JP2005084261A - Optical thin film, display device using the same, and method for generating image - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光照射により、その光学特性を制御することが可能な光学薄膜に関する。 The present invention relates to an optical thin film whose optical characteristics can be controlled by light irradiation.
光により透過率、色が可逆に変化する材料の研究が行われている。例えば、初期の状態で高透明かつ低ヘイズであるが、紫外線照射によりその透過率を低下させることができ、さらに可視光線照射により、再び高透明にすることができる材料の研究が頻繁に行われている。 Research has been conducted on materials whose transmittance and color change reversibly by light. For example, materials that are highly transparent and have low haze in the initial state, but whose transmittance can be reduced by UV irradiation, and that can be made highly transparent again by visible light irradiation, are frequently studied. ing.
また、酸化チタン膜表面に銀ナノ粒子を析出させる材料が報告されている。(参考文献 日本化学会 第82秋季年会 講演予稿集(2C1−14)、p142(2002)(非特許文献1)、nature materials, vol.2, January, 29-31 (2003) (非特許文献2))。
具体的には、酸化チタン粒子の懸濁液を基板上に塗布して得られる酸化チタン膜上に、Agイオンを含む溶液を分散させ、乾燥して得られる薄膜は、紫外線を照射することによって透過率が低下し、可視光を照射することで、再び透過率が上昇し、しかも該現象は繰り返し発現することが報告されている。
In addition, a material for depositing silver nanoparticles on the surface of the titanium oxide film has been reported. (Reference literature The 82nd Annual Meeting of Chemical Society of Japan (2C1-14), p142 (2002) (non-patent literature 1), nature materials, vol.2, January, 29-31 (2003) (non-patent literature) 2)).
Specifically, a thin film obtained by dispersing a solution containing Ag ions on a titanium oxide film obtained by applying a suspension of titanium oxide particles on a substrate and drying it is irradiated with ultraviolet rays. It has been reported that the transmittance is lowered and the transmittance is increased again by irradiating with visible light, and this phenomenon is repeatedly exhibited.
ところで、これまで報告されている酸化チタン懸濁液から得られる酸化チタン膜表面に銀イオンを含む溶液を分散させる手法を用いる場合には、紫外線照射又は可視光照射による該材料の透過率の変化幅が狭い、初期の透過率が低く、ヘイズ値が高い、という問題があった。 By the way, when using the technique of dispersing a solution containing silver ions on the surface of a titanium oxide film obtained from a titanium oxide suspension that has been reported so far, the change in transmittance of the material due to ultraviolet irradiation or visible light irradiation. There were problems that the width was narrow, the initial transmittance was low, and the haze value was high.
また一般に湿式法で作製する薄膜は、膜厚等の特性ばらつきが大きく、大型化、広面積化するに連れてその傾向が顕著になることが知られている。そのため、Agイオンを含む溶液の分散により作り出される銀ナノ粒子は、その特性のばらつきが大きく、発現するフォトクロミック機能もその制御が難しいと言う問題がある。よって、画一性を求められるディスプレイ用途等への適用は、困難であるとされている。さらにはその製造プロセスが多段階なため、性能や品質を制御することが困難であり、工業化への適用に課題を抱えているのが現状である。
従って、本発明が解決しようとする課題は、紫外線照射及び可視光照射による透過率の変化幅が従来に比較して大きく、高透過率かつ低ヘイズであり、光照射によりその透過率が可逆に変化する光学薄膜を提供することである。また簡便な工程で作製可能な光学薄膜を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that the change in transmittance due to ultraviolet irradiation and visible light irradiation is larger than that of the prior art, high transmittance and low haze, and the transmittance is reversible by light irradiation. It is to provide a changing optical thin film. Another object of the present invention is to provide an optical thin film that can be produced by a simple process.
本発明者らは、上記の課題を解決するために検討した。その結果、特定の粒子径及び粒子間距離を有する銀を主成分とする粒子及びチタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブテン、タングステン、マンガン、シリコン、ゲルマニウム、リン、酸素から選ばれるいずれかの元素からなる光学薄膜が、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。すなわち本発明は、
(1) チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブテン、タングステン、マンガン、シリコン、ゲルマニウム、リン、酸素から選ばれる1種類以上の元素と銀とを含む薄膜であって、
(I)前記の銀を主成分とする粒子を含み、
(II)直径0.5nm〜1mmの銀を主成分とする粒子(Ag-1)の数に対する直径が0.5〜50nmの銀を主成分とする粒子(Ag-2)の数の割合が50〜100%であり、
(III)直径0.5nm〜1mmの銀を主成分とする粒子同士の最近接距離が3〜100nmである銀粒子(Ag-3)数が、銀粒子(Ag-1)数の50〜100%であり、
(IV)直径0.5〜50nmの銀を主成分とする粒子(Ag-2)の粒子数密度が、5x102 〜 2x105個/μm2
であることを特徴とする光学薄膜であり、
(2) 好ましくは、高分子材料からなる基体層を有する光学薄膜であり、
(3) 好ましくは、少なくとも
粒子(Ag-1)を形成する工程と、
主にチタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブテン、タングステン、マンガン、シリコン、ゲルマニウム、リン、酸素から選ばれる元素によって構成される部位(ベース層)を形成する工程
とによって形成される光学薄膜であり、
(4) 好ましくは、ベース層が、チタンと酸素を有し、θ―2θ法によるX線回折パターンとして、2θ=24〜28°に回折ピークを有することを特徴とする光学薄膜であり、
(5) 好ましくは、粒子(Ag-1)が真空成膜法で形成された粒子であることを特徴とする光学薄膜であり、
(6) 好ましくは、ベース層が真空成膜法で形成されることを特徴とする光学薄膜であり、
(7) 上記の光学薄膜を用いた表示装置であり、
(8) 上記の表示装置に光線を照射し、光学薄膜の透過率を制御することにより画像を作成する方法である。
The present inventors have studied to solve the above problems. As a result, any silver particle having a specific particle diameter and interparticle distance and any one selected from titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, silicon, germanium, phosphorus, and oxygen. The present inventors have found that an optical thin film composed of any of these elements can solve the above-described problems, and have completed the present invention. That is, the present invention
(1) A thin film containing silver and at least one element selected from titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, silicon, germanium, phosphorus, and oxygen,
(I) containing particles containing silver as a main component,
(II) The ratio of the number of particles (Ag-2) containing silver having a diameter of 0.5 to 50 nm as a main component to the number of particles (Ag-1) containing silver having a diameter of 0.5 nm to 1 mm as a main component is 50-100%,
(III) The number of silver particles (Ag-3) having a closest distance of 3 to 100 nm between particles mainly composed of silver having a diameter of 0.5 nm to 1 mm is 50 to 100 of the number of silver particles (Ag-1). %
(IV) The particle number density of particles mainly composed of silver having a diameter of 0.5 to 50 nm (Ag-2) is 5 × 10 2 to 2 × 10 5 particles / μm 2.
An optical thin film characterized in that
(2) Preferably, an optical thin film having a base layer made of a polymer material,
(3) Preferably, a step of forming at least particles (Ag-1);
Optical formed mainly by the step of forming a portion (base layer) composed of an element selected from titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, silicon, germanium, phosphorus, and oxygen. A thin film,
(4) Preferably, the optical layer is characterized in that the base layer has titanium and oxygen and has a diffraction peak at 2θ = 24 to 28 ° as an X-ray diffraction pattern by the θ-2θ method.
(5) Preferably, an optical thin film characterized in that the particles (Ag-1) are particles formed by a vacuum film formation method,
(6) Preferably, an optical thin film characterized in that the base layer is formed by a vacuum film formation method,
(7) A display device using the above optical thin film,
(8) A method of creating an image by irradiating the display device with a light beam and controlling the transmittance of the optical thin film.
本発明の光学薄膜は、上記の様な構成を有しているので、紫外線照射及び可視光照射による透過率の変化幅が従来に比較して大きく且つ可逆的に変化し、高透過率かつ低ヘイズであると言う利点を有する。また、真空成膜法で作製することが出来るので、大型化が可能で、ディスプレイ用途へ展開できるという利点も有する。 Since the optical thin film of the present invention has the above-described configuration, the change width of the transmittance due to ultraviolet irradiation and visible light irradiation is larger and reversibly changed than before, and the transmittance is low and the transmittance is low. It has the advantage of being haze. Moreover, since it can produce by a vacuum film-forming method, it can also enlarge and has the advantage that it can expand | deploy to a display use.
本発明の光学薄膜は、銀及びチタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブテン、タングステン、マンガン、シリコン、ゲルマニウム、リン、酸素から選ばれるいずれかの元素からなる膜を有することを特徴とする。また、本発明の光学薄膜は好ましくはその一部又は全てが真空成膜法によって得られる。 The optical thin film of the present invention is characterized by having a film made of any element selected from silver and titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, silicon, germanium, phosphorus, and oxygen. To do. In addition, the optical thin film of the present invention is preferably partially or entirely obtained by a vacuum film forming method.
本発明における光学薄膜は、それ自体単独で使用することもできるが、基体上に形成されることが、強度、ハンドリング等を考慮する好ましい。例えばその断面構成を例示すると、基体/光学薄膜となる。 The optical thin film in the present invention can be used alone, but it is preferable that the optical thin film is formed on a substrate in consideration of strength, handling and the like. For example, when the cross-sectional configuration is exemplified, the substrate / optical thin film is obtained.
本発明において必要に応じて用いられる基体は、透明かつ自立性があればその材質、厚みに特に制限はない。材質は、高分子、ガラス、金属が一般的である。 If the base | substrate used as needed in this invention is transparent and self-supporting, there will be no restriction | limiting in particular in the material and thickness. The material is generally polymer, glass, or metal.
高分子材料は軽量化や柔軟性が必要な基体を提供するため好適である。本発明に用いることができる高分子材料を具体的に例示すると、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリイミド、ポリスルフォン(PSF)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリプロピレン(PP)、トリアセチルセルロース(TAC)等が挙げられる。中でも特に好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)である。 The polymer material is suitable because it provides a substrate that requires light weight and flexibility. Specific examples of the polymer material that can be used in the present invention include polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyether sulfone (PES), polyimide, polysulfone (PSF), polymethyl methacrylate (PMMA), Examples include polyether ether ketone (PEEK), polypropylene (PP), and triacetyl cellulose (TAC). Of these, polyethylene terephthalate (PET) is particularly preferable.
また本発明に用いることができるガラスとしては、ソーダガラス、アルカリガラス、石英ガラスが挙げられる。またこれらのガラスは強化されたものであっても構わない。 Examples of the glass that can be used in the present invention include soda glass, alkali glass, and quartz glass. These glasses may be tempered.
また基体の表面には、光学薄膜層との密着性向上、ガスバリヤー性向上、耐候性向上などを目的としたコート層が存在しても構わない。 A coating layer for the purpose of improving adhesion to the optical thin film layer, improving gas barrier properties, improving weather resistance, etc. may be present on the surface of the substrate.
基体の厚みは一般的には10μm〜10cmである。薄すぎると、剛性が低く、取り扱いが難しくなることがある。より好ましい基体の厚みは25μm〜1cm、さらに好ましくは50μm〜1mmである。 The thickness of the substrate is generally 10 μm to 10 cm. If it is too thin, the rigidity may be low and handling may be difficult. The thickness of the substrate is more preferably 25 μm to 1 cm, further preferably 50 μm to 1 mm.
本発明における光学薄膜は、少なくともチタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブテン、タングステン、マンガン、シリコン、ゲルマニウム、リン、酸素から選ばれる1種以上の元素と銀を有する薄膜であって、
(I)前記の銀を主成分とする粒子を含み、
(II)直径0.5nm〜1mmの銀を主成分とする粒子(Ag-1)の数に対する直径が0.5〜50nmの銀を主成分とする粒子(Ag-2)の割合が50〜100%であり、
(III)直径0.5nm〜1mmの銀を主成分とする粒子同士の最近接距離が3〜100nmである銀粒子(Ag-3)数が、銀粒子(Ag-1)数の50〜100%であり、
(IV)直径0.5〜50nmの銀を主成分とする粒子(Ag-2)の粒子数密度が5x102 〜 2x105個/μm2
であることを特徴とする。
The optical thin film in the present invention is a thin film having at least one element selected from titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, silicon, germanium, phosphorus, oxygen and silver,
(I) containing particles containing silver as a main component,
(II) The ratio of particles (Ag-2) containing silver having a diameter of 0.5 to 50 nm as a main component to the number of particles (Ag-1) containing silver having a diameter of 0.5 nm to 1 mm as a main component is 50 to 50 100%
(III) The number of silver particles (Ag-3) having a closest distance of 3 to 100 nm between particles mainly composed of silver having a diameter of 0.5 nm to 1 mm is 50 to 100 of the number of silver particles (Ag-1). %
(IV) Particle number density of particles (Ag-2) whose main component is silver having a diameter of 0.5 to 50 nm is 5 × 10 2 to 2 × 10 5 particles / μm 2.
It is characterized by being.
本発明の銀を主成分とする粒子は、直径が1mm以下のものであることが好ましく、より好ましくは直径0.5nm〜1mmの銀を主成分とする粒子(Ag-1)であることが好ましい。 The silver-based particles of the present invention preferably have a diameter of 1 mm or less, more preferably particles (Ag-1) having a diameter of 0.5 nm to 1 mm as a main component. preferable.
本発明の粒子(Ag-2)とは、粒子(Ag-1)の内、直径が0.5〜50nmの物のことを指し、上記粒子(Ag-2)の数の粒子(Ag-1)の数に対する割合は、50〜100%、好ましくは70〜100%であり、より好ましくは90〜100%である。また、粒子(Ag-1)の内、直径0.5〜40nmの銀を主成分とする粒子が、粒子(Ag-1)数の70%以上であることがより好ましい。また粒子(Ag-1)の内、直径0.5〜30nmの銀を主成分とする粒子が、粒子(Ag-1)数の70%以上であることがさらに好ましい。 The particle (Ag-2) of the present invention refers to a particle (Ag-1) having a diameter of 0.5 to 50 nm, and the number of particles (Ag-1) (Ag-1) ) To the number is 50 to 100%, preferably 70 to 100%, more preferably 90 to 100%. In addition, among the particles (Ag-1), it is more preferable that particles containing silver having a diameter of 0.5 to 40 nm as a main component are 70% or more of the number of particles (Ag-1). In addition, among the particles (Ag-1), it is more preferable that particles containing silver having a diameter of 0.5 to 30 nm as a main component are 70% or more of the number of particles (Ag-1).
本発明の粒子(Ag-3)とは、粒子(Ag-1)の内、粒子同士の最近接距離が3〜100nmのもののことを指し、上記粒子(Ag-3)数の粒子(Ag-1)数に対する割合は、より好ましくは70〜100%、さらに好ましくは90〜100%である。 The particle (Ag-3) of the present invention refers to a particle (Ag-1) having a closest distance of 3 to 100 nm between the particles (Ag-3). 1) The ratio to the number is more preferably 70 to 100%, still more preferably 90 to 100%.
本発明に係る銀を主成分とする粒子は、その組成の80〜100%が銀からなる。またその形状は球形に限定されるものではなく、歪んだ形状のものも含む。歪んだ形状の粒子の直径は粒子内の最大径で定義する。 80 to 100% of the composition of the silver-based particle according to the present invention is silver. Moreover, the shape is not limited to a spherical shape, but includes a distorted shape. The diameter of the distorted particle is defined by the maximum diameter within the particle.
また上記粒子(Ag-2)の粒子数密度は、5x102 〜 2x105個/μm2である。好ましい上記粒子(Ag-2)の粒子数密度は、5x102 〜 1x105個/μm2であり、特に好ましくは5x102 〜 5x104個/μm2である。上記の密度が上記の範囲より高すぎると本発明に必要な銀粒子同士の最近接距離に関する条件を満足せず、本発明における機能を発現しない場合がある一方、上記の範囲よりも低すぎると機能を発現するに必要な銀を主成分とする粒子が不足し、やはり本発明における機能を発現しない場合がある。 The particle number density of the particles (Ag-2) is 5 × 10 2 to 2 × 10 5 particles / μm 2 . The particle number density of the above-mentioned particles (Ag-2) is preferably 5 × 10 2 to 1 × 10 5 particles / μm 2 , particularly preferably 5 × 10 2 to 5 × 10 4 particles / μm 2 . If the above density is too higher than the above range, the conditions relating to the closest distance between the silver particles necessary for the present invention may not be satisfied, and the function in the present invention may not be expressed. In some cases, the silver-based particles necessary for developing the function are insufficient, and the function in the present invention is not exhibited.
本発明において銀を主成分とする粒子の上記の粒子数密度は、以下のようにして求める。すなわち、TEM又はSEMを用いて、100nm□の範囲に存在する銀を主成分とする粒子の数を調べ、1μm2当たりの存在密度を計算する。任意の合計10箇所の領域において、その粒子数密度を求め、それらの平均を本発明における粒子数密度とする。 In the present invention, the above-mentioned particle number density of particles mainly composed of silver is obtained as follows. That is, using TEM or SEM, the number of particles mainly composed of silver existing in the range of 100 nm □ is examined, and the existence density per 1 μm 2 is calculated. In an arbitrary total of 10 regions, the particle number density is obtained, and the average thereof is defined as the particle number density in the present invention.
銀を主成分とする粒子は、少なくともチタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブテン、タングステン、マンガン、シリコン、ゲルマニウム、リン、酸素から選ばれる1種以上の元素からなる層(ベース層)の内部又は表面に存在することが好ましい。ここでベース層としては、少なくともチタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブテン、タングステン、マンガン、シリコン、ゲルマニウム、リン、から選ばれる1種以上の元素の酸化物が好適である。 The silver-based particle is a layer (base layer) composed of at least one element selected from at least titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, silicon, germanium, phosphorus, and oxygen. It is preferable that it exists in the inside or surface of. Here, as the base layer, an oxide of at least one element selected from at least titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, silicon, germanium, and phosphorus is preferable.
本発明における光学薄膜をその透過率変化を利用する用途に適用する場合、ベース層の可視光線透過率は出来るだけ高く、そのヘイズはできるだけ低いことが望ましい。ここでベース層の可視光線透過率が高く、ヘイズが低いとは、厚み200nmのベース層をガラスに形成した際の可視光線透過率が70〜100%、ヘイズ値が0〜3%であることを意味する。より好ましい可視光線透過率は80〜100%、更に好ましくは90〜100%である。ヘイズ値の好ましい範囲は0〜2%、さらに好ましくは0〜1%である。 When the optical thin film of the present invention is applied to an application using the change in transmittance, it is desirable that the visible light transmittance of the base layer is as high as possible and the haze is as low as possible. Here, the visible light transmittance of the base layer is high and the haze is low. When the base layer having a thickness of 200 nm is formed on glass, the visible light transmittance is 70 to 100% and the haze value is 0 to 3%. Means. A more preferable visible light transmittance is 80 to 100%, still more preferably 90 to 100%. A preferable range of the haze value is 0 to 2%, and more preferably 0 to 1%.
またこのヘイズ値を実現するためには、ベース層は、前記の元素を含む粒子の集合体であることが好ましく、またその粒子の直径はできるだけ小さいことが好ましく、0.5〜100nmであることがより好ましい。より具体的には、ベース層に存在する直径0.5〜100nmの粒子の数に対して、直径0.5〜50nmの粒子数の割合が70%以上であることが好ましい。より好ましくは直径0.5〜40nmの粒子数の割合が70%以上、更に好ましくは直径0.5〜30nmの粒子数の割合が70%以上である。 In order to realize this haze value, the base layer is preferably an aggregate of particles containing the above elements, and the diameter of the particles is preferably as small as possible, and is 0.5 to 100 nm. Is more preferable. More specifically, the ratio of the number of particles having a diameter of 0.5 to 50 nm is preferably 70% or more with respect to the number of particles having a diameter of 0.5 to 100 nm present in the base layer. More preferably, the ratio of the number of particles having a diameter of 0.5 to 40 nm is 70% or more, and still more preferably the ratio of the number of particles having a diameter of 0.5 to 30 nm is 70% or more.
本発明にかかるベース層は、結晶性が高いことが好ましい。結晶性の評価は、従来公知の手段で行えばよい。例えば、θ―2θ法によるX線回折パターンから結晶性を評価することができる。 The base layer according to the present invention preferably has high crystallinity. Evaluation of crystallinity may be performed by a conventionally known means. For example, crystallinity can be evaluated from an X-ray diffraction pattern by the θ-2θ method.
本発明にかかるベース層は、酸化チタンが特に好適である。上記の酸化チタンは、θ―2θ法によるX線回折パターンとして、2θ=24〜28°に回折ピークを有することが好ましい。 The base layer according to the present invention is particularly preferably titanium oxide. The titanium oxide preferably has a diffraction peak at 2θ = 24 to 28 ° as an X-ray diffraction pattern by the θ-2θ method.
ベース層の厚みに特に指定はない。しかし、ベース層の合計が厚すぎると、外部応力や熱によるひずみより割れが生じ易く、また光透過性、色等に関して面内で高い均一性を得ることが難しい。また薄すぎると本発明における光学薄膜は不十分な場合がある。よってベース層の合計厚みは10nm〜3μmが好適である。またより好ましくは50nm〜1μmであり、さらに好ましくは100nm〜500nmである。 There is no specific designation for the thickness of the base layer. However, if the total of the base layers is too thick, cracking is likely to occur due to external stress and heat distortion, and it is difficult to obtain high uniformity in terms of light transmission, color, and the like. If it is too thin, the optical thin film in the present invention may be insufficient. Therefore, the total thickness of the base layer is preferably 10 nm to 3 μm. More preferably, it is 50 nm-1 micrometer, More preferably, it is 100 nm-500 nm.
本発明における光学薄膜は、基体と光学機能層、必要に応じて保護層、中間層からなる。光学機能層の構成は、銀を主成分とする粒子群が、ベース層の表面近傍、或いは内部に存在するものである。ここで、銀を主成分とする粒子群とは、上記(II)〜(IV)の要件を満たす銀を主成分とする粒子の集合体のことである。 The optical thin film in the present invention comprises a substrate and an optical functional layer, and if necessary, a protective layer and an intermediate layer. The configuration of the optical functional layer is such that a group of particles containing silver as a main component is present near or inside the surface of the base layer. Here, the particle group mainly composed of silver is an aggregate of particles mainly composed of silver that satisfy the requirements (II) to (IV).
図面を用いて光学機能層及び光学薄膜の構成例を具体的に説明する。図1〜8は本発明における光学薄膜の断面図である。図1は、基体10の一方の主面上にベース層20が形成されており、そのベース層20の表面近傍にAgを主成分とする粒子30が存在する構成を有するものである。図2は、例えば基体10の一方の主面上にベース層20、Agを主成分とする粒子30が順次形成され、更にその上にベース層20が形成されて得られるものである。図3は、例えば基体10の一方の主面上にAgを主成分とする粒子30が形成され、その上にベース層20が形成されたものである。図4は、図2の最外層のベース層20上にさらにAgを主成分とする粒子30が形成されたものである。図5は、図4の構成におけるAgを主成分とする粒子30側に、更にベース層20を形成した構成のものである。図6は、Agを主成分とする粒子30がベース層20の内部に分散した構成を有するものである。図7は、基体10の一方の主面上にベース層20とAgを主成分とする粒子30とからなる光学薄膜40が形成され、更にその上に保護層50を形成した構成を有するものである。図8は、基体10の一方の主面上に中間層60が形成され、更にその上に光学薄膜40が形成された構成を有するものである。図9は、図8の光学薄膜40の上に保護層50を形成した構成を有するものである。
Configuration examples of the optical functional layer and the optical thin film will be specifically described with reference to the drawings. 1 to 8 are sectional views of an optical thin film according to the present invention. In FIG. 1, a
本発明における銀を主成分とする粒子は真空成膜法で作製することが好ましい。真空成膜法は、熱、ガスなどによって本発明の用いる銀など金属や金属酸化物等を活性化させ対象物に定着する方法であるが、上記の金属や金属酸化物の量を低く制御するなどの方法によって、膜の形態にすることなく、本発明における要件である粒子径が1〜50nmの粒子(Ag-2)および最近接距離が3〜100nmの粒子(Ag-3)を形成することが可能である。 In the present invention, the silver-based particles are preferably produced by a vacuum film forming method. The vacuum film-forming method is a method in which a metal such as silver or a metal oxide used in the present invention is activated and fixed to an object by heat, gas, etc., but the amount of the metal or metal oxide is controlled to be low. The particles having a particle diameter of 1 to 50 nm (Ag-2) and the particles having a closest distance of 3 to 100 nm (Ag-3), which are requirements in the present invention, are formed without forming a film by a method such as It is possible.
一方、従来報告されている湿式法は、一般的にその過程で銀粒子がその粒子径が50nm以上に容易に成長してしまい、かつ粒子同士が容易に接触してしまうため、本発明の必要要件を満たすことが非常に難しい。 On the other hand, the conventionally reported wet method generally requires the present invention because silver particles easily grow to a particle size of 50 nm or more in the process and the particles easily come into contact with each other. It is very difficult to meet the requirements.
本発明に係るチタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブテン、タングステン、マンガン、シリコン、ゲルマニウム、リン、酸素から選ばれる元素からなるベース層の作製方法に特に指定はなく、従来から公知である手段を用いることができる。なかでも、真空成膜法で作成することが好ましい。真空成膜では、本発明において好適な要件である構成粒子径1〜50nmを達成することが可能である。そのため、その過程で構成粒子の径が50nm以上に成長し易い湿式法に比較して、ヘイズが低い光学薄膜を得ることが可能である。特にその製造過程において、Agを主成分とする粒子群の上にベース層を形成することが必要な構成の場合は、該ベース層を真空成膜法で形成することが好適である。例えば前述の図2、3、4、5の構成を実現する場合がこれに該当する。 There is no particular designation in the method for producing a base layer made of an element selected from titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, silicon, germanium, phosphorus, and oxygen according to the present invention. Some means can be used. Among these, it is preferable to prepare by a vacuum film forming method. In vacuum film formation, it is possible to achieve a constituent particle diameter of 1 to 50 nm, which is a preferable requirement in the present invention. Therefore, it is possible to obtain an optical thin film having a low haze as compared with a wet method in which the diameter of the constituent particles easily grows to 50 nm or more in the process. In particular, in the production process, in the case where it is necessary to form a base layer on a particle group containing Ag as a main component, it is preferable to form the base layer by a vacuum film forming method. For example, this corresponds to the case of realizing the configuration shown in FIGS.
銀を主成分とする粒子群の上に湿式法でベース層を形成しようとすると、銀を主成分とする粒子がベース層の中に不均一に拡散する事があり、所望の粒子径及び分散密度を達成することが困難な場合がある。 When a base layer is formed on a group of particles containing silver as a main component by a wet method, particles containing silver as a main component may diffuse unevenly into the base layer, resulting in a desired particle size and dispersion. It may be difficult to achieve density.
またベース層の内部にAgを主成分とする粒子群が分散してなる構成の場合には、該ベース層及びAgを主成分とする粒子群を真空成膜法で形成することが好ましい。例えば前述の図6の構成がこれに該当する。 In the case of a structure in which a group of particles mainly composed of Ag is dispersed inside the base layer, it is preferable to form the group of particles mainly composed of the base layer and Ag by a vacuum film forming method. For example, the configuration shown in FIG.
湿式法で形成する場合には、ベース層の構成成分及びAgを主成分とする溶液を用意し、基体上にコートすればよいが、Agを主成分とする粒子の粒子径、分散密度を制御することが一般的に困難である。 In the case of forming by a wet method, it is sufficient to prepare a base layer component and a solution containing Ag as a main component and coat it on a substrate. It is generally difficult to do.
また先に記載した通り、本発明において特に好適なベース層の合計厚みは10nm〜3μmである。該厚みの層を湿式法によって高い厚み精度を持って形成することはきわめて困難であるのに対し、厚み精度を容易に制御し得る真空成膜法は、本発明においてベース層を形成する手段として有用である。 Further, as described above, the total thickness of the base layer particularly suitable in the present invention is 10 nm to 3 μm. While it is extremely difficult to form a layer having the thickness with high thickness accuracy by a wet method, the vacuum film formation method capable of easily controlling the thickness accuracy is a means for forming the base layer in the present invention. Useful.
また光学薄膜の透過率の変化を利用する際の、ベース層の最も好適な透過率は90〜100%であり、最も好適なヘイズ値は0〜1%であるが、湿式法を用いた場合、通常はその径が50nm以上の粒子の集合体となる事が多く、該透過率及びヘイズ値を得ることが困難な場合が多い。それに対して真空成膜法は、粒子集合体を生成することなく均一な層を形成することが容易であるため、本発明におけるベース層の形成方法として有用である。 When the change in transmittance of the optical thin film is utilized, the most suitable transmittance of the base layer is 90 to 100%, and the most suitable haze value is 0 to 1%. Usually, the particle diameter is often an aggregate of particles having a diameter of 50 nm or more, and it is often difficult to obtain the transmittance and haze value. In contrast, the vacuum film-forming method is useful as a method for forming a base layer in the present invention because it is easy to form a uniform layer without generating particle aggregates.
真空成膜法としては、従来から公知の手法を用いることができる。例えば真空加熱蒸着法、イオンビーム蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、CVD法を用いることができる。 As the vacuum film forming method, a conventionally known method can be used. For example, a vacuum heating deposition method, an ion beam deposition method, an ion plating method, a sputtering method, or a CVD method can be used.
真空蒸着法では、所望の金属を蒸着源として使用し、抵抗加熱、電子ビーム加熱等により、加熱蒸着させることで、簡便に金属薄膜を形成することができる。イオンプレーティング法では、反応ガスプラズマ中で所望の金属又は焼結体を抵抗加熱したり、電子ビームにより加熱したりすることにより真空蒸着を行う。スパッタリング法では、ターゲットに所望の金属又は焼結体を使用し、スパッタリングガスにアルゴン、ネオン等の不活性ガスを用い、必要に応じて反応性ガスを加えて、スパッタリングを行う。 In the vacuum vapor deposition method, a desired metal can be used as a vapor deposition source, and a metal thin film can be easily formed by heat vapor deposition by resistance heating, electron beam heating, or the like. In the ion plating method, vacuum deposition is performed by resistance heating a desired metal or sintered body in a reactive gas plasma or by heating with an electron beam. In the sputtering method, a desired metal or sintered body is used as a target, an inert gas such as argon or neon is used as a sputtering gas, and a reactive gas is added as necessary to perform sputtering.
ベース層を形成する過程又は後において、その結晶性を高めるための方策を施すことが好ましい。例えば、成膜前又は成膜時に基体を加熱する、ベース層を形成後に加熱するなどの手法が挙げられる。加熱に必要な温度は、ベース層の材料、必要な特性を考慮して決定する必要があるが、通常は加熱温度が150〜500℃である。成膜後ベース材を加熱する場合、加熱時間も考慮することが好ましいが、加熱時間は一般的には10秒〜24時間である。 It is preferable to take measures to increase the crystallinity during or after the formation of the base layer. For example, a method of heating the substrate before or at the time of film formation or heating after forming the base layer can be used. The temperature necessary for heating needs to be determined in consideration of the material of the base layer and necessary characteristics, but the heating temperature is usually 150 to 500 ° C. When heating the base material after film formation, it is preferable to consider the heating time, but the heating time is generally 10 seconds to 24 hours.
また、基体として高分子材料を用いる場合は、高分子材料が一般的に熱により変形しやすいため、加熱以外の手法で結晶性の高いベース層を得ることが好ましい。 When a polymer material is used as the substrate, it is preferable to obtain a highly crystalline base layer by a method other than heating because the polymer material is generally easily deformed by heat.
加熱せずに結晶性が高いベース層を形成するためには、成膜の際に基体へ斜め方向から入射する粒子の数を低減すればよい。例えば、ターゲット基体間の距離を通常より長くしたり、ターゲットの周囲に通常より嵩高の遮蔽板を設置するなどの方策を用いればよい。 In order to form a base layer with high crystallinity without heating, the number of particles incident on the substrate from an oblique direction may be reduced during film formation. For example, measures such as making the distance between the target substrates longer than usual or installing a shielding plate that is bulkier than usual around the target may be used.
本発明において必要に応じて採用される保護層は、光学機能層を大気又は外力から保護するための層であり公知の物を制限無く用いることが出来る。具体的には、一般的に用いられている防汚材、防湿材、ハードコート材を用いることができる。より詳しくは、酸化チタン、酸化珪素、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ等の薄膜や、アクリル樹脂、エチレン共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの膜を用いることが可能である。また保護層の厚さに特に指定はなく、用いる材料、必要な保護能力、必要に応じて光透過性を考慮して決定する。通常は3nm〜200μmである。 The protective layer employed as necessary in the present invention is a layer for protecting the optical functional layer from the atmosphere or external force, and a known material can be used without limitation. Specifically, commonly used antifouling materials, moisture proof materials, and hard coat materials can be used. More specifically, thin films such as titanium oxide, silicon oxide, zinc oxide, indium oxide, and tin oxide, and films such as acrylic resin, ethylene copolymer, and ethylene-vinyl alcohol copolymer can be used. The thickness of the protective layer is not particularly specified, and is determined in consideration of the material to be used, necessary protective ability, and light transmittance as necessary. Usually, it is 3 nm to 200 μm.
また本発明において必要に応じて採用される中間層は、主に基体と光学機能層との間の密着力を向上させる、光学機能層の機能を向上させる等の目的で形成される。その材質に特に制限はない。一般的には酸化チタン、酸化珪素、酸化亜鉛、チタン、ニッケル、クロム、ニッケルクロム合金などが用いられる。また中間層の厚さに特に指定はなく、用いる材料、必要な能力、必要に応じて光透過性を考慮して決定する。通常は3nm〜10μmである。 The intermediate layer employed as necessary in the present invention is formed mainly for the purpose of improving the adhesion between the substrate and the optical functional layer, improving the function of the optical functional layer, and the like. There are no particular restrictions on the material. In general, titanium oxide, silicon oxide, zinc oxide, titanium, nickel, chromium, nickel chromium alloy or the like is used. The thickness of the intermediate layer is not particularly specified, and is determined in consideration of the material to be used, the necessary capacity, and the light transmittance as necessary. Usually, it is 3 nm to 10 μm.
基体、保護層、中間層に必要な光透過性はその用途及び使用方法によって最適なものを選択すればよい。光学薄膜の光透過性の変化を利用する用途であれば、基体及び光学薄膜の光透過性が高いことが望ましく、そのためには基体、保護層、中間層それぞれの光透過性が高いことが望ましい。ここで光透過性が高いとは、波長550nmの透過率が60〜100%であることを指す。また光学薄膜自体の色変化を利用する用途であれば、光学薄膜の色を視認する方向に位置する層の光透過性の制御が肝要である。保護層側から視認する用途であれば、保護層の透過性が高いこと、すなわち波長550nmの透過率が60〜100%であることが望ましく、基体から視認する用途であれば基体及び中間層の光透過性が高いことが必要であり、保護層には必ずしも高い光透過性は必要がなくなる。但し、両面から視認する場合は当然のことながら、保護層、中間層、基体それぞれの光透過性が高いことが望ましい。 What is necessary is just to select the optimal light transmittance for a base | substrate, a protective layer, and an intermediate | middle layer with the use and usage method. If the application uses the change in light transmittance of the optical thin film, it is desirable that the light transmittance of the substrate and the optical thin film is high. For that purpose, it is desirable that the light transmittance of the substrate, the protective layer, and the intermediate layer is high. . Here, high light transmittance means that the transmittance at a wavelength of 550 nm is 60 to 100%. If the application uses the color change of the optical thin film itself, it is important to control the light transmittance of the layer located in the direction in which the color of the optical thin film is visually recognized. For applications that are visible from the protective layer side, it is desirable that the transparency of the protective layer is high, that is, the transmittance at a wavelength of 550 nm is preferably 60 to 100%. It is necessary that the light transmittance is high, and the protective layer is not necessarily required to have a high light transmittance. However, when viewing from both sides, it is natural that the protective layer, the intermediate layer, and the substrate each have high light transmittance.
本発明における光学薄膜は、紫外線及び可視光線を受けることによりその透過率が変化する。成膜直後の光学薄膜を紫外線に暴露すると可視光領域のいずれか一部の領域あるいは全域においてその透過率が低下する。この状態を状態1と呼ぶことにする。引き続き可視光線に暴露すると可視光領域のいずれかの一部或いは全域においてその透過率が上昇する。この状態を状態2と呼ぶことにする。該光学薄膜は、再び紫外線に暴露することにより状態1に至り、さらに可視光線に暴露することにより状態2に至る。以上のように紫外線暴露、可視光線暴露によって、状態1および状態2に可逆的に変化させることが出来る。本発明における光学薄膜は、状態1と状態2との間の透過率の差(透過率変化量)が、従来に比較して著しく大きいことが特徴である。 The optical thin film in the present invention changes its transmittance by receiving ultraviolet rays and visible rays. When the optical thin film immediately after film formation is exposed to ultraviolet rays, the transmittance decreases in any part of the visible light region or in the entire region. This state is referred to as state 1. Subsequent exposure to visible light increases its transmittance in any or all of the visible light region. This state is referred to as state 2. The optical thin film reaches state 1 when exposed to ultraviolet rays again, and reaches state 2 when exposed to visible light. As described above, the state can be reversibly changed to the state 1 and the state 2 by exposure to ultraviolet rays or visible light. The optical thin film according to the present invention is characterized in that the difference in transmittance (change in transmittance) between the state 1 and the state 2 is significantly larger than that in the prior art.
本発明の光学薄膜は、Agを主成分とする粒子の粒径及び分布状態を制御しているので、状態1と状態2との間の好ましい透過率変化量は、6〜60%であり、好ましくは10〜60%、より好ましくは15〜60%である。さらにより好ましくは20〜60%であり、用途に応じて設定した波長においてこれを実現することが出来る。これに対し、従来の湿式法では、上記透過率変化量は、波長550nmの光において1〜6%程度、波長650nmの光においては、5%以下であり、であり、本願の光学薄膜は、極めて高い透過率差を実現する事が出来る。 Since the optical thin film of the present invention controls the particle size and distribution state of particles mainly composed of Ag, a preferable transmittance change amount between the state 1 and the state 2 is 6 to 60%, Preferably it is 10 to 60%, More preferably, it is 15 to 60%. More preferably, it is 20 to 60%, and this can be realized at a wavelength set according to the application. On the other hand, in the conventional wet method, the transmittance change amount is about 1 to 6% for light with a wavelength of 550 nm, and 5% or less for light with a wavelength of 650 nm. An extremely high transmittance difference can be realized.
また、本発明の光学薄膜は高い耐久性を有している。ここで耐久性は、温度60℃、湿度90%の環境に該光学薄膜を暴露し、その前後において状態1、状態2間の透過率差ΔTを調べ、処理前後におけるΔTの比によって定義づける。具体的には、処理前の透過率さをΔTb、処理後のものをΔTaとし、ΔTa/ΔTbが大きいほど、本発明における光学薄膜の耐久性は高いことを示している。本発明の光学薄膜の耐久性ΔTa/ΔTbは、好ましくは、0.3〜1、好ましくは、0.6〜1である。 Moreover, the optical thin film of the present invention has high durability. Here, the durability is defined by the ratio of ΔT before and after the treatment by exposing the optical thin film to an environment at a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90%, examining the transmittance difference ΔT between the state 1 and the state 2 before and after that. Specifically, the transmittance before processing is ΔTb, the transmittance after processing is ΔTa, and the larger ΔTa / ΔTb is, the higher the durability of the optical thin film in the present invention is. The durability ΔTa / ΔTb of the optical thin film of the present invention is preferably 0.3 to 1, and preferably 0.6 to 1.
なお、本発明において、初期の光未照射の状態或いは状態2にある光学薄膜に紫外線を照射する際の条件は、波長が300〜400nmのいずれか又は全域、強度は0.5mWcm−2以上、時間3分以上である。また状態1にある光学薄膜に可視光線を照射する際の条件は、波長が400〜800nmのいずれか又は全域、強度は10mWcm−2以上、時間3分以上である。ここで光の強度が強いほど、透過率はより短時間で上昇し、状態1から状態2に至る。例えば光の強度が50mWcm−2であれば、約30分後に状態1から状態2への変化が終了する。また光の強度が200mWcm−2程であれば約5分後に状態1から状態2への変化が終了する。 In the present invention, the conditions for irradiating the optical thin film in the initial unirradiated state or in the state 2 with ultraviolet rays are as follows: the wavelength is 300 to 400 nm or the entire region, the intensity is 0.5 mWcm −2 or more, The time is 3 minutes or more. Moreover, the conditions at the time of irradiating visible light to the optical thin film in the state 1 are that the wavelength is either 400 to 800 nm or the entire region, the intensity is 10 mWcm −2 or more, and the time is 3 minutes or more. Here, as the intensity of light increases, the transmittance increases in a shorter time, and the state 1 is changed to the state 2. For example, if the light intensity is 50 mWcm −2 , the change from the state 1 to the state 2 is completed after about 30 minutes. If the light intensity is about 200 mWcm −2 , the change from the state 1 to the state 2 is completed after about 5 minutes.
本発明における光学薄膜は状態1の段階で暴露する可視光線の波長を制御することにより、該可視光線照射後に透過率が上昇する波長を選択することが可能である。また、紫外光又は可視光を未照射の初期の段階或いは状態2の段階で暴露する紫外光の波長を制御することによって状態1における光学薄膜の透過スペクトルの形状を選択することが可能である。 In the optical thin film of the present invention, the wavelength at which the transmittance increases after irradiation with visible light can be selected by controlling the wavelength of visible light exposed at the stage of state 1. Further, it is possible to select the shape of the transmission spectrum of the optical thin film in the state 1 by controlling the wavelength of the ultraviolet light that is exposed in the initial stage where the ultraviolet light or visible light is not irradiated or in the state 2 stage.
本発明における光学薄膜は、表示材、遮光材等に用いることができる。
例えば状態1が波長400〜500nmにおける光線透過率が30%以下、状態2が上記波長における透過率が60%以上となる光学薄膜を透明基体上に形成する。次いで、平面状かつ波長400〜500nmの光を発する発光体を用意し、その発光体の前面に、透明基体上に形成された光学薄膜を設置し、表示素子とする。
The optical thin film in the present invention can be used for a display material, a light shielding material and the like.
For example, an optical thin film having a light transmittance of 30% or less at a wavelength of 400 to 500 nm in state 1 and a light transmittance of 60% or more in the state 2 is formed on a transparent substrate. Next, a planar light emitter that emits light having a wavelength of 400 to 500 nm is prepared, and an optical thin film formed on a transparent substrate is placed on the front surface of the light emitter to obtain a display element.
当該発光素子に、画像を形成する方法の例は以下の通りである。すなわち、上記光学薄膜面内に特定の形状を表示させる位置を決定し、公知のフォトマスクなどを利用してその表示させる部位に波長400〜500nmの光を含む可視光を照射した後に、背面の発光体を発光させる。ここで背面に位置する発光体の発光強度は高すぎると、先に可視光を照射しなかった部分の透過率をも高めてしまい、表示形状を損なってしまうことがある。通常は、好ましくは1〜30mWcm−2、より好ましくは1〜20mWcm−2、さらに好ましくは1〜15mWcm−2である。該表示素子は前述の通り、全面を紫外光に暴露し、状態1に戻すことが出来るので、繰り返し利用することができる。 An example of a method for forming an image on the light emitting element is as follows. That is, after determining the position where a specific shape is displayed in the optical thin film surface and irradiating visible light including light having a wavelength of 400 to 500 nm to a portion to be displayed using a known photomask or the like, Emits the illuminant. Here, if the light emission intensity of the light emitter located on the back surface is too high, the transmittance of the portion that has not been irradiated with visible light previously may be increased, and the display shape may be impaired. Usually, it is preferably 1 to 30 mWcm −2 , more preferably 1 to 20 mWcm −2 , and still more preferably 1 to 15 mWcm −2 . As described above, since the entire surface of the display element can be returned to the state 1 by being exposed to ultraviolet light, it can be used repeatedly.
また、本発明における光学薄膜は、遮光性能を制御することが可能な遮光材として利用できる。例えば、ショーケースの透明板部分に用いると、暗幕などを用いずとも公開、非公開状態を自在に作り出すことが出来る。すなわち内容物の公開時には該光学薄膜を状態2とし、非公開時には状態1とすれば良い。前述の通り、状態1と状態2は紫外線の照射或いは可視光線の照射により切り替えることができる。 Moreover, the optical thin film in the present invention can be used as a light shielding material capable of controlling the light shielding performance. For example, when it is used for a transparent plate portion of a showcase, it is possible to freely create an open / closed state without using a black curtain. That is, the optical thin film may be in state 2 when the contents are disclosed, and in state 1 when the contents are not disclosed. As described above, state 1 and state 2 can be switched by irradiation with ultraviolet rays or irradiation with visible light.
また、紫外線量を指標とし、自動的に透過率が変化させて利用することも可能である。例えば、建築物や乗り物の窓材或いはサングラスの光透過かつ遮光材としての利用が可能である。通常、外光が多く、まぶし過ぎるが故に一定の遮光が必要な状況において、外光は多くの紫外光を含む。本発明における光学薄膜を用いると、外光が多い状況下においては、外光を一定量遮断することができ、外光が少ない状況下においては多くの外光を取り入れることができる。 It is also possible to automatically change the transmittance by using the amount of ultraviolet rays as an index. For example, it can be used as a light-transmitting and light-shielding material for building or vehicle window materials or sunglasses. Usually, outside light contains a lot of ultraviolet light in a situation where there is a lot of outside light and a constant light shielding is necessary because it is too bright. When the optical thin film according to the present invention is used, a certain amount of external light can be blocked under a large amount of external light, and a large amount of external light can be taken under a low external light condition.
また本発明における光学薄膜はその色を利用した表示材として利用することも可能である。具体的には、
該光学薄膜を状態1にし、例えば青色光(波長450nm、幅10nm)を照射すると照射光の波長において透過率が上昇し、褐色である光学薄膜が青色に変化する。また緑色光(波長550nm、幅10nm)或いは赤色光(波長650nm、幅10nm)の光を照射するとそれぞれの波長において透過率が上昇し、褐色の膜が緑色或いは赤色に変化する。
The optical thin film in the present invention can also be used as a display material using the color. In particular,
When the optical thin film is in the state 1 and irradiated with, for example, blue light (wavelength 450 nm,
この現象を利用して、適当な波長の光を該光学薄膜に照射することにより、特定の形状を多色で描くことが可能である。 Using this phenomenon, a specific shape can be drawn in multiple colors by irradiating the optical thin film with light of an appropriate wavelength.
また、必要に応じて紫外線を照射し、上記で描いた形状を消去することが可能であり、さらに適当な波長の光を照射することにより、繰り返し特定の形状を描き出すことが可能である。 Moreover, it is possible to erase the shape drawn above by irradiating with ultraviolet rays as necessary, and it is possible to repeatedly draw a specific shape by irradiating light of an appropriate wavelength.
本発明における光学薄膜を利用して得られる表示素子は、書き換えが可能であるが故に最近急速に開発が進んでいる電子ペーパー向けの表示材として期待できる。 Since the display element obtained by using the optical thin film according to the present invention can be rewritten, it can be expected as a display material for electronic paper which has been rapidly developed recently.
本発明における光学薄膜の組成は従来から公知の手段を用いて分析することができる。表面の原子組成は、オージェ電子分光法(AES)、蛍光X線法(XRF)、X線マイクロアナライシス法(XMA)、荷電粒子励起X線分析法(RBS)、X線光電子分光法(XPS)、真空紫外光電子分光法(UPS)、赤外吸収分光法(IR)、ラマン分光法、2次イオン質量分析法(SIMS)、低エネルギーイオン散乱分光法(ISS)、等により測定できる。また、光学薄膜中の原子組成及び膜厚は、X線光電子分光法(XPS)やオージェ電子分光法(AES)や2次イオン質量分析法(SIMS)を深さ方向に実施することにより調べることができる。また光学薄膜の構成及び各層の状態、特に銀を主成分とする粒子の直径及び存在割合、粒子同士の最接近距離及び存在割合は、断面の光学顕微鏡測定、走査型電子顕微鏡測定(SEM)、透過型電子顕微鏡測定(TEM)を用いて調べることができる。 The composition of the optical thin film in the present invention can be analyzed using a conventionally known means. The atomic composition of the surface is Auger electron spectroscopy (AES), X-ray fluorescence (XRF), X-ray microanalysis (XMA), charged particle excitation X-ray analysis (RBS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) ), Vacuum ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS), infrared absorption spectroscopy (IR), Raman spectroscopy, secondary ion mass spectrometry (SIMS), low energy ion scattering spectroscopy (ISS), and the like. In addition, the atomic composition and film thickness in the optical thin film should be examined by performing X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Auger electron spectroscopy (AES), and secondary ion mass spectrometry (SIMS) in the depth direction. Can do. In addition, the configuration of the optical thin film and the state of each layer, in particular, the diameter and existence ratio of particles mainly composed of silver, the closest approach distance and the existence ratio of the particles are the optical microscope measurement of the cross section, the scanning electron microscope measurement (SEM), It can be examined using transmission electron microscopy (TEM).
(実施例1)
透明なポリエチレンテレフタレートフィルム(帝人デュポン社製、銘柄名 OGX寸法50×50mm、厚さ75μm)の一方の主面に酸化チタン分散液(石原産業製、銘柄名STS−01)をスピンコートし、60℃で30分間乾燥し、厚さ1μmの酸化チタン膜を得る。該酸化チタン膜はベース層に相当する。この酸化チタン膜の波長550nmにおける透過率及びヘイズ値は、厚み200nmの場合にそれぞれ、70%、3%である。
続いて、直流マグネトロンスパッタリング法を用いて、酸化チタン膜上にAgを主成分とする粒子を形成する。ターゲットは純Ag(純度99.99%)、スパッタリングガスはアルゴン、圧力は0.5Pa、投入電力は100w、形成時間は0.25秒とする。以上により、光学薄膜を得る。
上記で得た光学薄膜内の銀を主成分とする粒子の直径及び存在割合、粒子同士の最近接距離及び存在割合をTEM分析を実施して求める。
(Example 1)
One surface of a transparent polyethylene terephthalate film (manufactured by Teijin DuPont, brand
Subsequently, particles containing Ag as a main component are formed on the titanium oxide film by using a direct current magnetron sputtering method. The target is pure Ag (purity 99.99%), the sputtering gas is argon, the pressure is 0.5 Pa, the input power is 100 w, and the formation time is 0.25 seconds. Thus, an optical thin film is obtained.
The diameter and the existence ratio of particles mainly composed of silver in the optical thin film obtained above, and the closest distance and the existence ratio of the particles are determined by performing TEM analysis.
続いて水銀ランプを用いて紫外線を10分間照射した。照射した紫外線の波長は300〜400nm、強度1mWcm−2であった。波長450nm、550nm、650nmの光の透過率を測定する。
その後、キセノンランプを用いて可視光線を1時間照射する。可視光線の照射にあたっては、バンドバスフィルターを利用し、波長は400〜800nmの光のみを照射する。照射強度は50mWcm−2とする。波長450nm、550nm、650nmの光の透過率を測定し、可視光線照射前後における透過率の変化量を求める。
Subsequently, ultraviolet rays were irradiated for 10 minutes using a mercury lamp. The wavelength of the irradiated ultraviolet rays was 300 to 400 nm, and the intensity was 1 mWcm −2 . The transmittance of light having wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm is measured.
Thereafter, visible light is irradiated for 1 hour using a xenon lamp. In the visible light irradiation, a band-pass filter is used, and only light having a wavelength of 400 to 800 nm is irradiated. The irradiation intensity is 50 mWcm −2 . The transmittance of light having wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm is measured, and the amount of change in transmittance before and after irradiation with visible light is obtained.
(実施例2)
Agを主成分とする粒子を形成する際の形成時間を0.5秒とすること以外は実施例1と同様に実施した。
(Example 2)
This was carried out in the same manner as in Example 1 except that the formation time for forming particles mainly composed of Ag was 0.5 seconds.
(実施例3)
Agを主成分とする粒子を形成する際の形成時間を0.75秒とすること以外は実施例1と同様に実施した。
(Example 3)
The same operation as in Example 1 was performed except that the formation time for forming particles containing Ag as a main component was 0.75 seconds.
(実施例4)
Agを主成分とする粒子を形成する際に形成時間を1秒とすること以外は実施例1と同様に実施した。
Example 4
It was carried out in the same manner as in Example 1 except that the formation time was set to 1 second when forming the particles mainly composed of Ag.
(実施例5)
Agを主成分とする粒子を形成する際に形成時間を1.25秒とすること以外は実施例1と同様に実施した。
(Example 5)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the formation time was set to 1.25 seconds when forming particles containing Ag as a main component.
(実施例6)
Agを主成分とする粒子を形成する際に形成時間を1.5秒とすること以外は実施例1と同様に実施した。。
(Example 6)
It was carried out in the same manner as in Example 1 except that the formation time was set to 1.5 seconds when forming particles containing Ag as a main component. .
(実施例7)
Agを主成分とする粒子を形成する際に形成時間を1.75秒とすること以外は実施例1と同様に実施した。
(Example 7)
It was carried out in the same manner as in Example 1 except that the formation time was set to 1.75 seconds when forming particles containing Ag as a main component.
(実施例8)
以下の事項を除いて、実施例4と同様に実施する。
酸化チタン膜からなるベース層を作製する際に、透明なポリエチレンテレフタレートフィルム(帝人デュポン社製、銘柄名 OGX寸法50×50mm、厚さ75μm)の一方の主面に高周波スパッタリング法を用いて酸化チタン膜を形成した。
ターゲットは二酸化チタン(純度99.99%)、スパッタリングガスはアルゴン酸素混合ガス[分圧比 アルゴン/酸素=0.5]、圧力は0.5Pa、投入電力は500w、厚み約200nmとなるように制御した。
成膜の際に基体へ斜め方向から入射する粒子の数を低減することを目的として、ターゲットの周囲に高さ50mmの遮蔽板を設置する。
(Example 8)
The same operation as in Example 4 is performed except for the following items.
When producing a base layer composed of a titanium oxide film, a titanium oxide film is formed on one main surface of a transparent polyethylene terephthalate film (manufactured by Teijin DuPont, brand name:
The target is titanium dioxide (purity 99.99%), the sputtering gas is an argon-oxygen mixed gas [partial pressure ratio argon / oxygen = 0.5], the pressure is 0.5 Pa, the input power is 500 w, and the thickness is controlled to be about 200 nm. did.
A shielding plate having a height of 50 mm is installed around the target for the purpose of reducing the number of particles incident on the substrate from an oblique direction during film formation.
なお、ベース層の結晶性をXRD法(θ―2θ法)を用いて調べることにより、X線回折パターンとして、2θ=24〜28°の位置にピークを有することが確認できる。 By examining the crystallinity of the base layer using the XRD method (θ-2θ method), it can be confirmed that the X-ray diffraction pattern has a peak at a position of 2θ = 24 to 28 °.
(比較例1)
Agを主成分とする粒子を形成する際に形成時間を2秒とすること以外は実施例1と同様に実施する。
(Comparative Example 1)
The same procedure as in Example 1 is performed except that the formation time is set to 2 seconds when forming particles containing Ag as a main component.
(比較例2)
Agを主成分とする粒子を形成する際に、酸化チタン層を形成したガラス基板を、濃度1mol/lの硝酸銀水溶液に0.5分間浸漬し、その後純水で硝酸銀水溶液を流した後に温度60℃で30分間乾燥すること以外は実施例1と同様に実施する。
(Comparative Example 2)
When forming particles containing Ag as a main component, the glass substrate on which the titanium oxide layer is formed is immersed in an aqueous silver nitrate solution having a concentration of 1 mol / l for 0.5 minutes, and then the aqueous silver nitrate solution is poured in pure water, and then the temperature is 60. The same procedure as in Example 1 is performed except that drying is performed at 30 ° C. for 30 minutes.
(比較例3)
酸化チタン層を形成したガラス基板を、濃度1mol/lの硝酸銀水溶液に3分間浸漬すること以外は比較例2と同様に実施する。
(Comparative Example 3)
The same procedure as in Comparative Example 2 is performed except that the glass substrate on which the titanium oxide layer is formed is immersed in an aqueous silver nitrate solution having a concentration of 1 mol / l for 3 minutes.
(比較例4)
酸化チタン層を形成したガラス基板を、濃度1mol/lの硝酸銀水溶液に5分間浸漬すること以外は比較例2と同様に実施する。
(Comparative Example 4)
The same procedure as in Comparative Example 2 is performed except that the glass substrate on which the titanium oxide layer is formed is immersed in an aqueous silver nitrate solution having a concentration of 1 mol / l for 5 minutes.
実施例1〜8及び比較例1〜4の結果を表1に示した。全ての実施例において、紫外線照射後の透過率と可視光線照射後の透過率との差がいずれの波長においても10%以上であり、実用的なレベルにある。 The results of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in Table 1. In all the examples, the difference between the transmittance after ultraviolet irradiation and the transmittance after visible light irradiation is 10% or more at any wavelength, which is at a practical level.
(実施例9)
以下の事項を除いて、実施例4と同様に実施した。
Agを主成分とする粒子を形成した後にその上に、高周波マグネトロンスパッタリング方を用いてTiO2を形成した。ターゲットは二酸化チタン(純度99.99%)、スパッタリングガスはアルゴン酸素混合ガス[分圧比 アルゴン/酸素=0.5]、圧力は0.5Pa、投入電力は500w、厚みが約200nmとなるように制御した。
成膜の際に基体へ斜め方向から入射する粒子の数を低減することを目的として、ターゲットの周囲に高さ50mmの遮蔽板を設置する。
Example 9
The same operation as in Example 4 was performed except for the following items.
After forming particles containing Ag as a main component, TiO 2 was formed thereon using a high-frequency magnetron sputtering method. The target is titanium dioxide (purity 99.99%), the sputtering gas is argon-oxygen mixed gas [partial pressure ratio argon / oxygen = 0.5], the pressure is 0.5 Pa, the input power is 500 w, and the thickness is about 200 nm. Controlled.
A shielding plate having a height of 50 mm is installed around the target for the purpose of reducing the number of particles incident on the substrate from an oblique direction during film formation.
なお、ベース層の結晶性をXRD法(θ―2θ法)を用いて調べることにより、X線回折パターンとして、2θ=24〜28°の位置にピークを有することが確認できる。またここで作製するベース層の波長550nmにおける透過率及びヘイズ値は厚さ200nmの場合にそれぞれ90%及び0.1%である。 By examining the crystallinity of the base layer using the XRD method (θ-2θ method), it can be confirmed that the X-ray diffraction pattern has a peak at a position of 2θ = 24 to 28 °. The transmittance and haze value of the base layer produced here at a wavelength of 550 nm are 90% and 0.1%, respectively, when the thickness is 200 nm.
作製した光学薄膜を温度60℃、湿度90%の条件下に24時間おいた後、水銀ランプを用いて紫外線を10分間照射した。照射した紫外線の波長は300〜400nm、強度1mWcm−2とする。波長450nm光の透過率を測定する。
その後、キセノンランプを用いて可視光線を1時間照射する。可視光線の照射にあたっては、バンドバスフィルターを利用し、波長は400〜800nmの光のみを照射する。照射強度は50mWcm−2とする。波長450nmの光の透過率を測定し、可視光線照射前後における透過率の変化量を求める。
(比較例5)
比較例3と同様に光学薄膜を用意し、実施例9と同様に温度60℃、湿度90%の環境に24時間おいた後、紫外線照射後の透過率及び可視光線照射後の透過率を測定し、その変化量を調べた。
(実施例10)
実施例4と同様に光学薄膜を用意し、実施例9と同様に温度60℃、湿度90%の環境に24時間おいた後、紫外線照射後の透過率及び可視光線照射後の透過率を測定し、その変化量を調べた。
The produced optical thin film was placed under conditions of a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90% for 24 hours, and then irradiated with ultraviolet rays for 10 minutes using a mercury lamp. The wavelength of the irradiated ultraviolet light is 300 to 400 nm, and the intensity is 1 mWcm −2 . The transmittance of light having a wavelength of 450 nm is measured.
Thereafter, visible light is irradiated for 1 hour using a xenon lamp. In the visible light irradiation, a band-pass filter is used, and only light having a wavelength of 400 to 800 nm is irradiated. The irradiation intensity is 50 mWcm −2 . The transmittance of light having a wavelength of 450 nm is measured, and the amount of change in transmittance before and after irradiation with visible light is obtained.
(Comparative Example 5)
An optical thin film was prepared in the same manner as in Comparative Example 3, and after 24 hours in an environment at a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90% as in Example 9, the transmittance after irradiation with ultraviolet rays and the transmittance after irradiation with visible light were measured. Then, the amount of change was examined.
(Example 10)
An optical thin film was prepared in the same manner as in Example 4, and after 24 hours in an environment at a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90% as in Example 9, the transmittance after ultraviolet irradiation and the transmittance after irradiation with visible light were measured. Then, the amount of change was examined.
以上の結果を表2に示した。実施例9の場合のようにAgを主成分とする粒子上に酸化チタン層が形成されている場合、高い耐久性を示すことがわかる。 The above results are shown in Table 2. It can be seen that when the titanium oxide layer is formed on particles containing Ag as a main component as in Example 9, high durability is exhibited.
10 基体
20 ベース層
30 Agを主成分とする粒子
40 ベース層20およびAgを主成分とする粒子30とからなる光学薄膜
50 保護層
60 中間層
DESCRIPTION OF
Claims (8)
(I)前記の銀を主成分とする粒子を含み、
(II)直径0.5nm〜1mmの銀を主成分とする粒子(Ag-1)の数に対する直径が0.5〜50nmの銀を主成分とする粒子(Ag-2)の数の割合が50〜100%であり、
(III)直径0.5nm〜1mmの銀を主成分とする粒子同士の最近接距離が3〜100nmである銀粒子(Ag-3)数が、銀粒子(Ag-1)数の50〜100%であり、
(IV)前記粒子(Ag-2)の粒子数密度が、5x102〜2x105個/μm2
であることを特徴とする光学薄膜。 A thin film containing silver and one or more elements selected from titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, silicon, germanium, phosphorus, and oxygen,
(I) containing particles containing silver as a main component,
(II) The ratio of the number of particles (Ag-2) containing silver having a diameter of 0.5 to 50 nm as a main component to the number of particles (Ag-1) containing silver having a diameter of 0.5 nm to 1 mm as a main component is 50-100%,
(III) The number of silver particles (Ag-3) having a closest distance of 3 to 100 nm between particles mainly composed of silver having a diameter of 0.5 nm to 1 mm is 50 to 100 of the number of silver particles (Ag-1). %
(IV) The particle number density of the particles (Ag-2) is 5 × 10 2 to 2 × 10 5 particles / μm 2.
An optical thin film characterized by
粒子(Ag-1)を形成する工程と、
チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブテン、タングステン、マンガン、シリコン、ゲルマニウム、リン、酸素から選ばれる元素によって構成される部位(ベース層)を形成する工程
によって形成される請求項1記載の光学薄膜。 Forming at least particles (Ag-1);
2. The step of forming a portion (base layer) composed of an element selected from titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, silicon, germanium, phosphorus, and oxygen. Optical thin film.
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