KR102117519B1 - 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 및 그 제조방법 - Google Patents

2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 I) 광확산제를 함유하는 열가소성 수지 코어층; II) 상기 코어층의 일 표면에 적층된 스킨층; 및 III) 상기 스킨층에 형성된 각뿔 형상의 패턴;을 포함하는 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 인라인 방식으로 T-다이에서 공압출되는 스킨층에 캘린더 롤의 압착에 의하여 다양한 각뿔 형상의 패턴을 형성함으로써, 광확산성 및 눈부심방지 기능이 모두 우수한 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 및 그 제조방법{Light-diffusion and anti-glare properties-integrated two-layer sheet and method for manufacturing the same}
본 발명은 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 I) 광확산제를 함유하는 열가소성 수지 코어층; II) 상기 코어층의 일 표면에 적층된 스킨층; 및 III) 상기 스킨층에 형성된 각뿔 형상의 패턴;을 포함하는 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 LED등과 같은 조명기구에는 표면 반사광으로 인하여 사용자의 눈에 피로감을 주거나 이미지가 선명한 상으로 인식되지 못하는 문제점을 해결하고자 빛을 굴절하는 눈부심방지판을 설치한다. 그런데 이러한 눈부심방지판으로 인하여 조명기구 내부의 LED 광원 자체의 빛이 굴절만 되어 그대로 외부에 방출되기 때문에 LED 광원 자체의 빛깔을 띠게 되고 빛이 골고루 퍼지는 광확산 효과가 감소하는 문제점이 있다.
종래에는 광확산제를 포함하지 않는 플라스틱 기판의 표면에 요철을 형성하여 외부의 광을 표면에서 산란시킴으로써 눈부심방지 효과를 구현하려는 시도가 있었으나 눈부심방지능의 지표인 UGR(unified glare rating) 지수(눈부심방지 지수)가 만족스럽지 못하여 LED등과 같은 조명기구용 눈부심방지판으로서 상용화에 한계가 있었다.
또한, 광확산판과 눈부심방지판을 별도로 구성하여 LED등과 같은 조명기구에 적용하는 경우가 있으나, 그 기능이 각각 다른 광확산판과 눈부심방지판을 개별 공정으로 따로 제작하여야 하므로 제조공정이 복잡하고 제조원가 상승의 원인이 되었으며, 눈부심방지 효과에 있어서도 여전히 개선의 여지가 있었다.
따라서 본 발명자는 간단한 공정에 의하여 UGR 지수가 상용화 가능한 수준인 19 이하를 만족하는 눈부심방지판의 개발에 관한 연구를 거듭한 결과, 통상의 공압출 공정에 의하여 광확산제를 함유하는 열가소성 수지 코어층 및 상기 코어층 위에 적층되는 스킨층을 형성하되, 인라인 방식으로 T-다이에서 공압출되는 스킨층에 캘린더 롤의 압착에 의하여 다양한 각뿔 형상의 패턴을 형성하면, 광확산성이 우수할 뿐만 아니라 UGR 지수도 19 이하를 나타냄으로써, LED등과 같은 조명기구에 광확산판과 눈부심방지판을 별도로 구성하지 않고서도 일체형으로서 2층 구조의 광확산판 겸용 눈부심방지판을 제공할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
특허문헌 1. 한국등록특허공보 제10-0967133호 특허문헌 2. 한국공개특허공보 제10-2010-0001582호 특허문헌 3. 한국등록특허공보 제10-0893520호 특허문헌 4. 한국등록특허공보 제10-0793179호
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광확산제를 함유하는 열가소성 수지 코어층 및 상기 코어층 위에 적층되는 스킨층을 형성하되, 인라인 방식으로 T-다이에서 공압출되는 스킨층에 캘린더 롤의 압연에 의하여 다양한 각뿔 형상의 패턴이 형성된, 광확산성 및 눈부심방지 기능이 모두 우수한 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 I) 광확산제를 함유하는 열가소성 수지 코어층; II) 상기 코어층의 일 표면에 적층된 스킨층; 및 III) 상기 스킨층에 형성된 각뿔 형상의 패턴;을 포함하는 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판을 제공한다.
상기 광확산제는 탄산칼슘 입자, 황산바륨 입자, 산화티탄 입자, 수산화알루미늄 입자, 실리카 입자, 유리 입자, 마이카 입자, 산화마그네슘 입자, 산화아연 입자, 아크릴계 가교입자, 실리콘계 가교입자, 스티렌계 가교입자 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.
상기 광확산제 입자는 평균 입경이 1∼10 μm인 것을 특징으로 한다.
상기 열가소성 수지는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리(스티렌-메틸메타크릴레이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.
상기 스킨층의 소재는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리(스티렌-메틸메타크릴레이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.
상기 폴리메틸메타크릴레이트는 내충격 폴리메틸메타크릴레이트인 것을 특징으로 한다.
상기 스킨층은 그 두께가 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 전체 두께의 30~97%인 것을 특징으로 한다.
상기 각뿔은 육각뿔인 것을 특징으로 한다.
상기 육각뿔 형상의 패턴은 깊이가 350~600㎛이고, 피치의 크기가 1,000~2,500㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 I) 광확산제를 함유하는 열가소성 수지를 메인 압출기에 투입하고, 열가소성 수지만을 공압출기에 투입함으로써 T-다이에서 공압출하여 스킨층/코어층의 2층 시트를 형성하는 단계; 및 II) 상기 압출되는 2층 시트의 스킨층에 캘린더 롤의 압착에 의하여 복수 개의 각뿔 형상의 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 광확산제를 함유하는 열가소성 수지 코어층 및 상기 코어층 위에 적층되는 스킨층을 형성하되, 인라인 방식으로 T-다이에서 공압출되는 스킨층에 캘린더 롤의 압착에 의하여 다양한 각뿔 형상의 패턴을 형성함으로써, 광확산성 및 눈부심방지 기능이 모두 우수한 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판에 형성되는 육각뿔 형상 패턴의 밑면을 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 육각뿔 형상 패턴의 바람직한 깊이 및 피치의 크기를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따라 육각뿔 형상의 패턴이 형성된 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판의 실물 사진 및 육각뿔 형상의 패턴부를 확대한 모사도.
도 5는 본 발명에 따른 각뿔 형상의 패턴이 형성된 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판을 제조하기 위한 인라인 방식의 공정도.
이하에서는 본 발명에 따른 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 및 그 제조방법에 관하여 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에서는 I) 광확산제를 함유하는 열가소성 수지 코어층; II) 상기 코어층의 일 표면에 적층된 스킨층; 및 III) 상기 스킨층에 형성된 각뿔 형상의 패턴;을 포함하는 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판을 제공한다.
열가소성 수지에 광확산제가 배합됨으로써 광확산성을 향상시키는 것인바, 광확산제로서는 열기소성 수지와 굴절률이 다른 무기계 또는 유기계의 투명입자를 사용할 수 있는데, 무기계 입자로는 탄산칼슘 입자, 황산바륨 입자, 산화티탄 입자, 수산화알루미늄 입자, 실리카 입자, 유리 입자, 마이카 입자, 산화마그네슘 입자, 산화아연 입자를 사용할 수 있고, 유기계 입자로는 아크릴계 가교입자, 실리콘계 가교입자 또는 스티렌계 가교입자를 사용할 수 있으며, 상기 유기계 입자 및 무기계 입자를 단독 또는 2 이상의 것을 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하기로는 내광성이 우수한 유기계의 아크릴계 가교입자, 실리콘계 가교입자 또는 스티렌계 가교입자를 사용한다. 상기 광확산제는 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 0.1∼10 중량부로 함유될 수 있는데, 광확산제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 광확산 효과가 미미하며, 10 중량부를 초과하면 광확산 효과는 향상되는 반면, 휘도가 저하되므로 광확산제는 상기 범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광확산제는 열가소성 수지와의 상용성 및 분산성을 고려하여 입자 형태로 혼합하는데, 광확산제 입자의 평균 입경은 1∼10 μm인 것이 바람직하다. 광확산제 입자의 평균 입경이 1 μm미만이면 광확산판의 황변현상이 발생할 우려가 있고, 10 μm를 초과하면 광확산제 입자의 크기가 너무 커서 열가소성 수지와의 분산성 및 혼화성이 떨어져 광확산 효과를 기대하기 어렵다.
또한, 상기 열가소성 수지는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리(스티렌-메틸메타크릴레이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있는바, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 사용하는 것이 바람직하다. PMMA 수지는 PMMA 고유의 물성을 그대로 갖고 있는 것으로서 기타 성분에 의하여 물성이 개질되지 않은 상태의 것을 말한다. PMMA는 투명성, 광택 및 성형가공성이 우수하여 플라스틱 제품의 소재로서 널리 이용되는데, 특히 내후성 및 내스크래치성을 가지므로 자외선 및 비바람에 잘 적응하여 쉽게 변색되지 않으며, 외부 자극의 긁힘에 대하여도 잘 견디는 성질을 갖고 있어 본 발명에 따른 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판의 코어층의 기재로서 적합하다.
그런데 상기 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)는 일반적인 PMMA 수지에 상응하는 것으로 내충격성이 다소 떨어지는 단점도 있으므로 내충격성을 향상시키기 위하여 내충격 폴리메틸메타크릴레이트를 사용할 수도 있다. 상기 내충격 PMMA 수지로서는, 수지 내 PMMA 블록을 가지면서 고무상의 수지 성분이 함유되는 것으로 공중합체 또는 블렌드 형태의 것을 사용할 수 있다. 공중합체 형태의 것에는 MMA(메틸메타크릴레이트) 단량체와 에틸아크릴레이트 또는 부틸아크릴레이트 단량체의 공중합체 수지로서 PMMA 블록에 폴리아크릴레이트와 같은 아크릴 고무 블록이 혼성된 공중합체 수지를 바람직하게 사용할 수 있다. 한편, 블렌드 형태의 것에는 PMMA 수지와 MBS(메틸메타크릴레이트-부타디엔-스티렌) 수지, MABS(메틸메타크릴레이트-아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 수지, SBC(열가소성 스티렌 블록공중합체) 수지 또는 ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 수지의 블렌드 수지를 바람직하게 사용할 수 있고, 특히 PMMA 수지와 MBS 수지의 블렌드인 PMMA-MBS 수지를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 스킨층의 소재는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리(스티렌-메틸메타크릴레이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 하는바, 공압출성형에 의하여 코어층 위에 스킨층이 적층되는 것인데, 상기 스킨층의 소재는 코어층의 기재인 열가소성 수지와 동일하거나 상이할 수도 있다.
또한, 상기 스킨층의 두께는 스킨층에 형성되는 패턴의 깊이에 따라서 조절하되, 패턴의 깊이와 동일할 때 눈부심방지 효과가 극대화 될 수는 있으나, 제조공정과 빛의 굴절 정도 등을 고려하여 그 두께를 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 전체 두께의 30~97%로 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 도 1의 본 발명의 일 구현예에 따른 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판의 단면도에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판은 광확산제를 함유하는 열가소성 수지 코어층 및 상기 코어층 위에 적층되는 스킨층을 형성하되, 인라인 방식으로 T-다이에서 공압출되는 스킨층에 캘린더 롤의 압착에 의하여 다양한 각뿔 형상의 패턴이 형성되는 것인바, 스킨층에 무수히 많은 삼각뿔, 사각뿔, 오각뿔 또는 육각뿔과 같은 각뿔 형상의 패턴이 형성됨으로써 표면의 광을 산란시켜 눈부심방지 효과를 크게 향상시킬 수 있다.
도 2에는 본 발명의 일 구현예에 따라 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판에 형성되는 육각뿔 형상 패턴의 밑면을 도시한 평면도를 나타내었다. 도 2에서 보는 바와 같이 무수히 많은 육각뿔 형상 패턴의 밑면은 벌집 모양의 육각형 격자가 연속적으로 이어져 있음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 육각뿔 형상 패턴의 바람직한 깊이 및 피치의 크기를 단면도로 나타내었는바, 상기 육각뿔 형상의 패턴은 깊이가 350~600㎛이고, 피치의 크기가 1,000~2,500㎛인 것이 눈부심방지 효과를 극대화 할 수 있어 더욱 바람직하다.
도 4에는 본 발명의 일 구현예에 따라 육각뿔 형상의 패턴이 형성된 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판의 실물 사진 및 육각뿔 형상의 패턴부를 확대한 모사도를 나타내었는바, 스킨층에 무수히 많은 육각뿔 형상의 패턴이 잘 형성되었음을 알 수 있다.
아울러 본 발명의 일 구현예에 따라 광확산제를 함유하는 열가소성 수지(폴리스티렌 100 중량부에 대하여 평균입경 2 ㎛의 실리콘계 가교입자 5 중량부를 함유하는 것)로 코어층을 형성하고, 상기 코어층의 일 표면에 폴리스티렌 스킨층이 적층되며, 상기 코어층에 무수히 많은 육각뿔 형상의 패턴이 형성된 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판(구현예 1)의 광확산율을 측정한 결과 약 30% 내외로서, 이는 종래 조명등용 폴리스티렌 수지 광확산판의 광확산율과 비교하여 동등한 수준의 광확산성을 나타내는 것으로 확인되었다.
또한, 아래 표 1에는 상기 구현예 1에 따른 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판의 UGR(unified glare rating) 지수를 측정한 결과를 비교예(종래 조명등용 폴리스티렌 수지 광확산판)와 함께 나타내었다.
구분 Crosswise Endwise
구현예 1 4H, 8H 17.3 18.0 17.9 18.4 18.8 17.2 17.5 14.6 18.0 18.6
8H, 12H 18.0 18.5 18.7 18.8 18.9 17.9 18.1 18.2 18.3 18.8
비교예 4H, 8H 22.5 23.2 22.9 23.6 24.1 22.3 23.0 22.7 23.4 23.9
8H, 12H 23.3 23.7 23.8 24.2 24.7 23.0 23.5 23.5 24.0 24.5
상기 [표 1]에서 보는 바와 같이, 본 발명의 상기 구현예 1에 따른 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판의 UGR 지수는 비교예의 종래 조명등용 폴리스티렌 수지 광확산판에 비하여 매우 낮아 눈부심방지 효과가 크게 향상되었음을 알 수 있으며, 특히 그 UGR 지수 값도 19 이하로서 상용화 가능한 수준임을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명은 I) 광확산제를 함유하는 열가소성 수지를 메인 압출기에 투입하고, 열가소성 수지만을 공압출기에 투입함으로써 T-다이에서 공압출하여 스킨층/코어층의 2층 시트를 형성하는 단계; 및 II) 상기 압출되는 2층 시트의 스킨층에 캘린더 롤의 압착에 의하여 복수 개의 각뿔 형상의 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판의 제조방법을 제공한다.
상기 I) 단계의 열가소성 수지는 상술한 바와 같이 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리(스티렌-메틸메타크릴레이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 바람직하게 사용하되, 폴리메틸메타크릴레이트를 선택하는 경우에는 내충격 폴리메틸메타크릴레이트를 사용하여도 좋고, 상기 코어층과 스킨층의 열가소성 수지 소재는 동일하거나 상이할 수도 있다.
본 발명에서는 종래 열가소성 수지 시트에 특정한 패턴을 형성시키기 위하여 이미 생산된 열가소성 수지 시트에 열을 가한 후, 그 위에 패턴을 새긴 금형으로 찍어내는 오프라인 방식과는 달리, 도 5의 본 발명에 따른 각뿔 형상의 패턴이 형성된 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판을 제조하기 위한 공정도에서 보는 것처럼, T-다이에서 공압출되는 2층 시트의 스킨층에 캘린더 롤의 압착에 의하여 복수 개의 각뿔 형상의 패턴을 형성하는 인라인 방식을 채택한 것에 기술적 특징이 있다. 기타 캘린더 롤에 각뿔 금형을 구비한다든지, T-다이 압출 내지 캘린더 롤의 압착 조건 등은 사용하는 열가소성 수지의 종류에 따라 공지의 조건에 맞추어 쉽게 설정할 수 있으므로 자세한 설명을 생략한다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 광확산제를 함유하는 열가소성 수지 코어층 및 상기 코어층 위에 적층되는 스킨층을 형성하되, 인라인 방식으로 T-다이에서 공압출되는 스킨층에 캘린더 롤의 압착에 의하여 다양한 각뿔 형상의 패턴을 형성함으로써, 광확산성 및 눈부심방지 기능이 모두 우수한 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. I) 광확산제로서 실리콘계 가교입자를 함유하는 폴리스티렌 수지 코어층;
    II) 상기 코어층의 일 표면에 적층된 폴리스티렌 수지 스킨층; 및
    III) 상기 스킨층에 형성된 각뿔 형상의 패턴;을 포함하며,
    UGR 지수가 19 이하인,
    2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 광확산제는 평균 입경이 1∼10 μm인 것을 특징으로 하는 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 스킨층은 그 두께가 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판 전체 두께의 30~97%인 것을 특징으로 하는 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 각뿔은 육각뿔인 것을 특징으로 하는 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 육각뿔 형상의 패턴은 깊이가 350~600㎛이고, 피치의 크기가 1,000~2,500㎛인 것을 특징으로 하는 2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판.
  10. I) 광확산제로서 실리콘계 가교입자를 함유하는 폴리스티렌 수지를 메인 압출기에 투입하고, 폴리스티렌 수지만을 공압출기에 투입함으로써 T-다이에서 공압출하여, 상기 광확산제로서 실리콘계 가교입자를 함유하는 폴리스티렌 수지 코어층의 일 표면에 적층된 폴리스티렌 수지 스킨층으로 이루어진 2층 시트를 형성하는 단계; 및
    II) 상기 압출되는 2층 시트의 스킨층에 캘린더 롤의 압착에 의하여 복수 개의 각뿔 형상의 패턴을 형성하는 단계;를 포함하여 UGR 지수가 19 이하인,
    2층 구조의 일체형 광확산판 겸용 눈부심방지판의 제조방법.
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