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JP2009544062A - 光学フィルムを作製するためのカレンダ処理プロセス - Google Patents

光学フィルムを作製するためのカレンダ処理プロセス Download PDF

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Abstract

光学フィルムを作製する方法は、少なくとも1つの高分子材料をカレンダ処理する工程と、前記少なくとも1つの高分子材料をダウンウェブ(MD)方向に沿って延伸し、これにより前記高分子材料の複屈折を作り出す工程と、を含む。光学フィルムのロールは、有効配向軸を特徴とする配向光学フィルムを含み、前記配向光学フィルムは、複屈折高分子材料を含み、前記光学フィルムは、0.3mを超える幅、少なくとも200ミクロンの厚さ、及び少なくとも10mの長さを有し、前記有効配向軸が、光学フィルムの長さ方向に沿う。

Description

(関連出願に対する相互参照)
本出願は、2006年7月18日出願の米国仮出願番号第60/807655号「光学フィルムを作製するためのカレンダ処理プロセス(Calendering Process for Making an Optical Film)」の優先権を主張し、この内容全体は、本明細書に参考として組み込まれる。
(発明の分野)
本開示は、一般的に、光学フィルム、及びカレンダ処理による光学フィルムの加工方法に関する。
市販のプロセスでは、ポリマー材料又はポリマー材料のブレンドから作製される光学フィルムは、典型的にはダイから押出成形されるか、又は溶媒からキャストされる。押出成形されたフィルム又はキャストフィルムは、続いて延伸され、材料の少なくとも一部に複屈折をもたらし、及び/又は複屈折を強化する。材料及び延伸プロトコルを選択し、反射光学フィルム、例えば反射偏光子又はミラーなどの光学フィルムを製造してもよい。
反射偏光フィルムを作製するために使用される1つの市販の方法では、ダイを構成して押出フィルムを作製し、次にそれを、機械方向(MD)に沿ってフィルムを延伸して長さを伸ばすため選択される種々の速度で回転するローラー装置である長さ配向装置(LO)でダウンウェブ方向に沿って延伸する。得られた反射偏光フィルムは、MDに沿ってブロック軸を有する。しかし、押出ダイが商業的に有用な幅でフィルムを作製するように構築されている場合、押出フィルムには、通常は、長さ方向に縞又はダイ小じわがついており、幅も均一ではない。これらの不良は、フィルムがMDに沿ってLOで延伸された後に更にひどくなり、表示装置などの典型的な光学装置に使用される場合、一般的に許容できない反射偏光フィルムをもたらす。
ダイ小じわなどの不良を減少させ、実質的に均一な幅を有する光学フィルムをもたらすため、従来の反射偏光フィルムは、典型的には、比較的狭いダイから押し出され、その後、クロスウェブ方向(本明細書では横方向又はTDと呼ぶ)に延伸される。この従来の反射偏光フィルムでは、ブロック軸はTDに沿っている。
ある用途では、これらの反射偏光光学フィルムを従来のダイクロイック偏光フィルムに積層し、例えば液晶表示装置(LCD)用のフィルム構造物を作製する。ロール形態で供給される場合、ダイクロイック偏光フィルムは、ロールの長さ方向(MD)に沿ったブロック軸を有し、この方向は、TDに沿った反射偏光光学フィルムのブロック軸と垂直である。ダイクロイック偏光子のブロック軸と反射偏光フィルムのブロック軸の向きが異なる結果、積層フィルム構造物を作製するために、最初に反射偏光子をシート状に切断し、90°回転させ、ダイクロイック偏光フィルムに積層させなければならない。この骨の折れる方法は、工業規模でロール形態の積層フィルム構造物を作製するのを困難にし、最終製品のコストを増加させる。
従って、MD方向に配向し、不良のない光学フィルムを作製するプロセスが必要とされている。一実施形態では、このプロセスによって反射偏光フィルムが得られる。
光学フィルムを作製する方法は、少なくとも1つの高分子材料をカレンダ処理する工程と、前記少なくとも1つの高分子材料をダウンウェブ(MD)方向に沿って延伸し、これにより前記高分子材料の複屈折を作り出す工程と、を含む。光学フィルムを作製する方法の別の実施形態は、第1フィルムを提供する工程と、第2フィルムを前記第1フィルムに取り付ける工程と、を含む。この実施形態では、前記第1フィルムを提供する工程は、少なくとも1つの高分子材料をカレンダ処理する工程と、前記少なくとも1つの高分子材料をダウンウェブ(MD)方向に沿って延伸し、これにより前記高分子材料の複屈折を作り出す工程と、を含む。光学フィルムを加工する別の方法は、第1ポリマー及び第2ポリマーを含む高分子材料をカレンダ処理する工程を含み、前記第1ポリマーが複屈折を発現し、前記第2ポリマーが実質的に等方性である。
本開示の別の代表的な実施は、少なくとも1つの高分子材料をカレンダ処理する工程と、前記少なくとも1つの高分子材料をダウンウェブ(MD)方向に沿って延伸し、これにより前記高分子材料に複屈折を作り出す工程と、を含むプロセスによって作製される光学フィルムである。更に別の代表的な実施形態では、光学フィルムのロールは、有効配向軸を特徴とする配向光学フィルムを含み、この配向光学フィルムは、複屈折高分子材料を含み、この光学フィルムは、0.3mを超える幅、少なくとも200ミクロンの厚さ、及び少なくとも10mの長さを有し、前記有効配向軸が、光学フィルムの長さ方向に沿っている。
上記の概要は、本発明の図示された各実施形態、又は本発明のあらゆる実施を記載するものではない。図及び以下の詳細な説明によって、これらの実施形態をより具体的に例示する。
添付の図面と関連して本発明の様々な実施形態の以下の発明を実施するための最良の形態を検討することで、本発明はより完全に理解され得る。
光学フィルムの図示。 光学フィルムの図示。 ブレンド光学フィルムの図示。 カレンダ及び長さ配向器を用いた、本開示のフィルムラインの一実施形態の概略図。 長さ配向ステーションにフィルムが通っている一実施形態の概略図。 長さ配向ステーションにフィルムが通っている別の実施形態の概略図。 本開示のフィルムラインの別の実施形態の一部分の概略図。 本開示のフィルムラインの更に別の実施形態の一部分の概略図。 本開示のフィルムラインの更に別の実施形態の一部分の概略図。 本開示の一実施形態で使用されるロールの概略等角図。 第1光学フィルムが第2光学フィルムに取り付けられる積層体構成物。 本開示により作製される代表的な構成物の断面図。 本開示により作製される代表的な構成物の断面図。 本開示により作製される代表的な構成物の断面図。 本開示により作製される代表的な構成物の断面図。 本開示により作製される代表的な構成物の断面図。 本開示により作製される代表的な構成物の断面図。
本開示は、光学フィルムの作製方法を目的とする。光学フィルムは、例えば、特定の最終用途、例えば光学表示装置のために設計される均一性及び十分な光学品質が必要であるという点で、他のフィルムと異なる。この用途の目的上、光学表示装置に使用される十分な品質とは、すべての加工工程の後及び他のフィルムに積層する前のロール形態のフィルムには目に見える不良が存在しないこと、例えばヒトの裸眼で見たとき、MD方向に実質的に色ストリーク又は表面隆起部を有さないことを意味する。それに加え、本開示の光学品質のフィルムの代表的な実施形態は、有用なフィルム領域の厚さ偏差が、フィルムの平均厚みの5%(±2.5%)未満、好ましくは3.5%(±1.75%)未満、3%(±1.5%)未満、より好ましくは1%(±0.5%)未満である。
反射偏光フィルムを作製するために使用される1つの伝統的な市販の方法では、ダイを構成して押出フィルムを作製し、次にそれを、機械方向(MD)とも呼ばれる場合があるフィルム長さ方向に沿ってフィルムを延伸するために選択される、種々の速度で回転するローラー装置である長さ配向装置(LO)でダウンウェブ方向に沿って延伸する。そのような伝統的な方法では、フィルム長さが増加され、同時にフィルム幅が減少される。前記方法を使用して製造されるフィルム(配向偏光フィルムであり得る)は、MDに沿ってブロック軸(即ち、その方向に沿って偏光される光の透過率が低いことを特徴とする軸)を有する。しかし、伝統的なLOを使用し配向光学フィルムを作製すると、0.3m以下などの比較的狭い幅のフィルムがもたらされると考えられている。
この問題に対処するため、幅の広い押出ダイを構成し、商業的に有用な幅のフィルムを作製した。しかし、押出フィルムは、その長さに沿って縞又はダイ小じわを含んでいた。これらの不良は、典型的にフィルムがMDに沿ってLOで延伸された後によりひどくなり、表示装置などの光学装置に使用される場合許容できない光学フィルムをもたらした。
ダイ小じわなどの不良を減少させ、実質的に均一な幅を有するフィルムをもたらすため、反射偏光フィルムなどの光学フィルムは、比較的狭いダイから押し出され、その後、クロスウェブ又はフィルム幅方向(本明細書では横方向又はTDと呼ぶ)に延伸されている。通常、前記反射偏光フィルムは、TDに沿ってブロック軸を有する。
いくつかの用途では、反射偏光フィルムをダイクロイック偏光フィルムに積層し、例えば液晶表示装置(LCD)用のフィルム構造物にすることが有益である。ロール形態で供給される場合、ダイクロイック偏光フィルムは、通常、ロールの長さ(MD)に沿ったブロック軸を有する。上述のダイクロイック偏光フィルムのブロック軸と反射偏光フィルムのブロック軸とは、互いに直交している。光学表示装置の積層体フィルム構造物にするため、反射偏光フィルムは、先ずシートに切断され、90°回転され、次いでダイクロイック偏光フィルムに積層されなければならない。この骨の折れる方法は、工業規模でロール形態の積層フィルム構造物を作製するのを困難にし、最終製品のコストを増加させる。従って、MDにブロック軸を有する、より拡幅の反射偏光フィルムに対する必要性は依然として存在する。
それ故に、本開示は、それらの長さに沿った(MDに沿った)偏光軸を有する反射偏光フィルムなどのより拡幅の光学フィルムを作製する方法を目的とする。反射偏光フィルムは、これらに限定されないが多層反射偏光フィルム及び拡散性反射偏光フィルムを含んでもよい。いくつかの代表的な実施形態では、反射偏光フィルムは、有利には、他の光学フィルムにロールツーロールプロセスで積層されてもよい。本開示の内容では、反射偏光子は、第1の偏光を優先的に反射し、第2の異なる偏光を優先的に透過する。好ましくは、反射偏光子は、第1偏光の大部分を反射し、第2の異なる偏光の大部分を透過する。
本用途の目的上、用語「拡幅」又は「拡幅形式」は、約0.3mを超える幅を有するフィルムを指す。フィルムの縁部のある部分は、例えば、テンター装置の把持部材により、使用に適さない又は不良になる可能性があるので、当業者は、用語「幅」が、有用なフィルム幅と関連して使用されることをただちに認識するであろう。本開示の拡幅光学フィルムの幅は、予定された用途により変わり得るが、典型的に0.3mを超え10mまでの範囲に亘る。いくつかの用途では、10mを超えるフィルムが作製される場合があるが、そのようなフィルムは、運搬するのが困難である。代表的な好適なフィルムは、典型的に約0.5m〜約2m及び約7mまでの幅を有し、現在入手可能な表示装置製品は、例えば、0.65m、1.3m、1.6m又は1.8mの幅を有するフィルムを利用している。用語「ロール」は、少なくとも10mの長さを有する連続フィルムを指す。本開示のいくつかの代表的な実施形態では、フィルムの長さは、20m以上、50m以上、100m以上、200m以上又は任意の他の好適な長さであってもよい。
以下の説明は、図面を参照しながら読む必要があり、図面では、異なる図面の同様の要素に同様の形で番号を付してある。図面は、必ずしも一定の縮尺とは限らないが、特定の例証的な実施形態を表しており、又、本開示の範囲を制限しようとするものではない。さまざまな要素について、構造、寸法、及び材料の例が説明されているが、当業者は、提供されている多くの実施例に、利用可能な好適な代替物があることを理解するだろう。
特に明記しない限り、本明細書と請求項で用いられている特徴的なサイズ、量、及び、物理的特性を表す全ての数は、全ての場合において「約」という用語によって変更されることを理解されたい。従って、特に記載のない限り、前述の明細書及び添付の請求の範囲に記載されている数のパラメータは、本願明細書で開示する教示を利用する当業者が得ようと試みる所望の特性に応じて変えることのできる近似値である。
端点による数値範囲の列挙には、その範囲内に含まれる全ての数(例えば1〜5は、1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、及び5を含む)、並びにその範囲内のあらゆる範囲が含まれる。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用するとき、単数形「ある(a及びan)」並びに「その(the)」は、その内容によって明確に別段の指示がなされていない場合は、複数の指示対象を有する実施形態にも及ぶ。例えば、「ある(a)フィルム」に対する参照は、1つ、2つ又はそれ以上のフィルムを有する実施形態にも及ぶ。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用するとき、用語「又は」は、その内容によって別段の明確な指示がなされていない場合は、一般に「及び/又は」を含む意味で用いられる。
図1Aは、以下に記載するプロセスで形成され得る光学フィルム構造物101の一部を示す。示された光学フィルム101は、3つの互いに直交するx、y及びz軸を参照して記載することが可能である。示された実施形態では、2つの直交するx及びy軸は、フィルム101の平面内(面内又はx及びy軸)にあり、第3軸(z軸)は、フィルム厚さの方向に伸びる。いくつかの代表的な実施形態では、光学フィルム101は、光学接続された少なくとも2つの異なる材料(例えば、反射、拡散、透過などの光学効果をもたらすように組み合わされた2つの材料)である、第1材料と第2材料とを含む。本開示の典型的な実施形態では、一方の材料又は両方の材料がポリマーである。第1材料及び第2材料は、フィルム101の少なくとも1つの軸に沿った方向の屈折率が望ましい程度に異なるように選択することが可能である。材料は、屈折率が異なる方向に対して垂直に、フィルム101の少なくとも1つの軸に沿った方向で屈折率が望ましい程度に一致するように選択することが可能である。材料の少なくとも1つは、特定の条件下で複屈折が発現される。光学フィルムで使用する材料は、好ましくは、共押出成形プロセスでの要求を満たすが、キャストフィルムも使用可能な、類似のレオロジー(例えば粘弾性)を十分に有するように選択される。他の代表的な実施形態では、光学フィルム101は、1つの材料又は2つ以上の材料の混和性ブレンドから構成されてもよい。
光学フィルム101は、フィルムを引伸ばすこと又は延伸することといったフィルム加工方法によって得ることができる。種々の加工条件下でのフィルムの引伸ばしは、ひずみを誘起する配向を有さないフィルムの拡幅、ひずみを誘起する配向を有するフィルムの拡幅、又は伸長を有するひずみ誘起配向をもたらし得る。ひずみは、例えばカレンダ処理のような圧縮工程で生じてしまうこともある。一般的に、成形プロセスは、いずれかの配向型(延伸型又は圧縮型)を含んでもよく、又は両方の配向型を含んでもよい。一実施形態は、圧縮及び延伸を同時に行う工程を含む。誘起された分子配向を使用し、例えば、引伸ばし方向に影響を受けた材料の屈折率を変化させてもよい。引伸ばしにより誘起される分子配向量は、以下により十分に記載されるようにフィルムの所望の特性に基づき制御することができる。
用語「複屈折」は、直交x、y、z方向における屈折率のすべてが同じではないことを意味する。本明細書に記載のポリマー層において、軸は、x及びy軸が層平面中にあり、z軸が層の厚さ又は高さに対応するように選択される。用語「面内複屈折」は、面内の屈折率(n及びn)間の差であると理解されるべきである。用語「面外複屈折」は、面内屈折率の1つ(n又はn)と面外屈折率nの差であると理解されるべきである。面内の方向は、クロスウェブ方向/横断方向(TD)及びダウンウェブ方向/機械方向(MD)とも呼ばれることもある。面外の方向は、垂直方向(ND)と呼ばれることもある。全複屈折率及び屈折率値は、指示がない限り632.8nmにおいて報告される。
材料の屈折率は、波長の関数である(即ち、材料は典型的には分散性を示す)ことが理解されるであろう。それ故に、屈折率に対する光学的要求も波長の関数である。2つの光学的に接続した材料の屈折率の比を使用し、2つの材料の屈折力を算出することができる。特定の方向に沿った偏光の2つの材料間の屈折率差の絶対値を、同じ方向に沿った偏光の当該材料の平均屈折率で割ったものは、フィルムの光学性能を示す。この値は、正規化された屈折率差と呼ばれる。
反射偏光子において、屈折率の異なる平面(例えば、面内(MD)方向)での正規化された差は、存在する場合、少なくとも約0.06、より好ましくは少なくとも約0.09、さらにより好ましくは少なくとも約0.11以上であることが一般的に望ましい。より一般的には、光学フィルムの他の態様を劣化しない限りできるだけ大きいこの差を有することが望ましい。屈折率の同じ平面(例えば、面内(TD)方向)での正規化された差は、存在する場合、約0.06未満、より好ましくは約0.03未満、最も好ましくは約0.01未満であることも一般的に望ましい。同様に、偏光フィルムの厚さ方向(例えば、面外(ND)方向)での任意の正規化された屈折率差は、約0.11未満、約0.09未満、約0.06未満、より好ましくは約0.03未満、最も好ましくは約0.01未満であることが望ましい場合がある。特定の場合では、多層積み重ね体の2つの隣接する材料の厚さ方向で制御された差を有することが望ましい場合がある。多層フィルムの2つの材料のz軸の屈折率がそのようなフィルムの光学性能に与える影響は、米国特許番号第5,882,774号、名称「光学フィルム(Optical Film)」、米国特許番号第6,531,230号、名称「色が変化するフィルム(Color Shifting Film)」及び米国特許番号第6,157,490号、名称「鋭いバンド端を有する光学フィルム(Optical Film with Sharpened Bandedge)」に、より完全に記載されており、これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の代表的な実施形態は、「有効配向軸」、つまり屈折率が、ひずみ誘起配向の結果として最大限に変化している面内方向によっても特徴付けることが可能である。例えば、有効配向軸は、典型的に偏光フィルムのブロック(反射又は吸収)軸と一致する。一般に、面内屈折率には2つの主要な軸があり、それは、最大及び最少屈折率に対応している。正の複屈折材料の場合、屈折率は、主軸又は延伸方向に沿って偏光された光に対して増加する傾向があり、有効配向軸は、最大面内屈折率の軸と一致する。負の複屈折材料の場合、屈折率は、主軸又は延伸方向に沿って偏光された光に対して減少する傾向があり、有効配向軸は、最小面内屈折率の軸と一致する。
光学フィルム101は、典型的に2つ又はそれ以上の異なる材料を使用して形成される。いくつかの代表的な実施形態では、本開示の光学フィルムは、1つの複屈折材料だけを含む。他の代表的な実施形態では、本開示の光学フィルムは、少なくとも1つの複屈折材料と少なくとも1つの等方性材料とを含む。更に他の代表的な実施形態では、光学フィルムは、第1複屈折材料と第2複屈折材料とを含む。このような代表的な実施形態では、両方の材料の面内屈折率は、同じ加工条件に対応して同じように変化する。1つの実施形態では、フィルムが引伸ばされるとき、第1及び第2材料の屈折率は、両方とも引伸ばし方向(例えば、MD)に沿って偏光された光に対して増加し、一方、延伸方向に対して直交する方向(例えば、TD)に沿って偏光された光に対して減少することになる。他の実施形態では、フィルムが引伸ばされるとき、第1及び第2材料の屈折率は、両方とも引伸ばし方向(例えば、MD)に沿って偏光された光に対して減少し、一方、延伸方向に対して直交する方向(例えば、TD)に沿って偏光された光に対して増加することになる。一般に、1つ、2つ又はそれ以上の複屈折材料が、本開示による配向光学フィルムに使用される場合、各複屈折材料の有効配向軸は、MDに沿って合わされる。
カレンダ処理及び延伸の組み合わせによる配向が、1つの面内方向の2つの材料の屈折率を一致させ、他の面内方向の屈折率を実質的に異なるようにする場合、フィルムは、特に光学偏光子を製作するのに適切である。一致する方向は、偏光子に対する透過(通過)方向を形成し、異なる方向は、反射(ブロック)方向を形成する。一般的に、偏光子の偏光効率は、屈折方向での屈折率の差が大きいほど、そして、透過方向での屈折率の差が小さいほど、改善する。
図1Bは、(例えば、共押出により)第2材料115の第2層に配置される第1材料113の第1層を含む多層光学フィルム111を示す。第1材料及び第2材料の片方又は両方は、正の複屈折又は負の複屈折であってもよい。図1B及び本明細書の一般的な記載には2つの層のみが示されているが、このプロセスは、多くの異なる材料から作られた数百又は数千又はそれ以上の層を有する多層光学フィルムにも適用することができる。多層光学フィルム111又は光学フィルム101は、追加の層を含んでもよい。追加の層は、光学的、例えば、追加の光学機能を発揮するものであってもよく又は非光学的、例えば機械的若しくは化学的性能のために選択されるものであってもよい。本明細書に参考として組み込まれる米国特許番号第6,179,948号に記載されるように、これらの追加の層は、本明細書に記載のプロセス条件下で配向可能であってもよく、フィルムの全体的な光学的特性及び/又は機械的特性に寄与することがある。
一実施形態では、光学フィルム111の材料は、粘弾性特性を有するように選択され、フィルム111内の2つの材料113及び115の引伸ばし挙動を少なくとも部分的に切り離す。例えば、いくつかの代表的な実施形態では、延伸又は引伸ばしに対して2つの材料113及び115の応答を切り離すことが有益である。引伸ばし挙動を切り離すことにより、材料の屈折率の変化を別々に制御し、2つの異なる材料の配向状態、従って複屈折度の種々の組み合わせを得ることができる。このような方法の1つでは、2つの異なる材料は、共押出多層光学フィルムなどの多層光学フィルムの光学層を形成する。キャストプロセス中の配向が意図的に又は付随して押出フィルムに導入されることがあるとはいえ、層の屈折率は、初期等方性を有する(即ち、屈折率は、各軸に沿って同じである)ことができる。
反射偏光子形成の1つのアプローチは、本開示による加工の結果として複屈折になる第1材料と、屈折率が実質的に等方性のままである、即ち引伸ばしプロセス時に感知されるほどの複屈折量を発現しない第2材料とを使用する。いくつかの代表的な実施形態では、第2材料は、引伸ばし後第1材料の引伸ばしされていない面内屈折率に一致する屈折率を有するように選択される。
図1A及び1Bの光学フィルムの使用に好適な材料が、例えば米国特許番号第5,882,774号で論じられており、参照により本明細書に組み込まれる。好適な材料としては、例えば、ポリエステル類、コポリエステル類及び変性コポリエステル類などのポリマーが挙げられる。この文脈では、「ポリマー」という用語には、ホモポリマー及びコポリマー、並びに、例えば共押出、又は、例えばエステル交換などの反応によって、混和性ブレンドの形で形成されるポリマー又はコポリマーが含まれていると考えられる。「ポリマー」及び「コポリマー」という用語には、ランダム及びブロックコポリマーの双方が含まれている。本開示によって構成される光学体におけるいくつかの代表的な光学フィルムに使用するのに好適なポリエステル類には、一般的にはカルボキシレート及びグリコールサブユニットが挙げられ、カルボキシレートモノマー分子とグリコールモノマー分子との反応によって生成され得る。各々のカルボキシレートモノマー分子は、2つ以上のカルボン酸又はエステル官能基を有し、各グリコールモノマー分子は、2つ以上のヒドロキシ官能基を有する。カルボキシレートモノマー分子はすべて同じでもよいし、2種類以上の異なる分子でもよい。グリコールモノマー分子にも同じことが言える。炭酸のエステルによるグリコールモノマー分子の反作用に由来するポリカーボネートは、「ポリエステル」という用語の範囲内に含まれる。
ポリエステル層のカルボキシレートのサブユニットを形成するのに使用される適切なカルボキシレートモノマー分子は、例えば、2,6−ナフタレンジカルボン酸及びその異性体、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、アゼライン酸、アジピン酸、セバシン酸、ノルボルネンジカルボン酸、ビシクロオクタンジカルボン酸、1,6−シクロヘキサンジカルボン酸及びその異性体、t−ブチルイソフタル酸、トリメリト酸、ナトリウムスルホン化イソフタル酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸及びその異性体、及び、メチル又はエチルエステル等のこれらの酸の低アルキルエステルを含む。用語「低級アルキル」は、本文中ではC1〜C10の直鎖又は分枝状アルキル基を表す。
ポリエステル層のグリコールサブユニットを形成するのに用いられる適切なグリコールモノマー分子は、エチレングリコール;プロピレングリコール;1,4−ブタンジオール及びその異性体;1,6−ヘキサンジオール;ネオペンチルグリコール;ポリエチレングリコール;ジエチレングリコール;トリシクロデカンジオール;1,4−シクロヘキサンジメタノール及びその異性体;ノルボルナンジオール;ビシクロ−オクタンジオール;トリメチロールプロパン;ペンタエリスリトール;1,4−ベンゼンジメタノール及びその異性体;ビスフェノールA;1,8−ジヒドロキシビフェニル及びその異性体;及び1,3−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼンを含む。
本開示の光学フィルムに有用な代表的なポリマーは、例えば、ナフタレンジカルボン酸とエチレングリコールとの反応によって作製することができるポリエチレンナフタレン酸(PEN)である。ポリエチレン2,6−ナフタレン酸(PEN)は、しばしば第1ポリマーとして選択される。PENは大きな正の応力光係数を有し、延伸後に効果的に複屈折を保持し、可視領域の範囲内でほとんど又は全く吸光度を有さない。PENは又、等方性状態の大きな屈折率を有する。偏光平面が延伸方向と平行になるとき、550nm波長の偏光入射光線におけるその屈折率は約1.64から約1.9もの高さまで増加する。分子配向の増加によって、PENの複屈折が増加する。分子配向は、他の延伸状態を固定したまま材料をより大きな延伸割合まで引伸ばすことにより増加し得る。第1ポリマーとして適切な他の半結晶性ポリエステルとしては、例えば、ポリブチレン2,6−ナフタレート(PBN)、ポリヘキサメチレンナフタレート(PHN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリヘキサメチレンテレフタレート(PHT)、及びこれらのコポリマーが挙げられる。
例示の実施形態において、第2光学層の第2ポリマーは、仕上げフィルムにおいて、少なくとも一方向での屈折率が同一方向での第1のポリマーの屈折率と著しく異なるように選択される。つまり、ポリマー材料は典型的には分散性であって、屈折率は波長に応じて変化するので、これらの条件は問題となる特定のスペクトル帯域幅によって判断されるべきである。これまでの議論によって、第2ポリマーの選択は、問題の多層光学フィルムの用途の指定だけでなく、第1ポリマーの選択並びに処理条件に依存することが理解できよう。
光学フィルム、及び特に第1光学層の第1ポリマーとして使用するのに好適な他の材料としては、例えば、米国特許第6,352,761号;6,352,762号;及び6,495,683号;及び米国特許出願番号第09/229724号及び09/399531号に記載されており、これらは本明細書中に参照として組み込まれる。第1ポリマーとして有用な他のポリエステルは、90mol%のジメチルナフタレン酸ジカルボキシレート及び10mol%のジメチルテレフタラート由来のカルボキシレートサブユニット、及び100mol%のエチレングリコールサブユニット由来のグリコールサブユニットを有し固有粘度が0.48dL/gのcoPENである。このポリマーの屈折率は約1.63である。本明細書中でこのポリマーは、低融点PEN(90/10)と称される。他の有用な第1ポリマーは、イーストマンケミカル社(Eastman Chemical Company)(テネシー州キングスポート(Kingsport))から入手可能な0.74dL/gの固有粘度を有するPETである。非ポリエステルポリマーも偏光フィルムを作製するのに有用である。例えば、ポリエーテルイミドをPEN及びcoPENなどのポリエステルと共に用いて、多層反射鏡を生成させることができる。ポリエチレンテレフタレートとポリエチレン(例えば、エンゲージ(Engage)8200の製品名でミシガン州ミッドランドのダウケミカル社(Dow Chemical Corp.)から市販されているもの)など、その他のポリエステル/ポリエステル以外の物質の組み合わせを用いることができる。
第2光学層は、第1ポリマーのそれに適合するガラス転移温度を有し、第1ポリマーの屈折率を有する面と類似の屈折率を有する様々なポリマーから作製することができる。光学フィルム、特に第2光学層又はブレンドした光学フィルムの小さな相で使用するのに好適な他のポリマー類の例としては、ビニルナフタレン類、スチレン、スチレンアクリロニトリル、無水マレイン酸、アクリレート類及びメタクリレート類のようなモノマー類から作製されるビニルポリマー類及びコポリマー類が挙げられる。そのようなポリマーの例には、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)などのポリアクリレート、ポリメタクリレート、及びアイソタクチックポリスチレン又はシンジオタクチックポリスチレンが挙げられる。他のポリマーには、ポリスルホン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアミン酸、及びポリイミドなどの縮合ポリマーが挙げられる。それに加え、第2光学層は、コポリエステル及びポリカーボネートのポリマー又はコポリマー又はブレンド、例えば、イーストマン(Eastman)製SA115、GE製ザイレックス(Xylex)、又はバイエル(Bayer)製マクロブレンド(Makroblend)から形成されてもよい。
その他の代表的な好適な、とりわけ第2の光学層での使用に好適なポリマーとしては、デラウェア州ウィルミントンのイネオスアクリリクス社(Ineos Acrylics, Inc.)からCP71及びCP80の製品名で市販されているようなポリメチルメタクリレート(PMMA)、又は、PMMAよりもガラス転移温度の低いポリエチルメタクリレート(PEMA)のホモポリマーが挙げられる。追加の第2のポリマーとしては、75質量%のメチルメタクリレート(MMA)モノマー及び25質量%のエチルアクリレート(EA)モノマーから作られているcoPMMA(イネオスアクリリクス社(Ineos Acrylics, Inc.)からパースペックス(Perspex)CP63の製品名で市販されている)、MMAコモノマーユニット及びn−ブチルメタクリレート(nBMA)コモノマーユニットによって形成されているcoPMMA、又は、PMMAと、テキサス州ヒューストンのソルベーポリマーズ社(Solvay Polymers, Inc.)からソレフ(Solef)1008の製品名で市販されているようなポリ(フッ化ビニリデン)(PVDF)のブレンドといったPMMA(coPMMA)のコポリマーが挙げられる。ブレンド中の第2光学層又は小さな相として有用な追加のコポリマーとしては、スチレンアクリレートコポリマー、例えば、ノベオン(Noveon)製NAS30及び三洋化成(Sanyo Chemicals)製MS600が挙げられる。
更に、特に第2層に使用する他の好適なポリマー類には、例えばダウ・デュポンエラストマーズ(Dow-Dupont Elastomers)から商標表記エンゲージ(Engage)8200として入手可能なポリ(エチレン−co−オクテン)(PE−PO)のようなポリオレフィンコポリマー類、テキサス州ダラス(Dallas)のフィナオイルアンドケミカル社(Fina Oil and Chemical Co)から商標表記Z9470として入手可能なポリ(プロピレン共エチレン)(PPPE)、及びユタ州ソルトレイクシティ(Salt Lake City)のハンツマンケミカル社(Huntsman Chemical Corp)から商標表記レックスフレックス(Rexflex)W111として入手可能なアタクチックポリプロピレン(aPP)及びイソタクチックポリプロピレン(iPP)のコポリマーが挙げられる。光学フィルムには更に、例えば、第2の光学層に、デラウェア州ウィルミントンのE.I.デュポンデュヌムール社(E.I. duPont de Nemours & Co., Inc.)からバイネル(Bynel)4105の製品名で市販されているような線状低密度ポリエチレン−g−無水マレイン酸(LLEPE−g−MA)などの官能化ポリオレフィンを搭載することもできる。
偏光子の場合の材料の代表的な組み合わせとしては、PEN/co−PEN、ポリエチレンテレフタレート(PET)/co−PEN、PEN/sPS、PEN/イースター(Eastar)、及び、PET/イースター(Eastar)が挙げられるが、前記「co−PEN」はナフタレンジカルボン酸(既述済み)系のコポリマー又はブレンドを意味しており、イースター(Eastar)は、イーストマンケミカル社(Eastman Chemical Co.)から市販されているポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレートである。反射鏡において例示の材料の組み合わせとしては、PET/coPMMA、PEN/PMMA又はPEN/coPMMA、PET/ECDEL、PEN/ECDEL、PEN/sPS、PEN/THV、PEN/co−PET、及びPET/coPMMA挙げられ、「co−PET」はテレフタル酸(上述するように)に基づいたコポリマー又はブレンドを称し、ECDELは、イーストマンケミカル社(Eastman Chemical Co)から商業的に入手可能な熱可塑性ポリエステルであって、THVは3M社から商業的に入手可能なフルオロポリマーである。PMMAはポリメチルメタクリレートを表し、PETGは第2グリコールコモノマー(シクロヘキサンジメタノール)に用いるPETのコポリマーを表す。sPSは、シンジオタクチックポリスチレンを指す。
別の実施形態では、光学フィルムは、ブレンド光学フィルムである反射偏光子であり得、又はこのような反射偏光子を含み得る。典型的なブレンドフィルムでは、少なくとも2つの異なる材料のブレンド(又は混合物)が使用される。特定の軸に沿った2つ又はそれ以上の材料の屈折率の不一致が使用され、その軸に沿って偏光される入射光線を実質的に散乱させ、その光線の有意な量の拡散反射をもたらすことができる。2つ又はそれ以上の材料の屈折率が一致する軸の方向に偏光される入射光線は、実質的に透過され又は少なくともずっと少ない程度の散乱のみを伴って透過されることになる。材料の相対屈折率など、光学フィルムの他の特性を制御することにより、拡散反射偏光子が構成され得る。このようなブレンドフィルムは、多くの異なる形態を取ることができる。例えば、ブレンド光学フィルムは、1つ以上の連続相内の1つ以上の分散相、又は共連続相を含んでよい。種々のブレンドフィルムの一般的な形成及び光学特性が、米国特許番号第5,825,543号及び米国特許番号第6,111,696号で更に論じられており、その開示が、参照により本明細書に組み込まれる。
図2は、第1材料と、実質的に第1材料に不混和性である第2材料とのブレンドから形成される本開示の実施形態を示す。図2では、光学フィルム201は、連続(マトリックス)相203と分散(不連続)相207から形成される。連続相は、第1材料を含んでもよく、第2相は、第2材料を含んでもよい。フィルムの光学特性を使用し、拡散反射偏光フィルムを形成してもよい。このようなフィルムでは、連続及び分散相材料の屈折率は、1つの面内軸に沿って実質的には同じになり、別の面内軸に沿って実質的には異なる。一般に、材料の一方又は両方が、適切な条件下でのカレンダ処理又は延伸の結果、正の複屈折を発現することができる。図2に示したものなどの拡散反射偏光子では、フィルムの1つの面内軸の方向の材料の屈折率をできるだけ近接して一致させ、同時に他の面内軸の方向にはできるだけ大きい屈折率の違いを有するようにすることが望ましい。
光学フィルムが、図2に示すような分散相と連続相とを含むブレンドフィルム又は第1共連続相と第2共連続相とを含むブレンドフィルムである場合、多くの異なる材料が、連続又は分散相として使用されてもよい。このような材料としては、シリカ系ポリマーなどの無機材料、液晶などの有機材料、並びにモノマー、コポリマー、グラフトポリマー及びこれらの混合物又はブレンドを含むポリマー材料を挙げることができる。拡散反射偏光子の特性を有するブレンド光学フィルムの連続及び分散相又は共連続相として使用されるように選択された材料は、いくつかの代表的な実施形態では、複屈折を導入するため加工条件下で配向可能な少なくとも1つの光学材料及び加工条件下で感知されるほどに配向せず、感知されるほどの量の複屈折を発現しない少なくとも1つの材料を含んでもよい。ブレンドした光学フィルムの小さな相又は分散相として有用な他の代表的な材料としては、負の複屈折を有するポリマー、例えば、シンジオタクチックポリスチレン(sPS)及びシンジオタクチックポリビニルナフタレンが挙げられる。
ブレンドフィルムの材料選択に関する詳細が、米国特許第5,825,543号及び米国特許第6,590,705号に詳述されており、その両方が参照により組み込まれる。連続相に好適な材料(特定の構造物における分散相又は共連続相に使用されてもよい)は、イソフタル酸、アゼライン酸、アジピン酸、セバシン酸、ジ安息香酸(dibenzoic)、テレフタル酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸及びビ安息香酸(bibenzoic)(4,4’−ビ安息香酸を含む)などのカルボン酸類に基づくモノマー類から作製される材料又は前記酸類の対応するエステル(即ち、テレフタル酸ジメチル)から作製される材料を含む非晶質、半結晶質又は結晶性ポリマー材料であってもよい。これらの内、2,6−ポリエチレンナフタレート(PEN)、PENとポリエチレンテレフタレート(PET)のコポリマー、PET、ポリプロピレンテレフタレート、ポリプロピレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンナフタレート及びその他の結晶性ナフタレンジカルボン酸ポリエステル類が好ましい。PEN、PET及びそのコポリマー類が、それらのひずみ誘起複屈折、及び環境温度の上昇時に恒久的に複屈折を残すそれらの性能のため特に好ましい。
いくつかのフィルム構造物の第2ポリマーに好適な材料としては、第1ポリマー材料中に適切なレベルの複屈折を生成するために使用される条件下で配向されるときに、実質的に正の複屈折を有さない材料が挙げられる。好適な例としては、ポリカーボネート類(PC)及びコポリカーボネート類、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレートコポリマー類(PS−PMMA)、例えば、商標表記MS600(50%アクリレート含有量)として日本の京都の三洋化成(Sanyo Chemical Indus.)から入手可能なもの、NAS21(20%アクリレート含有量)及びNAS30(30%アクリレート含有量)としてペンシルベニア州ムーンタウンシップ(Moon Township)のノバケミカル(Nova Chemical)から入手可能なものなどのPS−PMMA−アクリレートコポリマー、例えば、商標表記ダイラーク(DYLARK)としてノバケミカル(Nova Chemical)から入手可能なものなどのポリスチレン無水マレイン酸コポリマー類、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)及びABS−PMMA、ポリウレタン類、ポリアミド類、特にナイロン6、ナイロン6,6及びナイロン6,10などの脂肪族ポリアミド類、ミシガン州ミッドランド(Midland)のダウケミカル(Dow Chemical)から入手可能なタイリル(TYRIL)などのスチレン−アクリロニトリルポリマー類(SAN)、及び例えば、バイエルプラスチックス(Bayer Plastics)から商標表記マクロブレンド(Makroblend)として入手可能なポリエステル/ポリカーボネートアロイ類、GEプラスチックス(GE Plastics)から商標表記ザイレックス(Xylex)として入手可能なもの、イーストマンケミカル(Eastman Chemical)から商標表記SA100及びSA115として入手可能なものなどのポリカーボネート/ポリエステルブレンド樹脂類、例えばCoPET及びCoPENを含む脂肪族コポリエステル類などのポリエステル類、ポリ塩化ビニル(PVC)並びにポリクロロプレンが挙げられる。
1つの態様では、本開示は、例えば光学表示装置に有用な拡幅光学フィルムのロールを作製する方法を目的とし、フィルムのブロック軸は、一般にロールの長さに揃える。反射偏光フィルムなどのこのフィルム(典型的には反射光学フィルム)のロールは、ロールの長さに沿ったブロック状態軸を有する他の光学フィルムのロールに容易に積層できる。
図3は、ポリマーフィルム20を作成し、配向させるための、カレンダ11、長さ配向器100(LO)及び幅出機オーブン200を用いたフィルムライン8の概略図である。本開示のカレンダ処理プロセスは、限定されないが、多層光学フィルム(MOF)及び拡散反射偏光フィルム(DRPF)といったほとんどの光学フィルム構造物に適している。
仕上りフィルムに特定の光学及び/又は物理特性を付与するために、通常は一連のダイボルトによりそのオリフィスが制御される、フィルムダイ10を通してポリマーを押し出すことができる。押出成形機ダイ10で作成された連続フィルム20は、協動する一対の温度制御されたカレンダロール12に向かって引伸ばされることなく、前方に進んでいく。押し出されたフィルム20は、協動するカレンダロール12の間にあるニップ14でカレンダ処理される。いくつかの実施形態では、フィルムは溶融状態でカレンダ処理される。使用可能なある種のカレンダ11の記載は、デバイスの構造及び操作態様を含め、本明細書に参照として組み込まれる米国特許番号第4,734,229号中に見出される。異なるデザインの他のカレンダを代替品として使用してもよい。
フィルムライン8及び本開示の他のフィルムラインでは、フィルム20の温度は、ロールの温度を制御するか、他の手段によって加工中に制御され得る。ポリマーのガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(DSC)で測定する場合、ポリマーがガラス状態からゴム状態に転移する温度である。いくつかの実施形態では、カレンダ処理中のポリマーフィルムの温度は、フィルムの少なくとも1つの成分、好ましくは全成分のTgよりも少なくともわずかに(例えば数℃)高い。他の実施形態では、カレンダ処理中のポリマーフィルムの温度は、フィルムの少なくとも1つの成分、好ましくは全成分のTgよりも約10℃〜約50℃高い。更に他の実施形態では、カレンダ処理中のポリマーフィルムの温度は、フィルムの少なくとも1つの成分、好ましくは全成分のTgよりも約30℃〜約50℃高い。なお更に他の実施形態では、カレンダ処理中のポリマーフィルムの温度は、フィルムの全成分のTgとほぼ同じか、又はそれより低い。ある場合には、カレンダ処理によってフィルムに圧縮力が更に付与されるが、フィルムの構造は保持される。
DRPFのようなブレンドフィルム構造物に適した代表的な実施形態では、押出成形機は、当初カレンダロール12よりも速い速度で動き、最初のニップ14の上に過剰なポリマー材料のローリングバンクが作られる。ローリングバンクによって、混合性が上がるため、材料の組成物における均一性を高めることができる。ローリングバンクによって、ブレンドフィルム構造物が受ける剪断力が増すこともある。ローリングバンクを、MOFのような層状フィルム構造物と共に使用することもでき、層状フィルムが外表面を備えている場合、ローリングバンクは、内側の光学層を乱すことなく使用することができる。
カレンダ処理におけるローリングバンクは、カレンダロールに対して材料を均一に供給し続けるための緩衝を提供する。一般的に、ローリングバンクは、最終フィルム製品のダイ小じわを滑らかにするか、又は無くすことに寄与できる。しかし、バンクが適切なレベルで維持されない場合、カレンダ処理されたシートは不均一なものになり得る。例えば、バンクが低すぎた場合、バンクの「不足」状態のため、シートに空隙が生成され得る。一方、バンクが大きすぎた場合、材料の焼け付きといった問題が生じることがあり、材料シートに硬化した塊又は別の方法で生じた望ましくない塊が生成する。それに加え、ローリングバンクの寸法の偏差によってロール上での広がり力の偏差が生じ、不均一なゲージのシートが得られる。ローリングバンクから、カレンダロール12の間にあるニップ14に流体材料が流れる。
代表的な実施形態では、フィルム12は、追加のカレンダロール12の追加のニップ16及び18を通った後、カレンダ11を出る。4個のカレンダロール12が示されているが、特定の適用に望ましい場合、これより多くのカレンダロール12又はこれより少ないカレンダロール12を使用してもよいことが理解される。一般的に、少なくとも2個のカレンダロール12が使用され、その間にニップ14が形成される。多くの実施形態では、カレンダ処理が終了したら、フィルム20が主要相の成分のTg未満になるように、最後のカレンダロール12を冷却する。
カレンダ処理プロセス中に、いくつかの配向がフィルム20に付与されてもよいが、カレンダ処理されたフィルム20は、その後に、例えば、望ましい性質によって決定される比率で延伸することによって、配向されてもよい。図3に示されるように、長さ方向(LO)100の長手方向延伸領域120内のプルロールで、長手方向に延伸されてもよい。長手配向機は通常、1箇所以上の長手方向延伸領域を有する。いくつかの代表的な実施形態では、4個又は5個のプルロールを使用してフィルムを延伸してもよい。しかし、長手方向延伸領域120の構成は、本開示の他の部分で更に詳細に説明されるように、さまざまなものであってもよい。
一実施形態では、横断方向(場合により機械方向)への延伸は、図3に示される幅出機オーブン200で達成することができる。幅出機オーブン200は、典型的には、少なくとも予加熱域210及び延伸領域220を有する。幅出機オーブン200は、図3に示されるように、ヒートセット領域230を有することも多い。ヒートセットは、同一所有者による同時係属の米国特許出願番号第11/397,992号、2006年4月5日出願、名称「ヒートセットした光学フィルム(Heat Setting Optical Films)」に記載され、本明細書に参照として組み込まれる。
カレンダ、長さ配向機及び/又は幅出機オーブンのこれらの機構のいずれか又は全ての1つ以上を含有するように、システムを設計することができる。更に、その機構の順序は変わってもよい。代表的な実施形態では、巻き取りロール30の前にある最後の機構は、その機構が、カレンダ11、LOステーション100又は二軸幅出機オーブン220であるか否かに関わらず、フィルムにMD配向を付与するための機構を備えている。例えば、1つのシステムは、カレンダ11及びLOステーション100を使用し、幅出機オーブン200を有していなくてもよい。別のシステムは、カレンダ11、幅出機オーブン200(同時二軸又は横方向延伸のいずれでも)を有し、LOステーション100を有していてもよい。更に別のシステムは、カレンダ11、同時二軸幅出機オーブン220を有し、LOステーション100を有していなくてもよい。
加工後、フィルム20を巻き取りロール30に巻き取ることができる。1つの態様では、本開示は、例えば光学表示装置に有用な拡幅光学フィルムのロールを作製する方法を目的とし、フィルムのブロック軸は、一般にロールの長さに揃えられる。反射偏光フィルムなどのこのフィルム(典型的には反射偏光フィルム)のロールは、ロールの長さに沿ったブロック状態軸を有する吸収偏光子のような他の光学フィルムのロールに容易に積層できる。
フィルム20を、商標表記BEFとしてミネソタ州セントポール(St. Paul)の3M社(3M Company)から入手可能なものなどの構造化表面フィルムで積層する又は別の方法でその上に配置することも可能である。代表的な実施形態では、構造化表面フィルムは、実質的に平行の線状プリズム型構造体又は溝の配列を含む。いくつかの代表的な実施形態では、光学フィルムは、実質的に平行の線状プリズム型構造体又は溝の配列を含む構造化表面フィルムに積層されてもよい。代表的な実施形態では、溝はMD方向に、反射偏光フィルムのブロック軸に沿って整列している。他の代表的な実施形態では、構造化表面は、任意の他の種類の構造、粗表面又はマットな表面を含んでもよい。この種の代表的な実施形態は、硬化性材料をフィルム20にコーティングし、この硬化性材料の層に表面構造を付与し、及び硬化性材料の層を硬化する追加の工程を含むことによってももたらされ得る。
本明細書に記載されたプロセスにより作製される例示の反射偏光子は、ダウンウェブ(MD)方向に沿ったブロック軸を有するため、反射偏光子は、任意の長さの配向偏光フィルムに単にロールツーロール積層されてもよい。他の代表的な実施形態では、フィルムは、第2の引伸ばし工程の前に、ダイクロイック染料材料を含むポリマーと共押出成形されるか、又はポリビニルアルコール(PVA)含有層でコーティングされてもよい。
一軸延伸の場合、約3:1〜10:1の延伸比が普通である。所与のフィルムに適切な他の延伸比が用いられてもよいことを、当業者は理解するであろう。
本出願の目的の場合、用語「横断延伸領域」は、幅出機オーブン内の純粋に横断延伸領域又は同時二軸延伸領域のいずれかを指す。「幅出機」により、フィルムが機械方向に搬送されながら、その縁部で掴まれる、いずれかの装置を意味する。フィルムは通常、幅出機で延伸される。いくつかの実施形態では、把持部が動く方向に沿って分岐レールを有する幅出機での延伸方向は、機械方向に垂直である(延伸方向は横断方向又はクロスウェブ方向である)が、他の延伸方向、例えば、フィルム移動に対して垂直以外の角度も考慮されている。
任意に、幅出機は、機械方向とは異なる第1方向にフィルムを延伸するのに加えて、機械方向か又は機械方向に近い方向のいずれかの第2方向にもフィルムが延伸可能であってもよい。幅出機での第2方向の延伸は、第1方向の延伸と同時に発生しても、又は別々に発生しても、又はその両方であっても、いずれでもよい。幅出機内の延伸は、いかなる数の段階で実施されてもよく、そのそれぞれが、第1方向の、第2方向の、又は両方向の延伸成分を有してもよい。幅出機は又、縁部を掴まれていなければ収縮することもあるフィルムにおいて、制御された量の横断方向弛緩を許容するように使用されることも可能である。この場合、弛緩は、弛緩領域内で生じる。
産業的に有用な普通の幅出機は、2組の幅出機クリップでフィルムの2つの縁部を掴む。幅出機クリップの各組は、チェーンにより駆動されており、クリップは、レールが幅出機の中を走行するにつれて相互に分岐していくような方法でその位置が調節可能な、2本のレールの上に乗っている。この分岐が、横断方向延伸という結果になる。この一般的なスキームからの変形も本明細書において考慮されている。
いくつかの幅出機は、フィルムを横断方向に延伸するのと同時に、機械方向に、又は機械方向に近い方向に延伸することが可能である。これらは、同時二軸延伸幅出機と呼ばれることが多い。1つのタイプは、パンタグラフ又は鋏状の機構を使用してクリップを駆動する。これにより、各レール上のクリップは、レールに沿って進行するにつれて、それ用のレール上の最も近い隣接クリップから分岐していくことが可能になる。2つのレールが相互に分岐しているので、従来型幅出機におけるのと全く同じように、各レール上のクリップは、反対側レール上の相手方から分岐していく。
別のタイプの同時二軸延伸幅出機は、各チェーンの代わりに変化するピッチのねじを用いる。このスキームでは、クリップの各組は、ねじ山の動きによりそのレールに沿って駆動され、変化するピッチが、レールに沿うクリップの分岐を可能にする。更に別のタイプの同時二軸延伸幅出機では、クリップがリニアモータにより電磁的に個々に駆動されており、そのようにして、各レールに沿うクリップの分岐が可能になる。同時二軸延伸幅出機は、機械方向だけに延伸するように使用することもできる。この場合、機械方向延伸は、機械方向延伸領域内で生じる。本出願において、横断方向延伸、弛緩、及び機械方向延伸が、変形の例であり、並びに横断延伸領域、弛緩領域、又は機械方向延伸領域が、変形領域の例である。幅出機内で二方向の変形をもたらす他の方法も可能なことがあり、本出願の考慮の内である。
カレンダ11に供給されたフィルム20は、溶媒キャスト又は押出キャストフィルムであってもよい。図3に示した実施形態では、フィルム20は、押出成形機ダイ10から放出された押出フィルムであり、少なくとも1つ、好ましくは2つのポリマー材料を含む。光学フィルム20は、予定された用途により、大きく変えられてもよく、図1Aに示したようなモノリシック、図1Bに示したような積層構造、図2に示したようなブレンド構造又はそれらの組み合わせを有してもよい。
代表的な実施形態では、ダイ10のリッププロフィールは、一連のダイボルトに合うように調整可能である。多層フィルムの場合、多重溶解物流及び多重押出機が使用される。フィルムを配向させるために、フィルム又はキャストウェブは、仕上りフィルムの所望の特性次第で、機械方向に、横断方向に、又は両方向にカレンダ処理及び延伸される。フィルム加工の詳細は、例えば、米国特許番号第6,830,713号(ヘブリンク(Hebrink)ら)に記載されており、本明細書に参照として組み込まれる。本出願を簡素化するために、「押出し物」、「キャストウェブ」又は「仕上げフィルム」を区別せずに、用語「フィルム」を使用して加工の任意の段階におけるフィルムを表すべきである。しかしながら、当業者は、加工中の異なる時点でのフィルムが上記で列挙される代替用語、並びに当該技術分野において既知の他の用語で表すことができることを理解しているであろう。
本明細書で使用するとき、用語「配向」とは、フィルム寸法が変更され、分子配向がフィルムを構成するポリマー材料に引き起こされる加工工程を指す。代表的な実施形態では、光学フィルム20で使用するために選択された材料は、好ましくは、開示されたプロセスに先立ついかなる不便な配向も有さない。或いは、支援する方法としてキャスト又は押出工程時に意図的な配向を引き起こすことができる。フィルム20の材料は、光学フィルムの最終用途に基づき選択され、それは、一例では、複屈折になり、反射偏光特性などの反射特性を有してもよい。本出願に詳細に記載された1つの代表的な実施形態では、フィルム20の材料に光学接続された材料が選択され、フィルムに反射偏光子の特性を付与する。
図3A及び3Bは、長さ配向ステーション100にフィルムを通す2つの実施形態の概略図である。典型的なLOステーション100では、少なくとも4個のロールを使用し、フィルム20のための少なくとも2箇所の把持点を形成する。他の実施形態では、他の把持手段を使用する場合、これより少ないロールを使用することができる。いくつかの構成では、カレンダロールとLOプルロールの両方の役割を1個のロールでまかなうことができると理解されるべきである。図3Aでは、プルロール102、104、及び106が、Sラップ形状に設置されている。図3Bでは、プルロール102及び106は、まっすぐで垂直又は卓上の構成で設置されている。代表的な実施形態では、相対的な観点で、ロール102はゆっくりと回転し、ロール106は速く回転し、ロール104はロール106と同じ速度で回転するか、又はロール102と106の中間の速度で回転する。代表的な実施形態では、相対的な観点で、ロール102は加熱され、ロール106は、例えば急冷によって冷却される。一般的に、本開示のこれらのロール及び他のロールでは、ロールの温度は、熱交換液(例えば油又は水)を中空ロールの中に循環させることによって制御してもよい。
フィルム20は、一連の温度制御されたローラー102、104、106を通り、引伸ばしギャップ140、140bへと運ばれる。フィルム20は、引伸ばしギャップ140、140bを画定する最初のローラーと最後のローラーとの速度差によって引伸ばされる。フィルムは、図3Aの長さ配向ステーション100中のロール104と106との間のギャップで引伸ばされてもよい。典型的には、フィルム20は、ギャップ140、140bに広がるにつれて赤外線で加熱され、フィルム20が軟化し、ガラス転移温度より上での引伸ばしが容易になる。図3A及び3Bに示される実施形態では、フィルム20の長手方向延伸領域140又は140bに熱を分布させるため、加熱アセンブリ150a−bを利用している。延伸領域が図3Aのロール104と106との間に存在する場合、加熱アセンブリを同じ場所で利用してもよい。いくつかの実施形態では、長さ配向中のフィルム20の温度は、フィルムの少なくとも1つの成分、好ましくは全ての成分のTgよりも約10℃〜約50℃高い。他の実施形態では、長さ配向中のフィルム20の温度は、フィルムの少なくとも1つの成分、好ましくは全ての成分のTgよりも約10℃〜約30℃高い。更に他の実施形態では、長さ配向中のフィルム20の温度は、フィルムの全成分のTgより低い。
図3Aに示される実施形態では、加熱アセンブリ150aは、3個の横断方向の赤外線加熱要素160を備えている。この特定の実施形態は、一連の3個の加熱要素160を示しているが、システムのデザインの考慮に依存して、1個、2個又は任意の数の加熱要素を使用することができる。例えば、1個の加熱要素(加熱アセンブリ150b)を有するシステムを、図3Bに示す。それぞれの横断加熱要素160は、制御されるべきフィルム領域の全幅に及ぶ単一のヒータにすることができ、又は制御されるべきフィルム領域に所望量の熱を提供するように配置された、点熱源が含まれる複数のより小さなヒータにすることができる。点熱源と幅のある(extend)熱源の組合わせも考慮される。加熱プロセスは、ノズルからの熱空気の衝突を組み込むこともできる。
代表的な実施形態では、加圧カレンダロール12は、得られたフィルム20のダイ小じわを有利に除去する。ダイ小じわ又はフロー小じわは、押出ダイの不完全性又はダイ口での蓄積から生じる一般的な化粧品フィルムの不良である。カレンダ11の加熱加圧したカレンダロール12によって与えられる圧縮は、ダイ小じわを圧搾し、平坦にし、ダイ小じわの望ましくない影響を小さくし、時には完全に排除する。例示の実施形態では、本発明のカレンダ処理プロセスから得られたフィルム20には、ダイ小じわが存在しない。
例示の実施形態では、高圧カレンダロール12も、フィルム20を均一に平坦にする。溶融ポリマーを、均一に平行な加熱カレンダロール12内で圧搾するプロセスは、典型的な長さ配向プロセスでは大きくなり得る押出ダイ10によって生成されたクロスウェブ方向の厚さ偏差を、排除するのに役立つ。代表的な実施形態では、本開示によって形成された光学フィルム20は、有用なフィルム領域の厚さ偏差が、フィルムの平均厚みの5%(±2.5%)未満、好ましくは3.5%(±1.75%)未満、3%(±1.5%)未満、より好ましくは1%(±0.5%)未満である。
ブレンドした反射偏光子の場合(図2に示されるような)、カレンダ処理プロセスの高せん断速度によって、フィルムの主要相又は連続相203の複屈折を高めることができる。この効果は、分散相207のポリマー粒子が負の複屈折を有する場合、特に有益である。加熱したカレンダロール12から得られる高せん断の効果と、フィルム20を同時に機械方向に伸長する間の圧縮効果とを合わせると、ポリマー配向を高めることができ、それにより高いレベルの複屈折を得ることができる。いくつかのポリマーは、ダイ10の外側に押し出される場合、溶融物の配向を一定量保持する。押し出されるのと同じ方向に複屈折ポリマーを配向させることは、ポリマー配向度を大幅に高め、それにより高レベルの複屈折を作り出すことができる。本開示の代表的な実施形態で得られると予想される、MD方向に沿った正規化された屈折率差の有用な値としては、0.09以上、0.1以上、0.15以上、0.2以上、又は0.32以上が挙げられる。高せん断速度の効果と、溶融物の配向と同じ機械方向での配向の効果とを合わせると、偏光子を製造するのに押出可能なダイクロイック染料のダイクロイック比を高めることができる。
カレンダ処理プロセスは、非常に高いライン速度で、厚い光学フィルムを作製することも可能である。より厚いフィルムは、より大きな液晶表示装置のゆがみ抵抗にも有利である。本開示のカレンダ処理プロセスによって作製される代表的な光学フィルムは、少なくとも200マイクロメートル以上、より好ましくは少なくとも250マイクロメートル以上の厚みを有する。本開示の代表的なカレンダ処理プロセスは、30.5m/分(100フィート/分)を超える、より好ましくは45.7m/分(150フィート/分)を超えるライン速度で進む。
本開示に記載された各種プロセスに対して特定の順序が例示されているが、順序は、説明を容易にするために使用されており、限定することを意図するものではない。ある例では、プロセスの順序は、後続して行われるプロセスが、前に行われたプロセスに悪影響を及ぼさない限り変更又は同時に行うことができる。更に、異なるプロセスライン構成を使用することもできる。
図3Cは、本開示の別のフィルムライン9の概略図である。フィルムライン9で示されるように、加熱された遅いロール102は、カレンダロールとしての機能も果たす。この例では、押出成形機10は、フィルム20にポリマー溶融物の幕状物を片側から供給する。これは、粘弾力が重力を超えるため、可能である。示された実施例では、延伸領域140がカレンダ11のすぐ後に続き、他のプルロールは間に入っていない。急冷された速いロール106は、延伸領域140を通るフィルム20を延伸する。一方、いくつかの実施形態では、カレンダ処理の後に、フィルムをTgより下の温度まで冷却し、次いで、延伸操作の前に再加熱し、これらの実施形態では、ポリマーフィルムの温度は、典型的には、カレンダ処理及び延伸処理中は、フィルムの少なくとも1つの成分、好ましくは全ての成分のTgよりも高い温度に維持し、ロール106で急冷する。図3Cのフィルムライン9を使用する他の実施形態では、フィルム温度は、任意の加工工程でTgよりも低い温度であってもよい。フィルムライン9の他の部分は、図3に示されるとおりであることもできる。
図3Dは、本開示のフィルムライン13の更に別の実施形態の一部分の概略図である。フィルムライン13では、フィルム20の圧縮及び伸長は、遅いロール102及び速いロール106によって同時に行われ、これらはカレンダロール12としての機能も果たす。いくつかの実施形態では、遅いロール102の温度は、フィルムの少なくとも1つの成分、好ましくは全成分のTgよりも高い温度に維持されるように制御されてもよく、この間、速いロール106は急冷されてもよい。フィルムライン13の他の部分は、図3に示されるとおりであることもできる。
図3Eは、本開示のフィルムライン15の更に別の実施形態の一部分の概略図である。フィルムライン15では、フィルム20の長さ配向は、ロール102とロール106との速度差から生じる。ロール102及びロール106は、その間に維持された空隙部に依存して、カレンダロールとしての機能を果たしてもよい。更に、ニップロール17が、示されるように追加されてもよい。ニップロール17は、ロール102とロール106との間の延伸部分を分離するのに役立つことがある。それに加えて、ニップロール17と、ロール102又はロール106の内1つとの間に形成された任意のニップで、ロール間に維持される空隙部に依存して、カレンダ処理が行われてもよい。図3Eに示されるフィルムライン15の一部分は、フィルム20のキャスティング、カレンダ処理、及び配向という操作を単純化したプロセスで達成するように構成されてもよい。代表的な実施形態では、ロール102、ロール106及びロール17は空気圧で作動し、ソレノイド弁及び圧力調整器を用いて、ロールアセンブリがゴムで覆われている。代表的な実施形態では、それぞれのロール102、ロール106は、約76.2cm(30インチ)の外径を有し、各ニップロール17は、約10.2cm(4インチ)の外径を有する。フィルムライン15の他の部分は、図3に示されるとおりであることもできる。
いくつかの代表的な実施形態では、ロール102及びロール106の温度は、カレンダ処理及び配向操作中に、フィルムの温度が主要相成分のTgよりも高い温度に維持されるように制御される。いくつかの実施形態では、ロール102及び106は両方とも、フィルム20の主要相成分のTgと同じ、又はそれ以下の温度に維持されてもよい。他の実施形態では、ロール102の温度をフィルム20の主要相成分のTgと同じ、又はそれ以下の温度に維持しつつ、ロール106の温度をフィルム20の主要相成分のTgよりも約5℃〜約150℃低い温度に維持してもよい。いくつかの実施形態では、図3Eに示されるフィルムライン15の一部分による処理が終了したら、フィルム20の主要相成分を、ロール106によってTg未満の温度に冷却する。
いくつかの実施形態では、ロール102及びロール106を、引伸ばしギャップによって分離することができる。フィルム20がロール間で機械方向に延伸されるにつれて、ネックダウン(neck-down)、つまり横断方向の幅減少が起こる場合がある。ネックダウンに伴う現象によって、縁部のフィルム厚さが厚くなることがある。
縁部厚さの増加に対して、長さ配向中のネックダウンに関連しているかいないかに関わらず、長さ配向の前に、横断方向に沿って種々の厚さプロフィールをフィルムに付与し、縁部厚さを補正してもよい。図3Fは、このような厚さプロフィールを付与するために使用してもよいロール40の模式図である。ロール40は、横断方向での幅に亘って直径が一定ではない。示されるように、ロール40は、カレンダ処理操作中に、フィルムの縁部を薄くするように働くプロファイリング領域42を備えている。次いで、フィルムを長さ配向すると、この薄めの縁部が、ネックダウンに伴う縁部厚さ増加を補正し、配向後のフィルム幅方向の厚さが一定に近くなる。ロール40は、鋳造ロール、カレンダロール、ニップロール、又は長さ配向の前にフィルムに厚さプロフィールを付与するのに適した任意の他のロールであってもよい。いくつかの実施形態では、図3Eに模式的に示されるように、ロール102とロール106との間にある潜在的な引伸ばしギャップの前に位置する1個以上のロール17は、図3Fのロール40によって例示される種類のロールである。図3Fでは、プロファイリング領域42が、単に模式的に示されていることに留意されたい。物質特性及び製造パラメーターといった種々の因子は、縁部の厚さに影響し、従ってプロファイリング領域42に用いられる実際の形状に影響を与えるので、モデリング又は実証的研究により決定されてもよい。最も一般的には、望ましい厚さプロフィールが均一な厚さであっても、又は意図的に厚さを変動させたものであっても、ロール40は、最終フィルムの望ましい厚さプロフィールをもたらすために、幅方向の直径プロフィールを自由に変動できるように設計されてもよい。
開示されたロールは、平滑なものであるか、又はフィルムにあるパターンを付与するために構造化されていてもよい。例えば、同出願人且つ同時係属中の米国特許出願番号第11/735,684号に開示されているようなゲインディフューザー表面構造をフィルムに付与することができ、又は光学機能、機械的機能又は他の機能をフィルムに与えることが可能な任意の他のパターンをフィルムに付与することができる。開示されたロールは、いずれもフッ素性化学物質又はシリコーンベースの剥離コーティングを有していてもよい。別の可能なロール表面は、テフロン(登録商標)を浸透させたセラミックである。
本明細書で開示されたプロセスによって製造されたフィルムは、所望により、コロナ処理、プライマーコーティング又は乾燥工程のいずれか又は全てを、この後の積層工程のために表面特性を高める任意の順序で適用することによって、処理することが可能である。光学フィルムは、積層されてもよいか、又は別の方法で、広範囲の材料と組合わせて種々の光学構造が作製され、そのうちのいくつかは表示装置で有用であり得る。
例えば、上記偏光フィルムはいずれも、商標表記BEFとしてミネソタ州セントポール(St. Paul)の3M社(3M Company)から入手可能なものなどの構造化表面フィルムを積層又は別の方法でその上に配置していてもよい。好ましい実施形態では、構造化表面フィルムは、実質的に平行の線状プリズム型構造体の配列又は溝を含む。いくつかの代表的な実施形態では、光学フィルムは、実質的に平行の線状プリズム型構造体の配列又は溝を含む構造化表面フィルムに積層されてもよい。溝は、反射偏光フィルムの透過軸又は通過軸に沿ってクロスウェブ(TD)方向に整列していてもよい。他の代表的な実施形態では、構造化表面は、任意の他の種類の構造、粗表面又はマットな表面を含んでもよい。この種の代表的な実施形態は、硬化性材料を本開示の光学フィルムにコーティングし、この硬化性材料の層に表面構造を付与し、及び硬化性材料の層を硬化する追加の工程を含むことによってももたらされ得る。別の代表的な実施形態は、コーティングから突出し、表面に半球状の突出部を作り出す、屈折率が一致したビーズを含むコーティングを含む。
本明細書に記載されたプロセスにより作製される例示の反射偏光子は、ダウンウェブ(MD)方向に沿ったブロック軸を有するため、反射偏光子は、任意の長さの配向偏光フィルムに単にロールツーロール積層されてもよい。他の代表的な実施形態では、フィルムは、第2の引伸ばし工程の前に、ダイクロイック染料材料を含むポリマーと共押出成形されるか、又はPVA−ヨウ素含有層でコーティングされてもよい。図4は、方向405に沿ったブロック軸及び方向406に沿った透過軸又は通過軸を有する第1光学フィルム401(例えば、反射偏光子)が、第2光学フィルム403と組み合わさった光学フィルム構造物400を示す。第2光学フィルム403は、例えば方向404に沿ったブロック軸を有する吸収偏光子などの別の種類の光学又は非光学フィルムであってもよい。
図4に示した構造物では、反射偏光フィルム401のブロック軸405は、好ましくは、できるだけ正確にダイクロイック偏光フィルム403のブロック軸404と揃えられ、例えば、輝度強化偏光子又は表示装置偏光子のような特定の用途に対して許容できる性能をもたらす。軸404及び軸405の誤整列が増すと積層構造物400によりもたらされる利得を減少させ、積層構造物400の表示装置偏光子用途に対する有用性を減少させる。例えば、輝度強化偏光子の場合、構成物400のブロック軸404及びブロック405の間の角度は、約±10°未満、より好ましくは約±5°未満及びより好ましくは約±3°未満とすべきである。
図5Aに示される実施形態では、積層構造物500は、第1保護層503を有する吸収偏光フィルム502を備える。保護層503は、予定された用途により大きく変えられてもよいが、典型的に溶媒キャストセルローストリアセテート(TAC)フィルムを含む。例示の構造物500は、更に第2保護層505並びにヨウ素染色PVA(I/PVA)などの吸収偏光子層504を含む。吸収偏光フィルム502は、例えば、接着層508により(本明細書でMDブロック軸を有して記載されるような)光学フィルム反射偏光子506に積層ないしは別の方法で固着或いは配置される。
図5Bは、光学表示装置の代表的な偏光子補償構造体510を示し、積層体構成物500は、接着剤512、典型的に感圧性接着剤(PSA)により、例えば補償フィルム又は位相差フィルムなどの選択が自由な複屈折フィルム514に固着される。補償構造体510では、保護層503及び505のいずれかが、所望により、補償フィルム514と同じ又は異なる複屈折フィルムと置き換えられてもよい。このような光学フィルムは、光学表示装置530に使用されてもよい。そのような構成では、補償フィルム514は、接着層516を介して第1ガラス層522、第2ガラス層524及び液晶層526を含むLCDパネル520に付着されてもよい。この積層構造物は、偏光構造物からTACフィルム層を除去することができる。
図6Aについて参照すると、別の代表的な積層体構造物600が示されており、それは、単一保護層603及び吸収偏光層604、例えばI/PVA層を有する吸収偏光フィルム602を含む。吸収偏光フィルム602は、例えば接着層608によりMD偏光軸光学フィルム反射偏光子606に固着される。この代表的な実施形態では、吸収偏光子のブロック軸も、MDに沿っている。吸収偏光子層604に隣接した保護層のいずれか一方又は両方を除去することで、例えば厚さの減少、材料コストの削減、及び環境負荷の削減(溶媒キャストTAC層は必要ない)を含む多くの利点をもたらすことができる。
図6Bは、光学表示装置の偏光子補償構造体610を示し、積層体構造物600が接着剤612により、例えば補償フィルム又は位相差フィルムなどの選択が自由な複屈折フィルム614に固着される。補償構造体610では、保護層603は、所望により補償フィルム614と同じ又は異なる複屈折フィルムと置き換えられてもよい。このような光学フィルムが、光学表示装置630に使用されてもよい。そのような構成では、複屈折フィルム614は、接着層616を介して第1ガラス層622、第2ガラス層624及び液晶層626を含むLCDパネル620に付着されてもよい。
図6Cは、光学表示装置の別の代表的な偏光子補償構造体650を示す。補償構造体650は、単一保護層653及び吸収偏光子層654、例えばI/PVA層を有する吸収偏光フィルム652を含む。吸収偏光フィルム652は、例えば接着層658によりMDブロック軸反射偏光子656に固着される。補償構造体650では、保護層653は、所望により補償フィルムと置き換えられてもよい。光学表示装置682を形成するため、吸収偏光子層654は、接着層666を介して第1ガラス層672、第2ガラス層674及び液晶層676を含むLCDパネル670に付着されてもよい。
図7は、光学表示装置の別の代表的な偏光子補償構造体700を示し、吸収偏光フィルムは、いかなる隣接した保護層も有さない、単一の吸収(例えば、I/PVA)層704を含む。層704の1つの主要な表面が、MDブロック軸光学フィルム反射偏光子706に固着される、その結果、吸収偏光子のブロック軸も、MDに沿う。固着は、接着層708により達成されてもよい。層704の対向する表面が、接着剤712により、例えば補償フィルム又は位相差フィルムなどの選択が自由な複屈折フィルム714に固着される。このような光学フィルムは、光学表示装置730に使用されてもよい。そのような構成では、複屈折フィルム714は、接着層716を介して第1ガラス層722、第2ガラス層724及び液晶層726を含むLCDパネル720に付着されてもよい。
上記図5〜図7の接着層は、予定した用途により大きく変えることが可能であるが、感圧性接着剤及びPVAが添加されたHO溶液は、I/PVA層を直接反射偏光子に付着するのに好適であると考えられる。例えば、空気コロナ、窒素コロナ、他のコロナ、火焔又はコーティングされたプライマー層などの従来の技術を使用した選択が自由な表面処理も、単独で又は接着剤と組合わせて反射偏光子フィルム及び吸収偏光子フィルムのいずれか若しくは両方に使用され、層間の固着強度をもたらし又は強化する。前記表面処理は、第1及び第2引伸ばし工程に合わせてもたらすことが可能で、第1引伸ばし工程の前、第2引伸ばし工程の前、第1及び第2引伸ばし工程の後又は任意の追加の引伸ばし工程の後であってもよい。ある代表的な接着層は、コポリエステルを少なくとも部分的に水溶性にするために、スルホン酸化イソフタル酸ナトリウムなどの十分に極性の塩コモノマーを含む、共押出されたコポリエステル又はコーティングされたコポリエステルである。
以下に示す例は、本開示の種々の実施形態による代表的な材料及び加工条件を含む。この記載は、開示を限定することを意図するものではなく、むしろ発明の理解を容易にするために提供され、並びに種々の上記実施形態に従って使用して特に適切である材料の例を提供する。
相対ゲインは、有効透過テスターで測定することができる。ゲインは、安定化された広帯域源を用いて照射される、拡散的透過性の中空のライトボックスにサンプルフィルムを置くことによって測定される。軸方向の輝度(フィルム面に垂直)は、カリフォルニア州チャッツワース(Chatsworth)のフォトリサーチ社(Photo Research, Inc)製のスペクトラスキャン(SpectraScan)(商標)PR−650スペクトラカラリメーター(SpectraColorimeter)を用いて、吸収偏光子を通して測定する。相対ゲインは、輝度測定値に対してスペクトルを重み付けし、所定位置のサンプルフィルムの輝度測定値を、所定位置にサンプルフィルムがない状態(ボックスのみ)の輝度測定値で割ることによって算出される。この測定によって、異なるフィルムサンプル間の比較ゲイン値を安定且つ再現可能に得ることができる。
ヘイズの測定は、メリーランド州シルバースプリング(Silver Spring)のBYKガードナー(BYK Gardner)により供給されたBYKガードナー・ヘイズ−ガード・プラス機器(BYK Gardner Haze-Gard Plus instrument)、カタログ番号4723を使用して行われる。機器は、測定中空気に対して参照される。ヘイズ度は、ASTM−D1003−00、名称「透明プラスチックのヘイズ及び視感透過率についての標準試験方法(Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance for Transparent Plastics)」に従って定義できる。
コポリエチレンナフタレート(CoPEN7030)は、以下の原材料を入れたバッチ反応器で合成することができる:ジメチルナフタレンジカルボキシレート112.3kg、ジメチルテレフタレート38.2kg、エチレングリコール85.6kg、酢酸マンガン27g、酢酸コバルト27g、及び三酢酸アンチモン48g。圧力203kPa(2atm(2×105N/m2))下で、この混合物をメタノールを除去しながら254℃まで加熱する。メタノール38.9kgを除去した後、トリエチルホスホノアセテート49gをこの反応器に入れ、290℃まで加熱しながら、圧力を133Pa(1torr)まで徐々に減らす。60/40重量%のフェノール/o−ジクロロベンゼンで測定して0.53dL/gの固有粘度を有するポリマーが生成されるまで、縮合反応副生成物であるエチレングリコールを連続的に除去する。CoPEN7030は、DSCで測定すると110℃のTgを有する。
コポリエチレンナフタレート(CoPEN9010)は、以下の原材料を入れたバッチ反応器で合成することができる:ジメチルナフタレンジカルボキシレート126kg、ジメチルテレフタレート11kg、エチレングリコール75kg、酢酸マンガン27g、酢酸コバルト27g、及び三酢酸アンチモン48g。圧力203kPa(2atm(2×105N/m2))下で、この混合物をメタノールを除去しながら254℃まで加熱する。メタノール36kgを除去した後、トリエチルホスホノアセテート49gをこの反応器に入れ、290℃まで加熱しながら、圧力を133Pa(1torr)まで徐々に減らす。60/40重量%のフェノール/o−ジクロロベンゼンで測定して0.50dL/gの固有粘度を有するポリマーが生成されるまで、縮合反応副生成物であるエチレングリコールを連続的に除去する。CoPEN9010は、DSCで測定すると116℃のTgを有する。
ポリエチレンナフタレート(PEN)は、以下の原材料を入れたバッチ反応器で合成することができる:ジメチルナフタレンジカルボキシレート(136kg)、エチレングリコール(73kg)、酢酸マンガン(II)(27g)、酢酸コバルト(II)(27g)、及び酢酸アンチモン(III)(48g)。圧力203kPa(2大気圧(1520torr又は2×10N/m))下で、この混合物をメタノール(エステル交換反応の副生成物)を除去しながら254℃まで加熱した。メタノール35kgを除去した後、トリエチルホスホノアセテート49gをこの反応器に入れ、290℃まで加熱しながら、圧力を133Pa(1torr(131N/m))まで徐々に減らした。0.48dL/gの固有粘度(60/40重量%のフェノール/o−ジクロロベンゼンで測定して)を有するポリマーが生成されるまで、縮合反応副生成物であるエチレングリコールを連続的に除去した。PENは、DSCで測定すると123℃のTgを有する。
CoPEN7030及びSA115(イーストマン(Eastman)製ポリカーボネート/coPETブレンド)を、比率60:40で二軸押出機で溶融ブレンドし、図3Eに示される押出ダイ及びカレンダ処理プロセスを用いて、キャストウェブに押出加工した。キャストウェブをカレンダロールで圧縮し、鋳造ロールで挟まれた場所にローリングバンクを形成した。カレンダニップロールの温度を55℃に制御し、鋳造ロールを、温度112.8℃及び速度2.3メートル/分に制御した。第2の鋳造ロールの速度を、引伸ばし比率4:1でフィルムを伸長させるために、9.2メートル/分に制御した。得られたブレンド反射偏光子は、有効透過テスターで測定した場合、輝度又はゲインが1.3に増加しており、ガードナー(Gardner)ヘイズ計で測定した場合、74%のヘイズ値を有した。この機械方向に配向したフィルムにはダイ小じわは見られなかった。
CoPEN9010及びSA115(イーストマン(Eastman)製ポリカーボネート/coPETブレンド)を、比率60:40で二軸押出機で溶融ブレンドし、図3Eに示される押出ダイ及びカレンダ処理プロセスを用いて、キャストウェブに押出加工した。キャストウェブをカレンダロールで圧縮し、鋳造ロールで挟まれた場所にローリングバンクを形成した。カレンダニップロールの温度を55℃に制御し、鋳造ロールを、温度118.3℃及び速度2.1メートル/分に制御した。第2の鋳造ロールの速度を、引伸ばし比率4:1でフィルムを伸長させるために、8.4メートル/分に制御した。得られたブレンド反射偏光子は、有効透過テスターで測定した場合、輝度又はゲインが1.38に増加しており、ガードナー(Gardner)ヘイズ計で測定した場合、67%のヘイズ値を有した。この機械方向に配向したフィルムにはダイ小じわは見られなかった。
SA115コア層を有する3層を有し、PEN及びポリカーボネート表面薄層を比率60:40で有する多層フィルムを、図3Eに示される押出ダイ及びカレンダ処理プロセスを用いて、キャストウェブに押出加工した。キャストウェブをカレンダロールで圧縮し、鋳造ロールで挟まれた場所にローリングバンクを形成した。カレンダニップロールの温度を55℃に制御し、鋳造ロールを、温度118.3℃及び速度2.1メートル/分に制御した。キャストウェブの断面部の顕微鏡分析により、表面薄層のみがローリングバンクを形成し、それによりコア層とは混合しておらず、コア層がそのまま残っていることが示された。第2の鋳造ロールの速度を、引伸ばし比率3:1でフィルムを伸長させるために、6.3メートル/分に制御した。得られたブレンド反射偏光子は、有効透過テスターで測定した場合、輝度又はゲインが1.32に増加しており、ガードナー(Gardner)ヘイズ計で測定した場合、77%のヘイズ値を有した。この機械方向に配向したフィルムにはダイ小じわは見られなかった。
3M社(3M Company)製CoPEN9010及びイーストマンケミカル社((Eastman Chemical Co.)から商標「SA115」で入手可能な脂環式ポリエステル/ポリカーボネートブレンドの275層の交互層を有する多層光学フィルムを、多層マニホールドフィードブロック、押出ダイ及びニップロールカレンダ処理プロセスを用いてキャストウェブに共押出することができる。キャストウェブを、カレンダロールを用いて140℃〜160℃の温度に冷却し、次いで、ニップロールで1.1〜3.0倍に圧縮しつつ、同時に、最終ニップと一連の高速の冷却ニップロールとの間で引伸ばし比4〜7:1で伸長することができる。得られた多層反射偏光子は、バックライト液晶表示装置の輝度を高めると予想される。
PEN及びダイクロイック染料(例えば、三井化学(Mitsui Chemical Inc.)製PD−318H、PD−325H、PD−335H及びPD−104)を、二軸押出機で溶融ブレンドし、図3に示されるように押出ダイ及びカレンダ処理プロセスを用いてキャストウェブに鋳造することができる。キャストウェブを、カレンダロールを用いて140℃〜160℃の温度に冷却し、次いで、ニップロールで1.1〜3倍に圧縮しつつ、同時に、最終ニップと一連の高速の冷却ニップロールとの間で引伸ばし比4〜7:1で伸長することができる。得られたフィルムは、バックライト液晶表示装置の偏光子として使用してもよい。更に、得られたフィルムを、上述のようなブレンド及び/又は多層反射偏光子と共押出し、配向させ、バックライト液晶表示装置で使用する反射偏光子及び吸収偏光子の組み合わせを作製することができる。
本明細書で参照又は引用される全ての特許、特許出願、仮出願、及び公報は、本明細書が明白に教示することと矛盾しない範囲で、全図及び表を包含するその全てが参照として組み込まれる。
本明細書に記載される実施例及び実施形態は、単に例示することが目的であり、その種々の変更又は変形が当業者に提示され、本出願の趣旨及び範囲内に包含されることを理解されるべきである。

Claims (65)

  1. 少なくとも1つの高分子材料をカレンダ処理する工程と、
    前記少なくとも1つの高分子材料をダウンウェブ(MD)方向に沿って延伸し、これにより前記高分子材料の複屈折を作り出す工程と、を含む光学フィルムの作製方法。
  2. 前記カレンダ処理工程中の高分子材料の温度が、前記高分子材料のTgよりもわずかに高い、請求項1に記載の方法。
  3. 前記カレンダ処理工程中の高分子材料の温度が、前記高分子材料のTgよりも少なくとも約10℃高い、請求項1に記載の方法。
  4. 前記光学フィルムが、前記延伸工程後に0.3mよりも大きい幅を有する、請求項1に記載の方法。
  5. 前記光学フィルムが反射偏光フィルムである、請求項1に記載の方法。
  6. 前記光学フィルムがダイクロイック偏光子である、請求項1に記載の方法。
  7. 前記カレンダ処理工程が、前記フィルムの延伸工程と同時に行われる、請求項1に記載の方法。
  8. 前記光学フィルムが、同時に圧縮及び伸長される、請求項1に記載の方法。
  9. 前記カレンダ処理工程が、前記延伸工程の前に行われる、請求項1に記載の方法。
  10. 前記カレンダ処理工程の前に、前記少なくとも1つの高分子材料を押出成形機から押出成形する工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
  11. 前記カレンダ処理が、2つのカレンダロールの間に形成されたニップ内で、前記少なくとも1つの高分子材料をカレンダ処理する工程を含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記ニップで、前記少なくとも1つの高分子材料のローリングバンクを形成する工程を更に含む、請求項11に記載の方法。
  13. 少なくとも1つの高分子材料をカレンダ処理する工程と、
    前記少なくとも1つの高分子材料をダウンウェブ(MD)方向に沿って延伸し、これにより前記高分子材料の複屈折を作り出す工程と、を含む、第1フィルムを提供する工程と、
    前記第1フィルムに第2フィルムを取り付ける工程と、を含む光学フィルムの作製方法。
  14. 前記カレンダ処理工程及び前記延伸工程を行った後に、前記第1フィルムに前記第2フィルムが取り付けられる、請求項13に記載の方法。
  15. 前記第2フィルムが、構造化表面フィルム、位相差層、吸収偏光フィルム及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項14に記載の方法。
  16. 前記第2フィルムの前記第1フィルムへの取り付け工程が、前記第1フィルムと前記第2フィルムとの間に接着剤を配置することを含む、請求項13に記載の方法。
  17. 前記第2フィルムが、前記第1フィルムにコーティングされる、請求項13に記載の方法。
  18. 第2フィルムを前記第1フィルムに取り付ける前に、前記第1フィルムに表面処理を施す行程を更に含む、請求項13に記載の方法。
  19. 前記表面処理が、コロナ処理、乾燥、プライマーの適用、又はこれらの組み合わせから選択される、請求項18に記載の方法。
  20. 前記カレンダ処理工程及び延伸工程後、前記第1フィルムが反射偏光フィルムである、請求項13に記載の方法。
  21. 前記第2フィルムが、前記第1フィルムと共押出される、請求項13に記載の方法。
  22. 前記第1フィルムが反射偏光子であり、前記第2フィルムがダイクロイック偏光子である、請求項13に記載の方法。
  23. 第1ポリマー及び第2ポリマーを含む高分子材料をカレンダ処理する工程を含み、前記第1ポリマーが複屈折を発現し、前記第2ポリマーが実質的に等方性である、光学フィルムの加工方法。
  24. 前記第1ポリマー及び第2ポリマーが層状に配置される、請求項23に記載の方法。
  25. 前記第1ポリマー及び第2ポリマーがブレンド状態で配置される、請求項23に記載の方法。
  26. 前記第2ポリマーが連続相を形成し、前記第1ポリマーが前記第2ポリマー内で分散相を形成する、請求項25に記載の方法。
  27. 少なくとも1つの高分子材料をカレンダ処理する工程と、
    前記少なくとも1つの高分子材料をダウンウェブ(MD)方向に沿って延伸し、これにより前記高分子材料の複屈折を作り出す工程と、のプロセスによって作製される反射偏光子。
  28. 有効配向軸を特徴とする配向光学フィルムを含む光学フィルムのロールであって、前記配向光学フィルムがただ1つの複屈折ポリマー材料を含み、前記光学フィルムが、0.3mを超える幅、少なくとも200ミクロンの厚さ、及び少なくとも10mの長さを有し、前記有効配向軸が前記光学フィルムの長さ方向に沿っている、光学フィルムのロール。
  29. 前記光学フィルムが、少なくとも0.65mの幅を有する、請求項28に記載の光学フィルムのロール。
  30. 前記光学フィルムが、少なくとも1.3mの幅を有する、請求項28に記載の光学フィルムのロール。
  31. 前記光学フィルムが、少なくとも1.8mの幅を有する、請求項28に記載の光学フィルムのロール。
  32. 前記光学フィルムが、0.5m〜約10mの幅を有する、請求項28に記載の光学フィルムのロール。
  33. 前記光学フィルムが、吸収偏光材料層を更に含む、請求項28に記載の光学フィルムのロール。
  34. 前記光学フィルムが、少なくとも1つの位相差層を更に含む、請求項28に記載の光学フィルムのロール。
  35. 前記配向光学フィルムが、少なくとも1つの等方性材料を更に含む、請求項28に記載の光学フィルムのロール。
  36. 前記配向光学フィルムが、ブロック軸を有する反射偏光子であり、前記ブロック軸が、前記有効配向軸である、請求項28に記載の光学フィルムのロール。
  37. 前記光学フィルムが、少なくとも250マイクロメートルの厚さを有する、請求項28に記載の光学フィルムのロール。
  38. 前記光学フィルムが、第1高分子材料と第2高分子材料とを含み、前記第1高分子材料と前記第2高分子材料との間で、光学フィルムの長さ方向(MD)に沿った正規化された屈折率差が約0.06を超える、請求項28に記載の光学フィルムのロール。
  39. 配向光学フィルムを含む光学フィルムのロールであって、前記配向光学フィルムが、有効配向軸を特徴とする第1複屈折材料と、有効配向軸を特徴とする第2複屈折材料と、を含み、
    前記光学フィルムが、0.3mを超える幅、少なくとも200ミクロンの厚さ、及び少なくとも約10mの長さを有し、前記第1複屈折材料及び前記第2複屈折材料の有効配向軸が前記光学フィルムの長さ方向に沿っている、光学フィルムのロール。
  40. 前記配向光学フィルムが、ブロック軸を有する反射偏光子であり、前記ブロック軸が、前記有効配向軸に沿っている、請求項39に記載の光学フィルムのロール。
  41. 前記光学フィルムが、少なくとも0.65mの幅を有する、請求項39に記載の光学フィルムのロール。
  42. 前記光学フィルムが、少なくとも1.3mの幅を有する、請求項39に記載の光学フィルムのロール。
  43. 前記光学フィルムが、少なくとも1.8mの幅を有する、請求項39に記載の光学フィルムのロール。
  44. 前記光学フィルムが、0.5m〜約10mの幅を有する、請求項39に記載の光学フィルムのロール。
  45. 拡散層を更に含む、請求項39に記載の光学フィルムのロール。
  46. 構造化表面を更に含む、請求項39に記載の光学フィルムのロール。
  47. 前記構造化表面が、溝を有する複数個の線状プリズム型構造体を含む、請求項46に記載の光学フィルムのロール。
  48. 前記光学フィルムが、少なくとも250マイクロメートルの厚さを有する、請求項39に記載の光学フィルムのロール。
  49. 前記第1高分子材料と前記第2高分子材料との間で、前記光学フィルムの長さ方向(MD)に沿った正規化された屈折率差が約0.06を超える、請求項39に記載の光学フィルムのロール。
  50. 吸収偏光子ブロック軸を特徴とする吸収偏光子と反射偏光子ブロック軸を特徴とする反射偏光子を含む光学フィルムのロールであって、前記反射偏光子が、(i)有効配向軸を特徴とする少なくとも1つの複屈折材料及び少なくとも1つの等方性材料又は(ii)有効配向軸を特徴とする第1複屈折材料及び有効配向軸を特徴とする第2複屈折材料を含み、
    前記光学フィルムが、約0.3mを超える幅、少なくとも200ミクロンの厚さ、及び少なくとも約10mの長さを有し、前記1つ以上の複屈折材料の吸収偏光子ブロック軸、有効配向軸、及び反射偏光子ブロック軸の全てが前記光学フィルムの長さ方向に沿っている、光学フィルムのロール。
  51. 前記光学フィルムが、少なくとも0.65mの幅を有する、請求項50に記載の光学フィルムのロール。
  52. 前記光学フィルムが、少なくとも1.3mの幅を有する、請求項50に記載の光学フィルムのロール。
  53. 前記光学フィルムが、少なくとも1.8mの幅を有する、請求項50に記載の光学フィルムのロール。
  54. 前記光学フィルムが、0.5m〜約10mの幅を有する、請求項50に記載の光学フィルムのロール。
  55. 位相差層を更に含む、請求項50に記載の光学フィルムのロール。
  56. 前記吸収偏光子が、ヨウ素及びポリビニルアルコールを含む、請求項50に記載の光学フィルムのロール。
  57. 前記吸収偏光子と前記反射偏光子との間に配置される接着層を更に含む、請求項50に記載の光学フィルムのロール。
  58. 保護層を更に含む、請求項50に記載の光学フィルムのロール。
  59. 前記光学フィルムが、少なくとも250マイクロメートルの厚さを有する、請求項50に記載の光学フィルムのロール。
  60. 前記第1高分子材料と前記第2高分子材料との間で、前記光学フィルムの長さ方向(MD)に沿った正規化された屈折率差が約0.06を超える、請求項50に記載の光学フィルムのロール。
  61. 第1ポリマーと、第2ポリマーと、第3ポリマーと、を含む高分子材料をカレンダ処理する工程、を含む光学フィルムの加工方法であって、前記ポリマーの少なくとも1つが複屈折を発現する、方法。
  62. 前記第1ポリマー、第2ポリマー及び第3ポリマーがブレンド状態で配置される、請求項61に記載の方法。
  63. 前記第2ポリマー及び第3ポリマーが連続相を形成し、前記第1ポリマーが前記連続相内で分散した小さな相を形成する、請求項62に記載の方法。
  64. 前記第2ポリマー及び第3ポリマーがPEN及びPETを含む、請求項63に記載の方法。
  65. 前記第1ポリマーが、シンジオタクチック型のポリスチレン又はポリカーボネートを含む、請求項63に記載の方法。
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