JP2008512747A - 防眩コーティングおよび物品 - Google Patents

Abstract

本出願は防眩コーティングに関する。防眩コーティング組成物は次のようにして作製した。攪拌パドルを備えた容器において、３１．５５重量％のテトラエトキシシランを１７．９９重量％のメチルトリエトキシシランに添加した。攪拌を開始し、混合プロセス全体にわたって続けた。０．５３重量％の１００ｎｍコロイドシリカ（エチレングリコールに３０重量％分散）を攪拌混合物に添加した。１０分後、９．６７重量％の０．１５Ｍ塩酸と０．１５重量％の酢酸ナトリウム三水和物の混合物を上記のものに添加した。２．５時間の反応時間後、アルコール希釈液を添加した。まず、２０．０６重量％の１−ブタノール、ＡＣＳ、１０分後、２０．０５重量％の２−プロパノールを添加した。完成したコーティング組成物を一定の攪拌下で貯蔵した。用いる前、コーティング組成物を密閉容器にて室温、一定の攪拌下で２．５日間エージングした。コーティング組成物に対して、コーティング前２５μｍのメッシュフィルタを通して重力ろ過を行った。コーティング組成物は、タッチスクリーンパネル、コンピュータモニター、テレビスクリーン、光学フィルタ、額縁、窓、鏡、太陽集熱カバープレート、光学レンズおよび車両の風防に適用され得る。

Description

米国特許第５，７２５，９５７号明細書に記載されているとおり、ガラス基材の表面に関連する眩光を減じるには主に２つの方法がある。第１の方法は、薄膜内の光学干渉を利用して、眩光を制御するガラス基材上に「妨害」コーティングスタックを蒸着するものである。かかるフィルムの厚さは、通常、コーティングとガラスの相対屈折率に応じて、可視光の表示波長の約１／４か１／２である。第２の方法は、通常、ガラス基材の最外表面の特性を変える、またはガラス基材の拡散コーティングを介して、ガラスの表面に光散乱、すなわち、拡散手段を形成するものである。

妨害コーティングは、解像度を減少せずに眩光を減少する。しかしながら、蒸着するのは比較的高価であり、スパッタリングなどの比較的高コストの真空蒸着技術および精密製造条件、または後に乾燥および焼成をする、非常に精密なアルコキシド溶液ディップコーティング技術を用いる必要がある。厳密な厚さ制御および均一性が必要である。

光の拡散により眩光を減じるために、ガラス基材の外側表面をエッチングしたり、またはガラス基材上に蒸着したコーティングの外側表面をその他変性する取り組みがなされている。基材またはコートした基材の表面特性をエッチングまたはその他修正することには数多くの欠点がある。化学的手段によるエッチングは、通常、高腐蝕性化合物（例えば、フッ酸）の取扱いおよび保管を伴う。かかる化合物では、益々厳しくなる環境法を考慮すると、処理および廃棄の問題が生じる。サンドブラストによる等、非化学的手段によるエッチングは、追加のコストのかかる処理操作を必要とする。米国特許第５，７２５，９５７号明細書では、無機金属酸化物の前駆体を有機溶媒中に溶解することにより形成された前駆体溶液を透明基材にスプレーコートしている。変形として、様々な材料（例えば、異なる屈折率を有する混合酸化物）をコーティング組成物に組み込む他のやり方がなされている。

眩光を減少する様々なアプローチが記載されてきているが、防眩表面を提供する新たなアプローチを見出すとき、業界において利点があるであろう。

一態様において、本発明は、ガラス基材と、タッチスクリーンにおいてタッチを検出する活性要素と、防眩層とを含むタッチスクリーンなどの物品に関する。防眩層は、硬化した無機ポリマーマトリックス中にある凝集体無機酸化物粒子を含み、凝集体無機酸化物粒子は２マイクロメートル超〜約１００マイクロメートルのサイズ範囲の表面構造を形成する。活性要素は、ガラス基材と防眩層との間に配置された透明導電層（例えば、透明導電酸化物を含む）を含んでいてもよい。

ある実施形態において、物品（例えば、タッチスクリーン）は、透明導電層と防眩層および／または液晶シラン表面層との間に配置された酸化ケイ素層を含むのが好ましい。

物品（例えば、タッチスクリーン）は、一般的に、少なくとも１５０の反射ヘーズ、１０％未満の反射率および少なくとも８０％の透過率をはじめとする光学特性のうち１つまたはこれらの組み合わせを有する。

物品（例えば、タッチスクリーン）は、少なくとも１０ｍＮのナノスクラッチ試験により求める耐引っ掻き性、少なくとも１００サイクルの平板回転摩耗試験、１マイクロメートルの防眩層について少なくとも２時間の摩耗試験により求める故障までの時間をはじめとする耐久性のうち１つまたはこれらの組み合わせを有する。

無機酸化物粒子の平均粒径は、約０．０５マイクロメートル〜約０．１５マイクロメートルである。

表面構造の寸法は、一般的に、少なくとも１０マイクロメートルまたは２０マイクロメートルである。表面層は合計表面積を有し、表面構造は合計表面積の少なくとも２０％、少なくとも３０％または少なくとも４０％を含む。

硬化した無機ポリマーマトリックスは、一般的に、ケイ素アルコキシドなどのオルガノシランから誘導されている。硬化したオルガノシランは、一般的に、ゾル−ゲルプロセスから誘導される。

他の実施形態において、本発明は、オルガノシランと２マイクロメートル超〜約１００マイクロメートルのサイズ範囲の凝集体無機酸化物粒子とを含むコーティング組成物に関する。無機酸化物粒子が１．５重量％未満の濃度で一般的に存在する。

他の実施形態において、本発明は、コーティング組成物で防眩物品を製造する方法に関する。

他の態様において、本発明は、無機ポリマー前駆体および平均粒径が０．０５マイクロメートル〜０．１５マイクロメートルのコロイド無機酸化物粒子を提供する工程と、２マイクロメートルを超える平均粒径を有するコロイドシリカ凝集体を凝集するのと同時に無機ポリマー溶液を形成する工程とを含む防眩コーティング組成物を製造する方法に関する。

他の実施形態において、本発明は、光学特性および耐久性の相乗バランスを有する防眩層を含む物品（例えば、タッチスクリーン）に関する。物品の透過ヘーズは３０％未満（例えば、２０％、１０％または５％未満）、透過率は少なくとも８０％（例えば、少なくとも８５％または９０％）、透明度は少なくとも７０％（例えば、８０％）、ナノスクラッチ試験により求める耐引っ掻き性は少なくとも１０ｍＮであるのが好ましい。

本発明は、防眩（例えば、表面）層を含む物品、防眩層を製造するのに好適なコーティング組成物、防眩物品の製造方法および防眩コーティング組成物の製造方法に関する。ある実施形態において、物品は、タッチスクリーンなどの（例えば、被照）ディスプレイ物品である。

米国特許第４，１９８，５３９号明細書、第４，２９３，７３４号明細書および第４，３７１，７４６号明細書に記載されているものなどの様々なタッチスクリーンが業界では公知である。タッチスクリーンは、一般的に、マサチューセッツ州、メスエンの３Ｍタッチシステムズ（３Ｍ Ｔｏｕｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．，Ｍｅｔｈｕｅｎ，ＭＡ）より市販されているような（例えば、コンピュータ）タッチセンサーパネルを含む。

図１の一例のディスプレイ１０は、ガラス、プラスチックまたはその他透明媒体などの絶縁基材１４と基材１４上の活性部分１５とを含むタッチパネル１２を含む。タッチ入力を検出する活性要素１５は、一般的に、基材１４に直接蒸着された透明導電層１６を含む。層１６は、一般的に、２０〜６０ナノメートルの厚さを有するドープ酸化錫層であり、スパッタリング、真空蒸着および業界に公知のその他技術により蒸着される。導電層１６はまた、導電ポリマー材料または導電有機−無機複合体を含んでいてもよい。導電パターン（図示せず）は、一般的に、導電層１６の周囲に配置されていて、ディスプレイと指または針との間の接触点を確立するために、導電層１６全体に均一な電界を与える。第２の導電層２０を、任意で、ディスプレイ１０が取り付けられ、導電層１６に関して上述したとおり、同様のやり方で蒸着した酸化錫層を同様に含むディスプレイユニット（図示せず）の電気回路から生じるノイズからディスプレイ１０を保護するために与えてもよい。タッチパネルは、本発明による防眩層１８を含む。

本発明の物品において、防眩層は、図１に図示するとおり、表面層として存在する。あるいは、防眩層は表面層と基材との間に配置される。防眩層上に層があると、後述するとおり、構造上の特徴、光学特性、防眩層の耐久性も、損なわれない。

防眩表面層は、硬化した無機ポリマーマトリックス中の凝集体無機酸化物粒子を含む。凝集体無機酸化物粒子の最大寸法は、０．１マイクロメートル〜約１００マイクロメートルのサイズ範囲である。凝集体無機酸化物粒子の最大寸法は、好ましくは少なくとも０．２マイクロメートル、より好ましくは少なくとも０．３マイクロメートルである。凝集体を形成する別個の無機体酸化物粒子は、表面構造より実質的にサイズが小さい。本明細書で用いる「凝集体」とは、少なくとも２つの粒子が結合し合わさったものを指す。表面構造は、１つ以上の凝集体無機酸化物粒子から構成されている。従って、表面構造の最大寸法は少なくとも単一凝集体のサイズである。

理論に拘束されることは望むところではないが、表面構造をバインドするのに硬化した無機ポリマーマトリックスを用いることにより、得られる防眩表面は、高レベルの耐久性と組み合わせて防眩光学特性の相乗バランスを与え有利である。防眩は、一般的に、光学特性の組み合わせにより特徴付けられる。かかる光学特性の中でも、反射ヘーズおよび反射率が、通常、防眩特性を最も示す。本明細書に記載した防眩表面層の反射率は通常１０％未満である。反射ヘーズは、一般的に少なくとも１５０、より一般的には少なくとも２００である。反射ヘーズは、通常、６００未満、より一般的には５５０未満である。しかしながら、防眩コーティングの適用は、透過率、透過ヘーズおよび透明度を減じる可能性がある。透過率は、通常、８０％を超える。透過率は、好ましくは少なくとも８５％、より好ましくは少なくとも９０％以上である。防眩表面層の透過ヘーズは、一般的に３０％未満、好ましくは２５％未満である。比較的小さな表面構造を有する防眩表面層は、約１０％の透過ヘーズを与えることができるが、大きな表面構造を有する防眩表面層は、１０％未満の透過ヘーズ値を与えることができる。例えば、透過ヘーズは、８％、７％または６％未満であってもよい。透明度は少なくとも７０％、好ましくは少なくとも８０％である。かかる光学特性を求める試験方法は、以下の実施例に記載してある。

記載した光学特性と組み合わせて、防眩表面層はまた、高レベルの耐久性も示す。例えば、タッチスクリーンのナノスクラッチ試験により求める耐引っ掻き性は少なくとも１０ｍＮ、好ましくは少なくとも３０ｍＮである。あるいは、またはこれに加えて、タッチスクリーンの摩耗試験により求める故障までの時間は、１マイクロメートルの防眩層について少なくとも２時間である。あるいは、またはこれに加えて、タッチスクリーンのＣＳ−１０Ｆ砥石車および５００ｇの荷重によるテーバー耐摩耗性は少なくとも１００サイクルである。かかる耐久性を求める試験方法は、以下の実施例に記載してある。

様々なコロイド無機酸化物粒子を本明細書に記載した防眩層に用いてよい。好適な無機酸化物としては、例えば、シリカ、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタニアおよびこれらの混合物が挙げられる。オルガノシラン系無機ポリマーマトリックスと組み合わせ用いるとき、シリカが好ましい無機酸化物粒子である。

図２に示すとおり、一般的に、約９５重量％のコロイド無機酸化物粒子を用いて、０．００５マイクロメートル〜０．３０マイクロメートルのサイズ範囲の凝集体を形成する。出発コロイド無機酸化物粒子分布には、０．３０マイクロメートルを超える粒径の粒子は実質的に含まれない。出発コロイド粒子は、実質的にこれより大きくてもよく、例えば、出発コロイド無機酸化物粒子の平均粒径は約０．００５マイクロメートル〜０．５マイクロメートルである。

出願人は、平均粒径が約０．１５マイクロメートル（１５０ｎｍ）のコロイド（例えば、シリカ）無機酸化物から比較的大きな凝集体を形成できるということを知見した。かかる比較的大きな凝集体を得るには、図４に示すとおり、実質的に全ての出発コロイド粒子が凝集体へと凝集する。得られる凝集体のサイズは、０．３０マイクロメートル（すなわち、出発コロイド無機酸化物粒子の平均粒径の２倍）〜１００マイクロメートル（すなわち、出発コロイド無機酸化物粒子の平均粒径の１０００倍）であってよい。凝集体粒子の平均サイズは少なくとも２マイクロメートル、好ましくは４０マイクロメートル未満であるのが一般的に好ましい。一般的に、凝集体のサイズは凝集体サイズ範囲全体に幾分均一に分散している。

比較的大きな凝集体を含むコーティングから作製した５０倍と２０倍に拡大した例示の防眩表面層を図５および図６にそれぞれ示す。大きな表面構造（１００）と、大きな表面構造を一般的に囲む比較的小さな表面構造（２００）の組み合わせがある。これらの構造は、硬化した無機ポリマーマトリックスにより固定されている。比較的大きな表面構造は、低レベルのヘーズ（例えば、５％以下）を与えるのに有利である。

大きな構造の平均最大寸法は、一般的に少なくとも１０マイクロメートルである。さらに、大きな構造の平均最大寸法は、一般的に５０マイクロメートル未満（例えば、４０マイクロメートル未満）である。図６に示すような大きな構造の平均サイズは２５マイクロメートルである。さらに、図６の表面構造の９５％の最大寸法は７０マイクロメートル未満である。これらの表面構造のアスペクト比は少なくとも約１：１、一般的には約５：１以下であり、構造は略不規則な形状である。これらの表面構造の不規則性は、表面全体の防眩特性に有益である。

個々の大きな構造は、単一の凝集体無機酸化物粒子（約０．１５マイクロメートル）〜約１０マイクロメートルのサイズ範囲の単一ピークであってもよい。かかる個々の大きな構造は、無機ポリマーにより基材に固定された基部を備えた円錐のような形状であるのが一般的である。従って、円錐の頂点から円錐の基部の周囲端部に及んで、粒子および／または粒子凝集体の減少勾配がある。図５に示すとおり、単一表面構造が多数の隣接するピークを含むのは一般的ではない。例えば、各表面構造は２〜１０個の明確なピークを有している。各明確なピークは、約４マイクロメートルより大きく、４マイクロメートル未満のサイズの数多くの凝集体を含有していてもよい。

個々の大きな表面構造は、最も近い大きな表面構造から、約２マイクロメートル〜約５０マイクロメートルの距離離れていてよい。大きな表面構造の大半は、平均で約１５マイクロメートルの距離離れている。

当業者であれば分かるとおり、防眩表面は、比較的大きな無機酸化物表面構造と組み合わせて、比較的小さな無機酸化物表面構造の様々な組み合わせを含んでいてよい。防眩層の合計表面積に対する表面構造の表面積は、一般的に、少なくとも約２０％である。表面構造の表面積は、一般的に、約６０％以下である。低レベルのヘーズを与える少なくともある実施形態において、表面構造の表面積は、防眩層の合計表面積の約２５％〜３５％である。他の実施形態において、比較的小さな無機酸化物凝集体から形成された防眩表面層のように、表面構造の表面積は約４０％〜約５０％である。

ある実施形態において、図３に例示したような比較的小さな表面構造領域の場合には、表面構造は略均一に分配されている。従って、表面構造間の距離、すなわち、表面の未構造ランド部（３００）は、構造のサイズと略同じ寸法である。他の実施形態において、図５および図６に例示した大きな表面構造の場合のように、表面構造間の未構造ランド部の表面積はかなり大きい。

無機ポリマーは、十分に加熱するとＳｉＯ₂を形成するシリカ源を含んでいるのが好ましい。

硬化した無機ポリマーマトリックスは、熱により硬化したオルガノシラン溶液であるのが好ましい。オルガノシラン溶液は業界で公知であり、一般的に、「ゾル−ゲル」プロセスから誘導される。

オルガノシランは、次の一般式：
Ｒ_nＳｉＸ_m （式Ｉ）
（式中、Ｒはケイ素原子に結合した有機官能基であり、Ｘはケイ素原子に付加したハロゲンやアルコキシ基などの加水分解性基であり、ｎは１または２、ｍは４−ｎである）で表すことができる。

好ましいオルガノシラン溶液は、ケイ素アルコキシドの加水分解および縮合から合成される。（例えば、Ｃ．Ｊ．ブリンカー（Ｂｒｉｎｋｅｒ）およびＧ．Ｗ．シェーラー（Ｓｃｈｅｒｅｒ）、「ゾル−ゲルサイエンス（Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）」、アカデミックプレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ）、１９９０年）を参照のこと。）かかるシランは極めて規則的な分子構造を有している。好ましいケイ素アルコキシドとしては、例えば、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシランおよびこれらの混合物が挙げられる。その他の好適なオルガノシランは、欧州特許第１０７７２３６号明細書に記載されているように、業界で公知である。

一般的に、媒体を用いて、オルガノシランを希釈し、シランをコートされている基材表面に移動させる。さらに、水がオルガノシランと反応して、加水分解生成物またはシラノールを形成する。水とオルガノシラン間の加水分解反応は酸性溶液で触媒することができる。このように、溶液が塩基性の場合に溶液を沈殿させる自己縮合反応に対して、シラノールが安定するよう安定剤を用いてもよい。シラノールと基材との間に形成された結合は、交差縮合反応によりなされる。シラノールと基材の分子との間のクロス縮合反応は通常遅い。この反応は加熱により加速することができる。

防眩表面層は、一般的に、アルコール含有コーティング組成物から作製される。凝集体は、オルガノシラン溶液に分散されたコロイド（例えば、シリカ）無機酸化物前駆体からコロイド（例えば、シリカ）無機酸化物を凝集することにより形成することができる。従って、凝集粒子は、オルガノシラン溶液の調製と同時に作製される。しかしながら、この代わりに、凝集体は、別個に形成し、任意で、非凝集粒子から分離してから、好適なオルガノシラン溶液に添加することができる。

防眩コーティングを作製する方法には、（例えば、シリカ）無機酸化物粒子前駆体を含むオルガノシラン溶液（例えば、ゾル−ゲルプロセスを介して）を調製し、無機酸化物粒子の少なくとも一部を凝集するために組成物を不安定化させることが含まれる。コロイド（例えば、シリカ）無機酸化物粒子を凝集する様々な方法は、「ゾル−ゲル技術によるスクリーンのための１工程防眩ゾル−ゲルコーティング（Ｏｎｅ ｓｔｅｐ ａｎｔｉｇｌａｒｅ ｓｏｌ−ｇｅｌ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｆｏｒ ｓｃｒｅｅｎｓ ｂｙ ｓｏｌ−ｇｅｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）」、非結晶固体ジャーナル（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ）２１８（１９９７年）１６３−１６８および米国特許第５，９９８，０１３号明細書に記載されているように知られている。

凝集の好ましい方法には、コロイド（例えば、シリカ）無機酸化物を、いくつかのケイ素アルコキシド前駆体の少なくとも１つと反応させてシラン前駆体を形成し、酸の添加により溶液を不安定化することが含まれる。通常、様々な酸を用いることができる。一般的に、塩酸、硝酸等の無機酸が用いられる。溶液はさらに、硬化工程中、コーティング緻密化を改善するために、接着促進剤、焼結助剤またはフラックスを含んでいてもよい。酢酸ナトリウムが好適な添加剤である。その調製において、これらの材料の添加順は変えることができる。例えば、ケイ素アルコキシド前駆体は、アルコール溶液に分散した後、焼結助剤および酸を（例えば、続けて）添加することができる。この混合物をコロイド（例えば、シリカ）無機酸化物溶液と組み合わせることができる。比較的大きな凝集体を得るには、この添加順が好ましい。あるいは、ケイ素アルコキシド前駆体をまず、コロイド（例えば、シリカ）無機酸化物溶液と組み合わせてから、酸、焼結助剤およびアルコールを（例えば、続けて）添加することができる。

より詳細を述べると、テトラエトキシシランとメチルトリエトキシシランをエチレングリコール中１００ｎｍのコロイドシリカと共に連続的に攪拌することにより、防眩コーティング組成物を調製することができる。攪拌しながら、希釈酸／酢酸ナトリウム酸水和物を添加して、粒子前駆体を不安定化し、粒子前駆体の凝集粒子成長を開始する。希釈酸もまた、水和反応の水と酸触媒の両方を与えることにより、加水分解およびケイ素アルコキシド前駆体の縮合反応を開始してこれを維持する。反応完了後、約０．５〜１５０μｍの準安定シリカフロックを含有する部分加水分解ケイ酸エチルゾルが得られる。１−ブタノールおよび２−プロパノールのアルコール希釈液を添加して、コーティング組成物をさらに安定化し、適用に必要とされる粘度に調整する。この方法により、前述したとおり、比較的大きな凝集体が生成される。

（例えば、シリカ）無機酸化物凝集体は、アルコールなどの親水性溶剤中に均一に分散されたコロイド（例えば、シリカ）無機酸化物）から形成される。好適な溶剤としては、１−ブタノール、２−プロパノール、エタノール、酢酸エチル、エチレングリコール、プロピレングリコール、アセトン等が例示される。溶剤は、単体または２種類以上の種類の組み合わせであってもよい。コロイド（例えば、シリカ）無機酸化物分散液中の固体パーセントは、コロイド（例えば、シリカ）無機酸化物分散液の総重量に基づいて、通常、約５〜５０％（好ましくは、約１５〜３０％）である。コロイドシリカは、様々な供給業者より市販されている。マサチューセッツ州、アシュランドのニャコールナノテクノロジー社（Ｎｙａｃｏｌ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｇｉｅｓ，Ｉｎｃ． Ａｓｈｌａｎｄ，ＭＡ）およびマサチューセッツ州ワードヒルのアルファエーサー（Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ，Ｗａｒｄ Ｈｉｌｌ，ＭＡ）は両社共、平均粒径が２０〜５０ｎｍのアルコール系ゾルを供給している。ある好ましいコロイドシリカは、「ニャコール（Ｎｙａｃｏｌ）ＤＰ５５４０」という商品名でナノテクノロジー社（Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）より市販されているエチレングリコール中１００ｎｍコロイドシリカの３０％溶液である。

一般的に、低濃度のコロイド（例えば、シリカ）無機酸化物を用いる。コロイド（例えば、シリカ）無機酸化物の濃度はコーティング組成物の５重量％未満であるのが好ましい。より一般的には、コロイド（例えば、シリカ）無機酸化物の濃度は４重量％未満、より好ましくは３重量％未満である。出願人は、２重量％未満のコロイド（例えば、シリカ）無機酸化物を含むコーティング組成物で良好な防眩特性が得られるということを知見した。本実施形態については、１．５重量％以下、さらに１．０重量％以下の濃度でコロイド（例えば、シリカ）無機酸化物を用いるのが好ましい。図５に示すとおり、０．５％未満で比較的大きな表面構造が得られる。一般的に、コーティング組成物中のコロイドシリカの濃度は少なくとも０．０５％である。

コーティング組成物は、コーティング組成物を用いて基材をコートする前に、通常、室温で約２〜１０日攪拌して、密閉容器に保管される。凝集体含有オルガノシランコーティング溶液を、薄い実質的に均一な層を与える好適な方法により適用される。精密ディップコーティング機は、精密かつ正確な引き抜き速度での滑らかな動きのために、好ましいコーティング手段である。適切なレオロジーまで適切に修正すると、本明細書に記載したコーティング組成物は、スプレーコーティング、メニスカスコーティング、フローコーティング、スクリーン印刷またはロールコーティングにより適用することができる。

本明細書に記載したコーティング組成物は、様々な基材に対して十分な接着力を示す。透明かつ高耐久性の両方のために、照明ディスプレイパネルにはガラスおよび（例えば、セラミック）材料が好ましい基材である。ガラス基材の厚さは一般的に約０．４ｍｍ〜約４ｍｍである。ソーダ石灰ガラスおよびホウケイ酸塩は、一般的に、ディスプレイに用いられている。本発明はまた、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートまたは酢酸酪酸セルロースなどの様々なプラスチック基材の防眩コーティングの耐久性を改善するのにも好適である。

別法によれば、透明基材はプラスチックフィルムであってもよい。透明基材の厚さは、通常、少なくとも２０マイクロメートルであり、少なくとも５０マイクロメートルであることが多い。さらに、透明基材は、５００マイクロメートル未満であることが多く、２５０マイクロメートル未満であることがより多い。プラスチックフィルムの表面を、望ましい場合には、処理して、防眩層の接着力を増大してもよい。かかる処理としては、サンドブラストまたは溶剤による表面での粗さの形成、コロナ放電による表面酸化、クロム酸による処理、炎による処理、加熱空気による処理、またはオゾンを存在させた紫外線による照射が例示される。

プラスチック基材については、オルガノシランプライマー層を用いて、（例えば、コートされた）基材と防眩表面層との間の結合を向上させてもよい。通常、オルガノシランプライマー層は、非常に高濃度のヒドロキシル基と高角度Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合とを含む。防眩表面層のための結合部位がある。防眩コーティング組成物とオルガノシランプライマー層との間の縮合反応により永久結合が形成される。Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合は極めて丈夫である。

ガラス基材については、酸化ケイ素層が基材と防眩層との間に配置されるのが好ましい。かかる酸化ケイ素層は、防眩層の基材への接着力を改善するものと考えられる。さらに、酸化ケイ素層の存在はまた、防眩層、ゆえに物品の耐久性を改善することもできる。例えば、かかる酸化ケイ素層を有するディスプレイ物品は、ナノスクラッチ試験により求める耐引っ掻き性が少なくとも２５％の増大を示す。例えば、少なくとも２０ｍＮ、少なくとも３０ｍＮまたは少なくとも４０ｍＮの耐引っ掻き性が得られている。酸化ケイ素層は、スパッタリング、蒸発、化学蒸着およびゾル−ゲル法をはじめとする様々な方法により適用される。米国特許第５，９３５，７１６号明細書、米国特許第６，１０６，８９２号明細書および米国特許第６，２４８，３９７号明細書には、ガラスに酸化ケイ素を蒸着することが開示されている。

防眩コーティング組成物のコーティング後、コートした基材を熱硬化して、溶剤を飛ばし、コーティング材料内で熱誘導自己縮合反応により緻密な三次元フィルム構造を形成して、残りのシラノール分子から水酸化物を除去して、構造を下にある基材に結合する。これは、電気抵抗素子またはガス焚きオーブン内で１．５〜３時間の合計サイクルタイムでバッチプロセスにて実施することができる。耐久性は、通常、完全緻密化の結果として向上する。コーティング組成物の完全緻密化は、一般的に、約８００℃で生じるが、硬化温度は基材の耐熱性に基づいて選択される。

特に、ドープ酸化錫コートガラスに適用するときに、オルガノシラン溶液を硬化する好ましい方法は、米国特許第６，４０６，７５８号明細書に記載されている。かかる方法は、２．５〜６．０マイクロメートルの波長スペクトルで赤外線を放出する赤外ランプまたは外巻き加熱管を備えたチャンバ内で熱と赤外線の組み合わせを必要とする。赤外線を用いることにより、コーティングにより多くのエネルギーを導き、同時に、ガラス基材への熱曝露を減じる。これを行う際、硬化温度を約５５０℃未満まで減じることができる。

硬化した防眩ランド層（すなわち、未構造化ランドの位置）の厚さは、一般的に、少なくとも０．５マイクロメートルである。さらに、防眩ランド層の厚さは、一般的に、１．５マイクロメートル以下である。

防眩層は、さらに、表面に配置された抗菌層を含む。好適な抗菌層は、次の一般式：
Ｘ₃Ｓｉ（ＣＨ₂）_pＺ （式ＩＩ）
（式中、ｐ＞１、
Ｘは、加水分解可能でシラノールを形成するＣｌ、Ｂｒ、アルコキシ、ヒドロキシルラジカルおよびこれらの混合物から選択され、
Ｚは、アルキル第四級アンモニウム塩、アルキルスルホニウム塩、アルキルホスホニウム塩、置換ビフェニル、ターフェニル、アゾキシベンゼン、ケイ皮酸エステル、ピリジン、ベンゾエートおよびこれらの混合物から選択される官能基）を有する液晶シランである。

かかる液晶シランは、ミシガン州、ミッドランドのダウコーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）より「ダウコーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）５７００」および「ダウコーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）５７７２」という商品名で市販されている。かかる抗菌層は、さらなる耐引っ掻き性を与える。

眩光減少透明基材（例えば、ガラス）は、陰極線管スクリーンまたはその他ディスプレイデバイス（モニタ、テレビ、液晶ディスプレイ等）、タッチスクリーンや入力パネルなどの入力または選択デバイス、ガラス封止ディスプレイ（美術館またはその他公共ディスプレイ）、光学フィルタ、額縁、建築用窓、鏡に用いるガラスコンポーネント、太陽集熱カバープレート、眼鏡および目視デバイスに利用する光学レンズおよび車両の風防のような幅広い用途に利用される。

本発明の利点を以下の実施例によりさらに説明するが、これらの実施例に挙げられた特定の材料および量、その他条件および詳細は本発明を不当に限定するものではない。特に断らない限り、パーセンテージおよび比率はすべて重量基準である。

試験方法
摩耗試験
コートしたガラスを３ｃｍ×４ｃｍの矩形試料へと切断した。端部と隅部を磨いて破損を最小に抑えた。試料を水で、次にイソプロパノール系ガラスクリーナーで完全に洗って微粒子を除去してから、残渣水を除去するためにアセトンに１分間浸した。試料を糸くずのない布で拭いて、３０分間空気乾燥させ、秤量（オハイオ州、コロンブスのメトラートレドインターナショナル社（Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．，Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ）、Ｐ．Ｎ．ＡＸ２０５）した。

試料のガラスのコート側を、１８０ｇの試料ホルダー中、１００％振幅で３０分間磨いた。研磨器具は、ビューラービブロメット２ポリッシャ-（Ｂｕｅｈｌｅｒ ＶＩＢＲＯＭＥＴ ２ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）（イリノイ州、レイクブラフのビューラー社（Ｂｕｅｈｌｅｒ ＬＴＤ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ）Ｐ．Ｎ．６７−１６３５）であった。磨き布は、ビューラーマイクロクロース（Ｂｕｅｈｌｅｒ Ｍｉｃｒｏｃｌｏｔｈ）（イリノイ州、レイクブラフのビューラー社（Ｂｕｅｈｌｅｒ ＬＴＤ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ）Ｐ．Ｎ．４０−７２２２））であった。研磨媒体は、１０００ｍｌの脱イオン水中５０ｇの１．０マイクロメートルアルミナ粉末のスラリー（マイクロポリッシュ（ＭＩＣＲＯＰＯＬＩＳＨ）ＩＩ、イリノイ州、レイクブラフのビューラー社（Ｂｕｅｈｌｅｒ ＬＴＤ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ）Ｐ．Ｎ．４０−６３２１−０８０）であった。１００％振幅での研磨３０分後、試料を取り出し、水、イソプロパノール系クリーナー、次にアセトンで洗った。試料を糸くずのない布で拭いて、３０分間空気乾燥してから、再秤量した。

研磨１２０分後、表面の２つの点で連続性が得られるまで試料を磨いた。マルチメーターを用いて、各コートしたガラス試料の中心で２ｃｍ離れた２つの点で抵抗を測定した。

摩耗率を、研磨時間の１２０分にわたって失われた合計重量として計算した。故障までの時間は、２ｃｍ離れた２つの点間に連続性が得られた時間であった。

ナノスクラッチ
ナノスクラッチ試験機（マサチューセッツ州、ニーダムのＣＳＭインスツルメンツ（ＣＳＭ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｎｅｅｄｈａｍ，ＭＡ））を用いてナノスクラッチ抵抗性を測定した。２ｍＮから１００ｍＮに増加する漸進的スクラッチ荷重を用いて試験を行った。２−マイクロメートルの球状ダイヤモンド圧子をプローブとして用いた。

耐摩耗性
テーバー摩耗試験機５１３０（ニューヨーク州、トナワンダのテーバーインダストリーズ（Ｔａｂｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｎｏｒｔｈ Ｔｏｎａｗａｎｄａ，ＮＹ））を用いて試料を摩耗した。ゴムに埋め込まれたＡｌ₂Ｏ₃粒子からなる２つのＣＳ−１０Ｆ砥石車（ニューヨーク州、ノーストナワンダのテーバーインダストリーズ（Ｔａｂｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｎｏｒｔｈ Ｔｏｎａｗａｎｄａ，ＮＹ））を用いた。各車を５００ｇで秤量し、１５０グリットのサンドペーパー（ニューヨーク州、ノーストナワンダのテーバーインダストリーズ（Ｔａｂｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｎｏｒｔｈ Ｔｏｎａｗａｎｄａ，ＮＹ）、Ｐ．Ｎ．ＳＴ−１１）で新しい表面にした。サンドペーパーにてさらに２５サイクルにわたって新しい表面にしておいた車で試料に１００サイクルの摩耗を与えた。研磨前および各組の１００サイクル後、印刷された中心部と残りの輪との間の抵抗を測定した。

ガラスを、摩耗試験機により作られた摩耗領域を囲む２つの同心円からなる試験パターンで銀ペーストの厚膜にて下塗りした。ガラス試料をコート、焼成、５インチ（１２．５ｃｍ）平方に切断した。故障は電気抵抗の２５％増大と定義される。

透過率
物品の透過率をＢＹＫガードナーヘーズガードプラス（ＢＹＫ Ｇａｒｄｎｅｒ Ｈａｚｅ−Ｇｕａｒｄ ｐｌｕｓ）を用いて測定した。

透過ヘーズ
物品の透過ヘーズをＢＹＫガードナーヘーズガードプラス（ＢＹＫ Ｇａｒｄｎｅｒ Ｈａｚｅ−Ｇｕａｒｄ ｐｌｕｓ）を用いて測定した。

透明度
光学物品の透明度をＢＹＫガードナーヘーズガードプラス（ＢＹＫ Ｇａｒｄｎｅｒ Ｈａｚｅ−Ｇｕａｒｄ ｐｌｕｓ）を用いて測定した。試料を光源路に垂直に配置した。円輪光検出器により測定される未散乱透過光および入射ビームから２．５°未満で散乱した光の値から透明度を計算する。

反射ヘーズ
反射ヘーズをＢＹＫガードナーヘーズグロスメータ（ＢＹＫ Ｇａｒｄｎｅｒ Ｈａｚｅ−Ｇｌｏｓｓ Ｍｅｔｅｒ）を用いて測定した。

反射率
反射率をＢＹＫガードナー（ＢＹＫ Ｇａｒｄｎｅｒ）ＴＣＳ ＩＩを用いて５５０ｎｍで鏡面反射を含めて測定した。

実施例１
３ｋｇのバッチの防眩コーティング組成物を次のようにして作製した。攪拌パドルを備えた容器において、３１．５５％ｗｔのテトラエトキシシラン（ダイナシルＡ、サイベント社（Ｄｙｎａｓｉｌ Ａ，Ｓｉｖｅｎｔｏ Ｃｏｒｐ．））を１７．９９％のメチルトリエトキシシラン（ダイナシランＭＴＥＳ、サイベント社（Ｄｙｎａｓｉｌａｎ ＭＴＥＳ， Ｓｉｖｅｎｔｏ Ｃｏｒｐ．））に添加した。攪拌を開始し、混合プロセス全体にわたって続けた。０．５３％のＤＰ５５４０（ニャコール社（Ｎｙａｃｏｌ Ｃｏｒｐ）（エチレングリコール中３０％１００ｎｍコロイドシリカを攪拌混合物に添加した。１０分後、９．６７％の０．１５Ｍ塩酸と０．１５％の酢酸ナトリウム三水和物の混合物を上記のものに添加した。２．５時間の反応時間後、アルコール希釈液を添加した。まず、２０．０６％の１−ブタノール、ＡＣＳ、１０分後、２０．０５％の２−プロパノールを添加した。完成したコーティング組成物を一定の攪拌下で貯蔵した。用いる前、コーティング組成物を密閉容器にて室温、一定の攪拌下で２．５日間エージングした。コーティング組成物に対して、コーティング前２５μｍのメッシュフィルタを通して重力ろ過を行った。

実施例１を２つの異なる基材にコートした。第１の基材はソーダ石灰ガラスであった。第２の基材は、導電コーティングに配置された酸化ケイ素の薄い（２５オングストローム未満）層の片側に配置されたフッ素ドープ酸化錫透明導電コーティングと、酸化ケイ素層にさらに配置された米国特許第６，７２７，８９５号明細書に記載されたような厚膜回路とを備えた清浄なソーダ石灰ガラス板から構成されたタッチスクリーン用のディスプレイパネルであった。加熱中、厚膜回路が酸化ケイ素層に浸透して、下の導電層との電気的接触がなされる。

コーティングを、１秒当たり０．１３インチ（０．３３ｃｍ）に設定した引き抜き速度で精密ディップコーティング機によりディスプレイパネルのガラスか、または酸化ケイ素層のいずれかに適用した。好適な精密ディップコーティング機は、カリフォルニア州、ケマットテクノロジー、ノースリッジ社（Ｃｈｅｍａｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｏｒｔｈｒｉｄｇｅ Ｉｎｃ，ＣＡ）より「ディップ−マスター（Ｄｉｐ−Ｍａｓｔｅｒ）２００」という商品名で入手可能である。ディップコーティングサイクル完了後、コートした基材をディップコーティング機筐体から取り出す前に、１分乾燥させた。コートした基材を、米国特許第６，４０６，７５８号明細書に開示されているように、赤外硬化オーブンで硬化した。

米国特許第６，５０４，５８２号明細書および米国特許第６，５０４，５８３号明細書に開示されているように、ホメオトロピック液晶シラン溶液を基材に適用して硬化することにより、耐引っ掻きおよび抗菌処理をコートした基材に適用した。例示の構造はかかる液体シラン表面層を含んでいたが、この層（すなわち、表面上に存在する防眩層）がなくても同様の結果が得られた。

防眩表面層を顕微鏡で５０倍と２０倍に拡大して観察した。実施例１の防眩表面層を５０倍に拡大したものを図５に、２０倍に拡大したものを図６に示す。表面構造が、別個のシリカ粒子から構成されていて、真の凝集体であることも光学顕微鏡により確認された。

光学顕微鏡および画像分析ソフトウェア（イメージプロプラス（Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ）４、メディアサイバネティクス（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ））を用いて、表面構造の表面の一部は、実施例１については３１％と確認された。

防眩層のない対照例と比較したコートした基材の光学特性を評価した。以下の表１に、少なくとも３つの試料と標準偏差の平均値を示す。

コートした基材の耐久性を評価した。以下の表２に、少なくとも３つの試料と標準偏差の平均価を示す。

本発明による防眩表面層を有するタッチパネルの三次元図である。 防眩表面層の作製に用いるのに好適な例示のコロイド無機酸化物の粒径分布を示すグラフである。 ５０倍に拡大した例示の防眩表面の写真である。 防眩表面の製造に用いる他の例示のコーティング組成物の粒径分布を示すグラフである。 ５０倍に拡大した他の例示の防眩表面の写真である。 ２０倍に拡大した他の例示の防眩表面の写真である。

Claims (36)

1. 防眩層と、前記防眩層の下にある活性層と、前記活性層の下にあるガラス基材とを含み、前記防眩層が硬化した無機ポリマーマトリックス中に凝集体無機酸化物粒子を含み、前記凝集体無機酸化物粒子が２マイクロメートル超〜約１００マイクロメートルのサイズ範囲の表面構造を形成している、タッチスクリーン。
2. 前記タッチスクリーンの反射ヘーズが少なくとも１５０である請求項１に記載のタッチスクリーン。
3. 前記タッチスクリーンの反射率が１０％未満である請求項１に記載のタッチスクリーン。
4. 前記タッチスクリーンの透過率が少なくとも８０％である請求項１に記載のタッチスクリーン。
5. 前記タッチスクリーンのナノスクラッチ試験により求められる耐引っ掻き性が少なくとも１０ｍＮである請求項１に記載のタッチスクリーン。
6. 前記タッチスクリーンの摩耗試験により求められる故障までの時間が１マイクロメートルの防眩層について少なくとも２時間である請求項１に記載のタッチスクリーン。
7. シリカ粒子の平均粒径が約０．０５マイクロメートル〜約０．１５マイクロメートルである請求項１に記載のタッチスクリーン。
8. 前記表面構造の平均最大寸法が少なくとも約１０マイクロメートルである請求項１に記載のタッチスクリーン。
9. 前記表面構造の平均最大寸法が少なくとも約２０マイクロメートルである請求項５に記載のタッチスクリーン。
10. 前記無機酸化物が、シリカ、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタニアおよびその混合物からなる群より選択される請求項１に記載のタッチスクリーン。
11. 前記無機粒子がシリカからなる請求項１に記載のタッチスクリーン。
12. 前記硬化した無機ポリマーマトリックスがオルガノシランから誘導される請求項１に記載のタッチスクリーン。
13. 前記硬化した無機ポリマーマトリックスがケイ素アルコキシドから誘導される請求項１２に記載のタッチスクリーン。
14. 前記オルガノシランがゾル−ゲルプロセスから誘導される請求項１１に記載のタッチスクリーン。
15. 前記表面層が合計表面積を有し、前記表面構造が前記合計表面積の少なくとも２０％である請求項１に記載のタッチスクリーン。
16. 前記表面層が合計表面積を有し、前記表面構造が前記合計表面積の少なくとも３０％である請求項１に記載のタッチスクリーン。
17. 前記表面層が合計表面積を有し、前記表面構造が前記合計表面積の少なくとも４０％である請求項１に記載のタッチスクリーン。
18. 前記透明導電層と前記防眩層との間に配置されたケイ素酸化物層をさらに含む請求項１に記載のタッチスクリーン。
19. 前記活性要素が、前記ガラス基材と前記防眩層との間に配置された透明導電層を含む請求項１に記載のタッチスクリーン。
20. 前記透明導電層が透明導電性酸化物を含む請求項１９に記載のタッチスクリーン。
21. 液晶シラン表面層をさらに含む請求項１に記載のタッチスクリーン。
22. 防眩層を含み、前記防眩層は、硬化した無機ポリマーマトリックス中に凝集体無機酸化物粒子を含み、前記凝集体無機酸化物粒子は、２マイクロメートル超〜約１００マイクロメートルのサイズ範囲の表面構造を形成している、物品。
23. 前記物品がディスプレイパネルである請求項２２に記載の物品。
24. 前記物品が、コンピュータモニター、テレビスクリーン、光学フィルタ、額縁、窓、鏡、太陽集熱カバープレート、光学レンズおよび車両の風防を含む群より選択される請求項２２に記載の物品。
25. オルガノシランと、２マイクロメートル超〜約１００マイクロメートルのサイズ範囲の凝集体無機酸化物粒子とを含むコーティング組成物。
26. 前記無機酸化物粒子が１．５重量％未満の濃度で存在する請求項２５に記載のコーティング組成物。
27. 透明基材を提供する工程と、
    請求項２５のコーティング組成物で前記基材をコーティングする工程と、
    前記コーティング組成物を加熱する工程と
    を含む防眩物品の製造方法。
28. 前記基材が、ガラス、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートおよび酢酸酪酸セルロースから選択される請求項２７に記載の方法。
29. 無機ポリマー前駆体および平均粒径が０．０５マイクロメートル〜０．１５マイクロメートルのコロイド無機酸化物粒子を提供する工程と、
    ２マイクロメートル超〜約１００マイクロメートルのサイズ範囲のコロイド無機酸化物凝集体を凝集するのと同時に無機ポリマー溶液を形成する工程と
    を含む防眩コーティング組成物を製造する方法。
30. 前記コロイド無機酸化物粒子が１．５重量％未満の量で存在する請求項２９に記載の方法。
31. 酸の添加を含む請求項２９に記載の方法。
32. 酢酸ナトリウムの添加を含む請求項２９に記載の方法。
33. 物品の透過ヘーズが３０未満、透過率が少なくとも８０％、透明度が少なくとも７０、ナノスクラッチ試験により求められる耐引っ掻き性が少なくとも１０ｍＮである、防眩層を含む物品。
34. 前記ヘーズが５％未満である請求項３３に記載の物品。
35. 前記透過率が少なくとも９０％である請求項３３に記載の物品。
36. 前記透明度が少なくとも８０％である請求項３３に記載の物品。

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