KR101781486B1 - 대전방지기능이 우수한 led조명용 광확산판 및 그 제조방법 - Google Patents

대전방지기능이 우수한 led조명용 광확산판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대전방지효과가 우수하고, 정전기에 의해 먼지가 부착되는 것이 방지되어 LED조명의 휘도 저하가 효과적으로 방지되며, 광확산도 및 방열성도 우수한 새로운 구성의 대전방지기능이 우수한 LED조명용 광확산판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 광확산판 기재(110); 분사된 질산은용액이 환원제에 의해 환원되어 상기 광확산판 기재(110)의 표면에 산포되게 부착된 은나노입자(120)들에 의해 형성되는 은나노입자층; 상기 은나노입자층을 커버하도록 상기 은나노입자층이 형성된 상기 광확산판 기재(110)의 표면에 코팅된 대전방지층(130);을 포함하며, 상기 광확산판 기재(110)에 산포되게 부착된 은나노입자(120)들에 의해 전기전도성, 광확산성 및 방열성이 향상되는 것을 특징으로 하는 대전방지기능이 우수한 LED조명용 광확산판(100) 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

대전방지기능이 우수한 LED조명용 광확산판 및 그 제조방법{Light diffusion plate have the excellent antistatic function for LED lighting device and manufacturing method of the same that}
본 발명은 대전방지기능이 우수한 LED조명용 광확산판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대전방지효과가 우수하고, 정전기에 의해 먼지가 부착되는 것이 방지되어 LED조명의 휘도 저하가 효과적으로 방지되며, 광확산도 및 방열성도 우수한 새로운 구성의 대전방지기능이 우수한 LED조명용 광확산판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
LED조명기구에 있어서도 점광원인 LED모듈을 면광원화시키기 위한 것으로서, LED조명기구에 있어서 필수적인 구성요소이다. 이러한 광확산판은 일반적으로 광투과율 및 내광성 등이 우수한 투명 합성수지로 성형되는데, 광투과율과 내열성이 좋고 치수안정성 등도 뛰어난 폴리카보네이트, 아크릴, 폴리스티렌 등이 주로 사용된다.
한편, 광확산판이 합성수지로 성형되어 표면의 전기저항이 크기 때문에, 광확산판에 정전기가 발생되어 공지 중의 먼지가 광확산판에 부착되어 광확산판이 쉽게 오염된다. 그런데 광확산판이 오염되면 보기에도 좋지 않고 위생적으로도 좋지 않을 뿐만 아니라 조명기구의 휘도가 저하되어 조명기구의 에너지 효율도 떨어진다.
이와 같은 문제점에 대해 일반적으로는 광확산판의 전기전도성을 높여서 광확산판의 대전방지성을 향상시키기 위해 광확산판에 대전방지제를 코팅한다. 대전방지제는 전기전도성을 부여하기 위해 전도성 필러가 함유되는데, 대전방지제의 대전방지성을 높이기 위해서는 CNT나 그래핀(graphene) 등의 고가의 전도성 필러를 사용하기도 한다. 따라서 대전방지성이 우수한 대전방지제는 이러한 전도성 필러 때문에 대부분 고가로 시판되고 있다.
이와 같은 상황이므로 상대적으로 높은 수준의 대전방지효과를 가지는 광확산판을 제조하기 위해서는 고가의 대전방지제를 사용하여야 하므로 광확산판의 제조원가가 상승되고, 이는 LED조명기구의 가격을 상승시키는 원인으로 작용된다.
대한민국 등록특허 제10-1405045호(2014. 06. 02.)
본 발명은 상기의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 대전방지효과가 우수하여, 방오성도 우수하므로 광확산판이 오염되어 LED조명의 휘도가 저하되는 것이 효과적으로 방지되는 것은 물론이고, 광확산성도 우수하여 LED모듈에 근접배치가 가능하므로 LED조명의 슬림화 및 코스트 저하를 꾀할 수 있으며, 방열성도 향상되어 LED조명기구의 수명연장 효과도 얻을 수 있는 새로운 구성의 대전방지기능이 우수한 LED조명용 광확산판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 광확산판 기재(110); 분사된 질산은용액이 환원제에 의해 환원되어 상기 광확산판 기재(110)의 표면에 산포되게 직접 부착된 은나노입자(120)들에 의해 형성되는 은나노입자층; 상기 은나노입자층을 커버하도록 상기 은나노입자층이 형성된 상기 광확산판 기재(110)의 표면에 코팅된 대전방지층(130);을 포함하며, 상기 광확산판 기재(110)에 산포되게 부착된 은나노입자(120)들에 의해 전기전도성, 광확산성 및 방열성이 향상되는 것을 특징으로 하는 대전방지기능이 우수한 LED조명용 광확산판(100)이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 광확산판 기재(110)를 준비하는 과정; 상기 광확산판 기재(110)의 표면에 상호 이격되도록 은나노입자(120)를 부착시키는 과정; 및 상기 은나노입자(120)가 부착된 광확산판 기재(110)의 표면에 대전방지제를 코팅하여 대전방지층(130)을 형성하는 과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 대전방지기능이 우수한 LED조명용 광확산판의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 은나노입자(120)를 부착시키는 과정은 상기 광확산판 기재(110)에 질산은용액과 환원제를 이중 스프레이건으로 분사하여 이루어진다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 광확산판 기재(110)에 부착된 은나노입자(120)에 의해 1차적으로 도전성이 부여되고, 대전방지제에 의해 2차적으로 도전성이 부여되므로 도전성이 우수하다. 특히, 은나노입자(120)가 별도의 바인더 없이 광확산판 기재(110)에 직접 부착되므로 광학산판 기재(110)와 은나노입자(120) 사이에 직접적인 전하의 이동이 이루어지므로 은나노입자(120)에 의한 대전방지효과가 우수하다. 따라서 사용된 대전방지제가 가지는 도전성에 비해 상대적으로 높은 도전성을 얻을 수 있으며, 이에 따라 고가의 전도성 필러가 사용된 대전방지제를 사용하지 않고 일반적인 수준의 대전방지성을 가지는 대전방지제를 사용하여도 높은 수준의 대전방지성을 얻을 수 있으므로 경제적인 장점이 있다.
둘째, 대전방지성이 우수하여 방오성도 우수하므로 본 발명에 의한 광확산판을 사용한 조명기구는 장기간 사용하여도 광확산판이 쉽게 오염되지 않으므로 광확산판의 오염에 의해 조명기구의 조도가 저하되는 문제점이 발생되지 않는다.
셋째, 은나노입자(120)의 난반사작용으로 인해 광확산판의 광확산도가 상승되며, 이에 따라 광확산판을 LED모듈에 상대적으로 근접되게 배치하여도 점광원인 LED모듈의 면광원화가 가능하다. 따라서 LED조명기구의 슬림화가 가능하므로 LED조명기구의 디자인 설계시에 LED모듈과 광확산판의 이격간격을 염두에 두고 LED조명기구의 디자인을 설계하지 않아도 되므로 LED조명구의 디자인 설계가 좀 더 자유로워지는 장점이 있으며, LED조명기구의 슬림화로 인해 제품의 원가절감효과도 얻을 수 있다.
넷째, 은나노입자(120)에 광확산판의 열전도성이 향상된다. 특히, 은나노입자(120)가 별도의 바인더 없이 광확산판 기재(110)에 직접 부착되기 때문에 광확산판 기재(110)의 열이 열전도성이 우수한 은나노입자(120)에 직접 전달되므로 광확산판의 방열이 신속하게 이루어진다. 따라서 LED조명기구의 전체적인 방열성도 향상되고, 이에 따라 LED조명기구의 수명연장 효과도 얻을 수 있다.
다섯째, 은나노입자(120)에 의해 광확산판 기재(110)에 요철이 형성되고, 이에 따라 광확산판 기재(110)의 젖음성이 향상되므로 대전방지층(130)과 광확산판 기재(110)의 부착력이 향상되어, 대전방지층(130)이 광확산판 기재(110)에 견고하게 부착되므로 조명기구를 장기간 사용하여도 대전방지제가 탈리될 우려가 없다.
도 1은 본 발명에 의한 광확산판이 설치된 LED조명기구의 단면도.
이하에서 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 광확산판이 설치된 LED조명기구의 단면도이다. 본 발명에 따른 광확산판(100)은 도시된 바와 같이, 광확산판 기재(110)와, 광확산판 기재(110)의 일면에 산포되게 부착된 은나노입자(120)에 의해 형성되는 은나노입자층, 광확산판 기재(110)의 상기 은나노입자층에 코팅되는 대전방지층(130)을 포함하여 이루어진다.
상기 확산판 기재(110)는 사용가능한 종류가 특별히 제한되지는 않으나, 광투과율과 내열성이 우수하고 치수안정성도 뛰어난 폴리카보네이트, 아크릴, 폴리스티렌 등으로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 은나노입자(120)들은 광확산판 기재(110)의 표면에 산포되게 부착되는데, 은나노입자(120)는 후술하는 바와 같이, 질산은용액과 환원제를 이중 스프레이건으로 분사하여 질산은용액이 환원된 것으로서, 별도의 바인더 없이 스프레이건으로 분사되는 분사력에 의해 광확산판 기재(110)에 직접 부착된다.
본 발명에서 은나노입자(120)들이 산포되게 부착된다는 것은 은나노입자들(120)이 광확산판 기재(110) 표면에 상호 이격되도록 불연속적으로 코팅되어 임의의 두께를 갖는 불투광성 박막을 형성하지 않는다는 것을 의미하는 것이다. 또한, 본 발명에서 은나노입자(120)들이 상호 이격되도록 부착된다는 것은 모든 은나노입자(120)들이 이격되게 부착된다는 의미로 해석되어서는 아니 될 것인데, 이는 은나노입자(120)들이 스프레이건에 의해 광확산판 기재(110)에 부착되는 것이므로 은나노입자(120)의 일부는 인접되게 부착될 수도 있기 때문이다. 따라서 은나노입자층은 광확산판 기재(110)의 표면에 산포되게 부착된 은나노입자(120)들에 의해 형성되는 불연속적인 층을 의미한다.
이와 같이 광확산판 기재(110)에 부착되는 은나노입자(120)에 의해 광확산판 기재(110)에 1차적으로 전기전도성이 부여되는데, 은나노입자(120)가 별도의 바인더 없이 광확산판 기재(110)에 직접 부착되므로 광확산판 기재(110)와 은나노입자 (120) 사이에 직접적인 전하의 흐림이 발생되므로 광확산판 기재(110)의 표면에 우수한 전기전도성이 부여된다. 또한, 은나노입자(120)의 난반사작용으로 인해 광확산판(100)의 광확산도가 증가될 뿐만 아니라 은나노입자(120)에 의해 광확산판(100)의 표면에서 열전달 매개체인 포논(Phonon)입자의 이동속도가 증가되어 광확산판(100)의 열전도성도 향상되어 방열성이 증가된다. 특히, 은나노입자(120)가 광확산판 기재(110)에 별도의 바인더 없이 직접 부착되기 때문에 광확산판 기재(110)의 열이 은나노입자(120)로 직접 전달되므로 방열이 상당히 신속하게 이루어진다. 그리고, 은나노입자(120)가 광확산판 기재(110)에 상호 이격되도록 산포되게 부착되어 광확산판 기재(110)에 미세한 요철이 형성되기 때문에 광확산판 기재(110)의 젖음성이 증가되어 후술하는 과정에서 대전방지제와 광확산판 기재(110)의 부착성이 향상된다.
상기 대전방지층(130)은 은나노입자(120)가 부착된 광확산판 기재(110)의 표면에 투명한 대전방지제를 코팅하여 형성된다. 본 발명에서 사용가능한 대전방지제의 종류가 특별히 제한되지는 않는다.
전술한 바와 같이, 은나노입자(120)에 의해 광확산판 기재(110)의 젖음성이 증가되므로 광확산판 기재(110)와 대전방지층(130)의 부착력이 향상되어 대전방지층(130)이 광확산판 기재(110)에 견고하게 부착된다.
이러한 대전방지층(130)에 의해 광확산판 기재(110)에 2차적으로 전기전도성이 부여되어, 최종적으로 사용된 대전방지제가 가지는 대전방지성 보다 우수한 수준의 대전방지성을 가지게 된다. 또한, 대전방지층(130)에 의해 은나노입자(120)가 커버되어 공기와 접촉되는 것이 방지되므로 은나노입자(120)가 산화되는 것도 방지되며, 광확산판 기재(110)의 내스크랫치성 및 내화학성 등의 물성도 향상된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 광확산판(100)의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 광확산판 기재(110)의 표면을 세정한 다음, 질산은용액과 환원제를 이중 스프레이건으로 동시에 광확산판 기재(110)에 토출시킨다. 이 과정에서 질산은용액의 은이온이 환원제에 의해 은나노입자(120)로 환원되어 광확산판 기재(110)에 산포되게 부착되어 은나노입자층이 형성된다. 물론, 이때 은나노입자층에 의해 불투광성의 박막이 형성되지 않도록 질산은용액과 환원제의 토출량, 토출속도 등을 조절하여야 함은 당연하다.
이어서 광확산판 기재(110)를 세정하고 건조시킨 다음, 광확산판 기재(110)의 표면에 대전방지제를 코팅하여 대전방지층(130)을 형성하여 광확산판(100)을 완성한다. 이와 같이 제조되는 광확산판(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 대전방지층(130)이 외향되도록 LED조명기구 본체에 설치된다.
실시예
폴리카보네이트로 이루어진 확산판 기재의 일측면에 질산은용액과 환원제를 노즐직경이 0.009inch인 이중 스프레이 건으로 토출시키되, 펌프공기압을 2,200psi, 스프레이 속도를 100~120cm/sec로 하여 2회 토출시켜, 광확산판 기재에 은나노입자를 부착시켰다. 그리고 시판되는 대전방지제 UVAS-364(상표명)를 코팅바 (coating bar) #12를 사용하여 28㎛두께로 코팅하였다.
이와 같이 제조된 광확산판의 물성을 테스트한 결과는 표 1과 같다. 비교예로는 실시예와 동일한 광확산판 기재에 은나노입자를 부착시키지 않고 단순히 대전방지제만 코팅하여 제조된 광확산판을 사용하였다. 각 물성은 아래에 기재된 방법으로 각각 5회 측정한 후 최상 및 최하위 값을 제외한 값을 기재하였다.

실시예
비교예

표면전기저항

7.8X107~1.9X108 Ω/㎠
7.8X1010~1.9X1011 Ω/㎠

대전방지층의 부착력
100/100
78/100 ~ 95/100

열전도성
1.13~1.34 W/mK
0.38 ~ 0.52 W/mk
* 표면전기저항 : Resistance Meter SIMCO 저항기 ST-4(23℃, 상대습도 50%)
* 열전도도 측정 : KSL 1604, 레이저 플레시법 (In-Plan)
* 부착력 측정 : ASTM 3359 (cutter #1, Range 0~50㎛)
표 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 광확산판은 비교예에 비해 표면전기저항이 낮으므로 비교예에 비해 전기전도도가 높아서 우수한 대전방지효과를 가짐을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 광확산판은 비교예에 비해 대전방지층의 부착력과 열전도성도 우수한 결과를 보였다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 광확산판 기재(110)에 별도의 바인더 없이 직접 부착된 은나노입자(120)에 의해 우수한 대전방지기능을 가지며, 따라서 정전기에 의해 먼지가 부착되는 것이 효과적으로 방지된다. 따라서 본 발명에 의한 광확산판을 사용하는 경우에는 조명기구를 장기간 사용하여도 광확산판이 오염되어 조명기구의 조도가 저하되는 문제점이 발생되지 않는다.
또한, 은나노입자(120)들의 난반사작용으로 인해 광확산판의 광확산도가 증가된다. 따라서 광확산판이 LED모듈에 상대적으로 근접되게 배치되어 점광원인 LED모듈를 면광원화시킬 수 있으므로 이에 따라 LED조명기구의 슬림화를 꾀할 수 있고, LED조명기구의 원가절감효과도 얻을 수 있다. 또, 은나노입자(120)들에 의해 광확산판의 열전도성도 향상되어 LED조명기구의 전체적인 방열효과가 상승되므로 LED조명기구의 수명연장효과도 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 은나노입자(120)들에 의한 은나노입자층에 의해 대전방지층(130)과 광확산판 기재(110)의 부착력이 향상되므로 장기간 사용하여도 대전방지층이 박리될 우려가 없다.

Claims (3)

  1. 광확산판 기재(110);
    스프레이 건으로 분사된 질산은용액이 환원제에 의해 환원되어 상기 광확산판 기재(110)의 표면에 산포되게 직접 부착된 은나노입자(120)들에 의해 형성되는 은나노입자층;
    상기 은나노입자층을 커버하도록 상기 은나노입자층이 형성된 상기 광확산판 기재(110)의 표면에 코팅된 대전방지층(130);을 포함하며,
    상기 광확산판 기재(110)에 산포되게 부착된 은나노입자(120)들에 의해 전기전도성, 광확산성 및 방열성이 향상되는 것을 특징으로 하는 대전방지기능이 우수한 LED조명용 광확산판(100).
  2. 광확산판 기재(110)를 준비하는 과정;
    상기 광확산판 기재(110)의 표면에 질산은용액과 환원제를 이중 스프레이건으로 분사하여, 질산은용액이 환원제에 의해 환원된 은나노입자(120)를 광확산판 기재(110)의 표면에 산포되게 직접 부착시켜서 은나노입자층을 형성하는 과정; 및
    상기 은나노입자층이 형성된 광확산판 기재(110)의 표면에 대전방지제를 코팅하여 대전방지층(130)을 형성하는 과정;을 포함하여 이루어져서,
    상기 은나노입자(120)에 의해 전기전도성, 광확산성 및 방열성이 향상되는 것을 특징으로 하는 대전방지기능이 우수한 LED조명용 광확산판의 제조방법.
  3. 삭제
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