KR101044193B1 - Ｌｅｄ 평면조명장치용 패턴도광판 및 그 제조방법, 이를 이용한 ｌｅｄ 평면조명장치 - Google Patents

Ｌｅｄ 평면조명장치용 패턴도광판 및 그 제조방법, 이를 이용한 ｌｅｄ 평면조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 패턴도광판을 이용한 LED 평면조명장치는 면광원을 구현하기 위하여 광원으로부터 입사된 빛을 전방으로 출사하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판, 상기 패턴도광판의 일측 가장자리에 배치되는 LED 광원, 상기 패턴도광판의 하면에 배치되어 광을 반사시키는 반사시트를 포함하고, 상기 LED 평면조명장치용 패턴도광판은 잉크젯 방식으로 도광기재의 표면에 반구형 렌즈패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴도광판의 상면에 배치되어 상기 패턴도광판으로부터 방출되는 빛을 난반사하여 확산시키는 확산시트와 상기 확산시트의 상면에 배치되어 확산 방출되는 빛을 집광하여 최대 휘도레벨을 획득하도록 기능하는 프리즘시트가 선택적으로 추가될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

ＬＥＤ 평면조명장치용 패턴도광판 및 그 제조방법, 이를 이용한 ＬＥＤ 평면조명장치{Patterned Light Guide Plate of LED Flat Lighting Apparatus Type And Manufacturing Method Thereof And LED Flat Lighting Apparatus Using The Same}
본 발명은 패턴도광판 및 그 제조방법, 이를 이용한 평면조명장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 평면조명장치에 사용되는 조도 특성이 우수한 LED 평면조명장치용 패턴도광판 및 그 제조방법, 이를 이용한 LED 평면조명장치에 관한 것이다.
본 발명은 LED 광원을 이용한 평면조명장치에 적용될 수 있는 패턴도광판과 이의 제조방법 및 패턴도광판을 이용한 LED 평면조명장치에 관한 것으로서, 그 적용범위는 매우 넓다고 할 수 있으며 특히 전력절감을 위한 녹색기술의 하나로 광원을 측면에 두는 엣지타입의 평면조명장치에 적용된다.
LED 광원을 이용하는 평면조명장치는 광원을 부착하는 위치 내지는 배열구조에 따라 직하 방식(Direct Type) 또는 엣지 방식(Edge Type)으로 구분되며, 전자의 직하 방식은 조명장치의 배면에 복수 개의 램프를 배열하여 직접적인 면 광원을 조명장치로 공급하고, 후자의 엣지 방식은 조명장치 배면에 별도의 도광판을 대면시킨 후 이의 측방에 램프를 배치하여 상기 도광판에 의한 면 광원을 구현한다.
도 1(a)는 조명장치의 배면에 램프를 부착하는 직하 방식을 나타낸 것이고, 도 1(b)는 조명장치의 측면에 램프를 부착하는 엣지 방식을 나타낸 것이다.
직하 방식에 있어서는 LED 광원(10)이 뒷면에 일정하게 배치가 되어 전면부로 균일한 빛의 출광을 유도할 수 있으나, 측면에 광원(20)이 위치한 엣지형에 있어서는 가장자리의 경우 높은 밝기를 나타내나 램프로부터 거리가 먼 중앙부는 밝기가 어둡게 된다. 이를 개선하기 위하여 광추출을 위한 일정한 패턴이 새겨진 도광판을 부착하게 되는데 패턴의 크기와 조밀도를 적절히 조절하여 측면부에서 발산되는 빛을 패턴도광판을 통하여 전면부로 균일하게 발산되도록 한다.
직하형의 경우 LED의 강한 빛이 조명장치 뒷면에서 직접 앞으로 출광되기 때문에 눈부심 문제가 있어 조명장치의 전면에 확산쉬트를 부착하여 이를 개선하고자 하나 확산쉬트의 두께가 두꺼울수록 눈부심 문제는 개선되나 휘도와 조도가 저하되는 문제가 있고, 반대로 두께가 얇을수록 눈부심 문제가 나타나는 복합적인 문제를 안고 있다. 반면 엣지형의 경우 LED의 광원이 측면에 위치하기 때문에 직접 노출되지 않아 눈부심이 적으며 은은한 분위기를 형성하는 감성조명의 하나로 새롭게 부각되고 있다.
패턴도광판을 만드는 방법은 크게 실크스크린, V-cut, 스탬핑, 사출, 레이저 및 잉크젯 방식으로 나눌 수 있으며 이중 보편적으로 많이 사용되고 있는 방식이 실크스크린으로 광고인쇄 등 다양한 응용분야에 보편적으로 많이 사용되고 있으나 망목 특성상 패턴의 피치 간격이 500㎛ 이상으로 넓어 높은 휘도를 기대하기 어려우며, 더욱이 인쇄 후 열풍 건조시 패턴의 박리 문제와 제조후 냉각 숙성을 하여야하는 불편함과 문제점을 내포하고 있다. 하지만 모니터 크기 이상의 대형 디스플레이에서는 잉크젯 방식 외에 상업적으로 쉽게 채택할 수 있는 높은 수율을 갖는 기술이 아직 등장하지 않아 가장 널리 사용되고 있는 방법이다. 최근까지 조명용의 패턴도광판으로 널리 사용되어지는 기술이지만 LCD 디스플레이와는 달리 높은 조도특성을 요구하는 조명 분야에서는 지속적으로 시장을 넓혀가기에는 어려울 것으로 보인다.
V-cut 방식은 도광판의 표면에 V 자 모양의 홈을 기계적으로 파내는 방식으로 매우 간단하여 패턴도광판을 만들기 위해 손쉽게 접근할 수 있는 방법중의 하나로 휘도와 조도의 광특성이 실크스크린 방식보다 저하되어 조명보다는 라이터패널과 같은 곳에 대중화되어 있다.
스탬핑 방식은 패턴이 각인되어 있는 스탬프로 무인쇄(bare) 도광판을 핫프레스를 이용하여 눌러서 만드는 방법으로 낮은 수율 문제로 인하여 아직 상업적으로 확대되지 않고 있다. 반면에 사출방식은 금형을 이용하여 원하는 모양의 패턴이 형성된 도광판을 연속적으로 찍어내는 방식으로 노트북과 같은 중소형의 디스플레이에 보편적으로 많이 사용되고 있으나, 크기가 커질 경우 사출성형 과정의 냉각시간이 길어지는 등 cycle time이 길어져 생산성이 저하되는 문제를 갖고 있으며, 또한 디스플레이 면적이 커질 경우 사출성형과정의 열이력에 의해 성형 후 패턴도광판의 뒤틀림 현상이 발생하여 TV와 같은 대면적의 디스플레이에는 적용하기 어려운 단점이 있다.
디스플레이의 대면적화에 대응하기 위하여 등장한 기술이 레이저 방식으로 도광판의 면적에 구애받지 않고 표면에 패턴을 각인할 수 있으나, 이 또한 낮은 수율 문제와 함께 모든 패턴 형상을 레이저로 하나씩 각인하는데 소요되는 시간이 길어 생산성이 저하되는 문제를 갖고 있다. 뿐만 아니라 슬림 디자인에 대응키 위한 박형 도광기재에 패턴을 형성하는 것은 레이저에 의한 도광판 표면의 발열문제로 인하여 상업적으로 넓게 확대하는데 한계가 있다.
이러한 각각의 제조방식들이 갖는 생산성 저하 문제, 가공시의 발열문제, 박형 도광판의 가공문제, 대면적의 뒤틀림 문제 등이 대두되면서 이러한 문제점들을 개선하고 LCD 디스플레이용 백라이트와는 달리 조명에서만 요구되는 높은 조도 특성을 나타내는 잉크젯 방식이 제안되었다. 잉크젯 방식에 의해 형성되는 렌즈는 실크스크린 방식에 의해 형성되는 Dot 패턴에 비해 빛을 모아주는 볼록렌즈 효과에 의해 우수한 조도특성의 발현을 기대할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서,
실크스크린, V-cut, 사출, 및 레이저 방식의 패턴도광판이 갖는 단점들을 개선함과 동시에 공정을 단순화시켜 패턴 가공시간을 획기적으로 단축하여 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 조명기구에서 요구하는 높은 조도 특성을 발현하는 잉크젯 방식에 의한 렌즈 형상의 LED 평면조명장치용 패턴도광판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 도광판의 패턴을 이루는 렌즈들의 접착력이 우수함과 동시에 높은 조도와 휘도의 균일성(Uniformity)이 높은 특성을 발현하도록 렌즈의 접촉각을 향상시키는 잉크젯 방식 패턴도광판의 제조기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 패턴도광판을 적용하여 LED 광원이 평면조명장치의 측면에 부착되는 엣지형 LED 평면조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 LED 평면조명장치용 패턴도광판은 NF3, CF4, SF6, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, PF5, SiF4, WF6 등의 불소함유 가스 중에서 1종 또는 2종 이상의 혼합가스로 구성된 반응성 가스를 이용하여 플라즈마로 표면처리되거나 프라이머로 표면코팅처리된 도광기재; 및, 상기 도광기재의 표면상에 토출 및 경화된 자외선 경화조성물로써 형성된 다수의 반구형 렌즈;를 포함하고, 상기 반구형 렌즈의 렌즈 접촉각이 30°이상인 것을 특징으로 한다.
상기 반구형 렌즈의 직경은 조도 특성을 고려하여 20㎛ 이상 1000㎛ 이하, 바람직하게는 40㎛ 이상 500㎛ 이하인 것이 좋다.
여기서, 상기 도광기재는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate) 또는 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 또는 엠에스수지(methylmethacrylate-styrene copolymer) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 자외선 경화조성물은 반응성 올리고머, 모노머, 광개시제 및 기타 첨가제로 구성되고, 상온에서 점도가 1cps 이상 200cps 이하이거나 5cps 이상 100cps 이하이며, 반응성 가스의 사용시 상기 도광기재에 대한 상기 반구형 렌즈의 접착율과 접촉각이 향상되는 것이 좋다.
그리고, 상기 반응성 올리고머가 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 불포화 폴리에스터, 폴리에테르 아크릴레이트, 스피레인 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트, 폴리부타디엔 아크릴레이트, 비닐 아크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 혼합물로 구성되어 진 것이 바람직하다.
여기서, 상기 모노머는 친수성 모노머의 사용량이 전체 모노머 100중량부 중에 65중량부 이하이고, 더욱 바람직하게는 55 중량부 이하이며, 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시메틸 (메트)아크릴레이트, 아크릴릭에시드, 메타아크릴릭에시드, 아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, N-비닐아세트아미드, N-메틸N-비닐아세트아미드, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 (메트)아크릴레이트, 테트라하이드로퓨릴 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 10몰이상 에톡실레이티드비스페놀A 디(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드글리세릴 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴 (메트)아크릴레이트, 글리세롤 (메트)아크릴레이트로 이루어진 친수성 모노머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 포함되는 것이 좋다.
또한, 상기 모노머는, 스티렌, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 부틸 (메트)아크릴레이트, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 데실 (메트)아크릴레이트, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 이소보닐 (메트)아크릴레이트, 2-피녹시메틸 (메트)아크릴레이트, 2-피녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 에티렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드비스페놀A 디(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드네오펜틸글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리스(2-하이드록시에틸)이소시아누레이트 트리(메트)아크릴레이트 등의 소수성 모노머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 포함되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 제조방법은 NF3, CF4, SF6, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, PF5, SiF4, WF6 의 불소함유 가스 중에서 1종 또는 2종 이상의 혼합가스로 구성된 반응성 가스를 사용함으로써 플라즈마로 표면처리하거나 프라이머로 표면코팅 처리하여 도광기재의 표면을 활성화하는 제 1 단계(S100); 상기 활성화된 도광기재의 표면에 잉크젯장치를 이용하여 자외선 경화조성물을 토출하는 제2단계(S200); 및, 상기 자외선 경화조성물을 경화시켜 다수의 반구형 렌즈를 형성하는 제 3 단계(S300);를 포함하고, 상기 제 1 단계의 플라즈마 처리시 사용되는 반응성 가스와 운반가스의 유량비는 1/5 내지 1/1000 또는 1/50 내지 1/700 또는 1/100 내지 1/500이며, 상기 자외선 경화조성물은 상온에서 점도가 1cps 이상 200cps 이하이거나 5cps 이상 100cps 이하이며, 상기 반구형 렌즈의 렌즈 접촉각이 30°이상인 것을 특징으로 한다.
상기 반구형 렌즈의 직경은 조도 특성을 고려하여 20㎛ 이상 1000㎛ 이하, 바람직하게는 40㎛ 이상 500㎛ 이하인 것이 좋다.
여기서, 상기 도광기재는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate) 또는 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 또는 엠에스수지(methylmethacrylate-styrene copolymer) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 자외선 경화조성물은 반응성 올리고머, 모노머, 광개시제 및 기타 첨가제로 구성되고, 상온에서 점도가 1cps 이상 200cps 이하이거나 5cps 이상 100cps 이하이며, 반응성 가스의 사용시 상기 도광기재에 대한 상기 반구형 렌즈의 접착율과 접촉각이 향상되는 것이 좋다.
그리고, 상기 반응성 올리고머가 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 불포화 폴리에스터, 폴리에테르 아크릴레이트, 스피레인 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트, 폴리부타디엔 아크릴레이트, 비닐 아크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 혼합물로 구성되어 진 것이 바람직하다.
또한, 상기 모노머는 친수성 모노머의 사용량이 전체 모노머 100중량부 중에 65중량부 이하이고, 더욱 바람직하게는 55 중량부 이하이며, 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시메틸 (메트)아크릴레이트, 아크릴릭에시드, 메타아크릴릭에시드, 아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, N-비닐아세트아미드, N-메틸N-비닐아세트아미드, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 (메트)아크릴레이트, 테트라하이드로퓨릴 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 10몰이상 에톡실레이티드비스페놀A 디(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드글리세릴 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴 (메트)아크릴레이트, 글리세롤 (메트)아크릴레이트로 이루어진 친수성 모노머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 포함되는 것이 좋다.
상기 모노머는, 스티렌, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 부틸 (메트)아크릴레이트, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 데실 (메트)아크릴레이트, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 이소보닐 (메트)아크릴레이트, 2-피녹시메틸 (메트)아크릴레이트, 2-피녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 에티렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드비스페놀A 디(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드네오펜틸글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리스(2-하이드록시에틸)이소시아누레이트 트리(메트)아크릴레이트 등의 소수성 모노머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 포함되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 LED 평면조명장치는 면광원을 구현하기 위하여 광원으로부터 입사된 빛을 전방으로 출사하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판; 상기 패턴도광판의 일측 가장자리에 배치되는 LED 광원; 및, 상기 패턴도광판의 하면에 배치되어 광을 반사시키는 반사시트;를 포함하고, 상기 LED 평면조명장치용 패턴도광판은 잉크젯 방식으로 도광기재의 표면에 반구형 렌즈패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LED 평면조명장치는, 상기 패턴도광판의 상면에 배치되어 상기 패턴도광판으로부터 방출되는 빛을 난반사하여 확산시키는 확산시트; 및/또는 상기 확산시트의 상면에 배치되어 확산 방출되는 빛을 집광하여 최대 휘도레벨을 획득하도록 기능하는 프리즘시트;를 포함하는 것이 좋다.
여기서, 상기 LED 평면조명장치용 패턴도광판은, NF3, CF4, SF6, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, PF5, SiF4, WF6 등의 불소함유 가스 중에서 1종 또는 2종 이상의 혼합가스로 구성된 반응성 가스를 이용하여 플라즈마로 표면처리되거나 프라이머로 표면코팅처리된 도광기재; 및, 상기 도광기재의 표면상에 토출 및 경화된 자외선 경화조성물로써 형성된 다수의 반구형 렌즈;를 포함하고, 상기 반구형 렌즈의 렌즈 접촉각이 30°이상이며, 상기 반구형 렌즈의 직경은 조도 특성을 고려하여 20㎛ 이상 1000㎛ 이하, 바람직하게는 40㎛ 이상 500㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 잉크젯 방식의 평면조명장치용 패턴도광판은 기존의 실크스크린, V-cut, 레이저 등에 의한 패턴도광판과 대비하여 월등히 높은 패턴 조밀도를 구현할 수 있으며, 상기 잉크젯 방식의 평면조명장치용 패턴도광판은 기존의 실크스크린, V-cut, 레이저 등의 방식을 이용하는 패턴도광판과 대비하여 보다 높은 조도 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이러한 잉크젯 방식의 평면조명장치용 패턴도광판을 이용한 엣지형 LED 평면조명장치에서 종래보다 우수한 조도 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 직하 방식과 엣지 방식의 LED 평면조명장치의 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 반구형 렌즈의 형상을 나타낸 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 확대도,
도 3은 본 발명에 따른 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 제조방법을 나타낸 순서도,
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패턴도광판의 플라즈마 표면처리 후 테이핑 테스트 과정을 나타낸 도면, 및
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 평면조명장치의 개념도이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 LED 평면조명장치용 패턴도광판 및 그 제조방법, 이를 이용한 LED 평면조명장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 반구형 렌즈의 형상을 나타낸 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 확대도, 도 3은 본 발명에 따른 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 제조방법을 나타낸 순서도, 도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패턴도광판의 플라즈마 표면처리 후 테이핑 테스트 과정을 나타낸 도면, 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 평면조명장치의 개념도이다.
도 2를 살펴보면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 평면조명장치용 패턴도광판은 불소함유 가스로 구성된 반응성 가스를 이용하여 플라즈마로 표면처리된 도광기재(100) 또는 프라이머로 표면코팅 처리된 도광기재(100) 및 도광기재(100)의 표면상에 토출 및 경화된 자외선 경화조성물로써 형성된 다수의 반구형 렌즈(200)로 구성된다.
여기서 불소함유 가스는 NF3, CF4, SF6, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, PF5, SiF4, WF6이고, 반응성 가스는 상기 불소함유 가스 중에서 1종 또는 2종 이상의 혼합가스를 사용한다. 도광기재(100)의 표면처리를 위한 또 다른 방법의 하나인 프라이머로 표면 코팅처리 하는 경우, 그 구성에 특별히 한정하지 않으며 도광기재(100)의 표면에 접착력을 가지면서 접촉각이 최소 30°이상의 렌즈가 안착될 수 있는 프라이머이면 어떤 것이든 무방하다.
또한 도 2에 표현된 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 제조방법을 나타낸 도 3을 살펴보면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 제조방법은 도광기재(100)의 표면을 소수성의 대기압 플라즈마로 표면처리 또는 프라이머 코팅처리하여 도광기재(100)의 표면을 활성화하는 제1단계(S100), 및 활성화된 도광기재(100)의 표면에 잉크젯장치를 이용하여 자외선 경화조성물을 토출하는 제2단계(S200), 자외선 경화조성물을 경화시켜 다수의 반구형 렌즈(200)를 형성하는 제3단계(S300)를 포함하며, 상기 활성화하는 단계는 플라즈마 표면처리 시 반응성가스로서 NF3, CF4, SF6, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, PF5, SiF4, WF6 등의 불소 함유 가스를 사용하는 것을 특징으로 한다. 프라이머 코팅에 의해 도광기재의 표면처리를 하는 경우 프라이머의 조성은 통상적인 자외선 경화수지를 이용하여 도광기재의 표면에 접착력을 가지면서 30°이상의 접촉각을 갖는 렌즈의 안착을 유도할 수 있는 구성이면 어떤 것이든 무방하다. 단, 자외선 경화수지 또는 열경화수지 조성물로 구성된 프라이머로 표면 코팅 처리를 하는 경우 잉크젯장치에 의해 렌즈용 잉크를 토출하여 렌즈를 형성하는 전단계에 프라이머의 경화과정을 거쳐야 한다. 따라서 이러한 추가 경화공정의 필요 때문에 프라이머 처리방식보다 플라즈마 처리방식이 선호될 수는 있으나 어떤 방식을 사용하더라도 본 발명의 목적하는 바를 수득하는데에 특별한 영향을 미치는 것은 아니다.
상기 반구형 렌즈(200)는 도광기재(100)의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다. 양면 형성의 경우 양면 모두 플라즈마 표면처리 또는 프라이머 표면처리를 하게 된다. 반구형 렌즈(200)의 직경은 제한되지 않으나, 조도 특성을 고려하여 적어도 20㎛ 이상 1000㎛ 이하, 바람직하게는 40㎛ 이상 500㎛ 이하이며, 렌즈의 크기가 너무 작을 경우 휘도 특성은 구현되더라도 조명장치에서 요구되는 조도 특성의 발현이 어려운 단점이 있으며, 렌즈가 지나치게 클 경우 패턴의 가공 시간이 길어지는 단점이 있다.
본 발명의 LED 평면조명장치용 패턴도광판 제조방법은 대기압 또는 대기압 부근의 플라즈마를 이용하여 도광기재(100) 표면의 유기물을 제거함과 동시에 표면을 활성화시키거나, 프라이머로 표면코팅처리를 한 다음 잉크젯장치로 자외선 경화조성물을 노즐을 통하여 토출시키고 경화시킴으로써 도광기재(100) 표면에 반구형 렌즈(200) 형상의 패턴을 형성하는 것을 핵심으로 한다.
또한 소수성 플라즈마에 의해 표면처리된 도광기재의 경우 통상의 프라이머에 의해 처리된 도광기재보다 상대적으로 높은 접촉각을 나타내는 것이 발견되었으나 본 발명에서 요구하는 최소 30°이상의 접촉각을 수득할 수 있다면 어느 방법을 사용하여도 무방하다. 하지만 공정의 편의성 측면에서 추가적인 경화공정을 필요로 하는 프라이머 표면처리방식보다 플라즈마 처리방식이 선호될 수 있다.
본 발명자가 사용한 불소함유 가스는 그 사용량이 매우 적어 일반적으로 아르곤, 헬륨이나 질소와 같은 운반가스(carrier gas)와 혼합하여 사용하며 이 때의 혼합가스의 종류에는 특별한 제한이 없다. 혼합비에 따라 플라즈마 처리된 표면의 특성이 약간 달라질 수 있으며, 비록 경향성의 차이는 있을지라도 그 혼합비가 패턴도광판의 제조방법에 어떠한 제한을 가하는 것은 아니다.
통상적인 반응성가스와 운반가스의 유량비는 그 범위에 특별한 제한을 가하는 것은 아니나 일반적으로 1/5 내지는 1/1000이며, 바람직하게는 1/50 내지는 1/700, 더욱 바람직하게는 1/100 내지는 1/500이다. 이때 운반가스의 비율을 5 이하로 할 경우 표면처리는 큰 이상이 없을지라도 가격이 높은 반응성 가스의 함량이 증가하여 제조원가가 상승하는 단점이 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조방법에 의해 만들어진 LED 평면조명장치용 패턴도광판에 형성된 반구형 렌즈(200)의 형상을 도시하고 있다. 렌즈 패턴의 위치 및 조밀도, 크기 등은 다양할 수 있으며 제한되지 않으나, 렌즈의 크기는 조도 특성을 고려하여 적어도 20㎛ 이상 1000㎛ 이하, 바람직하게는 40㎛ 이상 500㎛ 이하이며, 렌즈의 크기가 너무 작을 경우 휘도 특성은 구현되더라도 조명장치에서 요구되는 조도 특성의 발현이 어려운 단점이 있으며, 렌즈가 지나치게 클 경우 패턴의 가공 시간이 길어지는 단점이 있다.
잉크젯 방식은 비접촉식 인쇄방식이어서 접촉식 인쇄 방식에 비해 잉크와 기재의 밀착성이 떨어지게 된다. 후술하는 실험 예에서 볼 수 있듯이 도광기재(100)에 특별한 처리 없이 잉크젯 방식으로 패턴을 형성하게 되면 잉크와 기재와의 밀착성 문제로 인하여 접착력이 현저히 떨어지게 되고 결국 제품의 신뢰성 저하와 내구성 저하로 이어지게 된다.
하지만 본 발명에서는 품질적으로 우려스러운 이러한 접착력이 플라즈마 표면처리 방식과 프라이머 표면코팅처리 방식에 의해 모두 우수한 접착력을 획득할 수 있다. 플라즈마 표면처리 방식의 경우 비록 소수성으로 표면처리를 함에도 불구하고 우수한 접착력을 얻을 수 있는 것은 도광기재(100)의 표면이 플라즈마에 의해 순간적으로 이온화되기 때문으로 판단되어 진다.
한편, 플라즈마 처리 방법에 대하여는 잘 알려져 있으며, 저온 플라즈마 처리 장치는 시중에서 쉽게 구입이 가능하다. 플라즈마에 대한 기초원리 및 적용 예는 문헌에 기재되어 있다. ("Fundamentals of Plasma Chemistry" in "Technology and Application of Plasma Chemistry", by J.R. Holahan and A.T. Bell, Wiley, NY, 1974; H. Suhr, Plasma Chem. Plasma Process 3(1), 1, 1983). 뿐만 아니라 저온 플라즈마 처리에 대해서는 “H.J. Jacobasch et al., Farbe + Lack 99 (7), p602, 1993” 및 “J. Friedrich et al., Surf. Coating Tech., 59, p371, 1993”에 기재되어 있어 이를 참고하면 되므로 자세한 설명을 생략한다.
바람직하게 본 발명에서 저온 플라즈마를 이용하여 도광기재(100)의 표면처리를 하는 경우 특히 대기압 또는 대기압 부근의 저온 플라즈마로 도광기재(100)의 표면을 활성화 처리하는 것이 좋다.
한편, NF3, CF4, SF6, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, PF5, SiF4, WF6 와 같은 불소함유 가스를 반응성가스로 사용하는 플라즈마 활성화 처리 제어 방법은 다양할 수 있으며 제한되지 않는다. 처리하는 플라즈마의 RF 주파수, 출력, 가스의 유속 등을 제어함으로써 잉크와의 접촉각을 제어할 수도 있다.
프라이머를 이용하여 표면처리를 행하는 경우 통상의 자외선 경화수지 조성물 또는 열경화수지 조성물의 어떤 것이든 사용이 가능하며, 또한 이들의 표면코팅은 롤코팅, 그라비아코팅, 슬릿코팅, 잉크젯코팅 등 통상적으로 사용되는 어떠한 방법을 사용하여도 무방하다. 자외선 경화수지로 코팅하는 경우에는 자외선 경화장치를 이용하고, 열경화수지로 코팅하는 경우에는 열경화장치를 이용하여 경화단계를 거치게 된다. 이러한 경화과정은 일반적으로 많은 산업분야에 사용되고 있어 경화반응에 대한 통상의 지식을 가진 자이면 어렵지 않게 수행할 수 있다.
상기 도광기재(100)의 종류에는 제한이 없다. 바람직한 예로서, 상기 도광기재(100)는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 엠에스수지(methylmethacrylate-styrene copolymer), 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethyleneterephthalate)를 주성분으로 하는 것을 사용하는 것이 좋다. 도광기재(100)는 필름, 압출 쉬트 또는 사출되어 형성된 두꺼운 판의 형태일 수 있으며 제한되지 않는다.
이하에서는 렌즈를 형성하는 자외선 경화조성물에 대하여 설명한다. 상기 자외선 경화조성물은 전술한 조건들을 만족시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않고 사용이 가능하다. 바람직하기로는 자외선 경화조성물이 반응성 올리고머, 모노머와 광개시제 및 기타 첨가제로 구성되는 것이 좋다. 상기 모노머는 다관능성 또는 단관능성 모노머 또는 이들 모노머들의 혼합물일 수 있다.
특히, 상기 자외선 경화조성물은 상온에서의 점도가 1 cps 이상 200 cps 이하 어거나 5 cps 이상 100 cps 이하인 것이 좋다. 잉크젯 노즐로부터 토출되는 잉크, 즉 자외선 경화조성물은 피코리터의 체적 단위로 토출되어 반구형 렌즈의 직경을 조절하기 때문에 잉크의 점도는 토출되는 액적의 크기에 많은 영향을 주어 잉크젯팅에서는 통상적으로 잉크의 점도를 엄격히 조절하여야 한다. 모노머만을 사용하는 자외선 경화조성물은 점도가 낮아 잉크젯팅에 큰 어려움이 없으나 본 발명의 반구형 렌즈(200)를 형성하기 위해서는 최종 자외선 경화조성물의 점도가 상온에서 200 cps를 넘지 않도록 배합비를 조절하여야 한다. 만약 점도가 200 cps를 넘게 되면 자외선 경화조성물의 토출이 상온에서 어렵게 되며, 설령 잉크젯 헤드를 가열하는 방법으로 점도를 낮추거나, 피에조 방식의 헤드를 조절하여 강제적으로 토출시킨다 하더라도 토출되는 액적의 크기가 상대적으로 커지거나 잉크젯 공정 문제점 중 하나인 위성 방울이 다발하는 등 목적하는 균일한 크기의 액적을 얻기가 어려워진다. 결국은 렌즈의 크기를 만족스럽게 조절하지 못하여 원하는 형태의 패턴구현이 어렵고 이는 만족스러운 휘도 및 조도 증가를 기대하기 어려울 뿐만아니라 휘도의 균일성(uniformity) 또한 저하되게 된다.
따라서, 잉크젯 방식으로 도광기재(100)의 표면에 패턴을 구현하기 위하여 반구형의 렌즈(200)를 형성하는 자외선 경화조성물의 점도는 상온에서 1 cps 이상 200 cps 이하가 되도록 하여야 한다. 상온에서 바람직하게는 5 cps 이상 150 cps 이하이며, 더욱 바람직하게는 5 cps 이상 100 cps 이하인 것이 좋다.
상기 반응성 올리고머는 바람직하기로는 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 불포화 폴리에스터, 폴리에테르 아크릴레이트, 스피레인 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트, 폴리부타디엔 아크릴레이트, 비닐 아크릴레이트 중에서 선택되어지는 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 구성되어 진 것이 좋다.
자외선 경화조성물 배합에 투입되는 반응성 올리고머의 양에는 특별한 제한을 두는 것은 아니나 전술한 바와 같이 최종 자외선 경화조성물의 상온 점도가 200 cps를 초과하지 않도록 투입량을 조절하여야 한다. 200 cps를 초과하지 않기 위한 통상적인 바람직한 반응성 올리고머의 투입량은 50중량부 이하, 더욱 바람직하게는 40 중량부 이하이다.
배합에 사용되는 상기 모노머는 자외선 중합성 모노머가 좋으며, 올리고머의 반응성 희석제로 사용되어 자외선 경화조성물의 작업성을 부여하는 역할을 하며, 자외선 조사에 의해서 자신도 중합되어 고분자간의 가교제 역할도 수행한다. 비록 희석용으로 사용되어 반응성 올리고머보다 점도가 매우 낮다 하더라도, 빠른 경화속도를 나타내는 장점을 갖고 있는 3 관능성 이상의 모노머는 아래 표 1에 나타나 있듯이 점도가 본 발명에서 목적하는 최종 자외선 경화조성물의 점도 200 cps 보다 높아 그 사용에 주의를 기울여야 한다.
<표 1>
Figure 112011021125300-pat00001

일반적으로 자외선 경화조성물의 배합에 있어서 내스크래치 특성, 유연성, 경도 등의 특성을 조절하기 위하여 다양한 형태의 소수성, 친수성 모노머를 단독 또는 혼합하여 사용하고 있다. 하지만, 본 발명에서 목적하는 바인 반구형 렌즈의 접촉각을 30°이상이 되도록 하기 위해서는 친수성 모노머의 경우 제한적으로 사용되어야 하며 바람직하게는 모노머 100 중량에 대하여 친수성 모노머가 65 중량부를 초과하지 않는 것이 좋다. 더 바람직하게는 55 중량부를 초과하지 않는 것이 좋다.
친수성 모노머가 상기 범위를 초과하는 경우 렌즈의 접촉각이 감소하여 바람직하지않다.
친수성 모노머의 종류는 제한되지 않고 사용 가능하며, 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시메틸 (메트)아크릴레이트, 아크릴릭에시드, 메타아크릴릭에시드, 아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, N-비닐아세트아미드, N-메틸N-비닐아세트아미드, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 (메트)아크릴레이트, 테트라하이드로퓨릴 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 10몰이상 에톡실레이티드비스페놀A 디(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드글리세릴 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴 (메트)아크릴레이트, 글리세롤 (메트)아크릴레이트로 이루어진 친수성 모노머 중에서 적어도 하나 이상 사용되는 것이 좋다.
상기 소수성 모노머는 그 종류에 특별히 제한을 두는 것은 아니나, 스티렌, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 부틸 (메트)아크릴레이트, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 데실 (메트)아크릴레이트, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 이소보닐 (메트)아크릴레이트, 2-피녹시메틸 (메트)아크릴레이트, 2-피녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 에티렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드비스페놀A 디(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드네오펜틸글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리스(2-하이드록시에틸)이소시아누레이트 트리(메트)아크릴레이트 중에서 적어도 하나 이상 포함되는 것이 좋다.
본 발명에서 용제의 사용은 자외선 경화조성물의 점도를 조절하기 위하여 필요에 따라 사용될 수 있다. 사용량은 0 중량부에서 50 중량부이며 바람직하게는 0 중량부에서 30 중량부이다. 본 발명에서 제조한 자외선 경화조성물의 점도가 만약 200 cps를 넘지 않으면 용제를 사용할 필요가 없으며 200 cps를 초과할 경우 용제를 첨가하여 점도를 하향 조절할 필요가 있다. 용제의 종류는 특별한 제한이 없으며 자외선 경화조성물의 점도를 하향 조절할 수 있는 것이면 어떤 것이든 무방하다.
본 발명에 사용되는 광개시제 또한 그 종류에 특별한 제한을 두지 않고, 단파장과 장파장 개시제의 단독 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있으며, 자외선 조사에 의하여 일차적으로 광분해 반응을 일으키고 자유라디칼을 생성할 수 있는 개시제이면 어느 것이든지 사용가능하다. 보편적으로 시바 스페셜티 케미칼사의 이가큐어, 다로큐어 시리즈, 다우케미칼사의 시라큐어 시리즈 등이 사용될 수 있으며, 대표적인 예로 단파장 개시제의 경우 시바스페셜티의 이가큐어 184, 장파장 개시제로는 이가큐어 819 등이 많이 사용되고 있다. 물론 전술한 바와 같이 이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 요구되는 광개시제의 함량은 전체 조성물 대비 0.1 중량부에서 15 중량부이며, 바람직하게는 0.5 중량부에서 10 중량부이며, 더욱 바람직하게는 1 중량부에서 6 중량부이다. 광개시제를 0.1 중량부 미만으로 사용하면 경화반응이 잘 진행하지 않아 만족스러운 자외선 경화수지를 얻기 어려우며, 15 중량부를 초과하여 사용하면 반응속도는 빨라지나 렌즈의 황변현상을 초래하고, 또한 접촉각이 감소하는 경향을 나타내어 소기의 목적하는 바를 달성할 수가 없다. 따라서 광개시제의 투입량은 주어진 상기 범위 내에서 사용되어야 한다.
본 발명에서 얻어진 자외선 경화조성물은 일반적으로 사용되는 통상의 자외선 경화조건에 의해 쉽게 경화되며 그 조건에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 자외선 경화에 있어서 많은 영향을 미치는 변수 중의 하나인 광원도 자외선을 발생시킬 수 있는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들어, 저압 수은등, 중압 수은등, 고압 수은등, 카본 아크등, 메탈할라이드 램프, 제논 램프, 네온 램프, 무전극 타입 퓨전 램프 등을 사용할 수 있다. 자외선 조사 조건은 각각의 램프에 따라 다르지만 통상적인 자외선 조사 광량은 0.02 J/cm2에서 20 J/cm2 정도이며, 바람직하게는 0.5 J/cm2에서 10 J/cm2이다. 이러한 광량은 독립적인 변수로써 결정되는 것이 아니라 사용되는 광개시제의 함량과 밀접하게 연관되어 있고 이들의 결정은 자외선 경화반응에 대한 통상의 지식을 가진 자이면 어렵지 않게 이루어질 수 있다. 즉, 광량을 증가시켜 기재의 변질이 일어나는 경우는 광량을 낮추면서 광개시제의 량을 증가시키고, 광개시제에 의한 황변이 발생되는 경우 광개시제 량을 낮추면서 광량을 증가시키면 된다.
상기 첨가제는 제한되지 않으며 광흡수제(자외선 absorber), 광증점제(photo-sensitizer), 접착촉진제(adhesion promotor), 산화방지제(antioxidant) 등을 부가적으로 포함할 수 있다.
본 발명은 하기의 실시 예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허 청구범위에 대하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실험예 1
반구형 렌즈(200)를 형성하는 자외선 경화형 잉크로는 미원스페셜티케미칼사의 알리파틱우레탄아크릴레이트인 Miramer 2100 17 중량부, 에틸렌글리콜디메타아크릴레이트 10 중량부, 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 10중량부, 테트라하이드로퍼퓨릴아크릴레이트 20중량부, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 15중량부, 헥산디올디아크릴레이트 18중량부, 이소보닐아크릴레이트 10중량부, 광개시제 이가큐어 819 1 중량부, 이가큐어 907 1 중량부와 이가큐어 184 3 중량부로 구성되어진 자외선 경화조성물을 제조하였으며 조성물의 점도는 34 cps였다.
폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)를 주성분으로 하는 도광기재의 표면을 대기압 저온 플라즈마를 이용하여 도광기재를 플라즈마 전극 아래에서 20mm/sec의 속도로 이동시키면서 표면처리를 하였다. 이때 RF 주파수는 13.56 MHz, 출력은 3 KW로 하였으며, 불소함유 가스와 운반가스의 비율은 1/300으로 하였다. 운반가스로는 질소를 사용하였으며 불소함유가스로는 NF3를 사용하였다. 또 다른 표면처리방법으로 일반적인 자외선 경화수지 조성물을 이용하여 실험실에서 바코터를 이용하여 코팅후 경화하였다.
각각의 표면처리 후 상기에서 제조된 잉크를 이용하여 표면처리 유무 및 방법에 따른 렌즈 접촉각을 세실 드랍(sessil drop) 방법에 의해 S.E.O사의 모델 피닉스 300을 이용하여 측정하였으며 그 결과를 표2에 나타내었다.
<표 2>
Figure 112011021125300-pat00002
플라즈마 방식의 표면처리나 프라이머 표면코팅처리를 하는 경우 본 발명에서 목적하는 최소 30°이상의 접촉각을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
실험예 2
폴리카보네이트를 주성분으로 하는 도광기재를 이용하여 실험예 1과 동일한 조건하에서 렌즈 접촉각을 측정하였으며 그 결과를 표 3에 나타내었다.
<표 3>
Figure 112011021125300-pat00003
플라즈마 방식의 표면처리나 프라이머 표면코팅처리를 하는 경우 본 발명에서 목적하는 최소 30°이상의 접촉각을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
실험예 3
실험예 1에서 얻어진 플라즈마 또는 프라이머 표면처리된 도광기재(100)에 실험예 1의 자외선 경화조성물을 잉크젯장치로 노즐을 통해 토출하여 반구형의 렌즈(200)를 형성한 다음 메탈할라이드 램프를 이용하여 3J의 광량으로 경화시켰다. 이후 접착율을 측정 및 평가하였다. 이 때 접착율은 가로x세로 각 3 mm의 정사각형내에 있는 100개의 렌즈에 대해 테이핑테스트를 시행한 후 탈착되지 않고 남아 있는 렌즈의 수를 세어 평가하였다. 도 4(a)는 플라즈마 표면처리한 도광기재에 있어서 형성된 렌즈에 대한 테이핑 테스트 전, 도 4(b)는 테이핑 테스트 후의 형상(A) 그리고 도 4(c)는 테스트 후 렌즈 탈착된 형상의 광학이미지(B)를 나타내고 있으며 그 결과를 표 4에 정리하였다.
<표 4>
Figure 112011021125300-pat00004
※ 접착율 : 테이핑테스트후 렌즈 100개 중 탈착되지 않고 남아있는 렌즈의 비율
실험예 4
아래 표 5에는 도광기재(100)가 폴리카보네이트(PC)인 경우에 대해 그 결과를 도시하였다.
<표 5>
Figure 112011021125300-pat00005

실험예 5
플라즈마 또는 프라이머 표면처리된 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 도광기재를 이용하여 실험예 3에서 얻어진 잉크젯 도광판과 실크스크린 방식에 의해 제조된 패턴도광판을 각각 적용하여 엣지형 LED 평면조명장치를 구성한 다음 각각의 조도를 비교 평가하였다. 이때 평면조명장치의 크기는 가로x세로=1200x300 mm, LED 광원의 출력은 40와트로 하였으며 도광판의 상면에 확산필름을 부착한 다음 평면조명장치로부터 1 m 아래에서 조도를 측정하였다. 그 결과를 표 6에 도시하였으며 잉크젯 도광판을 사용하는 경우 플라즈마 및 프라이머 표면처리 방식 모두 기존의 실크스크린 방식의 패턴도광판 보다 조도가 상당폭 상승하는 것을 알 수 있다.
<표 6>
Figure 112011021125300-pat00006

본 발명은 또한 상기 LED 평면조명장치용 패턴도광판 및 이의 제조방법에 의하여 제조된 잉크젯 패턴도광판을 구비한 LED 평면조명장치를 제공한다. 평면조명장치의 구조는 특별히 제한되지 않으며 관련 기술분야에서 알려진 일반적인 구조를 채용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 평면조명장치의 개념도로써, 도 5를 살펴보면, 본 발명에 따른 LED 평면조명장치(300)는 면광원을 구현하기 위하여 광원(360)으로부터 입사된 빛을 전방으로 출사하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판(330), 패턴도광판(330)의 일측 가장자리에 배치되는 LED 광원(360), 패턴도광판(330)의 하면에 배치되어 광을 반사시키는 반사시트(310)를 포함하고, LED 평면조명장치용 패턴도광판(330)은 잉크젯 방식으로 도광기재(100)의 표면에 반구형 렌즈패턴(320)을 형성한다. 상기 LED 광원(360)의 외측에는 빛의 반사를 위한 리플렉터(370)이 추가로 구비될 수 있다.
여기서, 패턴도광판(330)의 상면에 배치되어 패턴도광판(330)으로부터 방출되는 빛을 난반사하여 확산시키는 확산시트(340)와 확산시트(340)의 상면에 배치되어 확산 방출되는 빛을 집광하여 최대휘도레벨을 획득하도록 기능하는 프리즘시트(350)가 선택적으로 추가될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 5의 LED 평면조명장치용 패턴도광판(330)은, NF3, CF4, SF6, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, PF5, SiF4, WF6 등의 불소함유 가스 중에서 1종 또는 2종 이상의 혼합가스로 구성된 반응성 가스를 이용하여 플라즈마로 표면처리되거나 프라이머로 표면코팅처리된 도광기재(100) 및, 도광기재(100)의 표면상에 토출 및 경화된 자외선 경화조성물로써 형성된 다수의 반구형 렌즈(200)를 포함하고, 반구형 렌즈(200)의 렌즈 접촉각이 30°이상이며, 상기 반구형 렌즈의 직경은 조도 특성을 고려하여 20㎛ 이상 1000㎛ 이하, 바람직하게는 40㎛ 이상 500㎛ 이하인 것이 좋다.
또한, 본 발명은 상기 평면조명장치를 구비한 액정 디스플레이 장치를 제공한다. 액정 디스플레이 장치 역시 그 구조에 제한이 없으며, 본 기술분야에 알려진 구조를 채용할 수 있다.
본 발명에 따른 잉크젯 방식의 평면조명장치용 패턴도광판은 기존의 실크스크린, V-cut, 레이저 등에 의한 패턴도광판과 대비하여 월등히 높은 패턴 조밀도를 구현할 수 있으며, 상기 잉크젯 방식의 평면조명장치용 패턴도광판은 기존의 실크스크린, V-cut, 레이저 등의 방식을 이용하는 패턴도광판과 대비하여 보다 높은 조도 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이러한 잉크젯 방식의 평면조명장치용 패턴도광판을 이용한 엣지형 LED 평면조명장치에서 보다 우수한 조도 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 도광기재 200 : 반구형 렌즈
300 : LED 평면조명장치 310 : 반사시트
320 : 반구형 렌즈패턴 330 : 패턴도광판
340 : 확산시트 350 : 프리즘시트
360 : LED 광원 370 : 리플렉터
A : 테이핑 테스트에 따른 잔류 점착제
B : 렌즈 탈착 후의 형상

Claims (17)

  1. NF3, CF4, SF6, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, PF5, SiF4, WF6 등의 불소함유 가스 중에서 1종 또는 2종 이상의 혼합가스로 구성된 반응성 가스를 이용하여 플라즈마로 표면처리되거나 프라이머로 표면코팅처리된 도광기재; 및,
    상기 도광기재의 표면상에 토출 및 경화된 자외선 경화조성물로써 형성된 다수의 반구형 렌즈;를 포함하고,
    상기 반구형 렌즈의 렌즈 접촉각이 30°이상 65°이하인 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반구형 렌즈의 직경은 조도 특성을 고려하여 20㎛ 이상 1000㎛ 이하이거나 40㎛ 이상 500㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광기재는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate) 또는 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 또는 엠에스수지(methylmethacrylate-styrene copolymer) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)인 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 경화조성물은 반응성 올리고머, 모노머, 광개시제 및 기타 첨가제로 구성되고,
    상온에서 점도가 1cps 이상 200cps 이하이거나 5cps 이상 100cps 이하이며, 반응성 가스의 사용시 상기 도광기재에 대한 상기 반구형 렌즈의 접착율과 접촉각이 향상되는 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반응성 올리고머가 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 불포화 폴리에스터, 폴리에테르 아크릴레이트, 스피레인 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트, 폴리부타디엔 아크릴레이트, 비닐 아크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 혼합물로 구성되어 진 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 모노머는 친수성 모노머의 사용량이 전체 모노머 100중량부 중에 65중량부 이하이거나 55중량부 이하이며,
    하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시메틸 (메트)아크릴레이트, 아크릴릭에시드, 메타아크릴릭에시드, 아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, N-비닐아세트아미드, N-메틸N-비닐아세트아미드, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 (메트)아크릴레이트, 테트라하이드로퓨릴 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 10몰이상 에톡실레이티드비스페놀A 디(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드글리세릴 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴 (메트)아크릴레이트, 글리세롤 (메트)아크릴레이트 등으로 이루어진 친수성 모노머 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 모노머는, 스티렌, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 부틸 (메트)아크릴레이트, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 데실 (메트)아크릴레이트, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 이소보닐 (메트)아크릴레이트, 2-피녹시메틸 (메트)아크릴레이트, 2-피녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 에티렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드비스페놀A 디(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드네오펜틸글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리스(2-하이드록시에틸)이소시아누레이트 트리(메트)아크릴레이트 등의 소수성 모노머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판.
  8. NF3, CF4, SF6, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, PF5, SiF4, WF6 의 불소함유 가스 중에서 1종 또는 2종 이상의 혼합가스로 구성된 반응성 가스를 사용하는 플라즈마로 표면처리하거나 프라이머로 표면코팅 처리하여 도광기재의 표면을 활성화하는 제 1 단계(S100);
    상기 활성화된 도광기재의 표면에 잉크젯장치를 이용하여 자외선 경화조성물을 토출하는 제2단계(S200); 및,
    상기 자외선 경화조성물을 경화시켜 다수의 반구형 렌즈를 형성하는 제 3 단계(S300);를 포함하고, 상기 제 1 단계의 플라즈마 처리시 사용되는 반응성 가스와 운반가스의 유량비는 1/5 내지 1/1000 또는 1/50 내지 1/700 또는 1/100 내지 1/500이며, 상기 자외선 경화조성물은 상온에서 점도가 1cps 이상 200cps 이하이거나 5cps 이상 100cps 이하이며, 상기 반구형 렌즈의 렌즈 접촉각이 30°이상 65°이하인 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반구형 렌즈의 직경은 조도 특성을 고려하여 20㎛ 이상 1000㎛ 이하이거나 40㎛ 이상 500㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 도광기재는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate) 또는 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 또는 엠에스수지(methylmethacrylate-styrene copolymer) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)인 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 자외선 경화조성물은 반응성 올리고머, 모노머, 광개시제 및 기타 첨가제로 구성되고,
    상온에서 점도가 1cps 이상 200cps 이하이거나 5cps 이상 100cps 이하이며, 반응성 가스의 사용시 상기 도광기재에 대한 상기 반구형 렌즈의 접착율과 접촉각이 향상되는 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반응성 올리고머가 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 불포화 폴리에스터, 폴리에테르 아크릴레이트, 스피레인 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트, 폴리부타디엔 아크릴레이트, 비닐 아크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 혼합물로 구성되어 진 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 모노머는 친수성 모노머의 사용량이 전체 모노머 100중량부 중에 65중량부 이하이거나 55중량부 이하이며,
    하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시메틸 (메트)아크릴레이트, 아크릴릭에시드, 메타아크릴릭에시드, 아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, N-비닐아세트아미드, N-메틸N-비닐아세트아미드, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 (메트)아크릴레이트, 테트라하이드로퓨릴 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 10몰이상 에톡실레이티드비스페놀A 디(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드글리세릴 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴 (메트)아크릴레이트, 글리세롤 (메트)아크릴레이트 등으로 이루어진 친수성 모노머 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 제조방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 모노머는, 스티렌, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 부틸 (메트)아크릴레이트, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 데실 (메트)아크릴레이트, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 이소보닐 (메트)아크릴레이트, 2-피녹시메틸 (메트)아크릴레이트, 2-피녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 에티렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드비스페놀A 디(메트)아크릴레이트, 프로폭실레이티드네오펜틸글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리스(2-하이드록시에틸)이소시아누레이트 트리(메트)아크릴레이트 등의 소수성 모노머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판의 제조방법.
  15. 면광원을 구현하기 위하여 광원으로부터 입사된 빛을 전방으로 출사하는 LED 평면조명장치용 패턴도광판;
    상기 패턴도광판의 일측 가장자리에 배치되는 LED 광원; 및,
    상기 패턴도광판의 하면에 배치되어 광을 반사시키는 반사시트;를 포함하고,
    상기 LED 평면조명장치용 패턴도광판은 잉크젯 방식으로 도광기재의 표면에 반구형 렌즈패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 LED 평면조명장치는,
    상기 패턴도광판의 상면에 배치되어 상기 패턴도광판으로부터 방출되는 빛을 난반사하여 확산시키는 확산시트; 및,
    상기 확산시트의 상면에 배치되어 확산 방출되는 빛을 집광하여 최대 휘도레벨을 획득하도록 기능하는 프리즘시트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 LED 평면조명장치용 패턴도광판은,
    NF3, CF4, SF6, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8, PF5, SiF4, WF6 등의 불소함유 가스 중에서 1종 또는 2종 이상의 혼합가스로 구성된 반응성 가스를 이용하여 플라즈마로 표면처리되거나 프라이머로 표면코팅처리된 도광기재; 및,
    상기 도광기재의 표면상에 토출 및 경화된 자외선 경화조성물로써 형성된 다수의 반구형 렌즈;를 포함하고,
    상기 반구형 렌즈의 렌즈 접촉각이 30°이상 65°이하이며, 상기 반구형 렌즈의 직경은 조도 특성을 고려하여 20㎛ 이상 1000㎛ 이하이거나 40㎛ 이상 500㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 LED 평면조명장치.

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