JP5261193B2 - ポリマーフィルム - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイ装置（ＬＣＤ）を初めとするディスプレイ及び光学機器分野に使用されるポリマーフィルムに関する。更に詳しくは液晶ディスプレイの輝度、コントラスト向上に適したフィルムに関する。

従来、発光ダイオードなどの点光源、あるいは蛍光灯、陰極管などの線状光源を用いて、数字や文字の表示あるいは面発光等を行う表示素子において、上記の点状あるいは線状光源を、あたかも面光源であるかのように透過光を散乱させる光拡散性フィルムが用いられている。
同様にフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）においても表示性能として輝度ムラの改善、輝度の向上が望まれている。
液晶ディスプレイの一般的なバックライトユニットは、裏面に光拡散用のドットが印刷された導光板と、この導光板の片側又は両側に配置された光源（冷陰極管等）と、この導光板の上に重ねられた光拡散シートと、この光拡散シートの上又は上下に必要に応じてレンズフィルム（プリズムシート）等が置かれて構成されている。
このようなバックライトユニットに組み込まれる光拡散シートは、導光板からの光を均一に拡散し、表示画面でドットが見えるのを防いだり、光損失を抑えて拡散光を液晶パネル面へ均一に放出する役目を果たすものである。
このような光拡散シートとしては、従来より幾つかのものが提案されている。例えば特開平１１−３３７７１１号公報では上記目的を達成するために、高光拡散剤として、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート），ポリアクリロニトリル，ポリエステル，シリコーン，ポリエチレン，エポキシ，メラミン・ホルムアルデヒド縮合物，ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド縮合物，ベンゾグアナミン・メラミン・ホルムアルデヒド縮合物等の有機材料から選択される少なくとも１種以上の材料からなり、かつ粒子径が１〜２０μｍの球形状または真球形状の粒子からなる拡散剤を用いる材料を提案している。
特開２００３−１０７２１４号公報では、バインダー樹脂及び樹脂粒子を含有して凹凸表面を有する光拡散層を透明支持体上に積層してなる光拡散性シートを提案しており、シートの全光線透過率が７０．０％以上、ヘーズが８０．０％以上、透過の像鮮明度が２１．０％以上２５．０％未満であることを報告している。
しかしながら特開平１１−３３７７１１号公報、特開２００３−１０７２１４号公報に開示されるような光拡散シートは、光拡散層の表面から突出するポリマービーズや無機微粒子が、その上に重ねられるレンズフィルムを傷つけたり、衝撃などにより光拡散層から脱落しやすいため、鮮明度が不充分であったり、表示の品位が低下したり、歩留りがわるく製造コストが高くなる、などの問題があった。更に光拡散機能を十分な値にするためヘーズ値を上げるためには添加する分散剤の含有量が大きくなり、これら分散剤による光の損失も無視できなかった。
このため特開２００２−３５７７０６号公報では上記課題を解決するためにエンボス加工で光拡散性を発現しようとしており、透明な合成樹脂製の基材層と、この基材層の表面側に形成された光学的機能層とを備え、この基材層が１００℃以上１８０℃以下のガラス転移温度の合成樹脂を含み、更に基材層の裏面にエンボス加工により微細凹凸が形成されている光学シートを提案している。更に本提案では裏面の微細凹凸をエンボス加工により形成するため、微細凹凸の形状、表面粗さ等の調整が容易かつ正確に行え、導光板等の表面への傷付き防止のために効果的な表面粗さや凹凸の形状等とすることが比較的容易であるとし、裏面の表面粗さ（Ｒｚ）としては３０以上６０μｍ以下を推奨している。しかしながら最近の拡散フィルムに求められる拡散機能と輝度向上機能の要求は年々高まっており、光学的に設計され構造が制御された拡散フィルムが必要であり、Ｒｚのみで規定するだけでは不十分であり、更には３０μｍ以上では大きすぎて輝度ムラが完全に解消されない可能性がある。
特開２００２−２０２５０８号公報は、表側面と裏側面とに拡散部が形成されるとともに該二つの拡散部のいずれか一方がエンボス形状に形成された拡散フィルムを提案している。また、従来のごとく印刷を施すことによって発光ダイオードを出射した光線の光量自体を減少させる必要がないので、液晶画面の全体にわたって照度を低下させることがなく、液晶画面を効率良く照明することが可能になると報告している。更に、エンボス加工で製造するため光拡散シートの形成を比較的に容易にでき、その製造コストが嵩むことがないと報告している。
更にはエンボス形状に形成する場合には、その表面の粗さをＲｚが５μｍ以上５０μｍ以下とすると、より顕著に光線を拡散できるとしているが、Ｒｚを規定するだけでは光拡散機能と輝度向上、透過率などを同時に全て満足することは難しい。
特開２００３−３２９８１２号公報の提案は透明高分子フィルムの一方の面に光拡散層を有し、他方の面に算術平均粗さが０．５μｍ以下であって凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が８０μｍ以下である凹凸面を形成したことを特徴とするものである。このような形状の凹凸面は、透明高分子フィルムに直接形成してもよいし、透明高分子フィルムの光拡散層とは反対の面にバックコート層を形成し、このバックコート層に凹凸面を形成してもよいと報告されている。
この発明は上記で規定されたエンボス面だけでの光拡散機能では不足するため、別途光拡散層が必要であり、製造方法が煩雑であることや光損失、コスト増の問題が残る。
特開２００４−４４１７号公報は、透明基板の少なくとも片面に、表面に微細凹凸形状が形成されている透明樹脂層が設けられている光拡散性シートにおいて、当該光拡散性シートのヘイズ値が３０％以上であり、中心線平均表面粗さ（Ｒａ：μｍ）と平均山谷間隔（Ｓｍ：μｍ）の比（Ｒａ／Ｓｍ）が０．００５以下、かつ、０．１≦Ｒａ≦０．４、を満足することを特徴とする光拡散性シートを提案している。しかし、このようにＲａが小さな凹凸面では十分な拡散機能が得られず、特開２００３−３２９８１２号公報と同様の問題を内包している。

以上のように、光学拡散フィルムとして従来提案されているものは、バインダー樹脂及び樹脂粒子を分散させたもので表示の品位が低く、光損失が無視できないものであり、凹凸面で光拡散機能を発現するエンボス面を施したフィルムも、光拡散機能と輝度向上、透過率などを同時に満足させるものはなかった。
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、Ｒａ（算術平均粗さ）が０．５μｍから２．５μｍであり、Ｒｙ（最大高さ）が３μｍから１１μｍであり、Ｒｚ（十点平均高さ）が３μｍ以上から８μｍであり、光線透過率が８５％以上であるポリマーフィルムが、従来にない光拡散機能と輝度向上、透過率などを同時に満足することを見出し本発明に至った。更にはＳｍ（凹凸の平均間隔）が９０μｍから１６０μｍであり、局部山頂の平均間隔（Ｓ）が５μｍから１５μｍである場合は特に好適な性能を示すことを見出した。又、本発明のポリマーフィルムは溶融押し出し法で製造することが可能である。

図１は、算術平均粗さ（Ｒａ）の算出方法を表した図である。
図２は、十点平均粗さ（Ｒｚ）の算出方法を表した図である。
図３は、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）の算出方法を表した図である。

以下、本発明について更に詳細に説明する。
本発明のポリマーフィルムは、算術平均粗さＲａが０．５μｍから２．５μｍである。本発明における算術平均粗さＲａの測定方法は、以下の実施例に記載されている。本発明における算術平均粗さＲａの値は、好ましくは１．０μｍから２．０μｍである。
本発明のポリマーフィルムは、最大高さＲｙが３μｍから１１μｍである。本発明における最大高さＲｙの測定方法は、以下の実施例に記載されている。本発明における最大高さＲｙの値は、好ましくは５μｍから１０μｍである。
本発明のポリマーフィルムは、十点平均高さＲｚが３μｍから８μｍである。本発明における十点平均高さＲｚの測定方法は、以下の実施例に記載されている。本発明における十点平均高さＲｚの値は、好ましくは４μｍから７μｍでる。
本発明のポリマーフィルムは、光線透過率が８５％以上である。本発明における光線透過率の測定方法は、以下の実施例に記載されている。光線透過率を８５％以上にすると、光の損失が低く抑えられ輝度の低減が少なくなり好ましい。
本発明のポリマーフィルムは、好ましくは、凹凸の平均間隔Ｓｍが９０μｍから１６０μｍである。本発明における凹凸の平均間隔Ｓｍの測定方法は、以下の実施例に記載されている。より好ましい凹凸の平均間隔Ｓｍの値は、１００μｍから１５０μｍである。
本発明のポリマーフィルムは、好ましくは、局部山頂の平均間隔Ｓが５μｍから１５μｍである。本発明における局部山頂の平均間隔Ｓの測定方法は、以下の実施例に記載されている。より好ましい局部山頂の平均間隔Ｓの値は、７μｍから１２μｍである。
本発明のポリマーフィルムは、好ましくは、ヘーズが５０％以上である。本発明におけるヘーズの測定方法は、以下の実施例に記載されている。ヘーズを５０％以上にすると、拡散効果が大きくなり好ましい。
表面粗さが小さすぎると、光線透過率は維持されるが光拡散機能と輝度向上効果が小さくなり好ましくなく、一方、表面粗さが大きすぎると、細かな輝度ムラが解消されずに残るので好ましくない。また、表面粗さについてはＲｚだけで規定するのは不十分であり、ＲａやＲｙでも規定することが好ましい。また、凹凸の間隔については、大きすぎると凹凸の単位面積当たりの個数が小さくなり、拡散及び輝度向上効果が小さくなり好ましくない。
本発明における表面粗さを達成するためには、エンボス加工した金属製冷却ロールの表面粗さが最も重要であり、更にはロール速度や温度で規定される。
位相差フィルムとしては、光透過性が優れたフィルムを用いることができ、特に限定はない。光透過率が８５％以上で配向ムラの少ないフィルムが好ましく用いられる。材質としては、例えば、ポリカーボネートやポリアリレート、ポリスルホン、ＰＥＴ、ポリエチレンナフタレートの如きポリエステル、ポリエーテルスルホンやポリビニルアルコール、ポリエチレンやポリプロピレンの如きポリオレフィンやセルロース系ポリマー、ポリスチレンやポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデン、ポリアミドやノルボルネン系ポリマー等が使用できる。上記の中でもポリカーボネートは特に好適に使用される。
ポリカーボネートの製造方法は、ビスフェノール類と炭酸エステル形成化合物を用いる公知の方法である。例えばビスフェノール類とホスゲンとの直接反応（ホスゲン法）、あるいはビスフェノール類とビスアリールカーボネートとのエステル交換反応（エステル交換法）などの方法で製造することができる。
上記ビスフェノール類としては、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（通称、ビスフェノールＡ）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン；２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ブタン；２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）オクタン；２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フェニルメタン；２，２−ビス（４−ヒドロキシ−１−メチルフェニル）プロパン、２，２−ビス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）ナフチルメタン、１，１−ビス（４−ヒドロキシ−ｔ−ブチルフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３−ブロモフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−テトラメチルフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３−クロロフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−テトラクロロフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−テトラブロモフェニル）プロパン等のビス（ヒドロキシアリール）アルカン類、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロペンタン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン（通称、ビスフェノールＺ）、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−３，５，５−トリメチルシクロヘキサン等のビス（ヒドロキシアリール）シクロアルカン類、ビス（４−ヒドロキシフェニル）サルファイド等のビス（ヒドロキシアリール）サルファイド類、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホン等のビス（ヒドロキシアリール）スルホン類などが挙げられる。
特に２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（通称、ビスフェノールＡ）が好ましい。
一方、炭酸エステル形成化合物としては、例えばホスゲン、トリホスゲンや、ジフェニルカーボネート、ジ−ｐ−トリルカーボネート、フェニル−ｐ−トリルカーボネート、ジ−ｐ−クロロフェニルカーボネート、ジナフチルカーボネートなどのビスアリルカーボネートが挙げられる。これらの化合物は２種類以上併用することも可能である。
更に、本発明の目的の範囲内で、トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカンジメタノール、シクロヘキサン−１，４−ジメタノール、デカリン−２，６−ジメタノール、ノルボルナンジメタノール、ペンタシクロペンタデカンジメタノール、シクロペンタン−１，３−ジメタノール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、スピログリコール、イソソルビド、イソマンニド等を上記ビスフェノール類と併用することも出来る。
本発明のポリマーフィルムは、少なくとも一面の表面に凹凸形状の模様を有することでヘーズ５０％以上の機能を持つことが好ましい。その表面形状は光拡散性の優れたエンボス模様、Ｖ溝模様、畝状模様などが好ましく、特にエンボス模様が好ましい。フィルム表面に凹凸形状の模様を有することにより光線透過率およびヘーズが上昇し光拡散性能に優れることとなる。
本発明の樹脂製フィルムの製造方法としては、通常の溶融押出成形装置を使用して成形することができる。押出機で溶融されＴダイから出てくる溶融樹脂フィルムを、ゴム弾性を有する第一冷却ロールと表面をエンボス加工した金属製第二冷却ロールでニップしてフィルム表面に凸凹形状を賦型し、下流側に配置した金属製第三冷却ロールと引取りロールでフィルムを引取る。

以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら制限されるものではない。特性の評価は下記の通りである。
（１）全光線透過率、ヘーズ
株式会社村上色彩技術研究所製のヘーズメータＨＭ−１５０型で測定した。
（２）正面輝度
７ｃｍ×９ｃｍサイズのバックライトユニットの発光面から３０ｃｍ離れた位置に輝度計（ミノルタ製ＬＳ−１１０）を設置し、光源の正面輝度を測定した。
６．５ｃｍ×８．５ｃｍの大きさにカットした拡散フィルムを、凹凸面を光源側に向ける方向で、バックライト発光面上に装着しテープで固定した後、輝度計で正面輝度を測定した。
（３）フィルム表面粗さの測定
測定装置は株式会社キーエンス製の超深度形状測定顕微鏡ＶＫ−８５００を使用した。測定設定：対物レンズ×５０、シャッターオート、ゲインオート、とした。ＰＩＴＣＨは０．１μｍで測定した。
〈算術平均粗さ（Ｒａ）〉
算術平均粗さは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さ（ｌ）だけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にＸ軸を、Ｘ軸と直交する方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、次の式によって求められる値をマイクロメートル（μｍ）で求めた。Ｒａの算出方法を図で表すと図１のようになる。

〈最大高さ（Ｒｙ）〉
最大高さは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線と直交する方向に測定し、この値をマイクロメートル（μｍ）で表した。
〈十点平均粗さ（Ｒｚ）〉
十点平均祖さは、租さ曲線からその平均線の方向に基準長さ（ｌ）だけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線と直交する方向に測定した、最も高い山頂から５番目の山頂までの標高（Ｙｐ）の絶対値の平均値と、最も低い谷底から５番目までの谷底の標高（Ｙｖ）の絶対値の平均値との和を求め、この値をマイクロメートル（μｍ）で表した。即ち、Ｒｚは以下の式によって求められる。また、Ｒｚの算出方法を図で表すと図２のようになる。

Ｙｐ１＋Ｙｐ２＋Ｙｐ３＋Ｙｐ４＋Ｙｐ５：基準長さ（ｌ）に対する抜き取り部分の最も高い山頂から５番目までの山頂の標高
Ｙｖ１＋Ｙｖ２＋Ｙｖ３＋Ｙｖ４＋Ｙｖ５：基準長さ（ｌ）に対する抜き取り部分の最も低い谷底から５番目までの谷底の標高
〈凹凸の平均間隔（Ｓｍ）〉
凹凸の平均間隔は、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さ（ｌ）だけ抜き取り、この抜取り部分において一つの山及びそれに隣り合う一つの谷に対応する平均線の長さの和（以下、凸凹の間隔という。）を求め、この多数の凸凹の間隔の算術平均値を表した。規格上はミリメートル（ｍｍ）を単位としているが、本機では対象範囲が挟いためマイクロメートル（μｍ）を単位とした。即ち、Ｓｍは以下の式によって求められる。また、Ｓｍの算出方法を図で表すと図３のようになる。

〈局部山頂の平均間隔（Ｓ）〉
局部山頂の平均間隔は、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜取り部分において隣り合う局部山頂間に対応する平均線の長さ（以下、局部山頂の間隔という。）を求め、この多数の局部山頂の間隔の算術平均値を表した。
［実施例１］
ポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製ユーピロンＥ−２０００）のペレットを、熱風乾燥機を用いて１２０℃で３時間乾燥した。このペレットを９０ｍｍ単軸押出機とＴダイにより２７０℃で溶融押出し、押出された溶融フィルムを直径２２０ｍｍのシリコンゴム製の第一冷却ロールと表面の算術平均粗さが２．４μｍであるエンボス加工した直径４５０ｍｍの金属製第二冷却ロールでニップした。次に、エンボス柄をフィルム表面に賦形し冷却し、更に表面が鏡面の金属製第三冷却ロールに通して、引取ロールで引き取りながら厚み１３０μｍの片面エンボスフィルムを成形した。この時、第一冷却ロールの温度を５０℃、第二冷却ロールの温度を１３０℃、第三冷却ロールの温度を１３０℃に設定し、冷却ロールの速度を９．９ｍ／ｍｉｎとした。得られたフィルムの特性評価結果を表１に示した。輝度測定において本実施例のポリカーボネート樹脂製フィルムを装着することにより輝度は著しく向上した。
［実施例２］
ポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製ユーピロンＥ−２０００）のペレットを、熱風乾燥機を用いて１２０℃で３時間乾燥した。このペレットを９０ｍｍ単軸押出機とＴダイにより２７０℃で溶融押出し、押出された溶融フィルムを直径２２０ｍｍのシリコンゴム製の第一冷却ロールと表面の算術平均粗さが２．４μｍであるエンボス加工した直径４５０ｍｍの金属製第二冷却ロールでニップした。次に、エンボス柄をフィルム表面に賦形し冷却し、更に表面が鏡面の金属製第三冷却ロールに通して、引取ロールで引き取りながら厚み７５μｍの片面エンボスフィルムを成形した。この時、第一冷却ロールの温度を６０℃、第二冷却ロールの温度を１３５℃、第三冷却ロールの温度を１３５℃に設定し、冷却ロールの速度を１７．０ｍ／ｍｉｎとした。得られたフィルムの特性評価結果を表１に示した。輝度測定において本実施例のポリカーボネート樹脂製フィルムを装着することにより輝度は著しく向上した。
［比較例１］
ポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製ユーピロンＥ−２０００）のペレットを、熱風乾燥機を用いて１２０℃で３時間乾燥した。このペレットを９０ｍｍ単軸押出機とＴダイにより２７０℃で溶融押出し、押出された溶融フィルムを直径２２０ｍｍのシリコンゴム製の第一冷却ロールと表面の算術平均粗さが０．８μｍであるエンボス加工した直径４５０ｍｍの金属製第二冷却ロールでニップした。次に、エンボス柄をフィルム表面に賦形し冷却し、更に表面が鏡面の金属製第二冷却ロールに通して、引取ロールで引き取りながら厚み１３０μｍの片面エンボスフィルムを成形した。この時、第一冷却ロールの温度を５０℃、第二冷却ロールの温度を１３０℃、第三冷却ロールの温度を１３０℃に設定し、冷却ロールの速度を９．９ｍ／ｍｉｎとした。得られたフィルムの特性評価結果を表１に示した。輝度測定において本比較例のポリカーボネート樹脂製フィルムを装着することにより輝度は著しくは向上しなかった。
［比較例２］
筒中プラスチック工業社製ポリカーボネートフィルムＥＣＧ１００−８０を用いて、実施例１，２同様に測定を行った。得られたフィルムの特性評価結果を表１に示した。
［比較例３］
筒中プラスチック工業社製ポリカーボネートフィルムＥＣＧ１００Ｓを用いて、実施例１，２同様に測定を行った。得られたフィルムの特性評価結果を表１に示した。

Claims (4)

1. 算術平均粗さＲａが０．５μｍから２．５μｍであり、最大高さＲｙが３μｍから１１μｍであり、十点平均高さＲｚが３μｍから８μｍであり、凹凸の平均間隔Ｓｍが９０μｍから１６０μｍであり、局部山頂の平均間隔Ｓが５μｍから１５μｍであり、光線透過率が８５％以上であるポリマーフィルム。
2. ヘーズが５０％以上である請求項１記載のポリマーフィルム。
3. 溶融押し出し法で作られる請求項１又は２記載のポリマーフィルム。
4. ポリカーボネート樹脂を含む請求項１〜３何れか１項記載のポリマーフィルム。
   

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