KR101878684B1 - Led 조명용 광확산판 및 이의 제조방법 - Google Patents

Led 조명용 광확산판 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR101878684B1 KR1020170152181A KR20170152181A KR101878684B1 KR 101878684 B1 KR101878684 B1 KR 101878684B1 KR 1020170152181 A KR1020170152181 A KR 1020170152181A KR 20170152181 A KR20170152181 A KR 20170152181A KR 101878684 B1 KR101878684 B1 KR 101878684B1
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이규범
민정식
오충경
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

본 발명은 LED 조명용 확산판 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판; 및 상기 기판 상에 배치되며, 외부로부터 입사되는 광을 산란시키는 고분자 나노 섬유를 구비하는 데, 상기 광확산층은 고분자 나노 섬유 및 상기 고분자 나노 섬유를 덮는 커버층으로 이루어진다.

Description

LED 조명용 광확산판 및 이의 제조방법 {Light diffuser plate for LED lighting and preparing thereof}
본 발명은 LED 조명용 광확산판 및 이의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 눈부심 방지가 가능한 LED 조명용 광확산판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
사회가 발전하여 사람들의 삶의 질이 향상됨에 따라 사람들은 사무실, 일반 가정에서 보다 쾌적한 실내 환경을 추구한다. 따라서, 인테리어에 대한 관심이 점차적으로 증대하고 있는 실정이며, 이러한 분위기를 조성하는 요인으로 실내 또는 실외를 밝히는 조명 기구의 선택에 지대한 관심을 보이고 있다.
조명 기구에는 여러 가지 종류가 있는데, 각각 환경에 따라 용도가 다르게 사용되고 있어, 여러 가지의 분위기를 연출하기 위해서는 각각의 조명 기구를 용도에 맞게 따로 설치해야 한다.
특히 최근에는 형광등에 비해 월등히 효율이 높은 LED조명의 보급화가 건물 실내외를 통틀어 다양한 용도로 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 외부 LED 조명기구는 겨울철 혹한 등에 의한 눈 및 성에가 기구 표면에 축적될 경우, 가시성이 큰 폭으로 떨어진다는 문제점을 가지고 있다. 특히, 실제로 폭설이 내렸을 때 신호등의 가시성이 낮아지는 현상, 눈 또는 성에가 야외 조명을 뒤덮어 효율성이 감소하는 현상 등으로 실제로 나타나고 있으며, 특히, 혹한과 폭설이 심한 북유럽, 러시아, 캐나다 등의 남북극에 인접한 국가들에서는 더욱 빈번하게 일어나고 있는 실정이다.
이러한 문제들을 해결하기 위해, LED조명의 눈부심 효과 방지 및 빛의 효율적인 확산성을 증대시킬 수 있는 광확산판의 개발이 요구되고 있다.
특허문헌 1 : 한국등록특허 제0934920호 특허문헌 2 : 한국등록특허 제0681954호
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 눈부심을 방지하는 동시에 효율적인 확산성을 증대시킬 수 있는 LED 조명용 광확산판을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 눈부심을 방지하는 동시에 에너지 절감효과도 우수한 LED 조명용 광확산판을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기판; 및 상기 기판 상에 배치되며, 외부로부터 입사되는 광을 산란시키는 고분자 나노 섬유를 구비하는 광확산층을 포함하는 LED 조명용 확산판을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 광확산층은 고분자 나노 섬유 및 상기 고분자 나노 섬유를 덮는 커버층으로 이루어지되, 상기 고분자 나노 섬유는 SAN(Stillen-Acrylonitrile), ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene), Fluorocarbon 또는 Fluorocarbon-Silane 작용기가 붙은 그래핀옥사이드(GO) 중 1이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 확산판을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 커버층은 투명한 물질로 이루어지며, PMMA(poly-methylmethacrylate), PVA(polyvinylacetate), PVP(polyvinylpyrrolidone) 중 1이상 포함되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 확산판을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판 준비 단계; 상기 기판 상에 고분자 나노 섬유를 코팅하는 나노섬유 코팅단계; 및 상기 고분자 나노 섬유를 덮도록 고분자 물질로 커버층 형성단계를 포함하는 LED 조명용 확산판 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 커버층 형성단계에서 상기 고분자 나노 섬유를 덮도록 고분자 물질을 올린 후 그 위에 유리판을 올려 경화시키는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 확산판 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 광확산층은 고분자 나노 섬유 및 상기 고분자 나노 섬유를 덮는 커버층으로 이루어지되, 상기 고분자 나노 섬유는 SAN(Stillen-Acrylonitrile), ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene), Fluorocarbon 또는 Fluorocarbon-Silane 작용기가 붙은 그래핀옥사이드(GO) 중 1이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 광확산층을 포함하는 LED 조명용 확산판 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 커버층은 투명한 물질로 이루어지며, PMMA(poly-methylmethacrylate), PVA(polyvinylacetate), PVP(polyvinylpyrrolidone) 중 1이상 포함되는 것을 특징으로 하는 광확산층을 포함하는 LED 조명용 확산판 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 LED 조명용 광확산판 및 이의 제조방법은 LED조명기구 등에 광확산판을 적용하여 LED조명의 빛 확산성을 증대하고 눈부심을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 LED 조명용 광확산판 및 이의 제조방법은 눈부심을 방지하는 동시에 에너지 절감효과도 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 광확산판의 단면도이다.
도 2는 본 발명 LED 조명용 광확산판에 대하여 공정에 따른 모습을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 광확산판의 제조공정을 대략적으로 나타낸 것이다.
도 4은 실시예 1 내지 실시예 3의 전기방사를 통한 고분자 나노섬유에 모습을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1 ~ 실시예 3 및 비교예 1의 광확산판을 이용하여 LED 조명에 활용하여 확산 및 눈부심 정도를 테스트 한 사진이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 광확산판의 단면도이다.
도 2는 본 발명 LED 조명용 광확산판에 대하여 공정에 따른 모습을 나타낸 것이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 광확산판의 제조공정을 대략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 LED 조명용 광확산판은 기판 및 광확산층을 포함한다.
먼저, 광확산판의 제조를 위해 기판을 준비하는 데, 상기 기판은 광학적으로 투명한 특성을 갖는다. 상기 기판은 특별히 제한되는 것은 아니며 예를 들면 유리 기판일 수 있다.
상기 광확산층은 상기 기판 상에 형성되는 데, 고분자 나노 섬유 및 커버층을 포함할 수 있다.
상기 광확산층은 외부로부터 입사되는 광을 산란시키는 역할을 하는 것으로 광을 산란시킬 수 있도록 고분자 나노 섬유를 포함할 수 있다. 상기 고분자 나노 섬유는 전기 방사 공정을 통하여 형성될 수 있다.
상기 광확산층을 형성하기 위하여, 상기 기판 상에 전기 방사 공정을 통하여 고분자 나노 섬유를 코팅한다. 이후, 상기 고분자 나노 섬유가 코팅된 기판 상에 상기 고분자 나노 섬유를 전체적으로 덮도록 커버층을 형성함으로써, 상기 광확산층이 형성된다.
기판 상에 고분자 나노 섬유는 전기방사기술을 이용하여 형성하는 데, 사용되는 고분자는 SAN(Stillen-Acrylonitrile), ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene), Fluorocarbon 또는 Fluorocarbon-Silane 작용기가 붙은 그래핀옥사이드(GO) 중 1이상이 포함될 수 있다.
상기 그래핀옥사이드(GO)는 Fluorocarbon 또는 Fluorocarbon-Silane이 포함된 그래핀옥사이드(GO)를 이용할 수 있다. Fluorocarbon 또는 Fluorocarbon-Silane 작용기는 경화후에 유리와 같은 SiO2 망목구조를 갖게되어 내구성 향상 및 확산율 향상에 도움을 준다.
상기 고분자는 용매에 10 wt%가 되도록 녹인 후, 상온에서 약 24시간 교반하여 고분자 용액을 준비한다.
용매로는 클로로포름, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 트리클로로벤젠 등을 이용할 수 있으며, 여기에 TiO2(Titanium dioxide)를 추가할 수 있는 데, 상기 TiO2(Titanium dioxide)는 광촉매 효과에 의해 자외선을 받으면 친수성을 띄는 효과가 있다.
추가되는 상기 TiO2(Titanium dioxide)는 고분자 및 용매에 포함된 고분자 용액에 대하여 0.5 ~ 3.0wt%가 함유되도록 한다.
준비된 고분자 용액을 전기방사를 실시함으로써 고분자 나노섬유를 제조할 수 있다.
이를 위해 시린지를 이용하는 데, 유량 약 300 μL/h로 공급하고, 약 8 kV의 전압을 인가하여 전기방사를 진행할 수 있다. 사용하는 노즐은 내경 약 0.84 mm, 외경 약 1.27 mm 크기의 노즐을 사용하며, 노즐과 기판 간의 거리는 10 ~ 15 cm로 유지시켜 전기방사를 실시한다.
전기방사를 통해 기판 전체에 골고루 채워질 수 있도록 실시한다.
도 2의 (b)와 같이 전기방사를 통해 고분자 나노섬유를 기판상에 형성할 수 있다.
상기 전기방사를 통한 코팅 시간은 특별히 제한되지는 않는다.
이후 코팅된 상기 고분자 나노섬유를 전체적으로 덮도록 고분자 나노섬유와는 다른 종류의 고분자 물질이 덮도록 하여 커버층을 형성한다.
상기 커버층의 고분자 물질은 투명한 물질로 이루어지는 데, 그 예로는 PMMA(poly-methylmethacrylate), PVA(polyvinylacetate), PVP(polyvinylpyrrolidone) 중 1이상 포함되는 것이 바람직하다.
상기 커버층을 형성하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니며, 스프레이 방식으로 고분자 나노섬유 상에 뿌려줌으로써 고분자 물질이 고분자 나노섬유를 덮도록 하여 커버층을 형성한다.
상기 커버층의 형성을 위해 고분자 물질이 포함된 이온성 액체를 제조할 수 있는 데, 상기 이온성 액체는 고분자 물질을 용매에 녹여 제조할 수 있다.
즉, 상기 고분자 물질은 용매에 녹여 용액상태로 만든 후 커버층을 형성하는 데, 용매로는 클로로포름, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 트리클로로벤젠 등을 이용할 수 있으며, 여기에 TiO2(Titanium dioxide)를 추가할 수 있으며, 상기 TiO2(Titanium dioxide)는 광촉매 효과에 의해 자외선을 받으면 친수성을 띄는 효과가 있다. 추가되는 상기 TiO2(Titanium dioxide)는 이온성 액체에 대하여 0.5 ~ 3.0wt%가 함유되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 커버층은 매끈한 표면이 형성될 수 있도록 고분자 나노섬유 상에 고분자 물질을 올린 후에 유리판으로 덮어 경화시킨다. 즉, 고분자 물질을 고분자 나노섬유 상에 골고루 덮도록 한 뒤, 유리판으로 덮어 경화시킴으로써 광확산층 형성할 수 있게 된다.
한편, 상기 커버층의 형성은 고분자 나노섬유를 형성하면서 실시할 수도 있다. 즉, 고분자 나노섬유 형성 및 커버층 형성을 복수회로 반복하여 광확산판을 제조할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 전기방사를 통해 고분자 나노섬유를 일부 생성한 후에 이를 고정시키기 위해 스프레이 등의 방식으로 커버층을 형성하고 생성된 고분자 나노섬유가 커버층으로 고정되면, 다시 전기방사를 통해 고분자 나노섬유 형성 및 커버층 형성이 복수회 반복되도록 제조할 수도 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 자세히 설명한다.
실시예 1
유리기판을 준비한 후에
클로로포름에 고분자로 Fluorocarbon 작용기가 붙은 산화그래핀을 10 wt%로 하여 고분자 용액(TiO2을 3wt% 포함되도록 함) 제조한 후에 상온에서 약 24시간 교반후에 전기방사를 실시한다.
전기방사는 시린지를 이용하여 실시하되, 유량 300 μL/h로 공급하고 8 kV의 전압을 인가하여 전기방사를 진행한다. 사용하는 노즐은 내경 0.84 mm, 외경 1.27 mm 크기의 노즐을 사용하며, 노즐과 기판 간의 거리는 15 cm로 유지시킨다. 이때, 전기방사 코팅 시간은 15분 동안 진행하였다.
이후 PMMA를 용매(클로로포름)에 녹여 이온성 액체(TiO2을 3wt% 포함되도록 함)로 제조한 후에 스프레이 방식으로 고분자 나노섬유를 덮어 커버층을 형성함으로써 광확산층을 완성한다.
실시예 2 및 실시예 3
실시예 1과 동일하게 실시하되,
고분자 나노섬유 제조시 전기방사 시간을 각각 45분(실시예 2), 90분(실시예 3) 실시하여 광확산판을 제조하였다.
비교예 1
광확산판을 고분자 나노섬유 및 커버층의 제조없이 1mm의 PMMA 필름만을 이용하여 LED 조명용 광확산판으로 활용하였다.
비교예 2 ~ 4
비교예 1과 동일하게 제조하되, PMMA 필름에 일반적인 확산재로 이용되는 실리카를 5wt%(비교예 2), 10wt%(비교예 3), 15wt%(비교예 4)로 하여 LED 조명용 광확산판으로 활용하였다.
도 4은 실시예 1 내지 실시예 3의 전기방사를 통한 고분자 나노섬유에 모습을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1 ~ 실시예 3 및 비교예 1의 광확산판을 이용하여 LED 조명에 활용하여 확산 및 눈부심 정도를 테스트 한 사진이다.
도 4를 참조하면, 전기방사 시간에 따라 고분자 나노섬유가 조밀하게 형성되는 것을 알 수 있으며, 이를 통해 LED 조명용 광확산판에 적용할 경우 확산효율 향상 및 눈부심이 방지되는 것을 확인할 수 있다.
도 5의 (a)는 PMMA 필름을 광확산판(비교예 1)으로 이용한 조명이며, 도 5의 (b) ~ (d)는 실시예 1 ~ 실시예 3의 광확산판을 이용한 조명을 나타낸 것이다.
실시예들의 광확산판에서 고분자 나노섬유가 조밀하게 형성될수록 조명기구의 내부부품이 보이지 않는 것과 동시에 확산효율 향상 및 눈부심이 없어지는 것을 확인할 수 있다.
아래의 표 1은 실시예 1 ~ 실시예 3 및 비교예 1 ~ 비교예 4의 투과율(Transmittance) 및 헤이즈(Haze)를 나타낸 것이다.
transmittance(%) haze(%) transmittance(%) haze(%)
비교예 1 94% 1%
실시예 1 86% 15% 비교예 2 81% 14%
실시예 2 76% 32% 비교예 3 63% 30%
실시예 3 70% 59% 비교예 4 52% 63%
본 발명의 실시예 1 ~ 실시예 3은 비교예 2 ~ 비교예 4에 비해서 헤이즈 값이 비슷할 때 투과율이 상대적으로 높음을 알 수 있다.
즉, 헤이즈 값이 높으면 눈부심 정도가 낮아 눈부심을 방지하는 것을 수치로 나타내는 것인데, 실시예들의 눈부심정도를 비슷하게 나타내는 비교예들을 살펴보면, 실시예 1과 비교예 2, 실시예 2와 비교예 3, 실시예 3과 비교예 4로 볼 수 있는 이들의 투과율(빛 확산성)은 실시예들이 비교예들보다 더 좋음을 알 수 있다.
이를 통해 본 발명은 빛 확산성을 증대시키는 동시에 눈부심을 방지할 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 명백할 것이다.
10 : 기판 101 : 고분자 나노섬유
102 : 커버층 110 : 광확산층

Claims (7)

  1. 기판; 및
    상기 기판 상에 배치되며, 외부로부터 입사되는 광을 산란시키는 고분자 나노 섬유를 구비하는 광확산층을 포함하되,
    상기 광확산층은 고분자 나노 섬유 및 상기 고분자 나노 섬유를 덮는 커버층으로 이루어지고, 상기 고분자 나노 섬유는 Fluorocarbon 또는 Fluorocarbon-Silane 작용기가 포함된 그래핀옥사이드(GO)인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 확산판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커버층은 투명한 물질로 이루어지며, PMMA(poly-methylmethacrylate), PVA(polyvinylacetate), PVP(polyvinylpyrrolidone) 중 1이상 포함되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 확산판.
  4. 기판 준비 단계;
    상기 기판 상에 고분자 나노 섬유를 코팅하는 나노섬유 코팅단계; 및
    상기 고분자 나노 섬유를 덮도록 고분자 물질로 커버층 형성단계를 포함하되,
    상기 고분자 나노 섬유는 Fluorocarbon 또는 Fluorocarbon-Silane 작용기가 포함된 그래핀옥사이드(GO)인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 확산판 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 커버층 형성단계에서 상기 고분자 나노 섬유를 덮도록 고분자 물질을 올린 후 그 위에 유리판을 올려 경화시키는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 확산판 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서,
    상기 커버층은 투명한 물질로 이루어지며, PMMA(poly-methylmethacrylate), PVA(polyvinylacetate), PVP(polyvinylpyrrolidone) 중 1이상 포함되는 것을 특징으로 하는 광확산층을 포함하는 LED 조명용 확산판 제조방법.
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