JP2014100803A - 光学シートの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンチキュラーレンズシートやプリズムシート、導光板等の表面に微細な凹凸パターンを有する光学シートを、押出成形法にて高精度に安定して製造することができる光学シートの製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、熱溶融樹脂を樹脂シートに押出す押出機と、樹脂シート１に微細な凹凸形状を形成するための金型ロール１３と、2本の冷却ロール１２，１４と、前記樹脂シートの金型ロール１３からの剥離を補助するブレード１５とを具備する光学シートの製造装置であって、（１）金型ロールは前記樹脂シートの幅方向と水平に配置され、（２）冷却ロールは、前記金型ロールに一方の面に対向する第一冷却ロール、他方の面に対向する第二冷却ロールが平行に配置され、(３）ブレードは、少なくとも金型ロールと第二冷却ロールとの間隙の上部近傍に具備すること特徴とする光学シートの製造装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンチキュラーレンズシートやプリズムシート、導光板等の光学シートの製造装置及び製造方法に関する。

熱可塑性樹脂シート、特にポリカーボネート樹脂シート（以下、ＰＣ樹脂シートという）やポリメタクリル酸メチル樹脂シート（以下、ＰＭＭＡ樹脂シートという）は、透明性、光学特性、加工特性等に優れているため、種々の分野で幅広く使用されている。例えば、ＰＣ樹脂シートは耐熱性や耐衝撃性にも優れているため、ガラス代替の材料として種々のカバー類（例えば、自動販売機の面板、自動車の計器カバー、電気製品の前面板など）に広く使用されている。また、透明性と耐擦性に優れたＰＭＭＡ樹脂シートは、液晶バックライトの導光板などに広く使用されている。

これらの樹脂シートのうち光学用途で使用される樹脂シートは、レンチキュラーレンズシートやプリズムシートに代表されるように、シート表面に様々な立体構造を持たせて光の散乱や拡散、屈折、反射等に利用している場合が多い。
樹脂シートの表面に立体構造を持たせる方法としては、樹脂シートを冷却する冷却ロールの周面部に所望の立体構造をあらかじめ切削しておき、Ｔダイからシート状に押し出された溶融樹脂を２本の冷却ロールで挟圧することによりシート表面に立体構造を付与する押出成形方法が知られている。

このような押出成形法は低コストで製造することができるが、冷却ロールからの形状パターンの転写が難しく、特にプリズムに代表される鋭利な立体形状を高い精度で転写することは、難しいのが実情である。そのため、表面形状賦形を施した光学シートを必要とする液晶テレビのバックライト部材等へ参入を検討しているメーカーは、押出成形法において高い転写率で安定して製品が得られる方法について研究している。

ここで、押出成形法で高い転写率が難しい理由は、例えば押出シートの流動性が原因となる。すなわち、Ｔダイから高温で吐出されたシート状の溶融樹脂である押出シートが、断面円形の押さえロールと、プリズムなどの形状を有する冷却ロールとで挟圧される。この際に、パターン形状が転写される過程で、押出シートの熱は、エアーギャップ間で奪われると共に冷却ロールに吸収される結果、押出シートの流動性が低下するためである。ここで述べるエアーギャップとは、Ｔダイリップから冷却ロールと押さえロールで挟圧される間までの距離のことである。以上のことから、高い挟圧力でパターン転写を試みても、その低い流動性のため高転写率は得られない場合がある。

これに対し、高い転写率を得るために押出シートの流動性を増すことが考えられている。
特許文献１では、押出シートの他の温度制御としてエアーギャップ間で押出シートに赤外線を照射することで高い流動性を与える方法も提案しており、押出シートに赤外線を照射しない場合に比べ、高い賦形率が得られたと記載している。しかしながら、特許文献１で提案されているエアーギャップ間で押出シートに赤外線を照射し高い流動性を与える場合、その照射範囲が問題となり得る。通常、高い転写率を得ようとすると可能な限りエアーギャップ間を短くするため、Ｔダイとパターンロールが接近し、赤外線を照射する範囲が限られてくる。その限られた範囲で赤外線を照射しても、押出シートを高温にして流動性を劇的に高めるには至らない。仮に広範囲に照射できるようにエアーギャップを長くすれば、それだけ押出シートがエアーギャップ間で冷却され、赤外線照射の効果が得られ
難くなる。

一方、特許文献２では、押出した樹脂シートを挟圧する前に、冷却ロールの表面温度を内部温度より高くする制御を行っており、これにより、表面だけ高温に加熱された冷却ロールと押出シートとで挟圧した際、押出シート表面を高温に保ち、高い流動性を与えることができる。この特許文献２では、赤外線を照射することで短時間に冷却ロール表面を加熱し、押出シート表面に高い流動性を与えている。その結果、冷却ロールを赤外線照射で加熱しない場合に比べ、高い転写率が得られたと記載されている。しかしながら、特許文献２では、冷却ロール温度を目的の温度に高めて挟圧時に樹脂シートに高い流動性を与えることで、冷却ロールに熱がこもり、冷却ロールと樹脂シートが剥離する際に、冷却ロールに樹脂シートが巻付き、剥離不良を起こすことが多かった。このような現象は、樹脂シートの厚みが厚くなるほど顕著であった。このような剥離不良により外観の悪化（剥離マーク）やシートのフラット性が失われてしまい、安定した製造が困難であるのが実情である。

特開２００８−１７９０３６号公報 特開２００６−３１５２９５号公報

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、レンチキュラーレンズシートやプリズムシート、導光板等の表面に微細な凹凸パターンを有する光学シートを、押出成形法にて高精度に安定して製造することができる光学シートの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る請求項１の発明は、少なくとも、熱溶融樹脂を樹脂シートに押出す押出機と、前記樹脂シートに微細な凹凸形状を形成するための金型ロールと、2本の冷却ロールと、前記樹脂シートの金型ロールからの剥離を補助するブレードとを具備する光学シートの製造装置であって、
（１）前記金型は前記樹脂シートの幅方向と水平に配置され、
（２）前記冷却ロールは、前記金型ロールに一方の面に対向する第一冷却ロール、他方の面に対向する第二冷却ロールが平行に配置され、
（３）前記ブレードは、少なくとも前記金型ロールと前記第二冷却ロールとの間隙の上部近傍に具備することを特徴とする光学シートの製造装置である。

また、本発明に係る請求項２の発明は、前記ブレードが前記樹脂シートの幅方向に水平な間隙を有して、その先端から冷却エアを噴出すことを特徴とする請求項１に記載の光学シートの製造装置である。

また、本発明に係る請求項３の発明は、前記ブレードの外面に離型剤を塗布したことを特徴とする請求項１または２に記載の光学シートの製造装置である。

また、本発明に係る請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートの製造装置を用いる光学シートの製造方法であって、
（１）前記押出機から熱溶融樹脂を前記金型ロール上に押出す工程と、
（２）前記金型ロール上の熱溶融樹脂に前記第一冷却ロールを挟圧させて前記金型ロールに抱き込ませながら回転搬送して前記第二冷却ロールで挟圧する工程と、
（３）前記ブレードから冷却エアを噴出す工程と、
（４）前記金型ロールから樹脂シートを第二冷却ロール側に剥離しながら搬送する工程とからなることを特徴とする光学シートの製造方法である。

本発明の請求項１によれば、押出機から熱溶融樹脂が金型ロール上に押出された際に、第一冷却ロールに挟圧されることで、該金型ロールの表面に形成された微細な凹凸形状に十分侵入することができ、その後、第一冷却ロール、金型ロール及び第二冷却ロールによる冷却効果で、前記微細な凹凸形状が高精度に転写された樹脂シートが形成できる。さらに、前記金型ロールから前記第二冷却ロールに剥離移行する剥離接点の近傍、すなわち、凹凸形状の面側に具備された前記ブレードにより、前記金型ロールからの前記樹脂シートの剥離を容易に行うことができる。

また、請求項２によれば、前記ブレードが前記樹脂シートの幅方向に水平な間隙を有し先端から冷却エアを噴出すことにより、樹脂シ−トの温度をさらに低下することができ、前記金型ロールからの剥離性を向上させる効果がある。

また、請求項３によれば、前記ブレードの外面に離型剤を塗布することによって、前記金型ロールから剥離した樹脂シートの前記ブレードへの貼りつきを防ぎ、前記樹脂シートの表面に形成した高精度の凹凸形状の損傷を防ぐことができる。

また、請求項４によれば、押出成形法にて表面に微細な凹凸パターンを有する光学シートを高精度に安定して製造することができる。

本発明に係る光学シートの一実施形態を示す製造装置の概略構成図である。 図１の金型ロールの一実施形態を示す概略図である。 押出形成法における樹脂シートの剥離不良を示す概略図である。 本発明に係る光学シートの一実施形態を示す製造装置２の概略構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る光学シートの一実施形態を示す製造装置の概略構成図である。図１に示される光学シートの製造装置は、少なくとも、熱溶融樹脂をシート状（樹脂シート）１に押し出す押出機（Ｔダイ）１１と、前記シートに微細な凹凸形状を形成するための金型ロール１３と、金型ロールに対向する一方の面に配置された第一冷却ロール１２と、対向する他の面に配置された第二冷却ロール１４と、さらに前記樹脂シートを前記金型ロールからスムーズに剥離させるための冷却エアを噴出すブレード１５とを具備している。

上記Ｔダイ１１から押し出される樹脂シート１に用いられる樹脂としては、ＰＣ樹脂、ＰＭＭＡ樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、シクロオレフィンポリマー、メタクリルスチレン（ＭＳ）樹脂、アクリロニトリルスチレン（ＡＳ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリプロピレン、ポリ４−メチルペンテン−１（ＴＰＸ）などの熱可塑性樹脂が挙げられる。樹脂シート１の厚みとしては、０．２〜４．０ｍｍが好ましく、さらに０．３〜３．０ｍｍがより好ましい。

また、前記第一冷却ロール１２は、Ｔダイ１１から押し出された樹脂シート１に微細な凹凸形状を形成するための金型ロール１３の一方の面に対向する位置に配置され、金型ロールとの間隙で樹脂シート１を挟圧しながら正回転（連れ周り方向の回転）して冷却する
ものである。この時、樹脂シート１は金型ロール１３に抱き込まれた状態で搬送され、金型ロール１３の他方の面に対向する位置に配置された第二冷却ロール１４で正回転で挟圧され、第二冷却ロール側１４に抱き込まれた状態で冷却、搬送される。

また、前記金型ロール１３は冷却機能を有し、その表面に微細な凹凸形状が形成されており、樹脂シート１の一方の面にその微細な凹凸形状を転写するものである。図２は図１の金型ロールの一実施形態を示す概略図であり、前記凹凸形状の凸部２２、凹部２３で構成されている。例えば、凹凸形状としては、シリンドリカルレンズ形状、プリズム形状、マイクロレンズ形状、ピラミッド形状、マット形状のいずれか１種類または２種類以上を組み合わせた形状であることが好ましい。

また、前記ブレード１５は前記樹脂シートの幅方向に水平な間隙を有し、前記樹脂シート１を前記金型ロール１３からスムーズに剥離させるための冷却エアを噴出す機能を有するものである。

前記ブレード１５は、前記金型ロール１３と第二冷却ロール１４との間隙、特に、前記金型ロール１３から樹脂シート１が剥離して前記第二冷却ロール１４に抱き込まれる直前の上部近傍、または図４に示すような両方の位置に設置することが好ましい。

また、前記ブレード１５の外面は、離型性を有する材料を用いることが好ましい。例えば、前記ブレード１５を形成するコア材自身が離型性を有するものであってもよく、離型性のないコア材の外面に離型性を有する材料を塗布してもよい。このような離型性を有する材料としてはフッ素系樹脂やシリコン系樹脂が好ましいが、特に限定するものではない。

上記のように、前記ブレード１５の外面が離型性を有することにより、前記金型ロール１３から剥離した直後のまだ熱融着性のある前記樹脂シート１がブレード１５に貼りつくことを防ぐことができる。その結果、樹脂シート１の表面の高精細な凹凸形状に何ら損傷を与えることなく光学シートを得ることができる。

図３は押出形成法における樹脂シートの剥離不良を示す概略図であるが、このような一般的な押出成形法を用いて、樹脂シートの一方の面に微細な凹凸形状を形成してなる光学シートの製造方法について以下に説明する。

一般的に、押出機（Ｔダイ）１１から押出された樹脂シート１は、高温で熱溶融した樹脂シート１が第一冷却ロール１２と金型ロール１３との間隙（貼合せ部）で挟圧された瞬間に、その一方の面に微細な凹凸形状が凡そ決定される。すなわち、高温の溶融した樹脂シート１が第一冷却ロール１２に触れた瞬間から溶融樹脂シート１の冷却が始まり、樹脂温度の低下に伴い樹脂粘度が増大する。従って、樹脂シート１の樹脂粘度が高くなると流動性が落ち、樹脂シート１の表面に凹凸形状が形成される前に固化するため、金型ロール１３の表面に形成された凹凸形状を賦形する賦形率（転写率）が低下する。

上記の問題を解決する方法として、樹脂粘度をより低く保つことで樹脂の流動性の低下を防ぐ方法や、樹脂シートを挟圧するための圧力を高くする方法等が行われている。後者の場合は、圧力を高くすると樹脂バンク（樹脂溜まり）が肥大化し、バンクマークと呼ばれる外観不良がシートに現れるので、一般には前者の方法、すなわち冷却ロールの温度を高く設定し、樹脂の流動性を低下させないようにして賦形を行われている。

また、さらに微細な凹凸形状の賦形率（転写率）を高めるための方法として、一般的には、金型ロール１３の温度を樹脂シート１に用いる樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（℃）より
も高く設定する。そのために、樹脂シート１が金型ロール１３から剥離して第二冷却ロール１４に移行する際に、金型ロール１３の温度が樹脂のＴｇ（℃）より高く設定されているために、前記樹脂シートの冷却が不十分で、前記金型ロール１３と第二冷却ロール１４との挟圧点で剥離が容易に行われず、図３に示すような現象が生じる。

本発明の製造装置及び製造方法は上記課題を解決するものであり、以下により具体的に説明する。

すなわち、本発明に係る光学シートの製造装置は、金型ロール１３と第二冷却ロール１４との間隙、特に、前記金型ロール１３から樹脂シート１が剥離して前記第二冷却ロール１４に抱き込まれる直前の上部近傍、または図４に示すような両方の位置に、冷却エアの噴出し口を有する前記ブレード１５が設置されていることを特徴とする。これにより、樹脂シート１は前記ブレード１５の噴出し口より冷却エアを受けることで効率よく冷却され、前記金型ロール１３から容易に剥離して前記第二冷却ロール１４側に搬送（移行）することができる。その結果、剥離による損傷を受けることなく微細な凹凸形状を有する光学シートを製造することができる。

また、前記ブレード１５の外面が離型性を有することにより、前記金型ロール１３から剥離した直後のまだ熱融着性のある前記樹脂シート１がブレード１５に貼りつくことを防ぐことができる。その結果、樹脂シート１の表面の高精細な凹凸形状に何ら損傷を与えることなく光学シートを得ることができる。

また、樹脂シート１としては、単一の層からなるシートでも良いし、複数の層が積層された多層シートであっても良い。従来の装置では、前記多層樹脂シートの場合、最内層であるコア層の樹脂のガラス転移点をＴｇ_１（℃）、最表層の樹脂のガラス転移点をＴｇ_２（℃）とすると、Ｔｇ_１≦Ｔｇ_２である樹脂の構成では、表層の樹脂粘度が低く精密な凹凸形状を賦形しやすいというメリットはあるが、コア層の樹脂冷却に合わせて冷却ロール温度を設定すると、表層が固化されないためにより剥離不良が発生しやすく、成形が困難となるデメリットがあった。しかしながら、本発明の前記ブレードを具備する光学シートの製造装置を用いれば、Ｔｇ_１≦Ｔｇ_２である樹脂の構成でも問題なく高精細な凹凸形状を有する光学シートを製造することができる。

以上、本発明による樹脂シート１と冷却ロールとの過密着による剥離不良を抑えることができる製造方法について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

以下、実施例にて本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。

＜実施例１＞
樹脂としてＰＭＭＡ樹脂（ＭＦＲ＝１．５、Ｔｇ＝１１８℃）を用い、以下の光学シートの製造装置及び製造方法にて光学シートを作製した。なお、実施例１では１種類の材料（ＰＭＭＡ樹脂）で３層押出を行っている。
（光学シートの製造装置：図１に記載の装置に準ずる）
押出機：スクリュー径６５ｍｍ１台使用、スクリュー径４０ｍｍ2台。
金型ロール：表面にレンチキュラーレンズ形状（ピッチ１００μｍ、高さ４０μｍ）を切削し、その表面にクロムメッキを施した金属製のロールを作製した。
ブレード：冷却エアの噴出し口付きで、外面にフッ素樹脂を塗布した後、焼付けを行い離型性を付与した。金型ロールと第二冷却ロールの挟圧部の上部近傍に設置。

（製造方法）
溶融樹脂シートの厚さを２ｍｍとし、１．３ｍ／ｍｉｎの成形速度で引き取り、第一の冷却ロールと金型ロールによって線圧１５〜２０ｋｇｆ／ｃｍの圧力で挟圧した。なお、Ｔダイ出口樹脂温度は２６０℃であり、金型ロールの温度は１２５℃とし、ブレードの噴出し口から冷却エアを連続して噴出した。

＜実施例２＞
樹脂シートを３層構成とした。具体的には、コア層樹脂としてＰＭＭＡ樹脂（ＭＦＲ＝１．５、Ｔｇ＝１１８℃）、表層樹脂としてＰＭＭＡ樹脂（ＭＦＲ＝１５、Ｔｇ＝１０３℃）を用い、コア層を表層樹脂でサンドイッチするような３層構成の光学シートを作製した。
（光学シートの製造装置）
押出機：スクリュー径６５ｍｍ１台、スクリュー径４０ｍｍ２台
ブレード：金型ロールと第二冷却ロールの挟圧部の上部近傍及び下部近傍の二箇所に設置。
上記以外は実施例１と同様の装置を用いた。

＜製造方法＞
コア層樹脂はスクリュー径６５ｍｍから、表層樹脂はスクリュー径４０ｍｍの押出機２台から押出し、３層押出を行ない、二箇所のブレードの噴出し口から冷却エアを連続して噴出した以外は、実施例１と同様にして光学シートを作製した。

＜比較例１＞
ブレードを具備しない装置を用い、それ以外は実施例１と同様にして光学シートを作製した。

＜比較例２＞
ブレードを具備しない装置を用いて、それ以外は実施例２と同様にして光学シートを作製した。

＜評価及び方法＞
実施例１，２及び比較例１，２で作製した光学シートについて、賦形率及び剥離状態の評価を行った。結果を下記表１に示す。
・賦形率の評価方法
成形された光学シートを顕微鏡で断面観察を行い、レンチキュラーレンズ形状の成形高さを、設計値に対する割合（％）として評価した。
・剥離状態の評価方法
金型ロールと第二冷却ロールとの挟圧点から、樹脂シートが金型ロール側に何秒間密着していたかを過密着時間として評価した。この過密着時間は、金型ロールと第二冷却ロールとの挟圧点で樹脂シートが剥離されていれば０秒となり、時間が増えるにつれて剥離が悪くなり、剥離不良をもたらす要因と判断した。
同様に、樹脂シートが第二冷却ロールとの剥離位置から何秒間第二冷却ロール側に密着していたかを過密着時間として評価した。また、外観の変化を記録した。

＜比較結果＞
実施例１、２で得られた本発明品の光学シートは、いずれも金型ロールに形成された微細な凹凸形状を高い賦形率で賦形されていた。また、賦形率を上げるために金型ロールの
温度を高く設定しているが、金型ロールへの過密着時間もほとんどなく、良好な光学シートが得られた。また、実施例２では、樹脂シートを３層構成にし、表層に粘度の低い樹脂を配置することで、実施例１よりもさらに高い賦形率の光学シートが得られた。

一方、比較例１では、高い賦形率は得られたものの、金型ロールと第二冷却ロールの挟圧点でブレードを設置していないため、金型ロールへの過密着時間が大きくなり、剥離不良が生じていた。また、比較例２では、表層に低粘度樹脂が配置されたことで、さらに金型ロールへの過密着時間が大きくなり剥離不良が顕著に発生した。また、第二冷却ロールへの過密着時間も大きくなり、樹脂シートと第二冷却ロールとの剥離が不規則になり、剥離マーク不良が発生した。

１ 樹脂シート
１１ 押出機（Ｔダイ）
１２ 第一冷却ロール
１３ 金型ロール
１４ 第二冷却ロール
１５ ブレード
２１ 金型ロール
２２ 凸部
２３ 凹部
３１ 光学シート

Claims (4)

1. 少なくとも、熱溶融樹脂を樹脂シートに押出す押出機と、前記樹脂シートに微細な凹凸形状を形成するための金型ロールと、2本の冷却ロールと、前記樹脂シートの金型ロールからの剥離を補助するブレードとを具備する光学シートの製造装置であって、
   （１）前記金型は前記樹脂シートの幅方向と水平に配置され、
   （２）前記２本の冷却ロールは、前記金型ロールの一方の面に対向する第一冷却ロール、他方の面に対向する第二冷却ロールが平行に配置され、
   （３）前記ブレードは、少なくとも前記金型ロールと前記第二冷却ロールとの間隙の上部近傍に具備することを特徴とする光学シートの製造装置。
2. 前記ブレードが前記樹脂シートの幅方向に間隙を有して、その先端から冷却エアを噴出すことを特徴とする請求項１に記載の光学シートの製造装置。
3. 前記ブレードの外面に離型剤を塗布したことを特徴とする請求項１または２に記載の光学シートの製造装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートの製造装置を用いた光学シートの製造方法であって、
   （１）前記押出機から熱溶融樹脂を前記金型ロール上に押出す工程と、
   （２）前記金型ロール上の熱溶融樹脂に前記第一冷却ロールを挟圧させて前記金型ロールに抱き込ませながら回転搬送して前記第二冷却ロールで挟圧する工程と、
   （３）前記ブレードから冷却エアーを噴出す工程と、
   （４）前記金型ロールから樹脂シートを第二冷却ロール側に剥離しながら搬送する工程とからなることを特徴とする光学シートの製造方法。

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