KR20210011646A - 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단에 관한 것이다. 그러한 엘이디 섬유원단은, 원사(3)와; 전도성을 갖으며, 원사(3)의 위사 및 경사에 교호로 제직되어 메트릭스 구조를 갖는 다수의 띠형 슬릿얀(10)과; 경사방향으로 배치된 띠형 슬릿얀(7)에 일측 단자(18)가 전기적으로 연결되고, 위사방향으로 배치된 띠형 슬릿얀(5)에 타측 단자(20)가 전기적으로 연결됨으로써 전원 공급시 발광하는 적어도 하나 이상의 엘이디(L)와; 그리고 경사 및 위사 방향으로 배치된 각 띠형 슬릿얀(7,5)에 전원을 공급함으로써 엘이디(L)를 발광시키는 전원 공급부(P)를 포함하며, 띠형 슬릿얀(10)은 부도층(16)과; 부도층(16)의 상부에 배치되어 접착력을 갖는 접착필름(14)과; 접착필름(14)의 상면에 배치되는 전도성 섬유(12)를 포함한다.

Description

유연성을 갖는 엘이디 섬유원단 및 그 제조방법{Flexible LED textile and the method of the same}
본 발명은 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전도성 슬릿얀을 원사와 함께 사용하여 일체로 제직하여 메트릭스 구조로 배치함으로써 엘이디를 적용한 경우에도 섬유 원단이 유연성을 갖으며, 또한 독립적으로 제어할 수 있는 기술에 관한 것이다.
최근 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기적인 신호를 빛으로 변화시키는 LED(LIGHT EMITTING DIODE)는 다른 발광체에 비해 수명이 길고, 구동 전압이 낮으며, 소비 전력이 적다는 장점을 가지고 있다.
또한, LED는 응답속도 및 내충격성이 우수할 뿐만 아니라 소형 경량화가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 또한 LED는 LED의 온/오프를 통하여 문자, 이미지, 그래픽, 영상, 비즈니스 정보, 비디오, 녹화 신호 등 여러 가지 정보를 시각적으로 제공하는 디스플레이 장치이다.
LED 기술이 성숙되고 보급됨에 따라 LED의 활용도는 더욱 확대되고 있다.
더욱이, 이러한 엘이디를 섬유원단에 접목시킴으로써 엘이디 발광에 의하여 다양한 패션을 구현할 수 있는 기술이 시도되고 있다.
그러나, 종래의 엘이디 섬유원단은 다수개의 엘이디에 전원을 공급하기 위한 회로 등으로 인하여 유연성을 구현하는데 한계가 있어서 자유롭게 접을 수 없는 문제점이 있다.
또한, 유연성에 한계가 있음으로 모바일 통신기기 혹은 3차원 형태의 굴곡과 요철이 많은 인테리어, LED 조명장치 등에도 쉽게 적용하기 어려운 문제점이 있다.
그리고, 엘이디에 전원을 공급하는 회로를 섬유원단에 배치하는 바, 섬유원단을 접을 때 회로간의 불안정한 절연으로 인하여 오작동이 발생하는 문제점이 있다.
특허출원 제10-2013-5871호(명칭: 도전성 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법 및 그에 의해서 제조된 도전성 폴리에스테르 복합섬유) 특허출원 제10-2014-5853호(명칭:자유롭게 접을 수 있는 유연 엘이디 스크린) 특허출원 제10-2010-20452호(명칭:센서직물, 직물기반 압력센서 시스템, 직물기반 압력센서 시스템 제조용 장치 및 직물기반 압력센서 시스템을 제조하는 방법)
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 전도성 슬릿얀을 원사와 함께 사용하여 일체로 제직하여 메트릭스 구조로 배치함으로써 엘이디를 적용한 경우에도 섬유 원단이 유연성을 갖으며, 또한 독립적으로 제어할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는,
원사(3)와;
전도성을 갖으며, 원사(3)의 위사 및 경사에 교호로 제직되어 메트릭스 구조를 갖는 다수의 띠형 슬릿얀(10)과;
경사방향으로 배치된 띠형 슬릿얀(7)에 일측 단자(18)가 전기적으로 연결되고, 위사방향으로 배치된 띠형 슬릿얀(5)에 타측 단자(20)가 전기적으로 연결됨으로써 전원 공급시 발광하는 적어도 하나 이상의 엘이디(L)와; 그리고
경사 및 위사 방향으로 배치된 각 띠형 슬릿얀(7,5)에 전원을 공급함으로써 엘이디(L)를 발광시키는 전원 공급부(P)를 포함하며,
띠형 슬릿얀(10)은 부도층(16)과; 부도층(16)의 상부에 배치되어 접착력을 갖는 접착필름(14)과; 접착필름(14)의 상면에 배치되는 전도성 섬유(12)를 포함하는 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단(1)을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는, 전도성을 갖는 다수의 띠형 슬릿얀(10)을 준비하는 단계(S100)와;
띠형 슬릿얀(10)을 원사(3)에 경사방향 및 위사방향으로 제직하여 메트릭스 구조를 형성하는 (S110)단계와; 그리고
엘이디(L)를 메트릭스에 배치하여 전원 공급시 발광가능하도록 하는 단계(S120)를 포함하는 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단의 제조방법을 제공한다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 전도성 슬릿얀을 원사에 경사 및 위사 방향으로 일체로 제직하여 메트릭스 구조로 배치하고, 다수의 엘이디를 슬릿얀에 배치함으로써 엘이디가 구비된 섬유원단이 유연성을 갖으면서도 독립적으로 제어할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 엘이디가 구비된 섬유원단이므로 유연성을 갖음으로써 휴대폰, 웨어러블 스마트 디바이스 등 휴대용 전자기기의 정보전달장치 및 광원 등으로 사용될 뿐만 아니라 3차원 형태의 굴곡과 요철이 많은 인테리어, LED 조명장치 등에도 쉽게 적용할 수 있다.
셋째, 슬릿얀의 구조를 부도층과, 접착필름과, 전도성 섬유를 적층한 구조로 하되, 전도성 섬유에는 엘이디를 배치하여 발광시키고, 부도층은 원사방향으로 배치함으로써 전기 전도성과 절연성을 동시에 충족시킬 수 있다.
넷째, 슬릿얀이 경사방향 및 위사방향으로 배치되어 서로 교차되는 경우에도, 슬릿얀의 부도층이 전도성 섬유에 접촉하게 되므로 전기적으로 절연됨으로써 엘이디에 안정적으로 전원을 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 메트릭스가 적용된 섬유원단을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 "A" 부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 엘이디 메트릭스 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 슬릿얀을 확대하여 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 엘이디 메트릭스가 적용된 원단의 조직도를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단을 제조하는 방법을 보여주는 순서도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성을 갖는 엘이디 메트릭스에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단(1)은, 원사(3)와; 전도성을 갖으며, 원사(3)의 위사 및 경사에 교호로 제직되어 메트릭스 구조를 갖는 다수의 띠형 슬릿얀(Slit yarn;10)과; 경사방향으로 배치된 띠형 슬릿얀(10)에 일측 단자(18)가 전기적으로 연결되고, 위사방향으로 배치된 띠형 슬릿얀(10)에 타측 단자(18)가 전기적으로 연결됨으로써 전원 공급시 발광하는 적어도 하나 이상의 엘이디(L)와; 그리고 경사 및 위사 방향으로 배치된 각 띠형 슬릿얀(10)에 전원을 공급함으로써 엘이디(L)를 발광시키는 전원 공급부(P)를 포함한다.
이러한 구조를 갖는 유연성 엘이디 섬유원단에 있어서,
원사(3)는 경사와 위사로 이루어지는 통상적인 원사(3)를 의미하는 바, 예를 들면 면사, 소모사, PET사(Polyethylene terephthalate), 나이론사 등을 포함한다.
그리고, 메트릭스는 전도성을 갖는 띠형 슬릿얀(10)이 서로 수평 및 수직방향으로 교차함으로써 경사와 위사를 이루는 구조를 갖는다.
이러한 경사 및 위사는 각각 원사(3)의 경사 위치 및 위사 위치에 순차적으로 삽입됨으로써 원사(3)와 일체로 직조된다.
보다 상세하게 설명하면, 전도성을 갖는 띠형 슬릿얀(10)은 부도층(16)과; 부도층(16)의 상부에 배치되어 접착력을 갖는 접착필름(14)과; 접착필름(14)의 상면에 배치되는 전도성 섬유(12)를 포함한다.
이와 같이, 슬릿얀(10)은 3개층으로 구성되고, 또한 소정의 폭을 갖는 바, 먼저 광폭의 슬릿얀 원단을 제조한 후, 이 원단을 소정 폭씩 절단함으로써 다수의 띠형 슬릿얀(10)을 제조한다.
이때, 띠형 슬릿얀(10)의 폭은 다양한 폭으로 절단 가능하며, 예를 들면 0.5∼1.0mm의 폭을 갖는다.
상기 부도층(16)는 나이론 등 섬유원단이나 지질(Paper)을 포함하며, 후술하는 바와 같이 띠형 슬릿얀(10)이 원사(3)에 일체로 제직되었을 때 띠형 슬릿얀(10)을 통하여 흐르는 전류가 원사(3)로 흐르는 것을 방지하는 역할을 한다.
그리고, 부도층(16)의 상면에 부착되는 접착필름(14)은 PI(Polyimide), PU(Poly urethane) 등의 재질로 된 접착필름을 포함한다. 이러한 접착필름(14)은 부도층(16)의 표면에 라미네이팅(Laminating)되며, 접착력에 의하여 전도성 섬유(12)를 부도층(16)에 접착시킨다.
이러한 전도성 섬유(12)는 전기 전도도가 우수한 재질로 형성되는 바, 예를 들면, 구리/니켈금속 등을 무전해도금(Electroless Plating)한 PET(Polyethylene terephthalate)을 포함한다. 이때, 전기 전도도는 0.1~1000S/㎝가 바람직하다.
물론, 본 발명은 구리, 니켈에 한정되는 것이 아니라 다른 전도성 재질도 적용가능하다.
이와 같은 구조를 갖는 슬릿얀(10)은 제직공정에 의하여 원사(3)에 수평방향으로 삽입되는 위사(5)와, 수직방향으로 삽입되는 경사(7)로 이루어짐으로써 매트릭스 구조를 형성하여 원사(3)와 일체를 이룬다.
이때, 다수의 띠형 슬릿얀(10)을 원사(3)에 일체로 제직하는 방식은 다양하며, 예를 들면 레피어 타입의 직기를 적용하여 제직할 수 있다.
이때, 폭이 1mm전후의 슬릿얀(10)과 2/30~2/60 미터식 번수(Nm) 굵기의 일반 원사(3)를 사용하고, 제직장력이 균일한 장력과 늘어짐 방지를 위하여 1~5그램중(gf)전후의 장력을 유지해 준다. 제직속도는 100~150rpm으로 비교적 낮은 속도로 제직을 실시한다.
이와 같이 원사(3)에 다수의 띠형 슬릿얀(10)이 메트릭스 형태로 제직되면, 메트릭스상에 엘이디(L)가 배치된다.
이러한 엘이디(L)는 발광 다이오드를 의미하며, 2개의 단자(18,20)가 돌출됨으로써 일측 단자(18)는 +, 타측 단자(20)는 -이다.
그리고, 엘이디(L)의 +단자(18)를 띠형 슬릿얀(10)의 경사(7)에 연결하고, -단자(20)를 띠형 슬릿얀(10)의 위사(5)에 연결한다. 이때, 띠형 슬릿얀(10)의 경사(7)는 전원공급장치(P)의 +극(22)에 연결되고, 위사(5)는 -극(24)에 연결된 상태이다.
또한, 경사(7)와 위사(5)는 서로 교차하는 구조이지만, 배면에 부도층(16)이 각각 배치되어 있어서 서로 교차하여도 전기적으로 절연상태이므로 합선 등이 발생하지 않아서 전원을 안정적으로 공급할 수 있다.
따라서, 전원 공급부(P)로부터 공급되는 전원이 온(On)상태가 되면 엘이디(L)가 발광하게 되고, 오프(Off)상태가 되면 꺼지게 된다.
한편, 상기에서는 구리, 니켈이 도금된 슬릿얀(10)으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 전도성 재질도 적용가능하다.
예를 들면, 탄소섬유를 적용할 수 있는 바, 12K 굵기의 탄소섬유를 접착 필름(14)상에 부착하는 방식이다.
이때, 탄소섬유의 크기는 12K(7micron X 12,000=84,000micron=84mm) 정도이다.
그리고, 이러한 탄소섬유를 접착 필름(14)상에 부착할 때, 접착강도의 내구성 향상을 위하여 캘린더의 압착롤러 온도를 100~120℃전후로 하여 캘린더링을 실시한다.
이와 같이, 탄소섬유로 슬릿얀(10)을 제조한 후, 메트릭스 형태로 원사(3)에 일체로 결합한다.
즉, 탄소섬유를 원사(3)에 경사방향으로 삽입되거나 위사방향으로 삽입함으로써 원사(3)와 일체를 이룬다.
이때, 슬릿얀(10)이 삽입되는 경사가 삽입되는 공간에는 슬릿얀(10)이 꼬임이 가해지지 않도록 넓은 형태의 종광(HEALD)과 바디(REED)를 사용하고, 위사는 스프레드 제직기에서 사용되는 탄소섬유 위입장치를 적용하여 위입한다.
따라서, 탄소섬유는 원사(3)와 교호로 제직되어 평직물(PLAIN WEAVE)을 이룬다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단의 제조방법에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단(1)의 제조방법은, 전도성을 갖는 다수의 띠형 슬릿얀(10)을 준비하는 단계(S100)와;
띠형 슬릿얀(10)을 원사(3)에 경사방향 및 위사방향으로 제직하여 메트릭스 구조를 형성하는 (S110)단계와; 그리고
엘이디(L)를 메트릭스에 배치하여 전원 공급시 발광가능하도록 하는 단계(S120)를 포함한다.
이러한 엘이디 섬유원단(1)의 제조방법에 있어서,
띠형 슬릿얀(10)을 준비하는 단계(S100)에서는, 먼저, 광폭의 전도성 슬릿얀을 제조한 후, 이를 일정 폭씩 절단함으로써 띠형 슬릿얀(10)을 제조한다. 이때, 슬릿얀(10)의 폭은 다양한 폭으로 절단 가능하며, 예를 들면 0.5∼1.0mm의 폭을 갖는다.
그리고, 광폭의 전도성 슬릿얀은 3개층으로 적층된 구조를 갖는 바, 부도층(16)과, 접착필름(14)과, 전도성 섬유(12)로 이루어진다.
이러한 구조의 전도성 슬릿얀(10)에 있어서, 부도층(16)의 상면에 접착필름(14)을 부착한다. 이때, 부도층(16)는 나이론 등 섬유원단(1)이나 지질(Paper)을 포함하며, 접착필름(14)은 PI(Polyimide), PU(Poly urethane) 등의 재질로 된 접착필름(14)을 포함한다.
그리고, 접착필름(14)의 상부에 전도성 섬유(12)를 부착한다. 이때, 전도성 섬유(12)는 구리/니켈금속 등을 무전해도금(Electroless Plating)한 PET(Polyethylene terephthalate)을 포함한다.
이와 같이, 띠형 슬릿얀(10)을 제조한 후, 띠형 슬릿얀(10)을 원사(3)에 삽입하여 경사 및 위사형태로 메트릭스를 형성하는 단계(S110)가 진행된다.
본 단계에서는, 먼저 원사(3)를 준비하는 바, 원사(3)는 위사(Y1)와 경사(Y2)로 이루어지는 통상적인 원사(3)를 의미하는 바, 예를 들면 면사, 소모사, PET사(Polyethylene terephthalate), 나이론사 등을 포함한다.
그리고, 띠형 슬릿얀(10)을 원사(3)의 위사(Y1)와 경사(Y2)에 교차적으로 삽입하기 위하여 제직을 실시한다.
다수의 띠형 슬릿얀(10)을 원사(3)에 일체로 제직하는 방식은 다양하며, 예를 들면 레피어 타입의 직기를 적용하여 제직할 수 있다.
이때, 폭이 1mm전후의 슬릿얀(10)과 2/30~2/60 미터식 번수(Nm) 굵기의 일반 원사(3)를 사용하고, 제직장력이 균일한 장력과 늘어짐 방지를 위하여 1~5그램중(gf)전후의 장력을 유지해 준다. 제직속도는 100~150rpm으로 비교적 낮은 속도로 제직을 실시한다.
이와 같이 원사(3)에 슬릿얀(10)이 메트릭스 형태로 제직되면, 메트릭스상에 엘이디(L)를 배치하는 단계(S120)가 진행된다.
즉, 발광 다이오드의 +단자(18)를 슬릿얀(10)의 경사(7)에 연결하고, -단자(18)를 슬릿얀(10)의 위사(5)에 연결한다. 이때, 슬릿얀(10)의 경사(7)는 전원공급부(P)의 +극(22)에 연결되고, 위사(5)는 -극(24)에 연결된 상태이다.
또한, 경사(7)와 위사(5)는 서로 교차하는 구조이지만, 배면에 부도층이 각각 배치되어 있어서 서로 교차하여도 전기적으로 절연상태이므로 합선 등이 발생하지 않아서 전원을 안정적으로 공급할 수 있다.
따라서, 전원 공급부(P)로부터 공급되는 전원이 온(On)상태가 되면 엘이디(L)가 발광하게 되고, 오프(Off)상태가 되면 꺼지게 된다.
한편, 상기 띠형 슬릿얀(10)을 준비하는 단계(S100)에 있어서, 탄소섬유를 적용할 수도 있다. 즉, 12K 굵기의 탄소섬유를 접착 필름(14)상에 부착하는 방식이다. 그리고, 이러한 탄소섬유를 접착 필름(14)상에 부착할 때, 접착강도의 내구성 향상을 위하여 캘린더의 압착롤러 온도를 100~120℃전후로 하여 캘린더링을 실시한다.
이와 같이, 탄소섬유로 슬릿얀(10)을 제조한 후, 메트릭스 형태로 원사(3)에 일체로 결합함으로써 유연성을 갖는 섬유원단(1)을 제조할 수 있다.

Claims (6)

  1. 원사(3)와;
    전도성을 갖으며, 원사(3)의 위사 및 경사에 교호로 제직되어 메트릭스 구조를 갖는 다수의 띠형 슬릿얀(10)과;
    경사방향으로 배치된 띠형 슬릿얀(7)에 일측 단자(18)가 전기적으로 연결되고, 위사방향으로 배치된 띠형 슬릿얀(5)에 타측 단자(20)가 전기적으로 연결됨으로써 전원 공급시 발광하는 적어도 하나 이상의 엘이디(L)와; 그리고
    경사 및 위사 방향으로 배치된 각 띠형 슬릿얀(7,5)에 전원을 공급함으로써 엘이디(L)를 발광시키는 전원 공급부(P)를 포함하며,
    띠형 슬릿얀(10)은 부도층(16)과, 부도층(16)의 상부에 배치되어 접착력을 갖는 접착필름(14)과, 접착필름(14)의 상면에 배치되는 전도성 섬유(12)를 포함하는 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단(1).
  2. 제 1항에 있어서,
    접착필름(14)은 PI(Polyimide) 혹은 PU(Poly urethane) 재질을 포함하는 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단(1).
  3. 제 1항에 있어서,
    전도성 섬유(12)는 구리/니켈금속을 무전해도금(Electroless Plating)한 PET(Polyethylene terephthalate) 혹은 탄소섬유를 포함하는 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단(1).
  4. 제 1항에 있어서,
    다수의 띠형 슬릿얀(10)은 레피어 타입의 직기에 의하여 원사(3)에 일체로 제직되는 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단(1).
  5. 제 3항에 있어서,
    탄소섬유를 접착필름(14)에 부착할 때, 캘린더의 압착롤러 온도를 100~120℃전후로 하여 캘린더링을 실시함으로써 접착강도의 내구성을 높일 수 있고,
    슬릿얀(10)이 삽입되는 경사가 삽입되는 공간에는 슬릿얀(10)이 꼬임이 가해지지 않도록 넓은 형태의 종광(HEALD)과 바디(REED)를 사용하고, 위사는 스프레드 제직기에서 사용되는 탄소섬유 위입장치를 적용하여 위입하는 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단(1)
  6. 전도성을 갖는 다수의 띠형 슬릿얀(10)을 준비하는 단계(S100)와;
    띠형 슬릿얀(10)을 원사(3)에 경사방향 및 위사방향으로 제직하여 메트릭스 구조를 형성하는 (S110)단계와; 그리고
    엘이디(L)를 메트릭스에 배치하여 전원 공급시 발광가능하도록 하는 단계(S120)를 포함하는 유연성을 갖는 엘이디 섬유원단의 제조방법.
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