(57)【要約】      （修正有）【課題】光透過率に優れた光透過性組成物を提供する。【解決手段】光透過性のマトリックス３にナノ中空シリカ粒子４を分散させてなる、光透過性組成物２であって、ナノ中空シリカ粒子４はその１次粒子径が３００ｎｍ以下であり、壁厚が３０ｎｍ以下であり、空隙率が４０％以上であり、マトリックス３において凝集しており、その二次凝集粒子径が１５００ｎｍ以下である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性のマトリックスにナノ中空シリカ粒子を分散させてなる、光透過性組成物であって、
前記ナノ中空シリカ粒子はその１次粒子径が５００ｎｍ以下であり、壁厚が３０ｎｍ以下であり、空隙率が４０％以上であり、前記マトリックスにおいて凝集しており、その二次凝集粒子径が１５００ｎｍ以下である光透過性組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光透過性組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
光透過性組成物は光デバイスの光源等の部材を形成するために用いられる。光源からの光がなるべく減衰しないようにするためには、透光性部材における光透過率を高くする必要がある。一方、光源等の輝度ムラを解消するための光拡散板等に利用しようとする場合には、光拡散機能に優れていることが要求される。
従来より、透光性部材に高い光透過率及び高い光拡散機能を確保すべく種々の検討がなされてきた（特許文献１）。
また、未公開の技術として、本発明者らにより透光性組成物に関する出願がなされている（特願2010-199544）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２５７２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光源用の部材に用いられる透光性部材には、さらに高い光透過率及び高い光拡散機能の他、耐光性や耐熱性等の優れた物理特性や機械的強度が要求される。
本発明者らは、上記要求を満足すべく鋭意検討を重ねてきた結果、下記の本発明に想到した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明の光透過性組成物は、光透過性のマトリックスにナノ中空シリカ粒子を分散させてなる、光透過性組成物であって、前記ナノ中空シリカ粒子はその１次粒子径が５００ｎｍ以下であり、壁厚が３０ｎｍ以下であり、空隙率が４０％以上であり、前記マトリックスにおいて凝集しており、その二次凝集粒子径が１５００ｎｍ以下である、ことを特徴とする。
【０００６】
本発明の光透過性組成物では、ナノ中空シリカ粒子が光透過性のマトリックスに分散されている。そして、ナノ中空シリカ粒子の１次粒子径は５００ｎｍ以下と極めて小さく、且つその壁厚が３０ｎｍ以下と極めて薄くされている。このため、ナノ中空シリカ粒子の粒子径及び壁厚が可視光や赤外線の波長と同程度以下であり、可視光や赤外線に対する透明性が失われ難い。さらには、このナノ中空シリカ粒子の空隙率は４０%以上と高くされていることも相俟って、高い光透過率を有することとなる。
また、ナノ中空シリカ粒子の散乱は粒子外表面のみならず、粒子内表面でも起こる（図４参照）。さらには、中空構造を有することから、中実粒子とは異なり、粒子内部に入る光のエネルギー減衰も少なく、効率よく散乱が起こる（図４及び図５参照）。このため、本発明の光透過性組成物では、透過性を確保しつつ、なおかつ散乱効果をも有することとなる。つまり透過性（粒子内部を通過する分もある）と散乱性（粒子内壁分もある）のバランスが、中実粒子と異なることで、透過性を確保しつつ均一に散乱するという特徴を有することとなるのである。このような特徴は、可視光下で不透明とならないサイズの凝集塊以下では、ナノ中空シリカ粒子の高透過性・高散乱性が相俟って効率的に均一に起こる。
また、本発明の光透過性組成物中におけるナノ中空シリカ粒子は、光透過性組成物中では凝集塊となるため、空気を内包した凝集粒子としての特性としても、高透過率と高散乱とを両立させるものと考えられる。また、このような特徴を生かし、凝集塊によって透過及び散乱のバランスを調整することもできる。すなわち、散乱に関しては一粒子からの散乱（粒子内壁分もある）と凝集塊外壁の散乱が重なっているので、一次粒子及び二次粒子を調整するのである。具体的には、ナノ中空シリカ粒子における一次粒子の径、シリカセルの壁厚、空隙率及び二次凝集粒子径を調整することによって、透過及び散乱のバランスを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１のＬＥＤパネルの分解斜視図である。
【図２】実施形態１のＬＥＤパネルの斜視図である。
【図３】実施形態１のＬＥＤパネルの拡大模式断面図である。
【図４】実施例２〜５及び比較例２の光透過性組成物の評価に用いたＬＥＤパネルの斜視図である。
【図５】ナノ中空シリカ粒子による光の散乱及び透過を示す模式図である。
【図６】中実粒子による光の散乱及び透過を示す模式図である。
【図７】実施例２〜５についての膜厚と平均輝度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の光透過性組成物に用いられる光透過性のマトリックスとしては、光を透過する材料であれば特に限定はない。例えば、透明樹脂や無機ガラス等が用いられる。透明樹脂としては、例えばポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ）樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。
なお、本明細書において、光とは可視光の他、赤外線や紫外線をも含む。
【０００９】
また、本発明の光透過性組成物の形態としては、バルク材料として用いられる他、部材表面（例えばＬＥＤパネルの透光板）の表面に付着するコーティング層や、ドットによる印刷層であってもよい。
【００１０】
本発明の光透過性組成物に分散させるナノ中空シリカ粒子は、１次粒子径が５００ｎｍ以下であり、壁厚が３０ｎｍ以下であり、空隙率が４０％以上である。好ましくは１次粒子径が１０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であり、壁厚が５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、空隙率が４０％以上９０％以下である。
ナノ中空シリカ粒子の二次凝集粒子径は１５００ｎｍ以下であり、好ましいのは５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であり、さらに好ましいのは７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。二次凝集粒子径が５００ｎｍ未満では光の散乱や反射が起こり難くなる。また、二次凝集粒子径が１５００ｎｍを超えると光の透過性が悪くなり、導光板の光放射面での輝度が低下する。
【００１１】
このような中空ナノ粒子は、例えば、特開２００５−２６３５５０号公報に記載の方法によって製造することができる。すなわち、炭酸カルシウムを調製する第１工程、炭酸カルシウムにシリカをコーティングする第２工程、及び炭酸カルシウムを溶解させる第３工程により、シリカの殻からなる中空粒子を製造する方法において、
(１)第１工程において、透過型電子顕微鏡法による一次粒子径が２０〜２００ｎｍの炭酸カルシウムを水系にて調製し、静的光散乱法による粒子径が２０〜７００ｎｍになるように熟成させた後、脱水して含水ケーキの状態とし、
(２)第２工程において、(１)の含水ケーキをアルコール中に分散させ、アンモニア水、水、シリコンアルコキシドを、シリコンアルコキシド／アルコールの体積比を０．００２〜０．１、アンモニア水に含有されるＮＨ3を、シリコンアルコキシド１モルに対して、４〜１５モル、水をシリコンアルコキシド１モルに対して、２５〜２００モルとなるように添加することにより、シリカでコーティングされた炭酸カルシウムを調製した後、アルコール及び水による洗浄を行い、再び含水ケーキとし、
(３)第３工程において、(２)の含水ケーキを水に分散させ、酸を添加して、液の酸濃度を０．１〜３モル／Ｌとすることにより炭酸カルシウムを溶解させることにより、緻密なシリカ殻からなる高分散の中空状粒子である。
【００１２】
この方法によれば、透過型電子顕微鏡法による一次粒子径が３０〜３００ｎｍ、静的光散乱法による粒子径が３０〜８００ｎｍ、壁厚５〜３０ｎｍ、水銀圧入法により測定される細孔分布において２〜２０ｎｍの細孔が検出されない高分散シリカナノ中空粒子を製造することができる。また、上記第１工程において調製される炭酸カルシウムの結晶はカルサイトであり六方晶系であるが、合成条件を制御することにより、あたかも立方晶系であるかのような形状、即ち「立方体状」に成長させることができる。ここで、「立方体状」とは、立方体に限らず面で囲まれた立方体に似た形状も含む意味である。
【００１３】
発明者らは、この方法に順じ、適宜薬剤濃度や撹拌方法や温度やアルカリの種類等を調整することにより、以下に示す様々な１次粒子径、壁厚、及び空隙率のナノ中空シリカ粒子を製造できることを確認している。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
また、ナノ中空シリカ粒子は、透明性マトリックスに分散し易くするために、表面処理剤で疎水性処理がなされていてもよい。
【００１６】
以下、本発明をさらに具体化した実施形態について詳細に説明する。
（実施形態１）
実施形態１は、液晶表示パネルや看板などの背面から光を照射するバックライト装置を構成するために、ＬＥＤ光源が端面や背面に配置されるＬＥＤパネルである。
【００１７】
このＬＥＤパネルは、図１及び図２に示すように、光透過性を有する導光板基材１を有し、その一面側にドット状の光分配層２が形成されている。光分配層２は図３に示すように、透光性バインダ３中にナノ中空シリカ粒子４が分散されている。また、導光板基材１の裏側には多数のＬＥＤ６が縦横に配置された発光板７が設置されており、導光板基材１の裏側（すなわち光分配層２側）から光照射可能とされている。
【００１８】
透光性バインダ３としては、例えば溶剤型接着剤、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂などを使用できる。また透光性バインダ３としては、溶剤希釈中は密着せずに溶剤乾燥後に密着力を発現する樹脂成分、例えばアクリル系粘着剤を用いてもよい。
【００１９】
また、ナノ中空シリカ粒子４としては、１次粒子径が５００ｎｍ以下であり、壁厚が３０ｎｍ以下であり、空隙率が４０％以上であるシリカ粒子を用いる。このようなナノ中空シリカ粒子として、例えば、グランデックス株式会社製のナノバルーン（一次粒子径４０ｎｍから２００ｎｍ、壁厚３．５ｎｍから３０ｎｍ、空隙率４０％から７０％）を用いることができる。また、このようなナノ中空シリカ粒子の表面を表面処理剤によって処理して、疎水性としたり、官能基を修飾したりして、透光性バインダへの分散性を向上させることもできる。
【００２０】
また、透光性バインダ３及びナノ中空シリカ粒子４の混合割合としては、光透過率、光散乱性率、導光板の形状や大きさ、ＬＥＤの輝度等を勘案して、適宜適切な割合を決定すればよい。
【００２１】
以上のように構成された実施形態１のＬＥＤパネルでは、ＬＥＤ６に電流を流して発光させると導光板基材１の裏側から光が侵入し、光の一部は光分配層２中の透光性バインダ３を進行し、ナノ中空シリカ粒子４に当たって拡散する。さらに拡散光は導光板基材１の光分配層２と反対側に進行する。こうして導光板基材１の全面が均一に発光することとなる。ここで、ナノ中空シリカ粒子４は１次粒子径が５００ｎｍ以下と極めて小さく、且つその壁厚が３０ｎｍ以下と極めて薄くされているため、可視光や赤外線に対する透明性が失われ難い。さらには、ナノ中空シリカ粒子４の空隙率は４０％以上と高くされていることから、高い光透過率を有することとなる。また、ナノ中空シリカ粒子４は中実のシリカより光透過性に優れ、シリカの壁の存在によってレンズの役割を果たし拡散する。
【００２２】
溶媒に対する透光性バインダ３の混合体の混合比率は、２ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下が好ましい。当該混合比率が５０ｗｔ％より多いと、塗工性に劣る場合がある。また、当該混合比率が２ｗｔ％より少ないと、溶媒の使用量増大によるコスト増が問題になる場合がある。特に当該混合比率は３ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下が好ましい。また、膜厚は３〜２０μｍ程度が好ましく、さらに好ましくは５〜１５μｍである。
【００２３】
透光性バインダ３は溶媒によって薄めて、スプレー法等によって導光板基材１上に光分配層２を形成することができる。スプレー塗布した導光板基材１は、当該溶剤を自然風乾や熱風などによって乾燥させる。透光性バインダ３が紫外線硬化樹脂からなる場合は、その後の工程にて紫外線を照射して当該透光性バインダ３を硬化させる。その結果、導光板基材１の塗工面に付着する。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
実施例１では、以下の組成からなる塗料を調製し、透明アクリル板の一面側にドット印刷を行い、ＬＥＤパネル用の導光パネルを作製した。
有機溶媒のキシレン８０重量部にアクリル樹脂を１１重量部溶解させて、アクリル樹脂溶液を作製する。このアクリル樹脂溶液中に、グランデックス株式会社製のナノバルーン（一次粒子径90〜110nm、壁厚8〜10nm、空隙率50〜60％、比表面積130〜150nm2/g、粒子密度0.6〜0.7、かさ密度0.06〜0.09g/ml）を５重量部、光拡散微粒子（例えばＭＢＸ５：積水化成品工業（株）製、架橋アクリル粒子、ＸＸ０３ＢＺ：積水化成品  工業（株）製、架橋アクリル粒子、ＸＸ０２ＢＺ：積水化成品工業（株）製、架橋アクリツ樹脂等））を５重量部混合する。そして、攪拌することによって、ナノ中空シリカ粒子としてのナノバルーンおよび光拡散微粒子がアクリル樹脂溶液中に均一に分散したコーティング剤を得る。
【００２５】
所定形状の透明アクリル板を用意し、その一面側に上記コーティング剤をドット状に印刷する。その後、乾燥させてＬＥＤパネルを作製した。
【００２６】
（比較例１）
比較例１では、ナノバルーンを添加しなかった。それ以外については実施例１と同様であり、説明を省略する。
【００２７】
上記実施例１及び比較例１のＬＥＤパネルについて、ＬＥＤパネルの背面側あるいは両側面からＬＥＤ照明を行い、ミノルタ製色彩色差計を用いて輝度を測定した。その結果、実施例１のＬＥＤパネルは比較例１のＬＥＤパネルに比べて、いずれの照明方法においても輝度が１５％高かった。
【００２８】
上記実施例では、ＬＥＤ用のパネルについて説明したが、同様に光拡散を必要とする用途全てに適用できる。具体的には、導光板（液晶TV用、広告用、看板用、照明用、自動車のメーターパネル用など）やLED透過光による自動車の計器類や家電製品の表示板に用いたり、液晶TV用拡散板や、液晶TV用反射シートや、蛍光灯／ハロゲンランプのレンズ及びその表面コーティングや、LED電球／LED照明や、各種照明・看板機器や、自動車や自転車などのヘッドライト・テールランプに用いることができる。これらの使用には、光透過材料の表面にスクリーン印刷等の方法によってコーティングして用いるほか、バルク材として使用することもできる。
【００２９】
また、上記実施例では、主に光拡散微粒子５によって光を拡散させたが、光拡散粒子５を添加せずにナノ中空シリカ粒子４によって光を拡散させてもよい。ナノ中空シリカ粒子４の粒子径は光の波長よりも小さいが、光分配層２の中では１５００ｎｍ以下の凝集塊となり、空気を内包した凝集粒子としての特性では高透過と高散乱を両立させることができるからである。
【００３０】
（実施例２〜５及び比較例２，３）
実施例２〜５は、光拡散粒子を添加しないでナノ中空粒子だけで光を拡散させるための光透過性組成物であり、比較例２，３はナノ中空粒子を含まず、中実ＳｉＯ2を光拡散粒子とした光透過性組成物である。これらの光透過性組成物を以下のようにして調製した。
すなわち、透明なメジウムとしてのミノグループ製SR930（フィラー等無添加アクリルベース樹脂）と、ナノ中空シリカ粒子として、GRANDEX製NanoBalloon XP200-Methyl（一次粒子径200nm/二次粒子径1μm/壁厚10nm、メチル基修飾品）とを200ccのデスポーザブルカップでそれぞれ計量し、クラボウ製マゼルスターKK-Vにて公転９（950rpm）、自転９（950rpm）、時間（120秒）で混合した。混合後室温で10分間放置した後、増粘材（サンノプコ製SNシックナー4040）を所定量添加し、同じ条件で混合・攪拌した。さらに粘度を微調整する為、各種溶剤（イソホロン、エチレングリコール）を用いた。
実施例２〜５及び比較例２，３の組成を表２に示す。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
＜評  価＞
以上のようにして調製した実施例２〜５及び比較例２の光透過性組成物を無色透明のアクリル板にスクリーン印刷し、図４に示すように、アクリル板１００の側面からＬＥＤ光源１０１によって投光し、拡散シートは用いることなく導光板正面からの輝度をコニカミノルタセンシンク゛株式会社CA-2000Aを用い測定した。
その結果、表３に示すように、実施例は白色メジウムを用いた比較例１と比べ、透明メジウムを用いた実施例２〜５は、全て輝度が高かった。以上の結果から、本発明の光透過性組成物を用いることにより、ナノ中空シリカと透明系の材料のみで、導光板へのスクリーン印刷が可能で、輝度の高い導光装置を提供できることが分かった。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１…導光板基材
２…拡散層（光透過性組成物）
３…透光性バインダ
４…ナノ中空シリカ粒子
６…ＬＥＤ
７…発光板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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