JP2010139878A - 光学積層体の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】膜厚200nm以下の機能層が、塗工時にスジ、ムラが発生なく、かつ、乾燥後に膜厚が均一になる光学積層体の製造方法を提供すること。
【解決手段】透明基材上に膜厚200nm以下の機能層を備えた光学積層体の製造方法であって、該機能層を、電離放射線照射により重合可能な基及び化合物Bと相互作用する基を有する化合物Aと、化合物Aと相互作用する基を有する化合物Bと、溶剤と、を含有する塗布組成物から形成し、該塗布組成物の固形分濃度4質量%での25℃で測定した粘度が1.0mPa・s以下かつ該塗布組成物の固形分濃度40質量%での25℃で測定した粘度が100mPa・s以上であることを特徴とする光学積層体の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学積層体の製造方法に関する。
液晶表示装置(LCD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(ELD)や陰極管表示装置(CRT)のような様々な画像表示装置において、外光の反射や像の映り込みによるコントラスト低下を防止するために、ディスプレイの表面には、反射防止シートが使用される。画像表示装置はオフィスや家庭環境での使用が広がっており、室内の蛍光灯や視聴者の像がディスプレイ表面に写りこむことを防止する防眩性の向上と、明所での表示コントラストの更なる向上が要求されている。
反射防止シートとしては、光散乱効果による防眩性を付与するために凹凸形状表面の透明樹脂層を設けた反射防止シートが用いられている。凹凸形状表面は、たとえば、基材シート上に微粒子を含有する防眩層を設けることにより得られる。また、防眩層の上に屈折率を制御するための機能性フィラー等の微粒子を適宜に含有した反射防止層を設けることができる。
かかる反射防止シートに代表される光学積層体は、高分子フィルムに樹脂材料を含有する塗布組成物を塗工後に、硬化して反射防止層等の光学機能層を形成することにより得られる。前記塗布組成物の塗工方式としては、スロットダイ、リバースグラビアコート、マイクログラビア等の様々な方式が採用されている。
反射防止層等の光学機能層の膜厚は200nm以下であり、200nmより厚い膜とは異なり、塗工〜乾燥時に面状欠陥を生じ易い。例えば、いずれの塗工方式を用いても、塗布組成物の塗工工程から硬化工程に移動するまでに、防眩層の凹凸形状表面に塗工した塗布組成物中の樹脂材料の流動が起こり、凸部に樹脂分が残らない状態となる。特に、塗布組成物が溶剤を多量に含む場合には、樹脂材料の流動が起こりやすい。その状態のまま、塗布組成物を硬化すると、凸部表面に直径数μmの大きさで厚みが薄くなり、凹凸面上のハジキにより輝点が現れ、反射防止層の厚み差による干渉ムラができる。そのため、従来から凹凸形状表面に干渉ムラによる外観不良のない反射防止層を作製することは、技術的に困難であった。
また、防眩層上や、塗布組成物中に異物が混入した場合、異物周辺の塗布組成物がハジキ、反射防止層の厚み差により干渉ムラが異物周辺に発生し、面状欠陥を生じ易くなっていた。
この課題を改良するための手段として、粘度1.0mPa・s以上の溶剤を添加することで、低屈折率層の膜厚を均一にする光学積層体が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、特許文献1に示される高粘度溶剤での塗布組成物の増粘では、塗工時の粘度が1.0mPa・sより高くなり、塗工時にスジ、ムラが発生し、低屈折率層の均一性が不十分であり改良が望まれていた。更に、凹凸形状を持たない面に特許文献1の低屈折率層を塗工すると、低屈折率層に混入している異物により、異物周辺にハジキ、ムラが発生する問題が生じる。
特開2006−267556号公報
本発明の目的は、膜厚200nm以下の機能層が、塗工時にスジ、ムラが発生なく、かつ、乾燥後に膜厚が均一になる光学積層体の製造方法を提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討の結果、膜厚200nm以下の機能層を形成するための塗布組成物の固形分濃度4質量%時の粘度と、固形分濃度と粘度の係数を特定の範囲にすることで、塗工時にスジ、ムラが発生なく、かつ、乾燥後に膜厚が均一になる光学積層体の製造方法を見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明者らは、以下の各構成により、上記目的を達成した。
1. 透明基材上に膜厚200nm以下の機能層を備えた光学積層体の製造方法であって、該機能層を、電離放射線照射により重合可能な基及び化合物Bと相互作用する基を有する化合物Aと、化合物Aと相互作用する基を有する化合物Bと、溶剤と、を含有する塗布組成物から形成し、該塗布組成物の固形分濃度4質量%での25℃で測定した粘度が1.0mPa・s以下かつ該塗布組成物の固形分濃度40質量%での25℃で測定した粘度が100mPa・s以上であることを特徴とする光学積層体の製造方法。
2. 該化合物Bが化合物Aと相互作用する基を複数有することを特徴とする上記1に記載の光学積層体の製造方法。
3. 該機能層に平均粒子径100nm以下の無機微粒子Cをさらに含有することを特徴とする上記1又は2に記載の光学積層体の製造方法。
4. 該化合物Aの数平均分子量が3万以上であることを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載の光学積層体の製造方法。
5. 該化合物Aが含フッ素化合物であることを特徴とする上記1〜4いずれかに記載の光学積層体の製造方法。
6. 該化合物Bが下記一般式(3)で表されるオルガノシランの加水分解物およびその部分縮合物の少なくともいずれか1種を含むことを特徴とする上記1〜5のいずれかに記載の光学積層体の製造方法。
Figure 2010139878
(一般式(3)中、Rは水素原子、メチル基、メトキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、フッ素原子、または塩素原子を表す。Yは、単結合、*−COO−**、*−CONH−**、または*−O−**を表す。*は=C(R)−に結合する位置を、**はLに結合する位置を表す。Lは2価の連結鎖を表す。R〜Rは、各々独立に、ハロゲン、水酸基、無置換のアルコキシ基、または無置換のアルキル基を表す。Rは水素原子、または無置換のアルキル基を表す。Rは置換もしくは無置換のアルキル基、または置換もしくは無置換のアリール基を表す。lはl=100−mの数式を満たす数を表し、mは0〜50の数を表す。)
本発明によれば、塗工時にスジ、ムラが発生なく、かつ、乾燥後に膜厚が均一になり、異物による点欠陥が判別しにくい光学積層体の製造方法を提供することができる。
以下、本発明について更に詳細に説明する。なお、本発明において、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、本明細書において、「(メタ)アクリレート」との記載は、「アクリレート及びメタクリレートの少なくともいずれか」の意味を表す。「(メタ)アクリル酸」等も同様である。
<光学積層体の層構成>
本発明の光学積層体の製造方法は、透明基材上に膜厚200nm以下の機能層を備えた光学積層体の製造方法であって、該機能層が、電離放射線照射により重合可能な基と化合物Bと相互作用する基を有する化合物A、化合物Aと相互作用する基を有する化合物Bと溶剤とを含有する塗布組成物から形成し、該塗布組成物の固形分濃度4質量%での25℃で測定した粘度が1.0mPa・s以下かつ該塗布組成物の固形分濃度40質量%での25℃で測定した粘度が100mPa・s以上であることを特徴とする。
本発明にかかる光学積層体は、透明基材上に少なくとも1層の機能層を有する。機能層としては、例えば、帯電防止層、低屈折率層、防汚層等が挙げられる。
光学積層体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、フィルムで構成された透明基材を指している。
・基材フィルム/帯電防止層/防眩層
・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/ハードコート層/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/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
・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
・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/高屈折率層/低屈折率層/高屈折率層/低屈折率層
上記構成の中屈折率層、高屈折率層の少なくとも1つが帯電防止層の機能を兼ねることが好ましい。中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層の3層構成である場合は、中屈折率層が帯電防止層の機能を兼ねることが、所望の帯電防止性と屈折率実現の観点で特に好ましい。
低反射化の点から、中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層を含む構成の反射防止膜が好ましく、例えば、特開平8−122504号公報、同8−110401号公報、同10−300902号公報、特開2002−243906号公報、特開2000−111706号公報等に記載の構成が挙げられる。
本発明で好ましい形態は、製造が単純で生産性の高いという観点から、透明基材上に単一層のハードコート層と単一層の低屈折率層をこの順に有する反射防止フィルム、および、透明基材上に単一層の防眩層と単一層の低屈折率層をこの順に有する反射防止フィルムである。
機能層の膜厚は200nm以下であり、好ましくは20〜180nm、より好ましくは40〜160nmである。
機能層を形成するための塗布組成物の固形分濃度は1〜10質量%であることが好ましく、2〜8質量%であることが更に好ましく、3〜5質量%以下であることが特に好ましい。この範囲であれは、膜厚200nm以下の機能層を塗工する際に、液量が少なすぎて液切れすることない。
塗布組成物の粘度としては、固形分濃度4質量%での25℃で測定した粘度は、1.0mPa・s以下である。この範囲であれば、塗工時にスジ・ムラが発生せず、良好な面状の光学積層体を得ることができる。固形分濃度4質量%での25℃で測定した粘度は、0.2〜0.8mPa・sが好ましく、0.3〜0.6mPa・sがより好ましい。固形分濃度4質量%は塗布組成物の塗工時の固形分濃度に近い値であり、固形分濃度4質量%での粘度は塗工時の塗布組成物の粘度に近い値である。固形分濃度4質量%での粘度を1.0mPa・s以下にする手段はどのような方式でもかまわないが、粘度の低い溶剤添加や、固形分中に分子量の低い成分を多くする等の方法を用いることができる。
塗布組成物の固形分濃度が40質量%時の25℃で測定した粘度は100mPa・s以上であり、200mPa・s以上が好ましい。固形分濃度が40質量%時の塗布組成物の厚みは乾燥により、塗布直後にくらべ、溶剤が蒸発するため、500nm以下まで薄くなっている。凹凸面上に塗工した場合、塗布組成物の厚みよりも凹凸面の凸の高さが大きくなる領域となり、流動の有無により膜厚の均一性が決定する濃度となると考えている。また、固形分濃度40質量%は異物に対するハジキや、膜厚変動により干渉ムラの原因となる膜厚変動を決定する濃度と本発明者らは考えている。
次に、固形分濃度と粘度の関係について説明する。
係数Nを[粘度(mPa・s)の対数変化]/[固形分濃度(質量%)の変化]とすると、係数係数Nが0.070以上であることが必要であり、0.075以上であることが好ましく、0.080以上であることがより好ましい。係数Nの求め方は、固形分濃度として、4、10、20、30、40、50、60質量%の中から、5点以上の粘度を測定し、粘度の常用対数と固形分濃度をプロットし、最小二乗法により傾きを求める。
粘度測定は25℃の条件下、振動粘度計で測定した。
この範囲であれば、塗布組成物の固形分濃度が40質量%時に粘度が100mPa・s以上になり、塗布組成物の流動性を止める事ができ、機能層の膜厚を均一化できると本発明者らは考えている。
また、機能層を形成するための塗布組成物は電離放射線照射により重合可能な化合物Aと溶剤以外に、該化合物Aと相互作用する基を有する化合物Bを含む。化合物A及びBが相互作用することにより、固形分濃度が上昇するに従い、相互作用がより強くなり粘度が高くなる、つまり係数Nが大きくなるメリットがある。ただし、相互作用により係数Nを大きくするには、化合物Aの係数Nが0.050以上であることが好ましい。より好ましくは0.055以上、更に好ましくは0.060以上である。この範囲であれば、相互作用のある基をもつ化合物Bを添加することで、係数Nを0.070以上にすることができる。
化合物AとBの相互作用については、イオン結合、水素結合、またはファンデルワールス結合のいずれかあるいは複数を用いることができる。また、固形分濃度上昇時に、化学反応がすすみ、高分子化することで、係数Nを大きくする方法もある。
具体的な例として、−OH、−COOH基による水素結合や、PEO基(ポリエチレンオキシド基)同士によりファンデルワールス結合等がある。
機能層の具体例として以下に低屈折率層を挙げて説明するが、膜厚200nm以下の層であれば低屈折率層以外の層の製造方法として用いてもよい。
<低屈折率層>
本発明にかかる光学積層体では、反射率を低減するため、屈折率が、1.20〜1.46の層(「低屈折率層」ともいう)を有することが好ましい。低屈折率層の屈折率は、1.25〜1.46であることがより好ましく、1.30〜1.40であることが特に好ましい。低屈折率層の厚さは、50〜200nmであることが好ましく、70〜100nmであることがさらに好ましい。低屈折率層のヘイズは、3%以下であることが好ましく、2%以下であることがさらに好ましく、1%以下であることが最も好ましい。
(電離放射線照射により重合可能な化合物A)
低屈折率層を形成する材料のうち、電離放射線照射により重合可能な化合物Aについて以下に説明する。
電離放射線照射により重合可能な化合物Aは、電離放射線照射により重合可能な基と後述する化合物Bと相互作用する基とを含む化合物である。
電離放射線照射により重合可能な基としては、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、スチリル基、アリル基等の不飽和の重合性官能基等が挙げられ、中でも、(メタ)アクリロイル基が好ましい。
化合物Bと相互作用する基としては、−OH、−COOH基や、PEO基が好ましいが、−OHがより好ましい。
化合物Aの数平均分子量は3万以上であることが好ましく、4万以上がより好ましく、5万以上がさらに好ましい。
化合物Aの前記係数Nは0.050以上であることが好ましく、0.055以上がより好ましく、0.060以上がさらに好ましい。このような係数するための手段としては、化合物Aの高分子量化、化合物Aと溶剤の組み合わせ(良溶媒の選択等)などが挙げられるが、化合物Aの高分子量化が好ましい。
電離放射線照射により重合可能な化合物Aは、その重合体が低屈折率バインダーとしてはたらくことが好ましく、含フッ素化合物であることが好ましい。含フッ素化合物としては含フッ素ポリマーであることが好ましい。該含フッ素ポリマーは主鎖にポリシロキサン構造を含み、含フッ素ビニルモノマーからなる繰返し単位と、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有する繰返し単位と、側鎖に水酸基を有する繰り返し単位と、を含む共重合体であることが好ましい。
また、該(メタ)アクリロイル基含有繰返し単位の共重合体における含有量は、ポリシロキサン部位以外の全繰返し単位の30〜70mo1%の範囲であることが好ましく、該側鎖に水酸基を有する繰り返し単位の共重合体における含有量が、ポリシロキサン部位以外の全繰り返し単位のうち5〜40mol%の範囲であることが好ましい。
共重合体由来の成分は皮膜固形分の80質量%以上を占めることが好ましく、90質量%以上を占めることがより好ましい。
(ポリシロキサン構造を含む共重合体)
低屈折率層に用いられる共重合体には、主鎖にポリシロキサン構造が含まれることが好ましい。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(市販のものではVPS−0501、1001(商品名;和光純薬工業(株)社製))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、片末端あるいは両末端反応性基(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。
本発明の共重合体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、下記一般式(1)で表される構造である。
Figure 2010139878
一般式(1)においてR、R、RおよびRはそれぞれ独立して水素原子、アルキル基(炭素数1〜5が好ましい。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が好ましい。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が好ましい。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。)、またはシアノ基を表し、好ましくはアルキル基およびシアノ基であり、特に好ましくは、メチル基およびシアノ基である。
〜R10はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基(炭素数1〜5が好ましい。例としてメチル基、エチル基が挙げられる。)、ハロアルキル基(炭素数1〜5のフッ素化アルキル基が好ましい。例としてトリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基が挙げられる。)またはフェニル基を表し、好ましくはメチル基またはフェニル基であり、特に好ましくはメチル基である。
pおよびq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。mおよびn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。rは10〜1000の整数を表し、好ましくは20〜500の整数であり、特に好ましくは50〜200の整数である。
該ポリシロキサン構造は共重合体中の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0.05〜10質量%の範囲で導入される場合であり、特に好ましくは0.5〜5質量%の範囲で導入される場合である。
該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ともに、皮膜表面に滑り性が付与され耐傷性にも有利である。
含フッ素ビニルモノマーとしてはフルオロオレフィン類(例えばフルオロエチレン、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン等)、(メタ)アクリル酸の部分または完全フッ素化アルキルエステル誘導体類(例えばビスコート6FM(商品名、大阪有機化学製)やM−2020(商品名、ダイキン製)等)、完全または部分フッ素化ビニルエーテル類等が挙げられるが、好ましくはパーフルオロオレフィン類であり、屈折率、溶解性、透明性、入手性等の観点から特に好ましくはヘキサフルオロプロピレンである。これらの含フッ素ビニルモノマーの組成比を上げれば屈折率を下げることができるが、皮膜強度は低下する。
共重合体のフッ素含率が20〜60質量%となるように含フッ素ビニルモノマーを導入することが好ましく、より好ましくは25〜55質量%の場合であり、特に好ましくは30〜50質量%の場合である。
低屈折率層に用いられる共重合体は側鎖に(メタ)アクリロイル基を有する繰返し単位を必須の構成成分として有することが好ましい。共重合体への(メタ)アクリロイル基の導入法は特に限定されるものではないが、例えば、(1)水酸基、アミノ基等の求核基を有するポリマーを合成した後に、(メタ)アクリル酸クロリド、(メタ)アクリル酸無水物、(メタ)アクリル酸とメタンスルホン酸の混合酸無水物等を作用させる方法、(2)上記求核基を有するポリマーに、硫酸等の触媒存在下、(メタ)アクリル酸を作用させる方法、(3)上記求核基を有するポリマーにメタクリロイルオキシプロピルイソシアネート等のイソシアネート基と(メタ)アクリロイル基を併せ持つ化合物を作用させる方法、(4)エポキシ基を有するポリマーを合成した後に(メタ)アクリル酸を作用させる方法、(5)カルボキシル基を有するポリマーにグリシジルメタクリレート等のエポキシ基と(メタ)アクリロイル基を併せ持つ化合物を作用させる方法、(6)3−クロロプロピオン酸エステル部位を有するビニルモノマーを重合させた後で脱塩化水素を行う方法などが挙げられる。
これらの中で、特に水酸基を含有するポリマーに対して(1)または(2)の手法によって(メタ)アクリロイル基を導入することが好ましい。
これらの(メタ)アクリロイル基含有繰返し単位の組成比を高めれば皮膜強度は向上するが屈折率も高くなる。(メタ)アクリロイル基含有繰返し単位が30〜70mol%の範囲で導入されているものが好ましく、40〜60mol%を占めることがより好ましい。
共重合体には、上記含フッ素ビニルモノマーからの繰返し単位および側鎖に(メタ)アクリロイル基を有する繰返し単位以外に、無機微粒子との親和性を持たせるために、側鎖に水酸基を有する繰り返し単位を含有することが好ましい。該水酸基を有する繰り返し単位は、一種類でも、異なる2種以上の繰り返し単位であってもよく、合計で共重合単位の5〜40mol%の範囲で導入されているものが好ましく、5〜35mol%の範囲で導入されていることがより好ましい。
共重合体に側鎖に水酸基を有する繰り返し単位を導入するには、側鎖に水酸基を有するモノマーを共重合させればよい。側鎖に水酸基を有するモノマーとしては、多くのモノマーが知られており特に限定されないが、例えば、ヒドロキシエチルビニルエーテル、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等が挙げられる。
低屈折率層に用いられる共重合体では、上記含フッ素ビニルモノマーからの繰返し単位、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有する繰返し単位、及び側鎖に水酸基を有する繰り返し単位以外に、透明基材への密着性、ポリマーのTg(皮膜硬度に寄与する)、溶剤への溶解性、透明性、防塵・防汚性等種々の観点から適宜他のビニルモノマーを共重合することもできる。これらのビニルモノマーは目的に応じて複数を組み合わせてもよく、合計で共重合体中の0〜40mol%の範囲で導入されていることが好ましく、0〜30mol%の範囲であることがより好ましく、0〜20mol%の範囲であることが特に好ましい。
併用可能なビニルモノマー単位には特に限定はなく、例えばオレフィン類(エチレン、プロピレン、イソプレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン等)、アクリル酸エステル類(アクリル酸メチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル)、メタクリル酸エステル類(メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル等)、スチレン誘導体(スチレン、p−ヒドロキシメチルスチレン、p−メトキシスチレン等)、ビニルエーテル類(メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル等)、ビニルエステル類(酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、桂皮酸ビニル等)、不飽和カルボン酸類(アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸等)、アクリルアミド類(N,N−ジメチルアクリルアミド、N−tertブチルアクリルアミド、N−シクロヘキシルアクリルアミド等)、メタクリルアミド類(N,N−ジメチルメタクリルアミド)、アクリロニトリル等を挙げることができる。
低屈折率層に用いられる共重合体の好ましい形態として下記一般式(2)が挙げられる。
Figure 2010139878
一般式(2)中、Lは炭素数1〜10の連結基を表し、より好ましくは炭素数1〜6の連結基であり、特に好ましくは2〜4の連結基であり、直鎖であっても分岐構造を有していてもよく、環構造を有していてもよく、O、N、及びSから選ばれるヘテロ原子を有していても良い。
好ましい例としては、*−(CH−O−**、*−(CH−NH−**、*−(CH−O−**、*−(CH−O−**、*−(CH−O−(CH−O−**、−CONH−(CH−O−**、*−CHCH(OH)CH−O−**、又は*−CHCHOCONH(CH−O−**(*はポリマー主鎖側の連結部位を表し、**は(メタ)アクリロイル基側の連結部位を表す。)等が挙げられる。
mは、0または1を表す。
Xは、水素原子またはメチル基を表す。硬化反応性の観点から、より好ましくは水素原子である。
一般式(2)中、Aは水酸基を含む繰り返し単位を表す。Bは任意のビニルモノマーのからの繰返し単位を表し、ヘキサフルオロプロピレンと共重合可能な単量体の構成成分であれば特に制限はなく、基材への密着性、ポリマーのTg(皮膜硬度に寄与する)、溶剤への溶解性、透明性、滑り性、防塵・防汚性等種々の観点から適宜選択することができ、目的に応じて単一あるいは複数のビニルモノマーによって構成されていても良い。
Aの好ましい例としては、ヒドロキシエチルビニルエーテル、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等が挙げられる。
Bの好ましい例としては、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、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、グリシジルビニルエーテル、アリ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、酪酸ビニル等のビニルエステル類、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジルメタアクリレート、アリル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン等の(メタ)アクリレート類、スチレン、p−ヒドロキシメチルスチレン等のスチレン誘導体、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸およびその誘導体等を例として挙げることができるが、好ましくはビニルエーテル誘導体、ビニルエステル誘導体であり、特に好ましくはビニルエーテル誘導体である。
x、y、z1、z2はY以外の全繰返し単位を基準とした場合のそれぞれの繰返し単位のモル%を表し、30≦x≦60、30≦y≦65、5≦z1≦40、0≦z2≦35を満たす値を表す。好ましくは、35≦x≦55、30≦y≦60、5≦z1≦35、0≦z2≦35の場合であり、特に好ましくは40≦x≦55、40≦y≦55、5≦z1≦35、0≦z2≦35の場合である。
Yはポリシロキサン成分を主鎖に含む構造単位を表し、好ましい例は前記した構造が挙げられる。
aはY成分の質量%を表し、0.01≦a≦20であることが好ましく、より好ましくは0.05≦a≦10の場合であり、特に好ましくは0.5≦a≦5の場合である。
一般式(2)で表わされる共重合体は、例えば、前記手法により合成した、主鎖にポリシロキサン構造を有するヘキサフルオロプロピレンとヒドロキシアルキルビニルエーテルの共重合体に、前記のいずれかの手法により(メタ)アクリロイル基を導入することにより合成できる。
また、一般式(2)においては、特に断わらない限り共重合体の結合の態様(ブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体など)を、いずれかに限定することを意味するものではない。
以下に好ましい共重合体の例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2010139878
式中、50/y/zはモル比を示し、aは共重合体中の質量%を示し、VPS−1001は和光純薬工業社製ポリシロキサン含有マクロアゾ開始剤(VPS1001(商品名)由来の成分を表す。
Figure 2010139878
式中、50/y/zはモル比を示し、aは共重合体中の質量%を示す。VPS−1001は和光純薬工業社製ポリシロキサン含有マクロアゾ開始剤(VPS1001(商品名)由来の成分を示す。
Figure 2010139878
式中、x/y/z2はモル比を示し、aは共重合体中の質量%を示す。VPS−0501は和光純薬工業社製ポリシロキサン含有マクロアゾ開始剤(VPS0501:商品名)由来の成分を示す。
Figure 2010139878
式中、x/y/z1/z2はそれぞれモル比を示し、aは共重合体中の質量%を示す。VPS−1001は和光純薬工業社製ポリシロキサン含有マクロアゾ開始剤(VPS1001(商品名)由来の成分を示す。
Figure 2010139878
式中、x/y/z1はモル比を示し、aは共重合体中の質量%を示す。VPS−1001は和光純薬工業社製ポリシロキサン含有マクロアゾ開始剤(VPS1001(商品名)由来の成分を示す。
Figure 2010139878
式中、ビニルモノマーの成分の比(50/40/10)はモル比を示し、aは共重合体中の質量%を示し、rはジメチルシロキサンユニットの数を示す。
上記共重合体は、ゲルパーミッションクロマトグラフィーで測定したポリスチレン換算数平均分子量が5,000〜500,000の範囲であることが好ましく、更に好ましくは5,000〜300,000の範囲であることが好ましい。
上記共重合体の合成は、種々の重合方法、例えば溶液重合、沈澱重合、懸濁重合、沈殿重合、塊状重合、乳化重合等によって水酸基含有重合体の前駆体を合成した後、前記高分子反応によって(メタ)アクリロイル基を導入することにより行なうことができる。重合反応は回分式、半連続式、連続式等の任意の操作で行なうことができる。
重合の開始方法はラジカル開始剤を用いる方法、光また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)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剤は、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剤の単独あるいは2種以上の混合物でも良いし、水との混合溶媒としても良い。
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、50〜100℃の範囲で重合を行なうことが好ましい。
反応圧力は、適宜選定可能であるが、通常は、1〜100kg/cm、特に、1〜30kg/cm程度が望ましい。反応時間は、5〜30時間程度である。
得られたポリマーの再沈殿溶媒としては、イソプロパノール、ヘキサン、メタノール等が好ましい。
化合物Aは、低屈折率形成に用いられる塗布組成物中、全固形分に対して、
5〜97質量%含有されることが好ましく、10〜70質量%含有されることがより好ましく、30〜60質量%含有されることが更に好ましい。
(電離放射線)
前記化合物Aに照射する電離放射線として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。
紫外線反応性化合物を光重合させる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、エキシマランプまた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。
また照射量はそれぞれのランプによって異なるが、照射光量は10mJ/cm以上が好ましく、更に好ましくは、50mJ/cm〜10000mJ/cmであり、特に好ましくは、50mJ/cm〜2000mJ/cm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。
(多官能電離放射線硬化性化合物)
低屈折率層形成用組成物には、前記電離放射線照射により重合可能な化合物Aに加えて、多官能電離放射線硬化性化合物を含むことが好ましい。多官能電離放射線硬化性化合物としては、電離放射線硬化性の多官能モノマーや多官能オリゴマーを使用することが好ましい。電離放射線硬化の官能基としては、光、電子線、放射線重合性のものが好ましく、中でも光重合性官能基が好ましい。
光重合性官能基としては、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、スチリル基、アリル基等の不飽和の重合性官能基等が挙げられ、中でも、(メタ)アクリロイル基が好ましい。特に好ましくは、下記の1分子内に2つ以上の(メタ)アクリロイル基を含有する化合物を用いることができる。
光重合性官能基を有する光重合性多官能モノマーの具体例としては、
ネオペンチルグリコールアクリレート、1,6−ヘキサンジオール(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート等のアルキレングリコールの(メタ)アクリル酸ジエステル類;
トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート等のポリオキシアルキレングリコールの(メタ)アクリル酸ジエステル類;
ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート等の多価アルコールの(メタ)アクリル酸ジエステル類;
2,2−ビス{4−(アクリロキシ・ジエトキシ)フェニル}プロパン、2−2−ビス{4−(アクリロキシ・ポリプロポキシ)フェニル}プロパン等のエチレンオキシドあるいはプロピレンオキシド付加物の(メタ)アクリル酸ジエステル類;
等を挙げることができる。
さらにはエポキシ(メタ)アクリレート類、ウレタン(メタ)アクリレート類、ポリエステル(メタ)アクリレート類も、光重合性多官能モノマーとして、好ましく用いられる。
中でも、多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル類が好ましい。さらに好ましくは、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能モノマーが好ましい。具体的には、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、1,2,4−シクロヘキサンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタグリセロールトリアクリレート、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、(ジ)ペンタエリスリトールトリアクリレート、(ジ)ペンタエリスリトールペンタアクリレート、(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ヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールトリアクリレート、トリペンタエリスリトールヘキサトリアクリレート等が挙げられる。
また、低屈折率化の目的のためには、分子内にフッ素原子を含むモノマーを用いることが好ましく、具体的例としては、例えば特開2005−248142号公報に記載の化合物を用いることができる。
(無機微粒子)
低屈折率層中には無機微粒子を含有することが好ましい。
無機微粒子の平均粒子径は100nm以下であることが好ましい。また、無機微粒子の平均粒子径は、低屈折率層の厚みの30%以上100%以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは35%以上80%以下、更に好ましくは40%以上60%以下である。即ち、低屈折率層の厚みが100nmであれば、無機微粒子の粒径は30nm以上100nm以下が好ましく、より好ましくは35nm以上80nm以下、更に好ましくは、40nm以上60nm以下である。無機微粒子の粒径が小さすぎると、耐擦傷性の改良効果が少なくなり、大きすぎると低屈折率層表面に微細な凹凸ができ、黒の締まりといった外観、積分反射率が悪化する傾向がある。なお、無機微粒子の平均粒径はコールターカウンターにより測定することが可能である。
無機微粒子の塗設量は、1mg/m〜100mg/mが好ましく、より好ましくは5mg/m〜80mg/m、更に好ましくは10mg/m〜60mg/mである。少なすぎると、耐擦傷性の改良効果が減り、多すぎると、低屈折率層表面に微細な凹凸ができ、黒の締まりなどの外観や積分反射率が悪化する傾向がある。
無機微粒子は、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。シリカ微粒子は、結晶質でも、アモルファスのいずれでも良く、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無い。以上シリカ微粒子について述べたことは、他の無機粒子についても適用される。
粒子の低屈折率化には、粒子の表面又は内部に空孔を導入することができる。多孔質の粒子や中空の粒子を使用することができる。低屈折率層の屈折率上昇をより一層少なくするために、中空のシリカ微粒子を用いることが好ましく、該中空シリカ微粒子は屈折率が1.17〜1.40が好ましく、より好ましくは1.17〜1.35、さらに好ましくは1.17〜1.30である。ここでの屈折率は粒子全体として屈折率を表し、中空シリカ粒子を形成している外殻のシリカのみの屈折率を表すものではない。この時、粒子内の空腔の半径をa、粒子外殻の半径をbとすると、下記数式(VIII)で表される空隙率xは、好ましくは10〜60%、さらに好ましくは20〜60%、最も好ましくは30〜60%である。
(数式VIII) x=(4πa/3)/(4πb/3)×100
中空のシリカ粒子をより低屈折率に、より空隙率を大きくしようとすると、外殻の厚みが薄くなり、粒子の強度としては弱くなるため、耐擦傷性の観点から屈折率1.17以上の粒子が好ましい。
なお、これら中空シリカ粒子の屈折率はアッベ屈折率計(アタゴ(株)製)にて測定可能である。
また、平均粒径が低屈折率層の厚みの25%未満であるシリカ微粒子(「小サイズ粒径のシリカ微粒子」と称す)の少なくとも1種を上記の粒径のシリカ微粒子(「大サイズ粒径のシリカ微粒子」と称す)と併用することが好ましい。
小サイズ粒径のシリカ微粒子は、大サイズ粒径のシリカ微粒子同士の隙間に存在することができるため、大サイズ粒径のシリカ微粒子の保持剤として寄与することができる。
小サイズ粒径のシリカ微粒子の平均粒径は、低屈折率層が100nmの場合、1nm以上20nm以下が好ましく、5nm以上15nm以下が更に好ましく、10nm以上15nm以下が特に好ましい。このようなシリカ微粒子を用いると、原料コストおよび保持剤効果の点で好ましい。
中空微粒子の製造方法としては、例えば特開2001−233611号公報に記載されている。また、多孔質粒子の製造方法は、例えば特開2003−327424号、同2003−335515号、同2003−226516号、同2003−238140号等の各公報に記載されている。
シリカ微粒子は、分散液中あるいは塗布組成物中で、分散安定化を図るために、あるいはバインダー成分との親和性、結合性を高めるために、プラズマ放電処理やコロナ放電処理のような物理的表面処理、界面活性剤やカップリング剤等による化学的表面処理がなされていても良い。カップリング剤の使用が特に好ましい。カップリング剤としては、アルコキシメタル化合物(例、チタンカップリング剤、シランカップリング剤)が好ましく用いられる。なかでも、シランカップリング処理が特に有効である。
上記カップリング剤は、低屈折率層の無機フィラーの表面処理剤として該層塗布組成物調製以前にあらかじめ表面処理を施すために用いられるが、該層塗布組成物調製時にさらに添加剤として添加して該層に含有させることが好ましい。シリカ微粒子は、表面処理前に、媒体中に予め分散されていることが、表面処理の負荷軽減のために好ましい。
表面処理は、無機化合物または有機化合物の表面処理剤を用いて実施することができる。表面処理に用いる無機化合物の例には、コバルトを含有する無機化合物(CoO,Co,Coなど)、アルミニウムを含有する無機化合物(Al,Al(OH)など)、ジルコニウムを含有する無機化合物(ZrO,Zr(OH)など)、ケイ素を含有する無機化合物(SiOなど)、鉄を含有する無機化合物(Feなど)などが含まれる。コバルトを含有する無機化合物、アルミニウムを含有する無機化合物、ジルコニウムを含有する無機化合物が特に好ましく、コバルトを含有する無機化合物、Al(OH)、Zr(OH)が最も好ましい。
表面処理に用いる有機化合物の例には、ポリオール、アルカノールアミン、ステアリン酸、シランカップリング剤およびチタネートカップリング剤が含まれる。シランカップリング剤が最も好ましい。特にシランカップリング剤(オルガノシラン化合物)、その部分加水分解物、およびその縮合物の少なくとも一種で表面処理されていることが好ましい。
チタネートカップリング剤としては、例えば、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタンなどの金属アルコキシド、プレンアクト(KR−TTS、KR−46B、KR−55、KR−41Bなど;味の素(株)製)などが挙げられる。
表面処理に用いる有機化合物の例には、ポリオール、アルカノールアミン、その他アニオン性基を有する有機化合物などが好ましく、特に好ましいのは、カルボキシル基、スルホン酸基、又は、リン酸基を有する有機化合物である。ステアリン酸、ラウリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレイン酸などが好ましく用いることができる。
表面処理に用いる有機化合物は、さらに、架橋又は重合性官能基を有することが好ましい。架橋、又は、重合性官能基としては、ラジカル種による付加反応・重合反応が可能なエチレン性不飽和基(例えば(メタ)アクリル基、アリル基、スチリル基、ビニルオキシ基等)、カチオン重合性基(エポキシ基、オキサタニル基、ビニルオキシ基等)、重縮合反応性基(加水分解性シリル基等、N−メチロール基)等が挙げられ、好ましくはエチレン性不飽和基を有する基である。また、含フッ素ポリマー中での分散安定性を向上させる観点からは、フッ素原子を含む表面処理剤が好ましい。
これらの表面処理は、2種類以上を併用することもでき、アルミニウムを含有する無機化合物とジルコニウムを含有する無機化合物を併用することが、特に好ましい。
無機粒子がシリカである場合、カップリング剤の使用が特に好ましい。カップリング剤としては、アルコキシメタル化合物(例、チタンカップリング剤、シランカップリング剤)が好ましく用いられる。なかでも、シランカップリング処理が特に有効である。
これら表面処理剤の使用量に特制限はないが、無機粒子に対して1〜100質量部が好ましく、更に好ましくは1〜50質量部、最も好ましくは2〜30質量部である。
本発明に好ましく用いることのできる表面処理剤および表面処理用の触媒の具体的化合物は、例えば、国際公開第2004/017105号パンフレットに記載のオルガノシラン化合物および触媒を挙げることができる。
(化合物B)
本発明にかかる光学積層体を構成する200nm以下の機能層は、その層を形成する塗布組成物中に、前記化合物Aと相互作用する基を有する化合物Bを含有し、この場合に前記化合物Aの数平均分子量は3万以上であることがより好ましい。
前記化合物Aと相互作用する基としては、イオン結合、水素結合、またはファンデルワールス結合のいずれかあるいは複数を用いることができる。具体的な例として、−OH、−COOH基による水素結合や、PEO基同士によりファンデルワールス結合等がり、−OHにより水素結合が好ましい。
化合物B中の前記化合物Aと相互作用する基は1分子あたり2官能以上あることが好ましく、3官能以上あることが更に好ましい。3官能以上あることで、化合物Aと相互作用した際に、3次元構造で相互作用することで、濃厚化時により高粘度化(係数Nが大きくなる)することが可能になる。
相互作用を有する基を複数もつ化合物Bの一例として、
多分岐ポリマーを核とし、且つ分岐枝末端に、複数の相互作用を有する基と電離放射線により重合可能な反応基の両者含む硬化性多分岐ポリマー(デンドリマー)を含有することが好ましい。質量平均分子量が約1,000〜約50,000、好ましくは約1500〜約20,000を有するものが好ましい。また、本発明において、デンドリマー中の化合物Aと相互作用する官能基と電離放射線により重合可能な反応基の比率は、10:90〜90:10が好ましく、更に好ましくは20:80〜80:20であり、更に好ましくは20:80〜40:60である。また、相互作用する官能基は水酸基であることが好ましい。この範囲において、本発明の塗布性改良効果が得られ、硬化反応が充分に進行し且つ得られた硬化膜の膜強度が保持できる。デンドリマーの詳細については、特開2007−293301号0038段落〜0091段落に記載されている。
また、化合物Bの別の例としては、オルガノシランの加水分解物およびその部分縮合物の少なくとも一種の成分、いわゆるゾル成分(以降このように称する場合もある)が好ましい。ゾル成分を含有することで耐擦傷性を向上させることができる。このゾル成分は、塗布組成物を塗布後、乾燥、加熱工程で縮合して硬化物を形成し機能層のバインダーの一部となる。また、該硬化物が重合性不飽和結合を有する場合、活性光線の照射により3次元構造を有するバインダーが形成される。
化合物Bは、下記一般式(3)で表されるものが好ましい。一般式(3)で表されるゾル成分は、水酸基または加水分解可能な基がケイ素に直接接合した構造を有する。
Figure 2010139878
上記一般式(3)において、Rは水素原子、メチル基、メトキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、フッ素原子、または塩素原子を表す。アルコキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基などが挙げられる。Rとしては水素原子、メチル基、メトキシ基、メトキシカルボニル基、シアノ基、フッ素原子、および塩素原子が好ましく、水素原子、メチル基、メトキシカルボニル基、フッ素原子、および塩素原子が更に好ましく、水素原子およびメチル基が特に好ましい。
Yは単結合、または、*−COO−**、*−CONH−**、もしくは*−O−**を表し、単結合、*−COO−**、又は*−CONH−**が好ましく、単結合又は*−COO−**が更に好ましく、*−COO−**が特に好ましい。なお、*は=C(R)−に結合する位置を、**はLに結合する位置を表す。
Lは2価の連結鎖を表す。連結鎖としては例えば、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のアリーレン基、内部に連結基(例えば、エーテル、エステル、アミドなど)を有する置換もしくは無置換のアルキレン基、内部に連結基を有する置換もしくは無置換のアリーレン基が挙げられ、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のアリーレン基、内部に連結基を有するアルキレン基が好ましく、無置換のアルキレン基、無置換のアリーレン基、内部にエーテルあるいはエステル連結基を有するアルキレン基が更に好ましく、無置換のアルキレン基、内部にエーテルあるいはエステル連結基を有するアルキレン基が特に好ましい。置換基は、ハロゲン、水酸基、メルカプト基、カルボキシル基、エポキシ基、アルキル基、アリール基等が挙げられ、これら置換基は更に置換されていても良い。
lはl=100−mの数式を満たす数を表し、mは0〜50の数を表す。mは0〜40の数がより好ましく、0〜30の数が特に好ましい。mが50より大きいと、固形分が生じたり、液が濁ったり、ポットライフが悪化したり、分子量の制御が困難(分子量の増大)であったり、重合性基の含有量が少ないために重合処理を行った場合の性能(例えば反射防止膜の耐傷性)の向上が得られにくいという傾向がある。
〜Rは、ハロゲン原子、水酸基、無置換のアルコキシ基、または無置換のアルキル基を表す。R〜Rとしては塩素原子、水酸基、無置換の炭素数1〜6のアルコキシ基がより好ましく、水酸基、炭素数1〜3のアルコキシ基が更に好ましく、水酸基もしくはメトキシ基が特に好ましい。
は水素原子、または無置換のアルキル基を表す。Rは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基が好ましく、水素原子又はメチル基が特に好ましい。
は置換もしくは無置換のアルキル基、または置換もしくは無置換のアリール基を表す。アルキル基としては、炭素数1〜30のアルキル基か好ましく、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは1〜6のものである。アルキル基の具体例として、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ヘキシル、デシル、ヘキサデシル等が挙げられる。アリール基としてはフェニル、ナフチル等が挙げられ、好ましくはフェニル基である。Rに含まれる置換基としては特に制限はないが、ハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素等)、水酸基、メルカプト基、カルボキシル基、エポキシ基、アルキル基(メチル、エチル、i−プロピル、プロピル、t−ブチル等)、アリール基(フェニル、ナフチル等)、芳香族ヘテロ環基(フリル、ピラゾリル、ピリジル等)、アルコキシ基(メトキシ、エトキシ、i−プロポキシ、ヘキシルオキシ等)、アリールオキシ(フェノキシ等)、アルキルチオ基(メチルチオ、エチルチオ等)、アリールチオ基(フェニルチオ等)、アルケニル基(ビニル、1−プロペニル等)、アシルオキシ基(アセトキシ、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ等)、アルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル、エトキシカルボニル等)、アリールオキシカルボニル基(フェノキシカルボニル等)、カルバモイル基(カルバモイル、N−メチルカルバモイル、N,N−ジメチルカルバモイル、N−メチル−N−オクチルカルバモイル等)、アシルアミノ基(アセチルアミノ、ベンゾイルアミノ、アクリルアミノ、メタクリルアミノ等)等が挙げられ、これら置換基は更に置換されていても良い。置換基としてビニル重合性基以外の重合性官能基、例えばエポキシ基、イソシアナート基なども好ましい。Rの置換基としては、水酸基もしくは無置換のアルキル基が更に好ましく、水酸基もしくは炭素数1〜3のアルキル基が更に好ましく、水酸基もしくはメチル基が特に好ましい。
化合物Bは、特定のl及びmを有する一般式(3)で表される化合物の複数種の混合物の加水分解物および/またはその部分縮合物であってもよい。
一般式(3)の化合物は2種類以上のシラン化合物を出発原料として合成される。以下に一般式(3)の出発原料となるシラン化合物の具体例を示すが、限定されるものではない。
Figure 2010139878
Figure 2010139878
Figure 2010139878
Figure 2010139878
Figure 2010139878
Figure 2010139878
Figure 2010139878
M−48: CH−Si(OCH
M−49: C−Si(OCH
M−50: t−C−Si(OCH
これらのうち、(M−1)、(M−2)、(M−25)、(M−48)、(M−49)を出発原料とすることが特に好ましい。
また、一般式(3)におけるRとしての基をフッ素原子を有する基とすることで、フッ化アルキル基含有シラン化合物の加水分解物或いは完全加水分解物を使用することも、オルガノシランの加水分解物および/または部分縮合物中にフッ化アルキル基を導入できるので好ましい。
フッ化アルキル基含有シラン化合物の部分加水分解物或いは完全加水分解物としては、下記一般式(7)で示されるものが好ましい。
Figure 2010139878
式中、Rfは、C2n+1(nは1〜20の整数)、または
Figure 2010139878
で表されるエーテル結合を1個以上含んでいてもよいポリフルオロアルキル基を示し、Xは−CH−、−CHO−、−NR−、−COO−、−CONR−、−S−、−SO−又はSONR−(Rは水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基)の1種又は2種以上の結合基を示し、Rは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基又は水酸基を示す。aは0〜3の整数、bは1〜3の整数、cは0〜2の整数である。mは1以上、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10の整数である。
Rfは、C2n+1又はCFCFCFO(CFCFCFO)CFCF−(n,mは上記の通り)であり、C2n+1としては、CF−、C−、C−、C−、C13−、C17−、C1021−、C1225−、C1429−、C1633−、C1837−、C2041−などが挙げられる。
このような一般式(3)のシラン化合物としては、下記のものを例示することができる。
Rf(CHSi(OH)
Rf(CHSiCH(OH)
Rf(CHSi(OCH)(OH)
Rf(CHSi(OCHCH)(OH)
Rf(CHSi(CH(OH)
Rf(CHSi(OCH(OH)
Rf(CHSi(OCHCH(OH)
Rf(CHSi(OH)
Rf(CHSiCH(OH)
Rf(CHSi(OCH)(OH)
Rf(CHSi(OCHCH)(OH)
Rf(CHSi(CH(OH)
Rf(CHSi(OCH(OH)
Rf(CHSi(OCHCH(OH)
RfNH(CHSi(OH)
RfNH(CHSiCH(OH)
RfNH(CHSi(OCH)(OH)
RfNH(CHSi(OCHCH)(OH)
RfNH(CHSi(CH(OH)
RfNH(CHSi(OCH(OH)
RfNH(CHSi(OCHCH(OH)
RfNH(CHNH(CHSi(OH)
RfNH(CHNH(CHSiCH(OH)
RfNH(CHNH(CHSi(OCH)(OH)
RfNH(CHNH(CHSi(OCHCH)(OH)
RfNH(CHNH(CHSi(CH(OH)
RfNH(CHNH(CHSi(OCH(OH)
RfNH(CHNH(CHSi(OCHCH(OH)
RfCONH(CHSi(OH)
RfCONH(CHSiCH(OH)
RfCONH(CHSi(OCH)(OH)
RfCONH(CHSi(OCHCH)(OH)
RfCONH(CHSi(CH(OH)
RfCONH(CHSi(OCH(OH)
RfCONH(CHSi(OCHCH(OH)
好ましいものとして下記のものが挙げられる。
CF(CHSi(OH)
CF(CHSiCH(OH)
CF(CHSi(OCH)(OH)
CF(CHSi(CH(OH)
CF(CHSi(OCH(OH)
17(CHSi(OH)
17(CHSiCH(OH)
17(CHSi(OCH)(OH)
17(CHSi(CH(OH)
17(CHSi(OCH(OH)
(CF(CF)CFO)CF(CF)CHO(CHSi(OH)
(CF(CF)CFO)CF(CF)CHO(CHSiCH(OH)
(CF(CF)CFO)CF(CF)CHO(CHSi(OCH)(OH)
(CF(CF)CFO)CF(CF)CHO(CHSi(OCH(OH)
これらの化合物はフッ化アルキル基含有ハロゲノシラン化合物やフッ化アルキル基含有アルコキシシラン化合物に加水分解相当量の水を加え、加水分解し、シラノール化することにより得られるものである。
オルガノシランの加水分解物およびその部分縮合物の少なくともいずれかは塗布品性能の安定化のためには揮発性を抑えることが好ましく、具体的には、105℃における1時間当たりの揮発量が5質量%以下であることが好ましく、3質量%以下であることがより好ましく、1質量%以下であることが特に好ましい。
オルガノシランの加水分解物およびその部分縮合物の少なくともいずれかにおける前記ビニル重合性基を含有するオルガノシランの含有量は、30質量%〜100質量%が好ましく、50質量%〜100質量%がより好ましく、70質量%〜100質量%が特に好ましい。前記ビニル重合性基を含有するオルガノシランの含有量が30質量%より少ないと、固形分が生じたり、液が濁ったり、ポットライフが悪化したり、分子量の制御が困難(分子量の増大)であったり、重合性基の含有量が少ないために重合処理を行った場合の性能(例えば反射防止積層体の耐傷性)の向上が得られにくい傾向がある。
ゾル成分は上記オルガノシランを加水分解および/または部分縮合させることにより調製される。
加水分解縮合反応は加水分解性基1モルに対して0.05〜2.0モル、好ましくは0.1〜1.0モルの水を添加し、本発明に用いられる触媒の存在下、25〜100℃で、撹拌することにより行われる。
オルガノシランの加水分解物およびその部分縮合物の少なくともいずれかにおいて、ビニル重合性基を含有するオルガノシランの加水分解物およびその部分縮合物いずれかの質量平均分子量は、分子量が300未満の成分を除いた場合に、450〜20000が好ましく、500〜10000がより好ましく、550〜5000が更に好ましく、600〜3000が更に好ましい。
オルガノシランの加水分解物および/またはその部分縮合物における分子量が1000未満のものを30質量%以上含むことが好ましく、35質量%以上含むことがより好ましく、40質量%以上含むことが更に好ましい。
高分子量、特に分子量が20000より大きい成分は、硬化皮膜を形成した時に、皮膜の透明性や基板との密着性が劣る場合があり好ましくない。オルガノシランの加水分解物および/またはその部分縮合物における分子量が1000未満のものを30質量%以上含ませることにより、高分子量成分量を減らすことができ、前記の欠点を解消させることができる。
ここで、質量平均分子量および分子量は、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り、含有量は、分子量が300以上の成分のピーク面積を100%とした場合の、前記分子量範囲のピークの面積%である。
分散度(質量平均分子量/数平均分子量)は3.0〜1.1が好ましく、2.5〜1.1がより好ましく、2.0〜1.1が更に好ましく、1.5〜1.1が特に好ましい。
オルガノシランの加水分解物および部分縮合物の29Si−NMR分析により一般式(3)において、−OSiの形で縮合している状態を確認できる。
この時、Siの3つの結合が−OSiの形で縮合している場合(T3)、Siの2つの結合が−OSiの形で縮合している場合(T2)、Siの1つの結合が−OSiの形で縮合している場合(T1)、Siが全く縮合していない場合を(T0)とした場合に縮合率αは、
数式(II):α=(T3×3+T2×2+T1×1)/3/(T3+T2+T1+T0)
で表され、縮合率は0.2〜0.95が好ましく、0.3〜0.93がより好ましく、0.4〜0.9がとくに好ましい。0.1より小さいと加水分解や縮合が十分でなく、モノマー成分が増えるため硬化が十分でなく、0.95より大きいと加水分解や縮合が進みすぎ、加水分解可能な基が消費されてしまうため、バインダーポリマー、樹脂基板、無機微粒子などの相互作用が低下してしまい、これらを用いても効果が得られにくくなる。
オルガノシラン化合物の加水分解物および部分縮合物について詳細を説明する。
オルガノシランの加水分解反応、それに引き続く縮合反応は、一般に触媒の存在下で行われる。触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸類;シュウ酸、酢酸、酪酸、マレイン酸、クエン酸、ギ酸、メタンスルホン酸、トルエンスルホン酸等の有機酸類;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の無機塩基類;トリエチルアミン、ピリジン等の有機塩基類;トリイソプロポキシアルミニウム、テトラブトキシジルコニウム、テトラブチルチタネート、ジブチル錫ジラウレート等の金属アルコキシド類;Zr、TiまたはAlなどの金属を中心金属とする金属キレート化合物等;KF、NHFなどの含F化合物が挙げられる。
上記触媒は単独で使用しても良く、或いは複数種を併用しても良い。
オルガノシランの加水分解・縮合反応は、無溶媒でも、溶媒中でも行うことができるが成分を均一に混合するために有機溶媒を用いることが好ましく、例えばアルコール類、芳香族炭化水素類、エーテル類、ケトン類、エステル類などが好適である。
溶媒はオルガノシランと触媒を溶解させるものが好ましい。また、有機溶媒が塗布組成物あるいは塗布組成物の一部として用いることが工程上好ましく、含フッ素ポリマーなどのその他の素材と混合した場合に、溶解性あるいは分散性を損なわないものが好ましい。
このうち、アルコール類としては、例えば1価アルコールまたは2価アルコールを挙げることができ、このうち1価アルコールとしては炭素数1〜8の飽和脂肪族アルコールが好ましい。
これらのアルコール類の具体例としては、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテルなどを挙げることができる。
また、芳香族炭化水素類の具体例としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどを、エーテル類の具体例としては、テトラヒドロフラン、ジオキサンなど、ケトン類の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどを、エステル類の具体例としては、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、炭酸プロピレンなどを挙げることができる。
これらの有機溶媒は、1種単独であるいは2種以上を混合して使用することもできる。該反応における固形分の濃度は特に限定されるものではないが通常1%〜100%の範囲である。
オルガノシランの加水分解性基1モルに対して0.05〜2モル、好ましくは0.1〜1モルの水を添加し、上記溶媒の存在下あるいは非存在下に、そして触媒の存在下に、25〜100℃で、撹拌することにより行われる。
本発明においては、一般式ROH(式中、Rは炭素数1〜10のアルキル基を示す)で表されるアルコールと一般式RCOCHCOR(式中、Rは炭素数1〜10のアルキル基、Rは炭素数1〜10のアルキル基または炭素数1〜10のアルコキシ基を示す)で表される化合物とを配位子とした、Zr、TiまたはAlから選ばれる金属を中心金属とする少なくとも1種の金属キレート化合物の存在下で、25〜100℃で撹拌することにより加水分解を行うことが好ましい。
もしくは触媒に含F化合物を使用する場合、含F化合物が完全に加水分解・縮合を進行させる能力が有るため、添加する水量を選択することにより重合度が決定でき、任意の分子量の設定が可能となるので好ましい。すなわち、平均重合度Mのオルガノシラン加水分解物/部分縮合物を調整するためには、Mモルの加水分解性オルガノシランに対して(M−1)モルの水を使用すれば良い。
金属キレート化合物は、一般式ROH(式中、Rは炭素数1〜10のアルキル基を示す)で表されるアルコールとRCOCHCOR(式中、Rは炭素数1〜10のアルキル基、Rは炭素数1〜10のアルキル基または炭素数1〜10のアルコキシ基を示す)で表される化合物とを配位子とした、Zr、Ti、Alから選ばれる金属を中心金属とするものであれば特に制限なく好適に用いることができる。この範疇であれば、2種以上の金属キレート化合物を併用しても良い。本発明に用いられる金属キレート化合物は、一般式Zr(ORp1(RCOCHCORp2、Ti(ORq1(RCOCHCORq2、およびAl(ORr1(RCOCHCORr2で表される化合物群から選ばれるものが好ましく、前記オルガノシラン化合物の加水分解物および部分縮合物の縮合反応を促進する作用をなす。
金属キレート化合物中のRおよびRは、同一または異なってもよく炭素数1〜10のアルキル基、具体的にはエチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、フェニル基などである。また、Rは、前記と同様の炭素数1〜10のアルキル基のほか、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、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基などである。また、金属キレート化合物中のp1、p2、q1、q2、r1、およびr2は、それぞれp1+p2=4、q1+q2=4、r1+r2=3となる様に決定される整数を表す。
これらの金属キレート化合物の具体例としては、トリ−n−ブトキシエチルアセトアセテートジルコニウム、ジ−n−ブトキシビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、n−ブトキシトリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(n−プロピルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(アセチルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(エチルアセトアセテート)ジルコニウムなどのジルコニウムキレート化合物;ジイソプロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタニウム、ジイソプロポキシ・ビス(アセチルアセテート)チタニウム、ジイソプロポキシ・ビス(アセチルアセトン)チタニウムなどのチタニウムキレート化合物;ジイソプロポキシエチルアセトアセテートアルミニウム、ジイソプロポキシアセチルアセトナートアルミニウム、イソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、イソプロポキシビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノアセチルアセトナート・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウムなどのアルミニウムキレート化合物などが挙げられる。
これらの金属キレート化合物のうち好ましいものは、トリ−n−ブトキシエチルアセトアセテートジルコニウム、ジイソプロポキシビス(アセチルアセトナート)チタニウム、ジイソプロポキシエチルアセトアセテートアルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウムである。これらの金属キレート化合物は、1種単独であるいは2種以上混合して使用することができる。また、これらの金属キレート化合物の部分加水分解物を使用することもできる。
金属キレート化合物は、前記オルガノシラン化合物に対し、好ましくは0.01〜50質量%、より好ましくは0.1〜50質量%、さらに好ましくは0.5〜10質量%の割合で用いられる。金属キレート化合物が上記範囲で用いられることによりオルガノシラン化合物の縮合反応が早く、塗膜の耐久性が良好であり、オルガノシラン化合物の加水分解物および部分縮合物と金属キレート化合物を含有してなる組成物の保存安定性が良好である。
低屈折率層形成用組成物には、上記ゾル成分および金属キレート化合物を含む組成物に加えて、β−ジケトン化合物およびβ−ケトエステル化合物の少なくともいずれかが添加されることが好ましい。
一般式RCOCHCORで表されるβ−ジケトン化合物およびβ−ケトエステル化合物の少なくともいずれかが好ましく、塗布組成物の安定性向上剤として作用するものである。すなわち、前記金属キレート化合物(ジルコニウム、チタニウムおよびアルミニウム化合物の少なくともいずれかの化合物)中の金属原子に配位することにより、これらの金属キレート化合物によるオルガノシラン化合物の加水分解物および部分縮合物の縮合反応を促進する作用を抑制し、得られる組成物の保存安定性を向上させる作用をなすものと考えられる。β−ジケトン化合物およびβ−ケトエステル化合物を構成するRおよびRは、前記金属キレート化合物を構成するRおよびRと同様である。
このβ−ジケトン化合物およびβ−ケトエステル化合物の具体例としては、アセチルアセトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸−n−プロピル、アセト酢酸−i−プロピル、アセト酢酸−n−ブチル、アセト酢酸−sec−ブチル、アセト酢酸−t−ブチル、2,4−ヘキサン−ジオン、2,4−ヘプタン−ジオン、3,5−ヘプタン−ジオン、2,4−オクタン−ジオン、2,4−ノナン−ジオン、5−メチル−ヘキサン−ジオンなどを挙げることができる。これらのうち、アセト酢酸エチルおよびアセチルアセトンが好ましく、特にアセチルアセトンが好ましい。これらのβ−ジケトン化合物およびβ−ケトエステル化合物は、1種単独でまたは2種以上を混合して使用することもできる。本発明においてβ−ジケトン化合物およびβ−ケトエステル化合物は、金属キレート化合物1モルに対し好ましくは2モル以上、より好ましくは3〜20モル用いられる。2モル未満では得られる組成物の保存安定性に劣るおそれがあり好ましいものではない。
上記オルガノシラン化合物の加水分解物および部分縮合物の含有量は、比較的薄膜である低屈折率層の場合は少ないことが好ましい。含有量は効果の発現、屈折率、膜の形状・面状等を考慮すると、含有層(添加層)の全固形分の0.1〜50質量%が好ましく、0.5〜30質量%がより好ましく、1〜15質量%が最も好ましい。
(無機フィラー)
本発明の反射防止フィルムは、透明基材上の各層に無機フィラーを添加することが好ましい。各層に添加する無機フィラーはそれぞれ同じでも異なっていても良く、各層の屈折率、膜強度、膜厚、塗布性などの必要性能に応じて、種類、添加量、は適宜調節されることが好ましい。
既に述べたように、低屈折率層に用いる無機フィラーには、シリカ微粒子が含まれていることが好ましい。
本発明に使用する上記無機フィラーの形状は、特に制限されるものではなく、例えば、球状、板状、繊維状、棒状、不定形、中空等のいずれも好ましく用いられるが、球状であると分散性がよく、より好ましい。また、上記無機フィラーの種類についても特に制限されるものではないが、非晶質のものが好ましく用いられ、金属の酸化物、窒化物、硫化物またはハロゲン化物からなるものが好ましく、金属酸化物が特に好ましい。金属原子としては、Na、K、Mg、Ca、Ba、Al、Zn、Fe、Cu、Ti、Sn、In、W、Y、Sb、Mn、Ga、V、Nb、Ta、Ag、Si、B、Bi、Mo、Ce、Cd、Be、Pb、ZrおよびNi等が挙げられる。無機フィラーの平均粒子径は、透明な硬化膜を得るためには、0.001〜0.2μmの範囲内の値とするのが好ましく、より好ましくは0.001〜0.1μm、さらに好ましくは0.001〜0.06μmである。ここで、粒子の平均粒径はコールターカウンターにより測定される。
本発明における無機フィラーの使用方法は特に制限されるものではないが、例えば、乾燥状態で使用することができるし、あるいは水もしくは有機溶媒に分散した状態で使用することもできる。
本発明において、無機フィラーの凝集、沈降を抑制する目的で、各層を形成するための塗布組成物に分散安定化剤を併用することも好ましい。分散安定化剤としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、セルロース誘導体、ポリアミド、リン酸エステル、ポリエーテル、界面活性剤および、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等を使用することができる。特にシランカップリング剤が硬化後の皮膜が強いため好ましい。分散安定化剤としてのシランカップリング剤の添加量は特に制限されるものではないが、例えば、無機フィラー100質量部に対して、1質量部以上の値とするのが好ましい。また、分散安定化剤の添加方法も特に制限されるものではないが、予め加水分解したものを添加することもできるし、あるいは、分散安定化剤であるシランカップリング剤と無機フィラーとを混合後、さらに加水分解および縮合する方法を採ることができるが、後者の方がより好ましい。
他の層に適する無機フィラーについてはそれぞれ後述する。
低屈折率層形成用組成物には、前述の光ラジカル重合開始剤または熱ラジカル重合開始剤を添加することが好ましい。ラジカル重合性化合物を含有する場合には、該化合物に対して1〜10質量部、好ましくは1〜5質量部の重合開始剤を使用できる。
低屈折率層には、防汚性、耐水性、耐薬品性、滑り性等の特性を付与する目的で、公知のポリシロキサン系あるいはフッ素系の防汚剤、滑り剤等を適宜添加することができる。
ポリシロキサン構造を有する添加剤としては、反応性基含有ポリシロキサン{例えば“KF−100T”,“X−22−169AS”,“KF−102”,“X−22−3701IE”,“X−22−164B”,“X−22−5002”,“X−22−173B”,“X−22−174D”,“X−22−167B”,“X−22−161AS”(商品名)、以上、信越化学工業(株)製;“AK−5”,“AK−30”,“AK−32”(商品名)、以上東亜合成(株)製;、「サイラプレーンFM0725」,「サイラプレーンFM0721」(商品名)、以上チッソ(株)製等}を添加するのも好ましい。また、特開2003−112383号公報の表2、表3に記載のシリコーン系化合物も好ましく使用できる。
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−CFCF,−CH(CFH,−CH(CFCF,−CHCH(CFH等)であっても、分岐構造(例えばCH(CF,CHCF(CF,CH(CH)CFCF,CH(CH)(CFCFH等)であっても、脂環式構造(好ましくは5員環または6員環、例えばパーフルオロシクロへキシル基、パーフルオロシクロペンチル基またはこれらで置換されたアルキル基等)であっても良く、エーテル結合を有していても良い(例えばCHOCHCFCF,CHCHOCHH,CHCHOCHCH17,CHCHOCFCFOCFCFH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あるい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良く、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、メタアクリロイル基、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、R−2020、M−2020、R−3833、M−3833、オプツールDAC(以上商品名)、大日本インキ(株)製、メガファックF−171、F−172、F−179A、ディフェンサMCF−300、MCF−323(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。
これらのポリシロキサンフッ素系化合物やポリシロキサン構造を有する化合物は低屈折率層全固形分の0.1〜10質量%の範囲で添加されることが好ましく、特に好ましくは1〜5質量%の場合である。
以下に本発明の製造方法により得られる光学積層体の一例として、反射防止フィルムについて説明する。
<高屈折率層、中屈折率層>
反射防止フィルムには、防眩層の透明基材と反対側の低屈折率層との間に高屈折率層を設け、低屈折率層とともに光学干渉を利用すると反射防止性を高めることができる。更に、防眩層と高屈折率層の間に防眩層と高屈折率層の中間の屈折率を有する中屈折率層を設けることが好ましい。
以下の本明細書では、この高屈折率層と中屈折率層を高屈折率層と総称して呼ぶことがある。なお、本発明において、高屈折率層、中屈折率層、低屈折率層の「高」、「中」、「低」とは層相互の相対的な屈折率の大小関係を表す。また、防眩層との関係で言えば屈性率は、防眩層>低屈折率層、高屈折率層>防眩層の関係を満たすことが好ましい。
また、本明細書では高屈折率層、中屈折率層、低屈折率層を総称して反射防止層と総称して呼ぶことがある。
高屈折率層の上に低屈折率層を形成して、反射防止フィルムを作製するためには、高屈折率層の屈折率は1.55〜2.40であることが好ましく、より好ましくは1.60〜2.20、更に好ましくは、1.60〜2.00である。
透明基材から近い順に中屈折率層、高屈折率層、低屈折率層を塗設し、反射防止フィルムを作製する場合、高屈折率層の屈折率は、1.65乃至2.40であることが好ましく、1.70乃至2.20であることがさらに好ましい。中屈折率層の屈折率は、低屈折率層の屈折率と高屈折率層の屈折率との間の値となるように調整する。中屈折率層の屈折率は、1.55乃至1.80であることが好ましく、1.55乃至1.70がより好ましい。
高屈折率層および中屈折率層に用いられる無機粒子の具体例としては、TiO、ZrO、Al、In、ZnO、SnO、Sb、ITOなどの無機酸化物を主成分とする無機粒子が好ましく、屈折率調整のためSiOを主成分とする無機粒子を加えることもできる。高屈折率層に用いるにはTiO及びZrOが高屈折率化の点で特に好ましい。該無機フィラーは、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。無機粒子の重量平均径は1〜100nmであることが好ましく、より好ましくは1〜80nmである。
高屈折率層における無機粒子の含有量は、高屈折率層の質量に対し10〜90質量%であることが好ましく、より好ましくは15〜80質量%、特に好ましくは15〜75質量%である。無機粒子は高屈折率層内で二種類以上を併用してもよい。
高屈折率層の上に低屈折率層を有する場合、高屈折率層の屈折率は透明基材の屈折率より高いことが好ましい。
<防眩層>
防眩層は、平均粒子径が1.5μm〜15μmの透光性粒子、マトリックス形成成分(バインダー用モノマー類等)及び有機溶媒を含有する塗布組成物を塗布・乾燥し硬化してなる層である。
防眩層を形成する塗布組成物は、例えば、電離放射線等で硬化されて形成する透光性ポリマーの原料となる主たるマトリックス形成バインダー用モノマー類、前記特定粒径の透光性粒子、重合開始剤を含み、さらに、塗布組成物の粘度を調整するための高分子化合物、カール低減や屈折率調節等のための無機微粒フィラー、塗布助剤等を含んでもよい。
防眩層の厚さは1μm〜15μmであり、更に好ましくは5μm〜15μmであり、最も好ましくは10μm〜14μmである。1μm未満の場合には、下記に述べる透光性粒子を用いた場合に表面凹凸が大きくなりすぎ、膜強度が悪化し、15μmを超えると表面凹凸が小さくなり防眩性が不十分であり、また、膜の脆性が悪化する。
<防眩層の透光性粒子>
透光性粒子の平均粒子径は1.5μm〜15μmであり、3μm〜10μmがより好ましく、6μm〜9μmがさらに好ましい。粒子径がこの範囲である場合、防眩性、黒締まりに優れる。
本発明においては、透光性粒子としては、後述の光散乱性の観点から少なくとも2種であることが好ましい。少なくとも2種の透光性粒子は、その平均粒子径および/または屈折率は互いに異なっていることが好ましい。2種類の粒子(例えば、粒子Aと粒子B)のみを含む態様が好ましいが、更に追加の粒子を含めることができ、例えば粒子Aまたは粒子Bのどちらか一方と同じ粒子サイズの粒子Cを含むことができる。
本発明において、透光性粒子は防眩性層形成用塗布組成物中に分散され塗布・乾燥・硬化して防眩層が形成される。透光性粒子の平均粒子径は、塗膜中で2つ以上の粒子が隣接して存在している場合も、独立して存在している場合も、平均粒子径は一次粒径を指す。但し、一次粒子径が0.1μm程度の凝集性の無機粒子が二次粒子として、本願の粒子サイズを満たす大きさで塗布組成物中に分散され、その後塗布されている場合には二次粒子の大きさとする。
必要な内部散乱性を得るために、防眩層の粒子と透光性樹脂(マトリックス)との屈折率を調節する必要がある。該透光性粒子と該透光性樹脂の屈折率差の絶対値は0.001〜0.05が好ましく、より好ましくは0.005〜0.04であり、更に好ましくは0.015〜0.04であり、最も好ましくは0.01〜0.03である。2種以上の粒子を使用する場合は粒子Aと粒子Bの屈折率差は0でも良いが、異なっている方が好ましい。
透光性粒子は、以下に説明する粒子の中から、所望の屈折率、平均粒子サイズに応じて選択することができる。本発明では、透光性粒子として、樹脂粒子および/または無機微粒子が用いられる。
樹脂粒子の具体例としては、例えば架橋ポリメチルメタアクリレート粒子、架橋メチルメタアクリレート−スチレン共重合体粒子、架橋ポリスチレン粒子、架橋メチルメタアクリレート−メチルアクリレート共重合粒子、架橋アクリレート−スチレン共重合粒子、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂粒子、ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド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、架橋ポリメチルメタアクリレート粒子、架橋メチルメタアクリレート−スチレン共重合体粒子等が好ましい。さらにはこれらの樹脂粒子の表面にフッ素原子、シリコン原子、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、スルホン酸基、燐酸基等を含む化合物を化学結合させた所謂表面修飾した粒子やシリカやジルコニアなどのナノサイズの無機微粒子を表面に結合した粒子も好ましく挙げられる。また、透光性粒子として、無機微粒子を用いることもできる。無機微粒子の具体例としては、シリカ粒子、アルミナ粒子等が好ましく挙げられるが、シリカ粒子が特に好ましく用いられる。
塗布のムラや干渉ムラを目立ちずらくする、あるいは、コストの観点から、防眩層のマトリックスの屈折率を1.54以下、特に好ましくは屈折率1.53以下にする場合は、本発明では、透光性粒子は、架橋ポリメチルメタアクリレート粒子、架橋メチルメタアクリレート−スチレン共重合体粒子、シリカ粒子が好ましい。架橋メチルメタアクリレート−スチレン共重合体粒子を用いる場合、スチレンの共重合比率を10%以上90%以下にすることが好ましい。
粒子の形状は、真球又は不定形のいずれも使用できる。粒度分布はヘイズ値と拡散性の制御性、塗布面状の均質性から単分散性粒子が好ましい。粒子径の均一さを表すCV値は15%以下が好ましく、より好ましくは13%以下、更に好ましくは10%以下である。さらに、平均粒子径よりも33%以上粒子径が大きな粒子を粗大粒子と規定した場合、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0.8%以下であり、さらに好ましくは、0.4%以下である。粗大粒子が多すぎると表面の粗面化が強調して認識されてしまうため、ブツブツ感が悪化し、好ましくない。
平均粒子径よりも16%以上粒子径が小さな粒子を微小粒子と規定した場合、この微小粒子の割合は全粒子数の10%以下であることが好ましく、より好ましくは6%以下であり、さらに好ましくは、4%以下である。このような粒子径分布を持つ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粒子を得ることができる。分級には風力分級法、遠心分級法、沈降分級法、濾過分級法、静電分級法等の方法を用いることが好ましい。
透光性粒子の粒子径の測定方法は、粒子の粒子径を測る測定方法であれば、任意の測定方法が適用できるが、粒子の粒度分布を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して得られた粒子分布から算出する方法や、透過型電子顕微鏡(倍率50万〜200万倍)で粒子の観察を行い、粒子100個を観察し、その平均値をもって平均粒子径とする方法がある。
透光性粒子の屈折率は、ヨウ化メチレン、1,2−ジブロモプロパン、n−ヘキサンから選ばれる任意の屈折率の異なる2種類の溶媒の混合比を変化させて屈折率を変化させた溶媒中に透光性粒子を等量分散して濁度を測定し、濁度が極小になった時の溶媒の屈折率をアッベ屈折計で測定することで測定される。
〔表面形態〕
光学積層体の好ましい表面形態(表面凹凸)を下記に記す。
光学積層体において、表面ヘイズ値は0〜10%であることが好ましく、更に好ましくは0.5〜5%である。表面ヘイズが大きすぎると黒締まりが悪化し、小さすぎると防眩性が悪化する。
算術平均粗さRaが0.05μm以上0.25μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.10μm以上0.20μm以下、最も好ましくは0.12μm以上0.18μm以下である。
算術平均粗さRaはJIS−B0601(1994)に準拠して測定することができ、Raが大きすぎると黒締まり、明室コントラストが悪化し、Raが小さすぎると防眩性が悪化する傾向がある。
光学積層体において、凹凸の平均間隔Smも重要である。Smは50μm以上350μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは60μm以上200μm以下あるいは250μm以上350μm以下、最も好ましくは60μm以上150μm以下あるいは300μm以上350μm以下である。
凹凸の平均間隔SmはJIS B0601 ’1994に準拠して測定することができ、Smが大きすぎると大きなサイズの光源の映り込みが見え易くなる。Smが小さすぎると黒締まりが悪化するとともに、細い光源(線光源)のエッジボケが弱く、好ましくない。Smが200〜250μmの場合、面荒れが強く外観が良くない。
表面ヘイズ、表面粗さをこの範囲にすることで黒締まりに優れた防眩性フィルムが得られる。また、内部ヘイズ値は8〜90%であることが好ましく、更に好ましくは10〜40%、最も好ましくは10〜30%である。内部へイズをこの範囲にすることで、表面コントラストの低下とギラツキの防止の2つの性能を実用的に満足させることができる。これらへイズの調節は、透光性粒子の種類と量の調節により行うことができる。
なお、表面ヘイズと内部ヘイズは以下の手順で測定することができる。
(1) JIS−K7136に準じてフィルムの全ヘイズ値(H)を測定する。
(2) フィルムの低屈折率領域側の表面および裏面にシリコーンオイルを数滴添加し、厚さ1mmのガラス板(ミクロスライドガラス品番S 9111、MATSUNAMI製)を2枚用いて裏表より挟んで、完全に2枚のガラス板とフィルムを光学的に密着させ、表面ヘイズを除去した状態でヘイズを測定し、別途測定したガラス板2枚の間にシリコーンオイルのみを挟みこんで測定したヘイズを引いた値をフィルムの内部ヘイズ(Hi)として算出する。
(3) 上記(1)で測定した全ヘイズ(H)から上記(2)で算出した内部ヘイズ(Hi)を引いた値をフィルムの表面ヘイズ(Hs)として算出する。
防眩層の算術平均粗さRaが0.05μm以上0.30μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.10μm以上0.25μm以下、最も好ましくは0.15μm以上0.20μm以下である。
算術平均粗さRaはJIS−B0601(1994)に準拠して測定することができ、Raが大きすぎる低屈折率層を塗設した際にハジキが発生しやすくなる。
防眩層において、凹凸の平均間隔Smも重要である。Smは50μm以上350μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは60μm以上200μm以下あるいは250μm以上350μm以下、最も好ましくは60μm以上150μm以下あるいは300μm以上350μm以下である。
凹凸の平均間隔SmはJIS B0601 ’1994に準拠して測定することができ、Smが小さすぎると低屈折率層を塗設した際にハジキが発生しやすくなる。
<防眩層の透光性樹脂(マトリックス形成用バインダー)>
防眩層を形成するマトリックスを形成するバインダー(以降、「バインダー」と記載する)としては、特に限定されないが、電離放射線等による硬化後に飽和炭化水素鎖、又はポリエーテル鎖を主鎖として有する透光性樹脂であることが好ましい。また、後述のモノマーを硬化後の主たるバインダーポリマーは架橋構造を有することが好ましい。
硬化後に飽和炭化水素鎖を主鎖として有するバインダーポリマーとしては、下記に述べる第一群の化合物より選ばれるエチレン性不飽和モノマーの重合体が好ましい。また、ポリエーテル鎖を主鎖として有するポリマーとしては、下記に述べる第二群の化合物より選ばれる環状エーテル系モノマー、例えばエポキシ系モノマー及びオキセタン系モノマーの開環による重合体が好ましい。さらにこれらのモノマー類の混合物の重合体も好ましい。
第一群の化合物として、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。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種を含むことが好ましい。
防眩層を形成するためのバインダーポリマーに用いられる、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−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}、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)、ビニルスルホン(例えば、ジビニルスルホン)、(メタ)アクリルアミド(例えば、メチレンビスアクリルアミド)等が挙げられる。
さらに、2個以上のエチレン性不飽和基を有する樹脂、例えば低分子量のポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、スピロアセタール樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリチオールポリエン樹脂および多価アルコール等の、多官能化合物などのオリゴマー又はプレポリマー等もあげられる。これらのモノマーは2種以上併用してもよく、また、2個以上のエチレン性不飽和基を有する樹脂はバインダーマトリックス全量に対して10〜100%含有することが好ましい。
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。従って、エチレン性不飽和基を有するモノマー、光ラジカル重合開始剤又は熱ラジカル重合開始剤、および粒子、必要に応じて無機フィラー、塗布助剤、その他の添加剤、有機溶媒等を含有する塗布組成物を調製し、該塗布組成物を透明基材上に塗布後、電離放射線又は熱による重合反応により硬化して防眩層を形成する。電離放射線硬化と熱硬化を合わせて行うことも好ましい。光及び熱重合開始剤としては市販の化合物を利用することができ、それらは、「最新UV硬化技術」(p.159,発行人;高薄一弘,発行所;(株)技術情報協会,1991年発行)や、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)の「光重合開始剤」カタログ(例えば、IRGACUREシリーズ,DAROCURシリーズ)等に記載されている。
第二群の化合物として、硬化膜の硬化収縮低減のためには、以下で述べるエポキシ系化合物を用いることが好ましい。これらのエポキシ基を有するモノマー類としては、1分子中にエポキシ基を2基以上有するモノマーが好ましく、これらの例としては特開2004−264563号、同2004−264564号、同2005−37737号、同2005−37738号、同2005−140862号、同2005−140863号、同2002−322430号等に記載されているエポキシ系モノマー類が挙げられる。
エポキシ基を有するモノマー類は層を構成する全バインダーマトリックスに対して20〜100質量%含有することが硬化収縮低減のために好ましく、35〜100質量%含有することがより好ましく、50〜100質量%含有することがさらに好ましい。
エポキシ系モノマー、化合物類を重合させるための、光の作用によってカチオンを発生させる光酸発生剤としては、トリアリールスルホニウム塩やジアリールヨードニウム塩などのイオン性の化合物やスルホン酸のニトロベンジルエステルなどの非イオン性の化合物等が挙げられ、有機エレクトロニクス材料研究会編、「イメージング用有機材料」ぶんしん出版社刊(1997)などに記載されている化合物等種々の公知の光酸発生剤が使用できる。この中で特に好ましくはスルホニウム塩もしくはヨードニウム塩であり、対イオンとしてはPF 、SbF 、AsF 、B(C などが好ましい。
重合開始剤は、上記第一群又は第二群の化合物100質量部に対して、重合開始剤総量で0.1〜15質量部の範囲で使用することが好ましく、1〜10質量部の範囲がより好ましい。
<防眩層の高分子化合物>
防眩層は、組成物にバインダーとは異なる高分子化合物を含有してもよい。高分子化合物を添加することで、硬化収縮を小さくしたり、塗布組成物の粘度調整を行うことができる。
高分子化合物は、塗布組成物に添加する時点で既に重合体を形成しており、該高分子化合物としては、例えばセルロースエステル類(例えば、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースナイトレート等)、ウレタンアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、(メタ)アクリル酸エステル類(例えば、メタクリル酸メチル/(メタ)アクリル酸メチル共重合体、メタクリル酸メチル/(メタ)アクリル酸エチル共重合体、メタクリル酸メチル/(メタ)アクリル酸ブチル共重合体、メタクリル酸メチル/スチレン共重合体、メタクリル酸メチル/(メタ)アクリル酸共重合体、ポリメタクリル酸メチル等)、ポリスチレン等が好ましく用いられる。
高分子化合物は、硬化収縮への効果や塗布組成物の粘度増加効果の観点から、高分子化合物を含有する層に含む全バインダーマトリックスに対して、好ましくは1〜50質量%、より好ましくは5〜40質量%の範囲で含有することが好ましい。また、高分子化合物の分子量は質量平均で0.3万〜40万が好ましく、0.5万〜30万がより好ましく、0.5万〜20万がさらに好ましい。
<防眩層の無機フィラー>
防眩層には、上記の透光性粒子に加えて、屈折率の調整、膜強度の調整、硬化収縮減少、さらに低屈折率層を設けた場合の反射率低減の目的に応じて、無機フィラー使用することもできる。例えば、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種の金属元素を含有する酸化物からなり、一次粒子の平均粒子径が、一般に0.2μm以下、好ましくは0.1μm以下、より好ましくは0.06μm以下1nm以上である微細な高屈折率無機フィラーを含有することも好ましい。
透光性粒子との屈折率差を調整するために、マトリックスの屈折率を低くする必要が生じた場合は、無機フィラーとして、シリカ微粒子、中空シリカ微粒子等の微細な低屈折率無機フィラーを用いることができる。好ましい粒径は、前記の微細な高屈折率無機フィラーと同じである。
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。
無機フィラーの添加量は、防眩層の全質量の10〜90質量%であることが好ましく、より好ましくは20〜80質量%であり、特に好ましくは30〜75質量%である。
なお、無機フィラーは、粒径が光の波長よりも十分短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の性質を有する。
<防眩層の界面活性剤>
防眩層は、特に塗布ムラ、乾燥ムラ、点欠陥等の面状均一性を確保するために、フッ素系、シリコーン系の何れかの界面活性剤、あるいはその両者を防眩層用の塗布組成物中に含有することが好ましい。特に、フッ素系の界面活性剤は、より少ない添加量において、本発明の光学積層体の塗布ムラ、乾燥ムラ、点欠陥等の面状故障を改良する効果が現れるため、好ましく用いられる。これにより、面状均一性を高めつつ、高速塗布適性を持たせることにより生産性を高めることができる。フッ素系の界面活性剤の好ましい例としては、例えば、特開2007−188070号公報の段落番号0049〜0074に記載の化合物が挙げられる。
防眩層で用いられる界面活性剤(特に、フッ素系ポリマー)の好ましい添加量は、塗布組成物に対して0.001〜5質量%の範囲であり、好ましくは0.005〜3質量%の範囲であり、更に好ましくは0.01〜1質量%の範囲である。界面活性剤の添加量が0.001質量%以上で効果が十分であり、また5質量%以下とすることで、塗膜の乾燥が十分に行われ、塗膜としての良好な性能(例えば反射率、耐擦傷性)が得られる。
<防眩層用塗布組成物の有機溶媒>
防眩層を形成する塗布組成物には、有機溶媒を添加することができる。
有機溶媒としては、例えばアルコール系では、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、第二ブタノール、第三ブタノール、イソアミルアルコール、1−ペンタノール、n−ヘキサノール、メチルアミルアルコール等、ケトン系では、メチルイソブチルケトン(MIBK)、メチルエチルケトン(MEK)、ジエチルケトン、アセトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール等、エステル系では、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸イソブチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソアミル、酢酸n−アミル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酢酸メチル、乳酸メチル、乳酸エチル等、エーテル、アセタール系では、1,4ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルフラン、テトラヒドロピラン、ジエチルアセタール等、炭化水素系では、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、リグロイン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、スチレン、ジビニルベンゼン等、ハロゲン炭化水素系では、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン、塩化エチレン、1,1,1−トリクロルエタン、1,1,2−トリクロルエタン、トリクロルエチレン、テトラクロルエチレン、1,1,1,2−テトラクロルエタン等、多価アルコールおよびその誘導体系では、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキシレングリコール、1,5−ペンタンジオール、グリセリンモノアセテート、グリセリンエーテル類、1,2,6−ヘキサントリオール等、脂肪酸系では、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、絡酸、イソ絡酸、イソ吉草酸、乳酸等、窒素化合物系では、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、アセトニトリル等、イオウ化合物系では、ジメチルスルホキシド等、が挙げられる。
有機溶媒の中でメチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、アセトン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、1−ペンタノール等が特に好ましい。また、有機溶媒には、凝集性制御の目的でアルコール、多価アルコール系の溶媒を適宜混合して用いてもよい。これらの有機溶媒は、単独でも混合して用いてもよく、塗布組成物中に有機溶媒総量として、20重量%〜90重量%含有することが好ましく、30重量%〜80重量%含有することがより好ましく、40重量%〜70重量%含有することが最も好ましい。防眩層の表面形状の安定化のためには、沸点が100℃未満の溶媒と沸点が100℃以上の溶媒を併用することが好ましい。
<防眩層の硬化>
防眩層は、塗布組成物を透明基材に塗布後、光照射、電子線ビーム照射、加熱処理などを実施して、架橋又は重合反応させて形成できる。紫外線照射の場合、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等の光線から発する紫外線等が利用できる。紫外線による硬化は、窒素パージ等で酸素濃度が4体積%以下、更に好ましくは2体積%以下、最も好ましくは0.5体積%以下の雰囲気下で硬化することが好ましい。
低屈折率層等を設けた反射防止性防眩フィルムの好ましい平均反射率は、3.5%以下が好ましく、3.0%以下がより好ましく、更に好ましくは2.0%以下であり、最も好ましくは2.0%以下0.3%以上である。平均反射率を下げることで防眩フィルムの表面での光散乱を小さくしても十分な防眩性が得られるため、黒締まりに優れた防眩性反射防止フィルムが得られる。
平均反射率の測定はフィルムの裏面をサンドペーパーで粗面化した後に黒色インクで処理し、裏面反射をなくした状態で、表面側を、積分球付き分光光度計を用いて、380〜780nmの波長領域において、分光反射率を測定した。450〜650nmの反射率の算術平均値を用いた。
[帯電防止層]
反射防止フィルムが有する薄膜層の少なくとも1層を帯電防止層とすることができる。本発明においてフッ素を含有した硬化性組成物、とりわけ含フッ素防汚剤を用いた場合、低屈折率で優れた防汚性を発現することが可能であるが、塗膜の表層にフッ素が配向するため帯電性が悪く、防塵性の悪化を招く傾向がある。そのため本発明ではフィルム表面での静電気防止の点で帯電防止層を有することが好ましい。
以下で帯電防止層に用いる材料、帯電防止層の性能について詳述する。
帯電防止層を形成する方法は、例えば、導電性微粒子と反応性硬化樹脂を含む導電性塗布組成物を塗布する方法、透明で導電性を有する高分子からなる透明導電性材料を塗布する方法或いは透明膜を形成する金属や金属酸化物等を蒸着やスパッタリングして導電性薄膜を形成する方法、等の従来公知の方法を挙げることができる。帯電防止層は、透明基材上に直接又は透明基材との接着を強固にするプライマー層を介して形成することができる。反射防止フィルムの最表層から近い層として帯電防止層を設ける場合には、層の厚さが薄くても十分に帯電防止性を得ることができ、好ましい。本発明においては、薄膜層の少なくとも1層または透明基材と該薄膜層のうち透明基材の最も近くに位置する薄膜層の間に位置する層を帯電防止層として有することが好ましい。塗布方法は、特に限定されず、塗布組成物の特性や塗工量に応じて、例えば、ロールコート、グラビアコート、バーコート、押出しコート等の公知の方法より最適な方法を選択して行えばよい。
帯電防止層の表面抵抗は、下記式(4)を満たす抵抗値(SR)を有することが好ましい。
式(4) : LogSR≦12
式(4)において、LogSRが、5〜12であることがより好ましく、5〜9であることがさらに好ましく、5〜8であることが最も好ましい。帯電防止層の表面抵抗(SR)は、四探針法、または円電極法により測定することができる。
帯電防止層は、実質的に透明であることが好ましい。具体的には、帯電防止層のヘイズが、10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、3%以下であることがさらに好ましく、1%以下であることが最も好ましい。波長550nmの光の透過率が、50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、65%以上であることがさらに好ましく、70%以上であることが最も好ましい。
(帯電防止層の導電性無機微粒子)
帯電防止層は、導電性微粒子と反応性硬化樹脂とを溶媒に溶解してなる塗布組成物を用いて形成することができる。この場合には、導電性無機微粒子は、金属の酸化物または窒化物から形成することが好ましい。金属の酸化物または窒化物の例には、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛および窒化チタンが含まれる。酸化錫および酸化インジウムが特に好ましい。導電性無機微粒子は、これらの金属の酸化物または窒化物を主成分とし、さらに他の元素を含むことができる。主成分とは、粒子を構成する成分の中で最も含有量(質量%)が多い成分を意味する。他の元素の例には、Ti、Zr、Sn、Sb、Cu、Fe、Mn、Pb、Cd、As、Cr、Hg、Zn、Al、Mg、Si、P、S、B、Nb、In、Vおよびハロゲン原子が含まれる。酸化錫および酸化インジウムの導電性を高めるために、Sb、P、B、Nb、In、Vおよびハロゲン原子から選ばれる少なくともいずれかを添加することが好ましい。より具体的には、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、リンドープ酸化錫(PTO)、アンチモン酸亜鉛(AZO)、インジウムドープ酸化亜鉛(IZO)、酸化亜鉛、酸化ルテニウム、酸化レニウム、酸化銀、酸化ニッケル及び酸化銅からなる群から選択される一又は二以上の金属酸化物の組合せが挙げられる。錫ドープ酸化インジウム(ITO)、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、リンドープ酸化錫(PTO)が特に好ましい。ATO中のSbの割合は、3〜20質量%であることが好ましい。ITO中のInの割合は、5〜20質量%であることが好ましい。
帯電防止層に用いる導電性無機微粒子の一次粒子の平均粒子径は、1〜150nmであることが好ましく、5〜100nmであることがさらに好ましく、5〜70nmであることが最も好ましい。形成される帯電防止層中の導電性無機微粒子の平均粒子径は、1〜200nmであり、5〜150nmであることが好ましく、10〜100nmであることがさらに好ましく、10〜80nmであることが最も好ましい。導電性無機微粒子の平均粒子径は、粒子の質量を重みとした平均径であり、光散乱法や電子顕微鏡写真により測定できる。
導電性無機微粒子を表面処理してもよい。表面処理は、無機化合物または有機化合物を用いて実施する。表面処理に用いる無機化合物の例には、アルミナおよびシリカが含まれる。シリカ処理が特に好ましい。表面処理に用いる有機化合物の例には、ポリオール、アルカノールアミン、ステアリン酸、シランカップリング剤およびチタネートカップリング剤が含まれる。シランカップリング剤が最も好ましい。具体的には、本発明の構成成分(C)無機微粒子で述べた{無機微粒子の表面処理方法}に記載の方法が好適に用いられる。また、特開2008−31327の段落番号[0101]〜[0122]に記載の方法も好ましく用いることができる。二種類以上の表面処理を組み合わせて実施してもよい。
導電性無機微粒子の形状は、米粒状、球形状、立方体状、紡錘形状あるいは不定形状であることが好ましい。
二種類以上の導電性無機微粒子を帯電防止層内で併用してもよい。
帯電防止層中の導電性無機微粒子の割合は、全固形分中20〜90質量%であることが好ましく、25〜85質量%であることが更に好ましく、30〜80質量%であることが最も好ましい。
導電性無機微粒子は、分散物の状態で帯電防止層の形成に使用する。導電性無機微粒子の分散媒体は、沸点が60〜170℃の液体を用いることが好ましい。分散媒体の例には、水、アルコール(例、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、ベンジルアルコール)、ケトン(例、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)、エステル(例、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチル)、脂肪族炭化水素(例、ヘキサン、シクロヘキサン)、ハロゲン化炭化水素(例、メチレンクロライド、クロロホルム、四塩化炭素)、芳香族炭化水素(例、ベンゼン、トルエン、キシレン)、アミド(例、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、n−メチルピロリドン)、エーテル(例、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラハイドロフラン)、エーテルアルコール(例、1−メトキシ−2−プロパノール)が含まれる。トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンおよびブタノールが特に好ましい。導電性無機微粒子は、分散機を用いて媒体中に分散できる。分散機の例には、サンドグラインダーミル(例、ピン付きビーズミル)、高速インペラーミル、ペッブルミル、ローラーミル、アトライターおよびコロイドミルが含まれる。サンドグラインダーミルおよび高速インペラーミルが特に好ましい。また、予備分散処理を実施してもよい。予備分散処理に用いる分散機の例には、ボールミル、三本ロールミル、ニーダーおよびエクストルーダーが含まれる。
導電性無機化合物粒子は有機溶媒中アルコキシシラン化合物と反応させることが好ましい。導電性無機化合物粒子とアルコキシシラン化合物とを予め反応させた反応液を用いることによって、保存安定性及び硬化性に優れるという効果が得られる。
上記導電性無機酸化物粒子の粉体としての市販品としては、例えば、三菱マテリアル(株)製 商品名:T−1(ITO)、三井金属(株)製 商品名:パストラン(ITO、ATO)、石原産業(株)製 商品名:SN−100P(ATO)、シーアイ化成(株)製 商品名:ナノテックITO、日産化学工業(株)製 商品名:ATO、FTO等を挙げることができる。
導電性無機酸化物粒子は、その表面に酸化ケイ素を担持してなるものが、アルコキシシラン化合物と特に効果的に反応することから好ましい。このような酸化ケイ素を担時する方法としては、例えば、特許公報第2858271号に開示されており、酸化錫及び酸化アンチモンの水和物の共沈物を生成させた後、ケイ素化合物を沈着させ、分別、焼成する工程により製造することができる。
その表面に酸化ケイ素を担持してなる導電性無機酸化物粒子の市販品としては、例えば、石原産業(株)製 商品名:SN−100P(ATO)、及びSNS−10M、FSS−10M等を挙げることができる。
導電性無機酸化物粒子を有機溶媒に分散した市販品としては、例えば、石原産業(株)製 商品名:SNS−10M(MEK分散のアンチモンドープ酸化錫)、FSS−10M(イソプロピルアルコール分散のアンチモンドープ酸化錫)、日産化学工業(株)製 商品名:セルナックスCX−Z401M(メタノール分散のアンチモン酸亜鉛)、セルナックスCX−Z200IP(イソプロピルアルコール分散のアンチモン酸亜鉛)、触媒化成工業(株)製 商品名:ELCOM JX−1001PTV(プロピレングリコールモノメチルエーテル分散のリン含有酸化錫)等を挙げることができる。
(有機溶媒)
帯電防止層形成用硬化性組成物に用いられる有機溶媒は、前述のように、導電性無機酸化物粒子を分散させる分散媒として用いられる。
有機溶媒の配合量は、導電性無機酸化物粒子100質量部に対し、好ましくは、20〜4,000質量部、さらに好ましくは、100〜1,000質量部である。溶媒量が20質量部未満であると、粘度が高いため均一の反応が困難であることがあり、4,000質量部を超えると、塗布性が低下することがある。
このような有機溶媒としては、例えば、常圧での沸点が200℃以下の溶媒を挙げることができる。具体的には、アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、炭化水素類、アミド類が用いられ、これらは、1種単独で又は2種以上を組合わせて用いることができる。中でも、アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類が好ましい。
ここで、アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、イソブタノール、n―ブタノール、tert―ブタノール、エトキシエタノール、ブトキシエタノール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ベンジルアルコール、フェネチルアルコール等を挙げることができる。ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等を挙げることができる。エーテル類としては、例えば、ジブチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等を挙げることができる。エステル類としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル等を挙げることができる。炭化水素類としては、例えば、トルエン、キシレン等を挙げることができる。アミド類としては、例えば、ホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N―メチルピロリドン等を挙げることができる。
中でも、イソプロピルアルコール、エトキシエタノール、ブトキシエタノール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、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、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、酢酸ブチル、乳酸エチル等が好ましい。
(帯電防止層のバインダー)
帯電防止層のバインダーとしては、高屈折率層に用いた硬化性樹脂、特に電離放射線硬化性の多官能モノマーや多官能オリゴマーが好ましく用いられるが、反応性硬化樹脂を反応させてなる、架橋しているポリマーをバインダーとして用いることもできる。架橋しているポリマーはアニオン性基を有するのが好ましい。
架橋しているアニオン性基を有するポリマーは、アニオン性基を有するポリマーの主鎖が架橋している構造を有する。アニオン性基は、導電性無機微粒子の分散状態を維持する機能を有する。架橋構造は、ポリマーに皮膜形成能を付与して、帯電防止層を強化する機能を有する。
ポリマーの主鎖の例には、ポリオレフィン(飽和炭化水素)、ポリエーテル、ポリウレア、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミン、ポリアミドおよびメラミン樹脂が含まれる。ポリオレフィン主鎖、ポリエーテル主鎖およびポリウレア主鎖が好ましく、ポリオレフィン主鎖およびポリエーテル主鎖がさらに好ましく、ポリオレフィン主鎖が最も好ましい。
ポリオレフィン主鎖は、飽和炭化水素からなる。ポリオレフィン主鎖は、例えば、不飽和重合性基の付加重合反応により得られる。ポリエーテル主鎖は、エーテル結合(−O−)によって繰り返し単位が結合している。ポリエーテル主鎖は、例えば、エポキシ基の開環重合反応により得られる。ポリウレア主鎖は、ウレア結合(−NH−CO−NH−)によって、繰り返し単位が結合している。ポリウレア主鎖は、例えば、イソシアネート基とアミノ基との縮重合反応により得られる。ポリウレタン主鎖は、ウレタン結合(−NH−CO−O−)によって、繰り返し単位が結合している。ポリウレタン主鎖は、例えば、イソシアネート基と、水酸基(N−メチロール基を含む)との縮重合反応により得られる。ポリエステル主鎖は、エステル結合(−CO−O−)によって、繰り返し単位が結合している。ポリエステル主鎖は、例えば、カルボキシ基(酸ハライド基を含む)と水酸基(N−メチロール基を含む)との縮重合反応により得られる。ポリアミン主鎖は、イミノ結合(−NH−)によって、繰り返し単位が結合している。ポリアミン主鎖は、例えば、エチレンイミン基の開環重合反応により得られる。ポリアミド主鎖は、アミド結合(−NH−CO−)によって、繰り返し単位が結合している。ポリアミド主鎖は、例えば、イソシアネート基とカルボキシ基(酸ハライド基を含む)との反応により得られる。メラミン樹脂主鎖は、例えば、トリアジン基(例、メラミン)とアルデヒド(例、ホルムアルデヒド)との縮重合反応により得られる。なお、メラミン樹脂は、主鎖そのものが架橋構造を有する。
アニオン性基は、ポリマーの主鎖に直接結合させるか、あるいは連結基を介して主鎖に結合させる。アニオン性基は、連結基を介して側鎖として、主鎖に結合させることが好ましい。
アニオン性基の例としては、カルボン酸基(カルボキシル)、スルホン酸基(スルホ)およびリン酸基(ホスホノ)などが挙げられ、スルホン酸基およびリン酸基が好ましい。
アニオン性基は、塩の状態であってもよい。アニオン性基と塩を形成するカチオンは、アルカリ金属イオンであることが好ましい。また、アニオン性基のプロトンは、解離していてもよい。
アニオン性基とポリマーの主鎖とを結合する連結基は、−CO−、−O−、アルキレン基、アリーレン基、およびこれらの組合せから選ばれる二価の基であることが好ましい。
架橋構造は、二以上の主鎖を化学的に結合(好ましくは共有結合)する。架橋構造は、三以上の主鎖を共有結合することが好ましい。架橋構造は、−CO−、−O−、−S−、窒素原子、リン原子、脂肪族残基、芳香族残基およびこれらの組合せから選ばれる二価以上の基からなることが好ましい。
架橋しているアニオン性基を有するポリマーは、アニオン性基を有する繰り返し単位と、架橋構造を有する繰り返し単位とを有するコポリマーであることが好ましい。コポリマー中のアニオン性基を有する繰り返し単位の割合は、2〜96質量%であることが好ましく、4〜94質量%であることがさらに好ましく、6〜92質量%であることが最も好ましい。繰り返し単位は、二以上のアニオン性基を有していてもよい。コポリマー中の架橋構造を有する繰り返し単位の割合は、4〜98質量%であることが好ましく、6〜96質量%であることがさらに好ましく、8〜94質量%であることが最も好ましい。
架橋しているアニオン性基を有するポリマーの繰り返し単位は、アニオン性基と架橋構造の双方を有していてもよい。また、その他の繰り返し単位(アニオン性基も架橋構造もない繰り返し単位)が含まれていてもよい。
その他の繰り返し単位としては、アミノ基または四級アンモニウム基を有する繰り返し単位およびベンゼン環を有する繰り返し単位が好ましい。アミノ基または四級アンモニウム基は、アニオン性基と同様に、無機微粒子の分散状態を維持する機能を有する。なお、アミノ基、四級アンモニウム基およびベンゼン環は、アニオン性基を有する繰り返し単位あるいは架橋構造を有する繰り返し単位に含まれていても、同様の効果が得られる。
アミノ基または四級アンモニウム基を有する繰り返し単位では、アミノ基または四級アンモニウム基は、ポリマーの主鎖に直接結合させるか、あるいは連結基を介して主鎖に結合させる。アミノ基または四級アンモニウム基は、連結基を介して側鎖として、主鎖に結合させることが好ましい。アミノ基または四級アンモニウム基は、二級アミノ基、三級アミノ基または四級アンモニウム基であることが好ましく、三級アミノ基または四級アンモニウム基であることがさらに好ましい。二級アミノ基、三級アミノ基または四級アンモニウム基の窒素原子に結合する基は、アルキル基であることが好ましく、炭素原子数が1〜12のアルキル基であることが好ましく、炭素原子数が1〜6のアルキル基であることがさらに好ましい。四級アンモニウム基の対イオンは、ハライドイオンであることが好ましい。アミノ基または四級アンモニウム基とポリマーの主鎖とを結合する連結基は、−CO−、−NH−、−O−、アルキレン基、アリーレン基、およびこれらの組合せから選ばれる二価の基であることが好ましい。架橋しているアニオン性基を有するポリマーが、アミノ基または四級アンモニウム基を有する繰り返し単位を含む場合、その割合は、0.06〜32質量%であることが好ましく、0.08〜30質量%であることがさらに好ましく、0.1〜28質量%であることが最も好ましい。
上記バインダーを、例えば特開2003−39586号公開公報に記載の以下の反応性有機珪素化合物と併用することもできる。反応性有機珪素化合物は、上記バインダーとしての電離放射線硬化型樹脂に対して10〜70質量%の範囲で使用される。反応性有機珪素化合物としては、オルガノシラン化合物が好ましく、これだけを樹脂成分として帯電防止層を形成することも可能である。
〔溶媒〕
上記帯電防止層以外の全ての層を形成する塗布組成物を溶解する溶媒としては、特に限定されないが、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤が好ましく用いられる。具体的には、アセトン、メチルエチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−ヘキサン、2−ヘプタノン、4−ヘプタノン、メチルイソプロピルケトン、エチルイソプロピルケトン、ジイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−t−ブチルケトン、ジアセチル、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、ジアセトンアルコール、メシチルオキサイド、クロロアセトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、アセトフェノン等をあげることができる。この中でも、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンが好ましい。これらの溶媒は単独で用いても、任意の混合比で混合して用いてもよい。
また、補助溶媒として、適宜、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル系溶剤、またはフッ素系溶剤(フッ素系アルコールなど)を用いることができる。これらの溶媒は単独で用いても、任意の混合比で混合して用いてもよい。
<透明基材>
光学積層体の透明基材としては、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、セルロースアシレート(例、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,TD80UFなど)、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル(例、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)、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社製)、非晶質ポリオレフィン(ゼオネックス:商品名、日本ゼオン社製)、(メタ)アクリル系樹脂(アクリペットVRL20A:商品名、三菱レイヨン社製、特開2004−70296号公報や特開2006−171464号公報記載の環構造含有アクリル系樹脂)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。
光学積層体を液晶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。また、光学積層体と偏光板を組み合わせてもよい。該透明基材がトリアセチルセルロースの場合は偏光板の偏光層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、光学積層体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。
光学積層体は、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される場合には、十分に接着させるためには透明基材上に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、水で十分に水洗したり、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基材の表面が親水化される。
<塗布方式>
光学積層体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。まず、各層を形成するための成分を含有した塗布組成物が調製される。次に、諸機能層を形成するための塗布組成物をディップコート法、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、グラビアコート法やダイコート法により透明基材上に塗布し、加熱・乾燥するが、マイクログラビアコート法、ワイヤーバーコート法、ダイコート法(米国特許2681294号明細書、特開2006−122889号明細書参照)がより好ましく、ダイコート法が特に好ましい。
その後、紫外線など電離放射線などの光照射あるいは加熱、好ましくは加熱下で電離放射線を照射により、機能層を形成するモノマーを重合して硬化する。これにより機能層が形成される。ここで必要であれば、機能層を複数層とすることができる。
さらに他の機能層を塗設する場合は、同様にして他の機能層を形成するための塗布組成物を前記機能層上に塗布し、光照射あるいは加熱し(紫外線など電離放射線を照射、好ましくは加熱下で電離放射線を照射することにより硬化させ、)他の機能層が形成される。このようにして光学積層体が得られる。
<偏光板>
偏光板は、偏光膜の表側および裏側の両面を保護する2枚の保護フィルムで主に構成される。本発明にかかる光学積層体は、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。本発明にかかる光学積層体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、本発明にかかる光学積層体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。
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光学積層体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基材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。
<画像表示装置>
本発明にかかる光学積層体は、液晶表示装置(LCD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(ELD)や陰極管表示装置(CRT)、表面電界ディスプレイ(SED)のような画像表示装置に適用することができる。特に好ましくは液晶表示装置(LCD)に用いられる。本発明にかかる光学積層体は透明基材を有しているので、透明基材側を画像表示装置の画像表示面に接着して用いられる。
本発明にかかる光学積層体は、偏光膜の表面保護フィルムの片側として用いた場合、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、また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。
本発明を詳細に説明するために、以下に実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、特別の断りの無い限り、「部」及び「%」は質量基準である。
〔実施例1〕
[含フッ素共重合体(P−20)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40ml、ヒドロキシエチルビニルエーテル14.7g、過酸化ジラウロイル0.49g、およびポリシロキサン構造含有マクロアゾ開始剤(VPS−1001(商品名)和光純薬工業(株)社製)0.98g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)25gをオートクレーブ中に導入して65℃まで昇温した。オートクレーブ内の温度が65℃に達した時点の圧力は8.6kg/cmであった。該温度を保持し8時間反応を続け、圧力が3.9kg/cm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に投入し、デカンテーションにより溶剤を除去することにより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を用いて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た。乾燥後主鎖にポリジメチルシロキサン構造が2.3質量%導入されたヘキサフルオロプロピレン/ヒドロキシエチルビニルエーテルの1/1(モル比)の下記共重合体(a−1)の35gを得た。得られたポリマーの屈折率は1.407であった。
次に、該ポリマーの20gをN,N−ジメチルアセトアミド100mlに溶解、氷冷下アクリル酸クロライド22.8gを滴下した後、室温で10時間攪拌した。反応液に酢酸エチルを加え水洗、有機層を抽出後濃縮し、得られたポリマーをヘキサンで再沈殿させることにより含フッ素共重合体(P−20)を19g得た。得られたポリマーの数平均分子量は5.7万であり、屈折率は1.423であった。
Figure 2010139878
なお、本明細書で例示した他の含フッ素共重合体も同様にして合成できる。
[比較化合物a−2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40ml、ヒドロキシエチルビニルエーテル3.7g、エチルビニルエーテル12.0gおよび過酸化ジラウロイル0.49g、ポリシロキサン構造含有マクロアゾ開始剤(VPS−1001(商品名)和光純薬工業(株)社製)0.98gを仕込み、ドライアイス−メタノールにて冷却下、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)25gをオートクレーブ中に導入して65℃まで昇温した。オートクレーブ内の温度が65℃に達した時点の圧力は5.1kg/cmであった。該温度を保持し8時間反応を続け、圧力が2.9kg/cm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メタノールに投入し、デカンテーションにより溶剤を除去することにより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メタノールから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た。乾燥後、ポリジメチルシロキサン構造が2.3質量%導入されたヘキサフルオロプロピレン/エチルビニルエーテル/ヒドロキシエチルビニルエーテルの50/40/10(モル比)の共重合体の35gを得た。得られたポリマーの屈折率は1.387であった。さらに該共重合体に対してP−3の合成と同様にして、アクリル酸クロライドを作用させることにより比較化合物a−2を合成した。得られたポリマーの屈折率は1.415であった。得られたポリマーの数平均分子量は5.0万であった。
Figure 2010139878
[比較化合物a−3の合成]
P−20のa−1の合成時のオートクレーブの温度を70℃で行った以外はP−20と同様にa−3の合成を行った。得られたポリマーの数平均分子量は2.8万であった。
[比較化合物a−4の合成]
a−2の合成時のオートクレーブの温度を60℃で行った以外はa−2と同様にa−4の合成を行った。得られたポリマーの数平均分子量は11.4万であった。
[ゾル液aの調製]
攪拌機、還流冷却器を備えた反応器、メチルエチルケトン120部、アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(KBM−5103、信越化学工業(株)製)100部、ジイソプロポキシアルミニウムエチルアセトアセテート(商品名、ケロープEP−32、ホープ製薬(株)製)3部を加え混合したのち、イオン交換水30部を加え、60℃で4時間反応させたのち、室温まで冷却し、ゾル液を得た。質量平均分子量は1600であり、オリゴマー成分以上の成分のうち、分子量が1000〜20000の成分は100%であった。また、ガスクロマトグラフィー分析から、原料のアクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランは全く残存していなかった。固形分の濃度が29%になるようにメチルエチルケトンで調節してゾル液aとした。
(デンドリマー(RHB−1)の合成)
特許第2574201号公報の記載に準じて、還流冷却機、攪拌機、温度計、温度調節装置、及び水分離機を備えた反応機に、多分岐ポリマー(HB−1)としてペルストルプ アー・ベー社製BOLTORN H20(OH価:510mgKOH/g)55.0gと、アクリル酸39.6g(0.55モル)、反応溶媒としてトルエン63.4g、重合禁止剤としてハイドロキノン0.143g、酸触媒としてメタンスルホン酸0.953gを仕込み、反応温度100〜115℃で生成水を溶媒と共沸除去しながら反応させ、生成水が6.7mlに達したところで反応を終了した。反応混合物をトルエン40gに溶解し、25%苛性ソーダ水溶液で中和した後、15%食塩水20gで3回洗浄した。溶媒を減圧留去して硬化性多分岐ポリマー(RHB−1)を得た。硬化性多分岐ポリマー(RHB−1)のOH価は136mgKOH/gであり、反応性基である水酸基から硬化性反応基への変換率は75モル%であった(1分子当たり、4等量の水酸基を含有、平均分子量約2200)。
[無機微粒子(C−1)の調製]
平均粒径5nm、SiO濃度20質量%のシリカゾル90gとイオン交換水1710gとを混合して反応母液を調製し、95℃に加温した。この反応母液のpHは10.5であり、同母液にSiOとして1.5質量%のケイ酸ナトリウム水溶液24,900gと、Alとして0.5質量%のアルミン酸ナトリウム水溶液36,800gとを同時に添加した。その間、反応液の温度を91℃に保持した。添加終了後、反応液を室温まで冷却し、限外濾過膜で洗浄して固形分濃度20質量%のSiO・Alコア粒子の分散液(A)を調製した。(第1調製工程)
次いで、このコア粒子の分散液(A)500gを採取し、イオン交換水1,700gを加えて98℃に加温し、この温度を保持しながら、ケイ酸ナトリウム水溶液を陽イオン交換樹脂で脱アルカリして得られたケイ酸液(SiO濃度3.5質量%)2,100gを添加してコア粒子表面にシリカ保護膜を形成した。得られたシリカ保護膜を有するコア粒子の分散液を、限外濾過膜で洗浄して固形分濃度13質量%に調整したのち、コア粒子の分散液500gにイオン交換水1,125gを加え、さらに濃塩酸(35.5%)を滴下してpH1.0とし、脱アルミニウム処理を行ったのち、pH3の塩酸水溶液10Lとイオン交換水5Lを加えながら限外濾過膜で溶解したアルミニウム塩を分離し、粒子前駆体分散液を調製した。(第2調製工程)
上記粒子前駆体分散液1500gと、イオン交換水500gおよびエタノール1,750gとの混合液を30℃に加温した後、テトラエトキシシラン(SiO28質量%)70gと28%アンモニア水626gを速度を制御しながら添加し、粒子前駆体表面にテトラエトキシシランの加水分解重縮合物でシリカ外殻層を形成することによって、外殻層内部に空洞を有する粒子を作製した。次いで、エバポレーターで固形分濃度5質量%まで濃縮した後、濃度15質量%のアンモニア水を加えてpH10とし、オートクレーブで180℃、4時間加熱処理し、限外濾過膜を用いて溶媒をエタノールに置換した固形分濃度20質量%の中空シリカ微粒子ゾル(空孔含有無機微粒子)(C−1)の分散液を調製した。(第3調製工程)
得られた分散液から、下記方法にて、無機微粒子の平均粒子径及び屈折率を算出した結果、平均粒子径51nm、屈折率1.28であった。
(平均粒子径の測定)
得られた分散液を希釈してグリッド上にすくい取り透過型電子顕微鏡で観察した。1000個の粒子の平均から、平均粒子径を求めた。
(屈折率の測定)
特開2002−79616号公報に記載の方法に準じて、得られた無機微粒子を適当なバインダーに混合比を変化させて分散して作成した膜の屈折率を測定した。これらの測定結果から、無機粒子100%に外挿して無機粒子の屈折率を算出した。
[分散液(A−1)の調製]
中空シリカ微粒子ゾル(C−1)の500部(シリカ濃度20質量%、エタノール分散液)に対して、ほぼシリカの含量が一定となるようにイソプロピルアルコールを添加しながら、圧力20kPaで減圧蒸留による溶媒置換を行った。このようにして得られたシリカ分散液(シリカ濃度20%)500部に、アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(KBM−5103、信越化学工業(株)製)30部、およびジイソプロポキシアルミニウムエチルアセテート(商品名、ケロープEP−32、ホープ製薬(株)製)1.5部加え混合した後に、イオン交換水を9部を加えた。60℃で8時間反応させた後に室温まで冷却し、アセチルアセトン1.8部を添加した。この分散液500gにほぼシリカの含量一定となるようにシクロヘキサノンを添加しながら、圧力20kPaで減圧蒸留による溶媒置換を行った。分散液に異物の発生はなく、固形分濃度をシクロヘキサノンで調整し20質量%にしたときの粘度は25℃で5mPa・sであった。得られた分散液(A−1)のイソプロピルアルコールの残存量をガスクロマトグラフィーで分析したところ、1.5%であった。
[低屈折率層用塗布組成物(L−1〜L−20)の調製]
下記表1に示す各成分を混合し、塗布組成物全体の固形分濃度が4質量%になり、メチルエチルケトンで希釈して塗布組成物(L−1〜L−20)を調製した。
表中、( )内は各成分の固形分の質量部を表す。IRG127はチバガイギー(株)製光ラジカル重合開始剤イルガキュア127(商品名)を表す。
Figure 2010139878
[塗布組成物の評価]
こうして得られた低屈折率用塗布組成物L−1〜L−20について、下記性能評価を実施した。
粘度測定は25℃の条件下、振動粘度計で測定した。固形分濃度40質量%時の粘度はエバポレーターで溶剤を蒸発させ、固形分濃度が40質量%になった時点の粘度を測定した。
係数Nは以下のように求めた。
固形分濃度が、4、20、40、50、60質量%の時の粘度を測定し、粘度の常用対数と固形分濃度の関係をプロットし、最小二乗法により傾きから[25℃で測定した粘度(mPa・s)の対数変化]/[固形分濃度(質量%)の変化]を求めた。
[ハードコート層用塗布組成物A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29質量部、メチルイソブチルケトン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組成物Aとした。
[反射防止フィルム(108)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、富士フイルム(株)製)をロール形態から巻き出して、ハードコート層用塗布組成物Aを使用し特開2006−122889号公報実施例1記載のスロットダイを用いたダイコート法で、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約0.1%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/cm、照射量100mJ/cmの紫外線を照射して塗布層を硬化させ巻き取った。硬化後のハードコート層の厚さが4.0μmとなるように塗布量を調整してハードコートフィルム(108)を作製した。硬化後のハードコート層の屈折率は、1.61であった。
このようにして得られたハードコートフィルム(108)の上に、上記低屈折率層用塗布組成物L−8を用いて低屈折率層膜厚が90nmになるように調節して反射防止フィルム(108)を作製した。低屈折率層の乾燥条件は60℃、1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300mW/cm、照射量240mJ/cmの照射量とした。硬化後の低屈折率層の屈折率は1.45であった。
[反射防止フィルム(101)〜(107)、(109)〜(120)の作製]
反射防止フィルム(108)の作製において、低屈折率層用塗布組成物L−8をL−1〜L−7、L−9〜L−20に変えたこと以外は、反射防止フィルム(108)と同様にして、反射防止フィルム(101)〜(107)、(109)〜(120)を作製した。
[塗設フィルムの性能評価]
こうして得られた反射防止フィルム試料(101)〜(120)について、下記性能評価を実施した。
(1)スジ、ムラ
各反射防止フィルム試料を3波長蛍光灯、太陽光照明下観察し、スジ、ムラを下記の基準にて評価した。結果は下記表2に記載した。
評価 ◎:スジ、ムラは全く見えない。
評価 ○:太陽光照明下ではスジ、ムラはわずかに観察できるが、3波長蛍光灯では観察できない。
評価 ×:3波長蛍光灯、太陽光照明下ともにスジ、ムラが観察でき、目立つ。
(2)欠陥
各反射防止フィルム試料の外観を目視観察して、低屈折率層の表面形状を下記基準にて評価した。
評価 ◎:ブツ、干渉ムラは全く観察されない。
評価 ○:ブツは観察されるが、その周辺に干渉ムラは観察でできず、ブツの大きさは100μm未満。
評価 ×:ブツは観察され、その周辺に干渉ムラは観察され、非常に目立つ。ブツの大きさは100μm以上。
Figure 2010139878
本実施例から明らかなように、本発明の製造方法により得られた反射防止フィルム試料(108)〜(111)、(114)〜(117)、(120)は、本発明の要件を満たしていない比較例の反射防止フィルム試料(101)〜(107)、(112)〜(113)、(118)〜(119)と比較して、スジムラが優れ、欠陥が観測されない反射防止フィルムであることがわかる。特に係数Nが0.08以上は欠陥が全くの観測されなく、優れていることがわかる。
〔実施例2〕
(防眩層用塗布組成物A−1の作製)
下記成分を含有する組成物を孔径30μmのポリプロピレン製フィルターでろ過して防眩層用塗布組成物A−1を調製した。
PET−30 65.0g
イルガキュア127 3.0g
8μm架橋アクリル・スチレン粒子a分散液(30%) 52.6g
8μm架橋アクリル粒子b分散液(30%) 20.0g
SP−13 0.2g
CAB−531−1 0.5g
MIBK 72.6g
MEK 32.5g
それぞれ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];
8μm架橋アクリル・スチレン粒子a分散液(30%):8μm架橋アクリル・スチレン粒子a(屈折率1.555、粒子径8.0μm)[積水化成品工業(株)製]をポリトロン分散機にて10000rpmで20分間分散した粒子含有量30%のMIBK分散液)
8μm架橋アクリル粒子b分散液(30%):8μm架橋アクリル粒子b(屈折率1.500、粒子径8.0μm)[綜研化学(株)製]をポリトロン分散機にて10000rpmで20分間分散したMIBK分散液)
CAB−531−1:セルロースアセテートブチレート[イーストマンケミカル社製];
SP−13:フッ素系の界面活性剤(MEKの10質量%溶液として溶解した後に使用した。)
Figure 2010139878
(光学積層体試料(201)〜(220)の作製)
(1)防眩層の塗設
80μmの厚さのトリアセチルセルロースフィルム(TAC−TD80U、富士フイルム(株)製)をロール形態から巻き出して、防眩層用塗布組成物A−1を使用し特開2006−122889号公報実施例1記載のスロットダイを用いたダイコート法で、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約0.1%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/cm、照射量100mJ/cmの紫外線を照射して塗布層を硬化させ巻き取った。防眩層の膜厚は13μmになるように塗布量を調整した。防眩層の表面形状はJIS−B0601(1994)に準拠して算術平均粗さRaと凹凸の平均間隔Smを測定測定した。Raは0.15μm、Smは105μmであった。
(2)低屈折率層の塗設
上記防眩層を塗設したトリアセチルセルロースフィルムを再び巻き出して、上記実施例1の低屈折率層用塗布組成物L−1〜L−20を用いて、反射防止フィルム(101)と同様に厚さ90nmの低屈折率層を形成し、巻き取り、光学積層体試料(201)〜(220)を作成した。
(光学積層体試料の評価)
得られたこれらの光学積層体試料について、以下の項目の評価を行った。結果を表3に示した。
(1)スジ、ムラ
各光学積層体試料を3波長蛍光灯、太陽光照明下観察し、スジ、ムラを下記の基準にて評価した。結果は下記表2に記載した。
評価 ◎:スジ、ムラは全く見えない。
評価 ○:太陽光照明下ではスジ、ムラはわずかに観察できるが、3波長蛍光灯では観察できない。
評価 ×:3波長蛍光灯、太陽光照明下ともにスジ、ムラが観察でき、目立つ。
(2)低屈折率層の膜厚試験
各光学積層体試料に形成された低屈折率層の膜厚を測定し、下記の基準で判断した。低屈折率層の膜厚は試料を0.5μmの厚みに裁断し、透過型電子顕微鏡を用いて、50000倍に拡大し測定し、防眩層の凸部5カ所、凹部5カ所上の低屈折率層の膜厚の平均差を求めた。
評価◎ :膜厚差が20nm未満であった。
評価○ :膜厚差が20nm以上30nm未満であった。
評価× :膜厚差が30nm以上であった。
Figure 2010139878
本実施例から明らかなように、本発明の製造方法を用いた光学積層体試料(208)〜(211)、(214)〜(217)、(220)は、本発明の要件を満たしていない比較例の光学積層体試料(201)〜(207)、(212)〜(213)、(218)〜(219)と比較して、スジムラが優れ、低屈折率層の膜厚差が小さい反射防止フィルムであることがわかる。特に係数Nが0.08以上は膜厚差が小さく、優れていることがわかる。

Claims (6)

  1. 透明基材上に膜厚200nm以下の機能層を備えた光学積層体の製造方法であって、該機能層を、電離放射線照射により重合可能な基及び化合物Bと相互作用する基を有する化合物Aと、化合物Aと相互作用する基を有する化合物Bと、溶剤と、を含有する塗布組成物から形成し、該塗布組成物の固形分濃度4質量%での25℃で測定した粘度が1.0mPa・s以下かつ該塗布組成物の固形分濃度40質量%での25℃で測定した粘度が100mPa・s以上であることを特徴とする光学積層体の製造方法。
  2. 該化合物Bが化合物Aと相互作用する基を複数有することを特徴とする請求項1に記載の光学積層体の製造方法。
  3. 該機能層に平均粒子径100nm以下の無機微粒子Cをさらに含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学積層体の製造方法。
  4. 該化合物Aの数平均分子量が3万以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光学積層体の製造方法。
  5. 該化合物Aが含フッ素化合物であることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の光学積層体の製造方法。
  6. 該化合物Bが下記一般式(3)で表されるオルガノシランの加水分解物およびその部分縮合物の少なくともいずれか1種を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光学積層体の製造方法。
    Figure 2010139878

    (一般式(3)中、Rは水素原子、メチル基、メトキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、フッ素原子、または塩素原子を表す。Yは、単結合、*−COO−**、*−CONH−**、または*−O−**を表す。*は=C(R)−に結合する位置を、**はLに結合する位置を表す。Lは2価の連結鎖を表す。R〜Rは、各々独立に、ハロゲン、水酸基、無置換のアルコキシ基、または無置換のアルキル基を表す。Rは水素原子、または無置換のアルキル基を表す。Rは置換もしくは無置換のアルキル基、または置換もしくは無置換のアリール基を表す。lはl=100−mの数式を満たす数を表し、mは0〜50の数を表す。)
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