KR101573866B1 - 이중압출을 이용한 led 조명용 광확산 커버 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중압출을 이용한 광확산판 제조 방법에 관한 것으로, LED 조명의 광효율 향상에 따른 가격경쟁력 확보를 위해 조명기구의 표면 형상을 제어하여 광확산 효율이 높으면서도 광효율 저하 없이 고투과율과 고품위의 표면 형상을 갖는 이중압출을 이용한 광확산판 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 이중압출을 이용하는 광확산판 제조 방법에 있어서, 발포성있는 구형 형태의 광확산제 필러 및 수지 펠릿을 건조시키는 단계; 상기 건조된 광확산제 필러 및 수지 펠릿을 균일하게 혼합하는 단계; 및 상기 광확산판을 이중 압출시킬 때, 상기 혼합물을 이중압출 쉘 부분에 첨가함으로써, 성형 결과물의 압력이 낮아지면서 발포되는 단계; 를 포함하여 이루어지되, 상기 광확산제 필러 입자는 이중압출 후 발포될 수 있도록 열팽창성 고분자 비드(Bead)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

이중압출을 이용한 LED 조명용 광확산 커버 제조 방법{Preparing method of light diffusion cover using coextrusion for LED lighting device}

본 발명은 이중압출을 이용한 광확산판 제조 방법에 관한 것으로, 특히 가격이 저렴한 이중압출 성형방법을 이용하여 표면에 요철을 손쉽게 형성시킬 수 있는 광확산판 제조 방법에 관한 것이다.

LED 조명의 고유한 장점인 고효율, 장수명을 위해서는 LED 소자 자체의 성능이나 모듈, 구동회로 기술도 중요하지만 LED 광원이 직진성이 상대적으로 강한 빛이기 때문에 효율의 감소에도 확산판을 사용하여 조명을 제작하고 있다. 본 출원에서는 LED 조명의 광효율 향상에 따른 가격경쟁력 확보를 위해 조명기구의 표면 형상을 제어하여 광확산 효율이 높으면서도 광효율 저하 없이 고투과율과 고품위의 표면 형상을 갖는 이중 압출이 가능한 소재 및 공정 기술을 제시하고자 한다.

현재까지 조명(램프)의 주류는 백열전구와 형광램프가 대표적이며, 상업용 및 옥외용으로 HID(High Intensity Discharger)가 많이 이용되고 있다. 형광램프의 경우 백열전구에 비해 수명과 효율면에서 우수하지만, 순시점등, 조광, 환경오염 등의 문제를 안고 있으며, HID는 램프의 시동 및 재시동 등에 관한 과제가 남아 있다. 이들 기술은 현재 가격경쟁력 및 휘도의 문제로 LED에 비해 다소 우위를 점하고 있지만, LED의 휘도가 개선된다면, 이들 시장의 대부분을 LED가 대체할 수 있을 것으로 전망된다.

최근 국내외적으로 개발 및 상용화되고 있는 조명기구의 신기술 동향을 살펴보면 크게, 조명기구의 에너지 효율을 더욱 향상시키는 방향과 자원의 순환을 고려한 환경 친화적인 제품의 개발이 이어지고 있는 추세다. 또한, 조명광원은 소형경량화 경향이 강하게 대두되고 있으며, 기구는 눈부심 방지와 유리, 반사판 외 실크, 특수 제지 및 아크릴 등 다양한 소재를 이용한 고급화 제품 실현과 반사판을 이용한 간접조명방식의 LED 배치 및 기구 설계, LED 조명 제품의 면발광화/Slim화(도광판, 확산필름 등)가 실현된 제품이 출시되고 있다. 이러한 대표적인 제품들을 보여주는 것이 [도 1]이다.

한편, 미국에서 추진중인 NGLI(Next Generation Lighting Initiative) 프로그램은 광학부품/등기구 효율을 70%에서 90%로 20% 향상시키려는 계획을 가지고 실행하고 있다. 이에 대한 상세한 내용이 아래의 [표 1]에 기재되어 있다. 이것은 다른 항목과 비교하여 상대적으로 압출성형에 의해서 제작되는 광학부품/등기구의 효율을 향상시키는 것이 어렵다는 것과 압출성형의 기술개발의 투자에 있어 상대적으로 차별을 받고 있다는 것을 의미하고 있다.

(단위 : %)

년도	Driver	LED 광소자						광학부품/등기구	조명 기기 효율
		LED	내부 양자	외부 양자	전기 주입	형광체	산란 손실
2005	85	13	60	50	70	70	80	70	8
2015	90+	56	90	90	85	85	90	90	45

압출성형이란 수지를 호퍼에 투입하여 스크류 회전에 의해 수지를 압착, 용융시켜 다이쪽으로 밀어내어 일정 형태의 성형품을 만든 후, 이것을 냉각, 고화시켜 연속적으로 제품을 성형하는 가공법을 말한다. 즉, 압출성형은 동일 단면을 가진 제품 즉 파이프와 봉 및 필름, 시트, 그리고 프레임 등을 연속적으로 성형하는 방법으로 생산성이 높은 성형법이다. 압출성형 공정의 원리는 고체 고분자가 스크류 압출기 내에서 녹으면서 스크류 채널을 따라 앞으로 진행된 후 스크류 끝에 형성된 높은 압력에 의해 압출기 끝의 다이를 통하여 압출되면서 성형되는 것이다.

일정한 단면형상을 갖는 압출된 소재는 물, 공기 또는 롤 등의 냉각장치에 의해 냉각 고화되어 원하는 형상 및 치수로 성형된다.

압출기는 배럴 안에 스크류가 한 개만 있는 단축 압출기와 두 개 이상 있는 다축 압출기가 있다. 압출성형기에서는 토출량이 일정한 단축 압출기가 쓰이며 스크류 끝에 기어펌프 등을 부착하여 다이쪽으로 나가는 용융수지의 토출량을 더욱 일정하게 하고 있다. 다축 압출기는 이축 압출기가 많이 쓰이는데 이축 압출기는 고분자 재료의 믹싱과 컴파운딩(mixing and compounding)에 주로 쓰인다.

압출성형은 단순한 공정 장비에 의해 대량 생산이 가능하다는 장점을 가지고 있지만, 생산 제품 형상에 많은 제약을 가지고 있기 때문에 가격 경쟁력에도 불구하고 사용 분야가 점점 감소되고 있다. 또한, 자동화 시스템의 도입이 어려운 단점으로 인해 후진국형 산업으로 분류되어 국내에서의 생산량이 점점 줄어들고 있어 기술개발이 제대로 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

한편, 광확산판은 간판, 조명기구, 자동차 방향지시등의 보호 커버, 디스플레이용 직하형 백라이트 유닛에 적용되는 확산판 및 표시 판넬과 같은 광학용으로 사용된다. 일반적으로 광확산판은 점 또는 선 광원을 균일한 면 광원으로 나타나게 하는 쉬트 형태의 것으로, 후면의 조명등 또는 내용물이 외부에서는 보이지 않으면서 균일한 밝기를 구현하기 위하여 우수한 광투과도와 광확산도가 요구된다.

이러한 광확산판은 용도에 따라 통상적으로 아크릴계(PMMA), 폴리카보네이트계(PC), 폴리스티렌계(PS), 폴리프로필렌계(PP)와 같은 열가소성 수지에 광확산제 등의 첨가제가 혼합되어 성형된다. 이 때 일반적으로 광확산제로는 PMMA 비드, 실리카 비드, 중공 입자, 실리콘 비드, MS 비드 등이 사용된다. 이러한 광확산제의 종류 및 조성에 따라 휘도가 변화할 수 있다. 이를 보여주는 것이 [도 2]로서, 필러 종류 및 표면 상태에 따른 휘도 변화를 보여주고 있다.

확산계수란 확산 광속의 공간적 분포를 표시하는 양으로 수직으로 조명되고 있는 면에 대하여 그 법선에서 20˚와 70˚의 위치에서의 휘도의 평균치와 5˚의 위치에서의 휘도치를 측정한 값이다. 이는 아래 그래프에서 보듯 투과율과 상반된 값이나, 확산제의 종류 및 함량 등의 조건에 따라 상향 이동이 가능하며 이는 확산계수와 투과율 모두 상승시킬 수 있다. 이를 보여주는 것이 [도 3]으로서, 투과율과 확산계수의 밸런스 커브를 보여주고 있다.

PMMA(아크릴계) 수지는 투명성, 내광성, 광투과성이 양호하나 기계적 강도와 내흡습성 및 내열성에 한계가 있다. PC계 수지는 내열성, 내후성, 충격강도 등이 우수하나 생산 원가가 비싸고 투과율이 적으며 상대적으로 가공성이 좋지 않다. PS계 수지는 생산원가가 싸면서 가공성이 양호하지만 내후성 및 내열성이 떨어지는 문제점이 있다. PP계 수지는 밀도가 낮아 가볍고 PC와 유사한 강도를 가지며 높은 광투과도를 나타내지만 소프트한 단점이 있다.

확산성을 높이는 광확산판의 대표적인 제조 방법으로는 쉬트 표면에 패턴을 도입하는 방법과 확산제를 분산시키는 방법이 존재한다. 이 때 하나의 입자를 이용한 단분산에 비해 2개 이상의 다분산일 경우 더 높은 확산성을 보인다. 이러한 종래 조명용 광학부품 구조를 보여주는 것이 [도 4]이다.

한국에서 백산철강(주)이 출원한 '집광 및 광확산 특성이 개선된 광학 시트, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정표시장치'(출원번호 : 10-2012-0044971)는 PET 기재 필름 이면에 아크릴계 자외선 경화형 수지 및 광개시제 코팅에 대한 출원발명이다. 이때 광확산 입자로는 중공 실리카 또는 불화마그네슘이 도핑된 중공 실리카가 사용된다. 적절한 크기로 제어되는 중공 입자를 사용함으로써, 광확산성, 집광성, 고휘도 및 저반사를 도모하는 목적이기는 하지만, 제조 공정단가가 높다는 문제점이 있다.

또한, 한국에서 주식회사 상보가 출원한 '액정 디스플레이의 백라이트 유니트용 고휘도 광확산 시트 및 그 제조방법'(출원번호 : 10-2006-0042044)는 아크릴 수지 또는 불포화 폴리에스테르 수지를 사용하여 변동계수 7%의 PMMA를 광확산입자로 사용하는 발명이다. 종래 기술에 비하여 내스크래치성, 내마모성 및 휘도 특성이 향상된다는 장점이 있으나, 제조 공정단가가 높고, 요철을 형성하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 한국에서 주식회사 에스폴리텍이 출원한 '엘이디 조명용 난할로겐 난연성 확산판'(출원번호 10-2012-0059229)는 폴리카보네이트 혼합물로, 광확산제(탄산칼슘, 실리카 등)와 난할로겐 난연제 첨가를 통하여 우수한 광확산성 및 난연성 효과를 도모하고 있으나, 역시 제조 공정단가가 높고, non-flat의 큰 사이즈의 경우 사출 및 기존 엠보싱 처리로 요철 형성하는 것이 힘들다는 문제점이 있다.

또한, 한국에서 다이셀 가가꾸고교 가부시끼가이샤가 출원한 '광확산 필름 및 그것을 구비한 장치'(출원번호 : 10-2011-7017213)은 폴레카보네이트계 수지 및 올레핀 계열 수지를 광확산 입자로 사용하고 있는 바, 광누출 억제, 면광원 장치의 박형화, 고휘도화 및 내열성을 목적으로 하고 있으나, 이 역시 제조공정단가, 요철 형성의 문제점을 가지고 있다.

상술한 종래기술들의 문제점을 종합적으로 정리하여 본다.

종래기술들은 대부분 확산제가 들어있고, 플랫한 형상의 광확산판은 확산효율이 좋지 못하다는 문제점이 있다. 이를 극복하기 위하여 일정한 표면 패턴을 가지는(u자 형 또는 v자형 패턴) 요철을 제조하기 위하여 사출방법 도는 롤러 엠보싱 처리를 대안으로 내세우고 있으나, 제조 공정단가가 압출방식에 비하여 높고, non-flat의 큰 사이즈인 경우에는 사출 및 기존 엠보싱 처리로 요철을 형성하는 것이 힘들다는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 LED 조명의 광효율 향상에 따른 가격경쟁력 확보를 위해 조명기구의 표면 형상을 제어하여 광확산 효율이 높으면서도 광효율 저하 없이 고투과율과 고품위의 표면 형상을 갖는 이중압출을 이용한 광확산판 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 이중압출을 이용한 광확산판 제조방법은, 이중압출을 이용하는 광확산판 제조 방법에 있어서, 발포성있는 구형 형태의 광확산제 필러 및 수지 펠릿을 건조시키는 단계; 상기 건조된 광확산제 필러 및 수지 펠릿을 균일하게 혼합하는 단계; 및 상기 광확산판을 이중 압출시킬 때, 상기 혼합물을 이중압출 쉘 부분에 첨가함으로써, 성형 결과물의 압력이 낮아지면서 발포되는 단계; 를 포함하여 이루어지되, 상기 광확산제 필러 입자는 이중압출 후 발포될 수 있도록 열팽창성 고분자 비드(Bead)로 이루어진 것을 특징으로 하는 광확산판 제조 방법이 제공된다.

또한, 상기 열팽창성 고분자 비드는, 지방족 탄화수소(Alphatic Hydrocarbon)를 포함하여 이루어진 코어(Core); 및 열가소성 폴리머(Thermoplastic Polymer)를 포함하여 이루어진 쉘(Shell); 을 포함하는 것이 더 양호하다.

또한, 상기 쉘은, 팽창성 필러(Expancel)가 포함되어 있는 것이 더 양호하다.

또한, 상기 열팽창성 고분자 비드는 발포 전 10 ~ 50 ㎛ 크기인 것이 더 양호하다.

또한, 상기 열팽창성 고분자 비드는, 현탁 중합에 의하여 합성된 것이 더 양호하다.

또한, 상기 수지 펠릿은 PMMA(폴리메타크릴산 메틸, Poly (methylmethacrylate)) 알로이(Alloy)를 포함하는 것이 더 양호하다.

또한, 상기 수지 펠릿은 내충격성을 향상시키고 광확산을 유도하기 위하여 TPU(열가소성 폴리우레탄)를 포함하는 것이 더 양호하다.

또한, 상기 수지 펠릿은 광확산을 유도하기 위하여 PVDF(폴리플루오린화비닐리덴) 결정을 포함하는 것이 더 양호하다.

본 발명에 의한 이중압출을 이용한 광확산판 제조 방법은, 이중 압출용 고확산 소재의 개발과 LED 조명기구의 융합을 통한 가격 경쟁력 있는 기술을 확보함과 동시에, 다분야 관점의 융합에 기반하여 체계적으로 연계된 제품 및 서비스를 기획하여 디자인 자유도가 높으며 가격경쟁력이 우수한 압출용 소재 및 공정기술을 개발하고 사업화할 수 있는 효과가 있다.

또한, LED조명의 고유한 장점인 고효율, 장수명을 위해서는 LED 소자 자체의 성능이나 모듈, 구동회로 기술도 중요하지만 LED 광원이 직진성이 상대적으로 강한 빛이기 때문에 효율의 감소에도 확산판을 사용하여 조명을 제작하고 있다. 본 출원에서는 LED조명의 광효율 향상에 따른 가격경쟁력 확보를 위해 조명기구의 표면 형상을 제어하여 광확산 효율이 높으면서도 광효율 저하 없이 고투과율과 고품위의 표면 형상을 갖는 효과가 있다.

도 1은 종래의 실내 LED 조명제품들을 보여주는 사진.
도 2는 필러의 종류 및 표면상태에 따른 휘도 변화를 보여주는 그래프.
도 3은 투과율과 확산계수의 밸런스 커브를 보여주는 그래프.
도 4는 조명용 광학부품의 구조를 예시한 모식도.
도 5는 스크류식 압출기의 구조를 보여주는 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 이중압출기에 의하여 생산된 제품을 보여주는 개념도.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 이중압출용 금형구조의 예시를 보여주는 모델도.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 이중압출 공정을 개념적으로 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 광확산판의 주성분인 PMMA/PVDF/TPU 알로이의 미세구조 모식도.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 공압출 공정 모식도.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 열팽창성 고분자 비드의 단면도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 열팽창성 고분자 비드를 제조하기 위한 현탁중합법을 보여주는 개념도.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 이중압출을 이용한 광확산판 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 실시예에 의한 이중압출을 이용한 광확산판 제조 방법은, 가격이 저렴한 이중압출 성형방법을 이용하여 표면에 요철을 손쉽게 형성시킬 수 있도록 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 이중압출을 이용한 LED 조명용 광확산커버 제조 방법의 구성을 상세히 설명하도록 한다.

전술한 바와 같이, 종래의 광확산판은 대부분 사출성형 공정을 사용하여 표면 요철이 있는 광확산판을 제조하지만, 본 발명에서는 이중압출성형 공정을 사용하여 이를 제조하는 방법을 개시한다.

현재 가장 일반적으로 사용되고 있는 스크류식 압출기는 단축 압축기(Single-screw Extruder)와 다축 압출기(Multiple-screw Extruder)로 나누어지며, 구조상으로 보면 수직형과 수평형, 기능상으로는 Compounding 용과 성형용으로 구분할 수 있다.

단축 스크류 압출기는 범용압출기로 대부분의 열가소성 수지의 압출성형에 적당하고, 다축(2 축, 3 축, 4 축) 스크류 압출기는 스크류 플랭크의 맞물림을 이용해서 압출력을 크게 할 수 있다. 다축 스크류 압출기 중에 가장 많이 사용되는 것은 2 축 압출기(Twin-screw Extruder)로 구경이 큰 PVC 파이프 등의 제작에 많이 사용된다.

[도 5]는 스크류식 압출기의 단면도이고, [도 6]은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 요철이 형성된 이중압출방법을 도시한 개념도이다.

[도 6]에 도시되어 있듯이, 종래의 싱글 압출기로는 제품 성형시 표면이 매끈하여 광택이 나는 것이 일반적이나, 본 발명에 따르면 이중 압출기를 사용하여 모재(PC 또는 아크릴)와 표면층(PC 또는 아크릴)에 엠보를 형성할 수 있도록 이중압출로 성형하게 된다. 이때 금형을 통과하면서 표면 엠보가 없어지며 광택이 나게 된다.

2 축 스크류 압출기는 단축 스크류 압출기보다 기계 구조가 복잡하기 때문에 동일 압출량에 대비하여 설비비가 비싼 점이 있으나 낮은 스크류 속도에서도 압출량이 크고 일정하며 안정된 압출이 가능하다. 또한 혼련 효과가 우수하므로 낮은 온도에서도 압출이 가능하며 분말 상태의 수지에 많이 사용된다.

아래의 [표 2]는 제품 형상에 따른 이중압출 방식의 장단점을 비교한 도표이다.

제품형상	제조방법	제조단가	비고
(표면유광)	Roll 압출	성형단가 저렴 대량생산 유리	광폭의 sheet 형태만 제조 가능
	이형 압출	성형단가 저렴 금형비 저가	소폭의 제품만 생산가능
	사출	금형비 고가 성형단가 저렴	길이가 긴 제품은 사출 불가
(표면유광)	Roll 압출	생산불가	생산불가
	이형 압출	성형단가 저렴 금형비 저가	소폭의 제품만 생산가능
	사출	금형비 고가 성형단가 저렴	길이가 긴 제품은 사출 불가
(표면무광)	Roll 압출	금형 고가	소량생산 불가
	이형 압출	압출성형불가 (표면 엠보 지워짐)
	사출	금형비고가 성형단가 저렴	길이가 긴 제품은 사출 불가
(표면무광)	Roll 압출	생산불가	생산불가
	이형 압출	생산불가	생산불가
	사출	금형비 고가 성형단가 저렴	길이가 긴 제품은 사출 불가

일반적으로 프로파일 압출 시 사용되는 다이는 고분자 재료가 다이를 빠져 나올 때 보이는 다이 스웰(die swell 또는 extrudate swell)을 고려하여 [도 7]과 같이 점선과 같은 모양으로 설계하여 실선과 같은 형상의 제품을 얻는다.

고분자 소재가 다이를 빠져 나오며 팽창(die swell, 또는 extrudate swell)을 하는 현상은 다이 벽에 작용하는 수직응력, 재료의 탄성 복원력, 메모리 효과, 고분자 용융물의 엔트로픽 탄성(entropic elasticity of polymer melt) 등으로 설명되는데 이는 점탄성 소재(viscoelastic material)가 갖는 탄성 특성(elastic property) 때문이다. 다이 스웰의 정도는 소재가 갖고 있는 탄성 특성의 크기에 의해 결정되는데 같은 소재라 하더라도 성형조건에 따라 탄성의 영향은 다르게 표출된다. 이를 보여주는 것이 [도 8]이다.

압출공정에 의한 LED 조명용 커버 제품의 성형과정은 스크류 압출기에 의해 가소화된 고분자 수지를 금형에서 1차 본 제품보다 큰 형태로 압출하고, 동일한 형태로 성형하는 사이징 금형을 통과하면 성형 과정은 마무리 되며, 이를 공냉 또는 수냉의 냉각 과정을 거친다.

금형에서 빠져나온 용융 고분자가 사이징을 통과시 사이징의 표면이 경면화 되어 있기에 제품은 유광의 형태가 되며, 금형과 사이징 입구까지는 용융 고분자가 쌓이게 되며 이것을 멜트뱅크(melt bank)라 한다. 멜트뱅크가 안정된 형상을 유지해야만 양품의 압출 성형물을 얻을수 있다.

금형 출구를 지나 종 방향, 즉 압출 방향으로 흘러가는데 제품의 폭 방향의 품질은 금형내의 횡방향의 흐름 균형도 영향을 미치지만, 금형의 내부 형상과 금형과 사이징의 비율에도 많은 영향을 미치며 길이 방향의 품질은 운전조건에 많이 관련되며 고분자 수지의 균형있는 흐름이 금형 설계의 핵심이 된다.

[도 9]는 본 발명의 실시예에 따른 광확산의 단면도로서, 광확산판의 주성분은 PPMA(폴리메타크릴산 메틸, Poly (methylmethacrylate))로 이루어져 있다. [도 9]에 도시되어 있듯이, 광확산판에는 내충격성을 부여하고, 광확산을 유도하기 위해서 TPU(열가소성 폴리우레탄)가 첨가될 수 있으며, 광확산을 유도하기 위하여 표면에 PVDF(폴리플루오린화비닐리덴) 결정이 부착될 수도 있다.

상기 재료들로 구성된 용융 혼합물은 [도 10]에 도시된 공압출 공정을 거치면서 최종 제품으로 성형되는 바, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 발포성있는 구형 형태의 광확산제 필러가 준비되어야 한다. 광확산제 필러는 [도 11]에 도시된 바와 같이, 열팽창성 고분자 비드를 포함하여야 하며, 이 비드는 이중압출 후 압력이 낮아지면서 발포가 되어야 하기 때문에 코어와 쉘의 성분이 다른 이중구조로 이루어져야 한다.

본 실시예에서 광확산제 필러의 코어는 지방족 탄화수소(Alphatic Hydrocarbon)의 성분으로 이루어져 있고, 쉘은 열가소성 폴리머(Thermoplastic Polymer)로 이루어져 있다. 본 입자의 크기는 발포전에는 약 10 ~ 50 ㎛로 구성하였다. 이중압출 발포 후, 해당 입자는 직경은 약 3 ~ 5배 정도, 부피는 50 ~ 100 배 정도로 발포된다. 본 실시예에서는 본 공정 실시에 있어서, Expancel을 사용하였으며, 이는 당업계에서는 가장 널리 알려진 재료이다.

한편, 이러한 열팽창성 고분자 비드는 [도 12]에 도시된 바와 같이, 이소옥탄(Isooctane, PVOH, AN/MAN/가교제/개시제의 혼합액으로부터 현탁 중합방법에 의하여 형성된다.

또한, 광확산판의 주성분이 되는 수지 펠릿이 준비되어야 한다. 수지 펠릿은 상술한 바와 같이, PMMA(폴리메타크릴산 메틸, Poly (methylmethacrylate))로 구성하였으며, TPU 및 PVDF 등이 첨가될 수 있다.

상기 광확산제 필러 및 수지 펠릿을 건조한 후 균일하게 혼합하여 이중압출 쉘 부분에 [도 10]과 같이 첨가하여 이중압출 공정을 거치게 된다. 이러한 성형 결과물은 이중 압출 통과 후, 낮은 압력에 의하여 발포되며, 냉각 과정을 거쳐서 형상이 안정화된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims (9)

1. 이중압출을 이용하는 광확산판 제조 방법에 있어서,
   발포성있는 구형 형태의 광확산제 필러 및 수지 펠릿을 건조시키는 단계;
   상기 건조된 광확산제 필러 및 수지 펠릿을 균일하게 혼합하는 단계; 및
   상기 광확산판을 이중 압출시킬 때, 상기 혼합물을 이중압출 쉘 부분에 첨가하는 단계;
   성형 결과물의 압력이 낮아지면서 발포되어 상기 광확산제 필러로 인한 표면 요철을 형성하는 단계; 를 포함하여 이루어지되,
   상기 광확산제 필러 입자는 이중압출 후 발포될 수 있도록 열팽창성 고분자 비드(Bead)로 이루어진 것을 특징으로 하는 광확산판 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열팽창성 고분자 비드는,
   지방족 탄화수소(Alphatic Hydrocarbon)를 포함하여 이루어진 코어(Core); 및
   열가소성 폴리머(Thermoplastic Polymer)를 포함하여 이루어진 쉘(Shell);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산판 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 열가소성 폴리머 포함 쉘은,
   Expancel을 이용하는 것을 특징으로 하는 광확산판 제조 방법.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 열가소성 폴리머 포함 쉘은,
   팽창성 필러(Expancel)가 3 ~ 5% 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 광확산판 제조 방법.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 열팽창성 고분자 비드는 발포 전 10 ~ 50 ㎛ 크기인 것을 특징으로 하는 광확산판 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 열팽창성 고분자 비드는,
   현탁 중합에 의하여 합성된 것을 특징으로 하는 광확산판 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 수지 펠릿은 PMMA(폴리메타크릴산 메틸, Poly (methylmethacrylate)) 알로이(Alloy)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산판 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 수지 펠릿은 내충격성을 향상시키고 광확산을 유도하기 위하여 TPU(열가소성 폴리우레탄)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산판 제조 방법.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 수지 펠릿은 광확산을 유도하기 위하여 PVDF(폴리플루오린화비닐리덴) 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산판 제조 방법.

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