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JP5691865B2 - 光学フィルム、及び光学フィルムの製造方法 - Google Patents

光学フィルム、及び光学フィルムの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、光学フィルム、及び該光学フィルムの製造方法に関する。
液晶表示装置は、液晶テレビやパソコンの液晶ディスプレイ等の用途で、需要が拡大している。通常、液晶表示装置は、透明電極、液晶層、カラーフィルター等をガラス板で挟み込んだ液晶セルと、その両側に設けられた2枚の偏光板で構成されており、それぞれの偏光板は、偏光子(偏光膜、偏光フィルムともいう)を2枚の光学フィルム(偏光板保護フィルム)で挟まれた構成となっている。この偏光板保護フィルムとしては、通常、セルローストリアセテートフィルムが用いられている。
一方、近年の技術の進歩により、液晶表示装置の大型化が加速するとともに、液晶表示装置の用途が多様化している。例えば、街頭や店頭に設置される大型ディスプレイとしての利用や、デジタルサイネージと呼ばれる表示機器を用いた公共の場における広告用ディスプレイへの利用等が挙げられる。
このような用途においては、屋外での利用が想定されるため、偏光フィルムの吸湿による劣化が問題になり、偏光板保護フィルムにはより高い耐湿性が求められている。しかしながら、従来用いられているセルローストリアセテートフィルム等のセルロースエステルフィルムでは十分な耐湿性を得ることは困難であり、耐湿性を得る為に厚膜化すると光学的な影響が大きくなるという問題があった。更には、近年は装置の薄型化も求められているため、偏光板自体が厚くなることも問題となった。
一方、低吸湿性の光学フィルム材料として、アクリル樹脂の代表であるポリメチルメタクリレート(以下、PMMAと略す)は、低吸湿性に加え、優れた透明性や寸法安定性を示すことから、光学フィルムに好適に用いられていた。
しかしながら、上述のように液晶表示装置が大型化し、フィルム原反の幅は広く、巻長は長くすることが要望されているため、フィルム原反を幅広とすると、脆性の改善が不十分なため加工性が悪く、大型の液晶表示装置に用いられる光学フィルムを製造するためには取扱い性が十分ではなかった。
耐湿性や加工性を改善するための技術として、アクリル樹脂に耐衝撃性アクリルゴム−メチルメタクリレート共重合体やブチル変性アセチルセルロースを組み合わせた樹脂が提案されている(特許文献1参照。)。
しかしながら、この方法でも脆性の改善が不十分なため加工性に課題があり、大型の液晶表示装置に用いられる光学フィルムを製造するためには取扱い性が十分ではなかった。
また、セルロース誘導体と負の固有複屈折を有する高分子の混合組成物を押出成型法により製造する技術も提案されている(特許文献2参照。)。
しかしながら、この方法において提案されている押出成型法で種々の二つの樹脂を混ぜて溶融製膜してみたところ、混合された樹脂成分によっては相溶性が十分ではないと推定されるケースが発生し、ヘーズが高く、透明性が不十分となり、光学フィルムとして使用した場合は、画像のコントラストが低下する問題があった。
ヘーズが低く、製造中に破断故障が発生しない光学フィルム、光学フィルムの製造方法、それを用いた偏光板、および当該偏光板を用いた液晶表示装置を提供することを目的として、アクリル樹脂とセルロースエステル樹脂、及び特定の酸化防止剤等の組み合わせを提案するものもある(特許文献3参照。)。
これらの方法で種々課題を解決する一方、新たな課題が発生している。
本発明者の検討によれば、アクリル樹脂主体のフィルムがロール状に巻き取られる際、特に低湿度下ではセルロースエステルに起因するゲル状異物が突起となり、アクリル樹脂の非帯電特性と相まって、フィルムに点状の貼り付き故障を誘発する。また、該非耐電特性のために巻き取りの際に斜め筋が発生することがある。
これら課題を解決するためフィルムに積極的な加湿をすることも有効であるが、既存の押出工程に加湿工程を設置するのは容易ではない。また、溶融前の乾燥工程において、乾燥水分量を若干高めに保つことも考えられるが、連続して乾燥度合いを一定に保つことは容易ではない。
特開平5−119217号公報 特開2008−88417号公報 特開2010−112987号公報
従って本発明の目的は、低湿度下でロール状に巻き取っても点状貼り付き故障や斜め筋故障のないアクリル樹脂及びセルロースエステル樹脂からなる光学フィルム、及び該光学フィルムの製造方法を提供することにある。
本発明の上記目的は以下の構成により達成される。
1.アクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)を95:5〜50:50の質量比で含有する光学フィルムであって、前記アクリル樹脂(A)が下記条件を満たす少なくともA1、A2とを含有し、かつ、下記一般式(1)で表される構造を有するアクリル樹脂であり、
前記光学フィルムを90℃かつ露点−50℃の循環空気で10時間乾燥させた後の水分量が200〜500ppmの範囲にあることを特徴とする光学フィルム。
(1)A1、A2ともにアミド基を有する構成単位を含む変性アクリル樹脂である
(2)A1、A2ともに重量平均分子量60000以上
(3)含有量はA1の方がA2より多い
(4)A1のアミド基を有する構成単位が質量比で5%以上30%未満である
(5)A2のアミド基を有する構成単位が質量比で30%以上80%未満である
一般式(1):−(MMA)p−(X)q−(Y)r−
[一般式(1)中、MMAはメチルメタクリレートを表す。Xはアミド基を少なくとも一種有するMMAと共重合可能なモノマー単位を表す。YはMMA、Xと共重合可能なモノマー単位を表す。p、q、及びrは質量%であり、上記A1及びA2の変性量によって変化し、p+q+r=100である。]
.前記セルロースエステル樹脂(B)の重量平均分子量が10万以下であることを特徴とする前記1に記載の光学フィルム。
.前記1又は2に記載の光学フィルムの製造方法であって、該光学フィルムが溶融流延法によって製造されることを特徴とする光学フィルムの製造方法。
本発明によれば、低湿度下でロール状に巻き取っても点状貼り付き故障や斜め筋故障のないアクリル樹脂及びセルロースエステルからなる光学フィルム、及び該光学フィルムの製造方法を提供することができる。
本発明に好ましい溶融流延製膜方法の工程を模式的に示した図である。
以下本発明を実施するための形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<本発明の光学フィルム>
本発明の光学フィルムは、アクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)を95:5〜50:50の質量比で含有する光学フィルムであって、前記アクリル樹脂(A)が下記条件を満たす少なくともA1、A2とを含有することによって、低湿度下でロール状に巻き取っても点状貼り付き故障や斜め筋故障のないアクリル樹脂及びセルロースエステルからなる光学フィルムを提供するものである。
(1)A1、A2ともにアミド基を有する構成単位を含む変性アクリル樹脂である
(2)A1、A2ともに重量平均分子量60000以上
(3)含有量はA1の方がA2より多い
(4)A1のアミド基を有する構成単位が質量比で5%以上30%未満である
(5)A2のアミド基を有する構成単位が質量比で30%以上80%未満である
また、前記光学フィルムを90℃かつ露点−50℃の循環空気で10時間乾燥させた後の水分量が200〜500ppmの範囲にあると、低湿度下でロール状に巻き取っても点状貼り付き故障や斜め筋故障のないアクリル樹脂及びセルロースエステルからなる光学フィルムを提供することができ好ましい。
即ち、本発明は特定の変性アクリル樹脂を2種以上使用し、乾燥終点での水分量を高く維持することによって、前記点状貼り付き故障や斜め筋故障を解決することができた。
<乾燥終点における含水量>
本発明の光学フィルムは、90℃かつ露点−50℃の循環空気で10時間乾燥させた後の水分量が200〜500ppmの範囲にあることが好ましい。この範囲にあることで流延後のフィルム含水率を所望の水準に保つことができ、低湿度下における巻き取り時の点状貼り付き故障や斜め筋故障を低減することができる。200ppm未満ではこの効果を得られ難く、特に500ppmを超える場合は「斜め筋故障」と呼ぶMD方向(流延方向または長手方向)からやや斜めに向いた断続的な筋故障を誘発する。
乾燥後の水分量は、光学フィルムを適当な大きさに切り取り、例えばカールフィッシャー水分量測定装置(ダイアインスツルメンツ社製:CA−06、VA−06)を用い電量滴定法にて測定することができる。
<アクリル樹脂(A)>
本発明に用いられるアクリル樹脂には、メタクリル樹脂も含まれる。
本発明に係るアクリル樹脂(A)は、下記条件を満たす少なくともA1、A2とを含有する変性アクリル樹脂からなり、かかる特定のアクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)を混合させることで前記課題を解決することができたものである。
(1)A1、A2ともにアミド基を有する構成単位を含む変性アクリル樹脂である
(2)A1、A2ともに重量平均分子量60000以上
(3)含有量はA1の方がA2より多い
(4)A1のアミド基を有する構成単位が質量比で5%以上30%未満である
(5)A2のアミド基を有する構成単位が質量比で30%以上80%未満である
本発明に係るアミド基を含有するアクリル樹脂(A)は、下記一般式(1)で表される。
一般式(1)
−(MMA)p−(X)q−(Y)r−
MMAはメチルメタクリレートを、Xはアミド基を少なくとも一種有するMMAと共重合可能なモノマー単位を、YはMMA、Xと共重合可能なモノマー単位を表す。p、q、rは質量%であり、下記A1、A2の変性量によって変化し、p+q+r=100である。
Xは、MMAと共重合可能なアミド基を少なくとも一種有するビニルモノマーであり、Xは一種でも2種以上でもよく、1モノマー単位中に複数の官能基を有していてもよい。
Xの具体的なモノマーとしては、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−ブチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、N−ヒドロキシエチルアクリルアミド、アクリロイルピロリジン、アクリロイルピペリジン、メタクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−ブチルメタクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、N,N−ジエチルメタクリルアミド、メタクリロイルモルホリン、N−ヒドロキシエチルメタクリルアミド、メタクリロイルピロリジン、メタクリロイルピペリジン、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルピロリドン等が挙げられる。
好ましくは、アクリロイルモルホリン、N−ビニルピロリドン、が挙げられる。
これらのモノマーは市販のものをそのまま使用することができる。
qは、アクリル樹脂(A)を構成する変性アクリル樹脂A1の場合は、5≦q<30(質量%)であり、アクリル樹脂(A)を構成する変性アクリル樹脂A2の場合は30≦q<80(質量%)である。また、Xは複数のモノマーであってもよい。
モノマーXが乾燥終点での水分保持性の改善に寄与するのは、その官能基に酸素原子や窒素原子が構造に含まれ分極していることから、フィルムを構成する材料同士の相互作用と絡み合いが増加することが寄与していると推測している。
また官能基が非解離性であることから、経時での分解による酸発生もなく、物理的にも安定しているものと考えている。
従って、変性アクリル樹脂A2が上記q値を満足していても、併用する変性アクリル樹脂A1のアミド基を有する構成単位が5%未満では含水量制御の効果が得られず、30%を超えると耐水性が不足し、湿熱下での耐久性に劣る。
また、変性アクリル樹脂A1が上記q値を満足していても、併用する変性アクリル樹脂A2のアミド基を有する構成単位が30%未満では含水量制御の効果が得られず、80%を超えると耐水性が不足し、湿熱下での耐久性に劣る。
本発明に係るアクリル樹脂(A)におけるYはMMA、Xと共重合可能なモノマー単位を表す。
Yとしては、MMA以外のアクリルモノマー、メタクリルモノマー、オレフィン、アクリロニトリル、スチレン、酢酸ビニル等、国際公開第2009/047924号パンフレット、特開2009−1744号公報、特開2009−179731号公報等に記載のモノマーが挙げられる。Yは2種以上であってもよい。
Yは必要に応じて使用できるものであり、使用しないことが最も好ましい。
本発明に係るアクリル樹脂(A)は、特にセルロースエステル樹脂(B)と相溶した際の透明性の改善の観点で、重量平均分子量(Mw)が60000以上であることが好ましい。
アクリル樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)は、上記A1、A2とも重量平均分子量は60000〜200000が好ましく、より好ましくは70000〜150000、さらには80000〜100000が好ましい。60000未満では耐水性が不足し、湿熱下での耐久性に劣る。
本発明に係るアクリル樹脂(A)の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定することができる。測定条件は以下の通りである。
溶媒: メチレンクロライド
カラム: Shodex K806、K805、K803G(昭和電工(株)製を3本接続して使用した)
カラム温度:25℃
試料濃度: 0.1質量%
検出器: RI Model 504(GLサイエンス社製)
ポンプ: L6000(日立製作所(株)製)
流量: 1.0ml/min
校正曲線: 標準ポリスチレンSTK standard ポリスチレン(東ソー(株)製)Mw=2,800,000〜500迄の13サンプルによる校正曲線を使用した。13サンプルは、ほぼ等間隔に用いることが好ましい。
本発明におけるアクリル樹脂(A)の製造方法としては、懸濁重合、乳化重合、塊状重合、あるいは溶液重合等の公知の方法のいずれを用いても良い。ここで、重合開始剤としては、通常のパーオキサイド系およびアゾ系のものを用いることができ、また、レドックス系とすることもできる。
重合温度については、懸濁または乳化重合では30〜100℃、塊状または溶液重合では80〜160℃で実施しうる。得られた共重合体の還元粘度を制御するために、アルキルメルカプタン等を連鎖移動剤として用いて重合を実施することもできる。
本発明の光学フィルムは、アクリル樹脂(A)を構成する前記A1とA2の含有比はA1>A2であることが乾燥終点での水分保持性の改善の為好ましい。
本発明の光学フィルムを構成するアクリル樹脂(A)に含有されるA1、A2の質量比A1:A2は、55:45〜90:10であることが好ましく、より好ましくは70:30〜90:10である。A1とA2とを含有する樹脂は、別個の樹脂同士を混合して得てもよいし、A1とA2とを同一の反応容器の中で合成して得ても良い。
本発明に係るアクリル樹脂(A)は、上記A1、A2以外のアクリル樹脂を含有してもよいが、アクリル樹脂(A)を構成するA1+A2の比率は、アクリル樹脂(A)の50質量%以上であることが好ましく、85質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましく、100質量%であることが特に好ましい。
<セルロースエステル樹脂(B)>
本発明に係るセルロースエステル樹脂(B)は、特に脆性の改善やアクリル樹脂(A)と相溶させたときに透明性の観点から、アシル基の総置換度(T)が2.0〜3.0、炭素数が3〜7のアシル基の置換度が1.2〜3.0であり、炭素数3〜7のアシル基の置換度は、2.0〜3.0であることが好ましい。
即ち、本発明に係るセルロースエステル樹脂(B)は炭素数が3〜7のアシル基により置換されたセルロースエステル樹脂であり、具体的には、プロピオニル、ブチリル等が好ましく用いられるが、特にプロピオニル基が好ましく用いられる。
セルロースエステル樹脂(B)の、アシル基の総置換度が2.0を下回る場合、即ち、セルロースエステル分子の2,3,6位の水酸基の残度が1.0を上回る場合には、アクリル樹脂(A)と十分に相溶せず光学フィルムとして用いる場合にヘーズが問題となる。
また、アシル基の総置換度が2.0以上であっても、炭素数が3〜7のアシル基の置換度が1.2を下回る場合は、やはり十分な相溶性が得られない。
例えば、アシル基の総置換度が2.0以上の場合であっても、炭素数2のアシル基、即ちアセチル基の置換度が高く、炭素数3〜7のアシル基の置換度が1.2を下回る場合は、相溶性が低下しヘーズが上昇する。
また、アシル基の総置換度が2.0以上の場合であっても、炭素数8以上のアシル基の置換度が高く、炭素数3〜7のアシル基の置換度が1.2を下回る場合は、脆性が劣化し、所望の特性が得られない。
本発明に係るセルロースエステル樹脂(B)のアシル置換度は、総置換度(T)が2.0〜3.0であり、炭素数が3〜7のアシル基の置換度が1.2〜3.0であれば問題ないが、炭素数が3〜7以外のアシル基、即ち、アセチル基や炭素数が8以上のアシル基の置換度の総計が1.3以下とされることが好ましい。
また、セルロースエステル樹脂(B)のアシル基の総置換度(T)は、2.5〜3.0の範囲であることが更に好ましい。
本発明に係るセルロースエステル樹脂(B)としては、特にセルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートベンゾエート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレートから選ばれる少なくとも一種であることが好ましく、即ち、炭素原子数3または4のアシル基を置換基として有するものが好ましい。
これらの中で特に好ましいセルロースエステル樹脂は、セルロースアセテートプロピオネートやセルロースプロピオネートである。
アシル基で置換されていない部分は通常水酸基として存在しているものである。これらは公知の方法で合成することができる。
なお、アセチル基の置換度や他のアシル基の置換度は、ASTM−D817−96に規定の方法により求めたものである。
本発明に係るセルロースエステル樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)は、特にアクリル樹脂(A)との相溶性、脆性の改善の観点から75000以上であり、75000〜300000の範囲であることが好ましいが、ロール状に巻いた時の巻きゆるみを改善する観点からは100000以下であることが好ましい。
本発明の効果により光学フィルム表面の貼り付きが抑制され滑りやすい傾向にある。セルロースエステルを100000以下の低分子量に抑えることで、光学フィルム表面の滑り性を適度に抑える効果が期待でき、巻き取り時の巻きゆるみ発生を抑制することができる。
セルロースエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)が75000を下回る場合は、耐熱性や脆性の改善効果が落ちてくる。また、300000を超える場合は、粘度が高くなり製膜が難しくなる。
本発明では2種以上のセルロースエステル樹脂を混合して用いることもできる。
本発明に係るセルロースエステル樹脂(B)の重量平均分子量は、上記GPCによって測定することができる。
<アクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)>
本発明の光学フィルムにおいて、アクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)は、95:5〜50:50の質量比で相溶状態で含有されるが、より好ましくは90:10〜50:50であり、特に好ましくは80:20〜60:40の質量比である。
アクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)の質量比が、95:5よりもアクリル樹脂(A)が多くなると、セルロースエステル樹脂(B)による効果が十分に得られず、同質量比が50:50よりもアクリル樹脂が少なくなると、光弾性係数が大きくなってしまう。
本発明の光学フィルムにおいては、アクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)が相溶状態で含有されることが好ましい。光学フィルムとして必要とされる物性や品質を、異なる樹脂を相溶させることで相互に補うことにより達成している。
アクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)が相溶状態となっているかどうかは、例えばガラス転移温度Tgにより判断することが可能である。
例えば、両者の樹脂のガラス転移温度が異なる場合、両者の樹脂を混合したときは、各々の樹脂のガラス転移温度が存在するため混合物のガラス転移温度は2つ以上存在するが、両者の樹脂が相溶したときは、各々の樹脂固有のガラス転移温度が消失し、1つのガラス転移温度となって相溶した樹脂のガラス転移温度となる。
なお、ここでいうガラス転移温度とは、示差走査熱量測定器(Perkin Elmer社製DSC−7型)を用いて、昇温速度20℃/分で測定し、JIS K7121(1987)に従い求めた中間点ガラス転移温度(Tmg)とする。
本発明の光学フィルムにおけるアクリル樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)やセルロースエステル樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)や置換度は、両者の樹脂の溶媒に対して溶解性の差を用いて、分別した後に、それぞれ測定することにより得られる。
樹脂を分別する際には、いずれか一方にのみ溶解する溶媒中に相溶された樹脂を添加することで、溶解する樹脂を抽出して分別することができ、このとき加熱操作や環流を行ってもよい。
これらの溶媒の組み合わせを2工程以上組み合わせて、樹脂を分別してもよい。溶解した樹脂と、不溶物として残った樹脂を濾別し、抽出物を含む溶液については、溶媒を蒸発させて乾燥させる操作によって樹脂を分別することができる。
これらの分別した樹脂は、高分子の一般の構造解析によって特定することができる。本発明の光学フィルムが、アクリル樹脂(A)やセルロースエステル樹脂(B)以外の樹脂を含有する場合も同様の方法で分別することができる。
また、相溶された樹脂の重量平均分子量(Mw)がそれぞれ異なる場合は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって、高分子量物は早期に溶離され、低分子量物であるほど長い時間を経て溶離されるために、容易に分別可能であるとともに分子量を測定することも可能である。
また、相溶した樹脂をGPCによって分子量測定を行うと同時に、時間毎に溶離された樹脂溶液を分取して溶媒を留去し乾燥した樹脂を、構造解析を定量的に行うことで、異なる分子量の分画毎の樹脂組成を検出することで、相溶されている樹脂をそれぞれ特定することができる。
事前に溶媒への溶解性の差で分取した樹脂を、各々GPCによって分子量分布を測定することで、相溶されていた樹脂をそれぞれ検出することもできる。
本発明の光学フィルムにおけるアクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)の総質量は、光学フィルムの55質量%以上であることが好ましく、さらに好ましくは60質量%以上であり、特に好ましくは、70質量%以上である。
<その他の添加樹脂>
本発明の光学フィルムには、アクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)以外の樹脂を用いる際には、本発明の光学フィルムの機能を損なわない範囲で添加量を調整することが好ましい。
好ましい樹脂としては、特開2010−32655号明細書段落(0072)〜(0123)に記載のエチレン性不飽和モノマーを重合して得られた低分子アクリル樹脂(重量平均分子量Mwが500以上30000以下である重合体)を挙げることができる。
特に好ましくは、Mwが2000〜30000である。1000以下ではブリードアウトに問題が生じ、30000を超えると透明性が悪くなる。
また、特許第4138954号公報記載のアミド結合を有するビニルポリマーも使用することができる。
上記低分子アクリル樹脂、アミド結合を有するビニルポリマーは、光学フィルムの全質量に対して0〜15質量%であり、0〜10質量%であることが好ましい。
<アクリル粒子(C)>
本発明の光学フィルムは、多層構造アクリル系粒状複合体であるアクリル粒子(C)を含有してもよい。
このような多層構造アクリル系粒状複合体の市販品の例としては、例えば、三菱レイヨン社製“メタブレンW−341”、鐘淵化学工業社製“カネエース”、呉羽化学工業社製“パラロイド”、ロームアンドハース社製“アクリロイド”、ガンツ化成工業社製“スタフィロイド”、ケミスノーMR−2G、MS−300X(綜研化学(株)製)およびクラレ社製“パラペットSA”などが挙げられ、これらは、単独ないし2種以上を用いることができる。
本発明の光学フィルムにおいて、該フィルムを構成する樹脂の総質量に対して、0〜30質量%のアクリル粒子(C)を含有することが好ましく、1.0〜15質量%の範囲で含有することがさらに好ましい。
<その他の添加剤>
本発明の光学フィルムには、リターデーションを制御することを目的とした位相差制御剤、フィルムの湿度に対する劣化を防止する加水分解防止剤、フィルムに加工性を付与する可塑剤、フィルムの劣化を防止する酸化防止剤、紫外線吸収機能を付与する紫外線吸収剤、フィルムに滑り性を付与する微粒子(マット剤)等の添加剤を含有させることが好ましい。
〈位相差制御剤〉
本発明に用いられる位相差制御剤として、下記一般式(I)で表される芳香族末端ポリエステルを用いることができる。
一般式(I) B−(G−A)n−G−B
(式中、Bはベンゼンモノカルボン酸残基、Gは炭素数2〜12のアルキレングリコール残基または炭素数6〜12のアリールグリコール残基または炭素数が4〜12のオキシアルキレングリコール残基、Aは炭素数4〜12のアルキレンジカルボン酸残基または炭素数6〜12のアリールジカルボン酸残基を表し、またnは1以上の整数を表す。)
一般式(I)中、Bで示されるベンゼンモノカルボン酸残基とGで示されるアルキレングリコール残基またはオキシアルキレングリコール残基またはアリールグリコール残基、Aで示されるアルキレンジカルボン酸残基またはアリールジカルボン酸残基とから構成されるものであり、通常のポリエステルと同様の反応により得られる。
本発明に用いられる芳香族末端ポリエステルの具体的な化合物としては、特開2010−32655号明細書段落(0183)〜(0186)を挙げることができる。
本発明に用いられる芳香族末端ポリエステルの含有量は、光学フィルム中に0〜20質量%含有することが好ましく、特に1〜11質量%含有することが好ましい。
〈加水分解防止剤〉
本発明の光学フィルムは加水分解防止剤として糖エステル化合物を用いることもでき、用いられる糖エステル化合物しては、ピラノース構造またはフラノース構造の少なくとも1種を1個以上12個以下有しその構造のOH基のすべてもしくは一部をエステル化した糖エステル化合物を使用することが好ましい。
本発明に用いられる糖エステル化合物としては、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、キシロース、アラビノース、ラクトース、スクロース、セロビオース、セロトリオース、マルトトリオース、ラフィノースなどが挙げられるが、特にフラノース構造とピラノース構造を両方有するものが好ましい。例としてはスクロースが挙げられる。
本発明に用いられる糖エステル化合物は、糖化合物の有する水酸基の一部または全部がエステル化されているものまたはその混合物である。
糖エステル化合物の具体的化合物としては、特開2010−32655号明細書段落(0060)〜(0070)を挙げることができる。
〈その他の添加剤〉
本発明の光学フィルムは、さらに可塑剤、位相差制御剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、マット粒子等を併用することも可能である。
可塑剤としては、多価アルコールエステル系、フタル酸エステル系、脂肪酸エステル系、トリメリット酸エステル系、リン酸エステル系、ポリエステル系、あるいはエポキシ系等が挙げられる。
本発明の光学フィルムに含有される可塑剤として多価アルコールエステル系化合物が好ましい。多価アルコールエステル系化合物としては、特開2010−32655号明細書段落(0218)〜(0170)を挙げることができる。
同様にポリエステル系とフタル酸エステル系の可塑剤が好ましく用いられる。ポリエステル系可塑剤は、フタル酸ジオクチルなどのフタル酸エステル系の可塑剤に比べて非移行性や耐抽出性に優れるが、可塑化効果や相溶性にはやや劣る。
従って、用途に応じてこれらの可塑剤を選択、あるいは併用することによって、広範囲の用途に適用できる。
ポリエステル系可塑剤は、一価ないし四価のカルボン酸と一価ないし六価のアルコールとの反応物であるが、主に二価カルボン酸とグリコールとを反応させて得られたものが用いられる。代表的な二価カルボン酸としては、グルタル酸、イタコン酸、アジピン酸、フタル酸、アゼライン酸、セバシン酸などが挙げられる。
特に、アジピン酸、フタル酸などを用いると可塑化特性に優れたものが得られる。グリコールとしてはエチレン、プロピレン、1,3−ブチレン、1,4−ブチレン、1,6−ヘキサメチレン、ネオペンチレン、ジエチレン、トリエチレン、ジプロピレンなどのグリコールが挙げられる。これらの二価カルボン酸およびグリコールはそれぞれ単独で、あるいは混合して使用してもよい。
このエステル系の可塑剤はエステル、オリゴエステル、ポリエステルの型のいずれでもよく、分子量は100〜10000の範囲が良いが、好ましくは600〜3000の範囲が可塑化効果が大きい。
また、可塑剤の粘度は分子構造や分子量と相関があるが、アジピン酸系可塑剤の場合相溶性、可塑化効率の関係から200〜5000mPa・s(25℃)の範囲が良い。さらに、いくつかのポリエステル系可塑剤を併用してもかまわない。
リン酸エステル系可塑剤では、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、オクチルジフェニルホスフェート、ジフェニルビフェニルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリブチルホスフェート等、フタル酸エステル系可塑剤では、ジエチルフタレート、ジメトキシエチルフタレート、ジメチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジ−2−エチルヘキシルフタレート等を用いることができる。
可塑剤はアクリル樹脂を含有する組成物100質量部に対して、0.5〜30質量部を添加するのが好ましい。可塑剤の添加量が30質量部を越えると、表面がべとつくので、実用上好ましくない。またこれらの可塑剤は単独或いは2種以上混合して用いることもできる。
〈その他の位相差制御剤〉
上記位相差制御剤以外としては、分子内にビスフェノールAを含有しているものが好ましい。ビスフェノールAの両端にエチレンオキサイド、プロピレンオキサイドを付加した化合物などを用いることができる。
例えばニューポールBP−2P、BP−3P、BP−23P、BP−5PなどのBPシリーズ、BPE−20(F)、BPE−20NK、BPE−20T、BPE−40、BPE−60、BPE−100、BPE−180などのBPEシリーズ(三洋化成(株)製)などやアデカポリエーテルBPX−11、BPX−33、BPX−55などのBPXシリーズ((株)アデカ製)がある。
ジアリルビスフェノールA、ジメタリルビスフェノールAや、ビスフェノールAを臭素などで置換したテトラブロモビスフェーノールAやこれを重合したオリゴマーやポリマー、ジフェニルフォスフェイトなどで置換したビスフェノールAビス(ジフェニルフォスフェイト)なども用いることができる。
ビスフェノールAを重合したポリカーボネートやビスフェノールAをテレフタル酸などの二塩基酸と重合したポリアリレート、エポキシを含有するモノマーと重合したエポキシオリゴマーやポリマーなども用いることができる。
ビスフェノールAとスチレンやスチレンアクリルなどをグラフト重合させたモディパーCL130DやL440−Gなども用いることができる。
またトリアジン構造をもつものも好ましい。特開2001−166144号公報等に記載の化合物を使用することができる。
〈酸化防止剤〉
本発明では、酸化防止剤としては、通常知られているものを使用することができる。特に、ラクトン系、イオウ系、フェノール系、二重結合系、ヒンダードアミン系、リン系化合物のものを好ましく用いることができる。
例えば、BASFジャパン株式会社から、“IrgafosXP40”、“IrgafosXP60”という商品名で市販されているものを含むものが好ましい。
上記フェノール系化合物としては、2,6−ジアルキルフェノールの構造を有するものが好ましく、例えば、BASFジャパン株式会社、“Irganox1076”、“Irganox1010”、(株)ADEKA“アデカスタブAO−50”という商品名で市販されているものが好ましい。
上記リン系化合物は、例えば、住友化学株式会社から、“SumilizerGP”、株式会社ADEKAから“ADK STAB PEP−24G”、“ADK STAB PEP−36”および“ADK STAB 3010”、BASFジャパン株式会社から“IRGAFOS P−EPQ”、堺化学工業株式会社から“GSY−P101”という商品名で市販されているものが好ましい。
上記ヒンダードアミン系化合物は、例えば、BASFジャパン株式会社から、“Tinuvin144”および“Tinuvin770”、株式会社ADEKAから“ADK STAB LA−52”という商品名で市販されているものが好ましい。
上記イオウ系化合物は、例えば、住友化学株式会社から、“Sumilizer TPL−R”および“Sumilizer TP−D”という商品名で市販されているものが好ましい。
上記二重結合系化合物は、住友化学株式会社から、“Sumilizer GM”および“Sumilizer GS”という商品名で市販されているものが好ましい。
さらに、酸捕捉剤として米国特許第4,137,201号明細書に記載されているような、エポキシ基を有する化合物を含有させることも可能である。
これらの酸化防止剤等は、再生使用される際の工程に合わせて適宜添加する量が決められるが、一般には、フィルムの主原料である樹脂に対して、0.05〜20質量%、好ましくは0.1〜1質量%の範囲で添加される。
これらの酸化防止剤は、一種のみを用いるよりも数種の異なった系の化合物を併用することで相乗効果を得ることができる。例えば、ラクトン系、リン系、フェノール系および二重結合系化合物の併用は好ましい。
〈着色剤〉
本発明においては、着色剤を使用することが好ましい。着色剤と言うのは染料や顔料を意味するが、本発明では、液晶画面の色調を青色調にする効果またはイエローインデックスの調整、ヘーズの低減を有するものを指す。
着色剤としては各種の染料、顔料が使用可能だが、アントラキノン染料、アゾ染料、フタロシアニン顔料などが有効である。
〈紫外線吸収剤〉
本発明に用いられる紫外線吸収剤は特に限定されないが、例えばオキシベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、サリチル酸エステル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シアノアクリレート系化合物、トリアジン系化合物、ニッケル錯塩系化合物、無機粉体等が挙げられる。高分子型の紫外線吸収剤としてもよい。
〈マット剤〉
本発明では、フィルムの滑り性を付与するためにマット剤を添加することが好ましい。
本発明で用いられるマット剤としては、得られるフィルムの透明性を損なうことがなく、溶融時の耐熱性があれば無機化合物または有機化合物どちらでもよい。これらのマット剤は、単独でも二種以上併用しても使用できる。
粒径や形状(例えば針状と球状など)の異なる粒子を併用することで高度に透明性と滑り性を両立させることもできる。
これらの中でも、セルロースエステルと屈折率が近いので透明性(ヘーズ)に優れる二酸化珪素が特に好ましく用いられる。
二酸化珪素の具体例としては、アエロジル200V、アエロジルR972V、アエロジルR972、R974、R812、200、300、R202、OX50、TT600、NAX50(以上日本アエロジル(株)製)、シーホスターKEP−10、シーホスターKEP−30、シーホスターKEP−50(以上、株式会社日本触媒製)、サイロホービック100(富士シリシア製)、ニップシールE220A(日本シリカ工業製)、アドマファインSO(アドマテックス製)等の商品名を有する市販品などが好ましく使用できる。
粒子の形状としては、不定形、針状、扁平、球状等特に制限なく使用できるが、特に球状の粒子を用いると得られるフィルムの透明性が良好にできるので好ましい。
粒子の大きさは、可視光の波長に近いと光が散乱し、透明性が悪くなるので、可視光の波長より小さいことが好ましく、さらに可視光の波長の1/2以下であることが好ましい。粒子の大きさが小さすぎると滑り性が改善されない場合があるので、80nmから180nmの範囲であることが特に好ましい。
なお、粒子の大きさとは、粒子が1次粒子の凝集体の場合は凝集体の大きさを意味する。また、粒子が球状でない場合は、その投影面積に相当する円の直径を意味する。
〈粘度低下剤〉
本発明において、溶融粘度を低減する目的として、水素結合性溶媒を添加することができる。
水素結合性溶媒とは、J.N.イスラエルアチビリ著、「分子間力と表面力」(近藤保、大島広行訳、マグロウヒル出版、1991年)に記載されるように、電気的に陰性な原子(酸素、窒素、フッ素、塩素)と電気的に陰性な原子と共有結合した水素原子間に生ずる、水素原子媒介「結合」を生ずることができるような有機溶媒、すなわち、結合モーメントが大きく、かつ水素を含む結合、例えば、O−H(酸素水素結合)、N−H(窒素水素結合)、F−H(フッ素水素結合)を含むことで近接した分子同士が配列できるような有機溶媒をいう。
これらは、セルロースエステル樹脂の分子間水素結合の一部を、上述の水素結合性をもつ溶媒に置き換えることで、粘度を低減させることができる。
本発明で行う溶融流延法において用いる水素結合性溶媒は、溶融工程あるいはフィルムとして用いるときに揮発性が低い、あるいは不揮発性であることが望ましい。本発明で行う溶融流延法においては、用いるセルロースエステル樹脂単独のガラス転移温度よりも、水素結合性溶媒の添加によりセルロースエステル樹脂組成物の溶融温度を低下することができる、または同じ溶融温度においてセルロースエステル樹脂よりも水素結合性溶媒を含むセルロースエステル樹脂組成物の溶融粘度を低下することができる。
(光学フィルムの物性)
以下、本発明の光学フィルムの物性等についての特徴について説明する。
〈透明性〉
本発明における光学フィルムの透明性を判断する指標としては、ヘーズ値(濁度)を用いる。
特に屋外で用いられる液晶表示装置においては、明るい場所でも十分な輝度や高いコントラストが得られることが求められる為、ヘーズ値は1.0%以下であることが必要とされ、0.5%以下であることがさらに好ましい。
また、その全光線透過率が90%以上であることが好ましく、より好ましくは93%以上である。また、現実的な上限としては、99%程度である。
アクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)を含有する本発明の光学フィルムによれば、高い透明性を得ることができるが、別の物性を改善する目的でアクリル粒子を使用する場合は、樹脂(アクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B))とアクリル粒子(D)との屈折率差を小さくすることで、ヘーズ値の上昇を防ぐことができる。
また、本発明の光学フィルムは、フィルム面内の直径5μm以上の欠点が1個/10cm四方以下であることが好ましい。さらに好ましくは0.5個/10cm四方以下、一層好ましくは0.1個/10cm四方以下である。
ここで欠点の直径とは、欠点が円形の場合はその直径を示し、円形でない場合は欠点の範囲を下記方法により顕微鏡で観察して決定し、その最大径(外接円の直径)とする。
欠点の範囲は、欠点が気泡や異物の場合は、欠点を微分干渉顕微鏡の透過光で観察したときの影の大きさである。欠点が、ロール傷の転写や擦り傷など、表面形状の変化の場合は、欠点を微分干渉顕微鏡の反射光で観察して大きさを確認する。
なお、反射光で観察する場合に、欠点の大きさが不明瞭であれば、表面にアルミや白金を蒸着して観察する。
かかる欠点頻度にて表される品位に優れたフィルムを生産性よく得るには、ポリマー溶液を流延直前に高精度濾過することや、流延機周辺のクリーン度を高くすることが有効である。
欠点の個数が1個/10cm四方より多いと、例えば後工程での加工時などでフィルムに張力がかかると、欠点を基点としてフィルムが破断して生産性が低下する場合がある。また、欠点の直径が5μm以上になると、偏光板観察などにより目視で確認でき、光学部材として用いたとき輝点が生じる場合がある。
〈リターデーション〉
リターデーションは作製した光学フィルムから試料35mm×35mmを切り出し、25℃,55%RHで2時間調湿し、自動複屈折計(KOBRA WR、王子計測(株))で、590nmにおける垂直方向から測定した値とフィルム面を傾けながら同様に測定したリターデーション値の外挿値より各波長におけるRo、Rthを算出した。
本発明の光学フィルムは、下記式(I)により定義される面内リターデーション値Ro(590)が0〜100nmの範囲内であり、下記式(II)により定義にされる厚さ方向のリターデーション値Rth(590)が−100〜100nmの範囲内であるように調整することが好ましい。
式(I):Ro(590)=(nx−ny)×d(nm)
式(II):Rth(590)={(nx+ny)/2−nz}×d(nm)
〔上式中、Ro(590)は測定波長590nmにおけるフィルム内の面内リターデーション値を表し、Rth(590)は590nmにおける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590nmにおける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590nmにおける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590nmにおける厚み方向におけるフィルムの屈折率を表す。〕
面内リターデーション値Ro(590)は、より好ましくは0〜50nmの範囲内である。
一方、厚さ方向のリターデーション値Rth(590)については、より好ましくは、−50〜50nmの範囲内である。
所望のリターデーションは組成をアクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)を95:5〜50:50の質量比の範囲内でそれぞれの樹脂の比率を調整し、場合に応じて、位相差制御剤の組み合わせとその添加する量を調整することで行う。
さらに、このフィルムの組成に応じて、延伸の温度(それぞれの区画の温度の組み合わせ)、倍率、延伸する速度、延伸する順序、延伸する時のフィルムの残留溶媒量などを調整、制御することでリターデーション値を所望の値にすることができる。
リターデーションをこのような範囲に調整することにより本発明フィルムを使用した液晶表示装置の視野角を広げ、正面コントラストを改善することができる。
正面コントラスト=(表示装置の法線方向から測定した白表示の輝度)/(表示装置の法線方向から測定した黒表示の輝度)
視野角は液晶表示装置の観察方向を法線方向から傾けていった場合に一定レベルのコントラストを維持できる角度のことである。
遅相軸方向の均一性も重要であり、フィルム巾方向に対して、角度が−5〜+5°であることが好ましく、さらに−1〜+1°の範囲にあることが好ましく、特に−0.5〜+0.5°の範囲にあることが好ましく、特に−0.1〜+0.1°の範囲にあることが好ましい。これらのばらつきは延伸条件を最適化することで達成できる。
本発明の光学フィルムは、隣接する山の頂点から谷の底点までの高さが300nm以上であり、傾きが300nm/mm以上の長手方向に連続するスジがないことが好ましい。
スジの形状は、表面粗さ計を用いて測定したもので、具体的には、ミツトヨ製SV−3100S4を使用して、先端形状が円錐60°、先端曲率半径2μmの触針(ダイヤモンド針)に測定力0.75mNの加重をかけながら、測定速度1.0mm/secでフィルムの巾方向に走査し、Z軸(厚み方向)分解能0.001μmとして断面曲線を測定する。
この曲線から、スジの高さは、山の頂点から谷の底点までの垂直距離(H)を読み取る。スジの傾きは、山の頂点から谷の底点までの水平距離(L)を読み取り、垂直距離(H)を水平距離(L)で除して求める。
本発明の光学フィルムは、上記のような物性を満たしていれば、大型の液晶表示装置や屋外用途の液晶表示装置用の偏光板保護フィルムとして特に好ましく用いることができる。
<光学フィルムの製造方法>
本発明の光学フィルムは、溶液流延法、または溶融流延法で製造することができるが、流延前の乾燥工程が一般的で本発明で好ましく行われる含水量の制御が容易であり、効果的に点状貼り付き故障の発生を抑制するため、溶融流延押出製膜方法によって製造することが好ましい。
下記光学フィルムの製造方法は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
<溶融流延押出製膜方法による光学フィルムの製造方法>
本発明の光学フィルムの製造方法は、少なくとも、アクリル樹脂(A)、セルロースエステル樹脂(B)を溶融してダイから共押出しし冷却ロール上に流延する光学フィルムの製造方法である。
図1は、本発明に好ましい溶融流延製膜方法の工程を模式的に示した図である。
図1において、本発明による光学フィルムの製造方法は、アクリル樹脂(A)、セルロースエステル樹脂(B)等のフィルム材料を混合した後、押出し機1を用いて、流延ダイ4から第1冷却ロール5上に溶融押し出し、第1冷却ロール5に外接させるとともに、更に、第2冷却ロール7、第3冷却ロール8の合計3本の冷却ロールに順に外接させて、冷却固化してフィルム10とする。次いで、剥離ロール9によって剥離したフィルム10を、次いで延伸装置12によりフィルムの両端部を把持して幅方向に延伸した後、巻取り装置16により巻き取る。また、平面性を矯正するために溶融フィルムを第1冷却ロール5表面に挟圧するタッチロール6が設けられている。このタッチロール6は表面が弾性を有し、第1冷却ロール5との間でニップを形成している。
以下、製造方法の全体について述べる。
〈溶融ペレット製造工程〉
溶融押出に用いるアクリル樹脂(A)、セルロースエステル(B)、可塑剤およびその他の添加剤の混合物は、通常あらかじめ混錬してペレット化しておくことが好ましい。
ペレット化は、公知の方法でよく、例えば、乾燥アクリル樹脂(A)、乾燥セルロースエステル樹脂(B)、可塑剤、その他添加剤をフィーダーで押出機に供給し1軸や2軸の押出機を用いて混錬し、ダイからストランド状に押出し、水冷または空冷し、カッティングすることでできる。
原材料は、押出する前に乾燥しておくことが本発明の効果を得る上で重要である。特にセルロースエステルは吸湿しやすいので、除湿熱風乾燥機や真空乾燥機で70〜140℃で3時間以上乾燥し、水分率を200ppm以下、さらに100ppm以下にしておくことが好ましい。
添加剤は、押出機に供給押出機合しておいてもよいし、それぞれ個別のフィーダーで供給してもよい。酸化防止剤等少量の添加剤は、均一に混合するため、事前に混合しておくことが好ましい。
酸化防止剤の混合は、固体同士で混合してもよいし、必要により、酸化防止剤を溶剤に溶解しておき、アクリル樹脂(A)、セルロースエステル樹脂(Bに含浸させて混合してもよく、あるいは噴霧して混合してもよい。
真空ナウターミキサーなどが乾燥と混合を同時にできるので好ましい。また、フィーダー部やダイからの出口など空気と触れる場合は、除湿空気や除湿したNガスなどの雰囲気下にすることが好ましい。
押出機は、せん断力を抑え、樹脂が劣化(分子量低下、着色、ゲル生成等)しないようにペレット化可能でなるべく低温で加工することが好ましい。例えば、2軸押出機の場合、深溝タイプのスクリューを用いて、同方向に回転させることが好ましい。混錬の均一性から、噛み合いタイプが好ましい。
以上のようにして得られたペレットを用いてフィルム製膜を行う。ペレット化せず、原材料の粉末をそのままフィーダーで押出機に供給し、そのままフィルム製膜することも可能である。
〈溶融混合物をダイから冷却ロールへ押し出す工程〉
アクリル樹脂(A)、セルローステル樹脂(B)の溶融混合物を流延ダイまで導入するラインを設け、溶融混合物が流延ダイから押し出される。
まず、作製したペレットを1軸や2軸タイプの押出機を用いて、押し出す際の溶融温度Tmを200〜300℃程度とし、リーフディスクタイプのフィルターなどでろ過し異物を除去した後、Tダイからフィルム状に押出し、冷却ロール上で固化し、弾性タッチロールと押圧しながら流延する。
供給ホッパーから押出機へ導入する際は真空下または減圧下や不活性ガス雰囲気下にして酸化分解等を防止することが好ましい。なお、Tmは、押出機のダイ出口部分の温度である。
ダイに傷や可塑剤の凝結物等の異物が付着するとスジ状の欠陥が発生する場合がある。このような欠陥のことをダイラインとも呼ぶが、ダイライン等の表面の欠陥を小さくするためには、押出機からダイまでの配管には樹脂の滞留部が極力少なくなるような構造にすることが好ましい。ダイの内部やリップにキズ等が極力無いものを用いることが好ましい。
押出機やダイなどの溶融樹脂と接触する内面は、表面粗さを小さくしたり、表面エネルギーの低い材質を用いるなどして、溶融樹脂が付着し難い表面加工が施されていることが好ましい。具体的には、ハードクロムメッキやセラミック溶射したものを表面粗さ0.2S以下となるように研磨したものが挙げられる。
本発明に用いられる冷却ロールには特に制限はないが、高剛性の金属ロールで内部に温度制御可能な熱媒体または冷媒体が流れるような構造を備えるロールであり、大きさは限定されないが、溶融押し出されたフィルムを冷却するのに十分な大きさであればよく、通常冷却ロールの直径は100mmから1m程度である。
冷却ロールの表面材質は、炭素鋼、ステンレス、アルミニウム、チタンなどが挙げられる。さらに表面の硬度をあげたり、樹脂との剥離性を改良するため、ハードクロムメッキや、ニッケルメッキ、非晶質クロムメッキなどや、セラミック溶射等の表面処理を施すことが好ましい。
冷却ロール表面の表面粗さは、Raで0.1μm以下とすることが好ましく、さらに0.05μm以下とすることが好ましい。ロール表面が平滑であるほど、得られるフィルムの表面も平滑にできるのである。もちろん表面加工した表面はさらに研磨し上述した表面粗さとすることが好ましい。
本発明に用いられる弾性タッチロールとしては、特開平03−124425号、特開平08−224772号、特開平07−100960号、特開平10−272676号、WO97−028950、特開平11−235747号、特開2002−36332号、特開2005−172940号や特開2005−280217号に記載されているような表面が薄膜金属スリーブ被覆シリコンゴムロールを使用することができる。
冷却ロールからフィルムを剥離する際は、張力を制御してフィルムの変形を防止することが好ましい。
〈延伸工程〉
本発明では、上記のようにして得られたフィルムは冷却ロールに接する工程を通過後、さらに少なくとも1方向に1.01〜3.0倍延伸することが好ましい。延伸によりスジの鋭さが緩やかになり高度に矯正することができる。
好ましくは縦(フィルム搬送方向)、横(巾方向)両方向にそれぞれ1.1〜2.0倍延伸することが好ましい。
延伸する方法は、公知のロール延伸機やテンターなどを好ましく用いることができる。特に光学フィルムが、偏光板保護フィルムを兼ねる位相差フィルムの場合は、延伸方向を巾方向とすることで偏光フィルムとの積層がロール形態でできるので好ましい。
巾方向に延伸することで光学フィルムの遅相軸は巾方向になる。
通常、延伸倍率は1.1〜3.0倍、好ましくは1.2〜1.5倍であり、延伸温度は通常、フィルムを構成する樹脂のTg〜Tg+50℃、好ましくはTg〜Tg+40℃の温度範囲で行われる。
延伸は、幅手方向で制御された均一な温度分布下で行うことが好ましい。好ましくは±2℃以内、さらに好ましくは±1℃以内、特に好ましくは±0.5℃以内である。
上記の方法で作製した光学フィルムのリターデーション調整や寸法変化率を小さくする目的で、フィルムを長手方向や幅手方向に収縮させてもよい。
長手方向に収縮するには、例えば、巾延伸を一時クリップアウトさせて長手方向に弛緩させる、または横延伸機の隣り合うクリップの間隔を徐々に狭くすることによりフィルムを収縮させるという方法がある。
本発明の光学フィルムは、溶融流延共押出製膜方法によって作製することから、ロール状フィルムとして巻き取った時点で、含有している溶媒量が0.01質量%以下である。含有溶媒量は、下記の方法によって測定することができる。
〈含有溶媒量〉
各試料を20mlの密閉ガラス容器に入れ、下記ヘッドスペース加熱条件にて処理したあと、下記ガスクロマトグラフィーにて予め使用した溶媒について検量線を作成し測定を行った。含有溶媒量は、光学フィルムの全体の質量に対する質量部で表した。
機器:HP社 5890SERIES II
カラム:J&W社 DB−WAX(内径0.32mm、長さ30m)
検出:FID
GC昇温条件:40℃で5分間保持したあと、80℃/分で100℃まで昇温
ヘッドスペース加熱条件:120℃で20min
本発明の光学フィルムは返材を製造過程において用いることもできる。返材とは、光学フィルムを細かく粉砕した物で、光学フィルムを製膜するときに発生する、フィルムの両サイド部分を切り落とした物や、擦り傷などでスペックアウトした光学フィルム原反が使用される。
本発明の光学フィルムは、長尺フィルムであることが好ましく、具体的には、100m〜10000m程度のものを示し、通常、ロール状で提供される形態のものである。
また、光学フィルムの幅は1.3〜4mであることが好ましく、1.4〜3mであることがより好ましい。
本発明の光学フィルムの膜厚に特に制限はないが、後述する偏光板保護フィルムに使用する場合は10〜200μmであることが好ましく、15〜100μmであることがより好ましく、20〜80μmであることが特に好ましい。
<機能性層>
本発明の光学フィルムには、延伸の前または後でハードコート層、帯電防止層、バックコート層、易滑性層、接着層、バリアー層、防眩層、反射防止層、光学補償層等の機能性層を塗設してもよい。
<偏光板>
本発明の光学フィルムは、偏光板、それを用いた液晶表示装置に使用することができる。
偏光板は、前記本発明の光学フィルムを、偏光子の少なくとも一方の面に貼合した偏光板であることが特徴である。本発明の液晶表示装置は、少なくとも一方の液晶セル面に、上記偏光板が、粘着層を介して貼り合わされたものであることが特徴である。
偏光板は一般的な方法で作製することができる。本発明の光学フィルムの偏光子側をアルカリ鹸化処理し、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、完全鹸化型ポリビニルアルコール水溶液を用いて貼り合わせることが好ましい。
もう一方の面には本発明の光学フィルムを用いても、別の偏光板保護フィルムを用いてもよい。例えば、市販のセルロースエステルフィルム(例えば、コニカミノルタタック KC8UX、KC4UX、KC5UX、KC8UY、KC4UY、KC4UA、KC6UA、KC12UR、KC8UCR−3、KC8UCR−4、KC8UCR−5、KC8UE、KC4UE、KC4FR−3、KC4FR−4、KC4HR−1、KC8UY−HA、KC8UX−RHA、以上コニカミノルタオプト(株)製)等が好ましく用いられる。
本発明の好ましい態様としては、偏光子の一方の面に本発明の光学フィルムが貼合され、他方の面に厚さ20μm以上75μm以下のセルロースエステルフィルムが貼合されてなる偏光板である。
偏光板の主たる構成要素である偏光子とは、一定方向の偏波面の光だけを通す素子であり、現在知られている代表的な偏光子は、ポリビニルアルコール系偏光フィルムで、これはポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素を染色させたものと二色性染料を染色させたものがある。
偏光子は、ポリビニルアルコール水溶液を製膜し、これを一軸延伸させて染色するか、染色した後一軸延伸してから、好ましくはホウ素化合物で耐久性処理を行ったものが用いられている。
上記粘着層に用いられる粘着剤としては、粘着層の少なくとも一部分において25℃での貯蔵弾性率が1.0×10Pa〜1.0×10Paの範囲である粘着剤が用いられていることが好ましく、粘着剤を塗布し、貼り合わせた後に種々の化学反応により高分子量体または架橋構造を形成する硬化型粘着剤が好適に用いられる。
具体例としては、例えば、ウレタン系粘着剤、エポキシ系粘着剤、水性高分子−イソシアネート系粘着剤、熱硬化型アクリル粘着剤等の硬化型粘着剤、湿気硬化ウレタン粘着剤、ポリエーテルメタクリレート型、エステル系メタクリレート型、酸化型ポリエーテルメタクリレート等の嫌気性粘着剤、シアノアクリレート系の瞬間粘着剤、アクリレートとペルオキシド系の2液型瞬間粘着剤等が挙げられる。
上記粘着剤としては1液型であっても良いし、使用前に2液以上を混合して使用する型であっても良い。
また上記粘着剤は有機溶剤を媒体とする溶剤系であってもよいし、水を主成分とする媒体であるエマルジョン型、コロイド分散液型、水溶液型などの水系であってもよいし、無溶剤型であってもよい。上記粘着剤液の濃度は、粘着後の膜厚、塗布方法、塗布条件等により適宜決定されれば良く、通常は0.1〜50質量%である。
<液晶表示装置>
本発明の光学フィルムを貼合した偏光板を液晶表示装置に組み込むことによって、種々の視認性に優れた液晶表示装置を作製することができるが、特に大型の液晶表示装置やデジタルサイネージ等の屋外用途の液晶表示装置に好ましく用いられる。本発明の偏光板は、前記粘着層等を介して液晶セルに貼合する。
本発明の偏光板は反射型、透過型、半透過型LCDまたはTN型、STN型、OCB型、HAN型、VA型(PVA型、MVA型)、IPS型(FFS方式も含む)等の各種駆動方式のLCDで好ましく用いられる。特にVA型の画面が30型以上、特に30型〜54型の大画面の表示装置では、画面周辺部での白抜け等もなく、その効果が長期間維持される。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1
<一般式(1)で表されるアミド基を含有するアクリル樹脂(A)の合成>
表1のアクリル樹脂A1、A2を公知の方法によって作製した。表中ACMOは、アクリロイルモルホリン、VPはN−ビニルピロリドンである。
<光学フィルムの作製>
(光学フィルム1の作製)
下記素材を真空ナウターミキサーで80℃、1Torrで3時間混合しながら更に乾燥し、得られた混合物を、2軸式押し出し機を用いて235℃で溶融混合しペレット化した。
一般式(1)で表されるアクリル樹脂(A):
A1:変性基ACMO、変性量25質量%、重量平均分子量80000 40質量部
A2:変性基ACMO、変性量40質量%、重量平均分子量80000 15質量部
セルロースエステル樹脂(B):CE1(セルロースアセテートプロピオネート:アシル基総置換度2.75、アセチル基置換度0.19、プロピオニル基置換度2.56、Mw=220000) 45質量部
Tinuvin928(BASFジャパン(株)製) 1.1質量部
GSY−P101(堺化学工業(株)製) 0.25質量部
Irganox1010(BASFジャパン(株)製) 0.5質量部
SumilizerGS(住友化学(株)製) 0.24質量部
アエロジルR972V(日本アエロジル(株)製) 0.4質量部
メタブレンW341(三菱レイヨン(株)製) 1.0質量部
メタブレンP−530A(三菱レイヨン(株)製) 1.0質量部
得られたペレットを、90℃の除湿空気(露点−50℃)を10時間以上循環させて乾燥を行い、90℃の温度を保ったまま、次工程の1軸押出機に導入した。
フィルムの製膜は、図1に示す製造装置で行った。
上記ペレットを、1軸押出機を用いてTダイから表面温度が90℃の第1冷却ロール上に溶融温度240℃でフィルム状に溶融押し出し、100μmのキャストフィルムを得た。この際第1冷却ロール上でフィルムを2mm厚の金属表面を有する弾性タッチロールで押圧した。
得られたフィルムをまずロール周速差を利用した延伸機によって140℃で搬送方向に2.2倍延伸した。次に予熱ゾーン、延伸ゾーン、保持ゾーン、冷却ゾーン(各ゾーン間には各ゾーン間の断熱を確実にするためのニュートラルゾーンも有する)を有するテンターに導入し、幅手方向に145℃で2.2倍延伸した後、30℃まで冷却し、その後クリップから開放し、クリップ把持部を裁ち落として、膜厚20μm、フィルム幅2500mm、巻き長3000mのロール状光学フィルム試料1を得た。ロール状光学フィルムの巻き取りは、図1巻き取り装置16を25℃、20%RHに調湿した巻き取り室に設置して行った。
(光学フィルム2〜11の作製)
上記光学フィルム1の作製と同様にして、表1記載のようにアクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)の種類と量を変更し、混合して光学フィルム試料2〜11を作製した。
(光学フィルム12の作製)
上記光学フィルム4の作製において、加熱溶融物を調製、使用せずに、下記ドープ液に変更して溶液流延法にて光学フィルム12を作製した。
〈ドープ液1〉
一般式(1)で表されるアクリル樹脂(A):
A1:変性基ACMO、変性量15質量%、重量平均分子量80000 60質量部
A2:変性基ACMO、変性量40質量%、重量平均分子量80000 20質量部
セルロースエステル樹脂(B):CE2(セルロースアセテートプロピオネート:アシル基総置換度2.92、アセチル基置換度1.08、プロピオニル基置換度1.84、Mw=180000) 20質量部
Tinuvin928(BASFジャパン(株)製) 1.1質量部
アエロジルNAX50(日本アエロジル(株)製) 0.2質量部
メチレンクロライド 380質量部
エタノール 70質量部
以上の各材料を密閉容器に投入し、攪拌しながら溶解してドープ液を調製した。次いでドープの温度を35℃として、ステンレス製支持体上に流延した。
流延後、無端ベルト流延装置を用い、ドープ液を温度33℃、2000mm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30℃に制御した。
ステンレスベルト支持体上で、流延(キャスト)したフィルム中の残留溶媒量が75%になるまで溶媒を蒸発させ、次いで剥離張力150N/mで、ステンレスベルト支持体上から剥離した。
剥離したウェブを、160℃の熱をかけながらテンターを用いて幅方向に36%延伸した。延伸開始時の残留溶媒は10%であった。
次いで、乾燥ゾーンを多数のロールで搬送させながら乾燥を終了させた。乾燥温度は130℃で、搬送張力は100N/mとした。
クリップ把持部を裁ち落として、膜厚40μm、フィルム幅2500mm、巻き長3000mのロール状光学フィルム試料12を得た。
(光学フィルム13の作製)
光学フィルム12の作製において下記ドープ液に変更した以外は同様にして、溶液流延法にて光学フィルム13を作製した。
〈ドープ液2〉
一般式(1)で表されるアクリル樹脂(A):
A1:変性基ACMO、変性量30質量%、重量平均分子量80000 60質量部
セルロースエステル樹脂(B):CE2(セルロースアセテートプロピオネート:アシル基総置換度2.92、アセチル基置換度1.08、プロピオニル基置換度1.84、Mw=180000) 40質量部
Tinuvin928(BASFジャパン(株)製) 1.1質量部
アエロジルNAX50(日本アエロジル(株)製) 0.2質量部
メチレンクロライド 380質量部
《光学フィルムの評価》
<乾燥終点での含水量>
作製したロール状光学フィルム1〜11を巻き出し、任意の巻き長部より50cm四方のフィルムを5箇所切り出して、該フィルムを90℃かつ露点−50℃の循環空気で10時間乾燥させた後、水分量をカールフィッシャー水分量測定装置(ダイアインスツルメンツ社製:CA−06、VA−06)を用い電量滴定法にて測定し、平均値を求め、乾燥終点での含水量とした。
<点状貼り付き故障>
ロール状に巻き取った光学フィルムを繰り出し、巻芯部100m付近の10mを目視観察した。巻き径に対応した一対の点状故障を貼り付き故障とし、その頻度からランク評価した。
◎:0個
○:1〜3個
△:4〜15個
×:16〜30個
××:31個以上
<斜め筋故障>
光学フィルムをプロジェクタ光源でスクリーン上に投影し、MD方向の筋(若干斜め方向に傾いているのが特徴)の強度を官能評価した。
○:どの角度で観察しても筋故障は見られない
△:光学フィルムの向きによっては筋故障が発見できる
×:投影方向に鉛直にフィルムをかざして筋故障がわかる
結果を表1に示す。
Figure 0005691865
上表より、本発明に係る2種の変性アクリル樹脂A1、A2を含有量A1>A2で含有し、かつ乾燥終点での含水量が200〜500ppmの範囲である本発明の光学フィルムは、点状貼り付き故障、斜めスジ故障に優れることが分かる。
実施例2
光学フィルム試料4に用いたセルロースエステル樹脂を下記の重量平均分子量を変化させたセルロースエステル樹脂に変更した以外は同様にして、ロール状光学フィルム試料21〜23を作製し、実施例1の評価に加え、下記巻きゆるみの評価を行った。
<巻きゆるみ>
巻き取った光学フィルム試料のロール端部のズレ量を計測し以下の基準で評価した。実用上の許容範囲は△以上である。
○:3mm未満
△:3mm以上10mm未満
×:10mm以上
Figure 0005691865
上表から、セルロースエステル樹脂の重量平均分子量が7万〜10万である光学フィルム試料22〜23は点状貼り付き故障、斜め筋故障の改善に加え、巻きゆるみにも優れていることが分かる。
1 押出し機
2 フィルター
3 スタチックミキサー
4 流延ダイ
5 回転支持体(第1冷却ロール)
6 挟圧回転体(タッチロール)
7 回転支持体(第2冷却ロール)
8 回転支持体(第3冷却ロール)
9、11、13、14、15 搬送ロール
10 光学フィルム
12 延伸装置
16 巻取り装置

Claims (3)

  1. アクリル樹脂(A)とセルロースエステル樹脂(B)を95:5〜50:50の質量比で含有する光学フィルムであって、前記アクリル樹脂(A)が下記条件を満たす少なくともA1、A2とを含有し、かつ、下記一般式(1)で表される構造を有するアクリル樹脂であり、
    前記光学フィルムを90℃かつ露点−50℃の循環空気で10時間乾燥させた後の水分量が200〜500ppmの範囲にあることを特徴とする光学フィルム。
    (1)A1、A2ともにアミド基を有する構成単位を含む変性アクリル樹脂である
    (2)A1、A2ともに重量平均分子量60000以上
    (3)含有量はA1の方がA2より多い
    (4)A1のアミド基を有する構成単位が質量比で5%以上30%未満である
    (5)A2のアミド基を有する構成単位が質量比で30%以上80%未満である
    一般式(1):−(MMA)p−(X)q−(Y)r−
    [一般式(1)中、MMAはメチルメタクリレートを表す。Xはアミド基を少なくとも一種有するMMAと共重合可能なモノマー単位を表す。YはMMA、Xと共重合可能なモノマー単位を表す。p、q、及びrは質量%であり、上記A1及びA2の変性量によって変化し、p+q+r=100である。]
  2. 前記セルロースエステル樹脂(B)の重量平均分子量が10万以下であることを特徴とする請求項1に記載の光学フィルム。
  3. 請求項1又は2に記載の光学フィルムの製造方法であって、該光学フィルムが溶融流延法によって製造されることを特徴とする光学フィルムの製造方法。
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