ナノ構造化表面を有するコーティングされた偏光子、及びこれを作製する方法

ランダムなナノ構造化異方性主表面を有するナノ構造化物品。

【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
光が1つの媒体から他へと移動するときは、光の一部が2つの媒体の間の境界面から反射される。例えば、典型的には、透明なプラスチック基材上で光っている光の約4〜5%が上面で反射される。
【0002】
高分子材料の反射を低減するために、異なるアプローチが採用されている。1つのアプローチは、反射防止コーティング、例えば、反射を低減するために、対照的な屈折率の交互の層を備える、透明な薄膜構造体からなる多層反射コーティングを使用することである。しかしながら、反射防止コーティング技術を使用して、広域反射防止を達成することは困難である。
【0003】
他のアプローチは、広帯域反射防止のために、サブ波長表面構造体(例えばサブ波長スケールの表面グレーティング)を使用することを伴う。例えば、リソグラフィによる、サブ波長表面を生成するための方法は、複雑かつ高価となる傾向がある。加えて、サブ波長スケール表面格子を有する、ロールツールプロセスから一定の低反射広域反射防止(すなわち、0.5%未満の可視範囲にわたる平均反射率)を得ることは困難である。一方で、高性能の、比較的低い反射率(すなわち、0.5%未満の可視範囲にわたる平均反射率)、比較的低い複屈折(すなわち、200nm未満の光学遅延値を有する)の反射紡糸物品が、光学フィルム用途のために所望される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
液晶ディスプレイ(LCD)装置といった表示装置は、コンピュータのモニター、テレビ、手持ち式装置、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラを含む種々の用途に使用されている。LCD装置は、より軽量で、より小型で、より電力が小さいという点で、ブラウン管を採用する従来のディスプレイ装置を上回る利点を複数提供する。LCDパネルは、典型的には、像が生成されるように、パネルに光学的に結合される1つ以上の線光源又は点光源によってバックライトを当てられる。光学フィルムは一般的にディスプレイ装置で使用される。バックライト付きディスプレイ装置の場合、均一な高輝度を有するディスプレイを作るために、数多くの異なる光学フィルムが使われることが多い。例えば、光源から伝搬する光を再利用し、位置合わせするために、反射性偏光子フィルムが光源とディスプレイパネルとの間に位置付けられることがあり、それによってこれらは前側偏光フィルムに対して同じ偏光となり、光使用の効率性を向上させ、したがって光学ゲインと称されるものを提供する。反射性偏光子フィルムの表面反射を低減することにより、バックライトの再利用中の透過ごとの光透過率が向上し、したがって、光の使用を有意に、効果的に改善する。したがって、ディスプレイ用途のための、反射性偏光子フィルムを有する、高性能ナノ構造化反射防止フィルムの開発に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
別の態様において、本開示は、
対向する第1及び第2主表面を有する偏光子(例えば、吸収性又は反射性偏光子)と、
偏光子の第1表面上に配置されたナノ構造化物品であって、ナノ構造化物品はマトリックス及びナノスケール分散相を含み、ランダムなナノ構造化異方性表面を有する、ナノ構造化物品とを含む、複合物を提供する。いくつかの実施形態において、ナノ構造化物品は、全ての方向において0.05未満の反射率の差を有する。いくつかの実施形態において、ナノ構造化異方性表面は、0.5%未満(又は更に0.25%未満)のパーセント反射率を有する。
【0006】
別の態様において、本開示は、本明細書において記載される複合物を作製する方法を提供し、本方法は、
対向する第1及び第2主表面を有する偏光子(例えば、吸収性又は反射性偏光子)を提供する工程と、
偏光子の第1主表面上に、マトリックス材料及びマトリックス材料内のナノスケール分散相を含むコーティング可能な組成物をコーティングする工程と、
任意によりコーティングを乾燥させて(及び任意により乾燥したコーティングを硬化させて)、マトリックス及びマトリックス内のナノスケール分散相を含む物品を提供する工程と、
物品の主表面を反応性イオンエッチングに暴露する工程とを含み、このイオンエッチングは、
真空容器内の円筒形電極上に物品を配置する工程、
所定の圧力(例えば、1ミリトール〜20ミリトール(0.13〜2.67パスカル)の範囲で)でエッチング用ガスを真空容器に導入する工程、
円筒形電極と対向電極との間にプラズマ(例えば、酸素プラズマ)を生成する工程、
円筒形電極を回転させて偏光子を移動させる工程、及び
コーティングを異方性エッチングしてランダムなナノ構造化異方性表面を提供する工程を含む。
【0007】
本出願では、
ナノ構造化物品の「全ての方向における屈折率の差」は、本明細書において使用するとき、バルクナノ構造化物品の全ての方向における屈折率を指す。
【0008】
「ナノスケール」は、サブマイクロメートル(例えば、約1nm〜約500nmの範囲で)を意味する。
【0009】
「ナノ構造化」とは、ナノスケールの1つの寸法を有することを意味し、「異方性表面」とは、約1.5:1以上(好ましくは2:1以上、より好ましくは5:1以上)の比率の高さ対幅を有する構造的凹凸を有する表面を意味する。
【0010】
「プラズマ」は、電子、イオン、中性分子、及びフリーラジカルを含有する物質の、部分的にイオン化されたガス又は液体状態を意味する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本開示において有用なコーティング装置の第1の部分斜視図。
【図2】異なる視点からとられた、図1の装置の第2の部分斜視図。
【図3】そのガス含有チャンバから取り外された、コーティング装置の他の実施形態の部分斜視図。
【図4】異なる視点からとられた、図3の装置の第2の部分斜視図。
【図5】本明細書において開示される代表的な反射防止層を使用するディスプレイの概略的断面図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
典型的には、本明細書において記載されるナノ構造化物品は、その上にナノ構造化異方性表面を有するミクロ構造化表面を含む。
【0013】
典型的には、本明細書において記載されるナノ構造化物品は、マトリックス(すなわち、連続的な相)及びマトリックス内のナノスケールの分散相を含む。ナノスケール分散相に関しては、寸法は、ナノスケール分散相の最小寸法は約100nm未満であるものとする。マトリックスは例えば、高分子材料、液体樹脂、無機材料、又は合金、あるいは固溶体(混和性ポリマーを含む)を含むことができる。マトリックスは例えば、架橋材料(例えば、架橋材料は、架橋可能な材料マルチ(メタ)アクリレート、ポリエステル、エポキシ、フルオロポリマー、ウレタン又はシロキサン(これらは、これらのブレンド又はコポリマーを含む)の少なくとも1つを架橋することによって作製された)又は熱可塑性材料(例えば、以下のポリマー、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリレート、ポリエステル、ナイロン、シロキサン、フルオロポリマー、ウレタン、環状オレフィンコポリマー、トリアセテートセルロース、又はジアクリレートセルロース(これらは、これらのブレンド又はコポリマーを含む)の少なくとも1つ)を含み得る。他のマトリックス材料は、酸化ケイ素又は炭化タングステンの少なくとも一方を含み得る。
【0014】
有用な高分子材料には、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂が挙げられる。好適な熱可塑性樹脂には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、熱可塑性ポリウレタン、ポリビニルアセテート、ポリアミド、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリエチレンナフタレート、スチレンアクリロニトリル、シリコーンポリオキサミドポリマー、トリアセテートセルロース、フルオロポリマー、環状オレフィンコポリマー、及び熱可塑性エラストマーが挙げられる。
【0015】
好適な熱硬化性樹脂には、アリル樹脂((メタ)アクリレート、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、及びポリエーテルアクリレートを含む)、エポキシ、熱硬化性ポリウレタン、シリコーン、又はポリシロキサン等が挙げられる。これらの樹脂は、対応するモノマー及び/又はオリゴマーを含む、重合性組成物の反応生成物から形成され得る。
【0016】
一実施形態では、重合性組成物は少なくとも1つのモノマー又はオリゴマーの(メタ)アクリレート、好ましくはウレタン(メタ)アクリレートを含む。典型的には、モノマー又はオリゴマーの(メタ)アクリレートはマルチ(メタ)アクリレートである。用語「(メタ)アクリレート」は、アクリル及びメタクリル酸のエステルを指すために使用され、「マルチ(メタ)アクリレート」は、一般に、(メタ)アクリレートポリマーと呼ばれる、「ポリ(メタ)アクリレート」と反対に、1つ以上の(メタ)アクリレート基を含有する分子を指す。最も多く、マルチ(メタ)アクリレートは、ジ(メタ)アクリレートであるが、トリ(メタ)アクリレート、テトラ(メタ)アクリレート等を採用することも意図されている。
【0017】
好適なモノマー又はオリゴマーの(メタ)アクリレートは、アルキル(メタ)アクリレート類、例えばメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、1−プロピル(メタ)アクリレート、及びt−ブチル(メタ)アクリレートが挙げられる。アクリレートは、(メタ)アクリル酸の(フルオロ)アルキルエステルモノマー、部分的及び/又は全体的にフッ素化されているモノマー(例えばトリフルオロエチル(メタ)アクリレート)を含んでもよい。
【0018】
市販のマルチ(メタ)アクリレート樹脂の例としては、例えば、三菱レイヨン株式会社(東京、日本)から、商標名「DIABEAM」として、Nagase & Company,Ltd.(New York,NY)から商標名「DINACOL」として、新中村化学工業株式会社(和歌山、日本)から商標名「NK ESTER」として、Dainippon Ink & Chemicals,Inc,(東京、日本)から商標名「UNIDIC」として、東亞合成株式会社(東京、日本)から商標名「ARONIX」として、NOF Corp.(White Plains,NY)から商標名「BLENMER」として、日本化薬株式会社(東京、日本)から商標名「KAYARAD」として、共栄社化学株式会社(大阪、日本)から商標名「LIGHT ESTER」及び「LIGHT ACRYLATE」として、入手可能であるものが挙げられる。
【0019】
オリゴマーのウレタンマルチ(メタ)アクリレートは、例えば、Sartomer(Exton,PA)から商標名「PHOTOMER 6000 Series」(例えば、「PHOTOMER 6010」及び「PHOTOMER 6020」)、及び「CN 900 Series」(例えば、「CN966B85」、「CN964」及び「CN972」)から市販されている。オリゴマーのウレタン(メタ)アクリレートもまた、例えば、Cytec Industries Inc.(Woodland Park,NJ 07424)から、商標名「EBECRYL 8402」、「EBECRYL 8807」及び「EBECRYL 4827」として入手可能である。オリゴマーウレタン(メタ)アクリレートはまた、ポリオールを有する式OCN−R−NCOのアルキレン又は芳香族ジイソシアネートの初期反応によって調整され得る。最も多く、ポリオールは、化学式HO−R−OHのジオールであり、式中、Rは、C2−100アルキレン又はアルキレン基であり、RはC2−100アルキレン基である。この中間生成物は、次いで、ウレタンジオールジイソシアネートであり、これは続いて、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートと反応し得る。好適なジイソシアネートには、2,2,4−トリメチルヘキシレンジイソシアネート及びトルエンジイソシアネートが挙げられる。アルキレンジイソシアネートが一般的に好ましい。このタイプの特定の好ましい化合物は、2,2,4−トリメチルヘキシレンジイソシアネート、ポリ(カプロラクタム)ジオール、及び2−ヒドロキシエチルメタクリレートから調製することができる。少なくともいくつかの場合では、ウレタン(メタ)アクリレートが好ましい脂肪族である。
【0020】
重合性組成物は、同じ又は異なる反応性官能基を有する、様々なモノマー及び/又はオリゴマーの混合物であってもよい。(メタ)アクリレート、エポキシ、及びウレタンを含む、少なくとも2つの異なる官能基を含む重合性組成物が使用されてもよい。異なる機能性が、異なるモノマー部分及び/又はオリゴマー部分に、又は同じモノマー部分及び/又はオリゴマー部分に含まれてもよい。例えば、樹脂組成物は、エポキシ基及び/又はヒドロキシ基を側鎖に有する、アクリル又はウレタン樹脂、アミノ基を有する組成物、分子内にエポキシ基又はアミノ基を有するシラン化合物を含んでもよい。
【0021】
熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化、光硬化(化学線による硬化)及び電子ビーム硬化などの従来の方法を使用する重合性である。一実施形態では、樹脂は、それを紫外線(UV)及び/又は可視光に露出されることによって光重合する。従来の硬化剤及び/又は触媒が、重合性組成物内で使用されてもよく、かつ組成物内の官能基に基づいて選択される。複数の硬化機能性が使用される場合は、複数の硬化剤又は触媒が必要となる場合がある。熱硬化、光硬化、電子ビーム硬化など、1つ又は2つ以上硬化技法を組み合わせることは、本開示の範囲内である。
【0022】
更に、重合性樹脂は、少なくとも1つの他のモノマー及び/又はオリゴマー(すなわち、上記のもの以外、すなわちモノマー又はオリゴマーの(メタ)アクリレート及びオリゴマーのウレタン(メタ)アクリレート)を含む組成物であってもよい。この、他のモノマーは、粘度を低減させ、及び/又はサーモメカニカル特性を向上させ、及び/又は屈折率を増加させる。これらの特性を有するモノマーには、アクリルモノマー(すなわち、アクリレート及びメタクリレートエステル、アクリルアミド、及びメタクリルアミド)、スチレンモノマー、並びにエチレン性不飽和窒素複素環が挙げられる。
【0023】
他の官能基を有する(メタ)アクリレートエステルが有用である。このタイプの化合物は、2−(N−ブチルカルバミル)エチル(メタ)アクリレート、2,4−ジクロロフェニルアクリレート、2,4,6−トリブロモフェニルアクリレート、トリブロモフェノキシルエチル(tribromophenoxylethyl)アクリレート、t−ブチルフェニルアクリレート、フェニルアクリレート、フェニルチオアクリレート、フェニルチオエチルアクリレート、アルコキシル化フェニルアクリレート、イソボルニルアクリレート及びフェノキシエチルアクリレートによって例示される。テトラブロモビスフェノールAジエポキシド及び(メタ)アクリル酸の反応生成物もまた好適である。
【0024】
他のモノマーもまた、モノマーのN置換又はN,N−二置換(メタ)アクリルアミド、特にアクリルアミドであってもよい。これらとしては、N−アルキルアクリルアミド及びN,N−ジアルキルアクリルアミド、特にC1〜4アルキル基を含有するものが挙げられる。例には、N−イソプロピルアクリルアミド、N−t−ブチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミドがある。
【0025】
他のモノマーは更に、ポリオールマルチ(メタ)アクリレートであってもよい。そのような化合物は典型的に、2〜10の炭素原子を含有する、脂肪族ジオール、トリオール、及び/又はテトラオールから調製される。好適なポリ(メタ)アクリレートの例は、エチレングリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクレート、2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオールトリアクリレート(トリメチロールプロパントリアクリレート)、ジ(トリメチロールプロパン)テトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、相当するメタクリレート、及び前述のポリオールのアルコキシル化(通常はエトキシル化)誘導体の(メタ)アクリレートである。2つ以上のエチレン性不飽和基を有するモノマーは架橋剤としての働きをすることができる。
【0026】
他のモノマーとして使用に適したスチレン化合物には、スチレン、ジクロスチレン、2,4,6−トリクロロスチレン、2,4,6−トリブロモスチレン、4−メチルスチレン及び4−フェノキシスチレンが挙げられる。エチレン性不飽和窒素複素環には、N−ビニルピロリドン及びビニルピリジンが挙げられる。
【0027】
放射線硬化性材料中の構成成分の比率は様々であってもよい。一般に、有機成分は、任意の残部である他のモノマー及び/又はオリゴマーを備えて、約30〜100%モノマー及び/若しくはオリゴマー(メタ)アクリレート、又はオリゴマーウレタンマルチ(メタ)アクリレートを含むことができる。
【0028】
表面平滑剤がマトリックスに添加されてもよい。平滑剤は、マトリックス樹脂の平滑化に使用されるのが好ましい。例には、シリコーン系平滑剤、アクリル系平滑剤、及びフッ素含有平滑剤が挙げられる。一実施形態では、シリコーン平滑剤は、ポリオキシアルキレン基が添加されるポリジメチルシロキサンを含む。
【0029】
マトリックスに有用な無機材料には、ガラス、金属酸化物、及びセラミックスが挙げられる。好ましい無機材料には、酸化ケイ素、ジルコニア、五酸化バナジウム、及び炭化タングステンが挙げられる。
【0030】
ナノスケール分散相は、マトリックス内にランダムに分散した非連続相である。ナノスケール分散相は、ナノ粒子(例えば、ナノスフェア、ナノキューブなど)、ナノチューブ、ナノ繊維、かご状分子、多分岐分子、ミセル又は逆ミセルを含み得る。好ましくは、分散相は、ナノ粒子又はかご状分子を含み、より好ましくは、分散相はナノ粒子を含む。ナノスケール分散相は、会合しているか、会合していないか又は両方である。他のスケール分散相は、良好に分散され得る。良好に分散している、とは、凝集が殆ど無いことを意味する。
【0031】
ナノ粒子は、約1nm〜約100nmの範囲の平均径を有する。いくつかの実施形態において、ナノ粒子は、100nm未満の平均粒径を有する(いくつかの実施形態においては5nm〜40nmの範囲)。用語「ナノ粒子」は本明細書においては更に、約100nm未満の直径を有するコロイド状(主要粒子又は会合粒子)を意味するものとして定義され得る。本明細書で使用するとき、用語「会合した粒子」は、凝集及び/又は粒塊される2つ又はそれ以上の一次粒子の群を指す。本明細書において使用するとき、用語「凝集した」は、互いに化学的に結合し得る主要粒子間の強い会合を表す。凝集体のより小さい粒子への分解は、達成が困難である。用語「凝集した」とは、本明細書において使用するとき、電荷又は極性によって互いに保持され得、より小さい要素へと分解し得る、主要粒子の弱い会合を表す。用語「主要粒径」とは、本明細書において、非会合単一粒子の寸法として定義される。ナノスケール分散相の大きさ又は寸法は、電子顕微鏡法(すなわち、例えば透過型電子顕微鏡法(TEM))によって決定され得る。
【0032】
分散相のナノ粒子は、炭素、金属、金属酸化物(例えば、SiO、ZrO、TiO、ZnO、ケイ酸マグネシウム、インジウムスズ酸化物、及びアンチモンスズ酸化物)、炭化物、窒化物、ホウ化物、ハロゲン化合物、フルオロカーボン固体(例えば、ポリ(テトラフルオロエチレン))、カーボネート(例えば、炭化カルシウム)及びこれらの混合物を含み得る。いくつかの実施形態において、ナノスケール分散相は、少なくともSiOナノ粒子、ZrOナノ粒子、TiOナノ粒子、ZnOナノ粒子、Alナノ粒子、炭酸カルシウムナノ粒子、ケイ酸マグネシウムナノ粒子、インジウムスズ酸化物ナノ粒子、アンチモンスズ酸化物、ポリ(テトラフルオロエチレン)ナノ粒子又はカーボンナノ粒子を含む。金属酸化物ナノ粒子は、完全に圧縮され得る。金属酸化物ナノ粒子は、結晶質であり得る。
【0033】
典型的には、ナノ粒子/ナノ分散相は、約1重量%〜約60重量%の範囲(好ましくは約10重量%〜約40重量%の範囲)の量でマトリックス中に存在する。典型的に、堆積を基準として、ナノ粒子/ナノ分散相は、約0.5重量%〜約40重量%の範囲(好ましくは約5重量%〜約25重量%の範囲、より好ましくは約1重量%〜約20重量%の範囲、及びより好ましくは約2重量%〜約10重量%の範囲)の量でマトリックス中に存在するが、これらの範囲外の量もまた有用であり得る。
【0034】
代表的なシリカが、例えば、Nalco Chemical Co.(Naperville,IL)から、商標名「NALCO COLLOIDAL SILICA」(例えば、製品1040、1042、1050、1060、2327及び2329)として、市販されている。代表的なヒュームドシリカとしては、例えば、Evonik Degusa Co.(Parsippany,NJ)から商標名「AEROSIL series OX−50」、並びに製品番号−130、−150及び−200として、及びCabot Corp.(Tuscola,IL)から、商標名「CAB−O−SPERSE 2095」、「CAB−O−SPERSE A105」及び「CAB−O−SIL M5」として市販のものが挙げられる。他のコロイド状シリカは、Nissan Chemicalsから商標名「IPA−ST」、「IPA−ST−L」及び「IPA−ST−ML」として得ることができる。代表的なジルコニアは、例えば、Nalco Chemicalから、商標名「NALCO OOSSOO8」として入手可能である。
【0035】
任意により、ナノ粒子は、表面改質されたナノ粒子である。好ましくは、表面処理は、粒子が重合性樹脂中に良好に分散されて、実質的に均質な組成物を生じるように、ナノ粒子を安定させる。更に、安定した粒子が硬化中に、重合性樹脂と共重合又は反応できるように、ナノ粒子は、その表面の少なくとも一部分を表面処理剤で改質されてもよい。
【0036】
ナノ粒子は、好ましくは表面処理剤で処理される。一般に、表面処理剤には、粒子表面に結合(共有結合、イオン結合、又は、強力な物理吸着による結合)することになる第1の末端部と、粒子に樹脂との相溶性をもたらすか、及び/又は、硬化中に樹脂と反応する、第2の末端部が備わっている。表面処理剤の例としては、アルコール類、アミン類、カルボン酸類、スルホン酸類、ホスホン酸類、シラン類、及びチタネート類が挙げられる。好ましいタイプの処理剤は、金属酸化物表面の化学的性質によりある程度は決定される。シリカに対してはシランが好ましく、ケイ酸質充填剤に対しては他のものが好ましい。ジルコニアのような金属オキシドに対しては、シラン及びカルボン酸が好ましい。表面改質は、モノマーとの混合に続いて又は混合後のいずれかで行うことができる。シランの場合、樹脂へ組み込む前にシランを粒子又はナノ粒子の表面と反応させるのが好ましい。表面改質剤の必要量は、粒子サイズ、粒子タイプ、改質剤の分子量、及び改質剤のタイプのようないくつかの要素に依存する。
【0037】
表面処理剤の代表的な実施形態としては、化合物、例えば、イソオクチルトリ−メトキシ−シラン、N−(3−トリエトキシシリルプロピル)メトキシエトキシ−エトキシエチルカルバメート(PEG3TES)、N−(3−トリエトキシシリルプロピル)メトキシエトキシエトキシエチルカルバメート(PEG2TES)、3−(メタクリロイルオキシ)プロピルトリメトキシシラン、3−アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタクリロイルオキシ)プロピルトリエトキシシラン、3−(メタクリロイルオキシ)プロピルメチルジメトキシシラン、3−(アクリロイルオキシプロピル)メチルジメトキシシラン、3−(メタクリロイルオキシ)プロピルジメチルエトキシシラン、ビニルジメチルエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン(pheyltrimethaoxysilane)、n−オクチルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ビニルメチルジアセトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリフェノキシシラン、ビニルトリ−t−ブトキシシラン、ビニルトリス−イソブトキシシラン、ビニルトリイソプロペノキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、スチリルエチルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、アクリル酸、メタクリル酸、オレイン酸、ステアリン酸、ドデカン酸、2−(2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)酢酸(MEEAA)、β−カルボキシエチルアクリレート、2−(2−メトキシエトキシ)酢酸、メトキシフェニル酢酸、及びこれらの混合物が挙げられる。具体的な代表的なシラン表面改質剤、例えば、OSI Specialties(Crompton South Charleston,WV)から、商標名「SILQUEST A1230」として、市販されている。
【0038】
コロイド状分散中の粒子の表面改質は、種々の方法で実現できる。そのプロセスは、無機分散液と表面改質剤との混合物を伴う。所望により、例えば、1−メトキシ−2−プロパノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、N,N−ジメチルアセトアミド、及び1−メチル−2−ピロリジノンのような共溶媒をこの時点で添加できる。共溶媒は、表面改質剤並びに表面改質された粒子の溶解度を向上できる。無機ゾル及び表面改質剤を含む混合物は、その後、室温又は高温で、混合あり又はなしで、反応される。一方法では、混合物は約85℃で、約24時間反応されてもよく、表面改質されたゾルとなる。別の方法では、金属酸化物が表面改質されているところでは、金属酸化物の表面処理は、好ましくは、粒子表面への酸性分子の吸収を伴う場合がある。重金属酸化物の表面改質は、室温で実施するのが好ましい。
【0039】
シランでのZrOの表面改質は、酸性条件下又は塩基性条件下にて達成することができる。一実施例では、シランは、酸性条件下にて適した時間、加熱される。そのとき、分散体は、アンモニア水(又は他の塩基)と組み合わせられる。この方法は、ZrO表面からの酸対イオンの除去、及びシランとの反応を可能にする。他の方法では、粒子は、分散体から析出され、液相から分離される。
【0040】
あるいは、表面改質剤の組み合わせが有用な可能性があり、薬剤の少なくとも1つは、硬化性樹脂と共重合が可能な官能基を有する。例えば、重合化基は、エチレン性不飽和であるか、又は開環重合を起こす環式官能基であることができる。エチレン性不飽和重合化基は、例えば、アクリレート基又はメタクリレート基、若しくは又はビニル基であることができる。開環重合を起こす環式官能基には一般的に、酸素、イオウ、又は、窒素のようなヘテロ原子が含まれており、好ましくは、エポキシドのように酸素を含有する3員環である。
【0041】
ナノ分散相のための有用なかご状分子には、オリゴマー多面型シルセスキオキサン分子が挙げられ、これは、シリコーン及び酸素のかご様ハイブリッド分子である。オリゴマー多面型シルセスキオキサン(POSS)分子は、組成物及び命名法の共有システムの両方を介して、シリコーンに密接に関連する、連続して発展しているクラス由来である。POSS分子は2つの固有の特徴、(1)化学組成物は、シリカ(SiO)とシリコーン(RSiO)との間の、ハイブリッドで中間体(RSiO1.5)であり、(2)分子はポリマー径に対して物理的に大きく、大部分のポリマーセグメント及びコイルに対して、サイズはほぼ等しい。その結果、POSS分子は、シリカの、可能な最小粒子(約1〜1.5nm)として考えることができる。しかしながら、シリカ又は改質された粘度と異なり、それぞれのPOSS分子は、POSSモノマーをポリマー鎖に重合する又はグラフトするために好適な、共有結合した反応性官能基を含有する。更に、POSSアクリレート及びメタクリレートモノマーは、紫外線(UV)硬化に好適である。高機能性POSSアクリレート及びメタクリレート(例えば、商標名「MA0735」及び「MA0736」としてHybrid Plastics,Inc.(Hattiesburg,MS)から入手可能)は殆どのUV硬化性アクリル及びウレタンアクリルモノマー又はオリゴマーと混和性であり、機械的に耐久性のあるハードコートを形成し、ハードコート中のPOSS分子は有機コーティングマトリックス内に均一に分散されるナノ相を形成する。
【0042】
炭素はまた、ナノ分散相中で、グラファイト、カーボンナノチューブ、バルキーボール(bulky ball)、又はカーボンブラックの形態で、例えば米国特許番号第7,368,161号(McGurranら)に記録されるように使用され得る。
【0043】
ナノ分散相に使用することのできる更なる材料としては、例えば、Ciba Corporation(Tarrytown,NY)の商品名「IRGASTAT P18」及びAmpacet Corporation(Tarrytown,NY)の商品名「AMPACET LR−92967」が挙げられる。
【0044】
ナノ構造化異方性表面は典型的に、少なくとも2:1(いくつかの実施形態においては少なくとも5:1、10:1、25:1、50:1、75:1、100:1、150:1又は更に少なくとも200:1)の高さ対幅比率を有するナノ構造を含む。ナノ構造化異方性表面の代表的なナノ構造としては、ナノピラー若しくはナノカラム、又はナノピラー、ナノカラムを含む連続的なナノ壁部、異方性ナノホール、あるいは異方性ナノポアが挙げられる。好ましくは、ナノ機構は、偏光子とほぼ垂直である、急勾配の側壁を有する。いくつかの実施形態では、ナノ機構の大部分は、分散相材料で末端保護されている。いくつかの実施形態では、ナノ分散相の濃度は、マトリックス内よりも、表面の方が高い。例えば、表面におけるナノ分散相の体積分率は、バルク内の2倍以上であり得る。
【0045】
いくつかの実施形態では、マトリックスは、汚れ及び粒子を引き付けるのを最小限に抑えて、したがって、表面の質を維持するための静電気分散のための材料を含んでもよい。静電気を分散させるための代表的な材料としては、例えば、Lubrizol(Wickliffe,OH)から商標名「STAT−RITE」として入手可能なもの、例えば、X−5091、M−809、S−5530、S−400、S−403及びS−680;H.C.Starck(Cincinnati,OH)の3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホネート(PEDOT/PSS);Tomen America Inc.(New York,NY)から商標名「PELESTAT NC6321」及び「PELESTAT NC7530」の帯電紡糸接着剤;並びに米国特許番号第6,372,829号(Lamanna et al.)及び米国特許出願公開番号第2007/0141329(A1)号(Yang et al.)に記載されているような、非ポリマー性窒素オニウムカチオン及び弱く協働作用する有機フッ素アニオンからなる少なくとも1つのイオン性の塩を含有する静電気防止組成物が挙げられる。
【0046】
ナノ構造化表面は、マトリックスを異方性エッチングすることによって形成され得る。ナノスケールの分散相を含むマトリックスは、例えば、偏光子上のコーティングとして提供されてもよい。分散相を含むマトリックスは、当該技術分野において既知の方法(例えばキャストドラムによるキャスティング硬化、ダイコーティング、フローコーティング、ディップコーティングなど)を使用して、偏光子上にコーティングされ、硬化され得る。コーティングは、約1マイクロメートル超の任意の所望の厚さ(好ましくは約4マイクロメートル超)で調整され得る。更に、コーティングは紫外線、電子ビーム、又は熱によって硬化されてもよい。あるいは、分散相を含むマトリックスは、物品それ自体であってもよい。
【0047】
好適な偏光子は当該技術分野において既知であり、反射性及び吸収性偏光子を含む。様々な偏光フィルムが、本明細書において記載されるナノ構造化物品のための基材として使用され得る。偏光フィルムは、全複屈折光学層、部分複屈折光学層又は全等方光学層の何らかの組み合わせから構成される多層光学フィルムであってよい。光学フィルムは、10個以内の層、数百、又は更には数千の層を有することができる。代表的な多層偏光フィルムとしては、ディスプレイパネルにおいて輝度を向上させる及び/又はグレアを低減させるために、液晶ディスプレイ装置などの、広範な用途において使用されるものが挙げられる。偏光フィルムは、サングラス内で用いて光強度及びグレアを低減できるものを含む偏光子であってもよい。偏光子フィルムは、偏光子フィルム、反射性偏光フィルム、吸収性偏光子フィルム、ディフューザーフィルム、輝度向上フィルム、回転フィルム、ミラーフィルム又はこれらの組み合わせを含み得る。代表的な反射性偏光子フィルムとしては、米国特許番号第5,825,543号(Ouderkirk et al.)、同第5,867,316号(Carlson et al.)、同第5,882,774号(Jonza et al.)、同第6,352,761(B1)号(Hebrink et al.)、同第6,368,699(B1)号(Gilbert et al.)、及び同第6,927,900(B2)号(Liu et al.)、米国特許出願公開番号第2006/0084780(A1)号(Hebrink et al.)及び同第2001/0013668(A1)号(Neavin et al.)、並びにPCT国際公開特許第95/17303号(Ouderkirk et al.)、同第95/17691号(Ouderkirk et al.)、同第95/17692号(Ouderkirk et al.)号、同第95/17699号(Ouderkirk et al.)、同第96/19347号(Jonza et al.)、同第97/01440号(Gilbert et al.)、同第99/36248号(Neavin et al.)、及び同第99/36262号(Hebrink et al.)が挙げられ、これらの開示が本明細書において参照により組み込まれる。代表的な反射性偏光子フィルムはまた、3M Company(St.Paul,MN)により商標名「VIKUITI DUAL BRIGHTNESS ENHANCED FILM(DBEF)」、「VIKUITI BRIGHTNESS ENHANCED FILM(BEF)」、「VIKUITI DIFFUSE REFLECTIVE POLARIZER FILM(DRPF)」、「VIKUITI ENHANCED SPECULAR REFLECTOR(ESR)」及び「ADVANCED POLARIZER FILM(APF)」として販売される市販の光学フィルムが挙げられる。代表的な吸収性偏光フィルムは、例えば株式会社サンリッツ(東京、日本)から商標名「LLC2−5518SF」として市販されている。
【0048】
光学フィルムは、1つ以上の非光学層(すなわち、光学フィルムの光学特性の決定にあまり関与しない層)を有してよい。この非光学層を用いて、例えば、機械的特性、化学的特性、光学的特性等、上記の参考文献に記載されているいずれかの数の追加の特性、引裂き又は穿刺抵抗、耐候性、及び/又は耐溶剤性を付与するか又は向上させてよい。
【0049】
いくつかの実施形態では、ナノスケールの分散相を含むマトリックスの表面は、マイクロ構造化されてもよい。例えば、v型の溝ミクロ構造化表面を有する偏光子(例えば、吸収性又は反射性偏光子)は、任意によりナノ分散相を含む重合可能なマトリックス材料でコーティングされ、かつプラズマエッチングによって処理されて、v型の溝ミクロ構造化表面上にナノ構造を形成してもよい。他の実施例は、米国特許番号第7,378,136号(Pokorny et al.)に記録される、溶媒蒸発プロセスの制御により多溶媒コーティング溶液から得られる、微細ミクロ構造化表面、若しくは米国特許番号第7,604,381号(Hebrink et al.)に記録されるミクロ複製方法による構造化表面、又は例えば電場及び磁場により誘発される他の任意の構造化表面を含む。
【0050】
化学反応性プラズマを使用して、マトリックスは異方性にエッチングされる。RIEプロセスは、例えば、電磁場によって真空条件下でプラズマを生成することを伴う。プラズマからの高エネルギーイオンが、マトリックス材料に衝突する、すなわちエッチングする。
【0051】
典型的なRIEシステムは、2つの平行な電極(通電電極すなわち「サンプルキャリア電極」)、及びイオンを向けて加速する電場を作製する対向電極を備える真空チャンバからなる。通電電極は、チャンバの底部分にあり、チャンバの残りから電気的に単離されている。ナノ構造化される物品又はサンプルは、通電電極上に配置されている。反応ガス種は、例えば、チャンバの頂部における小さな入口を介してチャンバに添加されてもよく、チャンバの底部の真空ポンプシステムに出ることができる。プラズマは、RF電磁場を通電電極に印加することによりシステム内に形成される。電磁場は典型的に、13.56MHz発振器を使用して作られるが、他のRF源及び周波数範囲が使用されてもよい。ガス分子は破壊され、プラズマ中にイオン化され、通電電極の方に加速し、サンプルをエッチングすることができる。大きな電圧差は、イオンを通電電極の方に向け、ここではイオンはエッチングされる予定のサンプルと衝突する。大半が、イオンの垂直の送達により、サンプルのエッチングのプロファイルは実質的に異方性である。通電電極は、通電電極に隣接するイオンシースにわたって、大きな電位差を作る対向電極よりも小さいことが好ましい。エッチングは、約100nm超の深さであることが好ましい。
【0052】
プロセス圧力は、典型的に約20ミリトール(2.67Pa)(好ましくは、約10ミリトール(1.33Pa)以下)に、しかし約1ミリトール(0.13Pa)超に維持される。この圧力範囲は、費用効率のよい方法で異方性ナノ構造体の生成に非常に貢献する。圧力が約20ミリトール(2.67Pa)より高いとき、イオンエネルギーの衝突消失効果により、エッチングプロセスはより異方性となる。同様に、圧力が約1ミリトール(0.13Pa)以下であるとき、反応種の数密度における減少のために、エッチング速度は非常に遅くなる。また、ガス真空条件が非常に高くなる。
【0053】
エッチングプロセスのRF電力の電力密度は、好ましくは約0.1ワット/cm〜約1.0ワット/cm(好ましくは、約0.2ワット/cm〜約0.3ワット/cm)の範囲である。
【0054】
使用されるガスの種類及び量は、エッチングされるマトリックス材料によって決まる。反応性ガス種は、分散相よりはむしろ、マトリックス材料を選択的にエッチングする必要がある。炭化水素のエッチング速度を向上させるために、又は非炭化水素材料エッチングのために、追加のガスが使用されてもよい。SiO、炭化タングステン、窒化ケイ素、アモルファスシリコン等の材料をエッチングするために、例えば、フッ素含有ガス、例えば、パーフルオロメタン、パーフルオロエタン、パーフルオロプロパン、六フッ化硫黄、三フッ化窒素等は、酸素に添加されるか、あるいはそれら自体が導入されてもよい。材料、例えばアルミニウム、イオウ、炭化ホウ素、及びII−VI族からの半導体(カドミウム、マグネシウム、鉛、イオウ、セレン、テルリウム、及びこれらの組み合わせを含む)、及びIII−V族からの半導体(アルミニウム、ガリウム、インジウム、ヒ素、リン、窒素、アンチモン、又はこれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない)をエッチングするために、塩素含有ガスが同様に添加されてもよい。炭化水素ガス、例えばメタンが、ガリウムヒ素、ガリウム、インジウム等の材料をエッチングするために使用されてもよい。不活性ガス、特に、アルゴンなどの重ガスが添加されて、異方性エッチングプロセスを促進してもよい。
【0055】
本発明の方法は連続のロールツーロールプロセスを使用して実施することもできる。例えば、本発明の方法は「円筒形」のRIEを使用して実施することができる。円筒形RIEは、回転している円筒形電極を利用して、本発明の物品の表面上に異方性にエッチングされたナノ構造体を提供する。
【0056】
一般的に、本発明のナノ構造化物品を作製するための円筒形RIEは以下の通り記載され得る。回転可能な円筒形電極(「ドラム電極」)は、高周波(RF)によって通電され、接地した対向電極は減圧容器の内部に提供される。対向電極は減圧容器それ自体を構成してもよい。エッチャントを含むガスは、減圧容器内に供給され、プラズマが着火され、ドラム電極と接地した対向電極との間に維持された。この条件は、十分なイオン衝突がドラムの周囲に垂直に向けられるように、選択される。ナノ分散相を含有するマトリックスを含む連続性物品は、ドラムの周囲において巻き付けられ、マトリックスは、物品の面に垂直な方向でエッチングされ得る。マトリックスは、例えばフィルム若しくはウェブ上などの物品上のコーティングの形態であってもよく、又はマトリックスは物品それ自体であってもよい。物品の露出時間は、得られるナノ構造体の所定のエッチング深さが得られるように制御され得る。プロセスは、約10ミリトール(1.33Pa)の動作圧力で実施されてもよい。
【0057】
図1及び2は、本発明の方法に有用である、円筒形RIE装置を図示する。プラズマ生成及びイオン加速のための一般的な要素は、10として一般に示されている。このRIE装置10は、支持構造体12と、1つ以上のドア18の前側パネル16を含むハウジング14と、1つ以上の区画に分けられた内側チャンバ24をその中に画定する側壁20及び後側プレート22と、回転可能にチャンバ内に取り付けられたドラム26と、回転可能にチャンバ内に取り付けられ、一般に28と称される複数のリール機構と、ドラム26を回転可能に駆動させるための駆動機構37と、チャンバ内に回転可能に取り付けられたアイドラーローラー32と、流体可能にチャンバに接続された真空ポンプ34と、を含む。
【0058】
支持構造体12は、この場合では、垂直に直立した方式で、ハウジング14を望ましい構成で支持するための、当該技術分野において既知の任意の手段である。図1及び図2で示されるように、ハウジング14は、以下でより詳細に記載されるように2部のハウジングであってもよい。本実施形態では、支持構造体12は、装置10を支持するための2部のハウジングのそれぞれの側に取り付けられるクロス支持体40を含む。特に、クロス支持体40は、装置10をそれぞれ移動させ、支持するための、ホイール42及び調整可能なフィート44の両方を含む。図1及び2に示される実施形態では、クロス支持体40は、アタッチメント支持体46を介して、ハウジング14のそれぞれの側に取り付けられる。特に、クロス支持体40は、側壁20の1つに、すなわち底部の側壁に、アタッチメント支持体46を介して接続され、一方でハウジング14の他方の側上のクロス支持体40は、アタッチメント支持体46によって後側プレート22に接続される。更なるクロスバー47が、図1に示されるように装置10の右側にクロス支持体40間に供給される。これは更なる構造的強化をもたらすことができる。
【0059】
ハウジング14は、排気、排気の後に導入されたガスの封じ込め、ガスからのプラズマ生成、イオン加速、及びエッチングすることができる、制御された環境を提供する任意の手段であってもよい。図1及び図2で示されている実施形態では、ハウジング14は前側パネル16、4つの側壁20、及び後側プレート22を含む外壁を有する。外壁は、チャンバ24と示される中空の内部を備える箱を画定する。側壁20及び後側プレート22は、当該技術分野において既知の任意の方法で一緒に締結され、側壁20及び後側プレート22を、チャンバ24の排気、プラズマ生成のための流体の封じ込め、プラズマ生成、イオン加速、及びエッチングを可能にするのに十分な方法で、互いに厳密に固定される。前側パネル16は、基材の搭載及び除荷のため及びメンテナンス実施のためのチャンバ24へのアクセスを提供するように、固定されていない。前側パネル16は、ヒンジ50(又は同等な接続手段)を介して、一対のドア18を画定する側壁20のうちの1つに接続される2つのプレートに分離される。これらのドアは、好ましくは、真空封止の使用によって(例えば、Oリング)側壁20の縁部に封止する。ロック機構52は選択的にドア18を側壁20に固定し、チャンバ24の排気、プラズマ生成のための流体の保管、プラズマ生成、イオン加速、及びエッチングを可能にする方法で、ドア18を壁20に固定することができる任意の機構であってもよい。
【0060】
一実施形態では、チャンバ24は、分離壁54によって2つの区画56及び58に分離される。壁54内の経路又は穴60は、区画間の流体又は基材の経路を提供する。あるいは、チャンバは、1つの区画のみ、又は3つ以上の区画であってもよい。チャンバは1つの区画のみであることが好ましい。
【0061】
ハウジング14は、密閉可能に、ポート62を被覆し、その中で発生しているエッチングプロセスを観察することができる、高圧の、透明なポリマープレート64を備える、複数の観察ポート62を含む。ハウジング14はまた、その中で様々なセンサー(例えば、温度、圧力等)が確保され得る、複数のセンサーポート66を含む。ハウジング14は、それを介して流体が、必要に応じてチャンバ24内に導入され得る導管接続を提供するための入口ポート68を更に含む。ハウジング14はまた、ガス及び液体を送り出すか、ないしは別の方法でチャンバ24から排出することを可能にする、ポンプポート70及び72を含む。
【0062】
ポンプ34は、側部20の1つから、好ましくは底部(図2に示されるように)から延びているように示される。ポンプ34は、ハウジング14内の制御された環境に流体可能に接続される、例えばターボイオンポンプであってもよい。下方の区画58を排気し、その中の圧力を維持するために、他のポンプ、例えば、拡散ポンプ又は低温ポンプが使用されてもよい。エッチング工程中におけるプロセス圧力は、異方性エッチングを提供するために好ましくは約1mトール〜約20mトール(約0.13Pa〜約2.67Pa)の範囲であるように選択される。摺動バルブ73は、この流体接続部に沿って配置され、ポンプ34とハウジング14の内部との間の流体連通を選択的に交差するか、又は遮断することができる。摺動バルブ73は、ポンプポート62が十分に開いて、部分的に開いて、又はポンプ34との流体連通に対して閉じているように、ポンプポート62の上を移動可能である。
【0063】
ドラム26は、環状表面82及び2つの平坦な端面84を備える円筒形電極80である。電極は、任意の導電性材料から作製され得、好ましくは金属(例えば、アルミニウム、銅、スチール、ステンレス鋼、銀、クロム、又はその合金)である。好ましくは、製造の容易さ、低スパッタ収率、及び低コストから、電極はアルミニウムである。
【0064】
ドラム26は、電界が外側に浸透できるようにする、コーティングされていない導電性の領域と、並びに、電界の浸透を防ぐための非導電性の絶縁領域とを含むよう、したがって電極の非絶縁性若しくは導電性部分へのフィルムのコーティングを制限するように更に作製されてもよい。非導電性材料は典型的に絶縁体、例えばポリマー(例えば、ポリテトラフルオロエチレン)である。導電性領域として、小さなチャンネルのみ(典型的にはコーティングされるべき、偏光子の幅)を提供するように、この非導電性の目的を満たす様々な実施形態は、当業者によって想定され得る。
【0065】
図1は、ドラム26の実施形態を示し、コーティングされないまま残り、したがって導電性である環状表面82内の環状チャネル90を除き、ドラム26の環状表面82及び端面84は、非導電性又は絶縁性材料でコーティングされている。更に、暗部シールド86及び88の対は環状表面82上の絶縁材料を被覆し、一部の実施形態では端面84を被覆する。絶縁性材料は、それに沿ってプラズマ生成及び負バイアスが発生し得る電極の表面を限定する。しかしながら、絶縁性材料は、ときにはイオン衝撃によって汚染されるため、暗部シールド86及び88は、絶縁材料の部分又は全てを被覆してもよい。これらの暗部シールドは、アルミニウムなどの金属から作製されてもよいが、これらは、絶縁材料(図示せず)の手段によって電極から分離されているので、導電性作用物質として作用しない、これは、電極へのプラズマの封じ込めを可能にする。
【0066】
ドラム26の別の実施形態は、図3及び図4に示されており、ここではドラム26は、ドラム26の環状表面82に取り付けられた、一対の絶縁性リング85及び87を含む。一部の実施形態では絶縁性リング87は、端面84を被覆するようにも作用するキャップである。ボルト92は、平坦なプレート又はストラップとして具体化された支持手段94を後側プレート22に固定する。ボルト92及び支持体94は、ドラム26の様々な部分を支持するのを促進することができる。一対の絶縁性リング85及び87は、いったん環状表面82に取り付けられると、チャネル90として具体化された、露出した電極部分を画定する。
【0067】
偏光子が適用可能な場合に電極と接触する箇所(すなわち、電極のプラズマ暗部限界に接触する、又は電極のプラズマ暗部限界内(例えば、約3mm))を除き、電極80は、全ての領域において絶縁性材料によって、何らかの方法で被覆される。これは、偏光子と密接して接触することができる露出した電極部分を画定する。電極の残部は、絶縁性材料によって被覆される。電極が通電され、得られるプラズマに対して負にバイアスされたとき、この比較的厚い絶縁性材料は、それが被覆する表面上のエッチングを防ぐ。結果として、エッチングは、被覆されていない領域(すなわち、絶縁性材料で被覆されていない領域、チャネル90)に限定され、これは好ましくは、比較的薄い偏光子によって被覆されている。
【0068】
図1及び図2を参照すると、ドラム26は、磁性流体貫通(ferrofluidic feedthrough)、及び後側プレート22における穴の中に固定される回転継手(rotary union)38(又は同等の機構)を介して後側プレート22に取り付けられる。磁性流体貫通及び回転継手は、真空封止を保持しながら、標準的な冷却剤流体導管及び電気ワイヤから、回転中の回転可能ドラム26の、中空の冷却剤経路及び導電電極それぞれへ、別個の流体及び電気的接続を提供する。回転継手はまた、必要な応力を供給して、ドラムを回転させ、この応力は、ブラシレスDCサーボモーターなど、任意の駆動手段から供給される。しかしながら、後側プレート22並びに導管及びワイヤへのドラム26の接続は、そのような接続を供給することができ、かつ磁性流体貫通及び回転継手に制限されないような任意の手段によって実施されてもよい。かかる磁性流体貫通及び回転継手の一例は、Ferrofluidics Co.(Nashua,N.H.)製の、内径約2インチ(約5cm)の中空のフィードスルーである。
【0069】
ドラム26は、駆動アセンブリ37によって回転可能に駆動され、これは回転運動をドラム26に転換できる任意の機械的及び/又は電気的システムであってもよい。図2に示される一実施形態では、駆動アセンブリ37は、ドラム26に硬く接続されている駆動プーリー39に機械的に接続されている駆動プーリー31で終端する駆動シャフトを備える、モーター33を含む。ベルト35(又は同等の構造体)は、駆動プーリー31からの回転運動を駆動プーリー39に転換する。
【0070】
複数のリール機構28が、後側プレート22に回転可能に取り付けられる。複数の複数のリール機構28は、一対の基材スプール28A及び28Bを備える基材リール機構を含み、一部の実施形態では、一対のスペーシングウェブスプール28C及び28Dを備えるスペーシングウェブリール機構を備える、スペーシングウェブリールと、一対のマスキングウェブスプール28E及び28Fを備えるマスキングウェブリール機構を含み、ここではそれぞれの対は、1つの送達及び1つの巻取りスプールを含む。図2で明らかなように、少なくとも各巻取りリール28B、28D、及び28Fは、エッチング中に、必要に応じて、リールを選択的に回転させる回転応力を供給するための、これに機械的に接続された駆動機構27(例えば、以下に記載のように標準モーター)を含む。更に、選択された実施形態における各送達リール28A、28C、及び28Eは、ウェブ及び/又は駆動機構29に緊張をもたらすためのテンショナーを含む。
【0071】
各リール機構は、送達及び巻取りスプールを含み、これらは、互いに同一又は異なる区画内にあってもよく、これは次いで電極内の同じ区画にあってもよく、あるいはそうでなくてもよい。各スプールは、溝を画定しながら、それぞれの端部から半径方向に延びる、軸方向のロッド及びリムを備える標準的な構造体であり、そこでは、細長い部材(この場合では基材又はウェブ又はウェブ)が巻かれる又は巻き付けられる。各スプールは、後側プレート22を通じて延びる回転可能なステムに密封可能に固定して取り付けられる。スプールが駆動される場合では、ステムはモーター27(例えば、ブラシレスDCサーボモーター)に機械的に接続される。非駆動スプールの場合では、スプールは単に回転可能な方式で、駆動機構29を介して、後側プレート22に連結され、また、ゆるみを防ぐために伸張機構を含んでもよい。
【0072】
RIE装置10はまた、チャンバ内で回転可能に取り付けられるアイドラーローラー32と、このチャンバに流体接続するポンプ34と、含む。アイドラーローラーは、ドラム26上で基材スプール28Aからチャネル90まで、かつチャネル90から巻取り基材スプール28Bまで基材を案内する。更に、スペーシングウェブ及びマスキングウェブが使用され、アイドラーローラー32は、これらのウェブ及び基材を、基材スプール28A及びマスキングウェブスプール28Eからチャネル90に、並びにチャネル90から巻取り基材スプール28B及び巻取りマスキングウェブスプール28Fにそれぞれ案内する。
【0073】
RIE装置10は、磁性流体貫通38を介して、温度制御液を電極80に供給するための温度制御システムを更に含む。温度制御システムは、装置10上に供給されてもよく、又は別の方法としては、別個のシステムから供給されて、温度制御液が、電極80内の経路と流体接続している限り、導管を介して、装置10に送り出されてもよい。温度制御システムは、エッチングのための正確な温度の電極を供給するために必要とされる場合、電極80を加熱するか、又は冷却してもよい。好ましい実施形態では、温度制御システムは、冷却材(例えば、水、エチレングリコール、クロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、及び液化ガス(例えば液体窒素)など)を使用する冷却材システムである。
【0074】
RIE装置10はまた、排気ポート70に流体的に接続された排気ポンプを含む。このポンプはチャンバを排気させることができる、任意の真空ポンプ、例えばルーツ式送風機、ターボ分子ポンプ、拡散ポンプ、低温ポンプであってもよい。更に、このポンプは機械式ポンプによって補助又はバックアップされてもよい。排気ポンプは、装置10上に供給されてもよく、又は別の方法としてあるいは、別個のシステムとして供給され、チャンバに流体接続されてもよい。
【0075】
RIE装置10はまた、薄膜を作製するのに使用される流体を制御する、好ましくはマスフローコントローラーの形態の、流体フィーダーを含み、この流体はチャンバ内に、その排気後に送られる。フィーダーは、装置10上に供給されてもよく、又は別の方法として、別個のシステムとして供給され、チャンバに流体接続されてもよい。フィーダーは、エッチング中に、正確な容積率又は質量流量の流体をチャンバに供給する。エッチング用ガスは、例えば、酸素、アルゴン、塩素、フッ素、炭素、四フッ化物、四塩化炭素、パーフルオロメタン、パーフルオロエタン、パーフルオロプロパン、三フッ化窒素、六フッ化硫黄、メタン等を含むことができる。ガスの混合物は、エッチングプロセスを促進するために有利に使用されてもよい。
【0076】
RIE装置10はまた、電気端子30を介して、電極80に電気的に接続された電源を含む。電源は、装置10上に供給されてもよく、又は別の方法として、別個のシステム上に供給されて、電気端子(図2に示されるように)を介して電極に電気的に接続されてもよい。いずれの場合においても、電源は、十分な電力を供給することができる任意の発電又は送電システムである。(以下の記載を参照。)
様々な電源が可能であるが、RF電力が好ましい。これは、自己バイアスを、適切に構成された通電された電極上に形成するのに、周波数は十分高いが、得られるプラズマに定在波を作るには十分高くないためである。RF電力は、高出力(幅の広いウェブ又は基材、急速なウェブ速度)に対して測定可能である。RF電力が使用されるとき、電極上の負バイアスは、負自己バイアスであり、すなわち電極上に負バイアスを誘発するために使用される、別個の電源は必要ない。RF電力が好ましいため、本記載の残りはそのことについてのみ焦点を当てる。
【0077】
RF電源は、電極80を、0.01〜50MHz、好ましくは13.56MHzの範囲で、又は任意の、その整数倍(例えば1、2、又は3倍)の範囲の周波数で通電する。このRF電力は電極80に供給されると、チャンバ内のガスからプラズマを作る。RF電源は、同軸送電線を通じて効果的にRF電力を送電するように、電力供給のインピーダンスが、送電線のインピーダンス(通常は50オーム抵抗)と一致するように働くネットワークを介して、電極に接続された13.56MHz発振器などのRF発生装置であってもよい。
【0078】
RF電力を電極に適用すると、プラズマが確立される。15RFプラズマでは、通電した電極は、プラズマに対して負バイアスとなる。このバイアスは一般的に、500ボルト〜1400ボルトの範囲である。このバイアスはプラズマ内のイオンを電極80に向けて加速させる。加速するイオンは、以下により詳細に記載されるように、電極80と接触する。
【0079】
操作時に、エッチングがその上に望ましい基材の全体スプールが、スプール28Aとしてステムの上に挿入される。図1及び図2では、スプールは下方の区画58に配置されており、一方で、エッチングは上方の区画56で生じているため、これらのスプールへのアクセスは下方のドア18を通じて供給される。更に、エッチングが生じた後に、巻取りスプールとして機能するように、空のスプールが、スプール28Bとして、スプールを保持する基材と反対側で締結される。
【0080】
スペーサーウェブが、巻き付け又は巻き出し中に基材を弛緩させるために必要とされており、スペーサーウェブ送達及び/又は巻取りスプールは、スプール28C及び28Dとして供給されてもよい(図中に示される特定の場所内のスプールの位置は問題ではない)。同様に、エッチングが、パターン、あるいは部分的な方式で必要とされる場合に、マスキングウェブが、スプール28Eとして入力スプール上に配置され、空のスプールが、スプール28Fとして巻取りスプールとして配置される。
【0081】
基材若しくはウェブを備えたスプール、及びこれらを備えないスプールの全てが配置された後、その上でエッチングが生じる基材は、織られるか、あるいは巻取りリールにシステムを介して引っ張られる。スペーサーウェブは概して、システムを介して織られていないが、代わりに、この工程のちょうど前及び/又はこの工程がちょうど供給された後に、基材から分離される。基材は特に、チャネル90における電極80の周辺に巻き付けられ、したがって、露出した電極部分を被覆する。基材は、十分に張って電極と接触した状態のままであり、かつ基材の長さが常に、エッチングのために電極と接触しているように、電極が回転するにつれて、電極と共に移動する。これは、基材が、ロールの一方の端部から他方へと連続プロセスにおいてエッチングされるのを可能にする。基材は、エッチングのために定置され、下方のドア18は密閉される。
【0082】
チャンバ24は、全ての空気及び他の不純物を取り除くために排気される。いったんエッチング用ガス混合物が、排気されたチャンバ内に送られると、装置は、エッチングプロセスを開始する準備が整う。RF電源は、電極80にRF電界を供給するために活性化される。このRF電界は、ガスをイオン化させ、その中で、結果としてイオンとプラズマの形成が得られる。これは特に、13.56MHz発信器を使用して作られるが、他のRF源及び周波数範囲が使用されてもよい。
【0083】
いったんプラズマが作られると、RF電力で電極を通電し続けることによって、負DCバイアス電圧が電極80上に作られる。このバイアスは、チャネル(電極80の非絶縁電極部分90)(電極の残部は絶縁されているか、シールドされているかのいずれか)に向けてイオンを加速させる。イオンは、マトリックス材料を(分散相に対して)、電極80のチャネル90と接触する基材の長さにおいて選択的にエッチングし、基材のその長さ上のマトリックス材料の異方性エッチングを生じさせる。
【0084】
連続エッチングに関して、基材及び任意のマスキングウェブを、上方区画56を通じて、かつ電極80の上で引っ張るように、巻取りスプールが駆動され、よってマトリックスのエッチングは、環状チャネル90と接触する、任意のマスキングされていない基材部分上で発生する。基材はしたがって、上方区画を通じて連続的に引っ張られ、同時に連続的なRF場が電極上に配置され、十分な反応性ガスがチャンバ内に存在する。結果は、細長い基材上及び実質的に基材上のみの連続的エッチングである。エッチングは、電極の絶縁された部分上に発生しなければ、チャンバの他の箇所でも発生しない。プラズマに供給された有効電力が、円筒形電極の末端部プレートにおいて消散するのを防ぐために、接地された暗部シールド86及び88が使用されてもよい。暗部シールド86及び88は、潜在的な汚染の低減に貢献する、任意の形状、寸法、及び材料であってもよい。図1及び2に示される実施形態では、暗部シールド86及び88は、ドラム26の上及びその上の絶縁体上でフィットする金属リングである。暗部シールド86及び88は、暗部シールド86及び88がドラム26に接触する領域において、ドラム26を被覆する絶縁材料のために、バイアスしない。このリング様の実施形態における暗部シールドは、非環状方式で、ドラム26から離れて延びるその各端部上のタブを更に含む。これらのタブは、チャネル90内で基材を位置合わせするのに役立つことができる。
【0085】
好ましくは、温度制御システムは、流体を電極80を通じてプロセス全体で、送り出し、電極を望ましい温度に維持する。典型的に、これは前述のように、冷却材を用いて電極を冷却することを伴うが、一部では、加熱が望ましい場合がある。更に、基材は、電極と直接接触しているため、プラズマから基材への熱移動がこの冷却システムを介して管理されることより、温度に敏感であるフィルムのコーティング、例えば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のコーティングを可能にする。
【0086】
エッチングプロセスの完了後、スプールは、壁にそれらを支持しているシャフトからはずされてもよい。ナノ構造化物品をその中に備える基材は、スプール28B上にあり、使用のための準備が整っている。
【0087】
いくつかの実施形態において、本明細書において記載されるナノ構造化物品(nano-structured articles described herein, the nano-structured article)が追加的な層を含む。例えば、物品は追加のフルオロケミカル層を含んで、この物品に改善された撥水及び/又は撥油特性を付与してもよい。ナノ構造化表面はまた、後処理され得る(例えば、追加的なプラズマ処理)。プラズマ後処理は、ナノ構造体上に存在し得る化学官能基を変更するために、又はナノ構造体の性能を向上させる薄膜の堆積のために、表面改質を含んでもよい。表面改質は、メチル、フッ化物、ヒドロキシル、カルボニル、カルボキシル、シラノール、アミン、又は他の官能基の結合を含んでよい。堆積した薄膜は、フルオロカーボン、ガラス様、ダイヤモンド様、オキシド、炭化物、窒化物、又は他の物質を含んでもよい。表面改質処理が適用されるとき、異方性にエッチングされたナノ構造化表面の大きな表面積により、表面官能基の密度は高い。アミン官能基が使用されるとき、生物学的薬剤、例えば抗体、タンパク質、酵素等は、アミン官能基に容易にグラフトされる。シラノール官能基が使用されるとき、シラン化学は、シラン基のその高密度のために、ナノ構造化表面に容易に適用され得る。シランの化学的性質に基づく抗菌、洗浄容易、及び耐汚染表面処理は、市販されている。抗菌性処理は、シラン末端基を備える第四級アンモニウム化合物を含んでもよい。容易な洗浄化合物は、パーフルオロポリエーテルシラン、ヘキサフルオロプロピレンオキサイド(HFPO)シラン等などのフルオロカーボン処理剤を含んでもよい。耐汚染処理剤は、ポリエチレングリコールシランを含んでもよい。薄膜が使用されるとき、これらの薄膜は更なる耐久性をナノ構造体に提供することができ、又は薄膜の屈折率に応じて固有の光学効果を提供することができる。特定のタイプの薄膜は、ダイヤモンド様カーボン(DLC)、ダイヤモンド様ガラス(DLG)、アモルファスシリコン、窒化ケイ素、プラズマ重合シリコーン油、アルミニウム、銅等を含んでもよい。
【0088】
本明細書において記載されるナノ構造化物品は、反射防止特性、光吸収特性、防曇特性、改善された接着力及び耐久性などの、1つ以上の望ましい特性を呈することができる。
【0089】
例えば、一部の実施形態では、ナノ構造化異方性表面の表面反射率は、非処理表面の表面反射率の約50%以下である。表面特性の比較に関して本明細書で使用されるとき、用語「非処理表面」は、(それが比較されるとき本発明のナノ構造化表面と)同じマトリックス材料及び同じナノ構造化異方性表面を含む、物品の表面を意味する。
【0090】
一部の実施形態は、ナノ構造化異方性表面に取り付けられた、例えばインク、封止材、接着剤、若しくは金属を含む層又はコーティングを更に含む。層又はコーティングは、本発明のナノ構造化異方性表面への、非処理表面よりも改善された接着を有することができる。
【0091】
本発明に記載される複合物は、例えばディスプレイ用途(例えば液晶ディスプレイ(LCD)、発光ダイオード(LED)ディスプレイ、又はプラズマディスプレイ)、光抽出、電磁干渉(EMI)遮蔽、眼科用レンズ、フェイスシールドレンズ若しくはフィルム、ウィンドウフィルム、建築用途及び交通標識の反射防止等を含む多くの用途で有用である。本明細書において記載されるナノ構造化表面物品はまた、ソーラーフィルムなどの、ソーラー用途において有用である。これらは、太陽熱高温液体/空気加熱パネル、又は任意の太陽エネルギー吸収デバイスの前面として、追加のナノスケール表面構造体を備える、マイクロ若しくはマクロ−コラムを有する太陽熱吸収表面用に、アモルファスシリカ光電池又はCIGS光電池で作製された可撓性太陽光電池の前面用に、及び可撓性光電池の上面に適用されたフィルムの前面用に使用することができる。本明細書において記載される複合物品はまた、移動手持ち式装置、及び液晶ディスプレイテレビディスプレイ用途のために有用である。本明細書において記載される複合物品はまた、ソーラー、窓、フェイスシールド及びメガネ用途のために有用である。
【0092】
図5は、本明細書に開示の反射防止物品を使用する、例えばLCDなどの、例示のディスプレイ100の概略の断面図を示す。一実施形態では、複合物102は、基材の第1表面上に配置された反射防止層106と、基材の第2表面上に配置された光学的に透明な接着剤108を備える、対向する第1表面及び第2表面を有する偏光子104を含む。任意により、剥離ライナー(図示されない)が、光学的に透明な接着剤を保護するために使用されてもよく、かつプレマスク(図示されない)がプロセス及び保管中に反射防止コーティングを保護するために使用され得る。複合物102がその後、ガラス、輝度向上フィルム、ディフューザー、偏光子又は別の偏光子110に積層され、それによって光学的に透明な接着剤が、ガラス輝度向上フィルム、ディフューザー、偏光子又は別の偏光子と直接接触し、これがその後、液晶モジュール112と組み合わされ、典型的には空隙114が反射防止コーティングと液晶モジュールとの間に配置される。
【0093】
本開示に使用され得る光学的に透明な接着剤は、好ましくは光学的に透明な接着剤のためのヘーズ及び透過率試験の実施例の項で、以下に記載されている内容において、25マイクロメートル厚のサンプルで測定されたとき、少なくとも約90%、又は更に高い光学透過率と、約5%以下、又は更に低いヘーズ値を呈するものである。好適な光学的に透明な接着剤は、静電気防止特性を有してもよく、腐食反応性層と適合してもよく、かつ接着剤を延伸することによって偏光子から剥離することができてもよい。例示の光学的に透明接着剤としては、静電気防止の光学的に透明な感圧接着剤に関連するPCT国際公開特許第2008/128073号(Everaerts et al.)、延伸剥離する光学的に透明な接着剤に関連する米国特許出願公開番号第2009/0229732(A1)号、インジウムスズ酸化物と適合するOCAと関連する米国特許出願公開番号第2009/0087629号(Everaerts et al.)、光学的に透過性の接着剤を有する帯電防止性の光学構成に関連する米国特許出願番号第12/181,667号(Everaerts et al.)、腐食反応性層と適合可能な接着剤に関連する米国特許出願番号第12/538,948号(Everaerts et al.)、光学的に透明な延伸剥離接着剤テープと関連する米国仮特許出願番号第61/036,501号(Hamerski et al.)、及び延伸剥離接着剤テープの米国仮特許出願番号第61/141,767号(Hamerski et al.)に記載されるものが挙げられる。一実施形態において、光学的に透明な接着剤は約5マイクロメートル以下の厚さを有する。
【0094】
いくつかの実施形態において、本明細書において記載されるナノ構造化物品は更に、マルチ(メタ)アクリレート、ポリエステル、エポキシ、フルオロポリマー、ウレタン又はシロキサン(これらのブレンド又はコポリマーを含む)の少なくとも1つを含む架橋性マトリックス内に分散されるSiOナノ粒子又はZrOナノ粒子の少なくとも一方を含む、ハードコートを更に含む。市販されている液体−樹脂系材料(典型的に「ハードコート」と呼ばれる)は、マトリックスとして、又はマトリックスの構成要素として使用され得る。この材料は、California Hardcoating Co.(San Diego,CA)から、商標名「PERMANEW」として、及びMomentive Performance Materials(Albany,NY)から商標名「UVHC」として入手可能なものを含む。加えて、Nanoresins AG(Geesthacht Germany)から、商標名「NANOCRYL」及び「NANOPOX」として入手可能なものなど、市販のナノ粒子を充填されたマトリックスが使用され得る。
【0095】
加えて、東レフィルム加工株式会社(東京,日本)から、商標名「THS」として、リンテック株式会社(東京,日本)から、商標名「OPTERIA HARDCOATED FILMS FOR FPD」として、ソニーケミカル&インフォメーションデバイス(東京,日本)から商標名「SONY OPTICAL FILM」として、SKC Haas(Seoul,Korea)から商標名「HARDCOATED FILM」として、及びTekra Corp.(Milwaukee,WI)から商標名「TERRAPPIN G FILM」として利用可能なものなどの、ナノ粒子含有ハードコートフィルムが、マトリックス又はマトリックスの構成要素として使用され得る。
【0096】
1つの代表的なプロセスにおいて、液状で提供されるハードコートが、偏光子の第1表面上にコーティングされる。ハードコートの化学的性質に応じて、液体を硬化又は乾燥させて、偏光子上に乾燥した反射防止層を形成する。ハードコートされた偏光子は次いで、1つの例示の方法において、図1に記載の装置を使用して、上記の反応性イオンエッチング(RIE)プロセスによって処理される。上記の反射防止特性及び防曇特性を含む、望ましい特性を呈することに加えて、RIEプロセスはまた、イリデッセンス(「干渉縞」とも呼ばれる)の望ましくない現象も低減する。偏光子とハードコート層との屈折率の差は、イリデッセンスの現象を生じさせる場合があり、これは、ハードコート層に入射する外部の光が反射して虹様の色を作る。イリデッセンスは、ディスプレイ上の画像を妨害するため、ディスプレイ用途において非常に望ましくない。
【0097】
一部の当業者は、偏光子とコーティング配合物との間の屈折率を一致させることによってイリデッセンスに対処しようと試みるが、反射防止と1/4波長の多層コーティングを備えるイリデッセンスのバランスのとれた性能を提供することは非常に難しい。本開示の一部の実施形態では、RIEプロセスは、ハードコートで充填されたナノ粒子でコーティングされた偏光子の、エアフロント面の境界面からの反射を低減することができ、これは次いでイリデッセンスを低減し、優れた特性及び最小のイリデッセンスを呈する層を達成する。この開示の他の実施形態において、ナノ粒子(例えばZrO)は、ハードコートのコーティングマトリックスの屈折率を、偏光子の屈折率と一致するように変えるのに使用することができる。本明細書に開示される、RIEプロセスの後の得られるコーティングされた物品は、優れた反射防止特性及び最小のイリデッセンスを呈する。
【0098】
他の実施形態では、ナノ分散相は、ナノ構造化(又はナノ多孔性)表面を形成するためのプラズマを使用して、エッチングすることができる。本方法は、本質的に上記のように、平坦なRIE又は円筒形RIEを使用して実施することができるが、マトリックスよりはむしろ、ナノ分散相のエッチングを好む選択的なエッチングを使用している(すなわち、マトリックス材料よりはむしろ、分散相材料をエッチングするガスを選択することによる)。
【0099】
例示的な実施形態
1.対向する第1及び第2主表面を有する偏光子と、
基材の第1主表面上に配置されたナノ構造化物品であって、ナノ構造化物品はマトリックス及びナノスケール分散相を含み、ランダムなナノ構造化異方性表面を有する、ナノ構造化物品とを含む、複合物。
【0100】
2.偏光子は反射性偏光子である、実施形態1に記載の複合物。
【0101】
3.偏光子は吸収性偏光子である、実施形態1に記載の複合物。
【0102】
4.ランダムなナノ構造化異方性表面は、0.5%未満(いくつかの実施形態では0.25%未満)のパーセント反射率を有する、実施形態1〜3のいずれかに1つに記載の複合物。
【0103】
5.ナノ構造化物品は、ナノ構造化物品の合計体積を基準として、0.5〜41(いくつかの実施形態では1〜20又は2〜10)体積%の範囲のナノスケール分散相を含む、実施形態1〜4のいずれか1つに記載の複合物。
【0104】
6.ナノスケール分散相は、SiOナノ粒子、ZrOナノ粒子、TiOナノ粒子、ZnOナノ粒子、Alナノ粒子、炭酸カルシウムナノ粒子、ケイ酸マグネシウムナノ粒子、インジウムスズ酸化物ナノ粒子、アンチモンスズ酸化物ナノ粒子、ポリ(テトラフルオロエチレン)ナノ粒子又はカーボンナノ粒子の少なくとも1つを含む、実施形態1〜5のいずれか1つに記載の複合物。
【0105】
7.ナノ粒子が表面改質されている、実施形態6の複合物。
【0106】
8.マトリックスは架橋材料(例えば、以下の架橋性材料;マルチ(メタ)アクリレート、ポリエステル、エポキシ、フルオロポリマー、ウレタン又はシロキサンの少なくとも1つを架橋することによって作製される材料)を含む、実施形態1〜7のいずれかに1つに記載の複合物。
【0107】
9.マトリックスは熱可塑性材料(例えば、以下のポリマー:ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリレート、ポリエステル、ナイロン、シロキサン、フルオロポリマー、ウレタン、環状オレフィンコポリマー、トリアセテートセルロース又はジアクリレートセルロースの少なくとも1つを含む材料)を含む、実施形態1〜8のいずれか1つに記載の複合物。
【0108】
10.マルチ(メタ)アクリレート、ポリエステル、エポキシ、フルオロポリマー、ウレタン又はシロキサンの少なくとも1つを含む架橋性マトリックス内に分散されたSiOナノ粒子又はZrOナノ粒子の少なくとも一方を含むハードコートを含む、実施形態1〜9のいずれか1つに記載の複合物。
【0109】
11.ナノ構造化物品は、上部にランダムなナノ構造化異方性表面を有する構造化表面を含む、実施形態1〜10のいずれかに1つに記載の複合物。
【0110】
12.マトリックスが合金又は固溶体を含む、実施形態1〜11のいずれか1つに記載の複合物。
【0111】
13.偏光子の第2主表面がミクロ構造化表面を含む、実施形態1〜12のいずれか1つに記載の複合物。
【0112】
14.偏光子は拡散性である、実施形態1〜13のいずれか1つに記載の複合物。
【0113】
15.偏光子の第2表面上に配置される光学的に透明な接着剤を更に含み、光学的に透明な接着剤は、可視光において少なくとも90%の透過率、及び5%未満のヘーズを有する、実施形態1〜14のいずれか1つに記載の複合物。
【0114】
16.ガラス基材、偏光子基材又はタッチセンサーの主表面を更に含む、実施形態15に記載の複合物。
【0115】
17.光学的に透明な接着剤の第2主表面上に配置された剥離ライナーを更に含む、実施形態16に記載の複合物。
【0116】
18.ランダムなナノ構造化異方性主表面上に配置されたプレマスクフィルムを更に含む、実施例1〜17のいずれか1つに記載の複合物。
【0117】
19.対向する第1及び第2主表面を有する偏光子を提供する工程と、偏光子の第1主表面上に、マトリックス材料及びマトリックス材料内のナノスケール分散相を含むコーティング可能な組成物をコーティングする工程と、
任意によりコーティングを乾燥させて、マトリックス及びマトリックス内のナノスケール分散相を含む物品を提供する工程と、
物品の主表面を反応性イオンエッチングに暴露する工程とを含み、このイオンエッチングは、
真空容器内の円筒形電極上に物品を配置する工程、
所定の圧力においてエッチング用ガスを真空容器内に導入する工程、
円筒形電極と対向電極との間にプラズマを生成する工程、
円筒形電極を回転させて偏光子を移動させる工程、及び
コーティングを異方性エッチングしてランダムナノ構造化異方性主表面を提供する工程を含む、実施形態1〜18のいずれか1つに記載の複合物を作製する方法。
【0118】
20.プラズマが酸素プラズマを含む、実施形態19に記載の方法。
【0119】
21.反応性イオンエッチングにおいて、エッチャントが、1ミリトール〜20ミリトール(0.13〜2.67Pa)の範囲の圧力で導入される、実施形態19又は20に記載の方法。
【0120】
22.マトリックス及びマトリックス内のナノスケール分散相を提供するように、コーティングを乾燥させ、更に乾燥したコーティングを硬化させる工程を更に含む、実施形態19〜21のいずれか1つに記載の方法。
【0121】
23.偏光子の第2表面上に配置される光学的に透明な接着剤を適用する工程を更に含み、光学的に透明な接着剤は、可視光において少なくとも90%の透過率、及び5%未満のヘーズを有する、実施形態19〜22のいずれか1つに記載の方法。
【0122】
24.光学的に透明な接着剤の第2主表面上に配置された剥離ライナーを適用する工程を更に含む、実施形態23に記載の方法。
【0123】
本発明の利点及び実施形態は、以下の実施例により更に例示されるが、これらの実施例に列挙したその特定の材料及び量、並びに他の条件及び詳細は、本発明を過度に限定すると解釈されるべきではない。全ての部及びパーセンテージは、特に記載されていない限り、重量に基づく。
【実施例】
【0124】
手順1−ロールツーロールサンプルのプラズマ処理
以下の実施例において、手順1への言及は以下の操作を表す。処理されるポリマーフィルムは、図1に表される円筒形RIE装置内に配置された。より具体的に、ドラム電極の幅は14.5インチ(36.8cm)であり、ポンピングは、ターボ分子ポンプによって実行された。当業者は、このことが、プラズマ加工において従来的に行なわれるよりも遥かに低い操作圧で、本装置が動作したことを意味するものと認識する。
【0125】
高分子フィルムのロールはチャンバ内に搭載され、フィルムはドラム電極の周囲に巻き付けられ、ドラムの反対側上の巻取りロールに固定された。巻き出し及び巻取りテンションは3ポンド(13.3N)に維持された。チャンバのドアは閉鎖され、チャンバは基準圧5×10−4トール(0.067Pa)まで排気された。その後、酸素がチャンバ内に導入された。動作圧は公称10ミリトール(1.3Pa)だった。2000ワットの電力の無線周波エネルギーを、ドラムに適用することによってプラズマが生成された。特定の実施例において記載されるように、所望の速度において、フィルムが移送されるように、ドラムが回転させられた。
【0126】
手順2−シートサンプルのプラズマ処理
以下の実施例において、手順2への言及は手順1と同様の手順を表すが、ポリマーフィルムのシートサンプルがドラム電極の縁部の周囲にテープで留められた。ドラムは一定速度で回転させられ、その後、特定の実施例において記載されるように、異なる時間の長さでプラズマ処理が行われた。
【0127】
手順3−平均パーセント反射率の測定
以下の実施例において、手順3への言及は以下の操作を表す。手順の結果は、フィルムのプラズマ処理された表面の平均パーセント反射率(%R)の測定値である。フィルムの1つのサンプルは、サンプルの裏側に黒いビニルテープ(Yamato International Corporation(Woodhaven,MI)から商標名「200〜38」として得られる)を適用することによって調整された。この黒いテープは、ブラックテープとサンプルとの間に捕らえられた気泡がないことを確実にするためにローラーを用いて適用された。同じの黒いビニルテープを、似通った方法で透明のガラススライドに適用した。この透明のガラススライドの両面の反射率は、対照サンプルに単独で黒色ビニルテープのパーセント反射率を確率させるよう予め設定されていた。光学的に透明な接着剤を含む複合物品を測定するために、この手順が使用されたとき、複合物品が透明がガラススライドに最初に予め積層され、その後、黒いテープでガラス表面上に更に積層された。
【0128】
テープで留めたサンプルのテープで留めていない側が最初に、その後、対照がBYK Gardinerカラーガイドスフェアの開口部に対して配置され(BYK−Gardiner(Columbia,MD)から、商標名「SPECTRO−GUIDE」として得られる)、前側表面合計パーセント反射率を測定した(鏡面性及び拡散性)。次いで400〜700nmの波長範囲において、10°の入射角でパーセント反射率が測定され、平均パーセント反射率は、対照のパーセント反射率を引くことによって算出された。
【0129】
手順4−屈折率(RI)測定
以下の実施例において、手順4への言及は以下の操作を表す。サンプルの屈折率が、632.8の波長を使用して、プリズム結合器(Metricon Corporation(Pennington,NJ)から、商標名「2010/M」において得られる)を使用して測定された。各サンプルについて、フィルムが作製された機械方向(MD)、ウェブが作製されたクロスウェブ又は横方向(TD)、及びフィルム表面と垂直な方向(TM)において、3つの反射率がとられた。MD、TD及びTMの反射率は、以下の実施例において、それぞれn、n、及びnとして標識される。
【0130】
手順5−平均%透過率の測定
以下の実施例において、手順5への言及は以下の操作を表す。所与のサンプルの平均%透過率は、本サンプルを光源とサンプルとの間に配置して測定され、100%透過率の対照として使用するべくサンプルを配置せずに測定が行なわれ、D/0形状を使用した。光源は、安定化させた電源で駆動させた、カスタム4インチ(10.2cm)スフェア(Labsphere(North Sutton,NH)から、商標名「SPECTRALON」として得られる)を備える、石英タングステンハロゲン(QTH)ランプであった。2つの検出器が使用された:近赤外線(NIR)についてはシリコンCCD検出器が使用され、NIRの残部についてはInGaAsダイオードアレイが使用された。Czerny−Turner光学レイアウト及び単一のグレーティングを備える、単純な分光写真器を、それぞれの検出器上の光分散に使用した。これは、偏光子において、波長範囲380nm〜1700nmにわたって、0°から60°の間で変化する入射測定角度で、フィルムサンプルの光学透過率測定を可能にする。垂直の入射角で透過率が測定され、平均%透過率は、以下のサンプルにおいて、400〜800nmの波長範囲で算出され、報告された。
【0131】
(実施例1)
10〜20重量%の官能化シリカナノ粒子を含むアクリルハードコート(Momentive Performance Materials(Albany,NY)から、商標名「UVHC1101」として得られる)が、イソプロピルアルコール(IPA)で希釈されて、35重量%の固溶体を形成した。この溶液は、その後、コーティング第を通じて1.6見る(40マイクロメートル)厚さのトリアセテートセルロース(TAC)フィルム(富士フィルム株式会社(東京、日本)から商標名「FUJITAC SH−40」として得られた)へと注射器でポンプ移送された。コーティングは80℃で乾燥され、Hバルブを備えたUVプロセッサを使用して、窒素雰囲気下で硬化され、同時に50fpm(15.25m/分)のライン速度で運搬されて、およそ2マイクロメートルの乾燥したコーティング層を形成した。2.0ミル(50マイクロメートル)ポリエステル剥離ライナー(3M Company(St.Paul,MN)から、商標名「3M OPTICALLY CLEAR ADHESIVE 8171」として得られる)上に供給された光学的に透明なアクリル接着剤の1.0ミル(25マイクロメートル)の層が、TACフィルムの第2表面上(すなわち、複合物品を生成するために、ハードコートの反対側に)に積層された。複合物品のコーティングされた側は、手順1に記載されるように、ロールツーロールOプラズマエッチ(RIE)に、78秒間供された。
【0132】
その後、剥離ライナーを光学的に透明な接着剤から取り除き、手順3の試験を行うことによって、光学的測定値が得られた。低い平均反射率、およそ0.02%の反射率が測定された。その後、実施例のフィルムの屈折率が、手順4に従って測定された。nは1.514、nは1.514及びnは1.513であった。(この実施例の処理を行なわない基本TACの値はそれぞれ、1.483、1.483及び1.482であった。)3つの方向における屈折率の差は、TACフィルム及び実施例のコーティングの両方において、0.01未満であり、TACフィルム及び実施例で生成されたコーティングが本質的に等方性であることを示した。
【0133】
(実施例2)
剥離ライナーは、実施例1の製品の光学的に透明な接着剤から取り除かれ、その後光学的に透明な接着剤が偏光子フィルム(3M Companyから、商標名「VIKUITI ADVANCED POLARING FILM」として得られる)に積層され、複合物品を生成する。
【0134】
(実施例3)
剥離ライナーは、実施例1の製品の光学的に透明な接着剤から取り除かれ、その後、光学的に透明な接着剤が偏光子フィルム(3M Companyから、商標名「VIKUITI DIFFUSE REFLECTIVE POLARIZER」として得られる)に積層され、複合物品を生成する。
【0135】
(実施例4)
400グラムのコロイド状20nmシリカ粒子(Nalco Chemical Co.(Naperville,IL)から、商標名「NALCO 2326」として得られる)が、1クオート(0.95リットル)ジャーに充填された。阻害物質5重量%にて、水に450グラムの1−メトキシ−2−プロパノール、27.82グラムの3−(メタクリロイルオキシ)プロピルトリメトキシシラン、及び0.23グラムのヒンダードアミンニトロオキシド阻害物質(Ciba Specialty Chemical,Inc.(Tarrytown,NY)から、商標名「PROSTAB 5128」として得られる)が一緒に混合されて、撹拌しながらジャーに添加された。ジャーは封止されて、80℃まで16時間にわたり加熱され、表面改質シリカ分散体を形成した。1166グラムの表面改質シリカ分散体が、70グラムのペンタエリスリトールトリアクリレート(Sartomer(Exton,PA)から商標名「SR444」として得られる)、及び0.58グラムのヒンダードアミンニトロオキシド阻害物質(「PROSTAB 5128」)(水中5重量%の阻害物質)と、更に混合及び結合された。水及び1−メトキシ−2−プロパノールが回転蒸発によって混合物から取り除かれて、37.6重量%の20nmのSiO、56.43重量%のペンタエリスリトールトリアクリレート、及び5.97重量%の1−メトキシ−2−プロパノールの溶液を形成した。次に、ペンタエリスリトールトリアクリレート(「SR444」)によりシリカナノ粒子溶液を希釈してコーティング溶液を調製することで、9.6重量%の20nm SiO(4.6体積%)を生成した。希釈された濃縮コーティングはその後更に、イソプロパノール(IPA)により、固形分50重量%のコーティング溶液へと希釈された。その後、1重量%光開始剤(BASF(Florham Park,NJ)から、商標名「LUCIRIN TPO−L」として得られる)(ペンタエリスリトール(「SR444」)に対する比率)が溶液に添加されて、手で振盪することによって少なくとも5分間、よく混合された。コーティング溶液は、メイヤーロッド(#8バー)コーティング装置を使用して、偏光フィルム(3M Companyから、商標名「VIKUITI ADVANCED POLARING FILM」として得られる)上に適用された。コーティングされた偏光フィルムは、通気フード内で室温において15分間乾燥され、その後、Hバルブを備えたUVプロセッサを使用して、窒素雰囲気下で硬化され、同時に50fpm(15.2m/分)で運搬された。コーティングされた偏光フィルムの反射率は、手順3によって測定され、48.8であった。コーティングされた偏光フィルムはその後、手順2によって、60秒間エッチングされた。エッチングされた、コーティングされた偏光フィルムの反射率はまた、手順3により測定されて、今度は46.8であった。エッチングは反射率を約2%低減し、これは商業的に有意である。この変化は第1透過光透過率の2%の有意な向上を示し、これはバックライト式用途における効率性を有意に改善する。
【0136】
(実施例5)
実施例5は、一般的に実施例4に記載されるように行なわれたが、ただしコーティング溶液は代わりに異なる偏光フィルムに適用された(特に3M Companyから、商標名「VIKUITI.DIFFUSE REFLECTIVE POLARIZER FILM」で得られるもの)。コーティングされた、エッチングされていない偏光フィルムの反射率が、手順3により測定され、46.7であった。エッチングの後、反射率が再び測定され、44.8であることが見出され、効率性の改善において同様の意味合いを有した。
【0137】
(実施例6)
シリカを充填したコーティング溶液は、実施例4に記載される方法により調整される、ペンタエリスリトールトリアクリレート(triacylate)(「SR444」)内で、40重量%のメタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(Crompton Corp.(Middlebury,CT)から商標名「A−174」として得られる)で処理した20nmシリカ粒子(Crompton Corp.(Middlebury,CT)から、商標名「NALCO 2327」として得られる)から調整された。固形分50重量%のコーティング溶液はその後、3:2の1−メトキシ−2−プロパノールとIPAの混合物中に調整された。光開始剤(BASF Specialty Chemicalsから、商標名「IRGACURE 184」として得られる)がコーティング溶液の固体含有量を基準として1重量%で溶液に添加された。コーティング溶液はその後吸収性偏光子(株式会社サンリッツ(東京、日本)から商標名「LLC2−5518SF」として得られる)上にコーティングされた。コーティングは、メイヤーロッド(#8バー)コーティング装置を使用して適用された。コーティングされた基材は、通気フード内で室温において15分間乾燥され、その後、Hバルブを備えたUVプロセッサを使用して、窒素雰囲気下で硬化され、同時に50fpm(15.25m/分)で運搬された。
【0138】
硬化及びコーティングした基材の%透過率は、手順5に従って測定され、コーティングされていない偏光子がその隣に、最初は光透過配置で、その後光遮蔽配置で位置付けられた。透過位置において、%透過率は79.3であり、遮蔽配置において%透過率は2.1であった。偏光子のコントラスト比は(透過状態における平均%T)/(遮蔽状態における平均%T)により定義され、この場合コントラスト比は38であった。
【0139】
(実施例7)
実施例7は、一般的に実施例6に記載されるように行なわれたが、ただし硬化したコーティングされた基材は、手順2に従って90秒間エッチングされた。ここでも、硬化、及びコーティングした基材の%透過率は、手順5に従って測定され、コーティングされていない偏光子がその隣に、最初は光透過配置で、その後光遮蔽配置で位置付けられた。透過位置において、%透過率は83.1であり、遮蔽配置において%透過率は1.6であった。コントラスト比は、52であり、エッチングがコントラスト比において35%の向上を生じたことを示している。
【0140】
本開示の範囲及び趣旨から外れることなく、本発明の予測可能な修正及び変更が当業者には自明であろう。本発明は、説明を目的として本出願に記載される各実施形態に限定されるべきものではない。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
対向する第1及び第2主表面を有する偏光子と、
基材の前記第1主表面上に配置されたナノ構造化物品であって、前記ナノ構造化物品はマトリックス及びナノスケール分散相を含み、ランダムなナノ構造化異方性表面を有する、ナノ構造化物品とを含む、複合物。
【請求項2】
前記偏光子は反射性偏光子又は吸収性偏光子である、請求項1に記載の複合物。
【請求項3】
前記ランダムなナノ構造化異方性表面は、0.5%未満の反射パーセントを有する、請求項1又は2に記載の複合物。
【請求項4】
前記ナノ構造化物品は、前記ナノ構造化物品の合計体積を基準として、0.5〜41体積%の範囲の前記ナノスケール分散相を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合物。
【請求項5】
前記偏光子の前記第2表面上に配置される光学的に透明な接着剤を更に含み、前記光学的に透明な接着剤は、可視光において少なくとも90%の透過率、及び5%未満のヘーズを有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の複合物。
【請求項6】
ガラス基材、偏光子基材又はタッチセンサーの主表面を更に含む、請求項5に記載の複合物。
【請求項7】
前記光学的に透明な接着剤の前記第2主表面上に配置された剥離ライナーを更に含む、請求項6に記載の複合物。
【請求項8】
前記ランダムなナノ構造化異方性主表面上に配置されたプレマスクフィルムを更に含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の複合物。
【請求項9】
対向する第1及び第2主表面を有する偏光子を提供する工程と、
前記偏光子の前記第1主表面上に、マトリックス材料及び前記マトリックス材料内のナノスケール分散相を含むコーティング可能な組成物をコーティングする工程と、
任意により前記コーティングを乾燥させて、マトリックス及び前記マトリックス内のナノスケール分散相を含む物品を提供する工程と、
前記物品の主表面を反応性イオンエッチングに暴露する工程とを含み、前記イオンエッチングが、
真空容器内の円筒形電極上に前記物品を配置する工程、
所定の圧力においてエッチング用ガスを前記真空容器内に導入する工程、
前記円筒形電極と対向電極との間にプラズマを生成する工程、
前記円筒形電極を回転させて前記偏光子を移動させる工程、及び
前記コーティングを異方性エッチングして前記ランダムなナノ構造化異方性主表面を提供する工程を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の複合物を作製する方法。
【請求項10】
前記プラズマが酸素プラズマを含む、請求項9に記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公表番号】特表2013−521534(P2013−521534A)
【公表日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−556134(P2012−556134)
【出願日】平成23年2月28日(2011.2.28)
【国際出願番号】PCT/US2011/026457
【国際公開番号】WO2011/109287
【国際公開日】平成23年9月9日(2011.9.9)
【出願人】(505005049)スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Fターム(参考)】