JP2014074786A - 延伸積層体の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】得られる偏光膜の光学特性を確保しながら、高い生産性を達成し得る延伸積層体を提供すること。
【解決手段】本発明の延伸積層体の製造方法は、長尺状のポリエステル系樹脂基材11上にポリビニルアルコール系樹脂層12を形成して積層体10を作製する工程と、積層体10を長手方向に搬送しながら、ロール間の周速差により100℃以下で空中延伸する工程と、この延伸された積層体を110℃以上に加熱する工程とを含む。上記延伸工程において、延伸間距離Lと、積層体10の幅Wとは、L/W≧0.3の関係を満足する。
【選択図】図1

Description

本発明は、延伸積層体の製造方法に関する。
代表的な画像表示装置である液晶表示装置は、その画像形成方式に起因して、液晶セルの両側に偏光膜が配置されている。近年、偏光膜の薄膜化が望まれていることから、例えば、特定の熱可塑性樹脂基材とポリビニルアルコール系樹脂層との積層体を、空中延伸し、さらにホウ酸水溶液中で延伸することにより偏光膜を得る方法が提案されている(例えば、特許文献1)。このような方法によれば、積層体を高倍率に延伸することができ、優れた光学特性を有する偏光膜が得られる。
ところで、偏光膜を製造する際、延伸により延伸方向と略垂直方向に収縮することが一般的に知られており、収縮することで光学特性が向上し得ることが知られている。しかし、収縮率が高すぎると、所望のサイズ(製品幅)を有する偏光膜が得られず、例えば、高速生産に十分に対応できないという問題がある。
特開2012−73580号公報
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、得られる偏光膜の光学特性を確保しながら、高い生産性を達成し得る延伸積層体の提供を目的とする。
本発明の延伸積層体の製造方法は、長尺状のポリエステル系樹脂基材上にポリビニルアルコール系樹脂層を形成して積層体を作製する工程と、該積層体を長手方向に搬送しながら、ロール間の周速差により100℃以下で空中延伸する工程と、該延伸された積層体を110℃以上に加熱する工程とを含み、該延伸工程において、延伸間距離Lと、該積層体の幅Wとが、L/W≧0.3の関係を満足する。
好ましい実施形態においては、上記空中延伸の延伸倍率が1.4倍以上である。
好ましい実施形態においては、上記加熱工程において上記積層体を長手方向に延伸する。この延伸は、好ましくは、実質的に固定端一軸延伸である。
好ましい実施形態においては、上記加熱工程において、上記積層体を長手方向に搬送しながら、ロール間の周速差により延伸し、該延伸間距離Lと、該延伸直前の積層体の幅W’とが、L/W’≦0.12の関係を満足する。
好ましい実施形態においては、1.7倍〜2.3倍に延伸する。
本発明の別の局面によれば、延伸積層体が提供される。この延伸積層体は、上記製造方法により製造される。
本発明のさらに別の局面によれば、偏光膜の製造方法が提供される。この偏光膜の製造方法は、上記延伸積層体を用いる。
好ましい実施形態においては、上記延伸積層体をホウ酸水溶液中で延伸する。
本発明によれば、長尺状のポリエステル系樹脂基材上にポリビニルアルコール系樹脂層を形成して得られた積層体を、100℃以下で自由端延伸した後、110℃以上で加熱することにより、高い生産性を達成し、かつ、優れた光学特性を有する偏光膜を製造することができる。
本発明の好ましい実施形態による積層体の部分断面図である。 本発明の空中延伸工程の一例を示す概略図である。 本発明の加熱工程の一例を示す概略図である。 本発明の偏光膜の製造方法の一例を示す概略図である。 本発明の製造方法により得られた偏光膜を用いた光学フィルム積層体の概略断面図である。 本発明の製造方法により得られた偏光膜を用いた光学機能フィルム積層体の概略断面図である。
以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
A.製造方法
本発明の延伸積層体の製造方法は、長尺状のポリエステル系樹脂基材上にポリビニルアルコール系樹脂層を形成して積層体を作製する工程と、この積層体を長手方向に搬送しながら、ロール間の周速差により100℃以下で空中延伸する工程と、この延伸された積層体を110℃以上に加熱する工程とを含む。以下、各々の工程について説明する。
A−1.積層体の作製工程
図1は、本発明の好ましい実施形態による積層体の部分断面図である。積層体10は、ポリエステル系樹脂基材11とポリビニルアルコール系樹脂層12とを有する。積層体10は、長尺状のポリエステル系樹脂基材にポリビニルアルコール系樹脂層12を形成することにより作製される。ポリビニルアルコール系樹脂層12の形成方法としては、任意の適切な方法が採用され得る。好ましくは、ポリエステル系樹脂基材11上に、ポリビニルアルコール系樹脂(以下、「PVA系樹脂」という)を含む塗布液を塗布し、乾燥することにより、PVA系樹脂層12を形成する。
上記ポリエステル系樹脂基材の延伸前の厚みは、好ましくは20μm〜300μm、より好ましくは50μm〜200μmである。20μm未満であると、PVA系樹脂層の形成が困難になるおそれがある。300μmを超えると、延伸に過大な負荷を要するおそれがある。
ポリエステル系樹脂基材の形成材料としては、非晶質の(結晶化していない)ポリエチレンテレフタレート系樹脂が好ましく用いられる。中でも、非晶性の(結晶化しにくい)ポリエチレンテレフタレート系樹脂が特に好ましく用いられる。非晶性のポリエチレンテレフタレート系樹脂の具体例としては、ジカルボン酸としてイソフタル酸をさらに含む共重合体や、グリコールとしてシクロヘキサンジメタノールをさらに含む共重合体が挙げられる。
ポリエステル系樹脂基材のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは170℃以下、より好ましくは120℃以下、さらに好ましくは80℃以下である。一方、ポリエステル系樹脂基材のガラス転移温度は、好ましくは60℃以上である。なお、ガラス転移温度(Tg)は、JIS K 7121に準じて求められる値である。
ポリエステル系樹脂基材は、予め(PVA系樹脂層を形成する前)、延伸されていてもよい。1つの実施形態においては、長尺状のポリエステル系樹脂基材の横方向に延伸されている。横方向は、好ましくは、後述の積層体の延伸方向に直交する方向である。なお、本明細書において、「直交」とは、実質的に直交する場合も包含する。ここで、「実質的に直交」とは、90°±5.0°である場合を包含し、好ましくは90°±3.0°、さらに好ましくは90°±1.0°である。
ポリエステル系樹脂基材の延伸温度は、ガラス転移温度(Tg)に対し、好ましくはTg−10℃〜Tg+50℃である。ポリエステル系樹脂基材の延伸倍率は、好ましくは1.5倍〜3.0倍である。
ポリエステル系樹脂基材の延伸方法としては、任意の適切な方法が採用され得る。具体的には、固定端延伸でもよいし、自由端延伸でもよい。延伸方式は、乾式でもよいし、湿式でもよい。ポリエステル系樹脂基材の延伸は、一段階で行ってもよいし、多段階で行ってもよい。多段階で行う場合、上述の延伸倍率は、各段階の延伸倍率の積である。
上記PVA系樹脂層を形成するPVA系樹脂としては、任意の適切な樹脂が採用され得る。例えば、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体が挙げられる。ポリビニルアルコールは、ポリ酢酸ビニルをケン化することにより得られる。エチレン−ビニルアルコール共重合体は、エチレン−酢酸ビニル共重合体をケン化することにより得られる。PVA系樹脂のケン化度は、通常85モル%〜100モル%であり、好ましくは95.0モル%〜99.95モル%、さらに好ましくは99.0モル%〜99.93モル%である。ケン化度は、JIS K 6726−1994に準じて求めることができる。このようなケン化度のPVA系樹脂を用いることによって、耐久性に優れた偏光膜が得られ得る。ケン化度が高すぎる場合には、ゲル化してしまうおそれがある。
PVA系樹脂の平均重合度は、目的に応じて適切に選択し得る。平均重合度は、通常1000〜10000であり、好ましくは1200〜4500、さらに好ましくは1500〜4300である。なお、平均重合度は、JIS K 6726−1994に準じて求めることができる。
上記塗布液は、代表的には、上記PVA系樹脂を溶媒に溶解させた溶液である。溶媒としては、例えば、水、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、各種グリコール類、トリメチロールプロパン等の多価アルコール類、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン等のアミン類が挙げられる。これらは単独で、または、二種以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも、好ましくは、水である。溶液のPVA系樹脂濃度は、溶媒100重量部に対して、好ましくは3重量部〜20重量部である。このような樹脂濃度であれば、ポリエステル系樹脂基材に密着した均一な塗布膜を形成することができる。
塗布液に、添加剤を配合してもよい。添加剤としては、例えば、可塑剤、界面活性剤等が挙げられる。可塑剤としては、例えば、エチレングリコールやグリセリン等の多価アルコールが挙げられる。界面活性剤としては、例えば、非イオン界面活性剤が挙げられる。これらは、得られるPVA系樹脂層の均一性や染色性、延伸性をより一層向上させる目的で使用され得る。
塗布液の塗布方法としては、任意の適切な方法を採用することができる。例えば、ロールコート法、スピンコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、ダイコート法、カーテンコート法、スプレーコート法、ナイフコート法(コンマコート法等)等が挙げられる。
上記塗布液の乾燥温度は、好ましくは50℃以上である。
PVA系樹脂層の延伸前の厚みは、好ましくは3μm〜20μmである。
PVA系樹脂層を形成する前に、ポリエステル系樹脂基材に表面処理(例えば、コロナ処理等)を施してもよいし、ポリエステル系樹脂基材上に易接着層を形成してもよい。このような処理を行うことにより、ポリエステル系樹脂基材とPVA系樹脂層との密着性を向上させることができる。
図示しないが、ポリエステル系樹脂基材11のPVA系樹脂層12が形成されていない側には、任意の適切な機能層が形成されていてもよい。好ましい実施形態においては、機能層は、耐熱性を有する。耐熱性を有することにより、例えば、ポリエステル系樹脂基材のガラス転移温度以上の温度が積層体にかけられた場合であっても、製造に用いられるロールに積層体(樹脂基材)が貼り付くのを防止して、優れた耐ブロッキング性を実現することができる。
上記機能層は、例えば、導電性材料およびバインダー樹脂を含む帯電防止層である。このような構成によれば、優れた耐ブロッキング性を実現し、製造効率を向上させることができる。また、帯電防止性に優れ得る。
上記導電性材料としては、任意の適切な導電性材料が用いられ得る。好ましくは、導電性ポリマーが用いられる。導電性ポリマーとしては、例えば、ポリチオフェン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリジアセチレン系重合体、ポリイン系重合体、ポリフェニレン系重合体、ポリナフタレン系重合体、ポリフルオレン系重合体、ポリアントラセン系重合体、ポリピレン系重合体、ポリアズレン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリフラン系重合体、ポリセレノフェン系重合体、ポリイソチアナフテン系重合体、ポリオキサジアゾール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリチアジル系重合体、ポリフェニレンビニレン系重合体、ポリチエニレンビニレン系重合体、ポリアセン系重合体、ポリフェナントレン系重合体、ポリぺリナフタレン系重合体等が挙げられる。これらは単独で、または2種以上を組み合わせて用いられる。好ましくは、ポリチオフェン系重合体が用いられる。中でも、水性溶媒に溶解または分散可能な、ポリチオフェン系重合体が用いられる。
上記ポリチオフェン系重合体を構成するチオフェンとしては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン等が挙げられる。
帯電防止層における導電性材料の含有量は、好ましくは1重量%〜10重量%、より好ましくは3重量%〜8重量%である。また、導電性材料の含有量は、後述のバインダー樹脂100重量部に対して、好ましくは1重量部〜50重量部、さらに好ましくは2重量部〜20重量部である。
上記バインダー樹脂としては、任意の適切な樹脂が用いられる。好ましくは、上記樹脂基材との密着性と柔軟性とを兼ね備え、水性溶媒に溶解または分散可能な樹脂が用いられる。バインダー樹脂の具体例としては、(メタ)アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂(例えば、ポリ乳酸系樹脂)、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、シアノアクリル樹脂、ポリアミド系樹脂(例えば、ナイロン)等が挙げられる。好ましくは、ポリウレタン系樹脂が用いられる。バインダー樹脂はカルボキシル基を有することが好ましい。カルボキシル基を有することにより、樹脂基材との密着性に優れた帯電防止層を得ることができる。
帯電防止層におけるバインダー樹脂の含有量は、好ましくは50重量%〜99重量%、より好ましくは70重量%〜95重量%である。
帯電防止層は、代表的には、上記樹脂基材に、上記導電性材料およびバインダー樹脂を含む樹脂組成物を塗布し、乾燥することにより設けられる。樹脂組成物は、好ましくは、水性である。
上記樹脂組成物は、好ましくは、架橋剤を含む。架橋させることにより、得られる帯電防止層に耐水性を付与することができる。その結果、例えば、後述の水中延伸を良好に行うことができる。当該架橋剤は、任意の適切な架橋剤が採用され得る。例えば、架橋剤としては、カルボキシル基と反応し得る基を有するポリマーが好ましく用いられる。カルボキシル基と反応し得る基としては、例えば、有機アミノ基、オキサゾリン基、エポキシ基、カルボジイミド基等が挙げられる。好ましくは、架橋剤は、オキサゾリン基を有する。
上記ポリマーとしては、例えば、アクリル系ポリマー、スチレン・アクリル系ポリマー等が挙げられる。好ましくは、アクリル系ポリマーである。アクリル系ポリマーを用いることにより、水性の樹脂組成物に安定的に相溶し得る。
上述したように、樹脂組成物は、好ましくは水性である。樹脂組成物におけるバインダー樹脂の濃度は、好ましくは1.5重量%〜15重量%、さらに好ましくは2重量%〜10重量%である。樹脂組成物の架橋剤(固形分)の含有量は、バインダー樹脂(固形分)100重量部に対して、好ましくは1重量部〜30重量部、さらに好ましくは3重量部〜20重量部である。
樹脂組成物の塗布方法としては、任意の適切な方法が採用され得る。例えば、上記塗布液の塗布方法と同様の方法が採用される。乾燥温度としては、好ましくは50℃以上、さらに好ましくは60℃以上である。一方、乾燥温度は、樹脂基材のガラス転移温度(Tg)+30℃以下であることが好ましく、さらに好ましくはTg以下である。
帯電防止層の厚みは、好ましくは0.1μm〜10μm、さらに好ましくは0.2μm〜2μmである。
帯電防止層の表面抵抗値は、好ましくは10×1013Ω/□未満、より好ましくは10×1011Ω/□未満、さらに好ましくは10×1010Ω/□未満である。
帯電防止層は、好ましくは、延伸処理が施されている。延伸処理により、帯電防止層にひび割れによる凹凸形状を形成することができる。その結果、滑り性が付与され、より優れた耐ブロッキング性を実現することができる。当該延伸処理は、好ましくは、樹脂基材にPVA系樹脂層を形成する前に行う(上記ポリエステル系樹脂基材の延伸と兼ねる)。
帯電防止層の表面の算術平均粗さRaは、好ましくは10nm以上である。一方、帯電防止層の算術平均粗さRaは、好ましくは100nm以下である。なお、算術平均粗さRaは、JIS B0601に準じて求めることができる。
A−2.空中延伸工程
上記空中延伸工程では、上記積層体をその長手方向に搬送しながら、ロール間の周速差により延伸する。具体的には、ロール間の周速差により積層体に張力を付与し、長手方向に一軸延伸する。
図2は、空中延伸工程の一例を示す概略図であり、(a)は正面から見た図であり、(b)は上から見た図である。図示例では、積層体の搬送方向(MD)に所定の間隔をあけて、ロール対1,1とロール対2,2とが設けられており、それぞれのロール対により積層体10は挟持されている。ロール1とロール2とは異なる周速で回転しており、下流側のロール2は上流側のロール1よりも周速が大きく設定されている。
延伸温度への加熱手段としては、任意の適切な手段が採用され得る。図示例では、ロール1とロール2との間にオーブン9が設けられている。延伸温度は、100℃以下であり、好ましくは95℃以下である。一方、空中延伸の延伸温度は、好ましくは70℃以上である。なお、空中延伸工程における延伸温度(積層体の温度)は、例えば、温度測定用ステッカーや熱電対を用いて確認することができる。
ロール1およびロール2は、延伸間距離Lと、積層体の幅(空中延伸直前における)Wとが、L/W≧0.3の関係を満足するように設けられており、好ましくは、0.4≦L/W≦2.0の関係を満足する。このような関係を満足することで、自由端延伸とすることができる。自由端延伸は、通常、一方向のみに延伸する延伸方法を意味する。積層体をある一方向に延伸すると、当該延伸方向に対して略垂直方向に積層体が収縮し得るが、この収縮を抑制することなく延伸する方法を自由端延伸という。なお、本明細書において「延伸間距離」とは、ロール間の周速差により張力が付加されている距離をいう。また、上記所定の延伸温度に加熱されている距離でもある。例えば、図示例においては、オーブン9の搬送方向の長さが延伸間距離Lに相当する。
積層体の幅Wは、代表的には、500mm〜6000mmであり、好ましくは1000mm〜5000mmである。
空中延伸の延伸倍率は、積層体の元長に対して、好ましくは1.4倍以上、より好ましくは1.5倍以上である。一方、空中延伸の延伸倍率は、好ましくは2.2倍以下、より好ましくは2.0倍以下である。
上記温度で自由端延伸することにより、収縮を抑制しながら、PVA系樹脂の配向性を向上させることができる。PVA系樹脂の配向性を向上させることにより、後述のホウ酸水中延伸後においてもPVA系樹脂の配向性を向上させ得る。具体的には、予め、本工程によりPVA系樹脂の配向性を向上させておくことで、ホウ酸水中延伸の際にPVA系樹脂がホウ酸と架橋し易くなり、ホウ酸が結節点となった状態で延伸されることで、ホウ酸水中延伸後もPVA系樹脂の配向性が高くなるものと推定される。その結果、優れた光学特性を有する偏光膜を作製することができる。
A−3.加熱工程
加熱工程では、上記空中延伸された積層体を110℃以上に加熱する。加熱温度は、好ましくは120℃以上である。一方、加熱温度は好ましくは160℃以下である。空中延伸された積層体をこのような温度で加熱することにより、PVA系樹脂の結晶性を向上させることができる。結晶性を向上させることにより、後述の水中延伸において、PVA系樹脂層が水に溶解して配向性が低下するのを防止することができる。その結果、優れた光学特性を有する偏光膜を作製することができる。
上記加熱温度への加熱手段としては、任意の適切な手段が採用され得る。具体的には、加熱は、例えば、加熱雰囲気下で積層体を搬送して行ってもよく(熱風乾燥方式)、搬送ロールを加熱して(いわゆる熱ロールを用いて)行ってもよく(熱ロール乾燥方式)、これらを併用してもよい。好ましくは、熱ロールを用いて積層体を加熱する。熱ロールを用いることにより、熱による積層体の収縮を抑制することができる。
図3は、加熱工程の一例を示す概略図であり、(a)は正面から見た図であり、(b)は上から見た図である。図示例では、温度制御可能な第1のロール3、第2のロール4および第3のロール5が搬送方向に沿って所定の間隔をあけて設けられている。これらのロールの表面は、例えば、積層体が貼り付くのを防止することを目的として、表面処理(例えば、メッキ処理)が施されている。図示例では、積層体10は、その一方の面(例えば、PVA系樹脂層側)が第1のロール3および第3のロール5と接触し、もう一方の面(例えば、基材側)が第2のロール4と接触して搬送されている。上流側の第1のロール3および第2のロール4は、上記加熱温度に加熱されて熱ロールとされており、積層体10は上側からも下側からも加熱される。第3のロール5は、任意の適切な温度に設定され得るが、例えば、積層体のガラス転移温度(Tg)以下に設定して、積層体を冷却する。このように冷却することで、積層体にシワが発生する(例えば、トタン状に波打った状態となる)のを抑制することができる。冷却ロールの温度は、例えば、30℃〜60℃である。なお、図示例では、3本のロールを用いているが、用いるロールの数、熱ロールの数や配置等の各種条件は、適宜、変更可能であることはいうまでもない。
1つの実施形態においては、加熱工程において積層体を長手方向に延伸する。代表的には、積層体をその長手方向に搬送しながら、ロール間の周速差により延伸する。図3に示す例では、加熱された第1のロール3と第2のロール4とにより積層体を延伸する。具体的には、第1のロール3と第2のロール4とは異なる周速で回転しており、下流側の第2のロール4は上流側の第1のロール3よりも周速が大きく設定されている。
加熱工程における延伸は、実質的に固定端一軸延伸であることが好ましい。具体的には、延伸方向に対して略垂直方向への積層体の収縮を抑制しながら延伸することが好ましい。加熱工程において固定端一軸延伸することにより、幅残存率の向上に寄与し得る。また、例えば、幅方向端部が幅方向中央部に比べて収縮により厚みが厚くなるなどの不具合を防止して、幅方向において厚みを均一にすることができる。上記図示例では、例えば、第1のロール3および第2のロール4は、その延伸間距離Lと、当該延伸直前の積層体10の幅W’とが、L/W’≦0.12の関係を満足するように設けられており、好ましくは、L/W≦0.06の関係を満足する。このような関係を満足させることにより、固定端一軸延伸を実現し得る。延伸間距離Lは、第1のロール3から離れて第2のロール4に接するまでの距離をいう。なお、当該延伸では、第1のロールおよび第2のロールから離間している際にも、積層体は実質的に上記加熱温度に保持され得る。
加熱工程における延伸の延伸倍率は、好ましくは1.0倍を超え1.4倍以下である。
A−4.延伸積層体
本発明の延伸積層体は、積層体の元長に対して、1.5倍〜2.5倍に延伸されていることが好ましく、より好ましくは1.7倍〜2.3倍である。この延伸倍率は、加熱工程において延伸を行う場合は、空中延伸工程の延伸倍率と加熱工程の延伸倍率との積に相当し、加熱工程において延伸を行わない場合は、空中延伸工程の延伸倍率に相当する。本発明により得られる延伸積層体を用いることにより、例えば、上記積層体を後述の水中延伸のみで延伸するよりも、最終的により高い延伸倍率を達成することができる。具体的には、延伸積層体のポリエステル系樹脂基材は、配向を抑制しながら延伸されている。配向性が高いほど延伸張力が大きくなり、安定的な延伸が困難となったり、樹脂基材が破断したりするが、配向が抑制されていることで、最終的により高い延伸倍率を達成することができる。その結果、優れた光学特性(例えば、偏光度)を有する偏光膜を作製することができる。
B.使用方法
本発明の延伸積層体は、代表的には、偏光膜の製造に供される。具体的には、本発明の延伸積層体は、そのPVA系樹脂層を偏光膜とするための処理が、適宜施される。偏光膜とするための処理としては、例えば、延伸処理、染色処理、不溶化処理、架橋処理、洗浄処理、乾燥処理等が挙げられる。なお、これらの処理の回数、順序等は、特に限定されない。
B−1.水中延伸
好ましい実施形態においては、上記延伸積層体を水中延伸(ホウ酸水中延伸)する。具体的には、上記積層体の延伸方向と平行な方向に水中延伸する。水中延伸によれば、上記樹脂基材やPVA系樹脂層のガラス転移温度(代表的には、80℃程度)よりも低い温度で延伸し得、PVA系樹脂層を、その結晶化を抑えながら、高倍率に延伸することができる。その結果、優れた光学特性(例えば、偏光度)を有する偏光膜を作製することができる。なお、本明細書において「平行な方向」とは、0°±5.0°である場合を包含し、好ましくは0°±3.0°、さらに好ましくは0°±1.0°である。
延伸積層体の延伸方法は、任意の適切な方法を採用することができる。具体的には、固定端延伸でもよいし、自由端延伸でもよい。延伸積層体の延伸方向は、実質的には、上記空中延伸の延伸方向(長手方向)である。延伸積層体の延伸は、一段階で行ってもよいし、多段階で行ってもよい。
水中延伸は、好ましくは、ホウ酸水溶液中に延伸積層体を浸漬して行う(ホウ酸水中延伸)。延伸浴としてホウ酸水溶液を用いることで、PVA系樹脂層に、延伸時にかかる張力に耐える剛性と、水に溶解しない耐水性とを付与することができる。具体的には、ホウ酸は、水溶液中でテトラヒドロキシホウ酸アニオンを生成してPVA系樹脂と水素結合により架橋し得る。その結果、PVA系樹脂層に剛性と耐水性とを付与して、良好に延伸することができ、優れた光学特性(例えば、偏光度)を有する偏光膜を作製することができる。
上記ホウ酸水溶液は、好ましくは、溶媒である水にホウ酸および/またはホウ酸塩を溶解させることにより得られる。ホウ酸濃度は、水100重量部に対して、好ましくは1重量部〜10重量部である。ホウ酸濃度を1重量部以上とすることにより、PVA系樹脂層の溶解を効果的に抑制することができ、より高特性の偏光膜を作製することができる。なお、ホウ酸またはホウ酸塩以外に、ホウ砂等のホウ素化合物、グリオキザール、グルタルアルデヒド等を溶媒に溶解して得られた水溶液も用いることができる。
後述の染色処理により、予め、PVA系樹脂層に二色性物質(代表的には、ヨウ素)が吸着されている場合、好ましくは、上記延伸浴(ホウ酸水溶液)にヨウ化物を配合する。ヨウ化物を配合することにより、PVA系樹脂層に吸着させたヨウ素の溶出を抑制することができる。ヨウ化物としては、例えば、ヨウ化カリウム、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化亜鉛、ヨウ化アルミニウム、ヨウ化鉛、ヨウ化銅、ヨウ化バリウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化錫、ヨウ化チタン等が挙げられる。これらの中でも、好ましくは、ヨウ化カリウムである。ヨウ化物の濃度は、水100重量部に対して、好ましくは0.05重量部〜15重量部、より好ましくは0.5重量部〜8重量部である。
水中延伸の延伸温度(延伸浴の液温)は、好ましくは40℃〜85℃、より好ましくは50℃〜85℃である。このような温度であれば、PVA系樹脂層の溶解を抑制しながら高倍率に延伸することができる。具体的には、上述のように、ポリエステル系樹脂基材のガラス転移温度(Tg)は、PVA系樹脂層の形成との関係で、好ましくは60℃以上である。この場合、延伸温度が40℃を下回ると、水によるポリエステル系樹脂基材の可塑化を考慮しても、良好に延伸できないおそれがある。一方、延伸浴の温度が高温になるほど、PVA系樹脂層の溶解性が高くなって、優れた光学特性が得られないおそれがある。延伸積層体の延伸浴への浸漬時間は、好ましくは15秒〜5分である。
上記ポリエステル系樹脂基材と水中延伸(ホウ酸水中延伸)とを組み合わせることにより、高倍率に延伸することができ、優れた光学特性(例えば、偏光度)を有する偏光膜を作製することができる。具体的には、最大延伸倍率は、上記積層体の元長に対して(延伸積層体の延伸倍率を含めて)、好ましくは5.0倍以上、より好ましくは5.5倍以上、さらに好ましくは6.0倍以上である。本明細書において「最大延伸倍率」とは、延伸積層体が破断する直前の延伸倍率をいい、別途、延伸積層体が破断する延伸倍率を確認し、その値よりも0.2低い値をいう。なお、上記ポリエステル系樹脂基材を用いた積層体の最大延伸倍率は、水中延伸を経た方が空中延伸のみで延伸するよりも高くなり得る。
B−2.その他
上記染色処理は、代表的には、PVA系樹脂層を二色性物質で染色する処理である。好ましくは、PVA系樹脂層に二色性物質を吸着させることにより行う。当該吸着方法としては、例えば、二色性物質を含む染色液にPVA系樹脂層(延伸積層体)を浸漬する方法、PVA系樹脂層に当該染色液を塗工する方法、当該染色液をPVA系樹脂層に噴霧する方法等が挙げられる。好ましくは、二色性物質を含む染色液に延伸積層体を浸漬する方法である。二色性物質が良好に吸着し得るからである。
上記二色性物質としては、例えば、ヨウ素、二色性染料が挙げられる。好ましくは、ヨウ素である。二色性物質としてヨウ素を用いる場合、上記染色液は、ヨウ素水溶液である。ヨウ素の配合量は、水100重量部に対して、好ましくは0.1重量部〜0.5重量部である。ヨウ素の水に対する溶解度を高めるため、ヨウ素水溶液にヨウ化物を配合することが好ましい。ヨウ化物の具体例は、上述のとおりである。ヨウ化物の配合量は、水100重量部に対して、好ましくは0.02重量部〜20重量部、より好ましくは0.1重量部〜10重量部、さらに好ましくは0.7重量部〜3.5重量部である。染色液の染色時の液温は、PVA系樹脂の溶解を抑制するため、好ましくは20℃〜50℃である。染色液にPVA系樹脂層を浸漬する場合、浸漬時間は、PVA系樹脂層の透過率を確保するため、好ましくは5秒〜5分である。また、染色条件(濃度、液温、浸漬時間)は、最終的に得られる偏光膜の偏光度もしくは単体透過率が所定の範囲となるように、設定することができる。1つの実施形態においては、得られる偏光膜の偏光度が99.98%以上となるように、浸漬時間を設定する。別の実施形態においては、得られる偏光膜の単体透過率が40%〜44%となるように、浸漬時間を設定する。
好ましくは、染色処理は上記水中延伸の前に行う。
上記不溶化処理は、代表的には、ホウ酸水溶液にPVA系樹脂層を浸漬することにより行う。不溶化処理を施すことにより、PVA系樹脂層に耐水性を付与することができる。当該ホウ酸水溶液の濃度は、水100重量部に対して、好ましくは1重量部〜4重量部である。不溶化浴(ホウ酸水溶液)の液温は、好ましくは20℃〜50℃である。好ましくは、不溶化処理は、上記水中延伸や上記染色処理の前に行う。
上記架橋処理は、代表的には、ホウ酸水溶液にPVA系樹脂層を浸漬することにより行う。架橋処理を施すことにより、PVA系樹脂層に耐水性を付与することができる。当該ホウ酸水溶液の濃度は、水100重量部に対して、好ましくは1重量部〜4重量部である。また、上記染色処理後に架橋処理を行う場合、さらに、ヨウ化物を配合することが好ましい。ヨウ化物を配合することにより、PVA系樹脂層に吸着させたヨウ素の溶出を抑制することができる。ヨウ化物の配合量は、水100重量部に対して、好ましくは1重量部〜5重量部である。ヨウ化物の具体例は、上述のとおりである。架橋浴(ホウ酸水溶液)の液温は、好ましくは20℃〜50℃である。好ましくは、架橋処理は上記水中延伸の前に行う。好ましい実施形態においては、染色処理、架橋処理および水中延伸をこの順で行う。
上記洗浄処理は、代表的には、ヨウ化カリウム水溶液にPVA系樹脂層を浸漬することにより行う。上記乾燥処理における乾燥温度は、好ましくは30℃〜100℃である。
図4は、偏光膜の製造方法の一例を示す概略図である。延伸積層体10’を、繰り出し部101から繰り出し、ロール111および112によってホウ酸水溶液の浴110中に浸漬した後(不溶化処理)、ロール121および122によって二色性物質(ヨウ素)およびヨウ化カリウムの水溶液の浴120中に浸漬する(染色処理)。次いで、ロール131および132によってホウ酸およびヨウ化カリウムの水溶液の浴130中に浸漬する(架橋処理)。その後、延伸積層体10’を、ホウ酸水溶液の浴140中に浸漬しながら、速比の異なるロール141および142で縦方向(長手方向)に張力を付与して延伸する(水中延伸)。水中延伸した延伸積層体10’を、ロール151および152によってヨウ化カリウム水溶液の浴150中に浸漬し(洗浄処理)、乾燥処理に供する(図示せず)。その後、延伸積層体10’を巻き取り部160にて巻き取る。
C.偏光膜
上述のとおり、本発明の延伸積層体に上記各処理を施すことにより上記樹脂基材上に偏光膜が形成される。この偏光膜は、実質的には、二色性物質が吸着配向されたPVA系樹脂膜である。偏光膜の厚みは、好ましくは10μm以下であり、より好ましくは7μm以下、さらに好ましくは5μm以下である。一方、偏光膜の厚みは、好ましくは0.5μm以上、より好ましくは1.5μm以上である。偏光膜は、好ましくは、波長380nm〜780nmのいずれかの波長で吸収二色性を示す。偏光膜の単体透過率は、好ましくは40.0%以上、より好ましくは41.0%以上、さらに好ましくは42.0%以上である。偏光膜の偏光度は、好ましくは99.8%以上、より好ましくは99.9%以上、さらに好ましくは99.95%以上である。
上記偏光膜の使用方法としては、任意の適切な方法が採用され得る。具体的には、上記樹脂基材と一体となった状態で使用してもよいし、上記樹脂基材から他の部材に転写して使用してもよい。
D.光学積層体
本発明の光学積層体は、上記偏光膜を有する。図5(a)および(b)は、本発明の好ましい実施形態による光学フィルム積層体の概略断面図である。光学フィルム積層体100は、樹脂基材11’と偏光膜12’と粘着剤層13とセパレータ14とをこの順で有する。光学フィルム積層体200は、樹脂基材11’と偏光膜12’と接着剤層15と光学機能フィルム16と粘着剤層13とセパレータ14とをこの順で有する。本実施形態では、上記樹脂基材を得られた偏光膜12’から剥離せずに、そのまま光学部材として用いている。樹脂基材11’は、例えば、偏光膜12’の保護フィルムとして機能し得る。
図6(a)および(b)は、本発明の別の好ましい実施形態による光学機能フィルム積層体の概略断面図である。光学機能フィルム積層体300は、セパレータ14と粘着剤層13と偏光膜12’と接着剤層15と光学機能フィルム16とをこの順で有する。光学機能フィルム積層体400では、光学機能フィルム積層体300の構成に加え、第2の光学機能フィルム16’が偏光膜12’とセパレータ14との間に粘着剤層13を介して設けられている。本実施形態では、上記樹脂基材は取り除かれている。
本発明の光学積層体を構成する各層の積層には、図示例に限定されず、任意の適切な粘着剤層または接着剤層が用いられる。粘着剤層は、代表的にはアクリル系粘着剤で形成される。接着剤層としては、代表的にはビニルアルコール系接着剤で形成される。上記光学機能フィルムは、例えば、偏光膜保護フィルム、位相差フィルム等として機能し得る。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。なお、各特性の測定方法は以下の通りである。
1.厚み
デジタルマイクロメーター(アンリツ社製、製品名「KC−351C」)を用いて測定した。
2.ガラス転移温度(Tg)
JIS K 7121に準じて測定した。
[実施例1]
水系ウレタン樹脂(第一工業製薬(株)製、商品名:スーパーフレックス210R、固形分:35%)、オキサゾリン系架橋剤(日本触媒(株)製、商品名:エポクロスWS700、固形分:25%)、導電材(アグファ製、商品名:オルガコンLBS、固形分:1.2%)、濃度1%のアンモニア水および水を、重量比9.03:1.00:18.1:0.060:39.5で混合した混合液を調製した。
得られた混合液を、厚み200μmで長尺状の非晶質ポリエチレンテレフタレート(A−PET)フィルム(Tg:70℃、三菱樹脂社製、商品名:SH046)の一方の面に、乾燥後の厚みが1μmとなるように塗布した。
続いて、A−PETフィルムをその長手方向に搬送しながら、115℃で横方向に2倍に延伸した。
次に、A−PETフィルムのもう一方の面に、ポリビニルアルコール(重合度:4200、ケン化度:99.2モル%)の水溶液を塗布し、60℃で乾燥して、厚み10μmのPVA系樹脂層を形成した。
このようにして、幅(W)1500mmの積層体を得た。
(延伸積層体の作製)
図2に示すように、温度調節可能なオーブン(搬送方向の長さL:900mm、L/W:0.6)の入口と出口のそれぞれに設けられたロール対に得られた積層体を挟持させ、これらのロール間に周速差を持たせて長手方向に1.5倍に延伸した(空中延伸工程)。その際、オーブンの温度・風量を適宜調整し、延伸時の積層体の最高到達温度を88℃とした。なお、延伸時の積層体の温度(最高到達温度)は、積層体の表面にヒートラベル(ミクロン株式会社製、品番:6R−65もしくは6R−99)を貼付しておくことにより確認した。
続いて、図3に示すように、表面にハードクロムメッキが施され、温度制御可能な3本の鉄ロールに積層体を通過させた。ここで、積層体のPVA系樹脂層面を第1のロールおよび第3のロールに接触させ、もう一方の面(基材側)を第2のロールに接触させた。第1のロールおよび第2のロールの表面温度を120℃とし、第3のロールの表面温度を50℃とした。第1のロールと第2のロールとは周速差を持たせなかった。第1のロールを通過する直前の積層体の幅W’は1220mmであり、第1のロールから積層体が離れて第2のロールに接するまでの距離Lは37mmであり、L/W’は0.03であった。
このようにして、延伸積層体を得た。
得られた延伸積層体を、液温30℃のホウ酸3重量%水溶液(不溶化浴)に、30秒間浸漬した(不溶化処理)。
続いて、液温30℃の染色浴(水にヨウ素とヨウ化カリウムとを重量比1:7で配合して得られたヨウ素水溶液)に、最終的に得られる偏光膜の単体透過率(Ts)が40〜44%となるように浸漬した(染色処理)。
続いて、液温30℃のホウ酸3重量%、ヨウ化カリウム3重量%を含む水溶液(架橋浴)に30秒間浸漬した(架橋処理)。
その後、積層体を、液温70℃でホウ酸4重量%、ヨウ化カリウム5重量%含む水溶液中で、周速の異なる複数セットのロール間で、縦方向(長手方向)に破断する直前まで一軸延伸した(ホウ酸水中延伸)。
その後、液温30℃のヨウ化カリウム4重量%水溶液(洗浄浴)に浸漬した後、60℃の温風で乾燥した(洗浄・乾燥処理)。
このようにして、厚み4.5μmの偏光膜を得た。
[実施例2−1]
延伸積層体の作製に際し、延伸倍率を1.8倍としたこと以外は、実施例1と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.1μmであった。
[実施例2−2]
以下のようにして、延伸積層体を作製したこと以外は、実施例1と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.0μmであった。
(延伸積層体の作製)
図2に示すように、温度調節可能なオーブン(搬送方向の長さL:900mm、L/W:0.6)の入口と出口のそれぞれに設けられたロール対に得られた積層体を挟持させ、これらのロール間に周速差を持たせて長手方向に1.6倍に延伸した(空中延伸工程)。その際、オーブンの温度・風量を適宜調整し、延伸時の最高到達温度を88℃とした。
続いて、図3に示すように、表面にハードクロムメッキが施され、温度制御可能な3本の鉄ロールに積層体を通過させた(加熱工程)。ここで、積層体のPVA系樹脂層面を第1のロールおよび第3のロールに接触させ、もう一方の面(基材側)を第2のロールに接触させた。第1のロールおよび第2のロールの表面温度を120℃とし、第3のロールの表面温度を50℃とした。第1のロールと第2のロールとの間で周速差を持たせて1.13倍に延伸した。また、第1のロールを通過する直前の積層体の幅W’は1160mmであり、第1のロールから積層体が離れて第2のロールに接するまでの距離Lは35mmであり、L/W’は0.03であった。
[実施例2−3]
延伸積層体の作製に際し、空中延伸工程における延伸倍率1.4倍とし、加熱工程における延伸倍率を1.29倍としたこと以外は、実施例2−2と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.0μmであった。
[実施例3−1]
延伸積層体の作製に際し、延伸倍率を2.0倍としたこと以外は、実施例1と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.0μmであった。
[実施例3−2]
延伸積層体の作製に際し、空中延伸工程における延伸倍率1.8倍とし、加熱工程における延伸倍率を1.11倍としたこと以外は、実施例2−2と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、3.9μmであった。
[実施例3−3]
延伸積層体の作製に際し、空中延伸工程における延伸倍率1.6倍とし、加熱工程における延伸倍率を1.25倍としたこと以外は、実施例2−2と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、3.9μmであった。
[実施例4]
延伸積層体の作製に際し、延伸倍率を2.2倍としたこと以外は、実施例1と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.1μmであった。
[実施例5]
延伸積層体の作製に際し、延伸倍率を2.5倍としたこと以外は、実施例1と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.1μmであった。
[実施例6−1]
延伸積層体の作製に際し、空中延伸時の最高到達温度が99℃となるようにオーブンの温度調節をしたこと以外は、実施例2−2と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.2μmであった。
[実施例6−2]
延伸積層体の作製に際し、空中延伸時の最高到達温度が71℃となるようにオーブンの温度調節をしたこと以外は、実施例2−2と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、3.6μmであった。
[実施例6−3]
延伸積層体の作製に際し、加熱工程において第1のロールおよび第2のロールの表面温度を110℃としたこと以外は、実施例2−2と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.0μmであった。
[実施例6−4]
延伸積層体の作製に際し、加熱工程において第1のロールおよび第2のロールの表面温度を130℃としたこと以外は、実施例2−2と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.0μmであった。
[実施例6−5]
延伸積層体の作製に際し、空中延伸工程においてオーブンの搬送方向の長さLを600mm(L/W:0.4)としたこと以外は、実施例2−2と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.0μmであった。
[実施例6−6]
延伸積層体の作製に際し、加熱工程において延伸間距離Lを115mm(L/W’を0.1)としたこと以外は、実施例2−2と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、3.9μmであった。
(比較例1)
延伸積層体の作製に際し、加熱工程を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.5μmであった。
(比較例2)
延伸積層体の作製に際し、加熱工程を行わなかったこと以外は、実施例2−1と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.1μmであった。
(比較例3)
延伸積層体の作製に際し、加熱工程を行わなかったこと以外は、実施例3−1と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.0μmであった。
(比較例4)
延伸積層体の作製に際し、加熱工程を行わなかったこと以外は、実施例4と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.1μmであった。
(比較例5)
延伸積層体の作製に際し、加熱工程を行わなかったこと以外は、実施例5と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.1μmであった。
(比較例6)
空中延伸時の最高到達温度が121℃となるようにオーブンの温度調節をしたこと以外は、比較例1と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.3μmであった。
(比較例7)
空中延伸時の最高到達温度が121℃となるようにオーブンの温度調節をしたこと以外は、比較例2と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.5μmであった。
(比較例8)
空中延伸時の最高到達温度が121℃となるようにオーブンの温度調節をしたこと以外は、比較例3と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.4μmであった。
(比較例9)
空中延伸時の最高到達温度が121℃となるようにオーブンの温度調節をしたこと以外は、比較例4と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.6μmであった。
(比較例10)
空中延伸時の最高到達温度が121℃となるようにオーブンの温度調節をしたこと以外は、比較例5と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは、4.3μmであった。
(比較例11)
延伸積層体の作製に際し、テンター方式の延伸機(Bruckner社製、製品名「KARO IV」)を用いて2.0倍の固定端一軸延伸により空中延伸したこと、空中延伸時の最高到達温度が121℃となるようにオーブンの温度調節をしたこと、および、加熱工程を行わなかったこと以外は、実施1と同様にして偏光膜を得た。得られた偏光膜の厚みは2.8μmであった。
各実施例および比較例において、得られた延伸積層体および偏光膜の延伸前の積層体に対する幅残存率を測定した。測定結果を、最大延伸倍率(延伸前の積層体に対する)とともに表1に示す。
各実施例および比較例で得られた偏光膜の偏光度を測定した。偏光度の測定に際し、得られた偏光膜の表面に接着剤(日本合成社製のゴーセファイマーZ200の3%水溶液)を塗布し、厚み80μmのトリアセチルセルロース(TAC)フィルム(富士フイルム社製、商品名「TD80UL」、厚み80μm)を貼り合わせ、60℃で5分間加熱した後、基材(A−PETフィルム)を剥離した。このように、偏光膜をTACフィルムに転写して、偏光度の測定に供した。
偏光度の測定方法は以下のとおりであり、偏光度99.99%における単体透過率の結果を表1に示す。
(偏光度の測定方法)
紫外可視分光光度計(日本分光社製、製品名「V7100」)を用いて、偏光膜の単体透過率(Ts)、平行透過率(Tp)および直交透過率(Tc)を測定し、偏光度(P)を次式により求めた。
偏光度(P)(%)={(Tp−Tc)/(Tp+Tc)}1/2×100
なお、上記Ts、TpおよびTcは、JIS Z 8701の2度視野(C光源)により測定し、視感度補正を行ったY値である。
Figure 2014074786
各実施例では幅残存率も単体透過率も高いのに対し、比較例1−5,11では単体透過率が低く、比較例6−10では幅残存率が低い。なお、最大延伸倍率が5.4倍の実施例1、比較例1、比較例6および比較例10のうち、実施例1、比較例1および比較例6ではA−PETフィルムの延伸性が十分でなく、比較例10ではPVA系樹脂層の延伸性が十分でない。
本発明の延伸積層体は、偏光膜の製造に好適に用いられる。得られる偏光膜は、高い光学特性を有し、例えば、液晶パネルや有機ELパネルに好適に用いられ得る。
1 ロール
2 ロール
3 第1のロール
4 第2のロール
5 第3のロール
9 オーブン
10 積層体
10’ 延伸積層体
11 ポリエステル系樹脂基材
12 PVA系樹脂層

Claims (9)

  1. 長尺状のポリエステル系樹脂基材上にポリビニルアルコール系樹脂層を形成して積層体を作製する工程と、
    該積層体を長手方向に搬送しながら、ロール間の周速差により100℃以下で空中延伸する工程と、
    該延伸された積層体を110℃以上に加熱する工程とを含み、
    該延伸工程において、延伸間距離Lと、該積層体の幅Wとが、L/W≧0.3の関係を満足する、
    延伸積層体の製造方法。
  2. 前記空中延伸の延伸倍率が1.4倍以上である、請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記加熱工程において前記積層体を長手方向に延伸する、請求項1または2に記載の製造方法。
  4. 前記延伸が、実質的に固定端一軸延伸である、請求項3に記載の製造方法。
  5. 前記加熱工程において、前記積層体を長手方向に搬送しながら、ロール間の周速差により延伸し、該延伸間距離Lと、該延伸直前の積層体の幅W’とが、L/W’≦0.12の関係を満足する、請求項3または4に記載の製造方法。
  6. 1.7倍〜2.3倍に延伸する、請求項1から5のいずれかに記載の製造方法。
  7. 請求項1から6のいずれかに記載の製造方法により製造される、延伸積層体。
  8. 請求項7に記載の延伸積層体を用いる、偏光膜の製造方法。
  9. 前記延伸積層体をホウ酸水溶液中で延伸する、請求項8に記載の製造方法。
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