WO2009118943A1 - 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 - Google Patents
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- G02B1/118—Anti-reflection coatings having sub-optical wavelength surface structures designed to provide an enhanced transmittance, e.g. moth-eye structures
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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- B29C59/046—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing using rollers or endless belts for layered or coated substantially flat surfaces
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- B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
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- B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
- B29C2035/0827—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using UV radiation
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- B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
- B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
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- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/24—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped crosslinked or vulcanised
- B29K2105/243—Partially cured
Definitions
- the present invention relates to a method for producing a nanoimprint film, a display device, and a liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a method for producing a nanoimprint film suitably used for an antireflection film that reflects light on a display surface at a low reflection, and a display device and a liquid crystal display device that include the nanoimprint film on the display surface.
- the surface of a display such as a cathode ray tube (CRT: Cathode Ray Tube) display, a liquid crystal display (LCD: Liquid Crystal Display), a plasma display (PDP: Plasma Display Panel), an electroluminescence (EL) display, etc. has an anti-scratch function.
- a protective member such as a protective film may be attached to the surface of such a display, and this protective film is required because it also functions as an antireflection film that prevents reflection of external light. Functions can be given at once.
- TAC Tri Acetyl Cellulose
- AG Anti Glare
- the polarizing plate is required to have such a function.
- a TAC film as a base material is unwound from a roll, and then stretched in the longitudinal direction and / or the transverse direction, and iodine molecules are adsorbed and oriented in the stretched direction.
- PVA Poly Vinyl Alcohol
- a means for embossing to provide unevenness on the surface of the TAC film is known (for example, see Patent Document 1).
- the stretched PVA film functions as a polarizing film.
- the moth-eye structure has a structure in which the period of unevenness is controlled to be less than or equal to the wavelength of visible light, that is, nano-sized (several tens to several hundreds of nanometers). Since the refractive index can be continuously changed along the depth of the unevenness, the reflection of light on the display surface can be reduced.
- a technique of transferring a shape by pressing nano-sized concavo-convex engraved in a mold against a resin material applied on a substrate a so-called nanoimprint technique is currently attracting attention.
- the nanoimprint technology include thermal nanoimprint technology, UV (Ultraviolet) nanoimprint technology, and the like.
- UV nanoimprint technology for example, a thin film of an ultraviolet curable resin is formed on a transparent substrate, a mold having nano-sized irregularities is pressed on the thin film to form irregularities on the thin film, and then ultraviolet rays are irradiated.
- the thin film is cured to form a nanoimprint film having an inverted mold shape on a transparent substrate.
- iodine normally added to a polarizing film deteriorates when irradiated with ultraviolet rays. Therefore, as a measure for preventing deterioration, it is conceivable to protect iodine adsorbed and oriented on the PVA film from ultraviolet rays by incorporating an ultraviolet absorber into the polarizing plate. Moreover, if an ultraviolet absorber can be added with respect to support members, such as a TAC film at this time, the support member which has ultraviolet-ray absorption ability can be obtained.
- the polarizing plate has an ultraviolet absorbing ability as described above, when the ultraviolet ray is irradiated from the opposite side of the side where the fine unevenness pattern is formed as in the method described in Patent Document 2, the polarized light is polarized. Since the ultraviolet rays are absorbed by the plate, the UV nanoimprint technique using an ultraviolet curable resin as a material for the concave-convex pattern cannot be used. Here, a method of irradiating ultraviolet rays from the side on which the fine concavo-convex pattern is formed is also conceivable. However, since the irradiation of ultraviolet rays is usually performed simultaneously with the press-contact of the mold having the concavo-convex pattern, the mold is transparent. It is essential to have sex.
- This invention is made
- the inventors of the present invention studied various methods for producing a nanoimprint film using ultraviolet rays, applied a curable resin on a substrate to form a film, and provided unevenness on the surface of the applied film. Focusing on a series of steps to cure the film provided with unevenness, in order to obtain uniform unevenness in the conventional method and obtain highly accurate unevenness, it is necessary to cure the resin film at the same time as forming the unevenness I found something that happened. On the other hand, when applying the resin film on the substrate, the inventors first applied the resin in a relatively low viscosity state so that the film can be formed with a uniform film thickness on the substrate.
- the present invention is a method for producing a nanoimprint film having nanometer-sized irregularities formed on a substrate, the method comprising producing a UV curable composition on a substrate containing an ultraviolet absorbing component.
- It is a manufacturing method of a nanoimprint film including a third step of forming a film having an uneven surface and a fourth step of performing a curing treatment on the film having an uneven surface to obtain a nanoimprint film.
- nanoimprint film produced by the present invention has nanometer-sized irregularities on the surface.
- “nanometer-sized unevenness” refers to an uneven shape in which the width between vertices of adjacent unevenness is in nanometer units, that is, 1 nm or more and less than 1000 nm.
- the lateral width between the vertices of adjacent irregularities is the lower limit of the visible light wavelength, that is, 380 nm or less, and by doing so, for example, a nanoimprint film capable of reducing reflected light on the display surface of the display device Obtainable.
- the manufacturing method of the nanoimprint film of this invention includes the 1st process of apply
- ultraviolet rays refers to electromagnetic waves having a wavelength range of 1 to 400 nm
- the ultraviolet absorbing component used in the present invention is a component having an absorption maximum around this wavelength range (1 to 420 nm).
- the production method of the present invention is particularly preferably used when the base material contains an ultraviolet absorbing component and thus the base material has ultraviolet non-transmissibility.
- ultraviolet impermeability is improved.
- a film is formed by applying an ultraviolet curable resin on such a substrate.
- the resin to be applied is preferably prepared so as to have a viscosity enough to uniformly apply the film.
- the manufacturing method of the nanoimprint film of this invention includes the 2nd process of irradiating an ultraviolet-ray from the surface side of the said film
- the viscosity of the film applied on the substrate can be increased, and the accuracy when forming irregularities on the film surface in the subsequent process is significantly increased.
- the imprint method of irradiating ultraviolet rays it is not necessary to consider thermal expansion, thermal contraction, etc., as compared with the case of imprinting by performing a thermosetting treatment. Moreover, since it is not necessary to consider the heating and cooling time, the process time can be shortened.
- the manufacturing method of the nanoimprint film of this invention includes the 3rd process of performing uneven
- the size of the unevenness of the nanoimprint film is defined.
- the mold is not limited to a metal material, and is not particularly limited as long as nano-sized irregularities can be formed on the surface of the film.
- the manufacturing method of the nanoimprint film of this invention includes the 4th process of performing a hardening process to the film
- the shape of the unevenness transferred by the mold is fixed, and the nanoimprint film is completed.
- a method of performing heat treatment is used.
- the resin has curability with respect to light other than ultraviolet light, for example, visible light, a method of irradiating light having a wavelength range of visible light may be used.
- visible light refers to electromagnetic waves having a wavelength range of 380 to 780 nm.
- the configuration of the production method of the present invention is not particularly limited as long as such components are formed as essential, and other components may or may not be included. .
- the present invention is particularly preferably used when a mold is used as the unevenness treatment and the mold is made of a material that blocks ultraviolet rays.
- the light shielding means reflecting or absorbing light.
- a material that blocks ultraviolet rays may be used as the mold material. Therefore, for example, a metal that can be easily processed such as aluminum, tantalum, titanium, or silicon can be used as a material constituting the mold, thereby reducing costs compared to, for example, using expensive quartz. Is possible.
- a metal that is easy to process a nanoimprint film having a high-precision uneven shape can be easily produced.
- the mold is a cylindrical body having nanometer-size irregularities formed on the outer peripheral surface, and in the third step, the rotating mold is pressed against the surface of the semi-cured film, and the nanometer-size irregularities are formed. It is preferable to form continuously on the film surface. Since the present invention relates to a technique for processing the surface of the film, for example, unwinding the film wound around a roll, it is preferable in terms of production efficiency that the unevenness treatment is continuously performed on the film surface, Therefore, as a member that performs unevenness processing, a cylindrical body with nanometer-sized unevenness formed on the outer peripheral surface can be used to press the unevenness against the film surface while rotating it, and the uneven shape can be transferred to the film Is efficient.
- a seamless (seamless) surface structure can be formed.
- a mold having such nanometer-sized projections and depressions can be obtained by using, for example, a method using anodization and etching, an electron beam (EB) drawing method using an electron beam, an electron beam lithography method, a stepper exposure method, and the like.
- EB electron beam
- a highly accurate product can be manufactured.
- a conical shape and a pyramid shape are exemplified. As a result, a film whose refractive index gradually changes at a constant rate is produced.
- the substrate preferably has a support member containing an ultraviolet absorbing component and a polarizing element. Since the substrate has a polarizing element containing iodine, the nanoimprint film obtained in the present invention can be used as an antireflection film disposed on the surface of the LCD, and the support member contains an ultraviolet absorbing component. Therefore, the protective function for the polarizing element is fulfilled.
- the present invention is also an invention of a display device provided with a nanoimprint film obtained by the production method of the present invention on a display surface.
- a display device that is excellent in low reflectivity and has little reflection of external light can be obtained.
- Examples of the display device of the present invention include display devices such as CRT, LCD, PDP, and EL.
- the present invention is also a display device including a nanoimprint film formed on a substrate and having nanometer-sized irregularities on the surface, wherein the substrate includes an ultraviolet absorbing component, and the nanoimprint film has a surface side. It is also a display device that has been cured by only irradiation with ultraviolet rays.
- the nanoimprint film included in the display device of the present invention is made of a material that is cured by ultraviolet irradiation, and the substrate on which the nanoimprint film is formed contains an ultraviolet absorbing component. Therefore, when such a nanoimprint film is cured by ultraviolet irradiation from the back surface, it is difficult to obtain a good film.
- the display device of the present invention has a nanoimprint film formed only by ultraviolet irradiation from the surface side, so that a high-quality film is obtained and excellent in low reflectivity. Moreover, since the base material itself has an ultraviolet absorbing function, a thin surface base material can be produced. Therefore, it can be said that the display device of the present invention is a display device having an ultraviolet absorbing function and low reflectivity and having a thin surface base material.
- the present invention is also a liquid crystal display device including a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, wherein one of the pair of substrates includes a base material and nanostructures formed on the base material.
- the display surface side surface is provided with a nanoimprint film having irregularities of metric size on the surface
- the substrate has a support member containing an ultraviolet absorbing component, and a polarizing element
- the nanoimprint film has ultraviolet rays from the surface side.
- the polarizing plate normally provided in the liquid crystal display device is preferably configured to include a base material having an ultraviolet absorbing component from the viewpoint of the protective function of the polarizing element.
- the nanoimprint film provided in the liquid crystal display device of the present invention is made of a material that is cured by ultraviolet irradiation, and the substrate on which the nanoimprint film is formed contains an ultraviolet absorbing component. Therefore, when such a nanoimprint film is cured by ultraviolet irradiation from the back surface, it is difficult to obtain a good film.
- the liquid crystal display device of the present invention since the liquid crystal display device of the present invention has a nanoimprint film formed only by ultraviolet irradiation from the surface side, a high-quality film is obtained and is excellent in low reflectivity.
- the base material itself has an ultraviolet absorption function, a thin polarizing plate can be produced. Therefore, it can be said that the liquid crystal display device of the present invention is a liquid crystal display device having a polarizing element protection function and low reflectivity and having a thin polarizing plate.
- the UV nanoimprint method can be used without performing backside exposure, it is easy even if the substrate on which the nanoimprint film material is applied absorbs ultraviolet rays. In addition, it is possible to produce a nanoimprint film having high-precision irregularities.
- Example 1 shows an example of a method for producing a nanoimprint film of the present invention.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a manufacturing process of the nanoimprint film produced in Example 1.
- FIG. The manufacturing method of the nanoimprint film in Example 1 will be described below step by step.
- a base material for forming a nanoimprint film is prepared.
- the substrate is a polarizing plate used for a liquid crystal display device or the like.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a polarizing plate used in Example 1.
- the polarizing plate (base material) 20 includes a first TAC film 21 that is one supporting member, a PVA film 22 that is a polarizing element, and a second TAC that is the other supporting member.
- the film 23 has a film structure in which three layers are laminated.
- the PVA film 22 is stretched in the horizontal direction and / or the vertical direction, and iodine is adsorbed and oriented in the stretching direction on the surface of the PVA film 22.
- At least one of the first TAC film 21 and the second TAC film 23 contains an ultraviolet absorber, and when irradiated with ultraviolet rays having a wavelength range of 1 to 400 nm, at a wavelength at the absorption maximum. Absorbs 50% or more of the ultraviolet irradiation amount (J / cm 2 ).
- both the first TAC film 21 and the second TAC film 23 contain an ultraviolet absorber, and both absorb ultraviolet rays at the above ratio.
- Examples of the ultraviolet absorber include organic compounds such as benzophenone compounds, benzotriazole compounds, benzoate compounds, and triazine compounds, and metal oxides such as silicon oxide, titanium oxide, and tin oxide.
- Such an ultraviolet absorber is present in the TAC film in the form of fine particles, for example.
- a polarizing plate 20 is wound into a roll shape, and can be unwound by rotating the base film roll 11.
- the resin material applied in Example 1 is composed of a resin that has a property of being cured when irradiated with ultraviolet rays (ultraviolet curable).
- a resin that has a property of being cured when irradiated with ultraviolet rays (ultraviolet curable).
- a monomer that absorbs ultraviolet rays to initiate polymerization, or ultraviolet rays alone are used. Even if absorbed, polymerization does not start, but a photopolymerization initiator is added, and the photopolymerization initiator absorbs ultraviolet rays and can be used as an active species to initiate polymerization. Initiators, photosensitizers and the like may be added. Examples of the photopolymerization reaction that occurs at this time include radical polymerization and cationic polymerization.
- radical polymerization for example, monofunctional (meth) acrylate and / or polyfunctional (meth) acrylate is used as a polymerizable monomer component, and a radical reaction is initiated by a photopolymerization initiator.
- Examples of monofunctional (meth) acrylates include methyl, ethyl, propyl, butyl, amyl, 2-ethylhexyl, octyl, nonyl, dodecyl, hexadecyl, octadecyl, cyclohexyl, benzyl, methoxyethyl, butoxyethyl, phenoxyethyl, nonylphenoxy Ethyl, tetrahydrofurfuryl, glycidyl, 2-hydroxyethyl, 2-hydroxypropyl, 3-chloro-2-hydroxypropyl, dimethylaminoethyl, diethylaminoethyl, nonylphenoxyethyl tetrahydrofurfuryl, caprolactone modified tetrahydrofurfuryl, isobornyl, di (Meth) acrylate having a substituent such as cyclopentanyl, dicycl
- polyfunctional (meth) acrylate examples include 1,3-butylene glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, Having a substituent such as neopentyl glycol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, tricyclodecane dimethanol, ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, polypropylene glycol ( And (meth) acrylate.
- photopolymerization initiator examples include benzoin isobutyl ether, 2,4-diethylthioxanthone, 2-isopropylthioxanthone, benzyl 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, 2-benzyl-2-dimethylamino-1 -(4-morpholinophenyl) -butan-1-one, bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylpentylphosphine oxide and the like.
- photosensitizer examples include trimethylamine, methyldimethanolamine, triethanolamine, p-diethylaminoacetophenone, ethyl p-dimethylaminobenzoate, isoamyl p-dimethylaminobenzoate, N, N-dimethylbenzylamine and 4 And 4'-bis (diethylamino) benzophenone.
- an epoxy resin containing a cationic polymerization type photopolymerization initiator is used.
- the epoxy resin include bisphenol A-epichlorohydrin type, long chain aliphatic type, glycidyl ester type, glycidyl ether type, alicyclic, brominated, heterocyclic type and the like.
- the cationic polymerization type photopolymerization initiator include sulfonium salts, iodonium salts, diazonium salts and the like.
- the resin material applied at this time preferably has a viscosity that can form the film 30 with a substantially uniform thickness over the entire base film 20, for example, using an organic solvent or the like. It is preferable to proceed to the coating step after the viscosity is properly adjusted by adjusting the viscosity.
- the resin material to be applied is also preferably a material whose viscosity can be easily adjusted by irradiation with ultraviolet rays 13. This improves manufacturing efficiency.
- a preferable viscosity range for uniform application is 1 ⁇ 10 ⁇ 3 to 1 (Pa ⁇ s). By setting it as such a range, a good quality film with little film thickness nonuniformity can be produced.
- the light source a fluorescent lamp, a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, or the like can be used. The light source is appropriately changed according to the material used.
- the base film 20 has a characteristic of absorbing the ultraviolet rays 13, the irradiation of the ultraviolet rays 13 is performed from the surface side of the film 30 in this step. This treatment can be performed at room temperature.
- Irradiation with ultraviolet rays 13 causes photopolymerization within the ultraviolet curable resin film and proceeds with curing, so that the viscosity of the applied film 30 is improved.
- the process of completely curing the film 30 is not performed, but only semi-curing is performed.
- the degree of curing at this time is preferably set so that 40 to 60% by weight of the entire resin is cured so that the next uneven treatment can be performed satisfactorily. Since an appropriate value of the irradiation amount of the ultraviolet ray 13 varies depending on the material used, for example, it is set appropriately by using it as a reference value according to the irradiation conditions of 300 to 3000 J / cm 2 for irradiation in the following fourth step.
- the material of the film 30 is preferably a material whose viscosity can be controlled by the amount of ultraviolet irradiation. Moreover, it is preferable that it is a material with a fixed width
- the mold roll 15 is a cylindrical body having a conical (cone shape) or pyramid-shaped unevenness with a width between vertices of 50 to 500 nm and a depth of 50 to 1000 nm formed on the outer peripheral surface.
- the depth of the mold roll 15 is 50 to 500 nm.
- the depth of the mold roll and the depth of the unevenness formed on the film may differ depending on the type of the release agent used for improving the releasability during imprinting.
- the dimensions of the cylinder are, for example, an inner diameter of 250 mm, an outer diameter of 260 mm, and a length of 400 mm.
- such a mold roll 15 is obtained by cutting and polishing a cylindrical aluminum tube produced by extrusion, and then performing aluminum anodic oxidation and etching on the smooth aluminum surface of the obtained polished aluminum tube. It can produce by repeating 3 times.
- the mold roll 15 is produced by simultaneously anodizing and etching the outer periphery of a cylindrical aluminum tube, and has a seamless (seamless) structure. Therefore, according to such a mold roll, seamless nanometer-sized irregularities can be continuously transferred to the film 30.
- a cylindrical pinch roll 16 is disposed at a position where the base film 20 is in contact with the outer peripheral surface of the mold roll 15 so as to face the outer peripheral surface of the mold roll 15. At this position, the base film 20 is sandwiched between the mold roll 15 and the pinch roll 16, and the mold roll 15 and the film 30 are pressed and adhered, whereby the surface shape of the mold roll 15 is transferred to the surface of the film 30. As a result, a film 40 having irregularities on the surface is formed.
- the width of the base film 20 is smaller than the length of the mold roll 15 and the pinch roll 16.
- the pinch roll 16 is made of rubber. After the concavo-convex shape is transferred to the surface of the film 30, the base film 20 proceeds toward the pinch roll 17 along the outer peripheral surface of the mold roll 15, and proceeds to the next step through the pinch roll.
- irradiation with ultraviolet rays 18 is performed as a curing process.
- the amount of ultraviolet irradiation at the time of curing needs to be appropriately changed depending on the material used, but is usually in the range of 300 to 3000 (mJ / cm 2 ).
- the curing treatment performed at this time is preferably performed by ultraviolet irradiation as in the second step because the material of the film 40 has ultraviolet curing properties.
- the base film 20 has the characteristic which absorbs an ultraviolet-ray in Example 1, the irradiation of the ultraviolet-ray 18 is performed from the surface side of the film
- the irradiation with the ultraviolet rays 18 is preferably performed in a nitrogen atmosphere.
- the type of curing treatment is not particularly limited.
- the material of the film 40 when the material of the film 40 has thermosetting properties, it may be cured by heat treatment, and the material of the film 40 has visible light curing properties. If it has, it may be cured by irradiation with visible light. Therefore, in the fourth step, a plurality of these treatments may be performed in combination.
- the material of the film 40 preferably has both ultraviolet curable properties and thermosetting properties.
- the process of performing the irradiation of the light which has the wavelength range of both an ultraviolet-ray and visible light performed combining ultraviolet irradiation and a heating, combining visible light irradiation and a heating, is mentioned. Thereby, it becomes possible to shorten process time.
- the film 40 is cured, the uneven shape formed on the surface is fixed, so that the nanoimprint film is completed.
- the lamination film supplied from the lamination film roll 51 is bonded to the surface side of the film 40 by the pinch roll 52.
- the laminated film 50 of the base film, the nanoimprint film, and the lamination film is wound to produce the laminated film roll 53.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the nanoimprint film produced in Example 1.
- (A) is the cross-sectional structure of a nanoimprint film
- (b) shows the refractive index of the light which injects into a nanoimprint film.
- the nanoimprint film 40 produced in Example 1 is composed of a bottom surface portion 41 on which unevenness is not formed and a nanometer-sized uneven portion 42 formed on the surface.
- the shape of each of the irregularities is a tapered pyramid shape or a cone shape.
- Such a concavo-convex portion 42 is formed with a width between adjacent concavo-convex vertices of 50 to 500 nm.
- the reflectance on the film surface can be greatly reduced by adjusting the width between the apexes of the adjacent irregularities.
- the height of the unevenness is 50 to 500 nm. By setting it as this range, the reflectance on the film surface can be greatly reduced.
- the nanoimprint film 40 produced in Example 1 can realize low reflection. As light travels from one medium to another, it refracts at the interface of these media. The degree of refraction is determined by the refractive index of the medium through which light travels. For example, it has a refractive index of about 1.0 for air and about 1.5 for resin. As described above, in Example 1, the unevenness 42 formed on the surface of the nanoimprint film 40 has a pyramidal or conical shape, that is, gradually increases in width toward the tip of the unevenness. It has a shape that becomes smaller. Therefore, as shown in FIG.
- the refractive index of the film constituting material (from about 1.0 for the resin) from the refractive index of air is about 1.0. Up to 5), it can be considered that the refractive index continuously increases gradually. Since the amount of reflected light is proportional to the difference in refractive index between the media, the reflectance on the film surface can be greatly reduced by making the light refractive interface virtually non-existent in this way. .
- Such a surface structure is generally called a “moth eye structure”.
- the polarizing plate (laminated film) 50 includes a first TAC film 21 that is one supporting member, a PVA film 22 that is a polarizing element, and a second supporting member that is the other supporting member.
- the TAC film 23 and the nanoimprint film 40 having nanometer-sized irregularities on the surface thereof are laminated.
- a polarizing plate 50 is, for example, a liquid crystal capable of reducing reflection of external light on the display surface by disposing the nanoimprint film on the display surface of the liquid crystal display device so that the nanoimprint film is positioned on the display surface side.
- the liquid crystal display device can be a display device.
- an array substrate, a liquid crystal layer, and a color filter substrate are arranged in this order toward the display surface, and a polarizing plate is provided on each surface of the array substrate and the color filter substrate.
- the nanoimprint film as the antireflection film is attached to the surface of the polarizing plate on the color filter substrate on the display surface side.
- the TAC films 21 and 23 as the base material themselves have an ultraviolet absorption function, the thickness of the polarizing plate 50 is thin, and the entire apparatus is thinned.
- the liquid crystal display device produced in Example 1 is a liquid crystal display device that has a polarizing element protection function and low reflectivity, and has a thin polarizing plate (surface base material).
- FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of a nanoimprint film produced in Example 1.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a polarizing plate used in Example 1.
- FIG. It is a cross-sectional schematic diagram of the nanoimprint film produced in Example 1, (a) shows the cross-sectional structure of a nanoimprint film, (b) shows the refractive index of the light which injects into a nanoimprint film.
- 1 is a schematic cross-sectional view showing a polarizing plate provided with a nanoimprint film produced in Example 1.
- Base film roll 12 Die coater 13: Ultraviolet ray (second step) 14, 16, 17, 52: Pinch roll 15: Mold roll 18: Ultraviolet light (fourth step)
Abstract
本発明は、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。本発明のナノインプリントフィルムの製造方法は、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。
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 (9)
- 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。 - 前記第三工程では、金型を膜の表面に押し当て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、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２又は３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２～４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１～５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。
- 請求項１～６のいずれかに記載の製造方法で作製されたナノインプリントフィルムを表示面に備えることを特徴とする表示装置。
- 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、
該基材は、紫外線吸収成分を含み、
該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ことを特徴とする表示装置。 - 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、
該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、
該基材は、紫外線吸収成分を含む支持部材と、偏光素子とを有し、
該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
ことを特徴とする液晶表示装置。
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