JP2019032439A - 光学部材、偏光部材および塗布溶液 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、光を透過させる透明材料の内部に屈折率の異なる粒子を分散して光を拡散させる方法がある。これにより表示装置からの出射光がより広角になる。ただし、外光反射の後方散乱が生じてコントラストや像の視認性が低下する。
また例えば、回折格子構造を使用し、これにより光を回折させることで、出射光を広角にする方法がある。
また特許文献2では、光拡散フィルムを開示する。これは入射面の法線方向に略平行に入射した光を拡散して出射する回折構造を有する回折構造体を有する。そして回折構造により光が拡散する側に配置され、表面反射を抑制する光反射抑制層を備える。
高屈折率層は、基材の成分を浸食するモノマーの重合物を含むようにすることができる。
基材の成分を浸食するモノマーは、モルホリノ基および/またはアミド基を有するものとすることができる。
高屈折率層は、1つまたは2つの重合性官能基を有するモノマーの重合物を含むようにすることができる。
低屈折率層は、3つ以上の重合性官能基を有するモノマーの重合物を含むようにすることができる。
界面の相溶した状態になっている箇所は、厚さが400nm以上2μm以下であることが好ましい。
基材は、トリアセチルセルロースからなることが好ましい。
高屈折率層と低屈折率層との屈折率差が、0.05以上であることが好ましい。
反射防止層は、最表層であることが好ましい。
反射防止層は、バインダと、中空シリカ粒子と、片末端反応型光重合性フッ素ポリマーの光重合物および変性シリコーンと、を含む。バインダは、側鎖反応型光重合性フッ素ポリマーおよびシロキサン化合物の混合物の光重合物を含む。中空シリカ粒子は、バインダ中に分布する。片末端反応型光重合性フッ素ポリマーの光重合物および変性シリコーンは、表面側に主に分布する。
外光の反射を抑制する反射防止層をさらに設ける反射防止層形成工程をさらに有するようにすることができる。
図1(a)は、本実施の形態が適用される表示装置について説明した図である。
図示する表示装置1は、例えば、液晶テレビあるいはPC(Personal Computer)用の液晶ディスプレイなどである。表示装置1は、表示画面1aに画像を表示する。
図1(b)は、図1(a)のIb―Ib断面図であり、本実施の形態が適用される表示画面1aの構成の一例を示したものである。
表示画面1aは、画像の表示を行なう表示手段の一例である液晶パネルEと、その表面に形成された機能層Hとにより構成される。
図示するように液晶パネルEは、液晶Lと、液晶Lを図中上下に挟み配される偏光フィルムDと、図中下側の偏光フィルムDのさらに図中下側に配されるバックライトBとを備える。
基材11は、全光線透過率85%以上の透明基材であることが好ましい。基材11は、例えば、上述したトリアセチルセルロース(TAC)が用いられる。またこれに限られるものではなく、ポリエチレンテレフタラート(PET:polyethylene terephthalate)等を使用することもできる。ただし本実施の形態では、トリアセチルセルロース(TAC)をより好適に使用することができる。基材11は、例えば、20μm以上200μm以下の厚さを有する。
高屈折率層12は、基材11の成分を侵食するモノマーの重合物を含む。そのため基材11と高屈折率層12との界面は、それぞれの成分が相溶した状態になる。
官能基としてモルホリノ基やアミド基を有するモノマーとしては、KJケミカルズ株式会社製の4−アクリロイルモルホリン(ACMO)を挙げることができる。
(メタ)アクリルアミド類としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、N−アルキル(メタ)アクリルアミドが挙げられる。またN,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミドなどが挙げられる。
その他にもN,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミドとしては、例えば、N,N−ジエチルアクリルアミド(DEAA)が挙げられる。またN,N−ジメチルアクリルアミド(DMAA)、N−n−ブトキシメチルアクリルアミド(NBMA)、N,N’−メチレンビスアクリルアミド(MBAA)が挙げられる。さらにN−メトキシメチルアクリルアミド(NMMA)、N−イソブトキシメチルアクリルアミド(IBMA)が挙げられる。またさらにN−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミド(HEAA)、ジアセトンアクリルアミド(DAMM)が挙げられる。そしてN−t−ブチルアクリルアミド(TBAA)を例示することができる。
この回折格子構造の線幅Wは、2μm以上50μm以下であることが好ましい。またこの回折格子構造のピッチPは、2μm以上50μm以下であることが好ましい。
このうち図2(a)は、高屈折率層12に回折格子構造を設けない場合のバックライトBから発した光の進路について示した図である。
図示するように、バックライトBから発した光は、図中下方から上方へ直進する。この状態では、光の直進方向ではコントラストは良好であるが、その方向以外の広角方向では、光の量が少なくなり、コントラストが低下する。
図示するように、バックライトBから発した光は、回折格子の箇所で回折される。これにより広角方向でも光の量が少なくなりにくい。その結果、広角でのコントラストを向上させることができる。
高屈折率層12を浸食する成分として、比較的低分子量で流動性が高く、また高屈折率層12との親和性が高いことが望ましい。さらに高屈折率層12との反応性を示す官能基を有することが望ましい。このような成分としては、例えば、光重合性基を有するモノマーが挙げられる。光重合性基を有するモノマーとして、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチルが例示できる。またアクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルが例示できる。さらにメタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸グリシジル等が例示できる。
本実施の形態では、回折格子構造を設けることにより回折光による効果で広角でのコントラストが向上する。また一方で、上述した相溶の状態とすることで、この箇所における外光の反射率が小さくなる。即ち、回折格子構造を有する2層間界面である高屈折率層12と低屈折率層13との屈折率差を大きくしても反射率が高くなりにくい。これは回折格子構造を有する2層間界面において、屈折率差を大きくしても反射光が発生しにくい光学的機能を有すると言い換えることもできる。なおこの場合、2層間界面は、高屈折率層12と低屈折率層13の2層である。また本実施の形態では、基材11と高屈折率層12の2層間界面でも相溶の状態とすることで、さらに反射率を低くしている。本実施の形態では、このように広角でのコントラストの向上と反射率の低減とを両立させている。そしてその結果、コントラストや視認性を向上させることができる。なお相溶した状態になる箇所は、上述したのと同様の理由により、厚さが可視光波長以上であることが好ましい。さらに厚さが400nm以上2μm以下であることがさらに好ましい。
このうち図3(a)は、従来の技術で作成した場合の機能性フィルムの反射率Rを示す。また図3(b)は、本実施の形態の機能性フィルム10の反射率Rを示す。
前提条件として、基材11であるトリアセチルセルロースの屈折率は、1.49、高屈折率層12の屈折率は、1.59である。また低屈折率層13の屈折率は、1.50、粘着フィルム層14の屈折率は、1.47である。さらに反射防止層15の基材フィルムは、基材11と同様にトリアセチルセルロースであり、最表面の反射率を0.06%としている。
この場合、図中最も上に示すものは、反射防止層15の表面で生ずる反射による反射率Rであり、0.06%である。また上から2番目に示すものは、反射防止層15と粘着層14との界面で生ずる反射による反射率Rであり、0.01%である。さらに上から3番目に示すものは、粘着層14と高屈折率層12との界面で生ずる反射による反射率Rであり、0.16%である。また上から4番目に示すものは、高屈折率層12と基材11との界面で生ずる反射による反射率Rであり、0.11%である。その結果、反射率Rの合計は、0.34%となる。
反射防止層15は、基材151と、反射防止機能層152とを備える。なおこの構造により反射防止層15は、反射防止フィルムであると言うこともできる。そして反射防止層15は、粘着層14により低屈折率層13上に貼り付けられていると言うこともできる。
図示する例の場合、反射防止機能層152は、超低屈折率層152aと、ハードコート層152bとを備える。
一般式(2)中、X1は、HまたはFであり、X2は、HまたはFである。また、X3はH、F、CH3またはCF3である。X4は、H、FまたはCF3であり、X5は、H、FまたはCF3である。Rfは、含フッ素アルキル基に、Y1が1個以上3個以下結合している有機基である。なおY1は末端にエチレン性炭素−炭素二重結合を有する炭素数2以上10以下の1価の有機基である。含フッ素アルキル基は炭素数1以上40以下の含フッ素アルキル基または炭素数2以上100以下のエーテル結合を有する。また、aは0、1、2または3であり、bおよびcは、0または1である。
一般式(1)〜(2)で示す側鎖反応型光重合性フッ素ポリマーとしては、例えば、ダイキン工業株式会社製のOPTOOL AR−110を挙げることができる。
フッ素ポリマー層Fsは、フッ素ポリマーを含む。フッ素ポリマーは、下記一般式(4)で示す片末端反応型光重合性フッ素ポリマーが光重合したものである。フッ素ポリマーは、超低屈折率層152aに防汚性及び滑り性を付与するための添加剤である。
ここで本実施の形態の変性シリコーンは、下記一般式(5)で示す直鎖型ジメチルポリシロキサンのメチル基を他の有機基に置換したものである。なおn0は整数である。即ち、この変性シリコーンは、有機変性直鎖型ジメチルポリシロキサンであると言うこともできる。
より反射防止機能を得るために高屈折率のモノマーを選択することも可能である。さらに粒径100nm未満の高屈折率の金属または金属酸化物粒子を添加して屈折率調節をすることも可能である。また、ディスプレイの付加価値を高めるために、帯電防止剤や防汚剤、硬度を高めるための高架橋度、高凝集力のモノマーを一部使用することも可能である。ハードコート層152bの膜厚は特に限定されるものではないが、強度を得るためには1μm〜20μmが好ましい。
図5は、本実施の形態の機能性フィルム10の製造方法を説明したフローチャートである。
PETフィルムにDFR(Dry Film Photoresist:ドライフィルムレジスト)を貼り付ける。次にラミネーション装置によりラミネートする。さらに回折格子パターンが形成されたマスクを載せてUV露光を行なう。そしてアルカリ溶液に浸漬し、未露光部をエッチングする。その後、水洗浄を行い、乾燥する。これにより回折格子構造を作成するための回折格子パターンを形成した原版が作成できる。
このような溶媒として、メチルエチルケトン(MEK)、酢酸メチル、炭酸ジメチル、1、3−ジオキソラン等を使用できる。
なお重合を行なうのに、熱重合を利用する場合は、光重合開始剤は、不要である。
高屈折率層形成用塗布溶液を作成するには、これら2種類のモノマー、光重合開始剤、および溶媒を混合する。
まずハードコート層152bを形成するための塗布溶液(ハードコート層形成用塗布溶液、第3の塗布溶液)を作成する(ステップ110:ハードコート層形成用塗布溶液作成工程)。この塗布溶液は、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(A−TMMT)等のモノマー、および光重合開始剤を、溶媒中に分散させたものである。溶媒としては、ジアセトンアルコールおよび1、3−ジオキソランの混合物を使用することができる。光重合開始剤は、例えば、α―ヒドロキシアセトフェノン系の光重合開始剤を用いることができる。このような光重合開始剤として、例えば、BASFジャパン株式会社製ののIRGACURE184を例示することができる。
これにより反射防止層15を形成できる。よってステップ112〜ステップ115は、反射防止層15を形成する反射防止層形成工程であると捉えることができる。
まず粘着層14を反射防止層15の基材151側に貼り合わせる(ステップ116:第1の貼合せ工程)。
そして粘着層14を貼り合わせた反射防止層15をさらに低屈折率層13に貼り合わせる(ステップ117:第2の貼合せ工程)。
〔機能性フィルム10の作成〕
(実施例1)
本実施例では、高屈折率層12の回折格子構造として線幅6μm、ピッチ14μmの溝形状の回折格子パターン有するものを作成した。
そして高屈折率層12とCOPフィルムとの間に、低屈折率層形成用塗布溶液(第2の塗布溶液)を流し込み、ラミネータを通した。さらにUVを照射し、塗布溶液(第2の塗布溶液)を硬化させ、COPフィルムを剥がした。これにより高屈折率層12上に低屈折率層13を形成した。
モノマーとして、新中村化学工業株式会社製のペンタエリスリトールテトラアクリレート(A−TMMT)を用意した。さらにモノマーとして、同社製のペンタエリスリトールトリアクリレート(A−TMM−3)を用意した。そしてこれを重量比で1:1となるようにした。さらに溶媒として、ジアセトンアルコールと1、3−ジオキソランとを用意した。これを重量比で40:60になるように混合し、さらに上記2つのモノマーを混合した。そして光重合開始剤としてBASFジャパン株式会社製のIRGACURE184を添加した。これによりハードコート層形成用塗布溶液(第3の塗布溶液)を作成した。
中空シリカ粒子として、2種類のものを用意した。即ち、日揮触媒化成株式会社製のスルーリア4320(中央粒径60nm)を用意した。さらに同社製のスルーリア5320(中央粒径75nm)を用意した。そして有効成分として前者を2.5質量部、後者を60.5質量部用いた。また側鎖反応型光重合性フッ素ポリマーとして、ダイキン工業株式会社製のOPTOOL AR−110を28質量部使用した。そしてシロキサン化合物として含珪素化合物である信越化学工業株式会社製のKR−513を5質量部使用した。さらに変性シリコーンとしてエボニックデグザジャパン株式会社製のTego rad 2700を1質量部使用した。また光重合開始剤としてBASFジャパン株式会社製のIRGACURE907を3質量部使用した。そしてこれらを合計して主成分として100質量部とした。
以上のようにして反射防止層15を作成した。
以上のようにして機能性フィルム10を製造した。
本比較例では、基材11上に、高屈折率層12、低屈折率層13、粘着層14、および反射防止層15を形成しなかった。つまり基材11のみの状態となり、図1(b)の例では、機能層Hがなく、液晶パネルEのみの状態となる。
本比較例では、高屈折率層12の原料として、オグゾール EA−200を用意した。またペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学工業株式会社製 A−TMMT)を用意した。さらに光重合開始剤としてIRGACURE TPOを用意した。そしてこれらを、重量比で65/35/0.5とした。また低屈折率層13の原料として、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(新中村化学工業株式会社製 A−DPH)を用意した。また光重合開始剤としてIRGACURE TPOを用意した。そしてこれらを、重量比で100/1とした。そしてそれ以外は、実施例1と同様に機能フィルム10を作成し評価を行った。その結果、実施例1に比較して、2層間にそれぞれの成分が相溶した状態を形成しなかった。
機能性フィルムの正面輝度維持率、正面コントラスト維持率、45°コントラスト維持率、反射率(SCI:Specular Components Include)、外観不良(モアレ、虹ムラ)について評価を行なった。以下、評価方法を説明する。
機能性フィルムを備えた液晶パネルEに白色画像を表示した。そして機能性フィルムの面に対し法線方向(正面方向)における輝度を、コノスコープを用いて測定した。
このとき比較例1の基材11だけのときの輝度を100%とし、これに対する輝度の割合を正面輝度維持率とした。この正面輝度維持率は、値が大きいほど、正面輝度が維持されていることを意味し、良好な結果であることを示す。
機能性フィルムを備えた液晶パネルEに階調値として100%と0%の白色画像及び黒色画像を表示した。そして機能性フィルムの面に対し法線方向(正面方向)における輝度を、コノスコープを用いて測定した。
そして(100%の輝度/0%の輝度)を算出し、正面コントラスト維持率とした。この正面コントラスト維持率は、値が大きいほど、正面方向におけるコントラストが大きいことを意味し、良好な結果であることを示す。
機能性フィルムを備えた液晶パネルEに階調値として80%と20%の白色画像(グレー画像)を表示した。そして機能性フィルムの面に対し45°方向(広角方向)における輝度を、コノスコープを用いて測定した。
そして(80%の輝度/20%の輝度)を算出し、45°コントラスト維持率とした。この45°コントラスト維持率は、値が大きいほど、広角でのコントラストが大きいことを意味し、良好な結果であることを示す。
基材11の高屈折率層12、低屈折率層13、粘着層14、および反射防止層15を形成しない側(裏面側)を黒インクで塗りつぶした。そしてコニカミノルタ株式会社製 CM−2600d分光測色計を用いて、反射率(SCI)を測定した。このときの測定条件は、測定径8mm、視野角2°、光源D65相当とした。この反射率(SCI)は、値が小さいほど、低反射であることを意味し、良好な結果であることを示す。
機能性フィルムを備えた液晶パネルEに白色画像を表示した。そして目視にてモアレや虹ムラ等の不良が生じているか否かを確認した。
評価結果を図6に示す。
さらに反射率(SCI)の結果により、実施例1は、反射率が最も低いことがわかる。
つまり実施例1は、広角でのコントラストの向上と反射率の低減とを両立させている。
また反射防止層15は、基材151と反射防止機能層152とから構成されていたが、基材151を設ける必要は必ずしもない。つまり反射防止機能層152単独であってもよい。
そして上述した例では、反射防止層15を低屈折率層13に貼り合わせるために粘着層14を設けていた。しかし貼り合わせをせず、反射防止機能層152を直接低屈折率層13上に設けるような場合は、粘着層14を設ける必要はない。
この場合、粘着層14および反射防止層15は、図1(c)の機能性フィルム10と同様の面側であり、基材11上に設けられる。しかし高屈折率層12および低屈折率層13は、基材11を挟み、反射防止層15とは逆の面側に設けている。
ここで図7(b)は、最表層の反射防止層15に向かい、高屈折率層12、低屈折率層13、基材11、粘着層14、反射防止層15の順で積層した場合を示している。この場合、高屈折率層12と低屈折率層13との界面は、界面を挟む層のそれぞれの成分が相溶した状態をなす。また低屈折率層13と基材11との界面も、界面を挟む層のそれぞれの成分が相溶した状態をなす。
また図7(c)は、最表層の反射防止層15に向かい、低屈折率層13、高屈折率層12、基材11、粘着層14、反射防止層15の順で積層した場合を示している。この場合、低屈折率層13と高屈折率層12との界面は、界面を挟む層のそれぞれの成分が相溶した状態をなす。また高屈折率層12と基材11との界面も、界面を挟む層のそれぞれの成分が相溶した状態をなす。
また図7(e)は、高屈折率層12、低屈折率層13、粘着層14、反射防止層15を全て、基材11の逆の面側に積層した場合を示している。この場合、最表層は、基材11となるそして最表層の基材11に向かい、反射防止層15、粘着層14、高屈折率層12、低屈折率層13、基材11の順で積層した場合を示している。この場合、高屈折率層12と低屈折率層13との界面は、界面を挟む層のそれぞれの成分が相溶した状態をなす。また低屈折率層13と基材11との界面も、界面を挟む層のそれぞれの成分が相溶した状態をなす。
図7(d)〜(e)の場合は、基材11の逆側の面側に空気層を含む場合に、特に有効に機能する。
Claims (23)
- 基材と、
前記基材上に形成され、当該基材よりも屈折率が高いとともに回折格子構造を有する高屈折率層と、当該高屈折率層よりも屈折率が低い低屈折率層と、が積層した機能層と、
を備え、
前記基材、前記高屈折率層および前記低屈折率層の間の界面は、当該界面を挟む層のそれぞれの成分が相溶した状態をなす光学部材。 - 前記基材、前記高屈折率層および前記低屈折率層は、この順で積層することを特徴とする請求項1に記載の光学部材。
- 前記高屈折率層は、前記基材の成分を浸食するモノマーの重合物を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の光学部材。
- 前記基材の成分を浸食するモノマーは、モルホリノ基および/またはアミド基を有するものであることを特徴とする請求項3に記載の光学部材。
- 前記高屈折率層は、1つまたは2つの重合性官能基を有するモノマーの重合物を含むことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の光学部材。
- 前記低屈折率層は、前記高屈折率層を浸食する成分を含むことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の光学部材。
- 前記低屈折率層は、3つ以上の重合性官能基を有するモノマーの重合物を含むことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の光学部材。
- 前記界面の相溶した状態になっている箇所は、厚さが可視光波長以上であることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の光学部材。
- 前記界面の相溶した状態になっている箇所は、厚さが400nm以上2μm以下であることを特徴とする請求項8に記載の光学部材。
- 前記基材は、トリアセチルセルロースからなることを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の光学部材。
- 前記高屈折率層と前記低屈折率層との屈折率差が、0.05以上であることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の光学部材。
- 外光の反射を抑制する反射防止層をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の光学部材。
- 前記反射防止層は、最表層であることを特徴とする請求項12に記載の光学部材。
- 前記反射防止層は、
側鎖反応型光重合性フッ素ポリマーおよびシロキサン化合物の混合物の光重合物を含むバインダと、
前記バインダ中に分布する中空シリカ粒子と、
表面側に主に分布する、片末端反応型光重合性フッ素ポリマーの光重合物および変性シリコーンと、
を含むことを特徴とする請求項12または13に記載の光学部材。 - 光を偏光させる偏光手段と、
前記偏光手段上に形成され、当該偏光手段よりも屈折率が高いとともに回折格子構造を有する高屈折率層と、当該高屈折率層よりも屈折率が低い低屈折率層と、が積層した機能層と、
を備え、
前記偏光手段、前記高屈折率層および前記低屈折率層の間の界面は、当該界面を挟む層のそれぞれの成分が相溶した状態をなす偏光部材。 - 高屈折率層を形成するための塗布溶液であって、
トリアセチルセルロースを浸食するモノマーと、
1つまたは2つの重合性官能基を有するモノマーと、
を含む塗布溶液。 - 前記トリアセチルセルロースを浸食するモノマーおよび前記重合性官能基を有するモノマーと相溶するとともに、トリアセチルセルロースを浸食する溶媒をさらに含むことを特徴とする請求項16に記載の塗布溶液。
- 低屈折率層を形成するための塗布溶液であって、
トリアセチルセルロースを浸食するモノマーと1つまたは2つの重合性官能基を有するモノマーとの光重合物を浸食する成分と、
重合性官能基を有するモノマーと、
を含む塗布溶液。 - 基材上に、回折格子構造を作成するための回折格子パターンを形成した原版を載置する原版載置工程と、
前記基材と前記原版との間に、当該基材の成分を浸食するモノマーおよび1つまたは2つの重合性官能基を有するモノマーを含む第1の塗布溶液を塗布する第1の塗布工程と、
前記第1の塗布溶液を硬化させ、前記基材よりも屈折率が高い高屈折率層を形成する第1の硬化工程と、
前記高屈折率層上に、当該高屈折率層を浸食する成分および重合性官能基を有するモノマーを含む第2の塗布溶液を塗布する第2の塗布工程と、
前記第2の塗布溶液を硬化させ、前記高屈折率層よりも屈折率が低い低屈折率層を形成する第2の硬化工程と、
を有することを特徴とする光学部材の製造方法。 - 前記第1の塗布溶液は、前記基材を浸食する溶媒をさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の光学部材の製造方法。
- 外光の反射を抑制する反射防止層をさらに設ける反射防止層形成工程をさらに有することを特徴とする請求項19または20に記載の光学部材の製造方法。
- 画像の表示を行なう表示手段と、
前記表示手段上に形成され、当該表示手段よりも屈折率が高いとともに回折格子構造を有する高屈折率層と当該高屈折率層よりも屈折率が低い低屈折率層とが積層した機能層と、
を備え、
前記表示手段、前記高屈折率層および前記低屈折率層の間の界面は、当該界面を挟む層のそれぞれの成分が相溶した状態をなす表示装置。 - 前記表示手段は、液晶パネルであることを特徴とする請求項22に記載の表示装置。
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