JP5576297B2 - フィルムの表面処理方法及び装置並びに偏光板の製造方法 - Google Patents

フィルムの表面処理方法及び装置並びに偏光板の製造方法 Download PDF

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Description

この発明は、樹脂フィルムの表面を処理する方法及び装置、並びに偏光板の製造方法に関し、特に、難接着性の樹脂フィルムと易接着性の樹脂フィルムとを接着するに際して上記難接着性樹脂フィルムに対して行なう表面処理方法等に関する。
液晶表示装置には、偏光板が組み込まれている。偏光板は、ポリビニルアルコール(以下、適宜「PVA」と称す)を主成分として含む樹脂フィルム(以下、適宜「PVAフィルム」と称す)からなる偏光フィルムにトリアセテートセルロース(以下、適宜「TAC」と称す)を主成分として含む樹脂フィルム(以下、適宜「TACフィルム」と称す)からなる保護フィルムを接着剤を用いて接着したものである。接着剤としては、ポリビニルアルコール系やポリエーテル系等の水系接着剤が用いられている。PVAフィルムは、これら接着剤との接着性が良好であるが、TACフィルムは、接着性が良好でない。そこで、一般に、TACフィルムは、接着に先立って、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液に漬けられ、鹸化処理される。これにより、TACフィルムの表面が加水分解により、親水性が高まり、接着剤がTACフィルムに付き易くなる。
鹸化処理以外の表面処理方法として、例えば特許文献1では、ヘリウムとアルゴンの混合ガスで被処理物の表面を大気圧下でプラズマ処理した後、アクリル酸をスプレーガンによって吹き付け、アクリル酸をグラフト重合させ、被処理物の表面を改質させる方法が提案されている。
特許文献2では、窒素、アルゴン等の不活性ガスと有機系の薄膜形成用ガスとを混合し、この混合ガスを大気圧下でプラズマ放電させて被処理物に供給し、被処理物の親水性を高める方法が提案されている。
特許第3292924号公報 特開2006−299000号公報
発明者等は、プラズマ処理装置を用いて難接着性樹脂フィルムの接着性向上のための表面処理を行なう場合、プラズマ内の酸素の濃度によって接着性が変動するとの知見を得た。酸素濃度が一定量を越えていると十分な接着強度を得ることができない(後記実施例1参照)。
本発明に係るフィルム処理方法は、上記知見に基づいてなされたものであり、易接着性樹脂フィルムと接着されるべき難接着性樹脂フィルムの表面を処理する方法であって、
重合性モノマーを、プラズマにより活性化させて、大気圧近傍の処理空間に配置した前記難接着性樹脂フィルムと反応させ、
前記処理空間内の酸素濃度(体積濃度)を0以上3000ppm以下になるよう設定することを特許請求しない特徴とする。
また、本発明に係るプラズマ表面処理装置は、易接着性樹脂フィルムと接着されるべき難接着性樹脂フィルムの表面を処理する装置であって、
重合性モノマーを、プラズマにより活性化させて大気圧近傍の処理空間に配置した難接着性樹脂フィルムに接触させるプラズマ処理部を備え、
前記処理空間内の酸素濃度が0以上3000ppm以下であることを特許請求しない特徴とする。
重合性モノマーの活性化は、重合性モノマーの開裂、重合、分解を含む。活性化した重合性モノマーが難接着性樹脂フィルムと反応する。例えば、難接着性樹脂フィルムの表面のC−C、C−O、C−H等の結合がプラズマガスとの接触やプラズマ光の照射によって切断され、この結合切断部に重合性モノマーの重合物がグラフト重合すると考えられる。或いは、結合切断部に重合性モノマーから分解した官能基が結合すると考えられる。これにより、難接着性樹脂フィルムの表面に接着性促進層が形成されると考えられる。処理空間内の酸素濃度を3000ppm以下にすることによって、重合性モノマーの活性化や結合切断部との結合等の反応が阻害されるのを防止でき、難接着性樹脂フィルムの表面に接着性促進層を確実に形成できる。これによって、難接着性樹脂フィルムの接着性を確実に向上できる。
特許請求する本発明方法は、易接着性樹脂フィルムと接着されるべき難接着性樹脂フィルムの表面を処理する方法であって、
重合性モノマーの蒸気を含有するプロセスガスを大気圧近傍の処理空間に供給し、前記重合性モノマーを、プラズマにより活性化させて、前記処理空間に配置した前記難接着性樹脂フィルムと反応させ、
前記難接着性樹脂フィルムを前記処理空間に対し相対移動させ、前記相対移動に伴って前記難接着性樹脂フィルムと一緒に前記処理空間内に巻き込んだ酸素を含む雰囲気ガスを前記プロセスガスによって前記処理空間から追い出すことによって、前記処理空間内の酸素濃度が3000ppm以下になるように、前記プロセスガスの前記処理空間への供給流量を、前記難接着性樹脂フィルムの相対移動速度に応じて設定することを特徴とする。
ここで、平行な一対の円筒状の電極どうしの間に前記処理空間を形成し、かつ前記処理空間内に放電を生成し、前記難接着性樹脂フィルムを前記一対の電極の周面に巻き付け、かつ前記電極どうしの間に於いては、前記難接着性樹脂フィルムを、一方の電極に接触させながら前記処理空間に通し、更に折り返して他方の電極に接触させながら前記処理空間に通し、前記一対の電極の回転により前記難接着性樹脂フィルムを移動させ、かつ前記プロセスガスの供給流量を、前記処理空間内の酸素濃度が3000ppm以下になるように、前記プロセスガスの前記処理空間への供給流量を、前記一対の電極の回転速度に応じて設定することが好ましい。
特許請求する本発明装置は、易接着性樹脂フィルムと接着されるべき難接着性樹脂フィルムの表面を処理する装置であって、
重合性モノマーを、プラズマにより活性化させて大気圧近傍の処理空間に配置した難接着性樹脂フィルムに接触させるプラズマ処理部と、
前記難接着性樹脂フィルムを前記処理空間に対し相対移動させる移動手段と、
前記重合性モノマーの蒸気を含有するプロセスガスを前記処理空間に供給するプロセスガス供給系と、
を備え、
前記プロセスガス供給系による前記プロセスガスの処理空間への供給流量が、前記相対移動に伴って前記難接着性樹脂フィルムと一緒に前記処理空間内に巻き込んだ酸素を含む雰囲気ガスを前記プロセスガスによって前記処理空間から追い出すことによって、前記処理空間内の酸素濃度が3000ppm以下になるように、前記相対移動の速度に応じて設定されていることを特徴とする。
ここで、前記プラズマ処理部が、前記処理空間内に放電を生成する一対の電極を有し、前記一対の電極が、それぞれ軸線を軸方向に向けた円筒状をなして前記軸方向と直交する並び方向に平行に並べられ、これら電極どうし間の最も狭くなった箇所及びその周辺が前記処理空間となり、前記難接着性樹脂フィルムが前記一対の電極の周面に巻き付けられ、かつ前記電極どうしの間に於いては、前記難接着性樹脂フィルムが、一方の電極に接触しながら前記電極どうしの間の大気圧近傍の処理空間に通され、更に折り返されて他方の電極に接触しながら前記処理空間に通されており、前記移動手段が、前記一対の電極の回転により前記難接着性樹脂フィルムを移動させ、前記プロセスガス供給系による前記プロセスガスの処理空間への供給流量が、前記処理空間内の酸素濃度が3000ppm以下になるように、前記一対の電極の回転速度に応じて設定されていることが好ましい。
上記フィルム処理方法において、前記処理空間内に放電を生成し、前記重合性モノマーの蒸気を含有するプロセスガスを前記処理空間に供給し、かつ前記プロセスガスの供給流量を、前記処理空間内の酸素濃度が0以上3000ppm以下になるよう設定することが好ましい。
上記フィルム処理装置において、前記プラズマ処理部が、前記処理空間内に放電を生成する一対の電極を有し、前記重合性モノマーの蒸気を含有するプロセスガスを前記処理空間に供給するプロセスガス供給系を、更に備え、前記プロセスガス供給系のプロセスガスの供給流量が、前記処理空間内の酸素濃度が0以上3000ppm以下になるよう設定されていることが好ましい。
処理空間にプロセスガスを供給することによって、処理空間内の空気等のガスを追い出してプロセスガスに置換できる。プロセスガスの供給流量を調節することによって、処理空間内の酸素量を調節できる。この態様では、処理空間が放電空間になる。処理対象の難接着性樹脂フィルムが放電空間内に配置され、放電空間内のプラズマと直接的に接触する。
前記処理空間内の酸素濃度は、好ましくは2000ppm以下になるようにし、より好ましくは1000ppm以下になるようにする。
前記プロセスガスの供給流量を、前記処理空間内の酸素濃度が好ましくは2000ppm以下、より好ましくは1000ppm以下になるよう設定することが望ましい。
これによって、難接着性樹脂フィルムの接着性を一層確実に向上させることができる。
上記フィルム処理方法において、前記難接着性樹脂フィルムを前記処理空間に対し相対移動させ、前記相対移動の速度を10m/min以上とすることが好ましい。
上記フィルム処理装置において、前記難接着性樹脂フィルムを前記処理空間に対し相対移動させる移動手段を更に備え、前記移動手段による前記相対移動の速度が10m/min以上であることが好ましい。
難接着性樹脂フィルムを相対移動させると、空気等の雰囲気ガスが難接着性樹脂フィルムと一緒に処理空間内に巻き込まれやすい。難接着性樹脂フィルムの相対移動速度が大きくすると、雰囲気ガスの巻き込み流量が増える。したがって、処理空間内の酸素濃度の上昇につながる。そこで、プロセスガスの供給流量を大きくする。これにより、巻き込んだ雰囲気ガスを処理空間から追い出すことができ、処理空間内の酸素濃度を所望の大きさにすることができる。これによって、難接着性樹脂フィルムの良好な接着性を確保しつつ、難接着性樹脂フィルムの相対移動速度を大きくすることができ、高速処理を行なうことができる。
難接着性樹脂フィルムの相対移動速度は、20m/min以上でもよく、30m/min以上でもよい。相対移動速度の増大に応じて、プロセスガスの供給流量を大きくすることにより、放電空間内の酸素濃度を3000ppm以下、好ましくは2000ppm以下、より好ましくは1000ppm以下にすることができる。難接着性樹脂フィルムの相対移動速度の上限は、移動手段等の性能やプロセスガスの供給能力等に応じて適宜設定するとよい。例えば、難接着性樹脂フィルムの相対移動速度の上限は、60m/min程度が好ましい。
前記プロセスガスが、酸素ガスを実質的に含有しないことが好ましい。
処理空間内の空気等のガスをプロセスガスに置換することにより、処理空間内の酸素濃度を確実に低下させることができる。酸素ガスを実質的に含有しないとは、プロセスガスの酸素含有量が0である場合の他、表面処理に影響しない程度に微量の酸素が含有されている場合を含む。具体的に酸素ガスを実質的に含有しないプロセスガスの酸素濃度(体積濃度)は、好ましくは0以上1ppm以下であり、より好ましくは0以上0.1ppm以下であり、一層好ましくは0以上0.01ppm以下である。
大気圧近傍の前記処理空間は、大気に連通されていてもよく、大気に開放されていてもよい。
ここで、大気圧近傍とは、1.013×10〜50.663×10Paの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、1.333×10〜10.664×10Paが好ましく、9.331×10〜10.397×10Paがより好ましい。
本発明に係るプラズマ表面処理装置において、前記一対の電極がそれぞれ軸線を軸方向に向けた円筒状をなして前記軸方向と直交する並び方向に平行に並べられ、これら電極どうし間の最も狭くなった箇所及びその周辺が前記処理空間となり、更に、前記処理空間を挟んで前記軸方向及び前記並び方向と直交する直交方向の両側に設けられ、前記軸方向に延び、かつ前記各電極の周面との間に前記難接着性樹脂フィルムの前記各電極への巻き付けを許容する隙間を形成するようにして前記一対の電極の前記周面どうし間に跨る一対の側部閉塞部材を備え、前記一対の側部閉塞部材のうち少なくとも1つが、前記プロセスガス供給系の下流端のプロセスガスノズルを構成していることが好ましい。
一対の側部閉塞部材によって、処理空間の前記直交方向の両側をほぼ塞ぐことができる。これによって、外部の酸素を含む雰囲気ガスが電極の周面どうし間から処理空間に侵入するのを防止又は抑制できる。したがって、処理空間内の酸素濃度を確実に所定(3000ppm)以下にすることができ、難接着性樹脂フィルムの接着性を確実に向上させることができる。
前記隙間の厚さは、前記一対の電極どうし間の最も狭くなった箇所の間隔以下であることが好ましく、前記処理空間の厚さ以下であることがより好ましい。これによって、プロセスガスの供給流量を小さくしても、処理空間内の酸素濃度を確実に所定(3000ppm)以下にすることができる。ここで、前記処理空間の厚さは、前記一対の電極どうし間の最も狭くなった箇所の間隔から前記難接着性樹脂フィルムの厚さの2倍を差し引いた大きさに相当する。前記一対の電極どうし間の最も狭くなった箇所の間隔は、少なくとも前記難接着性樹脂フィルムの厚さの2倍より大きく、かつ3mm以下が好ましく、1mm以下がより好ましい。
難接着性樹脂フィルムを円筒状の電極の周面に巻き付け、円筒状の電極を回転させることによって、難接着性樹脂フィルムを搬送することができる。円筒状の電極は、上記移動手段を兼ねることができる。
本発明に係るプラズマ表面処理装置において、前記一対の電極及び前記一対の側部閉塞部材の前記軸方向の互いに同じ側の端部どうし間に跨り、前記処理空間の前記軸方向の前記同じ側の端部に被さる軸端閉塞部材を、更に備えることが好ましい。
軸端閉塞部材によって、外部の酸素を含む雰囲気ガスが処理空間の軸方向の端部から処理空間内に入り込むのを抑制又は防止できる。したがって、プロセスガスの供給流量を更に小さくしても、処理空間内の酸素濃度を確実に所定(3000ppm)以下にすることができる。ひいては、難接着性樹脂フィルムの接着性を確実に向上させることができる。
前記軸端閉塞部材が、前記一対の側部閉塞部材の少なくとも一方に取り付けられていることが好ましい。
前記軸端閉塞部材と円筒状の電極の軸方向の端部との間にラビリンスシールが形成されていてもよい。例えば、前記軸端閉塞部材の前記電極を向く側面には部分環状の凸部が形成され、前記電極の軸方向の端面には環状の凹溝が形成され、これら凸部と凹溝が噛み合うことによって、上記ラビリンスシールが構成される。或いは、上記ラビリンスシールとして、前記軸端閉塞部材の前記電極を向く側面には部分環状の凹溝が形成され、前記電極の軸方向の端面には環状の凸部が形成されていてもよい。
前記一対の電極の少なくとも一方と前記軸端閉塞部材との間にラビリンスシールが形成されていることが好ましい。
難接着性樹脂フィルムとは、該フィルムと接着される相手側のフィルムよりも接着剤に対する接着性が相対的に低いフィルムをいう。易接着性樹脂フィルムとは、該フィルムと接着される相手側のフィルムよりも接着剤に対する接着性が相対的に高いフィルムをいう。同一のフィルムが、接着される相手側のフィルムに応じて、難接着性樹脂フィルムになることもあり、易接着性樹脂フィルムになることもある。
前記難接着性樹脂フィルムの主成分としては、例えばトリアセテートセルロース(TAC)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、シクロオレフィン重合体(COP)、シクロオレフィン共重合体(COC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリイミド(PI)等が挙げられる。
前記易接着性樹脂フィルムの主成分としては、例えばポリビニルアルコール(PVA)、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)等が挙げられる。
重合性モノマーとしては、不飽和結合及び所定の官能基を有するモノマーが挙げられる。所定の官能基は、水酸基、カルボキシル基、アセチル基、グリシジル基、エポキシ基、炭素数1〜10のエステル基、スルホン基、アルデヒド基から選択されることが好ましく、特に、カルボキシル基や水酸基等の親水基が好ましい。
不飽和結合及び水酸基を有するモノマーとしては、メタクリル酸エチレングリコール、アリルアルコール、メタクリル酸ヒドロキシエチル等が挙げられる。
不飽和結合及びカルボキシル基を有するモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マイレン酸、2−メタクリロイルプロピオン酸等が挙げられる。
不飽和結合及びアセチル基を有するモノマーとしては、酢酸ビニル等が挙げられる。
不飽和結合及びグリシジル基を有するモノマーとしては、メタクリル酸グリシジル等が挙げられる。
不飽和結合及びエステル基を有するモノマーとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸2−エチル等が挙げられる。
不飽和結合及びアルデヒド基を有するモノマーとしては、アクリルアルデヒド、クロトンアルデヒド等が挙げられる。
好ましくは、前記重合性モノマーは、エチレン性不飽和二重結合及びカルボキシル基を有するモノマーである。かかるモノマーとして、アクリル酸(CH=CHCOOH)、メタクリル酸(CH=C(CH)COOH)が挙げられる。前記重合性モノマーは、アクリル酸又はメタクリル酸であることが好ましい。これによって、難接着性樹脂フィルムの接着性を確実に高めることができる。前記重合性モノマーは、アクリル酸であることがより好ましい。
前記重合性モノマーは、キャリアガスによって搬送することにしてもよい。キャリアガスは、好ましくは窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスから選択される。経済性の観点からは、キャリアガスとして窒素を用いるのが好ましい。
アクリル酸やメタクリル酸等の重合性モノマーの多くは、常温常圧で液相である。そのような重合性モノマーは、不活性ガス等のキャリアガス中に気化させ、重合性モノマー蒸気とキャリアガスの混合ガスからなる重合性モノマー含有ガスを得るとよい。重合性モノマーをキャリアガス中に気化させる方法としては、重合性モノマー液の液面上の飽和蒸気をキャリアガスで押し出す方法、重合性モノマー液中にキャリアガスをバブリングする方法、重合性モノマー液を加熱して蒸発を促進させる方法等が挙げられる。押し出しと加熱、又はバブリングと加熱を併用してもよい。
加熱して気化させる場合、加熱器の負担を考慮し、重合性モノマーは、沸点が300℃以下のものを選択するのが好ましい。また、重合性モノマーは、加熱により分解(化学変化)しないものを選択するのが好ましい。
また、本発明に係る偏光板の製造方法は、前記難接着性樹脂フィルムが透明な保護フィルムであり、前記易接着性樹脂フィルムが、偏光フィルムであり、上記のフィルム表面処理方法を実行した後、前記難接着性樹脂フィルムを易接着性樹脂フィルムに透明な接着剤を介して接着することを特徴とする。
上記表面処理方法を採用することによって接着性を確保でき、ひいては偏光板の品質を向上させることができる。
本発明によれば、難接着性樹脂フィルムの接着性を確実に向上させることができ、処理品質を向上させることができる。
本発明の第1実施形態に係る表面処理装置を概略的に示す正面図である。 (a)は、偏光板の断面図であり、(b)は、ハードコード層付きの偏光板の断面図である。 本発明の第2実施形態に係る表面処理装置を概略的に示す正面図である。 本発明の第3実施形態に係る表面処理装置のプラズマ処理部を概略的に示す正面図である。 第3実施形態のプラズマ処理部の斜視図である。 第3実施形態の変形例を示す正面図である。 本発明の第4実施形態の表面処理装置のプラズマ処理部を概略的に示す正面図である。 第4実施形態のプラズマ処理部を、電極を仮想線にして示す斜視図である。 図7のIX-IX線に沿う断面図である。 本発明の第5実施形態に係る表面処理装置のプラズマ処理部を概略的に示す正面図である。 図10のXI-XI線に沿う断面図である。 第5実施形態の変形例を示す正面図である。 図12のXIII-XIII線に沿う断面図である。 図12において紙面奥側に配置された軸端閉塞部材の斜視図である。 実施例1に用いた表面処理装置の概略構成図である。 実施例3の結果を示すグラフである。 実施例5に用いた軸端閉塞部材の斜視図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図2は、本発明の実施形態に係る表面処理方法を利用して作製された液晶ディスプレイ用の偏光板10を示したものである。図2(a)に示すように、偏光板10は、偏光フィルム12と、この偏光フィルム12の両面に積層された一対の保護フィルム11とを有している。
保護フィルム11は、トリアセテートセルロース(TAC)を主成分とするTACフィルムにて構成されている。TACフィルム11のトリアセテートセルロースの含有量は90質量%以上である。TACフィルム11には、更にリン酸トリフェニル(TPP)などの、リン酸エステル可塑剤を3〜10質量%程度含有していてもよく、紫外線吸収剤を含有していてもよい。TACフィルム11の厚さには、特に限定がなく、例えば数十μm〜百数十μmである。TACフィルム11の製造方法は特に限定がなく、例えばキャスト法で製造される。
偏光フィルム12は、ポリビニルアルコール(PVA)を主成分とするPVAフィルム12にて構成されている。
TACフィルム11とPVAフィルム12は、接着剤13により接着されている。接着剤13としては、特に限定はないが、光学フィルム10に適用されることを考慮し、透明な水系接着剤を用いることが好ましい。水系接着剤として、ポリビニルアルコール水溶液、ポリビニルブチラール溶液等を主成分とするポリビニルアルコール系の接着剤液、ブチルアクリレートなどを主成分とするビニル系重合系ラテックス、ポリオレフィン系ポリオール等を主成分とするオレフィン水性接着剤、ポリエーテル系接着剤等が挙げられる。接着剤13としては、ポリビニルアルコール水溶液を主成分とするポリビニルアルコール系接着剤を用いるのがより好ましい。
図2(b)に示す偏光板10では、一方のTACフィルム11の表側面(PVAフィルム12との接着面とは反対側の面)に、機能層としてハードコート層14が積層されている。ハードコート層14に代えて、AR層、その他の機能層が積層されていてもよい。
TACフィルム11は、接着剤13との接着性が低く、難接着性樹脂フィルムを構成する。PVAフィルム12は、接着剤13との接着性が高く、易接着性樹脂フィルムを構成する。難接着性のTACフィルム11は、易接着性のPVAフィルム12との接着に際し、接着性向上のための表面処理が施される。
図1は、上記の表面処理に用いる表面処理装置1を示したものである。表面処理装置1は、プラズマ処理部2と、プロセスガス供給系3とを備えている。プラズマ処理部2は、一対の電極21を備えている。これら電極21は、互いに同一の大きさのロール状(円柱形ないしは円筒形)をなし、軸線を図1と直交する軸方向に向け、左右(並び方向)に並べられている。以下、2つの電極21を互いに区別するときは、左側の電極21の符号に「L」を付し、右側の電極21の符号に「R」を付す。これら電極21間の最も狭くなった部分の周辺の空間がほぼ大気圧の処理空間22になっている。処理空間22の上下両端は開放されて大気に連通されている。電極21間の最も狭くなった部分の厚さは、0.5〜数mm程度であり、処理空間22は狭隘である。
一対の電極21のうち一方が電源23の高圧端子に接続され、他方が電気的に接地されている。ここでは、左側の電極21Lが電源23に接続され、右側の電極21Rが接地されているが、電極21Rに電源23が接続され、電極21Lが電気的に接地されていてもよい。電源23からの電圧供給により電極21,21間に電界が形成され、上記処理空間22がほぼ大気圧の放電空間になる。電源23からの供給電圧及び電極21間の電界は例えばパルス状になっている。パルスの立ち上がり時間及び/又は立ち下がり時間は、10μs以下であるのが好ましく、電界強度は、10〜1000kV/cmであるのが好ましく、周波数は、0.5〜100kHzであるのが好ましい。印加電圧及び電界は、パルス状の間欠波に限られず、正弦波等の連続波であってもよい。
ロール電極21は、被処理物であるTACフィルム11の支持手段及び移動手段としての機能を兼ねている。連続シート状のTACフィルム11が、2つのロール電極21,21に跨り、各ロール電極21の上側の周面に例えば半周程度掛け回されている。ロール電極21,21どうしの間のTACフィルム11は、処理空間22に通されて下方へ延出され、一対の折り返しロール27,27に掛け回されて折り返されている。2つのロール電極21の回転により、TACフィルム11が、一方向(右方向)に搬送される。ロール電極21の回転速度を調節することによって、TACフィルム11の移動速度を調節できる。
各ロール電極21の内部にフィルム温度調節手段28が組み込まれている。フィルム温度調節手段28は、温調路により構成されている。所定温度の温調媒体が、ロール電極21内の温調路を流通する。温調媒体として例えば水が用いられる。これによって、ロール電極21の温度を調節でき、更にはTACフィルム11のロール電極21に接する部分の温度を調節することができる。TACフィルム11の温度は、室温以上であることが好ましい。ここで、室温とは、一般に20〜25℃であり、より一般的には25℃である。
次に、プロセスガス供給系3について説明する。
プロセスガス供給系3は、重合性モノマー供給源30と、不活性ガス供給源31を備えている。重合性モノマー供給源30は、恒温容器(恒温槽)で構成されている。恒温容器30内に、表面処理の反応成分として重合性モノマーが蓄えられている。重合性モノマーは、不飽和結合及び所定の官能基を有することが好ましく、親水性を有することがより好ましい。重合性モノマーとして、アクリル酸又はメタクリル酸を用いることが更に好ましい。ここでは、重合性モノマーとして、アクリル酸(CH=CHCOOH)が用いられている。アクリル酸は、エチレン性不飽和二重結合及びカルボキシル基を有する親水性の重合性モノマーである。アクリル酸AAは液体の状態で恒温容器30内に収容されている。恒温容器30内の液体アクリル酸AAの液面より上側の部分には、液体アクリル酸AAから気化したアクリル酸の飽和蒸気が存在している。
恒温容器30には気化手段として加熱器32が組み込まれている。容器20内の液体アクリル酸AAが加熱器32によって加熱されて気化される。液体アクリル酸AAの加熱温度によってアクリル酸の気化量を調節することができる。アクリル酸AAの加熱温度は、アクリル酸蒸気が爆発性であることを考慮し、150℃以下にすることが好ましく、アクリル酸の引火点(54℃)未満にすることがより好ましく、室温(25℃)〜80℃程度が更に好ましく、引火点を考慮すると室温(25℃)〜50℃程度が一層好ましい。室温近傍でもアクリル酸の気化量が必要量を満たす場合には、加熱器32を省略してもよい。 なお、アクリル酸の発火点は、360℃である。アクリル酸の引火点は、54℃である。ちなみに、メタクリル酸の発火点は、360℃である。メタクリル酸の引火点は、77℃である。
不活性ガス供給源31には、不活性ガスが充填されている。不活性ガスは、重合性モノマー蒸気を搬送するキャリアガスとしての役割と、処理空間22内にプラズマを生成するためのプラズマ生成用ガスとしての役割を担っている。ここでは、不活性ガスとして、窒素ガスが用いられているが、窒素ガス以外に、アルゴン、ヘリウム等の他の不活性ガスを用いてもよい。
キャリアガスないしはプラズマ生成用ガスは、酸素を実質的に含有しないことが好ましい。
不活性ガス供給源31から不活性ガス供給路33が延びている。不活性ガス供給路33が、プラズマ生成用ガス路34とキャリア路35に分岐している。これら路34,35には、流量調節手段34v,35vがそれぞれ設けられている。流量調節手段34v,35vは、マスフローコントローラや流量制御弁等にて構成されている。これら流量調節手段34v,35vによって、不活性ガスの各路34,35への分流比が調節される。
キャリア路35が、恒温容器30に接続されている。キャリア路35の先端部は、恒温容器30の内部に差し入れられて開口され、かつアクリル酸AAの液面より上側の部分に位置している。
キャリア路35の先端部をアクリル酸AAの液の内部まで延ばし、アクリル酸AA内で窒素ガスをバブリングさせてもよい。
恒温容器30の上側部から重合性モノマー蒸気路36が延びている。重合性モノマー蒸気路36にプラズマ生成用ガス路34が合流している。これら路34,36の合流部からプロセスガス路37がプラズマ処理部2へ延びている。重合性モノマー蒸気路36及びプロセスガス路37にはガス温調手段38が設けられている。ガス温調手段38は、例えばリボンヒータにて構成され、重合性モノマー蒸気路36及びプロセスガス路37を構成する管の外周を全長にわたって覆っている。ガス温調手段38によって、重合性モノマー蒸気路36及びプロセスガス路37を通過するガスの温度を調節できる。
プロセスガス路37の先端部にプロセスガスノズル39が設けられている。プロセスガスノズル39は、一対のロール電極21の間の上側部分に配置されている。プロセスガスノズル39の先端の開口は、下へ向けられ、処理空間22に臨んでいる。プロセスガスノズル39の先端部は、下に向かうにしたがって細くなり、ロール電極21の間の次第に狭くなる部分に差し入れられている。
詳細な図示は省略するが、プロセスガスノズル39は、図1の紙面と直交する軸方向にTACフィルム11の幅とほぼ同じかそれより長く延びている。プロセスガスノズル39の内部には、プロセスガス供給路37からのガスを上記軸方向(図1の紙面直交方向)に均一に分散させる整流路が形成されている。整流路は、上記軸方向に延びるチャンバーやスリット、又は上記軸方向に分散して配置された多数の小孔等を含む。上記整流路を有する整流部を、プロセスガスノズル39から分離して、プロセスガス路37の先端とプロセスガスノズル39との間に介在させてもよい。整流路にプロセスガスノズル39の先端の吹出し口が連なっている。プロセスガスノズル39の吹出し口は、図1の紙面と直交する方向に延びるスリット状になっている。プロセスガスノズル39の吹出し口が、図1の紙面と直交する方向に間隔を置いて配置された多数の小孔状になっていてもよい。
さらに、プロセスガスノズル39の内部には、温調路(図示省略)が形成されている。温調路に所定温度の温調媒体が通される。温調媒体として例えば水が用いられる。温調媒体によってプロセスガスノズル39の構造体を所定温度に維持でき、ひいてはプロセスガスノズル39内を通過するガスの温度を調節でき、ひいてはプロセスガスノズル39から吹き出されるガスの温度を調節できる。
上記構成フィルム表面処理装置1を用いて、TACフィルム11を表面処理し、更には偏光板10を製造する方法を説明する。
[プロセスガス供給工程]
不活性ガス供給源31の窒素ガスを、不活性ガス供給路33からプラズマ生成用ガス路34とキャリア路35に分配する。分配比を流量調節手段34v,35vにて調節する。キャリア路35に分流された窒素ガスが、恒温容器30に導入され、恒温容器30内の液体アクリル酸の液面より上側のアクリル酸蒸気を重合性モノマー蒸気路36に押し出す。プロセスガス路37において、重合性モノマー蒸気路36からのガス(窒素+アクリル酸蒸気)とプラズマ生成用ガス路34からの窒素ガスとが混合され、プロセスガスが生成される。プロセスガス(アクリル酸+窒素)中のアクリル酸の濃度は、爆発限界を考慮して2%以下であることが好ましく、1%程度がより好ましい。プロセスガスの濃度は、窒素ガスの2つの路34,35への分配比、加熱器32によるアクリル酸の加熱温度によって調節できる。このプロセスガスが、プロセスガス路37を経てプロセスガスノズル39に送られる。プロセスガスが、プロセスガスノズル39においてTACフィルム11の幅方向(図1の紙面直交方向)に均一化されたうえで、処理空間22へ吹き出される。
[プラズマ処理工程]
電源23からの電圧供給によって、電極21,21間に大気圧放電を形成し、電極間空間22を放電空間にする。これにより、プロセスガス中の窒素がプラズマ化され、かつアクリル酸蒸気が活性化され、二重結合の開裂、重合等が起きる。また、TACフィルム11への窒素プラズマの接触や、窒素プラズマからの紫外線(337nm)の照射によって、TACフィルム11の表面分子のC−C、C−O、C−H等の結合が切断される。この結合切断部にアクリル酸の重合物が結合(グラフト重合)し、或いはアクリル酸から分解したCOOH基等が結合すると考えられる。これにより、TACフィルム11の表面に接着性促進層が形成される。
[温調工程]
さらに、ガス温調手段38によって重合性モノマー蒸気路36及びプロセスガス路37を通過中のガスの温度を所望になるよう調節する。かつプロセスガスノズル39内の温調路によってプロセスガスノズル39を通過中のプロセスガスの温度を所望になるよう調節する。これにより、プロセスガスが、プロセスガスノズル39から吹き出される時の温度(以下「吹出し温度」と称す)を設定温度にすることができる。吹出し温度の上限は、TACフィルム11が膨潤等の熱変形を来たさない範囲で設定するのが好ましい。TACフィルム11が膨潤等の熱変形を来たさない限界温度は、処理条件等にも依るが、例えば80℃前後である。吹出し温度の下限は、ガス路36,37及びノズル39内での結露を防止する観点から室温以上であることが好ましい。吹出し温度は、35℃〜80℃程度であることが好ましく、40℃〜50℃程度がより好ましい。
併せて、フィルム温度調節手段28によって、TACフィルム11のロール電極21と接触する部分の温度(以下「フィルム温度」と称す)をプロセスガスの吹出し温度より低い所望の温度に維持する。好ましくは、フィルム温度が、吹出し温度より5℃以上低くなるようにする。より好ましくは、フィルム温度が、吹出し温度より10℃以上低くなるようにする。この温度調節により、例えば10m/s以上の高速搬送下においてもアクリル酸をTACフィルム11の表面に確実に凝縮(担持)させることができ、ひいてはアクリル酸のグラフト重合物を含む接着性促進層をTACフィルム11の表面に確実に形成することができる。
[移動工程]
上記のプロセスガス供給工程及びプラズマ処理工程と併行して、ロール電極21を図1において時計回りに継続的に回転させ、TACフィルム11を右方向に送る。TACフィルム11の各ポイント(被処理箇所)は、左側のロール電極21に掛け回された後、該左側のロール電極21から離れる直前に処理空間22を通過し、折り返しロール27,27で折り返した後、右側のロール電極21に掛けられつつ再び処理空間22を通過する。TACフィルム11の各ポイント(被処理箇所)は、処理空間22を通過する度にプラズマ処理される。したがって、1つの処理空間22でTACフィルム11を2回表面処理できる。
[プロセスガス流量調節工程]
ここで、左側のロール電極21上のTACフィルム11の移動に伴なって、該TACフィルム11の周辺の雰囲気ガス(空気)が該TACフィルム11と一緒に処理空間22に巻き込まれる。TACフィルム11の移動速度が大きくなればなるほど、空気の巻き込み量が増大する傾向がある。これに対応し、プロセスガスの供給流量を大きくする。キャリア路35の流量を一定に保ちながらプラズマ生成用ガス路34の流量を調節することで、プロセスガスの供給流量を調節するのが好ましい。これにより、処理空間22内のガスをプロセスガス(ほとんど窒素、残部アクリル酸蒸気)に置換し、処理空間22から空気ひいては酸素を追い出す。
要するに、上記のプロセスガス供給工程において、プロセスガスの供給流量を、処理空間22内の酸素濃度が所定以下になるよう設定する。具体的には、処理空間22内の酸素濃度が、好ましくは3000ppm、より好ましくは2000ppm、一層好ましくは1000ppm以下になるようにする。これによって、プラズマ処理工程におけるアクリル酸の開裂や重合、TACフィルム11の表面分子のC−C、C−O、C−H等の結合切断、アクリル酸の重合物や官能基と上記結合切断部との結合等の反応が阻害されるのを防止できる。よって、TACフィルム11の表面に接着性促進層を確実に形成でき、処理品質を安定させることができる。しかも、処理空間22内への空気巻き込みを懸念することなくTACフィルム11の搬送速度を大きくできる。したがって、処理時間を短縮できる。
[接着工程]
以上のようにして表面処理された難接着性樹脂のTACフィルム11を接着剤13によって易接着性樹脂のPVAフィルム12と接着する。TACフィルム11の表面に接着性促進層が確実に形成されているため、TACフィルム11をPVAフィルム12にしっかりと接着できる。これにより、良品質の偏光板10を得ることができる。
次に、本発明の他の実施形態に係る表面処理装置について説明する。以下の実施形態において第1の実施形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図3は、本発明の第2実施形態を示したものである。第2実施形態では、プラズマ生成部2に3つのロール電極21が設けられている。3つの電極21は、互いに同一の大きさのロール状(円柱形)をなし、軸線を図3と直交する方向に向け、左右に並べられている。3つの電極21を互いに区別するときは、左側の電極21を「電極21L」とし、中央の電極21を「電極21C」とし、右側の電極21を「電極21R」とする。
中央のロール電極21Cが、電源23に接続されている。左右のロール電極21L,21Rが、電気的に接地されている。電源23からの電圧供給により隣り合う電極21L,21C間及び電極21C,21Rに電界が形成され、これら電極間の最も狭くなった部分の周辺の空間がほぼ・BR>蜍C圧の処理空間22になる。2つの処理空間22を互いに区別するときは、左側と中央の電極21L,21C間の処理空間22を「処理空間22A」とし、中央と右側の電極21C,21R間の処理空間22を「処理空間22B」とする。
連続シート状のTACフィルム11が、3つのロール電極21に跨り、各ロール電極21の上側の周面に例えば半周程度掛け回されている。隣接するロール電極21どうしの間のTACフィルム11は、処理空間22より下方へ延出され、一対の折り返しロール27,27に掛け回されて折り返されている。3つのロール電極21の回転により、TACフィルム11が、一方向(右方向)に搬送される。
第2実施形態では、ガス供給系として、第1プロセスガス供給系3Aと、第2プロセスガス供給系4とが設けられている。第1プロセスガス供給系3Aは、第1実施形態のプロセスガス供給系3と同様の構成になっている。プロセスガスノズル39が、左側と中央のロール電極21L,21C間に配置され、放電空間22Aに臨んでいる。第1プロセスガス供給系3Aは、アクリル酸蒸気を含有するプロセスガスを放電空間22Aに供給する。
第2プロセスガス供給系4は、第2プロセスガス供給源41と、第2プロセスガスノズル43を備えている。第2プロセスガス供給源41は、第2プロセスガスとして窒素を蓄えている。第2プロセスガスとして、アルゴン、ヘリウム等の他の不活性ガスを用いてもよい。第2プロセスガス供給源41から第2プロセスガス供給路42がプラズマ処理部2へ延びている。供給路42の先端部に第2プロセスガスノズル43が連なっている。第2プロセスガスノズル43は、中央と右側のロール電極21C,21R間に配置され、放電空間22Bに臨んでいる。第2プロセスガス供給源41の窒素が、供給路42を経てノズル43から処理空間22Bに吹き出される。
2つの処理空間22A,22Bに供給されるガスを互いに区別するときは、処理空間22Aに供給されるガス(アクリル酸蒸気+窒素)を「第1プロセスガス」と表記し、処理空間22Bに供給されるガス(窒素)を「第2プロセスガス」と表記する。
第1、第2プロセスガス供給源31,41が、共通の不活性ガス供給源にて構成されていてもよい。
第2実施形態においては、左側と中央のロール電極21L,21C間の放電空間22Aに第1プロセスガス(アクリル酸+窒素)を供給してプラズマ化し、TACフィルム11の表面にアクリル酸の重合物等を含む接着促進層を形成する。このとき、第1プロセスガスの流量を、放電空間22A内の酸素濃度が好ましくは1000ppm以下、より好ましくは1000ppmになるよう設定する。
次いで、中央と右側のロール電極21C,21R間の放電空間22Bにおいて、第2プロセスガス(窒素のみ)をプラズマ化してTACフィルム11に接触させる。これにより、TACフィルム11の表面の未反応のアクリル酸を活性化でき、接着促進層をより確実に形成することができる。したがって、TACフィルム11の接着性を確実に向上させることができる。
図4及び図5は、本発明の第3実施形態を示したものである。第3実施形態に係るプラズマ表面処理装置1は、処理空間22に対する閉塞手段7を備えている。閉塞手段7は、一対の側部閉塞部材71,72を含む。側部閉塞部材71,72は、処理空間22を挟んで上下方向(電極21の軸方向及び並び方向と直交する直交方向)の両側に配置されている。これら閉塞部材71,72は、電極21の軸方向と平行に延びる長尺状になっている。
上側の側部閉塞部材71は、ロール電極21,21における処理空間22より上側の周面どうし間に跨るように配置されている。側部閉塞部材71の長手方向と直交する断面は、下に向かうにしたがって先細になっている。側部閉塞部材71の下端部が、一対の電極21,21どうし間の最も狭くなった箇所の近くまで、言い換えると放電空間の近くまで差し入れられている。側部閉塞部材71の下端面が、処理空間22に面して処理空間22の上端を画成している。側部閉塞部材71によって、処理空間22の上側部がほぼ塞がれている。
側部閉塞部材71の下方へ先細になった部分の左右の両側面は、それぞれ部分円筒面形状の凹曲面73になっている。凹曲面73の曲率半径は、各電極21の半径より僅かに大きい。左側の凹曲面73の曲率中心は、左側の電極21Lの軸線とほぼ一致している。右側の凹曲面73の曲率中心は、右側の電極21Rの軸線とほぼ一致している。
左側の凹曲面73は、左側の電極21Lの周面に沿っている。左側の凹曲面73と電極21Lの周面との間には、側部隙間73eが形成されている。隙間73eによって、被処理フィルム11の電極21Lへの巻き付けが許容されている。右側の凹曲面73は、右側の電極21Rの周面に沿っている。右側の凹曲面73と電極21Rの周面との間には、側部隙間73fが形成されている。隙間73fによって、被処理フィルム11の電極21Rへの巻き付けが許容されている。
下側の側部閉塞部材72は、概略、上側の側部閉塞部材71を上下に反転させた形状になっている。詳述すると、下側の側部閉塞部材72は、ロール電極21,21における処理空間22より下側の周面どうし間に跨るように配置されている。側部閉塞部材72の長手方向と直交する断面は、上に向かうにしたがって先細になっている。側部閉塞部材72の上端部が、一対の電極21,21どうし間の最も狭くなった箇所の近くまで、言い換えると放電空間の近くまで差し入れられている。側部閉塞部材72の上端面が、処理空間22に面して処理空間22の下端面を画成している。側部閉塞部材72によって、処理空間22の下側部がほぼ塞がれている。側部閉塞部材71,72によって、処理空間22が上下両側から覆われている。
側部閉塞部材72の上方へ先細になった部分の左右の両側面は、それぞれ部分円筒面形状の凹曲面74になっている。凹曲面74の曲率半径は、各電極21の半径より僅かに大きい。左側の凹曲面74の曲率中心は、左側の電極21Lの軸線とほぼ一致している。右側の凹曲面74の曲率中心は、右側の電極21Rの軸線とほぼ一致している。
左側の凹曲面74は、左側の電極21Lの周面に沿っている。左側の凹曲面74と電極21Lの周面との間には、側部隙間74eが形成されている。隙間74eによって、被処理フィルム11の電極21Lへの巻き付けが許容されている。右側の凹曲面74は、右側の電極21Rの周面に沿っている。右側の凹曲面74と電極21Rの周面との間には、側部隙間74fが形成されている。隙間74fによって、被処理フィルム11の電極21Rへの巻き付けが許容されている。
隙間73e,73f,74e,74fの厚さは、被処理フィルム11の厚さより大きく、かつ周囲の雰囲気ガスが処理空間22へ侵入するのを十分に抑制し得る程度の大きさに設定される。隙間73e,73f,74e,74fの厚さtは、少なくとも電極21,21間の最も狭くなった箇所の間隔g以下であることが好ましく(t≧g)、更に処理空間22の厚さ以下であることが好ましい。ここで、処理空間22の厚さは、上記間隔gから被処理フィルム11の厚さの2倍を差し引いた大きさである。例えば、隙間73e,73f,74e,74fの厚さtは、t=0.05mm〜0.5mm程度が好ましく、t=0.2〜0.3mm程度がより好ましい。隙間73e,73fの厚さと隙間74e,74fの厚さは、互いに同じでもよく、互いに異なっていてもよい。
なお、電極21,21間の最も狭くなった箇所の間隔gは、被処理フィルム11の厚さの2倍より大きく、かつ3mm以下が好ましく、1mm以下がより好ましい。
なお、図4及び図5において、電極21の内部の温調路28、及びプロセスガス供給系3のガス温調手段38、電源23等の図示は省略されている。以降の実施形態(図6〜図14)において同様である。
側部閉塞部材71,72のうち少なくとも1つが、プロセスガス供給系3の下流端のプロセスガスノズルを構成している。ここでは、上側の閉塞部材71がプロセスガスノズルとして提供されている。閉塞部材71は、第1実施形態(図1)のプロセスガスノズル39に対応する。
ノズル兼閉塞部材71の上側に整流部75が設けられている。プロセスガス路37の先端が整流部75に接続されている。整流部75は、閉塞部材71と平行に図4の紙面と直交する方向に延びている。詳細な図示は省略するが、整流部75には、プロセスガス路37からのガスを軸方向(図4の紙面と直交する方向)に均一化させる整流路が設けられている。整流路は、上記軸方向に延びるチャンバーやスリット、又は上記軸方向に分散して配置された多数の小孔等を含む。
ノズル兼閉塞部材71の内部には、吹出し路76が形成されている。吹出し路76は、軸方向(図4の紙面と直交する方向)に延びるスリット状になっている。吹出し路76の下流端が、閉塞部材71の下端面に達して開口され、吹出し口を構成している。
更に、ノズル兼閉塞部材71の内部には、温調路79が形成されている。温調路79は軸方向(図4の紙面と直交する方向)に延びている。温調路79に水等の温調媒体を通すことによってノズル兼閉塞部材71を温度調節できる。
下側の閉塞部材72は、ダミーノズルであり、上側のノズル兼閉塞部材71と同じ外観形状を有する一方、内部に吹出し路及び温調路が形成されていない。閉塞部材72が、ノズル兼閉塞部材71と同様に吹出し路及び温調路を有していてもよく、この閉塞部材72の吹出し口をプラグ等で塞ぐことにしてもよい。なお、側部閉塞部材71,72は、プロセスガスを排気するための排気口又は吸引口を備えていない。
第3実施形態によれば、重合性モノマーを含むプロセスガスが、プロセスガス路37から整流部75に導入されて整流部75の長手方向に均一化される。均一化後のプロセスガスが、吹出し路76から吹き出され、処理空間22に導入される。処理空間22内においてプロセスガスがプラズマ化されるとともに被処理フィルム11に接触する。これにより、被処理フィルム11の表面の接着性を改善できる。その後、プロセスガスは、処理空間22の長手方向(図4の紙面と直交する軸方向)の両端の開口22eから処理空間22の外部へ流出する。また、一部のプロセスガスは、上下の閉塞部材71,72と左右の電極21L,21Rの周面との間の隙間73e,73f,74e,74fを経て外部へ流出する。
上側の閉塞部材71によって、処理空間22の上側部をほぼ塞ぐことができる。下側の閉塞部材72によって、処理空間22の下側部をほぼ塞ぐことができる。これによって、プロセスガスの供給流量が小さくても、外部の雰囲気ガスが電極21,21の上側の周面どうし間及び下側の周面どうし間から処理空間22に侵入するのを防止又は抑制できる。更には、上記プロセスガスが軸端開口22e及び隙間73e,73f,74e,74fから流出することによって、外部の雰囲気ガスが軸端開口22e及び隙間73e,73f,74e,74fを通って処理空間22に侵入するのを防止できる。これによって、処理空間22内の酸素濃度を確実に所定の大きさ、すなわち3000ppm以下にすることができる。よって、被処理フィルム11の接着性を確実に向上させることができる。
図6は、第3実施形態の変形例を示したものである。この変形例では、上下の側部閉塞部材のうち上側の閉塞部材71だけでなく下側の閉塞部材72Aについてもプロセスガスノズルを構成している。ノズル兼閉塞部材72Aの下部には整流部77が設けられている。整流部77は、軸方向(図6の紙面と直交する方向)に延びている。整流部77にプロセスガス路37が接続されている。整流部77には、整流部75と同様にプロセスガスを軸方向に均一化させる整流路が設けられている。共通の重合性モノマー供給源30(図1参照)からのプロセスガス路37が分岐し、それぞれ整流部75,77を介してノズル兼閉塞部材71,72Aに接続されていてもよい。ノズル兼閉塞部材71,72Aが、互いに異なるガス供給源に接続されていてもよい。互いに異なるガス供給源の一方は、重合性モノマー供給源30であり、互いに異なるガス供給源の他方は、窒素ガスや希ガス等の不活性ガス供給源41(図2参照)であることが好ましい。
ノズル兼閉塞部材72Aの内部には、吹出し路78及び温調路79が形成されている。整流部77の上記整流路が吹出し路78に連なっている。吹出し路78は、軸方向(図6の紙面と直交する方向)に延びるスリット状になっている。吹出し路78が、ノズル兼閉塞部材72Aの上端面に達して開口し、吹出し口を構成している。ノズル兼閉塞部材72Aの吹出し口は、上側のノズル閉塞部材71の吹出し口と同じ長さ及び幅を有している。
これによって、プロセスガスが上側のノズル兼閉塞部材71から処理空間22に導入されるだけでなく下側のノズル兼閉塞部材72Aからも処理空間22に導入される。上下のノズル兼閉塞部材71,72Aからの吹出し流量は互いに同じ大きさにするのが好ましい。これによって、処理空間22内に圧力を均一に加えることができる。処理空間22内において被処理フィルム11の表面処理に供されたプロセスガスは、その後、処理空間22の軸端開口22e及び隙間73e,73f,74e,74fから流出する。このプロセスガスの流れによって、外部の雰囲気ガスが軸端開口22e及び隙間73e,73f,74e,74fから処理空間22内に入り込むのを防止することができる。処理空間22内に圧力を均一に加えることによって、外部の雰囲気ガスが隙間73e,73f,74e,74fの一部分から処理空間22に集中的に流入するのを防止できる。これによって、処理空間22内の酸素濃度を確実に所定(3000ppm)以下にすることができる。よって、被処理フィルム11の接着性を確実に向上させることができる。なお、側部閉塞部材71,72Aは、プロセスガスを排気するための排気口又は吸引口を備えていない。
図7〜図9は、本発明の第4実施形態を示したものである。
この実施形態では、第3実施形態(図4及び図5)の側部閉塞部材71,72に加えて、軸端閉塞部材80が設けられている。図8に示すように、軸端閉塞部材80は、電極21,21の軸方向の両端部にそれぞれ配置されている。図7に示すように、各軸端閉塞部材80は、一対の電極21,21及び一対の側部閉塞部材71,72の軸方向の互いに同じ側の端部どうし間に跨り、処理空間22の軸方向の上記同じ側の端部22eに被さっている。
図8及び図9に示すように、軸端閉塞部材80は、正面板81と、一対の側板82を有し、平面視でコ字状(U字状、Π字状)になっている。正面板81は、上下に延びる平板状になっている。正面板81の左右の縁に側板82がそれぞれ設けられている。各側板82は、正面板81と直交している。
正面板81は、電極21の端面から軸方向の外側に離れている。図7に示すように、正面板81は、軸方向の外側から見て左右の電極21L,21Rどうし間に跨る幅寸法を有し、かつ軸方向の外側から見て上下の側部閉塞部材71,72どうし間に跨る上下寸法を有している。軸方向の外側から見て、正面板81が処理空間22の端部22eに被さっている。
図9に示すように、左の側板82は、正面板81から電極21Lの端面へ向けて突出している。右の側板82は、正面板81から電極21Rの端面へ向けて突出している。
側部閉塞部材71,72が、電極21より軸方向に突出し、軸端閉塞部材80の内部に差し入れられている。側部閉塞部材71,72の軸方向の端部が、正面板81の内側面に突き当てられ、ボルト89にて固定されている。これにより、軸端閉塞部材80が側部閉塞部材71,72に支持されている。正面板81の上側部と側部閉塞部材71の軸方向の端面との間には隙間が形成されていない。正面板81の下側部と側部閉塞部材72の軸方向の端面との間には隙間が形成されていない。
左右の各側板82の上端縁は、側部閉塞部材71の凹曲面73の上側部に当たっている。各側板82の上端縁と側部閉塞部材71との間には隙間が形成されていない。各側板82の下端縁は、側部閉塞部材72の凹曲面74の下側部に当たっている。各側板82の下端縁と側部閉塞部材72との間には隙間が形成されていない。
なお、側板82の上下の端縁と側部閉塞部材71,72との間に隙間が形成されていてもよい。
図9に示すように、左右の各側板82の電極21の端面側の縁は電極21から離れている。側板82と電極21の軸方向の端面との間には軸端隙間82eが形成されている。これによって、電極21の回転時に側板82と電極21との擦れを防止できる。隙間82eの厚さt8は、t8=0.05mm〜0.5mm程度が好ましく、t8=0.1mm程度がより好ましい。
この第4実施形態では、側部閉塞部材71,72によって外部の雰囲気ガスが処理空間22の上下両側から処理空間22内に入り込むのを抑制又は防止できるだけでなく、軸端閉塞部材80が処理空間22の軸方向の端部22eに被さることによって、外部の雰囲気ガスが端部22eから処理空間22内に入り込むのを抑制又は防止できる。したがって、プロセスガスの供給流量をより小さくできる。更に、プロセスガスが、処理空間22内から上下側部の隙間73e,73f,74e,74fを通って流出するとともに軸方向の端部の隙間82eからも流出する。このプロセスガスの流れによって、外部の雰囲気ガスが側部隙間73e,73f,74e,74f及び軸端隙間82eから処理空間22内に入り込むのを防止することができる。たとえ、外部の雰囲気ガスが軸端隙間82eを通って軸端閉塞部材80の内部に入り込んだとしても、入り込んだ雰囲気ガスを軸端閉塞部材80の内部空間に拡散させて該雰囲気ガスの濃度を薄めることができる。これによって、処理空間22内の酸素濃度を確実に所定の大きさ以下すなわち3000ppm以下にすることができる。よって、被処理フィルム11の接着性を確実に向上させることができる。
図10及び図11は、本発明の第5実施形態を示したものである。第5実施形態では、コ字状(U字状)の軸端閉塞部材80に代えて、平板状の軸端閉塞部材90が設けられている。軸端閉塞部材90は、電極21,21の軸方向の両端部にそれぞれ設けられている。各軸端閉塞部材90は、一対の電極21,21及び一対の側部閉塞部材71,72の軸方向の互いに同じ側の端部どうし間に跨り、処理空間22の軸方向の上記同じ側の端部22eに被さっている。
側部閉塞部材71,72の軸方向の端面は、電極21よりも軸方向に僅かに(例えば0.1mm程度)突出している。軸端閉塞部材90の上側部が、側部閉塞部材71の軸方向の端面に当てられボルト99にて連結されている。軸端閉塞部材90の下側部が、側部閉塞部材72の軸方向の端面に当てられボルト99にて連結されている。これにより、軸端閉塞部材90が、上下の側部閉塞部材71,72により支持されている。
軸端閉塞部材90は、電極21,21の軸方向の端面から僅かに離れて配置されている。軸端閉塞部材90と電極21,21との間に隙間91が形成されている。これによって、電極21の回転時に軸端閉塞部材90と電極21との擦れを防止できる。隙間91の厚さは、側部閉塞部材71,72の電極21からの突出量に対応している。隙間91の厚さt9は、t9=0.05mm〜0.5mm程度が好ましく、t9=0.1mm程度がより好ましい。
この第5実施形態では、軸端閉塞部材90が処理空間22の軸方向の端部22eに被さることによって、外部の雰囲気ガスが端部22eから処理空間22内に入り込むのを抑制又は防止できる。これによって、プロセスガスの供給流量が小さくても、処理空間22内の酸素濃度を確実に所定(3000ppm)以下にすることができる。よって、被処理フィルム11の接着性を確実に向上させることができる。
図12及び図13は、第5実施形態の変形例を示したものである。この変形例では、板状の軸端閉塞部材92と左側の電極21Lとの間にラビリンスシール93が形成されている。軸端閉塞部材92と右側の電極21Rとの間にラビリンスシール94が形成されている。
詳述すると、図14に示すように、軸端閉塞部材90の内側(電極21を向く側)の面の左側部分には、複数の円弧状ないしは部分環状の凸部95が形成されている。これら部分環状凸部95は、互いに左側の電極21の軸線を中心とする同心円状になっている。軸端閉塞部材90の内側(電極21側)の面の右側部分には、複数の円弧状ないしは部分環状の凸部96が形成されている。これら部分環状凸部96は、互いに右側の電極21の軸線を中心とする同心円状になっている。
図12及び図13に示すように、左側の電極21Lの軸方向の両端面には、それぞれ複数の環状の凹溝97が形成されている。これら環状凹溝97は、互いに電極21Lの軸線を中心とする同心円状になっている。環状凹溝97は、軸端閉塞部材90の部分環状凸部95と一対一に対応している。各部分環状凸部95が、対応する環状凹溝97に差し入れられている。部分環状凸部95と環状凹溝97とによって、ラビリンスシール93が構成されている。
右側の電極21Rの軸方向の両端面には、それぞれ複数の環状の凹溝98が形成されている。これら環状凹溝98は、互いに電極21Rの軸線を中心とする同心円状になっている。環状凹溝98は、軸端閉塞部材90の部分環状凸部96と一対一に対応している。各部分環状凸部96が、対応する環状凹溝98に差し入れられている。部分環状凸部96と環状凹溝98とによって、ラビリンスシール94が構成されている。
部分環状凸部95,96及び環状凹溝97,98の数は、図ではそれぞれ2つであるが、これに限定されるものではなく、それぞれ3つ以上でもよく、1つずつでもよい。ラビリンスシール93,94のシール性向上の観点からは、部分環状凸部95,96及び環状凹溝97,98の数は多いほうがより好ましい。
ラビリンスシールとして、軸端閉塞部材90に部分環状の凹溝が形成され、電極21の端面に上記凹溝と噛み合う環状の凸部が形成されていてもよい。
ラビリンスシール93,94によって各電極21と軸端閉塞部材90との間をシールすることができ、外部の雰囲気ガスが各電極21と軸端閉塞部材90との間を経て処理空間22内に入り込むのを一層確実に抑制又は防止できる。これによって、プロセスガスの供給流量が小さくても、処理空間22内の酸素濃度を一層確実に所定(300ppm)以下にすることができる。よって、被処理フィルム11の接着性を確実に向上させることができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の改変をなすことができる。
例えば、プロセスガス流量調節工程において、プラズマ生成用ガス路34の流量調節に加え、キャリア路35の流量をも調節することで、プロセスガスの供給流量を調節してもよい。プラズマ生成用ガス路34の流量を一定に保ちながらキャリア路35の流量を調節することで、プロセスガスの供給流量を調節してもよい。プラズマ生成用ガス路34の流量をゼロにし、キャリア路35の流量を調節することで、プロセスガスの供給流量を調節してもよい。
処理空間22及びその周辺の雰囲気ガスを不活性ガス(例えば窒素)に置換することにより、処理空間22の酸素濃度が所定以下、すなわち好ましくは3000ppm以下、より好ましくは2000ppm以下、一層好ましくは1000ppm以下になるよう調節してもよい。処理空間22及びその周辺をチャンバーで囲み、チャンバーの内部のガスを不活性ガス(例えば窒素)に置換することにより、処理空間22の酸素濃度が所定以下になるよう調節してもよい。
処理空間22の周辺部分に不活性ガス(例えば窒素)のガスカーテンを形成し、このガスカーテンにて空気等の雰囲気ガスが処理空間22に入り込むのを阻止又は抑制することにより、処理空間22の酸素濃度が所定以下になるよう調節してもよい。
プロセスガスには酸素が含有されていないことが好ましいが、好ましくは3000ppm以下、より好ましくは1000ppm以下であれば酸素が含有されていてもよい。
プラズマ処理部2の電極構造は、ロール電極構造に限られず、一対の平板状電極を有する平行平板電極構造(図15参照)であってもよく、平板電極とロール電極とを対向させた構造でもよく、凹曲面を有する電極とロール電極とを対向させた構造でもよい。
プロセスガス中の重合性モノマーとして、アクリル酸に代えて、メタクリル酸を用いてもよく、その他の親水性の重合性モノマーを用いてもよい。
難接着性樹脂フィルム11は、TACフィルムに限らず、COP、PP、PE、PET等の難接着性の樹脂フィルムを用いてもよい。
難接着性樹脂フィルム11が静止され、処理空間22が移動されるようになっていてもよい。
難接着性樹脂フィルム11及び処理空間22を相対移動させずにプラズマ処理を行なうことにしてもよい。
実施形態のプラズマ処理部は、処理空間22が放電空間であり、処理空間22に配置された被処理フィルム11にプラズマが直接的に照射される所謂ダイレクト式のプラズマ処理装置であったが、本発明は、処理空間と放電空間とが別々になり、放電空間に処理空間が連なり、プロセスガスを放電空間でプラズマ化して処理空間に吹出し、処理空間の被処理フィルム11に接触させる所謂リモート式のプラズマ処理装置にも適用できる。所謂リモート式のプラズマ処理装置においても、処理空間の酸素濃度を好ましくは3000ppm、より好ましくは2000ppm、一層好ましくは1000ppmになるよう設定するとよい。
重合性モノマー蒸気を含むガスを難接着性樹脂フィルムに供給して難接着性樹脂フィルムの表面上に担持(凝縮等)させ、その後、上記重合性モノマー含有ガスとは別のプラズマ生成用ガスをプラズマ化し、難接着性樹脂フィルムの上記重合性モノマーが担持された部分に接触させてもよい。或いは、プラズマ生成用ガスをプラズマ化して難接着性樹脂フィルムに接触させ、その後、重合性モノマーを上記難接着性樹脂フィルムの上記プラズマ接触部分に接触させてもよい。プラズマ生成用ガスと、重合性モノマー蒸気のキャリアガスとが、同一成分(例えば窒素)で構成されてもよく、キャリアガスがプラズマ生成用ガスを兼ねていてもよい。
プラズマ処理工程の後、接着工程前に、難接着性樹脂フィルムを水性洗浄液にて洗浄してもよい。
難接着性樹脂フィルムの表面処理方法及び表面処理装置は、偏光板の製造以外の用途に適用してもよい。
側部閉塞部材72が、処理空間22のガスを吸引する吸引ノズルにて構成されていてもよい。この場合、外部の雰囲気ガスが処理空間22内へ吸い込まれたり、重合性モノマーの活性種が被処理フィルム11に接触しないうちに吸引ノズルに吸引されたりしやすい点に注意する。
複数の実施形態を要素を互いに組み合わせてもよい。例えば、第2実施形態(図3)にも第3〜第5実施形態又はそれらの変形例の閉塞手段7を設けることにしてもよい。その場合、閉塞手段7は、処理空間22A,22Bのうち少なくとも処理空間22Aに対応して設けられる。
軸端閉塞部材80,90,92が、軸方向の片側にだけ設けられていてもよい。
以下に実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例1では放電空間への酸素混入量と接着性との関係を調べた。用いた表面処理装置の概略構成を図15に示す。
不活性ガス供給源31の純窒素ガスを、不活性ガス路33を経て恒温容器30に導入し、窒素とアクリル酸の混合ガスからなるプロセスガスを得た。窒素の流量ひいてはプロセスガスの流量は、10L/minとした。恒温容器30内の液体アクリル酸AAの温度は40℃とした。
プロセスガス(アクリル酸+窒素)を恒温容器30からプロセスガス供給路37に送出した。プロセスガス供給路31に酸素混入路51を合流させ、混入路51からの酸素を供給路37のプロセスガスに混入した。酸素の混入量は、混入後のプロセスガス中の酸素濃度が0〜2体積%になる範囲で調節した。このプロセスガスをノズル39から処理空間22へ吹き出した。プロセスガスの吹出し温度は32℃であった。プラズマ処理部2の電極構造は、上下に対向する一対の平板電極24,25からなる平行平板電極構造とした。上側の電極24の一側部にプロセスガス供給ノズル39を配置し、電極24の他側部には吸引ノズル62を設け、処理空間22内の処理済みのガスを吸引ノズル62で吸込み、排気手段61から排出した。
上側の電極24に電源23を接続し、下側の電極25を接地した。電極24への投入電力は110Vとした。
下側の電極25上にTACフィルム11を置いた。電極25の温度ひいてはフィルム温度を25℃に調節した。したがって、プロセスガスとTACフィルムの温度差は7℃であった。
電極24,25の一方を他方に対し相対的に往復移動(スキャン)させた。移動速度は、10m/minとし、往復回数は、1回(2スキャン)とした。
表面処理後のTACフィルム11をPVAフィルム12と接着した。接着剤としては、(A)ポリビニルアルコール5wt%の水溶液と、(B)カルボキシメチルセルロースナトリウム2wt%の水溶液とを、(A):(B)=20:1の体積比で混合した液を用いた。(A)のポリビニルアルコールの平均重合度は500であった。
そして、接着性の評価を行なった。接着性評価は、試験者が手でTACフィルムとPVAフィルムを剥がす手評価とした。
以上の操作を3回繰り返し、同一条件(酸素混入量)の試行データを3つずつ取得した。
結果を表1に示す。同表1の「◎」は、接着性が極めて良好であることを示す。「○」は、接着性が良好であることを示す。「△」は、接着性がやや良であることを示す。「×」は、接着性が悪いことを示す。
Figure 0005576297
酸素混入後のプロセスガス中の酸素濃度が0.5vol%以上のときはすべて接着不良になった。酸素濃度が0.3vol%のときは、過半数が接着良好になった。酸素濃度が0.2vol%以下のときはすべて接着良好になった。酸素濃度が0.1vol%以下のときは接着性が極めて良好になった。これにより、良好な接着性を得るための、処理空間22内の酸素濃度は、好ましくは3000ppm以下であり、より好ましくは2000ppm以下であり、更に好ましくは1000ppm以下であることが判明した。
図3の装置を用いた。TACフィルム11の幅は、33cmであった。各処理空間22A,22Bの厚さ(電極間の最も狭くなった箇所の厚さ)は、1mmであった。各処理空間22A,22Bの上下の長さは、約10cmであった。各処理空間22A,22Bの容積は、約0.3Lであった。表2の条件(イ)〜(ニ)に示す通り、TACフィルム11の搬送速度を10m/min〜30m/minの範囲で調節し、かつ第1プロセスガス(アクリル酸蒸気+窒素)の処理空間22Aへの供給流量をTACフィルム11の搬送速度に比例させた。なお、ガス路34の流量は0とした。したがって、上記第1プロセスガスの供給流量はキャリア路35の流量と等しい。第1プロセスガスの吹出し温度は40℃とし、TACフィルム11の温度は25℃とした。処理空間22Bへの窒素ガスの供給流量は、4つの条件(イ)〜(ニ)について共に10L/minとした。電極22Cへの供給電力及び電極間の印加電圧は、各条件(イ)〜(ニ)について以下の通りであった。
(イ)供給電力:918W(270V、3.4Aの直流を交流変換)
印加電圧:Vpp=15.3kV
(ロ)供給電力:891W(270V、3.3Aの直流を交流変換)
印加電圧:Vpp=15.3kV
(ハ)供給電力:864W(270V、3.2Aの直流を交流変換)
印加電圧:Vpp=15kV
(ニ)供給電力:810W(270V、3Aの直流を交流変換)
印加電圧:Vpp=14.8kV
プラズマ処理後のTACフィルムの幅方向の一端部と他端部と中央部からそれぞれ2枚ずつ試料片を切り取り、このTACフィルムの試料片をPVAフィルムの試料片の両面に接着し、図2(a)と同じ断面構造の偏光板試料を作製した。重合度500のPVAが5%の水溶液を評価用接着剤として用いた。各条件(イ)〜(ニ)について複数(2つ〜3つ)の偏光板試料を作成した。接着剤の乾燥条件は80℃5分間とした。接着剤が硬化した後、接着強度を浮動ローラー法(JIS K6854)で測定した。その結果、表2に示す通り、何れの条件(イ)〜(ニ)の試料も材破し、充分な接着強度が得られた。
Figure 0005576297
条件(イ)〜(ニ)ではTACフィルム11の搬送速度と第1プロセスガス(アクリル酸蒸気+窒素)の供給流量が比例しているから処理量は互いに同一と見做せるはずであるが、搬送速度及び供給流量が大きいほうが、接着強度が良好になる傾向が確認された。したがって、プロセスガスの供給流量をある程度の大きさ以上にすれば、搬送速度が大きくても空気の巻き込み量を抑えることができ、接着強度を確保できると考えられる。
[比較例1]
比較例1として、図3においてキャリア路35の流量を0とし、窒素ガス10L/minをガス路33,34,37,39の順に流して処理空間22Aに供給しプラズマ化した。したがって、比較例1の第1プロセスガス中のアクリル酸含有量は0である。第1プロセスガスの吹出し温度は40℃とし、TACフィルム11の温度は25℃とした。また、第2プロセスガスとして窒素ガス10L/minを処理空間22Bに供給した。TACフィルムの搬送速度は2m/minとした。供給電力は1107W(270V、4.1Aの直流を交流変換)であった。電極間の印加電圧はVpp=15.6kVであった。プラズマ処理後のTACフィルムを実施例1と同様にしてPVAフィルムとの接着を試みたが、ほとんど接着されなかった。
実施例3では、図3の装置1を用いた。TACフィルム11の幅、各処理空間22A,22Bの厚さ及び容積は実施例2と同じとした。TACフィルム11の搬送速度VをV=5m/min〜30m/minの範囲で調節し、かつ第1プロセスガス(アクリル酸蒸気+窒素)の処理空間22Aへの供給流量QをQ=5L〜33Lの範囲で調節した。なお、ガス路34の流量は0とした。したがって、上記第1プロセスガスの供給流量Qは、キャリア路35の流量と等しい。第1プロセスガスの吹出し温度は40℃とし、TACフィルム11の温度は25℃とした。処理空間22Bへの窒素ガスの供給流量は、10L/minとした。
処理空間22Aの下方に酸素濃度測定器のプローブを配置し、処理空間22Aの酸素濃度を測定した。酸素濃度測定器として、東レ社製の商品名OXYGEN ANALYZER、型番LC-850KSを用いた。結果を図16に示す。
第1プロセスガスの供給流量(図16のグラフの横軸)が一定かつ相対的に小さい値の場合、移動速度が大きくなるにしたがって、処理空間22Aの酸素濃度が増大した。これは、移動速度が大きくなればなるほど、空気の処理空間22A内への巻き込み量が増大することを示している。また、移動速度が一定の場合、第1プロセスガスの供給流量が大きくなるにしたがって、処理空間22Aの酸素濃度が減少した。これは、第1プロセスガスの供給流量を増やすことで、処理空間22A内のガスを第1プロセスガスに置換できることを示している。第1プロセスガスの供給流量が20Lを越えると、移動速度に拘わらず、処理空間22Aの酸素濃度が1000ppm以下になり、確実に3000ppm以下になった。さらに、第1プロセスガスの供給流量が30Lを越えると、移動速度に拘わらず、処理空間22Aの酸素濃度がほぼ0ppmになった。これは、処理空間22A内のガスがほぼ完全に第1プロセスガスに置換されていることを示している。
以上の実施例1〜3より、処理空間22Aの酸素濃度が好ましくは3000ppm以下、より好ましくは2000ppm、更に好ましくは1000ppmになるようにプロセスガスの供給流量を調節することによって、良好な接着強度を得ることができることが判明した。移動速度が大きい場合、酸素濃度が上記範囲内になるようプロセスガスの供給流量を大きくすればよく、これによって、高速処理が可能であることが確認された。
実施例4では、第4実施形態(図7〜図9)の装置と実質的に同様の装置を用いて、プロセスガスの流量及び被処理フィルム11の移動速度と、処理空間22の酸素濃度との関係を調べた。
被処理フィルム11の幅(電極21の軸方向に沿う寸法)は330mmであり、フィルム11の厚さは、0.1mmであった。
閉塞部材71,72の軸方向の長さ及び電極21,21の軸方向の長さは330mmであった。電極21,21の直径は310mmであった。電極21,21の最も狭くなった箇所の間隔(処理空間22の厚さ)は、0.7mmであった。
電極21,21の軸線が配置された水平面に対して上に21.5mm離れた位置にノズル兼閉塞部材71の下端面を位置させた。上記水平面に対して下に21.5mm離れた位置に閉塞部材72の上端面を位置させた。したがって、処理空間22の上下方向の寸法は43mmであった。処理空間22の軸線と直交する断面の断面積は、72.97mmであった。処理空間22の体積は、0.02408Lであった。
側部隙間73e,73f,74e,74fの厚さtは、それぞれt=0.5mm程度とした。
側板82と電極21の端面との間の隙間82eの厚さt8はt8=0.1mmとした。
軸端閉塞部材80の上下の長さは134mmであり、軸端閉塞部材80の幅(電極21,21の並び方向に沿う寸法)は48mmであった。軸端閉塞部材80の軸方向の寸法は35mmであった。
まず、処理部2の周辺の雰囲気ガスひいては処理空間22内のガスを、窒素(N)80vol%、酸素(O)20vol%の混合ガスにて置換した。その後、疑似プロセスガスとして窒素100%のガスを上側のノズル兼閉塞部材71から処理空間22へ供給した。疑似プロセスガス(N 100%)の供給流量は、10slm、20slm、30slm、40slmの4通りとした。軸方向の単位長さあたりの供給流量は、30slm/m、61slm/m、91slm/m、121slm/mの4通りであった。供給流量が10slmの場合、処理空間22内のガスが1分間あたり415回入れ替わったことになる。供給流量が20slmの場合、処理空間22内のガスが1分間あたり830回入れ替わったことになる。供給流量が30slmの場合、処理空間22内のガスが1分間あたり1245回入れ替わったことになる。供給流量が40slmの場合、処理空間22内のガスが1分間あたり1661回入れ替わったことになる。
上記のガス供給と併行して、電極21,21を図7において時計周りに回転させ、フィルム11を搬送した。又は電極21,21を回転させず、フィルム11を静止させた。フィルム11の搬送速度は、0m/min、10m/min、20m/min、30m/minの4通りとした。
電極21及びノズル兼閉塞部材71の温度調節は行わなかった。
疑似プロセスガス(N 100%)の供給開始から120秒経過した時点の処理空間22の酸素濃度を計測した。酸素濃度計として、東レエンジニアリング株式会社製LC-850KS(保証精度(繰り返し性)0.05ppm)を用いた。下側の閉塞部材72の上端面の軸方向の中央部から該閉塞部材72の底面へ貫通する計測穴を設け、この計測穴の上記底面への開口に上記酸素濃度計のプローブを接続した。上記酸素濃度計に内蔵の吸引ポンプにて、処理空間22のガスを上記計測穴から吸い込んで上記酸素濃度計に導入し、酸素濃度を測定した。上記酸素濃度計の吸引流量は200ml/minとした。
測定結果を表3に示す。
Figure 0005576297
搬送速度が大きくなるにしたがって処理空間22内の酸素濃度が増大した。フィルム11の移動によって、周辺の酸素含有雰囲気ガスが処理空間22内に巻き込まれたものと考えられる。
供給ガス流量が10slmのときは、搬送速度が0〜10m/minでは処理空間22内の酸素濃度は2桁台のppm濃度であったが、搬送速度を20m/min〜30m/minにすると酸素濃度が大きく増大して5桁台のppm濃度になった。
供給ガス流量が20slmのときは、搬送速度を20m/min〜30m/minにしても酸素濃度が2桁台のppm濃度に維持された。
供給ガス流量が30slm〜40slmのときは、搬送速度を増大させても酸素濃度はほとんど変化しなくなった、
以上の結果から、供給ガス流量を20slm以上(軸方向の単位長さあたり約60slm/m以上)にすれば、フィルム11の搬送速度が30m/min程度であっても、雰囲気ガスの巻き込みを防止でき、酸素濃度を十分に所定(3000ppm)以下に維持できることが確認された。よって、閉塞部材71,72,80にて処理空間22を囲むことにより、酸素濃度を所定以下に維持しながら、フィルム11を高速で搬送することにより、処理時間を短縮できると言える。また、軸方向の単位長さあたりの供給ガス流量は、60slm以上が好ましく、90slm以上が好ましいことがわかった。搬送速度には限界がある点、及び大量にガスを供給すると無駄になる可能性がある点を考慮して、軸方向の単位長さあたりの供給ガス流量の上限は、180slmが好ましい。
軸端開口22eから処理空間22内に入り込む雰囲気ガスの流量は電極21の軸方向の長さには依存しないと考えられるから、電極21の軸方向の長さ及びフィルム11の幅(上記軸方向の寸法)を330mmより大きく例えば1500mm程度である場合には、処理空間22内の酸素濃度をより低くできると推察される。
実施例5では、実施例4の装置において、閉塞部材71又は72の上下方向の位置を調節した。これにより、側部隙間73e,73f又は74e,74fの厚さtを調節した。具体的には、下側の閉塞部材72を実施例4における高さに固定し、上側のノズル兼閉塞部材71を実施例4における高さ以上に位置調節した。ノズル兼閉塞部材71の高さは、実施例4における高さに対し、0mm、0.1mm、0.2mm、0.5mmの4通りとした。閉塞部材71の高さが0mmのとき、側部隙間73e,73fの厚さtは、t=0.5mm程度である。閉塞部材71の高さが0.1mmのとき、側部隙間73e,73fの厚さtは、t=0.6mm程度である。閉塞部材71の高さが0.2mmのとき、側部隙間73e,73fの厚さtは、t=0.7mm程度である。閉塞部材71の高さが0.5mmのとき、側部隙間73e,73fの厚さtは、t=1.0mm程度である。
軸端閉塞部材80は、閉塞部材71,72の高さ調節に応じて上下に伸縮できる構造とした。すなわち、図17に示すように、軸端閉塞部材80は、上段部材83と、中段部材84と、下段部材85の三段構成とした。これら部材83,84,85は、それぞれ平面視でコ字状(U字状、Π字状)であり、上段部材83と下段部材85が互いに同じ大きさであり、中段部材84が、上段部材83及び下段部材85より少し大きい。上段部材83を中段部材84の上側部に上下にスライド可能に嵌め込み、ボルト86をねじ込むことによって上段部材83の中段部材84に対する上下方向の位置を固定できるようにした。下段部材85を中段部材84の下側部に上下にスライド可能に嵌め込み、ボルト87をねじ込むことによって下段部材85の中段部材84に対する上下方向の位置を固定できるようにした。
なお、上段部材83の穴83bは、ノズル兼閉塞部材71の軸方向の端部との連結用のボルト穴である。下段部材85の穴85bは、下側の閉塞部材72の軸方向の端部との連結用のボルト穴である。
閉塞部材71,72の高さひいては隙間73e,73f,74e,74fの厚さt以外の装置の寸法構成は実施例4と同じとした。
そして、実施例4と同様に、処理部2の周辺の雰囲気ガスひいては処理空間22内のガスを、窒素(N)80vol%、酸素(O)20vol%の混合ガスにて置換した。その後、疑似プロセスガスとして窒素100%のガスを上側のノズル兼閉塞部材71から処理空間22へ供給した。疑似プロセスガス(N 100%)の供給流量は、10slm、20slm、30slmの3通りとした。
上記のガス供給と併行して、電極21,21を図7において時計周りに回転させ、フィルム11を搬送した。フィルム11の搬送速度は、10m/min、20m/min、30m/minの3通りとした。
電極21及びノズル兼閉塞部材71の温度調節は行わなかった。
疑似プロセスガス(N 100%)の供給開始から120秒経過した時点の処理空間22の酸素濃度を計測した。用いた酸素濃度計及び測定方法は実施例4と同じとした。
また、上側のノズル閉塞部材71を実施例4における高さに固定し、下側の閉塞部材72を実施例4における高さ以下に位置調節した。閉塞部材72の実施例4における高さに対する下降量は、0mm、0.1mm、0.2mm、0.5mmの4通りとした。閉塞部材72の下降量が0mmのとき、側部隙間74e,74fの厚さtは、t=0.5mm程度である。閉塞部材72の下降量が0.1mmのとき、側部隙間74e,74fの厚さtは、t=0.6mm程度である。閉塞部材72の下降量が0.2mmのとき、側部隙間74e,74fの厚さtは、t=0.7mm程度である。閉塞部材72の下降量が0.5mmのとき、側部隙間74e,74fの厚さtは、t=1.0mm程度である。
そして、上述のノズル兼閉塞部材71を高さ調節したときと同様にして、処理空間22の酸素濃度を計測した。
実施例5の測定結果を表4に示す。
Figure 0005576297

表4において、最下欄以外の欄が、下側の閉塞部材72の位置を固定し、上側の閉塞部材71を上昇させたときのデータである。最下欄が、上側の閉塞部材71の位置を固定し、下側の閉塞部材72を下降させたときのデータである。
搬送速度が10m/minかつ供給ガス流量が10slmのときは、閉塞部材71の位置を高くするにしたがって、処理空間22内の酸素濃度が大きく増大した。閉塞部材71の高さを0mmの位置から0.1mm上昇させただけで、酸素濃度が3000ppmを上回った。
これに対し、搬送速度を上記と同じ10m/minのまま、供給ガス流量を20slmにすると、閉塞部材71の高さに拘わらず、処理空間22内の酸素濃度があまり変化しなくなり、30ppm以下に維持できた。
この傾向は、搬送速度を20m/minにしたときも同様であった。すなわち、搬送速度が20m/minかつ供給ガス流量が10slmのときは、処理空間22内の酸素濃度が5桁台のppm濃度になったが、搬送速度を20m/minのまま、供給ガス流量を20slmにすると、閉塞部材71の高さに拘わらず、処理空間22内の酸素濃度を30ppm以下のほぼ一定値に維持できた。
搬送速度を30m/min、供給ガス流量を30slmにして、閉塞部材71の高さを調節したときも、閉塞部材71の高さに拘わらず、処理空間22内の酸素濃度を30ppm以下のほぼ一定値に維持できた。
搬送速度を30m/min、供給ガス流量を30slmにして、下側の閉塞部材72の高さを調節したときも、閉塞部材72の高さに拘わらず、処理空間22内の酸素濃度を2桁のppm濃度に維持できた。なお、この場合は、同じ搬送速度及び同じ供給ガス流量で上側の閉塞部材71を高さ調節したときより酸素濃度は少し大きくなった。
以上の結果から、供給ガス流量を20slm以上(単位長さあたり約60slm/m以上)にすれば、側部隙間73e,73f,74e,74fの厚さtが多少大きくても、更にはフィルム11の搬送速度を大きくしても、酸素濃度を十分に所定(3000ppm)以下に維持することができることが確認された。
1 プラズマ表面処理装置
10 偏光板
11 TACフィルム(難接着性樹脂フィルム)
12 PVAフィルム(易接着性樹脂フィルム)
13 接着剤
14 ハードコート層
2 プラズマ処理部
21 電極兼移動手段
21L 左側の電極
21C 中央の電極
21R 右側の電極
22 処理空間(放電空間)
22A 処理空間(放電空間)
22B 処理空間(放電空間)
22e 軸端開口
23 電源
24 上側の平板電極
25 下側の平板電極
27 折り返しロール(難接着性フィルムの移動手段)
28 フィルム温度調節手段
3 プロセスガス供給系
03A 第1プロセスガス供給系
30 恒温容器(重合性モノマー供給源)
31 不活性ガス供給源
32 加熱器
33 不活性ガス供給路
34 プラズマ生成用ガス路
34v 流量調節手段
35 キャリア路
35v 流量調節手段
36 重合性モノマー蒸気路
37 プロセスガス路
38 ガス温調手段
39,39A プロセスガスノズル
4 第2プロセスガス供給系
41 第2プロセスガス供給源
43 第2プロセスガスノズル
42 第2プロセスガス供給路
51 酸素混入路
61 排気手段
62 吸引ノズル
7 閉塞手段
71 プロセスガスノズル兼用の側部閉塞部材
72 側部閉塞部材
72A プロセスガスノズル兼用の側部閉塞部材
73 凹曲面
73e,73f 側部隙間
74 凹曲面
74e,74f 側部隙間
75 整流部
76 吹出し路
77 下側の整流部
78 下側の吹出し路
79 温調路
80 軸端閉塞部材
81 正面板
82 側板
82e 軸端隙間
90 軸端閉塞部材
91 軸端隙間
92 軸端閉塞部材
93 ラビリンスシール
94 ラビリンスシール
95 部分環状の凸部
96 部分環状の凸部
97 環状凹溝
98 環状凹溝

Claims (16)

  1. 易接着性樹脂フィルムと接着されるべき難接着性樹脂フィルムの表面を処理する方法であって、
    重合性モノマーの蒸気を含有するプロセスガス大気圧近傍の処理空間に供給し、前記重合性モノマーを、プラズマにより活性化させて、前記処理空間に配置した前記難接着性樹脂フィルムと反応させ、
    前記難接着性樹脂フィルムを前記処理空間に対し相対移動させ、前記相対移動に伴って前記難接着性樹脂フィルムと一緒に前記処理空間内に巻き込んだ酸素を含む雰囲気ガスを前記プロセスガスによって前記処理空間から追い出すことによって、前記処理空間内の酸素濃度が3000ppm以下になるように、前記プロセスガスの前記処理空間への供給流量を、前記難接着性樹脂フィルムの相対移動速度に応じて設定することを特徴とするフィルム表面処理方法。
  2. 平行な一対の円筒状の電極どうしの間に前記処理空間を形成し、かつ前記処理空間内に放電を生成し、前記難接着性樹脂フィルムを前記一対の電極の周面に巻き付け、かつ前記電極どうしの間に於いては、前記難接着性樹脂フィルムを、一方の電極に接触させながら前記処理空間に通し、更に折り返して他方の電極に接触させながら前記処理空間に通し、前記一対の電極の回転により前記難接着性樹脂フィルムを移動させ、かつ前記プロセスガスの供給流量を、前記処理空間内の酸素濃度が3000ppm以下になるように、前記プロセスガスの前記処理空間への供給流量を、前記一対の電極の回転速度に応じて設定することを特徴とする請求項1に記載のフィルム表面処理方法。
  3. 前記プロセスガスが、酸素ガスを実質的に含有しないことを特徴とする請求項2に記載のフィルム表面処理方法。
  4. 前記処理空間内の酸素濃度が2000ppm以下になるよう設定することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のフィルム表面処理方法。
  5. 前記処理空間内の酸素濃度が1000ppm以下になるよう設定することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のフィルム表面処理方法。
  6. 前記相対移動の速度を10m/min以上とすることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のフィルム表面処理方法。
  7. 前記重合性モノマーが、アクリル酸又はメタクリル酸であることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のフィルム表面処理方法。
  8. 前記難接着性樹脂フィルムが透明な保護フィルムであり、前記易接着性樹脂フィルムが、偏光フィルムであり、請求項1〜7の何れか1項に記載のフィルム表面処理方法を実行した後、前記難接着性樹脂フィルムを易接着性樹脂フィルムに透明な接着剤を介して接着することを特徴とする偏光板の製造方法。
  9. 易接着性樹脂フィルムと接着されるべき難接着性樹脂フィルムの表面を処理する装置であって、
    重合性モノマーを、プラズマにより活性化させて大気圧近傍の処理空間に配置した難接着性樹脂フィルムに接触させるプラズマ処理部と、
    前記難接着性樹脂フィルムを前記処理空間に対し相対移動させる移動手段と、
    前記重合性モノマーの蒸気を含有するプロセスガスを前記処理空間に供給するプロセスガス供給系と、
    を備え、
    前記プロセスガス供給系による前記プロセスガスの処理空間への供給流量が、前記相対移動に伴って前記難接着性樹脂フィルムと一緒に前記処理空間内に巻き込んだ酸素を含む雰囲気ガスを前記プロセスガスによって前記処理空間から追い出すことによって、前記処理空間内の酸素濃度が3000ppm以下になるように、前記相対移動の速度に応じて設定されていることを特徴とするフィルム表面処理装置。
  10. 前記プラズマ処理部が、前記処理空間内に放電を生成する一対の電極を有し、
    前記一対の電極が、それぞれ軸線を軸方向に向けた円筒状をなして前記軸方向と直交する並び方向に平行に並べられ、これら電極どうし間の最も狭くなった箇所及びその周辺が前記処理空間となり、前記難接着性樹脂フィルムが前記一対の電極の周面に巻き付けられ、かつ前記電極どうしの間に於いては、前記難接着性樹脂フィルムが、一方の電極に接触しながら前記電極どうしの間の大気圧近傍の処理空間に通され、更に折り返されて他方の電極に接触しながら前記処理空間に通されており、前記移動手段が、前記一対の電極の回転により前記難接着性樹脂フィルムを移動させ、前記プロセスガス供給系による前記プロセスガスの処理空間への供給流量が、前記処理空間内の酸素濃度が3000ppm以下になるように、前記一対の電極の回転速度に応じて設定されていることを特徴とする請求項9に記載のフィルム表面処理装置。
  11. 前記一対の電極どうし間の最も狭くなった箇所及びその周辺が前記処理空間となり、
    更に、前記処理空間を挟んで前記軸方向及び前記並び方向と直交する直交方向の両側に設けられ、前記軸方向に延び、かつ前記各電極の周面との間に前記難接着性樹脂フィルムの前記各電極への巻き付けを許容する隙間を形成するようにして前記一対の電極の前記周面どうし間に跨る一対の側部閉塞部材を備え、前記一対の側部閉塞部材のうち少なくとも1つが、前記プロセスガス供給系の下流端のプロセスガスノズルを構成していることを特徴とする請求項10に記載のフィルム表面処理装置。
  12. 前記一対の電極及び前記一対の側部閉塞部材の前記軸方向の互いに同じ側の端部どうし間に跨り、前記処理空間の前記軸方向の前記同じ側の端部に被さる軸端閉塞部材を、更に備えたことを特徴とする請求項11に記載のフィルム表面処理装置。
  13. 前記軸端閉塞部材が、前記一対の側部閉塞部材の少なくとも一方に取り付けられていることを特徴とする請求項12に記載のフィルム表面処理装置。
  14. 前記一対の電極の少なくとも一方と前記軸端閉塞部材との間にラビリンスシールが形成されていることを特徴とする請求項12に記載のフィルム表面処理装置。
  15. 前記難接着性樹脂フィルムを前記処理空間に対し相対移動させる移動手段を更に備え、前記移動手段による前記相対移動の速度が10m/min以上であることを特徴とする請求項9〜14の何れか1項に記載のフィルム表面処理装置。
  16. 前記重合性モノマーが、アクリル酸又はメタクリル酸であることを特徴とする請求項9〜15の何れか1項に記載のフィルム表面処理装置。
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