説明

光学用積層フィルム

【課題】輝度斑が少なく、隣接部材との貼付きが抑制され、延伸工程でのクリップ融着を防止することのできる光学用積層フィルムを提供する。
【解決手段】支持層およびこれに接して共押出法によって設けられた光拡散層からなる光学用積層フィルムであって、支持層は、微粒子を実質的に含有しない二軸配向したポリエステルからなり、ボイドを実質的に含有しない層であり、光拡散層は、支持層のポリエステルより融点が5〜50℃低い共重合ポリエステルおよび光拡散粒子からなり、ボイドを実質的に含有しない層であり、光拡散粒子の平均粒径d50は1〜30μmであり、光拡散層の厚みは光拡散粒子の平均粒径d50の0.1〜0.9倍であり、光拡散層は光拡散粒子に由来する突起をその表面に有し、該表面の十点平均高さRzは500〜20000nmであることを特徴とする光学用積層フィルム。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学用積層フィルムに関し、さらに詳しくは、液晶表示装置を構成する光学部材として用いられる、光拡散性を備える光学用積層フィルムに関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置の光学用部材として用いられる光拡散性の光学用フィルムには、光線透過率が高く、かつ光拡散性が高いことが必要である。
この光拡散性の光学用フィルムとして、フィルムの内部に光拡散粒子を含有させることで光拡散性を付与したフィルムが提案されている(特開2001−272508号公報、特開2001−272511号公報)。また、フィルムの内部に球状または凸レンズ状の微粒子を含有させることで光拡散性を付与したフィルムが提案されている(特開2002−178472号公報)。さらに、透明なポリエステルフィルム基材のうえに光拡散粒子をコーティングして光拡散性を付与したフィルムが提案されている(特開平6−59108号公報)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2001−272508号公報
【特許文献2】特開2001−272511号公報
【特許文献3】特開2002−178472号公報
【特許文献4】特開平6−59108号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、これらの光拡散性の光学用フィルムは、表面が平滑であり、また表面の凹凸が少なく、他部材に貼り付き易く、そのため、液晶表示装置に組み込みのときにフィルムのハンドリングが困難になる場合がある。特に、これらの光学用フィルムを、バックライトの構成部材として用いる場合には、フィルムが撓み、表示面に輝度斑を発生することがある。また、生産工程でクリップに融着しやすく、生産性を低下させることがある。
【0005】
本発明は、バックライトの構成部材として用いたときに輝度斑が少なく、かつ、隣接する他部材との貼付きが抑制され、さらに延伸工程でのフィルムエッジ部のクリップ融着を防止することのできる、光学用積層フィルムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
すなわち本発明は、支持層およびこれに接して共押出法によって設けられた光拡散層からなる光学用積層フィルムであって、支持層は、微粒子を実質的に含有しない二軸配向したポリエステルからなり、ボイドを実質的に含有しない層であり、光拡散層は、支持層のポリエステルより融点が5〜50℃低い共重合ポリエステルおよび光拡散粒子からなり、ボイドを実質的に含有しない層であり、光拡散粒子の平均粒径d50は1〜30μmであり、光拡散層の厚みは光拡散粒子の平均粒径d50の0.1〜0.9倍であり、光拡散層は光拡散粒子に由来する突起をその表面に有し、該表面の十点平均高さRzは500〜20000nmであることを特徴とする光学用積層フィルムである。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、バックライトの構成部材として用いたときに輝度斑が少なく、かつ、隣接する他部材との貼付きが抑制され、さらに延伸工程でのフィルムエッジ部のクリップ融着を防止することのできる、光学用積層フィルムを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の光学用積層フィルムは、支持層およびこれに接して共押出法によって設けられた光拡散層からなる。以下、支持層、光拡散層の順に説明する。
【0009】
[支持層]
支持層は、微粒子を実質的に含有しない二軸配向したポリエステルからなり、ボイドを実質的に含有しない層である。本発明において「微粒子を実質的に含有しない」とは、微粒子の含有量が高々0.01重量%であることをいう。微粒子を実質的に含有すると、ポリエステル支持層の中にボイドが発生するため、フィルムの光線透過率が低下することになる。支持層が二軸配向したポリエステルの層でないと、熱収縮、耐熱性および機械的特性が劣り、また、製膜時にクリップ融着によるフィルムの生産性が低下しやすく、バックライトユニットに組込む際に隣接部材と密着しやすく、部分的かつ不均一な密着によって、輝度斑が発生する。「ボイドを実質的に含有しない」ことの定義と技術的意義は後に説明する。
【0010】
支持層のポリエステルとしては、芳香族飽和ポリエステルを用いる。これは、芳香族ジカルボン酸成分と、脂肪族ジオール成分とからなるポリエステルである。ポリエステルとして、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートを挙げることができる。これらは共重合ポリマーであってもよいが、ホモポリマーが好ましい。最も好ましいポリエステルは、共重合ポリマーより比較的融点の高く、機械的強度の優れたポリエチレンテレフタレートのホモポリマーである。
【0011】
[光拡散層]
光拡散層は、支持層のポリエステルより融点が5〜50℃低い共重合ポリエステルおよび光拡散粒子からなり、ボイドを実質的に含有しない層である。「ボイドを実質的に含有しない」ことの定義と技術的意義は後に説明する。
【0012】
光拡散層のポリエステルとして、支持層のポリエステルより融点が5〜50℃低いポリエステルを用いる。本発明においては、フィルムの延伸により発生した光拡散層のボイドを、フィルムを熱処理することで消滅させて、ボイドのない光拡散層を得る。融点差が5℃未満であるとフィルムの機械的強度を保ったまま光拡散層のポリエステルを再融解させることができず、延伸時に光拡散成分の周辺に発生するボイドをフィルムの熱処理によっても十分に消滅させることができない。他方、融点差が50℃を超えるとフィルムの耐熱性が不足する。
【0013】
光拡散層に用いる融点の低いポリエステルとして共重合ポリエステルを用いることができる。例えば、支持層のポリエステルとしてポリエチレンテレフタレートを用いる場合には、光拡散層のポリエステルとして共重合ポリエチレンテレフタレートを用いることが好ましい。共重合成分として、ジカルボン酸成分としては、例えばイソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸の如き芳香族ジカルボン酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸の如き脂肪族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸の如き脂環族ジカルボン酸を例示することができる。ジオール成分としては、1、4−ブタンジオール、1、6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコールの如き脂肪族ジオール、1、4−シクロヘキサンジメタノールの如き脂環族ジオール、ビスフェノールAの如き芳香族ジオールを例示することができる。これらは単独で用いてもよく、二種以上を用いてもよい。
【0014】
光拡散層の光拡散粒子の平均粒径d50は1〜30μmである。平均粒径d50が1μm未満であると光拡散性が不足し、さらに十点平均高さRzが十分に得られず、密着防止機能が不足する。他方、平均粒径d50が30μmを超えると光拡散性、表面突起高さは十分だが、平行光透過率が不足して輝度が劣るうえ、光拡散粒子の粒径が大きいために微粒子の界面で発生するボイドが大きくなり、熱処理によってボイドを消滅させることが困難となる。
【0015】
光拡散層の光拡散粒子としては、好ましくは球状微粒子を用いる。球状微粒子は真球度の高いものほど好ましく、アスペクト比が1.1以下のものが特に好ましい。なお、球状微粒子は、無色透明な微粒子であることが好ましい。
【0016】
光拡散粒子として、例えば硫酸バリウム、酸化チタン、シリカといった無機微粒子、例えばアクリル樹脂、ポリスチレン、有機シリコーン、フッ素樹脂といった有機微粒子を用いることができる。
【0017】
光拡散粒子の屈折率と光拡散層のポリエステルとの屈折率の差と、光拡散粒子の平均粒径との積(屈折率差×平均粒径(μm))は0.1〜0.5[μm]であることが好ましい。この範囲であると、特に良好な光拡散性を得ることができる。
【0018】
光拡散層は二軸延伸後に、光拡散層のポリエステルの融点より高い温度で熱処理されることによって、配向が緩和され、または配向がなくされる。光拡散層に配向が残っていると光拡散粒子との界面で延伸時に発生するボイドを十分に消失させることができず、光線透過率の低下を招くことになる。
【0019】
光拡散層は、積層フィルムの表面に配置されるが、光拡散層の表面は、光拡散層に含有される光拡散粒子に由来する表面突起を有する。光拡散層の表面の十点平均高さRzは、500〜20000nm、好ましくは1000〜10000nmである。この範囲の十点平均高さRzであることによって、ロールとして巻き取った場合にブロッキングが発生せず、フィルムの生産工程で良好なハンドリング性を得ることができる。
【0020】
[ボイド]
本発明の光学用積層フィルムは、支持層および光拡散層のいずれも、ボイドを実質的に含有しない。ボイドとはフィルム中の空隙である。「ボイドを実質的に含有しない」とは、ボイドを含有しないか、全光線透過率を低下させない程度のボイドを含有することをいい、例えば、支持層および光拡散層をフィルム面に垂直に切断したときのボイドの断面積が光拡散粒子の断面積の好ましくは50%以下、さらに好ましくは30%以下であることをいう。支持層や光拡散層がボイドを実質的に含有すると、ボイド界面で光が乱反射して、積層フィルムの全光線透過率が低下し、バックライトユニットに用いたときに高い輝度を得ることができない。
【0021】
支持層および光拡散層がボイドを含有しないことは、フィルムの断面を走査型顕微鏡(SEM)または透過型顕微鏡(TEM)で500倍〜20000倍の倍率で観察することによって確認することができる。
【0022】
[層構成]
本発明の光学用積層フィルムは、支持層の一方の面にのみ光拡散層を設けた構成でもよく、支持層の両方の面に光拡散層を設けた構成でもよい。また、光拡散層と支持層を交互に3層以上積層させた構成であってもよい。好ましい構成は支持層の両面に光拡散層を設けた構成である。この構成であると対称性がよいため平面性を維持しやすい。
【0023】
本発明においては、支持層のポリエステルがポリエチレンテレフタレートであり、光拡散層のポリエステルが共重合ポリエチレンテレフタレートである積層フィルムが好ましく、支持層の両面に光拡散層が設けられた3層積層フィルムが特に好ましい。
【0024】
本発明の光学用積層フィルムの総厚みは、好ましくは10〜500μm、さらに好ましくは10〜400μmである。この範囲の総厚みであることによって、延伸性がよく生産性のよい光学用積層フィルムを得ることができる。
【0025】
本発明において、支持層の合計厚みに対する光拡散層の合計厚みの比率(光拡散層の合計厚み/支持層の合計厚み)は1.5〜40%である、1.5%未満であると、光拡散粒子が表層からフィルム表面に突き出すぎて脱落してしまい、40%を超えると光拡散性は十分得られるが、機械的強度を維持できず、さらに表層から突き出しが少なく隣接部材との密着を防止する効果を得ることができない。
【0026】
本発明の光学用積層フィルムは、その光拡散率が好ましくは70〜90%である。この範囲の光拡散率を備えることで特に優れた光拡散性を得ることができる。
本発明の光学用積層フィルムの表面には、必要に応じて、本発明の効果を損なわない限りにおいて、プライマー層の塗設、コロナ放電処理、プラズマ処理、火炎処理などを施してもよい。これらの処理は、フィルムの製造後に施しても、フィルム製造工程内で施してもよい。
【0027】
[製造方法]
本発明の光学用積層フィルムは、溶融押出成形によって未延伸シートを得、これを延伸して得ることができる。
光拡散粒子のポリエステルへの添加は、ポリエステルの重合段階で行ってもよく、ポリエステルを重合した後で溶融混練する際に添加してもよい。例えば、光拡散粒子を粉体の状態で供給する場合、原料であるポリエステル用の押出機と当該押出機に定量的に粉体供給できる供給装置を兼ね備える溶融混練押出機を用意し、これにポリエステルと光拡散粒子とを供給して溶融混練し、押出し、冷却すればよい。
【0028】
押出機は、均一な混練が可能で微粒子の分散に効果的な二軸タイプが好ましく、例えばニーディングディスクおよび逆ねじの混練用エレメントを配したスクリュー構成を有するベント式二軸混練押出機を用いることができる。
【0029】
溶融混練したポリエステル組成物は、フィードブロックを用いた同時多層押出法により、積層未延伸シートを製造し、これを製膜方向もしくは幅方向、好ましくはその両方向に延伸し、必要に応じて熱固定処理、弛緩処理を行い、フィルムとすることができる。
【0030】
製膜方向の延伸としては、2個以上のロールの周速差を利用して行うのが好ましい。延伸温度は、好ましくはポリエステルのガラス転移点(Tg)以上の温度、さらに好ましくはTg〜(Tg+70℃)の範囲の温度である。延伸倍率は、用途の要求特性にもよるが、製膜方向、幅方向とも、好ましくは2.5〜4.5倍、さらに好ましくは2.8〜4.0倍である。
【実施例】
【0031】
以下、本発明を、実施例を用いて詳細に説明する。なお、物性は以下の方法で測定、評価した。「部」は重量部を意味する。
【0032】
(1)光拡散粒子の平均粒径(d50)
フィルムをヘキサフルオロイソプロパノールで溶解して粒子を分離し、得られた粒子を測定に用いた。平均粒径の測定は島津製作所製「CP−50型Centrifugal Particle Size Analyzer」を用いて行った。この測定器によって得られる遠心沈降曲線をもとに算出した各粒径の粒子とその存在量とのcumulative曲線から、50mass percentに相当する粒径を読み取り、この値を上記平均粒径とした(参照「粒度測定技術」、242〜247頁、日刊工業新聞社、1975年発行)。
【0033】
(2)屈折率
・光拡散層のポリエステル
溶融押出しする前のポリエステルを板状に成型して、アッベ屈折率計(D線589nm)で測定した。
・光拡散粒子
光拡散粒子の粒子を、屈折率の異なる種々の25℃の液に懸濁させ、懸濁液が最も透明に見える液の屈折率をアッベの屈折率計(D線589nm)によって測定した。
【0034】
(3)アスペクト比
フィルムを走査型電子顕微鏡用試料台に固定し、日本電子(株)製スパッタリング装置(JIS−1100型イオンスパッタリング装置)を用いてシート表面に、1×10−3torrの真空下で、0.25kV、1.25mAの条件でイオンエッチング処理を10分間施した。(株)日立製走査型電子顕微鏡S−4700にて観察し、100個の粒子について長径と短径を測定してアスペクト比を算出し、その平均値をアスペクト比とした。
【0035】
(4)ボイド
フィルムを厚み方向にミクロトームで切断し、切断面を(株)日立製走査型電子顕微鏡S−4700にて観察し、粒子の断面積に対するボイド断面積の割合を計算した。少なくとも10点について粒子もしくは非相溶樹脂ドメインの断面積に対するボイド断面積の割合を算出してその平均により、下記の評価基準でボイドを評価した。
○: ボイド断面積の割合が30%以下
△: ボイド断面積の割合が30%超、50%以下
×: ボイド断面積の割合が50%超
【0036】
(5)融点およびガラス転移温度
各層をそれぞれ分離して得たサンプル10mgを測定用のアルミニウム製パンに封入して示差熱量計(デュポン社製・V4.OB2000型DSC)に装着し、25℃から20℃/分の速度で300℃まで昇温させ、融点を測定し、300℃で5分間保持した後取出し、直ちに氷の上に移して急冷した。このパンを再度、示差熱量計に装着し、25℃から20℃/分の速度で昇温させて、ガラス転移温度を測定した。
【0037】
(6)十点平均粗さRz
小坂研究所社製の表面粗さ測定器SE−3FATを用い、JIS B0601の測定法により、フィルム表面の十点平均粗さRzを測定した。
【0038】
(7)全光線透過率
JIS K7361に準じ、日本電色工業社製のヘーズ測定器(NDH−2000)を使用してフィルムの全光線透過率を測定した。
【0039】
(8)ヘーズ
JIS K7136に準じ、日本電色工業社製のヘーズ測定器(NDH−2000)を使用してフィルムのヘーズ値を測定した。
【0040】
(9)光拡散率
DIN5036に準じ、(株)村上色彩技術研究所製 自動変角計GP−200を使用し、受光角度5度、20度および70度での輝度値を測定し、下記式より光拡散率を算出して、光拡散性の評価とした。
光拡散率(%)
=(20度での輝度値+70度での輝度値)×100/(5度での輝度値×2)
【0041】
(10)輝度斑
ソニー(株)製液晶テレビKDL−32V2500からバックライトユニットを取出して、光拡散ボード上に評価対象のフィルムを載せ、大塚電子(株)製輝度計MC−940で、中心点左右にある蛍光管上(a)と、さらに隣接する蛍光管の間の上(b)をそれぞれ3箇所ずつについて輝度(cd/m)を測定した。輝度相対値を下記式で算出して、輝度斑の評価とした。なお、蛍光管同士の間隔が23mmであった。
輝度相対値=輝度(a)/輝度(b)
○: 相対輝度値が1.1以下
△: 相対輝度値が1.1を超え1.2以下
×: 相対輝度値が1.2を超え1.3以下
【0042】
(11)密着防止性(輝点)
ソニー(株)製液晶テレビKDL−32V2500からバックライトユニットを取出して、光拡散ボード上に評価対象のフィルムを載せ、輝点の発生度合に着目して密着度合を観察して、密着防止性の評価とした。
○: どの角度から観察しても、輝点がまったく発生しない。
△: フィルムを斜めから観察して、輝点が一箇所以上発生する。
×: フィルムを正面から観察して、輝点が一箇所以上発生する。
【0043】
(12)密着防止性(摩擦)
ASTM D1894−63に準じ、東洋テスター社製のスリッパリー測定器を使用し、評価対象フィルムの光拡散層の面と、基準とするポリエチレンテレフタレートフィルム(帝人デュポンフィルム製 商品名O3)との静摩擦係数(μs)を測定した。ただし、スレッド板はガラス板とし、荷重は1kgとした。フィルムの密着防止性を下記の基準で評価した。
○: 摩擦係数(μs)≦0.3 (極めて良好)
△: 0.3<摩擦係数(μs)≦0.5 (良好)
×: 0.5<摩擦係数(μs) (不良)
【0044】
(13)融着防止性
実施例において、クリップによる縦延伸および横延伸の後に、結晶化ゾーンで235℃にてフィルムを熱処理した際に延伸機出口から出てきたフィルムを観察し、フィルムのクリップによる把持部がクリップに融着しているか否かを目視で観察し、下記の基準で評価した。
○: クリップに融着せず、フィルムを得た
×: クリップに融着し、フィルムを得られなかった。
【0045】
(14)各層の厚み
サンプルを三角形に切り出し、包埋カプセルに固定後、エポキシ樹脂にて包埋した。そして、包埋されたサンプルをミクロトーム(ULTRACUT−S)で縦方向に平行な断面を50nm厚の薄膜切片にした後、透過型電子顕微鏡を用いて、加速電圧100kvにて観察撮影し、写真から各層の厚みを測定し、平均厚みを求めた。
【0046】
(15)フィルムの総厚み
フィルムサンプルをエレクトリックマイクロメーター(アンリツ製 K−402B)にて、10点厚みを測定し、平均値をフィルムの総厚みとした。
【0047】
[実施例1]
支持層として、ポリエチレンテレフタレート、光拡散層として、平均粒径d50が8μmの真球状架橋ポリスチレン粒子をイソフタル酸12モル%を共重合成分として含む共重合ポリエチレンテレフタレートに、0.05重量%の含有率になるように配合し、溶融し、ダイから同時多層押し出してキャスティングドラム上で急冷し、シートを得た。その後75℃で余熱し、延伸温度110℃で縦方向に3.3倍に延伸した。その後、110℃で余熱し、延伸温度130℃にて横方向に3.6倍に延伸し、さらに結晶化ゾーンにて235℃にて熱処理して、積層フィルムを得た。熱処理する際に、縦・横に弛緩を入れて熱収を調整した。層構成は光拡散層/支持層/光拡散層とした。
【0048】
[実施例2〜3]
成分および条件を表1記載のものに変更した以外は実施例1と同様に製膜して積層フィルムを得た。
【0049】
[比較例1]
成分および条件を表1記載のものに変更した以外は実施例1と同様に製膜して積層フィルムを得た。光拡散層は非常に薄く、得られたフィルムは光拡散粒子が表面から所々脱落しており、該光拡散粒子が存在しても表面の粗すぎるフィルムを取得した。脱落のため拡散性、全光線透過率が劣るフィルムとなった。
【0050】
[比較例2]
成分および条件を表1記載のものに変更した以外は実施例1と同様に製膜して積層フィルムを得た。光拡散層は内添加された光拡散粒子より厚いため、該光拡散粒子が表面から突き出ていないフィルムを取得した。表面に粗さがないため、ロール巻取り時にハンドリングが不良なフィルムであった。
【0051】
[比較例3]
光拡散層のポリエステルをポリエチレンテレフタレートに変更した以外は、実施例1と同様にして積層フィルムを得た。光拡散層が融点の高いポリエチレンテレフタレートからなるため、得られた積層フィルムは多くのボイドを含む、十分な熱処理(235℃)をしてもボイドを実質的になくすることはできなかった。熱処理後に得られた積層フィルムは、全光線透過率の劣る積層フィルムであった。
実施例および比較例の評価結果を表1にまとめる。
【0052】
【表1】

【0053】
表中、「PET」はポリエチレンテレフタレートであり、「IA12mol%CoPET」は、全ジカルボン酸成分あたり12モル%のイソフタル酸成分を共重合成分として含む共重合ポリエチレンテレフタレートである。
【産業上の利用可能性】
【0054】
本発明の光学用積層フィルムは、液晶表示装置の部材として用いることでき、特に拡散フィルム、輝度向上シートの基材として好適に用いることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持層およびこれに接して共押出法によって設けられた光拡散層からなる光学用積層フィルムであって、支持層は、微粒子を実質的に含有しない二軸配向したポリエステルからなり、ボイドを実質的に含有しない層であり、光拡散層は、支持層のポリエステルより融点が5〜50℃低い共重合ポリエステルおよび光拡散粒子からなり、ボイドを実質的に含有しない層であり、光拡散粒子の平均粒径d50は1〜30μmであり、光拡散層の厚みは光拡散粒子の平均粒径d50の0.1〜0.9倍であり、光拡散層は光拡散粒子に由来する突起をその表面に有し、該表面の十点平均高さRzは500〜20000nmであることを特徴とする光学用積層フィルム。
【請求項2】
支持層の合計厚みに対する光拡散層の合計厚みの比率(光拡散層の合計厚み/支持層の合計厚み)が1.5〜40%である、請求項1記載の光学用積層フィルム。

【公開番号】特開2010−224447(P2010−224447A)
【公開日】平成22年10月7日(2010.10.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−74270(P2009−74270)
【出願日】平成21年3月25日(2009.3.25)
【出願人】(301020226)帝人デュポンフィルム株式会社 (517)
【Fターム(参考)】