JPH03274004A - 波長選択ミラーの製造方法 - Google Patents

波長選択ミラーの製造方法

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JPH03274004A
JPH03274004A JP7459490A JP7459490A JPH03274004A JP H03274004 A JPH03274004 A JP H03274004A JP 7459490 A JP7459490 A JP 7459490A JP 7459490 A JP7459490 A JP 7459490A JP H03274004 A JPH03274004 A JP H03274004A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は透明基板の表面に選択吸収層を形成して成る波
長選択ミラーに関し、更に詳しくは透明基板表面に有機
吸収剤を含有する二酸化珪素被膜を形成して戊る化学的
・機械的耐久性に優れた波長選択ミラーに関する。
〔従来の技術〕
波長選択ミラーは、白色光またはいろいろな波長のまざ
った光の中から、特定の波長範囲の光を選択的に透過ま
たは反射させるもので、コールドミラー レーザーミラ
ー ダイクロイックミラーなどがあり、様々な電子機器
・医療機器に使用されている。
一般には多層蒸着膜が多く用いられ、透明基板に酸化チ
タン、酸化ジルコニウム、酸化セリウムなどの高屈折率
物質と弗化マグネシウム、水晶石、二酸化珪素などの低
屈折率物質を交互に積層して作製される。各層の膜厚は
λ/4(場合によってはλ/8またはλ/2の膜厚にす
る層もある)で7〜21の積層を必要とする。
〔発明が解決しようとする問題点〕
これら多層膜を作製する場合、膜厚が非常に薄<膜厚コ
ントロールが難しい。それ放火面積への応用が困難であ
る。また、何層にも積層するため工程が多くなり、コス
トが高くなるといった問題点があった。
通常、膜の作製には真空蒸着法、スパッター法、イオン
・ブレーティング法などが用いられる。
これらの方法には、基板を加熱する場合と、常温蒸着を
する場合がある。
基板を加熱する場合は、物理的強度が強く膜面の清掃、
拭きなどに充分耐えられるが、基板を高温加熱する関係
上、熱によって変形または変質するような基板は使用で
きない。
また、常温蒸着の場合、蒸着物質によっては物理的強度
が非常に弱く、膜の基板に対する付着力も弱く、膜面ば
機械的強度、及び耐湿性に乏しいといった問題点があっ
た。
これら従来の問題点を解決するために有機染料・顔料な
どの有機吸収剤を含む二酸化珪素被膜で透明基板表面を
被覆することが行なわれている。
このような方法としては、金属アルコキシドの加水分解
溶液中に有機吸収剤を添加した溶液と基板を接触させる
、いわゆるゾル・ゲル法があげられる。
例えば、この製造方法に関する文献としては「J、No
n−Cryst、5olids、74 (1985) 
 395Jがあり、二酸化珪素薄膜中に有機蛍光色素を
導入している。
また、 「セラミックス、21.No、2 (1986
> IIIJでは、ゾル・ゲル法によって有機分子を非
晶質石英にドープしている。
しかしながら、ゾル・ゲル法では被膜を基材に固着させ
るために最終工程で加熱する必要があり、有機物が分解
するような高い温度で加熱処理することはできないので
、生成した膜はどうしても多孔質となる問題があった。
また、低い温度での加熱によっても分解してしまうよう
な有機物は、膜中に導入することができなかった。さら
に、低い温度でしか加熱できないことは、゛ゾル・ゲル
法固有の問題をいっそう大きなものにし、膜中には未分
解の原料や溶媒等の不純物が残存していた。
また、膜中に導入できる有機吸収剤の濃度も限られてお
り、約10−’/(10cm)3程度と低く、通常の着
色鏡には使用できても光学ミラー特に波長選択ミラーに
は適用できなかった。
その他の問題としては、出発原料として高価な金属アル
コキシドを用いるため、膜の製造コストが高くなること
である。また、コーティング方法としてはデイツプコー
ト等が用いられ、この方法では複雑な形状を持った基材
には適用できなかった。
〔問題点を解決する手段〕
本発明の方法では、二酸化珪素を過飽和に含む珪フッ化
水素酸の水溶液に染料・顔料などの有機吸収剤を添加し
て成る処理液と透明基板を接触させることで、該基板表
面に有機吸収剤を含有する二酸化珪素被膜を形成させる
ことを利用するものである。この場合、二酸化珪素を過
飽和に含む珪フッ化水素酸の水溶液は、珪フッ化水素酸
の水溶液に二酸化珪素を飽和した溶液にほう酸・アンモ
ニア水・金属ハライドあるいは水素よりもイオン化傾向
の大きい金属を添加することによって得られる。あるい
は低温の珪フッ化水素酸の水溶液に二酸化珪素を飽和し
た後、該溶液の温度を上昇させること(温度差法)によ
っても得られる。有機吸収剤は、直接処理液に添加して
もよいし、水またはエタノールなど水溶性有機溶媒中に
溶解させた後、処理液に添加することもできる。また、
添加の仕方は珪フッ化水素酸の二酸化珪素飽和溶液に有
機吸収剤を加えてもよく、二酸化珪素を過飽和に含む状
態とした後の溶液に添加してもよい。
条件的には珪フッ化水素酸の濃度は1.0モル/2以上
、望ましくは1.5〜3.0モル151が使われる。
また、透明基板を接触させるときの処理液の温度は15
〜60℃、望ましくは25〜40℃であり、温度差法で
は通常10°C以下の温度で二酸化珪素を飽和させ、2
0℃以上好ましくは40〜60℃の温度で処理液と透明
基板を接触させる。接触の方法は、−船釣には処理液の
中に透明基板を浸漬する方法がとられる。
有機吸収剤としては、染料・顔料などがあげられ、例え
ば具体的には、マラカイト グリーン[MALACHI
TE GREEN]  (保土谷化学)、ビクトリアブ
ルー  B H[VICTORIA BLLIE Bl
コ (保土谷化学)、ビクトリア ピュアー ブルー 
BOH[VICTORIA PURE BLUE Bo
i1]  (保土谷化学)、メチル バイオL/ット 
ビx7−  SP[METllYLVIOLET PU
RE SPI  (保土谷化学)、カヤシールイエロー
 G G [KAYACYL YELLOW GG] 
 (日本花祭)、カヤシール ローダミン F B [
KAYACYLRIIODAMINE FB]  (日
本花祭〉、ブルー 5P[BLUE 5P]  (日本
花祭)、レッド 21 P [RED21P]  (日
本花祭)、レッド 3 P [RED 3P]  (日
本花祭)、グリーン 10 P [GREEN IOP
]  (日本花祭)、アリザリン アストロール[AR
IZARINE ASTROL]  (東京化e、>等
に類する染料、ダイアセリトン ファスト し・ノド 
R[DIACELLITON FAST RED R]
  (三菱化成)に類する分散染料、ローダミン 6 
G [RIIODAMINE 6G]  (東京化成)
、ローダミン B [RHODAMNE Bl  (東
京化成)、スルホローダミン B [SULFORHO
DAMINE Bl  (東京化成)、アクリジン レ
ッド[^CRIDINE RED](東京化成)、フル
オレセイン[FLUORESCE IN](東京化成)
、  2.5−シ゛フ1ニルオHソ′−ル [2,5−
Dipheny1oxazole]  (東京化成)、
 l、44’ス[2−(5−フェニル1目ソ′リル)J
へ゛ンセ′ン [1,4−B!s[2−(5−phen
yloxazoly+)]benzene]   (東
京化成)、  2−(l−ナフチル〉−5−フェニルj
41ソ1−ル [2−(1−Naphthyl)−5−
phenyloxazole]   (L  anca
ster  5ynthesis)、ローダミ ン  
 123  [RIIODAMINE  123]  
 (K  o  d  a  k  )  、ローダミ
ン l 10  [RIIODAMINE 110] 
 (K o dak)、ローダミン 116 [RII
ODAMINE 116 PERCIILORATE]
  (K o d a k )、ローダミン 19[R
HODAMINE 19 PERCIILORATE]
  (K Od a k )、クマリン 6 [COt
lMARIN S]  (K Od a k )、NK
 −125[1,3,3−Trimethyl−2−[
7−(1,3,3−trimethy l−2−ind
ol 1nyl 1dene)−1,3,5−hept
at r 1eny I ]−311−indoliu
m 1odide]  (日本感光色素研究所)、N 
K −78[1−Ethyl−4−[3−chloro
−5−(1−ethyl−4(111)−quinol
ylldene)−1,3−pentadienyll
  qulnolinlum Iodide]  (日
本感光色素研究所)、NK−123[1−Ethyl−
2−[7−(1−ethyl−2(ill)−quin
olylldene)−1,3,5−heptaLri
enyl) quino口nium 1odide] 
 (日本感光色素研究所)、NK−863[3−Eth
yl−2−((3−ethyl−2−benzoxaz
ollnylidene)meLhyl) benzo
xazolium 1odidel  (日本感光色素
研究所)、N K −1144[1−Ethyl−4−
(5−(1−ethy−4(1B)−quinolyl
idene)−1,3−pentadienyll q
uino11nlui+ 1odidel  (日本感
光色素研究所)等に類するレーザー用色素などがあげら
れる。
一方、透明基板としてはガラスの他透明な加機結晶性基
板でもよく、プラスチックなどの有機素材でもよい。ま
た、本発明の方法では二酸化珪素膜が積層過程を経て形
成されるため、基板の面形状に関係なく均一な厚みの層
が得られるとの特徴から、透明基板は平板状に限らず凹
面、凸面のものでもよい。さらには、ポリカーボネート
樹脂・アクリル樹脂など、有機材料から呟る基板でもよ
い。この場合、密着力のよい選択吸収層を形成するため
には、有機透明基板の表面をシランカップリング剤から
成る有機珪素化合物、それらの加水分解物およびコロイ
ダルシリカ等から成る群より選ばれた少なくとも1種の
珪素化合物で被覆した後、処理液中に浸漬・分散させ有
機吸収剤含有二酸化珪素被膜を形成することが望ましい
ミラーの作製は有機吸収剤含有二酸化珪素被膜を作製後
、アルミニウム・クロム・銀など通常ミラーを作製する
ときの反射膜を片面にコーティングする。反射膜の作製
方法は真空蒸着、めっきなどどのような方法でもよい。
作製された二酸化珪素膜中の有機吸収剤の濃度は約10
”2/(10cm)3程度と高く、ゾルゲル法で作製し
た膜の約100倍となる。その結果、作製されたミラー
は強い吸収帯を持つこととなり、反射波長領域はより一
層明確なものとなる。
〔作用〕
この発明では、均一な溶液内で有機物を含む二酸化珪素
薄膜を形成している。この成膜反応は室温付近で進むた
め、溶液中の有機物は分解することなく均一に膜中に取
り込まれる。また、この膜質は緻密であり、基材と固着
しているため、加熱処理する必要がない。薄膜形成が過
飽和溶液からの析出によって行われるため、この発明で
得られる有機物含有二酸化珪素薄膜中には、未分解原料
や溶媒等の不純物がほとんど混入しない。この発明の出
発原料は非常に安価であり、高温での加熱処理工程もな
いことから、膜の製造コストを低く抑えることができる
。さらに、均一な溶液内で反応させているため、複雑な
形状を持った基材上にも均一な有機物含有二酸化珪素薄
膜を形成させることができる。
また、有機吸収剤を使用するため選択波長の種類が豊富
であり、その有機吸収剤は二酸化珪素薄膜の中に閉じ込
められているため、化学的安定性が増し、耐光性、耐熱
性などが向上する。
さらには、ドープされた有機吸収剤の濃度は高く、強い
吸収帯が形成できる。したがって、通常の着色鏡のみな
らず、反射波長領域の明瞭な波長選択ミラーを作製する
ことができる。
また、透明基板は平板状に限らず凹面、凸面のものでも
よい。さらには、ポリカーボネート樹脂・アクリル樹脂
など、有機材料からなる基板でも使用できる。
〔実施例1〕 縦75M、  横25閣、厚さ1mのスライドガラスを
充分に洗浄、乾燥し、試料基材とした。
次に種々の吸収剤を蒸留水に室温にて混合または溶解さ
せ、5vtXまたは飽和の添加液とした。また、シリカ
ゲルを飽和させた珪弗化水素酸水溶液100ccに、 
0.5mol/ flのほう酸水溶液を8cc加えたも
の、あるいは上記珪弗化水素酸水溶液100ccに、金
属アルミニウム0.4g溶解させたものを処理液とした
。この処理液100ccをビーカーに取り、各々の染料
液1ccずつを添加攪拌し、35°Cの水浴上にセット
、加温した。この溶液中に、上記試料基材をそれぞれ1
枚ずつ浸漬し、16時間保持した後、取り出して洗浄乾
燥した。
添加吸収剤の種類及び実験結果を第1表に示す。
二酸化珪素膜の膜厚は接触針式膜厚測定機にて測定した
これらの有機吸収剤は、ESCA(X線光電子分光法)
、SIMS(二次イオン質量分析法)、IR(赤外線分
光法)などにより分析した結果、膜中に均一に取り込ま
れていることが確認された。
さらに、二酸化珪素成膜後の基板を99.5%アルコー
ル溶液の中に24時間浸漬したが、有機吸収剤の溶出は
みられなかった。また、テープテスト、スポンジ払拭テ
ストによる二酸化珪素膜の剥離も見られなかった。
このようにして得られた有機色素含有二酸化珪素被膜ガ
ラスのうちマラカイト グリーンについて、その片面に
真空蒸着法でアルミニウム薄膜を形成し、波長選択ミラ
ーを作製した。その反射スペクトルを第1図に示す。5
10nm〜590n■の緑色領域を反射しており、その
反射率も80%と高い。モして510nm以下または5
90n■以上の領域をよく吸収しており、波長選択ミラ
ーとして有効であることがわかる。
第1表 〔実施例2〕 縦75mm、  横25m、厚さ1mg+のスライドガ
ラスを充分に洗浄、乾燥し、試料基材とした。
次に分散染料グイヤセリトン ファスト し・ノド(三
菱化成)を蒸留水に室温にて分散させ、5vtXの添加
液とした。
また、シリカゲルを飽和させた珪弗化水素酸水溶液10
0ccに、金属アルミニウム 0.4g溶解させたものを処理液とした。この処理液を
ビーカーに取り、上記分散染料液leeを添加攪拌し、
35℃の水浴上にセット、加温した。この溶液中に、上
記試料基材を1枚浸漬し、16時間保持した後、取り出
して洗浄乾燥した。
作製された二酸化珪素膜は赤色を示し、接触針式膜厚測
定機にて測定した膜厚は7605Aであった。
この分散染料は、ESCA% SIMS、IRなどによ
り分析した結果、膜中に均一に取り込まれていることが
確認された。さらに、二酸化珪素成膜後の基板を99.
5%アルコール溶液の中に24時間浸漬したが、分散染
料の溶出はみられなかった。
また、テープテスト、スポンジ払拭テストによる二酸化
珪素膜の剥離も見られなかった。
このようにして得られた有機色素含有二酸化珪素被膜ガ
ラスについて、その片面に真空蒸着法でアルミニウム薄
膜を形成し、波長選択ミラーを作製した。その反射スペ
クトルを第2図に示す。600011以上の赤色領域を
反射しており、その反射率も80%以上と高い。そして
600n園以下の領域をよく吸収しており、波長選択ミ
ラーとして有効であることがわかる。
〔実施例3〕 縦755w5.1fI2s鴫、厚さl−のスライドガラ
スを充分に洗浄、乾燥し、試料基材とした。
次に種々の吸収剤を蒸留水に室温にて混合または溶解さ
せ、5vt%または飽和の添加液とした。また、シリカ
ゲルを飽和させた珪弗化水素酸水溶液100ccに、 
0.5mol/ Qのほう酸水溶液を8cc加えたもの
、あるいは上記珪弗化水素酸水溶液100ccに。
金属アルミニウム0.4g溶解させたものを処理液とし
た。この処理液100ccをビーカーに取り、各々の吸
収剤液Iceずつを添加撹拌し、35℃の水浴上にセッ
ト、加温した。この溶液中に、上記試料基材をそれぞれ
1枚ずつ浸漬し、16時間保持した後、取り出して洗浄
乾燥した。
添加吸収剤の種類及び実験結果を第2表に示す。
二酸化珪素膜の膜厚は接触針式膜厚測定機にて測定した
これらの有機吸収剤は、ESCA、SIMS。
IRなどにより分析した結果、膜中に均一に取り込まれ
ていることが確認された。さらに、二酸化珪素成膜後の
基板を995%アルコール溶液の中ニス4時間浸漬した
が、有機吸収剤の溶出はみられなかった。また、テープ
テスト、スポンジ払拭テストによる二酸化珪素膜の剥離
も見られなかった。
このようにして得られた有機色素含有二酸化珪素被膜ガ
ラスのうちブルー 5Pについて、その片面に真空蒸着
法でアルミニウム薄膜を形成し、波長選択ミラーを作製
した。その反射スペクトルを第3図に示す。550rv
以下の青色領域を反射しており、その反射率も75%以
上と高い。そして5501m1以上の領域をよく吸収し
ており、波長選択ミラーとして有効であることがわかる
に洗浄、乾燥し、基材として用いた。
次にシリカゲルを飽和させた珪弗化水素酸水溶液100
0ccに、金属アルミニウム4gを溶解させて処理液と
した。この処理液を角型容器に取り、各々の有機紫外線
吸収剤をo、 5gずつ添加した後、充分に攪拌してか
ら35℃の水浴上で加温した。この溶液中に 第2表 〔実施例4〕 縦100m、  横100閣、厚さ2鵬のガラス板を充
分上記のガラス板をそれぞれ1枚ずつ浸漬し、4時間経
過した後、取り出して洗浄乾燥した。
添加した有機紫外線吸収剤の種類及び実験結果を第3表
に示す。二酸化珪素薄膜の膜厚は接触針式膜厚測定機に
て測定したものであり、この薄膜カカラス板の両面に形
成されている。
これらの有機紫外線吸収剤は、ESCA、SIMS、I
Rなどにより分析した結果、膜中に均一に取り込まれて
いることが確認された。さらに、得られた紫外線吸収ガ
ラスを35℃の99.5%エタノール溶液または60℃
の温水に1000時間浸漬したが、有機紫外線吸収剤の
溶出は認められなかった。
また、テープテスト、スポンジ払拭テストによる上記の
二酸化珪素薄膜の剥離も見られなかった。
第4図から第6図はこの実施例により得られた紫外線吸
収ガラスについて、その片面に真空蒸着法でアルミニウ
ム薄膜を形成し、波長選択ミラーを作製したものの反射
スペクトルである。反射波長領域は可視光全体にわたり
、波長400nm以下の紫外線領域は効率よく遮断して
いる。反射率は90%程度と高く、この発明が有効なこ
とがわかる。特にNK−78、NK−1144について
は400tv以下を完全に吸収しており、優れた波長選
択ミラーといえる。
第3表 〔発明の効果〕 この発明は、以下のような優れた効果を有している。
■得られる有機物含有二酸化珪素薄膜が緻密であるため
、有機吸収剤の溶出がない。
■有機吸収剤を二酸化珪素薄膜の中に関し込めるため、
化学的安定性が増し、耐光性、耐熱性などが向上する。
■有機吸収剤を使用するため、選択波長の種類が豊富で
ある。
■ドープする有機吸収剤の濃度を高くできるため、波長
選択性が明確になる。
■原料が安価でありまた工程が簡素であるため、膜の製
造コストを低くすることができる。
■複雑な形状の基材上にでも、有機物含有二酸化珪素薄
膜を形成することができる。
第1図波長選択ミラー (マラカイトク゛リーン)
【図面の簡単な説明】
第1図は添加吸収剤としてマラカイト グリーンを用い
た場合の波長−反射率の関係を示し、第2図はグイヤセ
リトンフ1スト レッドを用いた場合、第3図はブルー
 5Pを用いた場合、第4図はNK−78を用いた場合
、第5図はNK−863を用いた場合、第6図はNK−
1144を用いた場合をそれぞれ示している。 波長(n醒) :寺(1 波!(nm) 第3図波長選択ミラー (フルー5P) 波長(71772) 第5図波長選択ミラー (NK−863) 第6図波長8g択ミラー (NK−7744)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)透明基板の表面に、有機吸収剤を含有する二酸化
    珪素被膜を形成した後、少くとも一方の面に金属膜を形
    成して成る波長選択ミラー
  2. (2)有機吸収剤を含有する二酸化珪素被膜が二酸化珪
    素の過飽和状態となった珪フッ化水素酸水溶液に有機吸
    収剤を添加して成る処理液と、透明基板を接触させるこ
    とで該基板表面に形成されることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の波長選択ミラー
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6017172U (ja) * 1983-07-14 1985-02-05 日本写真印刷株式会社 装飾鏡

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