JP3792704B2

JP3792704B2 - 光反射性塗装金属板

Info

Publication number: JP3792704B2
Application number: JP2004234782A
Authority: JP
Inventors: 岳史渡瀬; 康雄平野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-08-11
Filing date: 2004-08-11
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2024-08-11
Also published as: KR100906116B1; CN1993223B; TWI337936B; JP2006051686A; WO2006016581A1; KR20070032063A; TW200619014A; CN1993223A

Description

本発明は、高い反射率を有する金属材料に関し、詳細には、長期的に安定して高い反射率を示し、例えば、液晶パネルの反射板として使用したときに輝度の著しい向上を達成することのできる光反射性塗装金属板に関するものである。

例えば、少ない消費電力で同じ明るさが得られる照明器具の光反射板として用いられる塗装金属板が知られている。特許文献１では、白色顔料として二酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含む樹脂塗膜を金属板上に形成することで反射率を高めている。また、特許文献２には、二酸化チタンに加え、視感度の低い（人間の目で明るさを感じにくい）波長の光を吸収し、視感度の高い光へと変換して発光する蛍光顔料を使用することで、より明るく感じることのできる照明器具用反射板が示されている。

ところで、液晶表示装置の輝度を上げ、より明るい表示画面を得るために、種々の反射シートが提案されている。従来の反射シートは、例えば、多数の微細気泡を発生させることで白化させたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（例えば、特許文献３）や、高分子フィルム表面にＡｌやＡｇの薄膜を積層したもの（例えば特許文献４）が多用されてきた。しかし、液晶表示装置における反射シートの設置位置は光源直近であり、反射シートには耐熱性が求められるが、上記従来技術のフィルム材料は耐熱性に劣るため、加工が容易で、かつ耐熱性・耐久性に優れた金属板そのものを反射板として用いる検討が行われ出した。また、前記特許文献３では反射シートに放熱シートをさらに積層して放熱性を高めようとしているが、プラスチック材料そのものが放熱性に劣るため、放熱性に優れた金属板を反射シートとして使用することの意義が高まっている。
特開２００１−２４３８１９号公報特開２００３−７３６２４号公報特開２００４−１０１６９３号公報特開２００４−１４５２３９号公報

本発明者等は、前記特許文献２に記載の発明について検討したところ、蛍光顔料を併用した反射板は、初期の光反射率は良好であるが、経時的に反射率が低下してしまうことがあるのを見出した。そこで、本発明では、長期的に安定して高い反射率を示し、塗工設備があれば簡単に製造できる構成の光反射性塗装金属板の提供を課題として掲げた。

上記課題を解決することのできた本発明は、二酸化チタンとバインダー樹脂を含む層が複数積層されてなる光反射性塗膜を備えた光反射性塗装金属板であって、この光反射性塗膜は、蛍光性物質を含む層と蛍光性物質を含まない層が複数積層された構成を有すると共に、少なくとも光反射性塗膜の最表層は蛍光性物質を含まない厚さ５μｍ以上の層であることを特徴とする。この光反射性塗膜の最表層は厚さ５〜５０μｍであることが望ましい。また、光反射性塗膜が形成されている面の反対側に、放熱性塗膜が形成されていてもよい。

最表層に蛍光性物質を含ませないことで、蛍光性物質の寿命が延び、長期的に安定して高い光反射率を示す光反射性塗装金属板を提供することができた。また、裏面に放熱性塗膜が形成された構成を採用すると放熱性が高まるため、液晶表示装置の反射板として特に有用となる。なお、本発明の光反射性塗装金属板は、液晶表示装置の反射板以外にも、光を反射させる必要のある種々の部材のために用いることができる。

本発明の光反射性塗装金属板は、積層構成の光反射性塗膜が形成されている。光反射性塗膜は、バインダー樹脂に二酸化チタンを配合して反射率を上げたものであり、さらに、蛍光性物質をも含むものである。蛍光性物質を含まない場合、二酸化チタンが４３０ｎｍ以下の光を吸収するため、塗膜やシートにおいて反射率を高めるために一般的に採用される塗膜厚を厚くするという手法をもってしても、４００〜４３０ｎｍの反射率が上がらず、結果として全反射率が従来品（微細気泡含有ＰＥＴフィルム）には及ばない。蛍光性物質は、波長４００ｎｍ以下の紫外線を吸収して可視光を放射することで、反射率を高める作用を有するため、二酸化チタンと蛍光性物質の併用は反射率の増大に有効な手段であると考えられた。しかしながら、本発明者等が、二酸化チタンおよび蛍光性物質を含む樹脂塗膜を形成したサンプルについて、サンシャインウエザーメーターを用いて耐光性促進試験を行ったところ、反射率が経時的に低下してしまう現象が見られた。これは、蛍光性物質が紫外線によって分解し、可視光を放射する作用が経時的に低下したのではないかと考えられる。また、最表層に含まれる蛍光性物質が紫外線によって分解した後でも紫外線を吸収する能力を有しているために、最表層で紫外線が吸収されてしまって、この最表層よりも下側の層（より金属板に近い層）に含まれている蛍光性物質が、紫外線を吸収して可視光を放射することができなくなり、その結果、反射率向上効果が徐々に発現できなくなるためではないかと推測される。そして、本発明者等が、この反射率の経時低下についての対策を検討したところ、光反射性塗膜の表層には蛍光性物質を含ませないことが、効果的であることがわかった。

そこで、本発明では、光反射性塗膜の最表層は蛍光性物質を含まない層とした。この構成により、反射率の経時低下が少なくて済み、高い反射率を長期的に維持できる。なお、本発明で、特に波長を限定せずに「反射率」と言うときは、４００〜７００ｎｍの間を２０ｎｍ毎に反射率を日本電色工業社製の色差計Σ９０で測定し、下式にて求めた全反射率（％）を意味する。なお、下式において、Ｒ（λ）は波長λでの反射率を示す。
（全）反射率＝｛［Ｒ（４００）＋Ｒ（４２０）＋…Ｒ（６６０）＋Ｒ（６８０）］＋［Ｒ（４２０）＋Ｒ（４４０）＋…Ｒ（６８０）＋Ｒ（７００）］｝×２０÷２÷（７００−４００）

この最表層は、少なくとも厚さ５μｍ以上必要であり、薄すぎると、下層における蛍光性物質の耐光性が低下する傾向がある。ただし、蛍光性物質を含まないこの最表層が厚すぎると、下層における蛍光性物質の反射率向上効果が発現しにくいため、最表層の厚さの上限は４０μｍが好ましく、３０μｍがより好ましい。

本発明の光反射性塗装金属板における光反射性塗膜は、上記最表層と、蛍光性物質を含む層との２層タイプ、最表層−蛍光性物質を含む層−蛍光性物質を含まない層の３層タイプ、最表層−蛍光性物質を含む層−蛍光性物質を含まない層−蛍光性物質を含む層の４層タイプ等、様々な層構成を採用することができる。なお、最表層が、樹脂の種類の異なる二層を積層したものであっても、いずれの層にも蛍光性物質が含まれていない場合には、両層を併せて最表層と考える。つまり、層の区別は、蛍光性物質の有無のみによって決めるものとする。反射率を高めるためには、光反射性塗膜の厚みが厚いほど望ましいが、実際的には、最表層を含めて３０〜１５０μｍ程度が好ましい。

上記最表層並びにその下層は、バインダー樹脂と二酸化チタンを含むものである。蛍光性物質を含む層の場合は、さらに蛍光性物質が層中に含まれることとなる。バインダーとして使用可能な樹脂は、塗料分野で公知の樹脂がいずれも使用でき、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。また、ポリエステル系樹脂や、変性ポリエステル系樹脂（エポキシ変性ポリエステル系樹脂、フェノール誘導体を骨格に導入したポリエステル系樹脂等の熱硬化性ポリエステル系樹脂または不飽和ポリエステル系樹脂）を用いて、イソシアネート系架橋剤やメラミン樹脂で架橋してもよい。架橋剤は、樹脂に対して１〜２０質量％程度が好ましい。

二酸化チタンは、アナターゼ型、ルチル型いずれも使用可能である。粒径は、０．１〜１μｍ程度が好ましい。樹脂への分散性を高めるため、アルミナ、シリカ、ジルコニア等で表面処理した二酸化チタンを用いてもよい。バインダー樹脂に対する二酸化チタンの量は、両者の合計を１００質量％としたときに、二酸化チタンを３０〜７０質量％とすることが好ましい。少ないと反射率が低くなり、多過ぎると、塗膜としての機械的強度が低下するおそれがある。

蛍光性物質としては、紫外線領域（４００ｎｍ未満）の光を吸収し、可視光（４００ｎｍ以上）として放射することのできる物質であれば使用可能である。例えば、２，５−ビス［５−ｔ−ブチルベンゾオキサゾリル（２）］チオフェンは、「ＵＶＩＴＥＸＯＢ」（登録商標；チバスペシャルティケミカルズ社製；最大吸収波長３７５ｎｍ；最大放射波長４３５ｎｍ）として市販されていて、入手が容易である。

蛍光性物質を含む層における蛍光性物質の量は、層中０．１〜１５％が好ましい。少なすぎても多すぎても反射率向上効果が発現しなくなる。下限は０．４％がより好ましく、０．８％がさらに好ましい。また、上限は１０％がより好ましく、８％がさらに好ましい。

金属板上に光反射性塗膜を形成するには、バインダー樹脂と二酸化チタンを含む塗膜形成用塗料（蛍光性物質を含む層を形成するときにはさらに蛍光性物質を含む）を調製し、公知の塗布方法、すなわち、ロールコーター法、スプレー法、カーテンフローコーター法、バーコート法、ディッピング法等を用いて、金属板表面に塗工するとよい。塗膜形成用塗料が溶剤を含む場合や、バインダー樹脂が熱架橋するタイプの場合は、塗工後に加熱することが好ましい。塗膜形成用塗料には、本発明の目的を阻害しない範囲で、二酸化チタン以外の顔料、紫外線吸収剤、紫外線安定剤等の塗料分野で公知の添加剤を適宜添加してもよい。

金属板としては、鋼板や各種金属板を用いることができ、めっき処理や、各種公知の下地処理等が施されていても構わない。また光反射性塗膜の上にクリアー塗膜等の公知の保護膜が形成されていてもよい。

本発明の光反射性塗装金属板を、液晶表示装置の反射板として使用する場合には、光反射性塗膜が形成されている面の反対側に、放熱性塗膜を設けて、放熱性を付与することが望ましい。放熱性塗膜としては、粒径５〜１００ｎｍの黒色添加剤（カーボンブラック、Ｆｅ、Ｃｏ等）を前記したバインダー樹脂（特に変性ポリエステル系樹脂と架橋剤との併用系が好ましい。）に４〜１５質量％（塗膜中での量）添加した３〜３０μｍ程度の厚さの塗膜が好ましい。また、導電性が必要な場合は、導電性フィラー（Ｎｉ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｆｅ等）を１０〜５０質量％（塗膜中での量）含ませるとよい。なお、放熱性塗膜については、本願出願人による特開２００４−７４４１２号に、詳細に説明されていて、この公報に記載の放熱性塗膜が形成された光反射性塗装金属板は、全て本発明に包含される。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。

実験例１（Ｎｏ．１〜４１）
厚さ０．８ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板に、バーコーターで各層の塗膜厚が２０μｍとなるように塗布し、到達板温が２３０℃となるように焼付け炉で６０秒間焼付けを行って、光反射性塗膜を形成した。表１にその積層構成を示す。バインダー樹脂としてポリエステル樹脂（「バイロン２９ＸＳ」；バイロンは登録商標；東洋紡績社製；）１００質量部にメラミン樹脂（「スミマールＭ−４０ＳＴ」；住友化学社製）を２０質量部加えたものを使用し、二酸化チタン（「ＪＲ−６０３」；テイカ社製；粒径０．２８μｍ）を５０質量％添加した。この実験例１においては、光反射性塗膜は、鋼板側から見て１層目、２層目と数えている。すなわち、２層タイプのもの（表１）は、少なくとも２層目に蛍光性物質が含まれているものが比較例であり、４層タイプのもの（表２）では、少なくとも４層目に蛍光性物質が含まれているものが比較例である。また、同一組成の層も、便宜上、２層目、３層目というように数えた。蛍光性物質としては、前記「ＵＶＩＴＥＸＯＢ」（登録商標；チバスペシャルティケミカルズ社製）を用いた。

表１、２中、「試験後」とあるのは、サンシャインウエザーメーターを用いて、ブラックパネル温度６３℃、降雨なしの条件で、４５０時間耐光性促進試験を行った後の全反射率である。

表１、２から、塗膜中の蛍光性物質のトータル量が同じ量のものを比較すると、すなわち、例えば２％で４層タイプのものＮｏ．１２〜１５においては、４層目に蛍光性物質を有するＮｏ．１５が、最も反射率の低下量が多く、他のシリーズにおいても同様の傾向が認められた。

実験例２
実験例１における光反射性塗装金属板Ｎｏ．１９の裏面（光反射性塗膜面の反対側）に放熱性塗膜を形成した。放熱性塗膜は、前記ポリエステル樹脂５０質量％、前記メラミン樹脂１０質量％、黒色添加剤としてのカーボンブラック（「ＭＡ１００」；三菱化学社製）１０質量％、導電性フィラーとしてのＮｉ粉末（「ＨＣＡ−１」；山石金属社製；）３０質量％からなり、厚みは９μｍである。

放熱性の評価は、赤外線積分放射率と放熱性により行った。赤外線積分放射率は、以下の方法で測定した。
装置：日本電子（株）製「ＪＩＲ−５５００型フーリエ変換赤外分光光度計」
および放射測定ユニット「ＩＲＲ−２００」
測定波長範囲：４．５〜１５．４μｍ
測定温度：試料の加熱温度を１００℃に設定する
積算回数：２００回
分解能：１６ｃｍ^−１

上記装置を用い、赤外線波長域（４．５〜１５．４μｍ）における試料の分光放射強度（実測値）を測定した。上記試料の実測値は、バックグラウンドの放射強度および装置関数が加算／付加された数値として測定されるため、これらを補正する目的で放射率測定プログラム［日本電子（株）製放射率測定プログラム］を用い、積分放射率を算出した。算出方法の詳細は以下の通りである。

式中、
ε（λ）：波長λにおける試料の分光放射率（％）
Ｅ（Ｔ）：温度Ｔ（℃）における試料の積分放射率（％）
Ｍ（λ，Ｔ）：波長λ、温度Ｔ（℃）における試料の分光放射強度
（実測値）
Ａ（λ）：装置関数
Ｋ_ＦＢ（λ）：波長λにおける固定バックグラウンド（試料によって
変化しないバックグラウンド）の分光放射強度
Ｋ_ＴＢ（λ，Ｔ_ＴＢ）：波長λ、温度Ｔ_ＴＢ（℃）におけるトラップ黒体の
分光放射強度
Ｋ_Ｂ（λ，Ｔ）：波長λ、温度Ｔ（℃）における黒体の分光放射強度
（ブランクの理論式からの計算値）
λ_１，λ_２：積分する波長の範囲
をそれぞれ意味する。

ここで、上記Ａ（λ：装置関数）、及び上記Ｋ_ＦＢ（λ：固定バックグラウンドの分光放射強度）は、２つの黒体炉（８０℃、１６０℃）の分光放射強度の実測値、及び当該温度域における黒体の分光放射強度（ブランクの理論式からの計算値）に基づき、下記式によって算出したものである。

式中、
Ｍ_１６０℃（λ，１６０℃）：
波長λにおける１６０℃の黒体炉の分光放射強度（実測値）
Ｍ_８０℃（λ，８０℃）：
波長λにおける８０℃の黒体炉の分光放射強度（実測値）
Ｋ_１６０℃（λ，１６０℃）：
波長λにおける１６０℃の黒体炉の分光放射強度
（ブランクの理論式からの計算値）
Ｋ_８０℃（λ，８０℃）：
波長λにおける８０℃の黒体炉の分光放射強度
（ブランクの理論式からの計算値）
をそれぞれ意味する。

なお、積分放射率Ｅ（Ｔ＝１００℃）の算出に当たり、Ｋ_ＴＢ（λ，Ｔ_ＴＢ）を考慮しているのは、測定に当たり、試料の周囲に、水冷したトラップ黒体を配置している為である。上記トラップ黒体の設置により、変動バックグランド放射（試料によって変化するバックグラウンド放射を意味する。試料の周囲からの放射が試料表面で反射されるため、試料の分光放射強度の実測値は、このバックグランド放射が加算された数値として表れる）の分光放射強度を低くコントロールすることができる。上記のトラップ黒体は、放射率０．９６の疑似黒体を使用しており、前記Ｋ_ＴＢ［（λ，Ｔ_ＴＢ）：波長λ、温度Ｔ_ＴＢ（℃）におけるトラップ黒体の分光放射強度］は、以下の様にして算出する。
Ｋ_ＴＢ（λ，Ｔ_ＴＢ）＝０．９６×Ｋ_Ｂ（λ，Ｔ_ＴＢ）
式中、Ｋ_Ｂ（λ，Ｔ_ＴＢ）は、波長λ、温度Ｔ_ＴＢ（℃）における黒体の分光放射強度を意味する。

放熱性塗膜を形成した光反射性塗装金属板の赤外線放射率は、表面（光反射性塗膜側）が０．８５、裏面（放熱性塗膜側）が０．８６であった。また、放熱性塗膜を付けない場合、裏面の放射率は０．０４であった。

一方、放熱性（ΔＴ）の評価は図１に示した放熱性評価装置で行った。図１は、内部空間が１００ｍｍ（縦）×１３０ｍｍ（横）×１００ｍｍ（高さ）である直方体の装置の側部断面図である。図１中、１は供試材（被験体、測定面積は１００×１３０ｍｍ）、２は断熱材、３は発熱体［底面積は１３００ｍｍ^２、当該発熱体面積内で引ける最も長い直線の長さ（図１では、対角線の長さ）は１６４ｍｍ］、５は測温装置である。発熱体３には、シリコンラバーヒーターを用い、その上にアルミ板（赤外線放射率は０．１以下）を密着したものを使用する。また、図１のＴ１位置［内部空間の中央部（発熱体３から５０ｍｍ上方）］に、測温装置５として熱電対を固定する。発熱体からの熱輻射の影響を排除する目的で、熱電対の下部をカバーしておく。また、断熱材２は、赤外線放射率が０．０３〜０．０６の金属板［例えば電気亜鉛めっき鋼板（ＪＩＳＳＥＣＣ等）］であり、Ｔ１位置の雰囲気温度（絶対値温度）が約７３〜７４℃の範囲になるように、あらかじめ断熱材２の貼り方等を調整しておく。なお、放熱性の測定は、外気温の影響を除くため、温度：２３℃、相対湿度：６０％の部屋で行った。

図１の装置中に、上記放熱性光反射性塗装金属板を光反射性塗膜面が発熱体３側になるように設置し（液晶表示装置での熱源であるランプ位置を考慮）、電源を入れて発熱体３を１４０℃にまで加温する。発熱体３の温度が安定して１４０℃となり、Ｔ１位置の温度が６０℃以上になっていることを確認した後、一旦、光反射性塗装金属板を取外す。箱内温度が５０℃まで下がった時点で、再び光反射性塗装金属板を設置し、設置してから９０分後の箱内温度を測定する。なお、ΔＴは、各供試材につき５回ずつ測定し、そのうち上限、下限を除いた３点のデータの平均値を、本発明におけるΔＴと定めた。

本実験では、上記放熱性塗膜が付与された光反射性塗装金属板を用いたときの温度と、放熱性塗膜を有しない光反射性塗装金属板Ｎｏ．１９を用いたときの温度の差（ΔＴ）を算出したところ、放熱性塗膜を形成した光反射性塗装金属板の放熱性ΔＴは１．９℃であった。なお、上記放熱性塗膜が付与された光反射性塗装金属板を用いたときの温度と、電気亜鉛めっき鋼板そのものを用いたときとの放熱性ΔＴは、３．９℃であった。

本発明の光反射性塗装金属板は、加工しやすく、耐熱性・耐久性に優れ、かつ長期的に安定して高い反射率を示すので、例えば、エッジライト式や直下式の液晶パネルの反射板等に有用である。

放熱性測定装置の側部断面図である。

符号の説明

１供試材（被験体）
２断熱材
３発熱体
５測温装置

Claims

二酸化チタンとバインダー樹脂を含む層が複数積層されてなる光反射性塗膜を備えた光反射性塗装金属板であって、この光反射性塗膜は、蛍光性物質を含む層と蛍光性物質を含まない層が複数積層された構成を有すると共に、少なくとも光反射性塗膜の最表層は蛍光性物質を含まない厚さ５μｍ以上の層であることを特徴とする光反射性塗装金属板。
上記光反射性塗膜の最表層が厚さ５〜５０μｍである請求項１に記載の光反射性塗装金属板。
光反射性塗膜が形成されている面の反対側に、放熱性塗膜が形成されている請求項１または２に記載の光反射性塗装金属板。