KR20190107728A - 광을 조정하기 위한 소자 - Google Patents

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KR20190107728A
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미하엘 로트
울리히 슈나이더
슐레이만 알툰쿠
사라 젠느
요헨 비아렉
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칼 프로이덴베르크 카게
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Abstract

본 발명은 광 분배 소자로서 부직포, 바람직하게 웨트-레이드 부직포(wet-laid nonwoven)의 사용에 관한 것이며, 이때 상기 부직포는 a1) 1 - 50중량%의 매트릭스 파이버(matrix fiber), a2) 50 - 99중량%의 적어도 부분적으로 열적으로 용융된 바인딩 파이버(binding fiber), 및 b) 20 - 200중량%의 하나 이상의 필링 폴리머(filling polymer)를 포함하고, 이때 매트릭스 파이버, 바인딩 파이버 및 필링 폴리머의 중량비는 각각 필링 폴리머가 없는 부직포의 전체 중량을 기준으로 하며, 이때 ― 상기 매트릭스 파이버는 하나 이상의 매트릭스 파이버 폴리머를 함유하고, 상기 바인딩 파이버는 하나 이상의 바인딩 파이버 폴리머를 함유하며, ― 매트릭스 파이버 폴리머 및/또는 바인딩 파이버 폴리머는 서로 독립적으로 1.3 내지 1.7, 바람직하게 1.5 내지 1.65의 굴절률 "n"을 갖고, ― 상기 필링 폴리머는 1.2 내지 1.7의 굴절률 "n"을 가지며, ― 상기 매트릭스 파이버 폴리머의 굴절률과 상기 필링 폴리머의 굴절률의 차이 및/또는 상기 바인딩 파이버 폴리머의 굴절률과 상기 필링 폴리머의 굴절률의 차이는 0.1 내지 0.4이고, 이때 상기 부직포는 ＞ 250sec./100㎖의 걸리 넘버(Gurley number)를 갖는다.

Description

광을 조정하기 위한 소자
본 발명은 광 분배 소자로서 부직포의 사용 및 상기 유형의 광 분배 소자를 포함하는 광원에 관한 것이다.
예를 들어 LED-램프들과 같은 점 형태의 광원들은 다수의 적용예에서 에너지 효율적인 조명 방법이다. 그러나 동시에 많은 경우에서 표면 또는 공간을 균일하게 분배된 광도에 의해 최대한 균일하게 조명하는 것이 요구된다. 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 예를 들어 종이, 광학 특수 필름 또는 직물과 같은 다양한 분배- 및/또는 확산 매체들이 이용될 수 있다. 다수의 적용예에서는 균일한 광 분배 이외에, 예를 들어 광의 집속(collimation)과 같은 추가 광 조정 또는 반사와 투과의 특정 비율이 요구된다.
종이는 매우 비용 저렴한 확산 소자를 나타내지만, 단지 낮은 루미네선스를 갖는다. 광학 특수 필름을 사용함으로써, 현저히 더 높은 루미네선스가 달성될 수 있다. 그러나 상기 광학 특수 필름의 단점은, 상기 광학 특수 필름이 일반적으로 단 하나의 재료 종류로 구성된다는 것이다. 그러나 광 조정을 위해서는 서로 다른 굴절률 및 다른 특성들을 갖는 재료들을 매우 짧은 간격으로 결합해야 하는 경우가 많다. 추후의 표면 처리를 실시할 때, 또는 복수의 층을 적층 할 때 첨가물들을 혼입함으로써, 필름들을 특수한 광학적 특성들에 대해 설정할 수는 있지만, 이는 또 다른 비용 집약적인 공정 단계들을 요구한다. 또한, 다층 특수 필름의 경우에는 특히 열 작용하에 추가로, 사용된 재료들의 서로 다른 열 팽창 지수로 인한 잠재적인 박리 또는 변형 현상의 문제가 나타난다.
이와 같은 이유로 광 분배 소자들로서 직물 재료들, 특히 부직포들의 사용이 바람직한 것으로 입증되었는데, 그 이유는 공정 진행에서 섬유 혼합, 웹 형성(web forming) 및 웹 본딩(web bonding)의 적합한 선택에 의해 간단한 방식으로 다양한 구조적 및 물질적 조성이 생성될 수 있기 때문이다. 그럼으로써 우수한 효율에서 제조 비용이 다른 확산 매체들과 비교해서 낮게 유지될 수 있다.
WO 2013/012974 A1호로부터, 발광체, 도광판 및 확산판을 포함하는 광원이 공지되어 있다. 상기 확산판은 특정 단위 면적당 중량의 부직포로 구성될 수 있다.
WO 2013/116193 A1호에는, 부직포로 이루어진 확산 소자가 광원과 LCD-스크린 사이에 배치되어 있는 디스플레이 시스템이 기술되어 있다.
WO 2006/129246 A2호는, 기판상에 배치된 발광체 및 특수한 밀도 설정의 부직포로 이루어진 광 분배 소자를 포함하는 광원을 기술한다.
언급된 간행물들에서는 각각 광 시스템이 중심이 된다. 광 확산 특성들을 최적화하기 위해 부직포 특성들을 설정하는 것과 관련해서는 충분한 기술적 정보들이 존재하지 않는다.
EP 1891620 B1호로부터, 방출된 광의 빔 경로가 다층 부직포 소자에 의해 확장되는 광원이 공지되어 있다. 이 경우, 한편으로 상기 광원에 대해 더 큰 거리를 형성하고, 다른 한편으로 광을 확산성으로 설계하기 위해, 상기 다층 부직포 소자는 (z-방향으로) 재료 밀도의 구배를 갖는다. 이와 같은 구배는, 산란 매체를 형성하는 복수의 부직포 층을 서로 겹쳐서 사용함으로써 주어진다. 상기 구배는 다음과 같이 제조된다: 상기 광원에 가장 가까이 제공되는 작은 재료 밀도의 제1 부직포 층이 광을 산란시키는 더 큰 밀도의 제2 부직포 층과 결합한다.
이와 같은 간행물에 기술된 균질성 및 이방성 부직포의 단점은, 상기 부직포가 광을 우수하게 산란시킬 수는 있지만, 동시에 투과된 광속(luminous flux)을 매우 강하게 감소시킨다는 것이다. 복수의 직물 부직포 층을 결합함으로써 투광률은 더욱더 강하게 감소하며, 이는 표면 광원의 루미네선스에 단점적으로 작용한다. 그 밖에, 개별 부직포 층들 사이에서, 균일한 광 전파를 방해하고 광학적 품질을 감소시키는 주름이 생성될 수 있다는 사실이 복수의 층의 사용에서 단점적이다. 이는 무엇보다 광 소자 내에서 암영을 야기할 수 있다. 또한, 다층 구조에 의해 광원의 구조 깊이가 증가하는데, 이는 소형의 평면 디스플레이의 제조시에 단점을 가져온다.
WO 2015/135790 A1호는 광 분배 소자로서 부직포의 사용 및 상기 유형의 광 분배 소자를 포함하는 광원을 기술한다. 이 경우, 상기 부직포는 우수한 광 확산 특성들을 갖는 매트릭스 파이버 및 바인딩 파이버로 이루어진 균질성 폴리에스테르-웨트-레이드 부직포(wet-laid nonwoven)로 구성된다.
기술된 부직포의 단점은, 상기 부직포가 전적으로 우수한 광 확산 특성들을 갖지만, 낮은 투광률을 갖는 것인데, 이는 상기 출원서에서 언급된 광원의 광 효율을 현저히 악화시키고, 그에 따라 동일한 광량을 방출하기 위해 상기 광원의 작동시에 에너지 소비의 상승을 야기한다.
WO 2013/142084 A1호는 정확하게 규정된 표면 구조물들을 구비한 광학 특수 필름을 기술한다. 다층인 경우가 많은 이와 같은 특수 필름은 상기 표면 구조물들의 기하학적 구조, 재료 조성 및 다양한 첨가물들에 의해 다양한 광학적 요구 조건들에 대해 설정될 수 있다.
이와 같은 필름의 단점은, 요구된 광학적 특성들에 도달하기 위해, 상기 필름이 복잡한 구조를 가져야만 한다는 것이다. 부직포 제조시에는 공정 진행에서 섬유 혼합, 웹 형성의 변형 및 웹 본딩의 종류에 의해 다양한 구조적 및 물질적 조성이 형성될 수 있다. 첨가물들, 추후의 표면 처리 또는 복수의 층의 적층에 의해 필름들도 마찬가지로 특수한 광학적 특성들에 대해 설정될 수는 있지만, 이는 또 다른 비용 집약적인 공정 단계들을 요구한다. 또한, 서로 다른 필름들의 적층은 상기 필름들 사이에서 계속해서 경계면들을 형성하고, 상기 경계면들은 후속하는 구조물들의 기능에 부정적으로 작용하는 바람직하지 않은 광학적 굴절을 야기한다. 다층의 특수 필름의 경우, 특히 열 작용하에 추가로, 사용된 재료들의 서로 다른 열 팽창 지수로 인한 잠재적인 박리 또는 변형 현상의 문제가 나타난다.
또 다른 단점적인 양상은, 필름들이 기본적으로 우수한 광학적 특성들을 갖지만, 단지 상기 필름들이 완전히 손상되지 않았을 때에만 우수한 광학적 특성들을 갖는다는 것이다. 그러나 이러한 필름들을 가공함으로써 특히 기계적 특성의 결함들이 야기되는 경우가 많다. 상기 결함들은 구부러짐, 오염물 등일 수 있으며, 이들은 추후에 조명 기구에서 광학적 오류를 야기할 수 있다.
WO 2017/031659 A1호로부터, (a) 대략 50㎛ 미만의 지름 및 대략 5 이상의 길이/지름의 섬유-애스팩트비를 갖는 섬유를 포함하는 부직포, 및 (b) 상기 부직포의 섬유의 표면상에 다공성 수지 코팅을 포함하는 확산 소자가 공지되어 있다. 상기 다공성 수지 코팅은 200㎚ 내지 2㎛ 크기의 수지 공극을 포함한다. 이와 같은 공극 크기는 낮은 걸리 넘버(Gurley number)(＜200sec/100㎖)를 야기하고 산란 중심의 개수를 증가시키는 단점이 있다.
DE 10 2014 003 418 A1호로부터,
a1) 5-50중량%의 매트릭스 파이버 및
a2) 50-95중량%의 적어도 부분적으로 열적으로 용융된 바인딩 파이버 혹은
b1) 50-80중량%의 매트릭스 파이버 및
b2) 20-50중량%의 결합제를 함유하는, 광 분배 소자로서 웨트-레이드 부직포의 사용이 공지되어 있다.
이와 같은 부직포는 이미 뛰어난 광 확산 특성들을 갖는다. 그러나 몇몇 적용예들에서 루미네선스를 증가시키는 것이 요구될 수 있다.
본 발명의 과제는, 매우 우수한 광 확산 특성들 이외에 높은 루미네선스 또는 높은 투광률을 갖는 광 분배 소자를 제공하는 것이다. 그 밖에 상기 광 분배 소자는, 예를 들어 LED 및/또는 CCFL과 같은 점 형태 및/또는 선 형태의 광원들의 매우 우수한 광도 분배를 비용 저렴한 제조와 결합할 수 있어야 한다.
이와 같은 과제는 본 발명에 따라 광 분배 소자로서 부직포, 바람직하게 웨트-레이드 부직포의 사용에 의해 해결되며, 이때 상기 부직포는
a1) 1 - 50중량%의 매트릭스 파이버,
a2) 50 - 99중량%의 적어도 부분적으로 열적으로 용융된 바인딩 파이버, 및
b) 20 - 200중량%의 하나 이상의 필링 폴리머를 포함하고, 이때 매트릭스 파이버, 바인딩 파이버 및 필링 폴리머의 중량비는 각각 필링 폴리머가 없는 부직포의 전체 중량을 기준으로 하며, 이때
― 상기 매트릭스 파이버는 하나 이상의 매트릭스 파이버 폴리머를 함유하고, 상기 바인딩 파이버는 하나 이상의 바인딩 파이버 폴리머를 함유하며,
― 매트릭스 파이버 폴리머 및/또는 바인딩 파이버 폴리머는 서로 독립적으로 1.3 내지 1.7, 바람직하게 1.5 내지 1.65의 굴절률 "n"을 갖고,
― 상기 필링 폴리머는 1.2 내지 1.7의 굴절률 "n"을 가지며,
― 상기 매트릭스 파이버 폴리머의 굴절률과 상기 필링 폴리머의 굴절률의 차이 및/또는 상기 바인딩 파이버 폴리머의 굴절률과 상기 필링 폴리머의 굴절률의 차이는 0.1 내지 0.4이고, 그리고
― 상기 부직포는 ＞ 250sec./100㎖의 걸리 넘버를 갖는다.
놀랍게도, 상기 부직포의 우수한 광 확산 특성들이 악화되지 않으면서, 본 발명에 따른 부직포가 매우 높은 루미네선스를 갖는다는 사실이 확인되었다. 본 발명에 따른 부직포의 또 다른 장점은, 상기 부직포가 특히 높은 균질성을 갖는다는 것이다. 이는 예를 들어 매우 균일한 명도 인상(루미네선스, [L]=cd/m2)에서 반영된다. 이는 위치 해상력을 갖는 루미네선스 카메라의 사용하에 규정된 표면에 걸친 루미네선스 측정에서 나타난다. 이 경우, 규정된 표면 내부의 개별 루미네선스 값들(L(x, y))이 낮은 편차(표준편차 σ)를 갖는다는 사실이 드러난다. 이는 표면의 매우 균일한 조명을 의미한다.
본 발명에 따르면, 상기 부직포는 250sec./100㎖ 이상, 예를 들어 250sec./100㎖ 내지 5000sec./100㎖, 바람직하게 300sec./100㎖ 내지 5000sec./100㎖, 더 바람직하게 400sec./100㎖ 내지 5000sec./100㎖, 특히 500sec./100㎖ 내지 5000sec./100㎖의 걸리 넘버를 갖는다. 이는 본 발명에 따른 부직포 내 필링 폴리머의 매우 낮은 공극률 및 공극 크기에 의해, 이와 같은 방식으로 예를 들어 0.1㎚ 내지 150㎚, 바람직하게 1㎚ 내지 100㎚의 공극 크기에 의해 달성될 수 있다. 그에 반해 예를 들어 1 내지 5㎛의 공극 크기는 1 내지 100sec./100㎖ 공기의 걸리 넘버를 야기한다. 본 발명의 바람직한 하나의 실시 형태에서 부직포는 40% 미만, 예를 들어 1 내지 40% 및/또는 30% 미만, 예를 들어 5 내지 30% 및/또는 10 내지 30%의 공극률을 갖는다. 낮은 걸리 넘버를 갖는 필링 폴리머는, 편차를 지나치게 높은 정도로 증가시키는 추가 경계면들을 제공하는 단점이 있는데, 이는 본 발명에 따라 바람직하지 않다.
실제 실험들에서, 광 확산 특성들이 현저히 악화되지 않으면서, 본 발명에 따른 부직포에 의해 2200cd/㎡ 이상, 예를 들어 2200cd/㎡ 내지 3500cd/㎡의 평균 루미네선스를 얻는 것이 가능하다는 사실이 확인될 수 있었다. 놀랍게도 심지어 필링 폴리머를 제공함으로써 루미네선스의 편차를 감소시키는 것이 가능하다. 이와 같은 방식으로 본 발명에 따른 부직포는 180cd/㎡ 미만, 예를 들어 50cd/㎡ 내지 180cd/㎡, 바람직하게 80cd/㎡ 내지 150cd/㎡의 편차 시그마를 나타낼 수 있다.
이는, 필링 폴리머의 첨가에 의한 경계면들의 개수 증가가 상기 부직포의 광학적 특성들에 부정적으로 작용할 것으로 예상되었기 때문에 놀랍다. 특히, 필링 폴리머(b)와 섬유들(a1 및 a2)의 경계면들에서의 반사에 의해 낮은 투과율과 결부된 상당한 광도 손실이 발생할 것으로 예상되었다. 그러나 이는 놀랍게도 사실이 아니다.
본 발명에 따라 한 가지 매커니즘에 고정되지 않고, 상기 부직포의 예상치 못한 우수한 투광 특성들은, 1.2 내지 1.7, 바람직하게 1.4 내지 1.65, 더 바람직하게 1.4 내지 1.55 및 특히 1.4 내지 1.5의 굴절률 "n"을 갖는 필링 폴리머의 사용이 상기 부직포 내부에서 광의 단지 낮은 전반사만을 발생시킨다는 사실에서 기인하는 것으로 추정된다. 이 경우, 상기 굴절률은 DIN EN ISO 489:1999-08에 따라 측정된다.
상기 부직포는 추가로 뛰어난 광 확산 특성들을 갖는다. 이는 재차 예상치 못한 높은 투과율의 기준에서 놀라운데, 그 이유는 통상적으로 우수한 투과 특성들이 더 우수하지 않은 광 확산 특성들을 야기하기 때문이다.
본 발명에 따른 부직포에 의해서는 추가로 광의 일정한 확산 및 예를 들어 LED와 같은 점 형태의 광원들의 우수한 광도 분배에서 놀라울 정도로 높은 루미네선스가 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 부직포의 또 다른 장점은, 상기 부직포가 매우 높은 균질성을 갖는다는 것인데, 이는 예를 들어 표면에 걸친 매우 균일한 투광률에서 반영된다.
마찬가지로 본 발명에 따른 부직포에서 바람직한 것은 상기 부직포의 우수한 기계적 특성들이다. 이와 같은 방식으로 본 발명에 따른 부직포는 바람직하게 하나 이상의 방향에서 0.6N 이상, 예를 들어 0.6N 내지 1.5N 및/또는 0.7N 내지 1.5N의 인열 강도를 특징으로 한다. 높은 인열 강도는 예를 들어 광원 내 본 발명에 따른 부직포의 혼입시, 예를 들어 LCD-스크린 내 고정시 바람직한데, 그 이유는 상기 공정이 높은 기계적 응력과 결부되기 때문이다.
또한, 본 발명에 따른 부직포는 바람직하게 하나 이상의 방향에서 180N 이상, 예를 들어 180N 내지 400N 및/또는 190N 내지 400N의 높은 최대 인장력을 특징으로 한다.
마찬가지로 본 발명에 따른 부직포에서 바람직한 것은, 바람직하게 2% 미만, 예를 들어 0.1% 내지 2%인 상기 부직포의 낮은 수축률이다.
본 발명에 따르면, 매트릭스 파이버는 1.3 내지 1.7, 특히 바람직하게 1.5 내지 1.65의 굴절률 "n"을 갖는 매트릭스 파이버 폴리머를 함유하고, 그리고/또는 바인딩 파이버는 1.3 내지 1.7, 특히 바람직하게 1.5 내지 1.65의 굴절률 "n"을 갖는 바인딩 파이버 폴리머를 함유하며, 필링 폴리머는 1.2 내지 1.7의 굴절률 "n"을 갖는다. 이 경우, 상기 매트릭스 파이버는 상기 매트릭스 파이버 폴리머를 바람직하게 90중량% 이상, 더 바람직하게 95 내지 100중량%, 더 바람직하게 97 내지 100중량%의 비율로 함유하고, 그리고/또는 (상기 바인딩 파이버가 다성분 섬유로 존재하는 경우에) 상기 바인딩 파이버는 상기 바인딩 파이버 폴리머를 바람직하게 20중량% 이상, 더 바람직하게 20 내지 80중량% 및 특히 30 내지 70중량%의 비율로 함유하며, 그리고/또는 (상기 바인딩 파이버가 단성분 섬유로 존재하는 경우에) 상기 바인딩 파이버는 상기 바인딩 파이버 폴리머를 바람직하게 90중량% 이상, 더 바람직하게 95 내지 100중량%, 더 바람직하게 97 내지 100중량%의 비율로 함유한다. 1.3 내지 1.7의 굴절률 "n"을 갖는 매트릭스 파이버 폴리머 및/또는 바인딩 파이버 폴리머의 사용에서 바람직한 것은, 상기 폴리머가 특히 필링 폴리머와 결합한 상태에서 우수한 투과 특성들을 갖는다는 사실이다.
본 발명에 따르면, 상기 필링 폴리머는 1.2 내지 1.7, 바람직하게 1.4 내지 1.65, 더 바람직하게 1.4 내지 1.55 및 특히 1.4 내지 1.5의 굴절률 "n"을 갖는다. 전술된 굴절률을 갖는 필링 폴리머의 사용에서 바람직한 것은, 상기 필링 폴리머가 특히 본 발명에 따라 이용된 섬유들 및 결합제들과 결합한 상태에서 우수한 투과 특성들을 나타낸다는 사실이다.
본 발명에 따르면, 한편에서 상기 매트릭스 파이버 폴리머 및/또는 상기 바인딩 파이버 폴리머의 굴절률과 다른 한편에서 상기 필링 폴리머의 굴절률의 차이는 0.1 내지 0.4 및/또는 0.1 내지 0.35 및/또는 0.1 내지 0.3이다. 전술된 성분들의 비교적 큰 차이의 굴절률들을 설정함으로써 바람직한 것은, 그럼으로써 확산이 개선될 수 있다는 사실이다.
상기 필링 폴리머는 상기 부직포의 하나의 측면 및/또는 2개의 측면 상에서 평면 코팅으로서 존재할 수 있고, 그리고/또는 부분적으로 상기 부직포의 내부에 존재할 수 있다. 이 경우, 평면 코팅은, 상기 부직포의 표면의 90% 이상, 바람직하게 95% 내지 100%, 특히 바람직하게 98% 내지 100%가 상기 필링 폴리머에 의해 덮여 있음을 의미한다. 본 발명에 따르면, 바람직하게 상기 필링 폴리머는 평면 코팅으로서 존재할 뿐만 아니라, 적어도 부분적으로 상기 부직포의 내부에, 특히 섬유 중간 공간들 내에 존재하는데, 그 이유는 그럼으로써 상기 부직포 내부에서 특히 우수한 투과율이 달성될 수 있기 때문이다.
상기 필링 폴리머는 결합제로서 기능 할 수 있고, 그에 따라 상기 부직포의 강도에 기여할 수 있다. 이와 같은 기능은 예를 들어, 상기 필링 폴리머가 섬유 웹 내로 제공되고 후속하여 경화되는 경우에 달성될 수 있다. 그러나 바람직하게 상기 필링 폴리머는 결합제로서 전혀 기능 하지 않거나, 또는 현저하게 기능 하지 않는다.
본 발명의 바람직한 하나의 실시 형태에서 필링 폴리머는 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리우레탄아크릴레이트 및 폴리우레탄메타크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리카보네이트(PC), 폴리올레핀(PO), 사이클릭 폴리올레핀코폴리머(COC) 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되었다.
필링 폴리머들, 바람직하게 전술된 필링 폴리머들은 호모폴리머의 형태로, 또는 코폴리머로서 이용될 수 있다. 코폴리머로는 예를 들어 통계 코폴리머(statistical copolymer), 그라디언트 코폴리머(gradient copolymer), 교대 코폴리머, 블록 코폴리머(block copolymer) 또는 그라프트 코폴리머(graft copolymer)가 적합하다. 상기 코폴리머는 2개, 3개, 4개 또는 그보다 많은 서로 다른 모노머로 구성될 수 있다(테르폴리머, 테트라폴리머).
특히 바람직하게 상기 필링 폴리머는 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리우레탄아크릴레이트 및 폴리우레탄메타크릴레이트, 폴리우레탄, 그리고 이들의 코폴리머, 특히 스티렌아크릴레이트, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되었다.
본 발명에 따르면, 바람직하게 아크릴레이트, 메타크릴레이트는 라디칼 중합에 의해 제조되었고, 이때 바람직하게 단일 작용기의 모노머로서 베타-불포화 카르복실산, 이들의 염, 이들의 에스테르, 아미드 또는 니트릴이 이용된다. 이 경우, 베타-위치에 이중 결합 또는 삼중 결합이 포함되어 있다. 상기 에스테르 및 산은 바람직하게 일반 화학식 R1R2C=C-COOR3를 갖는다. 이 경우, R1, R2 및 R3는 유기 잔기 또는 H이다. 상기 유기 잔기는 특히 알킬, 아릴 및 알카릴이다. 알킬 잔기, 특히 R3는 특히 분지성 또는 비분지성 C1 내지 C20 잔기, 바람직하게 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 에틸-2-n-프로필, 벤질-2-n-프로필, 부틸, 이소부틸, 펜틸, 헥실, 옥틸, 에틸헥실, 데실, 이소데실, 스테아릴, 라우릴, 사이클로헥실, 이소보르닐, 2-하이드록시에틸, 에톡시-에톡시, 푸르푸릴, 테트라하이드로푸르푸릴, 또는 벤질, 페닐 및 페녹시에틸과 같은 아릴 잔기이다. 에스테르기의 위치에서 아미드기를 포함하는 상응하는 화합물들도 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시 형태들에서 단일 작용기의 모노머는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 메타크릴아미드 또는 이들의 유도체이다. 적합한 모노머는 예를 들어 아크릴산 및 메타크릴산의 에스테르, 그리고 이들의 유도체이고, 이때 에스테르 성분은 잔기 내 20개까지의 C-원자를 포함하며, 이와 같은 방식으로 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 에틸 2-n-프로필, 벤질 2-n-프로필, 부틸, 이소부틸, 펜틸, 헥실, 옥틸, 에틸헥실, 데실, 이소데실, 스테아릴, 라우릴, 사이클로헥실, 이소보르닐, 페닐, 벤질, 페녹시에틸, 2-하이드록시에틸, 에톡시-에톡시, 푸르푸릴, 테트라하이드로푸르푸릴이다.
특히 메틸-, 에틸-, 프로필-, 이소프로필-, 에틸 2-n-프로필-, 벤질 2-n-프로필-, 부틸-, 이소부틸-, 펜틸-, 헥실-, 옥틸-, 에틸헥실-아크릴레이트; 에틸렌글리콜-메틸에테르-아크릴레이트, 에틸렌글리콜-디사이클로펜텐일에테르-아크릴레이트, 대략 200 내지 500의 분자량을 갖는 폴리(에틸렌글리콜)-메틸에테르-아크릴레이트, 대략 200 내지 500의 분자량을 갖는 폴리(프로필렌글리콜)-아크릴레이트가 특히 바람직하다.
언급된 모노머들의 혼합물도 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 바람직하게 상기 필링 폴리머는 라디칼 중합에 의해 제조되었고, 이때 단일 작용기의 모노머에 대해 추가로 이작용기 또는 다작용기 모노머가 이용될 수 있다. 라디칼 중합을 위한 이작용기 또는 다작용기 모노머로는 특히, 분자 내 2개 또는 그보다 많은 위치에서 중합할 수 있고, 그리고/또는 교차 결합할 수 있는 화합물들이 적합하다. 그럼으로써 중합 동안에 네트워크가 생성될 수 있다. 이러한 화합물들은 바람직하게 2개의 동일하거나 유사한 반응성 기능을 갖는다. 대안적으로, 2개 이상의 서로 다른 반응성 기능을 갖는 화합물들이 이용될 수 있다. 이와 같은 방식으로 하나의 반응기가 중합할 수 있고, 중합에 참여하지 않는 다른 반응기는 의도적으로 교차 결합할 수 있다.
상기 필링 폴리머는, 상기 매트릭스 파이버 폴리머 및/또는 상기 바인딩 파이버 폴리머의 용융점 아래에 놓인 용융점 및/또는 연화점을 갖는 필링 폴리머 반응물로부터 제조될 수 있다. 그럼으로써 상기 필링 폴리머는 우수하게 필름을 형성할 수 있고, 이는 균일한 광학적 특성들을 구현한다.
본 발명의 바람직한 하나의 실시 형태에서는, 광학적 특성들이 특수한 적용예에 대해 조정될 수 있도록 상기 필링 폴리머의 유리 전이 온도, 필름 형성 온도 또는 상기 필링 폴리머의 용융점이 코팅의 필름 형성을 설정하는 방식으로 필링 폴리머가 선택 및/또는 결합된다.
상기 부직포 내에서, 그리고/또는 상에서 존재할 수 있는 상기 필링 폴리머의 양은 상기 부직포의 목표한 특성들에 따라서 변경될 수 있다. 20중량% 내지 200중량%, 더 바람직하게 25중량% 내지 200중량%, 더 바람직하게 30중량% 내지 200중량%, 특히 바람직하게 51중량% 내지 200중량% 범위 내의 양이 적합한 것으로 입증되었고, 이때 중량비는 각각 필링 폴리머가 없는 부직포의 전체 중량을 기준으로 한다.
그 밖에 본 발명에 따른 부직포는 바람직하게 1.6 이상의 매우 높은 굴절률 또는 특수한 광학적 특성들을 갖는 광 산란 충전제들을 포함할 수 있다. 이 경우, 이와 같은 재료들은 예를 들어 필링 폴리머 내에 매립되어 존재할 수 있다. 이를 위해 특히 Al2O3, 규산염, 지르콘산염, 산화티타늄, 그러나 형광성 또는 인광성 재료들도 적합한 것으로 입증되었다. 이와 같은 재료들은 작은 두께 및 적은 코팅량에서도 충분한 광 산란 특성들에 도달하는 것을 수월하게 한다. 존재하는 경우, 필링 폴리머가 없는 부직포의 전체 중량을 기준으로, 상기 부직포는 전술된 재료들을 0.1중량% 이상, 예를 들어 0.1중량% 내지 5중량%의 양으로 포함한다.
본 발명에 따라 사용된 부직포는 매트릭스 파이버 및/또는 바인딩 파이버를 포함한다. 본 발명에 따르면, 매트릭스 파이버는, 바인딩 파이버와 다르게 전혀 열적으로 용융되지 않았거나, 또는 단지 약간만 열적으로 용융된 섬유로 이해된다. 이 경우, 상기 매트릭스 파이버는 오로지 한 가지 섬유 종류로만 구성될 수 있거나, 또는 섬유 혼합물을 함유할 수 있다. 그에 반해 상기 바인딩 파이버는 상기 부직포 내에서 자체적으로 그리고/또는 상기 매트릭스 파이버와 적어도 부분적으로 열적으로 용융되어 존재한다. 이 경우, 상기 바인딩 파이버는 오로지 한 가지 섬유 종류로만 구성될 수 있거나, 또는 섬유 혼합물을 함유할 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어 코어-시쓰 파이버(core-sheath fiber)인 경우, 상기 바인딩 파이버가 열적으로 용융된 섬유 성분들과 열적으로 용융되지 않은 섬유 성분들을 포함하는 것도 고려할 수 있다. 이와 같은 경우에 오로지 상기 열적으로 용융된 성분들(예컨대 시쓰)만이 바인딩 파이버 폴리머로 간주되고, 상기 열적으로 용융되지 않은 성분들(예컨대 코어)은 매트릭스 파이버 폴리머로 간주된다.
본 발명에 따르면, 상기 매트릭스 파이버 및 상기 바인딩 파이버(a)는 바람직하게 스테이플 파이버(staple fiber) 및/또는 숏-커트 파이버(short-cut fiber)이다. 본 발명에 따르면, 스테이플 파이버는, 이론적으로 무제한의 길이를 갖는 필라멘트와 다르게, 바람직하게 1㎜ 내지 90㎜, 더 바람직하게 1㎜ 내지 30㎜의 제한된 길이를 갖는 섬유로 이해된다. 본 발명에 따르면, 숏-커트 파이버는 바람직하게 1㎜ 내지 12㎜, 더 바람직하게 3㎜ 내지 6㎜의 길이를 갖는 섬유로 이해된다.
본 발명에 따르면, 부직포 내 상기 바인딩 파이버는 적어도 부분적으로 용융되었고, 이는 마찬가지로 루미네선스에 바람직한 영향을 갖는다. 상기 바인딩 파이버는, 용융된 영역들 및 용융되지 않은 영역들을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 바람직하게 상기 바인딩 파이버는 적어도 몇몇 섬유 교차점들에서, 바람직하게 40% 이상, 또는 50% 이상, 또는 60% 이상, 또는 70% 이상, 또는 80% 이상, 또는 90% 이상의 교차점들에서 용융되어 존재한다.
본 발명에 따르면, 바람직하게 상기 매트릭스 파이버는 스테이플 파이버 및/또는 숏-커트 파이버로 형성되어 있다. 상기 매트릭스 파이버는 단성분 섬유 또는 다성분 섬유일 수 있다. 비용적인 이유들로 단성분 섬유를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 섬유 길이는 바람직하게 1㎜ 내지 30㎜, 더 바람직하게 2㎜ 내지 12㎜ 및 특히 3㎜ 내지 6㎜이다.
본 발명에 따르면, 상기 매트릭스 파이버는 다양한 매트릭스 파이버 폴리머를 함유할 수 있는데, 바람직하게 폴리아크릴니트릴, 폴리비닐알코올, 비스코스-, 셀룰로오스, 폴리아미드, 특히 폴리아미드 6 및 폴리아미드 6.6, 바람직하게 폴리올레핀, 그리고 매우 특히 바람직하게 폴리에스테르, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 및/또는 이들의 혼합물을 함유할 수 있다. 그럼으로써 상기 매트릭스 파이버의 굴절률은 상기 필링 폴리머의 굴절률에 대해 의도적으로 설정될 수 있다.
바람직하게 상기 매트릭스 파이버는 전술된 재료들을 90중량% 이상, 바람직하게 95중량% 내지 100중량%의 비율로 함유한다. 매우 특히 바람직하게 상기 매트릭스 파이버는 전술된 재료들로 구성되고, 이때 통상적인 불순물들 및 보조제가 함유되어 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 각각 필링 폴리머가 없는 부직포의 전체 중량을 기준으로 상기 매트릭스 파이버의 비율은 바람직하게 1 내지 50중량%, 바람직하게 1 내지 20중량% 및 특히 1 내지 10중량%이다.
상기 매트릭스 파이버의 섬도는 상기 부직포의 목표한 구조에 따라서 변경될 수 있다. 특히 0.06 내지 1.7dtex, 바람직하게 0.1 내지 1.0dtex의 평균 섬도를 갖는 매트릭스 파이버의 사용이 바람직한 것으로 입증되었다.
실제 실험들은, 매트릭스 파이버로서 1dtex 미만, 바람직하게 0.1 내지 1dtex의 평균 섬도를 갖는 마이크로파이버의 적어도 비례 배분의 사용이 공극 크기 및 내부 표면의 크기 및 구조에 바람직하게 작용하고, 상기 부직포의 밀도에 바람직하게 작용한다는 사실을 보여주었다. 이 경우, 각각 필링 폴리머가 없는 부직포의 전체 중량을 기준으로 1중량% 이상, 바람직하게 1중량% 내지 25중량%, 특히 바람직하게 5중량% 내지 10중량%의 비율이 특히 바람직한 것으로 입증되었다. 그럼으로써 상기 부직포의 광학적 특성들이 의도적으로 설정될 수 있는데, 그 이유는 공극 크기 및 공극률이 상기 필링 폴리머에 의한 충전에 결정적으로 영향을 미치고, 그에 따라 확산- 및 투과 특성들에 직접적인 영향을 갖기 때문이다.
상기 매트릭스 파이버는 다양한 형태들로 형성될 수 있는데, 예를 들어 평면-, 중공-, 원형-, 타원형-, 삼엽-, 다엽-, 쌍각- 및/또는 아일랜드 인 더 씨(Island in the Sea)-섬유의 형태로 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 바람직하게 상기 매트릭스 파이버의 횡단면은 원형으로 형성되어 있다.
바인딩 파이버로는 적어도 부분적으로 열적으로 용융될 수 있는 경우에 한해서 통상적으로 이와 같은 목적으로 사용되는 섬유들이 이용될 수 있다. 바인딩 파이버는 단성분 섬유 및/또는 다성분 섬유일 수 있다. 본 발명에 따르면, 특히 적합한 바인딩 파이버는, 결합할 매트릭스 파이버의 용융점 아래, 바람직하게 250℃ 아래에 놓인 용융점, 특히 바람직하게 70 내지 230℃, 특히 150 내지 225℃의 용융점을 갖는 하나 이상의 바인딩 파이버 폴리머를 함유하는 섬유이다. 적합한 바인딩 파이버는 특히, 열가소성 폴리에스테르 및/또는 코폴리에스테르, 특히 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 또는 코폴리머, 그리고 이들의 코폴리머 및 혼합물을 바인딩 파이버 폴리머로서 함유하는 섬유이다.
본 발명에 따르면, 특히 적합한 바인딩 파이버는 다성분 섬유, 바람직하게 이성분 섬유, 특히 코어/시쓰-파이버이다. 코어/시쓰-파이버는 서로 다른 연화 온도 및/또는 용융 온도를 갖는 2개 이상의 파이버 폴리머를 포함한다. 바람직하게 상기 코어/시쓰-파이버는 이와 같은 2개의 파이버 폴리머로 구성된다. 이 경우, 더 낮은 연화 온도 및/또는 용융 온도를 갖는 성분이 섬유 표면(시쓰)에 위치하고, 더 높은 연화 온도 및/또는 용융 온도를 갖는 성분이 바람직하게 코어 내에 위치한다.
코어/시쓰-파이버의 경우, 결합 기능은 섬유 표면에 배치되어 있는 재료들에 의해 실시될 수 있다. 따라서 코어/시쓰-파이버의 경우, 섬유 표면에 배치되어 있는 재료들은 바인딩 파이버 폴리머로 기능 한다. 시쓰를 위해서는 다양한 재료들이 이용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 시쓰를 위해 바람직한 재료들은 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌(PE), 코폴리아미드 및/또는 코폴리에스테르이다. 코어를 위해서도 마찬가지로 다양한 재료들이 이용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 코어를 위해 바람직한 재료들은 폴리에스테르(PES), 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및/또는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및/또는 폴리올레핀(PO)이다.
본 발명에 따르면, 코어-시쓰-바인딩 파이버의 사용은 바람직한데, 그 이유는 이와 같은 방식으로 상기 부직포 내에서 결합제 성분의 특히 균일한 분배가 달성될 수 있기 때문이다.
실제 실험들에서 PET-PBT-이성분 섬유 및/또는 PET-CoPES-이성분 섬유에 의해 매우 우수한 특성들을 갖는 부직포들이 얻어질 수 있었다. 마찬가지로 우수한 결과들은, 특히 폴리에틸렌-폴리프로필렌-이성분 섬유와 같은 폴리올레핀 부류의 섬유들에 의해 달성될 수 있었다. 마찬가지로 PEN-PET-이성분 섬유도 적합할 수 있다.
그러나 적어도 부분적으로 열적으로 용융될 수 있는 경우에 한해서 단성분-바인딩 파이버의 사용도 고려할 수 있다. 이 경우, 상기 단성분-바인딩 파이버의 선택은 이용된 매트릭스 파이버에 의존한다. 예를 들어 폴리아미드 6-바인딩 파이버는 폴리아미드 66-매트릭스 파이버의 결합을 위해 적합하고, 코폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트의 결합을 위해 적합하다.
상기 바인딩 파이버의 평균 섬유 길이는 바람직하게 1㎜ 내지 30㎜, 더 바람직하게 1.5㎜ 내지 12㎜ 및 특히 3.0㎜ 내지 6.0㎜이다.
본 발명에 따르면, 각각 필링 폴리머가 없는 부직포의 전체 중량을 기준으로 상기 바인딩 파이버의 비율은 50 내지 99중량%, 바람직하게 80 내지 99중량% 및 특히 90 내지 95중량%이다.
상기 바인딩 파이버의 평균 섬도는 상기 부직포의 목표한 구조에 따라서 변경될 수 있다. 0.2 내지 2.2dtex, 바람직하게 0.8 내지 1.3dtex의 평균 섬도를 갖는 바인딩 파이버의 사용이 바람직한 것으로 입증되었다.
상기 바인딩 파이버는 열 용융에 의해 서로 간에, 그리고/또는 상기 부직포의 매트릭스 파이버와 연결될 수 있다. 온풍 컨베이어 오븐 내에서 관류하는 온풍에 의한 경화 및/또는 온풍이 관류하는 드럼 상에서의 경화가 특히 적합한 것으로 입증되었다.
두께 교정은 2개의 평면 캘린더 롤러(calender roller) 사이에서 설정될 수 있다.
상기 부직포를 제조하기 위해 이용된 섬유들은 기본적으로 서로 다른 색상을 가질 수 있다. 그러나 본 발명의 바람직한 하나의 실시 형태에 따르면, 투명한 섬유들이 이용된다.
단성분 섬유 또는 다성분 섬유가 존재하는지와 무관하게, (적어도 열적 경화 공정 이전에) 상기 바인딩 파이버의 횡단면은 원형, 타원형, 표면 홈 형, 성형, 밴드형, 삼엽 또는 다엽으로 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 섬유 횡단면은 원형으로 형성되어 있다.
본 발명에 따라 사용되는 부직포를 구성하는 섬유들은 기계적으로, 또는 공기 역학적으로 스트레칭(stretching) 또는 드래프팅(drafting)될 수 있다. 상기 유형의 섬유들의 사용에서, 방향 설정된 섬유들이 낮은 수축률, 더 높은 탄성률 및 그에 따라 바람직하게 더 높은 강도를 갖는다는 사실이 바람직하다. 또한, 드래프팅 된 섬유들에, 단지 부분적으로 드래프팅 되었거나, 또는 전혀 드래프팅 되지 않은 동일한 또는 상이한 매트릭스 파이버 폴리머 구조의 섬유들을 혼합하는 것도 고려할 수 있다.
상기 부직포의 확산 특성들을 제어하기 위해, 상기 매트릭스 파이버 및/또는 바인딩 파이버는 또한, 산화티타늄과 같은 평탄제를 함유할 수 있다. 이와 같은 목적으로, 필링 폴리머가 없는 부직포의 전체 중량을 기준으로, 특히 150ppm 내지 10중량%의 비율이 바람직한 것으로 입증되었다.
또한, 예를 들어 포스폰산 유도체에 의해 상기 부직포를 방염 가공하는 것도 고려할 수 있다. 그럼으로써 고온 광원들과의 접촉시에 화재 위험이 감소할 수 있다.
기본적으로 상기 부직포를 층 복합체의 형태로 이용하는 것을 고려할 수 있다. 이 경우, 또 다른 층들은 예를 들어 스크림(scrim) 형태의 보강층들로서 형성될 수 있고, 그리고/또는 보강 필라멘트, 부직포, 직물, 편물, 레이드 스크림 직물 및/또는 필름, 특히 확산 필름 또는 광 편향 필름을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명에 따르면, 바람직하게 상기 부직포는 단층 구조를 갖는데, 그 이유는 그럼으로써 경계면 접합부들에 의한 광학적 장애가 방지될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따라 사용된 부직포의 단위 면적당 중량은 특수한 사용 목적에 따라서 설정될 수 있다. 본 발명의 바람직한 하나의 실시 형태에 따르면, 부직포의 단위 면적당 중량은, DIN EN 29073에 따라 측정했을 때, 바람직하게 30 내지 600g/㎡, 더 바람직하게 35 내지 500g/㎡, 더 바람직하게 40g/㎡ 내지 400g/㎡, 특히 55 내지 200g/㎡이다. 이와 같은 중량 범위에서, 충분한 자체 강성 및 (보울 형태가 아닌) 평탄한 층을 갖는 부직포를 얻기 위해 충분한 섬유량이 존재한다는 사실이 드러났다. 이와 관련해서, 상기 부직포가 단층 구조를 갖는 경우가 바람직하다. 단층 부직포는 말하자면 단지 적은 보울 경향을 나타내는데, 그 이유는 층 장력이 전혀 발생하지 않기 때문이다.
상기 부직포의 두께는 테스트 규격 EN 29073-T2에 따라 측정했을 때, 바람직하게 30 내지 400㎛, 더 바람직하게 60 내지 350㎛, 더 바람직하게 80 내지 320㎛ 및 특히 110 내지 320㎛이다.
실제 실험들은, 상기 부직포의 밀도가 증가함으로써 루미네선스 분포가 개선될 수 있다는 사실을 보여주었다. 이와 같은 이유로 상기 부직포의 밀도(단위 면적당 중량 및 두께로부터 계산된 부피 밀도)는 바람직하게 0.4g/㎤ 이상, 예를 들어 0.4 내지 1g/㎤, 그리고 더 바람직하게 0.6 내지 0.9g/㎤이다. 상기 부직포의 밀도는 예를 들어 상기 부직포의 제조시 압축-/캘린더링 단계들에 의해 증가할 수 있다.
두께, 중량 및 사용된 재료들의 밀도로부터 계산된 상기 부직포의 공극률(P=(1-FG/(d·&δ))·100, 이때 FG는 단위 면적당 중량 ㎏/㎡이고, d는 두께 m이며, 그리고 δ는 밀도 ㎏/㎥임)은 바람직하게 40% 미만, 예를 들어 1 내지 40% 및/또는 30% 미만, 예를 들어 5 내지 30% 및/또는 10 내지 30%이다.
본 발명의 바람직한 하나의 실시 형태에서 부직포는, 웨트-레잉 방법(wet-laying method)에 의해 제조될 수 있는 웨트-레이드 부직포이다. 여기서 바람직한 것은, 높은 투광률 이외에, 예를 들어 LED와 같은 점 형태의 광원들의 매우 우수한 광도 분배가 달성된다는 사실이다. 본 발명에 따라 한 가지 매커니즘에 고정되지 않고, 높은 루미네선스는, 웨트-레이드 부직포가 웨트-레잉 방법으로의 자체 제조로 인해, 적어도 부분적으로 용융된 바인딩 파이버의 높은 비율에 의해 매우 균일하게 경화되어 있는 최대 균질성 및 등방성의 섬유 구조를 나타낸다는 사실에서 기인하는 것으로 추정된다. 또한, 상기 높은 비율의 바인딩 파이버는 섬유들의 우수한 표면 결합 및 자체 횡단면에 걸쳐서 상기 부직포의 균일한 통합을 구현하며, 이는 마찬가지로 루미네선스에 바람직하게 작용한다.
사용된 본 발명에 따른 부직포는 다음 단계들을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다:
● 매트릭스 파이버 및 바인딩 파이버를 포함하는 섬유 혼합물을 제공하는 단계로서, 이때 상기 매트릭스 파이버는 하나 이상의 매트릭스 파이버 폴리머를 함유하고, 상기 바인딩 파이버는 하나 이상의 바인딩 파이버 폴리머를 함유하며, 그리고 매트릭스 파이버 폴리머 및/또는 바인딩 파이버 폴리머는 서로 독립적으로 1.3 내지 1.7, 바람직하게 1.5 내지 1.65의 굴절률 "n"을 갖는 단계;
● 1.2 내지 1.7의 굴절률 "n"을 갖는 필링 폴리머를 제공하는 단계로서, 이때 상기 매트릭스 파이버 폴리머의 굴절률과 상기 필링 폴리머의 굴절률의 차이 및/또는 상기 바인딩 파이버 폴리머의 굴절률과 상기 필링 폴리머의 굴절률의 차이는 0.1 내지 0.4인 단계;
● 수성 매질 내에 매트릭스 파이버 및 바인딩 파이버를 포함하는 상기 섬유 혼합물을 분산시킴으로써 수성 섬유 분산액을 형성하는 단계;
● 섬유 웹의 형성하에 상기 섬유 분산액을 탈수시키는 단계;
● 이와 같은 섬유 웹을 웨트-레이드 부직포로 경화시키기 위해, 상기 섬유 웹을 건조시키고, 열적으로 결합시키는 단계;
● 상기 웨트-레이드 부직포의 두께를 설정하고 고정하기 위해, 상기 웨트-레이드 부직포를 경우에 따라 캘린더링 하는 단계;
● ＞250sec./100㎖의 걸리 넘버를 갖는 부직포의 형성하에 상기 웨트-레이드 부직포 상에 상기 필링 폴리머를 제공하는 단계.
상기 수성 섬유 분산액의 형성 단계는 웨트-레잉 제조의 범주 내에서 통상적인 방식으로 섬유들을 물과 혼합함으로써 이루어질 수 있다.
최대 균질성 및 등방성의 부직포를 얻기 위해, 상기 섬유들이 웹 형성 이전에 우수하게 혼합되고 균일하게 분배되는 경우가 바람직하다.
상기 섬유 분산액을 형성하기 위해, 상기 바인딩 파이버 및 매트릭스 파이버는 바람직하게 각각, 상기 섬유 분산액 내 바인딩 파이버 대 매트릭스 파이버의 중량비가 1:1 내지 30:1까지, 바람직하게 5:1 내지 20:1까지가 되도록 하는 양으로 이용된다.
상기 섬유 분산액은 상기 섬유들 이외에 추가 성분들, 예를 들어 표면 활성제, 소포제 및/또는 통상의 첨가제들을 함유할 수 있다.
섬유 웹의 형성하에 상기 섬유 분산액의 탈수 단계는 마찬가지로 웨트-레잉 제조의 범주 내에서 통상적인 방식으로 예를 들어 시브(sieve) 상에서 상기 혼합물을 배출시킴으로써, 그리고 물을 흡인함으로써 이루어질 수 있다.
웹 형성 단계 다음으로, 웨트-레이드 부직포를 얻기 위해 상기 섬유 웹이 건조되고 열적으로 결합하는 방법 단계가 후속한다.
형성된 상기 웨트-레이드 부직포는 후속하여 캘린더링 될 수 있다. 캘린더링 공정은 상기 웨트-레이드 부직포를 소형화하고, 경우에 따라 경화 조건들에서 용융 활성화된 섬유들 또는 섬유 성분들의 자열 용접(autogenous welding)을 야기한다.
실시되는 경우에 상기 캘린더링 공정은 열과 압력에 의해 이루어진다. 적합한 온도는 상기 웨트-레이드 부직포의 제조를 위해 사용된 섬유들의 종류에 따라서 일반적으로 100 내지 250℃이다.
폴리 올레핀 섬유들을 사용하는 경우에 각각 이용된 올레핀 섬유 또는 섬유 성분에 따라서 일반적으로 100 내지 160℃의 캘린더 온도가 사용된다. 캘린더 조건들은 매우 특히 특수한 경우에 이용되는 매트릭스 파이버 폴리머의 용융- 및 연화 특성에 대해 조정되어야 한다. 폴리에스테르 바인딩 파이버를 이용하는 경우, 캘린더 온도는 일반적으로 170 내지 230℃이다.
캘린더는 바람직하게 2개의 평탄한 롤러로 구성된다. 구조화된 표면이 요구되는 특수한 경우에는 하나의 롤러가 엠보싱 패턴(embossing pattern)을 가질 수도 있다.
부직포 상에 상기 필링 폴리머의 제공 단계는 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 바람직하게 폴리머의 분산액 또는 용액이 이용된다. 특히 바람직한 분산액은 필름 형성 및/또는 교차 결합 분산액 또는 용액이다. 이와 같은 분산액 또는 용액은, 예를 들어 함침 및/또는 코팅 공정에 의해 상기 웨트-레이드 부직포의 하나 및/또는 2개의 측면에 제공될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 롤-코팅 방법(roll-coating method)에 의한 코팅 공정이 바람직한데, 그 이유는 그럼으로써 특히 밀폐된 코팅이 달성될 수 있기 때문이다. 건조에 의해 상기 필링 폴리머는 필름을 형성할 수 있다. 매우 특히 바람직하게 상기 필링 폴리머는 수성 폴리머 분산액의 형태로 상기 부직포 상으로 제공된다.
마찬가지로, 상기 필링 폴리머를 선구 화합물로부터 제조하는 것이 바람직하다. 적합한 선구 화합물은, 웨트-레이드 부직포 상으로 적용된 이후에 예를 들어 UV 중합에 의해 필링 폴리머로 전환될 수 있는 모노머 및/또는 올리고머이다. 이와 같은 실시 형태를 위해 적합한 모노머는 특히, 라디칼 또는 양이온 UV 중합에 의해 중합될 수 있는 모노머이다. 매우 특히 바람직하게 이와 같은 모노머는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 아크릴산, 메타크릴산, 폴리우레탄아크릴레이트; 또는 스티렌 및 이들의 유도체이다. 어떤 경우에는 이와 같은 모노머를, 예를 들어 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드(MBA) 또는 디비닐벤젠(DVB)과 같은 가교제에 의해 교차 결합하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같은 방법의 장점은 상기 모노머에 의한 부직포의 매우 우수한 침투 가능성이다.
이 경우, 폴리머의 제공은, 각각 목표한 최종 적용예 및 상기 적용예의 기술적 요구 조건들에 따라서, 이용되는 기술의 적합한 선택에 의해, 상기 폴리머가 다양한 영역들에서, 예를 들어 다음에 기술되는 코팅 또는 상기 코팅의 조합의 형태로 존재하도록 이루어질 수 있다:
● 부직포의 내부 함침(섬유들의 중간 공간들)
● (섬유들 상에서) 하나의 부직포 표면 또는 2개의 부직포 표면의 코팅
본 발명에 따른 부직포는 상기 부직포에 의해 달성 가능한 높은 투과율과 동시에 매우 우수한 광 확산 특성들로 인해 광 분배 소자로서 뛰어나게 적합하다. 따라서 본 발명은 또한, 본 출원서에서 언급된 하나 또는 복수의 실시 형태에 따른 부직포를 함유하는 광 분배 소자에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 대상은 하나 이상의 조명 수단 및 앞에서 기술된 것과 같은 광 분배 소자로서 부직포를 포함하는 광원이다. 상기 유형의 조명 수단은 높은 균일성과 함께 매우 높은 발광 효율을 특징으로 한다.
조명 수단으로는 특히, LED와 같은 점 형태의 광원들 및/또는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp; 냉음극 형광 램프)과 같은 선 형태의 광원들이 적합하다. 이 경우, LED는, 적외선 내지 자외선 광의 파장 범위에서 광을 방출할 수 있는 발광 다이오드(light emitting diode)로 이해된다. LED는 유기, 무기 또는 레이저 기반 다이오드를 포함하는 다양한 종류의 발광 다이오드로 이해된다.
본 발명에 따른 광원은 다양한 조명 목적을 위해, 예를 들어 실내조명 및/또는 메시지 전송을 위해 이용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 하나의 실시 형태에 따르면, 광원은 액정 스크린(LCD)의 역광 조명을 위해 이용된다.
측정 방법들:
굴절률:
사용된 재료들의 굴절률은 DIN EN ISO 489:1999-08에 따라 결정된다.
단위 면적당 중량:
테스트 규격 EN 29073-T1에 기초하여 단위 면적당 중량을 결정하기 위해 각각 3개의 100×100㎜ 크기의 표본이 펀칭 되고, 상기 표본들의 무게가 측정되며, 그리고 측정 값이 100과 곱해진다.
매트릭스 파이버, 바인딩 파이버 및 필링 폴리머의 중량비의 결정:
우선 필링 폴리머가 없는 부직포(비충전 부직포)의 중량이 결정되고 100중량%로 표준화된다. 후속하여 매트릭스 파이버, 바인딩 파이버 및 필링 폴리머의 중량비가 결정되고 필링 폴리머가 없는 부직포의 중량에 적용된다.
예시: 부직포는 30g/㎡의 매트릭스 파이버, 50g/㎡의 바인딩 파이버 및 30g/㎡의 필링 폴리머를 함유한다. 80g/㎡의 매트릭스 파이버와 바인딩 파이버의 합은 100중량%에 대응한다. 따라서 상기 매트릭스 파이버의 중량비는 37.5중량%, 상기 바인딩 파이버의 중량비는 62.5중량% 및 상기 필링 폴리머의 중량비는 37.5중량%이다.
두께:
두께는 테스트 규격 EN 29073-T2에 따라 측정된다. 측정 표면은 2㎠이고, 측정 압력은 1000cN/㎠이다.
공극률:
공극률은 두께, 중량 및 사용된 재료들의 밀도로부터 계산된다(P=(1-FG/(d·&δ))·100).
걸리에 따른 공기 투과율:
공기 투과율은 ISO 5636-3에 따라 결정된다.
루미네선스:
루미네선스는 LED-라이트 박스(light box)에 의해 결정된다. 이 경우, 상기 라이트 박스는 다음 치수를 갖는다: 275×400×275㎜(폭×높이×깊이). 상기 라이트 박스의 높이 조절 가능한 바닥 상에는 36(6×6)개의 백색 발광 다이오드(SMD 부품, 광 색상 온백색, 광속 21㏐/LED, 복사각 120°, 작동 전압 12VDC)가 서로 33.3㎜의 간격으로 제공되어 있다. 상기 라이트 박스의 투명한 덮개판은 2.5㎜ 두께의 아크릴 유리로 구성된다. 루미네선스를 결정하기 위해서는 측정될 부직포가 상기 덮개판 상으로 놓이고, 이때 활성화된 LED-광원과 상기 부직포 사이의 간격은 33㎜이다. 이와 관련하여 확산기에 대해 1m의 간격에서 위치 해상력을 갖는 루미네선스 카메라에 의해 어두워진 공간 내 루미네선스 분포가 기록된다. 후속하여 소프트웨어 지원하에, 예를 들어 최댓값, 최솟값, 평균값 및 편차와 같은 관련 변수들이 루미네선스 값들(L(x,y))로부터 결정된다.
인열 강도:
테스트 규격 DIN 53859에 기초하여 부직포들의 인열 강도가 결정된다. 이를 위해 각각 3개의 표본 몸체가 75×50㎜ 크기 및 50㎜의 절개부를 갖는 MD 및 CD로 펀칭 된다. 상기 절개부에 의해 생성된 측정 표본의 레그들은 인장 시험 기계의 클램프들 내로 고정되고(클램프 간격 50㎜), 200㎜/min의 인출 속도에 의해 서로 분리된다. 멤브레인들이 절단 방향으로 찢어지지 않는 경우가 많기 때문에, 측면으로 뜯어지는 측정 표본들도 고려되어야 한다. 검출된 값들로부터 평균이 형성된다.
공기 투과율 측정:
공기 투과율은 EN ISO 9237에 기초하여 결정된다. 표준 대기는 DIN 50014/ISO 554에 따르고, 검사 결과는 d㎥/s*㎡으로 제시된다.
수축률:
수축률을 결정하기 위해 100㎜×100㎜ 크기의 샘플이 펀칭 되어 150° 또는 200℃에서 1시간 동안 Mathis(社)의 실험실 건조기 내에 놓인다. 후속하여 상기 샘플의 수축률이 결정된다.
공극률:
공극률은 ASTM D6767-16(Standard Test Method for Pore Size Characteristics of Geotextiles by Capillary Flow Test, 모세관류 검사에서 지오텍스타일의 기공 크기 특성을 위한 표준 검사법)에 따라 결정된다.
최대 인장력:
재료들의 최대 인장력(HZK)은 EN 29073 T3에 따라 결정된다.
다음에서 본 발명은 복수의 예시에 의해 더 상세하게 설명된다.
예시 1
Archroma(社)의 35% 수성 Plextol®BV 595 분산액의 300개의 부분에 의해 100㎝ 폭의 PET 웨트-레이드 부직포(두께: 120㎛, 단위 면적당 중량: 85g/㎡)가 롤러 코팅 방법에 의해 연속적으로 코팅되고 150℃에서 건조된다.
120.13g/㎡의 단위 면적당 중량 및 133㎛의 두께를 갖는 코팅된 부직포가 얻어진다.
예시2
Synthomer(社)의 40% 수성 Revacryl®SY 505 분산액의 300개의 부분에 의해 100㎝ 폭의 PET 웨트-레이드 부직포(두께: 120㎛, 단위 면적당 중량: 85g/㎡)가 롤러 코팅 방법에 의해 연속적으로 코팅되고 150℃에서 건조된다.
136.6g/㎡의 단위 면적당 중량 및 137㎛의 두께를 갖는 코팅된 부직포가 얻어졌다.
예시3
Momentive(社)의 45% 수성 AXILAT®D 985 분산액의 300개의 부분에 의해 100㎝ 폭의 PET 웨트-레이드 부직포(두께: 120㎛, 단위 면적당 중량: 85g/㎡)가 롤러 코팅 방법에 의해 연속적으로 코팅되었고 150℃에서 건조되었다.
130.6g/㎡의 단위 면적당 중량 및 135㎛의 두께를 갖는 코팅된 부직포가 얻어졌다.
비교 예시4
95%의 바인딩 파이버(PBT/PET, 섬유 지름＞1dtex) 및 5%의 마이크로파이버(PET, 섬유 지름＜0.3dtex)로 이루어진 열적으로 경화된 폴리에스테르-웨트-레이드 부직포. 이 경우, 상기 웨트-레이드 부직포의 두께 교정은 웹 형성 직후에, 또는 개별적인 작업 단계에서 이루어졌다. 이 경우, 인라인 경화 공정은 170 내지 225℃의 온도에서 평탄한 롤러 표면 및 스틸-스틸, 스틸-스캐퍼 또는 스틸-실리콘의 롤러 조합을 갖는 캘린더에 의해 이루어졌다. 모든 재료들에서 라인 압력은 85g/㎡의 단위 면적당 중량 및 120㎛의 두께에서 120 내지 230N/㎜의 범위 내에 있었다.
물리적 값들: 표 적용.
예시 1 예시 2 예시 3 비교 예시 4
두께[㎛] 133 137 135 120
중량[g/㎡] 128.13 136.6 130.6 85
HZK[N]
(MD)		 263 307 314 300
HZK[N] 184 200 191 200
WRK[N]
(MD)		 0.85 0.87 0.65 0.43
WRK[N]
(CD)		 0.74 0.76 0.9 0.54
평균 루미네선스[cd/㎡] 2822 2796 2474 2114
루미네선스 편차 시그마[cd/㎡] 115 129 143 184
수축률[%] ＜1 ＜1 ＜1 ＜1
걸리 넘버sec.[100㎖] ＞250 ＞250 ＞250 ＜100
공극률[%] 25 29 28 51
상기 표는, 본 발명에 따른 예시 1 내지 3이 대등한 단위 면적당 중량 및 두께에서 비교 예시 4보다 더 높은 루미네선스와 동시에 더 낮은 루미네선스 편차(표준 편차 σ)를 갖는다는 사실을 보여준다. 이는 이러한 점에서 상기 예시들이 더 높은 균질성을 갖는다는 사실을 의미한다.

Claims (15)

  1. 광 분배 소자로서 부직포, 바람직하게 웨트-레이드 부직포(wet-laid nonwoven)의 사용으로서, 상기 부직포는
    a1) 1 - 50중량%의 매트릭스 파이버(matrix fiber),
    a2) 50 - 99중량%의 적어도 부분적으로 열적으로 용융된 바인딩 파이버(binding fiber), 및
    b) 20 - 200중량%의 하나 이상의 필링 폴리머(filling polymer)를 포함하고, 매트릭스 파이버, 바인딩 파이버 및 필링 폴리머의 중량비는 각각 필링 폴리머가 없는 부직포의 전체 중량을 기준으로 하며,
    ― 상기 매트릭스 파이버는 하나 이상의 매트릭스 파이버 폴리머를 함유하고, 상기 바인딩 파이버는 하나 이상의 바인딩 파이버 폴리머를 함유하며,
    ― 매트릭스 파이버 폴리머 및/또는 바인딩 파이버 폴리머는 서로 독립적으로 1.3 내지 1.7, 바람직하게 1.5 내지 1.65의 굴절률 "n"을 갖고,
    ― 상기 필링 폴리머는 1.2 내지 1.7의 굴절률 "n"을 가지며,
    ― 상기 매트릭스 파이버 폴리머의 굴절률과 상기 필링 폴리머의 굴절률의 차이 및/또는 상기 바인딩 파이버 폴리머의 굴절률과 상기 필링 폴리머의 굴절률의 차이는 0.1 내지 0.4인 상기 광 분배 소자로서 부직포의 사용에 있어서,
    상기 부직포는 ＞ 250sec./100㎖의 걸리 넘버(Gurley number)를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 부직포는 30% 미만의 공극률을 갖는 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 필링 폴리머는 평면 코팅으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    상기 필링 폴리머는 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리우레탄아크릴레이트 및 폴리우레탄메타크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리카보네이트(PC), 폴리올레핀(PO), 사이클릭 폴리올레핀코폴리머(COC) 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    상기 부직포는 2200cd/m 이상의 평균 루미네선스 및/또는 180cd/㎡ 미만의 편차 시그마를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    상기 부직포는 하나 이상의 방향에서 0.6N 이상의 인열 강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    상기 부직포는 하나 이상의 방향에서 180N 이상의 최대 인장력을 갖는 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    상기 부직포는 30 내지 400㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    상기 부직포는 2% 미만의 수축률을 갖는 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    상기 필링 폴리머는 상기 매트릭스 파이버 폴리머 및/또는 상기 바인딩 파이버 폴리머의 용융점 아래에 놓인 용융점 및/또는 연화점을 갖는 필링 폴리머 반응물로부터 제조된 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    상기 부직포는 1.6 이상의 굴절률을 갖는 광 산란 충전제들을 함유하는 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    상기 매트릭스 파이버는 0.06 내지 1.7dtex의 평균 섬도를 갖고, 그리고/또는 상기 바인딩 파이버는 0.2 내지 2.2dtex의 평균 섬도를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    상기 부직포는 0.4g/㎤ 이상의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
    상기 부직포는 단층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 분배 소자로서 부직포의 사용.
  15. 하나 이상의 조명 수단 및 제1 항 내지 제14 항에 기술된 것과 같은 광 분배 소자로서 부직포를 포함하는 광원.
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