JP2005120278A - 光学反射塗料およびそれにより形成した光学反射塗膜 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体の放熱に優れると共に耐光特性に優れた光学反射塗料および光学反射塗膜を得る。
【解決手段】光学反射塗料1をシリコーンエマルジョン、シリコーンレジン、シリコーンワニス、及びアルコキシシランとコロイダルシリカの混合物のいずれかのバインダ3と白色の金属酸化物、窒化物、炭化物、硫化物のいずれかの無機フィラ2により構成し、光学反射特性と共に耐光特性および放熱特性を備えた光学反射塗料し、これを対象物に塗布して乾燥させ、光学反射塗膜を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学部品に用いる光学反射塗料およびそれにより形成した光学反射塗膜に関する。

従来のサイドライト型バックライト装置の光学反射部品としての反射体は、ポリエチレンテレフタレート等の有機材料からなる高分子フィルム中やシート中にアクリル樹脂等の微細なフィラを分散させて散乱反射特性を有する反射体を形成している。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−２７９７１４号公報（主に第５頁右欄５行−１４行）

しかしながら、上述した従来の技術においては、光学反射部品の基本材料がポリエチレンテレフタレートや樹脂フィラ等の有機物であるため、反射特性としては一定の特性が得られるものの、発光管より照射される紫外線光に対して劣化しやすく、これによる反射特性や色度の低下が生じて長期にわたる反射特性の維持が困難であるという問題がある。
また、上記の光学反射部品は放熱特性が低く、発光管の発光時に発生する熱を放熱することが困難であるため、結果として発光管の温度が上昇し、発光効率を低下させるという問題がある。

更に、上記の反射体をスペースの狭い立体形状部へ適用する際には、適用部品の加工後の反射体の貼り付けは位置合わせ等が困難であるため、適用部品の加工前に反射体を貼り付け、その後に適用部品の形状加工をする。この時の加工応力に対応するためには反射体のフィルムやシートの厚さを薄くする必要があり、発光管からの光がシートを透過して下地に吸収されてしまうため、反射特性が低下するという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するために、光学反射塗料による塗膜が、光学反射特性を有すると共に耐光特性および放熱特性を有することを特徴とする。
また、無機フィラと、該無機フィラ間を結合するバインダとにより構成されていることを特徴とする。
更に、上記の光学反射塗料によって光学反射塗膜を形成したことを特徴とする。

このように、本発明は、光学反射塗料を無機フィラと無機フィラ間を結合するバインダで構成するようにしたことによって、この光学反射塗料により形成された光学反射塗膜が優れた耐光特性を発揮することができ、その紫外線光に対する耐光特性により、長期にわたる紫外線光の照射に対しても反射特性を維持することができるという効果が得られる。
また、熱放射特性に優れた金属酸化物等の無機フィラを構成材料として用いたことによって、優れた吸熱特性および放熱特性を発揮することができ、特に密閉空間等の冷却の困難な環境での発光管等の発熱体の発熱を有効に放熱することができるという効果が得られる。

更に、光学反射塗料を塗布して光学反射塗膜を形成するようにしたことのよって、光学反射塗膜を形成する対象物の加工上の制約を受けることがなく、どのような対象物であっても容易に光学反射塗膜を形成してその対象物の反射特性を向上させるすることができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明による光学反射塗料の実施例について説明する。

図１は実施例の光学反射塗料を示す説明図、図２は実施例の光学反射塗膜を示す説明図、図３は図２のＡ部拡大図である。
図１において、１は光学反射塗料である。
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄはそれぞれ白色の金属酸化物、白色の金属窒化物、白色の金属炭化物、白色の金属硫化物であり、それぞれ微細な粒子として形成されている（これらを総称する場合を無機フィラ２という。）。

３はバインダであり、シリコーンエマルジョン、シリコーンレジン、シリコーンワニス及びアルコキシシラン溶液とコロイダルシリカ水分散液の混合物等であって、塗布後に乾燥してバインダ３に含まれる溶剤を蒸発させた時に形成される無機物の透明膜３ａによる結合機能を有しており、無機フィラ２の間の結合および図２に示す対象物５への接着等の機能を発揮する。図１においては液状のバインダ３を示している。

上記のバインダ３は、シリコーンエマルジョン、シリコーンレジン、シリコーンワニス及びアルコキシシラン溶液とコロイダルシリカ水分散液の混合物等のうちの少なくとも一種を用いる。
上記の白色の金属酸化物２ａは、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム等であり、このうち少なくとも１種を用いる。

白色の金属窒化物２ｂは、窒化シリコン、窒化ニオブ、窒化モリブデン等であり、このうち少なくとも１種を用いる。
白色の金属炭化物２ｃは、炭化シリコン、炭化チタン等であり、このうち少なくとも１種を用いる。
白色の金属硫化物２ｄは、硫酸バリウム等である。

本実施例の光学反射塗料１の基本構成は、液状のバインダ３に上記の無機フィラ２を分散させて構成され、無機フィラ２である白色の金属酸化物２ａ、金属窒化物２ｂ、金属炭化物２ｃ、金属硫化物２ｄはこのうちの少なくとも１種を含有していれば足りる。
また、無機フィラ２が光学反射塗料１に占める割合は５重量パーセント以上、８５重量パーセント以下であることが望ましい。無機フィラ２が５重量パーセント未満の場合は光学反射塗料１により形成される塗膜が透明に近くなって光が透過してしまい、８５重量パーセントを超えると塗膜の形成が困難になるからである。

上記の光学反射塗料１の反射特性を更に向上させるためには、蛍光増白剤を混合するとよい。
この場合に、蛍光増白剤が光学反射塗料１に占める割合は０．３重量パーセント以上、１０重量パーセント以下であることが望ましい。蛍光増白剤が０．３重量パーセント未満の場合は光のエネルギ変換の作用が小さくなり過ぎ、１０重量パーセントを超えると塗膜の形成が困難になるからである。

図２は、上記の光学反射塗料１をアルミニウムやステンレス等の金属板等の対象物５に塗布して光学反射塗膜４を形成した状態を示している。
このような光学反射塗膜４の形成のためには、対象物５へ光学反射塗料１をスプレー塗布やスクリーン印刷、シルク印刷等の印刷またはロールコータ、スピンコータ等のコータ等により塗布した後、２５〜３００℃でバインダ３が含む溶剤を蒸発させて乾燥させ、光学反射塗膜４を形成する。

これにより、図３に示すように無機物の透明膜３ａに無機フィラ２が結合されて光学反射塗膜４が形成され、その塗膜表面４ａは凹凸を有するポーラスな面となり、形成された光学反射塗膜４は白色となる。
上記のようにして形成した本発明の光学反射塗膜４は、反射特性を有するが故に、光学反射を必要とする箇所に適用され、例えば図４に示す発光管６からの光を直接に受ける場所に配置される。発光管から発する光はそのほとんどが可視光領域波長の光であるが、紫外線波長の光（紫外線光という。）も含まれている。

このような場合に、本実施例の光学反射塗膜４は、無機フィラ２をバインダ３で形成された無機物の透明膜３ａで結合した無機物であるので、耐光特性に優れており、特に紫外線光に対する耐光特性が有機物に較べて極めて優れており、長期にわたる紫外線光の照射に対しても反射特性の維持が可能となる。
図４は実施例の光学反射塗膜４の実装例を示す説明図である。

図４は対象物としてのアルミニウムやステンレス等のハウジング７の内面に光学反射塗膜４を形成し、ハウジング７内に発光管６設置して、拡散板８を介して液晶パネル９を装着した状態を示している。
図４に示すように発光管６は、一般に密閉された空間に空冷による冷却が不可能な状態で設置される。

このため発光管６が発光に伴って熱を発生すると、放熱が不十分となり、発光管６自体の温度を上昇させる。このため発光管６の温度は最適温度より高い状態で使用されることになり、一般的に最適な発光効率が得にくい状態で使用されている。
本実施例の光学反射塗膜４は、その構成材料として熱放射特性に優れた上記の金属酸化物等の無機フィラ２を有しているので、吸熱特性および放熱特性に優れており、特に密閉空間等の冷却の困難な環境での発光管６等の冷却に有効である。

図５は上記の光学反射塗膜４による放熱状況を示す説明図である。
図５に示すように発光管６の発光により発生した赤外線（遠赤外線を含む。）は、光学反射塗膜４に達すると、金属酸化物等の無機フィラ２が赤外線を熱に変換して光学反射塗膜４に吸熱され、熱伝導により光学反射塗膜４および金属であるハウジング７を伝わってハウジング７の外表面に達し、熱伝達により外部の空気に熱として放熱される。

このように、本実施例の白色の光学反射塗膜４は、赤外線を熱に変換することができ、通常の白色の塗膜に較べて優れた放熱特性を発揮する。
この放熱特性により発光管６自体の温度が低減して発光管６を最適温度に保つことができ、発光効率を向上させることができる。
なお、本実施例の光学反射塗膜４は熱を赤外線に変換して放射する熱放射特性も有しており、ハウジング７等の表裏にこの光学反射塗膜４を形成すれば裏面に形成した光学反射塗膜４の熱放射特性によって更に発光管６等の冷却効果を高めることができる。

本実施例の光学反射塗膜４に光を照射した場合は、図６に示すようにその塗膜表面４ａの凹凸を有するポーラスな白色の面が照射された光を散乱光として反射する。この散乱反射特性により反射光の輝度ムラの発生を抑制することができる。
また、蛍光増白剤を含有した光学反射塗料１による光学反射塗膜４では、蛍光増白剤のもつ短波長光を可視光へエネルギー変換する特性が作用して発光管６により照射される光のうち、短波長の光を可視光領域波長へ変換することができ、反射特性を更に向上させることができる。

本実施例の光学反射塗膜４は、対象物５に光学反射塗料１を塗布した後に乾燥させて形成しているため、対象物５の加工上の制約を受けることがなく、どのような対象物５であっても容易に光学反射塗膜４を形成することができ、その対象物５の反射特性を向上させることができる。
以下に、本実施例の光学反射塗料１により形成した光学反射塗膜４の評価試験の結果をを示す。

表１に本実施例の光学反射塗料１により形成した光学反射塗膜４の反射特性評価結果を示す。

表１において、本発明品は、バインダ３として５５重量パーセントのシリコーンエマルジョンを用い、これに３０重量パーセントの酸化ジルコニウム、１０重量パーセントの酸化アルミニウムおよび５重量パーセントの蛍光増白剤を含有させた光学反射塗料１をスプレー塗布で塗布し、１５０℃で乾燥させて形成した光学反射塗膜４（膜厚２００μｍ）を示し、比較のために用いた従来品１は東レ株式会社製反射シート（型式Ｅ６０Ｖ）、従来品２はALANOD社（Aluminium-Veredlung GmbH & Co. KG）製リフレクタ（型式ＭＩＲＯ２）を示す。

反射特性の測定は、ミノルタ株式会社製分光側色計（型式ＣＭ−２００２）を用い、太陽光に相当する標準光源Ｄ６５（色温度６５００度ケルビン）を照射して受光角度２度の条件で行った。
また、表１の測定値は標準白色板を１００としたときの値で示してある。
表１より明らかに、本発明品においては正反射光を含む散乱反射光および散乱反射光の反射特性が従来品１、従来品２対して優れていることが判る。

この反射特性の優秀性を用いて液晶パネル装置のランプハウスやリフレクタに適用すれば高輝度化および輝度ムラの低減を図ることができる。
表２に本実施例の光学反射塗料１により形成した光学反射塗膜４の耐紫外線光劣化試験結果を示す。
なお、測定装置は、図７（ａ）に示す試験品１１をランプハウス１２の内面に設けた直下型の液晶ディスプレイ２２型パネルを使用した。

表２に示した劣化試験は、試験品１１の裏面側（ランプハウス１２側）より８０℃の温度を加え、表面側に発光管６としてのキセノンランプにより光を照射した状態で放置した試験環境での加速試験により行った。

また、表２に示す時間は、紫外線光の光量と放置時間により実環境相当に換算した相当時間である。
各相当時間における色度および反射特性の測定は、ミノルタ株式会社製分光側色計（型式ＣＭ−２００２）を用い、太陽光に相当する標準光源Ｄ６５を照射して受光角度２度の条件で行った。

試験品１１としての本発明品は、上記反射特性評価試験に用いたのと同様の光学反射塗膜４を示し、比較のための従来品は東レ株式会社製反射シート（型式Ｅ６０Ｖ）を示す。
表２に示した各相当時間の測定値は、初期状態を基準とし、Ｘ−Ｙで表される色度はそれぞれの変化量ΔＸ、ΔＹで示し、反射特性は初期状態を１００としたときの値で示してある。

表２より明らかに、色度は、従来品が相当時間２６０００時間より変化するのに対し、本発明品は相当時間１５６０００時間までほぼ変化がない。
また、反射特性は、従来品が相当時間９４０００時間以降で急激に変化するのに対し、本発明品は相当時間１５６０００時間まではほぼ変化はない。
つまり、本発明品は従来品に対して紫外線光照射による色度および反射特性の耐力に優れていることが判る。

この耐光特性の優秀性を用いることにより、液晶パネルの長寿命化が図ることができ、特に耐紫外線光劣化特性の優秀性用いて、例えば発光管６の入力電流の増加や発光管６と光学反射塗膜４との間の隙間の減少を図れば、液晶パネルの高輝度化が可能となる。
表３に本実施例の光学反射塗料１により形成した光学反射塗膜４の放熱特性試験結果を示す。

測定装置は、図７（ａ）に示す試験品１１をランプハウス１２の内面に設けた直下型の液晶ディスプレイ２２型パネルを使用した。なお本評価試験の発光管６は、通常の冷陰極管である。

表３に示した試験品１１は、上記耐紫外線光劣化試験の試験品１１と同様である
また、温度の測定は図７（ｂ）に○で示した部位の発光管６および液晶パネル９に熱伝対を貼り付けて測定した。

表３より明らかに、本発明品を液晶ディスプレイに適用した際は、その放熱特性により平均温度で発光管６は２．５℃、液晶パネル９は１．９℃低下しており、発光管６および液晶パネル９の冷却に優れていることが判る。
この放熱特性の優秀性を用いた発光管の冷却により装置の発光効率の向上を図ることができ、液晶パネル９の冷却により装置のコンストラストの向上を図ることができる。

なお、上記各評価試験に用いた光学反射塗膜４は本発明品の一例であり、実施例で示した他の成分を含有する光学反射塗料１を用いて形成した光学反射塗膜４においても同様の効果を得ることができる。
また、本実施例では、光学反射塗膜４を主として液晶ディスプレイ装置のランプハウスやリフレクタに適用した場合を例として説明したが、その他の照明機器類全般のリフレクタ等の光学反射部品に適用しても同様の効果を奏することができる。

実施例の光学反射塗料を示す説明図 実施例の光学反射塗膜を示す説明図 図２のＡ部拡大図 実施例の光学反射塗膜の実装例を示す説明図 光学反射塗膜による放熱状況を示す説明図 光学反射塗膜の散乱反射を示す説明図 耐紫外線光劣化試験と放熱特性評価試験の測定装置を示す説明図

符号の説明

１ 光学反射塗料
２ 無機フィラ
３ バインダ
３ａ 透明膜
４ 光学反射塗膜
４ａ 塗膜表面
５ 対象物
６ 発光管
７ ハウジング
８ 拡散板
９ 液晶パネル
１１ 試験品
１２ ランプハウス

Claims (13)

1. 光学反射特性を有すると共に、耐光特性および放熱特性を有することを特徴とする光学反射塗料。
2. 請求項１において、
   前記光学反射特性が、散乱反射特性であることを特徴とする光学反射塗料。
3. 請求項１または請求項２において、
   無機フィラと、該無機フィラ間を結合するバインダとにより構成したことを特徴とする光学反射塗料。
4. 請求項３において、
   前記バインダが、シリコーンエマルジョン、シリコーンレジン、シリコーンワニスおよびアルコキシシラン溶液とコロイダルシリカ水分散液の混合物の少なくとも１種を含有することを特徴とする光学反射塗料。
5. 請求項３または請求項４において、
   前記無機フィラが、白色の金属酸化物、白色の金属窒化物、白色の金属炭化物および白色の金属硫化物の少なくとも１種を含有することを特徴とする光学反射塗料。
6. 請求項３、請求項４または請求項５において、
   前記金属酸化物が、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化亜鉛および酸化ジルコニウムの少なくとも１種を含有することを特徴とする光学反射塗料。
7. 請求項３から請求項５または請求項６において、
   前記金属窒化物が、窒化シリコン、窒化ニオブおよび窒化モリブデンの少なくとも１種を含有することを特徴とする光学反射塗料。
8. 請求項３から請求項６または請求項７において、
   前記金属炭化物が、炭化シリコンおよび炭化チタンの少なくとも１種を含有することを特徴とする光学反射塗料。
9. 請求項３から請求項７または請求項８において、
   前記金属硫化物が硫酸バリウムであることを特徴とする光学反射塗料。
10. 請求項３から請求項８または請求項９において、
    前記無機フィラの含有量が、５重量パーセント以上、８５重量パーセント以下であることを特徴とする光学反射塗料。
11. 請求項１から請求項９または請求項１０において、
    蛍光増白剤を含有することを特徴とする光学反射塗料。
12. 請求項１１において、
    前記蛍光増白剤の含有量が、０．３重量パーセント以上、１０重量パーセント以下であることを特徴とする光学反射塗料。
13. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光学反射塗料によって形成されたことを特徴とする光学反射塗膜。