(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の偏光軸の方向を有する２つの偏光子と、異なる厚み又は異なる光軸の方向を有し、パターン又はモザイク構造を形成している、前記偏光子の間に配設された位相偏移板とを有する装飾用材料であって、前記装飾用材料が、前記位相偏移の値及び／又は速い光軸の方向について異なる領域群を含む光学的に異方性の材料の連続的な層であり、
前記光学的に異方性の材料が、光学的に等方性のベース部に被着された分子的に方向性を持つ薄膜であり、
前記異方性薄膜が透明な又は弱く着色された液体媒質で満たされた透明な容器に配置され、前記偏光子が容器の内側又は外側表面上に設けられていることを特徴とする装飾用材料。
【発明の詳細な説明】
本発明は、偏光された光の光学効果に基づく装飾用材料及びステンドグラスウィンドウの製造の分野に関するものであり、装飾用工芸品、広告、及びショーウィンドウ、装飾用スクリーン等の製造のために利用可能である。
周知のように、偏光は様々な目的で使用できる多数の光学効果を生成し得る。例えば偏光子は、光の偏光面と偏光軸とのお互いの方向に応じて透過した偏光した光の強度を変化させることができる。この能力は、インジケータ及び液晶を利用した他の情報ディスプレイ装置において像を形成するために使用される。
別の光学効果は、異方性非吸収性薄膜が直交する２つの偏光子間に挟まれて設けられている時に生ずるものであり、虹色の発色を得るために利用することができる。この場合、偏光子の非透過状態は清澄化のために変えられ、この系は異方性薄膜と視角の向きに応じた干渉色を獲得する。この現象は、装飾的な像の生成及びステンドグラスウィンドウの製造のために利用することができる。例えば引用文献１に記載の発明は、サンドイッチ構造を有する装飾的色材料を提供する。このサンドイッチ構造は、ガラス基板、光学的に透明な薄膜、及び位相偏移板又は偏光板を有しており、この偏光板上に、（適切に選択された色を有し、設計されたパターンに基づいてカットされた）位相偏移板の断片が接着されてモザイクが形成されている。このサンドイッチ構造は偏光板の層の間に挟まれた形で設けられる。光がこの構造を透過するとき、モザイクの各要素は視角に応じて一定の色を呈する。偏光子の回転又は視角の変化によって、モザイクの各要素の色は変化する。
既存の材料の欠点は、それが光学的に異方性の透明な薄膜から切り出された独立した要素からなり、一定の方向性を有している点である。このため、この材料の製造には大きな問題が伴うことになる。モザイクの要素の切断、取り付け、固定には、生産性の低い手作業が必要であり、このためこのような装飾用ガラスの製造コストが上昇するからである。
本発明の目的は、連続的な光学的に異方性の薄膜を含む装飾用材料を製造するとともに、光学的に異方性の材料からモザイク個々の要素を切り出し、パターンを形成するように組み立て、且つ基板上にモザイクを固定する過程を含む装飾用ガラス製造における手作業を必要とする段階を排除するべく製造技術を単純化することである。
この目的は、初めは均質な異方性又は等方性の薄膜の光学的特性の局所的変化を誘導するか、或いは光学的に均質な異方性透明薄膜上に偏光コーティングを被着するかの何れかによって装飾用材料のモザイク構造を形成することにより達成される。コーティングの偏光軸は、所望のモザイクパターンを形成するように予め設定された形で変化する。
ここに提示された目的達成のための方法の物理学的な背景について、より詳細に考察する。偏光子−複屈折透明薄膜−偏光子系において干渉現象が発生する。これは、複屈折板において、光ビームが薄膜から出る際に互いに干渉する常光線と異常光線とに分かれて、だ円偏光ビームを形成するからである。偏光のだ円の形状及びその軸の方向は、複屈折薄膜から出る際の常光線と異常光線との間の光学的位相偏移、及び薄膜の屈折率の主方向（軸）に対する入射光ビームの偏光面の向きによって決まる。偏光面の向きは、屈折率だ円面の軸と偏光軸との間の角度によって決まる。位相偏移は以下の式によって与えられる。
δ＝（ｎe−ｎo）ｄ／ｃｏｓΨ
ここでｎoは常光線の屈折率、ｎeは異常光線の屈折率であり、ｄは薄膜の厚みであり、且つΨは、薄膜を伝播する光ビームと薄膜面に対する鉛直方向との角度である。偏光のだ円の形状は円形（δ＝λ／４）から直線（δ＝λ／２，λ）まで変化し得、だ円の長軸と屈折率テンソルの主軸との間の角度は０から９０度まで変化し得る。光の偏光面が位相偏移薄膜の光学的異方性の軸に対して４５度の方向を向いており、且つδ＝λ／２である時、位相偏移薄膜は入射光の偏光面を９０度回転させる。この結果、第１偏光子に対して直交する位置に第２偏光子があるとき、ビームは減衰することなく通過することになる。δ＝λの場合、偏光面の方向は変わらず、光は第２偏光子によって遮断される。中間のδ値の場合は、だ円偏光を有する光が部分的に第２交差偏光子を透過する。屈折率ｎo及びｎeが波長によって変わることから、条件δ＝λ／２及びδ＝λは、一定の光の波長についてのみ満たされる。従って、光が非単色光である場合、光学系偏光子−複屈折透明薄膜−偏光子は、視角によって変化する或る色を呈する。この色はｄ及びΨの値によっても変わる。式（１）及び（２）からも分かるように、モザイクパターンは、透過する光の波の偏光のだ円の形状又は方向を決定するパラメータ、即ちｎe、ｎo、ｄ、Ψの１つを変えることにより形成することができる。
ここに提示された方法の重要な特徴は、装飾用材料が、２つの偏光子の間に配置された光学的特性が変動する異方性薄膜か、或いは偏光軸の向きが可変の偏光コーティングをその片面又は両面に被着された均質な光学的特性を有する異方性薄膜のいずれかをベースとしているという点である。
可変光学的特性を有する異方性薄膜は、初期状態で異方性の薄膜のエンボス加工（embossment）又は局所的熱処理によって形成される。別の方法では、可視光領域に主吸収帯域を有していない、分子が予め設定された分子の方向の規則（preset orientational order）を得ることができるような物質の薄膜で基板をカバーする。
偏光軸の向きが可変の偏光コーティングは、引用例の特許文献２乃至４に記載の既存の方法によって形成することができる。
均質な異方性薄膜のエンボス加工により異なる厚みを有する領域が形成され、この領域が異なる位相偏移を与え、従ってこれらの領域が様々な色合い（coloration）を呈することになる。屈折率の差がΔｎ＝０．１である２つの隣接するモザイク要素が異なった色を呈することを確実にするため、これらの領域における薄膜の厚みは１〜３μｍ異なっていなければならない。
エンボス加工技術は、プレス成形の２つの面の間でのポリマー薄膜のプレスに基づく技術であり、このプレス成形面の一方又は両方は、その面上に所望のパターンが彫刻される。エンボス加工の別の方法では、高分子薄膜を２つのシリンダーの間を通して圧延され、この場合はローラーの一方又は両方の表面上に所望のパターンが彫刻される。プレス成形面又はローラーへの彫刻では、パターンの外形に沿って凹部（０．１〜．１０μｍの深さ）を形成するが、この凹部の形成には化学的又は電気化学的エッチング、金属薄膜の被着、機械的彫刻加工、又は他の周知の方法の何れかを用いることができる。プレス成形の両面又はローラーの両面にパターンが形成される時には、その外形は、両者で一致している場合もあれば、そうでない場合もあり得る。両面について同じ外形の場合は、両パターンが凸要素か凹要素であり得、また一方の面の要素を凸状に形成し、他方の成形面が凹形状の同じ要素を有するようにして、２つの面がエンボス加工の際に互いにはめ合い、隣接する領域に異なるギャップを形成するようにすることもできる。エンボス加工プロセスを容易にするために、ローラー（又はプレス成形）は、ポリマー薄膜の軟化温度まで加熱される。加工の後の薄膜表面の平坦化する（level）ため、及び一様な薄膜厚みの回復のため、光路長の局所的変化を維持しつつ、異方性薄膜の表面をラッカー又はポリマーの等方性層で被覆する。
局所的加熱によって異方性薄膜の光学的特性に変化をつけることは、表面に所望の温度まで加熱した器具を直接又は間接に接触させることにより、或いはトーチ炎で表面を処理することにより、或いは高温のガス流を表面に吹き付けることによって行うことができる。
一様な又は可変の光学的特性を有する異方性の光学的に透明な層は、等方性基板上に分子が一定の方向を有する物質（molecularly oriented substances）の薄膜を被着する事により得られる。この目的のため、我々は周囲温度より高い融点を有する低分子質量液晶、ＬＣポリマー（引用文献５）、又は溶液内で細長い形状の分子凝集体を形成し得る他の幾つかの低分子質量物質（引用文献２）のような化合物、又は液晶（ＬＣ）状態で生じ得るそれらの溶液を用いることができる。
染料（引用文献２）の他に、可視光を透過する異方性層を、４００ｎｍ未満のスペクトル範囲において吸収する芳香族化合物の水性又は水性有機溶剤を用いて得ることができる。このような材料には、アルキルベンゼンスルホナート（alkylbenzene sulfonates）、ナフタレン系のスルホン酸（sulfonic acids of the naphthalene series）、ベンゾイミダゾール及びベンゾチアゾールの誘導体のモノ及びポリスルホン酸（mono-and polysulfonic acids of the derivatives of benzoimidazole and benzothiazole）、アントラキノン（anthraquinone）、フェナントレン（phenanthrene）、アミノ−、ヒドロキシ−、ハリド−、ニトロ−、及びアルキルアントラキノン（amino-,hydroxy-,halide-,nitro-,and alkylanthraquinones）、ベンズアントロン（benzanthrone）、３−ブロモベンズアントロン（3-bromobenzanthrone）、及び水溶性有機ベロフォーレ及び漂白剤（water-soluble organic belofores and bleaching agents）の有機及び無機塩の中から選択され得る。
ＬＣ薄膜は、スキージ、ダイ、及びローラー技術を用いて、引用文献２及び３に詳細が記載された既存の方法により被着される。これらの技術では、ＬＣ溶液被着のプロセスにおいて、液層の延伸を原因として被着の際に生ずる粘性力の作用の下で分子を配向して１つの層を他の層に対してシフトさせることにより、若しくは表面を特別に処理して異方性を与える。通常の周囲条件の下で固体状態にある液晶の被着の場合、この化合物は、融点まで加熱することによりＬＣ状態に予備的に変換される。これらの技術の全ては、厚みの異なる要素群を得るために用いることができる。この目的のため、深さのばらつきが１〜１５μｍの段差を有するくさび型の又は他の形態の逃げ面が、塗布用デバイスの表面上に形成される。異方性層における光軸の向きが異なるモザイク構造を得るために、塗布用デバイス（ダイ又はスキージ）は、異方性薄膜が塗布されるベース部の動きの方向に対して垂直な向きに往復運動しなければならない。ローラー技術の場合は、このことは、ローラーの表面上にシリンダーの転がる方向の線に対して一定の角度をなす細長い溝の逃げ面を作ることによって達成される。これらの溝は、ローラー表面に異方性を与え、所望の方向の分子の向きを与える。
異なる光軸の方向と異なる屈折率を有する異方性薄膜を得るための別の方法は、方向性感光性重合（directional photopolymerization）により、若しくは単に基板上のポリマー薄膜に偏光を照射することにより（引用文献６参照）光学的異方性を誘導する既存の方法に基づく方法である。
干渉色のモザイク構造を有する装飾用材料は、１個の偏光子を用いて得ることもできる。この場合、後側の装飾子の代わりに鏡又は拡散反射表面層が用いられる。この層は、アルミニウム又は他の高反射率材料の薄膜を被着する事により、或いは反射性金属ホイル、鏡、又は他の反射性薄膜を接着することにより得られる。偏光子は構造の反対側に固着される。
基本的な光学効果を得るために、異方性薄膜に一定の形状を与え、かつ予め設定された密度を有する透明な物体上に固着することができる。これらの系の全ては、透明な液体、例えば水又は有機溶媒で満たされた密閉された容積部分の内部に配置され、従って異方性薄膜及びベース部の物体は液体に浸漬されることになる。偏光子は容器の外側表面上に接着する。偏光子を接着した容器の壁を通して見ると、異方性薄膜を有する物体の動きによって色の相互作用が生ずる。予め設定された密度を有するベース部はガラス、プラスチック、又は他の透明な材料から作られた中空の物体であり得る。
装飾用材料の構造は、第１図〜第４図により詳細に示されており、その製造方法は第５図に示されている。
第１図は、そのモザイク効果が異方性薄膜１における近傍領域の厚みの差に起因する装飾用材料を示す。この異方性薄膜は、２つの偏光子２の間に配置されており、この偏光子の偏光軸の向きは任意の角度をなし得るが、最も明白な効果は、９０度の場合に達成される。光学的特性を改善し、且つ構造を一体にまとめるために偏光子の一方或いは両方を異方性薄膜１に接着し得る。構造の両面又は片面に機械的に固着又は接着されたガラス板３若しくは他の硬質な透明材料４によって周囲の因子の作用から構造が保護される。偏光子及び異方性薄膜の耐久性は、ＵＶ及びＩＲのスペクトル範囲において光を吸収する薄膜５を塗布することにより更に高めることができる。
第２図は、異方性薄膜が、等方性基板６上に被着された、可視光範囲で透明な、分子が規則構造をなす層（molecularly ordered layer）１である、装飾用材料を示す。モザイク効果は、隣接する要素の光軸の方向の違いによって確保される。この構造の他の部品の全ては、第１図の構造と同一である。
第３図は、光学的に異方性の薄膜が、他の点では一様な特性を有し、異方性薄膜の両側に偏光コーティング２を設けることによってモザイク効果が達成されている装飾用材料を示す。これらのコーティングの一方又は両方は、隣接するモザイク要素の偏光軸の向きが異なっている。
第４図は、偏光子の一方の代わりに反射層３を備えた装飾用材料を示す。
第５図は、光学的に異方性の薄膜を得るために用いられるエンボス加工の方法を示す。一様な厚みを有する異方性薄膜１が、その表面に凹部４及び凸部５を有する、回転するシリンダ２及び３の間で圧延され、これによって異なる厚みを有する領域が形成される。ポリマー薄膜１に可塑性を与えるために、ローラーはポリマーの融点に近い温度まで加熱される。
装飾用要素とそれを透過する光との相互作用について以下説明する。光ビーム１（第１図）は偏光子２を通過し、位相偏移板３に衝当する。モザイクパターンの各要素は、入射光を、異なる速度で伝搬する常光線と異常光線とに分ける。モザイク要素が異なる厚みを有していることから、各要素はそれ独自の常光線と異常光線との位相偏移を生じさせる。この結果、位相偏移板から出る全てのビームは異なるだ円率を有し、これが第２偏光子について光透過性が異なる理由となる。単色光の場合は、このように位相偏移がそれぞれ異なることは、各モザイク要素が異なる色を呈する理由となる。隣接する要素における異なる光軸の方向を特徴とするモザイク（第２図）では、近傍の要素を通過する偏光光ビームの偏光のだ円の軸の方向が異なっており、これによって第２偏光子を透過する際の光の減衰量が異なってくる。１つの偏光子の偏光軸の分布がモザイク形であることによってモザイク効果が生成されている場合（第３図）、偏光子２を通過する一様に偏光された光が位相偏移板１に衝当し、装飾用板の全面積にわたってその偏光は一様に変化する。近傍のモザイク要素の偏光軸の方向が異なる第２の偏光子３を光が通過するとき、この光ビームは、各要素において異なって減衰し、従って異なる色を呈することになる。反射層を備えた装飾用材料（第４図）は、２つの偏光子を備えた系と類似の作用をなす。光は偏光子を通過し、異方性媒質を２重に透過して、後側表面から反射される。この結果、各モザイク要素を通過した光ビームは、各モザイクに対応する位相偏移を生じて、同じ偏光子を通過して系から出る。つまりこの１つの偏光子は光ビームが出るときに第２の偏光子としての役目を果たす。
上述の説明から分かるように、提示された解決手段により、モザイク要素を個別に切断することなく、連続的で光学的に透明な材料を有する装飾用材料が得られる。これによって装飾用材料の製造が極めて単純化されることになる。
この出願のために用いられた引用文献
１．JP No.4-307300(A),29.10.1992,Int CI5 B44 CI/28,B44 F1/06.Prototype
２．Appl.PCT WO 94/28073;C09B 31/147,31/30;Publ.08.12.94.
３．US Pat.No.2,400,877,CI 350-155,May 28,1946.
４．JP No.1-183602(A),Int.CI5G 02B5/30,G 02B1/08,21.07.1989.
５．US Pat.No.5,247,377,G 02F 1/13,Sep.21,1993.
６．SU No.1015326,G 02 B 5/30,25.01.82.
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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