📢 2026년 9월 개정 — 실무에서 널리 쓰이는 PS(폴리스티렌) 확산판 내용을 추가했습니다. 재질 비교를 3종에서 4종으로 확장하고, 굴절률이 확산 성능에 미치는 영향을 새로 정리했습니다.
평판 LED 조명을 껐다 켜보면, 켜기 전에는 하얀 판만 보이다가 켜면 고르게 빛납니다. 그런데 어떤 제품은 자세히 보면 LED 알갱이가 점점이 비쳐 보이고, 어떤 제품은 완전히 균일하지만 눈에 띄게 어둡습니다.
이 차이를 만드는 부품이 **확산판(Diffuser)**입니다. 그리고 확산판을 고를 때 반드시 마주치는 숫자가 **Haze(헤이즈)**와 전광선 투과율입니다.
💡 이 글은 광학 시리즈 3단계 광학 부품 설계의 두 번째 글입니다. 도광판(LGP)이 빛을 면으로 펼쳤다면, 확산판은 그 위에서 점을 지우고 부드럽게 만듭니다. 문제는 지우는 만큼 어두워진다는 점입니다.
🌫️ Haze란 무엇인가 – “얼마나 흐린가”의 정의
Haze는 감각적인 표현이 아니라 규격으로 정의된 숫자입니다. 플라스틱 투과 특성 시험 규격인 ASTM D1003에서 이렇게 정의합니다.
Haze (%) = 2.5°보다 크게 꺾인 투과광 ÷ 전체 투과광 × 100
전광선 투과율 (%) = 전체 투과광 ÷ 입사광 × 100
기준선은 **2.5°**입니다. 시료를 통과한 빛 중 진행 방향에서 2.5°보다 크게 벗어난 성분이 얼마나 되는지를 비율로 나타낸 값입니다. 일반적으로 Haze 30%를 넘으면 확산성 재료로 분류합니다.
여기서 꼭 구분해야 할 점이 있습니다.
- Haze는 비율입니다. 통과한 빛 중 몇 %가 흩어졌는지만 말합니다.
- 전광선 투과율은 총량입니다. 빛이 얼마나 통과했는지를 말합니다.
⚠️ Haze 95%라고 해서 빛의 95%가 통과한다는 뜻이 아닙니다. 두 숫자는 분모가 완전히 다릅니다. Haze가 높으면서 투과율도 높은 재료가 좋은 확산판이고, 실제로는 이 둘이 서로 반대로 움직입니다.
측정은 보통 적분구가 달린 헤이즈미터나 분광광도계로 하며, 시료를 적분구 입구에 놓느냐 안에 놓느냐에 따라 값이 달라집니다. 그래서 같은 제품도 측정 조건이 다르면 수치가 다르게 나옵니다.
🔬 확산은 어떻게 일어날까 – 두 가지 방식
확산판이 빛을 흩뜨리는 방법은 크게 두 가지입니다.
1. 체적 확산 (Bulk Diffusion)
수지 안에 굴절률이 다른 확산 입자를 섞습니다. 빛이 판 내부를 지나면서 입자 경계마다 굴절·산란되어 방향이 흩어집니다. 확산이 고르고 각도 의존성이 적지만, 입자를 많이 넣을수록 빛이 흡수·후방산란되어 투과율이 떨어집니다.
2. 표면 확산 (Surface Diffusion)
판 표면에 미세한 요철을 만들거나, 산란 입자가 든 코팅을 바릅니다. 필름류 확산 시트가 주로 이 방식이며, PET 필름 양면에 확산 코팅을 하는 구조가 일반적입니다.
실제 제품은 두 방식을 섞어 쓰는 경우가 많습니다. 예를 들어 PET 베이스 필름에 양면 확산 코팅을 한 확산 필름은 표면 확산이 주력이고, 확산제를 넣은 PS나 PMMA 압출판은 체적 확산이 주력입니다.
📊 재질 4종 비교 – PMMA vs PC vs PS vs PET
| 항목 | PMMA (아크릴) | PC (폴리카보네이트) | PS (폴리스티렌) | PET |
|---|---|---|---|---|
| 굴절률 | 약 1.49 | 약 1.586 | 약 1.59 | 약 1.57 |
| 전광선 투과율 (투명 기준) | 약 92% | 약 88~90% | 약 88~92% | 약 88~90% |
| 내충격성 | 낮음 (취성) | 매우 높음 | 매우 낮음 (깨짐) | 높음 (필름) |
| 내열성 (HDT) | 약 80~100℃ | 약 130℃ | 약 70~90℃ | 낮음 |
| 내후성 (황변 저항) | 우수 | 보호층 없으면 황변 | 약함 (황변 뚜렷) | 보통 |
| 비중 | 약 1.19 | 약 1.20 | 약 1.05 (가장 가벼움) | 약 1.38 |
| 가격 | 보통 | 높음 | 가장 저렴 | 보통 |
| 주 용도 | 확산판, 커버, 도광판 | 고온·충격 부위 커버 | 실내 평판등·오피스 조명 | 확산 필름, 시트 |
각 자료의 근거는 이렇습니다.
- PMMA 92% vs PC 88% : 여러 재료 비교 자료에서 반복 확인되는 수치입니다. PMMA는 굴절률이 약 1.49로 낮아 내부 반사 손실이 적고, 유리(약 90%)보다도 높습니다.
- PS 투과율 : 일반용 폴리스티렌(GPPS)은 배합과 등급에 따라 88~92% 범위로 보고됩니다. 조명 업계 자료에서는 대표값으로 **88%**를 제시하는 경우가 많습니다.
- 충격 강도 : PC는 아크릴 대비 30배 수준으로 표현될 만큼 차이가 큽니다. 반대로 PS는 넷 중 가장 약해, 충격을 받으면 휘지 않고 날카롭게 깨집니다.
- 황변 : 표준 PC는 자외선에 의한 광산화로 보호층 없이 옥외 노출 시 1~3년 내 황변과 균열이 나타난다는 설명이 있습니다. PS는 PMMA보다 내후성이 나쁘고, 습기와 자외선 환경에서 황변이 더 뚜렷하다고 보고됩니다.
- 내열성 : PC의 연속 사용 온도가 가장 높습니다. PS는 열변형 온도가 약 70~90℃ 수준으로 넷 중 가장 낮습니다.
- 비중 : PS는 약 1.05로 PMMA(약 1.2)보다 가볍습니다. 대형 평판등에서 무게가 유리한 요소입니다.
🧮 92%, 88%는 어디서 오는 숫자일까?
프레넬 반사 글에서 배운 식으로 계산해보면 이 숫자들의 정체가 보입니다.
면당 반사율 R = ((n−1)/(n+1))²
양면 투과 (다중 반사 포함) = (1−R)² / (1−R²)
| 재질 | 굴절률 n | 면당 반사 | 프레넬만 고려한 투과 | 공표 투과율 | 차이 (내부 흡수 등) |
|---|---|---|---|---|---|
| PMMA | 1.49 | 3.87% | 92.54% | 92.0% | 약 0.6% |
| PET | 1.575 | 4.99% | 90.50% | 89.0% | 약 1.7% |
| PC | 1.586 | 5.13% | 90.23% | 88.5% | 약 1.9% |
| PS | 1.59 | 5.19% | 90.13% | 89.0% | 약 1.3% |
PMMA 투과율이 높은 가장 큰 이유는 굴절률이 낮아 표면 반사가 적기 때문입니다. 92%라는 숫자의 대부분은 재료가 투명해서가 아니라 빛이 덜 튕겨 나가서 나온 값입니다.
실제로 PMMA와 PS의 투과율 차이 3%p 중 약 80%(2.4%p)가 표면 반사 차이만으로 설명됩니다. PS가 어두운 게 아니라, 굴절률이 높아 빛을 더 많이 되돌려보내는 것입니다.
🧪 PS가 실내 조명에서 많이 쓰이는 이유
PS는 위 표만 보면 단점이 많습니다. 약하고, 열에 약하고, 황변도 빠릅니다. 그런데도 사무실 평판등과 실내 조명에서는 여전히 주력 재질입니다. 이유가 세 가지 있습니다.
1️⃣ 가격
가장 큰 이유입니다. PMMA보다 저렴하고, PS 프리즘 시트는 저비용과 대량 생산 시의 배광 성능 덕분에 수십 년간 상업용 사무실 조명의 주류였습니다.
2️⃣ 확산 성능 – 굴절률이 높은 것이 오히려 유리하다
여기가 흥미로운 지점입니다. 투과율에서 불리했던 높은 굴절률이, 확산에서는 장점이 됩니다.
확산은 기재와 확산 입자의 **굴절률 차(Δn)**가 클수록 강하게 일어납니다. 산란이 굴절률 차에서 비롯되기 때문입니다.
| 조합 | Δn | 산란 |
|---|---|---|
| PMMA(1.49) + 아크릴 입자(1.49) | 0.000 | 일어나지 않음 |
| PMMA(1.49) + 실리콘 입자(1.43) | 0.060 | 보통 |
| PC(1.586) + 아크릴 입자(1.49) | 0.096 | 강함 |
| PS(1.59) + 아크릴 입자(1.49) | 0.100 | 강함 |
실제 특허 사례에서도 굴절률 1.59인 폴리스티렌에 굴절률 1.49인 아크릴 입자를 넣어 Δn 0.10으로 확산판을 만드는 구성이 나옵니다.
💡 같은 Haze를 더 적은 첨가량으로 낼 수 있다는 뜻입니다. 첨가량이 줄면 그만큼 흡수 손실도 줄어, 표면 반사에서 잃은 것을 일부 되찾습니다. PS 확산판의 실제 성능이 표의 투과율 숫자만큼 나쁘지 않은 이유입니다.
⚠️ PMMA에 아크릴 입자를 넣으면 확산되지 않습니다. 굴절률이 같아 경계면에서 빛이 꺾이지 않기 때문입니다. PMMA 확산판에는 실리콘계처럼 굴절률이 다른 입자를 써야 합니다. 재질을 바꿀 때 확산제도 같이 검토해야 하는 이유입니다.
3️⃣ 사용 환경이 약점을 가려준다
PS의 단점은 대부분 열, 자외선, 충격에서 나옵니다. 그런데 실내 평판등은 이 셋이 모두 약한 환경입니다.
- 실내라 자외선 노출이 거의 없습니다.
- LED는 형광등보다 발열이 적고, 확산판은 광원에서 떨어져 있습니다.
- 천장에 설치되어 사람 손이 닿지 않습니다.
📌 실제로 조명 업계 자료에서도 PS 확산판을 권하는 조건으로 **”예산이 최우선이고, 손이 닿지 않는 높은 곳에 설치되며, 충격 위험이 없는 경우”**를 제시합니다.
⚠️ PS를 피해야 하는 경우
반대로 아래 조건에서는 PS를 쓰면 안 됩니다.
| 상황 | 이유 | 대안 |
|---|---|---|
| 옥외·창가 설치 | 자외선으로 황변 진행 | PMMA |
| 고출력·밀폐 기구 | 열변형 온도 낮음 | PC |
| 손이 닿는 낮은 위치 | 깨지면 날카로운 파편 | PC |
| 체육관·공장 등 충격 위험 | 내충격성 최하 | PC |
| 장기 색 안정성이 중요 | 황변으로 색온도 변화 | PMMA |
| 레이저 가공이 필요 | 쉽게 녹아 권장되지 않음 | PMMA |
⚠️ HIPS(고충격 폴리스티렌)는 대안이 아닙니다. 고무 입자로 인성을 높인 대신 투명도가 떨어져 광학 용도에 부적합합니다. 확산판에는 일반용 GPPS를 씁니다.
⚖️ 핵심 트레이드오프 – 잘 가릴수록 어두워진다
확산판 설계에서 가장 중요한 사실은 이것입니다. LED 점상을 지우는 능력과 밝기는 맞바꿈 관계입니다.
그래프의 파란 선과 보라 선은 확산제를 넣을수록 투과율이 떨어지는 모습, 빨간 선과 주황 선은 Haze가 올라가는 모습입니다.
여기서 앞 섹션의 Δn 이야기가 숫자로 드러납니다. PS 계열은 Δn이 커서 더 적은 첨가량으로 같은 Haze에 도달합니다. 출발 투과율은 PMMA가 높지만, 목표 Haze에 도달한 시점에서는 둘의 차이가 거의 사라집니다.
| 등급 | Haze | 전광선 투과율 (PMMA 계열 기준) | 특징 |
|---|---|---|---|
| 저확산 | 약 67% | 약 85% | 밝지만 LED 점이 비칠 수 있음 |
| 중확산 | 약 89% | 약 78% | 일반적인 균형점 |
| 고확산 | 약 98% | 약 69% | 완전히 균일하지만 어두움 |
⚠️ 위 표와 그래프는 경향을 보여주는 가상 모델입니다. 실제 제품은 확산제 종류, 입자 크기, 두께에 따라 달라지므로 반드시 제조사 데이터시트를 확인하세요. 실제로 제조사들은 90%, 85%, 80%, 76%, 60% 같은 여러 투과율 등급을 제공합니다.
📉 여러 장 겹치면 손실이 곱해진다
백라이트는 확산판 위에 확산시트, 프리즘시트가 더 올라갑니다. 각 층의 투과율은 더하기가 아니라 곱하기입니다.
확산판 70% × 확산시트 85% = 59.5%
확산판 85% × 확산시트 92% = 78.2%
같은 LED를 쓰고도 구성에 따라 최종 밝기가 20%p 가까이 차이 납니다. 시트를 한 장 추가할 때마다 “얼마를 잃고 무엇을 얻는지” 계산해보는 습관이 필요합니다.
🎯 실무 선택 기준
거리와 LED 간격이 Haze를 결정한다
LED와 확산판 사이 거리가 가까울수록 점상이 강하게 보이므로 높은 Haze가 필요하고, 그만큼 밝기를 잃습니다. 반대로 거리를 확보할 수 있으면 낮은 Haze로도 충분해서 밝기를 지킬 수 있습니다.
💡 밝기가 부족하다면 확산판을 바꾸기 전에 구조를 먼저 보세요. LED와 확산판 거리를 10mm만 늘려도 더 낮은 Haze를 쓸 수 있어, 확산판 교체보다 효과가 클 때가 많습니다. 다만 제품 두께가 늘어나는 대가가 있습니다.
재질은 이렇게 고릅니다
| 상황 | 추천 | 이유 |
|---|---|---|
| 실내 평판등, 예산 우선 | PS | 가격, 확산 효율, 가벼움 |
| 일반 실내 조명, 밝기 우선 | PMMA | 투과율이 가장 높음 |
| 발열이 큰 고출력 조명 | PC | 내열성 여유 |
| 충격·파손 위험이 있는 곳 | PC | 압도적인 내충격성 |
| 옥외 장기 노출 | PMMA 또는 UV 안정화 PC | 황변 저항 |
| 얇은 백라이트, 필름 구성 | PET 확산 필름 | 두께와 비용 |
| 난연 등급이 필요한 곳 | PC 계열 검토 | 난연 등급 확보가 용이 |
⚠️ 재질만으로 성능이 결정되지 않습니다. 조명 제조사 기술자료에서도 소재 데이터시트만으로 부품을 고르지 말라고 안내합니다. 최종 성능은 기구 구조, 두께, 첨가제 등급까지 포함한 완성품 단위로 결정됩니다.
⚠️ 자주 하는 오해 4가지
오해 1. “Haze가 높으면 빛을 많이 통과시킨다” → 앞서 본 대로 Haze는 비율, 투과율은 총량입니다. 별개의 숫자이고 보통 반대로 움직입니다. 데이터시트에서 두 값을 항상 함께 확인하세요.
오해 2. “PC가 PMMA보다 좋은 재료다” → 용도가 다릅니다. PC는 충격과 열에, PMMA는 투과율과 황변 저항에 강합니다. 밝기가 중요한 실내 조명 커버에 PC를 쓰면 이유 없이 3~4%를 잃습니다.
오해 3. “확산판을 두껍게 하면 더 잘 가려진다” → 두께를 늘리면 확산 경로가 길어져 은폐력이 올라가지만, 동시에 흡수도 늘어 투과율이 떨어지고 재료비와 무게도 증가합니다. 두께보다 확산제 농도와 LED 거리가 더 효율적인 조절 변수인 경우가 많습니다.
오해 4. “싼 재질이니 성능도 나쁘다” → PS는 투과율에서 PMMA에 3%p 정도 뒤지지만, 굴절률이 높아 확산은 오히려 더 잘 일으킵니다. 실내 평판등처럼 열·자외선·충격 부담이 없는 환경에서는 합리적인 선택입니다. 문제는 성능이 아니라 환경을 잘못 고르는 것입니다.
✅ 한눈에 정리
| 항목 | 핵심 내용 |
|---|---|
| Haze 정의 | 2.5°보다 크게 꺾인 투과광의 비율 (ASTM D1003) |
| 확산성 기준 | 일반적으로 Haze 30% 초과 |
| 전광선 투과율 | 입사광 대비 통과한 빛의 총량 |
| 핵심 관계 | Haze ↑ → 은폐력 ↑, 투과율 ↓ |
| 확산 방식 | 체적 확산(입자 혼합), 표면 확산(요철·코팅) |
| 확산 원리 | 기재와 입자의 굴절률 차(Δn)가 클수록 강하게 산란 |
| PMMA | 투과율 약 92%, 황변 저항 우수, 취성 |
| PC | 투과율 약 88%, 내충격·내열 우수, 황변 주의 |
| PS | 투과율 약 88~92%, 저렴·가벼움, 열·UV·충격에 약함 |
| PET | 확산 필름 베이스로 주로 사용 |
| 다층 손실 | 각 층 투과율의 곱으로 계산 |
| 구조 변수 | LED-확산판 거리가 필요한 Haze를 좌우 |
🎯 오늘 바로 확인해볼 것
- 사용 중인 확산판 데이터시트에서 Haze와 전광선 투과율이 함께 표기되어 있는지 확인하세요. 하나만 있다면 공급사에 요청할 항목입니다.
- 재질이 PS라면 설치 환경의 온도와 자외선 노출을 점검하세요. 실내 천장이면 문제없지만, 창가나 발열 기구라면 재질 변경을 검토할 신호입니다.
- 현재 구성의 층별 투과율을 모두 곱해보세요. 확산판·확산시트·커버까지 합치면 예상보다 손실이 클 수 있습니다.
- 밝기가 부족하다면 확산판 교체 전에 LED와 확산판 사이 거리를 늘릴 여지가 있는지 먼저 검토해보세요.
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- 🔍 프레넬 반사와 투과율 완벽정리 — 이 글의 92%, 88%가 어디서 나오는지 계산하는 방법입니다.
- 🎨 조명 균일도 계산 3가지 완벽정리 + 무료 계산기 — 확산판을 바꾼 뒤 균일도가 실제로 좋아졌는지 숫자로 판정하는 방법입니다.
- 🔦 2차 렌즈(Secondary Optics) 설계 개념 — 확산과 반대로 빛을 모으는 부품. 층마다 손실이 곱해지는 계산이 같은 방식입니다.