(57)【要約】  【課題】熱処理が不要な微粒子分散ガラスを得る。  【解決手段】まず母材としてのガラス材と、少なくとも硫黄、セレン、またはテルルのいずれか１種以上を含む置換物質を含有する化合物と、酸化亜鉛とを混合して混合物とする。このとき、混合物はこれら硫黄、セレン、テルルなどの置換物質の添加濃度を予め所定の粒径となるように調整しておくことが好ましい。  そして、当該混合物を加熱溶融した後冷却して、前記酸化亜鉛の酸素と前記置換物質とを置換反応させ、亜鉛と置換物質とからなる微粒子をガラス中に析出させて微粒子分散ガラスを製造する。  【選択図】  図１
2005206434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材としてのガラス材と、少なくとも硫黄、セレン、またはテルルのいずれか１種以上を含む置換物質を含有する化合物と、酸化亜鉛とを混合して混合物とし、当該混合物を加熱溶融した後冷却して、前記酸化亜鉛の酸素と前記置換物質とを置換反応させ、亜鉛と置換物質とからなる微粒子をガラス中に析出させることを特徴とする微粒子分散ガラスの製造方法。
【請求項２】
前記微粒子の粒径が、所定の粒径となるように前記混合物における前記化合物の添加濃度を調整しておくことを特徴とする請求項１記載の微粒子分散ガラスの製造方法。
【請求項３】
前記微粒子が、少なくともＺｎＳ、ＺｎＳｅ、またはＺｎＴｅのいずれかを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の微粒子分散ガラスの製造方法。
【請求項４】
前記混合物に、鉛または鉛化合物を含むことを特徴とする請求項１、２または３に記載の微粒子分散ガラスの製造方法。
【請求項５】
請求項１、２、３または４に記載の微粒子分散ガラスを光学フィルターとして用いたことを特徴とする紫外線遮断フィルター。
【請求項６】
少なくともＺｎＳ、ＺｎＳｅ、またはＺｎＴｅのいずれか１種を含む微粒子が、ガラス中に分散されていることを特徴とする紫外線遮断フィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫黄、セレンまたはテルルを含む半導体化合物を微粒子として分散させているガラスの製造方法、およびそのガラスを用いた紫外線遮断フィルターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微粒子を分散させたガラスは、これまでも光の吸収材として利用されてきている。例えばカドミウム化合物の半導体微粒子を分散させた材料は、それらの特殊なバンド構造に由来する吸収領域と透過領域の急激な推移を利用して光のシャープカットフィルターとして利用されている。
【特許文献１】特開平３−１３０７５３号公報
【特許文献２】特開平４−１３３０６号公報
【特許文献３】特開２０００−２５００７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
紫外線領域の光の遮断材としては、特許文献１または特許文献２に記載されているようなＩ−ＶＩＩ族半導体微粒子を分散させた材料が提供されている。しかしながら、これらの材料は半導体微粒子を析出させる際に熱処理を必要とする。加えてガラス製造過程においても中性または還元雰囲気での溶融作業が必要であり特殊な環境下での製造を必要とする。また、微粒子の大きさを制御させたり揃えたりするためにも、熱処理を施す必要がある。
【０００４】
一方、前記したカドミウム化合物の半導体微粒子を含む光の吸収ガラスは、吸収領域と透過領域の間での急峻な透過特性の推移があり、光のカットフィルターとしては好ましいが、紫外線領域の特定の波長の光をその波長に応じて選択的に遮断するガラスとすることが出来ない。加えて、前述のＩ−ＶＩＩ族半導体微粒子の場合と同様に、微粒子の大きさを制御させたり揃えたりするためには、熱処理を施す必要がある。
【０００５】
これらの化合物半導体微粒子分散ガラスにおいては波長を制御するためにはカドミウム化合物半導体の組成、添加量や微粒子析出温度・時間条件を変化させるのが普通であった。更に前述の様に従来の微粒子分散ガラスでは、熱処理をすることにより微粒子の粒径を揃えていた。ところが、この熱処理温度に光学的なフィルター特性が依存していたため、図4に見られるように、更に熱処理より高い温度が加わるとその光学的なフィルターとしての特性が変化してしまうという問題もあった。
【０００６】
これに対して、上記と同様に特定な波長の光を遮断する目的で多層膜をコーティングした材料が用いられることもある。しかしこの場合は、光の遮断効果には入射角度依存性があり、一定方向の光しか遮断する効果が得られないという問題がある。この為、用途が限られ、また使用する場合でも光の入射方向に対して制約を受けるので使い勝手が非常に悪いものとなっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る微粒子分散ガラスの製造方法は、まず母材としてのガラス材と、少なくとも硫黄、セレン、またはテルルのいずれか１種以上を含む置換物質を含有する化合物と、酸化亜鉛とを混合して混合物とする。このとき、混合物はこれら硫黄、セレン、テルルなどの置換物質の添加濃度を予め所定の粒径となるように調整しておくことが好ましい。
そして、当該混合物を加熱溶融した後冷却して、前記酸化亜鉛の酸素と前記置換物質とを置換反応させ、亜鉛と置換物質とからなる微粒子をガラス中に析出させて微粒子分散ガラスを製造する。
【０００８】
こうして作成された亜鉛と置換物質との半導体化合物からなる微粒子が分散されたガラスは、特に熱処理をしなくとも置換物質の添加濃度によってその粒径が制御できる。従って置換物質の添加濃度、即ち粒径の大きさに応じて吸収波長の異なる光学フィルターとすることができる。特に、紫外線領域において任意の波長以下を選択的に遮断できる紫外線遮断フィルターとして用いることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、微粒子の析出は溶解とその後の冷却など製造条件にほとんど依存せず、硫黄などの置換物質の添加濃度によりほぼ粒径が決定する。従って、光の吸収波長帯を制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明者らは、熱処理を必要としない紫外線を遮断する新しいガラスを得るべく研究を重ねてきた。その結果、酸化亜鉛を含有させたガラス中に酸化亜鉛の酸素と、置換物質として混入する硫黄、セレン、またはテルルを含む化合物中の硫黄、セレン、またはテルルの置換反応を高効率に促進することにより、成形後熱処理することなくＺｎＳ、ＺｎＳｅ、またはＺｎＴｅ微粒子を形成することに成功した。
【００１１】
本発明の製造方法の一例について、実施例１〜５に基づいて以下に説明する。
まず、表１に記載されているような配合比で、母材となるガラスと、酸化亜鉛と、置換物質として硫黄またはセレンと、さらにこの置換物質と溶融中に一時的に化合物を生成するための酸化鉛とを混合し実施例１〜５に相当する原料混合物を作る。
【表１】
2005206434.tif 000003
【００１２】
このとき置換物質は、硫黄、セレンなど単体で混合されても良いし、酸化物等の化合物とされて混合されても良い。また、実施例では硫黄およびセレンを用いたが、テルルでも同様の効果が得られると考えられる。置換物質を含有する化合物としては、これらの物質が少なくとも1種以上含む化合物でもよい。
【００１３】
一方、溶融中に一時的に化合物を生成するために必要な鉛は、混合物中では実施例の様に酸化鉛やその他の化合物の形でも良いし鉛単体でも良い。
ここで比較のために表１に示されているような配合比で比較例1も作成した。この比較例１は、以後に示されているような実施例１〜５と同様な製造過程で作成した。
【００１４】
次に、この実施例１〜５の混合物を摂氏１，３５０℃まで加熱して２時間保持し溶融ガラス状態とする。このように高温に加熱された状態で、添加されていた鉛と置換物質とは、酸化亜鉛が共存する状況では、次の化学式に表されるように変化する。
ＰｂＡ＋ＺｎＯ  →  ＰｂＯ＋ＺｎＡ
（ここで、Ａは、硫黄またはセレン。）
【００１５】
本発明で重要なことは、溶融後も、この硫黄またはセレンが十分にガラス中に残存し、かつ均等に分散されていることである。その為に、溶融時には、溶融ポットに蓋をして、溶融時間、温度を適切に制御する必要があるが、適宜最適条件を選択すれば良い。
【００１６】
このように高温で溶融された後、およそ５℃／ｍｉｎ（分）の割合で急速冷却する。なお、成形ガラスの歪を取るためのアニール温度は５３０℃およそ６０分であるがその間に粒径の変化は起こらない。すると、溶融時に亜鉛と結びついた置換物質が半導体化合物となり微粒子となって析出する。本発明では前述の様に、適切な条件で溶融されているので、半導体化合物の元となる硫黄またはセレンは十分にガラス中に残存しており、またこの濃度によって粒径が決まるので、溶融条件や冷却条件によらず、一定の粒径の微粒子が析出する。
【００１７】
一般に析出させる微粒子の大きさを変化させることにより、光の吸収する波長を変化させることが可能である。これはＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ等のバンドギャップに依存している。本発明においては、析出微粒子が１〜１００ｎｍ程度であるため量子効果によりバンドギャップが変化し、それにより光の吸収波長帯が変化する。従って、微粒子の粒径を制御することにより吸収波長帯を容易に制御することが可能である。
【００１８】
図１に示されているように、実施例１〜４のガラスにおける光の吸収波長帯は、硫黄の濃度に応じて変化している。即ち、硫黄の濃度に応じて粒径が変化していると言える。また実施例５から、添加される置換物質によっても光の吸収波長帯は変化していることが分かる。即ち、添加される置換物質によっても粒径が異なるといえる。
【００１９】
本発明によれば、添加する置換物質の濃度を調整することによってのみ、析出する微粒子の粒径が変化し、図３の比較例１や、図４に見られる従来例のように、熱処理による光の吸収波長帯の変化を伴わない。従って図２に見られるように、本発明により作られた微粒子分散ガラスは、熱処理によっても光の吸収波長帯が変化せず、粒径が変化することがない。
【００２０】
このように本発明においては、微粒子析出は溶解とその後の冷却に依存せず、硫黄など置換物質の添加濃度によりほぼ決定するという特長を有し、製造条件にほとんど依存しない。
【００２１】
なお、本発明による母材のガラスは組成が限定されるものではなく、様々なガラス系においてＺｎＳ、ＺｎＳｅ、またはＺｎＴｅ等の半導体化合物の微粒子を析出させることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明により吸収波長帯を制御できるので、目的領域の紫外光線を取り出すことが出来る紫外線領域のガラスフィルターに適用できる。また、これまで記憶媒体に対する発光体としては、６００ｎｍ付近の半導体レーザが主流で使用されてきたが、これら光源の短波長化の要求がある。本発明は、これに対応できるフィルターに適用できる。更に、紫外線自体にある人体に有害な波長や、材料を早く劣化させるような波長を選択的に遮断する光学フィルターに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】紫外線フィルターガラスの分光曲線を示すグラフである。
【図２】実施例４の熱処理による分光曲線の変化を示すグラフである。
【図３】実施例４と比較例１の微粒子析出ガラス熱処理変化を示すグラフである。
【図４】従来例のフィルターの更に高温での加熱処理による分光曲線の変化を示すグラフである。
【図１】
2005206434.tif 000004
【図２】
2005206434.tif 000005
【図３】
2005206434.tif 000006
【図４】
2005206434.tif 000007