JP2011175249A - 光学体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学体は、凹凸面を有する第1の光学層と、第1の光学層の凹凸面上に形成された波長選択反射層と、波長選択反射層が形成された凹凸面上に、該凹凸面を埋めるように形成された第2の光学層とを備える。波長選択反射層は、金属層と、金属層上に形成された、金属酸化物を主成分とする保護層と、保護層上に形成された、酸化亜鉛以外の金属酸化物を主成分とする高屈折率層とを備える。
【選択図】図7
Description
凹凸面を有する第1の光学層と、
第1の光学層の凹凸面上に形成された波長選択反射層と、
波長選択反射層が形成された凹凸面上に、該凹凸面を埋めるように形成された第2の光学層と
を備え、
波長選択反射層は、
金属層と、
金属層上に形成された、金属酸化物を主成分とする保護層と、
保護層上に形成された、酸化亜鉛以外の金属酸化物を主成分とする高屈折率層と
を備え、
波長選択反射層が、特定波長帯の光を選択的に指向反射するのに対して、特定波長帯以外の光を透過する光学体である。
第1の光学層の凹凸面上に波長選択反射層を形成する工程と、
波長選択反射層が形成された凹凸面上に、該凹凸を埋めるようにして第2の光学層を形成する工程と
を備え、
波長選択反射層の形成工程は、
金属層を形成する工程と、
金属酸化物を主成分とする保護層を、金属層上に形成する工程と、
酸化亜鉛以外の金属酸化物を主成分とする高屈折率層を、保護層上に形成する工程と
を備え、
波長選択反射層が、特定波長帯の光を選択的に指向反射するのに対して、特定波長帯以外の光を透過する光学体の製造方法である。
1.第1の実施形態(構造体を1次元配列した例)
2.第2の実施形態(構造体を2次元配列した例)
3.第3の実施形態(光学フィルムに光散乱体を設けた例)
4.第4の実施形態(光学フィルムに、自己洗浄効果層を設けた例)
[光学フィルムの構成]
図3Aは、本発明の第1の実施形態に係る光学フィルムの一構成例を示す断面図である。図3Bは、本発明の第1の実施形態に係る光学フィルムを被着体に貼り合わせた例を示す断面図である。光学体としての光学フィルム1は、いわゆる指向反射性能を有する光学フィルムである。図3Aに示すように、この光学フィルム1は、凹凸形状の界面を内部に有する光学層2と、この光学層2の界面に設けられた波長選択反射層3とを備える。光学層2は、凹凸形状の第1の面を有する第1の光学層(形状樹脂層とも称する。)4と、凹凸形状の第2の面を有する第2の光学層(包埋樹脂層とも称する)5とを備える。光学層内部の界面は、対向配置された凹凸形状の第1の面と第2の面とにより形成されている。具体的には、光学フィルム1は、凹凸面を有する第1の光学層4と、第1の光学層4の凹凸面上に形成された波長選択反射層3と、波長選択反射層3が形成された凹凸面を埋めるように、波長選択反射層3上に形成された第2の光学層5とを備える。光学フィルム1は、太陽光などの光が入射する入射面S1と、この入射面S1より入射した光のうち、光学フィルム1を透過した光が出射される出射面S2とを有する。
測定装置:全自動微細形状測定機 サーフコーダーET4000A(株式会社小坂研究所)
λc=0.8mm、評価長さ4mm、カットオフ×5倍
データサンプリング間隔0.5μm
第1の光学層4は、例えば、波長選択反射層3を支持し、かつ保護するためのものである。第1の光学層4は、光学フィルム1に可撓性を付与する観点から、例えば、樹脂を主成分とする層からなる。第1の光学層4の両主面のうち、例えば、一方の面は平滑面であり、他方の面は凹凸面(第1の面)である。波長選択反射層3は該凹凸面上に形成される。
波長選択反射層3は、特定波長帯の光を選択的に指向反射するのに対して、特定波長帯以外の光を透過する機能を有する波長選択反射層であることが好ましい。これにより、窓材などの被着体に光学フィルム1を貼り合わせた場合に、特定波長帯の光を指向反射し、所定の空間に入り込むのを排除し、特定波長帯以外の光を所定の空間に取り込むことできるからである。
図8A、図8Bは、光学フィルムの機能の一例を説明するための断面図である。ここでは、例として、構造体の形状が傾斜角45°のプリズム形状である場合を例として説明する。図8Aに示すように、この光学フィルム1に入射した太陽光のうち近赤外線L1の一部は、入射した方向と同程度の上空方向に指向反射するのに対して、可視光L2は光学フィルム1を透過する。
x=(sin(45−α')+cos(45−α’)/tan(45+α'))/(sin(45−α')+cos(45−α'))×R2 ・・・(1)
但し、α'=sin-1(sinα/n)
図11は、本発明の第1の実施形態に係る光学フィルムを製造するための製造装置の一構成例を示す概略図である。図11に示すように、この製造装置は、ラミネートロール41、42、ガイドロール43、塗布装置45、および照射装置46を備える。
以下、図11〜図14を参照して、本発明の第1の実施形態に係る光学フィルムの製造方法の一例について説明する。なお、以下に示す製造プロセスの一部または全部は、生産性を考慮して、図11に示すようなロール・ツー・ロールにより行われることが好ましい。但し、金型の作製工程は除くものとする。
また、金属酸化物を主成分とするターゲットを用いて、スパッタリング法により保護層33を形成した場合には、下地となる金属層32の劣化を抑制することができる。
以下、上記実施形態の変形例について説明する。
図15Aは、本発明の第1の実施形態の第1の変形例を示す断面図である。図15Aに示すように、この第1の変形例に係る光学フィルム1は、凹凸形状の入射面S1を有している。この入射面S1の凹凸形状と、第1の光学層4の凹凸形状とは、例えば、両者の凹凸形状が対応するように形成されており、両者が有する凸部の頂部と凹部の最下部との位置が一致している。入射面S1の凹凸形状は、第1の光学層4の凹凸形状よりもなだらかであることが好ましい。
図15Bは、本発明の第1の実施形態の第2の変形例を示す断面図である。図15Bに示すように、この第2の変形例に係る光学フィルム1では、波長選択反射層3が形成された第1の光学層4の凹凸面のうちの凸形状頂部の位置が、第1の光学層4の入射面S1とほぼ同一の高さとなるように形成されている。
図16〜図19は、本発明の第2の実施形態に係る光学フィルムの構造体の構成例を示す断面図である。第2の実施形態において、第1の実施形態と対応する箇所には同一の符号を付す。第2の実施形態は、第1の光学層4の一主面にて構造体4cが2次元配列されている点において、第1の実施形態とは異なっている。
第3の実施形態は、特定波長の光を指向反射するのに対して、特定波長以外の光を散乱させる点において、第1の実施形態とは異なっている。光学フィルム1は、入射光を散乱する光散乱体を備えている。この散乱体は、例えば、光学層2の表面、光学層2の内部、および波長選択反射層3と光学層2との間のうち、少なくとも1箇所に設けられている。光散乱体は、好ましくは、波長選択反射層3と第1の光学層4との間、第1の光学層4の内部、および第1の光学層4の表面のうちの少なくとも一箇所に設けられている。光学フィルム1を窓材などの支持体に貼り合わせる場合、室内側および室外側のどちらにも適用可能である。光学フィルム1を室外側に対して貼り合わせる場合、波長選択反射層3と窓材などの支持体との間にのみ、特定波長以外の光を散乱させる光散乱体を設けることが好ましい。波長選択反射層3と入射面との間に光散乱体が存在すると、指向反射特性が失われてしまうからである。また、室内側に光学フィルム1を貼り合せる場合には、その貼り合わせ面とは反対側の出射面と、波長選択反射層3との間に光散乱体を設けることが好ましい。
本実施の形態では、光学フィルム1の入射面上に、洗浄効果を発現する自己洗浄効果層をさらに備えている(図示せず)。自己洗浄効果層は、例えば、光触媒を含んでいる。光触媒としては、例えば、TiO2を用いることができる。
まず、図21A〜図21Cに示す微細三角錐形状を有するNi−P製金型ロールをバイトによる切削加工により作製した。次に、厚み75umのPETフィルム(東洋紡製、A4300)上にウレタンアクリレート樹脂(東亞合成製、アロニックス、硬化後屈折率1.533)を塗布し、金型ロールに密着させた状態でPETフィルム側からUV光を照射して樹脂を硬化させた後、樹脂とPETとの積層体を金型ロールから剥離した。これにより、三角錐形状が付与された樹脂層(以下、形状樹脂層と称する。)がPETフィルム上に形成された。次に、金型ロールにより三角錐形状が成形された成形面に対し、波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にしてスパッタリング法により製膜を行った。保護層には、ZnOにGa2O3とAl2O3をドープしたGAZO=Ga2O3:0.57/Al2O3:0.31/ZnO:99.12at%の酸化物ターゲットを用い、スパッタガスをアルゴンガス100%とし、直流パルススパッタ法にて製膜した。金属層には、Ag/Nd/Cu=99.0/0.4/0.6at%の合金ターゲットを用い、スパッタガスをアルゴンガス100%とし、直流スパッタ法にて製膜した。高屈折率層には、Nb2O5セラミックターゲットを用い、スパッタガスをアルゴンガスにアルゴンガス量に対して20%の酸素ガスを導入した混合ガス雰囲気とし、直流パルススパッタ法にて製膜した。なお、各光学くしを用いて測定した透過像鮮明度は、0.125mm=68、0.5mm=83、1.0mm=91、2.0mm=97、トータル=339であった。これにより、目的とする光学フィルムが得られた。なお、透過像鮮明度に関しては、後述する他の実施例についても実施例1と同等の透明性を有していた。
波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にした以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを得た。
波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にした以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを得た。
波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にした以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを得た。なお、金属層の製膜には、Ag/Bi=99.0/1.0at%の合金ターゲットを用いた。
波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にした以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを得た。なお、金属層の製膜には、Ag/Pd/Cu=99.0/0.4/0.6at%の合金ターゲットを用いた。
波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にした以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを得た。なお、高屈折率層の製膜には、Taの金属ターゲットを用い、スパッタガスをアルゴンガスとアルゴンガス量に対し18%の酸素ガスを導入した混合ガス雰囲気とし、直流パルススパッタ法にて製膜した。
波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にした以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを得た。
波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にした以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを得た。
波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にした以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを得た。
波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にした以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを得た。なお、高屈折率層の製膜には、ZnOターゲットを用い、スパッタガスをアルゴンガス100%とし、直流パルススパッタ法にて製膜した。
波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にした以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを得た。
波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にした以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを得た。なお、保護層の製膜には、Taの金属ターゲットを用い、スパッタガスをアルゴンガス100%とし、直流スパッタ法にて製膜した。
波長選択反射層を表1に示す膜厚構成にした以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを得た。なお、保護層の製膜には、Taの金属ターゲットを用い、スパッタガスをアルゴンガス100%とし、直流スパッタ法にて製膜した。
まず、光学顕微鏡(OLYMPUS製、MX61L)を用いて、倍率500倍で凹凸形状上の波長選択反射層を観察し、隣接する2つの三角錐形状間の稜線(以下、検査基準稜線と称する)にクラックおよび剥がれ発生状態があるかを確認した。光学顕微鏡での判断が難しい場合は、分析電子顕微鏡(Philips製、SEM−EDS XL30FEG+EDAX)を用いて、倍率500倍で凹凸形状上の波長選択反射層を観察した。そして、上記光学顕微鏡の場合と同様に、稜線クラックおよび剥がれの発生状態を確認した。これの観察結果の一部を図23A(実施例1)、図23B(比較例1)、図25A(比較例2)、図25B(実施例2)に示す。
y(%)=Rc/Ri×100 ・・・(2)
A:稜線クラックおよび剥がれが検査基準稜線の10%未満
B:稜線クラックおよび剥がれが検査基準稜線の10%以上30未満
C:稜線クラックおよび剥がれが検査基準稜線の30%以上
まず、分光光度計(島津製作所製、SolidSpec−3700DUV)を用いて、測定波長領域300〜2600nmの透過率、および反射率を測定した。その結果を図26A〜図32Bに示す。次に、金属層の劣化(酸化)の状態を、波長1200nmの反射率の値を用いて、以下の基準により判断した。その結果を表1に示す。なお、反射率の測定については、光源からの光を形状樹脂層側から入射させ、積分球による測定を行った。
A:反射率35%以上
B:反射率30%以上35%未満
C:反射率30%未満
n1方向:PETフィルムに付与されたプリズム形状の傾斜面に対して垂直な方向
n2方向:PETフィルムの主面に対して垂直な方向(PETフィルムの厚さ方向)
比較例1では、高屈折率層をZnO系材料としており、三角錐形状稜線および斜面部でのクラックの発生が多い。この影響により、金属層の劣化が促進され、反射機能が低下している。これに対し、高屈折率層にNb2O5などを使用した場合は、クラックの発生は少ない。このことから、高屈折率層はZnO系材料のみとするよりも、Nb2O5などの材料を使用することが好ましい。
比較例2では、保護層がないことから、高屈折率層の反応性スパッタの際、金属層の劣化が見られる。この影響により分光特性が劣化している。
比較例4では、保護層としてTaを使用し、膜厚を2nmと薄くしている。結果、形状上ではバリア性が不足しており、高屈折率層の反応性スパッタの際、金属層の劣化が見られる。この影響により分光特性が劣化している。比較例5では、比較例4同様に保護層となるTaを使用し、膜厚を10nmと厚くしている。結果、Taの膜厚が厚いことによる酸素欠損ムラの影響により、吸収による分光特性の劣化が大きく生じている。これらの構成でのクラックは、部分的に弱いレベルでの発生が見られる。このことから、形状上での金属層においては、保護層としてTa等の金属ではなく、ZnO系のZnO、GAZO、AZO、GZOなどの酸化金属を3nm以上30nm以下とすることが好ましい。
実施例3では、金属層であるAgNdCuの膜厚を厚くしていることから、透過率の低下が見られるが、クラックの発生および金属層の劣化はなく、反射率は問題ない。このことから、金属層の膜厚は6〜30nmとするのが好ましい。
実施例4、5では、金属層はAgNdCu、AgPdCu、AgBiでの特性差が見られないことから、これらのAg合金を使用することが可能である。
実施例6では、高屈折率層材料は五酸化ニオブ、五酸化タンタルの分光特性に差はなく、クラックの発生も見られない。このことから、五酸化ニオブや五酸化タンタルの物性に近い、例えば酸化チタンを使用することも可能である。
実施例7では、高屈折率層と保護層の膜厚を厚くしている。これらの膜厚を厚くすることにより、透過率のピーク波長および反射率の立上り波長が長波長側にシフトしており、金属層の劣化判断である反射率1200nmの値が低下している。この現象は、シミュレーションからも容易に推測が可能であり、クラックの発生も見られないことから、反射率1200nmの値の低下は、クラックの発生に起因する金属層の劣化によるものではないと推測される。金属層の劣化確認を、AES装置(ULVAC製FE−AES PHI−7100)を用いて行った。図33は、実施例7のオージェ電子分光法による解析結果を示す図である(測定の都合上あらわれるCについてのデータは除いてある)。図33に示すように、金属層の劣化がある場合にあらわれるAgの強度の低下や、Oの増加は見られない。すなわち、実施例1と同様な結果が得られ、反射率1200nmの値の低下は、金属層の劣化によるものではないことを確認した。また、実施例8では、高屈折率層と保護層の膜厚を薄くしている。透過率の低下が若干見られるが、クラックの発生および金属層の劣化はなく、反射率は問題ない。これらのことから、高屈折率層を10〜120nm、保護層を3〜30nmにて組み合わせることが可能である。
2 光学層
3 波長選択反射層
4 第1の光学層
4a 第1の基材
5 第2の光学層
5a 第2の基材
6 接合層
7 剥離層
8 ハードコート層
9 反射層付き光学層
S1 入射面
S2 出射面
Claims (18)
- 凹凸面を有する第1の光学層と、
上記第1の光学層の凹凸面上に形成された波長選択反射層と、
上記波長選択反射層が形成された上記凹凸面上に、該凹凸面を埋めるように形成された第2の光学層と
を備え、
上記波長選択反射層は、
金属層と、
上記金属層上に形成された、金属酸化物を主成分とする保護層と、
上記保護層上に形成された、酸化亜鉛以外の金属酸化物を主成分とする高屈折率層と
を備え、
上記波長選択反射層が、特定波長帯の光を選択的に指向反射するのに対して、上記特定波長帯以外の光を透過する光学体。 - 入射角(θ、φ)(但し、θ:上記入射面に対する垂線と、上記入射面に入射する入射光または上記入射面から出射される反射光とのなす角、φ:上記入射面内の特定の直線と、上記入射光または上記反射光を上記入射面に射影した成分とのなす角)で上記入射面に入射した光のうち、特定波長帯の光を正反射(−θ、φ+180°)以外の方向に選択的に指向反射するのに対して、上記特定波長帯以外の光を透過すると共に、上記特定波長帯以外の光に対して透明性を有する請求項1記載の光学体。
- 上記高屈折率層は、酸化ニオブ、酸化タンタル、および酸化チタンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含んでいる請求項1記載の光学体。
- 上記保護層が、少なくとも酸化亜鉛を含む金属酸化物を主成分として含んでいる請求項1記載の光学体。
- 上記保護層が、酸化亜鉛(ZnO)、GaおよびAlをドープした酸化亜鉛(GAZO)、Alをドープした酸化亜鉛(AZO)、並びにGaをドープした酸化亜鉛(GZO)からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属酸化物を含んでいる請求項4記載の光学体。
- 上記金属層が、Au、Ag、Cu、Al、Ni、Cr、Ti、Pd、Co、Si、Ta、W、Mo、およびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種を含んでいる請求項1記載の光学体。
- 上記保護層の膜厚が、3nm以上30nm以下である請求項1記載の光学体。
- 上記高屈折率層の膜厚が、10nm以上120nm以下である請求項1記載の光学体。
- 上記金属層の膜厚が、6nm以上30nm以下である請求項1記載の光学体。
- 上記第1の光学層の凹凸面は、1次元配列、または2次元配列された複数の構造体により形成されている請求項1記載の光学体。
- 上記構造体が、プリズム形状、レンチキュラー形状、半球状、またはコーナーキューブ状である請求項10記載の光学体。
- 上記波長選択反射層が、上記金属層、上記保護層、上記高屈折率層を繰り返し単位として、2単位以上積層された請求項1記載の光学体。
- 上記第1の光学層の凹凸面と、上記波長選択反射層のうち上記金属層との間に、他の高屈折率層を備えた請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光学体。
- 上記他の高屈折率層は、酸化ニオブ、酸化タンタル、および酸化チタンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含んでいる請求項13記載の光学体
- 第1の光学層の凹凸面上に波長選択反射層を形成する工程と、
上記波長選択反射層が形成された上記凹凸面上に、該凹凸を埋めるようにして第2の光学層を形成する工程と
を備え、
上記波長選択反射層の形成工程は、
金属層を形成する工程と、
金属酸化物を主成分とする保護層を、上記金属層上に形成する工程と、
酸化亜鉛以外の金属酸化物を主成分とする高屈折率層を、上記保護層上に形成する工程と
を備え、
上記波長選択反射層が、特定波長帯の光を選択的に指向反射するのに対して、上記特定波長帯以外の光を透過する光学体の製造方法。 - 上記保護層の形成工程では、上記金属酸化物を主成分とするターゲットを用いて、スパッタリング法により上記保護層を形成する請求項15の光学体の製造方法。
- 上記保護層の形成工程では、プロセスガスとして不活性ガスのみを用いて、スパッタリング法により上記保護層を形成する請求項15または16に記載の光学体の製造方法。
- 上記高屈折率層は、酸化ニオブ、酸化タンタル、および酸化チタンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含んでいる請求項15記載の光学体の製造方法。
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