JP7095211B2 - 光学用高透明フィルム - Google Patents
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Description
本発明は、光学用高透明フィルムに関し、さらに詳細には、低いヘイズ及び肉眼上粒子感がよく視認されない粒子を介して透明度に優れており、かつ巻取り性に優れ、除膜以後にも粒子模様が安定した光学用高透明フィルムに関する。
従来、液晶ディスプレイ用途として使用されるポリエステルフィルムは、汎用性高分子のＰＥＴが一般に使用されており、反射板、拡散板、プリズムシートなど色々な用途として採用されている。
このようなＰＥＴフィルムは、耐熱特性及び耐厚性と透明性などの諸般物性が良好な加工の便宜性があるが、ＰＥＴ単一物質で除膜すると、荒さがないから、走行性悪化により巻取りが困難であるという短所がある。
そのため、従来では、ＰＥＴにまたはＰＥＴ上の塗布液に粒子を添加することで荒さを形成して巻取り問題は解決したが、高い透明度が要求される光学用フィルムにおいて粒子の視認問題で製品の透明度の下落をもたらす恐れがあった。
そのため、本発明者等は、従来の液晶ディスプレイ用途として使用されるポリエステルフィルムの問題点を解消するために努力した結果、フィルムと粒子成分の屈折率差を減らす設計で巻取り性と透明性を同時に高めて本発明を完成した。
本発明は、上記の問題点を解決すべく案出したものであって、本発明の目的は、透明度に優れており、かつ巻取り性に優れ、除膜以後にも粒子模様が安定した光学用高透明フィルムを提供することにある。
本発明の前記及び他の目的と利点は、好ましい実施例を説明した下記の説明によりさらに明確になるはずである。
上記の目的は、粒子を含む光学用高透明フィルムであって、前記粒子の屈折率とフィルム基材成分の屈折率の差が０．１以下で、前記粒子の長径／短径の割合が１．０ないし１．５以下であることを特徴とする、光学用高透明フィルムにより達成される。
ここで、前記フィルム基材成分は、ポリエチレンテレフタレート樹脂であることを特徴とする。
好ましくは、前記粒子は、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、ポリスチレンのうち、少なくとも一つであることを特徴とする。
好ましくは、前記粒子は、長径が０．５μｍないし３μｍであることを特徴とする。
好ましくは、前記粒子の含有量は、樹脂組成物全体重量対比０．０００５ないし０．００５重量％であることを特徴とする。
好ましくは、前記フィルムは、２次元表面荒さ（Ｒａ）が４ｎｍ以上、ヘイズが１．５％以下であることを特徴とする。
本発明によれば、低いヘイズ及び肉眼上粒子感がよく視認されない粒子を介して透明性に優れて液晶ディスプレイ用途として使用されるフィルムの諸般物性を達成すると共に、荒さ形成により巻取り性に優れているなどの効果がある。
なお、本発明は、除膜以後にも粒子模様が安定したなどの効果を有する。
ただし、本発明の効果は、以上言及した効果に制限されず、言及しないさらに他の効果は、以下の記載から当業者に明確に理解されるはずである。
以下、本発明の実施例と図面を参照して、本発明を詳細に説明する。これらの実施例は、ただ本発明をより具体的に説明するために例示的に提示したものに過ぎず、本発明の範囲がこれらの実施例により制限されないということは、当業界における通常の知識を有する者にとって自明であるはずである。
別に定義されない限り、本明細書において使用されるすべての技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術分野の熟練者により通常に理解されることと同じ意味を有する。相反する場合、定義を含む本明細書が優先するはずである。また、本明細書において説明されることと類似または同等な方法及び材料が本発明の実施または試験に使用されうるが、適合した方法及び材料が本明細書に記載される。
本発明を説明し／するか、または請求するにおいて、用語「共重合体」は、二以上の単量体の共重合により形成された重合体を言及するために使用される。そういう共重合体は、二元共重合体、三元共重合体またはより高次の共重合体を含む。
本発明の一様相による光学用高透明フィルムは、粒子を含む光学用高透明フィルムであって、粒子の屈折率とフィルム基材成分の屈折率との差が０．１以下で、粒子の長径／短径の割合が１．０ないし１．５以下でありうる。このとき、粒子の長径／短径の割合が１．５を超過する場合、本発明において達成しようとする荒さを確保することができないためである。
ここで、長径／短径の割合（アスペクト比）は、電子顕微鏡を使用した観測により求められる。粒子の最大直径を長径とし、この最大直径に直交する方向における最大直径を短径とする。具体的には、製造されたフィルムに対して断面トーミングして日本Ｈｉｔａｃｈｉ社製の電子走査顕微鏡（Ｓ－４８００）にて５０００倍率で撮影して、粒子１０個の長径と短径を測定し、長径／短径の平均でデータを求める。
本発明の他の様相による光学用高透明フィルムの製造方法により、本発明を詳細に説明する。
本発明によるフィルムの製造方法は、下記のように５段階を含むことができる。
１）ポリエステル樹脂を主成分として含有した原料組成物を溶融圧出してシート状に成形して、無延伸シートを製造する１段階
２）無延伸シートをキャストドラムで冷却する２段階
３）冷却されたシートを一軸延伸する３段階
４）一軸延伸されたフィルムを二軸延伸する４段階
５）二軸延伸されたフィルムを熱処理する５段階
１ステップは、ポリエステル樹脂を主成分として含有した原料組成物を溶融圧出してシート状に成形して、無延伸シートを製造するステップである。
２）無延伸シートをキャストドラムで冷却する２段階
３）冷却されたシートを一軸延伸する３段階
４）一軸延伸されたフィルムを二軸延伸する４段階
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１ステップは、ポリエステル樹脂を主成分として含有した原料組成物を溶融圧出してシート状に成形して、無延伸シートを製造するステップである。
一実施例において、ポリエステルフィルムの基本樹脂として使用されるポリエステル樹脂は、ジカルボン酸成分とジオール成分からなり、ジカルボン酸成分としては、テレフタル酸、トリフェニルアミンジカルボン酸、イソフタル酸、２，６－ナフタレンジカルボン酸、２，７－アントラセンジカルボン酸、２，７－ピレンジカルボン酸、４，４’－ジフェニルジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸を使用することが好ましく、ジオール成分としては、エチレングリコール、１，４－ブタンジオール、１，４－シクロヘキサンジメタノール、１，６－ヘキサンジオールなどから選択使用することができる。
また、ポリエチレンテレフタレートをフィルム基材成分の基本樹脂として使用する場合、除膜安定性の観点において、好ましくは、全体ジカルボン酸成分当たりの１～１５モル％、さらに好ましくは、３～１４モル％、最も好ましくは、５～１３モル％の共重合成分を含有する共重合ポリエステルまたは全体ジオール成分当たりの１～１５モル％、さらに好ましくは、３～１４モル％、最も好ましくは、５～１３モル％の共重合成分を含有する共重合ポリエステルを使用すれば良い。このとき、１モル％未満であると、良好な物性を有したフィルム除膜が難しく、反面に１５モル％を超過する時もやはり、除膜に難しさがある。また、共重合成分としてジカルボン酸成分は、イソフタル酸、２，６－ナフタレンジカルボン酸、４，４’－ジフェニルジカルボン酸、アジピン酸及びセバシン酸からなる群より選択使用することができ、ジオール成分は、エチレングリコール、１，４－ブタンジオール、１，４－シクロヘキサンジメタノール、１，６－ヘキサンジオールなどから選択使用することができる。また、共重合成分の中でも良好な除膜性を得るために、イソフタル酸または２，６－ナフタレンジカルボン酸を使用することが好ましく、非相溶性樹脂の分散状態を安定させる効果がある１，４－シクロヘキサンジメタノールを使用することが好ましい。このような方法により得られる一実施例による共重合体は、ガラス転移温度が８０ないし１５０℃を充足することが好ましい。このとき、ガラス転移温度が８０℃未満であると、６０℃以上が発熱されるディスプレイ用途に使用するのに適しておらず、ガラス転移温度が１５０℃を超えると、延伸負荷により除膜が難しいためである。
また、原料組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲内で各種添加物、例えば、蛍光増白剤、架橋剤、耐熱安定剤、耐酸化安定剤、紫外線吸収剤、有機の滑剤、無機の微粒子、充填剤、耐光剤、帯電防止剤、核剤、染料、分散剤、カップリング剤などが添加されうる。
また、原料組成物には、ポリエステル樹脂(20)に対して相溶性のある粒子(10)を使用する。このとき、本発明に使用する粒子は、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、ポリスチレンのうち、少なくとも一つを使用することが好ましい。すなわち、これらは、単独であっても良く、２種以上を併用しても良い。
また、粒子の含有量は、樹脂組成物全体重量対比０．０００５ないし０．００５重量％が好ましく、さらに好ましくは、０．００１ないし０．００２重量％を使用することである。このとき、０．０００５重量％未満に含有されると、あまり少ない量により計量時に誤差が大きくなり、荒さ形成が不備であって、巻取り性の向上の効果が微々たるものになるという短所があり、０．００５重量％を超えると、過量添加による粒子凝集によりフィルムにおいて欠点として視認され、高いヘイズ及び肉眼上粒子の視認が容易になって、光学用フィルムへの使用が難しいためである。
また、粒子は、長径が０．５μｍないし３μｍであるものが好ましいが、０．５μｍ未満の場合、荒さ形成が不備であって、優れた巻取り性を確保することができず、３μｍを超過する場合、フィルムにおいて欠点のように視認される恐れがあるためである。
また、粒子の屈折率とフィルム基材成分の屈折率との差が０．１以下で、粒子の長径／短径の割合が１．０ないし１．５以下であることが好ましい。
１段階において製造された無延伸シートは、単層または２層以上の多層であっても良い。
次に、２段階は、１段階において成形された無延伸シートをキャストドラムで冷却する段階である。この段階は、当業者に広く知られているので、詳細な説明は省略する。
次に、３段階は、冷却された無延伸シートを一軸延伸して、一軸延伸されたフィルムを製造する段階であって、冷却された無延伸シートをロール加熱、赤外線加熱（Ｈｅａｔｅｒ）という加熱手段により加熱し、まず長さ方向に延伸して一軸延伸フィルムを得る段階である。延伸は、２ケ以上のロールの周速差を利用して行うことが好ましく、延伸温度は、ポリエステル樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度に設定し、延伸倍率は、３．０～５．０倍にすることが好ましい。延伸倍率が３．０倍より小さいと、求められる光特性を十分に得ることはできず、５．０倍より大きいと、除膜安定性に不利になる。
次に、４段階は、一軸延伸されたフィルムを二軸延伸して、二軸延伸されたフィルムを製造する段階であって、３段階の長さ方向への一軸延伸されたフィルムを連続的に長さ方向と垂直の方向（以下、「幅方向」とする）へ二軸延伸する段階である。このとき、幅方向延伸は、ポリエステル樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）より高い温度から始めて、ガラス転移点（Ｔｇ）より５～７０℃高い温度まで昇温させながら行う。幅方向延伸過程での昇温は、連続的でも良く、段階的（順次的）であってもよいが、通常順次に昇温させる。例えば、テンターの幅方向延伸ゾーンをフィルム走行方向に沿って複数に分け、ゾーンごとに所定温度の加熱媒体を流すことによって昇温させる。
次に、５段階は、二軸延伸されたフィルムを熱処理する段階であって、二軸延伸されたフィルムを走行させながら熱固定または熱緩和などの熱処理を順次に実施して、二軸配向フィルムに製造することである。これに、得られた二軸延伸フィルムの結晶配向を完了させて、平面性と寸法安定性を付与するために、続いてテンター内で１５０～２５０℃の温度で１～３０秒間の熱処理を行う。熱処理温度が１５０℃より低いと、結晶の配向があまりならなくないからフィルムの強伸度に不利な影響を与え、２５０℃より高いと、過結晶化によって望むほどの透明性を得難い。熱処理の後に均一に徐冷した後に室温まで冷却させ、巻取りすることで、本発明による光学用高透明フィルムを得ることができる。このとき、熱処理工程の中では、必要によって幅方向または長さ方向に３～１２％の弛緩処理を実施しても良い。
上述した製造方法により製造された光学用高透明フィルムは、２次元表面荒さ（Ｒａ）が４ｎｍ以上、ヘイズが１．５％以下であることが好ましい。
以下、実施例と比較例にて本発明の構成及びそれによる効果をさらに詳細に説明しようとする。しかしながら、本実施例は、本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
ポリエステル樹脂９９．９９９重量％に平均粒子径２μｍの硫酸バリウム粒子（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社ＡＢ－ＴＭ Ｓｅｒｉｅｓ）０．００１重量％を添加し、２８０℃に加熱した圧出器に供給して、ダイで層厚比が１：１０：１のＡＢＡ３層のシート状に成形した。
ポリエステル樹脂９９．９９９重量％に平均粒子径２μｍの硫酸バリウム粒子（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社ＡＢ－ＴＭ Ｓｅｒｉｅｓ）０．００１重量％を添加し、２８０℃に加熱した圧出器に供給して、ダイで層厚比が１：１０：１のＡＢＡ３層のシート状に成形した。
成形されたシートを表面温度２０℃のキャストドラムで冷却固化して、未延伸フィルムを得、これを加熱して長さ方向に３．５倍延伸後冷却した。次に長さ方向に一軸延伸したフィルムの両端をクリップで維持しながらテンターで導いて、加熱した雰囲気の中で長さに垂直の方向（幅方向）に３．５倍率で延伸した。
以後、テンター内で熱固定を行い、室温まで冷却して二軸延伸フィルムを得た。このとき、得られたフィルムの厚さは、１００μｍであった。前記得られたフィルムの物性を表１に記載した。
（実施例２）
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の平均径が０．５μｍであることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の平均径が０．５μｍであることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
（実施例３）
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の平均径が３μｍであることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の平均径が３μｍであることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
（実施例４）
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の含有量が０．０００５重量％であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の含有量が０．０００５重量％であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
（実施例５）
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の含有量が０．００５重量％であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の含有量が０．００５重量％であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
（実施例６）
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子が炭酸カルシウム（Ｍａｒｕｏ Ｃａｌｃｉｕｍ社ＭＸ Ｓｅｒｉｅｓ）であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子が炭酸カルシウム（Ｍａｒｕｏ Ｃａｌｃｉｕｍ社ＭＸ Ｓｅｒｉｅｓ）であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
（実施例７）
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子がポリスチレン（Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｈｏｋｕｂａｉ社ＩＸ３ＨＥＨＥ Ｓｅｒｉｅｓ）であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子がポリスチレン（Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｈｏｋｕｂａｉ社ＩＸ３ＨＥＨＥ Ｓｅｒｉｅｓ）であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
（比較例１）
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子がシリカ（Ｇｒａｃｅ社Ｋ Ｓｅｒｉｅｓ）であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子がシリカ（Ｇｒａｃｅ社Ｋ Ｓｅｒｉｅｓ）であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
（比較例２）
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の平均径が０．２μｍであることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の平均径が０．２μｍであることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
（比較例３）
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の平均径が５．０μｍであることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の平均径が５．０μｍであることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
（比較例４）
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の含有量が０．０００２重量％であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の含有量が０．０００２重量％であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
（比較例５）
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の含有量が０．０１重量％であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子の含有量が０．０１重量％であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
（比較例６）
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子がポリメチルメタクリレート（Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｈｏｋｕｂａｉ社ＭＸ Ｓｅｒｉｅｓ）であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
実施例１において除膜時、原料組成物内の粒子がポリメチルメタクリレート（Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｈｏｋｕｂａｉ社ＭＸ Ｓｅｒｉｅｓ）であることを除いては、実施例１と同一にフィルムを製造した。
前記実施例１ないし７及び比較例１ないし６による光学用高透明フィルムを使用して、次のような実験例にて物性を測定し、その結果を次の表１に表した。
（実験例）
１．Ｈａｚｅの測定
実施例１～７及び比較例１～６において製造されたフィルムに対して、日本Ｄｅｎｓｈｏｋｕ社のオートマチックデジタルヘイズメーター（ＣＯＨ４００）にサンプルを垂直に置き、垂直に置かれた試料の直角方向に０ｎｍ～７００ｎｍの波長を有する光を透過させて表れた値を測定した。
１．Ｈａｚｅの測定
実施例１～７及び比較例１～６において製造されたフィルムに対して、日本Ｄｅｎｓｈｏｋｕ社のオートマチックデジタルヘイズメーター（ＣＯＨ４００）にサンプルを垂直に置き、垂直に置かれた試料の直角方向に０ｎｍ～７００ｎｍの波長を有する光を透過させて表れた値を測定した。
２．２次元表面荒さ（Ｒａ）の測定
実施例１～７及び比較例１～６において製造されたフィルムに対して、日本ＣＯＳＡＫＡ社の荒さ測定計（ＳＥ３３００）でＣｕｔ Ｏｆｆ０．２５ｍｍで測定した。
実施例１～７及び比較例１～６において製造されたフィルムに対して、日本ＣＯＳＡＫＡ社の荒さ測定計（ＳＥ３３００）でＣｕｔ Ｏｆｆ０．２５ｍｍで測定した。
３．Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ測定
実施例１～７及び比較例１～６において製造されたフィルムに対して、断面トーミングして日本Ｈｉｔａｃｈｉ社電子走査顕微鏡（Ｓ－４８００）にて５０００倍率で撮影して粒子１０ケの長径、短径を測定し、長径／短径の平均でデータを求めた。
実施例１～７及び比較例１～６において製造されたフィルムに対して、断面トーミングして日本Ｈｉｔａｃｈｉ社電子走査顕微鏡（Ｓ－４８００）にて５０００倍率で撮影して粒子１０ケの長径、短径を測定し、長径／短径の平均でデータを求めた。
４．肉眼評価（粒子感）
実施例１～７及び比較例１～６において製造されたフィルムに対して、３波長光源で透過させて検査し、粒子または欠点が見えないと、「○」と判定し、すこし見えると、「△」と、よく見えると、「×」と判定した。
実施例１～７及び比較例１～６において製造されたフィルムに対して、３波長光源で透過させて検査し、粒子または欠点が見えないと、「○」と判定し、すこし見えると、「△」と、よく見えると、「×」と判定した。
５．巻取り性評価
実施例１～７及び比較例１～６において製造されたフィルムに対して、３０Ｔｏｎ以上生産してスリッター巻取り時に断面不良がないと、「○」と判定し、断面不良があると、「×」と判定した。
実施例１～７及び比較例１～６において製造されたフィルムに対して、３０Ｔｏｎ以上生産してスリッター巻取り時に断面不良がないと、「○」と判定し、断面不良があると、「×」と判定した。
表１から分かるように、本発明の実施例１～７による光学用高透明フィルムは、ヘイズ（Ｈａｚｅ）１．５％以下、２次元表面荒さ（Ｒａ）４ｎｍ以上を有し、Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏが１．１水準で粒子模様が除膜以後にも安定しており、肉眼評価において粒子感がよく視認されず、除膜時に巻取り問題が発生しない良好な結果を確認した。
しかしながら、比較例１による光学用高透明フィルムは、諸般物性は達成するが、屈折率差によって肉眼評価において粒子が視認され、比較例２による光学用高透明フィルムは、あまり小さな粒子を使用することによって巻取り性が不良である。比較例３による光学用高透明フィルムは、あまり大きな粒子を使用して肉眼評価上フィルムの欠点として視認され、比較例４による光学用高透明フィルムは、あまり少ない含有量で低い荒さが形成されて、巻取り性が不良であった。比較例５による光学用高透明フィルムは、過量の粒子添加でヘイズ上昇及び粒子感視認の結果をもたらした。最後に比較例６による光学用高透明フィルムは、除膜後に測定した内部粒子のＡｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏが２．１で、これによって低い荒さが形成されて巻取り性が不良で、また屈折率差によって肉眼評価において粒子が視認された。
よって、本発明による光学用高透明フィルムは、画像表示用のバックライト装置の拡散シート、プリズムシート、モバイル用のハードコーティング用シートなどに有用に使用することができる。
また、本明細書では、光学用に使用される高透明フィルムに対して主に説明したが、本発明による高透明フィルムは、自動車ウィンドウまたは一般ウィンドウの安全(Window Safety)用途として使用されるシートにも有用に使用できる。
本明細書では、本発明者等が行った多様な実施例のうち、いくつの例だけを挙げて説明するが、本発明の技術的思想は、これに限定または制限されず、当業者により変形されて多様に実施されうることはもちろんである。
Claims (2)
- 粒子を含む光学用高透明フィルムであって、
前記粒子の屈折率とフィルム基材成分の屈折率の差が０．１以下で、
前記粒子の長径／短径の割合が１．０ないし１．５以下であり、
前記粒子は、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、ポリスチレンのうち、少なくとも一つであり、
前記粒子は、長径が０．５μｍないし３μｍであり、
前記粒子の含有量は、樹脂組成物全体重量対比０．０００５ないし０．００５重量％であり、
前記フィルム基材成分は、ポリエステル樹脂であり、
前記フィルムは、２次元表面荒さ（Ｒａ）が４ｎｍ以上、ヘイズが１．５％以下であることを特徴とする、液晶ディスプレイ用光学用高透明フィルム。 - 前記フィルム基材成分は、ポリエチレンテレフタレート樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の光学用高透明フィルム。
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