車両窓用の光透過性積層体
【課題】熱や光に対する長期耐久性や機械的強度を向上し、光反射特性を制御することにより窓の防眩だけでなく、視認性を向上できる車両窓用の光透過性積層体を提供すること。
【解決手段】所定方向に延在して設けられた複数の金属ワイヤ（１０２）を具備するワイヤグリッド偏光子（１０１）と、ワイヤグリッド偏光子（１０１）を挟持する一対の硬質透明基板（１０３ａ、１０３ｂ）とを有し、金属ワイヤ（１０２）を延在方向と車両の水平基準面とが平行となるように設け、無偏光光に対する反射率が２５％以下、ワイヤグリッド偏光子（１０１）の透過軸方向の直線偏光に対する透過率が８０％以上、透過軸と直角方向の直線偏光に対する透過率が１０％以上、且つ全光線透過率が５０％以上８０％以下とする。
【解決手段】所定方向に延在して設けられた複数の金属ワイヤ（１０２）を具備するワイヤグリッド偏光子（１０１）と、ワイヤグリッド偏光子（１０１）を挟持する一対の硬質透明基板（１０３ａ、１０３ｂ）とを有し、金属ワイヤ（１０２）を延在方向と車両の水平基準面とが平行となるように設け、無偏光光に対する反射率が２５％以下、ワイヤグリッド偏光子（１０１）の透過軸方向の直線偏光に対する透過率が８０％以上、透過軸と直角方向の直線偏光に対する透過率が１０％以上、且つ全光線透過率が５０％以上８０％以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過性積層体に関するものであり、透過光を偏光とすることで、景色のぎらつきを低減し、視認性を高める光透過性積層体、例えば、車両等の乗り物用の窓材料やサングラスのレンズ素材等に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の窓材料は、車外と車室環境を分離し安全に車両を運転するために重要な部品で、古くから多くの発明がなされている。その中には、他の車両の灯火に基づく防眩を目的としたものがあり、車両用の窓や灯火、鏡に偏光特性を付与し、防眩機能を発現することが古くから知られている（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
しかし、いずれの発明も灯火に基づく防眩を目的としたものであり、偏光を利用するものにあっては良好な偏光子が存在しなかったことから、光線の透過率や偏光度といった透過性能、熱や光に対する長期耐久性などに問題を生じ、実用化されていない。
【０００４】
また、合わせガラスの中間膜に偏光機能を付与することも提案されているが（特許文献３参照）、同様の理由から実用化には至っていない。
【０００５】
近年になって、ナノサイズの粒子の製造技術や利用技術が向上したことから、長期耐久性を改善しながら、視認性を向上させる技術も提案されている（特許文献４参照）。同様にガラス基板の表面に微細な凹凸構造を形成し、ワイヤグリッド偏光子とすることも提案されているが（特許文献５参照）、いずれも製造コストや偏光性能を高められないなどの機能上の問題から、実用化には至っていない。
【０００６】
ワイヤグリッド偏光子は古くから知られており、微細構造を保護するために表面をコーティングすることも知られているが（特許文献６参照）、ナノサイズの構造を作ることが困難であったことから、フィルムを基材とするワイヤグリッド偏光子は、本発明者らによって開発されるまで、実用化されていなかった。また、本発明者らの技術を応用することで、反射率の低い吸収型のワイヤグリッド偏光子も開発されている（特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭４７−１４８２８号公報
【特許文献２】実開昭４９−１１０４０９号公報
【特許文献３】特開平６−２５５０５１号公報
【特許文献４】特開２００７−３３４１５０号公報
【特許文献５】特開２００９−５１７３１０号公報
【特許文献６】特開昭５８−４２００３号公報
【特許文献７】特開２００９−３００６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、熱や光に対する長期耐久性や機械的強度を向上し、光反射特性を制御することにより窓の防眩だけでなく、視認性を向上できる車両窓用の光透過性積層体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】
【０００９】
近年、数十ｎｍサイズの微細加工技術の進歩により、ワイヤグリッド偏光子が本発明者らによって開発され、実用化されている。ワイヤグリッド偏光子は微細な金属線（ワイヤ）により機能が発現し、基本的に無機物で構成されることから耐熱性や耐光性に優れるといった特長がある。本発明は、このワイヤグリッド偏光子を利用したものであり、微細金属ワイヤを保護するために、両側から硬質の透明板により挟みこむことで保護するものである。また、微細金属ワイヤを２枚の硬質透明基板間の透明な中間樹脂層の中もしくは界面に挿入することで、中間樹脂層自体の耐衝撃性や接着性を利用できるようにしたものである。
【００１０】
本発明の車両窓用の光透過性積層体は、所定方向に延在して設けられた複数の金属ワイヤを具備するワイヤグリッド偏光子と、前記ワイヤグリッド偏光子を挟持する一対の硬質透明基板とを有する車両窓用の光透過性積層体であって、前記金属ワイヤは、延在方向と車両の水平基準面とが平行となるように設けられ、無偏光光に対する反射率が２５％以下、前記ワイヤグリッド偏光子の透過軸方向の直線偏光に対する透過率が８０％以上、透過軸と直角方向の直線偏光に対する透過率が１０％以上、且つ全光線透過率が５０％以上８０％以下であること特徴とする。
【００１１】
本発明の車両窓用の光透過性積層体において、前記金属ワイヤの延在方向を回転軸にして、前記水平基準面から３０〜７０度傾けて設けられることができる。
【００１２】
本発明の車両窓用の光透過性積層体において、前記一対の硬質透明基板の少なくとも一方の表面に反射防止層を有してもよい。
【００１３】
本発明の車両窓用の光透過性積層体において、前記硬質透明基板から前記ワイヤグリッド偏光子までの透明部材のレターデーションが、前記ワイヤグリッド偏光子の透過軸方向の直線偏光に対し１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明の車両窓用の光透過性積層体において、少なくとも前記一対の硬質透明基板の外側表面に、屈折率１．７以上の高屈折透明誘電体を有することが好ましい。
【００１５】
本発明の車両窓用の光透過性積層体において、前記一対の硬質透明基板の間に中間樹脂層を有し、前記ワイヤグリッド偏光子が前記中間樹脂層中又は前記中間樹脂層と前記硬質透明基板との界面に設けられていることが好ましい。
【００１６】
本発明の車両窓用の光透過性積層体において、可視光波長領域における前記ワイヤグリッド偏光子の最大透過率と最少透過率の差が１５％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光透過性積層体を構成するワイヤグリッド偏光子の構造や使用する導電材料を適切に選択して、光線に対する光学特性を制御することにより、窓の防眩だけでなく、視認性を向上できる車両窓用の光透過性積層体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】車両窓用の光透過性積層体の構成の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
上述したように、車両等の窓用の偏光素子は高い視認性や耐久性等が要求される。本発明者は、車両などの乗り物の窓から外を観察する際に、視認性を低下させるぎらつきの原因が主に水平方向の振動面を持つ横偏光であり、視認性を向上するには、できるだけ横偏光を除去し、垂直方向の振動面を持つ縦偏光のみで観察すれば良いことを見出した。しかし、車両などの乗り物の窓材料は高い全光線透過率を満たしながら耐久性が要求される。本発明者は、高い全光線透過率を維持しながら横偏光を選択的に取り除くことを検討した結果、縦偏光透過率をほぼ一定に保ちつつ、許容透過率を満たす範囲で横偏光の透過率を最少にすることを着想した。そして、上記ワイヤグリッド偏光子の特徴を活かし、機械的物性に優れた硬質の透明板で信頼性高く微細金属ワイヤを保護する方法を検討し、本発明を完成させるに至った。以下に、偏光素子の構造について、図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施の形態の車両窓用の光透過性積層体１００は、所定方向に延在して設けられた複数の金属ワイヤ１０２を具備するワイヤグリッド偏光子１０１と、ワイヤグリッド偏光子１０１を挟持する一対の硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂとを有している（図１参照）。なお、図１において、図１Ａは車両窓用の光透過性積層体１００の断面図、図１Ｂは車両窓用の光透過性積層体１００の拡大断面図、図１Ｃは車両窓用の光透過性積層体１００の正面図を示している。また、一対の硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂ間に中間樹脂層１０４を設け、ワイヤグリッド偏光子１０１を、中間樹脂層１０４中、又は中間樹脂層１０４と硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂとの界面に設けた構成とすることができる。一対の硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂは、中間樹脂層１０４を用いて接合することができる。
【００２１】
金属ワイヤ１０２は、当該金属ワイヤ１０２の延在方向（所定方向）と車両の水平基準面とが、ほぼ平行となるように設けられる。ここで、ほぼ平行とは、当該金属ワイヤ１０２の延在方向と水平基準面とのなす角度が、１５度以下をいう。図１Ａ、１Ｂにおいては、紙面の手前から奥に向かう方向が金属ワイヤ１０２の延在方向となる。水平基準面は、地面と平行な水平面をいう。
【００２２】
また、本実施の形態の車両窓用の光透過性積層体１００は、無偏光光（例えば、自然光）に対する反射率が２５％以下、ワイヤグリッド偏光子１０１の透過軸方向の直線偏光に対する透過率が８０％以上、透過軸と直角方向の直線偏光に対する透過率が１０％以上、且つ全光線透過率が５０％以上８０％以下となる光学特性を有することを特徴とする。このような光学特性を得るためには、ワイヤグリッド偏光子１０１の構造、硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂ及び中間樹脂層１０４に用いる材料や厚さを制御すればよい。
【００２３】
一般的に、硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂと中間樹脂層１０４は、様々な材料から選択することが可能であり、透光性が高い材料を選択することができる。そのため、車両窓用の光透過積層体１００の光学特性はワイヤグリッド偏光子１０１の構造に大きく影響される。具体的には、金属ワイヤ１０２の幅、高さ、使用する導電材料の反射率等を制御することにより光学特性の制御を行うことができる。例えば、ワイヤグリッド偏光子１０１として、金属ワイヤ１０２のピッチが８０〜２００ｎｍ、幅が１〜６０ｎｍ（Ｄｕｔｙ比：約１〜３０％）、高さが３〜２００ｎｍ、金属材料の反射率を約６０％以下とすることが好ましい。
【００２４】
本実施の形態の車両窓用の光透過性積層体１００は、ワイヤグリッド偏光子１０１の金属ワイヤ１０２のピッチやサイズ、使用する導電材料を適切に選択し設計することで、光線に対する偏光度、透過率及び反射率等を制御できるため、熱や光に対し高い耐久性を保ったまま、所望の光で外を観察することが可能となり、視認性を低下させるぎらつきの原因となる一方向の偏光を除去することが可能となる。また、観察者側の光線反射率を選択的に低く設定できることから、観察者側の表面からの反射光によるぎらつきや、周囲の映り込みを低減することも可能となる。
【００２５】
本実施の形態の車両窓用の光透過性積層体１００の好適な適用例として、車両（例えば、自動車）のフロントガラスが挙げられる。この場合、光透過性積層体１００は、金属ワイヤ１０２の延在方向を回転軸にして、水平基準面から３０〜７０度傾けて設けられる。
【００２６】
このように、ワイヤグリッド偏光子１０１を含む光透過性積層体１００を用いることにより、従来の偏光子の課題であった、熱や光に対する長期耐久性や機械的強度を向上し、従来技術の目的である防眩だけでなく、視認性を低下させる原因となる特定方向の偏光、例えば、水平方向の振動面を持つ横偏光を除去することが可能となる。これにより、車外からの反射光によるぎらつきや、窓への車内の映り込みを低減することが可能となり、車内及び車外における視認性が向上し、車両運転時の安全性を向上することができる。
【００２７】
以下に、本実施の形態の車両窓用の光透過性積層体の具体的な構成について説明する。
【００２８】
[金属ワイヤ]
ワイヤグリッド偏光子１０１は、金属ワイヤ１０２を具備しており、金属ワイヤ１０２は一般に可視光（波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ）用のワイヤグリッド偏光子として使用される構造、素材であれば使用できる。ただし、透過光から不要な偏光成分を除くだけでなく、観察者側における光の反射による周囲の映り込みを低減するためには、光線反射率の低い金属を選択することが必要であり、光線反射率としては波長５５０ｎｍの光に対し約６０％以下であることが好ましい。光線反射率の低い金属としては、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｔａが挙げられる。あるいはこれらの金属のうち少なくとも一つを主成分とする合金からなる群から選ばれた少なくとも一つの合金であることが好ましい。特に耐食性、光線反射率などの点からＣｒ、Ｎｉが好ましい。
【００２９】
[金属ワイヤの埋め込み]
複数の金属ワイヤ１０２間の空間は、ワイヤグリッド偏光子１０１の偏光性能を高めるためには、屈折率が低い方が好ましく、気体や低屈折材料を充填することができる。中間樹脂層１０４との接着性を高める観点からは、金属ワイヤ１０２間の周囲をすべて中間樹脂層１０４で囲むことで、金属ワイヤ１０２と中間樹脂層１０４との接合面積を増すことが好ましい。また、金属ワイヤ１０２の周囲をすべて中間樹脂層１０４で囲むことにより、ワイヤグリッド偏光子１０１の光線反射率をより低減することも可能である。
【００３０】
金属ワイヤ１０２の周囲をすべて中間樹脂層１０４で囲む方法としては、次の３つの方法が考えられ、いずれも特許第４２７５６９１号公報に示す方法などによりワイヤグリッド偏光子１０１を形成することができる。
【００３１】
（方法１）
樹脂基材の表面に金属ワイヤ１０２を形成し、基材フィルムの裏面と金属ワイヤ１０２上に中間樹脂層１０４用の樹脂を接着する方法。
【００３２】
（方法２）
表面に凹凸構造を有する樹脂基材上に金属膜を成膜して金属ワイヤ１０２を形成した後、金属ワイヤ１０２のみ選択的に中間樹脂層１０４用の樹脂表面に接着して移行させる方法。例えば、特許第４２７５６９１号公報に示す方法において、樹脂基材の格子状凸部に誘電体を被覆することなく、樹脂製格子状凸部に直接金属を積層することで、金属ワイヤの基材樹脂への接着力を低下させ、金属ワイヤのみ中間樹脂層用の樹脂表面に接着して移行させる。この場合、樹脂基材にはフッ素系樹脂など接着性の低い樹脂を使用することが好ましい。
【００３３】
（方法３）
硬質透明基板１０３ａ（又は１０３ｂ）の表面に金属ワイヤ１０２を形成し、ワイヤグリッド偏光子１０１を形成する方法。
【００３４】
上記いずれの方法を用いても、中間樹脂層１０２によりワイヤグリッド偏光子１０１と硬質透明基板１０３とを強固に接合することができる。接合にあたっては、中間樹脂層１０２の接着性に応じ、中間樹脂層１０２と硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂを適宜、加熱、加圧する。
【００３５】
[中間樹脂層]
中間樹脂層１０４の材質は、硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂの材質、車両用窓として求められる機械的強度から適宜選択する。例えば、耐衝撃性を求められる場合は、ポリビニルブチラール樹脂などのポリビニルアセタール系樹脂やエチレン・酢酸ビニル共重合体が使用される。他に接着性に優れ光線透過性に優れる樹脂としては、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂などがあげられ、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂のいずれであってもよい。
【００３６】
[硬質透明基板]
硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂの材質としては、ガラスや透明樹脂のシートやフィルムがあげられ、透明樹脂としては可視光領域で実質的に透明な樹脂であればよく、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、環状オレフィン樹脂、トリアセテート樹脂、ポリスチレン樹脂、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、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あげられる。
【００３７】
中間樹脂層１０４の両側に接合される２枚の硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂの材質やその表面処理は、用途に応じ、それぞれ適切に選択することができる。例えば、自動車のフロントウィンドウであれば、非観察者（車外）側に位置する硬質透明基板１０３ａは耐環境性、耐摩耗性に優れたガラスとし、観察者（車内）側に位置する硬質透明基板１０３ｂは使用環境に応じガラス、ポリカーボネート樹脂シートやポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムなどを選択することができる。
【００３８】
非観察者側の硬質透明基板１０３ａ表面が、自動車のフロントウィンドウのように水平面に対し４５度程度傾斜している場合、横偏光と縦偏光の反射率の差が大きくなり、横偏光が選択的に反射し偏光分離が起きる。この偏光分離をより増強するために、非観察者側の硬質透明基板１０３ａ表面に屈折率の高い層（例えば、屈折率１．７以上の高屈折透明誘電体）を設けることもできる。さらに高屈折率層を、水平方向に伸びるピッチが２００ｎｍ以下の横縞状にすることで、偏光分離の効率をより高めることもできる。
【００３９】
観察側の硬質透明基板１０３ｂ表面にはシリコーン系樹脂などを主成分とするハードコート層や誘電体多層膜、低屈折率膜やモスアイ構造による反射防止層を設けることにより、耐傷つき性を向上させ、観察者側部材の窓への映り込みを低減することもできる。
【００４０】
[硬質透明基板と中間樹脂層の光学特性]
中間樹脂層１０２および硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂに要求される光学性能としては、可視光に対し透明であること以外に、特に非観察者側の硬質透明基板１０３ａ表面からワイヤグリッド偏光子１０１までの硬質透明基板１０３ａや中間樹脂層１０４を合わせた部分の、ワイヤグリッド偏光子１０１の透過軸方向の直線偏光に対するレターデーションが１００ｎｍ以下であることが重要である。これは、観察する景色、物体からの光線のうち特定方向の偏光、例えば水平方向の振動面を持つ横偏光を効率的に除去するために必要であり、レターデーションが大きいとワイヤグリッド偏光子１０１の効果が減少する。レターデーションの値は少ないほど好ましく、１００ｎｍ以下が必要であり、好ましくは５０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下である。レターデーションを低減するには、中間樹脂層１０４および硬質透明基板１０３ａの複屈折を小さくすることや、複屈折の光学軸とワイヤグリッド偏光子１０１の透過軸をできるだけ一致させることが重要である。
【００４１】
また、視認性向上だけでなく観察者側の周囲の映り込みを低減するには、できるだけ垂直方向の振動面を持つ縦偏光が、映り込む物体にあたることが重要であることから、映り込み低減のためには観察者側のレターデーションを低減することも必要である。
【００４２】
[偏光透過率]
視認性を向上させるためには、ぎらつきの原因となる水平方向の振動面を持つ横偏光を除去し、垂直方向の振動面を持つ縦偏光のみで観察することが好ましい。しかし、高い偏光度を持つワイヤグリッド偏光子によって横偏光をほぼ完全に除去してしまうと、全光線透過率が理論的に５０％、実際には最大でも４５％にまで低下してしまい、車両などの乗り物の窓として外を観察するには、夜間など十分な光量が確保できなくなる場合がある。
【００４３】
高い全光線透過率を維持しながら、視認性を向上させるためには、垂直方向の振動面を持つ直線偏光に対する縦偏光透過率を８０％以上にできるだけ高く保ち、除去すべき水平方向の振動面を持つ直線偏光に対する横偏光透過率は、許容全光線透過率を満たす範囲で最少にすることが好ましい。このとき、横偏光透過率を１０％未満にまで低減しても、視認性の向上効果は少なく全光線透過率の低下が大きくなることから、横偏光透過率は１０％以上が好ましい。視認性の向上効果は縦偏光に比べ横偏光をどれだけ除去できるかによって決まることから、横偏光透過率の上限は縦偏光透過率との比で決まり、たとえば縦偏光透過率が９０％では、横偏光透過率は７０％程度が上限といえ、このときの全光線透過率は縦偏光透過率と横偏光透過率の平均である８０％となる。つまり、全光線透過率は５０％以上８０％以下とすることで、視認性は確保される。
【００４４】
[観察者側における光反射率]
ワイヤグリッド偏光子１０１において、透過軸と直交する方向の直線偏光は、基本的に反射もしくは吸収され、ここでの反射率は微細ワイヤに用いる金属素材と、ワイヤグリッド偏光子１０１の金属ワイヤ１０２のピッチと金属ワイヤの幅の比（Ｄｕｔｙ比）および金属ワイヤ１０２の高さに主に依存する。観察者側における光の反射による周囲の映り込みを低減するためには、上記のように光線反射率の低い金属を選択することが好ましく、さらには微細ワイヤの周囲をすべて樹脂で囲み、金属ワイヤ１０２のピッチに対しワイヤ幅を小さくすることがより好ましい。具体的な反射率は、良好な視認性を得るために入射角５度において２５％以下が必要であり、好ましくは１５％以下、さらに好ましくは１０％以下である。
【００４５】
ただし、車両の窓における手前の部材の映り込みに関しては、観察者側におけるワイヤグリッド偏光子１０１の反射率だけではなく、映り込む物体表面に、垂直方向の振動面を持つ縦偏光があたることで反射光を低減することが重要であることから、許容される透過率の中でワイヤグリッド偏光子１０１の偏光度を高めることも重要である。さらに、観察側の表面に誘電体多層膜、低屈折率膜やモスアイ構造による反射防止層を設けることで、映り込みを低減できるだけでなく、観察側表面における光の反射ロスを低減できることから、許容される透過率の中でワイヤグリッド偏光子１０１の偏光度をより高める、言い換えればより低い透過率を選択する、ことが可能となる。
【００４６】
[ワイヤグリッド偏光子の構造]
ワイヤグリッド偏光子１０１の構造は、金属ワイヤ１０２のピッチと金属ワイヤ１０２の断面形状によって決まり、要求される透過率や偏光性能に応じ、適宜選択する。金属ワイヤ１０２のピッチは８０〜２００ｎｍの範囲であり、金属ワイヤ１０２のピッチを１００ｎｍ程度に小さくした方が高い偏光度を得やすい。一方で、視認性向上のためには偏光度８０％程度でも十分な性能といえることから、製造の容易さを考慮して、金属ワイヤ１０２のピッチを１５０ｎｍとしても良い。金属ワイヤ１０２のピッチが２００ｎｍよりも大きくなると、透過率の波長依存性が大きくなることから着色しやすくなり、使用できる用途に制限が生じやすくなる。
【００４７】
高い透過率と偏光性能および低い反射率を満たすために、金属ワイヤ１０２の延在方向と垂直な断面における各金属ワイヤ１０２の幅（金属ワイヤが平行に並ぶ方向の幅）としては、ワイヤピッチの１〜３０％が好ましく、特に高い透過率と低い反射率が求められる場合は、ワイヤピッチの１〜１５％、さらには１〜８％が好ましい。また、金属ワイヤ１０２の延在方向と垂直な断面における各金属ワイヤ１０２の高さ（金属ワイヤが平行に並ぶ方向と垂直方向の幅）としては、ワイヤピッチの３〜１２０％の範囲で、要求性能に応じ適宜選択することができる。高い透過率が求められる場合は、金属ワイヤ１０２の高さをワイヤピッチの１０〜１００％とすることが好ましい。ここで金属ワイヤが平行に並ぶ方向の幅とは、幅の平均値を示し、金属ワイヤ１０２の伸びる方向と垂直な断面における金属ワイヤ１０２の断面積を垂直方向の高さで割った値である。
【００４８】
また、特許第４２７５６９１号公報に示すように、樹脂基材表面の格子状凸部側面に金属を積層する場合（上記（方法１））は、格子状凸部の頂部に付着する金属量を減らすために、格子状凸部の頂部が比較的とがった形状とすることが、高い透過率と低い反射率を得るために有効である。格子状凸部の頂部や格子状凸部間の底部に金属が付着すると、透過率の低下や反射率の増加の原因となりやすいことから、金属の積層後にエッチングによりこれらの金属を除くことも好ましい。
【００４９】
金属ワイヤ１０２の周囲を中間樹脂層１０４で充填することで、金属ワイヤ１０２の耐食性を向上させ、ワイヤグリッド偏光子１０１としての耐久性を向上できるほかに、反射率を低く保つだけでなく、透過率の波長依存性を低減することが可能となる。特に自然な色合いで観察することが要求される場合には、自然光に対する透過率の最大値と最小値の差が、最大透過率の１５％以下であることが必要である。
【００５０】
[実施例]
以下本発明の効果を明確にするために行った実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５１】
本実施例では、硬質透明基板に挟まれた埋め込み型ワイヤグリッド偏光子を作製し、その光学特性を測定した。
【００５２】
（実施例１）
・紫外線硬化樹脂を用いた格子状凸部転写フィルムの作製
格子状凸部転写フィルムの作製には、格子状凸部のピッチが１４０ｎｍ、高さが１４５ｎｍで、格子状凸部の延在する方向に垂直な断面における凹部形状が略矩形で凸部頂部がとがった形状のＮｉ製金型を用いた。Ｎｉ製金型にはフッ素系単分子膜による離型処理をした。厚み８０μｍ、リターデーション５ｎｍのトリアセチルセルロース樹脂（以下、ＴＡＣと略す）フィルムに紫外線硬化性樹脂を約３μｍ塗布し、塗布面を下にし、金型とＴＡＣフィルム間に空気が入らないように乗せた。ＴＡＣフィルム側から中心波長３６５ｎｍの紫外線ランプを用いて紫外線を１０００ｍＪ／ｃｍ２照射し、格子状凸部を転写した。ＴＡＣフィルムを金型から剥離し、縦３００ｍｍ、横２００ｍｍの格子状凸部を転写したフィルムを作製した。紫外線硬化性樹脂としては、特開２００９−１９１７４の実施例２に示す材料を使用した。
【００５３】
・真空蒸着法を用いた金属の蒸着
格子状凸部転写フィルムに電子ビーム真空蒸着法を用いて金属の積層を行った。本実施例では、金属としてニッケルを用いた場合について説明する。真空度２．２×１０−３Ｐａ、蒸着速度０．２ｎｍ／ｓ、常温下においてニッケルの蒸着を行った。金属厚み測定用に表面が平滑なガラス基板を格子状凸部転写フィルム近傍にフィルムと平行になるよう設置し、平滑基板へのニッケル蒸着厚みが７ｎｍとなるように蒸着を行った。このときニッケルの蒸着は、斜め蒸着法を用い、格子状凸部の延在する方向に垂直な平面内で、基材面の法線と蒸着源のなす入射角度θを４５°とした。
【００５４】
・硬質透明基板による埋め込み型ワイヤグリッド偏光子の作製
ニッケルを蒸着した格子状凸部転写フィルム（ニッケルワイヤグリッド偏光子）を、厚み０．５ｍｍのポリビニルブチラール・シート２枚で挟み、さらに厚み２ｍｍの２枚のホウケイ酸ガラス板の間に挟み込み、真空中で１５０℃に加熱し、０．３ＭＰａの圧力で熱圧着した。
【００５５】
・分光光度計による光学特性評価
得られた硬質透明基板に挟まれた埋め込み型ワイヤグリッド偏光子について、分光光度計を用い全光線透過率、縦偏光透過率および横偏光透過率として平行ニコルと直交ニコルの直線偏光に対する透過率及び無偏光光に対する反射率を測定した。なお、反射率の測定は、反対側表面の反射を除くために、測定面と反対側の外側表面に黒色塗料を塗布した。偏光度、透過率の測定は入射角を０度とし、反射率の測定は入射角を５度とし、いずれの値も視感度補正をした値とした。その結果を表１に示す。
【００５６】
（実施例２）
実施例１と同様の手法で、表面反射率１．０％の反射防止コートを片面に施した厚み１００μｍのポリエチレンテレフタレート・フィルムの非反射防止コート面に、複屈折の光学軸と格子状凸部の延在する方向が直角になるように、格子状凸部を転写した。次に、金属にクロムを用い、入射角度θを３０°として厚み１２ｎｍを蒸着した後、蒸着面とガラス板を基材フィルムのない粘着剤のみからなる両面粘着テープを用いて張り合わせ、光学特性を評価した。光学特性測定において、透過率、偏光度の測定は入光面をガラス側とし、反射率の測定はフィルム張り合わせ面側とした。その結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
これらの偏光子を用いて、直射日光のあたる外の景色を観察したところ、実施例２の偏光子は、比較的高い偏光性能を持つため、横偏光によるぎらつきがなく、十分な視認性の向上効果が得られた。また、実施例１の偏光子であっても横偏光が約２／３に低減されていることから、ぎらつきが明らかに低減し、視認性が向上することが確認できた。
【００５９】
＜偏光素子の使用形態＞
上述した偏光素子は、車両、船舶、航空機などの乗り物の窓、住宅、建物などの窓、サングラスなどに応用することができる。
【００６０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。また、上記実施の形態における材質、数量などについては一例であり、適宜変更することができる。その他、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。特に乗り物の窓においては、上方のまぶしさを低減するために、ワイヤグリッド偏光子の金属ワイヤの幅や高さを増すことで上方部分のみ透過率を低くしたり、窓前方の内側一部分をヘッドアップディスプレイの反射表示部として用いたりすることもできる。ヘッドアップディスプレイの反射表示部に使用する場合は、金属ワイヤ表面にアルミニウムなど反射率の高い金属を積層し、反射率を高めることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の光透過性積層体は、車両、船舶、航空機、住宅、建物の窓、サングラスなどに適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１００ 光透過性積層体
１０１ ワイヤグリッド偏光子
１０２ 金属ワイヤ
１０３ａ、１０３ｂ 硬質透明基板
１０４ 中間樹脂層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過性積層体に関するものであり、透過光を偏光とすることで、景色のぎらつきを低減し、視認性を高める光透過性積層体、例えば、車両等の乗り物用の窓材料やサングラスのレンズ素材等に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の窓材料は、車外と車室環境を分離し安全に車両を運転するために重要な部品で、古くから多くの発明がなされている。その中には、他の車両の灯火に基づく防眩を目的としたものがあり、車両用の窓や灯火、鏡に偏光特性を付与し、防眩機能を発現することが古くから知られている（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
しかし、いずれの発明も灯火に基づく防眩を目的としたものであり、偏光を利用するものにあっては良好な偏光子が存在しなかったことから、光線の透過率や偏光度といった透過性能、熱や光に対する長期耐久性などに問題を生じ、実用化されていない。
【０００４】
また、合わせガラスの中間膜に偏光機能を付与することも提案されているが（特許文献３参照）、同様の理由から実用化には至っていない。
【０００５】
近年になって、ナノサイズの粒子の製造技術や利用技術が向上したことから、長期耐久性を改善しながら、視認性を向上させる技術も提案されている（特許文献４参照）。同様にガラス基板の表面に微細な凹凸構造を形成し、ワイヤグリッド偏光子とすることも提案されているが（特許文献５参照）、いずれも製造コストや偏光性能を高められないなどの機能上の問題から、実用化には至っていない。
【０００６】
ワイヤグリッド偏光子は古くから知られており、微細構造を保護するために表面をコーティングすることも知られているが（特許文献６参照）、ナノサイズの構造を作ることが困難であったことから、フィルムを基材とするワイヤグリッド偏光子は、本発明者らによって開発されるまで、実用化されていなかった。また、本発明者らの技術を応用することで、反射率の低い吸収型のワイヤグリッド偏光子も開発されている（特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭４７−１４８２８号公報
【特許文献２】実開昭４９−１１０４０９号公報
【特許文献３】特開平６−２５５０５１号公報
【特許文献４】特開２００７−３３４１５０号公報
【特許文献５】特開２００９−５１７３１０号公報
【特許文献６】特開昭５８−４２００３号公報
【特許文献７】特開２００９−３００６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、熱や光に対する長期耐久性や機械的強度を向上し、光反射特性を制御することにより窓の防眩だけでなく、視認性を向上できる車両窓用の光透過性積層体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】
【０００９】
近年、数十ｎｍサイズの微細加工技術の進歩により、ワイヤグリッド偏光子が本発明者らによって開発され、実用化されている。ワイヤグリッド偏光子は微細な金属線（ワイヤ）により機能が発現し、基本的に無機物で構成されることから耐熱性や耐光性に優れるといった特長がある。本発明は、このワイヤグリッド偏光子を利用したものであり、微細金属ワイヤを保護するために、両側から硬質の透明板により挟みこむことで保護するものである。また、微細金属ワイヤを２枚の硬質透明基板間の透明な中間樹脂層の中もしくは界面に挿入することで、中間樹脂層自体の耐衝撃性や接着性を利用できるようにしたものである。
【００１０】
本発明の車両窓用の光透過性積層体は、所定方向に延在して設けられた複数の金属ワイヤを具備するワイヤグリッド偏光子と、前記ワイヤグリッド偏光子を挟持する一対の硬質透明基板とを有する車両窓用の光透過性積層体であって、前記金属ワイヤは、延在方向と車両の水平基準面とが平行となるように設けられ、無偏光光に対する反射率が２５％以下、前記ワイヤグリッド偏光子の透過軸方向の直線偏光に対する透過率が８０％以上、透過軸と直角方向の直線偏光に対する透過率が１０％以上、且つ全光線透過率が５０％以上８０％以下であること特徴とする。
【００１１】
本発明の車両窓用の光透過性積層体において、前記金属ワイヤの延在方向を回転軸にして、前記水平基準面から３０〜７０度傾けて設けられることができる。
【００１２】
本発明の車両窓用の光透過性積層体において、前記一対の硬質透明基板の少なくとも一方の表面に反射防止層を有してもよい。
【００１３】
本発明の車両窓用の光透過性積層体において、前記硬質透明基板から前記ワイヤグリッド偏光子までの透明部材のレターデーションが、前記ワイヤグリッド偏光子の透過軸方向の直線偏光に対し１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明の車両窓用の光透過性積層体において、少なくとも前記一対の硬質透明基板の外側表面に、屈折率１．７以上の高屈折透明誘電体を有することが好ましい。
【００１５】
本発明の車両窓用の光透過性積層体において、前記一対の硬質透明基板の間に中間樹脂層を有し、前記ワイヤグリッド偏光子が前記中間樹脂層中又は前記中間樹脂層と前記硬質透明基板との界面に設けられていることが好ましい。
【００１６】
本発明の車両窓用の光透過性積層体において、可視光波長領域における前記ワイヤグリッド偏光子の最大透過率と最少透過率の差が１５％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光透過性積層体を構成するワイヤグリッド偏光子の構造や使用する導電材料を適切に選択して、光線に対する光学特性を制御することにより、窓の防眩だけでなく、視認性を向上できる車両窓用の光透過性積層体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】車両窓用の光透過性積層体の構成の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
上述したように、車両等の窓用の偏光素子は高い視認性や耐久性等が要求される。本発明者は、車両などの乗り物の窓から外を観察する際に、視認性を低下させるぎらつきの原因が主に水平方向の振動面を持つ横偏光であり、視認性を向上するには、できるだけ横偏光を除去し、垂直方向の振動面を持つ縦偏光のみで観察すれば良いことを見出した。しかし、車両などの乗り物の窓材料は高い全光線透過率を満たしながら耐久性が要求される。本発明者は、高い全光線透過率を維持しながら横偏光を選択的に取り除くことを検討した結果、縦偏光透過率をほぼ一定に保ちつつ、許容透過率を満たす範囲で横偏光の透過率を最少にすることを着想した。そして、上記ワイヤグリッド偏光子の特徴を活かし、機械的物性に優れた硬質の透明板で信頼性高く微細金属ワイヤを保護する方法を検討し、本発明を完成させるに至った。以下に、偏光素子の構造について、図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施の形態の車両窓用の光透過性積層体１００は、所定方向に延在して設けられた複数の金属ワイヤ１０２を具備するワイヤグリッド偏光子１０１と、ワイヤグリッド偏光子１０１を挟持する一対の硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂとを有している（図１参照）。なお、図１において、図１Ａは車両窓用の光透過性積層体１００の断面図、図１Ｂは車両窓用の光透過性積層体１００の拡大断面図、図１Ｃは車両窓用の光透過性積層体１００の正面図を示している。また、一対の硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂ間に中間樹脂層１０４を設け、ワイヤグリッド偏光子１０１を、中間樹脂層１０４中、又は中間樹脂層１０４と硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂとの界面に設けた構成とすることができる。一対の硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂは、中間樹脂層１０４を用いて接合することができる。
【００２１】
金属ワイヤ１０２は、当該金属ワイヤ１０２の延在方向（所定方向）と車両の水平基準面とが、ほぼ平行となるように設けられる。ここで、ほぼ平行とは、当該金属ワイヤ１０２の延在方向と水平基準面とのなす角度が、１５度以下をいう。図１Ａ、１Ｂにおいては、紙面の手前から奥に向かう方向が金属ワイヤ１０２の延在方向となる。水平基準面は、地面と平行な水平面をいう。
【００２２】
また、本実施の形態の車両窓用の光透過性積層体１００は、無偏光光（例えば、自然光）に対する反射率が２５％以下、ワイヤグリッド偏光子１０１の透過軸方向の直線偏光に対する透過率が８０％以上、透過軸と直角方向の直線偏光に対する透過率が１０％以上、且つ全光線透過率が５０％以上８０％以下となる光学特性を有することを特徴とする。このような光学特性を得るためには、ワイヤグリッド偏光子１０１の構造、硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂ及び中間樹脂層１０４に用いる材料や厚さを制御すればよい。
【００２３】
一般的に、硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂと中間樹脂層１０４は、様々な材料から選択することが可能であり、透光性が高い材料を選択することができる。そのため、車両窓用の光透過積層体１００の光学特性はワイヤグリッド偏光子１０１の構造に大きく影響される。具体的には、金属ワイヤ１０２の幅、高さ、使用する導電材料の反射率等を制御することにより光学特性の制御を行うことができる。例えば、ワイヤグリッド偏光子１０１として、金属ワイヤ１０２のピッチが８０〜２００ｎｍ、幅が１〜６０ｎｍ（Ｄｕｔｙ比：約１〜３０％）、高さが３〜２００ｎｍ、金属材料の反射率を約６０％以下とすることが好ましい。
【００２４】
本実施の形態の車両窓用の光透過性積層体１００は、ワイヤグリッド偏光子１０１の金属ワイヤ１０２のピッチやサイズ、使用する導電材料を適切に選択し設計することで、光線に対する偏光度、透過率及び反射率等を制御できるため、熱や光に対し高い耐久性を保ったまま、所望の光で外を観察することが可能となり、視認性を低下させるぎらつきの原因となる一方向の偏光を除去することが可能となる。また、観察者側の光線反射率を選択的に低く設定できることから、観察者側の表面からの反射光によるぎらつきや、周囲の映り込みを低減することも可能となる。
【００２５】
本実施の形態の車両窓用の光透過性積層体１００の好適な適用例として、車両（例えば、自動車）のフロントガラスが挙げられる。この場合、光透過性積層体１００は、金属ワイヤ１０２の延在方向を回転軸にして、水平基準面から３０〜７０度傾けて設けられる。
【００２６】
このように、ワイヤグリッド偏光子１０１を含む光透過性積層体１００を用いることにより、従来の偏光子の課題であった、熱や光に対する長期耐久性や機械的強度を向上し、従来技術の目的である防眩だけでなく、視認性を低下させる原因となる特定方向の偏光、例えば、水平方向の振動面を持つ横偏光を除去することが可能となる。これにより、車外からの反射光によるぎらつきや、窓への車内の映り込みを低減することが可能となり、車内及び車外における視認性が向上し、車両運転時の安全性を向上することができる。
【００２７】
以下に、本実施の形態の車両窓用の光透過性積層体の具体的な構成について説明する。
【００２８】
[金属ワイヤ]
ワイヤグリッド偏光子１０１は、金属ワイヤ１０２を具備しており、金属ワイヤ１０２は一般に可視光（波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ）用のワイヤグリッド偏光子として使用される構造、素材であれば使用できる。ただし、透過光から不要な偏光成分を除くだけでなく、観察者側における光の反射による周囲の映り込みを低減するためには、光線反射率の低い金属を選択することが必要であり、光線反射率としては波長５５０ｎｍの光に対し約６０％以下であることが好ましい。光線反射率の低い金属としては、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｔａが挙げられる。あるいはこれらの金属のうち少なくとも一つを主成分とする合金からなる群から選ばれた少なくとも一つの合金であることが好ましい。特に耐食性、光線反射率などの点からＣｒ、Ｎｉが好ましい。
【００２９】
[金属ワイヤの埋め込み]
複数の金属ワイヤ１０２間の空間は、ワイヤグリッド偏光子１０１の偏光性能を高めるためには、屈折率が低い方が好ましく、気体や低屈折材料を充填することができる。中間樹脂層１０４との接着性を高める観点からは、金属ワイヤ１０２間の周囲をすべて中間樹脂層１０４で囲むことで、金属ワイヤ１０２と中間樹脂層１０４との接合面積を増すことが好ましい。また、金属ワイヤ１０２の周囲をすべて中間樹脂層１０４で囲むことにより、ワイヤグリッド偏光子１０１の光線反射率をより低減することも可能である。
【００３０】
金属ワイヤ１０２の周囲をすべて中間樹脂層１０４で囲む方法としては、次の３つの方法が考えられ、いずれも特許第４２７５６９１号公報に示す方法などによりワイヤグリッド偏光子１０１を形成することができる。
【００３１】
（方法１）
樹脂基材の表面に金属ワイヤ１０２を形成し、基材フィルムの裏面と金属ワイヤ１０２上に中間樹脂層１０４用の樹脂を接着する方法。
【００３２】
（方法２）
表面に凹凸構造を有する樹脂基材上に金属膜を成膜して金属ワイヤ１０２を形成した後、金属ワイヤ１０２のみ選択的に中間樹脂層１０４用の樹脂表面に接着して移行させる方法。例えば、特許第４２７５６９１号公報に示す方法において、樹脂基材の格子状凸部に誘電体を被覆することなく、樹脂製格子状凸部に直接金属を積層することで、金属ワイヤの基材樹脂への接着力を低下させ、金属ワイヤのみ中間樹脂層用の樹脂表面に接着して移行させる。この場合、樹脂基材にはフッ素系樹脂など接着性の低い樹脂を使用することが好ましい。
【００３３】
（方法３）
硬質透明基板１０３ａ（又は１０３ｂ）の表面に金属ワイヤ１０２を形成し、ワイヤグリッド偏光子１０１を形成する方法。
【００３４】
上記いずれの方法を用いても、中間樹脂層１０２によりワイヤグリッド偏光子１０１と硬質透明基板１０３とを強固に接合することができる。接合にあたっては、中間樹脂層１０２の接着性に応じ、中間樹脂層１０２と硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂを適宜、加熱、加圧する。
【００３５】
[中間樹脂層]
中間樹脂層１０４の材質は、硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂの材質、車両用窓として求められる機械的強度から適宜選択する。例えば、耐衝撃性を求められる場合は、ポリビニルブチラール樹脂などのポリビニルアセタール系樹脂やエチレン・酢酸ビニル共重合体が使用される。他に接着性に優れ光線透過性に優れる樹脂としては、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂などがあげられ、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂のいずれであってもよい。
【００３６】
[硬質透明基板]
硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂの材質としては、ガラスや透明樹脂のシートやフィルムがあげられ、透明樹脂としては可視光領域で実質的に透明な樹脂であればよく、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、環状オレフィン樹脂、トリアセテート樹脂、ポリスチレン樹脂、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、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あげられる。
【００３７】
中間樹脂層１０４の両側に接合される２枚の硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂの材質やその表面処理は、用途に応じ、それぞれ適切に選択することができる。例えば、自動車のフロントウィンドウであれば、非観察者（車外）側に位置する硬質透明基板１０３ａは耐環境性、耐摩耗性に優れたガラスとし、観察者（車内）側に位置する硬質透明基板１０３ｂは使用環境に応じガラス、ポリカーボネート樹脂シートやポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムなどを選択することができる。
【００３８】
非観察者側の硬質透明基板１０３ａ表面が、自動車のフロントウィンドウのように水平面に対し４５度程度傾斜している場合、横偏光と縦偏光の反射率の差が大きくなり、横偏光が選択的に反射し偏光分離が起きる。この偏光分離をより増強するために、非観察者側の硬質透明基板１０３ａ表面に屈折率の高い層（例えば、屈折率１．７以上の高屈折透明誘電体）を設けることもできる。さらに高屈折率層を、水平方向に伸びるピッチが２００ｎｍ以下の横縞状にすることで、偏光分離の効率をより高めることもできる。
【００３９】
観察側の硬質透明基板１０３ｂ表面にはシリコーン系樹脂などを主成分とするハードコート層や誘電体多層膜、低屈折率膜やモスアイ構造による反射防止層を設けることにより、耐傷つき性を向上させ、観察者側部材の窓への映り込みを低減することもできる。
【００４０】
[硬質透明基板と中間樹脂層の光学特性]
中間樹脂層１０２および硬質透明基板１０３ａ、１０３ｂに要求される光学性能としては、可視光に対し透明であること以外に、特に非観察者側の硬質透明基板１０３ａ表面からワイヤグリッド偏光子１０１までの硬質透明基板１０３ａや中間樹脂層１０４を合わせた部分の、ワイヤグリッド偏光子１０１の透過軸方向の直線偏光に対するレターデーションが１００ｎｍ以下であることが重要である。これは、観察する景色、物体からの光線のうち特定方向の偏光、例えば水平方向の振動面を持つ横偏光を効率的に除去するために必要であり、レターデーションが大きいとワイヤグリッド偏光子１０１の効果が減少する。レターデーションの値は少ないほど好ましく、１００ｎｍ以下が必要であり、好ましくは５０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下である。レターデーションを低減するには、中間樹脂層１０４および硬質透明基板１０３ａの複屈折を小さくすることや、複屈折の光学軸とワイヤグリッド偏光子１０１の透過軸をできるだけ一致させることが重要である。
【００４１】
また、視認性向上だけでなく観察者側の周囲の映り込みを低減するには、できるだけ垂直方向の振動面を持つ縦偏光が、映り込む物体にあたることが重要であることから、映り込み低減のためには観察者側のレターデーションを低減することも必要である。
【００４２】
[偏光透過率]
視認性を向上させるためには、ぎらつきの原因となる水平方向の振動面を持つ横偏光を除去し、垂直方向の振動面を持つ縦偏光のみで観察することが好ましい。しかし、高い偏光度を持つワイヤグリッド偏光子によって横偏光をほぼ完全に除去してしまうと、全光線透過率が理論的に５０％、実際には最大でも４５％にまで低下してしまい、車両などの乗り物の窓として外を観察するには、夜間など十分な光量が確保できなくなる場合がある。
【００４３】
高い全光線透過率を維持しながら、視認性を向上させるためには、垂直方向の振動面を持つ直線偏光に対する縦偏光透過率を８０％以上にできるだけ高く保ち、除去すべき水平方向の振動面を持つ直線偏光に対する横偏光透過率は、許容全光線透過率を満たす範囲で最少にすることが好ましい。このとき、横偏光透過率を１０％未満にまで低減しても、視認性の向上効果は少なく全光線透過率の低下が大きくなることから、横偏光透過率は１０％以上が好ましい。視認性の向上効果は縦偏光に比べ横偏光をどれだけ除去できるかによって決まることから、横偏光透過率の上限は縦偏光透過率との比で決まり、たとえば縦偏光透過率が９０％では、横偏光透過率は７０％程度が上限といえ、このときの全光線透過率は縦偏光透過率と横偏光透過率の平均である８０％となる。つまり、全光線透過率は５０％以上８０％以下とすることで、視認性は確保される。
【００４４】
[観察者側における光反射率]
ワイヤグリッド偏光子１０１において、透過軸と直交する方向の直線偏光は、基本的に反射もしくは吸収され、ここでの反射率は微細ワイヤに用いる金属素材と、ワイヤグリッド偏光子１０１の金属ワイヤ１０２のピッチと金属ワイヤの幅の比（Ｄｕｔｙ比）および金属ワイヤ１０２の高さに主に依存する。観察者側における光の反射による周囲の映り込みを低減するためには、上記のように光線反射率の低い金属を選択することが好ましく、さらには微細ワイヤの周囲をすべて樹脂で囲み、金属ワイヤ１０２のピッチに対しワイヤ幅を小さくすることがより好ましい。具体的な反射率は、良好な視認性を得るために入射角５度において２５％以下が必要であり、好ましくは１５％以下、さらに好ましくは１０％以下である。
【００４５】
ただし、車両の窓における手前の部材の映り込みに関しては、観察者側におけるワイヤグリッド偏光子１０１の反射率だけではなく、映り込む物体表面に、垂直方向の振動面を持つ縦偏光があたることで反射光を低減することが重要であることから、許容される透過率の中でワイヤグリッド偏光子１０１の偏光度を高めることも重要である。さらに、観察側の表面に誘電体多層膜、低屈折率膜やモスアイ構造による反射防止層を設けることで、映り込みを低減できるだけでなく、観察側表面における光の反射ロスを低減できることから、許容される透過率の中でワイヤグリッド偏光子１０１の偏光度をより高める、言い換えればより低い透過率を選択する、ことが可能となる。
【００４６】
[ワイヤグリッド偏光子の構造]
ワイヤグリッド偏光子１０１の構造は、金属ワイヤ１０２のピッチと金属ワイヤ１０２の断面形状によって決まり、要求される透過率や偏光性能に応じ、適宜選択する。金属ワイヤ１０２のピッチは８０〜２００ｎｍの範囲であり、金属ワイヤ１０２のピッチを１００ｎｍ程度に小さくした方が高い偏光度を得やすい。一方で、視認性向上のためには偏光度８０％程度でも十分な性能といえることから、製造の容易さを考慮して、金属ワイヤ１０２のピッチを１５０ｎｍとしても良い。金属ワイヤ１０２のピッチが２００ｎｍよりも大きくなると、透過率の波長依存性が大きくなることから着色しやすくなり、使用できる用途に制限が生じやすくなる。
【００４７】
高い透過率と偏光性能および低い反射率を満たすために、金属ワイヤ１０２の延在方向と垂直な断面における各金属ワイヤ１０２の幅（金属ワイヤが平行に並ぶ方向の幅）としては、ワイヤピッチの１〜３０％が好ましく、特に高い透過率と低い反射率が求められる場合は、ワイヤピッチの１〜１５％、さらには１〜８％が好ましい。また、金属ワイヤ１０２の延在方向と垂直な断面における各金属ワイヤ１０２の高さ（金属ワイヤが平行に並ぶ方向と垂直方向の幅）としては、ワイヤピッチの３〜１２０％の範囲で、要求性能に応じ適宜選択することができる。高い透過率が求められる場合は、金属ワイヤ１０２の高さをワイヤピッチの１０〜１００％とすることが好ましい。ここで金属ワイヤが平行に並ぶ方向の幅とは、幅の平均値を示し、金属ワイヤ１０２の伸びる方向と垂直な断面における金属ワイヤ１０２の断面積を垂直方向の高さで割った値である。
【００４８】
また、特許第４２７５６９１号公報に示すように、樹脂基材表面の格子状凸部側面に金属を積層する場合（上記（方法１））は、格子状凸部の頂部に付着する金属量を減らすために、格子状凸部の頂部が比較的とがった形状とすることが、高い透過率と低い反射率を得るために有効である。格子状凸部の頂部や格子状凸部間の底部に金属が付着すると、透過率の低下や反射率の増加の原因となりやすいことから、金属の積層後にエッチングによりこれらの金属を除くことも好ましい。
【００４９】
金属ワイヤ１０２の周囲を中間樹脂層１０４で充填することで、金属ワイヤ１０２の耐食性を向上させ、ワイヤグリッド偏光子１０１としての耐久性を向上できるほかに、反射率を低く保つだけでなく、透過率の波長依存性を低減することが可能となる。特に自然な色合いで観察することが要求される場合には、自然光に対する透過率の最大値と最小値の差が、最大透過率の１５％以下であることが必要である。
【００５０】
[実施例]
以下本発明の効果を明確にするために行った実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５１】
本実施例では、硬質透明基板に挟まれた埋め込み型ワイヤグリッド偏光子を作製し、その光学特性を測定した。
【００５２】
（実施例１）
・紫外線硬化樹脂を用いた格子状凸部転写フィルムの作製
格子状凸部転写フィルムの作製には、格子状凸部のピッチが１４０ｎｍ、高さが１４５ｎｍで、格子状凸部の延在する方向に垂直な断面における凹部形状が略矩形で凸部頂部がとがった形状のＮｉ製金型を用いた。Ｎｉ製金型にはフッ素系単分子膜による離型処理をした。厚み８０μｍ、リターデーション５ｎｍのトリアセチルセルロース樹脂（以下、ＴＡＣと略す）フィルムに紫外線硬化性樹脂を約３μｍ塗布し、塗布面を下にし、金型とＴＡＣフィルム間に空気が入らないように乗せた。ＴＡＣフィルム側から中心波長３６５ｎｍの紫外線ランプを用いて紫外線を１０００ｍＪ／ｃｍ２照射し、格子状凸部を転写した。ＴＡＣフィルムを金型から剥離し、縦３００ｍｍ、横２００ｍｍの格子状凸部を転写したフィルムを作製した。紫外線硬化性樹脂としては、特開２００９−１９１７４の実施例２に示す材料を使用した。
【００５３】
・真空蒸着法を用いた金属の蒸着
格子状凸部転写フィルムに電子ビーム真空蒸着法を用いて金属の積層を行った。本実施例では、金属としてニッケルを用いた場合について説明する。真空度２．２×１０−３Ｐａ、蒸着速度０．２ｎｍ／ｓ、常温下においてニッケルの蒸着を行った。金属厚み測定用に表面が平滑なガラス基板を格子状凸部転写フィルム近傍にフィルムと平行になるよう設置し、平滑基板へのニッケル蒸着厚みが７ｎｍとなるように蒸着を行った。このときニッケルの蒸着は、斜め蒸着法を用い、格子状凸部の延在する方向に垂直な平面内で、基材面の法線と蒸着源のなす入射角度θを４５°とした。
【００５４】
・硬質透明基板による埋め込み型ワイヤグリッド偏光子の作製
ニッケルを蒸着した格子状凸部転写フィルム（ニッケルワイヤグリッド偏光子）を、厚み０．５ｍｍのポリビニルブチラール・シート２枚で挟み、さらに厚み２ｍｍの２枚のホウケイ酸ガラス板の間に挟み込み、真空中で１５０℃に加熱し、０．３ＭＰａの圧力で熱圧着した。
【００５５】
・分光光度計による光学特性評価
得られた硬質透明基板に挟まれた埋め込み型ワイヤグリッド偏光子について、分光光度計を用い全光線透過率、縦偏光透過率および横偏光透過率として平行ニコルと直交ニコルの直線偏光に対する透過率及び無偏光光に対する反射率を測定した。なお、反射率の測定は、反対側表面の反射を除くために、測定面と反対側の外側表面に黒色塗料を塗布した。偏光度、透過率の測定は入射角を０度とし、反射率の測定は入射角を５度とし、いずれの値も視感度補正をした値とした。その結果を表１に示す。
【００５６】
（実施例２）
実施例１と同様の手法で、表面反射率１．０％の反射防止コートを片面に施した厚み１００μｍのポリエチレンテレフタレート・フィルムの非反射防止コート面に、複屈折の光学軸と格子状凸部の延在する方向が直角になるように、格子状凸部を転写した。次に、金属にクロムを用い、入射角度θを３０°として厚み１２ｎｍを蒸着した後、蒸着面とガラス板を基材フィルムのない粘着剤のみからなる両面粘着テープを用いて張り合わせ、光学特性を評価した。光学特性測定において、透過率、偏光度の測定は入光面をガラス側とし、反射率の測定はフィルム張り合わせ面側とした。その結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
これらの偏光子を用いて、直射日光のあたる外の景色を観察したところ、実施例２の偏光子は、比較的高い偏光性能を持つため、横偏光によるぎらつきがなく、十分な視認性の向上効果が得られた。また、実施例１の偏光子であっても横偏光が約２／３に低減されていることから、ぎらつきが明らかに低減し、視認性が向上することが確認できた。
【００５９】
＜偏光素子の使用形態＞
上述した偏光素子は、車両、船舶、航空機などの乗り物の窓、住宅、建物などの窓、サングラスなどに応用することができる。
【００６０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。また、上記実施の形態における材質、数量などについては一例であり、適宜変更することができる。その他、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。特に乗り物の窓においては、上方のまぶしさを低減するために、ワイヤグリッド偏光子の金属ワイヤの幅や高さを増すことで上方部分のみ透過率を低くしたり、窓前方の内側一部分をヘッドアップディスプレイの反射表示部として用いたりすることもできる。ヘッドアップディスプレイの反射表示部に使用する場合は、金属ワイヤ表面にアルミニウムなど反射率の高い金属を積層し、反射率を高めることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の光透過性積層体は、車両、船舶、航空機、住宅、建物の窓、サングラスなどに適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１００ 光透過性積層体
１０１ ワイヤグリッド偏光子
１０２ 金属ワイヤ
１０３ａ、１０３ｂ 硬質透明基板
１０４ 中間樹脂層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に延在して設けられた複数の金属ワイヤを具備するワイヤグリッド偏光子と、前記ワイヤグリッド偏光子を挟持する一対の硬質透明基板とを有する車両窓用の光透過性積層体であって、
前記金属ワイヤは、延在方向と車両の水平基準面とが平行となるように設けられ、
無偏光光に対する反射率が２５％以下、前記ワイヤグリッド偏光子の透過軸方向の直線偏光に対する透過率が８０％以上、透過軸と直角方向の直線偏光に対する透過率が１０％以上、且つ全光線透過率が５０％以上８０％以下であること特徴とする車両窓用の光透過性積層体。
【請求項２】
前記金属ワイヤの延在方向を回転軸にして、前記水平基準面から３０〜７０度傾けて設けられることを特徴とする請求項１記載の車両窓用の光透過性積層体。
【請求項３】
前記一対の硬質透明基板の少なくとも一方の表面に反射防止層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両窓用の光透過性積層体。
【請求項４】
前記硬質透明基板から前記ワイヤグリッド偏光子までの透明部材のレターデーションが、前記ワイヤグリッド偏光子の透過軸方向の直線偏光に対し１００ｎｍ以下である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車両窓用の光透過性積層体。
【請求項５】
少なくとも前記一対の硬質透明基板の外側表面に、屈折率１．７以上の高屈折透明誘電体を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の車両窓用の光透過性積層体。
【請求項６】
前記一対の硬質透明基板の間に中間樹脂層を有し、前記ワイヤグリッド偏光子が前記中間樹脂層中又は前記中間樹脂層と前記硬質透明基板との界面に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両窓用の光透過性積層体。
【請求項７】
可視光波長領域における前記ワイヤグリッド偏光子の最大透過率と最少透過率の差が１５％以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の車両窓用の光透過性積層体。
【請求項１】
所定方向に延在して設けられた複数の金属ワイヤを具備するワイヤグリッド偏光子と、前記ワイヤグリッド偏光子を挟持する一対の硬質透明基板とを有する車両窓用の光透過性積層体であって、
前記金属ワイヤは、延在方向と車両の水平基準面とが平行となるように設けられ、
無偏光光に対する反射率が２５％以下、前記ワイヤグリッド偏光子の透過軸方向の直線偏光に対する透過率が８０％以上、透過軸と直角方向の直線偏光に対する透過率が１０％以上、且つ全光線透過率が５０％以上８０％以下であること特徴とする車両窓用の光透過性積層体。
【請求項２】
前記金属ワイヤの延在方向を回転軸にして、前記水平基準面から３０〜７０度傾けて設けられることを特徴とする請求項１記載の車両窓用の光透過性積層体。
【請求項３】
前記一対の硬質透明基板の少なくとも一方の表面に反射防止層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両窓用の光透過性積層体。
【請求項４】
前記硬質透明基板から前記ワイヤグリッド偏光子までの透明部材のレターデーションが、前記ワイヤグリッド偏光子の透過軸方向の直線偏光に対し１００ｎｍ以下である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車両窓用の光透過性積層体。
【請求項５】
少なくとも前記一対の硬質透明基板の外側表面に、屈折率１．７以上の高屈折透明誘電体を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の車両窓用の光透過性積層体。
【請求項６】
前記一対の硬質透明基板の間に中間樹脂層を有し、前記ワイヤグリッド偏光子が前記中間樹脂層中又は前記中間樹脂層と前記硬質透明基板との界面に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両窓用の光透過性積層体。
【請求項７】
可視光波長領域における前記ワイヤグリッド偏光子の最大透過率と最少透過率の差が１５％以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の車両窓用の光透過性積層体。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−５７８２０（Ｐ２０１３−５７８２０Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６２９６（Ｐ２０１１−１９６２９６）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（３０９００２３２９）旭化成イーマテリアルズ株式会社 (771)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（３０９００２３２９）旭化成イーマテリアルズ株式会社 (771)
【Ｆターム（参考）】
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