JP2014145908A - 光学フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硬化に十分な照射量の活性エネルギー線を照射しながら、フィルム状の透明フィルム基材にシワが発生することを防ぐことができる光学フィルムの製造方法を提供する。
【解決手段】
透明フィルム基材の表面に配向層を形成する配向層形成工程（ステップＳ２０１〜Ｓ２０３）と、紫外線を照射することによって硬化する液晶材料を配向層上に塗布する塗布工程（ステップＳ２０４）と、透明フィルム基材の裏面が他の部材と接触していない状態で、液晶材料に対して紫外線を照射する照射工程（ステップＳ２０６）と、透明フィルム基材の裏面がドラムに接している状態で、液晶材料に活性エネルギー線を照射する照射工程（ステップＳ２０７）と、によって光学フィルムを製造する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学フィルムの製造方法に関する。

近年、３次元表示可能なフラットパネルディスプレイが提供されている。ここでフラットパネルディスプレイにおいて３次元表示をするには、通常、何らかの方式で右目用の画像と、左目用の画像とを、それぞれ選択的に視聴者の右目及び左目に提供することが必要である。右目用の画像と左目用の画像とを選択的に提供する方法としては、例えば、パッシブ方式が知られている。このパッシブ方式の３次元表示方式について図を参照しながら説明する。

図５は、液晶表示パネルを使用したパッシブ方式の３次元表示の一例を示す概略図である。この図５の例では、液晶表示パネルの垂直方向に連続する画素を、順次交互に、右目用の画像を表示する右目用画素、左目用の画像を表示する左目用画素に振り分け、それぞれ右目用及び左目用の画像データで駆動し、これにより右目用の画像と左目用の画像とを同時に表示する。なおこれにより液晶表示パネルの画面は、例えば短辺が垂直方向で長辺が水平方向となる帯状の領域により、右目用の画像を表示する領域と左目用の画像を表示する領域とに交互に区分される。

さらにパッシブ方式では、液晶表示パネルのパネル面にパターン位相差フィルムを配置し、右目用及び左目用の画素からの直線偏光による出射光を、右目用及び左目用で回転方向の異なる円偏光に変換する。このためパターン位相差フィルムは、液晶表示パネルにおける領域の設定に対応して、遅相軸方向（屈折率が最大となる方向）が直交する２種類の帯状領域が順次交互に形成される。これによりパッシブ方式では、対応する偏光フィルタを備えてなる眼鏡を装着して、右目用の画像と左目用の画像とをそれぞれ選択的に視聴者の右目及び左目に提供する。なおここでこの隣接する帯状領域の遅相軸方向は、通常、水平方向に対して、＋４５度と−４５度、又は０度と＋９０度の組み合わせが採用される。なおこの図５の例では、通常の画像表示装置における呼称に習って画面の長辺方向を水平方向として示す。

このパッシブ方式は、応答速度の遅い液晶表示装置でも適用することができ、さらにパターン位相差フィルムと円偏光メガネとを用いた簡易な構成で３次元表示することができる。

このパッシブ方式に係るパターン位相差フィルムは、画素の割り当てに対応して透過光に位相差を与えるパターン状の位相差層が必要である。このパターン位相差フィルムに関して、特許文献１には、配向規制力を制御した光配向層をガラス基板上に形成し、この光配向層により液晶の配列をパターンニングして位相差層を作成する方法が開示されている。また特許文献２には、全面を露光処理した後、マスクを使用して露光処理することにより光配向層を作製し、この光配向層の配向規制力により液晶層を配向させて硬化させることにより、パターン位相差フィルムを作製する方法が開示されている。

ところで、位相差フィルムの製造方法については、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）等の透明フィルム基材上に配向層を設けた後、この配向層上に樹脂組成物を塗工し、活性エネルギー線の１種である紫外線を照射して液晶層を形成するものがある。このような製造方法は、例えば、特許文献３に記載されている。また、特許文献３には、活性エネルギー線として、紫外線が挙げられている。

特開２００５−４９８６５号公報 特開２０１２−４２５３０号公報 特開２００６−２５１７８０号公報

しかしながら、上記した特許文献３では、配向層上に滴下、塗布された組成物に紫外線を照射する工程において、組成物を硬化させるために十分な紫外線を照射する要請がある一方、紫外線照射による温度上昇によって透明フィルム基材が損なわれること防ぐことが求められている。すなわち、ＴＡＣ等の透明フィルム基材には、紫外線照射による温度上昇によってシワが発生することがある。位相差フィルムは、透明フィルム基材にシワが発生した場合、位相差層の機能が損なわれ、製品品質を保てなくなる。

本発明は、上記の点に鑑みて行われたものであって、硬化に十分な照射量の活性エネルギー線を照射しながら、フィルム状の透明フィルム基材にシワが発生することを防ぐことができる光学フィルムの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、液晶層を硬化させるための工程を工夫する、との着想に至り、本発明を完成するに至った。

（１）透明フィルム基材の表面に配向層を形成する配向層形成工程と、
活性エネルギー線の照射によって硬化する液晶材料を前記配向層上に塗布する塗布工程と、
前記塗布工程において塗布された液晶材料に対して、前記透明フィルム基材の搬送過程において、前記透明フィルム基材の裏面が他の部材と接触していない状態で前記活性エネルギー線を照射する第１照射工程と、
前記第１照射工程において前記活性エネルギー線が照射された前記液晶材料に対して、前記透明フィルム基材の搬送過程において、前記透明フィルム基材の裏面がドラムに接している状態で前記活性エネルギー線を照射する第２照射工程と、
を含む。

（１）によれば、透明フィルム基材がドラムに接した状態で液晶材料に対して行われる第２照射工程に先立って、透明フィルム基材の裏面に他の部材が接触していない状態で第１照射工程を行うことができる。そして、第１照射工程を行うことにより、完成した光学フィルムにおいて透明基材１のシワの発生を抑えることができる。

（２）前記液晶材料が塗布された前記透明フィルム基材が複数の搬送ローラによって搬送され、
前記第１照射工程は、
隣接する少なくとも２つの前記搬送ローラの間で前記活性エネルギー線を照射することによって、前記透明フィルム基材の裏面が他の部材と接触していない状態で前記活性エネルギー線を照射する。
（２）によれば、位相差層を形成する工程において、既存の工程に大きな変更を加えることなく、透明基材フィルムの裏面に他の部材が接触していない状態で第１照射工程を行うことができる。

（３）前記活性エネルギー線が紫外線であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学フィルムの製造方法。
（３）によれば、紫外線の照射によって硬化する、紫外線硬化型の液晶材料を本発明に適用することができる。

上記の本発明によれば、液晶層の硬化に十分な照射量の活性エネルギー線を照射しながら、フィルム状の透明フィルム基材にシワが発生することを防ぐことができる光学フィルムの製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の光学フィルムを示した図である。 本発明の一実施形態のパターン位相差フィルムの製造方法の工程を説明するためのフローチャートである。 図２に示したフローチャートに示した各工程を説明するための模式的な図である。 図２に示したステップＳ２０４〜Ｓ２０７の工程が実行される本実施形態の設備を説明するための図である。 液晶表示パネルを使用したパッシブ方式の３次元表示の一例を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るパターン位相差フィルム１０を示す図である。図１において、パターン位相差フィルム１０は、画像表示装置１００にかかる液晶表示パネル１１のパネル面（視聴者側面）に貼り付けられて保持される。

画像表示装置１００は、垂直方向（図１においては左右方向が対応する方向である）に連続する液晶表示パネル１１の画素が、順次交互に、右目用の画像を表示する右目用画素、左目用の画像を表示する左目用画素に振り分けられて、それぞれ右目用及び左目用の画像データで駆動される。これにより画像表示装置は、右目用の画像を表示する帯状の領域（以下、適宜、領域Ａと呼ぶ）と、左目用の画像を表示する帯状の領域（以下、適宜、領域Ｂと呼ぶ）とに表示画面が交互に区分され、右目用の画像と左目用の画像とを同時に表示する。画像表示装置１００は、液晶表示パネル１１の表側面に、パターン位相差フィルム１０が配置され、パターン位相差フィルム１０により右目用及び左目用の画素からの出射光にそれぞれ対応する位相差を与える。これにより画像表示装置１００は、パッシブ方式により所望の立体画像を表示する。

ここで、パターン位相差フィルム１０は、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）、アクリル等の透明フィルムからなる透明フィルム基材の一方の面上に、配向層２、位相差層３が順次作製される。パターン位相差フィルム１０は、屈折率異方性を保持した状態で固化（硬化）された液晶材料により位相差層３が形成され、この液晶材料の配向を配向層２の配向規制力によりパターンニングする。なお、この液晶分子の配向を図１では細長い楕円により誇張して示す。このパターンニングにより、パターン位相差フィルム１０は、液晶表示パネルにおける画素の割り当てに対応して、一定の幅により、右目用の領域（第１の領域）Ａと左目用の領域（第２の領域）Ｂとが順次交互に帯状に形成され、右目用及び左目用の画素からの出射光にそれぞれ対応する位相差を与える。

パターン位相差フィルム１０は、光配向材料により光配向材料膜が作製された後、いわゆる光配向の手法により、この光配向材料膜に直線偏光による紫外線を照射して配向層２が形成される。
ここでこの光配向材料膜に照射する紫外線は、その偏光の方向が右目用の領域Ａと左目用の領域Ｂとで９０度異なるように設定され、これにより位相差層３に設けられる液晶材料に関して、右目用の領域Ａ及び左目用の領域Ｂとで対応する向きに液晶分子を配向させ、透過光に対応する位相差を与える。なお光配向材料は、光配向の手法を適用可能な各種の材料を適用することができるものの、本実施形態では、一旦配向した後には、紫外線の照射によって配向が変化しない、例えば光２量化型の材料が使用される。

この光２量化型の材料については、「M.Schadt, K.Schmitt, V. Kozinkov and V. Chigrinov : Jpn. J. Appl.Phys., 31, 2155 (1992)」、「M. Schadt, H. Seiberle and A. Schuster : Nature, 381, 212(1996)」等に開示されており、例えば「ROP-103」の商品名により既に市販されている。

また、位相差層３を生成する液晶材料としては、従来公知の位相差層の材料を用いることができる。このような材料としては、例えば、ネマチック液晶相を発現する液晶材料が挙げられる。ネマチック液晶相を発現する液晶材料は、従来公知の液晶材料を用いれば良く、例えば、棒状の液晶分子、ポリマー液晶及び重合性液晶化合物等が挙げられる。

［光学フィルムの製造工程］
図２は、本実施形態のパターン位相差フィルムの製造工程を説明するためのフローチャートである。
パターン位相差フィルムの製造工程は、透明フィルム基材の表面に配向層２を形成する配向層形成工程と、紫外線の照射によって硬化する液晶材料を配向層上に塗布する塗布工程と、塗布された液晶材料に対して透明フィルム基材１の裏面が他の部材と接触していない状態で紫外線を照射する照射工程（以下、「第１照射工程」とも記す）と、第１照射工程において紫外線が塗布された液晶材料に対して透明フィルム基材１の裏面がドラムに接している状態で紫外線を照射する照射工程（以下、「第２照射工程」とも記す）と、を含む。

すなわち、本実施形態のパターン位相差フィルムの製造工程では、ロールに巻き取られている透明フィルム基材１が引き出され、この透明フィルム基材１上に、光配向材料膜が順次形成される（ステップＳ２０１）。光配向材料膜は、各種の製造方法を適用することができる。本実施の形態では、光配向材料をベンゼン等の溶媒に分散させた成膜用液体をダイにより塗布した後、乾燥して作成される。

続いて、本実施形態の製造工程では、領域Ａまたは領域Ｂに偏光紫外線が照射され、領域Ａまたは領域Ｂが選択的に露光される（ステップＳ２０２）。次に、領域Ａ、領域Ｂによる光配向材料膜の全面が露光される（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０２、Ｓ２０３により、配向層２が作成される。続いて、本実施形態では、配向層２上にダイ等によって液晶材料３ａが塗布された後（ステップＳ２０４）、液晶材料３ａを加熱することによって乾燥させる（ステップＳ２０５）。さらに、乾燥の後、紫外線の照射によって液晶材料を硬化させ（ステップＳ２０６、Ｓ２０７）、液晶材料による位相差層３が作成される。

上記した一連の工程において、本実施形態では、紫外線の照射を２回行っている。ステップＳ２０６で行われる第１紫外線照射では、透明フィルム基材１の搬送過程において、透明フィルム基材１の裏面が他の部材と接触していない状態で、塗布された液晶材料に紫外線が照射される。ステップＳ２０７で行われる第２紫外線照射では、透明フィルム基材１の裏面がドラムに接している状態で、塗布された液晶材料に紫外線が照射される。
以上の処理がされたフィルムは、必要に応じて反射防止膜の作成処理等が施された後、切断工程において、所望の大きさに切り出されてパターン位相差フィルム１０となる

なお、ステップＳ２０６において照射される紫外線の量は、例えば、３０ｍＪ／ｃｍ²〜２５０ｍＪ／ｃｍ²であり、ステップＳ２０７において照射される紫外線の量は、例えば、５０ｍＪ／ｃｍ²〜５００ｍＪ／ｃｍ²である。また、ステップＳ２０６において照射される紫外線の量とステップＳ２０７において照射される紫外線の量との比は、例えば、５：１〜１：１０である。

図３（ａ）〜（ｆ）は、図２に示したフローチャートに示した各工程を説明するための模式的な図である。図３（ａ）は、ロールから引き出された状態の透明フィルム基材１を示している。図中、透明フィルム基材１の表面に１ａの符号を付して示す。図３（ｂ）は、表面１ａに配向層２が形成された状態を示している。配向層２は、図２で説明したように、光配向材料膜の領域Ａと、領域Ａ及び領域Ｂを含む全面と、をそれぞれ露光することによって得られる。

すなわち、本実施形態では、右目用の領域Ａ又は光目用の領域Ｂに対応する部位をマスクで遮光し、光配向材料膜に直線偏光による紫外線（偏光紫外線）を照射する。紫外線の照射により、遮光されていない側の、左目用の領域Ｂ、または右目用の領域Ａ上の光配向材料膜が、所望の方向に配向される。
続いて、本実施形態では、第１紫外線照射の露光処理とは偏光方向が９０度異なる直線偏光により偏光紫外線を全面に照射する。この全面の偏光紫外線の照射により、１回目の露光処理で未露光の、右目用の領域Ａ又は光目用の領域Ｂの光配向材料膜が所望の方向に配向する。

ステップＳ２０２、Ｓ２０３の後、配向層２上には、紫外線硬化型の液晶材料３ａが塗布される（図３（ｃ））。液晶材料３ａは、加熱されて溶剤ｓが液晶材料３ａから除去されることにより乾燥する（図３（ｄ））。加熱乾燥により、液晶材料３ａの液晶分子は、配向層２の配向規制力の方向に配向させられる。
さらに、乾燥後の液晶材料３ａには、偏光紫外線ｕ３が２回照射される（図３（ｅ）及び（ｆ））。２回の偏光紫外線ｕ３の照射により、液晶材料３ａは、位相差層３になる。

図４は、図２に示したステップＳ２０４〜Ｓ２０７の工程が実行される本実施形態の設備を説明するための図である。図４に示した設備では、図中の矢線Ｃの方向に透明フィルム基材１が搬送される。図４に示した設備には、配向層２上に紫外線硬化型の液晶材料を塗布するダイ１０７、液晶材料を乾燥させる加熱ゾーン１０８、乾燥された液晶材料に第１紫外線照射を行う紫外線照射装置１０９、第１紫外線照射が行われた液晶材料及び透明フィルム基材１が巻き回される温調ドラム１１２、加熱ゾーン１０８と温調ドラム１１２との間で配向層２が形成されている透明フィルム基材１を２点で支持する搬送ローラ１１０、１１１、温調ドラム１１２表面に紫外線を照射して第２紫外線照射を行う紫外線照射装置１１３を備えている。
なお、図４において、配向層２は、位相差層３を形成する設備とは別個の設備によって生成されるため、図示及び説明を省くものとする。

ダイ１０７は、配向層２上に紫外線硬化型の液晶材料３ａを塗布する。塗布の後、液晶材料３ａは加熱ゾーン１０８に送られて乾燥させられる。加熱ゾーン１０８を通過した透明フィルム基材１上の配向層２及び液晶材料３ａは、第１紫外線照射が行われる紫外線照射装置１０９が設けられているゾーンに送られる。

図４から明らかなように、第１紫外線照射は、液晶材料が塗布された透明フィルム基材１が加熱ゾーン１０８から第１紫外線照射が行われる工程に送られる間の、隣接する２つの搬送ローラ１１０、１１１の間で行われる。このとき、紫外線照射装置１０９下において、透明フィルム基材１は、搬送ローラ１１０と搬送ローラ１１１との間に張り渡された状態になっていて、空中に浮いた状態になっており、透明フィルム基材１の裏面１ｂは他のどのような部材とも接触していない状態に保持される。
紫外線照射装置１０９による紫外線照射により、液晶材料３ａは、ハーフキュア状態になる。

第１紫外線照射を受けた透明フィルム基材１は、その裏面が温調ドラム１１２に接触する。温調ドラム１１２は、水冷方式で表面の温度が調整されていて、熱によって透明フィルム基材１にシワが発生することを抑えている。透明フィルム基材１上の液晶材料３ａには、紫外線照射装置１１３によって紫外線の照射が行われる。紫外線の照射により、液晶材料３ａは位相差層３になる。位相差層３が形成された透明フィルム基材１及び配向層２は、巻き取りロール１１４によって巻き取られる。

なお、以上説明した本実施形態では、第１紫外線照射と第２紫外線照射とにおいて、略同程度の紫外線照射量を照射するものとした。このため、本実施形態によれば、既存の方法よりも大きな照射量の紫外線を液晶材料３ａに照射することになり、液晶材料３ａを十分硬化させることができる。

また、本発明の発明者らは、以上説明した本実施形態の光学フィルムの製造方法でパターン位相差フィルムを製造したところ、第１紫外線照射を行うことなく第２紫外線照射を行う製造方法（以下、「既存の方法」と記す）よりも、完成したパターン位相差フィルムの透明フィルム基材１にシワが発生しにくいことを見出した。
すなわち、温調ドラム１１２で透明基材フィルム１を冷却するようにしても、温調ドラム１１２の周側面（表面）自体が紫外線照射によって温度上昇している。この熱によるダメージにより、透明フィルム基材１にシワが生じると考えられる。しかしながら、透明機材フィルム１が空中に浮いた状態で紫外線を照射すれば、基材が透明であることからシワが生じない。

以上のことから、本実施形態では、第１照射工程で十分に紫外線を照射して液晶材料をハーフキュアさせておくことができるので、第２照射の紫外線照射条件を、透明フィルム基材１にシワが発生しない範囲に抑えることができる。
このような本願発明によれば、透明フィルム基材１のシワの発生を抑止しながら、液晶を十分硬化することができる。
また、本実施形態は、第１照射工程、第２照射工程を行うことにより、初期、耐久性の両方において、位相差層と配向層との密着性の向上がみられた。
また、本実施形態では、第１照射工程、第２照射工程を行うことにより、位相差層の位相差安定性を高めることもできた。

［実験例］
表１は、以上説明した本実施形態の第１照射工程、第２照射工程の紫外線照射量を種々に変更して、透明フィルム基材１のシワ、位相差層と配向層との密着性、位相差層の位相差安定性を検証した実験の結果を示した表である。実験では、第１照射工程で照射された紫外線の照射量（表中に「第１紫外線照射量」と記す）を０ｍＪ／ｃｍ²（ＯＦＦ）、４０ｍＪ／ｃｍ²、７５ｍＪ／ｃｍ²、１００ｍＪ／ｃｍ²の５条件とし、第２照射工程で照射された紫外線の照射量（表中に「第２紫外線照射量」と記す）を６０ｍＪ／ｃｍ²、８５ｍＪ／ｃｍ²、９５ｍＪ／ｃｍ²、１８０ｍＪ／ｃｍ²、２１０ｍＪ／ｃｍ²の５条件とした。実験は、基材１にＴＡＣフィルムとアクリルフィルム材とを適用し、第１紫外線照射量と第２紫外線照射量との組み合わせを変更し、各組み合わせに対応する、透明フィルム基材１のシワ、密着性、位相差安定性を「×」、「○」で評価することによって行った。

なお、シワについては、シワが発生した場合を「×」と評価し、シワが発生しなかった場合を「○」と評価した。また、密着性及び位相差安定性については、製品として適正な値が得られた場合を「○」と評価し、製品として採用できない場合を「×」とした。なおここで位相差安定性は、位相差層における配向のばらつきを示すものであり、微少領域による複数回の計測により透過光の偏光方向が一定の判定基準値以上ばらついている場合を「×」とし、ばらつきが判定基準値未満の場合を「○」とした。

表１から明らかなように、第１照射を行わない場合、第２照射が６０ｍＪ／ｃｍ²、８５ｍＪ／ｃｍ²、９５ｍＪ／ｃｍ²のいずれの場合も密着性、位相差安定性が「×」と評価された。そして透明フィルム基材１にＴＡＣフィルム、アクリルフィルム材である場合に、それぞれ第２照射を２１０ｍＪ／ｃｍ²及び１８０ｍＪ／ｃｍ²とした場合にシワが「×」と評価された。以上のことにより、本実験によれば、第１照射を行わない場合には、いずれの条件であっても製品品質を満たす光学フィルムを得ることが難しいことが分かった。一方、表１から明らかなように、第１照射を行った場合、紫外線の照射量によらず、いずれの条件であっても製品品質を満たす光学フィルムを得ることができることがわかった。

［他の実施形態］
なお、本実施形態は、以上説明した構成に限定されるものではない。例えば、上記した本実施形態では、加熱ゾーンから温調ドラムに透明基材等が搬送される過程で第１紫外線照射を行っている。しかし、本実施形態は、液晶材料の塗布から第２紫外線照射の間であって、位相差層を形成する工程を阻害するものでなければ、透明基材が中空に浮き、裏面に他の部材が接触していない状態であれば、どのようなタイミングで第１紫外線照射を行ってもよい。

また、以上説明した構成では、紫外線硬化型の材料に紫外線を照射して配向層及び位相差層を形成しているが、本実施形態は、このような構成に限定されるものではない。例えば、活性エネルギー線として電子線を使用し、電子線の照射によって硬化する材料を使って配向層または位相差層を形成するものであってもよい。

さらに、以上説明した本実施形態では、光配向する材料で配向層を形成している。しかし、本実施形態は光配向によって配向層を形成するものに限定されるものではなく、賦型処理によって配向層を形成するものであってもよい。

１ 透明フィルム基材
１ａ 表面
１ｂ 裏面
２ 配向層
３ 位相差層
３ａ 液晶材料
１０ パターン位相差フィルム
１０７ ダイ
１０８ 加熱ゾーン
１０９、１１３ 紫外線照射装置
１１０、１１１ ローラ
１１２ 温調ドラム

Claims (3)

1. 透明フィルム基材の表面に配向層を形成する配向層形成工程と、
   活性エネルギー線の照射によって硬化する液晶材料を前記配向層上に塗布する塗布工程と、
   前記塗布工程において塗布された液晶材料に対して、前記透明フィルム基材の搬送過程において、前記透明フィルム基材の裏面が他の部材と接触していない状態で前記活性エネルギー線を照射する第１照射工程と、
   前記第１照射工程において前記活性エネルギー線が照射された前記液晶材料に対して、前記透明フィルム基材の搬送過程において、前記透明フィルム基材の裏面がドラムに接している状態で前記活性エネルギー線を照射する第２照射工程と、
   を含むことを特徴とする光学フィルムの製造方法。
2. 前記液晶材料が塗布された前記透明フィルム基材が複数の搬送ローラによって搬送され、
   前記第１照射工程は、
   隣接する少なくとも２つの前記搬送ローラの間で前記活性エネルギー線を照射することによって、前記透明フィルム基材の裏面が他の部材と接触していない状態で前記活性エネルギー線を照射することを特徴とする請求項１に記載の光学フィルムの製造方法。
3. 前記活性エネルギー線が紫外線であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学フィルムの製造方法。

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