JPH0743527A - ナノメートル粒子薄膜による発色法 - Google Patents

ナノメートル粒子薄膜による発色法

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JPH0743527A JP34875892A JP34875892A JPH0743527A JP H0743527 A JPH0743527 A JP H0743527A JP 34875892 A JP34875892 A JP 34875892A JP 34875892 A JP34875892 A JP 34875892A JP H0743527 A JPH0743527 A JP H0743527A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 粒子径200nm 以下のナノメートル粒子の薄膜
により、色スペクトルの制御された一様な固有色スペク
トルを有する発色を発生させる。 【構成】 粒子径200nm 以下のナノメートルスケールで
光透過性の微粒子1を基板2表面に二次元配列させ、そ
の粒子層の層数を制御して、微粒子薄膜の反射干渉によ
り発色させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、発色方法に関するも
のである。さらに詳しくは、この発明は、一様な固有色
スペクトルを発生させることができ、しかもその色スペ
クトルを適宜に制御することのできる、粒子径200nm 以
下のナノメートル粒子の薄膜による発色法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来より、光学分野においては、発色技
術について様々な検討がなされ、これまでにいくつかの
研究成果が報告されてもいる。たとえばこの発色技術の
一例として、サブミクロンからミクロン粒子のサスペン
ションによるオパール発色法が知られており、三次元結
晶の波長オーダーの規則性に由来する回折光を利用して
いる。また、サブミクロンからミクロン粒子薄膜の回折
光による発色法が提案されてもいる。これは、二次元結
晶の波長オーダーの規則性に由来する回折光を応用した
ものである。以上の発色法においては、回折光の放射角
度を入射方向と相異させることができる。
【0003】この他に、20〜100nm のナノメートルオ
ーダーの厚さの液体または固体薄膜によるカラー反射光
が提案されており、液体または固体の一様の薄膜におけ
る上面および下面の多重反射に伴う干渉を利用してい
る。この場合の反射光は、入射角度と反射角度が等しく
なるという性質を有している。さらに、粒子径200nm 以
下のナノメートル粒子の固体サスペンション膜によるカ
ラー発色法(Chromoskedaic paintaing )もあり、Mi
e散乱による粒子径に依存した発色法として知られてい
るものである。。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
ば上記に例示した従来の発色方法には、その各々に改善
すべき課題が残されているのが実情である。すなわち、
オパール発色法におけるオパール光は、三次元発光であ
り、実質的に二次元カラー発色技術には属していないと
いう問題がある。
【0005】また、サブミクロンからミクロン粒子薄膜
の回折光による発色法の場合には、二次元発色技術では
あるものの、回折光を利用することから、見る方向や結
晶のドメイン方向により発色スペクトルが大きく変化
し、対象固有の発色とはならないという欠点がある。一
方、ナノメートル液体薄膜による発色法の場合には、液
体の蒸発により発色スペクトルが変化し、色を固定する
ことが困難である。また、ナノメートル固体薄膜を用い
た方法は、発色コート法として一般に広く利用されてい
るものではあるが、膜厚がナノメートルオーダーである
ため、色スペクトルの制御、並びに色の一様性制御が難
しいという問題がある。
【0006】さらに、ナノメートル粒子固体サスペンシ
ョン膜による発色法については、これまでのところその
発色原理が不明なため、色スペクトルが制御不可能であ
った。この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされた
ものであり、従来の発色方法の欠点を解消し、一様な固
有色スペクトルを発生させることができ、しかもその色
スペクトルを適宜に制御することのできる、粒子径200n
m 以下のナノメートル粒子の薄膜による二次元発色法を
提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、粒子径200nm 以下のナノメート
ルスケールで光透過性の微粒子を基板表面に二次元配列
させ、その粒子層の層数を制御して、微粒子薄膜の反射
干渉により発色させることを特徴とするナノメートル粒
子薄膜による発色法を提供する。
【0008】この発明においては、回折光を避けるため
に、粒子径200nm 以下で光透過性のナノメートル粒子を
利用し、基板表面に二次元配列させて、回折光ではな
い、微粒子薄膜の反射干渉による反射光としての固有色
スペクトルを発生させる。ナノメートル粒子の種類につ
いては光透過性である他は特に制限はなく、たとえばポ
リスチレンラテックス粒子やシリカ、あるいは金コロイ
ド、銀コロイド等の金属微粒子、酸化チタン、酸化ジル
コニウム、酸化アルミ等のセラミック粒子、またはポリ
アクリル粒子等のポリマー粒子などとすることができ
る。このようなナノメートル粒子薄膜による発色は、可
視光の発色を得る場合には、その粒子径を30〜200nm
程度の範囲とするのがよく、紫外光の場合には、10〜
50nm程度の範囲がよい。また、赤外光発色を得るため
には、粒子径を100〜1000nm程度とすることができる。
【0009】またこの発明においては、一様な発色を可
能とするため、基板表面に二次元配列させるナノメート
ル粒子の粒子層の層数を制御し、粒子径の揃ったナノメ
ートル粒子薄膜の膜厚を均一にする。たとえば図1に示
したように、ナノメートル粒子(1)の粒子径は、光よ
り充分小さいため、一様な粒子薄膜と見なすことができ
る。この粒子薄膜による表面と基板(2)面からの反射
光の干渉によって発色が発生し、ナノメートル粒子の粒
子層の層数、すなわち粒子薄膜の膜厚により、図1に例
示したように、干渉光の波長が変化する。ナノメートル
粒子薄膜の膜厚は、粒子層の層数の制御によりディジタ
ルに制御され、その結果、色スペクトルをディジタル制
御することが可能となる。このように、ナノメートル粒
子を用いることにより、膜の一様性と適当な膜厚が同時
に実現される。
【0010】発色スペクトルは、粒子径や粒子密度、ま
た透過率、反射率、屈折率等の粒子の光学的性質、さら
に粒子薄膜の膜厚やその反射率、薄膜形成する基板の反
射率などに依存する。そこで、これらの要素を適宜に制
御し、反射光の色調を調整する。発色の原理について説
明すると、たとえば図2、図3、図4および図5に示し
たように、発色スペクトル(図2)は、基板の反射スペ
クトル(図3)、ナノメートル粒子薄膜表面の反射スペ
クトル(図4)および粒子薄膜による干渉スペクトル
(図5)の積となって得られる。
【0011】使用することのできる基板の種類について
も格別の限定はなく、たとえばガラス、マイカ、あるい
はこれらの表面を金、銀、アルミニウム等の金属でコー
ティングしたものを例示することができる。この場合、
基板は、粒子径に対して平坦なものが好ましい。したが
って、平坦な表面を有する固体であれば、高分子、生体
膜、セラミックスなどの任意なものを適宜に選択して採
用することが可能である。
【0012】このような基板にナノメートル微粒子薄膜
を形成させる際には、たとえば図6に示したようなミリ
メートルサイズの円形セル(3)を用いることができ
る。この円形セル(3)は、内部に直径数mmの穴(4)
を形成したパラフィン等からなる隔壁体(5)と、その
底部に密閉して配設した上記の基板(2)とからなる構
造を有している。隔壁体(5)内部の穴(4)の直径
(R)は、たとえばφ2−4mm程度とすることができ
る。
【0013】この穴(4)に、ナノメートル粒子を分散
させたナノメートル粒子溶液(6)を注入する。ナノメ
ートル粒子溶液(6)は、粒子が溶媒に懸濁した状態と
することができ、その溶媒としては水の他、メタノー
ル、エーテル、ベンゼン、乳化液等の各種の有機溶剤を
用いることができる。次いで、ナノメートル粒子溶液
(6)から溶媒成分を、空気、酸素、オゾン等の適宜な
雰囲気下において蒸発させ、この蒸発に伴う凝集力を利
用して基板(2)表面にナノメートル微粒子を二次元的
に集積する。
【0014】
【実施例】以下、実施例を示し、この発明のナノメート
ル粒子薄膜による発色法についてさらに詳しく説明す
る。実施例1 図6に例示した円形セル(3)を用いて、マイカ基板表
面に粒子径144nm のポリスチレンラテックス粒子による
粒子層数の制御された薄膜を成膜し、光照射して発色さ
せた。
【0015】この発色と薄膜の膜厚との関係を検討する
ために、薄膜の粒子層の層数を電子顕微鏡により観察
し、計測した。その結果を示したものが表1である。
【0016】
【表1】
【0017】この表1からも明かであるように、粒子層
の層数(膜厚)および密度により発色の色合いが変化す
ることが確認された。以上の発色は、落写顕微鏡におい
て光を垂直に照射し、その反射光によるものとした。そ
こで、基板を45゜傾斜させ、斜光反射による発色を観
察したところ、上記の正面反射光の場合と同一の発色が
得られた。この発明の発色法は、従来の回折光による発
色と異なり、光の方向を代えても発色が変化しないこと
が確認された。
【0018】なお、図7(a)は、144nmポリスチレ
ン粒子薄膜の単層膜から二重層膜への変化を示した電子
顕微鏡膜像であり、図7(b)は、その断面模式図であ
る。実施例2 金蒸着ガラス基板に粒子径55nmのポリスチレンラテッ
クス粒子薄膜を成膜した他は実施例1と同様にして、発
色を観察した。この結果も表1に併せて示した。
【0019】表1からも明らかなように、ポリスチレン
ラテックス粒子薄膜の膜厚により発色の色合いが変化す
ることが確認された。また、実施例1との結果との対比
から、基板の反射スペクトルとナノメートル粒子の粒子
径により色調が変化することも確かめられた。実施例3 基板の反射スペクトルと発色の関係をさらに検討するた
めに、炭素膜コートしたガラス基板に、粒子径55nmの
ポリスチレンラテックス粒子薄膜を実施例2と同様に成
膜し、発色させた。
【0020】その結果、炭素膜コートした場合には、金
蒸着の場合に比べ、発色が全体的に赤方にシフトするこ
とが確認された。もちろんこの発明は、以上の例によっ
て限定されるものではない。ナノメートル微粒子および
基板の種類、大きさ等の細部については様々な態様が可
能であることはいうまでもない。
【0021】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、適宜にスペクトル制御され、一様な固有色スペク
トルを有する発色が、粒子径200nm 以下のナノメートル
粒子薄膜により実現される。光反射フィルター、カラー
写真、カラー塗布膜等への広範囲の応用展開が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の発色法における発色の原理を例示し
たモデル図である。
【図2】この発明の方法により得られる発色スペクトル
を例示したスペクトル図である。
【図3】基板の反射スペクトルを例示したスペクトル図
である。
【図4】ナノメートル粒子薄膜表面の反射スペクトルを
例示したスペクトル図である。
【図5】ナノメートル粒子薄膜による干渉スペクトルを
例示したスペクトル図である。
【図6】この発明の方法に用いることのできる円形セル
を例示した断面図である。
【図7】(a)(b)は、各々、電子顕微鏡像図とその
層構成の模式断面図である。
【符号の説明】
1 ナノメートル粒子 2 基板 3 円形セル 4 穴 5 隔壁体 6 ナノメートル粒子溶液

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒子径200nm 以下のナノメートルスケー
    ルで光透過性の微粒子を基板表面に二次元配列させ、そ
    の粒子層の層数を制御して、微粒子薄膜の反射干渉によ
    り発色させることを特徴とするナノメートル粒子薄膜に
    よる発色法。
  2. 【請求項2】 粒子径、粒子密度、粒子の光学的性質お
    よび/または基板の反射率を制御し、反射光の色調を調
    整する請求項1の発色法。
  3. 【請求項3】 粒子径を30〜200nm とする請求項1ま
    たは2の発色法。
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