(57)【要約】フィルター材料用組成物は、染料および場合によってはポリマーホストを包含する。染料は、Ｃｏ（ＩＩ）化合物、Ｎｉ（ＩＩ）化合物またはそれらの混合物を包含する。フィルター材料は、５００ナノメーターで少なくとも８０％の透過率と、６００〜７００ナノメーターに１０％以下の透過率を伴う急勾配のカットオフ吸収バンドとを有することができる。
2006523863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーホストと、Ｃｏ＋２化合物、Ｎｉ＋２化合物またはそれらの混合物を包含する染料とを含むフィルター材料であって、該フィルター材料が５００ｎｍで少なくとも８０％の透過率および６５０〜７００ｎｍで１０％以下の透過率を有し、そして該染料が、室温を大きく下回る温度以下の融点を有する、前記フィルター材料。
【請求項２】
前記フィルター材料が６００〜６４０ｎｍに鋭いカットオフを有する、請求項１に記載のフィルター材料。
【請求項３】
前記フィルター材料が非光輝性である、請求項１に記載のフィルター材料。
【請求項４】
染料が、Ｃｏ＋２ＸｎＹｚ（Ａ＋）２化合物［式中、ＸはＣｌ−であり；ＹはＢｒ−であり；ｎおよびｚは少なくとも０であり；ｎ＋ｚ＝４であり；そして、Ａ＋はテトラアルキルアンモニウムカチオンである］を含む、請求項１に記載のフィルター材料。
【請求項５】
Ａ＋が、少なくとも１５個の炭素原子を有するテトラアルキルアンモニウムカチオンである、請求項１に記載のフィルター材料。
【請求項６】
Ａ＋がメチルトリアルキルアンモニウムカチオンである、請求項１に記載のフィルター材料。
【請求項７】
さらに、ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムを含む、請求項４に記載のフィルター材料。
【請求項８】
染料が、Ｎｉ＋２ＸｎＹｚ（Ａ＋）２化合物［式中、ＸはＣｌ−であり；ＹはＢｒ−であり；ｎおよびｚは少なくとも０であり；ｎ＋ｚ＝４であり；そして、Ａ＋はテトラアルキルアンモニウムカチオンである］を含む、請求項１に記載のフィルター材料。
【請求項９】
染料がさらにＴＯＭＡを含む、請求項１に記載のフィルター材料。
【請求項１０】
染料がＣｏ（ＯＰＡｒ３）２＋化合物を含む、請求項１に記載のフィルター材料。
【請求項１１】
Ｃｏ（ＯＰＡｒ３）２＋化合物が、Ｃｏ（ＯＰＰｈ３）４２＋塩、Ｃｏ（ＯＡｃ）２（ＯＰＰｈ３）２またはそれらの混合物を含む、請求項１に記載のフィルター材料。
【請求項１２】
染料がＣｏ（ＯＰ（Ｏ）（Ｏアルキル）２）２化合物を含む、請求項１に記載のフィルター材料。
【請求項１３】
ポリマーホストと、６００〜８００ｎｍでの吸収極大および約６０℃以下の融点を有する非光輝性染料材料とを含むフィルター材料であって、該染料材料が、Ｃｏ＋２化合物、Ｎｉ＋２化合物またはそれらの混合物を含む、前記フィルター材料。
【請求項１４】
ポリマーホストが、アクリレートポリマー、メタクリレートポリマーまたはそれらの混合物を含む、請求項１３に記載のフィルター材料。
【請求項１５】
メタクリレートポリマーが、ＰＭＭＡ、メチルメタクリレート／ブチルメタクリレートコポリマーまたはそれらの混合物を含む、請求項１３に記載のフィルター材料。
【請求項１６】
ポリマーホストが、架橋アクリレートポリマー、架橋メタクリレートポリマーまたはそれらの混合物を含む、請求項１３に記載のフィルター材料。
【請求項１７】
モノマー成分と、６００〜８００ｎｍでの吸収極大および約６０℃以下の融点を有する非光輝性染料とを含むフィルター前駆材料であって、該染料が、Ｃｏ＋２化合物、Ｎｉ＋２化合物またはそれらの混合物を包含し、そして該モノマー成分が、重合して、染料でドープされたポリマーホストを形成することができる、前記フィルター前駆材料。
【請求項１８】
モノマー成分が、（ａ）アクリレートモノマー、メタクリレートモノマー、またはそれらの混合物；（ｂ）ジアクリレートモノマー、ジメタクリレートモノマー、トリアクリレートモノマー、トリメタクリレートモノマー、またはそれらの混合物；および（ｃ）光開始剤を包含する、請求項１７に記載のフィルター前駆材料。
【請求項１９】
モノマー成分が、（ａ）ヒドロキシ官能性モノマー；および（ｂ）少なくとも２個の重合性官能基を包含するモノマーを包含する、請求項１７に記載のフィルター前駆材料。
【請求項２０】
モノマー成分が、（ａ）ヒドロキシ官能性α，β−不飽和エステルモノマー；および（ｂ）少なくとも２個のα，β−不飽和エステル官能基を包含するモノマーを包含する、請求項１７に記載のフィルター前駆材料。
【請求項２１】
さらに、ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムを含む、請求項１７に記載のフィルター前駆材料。
【請求項２２】
非光輝性染料が（ＴＯＭＡ）２ＣｏＸ４塩［式中、Ｘは、ハロゲン化物イオンまたはハロゲン化物イオンの混合物である］を含む、請求項１７に記載のフィルター前駆材料。
【請求項２３】
６００〜８００ｎｍでの吸収極大および約７２℃以下の融点を有する非光輝性染料材料であって、前記染料材料が、Ｍ＋２ＸｎＹｚ（Ａ＋）２化合物［式中、Ｍ＋２は、Ｃｏ＋２、Ｎｉ＋２またはそれらの混合物であり；ＸおよびＹはハロゲン化物であり；ｎおよびｚは少なくとも０であり、ｎ＋ｚ＝４であり；そして、Ａ＋はテトラアルキルアンモニウムカチオンである］を含む、前記非光輝性染料材料。
【請求項２４】
６００〜６４０ｎｍに鋭いカットオフを有する、請求項２３に記載の染料材料。
【請求項２５】
ＸがＣｌ−であり；ＹがＢｒ−である、請求項２３に記載の染料材料。
【請求項２６】
Ｍ＋２がＣｏ＋２である、請求項２３に記載の染料材料。
【請求項２７】
Ａ＋が、少なくとも１５個の炭素原子を有するテトラアルキルアンモニウムカチオンである、請求項２３に記載の染料材料。
【請求項２８】
Ａ＋がメチルトリアルキルアンモニウムカチオンである、請求項２３に記載の染料材料。
【請求項２９】
Ａ＋がメチルトリオクチルアンモニウムカチオンである、請求項２３に記載の染料材料。
【請求項３０】
さらに、ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムを含む、請求項２３に記載の染料材料。
【請求項３１】
Ｍ＋２ＸｎＹｚ（Ａ＋）２化合物が、ＣＯ＋２ＸｎＹｚ（Ａ＋）２化合物［式中、ＸはＣｌ−であり、ＹはＢｒ−であり；そして、ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムは、塩化テトラアルキルアンモニウム、臭化テトラアルキルアンモニウム、またはそれらの混合物である］を含む、請求項３０に記載の染料材料。
【請求項３２】
Ａ＋がメチルトリアルキルアンモニウムカチオンであり；そして、ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムが、塩化メチルトリアルキルアンモニウム、臭化メチルトリアルキルアンモニウム、またはそれらの混合物である、請求項３０に記載の染料材料。
【請求項３３】
前記染料材料が、Ｃｏ＋２Ｂｒ４（Ａ＋）２化合物を含み；そして、Ａ＋が、少なくとも１５個の炭素原子を有するメチルトリアルキルアンモニウムカチオンである、請求項３０に記載の染料材料。
【請求項３４】
非光輝性の四面体配位ＣＯ（ＩＩ）化合物、四面体配位Ｎｉ（ＩＩ）化合物またはそれらの混合物を包含する染料を含むフィルター材料であって、該フィルター材料が、５００ｎｍでの少なくとも８０％の透過率と、１０％以下の透過率を伴うより長波長での急勾配のカットオフ吸収バンドとを有する、前記フィルター材料。
【請求項３５】
染料が、低い結晶化傾向および／またはマトリックスへの高い溶解度を有する、請求項３４に記載のフィルター材料。
【請求項３６】
染料が、Ｃｏ２＋Ｘ−ｍＹ−ｎＡ＋２化合物［式中、ＸはＣｌ−であり；ＹはＢｒ−であり；ｎおよびｍは少なくとも０であり；ｎ＋ｍ＝４であり；そして、Ａはカチオンである］を含む、請求項３４に記載のフィルター材料。
【請求項３７】
Ａが、第四級アンモニウムまたはホスホニウムカチオンあるいはそれらの混合物である、請求項３６に記載のフィルター材料。
【請求項３８】
Ａがメチルトリアルキルアンモニウムカチオンである、請求項３６に記載のフィルター材料。
【請求項３９】
さらに、ハロゲン化第四級アンモニウムを含む、請求項３６に記載のフィルター材料。
【請求項４０】
染料が、Ｎｉ２＋Ｘ−ｍＹ−ｎＡ＋２化合物［式中、ＸはＣｌ−であり；ＹはＢｒ−であり；ｎおよびｍは少なくとも０であり；ｎ＋ｍ＝４であり；そして、Ａはカチオンである］を含む、請求項３４に記載のフィルター材料。
【請求項４１】
染料が、Ｃｏ（ＯＰＲ３）４２＋化合物［式中、Ｒはアルキル、アリール、アルカリルまたはそれらの混合物である］を含む、請求項３４に記載のフィルター材料。
【請求項４２】
Ｃｏ（ＯＰＲ３）４２＋化合物が、Ｃｏ（ＯＰＰｈ３）４２＋塩［式中、Ｐｈはフェニルである］を含む、請求項４１に記載のフィルター材料。
【請求項４３】
染料が、Ｃｏ［ＯＰ（Ｏ）（ＯＲ）２］２化合物［式中、Ｒはアルキル、アリール、アルカリルまたはそれらの混合物である］を含む、請求項３４に記載のフィルター材料。
【請求項４４】
ポリマーホストと、６００〜８００ｎｍに極大を伴う急勾配のカットオフ吸収を有する非光輝性染料材料とを含むフィルター材料であって、該染料材料が、Ｃｏ（ＩＩ）化合物、Ｎｉ（ＩＩ）化合物またはそれらの混合物を含む、前記フィルター材料。
【請求項４５】
ポリマーホストが、アクリレートポリマー、アクリレートコポリマーまたはそれらの混合物を含む、請求項４４に記載のフィルター材料。
【請求項４６】
アクリレートポリマーが、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチルメタクリレート）、メチルメタクリレート／ブチルメタクリレートコポリマーまたはそれらの混合物を含む、請求項４４に記載のフィルター材料。
【請求項４７】
モノマー成分と、６００〜８００ｎｍに極大を伴う急勾配のカットオフ吸収を有する非光輝性染料とを含むフィルター前駆材料であって、該染料が、Ｃｏ（ＩＩ）化合物、Ｎｉ（ＩＩ）化合物またはそれらの混合物を包含し、そして、該モノマー成分が、重合して、染料でドープされたポリマーホストを形成することができる、前記フィルター前駆材料。
【請求項４８】
さらに、ハロゲン化第四級アンモニウムを含む、請求項４７に記載のフィルター前駆材料。
【請求項４９】
６００〜８００ｎｍに極大を伴う急勾配のカットオフ吸収を有する非光輝性染料材料であって、前記染料材料が、Ｍ２＋Ｘ−ｍＹ−ｎＡ＋２化合物［式中、Ｍは、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋またはそれらの混合物であり；Ｘ−およびＹ−はハロゲン化物イオンであり；ｍおよびｎは少なくとも０であり、ｍ＋ｎ＝４であり；そして、Ａ＋は第四級アンモニウムカチオンである］を含む、前記非光輝性染料材料。
【請求項５０】
ＸがＣｌ−であり；ＹがＢｒ−である、請求項４９に記載の染料材料。
【請求項５１】
Ｍ２＋がＣｏ２＋である、請求項４９に記載の染料材料。
【請求項５２】
Ｍ２＋Ｘ−ｍＹ−ｎＡ＋２化合物が、Ｃｏ２＋Ｘ−ｍＹ−ｎＡ＋２化合物［式中、ＸはＣｌ−であり、ＹはＢｒ−であり；そして、ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムは、塩化テトラアルキルアンモニウム、臭化テトラアルキルアンモニウム、またはそれらの混合物である］を含む、請求項４９に記載の染料材料。
【請求項５３】
前記染料材料がＣｏ２＋Ｘ−ｍＹ−ｎＡ＋２化合物を含み；そして、Ａ＋が、少なくとも２５個の炭素原子を有するメチルトリアルキルアンモニウムカチオンである、請求項４９に記載の染料材料。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、Ｊｏｎｅｓ  ｅｔ  ａｌ．により本出願と同日付で出願され、本出願の譲受人に譲渡された、“Ｄｙｅ−ｂａｓｅｄ  Ｆｉｌｔｅｒ”という名称の出願第１０／３９０５４３号に関連する。
【０００２】
発明の分野
本明細書は一般にディスプレイの分野に関する。より詳細には、本明細書は、ディスプレイ中に染料に基づくフィルターを用いるための方法および装置に関する。
【０００３】
発明の背景
一般に、ディスプレイ技術、診断システム、光学機器、および他の照明システムにフィルターを利用して、特定タイプの電磁波を減衰または強調することが望まれている。例えば、ある種のディスプレイおよび視覚的機器は、可視光線スペクトル中の特定の色を強調し、非可視および可視光線スペクトル中の他の色を減衰させることができる。したがって、これらのディスプレイでは、フィルターを利用して、特定波長の光について強調および減衰を提供することができる。他の一例において、Ｘ線機器などある種の診断機器は、フィルムおよび検出器が電磁波に不適切に暴露されないように、特定波長をフィルタリングすることを必要とする可能性がある。フィルターを用いると、特定波長の電磁波から成分を保護することができる。
【０００４】
フィルターの特殊な用途の一つにおいて、軍隊、スポーツおよび輸送活動で利用されるディスプレイおよび他の機器は、暗視機器とともに用いられることが多い。これらのディスプレイおよび機器では従来、フィルターを利用して暗視機器を適応させている。ディスプレイと暗視機器の使用に関する問題点を航空機産業での用途に関連して以下に記載するが、以下に述べる問題点は、特定波長の電磁波の減衰または強調を必要とするディスプレイ、暗視機器、光学的システム、診断機器、または照明システムのあらゆる用途に該当する。
【０００５】
ある種の航空機用ディスプレイは、暗視画像化システム（ＮＶＩＳ）とともに利用されるカラーディスプレイである。これらのディスプレイは、船舶、航空機および車の艦長、パイロット、運転手および技師に視覚的情報を提供する。カラーディスプレイの観察者はしばしば、彼または彼女がカラーディスプレイからの情報を観察する際に、ＮＶＩＳゴーグルを着用する。
【０００６】
従来のＮＶＩＳゴーグルは、赤外スペクトル、近赤外スペクトルおよび可視赤色スペクトル（光の波長）における光に対し感受性が高い。ＮＶＩＳゴーグルは典型的に４２５ｎｍ〜１０００ｎｍの波長の光に対し感受性が高い。６００ｎｍにおいて感受性は急速に増大し、７６０ｎｍでピークに達する。近赤外に対するＮＶＩＳゴーグルの感受性は、パイロットまたはゴーグルを着用している人が裸眼では通常見ることのできない物体を見ることを可能にするが、この同じ感受性は暗視ゴーグル（ＮＶＧ）と操縦席のディスプレイとの適合性の問題を作り出す可能性がある。適合性の問題点は３つのカテゴリーに分類される。カテゴリー１、２および３はそれぞれ、直接的にＮＶＧの視野内にあるディスプレイの発光、ＮＶＧの視野内に反射されるディスプレイの発光、またはＮＶＧの視野内に広く散乱するディスプレイの発光である。カテゴリー１、２または３のディスプレイの発光は、ＮＶＧを用いて見られている光景にコントラストの喪失を引き起こす。コントラストが低下すると見易さが限定されて物体を正しく認識できなくなり、これは、ＮＶＧブルーミング(blooming)またはＮＶＧフレア(flare)として知られる。
【０００７】
ブルーム効果(bloom effect)は、２つの理由で望ましくない。第一に、ブルーム効果は、着用者が操作環境をはっきりと細かい詳細まで見ることを妨げる。第二に、暗視ゴーグルは、ブルーム効果の事象の後、リセットするための一定量の時間を必要とする。したがって、ブルーム効果は、暗視状態で車または航空機を操作するときに望ましくない。
【０００８】
ＮＶＩＳ機器とともに利用するように設計された従来の航空電子工学的ディスプレイは一般に、単色（例えば緑色）ディスプレイのように狭い発光に制限されている。狭い発光は、ＮＶＩＳ機器を妨害しないように選択される。しかしながら、狭い発光に制限すると、ディスプレイ上に提供される情報および記号論の可読性が著しく低下する。さらに、ディスプレイが単色に制限されている場合、ディスプレイ上の大量の情報を強調表示したり区別することが難しい。
【０００９】
他の従来の航空電子工学的システムは、ＮＶＩＳフィルターを包含するカラーディスプレイを包含している。カラーディスプレイは２種のモード、すなわち、ＮＶＩＳモード（例えば低輝度）および昼光モードで作動する。ＮＶＩＳフィルターは、液晶ディスプレイのように、ＮＶＩＳモードに用いられる光源と光学的シャッターとの間に提供される。該フィルターは、ＮＶＩＳ機器をブルームさせる発光を妨げる。
【００１０】
昼光モードでは、該ディスプレイは、第２の光源を用いて、フィルターを横断させずに光学的シャッターに直接通して光を提供する。第２の光源は、その光がＮＶＩＳフィルターを通って提供されないように位置決めされる。
【００１１】
従来のＮＶＩＳフィルターは一般に、赤外線の発光または透過を減衰させる薄い誘電性膜コーティングにより補われているガラスまたは他の材料を含む。従来のＮＶＩＳフィルターでは典型的に、薄膜多層誘電体を用いて、６００ｎｍ〜６３０ｎｍで開始する屈折点を伴う鋭いカットオフを得る。これに加えて、吸収性基材を用いて、より長い波長の発光を減衰させる。従来のアプローチは、１つの視覚に関し正確なスペクトルカットオフをもたらすことができるが、該カットオフは、視覚が大きくなるに従いより短波長にシフトする。（参考文献：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ  Ｕｓｅｒ’ｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，Ｊａｍｅｓ  Ｄ．Ｒａｎｃｏｕｒｔ，  ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｅｒｉｅｓ，ｐ．６８）この特徴は、ＮＶＩＳゴーグルの感受性が高い波長が赤色発光が存在する波長に極めて近いためとりわけ問題である。したがって、赤色をディスプレイ上で効果的に利用することができるようにするためには、ＮＶＩＳフィルターにおける正確かつ安定なカットオフ周波数が必要である。
【００１２】
ある種の従来の活性マトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）では、ＮＶＩＳに適応している背面照明のために２種の基本的アプローチが利用されている。両アプローチとも、費用、スペースおよびディスプレイの質に関連して不利な点を有する。
【００１３】
第１のアプローチでは、蛍光灯またはＬＥＤを含む単一光源を、広い面積の赤外線（ＩＲ）カットオフフィルターと組み合わせて利用する（単一モードＡＭＬＣＤ）。ＩＲカットオフまたはＮＶＩＳフィルターは典型的に、ＡＭＬＣＤの表面積と等しい表面積を有する薄膜誘電体スタックである。ＮＶＩＳフィルターは＄１０００以上の費用がかかる可能性があり、光路中に置かれる。従来のＮＶＩＳフィルターは、望ましくないディスプレイ性能、例えば、低下した背面照明効率、赤色の脱飽和(de-saturation)、および低下したディスプレイ輝度を引き起こす可能性がある。従来の薄膜誘電体スタックは、視覚性能についての問題も引き起こす可能性がある。
【００１４】
第２のアプローチでは、少なくとも２種の光源を利用して、昼間および夜間操作モードを提供する（二重モードＡＭＬＣＤ）。昼間モードでは蛍光灯またはＬＥＤアレイのいずれか一方を利用し、夜間モードでは蛍光性スティックランプまたはＬＥＤのストリップで照射された導波管を利用する。照明は、ＩＲフィルターに通して導波管の薄い縁に向けられる。このアプローチは、昼間モードの光路からＩＲフィルターを取り除くという利点を有し、ＩＲフィルターのサイズを大幅に削減する。このアプローチはより効率的な背面照明およびより安価なフィルターを提供するが、導波管の設計は複雑であり、ＡＭＬＣＤのアセンブリーはより高価で時間のかかるものである。さらに、導波管を用いる二重モードＡＭＬＣＤは、ＡＭＬＣＤの外周の周囲に追加的スペースを必要とする。追加的スペースは、スペースが重要なある種の用途、例えば５ＡＴＩディスプレイまたは他の航空電子工学的ディスプレイには利用できない。また、このアプローチには光の漏洩という難点があり、低いＮＶＩＳ性能をもたらす可能性がある。
【００１５】
さらに、軍隊、スポーツおよび輸送活動のための次世代ディスプレイでは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの発光技術が利用されうる。そのような技術の一つは、軟質発光ディスプレイを包含する。従来の材料から軟質で薄いＮＶＩＳフィルターを製造することは難しい。さらに、薄膜誘電体スタックのような従来のＮＶＩＳフィルターは高い周囲または昼間照明に反射し、これによりディスプレイのコントラスト比を低下させる。従来の薄膜ＮＶＩＳフィルターは、６３０ｎｍの波長でこれに当たる光の５０％と同程度を反射することができる。
【００１６】
したがって、安価なＮＶＩＳフィルターを利用することができる周囲照明およびディスプレイシステムに対する必要性が存在する。さらに、安価なＮＶＩＳフィルターを利用する単一モードディスプレイシステムに対する必要性が存在する。さらにまた、比較的正確かつ安定なカットオフ周波数を有する安価なフィルターを利用することができるシステムに対する必要性が存在する。さらに、安価なＮＶＩＳフィルターを利用することができる航空電子工学的ディスプレイに対する必要性が存在する。
【００１７】
導波管に付随する複雑さを必要としない二重モードディスプレイに対する必要性も存在する。さらに、ディスプレイの外周の周囲に追加的スペースを必要としないＮＶＩＳディスプレイに対する必要性が存在する。さらに、暗視機器を適応させることができ、それにもかかわらず低価格で小型であり、性能の喪失という難点のないＡＭＬＣＤディスプレイに対する必要性が存在する。さらにまた、高い周囲におけるコントラスト比(contrast ratio in high ambients)に対し従来の材料ほど不利でない軟質発光ディスプレイのためのＮＶＩＳフィルターに対する必要性が存在する。さらに、鋭いスペクトルカットオフを持つ赤外線を吸収するための低価格のフィルター材料に対する必要性も存在する。
【００１８】
発明の概要
代表的態様はフィルター材料に関する。フィルター材料は、ポリマーホストと、Ｃｏ＋２化合物、Ｎｉ＋２化合物またはそれらの混合物を包含する染料とを包含する。フィルター材料は５００ｎｍで少なくとも８０％の透過率および５００〜７００ｎｍで１０％以下の透過率を有する。染料は、室温を大きく下回る温度以下の融点を有する。
【００１９】
他の代表的態様は、６００〜８００ｎｍでの吸収極大および約６０℃以下の融点を有する非光輝性（non-luminescent）染料材料中にポリマーホストを含むフィルター材料に関する。染料材料は、Ｃｏ＋２化合物、Ｎｉ＋２化合物またはそれらの混合物を含む。
【００２０】
さらにほかの代表的態様は、モノマー成分と、６００〜８００ｎｍでの吸収極大および約６０℃以下の融点を有する非光輝性染料とを包含するフィルター前駆材料に関する。染料は、Ｃｏ＋２化合物、Ｎｉ＋２化合物またはそれらの混合物を包含する。モノマー成分は、重合して、染料でドープされたポリマーホストを形成することができる。
【００２１】
さらに他の代表的態様は、６００〜８００ｎｍでの吸収極大および約７２℃以下の融点を有する非光輝性染料材料に関する。染料材料は、Ｍ＋２ＸｎＹｚ（Ａ＋）２化合物を包含する。Ｍ＋２は、Ｃｏ＋２、Ｎｉ＋２またはそれらの混合物である。ＸおよびＹはハロゲン化物である。ｎおよびｚは少なくとも０であり、ｎ＋ｚ＝４である。Ａ＋はテトラアルキルアンモニウムカチオンである。
【００２２】
さらに他の代表的態様は、染料を包含するフィルター材料に関する。染料は、非光輝性の四面体配位ＣＯ（ＩＩ）化合物、四面体配位Ｎｉ（ＩＩ）化合物またはそれらの混合物を包含する。フィルター材料は、５００ｎｍでの少なくとも８０％の透過率と、１０％以下の透過率を伴うより長波長での急勾配のカットオフ吸収バンドを有する。
【００２３】
さらに他の代表的態様は、ポリマーホストと、６００〜８００ｎｍに極大を伴う急勾配のカットオフ吸収を有する非光輝性染料材料とを包含するフィルター材料に関する。染料材料は、Ｃｏ（ＩＩ）化合物、Ｎｉ（ＩＩ）化合物またはそれらの混合物を包含する。
【００２４】
さらに他の代表的態様は、モノマー化合物または成分と、６００〜８００ｎｍに極大を伴う急勾配のカットオフ吸収を有する非光輝性染料とを包含するフィルター前駆材料に関する。染料は、Ｃｏ（ＩＩ）化合物、Ｎｉ（ＩＩ）化合物またはそれらの混合物を包含する。モノマー成分は、重合して、染料でドープされたポリマーホストを形成することができる。
【００２５】
さらに他の代表的態様は、６００〜８００ｎｍに極大を伴う急勾配のカットオフ吸収を有する非光輝性染料材料に関する。染料材料は、Ｍ２＋Ｘ−ｍＹ−ｎＡ＋２化合物を包含する。Ｍは、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋またはそれらの混合物であり、Ｘ−およびＹ−はハロゲン化物イオンである。ｍおよびｎは少なくとも０であり、ｍ＋ｎ＝４であり、Ａ＋は第四級アンモニウムカチオンである。
【００２６】
好ましい態様の詳細な説明
好ましい代表的態様を、添付図面に関連して以下に記載する。ここにおいて、同じ数字は同じ要素を示す。
【００２７】
図１に関連して、代表的ディスプレイシステム１０は、染料に基づくフィルター１５を包含する。例えば、システム１０は航空電子工学的システム、地上車または携帯用のディスプレイであることができる。ディスプレイシステムに関連して以下で検討するが、フィルター１５は、赤外領域または他の選択された領域において光のフィルタリングを必要とするあらゆる用途に用いることができる。一例によると、フィルター１５を用いて、Ｘ線機械のような診断用機器のフィルムおよび他の検出器を保護することができる。システム１０は、センサー、標的化(targeting)システム、カメラ、および他の光学的機器とともに利用することができる。
【００２８】
フィルター１５は、赤外領域中のある波長において光を減衰または吸収する（そして、もっとも好ましい態様では、視角全体にわたって安定な鋭いスペクトルカットオフを有する）染料を含有すると有利である。好ましい一態様において、約６３０ｎｍ〜７５５ｎｍの波長を有する光の場合、光は吸収され、その結果フィルター１５に通しての透過率は１０％未満になる。もっとも好ましい態様において、フィルター１５は６４０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長の光を１０％未満に減衰させる。
【００２９】
好ましい一態様において、染料に基づくフィルター１５は、染料でドープされたモノマーまたはポリマーホストを含むフィルター材料を包含する。フィルター１５は、フィルター材料の特徴に起因して、約６００〜６１０ｎｍに約７０％以上の透過率での屈折点を伴う分光透過率特性を有することが好ましい。フィルター１５は、６１５ｎｍ〜６３０ｎｍで約５０％の透過率を提供し、６３０ｎｍ〜６３８ｎｍで約１０％の透過率を提供することが好ましい。さらに、フィルター１５は、６３０ｎｍ〜６５０ｎｍで５％以下の透過率を有し、７２０ｎｍで７．２５×１０−４パーセントの透過率を有することが好ましい。一態様において、染料に基づくフィルター１５は、６１０〜７５０ｎｍまたはそれより長波長において透過率を減衰させる。
【００３０】
一態様において、フィルター材料に付随する染料は、６００ｎｍ〜６４０ｎｍ（好ましくは約６１０ｎｍ〜６２０ｎｍ）における鋭いカットオフ、スペクトルの残りの可視部における高い透明性、および非光輝(non-luminance)（非蛍光）を有するように構成される。染料は、好ましくは四面体配位ｄ７およびｄ８コバルト（２＋）およびニッケル（２＋）金属イオン錯体を包含する。
【００３１】
ＮＶＩＳ用途の場合、染料は、カットオフ波長の後に幅広い尾部を有さず、可視スペクトルに著しい二次吸光度(secondary absorbence)を有さないことが好ましい。染料は注型および射出成形生産法に適合することが好ましい。
【００３２】
染料は、無機または有機物であることができ、好ましくは、可視電磁スペクトル中に弱い吸収バンドを有した後、近赤外電磁スペクトル中の強い吸収バンドへの突然の転移を有する無機化合物または錯体のクラスからのものである。理想的には、突然の転移は、用途の必要性に応じて６００ｎｍ〜６３０ｎｍの波長で起こる。染料は、ｄ７コバルト（２＋）およびｄ８ニッケル（２＋）の四面体配位遷移金属イオンのファミリー中の任意の組成物であることができ、ここにおいて、ｄ数字は、二価（２＋）金属イオンの３つの電子配置を表す。
【００３３】
このファミリーの代表的メンバーとしては、一般にある種の非水溶液中でのみ生じる深青色のＣｏＣｌ４２−およびＮｉＣｌ４２−イオンが挙げられる。例えば、テトラクロロコバルト錯体は、約７００ｎｍにおいて約６００のモル吸光度でその吸収極大を有する。
【００３４】
これらジアニオン性ＭＸ４２−種［式中、Ｘはハロゲン化物を表す］は典型的に、相溶性の有機溶媒から、比較的大きな第四級アンモニウム対イオン、例えばテトラエチルアンモニウム（Ｃ２Ｈ５）４Ｎ＋を用いて、わずかに溶解する塩として単離される。しかしながら、これらの化合物は、固体状態では安定であるが比較的反応性であり、極性有機溶媒中で解離した後、極性有機溶媒、とりわけ水への溶解により光学的強度を喪失する傾向にある。
【００３５】
フィルターでの用途に関し、コバルトおよびニッケル両方のクロロおよびブロモ錯体は、興味深い分光特性、すなわち約６００ｎｍ〜７５０ｎｍに急勾配のカットオフを伴う非光輝性で広帯域の吸収を有する。しかしながら、これらの化合物は、低い溶解度と、有色ＭＸ４２−イオンの高いイオン電荷（２−）に起因する顕著な結晶化傾向を有する可能性がある。実験により、出願人らは、これらの種の安定化および可溶化に有効であるが結晶化傾向をほとんど付与しない光学的に透明な第四級アンモニウム対イオン、すなわちメチルトリオクチルアンモニウム（すなわちＴＯＭＡ）イオンＣＨ３Ｎ［（ＣＨ２）７ＣＨ３］３＋を見いだした。これは、臭化物または塩化物塩として市販されている。ＭＸ４２−イオンのＴＯＭＡ塩（ここにおいて、ＭはＣｏまたはＮｉでＸはハロゲン化物であり、例えば、（ＴＯＭＡ）２ＣｏＢｒ４である）は、フィルター１５のフィルター材料のための染料として有用である。
【００３６】
これらの錯体の対イオンは一般にＴＯＭＡに制限される必要はなく、これらのアニオン種の結晶化を妨害するほか、これらを安定化および可溶化する対称性の低いあらゆる関連カチオンまたはカチオン混合物を包含することができる。このタイプのＭＸ４２−塩は、実質的に液体または結晶化傾向をほとんど持たない低融解固体であろう。イオン性液体配合物に利用されるカチオン、特に非対称的に置換されているイミダゾリウムイオンに基づくものを、このファミリーの染料とともに利用することができる。
【００３７】
ＭＸ４２−錯体の特性は、ほとんどの染料の場合と異なるそれらの吸収バンドの独特の急勾配を包含し、テトラクロロ系についての約５８０ｎｍからテトラブロモイオンについての約６３０ｎｍに及ぶカットオフを提供する。厳密なカットオフは、混合クロロ／ブロモ種、例えば約６２０ｎｍにバンドを示すＣｏＢｒ２Ｃｌ２２−を形成させることにより、これらの限界内である程度目的に合わせることができる。同様に、出願人らは、コバルトおよびニッケル錯体の混合物を用いると、シフトしたおよび／または広くなったスペクトルバンドを得ることができることを見いだした。コバルト錯体はニッケル系より有用であることができる。これは、コバルト錯体の方が、特に水に対する解離に対しより安定化されているためである。これに加えて、コバルト染料は、スペクトルの可視部においてより透明である傾向がある。
【００３８】
異なるハロゲン化物、擬似ハロゲン化物、および他の配位子（配位基）との関連する四面体配位ｄ７コバルト（２＋）およびｄ８ニッケル（２＋）錯体は、強い吸収バンドをもたらすことができ、同様に鋭いカットオフ染料としての可能性を有することができる。そのような種は、２＋から２−に及ぶ高いイオン電荷を有することができる。二例として、ジカチオン性のトリフェニルホスフィンオキシド錯体Ｃｏ（ＯＰＰｈ３）４２＋および中性のジオクチルホスフェート錯体Ｃｏ［（ｏｃｔＯ）２ＰＯ２］２０が挙げられ、それらの両方が６００ｎｍを超える波長に強い吸収バンドを有する。
【００３９】
一般に、これらの系、特にイオン性の系は、極性媒体中で解離する傾向があり、対イオンにＴＯＭＡイオンと同様の性質を付与することは一般に有益であろう。ここにおいて、ＴＯＭＡイオンは、それらのＭＸ４２−塩に起因し、結晶化する傾向をほとんど有さない。鋭いカットオフのシアンブルー染料フィルターのような染料は、ＮＶＩＳ用途に必ずしも制限されず、他の分野、例えば画像化および写真術などにおいて使用可能であることができる。
【００４０】
（ＴＯＭＡ）２ＭＸ４塩の低い融解性（例えば、融点は室温を大幅に下回る（６０°Ｆ未満））および結晶化の不足は、それらを、例えば透明基材の間に挟まれている正味の膜(neat film)としてフィルターに用いることを可能にする。この場合、イオン性種の解離はなく、これにより錯体の光学的強度は完全に保持される。あるいは、染料をアクリレートなどの低極性ポリマーマトリックス中に、染料塩とポリマーの溶液の緩慢な溶媒蒸発により組み込むことができる。例えば、１，２−ジクロロエタンまたはジクロロメタン中のポリ（アクリレート）ポリマーと（ＴＯＭＡ）２ＣｏＢｒ４の混合物を徐々に蒸発させると、独立している光学的に透明なシアンブルーの膜が得られる。第３のアプローチは、これらの染料材料を、熱的または光化学的に硬化しうる樹脂系、例えば紫外線（ＵＶ）で硬化しうるアクリル樹脂（すなわちＵＶＡ）またはエポキシ樹脂に組み込むことである。しかしながら、ＵＶＡまたはエポキシ樹脂成分の選択は、ＭＸ４２−種の解離により放出される金属イオンに硬化プロセスを妨げる傾向があるため、これらの染料に関して重要であることができる。
【００４１】
以下の実施例に、染料に基づくフィルター１５のための染料の調製法および性質について記載する。実施例１〜８の染料の分光学的応答を図９〜１２に提供し、その両方について以下で検討する。図９〜１２は、透過率をパーセンテージで表しているｙ軸と、波長をナノメーターで表しているｘ軸を有する。
【００４２】
図９は、以下の実施例１に従って加工された正味の（ＴＯＭＡ）２ＣｏＢｒ４の厚さ１５０ミクロンの膜の透過スペクトルである。６３０ｎｍにおける５０％透過率の点での鋭いスペクトルカットオフは、染料に基づくフィルターに独特の分光学的特色である。この分光学的特徴は、ＮＶＩＳの適応を必要とする多くの照明およびディスプレイシステムに適用できる。これに加えて、７６０ｎｍにおける５０％透過率の点での鋭いスペクトルカットオンも、染料に基づくフィルターに独特の分光学的特色である。この分光学的特徴は、赤外線診断用に設計された光学測定機器に有用である。
【００４３】
図１０は図９と同様であり、以下の実施例２に従って製造された正味の（ＴＯＭＡ）２ＣｏＣｌ４の透過スペクトルを示す。
図１１は図１０と同様であり、実施例３および４に従った正味の（ＴＯＭＡ）２ＮｉＢｒ４と（ＴＯＭＡ）２ＮｉＣｌ４のトルエン溶液との透過スペクトルを示す。（ＴＯＭＡ）２ＮｉＢｒ４の透過スペクトルを実線で示し、（ＴＯＭＡ）２ＮｉＣｌ４の透過スペクトルを点線で示す。
【００４４】
図１２は図１１と同様であり、実施例５および６に従ったＣｏＢｒ４２−とＣｏＢｒ３Ｃｌ−イオンの正味の（ＴＯＭＡ）塩の透過スペクトルの比較を示す。（ＴＯＭＡ）２ＣｏＢｒ４の透過スペクトルを実線で示し、（ＴＯＭＡ）２ＣｏＢｒ３Ｃｌの透過スペクトルを点線で示す。
【００４５】
図１３は図１２と同様であり、実施例７および８に従った四面体配位コバルト（２＋）錯体である１，２−ジクロロエタン中の（Ｐｈ３ＰＯ）４Ｃｏ２＋とヘキサン中のＣｏ［（ｏｃｔＯ）２ＰＯ２］２の透過スペクトルを示す。ヘキサン中のＣｏ［（ｏｃｔＯ）２ＰＯ２］２の透過スペクトルを実線で示し、１，２−ジクロロエタン中の（Ｐｈ３ＰＯ）４Ｃｏ２＋の透過スペクトルを実線で示す。
【００４６】
実施例１
（ＴＯＭＡ）２ＣｏＢｒ４の調製：無水ＣｏＢｒ２（２．３０ｇ）およびメチルトリオクチルアンモニウムブロミド（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．からのＴＯＭＡＢｒ）（９．７３ｇ）を２００ｍＬのｉ−プロパノールに加え、すべての固体が溶解するまで（約１時間）加熱還流した。得られた溶液を室温まで冷却し、１時間にわたり活性炭で処理し、濾過した。その後、溶液を６０℃のホットプレート上の皿中で粘性のある深青色オイルまで一晩蒸発させた。残留溶媒を減圧除去した。溶媒として酢酸エチルを用いて比較しうる結果を得た。この方法で得られた低融解性ワックス状（ＴＯＭＡ）２ＣｏＢｒ４は一般に結晶化傾向を示さないが、一部のバッチは室温での長期放置により結晶化するであろう。通常の場合のような厳密な化学量論２ＴＯＭＡ＋Ｂｒ−：１ＣｏＢｒ２からわずかにずれていても、結晶化は防止されると考えられる。図９は、ガラススライドの間に挟まれたこの塩の正味の薄膜の透過スペクトルを、６００〜６３０ｎｍ（好ましくは６１０ｎｍ）前後でのその特徴的な鋭いカットオフとともに示している。極性溶媒は一般に、錯体を解離させる、すなわち錯体をその成分イオンに引き離すが、ある種の塩素化溶媒、例えばジクロロメタンおよび１，２−ジクロロエタンは、分光学的に決定されたように塩をそのまま溶解した。蒸発または減圧により極性溶媒を除去すると、ＣｏＢｒ４２−錯体が再生した。この塩の膜または溶液は酸素に対し安定であったが、長期的には水蒸気との反応による脱色の影響を受けやすく、保護またはシーリングを必要とした。
【００４７】
実施例２
（ＴＯＭＡ）２ＣｏＣｌ４の調製：この錯体は、実施例１のブロミド系と同様の方法で調製したが、塩化物塩ＣｏＣｌ２・６Ｈ２Ｏおよびメチルトリオクチルアンモニウムクロリドで開始し、後者はＡｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．からＡｌｉｑｕａｔ（登録商標）３３６（Ｃ８およびＣ１０鎖の混合物で、Ｃ８が多い）として市販されている。得られた深青色オイルはブロミド塩ほど粘性ではなく、図１０に示すように約６００ｎｍに青色にシフトしたカットオフを伴う透過スペクトルを示した。
【００４８】
実施例３
ＴＯＭＡニッケルハロゲン化物染料の調製：深青色の（ＴＯＭＡ）２ＮｉＣｌ４錯体を実施例１および２のそれらのコバルト類似体と同様の方法で調製し、対応するニッケルとＴＯＭＡのハロゲン化物塩で開始した。該錯体は、コバルト系ほど水蒸気に対し安定ではないと思われた。透過スペクトルを図１１に示す。
【００４９】
実施例４
ＴＯＭＡニッケルハロゲン化物染料の調製：（ＴＯＭＡ）２ＮｉＢｒ４錯体を実施例１および２のそれらのコバルト類似体と同様の方法で調製し、対応するニッケルとＴＯＭＡのハロゲン化物塩で開始した。該錯体は、コバルト系ほど水蒸気に対し安定ではないと思われた。透過スペクトルを図１１に示す。
【００５０】
実施例５
（ＴＯＭＡ）２ＣｏＢｒ３Ｃｌの調製：ＴＯＭＡＢｒ（１０．９６ｇ）、ＣｏＢｒ２（１．３０ｇ）およびＣｏＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、１．４１ｇを、実施例１のようにｉ−プロパノール中で処理した。得られた深青色のワックス状ＣｏＢｒ３Ｃｌ２−塩は図１２に示す透過スペクトルを示し、テトラブロモ種と比較してわずかに青色にシフトしたバンドを伴っていた。
【００５１】
実施例６
（ＴＯＭＡ）２ＣｏＢｒ２Ｃｌ２の調製：ＣｏＢｒ２Ｃｌ２２−塩を化学量論比の臭化物および塩化物塩から実施例５と同様に作成した。これは、実施例５で達成したものに比べわずかにより青色にシフトしたスペクトルを示した。
【００５２】
実施例７
他の四面体配位Ｃｏ（２＋）錯体：代表的な深青色ジカチオン性テトラ（トリフェニルホスフィンオキシド）コバルト（２＋）イオン、（Ｐｈ３ＰＯ）４ＣＯ２＋を、１，２−ジクロロエタン中のＣｏ（ＢＦ４）２ジオキサネート(dioxanate)とＰｈＰＯとの反応で発生させた。得られた生成物の溶液スペクトルを図１３に示す。
【００５３】
実施例８
他の四面体配位Ｃｏ（２＋）錯体：代表的な中性錯体Ｃｏ［（ｏｃｔＯ）２ＰＯ２］２を、酢酸コバルトをビス（２−エチルヘキシル）ヒドロゲンホスフェート（ジオクチルホスフェートとしても知られる）のヘキサン溶液と一緒に振とうすることにより発生させると、深青色の錯体はヘキサン相に抽出された。
【００５４】
実施例１〜８で上記した染料およびそれらの混合物を、ＵＶ硬化性Ｃｏ／アクリル樹脂系中にドープすることが好ましい。実施例９および１０に関連して以下で検討するように、モノマーまたはポリマーホスト媒体中への染料のドーピングについて記載する。
【００５５】
実施例９
ビス（メチルトリオクチルアンモニウム）テトラブロモコバルテート（２．２４ｇ）およびメチルトリオクチルアンモニウムブロミド（０．１８ｇ）を褐色ガラス瓶に入れた。次に、３種のアクリルモノマー、すなわち２−ヒドロキシエチルメタクリレート（１．９４ｇ）、プロポキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート（４．４８ｇ）およびメタクリルオキシプロピルトリス（トリメチルシロキシ）シロキサン（１．０５ｇ）を加えた。得られた混合物を、均一化するまで室温で撹拌した。最後に、ベンジルジメチルケタール光開始剤（０．１ｇ）を、暗所（または黄色灯下）で該溶液に溶解した。その後、最終混合物をガラス基材の間に挟み（隙間４ｍｉｌ）、窒素下で３分間ＵＶ（３００ＷのＵＶ灯を用いて）に暴露すると、透明な青緑色の膜が得られた。
【００５６】
実施例１０
ビス（メチルトリオクチルアンモニウム）テトラブロモコバルテート（２．２２ｇ）およびメチルトリオクチルアンモニウムブロミド（０．１８ｇ）を褐色ガラス瓶に入れた。次に、３種のアクリルモノマー、すなわち２−ヒドロキシエチルメタクリレート（１．９４ｇ）、アルコキシル化ヘキサンジオールジアクリレート（４．４７ｇ）およびメタクリルオキシプロピルトリス（トリメチルシロキシ）シロキサン（１．０６ｇ）を加えた。得られた混合物を、均一化するまで室温で撹拌した。最後に、ベンジルジメチルケタール光開始剤（０．１３ｇ）を暗所（または黄色灯下）で該溶液に溶解した。その後、最終混合物をガラスの間に挟み（隙間４ｍｉｌ）、窒素下で３分間ＵＶ（３００ＷのＵＶ灯を用いて）に暴露すると、透明な青緑色の膜が得られた。
【００５７】
図１および２に関連し、システム１０は、単一モードまたは二重モードディスプレイシステム、例えば二重モードＡＭＬＣＤシステムまたは単一モードＡＭＬＣＤシステムとして実行することができる。システム１０は、蛍光灯もしくはＬＥＤアレイのいずれかまたは発光ディスプレイスクリーンさえも利用することができる。フィルター１５のための染料に基づくフィルター材料は、実施例１〜１０に記載した材料のいずれかを包含しポリエステル膜のサンドイッチ中に提供されることができ、発光源またはスクリーン上にコーティングされることができ、あるいは別の方法でシステム１０に提供されて、近赤外または赤外領域で光を減衰させることができる。好ましくは、フィルター１５はＮＶＩＳフィルターとして使用するために構成される。フィルター１５のための材料は、染料でドープされたモノマーまたはポリマーホストを包含する。好ましくは、染料材料は、熱安定性、鋭いスペクトルカットオフ領域、および自動分注機に適合する粘性を達成する。鋭いスペクトルカットオフは、２５ｎｍを隔てての透過率８０％から透過率１０％未満までの低下、すなわち２５ｎｍ以下を隔てての７０％以上の透過率の降下（例えば、１ｎｍあたりの透過率で少なくとも４．５％の降下）であることができる。鋭いスペクトルカットオフの勾配は、１ｎｍあたり約０．０２６３パーセントの透過率（％Ｔ／ｎｍ）であることができる。他の態様において、鋭いスペクトルカットオフは、５０ｎｍ未満の隔たりにおける５０％を超える透過率から１５％未満の透過率までの低下としてより広く定義することができる。モノマーまたはポリマーに包含される場合、染料およびモノマーの平均屈折率は、隣接する基材の屈折率と調和するように適応させることが好ましい。
【００５８】
染料のためのモノマーまたはポリマーホストは、多くの適切な化学物質を包含することができる。一態様に従って、ポリ（メチルメタクリレート−コ−ブチルメタクリレート）またはポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）などのポリマーを、ホスト材料として利用することができる。他の態様において、染料の対イオンは、ベンジル基などのアラルアルキル基、例えばベンジルトリアルキルアンモニウムイオンを含有することができる。他の態様において、上記染料と適合する紫外線硬化性アクリル組成物を利用することができる。一態様において、ホストに対する染料のパーセンテージは３０％〜７０％であることができる。
【００５９】
染料に基づくフィルター１５を用いることにより、出願人らは、単一モードおよび二重モードの両方のディスプレイシステムについて著しい利益を達成した。例えば、フィルター１５は、システム１０が、より良好な空間および出力効率、経費削減、ならびに、特に赤色領域において、改善された輝度および改善された色度を達成することを可能にすることができる。これらの利点は、非常に鋭いスペクトルカットオフを有する吸収フィルターを加工することにより実現される。さらに、システム１０を、エッジリット導波管システム、複雑なアセンブリープロセスを用いずに、そして外周空間を増大させることなく、設計することができる。システム１０は、Ｒｏｃｋｗｅｌｌ  Ｃｏｌｌｉｎｓ，Ｉｎｃにより製造されている５ＡＴＩディスプレイ、ＭＦＤ２６８ディスプレイ、またはＤＵ９８０２ディスプレイなどの航空電子工学的ディスプレイとして利用することができる。
【００６０】
ディスプレイシステム１０は、視覚的情報の提示を包含するあらゆるタイプの用途に利用することができる。ディスプレイシステム１０は、特定周波数の電磁波を強調または減衰させることが望ましい軍隊、輸送、通信またはスポーツの用途に利用することができる。
【００６１】
ディスプレイシステム１０は、航空電子工学的または地上車の操縦席で用いられる点灯スイッチ、ボタンまたはベゼルキーであることができる。ディスプレイシステム１０は、航空電子工学的ディスプレイ、例えば主要フライトディスプレイ(primary flight display)、レーダーディスプレイ、気象ディスプレイ、標的ディスプレイなどであることができる。ディスプレイ１０はまた、軍事的用途、通信的用途、またはカットオフフィルターが必要な他の視覚的システムであることができる。フィルター１５を利用すると、フィルター１５の減衰領域中の電磁発光から成分を保護することができる。
【００６２】
図１〜４に示すように、観察者に提供される光は一般に、図の左側においてシステム１０から提供される。
図２に関連し、ディスプレイシステム１０は、光源２０、染料に基づくフィルター１５、および光学的シャッター２５を包含する。光源２０はＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、白熱灯、蛍光灯、またはディスプレイシステム１０用の他の光発生器であることができる。光源２０は、２種以上の光源、すなわち昼光および夜間モードのための二重光源を包含することができる。
【００６３】
光源２０は、アレイに配列された超明白色(super-bright white)ＬＥＤを包含することが好ましい。あるいは、他のタイプまたは色のＬＥＤを利用してもよい。光源２０からの光は、染料に基づくフィルター１５に通して光学的シャッター２５に提供される。光学的シャッター２５は、ディスプレイシステム１０上で見る像を提供するための任意のディスプレイ要素であることができる。
【００６４】
一態様において、光学的シャッター２５は活性マトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）である。フィルター１５は、光源２０とシャッター２５の間に提供される。シャッター２５は、変動しうる像を提供するための任意のデバイスであることができる。あるいは、光学的シャッター２５はまた、固定された視覚的像を提供するためのプレート、スイッチまたは制御装置であってもよい。
【００６５】
図３に関連して、システム１０の別の態様は、光学的シャッター２５の後に染料に基づくフィルター材料を提供する。図３中の光学的シャッター２５は、光源２０と染料に基づくフィルター材料１５の間に提供されている。
【００６６】
図４に関連して、システム１０は、軟質ＯＬＥＤディスプレイのような発光ディスプレイを包含するものとして具体化されている。この態様において、染料に基づくフィルター１５は、発光ディスプレイ３５と観察者の間に提供される。あるいは、発光ディスプレイはＣＲＴであることができる。発光ディスプレイのスクリーンは、硬質または軟質で、平坦または湾曲していることができる。
【００６７】
図５に関連して、光源２０は特定のＬＥＤ５２（例えばＬＥＤ５４）上のディスプレイフィルター１５を包含する。ＬＥＤ５２および５４は、回路基板５８上に提供されると有利である。回路基板５８は、ＬＥＤを収容するための軟質または硬質回路基板であることができる。
【００６８】
好ましい態様において、ＬＥＤ５２および５４のマトリックスは、９９０個のＬＥＤの３３×３０個のマトリックスである。一態様では、１列おきに１個おきのＬＥＤを染料に基づくフィルター材料でコーティングして、赤外領域における放射線を減衰させる（ＬＥＤ５４として示す）。他の代替法では、あらゆるＬＥＤを染料に基づくフィルター材料でコーティングする。染料コーティングに加えて、ポリマーまたはモノマーのオーバーコートが、環境から染料を密封するために望ましい。適切なオーバーコートは、ＵＶ硬化性接着剤またはＰＭＭＡポリマーである。
【００６９】
図６にＬＥＤの第４列を示す。これは、染料に基づくフィルター材料でコーティングされたＬＥＤ５４（該列の１個おきのＬＥＤ）を有する。この態様では、システム１０を、コーティングされていないＬＥＤ５２を昼光モードで操作し、コーティングされたＬＥＤ５４のみを夜間モードで操作する、二重モードで操作することができる。図５および６に、ＬＥＤ５４のコーティングを太線で表す。
【００７０】
このような二重モードのアプローチにより、従来の二重モード設計に付随する不利な点が克服される。さまざまな構成を利用して、ＬＥＤ５２に付随するレンズまたはカバーをコーティングすることができる。他の態様では、染料に基づく材料を包含する膜をＬＥＤ５２上に提供することができる。単一モードのアプローチでは、すべてのＬＥＤ５２をＬＥＤ５４と同様にコーティングすることができ、または、染料に基づく材料を基材間に密封することができる。他の態様において、ＬＥＤのレンズは染料に基づく材料を包含することができる。フィルター１５の優れたスペクトルカットオフ特性により、単一モードのアプローチに適したディスプレイパラメーターが確実になる。染料に基づく材料を密封すると、適用後に該材料を環境から保護することができる。
【００７１】
図７において、染料に基づくフィルター１５は、ポリエステル膜９２と染料に基づく材料９６を包含するポリエステル膜９４とを包含する。染料に基づく材料９６は、図１および実施例１〜１０に関して検討したような材料であることが好ましい。実施例９〜１０はＵＶＡを包含する。
【００７２】
一態様において、フィルター１５は、抗反射および／または抗グレア処理層９５、電磁妨害減衰層９１、基材または膜９２、染料材料９６、基材または膜９４、ならびに長波長遮断フィルター９９を包含する。層９５は、入射角の幅広い領域にわたり分光学的正反射率を最小限に抑え、反射像の空間的コヒーレンスを最小限に抑える。層９１はディスプレイシステム１０からの高周波電磁放射線を減衰させ、任意のタイプの伝導性コーティングであることができる。膜９２は硬質または軟質であることができる。一態様において、フィルター１５は、湾曲面を有する発光ディスプレイ上に適用するように設計されている。好ましくは、膜９２は１．３〜１．８の反射指数(reflective index)を有し、材料９６の屈折率に合わせられている。好ましくは、層９２の内部透過率は、４２０ｎｍ〜６３０ｎｍの波長において８０％を超える。
【００７３】
層９５は、ポリカーボネートのバルク、ポリエステルのバルク、または型押されたミクロ構造ディフューザーであることができる。層９１は、ＥＭＩ高効率抗反射性伝導性コーティングであることができる。層９５と９１の組合わせは、抗フレア(anti-flare)ＨＥＡＣＣであることができる。
【００７４】
上記のように、層９６は、６３０ｎｍに５０％透過率を伴う６１０ｎｍ付近の鋭いスペクトルカットオフと、６３０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長における最小限に抑えられたディスプレイ発光を提供する。層９４は層９２と同様である。層９９は、７４５ｎｍ〜１０００ｎｍの領域においてディスプレイ発光の減衰を提供する。層９５、９１および９２の機能性を組み合わせることができ、９４と９９の機能性も組み合わせることができる。層９９に付随するスペクトルの望ましい機能性は、多層、吸収層または反射性材料を用いて達成することができる。一態様において、層９９は薄い誘電性スタックである。
【００７５】
膜９２はまた、直線または円偏光子であることができる。ある種の用途において、フィルター１５は発光ディスプレイの前で用いられ、膜９２は円偏光子である。このように用いる場合、発光ディスプレイからの正反射は最小限に抑えられ、高い周囲コントラスト比(ambient contrast ratio)は改善される。膜９２が直線状または円形である場合、４５％を超える内部透過率を有することが好ましい。
【００７６】
図８において、染料に基づく材料１５は、層１２０中に提供されている。層１２０は、好ましくはガラス基材１１５とガラス基材１２５の間に提供されている。ガラス基材１１５および１２５はＣｏｒｎｉｎｇ，Ｉｎｃにより製造されることができる。薄い誘電性コーティングまたは遮断フィルター１３０は、基材１２５の下に提供することができる。フィルター１３０は、７００ｎｍを超える波長を遮断するための安価なフィルターであることが好ましい。
【００７７】
ディフューザー１０５は、好ましくは感圧接着剤１１０により基材１１５に付着されている。フィルター１３０は、層１２０を使用するため、正確なカットオフ周波数を有する必要はない。好ましくは、カットオフ周波数は、層１２０に付随するカットオフ周波数より小さい。このように、安価なフィルター１３０を付着させて、ＮＶＩＳフィルターを完成させることができる。
【００７８】
出願人らは、図８に従ったフィルターをＬＥＤアレイの二分の一の前に、従来のＮＶＩＳフィルターをアレイの他の半分の前に適用した。出願人らは、図８のフィルターにより覆われたディスプレイの半分が、従来のフィルターにより覆われたＬＥＤアレイ部分より高い赤色の色度および明度を提供することを見いだした。これに加えて、出願人らは、図８のフィルターにより覆われたディスプレイの半分が、従来のフィルターにより覆われたＬＥＤアレイ部分と同等またはそれより良好なＮＶＩＳ性能を有することを見いだした。
【００７９】
図１７および１８に関連して、取付具１７５を用いて、フィルター１５、例えば図７および８に関連して記載したフィルター１５を製造することができる。図１８に関連して、取付具１７５は、カバー１８３およびキャリヤーまたは取付メンバー１８５を包含する。取付メンバー１８５は半透明プレート１９７を受ける。
【００８０】
プレート１９５は、プレート１９５と１９７の間にスペーサー１８７を伴ってプレート１９７に隣接して提供される。ピン１８９は、プレート１９７の開口部を通って取付メンバー１８５中に提供される。１０トル以下の適切な真空容量を有するガラス鐘を、フィルター１５の加工中に利用することができる。
【００８１】
スペーサー１８７は、厚さ０．１０インチのスプリットワッシャー(split washer)または等価物であることができる。プレート１９５および１９７はさまざまなサイズのガラス材料であることができ、一例は８．５インチ×６．３２５インチの寸法を有する。スペーサー１８７は、厚さの許容度がより厳密なスプリットワッシャーであってもよい。
【００８２】
フィルター材料のための混合物は、ビス（メチルトリオクチルアンモニウム）テトラブロモコバルテート、プロポキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、メタクリルオキシプロピルトリス（トリメチルシロキシ）シロキサン、メチルトリオクチルアンモニウムブロミド、ベンジルジメチルケタールからなる予備混合材料を用いて調製する。予備混合材料を、マグネティックスターラーまたは同等の撹拌デバイスを用いて混合し、約１６．０〜１６．５ｇの材料（例のサイズの場合）を別個の容器に秤量する。材料を入れた容器を、安定性が達成するまで排気する（典型的には、１６〜１６．５ｇの材料の場合、約３〜５分間排気する）。
【００８３】
プレート１９７を取付具１８５内に置く。スペーサー１８７のような少なくとも４個のスペーサーを、取付要素１８５上のピンを覆ってプレート１９７の各角に置き、プレート１９７に完全に固定する。排気した材料を、均一性を達成するパターンでプレート１９７の清浄な表面上に注ぐ。取付具１８５を操作して、材料の流れを基材またはプレート１９７の全体にわたって導く。流出を最小限に抑えるように予防措置を執り、貯まった材料をプレート１９７の長い縁に沿って提供する。清浄な基材またはプレート１９５を取付具の長い縁に沿って取り付け、そのまま４個のスペーサー１８７すべてに対し徐々に沈降させる。気泡の形成を最小限に抑え、均一な接着剤層が形成するのを可能にするために、材料の流れをモニタリングしなければならない。
【００８４】
カバー１８３を慎重に適用し、接着剤層を５〜８分間そのまま安定化させる。その後、蓋またはカバー１８３を取り外し、接着剤層を乱すことなくシムを慎重に取り外す。取付要素１８５を、取付具１８７を覆って酸素による縁の硬化の汚染を排除する適切な窒素流を含む乾燥箱中に置く。ＵＶランプを、約１５〜２０分間硬化するために提供する。その後、基材が割れたり接着剤層に応力が加わるのを防止するために、要素１８５をプレート１９５および１９７のアセンブリーから慎重に取り出す。
【００８５】
その後、層１９５および１９７のアセンブリーを８０°Ｆのオーブンに最低１時間入れて、光学的性質を安定化させる。あるいは、安定化は、室温で最低約７２時間後に起こることができる。
【００８６】
図１４に関連し、グラフ２００は、フィルター１５のバリエーション１を表す線２０２、フィルター１５のバリエーション２を表す線２０４、フィルター１５のバリエーション３を表す線２０６、およびフィルター１５のバリエーション４を表す線２０８を包含する。グラフ２００のＸ軸は３８０ｎｍ〜９００ｎｍの波長を表し、Ｙ軸は等分目盛りで１００％〜０％の透過率を表す。
【００８７】
バリエーション１は、二次ＮＶＩＳ薄膜(secondary NVIS thin film)（図８の膜１３０参照）を伴い厚さ０．０１インチを有する配合物ＡのＮＶＩＳフィルターである。配合物Ａについては、実施例９に記載されている。バリエーション２は、０．０１２５の厚さおよび二次ＮＶＩＳ薄膜（１３０）を伴う配合物ＢのＮＶＩＳフィルターである。配合物Ｂの染料については、実施例５に記載されている。配合物ＢのＵＶＡは、実施例１０に詳述したものと同じＵＶＡである。
【００８８】
バリエーション３は、０．０１０５インチの厚さを有し配合物Ａを有するＮＶＩＳフィルターである。バリエーション４は、配合物Ａを有し０．０１２インチの厚さを有するＮＶＩＳフィルターである。
【００８９】
フィルター１５は、光吸収を支配する指数法則に従って設計することができる。
Ｔ（λ）＝ｅｘｐ｛α（λ）・ｄ／ｃｏｓ（θ）｝
式中：
・Ｔ（λ）は波長の関数としての内部透過率である。
・α（λ）は波長の関数としての材料の吸収係数である。
・ｄは正常方向(normal direction)におけるフィルターの厚さである。
・θは正常方向から測定した入射角である。
【００９０】
テトラブロモコバルト組成物をＰＭＭＡまたはＵＶＡのようなホスト材料に加える場合（実施例１〜１０）、吸収係数は、以下の式を有する重量平均値である。
（λ）＝Ｃ・αＣｏＢｒ（λ）＋（１−Ｃ）・αＨｏｓｔ（λ）
ここにおいて、Ｃは濃度を表す０〜１の数字である。
【００９１】
テトラブロモコバルトフィルターが６１０ｎｍで開始する独特の鋭いまたは急勾配のカットオフを有する原因は、６１０ｎｍ〜７５０ｎｍで吸収係数αＣｏＢｒ（λ）が非常に大きな数まで急激に増大することである。αＣｏＢｒ（λ）の急激な転移も同じ要因であり、これは、視覚全体にわたるスペクトル（色）のシフトを最小限に抑える。
【００９２】
【表１】
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【００９３】
図１４に示すように、線２０２、２０６および２０８は、フィルター１５では約６３０ｎｍにおいて５０％透過が達成されることを示している。バリエーション３および４では、６４０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長において透過率は１０％未満である。バリエーション２は約６１５ｎｍにおいて５０％透過を有する。バリエーション３および４は、薄膜ＮＶＩＳフィルター（膜１３０）がないため、７４０ｎｍを超える波長においてより高い分光透過を達成する。図７に示すように、６６０ｎｍを超え７４０ｎｍに満たないどこかにカットオフ波長を有する二次ＮＶＩＳフィルター（１３０）を用いると、フィルター全体に関し７４０ｎｍを超える波長における低い透過率を保持することができる。上記表１に、二次ＮＶＩＳフィルター（膜１３０）についての典型的な要件を提供する。
【００９４】
図１５に関連し、グラフ２２０は、３８０ｎｍ〜９００ｎｍの波長を有するＸ軸と、アルゴリズム目盛りで１〜０．００００１の透過率を示すＹ軸を示している。線２２２はバリエーション１に関する透過率を示し、線２２４はバリエーション２に関する透過率を示し、線２２６はバリエーション３に関する透過率を示し、そして線２２８はバリエーション４に関する透過率を示す。グラフ２２０は、６６０〜７４０ｎｍの波長におけるフィルター１５のバリエーション１〜４の非常に優れた性能を示している。
【００９５】
図１６に関連し、グラフ２３０は、ディスプレイシステム１０（図２）に付随する分光学的成分を例示している。ｙ軸２４４は、線２３２、２３４および２３６についての相対的等分目盛りを提供する。第２のＹ軸２４４は線２３８についての相対的等分目盛りを提供する。線２３２は、図２に具体化したようなディスプレイシステム１０からのスペクトル発光を表す。線２３２は、光源２０、染料に基づくＮＶＩＳフィルター１５および光学的シャッター２５の組合わせにより与えられる。光源２０は、軟質回路基板および冷却用放熱器上に取り付けられた白色および赤色ＬＥＤのアレイである。染料に基づくＮＶＩＳフィルター１５の構造の態様を図８に例示する。この例における染料に基づくＮＶＩＳフィルター１５の分光学的特徴を、図１６の線２３４により示す。
【００９６】
光学的シャッター２５は、全視野白色フォーマットを表示するＬＣＤである。結果はスペクトル線２３２であり、これは、白色＋赤色ＬＥＤアレイ２０から放射され、図８に具体化されているような複合型の吸収性／反射性ＮＶＩＳフィルターによりフィルタリングされた後、ＬＣＤ２５によりフィルタリングおよび調節される光から与えられるものである。スペクトル線２３２の独特で有利な特色は、６１０ｎｍにおける強い赤色発光と６４０ｎｍを超える波長でのわずかな発光である。
【００９７】
線２３６は、ＮＶＩＳ  Ｂゴーグルの応答を示している。該ゴーグルの応答は、６３０ｎｍより長波長で急激に増大する。ディスプレイシステム１０のスペクトル出力２３２にＮＶＩＳ  Ｂゴーグルの応答２３６を適用すると、線２３８が与えられる。線２３８の下の区域は、ディスプレイシステム１０がＮＶＩＳ  Ｂゴーグルを刺激する（輝かせる）強さを定義する。線２３８の下の区域は、ＮＶＩＳ放射輝度（ＮＲｂ）とよばれる。ディスプレイシステム１０に関するＮＲｂの結果を表２に提供する。結果は許容度を大きく下回り、赤色フォーマットの非常に良好な飽和を保持しつつフィルター１５で達成しうる優れたＮＶＩＳの性能を例示している。
【００９８】
【表２】
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【００９９】
フィルター１５は、さまざまな周波数領域において強調または減衰を提供することができる。好ましい態様を赤外周波数領域に関連して記載するが、あらゆる周波数領域を以下に記載する原理に適用することができる。好ましい態様に従って、フィルター１５は６４０ｎｍの波長を超える放射線を著しく減衰させ、６３０ｎｍ未満の波長の放射線をあまり減衰させない。あるいは、フィルター１５は、とりわけ中間領域への減衰を有するバンドパスフィルターとして操作することができる。システム１０に利用されるフィルターのタイプを、限定的な方法では記載しない。
【０１００】
他の態様において、光源２０およびシャッター２５を、ブラウン管（ＣＲＴ）、ＬＥＤディスプレイ、または他の光源により置き換えることができる。そのような態様では、フィルター１５を、ＣＲＴ、ＬＥＤディスプレイまたは他の光源の前に提供することができる。
【０１０１】
特定タイプのディスプレイシステム１０（図２）を、航空電子工学的ディスプレイシステムとして具体化することができる。航空電子工学的ディスプレイシステムは、光学的シャッターまたは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ディフューザー、導光器およびフィルター１５を包含することができる。該システムはまた、暗視モードの光源および非暗視光源を含む光源を包含することができる。該システムは、暗視モード（ＮＶＩＳモード）および非暗視モード（昼間モード）で操作するように構成されることが好ましい。
【０１０２】
好ましい態様および具体例を与えているが、これらは例示のために過ぎず、開示した厳密な詳細に限定するものではないことは理解される。例えば、具体的波長の光について検討しているが、他のタイプの光を利用することができる。さまざまなカットオフ特性を達成することができる。さらに、航空電子工学的ディスプレイシステムについて検討しているが、染料に基づくフィルターを必要とする他のディスプレイシステムに本発明の原理を利用することができる。さらに、光を処理する用途、例えばスイッチパネル、点灯スイッチ、ベゼルキー、閃光およびレーザーに対する目の保護具に、本発明の原理を利用することができる。さまざまな修正を、請求されている範囲から逸脱することなく、請求項の等価物の範囲および領域内で、細部に加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】代表的態様に従った染料に基づくフィルターを包含するディスプレイシステムの一般的概略構成図である。
【図２】図１に例示した染料に基づくフィルターを包含する航空電子工学的ディスプレイの一般的概略構成図である。図中、染料に基づくフィルターは、他の代表的態様に従って光学的シャッターの後に置かれている。
【図３】図１に例示した染料に基づくフィルターを包含する航空電子工学的ディスプレイの一般的概略構成図である。図中、染料に基づくフィルターは、さらに他の代表的態様に従って光学的シャッターの前に置かれている。
【図４】図１に例示した染料に基づくフィルターを包含する航空電子工学的ディスプレイの一般的概略構成図である。図中、染料に基づくフィルターは、さらに他の代表的態様に従って発光ディスプレイの前に置かれている。
【図５】さらに他の代表的態様に従った、図１〜３に例示したディスプレイシステムに使用するための光源およびフィルターの上面図である。
【図６】図５に例示した光源およびフィルターの線６−６について取り出した横断面図である。
【図７】さらに他の代表的態様に従った、図１に例示した染料に基づくフィルターの一態様のより詳細な側面図である。
【図８】さらに他の代表的態様に従った、図１に例示した染料に基づくフィルターの他の態様のより詳細な側面図である。
【図９】図１に例示した染料に基づくフィルターのための実施例１の染料に関する分光透過率を示すグラフである。
【図１０】図１に例示した染料に基づくフィルターのための実施例２の染料の分光透過率を示すグラフである。
【図１１】図１に例示した染料に基づくフィルターのための実施例３および４の染料に関する分光透過率を示すグラフである。
【図１２】図１に例示した染料に基づくフィルターのための実施例５および６の染料に関する分光透過率を示すグラフである。
【図１３】図１に例示した染料に基づくフィルターのための実施例７および８の染料に関する分光透過率を示すグラフである。
【図１４】図１に例示した染料に基づくフィルターの態様に関する分光透過率を示すグラフである。
【図１５】図１に例示した染料に基づくフィルターの態様の対数目盛での分光透過率を示すグラフである。
【図１６】図１に例示した染料に基づくフィルターを包含する航空電子工学的ディスプレイの分光および発光応答を示すグラフである。
【図１７】さらに他の代表的態様に従った、図１に例示したフィルターを製造するための取付具の上面図である。
【図１８】さらに他の代表的態様に従った、図１に例示したフィルターと図１７に例示した取付具のための一対の膜の拡大図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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