JP2006292838A - 光拡散板用フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】 湿熱による耐たわみ特性に優れ、液晶表示装置の高輝度化が可能な光拡散板として有用なポリエステルフィルムを提供する。
【解決手段】 湿熱たわみ率２０％未満の二軸配向ポリエステルフィルムからなる光拡散板用フィルム。
【選択図】 なし

Description

本発明は、液晶表示装置に用いる光拡散板用フィルムに関する。

近年ＴＶ受像機として液晶ディスプレイが多く流通するようになってきた。液晶ディスプレイは、ディスプレイ内に液晶素子の背後に設置された光源からの光を反射するための光拡散板を備える。液晶ディスプレイを高輝度化するためには、光量を増加させる必要があり、通常は光源から発生する熱を受けて光拡散板にたわみが発生する。このたわみが原因で、液晶ディスプレイの画面全体に輝度斑が生じる。
この問題について従来から解決が期待されており、大画面化による輝度斑問題を改善する手段の一つとして、例えば熱膨張係数の低いフィルムを用いることが提案されている。

特開２００１−２２０４３２号公報 特開２００１−２４７６９６号公報 特開２００２−０１９０６４号公報 特開２００２−３５０６１７号公報 特開２００３−２６６６２２号公報 特開２００４−０６７８５３号公報 特開２００４−１３３０２１号公報

しかし、上記の従来の技術のみでは、光拡散板のたわみを抑制するためには未だに不十分であり、フィルムのＭＤ方向とＴＤ方向とでの熱収縮率と屈折率のバランスが悪く、熱膨張係数が十分に低くても比較的湿度の高い条件で使用するとたわみが発生してしまう。

本発明の目的は、湿熱による耐たわみ特性に優れ、液晶表示装置の高輝度化が可能な、液晶表示装置に用いる光拡散板用のフィルムを提供することにある。

すなわち本発明は、湿熱たわみ率２０％未満の二軸配向ポリエステルフィルムからなる光拡散板用フィルムである。なお、湿熱たわみ率は、本明細書の実施例の欄に定義される方法を用いて測定される数値である。

本発明によれば、湿熱による耐たわみ特性に優れ、液晶表示装置の高輝度化が可能な光拡散板として有用なポリエステルフィルムを提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において二軸配向ポリエステルの湿熱たわみ率は２０％未満であることが肝要である。たわみ率２０％未満である光拡散板用ポリエステルフィルムは従来知られていないものであるが、このたわみ率はポリエステルフィルムを二軸延伸により製膜した後に、後述の条件にてオフアニールすることによって得ることができる。

［ポリエステル］
本発明において、二軸配向フィルムを構成するポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレートを用いる。このポリエチレンテレフタレートは、ホモポリマーであってもよく、共重合成分を含むコポリマーでもよいが、ホモポリマーが好ましい。

コポリマーである場合、エチレンテレフタレートの繰返し単位が、全繰返し単位の好ましくは９０モル％以上、さらに好ましくは９５モル％以上を占めるポリマーを用いる。共重合成分の割合が１０モル％を超えると、フィルムの光線透過率が低下し、また熱安定性や寸法安定性が低下して好ましくない。

ポリエチレンテレフタレートの固有粘度（オルソクロロフェノール中３５℃での測定値から算出）は、好ましくは０．４以上、さらに好ましくは０．５〜１．２、特に好ましくは０．５５〜０．８５である。０．４未満であるとフィルムの機械的強度が低下して好ましくない。固有粘度が１.２を超えると押出し機の負担が増大し、樹脂が発熱して重合度が低下するので好ましくない。

ポリエチレンテレフタレートは、例えばテレフタル酸とエチレングリコールとを重縮合反応させる方法、テレフタル酸の低級アルキルエステルとエチレングリコールとをエステル交換反応させた後重縮合反応させる方法、テレフタル酸のビスグリコールエステルを重縮合させる方法等の方法によって製造することができる。重縮合反応に使用する触媒としては、アンチモン化合物（Ｓｂ化合物）、チタン化合物（Ｔｉ化合物）、ゲルマニウム化合物（Ｇｅ化合物）などが挙げられる。

［滑剤］
本発明における二軸配向ポリエステルフィルムは、その生産性を確保するために、表面に多数の微細突起を有していることが好ましい。微細突起をフィルムに付与するためには、ポリエステルフィルム中に滑剤として不活性粒子を分散含有させるか、ポリステルフィルムのうえに不活性粒子を含有する易滑層を設ければよい。微細突起を有することにより優れた易滑性を得ることができる。

不活性粒子としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、ケイ酸ソーダ、水酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、酸化チタン、酸化錫、三酸化アンチモン、カーボンブラック、二硫化モリブデン等の無機微粒子、アクリル系架橋重合体、スチレン系架橋重合体、架橋シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、フェノール樹脂、ナイロン樹脂等の有機微粒子を例示することができる。

不活性粒子の平均粒径は好ましくは５０〜１５０ｎｍである。５０ｎｍ未満であると易滑性が発現せず、１５０ｎｍを超えると抜け落ちが発生して好ましくない。不活性粒子の比重は好ましくは３以下である。３を超えると水分散液中で沈降して生産工程上不都合であり好ましくない。

不活性粒子の配合量は、フィルム中に含有させる場合には、ポリエステル１００重量部あたり例えば０．００２５〜０．０３６重量部、好ましくは０．００２５〜０．０１２重量部である。易滑層を設けて易滑層中に含有させる場合には、易滑層を構成する組成物１００重量部あたり好ましくは５〜３０重量％である。なお、平均粒径が１００〜１５０ｎｍの不活性粒子を用いるときには５〜１０重量％の範囲で、平均粒径が５０〜９０ｎｍの不活性粒子を用いるときには８〜３０重量％の範囲で用いるとよい。この平均粒径は、一次粒子の平均粒径であり、透過電子顕微鏡による１０万倍の拡大写真で観察できる一次粒子の像をトレース又は投影して画像解析装置により面積円相当直径として求めた平均粒径である。

［湿熱たわみ率］
本発明において二軸配向ポリエステルフィルムは、湿熱たわみ率が２０％未満、好ましくは１５％以下である。湿熱たわみ率が２０％以上であると、液晶ディスプレイにて光拡散板として長時間使用するとバックライトからの熱によりたわみが発生する。また、湿熱たわみ率が２０％以上であると輝度斑の原因となり液晶ディスプレイの品位が損なわれる。なお、湿熱たわみ率は実施例のたわみ率の項に記載のとおり定義される。

［屈折率］
二軸配向ポリエステルフィルムのＭＤ方向の屈折率とＴＤ方向の屈折率の差の絶対値は、好ましくは０．０１以下、さらに好ましくは０．００８以下、特に好ましくは０．００６以下である。差の絶対値が０．０１を超えると温度がかかったときのＭＤとＴＤの挙動に著しい差が生じるためバランスが崩れたわみが生じやすくなる。たわみが発生すると液晶画面に輝度斑が発生し品位が著しく損なわれるため好ましくない。
なお、ＭＤはフィルムの縦方向であり、ＴＤはＭＤと直交する方向である。

［熱収縮率］
二軸配向ポリエステルフィルムは、１５０℃３０分間の条件でのＭＤ方向の熱収縮率とＴＤ方向の熱収縮率の差の絶対値が、好ましくは０．５以下、さらに好ましくは０．４以下、特に好ましくは０．３以下である。差の絶対値が０．５を超えると、温度がかかったときにフィルムのバランスが崩れたわみが生じやすくなる。たわみが発生すると液晶画面に輝度斑が発生し品位が著しく損なわれるため好ましくない。

［厚み］
二軸配向ポリエステルフィルムの厚みは、好ましくは２０〜３００μｍ、さらに好ましくは２０〜２５０μｍ、特に好ましくは２５〜２００μｍである。厚みが２０μｍ未満であると腰が弱く加工時に平面性が失われたり、傷が生じたりし易く好ましくない。厚みが３００μｍを超えると腰が強すぎて加工作業性が悪く、透明性が低下して好ましくない。

［ヘイズ］
二軸配向ポリエステルフィルムのヘイズ値は、好ましくは３％以下、さらに好ましくは２％以下、特に好ましくは１．５％以下である。ヘイズ値が３％を超えると、光拡散板に要求される輝度が得られず好ましくない。

［色相］
二軸配向ポリエスエルフィルムは、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系におけるｂ＊値が、好ましくは−１以上１．５以下、さらに好ましくは−０．５以上１．５以下、特に好ましくは−０．５以上１．３以下である。ｂ＊値が−１未満であると青みを帯び、１を超えると黄みを帯びていずれも液晶モニターには好ましくない。

［製造方法］
本発明における二軸配向ポリエステルフィルムの上述の物性は、ポリエステルフィルムを二軸延伸法にて製膜の後、オフアニール処理することにより達成することができる。

オフアニールに供する二軸配向ポリエステルフィルム自体は、従来より公知の二軸配向フィルムの製造方法により製造することができる。例えば、逐次二軸延伸法、同時二軸延伸法、インフレーション法によって製造することができる。これらのうち逐次二軸延伸法が好ましい。

逐次二軸延伸法により二軸配向ポリエステルフィルムを製造するためには、例えば次のようにすればよい。先ず、必要に応じて不活性粒子を配合したポリエステルを、ダイを通して溶融押出し、予め２０〜４０℃程度に設定されたキャスティングドラム上にて急冷固化させて未延伸フィルムを得る。未延伸フィルムは、その後、延伸温度９０〜１４０℃にて、フィルム走行方向（縦方向）に３．０〜４．５倍、これと直角方向（横方向）に３．０〜４．５倍、面積倍率で９〜２０倍に延伸する。

本発明においては、二軸延伸後、フィルムを熱固定することが好ましい。熱固定温度は、好ましくは１８０〜２３５℃、さらに好ましくは１８０〜２２５℃、特に好ましくは１８０〜２２０℃である。熱固定温度が２３５℃を超えると、ポリエステルが結晶化しすぎて全光線透過率が低下することがあり好ましくない。１８０℃未満では熱収縮率のＭＤ・ＴＤのバランスが崩れ、たわみが抑制できないことがあり好ましくない。

ヘイズ値は、主としてポリエステルフィルム中の不活性粒子の種類、平均粒径、含有量、粒子周辺に生じるボイドの程度や、易接着層に含有される不活性粒子の種類、平均粒径、含有量によって変わるので、これらを調整することで所望のヘイズ値を満たすようにすればよい。

本発明の物性を備える二軸配向ポリエステルフィルムを得るためには、熱固定後の二軸配向ポリエステルフィルムに対して、さらにオフアニール処理を行なう。すなわち、上記の方法で製膜して得た二軸配向ポリエステルフィルムに対して、フィルムのポリエステルのガラス転移温度（Ｔｇ）−４０℃からＴｇの範囲の温度で３０分間〜７２時間の間４０〜９０％Ｒｈの湿度で熱処理する。これを本明細書ではオフアニール処理という。このときフィルムのＴｇ以上の温度で熱処理するとフィルムが熱で変形してしまい光拡散板に必要な平面性が失われてしまう。熱処理する温度がＴｇ−４０℃より低いとフィルム内の残存応力を緩和することができず、オフアニール処理の効果が得られない。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
なお、「部」は重量部を意味する。また、各特性値の測定方法は下記の通りである。

（１）フィルムの厚み
外付マイクロメータで１００点測定し、この平均値を求めてフィルムの厚みとした。

（２）屈折率
製膜したフィルムを、アッベ屈折率計（Ｄ線５８９ｎｍ）で測定した。ＭＤ方向の屈折率をｎ_ＭＤ、ＴＤ方向の屈折率をｎ_ＴＤとした。

（３）熱収縮率
フィルムのサンプルを１５０℃の温度に３０分間おいたときの熱収縮率を、ＪＩＳ−Ｚ１７０９に従い測定して、各々Ｎ＝３の平均値をとった。なお、ＭＤ方向はフィルムの縦方向、ＴＤはＭＤと直交する方向である。

（４）ヘイズ
日本電色工業社製のへイズ測定器（ＮＤＨ−２０００）を使用してＪＩＳＫ−７１３６に基づきフィルムのへイズを測定した。

（５）易接着性塗膜の厚み
サンプルをオスミウム酸にて染色し、エポキシ樹脂に包埋し、ミクロトームにてフィルム端面がきれいに見えるように１００ｎｍ厚でスライスしたサンプルを透過電子顕微鏡（日本電子製ＪＥＭ−１２００ＥＸ）を用いて、易接着層をクローズアッププするように５〜１０万倍の倍率で観察し、任意の個所１００個所について測定し、算術平均した厚みを採用した。

（６）湿熱たわみ率
湿熱たわみ率は以下の方法にて求めた。フィルムからサンプルを２４×２４ｃｍの大きさに切り出し、図１のように２ｃｍ間隔で格子状に線を引いた。このサンプルの４辺を、ガラス板に両面粘着テープで固定した。ガラス板としては、ガラス面とフィルムの貼り付き防止のために、表面がサンドマット処理してあるものを使用した。粘着テープで固定される位置は、フィルムの端でその幅は各辺１ｃｍとした。固定の様子を図１に示す。この状態で、サンプルを温度６０℃、相対湿度９０％ＲＨの恒温恒湿オーブンに１時間放置した。その後、オーブンから取り出して室温にて１時間放置し、フィルムの状態が安定したところで、フィルムのたわみ具合を目視で観察し、下記の基準で湿熱たわみ率を求めた。

［湿熱たわみ率の求め方］
ガラス板に固定したサンプルに蛍光灯の照明を反射させ、以下の規則にしたがって、たわんでいる２０ｍｍ×２０ｍｍのますの個数を数えた。
1)反射した蛍光灯の光が、フィルムのたわみで歪んでいて、かつガラス板からフィルムが浮いている２０ｍｍ×２０ｍｍのます → ×
2)ガラス板からフィルムは浮いていないが、反射した蛍光灯の光がフィルムのたわみで歪んでみえる２０ｍｍ×２０ｍｍのます → ×
3)反射した蛍光灯が歪んではいないものの、ガラス板から浮き上がっている２０ｍｍ×２０ｍｍのます → △
4)反射した蛍光灯の光が歪まず、ガラス板から浮き上がってもいない２０ｍｍ×２０ｍｍのます → ○
それぞれ×は１個、△は０．５個とカウントした。たわんでいる２０ｍｍ×２０ｍｍのますの合計数を、ます全部の個数１００（端は粘着テープで固定しているため除く）で割ってたわみ率を求めた。
たわみ率 ＝ たわんだます（個）／１００（個）×１００（％）
○：２０％未満（良好）
×：２０％以上（不良）
この実験をｎ＝５実施し、その算術平均を結果とした。

［実施例１］
ジメチルテレフタレート９６部、エチレングリコール５８部及び酢酸マンガン０．０３８部を夫々反応器に仕込み、攪拌下内温が２４０℃になるまでメタノールを留出せしめながらエステル交換反応を行い、該エステル交換反応が終了したのちトリメチルホスフェート０．０９７部及び三酸化アンチモン０.０４１部を添加した。引き続いて反応生成物を昇温し、最終的に高真空下２８０℃の条件で重縮合を行って固有粘度（［η］）０．６４のポリエステルチップを得た。

上記ポリエステルチップを１６０℃で３時間乾燥したのち、２８０℃で溶融押出し、２０℃に保持した冷却ドラム上で急冷固化せしめ未延伸フィルムを得た。この未延伸フィルムを９５℃で縦方向に３．６倍に延伸し、次いで下面、さらに上面に下記の塗剤Ｐ（塗布液）を乾燥後の厚みが０．０６μｍになるように塗布し、１２０℃で横方向に３．６倍に延伸したのち、熱固定温度２２０℃で熱処理し、厚みが１００μｍの二軸配向フィルムを得た。

得られた二軸配向フィルムを、２４０ｍｍ×２４０ｍｍの大きさに裁断した。このフィルムを各フィルム同士の貼り付きを防止するためにテフロンシートに包んでつるした。この状態で７５℃、５０％Ｒｈ、１時間の条件でオフアニール処理した。得られたフィルムの物性を表１および２に示す。

［塗剤Ｐ］
（Ｐ成分１）共重合ポリエステル樹脂（Ｔｇ：６８℃） ６０重量％。
酸成分：テレフタル酸（９０ｍｏｌ％）、イソフタル酸（６ｍｏｌ％）、５―スルホイソフタル酸カリウム（４ｍｏｌ％）。
グリコール成分：エチレングリコール（９５ｍｏｌ％）、ネオペンチレングリコール（５ｍｏｌ％）。
（Ｐ成分２）Ｎ，Ｎ’―エチレンビスカプリル酸アミド ５重量％。
（Ｐ成分３）アクリル共重合体（数平均分子量：２４８，０００）２０重量％。
組成：メチルアクリレート（６５ｍｏｌ％）、エチルアクリレート（２８ｍｏｌ％）、２―ヒドロキシエチルメタクリレート（２ｍｏｌ％）、Ｎ―メチロールメタクリルアミド（５ｍｏｌ％）。
（Ｐ成分４）アクリル系樹脂微粒子（平均粒径０．０３μｍ） １０重量％。
（Ｐ成分５）ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル ５重量％。

［実施例２］
実施例１と同様に製膜後、オフアニール条件を６０℃、５０％Ｒｈ、３時間とした以外は実施例１と同様に実施した。得られたフィルムの物性を表１および２に示す。

［比較例１］
オフアニールをしなかった以外は、実施例１と同様にして厚み１００μｍの二軸配向フィルムを得た。得られたフィルムの物性を表１および２に示す。

［比較例２］
延伸倍率を、縦方向を３．２倍、横方向を４．２倍に変更した以外は実施例１と同様にして厚み１００μｍの二軸配向フィルムを得た。オフアニールをしても、製膜条件が適切でないためたわみが発生した。得られたフィルムの物性を表１および２に示す。

［比較例３］
オフアニールの温度を１２０℃、５０％Ｒｈ、１時間に変更した以外は実施例１と同様にして厚み１００μｍの二軸配向フィルムを得た。オフアニールの条件が適切でないため、オフアニール後のフィルムの平面性が失われていた。得られたフィルムの物性を表１および２に示す。

［参考例１］
熱固定温度を２３８℃に変更した以外は実施例１と同様にして厚み１００μｍの二軸配向フィルムを得た。たわみは良いが、光学特性が悪化したため、光拡散板用フィルムとして不適切だった。

本発明によれば、湿熱耐性が高く、たわみの少ない液晶表示装置に用いる光拡散板用の基板として好適なフィルムを提供することができる。

湿熱たわみ率の評価におけるサンプルの格子の様子である。

Claims (5)

1. 湿熱たわみ率２０％未満の二軸配向ポリエステルフィルムからなる光拡散板用フィルム。
2. 二軸配向ポリエステルフィルムのＭＤ方向の屈折率とＴＤ方向の屈折率の差の絶対値が０．０１以下である、請求項１記載の光拡散板用フィルム。
3. 二軸配向ポリエステルフィルムの１５０℃３０分間の条件でのＭＤ方向の熱収縮率とＴＤ方向の熱収縮率との差の絶対値が０．５以下である、請求項１または２に記載の光拡散板用フィルム。
4. 請求項３記載の光拡散板用フィルムからなる液晶表示装置用の光拡散板。
5. 請求項４記載の光拡散板を備える液晶表示装置。

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