KR20130115733A - 폴리우레탄이 코팅된 ｌｅｄ용 광확산판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리우레탄이 코팅된 LED용 광확산판에 관한 것으로, 그 목적은 LED 조명의 휘도를 낮추고 균일한 광량을 제공하기 위해 저렴하고 재활용 가능한 광투과용 폴리프로필렌과 광확산용 폴리우레판으로 이루어진 광확산판을 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 LED용 광확산판에 있어서, LED광 투과용 폴리프로필렌 시트(1)와; 폴리프로필렌 시트 일측 또는 양측면에 코팅되어 LED광을 확산시키는 박막의 폴리우레탄(2);으로 구성된 폴리우레탄이 코팅된 LED용 광확산판을 발명의 특징으로 한다.

Description

폴리우레탄이 코팅된 ＬＥＤ용 광확산판{Light-diffusion plate coated polyurethane for LED}

본 발명은 폴리우레탄이 코팅된 LED용 광확산판에 관한 것으로, 자세하게는 차세대 조명장치로 대두되고 있는 LED 조명의 휘도를 낮추고 균일한 광량을 제공하기 위해 저렴하고 재활용 가능한 폴리프로필렌과 상부에 광확산 방지용 폴리우레판을 코팅한 광확산판에 관한 것이다.

최근 각국 정부, 지자체, 회사 및 가정 등은 날로 증가하고 있는 지구온난화 및 이상기온 현상을 발생시키는 온실가스의 배출량을 줄이기 위한 다양한 노력을 기울이고 있는데 그 중 한 분야가 조명분야이다.

일반적으로 조명에 사용되는 필라멘트 조명은 전력소모율이 높아 이산화탄소배출량이 높고, 이에 비해 전력소모량이 낮은 형광등 역시 수은을 이용한 광원이어서 환경 친화적이지 않다는 구조적 문제점이 있다.

이 때문에 종래 조명기구에 비해 자연광에 가깝고 에너지 절감효과가 뛰어나며 중금석을 사용하지 않아 친환경적이면서 반영구적으로 사용할수 있는 LED 조명이 최근 각광 받고 있다.

LED(발광다이오드)는 P형과 N형 반도체의 접합구조를 가지고, 전압을 인가하면 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드갭(band gap)에 해당하는 에너지의 빛을 방출하는 광전자 소자이며, 반응시간이 일반 전구에 비하여 빠르고, 소비전력이 20% 수준으로 낮아 최근 들어 고효율의 조명수단을 포함하여 다방면에 활용되고 있다.

보다 상세히 살펴보면 조명용LED는 양쪽 전극에서 주입된 정공과 전자가 발광층에서 합쳐져 들뜬 에너지상태인 여기자를 생성하고 여기자가 안정되며 내놓는 빛을 이용한 발광체로 발광물질의 종류에 따라 유기LED와 무기LED로 분류할 수 있다.

유기LED는 발광물질을 유기분자 혹은 고분자로 사용한 LED를 말하며 색이 아름다우며 점, 선, 면광원으로 사용될수 있으나 현재 연구수준에선 청색계열의 연구가 미비하고 생산기반시설이 비싸며 공기에 의한 산화로 인하여 수명이 짧은 단점을 가지고 있어 조명으로 사용하기엔 적절하지 못하다.

이에 반해 무기 LED는 발광물질을 무기물로 사용하여 빛의 직진성이 심하며 열을 발생시킨다는 단점이 있으나 빛이 밝으며 생산이 쉽고 다양한 색의 표현이 가능하여 조명으로 이용하기 위한 연구가 진행되어 현재 무기LED를 이용한 광원이 개발, 발전되고 있다. 무기 LED를 이용하면 도 4와 같이 RGB색상을 조합(a)하거나 청색광이나 자외선을 형광판에 쬐는 방식(b),(c)으로 백색광이 나오는 LED를 구현할수 있음

이와 같은 발광다이오드를 이용한 투광조명은 다수의 고휘도 발광다이오드를 기판에 조립한 모듈을 광원으로 활용하고 있으며, 간판이나 구조물 조명, 다리 등의 조명수단으로 활용되고 있는 실정이다.

다만, 이러한 고휘도 발광다이오드는 직진성이 강하고 휘도가 높기 때문에 적절한 광확산판을 사용하여 조명의 휘도를 줄이게 된다. 광확산판은 LED 광원의 모습을 은폐하는 동시에 광원으로부터 나오는 빛을 균일하게 확산시키는 용도로 사용된다.

도 5는 일반적인 광확산판의 작용 및 적용사례를 보인 예시도인데, LED조명은 다수의 고휘도 발광 다이오드를 기판에 조립한 모듈을 사용하여 광원으로 사용한다. 고휘도 발광다이오드는 직진성이 강하고 휘도가 높기 때문에 적절한 광확산판(시트)를 사용하여 균일한 조도를 형성하여 밝은 색상을 형성하여 조명으로 사용한다. 그 이유는 LED 조명에 사용된 발광다이오드는 산란된 빛이 그대로 눈에 들어와 기판의 패턴이 상부 그림처럼 그대로 보이게 되는데 이러한 기판에 하부 그림처럼 광확산판을 사용하면 하부 그림과 같이 패턴이 사라진 균일한 조명을 얻을수 있게 된다.

광확산판은 일반적으로 투명 수지에 유기 또는 무기 확산제를 사용하여 은폐성과 확산성을 부여한다. 그러나 광원의 은폐성과 확산성은 확산제의 첨가량이 증가할수록 좋아지게 되지만 동시에 빛의 투과율 (전광선투과율)이 낮아지게 되어 휘도의 감소를 가져온다. 또한 광원의 수가 많아짐에 따라 광원으로부터 나오는 자외선에 의해 확산판에 황변이 발생하기도 한다.

광확산판의 제조법으로는 압출 성형법과 사출 성형법 등이 있는데 사출 성형법을 이용하는 편이 성형품인 광확산판의 치수정밀도가 우수하고, 또한, 생산성이 높기 때문에 외형 가공 비용의 저감도 꾀할 수 있다.

구체적으로 광확산판에 사용되는 재료를 살펴본다.

광확산 판으로는, 아크릴계 수지, 스타이렌계 수지, 염화바이닐계 수지, 폴리카보네이트계 수지 등의 투명한 기재 수지 중에, 기재 수지와는 다른 굴절률을 갖는 미립자를 광확산제로서 혼합 분산시켜 성형한 광확산 판이나, 기재 수지를 원하는 형상으로 성형하여 투명성의 기재로 하고, 이 기재에 광 산란성을 갖는 미립자를 광확산제로서 포함하는 광확산층을 도포한 시트나 필름이 사용되고 있다.

이러한 광확산판에는 우수한 광확산성과 광투과성이 요구되고, 이들 요구를 만족시키기 위해서는, 우수한 성능의 광확산제가 필요하다. 종래, 광확산제로서는, 황산바륨, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 이산화타이타늄, 실리카, 알루미나, 유리 분말 등의 무기 분말이 사용되어 왔다. 그러나, 보통 무기분말은 입자 형상이 가지각색으로 입경의 격차가 크면서, 빛의 균일 확산성이 모자라고, 광투과율이 낮으며, 또한 무기 분말에 의해서 광확산 판의 표면이 조면화되는 등의 문제가 있었다.

이러한 문제 해결을 위해, 아크릴계 수지, 스타이렌계 수지, 실록산계 수지 등의 유기계의 구상 수지 입자를 이용하는 것이 제안되고 있다. 예컨대, 폴리스타이렌 입자를 포함하는 광확산 판 아크릴 수지 입자, 폴리스타이렌 입자 등의 투명 비드를 함유하는 동시에 적어도 시트의 한편의 면에 미세한 엠보싱 가공이 실시되고 있는 광확산 시트가 제안되고 있다. 그러나, 유기계의 구상 수지 입자를 이용하는 경우, 무기 분말을 이용하는 경우보다도 광투과성이 향상하는 이점이 있었지만, 목적으로 하는 최종 제품인 스크린 등의 성능에 직접 관여하고 있는 수지 입자의 광확산성은 충분하지 않고, 시트 표면의 미세 가공에 의해서도, 그 광확산성은 만족할만한 것은 아니었다.

따라서, 보다 고성능인 스크린 등의 최종 제품의 성능을 실현하기 위해서 광확산판의 광확산성이나 광투과성의 추가적인 향상을 달성할 수 있는 광확산판이 요구되고 있는 실정이다.

특히, 광확산판에 일반적으로 사용되는 폴리카보네이트(Polycarbonate)는 재질의 광확산 소재는 광투과성, 내충격성, 내열성등이 뛰어나 광확산판 자체로서의 성능은 좋으나 가격이 비싸고 재활용이 불가하며 제작과정에서 다량의 CO₂가 발생하여 지구온난화의 주범인 온실가스가 발생한다는 점 때문에 환경오염을 유발하게 됨으로 인해 이에 대한 대체재의 필요성이 증대되고 있다.

국내 등록특허공보 등록번호 10-0518909(2005.09.27.) 국내 등록특허공보 등록번호 10-0755010(2007.08.28.) 국내 실용신안공개공보 공개번호 20-2010-0007480(2010.07.22.)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 LED 조명의 휘도를 낮추고 균일한 광량을 제공하기 위해 저렴하고 재활용 가능한 광투과용 폴리프로필렌과 광확산용 폴리우레판으로 구성된 광확산판을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 LED용 광확산판에 있어서, LED광 투과용 폴리프로필렌 시트와; 폴리프로필렌 시트 일측 또는 양측면에 코팅되어 LED광을 확산시키는 박막의 폴리우레탄;으로 구성된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이 코팅된 LED용 광확산판을 제공함으로써 달성된다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 폴리프로필렌 시트는 두께가 1 ~ 5 mm일 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 폴리우레탄 필름은 두께 0.02 ~ 1 ㎛일 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 LED 조명의 휘도를 낮추고 균일한 광량을 제공하기 위해 LED 광을 투과시키는 폴리프로필렌에 얇은 박막으로 광확산용 폴리우레판을 코팅함으로써 광투과성과 광확산성을 향상시켰다는 장점과,

또한 광확산판의 기본 재질을 폴리프로필렌으로 사용하여 종래 폴리카보네이트 사용시 발생하는 CO₂ 에 의한 온실효과를 저감시키과 동시에 연 29만톤의 폴리카보네이트를 사용량을 대체하였다는 장점과,

또한 광확산판의 생산단가를 획기적으로 낮춤으로써 전체 LED 조명 기구의 단가를 낮출 수 있어, 기존 조명을 LED 조명으로 교체하는 비용을 낮추게 되어 최근 전세계적으로 일고 있는 인위적으로 온실가스배출을 감축하는 CDM(Clean Development Mechanism, 청정개발체제) 사업을 적극적으로 추진할 수 있어, 감축된 온실가스 배출량을 차후 CERs(Certified Emission Reductions)로 인정받아 탄소배출권 판매시장에서 거래하여 경제적 이익을 얻을 수 있다는 잠재적 효과까지 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 LED용 광확산판의 층구조도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 폴리우레탄의 우레아 반응을 보인 예시도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 조명의 광이 확산되는 구조를 보인 예시도이고,
도 4는 백색 LED의 구현방식을 보인 예시도이고((a) RGB 색상 조합, (b)청색LED+형광체, (C)자외선LED+형광체),
도 5는 일반적인 광확산판의 작용 및 적용사례를 보인 예시도이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 LED용 광확산판의 층구조도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 폴리우레탄의 우레아 반응을 보인 예시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 LED용 광확산판은 광확산판의 기재로 사용되어 LED 광을 투과시키는 폴리프로필렌 시트(1)와; 폴리프로필렌 시트 일측 또는 양측면에 코팅되어 LED광을 확산시키는 박막의 폴리우레탄(2);으로 구성된다.

상기 본 발명의 폴리프로필렌 시트는 기계적 물성, 내열성이 우수하고, 2차 성형 및 재활용할 수 있는 장점이 있기 때문에 생산단가가 저렴하고 환경 친환경적인 재료이다. 또한 LED광을 균일하게 투과시키게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 폴리프로필렌 시트의 두께는 1 ~ 5mm의 범위가 바람직하다. 폴리프로필렌 시트(1)의 두께가 1mm 이하이면 LED광의 세기가 너무 강해 광학산용 폴리우레탄에서 광확산 능력을 저하시킬수 있고, 또한 광확산판의 강도가 약화되어 내구성이 떨어질 수 있다는 문제점이 있고, 5mm 이상이면, 오히려 광투과도를 떨어뜨리기 때문에 LED 광원의 높은 휘도를 얻기 힘들기 때문이다.

본 발명에서 사용되는 폴리프로필렌 시트는 한 실시예에 의한 도면에서는 평판형이 도시되어 있지만 경우에 따라 평판형 뿐만 아니라, 튜브형 또는 돔형의 형상을 가질수 있어 다양한 형상의 광확산판을 제조할 수 있다.

상기 폴리우레탄 필름은 LED광의 광확산을 위한 목적으로 사용되는데 폴리프로필렌 시트를 통과한 LED광의 광확산율을 증가시키게 되는데, 그 두께는 0.02 ~ 1 ㎛ 정도로 한다. 두께가 0.02㎛ 보다 얇으면 내구성이 약하고, 광투과율이 너무 높아 균일한 LED 광의 확산기능이 떨어지고, 1 ㎛ 이상이면 LED광의 광투과율이 저하되기 때문이다. 본 발명에 사용되는 폴리우레탄은 도 2와 같은 이소시아네이트기와 알콜기의 결합에 의한 우레아 반응으로 형성되는 대표적인 고분자 수지이다.

상기 폴리우레탄은 얇게 피막 코팅되는 것으로 폴리프로필렌의 일측 또는 양측에 박막 코팅된다. 코팅방법은 스프레이 코팅 또는 기타 공지의 액상재 코팅방법을 사용 하면 된다. 양측 코팅시는 일측 코팅이 건조된 후 동일한 방법으로 코팅을 실시한다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 조명의 광이 확산되는 구조를 보인 예시도인데, 도시된 바와 같이 LED조명의 광원이 광확산판을 지나면서 균일하게 확산됨을 알 수 있어 본 발명에 따른 광확산판의 확산능력이 좋음을 알 수 있다.

본 발명의 광확산판은 광투과율이 60% 이상이고, 흐림도는 99% 이상이고, 내후성은 색차 0.7, 황연도 0.34 이하이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예이다.

(실시예 1)

먼저 두께 1mm의 폴리프로필렌 시트(1)를 50(가로) ㅧ 40(세로)cm의 크기를 가지는 LED 조명기구에 맞게 자른 후, 폴리프로필렌 시트의 일측면에 폴리우레탄을 두께 0.02㎛로 스프레이 코팅후 24시간 건조하여 광확산판을 완성시킨다.

이와 같은 광확산판을 5 ㅧ 5개의 LED 전등이 부착된 조명기구의 전면에 설치후 확인한 바 광투과율이 60%, 흐림도는 99%, 내후성은 색차 0.7, 황연도 0.34 이하가 나왔다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 폴리프로필렌 시트
(2) : 폴리우레탄필름

Claims (3)

1. LED용 광확산판에 있어서,
   LED광 투과용 폴리프로필렌 시트(1)와;
   폴리프로필렌 시트 일측 또는 양측면에 코팅되어 LED광을 확산시키는 박막의 폴리우레탄(2);으로 구성된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이 코팅된 LED용 광확산판.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 폴리프로필렌 시트는 두께가 1 ~ 5mm인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이 코팅된 LED용 광확산판.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 폴리우레탄 두께 0.02 ~ 1 ㎛로 코팅된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이 코팅된 LED용 광확산판.
   
   
   

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