JP6540840B2 - 顔面保護用光学素子 - Google Patents
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Description
本発明者らは上述の課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、反射防止機能の発現の手段として、顔面保護用透明基材の両面に微細かつ緻密な凹凸(モスアイ;蛾の目)を形成することを想到するに至った。
図1は、本発明の実施形態に係る顔面保護用光学素子の構成例を示す断面図である。同図に示すように、この顔面保護用光学素子1は、反射防止機能を有する微細な凹凸構造(以下「モスアイ構造」と適宜称する。)を表裏両面に有する。
光学素子1は、対向する表面(第1面)および裏面(第2面)に反射防止機能を有するモスアイフィルムである。
基体11は、好ましくは構造体12と同等の屈折率を有し、透明性を有する。基体11は、透明部材の貼り合せにより形成されていてもよい。基体11の材料としては、例えば、透明性を有するプラスチック材料、ガラスなどを主成分とするものが挙げられるが、これらの材料に特に限定されるものではない。
図2のBは、基体11の表面に設けられた複数の構造体12の配列の一例を示す平面図である。図2のBに示すように、複数の構造体12は、基体11の表面に2次元配列されている。構造体12は、反射の低減または透過の向上を目的とする光の波長帯域以下の短い平均配置ピッチで周期的に2次元配列されていることが好ましい。
平均配置ピッチP=(P1+P2+P2)/3
但し、P1:トラックの延在方向の構造体の配置ピッチ(トラック延在方向周期)、P2:隣接するトラック間の構造体の配置ピッチ。
なお、トラックの延在方向に対するトラック間の構造体の配列方向θは、
θ=60°−δ
で表され、δは、好ましくは0°<δ≦11°、より好ましくは3°≦δ≦6°である。
まず、導電性光学素子1の表面を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いてTop Viewで撮影する。次に、撮影したSEM写真から無作為に
単位格子Ucを選び出し、その単位格子Ucの配置ピッチP1、およびトラックピッチTpを測定する(図2のB参照)。また、その単位格子Ucの中央に位置する構造体12の底面の面積Sを画像処理により測定する。次に、測定した配置ピッチP1、トラックピッチTp、および底面の面積Sを用いて、以下の式より充填率を求める。
充填率=(S(hex.)/S(unit))×100
但し、構造体12の配置が六方格子パターンまたは準六方格子パターンの場合の単位格子面積:S(unit)=P1×2Tp
単位格子内に存在する構造体12の底面の面積:S(hex.)=2S
構造体12は基体の両面に設けられているが、これらの高さは上記した範囲内であればよく、必ずしも両面が同一である必要がない。
従って、基体11の片面に設けられた構造体の高さをHa、透明基材の厚みをT、透明基材の他面(高さHaの構造体が設けられた面と反対側の面)に設けられた構造体の高さをHbとした場合に、Ha:T:Hb=18〜30:1000〜50000:18〜30とすることが好ましい。
顔面マスク71は、着用者の鼻、口及び顎の一部を覆い、紐72等で顔面に保持される。顔面マスク71としては、任意の医療用顔面マスクを使用することができ、例えば、通気性を有し、かつ細菌の侵入を防止するために多層構造となっているものを使用することができる。
図5のAは、上述した構成を有する光学素子1を作製するためのロール原盤の構成の一例を示す斜視図である。同図のBは、同図のAに示したロール原盤の一部を拡大して表す平面図である。同図のCは、同図のBのトラックT1、T3、・・・における断面図である。より具体的には、ロール原盤31は、上述した基体表面に複数の構造体12を成形するための原盤である。ロール原盤31は、例えば、円柱状または円筒状の形状を有し、その円柱面または円筒面が基体表面に複数の構造体12を成形するための成形面とされる。この成形面には、例えば、複数の構造体32が2次元配列されている。構造体32は、例えば、成形面に対して凹状または凸状を有している。なお、図5のCでは、構造体32が成形面に対して凹状を有する例が示されている。ロール原盤31の材料としては、例えばガラスを用いることができるが、この材料に特に限定されるものではない。
図6は、ロール原盤を作製するためのロール原盤露光装置の構成の一例を示す概略図である。このロール原盤露光装置は、光学ディスク記録装置をベースとして構成されている。
図7〜図9は、本技術の第1の実施形態に係る顔面保護用光学素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。
まず、図7のAに示すように、円柱状または円筒状のロール原盤31を準備する。このロール原盤31は、例えばガラス原盤である。次に、同図Bに示すように、ロール原盤31の表面にレジスト層33を形成する。レジスト層33の材料としては、例えば有機系レジスト、および無機系レジストのいずれを用いてもよい。有機系レジストとしては、例えばノボラック系レジストや化学増幅型レジストを用いることができる。また、無機系レジストとしては、例えば、金属化合物を用いることができる。
次に、図7のCに示すように、ロール原盤31の表面に形成されたレジスト層33に、レーザー光(露光ビーム)34を照射する。具体的には、図6に示したロール原盤露光装置のターンテーブル56上に載置し、ロール原盤31を回転させると共に、レーザー光(露光ビーム)34をレジスト層33に照射する。このとき、レーザー光34をロール原盤31の高さ方向(円柱状または円筒状のロール原盤31の中心軸に平行な方向)に移動させながら、レーザー光34を間欠的に照射することで、レジスト層33を全面にわたって露光する。これにより、レーザー光34の軌跡に応じた潜像35が、例えば可視光波長と同程度のピッチでレジスト層33の全面にわたって形成される。
次に、例えば、ロール原盤31を回転させながら、レジスト層33上に現像液を滴下して、レジスト層33を現像処理する。これにより、図8のAに示すように、レジスト層33に複数の開口部が形成される。レジスト層33をポジ型のレジストにより形成した場合には、レーザー光34で露光した露光部は、非露光部と比較して現像液に対する溶解速度が増すので、図8のAに示すように、潜像(露光部)16に応じたパターンがレジスト層33に形成される。開口部のパターンは、例えば六方格子パターンまたは準六方格子パターンなどの所定の格子パターンである。
次に、ロール原盤31の上に形成されたレジスト層33のパターン(レジストパターン)をマスクとして、ロール原盤31の表面をエッチング処理する。これにより、図8Bに示すように、例えばトラックの延在方向に長軸方向をもつ楕円錐形状または楕円錐台形状の凹部、すなわち構造体32を得ることができる。エッチングとしては、例えばドライエッチング、ウエットエッチングを用いることができる。このとき、エッチング処理とアッシング処理とを交互に行うことにより、例えば、錐体状の構造体32のパターンを形成することができる。以上により、目的とするロール原盤31が得られる。
次に、図8のCに示すように、ロール原盤31と、基体11上に塗布された転写材料36とを密着させた後、紫外線などのエネルギー線をエネルギー線源37から転写材料36に照射して転写材料36を硬化させた後、硬化した転写材料36と一体となった基体11を剥離する。これにより、図9のAに示すように、複数の構造体12が基体11の表面に形成された光学素子1’が得られる。この際、必要に応じて、構造体12と基体11との間に基底層13をさらに形成するようにしてもよい。
二官能モノマーとしては、例えば、トリ(プロピレングリコール)ジアクリレート、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、ウレタンアクリレートなどを挙げることができる。
次に、図9のBに示すように、ロール原盤31と、片面に構造体が形成された基体11の反対側の表面上に塗布された転写材料36とを密着させた後、紫外線などのエネルギー線をエネルギー線源37から転写材料36に照射して転写材料36を硬化させ、硬化した転写材料36と一体となった基体11を剥離する。これにより、図9のCに示すように、複数の構造体12が基体11の両面に形成された光学素子1が得られる。この際、必要に応じて、構造体12と基体11との間に粘着剤を設けてもよい。
上記で得られた光学素子1は、所定のサイズに裁断することにより、顔面保護シールド材料として使用することができうる。
こうして得られた光学素子1は、透明基材の両面に反射防止機能を発現させる構造体12を有している。また、この光学素子の表面は親水性であり、呼気に含まれる水分を瞬時に平滑化し曇りを防ぐ。したがって、曇りが発生しづらく、高透過な顔面保護部材を提供できる。
(第1の変形例)
図10に示すように、光学素子1の表面に設けられた複数の構造体12が、隣接するトラックT間において四方格子パターンまたは準四方格子パターンをなすようにしてもよい。また、同様に、光学素子1の裏面に設けられた複数の構造体12が、隣接する3列のトラックT間において四方格子パターンまたは準四方格子パターンをなすようにしてもよい。
図11に示すように、複数の構造体12を光学素子1の表面にランダム(不規則)に2次元配列するようにしてもよい。構造体12の形状、大きさおよび高さの少なくとも1つをランダムに変化させるようにしてもよい。
図12のAに示すように、光学素子1が全体として帯状の形状を有するようにしてもよい。このような形状とすることで、光学素子1をロール・ツー・ロール工程により容易に作製することができる。また、ロール状などに光学素子1を巻回して原反とすることで、取り扱いを容易とすることができる。
まず、モスアイ形状をもつ原盤上に親水基を有するUV硬化樹脂を数滴垂らし、透明な基体としてポリオレフィンフィルムをかぶせ、原盤全体にローラーにて拡げた。ここで、親水基を有するUV硬化樹脂としては、ウレタンアクリレート(ダイセル・サイテック株式会社製 EBECRYL9270)とメトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート(サートマー株式会社製 SR550)を7:3の重量比で混合したものに、光開始剤イルガキュア184(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)を3重量%添加した混合物を使用した。
まず、モスアイ形状をもつ原盤上に親水基を有しないUV硬化樹脂を数滴垂らし、透明な基体としてポリオレフィンフィルムをかぶせ、原盤全体にローラーにて拡げた。その後、ポリオレフィンフィルム側から紫外線を照射し、樹脂の硬化を行った後、原盤から離型し、光学素子を得た。同様の手順でポリオレフィンフィルムの反対面側にもモスアイ形状を原盤より転写し、両面に凹凸形状を備える光学素子を得た。その後、作成した光学素子の凹凸面に対して、表面処理としてコロナ処理を施した。これにより、親水性が付与された、両面に凹凸面を有する光学素子が得られた。
表面処理としてプラズマ処理を施す以外は比較例1と同様にして、親水性が付与された、両面に凹凸面を有する光学素子を得た。
表面処理としてUV/オゾン処理を施す以外は比較例1と同様にして、親水性が付与された、両面に凹凸面を有する光学素子を得た。
表面処理の工程を省略する以外は比較例1と同様にして、両面に凹凸面を有する光学素子を得た。
表面処理として親水化処理を施す以外は比較例1と同様にして、親水性が付与された、両面に凹凸面を有する光学素子を得た。なお、親水化処理は、界面活性剤をディッピング法により光学素子の凹凸面に塗布し、乾燥することにより行った。
実施例1、比較例1〜5の光学素子の透過率を日本分光の評価装置(V−550)を用いて評価した。そして評価結果のうち波長550nmにおける透過率を表1に示す。
実施例1の透過率と、比較例1〜4の透過率とで、ほとんど違いは認められなかった。比較例5では透過率の減少が確認された。
実施例1、比較例1〜5の光学素子の凹凸面上における純水の接触角を測定した。接触角の測定はサンプル作成後1時間と、サンプル作成12日後の2回行った。それぞれの処理面を測定面とし5回の測定の平均値を測定値とした。なお、接触角の測定は、協和界面科学社製CA−V型を用いて行った。上記2回の測定で、どちらも接触角が40°以下のものを、良好と判断した。
曇りは、フィルムを口から約2.5cm離して維持しながら、フィルムに直接息を吹きかけることによって評価した。曇りの評価はサンプル作成後1時間(初期曇り)と、サンプル作成12日後の2回行った。初期曇りは、「優秀」、「良好」、および「不良」として、息をフィルムに吹きかけてからフィルムを通して見る相対能力によって主観的に測定した。以下の数値的等級を12日後の評価に使用した。「×」は、被覆フィルムが未被覆フィルムのように曇ることを意味し、「○」は3回連続して息を吹き替えた後に被覆フィルムが軽度に曇ることを意味し、「◎」は、5回直接息を吹きかけた後でも被覆フィルムが曇らないことを意味する。結果は、表1に示す。
以上の結果から、実施例1のみが、透明性、親水性、防曇性の全てに良好な結果を示した。
11・・・基体
12・・・構造体
13・・・基底層
14・・・突出部
15・・・曲面部
16・・・潜像
31・・・ロール原盤
32・・・構造体
33・・・レジスト層
34・・・レーザー光
35・・・潜像
36・・・転写材料
37・・・エネルギー線源
41・・・レーザー光源
42・・・電気光学素子
43・・・ミラー
44・・・フォトダイオード
45・・・変調光学系
46・・・集光レンズ
47・・・音響光学素子
48・・・レンズ
49・・・フォーマッタ
50・・・ドライバ
51・・・ミラー
52・・・移動光学テーブル
53・・・ビームエキスパンダ
54・・・対物レンズ
55・・・スピンドルモータ
56・・・ターンテーブル
57・・・制御機構
70・・・顔面保護具
71・・・顔面マスク
72・・・紐
73・・・アイシールド
74a、74b・・・接合領域
75・・・凹み
Claims (5)
- 可撓性を有する透明基材の両面に、可視光の波長以下のピッチで複数の構造体が設けられた顔面保護用光学素子を備えた顔面保護具であって、
前記構造体が親水性官能基を有する樹脂硬化物で形成され、
前記顔面保護用光学素子の表面が親水性であり、
前記顔面保護用光学素子は98.5%以上の光線透過率(波長550nm)を示し、
前記顔面保護用光学素子は、当該顔面保護用光学素子の下辺中央に凹み部を有し、
前記透明基材の片面に設けられた構造体の高さをHa、透明基材の厚みをT、透明基材の他面に設けられた構造体の高さをHbとした場合に、Ha:T:Hb=18〜30:1000〜50000:18〜30であり、
前記顔面保護用光学素子は、着用者の目の周囲を覆い、
前記顔面保護用光学素子は、着用者の鼻、口、及び顎の一部を覆う顔面マスクに固着または脱着可能に装着されており、そして
前記顔面保護用光学素子は、反射防止性と防曇性とを有する、顔面保護具。 - 前記構造体の樹脂硬化物が、紫外線硬化性樹脂の硬化物である請求項1に記載の顔面保護具。
- 前記構造体と透明基材との屈折率がほぼ等しい請求項1又は2に記載の顔面保護具。
- 前記顔面保護用光学素子の表面の水接触角が40度以下である請求項1〜3のいずれかに記載の顔面保護具。
- 前記透明基材が複数の透明部材の貼り合わせにより形成されている請求項1〜4のいずれかに記載の顔面保護具。
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