JP2005280218A - 光学フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱可塑性樹脂の溶融押出により光学フィルムを製造する方法であって、
むらが少ない、光学フィルムを得ることを可能とする方法を提供する。
【解決手段】 ダイ１から熱可塑性樹脂をフィルム状に押出し、ダイ出口１ａから冷却ロール３との接点までの距離において、製品の有効幅以上の幅を有し、かつ長さがダイ出口１ａから冷却ロールとの接点までの１／２以上に渡る第１の保温板５を冷却ロール３に接触している側とは反対側のフィルム面に近接させて配置し、かつ上記接点以降の下流部分において、製品の有効幅以上の幅を有する、第２の保温板を近接させて配置し、フィルム２を保温しつつ冷却する光学フィルムの製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学用途やディスプレイなどに用いられる光学フィルムの製造方法に関し、より詳細には、熱可塑性樹脂の溶融押出法を用いた製造方法であって、厚み精度に優れた光学フィルムを得ることを可能とする製造方法に関する。

近年、液晶ディスプレイなどに用いられる位相差補償フィルムにおいては、位相差むらによるスジ状の色むらが品質を低下させるため問題となっている。位相差補償フィルムは、一般に、無延伸の原反樹脂フィルムを延伸し、歪みを持たせることにより製造される。しかしながら、原反樹脂フィルム段階で厚みむらが生じていると、延伸により得られた位相差補償フィルムにおいて上記厚みむらに起因する位相差むらが生じることとなる。

すなわち、位相差のばらつきを小さくするには、原反樹脂フィルムの厚みばらつきを小さくすることが必要であり、原反樹脂フィルムの製造工程において、厚み精度に優れた樹脂フィルムを成形することが重要となってきている。

上記のような観点から、従来、光学フィルム用の原反樹脂フィルムの製造に際しては、厚み精度を高めることができるため、溶液流延法による製法が多用されてきている。

しかしながら、溶液流延法による製膜では、生産性が十分でなく、かつ溶剤コストが高くつくという問題があった。そのため、溶融押出による製膜方法の採用が検討されている。

例えば、下記の特許文献１には、液晶表示装置の偏光板などに用いられるポリビニルアルコールフィルムの製造方法であって、溶融押出成形法を用いた製造方法が開示されている。ここでは、フレキシブルリップからなるダイを用い、該フレキシブルリップのリップエッジのＲを２００μｍ以下とすることにより、厚みばらつきの少ないポリビニルアルコールフィルムを押出成形により得ることができると記載されている。

他方、下記の特許文献２には、非晶性熱可塑性樹脂を溶融押出法により製膜するに際し、フィルム端部を静電ピニングにより固定することにより、厚みのばらつきを１０％以下とする方法が開示されている。
特開２００２−２８９４１号公報 特開２００３−２３２９２５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように、リップ間隔を調整し、かつリップエッジのＲを小さくしたとしても、光学フィルムに要求されるような高い厚み精度を有する樹脂フィルムを押出成形により得ることはやはり困難であった。

また、特許文献２に記載の製造方法では、フィルム端部を静電ピニングで固定することにより厚みのばらつきが１０％以下とされているが、光学フィルムではより一層の厚みばらつきの低減が求められている。

すなわち、厚み精度が十分でない場合には、長さむらが発生しやすくなり、巻回した場合に、外観が悪化しがちであった。また、偏光子を保護するための偏光子保護フィルムに
光学フィルムを用いた場合には、厚み精度が十分でない場合には、密着むらが生じることとなる。さらに、位相差板の原反フィルムとして用いた場合においても、光学フィルムの厚み精度が十分でない場合には、延伸により位相差むらが生じるという問題がある。従って、光学フィルムでは、厚み精度をより一層改善することが強く求められている。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、生産性に優れた溶融押出法を用いており、しかも厚み精度がより一層高められた光学フィルムを得ることを可能とする製造方法を提供することにある。

本発明は、熱可塑性樹脂を溶融押出により製膜する光学フィルムの製造方法において、ダイ出口から冷却ロールとの接点までの距離であるエアーギャップにおいて、冷却ロールに接触される側とは反対側のフィルム面に接近させて、幅が該フィルムの有効幅以上でありかつ長さがエアーギャップの少なくとも１／２以上の領域に第１の保温板を配置し、前記フィルムの冷却ロールとの接点以降の下流部分において、冷却ロールに接触される面とは反対面側のフィルム面に近接させてフィルムの有効幅以上の幅を有する第２の保温板を配置することを特徴とする。

好ましくは、上記第１，第２の保温板とフィルム面との距離が１ｍｍ以下となるように第１，第２の保温板がフィルムに近接される。

本発明に係る製造方法では、好ましくは、熱可塑性樹脂としてノルボルネン系樹脂が用いられる。

また、本発明に係る製造方法では、好ましくは、フィルムの幅方向端部が静電ピニングにより抑えられている。

以下、本発明の詳細を説明する。

本発明に係る光学フィルムの製造方法では、熱可塑性樹脂の溶融押出により、光学フィルムが得られる。この製造方法に用いられる装置の例を図１に概略構成図で示す。図１に示すように、ダイ１の出口１ａから熱可塑性樹脂をフィルム状に溶融押出する。フィルム２は、冷却ロール３に接触されて冷却される。冷却ロール３の下流には、第２の冷却ロール４が配置されている。

本発明の特徴は、上記フィルム２の冷却に際し、第１，第２の保温板５，６を用いて保温しつつ冷却が行われることにある。

第１の保温板５は、幅は、フィルム２の有効幅を有し、かつ長さは、エアーギャップＬの少なくとも１／２以上の領域に渡るように構成されている。エアーギャップＬとは、図１に示されているように、ダイ１の出口１ａから、フィルム２が冷却ロール３に接する接点までの距離をいうものとする。第１の保温板５は、フィルム２の冷却ロール３に接触される側とは反対側のフィルム面を上記幅及び長さの領域に渡り保温するように構成されている。

第１の保温板５によりフィルム２を保温することにより、外乱による影響を抑制することができ、溶融押出されたフィルム２における温度変化が均一化され得る。そのため、フィルム２の厚み精度を高めることができる。

上記の保温板５は、熱溶融押出直後における外乱を抑制するために設けられているもの
であり、言い換えれば、フィルム２がダイ出口１ａから押し出され、冷却ロール３に接触するまでの間の温度変化を均一にするために設けられているものである。従って、第１の保温板５は、フィルム２の冷却ロール３側とは反対側のフィルム面にできるだけ近接配置されていることが望ましく、保温板５とフィルム面との間の距離は１ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。１ｍｍより大きくなると、フィルムの温度が不均一となり、厚みむらが生じ易くなるおそれがある。

また、第１の保温板５の長さは、ダイ１の出口１ａから冷却ロール３とフィルム２との接点までの距離、すなわちエアーギャップＬにおいて、少なくとも１／２以上であることが必要であり、エアーギャップＬの８０％以上の長さに渡ることが好ましい。エアーギャップＬの１／２未満では、外乱の影響を受けやすくなり、フィルム２の厚みむらが生じやすくなるおそれがある。

第１の保温板５は、必ずしも必要ではないが、ヒータを有していることが望ましい。ヒータは、出口１ａから冷却ロール３とフィルム２との接点までにおいてフィルム２の温度が徐々に低下するように、言い換えれば冷却速度を均一かつ低くするように保温する機能を有する加熱手段により構成され得る。この場合、第１の保温板５のフィルム２に対向している面内の温度が均一であることが望ましく、従ってこのような保温を可能とするヒータとしては、近赤外線ヒータよりも遠赤外線ヒータが望ましい。

また、フィルム２の端部は静電ピニングで抑えることにより安定化することができる。従って、幅方向端部を静電ピニングで抑えることが可能である限り、第１の保温板５の幅は、フィルム２から切り出される製品の有効幅以上であればよいが、フィルム２の幅方向寸法よりは短いことが望ましい。

第１の保温板５の材質は特に限定されないが、耐熱性に優れていることが望ましいため、例えば、鋼、ステンレスまたはアルミニウムなどの金属により形成されていることが望ましい。

本発明では、上記第１の保温板５の下流に第２の保温板６が配置されている。第２の保温板６は、フィルム２と冷却ロール３との接点の下流部分に配置されている。図１では、第２の保温板６は、第１の保温板５と分離されているが、第１の保温板５の下流側端部に第２の保温板６が連ねられていてもよい。

第２の保温板６は、上記接点以降の下流部分においてフィルム２を冷却ロール３と接触している側とは反対側のフィルム面から保温するために設けられている。冷却ロール３の外周面は円筒曲面である。従って、第２の保温板６は、該円筒曲面上に接触しているフィルム２を保温するために、対応した円筒曲面６ａを有する。すなわち、第２の保温板６は、上記円筒曲面６ａを有し、該円筒曲面６ａとフィルム２との間の距離は、できるだけ短い方が好ましい。

好ましくは、円筒曲面６ａとフィルム２との間の距離は１ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下とされる。円筒曲面６ａとフィルム２のフィルム面の間の距離が１ｍｍを超えると、第２の保温板６による保温効果が十分に得られず、すなわちフィルム２の温度変化が均一になり難いおそれがあり、厚み精度に優れたフィルム２を得られないことがある。

上記第２の保温板６の幅方向寸法は、第１の保温板５の幅方向寸法と同様に、最終的に得られる製品の有効幅以上であればよい。

また、第２の保温板６における円筒曲面６ａの長さ、すなわちフィルム２の長さ方向に沿う寸法は長い方が好ましく、具体的には１００ｍｍ以上の長さに渡ることが望ましい。第２の保温板６の長さ方向寸法が十分でない場合には、保温板６により温度変化を均一にする効果が十分に得られず、厚み精度に優れた光学フィルムを得られないことがある。

第２の保温板６についても、その材質は特に限定されないが、耐熱性に優れた、例えば鋼、ステンレスまたはアルミニウムなどの金属からなることが望ましい。

上記のように、本発明に係る光学フィルムの製造方法は、熱可塑性樹脂の溶融押出に際し、エアーギャップＬ、並びにエアーギャップＬに続く部分において、第１，第２の保温板５，６を配置し、第１，第２の保温板５，６によりフィルム２の冷却に際しての温度変化を均一化し、それによって厚みむらの少ないフィルムを得ることを可能としたことに特徴を有するものである。

本発明の光学フィルムの製造方法において用いられる熱可塑性樹脂は特に限定されず、加熱により溶融し、冷却により固化する様々な熱可塑性樹脂が用いられる。

本発明に係る光学フィルムの製造に際して用いられる熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、好ましくは、非晶性熱可塑性樹脂が用いられる。非晶性熱可塑性樹脂とは、ほとんど結晶構造をとりえない無定形状態を保つ高分子であり、そのガラス転位点Ｔｇは樹脂によって異なるため、特に限定されるものではないが、一般にＴｇは１００℃以上である。上記非晶性熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリサルホン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルまたはノルボルネン系樹脂などが挙げられる。上記非晶性熱可塑性樹脂は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

上記樹脂の中でも、固有複屈折率が低くかつ光弾性係数が小さいため、ノルボルネン系樹脂が好適に用いられる。また、ノルボルネン系樹脂は、温度の低下により急激に固化する樹脂であるため、金属ロールと樹脂との接点における厚みの変動が他の非晶性熱可塑性樹脂に比べて生じ易い。従って、ノルボルネン系樹脂を用いた場合には、本発明の製造方法による効果、すなわち厚みばらつきの低減効果がより大きい。

ノルボルネン系樹脂としては、例えば、ノルボルネン系モノマーの開環重合体水素添加物、ノルボルネン系モノマーとオレフィンとの付加重合体、ノルボルネン系モノマー同士の付加重合体並びにこれらの誘導体などが挙げられる。

また、ノルボルネン系樹脂は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

上記ノルボルネン系モノマーとしては、例えば、ビシクロ〔２，２，１〕ヘプト−２−エン（ノルボルネン）や、６−メチルビシクロ〔２，２，１〕ヘプト−２−エン、５，６−ジメチルビシクロ〔２，２，１〕ヘプト−２−エン、１−メチルビシクロ〔２，２，１〕ヘプト−２−エン、６−エチルビシクロ〔２，２，１〕ヘプト−２−エン、６−ｎ−ブチルビシクロ〔２，２，１〕ヘプト−２−エン、６−イソブチルビシクロ〔２，２，１〕ヘプト−２−エン、７−メチルビシクロ〔２，２，１〕ヘプト−２−エンなどのノルボルネン系誘導体などが挙げられる。

上記ノルボルネン系モノマーの開環重合体水素添加物としては、ノルボルネン系モノマーを公知の方法で開環重合した後、残留している二重結合を水素添加したものが広く用いられ得る。なお、開環重合体水素添加物は、ノルボルネン系モノマーの単独重合体であっ
てもよく、ノルボルネン系モノマーと他の環状オレフィン系モノマーとの共重合体であってもよい。

上記ノルボルネン系モノマーとオレフィンとの付加重合体としては、ノルボルネン系モノマーとα−オレフィンとの共重合体が挙げられる。α−オレフィンとしては、特に限定されないが、炭素数が２〜２０、好ましくは２〜１０のα−オレフィン、例えばエチレン、プロピレン、１−ブテン、３−メチル−１−ブテン、１−ペンテン、３−メチル−１−ペンテン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、１−テトラデセン、１−ヘキサデセンなどが挙げられる。中でも、共重合性に優れているため、エチレンが好適に用いられる。また、他のα−オレフィンをノルボルネン系モノマーと共重合させる場合にも、エチレンが存在している方が共重合性を高めることができ、好ましい。

上記ノルボルネン系樹脂は、公知であり、商業的に入手可能である。公知のノルボルネン系樹脂の例としては、例えば、特開平１−２４０５１７号公報に記載されているものが挙げられ、商業的に入手され得るノルボルネン系樹脂の例としては、例えば、ＪＳＲ社製、商品名「アートン」シリーズ、日本ゼオン社製、商品名「ゼオノア」シリーズなどが挙げられる。

本発明においては、上記熱可塑性樹脂には、本発明の課題達成を阻害しない範囲で、必要に応じて、種々の添加剤が添加されてもよい。このような添加剤としては、熱可塑性樹脂の劣化防止や、成形された光学フィルムの耐熱性、耐紫外線性、あるいは平滑性などを向上させる様々な添加剤が挙げられ、フェノール系もしくはリン系の酸化防止剤、ラクトン系などの熱劣化防止剤、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、アクリロニトリル系などの紫外線吸収剤；脂肪族アルコールのエステル系、多価アルコールの部分エステル系や部分エーテル系などの滑剤；アミン系などの帯電防止剤などを挙げることができる。これらの添加剤は、１種もしくは２種以上添加され得る。

また、本発明においては、フィルムを冷却するために冷却ロールが用いられるが、この冷却ロールの材質についても特に限定されず、例えば、炭素鋼またはステンレス鋼などからなるものが挙げられる。冷却ロールの温度が低すぎると、冷却ロールに接触しているフィルム面のみが急速に冷却され、しわが発生するおそれがある。また、冷却ロールの温度が高すぎると、フィルムが十分に冷却されないため、厚みむらが生じるおそれがある。従って、冷却ロールの温度は、適切な温度範囲に設定されることが望ましい。適切な温度領域は、使用する熱可塑性樹脂によって大きく異なるが、例えば非晶性熱可塑性樹脂の場合、樹脂のガラス転移温度をＴｇとした場合、Ｔｇ−１００℃〜Ｔｇ−１０℃の範囲とすることが望ましい。

また、ダイの温度が変動していると樹脂の流動性が変化するため、ダイの温度も均一であることが望ましく、好ましくは設定温度±０．５℃以下、より好ましくは±０．２℃以下とされることが望ましい。

上記エアーギャップＬは、外乱の影響を抑制する上では短い方が好ましく、エアーギャップＬが長すぎると外乱の影響を受けやすくなり、かつフィルム温度が低くなりすぎるおそれがある。具体的には、エアーギャップＬは９０ｍｍ以下が好ましく、７０ｍｍ以下がさらに好ましい。

なお、本発明の製造方法では、複数の冷却ロールが用いられてもよく、その場合、複数の冷却ロールを通過する際に、フィルムが徐々に冷却され、フィルムにおける歪みや厚みむらを低減することができ、望ましい。複数本の冷却ロールが用いられる場合、上流側の
冷却ロールと下流側の冷却ロールにおいて、フィルムの冷却収縮に伴う速度を異ならせることが一般的である。この速度比は、上流側の冷却ロールにおける速度を１００とした場合、下流側の冷却ロールの速度を９９〜９９．９９の範囲内とすることが望ましい。もっとも、この速度比は使用する樹脂によって異なるため一義的には定め得ない。

本発明に係る光学フィルムの製造方法では、ダイ出口から冷却ロールとフィルムとの接点までの距離であるエアーギャップにおいて、第１の保温板が冷却ロールに接触される側とは反対側のフィルム面に近接されて配置され、該第１の保温板の幅方向がフィルムの有効幅以上であり、かつ長さがエアーギャップＬの少なくとも１／２以上に渡っており、フィルムの冷却ロールとの接点以降の下流部分においては、第２の保温板がフィルム面に近接されており、第２の保温板は、フィルムの有効幅以上の幅を有する。

従って、溶融押出されたフィルムが、徐々に冷却されるとともに、第１，第２の保温板による保温効果により、冷却されているフィルムにおける温度変化が均一化され、厚みむらの少ない光学フィルムを得ることが可能となる。

よって、光ディスクや液晶ディスプレイといった光学分野において好適に用いられる、厚み精度に優れた光学フィルムを提供することができ、本発明により得られた光学フィルムは、光ディスクの保護フィルムや偏光子の保護フィルムなどに好適に用いられる。さらに、厚みばらつきが少ないため、本発明により得られた光学フィルムは、位相差板の延伸前の原反フィルムとしても好適に用いられ、それによって位相差むらの少ない位相差板を得ることができる。

熱可塑性樹脂としてノルボルネン系樹脂を用いた場合には、ノルボルネン系樹脂が固有複屈折率が低く光弾性係数が小さいため、光学特性に優れたフィルムを得ることができる。

また、フィルムの幅方向端部を静電ピニングで抑えた場合には、厚みばらつきをより一層低減することができる。

以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
熱可塑性ノルボルネン系樹脂（日本ゼオン社製、商品名「ＺＥＯＮＯＲ１４２０」、Ｔｇ＝１３５℃）を１１０℃×３時間の条件で予備乾燥したもの）を、下記の押出機、ギアポンプ、及びＴダイを有する溶融押出装置を用いて溶融押出し、外径３００ｍｍ、幅１９００ｍｍであり、オイルにより１２０℃の温度に調節されているロール偏心５μｍの金属からなる冷却ロールに、エアーギャップＬが６５ｍｍとなるようにして接触させた。

溶融押出装置の仕様………Ｌ／Ｄ＝３２、開口径が１００ｍｍ、押出温度が２２０〜２８０℃に調整され、押出速度が１２０ｋｇ／時間とされている溶融押出機と、ギアポンプと、リップクリアランスが８００μｍであり、自動調整ボルトを有し、２８０℃の温度に設定されており、誤差が±０．１℃以下である幅１８００ｍｍのコートハンガータイプのＴダイとを有する。

フィルムの冷却に際し、エアーギャップにおける長さが５０ｍｍ、フィルムと冷却ロールとの接点以降の２００ｍｍの長さに渡って、幅が１４００ｍｍの保温板を、フィルム面
との距離が１ｍｍとなるように配置した。すなわち、第１，第２の保温板が一体化された保温板を用いた。また、フィルム端部は静電ピニングを用いて抑えた。

上記の条件で、幅１４００ｍｍのフィルムを製造し、得られたフィルムについて、セイコーＥＭ社製接触式厚み測定器Ｍｉｌｌｉｔｒｏｎ１２４０を用い、幅方向において５ｍｍピッチで厚みを測定した。さらに、流れ方向において１００ｍｍ間隔で、同様に厚みの測定を行った。各厚みの測定はＮ＝５で行った。このようにして得られた厚みから平均厚みを求めた。 、
平均厚みは５８．５μｍであった。また、上記のようにして測定された全点における厚みの最大値から最小値を減算し、厚み差を求めた。また、Ｎ＝５における厚み差は、１．５９、１．１６、１．５４、１．２７及び１．３１μｍであり、平均厚み差は１．３７μｍであった。

（実施例２）
保温板とフィルムとの距離を０．５ｍｍに変更したことを除いては、実施例１と同様にしてフィルムを製造した。得られたフィルムの平均厚みは６０μｍであり、厚み差は０．５４、１．１３、１．７７、１．０７及び０．９３μｍであり、平均厚み差は１．０９μｍであった。

（実施例３）
フィルム面と保温板との距離は０．５ｍｍとし、表面温度が１５０℃となるように遠赤外線ヒーターにより加熱されている保温板を用いたことを除いては、実施例１と同様にしてフィルムを製造した。得られたフィルムの平均厚みは６０μｍであり、厚み差は０．８６、０．６５、０．７１、０．６５及び０．７５μｍであり、平均厚み差は０．７２μｍであった。

（実施例４）
フィルム面と保温板との距離を３ｍｍとしたことを除いては、実施例１と同様にしてフィルムを製造した。その結果、得られたフィルムの平均厚みは６１．２μｍであり、厚み差は３．０２、２．５６、２．８８、２．４２及び２．８８μｍであり、平均厚み差は２．７５μｍであった。

（比較例１）
保温板を用いなかったことを除いては、実施例１と同様にしてフィルムを製造した。その結果、フィルムの平均厚みは６０μｍであり、厚み差は８．８０、８．７７、８．１９、７．７１及び６．１９μｍであり、平均厚み差は７．９３μｍであった。

本発明の光学フィルムの製造方法に用いられる装置の本実施形態の概略構成図。

符号の説明

１…ダイ
１ａ…ダイ出口
２…フィルム
３…冷却ロール
４…冷却ロール
５…第１の保温板
６…第２の保温板
６ａ…円筒曲面

Claims (4)

1. 熱可塑性樹脂を溶融押出により製膜する光学フィルムの製造方法において、ダイ出口から冷却ロールとの接点までの距離であるエアーギャップにおいて、冷却ロールに接触される側とは反対側のフィルム面に接近させて、幅が該フィルムの有効幅以上でありかつ長さがエアーギャップの少なくとも１／２以上の領域に第１の保温板を配置し、前記フィルムの冷却ロールとの接点以降の下流部分において、冷却ロールに接触される面とは反対面側のフィルム面に近接させてフィルムの有効幅以上の幅を有する第２の保温板を配置することを特徴とする光学フィルムの製造方法。
2. 前記第１，第２の保温板とフィルム面との距離が１ｍｍ以下とされている請求項１に記載の光学フィルムの製造方法。
3. 前記熱可塑性樹脂がノルボルネン系樹脂である請求項１または２に記載の光学フィルムの製造方法。
4. 前記フィルムの幅方向端部を静電ピニングにより抑える請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学フィルムの製造方法。
   
   

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