JP4349052B2 - ディスプレイ用フレネルレンズの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、全光線透過率が高くて高度な反射防止機能を具備したディスプレイ用フレネルレンズの製造方法を提供することである。
大気圧又はその近傍の圧力下、互いに対向する電極で構成される放電空間に薄膜形成ガスを含有するガスを供給し、前記互いに対向する電極に第1の高周波電界および第2の高周波電界を印加して、前記放電空間に高周波電界を印加することにより前記ガスを励起させ、励起した前記ガスに基材を晒すことにより前記基材の少なくとも一方の面上に反射防止膜が形成されるディスプレイ用フレネルレンズの製造方法であって、
前記高周波電界が前記第1の高周波電界および前記第2の高周波電界を重畳したものであり、前記第1の高周波電界の周波数ω1より前記第2の高周波電界の周波数ω2が高く、前記第1の高周波電界の強さV1、前記第2の高周波電界の強さV2及び放電開始電界の強さIVとの関係がV1≧IV>V2又はV1>IV≧V2を満たし、前記第2の高周波電界の出力密度が1W/cm2以上であることを特徴としている。
前記互いに対向する電極は、第1電極と第2電極とで構成されることを特徴としている。
前記第2の高周波電界の出力密度が50W/cm2以下であることを特徴としている。
前記第2の高周波電界の出力密度が20W/cm2以下であることを特徴としている。
前記第1の高周波電界の出力密度が1W/cm2以上であることを特徴としている。
前記第1の高周波電界の出力密度が50W/cm2以下であることを特徴としている。
前記第1の高周波電界及び前記第2の高周波電界がサイン波であることを特徴としている。
前記第1の高周波電界を前記第1電極に印加し、前記第2の高周波電界を前記第2電極に印加することを特徴としている。
前記放電空間に供給される全ガス量の90〜99.9体積%が放電ガスであることを特徴としている。
前記放電ガスが50〜100体積%の窒素ガスを含有することを特徴としている。
前記放電ガスが50体積%未満の希ガスを含有することを特徴としている。
前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴としている。
前記有機金属化合物が、有機珪素化合物、有機チタン化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物、有機インジウム化合物及び有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴としている。
前記基材の厚みが1mm以上であることを特徴としている。
本発明において、プラズマ放電処理は、大気圧又はその近傍の圧力下で行われるが、「大気圧又はその近傍の圧力」とは20kPa〜110kPa程度であり、本発明に記載の良好な効果を得るためには、93kPa〜104kPaが好ましい。
重畳する高周波電界が、ともにサイン波である場合、第1の高周波電界の周波数ω1と該周波数ω1より高い第2の高周波電界の周波数ω2とを重ね合わせた成分となり、その波形は周波数ω1のサイン波上に、それより高い周波数ω2のサイン波が重なった鋸歯状の波形となる。
各電極部に高周波電圧プローブ(P6015A)を設置し、該高周波電圧プローブの出力信号をオシロスコープ(Tektronix社製、TDS3012B)に接続し、電界強度を測定する。
電極間に放電ガスを供給し、この電極間の電界強度を増大させていき、放電が始まる電界強度を放電開始電界強度IVと定義する。測定器は上記高周波電界強度測定と同じである。
ディスプレイ装置のスクリーンは前面板1、レンチキュラーレンズ2及びフレネルレンズ3から構成された構造となっている。前面板1はディスプレイ装置の前側(ディスプレイ装置の視聴者側)に配置されるようになっており、前面板1の後側にレンチキュラーレンズ2が配置されており、レンチキュラーレンズ2の後側にフレネルレンズ3が配置されている。
図2に示す通り、大気圧プラズマ放電処理装置10は平板状でかつ長尺なステージ電極11を有している。第1電極としてのステージ電極11の上方には下方が開放したプラズマ放電容器12が配されている。プラズマ放電容器12の内部であってステージ電極11の上方には複数本の角筒型電極13が配されている。
印加電源記号 メーカー 周波数 製品名
A1 神鋼電機 3kHz SPG3−4500
A2 神鋼電機 5kHz SPG5−4500
A3 春日電機 15kHz AGI−023
A4 神鋼電機 50kHz SPG50−4500
A5 ハイデン研究所 100kHz* PHF−6k
A6 パール工業 200kHz CF−2000−200k
A7 パール工業 400kHz CF−2000−400k
等の市販のものを挙げることが出来、何れも使用することが出来る。
印加電源記号 メーカー 周波数 製品名
B1 パール工業 800kHz CF−2000−800k
B2 パール工業 2MHz CF−2000−2M
B3 パール工業 13.56MHz CF−5000−13M
B4 パール工業 27MHz CF−2000−27M
B5 パール工業 150MHz CF−2000−150M
等の市販のものを挙げることが出来、何れも好ましく使用出来る。
1:金属質母材11a,13aが純チタンまたはチタン合金で、誘電体11b,13bがセラミックス溶射被膜
2:金属質母材11a,13aが純チタンまたはチタン合金で、誘電体11b,13bがガラスライニング
3:金属質母材11a,13aがステンレススティールで、誘電体11b,13bがセラミックス溶射被膜
4:金属質母材11a,13aがステンレススティールで、誘電体11b,13bがガラスライニング
5:金属質母材11a,13aがセラミックスおよび鉄の複合材料で、誘電体11b,13bがセラミックス溶射被膜
6:金属質母材11a,13aがセラミックスおよび鉄の複合材料で、誘電体11b,13bがガラスライニング
7:金属質母材11a,13aがセラミックスおよびアルミの複合材料で、誘電体11b,13bがセラミックス溶射皮膜
8:金属質母材11a,13aがセラミックスおよびアルミの複合材料で、誘電体11b,13bがガラスライニング
等がある。線熱膨張係数の差という観点では、上記1項または2項および5〜8
項が好ましく、特に1項が好ましい。
放電空間16に供給するガスGは、少なくとも放電ガスおよび薄膜形成ガスを含有する。放電ガスと薄膜形成ガスは混合して供給してもよいし、別々に供給してもかまわない。
R1 xMR2 yR3 z … (I)
本発明において、放電空間16に供給するガスGには、放電ガス、薄膜形成ガスの他に、薄膜を形成する反応を促進する添加ガスを混合してもよい。添加ガスとしては、酸素、オゾン、過酸化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アンモニア等を挙げることが出来るが、酸素、一酸素化炭素及び水素が好ましく、これらから選択される成分を混合させるのが好ましい。その含有量はガス全量に対して0.01〜5体積%含有させることが好ましく、それによって反応促進され、且つ、緻密で良質な薄膜を形成することが出来る。
誘電体保護膜:SiO2、SiO、Si3N4、Al2O3、Al2O3、Y2O3
透明導電膜:In2O3、SnO2
エレクトロクロミック膜:WO3、IrO2、MoO3、V2O5
蛍光膜:ZnS、ZnS+ZnSe、ZnS+CdS
磁気記録膜:Fe−Ni、Fe−Si−Al、γ−Fe2O3、Co、Fe3O4、Cr、SiO2、AlO3
超導電膜:Nb、Nb−Ge、NbN
太陽電池膜:a−Si、Si
反射膜:Ag、Al、Au、Cu
選択性吸収膜:ZrC−Zr
選択性透過膜:In2O3、SnO2
反射防止膜:SiO2、TiO2、SnO2
シャドーマスク:Cr
耐摩耗性膜:Cr、Ta、Pt、TiC、TiN
耐食性膜:Al、Zn、Cd、Ta、Ti、Cr
耐熱膜:W、Ta、Ti
潤滑膜:MoS2
装飾膜:Cr、Al、Ag、Au、TiC、Cu
基材4上に反射防止膜6を形成する場合には大気圧プラズマ放電処理装置10を用いて基材4上に反射防止膜6を形成するが、大気圧プラズマ放電処理装置10の作用と併せて基材4上に反射防止膜6を形成する方法について詳しく説明すると、まず、基材4をステージ電極11上に配置・固定させ、ステージ電極11を図2中左右方向に往復移動させる。これと同期して、大気圧又はその近傍の圧力下で各ガス供給口14からステージ電極11と各角筒型電極13とのあいだの放電空間16にガスGを供給するとともに、第1電源17から放電空間16に周波数ω1、電界強度V1、電流I1の第1の高周波電界をかけ、第2電源18から放電空間16に周波数ω2、電界強度V2、電流I2の第2の高周波電界をかける。
次のようにステージ電極及び角筒型電極を作製した。中空のジャケットのチタン合金T64製のステージ電極及び角筒型電極を以下のように作製した。ステージ電極と角筒型電極との互いに対向する面に大気プラズマ法により高密度、高密着性のアルミナ溶射膜を被覆した。その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により硬化させ封孔処理を行った。このようにして被覆した誘電体表面を研磨し、平滑にして、Rmaxが5μmとなるように加工した。最終的な誘電体の空隙率は5体積%であった。この時の誘電体層のSiOX含有率は75mol%であった。また、最終的な誘電体の膜厚は、1mm(膜厚変動±1%以内)、誘電体の比誘電率は10であった。更に導電性の金属質母材と誘電体の線熱膨張係数の差は、1.6×10-6/℃であり、また耐熱温度は250℃であった。
図2に示した大気圧プラズマ放電処理装置を使用し、角筒型電極と基材の表面との距離が1mmとなるように、上記で作製したステージ電極と角筒型電極とを間隙をあけタ状態で平行に対向させ、表1に示す第1電界及び第2電界を設置した。尚、電源A5は、連続モード100kHzで使用した(以下の実施例においても同様)。また、試料No.16は、第1電界に直流パルス電源を用い、ON/OFFの繰り返し周波数を10kHzとした。両電極は65℃になるように調節保温した。なお、何れもフィルタはステージ電極及び角筒型電極からの電流が逆流しないようなものを設置した。
市販のPMMA(ポリメタクリル酸メチル)板(基材)上に下記組成の混合ガスを用い、表1に示す電界をステージ電極及び各角筒型電極間に印加し、放電を行って薄膜を形成し、試料1〜16を作製した。なお、この系での放電開始電界強度は4.5kV/mmであった。
放電ガス:窒素 97.9体積%
薄膜形成ガス:テトライソプロポキシチタン 0.1体積%
添加ガス:水素 2.0体積%
〈放電状態〉
対向電極間(ステージ電極及び角筒型電極間)で放電の状況を下記のランクに分けた。
○:安定した放電が起こっている
△:放電はしているがやや不安定
×:全く放電が起こらない。
各試料1〜16につき分光光度計U−4000型(日立製作所製)を用いて、5度正反射の条件で反射スペクトルの測定を行った。測定は基材の大気圧プラズマ処理で薄膜を形成していない面を粗面化処理した後、黒色スプレーを用いて光吸収処理を行い基材の裏面の光の反射を防止して、400〜700nmの波長の反射スペクトルを測定し、該スペクトルのλ/4値より光学膜厚を算出し、それをもとに屈折率を算出した。なお、屈折率が低いということは、層の構造に緻密さに欠けて孔が多数あり、測定時に孔に空気が入ることによる現象や、放電空間で生じたパーティクルが膜中にとり込まれる場合があり不良な膜である。
ステージ電極及び各角筒型電極から印加した第1及び第2の高周波電界の周波数(ω1、ω2)の関係、第1及び第2の高周波電界の強さ(V1、V2)と放電ガスの放電開始電界の強さ(IV)との関係および第2の高周波電界の出力密度が、本発明の関係にある試料No.1〜10については、放電状況もよく、緻密な薄膜(屈折率の大きさによって判断出来る)が形成された。これに対して、本発明の関係以外の高周波電界の試料11〜16では、放電は良好であっても薄膜を形成する能力が不足し、孔が多く緻密な薄膜が得られなかったり(屈折率が小さい)、または、放電が起こらず薄膜の形成が出来なかった。
大気圧プラズマ放電処理装置を用い、表2に示したようにフィルタを設置し、薄膜の形成を行った試料17〜20は、放電は正常に行われ、薄膜も正常に形成された。これに対して、試料21では、第1電界と第2電界の周波数に対し、フィルタの組み合わせを適性化してないため、放電が発生せず、薄膜の形成が出来なかった。試料22及び23は、通常の大気圧放電プラズマ薄膜形成装置で、対向電極が印加電極とアース電極としたもの(フィルタは使用しない)で、試料22では、その印加電極に通常使用するより高周波印加電源から印加したが、放電せず、薄膜の形成が出来ず、また試料23では印加電源が、より低周波のものを用いて印加したが、放電はするものの、良好な薄膜の形成が出来なかった。
プラズマ放電中、ステージ電極及び各角筒型電極が65℃になるように調節保温して次のように薄膜の形成を行った。各層の製膜におけるそれぞれの第1電界及び第2電界については表3に示したものと同じものを用いた。圧力は103kPaとし、下記の混合ガスをそれぞれの放電空間及びプラズマ放電容器内部へ導入し、上記PMMA製基材の上に高屈折率層、低屈折率層、高屈折率層、低屈折率層の順にプラズマ放電薄膜形成を行い、4層積層の反射防止膜付きフレネルレンズを作製し、試料24〜27とした。
放電ガス:窒素 99.4体積%
薄膜形成ガス:テトライソプロポキシチタン 0.1体積%
(リンテック社製気化器にてアルゴンガスに混合して気化)
添加ガス:酸素ガス 0.5体積%
《高屈折率層条件》
出力密度:ステージ電極側 1W/cm2
:角筒型電極側 5W/cm2
放電ガス:窒素 98.9体積%
薄膜形成ガス:テトラエトキシシラン 0.1体積%
(リンテック社製気化器にてアルゴンガスに混合して気化)
添加ガス:酸素ガス 1体積%
《低屈折率層条件》
出力密度:ステージ電極側 1W/cm2
:角筒型電極側 3W/cm2
真空蒸着装置は、予熱室と第一蒸着室と第二蒸着室を独立して備えた連続型真空蒸着装置を使用した。前記PMMA製フレネルレンズを支持具に装着し予熱室に投入し真空雰囲気で所定時間加熱した後、内部に設けられた搬送装置により外気に触れることなく既に真空状態になっている第一蒸着室に搬送し、この第一蒸着室内で以下のようにして反射防止膜を成膜した。
下記のように作製した塗布液を上記PMMA製フレネルレンズ上に塗布し、反射防止膜付きのフレネルレンズの作製を行なった。具体的には、反射防止処理用粒子として平均粒径が0.04μmのシリカ粒子を使用し、拡散層形成用粒子として平均粒径が6μmの酸化チタン粒子を使用し、バインダとしてアクリル樹脂および溶剤として酢酸エチルを混合して塗布液を得た。塗布液の粘度は1ポイズであった。この塗付液を出射側のフレネルレンズ面およびライズ面の全面にスピンコーティング法によって塗付した(回転速度:1500回転/分)。次いで、このフレネルレンズシートを65℃の水酸化ナトリウム水溶液中に浸した後、洗浄した。これにより、反射防止膜付きフレネルレンズを作製し、試料29とした。
(全光線透過率)
ASTM D−1003に従って可視光線の入射光量に対する全透過光量を測定した。
黒色スプレーを用いて光吸収処理を行い反射防止膜付きフレネルレンズの裏面の光の反射を防止して、外光の照度を300ルクス(lx)として反射防止膜付きフレネルレンズの表面の色ムラの有無を目視にて評価した。
本発明の方法により、屈折率層を4層積層して形成した反射防止膜付きフレネルレンズ(試料24及び25)は、高い全光線透過率のものが得られた。なお、全ての装置での放電状態は正常であった。これに対して、本発明以外の方法で電界を印加した試料26は、放電状態はよかったが、全光線透過率が本発明より劣っていた。また、試料27は放電せず薄膜は得られなかった。蒸着により製膜した反射防止膜付きフレネルレンズ(試料28)は、全光線透過率が本発明より劣っていた。また、外観評価で色ムラが確認された。塗布により製膜した反射防止膜付きフレネルレンズ(試料29)は、均一に塗布されなかった。
2 レンチキュラーレンズ
3 フレネルレンズ(ディスプレイ用フレネルレンズ)
4 基材
6 反射防止膜
10,30 大気圧プラズマ放電処理装置
11 ステージ電極(第1電極)
12 プラズマ放電容器
13 角筒型電極(第2電極)
14 ガス供給口
15 メッシュ
16 放電空間
17 第1電源
18 第2電源
19 第1フィルタ
20 第2フィルタ
Claims (14)
- 大気圧又はその近傍の圧力下、互いに対向する電極で構成される放電空間に薄膜形成ガスを含有するガスを供給し、前記互いに対向する電極に第1の高周波電界および第2の高周波電界を印加して、前記放電空間に高周波電界を印加することにより前記ガスを励起させ、励起した前記ガスに基材を晒すことにより前記基材の少なくとも一方の面上に反射防止膜が形成されるディスプレイ用フレネルレンズの製造方法であって、
前記高周波電界が前記第1の高周波電界および前記第2の高周波電界を重畳したものであり、前記第1の高周波電界の周波数ω1より前記第2の高周波電界の周波数ω2が高く、前記第1の高周波電界の強さV1、前記第2の高周波電界の強さV2及び放電開始電界の強さIVとの関係がV1≧IV>V2又はV1>IV≧V2を満たし、前記第2の高周波電界の出力密度が1W/cm2以上であることを特徴とするディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。 - 前記互いに対向する電極は、第1電極と第2電極とで構成されることを特徴とする請求項1に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。
- 前記第2の高周波電界の出力密度が50W/cm2以下であることを特徴とする請求項
1又は2に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。 - 前記第2の高周波電界の出力密度が20W/cm2以下であることを特徴とする請求項
3に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。 - 前記第1の高周波電界の出力密度が1W/cm2以上であることを特徴とする請求項1
〜4のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。 - 前記第1の高周波電界の出力密度が50W/cm2以下であることを特徴とする請求項
1〜5のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。 - 前記第1の高周波電界及び前記第2の高周波電界がサイン波であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。
- 前記第1の高周波電界を前記第1電極に印加し、前記第2の高周波電界を前記第2電極に印加することを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。
- 前記放電空間に供給される全ガス量の90〜99.9体積%が放電ガスであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。
- 前記放電ガスが50〜100体積%の窒素ガスを含有することを特徴とする請求項9に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。
- 前記放電ガスが50体積%未満の希ガスを含有することを特徴とする請求項9又は10に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。
- 前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。
- 前記有機金属化合物が、有機珪素化合物、有機チタン化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物、有機インジウム化合物及び有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とする請求項12に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。
- 前記基材の厚みが1mm以上であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレネルレンズの製造方法。
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