一种光学部件的制作方法

专利名称：一种光学部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过熔融挤出法将二醇单元中具有环状缩醛骨架的聚酯制膜得到的延迟小的聚酯薄膜及其制备方法。而且，本发明还涉及利用该聚酯薄膜的相位差薄膜、偏振板保护薄膜、光扩散薄膜、透镜片、防反射薄膜、光信息记录介质。
背景技术：
[I]聚酯以及聚酯薄膜近年，作为电脑、电视、手机、便携信息终端、汽车导航系统、液晶投影仪、钟表等的显示装置，液晶显示器以及等离子显示器等的平板显示器的需求正在快速增长。平板显示器由偏振板、相位差薄膜、棱镜片、防反射薄膜等各种光学薄膜构成，在这些薄膜所要求的性能当中，双折射性被认为是有助于成像的重要的光学特性中的一种。通常使用偏振板保护薄膜等的双折射性小的光学各向同性薄膜、相位差薄膜等具有一定双折射性的光学各向异性薄膜作为光学薄膜。但是，光学各向异性薄膜是通过对光学各向同性薄膜进行延伸处理等而制得的，因此，光学各向同性薄膜具有更重要的作用。作为光学各向同性薄膜已公开有三乙酰基纤维素、聚碳酸酯、非晶性环状聚烯烃、聚醚砜、多芳基化合物、聚酯等的薄膜。这些薄膜几乎都是通过将树脂溶解在溶剂中，然后蒸发溶剂并制成薄膜的流延法而制备得到的(参考专利文献1-6)。但是，流延法生产效率低，薄膜中残留的溶剂会带来不良影响，而且从降低环境负荷的观点考虑，使用溶剂的制备方法也是不好的。因此，已经申请了几个利用熔融挤出法的制膜方法。例如，已经申请了通过非晶性环状聚烯烃的熔融挤出而制得光学各向同性薄膜的方法(参考专利文献7)。但是，非晶性环状聚烯烃价格较高，因此该薄膜价格也较高，而且非晶性环状聚烯烃极性低，因此存在与其他部件进行粘合时需要特殊的粘接剂等的问题。此外还申请了利用熔融挤出法将聚醚砜进行制膜的方法(参考专利文献8)，但是树脂本身价格仍然较高，因此该薄膜的价格也较高，而且还存在难以得到表面平滑的薄膜、制膜工序繁杂的问题。另一方面，将利用挤出法制得的聚碳酸酯薄膜进行再次加热而得到各向同性薄膜的方法也已经申请(参考专利文献9)，但是该方法由于工序增多，在经济上不利，而且工序中存在损伤薄膜表面的情况。这样，在实际情况中，通过挤出成形无法制得经济性上卓越的光学各向同性薄膜。[2]相位差薄膜相位差薄膜是将光学各向同性薄膜延伸而得到的，其具有双折射性。
相位差薄膜是通过光学补偿实现液晶显示装置等的图像显示装置的对比度提高和视角范围扩大的重要部件。形成相位差薄膜的树脂一般可以举出聚碳酸酯(以下称为PC)、三乙酰基纤维素(以下称为TAC)、环烯烃聚合物(以下称为C0P)等的工程塑料树脂。相位差薄膜是通过利用流延法或熔融挤出法将这些树脂薄膜化，然后将得到的原薄膜延伸而制得的，其具有所需的延迟。在任意厚度的薄膜中，原薄膜所要求的性能可以举出小的厚度不均匀、低的延迟、小的延迟不均匀以及在低延伸倍率下的高的延迟表现性。通过将满足这样的性能的原薄膜延伸，可以得到厚度以及光学特性不均匀性小的相位差薄膜。此外，近年，由于在海外竞争的其它公司在日本国内的上市和作为液晶显示装置之外的方式的SED(Surface-conduction Electron-emitter Display)的出现，从而进入了关系到生产厂家的生存的低价竞争时代。因此，通过对电机生产厂家的液晶显示装置本身的成本进行重新评估，开始要求各种部件进行低成本化。因此，液晶显示装置中不可缺少的相位差薄膜也需要进一步低成本。但是，在以往的PC或TAC薄膜的原薄膜的通常制备过程中，只采用制备成本高的流延法来进行薄膜化。原因是制备成本低的熔融挤出法难以进行低延迟化。此外，以往公知的由熔融挤出法得到的COP薄膜在成形时高分子结合链受到取向或应力后，存在表现出延迟的问题(参考专利文献10)。而且，最适制备条件的稳定性差，因此稳定生产出满足要求性能的原薄膜很费时间，结果导致成品率降低、成本提高的问题。为了防止由STN(Super Twisted Nematic)液晶盒的双折射性引起的显示色的色度和对比度的降低，公开了将反扭曲的STN液晶盒重叠的方法(STN液晶盒的相位补偿)(参考非专利文献I)。由于液晶的取向是连续的，为了补偿其双折射性，需要用同样连续取向的STN液晶盒进行补偿。非专利文献I中，用多片相位差薄膜进行层叠来代替反扭曲的STN液晶盒。非专利文献I中，记载了通过将10片相位差薄膜的滞相轴错开地进行层叠，具有与反扭曲的液晶盒相同的效果。此外，还记载了即使I片相位差薄膜也有效果，但是2片相位差薄膜层叠比I片的相位差薄膜具有更好的效果。但是，并没有涉及到具体的相位差薄膜的层叠方法。此外，还公开有将相位差薄膜(非专利文献2中记作光学补偿薄膜)粘合在偏振板和玻璃基板之间进行使用(参考非专利文献2)。而且，当偏振板仅由聚乙烯醇(PVA)延伸薄膜构成时，强度差，在热、湿条件下尺寸和形状的变化大，因此通常在偏振板两侧层叠三乙酰基纤维素(TAC)作为保护层(参考非专利文献2)。[3]偏振板保护薄膜偏振板保护薄膜是由光学各向同性薄膜得到的。液晶显示装置作为耗电少、节省空间的图像显示装置，每年都在扩大其用途。以往，图像的视角依赖性大是液晶显示装置的一大缺点，但是近年VA模式、IPS模式等的高视角液晶模式正在被实用化，在电视等的要求高视角的领域中液晶显示装置的需求也正在快速扩大。液晶显示装置由液晶盒、取向膜、偏振板、相位差薄膜、视角扩大薄膜以及背光灯组 成，即使对于液晶显示装置中使用的偏振板，也要求能进一步提高其品质以及生产率。作为液晶显示装置中使用的代表性的光学用薄膜有偏振板保护薄膜、取向膜、相位差薄膜、视角扩大薄膜等。取向膜直接与液晶接触，具有使液晶相对基板进行取向的功能，其代表性的材料是芳香族聚酰亚胺。相位差薄膜是在光学补偿中使用的材料，可用于防止双折射性引起的光学性的歪斜或由于视角方向的异常而产生的显示的色度等的视角依赖性的发生。代表性的材料是聚碳酸酯和三乙酰基纤维素(TAC)，而且也可以使用近年来作为大体积的环状烯烃树脂的七才V 了 (日本七才 > (株))或7·—卜> (JSR(株))。视角扩大薄膜是可以使得从斜侧看画面也能看到清晰的图像的薄膜，代表性的材料有延伸TAC薄膜和将盘状液晶涂布到薄膜基材上进行取 向的薄膜等。此外，偏振板是仅使自然光等的随机性偏振光(无偏振光)的特定方向的偏振光透过的薄膜，一般由偏振膜和偏振板保护薄膜组成。偏振膜是通过碘或二色性染料进行染色的聚乙烯醇类延伸薄膜。另外，偏振板保护薄膜是设置在偏振膜的一面或两面上的以保护偏振膜为目的的透明树脂薄膜，其要求在光学上透明，厚度不均匀小、均质，用双折射度和厚度的积表示的延迟小，而且要求不均匀小，吸湿小。当面内延迟大、不均匀大或厚度不均匀大时，液晶显示装置的画质显著降低。即、产生颜色部分变浅等的褪色现象、或图像歪斜等的不良影响。现在，作为偏振板保护薄膜，具有透明性、低的双折射性、适度刚性的TAC薄膜使用最为广泛(参考非专利文献3)。在制备这些薄膜时，树脂的熔融流动、溶剂除去时的干燥收缩、热收缩、搬运时的应力等使得在成形中的薄膜上产生各种应力。因此，存在这些应力引起的起因于分子取向的双折射使得延迟容易残留在得到的薄膜上的问题。薄膜的制备方法通常使用溶液流延法或熔融挤出法。以上述偏振板保护薄膜为代表的光学薄膜要求具有非常高精度的光学物理性质，同时，由于特别重视薄膜厚度的均一性和外观，一般采用溶液流延法。偏振板保护薄膜是通过将TAC溶解于溶剂中得到的浓溶液过滤，然后在滚轮、环等的无端支撑体上流动，形成自身支撑体，将其剥离，再除去溶剂、干燥而制得的。但是，与熔融挤出法相比，溶液流延法由于需要经过除去溶剂工序，因此存在生产率差、生产成本提高的大问题。在将除去溶剂的时间缩短来避免这些问题时，结果使得薄膜白化、延迟以及不均匀性增大，从而难以制备具有偏振板保护薄膜所必需的特性的薄膜。此夕卜，从薄膜完全除去溶剂比较困难，当薄膜中的溶剂残留不均匀时，延伸时会发生应力不均匀，无法实现均一的延迟，从而薄膜在像便携式OA机器或汽车的显示装置这样的能在温度变化剧烈的条件下使用的液晶显示装置中会发生弯曲，在图像上会发生问题。此外，为了完全除去溶剂必须增加干燥设备，从而使得制造设备成本提高，而且需要大量的能源，使得运转成本提高。还有，在制备薄膜中由于使用了大量的有机溶剂，例如二氯甲烷，该溶剂会向大气挥发，从而存在影响作业人员健康、影响地球环境的问题。因此，近年光学薄膜的制备方法正在尝试从溶液流延法向熔融挤出法转换。例如，正在尝试使用熔融挤出法制备在可见光波长范围的面内延迟低(IOnm以下)的光学用聚碳酸酯薄膜(参考专利文献11)。但是，由熔融挤出得到的面内延迟高达22-50nm，因此通过在烤箱或干燥炉等的加热装置中，一边将该薄膜向薄膜加工方向施加张力，一边停留一定时间，将面内延迟降低到IOnm以下。即、仅通过熔融挤出法无法制得具有低面内延迟的薄膜，但可以通过随后的热处理工序得到具有低面内延迟的薄膜。此外，TAC薄膜作为偏振板保护薄膜使用时存在透湿度大的问题。偏振板保护薄膜的透湿度大时，耐湿热性差，偏振膜中发生多碘离子解离、碘脱离等，不但偏振性能降低，还可能发生偏振板弯曲。因此，已申请了很多防止耐湿热性差的技术，但是这些方法大多都是在TAC中加入疏水性添加剂，或引入疏水性取代基，从而降低其透湿度(参考专利文献12-15)。但是，TAC薄膜过度疏水化时，会发生TAC薄膜与偏振膜的粘合障碍。此外，由于添加剂大多容易表现出双折射，因此存在薄膜的延迟增大的问题。即、难以制备得到高生产率、以低延迟和高全光线透过率为代表的光学特性、低透湿度以及与偏振板的适当的粘合性全部同时达到的偏振板保护薄膜。[4]透镜片透镜片是以光学各向同性薄膜作为基材而得到的。
近年，彩色液晶显示装置广泛用于便携式笔记本、桌面电脑的液晶显示器、液晶电视或汽车导航用的显示器、移动电话的显示器等各种领域。液晶本身不是自发光元件，因此使用从背面发射光的所谓背光灯的装置。背光灯由荧光管、导光板、反射片、棱镜片等组成。棱镜片设置在导光板的光射出面上，改善背光灯的光学效率，提高亮度。例如，棱镜片可以通过在树脂薄膜上形成断面为三角形的棱镜列并列排列的光学元件而得到。也可以使用在树脂薄膜表面上形成了具有同心圆状的菲涅耳透镜部的光学元件的棱镜片(菲涅耳棱镜片)。此外，还可以使用在树脂薄膜表面上形成了具有多个圆柱面透镜列并列形成的双凸透镜部的光学元件的透镜片(双凸透镜)。棱镜片、菲涅耳棱镜片以及双凸透镜总称为棱镜片。棱镜片通常是在形成为规定的棱镜类型的模型中注入活性能量线固化性树脂，在其上面重叠透明基材，然后通过透明基材照射活性能量线，使固化性树脂固化而得到的。从机械强度、成本、透明性等考虑，透明基材多使用延伸热固定聚对苯二甲酸乙二醇酯(O-PET)(参考专利文献16)。但是，为了防止固化时的照射热引起的热收缩，需要降低照射能量，因而成为生产率无法提高的一个原因。而且，O-PET的制备包括熔融挤出、延伸、热固定等的诸多工序，较为繁杂(参考专利文献17)。此外，汽车导航或移动电话的显示器等，特别是暴露在高温的环境下使用时，从尺寸稳定性的方面考虑，需要将O-PET较厚，以防止薄化。此外，如非专利文献4所述，对光学薄膜来说不优选分子取向，而要求无取向(低延迟)、即使不进行延伸也具有强度的树脂薄膜，但是，现在仍然无法得到满足这些条件的树脂薄膜。[5]光扩散薄膜光扩散薄膜是将光学各向同性薄膜作为基材而得到的。以往，聚对苯二甲酸乙二醇酯延伸薄膜(以下称为PET延伸薄膜)有效利用了其优良的机械强度、耐热性以及高温下的尺寸稳定性，被用作液晶显示器的光扩散薄膜的基材。近年，为了液晶显示板的对比度的提高和大型化，需要提高背光灯光源的光量。但是，以往的PET薄膜即使通过延伸提高耐热性，使用中温度仍然上升，耐热性仍然不够，因此存在无法提高光量的问题。已公开了将由聚酰亚胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的原薄膜进行二轴延伸，以提高耐热性的光扩散板用薄膜(参考专利文献18)。但是，延伸成本与以往的PET延伸薄膜一样高。还有，如非专利文献4所述，对光学薄膜来说不优选分子取向，而要求无取向(低延迟)、即使不进行延伸也具有强度的树脂薄膜，但是，现在仍然无法得到满足这些条件的树脂薄膜。[6]防反射薄膜
防反射薄膜是将光学各向同性薄膜作为基材而得到的。近年，作为电脑、电视、手机、便携信息终端、汽车导航系统、液晶投影仪、钟表等的图像显示装置，液晶显示器、等离子显示器、投影显示器等的平板显示器的需求正在快速增长。这些图像显示装置中，在图像显示装置的最外层等上设置有防反射薄膜，从而控制外界光线射入引起的可视性降低。防反射薄膜的基材主要使用三乙酰基纤维素(TAC)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，在基材上层叠有硬膜层、防反射层。TAC基材是通过溶液流延法得到的，所述溶液流延法包括将结合乙酸量(乙酰化度)为60-62%的TAC和增塑剂在二氯甲烷/甲醇的混合溶剂中溶解，将得到的溶液进行连续流延，然后将溶剂蒸发。但是，该溶液流延法在溶解工序和干燥工序中需要很长的时间和大量的能量，从而成为导致高成本和环境问题的原因(参考专利文献19)。此外，在TAC薄膜上覆盖防反射层时，TAC薄膜容易破损，因此难以进行连续卷取覆盖，需要进行单张覆盖，从而生产率差(参考非专利文献5)。PET无延伸薄膜由于耐热性差，因此通过蒸镀等在PET薄膜上覆盖防反射层时，会发生热收缩。因此，需要降低照射能量，从而成为生产率无法提高的原因。此外，通过延伸、热固定使得耐热性提高的PET薄膜的制备方法包括熔融挤出、延伸、热固定等诸多工序，较为烦杂(参考专利文献20)。而且，汽车导航或移动电话的显示器等，特别是暴露在高温的环境下使用时，从尺寸稳定性的方面考虑，需要使延伸PET较厚，以防止薄化。此外，如非专利文献4所述，对光学薄膜来说不优选分子取向，而要求无取向(低延迟)、即使不进行延伸也具有强度的树脂薄膜，但是，现在仍然无法得到满足这些条件的树脂薄膜。[7]光信息记录介质光信息记录介质是将光学各向同性薄膜作为保护层而得到的。近年，光信息记录介质在不断地进行高密度化，例如正在研制像蓝光盘这样的超高密度光盘。蓝光盘可以在直径为120mm的光盘上单层记录23GB(giga byte)以上、两层记录47GB以上的大容量的数据。蓝光盘使用记录再生波长为约405nm、开口数为约O. 85的光学系统，使光盘上的凹槽的磁迹间距为约O. 32 μ m而实现高密度化。由于该大的开口数，使得拾取透镜和信息记录再生层(以下也略称为“记录层”)的距离与现行的DVD光盘相比非常近，要求保护记录层的保护层的厚度非常薄，为ΙΟΟμπι。此外，由于在信息的再生中使用激光的偏振光，要求保护层具有光学各向同性。通常，保护层由透明粘接剂层和光学各向同性薄膜形成，希望能以低成本制得该光学各向同性薄膜。蓝光盘中，信息记录再生层的激光入射端上形成的保护层厚度规定为100 μ m(±2 μ m)。该保护层所要求的光学特性可以举出在波长为405nm下的保护层的面内延迟为5nm以下。通常，主要使用通过流延法得到的聚碳酸酯(以下略称为“PC”)薄膜作为保护层，但是其存在由于生产率低而引起的光盘成本高的问题。此外，将PC熔融挤出得到的PC薄膜难以进行低延迟化是公知的事实，无法满足作为构成蓝光盘保护层的光学各向同性薄膜的性能(参考非专利文献6)。蓝光盘的组成通常是在形成有导向槽的基材上，依次形成反射层、以有机色素作为主要成分的记录层，并在该记录层上形成保护层(参考专利文献21)。专利文献I :特开平9-95544号公报、
专利文献2 :特开平7-256664号公报专利文献3 :专利第3404027号公报专利文献4 :特开平7-73876号公报专利文献5 :特开平8-318538号公报专利文献6 :特开平7-41572号公报专利文献7 :特开平2003-279741号公报专利文献8 :专利第3035204号公报专利文献9 :专利第2769020号公报专利文献10 :特开2004-109355号公报专利文献11 :特开2003-302522号公报专利文献12 :特开2002-22956号公报专利文献13 :特开2002-146044号公报专利文献14 :特开2001-343528号公报专利文献15 :特开平9-90101号公报专利文献16 :特开平10-197702号公报专利文献17 :特开2004-131728号公报专利文献18 :特开2002-341114号公报专利文献19 :特开平7-11055号公报专利文献20 :特开2004-131728号公报专利文献21 :特开2005-186607号公报非专利文献I :小林、平方、长江著，相位板方式白黑STN-IXD的解析，信学技术报，88 卷，54 号，9-16 页，1988 年非专利文献2 :佐竹著，“偏振板用粘接剂”，粘合技术，25卷，I号，2005年，通卷78 号，25-30页非专利文献3 :井出文雄监修，“显示器用光学薄膜”，'>一二 A * 一出版，2004年非专利文献4:光学透明塑料薄膜需求竞争分析(株)富士 # J 9总研2004. 11. 04，P128非专利文献5 :株式会社矢野经济研究所发行，2005年度版高功能薄膜市场的展望和战略，86-87页非专利文献6 :八幡一雄著，“光学用透明树脂的特征和成形加工技术以及对光学薄膜的应用-聚碳酸酯薄膜的成形加工和光学用途展开_，，，技术信息协会，2005年3月28日，P. 1-3
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是提供可通过挤出成形制膜得到的且经济性优良的光学部件。本发明的发明人们进行了深入研究，结果发现二醇单元中具有特定量的环状缩醛骨架的聚酯通过挤出成形可容易地进行制膜，得到的薄膜具有特定数值以下的面内延迟，从所述聚酯可以经济地制得优良的光学各向同性薄膜，而且所述聚酯满足相位差薄膜、偏振板保护薄膜、光扩散片、透镜片、防反射薄膜、光信息记录介质等的光学部件所要求的特性。由此实现本发明。
S卩，本发明涉及一种光学部件，其中，所述光学部件具有由聚酯薄膜、或聚酯薄膜得到的延伸薄膜形成的薄膜层，所述光学部件为偏振板，所述偏振板包括由在40°C、90%RH下的透湿度为10-300g/(m2 · 24hr)的所述聚酯薄膜形成的薄膜层、以及偏振膜;所述聚酯薄膜是通过熔融挤出法将聚酯进行制膜而得到的，所述聚酯薄膜在波长550nm下的面内延迟为20nm以下，所述聚酯含有二羧酸单元和二醇单元，该二醇单元中的1-80摩尔％是具有环状缩醛骨架的二醇单元。本发明提供的光学部件可通过挤出成形制膜得到的且经济性优良。


图I是表示椭圆偏振光谱仪的实测值(点线)和折射率椭圆体模型的理论曲线(实线)的图。图2是表示单轴延伸的延迟表现性的图。图3是表示棱镜片的结构实例的示意图。图4是表示光扩散薄膜的结构实例的示意图。图5是表示防反射薄膜的结构实例的示意图。图6是表示光信息记录介质的结构实例的示意图。图7是表示延迟的入射角相关性的图。
具体实施例方式下面详细说明本发明。[I]聚酯本发明中使用的聚酯含有具有环状缩醛骨架的二醇单元。具有所述环状缩醛骨架的二醇单元优选为来自于通式(I)或通式(2)所示的二醇的二醇单元。[化I]
权利要求
1.一种光学部件，其中，所述光学部件具有由聚酯薄膜、或聚酯薄膜得到的延伸薄膜形成的薄膜层，所述光学部件为偏振板，所述偏振板包括由在40°c、90% RH下的透湿度为10-300g/(m2 *24hr)的所述聚酯薄膜形成的薄膜层、以及偏振膜；所述聚酯薄膜是通过熔融挤出法将聚酯进行制膜而得到的，所述聚酯薄膜在波长550nm下的面内延迟为20nm以下，所述聚酯含有二羧酸单元和二醇单元，该二醇单元中的1-80摩尔％是具有环状缩醛骨架的二醇单元。
2.根据权利要求I所述的光学部件，其中，具有环状缩醛骨架的二醇单元为来自于通式⑴或通式⑵所示的二醇，
3.根据权利要求2所述的光学部件，其中，具有环状缩醛骨架的二醇单元来自于3，9-双(1，1-二甲基_2-羟乙基)-2，4，8，10-四氧杂螺环[5.5] i^一烷或5-羟甲基-5-乙基_2~ (I, I- _-甲基~2~轻乙基)-I，3- _J惡烧。
4.根据权利要求I所述的光学部件，其中，具有环状缩醛骨架的二醇单元以外的二醇单元为选自乙二醇、二甘醇、1，3-丙二醇、1，4_ 丁二醇以及1，4_环己烷二甲醇中的一种以上的二醇。
5.根据权利要求I所述的光学部件，其中，二羧酸单元为选自对苯二甲酸、间苯二甲酸、以及2，6_萘二甲酸中的一种以上的二羧酸。
6.根据权利要求I所述的光学部件，其中，所述聚酯薄膜在波长550nm下的面内延迟为5nm以下。
7.根据权利要求I或6所述的光学部件，其中，所述聚酯薄膜的膜厚为200μ m以下，膜厚的最大值和最小值之差为平均膜厚的2%以下。
8.根据权利要求I或6所述的光学部件，其中，所述聚酯薄膜的全光线透过率为90%以上，雾度为1%以下。
全文摘要
一种光学部件，其中，所述光学部件具有由聚酯薄膜、或聚酯薄膜得到的延伸薄膜形成的薄膜层，所述光学部件为偏振板，所述偏振板包括由在40℃、90％RH下的透湿度为10-300g/(m2·24hr)的所述聚酯薄膜形成的薄膜层、以及偏振膜；所述聚酯薄膜是通过熔融挤出法将聚酯进行制膜而得到的，所述聚酯薄膜在波长550nm下的面内延迟为20nm以下，所述聚酯含有二羧酸单元和二醇单元，该二醇单元中的1-80摩尔％是具有环状缩醛骨架的二醇单元。本发明提供的光学部件可通过挤出成形制膜得到的且经济性优良。
文档编号C08L67/02GK102636831SQ201210107388
公开日2012年8月15日 申请日期2006年1月31日 优先权日2005年2月2日
发明者小出功史, 小池信行, 川畑正, 广兼岳志, 桑原章二郎, 池田刚志 申请人:三菱瓦斯化学株式会社