JP5680486B2 - ハードコートフィルム - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置等の保護膜として用いられる光学用のハードコートフィルムに関する。

液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の画像表示装置における画像表示面は、使用時に傷がつかないように、耐擦傷性が付与されていることが求められる。そのため、基材フィルム表面にハードコート層を形成したハードコートフィルムを画像表示面に貼付することにより、画像表示装置の画像表示面の耐擦傷性を向上させることが行われている。

基材フィルム表面にハードコート層を形成する方法としては種々の方法が提案されており、例えば基材フィルム表面上に熱硬化性樹脂又は紫外線硬化性樹脂等の光重合性樹脂を用いた塗剤を塗布し、それを硬化させることにより、より硬い樹脂の塗膜によるハードコート層を形成する方法など、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１に開示されているように、基材フィルム表面上にポリシラザンを塗布しこれをセラミックス化して酸化ケイ素膜となすことでこれをハードコート層とする方法や、特許文献２に開示されているように、紫外線硬化性樹脂等の樹脂にコロイダルシリカ等の微粒子をフィラーとして含有させたものを基材フィルム表面に塗布することで、より硬いハードコート層を形成する方法が、提案されている。

特開平８−１１２８７９号公報 特開２００２−６７２３８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法であると、セラミックス化した酸化ケイ素膜によるハードコート層そのものは十分な硬度を有するが、このハードコート層の厚みが薄いと十分な鉛筆硬度が得られず問題となる。

これに対し鉛筆硬度を向上させる方法としてこのハードコート層の厚みを単純に増加させることが考えられるが、ハードコート層の厚みを増加させると鉛筆硬度は確かに向上するものの、ハードコート層にクラックが発生しやすくなったり、ハードコート層そのものが剥離しやすくなってしまう、という問題が生じやすくなる。

さらには積層フィルム全体の可撓性が損なわれることにもなり、また積層フィルムが撓んだ時は、ハードコート層にクラックが発生したり層間剥離が発生するという問題があった。

特許文献２に開示されているような、樹脂中にコロイダルシリカ等の微粒子をフィラーとして含有させたものを用いてより硬いハードコート層を形成しようとする方法は、含有するフィラーによりハードコート層の透明性が低下し、その結果光学用途のハードコートフィルムとして用いようとするとこれを貼付した面の透明性が損なわれるという問題があった。

そこで本発明は、上記課題を解決するために、鉛筆硬度が５Ｈ以上の高硬度表面を有し、耐擦傷性、耐摩耗性に優れるとともに、可撓性および透明性に優れたハードコートフィルムであり、特に光学用フィルムに適したハードコートフィルムを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本願発明の請求項１に記載のハードコートフィルムは、少なくとも、基材となるプラスチックフィルムと、前記プラスチックフィルムの少なくとも片面上に積層されたハードコート層と、よりなるハードコートフィルムであって、前記プラスチックフィルムはアクリル系樹脂フィルムであり、前記ハードコート層は、表面に光重合反応性官能基が導入された二酸化ケイ素（シリカ）超微粒子を紫外線硬化性樹脂中に均一に分散してなる樹脂に炭素−炭素二重結合を有するパーフルオロポリエーテル含有化合物の添加剤を含有してなる樹脂により形成されてなること、を特徴とする。

本願発明の請求項２に記載のハードコートフィルムは、請求項１に記載のハードコートフィルムであって、前記アクリル系樹脂フィルムは、ポリメタクリル酸メチルを主成分とするものであること、を特徴とする。

本願発明の請求項３に記載のハードコートフィルムは、請求項１又は請求項２に記載のハードコートフィルムであって、前記ハードコート層を形成する樹脂は、樹脂全体に対して０．１重量%以上５重量%以下のフッ素系化合物を含んでなること、を特徴とする。

本願発明の請求項４に記載のハードコートフィルムは、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のハードコートフィルムであって、前記ハードコート層を形成する樹脂は、樹脂全体に対して２０重量%以上８０重量%以下の二酸化ケイ素を含んでなること、を特徴とする。

本願発明の請求項５に記載のハードコートフィルムは、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のハードコートフィルムであって、前記ハードコート層の膜厚が１μｍ以上５０μｍ以下であること、を特徴とする。

本発明のハードコートフィルムによれば、基材となるプラスチックフィルムとしてアクリル系樹脂フィルムを、ハードコート層として有機無機ハイブリッドタイプの樹脂を用いてなるので、基材フィルムとハードコート層との密着性が良く界面での剥離やクラックが生じにくく、可撓性に優れたものとなるとともに、透明性に優れ、高硬度表面を有し、耐擦傷性、耐摩耗性に優れたハードコートフィルムとなせる。

さらに有機無機ハイブリッドタイプの樹脂にフッ素系化合物の添加剤を含有させることで、本発明のハードコートフィルムを撓ませた時であってもハードコート層にクラックが生じにくく、可撓性に優れたものとなるとともに、ハードコート層の表面の平滑性が向上し滑りやすくなり傷が入りにくくなるため、結果として耐擦傷性や耐摩耗性に優れたハードコートフィルムを得ることが出来る。

（実施の形態１）
本発明のハードコートフィルムについて、以下第１の実施の形態として説明する。
本発明のハードコートフィルムは、少なくとも基材となるプラスチックフィルムとこのプラスチックフィルムの少なくとも片側の表面にハードコート層を積層してなるものである。そして本実施の形態において、プラスチックフィルムはアクリル系樹脂フィルムを、ハードコート層は、有機無機ハイブリッドタイプ樹脂にフッ素系化合物の添加剤を含有してなる樹脂により形成されてなるものとする。

本実施の形態にかかるハードコートフィルムは、例えば光学用フィルムに好適なものとすることを考えると、表面硬度に優れ、透明性と可撓性、柔軟性とを兼ね備えているフィルムを基材フィルムとして用いることが好ましいと言え、その観点から、アクリル系樹脂フィルムを用いることが好ましいと言える。

また、プラスチックフィルムの厚さは、５０μｍ以上２５０μｍ以下とすることが好ましい。これは、５０μｍ未満であると得られるハードコートフィルムそのものの耐久性に問題が生じる可能性があり、また２５０μｍを超えるとハードコートフィルムそのものの可撓性や透明性に問題が生じる可能性があるからである。

アクリル系樹脂フィルムとしては、例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）フィルムが上げられるが、それ以外にもポリアクリル酸アルキルエステル樹脂のみからなるフィルムや、ポリメタクリル酸アルキルエステルをベースとした樹脂からなるフィルムであって、メタクリル酸アルキルエステル樹脂に柔軟性、靭性を加えるために、ポリメタクリル酸アルキルエステルの硬質層に加えて、共重合体ゴム成分、共役ジエン系重合体ゴム、アルキル酸エステル等の軟質層を含有させた樹脂によるフィルムや、ゴム成分を含まないポリアクリル酸アルキルエステル樹脂と他の高分子樹脂とをアロイ化した樹脂によるフィルム等、が挙げられる。

本実施の形態においてはＰＭＭＡ樹脂を主成分とするポリメタクリル酸メチルフィルムを用いることとする。これはＰＭＭＡが透明度が高く、軽くて強靭である、という特質を有しており、またＰＭＭＡ樹脂は無色透明で光透過度がガラスより優れており、耐候性、耐水性、耐衝撃性にも優れているからである。

次に、本実施の形態におけるハードコート層について説明する。
本実施の形態では、ハードコート層は有機無機ハイブリッドタイプの樹脂をベースに、これにフッ素系化合物を含有させたものを利用する。

有機無機ハイブリッドタイプ樹脂としては、例えば、表面に光重合反応性官能基が導入された二酸化ケイ素（シリカ）超微粒子を紫外線硬化性樹脂中に均一に分散してなる有機無機ハイブリッドタイプのものが好ましく、本実施の形態ではこれを用いることとする。

光重合反応性官能基としては、（メタ）アクリロイルオキシ基に代表される重合性不飽和基などを挙げることが出来る。紫外線硬化性樹脂としては、例えば、紫外線硬化型アクリル系樹脂、紫外線硬化型アクリルウレタン系樹脂、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート系樹脂、紫外線硬化型エポキシアクリレート系樹脂、紫外線硬化型ポリオールアクリレート系樹脂、又は紫外線硬化型エポキシ樹脂等を挙げることが出来るが、適宜好適なものを選択すれば良いものとし、ここではこれ以上の詳述は省略する。

紫外線硬化性樹脂中に分散される二酸化ケイ素（シリカ）超微粒子の平均粒子径としては、０．００１〜０．５μｍの平均粒子径であることが好ましい。平均粒子径をこのような範囲にすることで、透明性等の光学特性とハードコート性とを兼ね備えたハードコート層を得ることが出来る。なお、この効果をより得やすくする観点からは、平均粒子径として０．００１〜０．０１μｍのものを用いることがより好ましい。

同様に、透明性等の光学特性とハードコート性との観点から、二酸化ケイ素（シリカ）超微粒子の含有量としては、ハードコート層の被膜全体に対して２０重量%以上８０重量%以下とすることが好ましい。何故ならば、二酸化ケイ素（シリカ）超微粒子の含有量が２０重量％未満では、十分な高硬度な表面が得られず、含有量が８０重量％を超えると、透明かつ平滑な塗膜表面が得られないため好ましくないからである。

次にフッ素系化合物について述べると、これは具体的には、例えば、炭素−炭素二重結合を有するパーフルオロポリエーテル含有化合物である。

このフッ素系化合物を前述した有機無機ハイブリッドタイプの樹脂に添加して、ハードコート層形成用の樹脂とすることにより、ハードコート層の表面は防汚性、特に優れた指紋付着防止性を備えたものとなり、さらに撥水撥油性を有する低摩擦表面とすることが出来るようになる。そしてハードコート層はさらに柔軟性が増し可撓性に優れたものとなる。

フッ素系化合物の添加量は、有機無機ハイブリッドタイプ樹脂とフッ素系化合物との合計重量に対して、溶剤を除いた有効成分比率で０．１重量％以上５．０重量％以下であることが好ましい。何故ならば、添加量が０．１重量％未満では、ハードコート塗膜の靭性が得られず、添加量が５．０重量％を超えると、十分な高硬度な塗膜表面が得られないためである。

このように、本実施の形態におけるハードコート層は、前述した有機無機ハイブリッドタイプ樹脂にフッ素系化合物を添加してなる樹脂を、基材となるプラスチックフィルムの表面に塗布し、ついでこれを紫外線照射等により硬化させて形成される層である。この時、ハードコート層においては、紫外線照射により、紫外線硬化性樹脂成分と二酸化ケイ素（シリカ）超微粒子の光重合反応性官能とが重合反応を起こし、二酸化ケイ素（シリカ）超微粒子が化学結合を介して有機マトリックス中に均一分散した網目状の架橋膜を形成するようになる。即ちハードコート層表面には、架橋膜に強固に結合したフッ素系化合物の膜が形成されるのである。

ハードコート層の膜厚は、膜厚が１μｍ未満では十分な高硬度な表面が得られず、膜厚が５０μｍを超えると可撓性が低下するので、平均膜厚１μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。この膜厚を得るためには、樹脂の塗布量は、ウェット膜厚でおおよそ２〜１００μｍが適当である。

樹脂の基材フィルム表面への積層方法、即ち塗布方法としては、例えば、グラビアコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法などを用いることが出来るが、本実施の形態では適宜好適なものを選択すれば良いものとする。

なお、紫外線硬化性樹脂を光重合させる紫外線の光源としては、例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いることが出来る。

以下に、本願発明にかかるハードコートフィルムについて、実施例に基づきさらに説明を続ける。但し本願発明は実施例に限定されるものではない。

〈実施例１〉
まず、実施例１のハードコートフィルムのハードコート層の形成に用いる実施例１の樹脂（塗料）を準備した。この実施例１の塗料は、以下のような配合組成とした。

光重合反応性官能基が導入された二酸化ケイ素（シリカ）超微粒子をアクリル系樹脂に配合した有機無機ハイブリッドタイプのハードコート組成物（ＪＳＲ株式会社製、オプスターＫＺ６４４５、固形分５０重量％含有溶液）１０．０重量部、添加剤としてフッ素系化合物（ダイキン工業株式会社製、オプツールＤＡＣ−ＨＰ、フッ素系化合物成分２０重量％含有溶液）０．８重量部、希釈溶剤としてメチルエチルケトン６．４重量部を配合した組成とした。

この実施例１の塗料を用い、厚さ１２５μｍのポリメタクリル酸メチルフィルム（住友化学株式会社製、テクノロイＳ００１Ｇ）の一方の面に、バーコータ法より硬化後の膜厚が１５μｍとなるように実施例１の塗料を塗布し、溶剤乾燥後、窒素パージ下で、高圧水銀灯により４４０ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射し、塗膜を硬化して、本発明の実施例１のハードコートフィルムを作製した。

〈実施例２〉
次に実施例２のハードコートフィルムのハードコート層の形成に用いる実施例２の樹脂（塗料）を準備した。この実施例２の塗料は、以下のような配合組成とした。

光重合反応性官能基が導入された二酸化ケイ素（シリカ）超微粒子をアクリル系樹脂に配合した有機無機ハイブリッドタイプのハードコート組成物（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン共同会社製、ＵＶＨＣ７０００、固形分３２重量％含有溶液）１０．０重量部、添加剤としてフッ素系化合物（ＤＩＣ株式会社製、メガファックＲＳ−７５、フッ素系化合物成分４０重量％含有溶液）０．３重量部、希釈溶剤としてメチルエチルケトン０．７重量部を配合した組成とした。

この実施例２の塗料を用い、実施例１と同様に、厚さ１２５μｍのポリメタクリル酸メチルフィルム（住友化学株式会社製、テクノロイＳ００１Ｇ）の一方の面に、バーコータ法より硬化後の膜厚が１５μｍとなるように実施例２の塗料を塗布し、溶剤乾燥後、窒素パージ下で、高圧水銀灯により４４０ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射し、塗膜を硬化して、本発明の実施例２のハードコートフィルムを作製した。

〈比較例１〉
比較のために、比較例１のハードコートフィルムを作製した。比較例１のハードコートフィルムが実施例１のハードコートフィルムと異なる点は、基材として用いたプラスチックフィルムである。比較例１のハードコートフィルムでは、基材として、厚さ１２５μｍの２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いてなる。

そして、この厚さ１２５μｍの２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの一方の面に、実施例１と同様に、実施例１の塗料を塗布し、溶剤乾燥後、塗膜を硬化して、比較例１のハードコートフィルムを作製した。

〈比較例２〉
さらに、比較のために、比較例２のハードコートフィルムを作製した。比較例２のハードコートフィルムが実施例１のハードコートフィルムと異なる点は、ハードコート層の形成に用いた塗料である。比較例２の塗料は、フッ素系化合物を添加していない点で、上記の実施例１の塗料と異なる。

つまり、比較例２の塗料は、以下のような配合組成とした。光重合反応性官能基が導入された二酸化ケイ素（シリカ）超微粒子をアクリル系樹脂に配合した有機無機ハイブリッドタイプのハードコート組成物（ＪＳＲ株式会社製、オプスターＫＺ６４４５、固形分５０重量％含有溶液）１０．０重量部、希釈溶剤としてメチルエチルケトン６．７重量部を配合した組成とした。

そして、この比較例２の塗料を用い、実施例１と同様に、厚さ１２５μｍのポリメタクリル酸メチルフィルム（住友化学株式会社製、テクノロイＳ００１Ｇ）の一方の面に、上記実施例１と同一の条件で塗布、乾燥、硬化して、比較例２のハードコートフィルムを作製した。

以上により得られた実施例１および実施例２、比較例１および比較例２の４種のハードコートフィルムについて、鉛筆硬度および可撓性を評価した。これらの評価結果を、ハードコートフィルムの試料内容とともに（表１）に示す。なお、それぞれの評価は、次のようにして行った。

鉛筆硬度の評価は、ＪＩＳ Ｋ５６００−５−４に準じて行い、各種硬度の鉛筆を４５゜の角度で試料の表面にあて、荷重をかかて引っ掻き試験を行い、傷がつかない最も硬い鉛筆の硬さを鉛筆硬度とした。

可撓性の評価は、ＪＩＳ Ｋ５６００−５−１に準じて円筒形マンドレルを用いて行った。マンドレルとしては、３２ｍｍ径のものを用いて行い、折り曲げ後にクラックや剥離の有無を観察し、ハードコート層のクラックや剥離の無いものを○、クラック又は剥離の発生が観察されたもの×とした。

（表１）の評価結果に示したように、本願発明にかかる実施例１および実施例２のハードコートフィルムは、いずれも、鉛筆硬度が５Ｈと極めて硬く、耐擦傷性、耐摩耗性に優れ、フィルムを撓ませた時でもハードコート層のクラックや剥離が無く、可撓性に優れたものであった。したがって、画像表示装置等の保護膜として用いられる光学用のハードコートフィルムとしての実用性に優れていることが確認できた。

一方、基材としてポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた比較例１のハードコートフィルムは、有機無機ハイブリッドタイプの被膜であるハードコート層と、基材フィルムとの密着性が悪く、フィルムを撓ませた時に界面で剥離やクラックが発生し、可撓性に劣っていた。

また、フッ素系化合物を添加していない塗料をハードコート層の形成に用いた比較例２のハードコートフィルムは、実施例１および実施例２に比較して、ハードコート層に柔軟性が無く、フィルムを３２ｍｍ径で折り曲げ撓ませた時にハードコート層にクラックが発生し、可撓性に劣っていた。

そして、比較例１および比較例２のハードコートフィルムは、いずれも、鉛筆硬度が４Ｈであり、実施例１および実施例２に比較して鉛筆硬度が柔らかく、光学用のハードコートフィルムとして望ましい十分な鉛筆硬度が得られなかった。

このように、本願発明にかかるハードコートフィルムであれば、基材となるプラスチックフィルムとしてアクリル系樹脂フィルムを用い、ハードコート層は有機無機ハイブリッドタイプ樹脂を用いることで、基材フィルムとハードコート層との密着性が良く界面での剥離やクラックが生じにくく、可撓性に優れたものとなるとともに、透明性に優れ、高硬度表面を有し、耐擦傷性、耐摩耗性に優れたハードコートフィルムとなることがわかる。

さらに有機無機ハイブリッドタイプ樹脂にフッ素系化合物の添加剤を含有させると、フィルムを撓ませた時でもハードコート層の被膜にクラックが生じにくく、可撓性に優れたものとなるとともに、ハードコート層の表面の平滑性が向上し滑りやすくなり傷が入りにくくなるため、さらに、耐擦傷性、耐摩耗性に優れたハードコートフィルムとなることがわかる。

本願発明にかかるハードコートフィルムであれば、優れた透明性を有するとともに、可撓性に優れ、十分な鉛筆硬度を有する、耐擦傷性、耐摩耗性に優れたハードコートフィルムであるので、画像表示装置等の保護膜として従来用いられている光学用ガラスの代替えとして使用される光学用フィルムとして、特に有用である。

Claims (5)

1. 少なくとも、
   基材となるプラスチックフィルムと、
   前記プラスチックフィルムの少なくとも片面上に積層されたハードコート層と、
   よりなるハードコートフィルムであって、
   前記プラスチックフィルムはアクリル系樹脂フィルムであり、
   前記ハードコート層は、表面に光重合反応性官能基が導入された二酸化ケイ素（シリカ）超微粒子を紫外線硬化性樹脂中に均一に分散してなる樹脂に炭素−炭素二重結合を有するパーフルオロポリエーテル含有化合物の添加剤を含有してなる樹脂により形成されてなること、
   を特徴とする、ハードコートフィルム。
   
2. 請求項１に記載のハードコートフィルムであって、
   前記アクリル系樹脂フィルムは、ポリメタクリル酸メチルを主成分とするものであること、
   を特徴とする、ハードコートフィルム。
3. 請求項１又は請求項２に記載のハードコートフィルムであって、
   前記ハードコート層を形成する樹脂は、樹脂全体に対して０．１重量%以上５重量%以下のフッ素系化合物を含んでなること、
   を特徴とする、ハードコートフィルム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のハードコートフィルムであって、
   前記ハードコート層を形成する樹脂は、樹脂全体に対して２０重量%以上８０重量%以下の二酸化ケイ素を含んでなること、
   を特徴とする、ハードコートフィルム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のハードコートフィルムであって、
   前記ハードコート層の膜厚が１μｍ以上５０μｍ以下であること、
   を特徴とする、ハードコートフィルム。