JP4964985B2 - ナノインプリントフィルムの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ナノインプリントフィルムの製造方法、表示装置及び液晶表示装置に関する。より詳しくは、表示面において光を低反射させる反射防止膜に好適に用いられるナノインプリントフィルムを製造する方法、並びに、ナノインプリントフィルムを表示面に備える表示装置及び液晶表示装置に関するものである。
ブラウン管（ＣＲＴ：Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Electroluminescence）ディスプレイ等のディスプレイの表面には、傷つき防止機能、外光の映り込み防止機能、汚れ防止機能等の様々な機能が要求される。そこで、このようなディスプレイの表面には保護フィルム等の保護部材が貼り付けられることがあるが、この保護フィルムが外光の映り込みを防止する反射防止膜としても機能することで、要求される機能を一度に付与することができる。
保護フィルムの材料としては、複屈折性が生じにくく、透湿性に優れ、かつ接着性の高いトリアセチルセルロース（ＴＡＣ：Tri Acetyl Cellulose）が多く用いられる。そして、外光の映り込み対策として、このＴＡＣフィルム表面に微細な凹凸を形成し、光の散乱効果を用いて外光の映り込みを防止する防眩（ＡＧ：Anti Glare）処理、又は、ＴＡＣフィルム表面に屈折率の異なった材料を被膜し、ＴＡＣフィルム表面で反射した光と被膜表面で反射した光との干渉効果によって反射を低減させる低反射（ＬＲ：Low Reflection）処理を施すことが知られている。
ＬＣＤにおいては、通常、偏光板が観察面側の最表面に位置するので、偏光板がこのような機能を有することが求められる。このような偏光板の製造方法としては、まず、基材となるＴＡＣフィルムをロールから巻き出し、続いて、縦方向及び／又は横方向に延伸され、該延伸された方向にヨウ素分子が吸着配向されたポリビニルアルコール（ＰＶＡ：Poly Vinyl Alcohol）フィルムをロールから巻き出してこれらを貼り合わせ、続いて、ＰＶＡフィルムのもう一方の面に対しもう１枚ＴＡＣフィルムを貼り合わせて、ＰＶＡフィルムが２枚のＴＡＣフィルムによって挟み込まれるものとし、最後に、ＴＡＣフィルム表面に凹凸を設けるためのエンボス加工を施す手段が知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、延伸されたＰＶＡフィルムは偏光フィルムとして機能する。
ところで、近年、表示面における低反射を実現するための方法として、モスアイ構造と呼ばれる微細な凹凸パターンが密集した構造を表示面上に形成する技術が注目を集めている（例えば、特許文献２参照。）。より詳しくは、モスアイ構造は、凹凸の周期が可視光波長以下、すなわち、ナノサイズ（数十〜数百ｎｍ）で制御された構造を有しており、これにより、表示面に入射する光に対する屈折率を凹凸の深さに沿って連続的に変化させることができるため、表示面において光の反射を低減させることができる。
このような凹凸構造を形成する方法としては、金型に刻み込んだナノサイズの凹凸を、基板上に塗布した樹脂材料に押し付けて形状を転写する技術、いわゆるナノインプリント技術が現在注目されている。ナノインプリント技術の方式としては、熱ナノインプリント技術、ＵＶ（Ultraviolet；紫外線）ナノインプリント技術等が挙げられる。ＵＶナノインプリント技術は、例えば、透明基板上に紫外線硬化樹脂の薄膜を成膜し、該薄膜上に、ナノサイズの凹凸を有する金型を押し付けて薄膜上に凹凸を形成し、その後紫外線を照射することによって薄膜を硬化させ、透明基板上に金型の反転形状のナノインプリントフィルムを形成する技術である。
米国特許第６８８８６７６号明細書
特開２００４−２０５９９０号公報
しかしながら、偏光フィルムに通常添加されるヨウ素は、紫外線照射を受けると劣化してしまう。そのため、劣化防止の策として、偏光板に対して紫外線吸収剤を含有させることでＰＶＡフィルムに吸着配向されたヨウ素を紫外線から保護することが考えられる。また、このときＴＡＣフィルム等の支持部材に対して紫外線吸収剤を添加することができれば、紫外線吸収能を有する支持部材を得ることができる。
ところが、このように偏光板が紫外線吸収能を有していると、上述の特許文献２に記載の方法のように微細凹凸パターンが形成される側の逆側から紫外線を照射した場合に、偏光板によってその紫外線が吸収されることになるため、紫外線硬化性樹脂を凹凸パターンの材料とするＵＶナノインプリント技術を用いることができない。ここで、微細凹凸パターンが形成される側から紫外線を照射する方法も考えられるが、通常、紫外線の照射は、凹凸パターンを有する金型等の圧接と同時に行われるため、その金型が透光性を有していることが必須となる。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、フィルムの基材が紫外線吸収能を有する場合であっても、精度の高いナノインプリントフィルムを効率的に製造することができる方法を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、紫外線を用いてナノインプリントフィルムを製造する方法について種々検討したところ、基材上に硬化性の樹脂を塗布して膜を形成し、塗布した膜の表面に対し凹凸を設け、凹凸が設けられた膜を硬化させる一連の工程に着目し、従来の方法において均一に成膜を行い、かつ精度の高い凹凸を得るためには、凹凸を形成すると同時に樹脂膜を硬化させる必要があったことを見いだした。これに対し本発明者らは、まず、基材上に樹脂膜を塗布する際には、基材上に均一な膜厚で成膜できるよう比較的低い粘度の状態で樹脂の塗布を行い、一方、塗布した樹脂の表面に対し凹凸を設ける際には、型崩れが起こらないように比較的高い粘度の状態で凹凸を形成することで、凹凸面を形成すると同時に紫外線照射を行わなくとも、精度の高いナノインプリントを行うことができることを見いだした。また、これにより、たとえ基材が紫外線を吸収する成分を含んでいたとしても、膜の表面側から紫外線の照射を行って凹凸を形成することができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、基材上に形成された、ナノメートルサイズの凹凸を表面に有するナノインプリントフィルムの製造方法であって、上記製造方法は、紫外線吸収成分を含む基材上に、紫外線硬化性を有する樹脂を塗布して膜を形成する第一工程と、上記膜の表面側から紫外線を照射し、半硬化した膜を形成する第二工程と、上記半硬化した膜の表面に凹凸処理を行い、凹凸面を有する膜を形成する第三工程と、上記凹凸面を有する膜に硬化処理を行い、ナノインプリントフィルムを得る第四工程とを含むナノインプリントフィルムの製造方法である。
本発明の製造方法について、以下に詳述する。
本発明によって製造されるナノインプリントフィルムは、ナノメートルサイズの凹凸を表面に有する。本明細書において「ナノメートルサイズの凹凸」とは、隣接する凹凸の頂点間の横幅が、ナノメートル単位、すなわち、１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満である凹凸形状をいう。好ましくは、隣接する凹凸の頂点間の横幅が可視光波長の下限、すなわち、３８０ｎｍ以下であり、そうすることで、例えば、表示装置の表示面における反射光を低減することが可能なナノインプリントフィルムを得ることができる。
本発明のナノインプリントフィルムの製造方法は、紫外線吸収成分を含む基材上に、紫外線硬化性を有する樹脂を塗布して膜を形成する第一工程を含む。本明細書において「紫外線」とは、１〜４００ｎｍの波長域を有する電磁波をいい、本発明に用いられる紫外線吸収成分は、この波長域周辺（１〜４２０ｎｍ）に吸収極大を有する成分である。本発明の製造方法は、このように基材が紫外線吸収成分を含むことで、基材が紫外線非透過性を有するときに特に好適に用いられる。なお、紫外線の極大波長域と紫外線吸収剤の吸収極大波長域とが重複する場合に紫外線非透過性は向上する。本発明では、上記第一工程として、このような基材上に紫外線硬化性を有する樹脂を塗布して膜を形成する。塗布される樹脂は、膜を均一に塗布することが可能な程度の粘性を有するように調製されることが好ましい。
本発明のナノインプリントフィルムの製造方法は、上記膜の表面側から紫外線を照射し、半硬化した膜を形成する第二工程を含む。このように膜の表面側から紫外線を照射することで、基材上に塗布された膜の粘性を高めることができ、その後の工程において膜表面に凹凸を形成する際の精度を格段に高めることができる。紫外線を照射するインプリント法によれば、熱硬化処理を行ってインプリントする場合と比べて、熱膨張、熱収縮等を考慮しなくてすむ。また、加熱及び冷却時間を考慮しなくてよいため、工程時間を短縮することができる。
本発明のナノインプリントフィルムの製造方法は、上記半硬化した膜の表面に凹凸処理を行い、凹凸面を有する膜を形成する第三工程を含む。この工程により、ナノインプリントフィルムの凹凸のサイズは規定される。上記第三工程では、凹凸の形成方法として、金型を膜の表面に押し当てることが好ましい。金型によれば、容易に凹凸を形成することができる。なお、本明細書において金型とは、金属材料で構成されるものに限定されず、膜の表面に対しナノサイズの凹凸を形成することができるものであれば特に限定されない。
本発明のナノインプリントフィルムの製造方法は、上記凹凸面を有する膜に硬化処理を行い、ナノインプリントフィルムを得る第四工程を含む。この工程により、金型によって転写された凹凸の形が固定され、ナノインプリントフィルムとして完成する。上記第四工程では、上記第二工程のように、凹凸面を有する膜の表面側から紫外線を照射することが好ましいが、上記樹脂が熱硬化性を有する場合には加熱処理を行う方法を用いてもよく、上記樹脂が紫外線以外の光、例えば、可視光線に対して硬化性を有する場合には、可視光の波長域を有する光を照射する方法を用いてもよい。また、これら加熱と光照射とを組み合わせて行ってもよい。加熱と光照射とを同時に行うことで、硬化処理速度を速めることができる。なお、本明細書において「可視光線」とは、３８０〜７８０ｎｍの波長域を有する電磁波をいう。
本発明の製造方法の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素を含んでいても含んでいなくてもよく、特に限定されるものではない。
本発明の製造方法の他の好ましい態様について、以下に詳述する。
上記凹凸処理として金型が用いられる場合であって、かつ上記金型が紫外線を遮光する材料で構成されている場合に、本発明は特に好適に用いられる。遮光とは、光を反射、吸収すること等をいう。本発明においては、凹凸処理と同時に膜の表面に対し紫外線を照射する必要がないので、金型の材料として紫外線を遮光する材料を用いてもよい。したがって、金型を構成する材料として、例えば、アルミニウム、タンタル、チタン、シリコン等の加工が容易な金属を用いることができ、これにより、例えば、高価な石英を用いる場合と比べ、費用を抑えることが可能となる。また、加工が容易な金属を用いることで、高精細な凹凸形状を有するナノインプリントフィルムを容易に作製することができる。
上記金型は、外周面にナノメートルサイズの凹凸が形成された円筒体であり、上記第三工程では、半硬化した膜の表面に対し回転する金型を押し当て、ナノメートルサイズの凹凸を膜表面に連続的に形成することが好ましい。本発明はフィルムの表面に加工を施す技術に関するものであるため、例えば、ロールに巻き付けられたフィルムを巻き出して、そのフィルム表面に凹凸処理を連続的に施していくことが製造効率上好ましく、そのため、凹凸処理を行う部材としては、外周面にナノメートルサイズの凹凸が形成された円筒体を用いて、それを回転させながら凹凸を膜表面に押し当て、膜に対し凹凸形状を転写できるものが効率的である。また、円筒体の金型ロールを回転させる方法によれば、シームレスな（継ぎ目のない）表面構造を形成することができる。このようなナノメートルサイズの凹凸を有する金型は、例えば、陽極酸化及びエッチングを用いる方法、電子線を用いたＥＢ（Electron beam）描画法、電子線リソグラフィ法、ステッパ露光法等を用いることで精度のよいものを作製することができる。なお、円筒体が備える凹凸の好ましい形状としては、円錐状及び角錐状が挙げられる。これにより、一定の割合で徐々に屈折率が変化したものが作製される。
上記基材は、紫外線吸収成分を含む支持部材と、偏光素子とを有することが好ましい。基材がヨウ素を含有する偏光素子を有することで、本発明で得られたナノインプリントフィルムをＬＣＤの表面に配置される反射防止膜として用いることができ、また、その支持部材が紫外線吸収成分を含んでいるので、偏光素子に対する保護機能が果たされる。
本発明はまた、上記本発明の製造方法によって得られたナノインプリントフィルムを表示面に備える表示装置の発明でもある。このように本発明の製造方法で得られたナノインプリントフィルムをパネルの表示面に備え付けることで、低反射性に優れた、外光の映り込みが少ない表示装置を得ることができる。本発明の表示装置としては、ＣＲＴ、ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＥＬ等の表示装置が挙げられる。
本発明はまた、基材上に形成された、ナノメートルサイズの凹凸を表面に有するナノインプリントフィルムを備える表示装置であって、上記基材は、紫外線吸収成分を含み、上記ナノインプリントフィルムは、表面側からの紫外線照射のみで硬化処理されたものである表示装置でもある。本発明の表示装置が備えるナノインプリントフィルムは紫外線照射によって硬化する材料で構成されており、ナノインプリントフィルムが形成される基材は紫外線吸収成分を含んでいる。したがって、このようなナノインプリントフィルムが裏面からの紫外線照射によって硬化されたものである場合、良質な膜とはなりにくい。これに対し本発明の表示装置は、表面側からの紫外線照射のみで形成されたナノインプリントフィルムを有しているため、良質な膜が得られており、低反射性に優れている。また、基材自身が紫外線吸収機能を有しているので、膜厚の薄い表面基材を作製することができる。したがって、本発明の表示装置は、紫外線吸収機能及び低反射性に優れ、かつ膜厚の薄い表面基材を備える表示装置といえる。
本発明はまた、一対の基板及び該一対の基板に挟持された液晶層を備える液晶表示装置であって、上記一対の基板の一方は、基材、及び、該基材上に形成されたナノメートルサイズの凹凸を表面に有するナノインプリントフィルムを表示面側の表面に備え、上記基材は、紫外線吸収成分を含む支持部材と、偏光素子とを有し、上記ナノインプリントフィルムは、表面側からの紫外線照射のみで硬化処理されたものである液晶表示装置でもある。上述のとおり、液晶表示装置が通常備える偏光板は、偏光素子の保護機能の観点から、紫外線吸収成分を有する基材を含んで構成されていることが好ましい。本発明の液晶表示装置が備えるナノインプリントフィルムは紫外線照射によって硬化する材料で構成されており、ナノインプリントフィルムが形成される基材は紫外線吸収成分を含んでいる。したがって、このようなナノインプリントフィルムが裏面からの紫外線照射によって硬化されたものである場合、良質な膜とはなりにくい。これに対し本発明の液晶表示装置は、表面側からの紫外線照射のみで形成されたナノインプリントフィルムを有しているため、良質な膜が得られており、低反射性に優れている。また、基材自身が紫外線吸収機能を有しているので、膜厚の薄い偏光板を作製することができる。したがって、本発明の液晶表示装置は、偏光素子保護機能及び低反射性に優れ、かつ膜厚の薄い偏光板を備える液晶表示装置といえる。
本発明のナノインプリントフィルムの製造方法によれば、裏面露光を行うことなくＵＶナノインプリント法を用いることができるので、ナノインプリントフィルム材料が塗布される基材が紫外線を吸収するものであったとしても、容易に、高精細な凹凸を有するナノインプリントフィルム作製することができる。
以下に実施例を掲げ、本発明について、図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１では、本発明のナノインプリントフィルムの製造方法の一例を示す。図１は、実施例１で作製されるナノインプリントフィルムの製造工程を示す模式図である。実施例１におけるナノインプリントフィルムの製造方法について、以下、順を追って説明する。
実施例１では、本発明のナノインプリントフィルムの製造方法の一例を示す。図１は、実施例１で作製されるナノインプリントフィルムの製造工程を示す模式図である。実施例１におけるナノインプリントフィルムの製造方法について、以下、順を追って説明する。
＜基材の準備＞
まず、ナノインプリントフィルムを形成するための基材を準備する。実施例１において基材は液晶表示装置等に用いられる偏光板である。図２は、実施例１で用いられる偏光板の断面模式図である。図２に示すように、偏光板（基材）２０は、一方の支持部材である第一のＴＡＣフィルム２１、偏光素子であるＰＶＡフィルム２２、及び、もう一方の支持部材である第二のＴＡＣフィルム２３の３つの層が積層されたフィルム構造を有している。ＰＶＡフィルム２２は、横方向及び／又は縦方向に延伸されており、ＰＶＡフィルム２２表面にはヨウ素が延伸方向に吸着配向されている。第一のＴＡＣフィルム２１及び第二のＴＡＣフィルム２３の少なくとも一方には紫外線吸収剤が含有されており、１〜４００ｎｍの波長域を有する紫外線が照射されたときに、その吸収極大での波長において、紫外線照射量（Ｊ／ｃｍ２）の５０％以上を吸収する。好ましくは、第一のＴＡＣフィルム２１及び第二のＴＡＣフィルム２３のいずれもが紫外線吸収剤を含有しており、いずれもが上記割合で紫外線を吸収する。紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾエート系化合物、トリアジン系化合物などの有機化合物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化スズ等の金属酸化物等が挙げられる。このような紫外線吸収剤は、例えば、微粒子の状態でＴＡＣフィルム内に存在する。図１に示すように、実施例１においてこのような偏光板２０は、巻き付けられてロール状となっており、その基材フィルムロール１１を回転させることで巻き出すことができる。
まず、ナノインプリントフィルムを形成するための基材を準備する。実施例１において基材は液晶表示装置等に用いられる偏光板である。図２は、実施例１で用いられる偏光板の断面模式図である。図２に示すように、偏光板（基材）２０は、一方の支持部材である第一のＴＡＣフィルム２１、偏光素子であるＰＶＡフィルム２２、及び、もう一方の支持部材である第二のＴＡＣフィルム２３の３つの層が積層されたフィルム構造を有している。ＰＶＡフィルム２２は、横方向及び／又は縦方向に延伸されており、ＰＶＡフィルム２２表面にはヨウ素が延伸方向に吸着配向されている。第一のＴＡＣフィルム２１及び第二のＴＡＣフィルム２３の少なくとも一方には紫外線吸収剤が含有されており、１〜４００ｎｍの波長域を有する紫外線が照射されたときに、その吸収極大での波長において、紫外線照射量（Ｊ／ｃｍ２）の５０％以上を吸収する。好ましくは、第一のＴＡＣフィルム２１及び第二のＴＡＣフィルム２３のいずれもが紫外線吸収剤を含有しており、いずれもが上記割合で紫外線を吸収する。紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾエート系化合物、トリアジン系化合物などの有機化合物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化スズ等の金属酸化物等が挙げられる。このような紫外線吸収剤は、例えば、微粒子の状態でＴＡＣフィルム内に存在する。図１に示すように、実施例１においてこのような偏光板２０は、巻き付けられてロール状となっており、その基材フィルムロール１１を回転させることで巻き出すことができる。
＜塗布（第一工程）＞
まず、基材フィルムロール１１を回転させつつ基材フィルムロール１１から、ベルト状の基材フィルム２０を図１中の矢印の方向に送り出す。次に、基材フィルム２０に対しダイコーター１２を用いて樹脂材料を塗布し、膜３０を形成する。塗布方法としては、その他にスリットコーター、グラビアコーター等を用いる方法が挙げられる。
まず、基材フィルムロール１１を回転させつつ基材フィルムロール１１から、ベルト状の基材フィルム２０を図１中の矢印の方向に送り出す。次に、基材フィルム２０に対しダイコーター１２を用いて樹脂材料を塗布し、膜３０を形成する。塗布方法としては、その他にスリットコーター、グラビアコーター等を用いる方法が挙げられる。
実施例１において塗布される樹脂材料は、紫外線を照射すると硬化する性質（紫外線硬化性）を有する樹脂で構成されており、例えば、紫外線を吸収して重合が開始するモノマー、それ単独では紫外線を吸収しても重合は開始しないが、光重合開始剤が添加され、その光重合開始剤が紫外線を吸収して活性種となって重合が開始するモノマー等を用いることができ、適宜、光重合開始剤、光増感剤等が加えられてもよい。このとき起こる光重合反応としてはラジカル重合、カチオン重合等が挙げられる。
ラジカル重合であれば、例えば、単官能（メタ）アクリレート及び／又は多官能（メタ）アクリレートを重合性モノマー成分とし、光重合開始剤によってラジカル反応を開始させる。
単官能（メタ）アクリレートとしては、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、アミル、２−エチルヘキシル、オクチル、ノニル、ドデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、シクロヘキシル、ベンジル、メトキシエチル、ブトキシエチル、フェノキシエチル、ノニルフェノキシエチル、テトラヒドロフルフリル、グリシジル、２−ヒドロキシエチル、２−ヒドロキシプロピル、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル、ジメチルアミノエチル、ジエチルアミノエチル、ノニルフェノキシエチルテトラヒドロフルフリル、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル、イソボルニル、ジシクロペンタニル、ジシクロペンテニル、ジシクロペンテニロキシエチル等の置換基を有する（メタ）アクリレートが挙げられる。
多官能（メタ）アクリレートとしては、例えば、１、３−ブチレングリコール、１、４−ブタンジオール、１、５−ペンタンジオール、３−メチル−１、５−ペンタンジオール、１、６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１、８−オクタンジオール、１、９−ノナンジオール、トリシクロデカンジメタノール、エチレングリコール、ポリ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、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等の置換基を有する（メタ）アクリレートが挙げられる。
光重合開始剤としては、例えば、ベンゾインイソブチルエーテル、２、４−ジエチルチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、ベンジル、２、４、６−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキシド、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン、ビス（２、６−ジメトキシベンゾイル）−２、４、４−トリメチルペンチルフォスフィンオキシド等が挙げられる。
光増感剤としては、例えば、トリメチルアミン、メチルジメタノールアミン、トリエタノールアミン、ｐ−ジエチルアミノアセトフェノン、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、Ｎ、Ｎ−ジメチルベンジルアミン及び４、４’−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン等が挙げられる。
カチオン重合であれば、例えば、カチオン重合型の光重合開始剤を含むエポキシ樹脂を用いる。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ−エピクロールヒドリン型、長鎖脂肪族型、グリシジルエステル型、グリシジルエーテル型、脂環式、臭素化、複素環式系等が挙げられる。カチオン重合型の光重合開始剤としては、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ジアゾニウム塩等が挙げられる。
このとき塗布される樹脂材料は、基材フィルム２０全体にほぼ均一な厚さで膜３０を形成することができる程度の粘度を有していることが好ましく、例えば、有機溶媒等を利用して粘度を調整することにより粘度を適切に調製した後、塗布工程に進むことが好ましい。また、塗布する樹脂材料としても、紫外線１３の照射によって粘度を容易に調節することが可能な材料であることが好ましい。これにより製造効率が向上する。均一に塗布を行うのに好ましい粘度の範囲は、１×１０−３〜１（Ｐａ・ｓ）である。このような範囲とすることにより、膜厚ムラの少ない良質の膜を作製することができる。
＜半硬化処理（第二工程）＞
続いて、塗布した状態の膜３０に対し、膜３０の粘度を高めるための紫外線１３照射を行う。光源としては、蛍光ランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等を用いることができる。光源は、用いる材料に応じて適宜変更する。実施例１において基材フィルム２０は、紫外線１３を吸収する特性を有しているため、この工程において紫外線１３の照射は、膜３０の表面側から行われる。この処理は室温で行うことができる。紫外線１３の照射によって、紫外線硬化性樹脂膜内では光重合が起こり、硬化が進むため、塗布した膜３０の粘度が向上する。ここでは、膜３０を完全に硬化させる処理は行わず、半硬化させるにとどめる。このときの硬化の度合いとしては、次の凹凸処理が良好に行われるように、樹脂全体の４０〜６０重量％が硬化する条件とすることが好ましい。紫外線１３の照射量は、用いる材料によって適切な値が異なるため、例えば、下記第四工程で照射を行う３００〜３０００Ｊ／ｃｍ２の照射条件に合わせてそれを基準値とし、適宜設定を行う。したがって、膜３０の材料は、紫外線照射量によって粘度を制御することが可能な材料であることが好ましい。また、硬化するための紫外線照射量に一定の幅をもつ材料であることが好ましい。なお、膜３０の材料が嫌気性を有する場合には、紫外線１３の照射は、窒素雰囲気下で行うことが好ましい。
続いて、塗布した状態の膜３０に対し、膜３０の粘度を高めるための紫外線１３照射を行う。光源としては、蛍光ランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等を用いることができる。光源は、用いる材料に応じて適宜変更する。実施例１において基材フィルム２０は、紫外線１３を吸収する特性を有しているため、この工程において紫外線１３の照射は、膜３０の表面側から行われる。この処理は室温で行うことができる。紫外線１３の照射によって、紫外線硬化性樹脂膜内では光重合が起こり、硬化が進むため、塗布した膜３０の粘度が向上する。ここでは、膜３０を完全に硬化させる処理は行わず、半硬化させるにとどめる。このときの硬化の度合いとしては、次の凹凸処理が良好に行われるように、樹脂全体の４０〜６０重量％が硬化する条件とすることが好ましい。紫外線１３の照射量は、用いる材料によって適切な値が異なるため、例えば、下記第四工程で照射を行う３００〜３０００Ｊ／ｃｍ２の照射条件に合わせてそれを基準値とし、適宜設定を行う。したがって、膜３０の材料は、紫外線照射量によって粘度を制御することが可能な材料であることが好ましい。また、硬化するための紫外線照射量に一定の幅をもつ材料であることが好ましい。なお、膜３０の材料が嫌気性を有する場合には、紫外線１３の照射は、窒素雰囲気下で行うことが好ましい。
＜凹凸処理（第三工程）＞
続いて、基材フィルム２０は、ピンチロール１４を介して円筒状の金型ロール１５へと進み、金型ロール１５の外周面に沿って半周分移動する。このとき、基材フィルム２０に塗布された膜３０が金型ロールの外周面と接する。金型ロール１５は、頂点間の幅が５０〜５００ｎｍであり、かつ深さが５０〜１０００ｎｍの円錐状（コーン形状）又は角錐状の複数の凹凸が外周面に形成された円筒体である。好ましくは、金型ロール１５の深さは５０〜５００ｎｍである。なお、インプリント時の離型性を高めるために用いられる離型剤の種類によって、金型ロールの深さと、膜に形成される凹凸の深さとが異なることがある。円筒の寸法は、例えば、内径２５０ｍｍ、外径２６０ｍｍ、長さ４００ｍｍである。このような金型ロール１５は、例えば、押出加工により作製された円筒状のアルミニウム管を切削研磨した後、得られた研磨アルミニウム管の平滑なアルミニウム表面に対し、アルミニウムの陽極酸化とエッチングとを３回繰り返し実施することにより作製することができる。金型ロール１５は、円筒状のアルミニウム管の外周を同時に陽極酸化及びエッチングして作製されたものであり、継ぎ目のない（シームレスな）構造を有する。したがって、このような金型ロールによれば、膜３０に対し、継ぎ目のないナノメートルサイズの凹凸を連続的に転写することができる。
続いて、基材フィルム２０は、ピンチロール１４を介して円筒状の金型ロール１５へと進み、金型ロール１５の外周面に沿って半周分移動する。このとき、基材フィルム２０に塗布された膜３０が金型ロールの外周面と接する。金型ロール１５は、頂点間の幅が５０〜５００ｎｍであり、かつ深さが５０〜１０００ｎｍの円錐状（コーン形状）又は角錐状の複数の凹凸が外周面に形成された円筒体である。好ましくは、金型ロール１５の深さは５０〜５００ｎｍである。なお、インプリント時の離型性を高めるために用いられる離型剤の種類によって、金型ロールの深さと、膜に形成される凹凸の深さとが異なることがある。円筒の寸法は、例えば、内径２５０ｍｍ、外径２６０ｍｍ、長さ４００ｍｍである。このような金型ロール１５は、例えば、押出加工により作製された円筒状のアルミニウム管を切削研磨した後、得られた研磨アルミニウム管の平滑なアルミニウム表面に対し、アルミニウムの陽極酸化とエッチングとを３回繰り返し実施することにより作製することができる。金型ロール１５は、円筒状のアルミニウム管の外周を同時に陽極酸化及びエッチングして作製されたものであり、継ぎ目のない（シームレスな）構造を有する。したがって、このような金型ロールによれば、膜３０に対し、継ぎ目のないナノメートルサイズの凹凸を連続的に転写することができる。
基材フィルム２０が金型ロール１５の外周面と接する位置には、金型ロール１５の外周面と対向するように円柱状のピンチロール１６が配置されている。この位置において、金型ロール１５とピンチロール１６とで基材フィルム２０を挟み込み、金型ロール１５と膜３０とを加圧密着させることにより、金型ロール１５の表面形状が膜３０表面に転写され、表面に凹凸を有する膜４０が形成される。金型ロール１５とピンチロール１６とで基材フィルム２０を均一に挟み込むために、基材フィルム２０の幅は、金型ロール１５及びピンチロール１６の長さよりも小さい。なお、ピンチロール１６は、ゴム製である。膜３０の表面に凹凸形状が転写された後は、基材フィルム２０は金型ロール１５の外周面に沿ってピンチロール１７に向かって進み、ピンチロールを介して次の工程へと進む。
＜硬化処理（第四工程）＞
続いて、凹凸面を有する膜４０に対し硬化処理を行う。実施例１においては、硬化処理として紫外線１８の照射を行う。硬化処理を行う際の紫外線照射量は、用いる材料によって適宜変更する必要があるが、通常、３００〜３０００（ｍＪ／ｃｍ２）の範囲である。このとき行う硬化処理は、膜４０の材料が紫外線硬化性を有するため、第二工程と同様、紫外線照射によって行うことが好ましい。また、実施例１において基材フィルム２０は、紫外線を吸収する特性を有しているため、第二工程と同様、紫外線１８の照射は、膜４０の表面側から行う。膜４０の材料が嫌気性を有する場合には、紫外線１８の照射は、窒素雰囲気下で行うことが好ましい。
続いて、凹凸面を有する膜４０に対し硬化処理を行う。実施例１においては、硬化処理として紫外線１８の照射を行う。硬化処理を行う際の紫外線照射量は、用いる材料によって適宜変更する必要があるが、通常、３００〜３０００（ｍＪ／ｃｍ２）の範囲である。このとき行う硬化処理は、膜４０の材料が紫外線硬化性を有するため、第二工程と同様、紫外線照射によって行うことが好ましい。また、実施例１において基材フィルム２０は、紫外線を吸収する特性を有しているため、第二工程と同様、紫外線１８の照射は、膜４０の表面側から行う。膜４０の材料が嫌気性を有する場合には、紫外線１８の照射は、窒素雰囲気下で行うことが好ましい。
第四工程において硬化処理の種類は特に限定されず、例えば、膜４０の材料が熱硬化性を有する場合には加熱処理を行って硬化させてもよく、膜４０の材料が可視光線硬化性を有する場合には可視光を照射して硬化させてもよい。したがって、第四工程においては、これらの処理を複数組み合わせて行ってもよく、実施例１において膜４０の材料は、紫外線硬化性と熱硬化性との両方を有していることが好ましい。例えば、紫外線照射と加熱とを組み合わせて行う、可視光線照射と加熱とを組み合わせて行う、紫外線と可視光線との両方の波長域を有する光の照射を行う工程が挙げられる。これにより、工程時間を短縮することが可能となる。
膜４０が硬化すれば、表面に形成された凹凸形状が固定されるので、これにより、ナノインプリントフィルムが完成する。
続いて、ラミネーションフィルムロール５１から供給されたラミネーションフィルムが、ピンチロール５２により、膜４０の表面側に貼り合わせされる。最後に、基材フィルム、ナノインプリントフィルム、及び、ラミネーションフィルムの積層フィルム５０が巻き付けられて積層フィルムロール５３が作製される。ラミネーションフィルムを貼り合わせることにより、膜表面にホコリが付着したり、傷がつくことを防止することができる。
実施例１によって作製されたナノインプリントフィルムの構造について詳述する。図３は、実施例１で作製されるナノインプリントフィルムの断面模式図である。（ａ）はナノインプリントフィルムの断面構造であり、（ｂ）はナノインプリントフィルムに入射する光の屈折率を示す。図３（ａ）に示されるように、実施例１で作製されるナノインプリントフィルム４０は、凹凸が形成されていない底面部位４１と、表面に形成されたナノメートルサイズの凹凸部位４２とで構成されており、凹凸一つあたりの形状は先細りの角錐状又は円錐状である。このような凹凸部位４２は、隣接する凹凸の頂点間の幅が、５０〜５００ｎｍで形成されている。このように隣接する凹凸の頂点間の幅を調節することで、フィルム表面での反射率を大きく減少させることができる。また、凹凸の高さは、５０〜５００ｎｍで形成されている。この範囲とすることで、フィルム表面での反射率を、より大きく減少させることができる。
ここで、実施例１で作製されるナノインプリントフィルム４０が低反射を実現することができる原理について簡単に説明する。光はある媒質から異なる媒質へ進むとき、これらの媒質界面で屈折する。屈折の程度は光が進む媒質の屈折率によって決まり、例えば、空気であれば約１．０、樹脂であれば約１．５の屈折率を有する。上述のように実施例１においては、ナノインプリントフィルム４０の表面に形成された凹凸４２は、その一つ当たりの形状が角錐状又は円錐状であり、すなわち、凹凸の先端方向に向かって徐々に幅が小さくなっていく形状を有している。したがって、図３（ｂ）に示すように、空気層とナノインプリントフィルム層との界面においては、空気の屈折率である約１．０から、フィルム構成材料の屈折率（樹脂であれば約１．５）まで、屈折率が連続的に徐々に大きくなっているとみなすことができる。光が反射する量は媒質間の屈折率差に比例するため、このように光の屈折界面を擬似的にほぼ存在しないものとすることで、フィルム表面での反射率を大きく減少させることができる。なお、このような表面構造は、一般的に「モスアイ（蛾の目）構造」とも呼ばれる。
図４は、実施例１で作製されるナノインプリントフィルムを備える偏光板を示す断面模式図である。図４に示すように、実施例１によって偏光板（積層フィルム）５０は、一方の支持部材である第一のＴＡＣフィルム２１、偏光素子であるＰＶＡフィルム２２、もう一方の支持部材である第二のＴＡＣフィルム２３、及び、ナノメートルサイズの凹凸を表面に有するナノインプリントフィルム４０の４つの層が積層されたフィルム構造を有する。このような偏光板５０は、例えば、ナノインプリントフィルムが表示面側に位置するようにして液晶表示装置の表示面に配置されることで、ディスプレイ表面における外光の反射を低減させることが可能な液晶表示装置とすることができる。液晶表示装置の具体的な構成としては、例えば、アレイ基板、液晶層及びカラーフィルタ基板がこの順に表示面に向かって配置されており、アレイ基板及びカラーフィルタ基板のそれぞれの表面に偏光板が設けられる形態が挙げられる。反射防止膜としてのナノインプリントフィルムは、カラーフィルタ基板上の偏光板の表示面側の表面に貼り付けられる。また、基材であるＴＡＣフィルム２１、２３自身が紫外線吸収機能を有しているので、偏光板５０の膜厚は薄く形成されており、装置全体が薄型化されている。このように、実施例１で作製された液晶表示装置は、偏光素子保護機能及び低反射性に優れ、かつ膜厚の薄い偏光板（表面基材）を備える液晶表示装置といえる。
なお、本願は、２００８年３月２４日に出願された日本国特許出願２００８−０７６４７３号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
１１：基材フィルムロール
１２：ダイコーター
１３：紫外線（第二工程）
１４、１６、１７、５２：ピンチロール
１５：金型ロール
１８：紫外線（第四工程）
２０：基材フィルム、偏光板（基材）
２１：第一のＴＡＣフィルム
２２：偏光素子
２３：第二のＴＡＣフィルム
３０：膜（第一工程で塗布された状態）
４０：膜（第三工程で表面に凹凸が形成された状態）、ナノインプリントフィルム
４１：底面部位
４２：凹凸部位
５０：積層フィルム、偏光板
５１：ラミネーションフィルムロール
５３：積層フィルムロール
１２：ダイコーター
１３：紫外線（第二工程）
１４、１６、１７、５２：ピンチロール
１５：金型ロール
１８：紫外線（第四工程）
２０：基材フィルム、偏光板（基材）
２１：第一のＴＡＣフィルム
２２：偏光素子
２３：第二のＴＡＣフィルム
３０：膜（第一工程で塗布された状態）
４０：膜（第三工程で表面に凹凸が形成された状態）、ナノインプリントフィルム
４１：底面部位
４２：凹凸部位
５０：積層フィルム、偏光板
５１：ラミネーションフィルムロール
５３：積層フィルムロール
Claims (6)
- 基材上に形成された、ナノメートルサイズの凹凸を表面に有するナノインプリントフィルムの製造方法であって、
該製造方法は、紫外線吸収成分を含む基材上に、紫外線硬化性を有する樹脂を塗布して膜を形成する第一工程と、
該膜の表面側から紫外線を照射し、半硬化した膜を形成する第二工程と、
該半硬化した膜の表面に金型を押し当てる凹凸処理を行い、凹凸面を有する膜を形成する第三工程と、
該凹凸面を有する膜に硬化処理を行い、ナノインプリントフィルムを得る第四工程とを含む
ことを特徴とするナノインプリントフィルムの製造方法。 - 前記第四工程では、凹凸面を有する膜の表面側から紫外線を照射することを特徴とする請求項１記載のナノインプリントフィルムの製造方法。
- 前記金型は、紫外線を遮光する材料で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のナノインプリントフィルムの製造方法。
- 前記金型は、外周面にナノメートルサイズの凹凸が形成された円筒体であり、
前記第三工程では、半硬化した膜の表面に対し回転する金型を押し当て、ナノメートルサイズの凹凸を膜表面に連続的に形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のナノインプリントフィルムの製造方法。 - 前記基材は、紫外線吸収成分を含む支持部材と、偏光素子とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のナノインプリントフィルムの製造方法。
- 前記第一工程で塗布される膜の粘度は、１×１０−３〜１（Ｐａ・ｓ）であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のナノインプリントフィルムの製造方法。
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