JP7342593B2 - 光学フィルム、その製造方法及び偏光板 - Google Patents
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Description
アクリル樹脂のさらなる高機能化として、耐熱性と複屈折の設計のためにN置換マレイミドモノマー単位を共重合することも好ましく行われている。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
前記アクリル樹脂(A)が、主成分であり、N置換マレイミドを構成単位として有し、重量平均分子量は300000以上であり、
前記弾性体微粒子(B)が、平均粒子径は50~500nmの範囲内であり、その含有量は5~25質量%の範囲内であり、
前記樹脂(C)が、平均置換度2.70以上のアセチルセルロース又はシクロオレフィンポリマー樹脂であり、その含有量は下記式(1)を満たすことを特徴とする光学フィルム。
0.00001≦光学フィルム単位面積中の樹脂(C)の含有量(g)/光学フィルム単位面積中に含まれる弾性体微粒子(B)の粒子表面積の総和(m2)≦0.001
前記アクリル樹脂(A)と前記弾性体微粒子(B)と樹脂(C)とを含有するドープを調製する工程と前記ドープを溶液流延して製膜する工程とを有し、
前記ドープ中、前記樹脂(C)の含有量(g)が下記式(2)を満たす量を含有し、
かつ、前記ドープを調製する工程において、前記アクリル樹脂(A)の混合に先立って前記弾性体微粒子(B)と前記樹脂(C)とを混合することを特徴とする光学フィルムの製造方法。
0.00001≦ドープ単位量中の樹脂(C)の含有量(g)/ドープ単位量中に含まれる弾性体微粒子(B)の粒子表面積の総和(m2)≦0.001
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
図1(d)は、樹脂(C)3aであるTACとマトリクス樹脂であるアクリル樹脂(A)が仮に相溶した場合である。弾性体微粒子(B)2aの周りに、アクリル樹脂(A)と樹脂(C)が相溶した樹脂4aが存在する。
本発明における樹脂(C)3aの添加量は、図1(a)に相当し、ちょうど弾性体微粒子(B)2aをTACが完全に被覆する手前の領域で、前述した3者間の界面の存在するTACの添加量に対応する領域と考えられる。
なお、TACとシクロオレフィンポリマーの両者は極性が大きく異なるが、その中間に位置するアクリル樹脂にとってはいずれも極性の異なる樹脂として同類となり、同様な効果を有するものと考えられる。
前記アクリル樹脂(A)が、主成分であり、N置換マレイミドを構成単位として有し、重量平均分子量は300000以上であり、
前記弾性体微粒子(B)が、平均粒子径は50~500nmの範囲内であり、その含有量は5~25質量%の範囲内であり、
前記樹脂(C)が、平均置換度2.70以上のアセチルセルロース又はシクロオレフィンポリマー樹脂であり、その含有量は前記式(1)を満たすことを特徴とする。この特徴は、下記各実施態様(形態)に共通する又は対応する技術的特徴である。
また、紫外線吸収剤を含有することで耐久前後の寸法変化とヘイズ変動を抑制できるため好ましい。
さらに、前記紫外線吸収剤が、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤であることが上記効果が高く好ましい。
また、本発明の効果発現の観点から、メタノールを含有することが、耐久前後の寸法変化を抑制できることから好ましい。
前記ドープ中、前記樹脂(C)の含有量(g)が前記式(2)を満たす量を含有し、
かつ、前記ドープを調製する工程において、前記アクリル樹脂(A)の混合に先立って前記弾性体微粒子(B)と前記樹脂(C)とを混合することが、耐久前後の寸法変化を抑制する観点から、好ましい。
本発明の光学フィルムは、偏光板に好適に具備され得る。
本発明の光学フィルムは、アクリル樹脂(A)と弾性体微粒子(B)と前記アクリル樹脂(A)とは異なる樹脂(C)とを含有する光学フィルムであって、
前記アクリル樹脂(A)が、主成分であり、N置換マレイミドを構成単位として有し、重量平均分子量は300000以上であり、
前記弾性体微粒子(B)が、平均粒子径は50~500nmの範囲内であり、その含有量は5~25質量%の範囲内であり、
前記樹脂(C)が、平均置換度2.70以上のアセチルセルロース又はシクロオレフィンポリマー樹脂であり、その含有量は下記式(1)を満たすことを特徴とする。
式(1)
0.00001≦光学フィルム単位面積中の樹脂(C)の含有量(g)/光学フィルム単位面積中に含まれる弾性体微粒子(B)の粒子表面積の総和(m2)≦0.001
本発明で定める、「光学フィルム単位面積中のCの含有量(g)/光学フィルム単位面積中に含まれるBの粒子表面積の総和(m2)」をCov1(g/m2)と定義し、このCov1は下記の手順で算定する。
弾性体微粒子1個あたりの表面積s=4×π×(D/2)2(m2)
弾性体微粒子1個あたりの体積v=4/3×π×(D/2)3(m3)
N=W×Pb÷(v×d)
以上から、Cov1(g/m2)を算出すると、
Cov1=W×Pc÷(s×N)
=W×Pc÷(s×(W×Pb÷(v×d)))
=Pc/Pb×(v×d/s)
=Pc×d×D/(6Pb)
Cov1=Pc×d×D/(6×Pb)
画像解析ソフトとしては、例えばWinROOF(三谷商事株式会社提供)、aVision(株式会社イメージセンス提供)等を用いることができる。
本発明の光学フィルムはアクリル樹脂(A)が、主成分であり、N置換マレイミドを構成単位として有し、重量平均分子量は300000以上である。
アクリル樹脂(A)が主成分とは、光学フィルムの50質量%以上がアクリル樹脂(A)を含有していることをいう。好ましくは50~95質量%の範囲内であることである。
MMA-PMI-XA
ここで、MMAは、メチルメタクリレートの単位、PMIはフェニルマレイミド、XAはその他の共重合可能な単位を表す。その他の共重合可能な単位としては、特開2015-86250号公報の段落番号〔0020〕~〔0025〕に例示の記載があり、これらのうちMMAとPMIを除くあらゆるものが含まれる。好ましい単位はBMA(ブチルメタクリレート)、BA(ブチルアクリレート)、MA(メチルアクリレート)である。
本発明に係るアクリル樹脂は、メチルメタクリレート単位、フェニルマレイミド単位、その他の共重合可能な単位からなり、上記の各単量体単位が繰り返し単位として含まれている3元共重合体樹脂であることが好ましい。
また、アクリル樹脂100質量部に対して、その他の共重合可能な単位の含有量は、2~20質量部からなることが望ましい。
本発明に係るアクリル樹脂(A)の重量平均分子量は、以下のようにして求めることができる。
本発明に係るアクリル樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用い、以下の測定条件に従って、ポリスチレン換算により求める。
測定システム:東ソー社製「GPCシステムHLC-8220」
展開溶媒:クロロホルム(和光純薬工業製;特級)
溶媒流量:0.6mL/分
標準試料:TSK標準ポリスチレン(東ソー製「PS-オリゴマーキット」)
測定側カラム構成:東ソー社製「TSK-GEL super HZM-M 6.0x150」2本直列接続、東ソー社製「TSK-GEL super HZ-L 4.6x35」1本
リファレンス側カラム構成:東ソー社製「TSK-GEL SuperH-RC 6.0x150」2本直列接続
カラム温度:40℃
本発明に係るアクリル樹脂を製造する方法としては、例えばキャスト重合、塊状重合、懸濁重合、溶液重合、乳化重合、アニオン重合等の一般に行われている重合方法を用いることができる。中でも、光学用途としては不都合な微小異物の混入を低減することが可能であるため、懸濁剤や乳化剤を用いない塊状重合や溶液重合が好ましい。
溶液重合を行う場合には、単量体の混合物をトルエン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素の溶媒に溶解して調製した溶液を用いることができる。
塊状重合は、例えば、単量体成分及び重合開始剤等を反応容器の中に連続的に供給しながら、反応容器内に所定時間滞留させて得られる部分重合体を連続的に抜き出すことにより行われ、高い生産性で共重合体を製造することができる。
懸濁重合の場合、通常の懸濁重合に使用されるものを用いることができ、有機過酸化物、アゾ化合物を挙げることができる。
また、懸濁安定剤としては通常用いられる公知のものを使用することができ、有機コロイド性高分子物質、無機コロイド性高分子物質、無機微粒子及びこれらと界面活性剤との組み合わせを挙げることができる。
また、水系での乳化粒子の発生を抑えるために、亜硝酸塩類、亜硫酸塩類、ハイドロキノン類、アスコルビン酸類、水溶性ビタミンB類、クエン酸、ポリフェノール類等の水溶性の重合禁止剤を用いてもよい。
このようにして調製された水性媒体に単量体混合物を添加して、重合を行う。
次いで、単量体混合物が球状滴として分散された水性懸濁液を、加熱することにより重合を開始させる。重合反応中は、水性懸濁液を撹拌するのが好ましく、その撹拌は例えば、球状滴の浮上や重合後の粒子の沈降を防止できる程度に緩く行えばよい。
前記弾性体微粒子(B)が、平均粒子径は50~500nmの範囲内であり、その含有量は、光学フィルムに対して5~25質量%の範囲内である。
平均粒子径が50~500nmの範囲内であれば滑り性を高めるだけでなく可撓性を付与する観点から好ましい。
フィルム中に弾性体微粒子(B)を用いる意図は様々であり、フィルムの表面に凹凸を付与して滑り性を高めるいわゆるマット剤、結晶性微粒子の複屈折を利用した位相差制御微粒子などがある。本発明ではこれらに加え、弾性体微粒子(B)(以下ゴム粒子ともいう)を用いることで、脆くて割れやすいアクリル樹脂含有フィルムにしなやかな可撓性を付与するものである。
本発明の光学フィルムは、コア・シェル構造(多層構造)のゴム粒子を含有することが好ましい。コア層とシェル層からなる2層でも良いし、コア層/中間層/シェル層の3層構造、種粒子層/コア層/シェル層の3層でもよい。ただし、シェル層は最外層のことである。
従来公知のとおり、脆いアクリル樹脂を含有する光学フィルムに弾性体であるゴム粒子を添加することによって靭性を付与することが可能となる。アクリル樹脂を含有する光学フィルム中のゴム粒子含有量は5~25質量%が好ましく、5~35質量%がより好ましく、5~20質量%が最も好ましい。弾性体微粒子(B)の含有量が5~25質量%の範囲内であれば光学フィルムの脆弱性と剛性とを両立できるため好ましい。
弾性体微粒子(B)(ゴム粒子)は、平均粒子径0.01~1μmの範囲内のコア部となる粒子状重合体に、シェル部として(メタ)アクリル酸エステルをさらに重合してなるコア部とシェル部とからなる多層構造を有することが好ましい。
前記ゴム粒子は、中心の部分(コア)のみに多官能性化合物由来の構造を有し、中心の部分を囲む部分(シェル)には、本発明の効果を損なわない範囲において光学フィルムを構成するアクリル樹脂(A)と極性が近しい構造を有することが好ましい。これより、ゴム粒子は上記アクリル樹脂中でより均一に分散することができ、ゴム粒子の凝集などによって生じる異物の副生をより抑制することができる。
以下、上記コア・シェル構造のシェル部及びコア部について説明する。
前記シェル部としては、光学フィルムを構成するアクリル樹脂(A)との相溶性が高い構造であれば特には限定されない。
前記コア部としては、光学フィルムを構成するアクリル樹脂(A)の可撓性を改善する効果を発現する構造であれば特には限定されず、例えば、架橋を有する構造が挙げられる。また、架橋を有する構造としては、架橋ゴム構造であることが好ましい。
前記架橋ゴム構造とは、ガラス転移点が-100℃から25℃の範囲内である重合体を主鎖とし、多官能性化合物によって、その主鎖間を架橋することによって弾性を持たせたゴムの構造を意味する。架橋ゴム構造としては、例えばアクリル系ゴム、ポリブタジエン系ゴム、オレフィン系ゴムの構造(繰り返し構造単位)が挙げられる。これらの中でも、平均粒子径が0.3μm以下にコントロールし易く、樹脂中に均一に分散した場合にフィルムの透明性等の光学特性が良いことから、アクリル系ゴムが好ましい。
前記コア部の製造時における多官能性単量体の使用量は、用いる単量体組成物の0.01~15質量%の範囲内であることが好ましく、0.1~10質量%の範囲内であることがより好ましい。多官能性単量体を上記範囲内で使用することにより、得られるフィルムは良好な耐折曲げ性を示す。
ゴム粒子の材質としては、例えば、ブタジエン系架橋重合体、(メタ)アクリル系架橋重合体、オルガノシロキサン系架橋重合体等が挙げられる。中でも、光学フィルムの耐候性(耐光性)、透明性の面で、(メタ)アクリル系架橋重合体(本願明細書において、(メタ)アクリル系共重合体からなるゴム部を、アクリル系ゴム粒子ともいう)が特に好ましい。
多層構造粒子としては、これらのアクリル系ゴム粒子の表面に、所望する単量体を用いてグラフト重合を行ってシェル層を形成して得られる多層構造粒子が好ましい。
得られる光学フィルムの透明性等の点から、多層構造粒子としては、以下に示すアクリル酸エステル系ゴム状重合体の粒子の表面にグラフト重合を行って得られる、アクリル系グラフト共重合体粒子が好ましい。
アクリル系グラフト共重合体粒子は、アクリル酸エステル系ゴム状重合体の粒子の存在下に、メタクリル酸エステルを主成分とする単量体混合物を重合して得ることができる。
ゴム部の材質である、アクリル酸エステル系ゴム状重合体は、アクリル酸エステルを主成分としたゴム状重合体である。具体的には、アクリル酸エステル50~100質量%及び共重合可能な他のビニル系単量体50~0質量%からなる単量体混合物(100質量%)並びに、1分子あたり2個以上の非共役な反応性二重結合を有する多官能性単量体を重合させてなるものが好ましい。
多官能性単量体は、ゴム部の架橋度が、2.3~4.0質量%の範囲内であるように、所望する量使用される。
単量体を全部混合して使用してもよく、また単量体組成を変化させて2段以上で使用してもよい。
これらのアクリル酸エステルは2種以上併用してもよい。
アクリル酸エステル量は、単量体混合物100質量%において50~100質量%が好ましく、60~99質量%がより好ましく、70~99質量%以下がさらに好ましく、80~99質量%以下が最も好ましい。50質量%未満では耐衝撃性が低下し、引張破断時の伸びが低下し、フィルム切断時にクラックが発生しやすくなる傾向がある。
ゴム部と、ゴム部の表面にグラフト重合により形成されたシェル層とを備える、アクリル系グラフト共重合体は、アクリル酸エステル系ゴム状重合体の粒子5~90質量部(より好ましくは、5~75質量部)の存在下に、メタクリル酸エステルを主成分とする単量体混合物95~25質量部を少なくとも1段階で重合させることより得られるものが好ましい。
グラフト共重合に用いられる単量体としては、前述のメタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、これらを共重合可能なビニル系単量体を同様に使用でき、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステルが好適に使用される。アクリル系樹脂との相溶性の観点からメタクリル酸メチル、ジッパー解重合を抑制する点からアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-ブチルが好ましい。
上記架橋構造を有するゴム粒子としては、例えば、1分子あたり2個以上の非共役二重結合を有する多官能性化合物を含む単量体組成物を重合することによって得ることができる。
上記多官能性化合物としては、ジビニルベンゼン、メタクリル酸アリル、アクリル酸アリル、メタクリル酸ジシクロペンテニル、アクリル酸ジシクロペンテニル、ジメタクリル酸1,4-ブタンジオール、ジメタクリル酸エチレングリコール、トリアリルシアヌレ-ト、トリアリルイソシアヌレ-ト、ジアリルフタレ-ト、ジアリルマレ-ト、ジビニルアジペ-ト、ジビニルベンゼンエチレングリコ-ルジメタクリレ-ト、ジビニルベンゼンエチレングリコ-ルジアクリレ-ト、ジエチレングリコ-ルジメタクリレ-ト、ジエチレングリコ-ルジアクリレ-ト、トリエチレングリコ-ルジメタクリレ-ト、トリエチレングリコ-ルジアクリレ-ト、トリメチロ-ルプロパントリメタクリレ-ト、トリメチロ-ルプロパントリアクリレ-ト、テトラメチロ-ルメタンテトラメタクリレ-ト、テトラメチロ-ルメタンテトラアクリレ-ト、ジプロピレングリコ-ルジメタクリレ-ト及びジプロピレングリコ-ルジアクリレ-トなどが挙げられ、これらは1種類のみ用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
本発明におけるコア・シェル型の弾性体微粒子(B)(ゴム粒子)の製造方法としては、コア・シェル型のゴム粒子を製造し得る任意の適切な方法を採用することができる。
例えば、コア層を構成するゴム状重合体を形成する重合性モノマーを懸濁又は乳化重合させて、ゴム状重合体粒子を含む懸濁又は乳化分散液を製造し、続いて、該懸濁液又は乳化分散液にシェル層を構成するガラス状重合体を形成する重合性モノマーを加えてラジカル重合させ、ゴム状重合体粒子の表面をガラス状重合体が被覆してなる多層構造を有するコア・シェル型弾性体を得る方法が挙げられる。ここで、ゴム状重合体を形成する重合性モノマー、及び、ガラス状重合体を形成する重合性モノマーは、一段で重合しても良いし、組成比を変更して2段以上で重合してもよい。
上記コア・シェル型弾性体の好ましい構造としては、例えば、(a)軟質でゴム状のコア層及び、硬質でガラス状のシェル層を有し、上記コア層が(メタ)アクリル系架橋弾性重合体層を有するもの、(b)上記ゴム状のコア層が、その内部にガラス状の層を一層以上有する多層構造を有し、さらにコア層の外側にガラス状のシェル層を有するものなどが挙げられる。各層のモノマー種を適宜選択することによって、(メタ)アクリル系樹脂の諸物性(機械的特性、光学特性、特に、配向複屈折や光弾性係数)を任意に制御することができる。軟質でゴム状の層は、重合体のガラス転移温度が20℃未満、好ましくは0℃未満であることが好ましく、硬質でガラス状の層は、重合体のガラス転移温度が0℃以上、好ましくは20℃以上であることが好ましい。
本発明の光学フィルムは、樹脂(C)として、平均置換度2.70以上のアセチルセルロース又はシクロオレフィンポリマー樹脂であり、その含有量は前記式(1)を満たすことを特徴とする。
本発明の光学フィルムに樹脂(C)として、用いられる、アセチルセルロースは平均置換度2.70以上のものである。平均置換度が2.70未満のものは、光学フィルムのヘイズが高くなるため好ましくない。
綿花リンターから合成されたアセチルセルロースの比率が60質量%以上であることが好ましく、85質量%以上がさらに好ましく、100質量%であることが最も好ましい。アセチルセルロースの合成方法は、特に限定はないが、例えば、特開平10-45804号公報に記載の方法で合成することができる。アセチル基の置換度の測定方法は、ASTM-D817-96により測定することができる。アセチルセルロースの数平均分子量は、偏光板用保護フィルムとして好ましい機械的強度を得るためには、70000~300000の範囲内が好ましく、さらに80000~200000の範囲内が好ましい。
本発明に係るシクロオレフィンポリマー樹脂(COP樹脂ともいう)は、下記一般式(A-1)又は(A-2)で表されるシクロオレフィンモノマーの単独重合体又は共重合体であることが好ましい。
一般式(A-1)で表されるシクロオレフィンモノマーについて説明する。
一般式(A-2)のpは、0~2の整数を表す。
以下に、一般式(A-1)及び(A-2)の構造の具体例を示す。
本発明の光学フィルムは、添加剤として、紫外線吸収剤、可塑剤、界面活性剤、マット剤等公知の添加剤を用いることができる。
本発明の光学フィルムは紫外線吸収剤を含有することが好ましい。紫外線吸収剤は400nm以下の紫外線を吸収することで、耐光性を向上させることを目的としており、特に波長370nmでの透過率が、2~30%の範囲であることが好ましく、より好ましくは4~20%の範囲、さらに好ましくは5~10%の範囲である。
これらの中ではベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤が好ましい。
これらはいずれもBASFジャパン(株)製の市販品であり好ましく使用できる。
本発明の光学フィルムは、紫外線吸収剤を2種以上含有してもよい。
さらに、紫外線吸収剤といわゆるHALS(ヒンダードアミン系安定剤)を併用することも好ましい。HALSの例としては、アデカスタブLA-52、同LA-57、同LA-63P、同LA-68、同LA-72、同LA-77、同LA-81((株)ADEKA製)、Tinuvin PA 144、Tinuvin 765、Tinuvin 770 DF、Tinuvin XT 55 FB、Chimassorb 2020 FDL、Chimassorb 944 FDL、Chimassorb 944 LD、Tinuvin 622 SF(BASFジャパン(株)製)などが挙げられる。
無機粉体のように有機溶媒に溶解しないものは、有機溶媒とセルロースアシレート中にディゾルバーやサンドミルを使用し、分散してからドープに添加する。
(1)光学フィルムの厚さ
本発明のでき上がり(乾燥後)の光学フィルムの厚さは、使用目的によって異なるが、通常5~500μmの範囲であり、10~150μmの範囲が好ましく、液晶表示装置用には20~110μmであることが好ましく、最近の薄型化を考慮すると20~60μmの範囲であることが、特に好ましい。
本発明の光学フィルムの好ましい光学特性は、フィルムの用途により異なる。偏光板保護フィルム用途の場合は、面内リターデーション(Ro)の絶対値は10nm以下が好ましく、5nm以下がさらに好ましい。厚さ方向リターデーション(Rt)の絶対値も50nm以下が好ましく、35nm以下がさらに好ましく、10nm以下が特に好ましい。
本明細書において、Ro、Rtは各々、波長λにおける面内のリターデーション及び厚さ方向のリターデーションを表す。RoはKOBRA 21ADH(王子計測機器(株)製)において波長λnmの光をフィルム法線方向に入射させて測定される。Rtは前記Ro、面内の遅相軸(KOBRA 21ADHにより判断される)を傾斜軸(回転軸)としてフィルム法線方向に対して+40°傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて測定したリターデーション値、及び面内の遅相軸を傾斜軸(回転軸)としてフィルム法線方向に対して-40°傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて測定したリターデーション値の計三つの方向で測定したリターデーション値を基にKOBRA 21ADHが算出する。ここで平均屈折率の仮定値は ポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS、INC)、各種光学フィルムのカタログの値を使用することができる。平均屈折率の値が既知でないものについてはアッベ屈折計で測定することができる。これら平均屈折率の仮定値と膜厚を入力することで、KOBRA 21ADHはnx、ny、nzを算出し下記式(i)及び(ii)に基づいてリターデーションを計算する。
式(ii):Rt={(nx+ny)/2-nz}×d(nm)
(式中、Roはフィルム内の面内リターデーション値を表し、Rtはフィルム内の厚さ方向のリターデーション値を表す。また、dは光学フィルムの厚さ(nm)を表し、nxはフィルムの面内の最大の屈折率を表し、遅相軸方向の屈折率ともいう。nyはフィルム面内で遅相軸に直角な方向の屈折率を表し、nzは厚さ方向におけるフィルムの屈折率を表す。いずれも波長590nmにおける測定値である。)
本発明の光学フィルムの光弾性率は10×10-12/Pa以下が好ましく、より好ましくは3×10-12/Pa以下である。
本発明の光学フィルムは、高透明性であることが特徴であるが、23℃・55%RHの環境下で調湿後測定される全光線透過率が80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上である。全光線透過率は、JIS7573「プラスチック-全光線透過率及び全光線反射率の求め方」に従って測定することができる。
本発明の光学フィルムの内部ヘイズは1%未満であることが好ましく、0.5%未満であることがより好ましい。ヘイズを1%未満とすることにより、フィルムの透明性がより高くなり、光学用途のフィルムとしてより用いやすくなるという利点がある。さらには、0.1%未満であると、液晶ディスプレイの偏光子の内側(2枚の偏光子で構成するクロスニコルの内側)のフィルムとして、光散乱による偏光解消を起こさないため、特に好ましく用いられる。
全光線透過率、ヘイズ及び内部ヘイズは、基本的にはフィルム中の散乱物質を除去することで好ましい範囲に調節することができる。散乱物質とならないよう添加材料の屈折率をフィルムの樹脂に合わせこむことも好ましく実施される。表面散乱を起こさないようフィルムの表面を平滑に保つために、キャスティングベルトや接触する搬送ロールの表面粗度を調整したり、延伸による表面形状変化を延伸温度・倍率等で調整することも好ましく行われる。
本発明に係る光学フィルムは、25℃、相対湿度60%における平衡含水率が3%以下であることが好ましく、1%以下であることがより好ましい。平衡含水率を3%以下とすることにより、湿度変化に対応しやすく、光学特性や寸法がより変化しにくく好ましい。
平衡含水率は、試料フィルムを23℃、相対湿度20%に調湿された部屋に4時間以上放置した後、23℃80%RHに調湿された部屋に24時間放置し、サンプルを微量水分計(例えば三菱化学(株)製、CA-20型)を用いて、温度150℃で水分を乾燥・気化させた後、カールフィッシャー法により定量する。
本発明の光学フィルムの透湿度(JIS K 7129に規定)は200g/m2・d(40℃・90%RH)以下が好ましい。偏光子保護フィルムとしては、偏光子の水分を適度に保つために50~200g/m2・dの範囲が好ましく、その他の光学フィルムや電子回路基板フィルムとしては50g/m2・d未満が好ましい。透湿度を調整するには膜厚(反比例する)の調整が最も効果的であるが、フィルムの樹脂に対してより親水的又は疎水的な添加剤を添加することによって調整することも可能である。
本発明に係るアクリル樹脂フィルムの、線膨張係数は30℃~80℃の範囲で50~100ppm/℃が好ましい。湿度変化に対する膨張係数としては50ppm/%RH未満(23℃20%~23℃80%の範囲において)が好ましい。
150℃のオーブンに8時間放置し、オーブンから取り出した直後にもう一枚のガラス板で上から圧着しフィルムのシワを矯正した。この処理の前後における寸法変化率(下記式参照)が-1.0%~1.0%の範囲であることが好ましく、-0.5%~0.5%の範囲がさらに好ましい。
寸法変化率(%)=(処理後の寸法-処理前の寸法)÷処理前の寸法×100
本発明の光学フィルムは、表示デバイスである液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置用の偏光板保護フィルムや位相差フィルム等の光学フィルム、タッチパネル用基材フィルムやガスバリアー性基材フィルム等の基材フィルム、及びナノインプリント用基板フィルムやフレキシブル電子回路用基板フィルム等の基板フィルムなどに好適に用いることができる。
本発明の光学フィルムの製造方法は、アクリル樹脂(A)と弾性体微粒子(B)と樹脂(C)とを含有するドープを調製する工程と前記ドープを溶液流延して製膜する工程とを有し、前記ドープ中、前記樹脂(C)の含有量(g)が下記式(2)を満たす量を含有し、かつ、前記ドープを調製する工程において、前記アクリル樹脂(A)の混合に先立って前記弾性体微粒子(B)と前記樹脂(C)とを混合する。
式(2)
0.00001≦ドープ単位量中の樹脂(C)の含有量(g)/ドープ単位量中に含まれる弾性体微粒子(B)の粒子表面積の総和(m2)≦0.001
「ドープ単位量中の樹脂(C)の含有量(g)/ドープ単位量中に含まれる弾性体微粒子(B)の粒子表面積の総和(m2)」をCov2(g/m2)と定義し、このCov2は下記の手順で算定する。
前述したCov1と同様に、弾性体微粒子(B)のTEM観察し弾性体微粒子(B)20個以上を抽出し、それぞれの断面積から、円換算によっての平均粒子径D(m)を算出する。そのあとは全数の弾性体微粒子が均一な真球粒子と見なして計算する。その語は前述したように、弾性体微粒子1個あたりの表面積と弾性体微粒子1個あたりの体積を算出し、Cov1と同様にして、Cov2を算出することができる。
本発明の光学フィルムの製膜方法としては、インフレーション法、T-ダイ法、カレンダー法、切削法、流延法、エマルジョン法、ホットプレス法等の製造法が使用できるが、着色抑制、異物欠点の抑制、ダイラインなどの光学欠点の抑制などの観点から流延法による溶液製膜が好ましい。少なくともドープを調製する工程と前記ドープを溶液流延して製膜する工程とを有している。
本発明の光学フィルムを溶液流延法で製造する場合のドープを形成するのに有用な有機溶媒は、アクリル樹脂、セルロースエステル樹脂、その他の添加剤を同時に溶解するものであれば制限なく用いることができる。
以上の有機溶媒は製膜の過程で完全に除去することは難しく、光学フィルム中に数十~数百ppm程度残存することが常である。
以下、本発明の光学フィルムの好ましい製膜方法について説明する。
良溶媒を主とする有機溶媒に、溶解釜中で、アクリル樹脂(A)と弾性体微粒子(B)と樹脂(C)とを含有するドープを調製する工程であり、その他の添加剤を撹拌しながら溶解しても良い。
あらかじめ弾性体微粒子(B)と樹脂(C)とを混合することにより、弾性体微粒子(B)の表面の一部に樹脂(C)を効率よく付着させることができ、アクリル樹脂(A)、弾性体微粒子(B)及び樹脂(C)の3者の界面を有する弾性体微粒子分散液を調製することができる。溶解中又は後のドープに添加剤を加えて溶解及び分散した後、濾材で濾過し、脱泡して送液ポンプで次工程に送る。
あらかじめ弾性体微粒子(B)と樹脂(C)とを混合する条件としては、例えばマイルダー分散機(大平洋機工株式会社製)等の分散機を用いて500~3000rpmの条件下で分散することが好ましい。
ドープを送液ポンプ(例えば、加圧型定量ギヤポンプ)を通して加圧ダイ30に送液し、無限に移送する無端の金属ベルト31、例えばステンレスベルト、或いは回転する金属ドラム等の金属支持体上の流延位置に、加圧ダイスリットからドープを流延する工程である。
ウェブ(流延用支持体上にドープを流延し、形成されたドープ膜をウェブと呼ぶ)を流延用支持体上で加熱し、溶媒を蒸発させる工程である。
金属支持体上で溶媒が蒸発したウェブを、剥離位置で剥離する工程である。剥離されたウェブは次工程に送られる。
ウェブの残留溶媒量は下記式で定義される。
尚、残留溶媒量を測定する際の加熱処理とは、115℃で1時間の加熱処理を行うことを表す。
剥離後、ウェブを乾燥装置内に複数配置したロールに交互に通して搬送する乾燥装置35、又はクリップでウェブの両端をクリップして搬送するテンター延伸装置34を用いて、ウェブを乾燥する。
また、異なる温度区画の間にそれぞれの区画が干渉を起こさないように、ニュートラルゾーンを設けることも好ましい。
・幅手方向に延伸-幅手方向に延伸-流延方向に延伸-流延方向に延伸
また、同時2軸延伸には、一方向に延伸し、もう一方を張力を緩和して収縮させる場合も含まれる。同時2軸延伸の好ましい延伸倍率は幅手方向、長手方向ともに×1.01倍~×1.5倍の範囲でとることができる。
ウェブ中の残留溶媒量が2質量%以下となってから光学フィルムとして巻き取り機37により巻き取る工程であり、残留溶媒量を0.4質量%以下にすることにより寸法安定性の良好なフィルムを得ることができる。
本発明に係る偏光板は、一般的な方法で作製することができる。本発明に係るアクリル樹脂(A)を含有フィルムの裏面側に粘着層を設け、沃素溶液中に浸漬延伸して作製した偏光子の少なくとも一方の面に、貼り合わせることが好ましい。
以下のアクリル樹脂(A)、弾性体微粒子(B)、樹脂(C)及び弾性体微粒子分散液を準備した。
アクリル樹脂A-1:MMA単位90質量部、PMI単位5質量部、BMA単位5質量部を共重合したもの。重量平均分子量112万
アクリル樹脂A-2:MMA単位95質量部、MA単位5質量部を共重合したもの。分子量108万
アクリル樹脂A-3:MMA単位90質量部、PMI単位5質量部、BMA単位5質量部を共重合したもの(重量平均分子量20万)
(弾性体微粒子B-1~B-6の調製)
内容積60リットルの還流冷却器付反応器に、イオン交換水38.2リットル、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム111.6gを投入し、250rpmの回転数で撹拌しながら、窒素雰囲気下75℃に昇温し、酸素の影響が事実上無い状態にした。過硫酸アンモニウム(APS)0.36gを投入し、5分間撹拌後にメタクリル酸メチル(MMA)1657g、アクリル酸ブチル(BA)21.6g、及びメタクリル酸アリル(ALMA)1.68gからなるモノマー混合物(c1)を一括添加し、発熱ピークの検出後さらに20分間保持して最内硬質層の重合を完結させた。
同様の手順でジオクチルスルホコハク酸ナトリウムの量を調節しながら、粒子径の異なる弾性体微粒子B-2~B-6を準備した。
樹脂(C)を準備した。
樹脂C-1:平均アセチル基置換度(DS)が2.86であるトリアセチルセルロース樹脂(重量平均分子量:200000)
樹脂C-2:JSR社製Arton G7810
22.6質量部のゴム粒子B-1と、0.0289質量部の樹脂C-1と、400質量部のメチレンクロライドとを、ディゾルバーで50分間撹拌混合した後、マイルダー分散機(大平洋機工株式会社製)を用いて1500rpm条件下で分散し、ゴム粒子分散液を得た。
紫外線吸収剤を準備した。
UV-1:ADEKA製、LA-F70、トリアジン系紫外線吸収剤
UV-2:BASF製、Tinuvin 928、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤
[光学フィルム1の製造]
<弾性体微粒子分散液の調製>
弾性体微粒子(B)と樹脂(C)を混合した弾性体微粒子分散液を以下のように調製した。
下記の組成を混合・溶解したドープをまず準備した。
メチレンクロライド:70質量部
エタノール:50質量部
弾性体微粒子分散液:183質量部
次いで、無端ベルト流延装置を用い、ドープを温度31℃、1800mm幅でステンレスベルト支持体上に均一に流延した。ステンレスベルトの温度は28℃に制御した。
光学フィルム1の製造において、ドープの調製に用いる、アクリル樹脂(A)の種類と、それぞれ弾性体微粒子(B)及び樹脂(C)の種類と量を、表Iのように変えて、光学フィルム1と同様にして光学フィルム2~6、12~22を製造した。
光学フィルム1の製造において、製膜工程の後、テンターにてTD方向に延伸を実施した。延伸温度は130℃、延伸倍率は2.0倍に設定した。
光学フィルム7の製造において、ドープを調製する工程において、前記紫外線吸収剤(UV-1)をアクリル樹脂の質量部の一部を置き換える形で、3質量部添加してドープを調製し、光学フィルム7と同様にして光学フィルム8を製造し、同様に紫外線吸収剤(UV-2)をアクリル樹脂の質量部の一部を置き換える形で、3質量部添加してドープを調製し、光学フィルム7と同様にして光学フィルム9を製造した。
光学フィルム7の製造において、ドープを調製する工程において、用いるアルコールの種類を表Iのようにエタノール(EtOH)からメタノール(MeOH)に変えて、光学フィルム7と同様にして光学フィルム10を製造した。
光学フィルム7の製造において、ドープを調製する工程において、樹脂(C)を用いずに光学フィルム7と同様にして光学フィルム10を製造した。
光学フィルム1の製造において、樹脂(C)の添加順を変えた。すなわち、弾性体微粒子分散液の調製時に、樹脂C-1を添加しなかった。代わりに、樹脂C-1以外の添加物を調製・溶解したあと、さらに樹脂C-1を0.0244質量部添加し、再度溶解したドープを用いた。
なお、表I中、材料の種類の欄の「-」は、その材料を用いなかったことを示す。
得られた光学フィルムについて、先述のとおり断面観察し画像解析から弾性体微粒子の平均粒子径を算出した。弾性体微粒子B-1~B-6調製時に得た平均粒子径と同じ値を得た。
厚さ、120μmのポリビニルアルコールフィルムを、一軸延伸(温度110℃、延伸倍率5倍)した。これをヨウ素0.075g、ヨウ化カリウム5g、水100gからなる水溶液に60秒間浸漬し、次いでヨウ化カリウム6g、ホウ酸7.5g、水100gからなる68℃の水溶液に浸漬した。これを水洗、乾燥し偏光子を得た。
ウレタン樹脂の水性エマルジョン 100質量部
(大日本インキ化学工業(株)製ハイドランAP-20)
多官能グリシジルエーテル 5質量部
(大日本インキ化学工業(株)製CR-5L)
上記で貼り合せたものを80℃の乾燥機中で乾燥し光学フィルム1~23に対応する偏光板1~23を作製した。
(1)上記作製した光学フィルム及び偏光板について、ヒートサイクル試験を行い、光学フィルムの寸法変化率、光学フィルムの脆性及び偏光板の割れを評価した。
得られた光学フィルムをヒートサイクル試験した。ヒートサイクルの条件は下記である。
70℃ 10時間
-30℃ 10時間
以上を交互に200サイクル実施した。
寸法変化率(%)=(処理後の寸法-処理前の寸法)÷処理前の寸法×100
前記ヒートサイクル後の試験片について、折り目がTD方向となるように折り曲げた時の割れを下記の基準にて評価した。△以上が合格レベルである。
◎:完全に折り曲げて折り目はつくが、割れない
○:完全に折り曲げると割れるが曲率半径0.5mmまでは割れない
△:曲率半径0.5mm~1mmの間に割れる
×:曲率半径1mmに達する前に割れる
得られた偏光板を前記同様にヒートサイクル試験をおこない、ヒートサイクル後の試験片について、折り目がTD方向となるように折り曲げた時の割れを下記の基準にて評価した。△以上が合格レベルである。
◎:完全に折り曲げて折り目はつくが、割れない
○:完全に折り曲げると割れるが曲率半径0.5mmまでは割れない
△:曲率半径0.5mm~1mmの間に割れる
×:曲率半径1mmに達する前に割れる
以上の評価結果を表Iに示す。
平滑なガラス板上にベビーパウダーをまぶし、得られた光学フィルムをその上に平置きし、150℃のオーブンに8時間放置した。オーブンから取り出した直後にもう一枚のガラス板で上から圧着しフィルムのシワを矯正した。この処理の前後におけるTD方向の加熱収縮率を測定した。
加熱収縮率(%)=(処理後の寸法-処理前の寸法)÷処理前の寸法×100
前記ヒートサイクル前後の試験片についてヘイズ値(%)を測定し、以下で示す、ヒートサイクル前に対する上昇分で表現した。
Δヘイズ(%)=処理後のヘイズ値(%)-処理前のヘイズ値(%)
以上の結果を表IIに示す。
2a 弾性体微粒子(B)
3a 樹脂(C)
4a アクリル樹脂(A)と樹脂(C)が相溶した樹脂
1 溶解釜
2 ポンプ
3、6、12、15 濾過器
4、13 ストックタンク
5、14 送液ポンプ
8、16 導管
10 紫外線吸収剤仕込釜
20 合流管
21 混合機
30 ダイ
31 無端支持体
32 ウェブ
33 剥離位置
34 テンター装置
35 ローラー乾燥装置
36 搬送ローラー
37 巻取り装置
41 仕込釜
42 ストックタンク
43 ポンプ
44 濾過器
Claims (7)
- アクリル樹脂(A)と弾性体微粒子(B)と前記アクリル樹脂(A)とは異なる樹脂(C)とを含有する光学フィルムであって、
前記アクリル樹脂(A)が、主成分であり、N置換マレイミドを構成単位として有し、重量平均分子量は300000以上であり、
前記弾性体微粒子(B)が、平均粒子径は50~500nmの範囲内であり、その含有量は5~25質量%の範囲内であり、
前記樹脂(C)が、平均置換度2.70以上のアセチルセルロース又はシクロオレフィンポリマー樹脂であり、その含有量は下記式(1)を満たすことを特徴とする光学フィルム。
式(1)
0.00001≦光学フィルム単位面積中の樹脂(C)の含有量(g)/光学フィルム単位面積中に含まれる弾性体微粒子(B)の粒子表面積の総和(m2)≦0.001 - 150℃・24時間加熱による加熱収縮率が、MD方向及びTD方向の少なくとも一方で-200~-30%の範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の光学フィルム。
- 紫外線吸収剤を含有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光学フィルム。
- 前記紫外線吸収剤が、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤であることを特徴とする請求項3に記載の光学フィルム。
- メタノールを含有することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の光学フィルム。
- 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の光学フィルムを製造する光学フィルムの製造方法であって、
前記アクリル樹脂(A)と前記弾性体微粒子(B)と樹脂(C)とを含有するドープを調製する工程と前記ドープを溶液流延して製膜する工程とを有し、
前記ドープ中、前記樹脂(C)の含有量(g)が下記式(2)を満たす量を含有し、
かつ、前記ドープを調製する工程において、前記アクリル樹脂(A)の混合に先立って前記弾性体微粒子(B)と前記樹脂(C)とを混合することを特徴とする光学フィルムの製造方法。
式(2)
0.00001≦ドープ単位量中の樹脂(C)の含有量(g)/ドープ単位量中に含まれる弾性体微粒子(B)の粒子表面積の総和(m2)≦0.001 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の光学フィルムを具備することを特徴とする偏光板。
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