KR100445215B1 - Optical diffuser plates - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리카보네이트나 폴리메타크릴레이트와 같은 투명한 플라스틱으로 만든 광유도판에 관한것이다. 플라스틱 B로 된 다수의 얇은 스트립들이 플라스틱 A로 만든 판에 삽입되는데, 플라스틱 A와 B가 화합되지 않고 플라스틱 B로 만든 스트립들이 나중에 빼내진다. 플라스틱 A로 만든 판 속에 형성된 공동부들은 빛을 편향시키는 데 사용된다.The present invention relates to a light guide plate made of a transparent plastic such as polycarbonate or polymethacrylate. A number of thin strips of plastic B are inserted into a plate made of plastic A, where plastics A and B are not combined and strips made of plastic B are later removed. Cavities formed in plates made of plastic A are used to deflect light.
Description
기술과학 분야에 있어서 가장 우선시되는 과제중의 하나가 에너지절약 또는 자원의 보존이며, 이에 관련된 연구는 지하자원의 절약과 전기에너지 소비의 감소를 목적으로 한다.One of the top priorities in the field of technical science is energy conservation or resource conservation, and related research aims to save underground resources and reduce electrical energy consumption.
본 발명은 일광에 의한 보다 나은 실내 조명을 위해 사용되는 투명한 플라스틱 광유도판에 관한 것이다.The present invention relates to a transparent plastic light guide plate used for better room lighting by daylight.
도 1은 전형적인 내부공간을 나타내고 있는 도면.1 shows a typical interior space.
도 2는 도1에서 보여준 공간에서 본 발명에 따른 광유도판을 창문 한부분에 설치함을 보여주는 도면.Figure 2 is a view showing the installation of a light guide plate according to the invention in a portion of the window in the space shown in Figure
도 3는 플라스틱 B로 된 다수의 얇은 스트립들이 플라스틱 A로 만든 판에 삽입된 것을 보여주는 도면.3 shows a plurality of thin strips of plastic B inserted in a plate made of plastic A;
도 4는 광이 각각의 상황에 따라 유도되는 것을 보여주는 도면4 shows that light is directed according to each situation.
일광으로 비교적 깊숙히 놓인 공간을 조명할 때의 문제는 특히 일광이 급경사로 비추는 경우에 창문에서 멀리 떨어진 후방 부분이 적절하게 조명될 수 없다는 것이다(참고 도 1). 이러한 상황은 방의 부분 공간이 주간에도 항상 인공조명에 의해 조명되어야 한다는 것을 의미하며 이는 에너지절약적 측면에서나 인간공학적인 측면에서도 바람직하지 않다. 도 1은 전형적인 내부공간을 나타내고 있으며 도 1의 도면 부호는 하기의 의미이다.The problem when illuminating a space deeply laid in daylight is that the rear part far from the window cannot be adequately illuminated, especially in the case of daylight steep slopes (see Figure 1). This situation means that the subspace of the room should always be illuminated by artificial lighting, even during the day, which is undesirable in terms of energy saving and ergonomics. FIG. 1 shows a typical internal space and the reference numerals of FIG. 1 mean the following.
S = 입사 일광 H = 상대적으로 밝은 영역S = incident daylight H = relatively bright area
F = 창문 D = 상대적으로 어두운 영역F = window D = relatively dark area
T = 문T = statement
본 발명의 목적은 해결책을 찾는데 있으며 문제의 해결을 위해서 소위 광유도판을 사용한다. 이 광유도판은 -유리창면의 일부를 통해- 일광을 모으고 이를 공간의 어두운 곳으로 또는 천장으로 안내한다(도 2). 즉, 광유도판은 외부로부터 급경사로 입사하는 일광을 방안 깊숙히 편향시킨다. 도 2는 도 1에 도시된 공간에서 본 발명에 따른 광유도판을 창문 한부분에 설치한 것을 보여주는 도면이다. 도면부호 LLP는 광유도판을 의미한다. 나머지 도면부호들은 도 1의 도면부호에 상응한다. 원하는 편향을 얻기 위해서 광유도판 LLP는 아래와 같은 구성으로 되어 있다(도 3).굴절율 nA를 가진 투명한 플라스틱 A로 이루어진 일반적으로 편평한 판 내에 굴절율 nB를 가진 투명한 플라스틱 B로 이루어진 얇은 스트립을 삽입, 바람직하게는 압출하는데, 상기 플라스틱 A는 플라스틱 B와 화합되지 않고 플라스틱 A가 플라스틱 B로부터 분리된다. 상기 분리는 플라스틱 B에 겉보기 항복점이 존재하면 더욱 잘 이루어진다.플라스틱 B로 예를 들어 아래에 서술된 플라스틱들이 고려된다.The object of the present invention is to find a solution and use a so-called photoguide plate to solve the problem. This light guide plate collects daylight-through a portion of the glass pane-and directs it to the dark side of the space or to the ceiling (FIG. 2). That is, the light guide plate deflects the daylight incident on the steep slope from the outside deeply in the room. FIG. 2 is a view showing that the light guide plate according to the present invention is installed in one window in the space shown in FIG. 1. Reference numeral LLP denotes a light guide plate. The remaining numerals correspond to those in FIG. 1. In order to achieve the desired deflection, the light guide plate LLP has the following configuration (Fig. 3). A thin strip of transparent plastic B having a refractive index n B is inserted into a generally flat plate of transparent plastic A having a refractive index n A , Preferably, the plastic A is not compounded with plastic B and plastic A is separated from plastic B. The separation is better done if there is an apparent yield point in plastic B. With plastic B, for example, the plastics described below are contemplated.
플루오르폴리머, 예를 들어 3M사의 제품 THV 500G와 같은 열가소성 플루오르폴리머Fluoropolymers, for example thermoplastic fluoropolymers such as THV 500G from 3M
폴리프로필렌 타입, 예를 들어 바스프 아게 사의 루포렌형태Polypropylene type, for example Luporene form of BASF AG
폴리에틸렌 타입,Polyethylene type,
폴리아미드 타입, 예를 들어 휠스 아게 사의 베스타미드 타입Polyamide type, for example Vestamid type from Wheels AG
두 종류의 특이한 성질을 통해서 광의 유도효과가 얻어진다. 이 물질의 분리면이나 물질의 전이부는 단지 굴절율의 차이로 인해 관찰될 수 있거나 분리갭이 형성되는 경우에 상기 차이는 반사면으로서 매우 뚜렷하게 볼 수 있다. 압출성형으로 만들어진 플라스틱 B 스트립들은 냉각되는 동안이나 냉각후에 플라스틱 A로 된 판으로부터 분리되고 상기 판으로부터 쉽게 빼내질 수 있다. 이는 수동으로 또는 감김 장치를 통해서 이루어질 수 있다.플라스틱 B로 된 스트립들은 판의 표면에 대해서 수직이거나 판의 표면에 대해 각도 γ〈 90o로 배열된다.광선이 전술한 방식의 광유도판 LLP 에 부딪치면, 플라스틱 A와 공기 갭과의 경계층에서 전반사의 법칙이 적용되며 이 전반사의 경계각도 αG는 오로지 양 플라스틱의 굴절율에만 의존한다.Two kinds of unique properties can lead to the induction of light. The separation surface of this material or the transition portion of the material can only be observed due to the difference in refractive index or in the case where a separation gap is formed, the difference can be seen very clearly as a reflective surface. Extruded plastic B strips can be separated from the plastic A plate and easily withdrawn from the plate during or after cooling. This can be done manually or via a winding device. The strips of plastic B are arranged perpendicular to the surface of the plate or at an angle γ <90 o with respect to the surface of the plate. Light rays hit the photoguide plate LLP in the manner described above. On the other hand, the law of total reflection is applied at the boundary layer between plastic A and the air gap, and the boundary angle α G depends only on the refractive index of both plastics.
플라스틱 B가 플라스틱 A로부터 분리됨으로써, 스트립들과 상기 스트립을 둘러싸는 매트릭스 사이에 갭이 생기는 경우에 아래의 법칙이 적용된다The following law applies when plastic B is separated from plastic A, thereby creating a gap between the strips and the matrix surrounding the strip.
광선이 경계면에 부딪치는 각도 αE가 경계 각도 αG보다 작은 경우에 전반사가 이루어진다(도4 에서의 경우 I). 급경사로 입사되는 광선은 평면궤도로 또는 상부로 편향된다. DE 195 43 687 에서 기술된 플라스틱 B로된 플라스틱 스트립들을 공기로 대치하면 굴절율의 최대차이가 얻어진다. 각도 αE가 각도 αG보다 큰 경우(도 4에서의 경우II)에 입사 광선은 경계면을 관통하게 된다. 광유도판 LLP의 바람직한 제조 방법은 판들을 삽입된 얇은 스트립과 함께 동시 압출하는 것이기 때문에 우선적으로 판의 플라스틱 A와 화합되지 않으며 동시 압출가능한 투명한 열가소성수지가 제공된다. 굴절율의 차이가 클수록 경계각도 αG와 이에 따른 시스템의 효율성이 커진다. 플라스틱 스트립이 경사지게(γ〈 90o) 배치되면, 한계 각도 αG가 작을 때에도 충분한 시스템 효율이 얻어진다. 스트립의 경사 위치에 의해서 경계면 αE에 대한 입사각이 작아진다(도 4에서의 경우II).플라스틱 A로서 예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA와 공중합물) 또는 폴리카보네이트(PC)가, 그리고 플라스틱 B로서는 이미 전술한 폴리머들이 사용된다. 전술한 바와 같은 광유도판의 생산을 위한 시험에서, 부가의 특성에 의해 광유도효과가 나타났다. 플라스틱 B가 플라스틱 A와 화합되지 않으면, 즉 플라스틱 B로 된 얇은 스트립이 매트릭스와, 즉 플라스틱 A와 접착되지 않고 얇은 갭에 의해 플라스틱 A와 분리되면, 광의 유도 효율성이 증가하게 된다. 매트릭스 폴리머 A와 플라스틱 B로 된 플라스틱 스트립과의 분리는 광학적으로 쉽게 인지할 수 있다: 이 플라스틱스트립은 하나의 반사 표면을 가지고 있는 것처럼 보이며, 이는 얇은 갭이 스트립의 표면을 따라 뚜렷한 전반사를 일으킨다는 표시이다. 공기와 매트릭스 플라스틱 A의 굴절율 차이가 상기 식에 따라 플라스틱 B와 매트릭스 플라스틱 A의 굴절률 차이보다 현저히 크며, 이는 높은 전반사를 의미한다.갭이 애초에 공기로 채워질 것인지, 또는 다소 공기가 빼내질 것인지에 대해서 이제까지는 결정되지 않았다. 그렇다면 플라스틱 B가 플라스틱 A로부터 분리된 후에 시간이 흐름에 따라 플라스틱 A를 통한 공기의 확산에 의해 갭이 공기로 채워진다고 가정한다.플라스틱 A와 B의 분리는 상이한 열팽창 계수에 의해 촉진된다. 이는 압출성형물의 냉각시에 잘 이루어진다. 이 경우, 스트립은 매트릭스보다도 빨리 수축되어야 한다. 즉, 플라스틱 B가 플라스틱 A보다 더높은 열팽창계수를 가져야한다. 미소한 열팽창계수의 차이, 즉 0.001 % 이상의 미소한 열팽창계수의 차이에 의해서도 본 발명에 따른 효과가 얻어진다.플라스틱 A와 B 사이에 분리 갭이 형성되는 경우 양 플라스틱이 굴절률에서 그리고 이미 서술한 의미에서 차이가 있는지 없는지에는 중요하지 않다. 플라스틱 A의 굴절률은 플라스틱 B의 굴절률보다 높은 것이 유리하지만 같거나 또는 작을 수도 있다. 분리점의 형성을 통해서 생긴 전반사는 강한 광유도효과를 발생시키는데는 항상 충분하다. 분리갭의 폭은 1μm 보다 커야 한다.Total reflection occurs when the angle α E at which the light beam strikes the interface is smaller than the boundary angle α G (I in FIG. 4). Light rays incident at steep slopes are deflected in a plane or upwards. Replacing the plastic strips of plastic B described in DE 195 43 687 with air gives the maximum difference in refractive index. When the angle α E is larger than the angle α G (case II in FIG. 4), the incident light beams pass through the boundary surface. Since the preferred method of manufacturing the photoguide plate LLP is to co-extrude the plates together with the inserted thin strips, a transparent thermoplastic resin which is not compatible with the plastic A of the plates and which is co-extruded is provided. The larger the difference in the refractive indices, the higher the boundary angle α G and thus the efficiency of the system. If the plastic strips are arranged at an angle (γ <90 ° ), sufficient system efficiency is obtained even when the limit angle α G is small. The angle of incidence to the interface α E decreases due to the inclined position of the strip (case II in FIG. 4). As plastic A, for example, polymethylmethacrylate (copolymer with PMMA) or polycarbonate (PC), and As the plastic B, the polymers already mentioned above are used. In tests for the production of photoinductive plates as described above, the light inducing effect was exhibited by additional properties. If the plastic B is not compatible with the plastic A, that is, a thin strip of plastic B is separated from the plastic A by the thin gap without bonding with the matrix, i.e., the plastic A, the induction efficiency of light increases. The separation of the matrix polymer A from the plastic strip of plastic B is optically easy to recognize: the plastic strip appears to have a single reflective surface, which means that a thin gap causes a pronounced total reflection along the surface of the strip. It is an indication. The difference in refractive index between air and matrix plastic A is significantly larger than the difference in refractive index between plastic B and matrix plastic A according to the above formula, which means higher total reflection. So far, whether the gap will be initially filled with air, or somewhat aired out, Was not determined. Then assume that the gap is filled with air by the diffusion of air through plastic A over time after plastic B has been separated from plastic A. The separation of plastics A and B is facilitated by different coefficients of thermal expansion. This is well done when cooling the extrudate. In this case, the strip must shrink faster than the matrix. In other words, plastic B should have a higher coefficient of thermal expansion than plastic A. The difference according to the present invention is also obtained by the difference of the minute coefficient of thermal expansion, i.e. by the minute coefficient of thermal expansion of not less than 0.001%. It does not matter whether or not there is a difference. The refractive index of plastic A is advantageously higher than the refractive index of plastic B, but may be the same or smaller. Total reflection resulting from the formation of splitting points is always sufficient to produce a strong light induction effect. The width of the separation gap should be greater than 1 μm.
광유도판 LLP의 두께는 일반적으로 2 내지 20 mm 범위에 있다. 플라스틱 B로 만든 삽입된, 바람직하게 압출된 스트립들은 일반적으로 0.05 내지 0.5 mm의 두께를 가지며 플라스틱 A로 만든 판의 두께에 대해 50 내지 95% 폭을 갖는다. 일반적으로 플라스틱 B로 만든 스트립들은 규칙적으로 2 내지 40 mm의 상호간격을 두고 플라스틱판 A에 배열되어 있다.광유도판 LLP의 나머지 치수는 설치 유리창, 특히 유리창 형태나 문틀 형태에 따라 조정된다. 적용된 압출기술에 의한 치수 제한은 일반적으로 없다.다물질 노즐을 가진 압출 기계장치에서 압출을 이용한 생산기술은 선행기술에 상응한다(DE-A 4 326 232).본 발명에 따른 광유도판 LLP는 도 3에 따라 설명되어진다. 도면부호는 아래와 같은 의미이다.The thickness of the light guide plate LLP is generally in the range of 2 to 20 mm. Inserted, preferably extruded strips made of plastic B generally have a thickness of 0.05 to 0.5 mm and a width of 50 to 95% of the thickness of the plate made of plastic A. In general, strips made of plastic B are arranged on plastic sheet A with a regular interval of 2 to 40 mm. The remaining dimensions of the light guide plate LLP are adjusted according to the mounting glass window, in particular the shape of the glass window or door frame. There is generally no dimensional limitation by the extrusion technique applied. The production technique using extrusion in an extrusion machine with a multi-material nozzle corresponds to the prior art (DE-A 4 326 232). The light guide plate LLP according to the invention is shown in FIG. It is explained according to 3. Reference numerals have the following meanings.
(1) = 플라스틱 A로 된 광유도판 LLP(1) = light guide plate LLP of plastic A
(2) = 플라스틱 B로 된 삽입된 얇은 스트립들(2) = inserted thin strips of plastic B
(3) = 플라스틱 인발을 통해 만들어진 공동부 사이의 간격(3) = spacing between cavities made through plastic drawing
(4) = 공동부(4) = cavity
본 발명에 따른 광유도판을 고정키 위해서, 공지된 유기 유리로 이루어진 판용 고정틀을 사용할 수 있다.In order to fix the light guide plate according to the present invention, a plate fixing frame made of a known organic glass can be used.
본 발명에 따른 광유도판은 공간, 특히 공장들, 강당들,지하실들, 돔형 천장들, 수직갱들, 경우에 따라 자동차들이나 배들, 기타 등등에 개선된 조명을 위해 설치될 수 있다. 이의 사용은 에너지절약 뿐만 아니라 작업장의 더 좋은 인간공학적 설계에 기여한다.The light guide plate according to the invention can be installed for improved lighting in spaces, in particular in factories, auditoriums, basements, domed ceilings, vertical shafts, optionally cars or ships, and the like. Its use not only saves energy but also contributes to better ergonomic design of the workplace.
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