JP6554827B2 - Indicator - Google Patents

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本発明は、多層膜干渉に由来する反射特性により呈色する多層膜構成の表示体に関し、湿度に応答する機能を付与させた多層構造の光学特性の変化を利用した、偽造防止のための表示体に関する。   The present invention relates to a display device having a multilayer film structure that is colored by reflection characteristics derived from multilayer film interference, and a display for preventing counterfeiting using a change in optical characteristics of a multilayer structure imparted with a function to respond to humidity. About the body.

偽造を防止するために、金券、有価証券、証明印紙、クレジットカード、会員証、高価物品などには、偽造防止表示体、発光インキ、潜像模様などの様々な偽造防止技術が施されている。   In order to prevent counterfeiting, various anti-counterfeiting technologies such as anti-counterfeiting indicators, luminescent ink, and latent image patterns are applied to vouchers, securities, certificate stamps, credit cards, membership cards, expensive items, etc. .

中でも、微細な周期構造により光を反射して発色する構造発色という現象が注目されており、その構造発色は、色素等に見られる経時的な退色がおこりにくく、高い彩度を有し、鮮やかな色を示す特徴がある。   Of particular note is the phenomenon of structural coloring, which reflects light by a fine periodic structure, and the structural coloring is less susceptible to fading over time, as seen in dyes, etc., has high saturation, and is vivid. There is a feature that shows the color.

このような構造発色を利用した表示部材としては、マトリックス中にマトリックスとは異なる屈折率を有する球状体を規則的に配列させることで構造発色を発現するもの、特に構造発色を発現する表示層が封入されたセル枠が外部からの刺激により可変することで、刺激に応答して発色変化を生じさせる表示部材が提案されている(特許文献1)。   As a display member using such a structural color, a display member that expresses a structural color by arranging spherical bodies having a refractive index different from that of the matrix regularly in the matrix, particularly a display layer that expresses a structural color. There has been proposed a display member that causes a color change in response to a stimulus by changing the enclosed cell frame by a stimulus from the outside (Patent Document 1).

また、異なる屈折率を有するポリマーが交互に積層された多層膜構造体を有し、水溶液にその多層膜構造体を浸漬させることにより、ポリマー層が膨潤し発色変化を生じさせる表示部材が提案されている(非特許文献1)。   In addition, a display member has been proposed that has a multilayer structure in which polymers having different refractive indexes are alternately laminated, and the polymer layer swells and causes a color change by immersing the multilayer structure in an aqueous solution. (Non-Patent Document 1).

しかしながら、表示層が封入されたセル構造を有する表示体は、刺激として圧力や引っ張り応力などを想定しており、湿気や呼気などの湿度刺激に応答するものではない。また、表示層のマトリックスにはイオン液体を使用しており、セルは密封状態とする必要があり、圧力等の刺激によってセルが破損した場合、発色機能が失われる可能性がある。   However, a display body having a cell structure in which a display layer is encapsulated assumes pressure and tensile stress as a stimulus, and does not respond to humidity stimulus such as moisture or exhalation. Further, an ionic liquid is used for the matrix of the display layer, and the cell needs to be sealed. If the cell is damaged by a stimulus such as pressure, the coloring function may be lost.

また、多層膜構造を利用した表示体では、可視光領域まで反射波長を変化させるためには、水溶液あるいはアルコール溶液に多層膜構造を浸漬させる必要があり、湿気や呼気などの湿度刺激に対して可視光領域において発色変化を誘起させることはできない。   In addition, in a display body using a multilayer film structure, it is necessary to immerse the multilayer film structure in an aqueous solution or an alcohol solution in order to change the reflection wavelength to the visible light region. Color change cannot be induced in the visible light region.

特開2009−216964号公報JP 2009-216964 A

Leibler,L.、「Theory of Microphase Separation in Block Copolymers」、Macromolecules,1980、Vol.13、pp.1602‐1617Leibler, L .; "Theory of Microphase Separation in Block Copolymers", Macromolecules, 1980, Vol. 13, pp. 1602-1617

本発明は、これらの課題に鑑みてなされたもので、多層膜干渉に由来する反射特性により呈色する多層膜構造の表示体において、圧力等の刺激によってセルが破損することがなく、水溶液あるいはアルコール溶液に浸漬させることなく、発色変化を誘起させることが可能な表示体を提供することにある。   The present invention has been made in view of these problems, and in a display body having a multilayer structure that is colored by reflection characteristics derived from multilayer film interference, the cell is not damaged by a stimulus such as pressure. An object of the present invention is to provide a display body capable of inducing a color change without being immersed in an alcohol solution.

上記の課題を解決するための手段として、請求項1に記載の発明は、基材上に、物性の異なる第1相と第2相の2種類の高分子膜が交互に積層された高分子膜積層体構成の表示体であって、
前記高分子膜の少なくとも一方の相が、湿気の吸収により膨潤し、乾燥により収縮する性質を有し、前記高分子膜がブロック共重合体を含み、前記ブロック共重合体の1つまたは複数のブロックが前記第1相を構成し、前記ブロック共重合体のその他のブロックが前記第2相を構成し、前記高分子膜の第1相および第2相の少なくとも一方に水溶性高分子や高分子ゲル、あるいは親水性コロイド粒子を含むことを特徴とする表示体である。
As a means for solving the above problems, the invention according to claim 1 is a polymer in which two types of polymer films of a first phase and a second phase having different physical properties are alternately laminated on a substrate. A display body having a film laminate structure,
At least one phase of the polymer film has a property of swelling by absorption of moisture and shrinking by drying , the polymer film includes a block copolymer, and one or more of the block copolymers The block constitutes the first phase, the other block of the block copolymer constitutes the second phase, and at least one of the first phase and the second phase of the polymer film has a water-soluble polymer or a high A display comprising a molecular gel or hydrophilic colloidal particles .

また、請求項4に記載の発明は、前記ブロック共重合体がジブロック共重合体であり、前記ジブロック共重合体の一方のブロックが前記第1相を構成し、前記ジブロック共重合体の他方のブロックが前記第2相を構成することを特徴とする請求項3に記載の表示体である。   In the invention according to claim 4, the block copolymer is a diblock copolymer, and one block of the diblock copolymer constitutes the first phase, and the diblock copolymer 4. The display body according to claim 3, wherein the other block of the second phase constitutes the second phase.

また、請求項5に記載の発明は、前記高分子膜がラメラ状のミクロ相分離構造を有することを特徴とする請求項3に記載の表示体である。   The invention according to claim 5 is the display body according to claim 3, wherein the polymer film has a lamellar microphase separation structure.

また、請求項6に記載の発明は、前記ブロック共重合体が60000以上の重量平均分子量を有し、前記第1相の体積分率が0.35〜0.65の範囲内であることを特徴とする請求項3に記載の表示体である。   The invention according to claim 6 is that the block copolymer has a weight average molecular weight of 60000 or more, and the volume fraction of the first phase is in the range of 0.35 to 0.65. It is a display body of Claim 3 characterized by the above-mentioned.

また、請求項7に記載の発明は、前記高分子膜が400nm以上の膜厚を有することを特徴とする請求項1に記載の表示体である。   The invention according to claim 7 is the display body according to claim 1, wherein the polymer film has a film thickness of 400 nm or more.

また、請求項8に記載の発明は、前記第1相および前記第2相の少なくとも一方が、光架橋性または熱架橋性を有することを特徴とする請求項1に記載の表示体である。   The invention according to claim 8 is the display body according to claim 1, wherein at least one of the first phase and the second phase has photocrosslinkability or thermal crosslinkability.

また、請求項9に記載の発明は、前記第1相および前記第2相の一部が架橋されていることを特徴とする請求項1に記載の表示体である。   The invention according to claim 9 is the display body according to claim 1, wherein a part of the first phase and the second phase are crosslinked.

本発明の実施形態の表示体は、圧力等の外部刺激による破損の心配がなく、水溶液あるいはアルコール溶液に浸漬させる必要がなく、湿度変化のみで、紫外から可視、赤外光領域まで広範囲に色変化をさせることが可能な、表示体を提供することができる。   The display body of the embodiment of the present invention has no fear of damage due to external stimuli such as pressure, does not need to be immersed in an aqueous solution or an alcohol solution, and has a wide range of colors from ultraviolet to visible and infrared light regions only by changing humidity. A display body that can be changed can be provided.

本発明の実施形態に係る表示体の構成を示した断面概念図である。It is a section conceptual diagram showing composition of a display concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係り、高分子膜の一部が部分的に架橋された表示体の構成を示した断面概念図である。1 is a conceptual cross-sectional view illustrating a configuration of a display body in which a part of a polymer film is partially crosslinked according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係り、紫外線照射量に対する膨潤時の構造発色の極大波長の変化を示したグラフである。It is a graph which showed the change of the maximum wavelength of the structural color development at the time of swelling with respect to the ultraviolet irradiation amount according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係り、相対湿度に対する構造発色の極大波長の変化を示したグラフである。It is a graph which showed the change of the maximum wavelength of the structural color development with respect to relative humidity according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施例1で得られた表示体のSEM断面写真である。It is a SEM cross-sectional photograph of the display body obtained in Example 1 of this invention.

以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る表示体の構成を示した断面であり、表示体1は、高分子膜で形成されており、異なる種類の第1相2および第2相3が膜厚方向に交互に積層した構造を有し、前記第1相2および前記第2相3の少なくとも一方に、湿気の吸収により膨潤し、乾燥により収縮する性質を有する物質を含有していることを特徴とする。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross section showing a configuration of a display body according to an embodiment of the present invention. The display body 1 is formed of a polymer film, and different types of first phase 2 and second phase 3 are films. It has a structure in which the layers are alternately stacked in the thickness direction, and at least one of the first phase 2 and the second phase 3 contains a substance that swells by absorbing moisture and contracts by drying. Features.

表示体1は、任意選択的に設けてもよい基材4と、基材4上の高分子膜5とを含む。高分子膜5は、異なる種類の第1相2および第2相3が、膜厚方向へ交互に積層した構造を有する。図1に一例を示すが、高分子膜5の第2相3に湿気の吸収により膨潤し、乾燥により収縮する性質を有する物質を含有している。   The display body 1 includes a base material 4 that may be optionally provided, and a polymer film 5 on the base material 4. The polymer film 5 has a structure in which different types of first phase 2 and second phase 3 are alternately laminated in the film thickness direction. An example is shown in FIG. 1, but the second phase 3 of the polymer film 5 contains a substance having a property of swelling due to moisture absorption and shrinking due to drying.

第1相2および第2相3からなる高分子膜5は、好適には、ブロック共重合体を用いて形成することができる。ブロック共重合体は、互いに相溶性の低い2つ以上の異なるポリマーブロックがそれらの末端で結合している高分子である。   The polymer film 5 composed of the first phase 2 and the second phase 3 can be preferably formed using a block copolymer. A block copolymer is a polymer in which two or more different polymer blocks having low compatibility with each other are bonded at their ends.

本発明における「互いに相溶性が低い」とは、χ×N>10.5の式を満たすことを意味し(非特許文献1)、ここで、χは、異種のポリマーブロック間で定められるフローリー・ハギンズの相互作用パラメータを表し、Nはブロック共重合体の重合度を表す。   In the present invention, “low compatibility with each other” means that the formula of χ × N> 10.5 is satisfied (Non-patent Document 1), where χ is a Flory defined between different polymer blocks. Represents the interaction parameter of Huggins, and N represents the degree of polymerization of the block copolymer.

このようなブロック共重合体は、この共重合体を相転移温度以上に加熱するアニール処理により、周期的なミクロ相分離構造を自己組織的に形成する。このミクロ相分離構造において、相溶性の低いポリマーブロックは、互いに交じり合わないようにミクロ領域を形成する。   Such a block copolymer forms a periodic microphase-separated structure in a self-organized manner by an annealing treatment in which the copolymer is heated to a phase transition temperature or higher. In this microphase-separated structure, polymer blocks having low compatibility form microregions so as not to cross each other.

そのミクロ領域の寸法は、各ポリマーブロックのポリマー鎖長に依存する。また、どのようなミクロ相分離構造が形成されるかは、ブロック共重合体を形成する各ポリマーブロックの体積分率によって決定される。   The dimensions of the microregion depend on the polymer chain length of each polymer block. In addition, what microphase separation structure is formed is determined by the volume fraction of each polymer block forming the block copolymer.

本実施形態においては、前述の自己組織化現象を用いて、2つの異なる有機相(第1相2および第2相3)が交互に積層した高分子膜5を形成することができる。自己組織化現象を用いる方法以外に、異種の樹脂を同時にフィルム上に押出して積層膜を形成する、多層共押出法を用いて高分子膜5を形成することもできる。   In the present embodiment, the polymer film 5 in which two different organic phases (first phase 2 and second phase 3) are alternately stacked can be formed by using the above-described self-organization phenomenon. In addition to the method using the self-organization phenomenon, the polymer film 5 can also be formed using a multilayer coextrusion method in which different types of resins are simultaneously extruded onto a film to form a laminated film.

しかしながら、多層共押出法においては、一度に形成できる層の数が制限される。したがって、1回の塗布およびアニール処理のみで20以上の相が交互に積層された高分子膜5を形成することができる、自己組織化現象を用いる方法が好ましい。   However, in the multilayer coextrusion method, the number of layers that can be formed at one time is limited. Therefore, a method using a self-organization phenomenon that can form the polymer film 5 in which 20 or more phases are alternately laminated by only one application and annealing treatment is preferable.

ブロック共重合体には、各ポリマーブロックがそれらの末端において直列に結合した線状ブロック共重合体、各ポリマーブロックが一点で結合したスター型ブロック共重合体などが含まれる。   The block copolymer includes a linear block copolymer in which each polymer block is bonded in series at the end thereof, a star block copolymer in which each polymer block is bonded at one point, and the like.

本実施形態においては、いずれのブロック共重合体も使用することができる。本発明においては、2つの異種のポリマーブロックが、それらの末端において結合したジブロック共重合体を用いることが好ましい。   In this embodiment, any block copolymer can be used. In the present invention, it is preferable to use a diblock copolymer in which two different polymer blocks are bonded at their ends.

本実施形態で用いることができるジブロック共重合体の例は、ポリ(スチレン−b−乳
酸)、ポリ(スチレン−b−2−ビニルピリジン)、ポリ(スチレン−b−4−ビニルピリジン)、ポリ(スチレン−b−ジメチルシロキサン)、ポリ(スチレン−b−N,N−ジメチルアクリルアミド)、ポリ(ブタジエン−b−4−ビニルピリジン)、ポリ(スチレン−b−フェロセニルジメチルシラン)、ポリ(ブタジエン−b−メチルメタクリレート)、ポリ(ブタジエン−b−t−ブチルメタクリレート)、ポリ(ブタジエン−b−t−ブチルアクリレート)、ポリ(ブタジエン−b−ジメチルシロキサン)、ポリ(t−ブチルメタクリレート−b−4−ビニルピリジン)、ポリ(エチレン−b−メチルメタクリレート)、ポリ(t−ブチルメタクリレート−b−2−ビニルピリジン)、ポリ(エチレン−b−2−ビニルピリジン)、ポリ(エチレン−b−4−ビニルピリジン)、ポリ(イソプレン−b−2−ビニルピリジン)、ポリ(メチルメタクリレート−b−スチレン)、ポリ(t−ブチルメタクリレート−b−スチレン)、ポリ(メチルアクリレート−b−スチレン)、ポリ(ブタジエン−b−スチレン)、ポリ(イソプレン−b−スチレン)、ポリ(ブタジエン−b−アクリル酸ナトリウム)、ポリ(ブタジエン−b−エチレンオキシド)、ポリ(t−ブチルメタクリレート−b−エチレンオキシド)、ポリ(スチレン−b−ポリアクリル酸)、およびポリ(スチレン−b−メタクリル酸)を含むが、これらに限定されるものではない。
Examples of diblock copolymers that can be used in this embodiment include poly (styrene-b-lactic acid), poly (styrene-b-2-vinylpyridine), poly (styrene-b-4-vinylpyridine), Poly (styrene-b-dimethylsiloxane), poly (styrene-bN, N-dimethylacrylamide), poly (butadiene-b-4-vinylpyridine), poly (styrene-b-ferrocenyldimethylsilane), poly (Butadiene-b-methyl methacrylate), poly (butadiene-b-t-butyl methacrylate), poly (butadiene-b-t-butyl acrylate), poly (butadiene-b-dimethylsiloxane), poly (t-butyl methacrylate) b-4-vinylpyridine), poly (ethylene-b-methyl methacrylate), poly (t-butylmethacrylate) Chlorate-b-2-vinylpyridine), poly (ethylene-b-2-vinylpyridine), poly (ethylene-b-4-vinylpyridine), poly (isoprene-b-2-vinylpyridine), poly (methyl methacrylate) -B-styrene), poly (t-butyl methacrylate-b-styrene), poly (methyl acrylate-b-styrene), poly (butadiene-b-styrene), poly (isoprene-b-styrene), poly (butadiene- b-sodium acrylate), poly (butadiene-b-ethylene oxide), poly (t-butyl methacrylate-b-ethylene oxide), poly (styrene-b-polyacrylic acid), and poly (styrene-b-methacrylic acid). Including, but not limited to.

前述のジブロック共重合体では、ポリマーブロックの一方が第1相2を形成し、他方が第2相3を形成する。ジブロック共重合体のミクロ相分離によって形成される微細構造(ミクロ相分離構造)は、2つのポリマーブロックの体積分率にも依存する。   In the above-described diblock copolymer, one of the polymer blocks forms the first phase 2 and the other forms the second phase 3. The microstructure (microphase separation structure) formed by the microphase separation of the diblock copolymer also depends on the volume fraction of the two polymer blocks.

得られるミクロ相分離構造は、スフィア(球状)構図、シリンダ(柱状)構造、ジャイロイド構造、ラメラ(板状)構造などを含む。ジブロック共重合体がどのようなミクロ相分離構造を呈するかは、フローリー・ハギンズの相互作用パラメータχ、ポリマーの重合度N、およびポリマーブロックの体積分率によって表される相図によって決定される。   The obtained microphase separation structure includes a sphere (spherical) composition, a cylinder (columnar) structure, a gyroidal structure, a lamella (plate-like) structure, and the like. The microphase-separated structure of the diblock copolymer is determined by the phase diagram represented by the Flory-Huggins interaction parameter χ, the degree of polymerization N of the polymer, and the volume fraction of the polymer block. .

本実施形態においては、ラメラ構造を有するジブロック共重合体を用いる。なぜなら、図1に示すように、第1相2および第2相3のそれぞれが基材4の面内方向(基材4の表面に平行な方向)に配向した板状構造を有し、第1相2および第2相3が基材4の垂直方向(すなわち、高分子膜5の膜厚方向)に交互に積層した構造が実現できるからである。   In this embodiment, a diblock copolymer having a lamellar structure is used. Because, as shown in FIG. 1, each of the first phase 2 and the second phase 3 has a plate-like structure oriented in the in-plane direction of the base material 4 (direction parallel to the surface of the base material 4). This is because a structure in which the first phase 2 and the second phase 3 are alternately laminated in the vertical direction of the base material 4 (that is, the film thickness direction of the polymer film 5) can be realized.

ジブロック共重合体がラメラ構造を有するために、2つのポリマーブロックの体積分率は、0.35〜0.65の範囲内とすることが望ましい。ポリマーブロックの体積分率が0.35未満である場合または0.65以上である場合、スフィア構造またはシリンダ構造が得られ、ラメラ構造を得ることが困難となる。   Since the diblock copolymer has a lamellar structure, the volume fraction of the two polymer blocks is preferably in the range of 0.35 to 0.65. When the volume fraction of the polymer block is less than 0.35 or 0.65 or more, a sphere structure or a cylinder structure is obtained, and it becomes difficult to obtain a lamella structure.

図1および図2に示す例では、高分子膜5はラメラ構造を有する。ジブロック共重合体を用いる場合、ラメラ構造の繰り返しのパターンサイズ(周期的なパターンのサイズ)は、ジブロック共重合体の分子量に依存する。   In the example shown in FIGS. 1 and 2, the polymer film 5 has a lamellar structure. When a diblock copolymer is used, the repeated pattern size (periodic pattern size) of the lamellar structure depends on the molecular weight of the diblock copolymer.

したがって、ジブロック共重合体の分子量を適宜に選択することにより、周期的なパターンのサイズ、すなわち周期的な相分離構造のサイズを、目標とするサイズに調整することができる。   Therefore, by appropriately selecting the molecular weight of the diblock copolymer, the size of the periodic pattern, that is, the size of the periodic phase separation structure can be adjusted to the target size.

異なる種類の材料からなる第1相2および第2相3が交互に積層された高分子膜5は、スネルの法則およびブラックの法則より導かれる式(1)によって決定される特定の波長λの光を反射する特性を有する。
λ=2d(n1−cos2θ)1/2 (1)〔式中、n1は第1相2と第2相3との屈折率の比(相対屈折率)を表し、dは第1相2または第2相3の厚さを表し、θは反射光の出射角を表す〕。
The polymer film 5 in which the first phase 2 and the second phase 3 made of different types of materials are alternately laminated has a specific wavelength λ 1 determined by the equation (1) derived from Snell's law and Black's law. It has the characteristic of reflecting the light.
λ 1 = 2d (n1 2 −cos 2θ) 1/2 (1) [where n1 represents the ratio of the refractive indices of the first phase 2 and the second phase 3 (relative refractive index), and d represents the first phase. 2 or the thickness of the second phase 3, and θ represents the outgoing angle of the reflected light.

本実施形態では、高分子膜5を気体の吸着で膨潤された際に、第1相2および第2相3の少なくとも一方に気体が吸着してそれらを膨潤させ、気体が吸着した相の膜厚d、ならびに相対屈折率n1が変化することによって反射光の波長λが変化し、高分子膜5から可視光領域の反射光(構造発色)が出射するようになる。 In the present embodiment, when the polymer film 5 is swollen by gas adsorption, the gas is adsorbed to at least one of the first phase 2 and the second phase 3 to swell them, and the film of the phase in which the gas is adsorbed the thickness d, and the wavelength lambda 1 of the reflected light changes by the relative refractive index n1 is changed, a polymer film 5 as reflected light in a visible light region (structural color) is emitted.

相対屈折率n1は、膨潤させる分子の絶対屈折率、気体が吸着する前の第1相2および第2相3の絶対屈折率、ならびに、第1相2および第2相3に対する気体の吸着量などによって決定される。   The relative refractive index n1 is the absolute refractive index of the molecules to be swollen, the absolute refractive indexes of the first phase 2 and the second phase 3 before the gas is adsorbed, and the adsorption amount of the gas with respect to the first phase 2 and the second phase 3. It is decided by.

したがって、ラメラパターン周期、すなわち高分子膜5を形成する有機ポリマー(ブロック共重合体)の周期的な相分離構造の周期は、可視光領域の反射光が得られる20〜400nmとすることが望ましい。   Therefore, it is desirable that the period of the lamellar pattern, that is, the period of the periodic phase separation structure of the organic polymer (block copolymer) forming the polymer film 5 is 20 to 400 nm from which reflected light in the visible light region can be obtained. .

特に、本実施形態では、高分子膜5の膨潤現象を利用することから、20〜50nmのラメラパターン周期を実現できる分子量を有する有機ポリマー(ブロック共重合体)を使用することがより望ましい。   In particular, in this embodiment, since the swelling phenomenon of the polymer film 5 is used, it is more preferable to use an organic polymer (block copolymer) having a molecular weight capable of realizing a lamellar pattern period of 20 to 50 nm.

20nm以上のラメラパターン周期を得るためには、ブロック共重合体が、60000以上の重量平均分子量を有する必要がある。60000未満の重量平均分子量を用いるブロック共重合体を用いた場合、ラメラパターン周期が20nm以下となり、反射光の波長λが紫外領域内となり、目視確認することができない。 In order to obtain a lamellar pattern period of 20 nm or more, the block copolymer needs to have a weight average molecular weight of 60000 or more. When a block copolymer using a weight average molecular weight of less than 60000 is used, the lamellar pattern period is 20 nm or less, and the wavelength λ 1 of reflected light is in the ultraviolet region, which cannot be visually confirmed.

また、高分子膜5からの反射光が目視で観察可能な強度を有するために、高分子膜5が10層以上の第1相2および10層以上の第2相3を有するように、高分子膜5の膜厚を設定することが望ましい。   In addition, since the reflected light from the polymer film 5 has an intensity that can be visually observed, the polymer film 5 has a high phase so that the polymer layer 5 has the first phase 2 having 10 layers or more and the second phase 3 having 10 layers or more. It is desirable to set the film thickness of the molecular film 5.

特に、反射光が鮮明に観察されること、および自己組織化が進行し易いことの観点から、第1相2および第2相3の層数の合計は、20から50の範囲内であることが好ましい。この層数を実現するために、高分子膜5の膜厚は、400nm〜2000nmの範囲内であることが好ましい。   In particular, the total number of layers of the first phase 2 and the second phase 3 is in the range of 20 to 50 from the viewpoint that the reflected light is clearly observed and the self-organization easily proceeds. Is preferred. In order to realize this number of layers, the film thickness of the polymer film 5 is preferably in the range of 400 nm to 2000 nm.

第1相2および第2相3の層数の合計が20未満(すなわち、高分子膜5の膜厚が400nm未満)である場合、反射光の強度が小さくなり、目視で観察することが困難となる。   When the total number of layers of the first phase 2 and the second phase 3 is less than 20 (that is, the film thickness of the polymer film 5 is less than 400 nm), the intensity of reflected light becomes small and difficult to observe visually. It becomes.

前述のように、ブロック共重合体の自己組織化は、相転移温度以上でアニール(加熱)されることで誘起される。しかしながら、ブロック共重合体の分子量が大きくなるにしたがって、ブロック共重合体の流動性が低下する。   As described above, the self-assembly of the block copolymer is induced by annealing (heating) above the phase transition temperature. However, as the molecular weight of the block copolymer increases, the fluidity of the block copolymer decreases.

そのため、相分離挙動は鈍くなり、ミクロ相分離構造が形成されにくくなる。そのため、大きな分子量を有するブロック共重合体の自己組織化には、非常に長時間のアニール処理が必要となる。   Therefore, the phase separation behavior becomes dull and it is difficult to form a microphase separation structure. Therefore, a very long annealing process is required for self-assembly of a block copolymer having a large molecular weight.

自己組織化現象を促進させるために、ブロック共重合体に親和性のある溶媒蒸気下でアニール処理を行うことができる。溶媒蒸気の存在により、ブロック共重合体の流動性が向上し、自己組織化が促進されることが知られており、アニール時間の短縮および加熱温度の低減が可能となる。   In order to promote the self-assembly phenomenon, an annealing treatment can be performed under a solvent vapor having affinity for the block copolymer. It is known that the presence of the solvent vapor improves the fluidity of the block copolymer and promotes self-organization, so that the annealing time can be shortened and the heating temperature can be reduced.

溶媒蒸気下のアニール処理で使用する溶媒は、ブロック共重合体に親和性のある溶媒で
あれば特に限定されない。用いることができる溶媒の例は、クロロホルム、トルエン、テトラヒドロフラン、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテル−2−アセテート(PGMEA)などを含む。
The solvent used in the annealing treatment under a solvent vapor is not particularly limited as long as it is a solvent having an affinity for the block copolymer. Examples of solvents that can be used include chloroform, toluene, tetrahydrofuran, propylene glycol-1-monomethyl ether-2-acetate (PGMEA), and the like.

また、溶媒蒸気下のアニール処理は、好適には、使用する溶媒の沸点未満の温度で実施される。沸点以上の温度で処理を行った場合、高分子膜5周辺で溶媒が揮発し、溶媒蒸気が十分に高分子膜5内に浸透せず、有機ポリマーの流動性を向上させることができない。   Moreover, the annealing treatment under the solvent vapor is preferably performed at a temperature lower than the boiling point of the solvent used. When the treatment is performed at a temperature equal to or higher than the boiling point, the solvent is volatilized around the polymer film 5, the solvent vapor does not sufficiently penetrate into the polymer film 5, and the fluidity of the organic polymer cannot be improved.

次に、高分子膜5の第1相2および第2相3の少なくとも一方に、湿気の吸収により膨潤し、乾燥により収縮する性質を有する物質を導入する手法について説明する。   Next, a method for introducing a substance having the property of swelling into moisture at least one of the first phase 2 and the second phase 3 of the polymer film 5 and shrinking by drying will be described.

本明細書に記載の湿気とは、水蒸気やアルコール蒸気などを含み、高分子膜5の第1相2および第2相3を形成するポリマーブロックの少なくとも一方が吸収できる分子を示す。   The moisture described in the present specification refers to a molecule that includes water vapor, alcohol vapor, or the like and can be absorbed by at least one of the polymer blocks forming the first phase 2 and the second phase 3 of the polymer film 5.

湿気の吸収により膨潤し、乾燥により収縮する物質としては、水溶性高分子や高分子ゲル、あるいは親水性コロイド粒子などが含まれる。   Examples of the substance that swells by absorbing moisture and shrinks by drying include water-soluble polymers, polymer gels, and hydrophilic colloid particles.

本実施形態で用いることのできる水溶性高分子の例は、ポリウレタンやポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ゼラチン、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルピロリドンを含むが、これに限られるものではない。また、高分子ゲルの例は、ポリビニルアルコールハイドロゲルやポリアクリルアミドゲルあるいは各種アクリルアミド誘導体(N−イソプロピルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタアクリルアミド)から形成されるゲルを含むが、これらに限られるものではない。   Examples of water-soluble polymers that can be used in the present embodiment include, but are not limited to, polyurethane, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, gelatin, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, and polyvinylpyrrolidone. Examples of the polymer gel include polyvinyl alcohol hydrogel, polyacrylamide gel, or various acrylamide derivatives (N-isopropylacrylamide, N-ethylacrylamide, N-methylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, diacetoneacrylamide, N- Gels formed from (methylol acrylamide, N-methylol methacrylamide), but are not limited thereto.

前記水溶性高分子や高分子ゲルは、重合された高分子構造として高分子膜5に導入しても良いが、モノマーとして高分子膜5に導入し、その後、膜中で重合しても良い。   The water-soluble polymer or polymer gel may be introduced into the polymer film 5 as a polymerized polymer structure, but may be introduced into the polymer film 5 as a monomer and then polymerized in the film. .

高分子構造として高分子膜5に導入する方法としては、高分子膜5が溶解せず、高分子膜5の第1相2あるいは第2相3の少なくとも一方が膨潤する溶媒に前記水溶性高分子や高分子ゲルを溶解させ、その溶液に高分子膜5を浸漬させることで膜中に浸透させ、その後、高分子膜5を取り出して乾燥させることで導入することができる。   As a method for introducing the polymer structure 5 into the polymer film 5, the polymer film 5 is not dissolved, and the water-soluble high-soluble solvent is used in a solvent in which at least one of the first phase 2 or the second phase 3 of the polymer film 5 swells. It can be introduced by dissolving molecules and polymer gel, immersing the polymer film 5 in the solution to infiltrate the film, and then removing the polymer film 5 and drying it.

また、高分子ゲルを導入するには、高分子膜5が溶解せず、高分子膜5の第1相2あるいは第2相3の少なくとも一方が膨潤する溶媒にモノマー分子と架橋剤、開始剤を添加し、重合反応を進行させればよい。   In order to introduce the polymer gel, the monomer film, the crosslinking agent, and the initiator are dissolved in a solvent in which the polymer film 5 is not dissolved and at least one of the first phase 2 or the second phase 3 of the polymer film 5 swells. And the polymerization reaction may be allowed to proceed.

湿気の吸収により膨潤し、乾燥により収縮する物質の導入量は、湿気吸収時の膜厚変化と導入された物質の屈折率により異なるが、スネルの法則およびブラックの法則より導かれる式(1)によって求められる膜厚により定めることができ、可視光領域での色変化を誘起することができる。   The amount of the substance that swells by absorbing moisture and shrinks by drying varies depending on the change in film thickness upon absorption of moisture and the refractive index of the introduced substance, but is derived from Snell's law and Black's law (1) The color change in the visible light region can be induced.

次に、高分子膜5を膨潤させた際に発現する構造発色のパターニングについて説明する。   Next, the structural color patterning that appears when the polymer film 5 is swollen will be described.

図2は、高分子膜5の一部を部分的に架橋させた表示体1の要部拡大断面図である。図2に示す例では、架橋領域6において高分子膜5の部分的架橋が行われている。架橋領域6において、高分子膜5の第1相2および第2相3の少なくとも一方、あるいは両方が、
部分的に架橋されていてもよい。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the display body 1 in which a part of the polymer film 5 is partially cross-linked. In the example shown in FIG. 2, the polymer film 5 is partially crosslinked in the crosslinked region 6. In the crosslinked region 6, at least one of the first phase 2 and the second phase 3 of the polymer film 5, or both,
It may be partially crosslinked.

本実施形態においては、高分子膜5を気体の吸着で膨潤させることにより式(1)中の相厚dおよび相対屈折率n1を変化させて、構造発色を発現させる現象を利用している。   In the present embodiment, a phenomenon is used in which structural coloring is developed by changing the phase thickness d and the relative refractive index n1 in the formula (1) by swelling the polymer film 5 by gas adsorption.

したがって、図2に示すように、架橋領域6における第1相2、第2相3および第1相2と第2相3の、気体の吸着による膨潤を抑制すると、相厚dの変化が抑制され、構造発色の発現を抑制することができる。   Therefore, as shown in FIG. 2, if the swelling of the first phase 2, the second phase 3, and the first phase 2 and the second phase 3 in the bridging region 6 due to gas adsorption is suppressed, the change in the phase thickness d is suppressed. Thus, the development of structural color development can be suppressed.

言い換えると、架橋領域6をパターニングすることによって、可視光領域の構造発色を発現する領域と、構造発色が抑制される領域とを画定することができる。この効果は、目視観察における構造発色の色コントラストを向上させる点において有効である。   In other words, by patterning the bridging region 6, it is possible to define a region that exhibits structural color development in the visible light region and a region in which structural color development is suppressed. This effect is effective in improving the color contrast of structural coloring in visual observation.

高分子膜5中のブロック共重合体は、熱または光によって架橋させることができる。たとえば、ピリジン環またはピロリジン環を含むポリマーブロックを含むブロック共重合体は、光照射により、ピリジン環またはピロリジン環のα位の炭素において架橋することが知られている。   The block copolymer in the polymer film 5 can be crosslinked by heat or light. For example, it is known that a block copolymer containing a polymer block containing a pyridine ring or a pyrrolidine ring is crosslinked at the α-position carbon of the pyridine ring or pyrrolidine ring by light irradiation.

また、ブタジエンから誘導されるポリマーブロックを含むブロック共重合体は、熱重合開始剤または光重合開始剤を混合することにより、熱架橋性または光架橋性を付与することができる。あるいはまた、ヒドロキシル基、アミノ基、イソシアネート基などの反応性置換基を有するポリマーブロックを含むブロック共重合体に対して、反応性置換基に適合する架橋剤、任意選択的に光酸発生剤または光塩基発生剤などを混合することにより、光架橋性を付与することができる。   Moreover, the block copolymer containing the polymer block derived from butadiene can impart thermal crosslinkability or photocrosslinkability by mixing a thermal polymerization initiator or a photopolymerization initiator. Alternatively, for block copolymers comprising polymer blocks having reactive substituents such as hydroxyl groups, amino groups, isocyanate groups, crosslinkers that are compatible with the reactive substituents, optionally a photoacid generator or Photocrosslinking property can be imparted by mixing a photobase generator or the like.

簡便なプロセスを用い、短時間で誘起ポリマーの架橋パターニングが可能である点において、紫外線照射などによる光架橋が特に好ましい。より具体的には、紫外線照射などによる光架橋は、画像状にパターニングした紫外線遮蔽フォトマスクを通した照射により、高分子膜5の微細なパターニングを一括して実施することを可能にする。   Photocrosslinking by ultraviolet irradiation or the like is particularly preferable in that the induced polymer can be crosslinked and patterned in a short time using a simple process. More specifically, photocrosslinking by ultraviolet irradiation or the like makes it possible to carry out fine patterning of the polymer film 5 collectively by irradiation through an ultraviolet shielding photomask patterned in an image shape.

本実施形態において、高分子膜5の第1相2および第2相3の、少なくとも一方のみを架橋させてもよいし、両方を架橋させてもよい。少なくとも、湿気の吸収による膨潤現象を示す相を架橋させる。   In the present embodiment, at least one of the first phase 2 and the second phase 3 of the polymer film 5 may be crosslinked, or both may be crosslinked. At least a phase exhibiting a swelling phenomenon due to moisture absorption is crosslinked.

また、光照射による架橋の場合、光照射は、高分子膜5の表面に対して垂直方向から行ってもよいし、斜め方向から行ってもよい。垂直方向から光照射を行った場合、照射区域(すなわち、架橋区域6)と非照射区域との境界が明確となり、高いコントラスト(はっきりとした輪郭)を有するイメージが得られる。   In the case of crosslinking by light irradiation, the light irradiation may be performed from a direction perpendicular to the surface of the polymer film 5 or from an oblique direction. When light irradiation is performed from the vertical direction, the boundary between the irradiated area (that is, the bridging area 6) and the non-irradiated area becomes clear, and an image having high contrast (clear outline) is obtained.

一方、斜め方向から光照射を行った場合、照射区域と非照射区域との境界において、高分子膜5の深さ方向で架橋率のグラデーションが発生する。その結果として、湿気吸収後のイメージは、ソフトな輪郭を有するイメージとなる。   On the other hand, when light irradiation is performed from an oblique direction, a gradation of the crosslinking rate occurs in the depth direction of the polymer film 5 at the boundary between the irradiated area and the non-irradiated area. As a result, the image after moisture absorption is an image having a soft outline.

パターニングを行う手順としては、湿気の吸収により膨潤し、乾燥により収縮する性質を有する物質を導入する前の、乾燥状態の高分子膜5に対して、紫外線遮蔽フォトマスクを用いて光架橋するのが好ましい。   The procedure for patterning is to photocrosslink the polymer film 5 in a dry state before introduction of a substance having a property of swelling by moisture absorption and shrinking by drying using an ultraviolet shielding photomask. Is preferred.

導入後にパターニングを行うと、湿気の吸収により膨潤し、乾燥により収縮する性質を有する物質導入による膨潤で有機ポリマー間の密度が低下し、有機ポリマー間が十分に架橋されず、結果として、紫外線照射エリアと未照射エリアでの湿気吸収時の膨潤率に差が
生まれず、色コントラストが得られない。
When patterning is carried out after introduction, the density between organic polymers decreases due to swelling due to the introduction of substances that swell due to moisture absorption and shrink by drying, and the organic polymers are not sufficiently crosslinked, resulting in UV irradiation. There is no difference in the swelling rate when absorbing moisture between the area and the unirradiated area, and color contrast cannot be obtained.

次に、高分子膜5における構造発色の波長λの制御方法について説明する。   Next, a method for controlling the wavelength λ of structural color development in the polymer film 5 will be described.

構造発色の波長λを制御する第1の方法は、高分子膜5中の有機ポリマーの架橋率を制御することにより、発色の波長を制御することである。ポリマーの架橋率が増大するほど、高分子膜5が膨潤する際の膨潤率は低下する。   The first method of controlling the wavelength λ of structural color development is to control the wavelength of color development by controlling the crosslinking rate of the organic polymer in the polymer film 5. As the polymer crosslinking rate increases, the swelling rate when the polymer film 5 swells decreases.

そして、膨潤率の低下は、高分子膜の寸法変化(広がりおよび伸び)の抑制をもたらす。膨潤率の低下によって、相厚dの変化が小さくなり、気体の吸着による膨潤時の相厚dが小さくなる。   And the fall of a swelling rate brings about suppression of the dimensional change (expansion and elongation) of a polymer film. Due to the decrease in the swelling rate, the change in the phase thickness d becomes smaller, and the phase thickness d during swelling due to gas adsorption becomes smaller.

前述のように、構造発色の波長λは、式(1)における相厚dの減少に比例して、減少する。言い換えると、膨潤時の相厚dが小さくなると、構造発色は短波長シフトする。以上のことから、ポリマーの架橋率を制御することによって、構造発色の色を選択することが可能となる。 As described above, the wavelength λ 1 of the structural color development decreases in proportion to the decrease in the phase thickness d in the equation (1). In other words, as the phase thickness d during swelling decreases, the structural color development shifts by a short wavelength. From the above, it is possible to select the color of the structural color by controlling the crosslinking rate of the polymer.

紫外線による光架橋を用いる場合、高分子膜5中の有機ポリマーの架橋率は、光照射量によって制御することができる。本実施形態において、構造発色を可視光領域に発現させるには、紫外線照射量を典型的には5mJ/cm以上500mJ/cm以下の範囲で選択することが望ましい。 When photocrosslinking by ultraviolet rays is used, the crosslinking rate of the organic polymer in the polymer film 5 can be controlled by the amount of light irradiation. In this embodiment, a structural color to be expressed in a visible light region, typically an ultraviolet irradiation amount is preferably selected in 5 mJ / cm 2 or more 500 mJ / cm 2 or less.

照射する紫外線の波長領域は、200nmから500nmの範囲内で選択される。また、使用する光源は、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、およびLEDランプを含むが、これらに限定されるものではない。   The wavelength region of the ultraviolet rays to be irradiated is selected within the range of 200 nm to 500 nm. Moreover, although the light source to be used includes a high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, and an LED lamp, it is not limited to these.

図3に、紫外線照射量と、構造発色の極大波長λとの関係を示す。ここで、膜厚800nmのポリ(スチレン−b−2−ビニルピリジン)(PS−b−P2VP)膜に、種々の照射量の波長365nmの紫外線を照射した。その後に、クロロホルム蒸気存在下、50℃において、12時間にわたって、PS−b−P2VP膜をアニーリング処理した。   FIG. 3 shows the relationship between the ultraviolet irradiation amount and the maximum wavelength λ for structural color development. Here, a poly (styrene-b-2-vinylpyridine) (PS-b-P2VP) film having a film thickness of 800 nm was irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm with various irradiation amounts. Thereafter, the PS-b-P2VP membrane was annealed in the presence of chloroform vapor at 50 ° C. for 12 hours.

最後に、得られたPS−b−P2VP膜に水を滴下し、その際に得られた構造発色の極大波長λを測定した。図3から明らかなように、紫外線照射量の増大とともに、構造発色の極大波長が減少し、構造発色が短波長シフトしていることが分かる。   Finally, water was dropped onto the obtained PS-b-P2VP film, and the maximum wavelength λ of the structural color obtained at that time was measured. As is apparent from FIG. 3, it can be seen that the maximum wavelength of structural color development decreases with an increase in the amount of ultraviolet irradiation, and the structural color development shifts by a short wavelength.

光架橋を行う際に架橋率を制御するための別法として、グレースケールマスクを用いた光照射を用いることができる。グレースケールマスクは、光遮蔽パターンを網点状に形成し、その網点の密度によってサンプルに入射される光量を制御するマスクである。   As another method for controlling the crosslinking rate when performing photocrosslinking, light irradiation using a gray scale mask can be used. The gray scale mask is a mask that forms a light shielding pattern in a halftone dot shape and controls the amount of light incident on the sample by the density of the halftone dot.

グレースケールマスクを用いた一度の光照射プロセスで、表示体1の同一面内に波長の異なる構造発色パターン(いわゆる、カラー画像)を得ることができる。その結果、表示体1の意匠性は著しく向上する。   A structural color pattern (so-called color image) having different wavelengths can be obtained in the same surface of the display 1 by a single light irradiation process using a gray scale mask. As a result, the design of the display body 1 is significantly improved.

構造発色の波長λを制御する第2の方法は、異なる気体を高分子膜に吸収させることである。高分子膜5の膨潤の状態は、高分子膜5(具体的には、第1相および/または第2相)と気体との親和性によって変化する。   A second method for controlling the wavelength λ for structural color development is to absorb different gases into the polymer film. The state of swelling of the polymer film 5 changes depending on the affinity between the polymer film 5 (specifically, the first phase and / or the second phase) and gas.

その結果、異なる種類の気体を用いることによって、膨潤時の相厚dが変化する。さらに、気体は、それぞれ固有の屈折率を有する。また、膨潤時に第1相および/または第2相に含有される気体の量も変化する。したがって、異なる種類の気体を用いることによって、第1相および第2相の相対屈折率n1も変化する。   As a result, the phase thickness d at the time of swelling changes by using different types of gases. Furthermore, each gas has a specific refractive index. Further, the amount of gas contained in the first phase and / or the second phase also changes during swelling. Therefore, by using different types of gases, the relative refractive index n1 of the first phase and the second phase also changes.

したがって、相厚dおよび相対屈折率n1の両方が変化することから、式(1)によって求められる反射光の波長λも変化する。したがって、目的とする構造発色の波長λに合わせて、膨潤に用いる気体を選択することができる。 Accordingly, since the both phases thickness d and relative refractive index n1 is changed, also changes the wavelength lambda 1 of the reflected light obtained by the equation (1). Therefore, the gas used for the swelling can be selected in accordance with the target structural color development wavelength λ.

膨潤させる気体は、高分子膜5を形成する有機ポリマーに親和性を有する限り、任意に選択することができる。用いることができる気体の例は、水蒸気、アルコール類、および有機溶媒を含む。   The gas to be swollen can be arbitrarily selected as long as it has affinity for the organic polymer forming the polymer film 5. Examples of gases that can be used include water vapor, alcohols, and organic solvents.

ただし、高分子膜5のミクロ相分離構造が崩壊すると構造発色は喪失されるため、高分子膜5を構成する有機ポリマーを溶解させる有機溶媒は使用できない。   However, since the structural color development is lost when the microphase separation structure of the polymer film 5 is collapsed, an organic solvent that dissolves the organic polymer constituting the polymer film 5 cannot be used.

また、構造発色の波長λを制御する第3の方法は、高分子膜5を形成する有機ポリマーを化学的に修飾することである。たとえば、気体の吸収により膨潤する相を構成するポリマーブロックがピリジン環を含む場合、ピリジン環をプロトン化または4級化することによって、当該相を構成するポリマーブロックに正電荷を付与することができる。   A third method for controlling the wavelength λ of structural color development is to chemically modify the organic polymer that forms the polymer film 5. For example, when a polymer block constituting a phase that swells by gas absorption contains a pyridine ring, a positive charge can be imparted to the polymer block constituting the phase by protonating or quaternizing the pyridine ring. .

正電荷を付与されたポリマーブロックは、正電荷の静電的反発によって、膨潤率が増大する。プロトン化を行う場合、高分子膜にpHを制御した水溶液を作用させることができる。水溶液のpHが低いほどプロトン化率が増大、結果として気体の吸着による膨潤時の構造発色は長波長シフトする。用いることができる水溶液は、1以上5以下のpHを有することが望ましい。   The polymer block to which a positive charge is applied has an increased swelling rate due to electrostatic repulsion of the positive charge. When protonation is performed, an aqueous solution with a controlled pH can be allowed to act on the polymer membrane. The lower the pH of the aqueous solution, the higher the protonation rate. As a result, the structural color development upon swelling due to gas adsorption shifts by a longer wavelength. The aqueous solution that can be used preferably has a pH of 1 or more and 5 or less.

また、ピリジン環の4級化の手法としては、高分子膜5をハロゲン化アルキルを含む溶液で処理することを含む。この処理によって、ピリジン環の窒素原子がアルキル基によって4級化され、正電荷を帯びる。   Further, the quaternization of the pyridine ring includes treating the polymer film 5 with a solution containing an alkyl halide. By this treatment, the nitrogen atom of the pyridine ring is quaternized with an alkyl group and is positively charged.

したがって、4級化率が高くなるほど正電荷による電気的反発が高くなり、構造発色は長波長シフトする。用いることができるハロゲン化アルキルの例は、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、ヨウ化メチル、およびヨウ化エチルを含むが、これに限定される訳ではない。   Therefore, the higher the quaternization rate, the higher the electrical repulsion due to positive charges, and the structural color development shifts by longer wavelengths. Examples of alkyl halides that can be used include, but are not limited to, methyl bromide, ethyl bromide, propyl bromide, methyl iodide, and ethyl iodide.

また、本実施形態において、基材4は、高分子膜5との界面あるいはその反対面(基材裏面)側に、光沢のある反射層、あるいは黒色層を有してもよい。これらの層を設けることによって、構造発色の目視観察時の視認性を向上させ、表示体の意匠性を高めることができる。   Moreover, in this embodiment, the base material 4 may have a glossy reflective layer or a black layer on the interface with the polymer film 5 or on the opposite surface (back surface of the base material). By providing these layers, the visibility at the time of visual observation of the structural color development can be improved, and the design of the display body can be improved.

<実施例1>
スピンコート法を用いて、基板であるガラス板の上に、ポリ(スチレン−b−2−ビニルピリジン)(PS−b−P2VP)の7%PGMEA溶液を塗布し、膜厚800nmの高分子膜を形成した。使用したPS−b−P2VPは、107000の重量平均分子量および1.05の多分散度を有した。また、PS−b−P2VP中のポリスチレン(PS)ブロックの体積分率は0.52で、スピンコート時の回転数は、400rpmとした。
<Example 1>
Using a spin coating method, a 7% PGMEA solution of poly (styrene-b-2-vinylpyridine) (PS-b-P2VP) is applied on a glass plate as a substrate, and a polymer film having a thickness of 800 nm Formed. The PS-b-P2VP used had a weight average molecular weight of 107000 and a polydispersity of 1.05. Moreover, the volume fraction of the polystyrene (PS) block in PS-b-P2VP was 0.52, and the rotation speed at the time of spin coating was 400 rpm.

次に、高分子膜を形成したガラス基板を、3mLのクロロホルムを入れたガラス瓶内に配置した。ガラス瓶を12時間にわたって50℃に加熱し、溶媒蒸気存在下でのアニーリング処理を行い、高分子膜を自己組織化させ第1相と第2相を形成した。   Next, the glass substrate on which the polymer film was formed was placed in a glass bottle containing 3 mL of chloroform. The glass bottle was heated to 50 ° C. for 12 hours and annealed in the presence of solvent vapor to self-assemble the polymer film to form a first phase and a second phase.

次に、アニーリング後の高分子膜にアクリルアミド水溶液を滴下し、表層の第2相にアクリルアミドを浸み込ませ、メタルハライドランプからの紫外線を照射し、アクリルアミドゲルを形成させ、高分子と膨潤収縮物質の混合層である第2相を形成した。   Next, an aqueous solution of acrylamide is dropped into the polymer film after annealing, acrylamide is soaked into the second phase of the surface layer, irradiated with ultraviolet rays from a metal halide lamp to form an acrylamide gel, and the polymer and swelling shrinkage substance The 2nd phase which is a mixed layer of was formed.

アクリルアミド水溶液の組成は、Acrylamide;24重量%、N,N’−Methylenebisacrylamide;1.9重量%、2,2−Diethoxyacetophenone;1.9重量%とした。紫外線の照射量は、300mJ/cmであった。 The composition of the acrylamide aqueous solution was Acrylamide; 24% by weight, N, N′-Methylenebisacrylamide; 1.9% by weight, 2,2-Diethylacetophenone; 1.9% by weight. The irradiation amount of ultraviolet rays was 300 mJ / cm 2 .

得られた表示体のサンプルを紫外線硬化樹脂中に包埋し、ダイヤモンドカッターを備えたミクロトームを用いて表示体を垂直方向に切断した。次いで、表示体の断面を3時間にわたって要素雰囲気に暴露し実施例1の表示体を得た。   A sample of the obtained display body was embedded in an ultraviolet curable resin, and the display body was cut in the vertical direction using a microtome equipped with a diamond cutter. Next, the display body of Example 1 was obtained by exposing the cross section of the display body to the element atmosphere for 3 hours.

得られた実施例1の表示体の断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。得られたSEM写真を図5に示した。図5から、高分子膜が、白色層と黒色層とが交互に積層された構造を有することが分かった。   The cross section of the obtained display body of Example 1 was observed with a scanning electron microscope (SEM). The obtained SEM photograph is shown in FIG. From FIG. 5, it was found that the polymer film had a structure in which white layers and black layers were alternately laminated.

白色層は、ヨウ素にて染色されたポリ−2−ビニルピリジン(P2VP)ブロックとポリアクリルアミドゲルからなる相であり、黒色層は、PSブロックからなる相である。この結果は、高分子膜が、自己組織化により、2種の相が垂直方向に交互に積層した構造を有しており、P2VP相の膜厚(ポリアクリルアミドゲルの導入前の膜厚は20nm)は120nmに膨潤しており、ポリアクリルアミドゲルが導入されていることを意味する。   The white layer is a phase composed of a poly-2-vinylpyridine (P2VP) block dyed with iodine and a polyacrylamide gel, and the black layer is a phase composed of a PS block. This result shows that the polymer film has a structure in which two phases are alternately stacked in the vertical direction by self-assembly, and the film thickness of the P2VP phase (the film thickness before the introduction of the polyacrylamide gel is 20 nm). ) Swells to 120 nm, meaning that a polyacrylamide gel is introduced.

形成された高分子膜を恒温恒湿槽中に設置し、25度中で湿度を変化させながらその反射スペクトル測定を行った。図4に反射スペクトルの極大波長変化を湿度に対してプロットした結果を示した。湿度が高くなるに従って反射スペクトルの極大波長は可視光領域にて長波長側に変化し、湿度に応答することを示した。   The formed polymer film was placed in a constant temperature and humidity chamber, and the reflection spectrum was measured while changing the humidity at 25 degrees. FIG. 4 shows the result of plotting the maximum wavelength change of the reflection spectrum against the humidity. As the humidity increases, the maximum wavelength of the reflection spectrum changes to the longer wavelength side in the visible light region, indicating that it responds to humidity.

また、形成された高分子膜に呼気を吹きかけると、無色透明から緑色の構造発色が観察され、呼気応答性を示した。   When exhaled air was blown onto the formed polymer membrane, a colorless and transparent to green structural color was observed, indicating exhalation responsiveness.

実施例1の表示体、にエタノール蒸気を吹きかけたところ、無色透明から青色の構造発色が観察され、エタノール蒸気に応答することが判明した。   When ethanol vapor was sprayed on the display body of Example 1, structural color development from colorless and transparent to blue was observed, and it was found that it responded to ethanol vapor.

<実施例2>
実施例1と同様の手順で、高分子膜を自己組織化させ第1相と第2相を形成し、高分子膜の上に、Cr薄膜からなるパターニングされた紫外線遮蔽マスクを載置し、メタルハライドランプから、200mJ/cmの紫外線を照射し、高分子膜の一部を架橋させた。
<Example 2>
In the same procedure as in Example 1, the polymer film is self-assembled to form the first phase and the second phase, and a patterned ultraviolet shielding mask made of a Cr thin film is placed on the polymer film, A 200 mJ / cm 2 ultraviolet ray was irradiated from a metal halide lamp, and a part of the polymer film was crosslinked.

実施例1と同様の手順でポリアクリルアミドゲルを高分子膜中に導入し、実施例2の表示体を得た。続いて湿度20%状態で実施例2の表示体を観察したところ、無色透明の高分子膜が視認され、紫外線照射によりパターニングされたイメージは視認されなかった。   A polyacrylamide gel was introduced into the polymer film in the same procedure as in Example 1 to obtain the display of Example 2. Subsequently, when the display body of Example 2 was observed at a humidity of 20%, a colorless and transparent polymer film was visually recognized, and an image patterned by ultraviolet irradiation was not visually recognized.

さらに、紫外線照射後の表示体を温度25度、湿度70%の雰囲気下に静置して観察したところ、高分子膜の膨潤により光沢のある構造発色が視認できた。加えて、紫外線が照射された領域と紫外線が遮蔽された領域とで異なる波長の発色が観察された。言い換えると、紫外線遮蔽マスクに起因するイメージパターンを目視で観察できた。   Furthermore, when the display body after irradiation with ultraviolet rays was observed by standing in an atmosphere of a temperature of 25 ° C. and a humidity of 70%, glossy structural coloration was visible due to swelling of the polymer film. In addition, color development at different wavelengths was observed in the region irradiated with ultraviolet light and the region shielded from ultraviolet light. In other words, the image pattern resulting from the ultraviolet shielding mask could be visually observed.

実施例2の表示体、にエタノール蒸気を吹きかけたところ、無色透明から青色の構造発色が、紫外線遮蔽マスクに起因するイメージパターンとして観察され、エタノール蒸気に
応答することが判明した。
When ethanol vapor was sprayed on the display body of Example 2, the colorless and transparent to blue structural color was observed as an image pattern caused by the ultraviolet shielding mask, and it was found that the display body responded to ethanol vapor.

<比較例1>
実施例1と同一条件で、高分子膜をアニーリングにより自己組織化させ、その後のアクリルアミドを浸み込ませ工程を省略した以外は、実施例1と同一条件で比較例1の表示体を得た。ポリアクリルアミドゲルを導入しなかった比較例1の表示体を恒温恒湿槽中に設置し、25度中で湿度を変化させながらその反射スペクトル測定を行ったところ、可視光領域に極大波長は見られず、目視での湿度応答性を観察することはできず、また高分子膜に呼気を吹きかけたが、無色透明のまま変化せず、目視での色変化は観察されなかった。
<Comparative Example 1>
A display body of Comparative Example 1 was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the polymer film was self-assembled by annealing under the same conditions as in Example 1 and the subsequent step of acrylamide soaking was omitted. . When the display of Comparative Example 1 in which no polyacrylamide gel was introduced was placed in a thermo-hygrostat and the reflection spectrum was measured while changing the humidity at 25 degrees, the maximum wavelength was observed in the visible light region. However, it was not possible to observe the humidity responsiveness by visual observation, and breathing was applied to the polymer membrane, but it remained colorless and transparent, and no visual color change was observed.

以上の様に、自己組織化により、第1相、第2相を形成し、第1相、第2相の少なくとも一方の相に、湿気の吸収により膨潤し、乾燥により収縮する膨潤収縮物質を導入することにより、湿度変化のみで、色変化をさせることが可能な表示体を提供することができた。   As described above, a swelling and shrinking substance that forms a first phase and a second phase by self-organization, swells by absorption of moisture and shrinks by drying in at least one of the first phase and the second phase. By introducing it, it was possible to provide a display body that can change color only by changing humidity.

湿度変化に対する応答性を用いる本発明の表示体は、偽造防止表示体および玩具等の画像表示体、あるいは湿度またはpH応答するセンサーデバイスなどに利用できる。   The display body of the present invention that uses responsiveness to changes in humidity can be used for an anti-counterfeit display body and an image display body such as a toy, or a sensor device that responds to humidity or pH.

1・・・表示体
2・・・第1相
3・・・第2相(高分子と膨潤収縮物質の混合層)
4・・・基材
5・・・高分子膜
6・・・架橋領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Display body 2 ... 1st phase 3 ... 2nd phase (mixed layer of a polymer and a swelling shrinkage substance)
4 ... Base material 5 ... Polymer film 6 ... Cross-linked region

Claims (7)

基材上に、物性の異なる第1相と第2相の2種類の高分子膜が交互に積層された高分子膜積層体構成の表示体であって、
前記高分子膜の少なくとも一方の相が、湿気の吸収により膨潤し、乾燥により収縮する性質を有し
前記高分子膜がブロック共重合体を含み、
前記ブロック共重合体の1つまたは複数のブロックが前記第1相を構成し、前記ブロック共重合体のその他のブロックが前記第2相を構成し、
前記第1相および第2相の少なくとも一方の相には、水溶性高分子や高分子ゲル、あるいは親水性コロイド粒子をさらに備えることを特徴とする表示体。
A display body of a polymer film laminate structure in which two types of polymer films of a first phase and a second phase having different physical properties are alternately laminated on a substrate,
At least one phase of the polymer film swells by absorbing moisture and has a property of shrinking by drying ,
The polymer film comprises a block copolymer;
One or more blocks of the block copolymer constitute the first phase, and the other blocks of the block copolymer constitute the second phase;
Wherein the first and second phases of at least one of the phases, the display body and further comprising said Rukoto water-soluble polymer or a polymer gel, or the hydrophilic colloid particles.
前記ブロック共重合体がジブロック共重合体であり、前記ジブロック共重合体の一方のブロックが前記第1相を構成し、前記ジブロック共重合体の他方のブロックが前記第2相を構成することを特徴とする請求項に記載の表示体。 The block copolymer is a diblock copolymer, one block of the diblock copolymer constitutes the first phase, and the other block of the diblock copolymer constitutes the second phase. The display body according to claim 1 , wherein: 前記高分子膜が、ラメラ状のミクロ相分離構造を有することを特徴とする請求項に記載の表示体。 The display body according to claim 1 , wherein the polymer film has a lamellar microphase separation structure. 前記ブロック共重合体が60000以上の重量平均分子量を有し、前記第1相の体積分率が0.35〜0.65の範囲内であることを特徴とする請求項に記載の表示体。 The display body according to claim 1 , wherein the block copolymer has a weight average molecular weight of 60000 or more, and the volume fraction of the first phase is in the range of 0.35 to 0.65. . 前記高分子膜が400nm以上の膜厚を有することを特徴とする請求項1に記載の表示体。   The display body according to claim 1, wherein the polymer film has a thickness of 400 nm or more. 前記第1相および前記第2相の少なくとも一方が、光架橋性または熱架橋性を有することを特徴とする請求項1に記載の表示体。   The display body according to claim 1, wherein at least one of the first phase and the second phase has photocrosslinkability or heat crosslinkability. 前記第1相および前記第2相の一部が架橋されていることを特徴とする請求項1に記載の表示体。   The display body according to claim 1, wherein a part of the first phase and the second phase are cross-linked.
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