JP4867938B2 - 表示部材 - Google Patents
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Description
前記反射界面は、前記表示層と、当該表示層に接する状態に設けられた反射界面形成層とにより形成され、
前記球体の屈折率をna、前記マトリックスの屈折率をnb、前記反射界面形成層の屈折率をncとした場合に、下記関係式(1)および下記関係式(2)を共に満足することを特徴とする。
関係式(1):0.35<nc/na<1.00
関係式(2):0.35<nc/nb<1.00
前記反射界面は、反射界面形成上層と、当該反射界面形成上層に接する状態に設けられた反射界面形成下層とにより形成され、
前記マトリックスの屈折率をnb、前記反射界面形成上層の屈折率をnc1、前記反射界面形成下層の屈折率をnc2とした場合に、下記関係式(3)および下記関係式(4)を満足することを特徴とする。
関係式(3):nb≦nc1
関係式(4):0.35<nc2/nc1<1.00
一方、本発明の表示部材においては、前記特定の反射界面に入射された光がすべて界面反射光となる場合、すなわち表示部材に入射された光が全反射される場合は、観察者は構造色の発現を視認できなくなる。
そして、本発明の表示部材によれば、前記特定の反射界面の特性により前記界面反射光が制御されており、従って、構造色の発現を視認できる可視角度範囲が適宜に規定され、従って、観察角が大きい場合に構造色の発現が防止される角度依存性が実現され、その結果、高いセキュリティ性が得られる。
本発明の第1の実施の形態に係る表示部材は、図1に示されるように、構造色を発現する表示層10と、当該表示層10を透過する光を反射する、表示層10と当該表示層10に接する状態に設けられた反射界面形成層11とにより形成された反射界面S1とを有するものであって、表示層10を構成する球体12の屈折率をna、表示層10を構成するマトリックスMの屈折率をnb、反射界面形成層11の屈折率をncとした場合に、下記関係式(1)および下記関係式(2)を共に満足するものである。
関係式(1):0.35<nc/na<1.00
関係式(2):0.35<nc/nb<1.00
このような表示部材においては、反射界面S1において選択的に反射される界面反射光と、表示層10に係る表示層選択反射光との両者による光によって構造色が発現される。
そして、この表示部材においては、観察角が所期の大きさ以上であるときに反射界面S1において選択的に反射される界面反射光が反射界面S1に入射された光すべてとされ、すなわち反射界面S1において全反射され、その結果、当該表示部材に入射された光すべてが表示層10および反射界面S1のいずれかによって反射される、すなわち表示部材に入射された光が全反射されるため、前記所期の大きさ以上の観察角での構造色の発現が防止される。
具体的に例示すると、球体12を構成する材料の屈折率が1.56、マトリックスMを構成する材料の屈折率が1.41、反射界面形成層11を構成する材料の屈折率が1.34である場合、観察角は0〜52度とされる。
球体12の屈折率naと反射界面形成層11の屈折率ncとの比率(以下、「接触領域S1aにおける屈折率比」ともいう。)nc/naが0.35以下である場合、および/または、マトリックスMの屈折率nbと反射界面形成層11の屈折率ncとの比率(以下、「接触領域S1bにおける屈折率比」ともいう。)nc/nbが0.35以下である場合は、可視角度範囲が極めて小さくて実用上見づらいという不具合がある。一方、接触領域S1aにおける屈折率比nc/naが1.00以上である場合、および/または、接触領域S1bにおける屈折率比nc/nbが1.00以上である場合は、反射界面S1に入射された光が全て反射界面形成層11を透過して界面反射光を得ることができず、表示層選択反射光のみにより構造色が発現されることとなるため、構造色の発現が認識できない角度範囲が存在せず、得られる表示部材においてセキュリティ性を実現することができない。
表示部材の表示層10は、マトリックスM中に周期構造体16が形成されてなるものであり、表示層10においてこのような周期構造が形成されていることにより、可視域光の照射によって有彩色が視感される。
また例えば、図2に表示層10Aとして示されるように、マトリックスM中に例えば固体の粒子よりなる球体12同士が面方向に非接触状態で規則的に配されて形成される球体層15が、厚み方向においても球体12同士が非接触状態で規則的に配された構成を有していてもよい。
この球体層15は、光が入射する方向に対して一方向に規則的に球体12が配列された構成を有しており、特に、球体層15が最密充填構造を呈するよう球体12が配列された構成であることが好ましい。
この屈折率差が0.02未満である場合は、構造色が発色しにくくなり、この屈折率差が2.0より大きい場合は、光散乱が大きく生じることによって構造色が白濁化してしまう。
本発明の表示部材において得られる構造色は、反射界面S1において選択的に反射される界面反射光と、表示層10に係る表示層選択反射光との両者による波長の光によって発現される色である。
なお、下記式(1)および下記式(2)は近似式であり、実際上はこれらの計算値に完全には合致しない場合もある。
式(1):λ=2nD(cosθ)
この式(1)において、λは構造色のピーク波長、nは下記式(2)で表される表示層10の屈折率、Dは球体層15の層間隔、θは表示部材の垂線との観察角である。
式(2):n={na・c}+{nb・(1−c)}
この式(2)において、naは球体12の屈折率、nbはマトリックスMの屈折率、cは表示層10における球体12の体積率である。
ここに、構造色のピーク波長λは、ファイバーを用いて光源と観察角度との関係を確認できる「MCPD−3700」(大塚電子社製)を用いて測定されるものとすることができる。
そして、この構造色のピーク波長λから、上記式(1)を用いて層間隔Dを算出することができる。
球体層の厚みが0.1μm未満である場合は、得られる構造色の色が薄いものとなり、一方、球体層の厚みが100μmよりも大きい場合は、光散乱が大きく生じることによって構造色が白濁化してしまう。
周期数が1未満である場合は、表示層が構造色を発現するものとすることができない。
このような紫外域または赤外域にピーク波長を有する色の表示部材は、例えば、紫外線または赤外線を認識できる検出装置などに組み込んだ状態でセンサーとして使用することができる。
層間隔Dが上記の範囲にあることにより、得られる表示部材において発現する構造色が近紫外〜可視〜近赤外域にピーク波長を有する色となる。一方、層間隔Dが500nmよりも大きい場合は、得られる表示層が構造色を発現するものとならないおそれがある。
本発明において、球体とは、3次元において球体形状を有する物質のことであり、真球に限定されるものではなく、おおよそ球体形状を有すればよい。この物質は、マトリックスの屈折率と異なる屈折率を有していれば、固体、液体、気体のどの形態を有していてもよい。
表示層15を形成する球体12を形成すべき材料としては、マトリックスMを構成する材料および反射界面形成層11を構成する材料との関係において適宜に選択することができる。
具体的には、その屈折率naがマトリックスMの屈折率nbと異なるものであること、および反射界面形成層の屈折率ncとの関係において上記関係式(1)を満たすこと、並びにマトリックスMを構成する材料と非相溶性であることが必要とされる。
また、表示層10を構成する球体12は、マトリックスMを形成すべき材料との親和性の高い材料よりなることが好ましい。
具体的には例えば、スチレン、メチルスチレン、メトキシスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、クロルスチレンなどのスチレン系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸(イソ)プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸エチルヘキシルなどのアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステル系単量体;アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸などのカルボン酸単量体などの重合性単量体のうちの1種を重合した粒子、または2種以上を共重合した有機粒子を挙げることができる。
また、重合性単量体に架橋性単量体を加えて重合した有機粒子であってもよく、架橋性単量体としては、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレートなどを挙げることができる。
また例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化銅、硫酸バリウム、酸化第二鉄などの無機酸化物および複合酸化物などや、ガラス、セラミックスなどにより形成された無機粒子を挙げることができる。
また例えば、上記の有機粒子または無機粒子をコア粒子として、これの表面に当該コア粒子を構成する材料と異なる材料のシェル層が形成されてなるコア−シェル型粒子を挙げることができる。シェル層は、金属微粒子、チタニアなどよりなる金属酸化物微粒子、チタニアなどよりなる金属酸化物ナノシートなどを用いて形成することができる。
さらに例えば、上記のコア−シェル型粒子から、焼成、抽出などの方法によってコア粒子を除去することにより得られる中空型粒子を挙げることができる。
これらの粒子のうち、有機粒子が好適に用いられる。
球体12の平均粒径が上記の範囲にあることにより、その分散液を安定したコロイド溶液とすることができ、また、得られる表示部材において発現する構造色が近紫外〜可視〜近赤外域にピーク波長を有する色となる。
CV値が20より大きい場合は、マトリックス中において球体による球体層を規則的に配することができず、その結果、構造色を発現する表示部材を得られないおそれがある。
平均粒径は、走査型電子顕微鏡「JSM−7410」(日本電子社製)を用いて50,000倍の写真を2枚撮影し、この2枚の写真画像における球体100個ずつについて、それぞれ最大長を測定し、その個数平均値を算出することにより、得られるものである。ここに、「最大長」とは、球体の周上の任意の2点による2点間距離のうち、最大のものをいう。
なお、球体が凝集体として撮影される場合には、凝集体を形成する一次粒子(球体)の最大長を測定するものとする。
CV値は、個数基準の粒度分布における標準偏差および上記の平均粒径の値を用いて下記式(CV)より算出されるものである。
式(CV):CV値(%)=((標準偏差)/(平均粒径))×100
球体12の屈折率の具体的な例としては、例えばポリスチレンが1.59、ポリメタクリル酸メチルが1.49、ポリエステルが1.60、フッ素変性ポリメタクリル酸メチルが1.40、ポリスチレン・ブタジエン共重合が1.56、ポリアクリル酸メチルが1.48、ポリアクリル酸ブチルが1.47、シリカが1.45、酸化チタン(アナターゼ型)が2.52、酸化チタン(ルチル型)が2.76、酸化銅が2.71、酸化アルミニウムが1.76、硫酸バリウムが1.64、酸化第二鉄が3.08である。
単分散性の高い球体を得るために、球体が有機物による粒子である場合は、球体は、通常一般的に用いられるソープフリー乳化重合法、懸濁重合法、乳化重合法などの重合法によって得ることが好ましい。
表示層15を形成するマトリックスMを形成すべき材料としては、球体12を構成する材料および反射界面形成層11を構成する材料との関係において適宜に選択することができる。
具体的には、その屈折率nbが球体12の屈折率naと異なるものであること、および反射界面形成層の屈折率ncとの関係において上記関係式(2)を満たすこと、並びに球体12を構成する材料と非相溶性であることが必要とされる。
また、マトリックスMを形成すべき材料としては、球体12との親和性の高い材料よりなることが好ましい。
有機溶剤に可溶である樹脂としては、具体的には、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられ、水に可溶である樹脂としては、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニルなどが挙げられる。
マトリックスの屈折率の具体的な例としては、例えばゼラチン/アラビアゴムが1.53、ポリビニルアルコールが1.51、ポリアクリル酸ナトリウムが1.51、フッ素変性アクリル樹脂が1.34、N−イソプロピルアミドが1.51、発泡アクリル樹脂が1.43である。
このような表示層10は、例えば、球体12の水分散液を調製し、基板などの表面に塗布して自己配列させて周期構造体16を形成させた後乾燥させ、この周期構造体16に液体状に調製したマトリックスMを形成すべき溶液を塗布して球体12間に隙間なく充填させた後固形化させ、当該周期構造体16を基板から剥離する方法などによって製造することができる。
球体12の水分散液の塗布方法としては、スクリーン塗布法、ディップ塗布法、スピンコート塗布法、カーテン塗布法、LB(Langmuir−Blodgett)膜作成法などを利用することができる。
この表示部材を構成する反射界面形成層11を形成すべき材料としては、球体12を構成する材料およびマトリックスMを構成する材料との関係において適宜に選択することができる。
具体的には、その屈折率ncが球体12の屈折率naとの関係において上記関係式(1)を満たすこと、およびマトリックスMの屈折率nbとの関係において上記関係式(2)を満たすことが必要とされる。
また、セル、スペーサーなどを用いて気密空間を区画し、当該気密空間に空気、ヘリウムなどの気体を充填させてこれを反射界面形成層11として用いることもできる。
以上のような表示部材は、具体的には、例えば図1に示されるように、基板13上に反射界面形成層11および表示層10が積層されたシート状のものとして構成することができる。
また、表示層10を球体12の水分散液を用いて作製する場合は、基板13としては、表面の水に対する接触角はある程度低いものが好ましく、また、表面平滑性は高いものが好ましいことから、適宜の表面処理を行うことができる。また、ブラスト処理などを行って球体が付着し易い状態にして使用することもできる。
このような表示部材において、基板13、粘着層および表面被覆層は、用途などに応じて必要に応じて設けられるものであり、また、基板13の裏面、または反射界面形成層11の裏面に、ラベル用粘着層を設けた構成としてもよい。
表面被覆層を設ける場合は、当該表面被覆層として、透明性が高く、表示層10における構造色の発現を阻害しないポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などよりなるフィルム、UV硬化樹脂よりなるフィルムなどを用いることができる。
また、ラベルとして使用する場合は、ラベル用粘着層として、例えばアクリル系粘着剤、アクリル・オレフィン共重合粘着剤などの接着性の粘着材を用いることができる。
本発明の表示部材は、例えば、表示層10と反射界面形成層11とを接触した状態に積層させることにより、得ることができる。
一方、この表示部材においては、前記特定の反射界面S1に入射された光がすべて界面反射光となる場合、すなわち表示部材に入射された光が全反射される場合は、観察者は構造色の発現を視認できなくなる。
そして、この表示部材によれば、前記特定の反射界面S1の特性により前記界面反射光が制御されており、従って、構造色の発現を視認できる可視角度範囲が適宜に規定され、従って、観察角が大きい場合に構造色の発現が防止される角度依存性が実現され、その結果、高いセキュリティ性が得られる。
本発明の第2の実施の形態に係る表示部材は、第1の実施の形態における表示層10および反射界面形成層11の代わりに、表示層20並びに反射界面形成上層21および反射界面形成下層22を有してなることの他は同様の構成を有するものである。
具体的には、図3に示されるように、構造色を発現する表示層20と、当該表示層20を透過する光を反射する、反射界面形成上層21と当該反射界面形成上層21に接する状態に設けられた反射界面形成下層22とにより形成された反射界面S2とを有するものであって、マトリックスMの屈折率をnb、反射界面形成上層の屈折率をnc1、反射界面形成下層の屈折率をnc2とした場合に、下記関係式(3)および下記関係式(4)を共に満足するものである。
関係式(3):nb≦nc1
関係式(4):0.35<nc2/nc1<1.00
このような表示部材においては、反射界面S2において選択的に反射される界面反射光と、表示層20に係る表示層選択反射光との両者による光によって構造色が発現される。
そして、この表示部材においては、観察角が所期の大きさ以上であるときに反射界面S2において選択的に反射される界面反射光が反射界面S2に入射された光すべてとされ、すなわち反射界面S2において全反射され、その結果、当該表示部材に入射された光すべてが表示層20および反射界面S2のいずれかによって反射されるため、前記所期の大きさ以上の観察角での構造色の発現が防止される。
具体的に例示すると、マトリックスMを構成する材料の屈折率が1.51、反射界面形成上層21を構成する材料の屈折率が1.51、反射界面形成上層19を構成する材料の屈折率が1.34である場合、観察角は0〜38度とされる。
反射界面形成上層21の屈折率nc1と反射界面形成下層22の屈折率nc2との比率(以下、「反射界面S2における屈折率比」ともいう。)nc2/nc1が0.35以下である場合は、可視角度範囲が極めて小さくて実用上見づらいという不具合がある。一方、反射界面S2における屈折率比nc2/nc1が1.00以上である場合は、反射界面S2に入射された光が全て反射界面形成上層21および反射界面形成下層22を透過して界面反射光を得ることができず、構造色の発現に係る角度依存性を実現することができない。
表示層20は、球体12がこれを形成すべき材料として用途やマトリックスMを形成すべき材料との関係において適宜に選択され、マトリックスMがこれを形成すべき材料として用途や反射界面形成上層21を形成すべき材料との関係において適宜に選択されたものであることの他は第1の実施の形態と同様の構成のものとすることができ、同様の製造方法によって得ることができる。また、基板13は、第1の実施の形態と同様の構成のものとすることができる。
この表示部材を構成する反射界面形成上層21を形成すべき材料としては、光を透過する材料のうちから、マトリックスMを構成する材料および反射界面形成下層22を構成する材料との関係において適宜に選択することができる。
具体的には、その屈折率nc1がマトリックスMの屈折率nbとの関係において上記関係式(3)を満たすこと、および反射界面形成下層22の屈折率nc2との関係において上記関係式(4)を満たすことが必要とされる。
この表示部材を構成する反射界面形成下層22を形成すべき材料としては、反射界面形成上層21を構成する材料との関係において適宜に選択することができる。
具体的には、その屈折率nc2が反射界面形成上層21の屈折率nc1との関係において上記関係式(4)を満たすことが必要とされる。
また、セル、スペーサーなどを用いて気密空間を区画し、当該気密空間に空気、ヘリウムなどの気体を充填させてこれを反射界面形成層11として用いることもできる。
すなわち、以上のような表示部材においては、表示層20の上方から入射された光は、通常、表示層20において表示層選択反射光が選択的に反射されて構造色が発現されるところ、表示層20および反射界面形成上層21の下方に特定の反射界面S2が形成されているために、当該表示層20および反射界面形成上層21を透過した光のうち界面反射光が選択的に反射されてこの界面反射光が再び表示層20および反射界面形成上層21を透過し、従って、表示層選択反射光および界面反射光の両者による光によって構造色が発現される。
一方、この表示部材においては、前記特定の反射界面S2に入射された光がすべて界面反射光となる場合、すなわち表示部材に入射された光が全反射される場合は、観察者は構造色の発現を視認できなくなる。
そして、この表示部材によれば、前記特定の反射界面S2の特性により前記界面反射光が制御されており、従って、構造色の発現を視認できる可視角度範囲が適宜に規定され、従って、観察角が大きい場合に構造色の発現が防止される角度依存性が実現され、その結果、高いセキュリティ性が得られる。
スチレン(St)71質量部、n−ブチルアクリレート(BA)20質量部およびメタクリル酸(MAA)9質量部を80℃に加温して単量体混合液を調製した。一方、ドデシルスルホン酸ナトリウム0.4質量部をイオン交換水263質量部に溶解させた界面活性剤溶液を80℃に加熱し、この界面活性剤溶液と上記の単量体混合液とを混合した後、機械式分散機「クレアミックス(CLEARMIX)」(エム・テクニック社製)によって30分間分散処理を行うことにより、乳化分散液を調製した。
撹拌装置、加熱冷却装置、窒素導入装置、および原料・助剤仕込み装置を備えた反応容器に、上記の乳化分散液とドデシルスルホン酸ナトリウム0.09質量部をイオン交換水142質量部に溶解させた界面活性剤溶液を仕込み、窒素気流下200rpmの撹拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。この溶液に過硫酸カリウム1.4質量部、水54質量部を投入し、3時間重合処理を行うことによって微粒子の分散液を得、これを遠心分離機により大径粒子/小径粒子を分離し、単分散性の高い球体の分散液(以下、「球体分散液」という。)〔1〕を得た。この球体分散液〔1〕中の球体〔1〕は平均粒径が280nm、CV値が2.8、屈折率が1.56であった。
メタノール47.4質量部、純水12.6質量部、アンモニア3.0質量部よりなる混合溶液を調製し、これを、撹拌装置および原料・助剤仕込み装置を備えた反応容器に投入し、温度20℃で撹拌しながらシリコンメトキシド22.8質量部を滴下し、加水分解を行い、単分散性の高い球体〔2〕による球体分散液〔2〕を得た。この球体分散液〔2〕中の球体〔2〕は平均粒径が240nm、CV値が5.2、屈折率が1.45であった。
トルエン90質量部にポリメタクリル酸メチル(PMMA)10質量部、三酸化二鉄90質量部を機械式分散機「クレアミックス(CLEARMIX)」(エム・テクニック社製)によって30分間分散処理を行うことにより、PMMA/三酸化二鉄分散液を調製した。この液を、ドデシルスルホン酸ナトリウム0.4質量部をイオン交換水400質量部に溶解させた界面活性剤溶液と混合した後、機械式分散機「クレアミックス(CLEARMIX)」(エム・テクニック社製)によって30分間分散処理を行うことにより、乳化分散液を調製した。
この乳化分散液を60℃で加熱、減圧してトルエンを蒸発させ、PMMA樹脂中に三酸化二鉄を分散させた真球微粒子による分散液を得、この分散液を遠心分離機により大径粒子および小径粒子を分離し、単分散性の高い球体〔3〕による球体分散液〔3〕を得た。この球体分散液〔3〕中の球体〔3〕は平均粒径が150nm、CV値が8.4、屈折率が2.87であった。
チタンアルコキシド重合法によって合成した球状の酸化チタン(ルチル型、平均粒径:150nm、CV値:7.4、屈折率:2.76)20質量部をドデシルスルホン酸ナトリウム0.02質量部をイオン交換水100質量部に溶解させた界面活性剤溶液中に分散させることにより、球体〔4〕による球体分散液〔4〕を得た。
(表示部材の製造例1)
洗浄したガラス板に、球体分散液〔1〕をバーコート法によって塗布・乾燥させて厚み20μmの周期構造体を形成させた。次いで、シリコーンゲルを周期構造体の上から塗布し、球体間に塗布液を浸透させた後、60℃で1時間加熱して固形化して表示層〔1〕を形成させ、これをガラスから剥離した。シリコーンゲルによるマトリックスの屈折率を表1に示す。
一方、黒色のポリエチレンテレフタレート(PET)シートに、フッ素ゲルを塗布して100℃で30分間加熱して硬化させて厚み10μmのフッ素ゲル膜を形成させた。フッ素ゲル膜よりなる反射界面形成層の屈折率を表1に示す。
そして、フッ素ゲル膜上に、上記の表示層〔1〕を積層させることにより、シート状の表示部材〔1〕を得た。
この表示部材〔1〕は、当該表示部材〔1〕に垂直な正面方向(表示層の垂線との観察角θ=0度)から目視で観察したところ、赤色の構造色を呈するものであった。
この表示部材〔1〕について、観察角θを1度ずつ変化させて目視で観察したところ、観察角θ=0〜52度においては構造色の発現を観察することができ、観察角θ=53〜90度においては黒色しか観察することができなかった。この結果を表2に示す。
以上により、この表示部材〔1〕が観察角によっては構造色の発現が防止される角度依存性を有することが確認された。
(表示部材の製造例2)
黒色のポリエチレンテレフタレート(PET)シートに、フッ素樹脂を塗布した後、当該フッ素樹脂による塗膜上に洗浄したガラス板を積層させ、このガラス板上に、球体分散液〔2〕をバーコート法によって塗布・乾燥させて厚み20μmの周期構造体を形成させた。次いで、ポリビニルアルコール20質量%水溶液を周期構造体の上から塗布し、球体間に塗布液を浸透させた後、110℃で1時間加熱して固形化して表示層〔2〕を形成させ、さらに厚さ5μmの透明PETフィルムを接着させることにより、シート状の表示部材〔2〕を得た。ポリビニルアルコールによるマトリックスの屈折率を表1に示す。また、ガラス板よりなる反射界面形成用上層およびフッ素樹脂による塗膜よりなる反射界面形成用下層の屈折率を表1に示す。
この表示部材〔2〕は、当該表示部材〔2〕に垂直な正面方向(表示層の垂線との観察角θ=0度)から目視で観察したところ、黄色の構造色を呈するものであった。
この表示部材〔2〕について、観察角θを1度ずつ変化させて目視で観察したところ、観察角θ=0〜38度においては構造色の発現を観察することができ、観察角θ=39〜90度においては黒色しか観察することができなかった。この結果を表2に示す。
以上により、この表示部材〔2〕が観察角によっては構造色の発現が防止される角度依存性を有することが確認された。
(表示部材の製造例3)
黒色のポリエチレンテレフタレート(PET)シートに、単分散性の高い粒径2μmのPMMA粒子1質量%エタノール液を噴霧してPMMA粒子を付着させた後、洗浄した高屈折ガラス板を積層させてPETシートと高屈折ガラス板との間に空気層を形成し、高屈折ガラス板上に、球体分散液〔3〕をバーコート法によって塗布・乾燥させて厚み20μmの周期構造体を形成させた。次いで、酸化チタン(後記のポリエステルに対して20質量%)を含有するポリエステルの20質量%トルエン溶液を周期構造体の上から塗布し、球体間に塗布液を浸透させた後、60℃で1時間加熱してトルエンを除去することにより固形化して表示層〔3〕を形成させ、さらにこの表示層〔3〕上にUV硬化樹脂を塗布してUVランプを30秒間照射することにより保護層を形成して、これによりシート状の表示部材〔3〕を得た。酸化チタンを含有するポリエステルによるマトリックスの屈折率を表1に示す。また、高屈折ガラス板よりなる反射界面形成用上層および空気層よりなる反射界面形成用下層の屈折率を表1に示す。
この表示部材〔3〕は、当該表示部材〔3〕に垂直な正面方向(表示層の垂線との観察角θ=0度)から目視で観察したところ、赤色の構造色を呈するものであった。
この表示部材〔3〕について、観察角θを1度ずつ変化させて目視で観察したところ、観察角θ=0〜21度においては構造色の発現を観察することができ、観察角θ=22〜90度においては黒色しか観察することができなかった。この結果を表2に示す。
以上により、この表示部材〔3〕が観察角によっては構造色の発現が防止される角度依存性を有することが確認された。
(表示部材の製造例4)
黒色のポリエチレンテレフタレート(PET)シートに、フッ素樹脂を塗布して100℃で30分間加熱して固形化させてフッ素樹脂膜を形成した後、当該フッ素樹脂膜上にFe3 O2 (後記のPMMAに対して1000質量%)を含有するPMMAの5.5質量%トルエン溶液を塗布・乾燥させて厚み5μmのFe3 O2 /PMMA層を形成させた。その後、このFe3 O2 /PMMA層上に、球体分散液〔4〕をバーコート法によって塗布・乾燥させて厚み20μmの周期構造体を形成させた。次いで、ポリエステル樹脂粉末を周期構造体の上から塗布し、100℃で30分間加熱して球体間に浸透させて固形化して表示層〔4〕を形成させ、さらに、厚み5μmの透明PETフィルムを接着させることによりシート状の表示部材〔4〕を得た。ポリエステル樹脂粉末によるマトリックスの屈折率を表1に示す。また、Fe3 O2 /PMMA層よりなる反射界面形成用上層およびフッ素樹脂膜よりなる反射界面形成用下層の屈折率を表1に示す。
この表示部材〔4〕は、当該表示部材〔4〕に垂直な正面方向(表示層の垂線との観察角θ=0度)から目視で観察したところ、黄色の構造色を呈するものであった。
この表示部材〔4〕について、観察角θを1度ずつ変化させて目視で観察したところ、観察角θ=0〜26度においては構造色の発現を観察することができ、観察角θ=27〜90度においては黒色しか観察することができなかった。この結果を表2に示す。
以上により、この表示部材〔4〕が観察角によっては構造色の発現が防止される角度依存性を有することが確認された。
(表示部材の製造例5)
表示部材の製造例1において、フッ素ゲル膜(反射界面形成層)を設けなかったことの他は同様にして、シート状の表示部材〔5〕を得た。
この表示部材〔5〕は、当該表示部材〔5〕に垂直な正面方向(表示層の垂線との観察角θ=0度)から目視で観察したところ、赤色の構造色を呈するものであった。
この表示部材〔5〕について、観察角θを1度ずつ変化させて目視で観察したところ、観察角θ=0〜90度において構造色の発現が観察された。この結果を表2に示す。
以上により、この表示部材〔5〕が観察角によらず構造色の発現が得られてしまうことが確認された。
(表示部材の製造例6)
表示部材の製造例2において、フッ素樹脂による塗膜よりなる反射界面形成用下層を形成させなかったことの他は同様にして、シート状の表示部材〔6〕を得た。
この表示部材〔6〕は、当該表示部材〔6〕に垂直な正面方向(表示層の垂線との観察角θ=0度)から目視で観察したところ、黄色の構造色を呈するものであった。
この表示部材〔6〕について、観察角θを1度ずつ変化させて目視で観察したところ、観察角θ=0〜90度において構造色の発現が観察された。この結果を表2に示す。
以上により、この表示部材〔6〕が観察角によらず構造色の発現が得られてしまうことが確認された。
(表示部材の製造例7)
表示部材の製造例1において、フッ素ゲルの代わりにポリエステル樹脂を用いたことの他は同様にして、シート状の表示部材〔7〕を得た。
この表示部材〔7〕は、当該表示部材〔7〕に垂直な正面方向(表示層の垂線との観察角θ=0度)から目視で観察したところ、緑色の構造色を呈するものであった。
この表示部材〔7〕について、観察角θを1度ずつ変化させて目視で観察したところ、観察角θ=0〜90度において構造色の発現が観察された。この結果を表2に示す。
以上により、この表示部材〔7〕が観察角によらず構造色の発現が得られてしまうことが確認された。
(表示部材の製造例8)
表示部材の製造例3において、高屈折ガラス板の代わりにセレン化砒素を含有するPMMA板を用いたことの他は同様にして、シート状の表示部材〔8〕を得た。
この表示部材〔8〕は、当該表示部材〔8〕に垂直な正面方向(表示層の垂線との観察角θ=0度)から目視で観察したところ、赤色の構造色を呈するものであった。
この表示部材〔8〕について、観察角θを1度ずつ変化させて目視で観察したところ、観察角θ=0〜16度においてのみ構造色を観察することができ、観察角θ=17〜90度においては黒色しか観察することができなかった。この結果を表2に示す。
以上により、この表示部材〔8〕が構造色を観察できる可視角度範囲が極めて小さいものであることが確認された。
11 反射界面形成層
12 球体
13 基板
15 球体層
16 周期構造体
20 表示層
21 反射界面形成上層
22 反射界面形成下層
D 層間隔
M マトリックス
S1,S2 反射界面
S1a,S1b 接触領域
Claims (2)
- 球体およびマトリックスよりなり、構造色を発現する表示層と、当該表示層を透過する光を反射する反射界面とを有する表示部材であって、
前記反射界面は、前記表示層と、当該表示層に接する状態に設けられた反射界面形成層とにより形成され、
前記球体の屈折率をna、前記マトリックスの屈折率をnb、前記反射界面形成層の屈折率をncとした場合に、下記関係式(1)および下記関係式(2)を共に満足することを特徴とする表示部材。
関係式(1):0.35<nc/na<1.00
関係式(2):0.35<nc/nb<1.00 - 球体およびマトリックスよりなり、構造色を発現する表示層と、当該表示層を透過する光を反射する反射界面とを有する表示部材であって、
前記反射界面は、反射界面形成上層と、当該反射界面形成上層に接する状態に設けられた反射界面形成下層とにより形成され、
前記マトリックスの屈折率をnb、前記反射界面形成上層の屈折率をnc1、前記反射界面形成下層の屈折率をnc2とした場合に、下記関係式(3)および下記関係式(4)を満足することを特徴とする表示部材。
関係式(3):nb≦nc1
関係式(4):0.35<nc2/nc1<1.00
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