JP2007271852A - 回折格子、及びそれを用いた反射防止部材、並びに反射防止板 - Google Patents

Abstract

【課題】
反射防止構造の原版や複製などでは作製しやすく、使用状態では機械的強度があり、擦傷性に優れるので、傷付きにくく、また使用中に凹凸表面が汚れても拭き取ることで容易に反射防止性が復活することのできる回折格子、及びそれを用いた反射防止部材、並びに反射防止板を提供する。
【解決手段】
反射防止構造の回折格子において、該回折格子の溝深さをｄ、使用波長をλ、及び回折格子の周期をΛとした場合に、０．３λ≦ｄ≦１．５Λ・・・条件式（１）を満足することを特徴とし、該回折格子を基材の少なくとも一方の面に有る反射防止部材、該反射防止部材を有する薄型表示装置の反射防止板も特徴とする。

Description

本発明は、回折格子に関し、さらに詳しくは、高光透過率、低光反射率であるが、傷付きにくく、また表面が汚れても拭き取ることで容易に反射防止性が復活することのできる回折格子、及びそれを用いた反射防止部材、並びに反射防止板に関するものである。

本明細書において、配合を示す「比」、「部」、「％」などは特に断わらない限り質量基準であり、「／」印は一体的に積層されていることを示す。また、「ＰＥＴ」は「ポリエチレンテレフタレート」、「ＰＣ」は「ポリカーボネート」、「ＰＯ」は「ポリオレフィン」、の略語、機能的表現、通称、又は業界用語である。

（主なる用途）本発明の回折格子を用いたものの主なる用途としては、ＴＶ、薄型ＴＶ、ゲーム機、及び携帯電話機などのディスプレイ表面での外光の映りを防止する反射防止部材などのものである。しかしながら、高光透過率、低光反射率であるが、傷付きにくく、また表面が汚れても拭き取ることで容易に反射防止性が復活を必要とする用途であれば、特に限定されるものではない。

（背景技術）事務処理のＯＡ化でコンピューターの使用が増加し、陰極線管ディスプレイ（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などを見ている時間が長くなってきた。ディスプレイへの反射像などによる画像表示品質の低下は、目や身体の健康に障害を引き起こす原因とも言われている。また、移動時やアウトドアライフでディスプレイを使用する機会が増えて、ディスプレイの多くは室内外を問わず外光などが入射するような環境下で使用される。この外光はディスプレイへ写り込んで、写り込んだ反射像が表示画像と重なり見にくい。表示品質を向上させて視認性を高める反射防止部材や、反射防止光学部材が要求されている。反射防止部材は、ＬＣＤ、ＣＲＴ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のディスプレイの前面に貼るなどして、ディスプレイ画像の視認性を高めるための反射防止部材である。反射防止部材は、種々の物品に貼って使用され、その物品の外観、表示機器に貼る場合であれば、その表示内容が見えるよう、全体としては無色透明、もしくは有色透明であり、かつ、表面には耐久性の高い硬化性樹脂の硬化皮膜を有したものである。上記の反射防止部材でも、高光透過率、低光反射率はもちろんであるが、特にディスプレイの前面に貼る反射防止部材では、最表面に位置するので、外力で傷付きにくく、また表面が手指などで汚れても拭き取ることで容易に反射防止性が復活できることが求められている。
従って、回折格子、及びそれを用いた反射防止部材、並びに反射防止板は、高光透過率、低光反射率であるが、傷付きにくく、また表面が汚れても拭き取ることで容易に反射防止性が復活することが求められている。

（先行技術）従来、反射防止構造としては、透明基材の表面に屈折率の異なる金属、金属酸化物などから成る高屈折率層と低屈折率層を積層した反射防止材が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、高屈折率層と低屈折率層、さらには中間屈折率物質などを使用するので、安定な多層成膜の難しさ、反射防止特性のバラツキ、歩留まりが低下するという問題がある。
また、表面に設けた波長以下の凹凸構造（モスアイ構造という）を用いて、外光を屈折または散乱させる反射防止材が開示され（例えば、特許文献２〜３参照。）、さらに、本出願人も凸凹形状による反射防止材を開示している（例えば、特許文献４参照。）。しかしながら、いずれの公報でも微細な凹凸を大量生産（複製）で賦型する場合に、ディスプレイのように広い使用全面積にわたって均一に再現することが極めて困難で、反射防止部材にムラが発生して外観が悪く、また、反射防止性にバラツキがでて表示画像の品質が安定しないという欠点がある。さらに一般的なモスアイ構造ではアスペクト比が大きく、凹凸形状の山部が高く、溝深さが深いので、傷付きやすく、また溝部が汚れても拭き取ることが容易でなく、反射防止性を復活することが困難であった。
さらに、透過光学面表面に使用波長以下の周期で微細な凹凸を複数有する光学素子において、その微細な凸部の断面形状が条件式：０．３＜ｈ／ｈ‘＜０．９（ｈ：実際の凸部の高さ、ｈ’：凸部の断面において凸部の両側面の底に接する部分での接線ｔが交わる点までの高さ）を満足し、製造容易で機械的強度の高い反射防止構造を有する光学素子を提供し、反射防止構造を有する光学素子を不要な回折光が発生しないように備えた光学系が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、機械的強度確保のための形状に関するもので、断面形状が錐の場合及び正弦波形状、また、加工プロセスにより隣り合う構造の境界がなまった場合には適合できないという欠点があり、しかも、微細な凹凸形状においての周期と溝の深さとの関係については記載されていない。

特開平１０−２０６６０３号公報 特開２００１−１５８５９９号公報 特開２００１−２８８５８９号公報 特開２００２−１０７５０１号公報 特開２００５−１７３４５７号公報

本発明では、反射防止構造の回折格子で、該回折格子の溝深さをｄ、使用波長をλ、及び回折格子の周期をΛとした場合において、０．３λ≦ｄ≦１．５Λ・・条件式（１）を満足することで、反射０次光が小さく、低光反射率であり、低アスペクト比とすることで、原版や複製などでは作製しやすく、使用状態では機械的強度があり、擦傷性に優れるので、傷付きにくく、また使用中に凹凸表面が汚れても拭き取ることで容易に反射防止性が復活することのできる回折格子、及びそれを用いた反射防止部材、並びに反射防止板を完成すべく、本発明者らは鋭意研究を進め本発明に至ったものである。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係わる回折格子は、反射防止構造の回折格子において、該回折格子の溝深さをｄ、使用波長をλ、及び回折格子の周期をΛとした場合に、０．３λ≦ｄ≦１．５Λ・・・条件式（１）を満足するように、したものである。
請求項２の発明に係わる反射防止部材は、請求項１に記載の回折格子を基材の少なくとも一方の面に有するように、したものである。
請求項３の発明に係わる反射防止板は、請求項２に記載の反射防止部材を有するように、したものである。

請求項１の本発明によれば、高光透過率、低光反射率であるが、傷付きにくく、また表面が汚れても拭き取ることで容易に反射防止性が復活することのできること回折格子が提供される。
請求項２の本発明によれば、請求項１の効果を有し、反射防止性に優れる反射防止部材が提供される。
請求項３の本発明によれば、請求項２の効果を有する、ディスプレイ用の反射防止板が提供される。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１は、正弦波状凹凸のｄ／Λのｄ／λに対する反射０次光のグラフである。
図２は、四角錐状凹凸のｄ／Λのｄ／λに対する反射０次光のグラフである。

（微細な凹凸）反射防止構造の微細な凹凸形状は、反射防止したい波長域の短波長よりも短い間隔で並べた形状の微細な凹凸とする。この凹凸形状は所謂Ｍｏｔｈｅｙｅ（蛾の目）の原理で、空気層との屈折率変化が擬似的に連続となり、前記反射防止したい波長域の反射を抑えて反射防止する機能が発現することが知られている。この凹凸の高低差（高さ）及びピッチ（周期）は、用途及び目的にあった反射防止したい波長域によって、適宜選定すれば良い。ところが、この凹凸の高低差（以降、凸部の高さ、又は溝の深さという）及び周期（ピッチともいう）ともに極めて微細なものであり、一般的なモスアイ構造ではアスペクト比が大きく、凹凸形状の山部が高いので、傷付きやすかった。

反射防止構造の微細な凹凸形状を大量生産（複製）は、通常、賦型法で行われる場合が多いが、ディスプレイのように広い使用全面積にわたって均一に再現することが極めて困難で、反射防止部材にムラが発生して外観が悪く、また、反射防止性にバラツキがでて表示画像の品質が安定しないという欠点がある。さらに、一般的なモスアイ構造ではアスペクト比が大きく、溝深さが深いので、傷付きやすく、また溝部が汚れても拭き取ることが容易でなく、反射防止性を復活することが困難であった。

（回折格子）そこで、本発明の反射防止構造の回折格子は反射防止構造を有し、回折格子の溝深さをｄ、使用波長をλ、及び回折格子の周期をΛとした場合に、０．３λ≦ｄ≦１．５Λ・・・条件式（１）を満足するようにすることで、賦型性を向上できるので原版や複製などでは作製しやすく、山部が低いので使用状態では機械的強度があり、擦傷性に優れ、傷付きにくく、また、使用中に例え凹凸表面が汚れても溝部が浅いので容易拭き取れるので反射防止性が復活させることができる。

（変形形態）本発明は、次のように変形して実施することを含むものである。
反射防止機能を有する微細な凹凸は、周期的な配列で複数設けられているが、凸部の断面形状としては、正弦波状でもよく、また、三角形、台形、四角形等の１次元周期構造でもよい。さらに、凸部の断面形状としては、三角錐、四角錐、台形錐、円錐、円錐台形、円柱、釣鐘などの２次元周期構造でもよい。二次元周期構造の場合には、少なくとも１次元方向に、条件式（１）を満足していればよい。また、一見ランダムに並んだ周期性のない構造でも、形状のフーリエスペクトルを解析した結果、構造の周期、波長と構造の高さの関係が条件式（１）を満足していればよい。

条件式（１）を、０．３≦ｄ／λ≦∞・・・条件式（２）、及び０．３≦ｄ／Λ≦１．５・・・条件式（３）とに分けて、説明する。まず、反射防止の機能は、格子形状が一般的な正弦波状の場合で、ｄ／λを横軸にし、Λ／λ≦１（空気中からの垂直入射で反射の±１次光が生じない条件）の範囲でΛ／λ別の反射０次光Ｒの分布を得たのが図１である。同様に、格子（微細な凹凸）形状が四角錐の場合が図２である。図１及び図２のいずれでも、反射０次光Ｒの分布はΛ／λ、即ち、格子の周期（ピッチ）Λへの依存性は低く、格子の高さ（溝の深さ）に依存している。例えば、ディスプレイ用途であれば、反射０次光の限度は０．５〜１％前後以下であり、ｄ／λ≧０．３とすればよい。なお、ｄ／λは特には上限はないので、０．３≦ｄ／λ≦∞・・・条件式（２）とすればよい。

ｄ／Λは所謂アスペクト比で、０．３≦ｄ／Λ≦１．５・・・条件式（２）とする。アスペクト比が０．３より小さいと、反射防止機能が低下してしまい、また、アスペクト比が１．５より大きいと、高コストとなり、かつ、機械的強度や拭き取り性が低下する。高コストは原版や複製などの際に、賦型性が悪く速度の低下や歩留まりが低下してしまう。また、使用状態では山部が高いので、外力などで傷付きやすく擦傷性が低下し、さらに、使用中に手指などで溝が埋まって、反射防止機能が劣化しても、油などの汚れを容易に拭き取れるので、反射防止性を復活させることができる

（反射防止部材）本発明の反射防止部材は、本発明の回折格子を基材の少なくとも一方の面に有するようにしたものである。層構成としては、少なくとも、基材／凹凸層からなり、基材面又は基材と凹凸層との間に、他の層や印刷層を設けてもよい。基材としては、ガラス、ＰＥＴ、環状ＰＯ、ＰＣ、アクリル樹脂、トリアセチルセルロースなどのセルロース樹脂などの公知の材料でよい。凹凸層としては、表面に微細な凹凸を有するもので、例えば、反射防止構造の回折格子である。この回折格子の溝深さをｄ、使用波長をλ、及び回折格子の周期をΛとした場合に、０．３λ≦ｄ≦１．５Λ・・・条件式（１）を満足するようにする。該凹凸層は、無色または着色された透明または半透明なもので、単層であっても多層状であってもよく、凹凸を注型や型押しで再現できるアクリル（ポリメチルメタクリレート）などの熱可塑性樹脂、不飽和ポリエステルやメラミンなどの硬化性樹脂、あるいは、光回折パターン情報に応じて硬化部と未硬化部とを成形することができる感光性樹脂組成物が利用できる。また、ラジカル重合性不飽和基を有し、熱成形性を有するものや、ラジカル重合性不飽和モノマーを添加した電離放射線硬化性樹脂組成物も利用できる。

凹凸は反射防止機能を有する凹凸形状が形成されたものである。凹凸は、物体光と参照光との光の干渉による干渉縞の光の強度分布が凹凸模様で記録された回折格子などが適用できる。ホログラフィック回折格子、電子線直接描画等の機械的に形成された回折格子などがある。凹凸形状は、０．３λ≦ｄ≦１．５Λ・・・条件式（１）を満足するように、適宜調整すればよい。

商業的複製の方法は、金型または樹脂型を利用し、熱可塑性の合成樹脂を素材として使用し、プレスにより凹凸を複製するか、または、金型または樹脂型面に電離放射線硬化性樹脂などの液状樹脂を塗布し、紫外線や電子線を照射して硬化させる。この商業的な複製は、長尺状で行うことで連続な複製作業ができて、凹凸を一方の表面に賦型した反射防止部材が得られる。

（表示装置の反射防止板）液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、陰極線管ディスプレイ（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のディスプレイでは、表示装置の前面にの反射防止板を貼るなどして、ディスプレイ画像の視認性を高める。例えば、プラズマディスプレイでは、適度な透明性（可視光透過性、可視光透過率）や輝度に加えて、外光の反射防止性、防眩性を付与して表示画像の視認性を向上させる機能が求められている。また、ＰＤＰから発生する波長９００〜１，１００ｎｍの近赤外線も、他のＶＴＲなどのリモコン機器を誤作動させるので、遮蔽する必要がある。また、ＰＤＰに特有の封入ガス固有の発色スペクトルを補正したり、好みの色調に調整したりして、色質を適正化して表示画像の品質を向上させる必要もある。従って、プラズマディスプレイの前面へ設置するプラズマディスプレイ用反射防止板は、本発明の反射防止部材へ、必要に応じて、例えば、近赤外線吸収（ＮＩＲ吸収）機能及び／又は色調補正用着色（Ｎｅ原子の発光スペクトル吸収）機能、色調調整用着色機能を有する材料や層を設けばよく、さらに、電磁波（ＥＭＩ）シールドフィルムや、外力での破損を防止する機械的強度を有する基板などの層と組合わせて、容易にプラズマディスプレイ用前面板とすることができることができる。

以下、実施例及び比較例により、本発明を更に詳細に説明するが、これに限定されるものではない。

（実施例１）（回折格子の作成）厚さが３．５ｍｍの両面に２次研磨を施したソーダガラス板へポジ型レジスト（シプレイ社製、商品名フォトレジストｓ１８０５）１μｍ塗布して縦横１０×１０ｃｍ角のレジスト原版とし、非レジスト面へ屈折率１．５１５の屈折率標準液を滴下して、黒色ガラスを密着させた。該レジスト原版へ、レーザ光としてアルゴンイオンレーザの波長４５７．９ｎｍ（青色）を用い、該レーザ光を２分割した後に、それぞれの光束を、左方向と右方向から、それぞれ３０度の角度でレジスト原版のレジスト面へ６０ｍＪ露光し、基板を９０度回転させてて同様の露光を行った。露光後に、現像して、原版を得た。該原版は大きさ８×８ｃｍ角の回折格子構造を有し、周囲に１ｃｍのドブがあり、反射防止の光学機能を有する。
（スタンパの用意）上記で得た原版から２Ｐ法で複製版材（マスタ版Ｍ１）とし、該複製版材（マスタ版Ｍ１）から２Ｐ法で複製版材（マスタ版Ｍ２）とし、該複製版材（マスタ版Ｍ２）から再度２Ｐ法で、厚さが１８８μｍのポリエチレンテレフタレートへ複製し、剥がして樹脂製のスタンパを得た。該スタンパは８×８ｃｍ角の有効分とその周囲に２ｃｍのドブを持っている。
（塗布、エージング）基材として厚さが１ｍｍで９×９ｃｍ角の大きさのアクリライトＬ−１００（三菱レイヨン社製、アクリルシート商品名）上へ、３００メッシュのポリエチレンテレフタレート紗からなるスクリーン版を用いて、粘度２０００センチポアズのＵＶ−ＰＡＬ（定刻インキ製造社製、紫外線硬化性樹脂商品名）を、厚さ８μｍで大きさが８．５ｃｍ角をスクリーン印刷法で印刷した。該印刷物を、８０℃のクリーンオーブン内で１０分間エージングした。
（充填、ＵＶ照射）エージングした印刷物上へ、上記で得たスタンパを重ねて、２本のニップロール間を６０Ｎ／ｃｍ²の圧力下で通過させて、プレスし、スタンパの表面にある微細な凹凸へ紫外線硬化性樹脂を充填させた。この状態で、超高圧水銀ランプの３６５ｎｍ輝線をスタンパ側から１５０ｍＪ／ｃｍ²照射し、紫外線硬化性樹脂を硬化させた。
（スタンパを剥離）スタンパから剥離して、ｄ／Λ＝１の回折格子の紫外線硬化樹脂層を有する実施例１の反射防止部材を得た。

（実施例２）回折格子作成の現像条件を変えて、回折格子のｄ／Λ＝１．５とする以外は、実施例１と同様にして実施例２の反射防止部材を得た。

（実施例３）回折格子作成の現像条件を変えて、回折格子のｄ／Λ＝０．３とする以外は、実施例１と同様にして実施例３の反射防止部材を得た。

（比較例１）回折格子作成の現像条件を変えて、回折格子のｄ／Λ＝２．０とする以外は、実施例１と同様にして比較例１の反射防止部材を得た。

（比較例２）回折格子作成の現像条件を変えて、回折格子のｄ／Λ＝０．１とする以外は、実施例１と同様にして比較例２の反射防止部材を得た。

（評価方法）実施例１〜３、比較例１〜２の反射防止部材を、反射率、清掃性で評価した。結果を表１に示す。

（評価方法）反射率は、測定機としてＵＶ−３１００ＰＣ（島津製作所社製、分光光度計商品名）へ絶対反射率測定装置ＡＳＲ−３１０５を装着して、波長５４５ｎｍの絶対反射率を測定した。反射率が１％以下を合格とし「○」で示し、１％を越えたら不合格とし「×」で示した。反射率１％以下は反射防止性に優れるということである。
清掃性は、凹凸面をサラダ油を含ませたガーゼで１０往復擦り、その後に、拭き取りにはめがね拭き布（東レ社製、トレシー）で１０往復清掃した後に、反射率を測定し、反射率の変化が２０％以下を合格とし「○」で示し、２０％以上を不合格とし「×」で示した。

（評価結果）実施例１〜３の反射防止部材は、すべての項目が合格であった。比較例１では、反射防止性はよいが、清掃性は不合格であった。比較例１では、清掃性は合格であったが、反射防止性は不合格であった。

正弦波状凹凸のｄ／Λのｄ／λに対する反射０次光のグラフである。 四角錐状凹凸のｄ／Λのｄ／λに対する反射０次光のグラフである。

Claims (3)

1. 反射防止構造の回折格子において、該回折格子の溝深さをｄ、使用波長をλ、及び回折格子の周期をΛとした場合に、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする回折格子。
   ０．３λ≦ｄ≦１．５Λ・・・条件式（１）
2. 請求項１に記載の回折格子を基材の少なくとも一方の面に有することを特徴とする反射防止部材。
3. 請求項２に記載の反射防止部材を有することを特徴とする薄型表示装置の反射防止板。

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