JP2011137130A

JP2011137130A - セルロースエステルフィルム及びその製造方法

Info

Publication number: JP2011137130A
Application number: JP2010103685A
Authority: JP
Inventors: Han-Sung Kim; ハンスンキム; Yong-Won Kim; ヨンウォンキム; Yu-Jin Choi; ユジンチョイ; Jik-Soo Shin; ジクスシン
Original assignee: Hyosung Corp
Current assignee: Hyosung Corp
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2011-07-14
Also published as: US20110159257A1; KR20110078641A

Abstract

【課題】セルロースエステルフィルム及びその製造方法を提供する。
【解決手段】液晶表示装置の偏光板保護フィルムとして用いて好適なセルロースエステルフィルム及びその製造方法が開示される。前記セルロースエステルフィルムは、下記の一般式（１）で表わされるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤と、下記の一般式（２）で表わされるトリアジン系紫外線吸収剤と、を含む。

【選択図】図１

Description

本発明はセルロースエステルフィルム及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、液晶表示装置の偏光板を保護するフィルムとして用いるための好適なセルロースエステルフィルム及びその製造方法に関する。

最近、液晶表示装置（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）を備えた携帯用情報媒体、テレビに対する需要が増大するに伴い、液晶表示装置（ＬＣＤ）の画質改善、製造コスト節減などを目指す研究が盛んになされている。液晶表示装置は商業化された代表的なフラット表示装置の一つであり、バックライトから発せられた光が異方性を有する液晶材料及び偏光板を通過しながら画像を表示する。液晶表示装置は、相対する基板の間にプラスの誘電率異方性を有する液晶を水平に配向させたＴＮモード（twisted nematic mode：ＴＮ）、相対する基板の間にマイナスの誘電率異方性を有する液晶を垂直に配向させたＶＡモード（Vertical Alignment mode）、ＩＰＳ（in-plane switching）モードの液晶表示装置などに分類される。

この種の液晶表示装置において、偏光板を保護するために、トリアセチルセルロースなどのセルロースエステルフィルムを偏光板の片面に貼着する。前記セルロースエステルフィルムは透明性など光学特性に優れており、屈折率の異方性が低くて偏光板用保護フィルムなどの光学フィルムとして汎用されている。また、液晶表示装置の偏光板保護フィルムとして用いられるセルロースエステルフィルムの場合、紫外線（ＵＶ）に長時間露出される場合に黄変などが発生する恐れがあるだめ、外部から入射する紫外線を遮断して液晶物質を保護できるように添加剤として紫外線吸収剤を含む。このような紫外線吸収剤としては通常の紫外線吸収剤が用いられており、例えば、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物などが使用されているが、高温高湿の条件下で長時間経過すると、ＵＶ吸収性が低下され、フィルムの黄変が発生するという欠点がある。また、セルロースエステルフィルムに含まれている紫外線吸収剤は、フィルムの高温乾燥処理過程においてブリードアウトされてフィルムの表面を汚染させ、偏光板の製造工程のアルカリけん化処理段階において溶出されて偏光板の製造設備を汚染させるという欠点がある。

従って、本発明の目的は、紫外線（ＵＶ）吸収性と耐久性に優れたセルロースエステルフィルム及びその製造方法を提供するところにある。本発明の他の目的は、紫外線吸収剤のブリードアウトまたは溶出を抑制可能なセルロースエステルフィルム及びその製造方法を提供するところにある。本発明のさらに他の目的は、偏光板製造の生産性を向上させることのできるセルロースフィルム及びその製造方法を提供するところにある。

前記目的を達成するために、本発明は、下記の一般式（１）で表わされるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤と、下記の一般式（２）で表わされるトリアジン系紫外線吸収剤と、を含むセルロースエステルフィルムを提供する。

（式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７及びＲ_８はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基またはアリールチオ基を示す。）

（式中、Ｒ_１、Ｒ_２及びＲ_３はそれぞれ独立してアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基またはアリールチオ基を示す。）

また、本発明は、セルロースエステル成分、前記セルロースエステル成分を溶解させる溶媒、前記一般式（１）で表わされるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、及び下記の一般式（２）で表わされるトリアジン系紫外線吸収剤を含むキャスト原液をベルトの表面に押出してシート状に塗布し、前記キャスト原液に存在する溶媒を蒸発させてセルロースフィルムを形成するステップと、前記セルロースフィルムをベルトから剥離するステップと、前記剥離されたセルロースフィルムを延伸及び乾燥するステップと、を含むセルロースフィルムの製造方法を提供する。

本発明によるセルロースエステルフィルムは、紫外線（ＵＶ）吸収性に優れているだけではなく、紫外線吸収剤がフィルムの外部にブリードアウトまたは溶出されることを極力抑えて偏光板製造生産性を高めることができる。

本発明による３層構造のセルロースエステルフィルムの断面図。本発明によるセルロースエステルフィルムの製造に使用可能なフィルム製造装置の全体概略図。図２に示すフィルム製造装置におけるダイ及びベルト部分の拡大断面図。

以下、添付図面に基づき、本発明を詳述する。

本発明の一実施形態によるセルロースエステルフィルムは単一層からなるものであり、セルロースエステルフィルムに柔軟性を与える可塑剤と、下記の一般式（１）で表わされるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、及び下記の一般式（２）で表わされるトリアジン系紫外線吸収剤を含む。

前記一般式（１）及び（２）において、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、またはアルキルチオ基の炭素数は、好ましくは、１〜３６個、さらに好ましくは、５〜１８個であり、アリール基、アリールオキシ基またはアリールチオ基の炭素数は、好ましくは、５〜４０個、さらに好ましくは、６〜２４個である。前記一般式（１）及び（２）の２種類の紫外線吸収剤の総含量は、全体セルロースエステルフィルムに対して０．５〜３．０重量％、好ましくは、１〜２重量％である。ここで、前記紫外線吸収剤の使用量が少なすぎるとＵＶ吸収性能が低下する恐れがあり、前記紫外線吸収剤の使用量が多過ぎるとブリードアウト現象やフィルム色が黄色を帯びるの現象などが現れるという問題がある。具体的に、全体のセルロースエステルフィルムに対して、前記一般式（１）で表わされるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤の含量は、好ましくは、０．２〜１．５重量％、さらに好ましくは、０．３〜１．２重量％、最も好ましくは、０．５〜１．０重量％であり、前記一般式（２）で表わされるトリアジン系紫外線吸収剤の含量は、好ましくは、０．３〜１．５重量％、さらに好ましくは、０．７〜１．２重量％、最も好ましくは、０．８〜１．０重量％である。ここで、前記ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤の含量が少なすぎると３８０ｎｍ以下におけるＵＶ吸収性能が低下する恐れがあり、前記ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤の含量が多過ぎるとフィルム色のｂ値が上昇する恐れがある、さらに、前記トリアジン系紫外線吸収剤の含量が少な過ぎると高温におけるＵＶ吸収能が低下する恐れがあり、高価なトリアジン系化合物をあまりにも多量使用すれば製造コストアップを招いて経済的に好ましくない。

本発明によるセルロースエステルフィルムに用いられる可塑剤は、セルロースエステルフィルムに柔軟性を与えるためのものであり、前記可塑剤の含量は、セルロースエステル成分１００重量部に対して１０〜３０重量部である。前記可塑剤としては、トリフェニルフォスファート（triphenyl phosphate：ＴＰＰ）、及びビフェニルジフェニルフォスファート（biphenyl diphenylphosphate：ＢＤＰ）などのリン酸エステル系可塑剤、ジエチルフタレート、及びジメトキシエチルフタレートなどのフタル酸エステル系可塑剤、エチルフタリルエチルグリコレート（ethyl phthalyl ethyl glycolate：ＥＰＥＧ）、及びブチルフタリルブチルグリコレート（butyl phthalyl butyl glycolate：ＢＰＢＧ）などのグリコール酸エステル系可塑剤などを使用することができる。

本発明によるセルロースエステルフィルムの残余成分であるセルロースエステル成分としては、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、及びセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）などのセルロースアセテートが使用可能であり、前記セルロースエステル成分のアセチル化度は５８〜６２．０％、好ましくは、５８．５〜６１．５％である。ここで、前記アセチル化度が低すぎるとフィルムの光学的な等方性が低くなるという問題があり、前記アセチル化度が高過ぎると未溶解物が発生してフィルムに欠陥が発生する恐れがある。

図１は、本発明の他の実施例であり、３層構造のセルロースフィルムの断面図である。図１に示すように、本発明によるセルロースフィルム１０は、前面層１２、内部層１４及び背面層１６を含む多層構造を有してもよく、前記前面層１２及び背面層１６のそれぞれの厚さはセルロースエステルフィルムの総厚さの５〜２０％、好ましくは、１０〜１５％であり、前記ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤及びトリアジン系紫外線吸収剤は両方とも前記内部層１４に含まれることが好ましい。ここで、前記前面層１２または背面層１６の厚さが薄すぎると紫外線吸収剤のブリードアウトを十分に抑制することができず、前記前面層１２または背面層１６の厚さが厚すぎるとフィルム内に含まれる紫外線吸収量が低減されて紫外線吸収性能が低下する恐れがある。

次に、図２及び図３に基づき、本発明によるセルロースエステルフィルムの製造方法を説明する。図２は、本発明によるセルロースエステルフィルムの製造に使用可能なフィルム製造装置の全体概略図であり、図３は、図２に示すフィルムの製造装置におけるダイ及びベルト部分の拡大断面図である。図２及び図３に示すように、本発明によるセルロースエステルフィルムを製造するためには、先ず、ダイ２０を介してベルト３０の表面にキャスト原液２、４、６を押出してシート状に塗布し、キャスト原液２、４、６に存在する溶媒を蒸発させてセルロースエステルフィルム１０を形成する。前記ダイ２０は、例えば、通常のＴ−ダイであり、前記ベルト３０は前記キャスト原液２、４、６を搬送しながら乾燥させてフィルム１０を形成する高温の支持体であり、例えば、ステインレス鋼コンベヤベルトからなる。

本発明によるセルロースエステルフィルムが単一層からなる場合、一つのキャスト原液、例えば、第２キャスト原液４が押出され、前記キャスト原液はセルロースエステル成分、前記セルロースエステル成分を溶解させる溶媒、セルロースエステルフィルムに柔軟性を与える可塑剤に加えて、上述したベンゾトリアゾール系及びトリアジン系の紫外線吸収剤を含む。一方、本発明によるセルロースフィルムが３層からなる場合、図３に示すように、第１、第２及び第３キャスト原液２、４、６が共押出され、このとき、第１キャスト原液２及び第３キャスト原液６はセルロースエステル成分、前記セルロースエステル成分を溶解させる溶媒及びセルロースエステルフィルムに柔軟性を与える可塑剤を含み、紫外線吸収剤を含んでいないのに対し、前記第２キャスト原液４はセルロース成分、前記セルロースエステル成分を溶解させる溶媒、セルロースエステルフィルムに柔軟性を与える可塑剤及び上述したベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤及びトリアジン系紫外線吸収剤を含む。ここで、前記第１キャスト原液２はフィルム１０の前面層１２を形成し、第２キャスト原液４は内部層１４を形成し、第３キャスト原液６は背面層１６を形成する。前記キャスト原液２、４、６はドープとも呼ばれ、前記ドープ中のセルロースエステル成分の含量は、通常１０〜２５重量％、好ましくは、１５〜２０重量％である。前記溶媒としてはメチレンクロリド（Methylene Chloride：ＭＣ）、酢酸メチル、及びアルコール（例えば、メタノール）などの有機溶媒が使用可能であり、前記キャスト原液の残余の成分を構成する。前記第１、第２及び第３キャスト原液２、４、６を構成するセルロース成分及び／または溶媒は互いに同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。

図１に戻り、前記ベルト３０に塗布されたキャスト原液２、４、６は、フィルム１０に成形されるのに十分な時間中に、フィルム１０に成形されるのに十分な距離だけベルト３０と一緒に移動した後、ガイドローラーである剥離ローラー３２によってベルト３０から剥離される。剥離されたフィルム１０は延伸機４０に搬送されて、水平方向（Transverse Direction：ＴＤ）及び／または機械方向（Mechanical Direction：ＭＤ）に延伸され、乾燥機５０において乾燥されて最終的にセルロースエステルフィルム１０を形成した後、巻取機６０に巻き取られて製品として出荷される。

本発明によるセルロースエステルフィルムの厚さ（延伸及び乾燥後の最終厚さ）は、必要に応じて適切に調節可能であるが、通常２０〜８０μｍであり、必要に応じて、縦及び／または横方向に延伸可能である。また、本発明によるセルロースフィルムの厚手方向の位相差（Ｒｔｈ、λ＝５５０ｎｍ基準）は、通常２０〜１００ｎｍである。前記厚手方向の位相差値（Ｒｔｈ）は与えられた波長における垂直方向の位相差であり、フィルムの面内方向の主屈折率（長手方向及び幅方向の屈折率）がｎｘ、ｎｙ（ｎｘ≧ｎｙ）、面外方向の主屈折率（厚手方向の屈折率）がｎｚ、フィルムの厚さがｄ（ｎｍ）である場合、厚手方向の位相差値（Ｒｔｈ）＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）＊ｄと定義される。本発明のセルロースフィルム１０は、通常、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）からなる偏光板の片側または両側に貼着されて偏光板を保護する役割を果たし、前記セルロースエステルフィルムが貼着された偏光素子は液晶表示装置パネルの上板及び／または下板に貼着される。なお、必要に応じて、前記偏光板と本発明によるセルロースエステル保護フィルムは所定の間隔をあけて位置してもよい。

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳述する。下記の実施例は本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明が下記の実施例により限定されるものではない。

［実施例１］単一層構造のセルロースエステルフィルムの製造
トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）１００重量部、トリフェニルフォスファート１５重量部、メチレンクロリド６５８重量部、エタノール１００重量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤としての２−（２’−ヒドロキシ−５’−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール０．３９重量部、２−（２’−ヒドロキシ−３,５’−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール０．３９重量部、及びトリアジン系紫外線吸収剤としてのトリスアリール−１,３,５−トリアジン０．３９重量部を含むキャスト原液を製造し、ダイを用いて金属ベルトの表面に幅６００ｍｍのシート状に押出した。前記金属ベルトを回動させながらキャスト原液の溶媒を蒸発させ、１０％延伸及び乾燥して厚さ８０μｍのセルロースエステルフィルムを製膜した。製造されたセルロースエステルフィルムを７０℃、９０％相対湿度（ＲＨ）の雰囲気下で５００時間放置した後に光学特性を測定した結果、表１に示すように、３８０ｎｍにおいて透過度及び色変化が少ない優れたセルロースエステルフィルムが得られた。

［実施例２］３層構造のセルロースエステルフィルムの製造
図１から図３に示すように、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）１００重量部、トリフェニルフォスファート１５重量部、メチレンクロリド６５８重量部及びエタノール１００重量部を用いて、セルロースフィルム１０の前面層１２及び背面層１６を形成するための第１及び第３キャスト原液２、６を製造し、また、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）１００重量部、トリフェニルフォスファート１５重量部、メチレンクロリド６５８重量部、エタノール１００重量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤としての２−（２’−ヒドロキシ−５’−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール０．３９重量部、２−（ヒドロキシ−５−ｔ−オクチルフェニル）ベンゾトリアゾール０．３９重量部、及びトリアジン系紫外線吸収剤としてのトリスアリール−１,３,５−トリアジン０．３９重量部を用いて、セルロースエステルフィルム１０の内部層１４を形成するための第２キャスト原液４を製造した。前記前面層１２、内部層１４及び背面層１６を形成するためのそれぞれのキャスト原液を、図３に示すダイを用いて、金属ベルトの表面に幅６００ｍｍのシート状に共押出した。前記金属ベルトを回動させながらキャスト原液の溶媒を蒸発させ、１０％延伸及び乾燥して、総厚さが８０μｍであり、且つ、前面層１２、背面層１６及び内部層１４の厚さがそれぞれ１２μｍ、１２μｍ及び５６μｍであるセルロースフィルム１０を製膜した。製造されたセルロースエステルフィルムを７０℃、９０％ＲＨの雰囲気下で５００時間放置した後に光学特性を測定し、その結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明のセルロースエステルフィルムは３８０ｎｍにおいて透過度及び色変化が少ない優れた特性を示していた。また、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）を用いて５００時間前後の紫外線吸収剤の含量を測定した結果、紫外線吸収剤の含量変化が２％以下であり、ブリードアウト現象が遥かに抑制されることが分かる。

［実施例３及び４、比較例］３層構造のセルロースフィルムの製造及び評価
前面層１２、内部層１４及び背面層１６に、下記表２に示す含量にて非リン酸エステル系可塑剤（脂肪族多価アルコールエステル）、リン酸エステル系可塑剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤及びトリアジン系紫外線吸収剤を含ませた以外は、実施例２の方法と同様にしてセルロースフィルム１０を製造した。下記表２中の各成分の含量はそれぞれの前面層１２、内部層１４及び背面層１６に対する含量を示す。

このようにして製造されたセルロースフィルム１０に対して、摩擦係数、ヘーズ値（濁度）、可塑剤／紫外線吸収剤の溶出量（ＦＴ−ＩＲ吸光度測定法を用いて測定）、３８０ｎｍ透過率、高湿寸法安定性を測定して表３に示す。ここで、ヘーズは日本電色社製のヘーズメーターを用いて測定し、高湿寸法安定性は湿度９５％、６０℃の条件下で３０分間放置後、ダイアルゲージを用いて寸法変化量を測定した。

上記表３から、本発明に係るセルロースフィルムは、摩擦係数、ヘーズ、可塑剤／紫外線吸収剤の溶出量、３８０ｎｍ透過率、高湿寸法安定性など諸物性に優れているものであることが分かる。

Claims

下記の一般式（１）で表わされるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤と、下記の一般式（２）で表わされるトリアジン系紫外線吸収剤と、を含む、セルロースエステルフィルム。
（式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７及びＲ_８はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基またはアリールチオ基を示す。）
（式中、Ｒ_１、Ｒ_２及びＲ_３はそれぞれ独立してアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基またはアリールチオ基を示す。）
全体のセルロースエステルフィルムに対して、前記一般式（１）及び（２）の紫外線吸収剤の総含量は０．５〜３．０重量％であり、前記一般式（１）で表わされるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤の含量は０．２〜１．５重量％であり、前記一般式（２）で表わされるトリアジン系紫外線吸収剤の含量は０．３〜１．５重量％である、請求項１に記載のセルロースエステルフィルム。
前記セルロースエステルフィルムのセルロース成分の平均アセチル化度が５８．０〜６２．０％である、請求項１に記載のセルロースエステルフィルム。
前記セルロースエステルフィルムは、前面層、内部層及び背面層を含む３層構造を有し、前記前面層及び背面層のそれぞれの厚さはセルロースエステルフィルムの総厚さの５〜２０％であり、前記ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤及びトリアジン系紫外線吸収剤は両方とも前記内部層に含まれるものである、請求項１に記載のセルロースフィルム。
前記セルロースエステルフィルムの厚さは２０〜８０μｍであり、厚手方向の位相差（Ｒｔｈ、λ＝５５０ｎｍ基準）は２０〜１００ｎｍである、請求項１に記載のセルロースフィルム。
セルロースエステル成分、前記セルロースエステル成分を溶解させる溶媒、下記の一般式（１）で表わされるベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、及び下記の一般式（２）で表わされるトリアジン系紫外線吸収剤を含むキャスト原液をベルトの表面に押出してシート状に塗布し、前記キャスト原液に存在する溶媒を蒸発させてセルロースエステルフィルムを形成するステップと、
（式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７及びＲ_８はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基またはアリールチオ基を示す。）
（式中、Ｒ_１、Ｒ_２及びＲ_３はそれぞれ独立してアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基またはアリールチオ基を示す）
前記セルロースエステルフィルムをベルトから剥離するステップと、
前記剥離されたセルロースエステルフィルムを延伸及び乾燥するステップと、
を含むセルロースフィルムの製造方法。