JP2016089150A - 光学フィルム製造用ポリエステルフィルム - Google Patents

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Abstract

【課題】ロールtoロールで延伸することができる生産性の高い光学フィルムの製造を実現するための基材として用いることができる光学フィルム製造用ポリエステルフィルムを提供する。【解決手段】150℃におけるフィルムMD方向の10%伸張時応力が5MPa以上30MPa以下、150℃におけるフィルムMD方向の熱収縮率が5%以下であり、かつフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さRSmが20μm以上70μm以下である光学フィルム製造用ポリエステルフィルム。【選択図】なし

Description

本発明は、光学フィルム製造用ポリエステルフィルムに関するものである。
携帯電話やパソコン、液晶テレビ等の種々の画面表示装置に複屈折性を利用した高コントラストな液晶表示装置(LCD)が使用されている。LCD内部には、液晶画面の輝度向上や、コントラスト向上などを目的に、様々な光学フィルムが使用されている。近年、LCDは高精細化が進み、用途も多岐にわたり、視野角の拡大などの光学補償性能の向上が求められている。視野角特性を改善するために、LCDには光学フィルムとして各種の位相差フィルムが用いられている。しかしながら、従来の位相差フィルムを用いた液晶表示装置は、斜め方向で、コントラスト比が低下したり、見る角度に伴って変化する画像の色づきが生じたりして、液晶パネルの画面全体で、表示が不均一となることが問題となっていた。
視野角特性を改善するために、可視光線領域において長波長ほど高い位相差を有する光学フィルムが位相差フィルムとして使用される。このような光学フィルムの製造方法として、高分子フィルムを延伸する方法が提案されている。(特許文献1、特許文献2)
特開2007−106848号公報 特開2011−227429号公報
しかしながら、特許文献1のように基材から剥離した高分子フィルムを延伸する場合、高分子フィルムがロールや空気と直接接触することから、高分子フィルムへの異物巻き込みやキズが発生しやすいという問題がある。また、特許文献2では基材と塗膜の積層体を延伸するものの、延伸はカットシートサイズでのバッチ処理であり、生産性の悪いものであった。
本発明は、異物巻き込みやキズの発生を低減でき、離型性に優れ、しかもロールtoロールで延伸することができる生産性の高い光学フィルムの製造を実現するための基材として用いることができる光学フィルム製造用ポリエステルフィルムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は、150℃におけるフィルムMD方向の10%伸張時応力が5MPa以上30MPa以下、150℃におけるフィルムMD方向の熱収縮率が5%以下であり、かつフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さRSmが20μm以上70μm以下である光学フィルム製造用ポリエステルフィルムであることを本旨とする。
本発明により、光学フィルム用樹脂組成物と基材との積層体をロール状のまま延伸することが可能で、異物巻き込みやキズの発生が少なく、離型性に優れ、生産性の高く、幅方向の位相差ムラの小さい光学フィルムを製造するための基材として用いることができる光学フィルム製造用ポリエステルフィルムを提供することができる。特に、本発明によるポリエステルフィルムは、位相差フィルム製造時に好適に使用することができる。
図1は代表的な表面粗さ曲線を示したものである。
本発明において光学フィルム製造用ポリエステルフィルム(以下、単にポリエステルフィルムとも言う)とは、光学フィルム用樹脂組成物を溶解した溶液を、基材の表面に塗布して乾燥して光学フィルム用樹脂組成物と基材との積層体とした後、この積層体を少なくとも一軸方向に延伸し、最後に積層体から基材を剥離することで光学フィルムを得る光学フィルム製造工程において、基材として用いられるポリエステルフィルムである。本発明の光学フィルム製造用ポリエステルフィルムは、特に、位相差フィルム製造工程において、基材として好適に用いることができる。
本発明のポリエステルフィルムを構成するポリエステルとは、主鎖における主要な結合をエステル結合とする高分子化合物の総称である。そして、ポリエステル樹脂は、通常ジカルボン酸あるいはその誘導体とグリコールあるいはその誘導体を重縮合反応させることによって得ることができる。
本発明では、成型性、外観、耐熱性、寸法安定性、経済性の点から、ポリエステルを構成するグリコール単位の60モル%以上がエチレングリコール由来の構造単位であり、ジカルボン酸単位の60モル%以上がテレフタル酸由来の構造単位であることが好ましい。なお、ここで、ジカルボン酸単位(構造単位)あるいはジオール単位(構造単位)とは、重縮合によって除去される部分が除かれた2価の有機基を意味し、要すれば、以下の一般式で表される。
ジカルボン酸単位(構造単位): −CO−R−CO−
ジオール単位(構造単位): −O−R’−O−
(ここで、R、R’は二価の有機基)
なお、トリメリット酸単位やグリセリン単位など3価以上のカルボン酸あるいはアルコール並びにそれらの誘導体が含まれる場合は、3価以上のカルボン酸あるいはアルコール単位(構造単位)についても、同様に、重縮合によって除去される部分が除かれた3価以上の有機基を意味する。
本発明に用いるポリエステルを与える、グリコールあるいはその誘導体としては、エチレングリコール以外に、ジエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールなどの脂肪族ジヒドロキシ化合物、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどのポリオキシアルキレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、スピログリコールなどの脂環族ジヒドロキシ化合物、ビスフェノールA、ビスフェノールSなどの芳香族ジヒドロキシ化合物、並びに、それらの誘導体が挙げられる。中でも、成型性、取り扱い性の点で、ジエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノールが好ましく用いられる。
また、本発明に用いるポリエステルを与えるジカルボン酸あるいはその誘導体としては、テレフタル酸以外には、イソフタル酸、フタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸、5−ナトリウムスルホンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ダイマー酸、マレイン酸、フマル酸などの脂肪族ジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸、パラオキシ安息香酸などのオキシカルボン酸、並びに、それらの誘導体を挙げることができる。ジカルボン酸の誘導体としてはたとえばテレフタル酸ジメチル、テレフタル酸ジエチル、テレフタル酸2−ヒドロキシエチルメチルエステル、2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチル、イソフタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、ダイマー酸ジメチルなどのエステル化物を挙げることができる。中でも、成型性、取り扱い性の点で、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、および、それらのエステル化物が好ましく用いられる。
本発明のポリエステルフィルムは、光学フィルム用樹脂組成物との積層体としたのち少なくとも一軸方向に延伸するため、150℃におけるフィルムMD方向の10%伸張時応力が5MPa以上30MPa以下である必要がある。
150℃におけるフィルムMD方向10%伸張時応力とは、試験長50mmの矩形型に切り出したフィルムサンプルを予め150℃に設定した恒温槽中にフィルムサンプルをセットし、90秒間の予熱後に、300mm/分のひずみ速度で引張試験を行った際、サンプルが10%伸張したときのフィルムにかかる応力を示す。なお、評価は、フィルムの任意の位置における主配向軸方向をTD方向とし、その位置を中心(以下、TD方向中心とも言う。)として、TD方向に沿って2方向それぞれ700mm幅をとって、1400mm幅としたフィルムのTD方向中心、TD方向中心からTD方向の任意の一方向(A方向)の650mmの位置、TD方向中心からTD方向のA方向と反対の方向(B方向)の650mmの位置3点でそれぞれ5回行い、その15個の値の平均値を150℃におけるフィルムMD方向10%伸張時応力とした。光学フィルム用樹脂組成物との積層体とした後の延伸性の観点から、150℃におけるフィルムMD方向10%伸張時応力は、6MPa以上20MPa以下であればさらに好ましい。
本発明のポリエステルフィルムにおいて、150℃におけるフィルムのMD方向10%伸張時応力を上記の範囲とする方法としては、特に限定されないが、例えば本発明のポリエステルフィルムを構成するグリコール成分として、エチレングリコール成分を60モル%以上含有し、ジエチレングリコール成分、1,3−プロパンジオール成分、1,4−ブタンジオール成分、1,4−シクロヘキサンジメタノール成分、ネオペンチルグリコール成分の少なくとも1種類以上のグリコール成分を含むことが好ましい。なかでも、ジエチレングリコール成分、1,4−シクロヘキサンジメタノール成分、ネオペンチルグリコール成分の少なくとも1種類以上含まれることが好ましい。また、本発明のポリエステルフィルムを構成するジカルボン酸成分として、テレフタル酸成分を60モル%以上含有し、イソフタル酸成分、2,6−ナフタレンジカルボン酸成分の少なくとも1種類以上のジカルボン酸成分を含むことが好ましい。これらの成分を含むポリエステルを後に説明する方法で製膜、延伸、熱処理することで150℃におけるフィルムのMD方向10%伸張時応力を上記の範囲とすることができる。
本発明のポリエステルフィルムにおいて、150℃におけるフィルムMD方向10%伸張時応力を上記の範囲とするのに好ましい構成として、グリコール成分として、エチレングリコール成分を85モル%以上97モル%未満含有し、ジエチレングリコール成分、1,4−シクロヘキサンジメタノール成分、ネオペンチルグリコール成分の少なくとも1種類以上を3モル%以上15モル%未満含有し、ジカルボン酸成分として、85モル%以上がテレフタル酸成分であることが好ましい。さらに好ましくは、グリコール成分として、エチレングリコール成分を90モル%以上95モル%未満含有し、ジエチレングリコール成分、1,4−シクロヘキサンジメタノール成分、ネオペンチルグリコール成分の少なくとも1種類以上を5モル%以上10モル%未満含有し、ジカルボン酸成分として、90モル%以上がテレフタル酸成分、さらに好ましくは、ジカルボン酸成分の95モル%以上がテレフタル酸成分であることが好ましい。
また、本発明のポリエステルフィルムは、150℃におけるフィルムMD方向の熱収縮率が5%以下である必要がある。ここで、150℃におけるMD方向の熱収縮率とは、フィルムをMD方向に長さ150mm×幅10mmの矩形に切り出しサンプルに100mmの間隔で標線を描き(中央部から両端に50mmの位置)、3gの錘を吊るして150℃に加熱した熱風オーブン内に30分間設置し加熱処理を行った前後の標線間距離の変化率を指す。なお、評価は、フィルムの任意の位置における主配向軸方向をTD方向とし、その位置を中心(以下、TD方向中心とも言う。)として、TD方向に沿って2方向それぞれ700mm幅を採取し、1400mm幅としたフィルムのTD方向中心、中心からTD方向の一方向(A方向)の650mmの位置、中心からTD方向のA方向と反対の方向(B方向)の650mmの位置の3点でそれぞれ5回行い、その15個の平均値を150℃におけるフィルムMD方向の熱収縮率とした。本発明のポリエステルフィルムは、MD方向の150℃における熱収縮率を5%以下とすることで、光学フィルム用樹脂組成物を塗布して乾燥する際に、フィルム収縮に起因した塗布ムラや光学特性のムラを抑制することができる。MD方向の150℃における熱収縮率は3%以下であればさらに好ましい。
150℃におけるMD方向の熱収縮率を5%以下とする方法としては、例えば、二軸延伸後のフィルムの熱処理条件を調整する方法が挙げられる。処理温度は高温とすることで、配向緩和がおこり、熱収縮率は低減される傾向になるが、寸法安定性、フィルムの品位の観点から二軸延伸後の熱処理温度は200℃〜240℃であれば好ましく、210℃〜235℃であればさらに好ましく、215℃〜230℃であれば最も好ましい。なお、本発明のポリエステルフィルムの熱処理温度は、示差走査型熱量計(DSC)において窒素雰囲気下、20℃/分の昇温速度で測定したときのDSC曲線に熱履歴に起因する微小吸熱ピークから微小吸熱ピーク温度(Tmeta)を測定することで求めることができる。
また、好ましい熱処理時間としては、5〜60秒間で任意に設定することができるが、成型性、寸法安定性、色調、生産性の観点から、10〜40秒とすることが好ましく、15〜30秒とすることが好ましい。また、熱処理は、長手方向及び/又は幅方向に弛緩させながら行うことで、熱収縮率を低減させることができる。熱処理時に弛緩させる際の弛緩率(リラックス率)は、1%以上が好ましく、寸法安定性、生産性の観点からは、1%以上10%以下であれば好ましく、1%以上5%以下であれば最も好ましい。
さらに、2段階以上の条件で熱処理する方法も非常に好ましい。200℃〜240℃の高温での熱処理後に、熱処理温度より低い温度で、長手方向及び/又は幅方向に弛緩させながら熱処理することで、さらに熱収縮率を低減させることが可能となる。このときの2段目の熱処理温度は120℃〜200℃未満であれば好ましく、150℃〜180℃であればさらに好ましい。
本発明においては、フィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)が20μm以上70μm以下であることが必要である。ここでいうRSmは、JIS B 0601(2001年)に従って求められるものであり、基準長さにおける粗さ曲線要素間の長さの平均をあらわす。すなわち、図1における基準長さ(Lr)において、粗さ曲線のピーク数がm、各ピーク間の距離がW、W、W・・・Wとするとき、下記式(1)に示すようにW〜Wの長さの総和を粗さ曲線のピーク数mで除算することにより、RSmを求めることができる。RSmを上述の20μm以上70μm以下とすると、離型性、離型安定性を飛躍的に良好とすることができる。この効果について、本発明者らは、下記のように推定している。RSmは、フィルム表面の凸凹の間隔をあらわすものであり、値が大きいほど凸凹間の距離が大きくなるため、表面の平均傾斜が緩やかとなる。一方、値が小さくなると、表面の凸凹のピッチが小さくなり、表面の平均傾斜が急となり、また、単位面積当たりの溝の数が増加する。RSmが70μmより大きいと、フィルム表面の傾斜が過度に緩やかになり、フィルム表面に積層した光学フィルム用樹脂組成物とフィルム表面の密着が不十分となる。一方、RSmを20μm未満とすると、フィルム表面の平均傾斜が急となり、また、単位面積当たりの溝の数が増加するため、安定した離型性を得ることが困難となる。RSmを20μm以上70μm以下とすることにより、フィルム表面に適度な間隔で凸凹が配列され、離型性、離型安定性の観点から最適な高さ勾配を形成するものと考えている。RSmは、好ましくは25μm以上65μm以下であり、30μm以上60μm以内であると最も好ましい。
Figure 2016089150
本発明のポリエステルフィルムが(1)式を満たす方法は特に限定されないが、例えば、熱固定室で幅方向に微延伸する方法が挙げられる。熱処理前半において幅方向に応力をかけることでフィルムの緩和による構造変化を抑制することができ、フィルム表面の単位面積当たりの溝の数が過度に増加することなくRSmを適切な範囲に調整することが可能である。その他にも工程同士あるいは工程間の温度差が60℃以内となるようにすることで、フィルム表面の過度な構造変化を防止することができ、緻密なフィルム表面を形成し、表面の平滑度が上がりすぎることなく、RSmを好ましい範囲とすることが可能である。上記製造上の温度要件について具体的に示すと、例えば横延伸後半の温度を140℃とし、熱処理前半の温度を200℃、熱処理中盤の温度を225℃とすることにより、工程間の温度変化を60℃以内とし、かつ高温での熱処理が実現される。
本発明のポリエステルフィルムは、光学フィルム用樹脂組成物を溶解した溶液を塗布して乾燥する工程やその後の延伸工程において、乾燥時の収縮ムラに起因する光学フィルムの幅方向での機能均一性の低下や、延伸時の延伸ムラに起因する光学フィルムの幅方向での機能均一性の低下を抑制する観点から、下記(I)式を満たすことが好ましい。
|(RSmA+RSmB)/2−RSmC|≦25・・・(I)
但し、RSmA:1400mm幅フィルムのTD方向の中心から、TD方向の任意の一方向(A方向)の650mmの位置におけるフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さ
RSmB:1400mm幅フィルムのTD方向の中心から、TD方向のA方向と反対の方向(B方向)の650mm位置におけるフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さ
RSmC:1400mm幅フィルムのTD方向の中心におけるフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さ、である。
ここで、RSmA、RSmB、RSmCは、1400mm幅フィルム(フィルムの任意の位置における主配向軸方向をTD方向とし、その位置を中心(以下、TD方向中心とも言う。)として、TD方向に沿って2方向それぞれ700mm幅を採取し、1400mm幅としたフィルム)のTD方向の中心、中心からTD方向の任意の一方向(A方向)の650mmの位置、中心からTD方向のA方向と反対の方向(B方向)の650mmの位置の3点について長さ100mm×幅10mmの矩形サンプルを5個切り出し、それぞれの位置から採取したその5個のサンプルについて測定した値の平均値である。
(I)式を満たすということは、1400mm幅フィルムのTD方向中心位置におけるィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さと、TD方向中心からTD方向に650mmの位置におけるフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さ差が小さいことを意味する。すなわち、1400mm幅フィルムは幅方向で均一な表面形状を有している。これにより、フィルムに溶液を塗布して乾燥する工程、その後の延伸工程においてフィルムに加わる乾燥時のフィルムから塗布した樹脂への収縮応力伝搬、延伸時のフィルムから塗布した樹脂への延伸応力伝搬が幅方向で均一になる。さらにフィルムから樹脂を剥離する際に樹脂にかかる応力が幅方向で均一になることで、光学フィルムの幅方向における機能の均一性を向上させることが可能となる。TD方向表面形状均一性の観点から、(I)’式を満たすことがさらに好ましい。
|(RSmA+RSmB)/2−RSmC|≦20 ・・・(I)’
本発明のポリエステルフィルムが、(I)式を満たす方法は特に限定されないが、例えば、フィルム製膜中のボーイングを低減させる方法が挙げられる。具体的には、幅方向延伸後に一旦ポリエステルのガラス転移温度以下に冷却した後熱処理する方法、幅方向延伸後にニップロールを設ける方法、熱処理を複数のゾーンに分けて段階的に昇温・降温する方法、幅方向に温度分布を設けて熱処理ゾーンに導く方法、熱処理室でも幅方向に微延伸する方法などがある。
本発明のポリエステルフィルムは、フィルム表面のスキューネスRSkが0.5以上2.0以下であることが好ましい。ここでいうスキューネスRSkはJIS B 0601(2001年)にしたがって求められるものであり、表面の凹凸部の形状をあらわすものである。RSkが正に大きい場合には、尖った鋭角の凸部と丸みを帯びた凹部から構成された表面形状であることをあらわす。一方、RSkが負に大きい場合には、丸みを帯びた凸部と尖った鋭角の凹部から構成される表面形状であることをあらわす。RSkが0.5未満の場合、フィルム表面の凹部が過度に鋭角となるため、光学フィルム用樹脂組成物に対するアンカー効果が強くなりすぎることから、光学フィルム用樹脂組成物の重剥離化が顕著となる。一方で、RSkを0.5以上2.0以下とすることにより、適切な程度のアンカー効果を示す表面構造が得られるとともに、フィルムを延伸した際の表面構造の保持性も良好となる。また、RSkが2.0より大きい場合には、フィルム表面が軽剥離化するとともに、耐擦過性が低下し、フィルム表面にキズがつきやすくなる場合がある。好ましくは、0.7以上1.8以下である。上記特性範囲については、例えば先述のボーイングを低減させる方法などによって成される。
本発明のポリエステルフィルムは、光学フィルム製造用に用いられ、特に、位相差フィルム製造時に、ポリエステルフィルムは伸長された状態で離型性を有することが求められる。しかしながら、ポリエステルフィルムの表層部が伸長に追従できない場合は、フィルム表面に微小な亀裂が生じる場合があり、RSkは低下してしまう。そのため、本発明のポリエステルフィルムは、長手方向に10%伸長した後のフィルム表面のスキューネスRSkが0.5以上2.0以下であると、10%伸長後も離型性に優れ、また離型安定性に優れるため好ましい。長手方向に10%伸長した後のフィルム表面のスキューネスRSkは、好ましくは、0.7以上1.8以下である。長手方向に10%伸長した後のフィルム表面のスキューネスRSkが0.5未満の場合は、10%延伸等でフィルム表面に微細な亀裂が入っている場合があり、剥離安定性に劣ったり、剥離の際に光学フィルム用樹脂組成物にフィルム表面形状が転写する場合がある。
RSkは具体的には、以下の方法により求められる。図1における基準長さ(Lr)において、粗さ曲線の高さをzとしてz=Z(x)で表したとき、下記式(2)で示すように、Z(x)の三乗をx=0〜Lrまで積分して得た値をRqの三乗で除算することによる求められる。ここでRqはJIS B 0601(2001年)にしたがって求められる表面粗さのパラメータであり、Z(x)の二乗の平均値として求められる値である。すなわち、x=0〜Lrまでの範囲を測定したときには、下記式(3)で示すように、Z(x)の二乗をx=0〜Lrまで積分して得た値をLrで除算した値の平方根としてRqを得る。
Figure 2016089150
Figure 2016089150
本発明のポリエステルフィルムにおいて、フィルム表面のRSkを上記の好ましい範囲にする方法としては、例えば、上記特性範囲については、例えば先述のボーイングを低減させる方法などよって成される。
本発明のポリエステルフィルムは、150℃におけるフィルムMD方向の10%伸張時応力が5MPa以上30MPa以下、150℃におけるフィルムMD方向の熱収縮率が5%以下、及びフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さRSmが20μm以上70μm以下である、といった物性を同時に満足することが非常に重要である。
上記の様な構成を満たすために本発明のポリエステルフィルムは、好ましくはポリエステルA層とポリエステルB層とを有する積層フィルム構成とし、ポリエステルA層(ポリエステルB層よりも融点が高い)が、少なくとも一方の最外層に位置する構成であることが好ましい。なお、本発明において、ポリエステルA層と、ポリエステルB層とを有する積層フィルムの場合、融点の高い方の層をポリエステルA層とする。
本発明のポリエステルフィルムは、融点の高いA層と融点がA層よりも低いB層とを有することにより、A層が剛直な層として、幅方向の物性均一性を満たすことを容易にし、さらには光学フィルム用樹脂組成物を溶解した溶液に対する耐薬品性の向上に寄与する。一方、B層が運動性の高い層として、150℃におけるフィルムMD方向の10%伸張時応力を5MPa以上30MPa以下とすることが容易にでき、光学フィルム用樹脂組成物と基材との積層体の延伸を可能とすることで、単膜構成に比べて容易にこれらを両立することができる。
また、フィルムのカール抑制の観点から、本発明のポリエステルフィルムは、ポリエステルA層とポリエステルB層とを有する積層ポリエステルフィルムの場合、A層/B層/A層の3層構成であることが好ましい。
本発明のポリエステルフィルムにおいて、ポリエステルA層とポリエステルB層とを有する積層フィルムの場合、150℃におけるフィルムMD方向の10%伸張時応力が5MPa以上30MPa以下、150℃におけるMD方向の熱収縮率が5%以下、及びフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さRSmが20μm以上70μm以下、を同時に満足するためのポリエステルA層、ポリエステルB層の好ましい態様としては、下記のような構成が挙げられる。
本発明のポリエステルフィルムは、表面の静摩擦係数が1.2以下であることが好ましい。フィルム表面の静摩擦係数を上記範囲とすると、表面に光学フィルム用樹脂組成物を溶解した溶液を塗布した際、表面上を光学フィルム用樹脂組成物を溶解した溶液がスムーズに流動しレベリングすることが可能となり、離型性を良好とすることができる。特に、光学フィルムが位相差フィルムである場合、得られた位相差フィルムの位相差ムラを小さくできる。表面の静摩擦係数が大きいと、表面上に塗布された溶液の流動性が悪くなり、レベリングが悪化し位相差ムラの発生や、離型性を悪化させる要因となる。表面の静摩擦係数は、より好ましくは1.0以下であり、0.8以下であるとさらに好ましい。フィルム表面の静摩擦係数を1.2以下とする方法としては、先述のボーイングを低減させる方法やフィルム表面を構成する樹脂に粒子を添加する方法などが挙げられる。フィルム表面を構成する樹脂に粒子を含有せしめる場合、フィルム表面を構成する樹脂に含有する粒子の含有量が多いほど、フィルム表面を構成する樹脂表面の静摩擦係数は低くなる。一方、フィルム表面を構成する樹脂に含有する粒子の含有量が多すぎると、位相差樹脂フィルム表面に粒子の凹凸が転写し、位相差樹脂が低光沢化することにより離型後の位相差樹脂の外観に影響を与える 可能性がある。そのため、フィルム表面を構成する樹脂に粒子を含有せしめて静摩擦係数を1.2以下にする場合、粒子径0.5μm以上5.0μm未満の粒子を、フィルム最外層を構成する全成分100質量%に対し0.02質量%以上0.50質量%以下含有せしめることが好ましい。より好ましくは、粒子径0.5μm以上5.0μm未満の粒子を、フィルム最外層を構成する全成分100質量%に対し0.04質量%以上0.40質量%以下。なおここでいう粒子径とは、数平均粒子径のことをあらわす。 ポリエステルA層のグリコール成分として、エチレングリコール成分を90モル%以上99モル%未満含有し、ジエチレングリコール成分、1,4−シクロヘキサンジメタノール成分、ネオペンチルグリコールの少なくとも1種類以上を1モル%以上10モル%未満含有し、ジカルボン酸成分として、90モル%以上がテレフタル酸であることが好ましい。さらに好ましくは、グリコール成分として、エチレングリコール成分を95モル%以上99モル%未満含有し、ジエチレングリコール成分、1,4−シクロヘキサンジメタノール成分、ネオペンチルグリコール成分の少なくとも1種類以上を1モル%以上5モル%未満含有し、ジカルボン酸成分として、95モル%以上がテレフタル酸成分、さらに好ましくは、上記グリコール成分に、ジカルボン酸成分の98モル%以上がテレフタル酸成分であることが好ましい。
ポリエステルB層のグリコール成分として、エチレングリコール成分を80モル%以上95モル%未満含有し、ジエチレングリコール成分、1,4−シクロヘキサンジメタノール成分、ネオペンチルグリコール成分の少なくとも1種類以上を5モル%以上20モル%未満含有し、ジカルボン酸成分として、90モル%以上がテレフタル酸成分であることが好ましい。さらに好ましくは、グリコール成分として、エチレングリコール成分を85モル%以上95モル%未満含有し、ジエチレングリコール成分、1,4−シクロヘキサンジメタノール成分、ネオペンチルグリコール成分の少なくとも1種類以上を5モル%以上15モル%未満含有し、ジカルボン酸成分として、95モル%以上がテレフタル酸成分、さらに好ましくは、上記グリコール成分に、ジカルボン酸成分の98モル%以上がテレフタル酸成分であることが好ましい。
次に本発明のポリエステルフィルムの具体的な製造方法の例について記載するが、本発明はかかる例に限定して解釈されるものではない。
ポリエステルA層とポリエステルB層とを有する積層ポリエステルフィルムを例にとると、まず、ポリエステルA層に使用するポリエステルAとして、ポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と1,4−シクロヘキサンジメタノール共重合ポリエチレンテレフタレート樹脂(b)を所定の割合で計量する。また、ポリエステルB層に使用するポリエステルBとして、ポリエチレンテレフタレート樹脂(c)と1,4−シクロヘキサンジメタノール共重合ポリエチレンテレフタレート樹脂(d)を所定の割合で計量する。
そして、混合したポリエステル樹脂をベント式二軸押出機に供給し溶融押出する。この際、押出機内を流通窒素雰囲気下で、酸素濃度を0.7体積%以下とし、樹脂温度は265℃〜295℃に制御することが好ましい。ついで、フィルターやギヤポンプを通じて、異物の除去、押出量の均整化を各々行い、Tダイより冷却ドラム上にシート状に吐出する。その際、高電圧を掛けた電極を使用して静電気で冷却ドラムと樹脂を密着させる静電印加法、キャスティングドラム温度をポリエステル樹脂のガラス転移点〜(ガラス転移点−20℃)にして押出したポリマーを粘着させる方法、もしくは、これらの方法を複数組み合わせた方法により、シート状ポリマーをキャスティングドラムに密着させ、冷却固化し、未延伸フィルムを得る。これらのキャスト法の中でも、ポリエステルを使用する場合は、生産性や平面性の観点から、静電印加する方法が好ましく使用される。
本発明のポリエステルフィルムは、耐熱性、寸法安定性の観点から二軸配向フィルムとすることが好ましい。二軸配向フィルムは、未延伸フィルムを長手方向次いで幅方向に延伸する逐次二軸延伸方法により、または、フィルムの長手方向、幅方向をほぼ同時に延伸していく同時二軸延伸方法などにより延伸を行うことで得ることができる。
かかる延伸方法における延伸倍率とは、長手方向に、好ましくは2.8倍以上3.8倍以下、さらに好ましくは3.1倍以上3.5倍以下が採用される。また、延伸速度は1000%/分以上200000%/分以下であることが望ましい。また長手方向の延伸温度は、70℃以上90℃以下とすることが好ましい。また、幅方向の延伸倍率としては、好ましくは3.1倍以上4.5倍以下、さらに好ましくは3.5倍以上4.2倍以下が採用される。また、150℃におけるフィルムMD方向の10%伸張時応力を5MPa以上30MPa以下としつつ、フィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さRSmが20μm以上70μm以下、を満足するために、幅方向の延伸は複数ゾーンに分けて段階的に昇温しながら延伸する方法が好ましく、例えば延伸温度前半を90℃以上120℃以下、延伸中盤温度を100℃以上130℃以下、さらに延伸後半温度を110℃以上150℃以下で、延伸前半温度、延伸中盤温度、延伸後半温度の順に温度を高くしていく方法が挙げられる。
さらに、二軸延伸の後にフィルムの熱処理を行う。熱処理はオーブン中、加熱したロール上など従来公知の任意の方法により行うことができる。この熱処理は120℃以上ポリエステルの結晶融解ピーク温度以下の温度で行われるが、好ましくは200℃以上240℃以下であり、210℃以上235℃以下であればさらに好ましく、215℃以上230℃以下であれば最も好ましい。ここで好ましい熱処理温度とは、二軸延伸後に行う熱処理温度の中で最も高温となる温度を示す。また、熱処理時間は特性を悪化させない範囲において任意とすることができ、好ましくは5秒以上60秒以下、より好ましくは10秒以上40秒以下、最も好ましくは15秒以上30秒以下で行うのがよい。また、150℃におけるフィルムMD方向の10%伸張時応力を5MPa以上30MPa以下、及びフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さRSmが20μm以上70μm以下、を満足するために、熱処理を複数のゾーンに分けて段階的に昇温・降温する方法や、熱処理工程で幅方向に微延伸する方法が好ましく採用される。例えば、熱処理前半温度を180℃以上210℃以下で幅方向に1%以上10%以下、好ましくは3%以上10%以下微延伸し、熱処理中盤温度を200℃以上240℃以下で幅方向に1%以上10%以下、好ましくは3%以上10%以下微延伸し、熱処理後半温度を150℃以上200℃未満とする方法が挙げられる。熱処理後半温度は熱収縮率を低くするために1%以上10%以下弛緩しながら実施することも好ましい。
(1)ポリエステルの組成
ポリエステル樹脂およびフィルムをヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)に溶解し、H−NMRおよび13C−NMRを用いて各モノマー残基成分や副生ジエチレングリコールについて含有量を定量することができる。積層フィルムの場合は、積層厚みに応じて、フィルムの各層を削り取ることで、各層単体を構成する成分を採取し、評価することができる。なお、本発明のフィルムについては、フィルム製造時の混合比率から計算により、組成を算出した。
(2)ポリエステルの固有粘度
ポリエステル樹脂およびフィルムの固有粘度は、ポリエステルをオルトクロロフェノールに溶解し、オストワルド粘度計を用いて25℃にて測定した。積層フィルムの場合は、積層厚みに応じて、フィルムの各層を削り取ることで、各層単体の固有粘度を評価することができる。
(3)フィルム厚み、層厚み
フィルムをエポキシ樹脂に包埋し、フィルム断面をミクロトームで切り出した。該断面を透過型電子顕微鏡(日立製作所製TEM H7100)で5000倍の倍率で観察し、フィルム厚みおよびポリエステル層の厚みを求めた。
(4)融点
示差走査熱量計(セイコー電子工業製、RDC220)を用い、JIS K7121−1987、JIS K7122−1987に準拠して測定および、解析を行った。ポリエステルフィルムを5mg、サンプルに用い、25℃から20℃/分で300℃まで昇温した際のDSC曲線より得られた吸熱ピークの頂点の温度を融点とした。なお、積層フィルムの場合は、積層厚みに応じて、フィルムの各層を削り取ることで、各層単体の融点を測定することができる。本発明において、ポリエステルA層とポリエステルB層とを有する積層ポリエステルフィルムの場合は、各層の融点を測定し、融点の高い層をポリエステルA層、低い方の層をポリエステルB層とした。
(5)結晶融解前の微小吸熱ピーク温度(Tmeta)
示差走査熱量計(セイコー電子工業製、RDC220)を用い、JIS K7121−1987、JIS K7122−1987に準拠して測定および、解析を行った。ポリエステルフィルムを5mg、サンプルに用い、25℃から20℃/分で300℃まで昇温した際の結晶融解ピークの前に現れる微小の吸熱ピーク温度をTmetaとして読み取った。
(6)1400mm幅フィルムの主配向軸(TD)
フィルムの任意の点において100mm×100mmの寸法でサンプルを切り出し、KSシステムズ製(現王子計測機器)のマイクロ波分子配向計MOA−2001A(周波数4GHz)を用い、ポリエステルフィルムの面内の主配向軸を求め、TD方向とした。
(7)150℃におけるフィルムMD方向の10%伸張時応力
フィルムをMD方向に長さ150mm×幅10mmの矩形に切り出したサンプルとした。引張試験機(オリエンテック製テンシロンUCT−100)を用いて、初期張力チャック間距離50mmとし、引張速度を300mm/分としてフィルムのMD方向に引張試験を行った。測定は予め150℃に設定した恒温槽中にフィルムサンプルをセットし、90秒間の予熱の後で引張試験を行った。サンプルが10%伸張したとき(チャック間距離が55mmとなったとき)のフィルムにかかる荷重を読み取り、試験前の試料の断面積(フィルム厚み×10mm)で除した値を10%伸張時応力とした。なお、測定は、フィルムの任意の位置における主配向軸方向をTD方向とし、該位置を中心(TD方向中心)として、TD方向に沿って2方向それぞれ700mm幅を採取し、1400mm幅としてフィルムのTD方向の中心、中心からTD方向の任意の一方向(A方向)の650mmの位置、中心からTD方向のA方向と反対の方向(B方向)の650mmの位置の3点についてそれぞれ5回ずつ行い、その15個の値の平均値を150℃におけるフィルムMD方向10%伸張時応力とした。
(8)MD方向熱収縮率(150℃)
フィルムをMD方向に長さ150mm×幅10mmの矩形に切り出しサンプルとした。サンプルに100mmの間隔(中央部から両端に50mmの位置)で標線を描き、3gの錘を吊るして150℃に加熱した熱風オーブン内に30分間設置し加熱処理を行った。熱処理後の標線間距離を測定し、加熱前後の標線間距離の変化から下記式により熱収縮率を算出した。なお、評価は、フィルムの任意の位置における主配向軸方向をTD方向とし、該位置を中心(TD方向中心)として、TD方向に沿って2方向それぞれ700mm幅を採取し、1400mm幅としたTD方向の中心、中心からTD方向の任意の一方向(A方向)の650mmの位置、中心からTD方向のA方向と反対の方向(B方向)の650mmの位置の3点についてそれぞれ5回ずつ行い、その15個の値の平均値を150℃におけるフィルムMD方向の熱収縮率とした。
熱収縮率(%)={(加熱処理前の標線間距離)−(加熱処理後の標線間距離)}/(加熱処理前の標線間距離)×100
(9)静摩擦係数
ASTM D1894B(1963)に従い、スリップテスターを用いて、静止摩擦係数を測定した。
(10)RSm、RSk、10%伸長時のRSk
菱化システム社製、非接触表面・層断面形状計測システム、VertScan2.0を用いて測定した。測定条件は下記のとおり。5サンプルについて測定を実施し、その平均値をRSm、RSkとする。
測定長さ(Lr:基準長さ):1252μm
レンズ:10倍
10%伸長時のRSkについては、引張試験機(オリエンテック社製テンシロンUCT−100)を用いて、長手方向および幅方向に切り出した幅10mmのサンプルフィルムをチャック間長さ50mm(初期試料長)となるようにセットし、温度150℃、湿度65%RHの条件に設定した恒温層中で60秒間の予熱後、引張速度300mm/分で引張し、1.1倍に伸張したサンプルを未延伸サンプルのRSkの測定方法と同様にして測定を行った。長手方向に切り出したサンプルフィルムを1.1倍に伸長した5サンプルについてRSkの測定を実施し、10%伸長時のRSkとした。
また(1)式については、1400mm幅フィルムのTD方向の中心のフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さRS(RSmC)、1400mm幅フィルムのTD方向の中心からTD方向の任意の一方向(A方向)の650mmの位置におけるフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さRS(RSmA)、1400mm幅フィルムのTD方向の中心からTD方向のA方向と反対の方向(B方向)の650mmの位置におけるフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さRS(RSmB)の測定を行い(それぞれ5回測定の平均値を採用)、式(I)の左辺の算出を行った。
|(RSmA+RSmB)/2−RSmC|≦25 ・・・(I)。
(11)成型加工性
1400mm幅のポリエステルフィルム表面に、ポリアリレート/MEK分散体をダイコーターにて塗工・乾燥を行った。(乾燥温度:150℃、乾燥時間:1分、巻出張力:200N/m、巻取張力:100N/m、乾燥後のポリアリレート厚みは25μm)。その後、ポリアリレートが塗布されたポリエステルフィルムを、熱風オーブンに投入し、長手方向に一軸延伸を行った(オーブン温度:150℃、幅方向フリー)。フィルムの延伸性(成型加工性)について、下記の基準で評価を行った。
A:延伸張力1200N/m未満で、1.1倍延伸が可能であった。
B:延伸張力1200N/m以上1500N/m未満で、1.1倍延伸が可能であった。
C:延伸張力1500N/mで1.1倍延伸ができなかった。
(12)光学フィルムの離型性
(11)で得られたポリアリレート塗布一軸延伸ポリエステルフィルムから、幅方向の中心について、長さ、幅とも200mmに切り出した。これを各水準につき10個作成し、ポリアリレート層を剥離し、下記の基準で評価を行った。
A:10個全て問題なく剥離できた。
B:やや抵抗はあったが、10個全て剥離できた。
C1:剥がれないものがあった。
C2:切り出した時に剥がれてしまったものがあった。
(13)光学フィルムの幅方向均一性
(11)で得られたポリアリレート塗布一軸延伸ポリエステルフィルムから、ポリアリレート層を剥離し、幅方向の中心、中心から幅方向の任意の一方向(A方向)の650mmの位置、中心から幅方向のA方向と反対の方向(B方向)の650mmの位置の3点について、面内レタデーションを測定し、下記の基準で評価を行った。なお、レタデーションは、新王子計測器製自動複屈折計(KOBRA−21ADH)を用いて測定を行った。
A:3点測定したレタデーションの最大値と最小値の差が10nm未満であった。
B:3点測定したレタデーションの最大値と最小値の差が10nm以上20nm未満であった。
C:3点測定したレタデーションの最大値と最小値の差が20nm以上であった。
(ポリエステルの製造)
製膜に供したポリエステル樹脂は以下のように準備した。
(ポリエステルA)
ジカルボン酸成分としてテレフタル酸成分が100モル%、グリコール成分としてエチレングリコール成分が100モル%であるポリエチレンテレフタレート樹脂(固有粘度0.65)。
(ポリエステルB)
1,4−シクロヘキサンジメタノールがグリコール成分に対し33モル%共重合された共重合ポリエステル(イーストマン・ケミカル社製 GN001)を、シクロヘキサンジメタノール共重合ポリエステルとして使用した(固有粘度0.75)。
(ポリエステルC)
ジカルボン酸成分としてテレフタル酸成分が100モル%、グリコール成分としてエチレングリコール成分が70モル%、ネオペンチルグリコール成分が30モル%であるネオペンチルグリコール共重合ポリエチレンテレフタレート樹脂(固有粘度0.75)。
(ポリエステルD)
ジカルボン酸成分としてテレフタル酸成分が100モル%、グリコール成分としてエチレングリコール成分が85モル%、ジエチレングリコール成分が15モル%であるジエチレングリコール共重合ポリエチレンテレフタレート樹脂(固有粘度0.65)。
(ポリエステルE)
ジカルボン酸成分としてテレフタル酸成分が82.5モル%、イソフタル酸成分が17.5モル%、グリコール成分としてエチレングリコール成分が100モル%であるイソフタル酸共重合ポリエチレンテレフタレート樹脂(固有粘度0.70)。
(粒子マスターA)
ポリエステルA中に数平均粒子径1.2μmの凝集シリカ粒子を粒子濃度2質量%で含有したポリエチレンテレフタレート粒子マスター(固有粘度0.65)。
(粒子マスターB)
ポリエステルA中に数平均粒子径2.3μmの凝集シリカ粒子を粒子濃度2質量%で含有したポリエチレンテレフタレート粒子マスター(固有粘度0.65)。
(実施例1)
組成を表の通りとして、原料をそれぞれ酸素濃度を0.2体積%とした別々のベント同方向二軸押出機に供給し、A層押出機シリンダー温度を270℃、B層押出機シリンダー温度を277℃で溶融し、A層とB層合流後の短管温度を277℃、口金温度を280℃で、Tダイより25℃に温度制御した冷却ドラム上にシート状に吐出した。その際、直径0.1mmのワイヤー状電極を使用して静電印加し、冷却ドラムに密着させA層/B層/A層からなる3層未延伸フィルムを得た。次いで、長手方向への延伸前に加熱ロールにてフィルム温度を上昇させ、延伸温度85℃で長手方向に3.1倍延伸し、すぐに40℃に制御した金属ロールで冷却した。
次いでテンター式横延伸機にて延伸前半温度95℃、延伸中盤温度105℃、延伸後半温度140℃で幅方向に3.7倍延伸し、そのままテンター内にて、熱処理前半温度200℃、熱処理中盤温度225℃で熱処理を行った。このとき、熱処理前半で幅方向に5%微延伸を行い、さらに熱処理中盤で幅方向に3%微延伸を行いながら熱処理を施した。その後、熱処理後半温度180℃で、幅方向に3%のリラックスを掛けながら熱処理を行い、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(実施例2)
熱処理前半で幅方向に3.0%微延伸を行い、熱処理中盤で幅方向に1.5%微延伸を行った以外は、実施例1と同様にしてフィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(実施例3)
厚みを50μmに変更した以外は、実施例1と同様にして厚み50μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(実施例4)
熱処理中盤温度を215℃に変更した以外は、実施例1と同様にして、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(実施例5)
組成を表の通りに変更した以外は実施例1と同様にして、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルを得た。
(実施例6)
組成を表の通りに変更した以外は実施例1と同様にして、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルを得た。
(実施例7)
組成を表の通りに変更した以外は実施例1と同様にして、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(実施例8)
組成を表の通りに変更した以外は実施例1と同様にして、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(実施例9)
熱処理中盤温度を235℃に変更した以外は、実施例1と同様にして、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(実施例10)
組成を表の通りに変更し、熱処理中盤温度215℃、熱処理後半温度180℃で、幅方向に3%のリラックスを掛けながら熱処理を行った後に、冷却温度110℃で幅方向に0.6%のリラックスをかけながら冷却処理した以外は実施例1と同様にして、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(比較例1)
熱処理前半および熱処理中盤で微延伸を行わなかったこと以外は実施例1と同様にして、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(比較例2)
組成を表の通りに変更し、熱処理前半および熱処理中盤で微延伸を行わなかったこと以外は実施例1と同様にして厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(比較例3)
組成を表の通りに変更した以外は、実施例1と同様にして、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(比較例4)
組成を表の通りに変更した以外は、実施例1と同様にして、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(比較例5)
延伸後半温度を120℃とした以外は、実施例1と同様にして、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
(比較例6)
組成を表の通りに変更した以外は、実施例1と同様にして、フィルム厚み75μmの二軸配向ポリエステルフィルムを得た。
Figure 2016089150
Figure 2016089150
Figure 2016089150
表中の略語の意味は以下の通りである。
EG:エチレングリコール
CHDM:1,4−シクロヘキサンジメタノール
DEG:ジエチレングリコール
NPG:ネオペンチルグリコール
TPA:テレフタル酸
IPA:イソフタル酸
本発明により、光学フィルム用樹脂組成物と基材との積層体をロール状のまま延伸することが可能で、異物巻き込みやキズの発生が少なく、離型性に優れた、生産性の高い光学フィルムの製造を実現するための基材として用いることができる光学フィルム製造用ポリエステルフィルムを提供することができる。
1 粗さ曲線

Claims (6)

  1. 150℃におけるフィルムMD方向の10%伸張時応力が5MPa以上30MPa以下、150℃におけるフィルムMD方向の熱収縮率が5%以下であり、かつフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さRSmが20μm以上70μm以下である光学フィルム製造用ポリエステルフィルム。
  2. ポリエステルA層とポリエステルA層より融点の低いポリエステルB層とを有する積層ポリエステルであって、ポリエステルA層が少なくとも一方の最外層に位置する(1)に記載の光学フィルム製造用ポリエステルフィルム。
  3. フィルム表面の静摩擦係数が1.2以下である、請求項1または2のいずれかに記載の離型フィルム。
  4. フィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さRSmについて(I)を満たすことを特徴とする請求項1〜3に記載の光学フィルム製造用ポリエステルフィルム。
    |(RSmA+RSmB)/2−RSmC|≦25 ・・・(I)
    但し、RSmA:1400mm幅フィルムのTD方向の中心から、TD方向の任意の一方向(A方向)の650mmの位置におけるフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さ
    RSmB:1400mm幅フィルムのTD方向の中心から、TD方向のA方向と反対の方向(B方向)の650mm位置におけるフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さ
    RSmC:1400mm幅フィルムのTD方向の中心におけるフィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さ
  5. フィルム表面のスキューネスRSkが0.5以上、2.0以上である請求項1〜4のいずれかに記載の光学フィルム製造用ポリエステルフィルム。
  6. 長手方向に10%伸張した後のフィルム表面のスキューネスRSkが0.5以上、2.0以下である請求項1〜5のいずれかに記載の光学フィルム製造用ポリエステルフィルム。
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