説明

1軸延伸多層積層フィルムおよびそれからなる1軸延伸多層積層フィルム積層体

【課題】従来よりもさらに輝度の高い1軸延伸多層積層フィルムおよびそれからなる1軸延伸多層積層フィルム積層体を提供する。
【解決手段】第1層と第2層とが交互に251層以上積層された1軸延伸多層積層フィルムであり、第1層が2,6−ナフタレンジカルボン酸成分を含むポリエステルを構成成分とするY方向とZ方向の屈折率差が0.1以上の層であり、第2層は熱可塑性樹脂を構成成分とする層で、第2層における延伸前のX方向、Y方向、Z方向の平均屈折率が1.60以上1.65以下、かつ該延伸前の平均屈折率と延伸後のX方向、Y方向、Z方向の屈折率との差が3方向とも0.05以下であり、第2層の平均層厚みに対する第1層の平均層厚みの比(第1層の平均層厚み/第2層の平均層厚み)が0.5以上5.0以下である1軸延伸多層積層フィルム。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は一定の偏光成分を選択的に反射し、該偏光成分と垂直方向の偏光成分を選択的に透過する1軸延伸多層積層フィルムおよびそれからなる1軸延伸多層積層フィルム積層体に関し、さらに詳しくは、一定の偏光成分についてフィルム正面および斜め方向からの入射角に対して選択的に反射し、該偏光成分と垂直方向の偏光成分についてフィルム正面方向からの入射角に対して選択的に透過し、フィルム斜め方向からの入射角に対して一定の反射率を有することにより、輝度が大幅に向上した1軸延伸多層積層フィルムおよびそれからなる1軸延伸多層積層フィルム積層体に関する。
【背景技術】
【0002】
屈折率の低い層と屈折率の高い層とを交互に多数積層したフィルムは、層間の構造的な光干渉によって、特定波長の光を選択的に反射または透過する光学干渉フィルムとすることができる。また、このような多層積層フィルムは、膜厚を徐々に変化させたり、異なる反射ピークを有するフィルムを貼り合せたりすることで金属を使用したフィルムと同等の高い反射率を得ることができ、金属光沢フィルムや反射ミラーとして使用することもできる。さらには、このような多層積層フィルムを1方向にのみ延伸することで、特定の偏光成分のみを反射する一方で、その直交方向の偏光成分はそのまま透過させることができ、偏光反射フィルムとして使用できることから、液晶ディスプレイなどの輝度向上フィルムとして使用されている。
【0003】
一般に、層厚みが0.05〜0.5μmであり、異なる屈折率を持った層で構成される多層光学フィルムは、一方の層を構成する層と他方の層を構成する層との屈折率差と膜厚および積層数により、特定の波長の光を反射する増反射といった現象がみられる。一般にその反射波長は、下記の式で示される。
λ=2(n×d+n×d
(上式中、λは反射波長(nm)、n、nはそれぞれの層の屈折率、d、dはそれぞれの層の厚み(nm)を表わす)
【0004】
例えば特許文献1に示されている通り、一方の層に正の応力光学係数をもった樹脂を使用することで、1軸方向の延伸によりかかる層の屈折率を複屈折化させて異方性を持たせ、フィルム面内の延伸方向における層間の屈折率差を大きくし、一方でフィルム面内の延伸方向と直交方向における層間の屈折率差を小さくする方法により、特定の偏光成分のみを反射することができる。
【0005】
この原理を利用して、例えばP偏光(フィルム面を反射面とし、1軸延伸フィルムの延伸方向(X方向)を含む入射面に対して平行な偏光成分)を反射し、S偏光(フィルム面を反射面とし、1軸延伸フィルムの延伸方向(X方向)を含む入射面に対して垂直な偏光成分)を透過するといった反射偏光フィルムを設計することができ、そのときの望ましい複屈折性は下記の式で表される。
n1>n2、n1=n2
(上式中、n1、n2はそれぞれの層における延伸方向の屈折率、n1、n2はそれぞれの層における延伸方向に直交する方向の屈折率を表す)
【0006】
また、特許文献2、特許文献3には、屈折率の高い層にポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート(以下、2,6−PENと称することがある)を使用し、屈折率の低い層に熱可塑性エラストマーやイソフタル酸を30mol%共重合したPENを使用した多層フィルムが例示されている。これは、一方の層に正の応力光学係数を有する樹脂を使用し、他方の層に応力光学係数が非常に小さい(延伸による複屈折の発現が極めて小さい)樹脂を使用することで、特定の偏光のみを反射する反射偏光フィルムを例示したものである。
【0007】
このような反射偏光フィルムの検討は、主として延伸方向の層間の屈折率差と、フィルム面内において延伸方向と直交方向の層間屈折率差に着目しており、このような反射偏光フィルムを液晶ディスプレイの輝度向上フィルムとして用いることで、透過しないP偏光を光源側に反射させて光を再利用し、輝度向上性能を高めようとするものである。
一方、P偏光成分の再利用に着目した技術については、P偏光成分の反射率が100%近くに達しており、かかるP偏光を再利用する方法だけでは輝度向上性能をさらに向上させることが困難な状況にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平04−268505号公報
【特許文献2】特表平9−506837号公報
【特許文献3】国際公開第01/47711号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の目的は、従来よりもさらに輝度の高い1軸延伸多層積層フィルムおよびそれからなる1軸延伸多層積層フィルム積層体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者等は、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、1軸延伸多層積層フィルムについて、従来のP偏光の高反射特性に加え、S偏光についてフィルム正面方向からの入射角に対しては選択的に透過し、フィルム斜め方向から入射する偏光成分は反射させることにより、斜め方向に出射するS偏光も再利用することが可能となり、正面輝度が大幅に向上することを見出した。
【0011】
すなわち本発明によれば、本発明の目的は、第1層と第2層とが交互に251層以上積層された1軸延伸多層積層フィルムであり、
1)第1層は2,6−ナフタレンジカルボン酸成分を含むポリエステルを構成成分とする厚み0.01μm以上0.5μm以下の層であり、1軸延伸方向(X方向)、フィルム面内で1軸延伸方向に直交する方向(Y方向)およびフィルム厚み方向(Z方向)において第1層のY方向とZ方向の屈折率差が0.1以上であり、
2)第2層は熱可塑性樹脂を構成成分とする厚み0.01μm以上0.5μm以下の層であり、該第2層における延伸前のX方向、Y方向、Z方向の平均屈折率が1.60以上1.65以下であって、該延伸前の平均屈折率と延伸後のX方向、Y方向、Z方向の屈折率との差が3方向とも0.05以下であり、
3)第2層の平均層厚みに対する第1層の平均層厚みの比(第1層の平均層厚み/第2層の平均層厚み)が0.5以上5.0以下であって、
4)フィルム面を反射面とし、X方向を含む入射面に対して平行な偏光成分について入射角0度および50度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率がそれぞれ90%以上、
5)フィルム面を反射面とし、X方向を含む入射面に対して垂直な偏光成分について、入射角0度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率が15%以下、入射角50度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率が20%以上である1軸延伸多層積層フィルム(項1)によって達成される。
【0012】
また本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、好ましい態様として以下の少なくともいずれか1つを具備するものも包含するものである。
2.1軸延伸多層積層フィルムのフィルム厚み方向における結晶配向度が−0.30以上
0.05以下である上記1に記載の1軸延伸多層積層フィルム。
3.第1層のポリエステルがポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレートである上記1または2に記載の1軸延伸多層積層フィルム。
4.第2層の熱可塑性樹脂が全繰り返し単位を基準としてテレフタル酸成分またはイソフタル酸成分の少なくとも一成分を30モル%以上70モル%以下の範囲で共重合した共重合ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートである、上記1〜3のいずれかに記載の1軸延伸多層積層フィルム。
5.液晶ディスプレイの輝度向上フィルムとして用いられる上記1〜4のいずれかに記載の1軸延伸多層積層フィルム。
また本発明は、本発明の1軸延伸多層積層フィルムの少なくとも片面にさらに耐熱性熱可塑性樹脂フィルムを積層してなる1軸延伸多層積層フィルム積層体に関する。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、本発明の1軸延伸多層積層フィルムは従来よりも正面輝度が大幅に向上する効果が得られ、液晶ディスプレイの輝度向上フィルムとして好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】2,6−PENの1軸延伸後の延伸方向(X方向)、延伸方向と直交する方向(Y方向)、厚み方向(Z方向)の屈折率(それぞれn、n、nと示す)を図1に示す。
【図2】本発明の1軸延伸多層積層フィルムのフィルム面を反射面とし、延伸方向(X方向)を含む入射面に対して平行な偏光成分(P偏光成分)、および延伸方向(X方向)を含む入射面に対して垂直な偏光成分(S偏光成分)の波長に対する反射率のグラフの一例である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
[1軸延伸多層積層フィルム]
本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、第1層と第2層とが交互に251層以上積層された1軸延伸多層積層フィルムである。ここで第1層は第2層より屈折率の高い層、第2層は第1層より屈折率の低い層をそれぞれ表す。
本発明の1軸延伸多層積層フィルムを構成する第1層、第2層および反射特性について以下に説明する。
【0016】
[第1層]
本発明の第1層は、構成成分が2,6−ナフタレンジカルボン酸成分を含むポリエステルである。2,6−ナフタレンジカルボン酸成分を含むポリエステルを用いることで、延伸により大きな複屈折を生じ、反射偏光フィルムに適した屈折率特性を示す。
2,6−ナフタレンジカルボン酸成分を含むポリエステルは、具体的にはポリエステルの全繰り返し単位を基準として90モル%以上の2,6−ナフタレンジカルボン酸をモノマー成分として重縮合して得られた結晶性ポリエステルであることが好ましく、さらに2,6−ナフタレンジカルボン酸成分の含有量が95モル%以上であることが好ましい。ここで結晶性ポリエステルとは融点を有するポリエステルであることを意味する。
【0017】
かかるポリエステルとして、具体的には、ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート、ポリブチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート、ポリプロピレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレートやその共重合体が挙げられる。中でも主たる繰返し単位がポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート成分からなるポリエステルが好ましい。
これらのポリエステルの中でも、配向状態を望ましい状態に保てることから、ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレートや、酸成分として、6,6’−(エチレンジオキシ)ジ−2−ナフトエ酸、6,6’−(トリメチレンジオキシ)ジ−2−ナフトエ酸および6,6’−(ブチレンジオキシ)ジ−2−ナフトエ酸をポリエステルの全繰り返し単位を基準として2モル%以上5モル%以下共重合したエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレートなどが好ましい。その他の共重合成分として、イソフタル酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸のような他の芳香族カルボン酸、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等の脂肪族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸、などといった酸成分や、ブタンジオール、ヘキサンジオール等の脂肪族ジオール、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族ジオール、などのグリコール成分を好ましく挙げることができる。
【0018】
第1層を構成する各層の厚みは0.01μm以上0.5μm以下である。かかる層厚みは透過型電子顕微鏡を用いて撮影した写真をもとに求めることができる。第1層を構成する各層がかかる範囲の層厚みを有することにより、400〜800nmの波長域において層間の光干渉による反射性能が発現する。第1層の層厚みが0.5μmを超えると反射帯域が赤外線領域になり、反射偏光フィルムとして有用性が得られない。一方、層厚みが0.01μm未満であると、ポリエステル成分が光を吸収し反射性能が得られなくなる。
【0019】
また、フィルムの1軸延伸方向(X方向)、フィルム面内で1軸延伸方向に直交する方向(Y方向)およびフィルム厚み方向(Z方向)において、第1層のY方向とZ方向の屈折率差が0.1以上であることを要する。
ここで、第1層のY方向の屈折率、Z方向の屈折率は、第1層を構成するポリエステルを単独で溶融させてダイより押出し、1軸方向に135℃で5倍の延伸を施して1軸延伸フィルムを作成して得られたフィルムのY方向、Z方向それぞれの方向について、メトリコン製プリズムカプラを用いて波長633nmにおける屈折率を測定した値で表わされる。
【0020】
第1層のY方向およびZ方向の屈折率差が大きく、かつ第1層として2,6−ナフタレンジカルボン酸を含むポリエステル、第2層として平均屈折率1.60以上1.65以下で延伸前後の屈折率差の小さい熱可塑性樹脂をそれぞれ用いることにより、Y方向では第1層と第2層との屈折率の差異が生じず、S偏光の入射角50度付近の斜め方向では両層に屈折率の差異が生じる。さらに本発明においては、第1層の平均層厚みに特徴があり、第1層の平均層厚みを第2層の平均層厚みに近い厚みにするか、または第1層を厚くすることによって、S偏光の入射角50度付近の斜め方向での第1層と第2層との屈折率差による反射性能を高くすることができる。
第1層のY方向およびZ方向の屈折率差を0.1以上にする方法として、第1層に複屈折性の2,6−ナフタレンジカルボン酸成分を含むポリエステルを用い、フィルム製造方法に記載した範囲でフィルムを延伸する方法が挙げられる。
【0021】
[第2層]
本発明の第2層は、熱可塑性樹脂を構成成分とする厚み0.01μm以上0.5μm以下の層であり、該第2層における延伸前のX方向、Y方向、Z方向の平均屈折率が1.60以上1.65以下であって、該延伸前の平均屈折率と延伸後のX方向、Y方向、Z方向の屈折率との差が3方向とも0.05以下である。
ここで、第2層における延伸前のX方向、Y方向、Z方向の平均屈折率とは、第2層を構成する熱可塑性樹脂を単独で溶融させ、ダイより押出して未延伸フィルムを作成し、得られたフィルムのX方向、Y方向、Z方向それぞれの方向における屈折率について、メトリコン製プリズムカプラを用いて波長633nmで測定し、それらの平均値を平均屈折率として規定したものである。
【0022】
また、第2層における延伸後のX方向、Y方向、Z方向の屈折率については、第2層を構成する熱可塑性樹脂を単独で溶融させてダイより押出し、1軸方向に135℃で5倍の延伸を施して1軸延伸フィルムを作成し、得られたフィルムのX方向、Y方向、Z方向それぞれの方向について、メトリコン製プリズムカプラを用いて波長633nmにおける屈折率を測定して延伸後の各方向の屈折率を求めたものである。
このようにして求めた延伸前の平均屈折率と、延伸後のX方向、Y方向、Z方向の屈折率との差をそれぞれ求め、3方向ともその差が絶対値で0.05以下である。
また、第2層の該平均屈折率は、好ましくは1.61以上1.64以下、さらに好ましくは1.62以上1.63以下である。
【0023】
かかる屈折率特性は、第2層を構成する熱可塑性樹脂として、平均屈折率が1.60以上1.65以下であって、かつ等方性の材料を用いることで得られる。
第2層がかかる屈折率特性を有し、かつ第1層の樹脂として上述の2,6−ナフタレンジカルボン酸成分を含むポリエステルを用いることにより、第1層と第2層のY方向における屈折率差を小さくでき、同時にX方向およびZ方向における第1層と第2層の屈折率差が大きいため、選択的に偏光を反射させる反射偏光フィルムの機能と、本発明において特徴的なS偏光のななめ方向の反射性能を得ることができる。
【0024】
第2層を構成する熱可塑性樹脂として、全繰り返し単位を基準とし、テレフタル酸成分またはイソフタル酸成分の少なくとも一成分を30モル%以上70モル%以下の範囲で共重合した共重合ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートや共重合ポリブチレンナフタレンジカルボキシレートが例示される。また、フィルム製膜性や第1層との層間密着性の観点から、第2層としてかかる共重合ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートを用いることがさらに好ましい。
かかる共重合ポリエステルの共重合量は、さらに40モル%以上65モル%以下であることが好ましい。
第2層を構成する各層の厚みは0.01μm以上0.5μm以下である。かかる層厚みは透過型電子顕微鏡を用いて撮影した写真をもとに求めることができる。第2層を構成する各層がかかる範囲の層厚みを有することにより、400〜800nmの波長域において層間の光干渉による反射性能が発現する。第2層の層厚みが0.5μmを超えると反射帯域が赤外線領域になり、反射偏光フィルムとして有用性が得られない。一方、層厚みが0.01μm未満であると、ポリエステル成分が光を吸収し反射性能が得られなくなる。
【0025】
[樹脂以外の成分]
本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、フィルムの巻取り性を向上させるために、少なくとも一方の最外層に平均粒径が0.01μm〜2μmの不活性粒子を、層の重量を基準として0.001重量%〜0.5重量%含有することが好ましい。不活性粒子の平均粒径が下限値よりも小さいか、含有量が下限値よりも少ないと、多層延伸フィルムの巻取り性を向上させる効果が不十分になりやすく、他方、不活性粒子の含有量が上限値を超えるか、平均粒径が上限値を超えると、粒子による多層延伸フィルムの光学特性の悪化が顕著になることがある。好ましい不活性粒子の平均粒径は、0.02μm〜1μm、特に好ましくは0.1μm〜0.3μmの範囲である。また、好ましい不活性粒子の含有量は、0.02重量%〜0.2重量%の範囲である。
【0026】
1軸延伸多層積層フィルムに含有させる不活性粒子としては、例えばシリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、燐酸カルシウム、カオリン、タルクのような無機不活性粒子、シリコーン、架橋ポリスチレン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体のような有機不活性粒子を挙げることができる。粒子形状は、凝集状、球状など一般的に用いられる形状であれば特に限定されない。
不活性粒子は、最外層のみならず、最外層と同じ樹脂で構成される層中に含まれていてもよく、例えば第1層または第2層の少なくとも一方の層中に含まれていてもよい。または、第1層、第2層と異なる別の層を最外層として設けてもよい。
【0027】
[積層構成]
(積層数)
本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、上述の第1層および第2層を交互に合計251層以上積層したものである。1軸延伸多層積層フィルムの積層数は、好ましくは301層以上、より好ましくは401層以上、さらに好ましくは501層以上、特に好ましくは551層以上である。
積層数が下限値に満たないと、延伸方向(X方向)を含む入射面に対して平行な偏光成分の平均反射率特性について、波長400〜800nmにわたり一定の平均反射率を満足することができない。
積層数の上限値は、生産性およびフィルムのハンドリング性など観点から2001層に制限される。積層数の上限値は、本発明の平均反射率特性が得られれば生産性やハンドリング性の観点からさらに積層数を減らしてもよく、例えば1001層、801層であってもよい。
【0028】
(第1層と第2層の平均層厚み比)
本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、第2層の平均層厚みに対する第1層の平均層厚みの比(第1層の平均層厚み/第2層の平均層厚み)が0.5以上5.0以下の範囲であることが必要である。
本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、第1層のY方向とZ方向との屈折率差の説明において述べたように、本発明は、第1層と第2層に用いる樹脂の種類や屈折率特性に加えて、さらに第1層の平均層厚みに特徴があり、第1層の平均層厚みを第2層の平均層厚みに近い厚みにするか、または第1層を厚くすることによって、S偏光の入射角50度付近の斜め方向での第1層と第2層との屈折率差による反射性能を高くすることができる。かかる斜め入射光を効率的に再利用することにより、正面輝度を高めることができる。
【0029】
第2層の平均層厚みに対する第1層の平均層厚みの比(第1層の平均層厚み/第2層の平均層厚み)の上限値は好ましくは4.0、さらに好ましくは3.5であり、また下限値については、好ましくは0.7、より好ましくは1.0を超え、さらに好ましくは1.2である。
かかる第2層の平均層厚みに対する第1層の平均層厚みの比(第1層の平均層厚み/第2層の平均層厚み)が上限値を超えると層間の光干渉が低下し、P偏光の十分な反射特性が確保できない。またかかる第2層の平均層厚みに対する第1層の平均層厚みの比が下限値に満たないとS偏光における斜め入射光の再利用が不十分となり、正面輝度の大幅向上が得られない。
【0030】
(最大層厚みと最小層厚みの比率)
また、光学多層フィルムは、通常、屈折率、層数、層の厚みによって反射する波長が決まるが、積層された第1層および第2層のそれぞれが一定の厚みでは、特定の波長のみしか反射することができない。そのため、本発明の1軸延伸多層積層フィルムでは、第1層および第2層それぞれの最大層厚みと最小層厚みの比率が1.5以上5.0以下であり、下限値は好ましくは2.0、さらに好ましくは2.5であり、または上限値は好ましくは4.0、さらに好ましくは3.5である。
第1層および第2層それぞれの最大厚みと最小厚みの比率が下限値に満たないと、400〜800nmの波長域にわたり目的とする反射特性が得られない。一方で、第1層および第2層それぞれの最大厚みと最小厚みの比率が上限値を超えると反射帯域が広がりすぎ、400〜800nmの波長域における平均反射率が低下するために、目的とする反射特性が得られない。
第1層、第2層におけるそれぞれの最大層厚みと最小層厚みは、透過型電子顕微鏡を用いて撮影した写真をもとに求めることができる。
【0031】
第1層および第2層は、段階的に変化してもよく、連続的に変化してもよい。このように積層された第1層および第2層のそれぞれが変化することで、400〜800nmにわたる広い波長域の光を反射することができる。
かかる層厚み特性を得る方法として、例えば、第1層用樹脂と第2層用樹脂とを交互に積層させるに際し、多層フィードブロック装置を使用し、フィードブロックの流路の厚みを連続的に変化させる方法が挙げられる。また、その他の方法として、多層フィードブロック装置により均一な厚みの層を積層しておき、その積層された流動体をさらに1.0:1.3:2.0の比で積層された面に垂直に3分岐したのち再び積層して601層にするといった方法もある。また、両者を組み合わせた方向も考えられる。
【0032】
(その他の層)
本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、かかる第1層、第2層以外に、かかる積層フィルムの表層や中間層に0.5umを越える厚膜層が存在してもよい。かかる厚みの層を第1層と第2層の交互積層構成の一部に有することにより、偏光機能に影響をおよぼすことなく、第1層および第2層を構成する各層厚みを均一に調整しやすくなる。かかる厚みの層は、第1層、第2層のいずれかと同じ組成、またはこれらの組成を部分的に含む組成であってもよく、層厚みが厚いため、反射特性には寄与しない。一方、透過する偏光光には影響することがあるため、層中に粒子を含める場合は既述の粒子濃度の範囲内であることが好ましい。
【0033】
(フィルム厚み)
本発明の1軸延伸多層積層フィルムのフィルム厚みは、15μm以上150μm以下であることが好ましく、30μm以上100μm以下であることがさらに好ましい。
【0034】
[1軸延伸フィルム]
本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、目的とする反射偏光フィルムとしての光学特性を満足するために、少なくとも1軸方向に延伸されている。本発明における1軸延伸には、1軸方向にのみ延伸したフィルムの他、2軸方向に延伸されたフィルムであって、一方向により延伸されたフィルムも含まれる。1軸延伸方向(X方向)は、フィルム長手方向、幅方向のいずれの方向であってもよい。また、2軸方向に延伸されたフィルムであって、一方向により延伸されたフィルムの場合は、より延伸される方向(X方向)はフィルム長手方向、幅方向のいずれの方向であってもよく、延伸倍率の低い方向は、1.05〜1.20倍程度の延伸倍率にとどめることが偏光性能を高める点で好ましい。2軸方向に延伸され、一方向により延伸されたフィルムの場合、偏光光や屈折率との関係での「延伸方向」とは、より延伸された方向を指す。
延伸方法としては、棒状ヒータによる加熱延伸、ロール加熱延伸、テンター延伸など公知の延伸方法を用いることができるが、ロールとの接触によるキズの低減や延伸速度などの観点から、テンター延伸が好ましい。
【0035】
[反射特性]
本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、フィルム面を反射面とし、X方向を含む入射面に対して平行な偏光成分について入射角0度および50度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率がそれぞれ90%以上である。
また、フィルム面を反射面とし、X方向を含む入射面に対して垂直な偏光成分について、入射角0度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率が15%以下であり、入射角50度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率が20%以上である。
ここで、入射面とは反射面と垂直の関係にあり、かつ入射光線と反射光線を含む面を指す。また、フィルム面を反射面とし、1軸延伸フィルムの延伸方向(X方向)を含む入射面に対して平行な偏光成分は、一般的にP偏光とも称される。また、フィルム面を反射面とし、1軸延伸フィルムの延伸方向(X方向)を含む入射面に対して垂直な偏光成分は、一般的にS偏光とも称される。さらに入射角とは、フィルム面の垂直方向に対する入射角を表す。
【0036】
P偏光成分について、入射角0度および50度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率は、好ましくは95%以上100%以下であり、より好ましくは98%以上100%以下である。
P偏光成分についてのかかる平均反射率が下限値に満たないと、反射偏光フィルムとしての偏光反射性能が不十分であり、液晶ディスプレイなどの輝度向上フィルムとして十分な性能を発現しない。
P偏光成分についてかかる反射率特性を得るためには、各層厚み、積層数に加え、フィルム延伸方向(X方向)における第1層と第2層との屈折率差が大きいことが挙げられる。具体的には第1層および第2層を構成する樹脂として挙げた種類のものを用いてX方向に一定の倍率の範囲で延伸処理を施し、第1層の複屈折性を高める方法が挙げられる。
【0037】
S偏光成分について、入射角0度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率は、好ましくは13%以下である。また、S偏光成分について、入射角50度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率は、好ましくは20%以上50%以下、より好ましくは25%以上40%以下である。
S偏光成分についての入射角0度での平均反射率をかかる範囲に抑えかつ、一方で入射角50度での平均反射率を0度での平均反射率よりも高い上述の範囲とすることで、斜め方向より入射した光を光源側に反射させて再利用することができ、従来の反射偏光板以上の輝度向上性能を実現できる。
【0038】
S偏光成分について、入射角0度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率が上限値を超えると反射偏光フィルムとしての偏光透過率が低下するため、液晶ディスプレイなどの輝度向上フィルムとして十分な性能を発現しない。一方で、S偏光成分の入射角50度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率が下限値に満たないと斜め方向より入射した光を再利用できず、従来の反射偏光フィルムを超える輝度向上性能が得られない。
S偏光成分についてかかる反射率特性を得るためには、各層厚み、積層数に加え、Y方向における第1層と第2層との屈折率差を小さくし、かつ第1層におけるY方向とZ方向との屈折率差を0.1以上にすることでZ方向における第1層と第2層との屈折率差を大きくし、さらに第2層の平均層厚みに対する第1層の平均層厚みの比を既述の一定の範囲にすることが挙げられる。
【0039】
本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、P偏光成分について波長400〜800nmの各波長における最大反射率と最小反射率の差が10%以内であり、かつS偏光成分について、波長400〜800nmの各波長における最大反射率と最小反射率の差が10%以内であることが好ましい。上記偏光成分の最大反射率と最小反射率の差が10%以上であると、反射または、透過する光の色相のずれが生じるために液晶ディスプレイなどに使用に問題が生じることがある。
【0040】
[結晶配向度]
本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、フィルムの厚み方向の結晶配向度が−0.30以上0.05以下であることが好ましく、より好ましくは−0.10以上0.00以下である。フィルムの厚み方向の結晶配向度の値が大きいほど面配向性が小さく、1軸配向性が高いことを示す。かかる結晶配向度が上限値を超えると1軸配向性が強すぎて、各方向における屈折率特性を同時に満たすことができない。一方、かかる結晶配向度が下限値に満たないと面配向が過多になり2軸配向性が生じるため、本発明の偏光反射特性を得ることができない。
フィルム厚み方向の結晶配向度は、X線回折装置を用いてフィルムの結晶構造において、芳香族環に平行な面(110面)と分子鎖方向に平行な面(206面)に対して垂直な面である結晶面(010面)の厚さ方向(ND)の結晶配向指数<cosΦ010,ND>を求め、下記式(1)より得られる結晶配向度f010,NDで表わされる。
【0041】
【数1】

【0042】
[1軸延伸多層積層フィルムの製造方法]
つぎに、本発明の1軸延伸多層積層フィルムの製造方法について詳述する。
本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、2,6−ナフタレンジカルボン酸を含むポリエステル(第1の層用)と、本発明の第2層の屈折率特性を発現する熱可塑性樹脂(第2の層用)とを、溶融状態で交互に少なくとも251層重ね合わせた状態で押出し、多層未延伸フィルム(シート状物とする工程)とする。このとき、積層された251層以上の積層物は、各層の厚みが段階的または連続的に1.5倍〜5.0倍の範囲で変化するように積層される。
【0043】
このようにして得られた多層未延伸フィルムは、製膜方向、またはそれに直交する幅方向の少なくとも1軸方向(フィルム面に沿った方向)に延伸される。延伸温度は、第1層の熱可塑性樹脂のガラス転移点の温度(Tg)〜Tg+50℃の範囲が好ましい。このときの延伸倍率は2〜10倍であることが好ましく、さらに好ましくは2.5〜7倍、さらいに好ましくは3〜6倍、特に好ましくは4.5〜5.5倍である。延伸倍率が大きい程、第1層および第2層における個々の層の面方向のバラツキが延伸による薄層化により小さくなり、多層延伸フィルムの光干渉が面方向に均一になり、また第1層と第2層の延伸方向の屈折率差、および厚み方向の屈折率差が大きくなるので好ましい。このときの延伸方法は、棒状ヒータによる加熱延伸、ロール加熱延伸、テンター延伸など公知の延伸方法を用いることができるが、ロールとの接触によるキズの低減や延伸速度などの観点から、テンター延伸が好ましい。また、かかる延伸方向と直交する方向(Y方向)にも延伸処理を施し、2軸延伸を行う場合は、1.05〜1.20倍程度の延伸倍率にとどめることが好ましい。Y方向の延伸倍率をこれ以上高くすると、偏光性能が低下することがある。また、延伸後にさらに熱固定処理を施すことが好ましい。
【0044】
[輝度向上フィルム]
本発明の1軸延伸多層積層フィルムは、P偏光成分を選択的に高反射し、該偏光成分と垂直方向のS偏光成分のうち入射角0度の光を選択的に高透過させ、かつ斜め方向に入射したS偏光を反射することから、液晶ディスプレイの輝度向上フィルムとして使用することにより、反射されたP偏光成分とS偏光成分を再利用することができ、S偏光の一部も再利用して正面輝度を従来よりも大幅に向上させることができる。
【0045】
[1軸延伸多層積層フィルム積層体]
本発明の1軸延伸多層積層フィルムを液晶ディスプレイなどの輝度向上フィルムとして用いる場合に平面性を確保するといった観点から、本発明の1軸延伸多層積層フィルムの少なくとも片面に耐熱性熱可塑性樹脂フィルムを積層することができる。
耐熱性熱可塑性樹脂フィルムを構成する樹脂については特に限定されないが、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂などがあげられる。この中でも特に透明性と耐熱性の観点からポリカーボネート樹脂が好ましい。ポリカーボネートと総称される高分子材料は、その合成手法において重縮合反応が用いられて、主鎖が炭酸結合で結ばれているものを総称するが、これらの内でも、一般にフェノール誘導体と、ホスゲン、ジフェニルカーボネート等からの重縮合で得られるものを意味する。通常、ビスフェノール−Aと呼称されている2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンをビスフェノール成分とするポリカーボネートが好ましく選ばれるが、適宜各種ビスフェノール誘導体を選択することで、ポリカーボネート共重合体を構成することができる。
【0046】
かかる共重合成分としてこのビスフェノール−A以外に、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2−フェニルエタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフロロプロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)サルファイド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフォン等を挙げることができる。
【0047】
かかる共重合成分の割合は、ポリカーボネート共重合体の全繰り返し単位中2〜20モル%であることが好ましく、5〜10モル%であることがさらに好ましい。
ここで用いられるポリカーボネート樹脂の粘度平均分子量は、10,000以上200,000以下であることが好ましい。粘度平均分子量が10,000より低いと得られるフィルムの機械的強度が不足する場合があり、また200,000以上の高分子量になるとドープの粘度が大きくなりすぎ、取り扱い性に乏しくなることがある。
【0048】
1軸延伸多層積層フィルムの少なくとも片面に耐熱性熱可塑性樹脂フィルムを積層させる方法として、耐熱性熱可塑性樹脂フィルムの片側にロールコーターなどで粘着層を塗工したのち、室温で1軸延伸多層積層フィルムを貼合する方法や耐熱性熱可塑性樹脂フィルムの片側にヒートシール層を塗工したのちラミネーターなどで加熱圧着する方法、また耐熱性熱可塑性樹脂フィルムの片側に紫外線硬化性の樹脂を塗工したのち紫外線を照射することで接着する方法など、適宜公知の技術を適用できる。
【実施例】
【0049】
実施例をもって、本発明をさらに説明する。なお、実施例中の物性や特性は下記の方法にて測定または評価した。
【0050】
(1)熱可塑性樹脂およびフィルムの融点(Tm)
ポリマー試料またはフィルムサンプルを10mgサンプリングし、DSC(TAインスツルメンツ社製、商品名:DSC2920)を用い、20℃/min.の昇温速度で、融点およびガラス転移点を測定する。
【0051】
(2)熱可塑性樹脂の特定ならびに共重合成分および各成分量の特定
フィルムサンプルの各層について、H−NMR測定より熱可塑性樹脂の成分ならびに共重合成分および各成分量を特定した。
【0052】
(3)各層の厚み
フィルムサンプルをフィルム長手方向2mm、幅方向2cmに切り出し、包埋カプセルに固定後、エポキシ樹脂(リファインテック(株)製エポマウント)にて包埋した。包埋されたサンプルをミクロトーム(LEICA製ULTRACUT UCT)で幅方向に垂直に切断し、5nm厚の薄膜切片にした。透過型電子顕微鏡(日立S−4300)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た。
また、得られた各層の厚みをもとに、第1層における最小層厚みに対する最大層厚みの比率、第2層における最小層厚みに対する最大層厚みの比率をそれぞれ求めた。
また、得られた各層の厚みをもとに、第1層の平均層厚み、第2層の平均層厚みをそれぞれ求め、第2層の平均層厚みに対する第1層の平均層厚みを算出した。
なお、最外層または交互積層中に0.5μmを超える厚みの調整層が存在する場合は、それらは第1層と第2層から除外した。
【0053】
(4)フィルム全体厚み
フィルムサンプルをスピンドル検出器(安立電気(株)製K107C)にはさみ、デジタル差動電子マイクロメーター(安立電気(株)製K351)にて、異なる位置で厚みを10点測定し、平均値を求めフィルム厚みとした。
【0054】
(5)各方向の延伸前、延伸後の屈折率
各層を構成する個々の樹脂について、それぞれ溶融させてダイより押出し、キャスティングドラム上にキャストしたフィルムをそれぞれ用意した。また、得られたフィルムを135℃にて一軸方向に5倍延伸した延伸フィルムを用意した。得られたキャストフィルムと延伸フィルムについて、それぞれ延伸方向(X方向)とその直交方向(Y方向)、厚み方向(Z方向)のそれぞれの屈折率(それぞれn、n、nとする)を、メトリコン製プリズムカプラを用いて波長633nmにおける屈折率を測定して求め、延伸前、延伸後の屈折率とした。各層の延伸前の平均屈折率については、延伸前の3方向の屈折率の平均値を平均屈折率とした。
【0055】
(6)反射率、反射波長
分光光度計(島津製作所製、MPC−3100)を用い、光源側に偏光フィルタを装着し、各波長での積分球に対する全光線反射率を波長400nmから800nmの範囲で測定する。このとき、偏光フィルタの透過軸をフィルムの延伸方向(X方向)と合わせるように配置した場合の測定値をP偏光とし、偏光フィルタの透過軸をフィルムの延伸方向と直交するように配置した場合の測定値をS偏光とした。それぞれの偏光成分について、400−800nmの範囲での反射率の平均値を平均反射率とした。
【0056】
(7)結晶配向度
X線回折装置(理学電機製ROTAFLEX RINT2500HL)を用いてフィルムの結晶面(010)の厚さ方向NDの結晶配向指数<cosΦND,010>を求め、下式(1)より結晶配向度f010,NDを求めた。
【0057】
【数2】

なお、ND方向の結晶配向度は極点試料台(理学電機製多目的試料台)を用いて測定した。
【0058】
(8)輝度向上効果
LCDパネル(松下電器製ビエラTH−32LZ80 2007年製)中の光学フィルム(拡散フィルム、プリズムシート)の代わりに積層体サンプルフィルムを偏光板と光源の間に挿入し、PCにて白色を表示したときの正面輝度を500mm離れた場所からトプコン社製輝度計(BM−7)で測定し、サンプルフィルム挿入前の輝度に対するサンプルフィルム挿入後の輝度の上昇率を算出し、輝度向上効果を下記の基準で評価した。
◎:輝度向上効果が160%以上
○:輝度向上効果が150%以上、160%未満
△:輝度向上効果が140%以上、150%未満
×:輝度向上効果が140%未満
【0059】
(9)実用評価試験
積層体サンプルフィルムをLCDパネル(松下電器製ビエラTH−32LZ80 2007年製)中の偏光板と光源の間に挿入し、バックライトを連続3000hr点灯後、取り出してシートの外観を肉眼で観察し、下記基準に基づき評価を行った。
評価基準:
◎ 連続点灯後のフィルムの外観に全く変化が見られないか、連続点灯後
のフィルムに目視で変化が認められるものの0.5mm未満の高さの計測不能な凹凸である
○ 連続点灯後のフィルムに、1mm未満の高さの凹凸が見られる
× 連続点灯後のフィルムに、1mm以上の高さの凹凸が見られる
【0060】
[実施例1]
固有粘度(オルトクロロフェノール、35℃)0.62dl/gのポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート(PEN)に真球状シリカ粒子(平均粒径:0.3μm、長径と短径の比:1.02、粒径の平均偏差:0.1)を第1層の重量を基準として0.15wt%添加したものを第1の層用ポリエステルとし、第2の層用熱可塑性樹脂として固有粘度(オルトクロロフェノール、35℃)0.62dl/gのテレフタル酸64mol%共重合ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート(TA64PEN)を準備した。
次に第1の層用ポリエステルおよび第2の層用ポリエステルを、それぞれ170℃で5時間乾燥後、第1、第2の押出機に供給し、300℃まで加熱して溶融状態とし、第1の層用ポリエステルを276層、第2の層用ポリエステルを275層に分岐させた後、第1層と第2層が交互に積層され、かつ第1層と第2層におけるそれぞれの最大層厚みと最小層厚みが最大/最小で2.2倍まで連続的に変化し、かつ第1層と第2層の平均層厚みが1.0:0.8となるように設計された多層フィードブロック装置を使用して、その積層状態を保持したままダイへと導き、キャスティングドラム上にキャストして第1層と第2層の平均層厚みが1.0:0.8である、第1層と第2層が交互に積層された総数551層の未延伸多層積層フィルムを作成した。
この多層未延伸フィルムを135℃の温度で幅方向に5.2倍に延伸し、150℃で3秒間熱固定処理を行った。得られたフィルムの厚みは55μmであった。
得られた1軸延伸多層積層フィルムの各層の樹脂構成、各層の特徴を表1に、また物性を表2に示す。
【0061】
[実施例2〜4、比較例1〜3]
表1に示すとおり、各層の樹脂組成、層厚み、および製造条件を変更した以外は実施例1と同様の操作を行い、1軸延伸多層積層フィルムを得た。得られた1軸延伸多層積層フィルムの各層の樹脂構成、各層の特徴を表1に、また物性を表2に示す。
【0062】
【表1】

【0063】
【表2】

【産業上の利用可能性】
【0064】
本発明によれば、本発明の1軸延伸多層積層フィルムは従来よりも正面輝度が大幅に向上する効果が得られ、液晶ディスプレイの輝度向上フィルムとして好適に使用される。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1層と第2層とが交互に251層以上積層された1軸延伸多層積層フィルムであり、
1)第1層は2,6−ナフタレンジカルボン酸成分を含むポリエステルを構成成分とする厚み0.01μm以上0.5μm以下の層であり、1軸延伸方向(X方向)、フィルム面内で1軸延伸方向に直交する方向(Y方向)およびフィルム厚み方向(Z方向)において第1層のY方向とZ方向の屈折率差が0.1以上であり、
2)第2層は熱可塑性樹脂を構成成分とする厚み0.01μm以上0.5μm以下の層であり、該第2層における延伸前のX方向、Y方向、Z方向の平均屈折率が1.60以上1.65以下であって、該延伸前の平均屈折率と延伸後のX方向、Y方向、Z方向の屈折率との差が3方向とも0.05以下であり、
3)第2層の平均層厚みに対する第1層の平均層厚みの比(第1層の平均層厚み/第2層の平均層厚み)が0.5以上5.0以下であって、
4)フィルム面を反射面とし、X方向を含む入射面に対して平行な偏光成分について入射角0度および50度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率がそれぞれ90%以上、
5)フィルム面を反射面とし、X方向を含む入射面に対して垂直な偏光成分について、入射角0度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率が15%以下、入射角50度での該入射偏光に対する波長400〜800nmの平均反射率が20%以上である
ことを特徴とする1軸延伸多層積層フィルム。
【請求項2】
1軸延伸多層積層フィルムのフィルム厚み方向における結晶配向度が−0.30以上
0.05以下である請求項1に記載の1軸延伸多層積層フィルム。
【請求項3】
第1層のポリエステルがポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレートである請求項1または2に記載の1軸延伸多層積層フィルム。
【請求項4】
第2層の熱可塑性樹脂が全繰り返し単位を基準としてテレフタル酸成分またはイソフタル酸成分の少なくとも一成分を30モル%以上70モル%以下の範囲で共重合した共重合ポリエチレンナフタレンジカルボキシレートである、請求項1〜3のいずれかに記載の1軸延伸多層積層フィルム。
【請求項5】
液晶ディスプレイの輝度向上フィルムとして用いられる請求項1〜4のいずれかに記載の1軸延伸多層積層フィルム。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれかに記載の1軸延伸多層積層フィルムの少なくとも片面にさらに耐熱性熱可塑性樹脂フィルムを積層してなる1軸延伸多層積層フィルム積層体。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2012−88613(P2012−88613A)
【公開日】平成24年5月10日(2012.5.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−236540(P2010−236540)
【出願日】平成22年10月21日(2010.10.21)
【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)】