JPH06331802A

JPH06331802A - 光学材料

Info

Publication number: JPH06331802A
Application number: JP5146815A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yoshihara; 俊夫吉原
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】無機系超微粒子を大量にバインダー樹脂中
に分散性よく分散させた光学材料であり、低温で反射防
止膜を形成でき、その反射防止膜は十分に強度を持ち、
反射防止効果を発揮することができる光学材料を提供す
る。【構成】本発明の光学材料は無機系超微粒子材料の表
面に存在する水酸基と、バインダー樹脂に含まれる官能
基とにより水素結合をして、この無機系超微粒子材料が
バインダー樹脂の溶媒中に均一に分散されている。図２
は無機系超微粒子材料がバインダー樹脂と水素結合によ
り結合して分散されている状態を示している。この光学
材料を基材に塗布することにより、反射防止塗膜が形成
される。バインダー樹脂には超微粒子ポリマーラテック
スが好適に使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワープロ、コンピュー
タ、テレビ等の各種ディスプレイの表面の反射防止膜に
使用することができる光学材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワープロ、コンピュータ、テレビ、プロ
ジェクションスクリーン等の各種ディスプレイは、その
表面のガラスやプラスチック等の透明基材を通して文
字、図形等の視覚情報が観察されるようになっている。
外部からの光がディスプレイに入射し、その表面で反射
を起こすと、ディスプレイの視認性が悪くなってしまう
ので、従来、そのディスプレイの表面に反射防止膜を形
成していた。

【０００３】例えば、従来、透明基材表面に入射する光
の反射を防止する一般的な方法としては、ガラスやプラ
スチック表面に、反射防止材料としての無機系超微粒子
を含む反射防止塗料を塗布する方法、ガラス等の透明基
材の表面に膜厚０．１μｍ程度のＭｇＦ₂等の極薄膜や
金属蒸着膜を直接設ける方法、プラスチックレンズ等の
プラスチック表面に電離放射線硬化型樹脂を塗工し、そ
の上に蒸着によりＳｉＯ₂やＭｇＦ₂の膜を形成する方
法、電離放射線硬化型樹脂の硬化膜上に低屈折率の塗膜
を形成する方法があった。

【０００４】前記ガラス上に形成された膜厚０．１μｍ
程度のＭｇＦ₂の薄膜をさらに説明する。入射光が薄膜
に垂直に入射する場合に、特定の波長をλ₀とし、この
波長に対する反射防止膜の屈折率をｎ₀、反射防止膜の
厚みをｈ、および基板の屈折率をｎ_gとすると、反射防
止膜が光の反射を１００％防止し、光を１００％透過す
るための条件は、次の式（１）の関係を満たすことが必
要であることは既に知られている（サイエンスライブラ
リ物理学＝９「光学」７０〜７２頁、昭和５５年，株
式会社サイエンス社発行）。

【０００５】

【数１】前記式（１）によれば、反射防止層の屈折率がその下層
の屈折率の平方根の値になるような材料を選択すればよ
いことがわかる。したがって、反射防止層の屈折率は、
その下層の屈折率よりも若干低い方が好ましいといえ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の反射防止膜
を塗布する方法では、反射防止層の屈折率を低く保つた
めには、屈折率の低い無機系超微粒子をできるだけ多く
バインダー樹脂中に分散させた超微粒子分散体を形成す
る必要があるが、無機系超微粒子はバインダー樹脂中に
おいては相互が凝集してしまい、うまく分散しないため
に、バインダー樹脂中へ大量に混合すること、均一に混
合することは、実質上不可能であり、従って、所望の屈
折率の持つ層を形成することが困難であり、最終的には
反射防止膜を得ることは困難であった。

【０００７】また、無機系超微粒子は無機材料であり、
そのバインダー樹脂は有機材料であるために、互いに親
和性に乏しく、都合良く分散させることは困難であっ
た。

【０００８】また、無機材料と有機材料との界面は、親
和性が乏しいために強度的に弱くそのために得られる反
射防止層は、十分な強度を持つものとすることは困難で
あった。

【０００９】さらに、従来液晶ディスプレイの表面に
は、ポリビニルアルコール等からなる偏光素子上にトリ
アセチルセルロースフィルムの保護フィルムが積層され
てなる偏光板が配置されているが、このトリアセチルセ
ルロースフィルムは、熱に弱いために、反射防止塗料を
塗布し、バインダー樹脂を加熱により乾燥する際に、８
０℃以上の温度では、トリアセチルセルロースフィルム
自体がカールする問題があった。しかるに、従来の加熱
硬化型の反射防止塗料は最低でも１００℃前後の加熱が
必要とされており、トリアセチルセルロースフィルム上
に従来の反射防止塗料を塗布して加熱硬化させること
は、前記の問題があった。

【００１０】前記、従来の反射防止膜を蒸着によって形
成する方法では、トリアセチルセルロースフィルム上に
蒸着した場合、トリアセチルセルロースフィルム中に含
まれている可塑剤および水分が真空下で抜けていき、ト
リアセチルセルロースフィルムが劣化する問題があっ
た。

【００１１】そこで本発明の第１の目的は、無機系超微
粒子を大量にバインダー樹脂中に分散性よく分散させた
光学材料を提供することである。

【００１２】前記本発明の第１の目的に付随した目的
は、前記した目的に加え、種々の光の屈折率を持つ無機
系超微粒子を選択することによって、種々の屈折率を有
する反射防止膜を形成することができる光学材料を提供
することである。

【００１３】また、前記本発明の第１の目的に付随した
目的は、前記した目的に加え、本発明の光学材料を反射
防止膜に使用した場合に、十分に反射防止を発揮するこ
とができる光学材料を提供することである。

【００１４】さらにまた、前記本発明の第１の目的に付
随した目的は、前記した目的に加え、本発明の光学材料
を反射防止膜に使用した場合に、反射防止膜として十分
に強度を発揮できる光学材料を提供することである。

【００１５】本発明の第２の目的は、上記第１の目的に
加えて、塗布された塗膜を加熱硬化するのに、８０℃以
下の低温においても加熱硬化が可能で、充分な強度と光
学的特性を持つ反射防止膜を形成することができる光学
材料を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために本発明は、少なくとも１種以上の無機系超微粒
子材料を含み、該無機系超微粒子材料の表面に存在する
水酸基が、バインダー樹脂と水素結合により結合され
て、該無機系超微粒子材料がバインダー樹脂の溶媒中に
分散されていることを特徴とする光学材料とするもので
ある。

【００１７】本発明で使用される無機系超微粒子材料の
表面に存在する水酸基は、バインダー樹脂中に含まれる
水素結合形成基、例えば、水酸基と水素結合してバイン
ダー樹脂に直接に結合されるか、または水素結合を形成
する第３の物質を介してバインダー樹脂に結合される。
この水素結合を形成する第３の物質には、好ましくは水
酸基を有する物質、さらに好ましくは１個以上のメチロ
ール基及び／又はカルボキシル基を構成する水酸基を有
する物質である。この第３の物質に含まれる水酸基中の
水素原子と、無機系超微粒子材料の表面に存在する水酸
基中の水素原子が水素結合することにより、バインダー
樹脂の溶媒中に無機系超微粒子が高濃度に分散すること
ができる。

【００１８】本発明の光学材料に使用するバインダー樹
脂は、透明な樹脂であり、且つそのバインダー樹脂の種
類は無機系超微粒子材料、特に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ
₂）等の金属酸化物系超微粒子材料の表面に存在する水
酸基と水素結合を形成することができ、縮合性を有する
１個以上のメチロール基、カルボキシル基、水酸基を有
する、アクリル酸、メタクリル酸誘導体樹脂が好適に使
用される。

【００１９】本発明の光学材料に使用するバインダー樹
脂には、ポリマーラテックスと呼ばれている超微粒子サ
イズのポリマーの粒子が好ましい。図１は、本発明の光
学材料に使用されるバインダー樹脂の１例を示し、ポリ
マーラテックスの１種であるアクリル系ポリマーの反応
性ミクロゲルを模式的に示している。この超微粒子サイ
ズのミクロゲル粒子の内部は適度な架橋が形成されてお
り、その外部は内部に比べて架橋が進んでおらず、さら
にこのミクロゲル粒子の表面には水酸基等の官能基が形
成されている。このミクロゲル粒子は水中に分散してお
り、ポリマーラテックスと呼ばれる状態で存在してい
る。

【００２０】本発明において、上記のポリマーラテック
スを使用して成膜した場合、粒子同士が融着するように
架橋するので、通常のポリマーに比較して架橋密度が高
く強靱な膜となる。

【００２１】本発明で使用されるバインダー樹脂は、特
に、適用される基材フィルムがトリアセチルセルロース
フィルム等の熱に弱いフィルムである場合には、室温乃
至８０℃程度で、直接または架橋剤により、架橋するも
のが使用される。このような樹脂には、例えば、メタク
リル酸メチル等のメタクリル酸誘導体又はアクリル酸エ
チル等のアクリル酸誘導体単独の重合体、あるいはこれ
らの共重合体に、２−ヒドロキシルエチルアクリレート
やグリシジルメタクリレート等の１官能性モノマーを共
重合させたものが好ましい。

【００２２】本発明における光学材料に無機系超微粒子
材料が使用される理由は、その超微粒子の粒径は人間の
可視光領域３８０〜７８０ｎｍ、特に人間に敏感に感じ
られる５００〜６００ｎｍの波長よりも小さい粒径であ
るので、人間の視認性の観点から光の透過性に悪影響を
与えず、また無機系材料は各々固有の屈折率を持ち、任
意の屈折率を持つ光学材料を容易に調製することができ
るからである。

【００２３】本発明で使用される無機系超微粒子材料と
して、例えば、反射防止膜の表面に使用されるような比
較的低屈折率を持つものには、ＳｉＯ₂（屈折率：１．
４６）、ＭｇＦ₂（屈折率：１．４）、ＬｉＦ（屈折
率：１．４）、３ＮａＦ・ＡｌＦ₃（屈折率：１．
４）、ＡｌＦ₃（屈折率：１．４）、Ｎａ₃ＡｌＦ
₆（氷晶石、屈折率：１．３３）等の無機材料が使用さ
れる。超微粒子材料にＭｇＦ₂等の含フッ素物を使用す
る場合、水素結合を形成しにくいので、超微粒子表面を
ＳｉＯ₂等でコーティングするとよい。

【００２４】また、反射防止膜の中間層に使用されるよ
うな比較的高屈折率を持つ無機系超微粒子材料には、Ｚ
ｒＯ₂（屈折率：２．０５）、Ｓｂ₂Ｏ₅（屈折率：
１．６８）、ＴｉＯ₂（屈折率：２．３〜２．７）、Ｙ
₂Ｏ₃（屈折率：１．８７）、Ｌａ₂Ｏ₃（屈折率：
１．９５）、Ａｌ₂Ｏ₃（屈折率：１．６３）等が使用
される。

【００２５】本発明の光学材料に配合されるバインダー
樹脂と無機系超微粒子材料との割合は、バインダー樹脂
に対して、無機系超微粒子材料の含有量が３０〜７０重
量％とすることが望ましい。その理由は、無機系超微粒
子材料が３０重量％未満であると超微粒子の持つ光学的
特性効果が充分に得られないという問題があり、また、
無機系超微粒子材料が７０重量％を越えるとバインダー
樹脂が超微粒子を充分におさえつけることができず、基
材からはがれるという問題があるからである。反射防止
膜を形成するために、本発明の光学材料を適用する基板
は、前記したようにトリアセチルセルロースフィルムの
ような８０℃以上の加熱に弱いフィルムにも適用できる
が、本発明の光学材料の適用できる基板は前記トリアセ
チルセルロースフィルムに限定されず、種々の透明性基
板に適用可能である。例えば、アクリル板等にも適用可
能である。

【００２６】図２は、本発明のバインダー樹脂と無機系
超微粒子材料としてコロイダルシリカを用いた場合の均
一な溶液の形成状態を模式的に示しており、両端に位置
する超微粒子であるシリカ粒子の表面の水酸基に対し
て、バインダー樹脂中のメチロール基とにより水素結合
を形成して、シリカ粒子が溶液中に分散している状態を
示している。

【００２７】本発明の光学材料によれば、バインダー樹
脂に対して、３０〜７０重量％の多量の無機系超微粒子
材料を均一に分散させることができ、この光学材料を使
用した反射防止膜の形成は、蒸着法に比べ、低コスト化
がはかれると同時に、高強度な反射防止膜コーティング
が可能となる。本発明において、高強度な反射防止膜が
得られる現象は、使用する超微粒子ポリマーラテックス
が、それ単独でも加熱の最に官能基同志の脱水−結合反
応により、通常の熱可塑性樹脂を使用した場合に比べて
高強度な膜となるからであるが、また、水素結合を形成
した超微粒子は、反射防止膜の補強剤として作用すると
考えられるからである。

【００２８】本発明において「反射防止」とは、反射防
止膜に照射された光が反射防止膜に吸収または散乱され
ずに、反射防止膜を透過しやすいことをいう。従って、
本発明における反射防止膜の反射防止効果の評価の判定
には、反射防止膜に対する光の透過率で評価している。

【００２９】図３は本発明の光学材料が基材フィルムに
適用された例を示す。図３中、１は基材フィルム、２は
基材フィルム１上に塗布され、比較的高屈折率を持つ超
微粒子材料を含んだ高屈折率層、３は高屈折率層２上に
塗布され、比較的低屈折率を持つ低屈折率層である。こ
のような層構成を形成することにより、前記式（１）で
示される関係が満たされ、反射防止効果が発揮される。

【００３０】

【実施例】

〔実施例１〕次に挙げる無機系超微粒子材料と、バイン
ダー樹脂を用意した。

【００３１】無機系超微粒子材料：水分散型ＳｉＯ₂ゾ
ル（粒径：１５ｎｍ、固型分含量：３０重量％）バインダー樹脂：メチロール基含有型反応性高分子ミク
ロスフィアである「反応性ミクロゲルエマルジョンＬ
Ａ−５４１Ｍ２」（商品名、ヘキスト合成（株）製、粒
径：３０ｎｍ、濃度：３０重量％）前記材料を実質固型分比で無機系超微粒子：バインダー
樹脂＝５：１で混合して白色透明な均一溶液とした。こ
の均一溶液をワイヤバーでトリアセチルセルロースフィ
ルム（屈折率：１．４９）上にコーティングし、８０℃
で３０分乾燥した。得られた膜は、ミクロゲルエマルジ
ョンのメチロール基同志の縮合反応により、無色透明で
強靱な膜であり、この膜の光の屈折率は１．４７程度で
あった。またこの膜の５５０ｎｍ付近での可視光透過率
を下記の表１に示す。

【００３２】〔実施例２〕次に挙げる無機系超微粒子材
料と、バインダー樹脂を用意した。

【００３３】無機系超微粒子材料：水分散型ＳｉＯ₂ゾ
ル（粒径：１５ｎｍ、固型分含量：３０重量％）バインダー樹脂：水酸基含有型反応性高分子ミクロスフ
ィアである「マイクロジェル」（商品名、日本ペイント
（株）製、粒径：１２０ｎｍ、濃度：３０重量％）前記材料を実質固型分比で無機系超微粒子：バインダー
樹脂＝５：１で混合して白色透明な均一溶液とした。こ
の均一溶液をワイヤバーでトリアセチルセルロースフィ
ルム（屈折率：１．４９）上にコーティングし、８０℃
で３０分乾燥した。得られた膜は前記実施例１と同様な
無色透明で、強靱な膜であり、この膜の光の屈折率は
１．４７程度であった。この膜の５５０ｎｍ付近での可
視光透過率を下記の表１に示す。

【００３４】〔実施例３〕前記実施例１および２では、
比較的低屈折率の無機系超微粒子材料を使用した膜を形
成したが、本実施例３では、無機系超微粒子材料として
高屈折率のものを使用した場合を示す。

【００３５】次に挙げる無機系超微粒子材料と、バイン
ダー樹脂を用意した。

【００３６】無機系超微粒子材料：水分散型Ｓｂ₂Ｏ₅
ゾルである「サンコロイド」（商品名、日産化学（株）
製、粒径：１０ｎｍ、固型分含量：３０重量％）バインダー樹脂：メチロール基含有型反応性高分子ミク
ロスフィアである「反応性ミクロゲルエマルジョンＬ
Ａ−５４１Ｍ２」（商品名、ヘキスト合成（株）製、粒
径：３０ｎｍ、濃度：３０重量％）前記材料を実質固型分比で無機系超微粒子：樹脂バイン
ダー＝５：１で混合して白色透明な均一溶液とした。こ
の均一溶液をワイヤバーでトリアセチルセルロースフィ
ルム（屈折率：１．４９）上にコーティングし、８０℃
で３０分乾燥した。得られた膜は、ミクロゲルエマルジ
ョンのメチロール基同志の縮合反応により、無色透明
で、強靱な膜であり、この膜の光の屈折率は１．５７程
度であった。この膜上にさらに、ＭｇＦ₂を膜厚０．１
μｍで蒸着して、得られた積層膜について５５０ｎｍ付
近で可視光透過率を測定した。その結果を下記の表１に
示す。

【００３７】

【表１】上記表１によれば、前記実施例１、実施例２および実施
例３により形成された反射防止膜は、対照の何もコーテ
ィングしないものに比べて可視光透過率が上昇してい
る。このことは本発明の光学材料を使用して形成された
反射防止膜は、反射防止効果が発揮されていることを示
している。

【００３８】

【発明の効果】

１．本発明の光学材料によれば、無機系超微粒子を大量
にバインダー樹脂の溶媒中に効率よく分散させることが
できる。

【００３９】２．本発明の光学材料において、種々の屈
折率を持つ無機系超微粒子を任意に選択することによっ
て、種々の屈折率を有する反射防止膜を容易に形成する
ことができる。

【００４０】３．本発明の光学材料を用いて形成された
反射防止膜は、バインダー樹脂として超微粒子ポリマー
ラテックスを使用した場合には、この超微粒子の表面の
反応基が融着するように架橋するので、架橋密度が高く
なり、前記した効果に加え、十分に強度を発揮できる光
学材料となる。

【００４１】４．本発明の光学材料のバインダー樹脂と
して超微粒子ポリマーラテックスを使用した場合には、
この光学材料の成膜時の温度は、８０℃以下の低温にお
いても、十分に成膜されるので、塗布される基材が熱に
弱いものであっても、光学材料の塗布により反射防止膜
を形成することができる。

【００４２】５．基材フィルムがトリアセチルセルロー
スフィルムである場合、このフィルムに蒸着を行なうた
めに真空環境下に配置すると、該フィルムに含まれてい
る可塑剤および水分が該フィルム中から脱離し、該フィ
ルム自体が劣化し、機械的強度が弱くなるという欠点が
あるが、本発明の光学材料を使用すれば、このような欠
点はない。

【００４３】６．本発明の光学材料は多量の微粒子を均
一に分散させたものであり、光学材料の塗布によって反
射防止膜を形成することができるので、反射防止膜を形
成するのに、蒸着法に比べ、容易に行なえ且つ低コスト
化がはかれ、高強度な反射防止膜の形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学材料の１例を示し、バインダー樹
脂として好適に使用することができるアクリル系ポリマ
ーの反応性ミクロゲルを模式的に示す。

【図２】本発明のバインダー樹脂と無機系超微粒子材料
としてコロイダルシリカを用いた場合の均一な溶液の形
成状態を模式的に示す。

【図３】本発明の光学材料が基材フィルムに適用された
例を示す。

【符号の説明】

１基材フィルム２高屈折率層３低屈折率層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）少なくとも１種以上の無機系超微
粒子材料を含み、（２）該無機系超微粒子材料の表面に
存在する水酸基が、透明バインダー樹脂と水素結合によ
り結合されて、該無機系超微粒子材料が該バインダー樹
脂の溶媒中に分散されていることを特徴とする光学材
料。
【請求項２】前記水素結合は、無機系超微粒子材料の
表面に存在する水酸基と透明バインダー樹脂中に存在す
る１個以上の水酸基との結合により形成されたものであ
る請求項１記載の光学材料。
【請求項３】前記水酸基は、メチロール基及び／又は
カルボキシル基を構成する水酸基である請求項２記載の
光学材料。
【請求項４】前記バインダー樹脂は室温乃至８０℃
で、直接または架橋剤により、架橋するものである請求
項１、２または３記載の光学材料。
【請求項５】前記バインダー樹脂が超微粒子ポリマー
ラテックスである請求項１、２、３または４記載の光学
材料。