JP2008246758A - 光学フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性に優れた溶融押出成形法により、製膜時の位相差を小さく抑えることができ、その結果、位相差補償フィルムの原反として用い場合に延伸しても位相差むらが小さく、全面に亘ってほぼ均一な光学特性を有する光学フィルムの製造方法を提供すること。
【解決手段】 ノルボルネン系樹脂を用いて溶融押出成形法により製膜される光学フィルムであって、ダイスから冷却ロールに至るエアーギャップ部における雰囲気温度及び溶融樹脂膜の温度を加熱・保温コントロールするようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学フィルム、特に液晶ディスプレイ等の光学用途に使用される位相差補償フィルムと称される光学フィルムの製造方法に関し、更に詳しくは、非晶性熱可塑性樹脂であるノルボルネン系樹脂を用いて溶融押出成形法により製膜される光学フィルムの製造方法に関するものである。

近年、光学用途や液晶ディスプレイ用途に用いられる位相差補償フィルムと称される光学フィルムに対して、位相差むらのない高い品質が求められている。この種の光学フィルム(位相差補償フィルム)は一般に、無延伸の原反樹脂フィルムを延伸させて一定の歪を持たせることにより製造される。

しかしながら、原反フィルム段階で位相差むらが生じていると、これを延伸して得られる位相差補償フィルムにおいて位相差がより大きなむらとなるため、液晶ディスプレイに用いた場合に大きな問題となる。
すなわち、光学フィルムとして位相差のばらつきを小さくするには、原反樹脂フィルムにおける位相差むらをできるだけ小さくすることが必要であり、原反樹脂フィルムの製造工程において位相差むらの無いフィルムを成形することが重要となる。

このような観点から、従来では、光学フィルム用の原反フィルムを製造する場合、樹脂を溶剤に溶解させて溶液とし、この溶液を無端の金属ベルトまたはベースフィルムの上に流延した後、溶剤を乾燥除去して樹脂層を形成し、その後、樹脂層を無端の金属ベルトまたはベースフィルムから剥離分離する溶液流延法による製法が多用されている。
しかしながら、溶液流延法による製膜では、生産性が良くなく、製造コストが高くなるため、それよりも製造コストを抑えられる溶融押出成形法による製膜技術が検討されている。

しかし、溶融押出成形法により光学フィルムを製膜する場合、製膜時に応力歪が発生しやすく、この応力歪が不均一な残留歪となって残るために、位相差むらの原因となる問題がある。
係る問題を解決するために、厚さ０．１〜２ｍｍで残留位相差１０ｎｍ以下のシートを製造する方法として、シートを構成する樹脂のガラス転移温度をＴｇとしたとき、押出成形用ベルト及びロール温度をＴｇからＴｇ＋５０℃として押出成形する方法（例えば、特許文献１参照。）や、ダイスから冷却ロールまでのエアーギャップ部に保温板を設置する方法（例えば、特許文献２参照。）、等が提案されている。

特開２０００−２８０２６８号公報 特開２００５−２８０２１８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の製造方法では１５０μ未満の薄い光学フィルムを得ようとすると、ベルトからフィルムを剥離する際に剥離むらが凹凸として残り、表面の平滑度が損なわれる恐れがあった。また、ベルトからフィルムを剥離する時に引張り応力歪が大きく発生してこれが位相差のむらとなるため、光学フィルム用の原反フィルムとして得る事は困難であった。

一般に溶融押出成形法により製膜を行う場合、ダイスから押出されたフィルム状の樹脂（溶融樹脂膜）は、エアーギャップ部（ダイス出口から冷却ロールとの接点までの間）において、予め目標厚さとなるように引き落とされる。しかし、引き落とし中の溶融樹脂膜はエアーギャップ部における雰囲気温度の影響を受けやすく、その結果、溶融樹脂膜の冷却が不均一となり冷却むらが生じやすくなる。

更に、引き落としによる引張応力が掛けられている状態では、ダイスから押出された溶融樹脂膜の温度によって発生する応力の大きさも異なり、通常は溶融樹脂膜の温度が低いほど変形時に発生する応力は大きくなる。このような状態で製膜されたフィルムは位相差が大きく、また、むらも発生するため位相差補償フィルムの原反として用いた場合に、延伸により位相差むらが大きくなるという問題がある。

本発明はこのような従来の不具合に鑑みてなされたものであり、生産性に優れた溶融押出成形法により、製膜時の位相差を小さく抑えることができ、その結果、位相差補償フィルムの原反として用いた場合に延伸しても位相差むらが小さく、全面に亘ってほぼ均一な光学特性を有する光学フィルムの製造方法を提供せんとするものである。

斯かる目的を達成する本発明の光学フィルムの製造方法は、ノルボルネン系樹脂を用いて溶融押出成形法により製膜される光学フィルムであって、ダイスから冷却ロールに至るエアーギャップ部における雰囲気温度及び溶融樹脂膜の温度を加熱・保温コントロールする事を特徴としたものである。

本発明に係る製造方法では、ダイスから押出されたフィルム状の溶融樹脂膜が冷却ロールに接触するまでの空間(エアーギャップ部)を極力狭小に設定すると共にエアーギャップ部に加熱・保温ヒーターを設置することにより、エアーギャップ部における雰囲気温度及び溶融樹脂膜の温度を加熱・保温コントロールする。具体的には、当該エアーギャップ部における溶融樹脂膜の温度をＴｇ＋５０℃〜１００℃（但し、Ｔｇはフィルムを形成するノルボルネン系樹脂のガラス転移温度。）に保ちつつ溶融樹脂膜の温度のばらつきを１０℃以内に収め、これにより当該エアーギャップ部において発生する応力を抑え、且つ温度のばらつきに伴う応力集中を抑える事を可能としたものである。

エアーギャップ部における温度をＴｇ＋５０〜１００℃に保つ具体的な方法としては、ダイスの温度を精密に制御するようにしても良いし、或いはエアーギャップ部の距離を極力狭小に設定することによりエアーギャップ部における放熱現象を極力抑えるようにしても良い。

更に、本発明に用いる非晶性熱可塑性樹脂としては、固有複屈折率が低く且つ光弾性係数が小さく光学特性に優れ光学フィルムの材料として最適なノルボルネン系樹脂が最も望ましい。
ノルボルネン系樹脂としては、ノルボルネン系モノマーの開環重合体水素添加物、ノルボルネン系モノマーの付加型重合体、ノルボルネン系モノマーとオレフィンの付加型重合体、等を挙げることができる。

また、溶融樹脂膜の温度のばらつきを１０℃以内に保つ場合も、ダイスの温度分布のばらつきがないようにダイスの温度を精密に制御するか、或いはエアーギャップ部に設置した加熱・保温ヒーターで一定に且つ均一に保つか、更に溶融樹脂膜に近接させて保温用の風防を設置し周囲を囲うようにしても良い。当然のことながら、これらの方法を単独で適用しても良いし、複数の方法を組み合わせても良い。

本発明に係る光学フィルムの製造方法は斯様に、非晶性熱可塑性樹脂としてノルボルネン系樹脂を用いて溶融押出成形法により製膜される光学フィルムにおいて、ダイスから冷却ロールに至るエアーギャップ部における雰囲気温度及び溶融樹脂膜の温度を加熱・保温コントロールするようにしたので、製膜時における位相差を小さく抑えることができ、その結果、位相差補償フィルムの原反として用い場合に延伸しても位相差むらが小さく、全面に亘ってほぼ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。
しかも、生産性に優れた溶融押出成形法により製膜できるので、コストの低減化を期する事ができる。

以下、本発明の具体的な好適実施例を、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は図示した実施例のものに限定されるものではない。

本発明に係る製造方法に用いられる装置の例を図１に概略構成図で示す。
原材料であるノルボルネン系樹脂はダイス１の吐出口１ａから溶融状態でフィルム状に押出され、ダイス１の吐出口１ａから押出された溶融樹脂膜２は冷却ロール３と成形ロール４との間に落し込まれ、両ロール３，４に接触することにより冷却される。

本発明の特徴は、ダイス１の吐出口１ａから押出された溶融樹脂膜２が冷却ロール３と成形ロール４との間に落し込まれるまでの区間、すなわち、ダイス１から冷却ロールに至るエアーギャップ部Ｌにおける雰囲気温度及び溶融樹脂膜２の温度を加熱・保温コントロールすることによりダイス１の吐出口１ａから押出された溶融樹脂膜２に対して均一な徐冷却を行うことである。

エアーギャップ部Ｌにおける雰囲気温度及び溶融樹脂膜２の温度を加熱・保温コントロールする場合、外的影響や放熱現象を抑えるために、当該エアーギャップ部Ｌを極力狭小に設定すると共に、エアーギャップ部に溶融樹脂膜２に近接させて加熱・保温ヒーター５を設置する。加熱・保温ヒーター５としては、均一な加熱や雰囲気温度の均一な保温が求められることから、近赤外線ヒーターよりも遠赤外線ヒーターが望ましい。
その際、設置する加熱・保温ヒーター５は溶融樹脂膜２の有効幅以上を有し、且つ溶融樹脂膜２の冷却ロール５に接触される反対側に設置されることが望ましい。
また、エアーギャップ部Ｌは、２０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲、更に好ましくは２０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲とするのが良い。

更に、エアーギャップ部Ｌにおける雰囲気温度及び溶融樹脂膜２の温度を加熱・保温コントロールするために、当該エアーギャップ部Ｌに風防６を設置して、エアーギャップ部Ｌにおける外的影響を少なくすることが望ましい。
エアーギャップ部Ｌに風防６を設置する場合、風防６は溶融樹脂膜２の有効幅以上に設定すると共に、溶融樹脂膜２が風等の外的影響を受けないように溶融樹脂膜２に極力近接させて設置する事が望ましい。

また、エアーギャップ部Ｌに加熱・保温ヒーター５を設置するスペースの確保と同時にエアーギャップ部Ｌを極力狭小にし、且つ成形ロール４と冷却ロール３の密着が可能となる仕様とする為に、成形ロール４は冷却ロール３に対し小径であることが望ましい。

更に、ダイス１の吐出口１ａから溶融樹脂膜２を冷却ロール３と成形ロール４の間に落し込む際に、溶融樹脂膜２が冷却ロール３と成形ロール４の間で圧着されると内部応力が高くなるため、両ロール３，４間で溶融樹脂２が極力圧着されないように両ロール３，４を近接させることが望ましい。

冷却ロール３と成形ロール４の間隔については、形成されるフィルム厚さ〜厚さ＋200μとすることが望ましい。
なお、本発明に用いられる冷却ロール３と成形ロール４としては、例えば金属ロール、ゴムロール、エンドレスベルト等が挙げられるが特に限定されるものではない。

本発明においては、冷却ロール３及び成形ロール４の温度により、ダイス１から押出された溶融樹脂膜２の冷却ロール３及び成形ロール４への密着度合いが変化する。冷却ロール３及び成形ロール４の温度を上げると密着は良くなるが、冷却ロール３及び成形ロール４の温度を上げすぎると冷却ロール３に巻きつく不具合が発生したり、剥離時の剥離むらの跡がフィルムに転写されてしまうので好ましくない。冷却ロール３及び成形ロール４の温度が低すぎるとフィルム面のみが急速に冷却され、冷却むらによる皺や歪みの発生する恐れがある。
従って、冷却ロール３及び成形ロール４は適切な温度に設定する事が望ましく、適切な温度は、例えばノルボルネン系樹脂のガラス転移温度をＴｇ(＝１３５℃)とした場合、Ｔｇ−５５℃〜Ｔｇ＋１０℃の範囲、さらに好ましくはＴｇ−５℃〜Ｔｇ−３５℃の範囲とする事が望ましい。

＜実施例１＞
ノルボルネン共重合樹脂(JSR社製、商品名：ARTON D4531 Ｔｇ１３５℃)を用いて、下記条件にてフィルムを成形した。
予備乾燥：１１５℃ ４時間
押出時設定温度：２２０℃〜２８０℃
ダイス出口樹脂温度：２３５℃
冷却ロール温度を１１０℃
金型：Ｔダイ（コートハンガータイプ)幅３５０ｍｍ
押出機：φ７５ｍｍ １軸ノンベントタイプ(Ｌ/Ｄ＝２８)
ダイスから押出された樹脂の吐出量：１０Ｋｇ
ダイスリップクリアランス：１ｍｍ
ギヤーポンプ設置
ポリマーフィルター使用
冷却ロール外径３５０ｍｍ、幅４５０ｍｍ(温油冷却)

キャストスピードを5.38ｍ/min にてエアーギャップＬ寸法を２０ｍｍとし、エアーギャップ部において遠赤外線ヒーターを用いて加熱を行い、この部位における樹脂表面温度を２２０℃となるように設定し、幅３００ｍｍのフィルムを製膜して得られたフィルムについて、１３等分した両端末から約５０ｍｍに当る部位を除いた約２００ｍｍの範囲を9等分しこれを偏光顕微鏡を用いて位相差の測定を行った。
この時に製膜されたフィルムの平均厚さは９８μで、位相差は平均２．２２ｎｍであった。

＜実施例２＞
キャストスピードを２．６９ｍ/minとし、ダイス出口から冷却ロールまでのエアーギャップ部を風防にて囲うことを行う以外実施例１と同様にフィルムを製膜した。
この時の製膜幅方向での温度のばらつきは２℃であった.この状態で製膜されたフィルムの平均厚さは１９６μで、位相差は平均６.７ｎｍであった。

＜比較例１＞
ヒーターによる加熱を行わない以外、実施例１と同様にしてフィルムを製膜した。
この時に製膜されたフィルムの平均厚さは９８μで、位相差は平均９．２３ｎｍであった。

＜比較例２＞
ヒーター加熱を行い、溶融樹脂膜の表面温度を２５５℃とした以外は実施例１と同様にしてフィルムを製膜した。
この時に製膜されたフィルムの平均厚さは１０６μで、位相差は平均５．１ｎｍであった。

＜比較例３＞
ヒーター加熱を行い、溶融樹脂膜の表面温度を２０５℃とした以外は実施例１と同様にしてフィルムを製膜した。
この時に製膜されたフィルムの平均厚さは９８μで、位相差は平均９．５ｎｍであった。

＜比較例４＞
エアーギャップ部を風防にて囲わないこと以外は実施例２と同様にしてフィルムを製膜したが、製膜の幅方向における溶融樹脂膜の温度のばらつきは１０℃であった。
この状態で製膜されたフィルムの平均厚さは１９２μで、位相差は平均１６.５ｎｍであった。

本発明のフィルム製膜方法に用いる装置の概略構成図。

符号の説明

1：ダイス １ａ：ダイスの吐出口
２：溶融樹脂膜 ３：冷却ロール
４：成形ロール ５：加熱,保温ヒーター
６：風防 Ｌ：エアーギャップ

Claims (2)

1. ノルボルネン系樹脂を用いて溶融押出成形法により製膜される光学フィルムであって、ダイスから冷却ロールに至るエアーギャップ部における雰囲気温度及び溶融樹脂膜の温度を加熱・保温コントロールする事を特徴とした光学フィルムの製造方法。
2. 前記エアーギャップ部を極力狭小に設定すると共に、当該エアーギャップ部に前記溶融樹脂膜に近接させて加熱・保温ヒーターを設置することによりエアーギャップ部における雰囲気温度及び溶融樹脂膜の温度を加熱・保温コントロールすることを特徴とした請求項１記載の光学フィルムの製造方法。

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