JP2013037040A - 着色製品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】黒色乃至ダーク調の着色を透明基材（基板）の裏面に容易に形成することができる蒸着光学多層膜を備えた着色製品及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】透明基材２１の裏面に蒸着光学多層膜を備えて着色された着色製品。蒸着光学多層膜が、誘電体材料で形成された反射率減衰膜２７と、該反射率減衰膜２７を挟んで内側および外側に、同種の又は異種の金属材料で形成された光吸収膜２５および隠蔽膜２９を備えている。隠蔽膜２９の外面側には、通常、保護膜３１を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、透明基材の裏面に蒸着光学多層膜を備えて着色された着色製品及びその製造方法に関し、特に、ダーク調の着色製品に好適なものである。ここでは、着色製品として、図１に示すような携帯情報端末（ＰＤＡ）１１における透視窓１３ａを有するカバー体１３を例に採り説明する。

なお、本願明細書および特許請求の範囲における、「屈折率」は、ナトリウムＤ線を用いた２５℃における測定値を意味する。

ＰＤＡでは、昨今、ＰＤＡの薄肉化・軽量化の見地から、例えば、図２（Ａ）に示すように透明基材で形成されたカバー体１３の裏面に液晶パネル１５を直付けするデザインの開発が要望されるようになってきている。

そのような場合、通常、カバー体１３の周囲部裏面に隠蔽着色層１７からなる着色枠部を形成する必要がある。

そして、カバー体１３の枠部位における着色は、塗装や印刷で形成していた。

しかし、塗装や印刷では隠蔽力（非透過性）を確保しようとすると、最低２〜８μｍの肉厚の隠蔽着色層１７が必要となる。

このため、ディスプレー部位において、カバー体１３の裏面と液晶パネル１５の表面との間に２〜８μｍの空隙（空気層）１９が発生する。この空隙（空気層）１９は、ディスプレー部の視認性に悪影響（例えば、画像ひずみ）を与えやすいとともに、カバー体１３のディスプレー部に外側から衝撃力が作用した場合、ひび割れ等が発生するおそれがある（特に、カバー体１３が耐衝撃性に劣る透明基材で形成されているときに。）。

そこで、隠蔽着色層１７Ａを蒸着光学多層膜で形成すれば、図２（Ｂ）に示す如く、空隙１９Ａの空隙が格段に小さくなることが考えられる。蒸着光学多層膜であれば、合計膜厚が、通常、１００〜３００ｎｍ（０．１〜０．３μｍ）、精々５００ｎｍ（０．５μｍ）以下となるためである。

そして、カバー体１３の枠部位における着色は、黒乃至ダーク調が好まれ更に背景色に影響されない隠蔽性が要求される。しかし、そのような要求を満たす着色を、蒸着光学多層膜で形成することは、下記のような理由により、当業者に困難視されていた。

1)反射防止膜の如く、金属酸化物である誘電体で蒸着光学多層膜を形成して反射率を低下させる設計とすることにより、ある程度、ダーク調とすることができる。しかし、蒸着光学多層膜を形成する各誘電体層は基本的に無色透明であるため、背面隠蔽性に欠け、背景色の影響を受ける。

2)隠蔽性を高めるために金属膜を組み合わせることも考えられるが、金属蒸着膜は基本的に反射率が高いため、反射光によりメタリック調（シルバー色）となってしまい黒く見えない。

本発明の特許性に影響を与えるものではないが、特許文献１において、本発明と同様に、金属層と無色（透明）誘電体層とを備えた下記構成の光学的多層系（蒸着光学多層膜）が提案されている（特許請求の範囲等参照）。しかし、本発明の如く、製品としての透明基材に積極的に直接蒸着して適用することを予定しておらず、剥離可能な支持体上に多層蒸着膜を形成し、剥離後、主として顔料として使用することを望ましい態様としている（段落００５８，００５９等参照）。

「金属層およびその両側および片側に適用された複数の層を含んでなる光学的多層系であって、
(A)(i)屈折率ｎが1.８以下である材料の無色誘電体層および(ii)屈折率ｎが1.８を超える材料の無色誘電体層からなる一つの層パック、及び(B)選択的又は非選択的吸収性層を含んでなり、層(A)および(B)の何れもが金属層を完全には包囲していないことを特徴とする光学的多層系。」

特開２００３−１３１０２９号公報

本発明は、上記にかんがみて、背面隠蔽性を有し、かつ、黒色乃至ダーク調の着色を透明基材（基板）の裏面に容易に形成することができる蒸着光学多層膜を備えた着色製品及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題（問題点）を解決するために、鋭意開発に努力をした結果、下記構成の着色製品に想到した（図３参照）。

透明基材２１の裏面に蒸着光学多層膜を備えて着色された着色製品であって、
前記蒸着光学多層膜が、
誘電体材料で形成された反射率減衰膜２７と、該反射率減衰膜２７を挟んで内側および外側に、同種の又は異種の金属材料でそれぞれ形成された光吸収膜２５および隠蔽膜２９を備えている、ことを特徴とする。

上記構成により、透明基材に蒸着光学多層膜でダーク調（特に黒色）の着色が容易に形成可能となることを知見した。

その理由は、下記の如くであると推定される（図３参照）。

透明基材２１の裏面に金属材料で形成された光透過可能な光吸収膜２５で可視光が吸収されて反射率減衰膜２７を通過するため、色調がダーク（黒色）調となる。更に、反射率減衰膜２７を通過した可視光は、隠蔽膜２９で若干反射されるが、該反射光は反射率減衰膜２７で減衰されて該反射率減衰膜の前面にある光吸収膜２５で吸収される。このため、色調がメタリック調（シルバー色）とならず、可視光波長全域に亘って吸収され黒色調となる。従って、背景隠蔽性を有するとともに落ち着いたダーク調ないし黒色の着色が透明基材２１の裏面に形成可能となる。

こうして、ダーク調着色を透明基材に対して蒸着光学多層膜により形成することが可能となり、本発明の着色製品は、ＰＤＡの透視窓等に適用して、意匠性を向上させることができる。そして、こうして着色した着色製品であるカバー体の裏面に液晶等を直貼りしても、液晶面とカバー体の裏面との間に隙間が殆ど形成されず、従来におけるような問題点(画像ひずみや、衝撃時のひび割れ)が発生しない。

なお、上記反射率減衰膜２７は、高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層との２種類以上からなる複層としてもよいが、屈折率１．８以下（望ましくは１．５以下）の低屈折率誘電体層の単層とすることが望ましい。低屈折率の方が、相対的に光吸収性が増大する。また、単層の方が蒸着光学多層膜（隠蔽着色層）の薄肉化により寄与する。

上記構成の着色製品において、前記光吸収膜の内側に前記透明基材の裏面に接して、誘電体材料で形成された色調付与のための単層又は複層の色調付与膜２３を備えている構成とすることが望ましい。金属材料に比して誘電体材料の方が透明基材（特に透明プラスチック）に対する密着性が良好であるためである。

前記色調付与膜２３が、高屈折率膜２３ａと低屈折率膜２３ｂとの２種類からなるものとすることが望ましい。色調付与の自由度が増大するためである。

上記構成の着色製品において、隠蔽膜２９の外側面に接して保護膜３１を形成することが望ましい。金属材料で形成されている光吸収膜の酸化防止および耐擦傷性付与のためである。

保護膜３１は、シリコーン樹脂系のものとしてもよいが、隠蔽着色層形成工程の作業能率向上の見地から、干渉多層膜の組薄膜を形成するのと同一装置で成膜可能な酸化ケイ素又はＳｉＯ_２、ＳｉＯ又はそれらの複合酸化物の蒸着膜で形成することが望ましい。更に、前記光吸収膜および前記隠蔽膜は、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、ＳｎおよびＡｌのいずれかの金属材料で形成することが望ましい。

これらの金属材料のうち、特にＣｒが望ましい。成膜性に優れているとともに耐久性にも優れているためである。Ｃｒで光吸収膜および前記隠蔽膜を形成する場合、各膜厚は、例えば、光吸収膜：３〜１２ｎｍ（望ましくは５〜１０ｎｍ）、隠蔽膜：５０〜８０ｎｍ（望ましくは６０〜７０ｎｍ）とする。

上記各構成の着色製品において、前記透明基材は光透過率８０％以上（さらには９０％以上）であることが望ましい。非着色部の視認性の見地からである。

また、透明基材は、ポリアクリル（メタクリル）樹脂、ポリカーボネート、ＰＥＴ、又はそれらの積層体で形成することが望ましい。

そして、着色製品の前記透明基材を含む全層の合計反射率は、２０％以下（望ましくは１５％以下）となるように蒸着光学多層膜を設計することが望ましい。ダーク調の着色がより容易となる。

そして、上記各着色製品における蒸着光学多層膜は、物理的蒸着法(ＰＶＤ)で形成する。ＰＶＤとしては、真空蒸着（抵抗加熱乃至電子ビーム加熱）、スパッタリング、イオンプレーティングのいずれでもよく、透明基材および蒸着膜の材質により適宜選定する。

本発明を適用するＰＤＡのカバー体の一例を示す平面図である。 図１の２−２線部位における従来例（Ａ）および本発明例（Ｂ）のモデル断面図である。 本発明の蒸着光学多層膜の膜構成の一例を示す断面図である。 本発明のダーク調着色の理論説明図である。

本実施形態の蒸着光学多層膜の膜構成は、図３に示す如く、透明基材（基板）２１の裏面に、色調付与膜２３、光吸収膜２５、反射率減衰膜２７、隠蔽膜２９および保護膜３１を、順次接して形成したものである。以下、各膜要素について、説明する。

（１）透明基材２１：
透明基材は、１）有機透明基材でも、２）無機透明基材でもよい。通常、軽量化、成形性、加工性等の見地から下記有機透明基材を使用する。透明基材は、光透過率（可視平均）が80％以上、望ましくは85％以上、さらに望ましくは90％以上のものを使用する。なお、有機透明基材の材料名の後の数値は、光透過率および屈折率（25℃）である。また、透明基材の形態は、板材や成形品に限らず、可撓性を有するフィルムやシートであってもよい。透明基材の肉厚は、５０μｍ〜１０ｍｍ（例えば、ＰＤＡのカバー体の場合、0.５〜１ｍｍ）とする。

＜有機透明基材＞
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）：92％、1.49、
スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）：90％、1.57、
ポリカーボネート（ＰＣ）：89％、1.58、
ポリスチレン（ＰＳ）：88％、1.59
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）：90％、1.52
（２）色調付与膜２３：
色調付与膜２３は、２種類以上の誘電体材料で形成された組薄膜を一組又は二組以上、積層させて色調（色相）付与するものである。

通常、高屈折率膜２３ａと低屈折率膜２３ｂの組薄膜とする。図例の如く、高屈折率膜２３ａを透明基材２１に接するように形成するが、低屈折率膜２３ｂを透明基材２１に接するように形成してもよい。

上記組薄膜の繰り返し数は、１又は２とする。本発明の場合、隠蔽着色層を可及的に薄肉化することが望ましいためである。

また、各膜厚は、干渉多層膜に要求される色調により異なり、５０〜１５０ｎｍの範囲から適宜設定する。通常、光学膜厚：λ／４になるように設定する。適宜、λ／２、λ／８とすることもできる。

例えば、高屈折率膜／低屈折率膜＝ＺｒＯ_２（ｎ：2.０）／ＳｉＯ_２（ｎ：1.５）、の組み合わせとする場合において、色調をλ（中心波長）＝４６０ｎｍのブルー系とするとき、λ／４＝１２５ｎｍとなる。すると、ＺｒＯ_２の膜厚：７４ｎｍ／２＝３７ｎｍ、ＳｉＯ_２の膜厚：１５ｎｍ／1.５＝１０ｎｍとなる。

上記高・低屈折率膜を形成する誘電体材料としては、下記のものを好適に使用可能である。表１に各誘電体材料の成膜真空度、加熱温度及び屈折率を示す。

１）高屈折率の誘電体材料
ジルコニア（ＺｒＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、チタニア（ＴｉＯ_２）、五酸化二タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、三酸化二クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）又はＩＴＯ（Indium Tin oxide）
２）低屈折率の誘電体材料
二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）又はそれらの複合酸化物。

なお、高屈折率膜誘電体材料の内で、高屈折率のもの（例えばＺｒＯ_２）と低屈折率のもの（Ａｌ_２Ｏ_３）とを組合わせて組薄膜とすることも可能である。

（３）光吸収膜２５：
光吸収膜２５は、光吸収性を有する金属材料により形成され、可視光の略全波長域において光吸収作用を発揮し、色調を黒色化（ダーク調化）に寄与するとともに、隠蔽膜からの反射光を吸収して色調がメタリック調（シルバー色）になるのを阻止するものである。

光吸収性を有する金属材料としては、表２に示すものを好適に使用できる。表２に、各金属材料の成膜真空度、加熱温度および屈折率を示す。また、表３−１〜表３-５に、各金属材料のＣｒの各波長における屈折率および吸収係数を示す。

そして、この光吸収膜２５の厚さは、金属材料および光吸収膜に要求される光吸収度により異なる。

例えば、光吸収膜をＣｒで形成する場合、３〜１２ｎｍ（望ましくは５〜８ｎｍ）とする。光吸収膜の膜厚が薄過ぎると、隠蔽膜からの金属反射光を充分に吸収し難く、シルバー色となってダーク調色（特に黒色）の着色を得難くなる。

他方、当該膜厚が厚すぎると、光吸収膜自体の反射光が顕現してやはりメタリック調（シルバー色）となり易い。

なお、光吸収係数が大きい金属、例えば、Ｓｎ等を用いれば、光吸収膜の膜厚は、相対的に薄いもので済む。

（４）反射率減衰膜２７：
上記と同様、誘電体材料で形成するが、該誘電体材料は、低屈折率誘電体薄膜とすることが望ましい。即ち、前述の低屈折率誘電体材料、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ又はそれらの複合酸化物を使用することが望ましい。高屈折率材料に比して反射率が小さいためである。

この反射率減衰膜２７の膜厚は、使用誘電体材料により異なる。例えば、上記シリカ系（ＳｉＯ_２、ＳｉＯ又はそれらの複合酸化物）の低屈折率（１．８以下、望ましくは１．５以下）の誘電体材料を使用する場合は、４０〜１３０ｎｍ(望ましくは６０〜１００ｎｍ)とする。反射率減衰膜の膜厚が厚すぎると、割れが発生し易く、薄すぎると、隠蔽膜２９の反射光の減衰率が低下して、シルバー色になり易い。即ち、ダーク調、特に黒色を得難くなる。

（５）隠蔽膜２９：
該隠蔽膜も、前記吸収薄膜と同種又は異種の金属で形成する。蒸着膜の成膜能率の見地からは、同種金属を使用することが望ましい。隠蔽膜２９は、背景色を隠蔽する必要があるため、所定厚み以上が必要である。例えば、４０〜９０ｎｍ、（望ましくは５０〜７０ｎｍ）とする。しかし、隠蔽膜の厚みが増大すると、金属反射率が大きくなり、やはり、シルバー色となって、ダーク調の着色が困難となる。

（４）保護膜３１：
隠蔽膜を形成する金属が、硬度が高くて耐擦傷性が十分であり、酸化され難い場合（例えば、ＴｉやＡｌ）は必然的ではない。しかし、耐擦傷性が不十分であったり、耐酸化性が不十分であったりする場合は、必然的である。

保護膜３１の膜厚は、保護作用を奏する範囲で可及的に薄い方が望ましい。金属種により異なるが、ＳｉＯ_２膜の場合、５〜１５０ｎｍの範囲から適宜設定する。

なお、保護膜３１は、基材保護の見地から非着色部にも形成することもできる。

上記蒸着光学多層膜は、通常、物理的蒸着法（ＰＶＤ）の一つであり、低温成膜可能な真空蒸着（抵抗加熱）で形成する。透明基材が耐熱性を有する場合、スパッタリング、イオンプレーティング等のＰＶＤでもよい。

真空蒸着の場合、例えば、成膜開始真空度：0.9ｍＰａ、電子ビーム蒸発、成膜時基材温度：６０±３０℃で行なう。

以上、ＰＤＡの透視窓用の成形品（カバー体）を例に採り説明したが、本発明の着色製品は、ＰＤＡと同様、ＥＬ点灯ディスプレー画面を有する各種電子製品や、さらには、店舗のショウウィンド等への適用も期待できる。

以下、本発明を実施例に基づいて、さらに具体的に説明する。

ＰＤＡの透視窓用のＰＭＭＡ成形品（２２ｍｍ×４６ｍｍ×1ｍｍｔ）（有機透明基材）の裏面に、表４に示す膜厚設計で、色調付与膜（２層）、光吸収膜（単層）、反射率減衰膜（単層）、隠蔽膜（単層）および保護膜を、前記表１・２の条件で真空蒸着により順次形成した（図３参照）。

こうして製造した成形品（着色製品）は、表示するような各色調のダーク調着色が得られることが確認できた。

なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載の範囲内で各種態様に及ぶもので、上記実施形態又は実施例に限定されるものではない。

２１ 透明基材
２３ 色調付与膜
２５ 光吸収膜
２７ 反射率減衰膜
２９ 隠蔽膜
３１ 保護膜

Claims (10)

1. 透明基材の裏面に蒸着光学多層膜を備えて着色された着色製品であって、
   前記蒸着光学多層膜が、
   誘電体材料で形成された反射率減衰膜と、該反射率減衰膜を挟んで内側および外側に、同種の又は異種の金属材料で形成された光吸収膜および隠蔽膜を備えている、
   ことを特徴とする着色製品。
2. 前記反射率減衰膜が、屈折率（ｎ_Ｄ）１．８以下の誘電体材料（低屈折率誘電体材料という。）で形成されていることを特徴とする請求項１記載の着色製品。
3. 更に、前記光吸収膜の内側に前記透明基材の裏面に接して、誘電体材料で形成された色調付与のための単層又は複層の色調付与薄膜を備えていることを特徴とする請求項1記載の着色製品。
4. 更に、前記隠蔽膜の外面側に保護膜を備えていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一記載の着色製品。
5. 前記反射率減衰膜及び前記保護膜がＳｉＯ_２、ＳｉＯ又はそれらの複合酸化物で形成され、また、前記光吸収膜および前記隠蔽膜がＣｒ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、ＳｎおよびＡｌのいずれかで形成されていることを特徴とする請求項４記載の着色製品。
6. 前記光吸収膜および隠蔽膜がＣｒで形成され、前記光吸収膜が３〜１２ｎｍで、前記隠蔽膜が４０〜９０ｎｍであることを特徴とする請求項５記載の着色製品。
7. 前記透明基材が光透過率８０％以上であることを特徴とする請求項１〜６いずれか一記載の着色製品。
8. 前記透明基材が、ポリアクリル（メタクリル）樹脂、ポリカーボネート、ＰＥＴからなる単層体、又は、それらの積層体であることを特徴とする請求項７記載の着色製品。
9. 前記透明基材を含む全層の合計反射率が２０％以下であることを特徴とする請求項１〜８いずれか一記載の着色製品。
10. 請求項１〜９いずれか一記載の着色製品の製造方法であって、前記蒸着光学多層膜の全ての層を、物理的蒸着法（ＰＶＤ）により形成することを特徴とする着色製品の製造方法。

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