JP5098481B2 - 光学フィルム製造装置および光学フィルム製造方法 - Google Patents
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Description
反射防止膜には、蒸着法・イオンプレーティング法・スパッタリング法等により成膜した金属・金属酸化物の単層又は積層の低屈折率薄膜や、ワイヤードクターコーティング法・マイクログラビアコーティング法・ダイコーティング法等により塗布したシリカ・二酸化チタン・中空シリカ等の粒子の低屈折率剤を含む低屈折率薄膜、また、表面の凹凸による光散乱現象を利用したもので、例えば、塗膜表面にエンボス加工を施すことで防眩性を有する光拡散膜やバインダーに粒子を混入させ表面に凹凸を形成させることで防眩性を有する光拡散膜などが挙げられる。
反射防止膜のような光学機能膜は、その機能性ゆえ膜厚の均一性あるいは塗布欠陥の解消が要求されるため、精密な塗工技術が必要になる。特に表面の凹凸による光散乱現象を利用した機能性粒子が分散されている塗液に関しては、粒子の分散性等が問題となる。
そのため、光学機能膜の製造方法の一つであるエクストルージョン方式によるダイコーティング法においては、諸問題を解決するため多くの方法が提案されている(特許文献1〜3参照)。
特許文献1の方法によれば、送液タンクからダイ内までの送液区間内に攪拌装置を設け、塗液の流れを乱すことによって分散性を向上させ、膜厚ムラやスジ状欠陥を抑制する方法がある。
特許文献2の方法によれば、ダイに塗液を導入する配管内のレイノルズ数を25以下にすることで、膜厚ムラやスジ状欠陥を抑制する方法がある。
特許文献3の方法によれば、スロットダイ内部に供給した塗液の一部をスリットから吐出させずにマニホールドの出口から引き抜くことでマニホールド内の流速をあげマニホールド内の沈降を防いでいる。
また、特許文献2に記載の方法では、ダイへ塗液を導入する前が非常に低いレイノルズ数になるため、逆に分散安定性を維持するには逆効果になり、ダイリップから吐出される塗液の流動状態が膜厚ムラやスジ状欠陥に大きく影響するため、それら欠陥を抑制するのが困難である。
また、特許文献3に記載の方法では、塗液を引き抜くことでスリットの幅方向に塗液の吐出分布が生じ、精度よく引き抜かないと膜厚ムラ等の他の欠陥が生じる可能性がある。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、塗膜の膜厚ムラやスジ状欠陥等の塗布欠陥を抑制し、かつ塗液中に含まれる機能性粒子を均一に塗膜中に分散させることで良好な光学特性を持つ光学フィルムを製造する上で有利な製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
すなわち請求項1の発明は、連続的に搬送されるウェブ状の支持体の少なくとも一方の面に、少なくとも粒子とバインダマトリックス形成材料を含む塗液をダイヘッドのリップ先端より吐出し前記支持体上に前記粒子と前記バインダマトリックスを備える塗布層を形成し前記支持体上に前記塗布層が積層されてなる積層体を形成する光学フィルムの製造装置であって、前記塗液が貯えられる塗液タンクから前記ダイヘッドの流入口に前記塗液を供給する送液配管中に、前記塗液に局所的に高せん断をかけるせん断付与部が設けられ、前記せん断付与部によって前記塗液に高せん断がかけられるせん断付与時間が1sec以下であることを特徴とする光学フィルムの製造装置である。
請求項2記載の発明は、前記粒子の平均粒子径dが0.01μm以上15μm以下であり、前記せん断付与部は前記塗液にせん断速度500[1/s]〜50000[1/s]をかけるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の光学フィルムの製造装置である。
請求項3記載の発明は、連続的に搬送されるウェブ状の支持体の少なくとも一方の面に、少なくとも粒子とバインダマトリックス形成材料を含む塗液をダイヘッドのリップ先端より吐出し前記支持体上に前記粒子と前記バインダマトリックスを備える塗布層を形成し前記支持体上に前記塗布層が積層されてなる積層体を形成する光学フィルムの製造装置であって、前記塗液が貯えられ該塗液を前記ダイヘッドの流入口に供給する塗液タンクと、前記塗液タンクに供給する塗液に局所的に高せん断をかけるせん断付与部が設けられ、前記せん断付与部によって前記塗液に高せん断がかけられるせん断付与時間が1sec以下であることを特徴とする光学フィルムの製造装置である。
請求項4記載の発明は、前記粒子の平均粒子径dが0.01μm以上15μm以下であり、前記せん断付与部は前記塗液にせん断速度1.0*105[1/s]〜1.0*107[1/s]をかけるように構成されていることを特徴とする請求項3記載の光学フィルムの製造装置である。
請求項5記載の発明は、前記せん断付与部によって高せん断がかけられた前記塗液の前記塗液タンク内での滞留時間が10時間以内であることを特徴とする請求項3または4記載の光学フィルムの製造装置である。
請求項6記載の発明は、連続的に搬送されるウェブ状の支持体の少なくとも一方の面に、少なくとも粒子とバインダマトリックス形成材料を含む塗液をダイヘッドのリップ先端より吐出し前記支持体上に前記粒子と前記バインダマトリックスを備える塗布層を形成し前記支持体上に前記塗布層が積層されてなる積層体を形成する光学フィルムの製造装置であって、前記塗液が貯えられる塗液タンクに供給する前記塗液に局所的に高せん断をかける第1のせん断付与部を設け、前記塗液タンクから前記ダイヘッドの流入口に前記塗液を供給する送液配管中に、前記塗液に局所的に高せん断をかける第2のせん断付与部を設け、前記第1のせん断付与部によって前記塗液に高せん断がかけられるせん断付与時間が1sec以下であり、かつ、前記第2のせん断部によって前記塗液に高せん断がかけられるせん断付与時間が1sec以下であることを特徴とする光学フィルムの製造装置である。
請求項7記載の発明は、前記粒子の平均粒子径dが0.01μm以上15μm以下であり、前記第1のせん断付与部は前記塗液にせん断速度1.0*105[1/s]〜1.0*107[1/s]をかけるように構成され、前記第2のせん断付与部は前記塗液にせん断速度500[1/s]〜50000[1/s]をかけるように構成されていることを特徴とする請求項6記載の光学フィルムの製造装置である。
請求項8記載の発明は、請求項1乃至7に何れか1項記載の光学フィルムの製造装置を使用して光学フィルムを製造する製造方法である。
特に、本発明によって製造される光学フィルムは、光学フィルムの中でもディスプレイ表面に好適に設けられる光学フィルムとして使用される。
本発明によって製造される光学フィルムの機能層としては、光拡散粒子とバインダマトリックスを備える防眩層、低屈折粒子とバインダマトリックスとを備え反射防止機能を有する低屈折率層、導電性粒子とバインダマトリックスとを備える帯電防止層等をあげることができる。
また、このとき、機能層は複数の種類の機能性粒子を含んでいてもよい。
また、本発明によって製造された光学フィルムにあっては、他の機能層を備えていてもよく、光学フィルムの積層体の少なくとも1層が本発明の製造方法により形成されていればよい。
またこれらの他にも、アクリレート系の官能基を有するポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、スピロアセタール樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリチオールポリエン樹脂等も使用することができる。
希釈溶媒として用いられるものは、特に限定されないが、組成物の安定性、塗膜に対する揮発性などを考慮して、メタノール・エタノール・イソプロパノール・ブタノール・2−メトキシエタノール等のアルコール類、水、アセトン・メチルエチルケトン・メチルイソブチル等のケトン類、酢酸メチル・酢酸エチル・酢酸ブチル等のエステル類、ジイソプロピルエーテル等のエーテル類、エチレングリコール・プロピレングリコール・ヘキシレングリコール等のグリコール類、エチルセロソルブ・ブチルセロソルブ・エチルカルビトール・ブチルカルビトール等のグリコールエーテル類、ヘキサン・ヘプタン・オクタン等の脂肪族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素、ベンゼン・トルエン・キシレン等の芳香族炭化水素、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。
これらの溶媒は1種、又は2種類以上の混合物として用いてよい。
また、基材フィルム2は、単層からなってもよいし、複数の層からなってもよい。
基材フィルム2の厚さは、10〜500μmであることが好ましい。
光学フィルム5の機能層としては、平均粒子径dが0.01〜15μmの粒子が主に用いられ、本発明にあっては、その平均粒子径が0.01〜15μmの大きさの粒子を含む塗液に対して、好適に粒子の凝集を防ぐことができる。
特に、防眩層のヘイズ値が5〜50%の防眩層を積層してなる光学フィルムにおいては、粒子の分散が防眩層内で不均一のときにムラやスジ状の欠陥のある光学フィルムとして確認されやすく、面内で均一な光学特性を有する光学フィルムとすることができなくなってしまう。したがって、本発明を好適に使用することができる。
図2に本発明を使った装置構成の一例を示す。
図2に示す製造装置は、塗液を蓄える塗液用タンク9(送液用タンク)と、送液用ポンプ10と、塗液用タンク9と送液用ポンプ10の送液配管(接続配管)12と、ダイヘッド6と、送液用ポンプ10とダイヘッド6の送液配管(接続配管)13と、基材フィルム8の面をダイヘッド6に臨ませて搬送するコーティングロール7などを含んで構成されており、送液配管(接続配管)13中にせん断付与部11(特許請求の範囲の第2のせん断付与部に相当)が設けられている。
すなわち本発明は塗液用タンク9からダイヘッド6までの間に、塗液に局所的に高せん断をかけるせん断付与部11を設けるものである。より詳細には、塗液用タンク9からダイヘッド6までの間に少なくとも一箇所500[1/s]〜50000[1/s]のせん断速度を与えるせん断付与部11を設けるものである。
塗液に対するせん断の与え方は特に制約はなく、一番簡単には配管の途中を急激に小さくすることが考えられる。また配管の中を二分岐以上して各々急激に狭い場所を作ることも考えられる。そのせん断を与える構造も円筒状からスリット状など様々考えられるが、本発明の効果は与えられるせん断速度によって一意的に決まる。
図2にはいわゆるエクストルージョン型のダイヘッドの図が描かれているが、本発明の効果はいわゆるクローズドな送液系を持つ装置であれば有効である。
グラビアコーターのような開放系で循環のかかる方法ではタンクと塗工部の間にせん断の付与場所を作っても、何度もそこを通ることになり、逆に過分散の状態になり、凝集物を作りやすくなる。
よってタンクと塗工部の間でワンパスになるような箇所に取り付けることが重要であり、塗工方式もダイヘッドを使用したエクストルージョン型やスライドビード型、カーテン型などが有効である。
また、せん断付与部11によって塗液に高せん断がかけられるせん断付与時間は過分散にならないためにも1[s]以下であることが望ましい。1[s]以上でも効果があることがあるが、凝集体の発生確率が上がってくる。
図3に示す製造装置は、調液済み塗液を蓄えるタンク14と、塗液用タンク9と、タンク14と塗液用タンク9とを接続する配管17と、配管17を介してタンク14から塗液用タンク9に塗液を追添するポンプ15と、塗液用タンク9と送液用ポンプ10の送液配管12と、ダイヘッド6と、送液用ポンプ10とダイヘッド6の送液配管13と、基材フィルム8の面をダイヘッド6に臨ませて搬送するコーティングロール7などを含んで構成されており、配管17で構成される送液配管中にせん断付与部16(特許請求の範囲の第1のせん断付与部に相当)が設けられている。
この場合は塗液用タンク9に塗液を投入する際にせん断をかけている。塗液用タンク9に投入する際にかける場合は分散させたものが持続せねばならないので、送液配管中に比べると必要となるせん断域は高くなり、せん断付与部16によって塗液に与えるせん断速度は1.0*105[1/s]〜1.0*107[1/s]である。
せん断を付与する装置としては上述と全く変わらず、要はせん断速度がどの程度かかるかが重要である。また過分散を防ぐためにもせん断付与時間は1[s]以下が望ましい。またどれだけせん断をかけたとしてもやはり放置している場合は再凝集は避けられないので、せん断を付与しながら塗液用タンク9に投入した後、10時間以内に投入した塗液を使い切るような運用をすることが重要である。
図2や図3に示される塗液用タンク9には粒子の沈殿を防ぐために攪拌羽のような攪拌装置を設置することは本発明の効果をさまたげるものではない。
それぞれの方策は独立に有効ではあるが、重複して実施することでその効果はなくならない。
また、バインダとして、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂などの電離放射線硬化性樹脂を用いた場合には、乾燥工程のあとに、電子線照射工程、紫外線照射工程が設けられ、機能層が形成される。また、バインダとして熱硬化性樹脂、無機マトリックス材料を用いた場合には、乾燥工程のあとに、加熱工程が設けられ、機能層が形成される。
以下のようにして、支持体上に防眩性機能膜を形成した。
バインダー形成材料としてペンタエリスリトールトリアクリレート(共栄社化学株式会社の商品名)100重量部、光重合開始剤としてイルガキュア184(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社の商品名)5重量部、溶剤としてトルエン100重量部、粒子としてアクリルビーズ(MPシリーズ、MXシリーズ、粒子径:0.5、5.0、10.0μm、綜研化学株式会社の商品名)5重量部を混合させ、塗液を調製した。調製した粘度は4.7cPであった。
次に連続して搬送される支持体として650mm幅のトリアセチルセルロース(TAC)フィルムを用い、ダイヘッドを用いたダイコーティング法により塗液をTACフィルム上に塗布し、乾燥、紫外線硬化の工程を経てTACフィルム上に防眩層となる塗布層を形成し、光学フィルム(積層体)を作製した。
そして、図2を用いて説明すると、塗液タンク9からダイヘッド6までの送液配管13は10mmφのものを使用し、その配管において長さ10mmだけ5mmφのものを使用することで送液配管13中にせん断付与部11を設けた。流した流量は500cc/minである。(せん断速度679[1/s]、せん断付与時間0.02秒)
(比較例1)
送液配管13として、すべての長さにわたって10mmφのものを使用した以外は実施例1と同じとして光学フィルムを作製した。(せん断速度85[1/s])
(比較例2)
送液配管13として10mmφのものを使用し、その配管において長さ10mmだけ6mmφのものを使用した以外は実施例1と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度393[1/s]、せん断付与時間0.03秒)
送液配管13として10mmφのものを使用し、その配管において長さ100mmだけ5mmφのものを使用することで送液配管13中にせん断付与部11を設けた以外は実施例1と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度679[1/s]、せん断付与時間0.24秒)
(実施例3)
送液配管13として10mmφのものを使用し、その配管において長さ300mmだけ5mmφのものを使用することで送液配管13中にせん断付与部11を設けた以外は実施例1と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度679[1/s]、せん断付与時間0.70秒)
(実施例4)
送液配管13として10mmφのものを使用し、その配管において長さ500mmだけ5mmφのものを使用することで送液配管13中にせん断付与部11を設けた以外は実施例1と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度679[1/s]、せん断付与時間1.18秒)
(実施例5)
送液配管13として10mmφのものを使用し、その配管において長さ500mmだけ5mmφのものを使用することで送液配管13中にせん断付与部11を設け、流量を1000cc/minとした以外は実施例1と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度1358[1/s]、せん断付与時間0.59秒)
(比較例4)
送液配管13として10mmφのものを使用し、その配管において長さ10mmだけ1mmφのものを使用することで送液配管13中にせん断付与部11を設けた以外は実施例1と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度84925[1/s]、せん断付与時間0.0009秒)
送液配管13として10mmφのものを使用し、その配管において長さ10mmだけ2mmφのものを使用することで送液配管13中にせん断付与部11を設けた以外は実施例1と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度10615[1/s]、せん断付与時間0.004秒)
(実施例7)
送液配管13として10mmφのものを使用し、その配管において長さ10mmだけ1.5mmφのものを使用することで送液配管13中にせん断付与部11を設けた以外は実施例1と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度25163[1/s]、せん断付与時間0.002秒)
(比較例5)
送液配管13として10mmφのものを使用し、その配管において長さ10mmだけ1.5mmφのものを使用することで送液配管13中にせん断付与部11を設け、流量を1500cc/minとした以外は実施例1と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度75489[1/s]、せん断付与時間0.001秒)
(実施例8)
送液配管13として10mmφのものを使用し、その配管において長さ100mmだけ4mmφのものを使用することで送液配管13中にせん断付与部11を設け、流量を500cc/minとした以外は実施例1と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度1327[1/s]、せん断付与時間0.15秒)
(実施例9)
送液配管13として10mmφのものを使用し、その配管において長さ100mmだけ4mmφのものを使用することで送液配管13中にせん断付与部11を設け、流量を500cc/minとした以外は実施例1と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度1327[1/s]、せん断付与時間1.21秒)
評価はすべて、形成された機能層を見て分散不良起因である凝集物が1個以上1m2の中に存在している場合は×とし、凝集物が平均して0個より大きく1個より小さい場合は○とし、存在しない場合は◎として示した。
すなわち以下の通りである。
実施例1 ◎
比較例1 ×
比較例2 ◎
実施例2 ◎
実施例3 ◎
実施例4 ○
実施例5 ◎
比較例4 ×
実施例6 ◎
実施例7 ◎
比較例5 ×
実施例8 ◎
実施例9 ○
バインダー形成材料としてペンタエリスリトールトリアクリレート(共栄社化学株式会社の商品名)100重量部、光重合開始剤としてイルガキュア184(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社の商品名)5重量部、溶剤としてトルエン100重量部、粒子としてアクリルビーズ(MPシリーズ、MXシリーズ、粒子径:0.5、5.0、10.0μm、綜研化学社製)5重量部を混合させ、塗液を調製した。
調製した粘度は4.7cPであった。
図3を用いて説明すると、2つのタンク9、14を用意し、2つのタンク9、14を送液配管16で接続し、得られた塗液を一方のタンク14にいれ、送液配管16を通してもう一方のタンク9に送液した。
このとき、送液配管16として10mmφのものを用い、その配管において、長さ10mmだけ1.5mmφのものを用いることで送液配管16中にせん断付与部17を設けた。また、流量は2000cc/minである。(せん断速度100653[1/s]、せん断付与時間0.0005秒)
次に、タンク14からタンク9へ塗液を送液したあと、10時間以内に、連続して搬送される支持体として650mm幅のトリアセチルセルロース(TAC)フィルムを用い、ダイヘッドを用いたダイコーティング法により塗液をTACフィルム上に塗布し、乾燥、紫外線硬化の工程を経てTACフィルム上に防眩層となる塗布層を形成し、光学フィルム(積層体)を作製した。タンク9からダイヘッド6にいたる送液配管12、13は10mmφのものを使用した。
(比較例6)
タンク14とタンク9をつなぐ送液配管16において、長さ10mmだけ2.0mmφのものを用いることで送液配管16中にせん断付与部17を設け、それ以外は実施例10と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度42463[1/s]、せん断付与時間0.0009秒)
タンク14とタンク9をつなぐ送液配管16において、長さ10mmだけ1.0mmφのものを用いることで送液配管16中にせん断付与部17を設け、それ以外は実施例10と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度339703[1/s]、せん断付与時間0.0002秒)
(比較例7)
タンク14とタンク9をつなぐ送液配管16において、長さ10mmだけ0.3mmφのものを用いることで送液配管16中にせん断付与部17を設け、それ以外は実施例10と同じにして光学フィルムを作製した。(せん断速度12581584[1/s]、せん断付与時間0.00002秒)
評価はすべて、形成された機能層を見て分散不良起因である凝集物が1個以上1m2の中に存在している場合は×とし、凝集物が平均して0個より大きく1個より小さい場合は○とし、存在しない場合は◎として示した。
すなわち以下の通りである。
実施例10 ◎
比較例6 ×
実施例11 ◎
比較例7 ×
Claims (8)
- 連続的に搬送されるウェブ状の支持体の少なくとも一方の面に、少なくとも粒子とバインダマトリックス形成材料を含む塗液をダイヘッドのリップ先端より吐出し前記支持体上に前記粒子と前記バインダマトリックスを備える塗布層を形成し前記支持体上に前記塗布層が積層されてなる積層体を形成する光学フィルムの製造装置であって、
前記塗液が貯えられる塗液タンクから前記ダイヘッドの流入口に前記塗液を供給する送液配管中に、前記塗液に局所的に高せん断をかけるせん断付与部が設けられ、
前記せん断付与部によって前記塗液に高せん断がかけられるせん断付与時間が1sec以下である、
ことを特徴とする光学フィルムの製造装置。 - 前記粒子の平均粒子径dが0.01μm以上15μm以下であり、
前記せん断付与部は前記塗液にせん断速度500[1/s]〜50000[1/s]をかけるように構成されている、
ことを特徴とする請求項1記載の光学フィルムの製造装置。 - 連続的に搬送されるウェブ状の支持体の少なくとも一方の面に、少なくとも粒子とバインダマトリックス形成材料を含む塗液をダイヘッドのリップ先端より吐出し前記支持体上に前記粒子と前記バインダマトリックスを備える塗布層を形成し前記支持体上に前記塗布層が積層されてなる積層体を形成する光学フィルムの製造装置であって、
前記塗液が貯えられ該塗液を前記ダイヘッドの流入口に供給する塗液タンクと、
前記塗液タンクに供給する塗液に局所的に高せん断をかけるせん断付与部が設けられ、
前記せん断付与部によって前記塗液に高せん断がかけられるせん断付与時間が1sec以下である、
ことを特徴とする光学フィルムの製造装置。 - 前記粒子の平均粒子径dが0.01μm以上15μm以下であり、
前記せん断付与部は前記塗液にせん断速度1.0*105[1/s]〜1.0*107[1/s]をかけるように構成されている、
ことを特徴とする請求項3記載の光学フィルムの製造装置。 - 前記せん断付与部によって高せん断がかけられた前記塗液の前記塗液タンク内での滞留時間が10時間以内である、
ことを特徴とする請求項3または4記載の光学フィルムの製造装置。 - 連続的に搬送されるウェブ状の支持体の少なくとも一方の面に、少なくとも粒子とバインダマトリックス形成材料を含む塗液をダイヘッドのリップ先端より吐出し前記支持体上に前記粒子と前記バインダマトリックスを備える塗布層を形成し前記支持体上に前記塗布層が積層されてなる積層体を形成する光学フィルムの製造装置であって、
前記塗液が貯えられる塗液タンクに供給する前記塗液に局所的に高せん断をかける第1のせん断付与部を設け、
前記塗液タンクから前記ダイヘッドの流入口に前記塗液を供給する送液配管中に、前記塗液に局所的に高せん断をかける第2のせん断付与部を設け、
前記第1のせん断付与部によって前記塗液に高せん断がかけられるせん断付与時間が1sec以下であり、かつ、前記第2のせん断部によって前記塗液に高せん断がかけられるせん断付与時間が1sec以下である、
ことを特徴とする光学フィルムの製造装置。 - 前記粒子の平均粒子径dが0.01μm以上15μm以下であり、
前記第1のせん断付与部は前記塗液にせん断速度1.0*105[1/s]〜1.0*107[1/s]をかけるように構成され、
前記第2のせん断付与部は前記塗液にせん断速度500[1/s]〜50000[1/s]をかけるように構成されている、
ことを特徴とする請求項6記載の光学フィルムの製造装置。 - 請求項1乃至7に何れか1項記載の光学フィルムの製造装置を使用して光学フィルムを製造する製造方法。
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