KR20130040806A - 높은 광 강도 및 높은 투명도를 갖는 광 도파체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개선된 광 강도 및 투명도를 갖는 광 도파체, 그의 제조 방법 및 그의 용도에 관한 것이다.

Description

높은 광 강도 및 높은 투명도를 갖는 광 도파체 {OPTICAL WAVEGUIDE BODIES WITH HIGH LIGHT INTENSITIY AND HIGH TRANSPARENCY}
본 발명은 개선된 발광 강도 및 투명도를 갖는 도광체, 그의 제조 방법 및 그의 용도에 관한 것이다.
투명한 열가소성 매트릭스 내에 산란 입자를 개재시키는 원리에 기초한 도광체는 공지되어 있다.
예를 들면, EP 656 548에는 산란 입자로서 중합체 입자를 사용하는 도광체가 개시되어 있다. 중합체 입자 중 98% 넘게 7 마이크로미터 이상의 크기를 갖고, 0.01 중량% (100 중량ppm) 내지 1 중량% (10,000 중량ppm)의 중합체 입자가 매트릭스 플라스틱에 첨가된다. 이들 도광체는 내후성이 불충분하고, 1 mm, 특히 2 mm 초과의 두께에서 이미 탁도(cloudiness) ("흐림도(haze)" 값으로 나타냄)를 나타낸다는 단점을 갖는다.
EP 1453900에는 산란 입자로서 0.3 내지 20 마이크로미터의 평균 입자 크기를 갖는 황산바륨을 0.001 중량% (10 중량ppm) 내지 0.08 중량% (800 중량ppm)의 농도로 함유하는 도광체가 기재되어 있다. 이들 도광체는 또한 1 mm, 특히 2 mm 초과의 두께에서 이미 탁도를 나타낸다는 단점을 갖는다.
또한, 상기에 기재된 종래 기술의 도광체는 발광 표면에 대해 수직으로 관찰시 낮은 휘도가 달성된다는 단점을 갖는다. 발광 표면의 면법선에 대해 측정한 각도가 큰 경우에만 (도 1 참조), 휘도가 유의하게 증가한다. 이러한 효과는 다양한 산란 입자에 대해 도 2에 나타나 있다.
산란 입자를 포함하는 도광체 이외에, 표면 상에의 결함의 기계적 도입 또는 표면 상의 인쇄에 의해 제조되는 도광체도 있다. 그러나, 이러한 도광체의 제법은 훨씬 높은 제조 비용을 수반한다. 또한, 특히 인쇄는 불충분한 투명도를 야기하여, 이들 도광체의 사용 가능성을 제한한다. 역으로, 개재된 산란 입자를 갖는 도광체는 압출, 사출 성형 또는 캐스팅 방법에 의해 후처리 없이 경제적으로 제조될 수 있다. 이러한 인쇄된 도광체의 예는 JP2004351649, WO 2007/058060, WO 2009/137053 및 US 2005/272879에서 찾을 수 있다.
따라서, 상기에서 논의된 종래 기술에 비추어, 본 발명의 목적은 종래 기술의 도광체의 단점을 갖지 않거나 또는 이들 단점을 단지 적게 갖는 도광체 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이었다.
특정 목적은, 바라보는 동안, 즉, 면법선 방향으로 탁도를 거의 나타내지 않아, 광학 요건 때문에 종래 기술의 도광체와 비상용성인 적용 분야에서 사용될 수 있는 도광체를 제공하는 것이었다.
또다른 특정 목적은 발광 표면의 면법선에 대해 측정된 각도가 작은 경우 높은 휘도를 갖는 도광체를 제공하는 것이었다.
또한, 본 발명의 목적은 특히 간단한 방식으로, 예를 들면 압출, 사출 성형 또는 캐스팅 방법에 의해 제조될 수 있는 도광체를 제공하는 것이었다.
추가로 본 발명의 목적은 경제적으로 제조될 수 있는 도광체를 제공하는 것이었다.
끝으로, 본 발명의 목적은 또한, 크기 및 형상에 대한 요건에 용이하게 적합화될 수 있는 도광체를 제공하는 것이었다.
그 밖의 명백히 언급되지 않은 목적은 하기 상세한 설명, 실시예 및 특허청구범위의 전체 맥락으로부터 추론될 수 있다.
이들 목적은 청구항 1에 기재된 도광체에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 도광체의 임의의 변형물들은 청구항 1을 인용하는 종속항들에 의해 보호를 받는다.
본 발명에 따른 도광체의 제조 방법에 대하여, 청구항 10 내지 12 및 하기 상세한 설명이 근본적인 목적의 해법을 제공한다.
본 발명을 상세히 기재하기 전에, 몇몇 중요한 용어를 다음과 같이 규정할 것이다 (도 1 및 3 참조):
용어 발광 표면이란 광을 방출하도록 의도되는 도광체의 표면을 나타낸다.
또한, 광 진입 표면은 도광체 내로 광을 수용할 수 있어, 도광체가 도입된 광을 발광 표면(들)에 실질적으로 균일하게 분포시킬 수 있다.
바람직하게는 본 발명에 따른 도광체는 적어도 1 mm의 두께를 갖는다. 특히 바람직하게는 두께는 2 내지 25 mm, 보다 특히 바람직하게는 3 내지 20 mm의 범위이다. 도광체는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 추가의 층들, 예를 들면 미러층 또는 반사층을 소유할 수 있다.
놀랍게도, 본 발명자들은 150 내지 500 nm의 평균 입자 크기를 갖는 이산화티타늄 산란 입자를 개재시킴으로써 통상적인 도광체의 단점을 극복할 수 있음을 발견하였다. 예를 들면, 본 발명자들은 이러한 특정 평균 입자 크기를 갖는 이산화티타늄 입자를 함유하는 본 발명에 따른 도광체는, 발광 표면의 면법선에 대해 작은 각도에서 유의하게 더 높은 광 강도에도 불구하고, 예를 들면 BaSO4 산란 입자를 갖는 도광체에 비해 유의하게 더 투명함을 발견하였다. 바람직하게는 본 발명에 따른 도광체는 1 mm 이상, 특히 바람직하게는 2 내지 25 mm, 보다 특히 바람직하게는 3 내지 20 mm의 두께 (가장 얇은 위치에서 측정)를 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 도광체는 4% 미만, 바람직하게는 2% 미만, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2%인 매우 낮은 탁도 (ASTM D1003에 따라 흐림도로 측정)로 구별된다. 따라서, 종래 기술의 도광체와 달리, 본 발명에 따른 도광체는 인간의 눈으로 실질적으로 투명하게 보이고, 광학 특성에 대해 많은 요건들을 갖는 적용 분야에서 이용될 수도 있다. 특히 바람직하게는 본 발명에 따른 도광체는 형상화된 본체의 표면 상에 또는 다른 층 내에, 특히 염료와 함께, 1 m의 관찰 거리에서 인간의 눈으로 감지할 수 있는 인쇄를 갖지 않는 다는 점에서, 보다 특히 바람직하게는 인쇄를 전혀 갖지 않는다는 점에서 구별된다. 또다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 도광체는 또한 표면 상에 또는 층 내에 그 밖의 광학 결함을 갖지 않는다. 따라서, 종래 기술의 도광체와 달리, 인쇄 또는 결함을 적용하는 추가의 작업 단계를 수행하지 않아도 매우 높은 투명도와 함께 전체 도광체에 걸쳐 매우 균일한 광 출력을 달성하는 것이 처음으로 가능하였다.
인쇄 및 결함을 배제할 수 있는 가능성은 또한 본 발명에 따른 도광체가 임의의 목적하는 공간 구성을 갖는 자유형식 본체로서도 구성될 수 있게 한다. 이것은, 결함 또는 인쇄의 패턴을 단순히 산출할 수 있는 종래 기술의 플레이트-형상의 도광체와 달리, 복잡한 구성에서는 불가능하다. 따라서, 특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 도광체는 높은 투명도 및 균일한 광 출력을 갖는 자유형식 본체이므로, 지금까지 불가능한 구성 자유도가 달성된다.
투명한 도광체는 많은 실용적 및 장식적 적용을 제공한다. 예를 들면, 광원의 스위치가 꺼져 있을 때에도 투명하고, 변형이 없으며, 연속적인 뷰(view)를 보장하는 글레이징을 구성하는 것이 가능하다. 광원의 스위치가 켜 있을 때, 글레이징은 일반적인 또는 주위 조명에 사용될 수 있는 균일한 평면 광원으로서 작용한다.
150 내지 500 nm의 평균 입자 크기를 갖는 이산화티타늄 산란 입자를 함유하는 도광체는 종래 기술에 따른 도광체 (예를 들면 EP 1453900의 도광체)보다, 도광체의 면법선에 대해 측정된 모든 각도에 걸쳐 훨씬 더 많이 균일하게 광을 방출한다. 이는 도 4 및 도 5에 나타나 있다. 따라서, 본 발명에 따른 도광체의 휘도는 통상의 산란 입자가 사용되는 경우보다 수직 관찰 시 유의하게 더 높다.
도광체에서 산란 입자로서 이산화티타늄 입자를 사용하는 것은 그 자체로 공지되어 있다. JP2002148443에는, 예를 들면, 100 nm 미만의 입자 크기를 갖는 이산화티타늄을 함유하는 도광체가 기재되어 있다. 그러나, 본 발명자들은, 광의 파장과 거의 독립적으로, 150 내지 500 nm의 입자 크기를 갖는 본 발명에 따른 산란 본체에서는 이산화티타늄이 가장 높은 산란 효율을 가짐을 발견하였다. 이는 폴리메틸 메타크릴레이트 중의 이산화티타늄 (루타일 변형물)의 미(Mie) 산란 시뮬레이션을 사용하여 도 6에 예시되어 있다. 150 nm 미만이면 (즉, JP2002148443에 따른 것들) 이산화티타늄 입자가 점점 더 파장-선택적으로 산란한다. 즉, 청색 광 (파장 450 nm)은 녹색 광 (550 nm)보다 유의하게 더 산란하고, 적색 광 (650 nm)보다 훨씬 더 많이 산란한다. 이것의 효과는 광 진입 표면에서 도광체에 공급되는 백색 광은 도광체로 가는 중에 해혼합된다는 것이다. 따라서, 광 진입 표면으로부터 짧은 거리에서는, 발광 표면으로부터 출현하는 광이 청색을 띠고, 광 진입 표면으로부터 먼 거리에서는 점점 황색 내지 적색을 띤다. 이는 파장 분산의 교란을 야기한다 (즉, 공급된 광이 발광 표면에서 색상 변형되면서 또다시 출현한다). 이러한 문제는 본 발명에 의해 해결된다. 따라서, 본 발명에 따라 사용되는 이산화티타늄 입자는 바람직하게는, 150 내지 500 nm, 특히 바람직하게는 160 내지 450 nm, 보다 특히 바람직하게는 170 내지 450 nm, 특별히 바람직하게는 200 내지 400 nm, 보다 특별히 바람직하게는 220 내지 400 nm의 평균 입자 크기를 갖는다. 상기 언급된 특성을 갖는 이산화티타늄 입자는 시판된다 (예를 들면 크로노스 티탄(Kronos Titan)의 크로노스(KRONOS) 2220 또는 사흐틀레벤 케미(Sachtleben Chemie)의 호비탄(HOMBITAN) R 610 K). 이들의 제조를 위한 다양한 방법이 공지되어 있다.
도광체 중의 이산화티타늄 입자의 비율은, 각각의 경우 도광체의 중량에 대해 0.1 내지 100 중량ppm, 바람직하게는 0.1 내지 50 중량ppm, 특히 바람직하게는 0.1 내지 10 중량ppm이다. 따라서, 개선된 광 강도에도 불구하고, 산란 입자의 비율의 유의한 감소 및 이에 따른 비용 이점을 달성할 수 있다. 또한, 감소된 비율은 투명도에 긍정적인 영향을 미쳐, 심지어는 높은 투명도 및 산란 강도를 갖고 1 mm 이상, 바람직하게는 2 mm 이상의 두께를 갖는 도광체를 제조할 수 있다. 또한, 4 이상, 바람직하게는 10 이상, 특히 바람직하게는 20 이상, 보다 특히 바람직하게는 80 이상의 높은 발광 표면 대 광 진입 표면의 비율이 달성될 수 있다. 이는 본 발명의 도광체는 조명 본체로 공지된 도광체들과 크게 상이함을 의미한다. 구체적으로, 공지된 도광체들은 광 진입 표면이 발광 표면에 대해 평행하게 형성되어 있어, 양쪽 표면 모두 대략 동일한 크기를 갖는다는 점에서 구별된다.
바람직하게는 본 발명에 따른 도광체는 25 mm 내지 3000 mm, 바람직하게는 50 내지 2000 mm, 특히 바람직하게는 200 내지 2000 mm 범위의 길이를 갖는다. 바람직하게는 폭은 25 내지 3000 mm, 바람직하게는 50 내지 2000 mm, 특히 바람직하게는 200 내지 2000 mm 범위이다.
입방형 구성이 가능하지만, 또한 웨지(wedge) 형상을 갖는, 한쪽이 뾰족한 구성도 가능하다. 웨지 형상의 경우에, 광은 바람직하게는 단지 한쪽 광 진입 표면만을 통해 투입된다.
광은 바람직하게는 발광 표면에 수직으로 도광체로 진입한다 (즉, 광 진입 표면은 발광 표면에 수직임). 이러한 실시양태의 예는 도 1 및 3에서 찾을 수 있다. 그러나, 대안적인 실시양태에서, 본 발명에 따른 도광체는 또한, 광 진입 표면이 발광 표면에 수직이지 않지만 여전히 높은 광 강도가 달성되는 것을 가능하게 한다. 이는, 예를 들면, 진입하는 광이 특정 층에서 상응하는 굴절 또는 반사에 의해 도광체 표면 내로 유도되도록 도광체가 구성되는 경우 가능하다. 이러한 예를 도 7에 나타낸다. 따라서, 본 발명에 따른 도광체는 사용자 또는 디자이너에게 유의하게 개선된 구성의 관용도를 허용한다.
본 발명에 따른 도광체의 광 진입 표면의 조명을 위한 광원으로서, 형광 램프, 발광 다이오드, 백열 램프 및 할로겐 방전 램프가 사용될 수 있다. 광원들의 배열에 따라, 광은 모든 4개의 엣지(edge)를 통해 비추일 수 있다. 이는 특히 매우 큰 도광체의 경우 필요할 수 있다. 작은 도광체의 경우에는, 도광체의 엣지 중 1개 또는 2개를 조명하면 일반적으로 충분하다. 사용된 광 에너지의 보다 바람직한 이용을 위해, 광원이 제공되지 않는 엣지들은 반사성이도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 예를 들면 반사성 접착 테이프를 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 이들 엣지 상에 반사성 코팅이 적용될 수 있다.
JP 7020459에는 산란 입자로서 아나타제 변형물 중의 이산화티타늄을 함유하는 도광체가 기재되어 있다. 본 발명자들은 높은 비율의 아나타제와 수분 및 산소를 갖는 이산화티타늄은 도광체의 가속화된 파괴를 야기할 수 있음을 발견하였다. 따라서, 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 도광체는, 루타일 변형물의 비율이 50 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량% 이상, 특히 바람직하게는 70 중량% 이상, 보다 특히 90 중량% 이상인 이산화티타늄 입자를 포함한다.
본 발명에 따른 도광체를 제조하기 위해, 즉, 이산화티타늄 입자를 개재하기 위한 투명한 열가소성 또는 열탄성 플라스틱으로서, 투명한 폴리카르보네이트, 시클로-올레핀 공중합체, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 특히 (메트)아크릴레이트 중합체가 적합하다.
이들 (메트)아크릴레이트 중합체는 일반적으로 단량체 혼합물의 라디칼 중합에 의해 수득된다. 보다 특히 바람직하게는 단량체 혼합물은 메틸 메타크릴레이트, 특히 단량체 혼합물의 중량에 대해 40 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량% 이상, 특히 바람직하게는 80 중량% 이상의 메틸 메타크릴레이트를 함유한다.
이 외에, 이들 단량체 혼합물은 메틸 메타크릴레이트와 공중합 가능한 (메트)아크릴레이트를 추가로 함유할 수 있다. 표현 (메트)아크릴레이트는 메타크릴레이트 및 아크릴레이트뿐만 아니라 이들 둘의 혼합물을 망라한다. 이들 단량체는 널리 공지되어 있다. 특히 이들은, 포화 알콜로부터 유도된 (메트)아크릴레이트, 예를 들면 메틸 아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 프로필 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, tert-부틸 (메트)아크릴레이트, 펜틸 (메트)아크릴레이트 및 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트; 불포화 알콜로부터 유도된 (메트)아크릴레이트, 예를 들면 올레일 (메트)아크릴레이트, 2-프로피닐 (메트)아크릴레이트, 알릴 (메트)아크릴레이트, 비닐 (메트)아크릴레이트; 아릴 (메트)아크릴레이트, 예컨대 벤질 (메트)아크릴레이트 또는 페닐 (메트)아크릴레이트 (이 경우 아릴 라디칼은 각각 비치환되거나 또는 4회까지 치환될 수 있음); 시클로알킬 (메트)아크릴레이트, 예컨대 3-비닐시클로헥실 (메트)아크릴레이트, 보르닐 (메트)아크릴레이트; 히드록시알킬 (메트)아크릴레이트, 예컨대 3-히드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 3,4-디히드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메트)아크릴레이트; 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 예컨대 1,4-부탄디올 (메트)아크릴레이트, 에테르 알콜의 (메트)아크릴레이트, 예컨대 테트라히드로푸르푸릴 (메트)아크릴레이트, 비닐옥시에톡시에틸 (메트)아크릴레이트; (메트)아크릴산의 아미드 및 니트릴, 예컨대 N-(3-디메틸아미노프로필) (메트)아크릴아미드, N-(디에틸포스포노) (메트)아크릴아미드, 1-메타크릴로일아미도-2-메틸-2-프로판올; 황 함유 메타크릴레이트, 예컨대 에틸술피닐에틸 (메트)아크릴레이트, 4-티오시아네이토부틸 (메트)아크릴레이트, 에틸술포닐에틸 (메트)아크릴레이트, 티오시아네이토메틸 (메트)아크릴레이트, 메틸술피닐메틸 (메트)아크릴레이트, 비스((메트)아크릴로일옥시에틸) 술피드; 다가 (메트)아크릴레이트, 예컨대 트리메틸로일프로판 트리(메트)아크릴레이트를 포함한다.
상기에 언급된 (메트)아크릴레이트 이외에, 중합하고자 하는 조성물은 또한 메틸 메타크릴레이트 및 상기 언급된 (메트)아크릴레이트와 공중합 가능한 불포화 단량체를 추가로 포함할 수도 있다.
이들은 특히, 1-알켄, 예컨대 헥센-1, 헵텐-1; 분지형 알켄, 예를 들면 비닐시클로헥산, 3,3-디메틸-1-프로펜, 3-메틸-1-디이소부틸렌, 4-메틸펜텐-1; 아크릴로니트릴; 비닐 에스테르, 예컨대 비닐 아세테이트; 스티렌, 측쇄에 알킬 치환기를 갖는 치환된 스티렌, 예를 들면 α-메틸스티렌 및 α-에틸스티렌, 고리에 알킬 치환기를 갖는 치환된 스티렌, 예컨대 비닐 톨루엔 및 p-메틸스티렌, 할로겐화 스티렌, 예를 들면 모노클로로스티렌, 디클로로스티렌, 트리브로모스티렌 및 테트라브로모스티렌; 헤테로시클릭 비닐 화합물, 예컨대 2-비닐피리딘, 3-비닐피리딘, 2-메틸-5-비닐피리딘, 3-에틸-4-비닐피리딘, 2,3-디메틸-5-비닐피리딘, 비닐피리미딘, 비닐피페리딘, 9-비닐카르바졸, 3-비닐카르바졸, 4-비닐카르바졸, 1-비닐이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, N-비닐피롤리돈, 2-비닐피롤리돈, N-비닐피롤리딘, 3-비닐피롤리딘, N-비닐카프로락탐, N-비닐부티로락탐, 비닐옥솔란, 비닐푸란, 비닐티오펜, 비닐티올란, 비닐티아졸 및 수소화 비닐티아졸, 비닐옥사졸 및 수소화 비닐옥사졸; 비닐 및 이소프레닐 에테르; 말레산 유도체, 예를 들면 말레산 무수물, 메틸말레산 무수물, 말레이미드, 메틸말레이미드; 및 디엔, 예를 들면 디비닐벤젠을 포함한다.
일반적으로, 이들 공단량체는 단량체의 중량에 대해 0 내지 60 중량%, 바람직하게는 0 내지 40 중량%, 특히 바람직하게는 0 내지 20 중량%의 양으로 사용되고, 이 경우에 화합물들은 개별적으로 또는 혼합물로서 사용될 수 있다.
일반적으로 중합은 공지된 라디칼 개시제를 사용하여 시작한다. 바람직한 개시제는 특히 당 기술 분야에서 널리 공지된 아조 개시제, 예컨대 AIBN 및 1,1-아조비스시클로헥산카르보니트릴, 및 퍼옥시 화합물, 예컨대 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 아세틸아세톤 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, tert-부틸퍼옥시-2-에틸 헥사노에이트, 케톤 퍼옥사이드, 메틸이소부틸케톤 퍼옥사이드, 시클로헥사논 퍼옥사이드, 디벤조일 퍼옥사이드, tert-부틸퍼옥시벤조에이트, tert-부틸퍼옥시이소프로필 카르보네이트, 2,5-비스(2-에틸헥사노일퍼옥시)-2,5-디메틸헥산, tert-부틸퍼옥시-2-에틸 헥사노에이트, tert-부틸퍼옥시-3,5,5-트리메틸 헥사노에이트, 디쿠밀 퍼옥사이드, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)시클로헥산, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, 쿠밀 히드로퍼옥사이드, tert-부틸 히드로퍼옥사이드, 비스(4-tert-부틸시클로헥실) 퍼옥시디카르보네이트, 2종 이상의 상기 언급된 화합물 서로간의 혼합물, 및 상기 언급된 화합물과 언급되지 않았지만 라디칼을 또한 형성할 수 있는 화합물과의 혼합물을 포함한다.
이들 화합물은 종종 단량체의 중량에 대해 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%의 양으로 사용된다.
예를 들면 분자량 또는 단량체 조성이 상이한 다양한 폴리(메트)아크릴레이트가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 도광체를 제조하기 위해, 단량체 혼합물을 목적하는 형상으로 캐스팅한 다음 중합할 수 있다. 캐스팅 방법으로는 불연속 캐스팅 방법 및 연속 캐스팅 방법 둘 모두를 사용할 수 있다.
그러나, 먼저 성형 화합물을 제조하고, 그로부터 도광체를 형성하는 것이 또한 가능하다.
이러한 특히 바람직한 성형 화합물은 룀 게엠베하(Roehm GmbH)의 상표명 플렉시글라스(PLEXIGLAS)?로 시판된다.
성형 화합물의 분자량 Mw의 중량 평균은 폭넓은 범위로 다양하게 할 수 있고, 통상 분자량은 적용 목적 및 성형 화합물을 가공하는 방식에 적합화된다. 그러나, 일반적으로, 성형 화합물의 분자량 Mw의 중량 평균은, 어떠한 제한도 하고자 함 없이, 20,000 내지 1,000,000 g/몰, 바람직하게는 50,000 내지 500,000 g/몰, 특히 바람직하게는 80,000 내지 300,000 g/몰의 범위이다.
이산화티타늄 입자를 첨가한 후, 상기 성형 화합물로부터 통상의 열가소성 형상화 방법에 의해 도광체를 제조할 수 있다. 이들은 특히 압출 및 사출 성형을 포함한다.
특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 도광체는 다성분의, 바람직하게는 2-성분의 사출 성형 (단지 하나의 성분 (성형 화합물)만이 이산화티타늄 입자를 함유하고, 다른 성분은 어떠한 산란 입자도 함유하지 않음)에 의해 제조된다. 이러한 방식으로, 이산화티타늄 함유 성분이 특정 패턴을 나타내는 도광체를 제조할 수 있다. 스위치가 꺼진 상태에서는, 즉, 광 진입 없이는, 형상화된 본체는 균질의 투명한 형상화된 본체로 보이고, 패턴은 볼 수 없었다. 그러나, 스위치가 켜진 후에는 패턴을 볼 수 있었는데, 이는 이산화티타늄 입자를 함유하는 형상화된 본체 부분만 광을 출력하기 때문이다.
따라서, 바람직한 실시양태에서, 본 발명은 또한, 단지 특정 영역에서만 제1항에 따른 흐림도 및 광 산란 수단을 갖는 도광체에 관한 것이다. 특히 바람직하게는 나머지 영역은 광-산란성이지 않도록 구성된다. 예를 들면, 이러한 방식으로, 경고 부호가 스위치를 켠 후 3차원적으로 하이라이트되어 보이는 ("부동성(floating) 부호"), 경고 표지판, 또는 예를 들면 차량 조정석의 경고 표지판을 제조할 수 있다.
바람직하게는 본 발명에 따른 자유형식 본체는 사출 성형에 의해 또는 미리 제조된 도광판을 열성형함으로써 제조될 수 있다. 특히, 열가소성 물질의 기저부를 통해 조명하는 자유형식 본체가 제조될 수 있다. 예를 들면, 세탁기의 윤곽 또는 자동차 내부의 곡면형 조명 디스플레이는 열성형된 판을 사용하거나 또는 바로 사출 성형에 의해 제조될 수 있다.
인쇄의 제거에 의해, 추가의 공정 단계 및 수반되는 추가 비용이 방지된다. 구조화 금형에서 사출 성형에 의해 제조되는 도광체에 비해, 산란체를 포함하는 본 발명에 따른 성형 화합물은 비용이 많이 드는 사출 금형의 구조화를 배제할 수 있고, 또한, 미세구조가 정확히 형성될 필요가 없기 때문에 보다 짧은 사이클 시간, 및 보다 높은 생산성을 가능케 한다. 아울러, 자유형식 표면에서 미세구조를 구성하는 것은 조명 기술 측면에서 훨씬 더 복잡하다.
이미 언급된 바와 같이, 본 발명의 도광체는 또한 캐스팅 방법에 의해 제조될 수도 있다. 이 경우, 바람직하게는 아크릴 수지 혼합물을 금형에 넣고, 중합시킨다.
바람직한 아크릴 수지는, 예를 들면,
A) 150 내지 500 nm 범위의 평균 직경을 갖는 이산화티타늄 입자 0.1 내지 100 중량ppm,
B) 메틸 메타크릴레이트 40 내지 99.999 중량%,
C) 상기에 규정된 공단량체 0 내지 59.999 중량%, 및
D) (B) 또는 (C)에 가용성인 중합체 0 내지 59.999 중량%
를 포함하며, 상기 성분 A) 내지 D)를 합하면 100 중량%이다.
아크릴 수지는 중합에 필요한 개시제를 추가로 포함한다. 성분 A 내지 D 및 개시제는, 적합한 폴리메틸 메타크릴레이트 성형 화합물을 제조하는데 또한 사용되는 화합물에 상응한다.
성형 화합물 및 아크릴 수지는 통상의 모든 유형의 첨가제를 함유할 수 있다. 이들은 특히 대전방지제, 산화방지제, 금형 이형제, 난연제, 윤활제, 염료, 유동 증진제, 충전제, 광안정화제 및 유기 인 화합물, 예컨대 포스파이트 또는 포스포네이트, 안료, 내후제 및 가소제를 포함한다.
그러나, 첨가제의 양은 적용 목적에 의해 제한된다. 예를 들면, 폴리메틸 메타크릴레이트 도광체의 도광 특성이 첨가제에 의해 지나치게 많이 희생되어서는 안된다.
본 발명의 도광체는 LCD 디스플레이, 정보 표지판 및 광고 패널을 조명하는데 사용될 수 있다. 특히 바람직하게는 본 발명에 따른 도광체는, 광 진입 표면 상에 장착된 광원의 스위치를 켜서 평면 광으로서 사용될 수 있는 투명 글레이징 부재로서 사용된다.
추가로, 본 발명에 따른 도광체는, 스위치를 켠 후에만 특정 부호 또는 표지판을 볼 수 있는, 표지판, 디스플레이 부재, 광고 물체 등을 제조하는데 사용될 수 있다.
측정 방법 :
도광체 중의 TiO 2 의 비율
도광체를 애싱(ashed)한다. 도광체의 질량에 비례하여 잔류 애쉬(ash)의 질량을 넣는다. 이러한 경우, 본 발명의 범주 내에서, 애쉬의 전체 질량은 TiO2 함량에 해당한다.
도광체 중의 TiO 2 입자의 평균 입자 크기
투과 전자 현미경을 사용하여 도광체의 이미지를 기록한다. 해당 이산화티타늄 입자의 가장 큰 크기와 가장 작은 크기의 평균을 취하여 도광체에 개재된 이산화티타늄 입자의 입경을 결정한다. 평균 입자 크기는 50개의 이산화티타늄 입경으로부터 결정한다. 전자 현미경 연구를 위한 도광체의 샘플 제조는 당업자에게 공지된 통상의 방법에 따라 수행한다.
TiO 2 입자의 루타일 변형 비율
라만(Raman) 분광법에 의해 이산화티타늄 입자의 변형을 결정한다. 그런 다음, 전체적으로 측정된 입자에 대한 루타일 입자의 비율을 결정한다. 바람직하게는 100개 이상의 이산화티타늄 입자를 분석한다. 측정 정확도를 증가시키기 위해, 필요한 경우 훨씬 많은 입자를 연구할 수 있다.
휘도
휘도는 (예를 들면 LMT 또는 미놀타(Minolta)의) 시판 휘도 측정 기구를 사용하여 측정한다.
하기 실시예는 예시하는 역할을 하고, 본 발명을 추가로 설명하지만, 본 발명을 결코 제한하지 않는다.
비교예 1:
단일-스크류 압출기에서, 폴리메틸 메타크릴레이트 성형 화합물을 황산바륨을 함유하는 마스터 배치와 혼합하고, 용융시켰다. 생성된 용융물은, 3 마이크로미터의 평균 입자 크기를 갖는 황산바륨을 폴리메틸 메타크릴레이트의 중량에 대해 160 중량ppm 함유하였다. 용융물을 광폭-슬릿 노즐에 의해 압출기로부터 제거하고, 평탄화 기작으로 폴리메틸 메타크릴레이트판으로 형상화하였다. 폴리메틸 메타크릴레이트판으로부터 길이 900 mm, 폭 500 mm 및 두께 4 mm를 갖는 직사각형의 도광체를 절단하였다. 이 도광체를, 광을 엣지로 방출하는 발광 다이오드를 갖는 모든 4 mm 두께의 엣지 (광 진입 표면)에 제공하였다. 도광체의 한쪽 표면 (발광 표면 1) 상에 확산 반사성 백색 시트를 배열하였다. 도광체의 반대쪽 표면 (발광 표면 2)의 중앙에서, 도광체의 발광 표면 2의 면법선에 대해 다양한 각도에서 휘도를 측정하였다.
동일한 압출된 도광체로부터 길이 100 mm, 폭 100 mm 및 두께 4 mm를 갖는 샘플 단편을 절단하고, 4 mm 두께의 샘플 단편의 탁도를 측정하였다.
실시예 1:
비교예 1에서와 같이 4 mm 두께의 판을 형성하되, 황산바륨 대신에 200 nm의 입자 크기를 갖는 이산화티타늄을 1.2 중량ppm 함유하였다. 다양한 각도에서의 휘도 및 탁도를 비교예 1에서와 같이 결정하였다.
도 4로부터, 이산화티타늄이 첨가된 도광체의 휘도는, 황산바륨이 첨가된 도광체의 휘도에 비해, 면법선에 대한 각도의 함수로서 보다 균일하게 분포됨을 알 수 있다. 또한, 면법선 방향의 (즉, 각도 0°에서) 휘도는, 황산바륨을 포함하는 판보다 이산화티타늄을 포함하는 판의 경우 더 높음을 알 수 있다.
또한, 이산화티타늄 도광체의 탁도는 황산바륨이 첨가된 도광체의 탁도보다 훨씬 낮다.
실시예 2:
중합가능한 메틸 메타크릴레이트 중의 폴리메틸 메타크릴레이트의 용액에, 200 nm의 평균 입자 크기를 갖는 이산화티타늄 입자를 용액의 중량에 대해 1.2 중량ppm 첨가하였다. 상기 용액에 라디칼 중합 개시제, UV 흡수제 및 분리제를 첨가하였다. 상기 용액을, 원주 밀봉 스트립이 제공된, 2개의 규산염 유리 시트로 이루어진 챔버 내로 도입하고, 60 ℃에서 예비중합한 다음, 마지막으로 120 ℃에서 중합하였다. 상기 방식으로 수득한 4 mm 두께의 폴리메틸 메타크릴레이트판으로부터 길이 900 mm 및 폭 500 mm를 갖는 도광체를 절단하였다. 상기 도광체를, 도광체의 모든 4 mm 두께의 엣지 (광 진입 표면)에 광을 방출하는 발광 다이오드를 갖는 모든 측면 상에 제공하였다. 도광체의 한쪽 표면 (발광 표면 1) 상에 확산 반사성 백색 시트를 배열하였다. 판의 반대쪽 표면 (발광 표면 2) 상에서, 도광체 표면의 면법선에 대해 다양한 각도에서 휘도를 측정하였다.
동일한 판으로부터 길이 100 mm, 폭 100 mm 및 두께 4 mm를 갖는 샘플 단편을 절단하고, 4 mm 두께의 샘플 단편의 탁도를 흐림도 값으로 측정하였다.
도 5로부터, 캐스팅 방법을 사용하여 라디칼 중합에 의해 제조된 도광체에 있어서, 이산화티타늄이 첨가된 도광체의 휘도는 면법선에 대한 각도의 함수로서 또다시 균일함을 알 수 있다. 추가로, 실시예 1에서와 같이, 면법선 방향에서 이산화티타늄을 포함하는 도광체의 휘도는 황산바륨을 포함하는 도광체에서보다 더 높음을 알 수 있다.
표 1에서는 비교예 1의 3 마이크로미터의 황산바륨 산란 입자를 포함하는 압출된 도광체와 실시예 1의 200 nm의 이산화티타늄 산란 입자를 포함하는 압출된 도광체 및 실시예 2의 200 nm의 이산화티타늄 산란 입자를 포함하는 캐스트 (라디칼 중합된) 도광체의 휘도를 비교한다.
표 2에서는 비교예 1의 3 마이크로미터의 황산바륨 산란 입자를 포함하는 압출된 도광체와 실시예 1의 200 nm의 이산화티타늄 산란 입자를 포함하는 압출된 도광체 및 실시예 2의 200 nm의 이산화티타늄 산란 입자를 포함하는 캐스트 (라디칼-중합된) 도광체의 탁도를 비교한다. 동일한 두께에서, 이산화티타늄 산란 입자를 사용하여 제조된 도광체가 유의하게 낮은 탁도 (흐림도로 측정)를 갖고, 시각적으로 관찰되는 경우 투명하다.
<표 1>
Figure pct00001
<표 2>
Figure pct00002
실시예 3:
자유형식 본체의 일례의 실시양태:
실시예 1에 따른 도광판으로부터 열성형 공정에 의해 자유형식 본체를 제조하였다. 표면 상에 인쇄가 없었음에도 불구하고, 균일한 광의 양상을 나타내었다.
실시예 4:
부동성 부호의 일례의 실시양태:
자동차 기구 클러스터 내의 부동성 네비게이션 화살표를 하기 기술에 의해 제조하였다:
2-성분 사출 성형에 의해, 본 발명에 따른 광-산란 성형 화합물을 사용하여 네비게이션 화살표를 사출 성형하였다. 이 화살표를 제 2 유리-투명 성형 화합물 성분에 개재시켰다. 이는 사출 성형에 기초한 인레잉(inlaying)에 실질적으로 상응한다.
그런 다음, 반제품을 기구 클러스터의 중앙에 놓고, LED를 사용하여 측면에서 조명하였다. 조명하지 않은 상태에서는, 승용차 운전자는 완전 투명한 판을 통해 보고, 어떠한 윤곽도 인지하지 못한다. 조명한 결과, 광이 도파체로서의 유리-투명 성형 화합물을 통과하여 발광하지 않는다. 네비게이션 화살표 영역에서는, 광-산란 입자들이 광을 출력하고, 네비게이션 화살표의 윤곽이 부동형으로 비추어 진다. 이러한 기술은 다양한 부호 조명에 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 발광 표면 대 광 진입 표면의 비율이 4 이상이고,
    ASTM D1003에 따라 측정된 흐림도가 4% 미만이며,
    광 산란 수단으로서 150 내지 500 nm의 평균 입자 크기를 갖는 이산화티타늄 입자가 도광체의 중량에 대해 0.1 내지 100 중량ppm의 농도로 사용되는 것
    을 특징으로 하는, 하나 이상의 광 진입 표면 및 하나 이상의 발광 표면을 갖는 도광체.
  2. 제1항에 있어서, 이산화티타늄 입자의 50% 이상이 루타일 변형물로 존재하는 것을 특징으로 하는 도광체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 발광 표면 대 광 진입 표면의 비율이 20 이상인 것을 특징으로 하는 도광체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 1종 이상의 투명한 열가소성 또는 열탄성 플라스틱으로 이루어지고/지거나, 단지 특정 영역에서만 제1항에 따른 흐림도 및 광 산란 수단을 갖고/갖거나, 광-산란성이도록 구성되지 않은 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 도광체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 광 산란 수단으로서 이산화티타늄 입자가 도광체의 중량에 대해 0.1 내지 50 중량ppm, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량ppm의 농도로 사용되고/되거나, 이산화티타늄 입자가 160 내지 450 nm, 특히 바람직하게는 170 내지 400 nm의 평균 입자 크기를 갖고/갖거나, 흐림도가 0.2 내지 2% 범위인 것을 특징으로 하는 도광체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 어떠한 인쇄 및/또는 어떠한 광-산란 결함도 갖지 않는 것을 특징으로 하는 도광체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 발광 표면이 광 진입 표면에 수직인 것을 특징으로 하는 도광체.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 발광 표면이 광 진입 표면에 수직이 아니고/아니거나, 형상이 자유형식 본체인 것을 특징으로 하는 도광체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 도광체의 중량에 대해 40 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량% 이상의 폴리메틸 메타크릴레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광체.
  10. 성형 화합물의 중량에 대해 40 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량% 이상의 폴리메틸 메타크릴레이트, 및 성형 화합물의 중량에 대해 0.1 내지 100 중량ppm의, 150 내지 500 nm 범위의 평균 직경을 갖는 이산화티타늄 입자를 함유하는 성형 화합물로부터 도광체를 형성하는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 도광체의 제조 방법.
  11. A) 150 내지 500 nm 범위의 평균 직경을 갖는 이산화티타늄 입자 0.1 내지 100 중량ppm,
    B) 메틸 메타크릴레이트 40 내지 99.999 중량%,
    C) 공단량체 0 내지 59.999 중량%, 및
    D) (B) 또는 (C)에 가용성인 중합체 0 내지 59.999 중량%
    를 포함하고 상기 성분 A) 내지 D)를 합하면 100 중량%인 아크릴 수지를 라디칼-중합하고, 이에 의해 도광체를 수득하는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 도광체의 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 형상화된 본체를 캐스팅 방법, 사출 성형, 다성분 사출 성형 또는 압출에 의해 제조하는 것을 특징으로 하는 도광체의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 도광체의, 광 진입 표면 상에 장착된 광원의 스위치를 켬으로써 평면 광으로서 사용될 수 있는 투명 글레이징 부재로서의 용도.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 도광체의, 특정 부호 또는 표지판을 단지 스위치를 켠 후에만 볼 수 있는 표지판, 디스플레이 부재, 광고 물체 등으로서의 용도.
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