光学用フィルム、および、光学表示装置
【課題】高い透明性を保持しつつも、線膨張係数が極めて小さく、また、屈曲等の応力存在下においても均一な光の透過特性を保持する光学用フィルムを提供する。また、この光学用フィルムを用いることにより、軽量で、割れ難く、屈曲を有する表面においても光の反射や散乱の影響が小さく、均一な表示を得ることが可能な光学表示装置を提供する。
【解決手段】特定範囲の屈折率差を有する、ナノオーダーの平均繊維径を有する繊維と光学透明樹脂とによる複合材料から光学用フィルムを形成する。具体的には、平均繊維径が１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である繊維と、光学透明樹脂とを含む光学用フィルムであって、光学透明樹脂の屈折率と繊維の屈折率との差が０．０３以下であり、フィルムの線膨張係数が５０℃〜１５０℃の範囲において４０ｐｐｍ以下である光学用フィルムである。
【解決手段】特定範囲の屈折率差を有する、ナノオーダーの平均繊維径を有する繊維と光学透明樹脂とによる複合材料から光学用フィルムを形成する。具体的には、平均繊維径が１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である繊維と、光学透明樹脂とを含む光学用フィルムであって、光学透明樹脂の屈折率と繊維の屈折率との差が０．０３以下であり、フィルムの線膨張係数が５０℃〜１５０℃の範囲において４０ｐｐｍ以下である光学用フィルムである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い透明性を保持しつつも、線膨張係数が極めて小さく、また、屈曲等の応力存在下においても均一な光の透過性を保持することができる光学用フィルム、およびそれを用いた光学表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示素子に代表される光学表示素子には、基板としてガラス板が多く用いられてきた。しかし、ガラス基板は、ガラス本来の物理的特性に起因する、割れ易い、曲げにくい、重い、嵩高い、といった問題点を抱えていた。
【０００３】
そこで、ガラスの有するこれらの特性を克服するため、最近では、プラスチックフィルムを基板として用いる試みがなされている。例えば、特許文献１および特許文献２には、ガラス基板に替えて、ポリカーボネート樹脂やエポキシ樹脂からなるフィルムを用いて、液晶表示素子や有機ＥＬ表示素子を構成する技術が記載されている。
【０００４】
しかしながら、プラスチック材料は、ガラスと比較して線膨張係数が大きいため、製造プロセスでの反り（カール）や、アクティブマトリクス表示素子用アルミ配線の断線等の問題が生じていた。
【０００５】
ここで、プラスチック材料の線膨張係数を小さくすることを目的としては、各種の技術開発が行われている。例えば、特許文献３および特許文献４には、プラスチック材料に無機酸化物の粒子やフィラーを分散させることにより、線膨張係数が低減した樹脂シートが提案されている。また、特許文献５には、プラスチック材料に、オルガノシリカゾルとガラス繊維を組み合わせて用いた複合材料が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−０９８８３３号公報
【特許文献２】特開２００２−１８９２１１号公報
【特許文献３】特開２００２−３４７１５５号公報
【特許文献４】特開２００３−２６０７６８号公報
【特許文献５】特開２００６−０７０１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３および特許文献４におけるプラスチック材料への粒子またはフィラーを添加する方法では、添加量を多量にしなければ線膨張係数を十分に低減させることができなかった。そして、添加量が増加するにしたがって、プラスチック材料の機械的特性は著しく低下し、また、透明性も損なわれていく傾向にある。このため、プラスチック材料の機械的特性および透明性を保持したまま、線膨張係数とのバランスを図るには、粒子またはフィラーの添加量が限定的となり、その結果、得られるプラスチックフィルムの線膨張係数を制御するための有効な方法には至っていない。
【０００８】
また、特許文献５によれば、プラスチック材料への添加物としてオルガノシリカゾルとガラス繊維とを併用することで、粒子やフィラーを添加する場合よりも、添加量を多量とすることができ、その結果、プラスチック材料の線膨張係数をより低減させることができるとされている。
【０００９】
しかしながら、特許文献５に記載された複合材料は、屈曲等によって応力が発生すると、ガラス繊維部とプラスチック部との界面に屈折率界面が発生し、この界面において光が反射、散乱され、均一な表示を得ることが困難となっていた。
【００１０】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い透明性を保持しつつも、線膨張係数が極めて小さく、また、屈曲等の応力存在下においても均一な光の透過特性を保持する光学用フィルムを提供することにある。
【００１１】
また、この光学用フィルムを用いることにより、軽量で、割れ難く、屈曲を有する表面においても光の反射や散乱の影響が小さく、均一な表示を得ることが可能な光学表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた。その結果、特定範囲の屈折率差を有するナノオーダーの平均繊維径を有する繊維と光学透明樹脂とを複合材料とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち本発明は、平均繊維径が１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である繊維と、光学透明樹脂とを含む光学用フィルムであって、前記光学透明樹脂の屈折率と前記繊維の屈折率との差が、０．０３以下であり、フィルムの線膨張係数が、５０℃〜１５０℃の範囲において４０ｐｐｍ以下である光学用フィルムである。
また別の本発明は、本発明の光学用フィルムを画像表示部に具備した光学表示装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光学用フィルムは、高い透明性を保持しつつも極めて低い線膨張係数を有し、また、屈曲等の応力存在下においても均一な光の透過性を保持することができる。また、本発明の光学用フィルムを用いた光学表示装置は、従来のガラス板と比較して、軽量で割れ難く、屈曲した状態においても光の反射や散乱の影響が小さく、均一な表示を得ることが可能となる。このため、本発明の光学用フィルムは、液晶表示、電子ペーパー、有機ＥＬ表示素子等のプラスチック基板に好適に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の光学用フィルムは、特定の平均繊維径を有する繊維と、光学透明樹脂とを含む。以下に、本発明の構成材料について説明する。
【００１６】
＜光学透明樹脂＞
本発明の光学用フィルムを構成する光学透明樹脂は、画像表示部に用いられる部材として好適に利用するため、光学透明性が求められる。このため、本発明に用いられる光学透明樹脂は、可視領域における吸収が少ないか、または、可視領域における吸収が実質的にないものであることが好ましい。具体的には、波長４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲において、光学透明樹脂を厚み１００μｍのフィルムとした場合に、当該フィルムの光線透過率が８０％以上、好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上であることが好ましい。
本発明に用いられる光学透明樹脂の種類は、特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂、または硬化性樹脂のいずれであってもよい。
【００１７】
本発明の光学用フィルムを構成する光学透明樹脂としては、熱可塑性樹脂の場合には、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリビニルエーテル類、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ポリスチレン類、ナイロン６等の脂肪族ポリアミド類、ポリイミド類、ポリビニルアルコール等のビニル樹脂等を挙げることができる。これらの中では、加工安定性が高いことから、非晶質性である熱可塑性樹脂を好適に用いることができ、中でも、非晶質性のポリスチレンやメタクリル樹脂、ポリオレフィン、ポリカーボネートが好ましい。
【００１８】
本発明の光学フィルムを構成する光学透明樹脂が硬化性樹脂の場合には、外部励起エネルギーにより架橋反応等を経て硬化する硬化性樹脂を、代表として挙げることができる。硬化性樹脂には、紫外線や電子線等の活性線照射によって硬化する活性線硬化型樹脂と、熱により架橋反応を開始する熱硬化型樹脂等が存在するが、本発明においてはそのいずれも好適に用いることができる。
【００１９】
活性線硬化型樹脂としては、例えば、紫外線により硬化する紫外線硬化型樹脂を代表として挙げることができる。具体的には、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート系樹脂、紫外線硬化型アクリルウレタン系樹脂、紫外線硬化型メタクリル酸エステル系樹脂、および、紫外線硬化型ポリオールアクリレート系樹脂等を挙げることができる。
【００２０】
また、電子線により硬化する電子線硬化型樹脂としては、例えば、アクリレート系の官能基を有するものを挙げることができ、具体的には、比較的低分子量のポリエステルアクリレート樹脂、ポリエーテルアクリレート樹脂、アクリルアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリブタジエンアクリレート樹脂等が挙げられる。
【００２１】
また、熱硬化型樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノキシエーテル樹脂、フェノキシエステル樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、または、これらの混合物を挙げることができる。
この中では、繊維との良好な密着性が得られる観点より、フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂が好ましい。
【００２２】
＜繊維＞
［繊維の平均繊維径］
本発明の光学用フィルムを構成する繊維は、平均繊維径が１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲にある繊維である。本発明においては、用いられる繊維の平均繊維径を、可視光領域で光の波長のオーダー以下とすることにより、応力発生時における繊維と光学透明樹脂との間の応力弾性による屈折率差が小さくなり、このため、繊維と光学透明樹脂との間に屈折率界面が発生することを抑制し、ひいては、光の反射、散乱を低減することができる。一方で、平均繊維径が１０ｎｍ未満の繊維は、取り扱いに十分な強度が得られないので好ましくない。好ましい平均繊維径は１０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲であり、さらに好ましくは１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の範囲である。
【００２３】
［繊維の屈折率］
本発明の光学用フィルムを構成する繊維は、光学透明樹脂に複合して用いながら、同時に光学透明性を保持しなければならないため、光学透明樹脂の屈折率とほぼ同等の屈折率を有している必要がある。本発明においては、透明性の高いフィルムを得る観点から、光学透明樹脂の屈折率と繊維の屈折率との差が、０．０３以下であることが必要であり、さらに好ましくは０．０２以下、特に好ましくは０．０１以下である。光学透明樹脂の屈折率と繊維の屈折率との差が、０．０３より大きい場合には、繊維と光学透明樹脂との界面において光の反射、散乱の影響が顕著となり、透明な光学用フィルムを得ることが困難となる。
【００２４】
［繊維の材料］
本発明の光学用フィルムを構成する繊維は、光学透明樹脂の線膨張係数を制御することを目的として、光学透明樹脂と複合させて用いられる。したがって、用いられる繊維の線膨張係数が小さければ小さいほど、光学透明樹脂の線膨張係数を制御する効果が大きく、この観点からは、用いられる繊維は無機化合物繊維であることが好ましい。さらには、耐腐食性等の観点から、セラミックス繊維であることが好ましく、中では、酸化物系セラミックス繊維であることが特に好ましい。
【００２５】
酸化物セラミックス繊維を構成する酸化物としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＺｒＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＺｎＯ、Ｓｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ＨｆＯ２等を挙げることができ、また、これらを複数含むものであってもよい。
【００２６】
なお、本発明の光学用フィルムを構成する繊維の材料は、用いる光学透明樹脂の屈折率に応じて適宜選択すればよいが、通常の光学透明樹脂の屈折率の範囲は１．４〜１．７の範囲であるため、例えば、酸化マグネシウム（屈折率：１．７２）、アルミナ（酸化アルミニウム）（屈折率：１．６５〜１．７６）、シリカ（酸化シリコン）（屈折率：１．４５〜１．５８）、シリカ・アルミナ（屈折率：１．５５〜１．６５）を好ましく用いることができる。これらの中では、線膨張係数が低いことから、シリカが特に好ましい。
【００２７】
［繊維の製造方法］
本発明の光学用フィルムを構成する繊維の製造方法は、平均繊維径が小さい繊維を得ることのできる方法であれば特に限定されるものではないが、平均繊維径の小さい繊維を容易に得られる観点から、静電紡糸法を好ましい一態様として挙げることができる。
ここで、「静電紡糸法」とは、繊維形成性の基質等を含む溶液または分散液を、電極間で形成された静電場中に吐出し、溶液または分散液を電極に向けて曳糸することにより、繊維状物質を形成する方法である。
【００２８】
以下に、平均繊維径が小さい繊維を得るための一連の好ましい一態様である、静電紡糸法を用いて焼成前繊維を得る紡糸工程、当該焼成前繊維を累積させて繊維集合体を得る累積工程、繊維集合体を焼成してセラミックス繊維を得る焼成工程について説明する。
【００２９】
〔紡糸工程〕
紡糸工程においては、繊維形成用組成物を静電紡糸法によって噴出することにより、焼成前繊維を作製する。
具体的には、静電紡糸法によって繊維形成用組成物を捕集基材に向けて曳糸し、その間に、条件に応じて、繊維形成用組成物に含まれる溶媒が蒸発して焼成前の繊維状物質が形成される。通常の室温であれば捕集基材上に捕集されるまでの間に溶媒は完全に蒸発するが、溶媒蒸発が不十分である場合には、減圧条件下で曳糸しても差し支えなく、また、溶媒を完全に蒸発させることなく一部を残留させたままであってもよい。したがって、形成される焼成前の繊維状物質は、繊維形成用組成物に含まれていた溶媒が完全に留去した状態、溶媒が繊維状物質に含まれたまま残留する状態のいずれであってもよい。
なお、曳糸する温度は、溶媒の蒸発挙動や繊維形成用組成物（紡糸液）の粘度にあわせて調整すれば良く、通常は、０℃以上１００℃以下の範囲である。
【００３０】
〔累積工程〕
累積工程においては、上記の紡糸工程で得られた焼成前繊維を累積させて、繊維集合体を得る。具体的には、上記の紡糸工程で形成される焼成前の繊維状物質を、電極等の捕集基板上に累積（積層）することによって繊維集合体を得る。なお、繊維集合体が捕集基板上の一箇所に集中して累積（積層）される等、均一性が低い場合には、基板を揺れ動かしたり、回転させたりすることも可能である。
また、繊維集合体は上記同様に、繊維形成用組成物に含まれていた溶媒が完全に留去して集合体となっている状態のみならず、溶媒が焼成前の繊維状物質に含まれたまま残留する状態も含まれる。
【００３１】
〔焼成工程〕
焼成工程においては、上記の累積工程において得られた繊維集合体を焼成することにより、セラミックス繊維を得る。
焼成にあたっては、一般的な電気炉を用いることができるが、必要に応じて、焼成雰囲気の気体を置換することが可能な電気炉を用いてもよい。また、焼成温度は、８００℃以上１４００℃以下の範囲とすることが好ましい。８００℃以上で焼成することにより、耐熱性に優れたセラミックス繊維を作製するができる。しかしながら、１４００℃以上で焼成すると、セラミックス繊維中の粒成長が大きくなったり、低融点物が溶融したりすることから、力学強度が低下してしまう。より好ましい焼成温度は、９００℃以上１３００℃以下の範囲である。
【００３２】
＜光学用フィルム＞
［光学用フィルムの製造方法］
本発明の光学用フィルムの製造方法は特に限定されるものではなく、既存のフィルム製造方法を適用することができる。例えば、繊維と光学透明樹脂とを直接混合し、これを必要な型に注型したのち固化してフィルム化する方法、熱可塑性樹脂等を溶剤に溶解し、これに繊維を分散させ、溶液キャストした後、溶剤を揮発させてフィルム化する方法、繊維を均一なシートとし、その上に熱可塑性樹脂のフィルムを積層して真空熱プレスにより熱可塑性樹脂を溶融させて繊維と熱可塑性樹脂フィルムとを一体化させる方法、繊維を均一なシートとし、これに架橋性の硬化型樹脂を含浸させ、硬化させてフィルム化する方法等を挙げることができる。
【００３３】
本発明の光学用フィルムには、本発明の効果を損なわない範囲で、他の熱可塑性または熱硬化性のオリゴマーやポリマーを併用してもよい。また、酸化防止剤、紫外線吸収剤、染顔料等を添加してもよく、さらに、他の無機フィラー等の充填剤等を繊維と併用して用いてもよい。
【００３４】
［光学フィルムの線膨張係数］
本発明の光学用フィルムは、５０℃〜１５０℃の範囲において４０ｐｐｍ以下である。好ましくは３０ｐｐｍ以下であり、より好ましくは２０ｐｐｍ以下である。線膨張係数が４０ｐｐｍを越える場合には、例えば、光学用フィルムにアクティブマトリックス配線を施して表示基板に用いようとした際に、その製造工程における基板にかかる加工温度による反り（カール）の問題や、膨張収縮の影響でのアルミ配線の断線の問題等が生じる。
【００３５】
［光学用フィルムの厚み］
本発明の光学用フィルムを、光学表示装置の画像表示部に適用し、液晶表示素子、有機ＥＬ表示素子等の表示素子用基板、あるいは、カラーフィルター用基板として用いる場合には、光学用フィルムの厚さは、好ましくは４０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲であり、より好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下の範囲である。光学フィルムの厚さが１０００μｍより厚い場合には、フィルムロールとして取り扱うことが困難となることから、加工プロセスが煩雑となる。一方で、４０μｍより薄い場合には、フィルム強度が著しく低下するとともにシワ等が発生しやいため、実用性が大きく損なわれる。
【００３６】
［光学フィルムの光学特性］
（光線透過率）
本発明の光学用フィルムは、画像表示部に用いられる部材として好適に利用するため、光学透明性が求められる。このため、本発明の光学フィルムは、可視領域における吸収が少ないか、または、可視領域における吸収が実質的にないものであることが好ましい。
具体的には、波長４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲において、フィルムの光線透過率が７５％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは８５％以上であることが好ましい。
【００３７】
（ヘイズ）
また、光学フィルムにおいてヘイズは、光の散乱を引き起こし、輝度分布の変化や波長の違いによる散乱性の違いによるカラーシフトを引き起こすため、忠実な画像表示の妨げとなる。このため、光学フィルムのヘイズの値は、低くなければならない。
本発明の光学フィルムにおいては、具体的には、波長４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲において、フィルムのヘイズが２．０％以下、好ましくは１．５％以下、さらに好ましくは１．０％以下であることが望ましい。
【００３８】
（フィルム屈曲時のヘイズ）
フレキシブルな画像表示素子に用いる場合には、フィルムが曲がった状態においても均一な表示を得る必要があり、このためには、フィルムが曲がった状態であっても光学透明性が低下しないことが必須条件となる。
特に、本発明のようにポリマー部と無機材料部とを有する複合体の場合には、屈曲時にフィルムにかかる外部応力により、ポリマー部と無機材料部の屈折率が変化するため、ポリマー部と無機材料部の界面が認識され、その結果、光の反射拡散が生じてしまう。そして、光の反射拡散の増加は、屈曲時のフィルムのヘイズの増加として現れる。
【００３９】
なお、フレキシブルディスプレイとして用いる光学フィルムとしては、半径１０ｍｍの曲面で９０度屈曲させた場合に透明性が保持できるフィルムであれば、十分に使用可能である。本発明の光学フィルムにおいては、具体的には、半径１０ｍｍの曲面で９０度屈曲させた際のフィルム屈曲部のヘイズが２．０％以下、好ましくは１．５％以下、さらに好ましくは１．０％以下であることが望ましい。
【００４０】
［その他の層］
本発明の光学用フィルムには、必要に応じて、光学フィルムの片面、または両面に、樹脂コート層、水蒸気、酸素に対するガスバリア層、透明導電層を設けてもよい。光学フィルムの表面に設けられる層は、５０ｎｍ以上５０μｍ以下の範囲であることが好ましく、１００ｎｍ以上３０μｍ以下の範囲がより好ましい。本発明の光学フィルムの表面に設けられる層の厚みが５０ｎｍ以下の場合には、ガスバリアや透明導電層の効果を安定的に得ることができず、一方で、５０μｍを超えるの厚みの場合には、光学用フィルムが屈曲した際にクラックや割れを生じやすくなる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例により何等の限定を受けるものではない。
【００４２】
＜測定・評価方法＞
実施例においては、以下の項目について、以下の方法によって測定・評価を実施した。
【００４３】
［平均繊維径］
走査型電子顕微鏡（日立製作所製、商品名：Ｓ−２４００）により、繊維の表面を撮影（倍率：２０００倍または８０００倍）することにより写真図を得た。得られた写真図から無作為に２０箇所を選択して繊維の径を測定し、繊維径のすべての測定結果（ｎ＝２０）の平均値を、繊維の平均繊維径とした。
【００４４】
［光学透明樹脂の屈折率］
アッベ屈折計（アタゴ製、商品名：アッベ屈折計ＮＡＲ−４Ｔ）を用いて、光学透明樹脂のみからなるフィルムの屈折率測定を実施した。
【００４５】
［繊維の屈折率］
顕微鏡（ニコン製、商品名：）を用いて、光源に干渉フィルタ（５８９ｎｍ）を設置して、単一波長光源となるように調整した。
続いて、繊維をスライドガラスにとり、屈折調整液を用いて、１．５００から１．６００まで０．００２ＳＴＥＰにて、顕微鏡を覗きながら屈折調整液を繊維に順次滴下していき、繊維の外形が無くなるところを観測した。ここで、繊維の外形が無くなるところは、単一波長に対して、屈折率調整液と繊維の屈折率とがほぼ一致したことを示す。したがって、そのときの屈折率調整液の屈折率を、繊維の屈折率とした。
【００４６】
［線膨張係数］
セイコーインスツルメンツ製ＴＭＡ／ＳＳ６１００型を用いて、大気雰囲気下、５℃／１分の割合で３０℃から１５０℃まで上昇させた後、１５０℃で３０分間保持し、その後、５℃／１分の割合で１５０℃から３０℃まで冷却し、３０℃で３０分間保持し、再び同様の昇温、１５０℃３０分間保持、降温を実施し、２回目の昇温時における５０℃から１５０℃の範囲において、平均線膨張係数を測定した。なお、測定は引張モードで実施し、その引張加重は２０ｍＮとした。
【００４７】
［全光線透過率およびヘイズ］
ヘイズメーター（日本電色工業（株）製、型式：ＮＤＨ−２０００型）を用いて測定した。全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１９９７に準拠して、測定を実施した。ヘイズは、ＪＩＳ Ｋ７１０５−１９８１に準拠して、測定を実施した。
【００４８】
［曲げ試験］
曲げ半径を規定する円筒状治具（半径１０ｍｍ）と平板を用意した。短冊状（１０ｍｍ×４０ｍｍ）に裁断した光学フィルムを平板の上に置き、光学フィルムの一端をテープを用いて平板に固定した。引き続き、円筒状治具を、テープで固定した光学フィルムの端から１０ｍｍの位置に押し当て、円筒状治具を押し当てた状態で、固定していない光学フィルムのもう一端を、平板の面との角度が９０度となるまで引き上げた。このときの曲げ部分の光学フィルムの透明性変化を目視にて確認し、曲げ部分の光散乱を評価した。
【００４９】
[フィルム屈曲時のヘイズ]
ヘイズメーター（日本電色工業（株）製、型式：ＮＤＨ−２０００型）を用いて測定した。具体的には、光学フィルムとして、短冊状（２０ｍｍ×６０ｍｍ）に裁断したフィルムを用意し、両端を同一高さで、両端の幅を２０ｍｍに固定した状態とし、かつ、両端のフィルムを平行状態に保持して、フィルム中央の屈曲部が半径１０ｍｍの半円となるようにした。引き続き、フィルムの屈曲状態を保持したまま、フィルムの半円の内側から光が入射するようフィルムをヘイズメーターに保持し、フィルム屈曲時のヘイズ測定を実施した。
【００５０】
＜実施例１＞
［シリカ繊維の作成］
（繊維形成用組成物調製工程）
オルト珪酸テトラエチル（和光純薬工業製）１質量部に、ｐＨ３に調製した硫酸水溶液を１質量部添加した。硫酸水溶液を添加した溶液は、添加直後は相分離しているが、室温にて１０分間激しく攪拌することにより相溶化した。
得られた相溶化した溶液に、ポリエチレンオキシド（和光純薬製、平均分子量：５００，０００）を混合し、ポリエチレンオキシドが１質量％含まれる繊維形成用組成物（紡糸溶液）を調製した。
【００５１】
（紡糸工程・累積工程）
上記で得られた繊維形成用組成物（紡糸溶液）を用いて、図１に示す静電紡糸装置にとり繊維形成用組成物を噴出し、繊維を紡糸した。さらに、紡糸した繊維を蓄積させて、繊維集合体を作製した。なお、このときの噴出ノズル１の内径は０．４ｍｍ、電圧は１５ｋＶ、噴出ノズル１から電極４までの距離は１５ｃｍであった。
【００５２】
（焼成工程）
上記で得られた繊維集合体を、空気雰囲気下で、電気炉を用いて８００℃まで１００分かけて昇温し、その後、８００℃で２時間保持することにより焼成し、シリカ繊維（ＳｉＯ２ナノファイバ）を得た。得られたＳｉＯ２ナノファイバの平均繊維径は４００ｎｍ、屈折率は１．５１であった。
【００５３】
［光学透明樹脂の調製］
光学透明樹脂として、紫外線硬化型樹脂（東亜合成化学製、商品名：アロニックスＭ１５０）１００質量部を用い、光重合開始剤（チバ・ガイギー製、商品名：イルガキュア１８４）３質量部、希釈剤として１−メチル−２−プロパノール１０質量部を順次加えて、均一になるまで攪拌することにより塗布液を得た。この光学透明樹脂単独でのフィルムを作成したところ、屈折率は１．５１であった。
【００５４】
［光学用フィルムの作製］
上記で得られたシリカ繊維（ＳｉＯ２ナノファイバ）３５質量部をガラス基板の上に均一に乗せ、その上に上記で調製した光学透明樹脂塗布液６５質量部を加え、もう一枚のガラス基板により挟みこみ、均一のギャップになるようクリップで保持した。引き続き、強度１６０ｗの高圧水銀ランプで、積算光量７００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射することにより、光学透明樹脂をＵＶ架橋硬化させた。その後、ガラス基板からフィルムを剥離することで、１１０μｍの光学用フィルムを得た。
得られた光学用フィルムは、全光線透過率８７％、ヘイズ０．８％、５０〜１５０℃の範囲における線膨張係数は１５ｐｐｍであった。また、曲げ試験を実施したたところ、目視による光学フィルムの透明性の変化は一切見られなかった。なお、フィルム屈曲時のヘイズ測定結果は、０．８％であった。
【００５５】
＜実施例２＞
[シリカアルミナ繊維の作成］
（繊維形成用組成物調製工程）
オルト珪酸テトラエチル（和光純薬工業製）１質量部に、ｐＨ３に調製した硫酸水溶液を１質量部添加した。硫酸水溶液を添加した溶液は、添加直後は相分離しているが、室温にて１０分間激しく攪拌することにより相溶化した。
得られた相溶化した溶液に、塩基性塩化アルミニウム水溶液（大明化学工業製、商品名：アルファイン８３、Ａｌ２Ｏ３換算含有量：２３．３質量％）、ポリエチレンオキシド（シグマアルドリッチ製、平均分子量：２００，０００）を混合し、珪素とアルミニウムの混合比がＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３換算で２／１（質量比）であり、ポリエチレンオキシドが１質量％含まれる繊維形成用組成物（紡糸溶液）を調製した。
【００５６】
（紡糸工程・累積工程）
上記で得られた繊維形成用組成物（紡糸溶液）を用いて、図１に示す静電紡糸装置にとり繊維形成用組成物を噴出し、繊維を紡糸した。さらに、紡糸した繊維を蓄積させて、繊維集合体を作製した。なお、このときの噴出ノズル１の内径は０．４ｍｍ、電圧は１５ｋＶ、噴出ノズル１から電極４までの距離は１５ｃｍであった。
【００５７】
（焼成工程）
上記で得られた繊維集合体を、空気雰囲気下で、電気炉を用いて１０００℃まで１００分かけて昇温し、その後、１０００℃で２時間保持することにより焼成し、シリカアルミナ繊維を得た。得られたシリカアルミナ繊維の平均径は３３０ｎｍ、屈折率は１．５９であった。
【００５８】
［光学透明樹脂］
光学透明樹脂として、光学用紫外線硬化型樹脂（スリーボンド製、商品名：ＴＢ３０７８）１００質量部を用いた。この光学透明樹脂単独でのフィルムの屈折率は１．５９であった。
【００５９】
［光学用フィルムの作製］
上記で得られたシリカアルミナ繊維３５質量部をガラス基板の上に均一に乗せ、その上に上記の光学透明樹脂６５質量部を加え、もう一枚のガラス基板により挟みこみ、均一のギャップになるようクリップで保持した。引き続き、強度１６０ｗの高圧水銀ランプで、積算光量７００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射することにより、光学透明樹脂をＵＶ架橋硬化させた。その後、ガラス基板からフィルムを剥離することで、１１０μｍの光学用フィルムを得た。
得られた光学用フィルムは、全光線透過率８７％、ヘイズ０．８％、５０〜１５０℃の線膨張係数は２０ｐｐｍであった。また、曲げ試験を実施したたところ、目視による光学フィルムの透明性の変化は一切見られなかった。なお、フィルム屈曲時のヘイズ測定結果は、０．８％であった。
【００６０】
＜比較例１＞
［シリカ繊維の作成］
公知のバーナー火炎を用いた溶融法の２段延伸加工により、シリカ繊維（ＳｉＯ２マイクロファイバ）の製造を行った。
具体的には、酸素と水素の混合ガスのバーナー火炎を用い、直径２０ｍｍのＳｉＯ２ガラスロッドを４８５ｍｍ３／ｍｉｎで導入し、巻き取り具により巻き取り速度５ｍ／ｍｉｎで巻き取りながら、加熱延伸してＳｉＯ２ファイバ繊維を作成した。このとき得られたＳｉＯ２ファイバの直径は、０．３５ｍｍであった。
【００６１】
次いで、酸素と水素の混合ガスの線速が２４０ｍ／ｓとなるように調整したバーナー火炎中に、上記で得られたＳｉＯ２ファイバを９ｍｍ３／ｍｉｎで導入し、燃焼ガスの圧力により溶融した繊維を吹き飛ばすことで延伸加工を行い、ＳｉＯ２マイクロファイバを得た。このとき、ＳｉＯ２マイクロファイバは、燃焼ガスにより吹き飛ばされるので、網状の捕集冶具を用いて収集した。得られたＳｉＯ２マイクロファイバの平均繊維径は１μｍ、屈折率は１．５１であった。
【００６２】
［光学透明樹脂の調製］
実施例１と同様に、紫外線硬化型樹脂（東亜合成化学製、商品名：アロニックスＭ１５０）１００質量部を用い、光重合開始剤（チバ・ガイギー製、商品名：イルガキュア１８４）３質量部、希釈剤として１−メチル−２−プロパノール１０質量部を順次加えて、均一になるまで攪拌することにより塗布液を得た。この光学透明樹脂単独でのフィルムを作成したところ、屈折率は１．５１であった。
【００６３】
［光学用フィルムの作製］
上記で得られたシリカ繊維（ＳｉＯ２マイクロファイバ）３５質量部をガラス基板の上に均一に乗せ、その上に上記で調製した光学透明樹脂塗布液６５質量部を加え、もう一枚のガラス基板により挟みこみ、均一のギャップになるようクリップで保持した。引き続き、実施例１と同様に、強度１６０ｗの高圧水銀ランプで、積算光量７００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射することにより、光学透明樹脂をＵＶ架橋硬化させた。その後、ガラス基板からフィルムを剥離することで、１１０μｍの光学用フィルムを得た。
得られた光学用フィルムは、全光線透過率８６％、ヘイズ０．９％、５０〜１５０℃の範囲における線膨張係数は１７ｐｐｍであった。また、曲げ試験を実施したたところ、光学フィルムの曲げ部分は白濁し、透明性が損なわれた。フィルム屈曲時のヘイズ測定結果は３．５％であり、大きくヘイズが増加していることが観測された。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例で用いた静電紡糸法による装置を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 繊維形成用組成物噴出ノズル
２ 繊維形成用組成物
３ 繊維形成用組成物保持槽
４ 電極
５ 繊維捕集電極
６ 高電圧発生器
７ マスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い透明性を保持しつつも、線膨張係数が極めて小さく、また、屈曲等の応力存在下においても均一な光の透過性を保持することができる光学用フィルム、およびそれを用いた光学表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示素子に代表される光学表示素子には、基板としてガラス板が多く用いられてきた。しかし、ガラス基板は、ガラス本来の物理的特性に起因する、割れ易い、曲げにくい、重い、嵩高い、といった問題点を抱えていた。
【０００３】
そこで、ガラスの有するこれらの特性を克服するため、最近では、プラスチックフィルムを基板として用いる試みがなされている。例えば、特許文献１および特許文献２には、ガラス基板に替えて、ポリカーボネート樹脂やエポキシ樹脂からなるフィルムを用いて、液晶表示素子や有機ＥＬ表示素子を構成する技術が記載されている。
【０００４】
しかしながら、プラスチック材料は、ガラスと比較して線膨張係数が大きいため、製造プロセスでの反り（カール）や、アクティブマトリクス表示素子用アルミ配線の断線等の問題が生じていた。
【０００５】
ここで、プラスチック材料の線膨張係数を小さくすることを目的としては、各種の技術開発が行われている。例えば、特許文献３および特許文献４には、プラスチック材料に無機酸化物の粒子やフィラーを分散させることにより、線膨張係数が低減した樹脂シートが提案されている。また、特許文献５には、プラスチック材料に、オルガノシリカゾルとガラス繊維を組み合わせて用いた複合材料が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−０９８８３３号公報
【特許文献２】特開２００２−１８９２１１号公報
【特許文献３】特開２００２−３４７１５５号公報
【特許文献４】特開２００３−２６０７６８号公報
【特許文献５】特開２００６−０７０１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３および特許文献４におけるプラスチック材料への粒子またはフィラーを添加する方法では、添加量を多量にしなければ線膨張係数を十分に低減させることができなかった。そして、添加量が増加するにしたがって、プラスチック材料の機械的特性は著しく低下し、また、透明性も損なわれていく傾向にある。このため、プラスチック材料の機械的特性および透明性を保持したまま、線膨張係数とのバランスを図るには、粒子またはフィラーの添加量が限定的となり、その結果、得られるプラスチックフィルムの線膨張係数を制御するための有効な方法には至っていない。
【０００８】
また、特許文献５によれば、プラスチック材料への添加物としてオルガノシリカゾルとガラス繊維とを併用することで、粒子やフィラーを添加する場合よりも、添加量を多量とすることができ、その結果、プラスチック材料の線膨張係数をより低減させることができるとされている。
【０００９】
しかしながら、特許文献５に記載された複合材料は、屈曲等によって応力が発生すると、ガラス繊維部とプラスチック部との界面に屈折率界面が発生し、この界面において光が反射、散乱され、均一な表示を得ることが困難となっていた。
【００１０】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い透明性を保持しつつも、線膨張係数が極めて小さく、また、屈曲等の応力存在下においても均一な光の透過特性を保持する光学用フィルムを提供することにある。
【００１１】
また、この光学用フィルムを用いることにより、軽量で、割れ難く、屈曲を有する表面においても光の反射や散乱の影響が小さく、均一な表示を得ることが可能な光学表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた。その結果、特定範囲の屈折率差を有するナノオーダーの平均繊維径を有する繊維と光学透明樹脂とを複合材料とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち本発明は、平均繊維径が１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である繊維と、光学透明樹脂とを含む光学用フィルムであって、前記光学透明樹脂の屈折率と前記繊維の屈折率との差が、０．０３以下であり、フィルムの線膨張係数が、５０℃〜１５０℃の範囲において４０ｐｐｍ以下である光学用フィルムである。
また別の本発明は、本発明の光学用フィルムを画像表示部に具備した光学表示装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光学用フィルムは、高い透明性を保持しつつも極めて低い線膨張係数を有し、また、屈曲等の応力存在下においても均一な光の透過性を保持することができる。また、本発明の光学用フィルムを用いた光学表示装置は、従来のガラス板と比較して、軽量で割れ難く、屈曲した状態においても光の反射や散乱の影響が小さく、均一な表示を得ることが可能となる。このため、本発明の光学用フィルムは、液晶表示、電子ペーパー、有機ＥＬ表示素子等のプラスチック基板に好適に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の光学用フィルムは、特定の平均繊維径を有する繊維と、光学透明樹脂とを含む。以下に、本発明の構成材料について説明する。
【００１６】
＜光学透明樹脂＞
本発明の光学用フィルムを構成する光学透明樹脂は、画像表示部に用いられる部材として好適に利用するため、光学透明性が求められる。このため、本発明に用いられる光学透明樹脂は、可視領域における吸収が少ないか、または、可視領域における吸収が実質的にないものであることが好ましい。具体的には、波長４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲において、光学透明樹脂を厚み１００μｍのフィルムとした場合に、当該フィルムの光線透過率が８０％以上、好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上であることが好ましい。
本発明に用いられる光学透明樹脂の種類は、特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂、または硬化性樹脂のいずれであってもよい。
【００１７】
本発明の光学用フィルムを構成する光学透明樹脂としては、熱可塑性樹脂の場合には、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリビニルエーテル類、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ポリスチレン類、ナイロン６等の脂肪族ポリアミド類、ポリイミド類、ポリビニルアルコール等のビニル樹脂等を挙げることができる。これらの中では、加工安定性が高いことから、非晶質性である熱可塑性樹脂を好適に用いることができ、中でも、非晶質性のポリスチレンやメタクリル樹脂、ポリオレフィン、ポリカーボネートが好ましい。
【００１８】
本発明の光学フィルムを構成する光学透明樹脂が硬化性樹脂の場合には、外部励起エネルギーにより架橋反応等を経て硬化する硬化性樹脂を、代表として挙げることができる。硬化性樹脂には、紫外線や電子線等の活性線照射によって硬化する活性線硬化型樹脂と、熱により架橋反応を開始する熱硬化型樹脂等が存在するが、本発明においてはそのいずれも好適に用いることができる。
【００１９】
活性線硬化型樹脂としては、例えば、紫外線により硬化する紫外線硬化型樹脂を代表として挙げることができる。具体的には、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート系樹脂、紫外線硬化型アクリルウレタン系樹脂、紫外線硬化型メタクリル酸エステル系樹脂、および、紫外線硬化型ポリオールアクリレート系樹脂等を挙げることができる。
【００２０】
また、電子線により硬化する電子線硬化型樹脂としては、例えば、アクリレート系の官能基を有するものを挙げることができ、具体的には、比較的低分子量のポリエステルアクリレート樹脂、ポリエーテルアクリレート樹脂、アクリルアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリブタジエンアクリレート樹脂等が挙げられる。
【００２１】
また、熱硬化型樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノキシエーテル樹脂、フェノキシエステル樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、または、これらの混合物を挙げることができる。
この中では、繊維との良好な密着性が得られる観点より、フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂が好ましい。
【００２２】
＜繊維＞
［繊維の平均繊維径］
本発明の光学用フィルムを構成する繊維は、平均繊維径が１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲にある繊維である。本発明においては、用いられる繊維の平均繊維径を、可視光領域で光の波長のオーダー以下とすることにより、応力発生時における繊維と光学透明樹脂との間の応力弾性による屈折率差が小さくなり、このため、繊維と光学透明樹脂との間に屈折率界面が発生することを抑制し、ひいては、光の反射、散乱を低減することができる。一方で、平均繊維径が１０ｎｍ未満の繊維は、取り扱いに十分な強度が得られないので好ましくない。好ましい平均繊維径は１０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲であり、さらに好ましくは１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の範囲である。
【００２３】
［繊維の屈折率］
本発明の光学用フィルムを構成する繊維は、光学透明樹脂に複合して用いながら、同時に光学透明性を保持しなければならないため、光学透明樹脂の屈折率とほぼ同等の屈折率を有している必要がある。本発明においては、透明性の高いフィルムを得る観点から、光学透明樹脂の屈折率と繊維の屈折率との差が、０．０３以下であることが必要であり、さらに好ましくは０．０２以下、特に好ましくは０．０１以下である。光学透明樹脂の屈折率と繊維の屈折率との差が、０．０３より大きい場合には、繊維と光学透明樹脂との界面において光の反射、散乱の影響が顕著となり、透明な光学用フィルムを得ることが困難となる。
【００２４】
［繊維の材料］
本発明の光学用フィルムを構成する繊維は、光学透明樹脂の線膨張係数を制御することを目的として、光学透明樹脂と複合させて用いられる。したがって、用いられる繊維の線膨張係数が小さければ小さいほど、光学透明樹脂の線膨張係数を制御する効果が大きく、この観点からは、用いられる繊維は無機化合物繊維であることが好ましい。さらには、耐腐食性等の観点から、セラミックス繊維であることが好ましく、中では、酸化物系セラミックス繊維であることが特に好ましい。
【００２５】
酸化物セラミックス繊維を構成する酸化物としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＺｒＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＺｎＯ、Ｓｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ＨｆＯ２等を挙げることができ、また、これらを複数含むものであってもよい。
【００２６】
なお、本発明の光学用フィルムを構成する繊維の材料は、用いる光学透明樹脂の屈折率に応じて適宜選択すればよいが、通常の光学透明樹脂の屈折率の範囲は１．４〜１．７の範囲であるため、例えば、酸化マグネシウム（屈折率：１．７２）、アルミナ（酸化アルミニウム）（屈折率：１．６５〜１．７６）、シリカ（酸化シリコン）（屈折率：１．４５〜１．５８）、シリカ・アルミナ（屈折率：１．５５〜１．６５）を好ましく用いることができる。これらの中では、線膨張係数が低いことから、シリカが特に好ましい。
【００２７】
［繊維の製造方法］
本発明の光学用フィルムを構成する繊維の製造方法は、平均繊維径が小さい繊維を得ることのできる方法であれば特に限定されるものではないが、平均繊維径の小さい繊維を容易に得られる観点から、静電紡糸法を好ましい一態様として挙げることができる。
ここで、「静電紡糸法」とは、繊維形成性の基質等を含む溶液または分散液を、電極間で形成された静電場中に吐出し、溶液または分散液を電極に向けて曳糸することにより、繊維状物質を形成する方法である。
【００２８】
以下に、平均繊維径が小さい繊維を得るための一連の好ましい一態様である、静電紡糸法を用いて焼成前繊維を得る紡糸工程、当該焼成前繊維を累積させて繊維集合体を得る累積工程、繊維集合体を焼成してセラミックス繊維を得る焼成工程について説明する。
【００２９】
〔紡糸工程〕
紡糸工程においては、繊維形成用組成物を静電紡糸法によって噴出することにより、焼成前繊維を作製する。
具体的には、静電紡糸法によって繊維形成用組成物を捕集基材に向けて曳糸し、その間に、条件に応じて、繊維形成用組成物に含まれる溶媒が蒸発して焼成前の繊維状物質が形成される。通常の室温であれば捕集基材上に捕集されるまでの間に溶媒は完全に蒸発するが、溶媒蒸発が不十分である場合には、減圧条件下で曳糸しても差し支えなく、また、溶媒を完全に蒸発させることなく一部を残留させたままであってもよい。したがって、形成される焼成前の繊維状物質は、繊維形成用組成物に含まれていた溶媒が完全に留去した状態、溶媒が繊維状物質に含まれたまま残留する状態のいずれであってもよい。
なお、曳糸する温度は、溶媒の蒸発挙動や繊維形成用組成物（紡糸液）の粘度にあわせて調整すれば良く、通常は、０℃以上１００℃以下の範囲である。
【００３０】
〔累積工程〕
累積工程においては、上記の紡糸工程で得られた焼成前繊維を累積させて、繊維集合体を得る。具体的には、上記の紡糸工程で形成される焼成前の繊維状物質を、電極等の捕集基板上に累積（積層）することによって繊維集合体を得る。なお、繊維集合体が捕集基板上の一箇所に集中して累積（積層）される等、均一性が低い場合には、基板を揺れ動かしたり、回転させたりすることも可能である。
また、繊維集合体は上記同様に、繊維形成用組成物に含まれていた溶媒が完全に留去して集合体となっている状態のみならず、溶媒が焼成前の繊維状物質に含まれたまま残留する状態も含まれる。
【００３１】
〔焼成工程〕
焼成工程においては、上記の累積工程において得られた繊維集合体を焼成することにより、セラミックス繊維を得る。
焼成にあたっては、一般的な電気炉を用いることができるが、必要に応じて、焼成雰囲気の気体を置換することが可能な電気炉を用いてもよい。また、焼成温度は、８００℃以上１４００℃以下の範囲とすることが好ましい。８００℃以上で焼成することにより、耐熱性に優れたセラミックス繊維を作製するができる。しかしながら、１４００℃以上で焼成すると、セラミックス繊維中の粒成長が大きくなったり、低融点物が溶融したりすることから、力学強度が低下してしまう。より好ましい焼成温度は、９００℃以上１３００℃以下の範囲である。
【００３２】
＜光学用フィルム＞
［光学用フィルムの製造方法］
本発明の光学用フィルムの製造方法は特に限定されるものではなく、既存のフィルム製造方法を適用することができる。例えば、繊維と光学透明樹脂とを直接混合し、これを必要な型に注型したのち固化してフィルム化する方法、熱可塑性樹脂等を溶剤に溶解し、これに繊維を分散させ、溶液キャストした後、溶剤を揮発させてフィルム化する方法、繊維を均一なシートとし、その上に熱可塑性樹脂のフィルムを積層して真空熱プレスにより熱可塑性樹脂を溶融させて繊維と熱可塑性樹脂フィルムとを一体化させる方法、繊維を均一なシートとし、これに架橋性の硬化型樹脂を含浸させ、硬化させてフィルム化する方法等を挙げることができる。
【００３３】
本発明の光学用フィルムには、本発明の効果を損なわない範囲で、他の熱可塑性または熱硬化性のオリゴマーやポリマーを併用してもよい。また、酸化防止剤、紫外線吸収剤、染顔料等を添加してもよく、さらに、他の無機フィラー等の充填剤等を繊維と併用して用いてもよい。
【００３４】
［光学フィルムの線膨張係数］
本発明の光学用フィルムは、５０℃〜１５０℃の範囲において４０ｐｐｍ以下である。好ましくは３０ｐｐｍ以下であり、より好ましくは２０ｐｐｍ以下である。線膨張係数が４０ｐｐｍを越える場合には、例えば、光学用フィルムにアクティブマトリックス配線を施して表示基板に用いようとした際に、その製造工程における基板にかかる加工温度による反り（カール）の問題や、膨張収縮の影響でのアルミ配線の断線の問題等が生じる。
【００３５】
［光学用フィルムの厚み］
本発明の光学用フィルムを、光学表示装置の画像表示部に適用し、液晶表示素子、有機ＥＬ表示素子等の表示素子用基板、あるいは、カラーフィルター用基板として用いる場合には、光学用フィルムの厚さは、好ましくは４０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲であり、より好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下の範囲である。光学フィルムの厚さが１０００μｍより厚い場合には、フィルムロールとして取り扱うことが困難となることから、加工プロセスが煩雑となる。一方で、４０μｍより薄い場合には、フィルム強度が著しく低下するとともにシワ等が発生しやいため、実用性が大きく損なわれる。
【００３６】
［光学フィルムの光学特性］
（光線透過率）
本発明の光学用フィルムは、画像表示部に用いられる部材として好適に利用するため、光学透明性が求められる。このため、本発明の光学フィルムは、可視領域における吸収が少ないか、または、可視領域における吸収が実質的にないものであることが好ましい。
具体的には、波長４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲において、フィルムの光線透過率が７５％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは８５％以上であることが好ましい。
【００３７】
（ヘイズ）
また、光学フィルムにおいてヘイズは、光の散乱を引き起こし、輝度分布の変化や波長の違いによる散乱性の違いによるカラーシフトを引き起こすため、忠実な画像表示の妨げとなる。このため、光学フィルムのヘイズの値は、低くなければならない。
本発明の光学フィルムにおいては、具体的には、波長４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲において、フィルムのヘイズが２．０％以下、好ましくは１．５％以下、さらに好ましくは１．０％以下であることが望ましい。
【００３８】
（フィルム屈曲時のヘイズ）
フレキシブルな画像表示素子に用いる場合には、フィルムが曲がった状態においても均一な表示を得る必要があり、このためには、フィルムが曲がった状態であっても光学透明性が低下しないことが必須条件となる。
特に、本発明のようにポリマー部と無機材料部とを有する複合体の場合には、屈曲時にフィルムにかかる外部応力により、ポリマー部と無機材料部の屈折率が変化するため、ポリマー部と無機材料部の界面が認識され、その結果、光の反射拡散が生じてしまう。そして、光の反射拡散の増加は、屈曲時のフィルムのヘイズの増加として現れる。
【００３９】
なお、フレキシブルディスプレイとして用いる光学フィルムとしては、半径１０ｍｍの曲面で９０度屈曲させた場合に透明性が保持できるフィルムであれば、十分に使用可能である。本発明の光学フィルムにおいては、具体的には、半径１０ｍｍの曲面で９０度屈曲させた際のフィルム屈曲部のヘイズが２．０％以下、好ましくは１．５％以下、さらに好ましくは１．０％以下であることが望ましい。
【００４０】
［その他の層］
本発明の光学用フィルムには、必要に応じて、光学フィルムの片面、または両面に、樹脂コート層、水蒸気、酸素に対するガスバリア層、透明導電層を設けてもよい。光学フィルムの表面に設けられる層は、５０ｎｍ以上５０μｍ以下の範囲であることが好ましく、１００ｎｍ以上３０μｍ以下の範囲がより好ましい。本発明の光学フィルムの表面に設けられる層の厚みが５０ｎｍ以下の場合には、ガスバリアや透明導電層の効果を安定的に得ることができず、一方で、５０μｍを超えるの厚みの場合には、光学用フィルムが屈曲した際にクラックや割れを生じやすくなる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例により何等の限定を受けるものではない。
【００４２】
＜測定・評価方法＞
実施例においては、以下の項目について、以下の方法によって測定・評価を実施した。
【００４３】
［平均繊維径］
走査型電子顕微鏡（日立製作所製、商品名：Ｓ−２４００）により、繊維の表面を撮影（倍率：２０００倍または８０００倍）することにより写真図を得た。得られた写真図から無作為に２０箇所を選択して繊維の径を測定し、繊維径のすべての測定結果（ｎ＝２０）の平均値を、繊維の平均繊維径とした。
【００４４】
［光学透明樹脂の屈折率］
アッベ屈折計（アタゴ製、商品名：アッベ屈折計ＮＡＲ−４Ｔ）を用いて、光学透明樹脂のみからなるフィルムの屈折率測定を実施した。
【００４５】
［繊維の屈折率］
顕微鏡（ニコン製、商品名：）を用いて、光源に干渉フィルタ（５８９ｎｍ）を設置して、単一波長光源となるように調整した。
続いて、繊維をスライドガラスにとり、屈折調整液を用いて、１．５００から１．６００まで０．００２ＳＴＥＰにて、顕微鏡を覗きながら屈折調整液を繊維に順次滴下していき、繊維の外形が無くなるところを観測した。ここで、繊維の外形が無くなるところは、単一波長に対して、屈折率調整液と繊維の屈折率とがほぼ一致したことを示す。したがって、そのときの屈折率調整液の屈折率を、繊維の屈折率とした。
【００４６】
［線膨張係数］
セイコーインスツルメンツ製ＴＭＡ／ＳＳ６１００型を用いて、大気雰囲気下、５℃／１分の割合で３０℃から１５０℃まで上昇させた後、１５０℃で３０分間保持し、その後、５℃／１分の割合で１５０℃から３０℃まで冷却し、３０℃で３０分間保持し、再び同様の昇温、１５０℃３０分間保持、降温を実施し、２回目の昇温時における５０℃から１５０℃の範囲において、平均線膨張係数を測定した。なお、測定は引張モードで実施し、その引張加重は２０ｍＮとした。
【００４７】
［全光線透過率およびヘイズ］
ヘイズメーター（日本電色工業（株）製、型式：ＮＤＨ−２０００型）を用いて測定した。全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１９９７に準拠して、測定を実施した。ヘイズは、ＪＩＳ Ｋ７１０５−１９８１に準拠して、測定を実施した。
【００４８】
［曲げ試験］
曲げ半径を規定する円筒状治具（半径１０ｍｍ）と平板を用意した。短冊状（１０ｍｍ×４０ｍｍ）に裁断した光学フィルムを平板の上に置き、光学フィルムの一端をテープを用いて平板に固定した。引き続き、円筒状治具を、テープで固定した光学フィルムの端から１０ｍｍの位置に押し当て、円筒状治具を押し当てた状態で、固定していない光学フィルムのもう一端を、平板の面との角度が９０度となるまで引き上げた。このときの曲げ部分の光学フィルムの透明性変化を目視にて確認し、曲げ部分の光散乱を評価した。
【００４９】
[フィルム屈曲時のヘイズ]
ヘイズメーター（日本電色工業（株）製、型式：ＮＤＨ−２０００型）を用いて測定した。具体的には、光学フィルムとして、短冊状（２０ｍｍ×６０ｍｍ）に裁断したフィルムを用意し、両端を同一高さで、両端の幅を２０ｍｍに固定した状態とし、かつ、両端のフィルムを平行状態に保持して、フィルム中央の屈曲部が半径１０ｍｍの半円となるようにした。引き続き、フィルムの屈曲状態を保持したまま、フィルムの半円の内側から光が入射するようフィルムをヘイズメーターに保持し、フィルム屈曲時のヘイズ測定を実施した。
【００５０】
＜実施例１＞
［シリカ繊維の作成］
（繊維形成用組成物調製工程）
オルト珪酸テトラエチル（和光純薬工業製）１質量部に、ｐＨ３に調製した硫酸水溶液を１質量部添加した。硫酸水溶液を添加した溶液は、添加直後は相分離しているが、室温にて１０分間激しく攪拌することにより相溶化した。
得られた相溶化した溶液に、ポリエチレンオキシド（和光純薬製、平均分子量：５００，０００）を混合し、ポリエチレンオキシドが１質量％含まれる繊維形成用組成物（紡糸溶液）を調製した。
【００５１】
（紡糸工程・累積工程）
上記で得られた繊維形成用組成物（紡糸溶液）を用いて、図１に示す静電紡糸装置にとり繊維形成用組成物を噴出し、繊維を紡糸した。さらに、紡糸した繊維を蓄積させて、繊維集合体を作製した。なお、このときの噴出ノズル１の内径は０．４ｍｍ、電圧は１５ｋＶ、噴出ノズル１から電極４までの距離は１５ｃｍであった。
【００５２】
（焼成工程）
上記で得られた繊維集合体を、空気雰囲気下で、電気炉を用いて８００℃まで１００分かけて昇温し、その後、８００℃で２時間保持することにより焼成し、シリカ繊維（ＳｉＯ２ナノファイバ）を得た。得られたＳｉＯ２ナノファイバの平均繊維径は４００ｎｍ、屈折率は１．５１であった。
【００５３】
［光学透明樹脂の調製］
光学透明樹脂として、紫外線硬化型樹脂（東亜合成化学製、商品名：アロニックスＭ１５０）１００質量部を用い、光重合開始剤（チバ・ガイギー製、商品名：イルガキュア１８４）３質量部、希釈剤として１−メチル−２−プロパノール１０質量部を順次加えて、均一になるまで攪拌することにより塗布液を得た。この光学透明樹脂単独でのフィルムを作成したところ、屈折率は１．５１であった。
【００５４】
［光学用フィルムの作製］
上記で得られたシリカ繊維（ＳｉＯ２ナノファイバ）３５質量部をガラス基板の上に均一に乗せ、その上に上記で調製した光学透明樹脂塗布液６５質量部を加え、もう一枚のガラス基板により挟みこみ、均一のギャップになるようクリップで保持した。引き続き、強度１６０ｗの高圧水銀ランプで、積算光量７００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射することにより、光学透明樹脂をＵＶ架橋硬化させた。その後、ガラス基板からフィルムを剥離することで、１１０μｍの光学用フィルムを得た。
得られた光学用フィルムは、全光線透過率８７％、ヘイズ０．８％、５０〜１５０℃の範囲における線膨張係数は１５ｐｐｍであった。また、曲げ試験を実施したたところ、目視による光学フィルムの透明性の変化は一切見られなかった。なお、フィルム屈曲時のヘイズ測定結果は、０．８％であった。
【００５５】
＜実施例２＞
[シリカアルミナ繊維の作成］
（繊維形成用組成物調製工程）
オルト珪酸テトラエチル（和光純薬工業製）１質量部に、ｐＨ３に調製した硫酸水溶液を１質量部添加した。硫酸水溶液を添加した溶液は、添加直後は相分離しているが、室温にて１０分間激しく攪拌することにより相溶化した。
得られた相溶化した溶液に、塩基性塩化アルミニウム水溶液（大明化学工業製、商品名：アルファイン８３、Ａｌ２Ｏ３換算含有量：２３．３質量％）、ポリエチレンオキシド（シグマアルドリッチ製、平均分子量：２００，０００）を混合し、珪素とアルミニウムの混合比がＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３換算で２／１（質量比）であり、ポリエチレンオキシドが１質量％含まれる繊維形成用組成物（紡糸溶液）を調製した。
【００５６】
（紡糸工程・累積工程）
上記で得られた繊維形成用組成物（紡糸溶液）を用いて、図１に示す静電紡糸装置にとり繊維形成用組成物を噴出し、繊維を紡糸した。さらに、紡糸した繊維を蓄積させて、繊維集合体を作製した。なお、このときの噴出ノズル１の内径は０．４ｍｍ、電圧は１５ｋＶ、噴出ノズル１から電極４までの距離は１５ｃｍであった。
【００５７】
（焼成工程）
上記で得られた繊維集合体を、空気雰囲気下で、電気炉を用いて１０００℃まで１００分かけて昇温し、その後、１０００℃で２時間保持することにより焼成し、シリカアルミナ繊維を得た。得られたシリカアルミナ繊維の平均径は３３０ｎｍ、屈折率は１．５９であった。
【００５８】
［光学透明樹脂］
光学透明樹脂として、光学用紫外線硬化型樹脂（スリーボンド製、商品名：ＴＢ３０７８）１００質量部を用いた。この光学透明樹脂単独でのフィルムの屈折率は１．５９であった。
【００５９】
［光学用フィルムの作製］
上記で得られたシリカアルミナ繊維３５質量部をガラス基板の上に均一に乗せ、その上に上記の光学透明樹脂６５質量部を加え、もう一枚のガラス基板により挟みこみ、均一のギャップになるようクリップで保持した。引き続き、強度１６０ｗの高圧水銀ランプで、積算光量７００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射することにより、光学透明樹脂をＵＶ架橋硬化させた。その後、ガラス基板からフィルムを剥離することで、１１０μｍの光学用フィルムを得た。
得られた光学用フィルムは、全光線透過率８７％、ヘイズ０．８％、５０〜１５０℃の線膨張係数は２０ｐｐｍであった。また、曲げ試験を実施したたところ、目視による光学フィルムの透明性の変化は一切見られなかった。なお、フィルム屈曲時のヘイズ測定結果は、０．８％であった。
【００６０】
＜比較例１＞
［シリカ繊維の作成］
公知のバーナー火炎を用いた溶融法の２段延伸加工により、シリカ繊維（ＳｉＯ２マイクロファイバ）の製造を行った。
具体的には、酸素と水素の混合ガスのバーナー火炎を用い、直径２０ｍｍのＳｉＯ２ガラスロッドを４８５ｍｍ３／ｍｉｎで導入し、巻き取り具により巻き取り速度５ｍ／ｍｉｎで巻き取りながら、加熱延伸してＳｉＯ２ファイバ繊維を作成した。このとき得られたＳｉＯ２ファイバの直径は、０．３５ｍｍであった。
【００６１】
次いで、酸素と水素の混合ガスの線速が２４０ｍ／ｓとなるように調整したバーナー火炎中に、上記で得られたＳｉＯ２ファイバを９ｍｍ３／ｍｉｎで導入し、燃焼ガスの圧力により溶融した繊維を吹き飛ばすことで延伸加工を行い、ＳｉＯ２マイクロファイバを得た。このとき、ＳｉＯ２マイクロファイバは、燃焼ガスにより吹き飛ばされるので、網状の捕集冶具を用いて収集した。得られたＳｉＯ２マイクロファイバの平均繊維径は１μｍ、屈折率は１．５１であった。
【００６２】
［光学透明樹脂の調製］
実施例１と同様に、紫外線硬化型樹脂（東亜合成化学製、商品名：アロニックスＭ１５０）１００質量部を用い、光重合開始剤（チバ・ガイギー製、商品名：イルガキュア１８４）３質量部、希釈剤として１−メチル−２−プロパノール１０質量部を順次加えて、均一になるまで攪拌することにより塗布液を得た。この光学透明樹脂単独でのフィルムを作成したところ、屈折率は１．５１であった。
【００６３】
［光学用フィルムの作製］
上記で得られたシリカ繊維（ＳｉＯ２マイクロファイバ）３５質量部をガラス基板の上に均一に乗せ、その上に上記で調製した光学透明樹脂塗布液６５質量部を加え、もう一枚のガラス基板により挟みこみ、均一のギャップになるようクリップで保持した。引き続き、実施例１と同様に、強度１６０ｗの高圧水銀ランプで、積算光量７００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射することにより、光学透明樹脂をＵＶ架橋硬化させた。その後、ガラス基板からフィルムを剥離することで、１１０μｍの光学用フィルムを得た。
得られた光学用フィルムは、全光線透過率８６％、ヘイズ０．９％、５０〜１５０℃の範囲における線膨張係数は１７ｐｐｍであった。また、曲げ試験を実施したたところ、光学フィルムの曲げ部分は白濁し、透明性が損なわれた。フィルム屈曲時のヘイズ測定結果は３．５％であり、大きくヘイズが増加していることが観測された。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例で用いた静電紡糸法による装置を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 繊維形成用組成物噴出ノズル
２ 繊維形成用組成物
３ 繊維形成用組成物保持槽
４ 電極
５ 繊維捕集電極
６ 高電圧発生器
７ マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均繊維径が１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である繊維と、光学透明樹脂とを含む光学用フィルムであって、
前記光学透明樹脂の屈折率と前記繊維の屈折率との差が、０．０３以下であり、
フィルムの線膨張係数が、５０℃〜１５０℃の範囲において４０ｐｐｍ以下である光学用フィルム。
【請求項２】
波長４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲において、ヘイズが２．０％以下である請求項１記載の光学用フィルム。
【請求項３】
半径１０ｍｍの曲面で９０度屈曲させた場合に、屈曲部のヘイズが２．０％以下である請求項１または２記載の光学用フィルム。
【請求項４】
前記繊維が、無機化合物繊維である請求項１から３いずれかに記載の光学用フィルム。
【請求項５】
前記無機化合物繊維が、セラミックス繊維である請求項４記載の光学用フィルム。
【請求項６】
前記セラミック繊維が、酸化物系セラミックス繊維である請求項５記載の光学用フィルム。
【請求項７】
前記繊維の含有量が、５質量％以上９５質量％である請求項１から６いずれかに記載の光学用フィルム。
【請求項８】
請求項１から７いずれかに記載の光学用フィルムを画像表示部に具備した光学表示装置。
【請求項１】
平均繊維径が１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である繊維と、光学透明樹脂とを含む光学用フィルムであって、
前記光学透明樹脂の屈折率と前記繊維の屈折率との差が、０．０３以下であり、
フィルムの線膨張係数が、５０℃〜１５０℃の範囲において４０ｐｐｍ以下である光学用フィルム。
【請求項２】
波長４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲において、ヘイズが２．０％以下である請求項１記載の光学用フィルム。
【請求項３】
半径１０ｍｍの曲面で９０度屈曲させた場合に、屈曲部のヘイズが２．０％以下である請求項１または２記載の光学用フィルム。
【請求項４】
前記繊維が、無機化合物繊維である請求項１から３いずれかに記載の光学用フィルム。
【請求項５】
前記無機化合物繊維が、セラミックス繊維である請求項４記載の光学用フィルム。
【請求項６】
前記セラミック繊維が、酸化物系セラミックス繊維である請求項５記載の光学用フィルム。
【請求項７】
前記繊維の含有量が、５質量％以上９５質量％である請求項１から６いずれかに記載の光学用フィルム。
【請求項８】
請求項１から７いずれかに記載の光学用フィルムを画像表示部に具備した光学表示装置。
【図１】
【公開番号】特開２００９−１９１６０（Ｐ２００９−１９１６０Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８４２９７（Ｐ２００７−１８４２９７）
【出願日】平成１９年７月１３日（２００７．７．１３）
【出願人】（０００００３００１）帝人株式会社 (1,209)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１３日（２００７．７．１３）
【出願人】（０００００３００１）帝人株式会社 (1,209)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]