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JP6462941B1 - カバーフィルム - Google Patents

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JP6462941B1
JP6462941B1 JP2018123213A JP2018123213A JP6462941B1 JP 6462941 B1 JP6462941 B1 JP 6462941B1 JP 2018123213 A JP2018123213 A JP 2018123213A JP 2018123213 A JP2018123213 A JP 2018123213A JP 6462941 B1 JP6462941 B1 JP 6462941B1
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拓也 池田
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Abstract

【課題】耐屈曲性を向上することができる、屈曲ディスプレイ用のカバーフィルムを提供する。
【解決手段】本発明は、屈曲ディスプレイ用のカバーフィルムであって、透明の基材フィルムと、前記透明基材フィルムの少なくとも一方の面に形成されたハードコート層と、を備え、前記ハードコート層は、厚みが２３以下μｍであり、当該ハードコート層の端面の線粗さが、２．５μｍ以下である。
【選択図】なし

Description

本発明は、カバーフィルム及びその製造方法に関する。
近年、スマートフォンなどのディスプレイの表面を保護する種々のカバーフィルムが提案されている。例えば、特許文献１には、フィルム基材と、その表面に形成されたハードコート層とを有するカバーフィルムが提案されている。
特開２００３−２９２８２８号公報
ところで、近年は、ディスプレイの表面が屈曲（あるいは湾曲した）した屈曲ディスプレイが提案されている。このようなディスプレイでは、表面に配置されるカバーフィルムも屈曲するため、カバーフィルムには、耐屈曲性が要求される。すなわち、カバーフィルムが屈曲したとき、特に、ハードコート層にクラックが生じないことが必要である。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、耐屈曲性を向上することができる、屈曲ディスプレイ用のカバーフィルムを提供することを目的とする。
項１．屈曲ディスプレイ用のカバーフィルムであって、
透明の基材フィルムと、
前記透明基材フィルムの少なくとも一方の面に形成されたハードコート層と、
を備え、
前記ハードコート層は、
厚みが２３μｍ以下であり、
当該ハードコート層の端面の線粗さＲａが、２．５μｍ以下である、カバーフィルム。
項２．端面がレーザーにより切断されている、項１に記載のカバーフィルム。
項３．表面鉛筆硬度が、３Ｈ以上である、項１または２に記載のカバーフィルム。
項４．透明の基材フィルムに、２３μｍ以下の厚みのハードコート層を積層することで、カバーフィルムを形成するステップと、
前記ハードコート層上に保護フィルムを配置するステップと、
前記カバーフィルムをレーザーによって切断するステップと、
を備え、
当該ハードコート層の端面の線粗さＲａが、２．５μｍ以下である、カバーフィルムの製造方法。
項５．前記レーザーによる切断の速度が、５０〜６００ｍｍ／ｓｅｃである、項４に記載のカバーフィルムの製造方法。
本発明に係るカバーフィルムによれば、耐屈曲性を向上することができる。
屈曲方向と線粗さを説明する図である。 バリの測定を説明する図である。
以下、本発明に係るカバーフィルムの一実施形態について説明する。本発明に係るカバーフィルムは、透明の基材フィルムと、この基材フィルムの少なくとも一方の面に積層されるハードコート層と、を備えている。すなわち、ハードコート層は、基材フィルムの両面には積層されていてもよい。以下、各部材について、詳細に説明する。なお、明細書において、「〜」で結ばれた数値は、「〜」の前後の数値を下限値及び上限値として含む数値範囲を意味する。また、複数の下限値と複数の上限値が別個に記載されている場合、任意の下限値と上限値を選択し、「〜」で結ぶことができるものとする。
＜１．基材フィルム＞
本発明に係る基材フィルムは、透明の種々の材料で形成することができ、例えば、セルロースアシレート、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネート、アクリレート系ポリマー、ポリエステル、ポリイミドなどで形成することができる。特に、ポリイミドは、屈曲に対して強く、また、屈曲しても癖が付きにくいため、好ましい。また、この基材フィルムには、必要に応じて種々の添加剤を添加することができる。例えば、可塑剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤等の各種添加剤が添加されていてもよい。
基材フィルムの厚みは、例えば、２５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、７５μｍ以上２５０μｍ以下であることがさらに好ましい。厚さが２５μｍ未満であると、ハードコート層の表面において十分な耐擦傷性が得られず、３００μｍより大きいと十分な屈曲耐久性を得ることが困難となるからである。
基材フィルムは、マルテンス硬さ試験で、２００〜６００Ｎ／ｍｍ2の硬さを有するものであることが好ましく、２５０〜５００Ｎ／ｍｍ2の硬さであることがより好ましく、３００〜４５０Ｎ／ｍｍ2の硬さであることがより好ましい。これにより、耐擦傷性が向上する。
マルテンス硬さは、ダイナミック超微小硬度計ＤＵＨ−２１１（(株)島津製作所）にて測定することができる。圧子として、稜間角１１５度の三角すい圧子を用い、押し込み深さ０．２５μｍ、負荷速度０．１５ｍＮ／ｓｅｃの条件で測定することができる。そして、具体的なマルテンス硬さは、以下の式により算出される値である。
マルテンス硬さ［Ｎ／ｍｍ2］＝荷重［μＮ］／（２４．５×（深さ最大値ｈｍａｘ（μｍ）2）
＜２．ハードコート層＞
次に、ハードコート層について説明する。ハードコート層は、電離放射線硬化型樹脂、光重合開始剤などを含有するハードコート層形成用樹脂組成物を硬化させたものである。また、この組成物には、必要に応じて、後述する添加剤を配合することもできる。
＜２−１．電離放射線硬化型樹脂＞
電離放射線硬化型樹脂とは、電離放射線（紫外線または電子線）により高分子化または架橋反応するラジカル重合性を有する化合物を含み、例えば、構造単位中にエチレン性の不飽和結合を少なくとも１個以上含む化合物、またはこれらの混合物とすることができる。
不飽和結合を１個含む単官能の化合物としては、例えば、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレートなどを挙げることができる。
また、不飽和結合を２個含む二官能の化合物としては、例えば、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、エトキシ化ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、プロポキシ化ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、エトキシ化ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレートなどのジ（メタ）アクリレート等を挙げることができる。
また、不飽和結合を３個以上含む多官能化合物としては、例えば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリス２−ヒドロキシエチルイソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、グリセリントリ（メタ）アクリレート等のトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート等の３官能の（メタ）アクリレート化合物や、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンヘキサ（メタ）アクリレート等の３官能以上の多官能（メタ）アクリレート化合物や、これら（メタ）アクリレートの一部をアルキル基やε−カプロラクトンで置換した多官能（メタ）アクリレート化合物等の（メタ）アクリレート化合物を挙げることができる。
また、上記（メタ）アクリレート化合物には、ウレタン系樹脂を混合することができる。ウレタン系樹脂としては、例えば、ウレタン（メタ）アクリレート系樹脂を用いることができる。具体的には、例えば、ペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー、ペンタエリスリトールトリアクリレートトルエンジイソシアネートウレタンプレポリマー、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、トルエンジイソシアネートウレタンプレポリマー、ペンタエリスリトールトリアクリレートイソホロンジイソシアネートウレタンプレポリマー、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートイソホロンジイソシアネートウレタンプレポリマーなどを用いることができる。
ウレタン系樹脂の分子量は、１０００〜１００００が好ましく、２０００〜５０００がさらに好ましい。また、分子量の測定方法としては、ＧＰＣ法を用いることができる。
ここで、（メタ）アクリレート化合物とウレタン系樹脂とを含む混合物１００重量部に対し、ウレタン系樹脂は５〜２０重量部であることが好ましい。このうち、ウレタン系樹脂の分子量は、２０００〜５０００であることが好ましい。
＜２−２．光重合開始剤＞
重合開始剤としては、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン等のベンジルメチルケタール類、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン等のα−ヒドロキシケトン類、２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）ブタノン−１等のα−アミノケトン類、ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリメチルペンチルフォスフィンオキサイド等のビスアシルフォスフィンオキサイド類、２，２'−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，４'，５，５'−テトラフェニル−１，１'−ビイミダゾール、ビス（２，４，５−トリフェニル）イミダゾール等のビスイミダゾール類、Ｎ−フェニルグリシン等のＮ−アリールグリシン類、４，４'−ジアジドカルコン等の有機アジド類、３，３'，４，４'−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシカルボキシル）ベンゾフェノン等の有機過酸化物類をはじめ、Ｊ．Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，２，２８３（１９８７）．に記載される化合物を挙げることができる。
具体的には、鉄アレーン錯体、トリハロゲノメチル置換Ｓ−トリアジン、スルフォニウム塩、ジアゾニウム塩、フォスフォニウム塩、セレノニウム塩、アルソニウム塩、ヨードニウム塩等が挙げられる。また、ヨードニウム塩としては、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１０，１３０７（１９７７）．に記載の化合物、例えば、ジフェニルヨードニウム、ジトリルヨードニウム、フェニル（ｐ−アニシル）ヨードニウム、ビス（ｍ−ニトロフェニル）ヨードニウム、ビス（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウム、ビス（p −クロロフェニル）ヨードニウムなどのヨードニウムのクロリド、ブロミド、あるいはホウフッ化塩、ヘキサフルオロフォスフェート塩、ヘキサフルオロアルセネート塩、芳香族スルホン酸塩等や、ジフェニルフェナシルスルホニウム（ｎ−ブチル）トリフェニルボレート等のスルホニウム有機ホウ素錯体類を挙げることができる。
＜２−３．添加剤＞
ハードコート層形成用樹脂組成物には、必要に応じて添加剤を配合することができる。例えば、レベリング、表面スリップ性、低水接触角性等を付与するシリコーン系、フッ素系の添加剤（例えば、レベリング剤）を挙げることができる。このような添加剤を配合することにより、ハードコート層の表面の耐擦傷性を向上することができる。また、光重合の際に、紫外線を利用する場合は、上述した添加剤の空気界面へのブリードによって、酸素による樹脂の硬化阻害を低下させることができる。したがって、低照射強度条件下においても有効な硬化度合を得ることができる。これらの添加剤の配合量は、ハードコート層形成用樹脂組成物１００重量部に対し、０．０１〜０．５重量部とすることができる。
＜３．ハードコート層の物性＞
ハードコート層の厚みは、０．２５μｍ以上２３μｍ以下であり、鉛筆硬度が求められる場合のハードコート層の厚みの下限値は６μｍ以上が好ましく、８μｍ以上がさらに好ましい。また、上限値は２０μｍ以下が好ましく、１４μｍ以下であることがさらに好ましい。また、特に屈曲性が求められる場合のハードコート層の厚みの下限値は０．５μｍ以上が好ましく、０．７５μｍ以上がさらに好ましい。また、上限値は１．５μｍ以下が好ましく、１．２５μｍ以下がさらに好ましい。これは、０．２５μｍ未満であると、十分な耐殺擦性能が得られず、また、２３μｍを超えると屈曲性の点で好ましくないからである。
ハードコート層は、マルテンス硬さ試験で、４８０〜８５０Ｎ／ｍｍ2の硬さを有するものであることが好ましく、５００〜８００Ｎ／ｍｍ2以上の硬さであることがさらに好ましい。これは、４８０Ｎ／ｍｍ2より小さいと次に説明する鉛筆硬度が低下し、８５０Ｎ／ｍｍ2より大きいと屈曲性が低下するからである。マルテンス硬さは、上述した方法で測定することができる。
ハードコート層の膜厚が薄い場合でも高い表面硬度を発現するためには、ハードコート層は、基材フィルムのマルテンス硬さと同等である必要がある。この観点から、マルテンス硬さの比（ハードコートのマルテンス硬さ／基材フィルムのマルテンス硬さ）は、０．８〜３．８であることが好ましく、０．９〜３．０であることがより好ましく、１．０〜２．５であることがさらに好ましい。
また、ハードコート層は、ＪＩＳ５６００−５−４（１９９９）で規定する表面鉛筆硬度試験で、３Ｈ以上であることが好ましい。
また、上記のようなフィルム基材及びハードコート層によって形成されたカバーフィルムは、円筒形マンドレル法（ＪＩＳＫ５６００−５−１）に基づき屈曲させた後、直径が１２ｍｍ以上の円筒でハードコート層にクラックが生じないことが好ましい。
＜４．カバーフィルムの製造方法＞
本発明に係るカバーフィルムの製造方法は、特には限定されないが、例えば、上記基材フィルムに、ハードコート層形成用樹脂組成物を塗布し、これを乾燥させた後、光重合により硬化させることで、カバーフィルムを得ることができる。
ハードコート層形成用樹脂組成物の基材フィルムへの塗布方法としては、例えば、ロールコーター、リバースロールコーター、グラビアコーター、ナイフコーター、バーコーター等の公知の方法を採用することができる。
塗布されたハードコート層形成用樹脂組成物を乾燥させる方法は特に限定されない。例えば、ハードコート層形成用樹脂組成物が塗布された基材フィルムを乾燥器内を通過させる方法が挙げられる。このときの乾燥温度は、例えば、４０〜１００℃であることが好ましい。
また、この塗膜の硬化には、電離放射線源として紫外線を使用することが好ましく、高圧水銀灯、低圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、カーボンアーク、キセノンアーク等の光源を利用することができる。
＜５．カバーフィルムの切断（トリミング）＞
上記のように製造されたカバーフィルムは、所望の大きさに切り出された後、使用される。カバーフィルムの切断は、レーザー、あるいは裁断機によって行うことができるが、本発明者は、切断によって生じたハードコート層の端面の線粗さが、大きいと、上述した屈曲性能（耐屈曲性）に影響を与えることを見いだした。
この観点から、上記のように切断されたハードコート層の端面の線粗さにおける算術平均粗さＲａが、２．５μｍ以下であることが好ましく、２．０μｍ以下であることがさらに好ましく、１．５μｍ以下であることが特に好ましい。
また、端面の線粗さＲａとは、図１に示すように、少なくとも、カバーフィルムの屈曲方向に沿う端面の線粗さをいう。なお、屈曲方向は、通常はカバーフィルムの長辺方向になる場合が多いが、短辺方向になる場合もある。長辺方向にも短辺方向にも屈曲する場合には、屈曲の大きい方向を屈曲方向とする。この観点から、屈曲方向と直交する方向の端面の線粗さＲａも上記のようになっていれば、より好ましい。線粗さＲａの測定は、例えば、次のように行うことができる。
すなわち、レーザー顕微鏡において対物レンズの倍率を１５０倍とし、切断されたハードコート層の端面（屈曲方向に平行な端面）を観察する。このとき、異なる５点（概ね等間隔の５点）の線粗さＲａを測定長さが７０μｍ以上の条件で測定し、その平均を算出した。なお、線粗さＲａは、５点の平均を算出することが好ましいが、例えば、測定が困難である場合には、それ以下の数の平均、または測定点を１点とすることもできる。
なお、ハードコート層の端面の線粗さＲａを低くするには、レーザーで切断を行うことが好ましい。また、線粗さＲａが低いと、カバーフィルムの端部に生じるバリを小さくすることができる。なお、レーザーによる切断速度は、特には限定されないが、例えば、５０〜６００ｍｍ／ｓｅｃとすることができる。
また、レーザーで切断を行う場合には、切断時に生じる煙からハードコート層を保護するため、保護シートをハードコート層に貼り付けた上で、切断を行うことが好ましい。保護シートは、例えば、ＰＥＴなどの樹脂材料で形成された基材に粘着層を塗布したものを用いることができる。そして、粘着層をハードコート層に貼り付けて、レーザーによる切断を行う。
＜６．特徴＞
本実施形態に係るカバーフィルムによれば、ハードコート層の端面の線粗さＲａを２．５μｍ以下とすることで、屈曲性能を向上することができる。したがって、屈曲ディスプレイ用のカバーフィルムとして好適に用いることができる。
次に、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されない。
＜１．実施例及び比較例の作製＞
以下では、実施例１〜６及び比較例１〜６に係るカバーフィルムの作製について説明する。
まず、基材フィルムとして、１００μｍ厚のＰＥＴフィルム（東レ株式会社製Ｕ４８）を準備した。次に、（メタ）アクリレート化合物を含有するハードコート塗料（荒川化学株式会社製ビームセット９０７）を、ハードコート層形成用樹脂組成物として準備した。そして、このハードコート層形成用樹脂組成物を、基材フィルムの一方面に、ワイヤーバーコータを用いて塗工した。その後、ハードコート層形成用樹脂組成物を、８０℃で２〜５分間の熱処理で希釈溶媒を乾燥させた後、ＵＶ照射装置（ヘレウス株式会社製）を用いて２００ｍＪ／ｃｍ2の積算光量で硬化させ、ハードコート層を形成した。ハードコート層の厚みは、１２μｍであった。
＜２．耐屈曲性評価試験＞
上記のように作製した実施例及び比較例から、速度等の条件を変えながらレーザーカット装置（ＧＣＣ社製ＳｐｉｒｉｔＧＸ ３０Ｗ）を用いて２．５×１０ｃｍ、及び５×１０ｃｍのサンプル片を切り出した。このとき、ハードコート層の表面には、保護シートを貼り付け、その上でレーザーで切り出しを行った。保護シートは、厚みが５μｍの粘着層が積層された、厚みが１００μｍのＰＥＴフィルムであり、粘着層をハードコート層に貼り付けた。
また、レーザーの出力は３０Ｗであるが、これを５０％にして切り出しを行った。また、レーザーカットの速度は、１００％を２ｍ／ｓｅｃとし、これを５〜１５％に調整して、切り出しを行った。
さらに、比較例として、裁断機で切り出しを行ったサンプル片も準備した。
そして、切り出したサンプル片の長辺に沿う端面のハードコート層の線粗さＲａを測定した。測定方法は、上記実施形態で示したとおりである。また、サンプル片の長辺に沿う端面のバリの長さを測定した。バリは、図２に示す長さである。なお、バリの測定においては、サンプルの長辺の端部の長辺方向の中心の厚みと、サンプルの中央の厚みを測定し、その差をバリの長さとした。なお、一対の長辺の両方を測定したが、測定値としては、長い方を採用した。
続いて、上記のように準備した各サンプル片に対し、円筒形マンドレル法（ＪＩＳＫ５６００−５−１）に基づき、長辺に沿って屈曲させた後、ハードコート層にクラックが生じているか否かを目視で観察した。用いた円筒の径は、１２ｍｍ〜２２ｍｍであり、２ｍｍごとに試験を行った。このとき、円筒は、基材フィルムにおいて、ハードコート層が形成されていない面に沿わせて測定を行った。そして、クラックが生じなかった円筒の最大径を試験結果とした。結果は、以下の表１の通りである。
＜３．マルテンス硬さ及び鉛筆硬度評価試験＞
上記実施例１〜６及び比較例１〜６のハードコート層に対し、ＪＩＳ−Ｋ５６００−５−４に準拠する表面鉛筆硬度試験を行った。すなわち、ハードコート層の表面に７５０ｇの荷重をかけた硬度２Ｈから５Ｈの鉛筆（三菱ＵＮＩ）を順に用い、試験を行った。そして、ハードコート層の表面のキズによる外観の変化を目視で評価した。結果は、いずれも４Ｈであった。
また、実施例１〜６及び比較例１〜６に係るハードコート層のマルテンス硬さは、いずれも７７０Ｎ／ｍ2であった。このマルテンス硬さは、ガラス板上に、ハードコート層形成用樹脂組成物を塗布して上述したようにハードコート層を形成した上で測定した。
＜４．考察＞
上記のように、耐屈曲性評価試験では、端面の線粗さが２．５μｍより大きい比較例１〜６は、クラックが生じない円筒の最大径が、いずれも実施例１〜６よりも大きくなった。したがって、サンプル片の端面の線粗さが大きいと、屈曲性能が悪化することが分かった。この傾向は、サンプル片のサイズが変わっても同じであり、端面の線粗さが２．５μｍより大きくなると、屈曲性能が悪化している。但し、サンプル片のサイズが大きくなると、実施例及び比較例ともに屈曲性能はやや低くなることが分かった。また、端面の線粗さが小さいと、端部に発生するバリも小さくなることが分かった。以上より、実施例に係るカバーフィルムは、曲率半径の小さい曲面を有する屈曲ディスプレイにおいても好適に用いることができることが分かった。

Claims (5)

  1. 屈曲ディスプレイ用のカバーフィルムであって、
    透明の基材フィルムと、
    前記透明基材フィルムの少なくとも一方の面に形成されたハードコート層と、
    を備え、
    前記ハードコート層は、
    厚みが２３μｍ以下であり、
    当該ハードコート層の端面の線粗さＲａが、２．５μｍ以下である、カバーフィルム。
  2. 端面がレーザーにより切断されている、請求項１に記載のカバーフィルム。
  3. 表面鉛筆硬度が、３Ｈ以上である、請求項１または２に記載のカバーフィルム。
  4. 透明の基材フィルムに、２３μｍ以下の厚みのハードコート層を積層することで、カバーフィルムを形成するステップと、
    前記ハードコート層上に保護フィルムを配置するステップと、
    前記カバーフィルムをレーザーによって切断するステップと、
    を備え、
    当該ハードコート層の端面の線粗さＲａが、２．５μｍ以下である、
    カバーフィルムの製造方法。
  5. 前記レーザーによる切断の速度が、５０〜６００ｍｍ／ｓｅｃである、請求項４に記載のカバーフィルムの製造方法。
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