JP2007240954A

JP2007240954A - 反射防止構造、反射防止成形体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007240954A
Application number: JP2006064266A
Authority: JP
Inventors: Yuji Noguchi; 雄司野口; Takayuki Fukui; 孝之福井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】方向性がなく、光の反射率をさらに低下させることができ、外光の反射を防止して、優れた視認性を確保できる反射防止構造と共に、このような構造を備えた反射防止成形体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】可視光線の波長よりも短いピッチで配列される微細凹凸の表面形状を次式で表される正弦波形状とする。
Ｚ＝Ａｓｉｎ（２πＸ／Ｐ_Ｘ）ｓｉｎ（２πＹ／Ｐ_Ｙ）
（式中のＡは微細凹凸の高さ、Ｐ_Ｘ及びＰ_ＹはＺ軸及びＹ軸方向のピッチ）
【選択図】図１

Description

本発明は、光の反射防止機能を発揮させることができる反射防止構造と、このような反射防止構造を備え、無反射パネルとして、例えば、自動車を始めとする種々の車両や、船舶、航空機などにおける各種メーター類や、ディスプレイ装置などに好適に使用することができる反射防止成形体、さらには、当該反射防止成形体の製造方法に関するものである。

液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイなど各種のディスプレイ装置、身近な例では、家庭用テレビの画面に外光や室内の照明などの影が映り込むと、本来の映像の視認性が著しく低下することがある。

また、例えば自動車の運転席には、スピードメータや燃料計などの各種計器類をまとめて収納したディスプレイ部があり、当該ディスプレイ部の前面には、メーターフロントカバーが嵌め込まれているが、このカバーに、フロントウインドウやサイドウインドウを通して車外の景色が映り込むことによって、ディスプレイ部の各種表示が見づらくなることがあるため、現状では、メーターフロントカバーへの外光入射を防止するために、ディスプレイの上方にメーターフードを配置するようにしている。
そこで、このような外光の反射を防止することができれば、メーターフードを設置することなく、視認性を向上させることができる。

このような光の反射を防止しするための構造としては、屈折率の異なる複数の薄膜から成る多層反射防止膜が知られているが、このような多層反射防止膜よりもさらに反射率を低下できるものとして、微細構造を用いた反射防止構造の提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２６７８１５号公報

上記特許文献１には、透明性成形品の表面に、透明性素材から成る無数の微細凹凸を光の波長以下のピッチで形成することによって、光の屈折率が厚み方向に変化するようにした反射防止構造が記載されている。
すなわち、例えば波形あるいは鋸歯状の無数の微細凹凸が表面に形成されていることによって、凹凸の最表面では透明性素材の存在割合が限りなく０％に近いものとなって、実質的に空気の屈折率に等しくなる一方、凹凸の最底部では逆に空気の存在割合が限りなく０％に近いものとなって成形品の屈折率と等しくなり、中間部ではその断面における透明性素材の占める断面積に応じた屈折率となる結果、光の屈折率が当該反射防止構造の厚み方向に、空気の屈折率から透明性素材の屈折率の間で連続的に変化するようになることから、屈折率の異なる複数の薄膜から成る多層反射防止膜（屈折率は段階的に変化することになる）と同様の原理によって、当該反射防止膜よりも優れた反射防止性能を備えたものとなる。

しかしながら、上記特許文献１に記載の反射防止構造においては、その図３（ａ）に記載されているように、凹凸が一方向に平行に配列したものや、図３（ｂ）及び（ｃ）に記載されているように、独立した円錐状あるいは釣鐘状の凸部を平面（二次元）的に並べて配列されているものがあるが、前者においては方向性を有するために、入射光の方向によって反射率が変わることになる。
一方、後者においては、方向性はないものの、円錐状や釣鐘状の凸部を二次元配列した場合に、個々の凸部の間に平坦な部分が生じてしまうことから、この部分からの反射を防止することができないという問題があった。

本発明は、光の波長以下のピッチに形成した微細凹凸から成る従来の反射防止構造における上記課題を解決すべくなされたものであって、その目的とするところは、微細凹凸間からの光の反射をも防止して光の反射率をさらに低下することができ、しかも方向性のない反射防止構造と共に、このような構造を備えた反射防止成形体及びその製造方法、さらには、上記反射防止構造を備えた自動車用部品、例えばメーターフロントカバーやウインドウガラスを提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた結果、微細凹凸を二次元方向に連続する正弦波形状とすることにより、平坦部をなくすことができ、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。

本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の反射防止構造は、可視光線の波長よりも短いピッチを有する正弦波形状の微細凹凸が二次元方向に連続的に配列されていることを特徴とする。

また、本発明の反射防止成形体は、本発明の上記反射防止構造を透明基材の少なくとも一方の面に備えていることを特徴とし、当該反射防止成形体の製造方法においては、上記の反射防止構造を備えた成形型を用意し、この成形型を透明基材のガラス移転に点以上に加熱した状態で上記基材に押し当てたり、上記成形型と透明基材の間に活性エネルギー線硬化性樹脂を介在させた状態で活性エネルギー線を照射したりすることによって、当該透明基材の表面に上記した本発明の反射防止構造を形成するようにしている。

さらに、本発明の自動車用部品は、上記反射防止構造を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、可視光線の波長よりも短いピッチを有する微細凹凸の形状を二次元方向に連続する正弦波形状としたことから、屈折率の連続的変化に基づく微細凹凸構造本来の光反射防止機能に加えて、一方向にのみ平行に配列した微細構造のような方向性がなく、しかも独立した微細凸部を平面的に並べた場合のような凸部間の平坦部がなくなることから、光の反射防止効果をさらに向上させることが可能になる。

また、本発明の反射防止成形体は、その少なくとも一方の表面に、上記反射防止構造を備えたものであるから、光の反射率を大幅に低減して、室外景色などの映り込みを防止することができ、自動車を始めとする各種の部品、例えばメーターフロントカバーに適用した場合には、外光を遮断するためのフードを廃止したフードレスメーターを実現することができるようになる。

以下、本発明の反射防止構造やこれを適用した反射防止成形体について、その製造方法と共に、さらに詳細に説明する。

本発明の反射防止構造は、上記したように、正弦波形状の微細凹凸が可視光線の波長よりも短いピッチで二次元方向に連続的に配列された構造のものであって、微細凹凸を正弦波形状のものとすることによって、凹凸底部の平坦部がなくなることによって、当該平坦部からの光の反射が防止され、反射率をさらに低減することができる。

図１は、このような微細凹凸形状をＸ−Ｙ−Ｚ座標上に三次元的に表わしたものであって、微細凹凸の高さをＡ、Ｘ軸及びＹ軸方向のピッチをそれぞれＰ_Ｘ及びＰ_Ｙとすると、図に示すように、微細凹凸面上の任意の点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、次式（１）によって表わすことができる。なお、次式（１）において、「ｓｉｎ」を「ｃｏｓ」に置き換えたとしても、位相がずれるだけであるから実質的に変わるものではない。
Ｚ＝Ａｓｉｎ（２πＸ／Ｐ_Ｘ）ｓｉｎ（２πＹ／Ｐ_Ｙ）・・・（１）

ここで、微細凹凸のピッチ、すなわちＸ軸及びＹ軸方向のピッチＰ_Ｘ及びＰ_Ｙについては、それぞれ５０ｎｍを超え、３８０ｎｍ未満であることが望ましい。
つまり、ピッチＰ_Ｘ及びＰ_Ｙが５０ｎｍ以下となるような微細凹凸構造を工業的に製造することは極めて困難である一方、これらピッチＰ_Ｘ及びＰ_Ｙが可視光線の最短波長である３８０ｎｍ以上となると、目的とする反射防止効果が得られなくなることによる。

また、上記微細凹凸の高さ（上記式においては「Ａ」で表わされる）については、１５０ｎｍを超え、１０００ｎｍに満たない範囲とすることが望ましい。
すなわち、微細凹凸の高さが１５０ｎｍ以下では、反射防止効果が十分に得られず、一方、１０００ｎｍ以上になると、成型難易度が高くなるが反射防止効果に差がなくなるという不都合が生じることがあることによる。

本発明の上記反射防止構造を透明基材の片面、望ましくは両面に設けることによって、反射防止成形体とすることができ、このような成形体を各種ディスプレイ装置のパネルや、ショウウインドウや展示ケースなどの透明パネルに適用することによって、外光や室内照明の反射を低減し、反射像の映り込みを効果的に防止して、映像や表示、内部展示物の視認性を向上させることができる。
また、自動車を始めとする各種の部品、例えば、ウインドウやルーフのガラス、メーターフロントカバー、ヘッドランプ、リヤフィニッシャー、液晶などの表示装置の最前面に用いるフィルムなど適用することによって、同様の反射防止効果を得ることができる。

本発明の反射防止成形体においては、その片面側に本発明の上記反射防止構造を成形する一方、他面側に多層反射防止膜を形成することもでき、これによって反射防止構造を両面に形成したものに較べれば、反射防止機能に若干劣ることになるものの、多層反射防止膜を外面側に向けることによって、微細凹凸による反射防止構造が有する傷つき易さという弱点をカバーすることができるようになる。

本発明の上記反射防止成形体を製造するに際しては、上記のような正弦波形状の微細凹凸を備えた成形型を用意し、この成形型を成形しようとする透明基材のガラス移転点以上に加熱した上で、上記基材に押し当てることによって（熱ナノインプリント法）、あるいは上記成形型と透明基材の間に、活性エネルギー線硬化性樹脂を介在させた状態で、紫外線のような活性エネルギー線を照射し、当該樹脂を硬化させることによって（ＵＶナノインプリント法）、上記透明基材の表面に上記のような正弦波形状の微細凹凸から成る反射防止構造を成形することができる。

上記透明基材の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニール、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ガラス強化ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶性ポリマー、フッ素樹脂、ポリアレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアミドビスマレイミド、ポリビスアミドトリアゾール等の熱硬化性樹脂、及びこれらを２種以上ブレンドした材料を用いることができる。
なお、透明基材としては、必ずしも無色透明である必要はなく、着色されていたとしても特に差し支えはない。

また、例えば紫外線などの照射によって重合を開始し、硬化する活性エネルギー線硬化樹脂としては、例えば、紫外線硬化型アクリルウレタン系樹脂、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート系樹脂、紫外線硬化型エポキシアクリレート樹脂、紫外線硬化型ポリオールアクリレート樹脂、紫外線硬化型エポキシ樹脂などを挙げることができ、必要に応じて活性エネルギー線を照射することによってラジカルを発生する重合開始剤を用いることもでき、より強固に固めるためイソシアネートのような硬化剤を加えることもできる。
なお、ここで用いられる活性エネルギー線としては、代表的には、紫外線やＸ線、その他電子線、電磁波などが挙げられ、特に限定されるものではないが、安全性や作業の簡便さから、可視光線や紫外線が用いられることが多い。

また、ガラス等の無機系透明材料を用いることも可能であり、この場合には、有機シランを用いたゾル−ゲル法によって、上記のような反射防止構造を当該無機系材料の表面に形成する方法や、本発明の反射防止構造を備えた型に溶融した無機系透明材料を流し込む方法によって基材表面に当該反射防止構造を形成することができる。
なお、必要に応じて、溶融した無機系透明材料を流し込んだのち、冷却しないうちに同様の反射防止構造を有する第２の型を押し当てる、または両面に型を押し当てた無機系透明材料を軟化点まで加熱し、圧力をかけて形状を転写することによって、基材の両面に微細構造を形成することができる。

以下に、実施例に基づいて、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されることはない。

（実施例１）
市販の電子線描画装置で作成した金型を使用して、この金型を１５０℃に加熱したのち、１０ＭＰａの圧力でポリメチルメタクリレート基材の両面に１時間押し当てた後、７０℃以下まで冷却する熱ナノインプリント法によって、（１）式で表され、Ｘ軸方向のピッチＰ_Ｘが２５０ｎｍ、Ｙ軸方向のピッチＰ_Ｙが２５０ｎｍ、高さＡが７５０ｎｍである正弦波形状の微細凹凸を上記基材の両面に備えた反射防止成形体を成形した。
得られた反射防止成形体について、反射率を測定した結果、０．０９％であった。

（実施例２）
同様の電子線描画装置で作成した金型を使用して、上記実施例１と同様の操作を繰り返し、ポリメチルメタクリレート基材の両面に、（１）式で表され、Ｘ軸方向のピッチＰ_Ｘが２００ｎｍ、Ｙ軸方向のピッチＰ_Ｙが３００ｎｍ、高さＡが５００ｎｍの正弦波形状の微細凹凸を備えた反射防止成形体を成形した。
得られた反射防止成形体について、反射率を測定した結果、０．１３％であった。

（実施例３）
同様の電子線描画装置で作成した金型を使用し、上記実施例１と同様の操作を繰り返すことによって、ポリメチルメタクリレート基材の両面に、（１）式で表され、Ｘ軸方向のピッチＰ_Ｘが２００ｎｍ、Ｙ軸方向のピッチＰ_Ｙが２００ｎｍ、高さＡが２５０ｎｍの正弦波形状を有する微細凹凸を備えた反射防止成形体を成形した。
得られた反射防止成形体について、反射率を測定した結果、０．２４％であった。

（実施例４）
同様の電子線描画装置で作成した金型に、表面に紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂をスピンコートによって塗布したポリカーボネート基材を密着させ、この状態で紫外線を照射するＵＶナノインプリント法によって、上記ポリカーボネート基材の両面に、（１）式で表され、Ｘ軸方向のピッチＰ_Ｘが２００ｎｍ、Ｙ軸方向のピッチＰ_Ｙが２００ｎｍ、高さＡが２５０ｎｍの正弦波形状を有する微細凹凸を備えた反射防止成形体を成形した。
次いで、得られた反射防止成形体について、反射率を測定したところ、０．１２％であった。

（比較例１）
同様の電子線描画装置で作成した金型を使用して、上記実施例１と同様の操作を繰り返し、ポリメチルメタクリレート基材の両面に、（１）式で表され、Ｘ軸方向のピッチＰ_Ｘが５００ｎｍ、Ｙ軸方向のピッチＰ_Ｙが５００ｎｍ、高さＡが８００ｎｍの正弦波形状を有する微細凹凸を備えた反射防止成形体を成形した。
得られた反射防止成形体について、反射率を測定した結果、１．０２％であった。

（比較例２）
同様の電子線描画装置で作成した、開口部の直径が１００ｎｍ、深さが２００ｎｍの凹型円錐形状から成る凹型構造の金型を使用して、上記実施例１と同様の操作を繰り返し、ポリメチルメタクリレート基材の両面に凸型円錐形状の微細凹凸を備えた反射防止成形体を成形した。
そして、得られた反射防止成形体について、反射率を測定したところ、１．２４％であった。

以上の結果をまとめて、表１に示す。

表１から明らかなように、正弦波形状を有していても、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のピッチＰ_Ｘ及びＰ_Ｙが光の波長よりも大きい微細凹凸を備えた比較例１の反射防止成形体においては、その反射率が高くなるのに対し、微細凹凸を平坦部のない正弦波形状とすると共に、これらピッチを３００ｎｍ以下とした本発明の実施例においては、極めて低い反射率が達成できることが確認された。
また、上記実施例の範囲では、微細凹凸の高さを大きくするほど反射率が低下することが判明した。

本発明の反射防止構造における微細凹凸を示すグラフである。

Claims

正弦波形状の微細凹凸が可視光線の波長よりも短いピッチで二次元方向に連続的に配列されていることを特徴とする反射防止構造。
微細凹凸の高さをＡ、高さ方向をＺ軸、Ｘ軸及びＹ軸方向のピッチをそれぞれＰ_Ｘ及びＰ_Ｙとしたとき、上記微細凹凸の形状が
Ｚ＝Ａｓｉｎ（２πＸ／Ｐ_Ｘ）ｓｉｎ（２πＹ／Ｐ_Ｙ）
５０ｎｍ＜Ｐ_Ｘ＜３８０ｎｍ
５０ｎｍ＜Ｐ_Ｙ＜３８０ｎｍ
で表されることを特徴とする請求項１に記載の反射防止構造。
上記微細凹凸の高さが１５０ｎｍを超え、１０００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射防止構造。
請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の反射防止構造を透明基材の少なくとも一方の面に備えていることを特徴とする反射防止成形体。
請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の反射防止構造を備えた成形型を透明基材のガラス移転点以上に加熱した状態で上記基材に押し当て、当該基材の表面に上記反射防止構造を成形することを特徴とする反射防止成形体の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の反射防止構造を備えた成形型と透明基材の間に活性エネルギー線硬化性樹脂を介在させた状態で活性エネルギー線を照射し、当該基材の表面に上記反射防止構造を形成することを特徴とする反射防止成形体の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の反射防止構造を備えていることを特徴とする自動車用部品。