JP5052716B2 - 赤外線フィルター - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリエステルフィルムを用いた光学フィルターに関するもので、特に透明性および加工適性に優れた、近赤外線を遮光する光学フィルターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、BSデジタルハイビジョン放送の開始、あるいはDVDプレーヤーの普及等に伴い、ディスプレイの高画質化の要望が高まっている。この中で現在普及しているCRT画面に代わる高画質ディスプレイ方式として、プラズマディスプレイパネル(以後、PDPと略称する)が一部民生用として出回り始め、注目を集めている。
【0003】
ところでこのPDPは、ネオンやキセノンなどの不活性ガス中での放電により、紫外線を放射させて、これを蛍光体に当てることでRGBの可視光に変換して発光させるものである。しかしながら、この不活性ガス中の放電により、紫外線だけでなく、様々な波長の電磁波が発生していることが知られている。その電磁波の中には、リモコン操作によく用いられる近赤外線領域の波長の光も含まれる。もしこれをそのままPDPから放射されるがままにすれば、リモコンの誤作動で様々な家電製品に影響を及ぼす結果となる。
【0004】
これに対して、PDPのパネルの前面に近赤外線を遮光する、いわゆる赤外線フィルターを取り付けることが提案されている。この赤外線フィルターには、透明性の高いプラスチックフィルムの表面に、赤外線吸収剤・ポリマーバインダー・その他添加剤等を有機溶剤に溶かすか分散させた物をコーティングし、乾燥して溶剤を除去して作成するのが一般的ある(特開平11−95026号公報、特開平11−305033号公報、特開平11−326629号公報、特開平11−326630号公報、特開2000−121828号公報など)。
【0005】
しかしながら、これらの赤外線フィルターは、フィルターとしての透明性を維持するために、赤外線吸収剤を添加したコーティング層の表面は極めて平坦であり、コーティングして乾燥した後にフィルムを巻き取ることが極めて難しい欠点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであって、その解決課題は、近赤外領域を有効に遮光することができ、透明性が良好であり、しかも巻き取り作業性の優れた赤外線フィルターを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討した結果、ある特定の構成を持つポリエステルフィルムからなる赤外線フィルターにより、上記課題を高度に解決することができることを知見し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明の要旨は、共押出によって少なくとも3層のポリエステルが積層された二軸配向フィルムであって、800〜1100nmに吸収ピークを有する近赤外吸収剤を0.1〜10重量%含有する中間層を有し、波長950nmでのフィルムの光線透過率が30%以下であって、少なくとも片側のフィルム表面の平均中心線粗さ(Ra)が10〜30nmの範囲内にあるフィルムからなることを特徴とする赤外線フィルターに存する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の赤外線フィルターは、少なくとも3層以上のポリエステル層が積層されたフィルムから成ることが必要で、さらに詳しくは、全ての層が押出口金から共に溶融押し出しされる、いわゆる共押出法により押し出されたフィルムであって、後に縦方向および横方向の二軸方向に配向させたいわゆる二軸配向ポリエステルフィルムであることが必要である。このような積層フィルムは、両面に表層を有し、その間には中間層を有するが、この中間層自体が積層構造となっていてもよい。
【0010】
ポリエステルフィルが単層構成である場合には、後述するように、添加した近赤外吸収剤や染料がフィルム表面に湧き出す現象(ブリードアウト)、およびそれが昇華する現象が発生しやすく、これによってフィルム製膜機の汚染されるため、生産自体ができない場合が多く、好ましくない。
【0011】
本発明の赤外線フィルター用に用いるポリエステルフィルムは、積層された各層に用いるポリエステルが、芳香族ジカルボン酸と脂肪族グリコールとを重縮合させて得られるものである。芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸などが挙げられ、脂肪族グリコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。代表的なポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート(PEN)等が例示される。なかでもPETは物性とコストのバランスが良好であり、最も良く用いられるポリエステルである。
【0012】
本発明で用いるポリエステルは、合計で20モル%以内、好ましくは10モル%以内であれば第三成分を含有した共重合体であってもよい。共重合ポリエステルのジカルボン酸成分としては、イソフタル酸、フタル酸、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、オキシカルボン酸(例えば、P−オキシ安息香酸など)の一種または二種以上が挙げられ、グリコール成分として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール等の一種または二種以上が挙げられる。
【0013】
本発明の二軸配向ポリエステルフィルムからなる赤外線フィルターは、その積層構造の中間層に800〜1100nmに吸収ピークを有する赤外吸収剤を0.1〜10重量%、好ましくは0.5〜5重量%含有することが必要である。この800〜1100nmに吸収ピークを有する赤外吸収剤としては、例えば、イモニウム系化合物、ジイモニウム系化合物、フタロシアニン化合物、アミニウム化合物、ポリメチン化合物などを例示することができる。これらの中でも、ポリエステルの溶融状態で実質的に溶解して均一に混ざるものであり、かつポリエステルの成型温度でほとんど熱分解しないものが好ましい。このような赤外線吸収剤には、例えば、大日本インキ化学工業(株)の近赤外吸収剤IR−ADDITIVE 200(商品名)などは好ましいものとして例示できる。
【0014】
中間層に存在させる赤外吸収剤の濃度は、中間層の厚みによって様々に設定することができるが、中間層の厚みと近赤外吸収剤濃度との関係により950nmでのフィルム全体としての光線透過率が30%以下、好ましくは25%以下となるように設定する。950nmでの光線透過率が30%を超えると、PDPから発せられる電磁波中の近赤外成分により、種々の家電のリモコンが誤作動する可能性が高くなり、好ましくない。また、中間層に添加する赤外線吸収剤の量が0.1重量%を下回る場合には、必要な中間層厚みが大きくなり過ぎて、通常の二軸配向ポリエステルで作成できるフィルム厚みの範囲を超えてしまう可能性が高い。一方、添加する赤外線吸収剤の量が10重量%を超える場合には、赤外吸収剤がポリエステルに溶解し難くなることが多く、この結果、赤外線吸収剤の凝集体や未溶解物はフィルム中に発生しやすくなり、フィルム透明性を悪化させたり、フィルム中に異物が存在するように見えるなどの弊害が生じやすくなるため好ましくない。
【0015】
本発明の赤外線フィルターは、表面の滑り性・巻き取り作業性を確保するために、二軸配向フィルム表面の少なくとも片側の面の平均中心線粗さ(Ra)が10〜30nmであることが必要であり、好ましくは15〜25nmである。両面共に上記範囲を満足することがさらに好ましい。平均中心線粗さが10nmより小さいと滑り性が劣り好ましくなく、逆に30nmを超えるとフィルムヘーズ(濁り)が高くなるため好ましくない。
【0016】
上記のフィルム表面の平均中心線粗さを実現するために、二軸配向ポリエステルフィルムの表面層に微細な突起を形成させ得るに最低必要限の粒子径と添加量の微粒子を含有させることができる。この目的で使用できる微粒子は、例えば、平均粒径が0.2〜2.0μmの酸化ケイ素、炭酸カルシウム、カオリン、架橋有機高分子などの一種または二種以上を挙げることができ、添加量は0.001〜0.3重量%、好ましくは0.01〜0.2重量%から適宜選択して上記の平均中心線粗さとすることが、フィルムヘーズの上昇を最低限に抑えて、かつ必要な滑り性を確保することができて好ましい。
【0017】
さらにこの表面層を構成するポリエステルには、紫外線吸収剤、酸化防止剤、帯電防止剤等の添加剤を添加することも可能である。
また、表層と中間層の積層厚み構成に関しては、フィルム全体の濁り(フィルムヘーズ)を抑えるために、微粒子の添加された表層はできるだけ薄いことが好ましい。一方で、中間層に存在する近赤外吸収剤や染料がブリードアウトするのを防止するためには、表層はむしろ厚い方が好ましい。これらを勘案して、フィルム全体の厚みに関わらず、表層厚みは通常片側0.5〜3.0μmの範囲が好適に用いられる。
【0018】
本発明の赤外線フィルターとしての二軸配向ポリエステルフィルムには、赤外線フィルターとしてしての機能だけでなく、PDPでの映像のコントラストを向上させるために、可視光領域(380〜780nm)においても着色することができる。この時、可視光線透過率が50〜80%、好ましくは55〜75%であるならば、コントラストを向上させる効果がありながら映像が暗くなり過ぎることもないため、好ましい。
【0019】
この目的のために本発明の赤外線フィルターとしての二軸配向ポリエステルフィルムには、その積層構造の中間層に上述の赤外線吸収剤の他に、可視光領域(380〜780nm)に吸収を持つ染料を添加して着色することができる。この場合の染料は、ポリエステルの溶融状態で実質的に溶解して均一に混ざるものであり、かつポリエステルの成型温度で分解が少ないものが好ましい。このような染料は、化学構造的にはアントラキノン系、ペリノン系、ペリレン系、アゾメチン系、複素環系染料等が好ましく挙げられ、染色処方的には油溶性染料が好適である。また、これらの染料を添加することで、PDP映像の色調を変えないようにグレーの色調に調色することが好ましく、このためこれらの染料を適宜選択して数種類混合して使用するのが一般的である。これら染料のポリエステルフィルム中間層中の含有量は、数種類混合した総量で、0.01〜5重量%の範囲から適宜選ぶことができる。
【0020】
本発明の赤外線フィルターとしての二軸配向ポリエステルフィルムは、PDPの映像を濁りなく鮮明に見せるために、特に濁りが少なく透明性が高いことが好ましい。このためフィルムヘーズが少ないことが透明性を良好に保つ点で好ましく、具体的にはフィルムヘーズが3.0%以下、さらには2.5%以下、特に2.0%以下であれば透明性は良好である。フィルムヘーズが3.0%を超える場合には、フィルムの濁りが目立つようになり、透明性を損なう傾向がある。
【0021】
前述した赤外線吸収剤および染料をポリエステルに添加する方法は、フィルムを溶融成型する際に、これらを粉体やペーストあるいは液体などとして添加する方法でもよいが、装置の汚染の問題や銘柄切り替えのしやすさを考慮すると、あらかじめ赤外線吸収剤や染料のマスターバッチを作成しておき、フィルムの溶融成型時にこれらのマスターバッチをクリアーレジンで希釈しながら添加することが好ましい。また、これらの溶融成型の際には、ポリエステルに分散良く混練りしながら行うために、特に二軸押出機を用いることが好ましい。
次に本発明の赤外線フィルターとしての二軸配向ポリエステルフィルムの製造方法について具体的に説明するが、本発明のフィルムは以下の製造例に何ら限定されるものではない。
【0022】
まず、先に述べたポリエステル原料を使用し、複数台の押出機、複数層のマルチマニホールドダイまたはフィ−ドブロックを用い、それぞれのポリエステルを積層して口金から複数層の溶融シートを押出し、冷却ロールで冷却固化して未延伸シートを得る。この場合、シートの平面性を向上させるため、シートと回転冷却ドラムとの密着性を高めることが好ましく、静電印加密着法および/または液体塗布密着法を採用することが好ましい。
【0023】
次いで、得られた未延伸フィルムは二軸方向に延伸して二軸配向させる。すなわち、前記の未延伸シートを縦方向にロール延伸機により延伸する。延伸温度は、通常70〜120℃、好ましくは80〜110℃であり、延伸倍率は、通常2.5〜7倍、好ましくは3.0〜6倍である。次いで、横方向に延伸を行う。延伸温度は、通常70〜120℃、好ましくは80〜115℃であり、延伸倍率は、通常3.0〜7倍、好ましくは3.5〜6倍である。そして、引き続き、170〜250℃の温度で緊張下または30%以内の弛緩下で熱処理を行い、二軸延伸フィルムを得る。
【0024】
上記の延伸においては、一方向の延伸を2段階以上で行う方法を用いることもできる。その場合、最終的に二方向の延伸倍率がそれぞれ上記範囲となるように行うのが好ましい。また、前記の未延伸シートを面積倍率が10〜40倍になるように同時二軸延伸を行うことも可能である。さらに、必要に応じて熱処理を行う前または後に再度縦および/または横方向に延伸してもよい。
【0025】
上記のフィルムの表面には必要に応じてコーティングを施すことができる。特にこのコーティングには、例えば接着性向上、あるいは帯電防止易接着性などの性能を付与することを目的として、上記のフィルムの製造方法において、縦延伸が終了した段階で、主として水を媒体とする塗布液をフィルムの片面あるいは両面に塗布した後、テンター内で乾燥・予熱・横延伸を行い、さらに熱固定を行う一連のプロセスを用いることができる。またこのときに用いる塗布液には、ポリエステル、ポリ(メタ)アクリレート、ポリウレタン、ポリオレフィンなどのポリマーを、水に可溶かあるいは水分散性としたものを含むものが好ましい。
【0026】
本発明の赤外線フィルターとしての二軸配向ポリエステルフィルムは、PDPの前面基盤ガラス等に貼り合わせるため、フィルムとガラスとの間に公知の粘着材または接着剤等を介して貼り合わせる方法を用いることができる。またこの粘着剤あるいは接着剤には、公知の離型処理を施された公知のプラスチックフィルムを、いわゆるセパレーターフィルムをして用いることができる。
さらに前面基盤ガラス面に貼り付けるのとは反対の面には、スリ傷防止等の目的で公知のハードコート層を設けることができる。例えばこのハードコートには、透明性と耐擦傷性を兼ね備えた熱硬化性あるいはUV硬化性のアクリル樹脂で構成されたものなどが良く用いられる。
【0027】
そしてまた、このハードコート層の表面には、日光や照明の映り込みを低減させるための反射防止層を付与することができる。この反射防止層には、公知の化合物例えばTiO2、ZrO2、ITO、SiO2、MgF2、SnO2、NiO2などの金属酸化物等を蒸着やスパッタリングなどの真空薄膜形成技術を用いて薄膜層を形成するか、あるいはこれらの金属酸化物等を有機バインダー中に分散させて、これをコーティングする方法も使用することができる。
【0028】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例中「部」とあるのは「重量部」を示す。
また、本発明で用いた測定法は次のとおりである。
【0029】
(1)近赤外吸収剤の吸収ピークおよび950nmでの光線透過率
分光光度計UV−3100PC(島津製作所(株)製)を用いて測定を行った。
測定は、近赤外吸収剤の原体を適当な溶剤に溶かして測定するか、あるいはPETに添加してフィルムを作成して測定し、吸収ピークの波長および950nmでの光線透過率を求めた。
【0030】
(2)可視光線透過率
分光光度計UV−3100PC(島津製作所(株)製)を用いて各波長の光線透過率を測定し、JIS S 3107に従って可視光線透過率を算出した。
【0031】
(3)フィルムの平均中心線粗さ(Ra)
小坂研究所社(株)製表面粗さ測定機(SE−3F)を用いて次のように求めた。すなわち、フィルム断面曲線からその中心線の方向に基準長さL(2.5cm)の部分を切り取り、この切り取り部分の中心線をX軸、縦倍率の方向をY軸として粗さ曲線Y=f(X)で表したとき、次の式で与えられた値をμm単位で表す。中心線平均粗さは、試料フィルム表面から10本の断面曲線を求め、これらの断面曲線から求めた抜き取り部分の中心線粗さの平均値で表した。尚、触針の先端半径は2μm、荷重は30mgとし、カットオフ値は0.08mmとした。
Ra=(1/L)∫L 0|f(X)|dX
【0032】
(4)フィルムヘーズ
JIS−K7105に準じ、濁度計NDH300A(日本電色(株)製)を用いてフィルムヘーズ(濁度)を測定した。
【0033】
以下の実施例および比較例で用いたポリエステル原料の製造方法は次のとおりである。
<ポリエステルA>
ジメチルテレフタレート100部、エチレングリコール60部および酢酸マグネシウム・4水塩0.09部を反応器にとり、加熱昇温するとともにメタノールを留去し、エステル交換反応を行い、反応開始から4時間を要して230℃に昇温し、実質的にエステル交換反応を終了した。次いで、エチルアシッドフォスフェート0.04部、三酸化アンチモン0.04部を添加した後、100分で温度を280℃、圧力を15mmHgとし、以後も徐々に圧力を減じ、最終的に0.3mmHgとした。4時間後、系内を常圧に戻し、実質的に微粒子を含まないポリエステルAを得た。
【0034】
<ポリエステルB>
ジメチルテレフタレート100部、エチレングリコール60部および酢酸マグネシウム・4水塩0.09部を反応器にとり、加熱昇温するとともにメタノールを留去し、エステル交換反応を行い、反応開始から4時間を要して230℃に昇温し、実質的にエステル交換反応を終了した。次いで、平均粒径1.6μmのシリカ粒子を含有するエチレングリコールスラリーを反応系に添加し、さらにエチルアシッドフォスフェート0.04部、三酸化アンチモン0.04部を添加した後、100分で温度を280℃、圧力を15mmHgとし、以後も徐々に圧力を減じ、最終的に0.3mmHgとした。4時間後、系内を常圧に戻し、ポリエステルBを得た。得られたポリエステルBのシリカ粒子含有量は0.6重量%であった。
【0035】
<ポリエステルC>
ポリエステルAをベント付き二軸押出機に供して、近赤外吸収剤 IR−ADDITIVE 200(大日本インキ化学工業(株)製、870nmに吸収ピークを有する)を5重量%濃度となるように供給して溶融混練りしてチップ化を行い、近赤外線吸収剤マスターバッチ ポリエステルCを作成した。
【0036】
<ポリエステルD>
ポリエステルAをベント付き二軸押出機に供して、三菱化学(株)製ダイアレジンレッドHS 6.0重量%、同ブルーH3G 2.5重量%、および同イエローF 1.5重量%の各濃度となるように混合して添加し、溶融混練りを行ってチップ化を行い、染料マスターバッチ ポリエステルDを作成した。
【0037】
実施例1
ポリエステルA、C、の各チップを80:20の割合でブレンドしたものを、中間層用レジンとして中間層用押出機に投入した。これとは別にポリエステルA、Bの各チップを83:17の割合でブレンドしたものを表層用レジンとして表層用押出機に投入した。それぞれの押出機はいずれもベント付きの異方向二軸押出機であり、レジンは乾燥すること無しに290℃の溶融温度で押出しを行い、その後溶融ポリマーをフィードブロック内で合流して積層した。その後静電印加密着法を用いて表面温度を40℃に設定した冷却ロール上で冷却固化して3層構成の積層未延伸シートを得た。得られたシートを85℃で3.5倍縦方向に延伸した。次いで、フィルムをテンターに導き105℃で4.0倍横方向に延伸した後、220℃にて熱固定を行い、さらに幅方向に200℃で5%弛緩処理を行って、二軸配向フィルムを作成した。このフィルムの各層の厚みは2/21/2μmの構成で、総厚みは25μmであった。このフィルムは特に問題無く巻き取ることができた。
このフィルムの特性を下記表1に示すが、950nmでの光線透過率が低いため、PDPの前面基盤ガラスに設置したところ、近赤外線の放射が低減されていた。また別のテストで、このフィルムを介してリモコンの操作を行ったが、リモコンは作動しなかった。
【0038】
実施例2
実施例1において、中間層用レジンとしてポリエステルA、C、Dの各チップを77:20:3の割合でブレンドしたものに変更する以外は実施例1と全く同様に製膜を行って、二軸配向フィルムを作成した。このフィルムの各層の厚みは2/21/2μmの構成で、総厚みは25μmであった。このフィルムは特に問題無く巻き取ることができた。
このフィルムの特性を表1に示すが、グレーの色調に着色されたフィルムであり、PDPの前面基盤ガラスに設置したところ、PDP画像のコントラストがより鮮明になった。また950nmでの光線透過率が低いため、近赤外線の放射が低減されていた。また別のテストで、このフィルムを介してリモコンの操作を行ったが、リモコンは作動しなかった。
【0039】
実施例3
実施例2において、中間層用レジンとして、ポリエステルA:C:Dを70:20:4の割合で配合した各チップ用い、これ以外は実施例2と全く同様に製膜を行って、二軸配向フィルムを作成した。このフィルムの各層の厚みは2/21/2μmの構成で、総厚みは25μmであった。このフィルムは特に問題無く巻き取ることができた。
このフィルムの特性を表1に示すが、950nmでの光線透過率が低いため、PDPの前面基盤ガラスに設置したところ、近赤外線の放射が低減されていた。また別のテストで、このフィルムを介してリモコンの操作を行ったが、リモコンは作動しなかった。しかしながらフィルムの可視光線透過率が低いため、PDPの映像はやや暗いものとなった。
【0040】
比較例1
実施例1において、表層用レジンとしてポリエステルA、Bを95:5の割合で使用することに変更する以外は実施例1と全く同様に製膜を行って、二軸配向フィルムを作成した。このフィルムの各層の厚みは2/21/2μmの構成で、総厚みは25μmであった。
このフィルムの特性を表1に示すが、950nmでの光線透過率が低いため、PDPの前面基盤ガラスに設置したところ、近赤外線の放射が低減されていた。また別のテストで、このフィルムを介してリモコンの操作を行ったが、リモコンは作動しなかった。しかしながらこのフィルムは、フィルム同士がほとんど滑らず、フィルム製膜時の巻き取りに際しては、著しいシワが入ったり、フィルムに傷が多く発生してしまい、巻き取り作業性に極めて劣るものであった。
【0041】
比較例2
実施例1において、中間層用レジンとしてポリエステルAとCの各チップを85:15の割合でブレンドしたものを用いる以外は、実施例1と全く同様に製膜を行って、二軸配向フィルムを作成した。このフィルムの各層の厚みは2/21/2μmの構成で、総厚みは25μmであった。このフィルムは特に問題無く巻き取ることができた。
このフィルムの特性を表1に示すが、950nmでの光線透過率が30%を越えており、PDPの前面基盤ガラスに設置したところ、近赤外線の放射の低減は確認できたが、別のテストで、このフィルムを介してリモコンの操作を行った時に、リモコンが一部誤作動した。
【0042】
【表1】
【0043】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、通常の巻き取り作業性を有した二軸配向ポリエステルフィルムであって、かつ、特にリモコンの誤作動の原因となる近赤外線の遮光を目的に、プラズマディスプレーパネル用として好適な赤外線フィルターとして用いることのできるものである。また、フィルムをグレー色調とすることで、PDPの映像のコントラストを向上させることも可能である。しかも特殊でないフィルム生産機を用いて製造でき、またフィルム生産機を赤外線吸収剤等で汚染するこことがない特徴を有するため、その工業的価値は高い。
Claims (3)
- 共押出によって少なくとも3層のポリエステルが積層された二軸配向フィルムであって、800〜1100nmに吸収ピークを有する近赤外吸収剤を0.1〜10重量%含有する中間層を有し、波長950nmでのフィルムの光線透過率が30%以下であって、少なくとも片側のフィルム表面の平均中心線粗さ(Ra)が10〜30nmの範囲内にあるフィルムからなることを特徴とする赤外線フィルター。
- 中間層が近赤外吸収剤および染料を含有し、二軸配向フィルムの380〜780nmの可視光線透過率が50〜80%であり、二軸配向フィルムのフィルムヘーズが3.0%以下の範囲にあることを特徴とする請求項1記載の赤外線フィルター。
- プラズマディスプレイに使用されることを特徴とする請求項1または2記載の赤外線フィルター。
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