JP6163867B2 - 光学用ポリエステルフィルム - Google Patents

Description

本発明は、面内での光学特性の均一性に優れ、特に薄型偏光板の部材として好適なポリエステルフィルムに関するものである。

液晶ディスプレイに使用される偏光板は、一般的に保護フィルム／偏光膜／保護フィルムの構成からなり、偏光膜の保護フィルムにはトリアセチルセルロース（以下、ＴＡＣと略記することがある）フィルムが広く使用されてきた。

ＴＡＣフィルムは、高い透明性や光学等方性を持つという利点がある一方で、耐薬品性、耐擦傷性などの点で十分な性能を示しているとは言えない上に、近年、液晶ディスプレイの薄型化要求がある中、ＴＡＣフィルムを薄くすると耐久性の低さや透湿性の悪化によりハンドリングや加工歩留まりが悪化する問題が出てきた。

上記のような問題に対して、ＴＡＣフィルムの代わりにシクロオレフィンポリマーやアクリル等の材料検討も行われているが（特許文献１、２）、多くの場合、汎用樹脂を使用していないためコストが高くなるという問題がある。

一方、二軸に延伸されたポリエステルフィルムは、耐薬品性、耐擦傷性などの点で優れた特性を有するものの、二軸に延伸されていることに起因する光学特性の不均一性が存在し、偏光板の保護フィルムとして採用されることは稀である。

ポリエステルフィルムの光学特性のうち配向軸（θ３）の振れを小さくすべく、一方向にのみ延伸する手法なども行われている（特許文献３）が、一方向にのみ延伸されているため、その複屈折率（Δｎ）はむしろ高くなるという問題がある。

特開平６−５１１１７号公報 特開２００６−２２７０９０号公報 特開２０００−５２４１７

本発明は、上記実状に鑑みなされたものであって、その解決課題は、コストおよびハンドリングに優れ、面内の光学特性の均一性の高い薄型偏光板の部材として好適なポリエステルフィルムを提供することにある。

本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、特定の構成を有するポリエステルフィルムによれば、上記課題を容易に解決できることを見いだし、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨は、二軸に延伸されたポリエステルフィルムであり、当該フィルムのＭＤ方向と直行する方向の配向角（θ３）の振れが３度／ｍ以下であり、かつフィルムの複屈折率（Δｎ）が０．０３以下であることを特徴とする偏光板保護フィルム用ポリエステルフィルムに存する。

本発明によれば、コストおよびハンドリングに優れ、面内の光学特性の均一性の高い薄型偏光板の部材として好適なポリエステルフィルムを提供することができ、本発明の工業的価値は高い。

本発明でいうポリエステルフィルムとは、押出口金から溶融押出されるいわゆる押出法により押出した溶融ポリエステルシートを冷却した後、必要に応じて延伸、熱処理を施したフィルムである。

本発明のフィルムを構成するポリエステルとは、ジカルボン酸とジオールとから、あるいはヒドロキシカルボン酸から重縮合させて得られるものである。ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、セバシン酸およびオキシカルボン酸（例えば、Ｐ−オキシ安息香酸など）などが挙げられ、ジオールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール等が挙げられる。また、ヒドロキシカルボン酸としては、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸などが挙げられる。代表的なポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート（ＰＥＮ）等が例示される。

本発明のフィルムの厚さは、３μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４μｍ以上３８μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以上２５μｍ以下である。厚さが３μｍより薄いと、本発明のポリエステルフィルムを加工する際にシワが入る可能性があり、一方、５０μｍより厚いと、偏光板の総厚さが厚くなり、ディスプレイに仕上げたときの小型化・軽量化が達成できなくなることがある。

本発明におけるポリエステルフィルムには、フィルムの巻き上げ工程等での作業性を向上させるために滑剤粒子を含有させてもよい。粒子としては、二酸化ケイ素、アルミナ、炭酸カルシウム、カオリン、酸化チタン、有機粒子などを挙げることができ、これらの粒子は、単独あるいは２成分以上を同時に使用してもよい。中でも、一次粒子の凝集体である多孔質シリカ粒子は、安価でかつフィルムの延伸時に粒子周辺にボイドが発生しにくいため、内部ヘーズ低減に効果的である。内部ヘーズとはフィルムの内部構造（ボイドなど）に起因する散乱を評価した物性であり、粗面補償溶媒として例えばエタノールを用いることで測定することができる。

本発明において、フィルムのヘーズは１．５％以下であることが好ましい。ヘーズが１．５％より大きい場合、偏光板に貼り合わせた際の総ヘーズが上昇し、ディスプレイの視認性が低下することがある。

ポリエステルフィルムに配合する粒子の平均粒径としては、通常０．５〜５．０μｍ、好ましくは０．８〜４．０μｍの範囲である。平均粒径が０．５μｍ未満の場合、十分な易滑性を付与するために添加量を増加させる必要性が生じ、結果として透明性が損なわれることがある。また、平均粒径が５．０μｍを超える場合には、フィルム表面の粗面度が大きくなりすぎ、コート剤や粘着層を塗布する際に突起部付近で均一に塗布することが困難になったり、フィルムの透明性が損なわれたりすることがある。

フィルムの透明性を向上させるためには、最外層のみに粒子を配合する方法も好ましく採用される。この場合の最外層とは、少なくとも表裏どちらか１層であり、表裏両層に粒子を配合することもできる。

本発明において、ポリエステルに粒子を配合する方法は特に限定されるものではなく、公知の方法を採用し得る。例えば、ポリエステルを製造する任意の段階において添加することができるが、エステル化の段階、もしくはエステル交換反応終了後重縮合反応開始前の段階でエチレングリコール等に分散させたスラリーとして添加し重縮合反応を進めてもよい。またベント付き混練押出機を用い、エチレングリコールまたは水などに分散させた粒子のスラリーとポリエステル原料とをブレンドする方法、または、混練押出機を用い、乾燥させた粒子とポリエステル原料とをブレンドする方法などによって行われる。

本発明において、波長３８０ｎｍにおけるフィルムの光線透過率は１０．０％以下であることが好ましく、より好ましくは７．０％以下である。光線透過率が１０．０％を超えると、液晶および偏光子が紫外線により損傷を受けるため問題となることがある。光線透過率を上記範囲内とするためには、フィルムに添加する紫外線吸収剤の配合量を調節することで達成できる。

本発明で用いることのできる紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系化合物、１，３，５−トリアジン系化合物、ベンゾオキサジノン系化合物等を挙げることができ、これら１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、色調を考慮した場合、黄色味が付きにくいベンゾオキサジノン系化合物が好適に用いられる。

紫外線吸収剤として用いるベンゾオキサジン系化合物の例としては、２，２−（１，４−フェニレン）ビス［４Ｈ−３，１−ベンゾオキサジン−４−オン］が挙げられる。

紫外線吸収剤をポリエステルフィルムに配合する方法として、紫外線吸収剤を押出機に直接添加する方法や、紫外線吸収剤を練りこんだポリエステルを押出機に添加する方法などが挙げられる。

本発明におけるポリエステルフィルム中には、紫外線吸収剤のほかに必要に応じて従来公知の酸化防止剤、熱安定剤、潤滑剤、帯電防止剤、蛍光増白剤、染料、顔料等を添加することができる。かかる添加物は内層のみ、あるいは最外層のみに配合してもよい。表面への析出を防止するためには内層に添加するのが好ましい。

本発明のポリエステルフィルムを保護フィルムとして使用した偏光板において、光干渉色の発生を防ぐためには、ポリエステルフィルムにおけるフィルムの面内リターデーションは５００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３００ｎｍ以下、さらに好ましくは２００ｎｍ以下である。フィルムの面内リターデーションが５００ｎｍより大きい場合には、光の干渉色が強くなり、液晶ディスプレイにおいて画像本来の色彩が得られないことがある。

本発明のポリエステルフィルムは配向軸（θ３）の値が２５度以上７５度以下の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは３０度以上６０度以下の範囲である。配向軸（θ３）の値が上記範囲を超える場合は、本発明のポリエステルフィルムを保護フィルムとして使用した偏光板を組み込んだディスプレイをサングラス等の偏光機能を有するフィルム越しに視認した場合に、その視認角度によっては輝度が非常に暗くなる場合がある。

本発明のポリエステルフィルムはそのフィルムのＭＤ方向と直行する方向の配向軸（θ３）の振れが３度／ｍ以下である必要があり、好ましくは２度／ｍ以下である。本発明のポリエステルフィルムを偏光板の保護フィルムとして使用する場合、ロール to ロールの加工を実施するが、配向軸（θ３）の振れが３度／ｍを超えるポリエステルフィルムを使用した場合は、ロールの両端部での光学特性に特性差が発生し、ディスプレイの視認性に偏りが発生して好ましくない。

本発明のポリエステルフィルムの複屈折率（Δｎ）は０．０３以下である必要があり、より好ましくは０．０２以下である。複屈折率が０．０３より大きい場合は、フィルムの厚さを薄くしないと、面内リターデーションが上がることとなり、光の干渉色が強くなり、液晶ディスプレイにおいて画像本来の色彩が得られない不具合が発生する。面内リターデーションを好ましい範囲内とするようにフィルムの厚さを薄くすると、偏光板の保護フィルムとして貼り合わせたり、また本発明のポリエステルフィルムの表面に機能層を加工したりする際にシワ、破断等が発生する。

次に本発明のフィルムの製造方法に関して具体的に説明するが、本発明の要旨を満足する限り、以下の例示に特に限定されるものではない。

まず、本発明で使用するポリエステルの製造方法の好ましい例について説明する。ここではポリエステルとしてポリエチレンテレフタレートを用いた例を示すが、使用するポリエステルにより製造条件は異なる。常法に従って、テレフタル酸とエチレングリコールからエステル化し、または、テレフタル酸ジメチルとエチレングリコールをエステル交換反応し、その生成物を重合槽に移送し、減圧しながら温度を上昇させ、最終的に真空下で２８０℃に加熱して重合反応を進め、ポリエチレンテレフタレート得る。

ポリエステルは、溶融重合後これをチップ化し、加熱減圧下または窒素等不活性気流中に必要に応じてさらに固相重合を施してもよい。得られるポリエステルの固有粘度は０．４０ｄｌ/ｇ以上であることが好ましく、さらに好ましくは０．４０〜０．９０ｄｌ/ｇ、特に好ましくは０．５０〜０．８０ｄｌ/ｇである。固有粘度が０．４０ｄｌ/ｇ未満の場合は、フィルムの強度が不足したり、フィルム製造時に破断が頻発して生産性が低下したり、また含有するオリゴマー量が多くなって、光学用として使用した場合にフィルムの透明性の低下等の問題を発生させる事がある。一方固有粘度が０．９０ｄｌ/ｇを超えると、フィルム製造時に溶融押出する工程で、粘度が高過ぎて剪断発熱による温度上昇でポリエステルが劣化して色調が変化したり、筋状の厚みムラが発生しやすくなったりする等の問題が発生することがある。

次に上記のようにして得られたポリエステルチップを溶融押出装置に供給し、それぞれのポリマーの融点以上である温度に加熱し溶融する。次いで、溶融したポリマーを口金から押出し、回転冷却ドラム上でガラス転移温度以下の温度になるように急冷固化し、実質的に非晶状態の未配向シートを得る。この場合、シートの平面性を向上させるため、シートと回転冷却ドラムとの密着性を高めることが好ましく、本発明においては静電印加密着法および／または液体塗布密着法が好ましく採用される。

本発明においては、このようにして得られたシートを二軸方向に延伸してフィルム化する。延伸条件は、前記未延伸シートを縦方向に７０〜１４５℃で２〜６倍に延伸し、縦１軸延伸フィルムとした後、横方向に９０〜１６０℃で２〜６倍延伸を行い、１５０〜２４０℃で１〜６００秒間熱処理を行うことが好ましい。さらにこの際、熱処理の最高温度ゾーンおよび／または熱処理出口のクーリングゾーンにおいて、縦方向および／または横方向に０．１〜２０％弛緩する方法が好ましい。また、必要に応じて再縦延伸、再横延伸を付加することも可能である。さらに、前記の未延伸シートを面積倍率が１０〜４０倍になるように同時二軸延伸を行うことも可能である。

本発明のポリエステルフィルムは、本発明の効果を損なわない範囲であれば、延伸工程中にフィルム表面を処理する、いわゆるインラインコーティングを施すこともできる。方法は以下に限定するものではないが、例えば、１段目の延伸が終了して、２段目の延伸前に、帯電防止性、滑り性、接着性等の改良、２次加工性改良、耐候性および表面硬度の向上等の目的で水溶液、水系エマルジョン、水系スラリー等によるコーティング処理を施すことができる。このようなコートは片面、両面のいずれでもよい。コーティングの材料としては水系が好ましい。

偏光板として偏光子と貼り合わせる際には、片側表層に偏光子と密着性を高めるための塗布層を設けることが好ましい。

また、偏光子と貼り合わせない方の表面については、ハードコート層を設けてもよい。この場合、ハードコートとの密着性を向上させるために塗布層を設けることが好ましい。

塗布層は、帯電防止剤、消泡剤、塗布性改良剤、増粘剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、発泡剤、染料、顔料などを含有していてもよい。

塗布剤の塗布方法としては、リバースロールコーター、グラビアコーター、ロッドコーター、エアドクターコーターまたはこれら以外の塗布装置を使用することができる。

塗布剤のフィルムへの塗布性や接着性を改良するため、塗布前にフィルムに化学処理や放電処理を施してもよい。また、表面特性をさらに改良するため、塗布層形成後に放電処理を施してもよい。

塗布層の厚みは、最終的な乾燥厚さとして、通常０．０２〜０．５μｍ、好ましくは０．０３〜０．３μｍの範囲である。塗布層の厚さが０．０２μｍ未満の場合は、本発明の効果が十分に発揮されない恐れがある。塗布層の厚さが０．５μｍを超える場合は、フィルムが相互に固着しやすくなったり、特にフィルムの高強度化のために塗布処理フィルムを再延伸する場合は、工程中のロールに粘着しやすくなったりする傾向がある。

なお必要に応じてフィルムの製造後にオフラインコートと呼ばれる方法でコートしてもよい。コーティングの材料としては、水系および／または溶剤系いずれでもよい。

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、諸物性、特性は以下のように測定、または定義されたものである。実施例中、「％」は「重量％」を意味する。

（１）ポリエステルの極限粘度の測定
ポリエステルを１ｇ精秤し、フェノール／テトラクロロエタン＝５０／５０（重量比）の混合溶媒１００ｍＬに溶解させ、３０℃で測定した。

（２）平均粒径（ｄ５０）の測定
島津製作所製遠心沈降式粒度分布測定装置（ＳＡ−ＣＰ３型）を用いて測定した等価球形分布における積算体積分率５０％の粒径を平均粒径ｄ５０とした。

（３）フィルム厚さの測定
フィルムを５枚重ねてミツトヨ製（ＭＤＣ-２９３・ＭＤＣ-２５ＭＪ）デジタルマイクロメーターを使用して厚さを測定し、表示値を５で割り単枚の厚さを算出した。

（４）面内リターデーションの測定
大塚電子株式会社製のセルギャップ検査装置ＲＥＴＳ−１１００Ａを用いて波長５８９ｎｍでの面内リターデーションを測定した。面内リターデーションは回転検光子法でアパーチャ径は２ｍｍとし、２３℃で測定した。面内リターデーションの測定は、フィルムの中央部から採取したサンプルにて測定した。

（５）ヘーズの測定
ＪＩＳ−Ｋ−７１３６に準拠し、日本電色工業社製の積分球式濁度計ＮＤＨ−２０Ｄによりフィルムのヘーズを測定した。ヘーズの測定は、フィルムの中央部から採取したサンプルにて測定した。

（６）光線透過率の測定
日立製作所製の分光光度計Ｕ３３１０を用いて測定した。測定は、波長範囲２５０〜８００ｎｍ、スキャンスピード３００ｎｍ／ｍｉｎで行い、波長３８０ｎｍでの透過率を採用した。光線透過率の測定は、フィルムの中央部から採取したサンプルにて測定した。

（７）配向角（θ３）の測定
カールツァイス社製偏光顕微鏡を用いて、ポリエステルフィルムの配向を観察し、ポリエステルフィルム面内の主配向軸の方向がポリエステルフィルムのＭＤに対して何度傾いているかを求めた。なお、測定上、主配向軸が９０度を越えた場合には、その補角を主配向軸のＭＤ方向に対する角度とした。配向角（θ３）の測定は、フィルムの中央部から採取したサンプルにて測定した。

（８）フィルムのＭＤ方向と直行する方向の配向角（θ３）の振れの算出
ポリエステルフィルムロールの両端部からサンプルを採取し、その配向角（θ３）を前述の手法で測定した。その測定値の差をロール幅（１ｍ単位）で除することで、フィルムのＭＤ方向と直行する方向の配向角（θ３）の振れの数値を算出した。

（９）複屈折率（Δｎ）の測定
アタゴ光学社製アッベ式屈折計を用い、フィルム面内の屈折率の最大値ｎγ、それに直角の方向の屈折率ｎβ、およびフィルムの厚さ方向の屈折率ｎαを測定し、次式によりΔｎを求めた。なお、屈折率の測定は、ナトリウムＤ線を用い、２３℃で行った。複屈折率（Δｎ）の測定は、フィルムの中央部から採取したサンプルにて測定した。
Δｎ＝ｎγ−ｎβ

（ポリエステルａの製造方法）
テレフタル酸ジメチル１００重量部とエチレングリコール６０重量部とを出発原料とし、触媒として酢酸マグネシウム・四水塩０．０９重量部を反応器にとり、メタノールの留去とともに徐々に反応温度を上昇させ、３時間後に２３０℃とした。４時間後、実質的にエステル交換反応を終了させた。この反応混合物にエチルアシッドフォスフェート０．０４部を添加した後、三酸化アンチモン０．０３部を加えて、４時間重縮合反応を行った。すなわち、温度を２３０℃から徐々に昇温し２８０℃とした。一方、圧力は常圧より徐々に減じ、最終的には０．３ｍｍＨｇとした。反応開始後、反応槽の攪拌動力の変化により、極限粘度０．６４０に相当する時点で反応を停止し、窒素加圧下ポリマーを吐出させた。得られたポリエステルＡの極限粘度は０．６４であった。

（ポリエステルｂの製造方法）
ポリエステルａの製造方法において、平均粒子径２．７μｍのシリカ粒子を０．３部添加し、ポリエステルｂを得た。

（ポリエステルｃの製造方法）
ポリエステルａの製造方法において、紫外線吸収剤として２，２−（１，４−フェニレン）ビス［４Ｈ−３，１−ベンゾオキサジン−４−オン］を濃度１０％となるように添加し、ポリエステルｃを得た。

（ポリエステルフィルムの製造）
上記ポリエステルａ〜ｃを、表１に示した割合で混合した原料を２台の押出機に各々供給し、層構成がＡ（最外層）／Ｂ（中間層）／Ａ（最外層）のポリエステルフィルムを作製した。まず、ポリエステルを２８５℃で溶融押出した後、静電印加密着法を用いて表面温度を３０℃に設定した冷却ロール上で冷却固化して未延伸シートを得た。
次いで、表１に記載の延伸倍率にて、２軸に逐次延伸を施し、２２８℃で熱処理を行い、ポリエステルフィルムマスターロールを得た。得られたポリエステルフィルムマスターロールの中央部から幅方向端側に１０００ｍｍおよび２０００ｍｍの位置にスリット刃をセットしてスリットすることで本発明のポリエステルフィルムを得た。得られたポリエステルフィルムの特性を表２に示す。

本発明のフィルムは、例えば、偏光板部材として好適に利用することができる。

Claims (4)

1. 二軸に延伸されたポリエステルフィルムであり、当該フィルムのＭＤ方向と直行する方向の配向角（θ３）の振れが３度／ｍ以下であり、かつフィルムの複屈折率（Δｎ）が０．０３以下であることを特徴とする偏光板保護フィルム用ポリエステルフィルム。
2. 光線波長３８０ｎｍにおける光線透過率が１０％以下である請求項１に記載の偏光板保護フィルム用ポリエステルフィルム。
3. 面内リターデーションが５００ｎｍ以下である請求項１または２に記載の偏光板保護フィルム用ポリエステルフィルム。
4. フィルムのＭＤ方向と直行する方向の長さが５００ｍｍ以上である請求項１〜３のいずれかに記載の偏光板保護フィルム用ポリエステルフィルムロール。