JP6032675B2 - Light diffusion variable device capable of reversibly changing light diffusion state - Google Patents
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本発明は光拡散状態を可逆的に変更可能な可視光拡散制御技術に関する。より具体的には、光拡散積層体を具備し光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置、および、該光拡散可変装置を用いるセンサーに関する。 The present invention relates to a visible light diffusion control technique capable of reversibly changing a light diffusion state. More specifically, the present invention relates to a light diffusion variable device that includes a light diffusion laminate and can reversibly change a light diffusion state, and a sensor that uses the light diffusion variable device.
光拡散機能は、点光源からの透過光強度の角度分布の一様化のための光学素子である光拡散板や、透過像の非結像化による、プライバシー保守のための型板ガラスや曇りガラスなどにおいて重要となっている。その光拡散板に必要とされる事項として、光散乱を起こす構造界面の存在があり、例えば、表面に施された微細構造のサイズや形状や、内部に埋め込まれた屈折率の異なる微粒子や、液晶セルを利用した場合にはその液晶状態などが重要である。 The light diffusing function is a light diffusing plate, which is an optical element for uniforming the angular distribution of transmitted light intensity from a point light source, and template glass and frosted glass for privacy maintenance by non-imaging transmission images. It is important in such. As a matter required for the light diffusing plate, there is a structure interface that causes light scattering, for example, the size and shape of a fine structure applied to the surface, fine particles embedded in the inside with different refractive indexes, When a liquid crystal cell is used, its liquid crystal state is important.
上記の光拡散板において重要な散乱界面構造は一般的に固定されており、その結果として、一つの拡散板においてその拡散状態(拡散角、その異方性など)は固定されている。そのため、拡散状態を変化させたい場合には、複数の拡散板を予め準備しておき、拡散板を取り換えるなどの作業が必要となる。散乱界面構造自体は、通常は硬いガラスなどから構成されているので、光拡散状態が可逆的に変化するように構造変化させることは、全く想定されてこなかった。
一方、液晶を利用した光拡散技術においては、電圧の印加によってその拡散状態を変化させることができるが、電圧の印加が必須であり、また液体である液晶を封止したセル構造と電極構造などが必要となり、その作製や制御は固定拡散板の場合に比較すれば手間がかかる。
In the above light diffusion plate, the important scattering interface structure is generally fixed, and as a result, the diffusion state (diffusion angle, its anisotropy, etc.) is fixed in one diffusion plate. For this reason, when it is desired to change the diffusion state, it is necessary to prepare a plurality of diffusion plates in advance and replace the diffusion plates. Since the scattering interface structure itself is usually made of hard glass or the like, it has never been assumed to change the structure so that the light diffusion state reversibly changes.
On the other hand, in the light diffusion technology using liquid crystal, the diffusion state can be changed by applying a voltage, but the application of voltage is indispensable, and the cell structure and electrode structure in which liquid crystal which is liquid is sealed Therefore, the production and control thereof are time-consuming as compared with the case of a fixed diffusion plate.
また、光拡散技術に関しては、柔軟性を有する基板上に設けられた薄膜層からなる積層体の表面座屈に基づいて自発的に形成されるサイン波状の微細表面凹凸構造からなる光拡散体等の光学体は公知である。
例えば、特許文献１には、所定のガラス転移温度の一軸方向熱収縮性フィルムの片面に表面が平滑で厚さが0.05〜5.0μmである特定ガラス転移温度の樹脂製の硬質層を設けて積層シートを形成し、該積層シートを加熱して一軸方向加熱収縮性フィルムを収縮させることにより硬質層を折り畳むように変形させて製造された、凹凸パターンの最頻ピッチが1〜20μmで凹凸パターンの底部の平均深さが前記最頻ピッチの10%以上である凹凸パターンシートからなる光拡散体が記載されている。
As for the light diffusion technology, a light diffuser composed of a sine wave-like fine surface uneven structure formed spontaneously based on the surface buckling of a laminate composed of a thin film layer provided on a flexible substrate, etc. These optical bodies are known.
For example, in Patent Document 1, a hard layer made of a resin having a specific glass transition temperature having a smooth surface and a thickness of 0.05 to 5.0 μm is provided on one surface of a uniaxial heat-shrinkable film having a predetermined glass transition temperature. A sheet is formed, and the laminated sheet is heated to shrink the uniaxial heat-shrinkable film so that the hard layer is folded so as to be folded. There is described a light diffusing body comprising a concavo-convex pattern sheet having an average bottom depth of 10% or more of the most frequent pitch.
特許文献２には、加熱収縮性フィルムの片面または両面に、硬質層が、少なくとも１層積層された積層シートの状態で、該積層シートの少なくとも一方向に張力を作用させて、加熱収縮させることにより、前記積層シートの少なくとも硬質層を蛇行変形させて製造された、凹凸パターンの平均ピッチが50nm〜100μm、凹凸パターンの底部の平均深さが前記平均ピッチの10%以上である、反射防止体、位相差板、光拡散板等の光学素子として利用可能な凹凸パターン形成シートが記載されている。
In
非特許文献１には、ポリジメチルシロキサン製基材の表面にチタン又はクロムの中間層を介して加熱下で50nm厚の金を電子ビーム蒸着し、その後の冷却により金層を凹凸に変形させて製造された、波長が20〜50μmである微細表面凹凸構造を回折格子や光学センサー等の光学デバイスとして用いることが記載されている。
In
特許文献１、２や非特許文献１には、上述のように、柔軟性を有する基板上に設けられた薄膜層からなる積層体の表面座屈に基づいて自発的に形成されるサイン波状の微細表面凹凸構造を光学用途に用いることが記載されているが、それらの微細表面凹凸構造を用い、光拡散性を可逆的に変更可能なものとすることは全く記載されていない。また、それらの微細表面凹凸構造は、数字上大きな凹凸空間周期について記載されているものの、実施例で裏付けをもって示されたものの凹凸空間周期は実質上10μm程度以下であり、本発明者が検討した結果では、その程度の凹凸空間周期では、有効な光拡散性やその可逆性を有効に発揮させるには不充分なものであった。
In
本発明の課題は、簡易に、かつ、可逆的に光拡散状態を変更可能な光拡散可変装置を提供することにある。 The subject of this invention is providing the light-diffusion variable apparatus which can change a light-diffusion state easily and reversibly.
本発明者は、前記公知の微細表面凹凸構造において、表面方向ひずみ印加によって、その凹凸構造を任意に変化させようとしたが、凹凸空間周期がサブmmよりかなり小さい場合、光の波動性に基づいた回折と干渉が起こり、拡散光が離散的になることや、より薄い表面材料の塑性変形等の問題により、光拡散性やその可逆性は充分に発揮できないとの知見を得た。例えば、凹凸空間周期が15μmで、アスペクト比(溝深さ／凹凸空間周期)が0.1程度の積層体に、レーザー(波長633nm，1mW,ビーム径≒2mm)を基板側から入射し、薄膜層側から出射した透過光を積層体表面から50mm離れたスクリーンに当てた場合、スクリーンに結像した散乱光は、離散性をもった拡散光(点状の光が間隔をあけて直線上に並んだ不連続で強度が不均一な拡散光、すなわち、回折光)となってしまい、連続的な拡散光は得られなかった。
そこで、本発明者は、凹凸空間周期をサブmm以上に設定した場合について、光拡散性の可逆性を検討した。その検討過程において、表面方向ひずみ印加時に、表面側の薄膜層と柔軟基板の界面において剥離応力がかかり、特に凹凸空間周期がサブmm以上と大きい場合には、剥離が容易に発生するため、前記界面剥離強度を大幅に向上することが必要であることを知見した。
The present inventor tried to arbitrarily change the concavo-convex structure by applying a strain in the surface direction in the known fine surface concavo-convex structure, but when the concavo-convex spatial period is considerably smaller than sub mm, it is based on the wave nature of light. It was found that light diffusibility and its reversibility could not be fully demonstrated due to problems such as diffraction and interference that occurred and the diffused light becoming discrete and plastic deformation of thinner surface materials. For example, a laser (wavelength 633 nm, 1 mW, beam diameter ≈ 2 mm) is incident from the substrate side to a laminate with an irregular space period of 15 μm and an aspect ratio (groove depth / irregular space period) of about 0.1, and the thin film layer side When the transmitted light emitted from the screen is applied to a
Therefore, the present inventor examined the reversibility of the light diffusibility when the uneven space period was set to sub mm or more. In the examination process, when applying a strain in the surface direction, a peeling stress is applied at the interface between the thin film layer on the surface side and the flexible substrate, and particularly when the uneven space period is as large as sub-mm or more, peeling easily occurs. It has been found that it is necessary to greatly improve the interfacial peel strength.
本発明者は、さらなる研究過程で、前記界面剥離強度を大幅に向上する技術的手段についての知見を蓄積するとともに、形成される凹凸空間周期をサブmm以上とした場合には、意外にも、サブmm未満とした場合に比べてより連続的かつ均一な光拡散等の顕著な光拡散機能を有すること、そして、界面剥離強度の大幅な向上と相俟って、その顕著な光拡散機能の可逆的変更が可能であることを知見し本発明を完成するに至った。 In addition to accumulating knowledge about the technical means for greatly improving the interfacial peel strength in the further research process, the present inventors surprisingly, when the uneven space period to be formed is sub-mm or more, Compared with the case of less than sub mm, it has a remarkable light diffusion function such as more continuous and uniform light diffusion, and combined with a significant improvement in the interfacial peel strength, The present inventors have found that reversible changes are possible and have completed the present invention.
すなわち、本発明によれば、光拡散積層体と、光拡散積層体の表面方向ひずみを調整し、光拡散積層体に表面座屈凹凸構造を誘起し得るひずみ調整部とを具備する、光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置であって、前記表面座屈凹凸構造は、凹凸空間周期が0.1mm以上10mm以下であり、前記ひずみ調整部により調整される表面方向ひずみに応じて、そのアスペクト比(溝深さ／凹凸空間周期)が0〜0.3の範囲内で変化するものであることを特徴とする光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置が提供される。
本発明によれば、さらに、前記光拡散積層体が可視光透過性を有し、前記ひずみ調整部により光拡散積層体の表面方向ひずみを調整することによって、その透過光の拡散状態を制御できることを特徴とする光拡散積層体が提供される。
本発明によれば、さらに、前記表面薄膜層が可視光反射性を有する場合には、その凹凸構造とその変化によって、表面薄膜層からの反射光の拡散状態を制御できることを特徴とする光拡散積層体が提供される。
That is, according to the present invention, the light diffusion layer includes a light diffusion laminate, and a strain adjustment unit that adjusts the surface direction strain of the light diffusion laminate and can induce a surface buckling uneven structure in the light diffusion laminate. A variable light diffusion device capable of reversibly changing the state, wherein the surface buckling uneven structure has an uneven space period of 0.1 mm or more and 10 mm or less, according to the surface direction strain adjusted by the strain adjustment unit. Further, there is provided a variable light diffusion device capable of reversibly changing the light diffusion state, characterized in that the aspect ratio (groove depth / irregular space period) varies within a range of 0 to 0.3.
According to the present invention, the light diffusion laminate has visible light permeability, and the diffusion state of the transmitted light can be controlled by adjusting the strain in the surface direction of the light diffusion laminate by the strain adjusting unit. A light diffusion laminate is provided.
Further, according to the present invention, when the surface thin film layer has visible light reflectivity, the diffusion state of reflected light from the surface thin film layer can be controlled by the uneven structure and the change thereof. A laminate is provided.
すなわち、本発明は、次のような特徴を有するものである。
（１）光拡散積層体と、光拡散積層体の表面方向ひずみを調整し、光拡散積層体に表面座屈凹凸構造を誘起し得るひずみ調整部とを具備する、光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置であって、
前記光拡散積層体は、柔軟性を有する基板と、基板上に設けられた薄膜層とを備え、
基板の材料の弾性率は、0.1〜10MPaであり、
薄膜層の材料の弾性率は、0.1〜100GPaであり、
基板の材料の弾性率(Ea)と薄膜層の材料の弾性率(Eb)の比(Ea/Eb)は、10-5〜10-1であり、
薄膜層の厚みは、0.0001〜0.1mmであり、
基板の厚みは、0.3〜20mmであり、
前記表面座屈凹凸構造は、凹凸空間周期が0.1mm以上10mm以下であり、前記ひずみ調整部により調整される表面方向ひずみに応じて、そのアスペクト比(溝深さ／凹凸空間周期)が0〜0.3の範囲内で変化するものであることを特徴とする光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置。
（２）光拡散積層体の90度剥離試験における剥離強度が0.1N/mm以上であることを特徴とする(１)に記載の光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置。
（３）前記光拡散積層体は、基板を表面方向に延伸ひずみが0.02以上延伸した状態でその表層に薄膜層を設けた後、延伸状態を解除することによって作製されたものであることを特徴とする(１)又は(２)に記載の光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置。
（４）前記光拡散積層体が可視光透過性を有し、前記ひずみ調整部により光拡散積層体の表面方向ひずみを調整することによって、前記光拡散積層体を透過する光の拡散状態を変更することを特徴とする(１)〜(３)のいずれか１項に記載の光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置。
（５）光拡散積層体とそのひずみ調整部を複数組、可視光透過方向に直列に、かつ、光拡散積層体の凹凸構造方向を互いに交差させて配置したことを特徴とする(４)に記載の光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置。
（６）前記薄膜層が可視光反射性を有し、前記ひずみ調整部により光拡散積層体の表面方向ひずみを調整することによって、薄膜層から反射する光の拡散状態を変更することを特徴とする(１)〜(３)のいずれか１項に記載の光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置。
（７）基板がポリシロキサン系ポリマーからなり、薄膜層がイミド系樹脂又は塩化ビニリデン系樹脂からなることを特徴とする(１)〜(６)のいずれか１項に記載の光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置。
（８）基板と薄膜層とがアクリル変成シリコーン樹脂系弾性接着剤を介して接合されたものであることを特徴とする(１)〜(７)のいずれか１項に記載の光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置。
（９）基板と薄膜層とが物理的接着法により接合されたものであることを特徴とする(１)〜(７)のいずれか１項に記載の光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置。
（１０）前記ひずみ調整部は、前記光拡散積層体に対し表面方向の圧縮力及び／又は引張力を付加するものであることを特徴とする(１)〜(９)のいずれか１項に記載の光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置。
（１１）(１)〜(９)のいずれか１項に記載された光拡散可変装置と、光拡散積層体に光を入射乃至照射する光源とを備え、ひずみ調節部の変位乃至温度変化により表面座屈凹凸構造のアスペクト比が変化し、そのアスペクト比の変化により変更される光拡散状態によってひずみ調節部における変位乃至温度変化を検知するセンサー。
That is, the present invention has the following characteristics.
(1) Reversible light diffusion state comprising a light diffusion laminate and a strain adjustment section that adjusts the surface strain of the light diffusion laminate and induces a surface buckling uneven structure in the light diffusion laminate. A variable light diffusion variable device,
The light diffusion laminate includes a flexible substrate and a thin film layer provided on the substrate,
The elastic modulus of the material of the substrate is 0.1-10MPa,
The elastic modulus of the material of the thin film layer is 0.1-100GPa,
The ratio (Ea / Eb) of the elastic modulus (Ea) of the material of the substrate and the elastic modulus (Eb) of the material of the thin film layer is 10 −5 to 10 −1 ,
The thickness of the thin film layer is 0.0001 to 0.1 mm,
The thickness of the substrate is 0.3-20mm,
The surface buckling uneven structure has an uneven space period of 0.1 mm or more and 10 mm or less, and its aspect ratio (groove depth / uneven space period) is 0 to 0 depending on the surface direction strain adjusted by the strain adjusting unit. A variable light diffusion device capable of reversibly changing a light diffusion state, wherein the light diffusion state changes within a range of 0.3.
(2) The light diffusion variable device capable of reversibly changing the light diffusion state according to (1), wherein a peel strength in a 90-degree peel test of the light diffusion laminate is 0.1 N / mm or more.
(3) The light diffusing laminate is produced by releasing the stretched state after providing a thin film layer on the surface of the substrate in a state in which the stretching strain is stretched by 0.02 or more in the surface direction. A variable light diffusion device capable of reversibly changing the light diffusion state according to (1) or (2).
(4) The light diffusion laminate has visible light permeability, and the diffusion state of light transmitted through the light diffusion laminate is changed by adjusting the strain in the surface direction of the light diffusion laminate by the strain adjusting unit. The light diffusion variable device according to any one of (1) to (3), wherein the light diffusion state can be reversibly changed.
(5) (4) characterized in that a plurality of sets of light diffusing laminates and their strain adjustment portions are arranged in series in the visible light transmission direction and the concavo-convex structure directions of the light diffusing laminate are crossed with each other. A light diffusion variable device capable of reversibly changing the described light diffusion state.
(6) The thin film layer has visible light reflectivity, and a diffusion state of light reflected from the thin film layer is changed by adjusting a surface direction strain of the light diffusion laminate by the strain adjusting unit. A light diffusion variable device capable of reversibly changing the light diffusion state according to any one of (1) to (3).
(7) The light diffusion state according to any one of (1) to (6), wherein the substrate is made of a polysiloxane polymer, and the thin film layer is made of an imide resin or a vinylidene chloride resin. Variable light diffusion device that can be changed in an automatic manner.
(8) The light diffusion state according to any one of (1) to (7), wherein the substrate and the thin film layer are bonded via an acrylic modified silicone resin-based elastic adhesive. Light diffusion variable device that can be reversibly changed.
(9) The light diffusion state according to any one of (1) to (7), wherein the substrate and the thin film layer are bonded by a physical adhesion method, and can be reversibly changed. Light diffusion variable device.
(10) In any one of (1) to (9), the strain adjusting unit applies a compressive force and / or a tensile force in a surface direction to the light diffusion laminate. A light diffusion variable device capable of reversibly changing the described light diffusion state.
(11) The variable light diffusion device according to any one of (1) to (9), and a light source that irradiates or irradiates light to the light diffusion laminated body. A sensor that detects a displacement or a temperature change in the strain adjustment unit according to a light diffusion state that changes in the aspect ratio of the surface buckling uneven structure and is changed by the change in the aspect ratio.
本発明の光拡散可変装置では、ひずみ調整部により光拡散積層体の表面方向ひずみを調整するだけで、サイン波状の一方向に揃った溝を有する微細凹凸構造を形成することができ、またそのひずみの大きさによって溝の深さも制御できるので、光拡散積層体を透過する可視光や反射性薄膜層から反射する可視光の拡散性(拡散角)を簡単かつ可逆的に変更することができる。それ故、光拡散性を可変とするための、多数の光拡散板の用意や光拡散板の交換作業などを不要とできるし、また、液晶を用いた光拡散のような、液晶を封止したセル構造、電極、電圧印加手段なども不要であるため、光拡散可変のための装置コスト(初期コスト)や、光拡散の変更に必要なランニングコストを大幅に低減することができる。
一方で、変位を生じうる物体等をひずみ調整部として光拡散積層体に接触させて置き、照射するレーザー光などの光拡散状態を評価することで、逆にその物体の変位を検知でき、簡便な変位センサーとして利用することも可能である。これは人が届かないような場所に設置することで、レーザーポインタ等で変位を視覚的に検知でき、建築物等での利用も可能となる。
また一方で、温度によって光拡散積層体の表面層にかかるひずみが変化する場合は、光拡散状態から温度の変化を検知でき、簡易の温度変化センサーとしても用いることができる。
In the light diffusion variable device of the present invention, it is possible to form a fine concavo-convex structure having grooves aligned in one direction of a sine wave only by adjusting the surface direction strain of the light diffusion laminate by the strain adjustment unit. Since the depth of the groove can also be controlled by the magnitude of the strain, the diffusivity (diffusion angle) of visible light transmitted through the light diffusion laminate or reflected from the reflective thin film layer can be easily and reversibly changed. . Therefore, it is not necessary to prepare a large number of light diffusing plates or to replace the light diffusing plates in order to make the light diffusibility variable, and also to seal the liquid crystal like light diffusion using liquid crystals. Since the cell structure, electrodes, voltage application means, etc. are not necessary, the apparatus cost (initial cost) for variable light diffusion and the running cost required for changing the light diffusion can be greatly reduced.
On the other hand, an object that can cause displacement is placed in contact with the light diffusion laminate as a strain adjustment unit, and the light diffusion state such as laser light to be irradiated is evaluated. It can also be used as a simple displacement sensor. By installing it in a place where people cannot reach it, the displacement can be visually detected with a laser pointer or the like, and it can be used in buildings and the like.
On the other hand, when the strain applied to the surface layer of the light diffusion laminate changes depending on the temperature, the temperature change can be detected from the light diffusion state, and it can also be used as a simple temperature change sensor.
本発明の光拡散可変装置では、光拡散積層体の凹凸空間周期が0.1mm以上10mm以下であるので、表面座屈凹凸構造のアスペクト比(溝深さ／凹凸空間周期)を好ましくは0〜0.3の範囲で調整することにより、凹凸空間周期が0.1mm未満のものに比べ、光拡散性における拡散光の離散性を抑え、その連続性、均一性を向上することができる。
使用材料に可視光透過性を付与させれば、この凹凸空間周期がサブmm以上と可視光よりかなり大きいので、その構造に応じてその構造界面で光線を屈折させるために、凹凸構造が１方向性を持つ場合には、１軸方向への、幾何光学により理解ができる光拡散が起こる(ここで、この幾何光学的拡散は、拡散界面から数ｍ程度以内で観察する場合であり、小さい凹凸空間周期の場合かつ0.2以上程度の高いアスペクト比(溝深さ／凹凸空間周期)の場合や、遠方で観察する場合に生じる事がある回折や異常拡散とは異なる)。
In the light diffusion variable device of the present invention, since the uneven space period of the light diffusion laminate is 0.1 mm or more and 10 mm or less, the aspect ratio (groove depth / uneven space period) of the surface buckling uneven structure is preferably 0 to 0.3. By adjusting within this range, it is possible to suppress the discreteness of the diffused light in the light diffusibility and improve the continuity and uniformity compared to those having an uneven space period of less than 0.1 mm.
If the material used is given visible light transparency, this uneven space period is more than sub-mm, which is significantly larger than visible light. Therefore, the uneven structure is unidirectional in order to refract light at the structure interface depending on the structure. In the uniaxial direction, light diffusion that can be understood by geometric optics occurs (here, this geometric optical diffusion is observed within a few meters from the diffusion interface, and small unevenness This is different from diffraction and anomalous diffusion that may occur in the case of a spatial period and a high aspect ratio of about 0.2 or more (groove depth / uneven spatial period) or when observed at a distance).
本発明における光拡散積層体は、ひずみが無印加状態の柔軟性基板と薄膜層とを接合することにより簡単に作製でき、また、圧縮ひずみ印加により表面座屈凹凸構造を形成できるので、光拡散積層体の作製にはマイクロレンズ作製などに利用されるリソグラフィ―技術を必要とせず、作製も簡単なため工業生産的に優位である。
また、本発明における光拡散積層体は、柔軟基板を予め１軸延伸した状態にて薄膜層を接合又は形成することによっても簡単に作製でき、その場合、延伸応力の解除により凹凸構造が発生し、さらに延伸ひずみの制御によって凹凸構造のアスペクト比が変化できるので、前記と同様の光拡散効果が得られる。
The light diffusion laminate in the present invention can be easily manufactured by bonding a flexible substrate and a thin film layer in a state where no strain is applied, and a surface buckling uneven structure can be formed by applying a compressive strain. Fabrication of the laminate does not require lithography technology used for microlens fabrication, etc., and since fabrication is simple, it is superior in industrial production.
In addition, the light diffusion laminate in the present invention can be easily produced by bonding or forming a thin film layer in a state where the flexible substrate is previously uniaxially stretched, and in this case, a relief structure is generated by releasing the stretching stress. Furthermore, since the aspect ratio of the concavo-convex structure can be changed by controlling the stretching strain, the same light diffusion effect as described above can be obtained.
また前記の凹凸構造とその構造変化について１軸方向のひずみの場合を説明したが、前記の印加する表面ひずみは、１軸でも２軸でも、等方的でもよく、１軸の場合は、拡散方向がその溝方向に垂直方向に限定されるため、やはり１軸性になるが、２軸の場合は、拡散方向が２軸になり、等方的な場合には、拡散方向が等方的になる。 In addition, the concavo-convex structure and its structural change have been described with respect to a uniaxial strain. However, the applied surface strain may be uniaxial, biaxial, or isotropic. Since the direction is limited to the direction perpendicular to the groove direction, it is also uniaxial, but in the case of two axes, the diffusion direction is biaxial, and in the isotropic case, the diffusion direction is isotropic. become.
以下、本発明の詳細について説明する。
本発明の光拡散可変装置における光拡散積層体は、柔軟性を有する基板と、基板上に設けられた薄膜層とを備え、基板の材料の弾性率は、0.1〜10MPaであり、薄膜層の材料の弾性率は、0.1〜100GPaであり、柔軟性基板の材料の弾性率(Ea)と薄膜層の材料の弾性率(Eb)の比(Ea/Eb)は、10-5〜10-1であり、薄膜層の厚みは、0.0001〜0.1mmであり、基板の厚みは、0.3〜20mmであり、誘起される表面座屈凹凸構造は、凹凸空間周期が0.1mm以上10mm以下であり、表面方向ひずみに応じて、そのアスペクト比(溝深さ／凹凸空間周期)が0〜0.3の範囲内で変化するものである。
このような表面座屈凹凸構造では、凹凸空間周期Λは、その座屈の瞬間において、次の式で表されることが知られており、また、光拡散に有効な凹凸空間周期は0.1mm以上10mm以下の範囲であるので、凹凸空間周期が0.1mm以上10mm以下となるように、柔軟性基板や薄膜層の材料や厚みが選択される。
Λ＝２ｈπ(Ｅb／３Ｅa)1/3
ｈ：薄膜層の厚み
Details of the present invention will be described below.
The light diffusion laminate in the light diffusion variable device of the present invention includes a flexible substrate and a thin film layer provided on the substrate, and the elastic modulus of the material of the substrate is 0.1 to 10 MPa, The elastic modulus of the material is 0.1 to 100 GPa, and the ratio (Ea / Eb) of the elastic modulus (Ea) of the material of the flexible substrate and the elastic modulus (Eb) of the material of the thin film layer is 10 −5 to 10 −1. The thickness of the thin film layer is 0.0001 to 0.1 mm, the thickness of the substrate is 0.3 to 20 mm, and the induced surface buckling uneven structure has an uneven space period of 0.1 mm to 10 mm, and the surface Depending on the directional strain, the aspect ratio (groove depth / concave / convex spatial period) varies within a range of 0 to 0.3.
In such a surface buckling concavo-convex structure, it is known that the concavo-convex spatial period Λ is expressed by the following equation at the moment of buckling, and the concavo-convex spatial period effective for light diffusion is 0.1 mm. Since it is in the range of 10 mm or less, the material and thickness of the flexible substrate and the thin film layer are selected so that the uneven space period is 0.1 mm or more and 10 mm or less.
Λ = 2hπ (Eb / 3Ea) 1/3
h: thickness of thin film layer
本発明において、基板は、圧縮もしくは延伸(引張り)がそのひずみ〔＝(変形後の長さ−元の長さ)／元の長さ〕の絶対値において0.05以上(好ましくは0.1程度まで)可能な柔軟性を有する材料である。このような材料としては、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ジフェニルシロキサンなどのポリシロキサン系ポリマー、シリコーン樹脂／シリコーンゴム、天然ゴムないし合成ゴム、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリウレタン、ポリスチレン、フッ素化ポリマー(PTFE、PVdFなど)、ポリ塩化ビニル、ポリメチルハイドロゲンシロキサン、ジメチルシロキサンとメチルハイドロジェンシロキサン単位のコポリマーなどのホモポリマー或いはコポリマー、さらにはこれらのブレンドが挙げられるが、圧縮もしくは延伸(引張り)可能な材料であれば特に限定されるものではない。 In the present invention, the substrate can be compressed or stretched (tensile) by 0.05 or more (preferably up to about 0.1) in the absolute value of strain [= (length after deformation−original length) / original length]. It is a material with great flexibility. Such materials include polydimethylsiloxane (PDMS), polysiloxane polymers such as diphenylsiloxane, silicone resin / silicone rubber, natural or synthetic rubber, polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate, Polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyurethanes, polystyrenes, fluorinated polymers (PTFE, PVdF, etc.), polyvinyl chloride, polymethylhydrogensiloxane, homopolymers or copolymers such as copolymers of dimethylsiloxane and methylhydrogensiloxane units, and more However, there is no particular limitation as long as the material can be compressed or stretched (tensile).
柔軟性基板と表面薄膜層の光透過率は特に限定されないが、積層体を透過する光に拡散効果を与えたい場合には、積層体は透明又は半透明の材料が好ましく、可視光の透過率は、30%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは、90%以上である。また、積層体の表面薄膜層側からの反射光に拡散効果を与えたい場合には、柔軟性基板の光透過率は限定されず、表面薄膜層の反射率があればよく、反射率に応じて拡散反射光強度が調整される。また、積層体の基板側から入射し基板と薄膜層との凹凸となり得る界面で反射する光に拡散効果を与えたい場合には、基板の光透過率は透明又は半透明の材料が好ましく、可視光の透過率は、30%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは、90%以上であり、かつ、表面薄膜層の反射率に応じて、拡散反射光強度が調整される。
基板の材料の弾性率は、0.1〜10MPa程度(好ましくは1〜10MPa程度)である。
薄膜層の材料の弾性率は、0.1〜100GPa程度(好ましくは1〜10GPa程度)である。
弾性率は、JIS K7171、ASTM D790に準拠した方法により測定できる。
基板の材料の弾性率(Ea)と薄膜層の弾性率(Eb)の比(Ea/Eb)は、10-5〜10-1であり、好ましくは10-4〜10-2程度である。
The light transmittance of the flexible substrate and the surface thin film layer is not particularly limited. However, when it is desired to give a diffusion effect to the light transmitted through the laminate, the laminate is preferably a transparent or translucent material, and has a visible light transmittance. Is 30% or more, preferably 70% or more, and more preferably 90% or more. In addition, when it is desired to give a diffusion effect to the reflected light from the surface thin film layer side of the laminate, the light transmittance of the flexible substrate is not limited, and the surface thin film layer only needs to have a reflectivity, depending on the reflectivity. Thus, the diffuse reflected light intensity is adjusted. In addition, when it is desired to give a diffusion effect to the light incident from the substrate side of the laminate and reflected at the interface between the substrate and the thin film layer, a transparent or translucent material is preferable for the light transmittance of the substrate. The light transmittance is 30% or more, preferably 70% or more, more preferably 90% or more, and the intensity of the diffuse reflected light is adjusted according to the reflectance of the surface thin film layer.
The elastic modulus of the material of the substrate is about 0.1 to 10 MPa (preferably about 1 to 10 MPa).
The elastic modulus of the material of the thin film layer is about 0.1 to 100 GPa (preferably about 1 to 10 GPa).
The elastic modulus can be measured by a method based on JIS K7171 and ASTM D790.
The ratio (Ea / Eb) of the elastic modulus (Ea) of the substrate material and the elastic modulus (Eb) of the thin film layer is 10 −5 to 10 −1 , preferably about 10 −4 to 10 −2 .
薄膜層の材料としては、基板よりも大きな弾性率を有し、基板の面方向変形とともに周期的な凹凸構造を形成できる材料であれば特に限定されず、例えばポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等のイミド系樹脂、ポリ塩化ビニリデン等の塩化ビニリデン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂などのポリマーや樹脂、金属、セラミック、カーボンが挙げられる。 The material of the thin film layer is not particularly limited as long as it has a larger elastic modulus than the substrate and can form a periodic concavo-convex structure along with the surface deformation of the substrate. For example, an imide such as polyamide, polyamideimide, polyimide, etc. And polymers such as vinyl resins, polyvinylidene chloride resins such as polyvinylidene chloride, polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), acrylic resins, silicone resins, melamine resins, and epoxy resins, metals, ceramics, and carbon.
薄膜層と基板の間には、密着性の向上のために、接着層を備えてもよい。
薄膜の厚みは、0.0001〜0.1mm程度(好ましくは0.001〜0.1mm程度)である。
基板の厚みは、0.3〜20mm程度(好ましくは1〜10mm程度)である。
印加表面方向ひずみに応じてそのアスペクト比は、0〜0.15,好ましくは0〜0.2,より好ましくは、0〜0.3の範囲で変化でき、基板と薄膜の剥離や、その他破壊現象が起きないことが求められる。
An adhesive layer may be provided between the thin film layer and the substrate in order to improve adhesion.
The thickness of the thin film is about 0.0001 to 0.1 mm (preferably about 0.001 to 0.1 mm).
The thickness of the substrate is about 0.3 to 20 mm (preferably about 1 to 10 mm).
Depending on the applied surface direction strain, the aspect ratio can be changed in the range of 0 to 0.15, preferably 0 to 0.2, more preferably 0 to 0.3, and there is no possibility of peeling of the substrate and the thin film or other destruction phenomenon. Desired.
表面凹凸構造空間周期としては、0.1mm以上10mm以下程度(好ましくは0.2〜7mm程度、より好ましくは0.3〜6mm程度、さらに好ましくは0.4〜5mm程度)である。
基板への薄膜層を密着させて形成させる方法は、上記の薄膜層が形成されれば限定されないが、上記の厚みを持った薄膜層を、接着層を介して接着させてもよいし、表面プラズマ装置等の表面活性化手段により両接着界面を活性化した後に直接密着させてもよいし、スパッタ法や蒸着法等の薄膜形成手段により、薄膜層を基板上に形成しながら積層体を作製してもよいし、硬化性材料をスピンコート、バーコーター等の塗布手段にて基板上に塗布することにより作製してもよい。
The surface uneven structure spatial period is about 0.1 mm or more and 10 mm or less (preferably about 0.2 to 7 mm, more preferably about 0.3 to 6 mm, and further preferably about 0.4 to 5 mm).
The method of forming the thin film layer in close contact with the substrate is not limited as long as the above thin film layer is formed, but the thin film layer having the above thickness may be bonded via the adhesive layer, or the surface After activating both adhesion interfaces by surface activation means such as plasma device, it can be directly adhered, or a laminate is produced while forming a thin film layer on the substrate by thin film formation means such as sputtering or vapor deposition Alternatively, it may be produced by applying a curable material on the substrate by applying means such as spin coating or bar coater.
基板と薄膜層とからなる光拡散積層体は、表面方向ひずみの調整時に剥離が生じないように接合されている必要がある。基板と薄膜層との90度剥離試験における剥離強度は、基板や薄膜層の材料にもよるが、好ましくは0.1N/mm以上、より好ましくは0.2N/mm以上、さらに好ましくは0.3N/mm以上である。該剥離強度の上限は、特には限定されないが、基板や薄膜層の破壊が生じる際の剥離強度よりも高く設定しても技術的に意味が無いので、それらの材料に応じて設定することができる。基板としてポリシロキサン系ポリマー、薄膜層としてイミド系樹脂や塩化ビニリデン系樹脂を用いる場合、前記剥離強度の上限は、0.4N/mm程度、0.5N/mm程度、0.6N/mm程度等に設定することができる。そのような接着剤としては、好ましくはアクリル変性シリコーン樹脂系弾性接着剤を用いることができる。 The light diffusion laminate composed of the substrate and the thin film layer needs to be bonded so that no peeling occurs when adjusting the strain in the surface direction. The peel strength in the 90-degree peel test between the substrate and the thin film layer depends on the material of the substrate and the thin film layer, but is preferably 0.1 N / mm or more, more preferably 0.2 N / mm or more, and still more preferably 0.3 N / mm. That's it. The upper limit of the peel strength is not particularly limited, but it is technically meaningless to set it higher than the peel strength when the substrate or thin film layer breaks, so it can be set according to those materials. it can. When using a polysiloxane polymer as the substrate and an imide resin or vinylidene chloride resin as the thin film layer, the upper limit of the peel strength is set to about 0.4 N / mm, about 0.5 N / mm, about 0.6 N / mm, etc. be able to. As such an adhesive, an acrylic-modified silicone resin-based elastic adhesive can be preferably used.
上記接着層を施す場合には、基板および薄膜層と良好な接着性を有し、凹凸構造変形に要する面方向ひずみ印加時にも接着層に破壊が起きないものであればよい。
上記の、基板への薄膜層を密着させて形成させる場合に、無延伸状態の基板へ薄膜層を形成させる場合は、圧縮ひずみを加えることで、表面凹凸構造を誘起でき、一方、延伸状態や加熱伸張状態の基板へ薄膜層を形成させる場合は、延伸や加熱を解除することで表面凹凸構造を誘起できるが、どちらの場合でも、表面ひずみ状態を変化させることで、表面凹凸構造のアスペクト比を変化させることができる。またその圧縮もしくは延伸状態は、１軸でも２軸でも、等方的でもよく、１軸の場合は、拡散方向がその溝方向に垂直方向に限定されるため、やはり１軸性になるが、２軸の場合は、拡散方向が２軸になり、等方的な場合には、拡散方向が等方的になる。
When the adhesive layer is applied, the adhesive layer may be any material that has good adhesion to the substrate and the thin film layer, and that does not break even when a strain in the surface direction required for deformation of the concavo-convex structure is applied.
When forming a thin film layer on a non-stretched substrate when the thin film layer is formed in close contact with the substrate, a surface uneven structure can be induced by applying compressive strain, When a thin film layer is formed on a heated stretched substrate, the surface uneven structure can be induced by releasing stretching or heating, but in either case, the aspect ratio of the surface uneven structure can be changed by changing the surface strain state. Can be changed. Further, the compression or stretching state may be uniaxial, biaxial, or isotropic. In the case of uniaxial, the diffusion direction is limited to the direction perpendicular to the groove direction, so that it is also uniaxial. In the case of two axes, the diffusion direction is two axes, and in the case of isotropic, the diffusion direction is isotropic.
本発明の光拡散可変装置における光拡散積層体の平面形状は、どのようなものであっても良いが、１軸拡散や２軸拡散の場合には、圧縮ひずみや引張ひずみを付与しやすいように好ましくは四角、より好ましくは平行四辺形、菱形、長方形、正方形などである。等方的な拡散の場合には、円や楕円、六角形、八角形等の多角形などとすることもできる。 The planar shape of the light diffusion laminate in the light diffusion variable device of the present invention may be any, but in the case of uniaxial diffusion or biaxial diffusion, it is likely to easily apply compressive strain or tensile strain. The shape is preferably a square, more preferably a parallelogram, a rhombus, a rectangle, or a square. In the case of isotropic diffusion, a polygon such as a circle, an ellipse, a hexagon, and an octagon can be used.
本発明の光拡散可変装置におけるひずみ調整部としては、光拡散積層体の表面方向ひずみを調整し、表面座屈凹凸構造のアスペクト比を変化し得るものであれば、どのようなものでも良い。例えば、無延伸状態の基板上に薄膜層を形成させた光拡散積層体に対しては、表面方向圧縮ひずみを付与するもの(例えば、圧縮機)が使用できる。
また、基板を表面方向に延伸ひずみが0.02以上延伸した状態でその表層に薄膜層を設けた後、延伸状態を解除することによって作製された光拡散積層体に対しては、ひずみ未付加状態で既に表面座屈凹凸構造が形成されているので、アスペクト比をさらに高めるための表面方向圧縮ひずみを付与するもの、アスペクト比を低下させるための同引張ひずみを付与するもの(例えば、引張機、延伸機)、同圧縮ひずみと引張ひずみいずれをも付与するもの(例えば、圧縮機と引張機の併設機、圧縮・引張兼用機)のいずれか１つを使用することができる。
また、加熱伸張状態の基板上に薄膜層を形成させた光拡散積層体についても、常温のひずみ未付加状態で既に表面座屈凹凸構造が形成されている場合には、表面方向圧縮ひずみを付与するもの、同引張ひずみを付与するもの、同圧縮ひずみと引張ひずみいずれをも付与するもののうちいずれか１つ、及び／又は、同熱ひずみ(熱変形)を誘起する熱ひずみ誘起用温度調節機を使用することができる。
The strain adjusting unit in the variable light diffusion device of the present invention may be any one as long as it can adjust the surface direction strain of the light diffusion laminate and change the aspect ratio of the surface buckling uneven structure. For example, for a light diffusion laminate in which a thin film layer is formed on a non-stretched substrate, one that imparts a surface direction compressive strain (for example, a compressor) can be used.
In addition, for the light diffusion laminate produced by releasing the stretched state after providing a thin film layer on the surface layer in a state where the stretching strain is stretched by 0.02 or more in the surface direction, the strain is not added. Since the surface buckling uneven structure has already been formed, those that give surface direction compressive strain to further increase the aspect ratio, those that give the same tensile strain to reduce the aspect ratio (e.g., tension machine, stretching) Any one of those that impart both the compression strain and the tensile strain (for example, a compressor and a tensile machine, or a compression / tension combined machine) can be used.
Also, a light-diffusion laminate in which a thin film layer is formed on a heated and stretched substrate is given a compressive strain in the surface direction if a surface buckling uneven structure has already been formed without adding strain at room temperature. , One that imparts the same tensile strain, one that imparts both the compressive strain and the tensile strain, and / or a thermal strain-inducing temperature controller that induces the same thermal strain (thermal deformation) Can be used.
本発明における光拡散可変装置は、光拡散積層体とそのひずみ調整部の複数組を含んでいても良い。その場合、光拡散積層体の表面がほぼ同一平面となるように複数組を配置し、光拡散積層体の凹凸構造方向を全て同一方向とする態様、隣接する光拡散積層体の凹凸構造方向を相互に交差(好ましくは直交)させる態様、各光拡散積層体の凹凸構造方向をランダムに設定する態様、１軸拡散、２軸拡散、等方的拡散の光拡散積層体を適宜のパターンで配置する態様等によって、全体的に特異な光拡散分布に基づく意匠上の効果を奏することも可能である。
また、光拡散積層体が可視光透過性である場合、光拡散積層体とそのひずみ調整部を複数組(好ましくは２組)、可視光透過方向に直列に、かつ、光拡散積層体の凹凸構造方向を互いに交差(好ましくは直交)させて配置しても良い。このように可視光透過方向に直列に設け、各光拡散積層体の光拡散状態を可変とすることで、複数組の光拡散積層体を介した透視可能状態と透視不可能状態との両極端のスイッチングや、その間の種々のぼやけ状態に調整することができる。
さらに、可視光透過方向に直列に配置された複数組を１セットとし、複数セットを、各セットの表面がほぼ同一平面となるように配置することもできる。
The light diffusion variable device in the present invention may include a plurality of sets of the light diffusion laminate and its strain adjustment unit. In that case, a plurality of sets are arranged so that the surface of the light diffusion laminate is substantially in the same plane, and the uneven structure direction of the light diffusion laminate is the same direction, the uneven structure direction of the adjacent light diffusion laminate is A mode of crossing each other (preferably orthogonal), a mode in which the concavo-convex structure direction of each light diffusion laminate is set at random, a light diffusion laminate of monoaxial diffusion, biaxial diffusion, isotropic diffusion arranged in an appropriate pattern It is also possible to achieve a design effect based on an overall unique light diffusion distribution, depending on the mode to be performed.
When the light diffusion laminate is visible light transmissive, a plurality of (preferably two) light diffusion laminates and strain adjusting portions thereof are arranged in series in the visible light transmission direction, and unevenness of the light diffusion laminate. You may arrange | position so that a structural direction may mutually cross | intersect (preferably orthogonally). In this way, by providing in series in the visible light transmission direction and making the light diffusion state of each light diffusion laminate variable, it is possible to achieve both extremes of the transparent state and the non-transparent state through a plurality of sets of light diffusion laminates. It is possible to adjust to switching and various blur states during that time.
Furthermore, a plurality of sets arranged in series in the visible light transmission direction may be one set, and the plurality of sets may be arranged so that the surfaces of each set are substantially on the same plane.
以下、本発明を実施例を用いてより詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことはいうまでもない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these Examples.
(実施例１)
積層体の作製のために、柔軟性を有する基板としてポリジメチルシロキサン(PDMS)弾性体(東レダウ、Sylgard184、弾性率1.3MPa)を平坦なガラス基板上で硬化させ、剥がすことで厚み5mm,縦、横共に12mmの基板を作製した。その平坦な表面上に、アクリル変成シリコーン樹脂系弾性接着剤の希釈液(スーパーＸ、セメダイン製をイソプロピルアルコールで１０倍希釈した溶液)をスピンコーター(回転数5000rpm,100s)で塗膜する。塗膜後30秒以内に、薄膜層として、ポリイミドフィルム〔カプトン(登録商標)フィルム、(引張)弾性率2.5GPa〕(膜厚7.5μmおよび12.5μm、ニラコ製)および、ポリ塩化ビニリデンフィルム(膜厚約11μm、旭化成製、(引張)弾性率0.3-0.6GPa)を基板と同じ平面形状に切り出したものを、気泡が入らないように密着させ、24時間放置することで、接着層を硬化させた。以下では、ポリイミドフィルム膜厚7.5μmおよび12.5μmの積層体試料をそれぞれ、PI075およびPI125と略し、ポリ塩化ビニリデンフィルムの積層体試料をPVCdと略す。面方向一軸圧縮ひずみを小型圧縮機を用いてひずみs=0からs=0.05(5%)まで印加し、印加ひずみに応じて形成した凹凸構造形状を反射型レーザー顕微鏡(キーエンス、VK9710)および、触針段差計(小坂研究所、Surfcorder ET4300)で測定した。
なお、本発明において、「凹凸空間周期Λ」、「溝深さＡ」は、次のようにして求めるものである。
凹凸空間周期Λ：水平面に載置した表面凹凸構造を有する光拡散積層体について、無作為で選んだ隣接かつ並列する凸条における一方の凸条の任意の頂点から、他方の凸条の頂部までの水平方向距離が最短となる方向において、該頂点と他方の凸条の頂部までの間の水平方向距離を測定し、そのような隣接する凸条の頂部間の水平方向距離の測定を無作為で１０箇所測定した平均値。
溝深さＡ：前記凹凸空間周期Λを測定する際の、前記頂部間の溝底から、２つの頂部の平均高さまでの鉛直方向距離を１０箇所測定した平均値。
(Example 1)
In order to fabricate the laminate, a polydimethylsiloxane (PDMS) elastic body (Toray Dow, Sylgard 184, elastic modulus 1.3 MPa) is cured on a flat glass substrate as a flexible substrate, and peeled off to give a thickness of 5 mm. A 12 mm substrate was produced on both sides. On the flat surface, a diluted solution of an acrylic modified silicone resin-based elastic adhesive (Super X, a solution obtained by diluting Cemedine 10-fold with isopropyl alcohol) is coated with a spin coater (rotation speed 5000 rpm, 100 s). Within 30 seconds after coating, polyimide film (Kapton (registered trademark) film, (tensile) elastic modulus 2.5 GPa) (film thickness 7.5 μm and 12.5 μm, manufactured by Niraco) and polyvinylidene chloride film (film) Thickness of about 11μm, manufactured by Asahi Kasei, (tensile) elastic modulus 0.3-0.6GPa) cut into the same plane shape as the substrate, stuck so that bubbles do not enter, and left for 24 hours to cure the adhesive layer It was. In the following, laminate samples having a polyimide film thickness of 7.5 μm and 12.5 μm are abbreviated as PI075 and PI125, respectively, and a laminate sample of the polyvinylidene chloride film is abbreviated as PVCd. A uniaxial compressive strain in the plane direction was applied from a strain s = 0 to s = 0.05 (5%) using a small compressor, and the concavo-convex structure shape formed according to the applied strain was reflected by a reflection laser microscope (Keyence, VK9710), Measured with a stylus profilometer (Kosaka Laboratory, Surfcorder ET4300).
In the present invention, the “concave / convex spatial period Λ” and “groove depth A” are obtained as follows.
Concavity and convexity space period Λ: From a light guide to a light diffusion laminate having a surface concavo-convex structure placed on a horizontal plane, from an arbitrary vertex of one ridge in adjacent and parallel ridges selected at random to the top of the other ridge Measure the horizontal distance between the apex and the top of the other ridge in the direction where the horizontal distance is the shortest, and randomly measure the horizontal distance between the tops of such adjacent ridges Average value measured at 10 points.
Groove depth A: An average value obtained by measuring 10 vertical distances from the groove bottom between the tops to the average height of the two tops when measuring the uneven spatial period Λ.
試料(PVCd)に面内ｘ方向への１軸圧縮ひずみを加え、凹凸構造が発生した試料表面の写真の例を図１に示す。圧縮ひずみ方向に周期構造が肉眼で確認できる。また、PI075において圧縮ひずみs=0.05(5%)の場合の表面形状を図２に実線で示す。図２には、三角関数のフィット曲線も破線で示されており、形状が三角関数としてみなせることを確認した。図３には、３種類の試料に、s=0〜0.05の圧縮ひずみを与えた場合の凹凸構造の変化を示す。s≒0.015までは、単純圧縮状態のため凹凸構造は発生しないが、それ以上ではひずみに応じた凹凸構造が発生する。凹凸構造発生後もひずみを上げていくと、ひずみに応じて僅かに凹凸空間周期Λは減少していくが(図３(ａ))、その溝深さＡは次数が１/２程度の非線形性で増加していく(図３(ｂ))ことを確認した。また、アスペクト比Ｒ(＝Ａ／Λ)は、空間周期によらず、ひずみに対して同様な挙動を示す(図３(ｃ))ことも確認した。またこのひずみに応じた、平坦な状態と凹凸空間周期との間の構造変化はほぼ可逆的であり、平坦時に極僅かな凹凸構造(Ｒ<0.001)が残るものの、ゆっくりとした0-0.05のひずみ繰り返し変化に少なくとも100回は耐え、その間に薄膜層の剥離は見られなかった。
また、試料PI125の積層体について、90度剥離試験を行い、0.51N/mmにおいてPDMS基板の材料破壊が起こることを確認した。この結果、剥離強度は0.51N/mm以上と推定された。
FIG. 1 shows an example of a photograph of the sample surface on which a concavo-convex structure is generated by applying uniaxial compressive strain in the in-plane x direction to the sample (PVCd). The periodic structure can be confirmed with the naked eye in the direction of compressive strain. Further, the surface shape in the case of compression strain s = 0.05 (5%) in PI075 is shown by a solid line in FIG. In FIG. 2, the fitting curve of the trigonometric function is also indicated by a broken line, and it was confirmed that the shape can be regarded as a trigonometric function. FIG. 3 shows changes in the concavo-convex structure when compressive strain of s = 0 to 0.05 is applied to three types of samples. Up to s≈0.015, the concavo-convex structure does not occur because of the simple compression state, but a concavo-convex structure corresponding to the strain occurs beyond that. When the strain is increased after the formation of the concavo-convex structure, the concavo-convex spatial period Λ slightly decreases according to the strain (FIG. 3 (a)), but the groove depth A is nonlinear with an order of about 1/2. It was confirmed that it increased with sex (FIG. 3B). It was also confirmed that the aspect ratio R (= A / Λ) shows the same behavior with respect to strain regardless of the spatial period (FIG. 3C). In addition, the structural change between the flat state and the concave-convex spatial period according to this strain is almost reversible, and although a slight concave-convex structure (R <0.001) remains when flat, it is slowly 0-0.05. Withstand repeated strain changes at least 100 times, during which no delamination of the thin film layer was observed.
A 90 ° peel test was performed on the laminate of sample PI125, and it was confirmed that material destruction of the PDMS substrate occurred at 0.51 N / mm. As a result, the peel strength was estimated to be 0.51 N / mm or more.
前記のように作製された積層体のレーザー光の透過後の拡散状態を以下のように調べた。
前記積層体は、可視光透過性(90%以上)を有するが、この積層体にHe-Neレーザー(λ=633nm,1mW,ビーム径≒2mm)を積層体の背面(表層の逆面)から入射し、試料表面からの透過光を積層体表面からz=100mm離れたスクリーンに当て、印加ひずみを変化させながら、そのレーザースポット形状を観察した。その結果、図４のように、凹凸構造がある場合には圧縮軸方向にレーザースポットが１軸方向に連続的に拡散されることが分かる。図５(a)には、アスペクト比Ｒ(＝Ａ／Λ)に対して、レーザースポットの中心からの拡がり距離Δxをプロットした。その結果、Λによらず、凹凸構造の溝深さＡが深くなっていくと、拡がりが単調に大きくなることが分かる。図５(b)は、同様のデータに対し、レーザー直進方向からの最大拡がり角度θmax〔＝tan-1(Δx/z)〕を示すが、これも同様の傾向となることを確認した。
The diffusion state after the laser beam transmission of the laminate produced as described above was examined as follows.
The laminate has visible light transmittance (90% or more), but a He-Ne laser (λ = 633 nm, 1 mW, beam diameter ≈ 2 mm) is applied to the laminate from the back side of the laminate (reverse surface). Incident light was applied to the screen, and the transmitted light from the sample surface was applied to a screen at a distance of z = 100 mm from the surface of the laminate, and the laser spot shape was observed while changing the applied strain. As a result, as shown in FIG. 4, it can be seen that the laser spot is continuously diffused in the uniaxial direction in the compression axis direction when there is an uneven structure. In FIG. 5A, the spread distance Δx from the center of the laser spot is plotted against the aspect ratio R (= A / Λ). As a result, it can be seen that the expansion monotonously increases as the groove depth A of the concavo-convex structure increases regardless of Λ. FIG. 5 (b) shows the maximum spread angle θ max [= tan −1 (Δx / z)] from the laser straight direction for similar data, and it was confirmed that this also has the same tendency.
(実施例２)
上記実施例１におけるポリイミドフィルム(厚み12.5μm)について、実施例１における接着剤を用いずに以下の物理的手法による積層体作製を行った。PDMS基板表面およびポリイミドフィルム表面をプラズマ処理(大気プラズマ照射装置、seed-P,メイワフォーシス製にてプラズマ電流10mA,照射時間30s)を行い、１分以内に気泡が入らないように密着させ、１時間放置することで積層体を作製した。実施例１と同様に圧縮ひずみを印加すると、表面の一部もくしは全部においてフィルムの剥離が見られた積層体試料があった。剥離の無い部分もしくは無い試料において、同様にひずみ印加と凹凸構造の関係を調査し、実施例１と同様な結果を得た。また、剥離の無い積層体について、90度剥離試験を行い、0.4N/mmにおいてPDMS基板の一部材料破壊がおきた結果、剥離強度は0.4N/mm以上と推定された。よって密着性において再現性の問題はあるが、物理的接着法によっても接着性が保たれる場合があることを確認した。接着性が保たれた積層体は実施例１と同様な光透過拡散性を示した。
(Example 2)
For the polyimide film (thickness 12.5 μm) in Example 1, a laminate was prepared by the following physical method without using the adhesive in Example 1. Plasma treatment of PDMS substrate surface and polyimide film surface (atmospheric plasma irradiation device, seed-P, plasma current 10mA by Meiwa Forsys, irradiation time 30s) A layered product was produced by leaving it for a period of time. When compressive strain was applied in the same manner as in Example 1, there was a laminate sample in which peeling of the film was observed on part or all of the surface. The relationship between the strain application and the concavo-convex structure was investigated in the same manner in the part without peeling or the sample without peeling, and the same result as in Example 1 was obtained. In addition, a 90 ° peel test was performed on the laminate without peeling, and as a result of partial material failure of the PDMS substrate at 0.4 N / mm, the peel strength was estimated to be 0.4 N / mm or more. Therefore, although there was a problem of reproducibility in adhesion, it was confirmed that the adhesion could be maintained even by a physical adhesion method. The laminated body in which the adhesiveness was maintained exhibited the same light transmission diffusivity as that of Example 1.
(比較例１)
実施例１で用いた３種類のフィルムについて、実施例１および実施例２の接着手段を施さずに、PDMS基板に密着した積層体について、圧縮ひずみｓを印加すると、s=0.02でフィルムの剥離が起きることを確認した。
(Comparative Example 1)
For the three types of films used in Example 1, when the compressive strain s was applied to the laminate adhered to the PDMS substrate without applying the adhesive means of Example 1 and Example 2, the film was peeled off at s = 0.02. Confirmed that happened.
(参考実施例)
実施例１で作製した、ポリイミドフィルム(厚み12.5μm)の積層体において、90度剥離強度および凹凸構造発生時のフィルムの剥離の有無の、接着層の室温硬化時間に対する依存性を調査した。その結果、硬化時間30秒においては、剥離強度は0.01N/mm以下であり、印加ひずみ0.02においてフィルムの剥離を確認した、また、5分および、10分においては、剥離強度がそれぞれ、0.06および0.10N/mmと上昇したが、印加ひずみ0.05において、一部フィルムの剥離が認められた。硬化時間が30分、1時間、3時間において、剥離強度はそれぞれ、0.13,0.17,0.31N/mmと更に上昇し、印加ひずみ5%においてもフィルムの剥離は認められなかった。さらに、硬化時間24時間、7日間においては、0.5N/mm程度でPDMS基板の材料破壊がおこり、剥離強度はそれ以上と推定され、また、印加ひずみ0.05においてもフィルムの剥離は認められなかった。以上より、この材料の組み合わせの場合には、最低でも剥離強度が0.1N/mmである接着層を有する積層体において良好な可逆的な凹凸構造の調節状態を得ることができることが示された。接着性が保たれた積層体については実施例１と同様な光透過拡散性を示した。
(Reference Example)
In the laminate of the polyimide film (thickness 12.5 μm) produced in Example 1, the dependency of the 90 ° peel strength and whether or not the film was peeled when the concavo-convex structure occurred on the room temperature curing time of the adhesive layer was investigated. As a result, at a curing time of 30 seconds, the peel strength was 0.01 N / mm or less, and peeling of the film was confirmed at an applied strain of 0.02, and at 5 minutes and 10 minutes, the peel strength was 0.06 and Although it increased to 0.10 N / mm, peeling of the film was partially observed at an applied strain of 0.05. When the curing time was 30 minutes, 1 hour, and 3 hours, the peel strength further increased to 0.13, 0.17, and 0.31 N / mm, respectively, and no film peeling was observed even at an applied strain of 5%. Furthermore, when the curing time was 24 hours and 7 days, the material destruction of the PDMS substrate occurred at about 0.5 N / mm, the peel strength was estimated to be higher, and no film peeling was observed even at an applied strain of 0.05. . From the above, it was shown that, in the case of this combination of materials, a favorable reversible uneven structure adjustment state can be obtained in a laminate having an adhesive layer having a peel strength of 0.1 N / mm at the minimum. About the laminated body with which adhesiveness was maintained, the light diffusibility similar to Example 1 was shown.
(実施例３)＜１軸透過光散乱積層体を複数用いた場合の透過光拡散状態の制御＞
実施例１で用いた１軸方向の透過光拡散状態を生じる積層体を２組、その凹凸構造方向を直交させた状態で設置し、順次直列的に前記レーザー光を透過させ、透過光を積層体表面からz=100mm離れたスクリーンに当てると、図６のように拡散方向が合成されることにより、長方形の拡散状態を得ることができた。この長方形の長さの比は２つのそれぞれの凹凸構造のアスペクト比を制御する事で、繰り返し可変であることを確認した。
(Example 3) <Control of transmitted light diffusion state when a plurality of uniaxial transmitted light scattering laminates are used>
Two sets of laminated bodies that produce a uniaxial transmitted light diffusing state used in Example 1 are installed in a state where the concavo-convex structure directions are orthogonal to each other, and the laser light is sequentially transmitted and the transmitted light is laminated. When applied to a screen at a distance of z = 100 mm from the body surface, the diffusion direction was synthesized as shown in FIG. 6 to obtain a rectangular diffusion state. It was confirmed that the ratio of the lengths of the rectangles was repeatedly variable by controlling the aspect ratios of the two concavo-convex structures.
(実施例４)＜像の結像-非結像試験＞
実施例１で用いた積層体を透過した試験画像の透過像(積層体を介した透視画像)を図７(ａ)、(ｂ)に示す。中央の四角部分に積層体が存在する。(ａ)の印加ひずみが小さく、凹凸構造が誘起されていない場合には、試験画像が結像でき、左右の積層体を介さない像と同様に、肉眼にて視認(透視)できるのに対し、(ｂ)の印加ひずみが大きくなり凹凸構造が存在すると、試験画像が結像できなくなり、ぼやけて観察される(透視不可能である)ことを確認した。またこの効果は、画像と積層体表面の距離が広がるほど顕著になることも確認した。
(Example 4) <Image formation-non-image formation test>
FIGS. 7A and 7B show transmission images of the test images transmitted through the laminate used in Example 1 (perspective images through the laminate). A laminated body exists in the central square portion. When the applied strain in (a) is small and the concavo-convex structure is not induced, a test image can be formed and, as with an image not passing through the left and right laminates, can be visually recognized (perspectively). It was confirmed that when the applied strain in (b) was increased and the concavo-convex structure was present, the test image could not be formed and was observed in a blurred manner (not visible). It was also confirmed that this effect becomes more prominent as the distance between the image and the laminate surface increases.
本発明の光拡散可変装置は、構造や製造が簡単であり、また、その作動には電極や電圧印加手段等が必ずしも必要ないので、各種の光学素子、例えば、１個からなる又は複数を組み合わせて四角や平行四辺形等の種々の形状に拡散域を調整できる調節可能１軸光拡散板、レーザー光の整形素子、レーザーポインタのスポット形状アナログ調整用素子等に幅広く応用することができる。
また、本発明の光拡散可変装置は、光拡散積層体を介した透視可能状態とぼやけた透視不可能状態とに非電気的に簡単にスイッチングできるので、希望する時のみにプライバシー保護や展示(又は非展示)が可能な調光窓材等としても有用と考えられる。
また、本発明の光拡散可変装置は、加えられた応力に応じた光拡散を呈するため、移動やずれが予想される物体に接触させることにより、その変位を、照射した光の拡散状態によって検知できるため、安価な変位センサーとしても、幅広く応用することができる。
また一方で、温度によって本積層体の表面層にかかるひずみが変化する場合は、光拡散状態から温度の変化を検知でき、簡易の温度変化センサーとしても用いることができる。
本発明の光拡散可変装置を変位センサーや温度変化センサーとして用いる場合、光拡散積層体を複数組(例えば、異なる箇所に２組)設けることにより、複数箇所の複数方向の変位や温度変化を同時に検知するセンサーとすることもできる。
また、本発明の光拡散可変装置は、光拡散積層体の微細凹凸構造を裸眼で観察できるし、光拡散積層体に対し指等でひずみや変形を与えながら、レーザーポインタ光等の各種光路の光拡散状態の変化も観察できるので、光拡散を理解するための科学教材としても有用と考えられる。
The light diffusion variable device of the present invention is simple in structure and manufacture, and does not necessarily require electrodes or voltage application means for its operation. Therefore, various optical elements, for example, a single element or a combination of plural elements are used. Therefore, it can be widely applied to an adjustable uniaxial light diffusion plate, a laser beam shaping element, a laser pointer spot shape analog adjustment element, and the like that can adjust the diffusion region to various shapes such as a square and a parallelogram.
In addition, the light diffusion variable device of the present invention can easily and non-electrically switch between the transparent state and the blurred non-transparent state through the light diffusion laminate, so that privacy protection and display only when desired ( It is also considered useful as a light-control window material that can be displayed or not).
In addition, since the variable light diffusion device of the present invention exhibits light diffusion according to applied stress, the displacement is detected by the diffusion state of the irradiated light by contacting an object that is expected to move or shift. Therefore, it can be widely applied as an inexpensive displacement sensor.
On the other hand, when the strain applied to the surface layer of this laminate changes with temperature, the change in temperature can be detected from the light diffusion state, and it can also be used as a simple temperature change sensor.
When the variable light diffusion device of the present invention is used as a displacement sensor or a temperature change sensor, by providing a plurality of sets of light diffusion laminates (for example, two sets at different locations), displacements and temperature changes in a plurality of directions at a plurality of locations can be simultaneously performed. It can also be a sensor to detect.
The variable light diffusion device of the present invention can observe the fine concavo-convex structure of the light diffusion laminate with the naked eye, and is capable of distorting or deforming the light diffusion laminate with a finger or the like while applying various optical paths such as laser pointer light. Since changes in the light diffusion state can also be observed, it is considered useful as a scientific teaching material for understanding light diffusion.
Claims (11)
前記光拡散積層体は、柔軟性を有する基板と、基板上に設けられた薄膜層とを備え、
基板の材料の弾性率は、0.1〜10MPaであり、
薄膜層の材料の弾性率は、0.1〜100GPaであり、
基板の材料の弾性率(Ea)と薄膜層の材料の弾性率(Eb)の比(Ea/Eb)は、10-5〜10-1であり、
薄膜層の厚みは、0.0001〜0.1mmであり、
基板の厚みは、0.3〜20mmであり、
前記表面座屈凹凸構造は、凹凸空間周期が0.1mm以上10mm以下であり、前記ひずみ調整部により調整される表面方向ひずみに応じて、そのアスペクト比(溝深さ／凹凸空間周期)が0〜0.3の範囲内で変化するものであることを特徴とする光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置。 The light diffusion state can be reversibly changed, comprising a light diffusion laminate and a strain adjustment unit that adjusts the surface strain of the light diffusion laminate and induces a surface buckling uneven structure in the light diffusion laminate. A variable light diffusion device,
The light diffusion laminate includes a flexible substrate and a thin film layer provided on the substrate,
The elastic modulus of the material of the substrate is 0.1-10MPa,
The elastic modulus of the material of the thin film layer is 0.1-100GPa,
The ratio (Ea / Eb) of the elastic modulus (Ea) of the material of the substrate and the elastic modulus (Eb) of the material of the thin film layer is 10 −5 to 10 −1 ,
The thickness of the thin film layer is 0.0001 to 0.1 mm,
The thickness of the substrate is 0.3-20mm,
The surface buckling uneven structure has an uneven space period of 0.1 mm or more and 10 mm or less, and its aspect ratio (groove depth / uneven space period) is 0 to 0 depending on the surface direction strain adjusted by the strain adjusting unit. A variable light diffusion device capable of reversibly changing a light diffusion state, wherein the light diffusion state changes within a range of 0.3.
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