KR20200037718A - 도광판 제조방법, 이에 의해 제조된 도광판 및 이를 구비하는 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도광판 제조방법, 이에 의해 제조된 도광판 및 이를 구비하는 조명용 발광다이오드 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 광을 추출하는 광점이 전방의 관찰자에게 보이는 현상을 방지할 수 있고, 공정을 단순화할 수 있으며, 램버시안(Lambertian)에 가까운 배광 분포를 얻을 수 있는 도광판 제조방법, 이에 의해 제조된 도광판 및 이를 구비하는 조명용 발광다이오드 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 측면 발광형 조명장치에 사용되는 도광판을 제조하는 방법에 있어서, 전방의 관찰자와 마주하는 표면으로 빛이 발산되는 제1 표면, 상기 제1 표면과 대향되는 제2 표면 및 상기 제1 표면과 상기 제2 표면의 가장자리에 이어져 형성되어 상기 제1 표면과 상기 제2 표면을 이어주고 배치되는 발광다이오드와 마주하게 되는 제3 표면을 포함하는 상기 도광판을 준비하는 도광판 준비단계; 및 상기 제2 표면 전 영역에 상기 인쇄용액을 인쇄하여 연속된 산란층을 형성하는 산란층 형성단계를 포함하되, 상기 산란층 형성단계에서는 상기 제3 표면의 적어도 일면과 마주하게 배치되는 상기 발광다이오드로부터 멀어질수록, 상기 산란입자의 밀도가 점진적으로 높아지도록 인쇄 공정을 제어하는 제1 방식 및 상기 산란층의 두께가 점진적으로 두꺼워지도록 인쇄 공정을 제어하는 제2 방식 중 적어도 어느 한 방식을 사용하는 도광판 제조방법, 이에 의해 제조된 도광판 및 이를 구비하는 조명장치를 제공한다.

Description

도광판 제조방법, 이에 의해 제조된 도광판 및 이를 구비하는 조명 장치{METHOD OF FABRICATING LIGHT GUIDE PLATE, LIGHT GUIDE PLATE FABRICATED BY THE SAME AND LIGHTING DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 도광판 제조방법, 이에 의해 제조된 도광판 및 이를 구비하는 조명장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 광을 추출하는 광점이 전방의 관찰자에게 보이는 현상을 방지할 수 있고, 공정을 단순화할 수 있으며, 램버시안(Lambertian)에 가까운 배광 분포를 얻을 수 있는 도광판 제조방법, 이에 의해 제조된 도광판 및 이를 구비하는 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로, 도광판은 아크릴이나 폴리카보네이트 등의 투명도가 좋은 기판으로 이루어지며, 광학적인 굴절률이 높은 매질에서 낮은 매질로 빛이 진행할 때 나타나는 전반사 효과를 이용하여 빛을 내부로 퍼트린다. 도광판 내부를 이동하는 빛은 광추출 사이트(site)를 만나면 굴절되어 도광판 외부로 빠져 나오게 된다. 이를 위해, 도광판에는 빛을 외부로 뽑아내는 광추출 사이트가 필요하다. 이 광추출 사이트를 만드는 방법으로는 기계적으로 "V"자 형태의 홈(groove)을 만드는 방법, 잉크젯으로 렌즈를 형성하는 방법, 그리고 도 10에 도시한 바와 같이, 스크린 프린팅으로 도광판(3)의 표면에 도트(dot)(5) 패턴을 인쇄하는 방법이 많이 사용되고 있다. 하지만, 도광판(3)의 표면에 도트(dot)(5) 패턴을 인쇄하는 경우, 도트(5)들 간의 간격이 넓어 별도의 확산판을 설치해 주어야만 한다.
도 11에 도시한 바와 같이, 최근에 잉크젯 기술이 발달함에 따라 좀더 작은 도트(5)의 인쇄가 가능하게 되었다. 작은 도트(5)를 랜덤하게 배열하여, 이 도트(5)들이 확산판과 같은 역할을 하게 함으로써, 확산판을 생략할 수 있게 되었다. 하지만, 실제 조명으로 만들어 보면, 잉크젯으로 만든 도트(5)의 크기가 작아지더라도 눈에 보일 정도이며, 특히 공정 편차로 인해 얼룩 등이 발생하여, 실제 제품으로 사용하기에는 다소 미진한 상태이다.
또한, 도트(5)의 크기가 작아지면 인쇄해야 하는 도트(5)의 개수도 늘어나게 되므로, 양산에 걸리는 시간이 늘어나는 문제도 발생하게 된다.
대한민국 등록특허공보 제10-0656896호(2006.12.06.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 광을 추출하는 광점이 전방의 관찰자에게 보이는 현상을 방지할 수 있고, 공정을 단순화할 수 있으며, 램버시안(Lambertian)에 가까운 배광 분포를 얻을 수 있는 도광판 제조방법, 이에 의해 제조된 도광판 및 이를 구비하는 조명장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 측면 발광형 조명장치에 사용되는 도광판을 제조하는 방법에 있어서, 전방의 관찰자와 마주하는 표면으로 빛이 발산되는 제1 표면, 상기 제1 표면과 대향되는 제2 표면 및 상기 제1 표면과 상기 제2 표면의 가장자리에 이어져 형성되어 상기 제1 표면과 상기 제2 표면을 이어주고 배치되는 발광다이오드와 마주하게 되는 제3 표면을 포함하는 상기 도광판을 준비하는 도광판 준비단계; 및 상기 제2 표면 전 영역에 산란입자가 포함된 인쇄용액을 인쇄하여 연속된 산란층을 형성하는 산란층 형성단계를 포함하되, 상기 산란층 형성단계에서는 상기 제3 표면의 적어도 일면과 마주하게 배치되는 상기 발광다이오드로부터 멀어질수록, 상기 산란입자의 밀도가 점진적으로 높아지도록 인쇄 공정을 제어하는 제1 방식 및 상기 산란층의 두께가 점진적으로 두꺼워지도록 인쇄 공정을 제어하는 제2 방식 중 적어도 어느 한 방식을 사용하는 도광판 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 산란층 형성단계 전, 상기 인쇄용액을 제조하는 인쇄용액 제조단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 인쇄용액 제조단계에서는 상기 산란입자의 함량이 상기 인쇄용액 대비 0.1 ~ 5 wt%가 되도록 상기 산란입자를 상기 인쇄용액에 첨가할 수 있다.
또한, 상기 인쇄용액 제조단계에서는 상기 산란입자로 TiO2, ZrO2, BaTiO3 및 SnO2 중 적어도 어느 하나를 선택하여 상기 인쇄용액에 첨가할 수 있다.
이때, 상기 제1 방식에서는 단위면적당 상기 산란입자의 수가 위치 별로 적어도 1.2배 이상 차이가 나도록 인쇄 공정을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제1 방식에서는 상기 제2 표면의 전 영역에 걸쳐 형성되는 상기 산란층의 두께가 균일하도록 인쇄 공정을 제어할 수 있다.
이때, 상기 제2 방식에서는 상기 산란층의 두께가 위치 별로 최소 1 ㎛에서 최대 5 ㎛가 되도록 인쇄 공정을 제어할 수 있다.
또한, 상기 도광판 제조방법은, 상기 산란층 형성단계 후 상기 산란층을 경화하는 산란층 경화단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은, 전방의 관찰자와 마주하는 표면으로 빛이 발산되는 제1 표면, 상기 제1 표면과 대향되는 제2 표면 및 상기 제1 표면과 상기 제2 표면의 가장자리에 이어져 형성되어 상기 제1 표면과 상기 제2 표면을 이어주고 배치되는 발광다이오드와 마주하게 되는 제3 표면을 포함하는 도광판 몸체; 및 상기 제2 표면 전 영역에 걸쳐 형성되되, 매트릭스 층 및 상기 매트릭스 층 내부에 분포되어 있는 다수의 산란입자를 포함하는 산란층을 포함하되, 상기 산란층은 상기 제3 표면의 적어도 일면과 마주하게 배치되는 상기 발광다이오드로부터 멀어질수록 점진적으로 두꺼운 두께로 형성되는 도광판을 제공한다.
다른 한편으로, 본 발명은, 전방의 관찰자와 마주하는 표면으로 빛이 발산되는 제1 표면, 상기 제1 표면과 대향되는 제2 표면 및 상기 제1 표면과 상기 제2 표면의 가장자리에 이어져 형성되어 상기 제1 표면과 상기 제2 표면을 이어주고 배치되는 발광다이오드와 마주하게 되는 제3 표면을 포함하는 도광판 몸체; 및 상기 제2 표면 전 영역에 걸쳐 형성되되, 매트릭스 층과 상기 매트릭스 층 내부에 분포되어 있는 다수의 산란입자를 포함하는 산란층을 포함하되, 상기 다수의 산란입자는 상기 제3 표면의 적어도 일면과 마주하게 배치되는 상기 발광다이오드로부터 멀어질수록 점진적으로 높은 분포 밀도를 갖는 도광판을 제공한다.
여기서, 상기 산란층은 상기 제2 표면의 전 영역에 걸쳐 균일한 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 산란층의 표면은 평탄면을 이룰 수 있다.
이때, 상기 산란층의 표면 조도(Ra)는 100㎚ 이하일 수 있다.
그리고 상기 산란층의 위치별 두께는 최소 1 ㎛에서 최대 5 ㎛일 수 있다.
상기 산란입자는 상기 매트릭스 층을 이루는 물질보다 굴절률이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 산란입자는 TiO2, ZrO2, BaTiO3 및 SnO2 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 도광판 몸체의 헤이즈(haze) 값은 30% 이하이고, 투과율은 50% 이상일 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기 도광판; 상기 도광판의 측면으로 정의되는 제3 표면의 적어도 일면과 마주하게 배치되는 적어도 하나의 발광다이오드; 및 상기 도광판 및 상기 발광다이오드의 장착 공간을 제공하는 프레임을 포함하는 조명장치를 제공한다.
여기서, 상기 발광다이오드가 온 상태인 경우에는 상기 도광판의 전면으로 정의되는 제1 표면 및 상기 도광판의 후면으로 정의되는 제2 표면 양측으로 빛이 발산되고, 상기 발광다이오드가 오프 상태인 경우에는 상기 제1 표면 측의 관찰자가 상기 도광판을 통해 상기 제2 표면 측까지 관찰 가능해질 수 있다.
또한, 상기 조명장치는 상기 도광판의 후면으로 정의되는 제2 표면 측에 배치되는 반사판을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전방의 관찰자를 기준으로, 도광판의 후면 전 영역에 걸쳐 산란입자가 포함되어 있는 산란층을 한 번의 인쇄 공정을 통해 형성함으로써, 광을 추출하는 광점이 전방의 관찰자에게 보이는 현상을 방지, 즉, 종래 잉크젯 인쇄 시 나타나는 패턴 mismatch에 의한 얼룩이나 규칙적인 패턴 형상 등이 전방의 관찰자에게 보이는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 한 번의 인쇄 공정을 통해 산란층을 형성할 수 있고, 도광판의 전방에 배치되는 확산판을 생략할 수 있으며, 렌즈 형성 시 필요로 하는 저표면에너지 층 등과 같은 부가층이 불필요하게 됨으로써, 도광판 제조 공정을 단순화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 도광판의 측면에 배치되는 발광다이오드로부터 멀어질수록, 인쇄용액 대비 산란입자의 밀도를 점진적으로 높게 제어하거나 산란층의 두께가 점진적으로 두꺼워지게 제어함으로써, 발광다이오드와 인접한 영역에서 과량의 빛이 먼저 빠져 나와 버리는 문제를 방지할 수 있고, 램버시안(Lambertian)에 가까운 배광 분포를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 발광다이오드가 온(on) 상태일 때는 도광판의 전, 후 앙면으로 빛이 발산되고, 발광다이오드가 오프(off) 상태일 때는 전방의 관찰자를 기준으로 할 때, 도광판의 뒤가 보이는 투명한 조명장치 또한 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 도광판 제조방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 도광판을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 도광판을 구비하는 조명장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 비교 예1에 따라 제조된 도광판을 관찰한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 비교 예1에 따라 제조된 도광판에 대한 배광 분포도이다.
도 7은 본 발명의 비교 예1, 2에 따라 제조된 도광판의 농도에 따른 위치 별 밝기 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예1에 따라 제조된 도광판에 대한 배광 분포도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예1에 따라 제조된 도광판을 적용한 조명장치를 나타낸 사진이다.
도 10 및 도 11은 종래기술에 따른 도광판을 나타낸 모식도들이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 도광판 제조방법, 이에 의해 제조된 도광판 및 이를 구비하는 조명장치에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 도광판 제조방법은, 측면에 발광다이오드(200)가 배치되는 측면 발광형 조명장치(도 3 및 도 4의 10)에 사용되는 도광판(100)을 제조하는 방법이다.
이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 도광판 제조방법은 도광판 준비단계(S110) 및 산란층 형성단계(S130)를 포함하여 형성된다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따른 도광판 제조방법은 산란층 형성단계(S130) 전, 인쇄용액 제조단계(S120)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 도광판 준비단계(S110)에서는 도광판(100)으로 투명 플레이트를 준비한다. 예를 들어, 도광판(100)으로는 아크릴이나 유리 재질의 기판이 사용될 수 있다. 이와 같이, 도광판(100)으로 투명한 플레이트를 사용하면, 뒤가 보이는 투명한 조명용 발광다이오드 장치(도 4의 10)를 구현할 수 있다. 이를 위해, 헤이즈(haze) 값은 30% 이하이고, 투과율은 50% 이상인 도광판(100)을 준비하는 것이 바람직하다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는 전방의 관찰자와 마주하는 표면으로 빛이 발산되는 도광판(100)의 표면을 전면, 이 전면과 대향되는 도광판(100)의 표면을 후면, 그리고 전면과 후면의 가장자리에 이어져 형성되어 전면과 후면을 이어주고 배치되는 발광다이오드(200)와 마주하게 되는 도광판(100)의 표면을 측면으로 정의한다.
다음으로, 인쇄용액 제조단계(S120)에서는 산란입자(130)가 포함된 인쇄용액을 제조한다. 이때, 본 발명의 실시 예에서는 종래의 도트 패턴을 인쇄할 때 사용하는 용액과 비교할 때, 인쇄용액이 매우 적은 산란입자(130)의 함량을 갖는 것이 요구된다. 이는, 후술되는 산란층 형성단계(S130)를 통해 형성되는 산란층(140)이 종래의 도트 패턴의 점 형상이 아닌 면을 이루게 되는데, 이렇게 되면 전체 면적이 늘어나게 되고 그 결과 발광다이오드(200)와 인접 영역에서 빛이 많이 빠져 나와 버리는 문제를 해결하기 위함이다.
이를 위해, 인쇄용액 제조단계(S120)에서는 산란입자(130)의 함량이 인쇄용액 대비 0.1 ~ 5 wt%, 바람직하게는 2 wt% 이하가 되도록 산란입자(130)를 인쇄용액에 첨가할 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시 예에서는 인쇄용액을 이루는 물질과 다른 굴절률, 바람직하게는 인쇄용액을 이루는 물질보다 높은 굴절률을 갖는 물질이 산란입자(130)로 사용될 수 있다. 예를 들어, 인쇄용액 제조단계(S120)에서는 산란입자(130)로 TiO2, ZrO2, BaTiO3 및 SnO2 중 적어도 어느 하나를 선택하여 인쇄용액에 첨가할 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 산란입자(130)로는 투명하고 인쇄용액을 이루는 물질보다 높은 굴절률을 갖는 다른 다양한 물질들도 사용될 수 있으므로, 산란입자(130)를 상기 물질들로 반드시 한정하는 것은 아니다. 이때, 산란입자(130)로 BaTiO3가 선택된 경우, 인쇄용액으로는 Polysiloxane과 DPM(Dipropylene glycol methyl ether)의 혼합 용액이 사용될 수 있는데, 이는 일례일 뿐, 인쇄용액으로 상기 혼합 용액만을 한정하는 것은 아니다.
예를 들어, TiO2가 산란입자(130)로 선택된 경우에는 인쇄용액으로 Hexamethylene diacrylate, Exo-1,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]hept-2-yl acrylate, Benzyl acrylate, 2-Methoxyethyl acrylate, Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide의 혼합물이 사용될 수 있다.
다음으로, 산란층 형성단계(S130)에서는 도광판(100)의 후면 전 영역에 인쇄용액을 인쇄하여 내부에 산란입자(130)가 분포되어 있는 연속된 산란층(140)을 형성한다. 이와 같이, 산란입자(130)의 함량이 매우 적은 상태의 인쇄용액을 도광판(100)의 후면 전 영역에 인쇄하게 되면, 산란층(140)의 표면은 평탄면을 이루게 된다. 즉, 산란입자(130)들은 산란층(140)의 표면으로 돌출되지 않는다. 일례로, 산란층(140)의 표면에서 난반사가 일어나는 유광 조건으로서, AFM을 사용하여, 산란층(140) 표면의 10 ㎛ × 10 ㎛ 면적에 대한 표면 조도(Ra)는 100㎚ 이하로 측정되었다. 이와 같이, 산란입자(130)들이 산란층(140)의 내부에만 분포하게 되면, 광을 추출하는 광점이 전방의 관찰자에게 보이는 현상을 방지, 즉, 종래 잉크젯 인쇄 시 나타나는 패턴 mismatch에 의한 얼룩이나 규칙적인 패턴 형상 등이 전방의 관찰자에게 보이는 문제를 방지할 수 있게 된다.
또한, 종래의 도트 패턴의 점 형상이 아닌 도광판(100)의 후면 전 영역을 덮는 형태로 하나의 면을 이루는 산란층(140)을 형성함에 따라, 종래 도광판의 전방에 배치되었던 확산판을 생략할 수 있고, 렌즈 형성 시 필요로 하는 저표면에너지 층 등과 같은 부가층이 불필요하게 됨으로써, 도광판 제조 공정을 단순화할 수 있게 된다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 산란층 형성단계(S130)에서는 단 한 번의 인쇄 공정을 통해 산란층(140)을 형성함에 따라, 제조 공정을 단순화할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 산란층 형성단계(S130)에서는 도광판(100)의 측면의 적어도 일면과 마주하게 배치되는 발광다이오드(200)와 이루는 거리에 따라, 위치 별로 산란층(140)에 포함되는 산란입자(130)의 함량에 차이가 생기도록 인쇄 공정을 제어하는 제1 방식 및 산란층(140)의 두께에 차이가 생기도록 인쇄 공정을 제어하는 제2 방식 중 적어도 어느 한 방식을 사용하게 된다. 이는 도광판(100)의 측면에 배치되는 발광다이오드(200)와의 거리에 따른 광 추출 효율의 차이를 조절하기 위함이다. 즉, 영역 별 고른 밝기 분포를 얻기 위해, 발광다이오드(200)에 인접한 영역에서는 광추출 효율을 낮추고 발광다이오드(200)에서 먼 쪽에서는 광추출 효율을 높일 필요가 있기 때문에 상기와 같이 인쇄 공정을 제어한다.
구체적으로, 산란층 형성단계(S130)에서 사용하는 제1 방식에서는 도광판(100)의 측면의 적어도 일면과 마주하게 배치되는 발광다이오드(200)로부터 멀어질수록, 인쇄용액 대비 산란입자(130)의 단위면적당 밀도가 점진적으로 높아지도록 인쇄 공정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 산란층 형성단계(S130)에서는 단위면적당 산란입자(130)의 수가 위치 별로 적어도 1.2배 이상 차이가 나도록 인쇄 공정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 산란층 형성단계(S130)에서는 발광다이오드(200)와 인접한 부위에 형성되는 산란층(140) 내부에 분포되는 산란입자(130)의 밀도가 50%가 되도록 인쇄 공정을 제어하고, 발광다이오드(200)와 가장 먼 부위에 형성되는 산란층(140) 내부에 분포되는 산란입자(130)의 밀도가 80%가 되도록 인쇄 공정을 제어할 수 있다. 이때, 제1 방식에서는 도광판(100)의 후면 전 영역에 걸쳐 형성되는 산란층(140)의 두께가 균일하도록 인쇄 공정을 제어할 수 있다. 일례로, 제1 방식에서는 BaTiO3로 이루어진 산란입자의 중량비가 0.5 wt%인 용액과 1.2 wt%인 용액 두 가지를 준비한다. 그 다음, 두 가지 용액을 동시에 사용할 수 있는 잉크젯 헤더를 준비한다. 그리고 이러한 잉크젯 헤더를 사용하여 인쇄 두께는 균일하게 하면서 단위부피당 산란입자 수에 차이가 있는 산란층을 인쇄한다. 이 경우, 전체 인쇄 밀도는 고정된 상태로, 두 용액의 분출 비율을 연속적으로 변경함으로써, 인쇄 두께는 균일하게 하면서 단위부피당 산란입자 수에 차이가 있는 산란층을 인쇄하여 형성할 수 있다.
또한, 산란층 형성단계(S130)에서 사용하는 제2 방식에서는 도광판(100)의 측면을 이루는 적어도 일면과 마주하게 배치되는 발광다이오드(200)로부터 멀어질수록, 산란층(140)의 두께가 점진적으로 두꺼워지도록 인쇄 공정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 산란층 형성단계(S130)의 제2 방식에서는 산란층(140)의 두께가 위치 별로 최소 1 ㎛에서 최대 5 ㎛가 되도록 인쇄 공정을 제어할 수 있다. 즉, 산란층 형성단계(S130)에서는 발광다이오드(200)와 인접한 부위에 형성되는 산란층(140)의 두께가 1 ㎛가 되도록 인쇄 공정을 제어하고, 발광다이오드(200)와 가장 먼 부위에 형성되는 산란층(140)의 두께가 5 ㎛가 되도록 인쇄 공정을 제어할 수 있다. 이때, 산란층 형성단계(S130)에서는 발광다이오드(200)와 인접한 부위에 형성되는 산란층(140)의 두께가 1 ㎛가 되도록 인쇄 공정을 제어한 다음, 산란층(140)의 두께가 예컨대, 가우스 분포 곡선 형태로 점진적으로 증가하도록 인쇄 공정을 제어하고 발광다이오드(200)와 가장 먼 부위에 형성되는 산란층(140)의 두께가 최종적으로 5㎛가 되도록 인쇄 공정을 제어할 수 있다. 여기서, 산란층(140)의 두께가 1 ㎛ 미만이면, 램버시안(Lambertian)에 가까운 배광 분포를 얻을 수 없고, 산란층(140)의 두께가 5 ㎛를 초과하게 되면, 인쇄된 산란층(140)을 건조시키기 어려운 문제가 발생된다.
이때, 본 발명의 실시 예에서는 도광판(100)의 일 측면에만 발광다이오드(200)가 배치된 경우에 대해 설명하고 있으나, 도광판(100)의 양 측면에 발광다이오드(200)가 배치된 경우, 도광판(100) 중심 부위에 형성되는 산란층(140)의 두께가 상대적으로 가장 두껍게 형성될 수 있다. 즉, 산란층(140)의 두께가 최대 5 ㎛가 되는 산란층(140)의 부위는 도광판(100)의 중심 영역이 될 수 있다.
이와 같이, 산란층 형성단계(S130)에서는 도광판(100)의 측면을 이루는 적어도 일면과 마주하게 배치되는 발광다이오드(200)로부터 멀어질수록 인쇄용액 대비 산란입자(130)의 밀도를 점진적으로 높게 제어하거나 산란층(140)의 두께, 예컨대, 가우스 분포 곡선 형태로 점진적으로 두꺼워지게 제어하거나 도광판(100)의 측면을 이루는 적어도 일면과 마주하게 배치되는 발광다이오드(200)로부터 멀어질수록 인쇄용액 대비 산란입자(130)의 밀도를 점진적으로 높게 제어하는 가운데 산란층(140)의 두께 또한 점진적으로 두꺼워지게 제어할 수 있다. 그 결과, 발광다이오드(200)와 인접 영역에서 과량의빛이 빠져 나와 버리는 문제를 방지할 수 있고, 램버시안(Lambertian)에 가까운 배광 분포(도 8 참조)를 얻을 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 실시 예에 따른 도광판 제조방법은 산란층 형성단계(S130)를 통해 도광판(100)의 후면 전 영역에 걸쳐 형성된 산란층(140)을 경화하는 산란층 경화단계(S140)를 진행할 수 있다. 산란층 경화단계(S140)에서는 예컨대, 인라인 UV 경화기를 사용하여 산란층(140)을 경화시킬 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 산란층 경화단계(S140)가 완료되면, 본 발명의 실시 예에 따른 도광판(100)이 제조된다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 도광판(100)은 측면에 발광다이오드(200)가 배치되는 도광판 몸체(110), 도광판 몸체(110)의 후면 전 영역에 걸쳐 형성되는 산란층(140)을 포함하여 형성된다. 이때, 산란층(140)은 매트릭스 층(120) 및 이의 내부에 분포되어 있는 다수의 산란입자(130)를 포함하여 형성된다.
본 발명의 실시 예에서, 산란층(140)은 그 표면이 예컨대, 표면 조도(Ra) 100㎚ 이하인 평탄면을 이루며, 발광다이오드(200)가 배치되는 도광판 몸체(110)의 측면으로부터 멀어질수록 예컨대, 가우스 분포 곡선 형태로 점진적으로 두꺼운 두께로 형성된다. 이때, 발광다이오드(200)와 최인접 영역의 산란층(120) 두께는 최소 1 ㎛로 형성될 수 있고, 발광다이오드(200)로부터 가장 먼 영역의 산란층(120) 두께는 최대 5 ㎛로 형성될 수 있다.
또한, 다수의 산란입자(130)는 도광판 몸체(110)의 측면을 이루는 적어도 일면과 마주하게 배치되는 발광다이오드(200)로부터 멀어질수록, 점진적으로 높은 분포 밀도를 가질 수 있다. 이때, 산란입자(130)는 산란층(140)을 이루는 물질보다 굴절률이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 산란입자(130)는 TiO2, ZrO2, BaTiO3 및 SnO2 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 다수의 산란입자(130)가 발광다이오드(200)가 배치되는 도광판 몸체(110)의 측면으로부터 멀어질수록, 점진적으로 높은 분포 밀도를 가질 경우, 산란층(140)은 도광판(100)의 후면 전 영역에 걸쳐 균일한 두께로 형성될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 도광판 제조방법을 통해 제조된 도광판(100)은 조명장치(10)에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 조명장치(10)는 측면 발광형으로, 전술한 바와 같은 도광판(100), 발광다이오드(200) 및 프레임(300)을 포함하여 형성된다.
여기서, 발광다이오드(200)는 도광판(100)의 적어도 하나의 측면에 배치된다. 즉, 발광다이오드(200)는 도면기준으로 도광판(100)의 좌측 또는 우측 아니면 좌우측 모두에 배치될 수 있다. 이때, 발광다이오드(200)는 각 측면에 적어도 하나 배치될 수 있다. 또한, 프레임(300)은 도광판(100)과 발광다이오드(200)의 장착 공간을 제공한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 프레임(300)은 도광판(100)에서 빛이 방출되는 영역(도면 기준 상측)을 제외한 나머지 부분을 감싸는 형태로 설치될 수 있다.
이때, 도광판(100)의 후면과 프레임(300) 사이에는 도광판(100)의 후방으로 향하는 빛을 전방으로 반사시키는 반사판(400)이 배치될 수 있다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 프레임(300)은 도광판(100)의 전, 후면을 노출시키는 형태로 설치될 수도 있다. 즉, 사각테 형태의 프레임(300)이 도광판(100)과 결합될 수 있다. 이 경우, 발광다이오드(200)가 온(on) 상태가 되면, 빛은 노출된 도광판(100)의 전, 후면을 통해 양방향으로 나오게 된다. 그리고 발광다이오드(200)가 오프(off) 상태가 되면, 도광판(100)이 30% 이하의 헤이즈 값과 50% 이상의 투과율을 나타냄에 따라, 전방의 관찰자는 투명한 도광판(100)을 통해 조명장치(10) 후방의 모습을 관찰할 수 있게 된다.
<비교 예1>
120 × 120 × 2 ㎜ 크기의 유리 도광판을 준비하였다. 산란층으로는 TiO2 입자가 12 wt% 포함되어 있는 ATECH 사의 화이트 잉크를 준비하였다. 이때, 화이트 잉크는 Hexamethylene diacrylate, Exo-1,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]hept-2-yl acrylate, Benzyl acrylate, 2-Methoxyethyl acrylate, Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide 등의 혼합물로 준비하였다. 액적의 크기가 12pL가 되도록 조절하여, 도광판 위에 400 × 400 dpi(drop per inch)의 인쇄밀도를 기준으로 부분별로 인쇄를 하지 않음으로써, 농도 구배를 형성하였다. 발광다이오드에 인접한 구간은 10%의 농도(즉, 1 × 1 inch2 당 400 × 400 × 10% = 16000 개의 액적(drop))로, 발광다이오드에서 먼 영역은 20%의 농도로 구배를 주면서 인쇄하였다.
그 다음, Luminus사의 MP-3014 발광다이오드 12개를 직렬로 연결한 LED bar 2개를 도광판 좌우에 부착하고, 35 V, 63 ㎃의 전력을 공급하여 제품을 관찰하였다. 또한, Minolta사 CS-1000 spectroradiometer로 밝기를 측정하였다. 그 결과, 정면 휘도는 평균 4100 cd/㎠를 나타내었다.
도 5의 이미지를 보면, 빛이 나오는 위치(dot)가 육안으로 보이며, 도트 간 거리가 먼 곳은 100 ㎛를 넘어서는 구간이 많이 있고, 이런 부위가 군데군데 검은 점으로 보이는 현상이 나타났다. 또한, 인쇄 도트의 위치 정밀도 문제로, 조밀(dense) 영역과 소한(coarse) 영역의 차이로 인해 얼룩으로 보이는 현상이 나타났다. 그리고 도 6의 배광 분포도에 나타낸 바와 같이, 인쇄층인 산란층의 두께가 얇아 좌우로 많이 퍼지는 형태의 배광 분포를 나타내는 것으로 확인되었다.
<비교 예2>
발광다이오드에 인접한 구간은 30%의 농도로, 발광다이오드에서 먼 영역은 60%의 농도로 구배를 주면서 인쇄하였고, 나머지 조건은 비교 예1과 동일하게 제어하였다.
도 7의 비교 예1, 2에 따라 제조된 도광판의 농도에 따른 위치 별 밝기 균일도를 나타낸 그래프를 보면, 비교 예1(다이아몬드 그래프)의 위치 별 밝기가 비교 예2(정사각형 그래프)의 위치 별 밝기보다 균일도가 우수한 것으로 확인되었다.
<실시 예1>
120 × 120 × 2㎜ 크기의 코닝사의 Iris® Glass를 도광판으로 준비하였다. 이때, 코닝사의 Iris® Glass를 절단하고 인라인 초음파 세정기를 사용하여 세척하였다. 산란층으로는 BaTiO3 분말이 2 wt% 포함되어 있는 용액을 준비하였다. 용액으로는 DPM(Dipropylene glycol methyl ether) 용액을 사용하였고, 이 용액에 BaTiO3 분말과 분산제를 함께 넣어 분산시킨 후 Polysiloxane 용액과 혼합하여 최종적으로 분말 함량이 0.3 wt%가 되도록 만들었다. 그 다음, 액적의 크기가 12pL가 되도록 조절하여, 도광판 위에 800 × 800 dpi의 인쇄밀도를 기준으로 부분별로 다른 인쇄밀도로 인쇄하였다. 즉, 발광다이오드에 인접한 구간은 50%의 농도(즉, 1 × 1 inch2 당 800 × 800 × 50% = 320000 개의 액적(drop))로, 발광다이오드에서 먼 영역은 80%의 농도(즉, 1 × 1 inch2 당 800 × 800 × 80% = 512000 개의 액적(drop))로 구배를 주면서 인쇄하였다. 비트맵 형식으로 된 인쇄 밀도를 가지고 있는 인쇄맵을 사용하였고, 인쇄 후 인라인 UV 경화기를 사용하여 경화시켰다. 이때, 메탈 핼라이드 램프(metal halide lamp)를 사용하여 1 J/㎠ 의 빛을 조사하였다. 비교 예1 대비 단위면적 당 액적의 개수가 대략 30배 가량 증가함에 따라, 액적 간에는 완전히 서로 연결되어, 평면이 형성된 상태에서 표면이 매끈하면서도 도막 두께 구배가 있는 인쇄표면을 형성하였다. 여기서, 표면이 매끈하다는 것은 광택이 있는 평탄한 표면을 의미한다.
그 다음, Luminus사의 MP-3014 발광다이오드 12개를 직렬로 연결한 LED bar 2개를 도광판 좌우에 부착하고, 39 V, 498 ㎃의 전력을 공급하여 제품을 관찰하였다. 또한, Minolta사 CS-1000 spectroradiometer로 밝기를 측정하였다. 그 결과, 정면 휘도는 평균 14740 cd/㎠를 나타내었다. 도트들이 서로 연결되어, 인쇄 밀도 차이에 의한 얼룩이나, 액적 간 거리로 인한 암점이 관찰되지 않았다. 또한, 도 8의 배광 분포도에 나타낸 바와 같이, 방출되는 빛의 방향에 따른 분포는 인쇄층인 산란층의 두께가 두꺼워지면서 램버시안(Lambertian)에 가까운 배광 분포를 나타내었다. 도 9의 사진에서 보여지는 바와 같이, LED 전원을 끈 경우에는 투명한 도광판 및 인쇄층을 통해서 뒤가 보이는 투명 조명을 연출하였다. BYK 사의 헤이즈메터(Haze meter)를 사용하여 도광판의 투과율과 헤이즈를 측정한 결과 각각 87%, 15% 로 나타났다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100; 도광판 110; 도광판 몸체
120; 매트릭스 층 130; 산란입자
140; 산란층 200; 발광다이오드
300; 프레임 400; 반사판
10; 조명용 발광다이오드 장치

Claims (20)

  1. 측면 발광형 조명장치에 사용되는 도광판을 제조하는 방법에 있어서,
    전방의 관찰자와 마주하는 표면으로 빛이 발산되는 제1 표면, 상기 제1 표면과 대향되는 제2 표면 및 상기 제1 표면과 상기 제2 표면의 가장자리에 이어져 형성되어 상기 제1 표면과 상기 제2 표면을 이어주고 배치되는 발광다이오드와 마주하게 되는 제3 표면을 포함하는 상기 도광판을 준비하는 도광판 준비단계; 및
    상기 제2 표면 전 영역에 산란입자가 포함된 인쇄용액을 인쇄하여 연속된 산란층을 형성하는 산란층 형성단계;
    를 포함하되,
    상기 산란층 형성단계에서는 상기 제3 표면의 적어도 일면과 마주하게 배치되는 상기 발광다이오드로부터 멀어질수록,
    상기 산란입자의 밀도가 점진적으로 높아지도록 인쇄 공정을 제어하는 제1 방식 및 상기 산란층의 두께가 점진적으로 두꺼워지도록 인쇄 공정을 제어하는 제2 방식 중 적어도 어느 한 방식을 사용하는 도광판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산란층 형성단계 전, 상기 인쇄용액을 제조하는 인쇄용액 제조단계를 더 포함하는 도광판 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인쇄용액 제조단계에서는 상기 산란입자의 함량이 상기 인쇄용액 대비 0.1 ~ 5 wt%가 되도록 상기 산란입자를 상기 인쇄용액에 첨가하는 도광판 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 인쇄용액 제조단계에서는 상기 산란입자로 TiO2, ZrO2, BaTiO3 및 SnO2 중 적어도 어느 하나를 선택하여 상기 인쇄용액에 첨가하는 도광판 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방식에서는 단위면적당 상기 산란입자의 수가 위치 별로 적어도 1.2배 이상 차이가 나도록 인쇄 공정을 제어하는 도광판 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방식에서는 상기 제2 표면의 전 영역에 걸쳐 형성되는 상기 산란층의 두께가 균일하도록 인쇄 공정을 제어하는 도광판 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방식에서는 상기 산란층의 두께가 위치 별로 최소 1 ㎛에서 최대 5 ㎛가 되도록 인쇄 공정을 제어하는 도광판 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 산란층 형성단계 후 상기 산란층을 경화하는 산란층 경화단계를 더 포함하는 도광판 제조방법.
  9. 전방의 관찰자와 마주하는 표면으로 빛이 발산되는 제1 표면, 상기 제1 표면과 대향되는 제2 표면 및 상기 제1 표면과 상기 제2 표면의 가장자리에 이어져 형성되어 상기 제1 표면과 상기 제2 표면을 이어주고 배치되는 발광다이오드와 마주하게 되는 제3 표면을 포함하는 도광판 몸체; 및
    상기 제2 표면 전 영역에 걸쳐 형성되되, 매트릭스 층 및 상기 매트릭스 층 내부에 분포되어 있는 다수의 산란입자를 포함하는 산란층;
    을 포함하되,
    상기 산란층은 상기 제3 표면의 적어도 일면과 마주하게 배치되는 상기 발광다이오드로부터 멀어질수록 점진적으로 두꺼운 두께로 형성되는 도광판.
  10. 전방의 관찰자와 마주하는 표면으로 빛이 발산되는 제1 표면, 상기 제1 표면과 대향되는 제2 표면 및 상기 제1 표면과 상기 제2 표면의 가장자리에 이어져 형성되어 상기 제1 표면과 상기 제2 표면을 이어주고 배치되는 발광다이오드와 마주하게 되는 제3 표면을 포함하는 도광판 몸체; 및
    상기 제2 표면 전 영역에 걸쳐 형성되되, 매트릭스 층과 상기 매트릭스 층 내부에 분포되어 있는 다수의 산란입자를 포함하는 산란층;
    을 포함하되,
    상기 다수의 산란입자는 상기 제3 표면의 적어도 일면과 마주하게 배치되는 상기 발광다이오드로부터 멀어질수록 점진적으로 높은 분포 밀도를 갖는 도광판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 산란층은 상기 제2 표면의 전 영역에 걸쳐 균일한 두께로 형성되는 도광판.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 산란층의 표면은 평탄면을 이루는 도광판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 산란층의 표면 조도(Ra)는 100㎚ 이하인 도광판.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 산란층의 위치별 두께는 최소 1 ㎛에서 최대 5 ㎛인 도광판.
  15. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 산란입자는 상기 매트릭스 층을 이루는 물질보다 굴절률이 높은 물질로 이루어지는 도광판.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 산란입자는 TiO2, ZrO2, BaTiO3 및 SnO2 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어지는 도광판.
  17. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 도광판 몸체의 헤이즈(haze) 값은 30% 이하이고, 투과율은 50% 이상인 도광판.
  18. 제9항 또는 제10항에 따른 도광판;
    상기 도광판의 측면으로 정의되는 제3 표면의 적어도 일면과 마주하게 배치되는 적어도 하나의 발광다이오드; 및
    상기 도광판 및 상기 발광다이오드의 장착 공간을 제공하는 프레임;
    을 포함하는 조명장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 발광다이오드가 온 상태인 경우에는 상기 도광판의 전면으로 정의되는 제1 표면 및 상기 도광판의 후면으로 정의되는 제2 표면 양측으로 빛이 발산되고,
    상기 발광다이오드가 오프 상태인 경우에는 상기 제1 표면 측의 관찰자가 상기 도광판을 통해 상기 제2 표면 측까지 관찰 가능해지는 조명장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 도광판의 후면으로 정의되는 제2 표면 측에 배치되는 반사판을 더 포함하는 조명장치.
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