JP6256729B2 - 積層体 - Google Patents
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Description
本発明は、基材フィルム、積層体及び偏光膜の製造方法に関する。
ポリビニルアルコール系樹脂(以下、「ＰＶＡ樹脂」という)層に２色性物質を吸着及び配向させた偏光膜の製造方法は、よく知られている。偏光膜が利用される代表的な用途は、液晶ディスプレイ(ＬＣＤ、ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ)などのようなディスプレイ装置である。例えば、液晶ディスプレイの液晶パネルの両面に通常約６０μｍ〜８０μｍ程度の厚さを有するＰＶＡ樹脂系偏光膜が付着される。
ＰＶＡ樹脂は親水性である。これによって、偏光膜は、温度や湿度の変化に敏感であり、伸縮しやすくて、いわゆるカール(ｃｕｒｌ)のような不良が発生しやすい。したがって、伸縮抑制及び温度・湿度の影響を減らすことができるように、通常、ＰＶＡ樹脂偏光膜の両面には、保護フィルムが付着されて利用される。しかし、偏光膜の厚さが厚い場合には、伸縮の抑制が容易ではなくて、液晶パネルなどに付着された時に応力が発生して、画面に染みなどを発生させる原因になっている。また、最近、薄型素子や低いエネルギー消費の素子に対する要求が増加しながら、より薄型の偏光膜に対する要求も増加している。
例えば、特許文献１では、薄型の偏光膜を製造するための工程を開示している。
本発明は、基材フィルム、積層体及び偏光膜の製造方法を提供する。
本発明は、基材フィルムに関する。例示的な基材フィルムは、例えば、ＰＶＡ樹脂などのような偏光機能を示すことができる素材を延伸する工程に使われるフィルム(以下、「延伸用フィルム」または「延伸用基材フィルム」という)であることができる。前記延伸工程は、例えば、図１に示したように、前記基材フィルム１０１の一面または両面に延伸により偏光機能を示すことができる素材(以下、「偏光機能素材」と称する)を含む層１０２(以下、「偏光機能素材層」と称する)を積層して積層体１００を製造した状態で、前記積層体を延伸して実行することができる。
このような延伸工程をより効率的に実行し、最終的に高機能の薄型の偏光膜を得るために、前記基材フィルムの特性は、一緒に延伸される偏光機能素材層の特性を考慮して決まることができる。
前記基材フィルムの特性は、例えば、引張試験により測定されることができる多様な物性を含むことができる。引張試験で確認される引張曲線は、通常、印加された荷重(ｌｏａｄ)に対する延伸程度(ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ、ｍｍ)の関係で表示される引張曲線(Ｌｏａｄ−ｖｅｒｓｕｓ−ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ)；及び公称応力(ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ)に対する公称変形(ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｔｒａｉｎ)の関係で表示される引張曲線(Ｓｔｒｅｓｓ−ｖｅｒｓｕｓ−ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ)に分類できるが、本明細書で規定する特性は、特定しない限り、後者、すなわち、公称応力(ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ)に対する公称変形(ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｔｒａｉｎ)の関係で表示される引張曲線(Ｓｔｒｅｓｓ−ｖｅｒｓｕｓ−ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ)から確認される特性であることができる。
本発明で引張曲線は、下記の方式で図示する。まず、引張曲線を測定する試片を横の長さが１５ｍｍであり、縦の長さが７０ｍｍになるように準備する。前記試片の横及び縦の長さは、引張のために引張試験機に固定される部分を除外した長さである。その後、試片を引張試験機に固定した後、縦方向に常温で約３００ｍｍ/ｍｉｎの引張速度で試片が切断されるまで引張した後に、試片が切断されるまでの距離(ｄｉｓｔａｎｃｅ)によって測定された荷重(ｆｏｒｃｅ)のグラフ(Ｘ軸：ｄｉｓｔａｎｃｅ、Ｙ軸：ｆｏｒｃｅ)を図示する。その後、前記グラフを試片の広さ及び厚さを適用して延伸率(ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ)と引張強度(ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ)のグラフ(Ｘ軸：ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ、Ｙ軸：ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ)に変換し、変換されたグラフから後述する各引張特性を測定することができる。本明細書で用語「常温」は、加温されるか減温されない自然そのままの温度として、約１０℃〜３０℃、約２５℃または約２３℃程度の温度を意味することができる。また、本明細書で物性を規定するにおいて、特定しない限り、その物性は、常温で測定した物性に該当する。
基材フィルムは、例えば、前記引張曲線の積分値(Ａ)及び同一な方式で測定した前記偏光機能素材層の前記積分値(Ｂ)の差(Ａ−Ｂ)の絶対値が、１,５００Ｎｍｍ〜１０,０００Ｎｍｍの範囲内に属するように選択されることができる。前記差の絶対値は、他の例示で、２,０００Ｎｍｍ以上、２,５００Ｎｍｍ以上、３,０００Ｎｍｍ以上、３,５００Ｎｍｍ以上または約４,０００Ｎｍｍ以上であることができる。また、前記差の絶対値は、他の例示で、約９,０００Ｎｍｍ以下、８,０００Ｎｍｍ以下、７,０００Ｎｍｍ以下または６,５００Ｎｍｍ以下であることができる。
例えば、基材フィルムは、その引張強度と前記偏光機能素材層の引張強度の差の絶対値は、約０.５ＭＰａ〜４０ＭＰａの範囲内に属するように選択されることができる。前記引張強度は、引張試験で試片が破断されるまでの最大引張荷重を引張前の試片の断面積で分けた値を意味する。
基材フィルムは、例えば、その延伸率と前記偏光機能素材層の延伸率の差の絶対値が、１５％〜５００％の範囲内に属するように選択されることができる。前記差の絶対値は、他の例示で、２０％以上であることができる。また、前記差の絶対値は、他の例示で、４００％以下、３００％以下、２００％以下または１６０％以下であることができる。
基材フィルムは、例えば、その降伏点と前記偏光機能素材層の降伏点の差の絶対値が、１ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲内に属するように選択されることができる。前記差の絶対値は、他の例示で、３ＭＰａ以上または５ＭＰａ以上であることができる。また、前記差の絶対値は、他の例示で、４５ＭＰａ以下、４０ＭＰａ以下または３５ＭＰａ以下であることができる。
基材フィルムは、例えば、その弾性限度と前記偏光機能素材層の弾性限度の差の絶対値が、１,０００ＭＰａ以下になる範囲内に属するように選択されることができる。前記差の絶対値は、他の例示で、５０ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、１５０ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以上または２３０ＭＰａ以上であることができる。また、前記差の絶対値は、他の例示で、９００ＭＰａ以下、８００ＭＰａ以下、７００ＭＰａ以下または６６０ＭＰａ以下であることができる。
前記言及した各基材フィルムの特性の絶対値は、適用される偏光機能素材層の各特性によって決定されることで、特別に限定されるものではない。
但し、偏光機能素材層の延伸後に、収縮による不良の防止の観点で、前記基材フィルムは、下記数式１を満足することが要求されることができる。
［数１］
Ｅ/Ｒ ≧ ５
Ｅ/Ｒ ≧ ５
数式１で、Ｅは、常温で測定した前記延伸用基材フィルムの延伸率(単位：％)であり、Ｒは、復元率(単位：％)である。前記延伸率は、前記測定温度で上述したような引張試験を実行して得られる引張曲線から求めることができる。
また、前記復元率は、横の長さが５０ｍｍであり、縦の長さが１００ｍｍになるように裁断された前記基材フィルムの一面に同一な横と縦の長さを有し、厚さが３０μｍであるポリビニルアルコールフィルムを付着して製造された積層体を水(温度：６０℃)で縦方向に５倍延伸した後、水から取り出して前記ポリビニルアルコールフィルムを剥離し、常温で１時間の間維持した後に測定した前記基材フィルムの縦方向の長さ(Ｔ)を、数式「１００×(Ｔ−Ａ)/Ａ」に代入して測定した値であり、前記数式で、Ａは、前記基材フィルムの延伸前の縦の長さである。
数式１による割合(Ｅ/Ｒ)が前記範囲に属するように調節することで、後述する延伸過程で効果的な延伸を通じて非常に薄型であると共に偏光機能や透過率が優秀な偏光膜を得ることができる。前記割合(Ｅ/Ｒ)は、他の例示で、１０以上、１５以上、２０以上、２５以上または３０以上であることができる。前記割合(Ｅ/Ｒ)は、他の例示で、６００以下、５００以下、４００以下、３００以下、２００以下、１００以下、７０以下、６５以下、６０以下、５５以下、５０以下、４５以下または４０以下であることができる。
基材フィルムは、前記数式１を満足しながら、約２００％〜１５００％の範囲内の前記延伸率を有することができる。延伸率は、他の例示で、約２５０％以上、約３００％以上であることができる。延伸率は、他の例示で、約１４００％以下、１３００％以下、１２００％以下、１１００％以下、１０００％以下、９００％以下、８００％以下、７００％以下、６００％以下または５５０％以下であることができる。
また、基材フィルムの前記復元率は、３０％以下、２５％以下または約２０％以下であることができる。また、前記復元率は、約５％以上、１０％以上または１５％以上であることができる。
基材フィルムは、前記言及した方式で測定した引張曲線(試片が切断されるまで引張しながら測定した前記延伸率(ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ)と引張強度(ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ)のグラフ(Ｘ軸：ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ、Ｙ軸：ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ))の積分値が、２０００Ｎｍｍ〜１０,０００Ｎｍｍの範囲内にあることができる。前記積分値は、他の例示で、２５００Ｎｍｍ以上、３０００Ｎｍｍ以上、３５００Ｎｍｍ以上または４０００Ｎｍｍ以上であることができる。また、前記積分値は、他の例示で、９０００Ｎｍｍ以下、８０００Ｎｍｍ以下または７６００Ｎｍｍ以下であることができる。このような範囲は、後述する延伸工程で非常に薄型であると共に高機能の偏光膜を形成することに有利である。
基材フィルムの引張強度は、例えば、４５ＭＰａ〜２００ＭＰａの範囲内にあることができる。前記引張強度は、他の例示で、５０ＭＰａ以上であることができる。また、前記引張強度は、他の例示で、１５０ＭＰａまたは１００ＭＰａ以下であることができる。このような範囲は、後述する延伸工程で非常に薄型であると共に高機能の偏光膜を形成することに有利である。
基材フィルムの降伏点は、例えば、１０ＭＰａ〜１５０ＭＰａの範囲内にあることができる。前記降伏点は、他の例示で、１５ＭＰａ以上であることができる。また、前記降伏点は、他の例示で、１００ＭＰａ以下であることができる。このような範囲は、後述する延伸工程で非常に薄型であると共に高機能の偏光膜を形成することに有利である。
基材フィルムの弾性限度は、例えば、２００ＭＰａ〜１,０００ＭＰａの範囲内にあることができる。前記弾性限度は、他の例示で、２５０ＭＰａ以上、３００ＭＰａ以上または３５０ＭＰａ以上であることができる。また、前記弾性限度は、他の例示で、９００ＭＰａ以下、８５０ＭＰａ以下または８００ＭＰａ以下であることができる。このような範囲は、後述する延伸工程で非常に薄型であると共に高機能の偏光膜を形成することに有利である。
基材フィルムが前記言及した物性のうち少なくとも一つ以上の物性を満足するように偏光機能素材層との関係から選択されると、例えば、延伸工程により非常に薄型、例えば、約１０μｍ以下、約８μｍ以下、約７μｍ以下、約６μｍ以下または約５μｍ以下の厚さを有すると共に高機能を示す偏光膜を効果的に製造することができ、この過程での偏光膜の破断やカール(ｃｕｒｌ)の発生なども効果的に防止することができる。
基材フィルムの種類は、前記のうち一つ以上の物性を満足するように選択される限り、特別に限定されるものではない。基材フィルムの例としては、ＴＡＣ(Ｔｒｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ)のようなセルロース系フィルム；ポリエーテルスルホン系フィルム；ポリエチレンまたはポリプロピレンフィルムのようなポリオレフィンフィルム、エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム、エチレン−アルキル(メタ)アクリレート共重合体(前記でアルキルは、炭素数１〜４のアルキル基であることができる。)フィルム、エチレン−アルファ−オレフィン共重合体フィルムまたはプロピレン−アルファ−オレフィン共重合体フィルムなどのポリオレフィン；ポリビニルクロライド; エラストマーフィルム；アクリルフィルム；またはウレタン系などの高分子からなる基材フィルムなどを例示することができる。但し、例えば、非晶質ＰＥＴ(ｐｏｌｙ(ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ))フィルムや、ポリメチルペンテンなどのようなフィルムは、後述のように、汎用の偏光機能素材層であるＰＶＡ系樹脂層とは相違である引張挙動を示すので、適切ではない。
基材フィルムで使用することができる例としては、熱可塑性ポリウレタンフィルム(以下、ＴＰＵ(ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ)フィルム)を挙げることができる。本明細書で、ＴＰＵフィルムは、ＴＰＵフィルムを主成分で含む単一層のフィルムや、少なくともＴＰＵフィルムを含む多層構造のフィルムを意味することができる。このようなＴＰＵフィルムは、無延伸フィルムであるか、あるいは一軸、二軸あるいは多軸延伸されたフィルムであることができる。ＴＰＵフィルムとしては、ポリエステルＴＰＵフィルム、ポリエーテルＴＰＵフィルムまたはポリカプロラクトンＴＰＵフィルムなどが知られており、このような公知の材料のうち前記特性を考慮して適切な種類を選択することができる。例えば、基材フィルムとしては、ポリエステルＴＰＵフィルムを使用することができる。ＴＰＵフィルムとしては、芳香族(ａｒｏｍａｔｉｃ)または脂肪族(ａｌｉｐｈａｔｉｃ)ＴＰＵフィルムを使用することができる。
ＴＰＵフィルムは、通常、ポリオール成分、多価イソシアネート成分及び鎖延長剤成分を反応させて製造され、このように製造されたＴＰＵは、軟質セグメントと硬質セグメントが存在する。通常、軟質セグメントは、前記ポリオール成分が主成分であり、前記硬質セグメントは、前記多価イソシアネートと鎖延長剤の反応により生成されるウレタン結合またはウレア結合とこれら成分の未反応部分を含む。したがって、ＴＰＵフィルムでは、前記原料成分の制御を通じて軟質及び硬質セグメントの割合を調節することで、上述の引張特性などが確保されるように容易に制御することができる。したがって、基材フィルムとして使用されるＴＰＵフィルムは、ポリオール、多価イソシアネート及び鎖延長剤を含む混合物の反応物であることができる。
混合物に含まれるポリオールの種類は、特別に限定されない。例えば、通常的に軟質セグメントの形成に利用されるものとして、脂肪族または芳香族ポリエーテルグリコール、脂肪族または芳香族ポリエステルグリコール及びポリカプロラクトングリコールからなる群より選択される一つ以上の成分を前記ポリオールとして使用することができる。例えば、ポリエステルポリオールは、アジピン酸(ａｄｉｐｉｃ ａｃｉｄ)、セバシン酸(ｓｅｂａｓｉｃ ａｃｉｄ)、イソフタル酸(ｉｓｏｐｈｔｈａｌｉｃ ａｃｉｄ)、ジメチルテレフタレート(ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ)、テレフタル酸(ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌｉｃ ａｃｉｄ)、ジメチルプタレート(ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ)、フタル酸(ｐｈｔｈａｌｉｃ ａｃｉｄ)、ジメチルイソフタレート(ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｉｓｏｐｈｔｈａｌｉｃ ａｃｉｄ)、ジメチルナフタレン２,６−ジカルボン酸(ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ ２,６−ｄｉｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ)、シュウ酸(ｏｘａｌｉｃ ａｃｉｄ)、マロン酸(ｍａｌｏｎｉｃ ａｃｉｄ)、コハク酸(ｓｕｃｃｉｎｉｃ ａｃｉｄ)、グルタル酸(ｇｌｕｔａｒｉｃ ａｃｉｄ)、アゼライン酸(ａｚｅｌａｉｃ ａｃｉｄ)、ノナン酸(ｎｏｎａｎｏｉｃ ａｃｉｄ)またはドデカデカ酸(ｄｏｄｅｃａ−ｄｅｃａ ａｃｉｄ)などの二塩基酸とグリコールを反応させて生成することができる。上述の各物性の確保及び調節の容易性を考慮して、ポリオールとしては、重量平均分子量が約５００〜５,０００の範囲内にあるものを使用することができる。
混合物に含まれる鎖延長剤の種類も特別に限定されず、通常的に硬質セグメントの形成に利用される成分を使用することができる。このような成分としては、エチレングリコール、１,６−ヘキサンジオール、１,４−ブタンジオール、１,５−ペンタンジオール、１,６−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコールまたは１,４−シクロヘキサンジメタノールなどのような炭素数１〜２０、炭素数１〜１６、炭素数１〜１２または炭素数１〜８の脂肪族ジオールを例示することができる。
混合物に含まれる多価イソシアネート化合物の種類も特別に限定されず、通常的に硬質セグメントの形成に利用される成分を使用することができる。このような成分としては、トルエンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソボロンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、メチレンジフェニルジイソシアネートまたはナフタレンジイソシアネートなどのような脂肪族または芳香族ジイソシアネートを例示することができるが、これに限定されるものではない。
混合物は、上述した各成分外にもＴＰＵフィルムの製造に適用できるものと知られた多様な成分を追加で含むことができる。
混合物内で前記成分の割合は、特別に限定されず、ＴＰＵフィルム内に軟質及び硬質セグメントが適正割合で存在して上述の特性を示すように選択することができる。一つの例示で、前記混合物で多価イソシアネート成分及び鎖延長剤の合計重量は、前記ポリオール成分１００重量部に対して、約１重量部〜９０重量部の範囲内にあることができる。本明細書で「単位重量部」は、特定しない限り、成分間の重量の割合を意味する。例えば、前記混合物は、前記ポリオール成分１００重量部に対して、１重量部〜５０重量部または５重量部〜４５重量部の多価イソシアネート化合物と、前記ポリオール成分１００重量部に対して、０.１重量部〜３０重量部または約０.５重量部〜２０重量部の鎖延長剤を含むことができる。このような範囲で、ＴＰＵ内の軟質及び硬質セグメントが本願で意図する適合な割合で存在することができる。
混合物を反応させてＴＰＵを製造する方法、ＴＰＵを使用してフィルムを製造する方法は、特別に限定されず、ＴＰＵの製造及びフィルムの製造方式として公知された方式を制限なしに採用することができる。
基材フィルムの厚さは、特別に限定されず、上述の特性を示す範囲で選択することができ、例えば、約５０μｍ〜３００μｍまたは約１００μｍ〜２００μｍの範囲内にあることができるが、これに限定されるものではない。
また、本発明は、前記基材フィルム及び前記基材フィルムの一面または両面に形成された偏光機能素材層を含む積層体、例えば、延伸用積層体に関する。このような積層体を延伸して偏光機能を示す膜(以下、「偏光膜」という)を形成することができる。
偏光機能素材層の種類は、延伸により偏光機能、例えば、多くの方向に振動しながら入射される光から一方向に振動する光のみを抽出することができる機能を示すことができるものであれば、特別に限定されず、代表的には、ＰＶＡ系樹脂を含む層を例示することができる。ＰＶＡ系樹脂は、例えば、ポリ酢酸ビニル系樹脂をゲル化して得ることができる。この時、使用することができるポリ酢酸ビニル系樹脂には、酢酸ビニルの単独重合体は勿論、酢酸ビニル及び前記と共重合可能な他の単量体の共重合体も含むことができる。前記酢酸ビニルと共重合可能な他の単量体の例には、不飽和カルボン酸類、オレフイン類、ビニルエーテル類、不飽和スルホン酸類及びアンモニウム基を有するアクリルアミド類などの１種または２種以上の混合を有することができるが、これに限定されるものではない。ＰＶＡ系樹脂のゲル化度は、通常８５モル％〜１００モル％程度または９８モル％以上であるが、これに限定されるものではない。ＰＶＡ系樹脂は、追加に変性されていることができ、例えば、アルデヒド類に変性されたポリビニルホルマールまたはポリビニルアセタールなどを使用してもよい。ＰＶＡ系樹脂の重合度は、通常１,０００〜１０,０００程度または１,５００〜５,０００程度であることができる。
ＰＶＡ系樹脂などを含む前記偏光機能素材層を基材フィルムの一面または両面に形成する方法は、特別に限定されない。例えば、ＰＶＡ系樹脂などの材料を溶媒、例えば、水などに溶解させて製造されたコーティング液を前記基材フィルムにコーティングする方式を適用するか、あるいはＰＶＡ系樹脂などの原料を製膜して形成したフィルム(以下、「偏光機能フィルム」と称する)、例えば、ＰＶＡ系樹脂フィルムなどを基材フィルムに積層して形成することができる。特別に限定されるものではないが、適切な延伸工程と延伸後に得られる偏光膜の機能を考慮して、前記方式のうち偏光機能フィルムを基材フィルムに付着する方式を使用することができる。この過程で、偏光機能フィルムの積層は、別途の層がなしに直接基材フィルムに実行することができ、接着剤などを使用して実行することができる。この過程で使用することができる接着剤層の種類は、特別に限定されず、例えば、偏光板の製造時、偏光膜と保護フィルムの付着時に通常使用される水系ＰＶＡ系接着剤層などを使用することができる。また、偏光機能素材層が形成される基材フィルムの面には、コロナ処理またはプライマー処理などのような公知の接着用処理が実行されていることができる。
積層体で偏光機能素材層には、二色性物質が染着されていることができる。二色性物質としては、適切な二色性を示して偏光膜の製造に使用できると知られているものであれば、いずれも使用が可能である。二色性物質の例としては、ヨウ化物、有機染料及びこれらの混合物などを例示することができ、前記ヨウ化物としては、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化亜鉛、ヨウ化アルミニウム、ヨウ化鉛、ヨウ化銅、ヨウ化バリウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化スズまたはヨウ化チタンなどを例示することができるが、これに限定されるものではない。
積層体で偏光機能素材層の厚さ(延伸前の厚さ)は、特別に限定されず、延伸後の厚さを考慮して適正範囲で選択されることができる。例えば、前記偏光機能素材層の厚さは、１５μｍ〜１００μｍの範囲内にあることができる。前記厚さ範囲は、他の例示で、２０μｍ〜９０μｍ、２０μｍ〜８０μｍ、２０μｍ〜７０μｍ、２０μｍ〜６０μｍ、２０μｍ〜５０μｍまたは２０μｍ〜４０μｍの範囲内であることができる。
また、本発明は、前記積層体、すなわち、基材フィルム及び前記基材フィルムの一面または両面に形成されている偏光機能素材層を含む積層体を延伸することを含む偏光膜の製造方法に関する。
積層体を延伸する前に、偏光機能素材層を上述のように例示された二色性物質で染色する染色工程を進行することができる。染色工程は、例えば、積層体を染色液に浸漬して実行することができる。染色液は、例えば、上述の二色性物質を溶媒に溶解させて製造することができる。染色液の溶媒としては、通常、水が使用される. 染色液内で二色性物質の割合は、特別に限定されない。通常、染色液は、溶媒１００重量部に対して、約０.１〜４.３重量部の二色性物質を含むことができる。二色性物質としては、上述の物質を使用することができる。二色性物質としてヨウ素を利用する場合は、ヨウ素の溶解を促進して染色効率を向上させる観点で、染色液にヨウ化物をさらに添加することができる。ヨウ化物は、通常、溶媒１００重量部に対して、約０.０２重量部〜２０重量部または０.１重量部〜１０重量部の割合で添加されることができるが、これに限定されるものではない。ヨウ化物としては、ヨウ化カリウム、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化亜鉛、ヨウ化アルミニウム、ヨウ化鉛、ヨウ化銅、ヨウ化バリウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化スズまたはヨウ化チタンなどを例示することができるが、これに限定されるものではない。染色液への浸漬時間は、通常、５秒〜５分程度であり、この過程で染色液の温度は、通常、２０℃〜５０℃の範囲内にあることができるが、これに限定されるものではない。
染色工程に引き継いで、あるいは染色工程なしに延伸工程が進行されることができる。延伸工程を実行する方式は、特別に限定されず、公知の方式で実行することができる。積層体の延伸は、溶液、例えば、水溶液内で実行されることができる。延伸工程が実行される溶液の温度は、延伸が適切に実行されることができると、特別に限定されず、通常、８５℃以下、２０℃〜７０℃または３０℃〜６５℃の範囲内にあることができる。延伸は、延伸された偏光膜の厚さが、約１０μｍ以下、約８μｍ以下、約７μｍ以下、約６μｍ以下または約５μｍ以下の範囲内になるように実行されることができる。延伸された偏光膜の厚さの下限は、特別に限定されず、例えば、約０.５μｍ以上、１μｍ以上、１.５μｍ以上、２μｍ以上または２.５μｍ以上程度であることができる。このために、延伸は、例えば、約２倍〜１５倍または約５倍〜１５倍程度の延伸倍率で実行されることができる。上述の延伸倍率の範囲内で、偏光機能素材層または偏光膜の二色性物質が適切に配向されることができる。
必要な場合に、延伸工程は、架橋工程と共に実行されることができる。架橋工程は、例えば、積層体をホウ酸水溶液に浸漬して実行することができるが、前記ホウ酸水溶液内で延伸工程を実行すれば、架橋と共に延伸が進行されることができる。架橋工程は、膨潤化した偏光機能素材層または偏光膜のＰＶＡ系樹脂を水にとけないように不溶化させる工程でもある。
ホウ酸水溶液は、溶媒である水にホウ酸またはホウ酸塩を溶解して得ることができる。ホウ酸またはホウ酸塩の以外に、ホウ素などのホウ素化合物、グリオキサル(ｇｌｙｏｘａｌ)またはグルタルアルデヒド(ｇｌｕｔａｒａｌｄｅｈｙｄｅ)などを利用してもよい。ホウ酸の濃度は、特別に限定されず、通常、水１００重量部に対して、１重量部〜１０重量部の割合でホウ酸が存在するように調節される。ホウ酸水溶液には、例えば、偏光機能性層の材料であるＰＶＡ系樹脂層に吸着させたヨウ素の溶出を抑制する目的で、ヨウ化物を添加することができる。ヨウ化物の濃度は、通常、０.０５重量％〜１５重量％または０.５重量％〜８重量％であることができる。ヨウ化物としては、前記染色工程で言及した物質を使用することができる。ホウ酸水溶液への浸漬時間は、通常、１５秒〜５分程度であり、ホウ酸水溶液の温度は、通常、２０℃〜７０℃範囲内である。
上述の架橋工程は、前記染色工程の前に実行してもよい。このような場合には、ホウ酸水溶液を使用した架橋、染色及び延伸の順序で工程が進行されることができる。薄型の偏光膜の製造を目的とする場合に、染色過程で染色液への偏光機能素材層の材料、例えば、ＰＶＡ系樹脂の溶解が発生することができる。したがって、染色工程の前に架橋工程を実行することが効果的である。必要に応じて、延伸工程の前工程で、染色工程中に欠かしたホウ酸を補強する観点で、別途のホウ酸水溶液による架橋工程を実行してもよい。
延伸工程後に、洗浄工程を実行することができる。洗浄工程は、延伸された偏光膜を含む積層体フィルムの残存物を洗浄する工程である。この処理が不十分な場合、積層体の乾燥後に薄型の偏光膜からホウ酸が析出することがある。例えば、洗浄は、ＰＶＡ系樹脂のような材料が溶解しないようにヨウ化カリウムを含んだ洗浄液で実行することができる。洗浄液内のヨウ化カリウムの濃度は、通常、０.５重量％〜１０重量％程度であることができる。洗浄液の温度は、通常、１０℃〜５０℃程度であることができ、浸漬時間は、通常、１秒〜１分程度であることができるが、これに限定されるものではない。
引き継いで、乾燥工程が進行されることができる。乾燥工程は、公知の適切な方法、例えば、自然乾燥、送風乾燥または加熱乾燥などの方式で実行されることができる。乾燥の温度及び時間は、特別に限定されず、適切な乾燥が実行されるように調節すればよい。
延伸された偏光膜を含む積層体は、そのまま使用することができ、必要に応じて、基材フィルムを剥離した後に使用してもよい。必要な場合、適切な転写工程を通じて基材フィルムを偏光膜から剥離し、前記を他の光学機能フィルムに転写してもよい。
本発明では、約１０μｍ以下、約８μｍ以下、約７μｍ以下、約６μｍ以下または約５μｍ以下の厚さを有すると共に偏光性能などの機能が優秀な偏光膜を効果的に製造することができる基材フィルム、積層体または製造方法が提供される。本発明によれば、延伸過程で破断やカール(ｃｕｒｌ)などの発生を防止すると共にＰＶＡ系樹脂のような偏光機能性材料を容易に延伸して偏光膜を製造することができる。
以下、実施例及び比較例を通じて本発明を詳しく説明するが、本発明の範囲は、下記提示された実施例に限定されるものではない。
本発明の実施例及び比較例で提示される物性は、下記の方式で評価した。
１．引張特性の評価
基材フィルムまたは偏光機能素材層(実施例及び比較例の場合ＰＶＡ系樹脂フィルム)の引張特性は、次の方式で評価した。試片は、実施例または比較例の基材フィルムまたは偏光機能素材層を、横の長さが１５ｍｍであり、縦の長さが９０ｍｍになるように裁断して製造した。次に、縦方向の上端と下端を１０ｍｍずつをテーピング(ｔａｐｉｎｇ)して囲んだ後、測定器機(ＸＰ ｐｌｕｓ、ＴＡ社製)にテーピングされた部分を固定した。その後、常温で３００ｍｍ/ｍｉｎの引張速度で縦方向に試片を引張しながら、試片が切断される時までの距離(ｄｉｓｔａｎｃｅ)によって測定された荷重(ｆｏｒｃｅ)のグラフ(Ｘ軸：ｄｉｓｔａｎｃｅ、Ｙ軸：ｆｏｒｃｅ)を図示し、試片の広さ及び厚さを適用して前記グラフを延伸率(ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ)と引張強度(ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ)のグラフ(Ｘ軸：ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ、Ｙ軸：ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ)で示した後、それから各引張特性を評価した。引張曲線から引張弾性率、引張弾性係数、延伸率などの引張特性を評価する方式は公知されている。
基材フィルムまたは偏光機能素材層(実施例及び比較例の場合ＰＶＡ系樹脂フィルム)の引張特性は、次の方式で評価した。試片は、実施例または比較例の基材フィルムまたは偏光機能素材層を、横の長さが１５ｍｍであり、縦の長さが９０ｍｍになるように裁断して製造した。次に、縦方向の上端と下端を１０ｍｍずつをテーピング(ｔａｐｉｎｇ)して囲んだ後、測定器機(ＸＰ ｐｌｕｓ、ＴＡ社製)にテーピングされた部分を固定した。その後、常温で３００ｍｍ/ｍｉｎの引張速度で縦方向に試片を引張しながら、試片が切断される時までの距離(ｄｉｓｔａｎｃｅ)によって測定された荷重(ｆｏｒｃｅ)のグラフ(Ｘ軸：ｄｉｓｔａｎｃｅ、Ｙ軸：ｆｏｒｃｅ)を図示し、試片の広さ及び厚さを適用して前記グラフを延伸率(ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ)と引張強度(ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ)のグラフ(Ｘ軸：ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ、Ｙ軸：ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ)で示した後、それから各引張特性を評価した。引張曲線から引張弾性率、引張弾性係数、延伸率などの引張特性を評価する方式は公知されている。
２．復元率の評価
復元率は、次の方式で評価した。まず、実施例または比較例の基材フィルムを、横の長さが５０ｍｍであり、縦の長さが１００ｍｍになるように裁断する。その後、前記基材フィルムの一面に基材フィルムと同一な横と縦の長さを各々有し、厚さが３０μｍであるポリビニルアルコールフィルムを付着して積層体を製造する。前記ポリビニルアルコールフィルムと基材フィルムの付着は、通常的な水系ポリビニルアルコール系接着剤を使用して実行する。その後、積層体を水(温度：６０℃)に浸漬し、これを縦方向に５倍延伸する。その後、水から取り出して前記ポリビニルアルコールフィルムを剥離し、常温で１時間の間維持した後、前記基材フィルムの縦方向の長さ(Ｔ)を測定する。その後、測定された長さ(Ｔ)を数式「１００×(Ｔ−Ａ)/Ａ」に代入して復元率を求める。前記数式でＡは、前記基材フィルムの延伸前の縦の長さである。
復元率は、次の方式で評価した。まず、実施例または比較例の基材フィルムを、横の長さが５０ｍｍであり、縦の長さが１００ｍｍになるように裁断する。その後、前記基材フィルムの一面に基材フィルムと同一な横と縦の長さを各々有し、厚さが３０μｍであるポリビニルアルコールフィルムを付着して積層体を製造する。前記ポリビニルアルコールフィルムと基材フィルムの付着は、通常的な水系ポリビニルアルコール系接着剤を使用して実行する。その後、積層体を水(温度：６０℃)に浸漬し、これを縦方向に５倍延伸する。その後、水から取り出して前記ポリビニルアルコールフィルムを剥離し、常温で１時間の間維持した後、前記基材フィルムの縦方向の長さ(Ｔ)を測定する。その後、測定された長さ(Ｔ)を数式「１００×(Ｔ−Ａ)/Ａ」に代入して復元率を求める。前記数式でＡは、前記基材フィルムの延伸前の縦の長さである。
３．溶融指数(ＭＩ)の評価
溶融指数は、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８によって、荷重５００ｇ、温度２１５℃で２.０９５ｍｍ直径のオリフィスを１０分間通過する試料の重さで測定した(単位：ｇ/１０ｍｉｎ)。
溶融指数は、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８によって、荷重５００ｇ、温度２１５℃で２.０９５ｍｍ直径のオリフィスを１０分間通過する試料の重さで測定した(単位：ｇ/１０ｍｉｎ)。
４．硬度の評価
硬度は、厚さが２ｍｍの試片を用いて常温でショア(ｓｈｏｒｅ)Ｄ硬度計(日本ＡＳＫＥＲ)を使用して測定した。
硬度は、厚さが２ｍｍの試片を用いて常温でショア(ｓｈｏｒｅ)Ｄ硬度計(日本ＡＳＫＥＲ)を使用して測定した。
製造例１．基材フィルムの製造(ＴＰＵフィルム(Ａ))
アジピン酸(ａｄｉｐｉｃ ａｃｉｄ)と１,４−ブタンジオール(１,４−ｂｕｔａｎｅ ｄｉｏｌ)の公知のエステル化反応により製造された重量平均分子量(Ｍｗ)が約２,０００程度であるポリエステルポリオール、メチレンジフェニルジイソシアネート(ＭＤＩ、Ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｄｉｐｈｅｎｙｌ Ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ)及び１,４−ブタンジオール(鎖延長剤)を含む混合物を使用して、公知の方式でＴＰＵフィルムを製造した。具体的には、反応器に前記ポリエステル系ポリオール及びメチレンジフェニルジイソシアネートを１：１.４６の重量の割合(ポリエステル系ポリオール：ＭＤＩ)で添加し、８０℃で窒素を投入しながら、２００ｒｐｍの速度で撹拌しながら反応させて、イソシアネート末端フリーポリマーを製造した。その後、前記フリーポリマー１００重量部に対して、１４重量部の鎖延長剤(１,４−ブタンジオール)を追加で投入し、８０℃で窒素を投入しながら、２００ｒｐｍの速度で撹拌しながら反応器内のイソシアネート(ＮＣＯ)の含量が０に到逹するまで反応させてＴＰＵを合成した。合成されたＴＰＵをキャスティングして約５０μｍ厚さのＴＰＵフィルムを製造した。
アジピン酸(ａｄｉｐｉｃ ａｃｉｄ)と１,４−ブタンジオール(１,４−ｂｕｔａｎｅ ｄｉｏｌ)の公知のエステル化反応により製造された重量平均分子量(Ｍｗ)が約２,０００程度であるポリエステルポリオール、メチレンジフェニルジイソシアネート(ＭＤＩ、Ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｄｉｐｈｅｎｙｌ Ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ)及び１,４−ブタンジオール(鎖延長剤)を含む混合物を使用して、公知の方式でＴＰＵフィルムを製造した。具体的には、反応器に前記ポリエステル系ポリオール及びメチレンジフェニルジイソシアネートを１：１.４６の重量の割合(ポリエステル系ポリオール：ＭＤＩ)で添加し、８０℃で窒素を投入しながら、２００ｒｐｍの速度で撹拌しながら反応させて、イソシアネート末端フリーポリマーを製造した。その後、前記フリーポリマー１００重量部に対して、１４重量部の鎖延長剤(１,４−ブタンジオール)を追加で投入し、８０℃で窒素を投入しながら、２００ｒｐｍの速度で撹拌しながら反応器内のイソシアネート(ＮＣＯ)の含量が０に到逹するまで反応させてＴＰＵを合成した。合成されたＴＰＵをキャスティングして約５０μｍ厚さのＴＰＵフィルムを製造した。
製造例２．基材フィルムの製造(ＴＰＵフィルム(Ｂ))
鎖延長剤として、１,４−ブタンジオール(ＢＤ)及びネオペンタングリコール(ＮＰＧ)を１：０.５(ＢＤ：ＮＰＧ)の重量の割合で混合したものを使用したこと以外は、製造例１と同一に約５０μｍ厚さのＴＰＵフィルムを製造した。
鎖延長剤として、１,４−ブタンジオール(ＢＤ)及びネオペンタングリコール(ＮＰＧ)を１：０.５(ＢＤ：ＮＰＧ)の重量の割合で混合したものを使用したこと以外は、製造例１と同一に約５０μｍ厚さのＴＰＵフィルムを製造した。
製造例３．基材フィルムの製造(ＴＰＵフィルム(Ｃ))
鎖延長剤として、１,４−ブタンジオール(ＢＤ)及びネオペンタングリコール(ＮＰＧ)を１：１.５(ＢＤ：ＮＰＧ)の重量の割合で混合したものを使用したこと以外は、製造例１と同一に約５０μｍ厚さのＴＰＵフィルムを製造した。
鎖延長剤として、１,４−ブタンジオール(ＢＤ)及びネオペンタングリコール(ＮＰＧ)を１：１.５(ＢＤ：ＮＰＧ)の重量の割合で混合したものを使用したこと以外は、製造例１と同一に約５０μｍ厚さのＴＰＵフィルムを製造した。
前記製造された各フィルムの特性は、下記表１に整理して記載した。
実施例１
製造例１で製造されたＴＰＵフィルム(Ａ)の一面に、前記表１に示したＰＶＡ系樹脂フィルムを水系ＰＶＡ系接着剤で積層して積層体を製造した。その後、積層体を温度が約３０℃であるヨウ素とヨウ化カリウムを含んだ染色液(溶媒：水)に適正時間浸漬させて、ＰＶＡ系樹脂フィルムにヨウ素を吸着させた。染色液内のヨウ素含有量は、水１００重量部に対して、約０.１重量部であった。ヨウ化カリウムの含有量は、水１００重量部に対して、約０.７重量部であった。その後、積層体を温度が約６０℃のホウ酸及びヨウ化カリウムを含んだホウ酸水溶液中に浸漬させて、最終ＰＶＡ系樹脂フィルムの厚さが、約５.８μｍになるまで延伸させた(延伸倍率：約５.６倍)。延伸された積層体からＰＶＡ系樹脂フィルムを剥離して測定した結果、透過率が約４０％以上であり、偏光度が９９％以上の偏光膜が製造されたことを確認した。
製造例１で製造されたＴＰＵフィルム(Ａ)の一面に、前記表１に示したＰＶＡ系樹脂フィルムを水系ＰＶＡ系接着剤で積層して積層体を製造した。その後、積層体を温度が約３０℃であるヨウ素とヨウ化カリウムを含んだ染色液(溶媒：水)に適正時間浸漬させて、ＰＶＡ系樹脂フィルムにヨウ素を吸着させた。染色液内のヨウ素含有量は、水１００重量部に対して、約０.１重量部であった。ヨウ化カリウムの含有量は、水１００重量部に対して、約０.７重量部であった。その後、積層体を温度が約６０℃のホウ酸及びヨウ化カリウムを含んだホウ酸水溶液中に浸漬させて、最終ＰＶＡ系樹脂フィルムの厚さが、約５.８μｍになるまで延伸させた(延伸倍率：約５.６倍)。延伸された積層体からＰＶＡ系樹脂フィルムを剥離して測定した結果、透過率が約４０％以上であり、偏光度が９９％以上の偏光膜が製造されたことを確認した。
実施例２
製造例２で製造されたＴＰＵフィルム(Ｂ)を使用したこと以外は、実施例１と同一に偏光膜を製造した。製造された偏光膜の透過率は、約４０％以上であり、偏光度は、約９９％以上であった。
製造例２で製造されたＴＰＵフィルム(Ｂ)を使用したこと以外は、実施例１と同一に偏光膜を製造した。製造された偏光膜の透過率は、約４０％以上であり、偏光度は、約９９％以上であった。
実施例３
製造例３で製造されたＴＰＵフィルム(Ｃ)を使用したこと以外は、実施例１と同一に偏光膜を製造した。製造された偏光膜の透過率は、約４０％以上であり、偏光度は、約９９％以上であった。
製造例３で製造されたＴＰＵフィルム(Ｃ)を使用したこと以外は、実施例１と同一に偏光膜を製造した。製造された偏光膜の透過率は、約４０％以上であり、偏光度は、約９９％以上であった。
比較例１
表１に示した非晶性ＰＥＴフィルムをＴＰＵフィルムの代わりに使用したこと以外は、実施例１と同一に偏光膜を製造した。しかし、この場合、延伸倍率が増加しながらＰＶＡ系樹脂フィルムが破断されるかカール(ｃｕｒｌ)がひどく発生して適切な性能の偏光膜の製造が不可能であった。
表１に示した非晶性ＰＥＴフィルムをＴＰＵフィルムの代わりに使用したこと以外は、実施例１と同一に偏光膜を製造した。しかし、この場合、延伸倍率が増加しながらＰＶＡ系樹脂フィルムが破断されるかカール(ｃｕｒｌ)がひどく発生して適切な性能の偏光膜の製造が不可能であった。
１００ 積層体
１０１ 基材フィルム
１０２ 偏光機能素材層または偏光膜
１０１ 基材フィルム
１０２ 偏光機能素材層または偏光膜
Claims (13)
- 基材フィルムと、
前記基材フィルムの一面または両面に積層されている偏光機能素材層と、を含み、
前記基材フィルムの延伸率と前記偏光機能素材層の延伸率の差の絶対値が、２０％〜１６０％の範囲内であり、
基材フィルムは、重量平均分子量が５００〜５,０００の範囲内にあるポリオール、多価イソシアネート化合物及び鎖延長剤を含む混合物の反応物である熱可塑性ポリウレタンを含み、
前記混合物の前記多価イソシアネート化合物及び前記鎖延長剤の合計重量は、前記ポリオール１００重量部に対して、１〜９０重量部の範囲内にあり、
前記混合物は、前記ポリオール１００重量部に対して、１〜５０重量部の前記多価イソシアネート化合物を含み、
前記混合物は、前記ポリオール１００重量部に対して、０.１〜３０重量部の前記鎖延長剤を含み、
偏光機能素材層は、ポリビニルアルコール系樹脂を含むフィルムまたはコーティング層であり、
前記延伸率は、横の長さが１５ｍｍであり、縦の長さが９０ｍｍになるように裁断された前記基材フィルムを、縦方向の上端と下端の１０ｍｍずつをテーピング（ｔａｐｉｎｇ）し、引張試験機に前記テーピングされた部分を固定し、常温で３００ｍｍ/ｍｉｎの引張速度で縦方向に試片が切断される時まで引張して測定した値である、
ことを特徴とする積層体。 - 基材フィルムの引張曲線の積分値と前記偏光機能素材層の引張曲線の積分値の差の絶対値が、２,５００Ｎｍｍ〜６，５００Ｎｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
- 基材フィルムの弾性限度と偏光機能素材層の弾性限度の差の絶対値が、６６０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
- 基材フィルムの引張強度と偏光機能素材層の引張強度の差の絶対値が、０〜３０ＭＰａの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
- 基材フィルムの降伏点と偏光機能素材層の降伏点の差の絶対値が、５〜３５ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
- 基材フィルムの復元率が、３０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
- 偏光機能素材層の厚さは、１５μｍ〜１００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
- 請求項１に記載の積層体を延伸する工程を含むことを特徴とする偏光膜の製造方法。
- 延伸は、２倍〜１５倍の範囲内の延伸倍率で実行されることを特徴とする請求項８に記載の偏光膜の製造方法。
- 延伸は、２０℃〜８０℃の範囲内の温度の水溶液内で実行されることを特徴とする請求項８に記載の偏光膜の製造方法。
- 水溶液は、ホウ酸水溶液であることを特徴とする請求項１０に記載の偏光膜の製造方法。
- 延伸を実行する前に、偏光機能素材層に二色性物質を吸着させる工程を追加で実行することを特徴とする請求項８に記載の偏光膜の製造方法。
- 延伸後の偏光機能素材層の厚さが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の偏光膜の製造方法。
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