フィルム
フィルムの用途として近年急速に拡大している市場にLCDやPDPなどフラットディスプレイパネル(FDP)の構成材料の分野がある。画面の大型化や表示画像への要求が高まるにつれ、光学特性を有しかつ軽量なフィルムが数多く採用されている。
FDPの急速な普及に伴い、光学フィルムには様々な技術的命題が課せられている。LCD用を例に挙げると、主なものに広幅化とコストダウンがある。FDP用フィルムは基本的に画面サイズよりも小さなフィルムを繋いで使用することができない。従来は32~37インチが主流だったLCDは大型化の流れが進んでおり、今後は40インチ以上のものが中心になると言われている。フィルム原板から切り出す際の効率を理由に、これら大画面化に対応すべく従来の1,500mm幅から2,000mm幅以上のフィルムを量産する技術確立への取り組みが為されている。
一方、トータルコストを抑えるべく、複数の機能を1枚のフィルムに統合する開発も行なわれている。実例として偏光層保護フィルムと位相差フィルムを1層化したフィルムなどが上市されている。
反射防止フィルム(LCD用、PDP用)
「防眩(アンチグレア - AG)フィルム」とも呼ばれ、画面の最も外側にあり保護や防塵とともに外からの光の映りこみを防止する。主に厚さ100µmのPETやTACフィルムに、フッ素モノマーその他複数の屈折率が異なる反射防止材料を多層コーティングして製造される。ディスプレイ以外にも、自動車のメーターパネルや住宅・建築用途などでも使用される。
配向フィルム(LCD用)
LCDの液晶層にじかに接触し、あらかじめラビング処理を施して設けられた表面の微細な溝は液晶分子にプレチルト角を付与する。液晶との強い相互作用、高い異方性、高耐熱などの要求物性から、ポリイミド樹脂(PI)フィルムが主に使用されている。しかしながら、異物混入を最大限排除しなければならないLCD製造工程においてダスト発生が起こりやすいラビング処理を排除するため、改良が検討されている。
偏光フィルム(LCD用)
LCD内部には、液晶層を挟み、光線吸収軸を直角に交差させた2枚の偏光フィルムが使用されている。その要求物性は単体偏光度(T1)および2枚を平行に重ねた時の偏光度(T2)がより高く、2枚を直交して重ねた時の偏光度(T3)がより低いものが好ましい。材料は基材のPVAフィルムをヨウ素や有機系染料で染色し、2~3倍程度に一軸延伸することで染料分子を規則的に並べ、吸収二色性を持たせている。
偏光層保護フィルム(LCD用)
強度に劣る偏光フィルムを支持・保護する。透明性を持ちつつモアレ模様などの光学的な不均一性が起こらないPETやTACフィルムを主な素材としている。
位相差フィルム(LCD用)
「光学補償フィルム」のひとつ。バックライトの光は1枚目の偏光フィルムで一旦は直線偏光化されるが、液晶層などを通じて楕円偏光化してしまう。これを再び直線偏光に変換する。複屈折率の高さ、位相差の均一性、低吸湿性、耐熱性などの要求に加え、加工性の良さから延伸されたPCフィルムが主に用いられる。最近は、液晶ポリマー(LCP)フィルムや広幅化などに対応するシクロオレフィン樹脂(COP)フィルムまたはアクリル樹脂系フィルムの使用も増えている。
視野角向上フィルム(LCD用)
「光学補償フィルム」のひとつ。黒のコントラストをどの方向から見ても鮮明にするため、屈折率を一定に保持し光の洩れを抑えてコントラストを高めることで視野角を拡げる機能を持ち、LCDの大画面化には欠かせない。TFT液晶向け視野角向上フィルムは「ワイドビュー(WV)フィルム」とも呼ばれ、主にTACフィルムにディコティック液晶を特定の向きに固定しコーティングして製造される。
輝度向上フィルム(LCD用)
バックライトから照射される光を集光し、LCDの輝度を高める。異なる屈折率を持つ二層で形成され、波長に合った光を選択して透過させ、反射した光はミラー層で跳ね返して再度輝度向上フィルムに照射する。これを繰り返して透過光の量を効率的に高める。最低限光の三原色に対応するそれぞれの層を積層させる必要がある。材質はアクリル樹脂を積層したPETフィルム、コレステリックLCPフィルム、無変性と変性NYの多層フィルムなどが使用されている。
電磁波シールドフィルム(PDP用)
プラズマディスプレイパネルが放出する電磁波(近赤外線 - NIR)を、可視光を透過させつつ遮蔽する。微細な金属粒子をコンパウンドまたはコーティングなどの手法で混ぜ込む方法が主流。
光学機器内部などで、可視光を遮断するために使用する。PETに隠蔽材料としてカーボンブラックをコンパウンドし、成型したフィルム表面に反射防止性を高めるためのマット加工を施している。
特定周波数選択遮断フィルム(透明電波遮断フィルム)
PDP用の近赤外線遮断フィルムと同様に、透明さを維持しながら特定周波の電波を遮断・吸収する。周波数の選択はコーティングする金属粒子の種類や数量・分布の調整をする方法と、コーティング剤を特殊なパターンでフィルム上に印刷する際にその大きさを変更することで調整する手法 などがある。これらコーティング材料の分散量や屈折率などを調整し、フィルムとしての透明性をもたらしている。
ウインドウフィルムの一種として利用される「赤外線遮断フィルム」の他、光線による劣化の防止や引き付けられる虫が寄ってこないように人工灯のカバーなどに使用される「紫外線遮断フィルム」などもこれに含まれる。
光学ローパスフィルター(OLPF)フィルム
CCDなどの撮影装置に配置された、画素の配置ピッチに対応する周波数が発生させるモアレを防止するOLPF機能を持つフィルム。一般には1mm厚以上の水晶が使われるが、携帯電話用カメラなど薄型の撮影機器向けには熱硬化性樹脂を自己組織化させた特殊なフィルムが開発されている。
主にPETフィルムをベースに、各種の無機材料をスパッタリングにてコーティングして製造される。
現在、スマホ撮影の普及によって、スマホカメラレンズ専用のレンズカバーも登場。スマホ専用のアクセサリーメーカーNIMASOは2020年より、iPhone専用のレンズカバーを販売している。
レンズカバーは基本的に、レンズフィルターと同様に、PETフィルムをベースに、各種の無機材料をスパッタリングにてコーティングして製造される。けど、スマホ用のレンズカバーは、そこを通過する光に制限を与えるカラーフィルタの機能を備えない。
機能性フィルムの意味および分類は非常に広範囲に及び、その定義は明確ではない。これは、薄層材料が担う役割が多岐に及び、そのような要求に対応すべく多方面からもたらされた技術が集結してそれぞれの成果を結びつけつつある段階にあり、産業界において用語としての意味づけが定まっていないためである。事実、上述した「光学フィルム」のうち、いくつか「機能性フィルム」と称されることもある。以下具体例を列挙する。
ビニールハウスなど屋外で使用するフィルムには、一定の光線透過とともに耐候性が求められる。従来はPVCフィルムが多用されていたが透明性や安価な点から採用されていたもので耐候性は必ずしも良好ではなかった。近年では他の材料への切り替えも進み、PCフィルムやポリオレフィン系フィルムなどが利用されている。フッ素樹脂の一種であるエチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)フィルムは耐久性や光透過性および曲線施工の容易さなどが評価され、ドイツのアリアンツ・アレーナでの使用を皮切りに北京オリンピック会場など建築分野での採用が拡大している。
導電性が付与されたフィルムの総称。ほこりなどを付着させる静電気を防止するものを「帯電防止フィルム」、実際にフィルムに通電させるものを「導電フィルム」と区別する場合もある。これらは用途での区別のほかに、表面固有抵抗値によっても分類される。また、「異方性導電フィルム」のように意図的に方向性を持たせるフィルムも存在する。
導電性の付与には、フィルム表面に二次加工を施す手法と、素材内に導電性物質をコンパウンドさせフィルム成型する手法がある。前者の代表例には金属めっきや蒸着・スパッタリング・コーティングがあり、銀行のATMなどを操作する非接触型タッチパネルや、特定なパターンを形成してICタグのアンテナなどの用途に使用される。後者ではカーボンファイバー・カーボンナノチューブ・金属などを素材中に分散させる手段が用いられる。
携帯電話などの回路基板として使用されるフレキシブルプリント配電板(FPC)やフレキシブル銅張積層板(FCCL)のベースには、耐熱性や寸法安定性の高いPIフィルムが使用されている。他の素材としてはLCP・PET・PENなども用いられる。
低温プレス接着に対応しつつはんだ接着をも可能とする耐熱性を有した基板用フィルムとして、スーパーエンプラの中でも最高レベルの耐熱性を持つポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂をベースに20層以上の多層成型をおこなったフィルムは注目されている。
露光やエッチングにより基材にパターンを形成する材料としては液体のフォトレジストが一般的だが、ガラスとの密着性には難がある。感光性フィルムはガラスエッチングに適しており、微細パターンの形成性や腐食性の高いフッ酸への耐性なども評価されている。
材料を保護するフィルムのうち包装用フィルムよりも複雑な機能を有するものを総称して「保護フィルム」(または「プロテクトフィルム」、「マスキングフィルム」など)と分類する。材料の製造時から運搬および加工までにおいて使用されるが、いずれかの工程において剥がされ、最終製品の材料には使われない場合が多い。代表的なものとして、オレフィン系などのフィルムに粘着層をコーティングした「粘着フィルム」がある。これは、輸送時にキズつきや汚れが生じやすい家具やシステム・キッチンなどの化粧板や塗装面を保護するために一面に貼り付け、設置後に容易に剥がすことができるものである。
キズや汚れまたは埃の付着等その機能を損ないかねない損傷からフィルム材料を保護するために、本体とは別に片面または両面に貼り合わせるPETやポリメチルペンテン(TPX)フィルムなども保護フィルムの一種に当たる。これらは、シリコーンの塗布や接着剤の種類選定などによって、フィルム材料を使用する直前に容易に剥がせるような工夫が施されており、その機能から「剥離フィルム」と呼称される。光学フィルムやプリント配電盤用フィルムの保護に使用される剥離フィルムには、剥がす前の状態で各種の検査を受ける必要があるため、透明性や異物排除が特に強く求められる。
金属製品を錆から保護することを目的とした「防錆フィルム」は、透湿性が低いフィルムに常温で気化する防錆剤をコンパウンドし、意図的にブリードアウト現象を起こさせて金属表面に付着させる機能を持つ。同様の効果を持つ防錆紙と比較すると、防湿性があるために効果が高く、またPETなど透明なフィルムを使用することで金属製品の外観を常時観察できる利点もある。
また、電子回路など微細成型を施す部品をほこりなどから守る「カバーレイフィルム」も、保護を目的としたフィルムの一分野に当たる。
スマートフォンのディスプレイの損壊を防止するガラスフィルムも保護フィルムの一種とされる。しかし、ガラスフィルムは、一般的なPET素材によって作られる保護フィルムと異なり、ガラスから製造される。NIMASOの検証によれば、ガラスフィルを装着した場合、スマートフォンが落下した際に、落下面にある砂などの粒子によるディスプレイに与える損傷を小さくすることができる。
単体では成型が難しい材料や脆い材料を薄層状に成型する場合に、フィルム上にコーティングなどの方法を用いて一旦形成した後で望む製品表面に移す手法がある。この手法の基板となるフィルムは「転写フィルム」と呼ばれ、保護フィルムと同様に基本的に最終製品の材料にはならない。衣類向けでは、カラープリンターやコピー機で画像をウレタン(PU)フィルムに印刷し熱プレスでTシャツなどの衣類に転写する「プリントフィルム」や、PETフィルム上にカラー層とホットメルト層をコーティングしプロッターで任意な形に切り、熱プレスでスポーツ用ユニフォーム上に名前やゼッケンを転写する「カラーフィルム」などがある。
金属や合成樹脂成型品の表面に木目調などの印刷画像を転写する例では、水溶性のPVAフィルムが使われ転写後に水槽に浸漬しフィルムだけを溶かし、あらかじめ沈めておいた成型品を水面上に引き上げて写し取る。金属色の印刷面を転写したフィルムは、めっき装飾の代替市場で採用されている。
フォトレジストや蛍光材料などの機能膜を転写する例では「トランサー」または「ドライ(DFR)フィルム」があり、極性の大きなPPや二軸延伸PETフィルムが主に使用される。これらは、基板の回路パターンを形成するレジスト塗布工程において精密加工や同じパターンの大量生産に適している。
研磨フィルム(ラッピングフィルム)
やすりなどと同様に、シリコンウェハーやガラスディスクなどの仕上げにおいて研磨工程にて使用される。 シリカやダイヤモンドなどの微細粒子をPPやPETフィルムなどの表面にコーティングして製造される。これは廃液を生じる研磨剤スラリーの代替として開発された。
自動車や住宅などの窓に貼り、断熱や遮光、破損時の破片飛散防止などを目的としたフィルム。耐光線劣化性に優れたPETフィルムを基材とし、ハードコートを施して耐磨耗性を向上させたものが多い。建築材料用の「防犯フィルム」はアクリル接着層などを含む多層から成り、侵入防止やUL規定No.972-1984に合格するレベルの防爆などへ対応したものもある。自動車フロントガラス用には、ポリビニルブチラール(PVB)フィルムが挟み込まれている。
また、光触媒など親水性材料をコーティングし表面の曇りや水滴付着を防止した「防曇性(FG)フィルム」もウインドウフィルムの一分野にあたる。
フィルム上に印刷や模様を転写し、装飾に使用される。ペットボトルのラベルから、ラッピングバスのように自動車外装を包む「ラッピングフィルム」の例や、大型の看板、鏡面加工を施してディスプレイ材料とするなど多様な使用例がある。あらかじめ色をつけたフィルムに粘着層をコーティングしたカッティングシートは、コンピュータグラフィックスデザインを直接プリントする転写フィルムに取って変わられた。
フィルム状に成型されたホットメルト樹脂接着剤。加熱することで材料を接着できる。EVA・PU・PE・オレフィン系・NYなどがあり、衣類や自動車内装など用途に応じて選択される。
冷蔵庫や洗濯機などの筐体には、振動などにより生じる共鳴や騒音などを防ぐために制振鋼板(または制振合金)が多く使用される。これらのうち、サンドイッチ型制振鋼板は薄い鋼板2枚の間にフィルムを挟みこんだ構造をしている。フィルムの素材はPE・PUなどの他にニトリルゴムなども使用されており、比較的厚みのあるものが使用される。また、コンパウンド型導電フィルムを使用して電気溶接に適応したものもある。
焼却や産業廃棄物としての処理を必要としない生分解性プラスチックを使用したフィルム。農業用途などでの利用が拡大している。また、包装用途に適応させるための機械適性・ヒートシール対応やシュリンクフィルムもポリ乳酸(PLA)ベースなどで開発が進んでいる。
雑菌の繁殖を抑制する材料を含ませ、抗菌機能を持たせたフィルム。表面に貼り付けることで、プラスチック部品そのものに比較的高価な抗菌剤をコンパウンドさせる手法よりもコストを低減できる。PSやPEフィルムを基材とする場合が多い。使用される抗菌剤は、銀イオン化合物などの無機系・酸化チタンなど光触媒系材料のほかに、わさび成分など天然材料を利用したものもある。
固体高分子型燃料電池に利用される。イオン交換基を生成したフッ素系フィルムが使用される。
防水透湿性能をフッ素系フィルムで付与している。
フィルムが常温の気体を透過させる性質。単位:ml/m2・day・Mpaまたはfmol/(m2・s・Pa)で表示され、対象のガスとしては二酸化炭素、窒素、酸素で評価されるのが一般的。JIS K-7126およびASTM D1434-82で規定される。
ガスバリア性が低いということは逆にガスの透過・発散に優れていることを示し、野菜の包装用フィルムでは鮮度保持のために二酸化炭素に対する低ガスバリア性が機能として求められる。
フィルムが水蒸気を透過させる性質。単位:g/m2・day・40℃,90%RHで表示され、JIS Z-0208、JIS K-7107、ASTM E96-94で規定される。
フィルムが香りの成分を透過させず維持する性質。ガスバリア性とはほぼ相関するが、必ずしも一致しない。また、香りの成分とフィルム素材の相性によっても効果が異なる。例えば、保香性が高いとされるPETフィルムとPCフィルムについて、バニラ香料は前者が高く後者は低い。これがしょう油の香り成分ではまったく逆の結果となる。
フィルムが反り、またはひとりでに巻いた状態になる現象。多層フィルムや剥離ライナーと貼り合わせたフィルムでは成型後の各材料に残留した応力や熱収縮の差異で生じやすい。これらを予防するには製造時の張力(テンション)を調整して対応する。また、単体でも吸湿などによりカールが生じることがある。また、キャスティング機の温度設定でもカールの極性を変化させることができる。
フィルムに角や突起を当てたり、折り曲げたり摩擦させたりするなどの外的な力が加わると生じる微細な穴。
ブロッキング(Blocking)
ロール状で保管されているフィルムの層が固まってしまうトラブル。経時変化や劣悪な保管状況などにより発生することがある。
嗹(れん)
包装フィルム業界で使われる独特の単位。面積500 m2を1嗹とし、基本的にフィルムの幅を問わない。