JP2007211235A - 硬化性組成物、及びそれを用いた硬化物、積層フィルム、反射防止フィルム、並びに該反射防止フィルムを用いた偏光板及び画像表示装置 - Google Patents

硬化性組成物、及びそれを用いた硬化物、積層フィルム、反射防止フィルム、並びに該反射防止フィルムを用いた偏光板及び画像表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高い硬化活性を有し、且つ低屈折率の硬化物を与えることのできる硬化性組成物、該硬化性組成物に架橋剤として好適に用いられる化合物、並びに該硬化性組成物を用いた硬化物、積層フィルム及び反射防止フィルムを提供すること。さらに該反射防止フィルムを用いた偏光板及び画像表示装置を提供すること。
【解決手段】水酸基含有ポリマーを少なくとも1種、フッ素原子を有し水酸基と反応可能な架橋剤を少なくとも1種、及び硬化触媒を少なくとも1種含む硬化性組成物、該硬化性組成物に架橋剤として好適に用いられる特定構造の化合物又はその部分縮合物、該硬化性組成物を加熱することにより得られる硬化物、及び透明支持体上に、該硬化性組成物を塗設して形成された層を有する積層フィルム又は反射防止フィルム、並びに該反射防止フィルムが偏光板における偏光膜の2枚の保護フィルムのうちの一方に用いられた偏光板、及び該反射防止フィルム又は該偏光板がディスプレイの最表面に用いられた画像表示装置。
【選択図】図1

Description

本発明は、硬化性組成物、及びそれを用いた硬化物、積層フィルム、反射防止フィルム、並びに該反射防止フィルムを用いた偏光板及び、該反射防止フィルム又は該偏光板をディスプレイの最表面に用いた画像表示装置に関する。
反射防止フィルムは、一般に、陰極管表示装置(CRT)、プラズマディスプレイ(PDP)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(ELD)や液晶表示装置(LCD)などのような画像表示装置において、外光の反射によるコントラスト低下や像の映り込みを防止するために、光学干渉の原理を用いて反射率を低減する様ディスプレイの最表面に配置される。
このような反射防止フィルムは、一般的には、支持体上に、該支持体より低屈折率の、適切な膜厚の低屈折率層を形成することにより作製できる。低い反射率を実現するため、低屈折率層にはできるだけ屈折率の低い材料の使用が望まれる。また反射防止フィルムは、ディスプレイの最表面に用いられるため高い耐擦傷性が要求される。厚さ100nm前後の薄膜において、高い耐擦傷性を実現するためには、皮膜自体の強度、及び下層への密着性が必要である。
材料の屈折率を下げるには、(1)フッ素原子を導入する、(2)密度を下げる(空隙を導入する)などの手段があるが、いずれも皮膜強度や界面の密着性が低下し、耐擦傷性が低下する方向であり、低い屈折率と高い耐傷性の両立は困難な課題であった。高い耐擦傷性を実現するためには硬化反応を十分進めることが重要である。生産性の観点では含フッ素ポリマーを支持体に塗布した後に何らかの方法で膜を硬化させることが有利である。酸触媒により含フッ素ポリマーの水酸基と架橋剤とを反応させて反射防止膜の低屈折率層を硬化させる方法が特許文献1〜3に提案されている。
一方、フッ素含有メラミン系化合物が特許文献4〜6に、フッ素含有グアナミン化合物が特許文献7〜9に記載されている。
特開平11−228631号公報 特開2003−26732号公報 特開2004−307524号公報 特表平7−505380号公報 特開2003−35961号公報 米国特許第3296264号明細書 特開平2−258769号公報 特開平2−258770号公報 特開平2−258820号公報
特許文献1〜3の技術は、硬化活性は高いが反射防止フィルムとしての性能向上のためには更なる低屈折率化が必要であり、硬化活性と低屈折率化の両立が望まれていた。
本発明の目的は、高い硬化活性を有し、且つ低屈折率の硬化物を与えることのできる硬化性組成物を提供することにある。更には、そのような硬化性組成物を用いた硬化物、積層フィルム、反射防止フィルムを提供することにある。また、そのような反射防止フィルムを用いた偏光板や画像表示装置を提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討の結果、水酸基含有ポリマーを少なくとも1種、フッ素原子を有し水酸基と反応可能な架橋剤を少なくとも1種、及び硬化触媒を少なくとも1種含む硬化性組成物を用いることにより、硬化活性と低屈折率が両立した硬化物を作製でき、耐擦傷性に優れて反射率の低い反射防止フィルムを形成できることを見出した。
本発明によれば、下記構成の硬化性組成物、及びそれを用いた硬化物、積層フィルム、反射防止フィルム、並びに該反射防止フィルムを用いた偏光板、該反射防止フィルム又は該偏光板をディスプレイの最表面に用いた画像表示装置が提供され、上記目的が達成される。
(1)水酸基含有ポリマーを少なくとも1種、フッ素原子を有し水酸基と反応可能な架橋剤を少なくとも1種、及び硬化触媒を少なくとも1種含む硬化性組成物。
(2)水酸基含有ポリマーが、(a)含フッ素ビニルモノマー重合単位及び(b)水酸基含有ビニルモノマー重合単位を、それぞれ少なくとも1種ずつ含有するポリマーである上記(1)に記載の硬化性組成物。
(3)水酸基含有ポリマーが、主鎖又は側鎖に下記一般式(1)で表されるポリシロキサン繰り返し単位を含む上記(1)又は(2)に記載の硬化性組成物。
一般式(1):
Figure 2007211235
式(1)中、R11、R12は同一であっても異なっていてもよく、置換又は無置換のアルキル基又はアリール基を表し、pは1〜500の整数を表わす。
(4)架橋剤が、アミノプラスト骨格を有する上記(1)〜(3)のいずれかに記載の硬化性組成物。
(5)架橋剤が、下記一般式(2)又は一般式(3)で表される化合物もしくはその部分縮合物である上記(1)〜(4)のいずれかに記載の硬化性組成物。
一般式(2)
Figure 2007211235
一般式(3)
Figure 2007211235
式中R21はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有してもよいアルキル基を表し、少なくとも1つのR21は、3個以上のフッ素原子で置換されたアルキル基である。R22、R23はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有してよいアルキル基を表し、R22とR23が連結して環を形成してもよく、さらに縮合環を形成してもよい。
(6)(1)〜(5)のいずれかに記載の硬化性組成物を加熱することにより得られた硬化物。
(7)透明支持体上に、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の硬化性組成物を塗設して形成された層を有する積層フィルム。
(8)透明支持体上に、上記(2)〜(5)のいずれかに記載の硬化性組成物を塗設して形成された低屈折率層を有する反射防止フィルム。
(9)上記(8)に記載の反射防止フィルムが、偏光板における偏光膜の2枚の保護フィルムのうちの一方に用いられている偏光板。
(10)上記(8)に記載の反射防止フィルム、又は上記(9)に記載の偏光板がディスプレイの最表面に用いられている画像表示装置。
(11)下記一般式(2)又は一般式(3)で表される化合物もしくはその部分縮合物。
一般式(2)
Figure 2007211235
一般式(3)
Figure 2007211235
式中R21はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有してもよいアルキル基を表し、少なくとも1つのR21は、3個以上のフッ素原子で置換されたアルキル基である。R22、R23はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有してよいアルキル基を表し、R22とR23が連結して環を形成してもよく、さらに縮合環を形成してもよい。
一方、特許文献4〜9に記載されている、フッ素含有メラミン系化合物およびフッ素含有グアナミン化合物は、いずれも酸触媒存在下で架橋剤として機能し得る化合物であるが、反射防止フィルムに用いるには、特許文献4に記載の化合物は架橋反応基の数が少ないために硬化活性の点で不利であり、特許文献5に記載の化合物は活性の高い酸触媒を使用する必要があるため不利であり、また、特許文献6に記載の化合物はフッ化アルキル基の置換数が少ないため低屈折率化への寄与が不十分であり、更に、特許文献7〜9に記載の技術では、高温で長時間加熱することが必要であるために不利である。
本発明の硬化性組成物は、高い硬化活性を有し、且つ低屈折率の硬化物を与えることができるので耐擦傷性に優れた低屈折率の硬化膜を形成することができ、該組成物を用いて形成した低屈折率層を有する反射防止フィルムは、耐擦傷性に優れ、且つ反射率が低い。更に、本発明の反射防止フィルムを備えた画像表示装置及び、本発明の反射防止フィルムを用いた偏光板を備えた画像表示装置は、外光の映り込みや背景の映りこみが少なく、極めて視認性が高い。
以下、本発明を詳細に説明する。なお、本明細書において、数値が物性値、特性値等を表す場合に、「(数値1)〜(数値2)」という記載は「(数値1)以上(数値2)以下」の意味を表す。また、本発明でいう「支持体上」には、該支持体の直接の表面をいう場合と、該支持体の上に何らかの層(膜)を設けた表面をいう場合の両方を含む趣旨である。
<硬化性組成物>
〔架橋剤〕
本発明の硬化性組成物は、フッ素原子を有し水酸基と反応可能な架橋剤を少なくとも1種含む。架橋剤は、フッ素原子を有する他に、水酸基と反応しうる官能基を有するものであれば特に限定はなく、骨格としては例えばポリイソシアネート類、イソシアネート化合物の部分縮合物、多量体や、多価アルコール、低分子量ポリエステル皮膜などとの付加物、イソシアネート基をフェノールなどのブロック化剤でブロックしたブロックポリイソシアネート化合物、アミノプラスト類、多塩基酸又はその無水物などを挙げることができる。
[アミノプラスト類]
中でも、本発明では、保存時の安定性と架橋反応の活性の両立の観点、及び形成される膜の強度の観点から、酸性条件下で水酸基含有化合物と架橋反応するアミノプラスト類が好ましい。アミノプラスト類は、水酸基含有ポリマー中に存在する水酸基と反応可能なアミノ基、すなわちヒドロキシアルキルアミノ基もしくはアルコキシアルキルアミノ基、又は窒素原子に隣接し、且つアルコキシ基で置換された炭素原子を含有する化合物である。具体的には、例えばメラミン系化合物、尿素系化合物、ベンゾグアナミン系化合物等を挙げることができる。
上記メラミン系化合物は、一般にトリアジン環に窒素原子が結合した骨格を有する化合物として知られているもので、具体的にはメラミン、アルキル化メラミン、メチロールメラミン、アルコキシ化メチルメラミン等を挙げることができる。特に、メラミンとホルムアルデヒドを塩基性条件下で反応して得られるメチロール化メラミン及びアルコキシ化メチルメラミン、並びにその誘導体が好ましく、特に保存安定性からアルコキシ化メチルメラミンが好ましい。またメチロール化メラミン及びアルコシ化メチルメラミンについて特に制約はなく、例えば「プラスチック材料講座[8]ユリア・メラミン樹脂」(日刊工業新聞社)に記載されているような方法で得られる、各種樹脂の使用も可能である。
また上記尿素化合物としては、尿素の他、ポリメチロール化尿素及びその誘導体であるアルコキシ化メチル尿素、さらには環状尿素構造であるグリコールウリル骨格や2−イミダゾリジノン骨格を有する化合物も好ましい。前記尿素誘導体等のアミノ化合物についても前記「ユリア・メラミン樹脂」等に記載の各種樹脂の使用が可能である。
本発明において架橋剤として用いられるフッ素原子を含む化合物は、フッ素の置換数には特に限定はないが、置換数は2以上が好ましく、3以上がより好ましく、4以上がさらに好ましく、6以上が特に好ましい。
また、本発明において架橋剤として用いられるフッ素原子を含む化合物は、水酸基含有ポリマー(特に水酸基含有含フッ素ポリマー)との相溶性、合成の容易さ、及び架橋点密度の観点から、下記一般式(2)又は(3)で表される化合物又はその部分縮合物であることが好ましい。
一般式(2)
Figure 2007211235
一般式(3)
Figure 2007211235
式中、R21はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有してもよいアルキル基を表し、少なくとも1つのR21は、3個以上のフッ素原子で置換されたアルキル基である。R22、R23はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有してよいアルキル基を表し、R22とR23が連結して環を形成してもよく、さらに縮合環を形成してもよい。
21がフッ素原子を有する場合には、R21はフッ化アルキル基であることが好ましく、その炭素数は2から10であることが好ましく、炭素数2から8であることがより好ましく、炭素数2から6であることが更に好ましい。
一方、R21がフッ素原子を含まない場合には水素原子又はアルキル基を表すが、該アルキル基の炭素数は2から10であることが好ましく、2から8であることがより好ましく、2から6であることが更に好ましい。また、置換基を有していてもよいが、置換基を有していない方が好ましい。
22、R23は独立に、水素原子又は置換基を有してよいアルキル基を表し、R22とR23が連結して環を形成してもよく、さらに縮合環を形成してもよい。
22とR23が連結して環を形成する際には、下記一般式(3−1)又は一般式(3−2)で表される構造であることが好ましい。
一般式(3−1)
Figure 2007211235
一般式(3−2)
Figure 2007211235
式中、R21は前記定義と同じであり、L21は単結合又は2価の連結基を表し、単結合であることが好ましい。2価の連結基としては、置換基を有していてもよいメチレン基、ジメチレン基、トリメチレン基、−O−、−NR24−が挙げられ、メチレン基、ジメチレン基、−O−がより好ましく、メチレン基が更に好ましい。R24は水素原子または炭素数1から6のアルキル基を表す。
一般式(2)、(3)、(3−1)及び(3−2)に記載の化合物が有してよい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子(例えばCl,Br、I)、シアノ基、ニトロ基、カルボキシル基、スルホ基、炭素数1〜8の鎖状又は環状のアルキル基(例えばメチル、エチル、イソプロピル、n−ブチル、n−ヘキシル、シクロプロピル、シクロヘキシル、2−ヒドロキシエチル、4−カルボキシブチル、2−メトキシエチル、2−ジエチルアミノエチル)、炭素数1〜8のアルケニル基(例えばビニル、アリル、2−ヘキセニル)、炭素数2〜8のアルキニル基(例えばエチニル、1−ブチニル、3−ヘキシニル)、炭素数7〜12のアラルキル基(例えばベンジル、フェネチル)、炭素数6〜10のアリール基(例えばフェニル、ナフチル、4−カルボキシフェニル、4−アセトアミドフェニル、3−メタンスルホンアミドフェニル、4−メトキシフェニル、3−カルボキシフェニル、3,5−ジカルボキシフェニル、4−メタンスルホンアミドフェニル、4−ブタンスルホンアミドフェニル)、炭素数1〜10のアシル基(例えばアセチル、ベンゾイル、プロパノイル、ブタノイル)、炭素数2〜10のアルコキシカルボニル基(例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル)、炭素数7〜12のアリーロキシカルボニル基(例えばフェノキシカルボニル、ナフトキシカルボニル)、炭素数1〜10のカルバモイル基(例えば、無置換のカルバモイル、メチルカルバモイル、ジエチルカルバモイル、フェニルカルバモイル)、炭素数1〜8のアルコキシ基(例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、メトキシエトキシ)、炭素数6〜12のアリールオキシ基(例えばフェノキシ、4−カルボキシフェノキシ、3−メチルフェノキシ、ナフトキシ)、炭素数2〜12のアシルオキシ基(例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシ)、炭素数1〜12のスルホニルオキシ基(例えばメチルスルホニルオキシ、フェニルスルホニルオキシ)、炭素数0〜10のアミノ基(例えば無置換のアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、2−カルボキシエチルアミノ)、炭素数1〜10のアシルアミノ基(例えばアセトアミド、ベンズアミド)、炭素数1〜8のスルホニルアミノ基(例えばメチルスルホニルアミノ、フェニルスルホニルアミノ、ブチルスルホニルアミノ、n−オクチルスルホニルアミノ)、炭素数1〜10のウレイド基(例えばウレイド、メチルウレイド)、炭素数2〜10のウレタン基(例えばメトキシカルボニルアミノ、エトキシカルボニルアミノ)、炭素数1〜12のアルキルチオ基(例えばメチルチオ、エチルチオ、オクチルチオ)、炭素数6〜12のアリールチオ基(例えばフェニルチオ、ナフチルチオ)、炭素数1〜8のアルキルスルホニル基(例えばメチルスルフォニル、ブチルスルホニル)、炭素数7〜12のアリールスルホニル基(例えばフェニルスルホニル、2−ナフチルスルホニル)、炭素数0〜8のスルファモイル基(例えば無置換スルファモイル、メチルスルファモイルなど)、複素環基(例えば、4−ピリジル、ピペリジノ、2−フリル、フルフリル、2−チエニル、2−ピロリル、2−キノリルモルホリノ)等を挙げることができる。
[フッ素原子を有する架橋剤の合成法]
次に、本発明に好ましく用いられるフッ素原子を有する架橋剤の合成法について説明する。
例えば、架橋剤として使用できるフッ化アルキル基を有するグアナミン化合物が特許文献7〜9に記載されているが、その合成法はフッ素原子を有する原料を用いて骨格を形成するものである。このような合成法も利用できるが、合成ステップ数が多く高価な原料を使うなど改良するべき点もある。合成が容易で原料も比較的安価であるという点で、本発明においては一般式(2)及び(3)の化合物を用いることが望ましい。
上記化合物は、酸触媒共存下、アミノプラスト類に対して過剰量の含フッ素アルコールと混合することにより、アルコールの交換反応によって容易に合成できる。原料として用いるアミノプラスト類は水酸基と反応する部位を2個以上有することが好ましく、4個以上有することが更に好ましい。
含フッ素アルコールとしては炭素数2から10のものが好ましく、炭素数2から8のものがより好ましく、炭素数2から6のものが更に好ましい。含フッ素アルコールはアミノプラスト類のモル数に対して5倍以上用いることが好ましく、10倍以上用いることがより好ましく、20倍以上用いることが更に好ましい。
酸触媒としてはカルボン酸、ホスホン酸、スルホン酸などの有機酸類、塩酸、リン酸、硫酸などの無機酸類を好ましく用いることができる。これらの中ではホスホン酸、スルホン酸、リン酸又は硫酸がより好ましく、スルホン酸又は硫酸が更に好ましい。また、酸触媒の添加量はアミノプラスト類に対して0.1〜30モル%であることが好ましく、1〜25モル%であることがより好ましく、2〜20モル%であることが更に好ましい。
反応は0℃から140℃までの任意の温度で行うことができるが、5℃から120℃までの温度で行うことがより好ましく、室温から100℃までの温度で行うことが更に好ましい。反応時間は任意に設定できるが、反応の進行を薄層クロマトグラフィーで追跡しながら設定することが好ましい。
このような反応により生成する一般式(2)及び(3)の化合物は、どの部位のR21がフッ化アルキル基に交換されているかが明確ではないが、NMRスペクトルより、平均して何箇所のR21がフッ化アルキル基に交換されているかを知ることができる。アルコール交換し得る置換基の数に対して、フッ化アルキル基が導入された数をフッ化アルキル基導入率とすると、フッ化アルキル基導入率は10から90%が好ましく、20から80%がより好ましく、30から70%が更に好ましい。
以下に本発明で好ましく用いられるフッ素原子を置換基として有する架橋剤の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2007211235
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水酸基含有ポリマーに対する前記架橋剤の添加量としては、該ポリマー100質量部当たり、1〜70質量部であり、好ましくは3〜60質量部であり、さらに好ましくは5〜50質量部である。1質量部以上であれば、本発明の特徴である薄膜としての耐久性をより十分に発揮することができ、70質量部以下であれば、光学用途に利用する際に本発明における低屈折率層の特徴である低屈折率を維持できるので好ましい。
[硬化触媒]
本発明では、水酸基含有ポリマーの水酸基と前記架橋剤との架橋反応で膜を硬化させる。この系では酸により硬化が促進されるため、硬化性組成物に、酸性物質を添加することが望ましいが、通常の酸を添加すると塗布液中でも架橋反応が進行してしまい、故障(ムラ、ハジキなど)の原因となる。従って、保存安定性と硬化活性を両立するために、熱硬化する場合には加熱により酸を発生する化合物を、光硬化する場合には光照射により酸を発生する化合物を、それぞれ硬化触媒として添加することがより好ましい。
(熱硬化系の硬化触媒)
熱硬化系において、硬化触媒は酸と有機塩基からなる塩であることが好ましい。酸としては、スルホン酸、ホスホン酸、カルボン酸など有機酸や硫酸、リン酸のような無機酸が挙げられ、水酸基含有ポリマーに対する相溶性の観点から有機酸がより好ましく、スルホン酸、ホスホン酸が更に好ましく、スルホン酸が最も好ましい。好ましいスルホン酸としては、p−トルエンスルホン酸(PTS)、ベンゼンスルホン酸(BS)、p−ドデシルベンゼンスルホン酸(DBS)、p−クロロベンゼンスルホン酸(CBS)、1,4−ナフタレンジスルホン酸(NDS)、メタンスルホン酸(MsOH)、ノナフルオロブタン−1−スルホン酸(NFBS)などが挙げられ、何れも好ましく用いることができる{( )内は略称}。
硬化触媒は、酸と組み合わせる有機塩基の塩基性及び沸点によって大きく変化する。以下にそれぞれの観点から本発明で好ましく用いられる硬化触媒について説明する。
有機塩基の塩基性が低い方が加熱時の酸発生効率が高く、硬化活性の観点からは好ましいが、塩基性が低すぎると保存安定性が不十分になる。従って、適度な塩基性を有する有機塩基を用いることが好ましい。塩基性の指標として共役酸のpKaを用いて表すと、本発明で用いる有機塩基のpKaは5.0〜11.0であることが好ましく、6.0〜10.5であることがより好ましく、6.5〜10.0であることがさらに好ましい。有機塩基のpKaの値は水溶液中での値が「化学便覧 基礎編」(改訂5版、日本化学会編、丸善、2004年)第2巻のII−334〜340頁に記載があるので、その中から適当なpKaを有する有機塩基を選ぶことができる。また、該文献に記載がなくても構造上適当なpKaを有すると推定できる化合物も好ましく用いることができる。表11に該文献に記載の適当なpKaを有する化合物を示すが、本発明に好ましく用いることができる化合物はこれらに限定されるものではない。
Figure 2007211235
有機塩基の沸点が低い方が加熱時の酸発生効率が高く、硬化活性の観点からは好ましい。従って、適度な沸点を有する有機塩基を用いることが好ましい。塩基の沸点としては、120℃以下であることが好ましく、80℃以下であることがより好ましく、70℃以下であることがさらに好ましい。
本発明で好ましく用いることができる有機塩基としては例えば以下の化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。( )内は沸点を示す。
b−3:ピリジン(115℃)、b−14:4−メチルモルホリン(115℃)、b−20:ジアリルメチルアミン(111℃)、b−19:トリエチルアミン(88.8℃)、b−21:t−ブチルメチルアミン(67〜69℃)、b−22:ジメチルイソプロピルアミン(66℃)、b−23:ジエチルメチルアミン(63〜65℃)、b−24:ジメチルエチルアミン(36〜38℃)、b−18:トリメチルアミン(3〜5℃)。
本発明における硬化触媒として用いる時には、前記酸と有機塩基からなる塩を単離して用いてもよいし、酸と有機塩基を混合して溶液中で塩を形成させ、その溶液を用いてもよい。また、酸、有機塩基とも1種類だけで用いてもよいし、複数種類のものを混合して用いてもよい。酸と有機塩基を混合して用いる時には、酸と有機塩基の当量比が1:0.9〜1.5となるように混合することが好ましく、1:0.95〜1.3であることがより好ましく、1:1.0〜1.1であることが好ましい。
この酸触媒の使用割合は、上記硬化性組成物中の水酸基含有ポリマー、好ましくは水酸基含有含フッ素ポリマー100質量部に対して、好ましくは0.01〜10質量部、より好ましくは0.1〜5質量部、更に好ましくは0.2〜3質量部である。
(光硬化系の硬化触媒)
光硬化系では、光照射により酸を発生する化合物、すなわち感光性酸発生剤を硬化触媒として用いることが好ましい。該感光性酸発生剤は当該硬化性組成物の塗膜に感光性を付与し、例えば、光等の放射線を照射することによって当該塗膜を光硬化させることを可能にする物質である。この感光性酸発生剤としては、例えば、(1)ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、アンモニウム塩、ピリジニウム塩等の各種オニウム塩;(2)β−ケトエステル、β−スルホニルスルホンとこれらのα−ジアゾ化合物等のスルホン化合物;(3)アルキルスルホン酸エステル、ハロアルキルスルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、イミノスルホネート等のスルホン酸エステル類;(4)スルホンイミド化合物類;(5)ジアゾメタン化合物類;その他を挙げることができ、適宜使用することができる。
感光性酸発生剤は、単独で、又は2種以上を併用することができ、さらに前記熱酸発生剤と併用することもできる。感光性酸発生剤の使用割合は、硬化性組成物中の水酸基含有ポリマー、好ましくは水酸基含有含フッ素ポリマー100質量部に対して、好ましくは0〜20質量部、さらに好ましくは0.1〜10質量部である。感光性酸発生剤の割合が該上限値以下であれば、得られる硬化物の強度が優れたものとなり、透明性も良好なので好ましい。
〔水酸基含有ポリマー〕
本発明で用いられる水酸基含有ポリマーは、水酸基を含有しているものであれば特に限定されることはなく、ポリマー骨格としては(メタ)アクリル系ポリマー類、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ポリアミド類、ポリウレタン類、ポリオレフィン類、ポリビニルアルコール類、ポリビニルアセタール類、フッ素オレフィン系ポリマー及びセルロース誘導体などが挙げられる。ポリマーへの水酸基の導入法にも特に制限はなく、水酸基を有する構成単位を用いて重合する方法、水酸基に変換し得る官能基を有するポリマーを官能基変換により水酸基を有するポリマーに導く方法などが挙げられる。本発明に用いられる架橋剤は硬化物の屈折率を下げる特徴を有するので、屈折率が低いポリマーと組み合わせることにより、その特徴をより生かすことができる。
[含フッ素ポリマー]
本発明においては、水酸基を有する含フッ素ポリマーを用いることにより屈折率が低い硬化膜を形成でき、例えば反射防止フィルムなどに有用である。以下に水酸基を有する含フッ素ポリマーについて説明する。
{含フッ素ビニルモノマー重合単位(a)}
本発明において、硬化膜の形成に用いられる水酸基含有含フッ素ポリマー(以下、単に含フッ素ポリマーともいう)に含まれる含フッ素ビニルモノマーに基づく重合単位(以下、含フッ素ビニルモノマー重合単位(a))の構造には、特に制限なく、例えば含フッ素オレフィン、ペルフルオロアルキルビニルエーテル、含フッ素アルキル基を有するビニルエーテルや(メタ)アクリレートなどに基づく重合単位を挙げることができる。製造適性と、屈折率や膜強度など低屈折率層に必要とされる性質から、該含フッ素ポリマーは、含フッ素オレフィンとビニルエーテルとの共重合体であることが好ましく、ペルフルオロオレフィンとビニルエーテルとの共重合体であることがより好ましい。また、共重合成分として屈折率を低下させる目的でペルフルオロアルキルビニルエーテル、含フッ素アルキル基を有するビニルエーテルや(メタ)アクリレートなどに基づく単位を含んでいてもよい。
ペルフルオロオレフィンとしては、炭素数3〜7のものが好ましく、重合反応性の観点からはペルフルオロプロピレン又はペルフルオロブチレンが好ましく、入手性の観点からペルフルオロプロピレンであることが特に好ましい。
ポリマー中のペルフルオロオレフィンの含率は25〜75モル%であることが好ましい。素材の低屈折率化のためには、ペルフルオロオレフィンの導入率を高めることが望まれるが、重合反応性の点で一般的な溶液系ラジカル重合反応では50〜70モル%程度の導入が限界であり、これ以上は困難である。本発明においては、ペルフルオロオレフィンの含率は30%〜70モル%であることが好ましく、30%〜60モル%であることがより好ましく、35%〜60モル%であることがさらに好ましく、40〜60モル%であることが特に好ましい。
本発明で用いられる含フッ素ポリマーには、低屈折率化のために、下記一般式M2で表わされるペルフルオロビニルエーテルを共重合させてもよい。該共重合成分は、0〜40モル%の範囲で重合体中に導入されていてよいが、好ましくは0〜30モル%であり、より好ましくは0〜20モル%である。
Figure 2007211235
一般式M2中、Rf32は炭素数1〜30の含フッ素アルキル基を表わし、好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10の含フッ化アルキル基であり、炭素数1〜10のペルフルオロアルキル基であることがさらに好ましい。また、該フッ化アルキル基は置換基を有していてもよい。Rf32の具体例としては、−CF3{M2−(1)}、−CF2CF3{M2−(2)}、−CF2CF2CF3{M2−(3)}、−CF2CF(OCF2CF2CF3)CF3{M2−(4)}などが挙げられる。
また、本発明では低屈折率化のために下記一般式M1で表わされる含フッ素ビニルエーテルを共重合させてもよい。該共重合成分は、0〜40モル%の範囲で重合体中に導入されていてよいが、好ましくは0〜30モル%であり、特に好ましくは0〜20モル%の場合である。
Figure 2007211235
一般式M1中、Rf31は炭素数1〜30の含フッ素アルキル基を表し、好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜15の含フッ素アルキル基であり、直鎖{例えば−CF2CF3、−CH2(CF2q1H、−CH2CH2(CF2q1F(q1:2〜12の整数)など}であっても、分岐構造{例えばCH(CF32、CH2CF(CF32、−CH(CH3)CF2CF3、−CH(CH3)(CF25CF2Hなど}を有していてもよく、また脂環式構造(好ましくは5員環又は6員環、例えばペルフルオロシクロへキシル基、ペルフルオロシクロペンチル基又はこれらで置換されたアルキル基等)を有していてもよく、エーテル結合(例えば−CH2OCH2CF2CF3、−CH2CH2OCH2(CF2q2H、−CH2CH2OCH2(CF2q2F(q2:2〜12の整数)、CH2CH2OCF2CF2OCF2CF2Hなど)を有していてもよい。なおRf31で表される置換基はここで述べた置換基に限られるものではない。
一般式M1で表わされる上記単量体は、例えば、“Macromolecules”,32巻(21)、p.7122(1999年)、特開平2−721号公報等に記載のごとくビニロキシアルキルスルホネート、ビニロキシアルキルクロリド等の離脱基置換アルキルビニルエーテル類に対して、塩基触媒存在下含フッ素アルコールを作用させる方法;国際出願特許第92/05135号パンフレット記載のごとく、含フッ素アルコールとブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類をパラジウム触媒存在下混合してビニル基の交換を行う方法;米国特許第3420793号明細書記載のごとく、含フッ素ケトンとジブロモエタンをフッ化カリウム触媒存在化で反応させた後アルカリ触媒により脱HBr反応を行う方法;等により合成することができる。
{水酸基含有ビニルモノマー重合単位(b)}
本発明で用いられる含フッ素ポリマーは、水酸基含有ビニルモノマーに基づく重合単位(以下、水酸基含有ビニルモノマー重合単位(b))を含むが、その含率には特に制限はない。水酸基は架橋剤と反応して硬化する機能を有するため、水酸基の含有率が高いほど硬い膜を形成できて好ましく、その含有率は10モル%以上70モル%以下であることが好ましく、20モル%を超えて60モル%以下であることがより好ましく、25モル%以上55モル%以下であることが更に好ましい。
水酸基含有ビニルモノマーは、前述した含フッ素ビニルモノマーと共重合可能なものであれば、ビニルエーテル類、(メタ)アクリレート類、スチレン類など、特に制限なく使用することができる。例えば含フッ素ビニルモノマーとしてペルフルオロオレフィン(ヘキサフルオロプロピレンなど)を用いた場合には、共重合性が良好な水酸基含有ビニルエーテルを用いることが好ましく、具体的には2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、6−ヒドロキシヘキシルビニルエーテル、8−ヒドロキシオクチルビニルエーテル、ジエチレングリコールビニルエーテル、トリエチレングリコールビニルエーテル、4−(ヒドロキシメチル)シクロヘキシルメチルビニルエーテルなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
[ポリシロキサン繰り返し単位を含むポリマー]
本発明においては、水酸基含有ポリマー、好ましくは水酸基含有含フッ素ポリマーは、防汚性を付与するためにポリシロキサン構造を有する構成単位を有することも好ましい。本発明で有用な水酸基含有ポリマーとしては、(a)含フッ素ビニルモノマー重合単位、(b)水酸基含有ビニルモノマー重合単位、及び(c)側鎖に下記一般式(1)で表されるポリシロキサン繰り返し単位を含むグラフト部位を有する重合単位をそれぞれ少なくとも1種類含み、且つ主鎖が炭素原子のみからなるポリマー、又は(a)含フッ素ビニルモノマー重合単位、(b)水酸基含有ビニルモノマー重合単位をそれぞれ少なくとも1種類含み、(d)主鎖に下記一般式(1)で表されるポリシロキサン繰り返し単位を含むポリマーが挙げられる。
一般式(1):
Figure 2007211235
式(1)中、R11、R12は同一であっても異なっていてもよく、置換または無置換の、アルキル基又はアリール基を表す。アルキル基としては炭素数1〜4が好ましく、例としてメチル基、トリフルオロメチル基、エチル基等が挙げられる。アリール基としては炭素数6〜20が好ましく、例としてフェニル基、ナフチル基が挙げられる。これらの中でもメチル基及びフェニル基が好ましく、特に好ましくはメチル基である。pは1〜500の整数を表わし、好ましくは5〜500、より好ましくは8〜350であり、特に好ましくは10〜250の場合である。
(側鎖にポリシロキサン繰り返し単位を含むグラフト部位を有する重合単位)
側鎖に一般式(1)であらわされるポリシロキサン構造を有する水酸基含有ポリマーは、例えば“J.Appl.Polym.Sci.”、2000巻、p.78(1955年)、特開昭56−28219号公報等に記載のごとく、エポキシ基、水酸基、カルボキシル基、酸無水物基等の反応性基を有するポリマーに対して、相対する反応性基(例えばエポキシ基、酸無水物基に対してアミノ基、メルカプト基、カルボキシル基、水酸基等)を片末端に有するポリシロキサン[例えば「サイラプレーン」シリーズ{チッソ(株)製}など]を高分子反応によって導入する方法、ポリシロキサン含有シリコンマクロマーを重合させる方法によって合成することができ、どちらの方法も好ましく用いることができる。本発明ではシリコンマクロマーの重合によって導入する方法がより好ましい。
シリコンマクロマーとしては、含フッ素オレフィンとの共重合が可能な重合性基を有しているものであればよく、好ましくは一般式(1−1)〜(1−4)のいずれかで表わされる構造である。
Figure 2007211235
一般式(1−1)〜(1−4)において、R11、R12及びpは一般式(1)と同じ意味を表し、好ましい範囲もそれらと同じである。R13〜R15はそれぞれ独立に、置換又は無置換の一価の有機基又は水素原子を表わし、炭素数1〜10のアルキル基(例えばメチル基、エチル基、オクチル基等)、炭素数1〜10のアルコキシ基(例えばメトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基等)、炭素数6〜20のアリール基(例えばフェニル基、ナフチル基等)が好ましく、炭素数1〜5のアルキル基が特に好ましい。R16は水素原子又はメチル基を表わす。L11は炭素数1〜20の任意の連結基を表わし、置換又は無置換の直鎖、分岐又は脂環式のアルキレン基、又は置換又は無置換のアリーレン基が挙げられるが、好ましくは、炭素数1〜20の無置換の直鎖アルキレン基であり、特に好ましくはエチレン基又はプロピレン基である。これらの化合物は例えば特開平6−322053号公報に記載の方法で合成される。
一般式(1−1)〜(1−4)で表される化合物はどれも本発明に好ましく用いることができるが、これらの中でも特に含フッ素オレフィンとの共重合性の観点から一般式(1−1)、(1−2)又は(1−3)で表わされる構造のものが好ましい。上記のポリシロキサン繰り返し単位を含むグラフト部位を有する重合単位はグラフト共重合体中の0.01〜20質量%を占めることが好ましく、より好ましくは0.05〜15質量%の場合であり、特に好ましくは、0.5〜10質量%の場合である。
以下に本発明に有用な側鎖にポリシロキサン繰り返し単位を含むグラフト部位を有する重合単位の好ましい例を示すが本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 2007211235
Figure 2007211235
Figure 2007211235
Figure 2007211235
Figure 2007211235
Figure 2007211235
Figure 2007211235
S−(36):「サイラプレーンFM−0711」{チッソ(株)製}、
S−(37):「サイラプレーンFM−0721」(同上)、
S−(38):「サイラプレーンFM−0725」(同上)。
(主鎖に含まれるポリシロキサン繰り返し単位)
本発明では、前記の側鎖にポリシロキサン繰り返し単位を含む水酸基含有ポリマーの代わりに、主鎖に一般式(1)で表されるポリシロキサン構造を有する水酸基含有ポリマー、好ましくは(a)含フッ素ビニルモノマー重合単位、(b)水酸基含有ビニルモノマー重合単位をそれぞれ少なくとも1種類含み、(d)主鎖に下記一般式(1)で表されるポリシロキサン繰り返し単位を含むポリマーも好ましく用いることができる。
一般式(1):
Figure 2007211235
上記一般式(1)におけるR11、R12は、前記の側鎖にポリシロキサン繰り返し単位を含む水酸基含有ポリマーにおける、一般式(1)のR11、R12について述べた定義と同じであり、好ましい範囲も同じである。
主鎖へのポリシロキサン構造導入方法には特に制限はなく、例えば特開平6−93100号公報に記載のアゾ基含有ポリシロキサンアミド等のポリマー型開始剤を用いる方法、重合開始剤、連鎖移動剤由来の反応性基(例えばメルカプト基、カルボキシル基、水酸基等)をポリマー末端に導入した後、片末端又は両末端反応性基(例えばエポキシ基、イソシアネート基等)含有ポリシロキサンと反応させる方法、ヘキサメチルシクロトリシロキサン等の環状シロキサンオリゴマーをアニオン開環重合にて共重合させる方法等が挙げられるが、中でもポリシロキサン構造を有する開始剤を利用する手法が容易であり好ましい。
本発明で用いられる水酸基含有ポリマーの主鎖に導入されるポリシロキサン構造として特に好ましくは、一般式(4)で表される構造である。
一般式(4):
Figure 2007211235
一般式(4)において、R11、R12、R41及びR42は、それぞれ独立して、アルキル基(炭素数1〜5が好ましく、例としてメチル基、エチル基が挙げられる)又はアリール基(炭素数6〜10が好ましく、例としてフェニル基、ナフチル基が挙げられる)を表し、これらは更に置換基を有していてもよく、好ましくはメチル基又はフェニル基であり、特に好ましくはメチル基である。
43〜R46は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基(炭素数1〜5が好ましく、例としてメチル基、エチル基が挙げられる)、アリール基(炭素数6〜10が好ましく、例としてフェニル基、ナフチル基が挙げられる)、アルコキシカルボニル基(炭素数2〜5が好ましく、例としてメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基が挙げられる)、又はシアノ基を表し、好ましくはアルキル基、アルコキシカルボニル基、及びシアノ基であり、特に好ましくはメチル基及びシアノ基である。
r1及びr2は、それぞれ独立して1〜10の整数を表し、好ましくは1〜6の整数であり、特に好ましくは2〜4の整数である。r3及びr4はそれぞれ独立して0〜10の整数を表し、好ましくは1〜6の整数であり、特に好ましくは2〜4の整数である。pは1〜500の整数を表し、好ましくは5〜500、より好ましくは8〜350であり、特に好ましくは10〜250の場合である。
市販のマクロアゾ開始剤である“VPS−0501”及び“VPS−1001”{商品名;和光純薬工業(株)製}は一般式(4)の範疇にあるユニットがアゾ基を介して数個連結した化合物であり、該化合物を開始剤として重合すると得られたポリマーに前記ユニットを導入することができて好ましい。
上記ポリシロキサン構造は、本発明で用いられる水酸基含有ポリマー中の0.01〜20質量%の範囲で導入されることが好ましく、より好ましくは0.05〜15質量%の範囲で導入される場合であり、特に好ましくは0.5〜10質量%の範囲で導入される場合である。
上記ポリシロキサン構造の導入によって、皮膜に防汚性、防塵性が付与されると供に、皮膜表面に滑り性が付与され耐傷性にも有利である。
(その他の重合単位)
上記以外の重合単位を形成する共重合成分としては、硬度、基材への密着性、溶媒への溶解性、透明性等種々の観点から適宜選択することができ、例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、シクロへキシルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル等のビニルエーテル類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル等のビニルエステル類を例として挙げることができる。これらの共重合成分の導入量は、0〜40モル%の範囲であり、0〜30モル%の範囲であることが好ましく、0〜20モル%の範囲であることが特に好ましい。
(好ましい水酸基含有ポリマーの形態)
本発明で特に好ましいポリマーの形態は、下記一般式(5)で表わされる形態である。
一般式(5):
Figure 2007211235
一般式(5)において、Rf30は炭素数1〜5のペルフルオロアルキル基を表す。−CF2CF(Rf30)−で表わされる部位を構成するモノマーに付いては、ペルフルオロオレフィンの例として上記した説明があてはまる。Rf32は含フッ素ビニルエーテル(前記の一般式M2で表される化合物におけるRf32)で述べた定義と同じであり、好ましい範囲も同じである。Rf31はもう1つの含フッ素ビニルエーテル(前記の一般式M1で表される化合物におけるRf31)で述べた定義と同じであり、好ましい範囲も同じである。
31,B31は、それぞれ水酸基含有ビニルモノマー重合単位、及び任意の構成単位を表わす。A31は、前記で説明した水酸基含有ビニルモノマー重合単位の定義と同じであり、B31は特に制限はないが、共重合性の観点から、ビニルエーテル類、及びビニルエステル類に基づく重合単位がより好ましい。具体的には前記(その他の重合単位)において例示したモノマーが挙げられる。
31は、ポリシロキサン構造を有する構成単位を表し、その形態は側鎖に前記一般式(1)で表されるポリシロキサン繰り返し単位を含むグラフト部位を有する重合単位であってもよく、主鎖に前記一般式(1)で表されるポリシロキサン繰り返し単位を含んでいてもよい。それらの定義及び好ましい範囲などは前記[ポリシロキサン繰り返し単位を含むポリマー]で説明したものと同じである。
a〜dはそれぞれ各構成成分のモル比を表わし、a+b1+b2+c+d=100である。それぞれ30≦a≦70(より好ましくは30≦a≦60、さらに好ましくは35≦a≦60)、0≦b1≦40(より好ましくは0≦b≦30、さらに好ましくは0≦b1≦20)、0≦b2≦40(より好ましくは0≦b2≦30、さらに好ましくは0≦b2≦20)、10≦c≦70(より好ましくは20<c≦60、更に好ましくは25≦c≦55)、0≦d≦40(より好ましくは0≦d≦30)の関係を満たす。
yはポリシロキサン構造を含有する構成単位の、水酸基含有ポリマー全体に対する質量分率(%)を表わし、0.01≦y≦20(より好ましくは0.05≦y≦15、更に好ましくは0.5≦y≦10)の関係を満たす。
本発明の硬化性組成物に用いられる水酸基含有ポリマーの数平均分子量は、5,000〜1,000,000が好ましく、より好ましくは8,000〜500,000であり、特に好ましくは10,000〜100,000である。
ここで、数平均分子量は、“TSKgel GMHxL”、“TSKgel G4000HxL”、“TSKgel G2000HxL”{何れも東ソー(株)製の商品名}のカラムを使用したGPC分析装置により、溶媒テトラヒドロフラン(THF)、示差屈折計検出によるポリスチレン換算で表した分子量である。
下記表に本発明で有用なポリマーの具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、下記表にはポリマーを形成するのに用いられる共重合成分の組み合わせとして表記する。
Figure 2007211235
Figure 2007211235
上記表中の「構成成分A」の欄には、ポリシロキサン含有構成成分以外の共重合成分を記載し、各成分のモル比を示した。略号は以下の通り。
HFP:ヘキサフルオロプロピレン、
M1−(1):CH2=CH−O−CH2CH2OCH2CH2(CF24F、
M1−(2):CH2=CH−O−CH2CH2OCH2(CF26H、
M2−(3):CF2=CF−O−CF2CF2CF3
HEVE:2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、
HBVE:4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、
HOVE:8−ヒドロキシオクチルビニルエーテル、
DEGVE:ジエチレングリコールビニルエーテル、
HMcHVE:4−(ヒドロキシメチル)シクロヘキシルメチルビニルエーテル、
EVE:エチルビニルエーテル、
cHVE:シクロヘキシルビニルエーテル、
tBuVE:t−ブチルビニルエーテル、
VAc:酢酸ビニル。
ポリシロキサン構造を含有する構成成分に関しては、合成反応に用いたポリシロキサン構造含有成分の名前と、ポリマー全体に占めるポリシロキサン構造含有成分由来の構造の質量%を記した。略号は以下の通り。
FM−0721:「サイラプレーンFM−0721」{チッソ(株)製}
FM−0725:「サイラプレーンFM−0725」(同上)
VPS−1001:「マクロアゾ開始剤VPS−1001」{和光純薬工業(株)製}
VPS−0501:「マクロアゾ開始剤VPS−0501」(同上)
(水酸基含有ポリマーの合成)
本発明に用いられる前記水酸基含有ポリマーの合成は、種々の重合方法、例えば溶液重合、沈澱重合、懸濁重合、塊状重合、乳化重合によって行うことができる。また回分式、半連続式、連続式等の公知の操作で合成することができる。
重合の開始方法は、ラジカル開始剤を用いる方法、光又は放射線を照射する方法等がある。これらの重合方法、重合の開始方法は、例えば鶴田禎二「高分子合成方法」改定版(日刊工業新聞社刊、1971年)や大津隆行、木下雅悦共著「高分子合成の実験法」化学同人、昭和47年刊、124〜154頁に記載されている。
上記重合方法のうち、特にラジカル開始剤を用いた溶液重合法が好ましい。溶液重合法で用いられる溶媒は、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンゼン、トルエン、アセトニトリル、塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロエタン、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノールのような種々の有機溶媒の単独又は2種以上の混合物でもよいし、水との混合溶媒としてもよい。
重合温度は、生成するポリマーの分子量、開始剤の種類などと関連して設定する必要があり0℃以下から100℃以上まで可能であるが、40〜100℃の範囲で重合を行うことが好ましい。
反応圧力は、適宜選定可能であるが、通常は0.01〜10MPa、好ましくは0.05〜5MPa、より好ましくは0.1〜2MPa程度が望ましい。反応時間は、5〜30時間程度である。
得られたポリマーは、反応液をそのまま本発明での用途に用いることもできるし、再沈殿や分液操作によって精製して用いることもできる。
<硬化物及び積層フィルム>
本発明の硬化性組成物は、該硬化性組成物を加熱することにより硬化物を得ることができる。また、本発明の硬化性組成物は、薄層状に塗布して硬化させることにより硬化膜を得ることができる。得られた硬化膜は、例えば基材の保護層などに有用である。また該硬化性組成物を透明支持体上に塗設して硬化させて層を形成することにより積層フィルムを得ることができる。特に硬化性組成物が前記含フッ素ポリマーを含む場合には、反射防止フィルムの低屈折率層形成用組成物として有用である。以下に本発明の硬化性組成物が特に有用な反射防止フィルムに関して説明する。
[低屈折率層形成に用いられる硬化性組成物]
本発明における低屈折率層は、水酸基含有ポリマーを少なくとも1種、フッ素原子を有し水酸基と反応可能な架橋剤を少なくとも1種、及び硬化触媒を少なくとも1種含む硬化性組成物を塗設して形成され、該水酸基含有ポリマーは、前記のとおり、(a)含フッ素ビニルモノマー重合単位及び(b)水酸基含有ビニルモノマー重合単位を、それぞれ少なくとも1種ずつ含有する含フッ素ポリマーであることが好ましい。それぞれの成分については前に説明したとおりである。また、必要に応じて防汚・防塵性改良のためにポリシロキサン構造を有する化合物を含んでいてもよい。
〔ポリシロキサン構造を有する化合物〕
本発明の硬化性組成物はまた、必要に応じて防汚・防塵性改良のためにポリシロキサン構造を有する化合物を含んでいてもよい。以下、ポリシロキサン構造を有する化合物について説明する。
本発明では滑り性付与によるさらなる耐擦傷性向上、及び防汚性の付与を目的としてポリシロキサン構造を有する化合物を用いてもよい。化合物の構造は特に制限はなく、ジメチルシリルオキシ単位を繰り返し単位として複数個含む、化合物鎖の末端及び/又は側鎖に置換基を有するものが好ましい。また、ジメチルシリルオキシを繰り返し単位として含む化合物鎖中にはジメチルシリルオキシ以外の構造単位を含んでもよい。
ポリシロキサン構造を有する化合物の分子量には特に制限はないが、10万以下であることが好ましく、5万以下であることが特に好ましく、3000〜30000であることが最も好ましい。
転写を防ぐという観点から、ポリシロキサン構造を有する化合物は、水酸基又は水酸基と反応して結合を形成する官能基を含有することが好ましい。この結合形成反応は、加熱条件下及び/又は触媒存在下で速やかに進行することが好ましい。そのような置換基としては、エポキシ基やカルボキシル基などが挙げられる。
好ましいポリシロキサン構造を有する化合物の例としては、以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
[水酸基を含むもの]
“X−22−160AS”、“KF−6001”、“KF−6002”、“KF−6003”、“X−22−170DX”、“X−22−176DX”、“X−22−176D”、“X−22−176F”{以上、信越化学工業(株)製};“FM−4411”、“FM−4421”、“FM−4425”、“FM−0411”、“FM−0421”、“FM−0425”、“FM−DA11”、“FM−DA21”、“FM−DA25”{以上、チッソ(株)製};“CMS−626”、“CMS−222”{以上、Gelest社製}。
[水酸基と反応する官能基を含むもの]
“X−22−162C”、“KF−105”{以上、信越化学工業(株)製};“FM−5511”、“FM−5521”、“FM−5525”、“FM−6611”、“FM−6621”、“FM−6625”{以上、チッソ(株)製}。
上記ポリシロキサン構造を有する化合物の添加量は、水酸基含有ポリマーに対して0.01〜20質量%であることが好ましく、0.05〜15質量%であることがより好ましく、0.1〜10質量%であることがさらに好ましい。
〔硬化性組成物に含有されるその他の物質〕
本発明の硬化性組成物は、前述の水酸基含有ポリマー、好ましくは水酸基含有含フッ素ポリマー、架橋剤、硬化触媒を含有し、必要に応じて用いられるポリシロキサン構造を有する化合物の他に、無機微粒子、オルガノシラン化合物、及びその他の各種添加剤を添加してもよく、更にこれらを適当な溶媒に溶解して作製される。この際、硬化性組成物の固形分の濃度は、用途に応じて、適宜選択されるが、一般的には0.01〜60質量%程度であり、好ましくは0.5〜50質量%、特に好ましくは1%〜20質量%程度である。
[無機微粒子]
本発明の硬化性組成物が反射防止フィルムの低屈折率層の形成に用いられるとき、該組成物には、通常、反射防止フィルムの耐擦傷性の改良などの目的で無機微粒子が配合される。低屈折率層中への無機微粒子の配合量は、1〜100mg/m2が好ましく、より好ましくは5〜80mg/m2、更に好ましくは10〜60mg/m2である。無機微粒子の配合量が該下限値以上であれば、耐擦傷性の改良効果が顕著であり、該上限値以下であれば、低屈折率層表面に微細な凹凸ができて、黒の締まりなどの外観や積分反射率が悪化するなどの不具合が生じないので、該範囲内とするのが好ましい。
上記無機微粒子は、低屈折率層に含有させることから、低屈折率であることが望ましい。例えば、フッ化マグネシウムやシリカの微粒子が挙げられる。特に、屈折率、分散安定性、コストの点で、シリカ微粒子が好ましい。
これら無機微粒子のサイズは、好ましくは1〜200nm、更に好ましくは5〜90nmである。該無機微粒子の粒径が該下限値以上であれば、耐擦傷性の改良効果が大きくなり、該上限値以下であれば、低屈折率層表面に微細な凹凸ができて、黒の締まりなどの外観や積分反射率が悪化するなどの不具合が生じないので、該範囲内とするのが好ましい。
無機微粒子は、結晶質又は非晶質のいずれでもよく、また単分散粒子でも、所定の粒径を満たすならば凝集粒子でも構わない。形状は、球径が最も好ましいが、不定形であっても問題ない。
[オルガノシラン化合物]
本発明の硬化性組成物が低屈折率層の形成に用いられるとき、該組成物には、さらにオルガノシラン化合物を含んでいてもよい。オルガノシラン化合物の定義や好ましい化合物の構造などは、特開2004−331812号公報の段落番号[0131]〜[0132]に記載されている内容と同じである。
[その他の添加剤]
さらに本発明の硬化性組成物が低屈折率層の形成に用いられるとき、該組成物には、低屈折率層と直接接する下層との界面密着性等の観点からは、多官能(メタ)アクリレート化合物、多官能エポキシ化合物等の前記以外の架橋剤を少量添加することもできる。これらを添加する場合には低屈折率層皮膜の全固形分に対して30質量%以下の範囲とすることが好ましく、20質量%以下の範囲とすることがより好ましく、10質量%以下の範囲とすることが特に好ましい。
また、耐水性、耐薬品性等の特性を付与する目的で、さらには、防汚性及び滑り性をさらに強化する目的で、前記のポリシロキサン構造を有する化合物以外にも、公知のシリコーン系化合物又はフッ素系化合物の防汚剤、滑り剤等を適宜添加することもできる。これらの添加剤を添加する場合には、硬化性組成物全固形分の0.01〜20質量%の範囲で添加されることが好ましく、より好ましくは0.05〜10質量%の範囲で添加される場合であり、特に好ましくは0.1〜5質量%の場合である。
(フッ素系化合物)
上記フッ素系化合物としては、フルオロアルキル基を有する化合物が好ましい。該フルオロアルキル基は炭素数1〜20であることが好ましく、より好ましくは1〜10であり、直鎖{例えば−CF2CF3、−CH2(CF24H、−CH2(CF28CF3、−CH2CH2(CF24H等}であっても、分岐構造{例えば−CH(CF32、−CH2CF(CF32、−CH(CH3)CF2CF3、−CH(CH3)(CF25CF2H等}であっても、脂環式構造(好ましくは5員環又は6員環、例えばペルフルオロシクロへキシル基、ペルフルオロシクロペンチル基又はこれらで置換されたアルキル基等)であってもよく、エーテル結合を有していてもよい(例えば−CH2OCH2CF2CF3、−CH2CH2OCH248H、−CH2CH2OCH2CH2817、−CH2CH2OCF2CF2OCF2CF2H等)。該フルオロアルキル基は同一分子中に複数含まれていてもよい。
フッ素系化合物は、さらに低屈折率層皮膜との結合形成又は相溶性に寄与する置換基を有していることが好ましい。該置換基は同一であっても異なっていてもよく、複数個あることが好ましい。好ましい置換基の例としてはアクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、アリール基、シンナモイル基、エポキシ基、オキセタニル基、水酸基、ポリオキシアルキレン基、カルボキシル基、アミノ基などが挙げられる。フッ素系化合物はフッ素原子を含まない化合物とのポリマーであってもオリゴマーであってもよく、分子量に特に制限はない。
フッ素系化合物中のフッ素原子含有量には特に制限は無いが、20質量%以上であることが好ましく、30〜70質量%であることが特に好ましく、40〜70質量%であることが最も好ましい。
好ましいフッ素系化合物の例としては、ダイキン化学工業(株)製の“R−2020”、“M−2020”、“R−3833”、“M−3833”(以上商品名);大日本インキ(株)製の「メガファックF−171」、「メガファックF−172」、「メガファックF−179A」、「ディフェンサMCF−300」(以上商品名)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(防塵剤、帯電防止剤等)
低屈折率層形成用の硬化性組成物には、防塵性、帯電防止等の特性を付与する目的で、さらに公知のカチオン系界面活性剤又はポリオキシアルキレン系化合物のような防塵剤、帯電防止剤等を適宜添加することもできる。これら防塵剤、帯電防止剤は、上記のシリコーン系化合物やフッ素系化合物に、その構造単位が機能の一部として含まれていてもよい。
これらを添加剤として添加する場合には、硬化性組成物全固形分の0.01〜20質量%の範囲で添加されることが好ましく、より好ましくは0.05〜10質量%の範囲で添加される場合であり、特に好ましくは0.1〜5質量%の場合である。
好ましい化合物の例としては、大日本インキ(株)製「メガファックF−150」(商品名)、東レダウコーニング(株)製“SH−3748”(商品名)などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
〔溶媒〕
本発明において、低屈折率層を形成するための塗布液(硬化性組成物)に用いられる溶媒としては、各成分を溶解又は分散可能であること、塗布工程、乾燥工程において均一な面状となり易いこと、液保存性が確保できること、適度な飽和蒸気圧を有すること、等の観点で選ばれる各種の溶媒が使用できる。乾燥負荷の観点からは、常圧、室温における沸点が100℃以下の溶媒を主成分とし、乾燥速度の調整のために沸点が100℃以上の溶媒を少量含有することが好ましい。
沸点が100℃以下の溶媒としては、例えば、ヘキサン(沸点68.7℃)、ヘプタン(98.4℃)、シクロヘキサン(80.7℃)、ベンゼン(80.1℃)などの炭化水素類;ジクロロメタン(39.8℃)、クロロホルム(61.2℃)、四塩化炭素(76.8℃)、1,2−ジクロロエタン(83.5℃)、トリクロロエチレン(87.2℃)などのハロゲン化炭化水素類;ジエチルエーテル(34.6℃)、ジイソプロピルエーテル(68.5℃)、ジプロピルエーテル (90.5℃)、テトラヒドロフラン(66℃)などのエーテル類;ギ酸エチル(54.2℃)、酢酸メチル(57.8℃)、酢酸エチル(77.1℃)、酢酸イソプロピル(89℃)などのエステル類;アセトン(56.1℃)、2−ブタノン(メチルエチルケトンと同じ、79.6℃)などのケトン類;メタノール(64.5℃)、エタノール(78.3℃)、2−プロパノール(82.4℃)、1−プロパノール(97.2℃)などのアルコール類;アセトニトリル(81.6℃)、プロピオニトリル(97.4℃)などのシアノ化合物類;二硫化炭素(46.2℃)などがある。このうちケトン類、エステル類が好ましく、特に好ましくはケトン類である。ケトン類の中では2−ブタノンが特に好ましい。
沸点が100℃を以上の溶媒としては、例えば、オクタン(125.7℃)、トルエン(110.6℃)、キシレン(138℃)、テトラクロロエチレン(121.2℃)、クロロベンゼン(131.7℃)、ジオキサン(101.3℃)、ジブチルエーテル(142.4℃)、酢酸イソブチル(118℃)、シクロヘキサノン(155.7℃)、2−メチル−4−ペンタノン{メチルイソブチルケトン(MIBK)と同じ、115.9℃}、1−ブタノール(117.7℃)、N,N−ジメチルホルムアミド(153℃)、N,N−ジメチルアセトアミド(166℃)、ジメチルスルホキシド(189℃)などがある。好ましくは、シクロヘキサノン、2−メチル−4−ペンタノンである。
〔低屈折率層形成方法〕
本発明の反射防止フィルムの低屈折率層は以下の塗設方法で形成することができるが、この方法に制限されない。
[塗布方式]
まず、低屈折率層を形成するため硬化性組成物(塗布液)が調製される。得られた塗布液を用いて、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、エクストルージョンコート法(米国特許2681294号明細書参照)等により透明支持体上に塗布し、加熱・乾燥する。
これらの塗布方式のうち、グラビアコート法での塗布では、反射防止フィルムの低屈折率層を形成する場合のような、塗布量の少ない塗布液を膜厚均一性高く塗布することができるので好ましい。グラビアコート法の中でも、マイクログラビア法は膜厚均一性が高く、より好ましい。
(マイクログラビアコート法)
本発明で用いられるマイクログラビアコート法とは、直径が約10〜100mm、好ましくは約20〜50mmで全周にグラビアパターンが刻印されたグラビアロールを、支持体の下方に、且つ支持体の搬送方向に対して逆回転させると共に、該グラビアロールの表面からドクターブレードによって余剰の塗布液を掻き落として、ほぼ一定量の塗布液を、該支持体の上面が自由状態にある位置におけるその支持体の下面に転写させて塗工するコート法である。ロール形態の透明支持体を連続的に巻き出し、該巻き出された支持体の一方の側に、低屈折率層をマイクログラビアコート法によって塗工することができる。
マイクログラビアコート法による塗工条件としては、グラビアロールに刻印されたグラビアパターンの線数は50〜800本/inが好ましく、100〜300本/inがより好ましい。グラビアパターンの深度は1〜600μmが好ましく、5〜200μmがより好ましい。グラビアロールの回転数は3〜800rpmであることが好ましく、5〜200rpmであることがより好ましい。支持体の搬送速度は0.5〜100m/分であることが好ましく、1〜50m/分がより好ましい。
本発明の反射防止フィルムを高い生産性で供給するために、エクストルージョン法(ダイコート法)が好ましく用いられる。さらにダイコート法は、前計量方式のため膜厚制御が比較的容易であり、さらに塗布部における溶媒の蒸散が少ないため、好ましい。
[塗膜の硬化方法]
本発明の反射防止フィルムは、溶媒の乾燥の後に、透明支持体とその上に形成された塗膜からなるウェブの状態で、電離放射線及び/又は熱により各塗膜を硬化させるゾーンを通過させ、塗膜を硬化することができる。使用する素材により任意に選択することができるが、熱硬化単独でも電離照射線照射単独でも、両者を逐次行うことも好ましい。
熱硬化の条件としては、バインダーが架橋反応を起こす限りにおいて特に制限はないが、好ましくは40〜200℃以下、更に好ましくは60〜130℃、最も好ましくは80〜120℃である。熱硬化の時間は、硬化成分の組成、触媒種・量などにより異なるが、30秒〜24時間、好ましくは60秒〜1時間、最も好ましくは3分〜20分である。
フィルムの膜面温度を所望の温度にする方法に特に限定はないが、ロールを加熱してフィルムに接触させる方法、加熱した窒素を吹き付ける方法、遠赤外線あるいは赤外線の照射などが好ましい。特許2523574号公報に記載の回転金属ロールに温水や蒸気を流して加熱する方法も利用できる。一方、下記で述べる電離放射線の照射時においては、フィルムの膜面温度が上がる場合には、ロールを冷却してフィルムに接触させる方法が利用できる。
本発明における電離放射線種は、特に制限されるものではなく、皮膜を形成する硬化性組成物の種類に応じて、紫外線、電子線、近紫外線、可視光、近赤外線、赤外線、X線などから適宜選択することができるが、紫外線、電子線が好ましく、特に取り扱いが簡便で高エネルギーが容易に得られるという点で紫外線が好ましい。
紫外線の光源としては、紫外線を発生する光源であれば何れも使用できる。例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いることができる。また、ArFエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ、エキシマランプ又はシンクロトロン放射光等も用いることができる。このうち、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、キセノンアーク、メタルハライドランプを好ましく利用できる。
また、電子線も同様に使用できる。電子線としては、コックロフトワルトン型、バンデグラフ型、共振変圧型、絶縁コア変圧器型、直線型、ダイナミトロン型、高周波型等の各種電子線加速器から放出される50〜1000keV、好ましくは100〜300keVのエネルギーを有する電子線を挙げることができる。
照射条件はそれぞれのランプによって異なるが、照射光量は10mJ/cm2以上が好ましく、更に好ましくは、50mJ/cm2〜10000mJ/cm2であり、特に好ましくは、50mJ/cm2〜2000mJ/cm2である。その際、ウェブの幅方向の照射量分布は中央の最大照射量に対して両端まで含めて50〜100%の分布が好ましく、80〜100%の分布がより好ましい。
本発明では、支持体上に積層された少なくとも一層を、電離放射線を照射し且つ電離放射線照射開始から0.5秒以上の間、膜面温度60℃以上に加熱した状態で、酸素濃度10体積%以下の雰囲気で電離放射線を照射する工程によって硬化することが好ましい。
また電離放射線照射と同時及び/又は連続して酸素濃度3体積%以下の雰囲気で加熱されることも好ましい。特に最外層であり、且つ膜厚が薄い低屈折率層がこの方法で硬化されることが好ましい。硬化反応が熱で加速され、物理強度、耐薬品性に優れた皮膜を形成することができる。
電離放射線を照射する時間については、0.5秒以上60秒以下が好ましく、0.7秒以上10秒以下がより好ましい。0.5秒以上であれば硬化反応が相当程度進行して十分な硬化を行うことができる。また長時間低酸素条件を維持することは、設備が大型化し、多量の不活性ガスが必要であるため、照射時間は10秒以下とすることが好ましい。
硬化性組成物の架橋反応又は重合反応は、酸素濃度が6体積%以下の雰囲気で行うことが好ましく、更に好ましくは酸素濃度が4体積%以下、特に好ましくは酸素濃度が2体積%以下、最も好ましくは1体積%以下である。必要以上に酸素濃度を低減するためには、窒素などの不活性ガスの多量の使用量が必要であり、製造コストの観点から、酸素濃度は6体積%以下であることが好ましい。
また、低屈折率層の下の層を不完全硬化の状態、すなわちその層の硬化率(100−残存官能基含率)を100%未満のある値とし、その上に低屈折率層を設けて電離放射線及び/又は熱により硬化すると、下層の硬化率も低屈折率層を設ける前よりも高くなると共に、下層と低屈折率層との間の密着性が改良されるので好ましい。
<反射防止フィルム>
本発明の反射防止フィルムは、透明支持体上に、以上述べた本発明の硬化性組成物を塗設して形成された低屈折率層を有するものである。
〔反射防止フィルムの基本的構成〕
本発明の反射防止フィルムは、必須の光学層である低屈折率層と共に、必要に応じて、後述のハードコート層を有し、その上に光学干渉によって反射率が減少するように屈折率、膜厚、層の数、層順等を考慮して積層される。
低反射性の反射防止フィルムは、最も単純な構成では、基材上に低屈折率層のみを塗設した構成である。更に反射率を低下させるには、反射防止層を、基材よりも屈折率の高い高屈折率層と、基材よりも屈折率の低い低屈折率層を組み合わせて構成することが好ましい。構成例としては、基材側から高屈折率層/低屈折率層の2層のものや、屈折率の異なる3層を、中屈折率層(基材又はハードコート層よりも屈折率が高く、高屈折率層よりも屈折率の低い層)/高屈折率層/低屈折率層の順に積層されているもの等があり、更に多くの反射防止層を積層するものも提案されている。
本発明の反射防止フィルムの好ましい層構成の例を下記に示す。下記構成において基材フィルムは、支持体として機能している。
・基材フィルム/低屈折率層、
・基材フィルム/帯電防止層/低屈折率層、
・基材フィルム/防眩層/低屈折率層、
・基材フィルム/防眩層/帯電防止層/低屈折率層、
・基材フィルム/帯電防止層/防眩層/低屈折率層、
・基材フィルム/ハードコート層/防眩層/低屈折率層、
・基材フィルム/ハードコート層/防眩層/帯電防止層/低屈折率層、
・基材フィルム/ハードコート層/帯電防止層/防眩層/低屈折率層、
・基材フィルム/ハードコート層/高屈折率層/低屈折率層、
・基材フィルム/ハードコート層/帯電防止層/高屈折率層/低屈折率層、
・基材フィルム/ハードコート層/中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層、
・基材フィルム/防眩層/高屈折率層/低屈折率層、
・基材フィルム/防眩層/中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層、
・基材フィルム/帯電防止層/ハードコート層/中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層、
・帯電防止層/基材フィルム/ハードコート層/中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層、
・基材フィルム/帯電防止層/防眩層/中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層、
・帯電防止層/基材フィルム/防眩層/中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層、
・帯電防止層/基材フィルム/防眩層/高屈折率層/低屈折率層/高屈折率層/低屈折率層。
光学干渉により反射率を低減できるものであれば、特にこれらの層構成のみに限定されるものではない。高屈折率層は防眩性のない光拡散性層であってもよい。また、帯電防止層は導電性ポリマー粒子又は金属酸化物微粒子(例えば、ATO、ITO)を含む層であることが好ましく、塗布又は大気圧プラズマ処理等によって設けることができる。
次に本発明の実施の一形態として、好適な反射防止フィルムの基本的な構成を、図面を参照しながら説明する。
図1(a)に模式的に示される断面図は、本発明の反射防止フィルムの一例である。反射防止フィルム1aは、透明支持体2、ハードコート層3、防眩ハードコート層4、そして低屈折率層5の順序の層構成を有する。
防眩性ハードコート層4には、マット粒子(不図示)が分散しており、防眩性ハードコート層4のマット粒子以外の部分の素材の屈折率は1.48〜2.00の範囲にあることが好ましく、1.50〜1.80の範囲にあることがより好ましい。また、低屈折率層5の屈折率は1.20〜1.47の範囲にあることが好ましく、1.30〜1.44の範囲にあることがより好ましい。
本発明においてハードコート層は、このように防眩性を有するハードコート層でもよいし、防眩性を有しないハードコート層でもよく、1層でもよいし、複数層、例えば2層〜4層で構成されていてもよい。又はハードコート層は無くてもよい。従って、図1に示したハードコート層3及び防眩性ハードコート層4は必須ではないが、フィルム強度付与のためにこれらのハードコート層のいずれかが塗設されることが好ましい。低屈折率層は最外層に塗設される。
図1(b)に模式的に示される断面図は、本発明の反射防止フィルムの一例であり、反射防止フィルム1bは、透明支持体2、ハードコート層3、中屈折率7、高屈折率層8、低屈折率層(最外層)5の順序の層構成を有する。透明支持体2、中屈折率層7、高屈折率層8及び低屈折率層5は、以下の関係を満足する屈折率を有する。
高屈折率層の屈折率>中屈折率層の屈折率>透明支持体の屈折率>低屈折率層の屈折率。
図1(b)のような層構成では、特開昭59−50401号公報に記載されているように、中屈折率層が下記数式(1)、高屈折率層が下記数式(2)、低屈折率層が下記数式(3)をそれぞれ満足することがより優れた反射防止性能を有する反射防止フィルムを作製できる点で好ましい。
数式(1):(hλ/4)×0.7<n11<(hλ/4)×1.3
数式(2):(iλ/4)×0.7<n22<(iλ/4)×1.3
数式(3):(jλ/4)×0.7<n33<(jλ/4)×1.3
数式(1)〜(3)において、hは正の整数(一般に1、2又は3)であり、iは正の整数(一般に1、2又は3)であり、jは正の奇数(一般に1)である。n1、n2及びn3は、それぞれ中屈折率層、高屈折率層及び低屈折率層の屈折率であり、そして、d1、d2及びd3は、それぞれ中屈折率層、高屈折率層及び低屈折率層の層厚(nm)である。ここでλは反射率を低下させたい設計波長である。反射防止フィルムを通常のディスプレイ表面に用いる場合には、λは可視光線の波長(nm)であり、380〜680nmの範囲の値である。特に人間の視感度の高い500〜550nmの範囲にλを設定することで、視感反射率の低い反射防止フィルムを設計することができる。
図1(b)のような層構成では、中屈折率層が下記数式(1−1)、高屈折率層が下記数式(2−1)、低屈折率層が下記数式(3−1)をそれぞれ満足することが、特に好ましい。ここで、λは500nm、hは1、iは2、jは1である。
数式(1−1):(hλ/4)×0.80<n11<(hλ/4)×1.00
数式(2−1):(iλ/4)×0.75<n22<(iλ/4)×0.95
数式(3−1):(jλ/4)×0.95<n33<(jλ/4)×1.05
なお、ここで記載した高屈折率、中屈折率、低屈折率とは層相互の相対的な屈折率の高低をいう。また、図1(b)では、高屈折率層を光干渉層として用いており、極めて優れた反射防止性能を有する反射防止フィルムを作製できる。
〔低屈折率層〕
次ぎに、本発明の反射防止フィルムにおける低屈折率層について以下に説明する。
本発明における低屈折率層の屈折率は、1.20〜1.47が好ましく、より好ましくは1.30〜1.44の範囲である。また低屈折率層の厚みは、50nm以上400nm以下が好ましく、更に好ましくは、60nm以上150nm以下、最も好ましくは60nm以上130nm以下である。
さらに、低屈折率層は前記のとおり下記数式(3)を満たすことが低反射率化の点で好ましい。
数式(3):(jλ/4)×0.7<n33<(jλ/4)×1.3
数式(3)中、jは正の奇数であり、n3及びd3は、前記のとおり、それぞれ低屈折率層の屈折率及び膜厚(nm)である。ここでλは反射率を低下させたい設計波長である。特に人間の視感度の高い500〜550nmの範囲にλを設定することで、視感反射率の低い反射防止フィルムを設計することができる。
なお、上記数式(3)を満たすとは、上記波長の範囲において数式(3)を満たすj(正の奇数、通常1である)が存在することを意味している。
〔低屈折率層以外の層〕
[皮膜形成バインダー]
本発明において、低屈折率層以外の層を形成する皮膜形成組成物の主たる皮膜形成バインダー成分としては、エチレン性不飽和基を有する化合物を用いることが、皮膜強度、塗布液の安定性、塗膜の生産性、などの点で好ましい。主たる皮膜形成バインダーとは、無機粒子を除く皮膜形成成分のうち10質量%以上をしめるものをいう。好ましくは、20質量%以上100質量%以下、更に好ましくは30質量%以上95質量%以下である。
飽和炭化水素鎖又はポリエーテル鎖を主鎖として有するポリマーであることが好ましく、飽和炭化水素鎖を主鎖として有するポリマーであることがさらに好ましい。飽和炭化水素鎖を主鎖として有し、且つ架橋構造を有するバインダーポリマーとしては、2個以上のエチレン性不飽和基を有するモノマーの(共)重合体が好ましい。
(飽和炭化水素鎖を主鎖として有するポリマー)
2個以上のエチレン性不飽和基を有するモノマーとしては、多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル{例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−シクロヘキサンジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、1,2,3−シクロヘキサンテトラメタクリレート、ポリウレタンポリアクリレート、ポリエステルポリアクリレート等}、ビニルベンゼン及びその誘導体(例えば、1,4−ジビニルベンゼン、4−ビニル安息香酸−2−アクリロイルエチルエステル、1,4−ジビニルシクロヘキサノン等)、ビニルスルホン(例えばジビニルスルホン)、アクリルアミド(例えばメチレンビスアクリルアミド)及びメタクリルアミドが挙げられる。上記モノマーは2種以上併用してもよい。
なお本明細書においては、「(メタ)アクリレート」は「アクリレート又はメタクリレート」を表す。
形成される皮膜を高屈折率にするには、このモノマーの構造中に芳香族環や、フッ素以外のハロゲン原子、硫黄原子、リン原子、及び窒素原子から選ばれた少なくとも1種の原子を含むことが好ましい。
高屈折率モノマーの具体例としては、ビス(4−メタクリロイルチオフェニル)スルフィド、ビニルナフタレン、ビニルフェニルスルフィド、4−メタクリロキシフェニル−4'−メトキシフェニルチオエーテル等が挙げられる。これらのモノマーも2種以上併用してもよい。
(重合開始剤)
これらのエチレン性不飽和基を有するモノマーの重合は、光ラジカル重合開始剤又は熱ラジカル重合開始剤の存在下、電離放射線の照射又は加熱により行うことができる。
(光ラジカル重合開始剤)
光ラジカル重合開始剤としては、アセトフェノン類、ベンゾイン類、ベンゾフェノン類、ホスフィンオキシド類、ケタール類、アントラキノン類、チオキサントン類、アゾ化合物、過酸化物類、2,3−ジアルキルジオン化合物類、ジスルフィド化合物類、フルオロアミン化合物類や芳香族スルホニウム類が挙げられる。
アセトフェノン類の例には、2,2−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアセトフェノン、1−ヒドロキシジメチルフェニルケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−4−メチルチオ−2−モルフォリノプロピオフェノン及び2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノンが含まれる。
ベンゾイン類の例には、ベンゾインベンゼンスルホン酸エステル、ベンゾイントルエンスルホン酸エステル、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル及びベンゾインイソプロピルエーテルが含まれる。
ベンゾフェノン類の例には、ベンゾフェノン、2,4−ジクロロベンゾフェノン、4,4−ジクロロベンゾフェノン及びp−クロロベンゾフェノンが含まれる。ホスフィンオキシド類の例には、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシドが含まれる。
また、「最新UV硬化技術」のP.159{発行人;高薄一弘、発行所;(株)技術情報協会、1991年発行}にも種々の例が記載されており本発明に有用である。
市販の光開裂型の光ラジカル重合開始剤としては、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製の「イルガキュア(651,184,907)」等が好ましい例として挙げられる。
光重合開始剤は、多官能モノマー100質量部に対して、0.1〜15質量部の範囲で使用することが好ましく、より好ましくは1〜10質量部の範囲である。
光重合開始剤に加えて、光増感剤を用いてもよい。光増感剤の具体例として、n−ブチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−ブチルホスフィン、ミヒラーのケトン及びチオキサントンを挙げることができる。
(熱ラジカル重合開始剤)
熱ラジカル重合開始剤としては、有機又は無機過酸化物、有機アゾ及びジアゾ化合物等を用いることができる。具体的には、有機過酸化物として過酸化ベンゾイル、過酸化ハロゲンベンゾイル、過酸化ラウロイル、過酸化アセチル、過酸化ジブチル、クメンヒドロぺルオキシド、ブチルヒドロぺルオキシド;無機過酸化物として、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等;アゾ化合物として2−アゾビスイソブチロニトリル、2−アゾビスプロピオニトリル、2−アゾビスシクロヘキサンジニトリル等、ジアゾ化合物としてジアゾアミノベンゼン、p−ニトロベンゼンジアゾニウム等を挙げることができる。
(ポリエーテルを主鎖として有するポリマー)
本発明においては、ポリエーテルを主鎖として有するポリマーを使用することもできる。多官能エポシキシ化合物の開環重合体が好ましい。多官能エポシキ化合物の開環重合は、光酸発生剤又は熱酸発生剤の存在下、電離放射線の照射又は加熱により行うことができる。
2個以上のエチレン性不飽和基を有するモノマーの代わりに、又はそれに加えて、架橋性官能基を有するモノマーを用いてポリマー中に架橋性官能基を導入し、この架橋性官能基の反応により、架橋構造をバインダーポリマーに導入してもよい。
架橋性官能基の例には、イソシアナート基、エポキシ基、アジリジン基、オキサゾリン基、アルデヒド基、カルボニル基、ヒドラジン基、カルボキシル基、メチロール基及び活性メチレン基が含まれる。ビニルスルホン酸、酸無水物、シアノアクリレート誘導体、メラミン、エーテル化メチロール、エステル及びウレタン、テトラメトキシシランのような金属アルコキシドも、架橋構造を導入するためのモノマーとして利用できる。ブロックイソシアナート基のように、分解反応の結果として架橋性を示す官能基を用いてもよい。すなわち、本発明において架橋性官能基は、すぐには反応を示すものではなくとも、分解した結果反応性を示すものであってもよい。
これら架橋性官能基を有するバインダーポリマーは塗布後、加熱することによって架橋構造を形成することができる。
[ハードコート層]
本発明の反射防止フィルムにはハードコート層を設けることが好ましい。ハードコート層は、バインダーに、防眩性を付与するためのマット粒子を添加して防眩層を兼ねることができる。また、高屈折率化、架橋収縮防止、高強度化のための無機フィラーを添加することで高屈折率層を兼ねることができる。さらには前記の低屈折率層におけるオルガノシラン化合物を添加して形成してもよい。
(マット粒子)
ハードコート層には、防眩性付与の目的で、フィラー粒子より大きく、平均粒径が0.1〜5.0μm、好ましくは1.5〜3.5μmのマット粒子、例えば無機化合物の粒子又は樹脂粒子が含有させることができる。
マット粒子とバインダー間の屈折率差は大きすぎるとフィルムが白濁し、小さすぎると十分な光拡散効果をえることができないため、0.02〜0.20であることが好ましく、0.04〜0.10であることが特に好ましい。マット粒子のバインダーに対する添加量も屈折率同様、大きすぎるとフィルムが白濁し、小さすぎると十分な光拡散効果をえることができないため、3〜30質量%であることが好ましく、5〜20質量%であることが特に好ましい。
上記マット粒子の具体例としては、例えばシリカ粒子、TiO2粒子等の無機化合物の粒子;アクリル粒子、架橋アクリル粒子、ポリスチレン粒子、架橋スチレン粒子、メラミン樹脂粒子、ベンゾグアナミン樹脂粒子等の樹脂粒子が好ましく挙げられる。なかでも架橋スチレン粒子、架橋アクリル粒子、シリカ粒子が好ましい。
マット粒子の形状は、真球又は不定形のいずれも使用できる。
異なる2種以上のマット粒子を併用して用いてもよい。
2種類以上のマット粒子を用いる場合には両者の混合による屈折率制御を効果的に発揮するために屈折率の差が0.02以上、0.10以下であることが好ましく、0.03以上、0.07以下であることが特に好ましい。またより大きな粒子径のマット粒子で防眩性を付与し、より小さな粒子径のマット粒子で別の光学特性を付与することが可能である。例えば、133ppi以上の高精細ディスプレイに反射防止フィルムを貼り付けた場合に、ギラツキと呼ばれる光学性能上の不具合のないことが要求される。ギラツキは、フィルム表面に存在する凹凸(防眩性に寄与)により、画素が拡大もしくは縮小され、輝度の均一性を失うことに由来するが、防眩性を付与するマット粒子より小さな粒子径で、バインダーの屈折率と異なるマット粒子を併用することにより大きく改善することができる。
さらに、上記マット粒子の粒子径分布としては、単分散であることが最も好ましく、各粒子の粒子径は、それぞれ同一に近ければ近いほどよい。例えば平均粒子径よりも20%以上粒子径が大きな粒子を粗大粒子と規定した場合には、この粗大粒子の割合は全粒子数の1%以下であることが好ましく、より好ましくは0.1%以下であり、さらに好ましくは0.01%以下である。このような粒子径分布を持つマット粒子は通常の合成反応後に、分級によって得られ、分級の回数を上げることやその程度を強くすることにより、より好ましい分布のマット剤を得ることができる。
上記マット粒子は、形成されたハードコート層中のマット粒子量が好ましくは10〜1000mg/m2、より好ましくは100〜700mg/m2となるようにハードコート層に含有される。
マット粒子の粒度分布はコールターカウンター法により測定し、測定された分布を粒子数分布に換算する。
(無機フィラー)
ハードコート層には、層の屈折率を高めるため、及び硬化収縮を低減するために、上記のマット粒子に加えて、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、インジウム、亜鉛、錫、アンチモンのうちより選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物からなり、平均粒径が0.2μm以下、好ましくは0.1μm以下、より好ましくは0.06μm以下である無機フィラーが含有されることが好ましい。
また、マット粒子との屈折率差を大きくするために、高屈折率マット粒子を用いたハードコート層では、層の屈折率を低目に保つためにケイ素の酸化物を用いることも好ましい。好ましい粒径は上記の無機フィラーと同じである。
ハードコート層に用いられる無機フィラーの具体例としては、TiO2、ZrO2、Al23、In23、ZnO、SnO2、Sb23、ITO、SiO2等が挙げられる。TiO2及びZrO2が高屈折率化の点で特に好ましい。
無機フィラーは表面をシランカップリング処理又はチタンカップリング処理されることも好ましく、フィラー表面にバインダー種と反応できる官能基を有する表面処理剤が好ましく用いられる。
これらの無機フィラーの添加量は、ハードコート層の全質量の10〜90%であることが好ましく、より好ましくは20〜80%であり、特に好ましくは30〜70%である。
なお、このようなフィラーは、粒径が光の波長よりも十分小さいために散乱が生じず、バインダーポリマーに該フィラーが分散した分散体は光学的に均一な物質として振舞う。
本発明におけるハードコート層の、バインダー及び無機フィラーの混合物のバルクの屈折率は、1.48〜2.00であることが好ましく、より好ましくは1.50〜1.80である。屈折率を上記範囲とするには、バインダー及び無機フィラーの種類及び量割合を適宜選択すればよい。どのように選択するかは、予め実験的に容易に知ることができる。
このようにして形成された本発明の反射防止フィルムは、ヘイズ値が3〜70%、好ましくは4〜60%の範囲にあり、そして450nmから650nmの平均反射率が3.0%以下、好ましくは2.5%以下である。本発明の反射防止フィルムが該範囲のヘイズ値及び平均反射率であることにより、透過画像の劣化を伴わずに良好な防眩性及び反射防止性が得られる。
〔支持体〕
本発明の反射防止フィルムの透明支持体としては、プラスチックフィルムを用いることが好ましい。プラスチックフィルムを形成するポリマーとしては、セルロースエステル{例えば、トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、代表的には富士フイルム(株)製“TAC−TD80U”、“TAC−TD80UF”等}、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等)、ポリスチレン、ポリオレフィン、ノルボルネン系樹脂{「アートン」(商品名)、JSR(株)製}、非晶質ポリオレフィン{「ゼオネックス」(商品名)、日本ゼオン(株)製}などが挙げられる。このうちトリアセチルセルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、が好ましく、特にトリアセチルセルロースが好ましい。
また、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素を実質的に含まないセルロースアシレートフィルム、及びその製造法については、発明協会公開技報(公技番号2001−1745号、2001年3月15日発行、以下公開技報2001−1745号と略す)に記載されており、ここに記載されたセルロースアシレートも本発明に好ましく用いることができる。
[鹸化処理]
本発明の反射防止フィルムを画像表示装置に用いる場合、片面に粘着層を設ける等してディスプレイの最表面に配置する。反射防止フィルムの透明支持体がトリアセチルセルロースの場合は、偏光板の偏光膜を保護する保護フィルムとしてトリアセチルセルロースが用いられるため、本発明の反射防止フィルムをそのまま保護フィルムに用いることがコストの上では好ましい。
本発明の反射防止フィルムは、片面に粘着層を設ける等してディスプレイの最表面に配置したり、そのまま偏光板用保護フィルムとして使用したりする場合には、十分に接着させるため、透明支持体上に含フッ素ポリマーを主体とする最外層を形成した後、鹸化処理を実施することが好ましい。
鹸化処理は、公知の手法、例えば、アルカリ液の中に該フィルムを適切な時間浸漬して実施される。アルカリ液に浸漬した後は、該フィルムの中にアルカリ成分が残留しないように、水で十分に水洗し、また希薄な酸に浸漬してアルカリ成分を中和することが好ましい。鹸化処理することにより、最外層を有する側とは反対側の透明支持体の表面が親水化される。
親水化された表面は、ポリビニルアルコールを主成分とする偏光膜との接着性を改良するのに特に有効である。また、親水化された表面は、空気中の塵埃が付着しにくくなるため、偏光膜と接着させる際に、偏光膜と反射防止フィルムの間に塵埃が入りにくく、塵埃による点欠陥を防止するのに有効である。
鹸化処理は、最外層を有する側とは反対側の、透明支持体の表面の水に対する接触角が40゜以下になるように実施することが好ましい。更に好ましくは30゜以下、特に好ましくは20゜以下である。
アルカリ鹸化処理の具体的手段としては、以下の(1)及び(2)の2つの手段から選択することができる。汎用のトリアセチルセルロースフィルムと同一の工程で処理できる点で(1)が優れているが、反射防止層の表面まで鹸化処理されるため、表面がアルカリ加水分解されて膜が劣化する点、鹸化処理液が残ると汚れになる点が問題になり得る。その場合には、特別な工程となるが、(2)が優れている。
(1)透明支持体上に反射防止層を形成後に、アルカリ液中に少なくとも1回浸漬することで、該フィルムの裏面を鹸化処理する。
(2)透明支持体上に反射防止層を形成する前又は後に、アルカリ液を反射防止フィルムの反射防止層を形成する面とは反対側の面に塗布し、加熱、水洗及び/又は中和することで、該フィルムの裏面だけを鹸化処理する。
〔塗膜形成方法〕
本発明の反射防止フィルムは以下の方法で形成することができるが、この方法に制限されない。
[塗布方式]
まず、各層を形成するための成分を含有した塗布液が調製される。得られた塗布液を用いて、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、エクストルージョンコート法(米国特許2681294号明細書参照)等により透明支持体上に塗布し、加熱・乾燥する。
これらの塗布方式のうち、グラビアコート法での塗布では、反射防止フィルムの各層を形成する場合のような、塗布量の少ない塗布液を膜厚均一性高く塗布することができるので好ましい。グラビアコート法の中でも、マイクログラビア法は膜厚均一性が高く、より好ましい。
またダイコート法を用いても、塗布量の少ない塗布液を膜厚均一性高く塗布することができ、さらにダイコート法は、前計量方式のため膜厚制御が比較的容易であり、さらに塗布部における溶媒の蒸散が少ないため、好ましい。
複数の層からなる反射防止フィルムにおいては、2層以上を同時に塗布してもよい。同時塗布の方法については、米国特許第2,761,791号、同第2,941,898号、同第3,508,947号、同第3,526,528号の各明細書及び原崎勇次著、「コーティング工学」、253頁、{朝倉書店(1973年)}に記載がある。
<反射防止フィルムの用途>
〔偏光板〕
偏光板は、偏光膜を両面から挟む2枚の保護フィルムで主に構成される。本発明の反射防止フィルムは、偏光膜を両面から挟む2枚の保護フィルムのうち少なくとも1枚に用いることが好ましい。本発明の反射防止フィルムが保護フィルムを兼ねることで、偏光板の製造コストを低減できる。また、本発明の反射防止フィルムを最表層に使用することにより、外光の映り込み等が防止され、耐傷性、防汚性等も優れた偏光板とすることができる。
[偏光膜]
偏光膜としては、公知の偏光膜や、偏光膜の吸収軸が長手方向に平行でも垂直でもない長尺の偏光膜から切り出された偏光膜を用いてもよい。
偏光膜の吸収軸が長手方向に平行でも垂直でもない長尺の偏光膜は、以下の方法により作製される。すなわち、連続的に供給されるポリマーフィルムの両端を、保持手段により保持しつつ張力を付与して延伸した偏光膜で、少なくともフィルム幅方向に1.1〜20.0倍に延伸し、フィルム両端の保持装置の長手方向進行速度差が3%以内であり、フィルム両端を保持する工程の出口におけるフィルムの進行方向と、フィルムの実質延伸方向のなす角が、20〜70゜傾斜するようにフィルム進行方向を、フィルム両端を保持させた状態で屈曲させてなる延伸方法によって製造することができる。特に45゜傾斜させたものが生産性の観点から好ましく用いられる。
ポリマーフィルムの延伸方法については、特開2002−86554号公報の段落0020〜0030に詳しい記載がある。
〔画像表示装置〕
本発明の反射防止フィルム、および反射防止フィルムを偏光膜の表面保護フィルムの片側として用いた偏光板は、いずれも、ツイステットネマチック(TN)、スーパーツイステットネマチック(STN)、バーティカルアライメント(VA)、インプレインスイッチング(IPS)、オプティカリーコンペンセイテットベンドセル(OCB)等のモードの透過型、反射型、又は半透過型の液晶表示装置に好ましく用いることができる。
VAモードの液晶セルには、
(1)棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直に配向させ、電圧印加時に実質的に水平に配向させる狭義のVAモードの液晶セル(特開平2−176625号公報記載)に加えて、
(2)視野角拡大のため、VAモードをマルチドメイン化した(MVAモードの)液晶セル{“SID97,Digest of tech.Papers”(予稿集)、28集(1997年)、p.845記載}、
(3)棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直配向させ、電圧印加時にねじれマルチドメイン配向させるモード(n−ASMモード)の液晶セル{「日本液晶討論会の予稿集」p.58〜59(1998年)記載}及び、
(4)SURVAIVALモードの液晶セル(「LCDインターナショナル98」で発表)
が含まれる。
VAモードの液晶セル用には、2軸延伸したトリアセチルセルロースフィルムを、本発明の反射防止フィルムと組み合わせて作製した偏光板が好ましく用いられる。2軸延伸したトリアセチルセルロースフィルムの作製方法については、例えば、特開2001−249223号公報、特開2003−170492号公報などに記載の方法を用いることが好ましい。
OCBモードの液晶セルは、棒状液晶性分子を液晶セルの上部と下部とで実質的に逆の方向に(対称的に)配向させるベンド配向モードの液晶セルを用いた液晶表示装置であり、米国特許第4,583,825号、同第5,410,422号の各明細書に開示されている。棒状液晶性分子が液晶セルの上部と下部とで対称的に配向しているため、ベンド配向モードの液晶セルは、自己光学補償機能を有する。そのため、この液晶モードは、OCB(Optically Compensatory Bend)液晶モードとも呼ばれる。ベンド配向モードの液晶表示装置は、応答速度が速いとの利点がある。
ECBモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子が実質的に水平配向しており、カラーTFT液晶表示装置として最も多く利用されており、多数の文献に記載がある。例えば「EL、PDP、LCDディスプレイ」{東レリサーチセンター発行(2001年)}などに記載されている。
特にTNモードやIPSモードの液晶表示装置に対しては、特開2001−100043号公報等に記載されているように、視野角拡大効果を有する光学補償フィルムを、偏光膜の裏表2枚の保護フィルムの内の本発明の反射防止フィルムとは反対側の面に用いることにより、1枚の偏光板の厚みで反射防止効果と視野角拡大効果を有する偏光板を得ることができ、特に好ましい。
以下に、実施例に基づき本発明について更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、下記の実施例、合成例中、特に断らない限り%は質量%を表す。
<硬化性組成物>
〔フッ素原子を有する架橋剤の合成〕実施例1−1:フッ素原子を有する架橋剤(H−3)の合成
2,4,6−トリス[ビス(メトキシメチル)アミノ]−1,3,5−トリアジン1.76g、2,2,2−トリフルオロエタノール15.0g、p−トルエンスルホン酸一水和物140mgの混合物を、攪拌しながら4時間加熱還流させた後室温に冷却し、トリエチルアミン75mg添加した。酢酸エチル80cm3と水100cm3を加えて分液し、有機相を更に水で2回洗った後硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた有機相を濾過してから溶媒を減圧留去し、架橋剤(H−3)を無色油状物質2.4gとして得た。
1H−NMR(CDCl3):δ=3.34(s、9.0H)、3.89〜4.09(br、6.0H)、5.01〜5.20(br、6.0H)、5.20〜5.39(br、6.0H)。ここで、3.34ppmのシングレットが原料に由来するメチル基、3.89〜4.09ppmのブロードシグナルがフッ化アルキル基由来のメチレン基と帰属できるので、得られた架橋剤はメチル基とトリフルオロエチル基が50/50(モル比)で導入された化合物であり、前記一般式(2)における前記表1の(H−3)の化合物であることが確認された。
実施例1−2〜1−4
上記実施例1−1とほぼ同様にして、フッ素原子を有する架橋剤(H−6)、(H−13)及び(H−14)を合成した。得られた架橋剤は前記一般式(2)及び表1に示したとおりである。
実施例1−5:フッ素原子を有する架橋剤(H−28)の合成
1,3,4,6−テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル3.18g、2,2,2−トリフルオロエタノール40g、p−トルエンスルホン酸一水和物0.32gの混合物を室温で6時間攪拌した。トリエチルアミンを0.2cm3添加した後、酢酸エチル120cm3と水120cm3を加えて分液し、有機相を更に水で2回洗った後硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた有機相を濾過してから溶媒を減圧留去し、架橋剤(H−28)を無色油状物質3.7gとして得た。
1H−NMR(CDCl3):δ=3.33(s、5.6H)、3.89〜3.99(m、4.8H)、4.75〜4.81(m、2H)、4.99〜4.87(m、4H)、5.09(d(J=11Hz)、2H)、5.46〜5.54(m、2H)。ここで3.33ppmのシングレットが原料に由来するメチル基、3.89〜3.99ppmのマルチプレットがフッ化アルキル基由来のメチレン基と帰属できるので、得られた架橋剤はメチル基とトリフルオロエチル基が44/56(モル比)で導入された化合物であり、前記一般式(3−2)における前記表2の(H−28)の化合物であることが確認された。
実施例1−6
上記実施例1−5とほぼ同様にして、フッ素原子を有する架橋剤(H−24)を合成した。得られた架橋剤は前記一般式(3−2)及び表2に示したとおりである。
〔含フッ素ポリマーの合成〕
合成例1−1:含フッ素ポリマー(P2)の合成
内容量100mLのステンレス製撹拌機付オートクレーブに、酢酸エチル18.5g、ヒドロキシエチルビニルエーテル(HEVE)8.8g、「サイラプレーンFM−0725」{チッソ(株)製}1.0g、及び“V−65”{熱ラジカル発生剤、和光純薬(株)製}0.40gを仕込み、系内を脱気して窒素ガスで置換した。さらにヘキサフルオロプロピレン(HFP)15gを、オートクレーブ中に導入して62℃まで昇温した。オートクレーブ内の温度が62℃に達した時点の圧力は、8.9kg/cm2であった。オートクレーブ内を62℃に保持して9時間反応を続け、圧力が6.2kg/cm2に達した時点で加熱をやめ放冷した。
室温まで内温が下がった時点で未反応のモノマーを追い出し、オートクレーブを開放して反応液を取り出した。得られた反応液を大過剰のヘキサンと2−プロパノールの混合物に投入し、デカンテーションにより溶媒を除去して沈殿したポリマーを取り出した。さらにこのポリマーを、少量の酢酸エチルに溶解してヘキサンと2−プロパノールの混合物から2回再沈殿を行うことによって、残存モノマーを完全に除去し、減圧乾燥してP2を8.3g得た。得られたポリマーの数平均分子量は1.7万であった。
合成例1−2:含フッ素ポリマー(P3)の合成
内容量100mLのステンレス製撹拌機付オートクレーブに、酢酸エチル30g、ヒドロキシエチルビニルエーテル(HEVE)8.8g、“VPS−1001”{マクロアゾ開始剤:和光純薬(株)製}0.88g、及び過酸化ラウロイル0.29gを仕込み、系内を脱気して窒素ガスで置換した。さらにヘキサフルオロプロピレン(HFP)15gを、オートクレーブ中に導入して70℃まで昇温した。オートクレーブ内の温度が70℃に達した時点の圧力は、9.0kg/cm2であった。オートクレーブ内を70℃に保持して9時間反応を続け、圧力が6.0kg/cm2に達した時点で加熱をやめ放冷した。
室温まで内温が下がった時点で未反応のモノマーを追い出し、オートクレーブを開放して反応液を取り出した。得られた反応液を大過剰のヘキサンと2−プロパノールの混合物に投入し、デカンテーションにより溶媒を除去して沈殿したポリマーを取り出した。さらにこのポリマーを、少量の酢酸エチルに溶解してヘキサンと2−プロパノールの混合物から2回再沈殿を行うことによって、残存モノマーを完全に除去し、減圧乾燥してP3を19.3g得た。得られたポリマーの数平均分子量は2.1万であった。
合成例1−3〜1−9
上記合成例1とほぼ同様にして、含フッ素ポリマー(P1)、(P7)、(P8)、(P9)、(P14)、及び(P19)をそれぞれ合成した。得られた含フッ素ポリマーそれぞれの数平均分子量は、前記の表12及び表13に示したとおりである。
[硬化触媒の調製]
合成例2−1:p−トルエンスルホン酸のトリエチルアミン塩溶液の調製
トリエチルアミン3.0gを2−ブタノン30mLに溶解し、攪拌しながらp−トルエンスルホン酸一水和物5.7gを少量ずつ添加し、さらに1時間攪拌して調製した。
合成例2−2及び2−3
合成例2−1とほぼ同様にして、p−トルエンスルホン酸の4−メチルモルホリン塩溶液及び、p−トルエンスルホン酸のジエチルメチルアミン塩溶液をそれぞれ調製した。
本発明においては、硬化触媒として、合成例2−1〜2−3で得られたような溶液を用いてもよいし、溶液の溶媒を減圧留去して得られる塩を固体として用いてもよい。
〔硬化性組成物の製造〕
実施例2−1〜2−23及び比較例2−1〜2−4
[低屈折率層用塗布液(LL−1〜LL−23)及び(LLr−1)〜(LLr−4)の調製]
表14に示す各成分を混合し、2−ブタノンに溶解して固形分6%の低屈折率層用塗布液を作製した。表14中の( )内は各成分の固形分の質量部を表す。
Figure 2007211235
また表14中の略号は次のとおり。
TBMAT:2,4,6−トリス[ビス(メトキシメチル)アミノ]−1,3,5−トリアジン、東京化成(株)製
CY303:「サイメル303」、メチロール化メラミン、日本サイテックインダストリーズ(株)製、
MX270:「ニカラックMX−270」、テトラメトキシメチルグリコールウリル、三和ケミカル(株)製、
FM4425:“FM−4425”、ポリシロキサン構造を有する化合物、チッソ(株)製、
FM4421:“FM−4421”、ポリシロキサン構造を有する化合物、チッソ(株)製、
CMS626:“CMS−626”、ポリシロキサン構造を有する化合物、Gelest社製、
160AS:“X−22−160AS”、ポリシロキサン構造を有する化合物、信越化学工業(株)製、
コロイダルシリカ:日産化学工業(株)製“MEK−ST”、
をそれぞれ表す。
また、硬化触媒の略号は以下のとおりであり、何れも合成例2−1〜2−3で調製した溶液を用いた。
PTS・Et3N:p−トルエンスルホン酸のトリエチルアミン塩
PTS・NMM:p−トルエンスルホン酸の4−メチルモルホリン塩
PTS・Et2NMe:p−トルエンスルホン酸のジエチルメチルアミン塩
[ハードコート層用塗布液(HC−1)の調製]
“PET−30” 50.0g
「イルガキュア184」 2.0g
“SX−350”(30%) 1.5g
架橋アクリル−スチレン粒子(30%) 13.9g
“KBM−5103” 10.0g
トルエン 38.5g
上記混合液を、孔径30μmのポリプロピレン製フィルターで濾過してハードコート層の塗布液(HC−1)を調製した。
使用した化合物を以下に示す。
“PET−30”:ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物{日本化薬(株)製}
「イルガキュア184」:重合開始剤{チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製}
“SX−350”:平均粒径3.5μm架橋ポリスチレン粒子{屈折率1.60、綜研化学(株)製、30%トルエン分散液。ポリトロン分散機にて10000rpmで20分分散後使用}。
架橋アクリル−スチレン粒子:平均粒径3.5μm{屈折率1.55、綜研化学(株)製、30%トルエン分散液。ポリトロン分散機にて10000rpmで20分分散後使用}。
“KBM−5103”:アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン{信越化学工業(株)製}。
<反射防止フィルムの作製>
実施例3−1[反射防止フィルム(101)の作製]
80μmの厚さのトリアセチルセルロースフィルム“TAC−TD80U”{富士写真フイルム(株)製}をロール形態で巻き出して、直接、上記のハードコート層用塗布液(HC−1)を、線数180本/in、深度40μmのグラビアパターンを有する直径50mmのマイクログラビアロールとドクターブレードを用いて、グラビアロール回転数30rpm、搬送速度30m/分の条件で塗布し、60℃で150秒乾燥の後、さらに窒素パージ下酸素濃度0.1体積%で160W/cmの「空冷メタルハライドランプ」{アイグラフィックス(株)製}を用いて、照度400mW/cm2、照射量110mJ/cm2の紫外線を照射して塗布層を硬化させ、厚さ6μmの層を形成し、巻き取った。このようにして作製して得られたハードコート層の表面粗さは、Ra=0.18μm、Rz=1.40μm、ヘイズ35%であった。
このようにして得られたハードコート層の上に、上記低屈折率層用塗布液(LL−1)を用い、低屈折率層膜厚が95nmになるように調節して、反射防止フィルム試料(101)を作製した。低屈折率層の乾燥条件は120℃、10分とし、紫外線硬化条件は、酸素濃度が0.01体積%以下の雰囲気になるように窒素パージしながら、240W/cmの「空冷メタルハライドランプ」{アイグラフィックス(株)製}を用いて、照度120mW/cm2、照射量240mJ/cm2の照射量とした。
実施例3−2〜3−23及び比較例3−1〜3−4
[反射防止フィルム(102)〜(123)及び(R01)〜(R04)の作製]
反射防止フィルム(101)の作製において、低屈折率層用塗布液(LL−1)を用いる代わりに、(LL−2)〜(LL−23)の何れかを用いる以外は反射防止フィルム(101)の作製と同様にして、反射防止フィルム(102)〜(123)を作製した。また、低屈折率層用塗布液(LL−1)を用いる代わりに、(LLr−1)〜(LLr−4)の何れかを用いる以外は反射防止フィルム(101)の作製と同様にして、比較用の反射防止フィルム(R01)〜(R04)を作製した。
[反射防止フィルムの鹸化処理]
得られた反射防止フィルムは、以下の鹸化標準条件で処理・乾燥した。
アルカリ浴:1.5モル/dm3水酸化ナトリウム水溶液、55℃−120秒。
第1水洗浴:水道水、60秒。
中和浴:0.05モル/dm3硫酸、30℃−20秒。
第2水洗浴:水道水、60秒。
乾燥:120℃、60秒。
[反射防止フィルムの評価]
このようにして得られた、鹸化済みの反射防止フィルムを用いて以下の評価を行った。評価結果を、各反射防止フィルムの層の構成と共に表15に示す。
(評価1)平均反射率の測定
分光光度計“V−550”{日本分光(株)製}を用い、380〜780nmの波長領域において、積分球を用いて、入射角5°における分光反射率を測定した。分光反射率の評価において、450〜650nmの平均反射率を用いた。
反射防止フィルムの裏面を粗面化処理した後、黒色のインクで光吸収処理(380〜780nmにおける透過率が10%未満)を行い、黒色の台上にて測定した。
なお、後述する偏光板に加工されている試料は、偏光板形態のものをそのまま用いて測定した。偏光板を使用しない形態の表示装置の場合には、反射防止フィルムの裏面を粗面化処理した後、黒色のインクで光吸収処理(380〜780nmにおける透過率が10%未満)を行い、黒色の台上にて測定した。
(評価2)消しゴム擦り耐擦傷性評価
ラビングテスターを用いて、以下の条件で擦りテストをおこなった。
評価環境条件:25℃、60%RH。
擦り材:試料と接触するテスターの擦り先端部(1cm×1cm)にプラスチック消しゴム{(株)トンボ鉛筆製“MONO”}を固定した。
移動距離(片道):4cm、
擦り速度:2cm/秒、
荷重:500g/cm2
先端部接触面積:1cm×1cm。
擦り回数:100往復。
擦り終えた試料の裏側に油性黒インキを塗り、反射光で目視観察して、こすり部分の傷を、以下の基準で評価した。
○ :非常に注意深く見ても、全く傷が見えない。
○△:非常に注意深く見ると僅かに弱い傷が見える。
△ :弱い傷が見える。
△×:中程度の傷が見える。
× :一目見ただけで分かる傷がある。
××:一面膜が傷ついている。
Figure 2007211235
本実施例から明らかなように、本発明の実施例3−1〜3−23の反射防止フィルム試料(101)〜(123)は、反射率が低く抑えられ、かつ耐擦傷性に優れていることがわかる。
以上の結果より、本発明の要件を満たすことにより、安定性と硬化活性を両立できる塗布液を作製することができ、それにより高品質な反射防止フィルムを作製することができることが明らかである。
実施例4−1
以下に示す多層反射防止フィルムを作製した。
[ハードコート層用塗布液(HC−2)の調製]
「デソライトZ7404」{ジルコニア微粒子含有ハードコート組成液:JSR(株)製}100質量部、“DPHA”{UV硬化性樹脂:日本化薬(株)製}31質量部、“KBM−5103”{シランカップリング剤:信越化学工業(株)製}10質量部、メチルエチルケトン(MEK)29質量部、メチルイソブチルケトン(MIBK)13質量部、シクロヘキサノン5質量部をミキシングタンクに投入し攪拌してハードコート層塗布液(HC−2)とした。
[反射防止フィルム(201)の作製]
支持体として、トリアセチルセルロースフィルム“TAC−TD80U”{富士写真フイルム(株)製}をロール形態で巻き出して、上記のハードコート層用塗布液(HCL−2)を、線数135本/インチ、深度60μmのグラビアパターンを有する直径50mmのマイクログラビアロールとドクターブレードを用いて、搬送速度10m/分の条件で塗布し、60℃で150秒乾燥の後、さらに窒素パージ下で160W/cmの「空冷メタルハライドランプ」{アイグラフィックス(株)製}を用いて、照度400mW/cm2、照射量100mJ/cm2の紫外線を照射して塗布層を硬化させ、ハードコート層を形成し、巻き取った。硬化後のハードコート層の厚さが4.0μmとなるようにグラビアロール回転数を調整してハードコート層を形成した。
このようにして得られたハードコート層の上に、上記低屈折率層用塗布液(LL−1)を用いて低屈折率層膜厚が95nmになるように調節して反射防止フィルム試料(201)を作製した。低屈折率層の乾燥条件は110℃、10分とし、紫外線硬化条件は酸素濃度が0.01体積%以下の雰囲気になるように窒素パージしながら240W/cmの「空冷メタルハライドランプ」{アイグラフィックス(株)製}を用いて、照度120mW/cm2、照射量240mJ/cm2の照射量とした。
実施例4−2〜4−23
[反射防止フィルム(202)〜(223)の作製]
反射防止フィルム(201)の作製において、低屈折率層用塗布液(LL−1)を用いる代わりに、(LL−2)〜(LL−23)の何れかを用いる以外は反射防止フィルム(201)の作製と同様にして反射防止フィルム(202)〜(223)を作製した。得られた各反射防止フィルムの層の構成を表16に示す。
Figure 2007211235
反射防止フィルム(201)〜(223)を、実施例1に準じて評価したところ、本発明の低屈折率層を用いることにより同様の効果が得られた。
<反射防止フィルムの利用>
〔反射防止フィルム付き偏光板の作製〕
実施例5
延伸したポリビニルアルコールフィルムに、ヨウ素を吸着させて偏光膜を作製した。次に実施例3で作製した鹸化処理済みの反射防止フィルムを、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、該反射防止フィルムの支持体(トリアセチルセルロース)側が偏光膜側となるように偏光膜の片側に貼り付けた。光学補償層を有する視野角拡大フィルム「ワイドビューフィルムSA12B」{富士写真フイルム(株)製}を鹸化処理し、ポリビニルアルコール系接着剤を用いて、偏光膜のもう一方の側に貼り付けた。このようにして偏光板を作製した。この偏光板状態で実施例1に準じた評価を行った結果、本発明の低屈折率層を用いることにより同様の効果が得られた。
〔画像表示装置の作製〕
実施例6
実施例3及び4の反射防止フィルム試料、並びに実施例3の反射防止フィルムを用いた実施例5の偏光板試料を、それぞれ有機EL表示装置の表面のガラス板に、粘着剤を介して貼り合わせたところ、いずれもガラス表面での反射が抑えられ、視認性の高い表示装置が得られた。本発明の硬化性組成物を用いて作製した反射防止フィルムの方が比較例と比べてより効果が大きく見えた。
図1(a)は、本発明の反射防止フィルムにおける一実施形態の層構成を示す断面模式図である。 図1(b)は、本発明の反射防止フィルムにおける別の実施形態の層構成を示す断面模式図である。
符号の説明
1a:反射防止フィルム
1b:反射防止フィルム
2:透明支持体
3:ハードコート層
4:防眩ハードコート層
5:低屈折率層
7:中屈折率層
8:高屈折率層

Claims (11)

  1. 水酸基含有ポリマーを少なくとも1種、フッ素原子を有し水酸基と反応可能な架橋剤を少なくとも1種、及び硬化触媒を少なくとも1種含む硬化性組成物。
  2. 水酸基含有ポリマーが、(a)含フッ素ビニルモノマー重合単位及び(b)水酸基含有ビニルモノマー重合単位を、それぞれ少なくとも1種ずつ含有するポリマーである請求項1に記載の硬化性組成物。
  3. 水酸基含有ポリマーが、主鎖又は側鎖に下記一般式(1)で表されるポリシロキサン繰り返し単位を含む請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
    一般式(1):
    Figure 2007211235

    式(1)中、R11、R12は同一であっても異なっていてもよく、置換又は無置換のアルキル基又はアリール基を表し、pは1〜500の整数を表わす。
  4. 架橋剤が、アミノプラスト骨格を有する請求項1〜3のいずれかに記載の硬化性組成物。
  5. 架橋剤が、下記一般式(2)又は一般式(3)で表される化合物もしくはその部分縮合物である請求項1〜4のいずれかに記載の硬化性組成物。
    一般式(2)
    Figure 2007211235

    一般式(3)
    Figure 2007211235

    式中R21はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有してもよいアルキル基を表し、少なくとも1つのR21は、3個以上のフッ素原子で置換されたアルキル基である。R22、R23はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有してよいアルキル基を表し、R22とR23が連結して環を形成してもよく、さらに縮合環を形成してもよい。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の硬化性組成物を加熱することにより得られた硬化物。
  7. 透明支持体上に、請求項1〜5のいずれかに記載の硬化性組成物を塗設して形成された層を有する積層フィルム。
  8. 透明支持体上に、請求項2〜5のいずれかに記載の硬化性組成物を塗設して形成された低屈折率層を有する反射防止フィルム。
  9. 請求項8に記載の反射防止フィルムが、偏光板における偏光膜の2枚の保護フィルムのうちの一方に用いられている偏光板。
  10. 請求項8に記載の反射防止フィルム、又は請求項9に記載の偏光板がディスプレイの最表面に用いられている画像表示装置。
  11. 下記一般式(2)又は一般式(3)で表される化合物もしくはその部分縮合物。
    一般式(2)
    Figure 2007211235

    一般式(3)
    Figure 2007211235

    式中R21はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有してもよいアルキル基を表し、少なくとも1つのR21は、3個以上のフッ素原子で置換されたアルキル基である。R22、R23はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有してよいアルキル基を表し、R22とR23が連結して環を形成してもよく、さらに縮合環を形成してもよい。
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