JP4320866B2 - 反射防止積層体、光学機能性積層体、および表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶、プラズマディスプレイ、ＣＲＴ等、種々の表示装置の前面に装着され、光線の反射を低減させることを目的とした反射防止機能を有する積層体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＲＴなどでは、表面の反射を防止する手段および表示画面が帯電することを防止する手段として、多層膜を真空蒸着法などによりコーティングしている。さらに液晶画面においてはそれらの表面に凹凸を設けることで乱反射をさせている。
【０００３】
透明であり、かつ導電性を有する層を反射防止積層体に施した例は特開平５−３２３１０１号公報にあるような酸化インジウムや酸化スズをベースとしたものが知られている。また、特開昭６４−８０９０４号公報にあるように非常に薄い金属膜を利用しているものが知られている。
【０００４】
しかしながら反射防止膜においては、酸化インジウムや酸化スズ等の各セラミック薄膜層の応力、結晶構造などが重要で、バランスがとれていないと密着性や耐擦傷性などの機械強度特性が乏しくなる問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、日常の使用に耐えられる十分な機械強度特性を有した反射防止積層体、それを用いた光学機能性積層体およびそれを用いた表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するものであり請求項１の発明は、基材上の少なくとも片側に透明な高屈折率セラミック薄膜層と低屈折率セラミック薄膜層を交互に積層させた反射防止膜において、高屈折率セラミック薄膜層あるいは低屈折率セラミック薄膜層の一方がアモルファス構造であり、他方が柱状構造であることを特徴とする反射防止積層体としたものである。
【０００７】
本発明の請求項２の発明は、前記セラミック薄膜層の少なくとも１層が導電性を有するセラミック薄膜層であることを特徴とする請求項１記載の反射防止積層体としたものである。
【０００８】
本発明の請求項３の発明は、導電性を有するセラミック薄膜層が、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズのいずれか、または、それらの２種類もしくは３種類の混合酸化物を主成分としていることを特徴とする請求項２記載の反射防止積層体としたものである。
【０００９】
本発明の請求項４の発明は、基材がプラスチックフィルムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の反射防止積層体としたものである。
【００１０】
本発明の請求項５の発明は、基材とセラミック薄膜層の間にハードコートが形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の反射防止積層体としたものである。
【００１１】
本発明の請求項６の発明は、基材またはハードコートとセラミック薄膜層の間に密着性向上のためのプライマー層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の反射防止積層体としたものである。
【００１２】
本発明の請求項７の発明は、最外層に防汚層が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の反射防止積層体としたものである。
【００１３】
本発明の請求項８の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の反射防止積層体を光学機能性プラスチックフィルム等に設けたことを特徴とする光学機能性積層体としたものである。
【００１４】
本発明の請求項９の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の反射防止積層体または請求項８に記載の光学機能性積層体を表示装置の前画板に設けたことを特徴とする表示装置としたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき詳細に説明する。
図１に本発明の反射防止積層体の一実施例を断面で示す。
基材２としては透明性を有し、かつ表面が平滑なものであれば良く、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、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、トリアセチルセルロース等の高分子フィルムやガラスなどが挙げられ、目的・用途により適宜選択される。
【００１６】
本発明のセラミック薄膜層３に用いるセラミック薄膜層４から７とは無機化合物からなるものであり、酸化物、硫化物、フッ化物、窒化物などからなる薄膜が使用可能である。この無機化合物からなる薄膜はその材料により屈折率が異なり、その屈折率の異なるセラミック薄膜を特定の膜厚で複数層積層することにより、反射防止膜とすることが可能となる。
【００１７】
屈折率の低い材料としては、酸化マグネシウム（屈折率＝１．６）、二酸化珪素（１．５）、フッ化マグネシウム（１．４）、フッ化カルシウム（１．３〜１．４）、フッ化セリウム（１．６）、フッ化アルミニウム（１．３）などが挙げられる。屈折率の高い材料としては二酸化チタン（２．４）、二酸化ジルコニウム（２．０）、硫化亜鉛（２．３）、酸化タンタル（２．１）、酸化亜鉛（２．１）、酸化インジウム（２．０）が挙げられる。
【００１８】
具体的に導電性を有するセラミック薄膜層の例としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズのいずれか、または、それらの２種類もしくは３種類の混合酸化物が挙げられるが、目的・用途により、いかなる導電性材料を用いても良い。
【００１９】
本発明のセラミック薄膜層の製造方法としては、膜厚の制御が可能であればいかなる成膜方法でも良く、なかでも薄膜の生成には乾式法が優れている。これには真空蒸着法等の物理的気相析出法やＣＶＤ法のような化学的気相析出法を用いることができる。
【００２０】
柱状構造のセラミック薄膜層の製造方法としては、柱状構造のセラミック薄膜層自体の強度が実用性に耐えられるものであればいかなる成膜方法でも良い。真空蒸着法であれば、基材温度および成膜圧力を調整することにより、柱状構造のセラミック薄膜層とすることができる。
例えば、スパッタ法を用いて柱状構造の膜を得る方法が従来より知られており（「薄膜ハンドブック」１７９ページ、オーム社、１９８３）、スパッタ中の雰囲気ガス圧が１ｍＴｏｒｒ以上、基板温度が膜の融点温度比で０．１〜０．５の条件でスパッタすることにより、膜が柱状構造となる。
【００２１】
本発明の反射防止積層体には、場合により図２にようにハードコート層８、プライマー層９、防汚層１０のいずれか、または、それらの２層もしくは３層を設けても良い。
【００２２】
ハードコート層８としては全体の透明度を阻害しない程度に透明なものが使用可能である。例えば、紫外線硬化型のアクリル等が挙げられる。膜厚は３μｍ以上あれば十分な強度となるが、透明性、塗工精度取り扱いから５〜２０μｍの範囲が好ましい。
【００２３】
プライマー層９は、基材２あるいはハードコート層８とセラミック薄膜層４との密着性を高めるものであり、密着性の仕様を満たすものであればいかなる材料であっても制限されるものではない。代表的な例としてはクロムやシリコン等の金属の亜酸化物からなるものが挙げられる。膜厚は透明度を阻害しないように設定しなければならず、５〜１５ｎｍの範囲が好ましい。
【００２４】
防汚層１０は、撥水性および／または撥油性であることにより、セラミック薄膜層３の表面を保護し、さらに防汚性を高めるものであり、要求性能を満たすものであれば、いかなる材料であっても制限されるものではない。代表的な例として有機化合物、好ましくはフッ素系含有有機化合物が適している。撥水性を示すものとして、例えば疎水基を有する化合物がよく、フルオロカーボンやパーフルオロシラン等が、またこれらの高分子化合物等が適している。指紋ふき取り防汚向上などには、メチル基の様な撥油性を有する高分子化合物が適している。
【００２５】
これらの材料は、材料に応じて真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法などの真空成膜プロセスや、マイクログラビア、スクリーン等のウェットプロセスの各種コーティング方法を用いて、防汚層７を形成することができる。膜厚は、反射防止積層体としての機能を損なわないように設定しなければならず、５０ｎｍ以下、さらには１０ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００２６】
これらの反射防止積層体と他のプラスチックフィルムや偏光フィルムなどの光学機能性プラスチックフィルム等を、ラミネートに代表される貼り合わせ技術で貼り合わせることにより、反射防止機能を有する光学機能性積層体を得られる。
【００２７】
これらの反射防止防止積層体や反射防止積層体を貼り合わせた光学機能性フィルムを、粘着剤、接着剤等を用いて液晶、プラズマディスプレイ、ＣＲＴを含む表示装置の前面板のガラス板、プラスチック板、偏光板等と貼り合わせることによって、反射防止性を有し、キズの付きにくい、画像認識のしやすい表示装置を得られる。
【００２８】
以上のように、平滑な基材上の少なくとも片側に透明な高屈折率セラミック薄膜層と低屈折率セラミック薄膜層を交互に積層させた反射防止膜において、高屈折率セラミック薄膜層あるいは低屈折率セラミック薄膜層の一方がアモルファス構造であり、他方が柱状構造であることにより、日常の使用に耐えられる十分な機械強度特性を有した反射防止積層体を提供できる。
【００２９】
薄膜を柱状構造にすると、膜面に垂直な方向からかかる力に対し柔軟になり、例えば、鉛筆硬度試験等で表される表面硬度特性が良好になる。
【００３０】
しかしながら、積層した全ての薄膜層あるいは積層した隣り合った薄膜層の両方を柱状構造とすると膜面に水平な方向からかかる力に対しやや弱く、例えば、スチールウールなどで擦ると材料によってはやや膜面にキズが付くこともある。
【００３１】
柱状構造の薄膜層と、アモルファス構造すなわち柱状構造とは異なる構造の層を、互いに積層することにより、膜面に垂直方向の力に対し柔軟かつ、膜面水平方向の力に対しても対応できる、日常の使用に耐えられる十分な機械強度特性を有した反射防止積層体が提供できる。
【００３２】
前記セラミック薄膜層の少なくとも１層が導電性を有するセラミック薄膜層であること、前記導電性を有するセラミック薄膜層が、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズのいずれか、または、それらの２種類もしくは３種類の混合酸化物を主成分としていることにより、静電防止機能を有した反射防止積層体を提供できる。
【００３３】
基材がプラスチックフィルムであり、基材とセラミック薄膜層の間にハードコートが、基材とは反対側の面に防汚層が形成されていることにより、防汚効果が具備された二次曲面への貼り付けが可能な反射防止積層体を提供できる。
【００３４】
基材またはハードコートとセラミック薄膜層の間にプライマー層を形成することにより、密着性を高めた反射防止積層体を提供できる。
【００３５】
この反射防止積層体と他のプラスチックフィルムや偏光フィルムなどと貼り合わせることにより得られた光学機能性積層体にも同様の機能を付与できる。さらには、表示装置の前面板等に貼り合わせることにより、キズが付きにくく、画面認識のしやすい表示装置を提供できる。
【００３６】
【実施例】
次に本発明を具体的な実施例を挙げて詳細に説明する。
＜実施例１＞
透明プラスチック基材２のＰＥＴフィルム１８８μｍ上に、紫外線硬化性のアクリル系ハードコート層８を５μｍの膜厚で塗布し、プライマー層９としてＳｉＯｘ（ｘ＜２）を膜厚１０ｎｍで成膜した後に、反射防止膜３としてＩＴＯとＳｉＯ２を積層し、さらに防汚層１０としてフルオロアルキルシラン７ｎｍを塗布形成した。なお、セラミック薄膜層は従来の柱状構造を形成する条件、即ち、スパッタリング法を用い、ＩＴＯ膜の成膜条件をＡｒガス圧を２Ｐａ、基材温度０℃として柱状構造として形成した。ＳｉＯ２膜は従来のアモルファス構造を形成する成膜条件として、Ａｒガス圧を０．６Ｐａとして形成した。セラミック薄膜各層の屈折率ｎおよび光学膜厚ｎｄは、
１層目：ＩＴＯ （ｎ＝１．９７ ｎｄ＝５０ｎｍ）
２層目：ＳｉＯ２ （ｎ＝１．４６ ｎｄ＝３０ｎｍ）
３層目：ＩＴＯ （ｎ＝１．９７ ｎｄ＝１３０ｎｍ）
４層目：ＳｉＯ２ （ｎ＝１．４６ ｎｄ＝１３０ｎｍ）
とした。
【００３７】
積層体は光線反射率が波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲で平均０．５％以下の反射防止機能が得られた。また、スチールウール（ボンスター＃００００日本スチールウール株式会社製）により２００ｇ／ｃｍ２の荷重で耐擦傷性試験を行った結果、キズは殆ど認められず、良好な結果が得られた。さらに、１ｋｇ荷重、４Ｈで５回の鉛筆硬度試験を行った結果、３回以上でキズが認められず、実用上十分な硬度が得られた。
【００３８】
＜実施例２＞
透明プラスチック基材２のトリアセチルセルロースフィルム８０μｍ上に、紫外線硬化性のアクリル系ハードコート層８を５μｍの膜厚で塗布し、プライマー層９としてＳｉＯｘ（ｘ＜２）を膜厚１０ｎｍで成膜した後に、反射防止膜３としてＩＴＯとＳｉＯ２を積層し、さらに防汚層１０としてフルオロアルキルシラン７ｎｍを塗布形成した。なお、セラミック薄膜層の形成にはスパッタリング法を用い、ＩＴＯ膜の成膜条件をＡｒガス圧を２Ｐａ、基材温度０℃として柱状構造とし、ＳｉＯ２膜の成膜条件をＡｒガス圧を０．６Ｐａとしてアモルファス構造とした。セラミック薄膜各層の屈折率ｎおよび光学膜厚ｎｄは、
１層目：ＩＴＯ （ｎ＝１．９７ ｎｄ＝５０ｎｍ）
２層目：ＳｉＯ２ （ｎ＝１．４６ ｎｄ＝３６ｎｍ）
３層目：ＩＴＯ （ｎ＝１．９７ ｎｄ＝１４０ｎｍ）
４層目：ＳｉＯ２ （ｎ＝１．４６ ｎｄ＝１４６ｎｍ）
とした。
【００３９】
積層体は光線反射率が波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲で平均０．４％以下の反射防止機能が得られた。また、スチールウール（ボンスター＃００００日本スチールウール株式会社製）により２００ｇ／ｃｍ２の荷重で耐擦傷性試験を行った結果、キズは殆ど認められず、良好な結果が得られた。さらに、５００ｇ荷重、３Ｈで５回の鉛筆硬度試験を行った結果、３回以上のキズは認められず、実用上十分な硬度が得られた。
【００４０】
＜比較例１＞
透明プラスチック基材２のＰＥＴフィルム１８８μｍ上に、紫外線硬化性のアクリル系ハードコート層８を５μｍの膜厚で塗布し、反射防止膜３としてＩＴＯとＳｉＯ２を積層し、さらに防汚層１０としてフルオロアルキルシラン７ｎｍを塗布形成した。なお、セラミック薄膜層の形成にはスパッタリング法を用い、全てのセラミック薄膜層についてＡｒガス圧を０．６Ｐａとして柱状構造とは異なる構造とした。セラミック薄膜各層の屈折率ｎおよび光学膜厚ｎｄは、
１層目：ＩＴＯ （ｎ＝１．９０ ｎｄ＝５０ｎｍ）
２層目：ＳｉＯ２ （ｎ＝１．４６ ｎｄ＝３０ｎｍ）
３層目：ＩＴＯ （ｎ＝１．９０ ｎｄ＝１３０ｎｍ）
４層目：ＳｉＯ２ （ｎ＝１．４６ ｎｄ＝１３０ｎｍ）
とした。
【００４１】
積層体は、スチールウール（ボンスター＃００００日本スチールウール株式会社製）により２００ｇ／ｃｍ２の荷重で耐擦傷性試験を行った結果、明らかに分かるキズが数本入り、細かいキズも認められた。さらに、１ｋｇ荷重、３Ｈで５回の鉛筆硬度試験を行った結果、全ての試験において膜にクラックが認められた。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、基材上の少なくとも片側に、透明な高屈折率セラミック薄膜層と低屈折率セラミック薄膜層を交互に積層させた反射防止膜において、高屈折率セラミック薄膜層あるいは低屈折率セラミック薄膜層の一方がアモルファス構造であり、他方が柱状構造であることにより、日常の使用に耐えられる十分な機械強度特性を有した反射防止積層体が得られる他、前記セラミック薄膜層の少なくとも１層が導電性を有するセラミック薄膜層であること、前記導電性を有するセラミック薄膜層が、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズのいずれか、または、それらの２種類もしくは３種類の混合酸化物を主成分としていることにより静電防止効果が得られ、また、基材がプラスチックフィルムであること、基材とセラミック薄膜層の間にハードコートが形成されていること、基材とは反対側の面に防汚層が形成されていることにより、防汚効果が具備された二次曲面への貼り付けが可能な反射防止積層体が得られる。さらに、基材またはハードコートとセラミック薄膜層の間にプライマー層が形成されていることにより、密着性を高めた反射防止積層体が得られる。
【００４３】
また、この反射防止積層体と他のプラスチックフィルムや偏光フィルムなどと貼り合わせることにより得られた光学機能性積層体にも同様の機能を付与でき、これらの反射防止積層体や光学機能性積層体を表示装置の前面板等に貼り合わせることにより、十分な機械強度特性を有し、表示画像をより明確に認識できる表示装置を提供できる。
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層体の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の図１とは別な積層体の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…反射防止積層体
２…基材
３…反射防止膜
４、６…高屈折率層
５、 ７…低屈折率層
６、 ８…ハードコート層
７、 ９…プライマー層
８、 １０…防汚層

Claims (9)

1. 基材上の少なくとも片側に透明な高屈折率セラミック薄膜層と低屈折率セラミック薄膜層を交互に積層させた反射防止膜において、高屈折率セラミック薄膜層あるいは低屈折率セラミック薄膜層の一方がアモルファス構造であり、他方が柱状構造であることを特徴とする反射防止積層体。
2. 前記セラミック薄膜層の少なくとも１層が導電性を有するセラミック薄膜層であることを特徴とする請求項１記載の反射防止積層体。
3. 導電性を有するセラミック薄膜層が、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズのいずれか、または、それらの２種類もしくは３種類の混合酸化物を主成分としていることを特徴とする請求項２記載の反射防止積層体。
4. 基材がプラスチックフィルムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の反射防止積層体。
5. 基材とセラミック薄膜層の間にハードコートが形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の反射防止積層体。
6. 基材またはハードコートとセラミック薄膜層の間に密着性向上のためのプライマー層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の
   反射防止積層体。
7. 最外層に防汚層が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の反射防止積層体。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の反射防止積層体を光学機能性プラスチックフィルム等に設けたことを特徴とする光学機能性積層体。
9. 請求項１から７のいずれか１項に記載の反射防止積層体または請求項８に記載の光学機能性積層体を表示装置の前画板に設けたことを特徴とする表示装置。

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