JP2009092760A - 位相差フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜でありながら光学特性に優れた非晶性熱可塑性樹脂からなる位相差フィルムの製造方法を提供すること。
【解決手段】長尺フィルムの長手方向に遅相軸を有し、特定の厚みと面内リターデーション値（Ｒｅ）を有する非晶性熱可塑性樹脂フィルムを使用して、該樹脂フィルムのガラス転移温度Ｔｇ〜Ｔｇ＋２５℃の雰囲気下に、長手方向に収縮させつつ短手方向に延伸する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、液晶表示装置などに組み込まれ、液晶表示装置のコントラストを向上し、かつ視野角を拡大するために用いられる位相差フィルムの製造方法に関する。

近年、液晶表示装置は、パーソナルコンピューターの表示装置や液晶テレビ等の用途に広く普及している。液晶表示装置の一つとして、旋光効果を利用したＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの液晶表示装置が挙げられる。しかしながら、ＴＮモードの液晶表示装置では、視野角が狭く、応答速度が遅いという問題があった。
この問題を解決するため、複屈折効果を利用したＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ）モードの液晶表示装置が提案されている。さらに、ＶＡモードの液晶表示装置として、視野角依存性を改善したＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードの液晶表示装置が提案されている。ＭＶＡモードの液晶表示装置では、液晶セルを構成する基板内面に傾斜面を有する突起等からなるドメイン規制手段が設けられている。このドメイン規制手段によって液晶分子の配向方向を２方向以上に分割して、液晶セルを通過してくる光量を均一化させることにより、見込み角度によって表示輝度が大きく異なる視野角依存性が改善されている。

しかしながら、視野角依存性が改善された上記ＭＶＡモードの液晶表示装置であっても、液晶表示面を斜め４５度の角度から見た場合に、やはりコントラストが低下する問題点があった。このような問題点を解決するために、液晶表示装置には位相差フィルムが用いられている。
上記位相差フィルムには、ポリカーボネートに代表されるような透明性及び耐熱性に優れている合成樹脂フィルムが多く用いられている。これらの特性に加えて光弾性係数、波長分散性及び水蒸気透過率等の特性に優れている環状オレフィン系樹脂フィルムも用いられてきている。

ところで、厚み方向の屈折率よりも長さ方向及び幅方向の屈折率が大きくされた二軸性位相差フィルムが、上記ＶＡモードやＭＶＡモードの液晶表示装置の視野角を改善するのに有効であることが知られている。位相差フィルムとしての機能を十分に発揮するためには、液晶パネルの複屈折との合わせ込みが必要であり、位相差フィルムには適切なリターデーション値を有することが求められるとともに、特に近年、携帯電話等に代表される液晶表示装置のコンパクト化や薄型化に伴い二軸性位相差フィルムにも薄膜化が求められてきている。

それらの液晶表示装置に使用される二軸性位相差フィルムの具体的な厚みとしては３０μm以下が求められ、かつ、最適な位相差値としては、フィルム面内リターデーション値Ｒｅが１００〜１６０ｎｍ、フィルム厚み方向リターデーション値Ｒｔｈが１００〜２００ｎｍであることが知られている。

上記二軸性位相差フィルムを製造する方法として、下記の特許文献１には、テンター延伸機等を用いた横延伸工程を行う延伸法が提案されている。しかし、横延伸工程のみでは、所望のＲｅとＲｔｈの関係を達成することが困難な場合があるという問題がある。

一方、下記の特許文献２には縦延伸工程の後にテンター延伸機等を用いた横延伸工程を行う逐次二軸延伸法が提案されている。この方法によれば、フィルムの幅方向のＲｅバラツキが広い範囲で小さく抑えられるとされているが、幅方向の延伸倍率がわずか１．５倍に過ぎず、得られる位相差フィルムの厚みも厚く、リターデーション値Ｒｅも６０ｎｍ足らずに過ぎないもので、使用される用途も限定されたものになるという問題があった。
特開２００１−２１５３３２号公報 特開２００２−１４８４３８号公報

本発明の目的は、上述した現状の問題点に鑑み、薄膜でありながら光学特性に優れた非晶性熱可塑性樹脂からなる位相差フィルムの製造方法を提供することにある。

本発明に係る位相差フィルムの製造方法は、長尺フィルムの長手方向に遅相軸を有し、実質的に屈折率がｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ（ここで、ｎｘ、ｎｙはフィルム面内の主屈折率を、ｎｚは厚さ方向の主屈折率を示す）の関係を満足する、厚みが６０〜１００μｍで面内リターデーション値（Ｒｅ）が１００〜２５０ｎｍの非晶性熱可塑性樹脂フィルムを使用して、厚みが１５〜３０μｍでＲｅが１００〜１６０ｎｍかつフィルム厚み方向リターデーション値（Ｒｔｈ）が１００〜２００ｎｍとなるように、該樹脂フィルムのガラス転移温度Ｔｇ〜Ｔｇ＋２５℃の雰囲気下に、長手方向に０．４〜３．５％収縮させつつ短手方向に２．０〜４．０倍に延伸することを特徴とする。

本発明の位相差フィルムの製造方法によれば、薄膜でありながら、十分なフィルム面内リターデーション値Ｒｅ並びにフィルム厚み方向リターデーション値Ｒｔｈを有するとともに、フィルムの短手方向に遅相軸を有する位相差フィルムとすることができる。そして、得られる位相差フィルムは、上記ＶＡモードやＭＶＡモードの液晶表示装置の視野角を改善するのに十分有効であり、かつ、厚みが３０μｍ以下であるために、携帯電話等の液晶表示装置の薄膜化に寄与できる。

以下、本発明の詳細を説明する。
本発明に用いられる非晶性熱可塑性樹脂フィルムを構成する樹脂としては、透明性に優れるものが好ましく、例えば、環状オレフィン系、ポリカーボネート系、ポリスルホン系、ポリエーテルスルホン系、ポリスチレン系、ポリビニルアルコール系、酢酸セルロース系、ポリ塩化ビニル系、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系、ポリアリレート系、ポリアミド系などの高分子が挙げられる。これらの高分子は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

上に列挙した高分子の中でも、環状オレフィン系樹脂の一種であるノルボルネン系樹脂は光弾性係数が小さく、外部応力に対するリターデーション値の安定性に優れることから好ましい。
上記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（共）重合体、ノルボルネン系モノマーとオレフィン系モノマーとの付加共重合体、ノルボルネン系モノマー同士の付加（共）重合体及びこれらの誘導体等が挙げられる。ノルボルネン系樹脂は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
これらのうち、開環を伴う（共）重合体には必然的に不飽和結合が残留し、また付加（共）重合体であってもモノマーの種類によっては不飽和結合が残留することがある。このような場合、熱履歴による酸化劣化や紫外線等による着変色といった耐久性を重視する観点から、これらの不飽和結合を水素添加により飽和しておくことが好ましい。

上記非晶性熱可塑性樹脂には、位相差フィルムの機能を阻害しない範囲において、成形中の非晶性熱可塑性樹脂の劣化防止や位相差フィルムの耐熱性、耐紫外線性、平滑性等を向上させるために、酸化防止剤、熱劣化防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤等の各種添加剤が添加されていてもよい。添加剤は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

本発明では、長尺フィルムの長手方向に遅相軸を有し、実質的にｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ（ここで、ｎｘ、ｎｙはフィルム面内の主屈折率を、ｎｚは厚さ方向の主屈折率を示す）の関係を満足する、厚みが６０〜１００μｍで面内リターデーション値（Ｒｅ）が１００〜２５０ｎｍの非晶性熱可塑性樹脂フィルムを使用する必要がある。
上記非晶性熱可塑性樹脂フィルムを得るには、まずは実質的無配向の長尺フィルムを成膜した後、フィルムの長手方向に縦延伸を行う必要がある。

まず、実質的無延伸の非晶性熱可塑性樹脂フィルムを成膜する方法としては、従来から汎用されている方法が用いられる。具体的には、非晶性熱可塑性樹脂を溶解し得る溶剤溶液を適宜の担持体上に流延した後、溶剤を乾燥するとともに担持体から剥離してフィルムを得る溶液キャスト法や、非晶性熱可塑性樹脂を押出機に供給して溶融、混練し、押出機の先端に取り付けた金型からフィルム状に押し出してフィルムを得る溶融押出法が挙げられる。実質的に無配向のフィルムが得られる限り、いずれの製造方法が採用されてもよい。

上記長尺状の非晶性熱可塑性樹脂フィルムを用いて位相差フィルムを製造するには、非晶性熱可塑性樹脂フィルムをそのガラス転移温度Ｔｇ近傍の温度で延伸することによって、ポリマー分子を所定方向に配向させればよい。
以下に、非晶性熱可塑性樹脂フィルムをそのガラス転移温度Ｔｇ付近の温度領域において、先ずフィルム長手方向（以下、縦方向とも記載する）に延伸する方法を詳細に説明する。

フィルム原反ロールから巻き出された長尺状の非晶性熱可塑性樹脂フィルムを縦方向に延伸する方法としては、ロール間ネックイン延伸法、近接ロール延伸法等が適用できるが、リターデーション値を制御し易く、フィルムに傷や皺等の不良が発生しにくいといった利点を有するロール間ネックイン延伸法を採用することが望ましい。ロール間ネックイン延伸法とは、フィルム幅に比して十分に長い延伸ゾーンを挟んで位置する二対のニップロールで搬送中のフィルムを挟持するとともに、上流側のニップロールの周速に対して下流側のニップロールの周速を大きくすることによって、所望の延伸倍率を得る方法である。なお、このとき、フィルムの幅方向の両端部は拘束を受けない自由端とされており、縦方向の延伸に伴って幅方向にネックイン現象を呈する。

上記非晶性熱可塑性樹脂フィルムを縦方向に延伸する際のフィルムの温度は、位相差フィルムに付与したいリターデーション値によって適宜に調整されるが、低いと、延伸時にフィルムが破断する虞れがある一方、高いと、所望のリターデーション値を得ることが困難となることがあるので、フィルムのガラス転移温度Ｔｇ−２０℃〜Ｔｇ＋５０℃が好ましく、ガラス転移温度Ｔｇ−１０℃〜Ｔｇ＋４０℃がより好ましい。

また、この時の延伸倍率は、小さ過ぎると、引き続く横延伸（短手方向への延伸）によってもＲｔｈの増大が制約されるため、１．１倍以上とされるのが好ましい。逆に大き過ぎると、所望のＲｅを得るために横延伸の倍率を極めて大きくする必要が生じるので１．５倍以下とするのが好ましい。

そして、上述の要領で得られた縦一軸延伸フィルムは、熱緩和による面内リターデーション値Ｒｅの低下を防止するために、フィルムのガラス転移温度Ｔｇ未満であって、延伸温度より５℃以上低い温度に冷却固定され、ロール状に巻き取られるか、次工程へ搬送される。
このようにして、長尺フィルムの長手方向に遅相軸を有し、実質的にｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚの関係を満足する、厚みが６０〜１００μｍで面内リターデーション値Ｒｅが１００〜２５０ｎｍの非晶性熱可塑性樹脂フィルムを得る。

次に、得られた縦一軸延伸フィルムを、フィルムの短手方向（以下、横方向とも記載する）に延伸する方法を詳細に説明する。
横延伸工程へ搬送されてきた縦一軸延伸フィルムをその横方向に延伸する方法としては、フィルムの短手方向の両端部をテンタークリップ等の任意の把持手段によって把持し、この把持手段を互いに離間する方向に徐々に変位させながら走行させるテンター延伸機を用いるのが望ましい。

図１は、テンター延伸機により非晶性熱可塑性樹脂フィルムを横方向に延伸する装置の一例を示す概略構成図である。図１に示すように、フィルムの横方向の両端部をテンタークリップ１によって把持し、先ず予熱ゾーン２を通過させ、その後テンタークリップレールの拡幅角度５を広げた延伸ゾーン３を通過させることにより、フィルムが横方向に延伸される。その後冷却ゾーン４を通過させることにより、冷却、固化される。そして固化されたフィルムはその後巻き取られる。

予熱ゾーン２の温度は、低いと、次の延伸ゾーン３にてフィルムが破断する虞がある一方、高いと、縦方向のリターデーション値が低下しすぎるため、ガラス転移温度Ｔｇ−２０℃〜ガラス転移温度Ｔｇ＋６０℃が好ましく、ガラス転移温度Ｔｇ−１０℃〜ガラス転移温度Ｔｇ＋４０℃がより好ましい。

次に延伸ゾーン３の温度は、位相差フィルムに付与したいリターデーション値によって適宜に調整されるが、低いと、延伸時にフィルムが破断する虞がある一方、高いと、所望の面内リターデーション値Ｒｅを得ることが困難となることがあるので、基本的には縦延伸工程よりも高くない温度であって、ガラス転移温度Ｔｇ−５℃〜ガラス転移温度Ｔｇ＋２５℃が好ましく、ガラス転移温度Ｔｇ〜ガラス転移温度Ｔｇ＋１５℃がより好ましい。

フィルムを横方向に延伸する際の延伸倍率は、低過ぎると、縦方向に向いていた遅相軸の方向を横方向にできなかったり、所望のフィルム厚みを達成できなかったり、必要な遅相軸精度が確保できず表示品質の低下を招いたりすることがあり、逆に高過ぎると、フィルムの破断が起こり易くなるため、２倍以上であって４倍以下、より好ましくは３倍以下とされる。

なお、本発明においては横方向に延伸を行う際に、フィルムを長手方向に０．５〜３．５％収縮させることを特徴としている。具体的には、例えば、テンター延伸機を使用して、フィルムの短手方向の両端部を把持したテンタークリップ１を、拡幅角度がθとされたテンターレール上を等速で走行させることによって達成することができる。このとき、長手方向収縮量は次式によって表される。
長手方向収縮量（％）＝（１−ｃｏｓθ）×１００
もっとも長手方向収縮量は、拡幅角度θとテンタークリップ走行速度を適宜に設定することによって調節可能である。その場合、延伸開始から終了まで必ずしも一定に保つ必要はない。

長手方向収縮量は、小さ過ぎると、延伸倍率が低くなって所望のフィルム厚み、位相差を達成できなかったり、延伸ゾーン長さが長くなって設備的に無理が生じたり、投入フィルム幅が小さくなって得られる位相差フィルムの幅が所望の幅に到達しなかったりする。
逆に長手方向収縮量が大き過ぎると、延伸速度が大きくなってフィルムの破断が起こり易くなったり、大きな投入フィルム幅が必要となって設備的に対応困難となったりする。
よって長手方向収縮量は０．４〜３．５％が好ましく、０．５〜３．０％がより好ましい。

そして、上述の要領で、縦延伸終了後のフィルムを横方向に延伸して得られた位相差フィルムは、熱緩和による面内リターデーション値Ｒｅ及び厚み方向リターデーション値Ｒｔｈの低下を防止するために、冷却ゾーン４によって、ガラス転移温度Ｔｇ未満の温度であって、横延伸温度より５℃以上低い温度に冷却固定される。

このようにして得られる横延伸フィルムの幅方向両端部のテンタークリップ１にて挟持されていた部分は延伸されていないため、この部分を含むフィルム両端部はスリットして除去し、所望の幅の位相差フィルムを得る。

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。

非晶性熱可塑性樹脂として飽和ノルボルネン系樹脂（日本ゼオン社製、商品名「ゼオノア１４２０」）を用い、これを一軸押出機に供給して混練溶融し、一軸押出機の先端に取り付けたＴダイから溶融押出を行って、ロール状に巻き取り、平均厚みが９０μｍの長尺フィルムを得た。なお、樹脂のガラス転移温度Ｔｇを示差走査熱量計（セイコー電子工業社製、商品名「ＤＳＣ２２０Ｃ」）によって測定したところ、１３５．５℃であった。

得られた長尺ロール状の熱可塑性飽和ノルボルネン系樹脂フィルムを連続的に巻き出し、ロール間ネックイン延伸機を用いてその長手方向（縦方向）に延伸を行った。フィルムを連続的に１５０℃に加熱し、延伸倍率が１．４倍になるようにこの温度で延伸し、延伸終了後２３℃まで徐々に冷却して、フィルム両端部はスリットして除去し、１０００ｍｍ幅とした縦一軸延伸フィルムをロール状に巻き取った。

得られた縦延伸フィルムの面内リターデーション値Ｒｅの測定を自動複屈折測定装置（王子計測機器社製、商品名「ＫＯＢＲＡ−２１ＡＤＨ」）を用いて行った。また、フィルムの厚みはフィルム厚み測定器（セイコーＥＭ社製接触式厚み測定器、商品名「Ｍｉｌｌｉｔｒｏｎ１２４０」）を用いて測定した。測定結果は、Ｒｅが１６５ｎｍ、フィルムの厚みが７５μｍであった。

次いで、上記長尺ロール状の縦一軸延伸フィルムを連続的に巻き出し、フィルム中央部分８００ｍｍをテンター延伸機を用いてその短手方向（横方向）に延伸を行った。フィルムを連続的に１４５℃に加熱し、延伸倍率が３．０倍、長手方向収縮量が０．８５％になるように延伸を実施した。このとき、テンター延伸機の拡幅角度は７．５度に固定し、テンタークリップの進行方向に対する走行速度は等速とした。その後２３℃まで徐々に冷却してロール状に連続的に巻き取り、縦横逐次延伸位相差フィルムを得た。得られた位相差フィルムについて、短手方向の中央部分１０００ｍｍから両端部方向に１０ｃｍ間隔で、リターデーション値Ｒｅ，Ｒｔｈと短手方向からの光軸ずれ及び厚みを測定した。Ｒｅ，Ｒｔｈと厚みは平均値を、光軸ずれは絶対値の最大値を求め、表１に示した。

テンター延伸機の拡幅角度を１２度とし、長手方向収縮量が２．２％となるようにした以外は実施例１同様に縦横逐次延伸位相差フィルムを得た。結果を表１に示した。
[比較例１]

縦一軸延伸フィルムの幅を約半分とし、対向するテンタークリップ間距離を４００ｍｍとして、テンター延伸機の拡幅角度を２．１度（特許文献２の実施例に同じ）、長手方向収縮量が０．０７％となるようにした以外は実施例１同様に縦横逐次延伸位相差フィルムを得た。結果を表１に示した。なお、横延伸中のテンタークリップの走行距離は実施例１の場合の約１．８倍を要した。
[比較例２]

テンター延伸機の拡幅角度を１５度とし、長手方向収縮量が３．５％となるようにした以外は実施例１同様に縦横逐次延伸位相差フィルムを得た。結果を表１に示した。

本発明に使用できるテンター延伸機を説明する概略構成図である。

符号の説明

１ テンタークリップ
２ 予熱ゾーン
３ 延伸ゾーン
４ 冷却ゾーン
５ 拡幅角度θ

Claims (1)

1. 長尺フィルムの長手方向に遅相軸を有し、実質的に屈折率がｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ（ここで、ｎｘ、ｎｙはフィルム面内の主屈折率を、ｎｚは厚さ方向の主屈折率を示す）の関係を満足する、厚みが６０〜１００μｍで面内リターデーション値（Ｒｅ）が１００〜２５０ｎｍの非晶性熱可塑性樹脂フィルムを使用して、厚みが１５〜３０μｍでＲｅが１００〜１６０ｎｍかつフィルム厚み方向リターデーション値（Ｒｔｈ）が１００〜２００ｎｍとなるように、該樹脂フィルムのガラス転移温度Ｔｇ〜Ｔｇ＋２５℃の雰囲気下に、長手方向に０．４〜３．５％収縮させつつ短手方向に２．０〜４．０倍に延伸することを特徴とする位相差フィルムの製造方法。

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