JP2007076242A - 保護フィルム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の保護フィルムは、透明な支持基板と、この支持基板の表面に形成され、フッ素を含有する保護層とを有する。保護層は、凹部および凸部が周期的に連続な凹凸構造を有するものであり、凹凸構造は、周期をt(nm)、高さをh(nm)、保護層の屈折率をnbとするとき、t≦390/nb(nm)およびh/t≧0.4を満たすものである。
【選択図】 図10
Description
また、ATM(Automatic Teller Machine)またはペン入力のタブレットPCなど、ディスプレイの表示画面に指またはペンなどで直接接触して機器の操作をするタッチパネルが増えてきている。
タッチパネルは、機器の操作のために、ディスプレイの表示画面の表面からの操作を検出する検出装置が設けられている。この検出装置は、例えば、導電性シートなど、ペンまたは指などの圧力を検知し、この検知結果に基づいて、機器の所定の操作が実行される。
しかしながら、ディスプレイの表示画面に検出装置を設けることにより、ディスプレイからの光出力の減少する。また、表示画面に指またはペンなどで直接接触するため、指の接触による指紋、皮脂、汗、および化粧品等の付着により視認性が劣化する。このようなことから、防汚の対策が重要になってきている。そこで、汚れを防止する方法が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。
そこで、従来、可視光の広範囲にわたる反射防止機能を備えた反射防止フィルムが提案されている(特許文献2、特許文献3および非特許文献1参照)。
特許文献2の反射防止フィルムは、ガラス板などと貼り合わせることにより光学部材を形成することができる。この光学部材をディスプレイに用いることによって、表示品質が向上し、表示画像がより明確に認識できる。
この微細凹凸パターンは、微細凹凸の頂点における周期PMAXと、可視光の波長帯域の真空中における最小波長λMINとの間に、PMAX≦λMINとなる関係が成立する非常に微細なものである。
また、特許文献3においては、微細凹凸パターンは、スタンパーを圧接してエンボス加工を施すことにより比較的容易に形成することができる。
また、特許文献2においては、反射防止可能な波長範囲が狭く、また、多層構造であるため、製造工程が複雑であるという問題点がある。
図15に示すように、平滑な固体150の表面150a上に置かれた液体152が作る接触角θは、液体152の表面張力γLと固体150の表面張力γSと、更に固体150と液体152の間に働く相互作用(界面張力)γSLとの関係で下記数式1のように表される。
ここで、図16において、θは真の接触角(表面が平滑な場合の接触角θ(図15参照))であり、θfは見かけの接触角である。
接触角θと見かけの接触角θfとの関係は下記数式5のように表される。なお、下記数式5におけるrは表面増倍係数である。このrは、真の表面積と見かけの表面積の比で表されるものである。
ここで、図17は、縦軸にcosθfをとり、横軸にcosθをとってウェンゼルモデルにおける接触角θと見かけの接触角θfとの関係を示すグラフである。
図17に示すように、ウェンゼルモデルにおいては、材料自体が対象となる液体に対して接触角が90°以上(cosθ<0)でなければ、それ以上の接触角の向上は困難である。
また、ウェンゼルモデルにおいては、表面に凹凸などの表面構造がない場合、図17に示す直線Lのようになる。この直線Lにおける表面増倍係数rは1(r=1)である。一方、表面に凹凸などの表面構造を有する場合、図17に示す直線Mのようになる。表面に表面構造が導入されると、表面積が大きくなり、この直線Mにおける表面増倍係数rが1よりも大きくなる(r>1)。
ここで、空気における接触角θ2は180°になることから、上記数式6で表される見かけの接触角θfは、下記数式8のように表わすことができる。
このカッシーモデルにおいても、図20に示すように、親液性であるものは、より親液性になり、撥液性であるものは、より撥液性になる。
なお、カッシーモデルにおける接触角が90°付近の急峻な変化については、ウェンゼルモデルが適用できるという説明もある。
図21に示すように、ウェンゼルーカッシー統合モデルは、折れ線Kで示され、cosθf=cosθのラインを境にして第1象現D1の上半分の第1A象現D11と第3象現D3の第3A象現D31の中に収まっている。第1A象現D11は親液性が増大する領域であり、接触角が減少する領域である。また、第3A象現D31は撥液性が増大する領域であり、接触角が増加する領域である。ウェンゼルーカッシー統合モデルでは、図21に示すように、第1A象現D11および第3A象現D31の中だけで推移するに留まる。
また、本発明においては、前記凸部は、先端部の曲率半径が、前記凹部の幅および前記凹部の深さのいずれか小さいほうの値の1/2以下であることが好ましい。
さらに、本発明においては、前記保護層に対する凸部を除いた前記凸部の面積比率は、40%以下であることが好ましい。
さらに、本発明においては、前記凹部の前記保護層に対する面積比率は、40%以上であることが好ましい。
また、本発明においては、前記凸部は、先端部の曲率半径が、前記凹部の幅および前記凹部の深さのいずれか小さいほうの値の1/2以下であることが好ましい。
さらにまた、本発明においては、前記支持基板に対する凸部を除いた前記凸部の面積比率は、40%以下であることが好ましい。
さらに、本発明においては、前記凹部の前記支持基板に対する面積比率は、40%以上であることが好ましい。
また、第4象現D4は親液性を有する固体材料に表面構造を導入することで撥液性に変化する領域である。表面構造を導入することにより、固体材料で90°以下の接触角が90°以上に増大することを意味する。
従って、第3A象現D3、第1B象現D1、および第4象現D4は撥液性が増大する領域と言える。図1に示すようにcosθf=cosθのラインを境にして下半分の領域J1を撥液性の増大領域と、上半分の領域J2を親液性の増大領域とに分けることができる。
材料の性質で決まる接触角θ1が90°以下(cosθ1>0)であっても、凹部160が空気で占められる状態が維持(図19参照、数式8参照)され、接触角θは増加する。
なお、この場合、接触角θfは下記数式10、13で表される。数式10は撥液性におけるカッシ−モデル(数式8)の制限(θ1>90°)がなく,接触角θ1が90°以下でも成り立つ。この数式10は、接触角θ1が数式11により得られる遷移角度θtより大きい場合に成り立つ。
また、この数式12によれば、遷移角θt以上においても撥液増大領域である第4象現D4および第1B象現D12に留まる。これはあたかも従来モデルのウェンゼルーカッシー統合モデルでカッシーモデルからウェンゼルモデルへ遷移する遷移角度が右方向(cosθ1=1側)にシフトしたように見ることができる。
一般に接触角が90°を境にして、親液性および撥液性を区別しているが熱力学的には、何の根拠もない。また、ウェンゼルモデル、カッシーモデルともに親液性、撥液性の性質を別々に考えており、その間の境界部分については、何ら考慮されていない。ウェンゼルモデルでは、材料の性質による接触角が90°である場合、表面構造を導入しても変化なく90°であり、カッシーモデルでは、90°近辺で急激な変化が起こることになってしまう。実際の表面では両モデルで表わされるふるまいが混在しているはずであり、この接触角が90°近辺の詳しい検討が必要である。そして、その詳細な検討の結果、カッシーモデルに従う表面構造において、その急激な変化が起こる遷移角度が構造によって異なること、そしてそれは、親液性材料でも表面構造で撥液性に変わりうることを見出した。
凹部12の側壁(内壁)12aと固体10の表面10aとの境界が不連続に変化する場合、液滴は、凹部12の内部に侵入しにくい。これは、液滴が凹部12の内部に侵入するためには、凹部12の内部に存在している空気を追い出して、それと交換しなければならないためである。このことは、固体10が液滴に対して親液性を有するものであっても同じであり、この空気と液滴との交換の容易さによって、遷移角度が決定される。凹部12における側壁12aと固体10の表面10aとのなす角度αにより空気と液滴との交換のし易さが変化する。
また、凹部12の直径dは、液滴に対して無視できるほど十分小さければよく、望ましくは50μm以下、更に望ましくは10μm以下、更に一層好ましくは5μm以下である。
各凸部13の外壁13aの間の境界が不連続に変化する場合、液滴は、凸部13の間に侵入しにくい。これは、液滴が凸部13の間に侵入するためには、凸部13の間に存在している空気を追い出して、それと交換しなければならないためである。このことは、固体10が液滴に対して親液性を有するものであっても同じであり、この空気と液滴との交換の容易さによって、遷移角度が決定される。凸部13における外壁13aと、この凸部13の上面13bとのなす角度β(以下、角部13cの角度βともいう)により空気と液滴との交換のし易さが変化する。
また、凸部13の直径dは、液滴に対して無視できるほど十分小さければよく、望ましくは50μm以下、更に望ましくは10μm以下、更に一層好ましくは5μm以下である。なお、本発明においては、凸部13の高さは、凹部の深さと同じものとして扱うこととし、同一符号を付す。
上記数式1および数式10から、みかけの接触角θf、面積比率A、液体の表面張力、および固体の表面張力が下記数式13で表される。下記数式13において、見かけの接触角θfが90°以上になる関係は、下記数式14で表される。対象となる液滴によりこの関係を満たす固体材料、凹部の面積比率Aを決定することにより、平坦な表面における接触角が90°以下であっても、接触角が90°以上になるか、または接触角は90°以下であるものの増加する。
図7(a)は、屈折率が一様な媒質における反射を説明する模式図であり、(b)は、図7(a)における屈折率の分布を示す模式図である。
図7(a)に示すように、屈折率がn0の媒質20から屈折率がn1の一様な媒質22に、入射光Eiを入射角度を0°で入射させた場合、一部が媒質22を透過する透過光Etとなり、一部が媒質界面24で反射する反射光Erとなる。このとき、媒質界面24における反射率Rは数式17で表される。
例えば、図9(a)に示すような凹凸構造30がある。この凹凸構造30においては、基板32の表面32aに、高さhの凸部34が間隔tで複数設けられている。この間隔tを入射光Eiの波長よりも小さくする。これにより、間隔tが光の波長より短いため、入射光Eiは、その凹凸構造30からの平均的な屈折率を感じる。その屈折率は任意の深さでの屈折率の面積平均になり、屈折率は、入射方向に連続的に変化する。図9(b)に示すように、屈折率の分布C3は、段差部が生じることなく、連続的に変化し、凹凸構造30の表面近傍において、屈折率の分布C3が連続的に変化する変化部C31となる。
以上のことから、接触角を増加する条件、および反射光を低減することができる条件(上記数式18および数式19)の両方を満足することにより、防汚性および反射防止性が優れた保護フィルムを得ることができる。
[第1の実施形態]
図10(a)は、本発明の第1の実施形態に係る保護フィルムを示す模式的断面図であり、(b)は、図10(a)の模式的平面図である。
支持基板42は、保護層44を支持するものであり、表面が平坦なものである。この支持基板42は、例えば、可視光域(波長が380〜630nm)において透明なプラスチックフィルムにより形成されるものである。
上述の如く、保護層44の表面に形成された凸部46および凹部48からなる凹凸構造は、正弦波関数のような連続的で規則的な周期性をもつ周期構造を有する。凹凸構造が規則的な周期性を有するため、凸部46の先端部は連続的に変化する形状となる。これにより、凸部46の先端部(角部46cを含む)は所定の曲率を有することが好ましい。
凸部46の高さhは、凸部46の頂点46aから凹部48の底までの距離である。
凸部46のh/2の高さに線Vを引き、この線Vと、凸部46の側壁46bとが交わる点Qにおける接線Tbと、凹部46の頂点46aにおける接線Taとが交差する点wをする。このとき、1つの凸部46における点wの2点間の距離が凸部46の幅dである。
例えば、可視光の最短波長を380nmとする。また、保護層44を、例えば、テフロン(登録商標)AF(屈折率1.3)により構成する。この場合、保護層44の屈折率nbは1.3である。
反射が防止されるに必要な条件については、上記数式18により、周期tは290nm以下である。また、凸部46の高さhは、数式19から凸部46の高さhは120nm以上である。
本実施形態の保護フィルム40において、防汚性を得るためには、凹凸構造における上記数式16により得られる面積比率が60%以下である。好ましくは、面積比率は40%以下である。
さらに、凸部46の曲率半径ρは、凹部48の幅sおよび凸部の高さh(凹部48の深さh)よりも小さいことが好ましい。そこで、凸部46の幅dは167nmであり、曲率半径ρをd/2とすると、曲率半径ρは83.5nmである。この曲率半径ρは、凹部48の幅s(=123nm)および凸部46の高さh(=120nm)よりも小さい。このようにして、反射防止性が発現する条件と防汚性が発現する条件との両方を満足する凹凸構造が得られる。
なお、凸部46の角部46cの角度βは126°以下であり、望ましくは115°以下である。
先ず、可視光域において透明なセルロースエーテルまたはポリオレフィンなどからなる支持基板42を用意する。
次に、支持基板42の表面に保護層44を構成するフッ素系ポリマ、エチレン四フッ化エチレン(ETFE)、サイトップ(登録商標)、またはテフロン(登録商標)AFなどの材料を塗布し、塗膜を形成する。
次に、凹凸構造の凹凸パターンが形成された金型を塗膜の表面に押し付けて塗膜を昇温するか、または塗膜を昇温した状態で金型を塗膜の表面へ押し付け、固化させ、金型のパターンを塗膜の表面に転写する。
次に、金型を塗膜から離す。このようにして、本実施形態の保護フィルム40を作製することができる。
このようなことから、本実施形態の保護フィルム40を、各種モニタの表示画面、またはタッチパネルの表示画面に設けた場合、視認性が優れ、汚れがつきにくく、かつ汚れがついても落し易いため、汚れによる視認性の低下を抑制することができるとともに、汚れが付きにくいので汚れを取り除く作業を簡略にすることができる。このため、本実施形態の保護フィルム40を、無人化された各種モニタの表示画面、またはタッチパネルの表示画面に設けることは好適である。
次に、本発明の第2の実施形態の保護フィルムについて説明する。なお、本実施形態においては、図10(a)および(b)ならびに図11に示す第1の実施形態の保護フィルム40と同一構成物には、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
図12(a)は、本発明の第1の実施形態に係る保護フィルムを示す模式的断面図であり、(b)は、図12(a)の模式的平面図である。図13は、図12(b)のII−II線による断面図である。
凹部54の深さhは、保護層52の表面から凹部54の底部までの距離である。
本実施形態においても、第1の実施形態の凸部46と同様に、凸部56の幅dが定義される。この凸部56の幅dは、凸部56のh/2の高さで線Vを引き、この線Vと、凹部54の内壁54bとが交わる点Qにおける接線Tbと、保護層52の表面52a、すなわち、凸部56の頂点における接線Taとが交差する点wをする。1つの凸部56における点wの2点間の距離を、凸部56の幅dとする。また、凹部54の幅sは、周期tから凸部56の幅dを引いたものである。
また、上記数式15から、周期tが290nmであり、かつ面積比率が20%である場合、凸部56の幅dは118nmとなる。また、また、図13に示すように、凹部54の幅sは172nm(=290nm−118nm)となる。
また、凹部54の内壁54bと保護層52の表面52aとの境界における曲率半径ρは、凹部54の幅sおよび凸部の高さh(凹部54の深さh)よりも小さいことが好ましい。曲率半径ρをd/2とすると、曲率半径ρは59nmである。この曲率半径ρは、凹部54の幅s(=172nm)および凹部54の深さh(=170nm)よりも小さい。このようにして、本実施形態においては、反射防止性が発現する条件と防汚性が発現する条件との両方を満足する凹凸構造が得られる。
なお、凹部54の内壁54bと保護層52の表面52aとのなす角度α(凹部54の角部54cの角度α)は126°以下であり、望ましくは115°以下である。
先ず、可視光域において透明なセルロースエーテルまたはポリオレフィンなどからなる支持基板42を用意する。
次に、支持基板42の表面に保護層52を構成するフッ素系ポリマ、エチレン四フッ化エチレン(ETFE)、サイトップ(登録商標)、またはテフロン(登録商標)AFなどの材料を塗布し、塗膜を形成する。
次に、凹凸構造のパターンが形成された金型を塗膜の表面に押し付けて塗膜を昇温するか、または塗膜を昇温した状態で金型を塗膜の表面へ押し付け、固化させ、金型のパターンを塗膜の表面に転写する。次に、金型を塗膜から離す。このようにして、保護フィルム50を作製することができる。
なお、本実施形態の保護フィルム50においても、第1の実施形態の保護フィルム40と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
次に、本発明の第3の実施形態の保護フィルム60について説明する。なお、本実施形態においては、図10(a)および(b)ならびに図11に示す第1の実施形態の保護フィルム40と同一構成物には、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
図14は、本発明の第3の実施形態に係る保護フィルムを示す模式的断面図である。
また、防汚機能層68は、支持基板62に形成された凸部64および凹部66により構成される凹凸構造を維持することができる程度の厚さが十分薄いものである。
防汚機能層68は、例えば、厚さが10nm以下である。この防汚機能層68の厚さは、反射防止性の発現条件および防汚性の発現条件に比べて十分薄く、支持基板62に形成される反射防止性が発現する条件と防汚の条件を満たす凹凸構造に影響を与えることなく、支持基板62の局所的な凹凸構造が維持される。
先ず、可視光域において透明なセルロースエーテルまたはポリオレフィンなどからなる支持基板62を用意する。
次に、支持基板62の表面に、凹凸構造のパターンが形成された金型を塗膜の表面に押し付けて塗膜を昇温するか、または塗膜を昇温した状態で金型を塗膜の表面へ押し付け、固化させ、金型のパターンを塗膜の表面に転写する。次に、金型を塗膜から離す。
次に、例えば、酸素プラズマを用いて凸部64および凹部66のクリーニングを行う。
なお、本実施形態の保護フィルム60においても、第1の実施形態の保護フィルム40と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
さらに、本実施形態においては、支持基板62に形成した凹凸構造は、支持基板62の表面に凸部64を形成するものに限定されるものではなく、第2の実施形態のように、支持基板62の表面に凹部を形成するものであってもよい。
10a 表面
12a 側壁
12、48、56、66 凹部
13、46、54、64 凸部
13a 外壁
13b 上面
46c,54c 角部
40、50、60 保護フィルム
42、62 支持基板
44、52 保護層
54b 内壁
68 防汚機能層
Claims (15)
- 透明な支持基板と、
前記支持基板の表面に形成され、フッ素を含有する保護層とを有し、
前記保護層は、凹部および凸部が周期的に連続な凹凸構造を有し、前記凹凸構造は、周期をt(nm)、高さをh(nm)、前記保護層の屈折率をnbとするとき、
t≦390/nb(nm)およびh/t≧0.4を満たすことを特徴とする保護フィルム。 - 前記凸部は、先端部の曲率半径が、前記凹部の幅および前記凹部の深さのいずれか小さいほうの値よりも小さい請求項1に記載の保護フィルム。
- 前記凸部は、先端部の曲率半径が、前記凹部の幅および前記凹部の深さのいずれか小さいほうの値の1/2以下である請求項1に記載の保護フィルム。
- 前記保護層に対する凸部を除いた前記凸部の面積比率は、60%以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の保護フィルム。
- 前記保護層に対する凸部を除いた前記凸部の面積比率は、40%以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の保護フィルム。
- 前記凹部の前記保護層に対する面積比率は、20%以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載の保護フィルム。
- 前記凹部の前記保護層に対する面積比率は、40%以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載の保護フィルム。
- 凹部および凸部が周期的に連続な凹凸構造を表面に有し、前記凹凸構造は、周期をt(nm)、高さをh(nm)、屈折率をnbとするとき、t≦390/nb(nm)およびh/t≧0.4を満たす透明な支持基板と、
前記支持基板の表面に、前記凹凸構造を維持した状態で形成されたフッ素を含む材料からなる防汚機能層とを有することを特徴とする保護フィルム。 - 前記凸部は、先端部の曲率半径が、前記凹部の幅および前記凹部の深さのいずれか小さいほうの値よりも小さい請求項8に記載の保護フィルム。
- 前記凸部は、先端部の曲率半径が、前記凹部の幅および前記凹部の深さのいずれか小さいほうの値の1/2以下である請求項8に記載の保護フィルム。
- 前記支持基板に対する凸部を除いた前記凸部の面積比率は、60%以下である請求項8〜10のいずれか1項に記載の保護フィルム。
- 前記支持基板に対する凸部を除いた前記凸部の面積比率は、40%以下である請求項8〜10のいずれか1項に記載の保護フィルム。
- 前記凹部の前記支持基板に対する面積比率は、20%以上である請求項8〜10のいずれか1項に記載の保護フィルム。
- 前記凹部の前記支持基板に対する面積比率は、40%以上である請求項8〜10のいずれか1項に記載の保護フィルム。
- 前記支持基板の裏面に下基板が設けられている請求項8〜14のいずれか1項に記載の保護フィルム。
Priority Applications (2)
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