KR20160132429A

KR20160132429A - 광 조정용 소자

Info

Publication number: KR20160132429A
Application number: KR1020167027869A
Authority: KR
Inventors: 루돌프 바그너; 권터 프라이; 클라우스 마레크; 아민 그라이너; 요헨 비아렉
Original assignee: 칼 프로이덴베르크 카게
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2016-11-18
Also published as: WO2015135790A1; ES2949183T3; KR101922192B1; EP3117248B1; TW201544853A; US20170073899A1; TWI582468B; MY197367A; EP3117248A1; US10472770B2; JP2017512924A; JP6608853B2; DE102014003418B4; DE102014003418A1

Abstract

본 발명은 광 분산 소자(light distributing element)로서, a1) 5 내지 50중량%의 매트릭스 섬유(matrix fiber) 및 a2) 50 내지 95중량%의 적어도 부분적으로 열적으로 용융된 바인딩 섬유(binding fiber) 또는 b1) 50 내지 80중량%의 매트릭스 섬유 및 b2) 20 내지 50중량%의 결합제(binder)를 포함하는 습식 형성 부직포 재료(wet-laid nonwoven)의 사용에 관한 것이다.

Description

광 조정용 소자 {ELEMENT FOR MANIPULATING LIGHT}

본 발명은 광 분산 소자(light distributing element)로서 부직포 재료의 사용 및 이와 같은 광 분산 소자를 포함하는 광원에 관한 것이다.

예컨대 LED-등과 같은 점형 광원들은 다양한 적용 예에서 에너지 효율적인 조명 방식으로 사용된다. 그러나 동시에, 많은 경우에는 하나의 표면적 또는 공간을 균일하게 분산된 광도로 가급적 균일하게 조명해야 할 필요성이 제기된다. 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 예를 들어 종이, 광학적 특수 박막 또는 직물과 같은 다양한 분산 매체 및/또는 확산 매체가 사용될 수 있다. 균일한 광 분산 이외에, 다양한 적용 예에서는 예를 들어 광 시준(light collimation) 또는 반사율과 투과율의 특정한 비율과 같은 추가의 광 조정이 필요하다.

종이는 매우 비용 저렴한 확산 소자를 나타내지만, 단지 낮은 휘도를 갖는다. 광학적 특수 박막을 사용함으로써, 현저히 더 높은 휘도가 달성될 수 있다. 그러나 상기 광학적 특수 박막의 단점은 이러한 광학적 특수 박막이 일반적으로 단 한 가지 재료 종류로부터 발생한다는 것이다. 그러나 광 조정을 위해서는 빈번하게, 상이한 굴절률 및 다른 특성들을 갖는 재료들을 매우 짧은 간격을 두고 결합하는 것이 필요하다. 첨가제들의 혼입, 추후의 표면 처리 또는 다수의 층의 적층에 의해 박막들은 특수한 광학적 특성들에 대해 설정될 수는 있지만, 그러나 이는 높은 비용의 추가 공정 단계들을 요구한다. 또한 다층 특수 박막의 경우에는 특히 열 작용하에 추가로, 사용된 재료들의 상이한 열 팽창 계수로 인한 발생 가능한 박리 현상(delamination) 또는 변형 현상(deformation)의 문제가 나타난다.

이와 같은 이유로, 직물 재료들 및 특히 광 분산 소자로서 부직포 재료들의 사용이 바람직한 것으로 증명되었는데, 그 이유는 섬유 혼합 공정, 섬유층 형성 공정 및 섬유층 경화 공정의 적합한 선택에 의해 다양한 구조적 및 물질적 조성들이 간단한 방식으로 하나의 공정 순서에서 발생할 수 있기 때문이다. 그럼으로써, 우수한 구현시 제조 비용이 다른 확산 매체와 비교하여 낮게 유지될 수 있다.

WO 2013/012974 A1호에는 발광제, 광 가이드 플레이트 및 확산 플레이트를 포함하는 광원이 공지되어 있다. 상기 확산 플레이트는 특정한 면적 중량을 갖는 부직포 재료로 이루어질 수 있다.

WO 2013/116193 A1호에는 광원과 LCD-스크린 사이에 부직포 재료로 이루어진 확산 소자가 배치되어 있는 디스플레이 시스템이 기술되어 있다.

WO 2006/129246 A2호는 기판상에 배치된 발광제 및 특수한 밀도 설정의 부직포 재료로 이루어진 광 분산 소자를 포함하는 광원을 기술한다.

언급된 간행물들에서는 각각 광 시스템이 중심을 이루고 있다. 광 확산 특성들을 최적화하기 위해 부직포 특성들을 설정하는 것과 관련해서는 단지 개별적인 암시만이 주어진다.

본 발명의 과제는 특히 우수한 광 확산 특성들을 갖는 광 분산 소자를 제공하는 것이다. 특히 상기 광 분산 소자는, 예를 들어 LED 및/또는 CCFL과 같은 점형 광원 및/또는 선형 광원의 매우 우수한 광도 분포를 적당한 가격의 제조와 조합할 수 있어야 한다.

이와 같은 과제는 본 발명에 따라 광 분산 소자로서,

a1) 5 내지 50중량%의 매트릭스 섬유(matrix fiber) 및

a2) 50 내지 95중량%의 적어도 부분적으로 열적으로 용융된 바인딩 섬유(binding fiber) 또는

b1) 50 내지 80중량%의 매트릭스 섬유 및

b2) 20 내지 50중량%의 결합제(binder)

를 포함하는 습식 형성 부직포 재료(wet-laid nonwoven)가 사용됨으로써 해결된다.

본 발명에 따라, 적어도 50중량%의 바인딩 섬유 또는 적어도 20중량%의 결합제의 높은 비율을 갖는 습식 형성 부직포 재료가 광 분산 소자로서 현저히 적합하다는 사실이 확인되었다. 본 발명에 따라, 매트릭스 섬유 및 바인딩 섬유는 단섬유(staple fiber)이다. 본 발명에 따라, 이론적으로 무제한의 길이를 갖는 필라멘트와 비교하여 단섬유는, 바람직하게 1㎜ 내지 30㎜ 제한된 길이를 갖는 섬유를 의미한다.

본 발명에 따른 부직포 재료를 이용해서는, 예를 들어 LED와 같은 점형 광원들의 놀랍도록 우수한 광도 분포가 달성될 수 있다. 본 발명에 따라, 하나의 메커니즘에 고정되지 않고, 부직포 재료가 습식 형성 방법(wet-laying method)에서 자체 제조에 의해 최대로 균일하고 등방성(isotropic)의 섬유 구조를 나타냄으로써 높은 휘도가 야기되는 것으로 추정되며, 상기 섬유 구조는 적어도 부분적으로 용융된 바인딩 섬유 및/또는 결합제의 높은 비율에 의해 매우 균일하게 경화되어 있다. 추가로, 바인딩 섬유 및/또는 결합제의 높은 비율은 섬유의 우수한 표면 통합 및 횡단면에 걸쳐서 부직포 재료의 균일한 관통 결합을 구현하며, 이는 마찬가지로 휘도에 바람직하게 작용한다.

본 발명에 따르면, 바인딩 섬유는 적어도 부분적으로 용융되어 있으며, 이는 마찬가지로 휘도에 바람직한 영향을 준다. 상기 바인딩 섬유는 용융된 영역들 및 용융되지 않은 영역들을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 바인딩 섬유는 바람직하게 적어도 몇몇의 섬유 교차점에서, 바람직하게는 교차점들의 적어도 40%, 또는 적어도 50%, 또는 적어도 60%, 또는 적어도 70%, 또는 적어도 80%, 또는 적어도 90%에서 용융되어 존재한다.

실제 실험들은 부직포 재료가, 도 1에 제시된 REM 사진에 도시된 바와 같이, 돛 모양(sail-shaped) 및/또는 구 모양(spherical) 영역들의 형태로 적어도 몇몇 섬유 교차점에서 용융되어 존재하는 바인딩 섬유를 포함하는 경우에 특히 우수한 광도 분포를 얻을 수 있다는 결과를 얻었다. 용융된 영역들의 종류 및 조성은 사용된 바인딩 섬유 및 제조 방법에 의존한다. 예를 들어 바인딩 섬유로 결합하는 중합체 비율 및 결합하지 않는 중합체 비율을 갖는 다중 성분 섬유가 사용되면, 상기 용융된 영역들은 실질적으로 상기 결합하는 중합체 비율에 의해 형성된다. 이 경우, 상기 용융된 영역들은 2개 또는 그 이상의 바인딩 섬유의 교차점들 및/또는 바인딩 섬유와 매트릭스 섬유의 교차점들에서 발생할 수 있다. 실제 실험들은 본 발명에 따라, 돛 모양 및/또는 구 모양 영역들의 형태로 용융된 바인딩 섬유가 부직포 재료의 휘도 분포에 바람직하게 작용한다는 결과를 얻었다.

본 발명에 따라, 하나의 메커니즘에 고정되지 않고, 이와 같은 영역들은 바람직하게 광 반사 표면들로 기능 할 수 있는 것으로 추정된다. 이와 같은 이유로, 부직포 재료의 휘도 분포는 이와 같은 용융된 영역들의 비율을 높임으로써 증가할 수 있다. 이와 같은 이유로, 부직포 재료 내에서 바인딩 섬유와 바인딩 섬유의 교차점들 및/또는 바인딩 섬유와 매트릭스 섬유의 교차점들의 바람직하게 적어도 40%, 또는 적어도 50%, 또는 적어도 60%, 또는 적어도 70%, 또는 적어도 80%, 또는 적어도 90%, 또는 실질적으로 전체는, 상기 바인딩 섬유가 돛 모양 및/또는 구 모양으로 용융되어 존재하는 영역들을 포함한다.

용융된 바인딩 섬유의 상기 돛 모양 및/또는 구 모양 영역들의 형성은, 예를 들어 고온 공기를 이용한 열적 경화 공정 시 이루어질 수 있다. 이 경우, 온도 파라미터 및 지속 시간은 바람직하게 사용된 바인딩 섬유의 종류 및 상기 용융된 영역들의 목표한 개수 또는 크기에 적합하게 조정된다.

도 2에는 비교를 위해, 선행 기술의 부직포 재료의 섬유 구조가 제시되어 있으며, 상기 섬유 구조에서는 평평한 섬유 용융부들이 존재하지 않고, 오히려 섬유들이 단지 서로 접착된다.

부직포 재료의 경화 공정을 위해 결합제가 사용되면, 이와 같은 결합제는 적어도 몇몇의 섬유 교차점에서 돛 모양 및/또는 구 모양 영역들의 형태로 존재하도록 선택된다. 본 발명의 이와 같은 실시 형태도, 특히 우수한 광도 분포를 얻을 수 있음을 보여주었다.

본 발명에 따라, 매트릭스 섬유는 단섬유이다. 이와 같은 매트릭스 섬유는 단일 성분 섬유 또는 다중 성분 섬유일 수 있다. 비용적인 이유들로 인해, 단일 성분 섬유를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 평균 섬유 길이는 바람직하게 1㎜ 내지 30㎜, 더 바람직하게는 2㎜ 내지 12㎜ 그리고 특히 3㎜ 내지 6㎜이다.

본 발명에 따라, 특히 적합한 매트릭스 섬유는 바인딩 섬유의 용융점 위에 놓인 용융점을 갖는 섬유이다.

본 발명에 따라, 매트릭스 섬유로서 다양한 단섬유가 사용될 수 있는데, 예를 들어 폴리아크릴니트릴, 폴리비닐알코올, 비스코스, 셀룰로오스, 폴리아미드, 특히 폴리아미드 6 및 폴리아미드 6.6, 바람직하게 폴리올레핀 및 특히 매우 바람직하게는 폴리에스테르, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 및/또는 이와 같은 물질들의 혼합물들을 함유하는 섬유, 및/또는 상기 물질들 및/또는 상기 물질들의 혼합물들로 이루어진 섬유가 사용될 수 있다. 실제 실험들은, 폴리아미드, 바람직하게 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아크릴니트릴, 폴리카보네이트, 비스코스 및/또는 리오셀을 함유하는 섬유 및 특히 앞서 언급된 중합체들 또는 상기 중합체들의 혼합물들로 이루어진 섬유를 이용하여 특히 우수한 특성들을 갖는 부직포 재료를 얻을 수 있다는 결과를 얻었다.

본 발명에 따라, 적어도 50중량%의 바인딩 섬유 비율을 포함하는 습식 형성 부직포 재료(옵션 a)의 경우, 매트릭스 섬유의 비율은 각각 상기 부직포 재료의 전체 중량을 기준으로, 5 내지 50중량%, 바람직하게 5 내지 20중량% 및 특히 5 내지 10중량%이다.

본 발명에 따라, 적어도 20중량%의 결합제 비율을 포함하는 습식 형성 부직포 재료(옵션 b)의 경우, 매트릭스 섬유의 비율은 각각 상기 부직포 재료의 전체 중량을 기준으로, 50 내지 80중량%, 바람직하게 55 내지 75중량% 및 특히 60 내지 70중량%이다.

상기 매트릭스 섬유의 평균 섬도는 부직포 재료의 목표한 구조에 따라 변동할 수 있다. 특히, 0,06 내지 1,7dtex의 평균 섬도, 바람직하게는 0,1 내지 1,0dtex의 평균 섬도를 갖는 매트릭스 섬유를 사용하는 것이 바람직한 것으로 확인되었다.

실제 실험들은, 매트릭스 섬유로서 1dtex 미만의 평균 섬도, 바람직하게는 0,1 내지 1dtex의 평균 섬도를 갖는 초미세섬유(microfiber)를 적어도 비율에 따라 사용하는 것이 공극 크기와 내부 표면의 크기 및 구조 그리고 부직포 재료의 밀도에 바람직하게 작용한다는 결과를 얻었다. 이 경우, 각각 섬유의 총량을 기준으로, 적어도 5중량%, 바람직하게는 5 내지 10중량%의 비율이 특히 바람직한 것으로 확인되었다.

적어도 부분적으로 열적으로 용융될 수 있다는 조건에서, 바인딩 섬유로서 이와 같은 목적을 위해 사용되었던 통상적인 단섬유가 사용될 수 있다. 바인딩 섬유는 통일된 섬유 또는 다중 성분 섬유일 수 있다. 본 발명에 따르면, 특히 적합한 바인딩 섬유는 결합할 매트릭스 섬유의 용융점 아래에 놓인 용융점, 바람직하게는 250℃ 아래의 용융점, 특히 70 내지 230℃의 용융점, 특히 바람직하게는 125 내지 200℃의 용융점을 갖는 섬유이다. 적합한 섬유는 특히 열가소성 폴리에스테르 및/또는 코폴리에스테르, 특히 PBT, 폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 또는 공중합체들 그리고 상기 물질들의 공중합체들 및 혼합물들이다.

본 발명에 따르면, 특히 적합한 바인딩 섬유는 다중 성분 섬유, 바람직하게는 2성분 섬유, 특히 코어/재킷-섬유이다. 코어/재킷-섬유는 상이한 연화 온도 및/또는 용융 온도를 갖는 적어도 2개의 섬유 중합체를 함유한다. 바람직하게 상기 코어/재킷-섬유는 이와 같은 2개의 섬유 중합체로 이루어진다. 이 경우, 더 낮은 연화 온도 및/또는 용융 온도를 갖는 성분은 섬유 표면(재킷)에 위치하고, 그리고 더 높은 연화 온도 및/또는 용융 온도를 갖는 성분은 코어에 위치한다.

코어/재킷-섬유에서 결합 기능은 섬유 표면에 배치되어 있는 재료들에 의해 수행될 수 있다. 재킷을 위해서는 다양한 재료들이 사용될 수 있다. 본 발명에 따라, 재킷을 위해 바람직한 재료들은 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌(PE), 코폴리아미드 및/또는 코폴리에스테르이다. 코어를 위해서는 마찬가지로 다양한 재료들이 사용될 수 있다. 본 발명에 따라, 코어를 위해 바람직한 재료들은 폴리에스테르(PES), 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및/또는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및/또는 폴리올레핀(PO)이다.

본 발명에 따라, 코어-재킷-바인딩 섬유를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 이와 같은 방식으로 부직포 재료 내에서 결합제 성분들의 특히 균일한 분포가 달성될 수 있기 때문이다.

실제 실험들에서는 PET-PBT-2성분 섬유 및/또는 PET-CoPES-2성분 섬유를 이용하여 매우 우수한 특성들을 갖는 부직포 재료를 얻을 수 있었다. 마찬가지로 우수한 결과들은, 특히 폴리에틸렌-폴리프로필렌-2성분 섬유와 같은 폴리올레핀 부류의 섬유를 이용하여 달성될 수 있었다. 마찬가지로 PEN-PET-2성분 섬유가 적합할 수 있다.

그러나 마찬가지로, 적어도 부분적으로 열적으로 용융될 수 있다는 조건에서, 단일 성분 바인딩 섬유를 사용하는 것도 고려할 수 있다. 이 경우, 단일 성분 바인딩 섬유는 사용된 매트릭스 섬유에 따라 선택된다. 예를 들어 폴리아미드 6 바인딩 섬유는 폴리아미드 66 매트릭스 섬유의 결합에 적합하고, 그리고 코폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트의 결합에 적합하다.

바인딩 섬유의 평균 섬유 길이는 바람직하게 1㎜ 내지 30㎜, 더 바람직하게는 1,5㎜ 내지 12㎜ 및 특히 3,0㎜ 내지 6,0㎜이다.

본 발명에 따라, 바인딩 섬유의 비율(옵션 a)은 각각 부직포 재료의 전체 중량을 기준으로, 50 내지 95중량%, 바람직하게는 80 내지 95중량% 및 특히 90 내지 95중량%이다.

바인딩 섬유의 평균 섬도는 부직포 재료의 목표한 구조에 따라 변동할 수 있다. 0,2 내지 2,2dtex의 평균 섬도, 바람직하게는 0,8 내지 1,3dtex의 평균 섬도를 갖는 바인딩 섬유를 사용하는 것이 바람직한 것으로 확인되었다.

바인딩 섬유는 열 용융 공정에 의해 서로 그리고/또는 부직포 재료의 매트릭스 섬유와 결합할 수 있다. 고온 공기 컨베이어 오븐 내에서 관류하는 고온 공기를 이용한 경화 공정 및/또는 고온 공기가 관류하는 드럼 상에서의 경화 공정이 특히 적합한 것으로 확인되었다. 그럼으로써 본 발명에 따르면, 용융된 바인딩 섬유의 돛 모양 및/또는 구 모양 영역들이 형성될 수 있다.

두께 보정은 2개의 평탄한 캘린더 롤러(calender roller) 사이에서 설정될 수 있다. 부직포 재료를 제조하기 위해 사용된 섬유는 원칙적으로 다양한 색상을 가질 수 있다. 그러나 본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 따르면, 백색 섬유가 사용된다.

단사 섬유인지, 또는 다중 성분 섬유인지와 관계없이, 섬유의 횡단면은 원형, 타원형, 표면이 파인 형태, 성형(star-shaped), 리본형(ribbon-shaped), 삼각단면(trilobal) 또는 이형단면(multilobal) 형태로 형성될 수 있다. 본 발명에 따라, 섬유의 횡단면은 바람직하게 원형으로 형성되어 있다.

본 발명에 따른 습식 형성 부직포 재료를 구성하는 섬유는 기계적으로 또는 공기 역학적으로 신장 또는 연신 되어 있을 수 있다. 이와 같은 섬유 사용시 방향 설정된 섬유가 더 높은 탄성률 및 그에 따라 바람직하게 더 높은 강성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 연신 된 섬유에, 단지 부분적으로(partial) 연신 되었거나 또는 전혀 연신 되지 않은, 동일한 또는 상이한 중합체 구성의 섬유를 혼합하는 것도 고려할 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 습식 형성 부직포 재료는 바람직하게 열적 결합에 의해, 특히 바인딩 섬유의 사용에 의해 결합 되어 있다. 그러나 대안적으로 또는 추가적으로 습식 형성 부직포 재료가 화학적으로 경화되어 있는 것도 고려할 수 있다. 본 발명의 이와 같은 실시 형태에서 결합제의 중량은 적어도 20중량%, 바람직하게 30 내지 50중량%이다.

본 발명에 따른 방법을 위해 결합제로서 특히 아크릴레이트 중합체가 적합한 것으로 확인되었는데, 그 이유는 이와 같은 아크릴레이트 중합체가 특히 우수한 광 안정성을 갖기 때문이다. 이 경우, 아크릴산의 에스테르로 제조되는 폴리아크릴산에스테르가 특히 바람직하다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 폴리아크릴산에스테르는 라디칼 연쇄 중합(radical chain polymerization)을 통해 수용액 내에, 에멀젼(에멀션 중합) 내에 제조될 수 있거나, 또는 최종 산출물과 괴상 중합(bulk polymerization)에 의해 분말로 제조될 수 있다.

실제 실험들은, 본 발명에 따른 바람직한 매트릭스 섬유와 조합된 친수성 결합제가 특히 적합하다는 결과를 얻었는데, 그 이유는 상기 친수성 결합제가 섬유의 교차점들에서 특히 평평한 돛을 형성할 수 있으며, 이는 부직포 재료의 광 분산 특성들에 바람직하게 작용하기 때문이다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 결합제의 친수성은, 예를 들어 결합제 분산에 영향을 주기 위해 습윤제가 첨가됨으로써 높아질 수 있다. 현재의 결합제 분산물 내의 유화제 또는 습윤제에 의해 표면 장력은 감소하고, 상기 결합제의 습윤성은 증가하며, 그리고 그럼으로써 막 형성 특성들은 개선된다. 그에 따라, 섬유 교차점들에서 돛 형성 경향이 증대된다.

습윤제로는 용액 내에서 또는 혼합물 내에서 물 또는 다른 액체의 표면 장력을 감소시킴으로써, 결과적으로 고체 표면 내에 더 우수하게 침투하고 공기의 분출하에 상기 고체 표면을 적시고 습윤 시킬 수 있는 천연 물질 또는 합성 물질이다.

바람직하게 습윤제는 산화에틸렌/지방-알코올에테르, 지방산-에톡시레이트, 술포네이트, 아릴-술폰산, 인산에스테르-글리콜에테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 따르면, 결합제는 각각 상기 결합제의 총량을 기준으로, 적어도 0,5중량%, 바람직하게 0,5중량% 내지 5중량%, 더 바람직하게는 0,5중량% 내지 3중량%, 또는 1중량% 내지 3중량%, 더 바림직하게는 0,5중량% 내지 2중량%, 또는 1중량% 내지 2중량%, 더 바람직하게는 0,5중량% 내지 1,5중량%, 또는 1중량% 내지 1,5중량%의 적어도 하나의 습윤제를 함유한다.

부직포 재료를 제조하기 위해 사용된 중합체는 150ppm 내지 10중량%의, 색소, 정전기 방지제, 친수성 첨가제 또는 소수성 첨가제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제를 함유할 수 있다. 상기 사용된 중합체 내에 언급된 첨가제들을 사용함으로써 고객의 특수한 요구 사항들에 맞출 수 있다.

부직포 재료의 확산 특성들을 제어하기 위해 매트릭스 섬유 및/또는 바인딩 섬유는 추가로 이산화티타늄과 같은 평탄제(flatting agent)를 함유할 수 있다. 이와 같은 목적을 위해, 특히 부직포 재료의 전체 중량을 기준으로, 150ppm 내지 10중량%의 비율의 평탄제가 바람직한 것으로 확인되었다.

또한, 상기 부직포 재료가 화염을 저지하도록, 예를 들어 인산 유도체를 갖는 것도 고려할 수 있다. 그럼으로써, 고온 광원과 접촉시 화재 위험이 감소할 수 있다.

원칙적으로 부직포 재료를 층 복합물 형태로 사용하는 것을 고려할 수 있다. 이와 같은 방식으로 추가의 층들이 보강층으로서, 예를 들어 스크림(scrim)의 형태로 형성될 수 있고, 그리고/또는 보강 필라멘트, 부직포 재료, 직물, 편성포 및/또는 편물을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명에 따라 바람직한 상기 부직포 재료는 바람직하게 단층 구조를 갖는데, 그 이유는 그럼으로써 경계면 접합부들에 의한 광학적 장애들이 방지될 수 있기 때문이다.

광학적 장애들을 방지하기 위해서는 본 발명에 따라, 추가로 부직포 재료가 실질적으로 평탄한 표면을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 특히 바람직한 일 실시 형태에 따르면, 부직포 재료의 3가지 임의의 샘플이 EN 29073 - T2 실험 규격에 따라 측정된 자체 두께에서 최대 15%의 편차, 더 바람직하게는 최대 10%의 편차를 갖도록, 부직포 재료는 이와 같은 평탄한 표면을 갖는다.

본 발명에 따른 부직포 재료의 면적 중량은 특수한 적용 목적에 따라 설정될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 따르면, 부직포 재료의 면적 중량은 DIN EN 29073에 따라 측정했을 때, 바람직하게 50 내지 160g/㎡, 특히 70 내지 140g/㎡이다. 이와 같은 중량 범위들에서, 충분한 자체 강성 및 평평한 층(볼 아님)을 갖는 부직포 재료를 얻기에 충분한 섬유량이 존재한다는 사실이 드러났다. 이와 같은 맥락에서도, 상기 부직포 재료가 단층 구조를 갖는 경우가 바람직하다. 말하자면, 단층 부직포 재료는 단지 낮은 볼 경사(slope of bowl)만을 갖는데, 그 이유는 층 장력이 발생하지 않기 때문이다.

EN 29073 - T2 실험 규격에 따라 측정된 부직포 재료의 두께는 바람직하게 60 내지 180㎛ 및 특히 80 내지 140㎛이다.

실제 실험들은 부직포 재료의 밀도가 높아짐으로써 휘도 분포가 개선될 수 있다는 결과를 얻었다. 이와 같은 이유로, 부직포 재료의 밀도(면적 중량 및 두께로부터 계산된 부피 밀도)는 바람직하게 적어도 0,4g/㎤, 예를 들어 0,4 내지 1g/㎤, 그리고 더 바람직하게는 0,6 내지 0,9g/㎤이다. 부직포 재료의 밀도는 예를 들어 상기 부직포 재료의 제조시 압축 단계/캘린더링 단계(calendering)에 의해 높아질 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 따르면, 부직포 재료는 DIN 50014/ISO 554에 따른 표준 대기에서 EN ISO 9237에 따라, 10 내지 600d㎥/s^*㎡의 공기 투과율을 갖는다.

사용된 재료들의 두께, 중량 및 밀도로부터 계산된 부직포 재료의 공극률(P = (1 - FG/(d·&·δ))·100, 이때 FG는 kg/㎡ 단위의 면적 중량, d는 m 단위의 두께 및 δ는 kg/㎥ 단위의 밀도)은 바람직하게 40 내지 60%이다.

본 발명에 따른 부직포 재료는 습식 형성 방법에 의해 제조될 수 있는 습식 형성 부직포 재료이다. 가급적 균일하고 등방성의 부직포 재료를 얻기 위해, 섬유층 형성 이전에 섬유가 우수하게 혼합되고 균일하게 분산되는 경우가 바람직하다.

본 발명에 따른 습식 형성 부직포 재료는 다음의 단계들을 포함하는 일 방법에 의해 제조될 수 있다:

매트릭스 섬유 및 경우에 따라 바인딩 섬유를 포함하는 섬유 혼합물을 분산시킴으로써, 수성 매질 내에 수성 섬유 분산물을 형성하는 단계;

습식 형성 섬유층의 형성하에 상기 섬유 분산물을 탈수하는 단계;

습식 형성 부직포 재료로 경화시키고 그 두께를 설정하기 위해, 상기 습식 형성 섬유층을 건조, 열적 결합 및 캘린더링 하는 단계.

상기 수성 섬유 분산물의 형성 단계는 습식 형성 부직포 재료 제조 분야에서 통상적인 방식으로, 섬유와 물을 혼합함으로써 이루어질 수 있다.

상기 섬유 분산물을 형성하기 위해, 바인딩 섬유 및 매트릭스 섬유는 바람직하게 각각, 상기 섬유 분산물 내에서 바인딩 섬유 대 매트릭스 섬유의 비율이 1:1 내지 20:1, 바람직하게는 5:1 내지 10:1이 되도록 하는 중량으로 사용된다.

상기 섬유 분산물은 바인딩 섬유 및 매트릭스 섬유 이외에 추가의 성분들, 예를 들어 마킹제(marking agent), 결합제 및/또는 통상적인 첨가제들, 예컨대 방적 보조제를 함유할 수 있다.

상기 습식 형성 섬유층의 형성하에 섬유 분산물의 탈수 단계는 마찬가지로 습식 형성 부직포 재료 제조 분야에서 통상적인 방식으로, 예를 들어 여과망(sieve) 상에 혼합물을 방출함으로써, 그리고 물을 흡수함으로써 이루어질 수 있다.

섬유층 형성 단계 이후에는 건조 단계 또는 예를 들어 고온 공기를 이용한 드럼을 통한 예비 경화 단계가 이어질 수 있다. 이 경우, 온도는 100 내지 225℃의 범위 내에 놓일 수 있다.

형성되고, 경우에 따라 예비 경화된 부직포 재료는 후속하여 캘린더링 될 수 있다. 상기 캘린더링 단계는 습식 형성 부직포 재료의 콤팩팅(compacting) 및 경우에 따라 경화 조건하에 용융 활성화된 섬유 또는 섬유 성분들의 산소 용접을 야기한다.

상기 캘린더링 단계는 고온 공기 및 압력에 의해 이루어진다. 적합한 온도는 습식 형성 부직포 재료의 제조에 사용된 섬유의 종류에 따라서 일반적으로 100 내지 250℃이다.

폴리올레핀 섬유를 사용하는 경우, 각각 사용된 올레핀 섬유 또는 섬유 성분들에 따라서, 일반적으로 100 내지 160℃의 캘린더 온도가 사용된다. 캘린더 조건들은 특히 각각의 경우에 사용된 중합체의 용융 특성 및 연화 특성에 적합하게 조정된다. 폴리에스테르 바인딩 섬유의 사용시 캘린더 온도는 일반적으로 170 내지 230℃이다.

캘린더는 원칙적으로 2개의 평탄한 롤러로 이루어진다. 구조화된 표면이 요구되는 각각의 경우에는 롤러가 엠보싱 패턴(embossing pattern)을 가질 수도 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 따르면, 부직포 재료의 캘린더링 단계 및/또는 예비 경화 단계는, 바인딩 섬유의 적어도 부분적인 용융이 달성됨으로써, 용융된 바인딩 섬유의 돛 모양 및/또는 구 모양 영역들이 형성될 수 있도록 실시된다. 이 경우, 상기 캘린더링 단계 및/또는 예비 경화 단계의 압력 파라미터 및 온도 파라미터, 그리고 상기 단계들의 지속 시간은 바람직하게 사용된 바인딩 섬유의 종류 및 용융된 영역들의 목표한 개수 또는 크기에 적합하게 조정된다.

본 발명에 따른 초미세섬유-복합 부직포 재료는 광 분산 소자로서 현저히 적합하다. 본 발명의 추가의 대상은 적어도 하나의 조명 수단 및 앞서 기술된 바와 같은 광 분산 소자로서 부직포 재료를 포함하는 광원이다.

조명 수단으로서, 특히 LED와 같은 점형 광원들 및/또는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)과 같은 선형 광원들이 적합하다. 이 경우, LED(light emitting diode)는 적외선 내지 자외선 광 파장 범위 내에서 광을 방출할 수 있는 발광 다이오드로 이해된다. LED는 유기 다이오드, 무기 다이오드 또는 레이저 기반 다이오드를 포함하는 다양한 종류의 발광 다이오드로 이해된다.

본 발명에 따른 광원은 다양한 조명 목적을 위해, 예를 들어 실내조명 및/또는 메시지 전달을 위해 이용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 따르면, 광원은 액정 스크린(LCD)의 배면 조명을 위해 사용된다.

다음에서 본 발명은 다수의 예시에 의해 더 상세하게 설명된다.

예시 1: 습식 형성 부직포 재료 1의 제조

본 발명에 따른 습식 형성 부직포 재료 1은 일 습식 형성 방법에서 90중량%의 폴리에스테르-코폴리에스테르-코어/재킷 섬유 1,5dtex/6㎜ 및 10중량%의 폴리에스테르-매트릭스 섬유 1,1dtex/6㎜로 이루어진 80g/㎡의 면적 중량을 갖도록 제조된다. 경화 공정은 관류 건조기 내에서 고온 공기에 의해 이루어진다. 두께는 평탄한 캘린더 롤러들 사이에서 가압됨으로써 110㎛로 설정된다.

예시 2: 습식 형성 부직포 재료 2의 제조

습식 형성 부직포 재료 2는 일 습식 형성 방법에서 80중량%의 폴리올레핀-코어/재킷 섬유 1,1dtex/4㎜ 및 20중량%의 폴리프로필렌-매트릭스 섬유 0,8dtex/5㎜로 이루어진 95g/㎡의 면적 중량을 갖도록 제조된다. 경화 공정은 관류 건조기 내에서 고온 공기에 의해 이루어진다. 두께는 평탄한 캘린더 롤러들 사이에서 가압 됨으로써 125㎛로 설정된다.

본 발명에 따른 부직포 재료는 바인딩 섬유의 높은 비율을 특징으로 한다. 이와 같은 바인딩 재료는 섬유 교차점들에서 부분적으로 돛 모양 및/또는 구 모양 영역들의 형태로 용융되어 존재한다.

예시 3: 부직포 재료 3의 제조

습식 형성 부직포 재료 3은 일 습식 형성 방법에서 50중량%의 비결정성 폴리에스테르-바인딩 섬유 1,7dtex/12㎜ 및 50중량%의 폴리에스테르-매트릭스 섬유 0,5dtex/3㎜로 이루어진 100g/㎡의 면적 중량을 갖도록 제조된다. 경화 공정은 가열된 캘린더 롤러들에 의해 이루어지며, 이때 동시에 150㎛의 두께가 야기된다.

이와 같은 종류의 부직포 재료는 많이 용융된 영역들을 포함하지 않고, 오히려 섬유들은 자체 원형에서 서로 접착된다.

예시 4: 부직포 재료의 휘도 분포의 측정

도 3에서 본 발명에 따른 부직포 재료 1(V1) 및 2(V2)의 휘도 분포가 본 발명에 따르지 않는 부직포 재료 3(V3)와 비교된다. 본 발명에 따른 부직포 재료 1 및 2가 현저히 더 높은 휘도, 말하자면 본 발명에 따르지 않는 부직포 재료 3보다 대략 50cd/㎡만큼 더 높은 휘도를 갖는다는 사실이 명백하게 드러난다.

Claims

광 분산 소자(light distributing element)로서 습식 형성 부직포 재료(wet-laid nonwoven)에 있어서,
a1) 5 내지 50중량%의 매트릭스 섬유(matrix fiber) 및
a2) 50 내지 95중량%의 적어도 부분적으로 열적으로 용융된 바인딩 섬유(binding fiber) 또는
b1) 50 내지 80중량%의 매트릭스 섬유 및
b2) 20 내지 50중량%의 결합제(binder)를 포함하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
제 1 항에 있어서,
상기 매트릭스 섬유는 폴리에스테르, 폴리아미드, 바람직하게 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아크릴니트릴, 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리올레핀, 바람직하게 폴리프로필렌, 비스코스 및/또는 리오셀을 함유하고, 그리고/또는 앞서 언급된 중합체들 또는 상기 중합체들의 혼합물들로 이루어진 것을 특징으로 하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
제 1 항 또는 제 2 항,
상기 매트릭스 섬유는 각각 섬유의 총량을 기준으로, 1dtex 미만의 평균 섬도를 갖는 적어도 5중량%, 바람직하게 5 내지 10중량%의 초미세섬유(microfiber)를 함유하는 것을 특징으로 하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
상기 바인딩 섬유는 코어/재킷-섬유인 것을 특징으로 하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
상기 바인딩 섬유는 PET-PBT-2성분 섬유, PET-CoPES-2성분 섬유, PEN-PET-2성분 섬유 및/또는 폴리에틸렌-폴리프로필렌-2성분 섬유인 것을 특징으로 하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
바인딩 섬유의 비율은 각각 부직포 재료의 전체 중량을 기준으로, 80 내지 95중량% 및 특히 90 내지 95중량%인 것을 특징으로 하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
상기 바인딩 섬유는 적어도 몇몇의 섬유 교차점에서 돛 모양(sail-shaped) 및/또는 구 모양(spherical) 영역들의 형태로 용융되어 존재하는 것을 특징으로 하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
부직포 재료 내에서 바인딩 섬유와 바인딩 섬유의 교차점들 및/또는 바인딩 섬유와 매트릭스 섬유의 교차점들의 적어도 40%는 상기 바인딩 섬유가 돛 모양 및/또는 구 모양으로 용융되어 존재하는 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
상기 매트릭스 섬유 및/또는 바인딩 섬유는 이산화티타늄과 같은 평탄제(flatting agent)를 함유하는 것을 특징으로 하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
상기 부직포 재료는 화염을 저지하는 장비를 갖는 것을 특징으로 하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
상기 부직포 재료는 단층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
상기 부직포 재료의 밀도는 면적 중량 및 두께로부터 계산했을 때, 적어도 0,4g/㎤인 것을 특징으로 하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
DIN 50014/ISO 554에 따른 표준 대기에서 EN ISO 9237에 따른 부직포 재료의 공기 투과율은, 2mbar에서 10 내지 600d㎥/s^*㎡인 것을 특징으로 하는, 습식 형성 부직포 재료의 사용.
적어도 하나의 조명 수단 및 습식 형성 부직포 재료를 포함하는 광원으로서, 상기 습식 형성 부직포 재료는
a1) 5 내지 50중량%의 매트릭스 섬유 및
a2) 50 내지 95중량%의 적어도 부분적으로 용융된 바인딩 섬유 또는
b1) 50 내지 80중량%의 매트릭스 섬유 및
b2) 20 내지 50중량%의 결합제를 포함하는, 광원.
제 14 항에 있어서,
상기 조명 수단은 LED와 같은 적어도 하나의 점형 광원 및/또는 CCFL과 같은 적어도 하나의 선형 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광원.