透明性フィルム　透明性フィルムとは何か？その用途は？透明性は何で決まる？

この記事で分かること

透明性フィルム

　富士キメラ総研によると、機能性フィルム市場は堅調な成長を見せる予想とされています。

　https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00746076

　2023年の市場規模は約282億4,000万米ドルで、2030年には476億4,000万米ドルに達すると見込まれており、年平均成長率（CAGR）は7.75%とする予想もあります。

　今回は「光学透明性」を持つフィルムについての記事となります。

機能性フィルムとは何か

　機能性フィルムとは、特定の機能や性能を付加した薄いフィルム状の素材のことです。通常の包装やカバーなどの役割に加え、以下のような高度な機能を持たせることで、さまざまな産業分野で活用されています。

---

■ 主な機能

• 自己修復性や抗菌性、難燃性を持つものもあります。
• 光学機能：反射防止（AR）、光拡散、偏光など
• 電気的機能：導電性、絶縁性、帯電防止
• バリア性：酸素、水蒸気、紫外線の遮断
• 接着・剥離性：再剥離可能な粘着性
• 装飾性：意匠性、色変化、光沢感など

光学透明性フィルムとは何か

　光学透明性フィルムは、光をよく透過させる性質を持つフィルムのことです。具体的には、可視光領域において高い透過率を持ち、曇り（ヘイズ）が少ないことが特徴です。

光学透明性フィルムの主な特徴

• 高い光透過率: 入射した光をほとんど吸収・反射・散乱させずに透過させます。
• 低いヘイズ（曇り）: フィルムが白く濁って見えず、透明度が高いです。
• 表面平滑性: 表面が滑らかで、光の乱反射を防ぎます。
• 屈折率の均一性: フィルム内部の屈折率が均一で、光の歪みを抑えます。

光学透明性フィルムの主な用途

• ディスプレイ: 液晶ディスプレイ（LCD）、有機ELディスプレイ（OLED）などの表面保護フィルム、視野角拡大フィルム、偏光フィルム、位相差フィルムなど、画質向上や保護のために使用されます。
• タッチパネル: タッチセンサーフィルムとして、透明性を保ちながらタッチ操作を可能にします。
• 太陽電池: 太陽光発電素子の表面保護フィルムとして、高い光透過率で効率的な発電をサポートします。
• 照明: LED照明などのカバーや拡散板として、光を効率よく透過・拡散させます。
• 自動車: 車載ディスプレイの保護フィルム、ヘッドアップディスプレイ（HUD）の部材、窓ガラス用フィルムなど、視認性確保や機能性付与に役立ちます。
• 建築・建材: 窓ガラス用フィルムとして、断熱、紫外線カット、飛散防止などの機能を持たせつつ、透明性を維持します。
• 医療機器: 分析機器や検査機器の光学部品、保護フィルムなどに使用されます。
• その他: 光学レンズ、光ファイバー、各種センサーなど、透明性が求められる様々な分野で利用されています。

どんな素材が光学透明性フィルムとなるのか

　光学透明性フィルムには、様々な種類のプラスチックフィルムが用いられます。主な材料としては以下のようなものがあります。

• ポリエチレンテレフタレート（PET）: 機械的強度、透明性、耐薬品性、電気絶縁性に優れ、汎用性が高いです。
• ポリカーボネート（PC）: 透明性、耐衝撃性、耐熱性に優れています。
• アクリル樹脂（PMMA）: 高い透明性、耐候性、表面硬度に優れています。
• シクロオレフィンポリマー（COP、COC）: 高い透明性、低複屈折性、低吸湿性に優れ、精密な光学用途に適しています。
• ポリイミド（PI）: 耐熱性、機械的強度、電気絶縁性に優れ、フレキシブルディスプレイなどにも用いられます。
• セルロースアセテート（TAC）: 光学特性に優れ、偏光フィルムの保護フィルムなどに使用されます。

　これらの基材に、必要に応じてハードコート層、反射防止層（ARコート）、防眩層（AGコート）、帯電防止層などの機能性コーティングが施されることがあります。

　光学透明性フィルムを選ぶ際には、用途、求められる透明度、機械的強度、耐熱性、耐薬品性、コストなどを考慮する必要があります。

光の透過性は何で決まるのか

　光をよく透過させる性質（光学透明性）は、物質の吸収と散乱の度合いによって決まります。入射した光が物質内でどのように相互作用するかによって、透過する光の量が大きく左右されるのです。

1. 光の吸収

• 物質を構成する原子や分子は、特定の波長の光エネルギーを吸収することができます。この吸収が起こると、その波長の光は透過しにくくなります。
• 吸収される波長は、物質の電子状態や分子構造によって決まります。例えば、色がついている物質は、特定の波長の可視光を吸収し、残りの波長の光を透過または反射することでその色に見えます。
• 光の吸収の度合いは、物質の種類、厚さ、そして光の波長によって異なります。一般的に、物質が厚いほど、特定の波長の光が吸収される確率は高くなり、透過率は低下します。

2. 光の散乱

• 物質の内部構造の不均一性（密度のゆらぎ、微粒子、結晶の粒界など）や表面の粗さがあると、入射した光は様々な方向に散乱されます。
• 光が散乱されると、直進する光の量が減少し、透過率が低下します。また、散乱光は曇り（ヘイズ）の原因となり、透明度を損ないます。
• 散乱の度合いは、散乱体のサイズ、形状、密度、そして光の波長によって異なります。一般的に、散乱体のサイズが光の波長に近いほど、散乱は強くなります（ミー散乱）。また、波長の短い光ほど散乱されやすい傾向があります（レイリー散乱。空が青く見えるのはこのためです）。

光の散乱や吸収を抑えるにはどうするのか

• 光の散乱が少ないこと: 物質内部の構造が均一で、微細な不純物や欠陥が少ないこと、また表面が滑らかであることが求められます。
• 光の吸収が少ないこと: 物質が可視光領域の光をほとんど吸収しないことが重要です。そのため、透明な材料は、可視光に対して吸収を起こしにくい電子状態や分子構造を持っています。

アクリル樹脂はなぜ透明度が高いのか

　アクリル樹脂が高い透明性を持つ主な理由は、以下の点が挙げられます。

1. 非晶質であること

• アクリル樹脂（特にポリメタクリル酸メチル、PMMA）は、分子が規則正しく配列した結晶構造を持たない非晶質（アモルファス）のポリマーです。
• 結晶構造を持つ材料では、光が結晶の界面で屈折や反射を起こしやすく、透明性が損なわれることがあります。非晶質であるアクリル樹脂は、光の散乱を引き起こすような明確な界面が少ないため、高い透明性を実現します。

2. 可視光領域での光吸収が少ないこと

• アクリル樹脂を構成する炭素（C）、水素（H）、酸素（O）の結合は、可視光領域の波長の光をほとんど吸収しません。
• 光の吸収は、物質中の電子が特定のエネルギーを持つ光を吸収し、より高いエネルギー状態へ遷移することで起こります。アクリル樹脂の分子構造は、可視光のエネルギーに対応するような電子遷移を起こしにくいため、光が吸収されにくく、透過しやすいのです。

3. 光の散乱が少ないこと

• アクリル樹脂は、内部構造が比較的均一であり、光を強く散乱させるような大きな構造的な不均一性や微粒子をあまり含みません。
• また、表面を滑らかに加工しやすい性質も、表面での光の散乱を抑え、高い透明性に貢献しています。

4. 高い光線透過率

• 実際に、アクリル樹脂の全光線透過率は約92〜93%と非常に高く、一般的なガラスの透過率（約90%）よりも優れています。この数値からも、アクリル樹脂が光をほとんど吸収・散乱させずに透過させることがわかります。

　これらの理由により、アクリル樹脂はガラスに匹敵する、あるいはそれ以上の高い透明性を持ち、様々な光学用途やガラスの代替として広く利用されています。