(57)【要約】【課題】  耐衝撃性、耐熱性、生産性が高く、かつ、光線透過率、光拡散性能及び視認性に優れたＬＥＤ信号機用レンズを提供すること。【解決手段】  ポリカーボネート樹脂との屈折率差が０．０５以上で重量平均粒子径が１〜１０μｍの光拡散剤０．０２〜１．０重量％と、ポリカーボネート樹脂９９．０〜９９．９８重量％とからなる樹脂組成物を成形したＬＥＤ信号機用レンズ。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリカーボネート樹脂との屈折率差が０．０５以上で、かつ、重量平均粒子径が１〜１０μｍの光拡散剤０．０２〜１．０重量％と、ポリカーボネート樹脂９９．０〜９９．９８重量％からなる樹脂組成物を成形したＬＥＤ信号機用レンズ。
【請求項２】
光拡散剤がポリカーボネート樹脂と非相溶性の粒子状アクリル樹脂である請求項１に記載のＬＥＤ信号機用レンズ。
【請求項３】
ポリカーボネート樹脂１００重量部に対し、光安定剤０．０１〜２重量部を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ信号機用レンズ。
【請求項４】
ポリカーボネート樹脂１００重量部に対し、酸化防止剤０．０１〜２重量部を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ信号機用レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光拡散剤を含むポリカーボネート樹脂組成物からなるＬＥＤ信号機用レンズに関し、さらに詳しくは、ポリカーボネート樹脂本来の特性を損なうことなく、全光線透過率が高く、光拡散性に優れたポリカーボネート樹脂組成物からなるＬＥＤ信号機用レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
信号機の光源として、以前は白熱灯が多く用いられていたが、最近では、消費電力が低く、振動に強く、赤色、黄色、青色及び青緑色が１０００ｍｃｄ以上にも及ぶ超高輝度に長時間安定して発光可能な発光ダイオードが使用されるようになってきた。一方、信号機用レンズは、軽量で、生産性に優れているアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂等の透明樹脂が提案されているが、全光線透過率や光拡散性の点で満足できなかった。例えば、特許文献１には、メタクリル樹脂、またはグルタルイミドとメチルメタクリレートの共重合体からなる信号灯用レンズ及びそれを用いた交通信号灯が開示されているが、耐熱性が不十分で、実施例に示されているレンズの全光線透過率は５０％より低く、実用性の点で非常に劣っていた。特許文献２には、疑似点灯防止のため、信号用等発光観測面側から見て一方の光を抑制しその抑制の影響を少なくしつつ他方の光を高輝度に放射させることができる発光ダイオードとして、発光素子を透光性があり、かつ、特定形状のレンズ状モールド部材にて封止した発光ダイオードが開示されている。特許文献２には、レンズ状モールド部材としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂やイミド樹脂等の透光性樹脂やガラスが記載されているが、それらのモールド部材は耐衝撃性、生産性の点で問題があった。
【０００３】
一方、特許文献３には、大規模な照明カバー等に適用できる樹脂として、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ことを特徴とした光拡散性ポリカーボネート樹脂が開示されている。また、特許文献４には、ＯＡ機器の液晶拡散パネル等に使用し得る光拡散性樹脂組成物として、（Ａ）芳香族ポリカーボネート樹脂１００重量部と、（Ｂ）屈折率が１．５０以下かつ平均粒径が１〜５０μｍであって、前記芳香族ポリカーボネート樹脂と実質的に相溶しない粒子１〜１０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。さらに、特許文献５には、ポリカーボネート樹脂１００重量部および平均粒径１〜２５μｍの粒子１〜２０重量部からなる組成物から形成された３０〜３００μｍのフィルムであって、全光線透過率９２％以上でかつヘーズ（曇り度）６０％以上を有する液晶表示装置のバックライトユニットの光拡散フィルムに適した、ポリカーボネート樹脂製高透過光拡散フィルムが開示されている。しかしながら、特許文献３〜特許文献５に記載の樹脂組成物またはフィルムに配合されている光拡散剤の粒子径は比較的大きく、かつ、光拡散剤の配合率も高いので、樹脂組成物やフィルムの物性低下が避けられなかった。また、粒子径の比較的大きい光拡散剤を配合した場合、光の均一な拡散性に欠けるので、レンズより出た光にて人形等の像が浮かび上がる方式の信号機用レンズでは、像が不鮮明になったり、像が滲んだように見えることがある。さらに、特許文献３〜特許文献５には、ＬＥＤ信号機用レンズに関する記載は全くなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−１８１３０１号公報
【特許文献２】特開平１１−１５４７６６号公報
【特許文献３】特開平０３−１４３９５０号公報
【特許文献４】特開平０７−０９０１６７号公報
【特許文献５】特開２００３−２４０９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、耐衝撃性、耐熱性、生産性が高く、かつ、光線透過率、光拡散性能及び視認性に優れたＬＥＤ信号機用レンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、粒子径が小さく、かつ、少量の光拡散剤をポリカーボネート樹脂に配合することにより、ポリカーボネート樹脂本来の特性を損なうことなく、光線透過率、光拡散性及び視認性に優れた樹脂組成物からなるＬＥＤ信号機用レンズが得られることを見出し、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との屈折率差が０．０５以上で粒子径が１〜１０μｍの光拡散剤０．０２〜１．０重量％と、ポリカーボネート樹脂９９．０〜９９．９８重量％とからなる樹脂組成物を成形したＬＥＤ信号機用レンズである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＬＥＤ信号機用レンズは、耐衝撃性、耐熱性、生産性が高く、全光線透過率が高いので消費電力が少なくて済み、視認性にも優れているので、その工業的価値は格別なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明に使用するポリカーボネート樹脂は、芳香族ジヒドロキシ又はこれと少量のポリヒドロキシ化合物とホスゲンとを界面重合法により得られるか、または、上記の芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸の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熱可塑性ポリカーボネート重合体である。
【０００９】
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）、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）、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等が挙げられ、好ましくは、ビスフェノールＡが挙げられる。
【００１０】
分岐したポリカーボネート樹脂を得るには、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）エタン等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等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る。ポリヒドロキシ化合物の使用量は、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。
【００１１】
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等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等が挙げられる。
【００１２】
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。これらはポリエステル樹脂の添加量あるいは分子量によりさらに最適な分子量のものが適宜選択される。
【００１３】
ポリカーボネート樹脂としては、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、特にビスフェノールＡを主原料とするポリカーボネートが挙げられ、またテトラブロムビスフェノールＡ等のハロゲンを含むビスフェノールを使用することもできる。さらに２種以上の芳香族ジヒドロキシ化合物を併用して得られるポリカーボネート共重合体、３価以上のポリヒドロキシ化合物を少量併用して得られる分岐化ポリカーボネートも挙げることができる。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。
【００１４】
本発明に使用する光拡散剤は、ポリカーボネート樹脂との屈折率差（Δｎ）が０．０５以上で重量平均粒子径（Ｌ）が１〜１０μｍの範囲であれば限定されないが、特に好ましくは、ポリカーボネート樹脂と非相溶性の粒子状アクリル樹脂である。ポリカーボネート樹脂との屈折率差が０．０５未満の光拡散剤を配合したり、粒子径が１μｍ未満の光拡散剤を配合したりすると、得られた樹脂組成物の光拡散性が劣り、光源が透けて見えて、視認性に劣ることがある。逆に、粒子径が１０μｍを越える光拡散剤をポリカーボネート樹脂に配合した場合は、レンズ面の明るさが不均一になり、さらに、レンズから出る光により矢印形状や人形形状等の像が浮かび上がる方式のＬＥＤ信号機用レンズの場合、像が滲んで見えることがあり、視認性が低下することがある。
ここで、屈折率とは、温度２５℃における、ｄ線（５８７．５６２ｎｍ，Ｈｅ）の光に対する値で、実際の測定は、ポリカーボネートの屈折率（ｎｐｃ）は、Ｖブロック法（カルニュー光学製、形式ＫＰＲ）により、光拡散剤の屈折率（ｎｌｄ）は、ベッケ法（標準溶液と比較する方法）により行う。ポリカーボネート樹脂と光拡散剤との屈折率差（Δｎ＝ｎｐｃ−ｎｌｄ）は、好ましくは０．０７以上である。
また、光拡散剤の重量平均粒子径（Ｌ）の測定は、例えば、コールター法（Ｃｏｕｌｔｅｒ  Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ）により行う。この粒子径（Ｌ）は、好ましくは１〜８μｍである。
【００１５】
本発明に使用する粒子状アクリル樹脂は、架橋剤の存在下に（メタ）アクリル酸エステル系単量体を水系懸濁重合、乳化重合、シード重合または分散重合することにより製造できる。（メタ）アクリル酸エステル系単量体としては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸ｎ−ブチル等のアクリル酸エステル類、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ｎ−ブチル等のメタクリル酸エステル類等が挙げられ、中でもエステル部分の炭素数が１〜８のアクリル酸エステル類が好ましい。これらの単量体はそれぞれ単独で、または２種類以上を組み合わせて用いてもよく、アクリル酸エステル類が全単量体中に５０〜９５％の割合で含有されているのが好ましい。また、単量体には、（メタ）アクリル酸エステル系単量体と共重合可能な単量体を加えてもよく、そのような単量体としては、例えば、スチレン、ｐ−メチルスチレン、酢酸ビニル等のビニル基を有する単量体が挙げられる。架橋剤としての架橋性単量体は、特に限定されず、例えば、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジビニルベンゼンのように１分子内に２つ以上のビニル基を有する単量体を挙げることができる。これらの架橋性単量体は単独で、または２種類以上を組み合わせて用いてもよく、その使用割合は、全単量体に対して５〜５０重量％程度が好ましい。
【００１６】
本発明のＬＥＤ信号機用レンズの成形材料である、樹脂組成物の組成は、全樹脂組成物の重量を基準として、ポリカーボネート樹脂９９．０〜９９．９８重量％、光拡散剤０．０２〜１．０重量％、好ましくは０．０５重量％〜０．４５重量％からなるものである。上記所定の組成に比し、光拡散剤が不足すると光拡散性が劣り、光源が透けて見えることがある。逆に、光拡散剤が超過すると、機械的強度や耐熱性が低下したり、全光線透過率が低下することもある。
樹脂組成物における光拡散剤の含有量（Ｓ重量％）は、ポリカーボネート樹脂との屈折率差がΔｎであり、重量平均粒子径がＬμｍである光拡散剤を用いる場合、より好ましくは、下記式で示される範囲である。
（Ｌ＋３）／（９００×Δｎ）≦Ｓ≦０．４５
樹脂組成物における光拡散剤の含有量が、上記式で示される範囲内であると、全光線透過率とヘイズの値が高く、光源の見え具合や像の滲み具合の視認性に優れ、アイゾット衝撃強度及び荷重撓み温度にも優れる。
【００１７】
本発明の成形材料である、樹脂組成物には、上記の光拡散剤のほかに、必要に応じて、例えば光安定剤、酸化防止剤（熱安定剤）、離型剤、帯電防止剤、着色剤、流動性改良剤、難燃剤、凝集防止剤等を添加してもよい。
【００１８】
本発明の成形材料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。
【００１９】
光安定剤
光安定剤としては、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤、オギザニリド系紫外線吸収剤  マロン酸エステル系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン等が挙げられる。
光安定剤の具体例としては、例えば、２，２−メチレンビス［４−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）−６−（２Ｈ−ベンゾトリアゾール−２−イル）フェノール］、２−（２−ヒドロキシ−５−ｔｅｒｔ−オクチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、２−［２−ヒドロキシ−３，５−ビス（α，α−ジメチルベンジル）フェニル］−２Ｈ−ベンゾトリアゾール、２，２’−メチレンビス（４−クミル−６−ベンゾトリアゾールフェニル）、ｐ−フェニレンビス（１，３−ベンゾオキサジン−４−オン）、［（４−メトキシフェニル）−メチレン］−マロン酸ジメチルエステル等が挙げられる。
光安定剤の配合量は、ポリカーボネート樹脂１００重量部に対し、好ましくは０．０１〜２重量部であり、より好ましくは、０．０５〜１重量部である。
【００２０】
酸化防止剤（熱安定剤）
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤等が挙げられ、好ましくはリン系酸化防止剤が挙げられる。リン系酸化防止剤としては、リン酸、リン酸エステル、亜リン酸および亜リン酸エステル等が挙げられる。
酸化防止剤の具体例としては、例えば、トリメチルフォスフェート、トリス（２，４−ジ−ｔｅｒｔブチルフェニル）ホスファイト、ペンタエリスリトールテトラキス（３−メルカプトプロピオネート）ペンタエリスリトールテトラキス（３−ラウリルチオプロピロネート）、グリセロール−３−ステアリルチオプロピオレート、オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート、テトラキス（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４，４’−ビフェニレンホスホナイト等が挙げられる。
酸化防止剤の配合量は、ポリカーボネート樹脂１００重量部に対し、好ましくは０．０１〜２重量部であり、より好ましくは、０．０５〜１重量部である。  
【００２１】
本発明のＬＥＤ信号機用レンズの成形には、一般的な熱可塑性樹脂の成形方法を用いることができるが、例えば生産性の点から、上記成形材料樹脂組成物からの射出成形又は射出圧縮成形、シート材料からの二次的な真空成形、圧空成形、ブロー成形等が用いられる。
【実施例】
【００２２】
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、以下の実施例と比較例における諸特性の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  Ｋ−７１０５に準拠して、日本電色製ＮＤＨ−２０００を使用して測定した。
２）アイゾット衝撃強度：  ノッチ付で、厚さ３．２ｍｍの試験片を用い、ＡＳＴＭ Ｄ−２５６に準拠して測定した。
３）荷重撓み温度：  ＡＳＴＭ  Ｄ−６４８に準拠し、負荷１．８２ＭＰａの条件で測定した。
４）レンズの視認性：  図１に示す形状（２６０ｍｍ×２６０ｍｍ）のＬＥＤ信号機用レンズに、砲弾型発光ダイオードから放出される光（４６００ｍｃｄ）を照射し、光の照射面と反対側から光源の見え具合、像の滲み具合を目視観察した。像の滲み具合は、４５度の斜めから目視し人型の端部の暗さを観察し評価した。光源が見えるものを×、殆ど見えないものを○、全く見えないものを◎とし、像の滲みがあるものを×、殆どないものを△、全くないものを◎とした。
５）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。
【００２３】
〔実施例１〜７〕
三菱エンジニアリングプラスチックス社製のポリカーボネート樹脂（商品名：ユーピロンＳ−３０００Ｆ、屈折率１．５８、粘度平均分子量２１，０００）１００重量部に、紫外線吸収剤としてクラリアントジャパン社製ホスタビンＰＲ−２５（［（４−メトキシフェニル）−メチレン］−マロン酸ジメチルエステル）を０．３重量部、熱安定剤として旭電化社製アデカスタブ２１１２（トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト）を０．０５重量部、光拡散剤として表１に示した重量平均粒子径を有するガンツ化成社製アクリル樹脂ＧＭ−０１０５、ＧＭ−０６３０Ｈ、ＰＭ−０３０Ｍ、ＧＭ−１４０７５（屈折率１．４９、ユーピロンＳ−３０００Ｆと非相溶性、重量平均粒子径はそれぞれ２μｍ、６μｍ、０．３μｍ、１４μｍ）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℃の単軸押出機で表１に示した組成のペレットを作製し、該ペレットから各種試験片及び図１に示す形状のＬＥＤ信号機用レンズを成形して、諸特性の評価を行い、その結果を表１に示した。なお、実施例６及び実施例７では、紫外線吸収剤だけを、それぞれ、旭電化工業社製アデカスタブＬＡ−３１（２，２−メチレンビス［４−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）−６−（２Ｈ−ベンゾトリアゾール−２−イル）フェノール］）及び竹本油脂社製パイオニンＺＡ−１０１（ｐ−フェニレンビス（１，３−ベンゾオキサジン−４−オン））に変更した以外は、実施例２と同様とした。これらの紫外線吸収剤はガス化し難いため、ガスによる不良が発生し難い。
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、視認性に優れ、衝撃強度や荷重撓み温度にも優れていることが明らかになった。
【００２４】
〔比較例１〜５〕
光拡散剤として使用するアクリル樹脂の重量平均粒子径、配合率のいずれか以外は実施例１〜５と同一条件で表２に示した組成のペレットを作製し、該ペレットから各種試験片及び図１に示す形状のＬＥＤ信号機用レンズを成形して、諸特性の評価を行い、その結果を表２に示した。
【００２５】
【表１】
2005259593.tif 000002
【００２６】
【表２】
2005259593.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ＬＥＤ信号機用レンズの概念的正面図及び側面図
【図１】
2005259593.tif 000004