JP6642444B2 - 防汚膜付き基体 - Google Patents

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Description

本発明は、防汚膜付き基体に関する。
スマートフォン、タブレットPC、カーナビゲーション装置等に用いられるタッチパネルは、使用時に人間の指が触れるため、指紋、皮脂、汗等による汚れが付着しやすい。そして、これらの汚れは、付着すると落ちにくく、汚れが付着した部分とそうでない部分との違いは、光の散乱や反射の違いによって目立つ。そのため、これらの汚れを付着したタッチパネルは、視認性や美観を損ねるという問題があった。さらに、ディスプレイガラス、光学素子、衛生機器等においても同様の問題が指摘されていた。
このような問題を解消するために、これらの部品や機器における人間の指が触れる部分に、含フッ素加水分解性ケイ素化合物からなる防汚膜を形成した基体を用いる方法が知られている。基体上に形成された防汚膜には、汚れが付着するのを抑制するために高い撥水性および撥油性が求められるとともに、付着した汚れの払拭に対する耐摩耗性が求められている。
上記撥水性および撥油性を有する防汚膜として、例えば特許文献1には、フルオロオキシアルキレン基含有ポリマー変性シランとフルオロオキシアルキレン基含有ポリマーとの9:1の混合物を用いて形成された硬化被膜、および硬化被膜付きガラス基体が開示されている。また、特許文献2には、特定の組成からなる含フッ素ドライコーティング剤用希釈剤で希釈した含フッ素ドライコーティング剤をドライコーティングしてなる防汚膜付きガラス基体が開示されている。
上記のような防汚膜付きガラス基体を製造後、搬送する際、防汚膜付きガラス基体の損傷を防ぐために、ガラス基体に形成された防汚膜の表面に、粘着層を介して保護フィルムを設置することが行われている。粘着層および保護フィルムは、防汚膜付きガラス基体が製品に用いられる際に、除去される。
特開2013−136833号公報 特開2013−244470号公報
従来の防汚膜付きガラス基体では、粘着層および保護フィルムを除去するときに、粘着層と共に防汚膜の一部がガラス基体から剥離され、防汚膜付きガラス基体の撥水性および撥油性等の防汚性や、耐摩耗性が低下することがあった。
本発明は、粘着層および保護フィルムを除去した後の防汚性および耐摩耗性に優れる、防汚膜付き基体の提供を目的とする。
本発明の防汚膜付き基体は、透明基体の主面に、防汚膜と、粘着層と、保護フィルムとを順に備え、前記粘着層および前記保護フィルムを除去して使用される防汚膜付き基体であって、前記粘着層および前記保護フィルムを備える状態での前記防汚膜の光学膜厚が10nm〜50nmであり、前記粘着層および前記保護フィルムを除去した後の前記防汚膜の光学膜厚が3nm〜30nmである。
また、本発明の防汚膜付き基体は、透明基体の主面に、防汚膜と、粘着層と、保護フィルムとを順に備え、前記粘着層および前記保護フィルムを除去して使用される防汚膜付き基体であって、前記粘着層および前記保護フィルムを除去した後の前記防汚膜の光学膜厚が3nm〜30nmであり、{(前記粘着層および前記保護フィルムを備える状態での前記防汚膜の光学膜厚)−(前記粘着層および前記保護フィルムを除去した後の前記防汚膜の光学膜厚)}×100/(前記粘着層および前記保護フィルムを備える状態での前記防汚膜の光学膜厚)(%)で与えられる変化率が10〜60%である。
粘着層および保護フィルムを除去した後の防汚性および耐摩耗性に優れる防汚膜付き基体を提供することができる。
本発明の防汚膜付き基体の一実施形態を示す断面図である。 粘着層および保護フィルムを除去した後の防汚膜を示す断面図である。 本発明の防汚膜付き基体の製造方法の一実施形態に使用可能な装置を模式的に示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明は、下記の実施形態に限定されることはない。本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
[防汚膜付き基体]
図1は、本発明の防汚膜付き基体の一実施形態を示す断面図である。実施形態の防汚膜付き基体1(防汚体ともいう)は、透明基体2、および透明基体2の主面に形成された防汚膜3を備える。さらに、防汚膜付き基体1は、防汚膜3の表面に除去可能に設置された粘着層4、および粘着層4の表面に除去可能に設置された保護フィルム5を備える。そして、粘着層4および保護フィルム5を備える状態での防汚膜3の光学膜厚、言い換えると、粘着層4および保護フィルム5を除去する前の防汚膜3の光学膜厚は、10nm〜50nmである。
防汚膜付き基体1は、粘着層4および保護フィルム5を除去して使用される。図2は、粘着層4および保護フィルム5を除去した後の防汚膜3aを示す断面図である。図2において、粘着層4および保護フィルム5を除去した後の防汚膜3aの光学膜厚は、3nm〜30nmである。粘着層4および保護フィルム5を除去する前の防汚膜3の光学膜厚に比べて、粘着層4および保護フィルム5を除去した後の防汚膜3aの光学膜厚は小さい。
なお、防汚膜付き基体1において、防汚膜3、粘着層4、保護フィルム5、および後述する反射防止膜は、透明基体2の少なくとも一方の主面に設けられていればよく、必要に応じて、透明基体2の両主面に設けられてもよい。
防汚膜3は、例えば、含フッ素加水分解性ケイ素化合物が、透明基体2の主面で以下のように加水分解縮合反応して形成されるものであり、撥水性や撥油性などの防汚性を有する。本明細書において、含フッ素加水分解性ケイ素化合物とは、ケイ素原子に加水分解可能な基または原子が結合した加水分解性シリル基を有し、さらにそのケイ素原子に結合した含フッ素有機基を有する化合物をいう。また、ケイ素原子に結合し、加水分解性シリル基を構成する加水分解可能な基または原子は、加水分解性基という。
すなわち、含フッ素加水分解性ケイ素化合物の加水分解性シリル基が、加水分解によりシラノール基となり、さらにシラノール基が含フッ素加水分解性ケイ素化合物間で脱水縮合して−Si−O−Si−で表されるシロキサン結合を生成することで、防汚膜3が形成される。シロキサン結合を構成するケイ素原子に結合している含フッ素有機基のほとんどは、含フッ素加水分解性ケイ素化合物と透明基体2との親和性によって、防汚膜3の表面付近に存在する。そのため、この含フッ素有機基の作用により、防汚膜3の表面に撥水性や撥油性が発現する。また、例えば、透明基体2としてガラス基体を用いる場合、加水分解により生成される含フッ素加水分解性ケイ素化合物のシラノール基は、透明基体2の表面に存在している水酸基と脱水縮合反応して、防汚膜3はシロキサン結合を介して透明基体2上に形成する。
そして、このようにして形成された防汚膜3上には、防汚膜3を保護する目的で、粘着層4を介して保護フィルム5が設置される。防汚膜付き基体1が使用される際には、粘着層4および保護フィルム5が除去される。粘着層4および保護フィルム5が除去されるとき、防汚膜3の表面の一部を構成している含フッ素加水分解性ケイ素化合物が粘着層4と共に防汚膜3から除去されることが避けられない。
そこで、形成時の防汚膜3の光学膜厚、言い換えると、粘着層4および保護フィルム5を除去する前の防汚膜3の光学膜厚が10nm〜50nmになるように、防汚膜3を形成する。このような光学膜厚を有する防汚膜3の表面に粘着層4および保護フィルム5を設置し、粘着層4および保護フィルム5を除去したときに、防汚膜3の表面近傍を構成して透明基体2と接着していない含フッ素加水分解性ケイ素化合物が粘着層4に付着されて除去される。防汚膜3を構成している含フッ素加水分解性ケイ素化合物の一部が除去される結果、粘着層4および保護フィルム5を除去した後の防汚膜3aの光学膜厚は3nm〜30nmとなる。
従来、粘着層および保護フィルムを除去する前の防汚膜の光学膜厚は、使用時、言い換えると、粘着層および保護フィルムを除去した後の防汚膜の最適膜厚に設定されていた。つまり、粘着層および保護フィルムを除去する前の防汚膜の光学膜厚が最適膜厚であった。そして、防汚膜の表面を構成している含フッ素加水分解性ケイ素化合物は粘着層と共に透明基体から除去されるため、粘着層および保護フィルムを除去した後の防汚膜の光学膜厚は最適膜厚よりも小さく、防汚膜の防汚性や耐摩耗性が劣化することがあった。これに対し、本実施形態の防汚膜付き基体1を構成する防汚膜3は、粘着層4および保護フィルム5を除去した後の防汚膜3aの光学膜厚が最適になるように、設定している。つまり、粘着層4および保護フィルム5を除去した後の防汚膜3aの光学膜厚が最適膜厚である。そして、防汚膜3を構成している含フッ素加水分解性ケイ素化合物の一部が粘着層4と共に除去されても、防汚膜3aの光学膜厚は最適であるため、防汚膜3aは良好な防汚性や耐摩耗性を維持できる。
以下、実施形態の防汚膜付き基体1を構成する各要素について説明する。
(透明基体)
防汚膜付き基体1を構成する透明基体2は、一般に防汚膜3による防汚性の付与が求められている透明な材料からなるものであれば特に限定されず、例えばガラス、樹脂、またはそれらの組み合わせ(複合材料、積層材料等)からなるものが好ましい。また、透明基体2の形態についても特に限定されず、例えば剛性を有する板状、柔軟性を有するフィルム状等とすることができる。
透明基体2として用いられる樹脂基体としては、例えばポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂基体、ビスフェノールAのカーボネート等の芳香族ポリカーボネート系樹脂基体、ポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル系樹脂基体等が挙げられる。
また、フィルム状の透明基体2として用いられる高分子フィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系フィルム、ポリプロピレン等のポリオレフィン系フィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、アクリル樹脂系のフィルム、ポリエーテルサルフォンフィルム、ポリアリレートフィルム、ポリカーボネートフィルム等が挙げられる。
また、透明基体2として用いられるガラス基体としては、一例として二酸化ケイ素を主成分とする一般的なガラス、例えばソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等からなるガラス基体が挙げられる。
透明基体2の材料として、ガラスを用いる場合、ガラスの組成は、成形や、化学強化処理による強化が可能な組成であることが好ましく、ナトリウムを含んでいることが好ましい。このようなガラスとして、例えば、アルミノシリケートガラス、ソーダライムシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、アルカリバリウムガラス、アルミノホウケイ酸ガラス等が好ましい。
透明基体2の材料として用いられるガラスの組成としては、特に限定されず、種々の組成を有するガラスを用いることができる。ガラスの組成として、例えば、以下のガラスの組成(いずれも、アルミノシリケートガラスである。)が挙げられる。
(i)モル%で表示した組成で、SiOを50〜80%、Alを2〜25%、LiOを0〜10%、NaOを0〜18%、KOを0〜10%、MgOを0〜15%、CaOを0〜5%およびZrOを0〜5%含有するガラス
(ii)モル%で表示した組成で、SiOを50〜74%、Alを1〜10%、NaOを6〜14%、KOを3〜11%、MgOを2〜15%、CaOを0〜6%およびZrOを0〜5%含有し、SiOおよびAlの含有量の合計が75%以下、NaOおよびKOの含有量の合計が12〜25%、MgOおよびCaOの含有量の合計が7〜15%であるガラス
(iii)モル%で表示した組成で、SiOを68〜80%、Alを4〜10%、NaOを5〜15%、KOを0〜1%、MgOを4〜15%およびZrOを0〜1%含有するガラス
(iv)モル%で表示した組成で、SiOを67〜75%、Alを0〜4%、NaOを7〜15%、KOを1〜9%、MgOを6〜14%およびZrOを0〜1.5%含有し、SiOおよびAlの含有量の合計が71〜75%、NaOおよびKOの含有量の合計が12〜20%であり、CaOを含有する場合はCaOの含有量が1%未満であるガラス
また、透明基体2の材料として用いられるガラスの組成としては、以下のガラスの組成(いずれも、ソーダライムシリケートガラスである。)も挙げられる。
(v)モル%で表示した組成で、SiOを65〜75%、Alを0.1〜5%、MgOを1〜15%、CaOを1〜15%、NaOおよびKOを含有し、NaOおよびKOの含有量の合計が10〜18%であるガラス。
(vi)モル%で表示した組成で、SiOを65〜72%、Alを2〜7%、MgOを5〜15%、CaOを3〜9%、NaOを13〜18%、KOを0〜1%、TiOを0〜0.2%、Feを0.01〜0.15%およびSOを0.02〜0.4%含有し、(NaOおよびKOの含有量の合計)/(Alの含有量)が3.5〜6.0であるガラス。
(vii)モル%で表示した組成で、SiOを60〜72%、Alを1〜10%、MgOを5〜12%、CaOを0.1〜5%、NaOを13〜19%およびKOを0〜5%含有し、(ROの含有量)/(ROおよびROの含有量の合計)が0.20〜0.42(式中、ROはアルカリ土類金属酸化物、ROはアルカリ金属酸化物を示す。)であるガラス。
以下、ガラスに含まれる各成分の含有量について、モル%表示で示す。
SiOはガラスの骨格を構成する成分である。また、ガラス表面に傷(圧痕)がついた時のクラックの発生を低減させる成分であり、化学強化後のガラス表面に圧痕をつけた時の破壊率を小さくする成分であり、熱膨張係数を小さくする成分でもある。SiOの含有量は、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは64%以上、特に好ましくは66%以上である。SiOの含有量が50%以上であることによって、ガラスとしての安定性や耐酸性、耐候性、チッピング耐性の低下を回避できる。一方、SiOの含有量は、好ましくは80%以下、より好ましくは75%以下、さらに好ましくは70%以下である。SiOの含有量が80%以下であることによって、ガラスの粘性の増大による溶融性の低下を回避することができる。
Alは、イオン交換性能およびチッピング耐性を向上させるために有効な成分であり、表面圧縮応力を大きくする成分であり、ガラス転移点以上での熱膨張係数を大きくなりにくくする成分でもある。Alの含有量は、好ましくは0.1%以上、より好ましくは2%以上、さらに好ましくは3%以上、特に好ましくは5%以上である。また、Alの含有量は、好ましくは20%以下、より好ましくは15%以下、さらに好ましくは10%以下である。Alの含有量が0.1%以上であることによって、イオン交換性能およびチッピング耐性を向上させることができる。一方、Alの含有量が20%以下であることによって、ガラスの粘性の増大による溶融性の低下を回避することができる。
MgOは、ガラスを安定化させる成分であり、熱膨張係数を適度に維持するために必要な成分でもある。MgOの含有量は、好ましくは1%以上、より好ましくは2%以上、3%以上、4%以上、5%以上、8%以上(8%以上が特に好ましい)である。また、MgOの含有量は、好ましくは15%以下、より好ましくは14%以下、13%以下、12%以下、11%以下、10%以下(10%以下が特に好ましい)である。MgOの含有量が1%以上であることによって、高温での溶解性が良好になり、失透が起こり難くなる。一方、MgOの含有量が15%以下であることによって、失透の起こりにくさが維持され、充分なイオン交換速度が得られる。
CaOは、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、熱膨張係数を適度に維持するために有効な成分でもある。CaOの含有量は、好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは1%以上、特に好ましくは4%以上である。一方、CaOの含有量は、好ましくは10%以下、より好ましくは8%以下、さらに好ましくは5%以下である。CaOの含有量が0.05%以上であることによって、溶融性を向上させることができ、CaOの含有量が10%以下であることによって、表面圧縮応力層を深くすることができる。
NaOは、イオン交換により表面圧縮応力層を形成させる成分であり、ガラスの溶融性を向上させる成分でもある。NaOはガラスの密度が低くても、熱膨張係数が大きくなる成分であるため、熱膨張係数を調整するために有効である。NaOの含有量は、好ましくは10%以上、より好ましくは11%以上、さらに好ましくは12%以上、特に好ましくは13%以上である。一方、NaOの含有量は、好ましくは19%以下、より好ましくは18%以下、さらに好ましくは16%以下、特に好ましくは15%以下である。NaOの含有量が10%以上であることによって、イオン交換により所望の表面圧縮応力層を形成することができ、NaOの含有量が19%以下であることによって、耐候性および耐酸性の低下、圧痕からのクラックの発生を回避できる。
Oは、必要に応じて含有させることができるが、その含有量は0.1%以上が好ましい。KOの含有量が0.1%以上の場合、ガラスの高温での溶解性と適度な熱膨張係数を維持できる。KOの含有量は、より好ましくは0.5%以上、さらに好ましくは1%以上、特に好ましくは2%以上である。また、KOの含有量は、8%以下が好ましい。KOの含有量が8%以下であれば、ガラスの密度が小さくなり、ガラスの重量が小さくなる。KOの含有量は、より好ましくは6%以下、さらに好ましくは4%以下である。
Feは、ガラスの溶融性を向上させる成分である。通常、ガラス中のFeは可視光を吸収するが、板厚が薄いガラスの場合には光の吸収が少なくなるため問題になりにくい。また、Feは高温熱膨張係数(αmax)を大きくする効果がある。さらにFeは熱線を吸収する成分であることから、ガラス融液の熱対流を促してガラスの均質性を向上させ、溶融窯の底煉瓦の高温化を防ぐことで窯寿命を延ばす等の効果があり、大型窯を用いて製造する板ガラスの溶融プロセスでは組成中に含まれていることが好ましい。Feの含有量は好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.01%以上、さらに好ましくは0.03%以上、特に好ましくは0.06%以上である。一方、過度に含有するとFeによる色味が問題となるため、Feの含有量は0.2%未満が好ましく、0.15%未満がより好ましく、0.12未満がさらに好ましく、0.095未満が特に好ましい。
ガラス基体の製造方法は、特に限定されず、所望のガラス原料を連続溶融炉に投入し、ガラス原料を好ましくは1500〜1600℃で加熱溶融し、清澄した後、溶融したガラスを成形装置に供給して板状に成形し、徐冷することにより製造することができる。
なお、ガラス基体の成形方法としては特に限定されず、例えば、ダウンドロー法(例えば、オーバーフローダウンドロー法、スロットダウン法、リドロー法等)、フロート法、ロールアウト法、プレス法等の成形方法を用いることができる。
透明基体2の厚みは、用途に応じて適宜選択することができる。例えば、樹脂基体、ガラス基体等、透明基体2が板状である場合には、透明基体2の厚みは、0.1〜5mmであることが好ましく、0.2〜2mmであることがより好ましい。特に、透明基体2としてガラス基体を用い、後述する化学強化処理を行う場合や、軽量化を目的とする場合は、化学強化処理や軽量化を効果的に行うために、ガラス基体の厚みは5mm以下であることが好ましく、3mm以下であることがより好ましい。スマートフォン、タブレットPC等の携帯型電子機器用タッチパネルに用いられる場合、特に軽量化が重視されるため、ガラス基体の厚みは1mm以下であることがさらに好ましく、0.7mm以下であることが特に好ましい。一方、カーナビゲーションシステム等の車載型電子機器用タッチパネルに用いられる場合、軽量化よりも剛性を重視されるため、ガラス基体の厚みは0.7mm以上であることがさらに好ましく、1.0mm以上であることが特に好ましい。
また、高分子フィルム等、透明基体2がフィルム状である場合には、透明基体2の厚みは50〜200μmであることが好ましく、75〜150μmであることがより好ましい。
透明基体2としてガラス基体を用いる場合、ガラス基体の主面には、酸素ガスプラズマによる表面処理が施されていてもよい。また、ガラス基体の主面には、スパッタリングなどにより、酸化ケイ素膜が形成されていてもよい。これらの処理は、後述する防眩処理や化学強化処理を行う場合、防眩処理や化学強化処理の後に行うことが好ましい。
(防眩処理)
透明基体2の主面には、防汚膜付き基体1に防眩性を付与するために、凹凸形状を有することが好ましい。
凹凸形状を形成する方法として、防眩処理を利用できる。防眩処理としては、特に限定されるものではなく、例えば、透明基体2としてガラス基体を用いる場合、ガラス基体の主面に化学的あるいは物理的に表面処理を施し、所望の表面粗さを有する凹凸形状を形成する方法を利用できる。
化学的に防眩処理を行う方法として、例えばフロスト処理を施す方法が挙げられる。フロスト処理は、例えば、フッ化水素とフッ化アンモニウムの混合溶液に、被処理体であるガラス基体を浸漬することで実施可能である。
また、物理的に防眩処理を行う方法として、例えば、結晶質二酸化ケイ素粉、炭化ケイ素粉等を加圧空気でガラス基体の主面に吹きつけるいわゆるサンドブラスト処理や、結晶質二酸化ケイ素粉、炭化ケイ素粉等を付着させたブラシを水で湿らせ、湿らせたブラシでガラス基体の主面を磨く方法等を利用できる。
なかでも、化学的な表面処理であるフロスト処理は、被処理体表面におけるマイクロクラックが生じ難く、機械的強度の低下が生じ難いため、ガラス基体に表面処理を施す方法として好ましく利用できる。
このようにして化学的または物理的に防眩処理を施したガラス基体の主面に対し、表面形状を整えるため、エッチング処理を行うことが好ましい。エッチング処理としては、例えば、ガラス基体を、フッ化水素の水溶液であるエッチング溶液に浸漬して、化学的にエッチングする方法を用いることができる。エッチング溶液は、フッ化水素以外にも、塩酸、硝酸、クエン酸などの酸を含有してもよい。これら酸を含有することで、ガラス基体に含有されるNaイオン、Kイオン等の陽イオン成分とフッ化水素との反応による、ガラス基体の表面における析出物の局所的な発生を抑制することができるほか、ガラス基体の表面を均一にエッチングすることができる。
エッチング処理を行う場合、エッチング溶液の濃度や、エッチング溶液へのガラス基体の浸漬時間(以下「エッチング時間」ともいう。)等を変えることで、エッチング量を調節することができる。これにより、ガラス基体の凹凸形状を有する面(以下「防眩処理面」ともいう。)のヘイズ値を所望の値に調整することができる。また、防眩処理を、サンドブラスト処理等の物理的な表面処理で行った場合、透明基体2にクラックが生じることがあるが、エッチング処理によってこのようなクラックを除去することができる。面内のクラックの深さは、最長で5μm以下が好ましく、3μm以下がさらに好ましい。この範囲にあれば、面内クラックによる割れ強度低減を十分に抑制できる。面内のクラック深さは以下のようにして測定することができる。まず、同一性状の透明基板を複数枚(たとえば5枚)用意する。次にそれぞれの透明基板の主面を、酸化セリウム砥粒を用いて研磨量を段階的に変化させて研磨する。研磨量はたとえば1μm、2μm、3μm、4μm、5μmとする。そのあと、1mol%のHF水溶液を用いて透明基板の主面を微量エッチングすると、残っているクラックが確認しやすくなる。このクラック痕が何μm研磨するまで残っているかを光学顕微鏡(キーエンス社製VK−X120)により確認することでクラック深さを測定することができる。すなわち、研磨量が5μmでクラック痕が残っていなければ、クラック深さは5μm以下であると言える。また、エッチング処理によって、防汚膜付き基体1のギラツキを抑えるという効果も得ることができる。
このようにして、防眩処理およびエッチング処理が行われた後のガラス基体の主面の形状としては、表面粗さ(二乗平均粗さ(RMS))が0.01〜0.5μmであることが好ましく、0.01〜0.3μmであることがより好ましく、0.01〜0.2μmであることがさらに好ましい。表面粗さ(RMS)が上記した範囲であることで、防眩処理後のガラス基体のヘイズ値を3〜30%に調整することができる。その結果、得られる防汚膜付き基体1に優れた防眩性を付与可能である。
なお、表面粗さ(RMS)はJIS B 0601:(2001)で規定される方法に準拠して測定を行うことができる。表面粗さ(RMS)の測定方法として、具体的には、レーザー顕微鏡(VK−9700、キーエンス社製)を用いて、試料である防眩処理後のガラス基体の測定面に対して、300μm×200μmの視野範囲を設定し、ガラス基体の高さ情報を測定する。測定値に対して、カットオフ補正を行ない、得られた高さの二乗平均を求めることで、表面粗さ(RMS)を算出することができる。カットオフ値としては0.08mmを使用することが好ましい。
また、ヘイズ値は、JIS K 7136で規定される方法に準拠して測定した値である。
また、防眩処理及びエッチング処理が行われた後のガラス基体の表面は、凹凸形状を有しており、凹凸形状をガラス基体の表面の上方から観察すると、円形状の孔にみえる。このように観察される円形状の孔の大きさ(直径)は1μm以上10μm以下であることが好ましい。このような範囲にあることにより、ギラツキ防止と防眩性を両立可能である。
透明基体2としてガラス基体を用いる場合には、得られる防汚膜付き基体1の強度を高めるために、ガラス基体の主面や防眩処理面に対し、化学強化処理を施すことが好ましい。
化学強化処理の方法としては、特に限定されず、ガラス基体の主面や防眩処理面にイオン交換処理を施すことによって、圧縮応力が残留する表面層をこれらの面に形成する。具体的には、ガラス転移点以下の温度で、ガラス基体の主面や防眩処理面の近傍に含まれるイオン半径の小さなアルカリ金属イオン(例えば、Liイオン、Naイオン)を、イオン半径のより大きなアルカリ金属イオン(例えば、Liイオンに対してはNaイオンやKイオン、Naイオンに対してはKイオン)に置換する。これにより、ガラス基体の主面や防眩処理面に圧縮応力が残留し、ガラス基体の強度が向上する。
(反射防止膜)
防汚膜付き基体1は、透明基体2と防汚膜3との間に、反射防止膜を備えていてもよい。反射防止膜は、透明基体2が上記凹凸形状を有する場合には、防眩処理面上に備えられることが好ましい。
反射防止膜の構成としては、光の反射を抑制できる構成であれば特に限定されず、例えば、波長550nmでの屈折率が1.9以上の高屈折率層と、波長550nmでの屈折率が1.6以下の低屈折率層とを積層した構成とすることができる。
反射防止膜は、高屈折率層と低屈折率層とをそれぞれ1層ずつ含んでもよいが、高屈折率層と低屈折率層とをそれぞれ2層以上含んでもよい。反射防止膜が高屈折率層と低屈折率層とをそれぞれ2層以上含む場合には、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した形態であることが好ましい。
特に、反射防止性能を高めるためには、反射防止膜は複数の層が積層された積層体であることが好ましく、例えば該積層体は2層以上6層以下の層が積層されていることが好ましく、2層以上4層以下の層が積層されていることがより好ましい。ここでの積層体は、高屈折率層と低屈折率層とを積層した積層体であることが好ましく、高屈折率層および低屈折率層の各々の層数を合計したものが上記範囲であることが好ましい。
高屈折率層や低屈折率層の材料は、特に限定されるものではなく、要求される反射防止性能の程度や生産性等を考慮して選択できる。高屈折率層を構成する材料としては、例えば酸化ニオブ(Nb)、酸化チタン(TiO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化タンタル(Ta)、窒化ケイ素(SiN)から選択された1種以上を使用することが好ましい。低屈折率層を構成する材料としては、酸化ケイ素(SiO)、SiとSnとの混合酸化物を含む材料、SiとZrとの混合酸化物を含む材料、SiとAlとの混合酸化物を含む材料から選択された1種以上を使用することが好ましい。
生産性や、屈折率の観点から、前記高屈折率層が酸化ニオブ層、酸化タンタル層または窒化ケイ素層であり、前記低屈折率層が酸化ケイ素層であることがより好ましい。
反射防止膜を成膜する方法は、特に限定されず、各種成膜方法を利用可能である。特に、パルススパッタ、ACスパッタ、デジタルスパッタ等の方法により成膜を行うことが好ましい。これらの方法にすることで、緻密な膜ができ、耐久性が確保できる。
例えばパルススパッタにより成膜を行う場合、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気のチャンバ内に透明基体2を配置し、所望の組成となるようにターゲットを選択し、反射防止膜を成膜する。
このとき、チャンバ内の不活性ガスのガス種は、特に限定されるものではなく、アルゴンやヘリウム等、各種不活性ガスを利用できる。
不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスによるチャンバ内の圧力は、特に限定されるものではないが、0.5Pa以下とすることにより、反射防止膜の表面粗さを容易に上記好ましい範囲とすることができるため好ましい。これは、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスによるチャンバ内の圧力が0.5Pa以下であると、成膜分子の平均自由行程が確保され、成膜分子がより多くのエネルギーをもって透明基体2に到達する。したがって、成膜分子の再配置が促され、比較的密で平滑な表面を有する膜ができる。不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスによるチャンバ内の圧力の下限値は、特に限定されるものではないが、例えば0.1Pa以上であることが好ましい。
(防汚膜)
防汚膜付き基体1は、透明基体2の主面に、防汚膜3を備えている。透明基体2の主面または防眩処理面に反射防止膜が形成される場合、防汚膜3は当該反射防止膜の表面に形成されることが好ましい。また、透明基体2として防眩処理、化学強化処理等の表面処理が施され、反射防止膜が形成されないガラス基体を用いる場合には、防汚膜3はこれら表面処理の施された面に形成されることが好ましい。
防汚膜3を形成する方法としては、一例として、パーフルオロアルキル基、例えばパーフルオロ(ポリオキシアルキレン)鎖を含むフルオロアルキル基等のフルオロアルキル基、を有するシランカップリング剤の組成物を、透明基体2の主面に、スピンコート法、ディップコート法、キャスト法、スリットコート法、スプレーコート法等により塗布した後加熱処理する方法、防汚膜3の原料を透明基体2の主面に気相蒸着させた後加熱処理する真空蒸着法等が挙げられる。密着性の高い防汚膜3を得るには、真空蒸着法により形成することが好ましい。真空蒸着法による防汚膜3の形成は、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する被膜形成用組成物を用いて行うことが好ましい。
被膜形成用組成物は、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する組成物であって、真空蒸着法により防汚膜3を形成可能な組成物であれば、特に制限されない。被膜形成用組成物は、含フッ素加水分解性ケイ素化合物以外の任意成分を含有してもよく、含フッ素加水分解性ケイ素化合物のみで構成されてもよい。任意成分としては、本発明の効果を阻害しない範囲で用いられ、フッ素原子を有しない加水分解性ケイ素化合物(以下「非フッ素加水分解性ケイ素化合物」という。)、触媒等が挙げられる。
なお、含フッ素加水分解性ケイ素化合物、および、任意に非フッ素加水分解性ケイ素化合物を被膜形成用組成物に配合するとき、各化合物は、そのままの状態で配合されてもよく、その部分加水分解縮合物として配合されてもよい。また、各化合物とその部分加水分解縮合物との混合物として、被膜形成用組成物に配合されてもよい。
また、2種以上の含フッ素加水分解性ケイ素化合物を組み合わせて用いる場合、各化合物は、そのままの状態で被膜形成用組成物に配合されてもよく、それぞれの部分加水分解縮合物として配合されてもよく、2種以上の化合物の部分加水分解共縮合物として配合されてもよい。また、これらの化合物、部分加水分解縮合物、部分加水分解共縮合物の混合物を配合してもよい。ただし、用いる部分加水分解縮合物、部分加水分解共縮合物は、真空蒸着が可能な程度の重合度のものとする。なお、含フッ素加水分解性ケイ素化合物とは、化合物自体に加えてこのような部分加水分解縮合物、部分加水分解共縮合物を含む。
(含フッ素加水分解性ケイ素化合物)
防汚膜3の形成に用いる含フッ素加水分解性ケイ素化合物は、防汚膜3が、撥水性、撥油性等の防汚性を有するものであれば特に限定されない。
具体的には、パーフルオロポリエーテル基、パーフルオロアルキレン基およびパーフルオロアルキル基からなる群から選ばれる1つ以上の基を有する含フッ素加水分解性ケイ素化合物が挙げられる。これらの基は、加水分解性シリル基のケイ素原子に連結基を介して結合または直接結合する含フッ素有機基として存在する。なお、パーフルオロポリエーテル基とは、パーフルオロアルキレン基とエーテル性酸素原子とが交互に結合した構造を有する2価の基をいう。含フッ素加水分解性ケイ素化合物の数平均分子量(Mn)は、2000〜10000であることが好ましく、3000〜5000であることがより好ましい。含フッ素加水分解性ケイ素化合物の数平均分子量(Mn)が前記範囲内であることで、防汚膜3の防汚性が十分に発現され、耐摩耗性にも優れる。なお、本明細書における数平均分子量(Mn)は、ゲルパミエーションクロマトグラフにより測定されたものをいう。
前記したように、含フッ素加水分解性ケイ素化合物が透明基体2の主面で反応して得られる防汚膜3においては、上記含フッ素有機基が防汚膜3の表面付近に存在することで、防汚膜3は撥水性、撥油性等の防汚性を有する。上記のような基を有する含フッ素加水分解性ケイ素化合物の具体例としては、下記式(I)〜(V)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0006642444
式(I)中、Rf1は炭素数1〜16の直鎖状のパーフルオロアルキル基(アルキル基として、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等)、Rは水素原子または炭素数1〜5のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等)、Xは加水分解可能な基(例えば、アミノ基、アルコキシ基、アシロキシ基、アルケニルオキシ基、イソシアネート基等)またはハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、mは1〜50、好ましくは1〜30の整数、nは0〜2、好ましくは1〜2の整数、pは1〜10、好ましくは1〜8の整数である。
式(I)において、Rf1の炭素数は1〜4が好ましい。また、Rはメチル基が好ましい。Xで表される加水分解可能な基としては、炭素数1〜6のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基がより好ましい。
2q+1CHCHSi(NH …(II)
式(II)中、qは1以上、好ましくは2〜20の整数である。式(II)で表される化合物としては、n−トリフロロ(1,1,2,2−テトラヒドロ)プロピルシラザン(n−CFCHCHSi(NH)、n−ヘプタフロロ(1,1,2,2−テトラヒドロ)ペンチルシラザン(n−CCHCHSi(NH)等を例示することができる。
2r+1CHCHSi(OCH …(III)
式(III)中、rは1以上、好ましくは1〜20の整数である。式(III)で表される化合物としては、2−(パーフルオロオクチル)エチルトリメトキシシラン(n−C17CHCHSi(OCH)等を例示することができる。
Figure 0006642444
式(IV)中、Rf2は、−(OC−(OC−(OCF−(s、t、uはそれぞれ独立に0〜200の整数である)で表される2価の直鎖状のパーフルオロポリエーテル基であり、R、Rは、それぞれ独立に炭素数1〜8の一価の炭化水素基(例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等)である。X、Xは、それぞれ独立に、加水分解可能な基(例えば、アミノ基、アルコキシ基、アシロキシ基、アルケニルオキシ基、イソシアネート基等)またはハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)であり、d、eはそれぞれ独立に1〜2の整数であり、c、fはそれぞれ独立に1〜5、好ましくは1〜2の整数であり、aおよびbはそれぞれ独立に2〜3の整数である。
f2において、s+t+uは、20〜300であることが好ましく、25〜100であることがより好ましい。また、R、Rは、メチル基、エチル基、ブチル基が好ましい。X、Xで表される加水分解可能な基としては、炭素数1〜6のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基がより好ましい。また、aおよびbは、それぞれ3が好ましい。
F−(CF−(OC−(OC−(OCF(CHO(CH Si(X3−k(R ………(V)
式(V)中、vは1〜3の整数であり、w、y、zはそれぞれ独立に0〜200の整数であり、hは1〜2の整数であり、iは2〜20の整数であり、Xは加水分解可能な基であり、Rは炭素数1〜22の直鎖状または分岐状の炭化水素基であり、kは0〜2の整数である。w+y+zは、20〜300であることが好ましく、25〜100であることがより好ましい。また、iは2〜10であることが好ましい。Xは、炭素数1〜6のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基がより好ましい。Rは、炭素数1〜10のアルキル基が好ましい。
また、市販されているパーフルオロポリエーテル基、パーフルオロアルキレン基およびパーフルオロアルキル基からなる群から選ばれる1つ以上の基を有する含フッ素加水分解性ケイ素化合物として、KP−801(商品名、信越化学工業社製)、X−71(商品名、信越化学工業社製)、KY−130(商品名、信越化学工業社製)、KY−178(商品名、信越化学工業社製)、KY−185(商品名、信越化学工業社製)、KY−195(商品名、信越化学工業社製)、KY−197(商品名、信越化学工業社製)、オプツ−ル(登録商標)DSX(商品名、ダイキン工業社製)、S−550(商品名、旭硝子製)などが好ましい。上記したなかでも、KY−185、KY−195、オプツ−ルDSX、S−550がより好ましい。
なお、市販品の含フッ素加水分解性ケイ素化合物が溶剤とともに供給される場合には、含フッ素加水分解性ケイ素化合物は溶剤を除去して使用される。被膜形成用組成物は、上記含フッ素加水分解性ケイ素化合物と必要に応じて添加される任意成分とを混合することで調製され、真空蒸着に供される。
このような含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含む被膜形成用組成物を、透明基体2の主面に付着させ反応させることで、防汚膜3が形成される。なお、具体的な真空蒸着法や反応条件などについては公知の方法、条件等が適用可能である。例えば、後述する製造方法により、このような防汚膜3を形成することができる。
形成時の防汚膜3の光学膜厚は、10nm〜50nmが好ましく、10〜30nmがより好ましい。形成時の防汚膜3の光学膜厚を上記範囲とすることで、粘着層4および保護フィルム5を除去した後の防汚膜3aは、良好な防汚性および耐摩耗性を維持できる。
(粘着層)
防汚膜付き基体1は、防汚膜3の表面に除去可能に設置された粘着層4を備えている。粘着層4の材料としては、粘着層4が除去されるときに、粘着層4が防汚膜3から容易に除去されるものが好ましい。このような粘着層4の材料として、アクリル系の粘着剤、ポリウレタン系の粘着剤等が挙げられる。これらの粘着剤は、接着性や、剥離性の観点からも好ましい。
粘着層4の粘着力は、粘着層4を防汚膜3から除去する際の、防汚膜3を構成する含フッ素加水分解性ケイ素化合物の除去量を制御する観点から、粘着層4のアクリル基体に対する180度引き剥がし粘着力(JIS Z 0237準拠)が、0.02N/25mm〜0.4N/25mmが好ましく、0.05N/25mm〜0.2N/25mmがより好ましい。
粘着層4の粘着力が0.02N/25mm未満であると、保護フィルム5が防汚膜3に均一に付着されず、粘着層4および保護フィルム5が除去されるときに、防汚膜3の表面を構成する含フッ素加水分解性ケイ素化合物が防汚膜4によって不均一に除去される可能性がある。また、防汚膜付き基体1の搬送中に保護フィルム5が粘着層4から剥がれる可能性があり、保護フィルム5は防汚膜3の保護としての機能を損なう可能性がある。また、粘着層4の粘着力が0.4N/25mmを超えると、粘着層4の防汚膜3に対する付着力が強すぎて、粘着層4および保護フィルム5が除去されるときに、防汚膜3の表面を構成する含フッ素加水分解性ケイ素化合物が必要以上に除去されてしまう可能性がある。また、粘着層4および保護フィルム5が除去されるときに、粘着層4の一部が除去されきれずに防汚膜3の表面に残存するため、汚れなどの不良を生じる場合がある。さらに、保護フィルム5を除去するためには大きな力が必要になり、粘着層4を均一に除去できず剥離ムラが生じる可能性がある。
粘着層4の厚みは、防汚膜3と保護フィルム5との付着性および剥離性の観点から、5μm〜50μmであることが好ましい。
(保護フィルム)
防汚膜付き基体1は、粘着層4の表面に除去可能に設置された保護フィルム5を備えている。保護フィルム5としては、樹脂製のフィルム状のものであれば特に制限されない。また、保護フィルム5は単層構造であってもよく、帯電防止層、ハードコート層、易接着層等の複数の層が積層された多層構造であってもよい。
保護フィルム5としては、例えばポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系フィルム、ポリエチレン系フィルム、ポリプロピレン等のポリオレフィン系フィルム、ポリ塩化ビニルフィルム等を用いることができる。これらの中でも、粘着層4との付着性の点、耐久性や光学特性の点から、ポリエステル系フィルムが好ましい。
保護フィルム5の厚みは、特に限定されず、例えば、5μm〜100μmであることが好ましく、10μm〜75μmであることがより好ましい。保護フィルム5の厚みが5μm未満であると、防汚膜3を十分に保護できないことがあり、保護フィルム5の厚みが100μmを超えると、コストの増大を招くことがある。
[防汚膜付き基体の製造方法]
本発明の防汚膜付き基体1の製造方法は、透明基体2の主面に防汚膜3を形成する成膜工程と、防汚膜3の表面に粘着層4を除去可能に設置する粘着層設置工程と、粘着層4の表面に保護フィルム5を除去可能に設置する保護フィルム設置工程とを有する。
(成膜工程)
成膜工程は、透明基体2の主面に、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する組成物を蒸着し、反応させて、防汚膜3を形成する工程である。成膜工程において、透明基体2の主面上に防汚膜3が高い密着性をもって形成されることで、得られる防汚膜付き基体1は、優れた撥水性や撥油性等の防汚性と高レベルでの耐摩耗性との両立が可能となる。
成膜工程では、先ず、透明基体2の主面に、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する組成物を付着させ反応させる。透明基体2の主面には、上記した反射防止膜が形成されていてもよい。透明基体2の主面に反射防止膜を有する場合には、反射防止膜の表面に、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する組成物を付着させ反応させる。また、透明基体2として、上記した防眩処理、化学強化処理等の表面処理が施されたガラス基体を用いる場合には、表面処理が施された表面に、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する組成物を付着させ反応させる。
含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する組成物を透明基体2の主面に付着させる方法としては、含フッ素加水分解性ケイ素化合物の層を乾式法で形成するのに通常用いられる方法であれば特に制限されず、例えば、真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法等が挙げられる。成膜工程時における含フッ素加水分解性ケイ素化合物の分解を抑制する点、および、装置の簡便さの点より、真空蒸着法が好ましい。
真空蒸着法としては、抵抗加熱法、電子ビーム加熱法、高周波誘導加熱法、反応性蒸着法、分子線エピタキシー法、ホットウォール蒸着法、イオンプレーティング法、クラスターイオンビーム法等に細分することができるが、いずれの方法も適用することができる。成膜工程時における含フッ素加水分解性ケイ素化合物の分解を抑制する点、および、装置の簡便さの点より、抵抗加熱法が好ましい。真空蒸着装置は特に制限なく、公知の装置が利用できる。
図3は、本発明の防汚膜付き基体1の製造方法の一実施形態に使用可能な装置を模式的に示す図である。図3に示す装置は、透明基体2の主面に、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する組成物を蒸着する装置である。
以下、図3を参照しながら防汚膜付き基体1の製造方法について説明する。ここでは、抵抗加熱法による真空蒸着装置について説明する。図3に示す装置を用いた場合、透明基体2が図の左側から右側に向かって搬送部32により搬送されながら、真空チャンバ33内で、成膜工程が透明基体2に対して実施される。
図3に示す真空チャンバ33内では、抵抗加熱法による真空蒸着装置20を用いて、被膜形成用組成物を透明基体2の主面に付着させる。
真空チャンバ33内の圧力は、生産安定性の観点から、1Pa以下に維持されることが好ましく、0.1Pa以下がより好ましい。真空チャンバ33内の圧力が1Pa以下であれば、抵抗加熱法による真空蒸着を安定に行うことができる。
真空蒸着装置20は、真空チャンバ33外に設置され、被膜形成用組成物を加熱する加熱容器21と、加熱容器21と真空チャンバ33を接続し、加熱容器21から導入される被膜形成用組成物の蒸気をマニホールド23へ供給する配管22と、真空チャンバ33内で配管22に接続され、配管22から供給される被膜形成用組成物の蒸気を透明基体2の主面に噴射するための噴射口を有するマニホールド23とを備える。また、真空チャンバ33内において、透明基体2は、マニホールド23の噴射口と透明基体2の主面とが対向するように保持されている。
加熱容器21は、蒸着源である被膜形成用組成物を蒸発可能な温度に加熱できる加熱部を有する。被膜形成用組成物の加熱温度は、被膜形成用組成物の種類によって適宜選択されるが、具体的には30℃〜400℃が好ましく、50℃〜300℃が特に好ましい。被膜形成用組成物の加熱温度が30℃以上であると、成膜速度が良好になる。被膜形成用組成物の加熱温度が400℃以下であると、含フッ素加水分解性ケイ素化合物の分解を抑制し、透明基体2の主面に防汚性を有する良好な防汚膜3を形成できる。
ここで、真空蒸着の際に、加熱容器21内の含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する被膜形成用組成物を蒸着開始温度まで昇温した後、被膜形成用組成物の蒸気の一部を所定の時間、系外に排出する前処理を行うことが好ましい。被膜形成用組成物に含まれる含フッ素加水分解性ケイ素化合物は、高分子量であり、分子量分布を有している。そのため、蒸着開始温度に到達してすぐの段階における被膜形成用組成物の蒸気では、気化しやすい低分子量成分の含有率が増加し、場合によっては低沸不純物成分も増加する。この前処理を行うことにより、防汚膜3の耐久性に影響を与える低分子量成分や低沸不純物成分等を除去でき、さらには、蒸着源から供給される原料蒸気の組成の安定化が可能となる。これにより、耐久性の高い防汚膜3を安定して形成することが可能となる。
具体的には、加熱容器21の上部に、マニホールド23と接続している配管22とは別に、初期の被膜形成用組成物の蒸気を加熱容器21外に排出するための開閉自在な排気口に接続する配管(図示せず)を設け、加熱容器21外で当該蒸気をトラップする等の方法を用いることができる。
また、真空蒸着時における、透明基体2の温度は、室温(20〜25℃)から200℃であることが好ましい。透明基体2の温度が200℃以下であると、成膜速度が良好になる。透明基体2の温度の上限値は150℃がより好ましく、100℃が特に好ましい。
なお、マニホールド23は、加熱容器21から供給される被膜形成用組成物の蒸気が凝縮するのを防止するため、ヒーター部を備えていることが好ましい。また、配管22は、加熱容器21から供給される蒸気が配管22内で凝縮するのを防ぐために、加熱容器21と共に加熱されるように設計することが好ましい。
また、成膜速度を制御するために、配管22に可変バルブ24を設け、真空チャンバ33内に設けられた膜厚計25での検出値に基づいて可変バルブ24の開度を制御することが好ましい。このような構成を設けることで、透明基体2の主面に供給される含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する被膜形成用組成物の蒸気の量を制御することが可能となる。これにより、透明基体2の主面に精度よく所望の厚さを有する防汚膜3を形成できる。なお、膜厚計25としては、水晶振動子モニタ等を用いることができる。さらに、膜厚の測定は、例えば、膜厚計25として、薄膜解析用X線回折計ATX−G(RIGAKU社製)を用いた場合には、X線反射率法により反射X線の干渉パターンを得て、該干渉パターンの振動周期から算出することができる。
このようにして、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含む被膜形成用組成物が、透明基体2の主面に付着される。さらに付着と同時にまたは付着後、含フッ素加水分解性ケイ素化合物が加水分解縮合反応することにより、透明基体2の主面に化学結合するとともに、分子間でシロキサン結合することで防汚膜3となる。
この含フッ素加水分解性ケイ素化合物の加水分解縮合反応は、付着と同時に上記透明基体2の主面で進行するが、この反応を十分に促進させるために、必要に応じて、防汚膜3が形成された透明基体2を、真空チャンバ33から取り出した後、ホットプレートや恒温恒湿槽を使用した加熱処理をさらに行ってもよい。加熱処理の条件としては、例えば、透明基体2を80〜200℃の温度で10〜60分間加熱する。
なお、成膜工程は、チャンバ33に加湿装置等を接続して、チャンバ33内を加湿した状態で行ってもよい。また、成膜工程後、防汚膜3の表面に対し、例えば、酸処理又はアルカリ処理によりエッチング等を行って、防汚膜3の表面粗さ(中心線平均粗さ(Ra))を例えば、10nm以下に調整してもよい。
(粘着層設置工程、保護フィルム設置工程)
次いで、上記のようにして得られる防汚膜3の表面に、粘着層4を介して保護フィルム5を除去可能に付着させる。防汚膜3の表面に粘着層4を除去可能に設置する方法、および粘着層4の表面に保護フィルム5を除去可能に設置する方法は、特に限定されず、同一の工程で実施しても別々の工程で実施してもよく、例えば、防汚膜3との付着面に粘着層4を予め備える保護フィルム5(以下「粘着層付き保護フィルム」ともいう。)を防汚膜3上に載置した後加圧する方法を用いることができる。防汚膜3上への粘着層付き保護フィルムの設置は連続的に行ってもよく、この場合には、ラミネート機等を用いて、透明基体2を搬送しながら、防汚膜3の主面に粘着層付き保護フィルムを連続的に供給、載置した後、加圧して、防汚膜3に粘着層付き保護フィルムを付着させる。このときのラミネート条件は、特に限定されず、例えば、防汚膜3を形成した透明基体2の搬送速度を1mm/min〜5mm/min、加圧力を、線圧で1kgf/cm〜10kgf/mで行うことができる。
[粘着層および保護フィルムの除去]
防汚膜付き基体1は、上記で設置された粘着層4および保護フィルム5が除去されて使用される。粘着層4および保護フィルム5の除去方法は、特に限定されず、手動で除去されてもよく、剥離装置等を用いて除去されてよい。なお、除去方法によっては剥離後の防汚膜3aの光学膜厚の値が上下しないことを本願発明者らは見出した。
このようにして、粘着層4および保護フィルム5を除去した後の防汚膜3aの光学膜厚は、3nm〜30nmである。粘着層4および保護フィルム5の除去後の防汚膜3aの光学膜厚が3nm未満の場合、防汚膜3aの耐久性が著しく劣化する。また、除去後の防汚膜3aの光学膜厚が30nmを超える場合、膜厚ムラや防汚膜材料の凝集によるヘイズのムラが生じ、外観において光学ムラとして知覚され、意匠性や画像表示の品質を損なってしまう。
また、粘着層4および保護フィルム5を設置する前の防汚膜3の光学膜厚に対する、粘着層4および保護フィルム5を除去した後の防汚膜3aの光学膜厚の変化率が、10%〜60%であることが好ましい。これにより、粘着層4および保護フィルム5を除去した後の防汚膜3aは、優れた防汚性を備えるとともに、高い耐摩耗性を有する。
ここで、防汚膜3に対する防汚膜3aの光学膜厚の変化率は次式で求められる値である。
光学膜厚の変化率={(防汚膜3の光学膜厚)−(防汚膜3aの光学膜厚)}×100/(防汚膜3の光学膜厚)(%) ・・・(1)
上記のようにして得られる防汚膜3を有する防汚膜付き基体1は、撥水性や撥油性等の防汚性に優れるとともに、繰り返し行われる汚れの払拭等にも耐えうる高い耐摩耗性を有する。また、防汚膜付き基体1は、防汚膜3上に、粘着層4および保護フィルム5を備えるので、搬送時の割れや傷付きを抑制することができる。また、粘着層4および保護フィルム5を除去した後の防汚膜3aの光学膜厚が最適膜厚となるように、粘着層4および保護フィルム5を除去する前の防汚膜3の光学膜厚を上記範囲としているため、使用時の防汚膜3aが十分な光学膜厚を有し、撥水性や撥油性等の防汚性に優れるとともに、繰り返し行われる汚れの払拭等にも耐えうる高い耐摩耗性を有する。
以下に、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。実施例および比較例における評価は、それぞれ以下の方法で行った。
(擦り耐久性(耐摩耗性))
まず底面が10mm×10mmである平面金属圧子の表面に平織り綿布金巾3号を装着して、防汚膜を擦る摩擦子とした。
次に、上記摩擦子を用い、平面摩耗試験機3連式(大栄科学精器製作所製)にて防汚膜の擦り耐久性を測定した。具体的には、上記摩擦子の底面が透明基体に形成された防汚膜の表面に接触するように摩擦子を摩耗試験機に取り付け、摩擦子への加重が1000gとなるように重りを載せ、平均速さ6400mm/min、片道40mmで摩擦子を防汚膜表面に対して往復摺動した。往復摺動1回で擦り回数2回とし、擦り回数50000回終了後の防汚膜表面の水の接触角を測定した。防汚膜表面の水接触角の測定は、自動接触角計DM−501(協和界面科学製)を用いて、純水1μLを防汚膜に滴下して行った。防汚膜表面における水接触角の測定箇所は10箇所とし、10箇所で測定した水接触角の算術平均を擦り耐久性とした。粘着層付き保護フィルムの除去前後での水接触角の減少率が少ないほど、擦り耐久性の低下が抑制されている。
(防汚膜の光学膜厚)
まず、反射防止膜を備える防汚膜付き基体における防汚膜の光学膜厚の測定方法について説明する。
初めに、透明基体の表面に形成している反射防止膜を構成する各層の屈折率を測定した。続いて、透明基体の裏面に、黒テープを貼り、透明基体の裏面反射を除去した。その後、反射防止膜および防汚膜を形成している透明基体の表面について、分光反射スペクトルを分光測定器(SolidSpec−3700、島津製作所製)で測定した。そして、あらかじめ測定した反射防止膜を構成する各層の屈折率と各層の厚みを用い、防汚膜の屈折率を1.35と仮定して、防汚膜の光学膜厚を専用のソフトウェアにより算出した。
次に、反射防止膜を備えない防汚膜付き基体における防汚膜の光学膜厚の測定方法について説明する。
反射防止膜を形成している透明基体と、反射防止膜を形成していない透明基体とをそれぞれ用意し、両透明基体に同一の条件で防汚膜を形成した。その後、反射防止膜および防汚膜を形成した透明基体の表面について、分光反射スペクトルを上記と同様の分光測定器で測定した。上記と同様に、反射防止膜を構成する各層の屈折率と各層の厚みを用い、防汚膜の屈折率を1.35と仮定して、防汚膜の光学膜厚を専用のソフトウェアにより算出した。この値を、同一の条件で反射防止膜を形成していない透明基体に形成した、反射防止膜を備えない防汚膜付き基体における防汚膜の光学膜厚とした。
防汚膜の光学膜厚は、数nm〜数10nmと非常に薄いため、触針式段差計では正確な測定が困難であるが、分光反射スペクトルやエリプソメーターにより測定できる。また、前記のような高価な装置を使用しなくても、防汚膜の光学膜厚は以下の方法により正確な測定が可能である。透明基体の表面に反射防止膜を介して防汚膜を形成した場合の透明基体表面の反射スペクトルは、透明基体の表面に反射防止膜を介さずに直接防汚膜を形成した場合の透明基体表面の反射スペクトルに比べて、防汚膜の膜厚変動に対する反射スペクトルの変化が大きくなる。したがって、上述のように、反射防止膜を形成している透明基体と、反射防止膜を形成していない透明基体とに同一条件で防汚膜を形成する方法により、形成された防汚膜の光学膜厚を正確に測定することができる。実施例および比較例においては、この方法を採用した。
(光学ムラ)
まず、防汚膜付き基体を蛍光灯の上に配置し、防汚膜付き基体の位置で1500ルクスになるように蛍光灯の位置を調整した。次に、防汚膜付き基体を透過してきた光を観察して、ヘイズや色味のムラが生じているかを目視し、ムラの有無を判定した。
[実施例1]
以下の手順により、防汚膜付き基体を製造した。
(1)防眩処理およびエッチング処理
透明基体として化学強化ガラス(ドラゴントレイル(登録商標、以下「DT」ともいう。)、旭硝子社製)を用いた。そして、透明基体の表面に以下の手順により、フロスト処理による防眩処理を施した。まず、耐酸性の保護フィルムを、透明基体の防眩処理を施さない側である裏面に貼合した。ついで、この透明基体を、3重量%フッ化水素溶液に3分間浸漬し、透明基体の表面に付着した汚れを除去した。次いで、透明基体を15重量%フッ化水素と15重量%フッ化カリウムとの混合溶液に3分間浸漬し、透明基体の保護フィルムを貼合していない側である表面に対してフロスト処理を行った。
上記防眩処理後の透明基体を、10%フッ化水素溶液に6分間浸漬(エッチング時間6分)することで、ヘイズ値を25%に調整した。
(2)化学強化処理
450℃に加熱および溶融させた硝酸カリウムに防眩処理後の透明基体を2時間浸漬した後に引き上げ、室温まで1時間で徐冷することで、化学強化された透明基体を得た。
(3)反射防止膜(AR膜)の成膜
上記で化学強化された透明基体について、防眩処理を施した側である表面に、反射防止膜を次のように成膜した。
透明基体を、アルカリ溶液(サンウォッシュTL−75、ライオン株式会社製)に4時間浸漬した。その後、真空チャンバ内で、アルゴンガスに10体積%の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、酸化ニオブターゲット(NBOターゲット、AGCセラミックス社製)を用いて、圧力0.3Pa、周波数20kHz、電力密度3.8W/cm、反転パルス幅5μsecの条件でパルススパッタリングを行い、透明基体の表面上に、厚さ13nmの酸化ニオブ(ニオビア)からなる第1の高屈折率層を形成した。
次いで、アルゴンガスに40体積%の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、シリコンターゲットを用いて、圧力0.3Pa、周波数20kHz、電力密度3.8W/cm、反転パルス幅5μsecの条件でパルススパッタリングを行い、第1の高屈折率層上に、厚さ35nmの酸化ケイ素(シリカ)からなる第1の低屈折率層を形成した。
次いで、アルゴンガスに10体積%の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、酸化ニオブターゲット(NBOターゲット、AGCセラミックス社製)を用いて、圧力0.3Pa、周波数20kHz、電力密度3.8W/cm、反転パルス幅5μsecの条件でパルススパッタリングを行い、第1の低屈折率層上に、厚さ115nmの酸化ニオブ(ニオビア)からなる第2の高屈折率層を形成した。
次いで、アルゴンガスに40体積%の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、シリコンターゲットを用いて、圧力0.3Pa、周波数20kHz、電力密度3.8W/cm、反転パルス幅5μsecの条件でパルススパッタリングを行い、第2の高屈折率層上に、厚さ80nmの酸化ケイ素(シリカ)からなる第2の低屈折率層を形成した。
このようにして、酸化ニオブ(ニオビア)層と酸化ケイ素(シリカ)層とが合計4層積層された反射防止膜を形成した。
(4)防汚膜(AFP膜)の形成
まず、防汚膜の原料として含フッ素加水分解性ケイ素化合物(KY−185、信越化学社製)を加熱容器内に導入した。その後、加熱容器内を真空ポンプで10時間以上脱気して溶液中の溶媒除去を行って、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する被膜形成用組成物の蒸気を得た。次いで、被膜形成用組成物が入った加熱容器を270℃まで加熱した。270℃に到達した後、温度が安定するまで10分間その状態を保持した。
そして、真空チャンバ内に設置した透明基体上に積層された反射防止膜に対して、真空チャンバと加熱容器とを接続しているノズルから、被膜形成用組成物の蒸気を供給し、成膜を行った。
このとき、真空チャンバ内に設置した水晶振動子モニタにより膜厚を測定しながら、膜厚が10nmになるまで成膜を行った。続いて、膜厚が10nmになった時点で被膜形成用組成物の供給を停止し、真空チャンバから透明基体を取り出した。取り出された透明基体は、ホットプレートに裏面を下向きにして設置し、大気中で150℃、60分間熱処理を行った。
このようにして形成した防汚膜について、上記の方法で、擦り耐久性および光学膜厚を測定した。
また、ラミネート機を用いて、上記で得られた防汚膜を形成した透明基体の両面に、粘着層付き保護フィルム(EC−9000AS、(株)スミロン社製)を設置し、防汚膜付き基体1を製造した。粘着層付き保護フィルムを構成する粘着層の材料はアクリル系粘着剤、粘着層のアクリル基体に対する180度引き剥がし粘着力(JIS Z 0237準拠)は0.06N/25mm、保護フィルムはポリエチレンテレフタレート(以下「PET」ともいう。)系フィルム、保護フィルムの厚みは25μmである。
その後、防汚膜表面の粘着層付き保護フィルムを除去し、粘着層付き保護フィルムを除去した後の防汚膜について、上記の方法で、擦り耐久性、光学膜厚、および光学ムラを測定した。
[実施例2]
防眩処理を行わず、反射防止膜を形成しない以外は、実施例1と同様にして、透明基体上に光学膜厚15nmの防汚膜を形成した。また、実施例1と同様にして、防汚膜を形成した透明基体の両面に、粘着層付き保護フィルム(EC−9000AS、(株)スミロン社製)を設置し、防汚膜付き基体2を製造した。実施例1と同様に、防汚膜の擦り耐久性、光学膜厚、および光学ムラを測定した。
[実施例3]
防眩処理を行わず、反射防止膜を形成しない以外は、実施例1と同様にして、透明基体上に光学膜厚25nmの防汚膜を形成した。また、防汚膜を形成した透明基体の両面に、粘着層付き保護フィルム(UA−3000AS、(株)スミロン社製)を、実施例1と同様のラミネート機を用いて設置し、防汚膜付き基体3を製造した。粘着層付き保護フィルムを構成する粘着層の材料はポリウレタン系粘着剤、粘着層のアクリル基体に対する180度引き剥がし粘着力(JIS Z 0237準拠)は0.15N/25mm、保護フィルムはPET系フィルム、保護フィルムの厚みは25μmである。実施例1と同様に、防汚膜の擦り耐久性、光学膜厚、および光学ムラを測定した。
[実施例4]
防眩処理を行わず、反射防止膜を形成しない以外は、実施例1と同様にして、透明基体上に光学膜厚40nmの防汚膜を形成した。また、防汚膜を形成した透明基体の両面に、粘着層付き保護フィルム(RP−207、日東電工社製)を、実施例1と同様のラミネート機を用いて設置し、防汚膜付き基体4を製造した。粘着層付き保護フィルムを構成する粘着層の材料はアクリル系粘着剤、粘着層のアクリル基体に対する180度引き剥がし粘着力(JIS Z 0237準拠)は0.1N/25mm、保護フィルムはPET系フィルム、保護フィルムの厚みは25μmである。実施例1と同様に、防汚膜の擦り耐久性、光学膜厚、および光学ムラを測定した。
[実施例5]
防眩処理を行わない以外は、実施例1と同様にして、透明基体上に光学膜厚10nmの防汚膜を形成した。また、防汚膜を形成した透明基体の両面に、粘着層付き保護フィルム(Y16FS、サンエー化研社製)を、実施例1と同様のラミネート機を用いて設置し、防汚膜付き基体5を製造した。粘着層付き保護フィルムを構成する粘着層の材料はアクリル系粘着剤、粘着層のアクリル基体に対する180度引き剥がし粘着力(JIS Z 0237準拠)は0.3N/25mm、保護フィルムはPET系フィルム、保護フィルムの厚みは25μmである。実施例1と同様に、防汚膜の擦り耐久性、光学膜厚、および光学ムラを測定した。
[実施例6]
防汚膜の原料として含フッ素加水分解性ケイ素化合物(オプツールDSX、信越化学社製)を用い、防眩処理を行わず、反射防止膜を形成しない以外は、実施例1と同様にして、透明基体上に光学膜厚30nmの防汚膜を形成した。また、防汚膜を形成した透明基体の両面に、粘着層付き保護フィルム(RP−207、日東電工社製)を、実施例1と同様のラミネート機を用いて設置し、防汚膜付き基体6を製造した。実施例1と同様に、防汚膜の擦り耐久性、光学膜厚、および光学ムラを測定した。
[実施例7]
反射防止膜を形成しない以外は、実施例1と同様にして、透明基体上に光学膜厚20nmの防汚膜を形成した。また、実施例1と同様にして、防汚膜を形成した透明基体の両面に、粘着層付き保護フィルム(EC−9000AS、(株)スミロン社製)を設置し、防汚膜付き基体7を製造した。実施例1と同様に、防汚膜の擦り耐久性、光学膜厚、および光学ムラを測定した。
[比較例1]
防眩処理を行わず、反射防止膜を形成しない以外は、実施例1と同様にして、透明基体上に光学膜厚10nmの防汚膜を形成した。また、防汚膜を形成した透明基体の両面に、粘着層付き保護フィルム(TG−3030、(株)スミロン社製)を、実施例1と同様のラミネート機を用いて設置し、防汚膜付き基体1Cを製造した。粘着層付き保護フィルムを構成する粘着層の材料はアクリル系粘着剤、粘着層のアクリル基体に対する180度引き剥がし粘着力(JIS Z 0237準拠)は3.0N/25mm、保護フィルムはPET系フィルム、保護フィルムの厚みは25μmである。実施例1と同様に、防汚膜の擦り耐久性、光学膜厚、および光学ムラを測定した。
[比較例2]
防眩処理を行わず、反射防止膜を形成しない以外は、実施例1と同様にして、透明基体上に光学膜厚60nmの防汚膜を形成した。また、実施例1と同様にして、防汚膜を形成した透明基体の両面に、粘着層付き保護フィルム(EC−9000AS、(株)スミロン社製)を設置し、防汚膜付き基体2Cを製造した。実施例1と同様に、防汚膜の擦り耐久性、光学膜厚、および光学ムラを測定した。
実施例1〜7で製造した防汚膜付き基体1〜7および、比較例1〜2で製造した防汚膜付き基体1C〜2Cの製造条件、防汚膜の擦り耐久性、光学膜厚、および光学ムラの測定結果を表1に示す。また、上述した式(1)によって算出した防汚膜の光学膜厚の変化率を表1に示す。
Figure 0006642444
表1に示されるように、粘着層および保護フィルムを備える状態での防汚膜の光学膜厚を10nm〜50nmとし、粘着層および保護フィルムを除去した後の防汚膜の光学膜厚を3nm〜30nmとした防汚膜付き基体1〜7は、粘着層および保護フィルムを除去することによる防汚膜の耐摩耗性の低下が抑制されていることが分かる。さらに、防汚膜付き基体1〜7は、光学ムラがなく、優れた透明性を備えることが分かる。
1…防汚膜付き基体、2…透明基体、3,3a…防汚膜、4…粘着層、5…保護フィルム。

Claims (6)

  1. 透明基体の主面に、防汚膜と、粘着層と、保護フィルムとを順に備え、前記粘着層および前記保護フィルムを除去して使用される防汚膜付き基体であって、
    前記粘着層および前記保護フィルムを除去した後の前記防汚膜の光学膜厚が3nm〜30nmであり、
    {(前記粘着層および前記保護フィルムを備える状態での前記防汚膜の光学膜厚)−(前記粘着層および前記保護フィルムを除去した後の前記防汚膜の光学膜厚)}×100/(前記粘着層および前記保護フィルムを備える状態での前記防汚膜の光学膜厚)(%)で与えられる変化率が10〜60%であることを特徴とする防汚膜付き基体。
  2. 前記粘着層の、アクリル基体に対する180度引き剥がし粘着力(JIS Z 0237準拠)が、0.02N/25mm〜0.4N/25mmである、請求項に記載の防汚膜付き基体。
  3. 前記透明基体がガラス基体である、請求項1または2に記載の防汚膜付き基体。
  4. 前記透明基体と前記防汚膜との間に、反射防止膜をさらに備える、請求項1〜のいずれか1項に記載の防汚膜付き基体。
  5. 前記透明基体の主面が凹凸形状を有する、請求項1〜のいずれか1項に記載の防汚膜付き基体。
  6. 前記防汚膜が、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含む被膜形成用組成物から形成される、請求項1〜のいずれか1項に記載の防汚膜付き基体。
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