JP5129875B2 - 光学用ポリエステルフィルム - Google Patents

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Description

本発明は、光学用ポリエステルフィルムに係り、より詳細には、優れた易接着性、透明性、光透過性、耐スクラッチ(scratch)性、および走行性が良好である、フィルム平面性の優れた光学用ポリエステルフィルム、特に、ディスプレイ分野において好適な光学用ポリエステルフィルムに関する。
一般に、ポリエステルフィルムを含む大部分のプラスチックフィルムは、後加工工程を介して必要な機能を有するようになるので、後加工工程を経ることが必須的である。このような後加工工程においては、フィルムが多くのロールを通過するので、ロールとの摩擦や剥離により、フィルムの表面にスクラッチなどが発生する。特に、高透明フィルムの場合は、低い表面粗度の特性により走行性が不良となり、後加工工程において塗布の不良やスクラッチの発生といった問題を引き起こすことがある。なお、かかる後加工工程で発生するフィルム表面の欠点のほか、二軸延伸ポリエステルフィルムの製造工程上においても、多くのロールを通過するので、該工程中にフィルム表面の走行性が不良である場合、多くの表面欠点が発生するようになる。特に、このような表面欠点は、ディスプレイ分野の光学用フィルムに適用する際に、製品に対して致命的な不良をもたらすようになる。
二軸延伸ポリエステルフィルムは、他のプラスチックフィルムに比べ、優れた寸法安定性、耐化学性、透明性などの特性を有するため、光学用フィルムとして広く用いられている。特に、ディスプレイ分野において、透明伝導性物質(ITO:Indium Tin oxide) を蒸着して発光物質を塗布した後、シルバー・ペースト(Silver Paster)加工を施す無機ELおよび液晶表示装置に用いられるために、オフライン・コーティング(Off-Line Coating)を介してハード・コーティング加工などの工程を経るタッチ・パネル用ベースフィルム、LCDモニタ用として用いられるフィルムの中で、バックライト・ユニット部に該当する拡散シート、プリズムレンズシート、保護フィルムなどに用いられるベースフィルム、そして、ディスプレイ用であって外部光による眩しさを防止するために光反射を抑制するAR(Anti-Reflection)用ベースフィルム、プラズマ・ディスプレイ・パネル(PDP)に用いられる近赤外線遮断フィルムなどに主に使用されている。
特に、このようなディスプレイ用として適用する際、ベースフィルムとして用いられる二軸延伸ポリエステルフィルムは、工程の走行安定性、透明性、光透過性、そして優れた耐スクラッチ性および平面性が要求される。特に、スクラッチの問題においては、前記欠点発生部分において、透明電導膜に対する塗布の不均一による電気的欠陥の発生(黒点)およびハードコーティングなどの、後加工工程での塗布の不均一などの問題を引き起こすことがある。
したがって、光学用フィルムに適用する際には、優れた透明性、易接着性などと共に、フィルムの表面に微細なキズを許容しないことが好ましい。また、フィルムの平面性の問題においても、フィルムの平面性が不良である場合、ベースフィルムの生産工程中に、張力の不均一による部分的なスライド現象が誘発され、それにより、フィルムの表面にスクラッチの発生といった欠点やその他の欠点が発生するようになる。また、フィルムの平面性が不良である場合、後加工コーティング工程において、塗布量が不均一となり部分的な塗布の不良を有する製品が生産されて製品としての価値を落としてしまう。そのため、光学用フィルムにおいてはフィルムの平面性を良好にすることが特に必要となる。
二軸延伸ポリエステルフィルムの製造に際し、かかる表面のスクラッチを解決するために、従来には、二軸延伸ポリエステルフィルムの基材に接着層を形成させる工程において、接着層内に無機粒子を含有させる方法が用いられていた。しかし、二軸延伸ポリエステルフィルムは、その製造工程において、接着層を形成させるインライン・コーティング工程(インライン・コーティングとは、フィルムを製造する際に、原料を溶融・押出した後に冷却してシートを製造した後、コーティング液を塗布する工程をいい、該工程は、一軸縦方向延伸の前、或いは一軸延伸の後に行うが、一般には、一軸縦方向延伸の後に行う。)は、ほとんどの場合、溶媒として多量の水を用い、その後、幅方向への延伸工程が行われるので、易接着コーティング層の厚さは、このような延伸工程によって数μm以上にするには限界があった。それにより、塗布工程に用いられる無機粒子には、そのサイズにおいて制限があった。もし、サイズの大きい粒子を用いるようになれば、粒子を取り押さえているコーティング層の厚さが相対的に薄くなってしまい、ロールが走行する際に、微細な摩擦によってもコーティング層において剥離するという問題を引き起こすようになる。これにより、フィルムに走行性を与えるための当初の目的を成し遂げることができず、その上、脱落した粒子によって各ロールが汚染するという問題まで引き起こすようになる。そして、これよりもっと大きい問題は、二軸延伸ポリエステルフィルムの製造工程では、ほとんどの場合、インライン・コーティング工程が長手方向(縦方向)の一軸延伸の後に行われるが、この場合、縦方向ロールの周速による一軸延伸工程(ほとんどの場合、長手方向の延伸工程は、前・後のロールの周速差によって延伸させる工程である。)中に発生する大部分の欠点は克服できなかった。また、コーティング工程中に用いた無機粒子は、その使用量が多くなる場合、後加工物質との接着性を落とす原因となるので、後加工工程後に接着性の不良などにより製品の物性に悪影響を及ぼすという問題点があった。
また、フィルムの内部に粒子(Filler)を使用しない場合、溶融・押出されたシートが、ロールの周速による長手方向の延伸工程において、延伸応力の不均一によりフィルムの平面性を低下するという問題点があった。フィルムの平面性が不良である場合、後加工工程での塗布の不均一の問題を引き起こしたり、取扱性および走行性において致命的な欠陷を引き起こすようになる。
従来のフィルムは、製品の透明性を改善するために、フィルムの内部に粒子を使用していなかった。その結果、上述したようなフィルムの平面性の不良やスクラッチの発生などの問題が引き起こされていたのである。また、フィルムのスクラッチ性を改善するために、インライン・コーティング工程において接着層内に粒子を使用して耐スクラッチ性を改善しようとしたので、スクラッチの主発生地である縦方向延伸工程でのスクラッチの発生に対して致命的な限界を有していた。かかる縦方向延伸工程は、インライン・コーティング工程の前段階であって、フィルムに易接着被覆層が形成される前の工程であるので、接着層の機能では縦方向延伸工程で発生するスクラッチの問題を克服することができなかった。また、縦方向延伸工程中に発生した欠点は、易接着コーティング層の塗布によって該欠点がかえって大きく見える、いわゆるレンズ效果により、製品欠陷にとってより大きな原因となっている。
下記特許文献1には、フィルム表面に界面活性剤を塗布することによりフィルムの欠点を抑制するポリエステルフィルムを開示しているが、これもまた上述したような、塗布工程の前に発生する欠点を抑制することができず、微細な欠点の発生により、ディスプレイ分野で要求される、満足できるような機能を充足できないという問題点がある。
特開平9−183201号公報
本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたものである。本発明の目的は、特に、ディスプレイ分野の光学用フィルムに適用する際に必須的なものである高透明性を保持しながら優れた走行性および耐スクラッチ性を有し、フィルムの延伸性を向上させることによってフィルムの平面性を改善できる、光学用ポリエステルフィルムを提供することである。
上記目的を達成するために、本発明による光学用ポリエステルフィルムは、 固形分を含む原料を溶融して二軸延伸したポリエステルで形成された基材層と、
前記基材層の少なくとも片面に接着性樹脂により形成された接着層と、
を備え、
前記基材層は、所定の測定方法による平均粒径が0.05μmの微細粒子(A)と、前記所定の測定方法による平均粒径が2.0μmの粒子(B)または前記所定の測定方法による平均粒径が4.0μmの粒子(C)とを、微粒子(A)と粒子(B)、または微粒子(A)と粒子(C)との含有比(A/BまたはA/C)が、値3となるように含有し、
前記接着層を形成する塗布液は、2〜10重量%の固形分を有することを特徴とする。
また、本発明による光学用ポリエステルフィルムは、前記フィルムの濁度(haze)が1.5%以下で、前記フィルムの厚さが25μm以上であることを特徴とする。
本発明による光学用ポリエステルフィルムの基材層である二軸配向ポリエステルフィルムを構成する芳香族ポリエステルは、ポリエチレンテレフタレート・ホモポリマーまたはエチレンテレフタレートを主な繰り返し単位とする共重合体であることが好ましい。特に、ポリエチレンテレフタレートでなる二軸延伸フィルムが好適である。これらの重合体の製法としては、固体状の重合または重合体の溶剤抽出などでオリゴマーの含量を減らしたポリエステルを用いても良いが、特にこれに限定されるものではない。
また、本発明に用いられたポリエステルフィルムには、リン酸またはリン化合物などの熱安定剤を用いるが、これは、溶融・押出されたポリエステル樹脂を回転冷却ロール上において静電印加法によって密着・固化させ、厚さの均一な未延伸シートを得るのに必須的なものである。
また、必要に応じては、ポリエステルフィルムの中に、酸化防止剤、有機潤滑剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、耐光剤、界面活性剤などの各種添加剤を含有させても良い。
一般には、ポリエステルフィルムの透明性を保持するために、基材のフィルムに粒子を含有させないが、本発明による光学用ポリエステルフィルムでは、ディスプレイ分野に適用可能な範囲内で微細粒子を使用しても、優れた透明性を保持させながら、フィルムの延伸工程中に発生する延伸応力を分散させて延伸の均一性を向上させることができ、それによって、結局フィルムの平面性を向上させるようになるということを確認した。
本発明による光学用ポリエステルフィルムの基材層の少なくとも片面に提供される接着層に使用された樹脂は、水溶性または水分散性樹脂に限定されているのではないが、水性ポリウレタン樹脂、水性ポリエステル樹脂、水性アクリル樹脂などを使用し得る。
本発明の接着層に使用されるポリウレタン樹脂は、溶剤型、無溶剤型または水性の各種コーティング剤を使用することができる。ブロック型イソシアネート基を含む樹脂としては、例えば、末端のイソシアネート基を親水性基でブロックした熱反応型の水溶性ウレタン樹脂が挙げられる。前記イソシアネート基のブロック化剤としては、例えば、スルホン酸基および重亜硫酸塩類を含むフェノール類、ラクタム類、オキシム類、アルコール類および活性メチレン化合物類などが挙げられる。
前記アクリル樹脂は、樹脂溶液を100Paの減圧下で、80℃で2時間乾燥させた後、固形分を、既知濃度のエタノール性の水酸化カリウム溶液で適正することによって得られた、酸価200eq/t以上の1種以上または2種以上の共重合体であることが好ましい。
一方、本発明による光学用ポリエステルフィルムの接着層を形成するために用いられる塗布液は、水系の塗布液であることが好ましい。水系の塗布液をフィルムの表面に塗布する際、基材のフィルムの湿潤性を向上させ、塗布液を均一に塗布するためには、公知の非イオン系の界面活性剤や陰イオン系の界面活性剤を適量添加することが好ましい。
また、接着層の中には、帯電防止性、取扱性といった異なる機能を与えるために、耐熱高分子や無機高分子粒子、紫外線吸収剤、帯電防止剤、抗菌剤、有機潤滑剤などの添加剤を含有させても良い。
本発明の二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法として後述する逐次二軸延伸法を用いたが、これに限定されるものではない。
ポリエステルの原料の樹脂を十分に真空乾燥させた後、押出機を介して溶融・押出させ、溶融された高温のポリエステル樹脂が、ダイを通じて回転冷却ロールにおいてシート型に形成される。この場合、静電印加法によってポリマーが冷却ロールに密着されるので、未延伸ポリエステルシートが得られるようになる。この際、未延伸ポリエステルシートは、単層構造でもあっても良く、共押出による複層構造であっても良い。
ここで、本発明の技術的特徴をなす平均粒径が0.03〜0.50μmの微細粒子、および平均粒径が1.0〜10.0μmの粒子を使用する際に、平均粒径が0.03〜0.50μmの微細粒子を単独に使用するか、または2種類の微細粒子を共に使用することによって未延伸シートが得られる。このとき用いられる粒子としては、例えば、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、カオリン、シリカ、滑石、二酸化チタン、アルミナ、フッ化カルシウム、硫酸バリウム、ゼオライト、硫化モリブデン、水酸化カリウムのような無機粒子、架橋高分子粒子のような有機粒子などが挙げられる。粒子の屈折率と接着層を構成する樹脂の屈折率との差が0.1以上である場合は、透明性を損傷する原因となることもあるので、種々の粒子の中で、シリカ粒子の屈折率と接着層の樹脂の屈折率とが近似していて、優れた透明性が得られるので、これを使用することが好適である。
この時に用いられる微細粒子の平均粒径が0.03μm未満であると、微細粒子がシートやフィルムに対して走行性および耐スクラッチ性に役立てず、なお、微細粒子投入の效果を与えることができない。また、微細粒子の平均粒径が0.50μmを超えると、視感透過率に支障を与えるという問題が生じる。かかる問題は、平均粒径が1.0〜10.0μmの粒子と混合して使用するときに発生するものであって、平均粒径が1.0〜10.0μmの粒子を使用すればある程度視感透過率が低下する。これに、更に平均粒径が0.50μmを超える微細粒子を加えれば、視感透過率が更に低下するので、平均粒径が0.50μm以下の微細粒子を使用することが好適である。
得られた未延伸ポリエステルシートを70〜120℃に加熱したロール上を通過させながら、長手方向に2.0〜4.5倍延伸させて一軸延伸ポリエステルフィルムを得る。このような一軸延伸のために、シートをロール上に走行させるとき、ポリエステルシートの表面とロールとの間には、主に摩擦による欠点が発生するようになる。かかる工程での欠点は、既存の、接着層に不活性粒子を含有させて耐磨耗性を与えるという方式では克服できなかった問題であった。本発明による光学用ポリエステルフィルムは、かかる工程の欠点を解決しながら透明性を保持することを特徴とする。
このようにして得られた一軸延伸ポリエステルシートの両側のエッジ部をクリップで把持し、80〜150℃に加熱された領域で入れ、フィルムの上・下方から熱風を供給し、幅方向に2.5〜5.0倍延伸させる。次いで、より高い温度領域(150〜250℃)に誘導されて結晶配向されるようになる。
一方、ポリエステルフィルムの少なくとも片面に易接着性のためにコーティングする工程がフィルムの製造工程の任意の段階で行われるようになる。かかるポリエステルフィルムに易接着塗布層を塗布する方法としては、グラビア・コーティング法、キッス・コーティング法、ワイヤーバー・コーティング法、スプレー・コーティング法、エアナイフ・コーティング法、含浸コーティング法などの公知のコーティング法が挙げられるが、このうちの一つ以上の方法を使用しても良い。
水系の易接着塗布液の固形分の濃度は、1〜20重量%であることが好ましく、より好ましくは2〜10重量%である。前記重量%は、固形分を含んだ塗布液(100重量%)に対する重量比である。
かかる接着層の塗布工程は二軸延伸ポリエステルフィルムに施しても良く、未延伸または一軸延伸ポリエステルフィルムに塗布した後、二軸延伸を行っても良い。通常、後者の方法をインライン・コーティング法と称するが、本発明では後者のインライン・コーティング法が好ましい。この際、塗布された液は、上・下方から熱風が供給されるテンター (tenter)領域において熱架橋反応が行われることによって完全な被服層を形成するようになる。このように形成された接着層の塗布量は、一般に、0.01〜1.00g/m2に形成される。
二軸延伸されたポリエステルフィルムは、引取機(take-up)および巻取機(winder)によりボビンに巻き取られるが、かかる広幅フィルムは所定のロールを走行しながら巻き取られるようになる。
本発明による二軸延伸ポリエステルフィルムの接着層は、他の材料との間で優れた接着性を示すが、印刷性や接着性をより良好にするために、必要に応じて、フィルムの表面に、コロナ処理、電子線照射、火炎処理などの表面処理を行っても良い。
以上、本発明の光学用ポリエステルフィルムによれば、フィルムの高透明性を保持しながらも優れた走行性および耐スクラッチ性を有する。また、フィルムの延伸性を向上させることにより、優れた平面性を有するなどの効果がある。
したがって、表面欠点により製品に致命的な不良をもたらし得るディスプレイ分野の光学用フィルムに、本発明の光学用ポリエステルフィルムを適用することにより、非常に優れた製品を製造できるという効果がある。
本発明の一実施例による光学用ポリエステルフィルムの断面図である。 本発明の光学用ポリエステルフィルムの平面性を測定する装置である。
以下、実施例および図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。これらの実施例は専ら本発明をより具体的に説明するためのものであって、本発明の範囲はこれらの実施例によって制限されないということは、当業界において通常の知識を有する者にとっては自明なことであろう。
(実施例)
粒子の構成
本発明の基材層に用いられた微細粒子A、粒子B、および粒子Cは、SiO2の微細粒子であって、その平均粒径は、微細粒子Aが50nmで、粒子Bが2μmで、粒子Cが4μmである。
光学用ポリエステルフィルムの製造
実施例の原料ポリマーとして、粒子を含んでいないポリエチレンテレフタレート・チップ(chip)をドライヤ(dryer)内で高温下、減圧(0.5Torr)乾燥させ、チップ内の0.4%のレベルで含有された水分を取り除いた後、押出機を通じて溶融されたポリマーを表面温度が25℃に保持された金属ロール(キャスティング・ドラム)に急冷・固化させ、厚さ1300μmの無延伸シートを得た。この際、微細粒子を水分の除去されたチップと共に押出機に通し、基材層に微細粒子および粒子を取り入れる。前記無延伸シートを、加熱された各ロールおよび赤外線ヒータで加熱した後、ロールの周速差によりフィルムの長手方向に3倍延伸させ、一軸延伸ペット(PET)フィルムを得た。次いで、用意しておいた塗布液を、一軸延伸ペットフィルムの両面にメイヤ・バー(Mayer bar)方式で塗布した。この際、塗布の前に、別途のコロナ処理装置を通じてフィルムの両面(塗布面)にコロナ処理を行った。塗布されたフィルムの両端部をクリップで把持して熱風ゾーン(tenter)に誘導し、塗布液が乾燥された後、フィルムの幅方向に4倍延伸させて厚さ100μmの二軸延伸ペット・フィルムを得た。本実施例に用いられた基材は、共重合ポリエステル樹脂およびポリウレタン系樹脂が少なくとも片面に塗布された二軸延伸ポリエステルフィルムであって、厚さが100μmであることを特徴とする。本実施例では、基材の両面に、インライン・コーティング法によって接着層が塗布されたフィルムを用意して使用した。
実施例1
前記原料に、微細粒子Aを2.0重量%(基材層および粒子の100重量%を基準にする。以下も同じ。)、そして微細粒子Aと粒子Bとの含量比(A/B)を3にし、溶融押出して上記の方法で100μmの二軸延伸ペットフィルムを製造した後、基材層の両面に下塗液を塗布して接着層を構成し、光学用ポリエステルフィルムを製造した。
実施例2
原料粒子の含量の組成において、粒子Bの代わりに粒子Cを使用することを除けば、実施例1と同様の方法を用いて光学用ポリエステルフィルムを製造した。
実施例3
原料粒子の含量の調整において、微細粒子Aを2.0重量%使用することと、微細粒子Aと粒子Bとの含量比(A/B)を3に、微細粒子Aと粒子Cとの含量比(A/C)を3にしたことを除けば、実施例1と同様の方法を用いて光学用ポリエステルフィルムを製造した。
実施例4
原料粒子の含量の調整において、微細粒子Aを2.0重量%使用し、粒子Bおよび粒子Cは使用しないことを除けば、実施例と同様の方法を用いて光学用ポリエステルフィルムを製造した。
比較例1
原料粒子の含量の調整において、微細粒子Aを使用せずに粒子Bのみを単独で使用することを除けば、実施例1と同様の方法を用いて光学用ポリエステルフィルムを製造した。
比較例2
原料粒子の含量の調整において、微細粒子Aを使用せずに粒子Cのみを単独で使用することを除けば、実施例1と同様の方法を用いて光学用ポリエステルフィルムを製造した。
比較例3
原料粒子の含量の調整において、微細粒子Aを使用せずに粒子Bおよび粒子Cを使用することを除けば、実施例1と同様の方法を用いて光学用ポリエステルフィルムを製造した。
比較例4
原料粒子の含量の調整において、微細粒子A、微細粒子Bおよび粒子Cを全て使用しないことを除けば、実施例1と同様の方法を用いて光学用ポリエステルフィルムを製造した。
本発明による各実施例および各比較例の構成、および使用された粒子を、表1に示した。
Figure 0005129875
実験例
濁度の評価
ASTM D1003の方法を用いて濁度を測定した。測定装備は、日本電色工業株式会社のNDH−300Aを使用した。
走行性の評価
走行性は、フィルムの走行特性を表わすもので、フィルムの表面と表面とが摩擦しあうように、試料台上にそれぞれ同じ面が対向するように試料を取り付ける。この際、試料の大きさは、上部のものは、横120mm×縦63mm、下部のものは、横150mm×縦100mmにし、摩擦の際、荷重200g、速度150mm/minで摩擦させることによって摩擦運動が行われるときに測定される力を測定する。その値が0.50以下である場合を“良好”、その以上の値である場合を“不良”と区分した。
平面性(flatness)の評価
平面性の測定には図2の装置を用いた。まず、測定しようとするフィルム1を下部ガラス板2に密着させた後、前方に格子柄が刻まれたアクリル版3の後面から電灯をつけ、下部に置かれたフィルムを通じて格子の模様を観察した。この際、フィルムの平面性が悪ければ反射して映される格子の線が曲がる。このとき、曲がった格子の数が、10個/m2以上であるときを“不良”と、10個/m2未満であるときを“良好”と区分した。
耐スクラッチ性
実施例および比較例のような方法で製造された光学用二軸延伸ポリエステルフィルムをそれぞれ1m×1mずつサンプリングし、別途の暗室内で特殊製作された20W蛍光ランプの光をフィルムの裏面から照らし、その光を通じてフィルムの表面のスクラッチを検査する。この際、光源はフィルムの裏面、またはフィルムの全面に位置させてフィルムの表面を検査する。このとき、深さが1μm以上で、長さが2mm以上のスクラッチの数が100個/m2以下であるものを“良好”と、その以上であるものを“不良”と区分した。
本発明による各実施例および各比較例のフィルムを評価したフィルム特性を表2に示す。
Figure 0005129875
上記の表2から分かるように、本発明による光学用ポリエステルフィルムは、微細粒子Aのみを使用した場合だけでなく、微細粒子Aと粒子Bおよび/または粒子Cを共に使用した場合においても、比較例に比べ、濁度をほぼ同じく保持しながらも、走行性、平面性および耐スクラッチ性も優れていることを確認することができる。
上記実施例は、本発明を具体的に例示するためのものであって、本発明の権利範囲を制限するものではない。また、本発明の単純な変形ないし変更も、全て本発明の領域に含まれるものと見なすことができる。
1 フィルム
2 ガラス板
3 アクリル板

Claims (3)

  1. 光学用ポリエステルフィルムにおいて、
    固形分を含む原料を溶融して二軸延伸したポリエステルで形成された基材層と、
    前記基材層の少なくとも片面に接着性樹脂により形成された接着層と、
    を備え、
    前記基材層は、所定の測定方法による平均粒径が0.05μmの微細粒子(A)と、前記所定の測定方法による平均粒径が2.0μmの粒子(B)または前記所定の測定方法による平均粒径が4.0μmの粒子(C)とを、微粒子(A)と粒子(B)、または微粒子(A)と粒子(C)との含有比(A/BまたはA/C)が、値3となるように含有し、
    前記接着層を形成する塗布液は、2〜10重量%の固形分を有することを特徴とする光学用ポリエステルフィルム。
  2. 前記フィルムの濁度(haze)は、1.5%以下であることを特徴とする請求項1に記載の光学用ポリエステルフィルム。
  3. 前記フィルムの厚さが25μm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の光学用ポリエステルフィルム。
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