説明

位相差フィルムの製造方法

【課題】 非晶性熱可塑性樹脂からなり、薄膜でありながら、光学品質に優れた縦横逐次二軸延伸位相差フィルムの製造方法を提供する。
【解決手段】 特定の厚み品質に制御された長尺状の非晶性熱可塑性樹脂フィルムを、下記(1)〜(5)を満足するように、長さ方向に1.1倍以上に延伸した後、幅方向に2倍以上延伸して、幅方向に遅相軸を有する位相差フィルムとする。
(1)0nm≦R≦200nm
(2)50nm≦Rth≦300nm
(3)d≦50μm
(4)フィルム長さ方向Rバラツキ≦10nm/10m
(5)フィルム長さ方向Rムラ≦1nm/5mm
(但し、Rはフィルム面内のリタデーション、Rthはフィルム厚さ方向のリタデーション、dはフィルムの厚さを示す。)

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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、施光効果を利用した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。
【0003】
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、ポリカーボネートやポリサルホン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。
【0004】
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デーションを有することが強く求められている。リタデーションはフィルムの屈折率と厚みによって制御される。
【0005】
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、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。
しかし、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な品質を得る方法は示されていなかった。特に、近年、液晶表示装置のコンパクト化や薄型化が求められてきており、それに伴い位相差フィルムにも薄膜化が求められてきている。しかしながら、位相差フィルムを薄膜化すると厚みの低下に伴いリタデーションも低下してしまい、所望のリタデーションの値に到達できないという不具合が生じるという問題があった。また、位相差フィルムにおいては、リターデーションバラツキやリターデーションムラが表示品質を低下させ、色むらを発生させるため問題となっている。この原因として、従来より、延伸前フィルムにおける厚みの精度不良が原因の一つと考えられている。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リターデーションムラが生じることとなる。
【0006】
一方、特許文献2には、無延伸フィルム段階での厚み精度を規定して一軸延伸し、リターデーションのバラツキを小さくする方法が提案されている。
しかしながら、本発明者らは、逐次二軸延伸方法においては、一軸延伸法に比べてリターデーションバラツキやリターデーションムラが大きくなる傾向を経験しているが、上記公報はもとよりそれらを押さえる手段は知られていなかった。
【特許文献1】特開2002−148438号公報
【特許文献2】特許第2841377号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
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、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る位相差フィルムの製造方法は、
平均厚みが100μm以上、長さ方向の厚みバラツキが10mあたり1μm以下、長さ方向の5mmあたりの厚みムラが0.2μm以下である長尺状の非晶性熱可塑性樹脂フィルムを、下記(1)〜(5)を満足するように、長さ方向に1.1倍以上に延伸した後、幅方向に2倍以上延伸して、遅相軸を幅方向に略一致させることを特徴とする。
(1)0nm≦R≦200nm
(2)50nm≦Rth≦300nm
(3)d≦50μm
(4)フィルム長さ方向Rバラツキ≦10nm/10m
(5)フィルム長さ方向Rムラ≦1nm/5mm
また、非晶性熱可塑性樹脂フィルムが溶融押出法によって成膜されたものであることを特徴とする。
なお、Rはフィルム面内のリタデーション、Rthはフィルム厚さ方向のリタデーション、dはフィルムの厚さを示す。
【発明の効果】
【0009】
フィルムの平均厚みが100μm以上である非晶性熱可塑性樹脂フィルムを、長さ方向に1.1倍以上に延伸した後、幅方向に2倍以上延伸することで、所望のリタデーションを有し、かつ、薄膜であって、幅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。更に、延伸前フィルムの長さ方向の厚みバラツキ及び厚みムラが特定範囲にある場合には、得られる位相差フィルムの長さ方向のリターデーションのバラツキやムラを精度よく小さな範囲に制御することが可能となり、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、色ムラ等の光学的な品質低下も発生しない。また、厚みが50μm以下であるために、液晶テレビ等の薄膜化に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
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非晶性熱可塑性樹脂としては、透明性に優れるものが好ましく、例えば、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、環状オレフィン系、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。
【0011】
上記環状オレフィン系高分子の中でも、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しておくことが好ましい。
【0012】
上記非晶性熱可塑性系樹脂には、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系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、フェノール系、リン系等の酸化防止剤;ラクトン系等の熱劣化防止剤;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等の紫外線吸収剤;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、部分エーテル系等の滑剤;アミン系等の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。
【0013】
本発明では、延伸前の長尺状フィルムとして平均厚みが100μm以上、長さ方向の厚みバラツキが10mあたり1μm以下、長さ方向の5mmあたりの厚みムラが0.2μm以下であるものを使用する必要がある。
【0014】
上記非晶性熱可塑性樹脂を用いて、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、コストが安く、環境負荷が小さいことから後者の方法が好ましく用いられる。
【0015】
本発明では、延伸前の非晶性熱可塑性樹脂フィルムとして溶融押出フィルムが好ましく用いられる。図1は、溶融押出により非晶性熱可塑性樹脂フィルムを成膜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、非晶性熱可塑性樹脂フィルムを成膜する際には、先ず押出機1から溶融状態の非晶性熱可塑性樹脂が押し出され、金型2に供給される。金型2から半溶融状態の非晶性熱可塑性樹脂がフィルム状に吐出され、冷却ロール4に接触することで冷却、固化される。なお、5はタッチロールであり、冷却ロール4にフィルム3を密着させるために設けられている。このようにして固化されたフィルム3は、ロール6,7を経て巻き取られる。
【0016】
ここで、上記金型2の出口からフィルム3が冷却ロール4に接する接点までの距離、すなわちエアギャップは短いほうが好ましい。エアギャップが短いほうが、外乱による厚みばらつきを低減することができる。すなわち、適正な厚みプロファイルを有するフィルムを安定的に製造することが出来る。好ましいエアギャップは70mm以下である。
【0017】
また、フィルム3が冷却ロール4に接触する際に、冷却ロール4とフィルム3との間に空気が入らないことが望ましく、かつ冷却速度が全面で均一であることが望ましい。従って、上記接点の下流側近傍において、タッチロール5などの押圧手段によりフィルム3を冷却ロール4側に押圧することが望ましい。
押圧手段としては、タッチロール5に限定されず、エアナイフや静電ピニングなどを用いてもよい。もっとも、安定性に優れ、フィルム3を均一に冷却ロール4に圧接させ得るため、弾性材料からなる表面を有するタッチロールを用いることが望ましい。
【0018】
冷却ロール4の温度は、フィルム3を構成する樹脂の種類によっても異なるが、用いられている樹脂のガラス転移温度Tgとしたとき、Tg−10℃〜Tg−100℃の範囲であることが望ましい。なお、本明細書全体を通して使用するガラス転移温度Tgは、示差走査熱量計によって測定されるものをいう。
フィルムの平滑性と透明性とを確保するために、冷却ロール4の表面粗さは、JIS B 0601に定義されているRy値で0.5μm以下が好ましく、0.3μm以下とすることがより好ましい。上記冷却ロール4は様々な材料で構成され得るが、好ましくは金属からなり、例えば炭素鋼やステンレス鋼などにより構成されているものが好適に用いられる。金属からなる冷却ロール4を用いた場合、冷却ロール4の温度を速やかに一定温度に維持することができ、かつフィルム3を効率よく冷却することができる。
また、フィルムの長さ方向の厚み精度を高めるためにロールの偏心振れは小さい方が望ましい。具体的には30μm以下が望ましく、10μm以下が更に望ましい。
【0019】
金型2の温度がばらついていると樹脂の流動性が変化するので、金型2の温度は安定していることが望ましい。好ましくは、金型2のフィルム3を構成する溶融樹脂に接触する部分の温度は、設定温度±0.5℃以内、より好ましくは設定温度±0.2℃以内に保たれていることが望ましい。
また、一般に、ロール温度は樹脂の固化点に大きく影響を与える。従って、冷却ロール4を様々な温度に温度調節できる構造を有するように、冷却ロール4の軸芯部に温度調節機構を連結もしくは内蔵する構造を有することが望ましい。好ましい温度調節手段としては、シーズヒーターを軸芯部に組み込んで冷却ロール4を適当な温度に設定するように加熱する電気加熱方式の温度調節手段、あるいは誘導発熱コイルによる電磁誘導作用による温度調節手段、軸芯部に設けられた流路に温度制御用の熱媒体を循環させて冷却ロールを設定温度に加熱する熱媒体循環加熱方式などの温度調節手段が用いられ得る。特に好ましいのは、熱媒体循環加熱方式であり、熱媒体としては気体を用いてもよく、水または油などの液体を用いてもよい。とりわけ、熱容量が大きい水や油などの液体を用いることが望ましい。このような熱媒体流路の好適な例としては、内部に二条スパイラル構造または四条スパイラル構造を有するものが挙げられる。
【0020】
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、先ずフィルム長さ方向(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。
【0021】
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、リタデーションを制御し易く、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。
【0022】
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補償位相差量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、所望のリタデーションを得ることが困難となることがあるので、(未延伸フィルムのガラス転移温度Tg−20℃)〜(未延伸フィルムのガラス転移温度Tg+50℃)が好ましく、(未延伸フィルムのガラス転移温度Tg−10℃)〜(未延伸フィルムのガラス転移温度Tg+40℃)がより好ましい。
【0023】
また、この時の延伸倍率は、小さ過ぎると、引き続く横延伸(幅方向への延伸)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R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。
【0024】
そして、上述の要領で得られた縦一軸延伸フィルムは、熱緩和による正面リタデーションRの低下を防止するために、非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度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。
【0025】
次に、得られた縦一軸延伸フィルムを、フィルムの幅方向(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。このとき、前記縦一軸延伸されたフィルムは、そのまま横延伸工程に搬送されてもよいし、一旦ロール状に巻き取られた後、再度巻き出されて横延伸工程へ搬送されてもよい。
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、フィルムの幅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。
【0026】
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、5倍以下、好ましくは4倍以下、より好ましくは3.5倍以下とされる。
【0027】
また、横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補償位相差量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、所望の正面リタデーション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−20℃〜ガラス転移温度Tg+35℃が好ましく、ガラス転移温度Tg−10℃〜ガラス転移温度Tg+25℃がより好ましい。
【0028】
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、熱緩和による正面リタデーションR及び厚み方向リタデーションRthの低下を防止するために、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。
【0029】
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。
【0030】
なお、非晶性熱可塑性樹脂フィルムの長さ方向の厚みバラツキ及び延伸後の位相差フィルムの長さ方向のリタデーションバラツキの測定は、フィルムの中央に50mm間隔で長さ10mの範囲を測定し、その最大値−最小値から求める。
また、非晶性熱可塑性樹脂フィルムの長さ方向の厚みムラ及び延伸後の位相差フィルムの長さ方向のリタデーションムラの測定は、フィルムの中央に1mm間隔で長さ1mの範囲を測定し、5mm区間の最大値−最小値をムラとし、全区間の厚みムラの最大値から求める。
【0031】
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】
【0032】
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、平均厚みが120μmの長尺状のフィルムを得た。フィルムの長さ方向の厚みバラツキは0.8μmであり、厚みムラは0.15μmであった。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さ方向(縦方向)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1.45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、縦一軸延伸フィルムをロール状に巻き取った。
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、テンター延伸機を用いてその幅方向(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2.60倍になるようにこの温度で延伸し、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の厚みは37.2μmであった。
【0033】
(比較例1)
用いた延伸前フィルムの厚みバラツキが1.5μmであり、厚みムラが0.3μmであること以外、実施例1と同様にして位相差フィルムを得た。得られた位相差フィルムの厚みは37.3μmであった。
【0034】
(比較例2)
比較例1の延伸倍率を1.60倍としたこと以外は、比較例1と同様にして位相差フィルムを得た。得られた位相差フィルムの厚みは61.3μmであった。
【0035】
(比較例3)
横方向の延伸を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして位相差フィルムを得た。得られた位相差フィルムの厚みは99.7μmであった。
上記実施例及び比較例にて得られた位相差フィルムのリタデーション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。結果を表1に示した。
【0036】
【表1】

【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明方法に用いられる非晶性熱可塑性樹脂フィルムを製造するための溶融押出装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【0038】
1 押出機
2 金型
3 フィルム
4 冷却ロール
5 タッチロール
6,7 ロール

【特許請求の範囲】
【請求項1】
平均厚みが100μm以上、長さ方向の厚みバラツキが10mあたり1μm以下、長さ方向の5mmあたりの厚みムラが0.2μm以下である長尺状の非晶性熱可塑性樹脂フィルムを、下記(1)〜(5)を満足するように、長さ方向に1.1倍以上に延伸した後、幅方向に2倍以上延伸して、遅相軸を幅方向に略一致させる位相差フィルムの製造方法。
(1)0nm≦R≦200nm
(2)50nm≦Rth≦300nm
(3)d≦50μm
(4)フィルム長さ方向Rバラツキ≦10nm/10m
(5)フィルム長さ方向Rムラ≦1nm/5mm
(但し、Rはフィルム面内のリタデーション、Rthはフィルム厚さ方向のリタデーション、dはフィルムの厚さを示す。)
【請求項2】
請求項1記載の位相差フィルムの製造方法において、非晶性熱可塑性樹脂フィルムが溶融押出法によって成膜されたものである位相差フィルムの製造方法。

【図1】
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【公開番号】特開2008−170716(P2008−170716A)
【公開日】平成20年7月24日(2008.7.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−3629(P2007−3629)
【出願日】平成19年1月11日(2007.1.11)
【出願人】(000002174)積水化学工業株式会社 (5,781)
【Fターム(参考)】