以上、P2O5/ZnO≦0.8、(Na2O-3Al2O3)/SO3≧0.9の関係を満たし、かつ溶融ガラスを直接成形する方法または母材ガラスを加熱しながら延伸成形する方法により作製されてなることを特徴とする。
本発明者が鋭意検討した結果、本発明の近赤外線吸収ガラス板において、構成成分が上記関係を満たす場合に、溶融ガラスを直接成形する方法または母材ガラスを加熱しながら延伸成形する方法を安定して行うことができ、薄型化が容易であることを見出した。以下にその詳細なメカニズムについて説明する。
P2O5はガラス骨格を形成するための必須成分であり、本発明の近赤外線吸収ガラス板は上記所定量以上のP2O5を含有している。また、P2O5はZnOとペアで安定に存在し得る。よって、ガラスの安定化にはP2O5とZnOの比率を適宜調整することが重要である。しかしながら、P2O5の含有量がZnOに対して過剰になると、P2O5ネットワークが発達しすぎて、かえってガラスが不安定になることから、ZnOに対するP2O5の含有量を上記所定比率以下とすることにより、ガラスの安定化を図っている。
ところで、ガラス中において、Al3+は6配位を取り得る。Al3+の周りには3つの共有結合性の酸素原子以外に、3つの非架橋性酸素原子が存在する。当該非架橋性酸素は、Na+イオンがP2O5の酸素原子に作用することにより、P-O結合が切断されて生成されたものであると考えられる。よって、上記3つの非架橋性酸素の生成のために、Al2O3の3倍のNa2Oが消費される。
一方で、SO3はNa2Oとペアで安定に存在し得る。そのため、上記3つの非架橋性酸素の生成のために消費された後に残ったNa2Oの含有量(Na2O-3Al2O3)が、SO3に対して上記所定比率以上であれば、SO3はNa2Oとともに安定に存在し得る。
以上のように、本発明の近赤外線吸収ガラス板において、P2O5、ZnO、Na2O、Al2O3及びSO3の各成分の含有量及び比率を、上記の通り規制することにより、溶融ガラスを直接成形する方法または母材ガラスを加熱しながら延伸成形する方法を安定して行うことができ、薄型化が容易となる。
本発明の近赤外線吸収ガラス板は、モル%で、SO3 3%以上、Na2O 5%以上、ZnO 25%以上、及びAl2O3 0.1%以上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板は、モル%で、CuO 0.5~15%を含有することが好ましい。このようにすることで、所望の近赤外線吸収特性が得られやすくなる。
本発明の近赤外線吸収ガラス板は、粘度が104.0dPa・sとなる温度で1時間保持しても結晶が析出しないことが好ましい。一般に、溶融ガラスを直接成形する方法または母材ガラスを加熱しながら延伸成形する方法による成形は104.0dPa・s付近の粘度で行われるため、当該粘度において失透しないことが要求される。そのため、粘度が104.0dPa・sとなる温度で1時間保持しても結晶が析出しないガラスであれば、上記成形方法に適していると言える。
本発明の近赤外線吸収ガラス板は、厚みが0.01~3mmであることが好ましい。
本発明の近赤外線吸収ガラス板の製造方法は、CuOを含有し、モル%基準で、P2O5 18%以上、(Na2O-3Al2O3)/SO3≧0.9、P2O5/ZnO≦0.8の関係を満たすガラスが得られるよう原料バッチを調製する工程、原料バッチを加熱して溶融ガラスを得る工程、及び、溶融ガラスを直接成形する工程、を含むことを特徴とする。
本発明の近赤外線吸収ガラス板の製造方法は、CuOを含有し、モル%基準で、P2O5 18%以上、(Na2O-3Al2O3)/SO3≧0.9、P2O5/ZnO≦0.8の関係を満たすガラスが得られるよう原料バッチを調製する工程、原料バッチを加熱して溶融ガラスを得る工程、溶融ガラスを冷却固化して母材ガラスを得る工程、及び、母材ガラスを加熱しながら延伸成形する工程、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、薄型化が容易であり、安定して生産することが可能な近赤外線吸収ガラスを提供することが可能となる。
以下に、本発明の近赤外線吸収ガラスを構成する各成分の含有量範囲とその限定理由について説明する。以下の各成分の含有量の説明において、「%」は特に断りのない限り「モル%」を示す。
P2O5はガラス骨格を形成するための必須成分である。P2O5の含有量は18%以上であり、22%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましい。P2O5の含有量が少なすぎると、ガラスが不安定になり成形が困難になる傾向がある。なお、P2O5の含有量が多すぎると、ガラス構造が化学的に弱くなり、耐候性が低下しやすくなる。よって、P2O5の含有量は50%以下であることが好ましく、45%以下であることがより好ましく、40%以下であることがさらに好ましく、30%以下であることが特に好ましい。
SO3は耐候性を向上させるとともに、ガラス中のCu元素を酸化して、近赤外線吸収特性を有するCu2+に変化させる効果を有する。SO3の含有量は3%以上であることが好ましく、4%以上であることがより好ましく、5%以上であることがさらに好ましい。SO3の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。なお、SO3の含有量が多すぎると、ガラスが不安定になる傾向がある。よって、SO3の含有量は20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることがさらに好ましい。
Na2Oはガラスの安定化に特に有効な成分である。Na2Oの含有量は5%以上であることが好ましく、10%以上であることがより好ましい。Na2Oの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。なお、Na2Oの含有量が多すぎると、Na2O起因の結晶が析出し、かえってガラスが不安定になる傾向がある。また、耐候性が低下しやすくなる。そのため、Na2Oの含有量は20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましい。
ZnOはガラスを安定化する効果が顕著な成分である。また、耐候性を向上させる効果もある。ZnO含有量は25%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましく、35%以上であることがさらに好ましい。ZnO含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。なお、ZnO含有量が多すぎると、かえってガラスが不安定になる傾向がある。そのため、ZnOの含有量は50%以下であることが好ましく、45%以下であることがより好ましく、40%以下であることがさらに好ましい。
Al2O3はガラスを安定化する成分である。また、耐候性を向上させる効果もある。Al2O3の含有量は0.1%以上であることが好ましく、0.5%以上であることがより好ましく、1%以上であることがさらに好ましい。Al2O3の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくい。一方、Al2O3の含有量が多すぎると、かえってガラスが不安定になり、成形時に失透しやすくなる。よって、Al2O3の含有量は10%以下であることが好ましく、7%以下であることがより好ましく、5%以下であることがさらに好ましく、3%であることが特に好ましい。
CuOは近赤外線を吸収する成分である。CuOの含有量は0.5~15%であることが好ましく、1~10%であることがより好ましく、3~9%であることがさらに好ましい。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する傾向にある。また、ガラス化しにくくなる。
なお、近赤外線吸収ガラス板の近赤外線吸収量は、CuO含有量とガラス板の厚みに依存する。ガラス板を薄型化しつつ所望の近赤外線吸収特性を達成するためには、CuOの含有量を多くすることが好ましい。
本発明の近赤外線吸収ガラス板において、P2O5/ZnOは0.8以下であり、0.7以下であることが好ましい。P2O5/ZnOが大きすぎると、P2O5ネットワークが発達しすぎて、ガラスが不安定になりやすい。その結果、成形が困難になる傾向がある。なお、P2O5/ZnOが小さすぎると、P2O5に対するZnOの含有量が過剰になってガラスが不安定になる傾向がある。よって、P2O5/ZnOは0.5以上であることが好ましい。
本発明の近赤外線吸収ガラス板において、(Na2O-3Al2O3)/SO3は0.9以上であり、1以上であることが好ましい。(Na2O-3Al2O3)/SO3が小さすぎると、ガラスが不安定になりやすい。その結果、成形が困難になる傾向がある。なお、(Na2O-3Al2O3)/SO3が大きすぎると、Na2O起因の結晶が析出して、かえってガラスが不安定になる傾向がある。
本発明の近赤外線吸収ガラス板には、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。
MgO、CaO、SrO及びBaOはガラスを安定にする成分である。その含有量は、それぞれ0~10%であることが好ましく、0~5%であることがより好ましく、0.1~2%であることがさらに好ましい。ただし、これらの成分の含有量が多すぎると、かえってガラスが不安定になる傾向がある。
なお、MgO、CaO、SrO及びBaOとZnO(RO)の含有量は合計で25~50%であることが好ましく、30~45%であることがより好ましく、35~40%であることがさらに好ましい。ROの含有量が少なすぎると、ガラスが不安定になる傾向がある。一方、ROの含有量が多すぎると、R-NaPO4やR-PO4等の結晶が析出しやすくなり、かえってガラスが不安定になる傾向がある。
Li2Oはガラスの溶融温度を低下させ溶融性を高める成分である。Li2Oの含有量は0~5%であることが好ましく、0.1~3%であることがより好ましい。Li2Oの含有量が多すぎると、成形時にLi2O起因の結晶が析出しやすくなり、かえってガラスが不安定になる傾向がある。
K2Oは、溶融性を高める成分である。K2Oの含有量は0~10%であることが好ましく、0.1~7%であることがより好ましい。K2Oの含有量が多すぎると、K2O起因の結晶が成形中に析出しやすくなり、ガラスが不安定になる傾向がある。
なお、R’2O(R’はLi、Na及びKから選択される少なくとも1種)の含有量は5~20%であることが好ましく、8~18%であることがより好ましく、10~15%であることがさらに好ましい。R’2Oの含有量が少なすぎると、ガラスが不安定になる傾向がある。一方、R’2Oの含有量が多すぎると、成形中にR’系の結晶が析出しやすくなり、かえってガラスが不安定になる傾向がある。
CeO2及びSb2O3は溶融温度を低下させることにより、Cu2+イオンの還元を抑制し、近赤外線吸収特性を向上させる効果がある。CeO2及びSb2O3の含有量は合計で0~0.5%であることが好ましく、0.1~0.3%であることがより好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、ガラスが不安定になる傾向がある。
Nb2O5は耐候性を向上させる成分である。Nb2O5の含有量は0~3%であることが好ましく、0~2%であることがより好ましい。Nb2O5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る傾向がある。その結果、Cu2+イオンが還元されやすく、所望の分光特性が得られにくくなる。
Y2O3及びLa2O3はガラスを安定化する成分である。Y2O3及びLa2O3の含有量はそれぞれ0~3%であることが好ましく、0~2%であることがより好ましい。Y2O3またはLa2O3の含有量が多すぎると、成形時に失透しやすくなる。また、屈折率が高くなって表面反射が大きくなり、可視域の光透過率が低下する傾向がある。
Ta2O5は化学的耐久性を高める成分である。Ta2O5の含有量は0~3%であることが好ましく、0~2%であることがより好ましい。Ta2O3の含有量が多すぎると、成形時に失透しやすくなる。また、屈折率が高くなって表面反射が大きくなり、可視域の光透過率が低下する傾向がある。
本発明においてB2O3はガラスを不安定にする成分であるため、その含有量は3%以下であることが好ましく、2%以下であることがより好ましい。
なお、Cl成分は人体に対する影響を考慮し、含有しないことが好ましい。また、Ag2OはCu元素の価数に影響を及ぼし得るため、含有しないことが好ましい。
また、原料中にU成分やTh成分が不純物として多く含まれていると、ガラス板からα線が放出される。そのため、視感度補正フィルタや色調整フィルタの用途においては、α線によりCCDやCMOSの信号に不具合をきたすおそれがある。従って、本発明の近赤外線吸収ガラス板におけるU及びThの含有量は、それぞれ1ppm以下であることが好ましく、100ppb以下であることがより好ましく、20ppb以下であることがさらに好ましい。また、本発明の近赤外線吸収ガラス板から放出されるα線量は1.0c/cm2・h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板は、可視域での高い透過率を維持しつつ、近赤外域の光をシャープにカットすることができる。具体的には、波長500~1200nmの範囲で透過率50%を示す波長(λ50)が615nmになる厚さにおいて、波長500nmにおける透過率が80%以上(さらには82%以上)、かつ、波長1100nmの透過率が25%以下(さらには15%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板は溶融ガラスを直接成形する方法または母材ガラスを加熱しながら延伸成形する方法により作製されてなることを特徴とする。具体的には、本発明の近赤外線吸収ガラス板は、溶融ガラスを直接成形する方法であるダウンドロー法、ロールアウト法、ダイレクトプレス法またはフロート法により作製されることが好ましい。また、母材ガラスを加熱しながら延伸成形する方法であるリドロー法により作製されることが好ましい。上記のようにガラス組成を調整すれば、上記のような成形時に失透が発生しやすい成形方法を採用した場合にも、失透の発生を抑制しながら所望の特性を有する近赤外線吸収ガラス板を得ることができる。ダウンドロー法としては、オーバーフローダウンドロー法、スリットダウンドロー法等が挙げられる。オーバーフローダウンドロー法は、成形体の上部から溢れ出た溶融ガラスを、成形体の両側面に沿って流下させ、成形体の下部で融合させて下方に延伸成形することにより板状のガラスを得る方法である。スロットダウンドロー法は、成形体の底部に設けられた略矩形の隙間から溶融ガラスを流し出しながら、下方に延伸成形することにより板状のガラスを得る方法である。
特に、本発明の近赤外線吸収ガラス板がオーバーフローダウンドロー法またはリドロー法で形成されてなるものであると、表面が火造り面となり表面品位が良好となるため好ましい。この場合は、表面が未研磨の状態で、製品として使用することも可能である。また、オーバーフローダウンドロー法では、ガラス板の薄板化や大型化が容易となる。なお、スロットダウンドロー法も、容易にガラス板の薄型化を図ることが可能な方法である。よって、表面品位があまり要求されず、ガラス板の薄型化を優先する場合は、スロットダウンドロー法を採用してもよい。
本発明の近赤外線吸収ガラス板は、粘度が104.0dPa・sとなる温度で1時間保持しても結晶が析出しないことが好ましい。このようにすることにより、溶融ガラスを直接成形する方法または母材ガラスを加熱しながら延伸成形する方法を適用した際に失透しにくくなる。
本発明の近赤外線吸収ガラス板の厚みは0.01~3mmであることが好ましく、0.05~2mmであることがより好ましく、0.1~1.5mmであることがさらに好ましい。近赤外線吸収ガラス板の厚みが小さすぎると、破損しやすくなる。一方、近赤外線吸収ガラス板の厚みが大きすぎると、光学デバイスの薄型化や軽量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板は以下のようにして製造することができる。
まず、所望の組成となるように原料バッチを調整する。具体的には、CuOを含有し、モル%基準で、P2O5 18%以上、(Na2O-3Al2O3)/SO3≧0.9、P2O5/ZnO≦0.8の関係を満たすガラスが得られるよう原料バッチを調製する。
次に、原料バッチを加熱して溶融ガラスを得る。溶融温度は600~1000℃程度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い。一方、溶融温度が高すぎると、Cu2+イオンが還元されやすく、所望の分光特性が得られにくくなる。
さらに、溶融ガラスを直接成形する方法または母材ガラスを加熱しながら延伸成形する方法により本発明の近赤外線吸収ガラス板を得る。成形後のガラス板に対し、適宜切断加工を施したり、表面に赤外域波長吸収膜を形成してもよい。
以下、本発明の近赤外線吸収ガラス板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(No.1~9)及び比較例(No.10~14)示す。
(1)試料の作製
各試料は、以下のようにして作製した。まず、各表に記載の組成となるように調合した原料バッチを白金ルツボに投入し、700~900℃で均質になるように溶融した。原料としては、メタリン酸アルミニウム、メタリン酸亜鉛、正リン酸塩、硫酸亜鉛七水和物、硫酸亜鉛無水和物、硫酸ソーダ、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム等を用いた。次に、溶融ガラスをカーボン板上に流し出し、冷却固化した後、アニールを行って試料を作製した。
各試料は、以下のようにして作製した。まず、各表に記載の組成となるように調合した原料バッチを白金ルツボに投入し、700~900℃で均質になるように溶融した。原料としては、メタリン酸アルミニウム、メタリン酸亜鉛、正リン酸塩、硫酸亜鉛七水和物、硫酸亜鉛無水和物、硫酸ソーダ、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム等を用いた。次に、溶融ガラスをカーボン板上に流し出し、冷却固化した後、アニールを行って試料を作製した。
No.1の試料の光透過率曲線を図1に示す。なお、光透過率は、粒度0.5μmのダイヤモンド粉末で両面を鏡面研磨した厚み0.2mm試料について、株式会社島津製作所製UV3100PCを用いて測定した。
(2)耐失透性評価
得られた試料について、104.0dPa・sにおける耐失透性を以下の方法により評価した。
得られた試料について、104.0dPa・sにおける耐失透性を以下の方法により評価した。
試料を破砕し、白金製坩堝に投入した。続いて、白金製坩堝を加熱して試料を融液状態とし、白金球引き上げ法によって複数の温度におけるガラスの粘度を求めた。その後、得られた複数の計測値から粘度曲線を作成し、その内挿によって粘度が104.0dPa・sとなる温度を算出した。
100cc相当の白金製坩堝に、破砕された試料を投入し、600~900℃で30分間加熱し、上記で算出した粘度104.0dPa・sとなる温度まで5~10時間かけて降温し、さらにその温度で1時間保持した。光学顕微鏡を用いて、ガラス内部、及びガラスと坩堝との界面における失透の有無を確認した。失透が確認されなかったものは「○」、失透が確認されたものは「×」として評価した。
(3)結果の考察
実施例であるNo.1~9の試料は、いずれも粘度104.0dPa・sとなる温度で1時間保持しても失透が確認されず、溶融ガラスを直接成形する方法または母材ガラスを加熱しながら延伸成形する方法に適していることがわかる。これに対し、比較例であるNo.10~12の試料は、粘度104.0dPa・sとなる温度で1時間保持した場合に失透が発生したため、上記の成形方法が適用困難であると考えられる。なお、比較例であるNo.13及び14の試料はガラス化しなかった。
実施例であるNo.1~9の試料は、いずれも粘度104.0dPa・sとなる温度で1時間保持しても失透が確認されず、溶融ガラスを直接成形する方法または母材ガラスを加熱しながら延伸成形する方法に適していることがわかる。これに対し、比較例であるNo.10~12の試料は、粘度104.0dPa・sとなる温度で1時間保持した場合に失透が発生したため、上記の成形方法が適用困難であると考えられる。なお、比較例であるNo.13及び14の試料はガラス化しなかった。
本発明の近赤外線吸収ガラス板は、デジタルカメラのレンズ、CCDカバーガラス、CCDやCMOSに使用される熱線吸収ガラス板、さらにはIR/UV吸収ガラス板、視感度補正フィルタ、色調整フィルタ等の光学フィルタ等に使用することが可能である。
Claims (7)
- CuOを含有する近赤外線吸収ガラス板であって、モル%基準で、P2O5 18%以上、(Na2O-3Al2O3)/SO3≧0.9、P2O5/ZnO≦0.8の関係を満たし、かつ溶融ガラスを直接成形する方法または母材ガラスを加熱しながら延伸成形する方法により作製されてなることを特徴とする近赤外線吸収ガラス板。
- モル%で、SO3 3%以上、Na2O 5%以上、ZnO 25%以上、及びAl2O3 0.1%以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の近赤外線吸収ガラス板。
- モル%で、CuO 0.5~15%を含有す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板。
- 粘度が104.0dPa・sとなる温度で1時間保持しても結晶が析出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板。
- 厚みが0.01~3mm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板。
- CuOを含有し、モル%基準で、P2O5 18%以上、(Na2O-3Al2O3)/SO3≧0.9、P2O5/ZnO≦0.8の関係を満たすガラスが得られるよう原料バッチを調製する工程、
前記原料バッチを加熱して溶融ガラスを得る工程、及び、
前記溶融ガラスを直接成形する工程、
を含むことを特徴とする近赤外線吸収ガラス板の製造方法。 - CuOを含有し、モル%基準で、P2O5 18%以上、(Na2O-3Al2O3)/SO3≧0.9、P2O5/ZnO≦0.8の関係を満たすガラスが得られるよう原料バッチを調製する工程、
前記原料バッチを加熱して溶融ガラスを得る工程、
前記溶融ガラスを冷却固化して母材ガラスを得る工程、及び、
前記母材ガラスを加熱しながら延伸成形する工程、
を含むことを特徴とする近赤外線吸収ガラス板の製造方法。
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