KR102030616B1 - 재귀반사성 광학 시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 시트에 대한 것으로서, 이러한 광학 시트는 광투과성을 가지는 열가소성 수지로 형성된 투과층 상기 투과층의 하면에 배치되는 코팅층과 상기 코팅층의 하측 표면으로부터 돌출하는 복수의 코너 큐브를 구비하는 반사층 상기 반사층의 하면 배치되는 접착층을 포함한다.

Description

재귀반사성 광학 시트 {RETRO-REFLECTION OPTICAL SHEET}

본 발명은 다층 구조의 광학 시트에 대한 것이며, 더욱 자세하게는 다층 구조의 재귀반사성 광학 시트에 대한 것이다.

재귀반사성 광학 시트는 입사광을 그의 발생원인을 향하여 방향전환시키는 특성을 가진다. 이러한 광학적 특성에 의해 재귀반사성 시트는 다양한 용품에서 광범위하게 사용된다.

그런데 종래의 재귀반사성 광학 시트의 경우 광이 투과하는 레이어의 재료로서 폴리카보네이트를 사용하였는데, 이러한 폴리카보네이트의 경우 재료 자체의 단가가 고가인 문제점이 있었다.

아울러, 반사소자층에 도달하기 전까지의 단계에서 입사광이 투과하는 과정에서 광 손실이 높은 문제점도 있었고, 제조 과정에서 UV 경화율이 낮아서 작업 효율도 낮은 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자, 본 발명은 반사소자에 의해 반사되기 전 단계까지 입사하는 광의 투과율을 높여서 재귀반사성을 향상시키고, 제조 과정에서 UV 경화율도 향상시킬 수 있으며, 제조 단가 역시 낮출 수 있는 광학 시트를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 시트는, 광투과성을 가지는 열가소성 수지로 형성된 투과층 상기 투과층의 하면에 배치되는 코팅층과 상기 코팅층의 하측 표면으로부터 돌출하는 복수의 코너 큐브를 구비하는 반사층 상기 반사층의 하면에 배치되는 접착층을 포함한다.

여기서, 상기 투과층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함한다.

한편, 상기 코팅층은 복수개의 비드를 내부에 포함한다.

또한, 복수개의 상기 비드는 상하방향으로 서로 오정렬되어 배치된다.

한편, 상기 투과층 상부에 아크릴계 수지를 포함하는 오버레이층이 추가로 구비될 수 있다.

이때, 상기 오버레이층은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함한다.

상기 비드의 직경은 실질적으로 1㎛ 내지 10㎛ 이다.

본 발명의 광학 시트에 의하면 다음과 같은 효과가 구현된다.

첫째, 광학시트로 입사하는 광이 시트 내부의 층상 구조에서 손실을 최소한도로 줄여서 투과율을 향상시킬 수 있게 되어 결국 재귀반사성을 향상시키게 된다.

둘째, 광 손실의 감소로 인하여 정면각 반사성능이 향상 된다.

셋째, 휘도율이 상승된다.

넷째, 광학 시트를 재조하는 작업 과정에서 투과율의 상승에 수반하여 UV 경화율이 상승하게 되어 작업 효율이 향상되게 된다.

다섯째, 고가의 폴리카보네이트 등의 소재를 사용하지 않으면서도 그 이상의 광학적 성능을 구현할 수 있게 되어 제조 단가를 낮출 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 시트의 단면도이다.
도 2는 도 1의 광학 시트의 일부 레이어의 분리 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광학 시트의 코너 큐브에 대한 도면이다.

이하 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명의 도면에 도시된 실시예는 이해를 돕기 위하여 특정 부분의 크기가 확대되어 도시되어 있을 수 있다. 따라서, 구성요소간의 크기의 비례는 반드시 본 발명의 도면에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 상측은 광원 방향을 가리키며, 하측은 광원의 반대 방향을 가리킨다. 즉, 상측에서 하측으로 진행하는 방향은 광의 입사 진행 경로에 대응되며, 하측에서 상측으로 진행하는 방향은 광의 출사 진행 경로에 대응된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 시트의 단면도인데, 도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 시트(1)는 광투과성을 가지는 투과층(20)의 상부에는 오버레이층(10)을 포함한다.

여기서, 오버레이층(10)은 필름상 아크릴계 수지 조성물로 형성되는 레이어로서, 두께는 10-200마이크로미터, 바람직하게는 25-150 마이크로미터, 보다 바람직하게는 30-100마이크로미터이다. 이러한 아크릴계 수지 조성물로 형성된 오버레이층(10)은 두께가 10마이크로미터 미만인 경우에는 자외선에 대한 영향을 받기 쉬워지고, 200마이크로미터가 넘는 경우에는 재귀반사성능이 저하되거나 시트의 내충격성이 저하되는 경향이 있다.

오버레이층(10)의 광투과율은 85%이상, 바람직하게는 90% 이상이다. 오버레이층(10)의 광투과율이 85%미만인 경우에는 역시 재귀반사성능이 저하되는 문제가 있다. 구체적으로, 상기 오버레이층(10)은 예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 투과층(20)의 하면에는 반사층(30)이 배치되는데, 상기 반사층(30)은 상기 투과층(20)의 배면에 배치되는 코팅층(32)과 상기 코팅층(32)의 하측 표면에 배치되되 이러한 하측표면으로부터 돌출하는 복수의 코너 큐브(34)를 구비한다. 코너 큐브(34)의 구체적인 형상은 도 3과 관련하여 후술하기로 한다.

투과층(20)은 전형적으로 광 투과성 중합체성 물질로서 형성되는데, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함한다. 코팅층(32)과 코너 큐브(34)도 전형적으로 광 투과성 중합체성 물질, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함할 수 있다.

이는 중합체가 주어진 파장에서 중합체에 입사하는 광의 강도의 적어도 70%를 투과시킬 수 있음을 의미한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 광학 시트에 사용되는 중합체는 80% 이상, 그리고 더욱 바람직하게는 90% 이상의 광 투과성을 가진다. 이러한 투과성은 투과층을 폴리카보네이트를 사용한 것보다 더 우수한 성능에 해당한다.

재귀반사성 시트가 광고 디스플레이와 같은 교통 안전 이외의 용도에 채용될 경우에는 광투과성은 5 내지 10%일 수도 있다.

한편, 상기 투과층(20)은 필요에 따라 착색제를 포함할 수 있다. 투과층에 첨가되는 착색제는 투과층의 재질과 서로 용해되기 쉬운 것으로서 1종 이상 추가될 수 있다. 착색제의 첨가량은 특별히 한정되지 않으며, 필요한 색조에 맞추어 첨가될 수 있으며, 자외선 흡수재도 특별히 한정되지 않고 오버레이층(10)에 착색제가 사용될 경우 이러한 오버레이층(10)에 사용된 착색제와 동일한 재질이 착색제가 첨가될 수 있다.

한편, 폴리에틸렌테레프탈레이트로 형성되는 상기 투과층(20)의 하측 표면, 즉 배면에는 코팅층(32)이 배치된다. 여기서, 상기 코팅층(32)의 층 내부에 복수개의 비드(36: 도 2)가 배치된다. 상기 비드(36)의 직경은 실질적으로 1㎛ 내지 10㎛ 이다.

또한, 복수개의 비드(36)를 내부에 포함하는 상기 코팅층(32)의 하측 표면에는 광경로의 제어를 위한 코너 큐브(34)가 배치된다. 여기서, 상기 코팅층(32)과 코너 큐브(34)는 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 코너 큐브(34)의 높이는 예를 들어 20 내지 500 마이크로미터 이며, 더욱 바람직하게는 35 내지 100 마이크로미터일 수 있다.

도 1에 도시된 실시예는 단일의 투과층(20)과 단일의 코팅층 및 코너 큐브의레이어를 포함하는 반사층(30)을 가지지만, 투과층과 반사층 중 적어도 하나의 층을 반복적으로 구비할 수도 있다.

한편, 상기 코너 큐브(34)는 코너 큐브(34)와의 사이에 밀봉 공간이 형성되도록 코너 큐브(34) 아래의 접착층(40)과 적어도 부분적으로 부착될 수도 있다.

도면에 도시하지는 않았으나, 별도로, 단면상에서 다수의 코너 큐브(34), 예를 들어 3개의 코너 큐브(34) 마다 형성되어 다수의 코너 큐브를 커버하는 밀봉공간을 형성하도록 코너 큐브와 접착층(40) 사이에 밀봉 돌출부가 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 접착층(40)과 코너 큐브(34)는 돌출된 밀봉 돌출부에 의해 부착되므로 상기 접착층(40)과 코너 큐브(34) 사이에는 중공의 밀봉 공간이 형성되게 된다. 여기서 상기 밀봉 공간은 재귀반사성을 향상시키는 공기층을 이루어 공기 계면을 형성하게 된다.

한편, 금속 코팅과 같은 정반사 코팅(미도시)이 재귀반사를 촉진하기 위하여 코너 큐브(34)의 경사면에 선택적으로 배치될 수 있다.

금속 코팅은 알루미늄, 은 또는 니켈과 같은 금속을 증착하거나 화학 증착하는 것과 같은 공지 기술에 의해 도포될 수 있다. 선택적으로, 금속 코팅의 부착을 촉진하기 위하여 코너 큐브(34)의 경사면에 프라이머층(미도시)이 도포될 수 있다.

상기 코너 큐브(34)의 하면에 배치되는 상기 접착층(40)의 하측에는 PET층(50)이 배치되고, 상기 PET층(50)의 하부에는 접착층(60) 및 라이너층(70)이 순차적으로 배치된다.

상기 PET 층(50)은 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는데 더욱 구체적으로는 백색 PET 층이며, 예시적으로 약 23 마이크로미터의 두께를 가진다.

또한, 라이너층(70)은 예시적으로 폴리프로필렌을 포함하는데, 예시적으로 약 75 마이크로미터의 두께를 가진다.

상기 접착층(40), PET층(50), 접합층(60) 및 라이너층(70)은 필요에 따라서 오버레이층(10), 투과층(20) 및 반사층(30)의 고정과 공기의 봉입을 위하여 사용된다. 구체적으로는 재귀반사성 광학 시트의 사용 목적, 사용 환경에 따라 오염이나 파손, 빛이나 열에 의한 열화 등의 물리적 또는 광학적인 손상으로부터 보호하고, 반사층 배면에 공기의 봉입 구조를 달성하기 위하여 설치하는 것으로서, 이러한 구조 고정을 위한 층들의 재질은 특별히 한정되지 않는다.

또한, 도 1에 의하면 반사층(30)과 PET층(50)은 접착층(40)에 의하여 접착되는 것으로 도시되고 있으나 그 접착 방법 역시 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 공지의 열융착성 수지 접합법, 열경화 수지 접합법, 자외선 경화 수지 접합법, 전자선 효과 수지 접합법에 의해 접착될 수도 있으며, 낮은 온도에서도 접착 가능한 방법이라면 반사층의 형상 유지의 관점에서 다양한 방법도 가능하다.

도 2는 도 1의 광학 시트(1)의 복층 구조에서 투과층(20)과 반사층(30)을 분리하여 그 단면을 도시하는 도면이다.

도 2를 참고하면, 투과층(20)의 하면에 배치되는 반사층(30) 중에서 투과층(20)의 배면에 부착되는 코팅층(32)의 내부에 포함되어 있는 복수개의 상기 비드(36)는 상하방향으로 서로 오정렬(misalign)되어 배치된다. 즉, 복수개의 상기 비드(36)는 상기 코팅층(32) 내에서 골고루 분포되도록 하기 위하여 상하방향으로 서로 층을 이루어 배치되지 않는다.

따라서, 개별 비드(36)들의 중심 간의 수평 방향 간격(d1)은 개별 비드의 직경(d2)의 절반, 즉 개별 비드(36)의 반경의 2배 이상으로 되는 것이 바람직하다. 이렇게 개별 비드들의 중심간의 수평 방향 간격(d1)이 개별 비드의 직경(d2) 보다 크게 형성됨으로써 비드들끼리 상하방향으로 서로 중첩되지 않게 되어 빛의 진행방향에서 가려져서 역할을 하지 못하는 비드의 발생을 방지할 수 있게 된다.

그리하여, 상기 비드(42)들은 상하방향의 단면에서 보았을 때 서로 어긋나게 배치되어 상측 방향에서 유입되는 광에 각각 노출되게 되며, 서로 중첩되어 배치되지 않음으로 인하여 광 진행 경로를 방해하지 않게 되고 개별 비드당 반사성능이 형상된다.

비드들이 상하 방향으로 완전히 정렬되는 것 보다는 비드들이 상하방향으로 서로 어긋하게 배치됨으로써 상대적으로 하측 방향에 배치된 비드들도 광경로를 제어하는데 기여하게 된다. 선택적으로, 상기 비드들은 수평방향으로 높낮이 차이 없이 단층으로 배열될 수도 있다.

여기서, 복수개의 상기 비드(36)는 유리 재질로 된 원형 구체 형상으로 되는 것이 바람직하다. 그 이유는 모든 방위각에서 균일하게 측면입사각을 보완하기 위해서는 원형이 가장 우수한 성능을 나타내기 때문이다.

한편, 상기 비드(36)는 표면에는 예를 들어 알루미늄, 은, 니켈 등의 금속이 증착된 반사 코팅면(38)이 형성된다. 그리고, 상기 코팅층(32)의 두께가 약 30마이크로미터이므로 이러한 코팅층(32)의 내부에 포함되는 상기 비드(36)의 직경은 1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터의 직경을 가지는 것이 바람직하다.

만약 코팅층(32)의 두께가 더 두꺼워지거나 얇아진다면 비드의 직경도 이에 따라 변경될 수 있다.

한편, 상기 코팅층(32)에서 개별 비드(36)들의 전체 합이 차지하는 부피의 밀도(즉 접착층 전체의 부피에서 전체 비드 부피의 총합)는 약 50% 내지 약 80% 로 될 수 있다. 비드의 부피 밀도가 50% 미만이 되면 비드가 너무 희박하게 존재하게 되어 측면 입사각 보완성이 저하되는 문제가 있다.

반면에 비드(36)의 부피 밀도가 80%를 초과하게 되면 비드(36)가 내부에 포함되어 있는 코팅층(32)이 내부에 비드(36)를 지지하여 주는 접착성이 현저히 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 비드에 의한 측면 입사각 보완 성능을 유지하면서 접착층의 접착성도 유지하기 위해서 비드의 부피 밀도는 약 50% 내지 약 80% 인 것이 바람직하다.

한편, 상기 비드는 1.6 이상의 굴절율을 가지는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에서 상측에서 유입된 광은 오버레이층(10)을 지나서 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 재질로 형성된 투과층(20)을 통과한 후, 투과층 배면의 코팅층(32)을 통과하게 된다.

코팅층(32)을 통과하는 광은 코팅층(32)에 형성된 비드(36)의 반사 코팅면(38)에 의해 일부가 광경로 변경되게 되어 전체적인 굴절율이 상승하게 된다

이후, 광은 코팅층(32)의 하면에 돌출되어 배치된 코너 큐브(34)에서 경사지게 마주 배치된 제 1 경사면(35a) 및 제 2 경사면(35b)에서 반사되는데, 입사되는 광의 입사각에 따라 어느 경우에는 제 1 경사면(24b)및 제 2 경사면(24b)에서 반사되어 되돌아 출사되게 된다.

이때, 투과층(20)이 높은 투과율의 광학적 특성을 나타내는 폴리에틸렌테레프탈레이트로 형성됨으로써 투과층이 폴리카보네이트로 형성되는 경우에 비하여 광손실이 현저하게 감소하게 되며, 반사층(30)으로 유입되는 광이 증가하게 되어 재귀반사율이 증가하게 된다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 광학 시트의 코너 큐브에 대한 도면이다. 즉 도 3는 도 1의 반사층(30)의 하면에 대한 저면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 코너 큐브(37)는 경사 모선(35)에 의해 형성된 세개의 노출된 경사면(39)을 가진 3면체 프리즘 형상(삼각뿔 형상)을 가진다. 경사면들은 사실상 서로 수직일 수도 있으며, 프리즘의 정점(세개의 경사 모선이 만나는 점)은 기저부의 중심과 수직으로 맞추어진다.

3면체 프리즘 형상의 크기는 모두 통일될 수도 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 크기가 큰 것과 작은 것이 혼용되어도 무방하다.

경사면(39)들 사이의 각도는 어레이 내의 각각의 코너 큐브에 있어서 동일하며 약 90도 일 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이 다수의 코너 큐브(22)는 다수의 관측 평면에서 광각의 재귀반사를 제공할 수 있게 된다.

상기 코너 큐브(37)는 반드시 위에서 설명한 형상에 한정되는 것은 아니며, 삼각뿔대, 사각뿔, 사각뿔대, 반구 등의 형태로 될 수도 있다.

상기 코너 큐브(37)는 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 일반적으로 삼각뿔 형상이 반전된 오목 형상으로 형성된 금속재 성형 금형과 수지 시트를 가열하여 금형을 벨트 또는 롤 상에 붙여서 가압하는 것에 의한 열전사법, 수지를 용제에 놓여서 금형에 흘려 넣어 건조한 후에 박리시키는 캐스트 압연법 등이 사용될 수 있는데, 비용이나 생산성 그리고 환경문제 등을 고려한다면 열전사법이 바람직하다.

본 발명은 도면에 예시적으로 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 광학 시트 10: 오버레이층
20: 투과층 30: 밀봉층
32: 바인더층 34: 코너 큐브
40: 접착층 50: PET 층
60: 접합층 70: 라이너층

Claims (7)

1. 광투과성을 가지는 열가소성 수지로 형성된 투과층;
   상기 투과층의 하면에 배치되는 코팅층과 상기 코팅층의 하측 표면으로부터 돌출하는 복수의 코너 큐브를 구비하는 반사층;
   상기 반사층의 하면에 배치되는 접착층;을 포함하며,
   상기 코팅층은 복수개의 비드를 내부에 포함하며,
   복수개의 상기 비드는 상하방향으로 서로 오정렬되어 배치되는 것을 특징으로 하는 재귀반사성 광학 시트.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 투과층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재귀반사성 광학 시트.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 투과층 상부에 아크릴계 수지를 포함하는 오버레이층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 재귀반사성 광학 시트.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 오버레이층은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재귀반사성 광학 시트.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 비드의 직경은 1㎛ 내지 10㎛ 인 것을 특징으로 하는 재귀반사성 광학 시트.

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