KR101454757B1 - 광확산판, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 led 조명기구 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광확산판, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 LED 조명기구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입사된 광을 확산 및 산란하여 투과시키는 광확산판, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 LED 조명기구에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 입사된 빛을 확산 및 산란시켜 투과시키는 광확산판으로서, 입사된 빛을 확산 및 산란시키는 결정이 형성된 결정화 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광확산판을 제공한다.
이를 위해, 본 발명은 입사된 빛을 확산 및 산란시켜 투과시키는 광확산판으로서, 입사된 빛을 확산 및 산란시키는 결정이 형성된 결정화 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광확산판을 제공한다.
Description
본 발명은 광확산판, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 LED 조명기구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입사된 광을 확산 및 산란하여 투과시키는 광확산판, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 LED 조명기구에 관한 것이다.
일반적으로, 실내 또는 실외의 조명등은 백열전구나 형광등이 많이 사용되고 있는데, 이러한 백열전구나 형광등은 수명이 ?고, 소비전력이 높다는 단점을 갖는다. 또한, 최근에는 할로겐사이클을 이용한 요오드 전구, 고효율 헬라이드등, 양광램프 등이 개발되고 있으며, 결정발광체인 EL램프는 면광원으로 차세대 광원으로 각광받고는 있지만 효율이나 광원장치 등의 문제로 아직 실용화단계까지 도달하지는 못하였다.
이에 LED를 이용한 조명기구가 개발되어 널리 보급되고 있다. LED는 구조가 간단하여 대량생산이 가능하고, 진동에 강하며 긴 수명을 가진다는 장점이 있다. 또한, 임계 이상의 전압을 가하는 순간 빛을 생성하기 때문에 빠른 응답속도를 가진다.
그러나, 이와 같은 LED를 사용한 조명기구의 경우 다수의 LED로 이루어지기 때문에 소비전력이 증가하고 많은 열이 발생한다는 문제가 발생한다. 또한, LED 조명기구는 LED 광원부터 입사된 빛을 산란 및 확산시키기 위한 확산판을 포함하는데 이로 인해 휘도가 떨어지고, 대면적의 조명기구 일수록 휘도균일도가 떨어지는 문제가 발생한다. 더욱이, 이와 같은 LED 조명기구는 구조적 한계로 두께를 얇게 하기 곤란하다는 단점을 갖는다.
한편, 이하에서 LED 조명기구에 사용되는 확산판을 보다 구체적으로 설명한다.
일반적으로, 확산판은 폴리스티렌(polystyrene, PS) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)를 압출 성형하여 제작한다. 이때, 확산판 내부에는 상이한 굴절률을 갖는 기포 또는 확산제가 분포된다. 이러한 확산판 내부의 기포 또는 확산제는 확산판에 입사된 빛을 굴절 및 반사시킨다. 특히 확산판 내부에 기포 또는 확산제가 충분한 경우, 확산판에 입사된 빛은 확산판 내부에서 충분한 횟수의 굴절 및 반사를 거쳐 산란하게 된다. 이로 인해, 확산판에 입사된 빛이 확산판 외부로 방출될 때는, 빛의 세기가 균일해지고 발산각이 커진다. 하지만, 이와 같은 확산판에 입사된 빛이 확산제 내부의 기포 또는 확산제에 굴절 및 반사되는 과정에서 입사된 빛의 일부는 확산제의 기포 또는 확산제에 흡수된다. 이로 인해, 빛이 확산판을 투과하는 과정에서 빛 손실이 발생하게 된다.
또한, 일본공개특허공보 제2012-32441호에는 유리 기판 상에 굴절율이 서로 다른 분말을 페이스트(paste) 상으로 도포하여 제조한 확산판에 관한 발명이 개시되어 있는데, 상기 발명의 경우 페이스트 내 유기물이 충분히 분해되지 않아 확산에 문제가 발생할 수 있고, 또한 바인더 번-아웃(binder burn-out)시 유해물질이 발생하는 문제를 갖는다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 높은 휘도 및 휘도 균일성을 갖는 광확산판, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 LED 조명기구을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 입사된 빛을 확산 및 산란시켜 투과시키는 광확산판으로서, 입사된 빛을 확산 및 산란시키는 결정이 형성된 결정화 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광확산판을 제공한다.
여기서, 상기 결정화 유리에 형성된 결정의 크키는 0.01 ~ 0.1㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 광확산판의 표면 거칠기는 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 광확산판의 투과율은 50% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 입사된 빛을 확산 및 산란시켜 투과시키는 광확산판의 제조방법으로서, 투과율이 85% 이상이고, 열처리에 의해 결정화되는 유리를 준비하는 단계; 및 상기 유리를 900 ~ 1000℃의 온도를 가열하며 열처리하여 결정화하는 단계를 포함하는 광확산판 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 빛을 안내하는 도광판; 상기 도광판의 측면에 배치되어 상기 도광판으로 빛을 발산하는 LED 광원부; 및 상기 도광판에서 빛이 출사되는 일면 상에 배치되어 빛을 확산 및 산란시키는 광확산판을 포함하여 이루어지되, 상기 광확산판은 도광판으로부터 입사된 빛을 확산 및 산란시키는 결정이 형성된 결정화 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 조명기구를 제공한다.
또한, 상기 도광판은 빛을 양면으로 출사하고, 상기 광확산판은 상기 도광판의 양면에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 결정화 유리에 형성된 결정의 크키는 0.01 ~ 0.1㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 광확산판의 표면 거칠기는 1㎛ 이내인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 광확산판이 결정질 유리로 이루어짐으로써, 광학산판을 통해 방출되는 빛의 휘도 및 휘도 균일성을 향상시킬 수 있으며, 높은 투과율을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 LED 조명기구는 두께를 얇게 할 수 있으며, 단면 또는 양면 발광할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광확산판 제조방법의 개략적의 흐름도.
도 2는 도광판, 일반유리, 결정화 유리의 결정화 전 및 후의 시야각에 따른 휘도를 나타낸 그래프.
도 3은 결정화 유리의 가열 온도에 따른 휘도를 비교한 사진.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 개념적인 단면도.
도 2는 도광판, 일반유리, 결정화 유리의 결정화 전 및 후의 시야각에 따른 휘도를 나타낸 그래프.
도 3은 결정화 유리의 가열 온도에 따른 휘도를 비교한 사진.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 개념적인 단면도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 광확산판, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 LED 조명기구에 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.
광원 등으로부터 입사된 빛을 확산 및 산란시켜 투과시키는 본 발명에 따른 광확산판은 입사된 빛을 확산 및 산란시키는 결정이 형성된 결정화 유리로 이루어질 수 있다.
결정화 유리(crystallized glass)란 유리를 재가열하여 유리 조성 분자의 배열을 다결정화한 유리를 말한다.
이와 같은 결정에 의해 광확산판으로 입사된 된 빛은 확산 및 산란하게 되고, 이에 의해 광확산판으로부터 방출되는 빛은 큰 발산각 및 균일한 세기로 방출되게 된다.
본 발명에 따른 광확산판은 결정질 유리로 이루어지므로 광확산판을 통해 방출되는 빛의 휘도 및 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광확산판은 유리로 이루어지기 때문에 높은 투과율을 가진다. 바람직하게, 본 발명에 따른 광확산판은 50% 이상의 투과율을 가질 것이다.
결정화 유리에 형성된 결정의 크기는 0.01 ~ 0.1㎛인 것이 바람직하다. 결정의 크기가 0.1㎛를 초과하는 경우 광원으로부터 입사된 빛의 투과가 잘 되지 않을 것이며, 0.01㎛ 미만인 경우 광원으로부터 입사된 빛의 산란이 잘 일어나지 않기 때문이다.
또한, 본 발명에 따른 광확산판의 표면 거칠기(roughness)는 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광확산판이 LED 조명기구 등에 사용되는 경우 도광판에 부착되게 되는데, 이때 광확산판과 도광판 사이에 공기층이 개제되지 않는 것는 것이 바람직하기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광확산판 제조방법의 개략적의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광확산판 제조방법은 투과율이 85% 이상이고, 열처리에 의해 결정화되는 유리를 준비하는 단계(S100), 및 유리를 900 ~ 1000℃의 온도를 가열하며 열처리하여 결정화하는 단계(S200)를 포함하여 이루어질 수 있다.
광원 등으로부터 입사된 빛을 확산 및 산란시켜 투과시키는 광확산판 제조를 위해 우선, 85% 이상의 투과율을 가지면서 열처리에 의해 결정화되는 유리를 준비한다. 열처리에 의해 결정화가 되면 유리의 투과율을 저하되게 되므로, 열처리 전 유리의 투과율은 높을수록 좋을 것이다.
이후, 유리를 900 ~ 1000℃의 온도를 가열하며 열처리하여 유리를 결정화한다.
[표 1]은 도광판, 일반유리, 결정화 유리의 결정화 전 및 후의 시야각에 따른 휘도를 나타낸 표이며, 도 2는 이를 나타낸 그래프이다.
시야각 | 도광판 | 일반 유리 |
결정화 유리 | ||||
결정화 전 | 850℃ /1hr |
850℃ /2hr |
900℃ /1hr |
1000℃ /1hr |
|||
0 | 19 | 28 | 73 | 81 | 230 | 3001 | 9286 |
10 | 19 | 28 | 74 | 82 | 232 | 3012 | 9311 |
20 | 19 | 31 | 75 | 83 | 237 | 3064 | 9430 |
30 | 22 | 34 | 79 | 86 | 247 | 3153 | 9609 |
40 | 27 | 37 | 87 | 93 | 259 | 3270 | 9873 |
50 | 33 | 44 | 101 | 106 | 279 | 3411 | 10170 |
60 | 49 | 59 | 125 | 131 | 311 | 3571 | 10390 |
70 | 78 | 91 | 314 | 214 | 383 | 3768 | 10390 |
[표 1] 및 도 2에 나타난 바와 같이, 도광판과 일반 유리의 경우 결정화 유리에 비해 휘도가 매우 낮음을 알 수 있다. 또한, 결정화 유리의 경우도 가열에 의한 열처리가 되지 경우와 850℃ 이하의 온도로 가열된 결정화 유리의 경우 그 휘도가 본 발명에 의한 결정화 유리에 비해 낮음을 알 수 있다.
도 3은 결정화 유리의 가열 온도에 따른 휘도를 비교한 사진이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 600℃의 온도로 열처리한 경우 빛을 거의 방출하지 못하고, 1100℃의 온도로 열처리한 경우 방출되는 빛의 휘도가 상당히 낮음을 알 수 있다. 도 3에서 검은색 바탕부위는 도광판을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구의 개념적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구는 도광판(100), LED 광원부(200), 및 광확산판(300)을 포함하여 이루어질 수 있다.
도광판(100)은 측면에 배치된 LED 광원부(200)에서 발산되어 도광판(100)으로 입사되는 빛을 광확산판(300)으로 안내한다.
도광판(100)은 외부 공기층보다 낮은 굴절률을 가지면서 광학적으로 투명한 투명한 아크릴 모노머(acrylate monomer), 아크릴 중합체인 PMMA(Poly-Methyl-Meth-Acrylate)의 고분자 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 도광판(100)이 외부의 공기층보다 낮은 굴절률을 가짐으로써, LED 광원부(200)로부터 도광판의 측면으로 입사된 빛은 도광판의 외부로는 방출되지 않고 전반사에 의해 도광판 내부를 수평 방향으로 진행하면서 분산된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명기구는 전면 발광형이 아니라 측면 발광형이므로, 도광판의 전체 면적에 걸쳐 LED 광원이 배열되는 종래의 LED 조명과 비교하여, 단위 면적당 소요되는 LED 광원의 개수를 줄일 수 있다. 따라서, LED 광원의 구동에 소요되는 전력 소모 및 열 발생을 최소화할 수 있으며, 제조 비용을 감소시킬 수 있고 두께를 얇게 할 수 있다.
도광판(100)에서 빛이 출사되는 일면의 반대면, 즉 광확산판(300)이 배치되는 면의 반대면에는 LED 광원부(200)로부터 입사된 빛을 출사면으로 반사하는 반사패턴이 형성될 수 있다. 즉, LED 광원부(200)로부터 입사된 빛을 출사면 및 일 측면으로만 방출되게 함으로써, 빛이 출사면의 반대면으로 방출되어 손실되는 것을 방지할 수 있다.
LED 광원부(200)는 도광판(100)의 측면에 배치되어 도광판(100)으로 빛을 발산하는 광원으로 복수의 LED가 어레이 형태로 배열되는 것이 바람직하다.
광확산판(300)은 도광판(100)에서 빛이 출사되는 일면 상에 배치되어 입사된 빛을 확산 및 산란시켜 방출하며, 결정이 형성된 결정화 유리로 이루어진다.
광확산판(300)은 도광판(100)으로부터 입사된 된 빛을 확산 및 산란시켜 방출함으로써 빛이 큰 발산각을 가지고 균일한 세기로 방출되게 한다.
광확산판(300)이 결정질 유리로 이루어지므로 LED 조명기구를 통해 방출되는 빛의 휘도 및 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 결정화 유리에 형성된 결정의 크기는 0.01 ~ 0.1㎛인 것이 바람직하다.
또한, 도광판(100)의 일면 상에 배치된 광확산판(300)과 도광판(100) 사이에 공기층이 게재되는 것을 방지하기 위해 광확산판(300)의 표면 거칠기(roughness)는 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 LED 조명기구에서 도광판(100)은 빛을 양면으로 출사하고, 광확산판(300)은 빛이 출사되는 도광판(100)의 양면에 배치될 수 있다.
이에 의해, 본 발명에 따른 LED 조명기구는 양면 발광할 수 있다. 이때, 도광판(100)은 LED 광원부로부터 입사된 빛을 일면으로만 출사할 필요가 없기 때문에 반사패턴이 없는 도광판이 사용될 것이다.
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 200: LED 광원부
300: 광확산판
300: 광확산판
Claims (9)
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- 입사된 빛을 확산 및 산란시켜 투과시키는 광확산판의 제조방법으로서,
투과율이 85% 이상이고, 열처리에 의해 결정화되는 유리를 준비하는 단계; 및
상기 유리를 900 ~ 1000℃의 온도를 가열하며 열처리하여 결정화하는 단계를 포함하되,
상기 결정화 단계에 의해 결정화된 유리 결정의 크기는 0.01 ~ 0.1㎛인 것을 특징으로 하는 광확산판 제조방법.
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