(57)【要約】【課題】可視光領域において高い透過性を有し、かつ、赤外光領域において高い反射率を有する透明なＩＲカットフィルタフィルムを提供すること。【解決手段】本発明のＩＲカットフィルタフィルム１は、光透過性を有するフレキシブル基板１１と、フレキシブル基板１１上に配置され、反射性材料で構成されたホールアレイ１２と、フレキシブル基板１１との間でホールアレイ１２を挟み込むように設けられたカバー層１３とを備え、フレキシブル基板１１の誘電率とカバー層の誘電率とが概略一致することを特徴とする。また、ホールアレイ１２は、各ホール１４間の間隔Ｐは２５０ｎｍ＜Ｐ＜４００ｎｍの平均間隔を有し、ホール１４の直径Ｄは各ホール１４間の間隔Ｐに対して０．７＜Ｄ／Ｐ＜０．８５の範囲であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有するフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板上に設けられ反射材料で構成されたホールアレイと、前記フレキシブル基板との間で前記ホールアレイを挟み込むように設けられたカバー層とを備え、前記フレキシブル基板の誘電率と前記カバー層の誘電率とが概略一致することを特徴とするＩＲカットフィルタフィルム。
【請求項２】
前記ホールアレイは、表面プラズモン効果を利用できる反射材料で構成されており、各ホール間の間隔Ｐが２５０ｎｍ＜Ｐ＜４００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載のＩＲカットフィルタフィルム。
【請求項３】
前記ホールアレイは、ホールの直径Ｄが各ホール間の間隔Ｐに対して０．７＜Ｄ／Ｐ＜０．８５の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＩＲカットフィルタフィルム。
【請求項４】
前記反射性材料は、表面プラズモン効果を利用できる材料である、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、およびＡｇ合金の少なくとも１種類を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のＩＲカットフィルタフィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外光を遮蔽するＩＲカットフィルタフィルムに関し、特に、ホールアレイを用いたＩＲカットフィルタフィルムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、住宅やビルの室内、自動車の車内に流入する太陽光線の熱線領域を遮蔽して、熱暑感の低減、および冷房機器の負荷の低減を図る熱線遮断ガラスの要求が高まってきている。特に自動車や窓ガラスの壁面占有率が大きい建物では、太陽光線の室内への入射量が大きく、夏の間の室温上昇は著しいものがある。この室温上昇を抑制して適温化するためには、エアコンの出力を高める必要があるため、エネルギー消費量も非常に大きいものとなる。自動車の場合にもエアコンの出力を高めるため、ガソリン消費量や排気ガス放出量が多くなる。さらに、寒冷地では冬季に暖房による熱が窓ガラスを通して室外に散逸してしまい、余分な暖房エネルギーを必要とすることになり、省エネという観点から好ましくない。
【０００３】
上記のような問題の解決を図るために、窓ガラスの表面に熱線反射膜を設けて、室内あるいは車内の温度上昇を抑制する試みや寒冷地の冬季の暖房熱を逃がさない試み等がなされている。
【０００４】
太陽光は紫外域から赤外域まで幅広いスペクトルを持っており、可視光領域は太陽光の約４５％を占める。赤外光については、太陽光の約５０％を占める。この領域の光エネルギーは紫外線と比較すると、その強さは約１０％以下と小さいが熱的な作用は非常に大きく、物質に吸収されると熱として放出され温度上昇をもたらす。このことから熱線とも呼ばれ、これらの光線を遮蔽することにより、室内の温度上昇を抑制することができる。また、寒冷地の冬季の暖房熱が室外に逃げるのを抑制することもできる。
【０００５】
単一の材料で熱線を反射するものとしては、金属や錫をドープしたインジウム（ＩＴＯ）をはじめとする導電性物質がある。これらの物質では、ある程度以上の自由電子密度を有し、この自由電子によるプラズマ反射により、ある波長以上の長波長の光を反射して、短波長の光を透過するという性質を持っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１７９８８７号公報
【特許文献２】特開平１０−１２０９４６号公報
【特許文献３】特開２０００−３１４８０８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｅｂｂｅｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ，  Ｎａｔｕｒｅ  ３９１，  ６６７，  １９９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
最も一般的な熱線反射膜は、主として直接太陽光の遮蔽に的を絞ったものであり、蒸着やスパッタリングでガラス上に金属の薄膜を形成してなるものである。しかしながら、より多くの熱を遮蔽するには金属膜を厚くしなければならず、その結果、必ずしも十分な透明性が得られない問題がある（特許文献１）。
【０００９】
また、透明性を重視する場合には、プラズマ反射の立ち上がりが近赤外域にある半導体、例えば錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）を形成したもの（特許文献２）や、屈折率の異なる酸化物薄膜を複数層積層してなる積層膜が開示されている（特許文献３）。しかしながら、これらの熱線反射膜を大面積に形成する場合には、製造コストが高くなるという問題があった。また、用途や顧客の要望に応じて透過・反射特性を自由に設計変更することが難しく、構成材料の制約を受けることが多かった。
【００１０】
一方で、金属の薄膜上にナノオーダーの小さい孔を空けると、孔の直径以上の波長の光が回折限界を超えて透過するという表面プラズモンによる異常透過現象が報告されている（非特許文献１）。この異常透過現象を応用したカラーフィルタなども多々報告されている。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、可視光領域において高い透過性を有し、かつ、赤外光領域において高い反射性を有するＩＲカットフィルタフィルムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のＩＲカットフィルタフィルムは、光透過性を有するフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板上に設けられ反射材料で構成されたホールアレイと、前記フレキシブル基板との間で前記ホールアレイを挟み込むように設けられたカバー層とを備え、前記フレキシブル基板の誘電率と前記カバー層の誘電率とが概略一致することを特徴とする。
【００１３】
本発明のＩＲカットフィルタフィルムにおいては、前記ホールアレイは、表面プラズモン効果を利用できる反射材料で構成されており、各ホール間の間隔Ｐが２５０ｎｍ＜Ｐ＜４００ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００１４】
本発明のＩＲカットフィルタフィルムにおいては、前記ホールアレイは、ホールの直径Ｄが各ホール間の間隔Ｐに対して０．７＜Ｄ／Ｐ＜０．８５の範囲であることが好ましい。
【００１５】
本発明のＩＲカットフィルタフィルムにおいては、前記反射性材料は、表面プラズモン効果を利用できる材料である、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、およびＡｇ合金の少なくとも１種類を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＩＲカットフィルタフィルムは、光透過性を有するフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板上に設けられ反射材料で構成されたホールアレイと、前記フレキシブル基板との間で前記ホールアレイを挟み込むように設けられたカバー層とを備え、前記フレキシブル基板の誘電率と前記カバー層の誘電率とが概略一致するので、可視光領域において高い透過性を有し、かつ、赤外光領域において高い反射性を有するＩＲカットフィルタフィルムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係るＩＲカットフィルタフィルムの一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＩＲカットフィルタフィルムの一例を示す平面模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＩＲカットフィルタフィルムの他の例を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るＩＲカットフィルタフィルムの一例を示す断面模式図であり、図２は本発明の実施の形態に係るＩＲカットフィルタフィルムの一例を示す平面模式図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態に係るＩＲカットフィルタフィルム１は、透明なフレキシブル基板１１と、このフレキシブル基板１１上に形成され反射材料で構成されたホールアレイ１２と、ホールアレイ１２上に設けられたカバー層１３とから主に構成されている。
【００２０】
図２に示すように、ホールアレイ１２は、光を透過する複数の貫通孔（ホール）１４を有する。各ホール１４は、所定の直径Ｄで形成されており、所定の間隔Ｐ（ピッチ）で設けられている。カバー層１３は、ホールアレイ１２のホール内部１４ａを埋めると共に、ホールアレイ１２の上面を覆うように、フレキシブル基板１１の上面側に形成されている。カバー層１３は、フレキシブル基板１１と概略同一の誘電率を有する材料で構成される。
【００２１】
このように、本実施の形態に係るＩＲカットフィルタフィルム１は、ホールアレイ１２をフレキシブル基板１１とカバー層１３とで挟み込む構造を有する。このように構成することにより、フレキシブル基板１１とホールアレイ１２との間の２つの誘電率の組み合わせ（誘電率差）と、ホールアレイ１２とカバー層１３との間の２つの誘電率の組み合わせ（誘電率差）が概略同一となる。このため、フレキシブル基板１１とホールアレイ１２との間の界面で生じる表面プラズモンと、ホールアレイ１２とカバー層１３との間の界面で生じる表面プラズモンと、が可視光領域において同じ波長帯域となるため、２つの界面で生じた表面プラズモンが合成される。したがって、可視光領域において高い透過性を有し、かつ、赤外光領域において高い反射性を有するＩＲカットフィルタフィルム１を実現することができる。
【００２２】
フレキシブル基板１１を構成する材料としては、可視光領域で実質的に透明な樹脂であれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂や、熱硬化性樹脂が挙げられる。特に、複屈折が極めて小さいトリアセチルアセテート樹脂からなる基板が特性上好ましい。また、ＰＥＴ樹脂やポリカーボネート樹脂からなる基板は安価でかつ耐候性も良好であるので好ましい。
【００２３】
ホールアレイ１２は、赤外光領域に対して反射性を示す材料であり、表面プラズモン効果が利用できる材料で構成されていることが好ましい。このような材料としては、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔなどの金属や、これらの合金、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化錫、ニオビウム添加酸化チタン、酸化ルテニウム、酸化イリジウムなどの導電性酸化物を用いることができる。特に、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金は、赤外光領域の反射性および表面プラズモン効果が高いので好ましい。
【００２４】
ホールアレイ１２は、そのホール１４の直径Ｄおよび各ホール１４間の間隔Ｐを所定の値に設定することによって、赤外光領域は反射し、可視光領域は透過させることができる。好ましい各ホール１４間の間隔Ｐは２５０ｎｍ＜Ｐ＜４００ｎｍであり、好ましいホール１４の直径Ｄは、０．７＜Ｄ／Ｐ＜０．８５の間の値をとることが好ましい。
【００２５】
上記のホールアレイ１２の形状の場合、可視光である３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの透過率の最大値は７５％以上を維持しつつ、１２００ｎｍ以上の赤外光の反射率の最低値は５０％以上を有するＩＲカットフィルタ機能を有するＩＲカットフィルタフィルム１が得られる。
【００２６】
ホールアレイ１２は、真空蒸着やスパッタリングなどの方法で形成することが出来る。ホールアレイ１２は、基板の平滑表面にＡｌ膜を形成した後に、Ａｌ膜をホールアレイ状にパタニング加工することによって得ることができる。
【００２７】
なお、図２に示したＩＲカットフィルタフィルム１においては、正方格子の格子点上に各ホール１４を周期的に配置した例について説明したが、ホールアレイ１２の各ホール１４の配置はこれに限定されず適時変更可能である。例えば、図３に示すように、平面視において、三角格子の格子点上に各ホール１４を周期的に配置してもよい。また、各ホール１４は所定の周期で配置されていれば、特に限定されるものではなく、図２および図３に示した例以外の配置でも良い。また、各ホール１４の形状についても、円形のみで限定されるものではなく、矩形、台形、方形、半円状などの正弦波上、さらにはこれらを組み合わせた形状でも良い。形状については特に円形が好ましい。
【００２８】
カバー層１３は、空気中の水分との接触、手で触ったときの油脂や塩分などによる腐食、取扱い中や通常の使用中に受ける傷などから保護する目的でカバー層１３がホールアレイ１２の内部、およびホールアレイ１２のフレキシブル基板１１と対向する面側に設置されることが好ましい。
【００２９】
本実施の形態に係るＩＲカットフィルタフィルム１は、表面プラズモン効果を利用するものであり、表面プラズモン効果がより強調されて発揮されるためには、ホールアレイ１２の上下面を概略同一の誘電率を有する物性で挟むのがよい。このため、カバー層１３は、フレキシブル基板１１と概略同一の誘電率を有する物性の材料で構成されることが好ましい。
【００３０】
本実施の形態に係るＩＲカットフィルタフィルム１においては、フレキシブル基板１１の誘電率Ｓ１と、カバー層１３の誘電率Ｓ２とが、下記関係式（１）で示す範囲で一致することが好ましい。誘電率Ｓ１、Ｓ２が、下記関係式（１）に示す範囲であればフレキシブル基板１１とホールアレイ１２との間で生じる表面プラズモンと、ホールアレイ１２とカバー層１３の間で生じる表面プラズモンとの波長帯域が重なるため、透過率が向上し、波長帯域を広くすることができる。
−０．１＜（Ｓ１）１／２−（Ｓ２）１／２＜０．１…式（１）
【００３１】
カバー層１３を構成する材料としては、フレキシブル基板１１を構成する材料と同様、可視光領域で実質的に透明な樹脂であれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。特に、複屈折が極めて小さいトリアセチルアセテート樹脂からなる樹脂が特性上好ましい。
【００３２】
なお、本実施の形態において、フレキシブル基板１１及びカバー層１３に用いる材料は、上記誘電率の範囲を満足するものであれば構わないが、各々の材料が同一であることがより好ましい。
【００３３】
以上のように、本発明によれば、可視光領域において高い透過性を有し、かつ、赤外光領域において高い反射率を有するＩＲカットフィルタフィルム１を得ることが可能となる。さらに熱線を反射する機能を有するホールアレイ１２は無機物であるので、熱や光に対する耐久性に優れている。
【００３４】
次に本発明の効果を明確にするために行った本発明の実施例について説明する。図１に示したＩＲカットフィルタフィルム１の構成において、フレキシブル基板１１として厚さ１００μｍのトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムを用い、ホールアレイ１２としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた。カバー層１３としては、フレキシブル基板１１とほぼ同じ誘電率を持つ樹脂を使用した。また比較のためにカバー層１３が有るサンプルと無いサンプルを作製した。なお、ホールアレイ１２の配置は、図３に示したような三角格子の配置とし、各ホール１４間の間隔は３００ｎｍとし、ホールアレイ１２の高さ（厚さ）は７０ｎｍとした。
【００３５】
以下に、このＩＲカットフィルタフィルム１の製造方法を説明する。
まず、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム（フレキシブル基板１１）の表面にアルミニウム膜を７０ｎｍの膜厚になるようにスパッタリングで形成する。次いで、このアルミニウム膜の表面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法を用いてホールアレイ１２のレジストパタンを形成する。次に、アルカリ性水溶液を用いたウエットエッチングにより、レジストパタンから露出している部分のアルミニウムを除去し、残存するレジストは薬液によって溶解除去してホール１４を形成する。最後に、フレキシブル基板１１と同じ誘電率を有する樹脂で塗布してカバー層１３を約１００ｎｍ程度の厚さで形成し、各ホール１４間の間隔が３００ｎｍのホールアレイ１２を有するＩＲカットフィルタフィルム１を得た。
【００３６】
まず、各ホール１４間の間隔が３００ｎｍであり、ホール１４の直径ＤがＤ／Ｐ＝０．７の値を満たすようなＩＲカットフィルタフィルム１を作製し、カバー層１３が有るサンプルと無いサンプルとの比較を行った。カバー層１３有りのサンプルに対して、カバー層１３無しのサンプルは最大透過率が約２０％減少し、またスペクトルの半値幅も約５０％狭くなることが確認された。この結果より、カバー層１３無しの構成では本発明に係るＩＲカットフィルタフィルム１の特性である可視光領域において広い高い透過性を有することができないことが分かる。これはカバー層１３が無いことによる、空気層とホールアレイ１２との間で生じた表面プラズモンの波長帯域と、フレキシブル基板１１とホールアレイ１２との間で生じた表面プラズモンの波長帯域とが異なるためである。
【００３７】
表１は、各ホール１４間の間隔Ｐを固定して、ホール１４の直径Ｄを変化させた際の可視光領域での透過率の最大値と赤外光領域での反射率の最小値を表したものである。
【００３８】
【表１】
2011232384.tif 000003
【００３９】
同様に、各ホール１４間の間隔Ｐを２００ｎｍ〜５００ｎｍまで約５０ｎｍ刻みで変化させたフィルムを作製した。この際のホール１４の直径Ｄは、Ｄ／Ｐが約０．７の値を満たすようにしてフィルムを作製した。また、ホールアレイ１２の高さは７０ｎｍとした。なお、ホールアレイ１２の配置は図３のような三角格子の配置とした。
【００４０】
表２は、各ホール１４間の間隔Ｐを２００ｎｍ〜５００ｎｍまで変化させた際の可視光領域での透過率の最大値と赤外光領域での反射率の最小値を表したものである。このように本発明に係るＩＲカットフィルタフィルムは、可視光領域において高い透過性を有し、かつ、赤外光領域において高い反射性を有する。
【００４１】
【表２】
2011232384.tif 000004
【００４２】
本発明は上記実施の形態に限定されず、寸法、材質は例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、適宜変更して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のＩＲカットフィルタフィルムは、可視光透過率が高く、かつ、赤外光反射率が高いため、熱線遮断用途に適する。
【符号の説明】
【００４４】
１  ＩＲカットフィルタフィルム
１１  フレキシブル基板
１２  ホールアレイ
１３  カバー層
１４  ホール
１４ａ  ホール内部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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