微细凹凸图案薄膜和平视显示器装置
阅读说明：本技术 微细凹凸图案薄膜和平视显示器装置 (Fine concave-convex pattern film and flat display device ) 是由 高桥朋宏 夏目崇 唐井贤 于 2020-03-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种即使在车载用途等中假定的高温使用环境下也可以抑制防反射膜的裂纹发生的微细凹凸图案薄膜。本发明的微细凹凸图案薄膜具备：在至少一部分表面具有微细凹凸图案(P)的基材薄膜(10)、和形成于微细凹凸图案(P)的至少一部分表面上且由无机膜形成的防反射膜(3)。(The invention provides a fine uneven pattern film which can restrain the crack of an anti-reflection film even under the high temperature using environment assumed in the vehicle-mounted application. The fine uneven pattern film of the present invention comprises: the antireflection film comprises a base material film (10) having a fine uneven pattern (P) on at least a part of the surface thereof, and an antireflection film (3) formed on at least a part of the surface of the fine uneven pattern (P) and formed of an inorganic film.)
技术领域
本发明涉及在表面具有防反射膜的微细凹凸图案薄膜、和使用其的平视显示器装置。
背景技术
近年来，在各种领域中使用的光学设备中，出于降低成本、轻量化和小型化的需求，作为透镜等光学部件的材料，已经逐渐使用塑料。伴随于此，对设置于塑料制光学部件的防反射膜的要求特性也日趋严苛。
通常，作为设置于光学构件的表面的防反射膜，可使用单层结构或层叠结构的无机氧化膜，其成膜利用真空蒸镀技术或溅射技术。防反射膜的最普通的构成为使高折射率材料与低折射率材料交替堆叠而成的构成。为了减少层叠数，也有时使用中折射率材料。高折射率材料可使用TiO2、ZrO2和Nb2O5等，低折射率材料可使用SiO2和MgF2等。中折射率材料可使用Al2O3和Y2O3等。
形成于塑料制光学部件的表面的防反射膜的防反射特性优异，除此之外，涉及强度、密合性和耐热性等的可靠性也是重要的。特别是塑料不耐热，容易引起热膨胀或热变形，因此，源自这些性质的品质的劣化有时成为问题。使用了以真空成膜技术等形成的无机氧化膜的防反射膜的热膨胀系数与塑料相比极其小，因此，有由于基材塑料的热膨胀变形而引起容易产生防反射膜的裂纹的倾向。特别是，汽车等用途中，假定高温环境下的使用，对防反射膜要求更高的耐热性。
作为出于解决上述问题的目的的现有技术，可以举出专利文献1、2。
专利文献1中公开了一种具有防反射膜的透镜，其在透镜表面形成对光学性能不造成不良影响的高度或深度的微细的凸部或凹部所形成的裂纹触发线，在包含该裂纹触发线的透镜表面形成了防反射膜(权利要求1)。
专利文献2中公开了一种方法，其通过蒸镀在微透镜上形成防反射膜的工序中，对形成防反射膜的蒸气化了的材料照射电子束(权利要求1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-002627号公报
专利文献2：日本特开2000-156486号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1记载的技术中，由于裂纹触发线的尺寸为周期200nm、高度100nm左右，因此，如果光学部件的面积大，则制作裂纹触发线耗费时间。
专利文献2记载的技术中，由于蒸镀材料被活化，因此，防反射膜的附着力改善，残留于防反射膜的内部的应力得到缓和，从而裂纹的发生被抑制。但是需要准备专用设备，因此，导致成本增加。
本发明的目的在于，提供：即使在车载用途等中假定的高温使用环境下也可以抑制防反射膜的裂纹发生的微细凹凸图案薄膜。
用于解决问题的方案
本发明的微细凹凸图案薄膜具备：
在至少一部分表面具有微细凹凸图案的基材薄膜、和形成于前述微细凹凸图案的至少一部分表面上且由无机膜形成的防反射膜。
在前述基材薄膜的一部分表面形成有前述微细凹凸图案，在前述基材薄膜的表面的前述微细凹凸图案的形成区域的周围可以为未形成前述微细凹凸图案的平坦部。该情况下，优选前述防反射膜形成于前述微细凹凸图案的至少一部分表面上且未形成于前述平坦部上。
优选前述微细凹凸图案为排列有多个微细的凸部或凹部的图案，彼此相邻的前述凸部或前述凹部的中心间距离为5～500μm，前述凸部的高度或前述凹部的深度为1～100μm。
进而，优选前述微细凹凸图案是彼此相邻的前述凸部的边界部分或彼此相邻的前述凹部的边界部分为不平坦的微透镜阵列图案。
优选前述防反射膜为金属氧化膜的单层结构或层叠结构。
本发明的微细凹凸图案薄膜适合用于图像显示装置的屏幕。
本发明的平视显示器装置具备上述微细凹凸图案薄膜作为中间屏幕。
发明的效果
根据本发明，可以提供：即使在车载用途等中假定的高温使用环境下也可以抑制防反射膜的裂纹发生的微细凹凸图案薄膜。
附图说明
图1为本发明的一实施方式的微细凹凸图案薄膜的示意剖视图。
图2A为实施例1中制造的微细凹凸图案薄膜的示意俯视图。
图2B为实施例2中制造的微细凹凸图案薄膜的示意俯视图。
图2C为实施例3中制造的微细凹凸图案薄膜的示意俯视图。
图3为比较例1中制造的微细凹凸图案薄膜的示意俯视图。
图4为比较例1中制造的微细凹凸图案薄膜的耐热试验后的光学显微镜照片。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。
本发明的微细凹凸图案薄膜为层叠薄膜，其具有：在表面具有微细凹凸图案的基材薄膜、和形成于该基材薄膜的微细凹凸图案的至少一部分表面上且由无机膜形成的防反射膜。图1中示出本发明的一实施方式的微细凹凸图案薄膜的示意剖视图。图中，符号10为基材薄膜，符号3为防反射膜。
作为基材薄膜10，只要为在表面具有微细凹凸图案的透明的塑料薄膜就可以为任意，可以为单层结构也可以为层叠结构。
图1所示的例子中，基材薄膜10为在平坦的薄膜主体1上形成有在表面具有微细凹凸图案P的树脂层2的层叠薄膜。
基材薄膜10可以为在表面具有微细凹凸图案P的单层薄膜。该情况下的构成为使图1的符号1与符号2一体化的构成。
作为层叠薄膜的平坦的薄膜主体1和在表面具有微细凹凸图案P的单层薄膜的材料，优选热膨胀系数为1×10-5～20×10-5/℃的塑料，期望为聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。
作为层叠薄膜的树脂层2，例如可以举出用热固化性树脂或紫外线固化性树脂而形成的固化树脂层。
由微细凹凸图案P可以形成微透镜阵列、衍射元件和棱镜等光学元件。
微细凹凸图案P为排列有多个微细的凸部或凹部的图案。彼此相邻的凸部或凹部的中心间距离没有特别限制，例如优选为5～500μm。凸部的高度或凹部的深度没有特别限制，例如优选为1～100μm。
本发明的微细凹凸图案薄膜用于平视显示器等图像显示装置的中间屏幕的情况下，微细凹凸图案P期望为彼此相邻的凸部或凹部的中心间距离为10～200μm、凸部的高度或凹部的深度为5～50μm的微透镜阵列图案。
微细凹凸图案P优选为彼此相邻的凸部的边界部分或彼此相邻的凹部的边界部分为不平坦的微透镜阵列图案。
防反射膜3为由金属氧化物形成的单层结构或层叠结构的无机膜。
防反射膜3可以由折射率低于微细凹凸图案P所形成的1种材料构成。由多种材料构成防反射膜3的情况下，优选层叠折射率高于微细凹凸图案P的材料(高折射率材料)与折射率低于微细凹凸图案P的材料(低折射率材料)，优选交替地层叠高折射率材料与低折射率材料。为了减少层叠数，有时使用中折射率材料。
高折射率材料可使用TiO2、ZrO2和NB2O5等，低折射率材料可使用SiO2和MgF2等。中折射率材料可使用Al2O3和Y2O3等。
单层结构或层叠结构的无机膜可以通过真空蒸镀技术和溅射技术等公知技术而制造。
设有微细凹凸图案P的区域(也称为“微细凹凸图案的形成区域”)可以为基材薄膜10的表面全部，也可以为基材薄膜10的表面的一部分。防反射膜3可以形成于微细凹凸图案P的表面的全部或一部分上。
在基材薄膜10的一部分表面形成微细凹凸图案P、且在基材薄膜10的表面的微细凹凸图案的形成区域的周围存在未形成微细凹凸图案的平坦部的情况下，防反射膜3不能形成于平坦部上。例如，如后述实施例3(图2C)那样，在平坦部上不形成防反射膜，但不要如后述比较例1(图3)那样，在平坦部上形成防反射膜。图2C、图3中，符号4为微细凹凸图案的形成区域，符号5为防反射膜的形成区域，符号6为平坦部。
在基材薄膜10的平坦部上设有防反射膜3的情况下，产生以下的不良情况。微细凹凸图案薄膜如果被暴露于高温环境，则基材薄膜10在面内方向热膨胀。此时，形成于基材薄膜10的平坦部上的防反射膜3也同样地热膨胀，但由无机膜形成的防反射膜3通常与基材薄膜10相比，线膨胀系数小，因此，无法追随基材薄膜10的热膨胀，有在形成于基材薄膜10的平坦部上的防反射膜3中产生裂纹的担心。进而，有以该裂纹作为起点，裂纹扩大至形成于微细凹凸图案P上的防反射膜3的担心。出于这种理由，不要在基材薄膜10的平坦部上形成防反射膜3。
仅在微细凹凸图案P上形成防反射膜3的情况下，即使在车载用途等中假定的高温使用环境下也可以有效地抑制防反射膜3的裂纹。
在形成于微细凹凸图案P上的防反射膜3上未形成裂纹起点的理由目前尚不清楚，但如下述考虑。
·微细凹凸表面上的变形成为加入了厚度方向的三维变形而不是仅面内方向的二维变形，因此，作为结果，变形量变少。
·微细凹凸表面为三维复杂的形状，因此，微细凹凸图案薄膜被暴露于高温环境时，不仅产生拉伸应力，还产生弯曲应力或压缩应力，不易发生裂纹产生那么大的应力。
为了便于防反射膜3成膜，必须在基材薄膜10的平坦部上形成防反射膜3的情况下，可以在形成防反射膜3后进行外形加工等追加加工，将基材薄膜10的平坦部去除。
无法去除平坦部的情况下，可以在平坦部上形成模拟的微细凹凸图案(例如具有不同于制品的要求特性的光学特性的微细凹凸图案)并在其上形成防反射膜3。
如以上说明，根据本发明，可以提供：即使在车载用途等中假定的高温使用环境下也可以抑制防反射膜的裂纹发生的微细凹凸图案薄膜。
本发明的微细凹凸图案薄膜的用途没有特别限制。本发明的微细凹凸图案薄膜例如适合用于平视显示器装置等图像显示装置的屏幕。根据本发明，具有作为图像显示装置的屏幕所需的性能，可以提供：即使在车载用途等中假定的高温使用环境下也可以抑制防反射膜的裂纹发生的微细凹凸图案薄膜。
根据本发明，可以提供：具备本发明的微细凹凸图案薄膜作为中间屏幕，且即使在车载用途等中假定的高温使用环境下也可以抑制中间屏幕的裂纹发生的平视显示器装置。
本发明不限定于上述实施方式，只要不脱离本发明的主旨就可以适宜设计变更。
实施例
以下，根据实施例，对本发明进一步详细地进行说明，但本发明不受下述实施例的限定。
[实施例1～3、比较例1]
实施例1～3、比较例1的各例中，如以下，制造微细凹凸图案薄膜。在这些例子中，变更微细凹凸图案的形成区域的范围和防反射膜的形成区域的范围的条件，其他条件设为共通条件。
(基材薄膜的制造)
准备市售的300μm厚的聚碳酸酯(PC)薄膜，将该薄膜切断，得到长度110mm×宽度47mm的尺寸的薄膜主体。使用市售的丙烯酸类的紫外线固化性树脂，在该薄膜主体上形成在表面具有周期30μm且呈正方格子排列的微透镜阵列图案作为微细凹凸图案的树脂层，得到基材薄膜。将薄膜主体的长度方向(110mm方向)设为X方向、宽度方向(47mm方向)设为Y方向时，各微透镜设为X方向为曲率半径73μm的球面形状、Y方向为曲率半径47μm的球面形状的图像变形透镜。
(防反射膜的形成)
通过蒸镀法，将SiO2和TiO2交替地成膜在微透镜阵列图案的表面上，形成5层结构的防反射膜。各层的材料和膜厚如以下所述。需要说明的是，将最接近于微透镜阵列图案的层作为第1层。
第1层：SiO2、10.9nm厚、
第2层：TiO2、13.6nm厚、
第3层：SiO2、34.3nm厚、
第4层：TiO2、113.8nm厚、
第5层：SiO2、87.0nm厚。
(耐热试验)
将形成防反射膜后所得到的微细凹凸图案薄膜投入至125℃的烘箱中，经过200小时后取出，使用Keyence制显微镜作为光学显微镜进行外观观察。比较例1中，该外观观察后，再次将微细凹凸图案薄膜投入至125℃的烘箱中，经过200小时后取出，再次用Keyence制显微镜进行外观观察。
需要说明的是，125℃为比车载用途等中假定的高温使用环境的温度还严苛的温度条件。
＜实施例1＞
实施例1中，在基材薄膜的表面全部形成作为微细凹凸图案的微透镜阵列图案，在其全部表面上形成防反射膜。将该例中制造的微细凹凸图案薄膜的示意俯视图示于图2A。图中，符号4为微细凹凸图案的形成区域，符号5为防反射膜的形成区域。该例子中，在基材薄膜的周缘部无平坦部，使基材薄膜的薄膜整面与微细凹凸图案的形成区域与防反射膜的形成区域完全一致。
该例子中，将微细凹凸图案薄膜在125℃的温度下放置200小时后在防反射膜中也不产生裂纹。
＜实施例2＞
实施例2中，在基材薄膜的表面全部形成作为微细凹凸图案的微透镜阵列图案，在距离该基材薄膜的外周端3mm内侧的区域形成有防反射膜。该例子中，在基材薄膜的周缘部无平坦部，使基材薄膜的薄膜整面与微细凹凸图案的形成区域完全一致，而防反射膜以小于它们的尺寸形成，在微细凹凸图案的周缘部上未形成防反射膜。将该例中制造的微细凹凸图案薄膜的示意俯视图示于图2B。图中，符号4为微细凹凸图案的形成区域，符号5为防反射膜的形成区域。
该例子中，将微细凹凸图案薄膜在125℃的温度下放置200小时后在防反射膜中也不产生裂纹。
＜实施例3＞
实施例3中，在基材薄膜的表面的周缘部残留6mm宽的平坦部，并且在比其还靠近内侧的区域形成了微透镜阵列图案。在距离该材薄膜的外周端10mm内侧的区域形成了防反射膜。该例子中，在基材薄膜的周缘部残留平坦部，并且以小于基材薄膜的尺寸形成微细凹凸图案，以小于微细凹凸图案的尺寸形成防反射膜，在微细凹凸图案的周缘部上未形成防反射膜。将该例中制造的微细凹凸图案薄膜的示意俯视图示于图2C。图中，符号4为微细凹凸图案的形成区域，符号5为防反射膜的形成区域，符号6为平坦部。
该例子中，将微细凹凸图案薄膜在125℃的温度下放置200小时后在防反射膜中也不产生裂纹。
＜比较例1＞
比较例1中，在距离基材薄膜的外周端3mm内侧的区域形成了防反射膜，除此之外，与实施例3同样地制造微细凹凸图案薄膜。该例子中，在基材薄膜的周缘部残留平坦部，以小于基材薄膜的尺寸形成微细凹凸图案，以小于基材薄膜且大于微细凹凸图案的尺寸形成防反射膜，在微细凹凸图案上和平坦部上形成了防反射膜。将该例中制造的微细凹凸图案薄膜的示意俯视图示于图3。图中，符号4为微细凹凸图案的形成区域，符号5为防反射膜的形成区域，符号6为平坦部。
该例子中，将微细凹凸图案薄膜在125℃的温度经过下200小时后，形成于基材薄膜的平坦部上的防反射膜中产生了裂纹。进而，如果将微细凹凸图案薄膜在125℃的温度下放置200小时，则平坦部上的防反射膜中产生的裂纹扩展，裂纹扩展直至微透镜阵列上的防反射膜。
将共计400小时的耐热试验后的样品的光学显微镜照片示于图4。图中，符号7为使用紫外线固化性树脂而制作的树脂层的平坦部，符号8为微透镜阵列图案，符号9为在平坦部产生的裂纹，符号10为在微透镜的形成区域产生的裂纹。图4所示的照片中，示出了裂纹从平坦部上的防反射膜扩展至微透镜阵列图案上的防反射膜的样子。
本申请要求基于2019年3月27日申请的日本申请特愿特愿2019-060207号的优先权，将其公开的全部内容援引至此。
附图标记说明
1薄膜主体、2树脂层、3防反射膜、4微细凹凸图案的形成区域、5防反射膜的形成区域、6平坦部、10基材薄膜、P微细凹凸图案。