JP7119417B2 - 透光性構造体 - Google Patents
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Description
本発明は、平面となす角度が0~0.5度である前記表面平坦領域面積率が0.115%以上0.46%以下であり、凸部密度が0.0048個/μm2以上0.05個/μm2以下であり、凸部面積率が12%以上50%以下であり、スキューネス(偏り度):Sskが-0.5以上1.1以下であり、突出山部とコア部を分離する負荷面積率:Smr1が7.9%以上14.5%以下であるり、かつ、算術平均表面粗さ:Saが0.06μm以上0.143μm以下である表面凹凸形状を持つ透光性構造体を提供する。
本発明は、平面となす角度が0~0.5度である表面平坦領域面積率が0%以上0.32%以下であり、凸部密度が0.0001個/μm2以上0.05個/μm2以下であり、凸部面積率が5.5%以上50%以下であり、スキューネス(偏り度):Sskが-0.50以上1.10以下であり、突出山部とコア部を分離する負荷面積率:Smr1が0%以上14.5%以下であり、かつ、算術平均表面粗さ:Saが0.075μm以上0.143μm以下である表面凹凸形状を持つ透光性構造体を提供する。
本発明は、平面となす角度が0~0.5度である前記表面平坦領域面積率が0.115%以上0.32%以下であり、凸部密度が0.0048個/μm2以上0.05個/μm2以下であり、凸部面積率が12%以上50%以下であり、スキューネス(偏り度):Sskが-0.5以上1.1以下であり、突出山部とコア部を分離する負荷面積率:Smr1が7.9%以上14.5%以下であり、かつ、算術平均表面粗さ:Saが0.075μm以上0.143μm以下である表面凹凸形状を持つ透光性構造体を提供する。
本発明は、平面となす角度が0~0.5度である表面平坦領域面積率が0.1%以上0.4%以下であり、凸部密度が0.0001個/μm2以上0.05個/μm2以下であり、凸部面積率が5.5%以上50%以下であり、スキューネス(偏り度):Sskが-0.5以上1.1以下であり、突出山部とコア部を分離する負荷面積率:Smr1が0%以上14.5%以下であり、かつ、算術平均表面粗さ:Saが0.06μm以上0.1μm以下である表面凹凸形状を持つ透光性構造体を提供する。
平面となす角度が0~0.5度である前記表面平坦領域面積率が0.115%以上0.4%以下であり、凸部密度が0.0048個/μm2以上0.05個/μm2以下であり、凸部面積率が12%以上50%以下であり、スキューネス(偏り度):Sskが-0.5以上1.1以下であり、突出山部とコア部を分離する負荷面積率:Smr1が7.9%以上14.5%以下であり、かつ、算術平均表面粗さ:Saが0.06μm以上0.1μm以下である表面凹凸形状を持つ透光性構造体を提供する。
本発明の透光性構造体は、凹凸形状処理を施したガラス、凹凸形状を持ったコーティングを施したガラスであることが好ましい。
本発明の透光性構造体は、強化ガラス板であることが好ましい。
本発明の透光性構造体は、三次元形状を有することが好ましい。
本発明の透光性構造体は、印刷層を有してもよい。
本発明の透光性構造体は、撥水・撥油処理層を有してもよい。
本発明の光性構造体をカバー部材として用いてもよい。
本発明の透光性構造体によれば、高防眩性、および高視認性を同時達成でき、好ましくは、さらに低ぎらつきを同時達成できる。
ガラス板は、強化ガラス板が好ましい。強化ガラス板は、風冷強化又は化学強化処理が施されたガラス板である。強化処理により、ガラスの強度が向上し、たとえば強度を維持しながら板厚みを削減できる。
同様にθr-θi=-0.5°である光線735,736の輝度をR3とする。この光線は透光性構造体50で、正反射から-0.5°ずれた方向に散乱された成分を表す。実際には誤差が含まれるので、θr-θi=-0.5°±0.1°である。
反射像拡散性指標値R=(R2+R3)/(2×R1) 式(1)
視認性指標値(Clarity):T= 0゜透過光の輝度/全透過光の輝度 式(2)
この視認性指標値(Clarity):Tは、観察者の目視による解像性の判断結果と相関し、人の視感に近い挙動を示すことが確認されている。例えば、視認性指標値Tが小さな(0に近い)値を示す防眩膜付透光性構造体は解像性が劣り、逆に視認性指標値Tが大きな値を示す透光性構造体は、良好な解像性を有する。従って、この視認性指標値Tは、透光性構造体の解像性を判断する際の定量的指標として使用できる。
透光性構造体の視認性指標値Tは0.94以上が好ましく、0.945以上がさらに好ましく、0.96以上が特に好ましい。
透光性構造体の視認性指標値Tは0.94以上であることで、表示素子のカバーガラスとして用いた場合に、表示の視認性が非常に良く、表示がくっきりと見易くなるという効果が得られる。
次に、透光性構造体のぎらつき指標値(Anti-Sparkle):Zの測定方法について説明する。
ぎらつき指標値Z=1-(Za/Zs) 式(3)
このぎらつき指標値(Anti-Sparkle)Zは、観察者の目視によるぎらつきの判断結果と相関し、人の視感に近い挙動を示すことが確認されている。例えば、ぎらつき指標値Zが小さな透光性構造体は、ぎらつきが顕著であり、逆にぎらつき指標値Zが大きな透光性構造体は、ぎらつきが抑制される傾向にある。
透光性構造体のぎらつき指標値(Anti-Sparkle)Zは0.845以上が好ましく、0.905以上がより好ましい。
透光性構造体のぎらつき指標値Zは0.845以上であることで、ぎらつきを抑制し、視認性が向上するという効果が得られる。
一般的に、反射像拡散性指標値Rを増大させるには表面凹凸を大きくすればよい(たとえば算術平均表面粗さSa値を大きくすればよい)ことが知られているが、従来、反射像拡散性指標値Rを増大させると視認性指標値Tが減少してしまうという問題が避けられなかった。反射像拡散性指標値Rを増大させるためには、散乱反射強度に対して正反射を減らすことが必要である。正反射は表面凹凸領域に含まれる表面平坦領域で生じるため、正反射を減らすためには、表面平坦領域面積率を小さくすることが効果的である。従来の防眩膜製膜方法およびガラスエッチング方法では、凹凸の高さの極大部及び極小部において平坦な領域が存在してしまう。
本発明の透光性構造体において、上述した条件を満たす表面凹凸形状は、いわゆるアンチグレア処理(あるいはAG処理)により形成できる。アンチグレア処理として、以下の2通りが可能である。
アンチグレア処理Aでは、透光性構造体の表面をエッチング処理することにより表面凹凸形状を形成する。
エッチング処理は、透光性構造体の材質、形成する凹凸形状等に応じて、公知のエッチング方法を使用できる。例えば透光性構造体がガラス板である場合のエッチング方法としては、ガラス板の表面にフッ素化剤を接触させる方法が挙げられる。フッ素化剤を接触させると、ガラス板表面において、フッ素化剤がガラスの骨格構造であるSiO2と反応してSiF4(ガス)を生成し、骨格を失った残りの成分がケイフッ化物となってガラス表面が凹凸化される。フッ素化剤としては、例えばフッ素単体(F2)、フッ化水素(HF)等が挙げられる。この方法では、形成される凹凸の形状を、使用するフッ素化剤の種類、フッ素化剤をガラス板表面に接触させる時間、エッチング温度等によって調整できる。
また、フッ素化剤と粒子(ガラスビーズ等)とを含む処理液でエッチング処理を行う場合、処理液の粒子の含有量を変えることで、凹凸の形状を変えられる。例えば処理液中の粒子の含有量を多くすると、フッ素化剤によるエッチングが阻害されてエッチング量が減り、その結果、エッチング処理で形成される凹凸が小さくなり、ヘイズ率が低くなる。
フッ素化剤を接触させる以外のガラス板のエッチング方法や、ガラス以外の材質の透光性構造体の場合にも適用できるエッチング方法として、たとえばブラスト処理、イオンエッチング処理等が挙げられる。
前記の処理液を用いてエッチング処理を行う場合、1回目と2回目とで処理液中の粒子の含有量を変えてもよい。たとえば2回目に使用する処理液中の粒子の含有量を1回目より少なくすると、2回目のエッチング処理の際、1回目のエッチング処理で形成された凹凸がなだらかになる。
アンチグレア処理Bでは、透光性構造体の表面に塗料組成物を塗布して塗膜を形成し、該塗膜を焼成することにより表面凹凸形状を形成する。塗料組成物は、例えば、シリカ前駆体(a)および粒子(c)の少なくとも一方と、液状媒体(b)とを含む。
「シリカ前駆体」とは、シリカを主成分とするマトリックスを形成し得る物質を意味する。シリカ前駆体(a)としては、適宜公知のアルコキシシラン等のシラン化合物やその加水分解縮合物等を使用できる。シリカ前駆体(a)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
液状媒体(b)は、シリカ前駆体(a)を溶解または分散するものであり、粒子(c)を分散するものが好ましく用いられる。液状媒体(b)は、シリカ前駆体(a)を溶解または分散する機能と、粒子(c)を分散する分散媒としての機能の両方を有するものであってもよい。
シリカ前駆体(a)におけるアルコキシシラン等の加水分解に水が必要となるため、加水分解後に液状媒体の置換を行わない限り、液状媒体(b)は液状媒体(b1)として少なくとも水を含む。液状媒体(b)は、必要に応じて、液状媒体(b1)以外の他の液状媒体、すなわち沸点が150℃超の液状媒体をさらに含んでいてもよい。
粒子(c)の材質としては、金属酸化物、金属、顔料、樹脂等が挙げられる。金属酸化物としては、Al2O3、SiO2、SnO2、TiO2、ZrO2、ZnO、CeO2、Sb含有SnOX(ATO)、Sn含有In2O3(ITO)、RuO2等が挙げられる。表面凹凸形状のマトリクスがシリカを主成分とする場合、屈折率がマトリクスと同等であるため、SiO2が好ましい。金属としては、金属単体(Ag、Ru等)、合金(AgPd、RuAu等)等が挙げられる。顔料としては、無機顔料(チタンブラック、カーボンブラック等)、有機顔料等が挙げられる。樹脂としては、アクリル樹脂、ポリスチレン、メラニン樹脂等が挙げられる。
粒子(c)は、中実粒子でもよく、中空粒子でもよく、多孔質粒子等の穴あき粒子でもよい。「中実」は、内部に空洞を有しないことを示す。「中空」は、内部に空洞を有することを示す。粒子(c)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
球状シリカ粒子は、中実でもよく、中空でもよく、多孔質シリカ粒子でもよい。これらはいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。中空シリカ粒子としては、シリカ(SiO2)の外殻を有し、外殻内が空洞とされたものが挙げられる。
球状シリカ粒子の平均粒子径は、体積基準で求めた粒度分布の全体積を100%とした累積体積分布曲線において50%となる点の粒子径、すなわち体積基準累積50%径(D50)を意味する。粒度分布は、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置で測定した頻度分布および累積体積分布曲線で求められる。
「アスペクト比」は、粒子の厚さに対する最長長さの比(最長長さ/厚さ)を意味し、「平均アスペクト比」は、無作為に選択された50個の粒子のアスペクト比の平均値である。粒子の厚さは原子間力顕微鏡(AFM)によって測定され、最長長さは、透過型電子顕微鏡(TEM)によって測定される。
球状シリカ粒子の平均粒子径は、球状シリカ粒子の平均粒子径と同様に測定される。
不定形シリカ粒子およびシリカ凝集体は、いずれも、TEM観察において黒色状に観察される。一方、薄片状のシリカ1次粒子またはシリカ2次粒子は、TEM観察においてうすい黒色または半透明状に観察される。
鱗片状シリカ粒子の市販品としては、たとえばAGCエスアイテック社製のサンラブリー(登録商標)シリーズが挙げられる。
バインダ(d)(ただしシリカ前駆体(a)を除く。)としては、液体媒体(b)に溶解または分散する無機物や樹脂等が挙げられる。無機物としては、たとえばシリカ以外の金属酸化物前駆体(金属:チタン、ジルコニウム、等)が挙げられる。樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等が挙げられる。
添加剤(e)としては、たとえば、極性基を有する有機化合物(e1)、紫外線吸収剤、赤外線反射/赤外線吸収剤、反射防止剤、レベリング性向上のための界面活性剤、耐久性向上のための金属化合物等が挙げられる。
塗料組成物が粒子(c)を含有する場合、塗料組成物に極性基を有する有機化合物(e1)を含ませることによって、極性基を有する有機化合物が粒子のまわりを纏うことで、塗料組成物中における静電気力により、粒子同士が反発する結果、粒子(C)の凝集を抑制できる。
レベリング性向上のための界面活性剤としては、シリコーンオイル系、アクリル系等が挙げられる。耐久性向上のための金属化合物としては、ジルコニウムキレート化合物、チタンキレート化合物、アルミニウムキレート化合物等が好ましい。ジルコニウムキレート化合物としては、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムトリブトキシステアレート等が挙げられる。
塗料組成物中のシリカ前駆体(a)と粒子(c)との合計の含有量は、塗料組成物中の固形分(100質量%)(ただし、シリカ前駆体(a)はSiO2換算とする。)のうち、30~100質量%が好ましく、40~100質量%がより好ましい。上記合計の含有量が前記範囲の下限値以上であれば、透光性構造体との密着性に優れる。上記合計の含有量が前記範囲の上限値以下であれば、塗膜のクラックや膜はがれが抑えられる。
塗料組成物の固形分は、塗料組成物中の、液状媒体(b)以外の全成分の含有量の合計である。ただしシリカ前駆体(a)の含有量はSiO2換算である。
粒子(c)が鱗片状シリカ粒子である場合、シリカ前駆体(a)と粒子(c)との合計質量(100質量%)に対する粒子(c)の比率は、0.5~20質量%が好ましく、1~15質量%がより好ましい。
粒子(c)の比率が上記範囲の下限値以上であれば、ぎらつき性がより低減される。粒子(c)の比率が上記範囲の上限値以下であれば、防眩性がより向上する。また、シリカ前駆体(a)を一定以上の比率で含むことで、塗膜と透光性構造体との密着強度がより優れる。
液状媒体(b1)の含有量は、液状媒体(b)の全量に対して90質量%以上が好ましい。液状媒体(b1)の含有量は、液状媒体(b)の全量に対して100質量%であっても構わない。
塗料組成物の塗布温度における粘度(以下、「液粘度」ともいう。)は、0.003Pa・s以下が好ましく、0.001~0.003Pa・sが特に好ましい。液粘度が前記の上限値以下であれば、塗料組成物を噴霧したときに形成される液滴がより微細になり、所望の表面凹凸形状が形成されやすい。液粘度が前記の下限値以上であれば、表面凹凸形状が均一となる。塗料組成物の粘度は、B型粘度計により測定される値である。
透光性構造体表面への塗料組成物の塗布は、例えば、回転霧化頭を備える静電塗装ガンを備える静電塗装装置を用いて、塗料組成物を帯電させ噴霧できる。この時、回転霧化頭から透光性基材までの間の雰囲気を20℃以上かつ相対湿度40%以下とすると塗膜の膜特性が向上するため好ましい。
静電塗装装置は、回転霧化頭を備える静電塗装ガンを備えるものであれば、公知の静電塗装装置を採用できる。静電塗装ガンは、回転霧化頭を備えるものであれば、公知の静電塗装ガンを採用できる。ただし、塗料組成物の塗布手段は上記の静電塗装装置に限らず、公知の塗布手段を使用できる。
なお、透光性構造体は、表面に撥水・撥油処理層を有してもよい。撥水・撥油処理はAFP(Anti Finger Print)剤の塗布が好ましい。好適なAFP剤の具体的例として、例えば市販されている「Afluid(商標登録) S-550」(商品名、旭硝子社製)、「KP-801」(商品名、信越化学工業社製)、「X-71」(商品名、信越化学工業社製)、「KY-130」(商品名、信越化学工業社製)、「KY-178」(商品名、信越化学工業社製)、「KY-185」(商品名、信越化学工業社製)、「オプツール(商標登録) DSX(商品名、ダイキン工業社製)等を使用できる。
焼成工程では、塗布工程で透光性構造体表面上に形成された、塗料組成物の塗膜を焼成して表面凹凸形状を形成する。焼成は、塗料組成物を透光性構造体表面に塗布する際に透光性構造体を加熱することによって塗布と同時に行ってもよく、塗料組成物を透光性構造体表面に塗布した後、塗膜を加熱してもよい。焼成温度は、30℃以上が好ましく、例えば透光性基材がガラスである場合は100~750℃がより好ましく、150~550℃がさらに好ましい。
上記知見に基づく本発明の透光性構造体は、その表面凹凸形状が以下の条件を満たす。
本願明細書において、表面平坦領域面積率とは、透光性構造体の表面のうち、平面となす角度(表面角度)が0~0.5度の領域の面積率を指す。
レーザー顕微鏡(株式会社キーエンス社製、型番:VK―X210)を使用し、対物レンズ100倍にて、(111~148)μm×(101~135)μmの観察領域について、XYZの測定を行った。サンプリングデータ数は2,048×1,536の合計3,145,728点である。このデータを後述する手順で各法線ベクトルの透光性構造体主面法線からの傾き(面傾き、と記載)を計算した。0~90°まで0.1°間隔で各角度についてその角度の面積が、全体に占める割合を求め、0~0.5°の全体に占める割合の和を表面平坦領域面積率と定義した。
表面凹凸形状の解析は、キーエンス社製レーザー顕微鏡VK-X210を用いて、(101~111)μm×(135~148)μmの領域(以下、「観察領域」ともいう。)を高精細モード、Z方向測定間隔0.01μmで測定して得られる、観察領域の表面形状のxyzデータを、画像処理ソフトウェアSPIP Ver.6.4.3(イメージメトロロジー社製)で解析することにより行った。
上記解析においては、まず、3次平均プロファイルフィット法を用いて傾き補正を行い、ベアリング高さ(BH)を0としてZオフセットを実施した。次に解析の粒子検出モードで閾値を0.05μmに設定し、「形状のホールを保存」を選択、形状輪郭スムージングのフィルタサイズを51ポイントに設定した。
以下、上記解析において求められる凸部密度、算術平均表面粗さSa、凸部面積率、スキューネス(偏り度)Ssk、突出山部とコア部を分離する負荷面積率Smr1について述べる。
凸部密度について、図2を参照して説明する。図2は、透光性構造体の表面凹凸形状の一例を示した図である。図2に示す透光性構造体の表面凹凸形状5は複数の凸部5aを有しており、凸部5a上には第二の凸部5bが存在してもよい。
本明細書において、凸部5aと言った場合、図2に示すように、透光性構造体の表面形状におけるベアリング高さ(BH)+0.05μmの高さでの直径(真円換算)が1μm以上の凸部を指す。表面形状解析ソフトSPIP Ver.6.4.3を用いてレーザー顕微鏡データを解析し、上記で定義される第一の凸部5aが観察領域内で観察された個数(シェイプカウント)を観察領域面積で割った値を、上記で定義される第一の凸部5aが1μm2あたりに存在する個数として凸部密度(個/μm2)と定義する。
なお、ベアリング高さ(BH)とは、3次平均プロファイルフィット法を用いて傾き補正を行った後、レーザー顕微鏡で観察領域を測定して得られる、観察領域の表面形状のxyzデータから求められる高さ分布ヒストグラムにて、最も優勢な高さzの値である。xyzデータにおける高さzは、観察領域の最低点を基準とした高さ(高さzを測定する位置から、観察領域における基材の主面に平行な平面であって最低点を含む平面に下した垂線の長さ)であり、以下において特に基準を規定しない場合の表面形状における高さの意味も同様である。ベアリング高さ算出時のヒストグラムの刻み(bin)は1000に設定した。
0.0001個/μm2は、本測定方法での下方限界値である。表面凹凸形状の凸部密度が小さくなるほど上述した凸部の直径が大きくなり、表面凹凸形状が平面となす角度が大きくなる。
凸部密度が小さいほど算術平均表面粗さSaが大きくなる傾向があり、算術平均表面粗さSaの取りうる範囲が広くなる傾向にある。また、凸部密度が小さいことは凸部間の間隔が広いことを意味するが、間隔が広いとぎらつきが大きくなり、間隔が狭いとヘイズ率が高くなる傾向があるので、一定の範囲が好ましい。
本明細書における、算術表面粗さSaは、ISO25178に規定されている。
このような表面粗さSa、つまり、三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(Ra)は、例えば、キーエンス社製レーザー顕微鏡VK-X210を用いて測定できる。
凸部密度の記載で述べた第一の凸部5aは、図2に示すように、3次平均プロファイルフィット法を用いて傾き補正を行った後、透光性構造体の表面形状におけるベアリング高さ(BH)+0.05μmの高さでの直径(真円換算)が1μm以上の凸部を指す。表面形状解析ソフトSPIP Ver.6.4.3を用いてレーザー顕微鏡データを解析し、上記で定義される凸部5aをベアリング高さ(BH)+0.05μmの高さで切った場合の面積の総和が、観察面積に占める割合を凸部面積率(%)と定義する。
本発明の透光性構造体は、その表面凹凸形状の凸部面積率が5.5%以上50%以下であることにより、高防眩性、および高視認性を同時に達成する。凸部面積率は12%以上50%以下であることにより高防眩性、および高視認性に加えて、低ぎらつき性を同時に達成するため、より好ましい。
凸部密度が0.0001個/μm2以上0.05個/μm2以下で、かつ、凸部面積率は5.5%以上50%以下であることにより、高防眩性、および高視認性を同時に達成する。さらに、凸部密度は0.0048個/μm2以上0.05個/μm2以下で、かつ、凸部面積率は12%以上50%以下であることにより高防眩性、および高視認性に加えて、低ぎらつき性を同時に達成する。
ベアリング高さ+0.05μmの高さで表面凹凸形状を切った場合の直径1μm以上の凸部領域の面積率が50%以上になるということは、凸部面積が凹部面積に比べてかなり大きいことを示す。逆に面積率が5.5%未満である場合は凹凸の高さが低いことを意味し、防眩性が低下する。
第一の凸部密度の記載で述べたのと同様に、キーエンス社製レーザー顕微鏡VK-X210を用いて、(101~111)μm×(135~148)μmの観察領域を測定して得られる、観察領域の表面形状のxyzデータを、画像処理ソフトウェアSPIP Ver.6.4.3(イメージメトロロジー社製)を用いて、3次平均プロファイルフィット法を用いて傾き補正を行った後、解析することによりスキューネス(偏り度)Sskを求めた。
本発明の透光性構造体は、その表面凹凸形状のスキューネスSskが-0.5以上1.1以下であることにより、高防眩性、および高視認性を同時に達成するため、好ましい。
Sskは表面凹凸形状の高さ分布の対称性を表す指標であり、その値が0の場合は、高さ分布が上下に対象であることを示し、0より大きいと凸部が多い表面形状であることを示し、0より小さいと凹部が多い表面形状であることを示す。一般的に、コーティングした凹凸形状のSskは0より大きくなり、エッチング処理して作成した凹凸形状のSskは0より小さくなる傾向がある。凸部が多くなりすぎると、凹部が平坦になり、逆に凹部が多すぎると凸部が平坦になるため、表面平坦面積率を小さくするためにはSskは0を挟んで一定の範囲にあることが好ましい。
凸部密度の記載で述べたのと同様に、キーエンス社製レーザー顕微鏡VK-X210を用いて、(101~111)μm×(135~148)μmの観察領域を測定して得られる、観察領域の表面形状のxyzデータを、画像処理ソフトウェアSPIP Ver.6.4.3(イメージメトロロジー社製)で、3次平均プロファイルフィット法を用いて傾き補正を行った後、解析することにより突出山部とコア部を分離する負荷面積率Smr1を求めた。
図3の縦軸は表面凹凸高さであり、横軸は各高さで表面凹凸を水平面で切った場合の面積の総和(負荷面積率)である。面の負荷曲線とは、負荷面積率が0%から100%となる高さを表した曲線をいう。負荷面積率とは、ある高さc以上の領域の面積の割合を表す。
負荷面積率が0%から負荷曲線に沿って負荷面積率の差を40%にして引いた負荷曲線の割線を、負荷面積率0%から移動させていき、割線の傾斜が最も緩くなる位置を負荷曲線の中央部分という。この中央部分に対して、縦軸方向の偏差の二乗和が最小になる直線を等価直線という。等価直線の負荷面積率0%から100%の高さの範囲に含まれる部分をコア部という。コア部より高い部分を突出山部という。この中央部分に対して、縦軸方向の偏差の二乗和が最小になる直線を等価直線という。等価直線の負荷面積率0%から100%の高さの範囲に含まれる部分をコア部という。コア部より高い部分を突出山部という。コア部と突出山部をわける負荷面積率がSmr1である。
また、本発明の透光性構造体は、その表面凹凸形状の突出山部とコア部を分離する負荷面積率Smr1が7.9%以上14.5%以下であることにより、高防眩性、および高視認性、および低ぎらつきを同時に達成するため、より好ましい。
Smr1が一定値以下であるということは、図3における負荷曲線が等価直線に近いことを示しており、これは、表面形状における同じ高さの面が存在する確率が一定値以下であること、すなわち、表面平坦部が少なく、表面平坦面積率が小さいことを示す。
表1の実施例A1~A4、実施例B1~B3、比較例A1~17では、下記文献に記載の手順に基づいて、表面凹凸形状を円錐理想モデルとしたフーリエ光学系に用いてシミュレーションを実施して、反射像拡散性指標値R、視認性指標値Tと、およびぎらつき指標値Zを算出した。円錐理想モデルの作り方を下記に示す。まず200μm角の平面(Z=0)を用意する。一定の傾斜(例えば5度)の円錐でZ=0平面を4,096個用意し、円錐の水平位置(XY方向)は平面内でランダムに、円錐の頂点位置を0~1μmの範囲でランダムに、頂点を下方向(-Z方向)に向けて配置する。前記平面をランダムに選んだ円錐一つでくり抜いていくことを繰り返すことで、平坦部が無い理想円錐モデルを作製した。例では傾斜を5度としたが、5度に限らない。また円錐としたが、一定の傾斜である必要はなく、様々な傾きの円錐を混ぜてもよく、また曲面で形成される凹みであってもよい。また、頂点を下に向ける例を示したが、頂点を上に向けてもよい。この場合にはくり抜くのではなく円錐を加えることになる。
結果を下記表に示す。
(参考文献)
Simulation of Anti-Glare Cover Glass Using Fourier Optics Consistent with Sparkle and Other Visual Performances, Masanobu Isshiki, SID 2017 DIGEST p 1383-1386.
なお、高屈折率層13において、透光性構造体10の第1主面11に対する面傾きが0.5°以下となる部位の面積比は、以下の手順で求められる。
透光性構造体11の防眩膜14を形成した面について、レーザー顕微鏡(株式会社キーエンス社製、型番:VK―X210)を使用し、対物レンズ100倍にて、(111~148)μm×(101~135)μmの観察領域について、第一主面11の表面形状の測定を行う。サンプリングデータ数は横2,048×縦1,536の合計3,145,728点である。観察領域は条件によって上記の通り異なる場合があるが、ここでは145.0×108.8μmの場合について説明する。
得られた横2,048×縦2,048の、大きさとして384.8μm×384.8μmの合成正方形状データ2は高さに関するデータを含む。またそれぞれのメッシュの間隔は、384.8μm/2,047=188nmである。
算術平均表面粗さSaが0.143μm超の比較例A1~A17は、視認性指標値Tが0.94未満であった。算術平均表面粗さSaが0.06μm未満であるA18~A22は反射像拡散性指標値Rが0.2未満である。
前記表面平坦領域面積率が0.115%以上0.46%以下であり、凸部密度が0.0048個/μm2以上0.05個/μm2以下であり、凸部密度の面積率が12%以上50%以下であり、スキューネス(偏り度):Sskが-0.50以上1.10以下であり、突出山部とコア部を分離する負荷面積率:Smr1が7.9%以上15%以下を満たす実施例A1~A4は、さらにぎらつき指標値Zが0.845以上1以下である。
実施例C1では、アンチグレア処理Bを用いて、透光性構造体に表面凹凸形状を形成した。透光性構造体上に静電スプレー法を用いて凹凸膜を形成したが、塗布液中に鱗片状シリカ粒子と高沸点溶媒を添加している。静電スプレー法にて凹凸膜形成後、焼成までの間に一定時間保持することにより、液の鱗片状シリカ粒子への凝集およびレべリング作用が発現することにより、凹凸形状が変化し、表面平坦面積率の小さな凹凸形状を形成することが可能になる。
具体的には以下の手順を実施した。
透光性構造体として、ソーダライムガラス(旭硝子社製。FL1.1。サイズ:縦100mm×横100mm、厚さ:1.1mmのガラス基板。400~1100nmの波長領域の光の平均透過率:90.6%、表面の算術平均粗さRa:0.5nm)を用意した。該ガラスの表面を炭酸水素ナトリウム水で洗浄後、イオン交換水でリンスし乾燥させた。
以下の手順で塗料組成物を調製した。
シリカ前駆体溶液:主溶剤としてのソルミックスAP-11(日本アルコール販売社商品名)を用い、AP-11をマグネチックスターラーを用いて撹拌しながら、表1に示すように、テトラエトキシシラン(TEOS)、有機シラン、粒子分散液、純水、硝酸を、この順に、表1に示す組成、SiO2換算固形分濃度となるように添加し、60℃にて60分間混合することで粒子含有シリカ前駆体溶液を得た。TEOS、有機シラン、粒子分散液はシリカ換算固形分比での組成で示す。 サンラブリー(SLV)粒子分散液は、サンラブリーLFS HN150(AGCエスアイテック社製)(SLV)を解砕・分散させた鱗片状のシリカ粒子の分散液、分散媒:水、平均粒子径:185nm、平均アスペクト比(平均粒子径/平均厚み):80、固形分濃度5wt%を用いた。
上記で得られた粒子含有シリカ前駆体溶液を、AP-11で、表1に示すコート液のSiO2換算固形分濃度に希釈することで塗布液を得た。このとき必要に応じてAP-11以外の溶媒として、プロピレングリコール(PG)、ジアセトンアルコール(DAA)を、表1に示す比率で添加した。
静電塗装ガンを備える静電塗装装置(液体静電コーター、旭サナック社製)を用意した。静電塗装ガンとしては、回転霧化式自動静電ガン(旭サナック社製、サンベル、ESA120、カップ径70mm)を使用した。透光性構造体の接地をより取りやすくするために導電性基板として金属メッシュトレイを用意した。
静電塗装装置のコーティングブース内の温度を23±1℃の範囲内、湿度を50%±10%の範囲内に調節した。
静電塗装装置のチェーンコンベア上に、予め30℃±3℃に加熱しておいた洗浄済みの透光性構造体を、導電性基板を介して置いた。チェーンコンベアで等速搬送しながら、透光性構造体のT面(フロート法による製造時に溶融スズに接した面の反対側の面)に、静電塗装法によって、23±1℃の範囲内の温度の塗布液を塗布した後、大気中、300℃で60分間焼成して表面凹凸形状を形成した。塗布液の塗布条件は、コート液量24mL/分、搬送速度3.0m/分、タービン回転数35krpm、ノズル高さ260mm、((電圧60kV)、シェーブエア0.07MPa、搬送回数2回とした。ここで、コート液量は静電塗装ガンへの塗料組成物の供給量を示す。タービン回転数は回転霧化頭の回転速度を示す。ノズル高さは静電塗装ガンのノズル先端(塗料組成物の噴霧方向における回転霧化頭の前端)から透光性基材までの距離を示す。(電圧は静電塗装ガンに印加した電圧を示す。)
塗布液の調製に用いる粒子分散液の種類、塗布液の固形分中の粒子濃度、塗布液の固形分濃度、塗布液の塗布条件を下記表(表2、表3)に示すようにした以外は実施例C1と同様にして実施例C2、実施例D1~D4、比較例B1~B10の透光性構造体を作製した。ここで比較例B1~B10は従来技術および従来の塗布液で作製できるサンプルである。実施例C1、C2および実施例D1~D4は静電塗装および塗布液中にシリカ微粒子および高沸点溶媒を添加している。静電塗装により、塗布液が基板上に着弾後、レベリングの発現および、固化過程での微粒子周囲へのマトリックス凝集等により、従来には無い、防眩膜凹凸表面形状が形成されることを見出した。結果として、従来品に比べて、より高い防眩性、および、より高い視認性を同時達成できるようになった。
(粒子分散液)
ST-OZL:日産化学工業社製、スノーテックスOZL、球状の中実シリカ粒子の分散液、分散媒:水、粒子径:70~100nm。
実施例E1では、アンチグレア処理Aを用いて、透光性構造体に表面凹凸形状を形成した。具体的には以下の手順を実施した。
ガラス板の片側にのみアンチグレア処理Aによって凹凸加工を施すため、ガラス板の任意の片側の主表面11にフッ酸水溶液に対して難溶性の物質からなる保護フィルムを貼合した。当該基板の反対側の主表面12に対してアンチグレア処理Aを施すことで、片面のみに凹凸形状が成型された基板を得た。
アンチグレア処理Aは予洗、洗浄、薬液浸漬、洗浄の4工程から成る。保護フィルムを貼合された基板を5重量%に調整されたフッ酸水溶液に180秒浸漬し、基板表面に付着した油脂やほこりなどの付着物を取り除いた。次に基板を純水に30秒浸漬、洗浄した。この洗浄工程を3回繰り返し、基板表面に残留するフッ酸水溶液を十分に除去した。次に基板を表5の実施例E1に示した通りに濃度調整したフロスト溶液に静かに浸漬し、180秒静置することで基板表面に凹凸形状を形成した。最後に基板を純水に30秒浸漬し、洗浄して乾燥することで加工済み基板を得た(表4)。
フロスト溶液中に浸漬されたガラス基板はフッ酸によりフッ化ケイ素イオンとして溶解する。フロスト溶液中に含まれるフッ化カリウムやフッ化アンモニウムはフッ化ケイ素イオンと難溶性の塩を基板表面に部分的に析出する。塩に被覆されたガラス基板は溶解がこれ以上進まないが、被覆されていない部分は溶解が進むため、凹凸形状が結果として形成される。この凹凸形状は基板が溶解する速度と基板表面を被覆する塩の析出速度および形状によって決定される。
本発明では、適切な薬液と濃度を選定し、基板表面に好適な凹凸形状を形成することで高い算術平均表面粗さSaにおいて表面平坦面積率を低減することができた結果、追加のエッチングが無くとも良好な散乱性を確保し、高いDiffusionとClarityを両立することができた。
前記実施例E1処理条件のHF濃度、カウンターイオン、イオン濃度、AlCl3添加量以外は、E1と同じ処理条件で実施例F1、F2を作製した(表4)。
前記実施例E1処理条件のHF濃度、カウンターイオン、イオン濃度、AlCl3添加量以外は、実施例E1と同じ処理条件で比較例C1~C2、参考例C3および比較例C4~C17を作製した(表5)。以下では、「参考例C3」を「比較例C3」と呼ぶ。
比較例D1~D7では、アンチグレア処理Bを用いて、透光性構造体に表面凹凸形状を形成した。
〔予備エッチング処理〕
透光性構造体として、ソーダライムガラス(旭硝子社製。FL1.1。サイズ:縦100mm×横100mm、厚さ:1.1mmのガラス基板。400~1100nmの波長領域の光の平均透過率:90.6%、表面の算術平均粗さRa:0.5nm)を用意した。
透光性構造体のB面(フロート法による製造時に溶融スズに接した面)に保護フィルムを貼った後、透光性構造体を、2wt%フッ化水素および3wt%フッ化カリウムを含むフロスト処理液に3分間浸漬した。
透光性構造体を炭酸水素ナトリウム水で洗浄後、7.5wt%フッ化水素および7.5wt%塩化水素を含む水溶液中に下記表(表6)に記載の時間浸漬した。
比較例B9、B10:表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上5.8%以下を満たしていない。 比較例B1~B4、B6~B10:算術平均粗さSaが0.06μm以上0.143μm以下を満たしていない。
比較例B2、B3、B8、B10:凸部面積率が5.5%以上50%以下を満たしていない。
比較例B5~B9:スキューネス(偏り度)Sskが-0.50以上1.1以下を満たしていない。
比較例B6~B9:突出山部とコア部を分離する負荷面積率Smr1が0%以上14.5%以下を満たしていない。
以上より、比較例B1~B10は、反射像拡散性指標値R0.2以上1以下、および視認性指標値T0.94以上1以下を同時に満たすことができない。
比較例C9、C11、C17:凸部密度が0.0001個/μm2以上0.05個/μm2以下を満たしていない。
比較例C1~C6、C8、C10、C12~C17:算術平均粗さSaが0.06μm以上0.143μm以下を満たしていない。
比較例C9、C11、C16、C17:凸部面積率が5.5%以上50%以下を満たしていない。
比較例C1~C3、C5~C7、C9、C10、C12~C14:スキューネス(偏り度)Sskが-0.50以上1.1以下を満たしていない。
以上より、比較例C1~C17は、反射像拡散性指標値R0.2以上1以下、および視認性指標値T0.94以上1以下を同時に満たすことができない。
比較例D1~D3、D5、D7:算術平均粗さSaが0.06μm以上0.143μm以下を満たしていない。
比較例D6:凸部面積率が5.5%以上50%以下を満たしていない。
比較例D4、D6、D7:スキューネス(偏り度)Sskが-0.50以上1.1以下を満たしていない。
以上より、比較例D1~D7は、反射像拡散性指標値R0.2以上1以下、および視認性指標値T0.94以上1以下を同時に満たすことができない。
図から、実施例A,B,C,Dが、反射像拡散性指標値R、および視認性指標値Tがともに高く、反射像拡散性指標値Rが0.2以上1以下、視認性指標値Tが0.94以上1以下の範囲にあることが確認できる。
図から、実施例A、C、Eが、反射像拡散性指標値Rが高く、視認性指標値Tが高いことに加えて、ぎらつき指標値Zが高いことがわかる。すなわち、反射像拡散性指標値Rが0.2以上0.9以下、視認性指標値Tが0.94以上1以下、ぎらつき指標値(Anti-Sparkle)Zが0.845以上1以下の範囲にあることが確認できる。
図9において、実線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上5.8%以下で、かつ、凸部密度が0.0001個/μm2以上0.05個/μm2以下の範囲を示し、破線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上0.32%以下で、かつ、凸部密度が0.0001個/μm2以上0.05個/μm2以下の範囲を示し、一点破線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0.1%以上0.4%以下で、かつ、凸部密度が0.0001個/μm2以上0.05個/μm2以下の範囲を示す。
図から、実施例A,実施例B、実施例C、実施例D、実施例E、実施例Fは、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上5.8%以下で、かつ、凸部密度が0.0001個/μm2以上0.05個/μm2以下の範囲にあることが確認できる。
図10において、実線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上5.8%以下で、かつ、凸部面積率が5.5%以上50%以下の範囲を示し、破線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上0.32%以下で、かつ、凸部面積率が5.5%以上50%以下の範囲を示し、一点破線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0.1%以上0.4%以下で、かつ、凸部面積率が5.5%以上50%以下の範囲を示す。
図から、実施例A、実施例B、実施例C、実施例D、実施例E、実施例Fは、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上5.8%以下で、かつ、凸部面積率が5.5%以上50%以下の範囲にあることが確認できる。
図11において、実線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上5.8%以下で、かつ、算術平均表面粗さSaが0.06μm以上0.143μm以下の範囲を示し、破線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上0.32%以下で、かつ、算術平均表面粗さSaが0.075μm以上0.143μm以下の範囲を示し、一点破線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0.1%以上0.4%以下で、かつ、算術平均表面粗さSaが0.05μm以上0.1μm以下の範囲を示す。
図から、実施例A,実施例B、実施例C、実施例D、実施例E、実施例Fは、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上5.8%以下で、かつ、算術平均表面粗さSaが0.06μm以上0.143μm以下の範囲にあることが確認できる。
図12において、実線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上5.8%以下で、かつ、スキューネス(偏り度)Sskが-0.5以上1.1以下の範囲を示し、破線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上0.32%以下で、かつ、スキューネス(偏り度)Sskが-0.5以上1.1以下の範囲を示し、一点破線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0.1%以上0.4%以下で、かつ、スキューネス(偏り度)Sskが-0.5以上1.1以下の範囲を示す。
図から、実施例A,実施例B、実施例C、実施例D、実施例E、実施例Fは、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上5.8%以下で、かつ、スキューネス(偏り度)Sskが-0.5以上1.1以下の範囲にあることが確認できる。
図13において、実線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上5.8%以下で、かつ、突出山部とコア部を分離する負荷面積率Smr1が0%以上14.5%以下の範囲を示し、破線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上0.32%以下で、かつ、突出山部とコア部を分離する負荷面積率Smr1が0%以上14.5%以下の範囲を示し、一点破線で囲まれた範囲は、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0.1%以上0.4%以下で、かつ、突出山部とコア部を分離する負荷面積率Smr1が0%以上14.5%以下の範囲示す。
図から、実施例A,実施例B、実施例C、実施例D、実施例E、実施例Fは、表面平坦領域面積率(0~0.5度)が0%以上5.8%以下で、かつ、突出山部とコア部を分離する負荷面積率Smr1が0%以上14.5%以下の範囲にあることが確認できる。
52 第1主面
53 第2主面
70 測定装置
71 線状光源装置
75 検出器
731 第1の入射光
732 第1の反射光
Claims (12)
- 平面となす角度が0~0.5度である表面平坦領域面積率が0%以上0.48%以下であり、凸部密度が0.0001個/μm2以上0.05個/μm2以下であり、凸部面積率が5.5%以上50%以下であり、スキューネス(偏り度):Sskが-0.5以上1.1以下であり、突出山部とコア部を分離する負荷面積率:Smr1が6.44%以上14.5%以下であり、かつ、算術平均表面粗さ:Saが0.06μm以上0.089μm以下である表面凹凸形状を持つ透光性構造体。
- 平面となす角度が0~0.5度である前記表面平坦領域面積率が0.115%以上0.46%以下であり、凸部密度が0.0048個/μm2以上0.05個/μm2以下であり、凸部面積率が12%以上50%以下であり、突出山部とコア部を分離する負荷面積率:Smr1が7.9%以上14.5%以下である、請求項1に記載の透光性構造体。
- 平面となす角度が0~0.5度である表面平坦領域面積率が0%以上0.32%以下であり、算術平均表面粗さ:Saが0.075μm以上0.089μm以下である表面凹凸形状を持つ請求項1に記載の透光性構造体。
- 平面となす角度が0~0.5度である前記表面平坦領域面積率が0.115%以上0.32%以下であり、凸部密度が0.0048個/μm2以上0.05個/μm2以下であり、凸部面積率が12%以上50%以下であり、算術平均表面粗さ:Saが0.075μm以上0.089μm以下である表面凹凸形状を持つ請求項3に記載の透光性構造体。
- 平面となす角度が0~0.5度である表面平坦領域面積率が0.1%以上0.4%以下であり、算術平均表面粗さ:Saが0.06μm以上0.089μm以下である表面凹凸形状を持つ請求項1に記載の透光性構造体。
- 平面となす角度が0~0.5度である前記表面平坦領域面積率が0.115%以上0.4%以下であり、凸部密度が0.0048個/μm2以上0.05個/μm2以下であり、凸部面積率が12%以上50%以下であり、突出山部とコア部を分離する負荷面積率:Smr1が7.9%以上14.5%以下であり、かつ、算術平均表面粗さ:Saが0.06μm以上0.089μm以下である表面凹凸形状を持つ請求項5に記載の透光性構造体。
- 凹凸形状処理を施したガラス、凹凸形状を持ったコーティングを施したガラスである請求項1~6のいずれか1項に記載の透光性構造体。
- 強化ガラス板である、請求項1~6のいずれか1項に記載の透光性構造体。
- 透光性構造体そのものが三次元形状を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の透光性構造体。
- 印刷層を有する請求項1~6のいずれか1項に記載の透光性構造体。
- 表面に撥水・撥油処理層を有する請求項1~6のいずれか1項に記載の透光性構造体。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の透光性構造体をカバー部材として用いた表示素子。
Priority Applications (4)
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