JP2005125700A - 白色ポリエステルフィルム - Google Patents

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Abstract

【課題】 実用上十分な可視光領域の反射性能を備え、フィルムの表裏面それぞれの光沢度をコントロールすることができ、高濃度に無機微粒子を添加しても安定して製膜でき、光源からの熱による寸法変化に対しても安定であり、液晶ディスプレイや内照式電飾看板の反射板用基材として好適に用いることのできる白色ポリエステルフィルムを提供する。
【解決手段】 波長400〜700nmにおける平均反射率がフィルムの少なくとも一方の面について90%以上であり、フィルムの一方の面と他方の面との光沢度(60°)の差が5〜80である白色ポリエステルフィルム。
【選択図】 なし

Description

本発明は、白色ポリエステルフィルムに関し、高い反射率と光沢を備えた白色ポリエステルフィルムに関する。
液晶ディスプレイにおいて従来、ディスプレイの背面からライトを当てるバックライト方式が採用されていたが、近年、特開昭63−62104号公報に示されるようなサイドライト方式が、薄型で均一に照明できるメリットから、広く用いられるようになっている。このサイドライト方式とはある厚みを持ったアクリル板などのエッジより冷陰極管などの照明を当てる方式で、網点印刷のために、照明光が均一に分散され、均一な明るさをもった画面が得られる。この方式では、画面の背面でなくエッジ部に照明を設置するためバックライト方式より薄型にできる。この場合、照明光の画面背面への逃げを防ぐ為に画面の背面に反射板を設置する必要がある。反射板を液晶表示装置内に固定するために通常は接着が行なわれるため、反射板には、接着性とともに、光の高い反射性および光の高い拡散性が要求される。
この目的に沿う液晶ディスプレイ反射板用に適したポリエステルフィルムを得る方法として、酸化チタンを含有せしめる方法が知られている。これは比較的安価にできる方法である。たとえば特公平8−16175号公報に記載されている。ただし、非相溶樹脂と酸化チタンを添加するだけでは反射率と拡散性を十分に調整することができず、できあがって液晶ディスプレイは画面の明るさが十分でなく、表面光沢度の調整を行うと反射率が変化してしまい、バックライトの明かり斑やフィルムに欠陥があると欠陥として目立ちやすい。さらに接着性も変化してしまい液晶表示装置内への設置のために接着のための表面処理の必要がでてくるという不都合がある。
また、酸化チタンなどの無機微粒子を高濃度添加した場合には、反射効率の向上こそ期待できるが、たとえば50重量%添加した場合、不活性粒子濃度が非常に高いため、破断が多発し製膜することが非常に困難である。不活性粒子濃度が非常に高い場合の破断の頻度を低下させる現実的な手段として共重合化したポリエステルを用いる方法もとり得るが、実質的に共重合化していないポリエステルを用いた場合に比較して熱収縮率が極めて高くなり、熱寸法安定性が悪いフィルムしか得られない。
特開平4−153232号公報 特開平6−322153号公報 特開昭63−62104号公報 特公平8−16175号公報
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決することを課題とし、実用上十分な可視光領域の反射性能を備え、フィルムの表裏面それぞれの光沢度をコントロールすることができ、そのまま接着により設置することができ、高濃度に無機微粒子を添加しても安定して製膜でき、光源からの熱による寸法変化に対しても安定であり、液晶ディスプレイや内照式電飾看板用の反射板用基材として好適に用いることのできる白色ポリエステルフィルムを提供することを目的とする。
本発明者らは、白色ポリエステルフィルムを鋭意検討した結果本発明に到達した。すなわち本発明は、波長400〜700nmにおける平均反射率がフィルムの少なくとも一方の面について90%以上であり、フィルムの一方の面と他方の面との光沢度(60°)の差が5〜80である白色ポリエステルフィルムである。
以下、本発明を詳細に説明する。
[ポリエステル]
本発明の白色ポリエステルフィルムは、ポリエステルと無機粒子を含有するポリエステル樹脂組成物からなる。
ポリエステルとしては、ジカルボン酸成分とジオール成分とからなるポリエステルを用いる。ジカルボン酸としては、例えばテレフタル酸、イソフタル酸、2,6―ナフタレンジカルボン酸、4,4’―ジフェニルジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸を挙げることができる。ジオールとしては、例えばエチレングリコール、1,4―ブタンジオール、1,4―シクロヘキサンジメタノール、1,6―ヘキサンジオールを挙げることができる。これらのポリエステルの中で、ポリエステルポリエチレンテレフタレートが好ましい。
ポリエステルとしては、高濃度の無機微粒子を添加しても安定して製膜できることから共重合ポリエステルが好ましい。この共重合ポリエステルとしては、融点が250℃以下、好ましくは245℃以下、さらに好ましくは240℃以下のものを用いるとよい。共重合成分としては、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、2,6―ナフタレンジカルボン酸、5―ナトリウムスルホイソフタル酸などのジカルボン酸成分を用いることができ、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ポリアルキレングリコールなどのジオール成分を用いることができる。共重合ポリエチレンテレフタレートを用いる場合、共重合成分として、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、シクロヘキサンジメタノールが好ましい。
共重合成分の割合は、全ジカルボン酸成分あたり、好ましくは1〜30モル%、さらに好ましくは3〜25モル、さらに好ましくは5〜20モル%、特に好ましくは7〜15モル%である。1モル%未満であると無機微粒子を含有する層、例えば10重量%以上の無機粒子を含有するフィルムにおいて延伸応力が高くなり、製膜できないことがある。30モル%を超えると熱寸法安定性に欠けたフィルムになったり、製膜すらできない状況に陥る可能性があり、また、表面拡散光の調整のための粗さの調整もできない可能性がある。
ポリエステルには、公知の各種添加剤、たとえば、酸化防止剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤が添加されていても良い。
[無機微粒子]
本発明の白色ポリエステルフィルムは、フィルムを構成する樹脂組成物の重量100重量%あたり無機微粒子を10〜80重量%、好ましくは15〜70重量%、さらに好ましくは20〜60重量%、特に好ましくは25〜55重量含有する。無機微粒子の含有量が10重量%未満であると必要な反射光や白度が得られない。無機微粒子の含有量が80重量%を超えると製膜時に切断が発生しやすい。無機微粒子としては、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウムおよび二酸化珪素からなる群から選ばれる少なくとも1種類の無機微粒子が好ましい。なお、酸化チタンのうちでもルチル型のものはアナターゼ型のものよりも光線を長時間ポリエステルフィルムに照射した後の黄変が少なく、色差の変化を抑制するのに適していることから好ましい。
無機微粒子の平均粒径は、好ましくは0.1〜3.0μm、さらに好ましくは0.2〜2.5μm、さらに好ましくは0.3〜2.0μmである。平均粒径が0.1μm未満のものは分散性が極端に悪くなり、粒子の凝集が起こるため、生産工程上のトラブルが発生し易く、フィルムに粗大突起を形成し、光沢の劣ったフィルムになる可能性があり好ましくなく、3.0μmを超えるとフィルムの表面が粗くなり、光沢が低下するばかりか、適切な範囲に光沢度をコントロールすることが困難となり好ましくない。
無機微粒子のなかでも特にルチル型酸化チタンは、分散性を向上させるために、ステアリン酸等の脂肪酸およびその誘導体等を用いて処理して用いると、フィルムの光沢度を一層向上させることができるので好ましい。
なお、ルチル型酸化チタンを用いる場合には、ポリエステルに添加する前に、精製プロセスを用いて、粒径調整、粗大粒子除去を行うことが好ましい。精製プロセスの工業的手段としては、粉砕手段で例えばジェットミル、ボールミルを適用することができ、分級手段としては、例えば乾式もしくは湿式の遠心分離を適用することができる。なお、これらの手段は2種以上を組み合わせ、段階的に精製しても良い。
また、無機微粒子をポリエステルに含有させる方法としては各種の方法を用いることができる。その代表的な方法として、下記のような方法を挙げることができる。(ア)ポリエステル合成時のエステル交換反応もしくはエステル化反応終了前に添加、もしくは重縮合反応開始前に添加する方法。(イ)ポリエステルに添加し、溶融混練する方法。(ウ)上記(ア)または(イ)の方法において不活性粒子を多量添加したマスターペレットを製造し、これらと添加剤を含有しないポリエステルとを混練して所定量の添加物を含有させる方法。(エ)上記(ウ)のマスターペレットをそのまま使用する方法。
なお、前記(ア)のポリエステル合成時に添加する方法を用いる場合には、酸化チタンにおいてはグリコールに分散したスラリーとして、反応系に添加することが好ましい。
本発明では、特に上記(ウ)または(エ)の方法をとることが好ましい。
一般的に無機微粒子は、凝集して粗大凝集粒子となることが多い。本発明では、粗大凝集粒子の個数を減らすに、製膜時のフィルターとして線径15μm以下のステンレス鋼細線よりなる平均目開き10〜100μm、好ましくは平均目開き20〜50μmの不織布型フィルターを用い、溶融ポリマーを濾過することが好ましい。
[添加剤]
ポリエステル組成物には、添加剤として、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムやアクリル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂のような有機フィラー、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレンターポリマー、オレフィン系アイオノマーのような他の樹脂、酸化防止剤、紫外線吸収剤、蛍光増白剤、等を本発明の範囲を逸脱しない範囲内で、必要に応じて混合して含有することができる。
また、蛍光増白剤を用いる場合、蛍光増白剤は、ポリエステル組成物に対する濃度として好ましくは0.005〜0.2重量%、さらに好ましくは0.01〜0.1重量%の範囲で配合するといよい。蛍光増白剤の添加量が0.01重量%未満では350nm付近の波長域の反射率が十分でなく、反射板とした時に照度が十分なものとならないことから好ましくない。0.2重量%を越えると、蛍光増白剤の持つ特有の色が現れてしまうため好ましくない。蛍光増白剤としては、例えばOB−1(イーストマン社製)、Uvitex−MD(チバガイギー社製)、JP−Conc(日本化学工業所製)を用いることができる。
また、本発明の白色ポリエステルフィルムは、フィルムを構成するポリエステルと非相溶な樹脂を実質的に含有しないことが好ましい。非相溶な樹脂を含有させ、その界面でのボイドでもって反射率や白度を設計された白色ポリエステルフィルムは両面の光沢度差を付けるために延伸温度を変更するとボイドの形成状況が変化し、反射率や白度に影響を与えることがある。
[製膜]
本発明における白色ポリエステルフィルムは、単一の層からなる単層フィルムであってもよく、複数の層からなる積層フィルムであってもよい。複数の層からなる場合、例えば、A層/B層の2層構成であっても良く、A層/B層/A層あるいはA層/B層/C層の3層構成であってもよく、これらの構成を含む4層以上の構成であっても良い。
製膜上の容易さと効果を考慮すると単層あるいは2層あるいはA層/B層/A層からなる3層の形態が特に良好である。またフィルムの片面または両面に、他の機能を付与するために、他の層をさらに積層した積層体としても良い。ここでいう他の層とは、透明なポリエステルフィルム、金属薄膜やハードコート層、インク受容層などが挙げられる。
本発明のフィルムを製造する方法の一例を説明する。単層フィルムの場合は、ダイから溶融したポリマーを押し出し未延伸シートを製造する。積層フィルムの場合はフィードブロックを用いた同時多層押出し法により、積層未延伸シートを製造する。すなわちA層を形成するポリマーの溶融物とB層を形成するポリマーの溶融物を、フィードブロックを用いてA層/B層/A層となるように積層し、ダイに展開して押出しを実施する。この時、フィードブロックで積層されたポリマーは積層された形態を維持している。
ダイより押出された未延伸シートは、キャスティングドラムで冷却固化され、未延伸フィルムとなる。この未延伸状フィルムをロール加熱、赤外線加熱等で加熱し、縦方向に延伸して縦延伸フィルムを得る。この延伸は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。延伸温度はポリエステルのガラス転移点(Tg)以上の温度、更にはTg〜70℃高い温度とするのが好ましい。
調整しようとするフィルム面側の延伸温度を高めに設定すればするほど、本構成のフィルム表面が粗化し、逆に延伸温度を低めに設定すればするほどフィルム表面は平坦化の方向に向かい、フィルム表面での光沢度すなわち拡散光を調整することが可能になり、実質的にフィルムの色目や反射率、熱寸法安定性等あるいはフィルムの構成変更することなく、本記載の光沢度の範囲を実現できる。
本発明の白色ポリエステルフィルムの光沢度は、フィルムの一方の面と他方の面の光沢度の差が5〜80、好ましくは7〜75、さらに好ましくは10〜70である。表裏差が80を越えるとフィルム表裏面での温度差が大きくなり過ぎ、延伸斑やひどい場合には破断に至る事がある。表裏差が5未満であると、受容シート、反射板シートのそれぞれの用途で共用されうる範囲から逸脱してしまうため、また十分に良好な接着性を備えないことから好ましくない。
延伸倍率は、用途の要求特性にもよるが、縦方向、縦方向と直交する方向(以降、横方向と呼ぶ)とも、好ましくは2.5〜4.0倍、さらに好ましくは2.8〜3.9倍である。2.5倍未満とするとフィルムの厚み斑が悪くなり良好なフィルムが得られず、4.0倍を超えると製膜中に破断が発生し易くなり好ましくない。
縦延伸後のフィルムは、続いて、横延伸、熱固定、熱弛緩の処理を順次施して二軸配向フィルムとするが、これら処理はフィルムを走行させながら行う。横延伸の処理はポリエステルのガラス転移点(Tg)より高い温度から始める。そしてTgより(5〜70)℃高い温度まで昇温しながら行う。横延伸過程での昇温は連続的でも段階的(逐次的)でもよいが通常逐次的に昇温する。例えばテンターの横延伸ゾーンをフィルム走行方向に沿って複数に分け、ゾーン毎に所定温度の加熱媒体を流すことで昇温する。先の縦延伸で述べた様に横延伸温度においても延伸温度の調整により、フィルム表面の状態を調整できるが、先に1軸方向に延伸してしまっているため、2段目(ここでの横延伸)としての調整は効果が低いため、好ましくは1段目(ここでは縦延伸)で行ったほうがより調整しやすい。横延伸の倍率は、この用途の要求特性にもよるが、好ましくは2.5〜4.5倍、さらに好ましくは2.8〜3.9倍である。2.5倍未満するとフィルムの厚み斑が悪くなり良好なフィルムが得られず、4.5倍を超えると製膜中に破断が発生し易くなる。
横延伸後のフィルムは両端を把持したまま(Tm―20〜80)℃で定幅または10%以下の幅減少下で熱処理して熱収縮率を低下させるのがよい。これより高い温度であるとフィルムの平面性が悪くなり、厚み斑が大きくなり好ましくない。また、熱処理温度が(Tm―80)℃より低いと熱収縮率が大きくなることがある。また、熱固定後フィルム温度を常温に戻す過程で(Tm―20〜80)℃以下の領域の熱収縮量を調整する為に、把持しているフィルムの両端を切り落し、フィルム縦方向の引き取り速度を調整し、縦方向に弛緩させることができる。弛緩させる手段としてはテンター出側のロール群の速度を調整する。弛緩させる割合として、テンターのフィルムライン速度に対してロール群の速度ダウンを行い、好ましくは0.1〜1.2%の速度ダウンすなわち弛緩(以降この値を弛緩率という)を実施する。より好ましくは0.2〜1.0%の弛緩率、さらに好ましくは0.3〜0.9%の弛緩率を実施し縦方向の熱収縮率を調整する。また、フィルム横方向は両端を切り落すまでの過程で幅減少させて、所望の熱収縮率を得ることもできる。
このようにして得られる本発明の白色ポリエステルフィルムの85℃の熱収縮率は、好ましくは縦方向、横方向ともに0.7%以下、さらに好ましくは0.6%以下、最も好ましくは0.5%以下である。フィルムの厚みは、好ましくは25〜250μm、さらに好ましくは30〜220μm、さらに好ましくは40〜200μmである。25μm以下であると、反射率が低下し、250μmを超えるとこれ以上厚くしても反射率の上昇が望めないことから好ましくない。
本発明の白色ポリエステルフィルムの少なくとも一方の表面の反射率は波長400〜700nmの平均反射率でみて90%以上、さらに好ましくは92%以上、さらに好ましくは94%以上である。90%未満であると十分な反射率を得ることができない。
従来の技術では表面の光沢度、すなわち表面での光の拡散性、をフィルムの表面と裏面について個別に調整しなおかつ高い反射率を備えた白色ポリエステルフィルムを得ることはできなかったが、本構成のポリエステルフィルムを用いれば、使用されるフィルム表面の光拡散性を考慮してフィルムの表面と裏面の光沢度を個別にコントロールし、高い反射率と接着性を備えたフィルムを得ることができる。
本発明によれば、実用上十分な可視光領域の反射性能を備え、フィルムの表裏面それぞれの光沢度をコントロールすることができ、十分に良好な接着性を備え、高濃度に無機微粒子を添加しても安定して製膜でき、光源からの熱による寸法変化に対しても安定であり、液晶ディスプレイや内照式電飾看板の反射板用基材として好適に用いることのできる白色ポリエステルフィルムを提供することができる。
以下、実施例により本発明を詳述する。
なお、各特性値は以下の方法で測定した。
(1)フィルム厚み
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厚みとした。
(2)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する。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。
(3)反射率
分光光度計(島津製作所製UV−3101PC)に積分球を取り付け、BaS0白板を100%とした時の反射率を400〜700nmにわたって測定した。得られたチャートより2nm間隔で反射率を読み取った。上記の範囲内で平均値を求めた上、次の基準で判定した。
○:全測定領域において反射率90%以上
△:測定領域において平均反射率90%以上で1部分90%未満がある
×:全測定領域において平均反射率が90%未満
(4)延伸性
縦方向2.9倍、横方向3.6〜3.7倍に延伸して製膜し、安定に製膜できるか観察した。下記基準で評価した。
○:1時間以上安定に製膜できる
×:1時間以内に切断が発生し、安定な製膜ができない。
(5)熱収縮率
85℃に設定されたオーブン中でフィルムを無緊張状態で30分間保持し、加熱処理前後の標点間距離を測定し、下記式により熱収縮率(85℃熱収縮率)を算出した。
熱収縮率%=((L0−L)/L0)×100
L0:熱処理前の標点間距離
L :熱処理後の標点間距離
(6)ガラス転移点(Tg)、融点(Tm)
示差走査熱量測定装置(TA Instruments 2100 DSC)を用い、昇温速度20m/分で測定を行った。
(7)光沢度(60°)
JIS規格Z8741に準拠し、日本電色工業(株)製のグロスメーター「VGS−SENSOR」を用いて測定した。入射角、受光角ともに60°にてフィルムの片面ずつN=5測定し、それぞれの面の平均値を用いた。
(8)接着性
フィルム面に厚さ5μmのアクリルハードコート層を形成させ、碁盤目のクロスカット(1mmのマス目を100個)を施し、その上に24mm幅のセロハンテープ(ニチバン製)を貼り付け、180°の剥離角度で急激に剥がした後、剥離面を観察し、下記の基準で評価を行った。
5:剥離面積が10%未満・・・・・・・・接着力が極めて良好
4:剥離面積が10%以上20%未満・・・接着力良好
3:剥離面積が20%以上30%未満・・・接着力やや良好
2:剥離面積が30%以上40%未満・・・接着力不良
1:剥離面積が40%以上・・・・・・・・接着力極めて不良
[実施例1〜8]
表1に示す各共重合化された樹脂に表1に示す無機微粒子を添加し、それぞれ280℃に加熱された2台の押出機に供給し、A層ポリマー、B層ポリマーをA層とB層がA/B/Aとなるような3層フィードブロック装置を使用して合流させ、その積層状態を保持したままダイスよりシート状に成形した。さらにこのシートを表面温度25℃の冷却ドラムで冷却固化した未延伸フィルムを記載された延伸温度にてそれぞれのフィルム面(ここではA面側、B面側と表記する)を加熱し長手方向(縦方向)に2.9倍延伸し、25℃のロール群で冷却した。続いて、縦延伸したフィルムの両端をクリップで保持しながらテンターに導き120℃に加熱された雰囲気中で長手に垂直な方向(横方向)に3.6の倍率で延伸した。その後テンター内で表2の温度で熱固定を行い、表2に示す温度領域にて記入された縦方向の弛緩、横方向の幅入れを行い、室温まで冷やして二軸延伸フィルムを得た。得られたフィルムの反射板基材としての物性は表2の通りであった。いずれも接着性の評価は少なくとも片面側が4以上(良好)であった。
Figure 2005125700
Figure 2005125700
[実施例9、10]
実施例1〜8の作製方法を単層(すなわち1台の押出機にて樹脂を押出し)にし、表1、2に記載した以外は同様に行った。いずれも接着性の評価は少なくとも片面側が4以上(良好)であった。
[比較例1]
表1、2に記載した条件にて作製した。縦方向、横方向の弛緩を実施していないため、熱収縮率に対して劣っている。また、表裏の延伸温度を調整していないものは、表裏の光沢度の差がついていないものとなった。接着性の評価は両面とも極めて不良であった。
[比較例2]
表1、2に示す条件で製膜した。無機微粒子の含有量が少なく反射率が劣っていた。接着性の評価は両面とも良好以上であったが、光沢度が高いフィルムとして使用せざるを得ないものであった。
[比較例3]
表1に示す条件で製膜した。フィルム厚みが不足であり、反射率が劣っていた。
[比較例4]
表1に示す条件で製膜した。共重合されていない樹脂を用いており、延伸性が極めて低く、製膜時の切断が多発しそのため、フィルムサンプルが作製できなかった。
[比較例5]
表1に示す条件で製膜した。共重合化されている割合が低く、延伸性の低下を招いた為、製膜時の切断が多発した。そのため、測定できなかった。
[比較例6]
A層の樹脂としてポリエチレンテレフタレートを用いこの層に無機微粒子として炭酸カルシウムを14重量%、B層の樹脂としてポリエチレンテレフタレートに非相溶樹脂であるポリメチルペンテン樹脂を10重量%、ポリエチレングリコール1重量%混合し、フィルムを作製した。表1、2に示すが、反射率が劣った結果であった。
本発明のポリエステルフィルムは、光線の反射率が高く、熱寸法変化の特性に優れ、かつ、光沢度がフィルムの両面コントロールされており、各種の反射板、中でも特に液晶ディスプレイの反射板や太陽電池のバックシートに最適に用いることができる。
紙代替、すなわちカード、ラベル、シール、宅配伝票、ビデオプリンタ用受像紙、インクジェット、バーコードプリンタ用受像紙、ポスター、地図、無塵紙、表示板、白板、感熱転写、オフセット印刷、テレフォンカード、ICカードなどの各種印刷記録に用いられる受容シートの基材として用いることができる。また、商品や店舗の宣伝に、あるいは駅の案内表示板等に使用する内照式電飾看板や液晶表示装置の反射板用基材、太陽電池のバックシートに好適に用いることができる。

Claims (6)

  1. 波長400〜700nmにおける平均反射率がフィルムの少なくとも一方の面について90%以上であり、フィルムの一方の面と他方の面との光沢度(60°)の差が5〜80である白色ポリエステルフィルム。
  2. 85℃の熱収縮率が縦方向、横方向ともに0.7%以下である、請求項1記載の白色ポリエステルフィルム。
  3. 酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウムおよび二酸化珪素からなる群から選ばれる少なくとも1種類の無機微粒子を10〜80重量%含有する、請求項1記載の白色ポリエステルフィルム。
  4. フィルムを構成するポリエステルと非相溶な樹脂を実質的に含有しない、請求項3記載の白色ポリエステルフィルム。
  5. フィルムの厚みが25〜250μmである請求項記載の白色ポリエステルフィルム。
  6. 反射板に用いる請求項1記載の白色ポリエステルフィルム。
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