JP2016182744A - 機能性フィルムおよび機能性フィルムの製造方法 - Google Patents

機能性フィルムおよび機能性フィルムの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】量子ドットフィルム等に好適に用いられる光拡散層を有する機能性フィルム、および、この機能性フィルムを用いる波長変換フィルムを提供する。
【解決手段】
基板と、基板の一方の面に形成される、無機層および無機層の下地となる有機層の組み合わせを、1組以上、有する第1機能層と、第1機能層の基板とは逆側の面に形成される機能層側表面層と、基板のバリア層の形成面とは逆側の面に形成される光拡散層と、光拡散層の表面に形成される、支持体および粘着層を有する拡散層側表面層とを有することにより、この課題を解決する。
【選択図】図1

Description

本発明は、
良好な光拡散性および密着性を発揮する機能性フィルム、および、この機能性フィルムを用いる波長変換フィルムに関する。
液晶表示装置(以下、LCDともいう)は、消費電力が小さく、省スペースの画像表示装置として、年々、その用途が広がっている。また、近年では、LCDに対する性能改善として、さらなる省電力化、色再現性向上等が求められている。
LCDのバックライトに対する省電力化の要求に対応して、光利用効率を高め、また、色再現性を向上するために、入射光の波長を変換して出射する量子ドットを利用することが提案されている。
量子ドットとは、三次元全方向において移動方向が制限された電子の状態のことであり、半導体のナノ粒子が、高いポテンシャル障壁で三次元的に囲まれている場合に、このナノ粒子は量子ドットとなる。量子ドットは種々の量子効果を発現する。例えば、電子の状態密度(エネルギー準位)が離散化される、いわゆる量子サイズ効果が発現する。この量子サイズ効果によれば、量子ドットの大きさを変化させることで、光の吸収波長・発光波長を制御できる。
一般に、このような量子ドットは、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂からなるバインダに分散されて量子ドット層とされ、例えば、波長変換を行う波長変換フィルムとして、バックライトと液晶パネルとの間に配置されて用いられる。
バックライトから量子ドット層に励起光が入射すると、量子ドットが励起されて蛍光を発光する。ここで異なる発光特性を有する量子ドットを用いることで、赤色光、緑色光、青色光の半値幅の狭い光を発光させて白色光を具現化することができる。量子ドットによる蛍光は半値幅が狭いため、波長を適切に選択することで得られる白色光を高輝度にしたり色再現性に優れる設計にしたりすることが可能である。
ところで、量子ドットは、水分や酸素により劣化しやすく、光酸化反応により発光強度が低下するという問題がある。そのため、量子ドット層の両面にガスバリアフィルムを積層して量子ドット層を保護することが行われている。
例えば、特許文献1には、LCD等に用いられるバックライトユニットとして、量子ドット層(量子ドット層)を2枚のガスバリアフィルムで挟持することにより量子ドットを保護する、積層型の波長変換フィルム(量子ドットフィルム)が記載されている。
また、特許文献1には、量子ドット層を挟むガスバリアフィルムとして、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の樹脂フィルムを基板として、基板の上に酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム等のガスバリア性を発現する酸化物層を形成した構成が記載されている。
さらに、特許文献1には、量子ドット層とは別の部分に、光拡散層(散乱粒子を有する層)を設けることも記載されている。
一方、優れたガスバリア性を有するガスバリアフィルムとして、特許文献2に記載されるような、基板の上に、無機層と、無機層の下地となる有機層との組み合わせを、1組以上、形成してなる、有機無機積層型のガスバリアフィルムが知られている。
有機無機積層型のガスバリアフィルムにおいて、主にガスバリア性を発現するのは、無機層である。有機無機積層型のガスバリアフィルムでは、下地となる有機層を有することにより、割れや損傷等の無い高品位な無機層を形成することができる。そのため、無機層の性能を十分に発現して、非常に優れたガスバリア性が得られる。
従って、量子ドット層を有機無機積層型のガスバリアフィルムで挟持することにより、より好適に、水分による量子ドット層の劣化を防止できることが期待される。
特表2013−544018号公報 特開2011−167967号公報
本発明者らは、特許文献1に示されるように、量子ドット層とは別に光拡散層を設けることは、量子ドット層から出射される光量を増加させることにつながり、これによりLCDの輝度を向上できると予想し、検討を重ねた。
その結果、量子ドット層を有する波長変換フィルムに光拡散層を設けることにより、光拡散層がない場合と比べて、輝度の向上が可能となることが判明した。このような輝度の向上を達成することができれば、LCDにより高輝度の鮮明な画像を表示することや、一定輝度を達成するための量子ドットの使用量の低減による低コスト化の達成、量子ドット層の薄層化によるバックライトユニットの薄型化が期待できる。
ガスバリアフィルムで量子ドット層を挟持する構成では、より確実に量子ドットを水分から守るために、特許文献1にも示されるように、ガスバリア層を量子ドット層側に向けて、ガスバリアフィルムで量子ドット層を挟持する。すなわち、特許文献1に記載されるガスバリアフィルムであれば、酸化物層を内側に向けて量子ドット層を挟持し、特許文献2に記載されるガスバリアフィルムであれば、有機無機の積層構造を内側に向けて量子ドット層を挟持する。
従って、この場合、光拡散層は、一方のガスバリアフィルムの基板の、ガスバリア層の形成面とは逆側の面に形成される。
ところが、本発明者らの検討によれば、特に無機層によってガスバリア性を発現するガスバリアフィルムでは、基板のガスバリア層の形成面と逆側の面に光拡散層を形成すると、無機層が損傷してしまい、ガスバリアフィルムが目的とするガスバリア性を発現できなくなる場合が、多々、生じる。
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、光拡散性を有し、さらに、優れたガスバリア性等の目的とする機能を安定して発現できる機能性フィルム、および、この機能性フィルムの製造方法を提供することにある。
この課題を解決するために、本発明の機能性フィルムの第1の態様は、基板と、
基板の一方の面に形成される、無機層および無機層の下地となる有機層の組み合わせを、1組以上、有する第1機能層と、
第1機能層の基板とは逆側の面に形成される機能層側表面層と、
基板の第1機能層の形成面とは逆側の面に形成される光拡散層と、
光拡散層の表面に形成される、支持体および粘着層を有する拡散層側表面層とを有することを特徴とする機能性フィルムを提供する。
また、本発明の機能性フィルムの第2の態様は、基板と、
基板の一方の面に形成される、無機層および無機層の下地となる有機層の組み合わせを、1組以上、有する第1機能層と、
第1機能層の基板とは逆側の面に形成される第2機能層と、
基板の第1機能層の形成面とは逆側の面に形成される光拡散層と、
光拡散層の表面に形成される、支持体および粘着層を有する拡散層側表面層とを有することを特徴とする機能性フィルムを提供する。
このような本発明の機能性フィルムの第2の態様において、第2機能層が密着層であるのが好ましい。
また、本発明の機能性フィルムの第3の態様は、基板と、基板の一方の面に形成される、無機層および無機層の下地となる有機層の組み合わせを、1組以上、有する第1機能層と、基板の第1機能層の形成面とは逆側の面に形成される光拡散層と、光拡散層の表面に形成される支持体および粘着層を有する拡散層側表面層とを有する機能性フィルム、および、ガスバリアフィルムを用い、
機能性フィルムの拡散層側表面層を外側にして、機能性フィルムとガスバリアフィルムとで、量子ドット層を挟持したことを特徴とする機能性フィルムを提供する。
このような本発明の機能性フィルムの第3の態様において、ガスバリアフィルムが、基板と、基板の一方の面に形成される、無機層および無機層の下地となる有機層の組み合わせを、1組以上、有するものであり、基板が外側となるのが好ましい。
また、機能性フィルムと量子ドット層との間、および、ガスバリアフィルムと量子ドット層との間の少なくとも一方に、密着層を有するのが好ましい。
さらに、本発明の機能性フィルムの製造方法は、基板の一方の面に、無機層および無機層の下地となる有機層の組み合わせを、1組以上、有する第1機能層を形成する工程、
第1機能層の基板とは逆側の面に機能層側表面層を形成する工程、
機能層側表面層を形成した後、基板の第1機能層側の形成面とは逆側の面に光拡散層を形成する工程、および、
光拡散層の表面に、粘着層および支持体を有する拡散層側表面層を形成する工程を有することを特徴とする機能性フィルムの製造方法を提供する。
このような本発明の機能性フィルムの製造方法において、さらに、機能層側表面層を剥離する工程を有するのが好ましい。
また、さらに、第1機能層の基板とは逆側の面に第2機能層を形成する工程を有するのが好ましい。
また、第2機能層が密着層であるのが好ましい。
また、さらに、第1機能層を形成した側の最表面に、量子ドット層となる組成物を塗布し、組成物の表面にガスバリアフィルムを積層する工程、もしくは、ガスバリアフィルムの表面に量子ドット層となる組成物を塗布し、第1機能層を組成物に向けて、組成物の表面に機能性フィルムを積層する工程、および、組成物を硬化する工程を有するのが好ましい。
また、ガスバリアフィルムが、基板と、基板の一方の面に形成される、無機層および無機層の下地となる有機層と組み合わせの1組以上とを有するものであり、有機層および無機層の形成面が組成物側となるのが好ましい。
また、ガスバリアフィルムが、最表面に密着層を有するのが好ましい。
また、さらに、拡散層側表面層を剥離する工程を有するのが好ましい。
本発明によれば、光拡散性を有し、さらに、ガスバリア性等の目的とする機能を安定して発現する機能性フィルムが得られる。
本発明の機能性フィルムの一例を概念的に示す図である。 本発明の機能性フィルムの別の例を概念的に示す図である。 本発明の機能性フィルムの別の例を概念的に示す図である。
以下、本発明の機能性フィルムおよび機能性フィルムの製造方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に、詳細に説明する。
図1に、本発明の機能性フィルムをガスバリアフィルムに利用した一例を、概念的に示す。
なお、本発明の機能性フィルムは、ガスバリアフィルムに限定はされない。すなわち、本発明の機能性フィルムは、光拡散性を要求されるものであれば、特定の波長の光を透過するフィルタや光反射防止フィルムなどの各種の光学フィルム等、公知の機能性フィルムに、各種、利用可能である。
ここで、本発明の機能性フィルムは、光拡散層の上に拡散層側表面層を有し、この拡散層側表面層を有することにより、後述するロール・トゥ・ロール(以下、RtoRとも言う)によって巻き取った場合等であっても、拡散層側表面層が保護層として作用するために、光拡散層に起因して無機層が損傷することを防止できる。この点に関しては、後述する。
そのため、本発明の機能性フィルムは、無機層の損傷による性能劣化が大きいガスバリアフィルムには、より好適に利用される。
図1に示すガスバリアフィルム10は、基本的に、基板12と、基板12の一方の面に形成される、有機層14と、無機層16と、第1保護フィルム18とを有する。さらに、ガスバリアフィルム10は、基板12の無機層16等の形成面と逆側の面に形成される、光拡散層20と、第2保護フィルム28とを有する。
後述するが、有機層14は、無機層16の下地となる層であり、有機層14と、無機層16とで、本発明における第1機能層(ガスバリア層)を構成する。従って、無機層16の上に形成される第1保護フィルム18は、本発明における機能層表面層である。なお、無機層16の上とは、すなわち、無機層16の基板12側とは逆側の面の表面である。
また、光拡散層20の上に形成される第2保護フィルム28は、本発明における拡散層側表面層である。従って、第2保護フィルム28は、支持体26と粘着層24とを有する。なお、光拡散層20の上とは、すなわち、光拡散層20の基板12側とは逆側の面の表面である。
図1に示すガスバリアフィルム10は、有機層14と無機層16との組み合わせを、1組、有するものである。しかしながら、本発明の機能性フィルムは、これ以外にも、各種の構成が利用可能である。
例えば、有機層14と無機層16との組み合わせを、2組有してもよい。あるいは、有機層14と無機層16との組み合わせを、3組以上有してもよい。
あるいは、基板12の表面に無機層16を有し、その上に、有機層14と無機層16との組み合わせを、1組以上、有する構成であってもよい。
すなわち、本発明の機能性フィルムにおいて、基板12の一方の面に形成される第1機能層は、無機層16と無機層16の下地となる有機層14との組み合わせを、1組以上、有し、かつ、最上層すなわち第1保護フィルム(機能層側表面層)の下層が無機層となるものであれば、各種の構成が利用可能である。
ガスバリアフィルム10において、基板12は、各種のガスバリアフィルムや各種の積層型の機能性フィルムにおいて基板(支持体)として利用されている、公知のシート状物が、各種、利用可能である。
基板12としては、具体的には、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアミド(PA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリトニトリル(PAN)、ポリイミド(PI)、透明ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ABS、環状オレフィン・コポリマー(COC)、シクロオレフィンポリマー(COP)、および、トリアセチルセルロース(TAC)などの、各種の樹脂材料からなるフィルム(樹脂フィルム)が、好適に例示される。
本発明においては、このようなフィルムの表面に、保護層、接着層、光反射層、反射防止層、遮光層、平坦化層、緩衝層、応力緩和層等の、必要な機能を発現する層(膜)が形成されているものを、基板12として用いてもよい。
基板12の厚さは、ガスバリアフィルム10の用途や形成材料等に応じて、適宜、設定すればよい。
本発明者らの検討によれば、基板12の厚さは、5〜100μmが好ましく、10〜50μmがより好ましい。
基板12の厚さを、上記範囲とすることにより、ガスバリアフィルム10の機械的強度を十分に確保すると共に、ガスバリアフィルム10の軽量化、薄手化、可撓性等の点で好ましい。また、基板12の厚さを、上記範囲とすることにより、本発明の機能性フィルムを量子ドットフィルム等に利用した際に、薄手化を図ることができる。
ガスバリアフィルム10において、基板12の上には、有機層14を有する。
有機層14は、有機化合物からなる層で、基本的に、有機層14となるモノマやオリゴマを重合(架橋)したものである。
基板12の有機層14は、ガスバリアフィルム10において主にガスバリア性を発現する無機層16を適正に形成するための、下地層として機能する。
このような有機層14を有することにより、基板12(あるいは下層の無機層16)の表面の凹凸や、基板12の表面に付着している異物等を包埋して、無機層16の成膜面を、無機層16の成膜に適した状態にできる。これにより、基板12の表面の凹凸や異物の影のような、無機層16となる無機化合物が着膜し難い領域を無くし、基板の表面全面に、隙間無く、適正な無機層16を成膜することが可能になる。
ガスバリアフィルム10において、有機層14の形成材料には、限定はなく、公知の有機化合物が、各種、利用可能である。
具体的には、ポリエステル、(メタ)アクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン、透明フッ素樹脂、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、セルロースアシレート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、脂環式ポリオレフィン、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、フルオレン環変性ポリカーボネート、脂環変性ポリカーボネート、フルオレン環変性ポリエステル、アクリル化合物、などの熱可塑性樹脂、ポリシロキサンや、その他の有機ケイ素化合物の膜が好適に例示される。これらは、複数を併用してもよい。
中でも、ガラス転移温度や強度に優れる等の点で、ラジカル硬化性化合物および/またはエーテル基を官能基に有するカチオン硬化性化合物の重合物から構成された有機層14は、好適である。
中でも特に、屈折率が低い、透明性が高く光学特性に優れる等の点で、アクリレートおよび/またはメタクリレートのモノマやオリゴマの重合体を主成分とするアクリル樹脂やメタクリル樹脂は、有機層14として好適に例示される。
その中でも特に、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート(DPGDA)、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート(TMPTA)、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート(DPHA)などの、2官能以上、特に3官能以上のアクリレートおよび/またはメタクリレートのモノマやオリゴマの重合体を主成分とするアクリル樹脂やメタクリル樹脂は、好適に例示される。また、これらのアクリル樹脂やメタクリル樹脂を、複数、用いるのも好ましい。
有機層14の厚さは、有機層14の形成材料や基板12に応じて、適宜設定すればよい。本発明者らの検討によれば、有機層14の厚さは、0.5〜5μmとするのが好ましく、1〜3μmとするのがより好ましい。
有機層14の厚さを0.5μm以上とすることにより、基板12の表面の凹凸や、基板12の表面に付着した異物を包埋して、有機層14の表面すなわち無機層16の成膜面を平坦化できる。
また、有機層14の厚さを5μm以下とすることにより、有機層14が厚すぎることに起因する、有機層14のクラックや、ガスバリアフィルム10のカール等の問題の発生を、好適に抑制することができる。
なお、前述のように、複数の有機層14を有する場合は、各有機層14の厚さは、同じでも、互いに異なってもよい。また、各有機層14の形成材料は、同じでも異なってもよい。
無機層16は、無機化合物からなる層である。
ガスバリアフィルム10において、無機層16は、目的とするガスバリア性を、主に発現するものである。
無機層16の形成材料には、限定はなく、ガスバリア性を発現する無機化合物からなる層が、各種、利用可能である。
具体的には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化インジウムスズ(ITO)などの金属酸化物; 窒化アルミニウムなどの金属窒化物; 炭化アルミニウムなどの金属炭化物; 酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸化窒化炭化ケイ素などのケイ素酸化物; 窒化ケイ素、窒化炭化ケイ素などのケイ素窒化物; 炭化ケイ素等のケイ素炭化物; これらの水素化物; これら2種以上の混合物; および、これらの水素含有物等の、無機化合物からなる膜が、好適に例示される。また、これらの2種以上の混合物も、利用可能である。
特に、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、これらの2種以上の混合物は、透明性が高く、かつ、優れたガスバリア性を発現できる点で、好適に利用される。中でも特に、窒化ケイ素は、優れたガスバリア性に加え、透明性も高く、好適に利用される。
無機層16の膜厚は、形成材料に応じて、目的とするガスバリア性を発現できる厚さを、適宜、決定すればよい。本発明者らの検討によれば、無機層16の厚さは、10〜200nmが好ましく、15〜100nmがより好ましく、20〜75nmが特に好ましい。
無機層16の厚さを10nm以上とすることにより、十分なガスバリア性能を安定して発現する無機層16が形成できる。また、無機層16は、一般的に脆く、厚過ぎると、割れやヒビ、剥がれ等を生じる可能性が有るが、無機層16の厚さを200nm以下とすることにより、割れが発生することを防止できる。
なお、前述のように、複数の無機層16を有する場合には、各無機層16の厚さは、同じでも異なってもよい。また、各無機層16の形成材料は、同じでも異なってもよい。
ガスバリアフィルム10において、最上層の無機層16の上には、第1保護フィルム18が積層される。
第1保護フィルム18は、最上層の無機層16の上側すなわち無機層16の表面側において、無機層16を保護するためのものである。
なお、無機層16と、第1保護フィルム18および後述する密着層30との間には、必要に応じて、帯電防止層、反射防止層、アンチニュートンリング層などが設けられてもよい。
第1保護フィルム18は、ガスバリアフィルム等の機能性フィルムの保護フィルム(保護層)として利用される公知のものが、各種、利用可能である。
また、第1保護フィルム18は、通常、ガスバリアフィルム10を使用する際に、最終的に剥離される。従って、第1保護フィルム18は、無機層16に対して、必要な粘着性と共に、良好な剥離性を有するのが好ましい。
このような第1保護フィルム18としては、基板12で例示した樹脂フィルム等の表面に粘着層を形成してなるフィルムが例示される。
粘着層には、特に限定はなく、例えば、粘着フィルムに利用されている公知の粘着剤からなる粘着層が、各種、利用可能である。具体的には、エチレン−酢酸ビニル共重合体系粘着材、ポロオレフィン系粘着材、アクリル系粘着材、ゴム系粘着材、ウレタン系粘着材、シリコン系粘着材、紫外線硬化型粘着材等、公知の粘着材を用いる粘着層が、各種、利用可能である。
また、第1保護フィルム18は、ガスバリアフィルム等の機能性フィルムにおいて保護フィルムとして利用される、各種の市販の粘着フィルムも、好適に利用可能である。
第1保護フィルム18の厚さは、ガスバリアフィルム10の用途や第1保護フィルム18に要求される保護性能等に応じて、適宜、決定すればよい。
本発明者らの検討によれば、20〜100μmが好ましく、30〜70μmがより好ましい。
第1保護フィルム18の厚さを20μm以上とすることにより、無機層16を好適に保護できる、基板12の逆側の面に形成される光拡散層20に第2保護フィルム20を貼り付ける際にシワになることを防止できる等の点で好ましい。
第1保護フィルム18の厚さを100μm以下とすることにより、ガスバリアフィルム10が不要に厚くなることを防止できる、ガスバリアフィルム10を軽量化できる、ガスバリアフィルム10を巻き取った際のロールの小径化を図れる等の点で好ましい。
無機層16と第1保護フィルム18との粘着力は、ガスバリアフィルム10の用途や無機層16の強度等に応じて、第1保護フィルム18が不要に剥離することがなく、かつ、無機層16を損傷することなく剥離できる粘着力であればよい。
本発明者らの検討によれば、無機層16と第1保護フィルム18の粘着力は0.02〜0.06N/25mmが好ましい。
第1保護フィルム18の粘着力を0.02N/25mm以上とすることにより、第1保護フィルム18が不要に剥離することを好適に防止できる等の点で好ましい。
第1保護フィルム18の粘着力を0.06N/25mm以下とすることにより、無機層16に負担をかけずに第1保護フィルム18を剥離できる等の点で好ましい。
なお、本発明において、粘着力は、JIS Z 0237 2009の180°剥離試験方法に準じて測定すればよい。
ガスバリアフィルム10において、基板12の、有機層14、無機層16および第1保護フィルム18の形成面とは逆側の面には、光拡散層20が形成される。
ガスバリアフィルム10は、光拡散層20を有することにより、後述する量子ドットフィルム等において、量子ドット層に入射する励起光量や量子ドット層から出射される光量を増加させることにつながり、これによりLCD等の輝度を向上できる。
光拡散層20は、バインダ(マトリックス)に光拡散剤を分散してなるものである。
バインダとしては、バインダに光拡散剤を分散してなる光拡散層に利用されている各種のものが利用可能である。すなわち、光拡散層20において、バインダの屈折率n1と光拡散剤の屈折率n2とが、n1>n2の関係を満たすものであれば、バインダは公知の各種の材料が利用可能である。
具体的には、生産性等の観点から、光散乱粒子およびバインダとなる重合性化合物を含む重合性組成物(硬化性組成物)の硬化層として光散乱層を形成することが好ましい。
重合性化合物としては、n1<n2を満たすように波長変換層を形成する材料の屈折率を考慮して市販品または公知の方法で合成したものの中から適切な重合性化合物を選択して用いればよい。
好ましい重合性化合物としては、例えば、エチレン性不飽和結合を末端および側鎖の少なくとも一方に有する化合物、および/または、エポキシ基もしくはオキセタン基を末端および側鎖の少なくとも一方に有する化合物を挙げることができ、特に、エチレン性不飽和結合を末端および側鎖の少なくとも一方に有する化合物がより好ましい。エチレン性不飽和結合を末端および側鎖の少なくとも一方に有する化合物の具体例としては、(メタ)アクリレート系化合物、アクリルアミド系化合物、スチレン系化合物、無水マレイン酸等が挙げられ、(メタ)アクリレート系化合物が好ましく、アクリレート系化合物がより好ましい。(メタ)アクリレート系化合物としては、(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレートやポリエステル(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート等が好ましい。スチレン系化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、4−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、4−ヒドロキシスチレン、4−カルボキシスチレン等が好ましい。
また、アクリレート系化合物としてフルオレン骨格を有する化合物を用いることも好ましい。そのような化合物の具体例としては、WO2013/047524A1に記載の式(2)で表される化合物が挙げられる。
また、バインダの好ましい一例として、アクリルポリマを主鎖とし、側鎖に末端がアクリロイル基のウレタンポリマおよび末端がアクリロイル基のウレタンオリゴマの少なくとも一方を有する、分子量が10000〜3000000で、二重結合当量が500g/mol以上であるグラフト共重合体を用いて形成されるバインダが例示される。このようなグラフト共重合体は、例えば大成ファインケミカル株式会社製の紫外線硬化型ウレタンアクリルポリマ(アクリット8BRシリーズ)等の市販品を用いてもよい。
本発明において、ポリマ(樹脂/高分子材料)の重量平均分子量(Mw)は、公知の方法で測定すればよい。一例として、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)によって、ポリスチレン(PS)換算の分子量として測定すればよい。ポリマ等の重量平均分子量は、カタログ等に記載された数値を利用してもよい。
二重結合当量も、公知の方法で測定すればよい。また、二重結合当量も、カタログ等に記載された数値を利用してもよい。
光拡散層20は、このようなバインダに、光拡散剤を分散してなるものである。
光拡散剤は、バインダと屈折率が異なるものであれば、公知の光拡散剤(光拡散粒子)が利用可能である。具体的には、バインダと同様、光拡散層20において、バインダの屈折率n1と光拡散剤の屈折率n2とが、n1>n2の関係を満たすものであれば、公知の各種の光拡散剤が利用可能である。
従って、光拡散剤は、有機粒子であってもよく、無機粒子であってもよく、有機無機複合粒子であってもよい。例えば、有機粒子としては、合成樹脂粒子を使用することができる。具体例としては、シリコーン樹脂粒子、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などの(メタ)アクリル樹脂粒子、ナイロン樹脂粒子、スチレン樹脂粒子、ポリエチレン粒子、ウレタン樹脂粒子、ベンゾグアナミン粒子等が挙げられる。
好適な屈折率を有する粒子の入手容易性の観点からはシリコーン樹脂粒子、アクリル樹脂粒子が好ましい。中でも、低屈折率で、かつ、バインダとなるグラフト共重合体との密着性が良好である等の点で、シリコーン樹脂粒子は、好適に利用される。
また、光拡散剤は、中空構造を有する粒子も使用できる。
光拡散剤は、市販品も好適に利用可能である。
一例として、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製のシリコーン樹脂粒子のトスパールシリーズ等が例示される。
光拡散剤の粒径には、特に限定はなく、光拡散剤の屈折率、光拡散剤とバインダとの屈折率差等に応じて、適宜、設定すればよい。
本発明者らの検討によれば、光拡散剤の粒径は、0.5μm以上が好ましく、0.5〜30μmが好ましく、2〜20μmがより好ましい。
光拡散剤の粒径を0.5μm以上とすることにより、良好な光拡散効果を得られる等の点で好ましい。
なお、光拡散剤の粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)での観察で求めればよい。あるいは、光拡散剤の粒径は、カタログ等に記載された数値を利用してもよい。
光拡散剤は、粒径(大きさ)の異なる2種のものを用いてもよい。粒径の異なる2種の光拡散剤を用いることにより、量子ドットフィルムから照射する光の輝度を向上できる、内部散乱と外部散乱との比率を制御することでLCD等に利用した際に視野角に対する輝度の分布を調節できる等の点で好ましい。
ここで、粒径の異なる2種の光拡散剤を用いる場合には、小さい方の光拡散剤の粒径は、内部散乱性付与の点から、1〜5μmが好ましく、1.5〜4μmがより好ましい。また、大きい方の光拡散剤の粒径は、外部散乱性の付与およびアンチニュートンリング性付与の点から、8〜15μmが好ましく9〜12μmがより好ましい。
光拡散層20において、バインダの合計質量と光拡散剤の合計質量との比である『バインダ質量/光拡散剤質量』が0.1〜0.8であるのが好ましく、0.25〜0.66であるのがより好ましい。すなわち、本発明のガスバリアフィルム10においては、光拡散層20は、質量比で、バインダよりも光拡散剤の方が多いのが好ましい。
『バインダ質量/光拡散剤質量』を0.1以上とすることにより、光拡散層20の強度を向上できる、光拡散層20内での凝集剥離を防止できる等の点で好ましい。
『バインダ質量/光拡散剤質量』を0.8以下とすることにより、良好な光拡散性能を得られる等の点で好ましい。
光拡散層20の厚さは、バインダの形成材料や光拡散剤の種類等に応じて、目的とする光拡散性能や光拡散層の強度等を得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
本発明者らの検討によれば、光拡散層20の厚さは、5〜25μmが好ましく、7〜20μmがより好ましく、9〜18μmが特に好ましい。
光拡散層20の厚さを5μm以上とすることにより、良好な光拡散性能が得られる等の点で好ましい。
光拡散層20の厚さを25μm以下とすることにより、ガスバリアフィルム10が不要に厚くなることを防止できる、光透過率が高い光拡散層20が得られる、カールを抑制できる等の点で好ましい。
前述のように、光拡散層20は、バインダに光拡散剤を分散してなるものである。そのため、光拡散層20の表面(基板12と逆側の表面)は、ある程度の表面粗さを有する。
本発明者らの検討によれば、光拡散層20の表面粗さは、光拡散層に要求される光拡散性能、要求される第2保護フィルム28との粘着力等に応じて、適宜、決定すればよい。
本発明者らの検討によれば、光拡散層20の表面粗さRa(算術平均粗さRa)は1〜7μmが好ましく、2〜5μmがより好ましい。
光拡散層20の表面粗さRaを1μm以上とすることにより、良好な光拡散性能が得られる等の点で好ましい。
光拡散層20の表面粗さRaを7μm以下とすることにより、第2保護フィルム28との良好な粘着力を確保できる、ガスバリアフィルム10をロール状に巻き取った際における光拡散層20の凹凸の転写に起因する無機層16の損傷を防止できる、光の散乱性による視野角の依存度を制御できる等の点で好ましい。
なお、本発明において、表面粗さRaは、JIS B 0601(2001)に準拠して測定すればよい。
光拡散層20は、ある程度の硬度を有するのが好ましい。具体的には、鉛筆硬度でB〜2H程度の硬度を有するのが好ましい。
光拡散層20の硬度を上記範囲とすることにより、光拡散層20の機械的強度を十分にできる、後述する第2保護フィルム28を剥離する際に光拡散層20が剥離栗することを確実に防止できる、ガスバリアフィルム10のカールを防止できる等の点で好ましい。
光拡散層20の上には、第2保護フィルム28が設けられる。なお、光拡散層20の上とは、すなわち、光拡散層20の基板12側とは逆側の面の表面である。
本発明において、第2保護フィルム28(拡散層側表面層)は、支持体26の1面に粘着層24を設けたものである。第2保護フィルム28は、粘着層24を光拡散層20に貼着して設けられ、前述の第1保護フィルム18と同様、通常、最終的には光拡散層20から剥離される。従って、第2保護フィルム28も、光拡散層20に対して、必要な粘着性と共に、良好な剥離性を有するのが好ましい。
このような第2保護フィルム28は、基板12における無機層16等の形成面とは逆側の面から、無機層16を保護するものである。
前述のように、量子ドットは水分に弱いため、LCD等のバックライトとして利用する場合には、量子ドット層をガスバリアフィルムで挟持した量子ドットフィルムの形態で用いることが考えられている。また、量子ドットフィルムに光拡散層を設けることにより、量子ドット層から出射される光量を増加できる。
ガスバリアフィルムで量子ドット層を挟持する場合には、ガスバリア性を発現する無機層16を量子ドット層側に向ける。従って、光拡散層20は、基板12の、無機層16等の形成面とは逆側の面に形成される。
ここで、前述のように、光拡散層20は、バインダに光拡散剤を分散したものであり、ある程度の表面粗さ、すなわち、表面に凹凸を有する。そのため、間接的ではあるが、ガスバリアフィルム10が外部から押圧などの機械的な力を受けた際に、光拡散層20の表面の凹凸が、無機層16に局所的な負荷を掛けてしまい、無機層16を損傷してしまう。
また、ガスバリアフィルム10等の本発明の機能性フィルムは、いわゆるロール・トゥ・ロール(RtoR)によって製造するのが好ましい。また、RtoRによって製造されたガスバリアフィルム10等の本発明の機能性フィルムは、やはり、RtoRで扱われるのが通常である。
周知のように、RtoRとは、長尺な被成膜材料をロール状に巻回してなる材料ロールから、被成膜材料を送り出し、被成膜材料を長手方向に搬送しつつ成膜を行い、成膜済の被成膜材料をロール状に巻回する製造方法である。
ガスバリアフィルム10等、光拡散層20を有するフィルムが巻き取られると、いわゆる巻き締まりによって、無機層16は、両面から光拡散層20の表面の凹凸による局所的な負荷を受けることになり、無機層16が損傷し易い。
さらに、後述するが、ガスバリアフィルム10は、第1保護フィルム18を剥離して密着層等の第2機能層を形成される。第2機能層も無機層16の保護層として作用するが、樹脂フィルム等を有する第1保護フィルム18に比して、保護機能は弱いため、無機層16の損傷は、より大きな問題となる。
加えて、量子ドットフィルム等に利用されるガスバリアフィルムでは、量子ドットフィルムを薄くするために、前述のように基板12の厚さが好ましくは5〜100μm、より好ましくは10〜50μmと、非常に薄くなっているので、光拡散層20の凹凸に起因する無機層16の損傷は、より大きな問題になる。
これに対して、本発明のガスバリアフィルム10は、拡散層20の上に、粘着層24と支持体26とを有する第2保護フィルム28を有する。
そのため、光拡散層20の表面の凹凸が粘着層24を有する第2保護フィルム28に覆われるので、第1保護フィルム18を剥離してロール状に巻回した場合であっても、光拡散層20の凹凸が無機層16に与える局所的な負荷を大幅に低減して、無機層16が損傷することを防止できる。
さらに、前述のように、量子ドットフィルム等に利用されるガスバリアフィルムでは、基板が薄く、光拡散層20を形成した状態でも、剛性が弱く、RtoRでの処理に対して十分なハンドリング性を有さない場合有る。これに対して、本発明のガスバリアフィルム10は、第2保護フィルム28を有することにより、第2保護フィルム28がガスバリアフィルム10の補助的な支持体としても作用するので、基板12が薄い場合でも、良好なハンドリング性を確保できる。
本発明のガスバリアフィルム10において、第2保護フィルム28の支持体26は、各種のフィルム状物(シート状物)が利用可能である。具体的には、基板12で例示した各種の樹脂フィルム等が、好適に例示される。
ここで、ガスバリアフィルム10においては、第1保護フィルム18のヤング率が、第2保護フィルム28の支持体26のヤング率よりも低いのが好ましい。なお、第1保護フィルム18が、樹脂フィルム等と粘着層とから構成される場合には、第1保護フィルム18の樹脂フィルム等のヤング率が、支持体26のヤング率よりも低いのが好ましい。
第1保護フィルム18のヤング率を、支持体26のヤング率よりも低くすることにより、第1保護フィルム18を貼り付ける際や第1保護フィルム18を剥離する際に、無機層16に掛かる応力を減少でき、無機層16の損傷を防止できる等の点で好ましい。
支持体26の厚さは、支持体26の形成材料や、支持体26に要求される剛性等に応じて、適宜、決定すればよい。
本発明者らの検討によれば、支持体26の厚さは20〜100μmが好ましく、20〜70μmがより好ましい。
支持体26の厚さを20μm以上とすることにより、無機層16をより確実に保護できる、第2保護フィルム28のカールを防止して適正にロール状に巻き取ることができる、第1保護フィルム18を剥離した際に機械的強度を付与できる等の点で好ましい。
支持体26の厚さを100μm以下とすることにより、ガスバリアフィルム10が不要に厚くなることを防止できる、可撓性の良好なガスバリアフィルム10が得られる、ガスバリアフィルム10の軽量化を図れる、ガスバリアフィルム10をロール状に巻き取った際の小径化を図れる、製品に使用した際のデバイスの薄膜化や軽量化を図れる等の点で好ましい。
粘着層24は、特に限定はなく、例えば、各種の粘着フィルムに利用されている公知の粘着剤からなる粘着層が、各種、利用可能である。具体的には、エチレン−酢酸ビニル共重合体系粘着材、ポロオレフィン系粘着材、アクリル系粘着材、ゴム系粘着材、ウレタン系粘着材、シリコン系粘着材、紫外線硬化型粘着材等、公知の粘着材を用いる粘着層が、各種、利用可能である。
粘着層24の厚さは、粘着層24の形成材料や、第2保護フィルム28に要求される粘着力や無機層16の保護機能等に応じて、適宜、決定すればよい。
本発明者らの検討によれば、粘着層24の厚さは1〜25μmが好ましく、10〜25μmがより好ましい。
粘着層24の厚さを1μm以上とすることにより、光拡散層20の表面凹凸を好適に粘着層24に埋没できる、より確実に無機層16の損傷を防止できる等の点で好ましい。
粘着層24の厚さを25μm以下とすることにより、ガスバリアフィルム10が不要に厚くなることを防止できる、可撓性の良好なガスバリアフィルム10が得られる、ガスバリアフィルム10の軽量化を図れる、ガスバリアフィルム10をロール状に巻き取った際の小径化を図れる等の点で好ましい。
ここで、粘着層24の厚さは、光拡散層20の表面粗さRaよりも厚いのが好ましい。
このような構成を有することにより、光拡散層20の表面凹凸を好適に粘着層24に埋没して無機層16の保護能力を向上できる、粘着層24が光拡散層20の表面凹凸に追従することで好ましい粘着力が得られる等の点で好ましい。
第2保護フィルム28は、全光線透過率(波長400〜800nm)の平均値が85%以上であるのが好ましい。
後に詳述するが、ガスバリアフィルム10は、量子ドットフィルムにおいて、量子ドット層を挟持して、量子ドットが水分によって劣化するのを防止するのに用いられる。ここで、量子ドット層は、通常、光拡散層20側から紫外線を照射することによって、バインダを効果することで形成される。従って、第2保護フィルム28の紫外線透過率が低いと、量子ドット層を十分に効果出来ない場合が有る。
これに対して、第2保護フィルム28の全光線透過率の平均値を85%以上とすることにより、量子ドットフィルムの製造において、量子ドット層を確実に硬化して、適正な量子ドットフィルムを安定して製造することが可能になる。
さらに、第2保護フィルム28は、第2保護フィルム28同士の支持体26を接触させて動かした際の動摩擦力が1.5N/20mm以下であるのが好ましい。
量子ドット層の形成や密着層等の第2機能層の形成は、第1保護フィルム18を剥離して、ガスバリアフィルム10を長手方向に搬送しつつ塗布法によって行うのが好ましい。
RtoRによって行うのが好ましい。ここで、第2保護フィルム28の滑り性を上記のように高くすることにより、第1保護フィルム18を剥離したガスバリアフィルム10の搬送中に、ガスバリアフィルム10にシワ等が生じて、無機層16が損傷することを、好適に防止できる。
第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力は、光拡散層20のバインダ等に応じて、十分な粘着力で第2保護フィルム28を粘着でき、かつ、良好に剥離できる粘着力を、適宜、設定すればよい。
本発明者らの検討によれば、第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力は、0.1〜1N/25mmが好ましく、0.5〜1N/25mmがより好ましい。
第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力を0.1N/25mm以上とすることにより、第2保護フィルム28と光拡散層20とを確実に貼着して無機層16の損傷を好適に防止できる、第1保護フィルム18を剥離する際における第2保護フィルム28のシワの発生を防止できる等の点で好ましい。
第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力を1N/25mm以下とすることにより、好適な第2保護フィルム28の剥離性を確保できる、第2保護フィルム28の剥離時に無機層16に余分な負担が係ることを防止できる、第2保護フィルム28の剥離時に光拡散層20を剥離あるいは層間剥離してしまうことを防止できる等の点で好ましい。
本発明のガスバリアフィルム10においては、無機層16の損傷を、より確実に防止するためには、第2保護フィルム28の良好な剥離性を確保しつつも、光拡散層20の表面に、第2保護フィルム28を確実に貼着して、この貼着状態を維持できるのが好ましい。
ここで、第2保護フィルム28と光拡散層20との貼着の強さは、光拡散層20の表面の粗さ、粘着層24の厚さ、および、第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力に影響される。
すなわち、粘着層24が薄い場合には、粘着層24が光拡散層20の表面の凹凸に追従しにくい。従って、この場合には、光拡散層20の表面に、第2保護フィルム28を確実に貼着して維持するためには、第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力を大きくする必要が有る。逆に粘着層24が、表面の凹凸に十分に追従できる厚さを有する場合には、第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力は小さくてもよい。
また、光拡散層20の表面粗さが小さい場合には、粘着層24を薄く、および/または、第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力を小さくできる。逆に、光拡散層20の表面粗さが大きい場合には、粘着層24を厚く、および/または、第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力を大きくする必要が有る。
以上の点を考慮すると、本発明のガスバリアフィルム10は、下記式で示される粘着係数が0.01〜25であるのが好ましく、1〜7であるのがより好ましい。
粘着係数=(粘着力[N/25mm]×粘着層の厚さ[μm])/拡散層のRa[μm]
なお、上記式における粘着力とは、第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力である。また、拡散層のRaとは、光拡散層20の表面粗さRaである。
粘着係数を0.01以上とすることにより、第2保護フィルム28の貼着状態を保持して確実に無機層16を保護できる等の点で好ましい。
粘着係数を25以下とすることにより、第2保護フィルム28を容易かつ好適に剥離できる等の点で好ましい。
図2に、本発明の機能性フィルムの第2の態様をガスバリアフィルムに利用した一例を概念的に示す。
なお、図2に示すガスバリアフィルム30は、図1に示すガスバリアフィルム10と同じ部材を多く有するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる部位を主に行う。
図2に示すガスバリアフィルム30は、図1に示すガスバリアフィルム10の第1保護フィルム18に変えて、第2機能層としての密着層32を有するものである。
すなわち、ガスバリアフィルム30は、一例として、本発明の第1の態様の機能性フィルムである図1に示すガスバリアフィルム10から第1保護フィルム18を剥離して、無機層16の上に密着層32を形成することで作製される。
密着層32は、ガスバリアフィルム30を各種の部材や装置に貼着して使用する際に、ガスバリアフィルム30と、ガスバリアフィルム30が積層される対象との十分な密着性を得るためのものである。例えば、ガスバリアフィルム30を、量子ドットフィルムに用いる場合には、量子ドット層を形成するバインダとの間で、十分な密着性を得るためのものである。
密着層32は、ガスバリアフィルム30の用途に応じて、ガスバリアフィルム30の無機層16が貼着される部材との十分な密着力が得られるものが、各種、利用可能である。例えば、ガスバリアフィルム30を、量子ドットフィルムに用いる場合には、量子ドット層を形成するバインダとの間で、十分な密着性を得られる材料を用いればよい。
密着層32としては、一例として、シランカップリング剤が含有されてなるアクリレートモノマーやポリマーからなる層や、未反応のラジカル重合基を有するアクリレートポリマー、ウレタンアクリルポリマーや、硬膜後もOH基を有するアクリル酸モノマーあるいはポリマー等からなる層が例示される。
好ましい密着層32として、ウレタンポリマを主鎖とし、末端が(メタ)アクリロイル基である側鎖を有する、重量平均分子量が5000〜30000で、二重結合当量が300g/mol以上の紫外線硬化が可能なウレタンポリマ(以下、紫外線硬化可能なウレタンポリマとも言う)を用いて形成される密着層32が例示される。
また、密着層32を紫外線硬化可能なウレタンポリマを用いて形成する場合には、さらに、硬化性のウレタンポリエステルと、2以下の(メタ)アクリロイル基を含むリン酸化合物および/または1つの(メタ)アクリロイル基を含むシランカップリング剤とを用いて、密着層を形成するのが好ましい。
紫外線硬化可能なウレタンポリマは、公知の各種のものが利用可能である。また、大成ファインケミカル株式会社製の紫外線硬化型ウレタンポリマ(アクリット8UHシリーズ)等の市販品を用いてもよい。
硬化性のウレタンポリエステルも、公知の各種のものが利用可能である。また、東洋紡社製のバイロンUR1400などのバイロンURシリーズ等の市販品を用いてもよい。
2以下の(メタ)アクリロイル基を含有するリン酸化合物も、ビス[2−(メタクリロイルオキシ)エチル]等、公知の各種のものが利用可能である。また、日本化薬社製のKAYAMERシリーズ、ユニケミカル社製のPhosmerシリーズ等の市販品を用いてもよい。
さらに、1つの(メタ)アクリロイル基を含有するシランカップリング剤も、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等、公知の各種のものが利用可能である。また、信越シリコーン社製のKBM−5103、KBM−502、KBM−503、KBE−502、KBE−503等の市販品を用いてもよい。
密着層32の厚さは、密着層32の形成材料、ガスバリアフィルム30の厚さや大きさ、ガスバリアフィルムの用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
本発明者らの検討によれば、密着層32の厚さは、10〜1000nmが好ましく、50〜700nmがより好ましく、70〜500nmが特に好ましい。
密着層32の厚さを10nm以上とすることにより、無機層16を好適に保護できる等の点で好ましい。
密着層32の厚さを1000nm以下にすることにより、ガスバリアフィルム10が不要に厚くなることを防止できる、内部応力が低く保たれ高い密着性を実現できる等の点で好ましい。
なお、本発明の機能性フィルムにおいて、第2機能層は、密着層に限定されない。
第2機能層としては、具体的には、波長変換層、光取り出し層、有機エレクトロルミネッセンス層(有機EL層)、導電層等が例示される。
図3に、本発明の機能性フィルムの第3の態様を量子ドットフィルムに利用した一例を概念的に示す。
なお、図3に示す量子ドットフィルム34は、図1に示すガスバリアフィルム10および図2に示すガスバリアフィルム30と同じ部材を多く有するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる部位を主に行う。
量子ドットフィルム34は、前述の本発明の第2の態様の機能性フィルムである図2に示すガスバリアフィルム30と、ガスバリアフィルム36とで、量子ドット層38を挟持してなるものである。
ガスバリアフィルム36は、光拡散層20を有さない以外は、基本的に、ガスバリアフィルム30と同じ構成を有するものである。
量子ドットフィルム34は、密着層32を量子ドット層38に対面して、ガスバリアフィルム30とガスバリアフィルム36とで量子ドット層38を挟持して構成される。
なお、図3に示す量子ドットフィルム34は、好ましい態様として、共に密着層32を有するガスバリアフィルム30とガスバリアフィルム36とで量子ドット層38を挟持しているが、本発明は、これに限定はされない。
すなわち、密着層32を有さない2枚のガスバリアフィルムで、無機層16と量子ドット層38とを対面して、量子ドット層38を挟持してもよい。あるいは、密着層32を有するガスバリアフィルムと、密着層32を有さないガスバリアフィルムとで、無機層16および密着層32を量子ドット層38に対面して、量子ドット層38を挟持してもよい。
量子ドット層38は、量子ドットを、樹脂等のバインダ(マトリックス)に分散してなるものである。量子ドット層38は、入射した光の波長を変換して出射する機能を有するものである。
例えば、図示しないバックライトから出射された青色光が量子ドット層38に入射すると、量子ドット層38は、内部に含有する量子ドットの効果により、この青色光の少なくとも一部を赤色光あるいは緑色光に波長変換して出射する。
青色光とは、400nm〜500nmの波長帯域に発光中心波長を有する光であり、緑色光とは、500nm〜600nmの波長帯域に発光中心波長を有する光のことであり、赤色光とは、600nmを超え680nm以下の波長帯域に発光中心波長を有する光のことである。
なお、量子ドット層が発現する波長変換の機能は、青色光を赤色光あるいは緑色光に波長変換する構成に限定はされず、入射光の少なくとも一部を異なる波長の光に変換するものであればよい。
量子ドットは、少なくとも、入射する励起光により励起され蛍光を発光する。
量子ドット層に含有される量子ドットの種類には特に限定はなく、求められる波長変換の性能等に応じて、種々の公知の量子ドットを適宜選択すればよい。
量子ドット(量子ドット材料)については、例えば特開2012−169271号公報の段落番号[0060]〜[0066]を参照できるが、ここに記載されるものに限定はされない。また、量子ドットは、市販品を何ら制限なく用いることができる。量子ドットの発光波長は、通常、粒子の組成、サイズにより調整することができる。
量子ドットは、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。2種以上併用する場合は、発光の波長が異なる2種以上の量子ドットを使用してもよい。
具体的には、公知の量子ドットには、600nm〜680nmの範囲の波長帯域に発光中心波長を有する量子ドット(A)、500nm〜600nmの範囲の波長帯域に発光中心波長を有する量子ドット(B)、400nm〜500nmの波長帯域に発光中心波長を有する量子ドット(C)があり、量子ドット(A)は、励起光により励起され赤色光を発光し、量子ドット(B)は緑色光を、量子ドット(C)は青色光を発光する。例えば、量子ドット(A)と量子ドット(B)を含む量子ドット含有積層体へ励起光として青色光を入射させると、量子ドット(A)により発光される赤色光、量子ドット(B)により発光される緑色光と、量子ドット層を透過した青色光により、白色光を具現化することができる。または、量子ドット(A)、(B)、および(C)を含む量子ドット層に励起光として紫外光を入射させることにより、量子ドット(A)により発光される赤色光、量子ドット(B)により発光される緑色光、および量子ドット(C)により発光される青色光により、白色光を具現化することができる。
また、量子ドットとして、形状がロッド状で指向性を持ち偏光を発する、いわゆる量子ロッドを用いてもよい。
量子ドットは、バインダ中に均一に分散されるのが好ましいが、バインダ中に偏りをもって分散されてもよい。
量子ドット層38のバインダの種類としては、特に限定はなく、公知の量子ドット層で用いられる各種の樹脂を用いることができる。
例えば、ポリエステル系樹脂(例えば、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)、(メタ)アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂などが挙げられる。
あるいは、バインダとして、1以上の重合性基(架橋性基)を有する硬化性化合物(重合性化合物(重合性単量体))を硬化(重合/架橋)してなるものを用いることができる。なお、2つ以上の重合性基を有する硬化性化合物体は、それぞれの重合性基が同一であってもよいし、異なっていても良い。
重合性基の種類は、特に限定されないが、好ましくは、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、エポキシ基であり、より好ましくは、(メタ)アクリロイル基であり、さらに好ましくは、アクリロイル基である。すなわち、本発明において、量子ドット層のバインダは、(メタ)アクリル樹脂が好ましく、アクリル樹脂がより好ましい。
量子ドット層38は、具体的には、例えば、以下の第1の硬化性化合物と第2の硬化性化合物とを含む硬化性組成物を硬化してなる樹脂をバインダとして用いることができる。
第1の硬化性化合物は、2官能以上の(メタ)アクリレートモノマ、ならびにエポキシ基およびオキセタニル基からなる群から選択される官能基を2つ以上有するモノマからなる群から選択される1つ以上の化合物であるのが好ましい。
2官能以上の(メタ)アクリレートモノマのうち、2官能の(メタ)アクリレートモノマとしては、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルジ(メタ)アクリレート等が好ましい例として挙げられる。
また、2官能以上の(メタ)アクリレートモノマのうち、3官能以上の(メタ)アクリレートモノマとしては、ECH変性グリセロールトリ(メタ)アクリレート、EO変性グリセロールトリ(メタ)アクリレート、PO変性グリセロールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、EO変性リン酸トリアクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、PO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ(メタ)アクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールポリ(メタ)アクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等が好ましい例として挙げられる。
エポキシ基およびオキセタニル基からなる群から選択される官能基を2つ以上有するモノマとしては、例えば、脂肪族環状エポキシ化合物、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールSジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールSジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類;エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの脂肪族多価アルコールに1種または2種以上のアルキレンオキサイドを付加することにより得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル類;脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステル類;高級脂肪酸のグリシジルエステル類;エポキシシクロアルカンを含む化合物等が好適に用いられる。
エポキシ基およびオキセタニル基からなる群から選択される官能基を2つ以上有するモノマとして好適に使用できる市販品としては、ダイセル化学工業(株)のセロキサイド2021P、セロキサイド8000、シグマアルドリッチ社製の4−ビニルシクロヘキセンジオキシド等が挙げられる。これらは、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
また、エポキシ基およびオキセタニル基からなる群から選択される官能基を2つ以上有するモノマはその製法は問わないが、例えば、丸善KK出版、第四版実験化学講座20有機合成II、213〜、平成4年、Ed.by Alfred Hasfner,The chemistry of heterocyclic compounds−Small Ring Heterocycles part3 Oxiranes,John& Wiley and Sons,An IntersciencePublication,New York,1985、吉村、接着、29巻12号、32、1985、吉村、接着、30巻5号、42、1986、吉村、接着、30巻7号、42、1986、特開平11−100378号公報、特許第2906245号公報、特許第2926262号公報などの文献を参考にして合成できる。
第2の硬化性化合物は、分子中に水素結合性を有する官能基を有し、かつ、第1の硬化性化合物と重合反応できる重合性基を有する。
水素結合性を有する官能基としては、ウレタン基、ウレア基、またはヒドロキシル基等が挙げられる。
第1の硬化性化合物と重合反応できる重合性基としては、例えば、第1の硬化性化合物が2官能以上の(メタ)アクリレートモノマであるときは(メタ)アクリロイル基であればよく、第1の硬化性化合物がエポキシ基およびオキセタニル基からなる群から選択される官能基を2つ以上有するモノマであるときはエポキシ基またはオキセタニル基であればよい。
ウレタン基を含む(メタ)アクリレートモノマとしては、TDI、MDI、HDI、IPDI、HMDI等のジイソシアナートとポリ(プロピレンオキサイド)ジオール、ポリ(テトラメチレンオキサイド)ジオール、エトキシ化ビスフェノールA、エトキシ化ビスフェノールSスピログリコール、カプロラクトン変性ジオール、カーボネートジオール等のポリオール、および2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリシドールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等のヒドロキシアクリレートを反応させて得られるモノマ、オリゴマーであり、特開2002−265650号公報や、特開2002−355936号公報、特開2002−067238号公報等に記載の多官能ウレタンモノマを挙げることができる。具体的には、TDIとヒドロキシエチルアクリレートとの付加物、IPDIとヒドロキシエチルアクリレートとの付加物、HDIとペンタエリスリトールトリアクリレート(PETA)との付加物、TDIとPETAとの付加物を作り残ったイソシアナートとドデシルオキシヒドロキシプロピルアクリレートを反応させた化合物、6,6ナイロンとTDIの付加物、ペンタエリスリトールとTDIとヒドロキシエチルアクリレートの付加物等をあげることができるが、これに限定されるものではない。
ウレタン基を含む(メタ)アクリレートモノマとして好適に使用できる市販品としては、共栄社化学社製のAH−600、AT−600、UA−306H、UA−306T、UA−306I、UA−510H、UF−8001G、DAUA−167、新中村化学工業社製のUA−160TM、大阪有機化学工業社製の紫外線−4108F、紫外線−4117F等が挙げられる。これらは、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
ヒドロキシル基を含む(メタ)アクリレートモノマとしては、エポキシ基を有する化合物と(メタ)アクリル酸との反応により合成される化合物を挙げることができる。代表的なものは、エポキシ基を有する化合物により、ビスフェノールA型、ビスフェノールS型、ビスフェノールF型、エポキシ化油型、フェノールのノボラック型、脂環型に分類される。具体的な例としては、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンの付加物に(メタ)アクリル酸を反応させた(メタ)アクリレート、フェノールノボラックにエピクロロヒドリンを反応させ、(メタ)アクリル酸を反応させた(メタ)アクリレート、ビスフェノールSとエピクロロヒドリンの付加物に(メタ)アクリル酸を反応させた(メタ)アクリレート、ビスフェノールSとエピクロロヒドリンの付加物に(メタ)アクリル酸を反応させた(メタ)アクリレート、エポキシ化大豆油に(メタ)アクリル酸を反応させた(メタ)アクリレート等を挙げることができる。また、ヒドロキシル基を含む(メタ)アクリレートモノマとして他には、末端にカルボキシ基、またはリン酸基を有する(メタ)アクリレートモノマ等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
ヒドロキシル基を含む第2の硬化性化合物として好適に使用できる市販品としては、共栄社化学社製のエポキシエステル、M−600A、40EM、70PA、200PA、80MFA、3002M、3002A、3000MK、3000A、日本化成社製の4−ヒドロキシブチルアクリレート、新中村化学工業社製の単官能アクリレートA−SA、単官能メタクリレートSA、ダイセル・オルネクス社製の単官能アクリレートβ−カルボキシエチルアクリレート、城北化学工業社製のJPA−514等が挙げられる。これらは、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
第1の硬化性化合物と第2の硬化性化合物との質量比は10:90〜99:1であればよく、10:90〜90:10であることが好ましい。第2の硬化性化合物の含有量に対し第1の硬化性化合物の含有量が多いことも好ましく、具体的には(第1の硬化性化合物の含有量)/(第2の硬化性化合物の含有量)が2〜10であることが好ましい。
第1の硬化性化合物と第2の硬化性化合物とを硬化してなる樹脂をバインダとして用いる場合には、硬化性組成物として、さらに単官能(メタ)アクリレートモノマを含むことが好ましい。単官能(メタ)アクリレートモノマとしては、アクリル酸およびメタクリル酸、それらの誘導体、より詳しくは、(メタ)アクリル酸の重合性不飽和結合((メタ)アクリロイル基)を分子内に1個有するモノマを挙げることができる。それらの具体例として以下に化合物を挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。
メチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等のアルキル基の炭素数が1〜30であるアルキル(メタ)アクリレート;ベンジル(メタ)アクリレート等のアラルキル基の炭素数が7〜20であるアラルキル(メタ)アクリレート;ブトキシエチル(メタ)アクリレート等のアルコキシアルキル基の炭素数が2〜30であるアルコキシアルキル(メタ)アクリレート;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート等の(モノアルキルまたはジアルキル)アミノアルキル基の総炭素数が1〜20であるアミノアルキル(メタ)アクリレート;ジエチレングリコールエチルエーテルの(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールブチルエーテルの(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールモノメチルエーテルの(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールモノメチルエーテルの(メタ)アクリレート、オクタエチレングリコールのモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ノナエチレングリコールのモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールのモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ヘプタプロピレングリコールのモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールのモノエチルエーテル(メタ)アクリレート等のアルキレン鎖の炭素数が1〜10で末端アルキルエーテルの炭素数が1〜10のポリアルキレングリコールアルキルエーテルの(メタ)アクリレート;ヘキサエチレングリコールフェニルエーテルの(メタ)アクリレート等のアルキレン鎖の炭素数が1〜30で末端アリールエーテルの炭素数が6〜20のポリアルキレングリコールアリールエーテルの(メタ)アクリレート;シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、メチレンオキシド付加シクロデカトリエン(メタ)アクリレート等の脂環構造を有する総炭素数4〜30の(メタ)アクリレート;ヘプタデカフロロデシル(メタ)アクリレート等の総炭素数4〜30のフッ素化アルキル(メタ)アクリレート;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールのモノ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、オクタプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、グリセロールのモノまたはジ(メタ)アクリレート等の水酸基を有する(メタ)アクリレート;グリシジル(メタ)アクリレート等のグリシジル基を有する(メタ)アクリレート;テトラエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、オクタプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のアルキレン鎖の炭素数が1〜30のポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート;(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、アクリロイルモルホリン等の(メタ)アクリルアミドなどが挙げられる。
単官能(メタ)アクリレートモノマは第1の硬化性化合物と第2の硬化性化合物との総質量100質量部に対して、1〜300質量部含まれていることが好ましく、50〜150質量部含まれていることがより好ましい。
また、炭素数4〜30の長鎖アルキル基を有する化合物を含むことが好ましい。具体的には第1の硬化性化合物、第2の硬化性化合物、または単官能(メタ)アクリレートモノマの少なくともいずれかが、炭素数4〜30の長鎖アルキル基を有することが好ましい。上記長鎖アルキル基は炭素数12〜22の長鎖アルキル基であることがより好ましい。これにより、量子ドットの分散性が向上するからである。量子ドットの分散性が向上するほど、光変換層から出射面に直行する光量が増えるため、正面輝度および正面コントラストの向上に有効である。
炭素数4〜30の長鎖アルキル基を有する単官能(メタ)アクリレートモノマとしては、具体的には、ブチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、オレイル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリルアミド、オクチル(メタ)アクリルアミド、ラウリル(メタ)アクリルアミド、オレイル(メタ)アクリルアミド、ステアリル(メタ)アクリルアミド、ベヘニル(メタ)アクリルアミド等が好ましい。中でもラウリル(メタ)アクリレート、オレイル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートが特に好ましい。
また、硬化性化合物として、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、ペンタフルオロエチル(メタ)アクリレート、(パーフルオロブチル)エチル(メタ)アクリレート、パーフルオロブチル−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、(パーフルオロヘキシル)エチル(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート等のフッ素原子を有する化合物を含んでいてもよい。これらの化合物を含むことにより塗布性を向上させることができる。
量子ドット層38において、バインダの量には特に限定はなく、用いる硬化性化合物の種類や、量子ドット層38の厚さ等に応じて、適宜、設定すればよい。
本発明者らの検討によれば、量子ドット層38の全量100質量部に対して、バインダの量が90〜99.9質量部であることが好ましく、92〜99質量部であることがより好ましい。
量子ドット層38の厚さは特に限定は無いが、5〜200μmが好ましく、10〜150μmがより好ましい。
量子ドット層38の厚さを5μm以上とすることにより、良好な発光特性が得られる等の点で好ましい。
量子ドット層38の厚さを200μm以下とすることにより、量子ドットフィルム34が不要に厚くなることを防止できる、取り扱い性の良好な量子ドットフィルム34が得られる、凝集剥離がない量子ドット層38を形成できる等の点で好ましい。
以下、ガスバリアフィルム10、ガスバリアフィルム30および量子ドットフィルム34の製造方法を説明することにより、本発明の製造方法について説明する。
なお、以下の製造方法における各層の形成やフィルムの貼着等は、いずれも、長尺な基板12や支持体26等を用いて、RtoRによって行うのが好ましい。
図1に示すガスバリアフィルム10は、一例として、以下のように作製する。
まず、基板12に有機層14を形成する。
有機層14は、形成する有機層14に応じて、有機化合物からなる層を形成する公知の方法で形成(成膜)すればよい。一例として、塗布法が例示される。
すなわち、有機溶剤、有機層14となる有機化合物(モノマ、ダイマ、トリマ、オリゴマ、ポリマ等)、界面活性剤、シランカップリング剤などを含む塗布組成物を調製して、この塗布組成物を基板12に塗布する。次いで、塗布組成物を乾燥して、さらに、必要に応じて紫外線照射等によって有機化合物を重合(架橋)することで形成する。
また、有機層14を形成した後に、有機層14の表面に、有機層14を保護するための保護フィルムを貼着してもよい。
次いで、有機層14の上に、無機層16を形成する。
無機層16の成膜方法には、限定はなく、形成する無機層16に応じて、公知の無機層(無機膜)の形成方法が、各種、利用可能である。
具体的には、無機層16は、CCP−CVDやICP−CVD等のプラズマCVD、マグネトロンスパッタリングや反応性スパッタリング等のスパッタリング、真空蒸着などの気相成膜法によって形成すればよい。
なお、有機層14の表面に、有機層14を保護するための保護フィルムを貼着した場合には、この保護フィルムを剥離した後に、無機層16を形成する。
無機層16と下地となる有機層14との組み合わせを、複数、有する場合には、有機層14の形成と無機層16の形成とを、組み合わせの数に応じて繰り返し行う。
最表層の無機層16を形成したら、無機層16に第1保護フィルム18を貼着する。
ここで、RtoRによって無機層16を形成する場合には、最表層の無機層16の形成において、成膜室内で、形成した無機層16が他の部材に接触する前に、最表層の無機層16に第1保護フィルム18を貼着するのが好ましい。
最表層の無機層16に第1保護フィルム18を貼着したら、基板12の有機層14および無機層16の形成面と逆側の面に、光拡散層20を形成する。
光拡散層20は、光拡散層20に用いるバインダ等に応じて、有機化合物からなる層を形成する公知の方法で形成すればよい。
一例として、光拡散層20は、塗布法で形成すればよい。すなわち、有機溶剤と、バインダとなる化合物および光拡散剤を含有する塗布組成物を調製する。この塗布組成物には、必要に応じて、熱重合開始剤、界面活性剤、分散剤等を添加してもよい。次いで、この塗布組成物を基板12に塗布して、乾燥して、紫外線照射などの光照射や加熱等によって、バインダを硬化して、光拡散層20を形成する。
光拡散層20の表面粗さRaを調節は、一例として、塗布組成物におけるバインダと光拡散剤との量比を調節することによって行えばよい。
他方で、支持体26に粘着層24を形成して、第2保護フィルム28を作製する。
第2保護フィルム28は、粘着層24の形成材料に応じて、公知の方法で作製すればよい。一例として、塗布法が例示される。
すなわち、まず、支持体26となる樹脂フィルム等を用意する。一方で、有機溶剤に粘着層24となる化合物を分散あるいは溶解してなる塗布組成物を調製する。この塗布組成物には、必要に応じて、熱重合開始剤、界面活性剤、分散剤等を添加してもよい。
次いで、この塗布組成物を支持体26に塗布して、乾燥し、さらに、紫外線照射や加熱によって粘着層24となる化合物を硬化して、第2保護フィルム28とする。
第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力の調節は、一例として、粘着層24となる化合物を選択することで行えばよい。また、紫外線の照射量など、粘着層24となる化合物の硬化条件等を調節することでも、第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力を調節できる。
光拡散層20を形成し、また、第2保護フィルム28を作製したら、光拡散層20と粘着層24とを対面して、光拡散層20に第2保護フィルム28を積層して貼着し、ガスバリアフィルム10を作製する。
光拡散層20に第2保護フィルム28を積層して貼着する際には、必要に応じて、加圧や加熱を併用してもよい。
なお、RtoRによってガスバリアフィルム10を作製する場合には、光拡散層20の表面凹凸に起因する無機層16の損傷を防止するため、光拡散層20を形成した後、巻き取る前に、光拡散層20に第2保護フィルム28を積層、貼着して、ガスバリアフィルム10とした後に、巻き取るのが好ましい。
図2に示すガスバリアフィルム30は、一例として、以下のように作製する。
まず、前述のようにして作製したガスバリアフィルム10から、第1保護フィルム18を剥離する。次いで、無機層16の表面に密着層32を形成して、ガスバリアフィルム30を作製する。
密着層32は、密着層32の形成材料等に応じて、有機化合物からなる層を形成する公知の方法で形成すればよい。
一例として、密着層32は、塗布法で形成すればよい。すなわち、まず、有機溶剤と、密着層32となる化合物を含有する塗布組成物を調製する。この塗布組成物には、必要に応じて、熱重合開始剤等を添加してもよい。
次いで、この塗布組成物を、無機層16の表面に塗布し、塗布組成物を乾燥したのち、加熱や紫外線照射によって密着層32となる化合物を硬化することにより、密着層32を形成して、ガスバリアフィルム30を作製する。
図3に示す量子ドットフィルム34は、一例として、以下のように作製する。
前述のように作製したガスバリアフィルム30と、ガスバリアフィルム36とを用意する。ガスバリアフィルム36は、ガスバリアフィルム10および30の作製において、光拡散層20および第2保護フィルム28を形成しないことで作製すればよい。
一方で、バインダとなる硬化性化合物に量子ドットを分散して、量子ドット層38となる塗布組成物(重合性組成物)を調製する。この塗布組成物は、必要に応じて、光重合開始剤や界面活性剤等を含有してもよい。
ガスバリアフィルム30およびガスバリアフィルム36と、量子ドット層38となる塗布組成物とを用意したら、ガスバリアフィルム30の密着層32に、量子ドット層38となる塗布組成物を塗布する。
次いで、ガスバリアフィルム36を、密着層32を塗布組成物に対面させて積層する。
このようにして、量子ドット層38となる塗布組成物をガスバリアフィルム30とガスバリアフィルム36とで挟持したら、紫外線照射や加熱等によって、塗布組成物中のバインダとなる硬化性化合物を重合させて、量子ドット層38を形成し、量子ドットフィルム34を作製する。
本発明のガスバリアフィルム10および30や量子ドットフィルム34は、光拡散層20の上に第2保護フィルム28を有する。
そのため、本発明のガスバリアフィルム10および30や量子ドットフィルム34は、第1保護フィルム18の剥離、密着層32の形成、量子ドット層38の形成等をRtoRによって行っても、また、各種の用途への使用のための操作や処理等を行っても、表面に凹凸を有する光拡散層20に起因して、無機層16が損傷することを防止できる。
なお、以上の例では、ガスバリアフィルム30の密着層32に量子ドット層38となる塗布組成物を塗布して、塗布組成物にガスバリアフィルム36を積層して、塗布組成物を硬化することで量子ドットフィルム34を作製した。しかしながら、本発明はこれに限定はされず、ガスバリアフィルム36の密着層32に量子ドット層38となる塗布組成物を塗布して、塗布組成物にガスバリアフィルム30を積層して、塗布組成物を硬化して量子ドットフィルム34を作製してもよい。
また、量子ドットフィルム34においては、ガスバリアフィルム30および/またはガスバリアフィルム36が、密着層32を有さなくてもよいのは、前述のとおりである。この際には、ガスバリアフィルムから第1保護フィルム18を剥離した後、密着層を形成せずに、無機層16が量子ドット層38に対面するようにして、同様に、量子ドットフィルムの製造に用いればよい。
量子ドットフィルム34は、例えば、LCD等のバックライトユニット等の照明装置に好適に利用される。ここで、量子ドットフィルム34を利用する際には、最終的に、第2保護フィルム28を剥離する。
また、ガスバリアフィルム10および30も、各種の用途に使用する際には、最終的に、第2保護フィルム28は剥離する。
以上、本発明の機能性フィルムおよび機能性フィルムの製造方法について詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行なってもよいのは、もちろんである。
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明を、より詳細に説明する。
[実施例1〜27]
以下のようにして、ガスバリアフィルム30を作製した。
<有機層14の形成>
基板12として、幅1000mm、厚さ50μmの長尺なPETフィルム(東洋紡社製、コスモシャインA4300)を用意した。
また、TMPTA(ダイセルサイテック社製)および光重合開始剤(ランベルティ社製、ESACURE KTO46)を用意し、質量比率として95:5となるように秤量し、これらを固形分濃度が15質量%となるようにメチルエチルケトンに溶解して、有機層14を形成するための塗布組成物を調製した。
ダイコータによる塗布部、温風による乾燥部、紫外線照射による硬化部、および、長尺なフィルム状物の積層部を有する、一般的なRtoRによる成膜装置の塗布部の所定位置に、有機層14を形成するための塗布組成物を充填した。また、基板12をロール状に巻回してなる巻回してなるロールを、この成膜装置の所定位置に装填して、基板12を所定の搬送経路に挿通した。さらに、長尺な保護フィルムをロール状に巻回してなるロールを、積層部の所定位置に装填して、保護フィルムを所定の搬送経路に挿通した。
なお、保護フィルムは、幅1000mm、厚さ30μmのLDPEフィルム(サンエー化研社製、SUNYTECT PAC-2、ヤング率0.3GPa)を用いた。
成膜装置において、基板12を長手方向に搬送しつつ、ダイコータによって塗布組成物を塗布し、50℃の乾燥部を3分間通過させた。その後、紫外線を照射(積算照射量約600mJ/cm2)して塗布組成物を硬化させて有機層14を形成し、有機層14に保護フィルムを貼着して、ロール状に巻き取った。有機層14の厚さは、1μmであった。
<無機層16の形成>
有機層14を形成した基板12のロールを、長尺なフィルム状物の剥離部および積層部を有する、RtoRを用いて、CCP−CVD(容量結合形プラズマCVD)によって成膜を行う、一般的なCVD成膜装置の所定位置に装填して、基板12および保護フィルムを所定の搬送経路に挿通した。また、長尺な第1保護フィルム18をロール状に巻回してなるロールを、積層部の所定位置に装填して、第1保護フィルム18を所定の搬送経路に挿通した。
なお、第1保護フィルム18は、有機層14の保護フィルムと同じ物を用いた。
このCVD成膜装置において、有機層14を形成した基板12を長手方向に搬送しつつ、保護フィルムを剥離した後、有機層14の上に、無機層16として窒化ケイ素膜を形成し、無機層16の上に第1保護フィルム18を貼着して、ロール状に巻き取った。
原料ガスは、シランガス(流量160sccm)、アンモニアガス(流量370sccm)、水素ガス(流量590sccm)および窒素ガス(流量240sccm)を用いた。電源は、周波数13.56MHzの高周波電源を用い、プラズマ励起電力は800Wとした。成膜圧力は40Paとした。無機層16の膜厚は、50nmであった。
また、第1保護フィルム18の貼着は、無機層16を形成した後、成膜室内で、無機層16が他の部材に接触する前に行った。
<第2保護フィルム28の作製>
支持体26として、幅1000mm、厚さ50μmの長尺なPETフィルム(東レ社製、ルミラー、ヤング率4GPa)を用意した。
ダイコータによる塗布部および長尺なフィルム状物の積層部を有する、RtoRによって塗料を塗布する一般的な塗布装置の所定位置に、支持体26をロール状に巻回してなるロールを装填して、支持体26を所定の搬送通路に挿通した。また、粘着層24となるアクリル系樹脂接着剤(パナック社製)を、塗布部の所定位置に充填した。さらに、長尺な離型紙をロール状に巻回してなるロールを積層部の所定位置に装填して、離型紙を所定の搬送経路に挿通した。
塗布装置において、支持体26を長手方向に搬送しつつ、ダイコータによってアクリル系樹脂接着剤を塗布して粘着層24を形成して、第2保護フィルム28を作製し、さらに、粘着層24の上に離型紙を貼着して、ロール状に巻き取った。
<光拡散層20の形成、および、ガスバリアフィルム10の作製>
バインダ(大成ファインケミカル社製、アクリット8BR−930)、光拡散剤1(シリコーン樹脂粒子、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、トスパール130、平均粒子径3.0μm、屈折率1.425)、光拡散剤2(シリコーン樹脂粒子、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、トスパール1100、平均粒子径11.0μm、屈折率1.425)、および、光重合開始剤(BASF社製、イルガキュア184)を用意した。
バインダとして用いたアクリット8BR−930は、アクリルポリマを主鎖とし、側鎖に末端がアクリロイル基のウレタンポリマおよび末端がアクリロイル基のウレタンオリゴマを有するグラフト共重合体で、重量平均分子量が16000で、二重結合当量が800g/molで、屈折率が1.4671である。
これらを、適宜、設定した割合で秤量して、固形分濃度が55質量%となるようにメチルイソブチルケトンに溶解して、光拡散層20を形成するための塗布組成物を調製した。
ダイコータによる塗布部、加熱による乾燥ゾーン、紫外線の照射部、および、長尺なフィルム状物の剥離部および積層部を有する、一般的なRtoRによる成膜装置の塗布部の所定位置に、光拡散層20を形成するための塗布組成物を充填した。また、無機層16を形成した基板12のロールを、この成膜装置の所定位置に装填して、基板12を所定の搬送経路に挿通した。さらに、第2保護フィルム28を巻回したロールを、積層部の所定位置に装填して、第2保護フィルム28および離型フィルムを所定の搬送岐路に挿通した。
基板12のロールおよび第2保護フィルム28のロールの装填は、基板12の無機層16等の形成面とは逆側の面に塗布組成物が塗布され、かつ、積層位置において、拡散層20と粘着層24とが対面するように行った。
成膜装置において、基板12を長手方向に搬送しつつ、ダイコータによって塗布組成物を塗布し、60℃の乾燥部を3分間通過させ、紫外線を照射して光拡散層20を形成し、さらに、第2保護フィルム28から離型フィルムを剥離した後、拡散層20と粘着層24とを対面して基板12と第2保護フィルム28とを積層、貼着して、ガスバリアフィルム10を作製して、ロール状に巻き取った。
<ガスバリアフィルム30の作製>
紫外線硬化可能なウレタンポリマ(大成ファインケミカル社製、アクリット8UH−1006)、ウレタンポリエステル(東洋紡社製、バイロンUR1410)、リン酸化合物(シグマアルドリッチ社製、リン酸ビス[2−(メタクリロイルオキシ)エチル])およびシランカップリング剤(信越シリコーン社製、KBM5103)を、紫外線硬化可能なウレタンポリマ:ウレタンポリエステル:リン酸化合物:シランカップリング剤の質量比で50:15:25:10となるように秤量し、固形分濃度が2質量%となるようにメチルエチルケトンに溶解して、密着層32を形成するための塗布組成物を調製した。
なお、紫外線硬化可能なウレタンポリマとして用いたアクリット8UH−1006は、ウレタンポリマを主鎖とし、末端が(メタ)アクリロイル基である側鎖を有する、重量平均分子量が20000で、二重結合当量が366g/molの紫外線硬化が可能なウレタンポリマである。
長尺なフィルム状物の剥離部、ダイコータによる塗布部、および、加熱による乾燥ゾーンを有する、一般的なRtoRによる成膜装置の塗布部の所定位置に、密着層32を形成するための塗布組成物を充填した。また、ガスバリアフィルム10のロールを、この成膜装置の所定位置に装填して、ガスバリアフィルム10および第1保護フィルム18を所定の搬送経路に挿通した。ガスバリアフィルム10のロールは、第1保護フィルム18側が、剥離および塗布面となるように装填した。
成膜装置において、基板12を長手方向に搬送しつつ、ガスバリアフィルム10から第1保護フィルム18を剥離し、その後、ダイコータによって無機層16に塗布組成物を塗布し、110℃の乾燥部を3分間通過させ、巻き取って、密着層32を形成して、ガスバリアフィルム30を作製した。
このようなガスバリアフィルム30の作製を、光拡散層20の表面粗さRaを1μm、3.5μmおよび7μmに変更し、
第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力を、0.1N/25mm、0.5N/25mmおよび1N/25mmに変更し、さらに、
第2保護フィルム28の粘着層24の厚さを、1μm、10μmおよび25μmに変更して、実施例1〜27のガスバリアフィルム30を作製した。
なお、光拡散層20の表面粗さRaの調節は、光拡散層20を形成するための塗布組成物にけるバインダと光拡散剤との量比を変更することで行った。また、第2保護フィルム28と光拡散層20との粘着力の調節は、粘着層24を形成する際の紫外線照射量を調節して硬化状態を変更することで行った。
[比較例1]
第2保護フィルム28を有さない以外は、実施例19と同様にガスバアリアフィルムを作製した。
[比較例2]
第2保護フィルムが粘着層24を有さず、支持体26のみを静電吸着によって貼着した以外は、実施例19と同様にガスバアリアフィルムを作製した。
[評価]
このようにして作製したガスバリアフィルム30について、作製したガスバリアフィルム30から第2保護フィルム28を剥離して、以下の評価を行った。
<ガスバリア性>
第2保護フィルム28を剥離したガスバリアフィルム30の40℃、90%RHにおける水蒸気透過率(WVTR)を、MOCON社製のAQUATRAN(MODEL−1)によって測定した。
水蒸気透過率が1×10-3g/(m2・day)未満のものをAA;
水蒸気透過率が1×10-3g/(m2・day)以上3×10-3g/(m2・day)未満のものをA;
水蒸気透過率が3×10-3g/(m2・day)以上6×10-3g/(m2・day)未満のものをB;
水蒸気透過率が6×10-3g/(m2・day)以上9×10-3g/(m2・day)未満のものをC;
水蒸気透過率が9×10-3g/(m2・day)以上のものをD; と評価した。
評価がAA〜Cのものは、殆どの用途で問題が無いが、評価がDの場合には、実用上、問題になる場合が多い。
<透過率>
第2保護フィルム28を剥離したガスバリアフィルム30の全光線透過率(400〜800nm)の平均値を、日本電色工業社製のNDH5000を用いて、JIS K 7361に準拠して測定した。
全光線透過率が88%以上のものをA;
全光線透過率が80%以上88%未満のものをB;
全光線透過率が70%以上80%未満のものをC;
全光線透過率が70%未満のものをD; と評価した。
評価がA〜Cのものは、殆どの用途で問題が無いが、評価がDの場合には、光学的な用途の場合には、実用上、問題になる場合が多い。
<総合評価>
ガスバリア性および透過率の評価において、
全てがA以上のものをA;
いずれか一方でもBが有るものをB;
いずれか一方でもCが有るものをC;
いずれか一方でもDが有るものをD; と評価した。
評価がA〜Cのものは、殆どの用途で問題が無いが、評価がDの場合には、実用上、問題になる場合が多い。
結果を下記の表に示す。
上記表に示されるように、第2保護フィルム28を有さない比較例1および第2保護フィルムが粘着層を有さない比較例2は、ガスバリアフィルムの巻取り、密着層32を形成する際における搬送や密着層32を形成した後の巻取り等の際に、光拡散層20の凹凸に起因して、無機層16に局所的な負荷がかかってしまい、無機層16が損傷して、ガスバリア性が低下したと考えられる。
なお、実施例1、4、10〜13、16、19〜23および25は、粘着係数がより好ましい範囲(1〜7)よりも低く、第2保護フィルム28の密着力が粘着係数がより好ましい範囲である実施例3等に比して弱いため、密着層32を形成する際における搬送の際に、第2保護フィルム28の部分的な剥離が生じ、これに起因して、無機層16に若干の損傷が生じてしまい、実施例3等に比して、ガスバリア性が低くなったと考えられる。
また、実施例6、8および9は、粘着係数がより好ましい範囲よりも高く、第2保護フィルム28の密着力が粘着係数がより好ましい範囲である実施例3等に比して強いため、第2保護フィルム28を剥離する際に、粘着層24に若干の凝集剥離が生じてしまい、実施例3等に比して、全光線透過率が低くなったと考えられる。
しかしながら、これらの例であっても、殆どの用途において、実用上は問題にならないのは、前述のとおりである。
また、粘着係数が、より好ましい範囲である実施例2〜3、5、7、14〜15、17〜18、24および26〜27、ガスバリア性および全光線透過率共に、非常に優れた結果が得られている。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
LCDのバックライトに用いられる量子ドットフィルムや、光拡散性を要求される保護フィルム等に、好適に、好適に利用可能である。
10,30 ガスバリアフィルム
12 基板
14 有機層
16 無機層
18 第1保護フィルム
20 光拡散層
24 粘着層
26 支持体
28 第2保護フィルム
32 密着層
34 量子ドットフィルム
38 量子ドット層

Claims (14)

  1. 基板と、
    前記基板の一方の面に形成される、無機層および前記無機層の下地となる有機層の組み合わせを、1組以上、有する第1機能層と、
    前記第1機能層の前記基板とは逆側の面に形成される機能層側表面層と、
    前記基板の第1機能層の形成面とは逆側の面に形成される光拡散層と、
    前記光拡散層の表面に形成される、支持体および粘着層を有する拡散層側表面層とを有することを特徴とする機能性フィルム。
  2. 基板と、
    前記基板の一方の面に形成される、無機層および前記無機層の下地となる有機層の組み合わせを、1組以上、有する第1機能層と、
    前記第1機能層の前記基板とは逆側の面に形成される第2機能層と、
    前記基板の第1機能層の形成面とは逆側の面に形成される光拡散層と、
    前記光拡散層の表面に形成される、支持体および粘着層を有する拡散層側表面層とを有することを特徴とする機能性フィルム。
  3. 前記第2機能層が密着層である請求項2に記載の機能性フィルム。
  4. 基板と、前記基板の一方の面に形成される、無機層および前記無機層の下地となる有機層の組み合わせを、1組以上、有する第1機能層と、前記基板の第1機能層の形成面とは逆側の面に形成される光拡散層と、前記光拡散層の表面に形成される支持体および粘着層を有する拡散層側表面層とを有する機能性フィルム、および、ガスバリアフィルムを用い、
    前記機能性フィルムの拡散層側表面層を外側にして、前記機能性フィルムとガスバリアフィルムとで、量子ドット層を挟持したことを特徴とする機能性フィルム。
  5. 前記ガスバリアフィルムが、基板と、前記基板の一方の面に形成される、無機層および前記無機層の下地となる有機層の組み合わせを、1組以上、有するものであり、前記基板が外側となる請求項4に記載の機能性フィルム。
  6. 前記機能性フィルムと量子ドット層との間、および、前記ガスバリアフィルムと量子ドット層との間の少なくとも一方に、密着層を有する請求項4または5に記載の機能性フィルム。
  7. 基板の一方の面に、無機層および前記無機層の下地となる有機層の組み合わせを、1組以上、有する第1機能層を形成する工程、
    前記第1機能層の前記基板とは逆側の面に機能層側表面層を形成する工程、
    前記機能層側表面層を形成した後、前記基板の第1機能層側の形成面とは逆側の面に光拡散層を形成する工程、および、
    前記光拡散層の表面に、粘着層および支持体を有する拡散層側表面層を形成する工程を有することを特徴とする機能性フィルムの製造方法。
  8. さらに、前記機能層側表面層を剥離する工程を有する請求項7に記載の機能性フィルムの製造方法。
  9. さらに、前記第1機能層の前記基板とは逆側の面に第2機能層を形成する工程を有する請求項8に記載の機能性フィルムの製造方法。
  10. 前記第2機能層が密着層である請求項9に記載の機能性フィルムの製造方法。
  11. さらに、前記第1機能層を形成した側の最表面に、量子ドット層となる組成物を塗布し、前記組成物の表面にガスバリアフィルムを積層する工程、もしくは、ガスバリアフィルムの表面に量子ドット層となる組成物を塗布し、前記第1機能層を前記組成物に向けて、前記組成物の表面に前記機能性フィルムを積層する工程、および、
    前記組成物を硬化する工程を有する請求項8〜10のいずれか1項に記載の機能性フィルムの製造方法。
  12. 前記ガスバリアフィルムが、基板と、前記基板の一方の面に形成される、無機層および前記無機層の下地となる有機層と組み合わせの1組以上とを有するものであり、前記有機層および無機層の形成面が前記組成物側となる請求項11に記載の機能性フィルムの製造方法。
  13. 前記ガスバリアフィルムが、最表面に密着層を有する請求項11または12に記載の機能性フィルムの製造方法。
  14. さらに、前記拡散層側表面層を剥離する工程を有する請求項7〜13のいずれか1項に記載の機能性フィルムの製造方法。
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