JP5468415B2 - 微細な凹凸形状を有する熱可塑性樹脂シートの製造方法、光学シート。 - Google Patents
微細な凹凸形状を有する熱可塑性樹脂シートの製造方法、光学シート。 Download PDFInfo
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Description
また、第2の実施形態として、前記第1の実施形態において、シート表面に賦型される複数の凹凸形状の底面積が102〜106μm2であり、かつ底面から最高部または最深部までの高低差が10〜1000μmである凹凸パターンを賦型することを特徴とする熱可塑性樹脂シートの製造方法を提供する。
2:第1ロール
3:第2ロール
4:第3ロール
5a:巻取りロールa
5b:巻取りロールb
6:テイクオフロール
A:表面賦型ロール
B:巻取りロール
本発明の熱可塑性樹脂シートの製造方法は、押出機から押し出されたシート状溶融熱可塑性樹脂を、第1ロール及び第2ロールの2本のロールの間隙を通過させ、圧延されたシート状溶融熱可塑性樹脂を得る工程と、前記圧延されたシート状溶融熱可塑性樹脂を、そのまま第2ロールに、次いで3本目の第3ロールに順に外接させて移送する工程と、続いてシート状溶融熱可塑性樹脂を巻取りロールにより巻き取る工程を有する製造方法を好ましく採用することができる。
前記実施形態を本発明の図2を例に、本発明のロールの配置について説明する。図2は押出機のダイ(1)から押し出されたシート状溶融熱可塑性樹脂を、第1ロール(2)及び第2ロール(3)の2本のロールの間隙を通過させ、圧延されたシート状溶融熱可塑性樹脂を得る工程と前記圧延されたシート状溶融熱可塑性樹脂を、そのまま第2ロール(3)に、次いで3本目の第3ロール(4)に順に外接させて移送する工程と、続いて表面賦型されたシート状溶融熱可塑性樹脂を第3ロール(4)から剥離、移送するための巻取りロール(5a、5b)を有する製造方法を示している。
まず第1ロールの周速度は、ダイからの熱可塑性樹脂の吐出量と全工程を通した安定したシートの走行、そして生産性の観点から決定される。第1ロールの周速度の好ましい範囲は0.3m/分〜30m/分、最も好ましい範囲は0.5m/分〜20m/分である。また、第2ロールの周速度V2を100%とした際の第1ロールの周速度V1は90%〜105%の範囲に設定することが好ましい。更に好ましくは95%〜102%である。周速度がこの範囲よりも遅い場合、成形品に皺が入り易くなり好ましくない。また、早い場合は、第1ロールに巻きつく可能性が高くなるため好ましくない。
図1の実施形態を選択する場合、第1〜第3ロールの温度は調節可能である。本発明で使用する熱可塑性樹脂樹脂によって選択される。一般に、第1〜第3ロールはシートを成型すると同時に、熱可塑性樹脂を冷却することを目的としている為、各ロールの温度はダイからの熱可塑性樹脂の吐出温度より小さく設定される。
本発明において、第1ロール、第2ロール、第3ロール、さらには第4ロールであるテイクオフロールは、シートを形成する熱可塑性樹脂を成型可能な温度まで調整できるまで加熱、冷却しても変形等を生じない材料であればよく、通常は金属がよく用いられる。これらのロールは、それぞれ独立して熱媒、ヒーター等で任意の温度に調節可能であり、また、ロールの回転数もそれぞれ独立して、調整可能である必要がある。
<光学シートの熱可塑性樹脂>
本発明に係る光学シートを構成する熱可塑性樹脂は、透明なものであり且つ光学シートの主な構成要素として適度な強度を有するものであれば特に制限されない。例えば、ポリカーボネート樹脂;ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂;ポリスチレン、ポリビニルトルエン、ポリ(p−メチルスチレン)などのスチレン系樹脂;MS樹脂(メチルメタクリレートとスチレンの共重合体);ノルボルネン系樹脂;ポリアリレート樹脂;ポリエーテルスルホン樹脂;これらのうち2種以上の混合樹脂などを用いることができる。好適にはポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂またはノルボルネン系樹脂を用いる。中でもポリカーボネート樹脂は、透明性や耐熱性、加工性に優れており、且つそれらのバランスがよいので光学シート用の樹脂として特に好ましい。
ηsp/c=[η]+0.45×[η]2c
[η]=1.23×10−4M0.83
(但しc=0.7、[η]は極限粘度)
本発明の熱可塑性シートは、内装材や採光シート、屋内外のディスプレイ用照明シートなどの建材用途にも用いることができるが、特にフラットパネルディスプレイの各種光学シートに用いるのが最適であり、液晶表示装置のバックライトを構成する光を拡散したり、特定の方向に集光したりするためのレンズ付光学シート、直下型バックライトに用いられるマイクロレンズ付拡散板、あるいはエッジライト型バックライトに用いられ画面全体が均一な輝度に偏向拡散させるための導光板やさらに視野角方向に集光を行うマイクロレンズ付導光板などに最適に用いることができる。
光拡散性粒子の材質としては、例えば、(メタ)アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、これらの共重合体などの合成樹脂;ガラス;スメクタイト、カオリナイトなどの粘土化合物;シリカ、アルミナなどの無機酸化物;などが挙げられる。これらの材質のうち、(メタ)アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、シリカが特に好適である。
本発明の光学シートの少なくとも一方の表面には、複数の微細な凹凸形状が賦型されているが、微細な凹凸形状の具体的な寸法は、底面積が102〜106μm2であり、かつ底面から最高部または最深部までの高低差が10〜1000μmである。このような微細な凹凸形状は光学特性を種々調整するうえでは望ましい寸法であったが、これまでの押出成形による方法では、このような微細な凹凸形状を再現性良くシート表面に賦型することが困難であり、本発明の製造方法を採択することにより可能となったのである。また、光学シートとしての光拡散性や屈折性を十分発揮させるためには、凹凸形状における頂頭部あるいは最深部と底面との高低差の、底面積に対する割合が、1%〜300%であることが好ましい。1%未満では賦型は容易になるが、光学特性的には有用性が低くなり、また300%を超える凹凸形状では転写率が低下してしまい光学特性の再現性が困難となってくる。光学特性の発現と凹凸形状の賦型再現性の点からは、3%〜200%がより好ましく、5%〜150%が最も好ましい。
本発明の光学シートは、紫外線吸収剤・帯電防止剤・滑剤・近赤外線吸収剤を本発明の主旨を損なわない範囲で用いることができるが、特に、光源側に設定される面において、紫外線吸収剤を含む層、帯電防止剤を含む層、或いは紫外線吸収剤含有層と帯電防止剤含有層の両方が形成されていていることが好ましい。また、光拡散層の少なくとも片面側に光拡散作用以外の作用を有する層が形成されていてもよい。ここで「片面側」としたのは、異なる機能を有する層が光拡散層の上に直接形成されている場合に限られず、例えば紫外線吸収剤含有層と帯電防止剤含有層など複数の層が光拡散層の片面に積層されていてもよいことを意図したものである。これら異なる機能を有する層は、発光体から発せられる紫外線を低減して光学シートの着色を抑制したり、また、帯電を抑制して粉塵の付着による輝度低下を抑制したり電子デバイスの寿命を延ばしたりするといった機能を本発明の光学シートに付与するものである。当然、様々な光源装置の設置環境や部材の保存環境における機能の保持、延命の観点から両面にあっても構わない。
<実施例について>
<実施例1>
ポリカーボネート樹脂(「ユーピロンE2000FN」:三菱エンジニアリングプラスチック社製、ガラス転移温度(Tg)=150℃)100質量部と、リン系熱安定剤(「イルガフォス168」:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)0.1質量部を、ベントとギアポンプ付きの押出機に供給し、図1に示す3本の冷却ロール配置からなり、第1・第2ロールには鏡面フラットロールを、第3ロールには各底辺の延在方向が第3ロールの回転方向に対して約±45°をなし、底辺の一辺が80μmで高さが40μmである正四角錐が、実質全面に隙間なく賦型出来るように彫刻されたロール(I)をそれぞれ用い、押出機出口温度265℃、第1ロール温度140℃、第2ロール温度180℃、第3ロール温度195℃の各温度条件下、かつ、第2ロールの周速度を2.0m/分、第3ロールの周速は1.975m/分、巻取りロールの周速は2.03m/分として、厚さ1.2mm、幅1100mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
第3ロールの周速を1.95m/分、巻取りロールの周速は2.00m/分、ロール間隙と吐出量を変更した以外は、すべて実施例1と同一条件で、厚さ1.2mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
第2ロール温度185℃、第3ロール温度200℃とし、第2ロールの周速度を1.0m/分、第3ロールの周速を0.99m/分、巻取りロールの周速を1.02m/分、ロール間隙と吐出量を調整した以外は、すべて実施例1と同一条件で、厚さ2.0mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
第2ロール温度185℃、第3ロール温度200℃とし、第2ロールの周速度を4.0m/分、第3ロールの周速は3.90m/分、巻取りロールの周速は4.0m/分、ロール間隙と吐出量を調整した以外は、すべて実施例1と同一条件で、厚さ0.5mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
第3ロールには、各底辺の延在方向が第3ロールの回転方向に対して約±45°をなし、底辺の一辺が100μmで高さが32μmである正四角錐が実質全面に隙間なく賦型出来るように彫刻されたロール(II)を使用した以外は、すべて実施例1と同一条件で、厚さ1.2mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
第1ロール温度125℃、第2ロール温度175℃、第3ロール温度190℃とした以外は、すべて実施例1と同一条件で、厚さ1.2mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
図3に示すように第3ロール(A)に対峙させ、周速度は無調節で160℃に調温したテイクオフロールを設置した以外は、すべて実施例3と同一条件で、厚さ2.0mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
テイクオフロールの温度を130℃をとした以外は、すべて実施例7と同一条件で、厚さ2.0mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
テイクオフロールの周速度を1.01m/分、巻取りロールの周速度を1.02m/分とした以外は、すべて実施例8と同一条件で、厚さ2.0mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
第2ロールにマットロール(算術表面粗さRa=4.0μm)を使用した以外は、すべて実施例9と同一条件で、厚さ2.0mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
第2ロールにエンボスロール(算術表面粗さRa=0.25μm)を使用した以外は、すべて実施例9と同一条件で、厚さ2.0mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
使用するポリカーボネート樹脂のガラス転移温度である150℃に対し、第2ロールの温度を10℃高い160℃、第3ロールの温度を25℃高い175℃にそれぞれ設定した以外は、実施例3と同一条件で厚さ2.0mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
使用するポリカーボネート樹脂のガラス転移温度である150℃に対し、第2ロールの温度を15℃高い165℃、第3ロールの温度を35℃高い185℃にそれぞれ設定した以外は、実施例3と同一条件で厚さ2.0mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
第3ロールの周速は、第2ロールの周速に対し91%となる0.91m/分、巻取りロールの周速は0.94m/分とした以外は、実施例3と同一条件で厚さ2.0mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
第3ロールの周速は第2ロールの周速に対し103%となる1.03m/分、巻取りロールの周速は1.06m/分とした以外は、実施例3と同一条件で厚さ2.0mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
ポリカーボネート樹脂(「ユーピロンE2000FN」:三菱エンジニアリングプラスチック社製、ガラス転移温度(Tg)=150℃)100質量部と、リン系熱安定剤(「イルガフォス168」:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)0.1質量部を、ベントとギアポンプ付きの押出機に供給し、図1に示す3本の冷却ロール配置からなり、第1・第2ロールには鏡面フラットロール、第3ロールには、開口部となる底面の一辺が80μmで深さが40μmの凹状正四角錐が、その底面の各辺が第3ロールの回転方向に対し約±45°の傾きで実質全面に隙間なく賦型出来るように切削加工されたロール(III)を用い、押出機出口温度265℃、第1ロール温度140℃、第2ロール温度180℃、第3ロール温度195℃の各温度条件下、かつ、第2ロールの周速度を2.0m/分、第3ロールの周速は1.975m/分、巻取りロールの周速は2.03m/分として、厚さ1.2mm、幅1100mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
実施例12と同様にポリカーボネート樹脂とリン系熱安定剤を、ベントとギアポンプ付きの押出機に供給し、同じく実施例12で用いた第1ロール、第2ロール、第3ロールに加え、図3に示すように第3ロールに対峙させて、ロール温度が130℃で周速度を1.01m/分に調整したテイクオフロールを設置し、押出機出口温度265℃、第1ロール温度140℃、第2ロール温度185℃、第3ロール温度200℃の各温度条件下、かつ、第2ロールの周速度を1.0m/分、第3ロールの周速は0.99m/分、巻取りロールの周速は1.02m/分として、厚さ2.0mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
ポリカーボネート樹脂(「ユーピロンE2000FN」:三菱エンジニアリングプラスチック社製、ガラス転移温度(Tg)=150℃)100質量部と、リン系熱安定剤(「イルガフォス168」:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)0.1質量部、さらに光拡散剤である架橋メタクリル樹脂微粒子(エポスターMA1002、日本触媒製)1質量部を、ベントとギアポンプ付きの押出機に供給した以外は、実施例12と同一条件で、厚さ1.2mmの光拡散剤配合凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
実施例12と同様にポリカーボネート樹脂とリン系熱安定剤を、ベントとギアポンプ付きの押出機に供給し、同じく実施例12で用いた第1ロール、第2ロール、第3ロールを用い、押出機出口温度265℃、第1ロール温度140℃、第2ロール温度185℃、第3ロール温度200℃の各温度条件下、かつ、第2ロールの周速度を4.0m/分、第3ロールの周速は3.95m/分、巻取りロールの周速は4.0m/分として、厚さ0.5mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
ポリカーボネート樹脂(「ユーピロンE2000FN」:三菱エンジニアリングプラスチック社製、ガラス転移温度(Tg)=150℃)100質量部と、リン系熱安定剤(「イルガフォス168」:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)0.1質量部からなる樹脂組成物(a)をベントとギアポンプ付きの押出機に供給するとともに、ポリカーボネート樹脂(「ユーピロンE2000FN」:三菱エンジニアリングプラスチック社製、ガラス転移温度(Tg)=150℃)100質量部と、リン系熱安定剤(「イルガフォス168」:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)0.1質量部、光拡散剤である架橋メタクリル微粒子(エポスターMA1002、日本触媒製)10質量部からなる樹脂組成物(b)を、樹脂組成物(a):樹脂組成物(b)=20:1(質量部)になるようサブ押出機に供給し、凹凸形状賦型面とは反対側に光拡散剤配合層が形成されるようにフィードブロックを通じてTダイから排出させ、実施例12と同一のロール構成、温度、回転速度条件で、厚さ1.2mmの光拡散層付凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
使用するポリカーボネート樹脂のガラス転移温度である150℃に対し、第2ロールの温度を5℃高い155℃、第3ロールの温度を30℃高い180℃にそれぞれ設定した以外は、実施例12と同一のロール構成、第1ロール温度、第2ロールと第3ロールの回転速度条件で厚さ1.2mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
第3ロールの周速を、第2ロールの周速に対し103%となる2.06m/分、巻取りロールの周速は2.10m/分とした以外は、実施例12と同一のロール構成、各ロール温度条件で厚さ1.2mmの凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートを製造した。
賦型率の測定は、得られた光学シートの幅方向の中心部分および端面部分での凸形状の高さ(Hs)と底面部分の面積(As)、凹凸形状を賦型するのに用いたロールのシリコーン樹脂による注型物の凹凸部の高さまたは深さ(Hr)と底面部分の寸法(Ar)を各々5箇所ずつレーザー顕微鏡で測定し、高さまたは深さの賦型率=(Hs/Hr)×100(%)、底面積の賦型率=(As/Ar)×100(%)とした。この値が100に近いほど賦型性が良いと判断される。結果は表1および表2にまとめた。
厚み精度評価は、得られた光学シートのTD(Transverse Direction:横軸)方向における、中心点、中心点から左右25cmの点と50cmの点、計5箇所の厚みをマイクロメータで測定し、最大厚みと最小厚みの差を求め、この差を5箇所の厚みの平均値で除することにより行った。例えば、実施例1により得られた光学シートの最大厚みと最小厚みの差は0.03mm、5箇所の厚みの平均値は1.19mmであるから、(厚み精度)=(0.03/1.19)×100=2.5(%)となる。この値が小さいほど、厚み精度は良いと判断される。結果は表1および表2にまとめた。
得られた光学シート原板から切出された1000mm×1000mmのシートを気温23℃−湿度60%の室内に設置された機械定盤の上に1h放置した後に、平置き状態にて隙間ゲージにて測定を行った。反りが2mm未満のものを○、2mm以上3mm未満のものを△、3mm以上あるものは×とする。結果は表1および表2にまとめた。
Claims (5)
- 熱可塑性樹脂を押出機のダイより連続的に溶融状態のシート状に押出し、第1ロールと第2ロール間で圧延した後、第3ロールにより表面に複数の凹凸形状を賦型する凹凸パターン付熱可塑性樹脂シートの製造方法において、第1ロール、第2ロール、第3ロールの温度を、該熱可塑性樹脂のガラス転移温度(Tg)に対し、各々、Tg−50℃〜Tg+20℃、Tg+20℃〜Tg+60℃、Tg+30℃〜Tg+70℃に設定し、かつ、第2ロールの周速度V2とし、第3ロールの周速度V3としたとき、周速度V3を周速度V2の93%〜100%とすることを特徴とする熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- シート表面に賦型される複数の凹凸形状が、底面積が102〜106μm 2 であり、かつ底面から最高部または最深部までの高低差が10〜1000μmであることを特徴とする請求項1に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 第3ロールにおけるシート剥離ゾーン近傍に、第3ロールに対峙して第4ロールとしてテイクオフロールを設置することを特徴とする請求項1または2に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 前記テイクオフロールの温度がTg−50℃〜Tg+30℃であることを特徴とする請求項3に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかの製造方法で作製した光学シート。
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