JPWO2019163891A1 - 多層積層フィルム - Google Patents

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Abstract

第1の樹脂を含む複屈折性の第1層と第2の樹脂を含む等方性の第2層との多層交互積層体を有する多層積層フィルムであって、前記第1層と前記第2層の光学干渉により波長380〜780nmにある光を反射可能である層厚みプロファイルを有し、第1層の光学厚みでの層厚みプロファイルは、第1の単調増加領域を有し、前記第1の単調増加領域において光学厚みが100nm以上である最も薄い層を1番目の層とし、光学厚みが190nm以下である最も厚い層をm番目の層としたときに、0.8×m(0.8×mが整数でない場合は四捨五入した整数)番目の層の光学厚みが140〜180nmの範囲にあり、第2層の光学厚みでの層厚みプロファイルは、第2の単調増加領域を有し、前記第2の単調増加領域において光学厚みが120nm以上である最も薄い層を1番目の層とし、光学厚みが350nm以下である最も厚い層をn番目の層としたときに、0.8×n(0.8×nが整数でない場合は四捨五入した整数)番目の層の光学厚みが150〜280nmの範囲にある、多層積層フィルム。

Description

本開示は、可視光領域の光を幅広く反射可能な多層積層フィルムに関する。
屈折率の低い層と高い層とを交互に多数積層させた多層積層フィルムは、層間の構造的な光干渉によって特定波長の光を選択的に反射または透過する光学干渉フィルムとすることができる。また、このような多層積層フィルムは、各層の膜厚を厚み方向に沿って徐々に変化させたり、異なる反射ピークを有するフィルムを貼り合わせたりすることで、幅広い波長範囲に渡って光を反射または透過することができ、金属を使用したフィルムと同等の高い反射率を得ることもでき、金属光沢フィルムや反射ミラーとして使用することもできる。さらには、このような多層積層フィルムを1方向に延伸することで、特定の偏光成分のみを反射する反射偏光フィルムとしても使用でき、液晶ディスプレイなどの輝度向上部材等に使用できることが知られている(特許文献1〜4など)。
これらの多層積層フィルムは、任意の波長領域においてより高い反射率が求められることが多い。しかし、積層する層数は有限であるため、その反射波長領域がブロードな場合、高反射率も両立することは非常に困難である。また、特定の波長領域の反射率のみを増加させることは他の反射波長領域の反射率の低下を招き、光学的な品質問題を引き起こすことが懸念される。
特開平04−268505号公報 特表平9−506837号公報 特表平9−506984号公報 国際公開第01/47711号パンフレット
本発明者らは、多層積層フィルムが厚み斑を有すると、法線入射では視認し難いが、斜め方向から観察した際にストライプ状のまだら斑、あるいはそれらに類似した色むらがより顕著に生じることを見出し、着目した。本発明者らは、これは特に、例えば反射偏光フィルムに用いられるような1軸延伸した多層積層フィルムにおいて生じ易いこと、また、1軸延伸フィルムであると、延伸方向が帯となるようなストライプ状の斑となり易く、2軸延伸フィルムであるとまだら状の斑となり易いことを発見した。また、このような斜め方向から観察したときの色むらを抑制するためには、反射帯域を長波長側に拡張することが考えられるが、これでは上述のように特定の反射波長の反射強度の低下を招くことにつながる。なお、厚み斑をなくすことが理想ではあるが、良好な厚み斑を得るための樹脂や製膜条件を選択すると、高い偏光度や反射率が得られ難くなるなど、求める光学特性が得難くなる。
そこで本発明の一実施形態は、多層積層フィルムがある程度の厚み斑を有していたとしても、かかる厚みむらに起因する色むらが視認され難く、かつ、高反射率を有する多層積層フィルムを提供することを目的とする。
本発明は、以下の態様を包含する。
<1> 第1の樹脂を含む複屈折性の第1層と第2の樹脂を含む等方性の第2層との多層交互積層体を有する多層積層フィルムであって、
前記第1層と前記第2層の光学干渉により波長380〜780nmにある光を反射可能である層厚みプロファイルを有し、
第1層の光学厚みでの層厚みプロファイルは、第1の単調増加領域を有し、前記第1の単調増加領域において光学厚みが100nm以上である最も薄い層を1番目の層とし、光学厚みが190nm以下である最も厚い層をm番目の層としたときに、0.8×m(0.8×mが整数でない場合は四捨五入した整数)番目の層の光学厚みが140〜180nmの範囲にあり、
第2層の光学厚みでの層厚みプロファイルは、第2の単調増加領域を有し、前記第2の単調増加領域において光学厚みが120nm以上である最も薄い層を1番目の層とし、光学厚みが350nm以下である最も厚い層をn番目の層としたときに、0.8×n(0.8×nが整数でない場合は四捨五入した整数)番目の層の光学厚みが150〜280nmの範囲にある、
多層積層フィルム。
<2> 上記1に記載の多層積層フィルムを含む輝度向上部材。
<3> 上記1に記載の多層積層フィルムを含む液晶ディスプレイ用偏光板。
本発明の一実施形態によれば、厚み斑に起因した色むらの抑制をしながら、高い反射率を有する多層積層フィルムを提供することができる。
本発明の第1層の層厚みプロファイルの一例を示す模式図である。 本発明の第2層の層厚みプロファイルの一例を示す模式図である。
以下、本発明の一例である実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
[多層積層フィルム]
本発明の一実施形態の多層積層フィルムは、第1の樹脂を主体とする複屈折性の第1層と第2の樹脂を主体とする等方性の第2層との多層交互積層体を有し、第1層と第2層とによる光の干渉効果により、波長380〜780nmの可視光領域において、幅広い波長範囲で反射可能である。例えば波長400〜760nmの波長範囲において反射可能であり、好ましくは波長380〜780nmの波長範囲において反射可能である。本開示において、反射可能とは、少なくともフィルム面内の任意の一方向において、かかる方向と平行な偏光の垂直入射での平均反射率が50%以上であることをいう。かかる反射は、各波長範囲での平均反射率として50%以上であればよく、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上である。輝度向上部材等の光学用に用いる場合は、かかる平均反射率は好ましくは85%以下以上、より好ましくは86%以下以上、さらに好ましくは88%以下以上である。
本開示において、平均反射率とは、偏光フィルム測定装置(日本分光株式会社製「VAP7070S」)を用いて求めた、波長380〜780nmでの平均透過率を100から引いた値である。
なお、本開示において「樹脂を主体とする」とは、各層において樹脂が各層の全質量に対し70質量%以上を占めることをいい、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上である。
このような反射特性とするために、多層交互積層体は、第1の樹脂を主体とし膜厚が10〜1000nmの複屈折性の第1層と、第2の樹脂を主体とし膜厚が10〜1000nmの等方性の第2層とが合計30層以上で厚み方向に交互に積層した構造を有することが好ましい。また、各層を構成する樹脂については、詳細は後述するが、複屈折性の層および等方性の層を形成し得るものであれば特に制限されない。いずれも、フィルムを製造し易い観点から、熱可塑性樹脂が好ましい。なお、本開示においては、縦方向、横方向、厚み方向の屈折率につき、最大と最小の差が0.1以上のものを複屈折性、0.1未満のものを等方性とする。
[厚み斑]
本開示において厚み斑R値(%)は下記(式1)で表される。
Figure 2019163891
ここで、RmaxおよびRminは、それぞれ、測定長5mでのフィルムの製膜機械軸方向(縦方向、長手方向またはMDという場合がある。)に対する厚みの最大値および最小値を表す。また、Raveはフィルムの製膜機械軸方向に対する厚みの平均値を意味する。
本発明の一実施形態の多層積層フィルムは、例えば厚み斑がR値で0.5%以上である。厚み斑がないことが色むら抑制には好ましいが、現実的には厚み斑をゼロにすることは非常に困難である。そのような中で本発明の一実施形態は、ある程度の厚み斑を有したとしても、色むらを抑制するというものである。厚み斑R値は、例えば1.0%以上であったり、1.5%以上であったりしても、本発明の一実施形態の適用により色むらは抑制され得る。
[層厚みプロファイル]
本発明の一実施形態の多層積層フィルムは、様々な光学厚みの第1層および第2層を有することで、広い波長範囲の光を反射することが可能となる。これは、反射波長が多層積層フィルムを構成する各層の光学厚みに起因するためである。一般的に多層積層フィルムの反射波長は、下記(式2)で示される。
λ=2(n1×d1+n2×d2) (式2)
(上式中、λは反射波長(nm)、n1、n2はそれぞれの層の屈折率、d1、d2はそれぞれの層の物理厚み(nm)を表わす)
また、光学厚みλM(nm)は、下記(式3)のように、各層それぞれの屈折率nkおよび物理厚みdkの積で表される。ここでの物理厚みは透過型電子顕微鏡を用いて撮影した写真から求めたものが採用され得る。
λM(nm)=nk×dk (式3)
上記のことを鑑みれば、波長380〜780nmにある光を広く反射可能である層厚みプロファイルとすることができる。例えば、後述する単調増加領域における厚み範囲を広くして、幅広い波長範囲の光を反射するように設計することもできるし、かかる単調増加領域では特定の波長範囲の光を反射するようにし、他の領域でかかる特定の波長範囲以外の光を反射するようにし、全体として幅広い波長範囲の光を反射するように設計することもできる。
本発明の一実施形態においては、第1層と第2層のそれぞれの層厚みプロファイルを特定の態様とすることにより、色むらを抑制できる。
すなわち、第1層の光学厚みでの層厚みプロファイルは、第1の単調増加領域を有し、かかる第1の単調増加領域において光学厚みが100nm以上である最も薄い層を1番目の層とし、光学厚みが190nm以下である最も厚い層をm番目の層としたときに、0.8×m(0.8×mが整数でない場合は四捨五入した整数)番目の層の光学厚みが140〜180nmの範囲にある。また、第2層の光学厚みでの層厚みプロファイルは、第2の単調増加領域を有し、かかる第2の単調増加領域において光学厚みが120nm以上である最も薄い層を1番目の層とし、光学厚みが350nm以下である最も厚い層をn番目の層としたときに、0.8×n(0.8×nが整数でない場合は四捨五入した整数)番目の層の光学厚みが150〜280nmの範囲にある。図1、2に本発明の層厚みプロファイルの一例の模式図を示す。
図1は、第1層の層厚みプロファイルの一例である。この場合、第1層は、a0からa4にかけての第1の単調増加領域を有する。a1は、光学厚みが100nm以上である最も薄い層であり、これを1番目の層とする。a3は、光学厚みが190nm以下である最も厚い層であり、これをm番目の層とする。0.8×m番目の層の厚みはa2で表され、これが140〜180nmの範囲にある。すなわち、a2の厚みが、a1とa3とを結ぶ直線から大きくずれていない態様を表している。
図2は、第2層の層厚みプロファイルの一例である。この場合、第2層は、b0からb4にかけての第2の単調増加領域を有する。b1は、光学厚みが120nm以上である最も薄い層であり、これを1番目の層とする。b3は、光学厚みが350nm以下である最も厚い層であり、これをn番目の層とする。0.8×n番目の層の厚みはb2で表され、これが150〜280nmの範囲にある。すなわち、b2の厚みが、b1とb3とを結ぶ直線からずれている態様を表している。
本発明の一実施形態は、第1層および第2層がそれぞれ上記のような層厚みプロファイルを有することで、厚み斑に起因する色むらが視認され難いとの効果を奏するものである。
上記の光学厚みをすべて満たすことによって、ストライプ状、まだら状、あるいはそれに類する形状の色むらが低減できた、高反射率を有するフィルムを提供できる。これは、上記の光学厚みをすべて満たすことで、光学厚みが薄い範囲と光学厚みが厚い範囲の各層の分布バランスが適正となり、反射波長帯域を広げながらも、2次反射、3次反射といった高次反射を利用して目的の波長領域の反射強度を増加させることが可能となり、ブロードな反射波長領域を有しつつ、より高反射率の多層積層フィルムが実現できるからである。従来では、高反射率にすると反射波長領域は狭くなる傾向にあるところ、本発明の一実施形態はブロードな反射波長領域であるため、可視光領域において厚み斑によるスペクトル変動が生じ難い、つまり厚み斑に起因する該色むらが視認し難いというものである。
以上の観点から、第1層の薄い側から0.8×m番目の層の光学厚みは、145〜175nmの範囲にあることが好ましく、148〜172nmの範囲にあることがより好ましく、150〜170nmの範囲にあることがさらに好ましい。第2層の薄い側から0.8×n番目の層の光学厚みは、180〜280nmの範囲にあることが好ましく、200〜275nmの範囲にあることがより好ましく、220〜265nmの範囲にあることがさらに好ましく、225〜260nmの範囲にあることが特に好ましい。
第1の単調増加領域において、100nm以上である最も薄い層(1番目の層)の光学厚みは、好ましくは100〜120nm、より好ましくは100〜115nm、さらに好ましくは100〜110nmであり、190nm以下である最も厚い層(m番目の層)の光学厚みは、好ましくは150〜190nm、より好ましくは160〜190nm、さらに好ましくは170〜190nmである。第2の単調増加領域において、120nm以上である最も薄い層(1番目の層)の光学厚みは、好ましくは120〜140nm、より好ましくは120〜135nm、さらに好ましくは120〜130nmであり、350nm以下である最も厚い層(n番目の層)の光学厚みは、好ましくは310〜350nm、より好ましくは320〜350nm、さらに好ましくは330〜350nmである。これにより、波長380〜780nmにある光を幅広く反射することにより優れる。
このような層厚みプロファイルは、フィードブロックにおける櫛歯の調整などにより得ることができる。
第1の単調増加領域は、最薄層の光学厚みが好ましくは75nm以下、より好ましくは70nm以下、さらに好ましくは65nm以下であるとよい。下限は限定されないが、例えば好ましくは45nm以上、より好ましくは50nm以上、さらに好ましくは55nm以上である。第2の単調増加領域は、最薄層の光学厚みが好ましくは95nm以下、より好ましくは90nm以下、さらに好ましくは85nm以下であるとよい。下限は限定されないが、例えば好ましくは65nm以上、より好ましくは70nm以上、さらに好ましくは75nm以上である。また、第1の単調増加領域は、最厚層の光学厚みが好ましくは195nm以上、より好ましくは200nm以上、さらに好ましくは205nm以上であるとよい。上限は限定されないが、例えば好ましくは225nm以下、より好ましくは220nm以下、さらに好ましくは215nm以下である。第2の単調増加領域は、最厚層の光学厚みが好ましくは345nm以上、より好ましくは350nm以上、さらに好ましくは355nm以上であるとよい。上限は限定されないが、例えば好ましくは375nm以下、より好ましくは370nm以下、さらに好ましくは365nm以下である。上記態様により、波長380〜780nmにある光を幅広く反射することにより優れる。
本発明の一実施形態においては後述のようにダブリング等により層数増加することも可能であるが、このような場合においては、1つのパケットについての層厚みプロファイルを見ればよい。かかるパケットは、多層積層フィルムの全体の層厚みプロファイルを見たときに、例えば、同じような層厚みプロファイルの部分が複数あれば、それぞれがパケットであるとみなせるし、中間層等に区切られたそれぞれの多層構造部分は異なるパケットであるとみなせる。
[単調増加領域]
本開示において「単調増加している」とは、多層積層フィルムにおける多層交互積層体の全てにおいてより厚い側の層がより薄い側の層よりも厚くなっていることが好ましいが、それに限定されず、全体を見て厚みがより薄い側からより厚い側に厚みが増加している傾向が見られればよい。より具体的には、光学厚みがより薄い側からより厚い側に向かって層に番号を付し、それを横軸として、各層の膜厚を縦軸にプロットしたときに、膜厚が増加傾向を示す範囲内での各層の層数を5等分し、膜厚が厚くなる方向に、等分された各エリアでの膜厚の平均値が単調に増加している場合は単調増加であるとし、そうでない場合は単調増加でないとした。なお、第1層と第2層とは、それぞれ個別に見ればよく、第1層の単調増加と第2層の単調増加とは、それぞれ異なる傾きであり得る。また、上記単調増加については、多層交互積層体における一方の最表層から他方の最表層までの全てにおいて単調増加している態様であってもよいが、多層交互積層体において、層数で80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上の部分において単調増加している態様であってもよく、その余の部分においては厚みが一定であったり減少していたりしていてもよい。例えば本開示の実施例1は、多層積層構造の100%の部分において単調増加している態様であるが、かかる厚みプロファイルの層番号が小さい側および/または層番号が大きい側に単調増加でない領域を設けた態様であってもよい。
[多層積層フィルムの構成]
[第1層]
本発明の一実施形態の多層積層フィルムを構成する第1層は、複屈折性の層であり、すなわちこれを構成する樹脂(本開示において、第1の樹脂ともいう)は、複屈折性の層を形成し得るものである。従って、第1層を構成する樹脂としては配向結晶性の樹脂が好ましく、かかる配向結晶性の樹脂として特にポリエステルが好ましい。該ポリエステルは、それを構成する繰り返し単位を基準として好ましくはエチレンテレフタレート単位および/またはエチレンナフタレート単位を、より好ましくはエチレンナフタレート単位を、80モル%以上、100モル%以下の範囲で含有することが、より高い屈折率の層とし易く、それにより第2層との屈折率差を大きくしやすいことから好ましい。ここで樹脂の併用の場合は、合計の含有量である。
(第1層のポリエステル)
第1層の好ましいポリエステルとして、ジカルボン酸成分としてナフタレンジカルボン酸成分を含有し、その含有量は該ポリエステルを構成するジカルボン酸成分を基準として80モル%以上、100モル%以下であることが好ましい。かかるナフタレンジカルボン酸成分としては、2,6−ナフタレンジカルボン酸成分、2,7−ナフタレンジカルボン酸成分、またはこれらの組み合わせから誘導される成分、もしくはそれらの誘導体成分が挙げられ、特に2,6−ナフタレンジカルボン酸成分もしくはその誘導体成分が好ましく例示される。ナフタレンジカルボン酸成分の含有量は、好ましくは85モル%以上、より好ましくは90モル%以上であり、また、好ましくは100モル%未満、より好ましくは98モル%以下、さらに好ましくは95モル%以下である。
第1層のポリエステルを構成するジカルボン酸成分としては、ナフタレンジカルボン酸成分以外にさらに本発明の目的を損なわない範囲でテレフタル酸成分、イソフタル酸成分などを含有してもよく、中でもテレフタル酸成分を含有することが好ましい。含有量は0モル%を超え、20モル%以下の範囲であることが好ましい。かかる第2のジカルボン酸成分の含有量は、より好ましくは2モル%以上、さらに好ましくは5モル%以上であり、また、より好ましくは15モル%以下、さらに好ましくは10モル%以下である。
液晶ディスプレイ等に用いられる輝度向上部材や反射型偏光板として使用する場合、第1層が第2層よりも相対的に高屈折率特性を有する層であり、第2層が第1層よりも相対的に低屈折率特性を有する層であり、また1軸方向に延伸することが好ましい。なお、この場合、本開示においては、1軸延伸方向をX方向、フィルム面内においてX方向と直交する方向をY方向(非延伸方向ともいう。)、フィルム面に対して垂直な方向をZ方向(厚み方向ともいう。)と称する場合がある。
第1層に、上記のようにナフタレンジカルボン酸成分を主成分として含有するポリエステルを用いることで、X方向に高屈折率を示すと同時に1軸配向性の高い複屈折率特性を実現でき、X方向について第2層との屈折率差を大きくすることができ、高偏光度に寄与する。一方、ナフタレンジカルボン酸成分の含有量が下限値に満たないと、非晶性の特性が大きくなり、X方向の屈折率nXと、Y方向の屈折率nYとの差異が小さくなる傾向にあるため、多層積層フィルムにおいて、フィルム面を反射面とし、1軸延伸方向(X方向)を含む入射面に対して平行な偏光成分と定義される本開示におけるP偏光成分について十分な反射性能が得難くなる傾向にある。なお、本開示におけるS偏光成分とは、多層積層フィルムにおいて、フィルム面を反射面とし、1軸延伸方向(X方向)を含む入射面に対して垂直な偏光成分と定義される。
第1層の好ましいポリエステルを構成するジオール成分としては、エチレングリコール成分が用いられ、その含有量は該ポリエステルを構成するシオール成分を基準として80モル%以上、100モル%以下であることが好ましく、より好ましくは85モル%以上、100モル%以下、さらに好ましくは90モル%以上、100モル%以下、特に好ましくは90モル%以上、98モル%以下である。該ジオール成分の割合が下限値に満たない場合は、前述の1軸配向性が損なわれることがある。
第1層のポリエステルを構成するジオール成分として、エチレングリコール成分以外に、さらに本発明の目的を損なわない範囲でトリメチレングリコール成分、テトラメチレングリコール成分、シクロヘキサンジメタノール成分、ジエチレングリコール成分などを含有してもよい。
(第1層のポリエステルの特性)
第1層に用いられるポリエステルの融点は、好ましくは220〜290℃の範囲、より好ましくは230〜280℃の範囲、さらに好ましくは240〜270℃の範囲である。融点は示差走査熱量計(DSC)で測定して求めることができる。該ポリエステルの融点が上限値を越えると、溶融押出して成形する際に流動性が劣り、吐出などが不均一化しやすくなることがある。一方、融点が下限値に満たないと、製膜性は優れるものの、ポリエステルの持つ機械的特性などが損なわれやすくなり、また液晶ディスプレイの輝度向上部材や反射型偏光板として使用される際の屈折率特性が発現し難い傾向にある。
第1層に用いられるポリエステルのガラス転移温度(以下、Tgと称することがある。)は、好ましくは80〜120℃、より好ましくは82〜118℃、さらに好ましくは85〜118℃、特に好ましくは100〜115℃の範囲にある。Tgがこの範囲にあると、耐熱性および寸法安定性に優れ、また液晶ディスプレイの輝度向上部材や反射型偏光板として使用される際の屈折率特性を発現し易い。かかる融点やガラス転移温度は、共重合成分の種類と共重合量、そして副生物であるジエチレングリコールの制御などによって調整できる。
第1層に用いられるポリエステルは、o−クロロフェノール溶液を用いて35℃で測定した固有粘度が0.50〜0.75dl/gであることが好ましく、より好ましくは0.55〜0.72dl/g、さらに好ましくは0.56〜0.71dl/gである。これにより適度な配向結晶性を有し易くなる傾向にあり、第2層との屈折率差を発現し易くなる傾向にある。
[第2層]
本発明の一実施形態の多層積層フィルムを構成する第2層は、等方性の層であり、すなわちこれを構成する樹脂(本開示において、第2の樹脂ともいう)は、等方性の層を形成し得るものである。従って、第2層を構成する樹脂としては非晶性の樹脂が好ましい。中でも非晶性であるポリエステルが好ましい。なおここで「非晶性」とは、極めて僅かな結晶性を有することを排除するものではなく、本開示の多層積層フィルムが目的とする機能を奏する程度に第2層を等方性にできればよい。
(第2層の共重合ポリエステル)
第2層を構成する樹脂としては、共重合ポリエステルが好ましく、特に、ナフタレンジカルボン酸成分、エチレングリコール成分およびトリメチレングリコール成分を共重合成分として含む共重合ポリエステルを用いることが好ましい。なお、かかるナフタレンジカルボン酸成分としては、2,6−ナフタレンジカルボン酸成分、2,7−ナフタレンジカルボン酸成分、またはこれらの組み合わせから誘導される成分、もしくはそれらの誘導体成分が挙げられ、特に2,6−ナフタレンジカルボン酸成分もしくはその誘導体成分が好ましく例示される。なお、本開示における共重合成分とは、ポリエステルを構成するいずれかの成分であることを意味しており、従たる成分(共重合量として全酸成分または全ジオール成分に対して50モル%未満)としての共重合成分に限定されず、主たる成分(共重合量として全酸成分または全ジオール成分に対して50モル%以上)も含めて用いられる。
本発明の一実施形態においては、上述したように、第2層の樹脂としてエチレンナフタレート単位を主成分とするポリエステルを用いることが好ましく、そのとき、第2層の樹脂としてナフタレンジカルボン酸成分を含む共重合ポリエステルを用いることで、第1層との相溶性が高くなり、第1層との層間密着性が向上する傾向にあり、層間剥離が生じ難くなるため好ましい。
第2層の共重合ポリエステルは、ジオール成分がエチレングリコール成分と、トリメチレングリコール成分の少なくとも2成分を含むことが好ましい。このうち、エチレングリコール成分は、フィルム製膜性などの観点より主たるジオール成分として用いられることが好ましい。
本発明の一実施形態における第2層の共重合ポリエステルは、さらにジオール成分としてトリメチレングリコール成分を含有することが好ましい。トリメチレングリコール成分を含有することで、層構造の弾性を補い、層間剥離を抑制する効果が高まる。
かかるナフタレンジカルボン酸成分、好ましくは2,6−ナフタレンジカルボン酸成分は、第2層の共重合ポリエステルを構成する全カルボン酸成分の30モル%以上、100モル%以下であることが好ましく、より好ましくは30モル%以上、80モル%以下、さらに好ましくは40モル%以上、70モル%以下である。これにより第1層との密着性をより高くできる。ナフタレンジカルボン酸成分の含有量が下限に満たないと相溶性の観点から密着性が低下することがある。また、ナフタレンジカルボン酸成分の含有量の上限は特に制限されないが、多すぎると第1層との屈折率差を発現し難くなる傾向にある。なお、第1層との屈折率の関係を調整するために他のジカルボン酸成分を共重合させてもよい。
エチレングリコール成分は、第2層の共重合ポリエステルを構成する全ジオール成分の50モル%以上、95モル%以下であることが好ましく、より好ましくは50モル%以上、90モル%以下、さらに好ましくは50モル%以上、85モル%以下、特に好ましくは50モル%以上、80モル%以下である。これにより第1層との屈折率差を発現し易くなる傾向にある。
トリメチレングリコール成分は、第2層の共重合ポリエステルを構成する全ジオール成分の3モル%以上、50モル%以下であることが好ましく、さらに5モル%以上、40モル%以下であることが好ましく、より好ましくは10モル%以上、40モル%以下、特に好ましくは10モル%以上、30モル%以下である。これにより第1層との層間密着性をより高くできる。また、第1層との屈折率差を発現し易くなる傾向にある。トリメチレングリコール成分の含有量が下限に満たないと層間密着性の確保が難しくなる傾向にあり、上限を超えると所望の屈折率とガラス転移温度の樹脂とすることがし難くなる。
本発明の一実施形態における第2層は、本発明の目的を損ねない範囲であれば、第2層の質量を基準として10質量%以下の範囲内で該共重合ポリエステル以外の熱可塑性樹脂を第2のポリマー成分として含有してもよい。
(第2層のポリエステルの特性)
本発明の一実施形態において、上述する第2層の共重合ポリエステルは、85℃以上のガラス転移温度を有することが好ましく、より好ましくは90℃以上、150℃以下、さらに好ましくは90℃以上、120℃以下、特に好ましくは93℃以上、110℃以下である。これにより耐熱性により優れる。また、第1層との屈折率差を発現し易くなる傾向にある。第2層の共重合ポリエステルのガラス転移温度が下限に満たない場合、耐熱性が十分に得られないことがあり、例えば90℃近辺での熱処理などの工程を含むときに第2層の結晶化や脆化によってヘーズが上昇し、輝度向上部材や反射型偏光板として使用される際の偏光度の低下を伴うことがある。また、第2層の共重合ポリエステルのガラス転移温度が高すぎる場合には、延伸時に第2層のポリエステルも延伸による複屈折性が生じることがあり、それに伴い延伸方向において第1層との屈折率差が小さくなり、反射性能が低下することがある。
上述した共重合ポリエステルの中でも、90℃×1000時間の熱処理で結晶化によるヘーズ上昇を極めて優れて抑制できる点から、非晶性の共重合ポリエステルであることが好ましい。ここでいう非晶性とは、DSCにおいて昇温速度20℃/分で昇温させたときの結晶融解熱量が0.1mJ/mg未満であることを指す。
第2層の共重合ポリエステルの具体例として、(1)ジカルボン酸成分として2,6−ナフタレンジカルボン酸成分を含み、ジオール成分としてエチレングリコール成分およびトリメチレングリコール成分を含む共重合ポリエステル、(2)ジカルボン酸成分として2,6−ナフタレンジカルボン酸成分およびテレフタル酸成分を含み、ジオール成分としてエチレングリコール成分およびトリメチレングリコール成分を含む共重合ポリエステル、が挙げられる。
第2層の共重合ポリエステルは、o−クロロフェノール溶液を用いて35℃で測定した固有粘度が0.50〜0.70dl/gであることが好ましく、さらに好ましくは0.55〜0.65dl/gである。第2層に用いられる共重合ポリエステルが共重合成分としてトリメチレングリコール成分を有する場合、製膜性が低下することがあり、該共重合ポリエステルの固有粘度を上述の範囲とすることで製膜性をより高めることができる。第2層として上述する共重合ポリエステルを用いる場合の固有粘度は、製膜性の観点からはより高い方が好ましいものの、上限を超える範囲では第2層のポリエステルとの溶融粘度差が大きくなり、各層の厚みが不均一になることがある。
[その他の層]
(最外層)
本発明の一実施形態の多層積層フィルムは、片方または両方の表面に最外層を有していても良い。かかる最外層は、樹脂を主体とする。なお、ここで「樹脂を主体とする」とは、層において樹脂が層の全質量に対し70質量%以上を占めることをいい、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上である。また、最外層は、等方性の層であることが好ましく、製造上の容易性の観点からは第2層と同一樹脂であってもよく、上述した第2層の共重合ポリエステルから構成することができ、そのような態様が好ましい。
(中間層)
本発明の一実施形態の多層積層フィルムは、中間層を含んでいてもよい。
該中間層は、本開示において内部厚膜層などと称することがあるが、第1層と第2層の交互積層構成の内部に存在する厚膜の層を指す。なお、ここで厚膜とは、光学的に厚膜であることをいう。本開示においては、多層積層フィルムの製造の初期段階で交互積層構成の両側に膜厚の厚い層(厚み調整層、バッファ層と称することがある。)を形成し、その後ダブリングにより積層数を増やす方法が好ましく用いられるが、その場合は膜厚の厚い層同士が2層積層されて中間層が形成されることとなり、かかる方法による場合は、内部に形成された厚膜の層が中間層となり、外側に形成された厚膜の層が最外層となる。
中間層は、たとえば層厚みが好ましくは5μm以上、また、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下の厚さであることが好ましい。このような中間層を第1層と第2層の交互積層構成の一部に有する場合、偏光機能に影響をおよぼすことなく、第1層および第2層を構成する各層厚みを均一に調整しやすくなる。中間層は、第1層、第2層のいずれかと同じ組成、またはこれらの組成を部分的に含む組成であってもよく、層厚みが厚いため、反射特性には寄与しない。一方、透過特性には影響することがあるため、層中に粒子を含める場合は光線透過率を考慮して粒子径や粒子濃度を選択すればよい。
該中間層の厚さが下限に満たない場合は、多層構造の層構成に乱れが生じることがあり、反射性能が低下することがある。一方、該中間層の厚さが上限を超える場合は、多層積層フィルム全体の厚みが厚くなり、薄型の液晶ディスプレイの反射型偏光板や輝度向上部材として用いた場合に省スペース化しにくいことがある。また、多層積層フィルム内に複数の中間層を含む場合には、それぞれの中間層の厚みは、上記範囲の下限以上であることが好ましく、また中間層の厚みの合計は、上記範囲の上限以下であることが好ましい。
中間層に用いられるポリマーは、本開示の多層積層フィルムの製造方法を用いて多層構造中に存在させることができれば、第1層あるいは第2層と異なる樹脂を用いてもよいが、層間接着性の観点より、第1層または第2層のいずれかと同じ組成か、これらの組成を部分的に含む組成であることが好ましい。
該中間層の形成方法は特に限定されないが、例えばダブリングを行う前の交互積層構成の両側に膜厚の厚い層を設け、それをレイヤーダブリングブロックと呼ばれる分岐ブロックを用いて交互積層方向に垂直な方向に2分割し、それらを交互積層方向に再積層することで中間層を1層設けることができる。同様の手法で3分割、4分割することにより中間層を複数設けることもできる。
(塗布層)
本発明の一実施形態の多層積層フィルムは、少なくとも一方の表面に塗布層を有することができる。かかる塗布層としては、滑り性を付与するための易滑層や、プリズム層や拡散層等との接着性を付与するためのプライマー層などが挙げられる。塗布層は、バインダー成分を含み、滑り性を付与するためにはたとえば粒子を含有させるとよい。易接着性を付与するためには、用いるバインダー成分を、接着したい層の成分と化学的に近いものとすることが挙げられる。また、塗布層を形成するための塗布液は、環境の観点から水を溶媒とする水系塗布液であることが好ましいが、特にそのような場合等において、多層積層フィルムに対する塗布液の濡れ性を向上させる目的で、界面活性剤を含有することができる。その他、塗布層の強度を高めるために架橋剤を添加したりなど、機能剤を添加してもよい。
[多層積層フィルムの製造方法]
本発明の一実施形態の多層積層フィルムの製造方法について詳述する。なお、ここで以下に示す製造方法は一例であり、本発明はこれに限定されない。また、異なる態様についても、以下を参照して得ることができる。
本発明の一実施形態の多層積層フィルムは、第1層を構成するポリマーと第2層を構成するポリマーとを、多層フィードブロック装置を用いて溶融状態で交互に重ね合わせて、例えば、合計で30層以上の交互積層構成を作成し、その両面にバッファ層を設け、その後レイヤーダブリングと呼ばれる装置を用いて該バッファ層を有する交互積層構成を例えば2〜4分割し、該バッファ層を有する交互積層構成を1ブロックとしてブロックの積層数(ダブリング数)が2〜4倍になるように再度積層する方法で積層数を増やすことで得ることができる。かかる方法によると、多層構造の内部にバッファ層同士が2層積層された中間層と、バッファ層1層からなる最外層を両面に有する多層積層フィルムを得ることができる。
かかる多層構造は、第1層と第2層の各層の厚みが所望の傾斜構造を有するように積層される。これは、たとえば、多層フィードブロック装置においてスリットの間隔や長さを変化させることで得られる。例えば、第1層および/または第2層は、少なくとも2つの光学厚み領域で異なる傾きの変化率を有し得ることから、このような場合は、該多層フィードブロックにおいても少なくとも1つ以上の変曲点を有するようにスリットの間隔や長さを調整すればよい。
上述した方法で所望の積層数に積層したのち、ダイより押出し、キャスティングドラム上で冷却し、多層未延伸フィルムを得る。多層未延伸フィルムは、製膜機械軸方向(縦方向、長手方向またはMDという場合がある。)、またはそれにフィルム面内で直交する方向(横方向、幅方向またはTDという場合がある。)の少なくとも1軸方向(かかる1軸方向はフィルム面に沿った方向である。)に延伸されることが好ましい。延伸温度は、第1層のポリマーのガラス転移点温度(Tg)〜(Tg+20)℃の範囲で行うことが好ましい。従来よりも低めの温度で延伸を行うことにより、フィルムの配向特性をより高度に制御することができる。
延伸倍率は2.0〜7.0倍で行うことが好ましく、さらに好ましくは4.5〜6.5倍である。かかる範囲内で延伸倍率が大きいほど、第1層および第2層における個々の層の面方向の屈折率のバラツキが延伸による薄層化により小さくなり、多層積層フィルムの光干渉が面方向に均一化され、また第1層と第2層の延伸方向の屈折率差が大きくなるので好ましい。このときの延伸方法は、棒状ヒータによる加熱延伸、ロール加熱延伸、テンター延伸など公知の延伸方法を用いることができるが、ロールとの接触によるキズの低減や延伸速度などの観点から、テンター延伸が好ましい。
また、かかる延伸方向とフィルム面内で直交する方向(Y方向)にも延伸処理を施し、2軸延伸を行う場合は、用途にもよるが、反射偏光特性を具備させたいときは、1.01〜1.20倍程度の延伸倍率にとどめることが好ましい。Y方向の延伸倍率をこれ以上高くすると、偏光性能が低下することがある。
また、延伸後にさらに(Tg)〜(Tg+30)℃の温度で熱固定を行いながら、5〜15%の範囲で延伸方向にトーアウト(再延伸)させることにより、得られた多層積層フィルムの配向特性を高度に制御することができる。
本発明の一実施形態において上述の塗布層を設ける場合、多層積層フィルムへの塗布は任意の段階で実施することができるが、フィルムの製造過程で実施することが好ましく、延伸前のフィルムに対して塗布することが好ましい。
かくして本発明の一実施形態の多層積層フィルムが得られる。
なお、金属光沢フィルムや反射ミラーの用途に用いる多層積層フィルムである場合は、2軸延伸フィルムとすることが好ましく、この場合は、逐次2軸延伸法、同時2軸延伸法のいずれであってもよい。また、延伸倍率は、第1層および第2層の各層の屈折率および膜厚が、所望の反射特性を奏するように調整されるようにすればよいが、例えばこれら層を構成する樹脂の通常の屈折率を考慮すると、縦方向および横方向ともに2.5〜6.5倍程度とすればよい。
以下に、本発明の実施形態を、実施例を挙げて説明するが、本発明は以下に示した実施例に制限されるものではない。なお、実施例中の物性や特性は、下記の方法にて測定または評価した。
(1)各層の厚み
多層積層フィルムをフィルム長手方向2mm、幅方向2cmに切り出し、包埋カプセルに固定後、エポキシ樹脂(リファインテック(株)製エポマウント)にて包埋した。包埋されたサンプルをミクロトーム(LEICA製ULTRACUT UCT)で幅方向に垂直に切断し、50nm厚の薄膜切片にした。透過型電子顕微鏡(日立S−4300)を用いて加速電圧100kVにて観察撮影し、写真から各層の厚み(物理厚み)を測定した。
1μmを超える厚さの層について、多層構造の内部に存在しているものを中間層、最表層に存在しているものを最外層とし、それぞれの厚みを測定した。
上記で得られた各層の物理厚みの値と、下記(2)により求めた各層の屈折率の値を用い、これらを上記(式3)に代入することで各層の光学厚みを求めた。第1層について、単調増加領域において、光学厚みが100nm以上である最も薄い層および光学厚みが190nm以下である最も厚い層を特定し、層番号を付し、0.8×m(0.8×mが整数でない場合は四捨五入した整数値とする。)番目の層を特定した。第2層についても同様にして、単調増加領域において、光学厚みが120nm以上である最も薄い層および光学厚みが350nm以下である最も厚い層を特定し、層番号を付し、0.8×n(0.8×nが整数でない場合は四捨五入した整数値とする。)番目の層を特定した。
なお、第1層か第2層かは、屈折率の態様により判断できるが、それが困難な場合は、NMRでの解析や、TEMでの解析による電子状態により判断することも可能である。
(2)各方向の延伸後の屈折率
各層を構成する個々のポリエステルについて、それぞれ溶融させてダイより押出し、キャスティングドラム上にキャストしたフィルムをそれぞれ用意した。また、得られたフィルムを145℃にて一軸方向に5.9倍延伸した延伸フィルムを用意した。得られたキャストフィルムと延伸フィルムについて、それぞれ延伸方向(X方向)とその直交方向(Y方向)、厚み方向(Z方向)のそれぞれの屈折率(それぞれnX、nY、nZとする)を、メトリコン製プリズムカプラを用いて波長633nmにおける屈折率を測定して求め、延伸後の屈折率とした。
(3)単調増加の判断
第1層と第2層とを個別に、各層の光学厚みの値を縦軸に入力し、各層の層番号を横軸に入力した際の層厚みプロファイルの任意の領域において、膜厚が増加傾向を示す範囲内での各層の層数を5等分し、膜厚が厚くなる方向に、等分された各エリアでの膜厚の平均値が単調に増加している場合は単調増加であるとし、そうでない場合は単調増加でないとした。
(4)厚み斑
製膜機械軸方向に、幅約30mmで約6mの長さで切り出し、短冊状のサンプルを用意した。その表面をアルコールで拭き、ゴミ採りをしたのち、電子マイクロメータ及びレコーダー(K−312A,K310B、安立電気(株)製)を使用してフィルム上を25mm/sで走行させ、製膜機械軸方向0.25mmピッチで測定長5mとして厚みを測定しグラフを作成した。得られたグラフの厚みの最大値、最小値および平均値をそれぞれRmax、Rmin、Raveとした。RmaxとRminの差をRaveで割ることで厚み斑R値を算出した。
(5)色むら評価
ライトボックス(LED Viewer Pro,FUJICOLOR)に60mm角に切ったフィルムを置き、その上に偏光板を置いた状態で、フィルムを透過軸が横になる方向から斜め60度から見たときに見える反射軸方向に平行な色むらの本数を数えた。その際、偏光板の透過軸はフィルムの透過軸と並行になるようにした。色むらの本数に応じてA〜Eの評価をした。
A:色むらがない
B:色むらが1本あるが、色むら個所と良好部の色の違いが小さく、境界線が曖昧
C:色むらが1本
D:色むらが2本
E:色むらが3本以上
また、色むらがまだら状である場合はフィルムを任意の方向から斜め60度から見た時に見える面積が1cm以上の色斑の数によって、A〜Eの評価をした。
A:色むらがない
B:色むらが1か所あるが、色むら個所と良好部の色の違いが小さく、境界線が曖昧
C:色むらが1か所
D:色斑が2〜3か所
E:色斑が4か所以上
(6)平均透過率
偏光フィルム測定装置(日本分光株式会社製「VAP7070S」)を用いて、得られた多層積層フィルムの透過スペクトルを測定した。なお、測定はスポット径調整用マスクΦ1.4、および変角ステージを使用し、測定光の入射角は0度設定とし、クロスニコルサーチ(650nm)で定まる多層積層フィルムの透過軸に直行する軸(反射軸と呼ぶ)の380〜780nmの範囲における透過率を、5nm間隔にて測定した。反射軸の380〜780nmの透過率の平均値を平均透過率とし、100−平均透過率で算出できる数値を、平均反射率とした。平均透過値が50%以上であれば、測定した多層積層フィルムは反射可能であると判断した。平均反射率をもとに、A〜Dの評価をした。
A:90%以上
B:90%未満〜80%以上
C:80%未満〜50%以上
D:50%未満
[製造例1]ポリエステルA
第1層用ポリエステルとして、2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチル、テレフタル酸ジメチル、そしてエチレングリコールを、チタンテトラブトキシドの存在下でエステル交換反応を行い、さらに引き続いて重縮合反応を行って、酸成分の95モル%が2,6−ナフタレンジカルボン酸成分、酸成分の5モル%がテレフタル酸成分、グリコール成分がエチレングリコール成分である共重合ポリエステル(固有粘度0.64dl/g)(o―クロロフェノール、35℃、以下同様)を準備した。
[製造例2]ポリエステルB
第2層用ポリエステルとして、2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチル、テレフタル酸ジメチル、そしてエチレングリコールとトリメチレングリコールを、チタンテトラブトキシドの存在下でエステル交換反応を行い、さらに引き続いて重縮合反応を行って、酸成分の50モル%が2,6−ナフタレンジカルボン酸成分、酸成分の50モル%がテレフタル酸成分、グリコール成分の85モル%がエチレングリコール成分、グリコール成分の15モル%がトリメチレングリコール成分である共重合ポリエステル(固有粘度0.63dl/g)を準備した。
[実施例1]
第1層用にポリエステルAを170℃で5時間乾燥し、第2層用にポリエステルBを85℃で8時間乾燥した後、それぞれ第1、第2の押し出し機に供給し、300℃まで加熱して溶融状態とし、第1層用ポリエステルを139層、第2層用ポリエステルを138層に分岐させた後、第1層と第2層が交互に積層され、かつ表1に示すような層厚みプロファイルとなるような櫛歯を備える多層フィードブロック装置を使用して、総数277層の積層状態の溶融体とし、その積層状態を保持したまま、その両側に第3の押し出し機から第2層用ポリエステルと同じポリエステルを3層フィードブロックへと導き、層数277層の積層状態(両表層は第1層である)の溶融体の積層方向の両側にバッファ層をさらに積層した。両側のバッファ層の厚みの合計が全体の47%となるよう第3の押し出し機の供給量を調整した。その積層状態をさらにレイヤーダブリングブロックにて、2分岐して1:1の比率で積層し、内部に中間層、最表層に2つの最外層を含む全層数557層の未延伸多層積層フィルムを作製した。
この未延伸多層積層フィルムを130℃の温度で幅方向に5.9倍に延伸した。得られた1軸延伸多層積層フィルムの厚みは75μmであった。また、屈折率測定の結果、第1層は複屈折性であり、第2層は等方性であった。
[実施例2〜15、比較例1〜5]
表1に示す層厚みプロファイルとなるように用いる多層フィードブロック装置を変更した以外は実施例1と同様にして、多層積層フィルムを得た。
Figure 2019163891
本発明の一実施形態によれば、本発明の一実施形態の多層積層フィルムは、交互に積層した複屈折性の層と等方性の層の光学的厚みを適切に設計することで、厚み斑によって生じる色斑がみえにくく、かつ幅広い波長領域でより高い反射率を実現させることが可能となる。そのため、例えば偏光性能が求められる輝度向上部材、反射型偏光板などとして用いる場合に、高偏光度を有しつつ色斑が見えないことから、より信頼性の高い輝度向上部材、液晶ディスプレイ用偏光板などを提供できる。
2018年2月22日に出願された日本国特許出願第2018−029797号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。

Claims (3)

  1. 第1の樹脂を含む複屈折性の第1層と第2の樹脂を含む等方性の第2層との多層交互積層体を有する多層積層フィルムであって、
    前記第1層と前記第2層の光学干渉により波長380〜780nmにある光を反射可能である層厚みプロファイルを有し、
    第1層の光学厚みでの層厚みプロファイルは、第1の単調増加領域を有し、前記第1の単調増加領域において光学厚みが100nm以上である最も薄い層を1番目の層とし、光学厚みが190nm以下である最も厚い層をm番目の層としたときに、0.8×m(0.8×mが整数でない場合は四捨五入した整数)番目の層の光学厚みが140〜180nmの範囲にあり、
    第2層の光学厚みでの層厚みプロファイルは、第2の単調増加領域を有し、前記第2の単調増加領域において光学厚みが120nm以上である最も薄い層を1番目の層とし、光学厚みが350nm以下である最も厚い層をn番目の層としたときに、0.8×n(0.8×nが整数でない場合は四捨五入した整数)番目の層の光学厚みが150〜280nmの範囲にある、
    多層積層フィルム。
  2. 請求項1に記載の多層積層フィルムを含む輝度向上部材。
  3. 請求項1に記載の多層積層フィルムを含む液晶ディスプレイ用偏光板。
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