JP2005250309A - 反射防止フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】 光学フィルムの反射率を効果的に下げて、液晶表示器のコントラスト比を高め、製造工程の困難度および複雑度を下げる反射防止フィルムを提供する。
【解決手段】 反射防止フィルム１００は、光学フィルム１０２と、複数個のナノ粒子を有する樹脂層１０４とを有する。ナノ粒子１０６は４００ナノメートルより小さな間隔で配置されている。先ず、ナノ粒子１０６を樹脂材料中へ加え、湿式塗布方式によりこの樹脂材料を光学フィルム１０２上へ塗布してからベーキングし、樹脂材料中の溶剤を揮発させる。この際、一部のナノ粒子１０６は、４００ナノメートルより小さい間隔で樹脂層１０４の表面に分布する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反射防止フィルムに関し、特に、表面にナノ粒子を有する反射防止フィルムに関する。

近年、液晶表示器の市場は大幅に拡大し、特にコンピュータおよびノートブック型コンピュータへの応用が拡大している。いわゆる高輝度、高解析、高視野角および高コントラスト比などに対するニーズも液晶表示器が求められる重要なポイントとなっている。しかし、液晶表示器の液晶パネルが反射する外部光線は、コントラスト比を低下させる原因の一つであった。光線は、空気／液晶パネルなど二種類の媒質間の境界を通過すると反射され、この反射光線は、暗時の液晶表示器の輝度を増大させ、コントラスト比の機能が低下した。

従来の光学技術においては、コーティング技術の使用により光学素子の反射問題を解決していた。そのうち四分の一波長コーティングは、一層だけの膜層が必要なため、最も簡単でコストが安い反射防止コーティング技術であった。「四分の一波長」とは光線の波長と関係があり、それとコーティング厚さとの関係は数式１により表される。

四分の一波長コーティングを有する光学フィルムへ光線が入射する時の反射率は、次の数式２により表される。

数式１および数式２において、ｎ_０は空気の屈折率であり、ｎ_２は四分の一波長コーティングの屈折率であり、ｎは光学フィルムの屈折率であり、ｔは四分の一波長コーティングの厚さであり、λは入射光の波長である。

従って、反射を効果的に減らしてコントラスト比を高めるために、従来の液晶表示器では偏光板上に四分の一波長コーティングを実施していた。偏光板の屈折率は約１．５であり、四分の一波長コーティングを実施しない場合の反射率は約４．０〜４．５％である。従来、偏光板上に塗布したコーティング材料は、屈折率が１．４の樹脂であるため、適当な厚さを有する四分の一波長コーティングの偏光板は約２．０〜２．５％の反射率を有する。

つまり、偏光板に四分の一波長コーティングを加えた場合、液晶表示器の反射率は僅かに約２％だけ下がるが、このように僅かな改善では、現在の液晶表示器が要求する厳格な規格を満たすことはできなかった。液晶表示器の反射率をさらに下げるためには、屈折率がさらに低い材料を偏光板に塗布しなければならず、これら屈折率が低い材料は希少で高価なため、製造コストの負担が増大した。

上記の偏光板へ樹脂を塗布する反射防止技術は湿式反射防止技術と呼ばれる。この湿式反射防止技術以外に、従来技術ではもう一種類の乾式反射防止技術を提供し、偏光板の表面に多層膜をスパッタリングして液晶表示器の反射率を下げる。しかし、この技術ではスパッタリング工程で使用する機械の価格が高く、高い技術も必要とされ、偏光板を製造する一般のメーカは、このようなスパッタリング機器を使用していなかったため、改めて購入しなければならず、製造に際して余分な支出が増加した。

液晶表示器は、ここ最近、中、小型の携帯式テレビ、卓上型表示器およびプロジェクションテレビジョンなどといった大衆消費電子製品またはコンピュータ産品へ広く応用されており、大型サイズの液晶表示器は次第に陰極線管（Cathode Ray Tube：ＣＲＴ）に取って代わり表示器の主流となった。ただし、上述の多層膜をスパッタリングする乾式反射防止技術は、その製造工程が元々制限されていたために、大型サイズの液晶表示器への使用は不適当であった。

本発明の目的は、光学フィルム上へ反射防止塗布膜を直接に塗布することにより、光学フィルムの反射率を効果的に下げて、液晶表示器のコントラスト比を高めて、製造工程の困難度および複雑度を下げる反射防止フィルムを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、製造コストを大幅に増大させない条件の下、光学フィルムの反射率を下げて、液晶表示器の偏光板などといった大型サイズの光学フィルムの製作に適用する反射防止フィルムの製造方法を提供することにある。

本発明の反射防止フィルムは、光学フィルムと、４００ナノメートルより小さな間隔で配置された複数個のナノ粒子を表面に有する樹脂層とを備える。先ず、ナノ粒子を樹脂材料中へ加え、湿式塗布方式によりこの樹脂材料を光学フィルム上へ塗布した後、ベーキングにより樹脂材料中の溶剤を揮発させる。この時、一部のナノ粒子は４００ナノメートルより小さい間隔で樹脂層の表面へ分布する。樹脂層表面に形成されたこれらナノ粒子の間隔を４００ナノメートルより小さくする方式は、その光学特性により樹脂層の屈折率を大幅に下げることができる。本発明はこれにより従来技術の一層の反射防止膜の反射率が依然高すぎるという問題を克服し、多層膜をスパッタリングする方式によらずに反射率を下げ、効果的に製造コストを下げることができる。

本発明の好適な一実施例によると、光学フィルムは偏光板であり、偏光板の基板材料は、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートおよびトリアセチルセルロースフィルムからなるグループの一つから選択する。樹脂層を基板の上に直接塗布するか、基板上に位置するハードコート（Hard-Coating：ＨＣ）フィルムまたは防眩（Anti-Glaring：ＡＧ）フィルムの上へ塗布する。ナノ粒子の材料は二酸化ケイ素またはフッ素ドープ二酸化ケイ素であり、そのサイズは４００ナノメートルより小さく、好適には５０〜１００ナノメートルである。樹脂層の材料はアクリル樹脂であり、樹脂材料中で使用する溶剤はイソプロピルアルコールである。本発明の製造方法は、紫外線を照射して樹脂層を固化し、ナノ粒子の位置を固定することをさらに含む。

本発明の好適な実施例から分かるように、本発明は下記の長所を有する。本発明は、樹脂層表面に４００ナノメートルより小さい間隔でナノ粒子を配列し、この配列方式の光学特性を利用することにより樹脂層の屈折率を下げて、反射防止フィルムの反射率を下げる。本実施例の構造は簡単で製造も容易なため、高価で屈折率が低い材料により樹脂層の屈折率を下げるか、或いは高コストで多層膜のスパッタリング工程を使用する従来の方法を代替し、コストを節減して大型サイズの光学フィルムへ適用することができる。

本発明は、液晶表示器の偏光板表面を塗布するなどの光学フィルム表面の反射防止処理へ応用する。ナノ粒子を樹脂膜中に加えて樹脂膜と光学フィルムとの間の屈折率の差値を増大させて、この光学フィルムの反射率を下げることにより、液晶表示器のコントラスト比の向上を助けるとともに、その可視機能を高める。

図１は、本発明の反射防止フィルムの好適な一実施例である。図１に示すように、反射防止フィルム１００は光学フィルム１０２および樹脂層１０４を含む。この樹脂層１０４は光学フィルム１０２上に位置し、その表面には複数個のナノ粒子１０６が分布する。ナノ粒子１０６が形成する間隔Ｌは４００ナノメートルよりも小さく、この配列方式は樹脂層１０４の元の屈折率を下げて、光学干渉の原理により、反射防止フィルム１００の反射率をさらに下げることができる。

この好適な実施例において、樹脂層の材料は屈折率が１．４８のアクリル樹脂（Acrylic Resin）である。ナノ粒子の材料は二酸化ケイ素またはフッ素ドープ二酸化ケイ素であり、このフッ素は主に二酸化ケイ素の屈折率をさらに下げる作用を有する。また、ナノ粒子のサイズは４００ナノメートルよりも小さいため、４００ナノメートルよりも小さな間隔に配列するのに有利である。

また、本実施例中で使用する光学フィルム１０２は偏光板であり、偏光板の基板材料をポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートおよびトリアセチルセルロースフィルムからなるグループの一つから選択する。樹脂層１０４は基板上に直接塗布されるか、或いは基板上に位置するハードコートフィルムまたは防眩膜上に塗布されるが、以下、図２Ａから図２Ｃにより説明する。図２Ａから図２Ｃにおいて、本発明の反射防止フィルムにおける別の好適な三実施例を示し、基板と樹脂層との位置関係を詳しく説明する。

図２Ａに示すように、光学フィルム１０２ａはトリアセチルセルロースフィルム２１２を基板として、その上にはハードコート（Hard-Coating：ＨＣ）フィルム２１８ａを有する。このハードコートフィルム２１８ａの材料はアクリル樹脂であり、その硬度は基板よりも高いため、摩損を防いで光学フィルムの擦傷防止機能を高めることができる。

図２Ｂに示すように、図２Ａのハードコートフィルム２１８ａ以外に、もう一つの光学フィルム１０２ｂのトリアセチルセルロースフィルム２１２上には、防眩（Anti-Glaring：ＡＧ）膜２１８ｂを含んでもよく、この防眩膜２１８ｂの材料はアクリル樹脂と普通の二酸化ケイ素粒子とを含むが、その作用は単純に光線を別の場所へ拡散してギラツキを減少させるだけである。しかし、防眩膜２１８ｂと本実施例の反射防止塗布膜とは異なり、簡単に言うと、防眩膜２１８ｂにより反射された光線は無くならないが、本実施例の反射防止塗布膜は光干渉の原理を利用して、光線を互いに打消すことができる。そのため、両者は全く異なるものである。

図２Ｃに示すように、上記のトリアセチルセルロースフィルム２１２の他、光学フィルム１０２ｃの基板はポリエチレン（Polyethylene：ＰＥ）フィルム２１４またはポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate：ＰＥＴ）フィルムなどのプラスチック基材でもよい。つまり、プラスチック光学素子の発展に合わせて、本実施例は様々なプラスチック基材上に応用し、安くて良好な効果を有する反射防止湿式塗布を提供することができる。

図３Ａは、本実施例の製造方法の流れ図を示し、図３Ｂは、本実施例の製造方法の好適な一実施例を示す。以下、図３Ａの流れ図で使用される設備を、図１、図３Ａおよび図３Ｂで説明する。

好適な本実施例の製造工程は、ローラ３１２およびローラ３１４により全工程の輸送を行う。先ず混合槽３２２中でサイズが５０〜１００ナノメートルのナノ粒子をアクリル樹脂中へ加える（ステップ３０２）。この時、アクリル樹脂中の溶剤はイソプロピルアルコール（Isopropyl Alcohol：ＩＰＡ）であり、二酸化ケイ素のナノ粒子は３０重量％、アクリル樹脂は４０重量％、イソプロピルアルコールは３０重量％である。

ダイ３３２によりナノ粒子が加えられたアクリル樹脂を偏光板の表面へ置いてから、ワイヤバー３３４により、好適には塗布厚さが約１００ナノメートルになるように、偏光板上へ樹脂を均等に塗布して樹脂層１０４を形成する。その後、樹脂層１０４が塗布された光学フィルム１０２をベーキング炉３４２へ送り、１００℃の温度で１０分間ベーキングし、樹脂層１０４中の溶剤を除去する（ステップ３０６）。ベーキングした後、紫外線を樹脂層１０４へ数秒間照射してアクリル樹脂を硬化させ、ナノ粒子１０６を固定する。

このように簡単な塗布方式により、表面のナノ粒子が４００ナノメートルより小さい間隔に分布された樹脂層は良好な反射防止能力を備えることができる。実験結果から分かるように、この好適な実施例中の反射防止フィルム１００の反射率は２〜０．５％まで下がる。

ここで注意しなければならないことは、本発明の主旨は、樹脂層表面に形成されるナノ粒子を、４００ナノメートルより小さい間隔に配列することにある。そして、この配列方式の光学特性により樹脂層の屈折率を下げ、反射防止フィルムの反射率を下げる。これは従来技術において、屈折率が低い材料を有する粒子を、屈折率が高い樹脂層へ加え、樹脂層中にある材料粒子の割合を調整して、両者の合計屈折率を下げる技術とは異なる。二種類の異なる材料が占める比重により両者の合計屈折率を調整する従来技術と、ナノ粒子を４００ナノメートルの間隔で分布し、光学特性上、樹脂層の屈折率が下がる本実施例とは完全に異なる。

本発明は、反射防止層が必要な様々な光学素子へ応用することができ、上記実施例で示した偏光板だけに限定されるわけではない。また、本実施例が使用するナノ粒子の材料も二酸化ケイ素だけに限定されず、他に４００ナノメートルよりも小さい間隔に分布されたナノ粒子も本発明の応用中に入る。また樹脂層の塗布方式は、ダイおよびワイヤバーの組合せにより塗布する以外にも、その他、従来の塗布方式により塗布してもよい。

本発明では好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知するものなら誰でも、本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができる。従って本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

本発明の好適な一実施例による反射防止フィルムの断面図である。 本発明の他の好適な一実施例による反射防止フィルムの断面図である。 本発明の他の好適な一実施例による反射防止フィルムの断面図である。 本発明の他の好適な一実施例による反射防止フィルムの断面図である。 本発明の好適な一実施例による反射防止フィルムの製造方法の流れを示す図である。 本発明の反射防止フィルムの製造方法による好適な一実施例を示す図である。

符号の説明

１００ 反射防止フィルム、１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ 光学フィルム、１０４ 樹脂層、１０６ ナノ粒子、２１２ トリアセチルセルロースフィルム、２１４ ポリエチレンフィルム、２１８ａ ハードコートフィルム、２１８ｂ 防眩膜、３０２、３０４、３０６ ステップ、３１２、３１４ ローラ、３２２ 混合槽、３３２ ダイ、３３４ ワイヤバー、３４２ ベーキング炉

Claims (5)

1. 光学フィルムと、
   前記光学フィルム上に位置する樹脂層と、
   前記樹脂層の表面に位置して、４００ナノメートルより小さい間隔で複数個配置されているナノ粒子と、
   を備えることを特徴とする反射防止フィルム。
2. 前記光学フィルムは基板を有し、前記基板の材料はポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートおよびトリアセチルセルロースフィルムからなるグループから一つ選ばれ、前記樹脂層の材料はアクリル樹脂であり、前記ナノ粒子の材料は二酸化ケイ素を含み、前記ナノ粒子のサイズは４００ナノメートルより小さく、好適なサイズ範囲は５０〜１００ナノメートルであることを特徴とする請求項１記載の反射防止フィルム。
3. ４００ナノメートルより小さなサイズの複数個のナノ粒子を有する樹脂材料を提供するステップと、
   前記樹脂材料を光学フィルムへ塗布して樹脂層を形成するステップと、
   前記光学フィルムをベーキングして、前記樹脂層の表面に４００ナノメートルよりも小さな間隔で前記ナノ粒子を分布させるステップと、
   を含むことを特徴とする反射防止フィルムの製造方法。
4. 紫外線を照射して前記樹脂層を固化し、前記ナノ粒子の位置を固定することを特徴とする請求項３記載の反射防止フィルムの製造方法。
5. 前記光学フィルムは基板を含み、当該基板の材料はポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートおよびトリアセチルセルロースフィルムからなるグループから一つ選ばれ、前記樹脂材料はアクリル樹脂を含み、前記樹脂材料の溶剤はイソプロピルアルコールであり、前記ナノ粒子の材料は二酸化ケイ素を含み、そのサイズが好適には５０〜１００ナノメートルであることを特徴とする請求項３記載の反射防止フィルムの製造方法。

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