JP2007160733A - 光学用フィルムの成形用冷却ロール、光学用フィルムの製造方法及び光学用フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】溶融押出した熱可塑性樹脂を成形するのに用いられ、光学欠点がなく、かつ高水準の表面均一性を有する光学用フィルムを得ることを可能とする光学用フィルムの成形用冷却ロール、該冷却ロールを用いた光学用フィルムの製造方法、及び該光学用フィルムの製造方法により得られた光学用フィルムを提供する。
【解決手段】タングステンカーバイド溶射が表面に施されており、該タングステンカーバイド溶射が施された表面がバーチカル研磨仕上げされている、光学用フィルムの成形用冷却ロール。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレーなどに組込まれる光学用フィルムの製造に用いられる成形用冷却ロールに関し、より詳細には、溶融押出した熱可塑性樹脂を成形するのに用いられる光学用フィルムの成形用冷却ロール、該冷却ロールを用いた光学用フィルムの製造方法、及び該光学用フィルムの製造方法により得られた光学用フィルムに関する。

液晶ディスプレーには、偏光板、光拡散板、位相差フィルム等の各種光学用フィルムが用いられている。光学用フィルムにおいては、透明性に優れていること、かつ光に透かしたとき、もしくは反射させたときに光の屈折の違いによる輝点が少ないこと、すなわち光学欠点が少ないことが求められている。

近年、液晶ディスプレーの大型化が進行しており、大型の光学用フィルムが用いられてきている。光学用フィルムを溶融押出により製造する場合に、光学用フィルムが大型であるほど光学欠点が発生し易いという問題があった。光学欠点を有する光学用フィルムを液晶ディスプレーに用いると、ディスプレー面内に意図した表示ができない箇所、すなわちセル欠点が発生することになる。このようなセル欠点を有する液晶ディスプレーは不良品として取扱われる。液晶ディスプレーの大型化に伴って、このような問題も顕著になってきている。

この光学用フィルムの光学欠点としては、異物やゲルが原材料に含まれていたり、溶融押出時に異物が混入したり、もしくは溶融押出時に金型内部でゲルが生成したりすることに起因する材料・押出環境による欠点が挙げられる。さらに、溶融押出した樹脂をロール成形する際に、ロール表面に付着したごみや汚れがフィルムに転写されたり、もしくはロール表面に傷や欠陥があり、この傷や欠陥の形跡がフィルムに転写されることによって生じたりする転写による欠点が挙げられる。

なお、上記転写による欠点のうち、ごみや汚れに起因する欠点は凹型の形状を有する。一方、ロール表面の傷や欠陥に起因する欠点は、凸型の形状を有する。この凸型の形状の欠点の大きさは例えば径約５０μｍ以上である。

上記材料・押出環境による欠点については、半導体の製造時等に適用されているクリーン環境の管理方法を導入したり、既存押出しプロセス設備であるポリマーフィルターを用いることで改善がなされている。また、上記転写による欠点のうちロール表面に付着したごみや汚れに起因する欠点については、ロール表面を清掃したり、ロール表面を研磨剤で研磨することで改善がなされている。

しかしながら、上記転写による欠点のうちロール表面の傷や欠陥に起因する欠点については、主に溶融押出した樹脂をロール成形する際に形成されるものであり、かつ高水準の表面均一性が求められる光学用途のフィルムを製造する際に特に問題となるものであり、その改善は十分になされていなかった。

上記転写による欠点の原因となるロール表面の傷や欠陥としては、ハードクロムメッキなどに代表されるメッキ表面加工により形成されるピンホール、もしくはメッキ生成過程で発生する水素等の気体や異物の混入によるボイド等が挙げられる。すなわち、ロール表面の傷や欠陥は、例えば下記特許文献１に記載のロールのように、ロール表面をメッキ加工する段階で主に形成されるものである。

ロール表面の傷や欠陥に起因する光学用フィルムの転写による欠点は、上述のように凸型の形状を有するが、ロール表面の傷や欠陥は主に凹型の形状を有する。この凹型の形状のロール表面の傷や欠陥を無くすためには、ロール表面の傷や欠陥部分をその周辺部分を含めて削り取らねばならない。しかしながら、ロール表面を部分的に削り取ると、ロール表面の均一性が失われることになり、表面の均一性に優れたフィルムを得ることはできない。

一方、ロール表面の傷や欠陥がピンホールである場合、その多くは芯金、すなわち母材まで達しているため、ロール表面を削り取るだけではピンホールを無くすことはできない。このピンホールを無くすためには、例えば再メッキする方法が挙げられるが、再メッキした場合でも再度ピンホールが発生することがあり、ピンホールを無くすことは困難であった。

光学用フィルムの欠点を無くす方法としては、例えば一般的に鏡面ロールと呼ばれているハードクロムメッキされた既存ロールを用い、かつ成膜時にフィルムがロールに密着しないようにする方法も挙げられる。しかしながら、この方法では、転写による欠点が無い光学用フィルムを得ることができるが、得られるフィルム表面の均一性が損なわれがちであった。他方、ロール自体を用いずにフィルムを製造する方法等も挙げられるが、この方法でもやはり得られるフィルム表面の均一性が損なわれがちであった。
特開平１１−１０５１０４号公報

すなわち、従来の冷却ロールを用いて、従来公知の製造方法で光学用フィルムを製造した場合には、光学欠点がなく、かつ高水準の表面均一性を有する光学用フィルムを得ることは困難であった。

ロール表面の傷や欠陥に起因する欠点を無くすためには、表面に傷や欠陥が無いロールを選別して用いることも考えられる。しかしながら、大型の光学用フィルムを得る場合には、大型のロールを用いるのでその表面積が大きく、表面全体の傷や欠陥の有無を確認するには、多大な労力と時間とを要する。さらに、ロール表面の傷や欠陥はロール表面全体と同色、同材質でありかつ微小な大きさであるため、熟練の検査員が多大な時間をかけて検査しても全ての傷や欠陥を発見することは困難であった。例えばピンホール等の傷や欠陥は、その大きさが径５０μｍ程度のものもあり目視で検出するのはきわめて困難であった。このような径５０μｍ程度の微少な大きさの傷や欠陥でも、ロールの母材まで深さが達していると、光学用フィルムの転写による欠点の発生原因となっていた。

よって、上述のように、ロールを使用する前にロール表面を熟練の検査員が検査するだけではフィルムの転写による欠点を無くすことはできず、成膜されたフィルム表面の転写による欠点の有無を確認することで初めてロール表面の傷や欠陥が見出されることが多かった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、溶融押出した熱可塑性樹脂を成形するのに用いられ、光学欠点がなく、かつ高水準の表面均一性を有する光学用フィルムを得ることを可能とする光学用フィルムの成形用冷却ロール、該冷却ロールを用いた光学用フィルムの製造方法、及び該光学用フィルムの製造方法により得られた光学用フィルムを提供することにある。

本発明に係る光学用フィルムの成形用冷却ロールは、タングステンカーバイドの溶射による表面層を有し、該タングステンカーバイドの溶射による表面層が、バーチカル研磨仕上げされていることを特徴とする。

本発明に係る光学用フィルムの製造方法は、熱可塑性樹脂を溶融押出した後、該溶融押出した熱可塑性樹脂を本発明に係る光学用フィルムの成形用冷却ロールを用いて成形することを特徴とする。

本発明に係る光学用フィルムは、本発明に係る光学用フィルムの製造方法により得られたものである。

本発明のある特定の局面では、光学用フィルムは液晶表示装置に使用される部材の原反フィルムである。

本発明に係る光学用フィルムの成形用冷却ロールは、タングステンカーバイドの溶射による表面層を有し、該タングステンカーバイドの溶射による表面層が、バーチカル研磨仕上げされている。このような冷却ロールでは、大型のロールであってもそのロールの製造段階で傷や欠陥が生じ難い。すなわち、本発明に係る光学用フィルムの成形用冷却ロールは、表面に傷や欠陥が極めて少ない。従って、この冷却ロールを用いて光学用フィルムを製造すると、光学欠点がなく、かつ高水準の表面均一性を有する光学用フィルムを得ることができる。

本発明に係る光学用フィルムの製造方法では、熱可塑性樹脂を溶融押出した後、該溶融押出した熱可塑性樹脂を本発明に係る光学用フィルムの成形用冷却ロールを用いて成形する。よって、例えば広幅の光学用フィルムを製造する場合にも、光学欠点がなく、かつ高水準の表面均一性を有する光学用フィルムを得ることができる。また、製造時に冷却ロール表面の傷や欠陥の有無を精密に検査しなくてもよいため、品質に優れた光学用フィルムを効率よく生産することができる。

本発明に係る製造方法により得られた光学用フィルムは、光学欠点がなく、かつ表面の均一性に優れている。従って、光学用フィルムが例えば液晶ディスプレーなどに組込まれると、その液晶ディスプレーは優れた表示品質を有する。

液晶表示装置に使用される部材の原反フィルムである光学用フィルムは、光学欠点がなく、かつ表面の均一性に優れている。よって、このまま未延伸フィルムとしてあるいは延伸フィルムとして液晶表示装置に組み込むことで、優れた表示品質を有する液晶表示装置を構成することができる。

以下、本発明の詳細を説明する。

本発明に係る光学用フィルムの成形用冷却ロールは、タングステンカーバイドの溶射による表面層を有し、該タングステンカーバイドの溶射による表面層が、バーチカル研磨仕上げされている。

上述のように、光学用フィルムを成形するための冷却ロールとしては、一般的に、鏡面ロールと呼ばれているハードクロムメッキされたロールが用いられている。しかしながら、ハードクロムメッキされたロールの表面には、ピンホール等の傷や欠陥が存在する。この傷や欠陥は小さく視認し難く、さらにその深さは母材まで達している。そして、ロールを使用する前に予め表面の傷や欠陥を発見することは困難であり、また、一旦フィルムを製造することによって転写による欠点の有無を確認し、それに対応してロール表面の傷や欠陥を発見することは多大な労力と時間とを要する。

さらに、ピンホールを無くすために、例えば再メッキすることも考えられるが、この操作は手間を要するのみならず、再メッキした場合でも再度ピンホールが発生することがあり、ピンホールを無くすことは困難である。

一方、本発明に係るロールは、芯材と、タングステンカーバイドの溶射による表面層とを有する。

芯材としては、特に限定されないが、例えば炭素鋼やステンレス鋼等従来公知の材料を用いて構成することができる。

タングステンカーバイドの溶射は、具体的には、芯材に、例えばＨＶＣＯＦ（高速フレーム溶射）法等を用いて行われる。

研磨する前のタングステンカーバイドの溶射による表面層の厚みとしては、構成する冷却ロールの大きさによって異なり、特に限定されないが、１回のバーチカル研磨代厚みとタングステンカーバイド層による冷却阻害の影響を考慮すると、例えば５０〜３００μｍの範囲であることが好ましい。

タングステンカーバイドの溶射による表面層を有するロールの表面には、その表面層を研磨する前においては、傷や欠陥が存在する。ロール表面の傷や欠陥は、表面層のタングステンカーバイド粒子が脱落して形成された脱落欠陥であり、その脱落欠陥の深さは上記ピンホールの深さよりもかなり浅い。よって、この脱落欠陥を無くすためにタングステンカーバイドを再度溶射する必要はなく、後述するバーチカル研磨仕上げによって、この脱落欠陥を除去することができる。

ところで、タングステンカーバイドの溶射による表面層を有するロールは、従来、例えばホイール研磨、又はホイール研磨後のラッピングに代表される研磨剤を用いて研磨仕上げが行われていた。従って、タングステンカーバイドの溶射による表面層を有するロールであっても、この従来の研磨方法により研磨されたロール表面には、研磨後においてもやはり傷や欠陥があった。

このような傷や欠陥がロール表面に生じる本質的な原因として本発明者らは、研磨剤を用いた場合のタングステンカーバイドの溶射による表面層の研磨メカニズムにあると考えた。

即ち、タングステンカーバイドの溶射による表面層は、タングステンカーバイド粒子とその粒子同士を結合させる一般にバインダーと呼ばれる金属材料により構成されている。タングステンカーバイド粒子と金属材料では材質強度が異なり、主に耐摩耗性が異なる。よって、タングステンカーバイドの溶射による表面層を例えばダイヤモンドスラリー等の研磨剤を使用して研磨すると、アブレッシブ磨耗の原理により、材質強度の小さい、主に耐摩耗性の低い金属材料からなる部分が先に削り取られる。結果として、削り取られた金属材料からなる部分に対してタングステンカーバイド粒子が部分的に飛び出した形態となり、そこに研磨時の機械的な力が加わることでタングステンカーバイド粒子が脱落し、脱落欠陥が形成される。ダイヤモンドスラリー等を使用した研磨のように擦る形態の研磨方法では、特にタングステンカーバイド粒子の脱落による欠陥が発生しやすい。当然ながら、この脱落発生の原理は研磨ホイールを用いた研磨方法にも当てはまる。このようなタングステンカーバイド粒子の脱落による脱落欠陥が生じるのを防止するには、一般的な研磨ホイールを用いた研磨方法よりも、研磨圧を比較的高めて短時間に研磨することが有効である。

従って、本発明に係る冷却ロールでは、タングステンカーバイドの溶射による表面層がバーチカル研磨仕上げされている。本発明では、ロール表面の傷や欠陥をより一層低減し得るため、少なくとも４０００番以上のバーチカル研磨にて研磨仕上げされることが好ましい。少なくとも４０００番以上のバーチカル研磨にて研磨仕上げされた冷却ロールを用いて光学用フィルムを製造すると、光学欠点の発生をより一層防止でき、かつ高水準の表面均一性を有する光学用フィルムを得ることができる。

表面層を研磨する前のタングステンカーバイドの溶射による表面層の厚みは、上述のように好ましくは５０〜３００μｍの範囲であるが、表面に存在する欠陥の深さが通常２０μｍ程度までであるので、その表面層厚みの２０μｍ以上程度の厚み部分がバーチカル研磨仕上げされることが好ましい。

冷却ロールの大きさとしては、フィルムの搬送速度および所望とするフィルムの厚さ等によって適宜変更でき、特に限定されないが、例えば溶融押出した熱可塑性樹脂の冷却・固化を効率的に行うため、直径１５０ｍｍ以上であることが望ましく、直径２００ｍｍ以上であることがより望ましい。

ところで、タングステンカーバイドの溶射による表面層を有するロールは、従来、例えばポリオレフィンなどの一般プラスチックフィルムの成形に使用されていたが、光学用フィルムの成型用冷却ロールとして用いるには不適当と考えられていた。一方、本発明では、このロールを光学用フィルムを製造するのに用いる冷却ロールとして使用している。

本発明に係る光学用フィルムの製造方法では、熱可塑性樹脂を溶融押出した後、該溶融押出した熱可塑性樹脂を光学用フィルムの成形用冷却ロールを用いて成形する。成形された光学用フィルムは、例えば未延伸の状態で偏光膜の保護フィルムとされたり、延伸を施すことで位相差フィルムとされたりして、例えば液晶表示装置の部材として使用される。

熱可塑性樹脂を溶融押出する際の温度としては、特に限定されないが、熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）より高い温度が好ましく、より好ましくはＴｇ＋５０℃以上である。熱可塑性樹脂を溶融押出する際の温度がＴｇ以下であると、得られるフィルムの平面性が顕著に低下するので、Ｔｇより高いことが好ましい。熱可塑性樹脂を溶融押出する際の温度が低いと、例えばＴｇ近傍であると転写による欠点が発生し難くなるが、一方でロール成膜法本来のフィルムの平面性を高める効果が十分に得られないことがあるので、Ｔｇ＋５０℃以上であることがより好ましい。

以下、本発明の具体的な実施例及び比較例を説明することにより本発明を明らかにする。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）
タングステンカーバイドの溶射による表面層を有し、かつタングステンカーバイドの溶射による表面層がバーチカル研磨仕上げされている直径３００ｍｍの冷却ロールを作製し、後述の条件で光学フィルムを製造した。得られたフィルムの長さ１ｍについて、冷却ロール接触面側から径５０μｍ以上のロールの転写欠陥の有無を評価したところ、欠陥はなく０個であった。また、接触式表面粗さ計（ＭＩＴＳＵＴＯＹＯ社製、型番ＨＡＮＤＳＵＲＦ Ｅ−３５Ａ）を用いて、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に従って、研磨仕上げ後の冷却ロール及び光学フィルムの表面粗さＲａを測定したところ、冷却ロールの表面粗さＲａは０．０１５μｍ、光学フィルムの表面粗さＲａは０．０７４μｍであった。

（比較例１）
従来のハードクロムメッキされた直径３００ｍｍの鏡面ロールを用意し、後述の条件で光学フィルムを製造した。得られたフィルムの長さ１ｍについて、実施例１と同様にしてロールの転写欠陥の有無を評価したところ、欠陥は４個であった。また、実施例１と同様にして冷却ロール及び光学フィルムの表面粗さＲａを測定したところ、冷却ロールの表面粗さＲａは０．０１５μｍ、光学フィルムの表面粗さＲａは０．０３４μｍであった。

（光学用フィルムの製造）
以下の製造装置を用意した。

・押出機：内径９０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３２の単軸押出機
・ダイス：幅１９００ｍｍのコートハンガータイプのＴダイ
・溶融押出した熱可塑性樹脂を冷却ロールへ密着させる方法：エアナイフかつエッジピニング
非晶性熱可塑性樹脂としてポリサルホン樹脂（帝人アモコエンジニアリングプラスチックス社製、商品名「ＵＤＥＬ３５００」、Ｔｇ＝１９３℃）を使用し、押出温度を３１０℃、冷却ロールの温度を１４０℃に設定し、上記製造装置を用いて光学用フィルムを製造した。

Claims (4)

1. タングステンカーバイドの溶射による表面層を有し、該タングステンカーバイドの溶射による表面層が、バーチカル研磨仕上げされていることを特徴とする、光学用フィルムの成形用冷却ロール。
2. 熱可塑性樹脂を溶融押出した後、該溶融押出した熱可塑性樹脂を請求項１に記載の光学用フィルムの成形用冷却ロールを用いて成形することを特徴とする、光学用フィルムの製造方法。
3. 請求項２に記載の光学用フィルムの製造方法により得られた光学用フィルム。
4. 液晶表示装置に使用される部材の原反フィルムである、請求項３に記載の光学用フィルム。