JP2017181528A - 光拡散板及び照明器具 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来よりも熱可塑性樹脂基材と、光拡散性を有する塗膜である光拡散層との密着性が高く、また、光拡散層の硬度、耐傷性に優れた光拡散板及び、それを用いた照明器具を提供する。【解決手段】本発明に係る光拡散板１は、熱膨張係数が４×１０−５〜８×１０−５／Ｋである熱可塑性樹脂基材２と、熱可塑性樹脂基材２の表面に設けられ、ガラス転移温度が３０〜５０℃である一又は二以上のアクリル樹脂を含むアクリル樹脂膜３と、アクリル樹脂膜３に複合された平均粒子径が１〜１５μｍであるアクリル樹脂粒子４と、を含む光拡散層５と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光透過性と光拡散性とを有し、熱に対する耐久性を有する光拡散板に関する。また、本発明は、光透過性と光拡散性とを有し、熱に対する耐久性を有する光拡散板を用いた照明器具に関する。
ＬＥＤ光源は点光源であり、指向性が強い。よって、ＬＥＤ照明の照明カバーに用いられる光拡散板は、従来の照明器具に求められていた光透過性に加え、点光源であることを認識させない光源イメージの隠蔽性が求められる。つまり、従来に比べて、高い光拡散性が求められる。
そこで、従来から、光透過性、光拡散性の両立を図ることを目的として、基板の表面に粒子及びバインダーを含む内部散乱層と表面形状層とを設けた光拡散フィルムが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１１−２０９６５８号公報
しかし、照明器具に用いられる照明カバーは光源からの距離が近く、光源からの光の照射により、温度が上昇する。そのため、照明カバーに用いられる光拡散板において、基材と、基材表面に設けた光拡散性を有する塗膜との熱膨張の差によって、塗膜の剥離が生じる可能性がある。
よって、本発明では、従来よりも熱可塑性樹脂基材と、光拡散性を有する塗膜である光拡散層との密着性が高く、また、光拡散層の硬度、耐傷性に優れた光拡散板及び、それを用いた照明器具を提供する。
本発明に係る光拡散板は、熱膨張係数が４×１０−５〜８×１０−５／Ｋである熱可塑性樹脂基材と、熱可塑性樹脂基材の表面に設けられ、ガラス転移温度が３０〜５０℃である一又は二以上のアクリル樹脂を含むアクリル樹脂膜と、アクリル樹脂膜に複合された平均粒子径が１〜１５μｍであるアクリル樹脂粒子と、を含む光拡散層と、を有する。
また、本発明に係る照明器具は、光拡散板と、ＬＥＤ光源とを有し、光拡散板の熱可塑性樹脂基材側に、ＬＥＤ光源の発光面と熱可塑性樹脂基材とが向かい合うようにＬＥＤ光源が配置されている。
本発明に係る光拡散板及び照明器具においては、熱可塑性樹脂基材の熱膨張係数と、アクリル樹脂膜に用いるアクリル樹脂のガラス転移温度を規定することで、熱によるアクリル樹脂膜の剥離を抑制するとともに、耐久性に優れたアクリル樹脂膜を形成することができる。また、アクリル樹脂膜中にアクリル樹脂粒子を複合することで、樹脂膜と粒子との界面における屈折率差を抑制し、効率良く光を拡散することができる。
本発明に係る光拡散板を示す断面概略図 本発明に係る照明器具を示す断面概略図 本発明に係る照明器具の他の形態を示す断面概略図
［光拡散板］
図１を用いて、本発明の実施形態に係る光拡散板１を説明する。
光拡散板１は、熱可塑性樹脂基材２の一方の面２１に光拡散層５が形成されている。また、光拡散層５は、アクリル樹脂膜３と、アクリル樹脂膜３に複合されたアクリル樹脂粒子４とを備える。アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂は、一種のものを用いてもよいし、二種以上のものを混合して用いてもよい。
ここで、アクリル樹脂膜３の膜厚はアクリル樹脂粒子４の平均粒子径よりも薄いことが好ましい。これにより、光拡散層５の表面において、アクリル樹脂膜３からアクリル樹脂粒子４の一部が突出しやすくなる。そして、光拡散層５の表面に凹凸が形成され、光拡散性が向上する。
また、アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂の合計量１００質量部に対して、アクリル樹脂粒子４は１０〜３００質量部であることが好ましく、２０〜１００質量部であることがさらに好ましい。アクリル樹脂粒子４が少ない場合、光拡散板１は十分な光拡散性を得ることができない。また、アクリル樹脂粒子４が過剰であると、熱可塑性樹脂基材２とアクリル樹脂膜３との密着性及び、光拡散層５の耐久性が低下する。
以下で、熱可塑性樹脂基材２、アクリル樹脂膜３、及びアクリル樹脂粒子４として用いられる材料について説明する。
本実施形態において、熱可塑性樹脂基材２は、熱膨張係数が４×１０−５Ｋ〜８×１０−５Ｋであり、アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）が３０℃〜５０℃である。これらの熱可塑性樹脂基材２及びアクリル樹脂膜３を組み合わせることにより、熱可塑性樹脂基材２とアクリル樹脂膜３との密着性が向上し、また、光拡散層５の硬度、耐傷性などの耐久性が向上する。これは、Ｔｇが３０℃未満になると塗膜表面の硬度が低下することで、磨耗に対する耐性が低下し、Ｔｇが５０℃より大きくなると密着性が低下するためと考えられる。
熱可塑性樹脂基材２として用いる材料は、熱膨張係数が４×１０−５Ｋ〜８×１０−５Ｋであり、光透過性を有するものであれば特に限定されない。ここで、光透過性を有するとは、透明または半透明であることを指し、少なくとも全光線透過率が７０％以上であればよい。
熱可塑性樹脂基材２として用いる材料の具体例としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、メタクリルスチレン共重合体（ＭＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリ三フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレンアクリロニトリル共重合体（ＡＳ）などが挙げられる。このなかでも、耐熱性、コスト、加工性、光学特性などの観点から、熱可塑性樹脂基材２はポリカーボネートであることが特に好ましい。
参考のため、各材料の熱膨張係数を表１に示す。
Figure 2017181528
 本実施形態において、アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂は、ガラス転移温度が３０℃〜５０℃であれば特に限定されない。また、ガラス転移温度が３０℃〜５０℃のアクリル樹脂を一種のみ用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
ガラス転移温度が３０℃〜５０℃であるアクリル樹脂は、一種または二種以上の炭素‐炭素二重結合を有するモノマーの重合物である。モノマーの具体例としては、（メタ）アクリレート系モノマー、スチレン系モノマー、オレフィン系モノマー、及びビニル系モノマーなどが挙げられる。
より具体的に、（メタ）アクリレート系モノマーとしては、メチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシ−３フェノキシプロピル（メタン）アクリレートなどが挙げられる。
また、スチレン系モノマーとしては、スチレン、２−メチルスチレン、３−メチルスチレン、４−メチルスチレン、４−エチルスチレン、４−ｔ−ブチルスチレン、２，４−ジメチルスチレンなどのアルキル置換スチレン、α−メチルスチレン、α−メチル−４−メチルスチレンなどのα−アルキル置換スチレン、２−クロロスチレン、４−クロロスチレンなどのハロゲン化スチレンなどが挙げられる。
また、オレフィン系モノマーとしては、エチレン、プロピレンなどが挙げられる。また、ビニル系モノマーとしては、塩化ビニル、塩化ビニリデンなどが挙げられる。
本実施形態において、アクリル樹脂粒子４としては、平均粒子径が１〜１５μｍである粒子状のアクリル樹脂であれば特に限定されない。また、一種のアクリル樹脂粒子を用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
アクリル樹脂粒子４の平均粒子径が１μｍ未満の場合、十分な光拡散性を得ることができない。また、アクリル樹脂粒子４の平均粒子径が１５μｍより大きい場合、アクリル樹脂粒子４を複合して固定化するためにアクリル樹脂膜３の膜厚が厚くなり、光透過性が低下する。
アクリル樹脂粒子４として用いることのできる、粒子状であるアクリル樹脂の具体例としては、メチレングリコール、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリル酸エジ（メタ）アクリル酸エチレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸ポリエチレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸１，３−ブチレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸１，４−ブタンジオール、ジ（メタ）アクリル酸１，６−ヘキサンジオール、ジ（メタ）アクリル酸ネオペンチルグリコール、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリル酸エステル、ジ（メタ）アクリル酸ポリプロピレングリコール、ジ（メタ）アクリル酸ポリテトラステル、エトキシレーテッドトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリル酸エステル、プロポキシレーテッドトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリル酸エステル、グリセリントリ（メタ）アクリル酸エステル、エトキシレーテッドグリセリントリ（メタ）アクリル酸エステルなどが挙げられる。
また、アクリル樹脂粒子４は、多孔質であることが好ましい。アクリル樹脂粒子４が多孔質であることにより、アクリル樹脂粒子４の有する細孔によっても光が拡散され、光拡散性が向上する。アクリル樹脂粒子４が多孔質である場合において、多孔質の平均細孔径は１０〜１００ｎｍであることが好ましい。
本実施形態においては、アクリル樹脂膜３と、アクリル樹脂粒子４とを複合することにより、光拡散層５を形成する。樹脂膜及び粒子がともにアクリル樹脂製であることから、アクリル樹脂膜３とアクリル樹脂粒子４との界面における屈折率差が小さく、異なる原料の材料を用いた場合に比べて優れた光拡散性、光透過性を示すことができる。
以下で、本実施形態に係る光拡散板１の製造方法について説明する。
まず、アクリル樹脂膜３として用いられるアクリル樹脂と、アクリル樹脂粒子４と、硬化剤とを混合し、樹脂組成物を作製する。さらに、樹脂組成物に希釈溶剤を加え、樹脂組成物の塗料を調整する。そして、樹脂組成物の塗料を熱可塑性樹脂基材２の一方の面２１に塗布し、さらに加熱乾燥を行うことで、塗膜を硬化し、光拡散層５を形成する。
硬化剤は、アクリル樹脂膜３として用いられるアクリル樹脂を硬化するものであれば特に限定されない。具体例としては、シリコン系樹脂、イソシアネート系樹脂、アミノ系樹脂などが挙げられる。
また、熱可塑性樹脂基材２は平板状のものを用いてもよいし、予め所定の形状に成形されたものを用いてもよい。
また、光拡散板１は、熱可塑性樹脂基材２として平板状のものを用い、光拡散層５を形成した後に、真空成形によって延伸し、所定の形に成形してもよい。
［照明器具］
図２を用いて、本発明の実施形態に係る照明器具１０を説明する。
照明器具１０は、照明基板１１に複数のＬＥＤ光源１２を備え、ＬＥＤ光源を覆うように照明カバーとして光拡散板１が設けられている。また、光拡散板１は、熱可塑性樹脂基材２側の面がＬＥＤ光源１２と向かい合うように設けられている。
光拡散板１にはＬＥＤ光源１２から光が照射されることにより、熱が加えられる。しかし、熱可塑性樹脂基材２の熱膨張係数が４×１０−５Ｋ〜８×１０−５Ｋであり、アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）が３０℃〜５０℃であるため、熱可塑性樹脂基材２とアクリル樹脂膜３との密着性が高く、アクリル樹脂膜３の剥離を抑制することができ、さらに耐久性にも優れている。
本実施形態においては、光拡散板１が平板状のものを示したが、光拡散板１は、図３のようにドーム型とし、照明カバーとして用いてもよい。
また、本実施形態においては、ＬＥＤ光源１２を複数有する照明器具１０を示したが、ＬＥＤ光源１２の数は限られず、一つでもよいし、複数でもよい。
また、本実施形態においては、光拡散板１を熱可塑性樹脂基材２側の面がＬＥＤ光源１２と向かい合うように設けたが、光拡散層５側の面がＬＥＤ光源１２と向かい合うように設けてもよい。
以下で、本実施形態に係る光拡散板の実施例、及び比較例について説明する。
（実施例１）
アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂として、ガラス転移温度が３０℃であるアクリル樹脂（ＤＩＣ株式会社製アクリディック Ａ−９５１０）を用い、アクリル樹脂粒子４として、平均粒子径８μｍ、細孔径２０ｎｍの架橋ポリメタクリル酸メチル多孔質球状微粒子（積水化成品工業株式会社製 ＭＢＰ−８）を用いた。また、硬化剤として、加水分解性シリル基含有シリコン化合物（ＤＩＣ株式会社製アクリディック ＦＺ−５２３）を用いた。また、熱可塑性樹脂基材２として、ポリカーボネート（三菱エンジニアリングプラスチック株式会社製ユーピロン Ｈ−４０００）を用いた。
まず、アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂１００質量部に対して、硬化剤を２０質量部、アクリル樹脂粒子４を５０質量部混合し、希釈溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテル（関東化学社製）を６００質量部加えて樹脂組成物の塗料を調整した。
そして、調整した樹脂組成物の塗料をポリカーボネート（三菱エンジニアリングプラスチック株式会社製ユーピロン Ｈ−４０００）の基材に塗布膜厚６μｍになるように塗布し、８０℃で１５分間加熱乾燥することによって、塗膜を硬化し、光拡散層５を形成した光拡散板１を製造した。
（実施例２）
アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂として、ガラス転移温度が５０℃であるアクリル樹脂（ＤＩＣ株式会社製アクリディック Ａ−９５４０）を用い、硬化剤として、加水分解性シリル基含有シリコン化合物（ＤＩＣ株式会社製アクリディック ＦＺ−５２１）を用い、熱可塑性樹脂基材２として、スチレン・アクリロニトリル共重合体（ダイセルポリマー株式会社製 セビアン−Ｎ０２０）を用いた以外は、実施例１と同様に光拡散板１を製造した。
（実施例３）
アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂として、ガラス転移温度が３０℃であるアクリル樹脂（ＤＩＣ株式会社製アクリディック Ａ−９５１０）と、ガラス転移温度が５
０℃であるアクリル樹脂（ＤＩＣ株式会社製アクリディック Ａ−９５４０）とを質量比で７：３となるように混合した樹脂を用いた以外は、実施例１と同様に光拡散板１を製造した。
（実施例４）
アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂１００質量部に対して、アクリル樹脂粒子４を１００質量部混合したこと、調整した樹脂組成物の塗料を基材に塗布膜厚３μｍになるように塗布したこと以外は、実施例１と同様に光拡散板１を製造した。
（実施例５）
アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂１００質量部に対して、アクリル樹脂粒子４を２０質量部混合したこと、調整した樹脂組成物の塗料を基材に塗布膜厚１０μｍになるように塗布したこと以外は、実施例１と同様に光拡散板１を製造した。
（実施例６）
アクリル樹脂粒子４として、平均粒子径８μｍの架橋ポリメタクリル酸メチルの無孔質球状微粒子（積水化成品工業株式会社製 ＭＢＸ−８）を用いた以外は、実施例１と同様に光拡散板１を製造した。
（実施例７）
調整した樹脂組成物の塗料を基材に塗布膜厚２０μｍになるように塗布したこと以外は、実施例１と同様に光拡散板１を製造した。
（実施例８）
アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂１００質量部に対して、アクリル樹脂粒子４を５質量部混合したこと以外は、実施例１と同様に光拡散板１を製造した。
（比較例１）
アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂として、ガラス転移温度が９０℃であるアクリル樹脂（ＤＩＣ株式会社製アクリディック ＢＺ−１１６０）を用いた以外は、実施例１と同様に光拡散板１を製造した。
（比較例２）
アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂として、ガラス転移温度が１５℃であるアクリル樹脂（ＤＩＣ株式会社製アクリディック Ａ−９５２１）を用い、硬化剤として、加水分解性シリル基含有シリコン化合物（ＤＩＣ株式会社製アクリディック ＦＺ−５２１）を用いた以外は、実施例１と同様に光拡散板１を製造した。
（評価）
（光拡散性評価）
ヘーズメーター（日本電色工業株式会社製「ＮＤＨ２０００」）を用いて、実施例１〜８、比較例１〜２の光拡散板について、全光線透過率を測定した。測定は光拡散層側を光源に向けて測定した。全光線透過率が６０％以上あり、かつ、光均一性がありランプイメージがない状態であれば、優れた器具効率と光均一性を両立できていると言えるため、以下のような判定基準とした。
・判定基準
６５％以上：〇
６０〜６５％：△
６０％未満：×
（外観評価）
パナソニック社製スクエアベースライトＸＬ５２４ＰＦＵＬＴ９を用い、実施例１〜８、比較例１〜２の光拡散板１について、光源イメージの隠蔽性を目視により確認した。光拡散板１はこの器具に合うサイズ（３５０×３５０ｍｍ）に切り出し、測定は光拡散層側を光源に向けて、以下のような判定基準で評価した。
・判定基準
Ａ：光源形状が確認できず発光が均一である。
Ｂ：光源形状はぼやけているが、隣り合うＬＥＤ光源の間隔が判別できる。
Ｃ：光源形状が確認できる。
（一次密着性評価）
ＪＩＳ Ｋ−５６００−５−６に準じて、実施例１〜８、比較例１〜２の光拡散板１における熱可塑性樹脂基材２とアクリル樹脂膜３の密着性を碁盤目試験により測定した。
（二次密着性評価）
沸騰水に実施例１〜８、比較例１〜２の光拡散板１を試験サンプルとして３０分間浸漬後、を取り出して乾燥し、ＪＩＳ Ｋ−５６００−５−６に準じて熱可塑性樹脂基材２とアクリル樹脂膜３の密着性を碁盤目試験により測定した。
（表面硬度評価）
ＪＩＳ Ｋ５６００（塗料一般試験方法）における引っかき硬度（鉛筆法）に準じて、実施例１〜８、比較例１〜２の光拡散板１における光拡散層５の硬度を測定した。
（耐傷性評価）
スチールウール（等級：＃００００番）を用いて１００ｇ／ｃｍ２の荷重にて１０往復、実施例１〜８、比較例１〜２の光拡散板１における光拡散層５を磨耗し、磨耗後の被膜表面における傷の有無を評価した。判定基準は以下のようにした。
・判定基準
○：目視により傷が確認できない、あるいは傷が２本以下である。
×：傷が２本以上確認できる。
実施例１〜８、比較例１〜２の光拡散板１について条件をまとめたものを表２に、各評価を行った結果を表３に示す。
Figure 2017181528
Figure 2017181528
 比較例１の光拡散板１では、アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂のガラス転移温度が９０℃と高いため、二次密着試験で塗膜剥離が確認された。また、比較例２の光拡散板１では、アクリル樹脂膜３に用いられるアクリル樹脂のガラス転移温度が１５℃と低いため、熱可塑性樹脂基材２とアクリル樹脂膜３との密着性は確保されるが、アクリル樹脂膜３の表面硬度が低下し、耐傷性が低下する。
一方、実施例１〜８の光拡散板１では、一次密着性、二次密着性、表面硬度、耐傷性のいずれにおいても優れた結果を示した。
実施例６では、粒子状のアクリル樹脂が多孔質ではなく無孔質の球状粒子であり、粒子の比表面積が低下するため、光拡散性及び光透過性がやや低下する。
実施例７では、アクリル樹脂膜３の膜厚がアクリル樹脂粒子４の平均粒子径よりも厚いため、表面の凹凸が減少し、光の透過性がやや低下する。
実施例８では、アクリル樹脂粒子４の含有量が少なく、光拡散性が低下し、光源イメージの隠蔽性がやや低下する。
以上のように、本願発明に係る光拡散板１及び照明器具１０においては、熱膨張係数が４×１０−５Ｋ〜８×１０−５Ｋである熱可塑性樹脂基材２の一方の面２１にガラス転移温度（Ｔｇ）が３０℃〜５０℃であるアクリル樹脂を用いてアクリル樹脂膜３を形成することで、密着性及び耐久性に優れた光拡散板１及び照明器具１０を提供することができる。
１ 光拡散板
２ 熱可塑性樹脂基材
３ アクリル樹脂膜
４ アクリル樹脂粒子
５ 光拡散層
２１ 一方の面
１０ 照明器具
１１ 照明基板
１２ ＬＥＤ光源

Claims (8)

  1. 熱膨張係数が４×１０−５〜８×１０−５／Ｋである熱可塑性樹脂基材と、
    前記熱可塑性樹脂基材の表面に設けられ、ガラス転移温度が３０〜５０℃である一又は二以上のアクリル樹脂を含むアクリル樹脂膜と、前記アクリル樹脂膜に複合された平均粒子径が１〜１５μｍであるアクリル樹脂粒子と、を含む光拡散層と、
    を有する、光拡散板。
  2. 前記光拡散層が、前記アクリル樹脂の合計量１００質量部に対して、前記アクリル樹脂粒子を１０〜３００質量部含む、請求項１に記載の光拡散板。
  3. 前記アクリル樹脂粒子が多孔質である、請求項１又は２に記載の光拡散板。
  4. 前記多孔質の平均細孔径が１０〜１００ｎｍである、請求項３に記載の光拡散板。
  5. 前記アクリル樹脂膜の膜厚が、前記アクリル樹脂粒子の平均粒子径よりも小さい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光拡散板。
  6. 前記熱可塑性樹脂基材が、ポリカーボネートである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光拡散板。
  7. 請求項１〜６に記載の光拡散板と、ＬＥＤ光源とを有し、
    前記光拡散板の前記熱可塑性樹脂基材側に、前記ＬＥＤ光源の発光面と前記熱可塑性樹脂基材とが向かい合うように前記ＬＥＤ光源が配置された、照明器具。
  8. 請求項１〜６に記載の光拡散板と、ＬＥＤ光源とを有し、
    前記光拡散板の前記光拡散層側に、前記ＬＥＤ光源の発光面と前記光拡散層とが向かい合うように前記ＬＥＤ光源が配置された、照明器具。
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