JP2005321543A - 光学フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】 長さ方向に対して配向軸が傾斜されており、かつ光学品質が均一であり、かつ一軸性に優れた光学フィルムを提供する。
【解決手段】 フィルム面内の最大屈折率をｎｘ、フィルム面内のｎｘ方向と直交する方向の屈折率をｎｙ、フィルム厚み方向の屈折率をｎｚとしたときに、（ｎｘ−ｎｙ）／（ｎｘ−ｎｚ）で表されるＮｚ係数が１．１５以下であり、フィルムの分子配向軸がフィルム長手方向に対して傾斜されていることを特徴とする光学フィルム。
【選択図】 なし

Description

本発明は、例えば、位相差板などに用いられる光学フィルムに関し、より詳細には、光学品質の均一性に優れており、配向角度がフィルムの長手方向に対して傾斜している光学フィルムに関する。

合成樹脂フィルムよりなる位相差板は、様々な液晶表示装置において、波長変換素子や視野角改善素子として用いられている。通常、位相差板は偏光板と積層された状態で用いられている。

上記位相差板は、一般に、熱可塑性樹脂フィルムをロール間延伸やテンター延伸することにより製造されている。そのため、連続的に延伸されて製造された長尺状の熱可塑性樹脂フィルムの光学軸はフィルムの長手方向か、長手方向と直交する方向となる。ところが、偏光板と位相差板とを貼り合わせる場合には、多くの場合、偏光板の光学軸と位相差板の光学軸とが直交でもなく、平行でもない所定の角度をなすように貼り合わされている。従って、あらかじめ製品のサイズよりも少し大きめのサイズの偏光板と位相差板とを裁断して用意しておき、これらの光学軸同士が所定の角度で交差するように貼り合わせた後、所定寸法となるように端部が切断されている。この方法では、大き目の偏光板を得るための裁断工程、大きめの位相差板を得るための裁断工程、及び両者を貼り合わせる工程を個別に行う必要があった。そのため、作業工程が煩雑であり、生産性が低く、また廃棄される部分も多くなるのでコストが高くならざるを得なかった。

このような問題を解決するために、フィルムの長手方向に直交方向でもなく、平行方向でもない方向に配向させる方法が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１や２に記載の方法では、向かい合う左右のクリップ間の距離の差とフィルムの幅とを調整することにより、最終的な斜行角度を設定しておき、それによって長手方向に対して斜め方向に配向したフィルムを得る方法が開示されている。しかしながら、この方法では、上記の初期状態で対応している左右のクリップ間部分以外で斜め方向に張力が生じることになる。そのため、位相差、配向角度及びＮｚ係数がばらつかざるを得ず、配向軸は長手方向に対して傾斜されているものの、光学品質の均一なフィルムを得ることはできなかった。

また、下記の特許文献３や４に記載の方法では、左右のクリップの移動速度に差を設けて斜め方向に延伸することにより、長手方向に対して配向軸が傾斜しているフィルムが得られている。しかしながら、この方法では、フィルムの幅が拡げられる部分が存在する、斜め延伸ゾーンが設けられているため、斜め方向だけでなく、横方向の張力が加わり、やはり均一な光学品質のフィルムを得ることができなかった。

さらに、特許文献５〜７に記載の方法においても、同じくフィルムの左右側縁の移動速度差を利用して斜め方向に延伸が行われているが、速度差に起因するシワや厚みむらが生じがちであった。従って、やはり均一な光学品質のフィルムを得ることは困難であった。

加えて、特許文献６に記載の方法では、同心円状の屈曲部の内外周でフィルム側縁が進む距離の違いを利用しているため、屈曲中は斜め方向と横方向の力が同時に働き、従って、それによっても光学品質が均一になり難かった。

他方、下記の特許文献８には、具体的な延伸方法は記載されていないが、特許文献８の図面中に記載の延伸方法では、延伸ゾーン中の円弧部において横方向の応力と斜め方向の
応力とが生じるおそれがあった。従って、やはり光学品質の均一なフィルムを得ることはできない。

また、特許文献９にも、斜め方向に延伸されたフィルムの製造方法が開示されているが、特許文献９に記載の製造方法では、斜め方向の延伸応力だけでなく、拡幅による横方向の応力も作用するため、均一な光学品質のフィルムを得ることは困難であった。
特開２００２−８６５５４号公報 特開２００３−２７６０８２号公報 特開２００１−２８１４５２号公報 特開２００３−３４２３８４号公報 特開昭５０−８３４８２号公報 特開平２−１１３９２０号公報 特開２０００−９９１２号公報 特開２００４−２０７０１号公報 特開２００３−２１５３４３号公報

上記のように、従来の延伸方法では、いずれも配向軸をフィルム長手方向に対して斜め方向に傾斜させることは可能であったとしても、光学品質の均一なフィルムを得ることは非常に困難であった。また、上述した先行技術に記載のいずれの延伸方法においても、フィルム面内に所望の傾斜角度方向の力だけでなく、横方向などの他の方向にも力が作用するため、所望でない二軸性が生じ、Ｎｚ係数の小さい一軸性に優れた光学フィルムを得ることは困難であった。

本発明は、上述した従来技術の現状に鑑み、配向軸がフィルム長手方向に対して傾斜されているだけでなく、光学品質の均一性に優れ、かつ一軸性に優れた光学フィルムを提供することを目的とする。

本発明は、フィルム面内の最大屈折率をｎｘ、フィルム面内のｎｘ方向と直交する方向の屈折率をｎｙ、フィルム厚み方向の屈折率をｎｚとしたときに、（ｎｘ−ｎｙ）／（ｎｘ−ｎｚ）で表されるＮｚ係数が１．１５以下であり、フィルムの分子配向軸がフィルム長手方向に対して傾斜されていることを特徴とする光学フィルムである。

本発明に係る光学フィルムでは、好ましくは、Ｎｚ係数の最大値と最小値との差が０．１以下とされる。

本発明に係る光学フィルムでは、好ましくは、該光学フィルムは長尺状フィルムとして提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。

本発明に係る光学フィルムでは、前記Ｎｚ係数が１．１５以下であり、分子配向軸がフィルム長手方向に対して傾斜されていることを特徴とする。すなわち、本発明の光学フィルムは、熱可塑性樹脂フィルムを長手方向に対して分子配向軸を傾斜するように延伸することにより得られるものである。ここで、光学フィルムを構成する樹脂フィルムとしては様々な熱可塑性樹脂フィルムを用いることができる。

使用される熱可塑性樹脂としては、例えば、マレイミド、ポリカーボネート、ポリサル
フォン、ポリエーテルサルホン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（メタ）アクリレート、ポリエチレンテレフタレート、セルロースエステル、ポリノルボルネンなどの適宜の熱可塑性樹脂を用いることができる。なお、上記熱可塑性樹脂には、可塑剤や紫外線吸収剤などの添加剤が適宜添加されていてもよい。

なお、使用される上記熱可塑性樹脂フィルムの製造方法自体は特に問わない。すなわち、溶融押出成形、溶液キャスティング成形、カレンダー法などの様々な一般的なフィルム成形方法により熱可塑性樹脂フィルムを用いることができる。また、延伸前の熱可塑性樹脂フィルムの厚みは、３０〜２００μｍ程度の範囲が好ましい。３０μｍ以下では、延伸後に厚みが薄くなり、フィルムの強度が不足したり、腰が弱くなってハンドリングが困難となることがあり、２００μｍを超えると、後述する製造方法においてフィルムを把持するクリップが高い張力のために外れやすくなることがある。また、液晶表示装置の薄型化に不利となる。

本発明に係る光学フィルムでは、上記のように、Ｎｚ係数が１．１５以下とされているため、本来所望としない二軸性が小さく、一軸性に優れた位相差フィルムが得られる。このような光学フィルムは、例えば後述の製造方法により熱可塑性樹脂フィルムを延伸することにより得ることができる。

なお、Ｎｚ係数が１．１５を超えると、傾斜配向させることで偏光板の吸収軸に対して所定の貼り合わせ角度を持たせて連続貼合する一軸性位相差フィルムの用途にそぐわなくなる。また、好ましくは、Ｎｚ係数の最大値と最小値との差が０．１以下とされ、それによってフィルム厚み方向における光学品質の均一性はより一層高められる。

図１は、本発明に係る光学フィルムの製造方法の一例を説明するための模式的平面図である。本発明の光学フィルムを製造するに際しては、図１に模式的に示す製造装置１が用いられる。この製造装置１は、熱可塑性樹脂フィルムをロールから巻き出す巻き出し部１ａと、延伸部１ｂと、巻き取り部１ｃとを有する。

長尺状の熱可塑性樹脂フィルムは、その長手方向に沿って巻き出し部１ａから巻き取り部１ｃに向かって搬送される。

延伸部１ｂでは、搬送される熱可塑性樹脂フィルムの幅方向両端が、クリップ２，３により把持される。

図１に示すように、延伸部１ｂにおいては、一点鎖線で示した対応するクリップ２，３と、２本のレール４，５とが配置されている。レール４，５は互いの間の距離（対応するクリップ間距離）が一定とされた状態で巻き出し部１ａ側から巻き取り部１ｃ側に延ばされている。但し、レール４，５は、少なくとも１回以上、あるいは無限回屈曲されている。図１では、下流側に向かって、屈曲点Ａ１，Ａ２，Ａ３でレール４，５が屈曲されている。すなわち、レール４，５は、それぞれ、３個の屈曲点を有する。

他方、レール４，５上をクリップ２，３が走行するように構成されている。クリップ２，３は、図示しない駆動装置によりレール４，５上を走行するように構成されているが、クリップ２，３は、熱可塑性樹脂フィルムの幅方向端部を把持するように構成されている。延伸部１ｂに至る前の初期状態では対応するクリップ２，３を結ぶ直線は、熱可塑性樹脂フィルムの長手方向と直交されている。すなわち、対応するクリップ２，３は、初期状態すなわち延伸前の状態では、熱可塑性樹脂フィルムの長手方向においては同じ位置に配置されている。なお、図１では、延伸前の部分に参照番号２，３を付して、一対のクリッ
プを図示しているが、実際には、熱可塑性樹脂フィルムの長手方向に沿って、多数の対をなすクリップ２，３が配置されることになる。

なお、延伸部１ｂでは、上流側から予熱ゾーン６ａ、延伸ゾーン６ｂ及び冷却ゾーン６ｃが順に配置されている。屈曲点Ａ１〜Ａ３は、斜め方向に延伸するために設けられているものであるため、延伸ゾーン６ｂ内に配置されている。

延伸に際しては、対をなすクリップ２，３が熱可塑性樹脂フィルムの幅方向端部を把持した状態で上記レール４，５上を移動される。そのため、予熱ゾーン６ａで予熱された後、延伸ゾーン６ｂにおいて屈曲点Ａ１，Ａ２及びＡ３を通過するに連れて、対をなすクリップ２，３で把持されている熱可塑性樹脂フィルムは斜め方向に延伸される。すなわち、図１の第１延伸，第２延伸、及び第３延伸が行われ、熱可塑性樹脂フィルムの分子配向軸がフィルム長手方向に対して傾斜されることになる。そして、冷却ゾーン６ｃにおいて傾斜された配向が冷却により固定される。しかる後、開放工程を経て、巻き取り部１ｃにおいて、斜め方向に延伸された本発明の光学フィルムが巻き取られることになる。

上記屈曲点Ａ１〜Ａ３における屈曲角度は任意であり、屈曲角度は一定であってもよく、屈曲角度は長手方向に沿って変化していってもよい。屈曲点は１点以上存在すればよいが、屈曲点の数が多ければ多いほど好ましく、ある屈曲点と、次の屈曲点との間の距離が小さければ小さいほど好ましい。従って、上記レール４，５の平面形状は円弧状に近ければ近いほど好ましく、より一層均一な光学特性を有する光学フィルムを得ることができる。

なお、前述したように、対をなすクリップ２，３はレール４，５上において多数組配置されるが、各レール４，５において配置されている前後のクリップ間のピッチは小さければ小さいほど好ましい。好ましくは、レール長手方向に沿う上記クリップ間ピッチは２００ｍｍ以下とされる。クリップ間ピッチが小さければ小さいほど、フィルムの長手方向においても光学フィルム品質を均一化することができ、望ましい。

対をなす左右のクリップ２，３の移動速度は等しくされており、すなわち対応する左右のクリップ２，３は同速で移動される。この場合、移動速度は一定であってよく、フィルム長手方向前方にいくに従って加速されてもよい。加速した場合には、フィルムが長手方向に延伸されることになり、このフィルム長手方向の延伸倍率は、所望とする配向角にもよるが、１〜２．５倍程度が好ましい。長手方向の延伸倍率が２．５倍を超えると、長手方向への配向が強くなりすぎ、フィルム長手方向における光学特性の均一性が妨げられるおそれがある。

次に、上記延伸方法の原理を説明する。

図２に模式的に示すように、屈曲点が点Ａの１箇所だけである場合、巻き出し方向をｘ軸、該ｘ軸に直交する方向をｙ軸とし、フィルム１１の面内においてｘ軸及びｙ軸に直交する方向に応力σ_x，σ_y及びτ_xyが生じている場合、面内の任意の微小要素面におけるｘ軸に対する主応力角度θ_mは、下記の式（１）で表わされる。
θ_m＝（１／２）×ｔａｎ^-1｛２×τ_xy／（σ_x−σ_y）｝ ・・・（１）

分子の配向軸の角度は、主応力角度θ_mとほぼ同じ角度となり、屈曲点Ａにおいて、σ_x及びσ_yはほとんど働かず、τ_xy、すなわち剪断応力が支配的となる延伸が行われる。そ
のため、式（１）より、θ_m＝４５°前後の方向がほぼ主応力角度となり、巻き出し方向
すなわちｘ軸方向に対し、常にほぼ４５°の角度をなす方向に延伸することができる。

よって、進行方向が巻き出し方向ｘ軸に対して角度α（°）をなす場合、フィルムの配向角θ（°）は、下記の式（２）で表わされる値となる。
θ≒４５−α（但し、α＜４５） ・・・（２）

また、上記屈曲点Ａにおいてフィルムの長手方向に延伸することにより、より高い位相差を実現することができる。この際、配向角度は式（１）より、フィルムの長手方向に対して小さい角度をなすことになり、フィルム進行方向の延伸倍率を調整することにより傾斜角度を細かく調整することができる。すなわち、例えば前述したクリップ２，３を加速させることによりフィルム長手方向に延伸し、上記フィルム進行方向の延伸倍率を調整すれば、傾斜角度を微調整することもできる。

よって、上記屈曲点Ａに相当する屈曲部を連続的に配置すれば、延伸中に常に一定の斜め方向の角度にのみ延伸し得ることがわかる。また、前述した先行技術では、拡幅部を設けたりする必要があったのに対し、本発明では、上記拡幅部を必要としないため、斜め方向以外の応力、特に幅方向の応力はほとんど加わらない。従って、配向角や位相差のばらつきの少ない光学品質が均一である光学フィルムを得ることができる。さらに、上記のように、フィルム分子配向軸を所望の傾斜角度に微妙にかつ高精度に調整することも可能となる。

上記延伸部１ｂは、予熱ゾーン６ａ、延伸ゾーン６ｂと、冷却ゾーン６ｃとをこの順序で配置した構成を有するが、予熱ゾーン６ａの温度は、熱可塑性樹脂フィルムのガラス転移点Ｔｇとしたとき、Ｔｇ−５０℃〜Ｔｇ＋５０℃の範囲とすることが好ましい。Ｔｇ−５０℃未満では、延伸に先立ちフィルムが十分に加熱されないため、加熱延伸ゾーンにおける延伸を円滑に行うことができないことがあり、Ｔｇ＋５０℃を超えると、熱可塑性樹脂フィルムが柔らかくなりすぎ、加熱延伸ゾーンにおいてやはり高精度に延伸を行うことができなくなる。

延伸ゾーン６ｂにおける温度は、Ｔｇ以上、融点以下であることが好ましい。Ｔｇ未満では、延伸を円滑に行うことができず、融点を超えると延伸操作自体が不可能となる。より好ましくは、Ｔｇ〜Ｔｇ＋２０℃の範囲とされる。

冷却ゾーン６ｃにおける温度は、分子配向を固定し得る温度なら特に限定されないが、一般的にＴｇ以下の温度とされる。

なお、上記のように、斜め方向に分子を配向させるように延伸を行った場合、延伸中に光学品質が均一であっても、冷却ゾーン６ｃにおける冷却に際して発生する収縮応力が配向角と平行にならないため、冷却ゾーン６ｃにおいて光学品質がばらつくおそれがある。すなわち、冷却固化の瞬間に均一であった配向角や位相差がばらつき、最終的な光学品質が不均一になるおそれがある。そのため、延伸ゾーン６ｂと、冷却ゾーン６ｃとの境界線を、フィルムの配向角度に対して直交する方向に設定することが好ましく、それによってフィルム配向角度に対して直交する方向における光学品質の均一性を高めることができる。

予熱ゾーン６ａ及び延伸ゾーン６ｂにおける加熱手段は特に限定されず、例えば熱風式ヒーター、パネルヒーター、ハロゲンヒーターなどの適宜の加熱装置、熱媒を通した配管を用いた加熱装置などを挙げることができる。中でも、加熱延伸ゾーン６ｂと冷却ゾーン６ｃとの境界における温度制御を高精度に行い得るため、熱風式加熱装置が好ましい。

なお、延伸ゾーン６ｂと冷却ゾーン６ｃとは、実質的に熱可塑性樹脂フィルムが延伸されるゾーン及び延伸により生じた配向を冷却固定するゾーンを意味する。従って、延伸ゾ
ーン６ｂと冷却ゾーン６ｃは、機械的や構造的に独立したゾーンを意味するものでは必ずしもなく、熱可塑性樹脂フィルムが延伸可能な温度となっているゾーン、及び配向固定可能な温度以下となっているゾーンを意味するものである。

本発明に係る光学フィルムでは、フィルムの分子配向軸がフィルム長手方向に対して傾斜されているだけでなく、Ｎｚ係数が１．１５以下であるため、所望としない二軸性が小さく一軸性に優れている。従って、本発明に係る光学フィルムを、例えば、位相差板の原反フィルムとして用いた場合、光学フィルムを偏光板の原反フィルムにフィルムの長手方向を一致させて積層した場合であっても、両者の配向軸が交差するように配置された積層構造を容易に得ることができる。従って、例えば液晶表示装置の波長変換素子や視野角改善素子を得るに際し、工程及びコストの低減を図ることができ、かつ波長変換素子や視野角改善素子の光学特性の向上を図ることができる。

さらに、Ｎｚ係数の最大値と最小値との差が０．１以下である場合には、フィルムの厚み方向における光学品質の均一性がより一層高められる。

本発明において、光学フィルムが長尺状フィルムとして提供されている場合には、該光学フィルムをその長さ方向に沿って偏光板の原反フィルムなどと長手方向を一致させて積層し、容易にかつ効率よく位相差板と偏光板との積層構造などを得ることができる。従って、波長変換素子や視野角改善素子などの素子のコストの低減、製造工程の簡略化及び光学品質の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。なお、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１）
本実施例では、図１に示した前述の延伸装置１を用いて熱可塑性樹脂フィルムを延伸し、光学フィルムを作製した。熱可塑性樹脂フィルムとして、ポリノルボルネン（日本ゼオン社製、商品名「ゼオノア＃１４２０Ｒ」、Ｔｇ＝１４２℃）を押出成形機に供給し、２３０℃で押出成形して得られた幅４００ｍｍ及び厚さ６０μｍのポリノルボルネンフィルムを用意した。該ポリノルボルネンフィルムを上記延伸装置により延伸し、位相差フィルムを得た。

図１に示した延伸装置１においては、対をなす左右のクリップ２，３に把持されたポリノルボルネンフィルムを、予熱ゾーン６ａにおいて、熱風加熱装置により１４０℃に昇温し、次に熱風加熱装置により１４５℃に設定された延伸ゾーン６ｂに導いた。延伸ゾーン６ｂでは、左右のレール４，５は３回屈曲しており、かつ左右の対応する屈曲点を結ぶ直線が屈曲する前のフィルム搬送方向に対して直交するように左右同じ形状の２本のレール４，５を配置しておいた。この左右２本のレール４，５上をポリノルボルネンフィルムの幅方向両端を把持した多数対のクリップ２，３を移動させ、ポリノルボルネンフィルムに配向を与えた。なお、前後のクリップ間ピッチは１６０ｍｍとした。また、ポリノルボルネンフィルムの進行方向に対する延伸倍率が１．６倍となるようにクリップ２，３の移動速度を設定した。

上記のようにして配向を与えられたポリノルボルネンフィルムを、熱風加熱装置により１００℃の温度に設定された冷却ゾーン６ｃにおいて、ポリノルボルネンフィルムに与えられた配向方向に対して略直交方向に風を吹き付けて冷却し、配向を固定した。

上記のようにして配向が固定されたポリノルボルネンフィルムを巻き取り部１ｃにおいて巻き取り、位相差フィルムを得た。

得られた位相差フィルムについて幅方向中央部と幅方向両端から５０ｍｍの２つの地点、及び幅方向の中間部の２つの地点の合計５点において、自動複屈折計（王子計測機器社製、商品名「ＫＯＢＲＡ−２１ＡＤＨ」）によりＮｚ係数を測定した。

上記５点において測定されたＮｚ係数の平均値並びに最大値と最小値との差をＮｚ係数のばらつきとして表１に示す。

（実施例２）
延伸工程において、左右のレールの曲率半径を図３に示すように５０００ｍｍとしたこと、フィルムの進行方向に対する延伸倍率を１．５倍としたこと以外は実施例１と同様にして位相差フィルムを得、評価した。

（実施例３）
使用した熱可塑性樹脂の材質をポリカーボネート（帝人化成社製、商品名「パンライトＣ−１４００」）としたこと、延伸ゾーンにおける左右のレール４，５を、曲率半径を１２０００ｍｍの円弧状のものに変更したこと、熱可塑性樹脂フィルムの進行方向に対する延伸倍率を１．４倍となるようにクリップの移動速度を設定したこと、予熱ゾーンにおける温度を１７０℃、延伸ゾーンにおける温度を１８０℃、冷却ゾーンにおける温度を１０５℃としたことを除いては、実施例１と同様にして位相差フィルムを得、評価した。

（比較例１）
延伸ゾーンにおいて内側のレール４における屈曲点の位置を外側のレール５の屈曲点の位置に対してフィルムの搬送方向の４５０ｍｍ上流側にずらした位置に配置し、曲率半径が９００ｍｍである一対のレールを用いたこと、フィルムの進行方向に対する延伸倍率が１．４倍となるようにクリップの移動速度を設定したこと以外は、実施例１と同様にして位相差フィルムを得、評価した。

（比較例２）
図４に示すように、延伸ゾーンにおいて、左側のレールの曲率半径を６５００ｍｍとし、右側のレールの曲率半径を７０００ｍｍとしたこと、フィルム進行方向に対する延伸倍率を１．０５倍となるように設定したこと以外は、実施例１と同様にして位相差フィルムを得、評価した。

本発明の光学フィルムの製造方法に用いられる製造装置を説明するための模式的平面図。 本発明の光学フィルムの製造方法における配向角度が決定される原理を示す説明図。 実施例２で用いた延伸装置を説明するための模式的平面図。 比較例１で用いた延伸装置を説明するための模式的平面図。

符号の説明

１…製造装置
１ａ…巻き出し部
１ｂ…延伸部
１ｃ…巻き取り部
２，３…クリップ把持装置
４，５…レール
６，７…クリップ
８，９…クリップ開放装置
１０，１１…冷却装置
Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３…屈曲点

Claims (3)

1. フィルム面内の最大屈折率をｎｘ、フィルム面内のｎｘ方向と直交する方向の屈折率をｎｙ、フィルム厚み方向の屈折率をｎｚとしたときに、（ｎｘ−ｎｙ）／（ｎｘ−ｎｚ）で表されるＮｚ係数が１．１５以下であり、フィルムの分子配向軸がフィルム長手方向に対して傾斜されていることを特徴とする光学フィルム。
2. Ｎｚ係数の最大値と最小値との差が０．１以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルム。
3. 長尺状のフィルムである、請求項１または２に記載の光学フィルム。
   

Images