JP4434221B2 - レンズフィルムの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、押出成形により樹脂製のレンズフィルムを製造する方法に関する。

樹脂製のレンズシートは、液晶表示装置のバックライトや透過型表示装置のスクリーンの部材として有用であり、特に近年、表示装置の薄型化に対応すべく、また表示装置の高画質化に伴うレンズのファインピッチ化に対応すべく、厚さ５０〜５００μｍ程度のレンズフィルムの需要が高まっている。かかるレンズフィルムの製造は、生産性やコストの点から押出成形により行うのが有利であり、例えば、特開平９−３０４６０６号公報（特許文献１）には、ポリカーボネート樹脂及び架橋アクリル樹脂を含有する樹脂組成物をフィルム状に溶融押出し、鋸歯形状が刻設されたニップロール間に挿入して成形することにより、プリズムレンズフィルムを製造することが開示されている。また、特開２００４−２８７４１８号公報（特許文献２）には、熱可塑性樹脂を溶融押出し、賦型ロールとタッチロールとの間に挿入して成形することにより、レンチキュラーレンズフィルムを製造することが開示されており、その際、賦型ロール表面からフィルム表面へのレンズ形状の転写性、すなわち賦型性を向上させるため、吐出樹脂温度を高めにすること、成形速度を高めにすること、エアギャップを短めにすること、変形し易いタッチロールを用いることなどが提案されている。

特開平９−３０４６０６号公報 特開２００４−２８７４１８号公報

従来の方法では、レンズ形状の賦型性が必ずしも十分なものとはいえない。そこで、本発明の目的は、樹脂製のレンズフィルムを賦型性良く、押出成形により製造しうる方法を提供することにある。

本発明者は鋭意研究を行った結果、樹脂材料をフィルム状に溶融押出し、これを所定の方向から賦型ロールとタッチロールの間に挿入して成形することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、樹脂材料を溶融させてフィルム状に押し出し、該フィルム状物を賦型ロールとタッチロールとの間に挿入して成形することにより、厚さ５０〜５００μｍのレンズフィルムを製造する方法であって、上記両ロールの中心を通る面に垂直な上記両ロール間を通る面を基準として、２０°を超えない角度で上記フィルム状物を賦型ロール側に傾けて、上記両ロール間に挿入することを特徴とするレンズフィルムの製造方法を提供するものである。

本発明によれば、樹脂製のレンズフィルムを賦型性良く、押出成形により製造することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。本発明で原料に用いられる樹脂材料は、溶融押出成形が可能な樹脂又はその組成物であり、該樹脂としては、例えば、メタクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂などが挙げられる。中でも、透明性や耐侯性、表面硬度の点から、メタクリル樹脂が好ましく用いられる。

メタクリル樹脂は、メタクリル酸エステルを主体とする重合体、好ましくはメタクリル酸アルキルを主体とする重合体であり、メタクリル酸アルキルの単独重合体であってもよいし、メタクリル酸アルキル５０重量％以上とこれ以外の単量体５０重量％以下との共重合体であってもよい。ここで、メタクリル酸アルキルとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシルなどが挙げられ、そのアルキル基の炭素数は通常１〜８、好ましくは１〜４である。また、メタクリル酸アルキル以外の単量体は、単官能単量体、すなわち分子内に重合性の炭素−炭素二重結合を１個有する化合物であってもよいし、多官能単量体、すなわち分子内に重合性の炭素−炭素二重結合を２個以上有する化合物であってもよい。

上記単官能単量体の例としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシルの如きアクリル酸アルキル、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンの如き芳香族アルケニル化合物、アクリロニトリル、メタクリロにトリルの如きアルケニルシアン化合物などが挙げられる。また、上記多官能単量体の例としては、エチレングリコールジメタクリレート、ブタンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレートの如き多価アルコールのポリ不飽和カルボン酸エステル、アクリル酸アリル、メタクリル酸アリル、ケイ皮酸アリルの如き不飽和カルボン酸のアルケニルエステル、フタル酸ジアリル、マレイン酸ジアリル、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレートの如き多塩基酸のポリアルケニルエステル、ジビニルベンゼンの如き芳香族ポリアルケニル化合物などが挙げられる。

上記樹脂をその組成物として用いる場合、配合される成分としては、例えば、ゴム粒子、紫外線吸収剤、有機系染料、無機系染料、顔料、酸化防止剤、帯電防止剤、界面活性剤などが挙げられる。中でも、得られるレンズフィルムの柔軟性の点から、ゴム粒子を配合するのが好ましい。また、ゴム粒子としては、耐光性の点から、アクリルゴム粒子が好ましく用いられる。

アクリルゴム粒子は、ゴム成分としてアクリル酸エステルを主体とする弾性重合体、好ましくはアクリル酸アルキルを主体とする弾性重合体を含有する粒子であり、この弾性重合体のみからなる単層構造の粒子であってもよいし、この弾性重合体の層を有する多層構造の粒子であってもよい。また、この弾性重合体は、アクリル酸アルキルの単独重合体であってもよいし、アクリル酸アルキル５０重量％以上とこれ以外の単量体５０重量％以下との共重合体であってもよい。ここで、アクリル酸アルキルの例は、先にメタクリル樹脂の単量体成分として挙げたアクリル酸アルキルの例と同様であり、そのアルキル基の炭素数は通常１〜８、好ましくは４〜８である。また、アクリル酸アルキル以外の単量体の例は、先にメタクリル樹脂の単量体成分として挙げたアクリル酸アルキル以外の単官能単量体の例や多官能単量体の例と同様である。

また、アクリルゴム粒子として多層構造のものを使用する場合、その好適な例としては、アクリル酸エステルを主体とする弾性重合体、好ましくはアクリル酸アルキルを主体とする弾性重合体の層の外側に、メタクリル酸エステルを主体とする重合体、好ましくはメタクリル酸アルキルを主体とする重合体の層を有する、少なくとも２層構造のものや、さらに上記弾性重合体の層の内側に、メタクリル酸エステルを主体とする重合体、好ましくはメタクリル酸アルキルを主体とする重合体の層を有する、少なくとも３層構造のものを挙げることができる。

本発明では、押出成形用の樹脂材料として、以上の如き樹脂又はその組成物を用いるが、この樹脂材料は、流動性を表す指標であるメルトフローレート（ＭＦＲ）が、２２０℃において、０．５〜５であるのが好ましく、より好ましくは０．６〜３．５である。このメルトフローレートがあまり低いと、レンズフィルムの製膜が困難となる。一方、このメルトフローレートがあまり高いと、賦型ロールとタッチロールとの間にできる樹脂溜まり（バンク）の安定性が悪くなり、レンズ形状の賦形状態が不均一化し易い。

本発明によるレンズフィルムの製造は、上記樹脂材料を押出機内で溶融させて、Ｔ型ダイスなどを通してフィルム状に押し出し、このフィルム状物を回転する賦型ロールとタッチロールとの間に挿入して、両ロールで挟み込んで賦型成形することにより行われる。

賦型ロールは、上記フィルム状物に所望のレンズ形状を付与するためのロールであり、表面にレンズ型、すなわちレンズ形状の逆形状を有している。賦型ロールとしては、通常、金属ロールが用いられ、表面に銅メッキなどのメッキ処理が施されたものが好ましい。また、賦型ロールの形状については、一般的なストレートロールやクラウニングロールなどを採用できる。

タッチロールは、上記フィルム状物を賦型ロールに押し付けるためのロールであり、表面は通常、平滑面（鏡面）であるが、必要に応じてレンズ型などの形状付与機能を有していてもよい。表面が平滑なタッチロールを用いれば、片面レンズフィルムを製造でき、表面にレンズ型を有するタッチロールを用いれば、両面レンズフィルムを製造できる。タッチロールとしては、通常、ゴムロールや金属ロールが用いられるが、金属ロールが好ましい。また、タッチロールの形状については、賦型ロール同様、一般的なストレートロールやクラウニングロールなどを採用できる。

そして、本発明では、上記フィルム状物を賦型ロールとタッチロールとの間に挿入する際、両ロールの中心を通る面に垂直な両ロール間を通る面を基準として、２０°を超えない角度で上記フィルム状物を賦型ロール側に傾ける。すなわち、図１は、本発明による押出成形の状態を模式的に示すロール軸方向からの側視図であるが、この図１を用いて説明すると、賦型ロール３及びタッチロール４の中心を通る面を面Ａとし、この面Ａに垂直な両ロール３，４の間を通る面を面Ｂとしたとき、この面Ｂに対して、上記フィルム状物２がなす角度θ〔以下、この角度θを「挿入角度θ」ということがある〕が、賦型ロール３側を正として、０°を超え、＋２０°を超えないようにする。このように所定の方向から上記フィルム状物を賦型ロールとタッチロールとの間に挿入することにより、賦型ロール表面からフィルム表面へのレンズ形状の転写性を向上させることができ、レンズフィルムを賦型性良く製造することができる。挿入角度θは、好ましくは＋５°以上であり、また＋１５°以下である。

また、賦型性をさらに向上させる点から、両ロール間に挿入された上記フィルム状物にかかる線圧は、２００ｋＮ／ｃｍ以上であるのが好ましく、２２０〜３５０ｋＮ／ｃｍであるのがより好ましい。このように線圧をかけるためにタッチロールを押さえつける機構としては、油圧シリンダーやモーターなどが採用できる。

また、賦型ロールの温度は、樹脂材料のガラス転移温度をＴｇ（℃）と表したとき、Ｔｇ−３０（℃）より高くするのが好ましく、また、Ｔｇより低くするのが好ましい。すなわち、賦型ロールの温度をＴｒ（℃）と表したとき、Ｔｇ−３０＜Ｔｒ＜Ｔｇ、したがって、０＜Ｔｇ−Ｔｒ＜３０となるのが好ましい。賦型ロールの温度があまり低いと、レンズ形状が完全に賦型される前に、樹脂材料が固化し易くなるため、賦型性ないしその均一性が低下し易くなる。一方、賦型ロールの温度があまり高いと、レンズフィルムが賦型ロールから離型する際、表面に剥がれ模様（タックマーク）が発生し易くなる。なお、タッチロールの温度は、賦型ロールの温度より若干低めにするのが好ましい。ロール温度は、ロールとしてその内部に熱媒を通すことができるものを用い、この熱媒の温度を調節することにより、調整できる。

こうして得られるレンズフィルムは、その厚さが５０〜５００μｍであり、好ましくは５０〜３００μｍ、さらに好ましくは１００〜２００μｍである。あまり厚いレンズフィルムは、表示装置の薄型化の嗜好性に沿わず、また、剛性が大きくなるため、ハンドリング性や二次加工性が低下して、取り扱い難くなり、さらに、単位面積あたりの単価が増大するため、経済的にも不利となる。一方、あまり薄いレンズフィルムは、押出成形によるレンズ形状の付与が、機械的制約により困難になる。レンズフィルムの厚さは、製膜速度、Ｔ型ダイスの吐出口厚み、ロールの間隙などを調節することにより、調整できる。なお、ここでいうレンズフィルムの厚さとは、最大厚さであり、片面レンズフィルムであれば、レンズ面の凸部頂点に接する面から反対の面までの距離であり、両面レンズフィルムであれば、一方のレンズ面の凸部頂点に接する面から反対のレンズ面の凸部頂点に接する面までの距離である。また、前記フィルム状物の厚さは、所望のレンズフィルムの厚さの２〜１０倍程度となるように、Ｔ型ダイスの吐出口厚みなどを調整するのがよい。

レンズフィルムに形成されるレンズ形状としては、例えば、プリズムレンズ、レンチキュラーレンズ、フレネルレンズなどが挙げられるが、本発明の方法は、特に、プリズムレンズの形状を有するフィルムの製造に、好適に用いられる。この場合、レンズ形状のピッチは２００μｍ以下とし、高さは１００μｍ以下とするのが、近年の表示装置の高画質化に伴い要求されるレンズのファインピッチ化の点から、好ましい。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、例中、含有量ないし使用量を表す％及び部は、特記ないかぎり重量基準である。

樹脂として、メタクリル酸メチル９７．８％とアクリル酸メチル２．２％とからなる単量体のバルク重合により得られた、ガラス転移温度１０４℃の熱可塑性重合体のペレットを用いた。なお、このガラス転移温度は、ＪＩＳ Ｋ ７１２１に従って、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により加熱速度１０℃／分で求めた補外ガラス転移開始温度であり、後述の樹脂組成物のガラス転移温度も同様である。

ゴム粒子（Ａ）として、最内層がメタクリル酸メチル９３．８％とアクリル酸メチル６％とメタクリル酸アリル０．２％とからなる単量体の重合により得られた硬質重合体であり、中間層がアクリル酸ブチル８１％とスチレン１７％とメタクリル酸アリル２％とからなる単量体の重合により得られた弾性重合体であり、最外層がメタクリル酸メチル９４％とアクリル酸メチル６％とからなる単量体の重合により得られた硬質重合体であり、最内層／中間層／最外層の重量割合が３５／４５／２０であり、中間層の弾性重合体の層の平均粒子径が０．２２μｍである、乳化重合法による球形３層構造のゴム粒子を用いた。

ゴム粒子（Ｂ）として、上記ゴム粒子（Ａ）と基本的に同じ組成であるが、重合条件を変えることにより、中間層の弾性重合体の層の平均粒子径が０．１４μｍとなった球形３層構造のゴム粒子を用いた。

なお、上記のゴム粒子（Ａ）及び（Ｂ）における中間層の弾性重合体の層の平均粒子径は、以下の方法で測定した。

〔弾性重合体の層の平均粒子径の測定〕
ゴム粒子を上記の樹脂と混合してフィルム化し、得られたフィルムを適当な大きさに切り出し、切片を０．５％四酸化ルテニウム水溶液に室温で１５時間浸漬し、該ゴム粒子中の弾性重合体の層を染色した。さらに、ミクロトームを用いて約８０ｎｍの厚さにサンプルを切断した後、透過型電子顕微鏡で写真撮影を行った。この写真から無作為に１００個の染色された弾性重合体の層を選択し、その各々の粒子径を算出した後、その数平均値を平均粒子径とした。

実施例１〜５、比較例１〜３
上記の樹脂ペレット７０部とゴム粒子（Ａ）３０部とをスーパーミキサーで混合し、二軸押出機にて溶融混錬して樹脂組成物のペレットとした。この樹脂組成物のガラス転移温度Ｔｇは１０２℃であった。次いでこのペレットを、東芝機械（株）製の６５ｍｍφ一軸押出機で溶融し、設定温度２７５℃のＴ型ダイスを介して押し出し、得られるフィルム状物を、表面にピッチ１００μｍ、高さ５０μｍ（頂点角９０°）のプリズムレンズ型を有する金属製の賦型ロールと、表面が平滑な金属製のタッチロールとの間に挟み込んで成形した。その際、フィルム状物の挿入角度θ、賦型ロールの温度Ｔｒ、及びフィルム状物にかかる線圧は、表１に示す値とした。こうして、厚さ１７５μｍのプリズムレンズフィルムを製造し、以下の方法で賦型性の評価を行い、結果を表１に示した。

〔賦型性〕
賦型ロール表面のプリズムレンズ型のピッチ（１００μｍ）をＰ１、高さ（５０μｍ）をＨ１とし、得られたプリズムレンズのピッチをＰ２、高さをＨ２として、下記計算式にて賦型率Ｐ及びＨを算出した。
賦型率Ｐ（％）＝Ｐ２／Ｐ１×１００
賦型率Ｈ（％）＝Ｈ２／Ｈ１×１００

実施例６、７
樹脂ペレットとゴム粒子（Ａ）とを表１に示す量比で混合した以外は、実施例１と同様の操作を行い、プリズムレンズフィルムを製造した。賦型性の評価結果を表１に示した。

実施例８、９
ゴム粒子（Ａ）に代えてゴム粒子（Ｂ）を使用して、樹脂ペレットとゴム粒子（Ｂ）とを表１に示す量比で混合し、かつ、賦型ロールの温度Ｔｒを８０℃に設定した以外は、実施例１と同様の操作を行い、プリズムレンズフィルムを製造した。賦型性の評価結果を表１に示した。

実施例１０、１１
実施例１の操作を繰り返すが、製膜速度、Ｔ型ダイスの吐出口厚み、及びロールの間隙を調節して、表１に示す厚さのプリズムレンズフィルムを製造した。賦型性の評価結果を表１に示した。

本発明による押出成形の状態を模式的に示す側視図である。

符号の説明

１……Ｔ型ダイス、
２……フィルム状物、
３……賦型ロール、
４……タッチロール。

Claims (5)

1. 溶融押出成形が可能な樹脂及びアクリルゴム粒子を含有する樹脂材料を溶融させてフィルム状に押し出し、該フィルム状物を賦型ロールとタッチロールとの間に挿入して成形することにより、厚さ５０〜５００μｍのレンズフィルムを製造する方法であって、
   上記両ロールの中心を通る面に垂直な上記両ロール間を通る面を基準として、５°以上であり、２０°を超えない角度で上記フィルム状物を賦型ロール側に傾けて、上記両ロール間に挿入することを特徴とするレンズフィルムの製造方法。
2. 溶融押出成形が可能な樹脂がメタクリル樹脂である請求項１に記載の製造方法。
3. 前記両ロール間に挿入された前記フィルム状物にかかる線圧が、２００ｋＮ／ｃｍ以上である請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 樹脂材料のガラス転移温度をＴｇ（℃）と表したとき、賦型ロールの温度が、Ｔｇ−３０（℃）より高く、Ｔｇ（℃）より低い温度である請求項１〜３に記載の製造方法。
5. レンズフィルムが、プリズムレンズフィルムである請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。

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