色調コントロールフィルム　どのように色調をコントロールするのか？

この記事で分かること

色調コントロールフィルム

　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「色調コントロール」を持つフィルムについての記事となります。

色調コントロールとは何か

　色調コントロールを持ったフィルムは、「見える色（または通す色）」をコントロールする機能を持った機能性フィルムです。

　特定の波長の光を透過・反射・吸収することによって、見た目や視認性、機能性を調整することができます。

主なしくみ（色を変える or コントロールする方法）

1. 光の干渉（多層膜）
   • 屈折率の異なる薄膜を何層も重ねることで、特定の波長の光を干渉・反射させる
   • 例：ミラーっぽく光る偏光フィルムや、角度で色が変わるフィルム
2. 色素・染料・顔料による吸収
   • フィルム内に染料や顔料を練り込み、特定の色の光を吸収して色調を変える
   • 例：サングラスフィルム、カラーウィンドウフィルム
3. 光学構造による波長選択（ナノ構造）
   • ナノサイズの格子やパターンで光を物理的に分ける
   • 例：光フィルター、フォトニック結晶フィルム
4. 可変色調（スマートフィルム）
   • 外部の刺激（電圧・熱・光など）で色が変わる
   • 例：
     • エレクトロクロミック（EC）フィルム：電圧で着色・脱色
     • サーモクロミック：温度で変色
     • フォトクロミック：紫外線で色が変化（調光サングラスなど）

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主な用途

分野	用途	目的
自動車	カラーフィルム、HUD対応ウィンドウ	デザイン性向上、視認性確保
建築	遮熱・調光フィルム、色付きガラスフィルム	室内温度調整、プライバシー
ディスプレイ	カラーフィルター、偏光板、反射防止層	高画質化、視認性アップ
医療・産業	光学フィルター	特定波長のみ透過（例：近赤外）
照明	光色コントロールフィルム	色温度調整、演出効果

どのような素材が利用されるのか

　色調コントロールを持つフィルムは、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネートなどの透明フィルムをベースフィルムとして、ベースフィルムの上に機能性層を持っていることが多いです。

　機能層には以下のようなものがあります。

機能性層の例

• 視野角制御層:
  • マイクロルーバーフィルム: PETやポリカーボネートなどの薄膜に、微細なルーバー構造を形成したもの。
• 光吸収層:
  • 染料や顔料を分散させた樹脂: 特定の波長の光を吸収する染料や顔料を、アクリル樹脂やウレタン樹脂などに混ぜて塗布した層。
  • 金属薄膜: アルミニウム、クロム、ニッケルなどの金属を真空蒸着させた非常に薄い膜。光を反射・吸収します。
• 光干渉層:
  • 誘電体多層膜: 屈折率の異なる酸化チタン、酸化ケイ素などの薄膜を多層に重ねたもの。光の干渉を利用して特定の波長の光を反射・透過させます。
• 色調整層:
  • 色素を練り込んだ樹脂: 特定の色を発色する色素を樹脂に練り込んだフィルム。
  • カラーハードコート層: 耐擦傷性を付与するハードコート層に、色材を添加したもの。
• 粘着層:
  • アクリル系粘着剤: 透明性、耐候性、接着力に優れています。
  • シリコーン系粘着剤: 耐熱性、再剥離性に優れています。
• ハードコート層:
  • ウレタンアクリレート系樹脂、シリコーン系樹脂: フィルム表面の傷つきを防ぎます。
• 帯電防止層:
  • 導電性ポリマー、金属酸化物微粒子: 静電気の発生を抑え、塵や埃の付着を防ぎます。

　これらの素材は、単独で使用されることもあれば、複数の層が組み合わされて、様々な機能を持つ色調コントロールフィルムが作られます。

　例えば、覗き見防止フィルムは、PET基材の上にマイクロルーバー層や粘着層などが積層されています。

ルーバー構造とは何か

　ルーバー構造とは、細長い羽根板（ルーバー）が一定の間隔で並べられた構造のことです。これらの羽根板の角度を調整することで、光や風、視線などを制御することができます。

　色調コントロールフィルムにおけるルーバー構造は、非常に微細なスケールで形成されており、主に視野角制御フィルム（覗き見防止フィルム）に用いられています。

視野角制御フィルムにおけるルーバー構造の仕組み

• フィルムの内部に、非常に細いブラインドのような構造が規則的に並んでいます。
• これらのルーバーは、特定の角度に傾いています。
• 正面から画面を見る場合、光はこのルーバーの隙間をまっすぐ通過するため、映像をはっきりと見ることができます。
• しかし、斜めから画面を見ようとすると、光はルーバーによって遮られるため、画面が暗く見えたり、何も見えなくなったりします。

ルーバー構造のメリット

• 高い覗き見防止効果: 特定の視野角からの視認性を効果的に遮断できます。
• 物理的な構造: 電気的な制御を必要としないため、省電力で動作します。
• 薄型・軽量: フィルム状であるため、デバイスのデザインを大きく損なうことがありません。

ルーバー構造のデメリット

• 視野角が狭くなる: 覗き見は防げる反面、複数人で画面を共有する際には見えにくい場合があります。
• わずかながら輝度が低下する: ルーバーによって光が遮られるため、わずかに画面の明るさが低下する可能性があります。
• 製造の精密性: 微細なルーバーを均一に形成するため、高度な製造技術が必要です。

　色調コントロールフィルム以外にも、ルーバー構造は様々な場所で利用されています。例えば、窓のブラインド、換気口、建築物の外装デザインなどにも応用されています。

光の吸収や反射でどのように色調コントロールを行うのか

　光の吸収と反射を利用した色調コントロールの仕組みは、様々な種類のフィルムやコーティングに応用されています。

　基本的な原理は、物質が特定の波長の光を吸収したり、反射したりする性質を利用して、透過する光の色や量を調整することです。

1. 光の吸収による色調コントロール

• 原理: 特定の色素や顔料を含む材料は、特定の波長の光を吸収する性質を持ちます。　　　　　　　白色光（様々な波長の光が混ざった光）がこの材料を通過する際、吸収された波長の光は減衰し、残りの波長の光が透過します。これにより、透過光は特定の色味を帯びることになります。
• 仕組みの例
  • カラーフィルター: 赤色のフィルターは、赤色の波長の光はほとんど透過させますが、青色や緑色の波長の光は吸収します。これにより、フィルターを通過した光は赤みを帯びます。
  • 着色フィルム: 樹脂フィルムに特定の色素を練り込んだり、塗布したりすることで、特定の波長の光を吸収させ、色調をコントロールします。
  • 自動車の窓ガラスに貼るスモークフィルムなどが良い例です。濃いグレーのスモークフィルムは、可視光の多くの波長を均等に吸収することで、光の透過量を減らし、眩しさを軽減します。
  • 液晶ディスプレイのカラーフィルター: 液晶パネルの各画素には、赤(R)・緑(G)・青(B)の微細なカラーフィルターが配置されています。
  • バックライトからの白色光がこれらのフィルターを通過する際に、それぞれのフィルターが特定の色以外の波長を吸収し、R・G・Bの色の光を取り出します。これらの光の量を調整することで、様々な色を表示できます。

2. 光の反射による色調コントロール

• 原理: 物質の表面で光が反射する際、表面の構造や材質によって反射する光の波長や強度が変化します。多層膜構造や特殊な表面処理を利用することで、特定の波長の光を効率的に反射させ、それ以外の光を透過または吸収させることができます。
• 仕組みの例:
  • ダイクロイックミラー（多色性鏡）： 屈折率の異なる薄膜を多層に重ねた構造を持ちます。特定の波長の光だけを強く反射し、それ以外の波長の光は透過させる性質があります。照明の色制御や、プロジェクターの光学系などに利用されます。
  • 例えば、青色の光だけを反射し、緑色と赤色の光を透過させるダイクロイックミラーを使うと、光源からの光を色分離できます。
  • ハーフミラー: 金属薄膜などを非常に薄く蒸着させたもので、一部の光を反射し、残りの光を透過させます。マジックミラーなどに利用されています。
  • 干渉フィルター: 光の干渉を利用して、特定の波長の光だけを透過または反射させるフィルターです。精密な色選択が可能で、科学計測や特殊な照明などに用いられます。