JP2015150888A - ダイレクトグラビア塗工装置、方法、及び光学フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】アルミナやシリカ等の粒子を含まず、塗膜の凹凸表面形状が均一に形成された防眩層を有する光学フィルムを、生産性を向上させコストを削減させて、提供することができる。【解決手段】グラビア版とバックアップロールとドクターブレードとインキ供給部とを有し、グラビア版に、インキ供給部により塗液が供給されて、ドクターブレードによって過剰量が掻き落とされ、連続搬送される透明基材をグラビア版とバックアップロールとで挟んで透明基板に塗液を塗布するダイレクトグラビア塗工装置において、グラビア版の表面に形成されている凹部（セル）の形状がグラビア版の版深方向に二段階の形状で構成されており、前記セルのグラビア版表面側の一段階目の形状が版深方向に四角錐台、二段階目の形状が版深方向に四角錐形状で形成されていること、を特徴とするダイレクトグラビア塗工装置。【選択図】図１

Description

本発明は、連続搬送される樹脂フィルム基材の塗工に係り、特に液晶ディスプレイで用いられる光学フィルムの製造に好適に適用できるダイレクトグラビア塗工装置及び方法と、それらの装置又は方法により製造された光学フィルムに関するものである。

一般に液晶ディスプレイ等ディスプレイにおいては、外光が表示画面上に映り込むことによって画像を認識しづらくなるという問題がある。さらに、近年では屋内だけでなく屋外にディスプレイを持ち出される機会が増え、表示画面上への外光の映り込みが問題となっている。

そのため、ディスプレイ表面には外光の反射や映り込みを抑えるために光学機能層を有する光学フィルムを設けることが必須であり、光学機能層によってコントラストの低下や像の映り込みを防止することができる。具体的な方法として優れた防眩性を持つ防眩層を施すＡＧ（Ａｎｔｉ Ｇｌａｒｅ）処理方法がある。

防眩層は外光の入射に対して表面の凹凸によって光を散乱させて像の映り込みを防ぐ光学機能層である。防眩層は凹凸構造を表面に備えるので、表面の凹凸構造によって防眩層に入射する外光が散乱することにより外光の像が不鮮明になり、ディスプレイ表面に外光が映り込むことによる視認性の低下を防ぐことが可能になる。

防眩層を形成する一般的な方法としては、例えば、塗布層表面にエンボス加工を施すことで表面に凹凸構造を形成する方法や、バインダに粒子を混入させることにより表面に凹凸構造を形成する方法がある。

その中でも現在市場に広く用いられているウェットコーティングの防眩層の形成方法は、シリカ粒子等を含有するコーティング剤を塗工して基材上に設ける防眩層表面に凹凸形状を形成する方法が主流である。具体的なウェットコーティング方法としては、シリカ粒子等が分散された塗液を用いて連続搬送されるウェブ上に、ワイヤードクターコーティング法（例えば特許文献１参照）やダイコーティング法（例えば特許文献２参照）により、均一かつ連続的に形成されるのが一般的である。

さらに、液晶ディスプレイにおいては、コスト削減が強く求められるようになってきており、光学フィルムにおいても同様で、生産上廃棄するなどして無駄になる材料を減らすことによりコスト削減に向けた種々の取り組みが行われている。従来技術で製造された光学フィルムは、偏光子と貼り合わせた後、ディスプレイの形状に合わせて切り出して用いられている。その際、従来技術で製造された光学フィルムは、偏光子と貼り合わせた際に使われることなく破棄される部分が必然として発生してしまい、破棄される部分の光学フィルムは無駄になるためコスト面や材料面からも非常に問題があった。

そこで今回防眩層フィルムを形成する方法としてパターン印刷が可能なダイレクトグラビア塗工装置（例えば特許文献３参照）に着目した。ダイレクトグラビア塗工装置は、上流ガイドローラと下流ガイドローラでガイドされている基材に対して、回転駆動するグラビアロールとバックアップロールとで基材を挟んで塗液を塗布する装置である。グラビアロールの表面に形成されたセル（凹部）に供給された塗液を基材上に転写させて塗膜を形成する。塗液はインキパンより供給されて、ブレードによって過剰量が掻き落とされる。

しかしながら、ダイレクトグラビア塗工装置で従来技術と同様にアルミナやシリカなどの微粒子や顔料を含む塗液で塗布すると、塗液中の樹脂や溶剤に比べて比重が高く、また凝集することもあり、インキパン内や塗膜内で粒子が均一分散できずに塗膜表面の凹凸形状に偏りが生じたり、グラビアロールのセル形状が最適化されていないために塗膜にセル形状の痕跡が残ったりすることなどが影響して光学特性が均一ではないという問題もあった。

特開２０１０−１５８６２２号公報 特許第４８１９４６４号公報 特開２００６−２５５６１１号公報

本発明では、上記問題を解決するためになされたものであって、アルミナやシリカ等の粒子を含まず、塗膜の凹凸表面形状が均一に形成された防眩層を有する光学フィルムを、生産性を向上させコストを削減させて、提供することができることを課題とする。

課題を解決するため種々の検討を行い、無駄になる防眩層を削減するため、請求項１に記載の発明は、グラビア版とバックアップロールとドクターブレードとインキ供給部とを有し、グラビア版に、インキ供給部により塗液が供給されて、ドクターブレードによって過剰量が掻き落とされ、連続搬送される透明基材をグラビア版とバックアップロールとで挟んで透明基板に塗液を塗布するダイレクトグラビア塗工装置において、
グラビア版の表面に形成されている凹部（セル）の形状がグラビア版の版深方向に二段階の形状で構成されており、
前記セルのグラビア版表面側の一段階目の形状が版深方向に四角錐台、二段階目の形状が版深方向に四角錐形状で形成されていること、
を特徴とするダイレクトグラビア塗工装置である。

請求項２の発明は、前記グラビア版の全版深長さは一段階目開口部長さの１００〜３００％であり、
二段階目の開口部長さは前記一段階目の開口部長さの２０〜８０％であり、
一段階目の版深長さは前記全版深長さの５０〜９０％であること、
を特徴とする請求項１に記載のダイレクトグラビア塗工装置である。

請求項３の発明は、グラビア版とバックアップロールとドクターブレードとインキ供給部とを設け、グラビア版に、インキ供給部により塗液が供給されて、ドクターブレードによって過剰量が掻き落とされ、連続搬送される透明基材をグラビア版とバックアップロールとで挟んで透明基板に塗液を塗布するダイレクトグラビア塗工方法において、
グラビア版の表面に形成されている凹部（セル）の形状がグラビア版の版深方向に二段階の形状で構成されており、
前記セルのグラビア版表面側の一段階目の形状が版深方向に四角錐台、二段階目の形状が版深方向に四角錐形状で形成されていること、
を特徴とするダイレクトグラビア塗工方法である。

請求項４の発明は、前記グラビア版の全版深長さは一段階目開口部長さの１００〜３００％であり、
二段階目の開口部長さは前記一段階目の開口部長さの２０〜８０％であり、
一段階目の版深長さは前記全版深長さの５０〜９０％であること、
を特徴とする請求項３に記載のダイレクトグラビア塗工方法である。

請求項５の発明は、請求項１又は２記載のダイレクトグラビア塗工装置、或いは、請求項３又は請求項４記載のダイレクトグラビア塗工方法を用いて、透明基材に防眩層が設けられたことを特徴とする光学フィルムである。

本発明によれば、アルミナやシリカ等の粒子を含まず、塗膜の凹凸表面形状が均一に形成された防眩層を有する光学フィルムを提供することができる。さらに従来技術よりも生産性を向上させコスト削減することができる。

本発明のダイレクトグラビア塗工装置の一例を示す図である。 本発明のダイレクトグラビア塗工装置のグラビアロールの一例を示す図である。 本発明の光学フィルムの一例の断面図である。 防眩層が形成された本発明の光学フィルムの表面形状を示した図である。 防眩層を形成した際の塗膜形成から乾燥までの塗膜表面の状態の変化を示した図である。 一般的なグラビアロールのグラビア版のセル形状である。 本発明の実施形態の一例であるセルの断面図である。 光学フィルムの一例を示す断面図である。 光学フィルムの一例を示す断面図である。 本発明のダイレクトグラビア塗工装置及び方法で形成した光学フィルムの一例図である。 従来技術で形成した光学フィルムの一例図である。

以下に、本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明に係るダイレクトグラビア塗工装置の一例を示す図である。

図１に示すダイレクトグラビア塗布装置１は、上流ガイドローラ（図示せず）と下流ガイドローラ（図示せず）でガイドされている基材２に対して、回転駆動するグラビアロール３とバックアップロール４とで基材２を挟んで塗液５を塗布する方法を実行する装置である。インキパン６に貯蔵された塗液５をグラビアロール３の表面に形成されたグラビア
版のセル７（凹部）よって塗液５を供給し、基材２上に転写させて塗膜を形成する。塗液５はインキパン６より供給されて、ドクターブレード８によって過剰量が掻き落とされる。

図２は本発明に係るダイレクトグラビア塗工装置のグラビアロールの一例を示す図である。

本発明のグラビアロールの一例としてグラビア版のセルにあたる塗液充填部９がパターン印刷するために一例としてグラビアロール３に対して斜めに形成されている。

図３は本発明の光学フィルムの一例の断面図である。基材２上に防眩層１０が形成されている。なお、本発明の防眩層１０には塗膜表面に凹凸を形成するために従来技術で使用されているアルミやシリカ等の粒子は含有されていない。

図４は防眩層が形成された本発明の光学フィルムの表面形状を示した図であり、図５は防眩層を形成した際の塗膜形成から乾燥までの塗膜表面の状態の変化を示した図であり、図６は一般的なグラビア版のセル形状を示した図である。

ＡＧフィルムとして防眩機能を得るためには、光の膜内散乱を利用する方法および外部散乱を用いる方法がある。図４に示しているように、外部散乱を用いる方法では、表面凹凸の深さＡを０．１〜１μｍ、凹凸間隔Ｂを１０〜３００μｍ程度で凹凸を塗膜表面に設ける必要がある。また、ハードコートとして機能を持たせるためには、ある程度の膜厚Ｃが必要であり光学特性を考慮すると３〜２０μｍ程度が目安となる。

単にグラビア版のセル設計を行わずに塗工を行うと、ＡＧフィルムとして塗膜が防眩機能を得るための上記条件を満たしていない、塗布抜けが発生して塗膜として成立していないなど防弦機能を持つ光学フィルムを得ることができないという問題がある。例えば、図６のような一般的なグラビアロールのグラビア版のセル形状は、開口部長さ１３に対して５０〜１００％程度の版深１４が通常であり、このようなグラビア版では所望の凹凸深さが得られず防眩機能を持たないフィルムが形成されてしまうという問題がある。

そこで、本発明のダイレクトグラビア塗工装置及び方法では塗膜のレベリングを利用して、グラビアロールのグラビア版のセル形状に応じたドットを基材表面に形成し、これが乾燥工程にてレベリング及び溶媒成分の蒸発によってＡＧフィルムに必要な塗膜表面に凹凸形状が形成されるように制御するものである。図５で示されるように、具体的には塗工直後の塗膜１１はセル形状に応じたドットが基材に形成されるが、レベリング効果と乾燥工程を経ることで防眩層塗膜１２が形成される。

図７は、本発明の実施形態の一例であるセルの断面図である。本発明では上記ＡＧフィルムの防眩機能を備え、表面凹凸の深さＡ、凹凸間隔Ｂ、膜厚Ｃが上記防眩層の条件を満たすように、グラビア版のセル形状をレベリングと溶媒乾燥を考慮してセル形状を版深方向に２段階で形成するものである。図７に示すセル表面側を一段階目とした場合、一段階目は塗工性や膜として厚みを持たせるために形成し、二段階目はレベリング効果で塗膜表面に凹凸形状を形成するために一段階目よりも開口幅を版深方向で徐々に小さくなる形状を有している。

図７では、一段階目の開口部長さをＤ、一段階目の版深長さをＥ、二段階目の開口部長さをＦ、全体のセルの深さ（全版深長さとも云う）をＧとする。塗膜表面の凹凸形状を形成するために、本発明のグラビア版のセル形状について、全版深長さＧは一段階目開口部長さＤの１００〜３００％を有し、二段階目の開口部長さＦは一段階目の開口部長さＤの
２０〜８０％であり、一段階目の版深長さＥは全版深長さＧの５０〜９０％の条件で設計することにより、塗工後のレベリング効果を考慮するとＡＧフィルムの上記防眩層の機能を発揮する塗膜を形成することできる。

全版深長さＧが一段階目開口部長さＤの１００％以下であるとセルに充填される塗液が少なすぎて基材上に塗膜として成立せず塗布抜けが発生してしまい、３００％以上であると、図８のように凹凸がきつ過ぎて加工中に凹凸形状が破壊されやすく、また防眩層としての機能を果たさない。

二段階目の開口部長さＦが一段階目の開口部長さＤの２０％以下であると、セルのレーザー等による加工制御が難しくなり塗膜の精密な制御ができず凹凸ムラができやすくなり、８０％以上であると図９のように塗膜表面に凹凸形状が形成されなくなる。

一段階目の版深長さＥが全版深長さＧの５０％以下であると、液量が足りずに塗布抜けが発生したり、凹凸がきつ過ぎて加工中に凹凸形状が破壊されやすくなり、９０％以上であると塗膜表面がなだらかになり凹凸形状が形成されなくなる。

セルの体積や防眩層の塗液粘度、セル加工精度等を考慮すると一段目の形状は版深方向に四角錐台、二段階目は版深方向に四角錐の形状が望ましい。この形状にすることにより、レベリング効果によって溶剤成分が蒸発すると防眩層としての機能を持つ凹凸形状が形成されやすくなるためである。

また、塗布液の粘度は５〜１００ｍＰａｓが好ましい。５ｍＰａｓ以下であると、レベリング性が良くなり表面の凹凸形状が形成されず、１００ｍＰａｓ以上であるとグラビア版のセル中に塗液が充填されなくなり均一な塗膜が形成されなくなる。

従来、シリカやアルミナ等の粒子を添加して表面凹凸を形成していたが、本発明では塗液に前記粒子を添加しなくとも表面に凹凸形状を形成することができるため、粒子を添加する場合よりも透過率が向上し、光学特性が良好になる。

セル形状は二段階で形成することが望ましい。三段階以上でセルを形成する方法も考えられるが、レーザーでの加工が難しく凹凸形状についても二段階でセルを形成した場合と比較して効果が見られないためである。

図１０は本発明のダイレクトグラビア塗工装置及び方法で形成した光学フィルムの一例図であり、図１１は従来技術のダイ塗工で形成した光学フィルムである。

図１１に示すように、従来技術のダイ塗工で形成した光学フィルムでは、連続搬送基材１７上に防眩層を塗工方向に同幅塗膜１８で連続塗工された光学フィルムを用いて、液晶表示装置内の偏光板と光学フィルムと貼り合わせる場合、偏光板の形状で貼り合わせる必要があるため、生産加工上、偏光板と貼り合わせて液晶表示装置に組み込まれない部分に関しては無駄になるという問題があった。

図１０に示すように、本発明のダイレクトグラビア塗工装置及び方法では、ディスプレイの形状に合わせて印刷パターン１６を形成できるので、偏光子の形状と対応するように予め貼り合わせる形状にパターニング塗工を行うことにより、従来の同幅で塗工するダイ塗工などの塗工方法よりもコスト面で大幅な削減を行うことができる。また、従来のダイ塗工では凹凸形成するために粒子を添加していたが、本発明のダイレクトグラビア塗工装置及び方法により、粒子を添加せずに防眩層に必要な凹凸を形成することができる。さらに、シリカ等の粒子を加えていないので、従来のシリカ等を加えた光学フィルムよりも透
過率が向上する。

図１０のようにウェブ幅方向に対して偏光板の大きさに合わせるように形成できればよく、ウェブ幅や偏光板の大きさに合わせてウェブ幅方向に２列、もしくは２列以上形成してもよい。

基材は、機械剛性を持つ公知の有機高分子からなる透明プラスチックフィルムを適宜選択して用いることができる。例えば、透明性や光の屈折率等の光学特性、さらには耐衝撃性、耐熱性、耐久性などの物性を考慮して、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系、トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、セロファン等のセルロース系、６−ナイロン、６，６−ナイロン等のポリアミド系、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系、シクロオレフィンポリマー等の環状オレフィン系、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、エチレン−ビニルアルコール等の有機高分子からなるものが用いられる。特に、ポリエチレンテレフタレート、トリアセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートが好ましい。また、透明基材の厚みとしては、１０μｍ以上１２０μｍ以下を用いることが好ましい。

なかでも、トリアセチルセルロースフィルムは複屈折が少なく、透明性が良好であることから、本発明の光学フィルムを液晶ディスプレイに用いるにあっては好適に使用することができる。トリアセチルセルロースフィルムの屈折率は約１．５０であって、他の透明基材と比較して屈折率が低い。一般に透明基材として広範に用いられるポリエチレンテレフタレートフィルムは、１．６０程度である。

さらに、これらの有機高分子に公知の添加剤、例えば帯電防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、酸化防止剤、難燃剤等を添加することにより機能を付加させたものも使用できる。

次に、本発明に使用する塗液としては、バインダマトリックスを溶媒に分散させて塗液を調整する。

また、バインダマトリックス材料としては、アクリル系材料、アクリレート系の官能基を有するポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、スピロアセタール樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリチオールポリエン樹脂などを用いることができる。

また、塗液に用いる溶媒としては、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、シクロヘキシルベンゼンなどの芳香族炭化水素類、ｎ−ヘキサンなどの炭化水素類、ジブチルエーテル、ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、プロピレンオキシド、ジオキサン、ジオキソラン、トリオキサン、テトラヒドロフラン、アニソールおよびフェネトール等のエーテル類、また、メチルイソブチルケトン、メチルブチルケトン、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、およびメチルシクロヘキサノン等のケトン類、また蟻酸エチル、蟻酸プロピル、蟻酸ｎ−ペンチル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酢酸ｎ−ペンチル、およびγ−プチロラクトン等のエステル類、さらには、メチルセロソルブ、セロソルブ、ブチルセロソルブ、セロソルブアセテート等のセロソルブ類、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、水等の中から塗工適正等を考慮して適宜選択し、使用することができる。また、塗液に加える添加剤として、表面調整剤、レベリング剤、屈折率調整剤、密着性向上剤、光増感剤等を加えてもよい。

本発明にあっては、防眩層においてハジキやムラといった塗膜欠陥の発生を防止するために、レベリング剤や消泡剤、界面張力調整剤などの表面調整剤などの添加剤を加えてもよい。

本発明の光学フィルム及び塗工方法並び装置は、防眩層形成に必要な塗布液の削減に利用することができる。

１・・・ダイレクトグラビア塗工装置
２・・・基材
３・・・グラビアロール
４・・・バックアップロール
５・・・塗液
６・・・インキパン
７・・・セル（凹部）
８・・・ドクターブレード
９・・・塗液充填部
１０・・・防眩層
１１・・・塗布直後の塗膜
１２・・・防眩層塗膜
１３・・・開口部長さ
１４・・・版深
１５・・・連続搬送基材
１６・・・印刷パターン
１７・・・連続搬送基材
１８・・・同幅塗膜

Claims (5)

1. グラビア版とバックアップロールとドクターブレードとインキ供給部とを有し、グラビア版に、インキ供給部により塗液が供給されて、ドクターブレードによって過剰量が掻き落とされ、連続搬送される透明基材をグラビア版とバックアップロールとで挟んで透明基板に塗液を塗布するダイレクトグラビア塗工装置において、
   グラビア版の表面に形成されている凹部（セル）の形状がグラビア版の版深方向に二段階の形状で構成されており、
   前記セルのグラビア版表面側の一段階目の形状が版深方向に四角錐台、二段階目の形状が版深方向に四角錐形状で形成されていること、
   を特徴とするダイレクトグラビア塗工装置。
2. 前記グラビア版の全版深長さは一段階目開口部長さの１００〜３００％であり、
   二段階目の開口部長さは前記一段階目の開口部長さの２０〜８０％であり、
   一段階目の版深長さは前記全版深長さの５０〜９０％であること、
   を特徴とする請求項１に記載のダイレクトグラビア塗工装置。
3. グラビア版とバックアップロールとドクターブレードとインキ供給部とを設け、グラビア版に、インキ供給部により塗液が供給されて、ドクターブレードによって過剰量が掻き落とされ、連続搬送される透明基材をグラビア版とバックアップロールとで挟んで透明基板に塗液を塗布するダイレクトグラビア塗工方法において、
   グラビア版の表面に形成されている凹部（セル）の形状がグラビア版の版深方向に二段階の形状で構成されており、
   前記セルのグラビア版表面側の一段階目の形状が版深方向に四角錐台、二段階目の形状が版深方向に四角錐形状で形成されていること、
   を特徴とするダイレクトグラビア塗工方法。
4. 前記グラビア版の全版深長さは一段階目開口部長さの１００〜３００％であり、
   二段階目の開口部長さは前記一段階目の開口部長さの２０〜８０％であり、
   一段階目の版深長さは前記全版深長さの５０〜９０％であること、
   を特徴とする請求項３に記載のダイレクトグラビア塗工方法。
5. 請求項１又は２記載のダイレクトグラビア塗工装置、或いは、請求項３又は請求項４記載のダイレクトグラビア塗工方法を用いて、透明基材に防眩層が設けられたことを特徴とする光学フィルム。

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