JP6623232B2 - 光学部材、及び、光学部材の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態の光学部材を示す断面模式図である。図1に示すように、光学部材1は、基材2、硬化樹脂層3、及び、親水性材料5を備えている。硬化樹脂層3は、複数の凸部(突起)4が可視光の波長以下のピッチ(隣接する凸部4の頂点間の距離)Pで設けられる凹凸構造を表面に有している。よって、光学部材1は、モスアイ構造(蛾の目状の構造)を有する反射防止部材に相当する。これにより、光学部材1は、モスアイ構造による優れた反射防止性(低反射性)を示すことができる。複数の凸部4の各々の先端は、親水性材料5で覆われている。
(i)光学部材1の表面(凹凸構造の表面)に汚れが付着する場合、汚れが凸部4の先端に集まるため、拭き取りやすくなる。更に、凸部4において、親水性材料5で覆われている親水性部分(先端)と、疎水性樹脂が露出している疎水性部分との境界が存在するため、汚れが多量に付着する場合(例えば、汚れのサイズが、隣接する凸部4間のピッチPよりも大きい場合)であっても、汚れがその境界を越えて、凸部4の間隙(凹部)の深部に入り込むことを防止することができる。この効果は、上記境界に存在する段差が大きいほど更に高まる。以上より、光学部材1は、優れた防汚性を示すことができる。
(ii)光学部材1の表面(凹凸構造の表面)に汚れが付着しても、汚れが凸部4の先端毎に分散された状態(ナノ分散状態)になるため、汚れが視認されにくくなる。
(iii)親水性材料5と凸部4との密着性が高いため、光学部材1は、優れた耐擦傷性を示すことができる。
(iv)親水性材料5によって水を広げる速度が高まるため、光学部材1は、優れた防曇性を示すことができる。
まず、図2(a)に示すように、基材2の表面上に樹脂組成物6を塗布する。樹脂組成物6の塗布方法としては特に限定されず、例えば、スプレー方式、グラビア方式、スロットダイ方式等で塗布する方法が挙げられる。
Rf1−R2−D1 (A)
上記一般式(A)中、Rf1は、フルオロアルキル基、フルオロオキシアルキル基、フルオロアルケニル基、フルオロアルカンジイル基、及び、フルオロオキシアルカンジイル基からなる群より選択される少なくとも1つを含む部位を表す。R2は、アルカンジイル基、アルカントリイル基、又は、それらから導出されるエステル構造、ウレタン構造、エーテル構造、トリアジン構造を表す。D1は、反応性基を表す。
CFn1H(3−n1)−(CFn2H(2−n2))kO−(CFn3H(2−n3))mO− (B)
−(CFn4H(2−n4))pO−(CFn5H(2−n5))sO− (C)
上記一般式(B)及び(C)中、n1は1〜3の整数であり、n2〜n5は1又は2であり、k、m、p、及び、sは0以上の整数である。n1〜n5の好ましい組み合わせとしては、n1が2又は3、n2〜n5が1又は2である組み合わせであり、より好ましい組み合わせとしては、n1が3、n2及びn4が2、n3及びn5が1又は2である組み合わせである。
図2(b)に示すように、塗布された樹脂組成物6に、金型7を基材2とは反対側から押し付け、樹脂組成物6の基材2とは反対側の表面に凹凸構造を形成する。
凹凸構造が形成された樹脂組成物6を硬化させる。その結果、図2(c)に示すような硬化樹脂層3(疎水性樹脂)が形成される。樹脂組成物6の硬化は、活性エネルギー線の照射によって行われることが好ましい。活性エネルギー線の照射は、基材2側から行ってもよく、樹脂組成物6側から行ってもよい。また、樹脂組成物6に対する活性エネルギー線の照射回数は特に限定されず、1回のみであってもよいし、複数回であってもよい。
図2(d)に示すように、金型7を硬化樹脂層3から剥離する。硬化樹脂層3の基材2とは反対側の表面に形成された凹凸構造は、複数の凸部4が可視光の波長以下のピッチPで設けられる構造、すなわち、モスアイ構造に相当する。
複数の凸部4の各々の先端に、親水性材料5を成膜する。その結果、図2(e)に示すような光学部材1が完成する。親水性材料5の成膜方法としては、プラズマデポジション法、化学蒸着(CVD)法、ウエット処理法等が挙げられ、中でも、プラズマデポジション法(物理蒸着(PVD)法)が好ましく用いられる。プラズマデポジション法は、プラズマ化されたイオン原子(例えば、不活性ガスのイオン原子)をターゲット(親水性材料)に衝突させることによって、ターゲットを構成する粒子を飛び出させ、対象物に堆積する方法である。親水性材料5の成膜時には、酸素(O2)、二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)等の反応性ガスを用いてもよい。
実施例1の光学部材を、以下の製造プロセスによって作製した。
まず、基材2の表面上に、第一理化社製のバーコーター(製品名:No.05)を用いて樹脂材料Aを塗布した。そして、塗布された樹脂材料A上に、Sono−Tek社製の超音波スプレー(ノズルの製品名:Vortex)を用いて樹脂材料Bをスプレー塗布した。その結果、樹脂材料A、及び、樹脂材料Bが積層された状態の樹脂組成物6を形成した。樹脂組成物6は、無溶剤系であった。
・新中村化学工業社製のウレタンアクリレート(製品名:UA−7100):31重量%
・新中村化学工業社製の多官能アクリレート(製品名:ATM−35E):40重量%
・新中村化学工業社製の多官能アクリレート(製品名:A−TMM−3LM−N):27.5重量%
・BASF社製の光重合開始剤(製品名:IRGACURE819):1.5重量%
・KJケミカルズ社製の単官能モノマー(製品名:ACMO):90重量%
・ダイキン工業社製のフッ素系添加剤(製品名:オプツールDAC−HP):10重量%
なお、フッ素含有化合物として用いた「オプツールDAC−HP」は、その固形分濃度が20重量%であった。
塗布された樹脂組成物6に、金型7を基材2とは反対側から押し付け、樹脂組成物6の基材2とは反対側の表面に凹凸構造を形成した。
<陽極酸化条件>
・電極(白金)−サンプル(アルミニウム)間距離:150mm
・処理液:シュウ酸(0.05mol/L)
・処理温度:5℃
・処理時間:1分
・印加電圧:80V
<エッチング条件>
・処理液:リン酸(8mol/L)
・処理温度:30℃
・処理時間:20分
金型7を走査型電子顕微鏡で観察したところ、隣接する凹部間のピッチは200nm、凹部の深さは200〜250nmであった。なお、金型7には、ダイキン工業社製のフッ素系添加剤(製品名:オプツールDSX)によって事前に離型処理を施した。
凹凸構造が形成された樹脂組成物6に、Fusion UV systems社製のUVランプ(製品名:LIGHT HANMAR6J6P3)を用いて、基材2側から紫外線(照射量:1J/cm2)を照射して硬化させた。その結果、硬化樹脂層3(疎水性樹脂)が形成された。
金型7を硬化樹脂層3から剥離した。その結果、図3に示すような状態が得られた。図3は、実施例1における硬化樹脂層完成時の断面SEM写真である。
凸部4の形状:釣鐘状
隣接する凸部4間のピッチP:200nm
凸部4の高さ:150〜200nm
凸部4を構成する疎水性樹脂の表面張力:12dyn/cm
複数の凸部4の各々の先端に、アルバック社製のプラズマデポジション方式のスパッタリング装置(製品名:SH−350EL−C06)を用いて、親水性材料5を成膜した。その結果、図4に示すような光学部材1が完成した。図4は、実施例1の光学部材の断面SEM写真である。本実施例においては、スパッタリング条件を下記の通りとした。
<スパッタリング条件>
・電源:RF
・周波数:13.56MHz
・バックグラウンドの真空度:6×10−4Pa
・スパッタガス:アルゴンガス
・反応性ガス:酸素ガス
・スパッタリング時の真空度:4×10−1Pa
無アルカリガラス基板を準備した。無アルカリガラス基板の厚みは、0.5mmであった。
無アルカリガラス基板の表面上に、リンレイ社製の防曇塗料(製品名:油膜とり くもり止めスプレー CH40)が塗布されたものを準備した。
比較例3の光学部材を、以下の製造プロセスによって作製した。図5は、比較例3の光学部材の製造プロセスを説明するための断面模式図である(工程a〜d)。
まず、図5(a)に示すように、基材102の表面上に、第一理化社製のバーコーター(製品名:No.05)を用いて、樹脂組成物106を塗布した。
・新中村化学工業社製の多官能アクリレート(製品名:A−TMM−3LM−N):38.4重量部
・新中村化学工業社製の多官能アクリレート(製品名:ATM−35E):25.6重量部
・KJケミカルズ社製の単官能モノマー(製品名:ACMO):34重量部
・ダイキン工業社製のフッ素系添加剤(製品名:オプツールDAC−HP):0.07重量部
・BASF社製の光重合開始剤(製品名:LUCIRIN TPO):0.5重量部
図5(b)に示すように、塗布された樹脂組成物106に、金型107を基材102とは反対側から押し付け、樹脂組成物106の基材102とは反対側の表面に凹凸構造を形成した。
凹凸構造が形成された樹脂組成物106に、Fusion UV systems社製のUVランプ(製品名:LIGHT HANMAR6J6P3)を用いて、基材102側から紫外線(照射量:1J/cm2)を照射して硬化させた。その結果、図5(c)に示すような硬化樹脂層103が形成された。
図5(d)に示すように、金型107を硬化樹脂層103から剥離した。その結果、光学部材101が完成した。
凸部104の形状:釣鐘状
隣接する凸部104間のピッチQ:100nm
凸部104の高さ:150〜200nm
隣接する凸部104間のピッチQを200nmに変更したこと以外、比較例3と同様にして、光学部材を作製した。
硬化樹脂層103に凹凸構造を形成しなかったこと以外、比較例3と同様にして、光学部材を作製した。
樹脂組成物106において、比較例3でフッ素含有化合物として用いた「オプツールDAC−HP」の含有量を1.0重量部に変更したこと以外、比較例4と同様にして、光学部材を作製した。
実施例1、及び、比較例1〜6について、防汚性を評価した。評価結果を表1に示す。
実施例1、及び、比較例1〜6について、耐擦傷性を評価した。評価結果を表2に示す。
実施例1、及び、比較例1〜6について、防曇性を評価した。評価結果を表3、表4、及び、表5に示す。
○:評価中、Xが0であった。すなわち、すべての丸印を撮影できた。
△:評価中、Xの最大値が0.5以上、1.5以下であった。
×:評価中、Xの最大値が2.0以上、3.0以下であった。
上述した実施形態においては、各凸部の先端の親水性部分として、先端が親水性材料で覆われている構成を示したが、図7に示すような、先端が表面改質されている構成であってもよい。図7は、別の実施形態の光学部材を示す断面模式図である。図7に示すように、光学部材1’は、基材2、及び、硬化樹脂層3を備えている。硬化樹脂層3において、複数の凸部4の各々の先端は、表面改質された部分8を有している。
鹸化処理は、例えば、凸部4の先端を水酸化ナトリウム水溶液に浸すことによって行われる。これにより、凸部4の先端の表面に、−OH基、−COOH基等の親水性基が形成される。その結果、凸部4の先端に、親水性部分(表面改質された部分8)が形成される。
親水性材料を接触させる方法としては、例えば、親水性材料が粘着層に練り込まれた粘着部材を準備し、その粘着部材を粘着層側から凸部4の先端に接触させる方法が挙げられる。この際、親水性材料に重合性モノマーを添加すれば、活性エネルギー線の照射によって硬化(重合)することができる。これにより、凸部4の先端に、親水性部分(表面改質された部分8)が形成される。
プラズマエッチング処理は、例えば、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)等の不活性ガスを用いて行われる。これにより、凸部4の先端の表面に、−OH基、−COOH基等の親水性基が形成される。その結果、凸部4の先端に、親水性部分(表面改質された部分8)が形成される。
以下に、本発明の光学部材及びその製造方法の好ましい特徴の例を挙げる。各例は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
2、102:基材
3、103:硬化樹脂層
4、104:凸部
5:親水性材料
6、106:樹脂組成物
7、107:金型
8:表面改質された部分
210:アクリル製の箱
211:紙
212:ヒーター
213:加湿器
214:ガラス基板
215:カメラ
P、Q:ピッチ
T:厚み
Claims (7)
- 複数の凸部が可視光の波長以下のピッチで設けられる凹凸構造を表面に有し、
前記複数の凸部の各々は、疎水性樹脂で構成され、かつ、先端が親水性材料で覆われており、前記先端の前記親水性材料で覆われている親水性部分と、前記疎水性樹脂が露出している疎水性部分と、を有し、
前記親水性部分は、前記複数の凸部の前記先端毎に独立して設けられていることを特徴とする光学部材。 - 前記親水性材料は、二酸化ケイ素を含有することを特徴とする請求項1に記載の光学部材。
- 前記親水性材料の厚みは、30nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学部材。
- 前記複数の凸部の各々の高さは、50nm以上、600nm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光学部材。
- 前記複数の凸部の各々の高さは、100nm以上、300nm以下であることを特徴とする請求項4に記載の光学部材。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の光学部材の製造方法であって、
前記複数の凸部の各々の先端に、前記親水性材料を成膜する工程を含むことを特徴とする光学部材の製造方法。 - 前記工程は、プラズマデポジション法によって行われることを特徴とする請求項6に記載の光学部材の製造方法。
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