KR20060090617A - Ｕｖ 흡수 특성을 갖는 확산 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 유리 기판(21)과 확산층(22)을 포함하고, 확산층은 결합제 내에 분산되어 있는 산란 입자를 포함하는, 자외선을 흡수하는 확산 구조(20)에 관한 것으로, 확산층(22)은 250 내지 400nm 범위의 자외선을 흡수하는 입자를 포함하고, 상기 흡수 입자는 자외선 흡수 특성을 갖는 산화물로 형성된다.
Description
도 1은, 본 발명에 따른 백라이팅 시스템을 예시한 도면.
도 2는, 백라이팅 시스템의 예를 위한 비교 자외선 투과 곡선을 예시한 도면
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 백라이팅 시스템 10: 봉입물(enclosure)
11: 광원 12: 하부
13: 상부 14: 밑바닥
15: 반사체 20: 확산 구조
21: 유리 기판 22: 확산층
본 발명은, 광원을 균일하게 하도록 의도되고 자외선 범위, 특히 250 내지 400nm 범위에서 흡수 특성을 또한 갖는 확산 구조(diffusing structure)에 관한 것이다.
본 발명은 백라이팅 시스템(backlighting system)에 의해 방출된 광을 균일 하게 하는데 사용되는 확산 구조에 관해서 보다 구체적으로 기술될 것이다.
광원 또는 백라이트로 이루어진 백라이팅 시스템은, 예를 들어 LCD라 불리는 액정 디스플레이를 위한 백라이팅 소스로 사용된다. 백라이팅 시스템에 의해 이렇게 방출된 광은 충분히 균일하지 않고 과도하게 높은 콘트라스트(contrast)를 나타내는 것이 분명하다. 이에 따라 광을 균일하게 하기 위해 백라이팅 시스템과 연관된 확산 수단이 필요하다.
본 발명은 편평한 건축용 램프, 예를 들어 천장, 마루 또는 벽에 사용된 편평한 건축용 램프로부터 나오는 광을 균일하게 하는 것이 요구할 때 또한 사용될 수 있다. 편평한 건축용 램프는 또한 광고판용 램프, 또는 디스플레이 창의 선반이나 후면을 구성할 수 있는 이와 다른 램프와 같이 도시에서 사용하기 위한 편평한 램프일 수 있다.
이러한 편평한 램프는, 예를 들어 자동차 산업과 같은 다른 분야에서 용도를 또한 발견할 수 있다. 이는, 적어도 한 부분이, 특히 현재 알려져 있는 자동차 승객 좌석용 조명을 대체하기 위한 램프를 포함하는 자동차 지붕의 제조를 생각할 수 있기 때문이다. 자동차의 기기 패널의 백라이팅을 제조하는 것도 가능하다.
균일성의 관점에서 한 가지 만족할만한 해결책은, 백라이팅 시스템의 정면을 광물성 충전제로 충전되어 있는 폴리카보네이트 또는 아크릴 중합체 (예를 들어 PMMA)와 같은, 예를 들어 2mm의 두께를 갖는 한 장의 플라스틱 시트로 덮는 것이다.
그러나, 이러한 플라스틱은 열에 민감하기 때문에, 좋지 않게 노후화되고 방 출된 열은 일반적으로 플라스틱 확산 수단의 구조적인 변형을 일으키고, 특히 예를 들어 LCD 디스플레이에서 투사된 상의 휘도의 불균일성을 일으킨다.
또한, 백라이팅 시스템이 사용되는 용도에 따라, 관찰자의 측에서 BEF® 필름 타입의 확산 수단 및/또는 DBEF® 타입의 반사 편광체에 의해 출력된 광의 방향을 바꾸기 위한 디바이스와 같은 하나 이상의 광학 필터를 확산 수단과 결합시켜, 광의 하나의 편광이 투과되고 직교하는 편광은 반사되도록 하는 것이 때로 유용하다. 백라이팅 시스템에 사용된 광원 또는 광원들은, 예를 들어 램프 또는 CCFL (냉 음극 형광 램프), HCFL (열 음극 형광 램프) 및 DBDFL (유전체 장벽 방전 형광 램프)로 보통 불리는 방전관, 또는 LED (발광 다이오드) 타입의 이와 다른 램프이다. 그러나, 이러한 광원에 의해 생성되는, 특히 250 내지 400nm 파장 범위의 자외선은 이러한 광학 필터에 도달하고, 이는 시간이 경과하면 이러한 광학 필터를 손상시킨다.
이러한 자외선의 투과를 차단하기 위해, 확산 플라스틱 시트에 자외선 필터의 기능을 부여하는 것이 알려져 있다. 그러나, 이러한 플라스틱 확산 수단은 시간이 경과하면 노랗게 변색되어 방출된 최종 광의 품질을 떨어뜨린다.
다른 해결책이 국제 특허 출원 PCT/FR04/001717에 제안되었는데, 이는 확산에 맞게 조절된 특성을 갖는 유리 기판, 특히 자외선 필터링 플라스틱 필름과 결합된 제 WO 01/90787호로 공개된 국제 특허 출원에 기술된 기판과 같은 유리 기판을 포함하는 확산 구조를 사용하는 것이다.
그래서, 확산 구조는 확산 층이 증착된 유리 기판과, 자외선 범위의 파장을 흡수할 수 있고 확산층 반대편 면에 유리 기판에 고정되어 있는 PVB와 같은 플라스틱 필름을 포함한다.
이 문서에서 확산층은 결합제(binder)에 분산되어 있는 입자들로 이루어지고, 상기 입자는 평균 직경이 0.3 내지 2 미크론이고, 질화물, 탄화물 또는 산화물, 예를 들어 규소, 알루미늄, 지르코늄, 티타늄 및 세륨 산화물로부터 선택된 산화물, 또는 이러한 산화물 중 적어도 두 가지 산화물의 혼합물로 이루어진다.
자외선 필터링 필름을 유리 확산 구조와 결합하는 이러한 해결책은 광학 품질과 또한 조립체의 내구성의 관점에서는 매우 만족스럽지만, 필터링 필름을 확산 구조에 결합하기 위한 추가 조립 공정을 필요로 한다. 이는 추가 가공 수단과 더 높은 제조 비용을 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 특히 250 내지 400nm 파장 범위 내에 있는 자외선을 차단하는 반면, 가시광에 충분하게 투명하고 제조가 가공의 복잡성과 높은 제조 및 작업 비용을 필요로 하지 않는 확산 구조를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 자외선을 흡수하는 확산 구조는 유리 기판과 확산층을 포함하고, 이 확산층은 결합제 내에 분산되어 있는 산란 입자를 포함하며, 이 산란 입자는 질화물, 탄화물 또는 산화물로 이루어지고, 이 산화물은 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 및 세리아(ceria)로부터 선택되거나, 또는 이러한 산화물 중 적어도 두 가지의 혼합물이며, 확산층은 250 내지 400nm 범위의 자외선을 흡수 하는 입자를 포함하고, 상기 흡수 입자는 자외선 흡수 특성을 갖는 산화물로부터 형성되는 것을 특징으로 한다.
"산란 입자"라는 용어는 물성과 그 부피가 가시 범위의 파장을 투과할 수 있도록 하면서, 여전히 광을 확산시키는 입자를 의미하는 것으로 이해된다.
한 가지 특징에 따라, 흡수 입자는 다음 산화물, 즉 티타늄 산화물, 바나듐 산화물, 세륨 산화물, 아연 산화물 및 망간 산화물 중 하나 또는 산화물의 혼합물로부터 선택된다.
흡수 입자의 평균 직경은 2㎛ 이하인 것이 유리하다.
흡수 입자는 결합제, 산란 입자 및 흡수 입자의 혼합물의 중량 중 1 내지 8%, 심지어 1 내지 20%를 나타낸다.
다른 특징에 따라, 구조는 60% 미만의 투과비(T365/T450) (여기서, T365와 T450은 각각 365nm와 450nm의 복사선에 대한 투과) 및/또는 30% 미만의 투과비(T315/T450) (여기서, T315와 T450은 각각 315nm와 450nm의 복사선에 대한 투과)를 갖는다.
산란 입자의 평균 직경은 0.3 내지 2㎛이고 산화물, 질화물 또는 탄화물과 같은 광물성 입자로 이루어진 것이 유리하다.
결합제는 규산 칼륨, 규산 나트륨, 규산 리튬, 인산 알루미늄 및 유리 프릿(glass frit)과 같은 광물성 결합제로부터 선택된다.
250 내지 400nm의 자외선을 흡수하는 확산층의 일 실시예에 따라, 이 층은 결합제로 유리 프릿과, 산란 입자로 알루미나와, 흡수 입자로 티타늄 산화물을 혼 합물 중 1 내지 8 중량%의 비율로 포함하고, 흡수 입자의 평균 직경은 0.1㎛ 이하이다.
마지막으로, 본 발명은 광원에 의해 방출된 광을 확산시키기 위해 광원에 면한 확산 구조를 사용하는 방법에 관한 것으로, 확산 구조는 유리 기판과, 결합제에 분산되어 있는 산란 입자로부터 형성된 확산층을 갖고, 확산층은 250 내지 400nm 범위 내에 있는 파장의 복사선을 흡수하기 위한 수단을 또한 구성하는 것을 특징으로 한다.
이러한 사용 방법에서, 확산 구조는 본 발명에 따른 확산 및 자외선 흡수 구조에 관해서 상술한 특징을 갖는다. 특히, 확산층은 250 내지 400nm 범위의 자외선을 흡수하고 자외선 흡수 특성을 갖는 산화물로부터 형성된 입자를 포함한다.
본 발명의 확산 구조는 LCD 타입의 디스플레이 또는 편평한 램프 또는 이와 달리 투사형 디바이스에 위치할 수 있는 백라이팅 시스템에서 유리하게 사용될 것이다.
본 발명의 다른 이점과 특징은 첨부된 도면에 관해서 나머지 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
명확함을 위해, 도 1에서, 여러 요소의 치수는 축척에 맞게 그려지지 않았다.
도 1은 예를 들어 LCD 디스플레이에 사용하도록 의도된 백라이팅 시스템(1)을 예시한다. 시스템(1)은 발광체 또는 광원(11)을 포함하는 봉입물 (enclosure)(10)과, 이 봉입물(10)과 결합된 유리 확산 구조(20)를 포함한다.
두께가 약 10nm인 봉입물(10)은 광원(11)이 위치한 하부(12)와 이 반대편 면에 개방되고 광원(11)에 의해 방출된 광이 전파되는 상부(13)를 갖는다. 하부(12)는 반사체(15)가 위치한 밑바닥(14)을 갖고, 이러한 반사체는 한편으로 하부(12)하부(12)를 향한 광원(11)에 의해 방출된 광의 부분을 반사시키고, 다른 한편으로 확산 기판을 통해 투과되지 않지만 유리 기판에 의해 반사되고 확산층에 의해 후방 산란되는 광의 부분을 반사시키도록 의도된다.
광원(11)은 예를 들어 CCFL 타입의 방전관이다.
확산 구조(20)는 상부(13)에 설치되고 봉입물 및 구조와 협력하는 클립 고정 수단과 같은 기계 수단(미도시)에 의해 제자리에 단단하게 고정되고, 또는 이와 달리 봉입물 위의 주변 립과 협력하는 구조 표면의 주변 둘레에 제공된 그루브(groove)와 같은 상호 맞물림 수단(미도시)에 의해 제자리에 고정된다.
확산 구조(20)는 예를 들어 두께가 2mm인 유리 기판(21)과 두께가 3 내지 20㎛이고 봉입물의 상부(13)와 동일면 또는 반대편 면 위의 유리 기판의 한 면 위에 위치한 확산층(22)을 포함한다.
층을 지지하기 위한 기판(21)은 투명한 유리로 만들어진다. 이 유리는 극상으로 투명한 것이 유리할 수 있는데, 즉 이 유리는 발광체(D65) 하의 광 투과(TL)가 3mm 두께의 유리에 대해 적어도 90.5%가 되도록 낮은 광 흡수를 가질 수 있다. 이러한 한 가지 예는 Saint Gobain 사의 유리인 DIAMANT® 또는 Schott 사의 유리인 B270이다.
확산층(22)은 결합제와 산란 입자를 포함하고, 입자의 물성과 입자의 부피는 가시 범위의 파장을 투과할 수 있도록 하면서, 여전히 광을 산란시킨다.
산란 입자는 산화물, 질화물 또는 탄화물과 같은 광물성 입자인 것이 바람직하다. 산화물 중에, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아 또는 세리아, 또는 이러한 산화물 중 적어도 두 가지 산화물의 혼합물을 선택할 수 있다.
입자의 평균 직경은 0.3 내지 2㎛이다.
결합제는 규산 칼륨, 규산 나트륨, 규산 리튬, 인산 알루미늄 및 유리 프릿(glass frit)과 같은 광물성 결합제로부터 선택된다.
특히 250 내지 400nm 범위의 자외선 흡수 기능을 제공하기 위해, 확산층(22)에는 티타늄, 바나듐, 세륨, 아연 또는 망간 산화물, 또는 이러한 산화물의 혼합물과 같은 자외선 흡수 특성을 갖는 산화물 입자가 포함된다.
이러한 흡수 입자의 직경은 2㎛ 이하이다.
흡수 입자는 또한 이러한 입자가 산화물인 경우 전적으로 또는 부분적으로 산란 입자로 이루어질 수 있다. 그래서, 이들은 흡수 입자와 산란 입자 모두의 역할을 수행한다.
결합제와 산란 및 흡수 입자의 비율은 원하는 광 투과와 원하는 확산능과 또한 예상되는 자외선 차단 성능에 따라 조절된다.
산란 입자와 흡수 입자의 지수는 1.7보다 큰 것이 유리한 반면, 결합제의 지수는 1.6보다 작은 것이 바람직하다. 자외선 흡수 확산층(22)은 스크린 프린팅, 브 러시 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 분무 또는 유동 코팅과 같은 당업자에게 이미 알려져 있는 임의의 기술에 의해 증착된다.
아래에는 본 발명에 따른 자외선 흡수 확산층의 세 가지 예가 나타나 있는데, 이 자외선 흡수 확산층은 유리 기판 위에 증착되면 4㎛의 두께를 갖고, 유리 기판은 2mm의 두께를 가지며, 유리의 조성은 Schott 사의 유리 B270과 일치한다.
각각의 예는 결합제(Ferro 사가 판매하는 제품인 VN821BJ)와 산란 입자(Baikowski 사가 판매하는 CR1 타입의 알루미나)와 흡수 입자(Rossow 사가 판매하는 직경 30nm의 TiO2 입자)의 혼합물로 형성된다.
아래 표 1은 각각의 예에 대해 (참조부호 Ex1, Ex2, Ex3을 갖는), 증착된 층을 형성하는 혼합물 중 성분의 중량%를 나타낸다.
| Ex1 | Ex2 | Ex3 | |
| 결합제 | 49% | 48% | 46% |
| 산란 입자 | 50% | 50% | 50% |
| 흡수 입자 | 1% | 2% | 4% |
그래서 유리 기판(21)은 백라이팅 시스템(1)을 형성하기 위해 봉입물(10)과 결합된 자외선 흡수 확산 구조(20)를 형성하기 위해, 확산층(22)을 위한 지지체로 사용된다.
CCFL 관으로 이루어진 시스템(1)에 의해 제공된 조명이 확산 구조를 지날 때, 확산 구조(20)의 200 내지 400nm 범위의 자외선 흡수가 측정되었고, 광학 디바이스는 확산 구조와 결합되지 않았다.
특히 315 내지 400nm 범위의 흡수 성능은 흡수 입자를 함유하지 않는 확산 구조에 대한 이 흡수와 비교해서 예 Ex1 내지 Ex3에 대한 흡수 입자 함량의 증가에 따라 증가하는 것으로 밝혀졌다. Exc로 표시된 비교예는 상기 예의 50% 결합제와 50% 알루미나 산란 입자로 이루어진다. 이는 이 파장 범위의 복사선에 대한 흡수 기능을 제공하지 않는다.
아래 표 2는 이러한 측정을 요약해서, 315 내지 400nm 범위의 복사선에 대한 평균 투과를 제공하고, 이 측정은 구조 표면에 수직으로 위치한 검출기, 특히 "Delta OHM HD 9021/UVA" 타입의 광방사계(photoradiometer)를 갖는 검출기를 사용해서 수행되었다.
| Exc | 100% |
| Ex1 | 63% |
| Ex2 | 46% |
| Ex3 | 33% |
도 2는 예 Ex1, Ex1, Ex3과 비교예 Exc에 대한 자외선 투과 곡선을 예시한다.
이 도면은, 270 내지 400nm에 대해서, 자외선 흡수 입자를 함유하지 않는 확산 구조(Exc)가 상당량의 자외선을 통과시키고, 300nm에서 20%의 투과를 갖는 반면, 흡수 입자를 함유하는 확산 구조(Ex1 내지 Ex3)는 300nm 복사선을 통과시키지 않고 비교예 Exc의 경우 투과는 340nm에서 50%에 도달하는 반면, 다른 예 Ex1 내지 Ex3은 이러한 340nm 파장에 대해 Ex1의 경우 심지어 20%에 도달하지 않고, Ex2와 Ex3의 경우 심지어 10%에 도달하지 않는 투과를 갖는 것을 분명하게 보여준다.
마지막으로, 흡수 입자의 첨가는 가시 범위의 투과 품질을 떨어뜨리지 않는 것으로 입증되었다. 특히, 봉입물로부터 나오고 흡수 입자를 함유하는 확산 구조(Ex1 내지 Ex3)를 통과하는 조명의 휘도는 흡수 입자를 함유하지 않는 확산 구조(예 Exc)의 휘도보다 분명히 더 낮은 휘도를 갖지만, 확산 구조가 광학 디바이스와 결합하면 {이는 일반적으로 백라이팅 시스템(1)이 사용되는 경우임}, 휘도는 흡수 입자의 존재에 의해 거의 영향을 받지 않는다.
그래서 아래 표 3은 광학 디바이스를 갖거나 갖지 않는 예(Ex1 내지 Ex3)와 예(Exc)의 확산 구조를 결합한 백라이팅 시스템에 대한 평균 휘도에 관해서 얻어진 성능 특징을 나타낸다. 휘도는 Minolta LS-110 휘도계에 의해 확산 구조의 표면에 수직으로 측정되었다.
| 광학 디바이스를 갖지 않는 휘도 성능 | 광학 디바이스를 갖는 휘도 성능 | |
| Exc | 100% | 100% |
| Ex1 | 98% | 99% |
| Ex2 | 96% | 98.5% |
| Ex3 | 95% | 97.5% |
마지막으로, 유리 기판(21)은 프랑스 특허 출원 FR 02/08289호에 기술된 것과 같이 확산층(22)을 또한 구성할 수 있는 전자기 차폐 코팅, 저 방사율 기능, 정전기 방지 기능, 흐림 방지 또는 오염 방지 또는 이와 달리 휘도 향상 기능을 갖는 코팅과 같은 기능성 층으로 이루어진 코팅을 증착시키기 위한 지지체로 작용할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 휘도 향상 기능은 LCD 디스플레이에서 확산 기판으로 적용하기 위해 실제 바람직할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 특히 250 내지 400nm 파장 범위 내에 있는 자외선을 차단하는 반면, 가시광에 충분하게 투명하고 제조가 가공의 복잡성과 높은 제조 및 작업 비용을 필요로 하지 않는 확산 구조를 제조하는 효과가 있다.
Claims (13)
- 자외선을 흡수하는 확산 구조(diffusing structure)(20)로서,유리 기판(21)과 확산층(diffusing layer)(22)을 포함하고, 상기 확산층은 결합제 내에 분산되어 있고 질화물, 탄화물 또는 산화물로 이루어진 산란 입자(scattering particle)를 포함하며, 상기 산화물은 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아 및 세리아(ceria)로부터 선택되고, 상기 산화물 중 적어도 두 가지 산화물의 혼합물인, 자외선을 흡수하는 확산 구조에 있어서,상기 확산층(22)은 250 내지 400nm 범위의 자외선을 흡수하는 입자를 포함하고, 상기 흡수 입자는 자외선 흡수 특성을 갖는 산화물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는, 자외선을 흡수하는 확산 구조.
- 제 1항에 있어서, 상기 흡수 입자는 다음 산화물, 즉 티타늄 산화물, 바나듐 산화물, 세륨 산화물, 아연 산화물 및 망간 산화물 중 하나 또는 상기 산화물의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 자외선을 흡수하는 확산 구조.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 흡수 입자는 평균 직경이 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 자외선을 흡수하는 확산 구조.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡수 입자는 결합제, 산 란 입자 및 흡수 입자의 혼합물의 중량 중 1 내지 8%, 또는 심지어 1 내지 20%를 나타내는 것을 특징으로 하는, 자외선을 흡수하는 확산 구조.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산 구조는 60% 미만의 투과비(T365/T450)를 갖고, 여기서, T365와 T450은 각각 365nm와 450nm의 복사선에 대한 투과인 것을 특징으로 하는, 자외선을 흡수하는 확산 구조.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산 구조는 30% 미만의 투과비(T315/T450)를 갖고, 여기서, T315와 T450은 각각 315nm와 450nm의 복사선에 대한 투과인 것을 특징으로 하는, 자외선을 흡수하는 확산 구조.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산란 입자의 평균 직경은 0.3 내지 2㎛이고, 산화물, 질화물 또는 탄화물과 같은 광물성 입자로 이루어진 것을 특징으로 하는, 자외선을 흡수하는 확산 구조.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합제는 규산 칼륨, 규산 나트륨, 규산 리튬, 인산 알루미늄 및 유리 프릿(glass frit)과 같은 광물성 결합제로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 자외선을 흡수하는 확산 구조.
- 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층(22)은 결합제로 유리 프릿과, 산란 입자로 알루미나와, 흡수 입자로 티타늄 산화물을 혼합물 중 1 내지 8 중량%의 비율로 포함하고, 상기 흡수 입자의 평균 직경은 0.1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 자외선을 흡수하는 확산 구조.
- 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 기재된 확산 구조를 사용하는 방법으로서,상기 확산 구조는 광원에 의해 방출된 광을 확산시키기 위해 광원과 면하고, 유리 기판과 결합제 내에 분산되어 있는 산란 입자로부터 형성된 확산층을 갖는, 확산 구조를 사용하는 방법에 있어서,상기 확산층은 250 내지 400nm 내에 있는 파장의 복사선을 흡수하기 위한 수단을 또한 구성하는 것을 특징으로 하는, 확산 구조를 사용하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 확산층은 250 내지 400nm 범위의 자외선을 흡수하고 자외선 흡수 특성을 갖는 산화물로 이루어진 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 확산 구조를 사용하는 방법.
- 백라이팅 시스템을 제조하기 위해 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 확산 구조를 사용하는 방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 백라이팅 시스템은 LCD 타입의 디스플레이, 편평한 램프 또는 투사형 디바이스에 위치하는, 확산 구조의 사용 방법.
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