JP4723402B2 - 二軸延伸多層積層フィルム - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示用偏光フィルムの保護フィルムなどに使用される光学等方性の二軸延伸多層積層フィルムに関する。
液晶表示用偏光フィルムとしては、偏光素子として沃素又は二色性染料を含有せしめた一軸配向ポリビニルアルコールフィルムを用い、支持体として、流延法で得られた無軸配向のセルローストリアセテートフィルムを偏光素子の両側に貼り合わせたものが知られている。
昨今、液晶表示装置の用途が拡大し、自動車の計器類や外部設備のメータ等に使用されようとしているが、支持基板の無軸配向のセルローストリアセテートフィルムの透湿性が大きく、高温高湿下に長時間さらされるとこのフィルムが加水分解し、支持基板内に微少な気泡を生じてしまい、液晶表示用偏光フィルムとして画像の鮮明度が低下してしまったり、あるいは偏光素子が劣化してしまうという実用上の問題がある。
この解決策として特開昭５１−１４３３４４号公報に見られるように「ポリビニルアルコールよりなる偏光板の表面に無軸あるいは前記偏光板との位相差を無くした有軸の防湿用のフィルムを貼り合わせてなる偏光板」や、特開昭５８−１３２５２３号公報にみられるように偏光素子製造に有用な「破壊された単軸配向ポリエステルフィルム」が知られている。
しかし、１軸配向フィルムは、屈折率異方性から偏光素子とのわずかな軸のずれにより屈折率のずれが生じてしまうため、一般には光学等方性の無配向フィルムが使用されている。他方、ポリエチレンテレフタレート（以下「ＰＥＴ」ということがある）フィルムに代表される結晶性熱可塑性樹脂の二軸延伸したフィルムは、光学異方性を示すため、偏光素子の支持体や保護フィルムとしての用途には適さない。しかし、光学等方性を付与することができれば、これらの用途に用いることができる。
本発明の目的は、耐湿性にすぐれ、熱寸法安定性に優れ、かつ光学等方性を有する二軸延伸熱可塑性樹脂フィルムを提供することにある。
すなわち、本発明は、正の固有複屈折性を有する結晶性ポリエステルからなる厚み１〜５０ｎｍの第１の層と負の固有複屈折性を有する結晶性熱可塑性樹脂からなる厚み１〜５０ｎｍの第２の層とを交互に１０１層以上積層してなる二軸延伸多層積層フィルムであり、該積層フィルムの全フィルム厚みに占める第１の層の合計層厚みが２１％以下かつ全光線透過率が８５％以上であり、層の面に垂直な方向をｚ方向、ｚ方向に直交し相互に直交する方向をｘ方向およびｙ方向とするときに、波長６３３ｎｍの光の屈折率について、ｘ方向とｙ方向との差が０．０２以下であり、ｘ方向とｚ方向との差およびｙ方向とｚ方向との差の少なくともいずれかが０．０２以下であることを特徴とする、二軸延伸多層積層フィルムである。
本発明によれば、耐湿性にすぐれ、熱寸法安定性に優れ、かつ光学等方性を有する二軸延伸熱可塑性樹脂フィルムを提供することができる。
本発明の第１の層および第２の層は、それぞれ厚み１〜５０ｎｍ、好ましくは１〜３０ｎｍである。５０ｎｍを超えると層間の各層の屈折率差により光干渉による発色が生じ透明性が保てない。また、結晶性を維持する観点から１ｎｍ以上の厚みが必要である。
［正の固有複屈折性を有する結晶性熱可塑性樹脂］
本発明における正の固有複屈折性を有する結晶性熱可塑性樹脂は、高分子の分子鎖方向を軸として、誘電率分布から計算される固有複屈折の値が正となる結晶性熱可塑性樹脂である。上記を満たすポリマーとして、結晶性ポリエステル用いることが好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン２，６−ナフタレンジカルボキシレートやその共重合体を用いることができる。
本発明における正の固有複屈折性を有する結晶性熱可塑性樹脂は、高分子の分子鎖方向を軸として、誘電率分布から計算される固有複屈折の値が正となる結晶性熱可塑性樹脂である。上記を満たすポリマーとして、結晶性ポリエステル用いることが好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン２，６−ナフタレンジカルボキシレートやその共重合体を用いることができる。
積層状態を均一に保持するといった観点から、積層される熱可塑性樹脂のせん断速度１０００（１／秒）程度における溶融粘度比（熱可塑性樹脂１の溶融粘度／熱可塑性樹脂２の溶融粘度）は、好ましくは０．６〜１．４、さらに好ましくは０．８〜１．２以下である。溶融粘度の比が０．６未満であるか、１．４を超えると、積層時の層構成が乱れ筋状欠点などが発生して好ましくない。
［負の固有複屈折性を有する結晶性熱可塑性樹脂］
本発明における負の固有複屈折性を有する結晶性熱可塑性樹脂は、高分子の分子鎖方向を軸として、誘電率分布から計算される固有複屈折の値が負となる結晶性熱可塑性樹脂である。上記を満たすポリマーの例としては、シンジオタクティックポリスチレンや、アイソタクティックポリスチレン、ポリエチレン−１，４−ナフタレンジカルボキシレートやその共重合体などがあげられる。
本発明における負の固有複屈折性を有する結晶性熱可塑性樹脂は、高分子の分子鎖方向を軸として、誘電率分布から計算される固有複屈折の値が負となる結晶性熱可塑性樹脂である。上記を満たすポリマーの例としては、シンジオタクティックポリスチレンや、アイソタクティックポリスチレン、ポリエチレン−１，４−ナフタレンジカルボキシレートやその共重合体などがあげられる。
なお、延伸後に発現する複屈折性については、下記の式で表されることが知られている。
Δｎ＝ｆ・Δｎ（０）
△ｎ ：配向複屈折（延伸後の複屈折）
△ｎ（０） ：固有複屈折
ｆ ：配向度
Δｎ＝ｆ・Δｎ（０）
△ｎ ：配向複屈折（延伸後の複屈折）
△ｎ（０） ：固有複屈折
ｆ ：配向度
［屈折率の差］
本発明の二軸延伸多層積層フィルムは、層の面に垂直な方向をｚ方向、ｚ方向に直交し相互に直交する方向をｘ方向およびｙ方向とするときに、波長６３３ｎｍの光の屈折率について、ｘ方向とｙ方向との差が０．０２以下であることとと、ｘ方向とｚ方向との差およびｙ方向とｚ方向との差の少なくともいずれかが０．０２以下であることが必要である。すなわち、層の面内方向の直交する２方向の屈折率差が０．０２以下であり、かつ、面内方向の少なくとも１方向と厚み方向の屈折率差が０．０２以下であることが必要である。ｘ方向とｙ方向との差が０．０２を超えるか、ｘ方向とｚ方向との差およびｙ方向とｚ方向との差がいずれも０．０２を超えると、複屈折性を示すこととなり、等方性のフィルムとして扱えなくなる。
本発明の二軸延伸多層積層フィルムは、全光線透過率が８５％以上であることが好ましい。８５％未満であると十分に高い透明性を得ることができないので好ましくない。
本発明の二軸延伸多層積層フィルムは、層の面に垂直な方向をｚ方向、ｚ方向に直交し相互に直交する方向をｘ方向およびｙ方向とするときに、波長６３３ｎｍの光の屈折率について、ｘ方向とｙ方向との差が０．０２以下であることとと、ｘ方向とｚ方向との差およびｙ方向とｚ方向との差の少なくともいずれかが０．０２以下であることが必要である。すなわち、層の面内方向の直交する２方向の屈折率差が０．０２以下であり、かつ、面内方向の少なくとも１方向と厚み方向の屈折率差が０．０２以下であることが必要である。ｘ方向とｙ方向との差が０．０２を超えるか、ｘ方向とｚ方向との差およびｙ方向とｚ方向との差がいずれも０．０２を超えると、複屈折性を示すこととなり、等方性のフィルムとして扱えなくなる。
本発明の二軸延伸多層積層フィルムは、全光線透過率が８５％以上であることが好ましい。８５％未満であると十分に高い透明性を得ることができないので好ましくない。
［製造方法］
本発明の二軸延伸多層積層フィルムは、第１の押出し機より供給された第１の層用結晶性熱可塑性樹脂と、第２の押出し機より供給された第２の層用結晶性熱可塑性樹脂とを、溶融状態で交互に少なくとも１０１層以上重ね合わせた状態を形成し多層未延伸フィルム（シート状物とする工程）とする。このようにして得られた多層未延伸フィルムを、製膜方向とそれに直交する幅方向の２軸方向（フィルム面に沿った方向）に延伸する。延伸温度は、好ましくは第１の層の結晶性熱可塑性樹脂のガラス転移点の温度（Ｔｇ）〜Ｔｇ＋５０℃の範囲とする。このときの面積倍率は好ましくは５〜５０倍とする。延伸倍率が大きい程、第１の層および第２の層の個々の層における面方向のバラツキが、延伸による薄層化により小さくなる、すなわち、多層延伸フィルムの屈折率が面方向に均一になるので好ましい。２方向に延伸する際の延伸方法は、逐次二軸延伸でも同時二軸延伸であってもよい。
本発明の二軸延伸多層積層フィルムは、第１の押出し機より供給された第１の層用結晶性熱可塑性樹脂と、第２の押出し機より供給された第２の層用結晶性熱可塑性樹脂とを、溶融状態で交互に少なくとも１０１層以上重ね合わせた状態を形成し多層未延伸フィルム（シート状物とする工程）とする。このようにして得られた多層未延伸フィルムを、製膜方向とそれに直交する幅方向の２軸方向（フィルム面に沿った方向）に延伸する。延伸温度は、好ましくは第１の層の結晶性熱可塑性樹脂のガラス転移点の温度（Ｔｇ）〜Ｔｇ＋５０℃の範囲とする。このときの面積倍率は好ましくは５〜５０倍とする。延伸倍率が大きい程、第１の層および第２の層の個々の層における面方向のバラツキが、延伸による薄層化により小さくなる、すなわち、多層延伸フィルムの屈折率が面方向に均一になるので好ましい。２方向に延伸する際の延伸方法は、逐次二軸延伸でも同時二軸延伸であってもよい。
以下、実施例に基づいて本発明をさらに説明する。
なお、物性値および特性値は以下の如くして測定した。
なお、物性値および特性値は以下の如くして測定した。
（１）結晶性熱可塑性樹脂の融点およびガラス転移点（Ｔｇ）
結晶性熱可塑性樹脂を１０ｍｇサンプリングし、ＤＳＣ（ＴＡインスツルメンツ社製、商品名：ＤＳＣ２９２０）を用い、２０℃／分の昇温速度で、融点を測定した。
結晶性熱可塑性樹脂を１０ｍｇサンプリングし、ＤＳＣ（ＴＡインスツルメンツ社製、商品名：ＤＳＣ２９２０）を用い、２０℃／分の昇温速度で、融点を測定した。
（２）各層の厚み
サンプルを三角形に切り出し、包埋カプセルに固定後、エポキシ樹脂にて包埋する。そして、包埋されたサンプルをミクロトーム（ＵＬＴＲＡＣＵＴ−Ｓ、製造元：ライヘルト社）で製膜方向と厚み方向に沿って切断し、厚さ５０ｎｍの薄膜切片にした。得られた薄膜切片を、透過型電子顕微鏡（製造元：日本電子（株）、商品名：ＪＥＭ２０１０）を用いて、加速電圧１００ｋＶにて観察・撮影し、写真から各層の厚みを測定した。
サンプルを三角形に切り出し、包埋カプセルに固定後、エポキシ樹脂にて包埋する。そして、包埋されたサンプルをミクロトーム（ＵＬＴＲＡＣＵＴ−Ｓ、製造元：ライヘルト社）で製膜方向と厚み方向に沿って切断し、厚さ５０ｎｍの薄膜切片にした。得られた薄膜切片を、透過型電子顕微鏡（製造元：日本電子（株）、商品名：ＪＥＭ２０１０）を用いて、加速電圧１００ｋＶにて観察・撮影し、写真から各層の厚みを測定した。
（３）屈折率
波長６３３ｎｍにおける各方向の屈折率をメトリコン社製プリズムカプラにより製膜方向（ｎＭＤ）、幅方向（ｎＴＤ）、厚み方向について測定した
波長６３３ｎｍにおける各方向の屈折率をメトリコン社製プリズムカプラにより製膜方向（ｎＭＤ）、幅方向（ｎＴＤ）、厚み方向について測定した
（４）全光線透過率
ＪＩＳ Ｋ６７１４−１９５８に準じて、ヘーズ測定機（日本電色工業（株）製、ＮＤＨ−２０）を使用して全光線透過率Ｔｔ（％）を測定した。
ＪＩＳ Ｋ６７１４−１９５８に準じて、ヘーズ測定機（日本電色工業（株）製、ＮＤＨ−２０）を使用して全光線透過率Ｔｔ（％）を測定した。
（５）透過率変動
日立製作断裂のダブルビーム分光度計２２８Ａを用い、偏光板２枚の吸光軸を直交させ、この直交軸を４５°傾けて挿入し３８５ｎｍから７８５ｎｍの波長についての光線透過率を測定した０強い虹模様が出る場合はこの光線透過率が波長により変動することがわかっているので、この変動により光線透過率が１％を超える場合を×、１％以下の場合を○と評価した。
日立製作断裂のダブルビーム分光度計２２８Ａを用い、偏光板２枚の吸光軸を直交させ、この直交軸を４５°傾けて挿入し３８５ｎｍから７８５ｎｍの波長についての光線透過率を測定した０強い虹模様が出る場合はこの光線透過率が波長により変動することがわかっているので、この変動により光線透過率が１％を超える場合を×、１％以下の場合を○と評価した。
（６）色相
標準光Ｃに対する供試フィルムの透過スペクトルからＪＩＳ規格Ｚ８７２９に準じてＬ＊ａ＊ｂ＊表色系におけるＬ＊、ａ＊およびｂ＊を求めた。下記式より求められるａｂクロマ（Ｃ＊ａｂ）で無彩色との彩度のずれを評価した。
Ｃ＊ａｂ＝（ａ＊＾２＋ｂ＊＾２）＾（１／２）
◎：Ｃ＊ａｂが５未満
○：Ｃ＊ａｂが５以上１０未満
×：Ｃ＊ａｂが１０以上
標準光Ｃに対する供試フィルムの透過スペクトルからＪＩＳ規格Ｚ８７２９に準じてＬ＊ａ＊ｂ＊表色系におけるＬ＊、ａ＊およびｂ＊を求めた。下記式より求められるａｂクロマ（Ｃ＊ａｂ）で無彩色との彩度のずれを評価した。
Ｃ＊ａｂ＝（ａ＊＾２＋ｂ＊＾２）＾（１／２）
◎：Ｃ＊ａｂが５未満
○：Ｃ＊ａｂが５以上１０未満
×：Ｃ＊ａｂが１０以上
（７）色相の斑
Ａ４サイズのサンプルフィルムを１０枚用意し、３０ルクスの照明の下、目視にてサンプルフィルム内に視認できる筋や斑を以下の評価基準で評価した。
○：サンプル内に視認できる筋や斑がない。
×：明らかに斑や筋となって見える色相斑が確認できる。
Ａ４サイズのサンプルフィルムを１０枚用意し、３０ルクスの照明の下、目視にてサンプルフィルム内に視認できる筋や斑を以下の評価基準で評価した。
○：サンプル内に視認できる筋や斑がない。
×：明らかに斑や筋となって見える色相斑が確認できる。
［実施例１］
固有粘度（オルトクロロフェノール、３５℃）０．６２のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を第１の層用熱可塑性樹脂とし、第２の層用熱可塑性樹脂として出光石油化学（株）製シンジオタクティックポリスチレン樹脂（ＸＡＲＥＣ ３００ＺＣ）を準備した。そして、第１の層用ポリエステルおよび第２の層用熱可塑性樹脂を、それぞれ１７０℃、１００℃で３時間乾燥後、押出し機に供給し、２９０℃まで加熱して溶融状態とし、第１の層用ポリエステルを８０１層、第２の層用熱可塑性樹脂を８００層に分岐させた後、第１の層と第２の層が交互に積層するような多層フィードブロック装置を使用して、その積層状態を保持したままダイへと導き、キャスティングドラム上にキャストし、第１の層と第２の層が交互に積層された総数１６０１層の未延伸多層積層フィルムを作成した。このとき第１の層と第２の層の押出し量が２０：８０になるように調整し、かつ、両端層が第１の層になるように積層した。この多層未延伸フィルムを１１０℃の温度で製膜方向に３．２倍延伸し、さらに１２０℃の温度で幅方向に３．４倍に延伸し、２３０℃で３秒間熱固定処理を行った。得られた二軸延伸多層積層フィルムの物性を表２に示す。
固有粘度（オルトクロロフェノール、３５℃）０．６２のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を第１の層用熱可塑性樹脂とし、第２の層用熱可塑性樹脂として出光石油化学（株）製シンジオタクティックポリスチレン樹脂（ＸＡＲＥＣ ３００ＺＣ）を準備した。そして、第１の層用ポリエステルおよび第２の層用熱可塑性樹脂を、それぞれ１７０℃、１００℃で３時間乾燥後、押出し機に供給し、２９０℃まで加熱して溶融状態とし、第１の層用ポリエステルを８０１層、第２の層用熱可塑性樹脂を８００層に分岐させた後、第１の層と第２の層が交互に積層するような多層フィードブロック装置を使用して、その積層状態を保持したままダイへと導き、キャスティングドラム上にキャストし、第１の層と第２の層が交互に積層された総数１６０１層の未延伸多層積層フィルムを作成した。このとき第１の層と第２の層の押出し量が２０：８０になるように調整し、かつ、両端層が第１の層になるように積層した。この多層未延伸フィルムを１１０℃の温度で製膜方向に３．２倍延伸し、さらに１２０℃の温度で幅方向に３．４倍に延伸し、２３０℃で３秒間熱固定処理を行った。得られた二軸延伸多層積層フィルムの物性を表２に示す。
［実施例２および比較例１〜３］
第１の層用熱可塑性樹脂、第２の層用熱可塑性樹脂および製造条件を表１に示すように変更する以外は、実施例１と同様にして実施した。得られた多層延伸フィルムの物性を表２にまとめる。
第１の層用熱可塑性樹脂、第２の層用熱可塑性樹脂および製造条件を表１に示すように変更する以外は、実施例１と同様にして実施した。得られた多層延伸フィルムの物性を表２にまとめる。
なお、表１に示すポリマーは以下のとおりである。
ＰＥＴ：
固有粘度（オルトクロロフェノール、３５℃）０．６２のポリエチレンテレフタレート
ＰＥＮ：
固有粘度（オルトクロロフェノール、１００℃）０．５０のポリエチレン２，６−ナフタレンジカルボキシレート
３００ＺＣ：
出光石油化学（株）製シンジオタクティックポリスチレン樹脂ＸＡＲＥＣ ３００ＺＣ
１３０ＺＣ：
出光石油化学（株）製シンジオタクティックポリスチレン樹脂ＸＡＲＥＣ １３０ＺＣ
ＰＥＴ：
固有粘度（オルトクロロフェノール、３５℃）０．６２のポリエチレンテレフタレート
ＰＥＮ：
固有粘度（オルトクロロフェノール、１００℃）０．５０のポリエチレン２，６−ナフタレンジカルボキシレート
３００ＺＣ：
出光石油化学（株）製シンジオタクティックポリスチレン樹脂ＸＡＲＥＣ ３００ＺＣ
１３０ＺＣ：
出光石油化学（株）製シンジオタクティックポリスチレン樹脂ＸＡＲＥＣ １３０ＺＣ
本発明の二軸延伸多層積層フィルムは、光学等方性を備えるフィルムであり、例えば液晶表示装置の偏光素子の支持体や保護フィルム好適に用いることができる。
Claims (1)
- 正の固有複屈折性を有する結晶性ポリエステルからなる厚み１〜５０ｎｍの第１の層と負の固有複屈折性を有する結晶性熱可塑性樹脂からなる厚み１〜５０ｎｍの第２の層とを交互に１０１層以上積層してなる二軸延伸多層積層フィルムであり、該積層フィルムの全フィルム厚みに占める第１の層の合計層厚みが２１％以下かつ全光線透過率が８５％以上であり、層の面に垂直な方向をｚ方向、ｚ方向に直交し相互に直交する方向をｘ方向およびｙ方向とするときに、波長６３３ｎｍの光の屈折率について、ｘ方向とｙ方向との差が０．０２以下であり、ｘ方向とｚ方向との差およびｙ方向とｚ方向との差の少なくともいずれかが０．０２以下であることを特徴とする、二軸延伸多層積層フィルム。
Priority Applications (1)
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