JP3712168B2 - 位相差フィルム及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位相差フィルム及びその製造方法に関し、特に大型の液晶表示装置等に位相差補償フィルムとして用いられる位相差フィルム及びその製造方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、位相差フィルムは、テレビのブラウン管に対する防眩材料としての使用や、液晶表示素子の着色防止、コントラスト向上のための材料としての利用がなされてきた。近年、この位相差フィルムの軽量・薄型の特徴が評価されて、大型液晶表示装置の開発が積極的に進められているのに伴って、これに用いる広幅の位相差フィルムに対する需要がますます高まっている。また、生産性の面からも広い幅の位相差フィルムが期待されている。
【０００３】
一方では、液晶セルの補償状態をディスプレイ面内で均一に維持するため、厳格な均一性が要求される。しかしながら、従来の技術で広い幅の位相差フィルムを製造しようとすると、延伸前フィルムの物性、延伸条件等々のバラツキが大きくなって、色補償が不安定であったり、局所的にコントラストむらが発生する等の問題があった。このため、製造ロット間はもとより製造ロット内でも品質が安定せず、実用できる広幅の位相差フィルムは得られていない。特に幅方向のバラツキが大きくなるため、液晶表示素子の大きさに合わせて切り出される位相差フィルム１枚の中でも、部分的に光学特性が異なることになり均一な画面表示ができないという問題や、切り出された位相差フィルム間で光学特性が異なるという問題等が顕著になっていた。
【０００４】
そこで本発明者は、大型の液晶表示装置等に用いることのできる優れた特性を十分に備え、かつ多数の分取が可能でコスト的に有利である比較的幅の広い位相差フィルム及びその製造方法について鋭意検討した結果、本発明に至ったのである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る位相差フィルムの要旨とするところは、熱可塑性樹脂フィルムを延伸して形成される幅７００ｍｍ以上の位相差フィルムであって、延伸して形成される延伸方向に対する遅相軸のずれが、フィルム全幅にわたって±０．７度以内であることにある。
【０００６】
また、本発明に係る位相差フィルムの他の要旨とするところは、熱可塑性樹脂フィルムを延伸して形成される延伸方向に対する遅相軸のずれが、フィルム全幅にわたって±０．７度以内であり、かつその幅方向におけるレターデーションの最大値と最小値の差が１０ｎｍ以下であることにある。
【０００７】
本発明に係る位相差フィルムの製造方法の要旨とするところは、フィルム幅が７００ｍｍ以上である位相差フィルムの製造方法であって、
熱可塑性樹脂フィルムを、該フィルムの幅方向のレターデーションの最大値と最小値の差が最小となる延伸温度より２℃以上高い温度に設定して延伸する延伸工程を含み、延伸方向に対する遅相軸のずれがフィルム全幅にわたって±０．７度以内であるフィルムを製造することにある。
【０００８】
また、本発明に係る位相差フィルムの製造方法の他の要旨とするところは、フィルム幅が７００ｍｍ以上である位相差フィルムの製造方法であって、
熱可塑性樹脂フィルムを、該フィルムの幅方向のレターデーションの最大値と最小値の差が最小となる延伸温度より２℃以上高い温度において延伸する工程と、その後、該フィルムの幅方向のレターデーションの変動に連動させて温度分布を形成した温度調節ゾーンを通過させる工程を含み、
延伸方向に対する遅相軸のずれがフィルム全幅にわたって±０．７度以内であり、かつその幅方向におけるレターデーションの最大値と最小値の差が１０ｍｎ以下であるフィルムを製造することにある。
【０００９】
さらに、前記熱可塑性樹脂フィルムを、該フィルムの幅方向のレターデーションの変動を見ながら、加熱炉に配置した複数の熱源によりレターデーションの大きい部分を選択的に高い温度で加熱する工程を含むことにある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る位相差フィルムの実施の形態について詳しく説明する。本発明にかかる位相差フィルムは、例えば、熱可塑性樹脂を材料として、フィルム形状に形成後、延伸工程、及びアニール工程を経て製造される。
【００１１】
本発明に用いることのできる熱可塑性樹脂としては、光透過性、耐熱性、光学的な均質性、液晶セルとの光学的な適合性、加工性等の観点から種々選択されるが、これらの特性に適合するものであれば、基本的には限定されない。例示すると、ポリカーボネート系樹脂、セルロース系樹脂、ポリアリレート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリルニトリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリフェニレンオキサイド系樹脂、ポリスルフォン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂等を用い得る。さらに、液晶性高分子も適用し得る。これらのうち、ポリカーボネート系樹脂は、高い固有複屈折率を有すると共に延伸性に優れた材料であり、本発明に特に適応して用い得る。
【００１２】
上記熱可塑性樹脂フィルムの製膜方法は特に限定されず、溶融押し出し法やカレンダー法等も用い得るが、溶液流延法が好ましく用いることができる。
【００１３】
一般に、製膜工程で変形応力を受けると、分子の配向が進んでフィルムの複屈折率は増大する。この複屈折率の増大に伴い複屈折率のバラツキも増大するため、延伸前のフィルムは可能な限り低い複屈折率を有することが好ましい。この観点より、溶液流延法は粘度の低い状態で比較的小さな応力で製膜し得るため、他の製膜方法に比較して複屈折率の小さいフィルムを製膜することが可能となる。
【００１４】
また、上記製膜された熱可塑性樹脂フィルムの延伸工程においては、延伸方法は、当業者公知の種々の方法が適用され得るが、例えば、テンターによる横一軸延伸法、カレンダーによる圧延延伸法、速度の異なるロール間で延伸する縦一軸延伸法等が例示される。このうち、ロール間で延伸する縦一軸延伸法は、簡便な設備を使用し、かつ生産性の良好な延伸が可能であるため好ましく用い得る。
【００１５】
一般に、延伸して得られる位相差フィルムの光学特性に対する均斉度は、延伸前フィルムの均斉度と延伸条件の均一性に左右されこれらは相乗的に影響する。すなわち延伸前フィルムの配向ムラや厚さムラは、延伸工程で受ける張力によって拡大し、さらに延伸時の張力ムラは新たな配向ムラを生じさせ、形成される位相差フィルムの光学特性の不均一性を増大させることになる。
【００１６】
延伸工程において、樹脂フィルムの延伸方向に対する遅相軸のずれは最小にしなければならない。このため、フィルムの延伸方向以外の方向の応力がフィルムに負荷されないことが必要である。
【００１７】
また、延伸工程において炉内温度は、幅方向におけるレターデーションの最大値、最小値の差を最小とするのに最適の炉内温度より高く設定することにより遅相軸のずれを小さくすることができる。
【００１８】
ここで、レターデーションはフィルムの厚さと複屈折率との積である。このレターデーションのバラツキは、厚さムラの発生や複屈折率のバラツキが影響するため、フィルムの製膜工程及び延伸工程における温度分布の均一性及び張力の均一性を向上させて、厚さムラの発生や複屈折率のバラツキをなくすことが必要である。厚さムラは、厚さのバラツキをいい、特に幅方向の厚み変動によりレターデーションのバラツキに影響を与える。また、複屈折率のばらつきは、直接レターデーションの数値に影響する。
【００１９】
温度管理は、延伸工程及び／又はアニール工程において行う。具体的には、温度管理は熱源の調整によって行う。熱源としては特に限定されないが、赤外線パネルヒーター、熱風発生器等、幅方向に適当な温度分布を形成する観点より、好ましく用い得る。このうち、小型赤外線パネルヒーターは、幅方向に適当な温度分布が得られるよう分割することが可能であるため、特に好ましい。これらの熱源は、延伸を行う炉内に設置しても、あるいは延伸炉と独立して設けた加熱炉内に設置しても良い。
【００２０】
また、張力の均一性は、延伸工程において、例えば延伸ロール間の平行度の精度を上げる等により、張力の調整により行う。
【００２１】
本発明において、「レターデーション」及び「遅相軸」は、上記延伸工程、またはアニール工程を経たフィルムについて、随時または常時測定しつつ、その結果を製造工程に反映させつつ本発明にかかる位相差フィルムの製造を行う。これらの測定は、偏光顕微鏡や分光光度計、複屈折計等により定法に基づいて行われる。具体的には、位相差フィルム全幅にわたり１０ｃｍピッチで測定し、測定値の平均値とバラツキを求める。レターデーションのバラツキは幅方向の数値の最大値と最小値の差で、また遅相軸のバラツキはフィルム延伸方向とのずれ角度の最大値と最小値の差で表す。
【００２２】
上記により測定された本発明における位相差フィルムの遅相軸のバラツキは、具体的には、±０．７度以内、特には±０．５度以内である。遅相軸のバラツキが±０．７度より大きければ、上述した各用途において色補償が不十分となったり十分な視野角改善効果が得られなくなり、また局所的なレターデーションの変化によるコントラストむらが発生する等の問題があり好ましくない。
【００２３】
また本発明にかかる位相差フィルムのレターデーションの幅方向における最大値と最小値の差は１０ｎｍ以下、さらに好ましくは６ｎｍ以下が好ましい。レターデーションの最大値最小値の差が１０ｎｍより大きければ色補償が不十分となり、例えば白黒の液晶表示素子であれば部分的に着色してしまう。また、カラーの液晶表示素子であれば画面全体にわたる鮮明なカラーを表現することが困難である。更に、幅方向に数枚の小片の位相差フィルムを切り出す場合、平均レターデーション値の異なるものが得られてしまい、品質が一定しない問題がある。
【００２４】
上記指標である遅相差のばらつきを上記範囲内にするために、位相差フィルムの製造工程において、熱可塑性樹脂フィルムの延伸を行う炉内温度を、フィルムの幅方向のレターデーションの最大値と最小値の差が最小となる延伸温度より２℃以上高くすることが好ましい。具体的には、フィルムの幅方向におけるレターデーションの最大値と最小値との差を加熱工程において測定し、その最小となる延伸温度を特定し、その延伸温度より２℃以上に炉内温度を設定すると、遅相差のばらつきがより最小で安定したものとなる。
【００２５】
フィルムの幅方向におけるレターデーションの最大値と最小値との差が最小となる延伸温度より２℃以上の炉内温度である場合は、延伸工程において、炉内温度の上昇により延伸時にフィルムに負荷される応力が小さくなり、同時にそのバラツキも小さくなることから、延伸方向に対する遅相軸のバラツキが±０．７度以内、特には、±０．５度以内の位相差フィルムを得ることが可能となる。
【００２６】
具体的には、延伸温度より上昇させる炉内温度は、延伸温度より２℃以上約２０℃までであり、具体的には本発明に用いる熱可塑性樹脂フィルムの特性を失わない温度まで、上昇させることが可能である。
【００２７】
しかしながら、上記のように延伸を行う炉内温度を、該フィルムの幅方向のレターデーションの最大値と最小値の差が最小となる延伸温度より２℃以上高い温度に設定するのみでは、幅方向のレターデーションのバラツキが１０ｎｍ以上となってしまう場合がある。
【００２８】
そこで、延伸方向に対する遅相軸のずれが、フィルム全幅にわたって±０．７度以内であり、かつその幅方向におけるレターデーションの最大値と最小値の差が１０nm以下となる位相差フィルムを得るためには、該フィルムの幅方向のレターデーションの最大値と最小値の差が最小となる延伸温度より２℃以上高い温度に延伸を行う炉内温度を設定し、さらに延伸工程後のアニール工程において、該フィルムの幅方向のレターデーションの変動に連動した温度分布を形成した、温度調節ゾーンを通過させることが好ましい。この温度調節ゾーンにおいて、レターデーションの大きい部分を選択的に加熱したり、または小さい部分を選択的に冷却する等の温度調節ゾーンを経過させることにより、レターデーションのバラツキを最小にすることが可能である。レターデーションの変動に連動させる手段としては、自動であっても手動であっても限定されない。
【００２９】
上記のように延伸温度を２℃以上上昇させることにより、延伸方向に対する遅相軸のバラツキを±０．７度以内とすることが可能となり、さらに延伸炉内あるいは別のアニール炉内に配置された温度調節ゾーンによりレターデーションの変動に連動させて温度分布を形成した温度調節ゾーンを設けることにより、加熱された部分のレターデーションが低く、また冷却された部分のレターデーションがが高くなった結果、幅方向におけるレターデーションの最大値と最小値の差が１０nm以下となる位相差フィルムを得ることが可能となる。
【００３０】
加熱する場合、延伸炉またはアニール炉内に配置された熱源は、延伸炉の後半部分にたとえば赤外線パネルヒーターを幅方向に複数個・複数列設置し、個々の設定温度を、レターデーションの測定値により変化させる。また、冷却する場合には、具体的には、延伸炉またはアニール炉内にフィルムの幅方向に温度調節し得る冷却板を配置させ、レターデーション分布に連動し温度分布を形成する。
【００３１】
上記のようにして製造された位相差フィルムは、さらにフィルム表面の接着性を向上させるため、例えばコロナ処理、プラズマ処理、カップリング処理等の表面処理が行われ得る。
【００３２】
上記のようにして得られた本発明にかかる位相差フィルムは、液晶表示素子の着色防止や高コントラスト化、視野角改善の目的に適合した位相差フィルムであり、さらに、フィルム幅が、７００mm以上、好ましくは１０００mm以上の広幅とし得る。従って、装置の大型化に対応する位相差フィルムを得ることが可能であり、また幅方向のフィルム切り出し枚数を増やせることにより、コストを低減させ得る。
【００３３】
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内で、位相差フィルムの原料、製膜方法、延伸方法、位相差フィルムの特性等につき、当業者の知識に基づき種々なる改良、修正変形を加えた形態で実施し得るものである。
【００３４】
【実施例】
本発明の実施例を、以下に詳しく説明するが、これらに限定されない。
【００３５】
【実施例１】
溶媒として塩化メチレンを用いて、ポリカーボネート（帝人化成社製、品番パンライトC-１４００）の１５％溶液を調合し、溶液流延法により幅１３００mmのフィルムを製膜した。厚さのバラツキ、特に幅方向のバラツキを小さくするため、製膜にあたっては、特に乾燥温度と風の流れとに留意した。結果、平均厚さ６６μm 、幅方向のバラツキ１．５μm のフィルムを得た。本フィルムの端部を切り落とし、幅を１２００mmとして、延伸を行う炉内平均温度を、幅方向のレターデーションのバラツキが最小となる延伸最適温度を求め、これより2 ℃高い温度で縦一軸延伸を行って幅１０００mmの位相差フィルムを得た。このときの延伸部の炉内平均温度は１５６℃であった。
【００３６】
得られた位相差フィルムの延伸方向に対する遅相軸のずれを幅方向に１０cmピッチで測定したところ、＋０．２、＋０．４、＋０．３、＋０．１、−０．２、−０．４、−０．５、−０．６、−０．４、−０．２度であり、延伸方向に対する遅相軸のずれの範囲は＋０．４〜−０．６度であった。
【００３７】
【実施例２】
延伸機の炉内に幅方向に１０分割された赤外線パネルヒーターを配置し、端から順に１６０、１６０、１７０、１７５、１８０、１８０、１７５、１７０、１６０、１６０℃に設定した以外は、第１の実施例と同一の条件で位相差フィルムを製造した。得られた位相差フィルムのレターデーションは、幅方向に１０cmピッチで測定したところ４２１、４２３、４２４、４２５、４２７、４２７、４２５、４２４、４２２、４２３ｎｍであり、レターデーションのバラツキは６ｎｍであった。また、この位相差フィルムの延伸方向に対する遅相軸のずれを幅方向に１０ｃｍピッチで測定したところ、＋０．３、＋０．４、＋０．３、＋０．１、−０．２、−０．４、−０．５、−０．６、−０．５、−０．２度であり、延伸方向に対する遅相軸のずれの範囲は＋０．４〜−０．６度であった。本位相差フィルムから２５×２０ｃｍのチップのように切り出し、ＳＴＮ方式の液晶表示装置に使用したところ、いずれの表示装置においても完全な白黒表示が得られた。
【００３８】
【比較例１】
延伸温度を、幅方向のレターデーションのバラツキが最小となる延伸最適温度で行った以外は、第１の実施例と同様にして位相差フィルムを製造した。このときの延伸部の炉内平均温度は１５４℃であった。得られた位相差フィルムのレターデーションは、幅方向に１０ｃｍピッチで測定したところ４２０、４２３、４２７、４２５、４２６、４２６、４２５、４２２、４２４、４２４ｎｍであり、レターデーションのバラツキは７nmであった。また、この位相差フィルムの延伸方向に対する遅相軸のずれを幅方向に１０ｃｍピッチで測定したところ、＋０．４、＋０．６、＋０．３、＋０．１、−０．２、−０．５、−０．７、−０．８、−０．９、−０．５度であり、延伸方向に対する遅相軸のずれの範囲は＋０．６〜−０．９度であった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明にかかる広幅の位相差フィルムによれば、幅方向の延伸方向に対する遅相軸のずれが±０．７度以内であるため、大型の液晶表示装置であっても画面全体にわたって十分な色補償と高いコントラストを確保することができ、幅方向に多数の切り出しを行って液晶表示装置に用いても、いずれの表示も同等の色合いとコントラストとなる効果が得られる。
【００４０】
また、本発明にかかる位相差フィルムの製造方法によれば、７００ｍｍ以上の広幅のフィルムであっても、幅方向の延伸方向に対する遅相軸のずれが±０．７度以内に抑え、また、幅方向のレターデーションのバラツキを１０ｎｍ以下の均質なフィルムを得ることができる。本発明にかかる位相差フィルムは、液晶表示素子等の大型の光学デバイスに好適に供することが可能であり、幅方向にいくつも分取できてコスト的に有利な、広幅の位相差フィルムを提供することができ、具体的には液晶表示装置における色消し用、さらに視野角改善、偏光板の輝度向上等の目的に寄与し得る。

Claims (2)

1. 熱可塑性樹脂フィルムの幅方向のレターデーションの最大値と最小値の差が最小となる延伸温度を予め検知する工程を含み、フィルム幅が７００ｍｍ以上である位相差フィルムを該熱可塑性樹脂フィルムから製造する位相差フィルムの製造方法であり、
   前記熱可塑性樹脂フィルムを前記延伸温度より２℃以上高い温度において延伸する延伸工程と、
   前記延伸工程で延伸された前記熱可塑性樹脂フィルムの幅方向のレターデーションの変動に連動させて温度分布を形成した温度調節ゾーンを通過させるアニ−ル工程と、
   を含み、
   延伸方向に対する遅相軸のずれが前記位相差フィルムの全幅にわたって±０．７度以内であり、かつその幅方向におけるレターデーションの最大値と最小値の差が１０ｎｍ以下である該位相差フィルムを製造することを特徴とする位相差フィルムの製造方法。
2. 請求項１に記載するアニ−ル工程は、前記熱可塑性樹脂フィルムを該フィルムの幅方向のレターデーションの変動を見ながら、加熱炉に配置した複数の熱源によりレターデーションの大きい部分を選択的に高い温度で加熱することを特徴とする位相差フィルムの製造方法。