JPH0498201A - 光学フィルムの製造方法 - Google Patents

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、光の波長に応じて透過性および反射性を選択
的に示す光学フィルムに関する。

〔従来の技術〕

波長の異なる複数の光成分が重なり合った白色光などの
光から特定の波長域の光成分を選択的に得る手段として
、従来から、回折格子、プリズムおよびカラーフィルタ
ーなどの光学部材が広く利用されている。

しかしながら、回折格子やプリズムは白色光を波長に応
じて高い精度で分離し分解することができる反面、これ
らの光学部材を用いた光学系においては、十分に長い光
路長とスリットが必要であるため、光学系全体の構成か
複雑でしかも大きな占有空間を必要とする欠点があり、
小さな光デバイスとして構成することが困難である。

また、カラーフィルターは、内部の染料などの色素によ
って入射光の一部の波長の光成分を吸収し、これにより
、その補色に相当する光を透過させるものであるが、光
の吸収を利用するため、入射した光のすべての波長域の
光を利用することが困難である。このため、レーザー光
などの単一波長を有するエネルギー密度の高い光の分離
に用いることは困難であり、また色素により吸収された
光がフィルター内で熱に変換されることによる問題が生
ずる。

〔発明か解決しようとする課題〕

近年において、表面を二酸化チタンにより被覆した雲母
が、その二酸化チタンの膜厚により、白色光の紫外領域
の光成分を散乱させて可視光および赤外光を透過させる
機能を存するものとして提案されており、例えば、日焼
は止めクリームの成分なととして用いられている。

このように光の波長に応じて透過性および反射性を選択
的に示す機能を有する、透光性媒体内に微粒子が分散状
態で存在してなる光学部材であってフィルム状のものを
実現することができれば、きわめて有用である。

本発明者らは、フィルムの内部に粒径の均一なサブミク
ロンオーダーの粒子を分散させることにより、この光選
択透過性による分離機能が得られることを見出した。

しかしながら、高い精度で、光の波長に応じた透過性お
よび反射性を選択的に発揮させるためには、当該微粒子
の粒径の均一性か高いこと、並びに当該微粒子かフィル
ム状マトリクス内で均一に分散され、かつ高密度で存在
していることが必要である。然るに、現在においては、
このような要求が十分に満足された光学フィルムを得る
ための技術は未だ確立されていない。

本発明は、以上のような現状の技術に照らし、透光性重
合体よりなるフィルム状マトリクス内に、粒径の均一性
が高くて平均粒径の精度が高い微粒子が高密度で分散し
ており、光の波長に応じて透過性および反射性を選択的
に示し、従って光分離用光学デバイスとして有用てあり
、しかも製作か容易でコストの低い光学フィルムを提供
することを目的とする。

〔課題を解決する手段〕

本発明の光学フィルムは、コア部分と、成膜性を有し前
記コア部分と屈折率か異なる透光性の重合体により形成
されたシェル部分とよりなる複合粒子を成膜することに
より得られるものであって、前記シェル部分によるフィ
ルム状マトリクス内に前記コア部分による微粒子が分散
してなることを特徴とする。

以下、本発明について具体的に説明する。

本発明においては、第１図に示すように、コア部分ｌと
シェル部分２とよりなるコアーシェル構造を有する複合
粒子３であって、そのコア部分１とシェル部分２の屈折
率が異なり、しかもシェル部分２を形成する重合体が透
光性であって成膜性を有する複合粒子３を用い、この複
合粒子３を成膜処理することにより、そのシェル部分２
の重合体を互いに接合または結着させて一体的なフィル
ム状とし、第２図に示すように、このシェル部分２によ
るフィルム状マトリクス４内に前記コア部分ｌによる微
粒子５か分散した状態で存在する光学フィルムＦを得る
。

以上の複合粒子のコア部分を形成する粒子は、特に制限
されるものではない。従って、重合体粒子、重合体粒子
を金属または金属酸化物などのセラミックスによって被
覆したもの、金属粒子、金属酸化物などのセラミックス
粒子、その他をコア部分のために使用することができる
。また、複合粒子のシェル部分は、透光性の重合体であ
って当該重合体か成膜性を有するものであれば、特に制
限されるものではない。

複合粒子におけるコア部分と、シェル部分とは異なる屈
折率を有することが必要であるが、コア部分とシェル部
分のうち、より高い屈折率を有する部分が限定されるも
のではなく、いずれか高い屈折率を有していてもよい。

コア部分の屈折率と、シェル部分の屈折率の差（Δｎ）
の大きさも特に限定されるものではなく、ある程度以上
の大きさの差であれば、光の波長に応じて透過性および
反射性を選択的に示す所期の特性を得ることかできる。

実際上、Δｎは０．０１以上であることか好ましく、さ
らに０．０２以上であることが好ましい。

上記屈折率の差Δｎか一層大きい状態を実現するために
は、例えばコア部分の材質として、表面が金属や酸化チ
タンなどの金属酸化物などに代表されるセラミックスで
被覆された重合体粒子、金属粒子、金属酸化物なとのセ
ラミックスの粒子を用いることが有効である。

以上のような複合粒子は、そのシェル部分か重合体であ
るので、コア部分を形成するための粒子をシード粒子と
して用い、いわゆるシード重合法により、当該シード粒
子を被覆するよう重合体を合成してシェル部分を形成す
ることにより、きわめて有利に製造することかできる。

すなわち、シード重合法においては、所要の粒径、粒径
分布、その他の性状を有する粒子をそのままシード粒子
として使用することかできるのて所要のコア部分が形成
され、また、シェル部分の厚さ、状態なとを大きな自由
度で制ｉ卸することかでき、従って目的とする状態の複
合粒子を容易に製造することかできる。

また、シード重合法は、一般に水系分散媒体中において
行うことができるため、有機溶剤を使用する必要がなく
、従って有機溶剤の使用に伴う種々の問題かない。

コア部分を重合体によって形成する場合における当該重
合体およびシェル部分を形成する重合体としては、例え
ば以下に掲げるモノマーの１種または２種以上を重合ま
たは共重合させて得られる重合体の中から、必要な条件
を満たす組合せを選択して用いればよい。ここで、コア
部分とシェル部分とは互に相溶性の低い重合体の組み合
せとされることが好ましく、その具体例としては、■芳
香族ビニル化合物：例えばスチレン、α−メチルスチレ
ン、ｐ−メチルスチレン、クロルスチレン、スチレンス
ルホン酸、エチルスチレン、ジビニルスチレンなと、 ■脂肪族ジエン化合物：例えば１．３−ブタジェン、イ
ソプレン、　１．４−ヘキサジエンなど、■エチレン系
不飽和カルボン酸エステル化合物例えばアクリル酸メチ
ル、メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリ
ル酸グリシジル、アクリル酸ラウリルなど、 ■ハロゲン系不飽和化合物：例えば塩化ビニル、塩化ビ
ニリデン、′臭化ビニルなど、 ■有機ビニル化合物：例えば酢酸ビニル、ステアリン酸
ビニルなど、 ■モノまたはジカルボン酸系化合物・例えばアクリル酸
、メタクリル酸、イタコン酸およびこれらジカルボン酸
の酸無水物またはモノアルキルエステルなど、 ■モノアミド化合物・例えばアクリルアミド、メタクリ
ルアミドなど、 ■ニトリル系化合物：例えばアクリロニトリルなど が挙げられる。

さらにシード重合法を利用する場合において、コア部分
を形成するシード粒子としては、シェル部分を形成する
ための重合において膨潤しないもの、粒径が変化しない
ものか好ましい。このような観点から、コア部分のため
のシード粒子としては、例えばジビニルベンゼンなとに
より高度に架橋された重合体粒子を好ましいものとして
挙げることかできる。

コア部分を形成する重合体のガラス転移点Ｔｇは高いこ
とか好ましく、具体的には４０′Ｃ以上、特に１００°
Ｃ以上であることが好ましい。

一方、シェル部分を形成する重合体のガラス転移点Ｔｇ
は、良好な成膜性を得るために低いことか好ましく、具
体的には８０’Ｃ以下、特に６０’Ｃ〜６０°Ｃである
ことか好ましい。

ただし、コア部分を形成する重合体のガラス転移点Ｔｇ
は、シェル部分を形成する重合体より１０°Ｃ以上高い
ことが好ましい。

本発明における複合粒子は、粒子全体の中心にコア部分
の中心が一致して存在することか好ましいが、これは必
須のことではなく、コア部分の中心が複合粒子の一方に
片寄って存在していても特に問題とはならない。

本発明において、複合粒子のコア部分の径は特に限定さ
れるものではないか、通常、０．０３〜２ＪＬＩ１１で
あることが好ましく、また特に０．０５〜１ｊｌｆｆｌ
、さらに０．１〜０．６ｕ＋であることが好ましい。

また、コア部分を形成する粒子の粒径分布、すなわちシ
ード重合法が利用される場合におけるシード粒子の粒径
分布の状態も特に限定されるものではない。しかし、得
られる光学フィルムにおいて、高い透過性を示す波長域
と、高い反射性を示す波長域との境界を明確にするため
には、当該分布における変動比（ＣＶ値）か１５％以下
であることか好ましく、さらに７％以内であることか好
ましい。

さらに、本発明においては、コア部分を形成する粒子の
粒径が異なる２種以上の複合粒子を混合したものを成膜
することにより、光学フィルムを作製することも可能で
ある。そしてこの光学フィルムによれば、光の波長によ
る透過性および反射性の選択性を、複数の境界において
段階的に制御することが可能となる。

本発明における複合粒子のコア部分とシェル部分との体
積比は、シェル部分によって成膜化することが可能であ
れば、特に限定されるものではないか、好ましくはコア
部分／シェル部分の体積比か１０／　４〜１０／３０、
特ｉ：　１０／　１０〜１０／２０であることが好まし
い。

以上の複合粒子は、そのシェル部分の成膜性を利用して
、通常の方法によって成膜され、これにより、複合粒子
のシェル部分によるフィルム状マトリクス内にコア部分
による微粒子が分散状態で存在する、本発明の光学フィ
ルムか得られる。

具体的な成膜手段としては、複合粒子を適宜の分散媒体
中に分散させ、この分散液を流延させてフィルムを形成
させ、分散媒体を乾燥させて除去すればよい。ここに分
散媒体としては、複合粒子のシェル部分に対して溶解性
を有するものであっても、また不溶性のものであっても
使用することがてきる。

本発明の光学フィルムの膜厚は、コア部分による微粒子
かフィルム状マトリクス内に埋没するに十分な厚みであ
ればよく、特に制限されるものではないか、通常、０．
０５〜１００廁程度とされ、好ましくは０．１−１０Ｊ
ＬＩ１１である。

本発明に係る光学フィルムは、必要に応じて着色された
ものとすることができ、そのためには、例えばシェル部
分に染料などの色素を加えた複合粒子が用いられる。

また、本発明における複合粒子を他の一般のラテックス
粒子に混合したり、複合粒子の分散液中にポリマーを溶
解させて使用してもよい。

〔発明の作用〕

本発明の光学フィルムは、コアーシェル構造を有する複
合粒子であってそのシェル部分が成膜性を有する透光性
重合体よりなるものより得られる、フィルム状マトリク
ス内に屈折率の異なる微粒子が分散してなるものである
ため、入射する光について、その波長に応じて透過性お
よび反射性を選択的に示す作用か得られ、これにより光
を波長に応じて分離することができる。

また、複合粒子のシェル部分は、成膜材料としての機能
の他に、コア部分の微小粒子の二次凝集を防止する機能
も有している。

本発明の光学フィルムの光の分離性能は、例えば金コロ
イドをガラス板上に並べたものと比肩すべき良好なもの
である。しかも、当該光学フィルムを透過する光は直進
性を有する。

本発明に係る光学フィルムは、紫外線カツトフィルム、
カラーフィルターなどとして利用することができる。特
に本発明の光学フィルムによるカラーフィルターにおい
ては、従来のカラーフィルターと異なり、反射光と透過
光の色相か異なるので光のオン−オフによる色相のコン
トラストが大きく、従って視認性に優れた表示材料とし
て有用である。

さらに、蛍光材料や非線形光学材料等に対して励起光と
放射光の波長が互いに異なる光を選択的に透過および反
射させる光学材料としても使用することか可能であり、
また、本発明の光学フィルムをカラーフィルターと組み
合せて使用することも可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明がこ
れらによって限定されるものではない。

実施例１ ジビニルベンゼン２０重量部およびスチレン８０重量部
よりなる粒径０．ｂｕｎ、粒径分布の変動係数が９％の
ジビニルベンゼンにより高度に架橋された重合体粒子２
５０ｇ　（乾燥重量）を含むエマルジョン１１９０．５
ｇを、コンデンサーを備えたセパラブルフラスコに入れ
、撹拌羽根によって撹拌しながらウォーターバスにより
７５°Ｃまで昇温させた。

次に、このエマルジョンに反応開始剤として過硫酸アン
モニウム塩の１０重量％水溶液３０ｇを加え、その直後
から、メタクリル酸メチル１９０ｇと、アクリル酸ブチ
ル３００ｇと、メタクリル酸３０ｇとを乳化剤ドデシル
ベンゼンスルホン酸により３００ｇの水に分散させて得
られるモノマー分散液を、反応温度７５°Ｃを保った状
態で３時間かけて滴下することにより、上記架橋重合体
粒子をシード粒子としてシード重合を行った。

モノマー分散液の滴下が終了した後さらに２時間、７５
°Ｃで撹拌を続けて反応を促進させ、その後ウォーター
バスにより反応系を冷却して重合反応を終了し、これに
よりコアーシェル構造を存する複合粒子のラテックスを
製造した。

この複合粒子の性状は次のとおりである。

コア部分の屈折率：　　１．５９９ シ工ル部分の屈折率：　　１．４８８ コア部分のガラス転移点Ｔｇ：１２８°Ｃシェル部分の
ガラス転移点Ｔｇ　：　　−２３，３°Ｃコア部分とシ
ェル部分との体積比：　　２５：４２得られた複合粒子
のラテックスを、平坦なガラス板の表面上に滴下して室
温で乾燥することにより、粒径が０．１斯の微粒子か分
散された厚さ０．３哩の本発明に係る光学フィルムを作
製した。

この光学フィルムの表面反射光は青味がかっており、こ
の光学フィルムを透かして見ると、当該光学フィルムを
通して黄色い風景が明瞭に見え、これにより、当該光学
フィルムを透過する光は直進することが確認された。

この光学フィルムについて測定した２００ｎｍから］　
５００ｎｍまでの波長域の光の透過率を第３図に、また
４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長域の光の反射率を
第４図に示す。

第３図から明らかなように、この光学フィルムの透過率
は３００ｎｍ付近で急激に高くなり、５００ｎｍ付近で
はほぼ１００％近くに達する一方、第４図から明らかな
ように、長波長領域となるほど反射率が低下し、光の波
長による透過率と反射率は相補う関係であった。

実施例２ ジビニルベンゼン１５重量部およびスチレン８５重滑部
よりなる粒径０．２ＪＬＩＴｌ、粒径分布の変動係数か
５％のジビニルベンゼンにより高度に架橋された重合体
粒子をシード粒子として用いたほかは、実施例１と同様
に重合処理を行って複合粒子のラテックスを製造した。

この複合粒子の性状は次のとおりである。

コア部分の屈折率・　１．５９８ シ工ル部分の屈折率：　　１．４８８ コア部分のガラス転移点Ｔｇ：１２２°Ｃシェル部分の
ガラス転移点Ｔｇ＋　　−２３，３℃コア部分とシェル
部分との体積比：　　２５：４５この複合粒子のラテッ
クスを用いて実施例１と同様にして成膜することにより
、粒径が０．２ＪＬＩ１１の微粒子が分散された厚さ０
．３哩ｍの光学フィルムを得た。

この光学フィルムの表面反射光は緑色であり、この光学
フィルムを透かして見ると、当該光学フィルムを通して
赤色の風景が明瞭に見え、これにより、当該光学フィル
ムを透過する光は直進することか確認された。

１に の光学フィルムについて測定した２００ｎｍから１５０
０ｎｍまでの波長域の光の透過率を第５図に、また４０
０ｎｍから７００ｎｍまでの波長域の光の反射率を第６
図に示す。

第５図から明らかなように、この光学フィルムの透過率
は５５０ｎｍ（」近から立ち上り、１１００Ｏｎ以」二
ては約９０９６以上となる一方、第６図から明らかなよ
うに、５３０　ｎｍ付近までは約７０％の反射率を示す
と共にそれ以上では透過率の増大に伴って反射率が減少
し、実施例１と同様に光の波長による透過率と反射率は
相補う関係てあった。

比較例１ ポリメタクリル酸２−エチルヘキシルよりなる平均粒径
０．ｂｕｎ、粒径分布の変動係数か５％の重合体粒子を
シード粒子として用い、メタクリル酸メチルをモノマー
とするモノマー分散液を用いたほかは、実施例１と同様
に重合処理を行って複合粒子のラテックスを製造した。

この複合粒子の性状は次のとおりである。

コア部分の屈折率：　　１．４６５ シェル部分の屈折率：　　１．４８９ コア部分のガラス転移点Ｔｇ　・　−８５°Ｃシェル部
分のガラス転移点Ｔｇ：１０５℃コア部分とシェル部分
との体積比：　　２５＋４２得られた複合粒子のラテッ
クスを室温で成膜しようとしたが不可能であった。そこ
で、当該複合粒子のラテックスを温度１１０’Ｃで成膜
したところ、微粒子の形か崩れてフィルムか白濁し、白
色光を選択分離する効果は認められなかった。

〔発明の効果〕

本発明の光学フィルムは、コアーシェル構造を有する特
定の複合粒子を単に成膜することにより作製されるとこ
ろ、複合粒子におけるコア部分を形成する粒子の粒径お
よびその分布を制御することが容易であり、しかもシェ
ル部分の有する成膜性を利用して成膜すればよいため、
特別な技術や工程を必要とせずに、コア部分による所期
の微粒子が高密度で分散された状態を容易に得ることか
できる。従って、本発明によれば、透光性重合体よりな
るフィルム状マトリクス内に、粒径の均一性および平均
粒径の精度か高い微粒子が高密度で分散状態で存在して
おり、光の波長に応じて透過性および反射性を選択的に
示し、従ってフィルターなどの光分離用光学デバイスと
して有用であり、しかも製作か容易でコストの低い光学
フィルムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において使用される複合粒子の構成を模
式的に示す説明図、第２図は本発明の光学フィルムの構
成を模式的に示す説明図、第３図および第４図並びに第
５図および第６図は、それぞれ実施例１並びに実施例２
で得られたフィルムにおける、光の波長と透過率および
反射率との関係を示す特性曲線図である。 １・・・コア部分　　　　　２・・・シェル部分３・・
・複合粒子 ４・・・フィルム状マトリクス ５・・微粒子　　　　　　Ｆ・・・光学フィルム塑 晰 倚 傾 咽 優 央 音 優 賭 音 井

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）コア部分と、成膜性を有し前記コア部分と屈折率が
   異なる透光性の重合体により形成されたシェル部分とよ
   りなる複合粒子を成膜することにより得られる、前記シ
   ェル部分によるフィルム状マトリクス内に前記コア部分
   による微粒子が分散してなることを特徴とする光学フィ
   ルム。