KR101025419B1 - 가시효과를 갖는 램프 렌즈 또는 베젤 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 몰딩된 폴리카보네이트 본체에 포토루미네선트 재료(photoluminescent material)를 도입함으로써 렌즈 또는 베젤(bezel)의 가장자리에서 착색된 빛깔의 형태로 두드러진 미적 외관을 제공하는 램프(27)용 렌즈(10, 23) 및 베젤(27)에 관한 것이다. 상기 렌즈는 자동차 외부 렌즈(10, 23)로서 사용하기에 특히 적당하며 이러한 렌즈는 또한 광 전구와 상호작용함으로써 외부 렌즈를 통해 방출된 광의 품질을 개선시킬 수 있다. 방출된 비임은 SAE J578 표준에 따라 정의된 법정 색상 및 강도로 된다. 또한, 조명 성능은 섬광을 감소시키거나 광택을 증가시키거나 사람의 눈에 대한 야간 도로 가시성을 증강시키는 비임을 생성하는 방식으로 개선될 수 있다.

Description

가시효과를 갖는 램프 렌즈 또는 베젤{LAMP LENS OR BEZEL WITH VISUAL EFFECT}
관련출원 문헌
본원은 2002년 4월 5일자 미국가출원 제60/370,790호를 우선권으로 주장하며, 이를 본원에 참고로 인용한다.
본원은 램프, 특히 자동차 전조등에 사용될 수 있는 렌즈 또는 베젤(bezel)에 관한 것이며, 이들은 렌즈 또는 베젤의 가장자리에서 미적으로 착색된 빛깔 형태의 가시효과를 제공한다.
자동차 전조등은 상용화되는 SAE 성능 표준(SAE J1383)에 부합하여야 하는 고도로 조절된 제품이다. 이에 부합하기 위해서 조합 전구(즉, 광원)/렌즈는 "백색" 색상을 방출하고 (통상적으로 총 루미너스 플럭스 "등광도" 및 "최대광도" 지점 강도 시험에 의해 특징화된) 충분한 광 출력(output)을 균일한 방식으로 제공하여야 한다. SAE J578 표준에서 제시된 바와 같이, 백색 비임(beam) 색상에 대해 규격이 정의되어 있다. 백색 비임 색상은 CIE 1931 색도표에서 색상 공간의 작은 부분으로서 정의된다. 색상 공간의 허용된 부분은 CIE 1931 x축 및 y축 색상 좌표로부터 유래하는 청색, 황색, 녹색, 자주색 및 적색 경계에 의해 한정된다. 상업적으로 이용되는 전조등은 다양한 유형의 전구이지만 "천연" 착색된 렌즈 또는 약한 음영을 띤 렌즈를 사용한다. 일반적으로, 이러한 렌즈는 투명한 외관을 갖지만 매우 미묘한 청색 또는 황색 음영을 나타낼 수 있다. 시장에서 가장 통상적인 전구는 할로겐 전구이다. 과거 수년 동안 고성능 전구들이 소개되어 왔다. 통상적으로 HID("고강도 방전(High Intensity Discharge)")로서 지칭된 이러한 새로운 전구들은 실제로 제논 램프이다. 제논 전구의 파워 스펙트럼 분포는 할로겐 전구와는 상이한 것으로 당업계의 평균적인 숙련가들에게 알려져 있다. 예를 들어 제논 전구는 저파장, 특히 보라색/청색-녹색까지 긴 자외선(UV)에 상응하는 300 내지 500nm에서 보다 많은 에너지를 방출하게 된다. 결과적으로, HID로부터 방출된 광은, 결과적으로 보다 진한 황색을 나타내는 할로겐 전구에 비해 짙은 청색을 나타낸다. 전조등에 설치되는 경우 HID/"천연" 렌즈 조합으로부터 방출된 비임은 보다 진한 청색인 할로겐에 비해서 백색을 나타낸다. 보다 백색인 비임은 야간에 도로 가시성을 증강시키므로 통상 보다 효과적인 것으로 인정된다. 그러나, HID 전구를 전조등에 사용하는데 있어서는 두가지 주요한 단점이 존재한다. 첫째 고성능 전구는 할로겐 전구에 비해 매우 비싸다는 점이다. 결과적으로 HID 전구를 기본으로 하는 전조등은 시장이 제한되어 있으며, 흔히 1,200 달러 범위의 특별한 가격으로 자동차의 선택사양으로 제공된다. 둘째, 이러한 전조등은 도로의 맞은편 운전자의 시야를 가려서 잠재적으로 차량 사고의 위험을 증가시킨다.
자동차 전조등 렌즈는 통상적으로 주재료로서 천연 색상 또는 약간 음영진 폴리카보네이트로 제조된다. 폴리카보네이트를 사용하는 첫째 이유는 그것이 비교적 높은 유리 전이 온도 및 가시범위에서 탁월한 투명도/광투과능을 갖기 때문이다. 렉산(Lexan, 등록상표) LS-2 폴리카보네이트는 전조등 렌즈, 베젤 및 미등 렌즈를 포함하는 자동차 렌즈용으로 현재 사용되는 선도 재료 중의 하나이다. 공중합체를 비롯한 기타 높은 유리 전이 온도 재료가 사용되고 있기는 하지만 그것들의 천연 색상 또는 광투과능은 종종 방출된 전조등 비임을 보다 열악한 품질로 만든다. 천연 또는 약하게 음영진 폴리카보네이트 렌즈가 소량의 유기 착색제(즉 염료 또는 안료)의 첨가에 의해 얻어지는 것임은 자동차 렌즈 착색분야의 숙련가들에게 알려져 있다. 예를 들어 청색 염료를 황색 배합물에 가하여 색상을 중화시킨다(즉, 폴리카보네이트를 보다 무색으로 또는 "천연적"으로 만든다). 착색에 있어서의 주요한 단점은 그것들이 ppm 부하량 이하에서 중합체 매트릭스에 존재하는 경우에도 착색제의 흡수로 인하여 광투과능이 감소한다는 점이다. 결론적으로, 전조등에 설치된 대부분의 렌즈는 "천연적"이거나 음영이 거의 없다.
발명의 요약
본 발명은 몰딩된 폴리카보네이트 본체에 포토루미네선트 재료를 혼입함으로써 렌즈 또는 베젤의 가장자리에서 착색된 빛깔 형태의 두드러진 미적 외관을 제공한다. 상기 렌즈는 자동차 외부 렌즈로서 사용하기에 특히 적당하며, 이것은 광 전구와 상호작용함으로써 그러한 외부 렌즈를 통해 방출되는 광의 품질을 개선시킬 수도 있다. 방출된 비임은 SAE J578 표준에 따라 정의된 법정 색상 및 강도를 만족한다. 또한, 섬광을 감소시키거나, 광택을 증가시키거나 사람의 눈에 대하여 야간의 도로 가시성을 증강시키는 비임을 생성하는 방식으로 조명 성능이 개선될 수 있다. 본 발명은 본 발명의 외부 렌즈 및/또는 베젤을 도입시킨 조립된 자동차 전조등을 추가로 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 램프 렌즈를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 전조등의 분해조립도를 나타낸 것이다.
본원은 램프와의 조합으로 사용되어 램프를 점등할 때 렌즈 또는 베젤의 가장자리에서 착색된 빛깔 형태의 미적 가시효과를 제공할 수 있는 렌즈 또는 베젤에 관한 것이다. 바람직한 용도에 있어서, 상기 렌즈는 베젤을 갖거나 갖지 않는 자동차 전조등의 외부 렌즈로서 기능하도록 구성되고 그렇게 되는 크기로 만들어진다. 또한, 종래 렌즈에 가시효과를 제공하는 베젤을 포함하는 전조등으로 제조될 수도 있다. 또한, 상기 렌즈 또는 베젤은 회전등(flashlight) 또는 다른 램프에 맞도록 설계될 수도 있다.
본 발명의 렌즈는 대략적으로 오목한 외부 표면, 평평하거나 볼록한 내부 표면 및 가장자리 표면을 갖는 몰딩된 본체를 포함하며 상기 몰딩된 본체는 폴리카보네이트 및 포토루미네선트 재료를 포함하는 조성물로부터 형성된다. 포토루미네선트 재료의 여기 스펙트럼내 파장의 광을 포함하는 광은 부분적으로는 흡수되고 부분적으로는 투과된다. 흡수된 광은 적어도 부분적으로는 (루미네선스의 양자 수율에 따라) (스토크 이동(Stokes shift)의 결과로서) 보다 높은 파장의 광으로서 방출되고 렌즈의 가장자리 표면에 상당한 정도로 전달됨으로써 렌즈의 가장자리에서 착색된 가시효과를 생성한다. 본원의 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 "상당한 정도"는 관측가능한 가시효과를 생성하는데 효과적인 양을 의미한다. 일반적으로는 포토루미네선스에 의해 방출된 광의 10% 이상, 바람직하게는 30% 이상이 렌즈의 내부를 통해 가장자리로 전달된다. 이것은 고굴절률이 상당한 양의 내부 반사를 일으키기 때문에 폴리카보네이트 렌즈 및 바젤에서 달성된다.
자동차 전조등용 렌즈와 관련하여서는 다양한 표준에 부합되어야 한다. 본 발명의 렌즈는 SAE J578 표준에 따라 정의된 법정 색상 및 강도인 자동차 전조등으로부터의 광을 방출한다. 조명 성능은 섬광을 감소시키거나, 광택을 증가시키거나 사람의 눈에 대한 야간 도로 가시성을 증강시키는 비임을 생성하는 방식으로 개선될 수도 있다. 본 발명을 이용하여 제조한 전조등은 예를 들어 고강도 방전등(HID 램프)의 눈부심 효과(blinding)가 관측되지 않기 때문에 운전자에게 뿐만 아니라 도로의 맞은편 차량에게도 보다 편안함을 제공하면서 조명 성능의 견지에서 값비싼 HID 램프에 대한 저렴한 대안이 될 수 있다. 조명 성능 이외에 전조등은 또한 외부 렌즈에 두드러진 특징부를 생성함으로써 상이한 미적 외관을 나타내고, 이에 따라 제품 차별화를 허용한다. 이러한 특징부는 외부 렌즈와 전구 사이의 상승작용을 일으킴으로써 수득된다. 본 발명의 렌즈는 폴리카보네이트 및 하나 이상의 포토루미네선트 재료로부터 형성된다. 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 "포토루미네선트 재료"는 제한되지는 않지만 배합조작도중 가소성 중합체 매트릭스 중에서 가용화하는 유기화합물, 유기 나노입자 염료("나노 착색제"로서도 알려짐) 및 나노입자를 포함하는 무기 포토루미네선트 재료를 포함하는, 주변광(일광, 실내광 및 기타 인공광원)에 의해 제공된 여기 에너지에 응답하여 포토루미네선스를 나타내는 임의의 재료를 지칭한다. 재료가 특정 파장의 조사선을 흡수하고 일반적으로는 상이하고 긴 파장의 광자를 재방출하는 경우에 포토루미네선스가 발생한다. 포토루미네선트 분자가 광을 흡수하는 경우에 전자는 보다 높은 "여기된" 에너지 상태로 여기된다. 이어서 분자는 충돌 및 내부에너지 전환에 의한 과잉 에너지의 일부를 소실하고, 가장 낮은 여기 상태의 진동 수준으로 떨어진다. 이러한 수준에서 분자는 기저 상태의 임의의 진동 수준으로 복원하여 포토루미네선스의 형태로 에너지를 방출할 수 있다. 포토루미네선스는 형광 및 인광을 둘 다 수반하는 특유의 용어이다. 본 발명에서, 인광 물질은, 다른 유형의 포토루미네선트 공정과 반대되는 형광과 관련된 보다 높은 양자 수율에 기인하여, 바람직하게는 유기 형광 염료이다. 바람직하게는 유기 형광 염료는 0.7 이상, 보다 바람직하게는 0.8 이상, 가장 바람직하게는 0.9 이상의 양자 수율의 형광을 갖도록 선택된다. 전형적으로 형광에 의한 방출은 일반적으로 10-4 내지 10-9초를 지속하는 극히 간단한 현상이다.
본 발명의 제품에 사용될 수 있는 형광 염료의 구체적인 비한정적인 예는 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체, 인디고이드 및 티오인디고이드 유도체, 이미다졸 유도체, 나프탈이미드 유도체, 잔텐, 티오잔텐, 쿠마린, 로다민 또는 (2,5-비스[5-3급-부틸-2-벤족사졸일]티오펜) 및 이들 모두의 유도체이다. 일반적으로 염료의 매우 낮은 부하량, 예를 들면 1.0% 미만이 본 발명에 기술된 효과를 만들어내기 위해 이용된다. 일부 경우, 본 발명의 효과를 갖지만, 거의 비가시 색상을 갖는 최종 물체(예를 들면 "투명한" 물 병)를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이런 경우, 형광 염료 부하량은 극단적으로 낮아서, 종종 0.0001% 정도로 낮다. 청색/보라색과 아마도 일부 녹색을 제외하고는, "투명한" 외관을 유지하기 위한 형광 염료 부하량은 일반적으로 0.0005중량%보다 낮고, 예를 들면 0.0001중량% 내지 0.0003중량%이고, 이는 제품의 가장자리에서 매우 두드러진 가시효과를 생성하기에 충분하다. 청색/보라색에서는, 흡수의 대부분이 UV 범위에 위치한다는 사실 때문에 형광 염료 부하량이 상당히 더 높다. 전형적으로, 이 경우 형광 염료 부하량은 0.005 내지 0.5중량%이고, 0.01 내지 0.2중량%가 바람직하고, 0.03 내지 0.1중량%가 가장 바람직하다. 다양한 방법에 의해 나노-착색제가 수득되고, 일반적으로 염료 및 안료 둘 모두의 장점을 조합할 수 있다. 일반적으로, 상응하는 염료 분자에 필적하는 이들의 광 견뢰도는 크게 개선된다. 이들의 입자 크기가 일반적으로 100nm 미만, 바람직하게는 50nm 미만, 보다 바람직하게는 10nm 미만이기 때문에, 이들은 유색 플라스틱에 사용되는 대부분의 안료와는 반대로 광을 산란시키지 않는다.
나노-착색제는 다양한 방법에 의해 수득될 수 있다. 예를 들면 염료 분자는 (나노-클레이와 염료 사이에 화학적 결합을 만들어내거나 만들지 않고) 나노-클레이 입자 상에서의 흡착에 의해, 또는 중합체 매트릭스(일반적으로 아크릴 중합체)에서의 나노-캡슐화에 의해 나노-착색제로 전환될 수 있다. 염료가 분산되는 중합체의 구형 나노입자를 형성하기 위해서 캡슐화 방법에 일반적으로 유화 중합이 포함된다는 점에 주목하라. 나노-착색제를 제조하기 위해 사용되는 염료 분자(또는 무기 화합물)이 형광인 경우 나노-착색제는 형광일 수 있다. 본 발명의 제품에서 사용되는 나노-착색제를 형성하기 위해서 사용될 수 있는 형광 염료의 특정한 비한정적인 예는 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체, 인디고이드 및 티오인디고이드 유도체, 이미다졸 유도체, 나프탈이미드 유도체, 잔텐, 티오잔텐, 쿠마린, 로다민 또는 (2,5-비스[5-3급-부틸-2-벤족사졸일]-티오펜) 및 모든 이들의 유도체이다.
무기 나노입자 또한 나노-착색제로서 사용될 수 있지만, 이들의 흡광 계수는 일반적으로 상당히 낮다. 형광 무기 나노입자의 예는 란타나이드 착체 및 킬레이트(예를 들면 유로피움 킬레이트)를 포함하지만, 이로 한정되지는 않는다. 이들 무기 나노-착색제의 일부는 유기 형광 착색제보다 더 큰 스토크 이동을 나타낼 수 있다. 즉, 여기 파장보다 훨씬 더 긴 파장에서 광을 방출한다.
본 발명의 렌즈의 배합에서 사용되는 형광 염료는 일광 조명하에서 또는 전구가 켜졌을 때(야간) 가장자리 색상의 색도를 변화시키기 위해 비-형광 염료와 조합될 수 있다. 비-형광 염료는 다음과 같은 부류에서 선택될 수 있지만, 이로 한정되지는 않는다: 아조 염료, 메틴 염료, 피라졸론, 퀴노프탈론, 페리논, 안트라퀴논, 프탈로시아닌 및 모든 이들의 유도체. 염료의 선택은 사용되는 전구와 렌즈 사이의 상승효과를 최대화시켜야만 한다. 달리 말하자면, 전구(예를 들면 할로겐 전구)에 의해 방출되는 광은 가시효과의 바람직한 색상이 최대 강도로 수득되면서 비임의 색상이 SAE 요구조건(백색 비임)에 부합하도록 하는 방식으로 렌즈에 의해 변형되어야만 한다. 전구와 렌즈중의 형광 염료 사이의 상승효과를 만들어냄으로써, 전조등에서의 최대 광도 및 총 조명 플럭스에 의해 표현되는 비임의 강도는 "천연" 색상 렌즈를 이용하여 제조된 전조등의 ±5% 이내로 제어될 수 있다. 또한, CIE 1931 색도표에서 SAE에 의해 한정되는 허용 디자인 공간 이내에서 비임 색상을 주문 제작하는 것 또한 가능하다. 예를 들면, 청색 렌즈/할로겐 전구 조합은 "천연" 렌즈에 비해 더 맑은(또는 "더 백색") 비임을 나타낼 수 있다. 인간의 눈은 이러한 차이를 더 우수한 조명 성능으로 인식한다. 이 "더 백색" 조명이 제논 전구(즉, HID 램프)의 주요한 특징이지만, 이들 램프는 도로 맞은편에서 오는 운전자에게 극심한 눈부심을 일으키는 것으로 알려져 있음에 주목해야만 한다. 청색 렌즈/할로겐 전구 조합은 매우 눈에 띄는 청색의 가시효과를 나타낼 뿐만 아니라 또한 "천연" 색상 렌즈/할로겐 전구 조합과 비교하였을 때 조명 성능 개선을 구성하는 "더 백색"의 비임을 제공한다. 할로겐 전구를 이용하여 발생되는 더 백색의 비임이 HID 램프를 이용하여 관찰되는 동일한 눈부심 효과를 발생하지 않는다는 점에 주목해야 한다. 최종의 외부 렌즈/전구 조합은 CIE 1931 색도 좌표에 의해 한정되고 바람직하게는 ASTM 표준 E308-66에서 제안되는 바와 같은 분광광도 방법을 이용하여 측정되는, 다음과 같은 경계 이내의 비임 색상을 제공하도록 고안된다:
x=0.31(청색 경계)
x=0.50(황색 경계)
y=0.15+0.64x(녹색 경계)
y=0.05+0.75x(보라색 경계)
y=0.44(녹색 경계)
y=0.38(적색 경계)
렌즈 조성물에 사용되는 염료는 적합하게는 300℃ 이상의 열 안정성을 갖고, 자동차 용도에는 320℃가 바람직하고, 350℃가 보다 더 바람직하다. 렌즈와 함께 사용되는 램프의 가열 특성에 따라 다른 용도에서는 더 낮거나 더 높은 온도가 요구될 수 있다. 안료보다, 특히 무기 안료보다는 유기 염료를 이용하는 것이 중요하다. 안료가 광을 분산시키고, 따라서 몰딩된 렌즈에서 흐림을 증가시키는 경향을 갖기 때문이다. 폴리카보네이트 조성물에서 완전히 용해되거나, 광을 유의미하게 산란하지 않는 입자에서 분산되는 안료가 매우 낮은 부하량에서 허용가능할 수 있다.
본 발명의 렌즈의 폴리카보네이트 성분은 하기 화학식 I의 구조 단위와 4 이상의 중합도를 갖는 조성물을 포함한다:
Figure 112004045209390-pct00001
상기 식에서,
R1은 방향족 유기 라디칼이다.
폴리카보네이트는 예를 들면 다이하이드록시 화합물의 계면간 반응에 의해 제조될 수 있다. 바람직하게는, R1은 방향족 유기 라디칼이고, 보다 바람직하게는 하기 화학식 II의 라디칼이다:
Figure 112004045209390-pct00002
상기 식에서,
A1 및 A2 각각은 모노사이클릭 2가 아릴 라디칼이고,
Y1은, A1과 A2를 분리시키는 0, 1 또는 2개의 원자를 갖는 가교 라디칼이다.
예시적인 양태에서는, 하나의 원자가 A1과 A2를 분리시킨다.
이 유형의 라디칼의 예시적이고 비한정적인 예는 -O-, -S-, -S(O)-, -S(O2)-, -C(O)-, 메틸렌, 사이클로헥실-메틸렌, 2-에틸리덴, 아이소프로필리덴, 네오펜틸리덴, 사이클로헥실리덴, 사이클로펜타데실리덴, 사이클로도데실리덴, 아다만틸리덴 등이다. 다른 양태에서는 0개의 원자가 A2로부터 A1을 분리시키고, 예시적인 예는 바이페놀(OH-벤젠-벤젠-OH)이다. 가교 라디칼 Y1은 탄화수소 기 또는 포화 탄화수소 기, 예를 들면 메틸렌, 사이클로헥실리덴 또는 아이소프로필리덴일 수 있다.
폴리카보네이트는 단 하나의 원자가 A1과 A2를 분리시키는 다이하이드록시 화합물의 반응에 의해 제조될 수 있다. 본원에서 이용되는 용어 "다이하이드록시 화합물"은 예를 들면 하기 화학식 III의 비스페놀 화합물을 포함한다:
Figure 112004045209390-pct00003
상기 식에서,
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 할로겐 원자 또는 1가 탄화수소 기이고,
p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
Xa는 하기 화학식 IVa 또는 IVb의 기중 하나이다:
Figure 112004045209390-pct00004
Figure 112004045209390-pct00005
[상기 식에서,
Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 1가의 선형 또는 환상 탄화수소 기이고,
Re는 2가 탄화수소 기이다].
적합한 다이하이드록시 화합물의 일부 예시적이고 비한정적인 예는 다이하이드릭 페놀 및 다이하이드록시-치환된 방향족 탄화수소, 예를 들면 미국 특허 제 4,217,438 호에 명칭, 일반식 또는 화학식으로 개시된 것들을 포함한다. 화학식 III으로 표현될 수 있는 비스페놀 화합물의 유형의 구체적인 예의 비배타적인 목록에는 다음의 것들이 포함된다: 1,1-비스(4-하이드록시페닐)메탄; 1,1-비스(4-하이드록시페닐)에탄; 2,2'-비스(4-하이드록시페닐)프로판(이후로는 "비스페놀 A" 또는 "BPA"); 2,2-비스(4-하이드록시페닐)부탄; 2,2-비스(4-하이드록시페닐)옥탄; 1,1-비스(4-하이드록시페닐)프로판; 1,1-비스(4-하이드록시페닐)n-부탄; 비스(4-하이드록시페닐)페닐메탄; 2,2-비스(4-하이드록시-1-메틸페닐)프로판; 1,1-비스(4-하이드록시-t-부틸페닐)프로판; 비스(하이드록시아릴)알칸, 예를 들면 2,2-비스(4-하이드록시-3-브로모페닐)프로판; 1,1-비스(4-하이드록시페닐)사이클로펜탄; 4,4"-바이페놀; 및 비스(하이드록시아릴)사이클로알칸, 예를 들면 1,1-비스(4-하이드록시페닐)사이클로헥산; 등 및 또한 전술된 비스페놀 화합물 중 하나 이상을 포함하는 조합물.
동종중합체가 아니라 카보네이트 공중합체가 용도에 바람직한 경우에는 2 이상의 서로 다른 다이하이드릭 페놀의 중합에서 생성된 폴리카보네이트, 또는 다이하이드릭 페놀과 글리콜 또는 하이드록시- 또는 산-말단 폴리에스터 또는 이염기산 또는 하이드록시산 또는 지방족 이산과의 공중합체를 이용하는 것 또한 가능하다. 일반적으로 유용한 지방족 이산은 약 2 내지 약 40개의 탄소를 갖는다. 바람직한 지방족 이산은 도데칸디오산이다.
폴리카보네이트 성분은 또한 이 유형의 수지 조성물에 일반적으로 혼입되는 다양한 첨가제를 포함할 수 있다. 이런 첨가제는 예를 들면 충전제 또는 강화제; 열 안정화제; 산화방지제; 광 안정화제; 가소제; 대전방지제; 이형제; 추가의 수지; 및 취입제이다. 임의의 전술한 첨가제의 조합을 사용할 수 있다. 이런 첨가제는 조성물을 형성하기 위한 성분의 혼합동안 적합한 시간에 혼합될 수 있다.
외부 렌즈는 일반적으로 배합된 형태로의 폴리카보네이트 수지 조성물의 사출 몰딩에 의해 생성된다. 조성물의 적절한 혼합을 제공하기 위해 폴리카보네이트 배합물은 일반적으로 압출기에서 배합된다. 비록 단축 압출기도 생각할 수 있지만, 혼합을 최적화하고, 최종 생성물에서 산란 입자가 생성되는 경향을 감소시키거나, 또는 단순히 일부 페릴렌 유도체(약 300℃의 융점)와 같은 용해되지 않은 고-융점 착색제로부터 나올 수 있는 가능한 줄무늬가 생성되는 문제점을 회피하기 위해서 이축 압출기가 일반적으로 바람직하다. 비록 폴리카보네이트 조성물이 일반적으로 광 안정화되고 렌즈가 UV 흡수 코팅물로 코팅되지만, 개선된 광 견뢰도 및 열 안정성을 조합한 염료를 이용하는 것이 중요하다. 개선된 광 견뢰도 및 높은 열 안정성을 갖는 형광 염료의 우수한 예는 페릴렌 유도체, 예를 들면 BASF에서 공급하는 루모겐(Lumogen) 오렌지 F-240, 루모겐 레드 F-300 및 루모겐 옐로우 F-083이다.
배합물에 도입된 극단적으로 적은 양의 염료를 더 잘 제어하고, 따라서 렌즈의 색을 더 잘 조절하기 위해서는, 용적계 또는 비중계 공급기의 이용이 매우 권장된다. 공급기는 폴리카보네이트 수지 분말(바람직하게는 밀링된 분말)중의 농축물의 추출물(letdown)을 공급하거나, 또는 펠렛 형태인 이미 배합된(압출된) 색 마스터배치를 공급할 수 있다. 추출물중의 착색제 부하량 또는 마스터배치의 농도는 공급기 능력, 특히 공급 속도에 의존한다. 일반적으로 분말 추출물은 착색제(즉, 염료) 대 분말의 비가 10:1 내지 10,000:1로 다양하다. 비록 가장 바람직한 방법은 아니지만, 염료 혼합물은 또한 추출물 형태로 사용될 수 있고, 단일 공급기로부터 공급될 수 있다. 낮은 색 제어는 아마도 전조등 용도에 적합하지 않은 렌즈를 생산할 수 있다. 즉 비임의 색상 또는 광 출력이 SAE 표준을 만족하지 않을 수 있다.
본 발명을 이용하면, HID 램프와 특이적으로 상호작용하고 눈부심 효과를 감소시키면서 다채로운 가시효과를 나타내는 렌즈를 제조할 수 있다. 이는 예를 들어 눈부심 효과의 원인이 되는 청색광의 일부가 보다 높은 파장(이 파장에서 인간의 눈은 보다 낮은 분광 감도를 갖는다)쪽으로 이동하도록 형광 염료를 함유하는 렌즈를 사용함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, BASF 루모겐 옐로우 F-083과 같은 황색 형광 염료 또는 루모겐 레드 F-300과 같은 적색 형광 염료의 분광 특성은 비임 색상을 각각 황색 또는 적색쪽으로 이동시킴으로써 상기 비임이 "청색"을 보다 약하게 나타내게 하여 눈부심이 덜하게 하는 것이다. 가시효과 렌즈와 할로겐보다 덜 통상적인 전구의 다른 조합은 차량에 대한 주문된 미적 효과뿐만 아니라 주문된 조명 성능을 제공할 수 있다. 그 일례는 UV 풍부 광원(예를 들어, HID 전구로서)과 조합하여, 가시범위(예를 들어, 380nm 미만) 밖의 파장을 흡수하고 가시범위내에서 재방출하는 형광 염료를 함유하는 렌즈를 사용하는 것이다. 이는 천연 렌즈로부터의 방출에 비해 비임의 가시강도를 증가시키고, 잠재적으로 필요 전압을 감소시켜 약간의 배터리 전력을 절약할 수 있게 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 렌즈의 실시태양을 나타낸다. 렌즈는 일반적으로 볼록한 곡률을 갖는 외부 표면(10) 및 편평하거나 오목할 수 있는 반대쪽 후방 표면(11)을 갖는다. 렌즈의 가장자리(12)에서의 총 두께는 0.5 내지 10mm, 예를 들어 3.0mm의 범위이다. 렌즈의 중심부는 구조적 일체성이 유지되는 한 가장자리 두께보다 두껍거나 얇을 수 있고(필요 두께는 어느 정도까지는 렌즈의 다른 치수에 좌우될 것이다), 리브 라인(rib line)(13)(이는 절단되어 표면을 형성한다) 형성의 결과로서 변화될 수 있다. 렌즈에서의 리브 또는 "디자인 특징부"는 융기부 또는 함몰부일 수 있다. 함몰부에는 V자형이 통상적으로 바람직하다. 융기부는 바람직하게는 정사각형 상부를 갖지만 만곡된 상부도 또한 가능하다. 렌즈의 전체 형상은 도시된 바와 같은 만곡된 직사각형일 수도 있고, 원형 또는 난형이거나 특정 램프와 함께 사용하기 위한 임의의 다른 적당한 형상일 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 자동차 전조등 용도의 경우, 렌즈는 차량의 전방 모서리부 둘레로 연장되어 차량의 전면 및 측면 둘 다의 부분에 놓일 수 있다.
본 발명은 또한 전조등 렌즈 이외의 다른 용도, 예를 들어 베젤 또는 조명 장치(광원 및 가시효과 외부 렌즈의 상승작용적 조합이 필적하거나 개선된 조명 성능에 의해 새로운 미적 해결책을 제공하는 조명 장치)로 변형될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 또한 포토루미네선트 재료를 함유하는 폴리카보네이트 수지로부터 형성된 베젤을 제공한다. 상기 베젤은 함께 사용될 렌즈와 본질적으로 동일한 외부 형상을 갖지만, 중심 개구를 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 베젤은 일반적으로 오목한 외부 표면 및 일반적으로 볼록하거나 편평한 내부 표면을 갖는 실질적으로 환상인 구조이다. 표면은 렌즈 및 하우징과의 조립을 용이하게 하기 위해 또는 장식 목적으로 리브 또는 홈을 가질 수도 있다. 베젤의 외부 가장자리에서의 총 두께는 0.5 내지 10mm의 범위, 예를 들어 3.0mm이다.
본 발명의 렌즈 및 베젤은 특정 용도에서의 그의 유용성을 개선하기 위해 표면 코팅물로 처리될 수도 있다. 예를 들어, 자동차 전조등용 렌즈의 경우, UV 흡수제로 된 표면 코팅물을 제공하여 UV 민감성 폴리카보네이트의 수명을 연장시키는 것이 통상적이다. 이러한 UV 보호 코팅물은 UV 안정화제를 함유하는 아크릴계 또는 실리콘계 중합체로부터 제조될 수 있고, 증착 또는 화학 증착에 의해 통상적으로 도포된다. 코팅물은 적어도 외부 표면 및 가장자리에 도포되지만, 필요에 따라 렌즈 또는 베젤의 외부 전체에 도포될 수도 있다. 본 발명의 렌즈 및 베젤은 또한 예를 들어 풀(pool) 조명에서 장식 효과를 제공하기 위해 다른 환경에서 사용될 수도 있다. 이 경우, 풀 화학약품에 의한 열화로부터 폴리카보네이트를 보호하기 위해 내화학약품성 코팅물이 사용될 것이다. 다르게는, 내화학약품성 폴리카보네이트 배합물이 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 전조등의 분해조립도를 나타낸다. 상기 전조등은 하우징(22)을 갖고, 이는 반사기 어셈블리(25), 광원(26), 및 차량의 전기 시스템에 부착하기 위한 전기 컨넥터(21)를 포함한다. 베젤(27) 및 렌즈(23)는 하우징을 이탈하는 광이 베젤 및 렌즈를 통과하도록 하우징의 외부에 배치된다. 베젤(27) 및 렌즈(23)중 어느 하나 또는 둘 다는 본 발명에 따른 포토루미네선트 재료를 포함하는 폴리카보네이트로부터 제조될 수 있다. 베젤(27) 및 렌즈(23)가 둘 다 유기 형광 염료를 포함하는 경우, 상기 염료는 동일하거나 상이하여 2색 효과를 제공할 수 있다. 도 2는 하나의 특정한 전조등 디자인을 나타내고 실제 형상 및 구조에 대한 수많은 대안이 존재함을 인식할 것이다. 예를 들어, 베젤은 생략될 수도 있고 하우징 및 반사기는 단일 성분일 수도 있다.
외부 렌즈를 위한 광범위한 색채 범위의 가시효과 색상을 생성하는 능력을 설명하기 위해, 하기 기술된 폴리카보네이트 배합물 (A) 내지 (G)를 형성하였다. 2축 압출기를 표준 렉산(등록상표) LS-2 폴리카보네이트 압출 조건으로 배합 단계에 사용하였다. 각 배합물에 대해 색상 칩(5.08cm×7.62cm×3.2mm)을 몰딩하고, 상기 칩에 대해, 발광체(C) 및 2° 관찰자를 선택하는 맥베쓰(MacBeth) 7000A 분광광도계를 사용하여 투과 모드로 색상 좌표를 측정하였다.
이하, 본 발명을 하기의 비제한적인 실시예를 참조하여 추가로 기술한다.
폴리카보네이트 수지 조성물 (A)는 다음을 혼합하여 제조하였다:
- 평균 분자량(Mw) 29,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 65부
- 평균 분자량(Mw) 21,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 35부
- 트리스(2,4-다이-t-부틸페닐)포스파이트 0.06부
- 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 0.27부
- 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페놀 0.27부
- 황색 페릴렌 유도체(BASF 루모겐 옐로우 F-083) 0.00015부
- 적색 페릴렌 유도체(BASF 루모겐 레드 F-300) 0.0001부.
폴리카보네이트 수지 조성물 (B)는 다음을 혼합하여 제조하였다:
- 평균 분자량(Mw) 29,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 65부
- 평균 분자량(Mw) 21,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 35부
- 트리스(2,4-다이-t-부틸페닐)포스파이트 0.06부
- 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 0.27부
- 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페놀 0.27부
- 황색 페릴렌 유도체(BASF 루모겐 옐로우 F-083) 0.00015부
- C.I. 피그먼트 블루 60(BASF 헬리오겐 블루(Heliogen Blue) K6330) 0.000075부.
폴리카보네이트 수지 조성물 (C)는 다음을 혼합하여 제조하였다:
- 평균 분자량(Mw) 29,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 65부
- 평균 분자량(Mw) 21,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 35부
- 트리스(2,4-다이-t-부틸페닐)포스파이트 0.06부
- 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 0.27부
- 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페놀 0.27부
- 나프탈이미드 유도체(BASF 루모겐 바이올렛(Violet) F-570) 0.01부
- C.I. 피그먼트 블루 60(BASF 헬리오겐 블루 K6330) 0.0001부
- C.I. 솔벤트(Solvent) 바이올렛 36(베이어 매크롤렉스(Bayer Macrolex) 바이올렛 3R) 0.00005부.
폴리카보네이트 수지 조성물 (D)는 다음을 혼합하여 제조하였다:
- 평균 분자량(Mw) 29,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 65부
- 평균 분자량(Mw) 21,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 35부
- 트리스(2,4-다이-t-부틸페닐)포스파이트 0.06부
- 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 0.27부
- 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페놀 0.27부
- 2,5-비스(5'-t-부틸-2-벤족사졸릴)티오펜(시바 유비텍스(Ciba Uvitex) OB) 0.05부
- C.I. 피그먼트 블루 60(BASF 헬리오겐 블루 K6330) 0.0001부
- C.I. 솔벤트 바이올렛 36(베이어 매크롤렉스 바이올렛 3R) 0.00005부.
폴리카보네이트 수지 조성물 (E)는 다음을 혼합하여 제조하였다:
- 평균 분자량(Mw) 29,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 65부
- 평균 분자량(Mw) 21,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 35부
- 트리스(2,4-다이-t-부틸페닐)포스파이트 0.06부
- 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 0.27부
- 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페놀 0.27부
- 적색 페릴렌 유도체(BASF 루모겐 레드 F-300) 0.00014부.
폴리카보네이트 수지 조성물 (F)는 다음을 혼합하여 제조하였다:
- 평균 분자량(Mw) 29,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 65부
- 평균 분자량(Mw) 21,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 35부
- 트리스(2,4-다이-t-부틸페닐)포스파이트 0.06부
- 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 0.27부
- 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페놀 0.27부
- 주황색 페릴렌 유도체(BASF 루모겐 오렌지(Orange) F-240) 0.0002부.
폴리카보네이트 수지 조성물 (G)는 다음을 혼합하여 제조하였다:
- 평균 분자량(Mw) 29,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 65부
- 평균 분자량(Mw) 21,900의 폴리(비스페놀-A 카보네이트) 35부
- 트리스(2,4-다이-t-부틸페닐)포스파이트 0.06부
- 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 0.27부
- 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페놀 0.27부
- 황색 페릴렌 유도체(BASF 루모겐 옐로우 F-083) 0.00026부
- 적색 페릴렌 유도체(BASF 루모겐 레드 F-300) 0.00014부
- 주황색 페릴렌 유도체(BASF 루모겐 오렌지 F-240) 0.00003부
- 2,5-비스(5'-t-부틸-2-벤족사졸릴)티오펜(시바 유비텍스 OB) 0.001부.
색상 좌표 및 가장자리 색은 표 1에 요약되어 있다. 이는 3.2mm의 두께(외부 렌즈의 평균 두께)에서 약 87%보다 큰 총 가시광 투과율(Y)로 다양한 가시효과 색을 생성하는 능력을 명확히 설명해준다.
자동차 외부 렌즈를 폴리카보네이트 배합물 (A) 내지 (E)로부터 몰딩하였다. 상기 렌즈가 자동차 전조등에 혼입되었을 때, 전조등 비임 색상은 백색인 한편 렌즈의 특징부(리브, 라인 및 가장자리)로부터 빛나는 강한 색상의 가시효과가 관찰됨이 명백하였다.
배합물 (A), (D) 및 (E)로부터 몰딩된 렌즈를 또한 할로겐 전구와 조합하여 전조등 구성에서의 SAE 일치성을 시험하였다. SAE J1383에 따라 조명 성능을 평가하기 위해 천연색 렉산(등록상표) LS-2 수지를 기준 재료로서 사용하였다. 등광도 시험(총 플럭스), 최대 광도(점 강도) 및 비임 색도(x,y)의 결과가 표 2에 요약되어 있다. 할로겐 전구와 조합된 가시효과 렌즈는 강도 면에서 필적하는 광 출력(이는 기준 재료(천연색)의 ±5% 이내에 있다)을 제공함이 최대 광도 및 등광도 둘 다에 의해 확인됨은 주목할 만하다. 또한, 배합물 (D)로부터 제조된 청색 렌즈를 갖는 전조등은 CIE 1931×색도 값이 0.4424에서 0.4040으로 이동함에 따라 기준 재료에 비해 훨씬 더 청색(즉, 더 백색)의 비임을 나타낸다. 이러한 결과는 비임 색상의 육안 평가에 의해서도 확인된다. 따라서, 상기 조합은 조명 개선물로서 운전자에 의해 통상적으로 인지되는 백색광 출력을 또한 제공하기 때문에 전조등에서의 HID 전구 사용에 대한 잠재적인 보다 저렴한 대안이다.
최종적으로, 시험한 렌즈는 모두 SAE 요구조건을 충족시켰음을 주지해야 한다.
Figure 112010011110111-pct00010
Figure 112004045209390-pct00007

Claims (19)

  1. 광원(26)을 수용하기 위한 하우징(housing)(22); 상기 하우징(22)에 배치된 상기 광원(26)으로부터의 광이 통과하도록 배치된 외부 렌즈(23) 및 선택적인 베젤(bezel)(27); 및 상기 하우징(22)에 배치된 상기 광원(26)으로부터의 광을 상기 렌즈(23)로 반사하도록 상기 하우징(22)에 배치된 반사기(25)를 포함하는 자동차 전조등으로서,
    상기 렌즈(23) 및, 존재하는 경우 상기 베젤(27)이 폴리카보네이트 및 포토루미네선트 재료(photoluminescent material)로 이루어지고, 상기 포토루미네선트 재료로부터의 포토루미네선스(photoluminescense)의 결과로서 적어도 렌즈의 가장자리에서 가시효과를 제공하고, 상기 하우징(22), 상기 반사기(25), 상기 렌즈(23), 및 존재하는 경우 상기 베젤(27)이 상기 하우징(22)에 배치된 광원(26)과 함께 작용하여 전조등으로부터의 출력 비임(beam)을 제공하는,
    자동차 전조등.
  2. 제 1 항에 있어서,
    포토루미네선트 재료가 유기 형광 염료인 전조등.
  3. 제 2 항에 있어서,
    형광 염료가 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체, 인디고이드 및 티오인디고이드 유도체, 이미다졸 유도체, 나프탈이미드 유도체, 잔텐, 티오잔텐, 쿠마린, 로다민, (2,5-비스[5-3급-부틸-2-벤족사졸일]티오펜) 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는, 전조등.
  4. 제 2 항에 있어서,
    형광 염료가 폴리카보네이트의 1중량% 이하의 농도로 포함되는, 전조등.
  5. 제 4 항에 있어서,
    형광 염료가 청색 또는 보라색 가시효과를 제공하고, 형광 염료가 0.5 내지 0.001중량%, 바람직하게는 0.3 내지 0.1중량%의 농도로 포함되는, 전조등.
  6. 제 4 항에 있어서,
    형광 염료가 0.1 내지 0.005중량%의 농도로 포함되는, 전조등.
  7. 제 4 항에 있어서,
    형광 염료가 적색, 주황색 또는 녹색 가시효과를 제공하고, 형광 염료가 0.0005중량% 미만, 바람직하게는 0.0001 내지 0.0003중량%의 농도로 포함되는, 전조등.
  8. 제 2 항에 있어서,
    형광 염료가 0.7 이상, 바람직하게는 0.9 이상의 양자 수율을 갖는, 전조등.
  9. 제 1 항에 있어서,
    포토루미네선트 재료가 무기 나노입자인, 전조등.
  10. 제 1 항에 있어서,
    렌즈(10, 23)가 그의 외부 표면에 몰딩된 하나 이상의 리브 라인(rib line)(13)을 갖는, 전조등.
  11. 제 1 항에 있어서,
    렌즈(10, 23)의 외부 표면이 자외선-보호 코팅물로 코팅되는, 전조등.
  12. 제 1 항에 있어서,
    베젤(27)이 포토루미네선트 재료를 포함하는, 전조등.
  13. 제 12 항에 있어서,
    렌즈(10, 23)가 베젤(27)에서의 포토루미네선트 재료와 동일한 포토루미네선트 재료를 또한 포함하는, 전조등.
  14. 제 12 항에 있어서,
    렌즈(10, 23)가 포토루미네선트 재료를 또한 포함하고, 베젤에서의 포토루미네선트 재료가 렌즈에서의 포토루미네선트 재료와는 상이한 색상의 가시효과를 생성하는, 전조등.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 전조등에 사용하기 위한 포토루미네선트 재료를 포함하는 렌즈.
  16. 대략적으로 오목한 외부 표면, 대략적으로 평평하거나 볼록한 내부 표면 및 내부 및 외부 가장자리 표면을 갖는 환상(annular) 몰딩된 본체로 이루어진 베젤(27)로서,
    상기 베젤이 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 전조등에 사용하기 위한 포토루미네선트 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    베젤(27).
  17. 제 16 항에 있어서,
    베젤이 자동차 전조등용 SAE 표준에 부합하는, 베젤.
  18. 제 16 항에 있어서,
    베젤이 외부 표면 및 가장자리 표면, 및 선택적으로는 내부 표면에 자외선-보호 코팅물을 갖는, 베젤.
  19. 폴리카보네이트 및 포토루미네선트 재료를 포함하는 몰딩 조성물을 제조하는 단계;
    상기 몰딩 조성물로부터 렌즈 또는 베젤을 몰딩하는 단계; 및
    선택적으로 절단부(13) 또는 융기부 또는 이들 둘 다를 렌즈(10, 23) 또는 베젤(27)의 표면에서 형성하는 단계
    를 포함하는 제조 방법으로서,
    상기 절단부(13) 또는 융기부 형성 단계가 몰딩 단계 도중 또는 그 이후에 일어날 수 있고, 루미네선트 가시효과가 적어도 렌즈(10, 23) 또는 베젤(27)의 가장자리 및 절단부(13) 및 절단부에 형성된 융기부에서 일어나는,
    제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 자동차 전조등에 사용하기 위한 루미네선트 가시효과를 갖는 렌즈(10, 23) 또는 베젤(27)의 제조 방법.
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