JP2005247999A - 光拡散性樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 光拡散性の成形品よりなる部材、例えばＬＥＤを用いた各種表示用のカバーやレンズ、例えばＬＥＤ信号灯器のレンズ又はレンズカバー、照明カバー、照明看板、透過形のスクリーン、各種ディスプレイ、液晶表示装置の光拡散シート、導光板などの材料として有用な光拡散性樹脂組成物を提供すること。さらに詳しくは、ポリカーボネートとアクリル−スチレン系共重合体微粒子からなり、全光線透過率、ヘイズともに高く、特にＬＥＤを用いた各種表示用のカバーやレンズとして用いた場合、ＬＥＤのぎらつきのない表示が可能な光拡散性樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】 ポリカーボネート樹脂１００重量部に、屈折率が１．５０５〜１．５７５で重量平均粒子径が０．５〜３０μｍのアクリル−スチレン系共重合体微粒子０．１〜５．０重量部を含有してなる光拡散性樹脂組成物。
【選択図】 なし

Description

本発明は、光拡散性の成形品よりなる部材、例えばＬＥＤを用いた各種表示用のカバーやレンズ、例えばＬＥＤ信号灯器のレンズ又はレンズカバー、照明カバー、照明看板、透過形のスクリーン、各種ディスプレイ、液晶表示装置の光拡散シート、導光板などの材料として有用な光拡散性樹脂組成物に関する。さらに詳しくは、ポリカーボネートとアクリル−スチレン系共重合体微粒子からなり、全光線透過率、ヘイズともに高く、特にＬＥＤを用いた各種表示用のカバーやレンズとして用いた場合、ＬＥＤのぎらつきのない表示が可能な光拡散性樹脂組成物に関するものである。

ポリカーボネートは、耐衝撃性、耐熱性、透明性に優れた熱可塑性樹脂として幅広い用途があり、また、無機ガラスに比較して軽量で、生産性にも優れているので、照明カバー、照明看板、透過形のスクリーン、各種ディスプレイ、液晶表示装置の光拡散シート、導光板など光拡散性の要求される用途にも好適に使用できる。
また、該ポリカーボネートに光拡散性を付与するためには、ガラス、シリカ、水酸化アルミニウム等の無機化合物の添加が提案されているが、成形加工時や押出加工時の熱安定性が低く、衝撃強度など機械的強度の低下が大きいという欠点があった。
このような欠点を改良した光拡散性ポリカーボネート樹脂として、例えば特許文献１には、ポリカーボネート樹脂１００重量部に対して、該ポリカーボネート樹脂との屈折率差が０．０８より大きく、かつ少なくとも部分的に架橋しており、その重量平均粒径が０．５〜１００μｍの範囲にあるポリメチルメタアクリレート微粒子０．０５〜２０重量部を分散添加せしめた光拡散性ポリカーボネート樹脂が開示されているが、その実施例に記載の如く、全光線透過率は８０％未満と低く、実用性に劣るものであった。

特許文献２には、光拡散板用に好適な成形材料として、芳香族ポリカーボネート樹脂１００重量部とビーズ状架橋アクリル樹脂０．０１〜１重量部とからなる光拡散性樹脂組成物が開示されているが、ＬＥＤ光源を用いた際のぎらつきを無くす性能は不十分であった。
特許文献３には、光線透過率や光拡散性の優れた樹脂組成物として、ポリカーボネート樹脂（Ａ）１００重量部あたり、炭酸カルシウム（Ｂ）０．１〜５重量部、酸化チタン（Ｃ）０．０１〜０．３重量部およびポリオルガノ水素シロキサン（Ｄ）０．０００１〜２重量部からなることを特徴とするポリカーボネート樹脂組成物が開示されているが、熱安定性や耐衝撃性の点で満足できるものではなく、更に、全光線透過率も不十分なものであった。
特許文献４には、ポリカーボネート樹脂９９．７〜８０重量％、および平均粒径１〜３０μｍの透明微粒子０．３〜２０重量％の合計１００重量部と、蛍光増白剤０．０００５〜０．１重量部からなる樹脂組成物より形成された、厚み０．５〜３．０ｍｍのポリカーボネート樹脂製直下型バックライト用光拡散板が開示されているが、蛍光増白剤を用いて輝度を向上させているため、熱安定性が不十分であり、成形加工時、押出時の変色、リサイクル時の変色を生じやすく、実用性の低いものであった。
また、特許文献１〜４の成形品や樹脂組成物からなる成形品は、光源として、光束が低く指向性の高いＬＥＤを用いた場合の記載が無く、しかも、仮にこれらの成形品をそのような用途に用いた場合でも、ＬＥＤのぎらつきをなくすことは困難であり、そのため、視認性の優れた表示は不可能であった。

特開平０３−１４３９５０号公報 特開平１０−０４６０１８号公報 特開２０００−１６９６９５号公報 特開２００４−０２９０９１号公報

本発明は、前記従来技術の問題点を解決し、特に光源としてＬＥＤを用いた場合のＬＥＤのぎらつきを無くし、且つ、高い全光線透過率を有する光拡散性樹脂組成物、及びそれを用いた光拡散性の部材を提供することにある。

本発明者らは、前記従来技術の問題点を解決すべく鋭意検討した結果、特定の屈折率と特定の粒子径を有するアクリル−スチレン系共重合体微粒子を、特定の比率でポリカーボネートに配合することにより、ポリカーボネート本来の特性を損なうことなく、光線透過率、光拡散性に優れ、ＬＥＤを光源にした際のぎらつきのない成形品を得るのに有効な光拡散性樹脂組成物を見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の要旨は、ポリカーボネート樹脂１００重量部に、屈折率が１．５０５〜１．５７５で、重量平均粒子径が０．５〜３０μｍのアクリル−スチレン系共重合体微粒子０．１〜５．０重量部を含有してなる光拡散性樹脂組成物である。

本発明の光拡散性樹脂組成物は、ＬＥＤのぎらつきを無くし、且つ、高い全光線透過率を有しているため、ＬＥＤを用いた信号灯器のレンズもしくはレンズカバー、照明カバー、照明看板、透過型のスクリーン、各種ディスプレイ、液晶表示装置の光拡散シート、導光板など、光拡散性の必要な用途に幅広く使用でき、特に光源としてＬＥＤを用いた表示器材においても、視認性が非常に優れている。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用するポリカーボネート樹脂は、芳香族ジヒドロキシ化合物又はこれと少量のポリヒドロキシ化合物と、ホスゲンとの界面重合法により得られるか、または芳香族ジヒドロキシ化合物又はこれと少量のポリヒドロキシ化合物と、炭酸ジエステルとのエステル交換反応により作られる、分岐していてもよい芳香族ポリカーボネート重合体である。

該芳香族ジヒドロキシ化合物としては、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（＝ビスフェノールＡ）、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）プロパン（＝テトラメチルビスフェノールＡ）等のビス（４−ヒドロキシフェニル）アルカン系ジヒドロキシ化合物、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジブロモフェニル）プロパン（＝テトラブロムビスフェノールＡ）、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジクロロフェニル）プロパン（＝テトラクロロビスフェノールＡ）等のハロゲンを含むビス（４−ヒドロキシフェニル）アルカン系ジヒドロキシ化合物の他、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、ハイドロキノン、レゾルシノール、４，４−ジヒドロキシジフェニルなどが挙げられ、好ましくはハロゲンを含んでいても良いビス（４−ヒドロキシフェニル）アルカン系ジヒドロキシ化合物が挙げられ、特に好ましくは、ビスフェノールＡが挙げられる。これらの芳香族ジヒドロキシ化合物は１種でも良いが、複数用いても良い。

なお、分岐したポリカーボネートを得るには、フロログルシン、４，６−ジメチル−２，４，６−トリ（４−ヒドロキシフェニル）ヘプテン−２、４，６−ジメチル−２，４，６−トリ（４−ヒドロキシフェニル）ヘプタン、２，６−ジメチル−２，４，６−トリ（４−ヒドロキシフェニルヘプテン−３、１，３，５−トリ（４−ヒドロキシフェニル）ベンゼン、 １，１，１−トリ（４−ヒドロキシフェニル）エタンなどで示されるポリヒドロキシ化合物、及び３，３−ビス（４−ヒドロキシアリール）オキシインドール（＝イサチンビスフェノール）、５−クロルイサチンビスフェノール、５，７−ジクロルイサチンビスフェノール、５−ブロムイサチンビスフェノールなどの３価以上のポリヒドロキシ化合物を前記ジヒドロキシ化合物の一部として使用すれば良い。ポリヒドロキシ化合物を使用する場合の使用量は、例えば、前記ジヒドロキシ化合物の０．１〜２モル％程度である。

さらに、分子量調節剤として、一価の芳香族ヒドロキシ化合物などを使用することができる。分子量調整剤としては、例えば、ｍ−及びｐ−メチルフェノール、ｍ−及びｐ−プロピルフェノール、ｐ−ブロムフェノール、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール及びｐ−長鎖アルキル置換フェノールなどが挙げられる。

本発明で使用するポリカーボネート樹脂の分子量は、２５℃におけるメチレンクロライド溶液粘度より測定した粘度平均分子量で、好ましくは１６，０００〜３８，０００であり、より好ましくは１８，０００〜３５，０００である。
また、本発明で使用するポリカーボネート樹脂は２種以上の混合物であってもよい。

本発明で使用するアクリル−スチレン系共重合体微粒子は、アクリル系モノマーとスチレン系モノマーとを共重合して得られる微粒子であって、例えば、アクリル系モノマーとスチレン系モノマーとを懸濁重合法等で重合した微粒子であり、架橋剤を用いて架橋しているものが好ましい。アクリル系モノマーとしては、たとえば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート等のメタクリレート系モノマー、メチルアクリレート、エチルアクリレート等のアクリレート系モノマーやアクリルアミド等をその代表例として例示でき、スチレン系モノマーとしてはスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等をその代表例として例示できる。またこれらモノマーの共重合にあたっては、これらを主成分として、必要に応じて他のモノマーを共重合したものであっても良い。また、架橋剤としては、一般に使用されるものが挙げられるが、例えばエチレングリコールジメタクリレート、ジビニルベンゼン、１，６−ヘキサンジオール、トリメチルプロパントリメタクリレート、トリメチルプロパントリメタクリレート、トリメチルプロパントリアクリレート等の多官能性モノマーを用いることが出来る。

本発明で使用するアクリル−スチレン系共重合体微粒子の重量平均粒子径は０．５〜３０μｍ、好ましくは１．０〜２０μｍである。粒子径が０．５μｍ未満では、光拡散性が低く、光源が透けて見えてしまい、３０μｍを越えると、添加量に対する拡散効果が低く、またＬＥＤ光源を用いた場合に、ぎらつきが目立ち、視認性に劣る。
また、該アクリル−スチレン系共重合体微粒子の屈折率は、アクリル系モノマーとスチレン系モノマーとの共重合比を９９：１〜１：９９の範囲で変化させることによって、１．４９３〜１．５９０の範囲で調整できる。ただし、スチレン系モノマーの共重合比が高くなりすぎると、耐光性が低下して黄色味を帯びてしまい、逆にアクリル系モノマーの共重合比が高くなりすぎると、微粒子とポリカーボネートとの屈折率の差が開きすぎて、ＬＥＤ光源のぎらつきが目立ち、視認性が低い。従って、本発明では、アクリル−スチレン系共重合体微粒子の屈折率は１．５０５〜１．５７５であり、好ましくは１．５１０〜１．５７０であり、さらに好ましくは１．５１５〜１．５６５のものを使用する。このような屈折率の微粒子を得るために、アクリル系モノマーとスチレン系モノマーの共重合比を調整する必要がある。調整比率は、使用モノマーにより異なるが、アクリル系モノマーを多く使用すると屈折率は低い方になり、スチレン系モノマーを多く使用すると屈折率が高い方になる。例えば、アクリル系モノマーとしてメチルメタクリレートを使用し、スチレン系モノマーとしてスチレンを使用した場合、屈折率を約１．５２に調整する場合はアクリル系モノマーとスチレン系モノマーの比を約７：３、屈折率を約１．５６に調整する場合は約３：７であり、通常はこの前後で調整すれば良い。

本発明で使用するアクリル−スチレン系共重合体微粒子の構造は特に限定されないが、中空のものは、ポリカーボネート樹脂に混合する際や、樹脂組成物の成形時に、変形しやすく、成形品の外観が不良となることが多く、また、光拡散性と光透過性のバランスがあまり良くないことが多いため、好ましくない。また、多孔質のものは、少量で光拡散性が優れるが、透過率が低下しやすいため、好ましくない。また、コア部とシェル部の２層構造の微粒子の場合、シェル部がアクリルースチレン系共重合体微粒子であるものであり、粒子径と屈折率が本発明の範囲を満足するものであれば、使用可能である。その場合、コアは、ポリメチルメタクリレートやシリコーン系等の、シェル部より屈折率の低いものが良い。ただし、このような多層構造微粒子の場合、コストが高くなることがあるので、本発明では、アクリル−スチレン系架橋共重合体の中実微粒子であるのが良い。
本発明において使用可能なアクリル−スチレン系共重合体微粒子は、市場より入手可能なものを用いても良い。このような市販品の例としては、例えば、ガンツ化成(株)より、ガンツパール、又はスタフィロイドの商品名で市販されている、ＧＢＳシリーズ、あるいはＧＳＭシリーズから、本発明で規定する物性に適合するものが挙げられる。

本発明の光拡散性樹脂組成物は、ポリカーボネート１００重量部と、特定のアクリル−スチレン系共重合体微粒子０．１〜５．０重量部を混合したものである。アクリル−スチレン系共重合体微粒子が０．１重量部未満では光拡散性が劣る。逆に、アクリル−スチレン系共重合体微粒子が５．０重量部を越えると、全光線透過率が低下し、さらには機械的強度や耐熱性が低下することもある。

本発明の光拡散性樹脂組成物には、必要に応じて例えば紫外線吸収剤、酸化防止剤、蛍光増白剤、離型剤、帯電防止剤、着色剤、熱安定剤、流動性改良剤、難燃剤、凝集防止剤等を添加してもよい。中でも、紫外線吸収剤、酸化防止剤、蛍光増白剤、熱安定剤、難燃剤から少なくとも一種を使用するのが良い。
紫外線吸収剤の例としては、特に限定されないが、中でも環状イミノエステル系の紫外線吸収剤が好ましく用いられる。該環状イミノエステル系紫外線吸収剤としては、ｐ−フェニレンビス（１，３−ベンゾオキサジン−４−オン）などが挙げられ、これは竹本油脂（株）から、商品名：パイオニンＺＡ−１０１として市販されている。該紫外線吸収剤の使用量は、樹脂組成物中、０．０５〜５重量％の範囲が好ましい。
また、酸化防止剤の例としては、熱可塑性樹脂用として公知のものを目的に応じて選択すれば良いが、リン系、フェノール系などが好ましく、これらを併用しても良い。中でもリン系が好ましく、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト（例えば、旭電化工業（株）製品、商品名：アデカスタブ２１１２として市販されている）等が好ましい。該酸化防止剤の使用量は樹脂組成物中、０．０５〜５重量％の範囲が好ましい。
また、蛍光増白剤の例としては、熱可塑性樹脂用として公知のものを使用可能であるが、中でも高分子量のものが好ましく、例えば、スチルベンベンゾオキサゾール系、フェニルアリルトリアゾリルクマリン系の蛍光増白剤が挙げられる。該蛍光増白剤の使用量は、樹脂組成物中０．００５〜０．１重量％の範囲が好ましい。なお、白色度を高めるために酸化チタン等の白色顔料を添加してもよい。また、特開２００２−３７１０号公報に記載されているように、耐候性改善のため、３５０〜４００ｎｍに極大吸収波長を有しない、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、トリアジン系等の紫外線吸収剤を、上記環状イミノエステル系の紫外線吸収剤とは別に使用しても良い。

本発明の光拡散性樹脂組成物の配合及び混練は、通常の熱可塑性樹脂に適用される方法で行えばよく、例えばリボンブレンダー、ヘンシェルミキサー、バンバリーミキサー、ドラムタンブラー、単軸スクリュー押出機、２軸スクリユー押出機、多軸スクリュー押出機等により行うことができる。混練の温度条件は通常、２６０〜３００℃が適当である。

本発明の光拡散性樹脂組成物は、一般的な熱可塑性樹脂の成形方法に供することができるが、生産性の点等から、ペレット状樹脂組成物からの射出成形、射出圧縮成形、押出成形が好適で、さらには押出成形されたシート状成形品からの真空成形あるいは圧空成形あるいはフリーブロー成形等を行い、目的の成形品とすることもできる。
実際に使用される場合の成形品の厚みは、所望の性能を示せる限り、特に限定されないが、実用上は０．５〜５ｍｍであることが好ましい。成形品の厚みは薄すぎても、光拡散性が十分でなかったり、光源が透けて見えてしまうことがあるので好ましくなく、また厚すぎても、全光線透過率が低下したり、成形品が重すぎてしまって、利用しにくくなることがあるので好ましくない。
本発明の光拡散性部材としては、光拡散性の成形器材、例えばＬＥＤ（発光ダイオード素子）を用いた各種表示器具用のカバーやレンズ、例えばＬＥＤ信号灯器のレンズ又はレンズカバー、ＯＡ機器やテレビ等のディスプレイ、液晶表示装置の光拡散シート、導光板、照明装置や照明器具のカバー、照明看板、透過型のスクリーンなどが挙げられる。本発明においては、特に、光源として、光束が低く、指向性の高いＬＥＤを用いた照明器具や表示器具のカバーやレンズとして用いると、効果的である。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。また、本発明の光拡散性樹脂組成物の実施例と比較例における評価法及び試験片の成形条件は次の通りである。
１）全光線透過率及びヘイズ：厚さ３ｍｍの試験片をＪＩＳ Ｋ７１０５に準拠して、日本電色製ＮＤＨ−２０００を使用して測定した。
２）視認性：２×３００×６００ｍｍシート状成形品の裏側から１０ｃｍ離して０．６カンデラのＬＥＤを１０個置き、シート状成形品の表面側より３０ｃｍ離れたところからのＬＥＤのぎらつき具合、明るさを目視観察した。ぎらつきが僅かにあるものを×、殆どないものを△、全くないものを○とした。
３）試験片の成形条件：１２０℃で４時間予備乾燥したペレットを名機製作所製１５０Ｍ３型射出成形機で、シリンダー温度２８０℃、成形サイクル５０秒、金型温度８０℃で成形した。

〔実施例１〜５〕
三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製のポリカーボネート樹脂（商品名：ユーピロン（登録商標）Ｓ−３０００Ｆ）１００重量部に、紫外線吸収剤として竹本油脂(株)製、商品名：パイオニンＺＡ−１０１を０．２重量部、熱安定剤として旭電化工業(株)製、商品名：アデカスタブ２１１２を０．０５重量部、光拡散剤として表１に示したアクリル−スチレン系共重合体微粒子Ａ（ガンツ化成(株)製、商品名：ガンツパールＧＳＭ−１２６１）、Ｂ（ガンツ化成(株)製、商品名：ガンツパールＧＳＭ−１８４１）又はＣ（ガンツ化成(株)製、商品名：ガンツパールＧＳＭ−０５６１）（以下、「共重合微粒子Ａ、Ｂ、又はＣ」と略記することがある）を表１に示した比率で配合し、スクリュー径４０ｍｍ、シリンダー設定温度２６０℃の単軸押出機でペレットを作製し、前記条件で試験片を成形し、評価を行い、その結果を表１に示した。表１から、本発明のレンズは全光線透過率とヘイズが共に高く、ＬＥＤのぎらつきがなく、視認性に優れていることが明らかになった。

〔比較例１〜５〕
光拡散剤として、表２に示した架橋アクリル樹脂微粒子Ｄ（ガンツ化成(株)製、商品名：ガンツパールＧＭ−０６３０Ｈ）又はＥ（ガンツ化成(株)製、商品名：ガンツパールＧＭ−０１０５）（以下、「重合体微粒子Ｄ又はＥ」と略記することがある）を用い、配合率を表２に示した通りとした以外は実施例１〜５と同一条件で試験を行い、評価結果を表２に示した。

上記から明らかである通り、実施例では全光線透過率、ヘイズ、アイゾット衝撃強度、耐熱性、視認性がいずれもバランス良く、優れていたのに対し、比較例では、それらのバランスのとれたものが無く、光拡散性樹脂組成物として、満足なものが無かった。

Claims (10)

1. ポリカーボネート樹脂１００重量部に、屈折率が１．５０５〜１．５７５で重量平均粒子径が０．５〜３０μｍのアクリル−スチレン系共重合体微粒子０．１〜５．０重量部を含有してなる光拡散性樹脂組成物。
2. 架橋アクリル−スチレン系共重合体微粒子である請求項１に記載の光拡散性樹脂組成物。
3. 紫外線吸収剤、酸化防止剤、熱安定剤、難燃剤、蛍光増白剤の少なくとも１種を含有してなる請求項１又は２に記載の光拡散性樹脂組成物。
4. 環状イミノエステル系紫外線吸収剤を含有してなる請求項１、２又は３に記載の光拡散性樹脂組成物。
5. リン系酸化防止剤を含有してなる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光拡散性樹脂組成物。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光拡散性樹脂組成物を用いた光拡散性部材。
7. 照明装置に用いる請求項６に記載の光拡散性部材。
8. 表示器具に用いる請求項６に記載の光拡散性部材。
9. 光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いる照明器具又は表示器具に用いる請求項６ないし８のいずれか１項に記載の光拡散性部材。
10. ＬＥＤ信号灯器のレンズ又はカバーである請求項６、８、又は９に記載の光拡散性部材。