CN119200067A - 一种近红外吸收滤光片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种近红外吸收滤光片，其包括15~35%重量的铁、5~20%重量的铝、1~10%重量的硅、40~75%的磷、0.2~10%重量的钙、0.2~10%重量的镁、1~10%重量的锌以及0.1~1%的硫，所述近红外吸收滤光片对波长介于930~950nm的光的平均穿透率小于15%，所述近红外吸收滤光片的厚度小于0.7mm。

Description

一种近红外吸收滤光片

技术领域

本发明涉及一种光学元件，具体涉及一种近红外吸收滤光片。

背景技术

随着科技的进步，市场上出现了很多设有生物辨识组件的产品，该种生物辨识组件能够识别人脸、指纹、虹膜或者静脉等，其使用波长为940nm的红外线作为光源，但是红外线将影响感测组件的成像质量，尤其是同时设有生物辨识组件及摄像组件的装置，且彼此距离越近，干扰更严重，因此，市场上存在着对波长为940nm的红外线有着优异吸收效果的滤光片的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足提供一种近红外吸收滤光片。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种近红外吸收滤光片，其包括15~35%重量的铁、5~20%重量的铝、1~10%重量的硅、40~75%的磷、0.2~10%重量的钙、0.2~10%重量的镁、1~10%重量的锌以及0.1~1%的硫，所述近红外吸收滤光片对波长介于930~950nm的光的平均穿透率小于15%，所述近红外吸收滤光片的厚度小于0.7mm。

在一实施例中，其对波长介于420~650nm的光的平均穿透率大于80%。

在一实施例中，其还包括0~10%重量的碱金属。

在一实施例中，所述碱金属为锂、钠、钾中的一种或多种。

在一实施例中，其还包括0~10%重量的硼。

在一实施例中，其还包括0.5~5%重量的不含硫的还原剂，所述不含硫的还原剂为葡萄糖、碳、及金属粉中的一种或多种。

在一实施例中，其厚度介于0.25~0.6mm之间。

在一实施例中，其对波长介于930~950nm的光的平均穿透率小于13%。

在一实施例中，其半穿透波长介于700~800nm之间。

在一实施例中，其半穿透波长介于715~785nm之间。

在一实施例中，其具有单质硫、硫化钠、硫化铁中的一种或多种。

在一实施例中，其对波长940nm的光的穿透率小于12%。

在一实施例中，其对波长650nm的光的穿透率大于82%。

在一实施例中，其厚度小于0.3mm。

在一实施例中，其半穿透波长介于760~785nm之间

综上所述，本发明的近红外吸收滤光片，通过设置其成分配比，使其在厚度较小的前提下具有优异的近红外线滤光性能，且其包括硫成分，能提升其产品的稳定性，提高成品率，降低生产成本，提高效益。

附图说明

为能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是以下详细说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的保护范围作任何的限制。

图1为比较例1至5所制得的近红外吸收滤光片对波长350~1100nm的光的穿透率光谱；

图2为比较例6至10所制得的近红外吸收滤光片对波长350~1100nm的光的穿透率光谱；

图3为实施例1至5所制得的近红外吸收滤光片对波长350~1100nm的光的穿透率光谱；

图4为实施例6至10的近红外吸收滤光片对波长350~1100nm的光的穿透率光谱；

图5为实施例11与比较例11的近红外吸收滤光片对波长350~1100nm的光的穿透率光谱。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本发明所属技术领域的技术人员能够根据本发明所述的内容了解本发明的精神、优点及功效。

本发明所述的“包含”、“包括”或“具有”特定要件时，除非另有说明，否则可包含其他元件、组成分、结构、区域、部位、装置、系统、步骤或连接关系等要件，而非排除该等其他要件。

本发明的近红外吸收滤光片包括15~35%重量的铁、5~20%重量的铝、1~10%重量的硅、40~75%的磷、0.2~10%重量的钙、0.2~10%重量的镁、1~10%重量的锌以及0.1~1%的硫，在一些实施例中，铁的含量可以为15%、20%、25%、30%、或35%重量，铝的含量可以为5%、10%、15%、或20%重量，硅的含量可以为1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%、1.9%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、或10%重量，磷的含量可以为40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、或75%重量，钙的含量可以为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、或10%重量，镁的含量可以为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、或10%重量，锌的含量可以为1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%、1.9%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、或10%重量，硫的含量可以为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、或1%重量，但不限于此。

在一些实施例中，本发明的近红外吸收滤光片还包括0~10%重量的硼，在一些实施例中，硼的含量可以为0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%重量，但不限于此。在一实施例中，本发明的近红外吸收滤光片基本上不包括硼。

在一些实施例中，本发明的近红外吸收滤光片还包括0~10%重量的碱金属，碱金属为锂、钠、钾中的一种或多种。在一些实施例中，碱金属的含量可以为0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%重量，但不限于此。在一实施例中，本发明的近红外吸收滤光片基本上不包括碱金属。

为了将滤光片的厚度做薄，必须增加滤光片中的铁的含量，但是在这种情况下，滤光片中含铁量较高，需要添加还原剂以帮助铁离子还原，避免形成三价铁，三价铁吸收紫外区附近的可见光区域，使玻璃呈现棕黄色，而二价铁吸收近红外附近的可见光区，使玻璃呈现蓝绿色，因此为达成本发明中近红外吸收滤光片，需尽量避免形成三价铁，随着滤光片中铁含量的增加，还原剂的使用量也增加，各成分配比也需要配合还原剂而调整，但是还原剂使用量存在上限，添加过多或导致玻璃产生结晶。为了达到足够的还原效果，制程也可能进一步调整，例如额外给予还原气体还原剂，如氮气、氩气、或者氢气及其混合气体，以确保获得二价铁。而且，铁含量较高的情况是的玻璃制程需要较高的温度（例如1300°）下进行，制程要求变高，此外，当滤光片中的铁含量增加时，玻璃容易结晶，难以成形，且即便使用还原剂也无法提供足够还原力，以致获得大量不期望的三价铁。

本发明中的近红外滤光片通过添加硫以作为还原剂，并调控滤光片中各成分的配比，最终能够稳定获得二价铁，具体地，为形成本发明中的近红外吸收滤光片，可使用偏磷酸盐类，如偏磷酸铝、偏磷酸锂、偏磷酸钠、偏磷酸钾、偏磷酸镁、偏磷酸锌及偏磷酸钙；碳酸盐类，如碳酸钠、碳酸钾、碳酸镁及碳酸钙；金属氧化物，如氧化铁、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化硼及氧化硅；单质硫或硫化物（如硫化钠、硫化铁等）。

利用玻璃原料制作本发明的近红外吸收滤光片可采用现有技术，如将各玻璃原料放入坩埚中，再将坩埚放入还原气氛炉中，并将温度控制在1200°~1500°之间，然后将熔融状态的玻璃搅拌、澄清、流出铸模并退火成型，最终获得均质化的玻璃。还原气氛炉中的还原气体可以为氮气、氩气、或者氢气及其混合气体。

本发明中的近红外吸收滤光片包括硫以作为还原剂，在含硫的前提下，可添加如葡萄糖等有机物、碳、金属粉等作为还原剂。不含硫还原剂含量在0.5至5%重量，添加量若小于0.5重量%，其还原效果可能会不足；若大于重量5%，则会导致产生结晶，难以形成玻璃。金属粉具体可以为锡、锌或铝。

本发明中的近红外吸收滤光片厚度较薄，小于0.7mm，在一些实施例中，其厚度可以为0.25mm、0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm、0.6 mm，但不限于此，一般来说，近红外吸收滤光片的厚度越薄，其近红外线的吸收效果越差，所以市场上的近红外吸收滤光片为了达到较好的近红外吸收效果，常常将滤光片的厚度做的较厚，而本发明中的近红外吸收滤光片，在厚度较薄的前提下仍能实现优异的光学性能。

本发明的近红外吸收滤光片光学性能优异，具体地，其对波长介于930~950nm的光的平均穿透率小于15%，在一些实施例中，其对波长介于930~950nm的光的平均穿透率为14.5%、14%、13.5%、13%、12.5%、12%、11.5%、11%、10.5%、10%、9.5%、9%、8.5%、8%、7.5%、7%、6.5%、6%、5.5%、5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%、0.5%，但不限于此。

在一些实施例中，本发明的近红外吸收滤光片，其对波长940nm的光的穿透率小于12%，如为11.9%、11.8%、11.7%、11.6%、11.5%、11.4%、11.3%、11.2%、11.1%、11%、10.5%、10%、9.5%、9%、8.5%、8%、7.5%、7%、6.5%、6%、5.5%、5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%、0.5%，但不限于此。

本发明的近红外吸收滤光片光学性能优异，具体地，其半穿透波长（T50%）至少在700nm及以上，如其半穿透波长介于700~800nm之间，或者其半穿透波长介于715~785nm之间，或者介于760~785nm之间，在一些实施例中，其半穿透波长可以为715nm、720nm、725nm、730nm、735nm、740nm、745nm、750nm、755nm、760nm、765nm、770nm、775nm、780nm、785nm，但不限于此。因此，可见光区域均维持在高穿透率，高穿透率具体指本发明的近红外吸收滤光片对波长介于420~650nm的光的平均穿透率大于80%，在一些实施例中，其平均穿透率为81%、82.5%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%，但不限于此。

请参照表1及表2，表1为比较例1至10及实施例1至11中主要元素氧化物或主要元素的比例，以莫尔%及重量%表示，表2为比较例1至10及实施例1至11中主要元素的比例，以重量%表示，将各种成分的原料按照表1及表2中的比例称量100至300g，充分混合均匀得到原料组成物，将该原料组成物置于坩埚中，再将坩埚置于还原气氛炉中，并控制还原气氛炉的温度介于1200°至1500°之间，然后将熔融状态的玻璃搅拌、澄清、流出铸模并退火成型，最终获得比较例1至10、及实施例1至11的近红外吸收滤光片，其中，比较例1至5中未添加还原剂，比较例6至10中添加了0.85%重量的还原剂锡，实施例1至11中添加了0.23%重量的还原剂硫。

如图1所示，为比较例1至5的近红外吸收滤光片对波长350~1100nm的光的穿透率光谱，表3为比较例1至5的近红外吸收滤光片的厚度与光谱数据，其厚度均为0.25mm，由图1及表3可知，不具有还原剂的比较例1至5，其对波长420-650nm的可见光区域的平均穿透率极为不稳定，只有比较例1达到了80%以上，比较例5只有26.31%，为次品滤光片，比较例1至5其对波长930-950 nm的近红外区域的平均穿透率也同样极为不稳定，其中比较例4和5均大于24%，为次品滤光片。

如图2所示，为比较例6至10的近红外吸收滤光片对波长350~1100nm的光的穿透率光谱，表4为比较例6至10的近红外吸收滤光片的厚度与光谱数据，其厚度均为0.25mm，由图2及表4可知，具有还原剂锡的比较例6至10，其对波长420-650nm的可见光区域的平均穿透率也同样不稳定，只有比较例6、7、9达到了80%以上，比较例8、10均小于70%，为次品滤光片。

如图3所示，为实施例1至5的近红外吸收滤光片对波长350~1100nm的光的穿透率光谱，表4为实施例1至5的近红外吸收滤光片的厚度与光谱数据，其厚度均为0.25mm，由图3及表5可知，具有还原剂硫的实施例1至5，其对波长420-650nm的可见光区域的平均穿透率非常稳定，均达到了87%以上，且实施例1至5其对波长930-950 nm的近红外区域的平均穿透率也同样非常稳定，均小于12.1%。

如图4所示，为实施例6至10的近红外吸收滤光片对波长350~1100nm的光的穿透率光谱，表5为实施例6至10的近红外吸收滤光片的厚度与光谱数据，其厚度分别为0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm，由图5及表6可知，其对波长420-650nm的可见光区域的平均穿透率非常稳定，均达到了84.4%以上，且实施例6至10其对波长930-950 nm的近红外区域的平均穿透率也同样非常稳定，均小于11%。

如图5所示，为比较例11及实施例11的近红外吸收滤光片对波长350~1100nm的光的穿透率光谱，表5为比较例11及实施例11的近红外吸收滤光片的厚度与光谱数据，其中实施例11的厚度为0.25mm，比较例11为市售近红外吸收滤光片，其厚度为0.7mm，两者的光谱图较为接近，但是比较例11的厚度远大于实施例11。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种近红外吸收滤光片，其特征在于：其包括15~35%重量的铁、5~20%重量的铝、1~10%重量的硅、40~75%的磷、0.2~10%重量的钙、0.2~10%重量的镁、1~10%重量的锌以及0.1~1%的硫，所述近红外吸收滤光片对波长介于930~950nm的光的平均穿透率小于15%，所述近红外吸收滤光片的厚度小于0.7mm。

2.根据权利要求1所述的近红外吸收滤光片，其特征在于：其对波长介于420~650nm的光的平均穿透率大于80%。

3.根据权利要求1所述的近红外吸收滤光片，其特征在于：其还包括0.5~5%重量的不含硫的还原剂，所述不含硫的还原剂为葡萄糖、碳、及金属粉中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的近红外吸收滤光片，其特征在于：其厚度介于0.25~0.6mm之间。

5.根据权利要求1所述的近红外吸收滤光片，其特征在于：其对波长介于930~950nm的光的平均穿透率小于13%。

6.根据权利要求1所述的近红外吸收滤光片，其特征在于：其半穿透波长介于700~800nm之间。

7.根据权利要求6所述的近红外吸收滤光片，其特征在于：其半穿透波长介于715~785nm之间。

8.根据权利要求1所述的近红外吸收滤光片，其特征在于：其具有单质硫、硫化钠、硫化铁中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的近红外吸收滤光片，其特征在于：其对波长940nm的光的穿透率小于12%。

10.根据权利要求1所述的近红外吸收滤光片，其特征在于：其对波长650nm的光的穿透率大于82%。

11.根据权利要求1所述的近红外吸收滤光片，其特征在于：其厚度小于0.3mm。

12.根据权利要求11所述的近红外吸收滤光片，其特征在于：其半穿透波长介于760~785nm之间。