KR101631070B1 - 유리프리트를 이용한 led 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물 및 이를 이용한 칼라 코팅유리 - Google Patents

유리프리트를 이용한 led 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물 및 이를 이용한 칼라 코팅유리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리프리트를 이용한 LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물 및 이를 이용한 칼라 코팅유리에 관한 것으로, 관, 벌브 등 다양한 투명 또는 반투명 유리에 코팅하여 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 있는 다양한 칼라의 색상을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

유리프리트를 이용한 LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물 및 이를 이용한 칼라 코팅유리{a color coating composition same and using for color coating glass diffuser for LED light diffuser}
본 발명은 유리프리트를 이용한 LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물 및 이를 이용한 칼라 코팅유리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관, 벌브 등 다양한 투명 또는 반투명 유리에 코팅하여 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 있는 다양한 칼라의 색상을 구현할 수 있는 유리프리트를 이용한 LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물 및 이를 이용한 칼라 코팅유리에 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)에 확산제를 첨가하여 유백화시킨 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 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 특성을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 관, 벌브 등 다양한 투명 또는 반투명 유리에 코팅하여 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 있는 다양한 칼라의 색상을 구현할 수 있는 유리프리트를 이용한 LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물 및 이를 이용한 칼라 코팅유리를 제공함에 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.
본 발명의 LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물로서, 상기 칼라 코팅 조성물은 바인더 용액, 유리프리트, 세라믹필러 및 무기안료가 각각 일정 비율로 혼합하여 형성된다.
그리고 상기 칼라 코팅 조성물은, 상기 바인더 용액, 유리프리트, 세라믹필러 및 무기안료를 각각 50중량%, 40~44중량% 5~8중량% 및 1~5중량%로 혼합되어 조성된다.
또한 상기 무기안료는 C.I. Pigment Red 108, Cadmium zinc sulfide, C.I. Pigment Green 50 및 C.I. Pigmert Blue 28 중 선택된 어느 하나이다.
그리고 상기 무기안료는 각각이 1~5중량% 사이로 혼합된다.
또한 상기 바인더 용액은 유기 바인더와 솔벤트로 이루어지며, 상기 유기 바인더는 니트로셀룰로오스, 아크릴레진 및 에틸셀룰로오스 중 선택된 어느 하나이고, 상기 솔벤트는 툴루엔, 아세톤, 이소부틸아세테이트, 부틸셀루솔브 및 자일렌 중 선택된 어느 하나 또는 하나 이상이 포함된다.
그리고 상기 칼라 코팅 조성물은 이산화규소, 산화붕소, 산화아연 및 산화바륨을 유리프리트의 주성분으로 하여 조성된다.
또한 상기 유리프리트의 주성분은 각각 9~17중량%, 18~20중량%, 41~46중량% 및 9~17중량%의 조성비로 조성된다.
그리고 상기 유리프리트에는 산화칼륨, 산화나트륨 및 산화알루미늄 중 선택된 하나 또는 하나 이상이 1~11중량%의 조성비를 갖고 더 포함된다.
또한 상기 세라믹필러는 탄산칼슘, 산화칼슘, 불화칼슘, 이산화티타늄, 이산화규소, 산화아연, 산화알루미늄 및 산화마그네슘 중 선택된 어느 하나가 포함된다.
그리고 상기 세라믹필러는 유리프리트의 조성비에 따라 각각 5~8중량% 사이에서 포함된다.
한편 본 발명의 LED 전등 디퓨저용 코팅 조성물을 제조하기 위한 제조방법으로서, 1) 분말의 유리프리트를 형성하는 단계; 2) 분말 유리프리트와 세라믹필러 및 무기안료를 유기 바인더 용액에 일정한 비율로 혼합하는 단계; 및 3) 2)단계를 거치며 혼합된 조성물을 일정시간 믹싱과 동시에 분쇄하여 코팅액을 형성시키는 단계;를 포함된다.
또한 상기 3)단계는 믹서기 내에 볼밀이 구비된 상태에서 이루어진다.
그리고 상기 3)단계는 상온에서 30분간 이루어지며, 상기 3)단계에서는 세라믹필러의 입경이 2~4㎛가 되도록 분쇄시키는 것이 바람직하다.
또한 상기 1)단계는 유리프리트 원료를 일정한 조성비로 혼합하여 혼합원료를 형성하는 과정, 상기 혼합원료를 용융도가니를 이용해 용융시키는 과정, 용융된 혼합원료를 청징(clarification) 및 냉각시키는 과정, 및 상기 청징 및 냉각 과정을 거치며 얻어진 유리를 습식분쇄하는 과정을 포함한다.
그리고 상기 용융 과정은 1200℃에서 30분간 이루어지며, 상기 습식분쇄 과정에서는 유리프리트의 입경이 2~4㎛가 되도록 분쇄시킨다.
한편 본 발명의 코팅유리는 LED 전등 디퓨저용 코팅 조성물을 이용하여 코팅되며, 상기 코팅유리는 코팅 조성물을 10 내지 20㎛ 사이로 코팅하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 코팅유리는 실온에서 500~600℃까지 분당 5℃씩 상승시킨 후 5분간 유지시키고, 이후에 냉각 경화를 거쳐 형성된다.
본 발명에 따른, 관, 벌브 등 다양한 투명 또는 반투명 유리에 코팅하여 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 있는 다양한 칼라의 색상을 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 LED 조명을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 LED 전등 디퓨저의 일 실시예로서 형광등 타입의 전등에 적용된 것을 나타내는 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 LED 전등의 횡 방향 단면을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 LED 전등 디퓨저의 다른 실시예로서 전구 타입의 전등에 적용된 것을 나타내는 사시도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 디퓨저용 코팅 조성물의 제조 방법을 나타내는 블록도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의해 제조된 칼랄 코팅 유리를 나타내는 사진.
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 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디퓨저(116)는 기존의 일반적인 형광등을 이루는 유리관(111)과 유사하게 원형 단면 형상을 갖는 긴 관 형태의 내부 표면에 도포되어 형성된다.
상기 유리관(111)의 내부에 LED(115)를 배치하고, 유리관(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.
상기 접속핀(113)이 통상적인 등기구의 전원단자에 접속되어 전원 공급이 이루어지면 LED(115)가 발광하고, 각 LED(115)의 빛은 상기 유리관(111)에 도포된 디퓨저(116)를 투과하면서 확산되어 눈부심 없이 고른 조명이 이루어질 수 있게 된다.
또한, LED(115)의 작동에 따라 발생하는 열이 유리관과 디퓨저(116)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
효과적인 방열을 위하여 상기 기판(114)의 배면부와 유리관(111)의 내주면 간에는 금속이나 실리콘 등 열전도율이 높은 통상적인 소재로 이루어진 열전달매체(117)가 구비될 수 있다.
한편, 도시된 유리관(111)의 형태는 예시적인 것으로, 다양한 구조의 통상적인 등기구에 접속 가능하도록 직선형 외에도 일측 또는 둘 이상의 단부에 접속수단의 결합이 가능한 U자형, L자형, 곡선형, 원형 등 다양한 관 형태로 형성할 수 있다. 또한, 관 형태뿐 아니라, 도 4에 도시된 바와 같은 전구형 LED 전등(120)에 사용할 수 있도록 다양한 형태의 유리벌브(121) 내주면에 디퓨저를 도포하여 코팅시켜 형성할 수도 있다. 도 4의 LED 전등 역시 벌브 형의 유리벌브(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 "116"으로만 표시하기로 한다.
상기 디퓨저(116)는 광투과율, 색도(chromaticity), 탁도(haze), 내열성, 강도 등을 비롯하여 디퓨저(116)로서 요구되는 물리적, 화학적 특성을 만족시킬 수 있도록 아래와 같이 구성된 코팅 조성물로 이루어진다.
여기서 Haze(탁도) 값은 확산투과율(diffuser transmittance)을 총투과율(total transmittance)로 나누어 백분율로 표시한 값으로 나타나며, 이값이 높을수록 광원으로부터 직사광에 의한 투과가 없이 확산에 의한 산란광이 많다는 것을 의미한다.
따라서 Haze 값이 100% 라는 것은 모든 투과광이 확산광에 이루어진다는 것으로, 조명용 확산 소재로는 매우 바람직하다는 것을 나타낸다.
반면에 평행투과율(parallel transmittance)은 총투과율에서 확산투과율을 뺀 값으로 나타나며, 직사광에 의한 투과율을 의미하므로 이값이 높을수록 직사광에 의한 눈부심이 높아지므로 조명용 소재로는 적합하지 않다는 것을 의미한다.
또한 LED 조명 광원과 디퓨저 확산판의 거리가 가까워 총투과율이 너무 낮으면 빛의 세기를 방해하고, 높으면 내부 광원 소자 및 모듈 자체가 내비쳐 짐으로 조명용 소재로는 총투과율 값은 50~85%가 적합하다.
상기와 같이 탁도값과 평행투과율이 각각 일정하게 유지되는 것이 이상적인 디퓨저의 기능을 수행할 수 있으므로 본 발명에서는 탁도와 투과율이 이상적으로 만족할 수 있는 조성물 및 이의 제조방법과 이를 통해 형성되는 LED 전등의 디퓨저로 이용되는 코팅유리에 대하여 설명하겠다.
본 발명에 칼라 코팅 조성물은 바인더 용액, 유리프리트, 세라믹필러 및 무기안료가 각각 일정 비율로 혼합하여 형성된다.
그리고 상기 칼라 코팅 조성물은, 상기 바인더 용액, 유리프리트, 세라믹필러 및 무기안료를 각각 50중량%, 40~44중량% 5~8중량% 및 1~5중량%로 혼합되어 조성된다.
또한 상기 무기안료는 C.I. Pigment Red 108, Cadmium zinc sulfide, C.I. Pigment Green 50 및 C.I. Pigmert Blue 28 중 선택된 어느 하나이다.
그리고 상기 무기안료는 각각이 1~5중량% 사이로 혼합된다.
또한 상기 바인더 용액은 유기 바인더와 솔벤트로 이루어지며, 상기 유기 바인더는 니트로셀룰로오스, 아크릴레진 및 에틸셀룰로오스 중 선택된 어느 하나이고, 상기 솔벤트는 툴루엔, 아세톤, 이소부틸아세테이트, 부틸셀루솔브 및 자일렌 중 선택된 어느 하나 또는 하나 이상이 포함된다.
그리고 상기 칼라 코팅 조성물은 이산화규소, 산화붕소, 산화아연 및 산화바륨을 유리프리트의 주성분으로 하여 조성된다.
또한 상기 유리프리트의 주성분은 각각 9~17중량%, 18~20중량%, 41~46중량% 및 9~17중량%의 조성비로 조성된다.
그리고 상기 유리프리트에는 산화칼륨, 산화나트륨 및 산화알루미늄 중 선택된 하나 또는 하나 이상이 1~11중량%의 조성비를 갖고 더 포함된다.
또한 상기 세라믹필러는 탄산칼슘, 산화칼슘, 불화칼슘, 이산화티타늄, 이산화규소, 산화아연, 산화알루미늄 및 산화마그네슘 중 선택된 어느 하나가 포함된다.
그리고 상기 세라믹필러는 유리프리트의 조성비에 따라 각각 5~8중량% 사이에서 포함된다.
상기 칼라 코팅 조성물로 조성된 각각의 조성물들은 각각 아래 표들에 표시된 성분비를 가지고 조성되는 것이 바람직하다. 이는 각각의 성분비를 통해 최적의 결과를 얻을 수 있기 때문이다.
또한 소다라임계 유리의 열 변형 온도가 620℃ 전후임을 감안하였을 때 유리의 변형이 있는 온도 이하에서 코팅이 이루어져야 하기 때문에 이러한 온도 조건을 만족시키기 위한 조성이라 할 수 있다.
예컨대 유리에 유기 바인더를 이용해 유리에 도포된 칼라 코팅 조성물이 소성 중 유리의 변형을 방지하면서 탁도 및 투과율을 기준이상 얻기 위해서는 유리프리트와 세라믹필러 각각의 조성물과 조성비가 매우 중요하며 이러한 조건을 만족시키기 위한 칼라 코팅 조성물이다.
상기와 같은 칼라 코팅 조성물을 제조하기 위한 방법은, 1) 분말의 유리프리트를 형성하는 단계(S100); 2) 분말 유리프리트와 세라믹필러 및 무기안료를 유기 바인더 용액에 일정한 비율로 혼합하는 단계(S200); 및 3) 2)단계를 거치며 혼합된 조성물을 일정시간 믹싱과 동시에 분쇄하여 코팅액을 형성시키는 단계(S300);를 포함하여 구성된다.
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상기 3)단계(S300)는 믹서기 내에 볼밀이 구비된 상태에서 이루어지며, 상온에서 30분간 이루어져 세라믹필러의 입경이 2~4㎛가 되도록 분쇄시켜 형성되어진다.
상기 1)단계(S100)는 유리프리트 원료를 일정한 조성비로 혼합하여 혼합원료를 형성하는 과정(S110), 상기 혼합원료를 용융도가니를 이용해 용융시키는 과정(S120), 용융된 혼합원료를 청징(clarification) 및 냉각시키는 과정(S130), 및 상기 청징 및 냉각 과정을 거치며 얻어진 유리를 습식분쇄하는 과정(S140)을 포함하고 있다.
상기 용융 과정(S120)은 1200℃에서 30분간 이루어지며, 상기 습식분쇄 과정(S140)에서는 유리프리트의 입경이 2~4㎛가 되도록 분쇄시키는 것이 바람직하다.
예컨대 본 발명의 제조 방법에서는 유기 바인더 용액에 세라믹필러, 유리프리트 및 무기안료를 혼합하여 형성하는 것으로 상기 유리프리트를 먼저 조성한 후에 무기안료와 세라믹필러를 유기 바인더에 혼합하여 조성하여지는데, 상기 유리프리트의 조성비는 아래 표 1에 표시된 바와 같다.
구분 제조예
a b c d e f
SiO2(wt%) 17 9 13 15 17 16
B2O3(wt%) 20 20 20 18 18 19
ZnO(wt%) 42 42 46 42 42 41
BaO(wt%) 9 17 9 13 11 12
K2O(wt%) 3 3
Na2O(wt%) 8 8 11 11 11 11
Al2O3(wt%) 1 1 1 1 1 1
CTE(×10-7/℃) 87.3 92.3 88.4 90.8 87.1 90.4
전이점(℃) 460 440 450 450 460 460
연화점(℃) 500 480 480 480 500 490
여기서 상기 CTE는 열팽창계수를 말하는 것으로, 열팽창계수는 유리프리트 분말을 가압 성형한 시편을 500℃까지 소성한 후 약 5*5*40mm 소성체로 절단하여 열기계분석장치(Dilatometer)를 이용해 실온에서 5℃/min으로 승온될 때 얻어지는 곡선으로부터 30~300℃부근의 열팽창계수를 구하고, 얻어지는 곡선의 급상승되는 지점을 전이점, 곡선이 승하다 떨어지는 지점을 연화점(Td Ts : Dilatometer 상의 연화점)으로 측정한 것이다.
즉, 본 발명에서 이용되는 칼라 코팅 조성물은 고온 성형과정을 거치기 때문에 고온(500℃ 이상)에서 소성되는 칼라 코팅유리에 칼라 코팅성분이 적절히 부착된 상태를 유지해야 한다.
따라서 이러한 온도 조건에 부합할 수 있는 성분으로 유리프리트가 조성된 것이며, 표 1에서와 같이 고온 조건(유기 바인더가 제거되는 온도 이상의 온도, 본 발명의 유기 바인더는 450℃ 이상에서 증발하는 형태로 제거됨)에서 유지될 수 있어 탁도 및 투과율을 조정하는 세라믹필러 및 무기안료와 같이 유리표면에 부착상태를 유지할 수 있게 된다.
특히 b군을 제외한 a군, c군 내지 f군의 온도 분포가 이상적이라 할 수 있으며, 열팽창계수, 전이점, 연화점에서 모두 만족할 수 있는 정도의 이상적인 조건으로 c군을 설정할 수 있다. 또한 사용 조건에 따라서는 각 제조군이 만족할 수 있는 정도를 유지하고 있기 때문에 각 제조군의 조성비를 다양하게 대응할 수 있는 것은 당연한 사항이다.
상기와 같은 유리프리트의 조성비를 근거로 본 발명에서 이용되는 칼라 코팅 조성물을 실험하였다.
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[실험예 1]
직관형 및 벌브형 투명유리관을 준비하고, 각각의 튜명유리관 내부에 딥핑 또는 스프레이 방식으로 10㎛ 두께로 코팅한 후 실온에서 570℃까지 5℃/min으로 상승시켜 5분간 유지한 것으로 냉각하여 시편을 제작하였다.
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준비된 시편을 JIS K 7136(ISO 14782) 및 JIS K 7361(ISO 13468)을 기준으로 하는 장비인 NIPPON DENSOHKU사의 NSK5000 모델을 이용하여 탁도 및 투과율을 측정하였다. 여기서 투과율 측정시 이용된 가시광은 가시광선 영역 중 555㎚의 파장값을 이용하였다. 측정된 값은 아래 표 4와 같다.
구성요소 실시예 (wt%)
1 2 3 4 5 6 7 8
유기바인더용액 50 50 50 50 50 50 50 50
유리프리트(c) 41 40 39 44 43 42 42 41
세라믹필러 8 8 8 5 5 5 4 4
무기안료 Red (C.I. Pigment Red 108) 1 2 3 1 2 3 4 5
표 3은 유기바인더 용액에 유리프리트(c군), 세라믹필러 및 무기안료를 각각 다른 조성비를 갖고 혼합하여 제조한 칼라 코팅 용액이다.
특성평가 1 2 3 4 5 6
Haze 83.93 84.10 84.55 71.85 72.70 73.52
평행투과율 11.26 10.86 10.12 22.12 21.35 20.57
확산투과율 58.79 57.45 55.38 56.45 56.85 57.12
총투과율 70.05 68.31 65.50 78.57 78.20 77.69
표 4 보이듯이 유리프리트는 제조예 c군으로 조성하고, 세라믹필러의 함량 및 무기안료의 함량을 변화시켜 변화에 따른 총투과율과 탁도(Haze)값 특성을 관찰한 결과 탁도값이 높은 실험예 1의 1,2,3군으로써 세라믹필러의 함량이 8wt% 일 때 무기안료의 함량에 관계없이 가장 좋은 결과를 나타내고 있음을 알 수 있다.
따라서 세라믹필러의 함량을 8wt%로 고정하고 여러 가지 색상을 표현하기 위하여 무기안료 종류를 달리하여 위의 코팅 용액 및 코팅 시편 제조방법과 동일한 조건으로 하여 실험하였다.
[실험예 2]
이 실험 조건에서는 상기 실험예 1에서와 같은 장비를 이용하였으며, 유리면에 코팅되는 두께를 20㎛로 상승시켜 실시하였다.
구 분 실험예
1 2 3 4 5
유기바인더용액 50 50 50 50 50
유리프리트(c) 40 39 39 39 39
세라믹필러 10 8 8 8 8
무기안료 C.I. Pigment Red 108 - 3 - - -
Cadmium zinc sulfide - - 3 - -
C.I. Pigment Green 50 - - - 3 -
C.I. Pigment Blue 28 - - - - 3
Color White Red Yellow Green Blue
특성 Haze(%) 85.90 84.55 84.64 83.24 81.73
평행투과율(%) 9.25 10.12 10.06 11.15 12.36
확산투과율(%) 56.36 55.38 55.42 55.36 55.28
총투과율(%) 65.61 65.50 65.48 66.51 67.64

표 5에서 보이듯이 실험예 2의 1 내지 5는 모두 조명 소재로서 이용 기준 이상의 만족 수준의 결과값을 나타내고 있으며, 세라믹필러의 함량은 고정한 상태로 무기안료 색상별로 함량을 일정하게 하면 보다 더 많은 색상을 설계할 수 있다는 면에서 매우 바람직한 결과를 얻을 수 있었다.
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상기 실험예 2를 근거로 볼 때, 본 발명에서 이용되는 유리프리트의 조성을 통해 연화점을 조정함으로써 유리에 도포되는 칼라 코팅 조성물의 투과율과 탁도를 조정할 수 있음을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 세라믹필러 및 유리프리트를 이용해 조성되는 조성물을 이용해 유리표면을 코팅할 경우 탁도와 투과율이 원하는 수준을 모두 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 유리프리트와 세라믹필러의 조성물과 조성비율 및 코팅 두께를 조정함으로써 탁도 및 투과율을 변화시켜 이용할 수 있어 사용자가 원하는 다양한 조건에 대응할 수 있게 된다.
또한 유리프리트와 세라믹필러에 더하여 다양한 색상을 구현하기 위하여 무기안료를 포함시켜 제조함으로써 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 다양한 색의 칼라 코팅유리를 제조할 수 있게 된다.
한편 본 발명의 LED 전등 디퓨저용 코팅 조성물을 이용하여 코팅된 코팅유리이며, 상기 코팅유리은 코팅 조성물을 10 내지 20㎛ 사이로 코팅된다.
그리고 상기 코팅유리는 실온에서 500~600℃까지 분당 5℃씩 상승시킨 후 5분간 유지시키고, 이후에 냉각 경화를 거쳐 형성시킬 수 있으나, 바람직하게는 500℃까지 상승시키는 것이 좋다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 유기 바인더 용액으로 이용되는 조성물들이 450℃ 상에서 기화 또는 증발되고 유리의 열변형 온도가 620℃ 전후라는 것을 감안하였을 때 유기 바인더 용액을 제거할 수 있는 온도 정도 수준에서 소성 열처리를 같이 병행하며 코팅성분을 부착시킬 수 있을 뿐만 아니라 온도 상승에 따른 에너지 효율을 증대시키기 위함이다.
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.
110, 120 : LED 전등
111, 121 : 투명 유리관
112, 122 : 베이스
114, 124 : 기판
116 : 디퓨저
115, 125 : LED

Claims (14)

  1. LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물로서,
    상기 칼라 코팅 조성물은 바인더 용액 50중량%, 유리프리트 39~44중량%, 세라믹필러 5~8중량% 및 무기안료 1~5중량%를 혼합하여 형성되며,
    상기 유리프리트의 주성분은 이산화규소 9~17중량%, 산화붕소 18~20중량%, 산화아연 41~46중량% 및 산화바륨 9~17중량%의 조성비로 조성되고,
    상기 무기안료는 C.I. Pigment Red 108, Cadmium zinc sulfide, C.I. Pigment Green 50 및 C.I. Pigment Blue 28 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 용액은 유기 바인더와 솔벤트로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유기 바인더는 니트로셀룰로오스, 아크릴레진 및 에틸셀룰로오스 중 선택된 어느 하나이고, 상기 솔벤트는 툴루엔, 아세톤, 이소부틸아세테이트, 부틸셀루솔브 및 자일렌 중 선택된 어느 하나 또는 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유리프리트에는 산화칼륨, 산화나트륨 및 산화알루미늄 각각이 1~11중량%의 조성비를 갖고 더 포함된 것을 특징으로 하는 LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹필러는 탄산칼슘, 산화칼슘, 불화칼슘, 이산화티타늄, 이산화규소, 산화아연, 산화알루미늄 및 산화마그네슘 중 선택된 어느 하나가 포함된 것을 특징으로 하는 LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물.
  11. 삭제
  12. 제1항, 제5항, 제6항, 제9항, 제10항 중 선택된 어느 한 항의 LED 전등 디퓨저용 칼라 코팅 조성물을 이용하여 코팅된 것을 특징으로 하는 칼라 코팅유리.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 코팅유리는 코팅 조성물을 10 내지 20㎛ 사이로 코팅하는 것을 특징으로 하는 칼라 코팅유리.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 칼라 코팅유리는 실온에서 500~600℃까지 분당 5℃씩 상승시킨 후 5분간 유지시키고, 이후에 냉각 경화를 거쳐 형성된 것을 특징으로 하는 칼라 코팅유리.
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