(57)【要約】透明な耐スクラッチ性フィルムを製造する方法であり、（１）フレキシブルな基板の表面を洗浄する段階と、（２）フレキシブルな基板の表面の表面エネルギを変更する段階と、（３）フレキシブルな基板の表面に、官能基モノマと溶剤からなる透明な耐スクラッチ性コーティングをコーティングする段階と、（４）透明な耐スクラッチ性コーティングに濡れ性を与える段階と、（５）透明な耐スクラッチ性コーティングを硬化させることによって交差結合したポリマ構造を形成する段階とを有する。
2015501449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブルな耐スクラッチ性フィルムであって、
フレキシブルな基板と、
このフレキシブルな基板に接着された透明な耐スクラッチ性コーティングと、
を有し、
前記透明な耐スクラッチ性コーティングが官能基モノマから形成された交差結合したポリマ構造からなるフィルム。
【請求項２】
前記フィルムの鉛筆硬度が少なくとも6Hである請求項１に記載のフィルム。
【請求項３】
前記透明な耐スクラッチ性コーティングが少なくとも50%の交差結合濃度を有する請求項１に記載のフィルム。
【請求項４】
前記透明な耐スクラッチ性コーティングが、モノで多官能性のアクリルモノマとアクリルオリゴマからなる請求項１に記載のフィルム。
【請求項５】
前記フレキシブルな基板が、ポリエチレンテレフタレートと、ポリエチレンナフタレートと、ポリカーボネートと、セルロースポリマと、ガラスのうちの少なくとも一つからなる請求項１に記載のフィルム。
【請求項６】
透明な耐スクラッチ性フィルムを製造するための方法であって、
フレキシブルな基板の表面を洗浄する段階と、
前記フレキシブルな基板の表面の表面エネルギを変更する段階と、
前記フレキシブルな基板の表面に、官能基モノマと溶剤からなる透明な耐スクラッチ性コーティングをコーティングする段階と、
前記透明な耐スクラッチ性コーティングに濡れ性を与える段階と、
前記透明な耐スクラッチ性コーティングを硬化させることによって交差結合したポリマ構造を形成する段階と、
を有する方法。
【請求項７】
前記フレキシブルな基板の表面を洗浄する段階と。前記フレキシブルな基板の表面の表面エネルギを変更する段階が、フレキシブルな基板の表面へ高周波の電子流を印加する段階からなる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記高周波の電子流の強度レベルが1から50W/min/m2の範囲にある請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記フレキシブルな基板の変更された表面エネルギが20 Dynes/cm(20×10-5N/cm)から95Dynes/cm(95×10-5N/cm)の範囲にある請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記透明な耐スクラッチ性コーティングが3から30ミクロンの範囲の厚みを有する請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記フレキシブルな基板の表面に透明な耐スクラッチ性コーティングをコーティングする段階が、スロットダイ法、グラビア法、メイヤーロッド法、およびスプレイコーティング法のうちの少なくとも一つのコーティング法からなる請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
記透明な耐スクラッチ性コーティングを硬化させる段階が、280から480nmの波長を有するUV光源を照射する段階からなる請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
記透明な耐スクラッチ性コーティングを硬化させる段階が、透明な耐スクラッチ性コーティングへ熱放射を加える段階からなる請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記透明な耐スクラッチ性コーティングが、それぞれ70℃から、120℃から、および200℃からの範囲にある三つの温度領域にさらされる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記透明な耐スクラッチ性コーティングを硬化させる段階が、透明な耐スクラッチ性コーティングに電離放射線を印加する段階を有する請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
前記電離放射線を印加する段階が、透明な耐スクラッチ性コーティングに電子ビームを印加する段階を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記電子ビームを印加する段階が、0.01秒から5秒の範囲の時間にわたって0.5から5MRadsの範囲の量の電子を印加する段階からなる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記透明な耐スクラッチ性コーティングがさらに光−開始剤あるいは熱−開始剤のどちらかを有する請求項６に記載の方法。
【請求項１９】
前記透明な耐スクラッチ性コーティングを硬化させる段階が、不活性ガス雰囲気中で実施される請求項６に記載の方法。
【請求項２０】
前記保護コーティング溶液を硬化させる段階が、酸素がほぼない雰囲気中で実施される請求項６に記載の方法。
【請求項２１】
請求項６の方法にしたがって製造されるフレキシブルな耐スクラッチ性フィルム。
【請求項２２】
前記透明な耐スクラッチ性コーティングが少なくとも50%の交差結合濃度を有する請求項２１に記載のフレキシブルな耐スクラッチ性フィルム。
【請求項２３】
フレキシブルな耐スクラッチ性フィルムであって、
フレキシブルな基板と、
このフレキシブルな基板へ接着された透明な耐スクラッチ性コーティングと、
を有し、
前記透明な耐スクラッチ性コーティングが官能基モノマから形成された交差結合したポリマ構造からなり、
前記フレキシブルな耐スクラッチ性フィルムの鉛筆硬度が少なくとも6Hであり、
前記透明な耐スクラッチ性コーティングが少なくとも50%の交差結合濃度を有するフィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連特許願の相互参照
この特許願は、2011年10月25日に登録された“ディスプレイデバイス用のフレキシブルな耐スクラッチ性フィルムの方法および応用”なる名称を有する米国仮特許願No. 61/551,009に対する優先権を請求するものであり、前記仮特許願は参照のためにここに組み入れられている。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーン技術はタブレットコンピュータや携帯電話などの、現代の多くの電子装置において重要な要素となっている。一般に、タッチスクリーン技術は、ディスプレイの一部を構成する抵抗性あるいは容量性のセンサ層を用いている。こうした技術を利用するデバイスのスクリーンは、ユーザがスクリーンに直接触れる頻度が高いために、多くの場合、損傷を受けやすい。そうした損傷としては、使用されている材料やその使用法に応じて、一般に、スクリーン自身に引っ掻き傷が付く場合と破損する場合の両方がある。その結果として、通常、抵抗式および容量式のタッチセンサには、タッチパネルセンサを、周囲環境の状態や摩耗、酸素、および有害な化学物質から保護し隔離するために、ディスプレイ構造の上に透明な電気的絶縁性を備えたカバーが設置されている。
【０００３】
一般的にはタッチスクリーンパネルでは保護カバーとしてガラスあるいはポリエステルのフィルムが用いられている。ポリエステルフィルムはフレキシブルであるが、最低限の硬さレベルしか得られない。具体的に言えば、そうしたフィルムの表面硬度は約2Hから4Hの範囲である。したがって、ポリエステルフィルムはスクラッチ、すなわち引っ掻き傷を被りやすい。また、7H以上の鉛筆硬度測定値が得られるガラスのカバーは、実際にスクラッチに対して非常に優れた保護性能を提供してくれる。しかし、こうしたガラスカバーはフレキシブル性が高くなく、したがって硬い面に当たると割れやすい。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書は、6H以上の鉛筆表面硬度を達成することのできるような、フレキシブルで透明な基板フィルム上に透明な耐スクラッチ性コーティングを形成する方法に関するものである。具体的に言えば、ある実施の形態は、フレキシブルな基板と、このフレキシブルな基板に接着された透明な耐スクラッチ性コーティングからなるフレキシブルな耐スクラッチ性フィルムを目指している。そこでは、透明な耐スクラッチ性コーティングは、官能化モノマから形成された交差結合したポリマ構造からなっている。
【０００５】
別の実施の形態は、透明な耐スクラッチ性フィルムを製造する方法に関するものであり、この方法は、（１）フレキシブル基板の表面を洗浄する段階と、（２）前記フレキシブル基板の表面の表面エネルギを変更する段階と、（３）前記フレキシブル基板の表面に、官能基モノマと溶剤からなる透明な耐スクラッチ性樹脂コーティングをコーティングする段階と、（４）前記透明な耐スクラッチ性コーティングを付着(deposit)させる段階と、（５）前記透明な耐スクラッチ性コーティングを硬化させることによって交差結合したポリマ構造を形成する段階と、を有している。
【０００６】
さらに別の実施の形態は、フレキシブル基板と、このフレキシブル基板へ接着された透明な耐スクラッチ性コーティングからなるフレキシブルな耐スクラッチ性フィルムに関するものである。ここでは、前記透明な耐スクラッチ性コーティングは、官能化モノマから形成された交差結合したポリマ構造からなり、前記フレキシブルな耐スクラッチ性フィルムの鉛筆硬度は少なくとも6Hであり、前記透明な耐スクラッチ性コーティングは少なくとも50%の交差結合濃度を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
この発明の実施の形態をさらに詳しく説明するために、ここで添付の図面を参照する。
【図１】この発明による実施の形態の直線状ポリマ構造(A)と、交差結合したポリマ構造(B)を示している。
【図２】透明な耐スクラッチ性フィルムを製造するための方法の実施の形態を示す概略図である。
【図３】透明な耐スクラッチ性フィルムを製造するための別の方法の実施の形態を示す概略図である。
【図４】透明な耐スクラッチ性フィルムを製造するためのさらに別の方法の実施の形態を示す概略図である。
【図５】この発明による透明な耐スクラッチ性フィルムの実施の形態の断面図を示している。
【図６】透明な耐スクラッチ性フィルムの表面に対して鉛筆硬度試験を実施するための装置を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下では本発明のさまざまな実施の形態を説明する。これらの実施の形態のうちの一つ、あるいは複数のものが好ましいけれども、記載されている実施の形態は請求項を含めてこの発明の範囲を限定しているものとして解釈されるべきではなく、又用いられるべきでもない。また、当該分野における技術者には、以下の説明が広い応用を有していることや、実施の形態に対する説明はその実施の形態の典型的な例に過ぎず、請求項を含めて、発明の範囲がその実施の形態に限定されるということを意図するものではないことは理解できるであろう。
【０００９】
ここで用いられている“おおよそ”という用語は“プラスマイナス10%”であることを意味している。また、ここで用いられている“透明な”という用語は、90%あるいはそれ以上の透過率で光波を透過させられる任意の材料を意味している。
【００１０】
タッチスクリーンデバイスに用いられる大部分のコーティングフィルムはポリマをベースとした分子構造を有している。ポリマは、モノマと呼ばれる比較的小さな分子が何千も化学的に結合することによってできる比較的大きな分子のことである。モノマは比較的分子間力が弱いために、気体や液体、あるいは構造的に弱い分子構造の形で存在することができる。
【００１１】
図１は、直線状のポリマ構造Aと交差結合したポリマ構造Bの例を示している。ここで用いられている“交差結合した”という用語は、あるモノマあるいはポリマの鎖を別のものに結合している化学的結合（共有結合あるいはイオン結合）のことを指している。典型的な重合反応においては、二つの官能基を有するモノマが互いに合体して直線状のポノマ構造Aを有するポリマを形成する。しかし、直線状のポリマ構造Aを含むポリマをベースとしたコーティングフィルムで製造されたフィルムは、通常は耐スクラッチ性を有していない。したがって、そのコーティングフィルムの耐スクラッチ性を向上させるためには、ポリマコーティングの機械的強度を増強する必要がある。
【００１２】
交差結合したポリマ構造Bは三次元構造で一体に結合されており、ポリマ鎖内部における分子間力（通常は共有結合）が増強されており、圧力が加わると通常はくぼみや穴として発現するポリマ鎖の緩和を低減する。したがって、交差結合したポリマ構造Bを含んだポリマをベースとしたコーティングフィルムは耐スクラッチ性を有する傾向にある。
【００１３】
交差結合したポリマ構造に対しては、分子強度は高いけれども、溶液プロセスによって基板の上にポリマを塗布あるいはコーティングすることができないかもしれない。これは、交差結合したポリマは溶液の中で溶解せず、またその中に入れられると一般に膨潤するという事実があるためである。液体状態にあるコーティング組成は、より効率的に分子を移動させ反応させることができる。低濃度の交差結合したネットワークを有する材料は粘性を有する液体状のゲルのように振る舞い、一方で高濃度の交差結合したネットワークを有する材料は固体状態では非常に堅固である。この発明の実施の形態においては、交差結合した構造は基板の上に液体の形で塗布されたあとに形成される。交差結合構造は基板の上にポリマを塗布したあとに形成してもよい。
【００１４】
この発明の実施の形態は、ポリマ鎖から由来したものではない交差結合構造に基づいた透明な耐スクラッチ性コーティングを用いている。その代わりに、コーティングは、異なるさまざまな連結点において同時に反応して、交差結合濃度が非常に高く、したがって耐スクラッチ性を有している交差結合した三次元ポリマ構造を形成するようなモノマからなっていてもよい。具体的に言えば、透明な耐スクラッチ性コーティングはモノ(mono)かつ多官能性のアクリルモノマおよびオリゴマからなっていてもよい。このコーティングは、携帯電話やタブレットコンピュータなどの電子デバイスにおけるディスプレイ用の保護カバーとして使用することができる透明でフレキシブルなフィルムの上に塗布されてもよい。
【００１５】
図２はこの発明によるさまざまな実施の形態にしたがって透明な耐スクラッチ性フィルム５００を製造するためのコーティング塗布システム２００を示している。コーティング塗布システム２００は、コロナ処理モジュール２０６と、コーティングモジュール２０８と、トランジッションゾーン２１４と、硬化モジュール２１６を一般に有している。動作時には、展開(unwind)ロール２１２からフレキシブルで透明な基板２０４がコーティング塗布システム２００の中へ供給される。つぎに基板２０４はコロナ処理モジュール２０６、コーティングモジュール２０８、トランジッションゾーン２１４、および硬化モジュール２１６の中をそれぞれ進み、その結果、透明な耐スクラッチ性フィルム５００が形成される。硬化モジュール２１６を出ると、透明な耐スクラッチ性フィルム５００は巻き取りロール２１８の上に定着される。ここで、上述したモジュールおよび段階の各々を以下でより詳しく説明する。
【００１６】
コロナ処理モジュール２０６は基板２０４の表面から微小な粒子やオイルおよびグリースを除去する。これは、少なくともいくつかの実施の形態においては、耐スクラッチ性コーティング２０２を塗布するまえに表面を清浄にすることが望ましいからである。また、コロナ処理モジュール２０６は表面エネルギを変更（例えば増強する）して基板２０４上で十分な濡れ性および接着性を得るためにも使用される。基板２０４がコロナ処理モジュール２０６の中を通過するときに、基板２０４の表面上に高周波の電子が放射され、高い極性の基(polarity group)が形成され、これがコーティングの組成と反応して水素結合を形成し、その結果、接着性を改善することができる。一般的に言って、基板２０４の表面上により高レベルの電子が放射されるほど、より多くの極性基(polar group)および接着個所が形成され、その結果として最終的に表面エネルギが高くなる。
【００１７】
いくつかの実施の形態においては、基板２０４はポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリカーボネート、セルロースポリマ、あるいはガラスからなっている。具体的に言えば、基板２０４に適した材料としては、デュポン／テイジン(DuPont/Teijin)のMelinex 454（Melinexは登録標章）およびデュポン／テイジンのMelinex ST505（Melinexは登録標章）が含まれる。後者は熱処理を含むようなプロセス用に設計された熱的に安定化されたフィルムである。また、基板２０４の厚みは12から500ミクロンの範囲であり、好ましい厚みは50から150ミクロンである。
【００１８】
基板２０４に使用される材料に応じて、必要なコロナ処理はワット／密度が広い範囲で変動する。たとえば、基板２０４がPETフィルムからなるときには、コロナ処理モジュール２０６の強度レベルは約1から50W/min/m2までの範囲であり、一方で、好ましい表面エネルギは約40Dynes/cm(40×10-5N/cm)から95Dynes/cm(95×10-5N/cm)の範囲である。これと違って、基板２０４がポリカーボネートからなるときには、コロナ処理モジュール２０６の強度レベルは約1から50W/min/m2の範囲であり、一方で好ましい表面エネルギは約40Dynes/cm(40×10-5N/cm)から95Dynes/cm(95×10-5N/cm)の範囲である。
【００１９】
コロナ処理モジュール２０６を出ると、基板２０４はコーティングモジュール２０８へ入る。コーティングモジュール２０８は基板２０４の上に透明な耐スクラッチ性コーティング２０２の均一な層を塗布するために使用される。図の実施の形態においては、コーティングモジュール２０８はスロットダイプロセスを利用しており、そこではコーティングモジュール２０８が圧力あるいは重力によって透明な耐スクラッチ性コーティング２０２を、フレキシブルで透明な基板２０４の上に絞り出して、約3から50ミクロンの範囲の厚みを有する比較的精密でコンフォーマルな(conformal)層を形成する。好ましい厚みは15から20ミクロンの間である。スロットダイコーティングプロセスの代わりに、グラビアコーティングやメイヤーロッドコーティング、スプレイコーティングなどの一般的に用いられている他のコーティング技術を介して透明な耐スクラッチ性コーティング２０２を塗布してもよい。
【００２０】
透明な耐スクラッチ性コーティング２０２は、約1%から6%の範囲の光開始剤あるいは熱開始剤濃度を有する100%までの重量濃度の固体含有物からなっていてもよい。また、コーティング２０２は、使用する方法や所望の厚みによって粘性を調整するために約20%から30%の溶剤を含んでいてもよい。考えられる溶剤の例としては、アセトンやメチルエチルケトン、およびイソブチルエチルケトンなどのケトンタイプの溶剤や、エトキシエタノールおよびメトキシエタノールなどのアルコールタイプの溶剤が含まれる。溶剤を添加することによってコーティング２０２の特性が影響を被ることはない。なぜなら、溶剤は塗布したあと、オーブンチャネルの中を通るときに蒸発してしまうからである。こうした溶剤は、基板２０４がコロナ処理モジュール２０６の中を通過したあとに残留物が残ることもない。
【００２１】
他の実施の形態においては、コーティング２０２は固体含有物100%から構成されている。一般的に100%の固体含有物を使用するときには、コーティング２０２のコーティング厚さは、コーティングモジュール２０８の中で基板２０４の上に付着され、硬化モジュール２１６（以下で説明する）を通過したあとも、ほとんど同じままである。100%の固体樹脂を使用するときにはより厚いコーティングを実現することがより容易である。これと違って、溶剤を用いた時には、溶剤が蒸発してしまうという事実のために、コーティング塗布システム２００の中を移動するときにコーティング２０２の厚みが低下するであろう。たとえば、20ミクロンの厚みと、20%の溶剤濃度を有する透明な耐スクラッチ性コーティング２０２を基板２０４の上に付着させると、厚みは硬化モジュール２１６の中を通過したあと20%減少、すなわち16ミクロンまで減少する。溶剤は必要とされるコーティング設備の動作に合うような粘性に操作する助けになり、より薄いコーティングを実現することが比較的容易である。
【００２２】
上述したように、透明な耐スクラッチ性コーティング２０２は、反応して交差結合したポリマ構造を形成する官能基モノマから構成されている。考えられる官能基ポリマの例には、プロポキシル化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、高プロポキシレート化グリセリ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、高純度トリメチロールプロパントリアクリレート、低粘性トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリストリトールトリアクリレート、プロポキシレート化トリメチロールプロパントリアクリレート、三官能アクリレートエステル、ペンタエリストリトールテトラアクリレート、ジ-トリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリストリトールペンタアクリレート、エトキシル化ペンタエリストリトールテトラアクリレート、およびペンタアクリレートエステルが含まれる。
【００２３】
また、コーティングプロセスに対して適切な粘性を得るためと、交差結合したポリマの応力を制御するために、低官能基モノマを導入することもできる。使用してもよいと考えられる低官能基モノマの例としては、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、プロポキシレート化ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジメタアクリレート、ネオペンティルグリコールジメタアクリレート、1,6ヘキサンジオールジメタアクリレート、1,4-ブタネオジオールジメタアクリレート、およびジエチレングリコールジメタアクリレートが含まれる。
【００２４】
最後に、UV光源（以下で説明する）を用いてコーティングを硬化させるときには、透明な耐スクラッチ性コーティング２０２に光開始剤を入れてもよい。考えられる光開始剤の例としては、ベンゾフェノンや、4,4′-ジハイドロオキシベンゾフェノン、3-ハイドロオキシベンゾフェノン、4-ハイドロオキシベンゾフェノン、2-メチル-4′-（メチルチオ）-2-モルホリノプロピオフェノン、およびアセトフェノンなどのベンゾフェノンタイプの開始剤が含まれる。
【００２５】
ここでさらに図２を参照する。基板２０４に透明な耐スクラッチ性コーティング２０２がコーティングされると、基板２０４とコーティング２０２の組み合わせはトランジッションゾーン２１４へ移動する。トランジッションゾーン２１４によって基板２０４の表面を跨いでコーティング２０２に適切な濡れ性を与えることが可能となる。さらに、トランジッションゾーン２１４は室温（20℃から30℃の間）に、あるいは高温に保たれ、材料の与えられた部分に対して約5から300秒のプロセス時間を可能にする。室温においては、トランジッションゾーン２１４は、大面積の基板全体にわたってコーティングを落ち着かせ均一化できる。高温においては、コーティングの粘性が下がり、滑らかで平坦な表面を比較的容易に達成できる。溶剤が存在するときには、高温は硬化プロセスのまえに溶剤を蒸発させる助けになる。
【００２６】
トランジッションゾーン２１４を出ると、基板２０４とコーティング２０２は硬化モジュール２１６の中に入る。硬化モジュール２１６にいるあいだに、コーティング２０２は交差結合したポリマ構造（図１のBを参照のこと）を形成する。この構造によってコーティング２０２は耐スクラッチ性が付与される。交差結合ポリマ構造への多官能基モノマの反応は、コーティング２０２がまだ液体状態にあるあいだに起きて、モノマが動き回り、その結果としてより効率的に交差結合構造が実現されることが好ましい。また、高交差結合濃度を達成するためには、不活性ガス環境下で、あるいは酸素がほとんどない（例えば1%以下の酸素）環境下でコーティング２０２を硬化させることが好ましい。このプロセスに適した不活性ガスの例は、窒素や二酸化炭素である。
【００２７】
図の実施の形態においては、硬化モジュール２１６は紫外線（UV）光源２１５を利用している。UV光源２１５はコーティング２０２が硬化モジュール２１６を通過するときにこれを硬化させる。UV光源２１６はUVA、UVB、UNC紫外線光源が可能であるが、非常に短い時間でコーティング２０２を硬化させることが望ましいことから工業グレードのUV光源であることが好ましい。具体的に言えば、約0.1から2.0秒でコーティング２０２を硬化させることが望ましい。また、UV光源２１５は、約280から480nmの波長を有し、大気中で約0.25から20.00J/cm2のターゲット強度を有することが好ましい。最後に、もし不活性雰囲気を用いた場合には、同等の交差結合度を実現するのにUV光の強度要件を一桁まで下げることが可能である。
【００２８】
ここで図３を参照する。図にはこの発明の別の実施の形態が示されている。ここでは透明な耐スクラッチ性フィルム５００は、上の図２で説明されているものとほぼ同じような方法で製造される。しかし、UV光源（図２における番号２１５）の代わりに、熱硬化モジュール３０２が温度勾配３０４に沿った熱放射を利用してコーティング２０２が交差結合したポリマ構造を形成するようにしている。硬化モジュール３０２の温度勾配３０４は、約5秒から300秒の時間内でコーティング２０２をだんだんと硬化させることによって熱応力を低減させて、コーティング２０２の上にカール(curl-up)が生じることがないように設計されている。具体的に言えば、温度勾配３０４は、それぞれが70℃、120℃、200℃からの範囲にある三つの温度領域Ａ、Ｂ、Ｃを形成し、維持している。コーティング２０２の中に熱開始剤が含まれている場合には、熱硬化モジュール３０２の中を通過する間の、熱開始剤の活性温度は70℃から200℃の範囲になる。好ましい温度は70−150℃の範囲であり、この温度は基板の安定性に適合している必要がある。
【００２９】
ここで図４を参照する。図にはこの発明の別の実施の形態が示されている。ここでは、透明な耐スクラッチ性フィルム５００は、上の図２で説明されているものとほぼ同じような方法で製造される。しかし、UV光源（図２における番号２１５）の代わりに、この実施の形態はコーティング２０２を硬化させコーティングの中に交差結合したポリマ構造を形成するために電離放射線を利用している。具体的に言えば、図の実施の形態はこの段階を実行するために電子ビーム（Ｅビーム）モジュール４０２を利用している。この実施の形態においては、Ｅビーム硬化モジュール４０２は、電子放射４０４を加えて耐スクラッチ性コーティングを硬化させている。さらに詳しく言えば、Ｅビームモジュール４０２は、急速に重合を行いポリマ材料を交差結合させるために、処方量が制御された高エネルギ電子を利用している。Ｅモジュール４０２を用いるときには、溶剤内の電子が開始剤として作用するため、透明な耐スクラッチ性コーティング２０２の中に熱あるいは光の開始剤を使用する必要がない。耐スクラッチ性コーティング２０２の上に印加されるＥビームの処方量は、約0.01から5秒の間で、約0.5から5Mrads（ミリラド）の範囲である。
【００３０】
交差結合濃度とは、与えられたポリマ内部における交差結合した結合の割合を指している。この濃度は反応時間と温度に関係する。一般的に、より高い強度とより速い反応により高い交差結合濃度になる。そのため、交差結合反応の割合に関しては、硬化方法が異なれば濃度も異なる。最大交差結合濃度は、熱硬化プロセスを用いた時には約50%から60%の範囲であり、UV硬化を用いたときは60%から70%の範囲であり、Ｅビーム硬化を用いたときには80%の範囲にまで及ぶ。製造の観点からは、処理速度やコストおよび電力の要件の点で、UV硬化が好ましい硬化方法であろう。これとは違って、優れた光学仕上げを望む場合には、熱硬化が好ましいであろう。
【００３１】
ここで図５を参照する。図には透明な耐スクラッチ性フィルム５００の断面が示されている。透明な耐スクラッチ性フィルム５００は一般に、フレキシブルで透明な基板２０４と、透明な耐スクラッチ性コーティング２０２を有している。さらに、コーティング２０２によって、保護カバーを必要とする電子ディスプレイのサイズに応じて、透明な耐スクラッチ性フィルム５００の全重量に対して重量で約10から20%が加わる。
【００３２】
ある実施の形態においては、透明な耐スクラッチ性フィルム５００は、コーティング２０２とは反対側で基板２０４へ接着された透明でフレキシブルな接着層（図示されていない）をさらに有している。この接着層によって、透明な耐スクラッチ性フィルム５００を、携帯電話やタブレットコンピュータなどのデバイスにおける電子式タッチディスプレイへ取り付けることが可能となる。この接着層の厚みは約20から50ミクロンの範囲である。例えば、接着層は３Ｍ社製の高透明性接着剤(OpticallyClear Adhesive)8171番から構成されていてもよい。
【００３３】
ここで図６を参照する。図には、コーティング２０２の表面硬度を測定するための試験方法ASTM D3363に準拠した鉛筆硬度試験６００が示されている。この試験を実施するために、6Bから9Hの範囲の硬度を有する鉛筆セットから鉛筆６０２が選択される。最高から最低までの硬度を選択して、最初の鉛筆６０２が測定用カート６０４の中に装着される。この試験に使用される測定用カート６０４は、BAMR社から市販で入手可能なElcometer3080である。この測定装置では、鉛筆６０２を約7.5Nの一定の圧力と適切な角度に維持することができ、試験の再現性を向上させることができる。鉛筆６０２を装着して測定用カート６０４をコーティング２０２の表面にわたって移動する。もしこの鉛筆６０２が引っ掻き傷を残したら、次に軟らかい鉛筆６０２が使用されて、プロセスが繰り返される。跡を残さないような最初の鉛筆６０２がコーティング２０２の鉛筆硬度であると考えられる。
【００３４】
5から50ミクロンまでの厚みを用いて、PETから形成された基板２０４上のコーティング２０２の鉛筆硬度を、耐スクラッチ性コーティング２０２の厚みに応じて2Hから9Hまで測定する。PET基板２０４上の耐スクラッチ性コーティング２０２に対して好ましい15ミクロンの厚みを用いると、6Hよりも大きい、あるいは等しい表面鉛筆硬度を達成することができる。PET基板２０４へ塗布されたコーティング２０２の性能特性を表１に示す。
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【００３５】
また、ポリカーボネート基板へ塗布された耐スクラッチ性コーティング２０２の性能特性を表２に示す。
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【００３６】
表１と表２の結果を比較すると、耐スクラッチ性は基板材料が異なる結果として変わり、一方で他の特性は同じままであることがわかる。その理由は、ポリカーボネート基板はPET基板よりも軟らかいからである。したがって、コーティング２０２が達成可能な最大表面硬度は、ポリカーボネート基板の上に塗布されたとき、PET基板に比べて低くなる。
【００３７】
上述した説明は、この発明の原理やさまざまな実施の形態を説明するためのものである。いったん上述の説明を完全に理解すれば、当該分野の技術者にはさまざまな変形や修正が明らかとなろう。以下の請求項は、そうした変形や修正のすべてを包含するものと解釈されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年10月10日(2013.10.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐スクラッチ性フィルムであって、
基板と、
前記基板に接着された耐スクラッチ性コーティングと、
を有し、
前記耐スクラッチ性コーティングが官能基モノマから形成された交差結合したポリマ構造からなるフィルム。
【請求項２】
前記フィルムの鉛筆硬度が少なくとも6Hである請求項１に記載のフィルム。
【請求項３】
前記耐スクラッチ性コーティングが少なくとも50%の交差結合濃度を有する請求項１に記載のフィルム。
【請求項４】
前記耐スクラッチ性コーティングが、モノで多官能性のアクリルモノマとアクリルオリゴマからなる請求項１に記載のフィルム。
【請求項５】
前記基板が、ポリエチレンテレフタレートと、ポリエチレンナフタレートと、ポリカーボネートと、セルロースポリマと、ガラスのうちの少なくとも一つからなる請求項１に記載のフィルム。
【請求項６】
耐スクラッチ性フィルムを製造するための方法であって、
基板の表面を洗浄する段階と、
前記基板の表面の表面エネルギを変更する段階と、
前記基板の表面に、官能基モノマと溶剤からなる耐スクラッチ性コーティングをコーティングする段階と、
前記耐スクラッチ性コーティングに濡れ性を与える段階と、
前記耐スクラッチ性コーティングを硬化させることによって交差結合したポリマ構造を形成する段階と、
を有する方法。
【請求項７】
前記基板の表面を洗浄する段階と。前記基板の表面の表面エネルギを変更する段階が、前記基板の表面へ高周波の電子流を印加する段階からなる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記高周波の電子流の強度レベルが1から50W/min/m2の範囲にある請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記基板の変更された表面エネルギが20Dynes/cm(20×10-5N/cm)から95Dynes/cm(95×10-5N/cm)の範囲にある請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記耐スクラッチ性コーティングが3から30ミクロンの範囲の厚みを有する請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板の表面に耐スクラッチ性コーティングをコーティングする段階が、スロットダイ法、グラビア法、メイヤーロッド法、およびスプレイコーティング法のうちの少なくとも一つのコーティング法からなる請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記耐スクラッチ性コーティングを硬化させる段階が、280から480nmの波長を有するUV光源を照射する段階からなる請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記耐スクラッチ性コーティングを硬化させる段階が、耐スクラッチ性コーティングへ熱放射を加える段階からなる請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記耐スクラッチ性コーティングが、それぞれ70℃から、120℃から、および200℃からの範囲にある三つの温度領域にさらされる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記耐スクラッチ性コーティングを硬化させる段階が、耐スクラッチ性コーティングに電離放射線を印加する段階を有する請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
前記電離放射線を印加する段階が、耐スクラッチ性コーティングに電子ビームを印加する段階を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記電子ビームを印加する段階が、0.01秒から5秒の範囲の時間にわたって0.5から5MRadsの範囲の量の電子を印加する段階からなる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記耐スクラッチ性コーティングがさらに光−開始剤あるいは熱−開始剤のどちらかを有する請求項６に記載の方法。
【請求項１９】
前記耐スクラッチ性コーティングを硬化させる段階が、不活性ガス雰囲気中で実施される請求項６に記載の方法。
【請求項２０】
前記保護コーティング溶液を硬化させる段階が、酸素がない雰囲気中で実施される請求項６に記載の方法。
【請求項２１】
請求項６に記載の方法にしたがって製造される耐スクラッチ性フィルム。
【請求項２２】
前記耐スクラッチ性コーティングが少なくとも50%の交差結合濃度を有する請求項２１に記載の耐スクラッチ性フィルム。
【請求項２３】
耐スクラッチ性フィルムであって、
基板と、
前記基板へ接着された耐スクラッチ性コーティングと、
を有し、
前記耐スクラッチ性コーティングが官能基モノマから形成された交差結合したポリマ構造からなり、
前記耐スクラッチ性フィルムの鉛筆硬度が少なくとも6Hであり、
前記耐スクラッチ性コーティングが少なくとも50%の交差結合濃度を有するフィルム。
【国際調査報告】
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