JP5354771B2 - 樹脂構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は樹脂構造体の製造方法に関し、光の拡散、回折等の光学特性を有する樹脂構造体の製造方法に関する。
サブミクロンオーダーからミクロンオーダーの異方性のある樹脂構造体を基板上に形成して電子材料や光学材料等に使用する試みがなされている。
例えば、特許文献１には、複数の重合性炭素−炭素二重結合を有する樹脂組成物を、線光源の紫外線で膜状に硬化させることで、層状の構造を形成して光制御フィルムとして用いる方法が提案されている。
特許文献２には、平行な紫外線を、モノマーもしくはオリゴマーに照射することで柱状構造を備えた成形体を製造する方法が記載されている。
特許文献３には、ポリマー、オリゴマー、モノマーから選択される光重合性化合物に点状光源から紫外線等を照射することで釣鐘状の曲面を膜内に形成し、異方性を向上させることが記載されている。
特許文献４には、予め基板に溝を形成し、基板に光架橋性単量混合物に設け、溝形成面と反対面から光を照射して、導波路を形成する方法が記載されている。
特許文献５には、マスクパターンを介して紫外線露光することで、マスクのパターンに対応した構造体を形成する方法が記載されている。
特許文献６には、柱状の構造を形成する方法としてブロック共重合体からなるミクロ相分離構造を利用する方法が記載されている。
特開昭６３−３０９９０２号公報
特開２００５−２４２３４０号公報
特開２００５−２６５９１５号公報
特表平１１−５００５４４号公報
特開２００５−２１９１４４号公報
特開２００３−９４８２５号公報
しかしながら、特許文献１の方法で製造されるフィルムは、特定の角度からの光に対する異方性は有しているものの、様々な角度から入射される光に対する異方性は不足するという問題がある。
また、特許文献２の方法では、平行光を入射する前に成型体中にモノマーもしくはオリゴマーを注入しておく必要性があるため、生産性が低いという問題がある。同様に、特許文献３の方法では、モノマーもしくはオリゴマーを基板上に塗布した後、ガラス板を貼り合せた上で、硬化する必要があり、また、スペーサー等で膜厚を一定にした条件での貼り合せが必要であるため、生産性が悪いという問題がある。
特許文献４の方法では、基板に構造を形成する工程が新たに必要であるため、生産性が悪いという問題がある。
特許文献５の方法では、マスクにミクロンオーダー以上の精度が要求される。また、柱状構造を連続的に製造できないという問題がある。
特許文献６の方法では、サブミクロンオーダー以上の構造を形成することができず、一般の光学用途には使用することができないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光制御フィルムに使用可能な樹脂構造体を生産性よく製造するのに好適な樹脂構造体の製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の樹脂構造体の製造方法は、走行する支持体上に、少なくとも１種類以上の多官能モノマー又は多官能オリゴマーと、重合開始剤を溶解させた塗布液を塗布する工程と、前記塗布液に、平行な活性エネルギー線を照射し、重合反応により柱状に硬化する工程を含んでいることを特徴とする。
本発明によれば、少なくとも１つ以上のモノマーまたはオリゴマーと、重合開始剤を溶解させた塗布液を走行する支持体に塗布した後、平行な活性エネルギー線による重合を行うことで、柱状の構造を形成している。したがって、樹脂構造体を生産性よく製造することができる。また、モノマー又オリゴマーとして、は多官能モノマー又多官能オリゴマーを使用することで、重合反応により容易に柱状に硬化させることができる。
また、塗布液を塗布方式で支持体に供給しているので、スペーサー等を用いることなく、塗布膜の厚さを一定にすることができる。
本発明において、多官能モノマー又は多官能オリゴマーとは、分子内に複数の炭素−炭素二重結合を有するものを意味する。
本発明の樹脂構造体の製造方法は、前記発明において、前記塗布液に、平行な活性エネルギー線を照射し、重合により柱状に硬化する工程が、酸素濃度２１％以下、さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下の雰囲気下において行なわれることが好ましい。
酸素濃度を上述の範囲としたので、活性エネルギー線が酸素のラジカル化に使用されずに、重合反応に利用される。これにより、活性エネルギー線の使用効率が向上し、生産性が向上する。
また、酸素濃度を低くすることにより、ラジカル化された酸素により重合が阻害されるのを防止することができる。
以上説明したように、本発明によれば、光制御フィルムに使用可能な樹脂構造体を生産性よく製造することができる。
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。
また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を含む範囲を意味する。
図１は、本発明に係る樹脂構造体の構造を示す概略構成図である。図１に示すように、樹脂構造体１０は、その内部に複数の柱状構造１２を備えている。柱状構造１２は他の部分と屈折率が異なる。柱状構造１２は、その軸線が、活性エネルギー線、照射方向にほぼ一致するように厚さ方向に延びる形状を有しており、さらに規則的に配列されている。図１の柱状構造１２は、大きさが２〜８μｍの円柱状の形状を有している。
図１に示す樹脂構造体１０は、他の部分と屈折率の異なる柱状構造１２を備えている。それにより、光の拡散、回折、偏光等の光学特性を有する光制御フィルムとして使用することができる。柱状構造１２の屈折率は、１．４０〜１．７０であることが好ましく、１．４５〜１．６０であることがさらに好ましい。
また、他の部分との屈折率差は、０．０１〜０．２０であることが好ましく、０．１０〜０．２０であることがさらに好ましい。
ミクロンオーダーの柱状構造は光の回折格子として働き、直線光の輝度分布を変化させる。また、屈折率の異なる界面での反射により、同様に輝度分布の変化や、光の拡散効果がある。
本発明の樹脂構造体を製造するために、少なくとも１種類以上の多官能モノマー又は多官能オリゴマーと重合開始剤を溶解させた塗布液が使用される。
複数の官能基（炭素−炭素二重結合）を有する多官能モノマーとして、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、変性ビスフェノールAジアクリレート、１．６-ヘキサンジオールジアクリレート、１．９-ノナンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート等を使用することができる。また、これらの混合物を使用することができる。
特に、３以上の官能基を有する多官能モノマーとして、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリメチロールプロパンエトキシトリアクリレート等を使用することができる。官能基が多いほど重合反応が起こりやすく、柱状構造を形成するのに適している。
本発明の塗布液に溶解される重合開始剤は、紫外線等の活線エネルギー線を照射して重合を行う通常の光重合で使用されるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ベンゾフェノン、ベンジル、２-クロロチオキサントン、ベンゾインエチルエーテル、1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニル-ケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン、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）-ブタノン-1、2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルフォリノプロパン-1-オン等を使用することができる。
多官能モノマー又は多官能オリゴマーと、重合開始剤との比は、１００：０．０１〜１００：５であることが、成型体の透明性を維持する理由で好ましい。
次に、本発明に係る樹脂構造体の製造方法について図２を参照に説明する。図２は、本発明の製造方法を実施するための製造ライン２０の一例を示す全体構成図である。
長尺状の支持体２６（既に何らかの機能層が形成されているものを含む）が、フィルムロール２２から送出機２４により送り出される。支持体２６の走行速度は、例えば、０．１〜１．５ｍ／秒とすることができる。
支持体２６として、透過率８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。支持体２６のヘイズは、２．０％以下であることが好ましく、１．０％以下であることがさらに好ましい。支持体２６の屈折率は、１．４〜１．６であることが好ましい。また、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の材料の例には、セルロースエステル、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等）、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリメチルメタクリレート、及びポリエーテルケトン等が挙げられる。
支持体２６はガイドローラ２８によってガイドされて除塵機３０に送りこまれる。除塵機３０は、支持体２６の表面に付着した塵を取り除くことができる。除塵機３０の下流には、塗布手段であるエクストルージョン方式の塗布ヘッドを有する塗布装置３２が設けられている。少なくとも１種類以上の多官能モノマー又は多官能オリゴマーと重合開始剤を溶解させた塗布液が、塗布装置３２によってバックアップローラに巻き掛けられた支持体２６上に塗布される。塗布液の厚みは、例えば、５００μｍ以下とすることができる。
塗布方法としては、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、スライドコート法、ローラコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、マイクログラビア法等を用いることができる。
塗布装置３２の下流には、支持体２６上に塗布された塗布液に活性エネルギー線（例えば、紫外線）を照射するために、紫外線照射装置３４が設けられている。紫外線照射装置３４から紫外線を照射することによって、塗布液に重合反応が起こる。重合反応により硬化、架橋が進行し、所望の柱状構造が形成される。
本実施の形態において、紫外線照射装置３４の下方に、支持体２６の出入り口を有し、支持体２６を囲む照射ゾーン３６が設けられている。照射ゾーン３６は、照射される活性エネルギー線を透過できる材質で形成される。
照射ゾーン３６内は、紫外線を照射する際に、酸素濃度２１％以下さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下の雰囲気下になるよう調整されている。酸素濃度を上述の範囲としたので、活性エネルギー線が酸素のラジカル化に使用されずに、重合に利用される。これにより、活性エネルギー線の使用効率が向上し、生産性が向上する。また、ラジカル化された酸素により重合が阻害されるのを防止することができる。
酸素濃度を上述の範囲に調整する方法として、照射ゾーン３６内に窒素ガスをパージする方法等が採用される。
照射ゾーン３６の下流には、柱状構造が形成された支持体２６を巻き取るための巻き取り機３８が設けられている。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、製造条件等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。
以下に示す塗布液を調整し、厚さ８０μｍのトリアセチルセルロース（フジタック、富士フィルム（株）製）上に２５０μmの厚さで塗布した。塗布後に超高圧水銀灯を使用した平行光紫外線照射装置を用いて紫外線照射を行った。
〔実施例１〕
光重合性モノマーとして、ペンタエリスリトールトリアクリレート１００質量部に、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モリフォリノフェニル）−ブタノン−1を１質量部溶解させ、塗布液として光重合性組成物を得た。得られた光重合性組成物を酸素濃度９０ｐｐｍの環境下で紫外線照射を行い、塗布膜を形成した。このようにして得られたフィルムを所定サイズに切り取り、柱状構造の有無、及び表面のべたつきを評価した。
光重合性モノマーとして、ペンタエリスリトールトリアクリレート１００質量部に、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モリフォリノフェニル）−ブタノン−1を１質量部溶解させ、塗布液として光重合性組成物を得た。得られた光重合性組成物を酸素濃度９０ｐｐｍの環境下で紫外線照射を行い、塗布膜を形成した。このようにして得られたフィルムを所定サイズに切り取り、柱状構造の有無、及び表面のべたつきを評価した。
柱状構造について、表面は光学顕微鏡により観察し、全面に構造が確認された場合を○、８０％以上の領域で構造が確認された場合を△、構造がほとんど、もしくは全く確認されなかった場合を×とした。また、内部は同じく光学顕微鏡で断面を観察し、膜厚の８０％以上に構造が成長していた場合を○、５０％以上８０％未満の場合を△、５０％未満、または構造が観察されなかった場合を×とした。
また、表面のべたつきについて、サンプルの表面を乾いた布でふき取ることで評価し、サンプル表面から離脱がない場合を◎、表面から１μｍ以内の最表面のみ離脱した場合を○、表面から10μｍ以内の量が離脱した場合を△、支持体が露出するほどサンプル表面から離脱した場合を×とした。
〔実施例２〕
実施例１において、光重合性モノマーとしてジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを用いたこと以外は実施例１と同様にして塗布膜を形成した。
実施例１において、光重合性モノマーとしてジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを用いたこと以外は実施例１と同様にして塗布膜を形成した。
〔参考例１〕
参考例１において、酸素濃度２１％で紫外線照射したこと以外は実施例１と同様にして塗布膜を形成した。
参考例１において、酸素濃度２１％で紫外線照射したこと以外は実施例１と同様にして塗布膜を形成した。
〔参考例２〕
参考例２において、酸素濃度１５０ｐｐｍで紫外線照射したこと以外は実施例１と同様にして塗布膜を形成した。
参考例２において、酸素濃度１５０ｐｐｍで紫外線照射したこと以外は実施例１と同様にして塗布膜を形成した。
〔実施例３〕
実施例３において、光重合性モノマーとしてポリエチレングリコールジアクリレートを用いたこと以外は実施例１と同様にして塗布膜を形成した。
実施例３において、光重合性モノマーとしてポリエチレングリコールジアクリレートを用いたこと以外は実施例１と同様にして塗布膜を形成した。
〔比較例１〕
実施例1において、光重合性モノマーとしてメタクリル酸メチルを用いたこと以外は実施例1と同様にして塗布膜を形成した。
実施例1において、光重合性モノマーとしてメタクリル酸メチルを用いたこと以外は実施例1と同様にして塗布膜を形成した。
表１は、本発明の実施例１〜３、５、参考例、と比較例１について、炭素−炭素二重結合数、酸素濃度、柱状構造の有無、及び表面のべたつきについて、その評価をまとめて一覧表にしたものである。
表１から明らかなように、炭素−炭素二重結合数を複数有する光重合性モノマーを塗布液として使用した場合、柱状構造及び表面のべたつきに関して、△以上の評価を得ることができた。特に、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下である場合、内部の柱状構造に関し、○以上の結果が得られた。
一方、比較例１の炭素−炭素二重結合数が１である場合、酸素濃度が９０ｐｐｍであっても、柱状構造が形成されないことが確認できた。
１０…樹脂構造体、１２…柱状構造、２０製造ライン、２２…フィルムロール、２４…送出機、２６…支持体、２８…ガイドローラ、３０…除塵機、３２…塗布装置、３４…紫外線照射装置、３６…照射ゾーン
Claims (1)
- 走行する支持体上に、少なくとも１種類以上の多官能モノマー又は多官能オリゴマーと、重合開始剤を溶解させた塗布液を塗布する工程と、
前記塗布液に、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の雰囲気下で、平行な活性エネルギー線を照射し、重合反応により柱状に硬化する工程を含んでいることを特徴とする樹脂構造体の製造方法。
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