(57)【要約】【課題】偏光方向が帯の長手方向と所定角だけ傾いた帯状の斜め延伸膜を製造する。【解決手段】延伸中に、帯の長手方向だけでなく、横方向にも力を加えるため、帯の側端を、長手方向には膜と共に伸び、横方向には膜の変形抵抗に十分な強度を持った、弾性ベルトに固定する。供給された原料有機膜の側端は、送り出しロールの位置で接着剤等を用いてこのベルトに固定され、延伸後、引張りロールの位置で切り離される。横方向の力は、両ロールを横方向にずれた位置に置き、ベルトが両ロールととも回転することによって得られる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の偏光膜を製造する装置において、側端部を回転軸方向に所要量だけずらした、送り出しロールと引張りの対のロールを設置し、これらのロールの側端部の間にロールととも回転するゴム等の弾性ベルトを懸け、送り出しロールの近傍で膜の側端部をベルトに接着剤等で固定し、引張りロールの近傍で膜をベルトから切り離すことを特徴とする偏光膜の斜め延伸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光膜の製造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在偏光膜は液晶ディスプレイ等になくてはならないものとなっていて、その製造は、有機材料で作られた膜を、機械的に延伸して延伸方向に分子を配向し、膜に偏光性を与えている。工業的には、送り出しロールに巻かれた帯状の膜を、平行に置かれた引張りロールで引張り力をかけながら巻き取る方法で、延伸した帯状の膜を製造している。このため、通常作られた膜の偏光方向は、帯の長手方向と一致している。
【０００３】
ところで、ディスプレイにはひとつの偏光方向だけではなく、別の偏光方向を持った膜が必要になる。この場合、通常の方法では、作られた帯状の膜を切断して、所定角度だけ傾けて、通常の膜の上に貼り付けるという方法（図1）が取られている。この方法では、図1の矩形部分の製品１を作るのに、図１のいくつかの三角形部分が無駄部分２となり、製品歩留まりが極めて悪い。
【０００４】
もしも、始めから偏光方向が斜めになるように延伸された帯状の膜が作られれば、図2に示すごとく、無駄部分２がなくなるので、このような膜を作る斜め延伸技術の開発が試みられてきた。
【０００５】
過去に行われた斜め延伸技術として最初に注目すべきものは、膜の側端に所定間隔で「耳」をつけ、これをクリップ等で止め、そのクリップを、進行と共に横方向に広がるエンドレスチエンやピッチスクリューで送るという発明(特許文献１)であった。この公報においては、左側のチエンにクリップした点と、より進行した右側のチエンにクリップした点を直線で結んで、膜がこの直線方向に斜めの「一軸引張り」を受けて延伸すると説明されている。その後、チエンの広がりを左右に与え、速度も左右で変えて、上記「一軸引張り」の角度と距離を増やす考案がされた(特許文献２)。しかし，これら方法はしわや延伸のむらが発生しやすく、高い品質の製品を作ることは困難であった。特に横方向への膜の広がりが、こうした欠陥を発生し易くする一因ともなっていたので、新たな発明として、いったん広げた膜を脱水して横方向に縮小し保護膜を張り合わせて固定する方法が考案された(特許文献３，４)。しかし、ここで挙げられた膜や接着材料に関する条件は厳しく、適用できる製品は限られ、装置は複雑で運転にも微妙な配慮が必要と思われる。そこで、現在は、より簡単で実用的な斜め延伸法の開発が求められている。
【特許文献１】特開平３−１８２７０１
【特許文献２】特開２０００−９９１２
【特許文献２】特開２００３−１９５０３４
【特許文献４】特開２００３−２０７６２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする課題は、まず、従来の方法に付いて膜の応力場を解析すると、特許文献１で説明されたような「一軸引張り」の状態にはなく、複雑な応力場となっているから、これをより単純な応力場にすることである。そのためには、チエンやピッチスクリュ−などに固定されて伸縮できなくなっている帯の側端部を、膜と共に伸縮する構造に代えることである。また、クリップ等で固定されたことが原因で、その周辺に生じている局所応力をなくし、膜全体について一様か、または一様に変化する、斜め延伸の応力場を作ることである。そして、保護膜との接着や脱水等に特別な配慮をせずに、しわや延伸のむらの少ない膜を連続的に製造する装置を考案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、帯状の膜に横方向の力を加えるため、図３に示すごとく、帯の側端に、長手方向には膜とともに伸び、横方向には膜の変形抵抗に十分耐える強度を持った、ゴム等の弾性ベルト３を設置する。そして、送り出しロール４まで送られた原料有機膜６の側端を弾性ベルト３に接着剤等を用いて固定する。弾性ベルト３は送り出しロール４の側面に設けられたベルト送り溝またはプーリー８とともに回転し、帯状の膜を送る。引張りロール５は、送り出しロール４の前方に設置され、その回転軸は送り出しロール４に平行に置かれるが、横方向には中心の位置が、図３（上面図）に示すごとく、ベルト傾斜角αを与える距離Dだけずれた位置に置かれる。そしてαの値は延伸後の膜７の偏光方向角θが所定だけ傾くように調整される。延伸後の膜は、カッター９または溶剤を用いて、弾性ベルト３から切り離され、引張りロール５または、連動する別の巻き取りロール５１に巻き取られる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の装置によって、帯状の膜の長手方向（縦方向）にほぼ一様な引張り応力、その直角方向(横方向)にほぼ一様なせん断応力となる応力場ができる。このとき、両応力が、図4に示すような根拠によって、分子の配向をきめ、斜めに延伸された帯状の偏光膜が作られる。この膜を通常の偏光膜と貼り合わせることによって、図1に示した、貼り合わせ時の無駄部分２をなくし、図2に示したような、歩留まりの高い、貼り合わせ偏光膜の生産を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の装置が、斜め偏光膜を作るための最良の形態は、延伸中に膜にかかる応力を考えることによって、次のように説明される。図3において、ロール４および５の軸に平行な方向をY、これと直角で膜の進む方向をX、原料有機膜６が弾性ベルト３に接着し、延伸が始まる位置をX=0とする座標を取る。そして、X方向の膜の速度をU(X)、Y方向の膜の速度をV(X)とすると、距離Xの位置で膜はX方向にε(X)＝｛U(X)-U(0)｝/U(0)の引張り歪、Y方向にγ(X)＝V(X)/U(X)のせん断歪を受ける。
【００１０】
これらの歪によって生じる応力を、それぞれ、σ(X)およびτ(X)とし、σを横軸、τを縦軸すると、材料力学の分野でよく知られたモールの円が図４（ａ）のように描ける。そしてこの図から、この膜を延伸する主応力の方向とX軸とのなす角θの大きさが、θ＝arctan{2τ(X)/σ(X)}／2と与えられる。また、主応力の大きさはσ１＝σ(X)/2 ＋｛（σ(X)/2）2＋（τ(X)）２｝１／２であり、この値は、従来のせん断のない場合に較べて、（τ(X)）２の分だけ大きくなっていることが分かる。
【００１１】
図4（ｂ）には、本発明を用いない通常の延伸におけるモールの円を示した。このときは膜にかかる力は引張り応力のみであるから、主応力の方向はX軸と一致し（θ＝０），その大きさはσ(X)となる。つまり、通常の膜の延伸において、分子の配向は主応力方向であったが、それが引張り方向と一致していたため、引張り方向とみなされてきた。
【００１２】
図４（ａ）のモールの円における主応力方向θは、応力σ(X) とτ(X)によって与えられているが、個々の有機膜の延伸における応力と歪の関係が分かれば、応力σ(X) とτ(X)を歪ε(X)とγ(X)に置き換えてθを知ることができる。近似的には、σ(X)＝Kε(X)、τ(X)＝Kγ(X)の如く、一つの比例定数Kによって関係付けられるとして、θ(X)が知られる。
【実施例１】
【００１３】
実施例として、斜め延伸装置の小型実験装置の設計例を示す。構造は図3に示したもので、原料有機膜６の厚さT(0)は100μｍ、延伸後の膜厚さT(L)は20μｍとする。延伸距離Lは2m、送り出しロール速度U(0)は１m/minとすれば、引っ張りロール速度は、U(L)＝U(0)*T(L)/T(0)＝５m/minとなる。そして延伸後の膜の縦方向歪は、ε(L)＝{U(L)−U(0)}／U(0)＝４となる。本発明に基づいて、弾性ベルトを設け、傾斜角αが30度となるように、引っ張りロールを配置すると、横方向の歪みは、γ＝tanα＝０．５８となる。そして、分子の配向する主応力方向と延伸方向X軸との傾き角は、θ＝arctan{2τ(L)/σ(L)}／2＝８．１度となる。
【実施例２】
【００１４】
弾性ベルトの傾斜角αを大きくするとθをさらに大きくすることができる。また、延伸率を下げ、膜厚比T(L)/T(0)を大きくすれば、同じαでも、主応力方向の傾き角θを大きくすることができる。図５には、膜厚比を０．２、０．４、０．６にしたときのαとθの関係を示す。
【００１５】
実際の装置で、分子の配向する傾き角θを大きくするために、ベルト傾斜角αを大きくとると、送り出しロール４および引張りロール５の近くで急にαが変化し、ベルトの運動に無理が生じて、応力場が急変し、膜の変形も不安定になる。そのときは、図６に示すようにベルトガイドローラー１０を設け、ベルトを徐々に傾けて所要傾斜角αをとるようにする。
【００１６】
また、送り出しロール４の位置で、原料有機膜６を弾性ベルト３に接着するとき、膜の引張り力のみでは接着が不十分なときは、図６に示すごとく膜押さえローラー１１を設け、接着を強化する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】通常の延伸膜を用いた張り合わせ法
【図２】斜め延伸膜を用いた張り合わせ法
【図３】発明された斜め延伸装置
【図４】モールの応力円による作用の説明
【図５】延伸膜厚比を変えたときのベルト傾斜角αと主応力(偏光)方向角θの関係
【図６】斜め延伸装置の補助ローラー等の説明
【符号の説明】
【００１８】
１：製品
２：無駄部分
３：弾性ベルト
４：送り出しロール
５：引張りロール
６：原料有機膜
７：延伸後の膜
８：ベルト送り溝またはプーリー
９：カッター
１０：ベルトガイドローラー
１１：膜押さえローラー
４１：原料膜ロール
５１：製品膜ロール
D：ロールのY方向ずれ距離
K：膜の応力と歪みの関係係数
L：膜のX方向延伸距離
T(X)：X位置での膜厚
U(X)：X位置での膜のX方向速度
V(X)：X位置での膜のY方向速度
X：送り出しロール中心を原点とする縦方向座標
Y：送り出しロール中心を原点とする横方向座標
α：X軸に対するベルト傾斜角
γ：横方向せん断歪み
ε：縦方向引張り歪み
θ：主応力がX軸となす角
σ：引張り応力
σ１：主応力
τ：せん断応力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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