KR101493941B1 - Ｌｅｄ 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물, ｌｅｄ 전등 디퓨저 및 그 제조방법 - Google Patents

Ｌｅｄ 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물, ｌｅｄ 전등 디퓨저 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물, LED 전등 디퓨저 및 그 제조방법에 관한 것으로, 유리 원료를 용융시켜 얻은 컬러유리 조성물로서, 산화물 환산으로, 이산화규소(SiO2) 60 ~ 70중량%; 산화칼륨(K2O) 3 ~ 7중량%; 산화칼슘(CaO) 3 ~ 6중량%; 산화알루미늄(Al2O3) 2 ~ 5중량%; 산화나트륨(Na2O) 8 ~ 12중량%; 인산(P2O5) 3 ~ 5중량%; 및 착색재 0.0007 ~ 10중량%; 를 포함하여 조성된다.

Description

ＬＥＤ 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물, ＬＥＤ 전등 디퓨저 및 그 제조방법{COLOR GLASS COMPOSITION FOR DIFFUSER OF LED LAMP, DIFFUSER OF LED LAMP, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 LED 전등에 광 확산을 위해 구비되는 디퓨저에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED의 빛을 효과적으로 확산시킬 수 있으면서도 빛과 열에 의한 변형 및 변색, 강도 및 투광성 저하 등이 발생하지 않고 LED의 열 방출을 위한 별도의 히트싱크가 필요 없는 LED 전등 디퓨저를 제조할 수 있는 컬러유리 조성물과 이를 이용한 LED 전등 디퓨저 및 그 제조방법에 관한 것이다.
어둠을 밝히는 조명 목적 이외에도 장식, 시각적 표시 등 다양한 목적으로 전등이 사용되고 있다. 예전에는 백열등이나 형광등과 같이 필라멘트를 이용한 전등이 주로 사용되었는데, 이러한 전등들은 소비하는 전력의 상당 부분이 열로 방출되기 때문에, 실제 조명에 이용되는 에너지는 사용된 전력의 5 ~ 30% 정도에 불과하여 에너지 효율이 매우 떨어지고, 사용수명도 짧은 단점이 있다.
이에 따라, 최근에는 소비전력이 적고 수명도 긴 LED를 광원으로 이용한 LED 전등이 각광받고 있다. 통상적으로 LED 전등은 백열등에 비해서는 1/5 이하, 형광등에 비해서는 1/3 이하로 에너지 소비를 절감할 수 있으며, 백열등에 비해서는 100배 이상, 형광등에 비해서는 10배 이상의 긴 수명을 갖는다. 현재 제품으로 출시되고 있는 LED 전등은 기존의 조명기구를 그대로 사용할 수 있도록 백열등이나 형광등과 같은 종래의 전등과 외관상 유사한 형태로 제작되는 경우가 많은데, 일례로 형광등 타입의 LED 전등이 도 1에 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 종래의 LED 전등은 본체(10)의 내측에 다수의 LED(21)가 배열된 기판(23)이 배치되고, LED(21)의 전방 측을 덮도록 커버(30)가 본체(10)에 결합된 구조를 갖는다. 본체(10)의 양측에는 LED(21)에 전원을 공급하기 위한 접속핀이 구비되어 기존의 형광등과 유사한 방식으로 형광등기구에 접속하여 사용할 수 있다.
일반적으로 LED는 좁은 조사각을 갖는 점광원이기 때문에, 눈부심을 방지하고 균일한 조명을 제공하기 위해서는 LED의 빛을 넓은 영역으로 확산시키는 디퓨저(diffuser)를 필요로 한다. 이러한 이유로 상기 커버(30)는 단순한 투광재가 아닌 PC(Polycarbonate)와 같은 광 확산성을 갖는 합성수지 재질의 디퓨저(30)로 제작된다.
또한, LED는 열에 취약하여 적정 사용 온도 이상이 되면 성능이 급격히 떨어지기 때문에, LED의 구동 시 발생된 열을 신속하게 방출할 수 있는 히트싱크를 필요로 한다. 기술의 발전에 따라 LED의 내열성이 향상되고 작동열도 감소되고는 있지만, 합성수지 재질의 디퓨저(30)를 통해서는 방열이 효과적으로 이루어질 수 없기 때문에, 상기한 종래의 LED 전등에서는 히트싱크가 꼭 필요하게 된다. 뿐만 아니라, 디퓨저(30) 자체가 열에 매우 취약하기 때문에 히트싱크의 필요성은 더욱 높을 수밖에 없다. 이에 따라, 상기 본체(10)는 알루미늄과 같은 금속 소재의 히트싱크(10)로 제작된다.
상기와 같이, 종래의 LED 전등은 합성수지제 디퓨저(30)와 금속제 히트싱크(10)가 결합된 구조를 갖는다.
그런데, 종래의 LED 전등은 디퓨저(30)가 열과 빛(특히 자외선)에 취약한 합성수지 소재로 이루어졌기 때문에, LED(21)의 작동 시 발생 되는 열과 빛에 의해, 또한 설치 환경에 따라서는 조사되는 태양열/광 및 주변에서 가해지는 열과 빛에 의해 디퓨저(30)에 변형 및 변색, 강도 및 광투과율 저하 등이 발생하여 단기간에 조명 품질과 제품 외관이 불량하게 되고, 내구성이 떨어져 사용수명도 짧은 문제가 있다.
뿐만 아니라, 상기한 종래 LED 전등의 구조는 히트싱크(10)와 디퓨저(30)를 별도로 제작하여 조립해야 하고, 특히 재료 및 가공비용이 많이 소요되는 금속제 히트싱크(10)를 필요로 하기 때문에, 생산성이 떨어지고 제조 비용이 높은 문제점이 있다.
별도로 예시하지는 않았으나, 전구형을 비롯한 다른 타입의 LED 전등들도 금속제 히트싱크와 합성수지제 디퓨저가 결합된 구조를 갖기 때문에, 전술한 바와 같은 문제점을 동일하게 갖고 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원하는 정도의 광 확산성을 다양하게 부여할 수 있으면서 빛과 열에 의한 변형 및 변색, 강도 및 투광성 저하 등의 우려가 없어 LED 전등의 디퓨저용 소재로 유용하게 사용할 수 있는 컬러유리 조성물을 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 유리 조성물을 이용하여 LED 전등에 별도의 금속제 히트싱크를 구비할 필요가 없도록 광원인 LED 주위를 전체적으로 감싸는 유리 소재의 단일 부재로 이루어진 LED 전등 디퓨저 및 그 제조방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.
본 발명의 유리 원료를 용융시켜 얻은 컬러유리 조성물로서, 산화물 환산으로, 이산화규소(SiO2) 60 ~ 70중량%; 산화칼륨(K2O) 3 ~ 7중량%; 산화칼슘(CaO) 3 ~ 6중량%; 산화알루미늄(Al2O3) 2 ~ 5중량%; 산화나트륨(Na2O) 8 ~ 12중량%; 인산(P2O5) 3 ~ 5중량%; 및 착색재 0.0007 ~ 5중량%; 를 포함하여 조성된다.
그리고 상기 착색재는 0.001 ~ 2중량%로 포함되는 코발트(CoO), 산화구리(CuO) 또는 황산구리(CuSO4) 중 선택된 어느 하나이다.
또한 상기 착색재는 0.1 ~ 5중량%로 포함되는 산화철(Fe2O3) 또는 산화크로뮴(CrO) 중 선택된 어느 하나이다.
그리고 상기 착색재는 0.5 ~ 5.0중량%로 포함되는 이산화망간(MnO2) 또는 염화금(Aucl) 중 선택된 어느 하나이다.
또한 상기 착색재는 1.0 ~ 10중량%로 포함되는 산화셀레늄(CeCO2), 산화세륨(CeO2), 산화티탄(TiO2), 질산은(AgNO3) 중 선택된 어느 하나이다.
그리고 산화물 환산으로 삼산화붕소(B2O3) 0.1 ~ 17중량%를 더 포함할 수 있다.
또한 산화물 환산으로 산화마그네슘(MgO) 0.1 ~ 10중량%를 더 포함할 수 있다.
그리고 불소(F) 0.1 ~ 5중량%를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 LED용 디퓨저용 컬러유리 조성물은 용융된 유리를 점진적으로 온도가 낮아지도록 냉각하되, 800 ~ 1200℃의 온도 범위에서 0.5 ~ 4시간 동안 유지되도록 서냉하여 조성한다.
한편 유리 조성물을 관 형태 또는 벌브 형태로 성형하여 제조할 수 있다.
그리고 유리 조성물을 용융된 상태에서 점진적으로 온도가 낮아지도록 냉각하되, 800 ~ 1200℃의 온도 범위에서 0.5 ~ 4시간 동안 유지되도록 서냉하고, 관 형태 또는 벌브 형태로 성형할 수 있다.
본 발명에 따르면, LED 전등의 광 확산을 위한 수단으로서 빛과 열에 의한 변형 및 변색, 강도 및 투광성 저하가 없는 유리 소재의 디퓨저 제작이 가능하도록 함으로써, LED 전등의 내구성과 수명을 증진시키고, 외관 및 조명 품질을 장기간 양호하게 유지시킬 수 있다.
(2) 방열을 위한 별도의 히트싱크가 필요 없는 유리 소재의 단일 부재로 이루어진 디퓨저를 제공함으로써, LED 전등의 제조비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있다.
(3) 또한 색 구현력을 다양하게 실현할 수 있어서 사용자 기호에 맞는 제품을 다양하게 적용할 수 있다.
도 1은 종래의 LED 전등을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 LED 전등 디퓨저의 일 실시예로서 형광등 타입의 전등에 적용된 것을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 LED 전등 디퓨저의 다른 실시예로서 전구 타입의 전등에 적용된 것을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 디퓨저용 컬러유리 조성물의 시편을 제조하는 과정에서 용융 후 냉각속도를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 디퓨저용 컬러유리 조성물의 시편들에 대하여 광 투과율을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 컬러 유백유리를 나타내는 사진.
도 7은 본 발명에 따른 일반 컬러유리를 나타내는 사진.
도 8은 본 발명에 따른 컬러유리 조성물의 시편들에 대한 투과율을 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 컬러유리 조성물과 비교대상 컬러유리 조성물의 Haze의 변화를 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 컬러유리 조성물의 시편들에 대한 착색점 변화를 나타내는 사진.
도 11은 도 10에 의해 표현된 착색점 이동을 나타내는 그래프.
도 12는 본 발명에 따른 컬러유리 조성물의 착색제 함량에 따른 광 특성을 나타내는 그래프.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다.
이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 인접하는"과 "∼에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디퓨저(111)는 기존의 일반적인 형광등을 이루는 유리관과 유사하게 원형 단면 형상을 갖는 긴 관 형태로 형성된다. 상기 디퓨저(111)의 내부에 LED(115)를 배치하고, 디퓨저(111)의 종방향 양단부에 접속핀(113)이 구비된 베이스(112)를 결합하면 형광등과 유사한 외관을 갖는 LED 전등(110)이 제작될 수 있다.
통상적인 LED 전등과 같이 상기 LED(115)는 복수개가 기판(114)에 배열 장착되고, 기판(114)을 통해 상기 접속핀(113)과 연결된다. 접속핀(113)이 통상적인 등기구의 전원단자에 접속되어 전원 공급이 이루어지면 LED(115)가 발광하고, 각 LED(115)의 빛은 상기 디퓨저(111)를 투과하면서 확산되어 눈부심 없이 고른 조명이 이루어질 수 있게 된다. 또한, LED(115)의 작동에 따라 발생하는 열이 디퓨저(111)를 통해 외부로 방출된다. 효과적인 방열을 위하여 상기 기판(114)의 배면부와 디퓨저(111)의 내주면 간에는 금속이나 실리콘 등 열전도율이 높은 통상적인 소재로 이루어진 열전달매체(117)가 구비될 수 있다.
한편, 도시된 디퓨저(111)의 형태는 예시적인 것으로, 다양한 구조의 통상적인 등기구에 접속 가능하도록 직선형 외에도 일측 또는 둘 이상의 단부에 접속수단의 결합이 가능한 U자형, L자형, 곡선형 등 다양한 관 형태로 디퓨저(111)를 형성할 수 있다. 또한, 관 형태뿐 아니라, 도 4에 도시된 바와 같은 전구형 LED 전등(120)에 사용할 수 있도록 다양한 벌브 형태로 디퓨저(121)를 형성할 수도 있다. 도 3의 LED 전등 역시 벌브 형의 디퓨저(121) 일측에 전원 접속을 위한 베이스(122)가 결합되고, 내부에 복수의 LED(125)가 기판(124)에 배열된 구조를 갖는다. 이하의 설명에서 디퓨저의 도면 부호는 111로만 표시하기로 한다.
상기 디퓨저(111)는 광 확산성을 갖는 컬러 유백 유리로 이루어진다. 특히, 광투과율, 색도(chromaticity), 탁도(haze), 내열성, 강도 등을 비롯하여 디퓨저(111)로서 요구되는 물리적, 화학적 특성을 만족시킬 수 있도록 아래와 같이 구성된 유리 조성물로 이루어진다.
[골재]
이산화규소(SiO2) : 60 ~ 70중량%
[융재]
산화칼륨(K2O) : 3 ~ 7중량%
[안정재]
산화칼슘(CaO) : 3 ~ 6중량%
[보강재]
산화알루미늄(Al2O3) : 2 ~ 5중량%
[유백재]
인산(P2O5) : 3 ~ 5중량%
[착색재]
코발트(CoO) : 0.0007 ~ 2중량%
상기 이산화규소(SiO2)는 유리의 주성분을 이루는 골재이다. SiO2가 60중량%보다 적게 포함되면 제조된 유리의 강도 및 내구성이 저하되고, 70중량%보다 많게 포함되면 유리 재료의 용융온도가 과도하게 상승되어 제조 공정에 어려움이 발생하게 된다.
상기 산화칼륨(K2O)은 재료의 용융온도를 낮춰주는 융재로 기능한다. K2O가 3중량%보다 적게 포함되면 재료의 용융온도가 높아져 제조 공정에 어려움이 가중되고, 7중량%보다 많게 포함되면 용융온도는 낮아지나 제조된 유리의 강도 및 내구성이 저하된다.
선택적으로, 삼산화붕소(B2O3)를 융재로 추가하여 사용할 수 있다. 이러한 경우, B2O3는 융재로서 K2O와 함께 상호 보완적 기능을 하며, B2O3는 0.1 ~ 17중량%의 조성비로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 산화칼슘(CaO)은 유리의 내구성과 성형성을 높이는 안정재로 기능하며, 재료의 융점을 낮추는 융재의 기능도 일부 한다. CaO가 3중량%보다 적게 포함되면 재료의 용융온도가 과도하게 상승하고 내구성 및 성형성이 떨어지게 되며, 6중량%보다 많게 포함되면 결정화에 의한 실투성이 증가하는 문제가 발생한다.
선택적으로, 산화마그네슘(MgO)을 안정재로 추가하여 사용할 수 있다. 이 MgO는 안정재로서 상기 CaO와 상호 보완적 기능을 하며, 0.1 ~ 10중량%의 조성비로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 산화알루미늄(Al2O3)은 유리의 내구성과 강도를 향상시키는 보강재로 기능한다. Al2O3가 2중량%보다 적게 포함될 경우에는 유리의 기계적 특성, 작업성 및 내화학성이 저하되고, 5중량%보다 많게 포함될 경우에는 재료의 용융온도가 과도하게 상승된다.
상기 인산(P2O5)은 유리를 유백화(opacifier) 하여 광확산성을 부여하는데 주된 기능을 하는 유백재 역할을 한다. 이 P2O5가 3중량%보다 적게 포함되면 유리의 유백 특성이 감소되어 광 확산성이 저하되고, 5중량%보다 많게 포함되면 유리의 광투과율과 내수성이 떨어져 전등 디퓨저(111)의 재료로서 적합하지 못하게 된다.
선택적으로, 불소(F)를 유백재로 추가하여 사용할 수 있다. 이 불소는 유백재로서 상기 인산과 상호 보완적 기능을 하며, 0.1 ~ 5중량%의 조성비로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 착색재는 유백유리에 색을 부여하기 위하여 사용되는 것으로 블루 계열의 색을 표현할 수 있는 코발트(CoO)를 이용할 수 있으며, CoO는 0.0007 ~ 2중량%를 초과하거나 적을 경우 블루 계열의 색 표현이 부정확하게 이루어짐으로 그 사이에서 이루어지는 것이 바람직하며, 대체재로서 산화구리(CuO) 또는 황산구리(CuSO4)가 이용될 수 있다.
여기서 유리에 내재된 기포를 제거하는 탈포재 기능을 하는 삼산화황(SO3)을 추가하여 이용할 수 있다. SO3가 0.3중량% 미만으로 포함되면 유리 내부에 기포가 잔존하게 되고, 2중량%를 초과하여 과량으로 포함되는 경우에도 오히려 잔존 기포가 증가하게 되는 문제가 발생한다.
상기와 같은 조성 범위를 만족할 수 있도록 복수 종류의 유리 원료를 조합하고, 조합한 유리 원료를 용융로에 투입하여 용융시킨 후 냉각 및 성형하여 다양한 형태 및 특성을 갖는 유리 디퓨저(111)를 제조할 수 있다.
유리 원료의 용융은 1500 내지 1600℃, 바람직하게는 대략 1550℃ 정도의 온도에서 0.5 내지 3시간, 바람직하게는 2시간 정도 행한다.
디퓨저로서 요구되는 광확산성을 높이기 위하여, 용융된 유리 원료의 냉각은 급격한 온도 강하가 없도록 충분한 시간 동안 서냉하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 유리의 용융 온도에서 1분당 20℃ 이하, 바람직하게는 1분당 3 ~ 7℃의 비율로 온도가 강하되도록, 0.5 ~ 10시간, 바람직하게는 1 ~ 3시간 동안 서냉한다. 특히, 유리 융액의 온도가 800 ~ 1200℃의 범위에서 0.5 ~ 4시간 동안 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 서냉 처리는 용융이 완료된 후 유리 융액을 용융로에 계속 수용한 상태에서 온도를 조절하면서 냉각하는 방법을 통해 이루어질 수 있다.
상기와 같이 유리 융액을 서냉하면, 유리 융액에 포함된 인산칼슘결정입자가 균일하게 성장할 수 있는 온도 범위(800 ~ 1200℃)가 충분한 시간 동안 유지되므로, 유리의 유백화가 촉진되어 제조된 유리의 광확산성이 향상될 수 있다.
[실험예 1]
본 실험예 1에서는 컬러유리에 유백재의 첨가 유무에 따라 투과율과 Haze 값의 차이를 확인하기 위한 것으로 상기한 본 발명의 유리 조성물과 대비하기 위하여 일반 컬러유리를 각각 아래의 표 1과 같은 조성비로 유리 원료를 조합하여 1550℃의 온도에서 2시간 동안 용융시킨 후 용융로에 수용된 상태로 상온까지 서냉하여 시편을 제작하였다. 이때의 냉각 속도를 나타내는 온도 곡선 그래프가 도 4에 도시되어 있다.
Figure 112013109519890-pat00001
상기와 같이 서냉하여 얻어진 시편을 두께별로 0.3mm, 0.5mm, 0.7mm, 0.9mm로 경면 연마한 후 분광 광도계(spectrophotometer)를 사용하여 자외선영역에서부터 가시광선, 적외선영역까지 전 파장에서의 광투과율을 측정하였다.
측정된 결과는 아래의 표 2 및 도 5의 그래프에 표시하였다. 표 2 및 도 5의 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 각 시편들의 저파장투과율은 47.9 ~ 70.2%, 가시광선투과율은 42.3 ~ 63.8%를 나타내어 반투명유리로서의 광투과율 특성을 나타내었으며, 특히 두께가 증가함에 따라 광투과율이 점차적으로 감소하는 뚜렷한 경향성을 나타내었다. 이는 유리의 유백 특성이 매우 균일하다는 것을 나타내는 것으로, 유리의 두께를 조절하여 필요한 광투과율 값을 설계할 수 있다는 면에서 매우 바람직한 결과이다.
Figure 112013109519890-pat00002
한편, LED 전등의 디퓨저로 사용되기 위해서는 광원으로부터 발생하는 직사광이 직접 전달되지 않아 눈부심이 없어야 한다.
즉, 충분한 조도가 발휘될 수 있도록 유리가 일정 값 이상의 광투과율을 나타내되, 직사광이 아닌 확산광이 투과될 수 있도록 높은 탁도(haze) 값을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 요구 특성을 확인하기 위하여, 상기와 동일한 시편들에 대해 Haze meter(탁도측정기)를 사용하여 Haze 값, 총투과율(total transmittance), 확산투과율(diffuse transmittance) 및 평행광투과율(parellel transmittance)을 측정하였고, 표 3과 같은 각 특성 값을 얻을 수 있었다.
측정에 사용한 탁도측정기는 JIS K 7136(ISO 14782) 및 JIS K 7361(ISO 13468)에 의한 haze 및 투과율 측정방법을 적용한 장비로서 'NIPPON DENSOHKU'사의 NDH 5000 장비를 사용하였고, 가시광선 영역 중 555nm의 파장 값을 이용하여 투과율을 측정하였다.
Figure 112013109519890-pat00003
표 3에 표시된 Haze 값은 확산투과율(diffuse transmittance)을 총투과율(total transmittance)로 나누어 백분율로 표시한 값으로 나타나며, 값이 높을수록 직사광에 의한 투과가 없이 확산판에 의한 산란광이 많다는 것을 의미한다.
따라서 Haze 값이 100% 라는 것은 모든 투과광이 확산광에 의해 이루어진다는 것으로, 조명용 확산소재로는 매우 바람직하다는 것을 나타낸다.
반면에, 평행광투과율(parellel transmittance)은 총투과율에서 확산투과율을 뺀 값으로 나타나며, 직사광에 의한 투과율을 의미하므로 이 값이 높을수록 직사광에 의한 눈부심이 높아지므로 조명용 소재로는 적합하지 않다는 것을 의미한다.
도 6 및 도 7은 본 발명과 일반 컬러유리의 각 시편에 따른 후면에 있는 글자의 투과율 정도를 확인하기 위한 것으로, 도 6과 도 7의 투과율 차이가 상당한 것을 알 수 있으며, 도 8 및 도 9는 두께에 따른 투과율 및 Haze 값을 나타낸 그래프로 각 그래프에서 알 수 있듯이 투과율과 Haze 값이 상당히 차이가 있음을 알 수 있다.
또한 일반 컬러유리의 경우 각 시편의 Haze 값은 1.31~1.6%, 평행광투과율 값은 4.93~15.85%를 나타내어 조명용 디퓨저로서 이용하는데 용이하지 않은 것을 알 수 있으며, 본 발명에 의해 형성된 각 시편의 Haze 값은 78.53~84.13%, 평행광투과율 값은 0.1~1.49%를 나타내어 조명용 디퓨저로서 매우 양호한 광특성치를 나타내었으며, 특히 두께 0.5mm 이상의 시편에서는 80% 이상의 Haze 값과 1% 미만의 평행광투과율 값을 나타내고 있다는 면에서 더욱 바람직한 디퓨저 소재가 제조되었음이 입증되었다. 또한, Haze 관련 특성이 유리의 두께 변화에 따라 일정하게 감소 및 증가하고 있으므로 조명용 광특성을 요구특성에 따라 설계할 수 있다는 면에서 매우 바람직한 결과를 얻을 수 있었다.
[실험예 2]
본 실험예 2에서는 컬러유리에 착색재의 혼합비율을 달리하여 투과율과 Haze 값의 차이를 확인하기 위한 것으로 상기한 본 발명의 유리 조성물에 따른 색 변화를 아래의 표 4와 같은 조성비로 유리 원료를 조합하여 1550℃의 온도에서 2시간 동안 용융시킨 후 용융로에 수용된 상태로 상온까지 서냉하여 시편을 제작하였다. 이때의 냉각 속도를 나타내는 온도 곡선 그래프가 도 4에 도시되어 있다.
또한 시편의 컬러 유리는 동일한 두께를 사용하였다.
Figure 112013109519890-pat00004
표 4에 표시된 바와 같이 유백재 함량을 일정하게 유지한 상태로 착색재의 혼합비율을 달리하였을 경우 도 10에 도시된 바와 같이 색의 밝기는 변화하지만 투과율에서는 일정량 유지되어 뒷면의 글자가 흐린 상태로 거의 보이지 않는 것을 알 수 있으며, 도 11의 그래프에서 알 수 있듯이 착색재의 함량이 늘어날수록 블루 영역으로 색착점이 이동하는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명에서와 같이 유백재의 함량을 일정량 포함한 상태에서 착색재의 함량을 조절할 경우 원하는 색 계열을 얻으면서도 투과율은 일정하게 유지시킬 수 있음을 확인할 수 있게 되었다.
Figure 112013109519890-pat00005
표 5에 표시된 바와 같이 각 실험군에서 착색재를 변화시키더라도 Haze 값은 81.22~82.73%를 유지하며 균일성을 갖는 것을 알 수 있으며, 도 12에서 보이듯이 착색재의 함량이 증가함에 따라 투과율은 감소함을 알 수 있지만 haze 값의 유지를 통해 광의 확산성을 유지할 수 있음을 확인할 수 있어 LED용 디퓨저로서의 활용이 용이함을 알 수 있었다.
따라서 본 발명의 실험예 1과 실험예 2에서 확인하였듯이 컬러유리를 조성함에 있어 본 발명의 조성물을 이용할 경우 원하는 색상을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 확산성, 불투명성 등의 성능을 얻을 수 있어 컬러색상의 디퓨저에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 보인다.
한편 본 발명의 실험예에서는 블루 색상을 발휘할 수 있는 착색재로서 코발트(C0O)를 사용하였지만 필요에 따라 아래 표 6에 도시된 바와 같이 그린, 레드, 옐로우 등과 같은 색 표현을 위해 다른 조성물을 대체하여 첨가하여 사용할 수도 있다.
즉, 표 6의 조성물의 조성비의 증감에 따라 컬러유리 전체 조성물의 조성비를 조절하여 첨가하면 각각의 착색재에 의해 Haze 및 투과율을 만족하는 컬러유리를 형성할 수 있게 된다.
예컨대 상기 착색재를 0.5 ~ 5.0중량%로 하여 이산화망간(MnO2) 또는 염화금(Aucl) 중 선택된 어느 하나를 포함시킬 경우 블루 계열의 색변화와 같이 착색재의 함량에 따라 빨간색의 표현을 다양하게 표현할 수 있으며, 혼합비는 3.5 ~ 5.0중량%인 것이 바람직하다. 상기 착색재를 1.0 ~ 10중량%로 하여 산화셀레늄(CeCO2), 산화세륨(CeO2), 산화티탄(TiO2), 질산은(AgNO3) 중 선택된 어느 하나를 포함시킬 경우 착색재의 함량에 따라 노란색의 표현을 다양하게 표현할 수 있게 되는 것이 가능해진다. 바람직한 혼합비는 5.0 ~ 10중량%이다.
Figure 112013109519890-pat00006
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 설명하였으나, 이는 본 발명의 기술적 내용에 대한 이해를 돕고자 하는 것일 뿐 발명의 기술적 범위를 이에 한정하고자 함이 아니다.
즉, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형이나 개조가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변경이나 개조는 청구범위의 해석상 본 발명의 기술적 범위 내에 있음은 말할 나위가 없다.

Claims (11)

  1. 유리 원료를 용융시켜 얻은 컬러유리 조성물로서,
    산화물 환산으로,
    이산화규소(SiO2) 60 ~ 70중량%;
    산화칼륨(K2O) 3 ~ 7중량%;
    산화칼슘(CaO) 3 ~ 6중량%;
    산화알루미늄(Al2O3) 2 ~ 5중량%;
    산화나트륨(Na2O) 8 ~ 12중량%;
    인산(P2O5) 3 ~ 5중량%; 및
    착색재 0.001 ~ 10중량%;
    를 포함하며,
    용융된 유리를 점진적으로 온도가 낮아지도록 냉각하되, 800 ~ 1200℃의 온도 범위에서 0.5 ~ 4시간 동안 유지되도록 서냉한 것을 특징으로 LED 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 착색재는 0.001 ~ 2중량%로 포함되는 코발트(CoO), 산화구리(CuO) 또는 황산구리(CuSO4) 중 선택된 어느 하나인 LED 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 착색재는 0.1 ~ 5중량%로 포함되는 산화철(Fe2O3) 또는 산화크로뮴(CrO) 중 선택된 어느 하나인 LED 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 착색재는 0.5 ~ 5.0중량%로 포함되는 이산화망간(MnO2) 또는 염화금(Aucl) 중 선택된 어느 하나인 LED 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 착색재는 1.0 ~ 10중량%로 포함되는 산화셀레늄(CeCO2), 산화세륨(CeO2), 산화티탄(TiO2), 질산은(AgNO3) 중 선택된 어느 하나인 LED 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    산화물 환산으로 삼산화붕소(B2O3) 0.1 ~ 17중량%를 더 포함하는 LED 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    산화물 환산으로 산화마그네슘(MgO) 0.1 ~ 10중량%를 더 포함하는 LED 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    불소(F) 0.1 ~ 5중량%를 더 포함하는 LED 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물.
  9. 삭제
  10. 제1항 기재의 유리 조성물을 관 형태 또는 벌브 형태로 성형하여 제조된 LED 전등 디퓨저.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 LED 전등 디퓨저용 컬러유리 조성물을 이용하여 관 형태 또는 벌브 형태로 성형하는 LED 전등 디퓨저 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130080075A (ko) * 2012-01-04 2013-07-12 정신현 ＂직관 led lamp＂ cover용 백색 유리관 및 그 유리 제조방법

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