JP2014058145A - 光学パターンシートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】押出成形法において高い精度でパターンロールのパターンを転写させることのできる光学パターンシートの製造方法を提供する。
【解決手段】押出成形機のＴダイでシートを吐出する工程と、Ｔダイから吐出されたシートを、押さえロールとパターンロールとで狭圧することにより、パターンロールのパターンを転写し、光学パターンシートに成形するパターンシート成形工程と、成形されたパターンシートを搬送し巻取る工程とを有する光学パターンシートの製造方法であって、パターンシート成形工程において、高度なパターンを付与したチューブをロールに通すことで版としたパターンロールを用い、光学パターンシートを製造する。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶テレビや照明等に用いるプラスチックシート、およびフィルムの表面に立体模様を付与するための光学パターンシートの製造方法、および製造装置に関する。

従来から液晶テレビの輝度向上を目的として表面にプリズム形状が付与されたシート、およびフィルム（以後、シート、およびフィルムを総称してシートと記載）（特許文献１）、またモワレ防止のためマイクロレンズ形状が付与された光学パターンシート（特許文献２）が液晶テレビのバックライト部材として用いられてきた。一方、今後普及が進むと考えられている有機ＥＬを用いた照明における光取出し効率の向上（特許文献３）のため、パターンが付与された光学パターンシートの使用が検討されている。

これら光学パターンシートを製造する方法としては、紫外線成形法、および押出成形法の２法が提案されている。

紫外線成形法は紫外線硬化性樹脂をポリエチレンテレフタレートなどからなる基材に均一に塗布し、任意のパターンが与えられたパターンロールに抱かせながら紫外線を照射することでパターンロールのパターンを転写することができる。現在、プリズム、およびマイクロレンズ形状を有する光学パターンシートは主としてこの紫外線成形法で製造されている。

この紫外線成形法で製造した場合、パターンロールのパターンを高い精度で転写することが可能だが（その転写率は９９％〜１００％）、その製造コストが高くなり、年率数１０％で低下している液晶テレビのコストトレンドに追従することができない。紫外線成形法のコスト高になる理由としては、高価な紫外線硬化性樹脂を使用すること、ポリエチレンテレフタレートなどからなる基材を押出成形する工程、紫外線硬化性樹脂を塗布・硬化させパターンを転写する工程と、工程数が多くなることなどが挙げられる。

一方、押出成形法はペレット状の樹脂を押出機で混練、Ｔダイから吐出、そして互いに平行に配置された押さえロールとパターンロール間に供給し、その狭圧力でパターンロールのパターンを転写させる方法である。押出成形法で製造した場合、押出成形されたシートは光学パターンシートとなっているため、紫外線成形法のように高価な材料の使用を避けることができ、また、工程数も押出成形の１工程であるため製造コストを低減することが可能となる。

しかし、この押出成形法は低コストで製造することができるが、パターンロールからのパターンの転写に難があり（良くても９０％程度）、プリズムに代表される鋭利な形状を高い精度で転写することは、難しいのが実情である。そのため、光学パターンシートを必要とする液晶テレビのバックライト部材、有機ＥＬ照明の光取出しシート部材へ参入を検討しているメーカーは、押出成形法において高い転写率が得られる方法を開発している。

この押出成形法で高い転写率が得られない理由としては、押出シートの流動性が原因している。Ｔダイから高温で吐出された押出シートが、押さえロールとプリズムなどの形状を有するパターンロールとで狭圧されパターン形状が転写される過程で、押出シートの熱はパターンロールに瞬時に吸収され、その流動性が急激に低下する。そのため、高い狭圧力でパターンの転写を試みても、その低い流動性のため高い転写率は得られない。

よって、高い転写率を得るために押出シートの流動性を保持することが考えられ、その方法としてパターンロールの表面、あるいは内部に断熱材（低い熱伝導率の材料）を使用することが検討されている。この断熱材を使用することで押出シートからパターンロールへの熱の移動を遅延し、高い転写率を得るのである。

特許文献４では、以下の３方法により熱移動の遅延を試みている。

方法１としてはポリイミド、およびエポキシなどでロール表面を覆い、それにパターンを付与しパターンロールとしている。その結果、パターンロールの表面が金属のものに比べ、高い転写率が得られたと報告している。

方法２としてはパターンロールの内部の一部をポリイミド、およびエポキシなどで満たしてパターンロールとしている。その結果、パターンロールの表面が金属であっても、内部が金属のみのものに比べ、高い転写率が得られたと報告している。

方法３としてはパターンを付与したポリイミドからなるシートを、ロールに貼り付けることでパターンロールとしている。その結果、パターンロールの表面が金属のものに比べ、高い転写率が得られたと報告している。

特開平９−８０２０９号公報 特開２００６−３０１５８２号公報 特開２００８−２３０１１４号公報 特開平９−１４１７５７号公報

熱伝導率の低い材料をパターンロールに用いることはパターン転写に有利であるが、特許文献４では以下の欠点がある。

方法１で提案されたロール表面を低い熱伝導率のポリイミド、およびエポキシで覆った場合、パターンの付与に問題がある。光学部材等に使用されるシートのパターン形状には高い精度が求められるので、一般に銅などからなるロール表面をダイヤモンドバイトを使用し切削することで得る。しかし、ポリイミド、およびエポキシ等は柔らかくダイヤモンドバイトを使用して切削することができない。よって、特許文献４ではサンドブラストを使用しパターンを付与しているが、この方法では光学部材で求められる精度を得ることができない。

方法２で提案されるロール内部の一部を低い熱伝導率のポリイミド、およびエポキシで満たした場合、目的とする熱移動の遅延に問題がある。押出シートの熱はパターンロール表面を構成する材質に接触すると瞬時に移動してしまうので、内部にあると大きな効果は得られない。

方法３で提案されるシートを貼り付ける場合、シートの繋ぎ目が問題となる。光学部材として必要とされるシートの大きさはそれが使用される製品に依存する。そのため周期的に繋ぎ目の不具合がある貼り付け方法では、歩留まりが低い。また、繋ぎ目を有するためロール直径より大きなシートを製造することができない。さらに、方法１と同様に切削、あるいはサンドブラストでポリイミド、およびエポキシシートに高精度なパターンを付与することができない。

本発明は、押出成形法において高い精度でパターンロールのパターンを転写させることのできる光学パターンシートの製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決するための手段としての第１の発明は、押出成形機のＴダイでシートを吐出する工程と、前記Ｔダイから吐出されたシートを、押さえロールとパターンロールとで狭圧することにより、前記パターンロールのパターンを転写し、光学パターンシートに成形するパターンシート成形工程と、前記成形されたパターンシートを搬送し巻取る工程とを有する光学パターンシートの製造方法であって、前記パターンシート成形工程において、高度なパターンを付与したチューブをロールに通すことで版としたパターンロールを用い、光学パターンシートを製造する、光学パターンシートの製造方法である。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記パターンチューブは、高度なパターンを有する金属製パターンロールの表面形状を転写することで得ることを特徴とする光学パターンシートの製造方法である。

また、第３の発明は、第１の発明において、前記パターンチューブは、低い熱伝導率の有機材料からなることを特徴とする光学パターンシートの製造方法である。

本発明によると、低い熱伝導率の材料からなるパターンチューブを用いることでパターンロールのパターンを高い転写率で転写させた光学パターンシートを製造することが可能となる。

本発明に係るパターンチューブからなるパターンロールを備え付けた押出成形機の概略図 パターン付き金属ロールからパターンチューブを剥離する概略図 パターンチューブを挿入したパターンロールの概略図

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施の形態に係る押出成形装置は、図１に示すように、原料ホッパー１１から供給された熱可塑性樹脂原料を加熱混練する押出機１２、シート状溶融樹脂を吐出するＴダイ１３、パターンを転写するためのパターンロール１４と押さえロール１５からなる成形機、成膜した光学パターンシートを搬送する複数のガイドロール１６、そして光学パターンシートを巻き取る巻取り機１７からなる。パターンロール１４は、図３に示すように、パターンを付与したチューブであるパターンチューブ２１を鏡面金属ロール２３に通して（すなわち覆着して）版としたパターンロールである。

本発明に用いられる熱可塑性樹脂は、光学シートの製造に適した樹脂が選ばれる。このためには、透明な樹脂であること、および、例えば組み込まれた液晶表示装置の使用時の信頼性を高めるために、耐熱性や耐湿性が実用的に差し支えない程度に備えていることが求められる。このような熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、メタクリルスチレン（ＭＳ）、アクリロニトリルスチレン（ＡＳ）、環状ポリオレフィンが好適である。

前記パターンチューブ２１を鏡面金属ロール２３に通しパターンロール１４とすることで、押出シートからパターンロール１４表面への熱移動が、押出シートから金属表面よりなるパターンロールへ熱移動が行われるとした場合の当該熱移動よりも遅延する。その結果、高い流動性を長時間保持でき、押出シート表面に完全にパターンロール１４のパターンが転写される。

熱移動の遅延の原因はパターンチューブ２１を構成する材料の熱伝導率が影響している。一般に金属の熱伝導率は１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）オーダー以上である。一方、本発明で使用するパターンチューブ２１は有機材料からなりその熱伝導率は０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）オーダー以下ときわめて低い。その結果、熱移動が遅延されるのである。

このパターンチューブ２１の製造方法は、図２に示すように、立体模様からなる高度なパターンが付いた金属ロールであるパターン付金属ロール２２の表面形状を転写することにより得ることができる。第１に、パターン付金属ロール２２の表面にパターンを転写させチューブとする材料を付着させる。この際、空気、異物が入らないように十分注意しながら行うことが重要である。

また、使用するパターン付金属ロール２２は既知の加工方法で得たものでよい。つまり、鋼材などの芯に銅をめっきし、その銅表面をダイヤモンドバイトで目的とする形状に切削したロールである。

さらに、パターンチューブ２１の剥離性を向上させる目的でパターン付金属ロール２２の表面を、メッキ（クロム、ニッケル、ニッケルリンなど）やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などで加工するとよい。

第２に、硬化した材料の表面を研磨する。本発明で得たパターンチューブ２１に以下の工程で鏡面金属ロール２３を挿入して使用するため、その巨視的な表面凹凸がパターンロール１４の表面に発生してしまう場合もあり得る。よって、通常のゴムロールと同程度の円筒度５０μｍ以下まで研磨することが好ましい。

第３に、パターンチューブ２１をパターン付金属ロール２２から剥離する。この時、パターンチューブ２１を切断するのではなく、パターンチューブ２１の表裏をひっくり返し剥離することが重要である。パターンチューブ２１を切断し鏡面金属ロール２３に粘着テープで貼り付けたとしても繋ぎ目ができ、得られる光学パターンシートの寸法が限定されてしまう。

パターンチューブ２１を構成する材料としては低い熱伝導率の有機物質であればよく、好ましくは成形性に優れた熱硬化性樹脂（例：シリコーンなど）や紫外線硬化性樹脂（例：アクリル系など）を使用することである。熱硬化性樹脂は表面粗さ、および硬度により選択できる。

表面粗さは熱硬化性樹脂に添加する充填材に起因するため、求める表面粗さ以上にならないように添加する必要がある。表面粗さはＲａ０．２μｍ未満であることが好ましい。表面粗さがＲａ０．２μｍ以上であると、表面凹凸のため光が散乱し、求める光学特性が得られない可能性がある。

硬度（ディロメーター タイプＡ）は２０以上〜９０以下であることが好ましい。２０未満の場合、押さえロール１５の狭圧によりパターンチューブ２１のパターン形状が変化する。一方、９０より大きい場合、鏡面金属ロール２３に通す際、パターンチューブ２１にシワや折れが発生する可能性がある。

パターンチューブ２１は成形性と作業性を高めるため、パターン付金属ロール２２に接する樹脂は上記表面粗さをＲａ０．２μｍ未満、硬度２０〜９０とするが、パターンの逆面はファイバー層などで多層化し、パターンチューブ２１の強度を増すことが好ましい。

パターンチューブ２１の厚みは１００μｍ以上〜１０００μｍ以下であることが好ましい。パターンチューブ２１を鏡面金属ロール２３に通す際に厚みが１００μｍ未満であるとシワ、折れが発生し好ましくない。また、押出シートからパターンロール１４への熱移動を遅らせる効果も低い。一方、１０００μｍより厚いとパターン付金属ロール２２からパターンチューブ２１を剥離した際、内径と外径の差が大きくなり端部が反り、好ましくない。

パターンチューブ２１の内径は挿入される鏡面金属ロール２３の外径に対し、０〜−０．５％の大きさにすることが好ましい。外径に対し若干大きいと押出成形中にパターンチューブ２１がずれるので、好ましくない。もし、鏡面金属ロール２３の外径に対し若干大きなパターンチューブ２１しか得られない場合は、パターンチューブ２１を２本のロールに通すスリーブ式で使用することが好ましい。

また、外径に対し小さいとパターンチューブ２１のパターンが伸ばされ、形状が変化する。しかし、±１％以下の変形は光学特性に大きく影響しないので、目的の光学特性を十分考慮しながら使用することが好ましい。

パターンチューブ２１の寸法は特に規定しないが、剥離と挿入を考慮し直径４００ｍｍ以下、長さ１５００ｍｍ以下が好ましい。あまり大きくなりすぎると剥離、あるいは挿入の際にチューブがたるみ、シワや折れの原因となる。

また本発明で製造した光学パターンシートの立体模様シート、およびフィルムは、液晶テレビ、照明等の光学部材として用いられることを特徴とする。

[実施例１]
耐熱透明性高機能樹脂のポリカーボネート樹脂（帝人化成（株）、型番「Ｌ−１２５０Ｚ」）を１４０℃、２５０Ｔｏｒｒで２４時間除湿乾燥した後、単軸押出機（口径３２、Ｌ／Ｄ＝２４）にＴダイ（有効幅３３０ｍｍ）を取付け、シート状に吐出した。Ｔダイよりシート厚２５０μｍになるように吐出した。本発明に係るパターンロールは直径３００ｍｍ、幅４００ｍｍの鏡面金属ロールに、パターンチューブを通したものである。そのパターンチューブはシリコーンからなり、厚み５００μｍ、パターン形状は横断面形状が頂角９０°、ピッチ５０μｍ、高さ２５μｍの二等辺三角形とした。溶融樹脂をパターンロール（温度８０〜１２０℃）と押さえロール（温度６０〜１２０℃）とにより線圧２０ｋｇ／ｃｍで狭圧し、光学パターンシートを成形した。押出成形装置を、運転ラインの速度が１．５ｍ／分となるように運転した。

[比較例１]
パターンロールのパターン材質が銅以外は実施例１と同様の条件で光学パターンシートを成形した。

実施例１及び比較例１の各光学パターンシートについて、パターン転写率の評価を行った。その結果を表１に示す。

上記評価においては、光学パターンシートの中央付近について、パターン深さを測定し、それをパターンロールのパターン深さで除した数値に１００を乗じたものの値をパターン転写率とした。

本実施形態によれば、低い熱伝導率の材料からなるパターンチューブを用いることで、パターンロールのパターンを高い転写率で転写させ、高度なパターンを有する光学パターンシートを製造することが可能となる。

液晶テレビや照明等に用いるシート、フィルム等に適用可能である。

１１ 原料ホッパー
１２ 押出機
１３ Ｔダイ
１４ パターンロール
１５ 押さえロール
１６ ガイドロール
１７ 巻取り機
２１ パターンチューブ
２２ パターン付き金属ロール
２３ 鏡面金属ロール

Claims (3)

1. 押出成形機のＴダイでシートを吐出する工程と、
   前記Ｔダイから吐出されたシートを、押さえロールとパターンロールとで狭圧することにより、前記パターンロールのパターンを転写し、光学パターンシートに成形するパターンシート成形工程と、
   前記成形されたパターンシートを搬送し巻取る工程とを有する光学パターンシートの製造方法であって、
   前記パターンシート成形工程において、高度なパターンを付与したチューブをロールに通すことで版としたパターンロールを用い、光学パターンシートを製造する、光学パターンシートの製造方法。
2. 前記パターンチューブは、高度なパターンを有する金属製パターンロールの表面形状を転写することで得ることを特徴とする請求項１記載の光学パターンシートの製造方法。
3. 前記パターンチューブは、低い熱伝導率の有機材料からなることを特徴とする請求項１記載の光学パターンシートの製造方法。