KR100849786B1 - 백색광-방출 형광체 혼합물 및 이를 함유하는 전계발광 램프 - Google Patents
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Abstract
전계발광 형광체 입자 및 일반식 Sr1-xCaxS:Eu(여기서 0≤ x ≤1)의 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체 입자의 혼합물을 함유하는 형광체 혼합물을 이용하는 백색-방출 전계발광 램프가 제공되는데, 여기서 상기 전계발광 형광체는 청색-방출 전계발광 형광체, 청-녹색-방출 전계발광 형광체, 또는 이들의 조합에서 선택된다. 바람직한 혼합물은 약 5중량% 내지 약 20중량%의 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체를 함유한다.
형광체, 유로퓸, 알칼리토금속, 색상 좌표
Description
도 1은 다양한 색상의 색조를 나타내는 CIE 색도 다이어그램이다.
도 2는 본 발명에 따른 후막 전계발광 램프의 횡단면에 대한 도해이다.
관련 출원에 대한 교차참조
본 출원은 본원에 참고인용된, 2004년 9월 30일 출원된, 동시계속 출원 제10/711,683호의 일부 계속 출원이다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 전계발광(EL) 램프 및 형광체에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 백색광을 발생하는 전계발광 램프에 관한 것이다.
배경기술
전계발광은 전기장의 여기(excitation) 하에 빛의 방출이다. 이러한 메커니즘을 기초로하여, EL 램프는 전자제품, 예컨대 휴대폰 및 휴대용 컴퓨터 장치에 대한 소비자들의 수요가 증가하기 때문에 평판 디스플레이 분야에 있어서 응용 빈도가 증가하고 있다. EL 램프는 또한 보는 각도에 관계없이 균일한 빛을 제공하고, 이들은 기계적 충격 및 진동에 영향을 받지 아니한다. 이들은 50 내지 100Hz의 주파수에서 약 100-300V(피크-투-피크(peak-to-peak))의 AC 전압을 생성하는 인버터(inverter)를 사용하여 1.5-9V에서 쉽게 DC-유도될 수 있다.
2가지 주요 EL 램프의 형태는 일반적으로 박막 및 후막으로 불린다. 박막 EL 램프는 유전체 물질의 얇은 층, 형광체 및 전도성 산화물을 유리 기재 상에, CVD와 같은 증착 기법을 이용하여 교대로 침착하여 제조된다. 후막 램프는 수지성 물질에 분말화된 물질을 현탁시키고, 이 물질을 종래의 스크린 프린팅 기법을 사용하여 플라스틱막 상에 층으로 도포하여 제조된다. 따라서 후막 EL 램프를 얇게 만들 수 있고, 가요성화 되도록 할 수 있으며, 주름을 넣어 광범위한 조명 용도에 적합하게 할 수 있다.
후막 EL 램프에 이용가능한 형광체는 주로, 다양한 활성화제, 예컨대 Cu, Au, Ag, Mn, Br, I 및 Cl을 도핑한 황화아연을 함유한다. 이러한 형광체의 예는 미국 특허 제5,009,808호, 제5,702,643호, 제6,090,311호, 및 5,643,496호에 기술되어 있다. 전형적으로 EL 형광체의 개별적인 입자는 이들의 습기-유발 분해에 대한 저항성을 개선시키기 위하여 무기 코팅으로 캡슐화된다. 그러한 코팅의 예는 미국 특허 제5,220,243호, 제5,244,750호, 제6,309,700호, 및 6,064,150호에 기술되어 있다.
여러 색깔의 정보성 디스플레이에 관계된 신호 및 백라이팅(backlighting)을 위해서는, 높은 색상렌더링지수(color rendering index)(CRI)를 갖는 백색광을 발생할 수 있는 것이 중요하다. 그러나, 가장 밝은 전계발광 형광체도, 파장이 약 400nm 내지 약 550nm인 청색 내지 녹색 스펙트럼 지역에서 주로 방출한다. 특히, 후막 EL 램프를 위한 만족스러운 적색-방출 전계발광 형광체가 아직 개발되지 않았기 때문에, EL 램프로 높은 CRI의 백색 방출을 수득하기 어렵게 만든다.
후막 EL 램프를 위한 만족스러운 적색-방출 전계발광 형광체가 아직 개발되지 않아, EL 램프로 높은 CRI의 백색 방출을 수득하기 어렵기 때문에, 본 발명에서는 이를 해결하여 높은 CRI의 백색 방출이 가능한 EL 램프를 수득하고자 한다.
발명의 개요
백색-방출 전계발광 램프는, 청색 또는 청-녹색 방출 전계발광 형광체 및 일반식 Sr1-xCaxS:Eu(여기서 0≤ x ≤1)의 유로퓸(europium)-활성 알칼리토금속 형광체(이하, (Sr,Ca)S:Eu라 한다)을 함유하는 형광체의 혼합물을 이용하여 개발되어왔다. 본 발명에서 이 (Sr,Ca)S:Eu는, 전계발광 형광체에 의해 방출되는 청색 또는 청-녹색 빛의 일부를 적색 방출로 변환시키는 단계에 의해 광발광(photoluminescent) 형광체로서 기능한다. 이 전계발광 형광체 및 (Sr,Ca)S:Eu 형광체의 조합된 방출은 램프 유래의 전체적인 백색 방출을 생성한다. CIE x,y 색상 좌표의 관점에서, 일반적으로 백색광은 도 1에 나타낸 바와 같이, CIE 색도 다이어그램(또한 켈리 차트(Kelly Chart)로 알려짐)의 중심 및 일반적으로 타원체 영역으로서 정의된다. 몇몇의 일반적인 백색 색상 지점에는 일광(Daylight)(0.333, 0.333), 냉백색(Cool White)(0.380, 0.380), 온백색(Warm White)(0.440, 0.400)이 포함된다.(본원에서 언급하는 x,y 색상 좌표는 국제조명위원회(CIE) 1931 표준 측색관측기(2°)에 대한 것임).
(Sr,Ca)S:Eu 형광체에 사마륨(samarium)과 같은 또 다른 활성화제가 함께 도핑될 수 있다((Sr,Ca)S:Eu,Sm). 바람직한 (Sr,Ca)S:Eu 형광체는 0 내지 약 2 중량%(wt.%)의 Ca를 함유한다. 바람직하게는, 형광체 혼합물 내 (Sr,Ca)S:Eu 형광체의 양은 약 5 내지 약 60중량%, 및 보다 바람직하게는 약 5 내지 약 20중량%이다. 전계발광 형광체는 바람직하게는 ZnS:Cu 전계발광 형광체가며, 염소 및 금과 같은 다른 공-활성제(co-activator)를 함유할 수 있다. 바람직하게는, 전계발광 형광체는 주로 약 400nm 내지 약 550nm사이에서 빛을 방출하며 (Sr,Ca)S:Eu 형광체는 주로 약 580nm 내지 약 730nm사이에서 빛을 방출한다. 이외에도, (Sr,Ca)S:Eu 형광체의 입자에 EL 형광체에 도포되는 보호 코팅과 같은 보호 코팅을 제공하는 것이 바람직하다. 구체적으로 미국 특허 제5,220,243호에 기술된 가수분해된 트리메틸알루미늄(TMA) 코팅을 도포하는 것이 바람직하다.
형광체 혼합물로 제조된 백색-방출 전계발광 램프는 바람직하게는 약 0.245 내지 약 0.320 사이의 CIE x 색상 좌표 및 약 0.300 내지 약 0.370 사이의 y 색상 좌표를 보유한다. 보다 바람직하게는 x 색상좌표는 약 0.250 내지 약 0.260 사이이고, y 색상 좌표는 약 0.330 내지 약 0.370 사이이다. 이 램프는 약 75 이상 및 보다 바람직하게는 약 80 이상의 CRI를 나타낸다. 혼합비율이 EL 형광체에 의해 방출되는 빛의 강도(intensity)에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 혼합비율은 작동 조건에 따라 조절되어야만 할 수 있다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 보다 나은 이해를 위하여, 기타 및 추가적인 목적, 유리한 효과 및 이들의 성능과 함께, 상기-기술한 도면과 연관하여 하기의 명세 및 첨부된 청구항을 언급하기로 한다.
도 2에 관하여 언급하면, 본 발명에 따른 후막 전계발광 램프(2)의 횡단면이 나타나 있다. 이 램프(2)는 두 개의 유전체 층(20 및 22)을 보유한다. 플라스틱막(12b)에 코팅된, 그래파이트(graphite)와 같은 제1의 전도성 물질(4)은 램프(2)의 제1전극을 형성하고; 한편 제2의 플라스틱막(12a)에 코팅된 인듐산화주석(indium tin oxide)과 같은 투과성의 전도성 물질(6)의 얇은 층은 제2전극을 형성한다. 두 개의 전도성 전극(4 및 6) 사이에 끼워져 있을 수 있는 두 층(20 및 22)의 유전체 물질은, 예를 들어 시아노에틸 셀룰로스, 시아노에틸 녹말, 폴리-(메틸메타크릴레이트/에틸 아크릴레이트) 또는 탄화플루오르(fluorocarbon) 중합체이다. 강유전성 물질(10), 바람직하게는 바륨 티타네이트(barium titanate)의 입자가 삽입된 유전체 물질의 층(14)이 제1전극(4)에 인접하여 위치한다. 청색 또는 청-녹색 방출 전계발광 형광체의 입자(8) 및 (Sr,Ca)S:Eu 형광체의 입자(7)가 삽입된 유전체 물질의 층(14)은 제2전극에 인접하여 위치한다.
적절한 양의 형광체를 플라스틱 병에 첨가하고 페인트 셰이커에서 20분간 혼합하여 몇몇의 형광체 혼합물을 제조했다. 두 개의 전계발광(EL) 형광체를 이용했다: 오스람 실배니아 인크.(OSRAM SYLVANIA Inc.)의 GlacierGlo® GG65형(청색-방출) 및 GG25형(청-녹색 방출). (Sr,Ca)S:Eu 형광체의 양은 10 내지 50중량%(wt.%)로 다양하게 하였다. 혼합물의 나머지는 GG65형 및 GG25형, 또는 이들을 조합하여 구성했다. GG65형 EL 형광체의 양은 0 내지 60중량% 범위 였으며, GG25형 EL 형광체의 양은 0 내지 70중량%의 범위였다. 이 EL 형광체 및 (Sr,Ca)S:Eu 형광체는 가수분해된 TMA의 보호 코팅을 형광체 입자 상에 보유했다. 이 형광체 혼합물을 후막 EL 램프에 넣어 일반적으로 100V, 400Hz에서 작동시켰다.
실시예
1
Ca 1.3중량%를 함유하는 (Sr,Ca)S:Eu 형광체 30, 40 또는 50중량%를 GG65형 또는 GG25형 중 하나의 EL 형광체과 혼합하여 일련의 6개 샘플을 제조했다. 이 램프의 데이터는 표 1에 나타냈다. 램프의 휘도를 24시간 및 100시간에서 측정했다. (Sr,Ca)S:Eu 40중량%와 GG65형의 혼합물의 색상 좌표는 일광 백색에 대한 색상좌표(0.333, 0.333)와 매우 유사했다.
실시예 2:
Ca 1.3중량%를 함유하는 (Sr,Ca)S:Eu 형광체 10, 20 또는 30중량%를 GG65형 및 GG25형의 중량비 50/50 혼합물과 혼합하여 3개의 샘플을 제조했다. 이 램프의 데이터는 표 2에 나타냈다. (Sr,Ca)S:Eu 10중량%와 EL 혼합물의 혼합물에서 수득한 결과는 바람직한 백색 방출 램프로 나타났다.
실시예 3 및 4:
Ca 1.3중량%를 함유하는 (Sr,Ca)S:Eu 형광체 10중량%를 중량비 30/70 내지 60/40의 다른 비율의 GG65형 및 GG25형과 각각 혼합하여 일련의 혼합물을 2개 더 제조했다. 이 램프의 결과는 표 3에 나타냈다. 40/60 비율을 이용하여 생성된 램프는 고주파 및 저주파에서 모두, 백색광을 생산하는 램프였다.
현재 고려되는 본 발명의 바람직한 구체예를 나타내고 기술했지만, 당해 기술분야에서 숙련된 자에게는, 첨부된 청구의 범위에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 범주에서 벗어남이 없이 다양한 변화 및 변형이 본 발명으로부터 만들어지게 될 수도 있다는 것은 자명할 것이다.
높은 CRI의 백색광을 방출하는 EL 램프를, 여러 색깔의 정보성 디스플레이에 관계된 신호 및 백라이팅(backlighting)에 이용할 수 있다.
Claims (24)
- 전계발광 형광체 입자 및 일반식 Sr1-xCaxS:Eu(여기서 0≤ x ≤1)의 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체 입자의 혼합물로 이루어진, 형광체의 혼합물을 포함하는 전계발광 램프로서,상기 전계발광 형광체는 청색-방출 전계발광 형광체, 청-녹색-방출 전계발광 형광체, 또는 이들의 조합에서 선택되는 것인 전계발광 램프.
- 제1항에 있어서, 상기 램프는 75 이상의 CRI를 나타내는 것이 특징인, 전계발광 램프.
- 제1항에 있어서, 상기 램프는 80 이상의 CRI를 나타내는 것이 특징인, 전계발광 램프.
- 제1항에 있어서, 상기 램프는, x 색상 좌표가 0.245 내지 0.320 사이이고, y 색상 좌표가 0.300 내지 0.370 사이인 백색광을 방출하는 것이 특징인, 전계발광 램프.
- 제1항에 있어서, 상기 램프는, x 색상 좌표가 0.250 내지 0.260 사이이고, y 색상 좌표가 0.330 내지 0.370 사이인 백색광을 방출하는 것이 특징인, 전계발광 램프.
- 제1항에 있어서, 상기 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체에 사마륨(samarium)이 공도핑된 것이 특징인, 전계발광 램프.
- 제1항에 있어서, 상기 전계발광 형광체는 400nm 내지 550nm 사이에서 빛을 방출하고, 상기 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체는 580nm 내지 730nm사이에서 빛을 방출하는 것이 특징인, 전계발광 램프.
- 제1항에 있어서, 상기 전계발광 형광체는 ZnS:Cu 형광체인 것이 특징인, 전계발광 램프.
- 제1항에 있어서, 상기 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체는 형광체 혼합물의 5 내지 60중량%를 구성하는 것이 특징인, 전계발광 램프.
- 제1항에 있어서, 상기 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체는 형광체 혼합물의 5 내지 20중량%를 구성하는 것이 특징인, 전계발광 램프.
- 제1항에 있어서, 상기 전계발광 형광체의 입자 및 상기 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체의 입자가 개별적으로 가수분해된 트리메틸알루미늄의 코팅을 보유하는 것이 특징인, 전계발광 램프.
- 제1 투과성 전극, 제2전극, 제1유전체 층, 및 제2유전체 층을 포함하는 백색-방출 전계발광 램프로서, 상기 제1유전체 층 및 제2유전체 층은 상기 전극들 사이에 배치되고;제1유전체 층은 제1 투과성 전극에 인접하여 배치되고, 제1유전체 물질에 분산된 형광체 혼합물을 보유하며;제2유전체 층은 제2전극에 인접하여 배치되고, 제2유전체 물질에 분산된 강유전성 물질을 보유하며;형광체 혼합물은 전계발광 형광체 입자 및 일반식 Sr1-xCaxS:Eu(여기서 0≤ x ≤1)의 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체 입자의 혼합물을 함유하고, 상기 전계발광 형광체는 청색-방출 전계발광 형광체, 청-녹색-방출 전계발광 형광체, 또는 이들의 조합에서 선택되는 것이 특징인, 백색-방출 전계발광 램프.
- 제12항에 있어서, 상기 램프는 x 색상 좌표가 0.245 내지 0.320 사이이고, y 색상 좌표가 0.300 내지 0.370 사이인 백색광을 방출하는 것이 특징인, 백색-방출 전계발광 램프.
- 제12항에 있어서, 상기 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체는 형광체 혼합물의 5 내지 60중량%를 구성하는 것이 특징인, 백색-방출 전계발광 램프.
- 제12항에 있어서, 상기 램프는 75 이상의 CRI를 나타내는 것이 특징인, 백색-방출 전계발광 램프.
- 전계발광 형광체 입자 및 일반식 Sr1-xCaxS:Eu(여기서 0≤ x ≤1)의 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체 입자의 혼합물을 함유하고,여기서 상기 전계발광 형광체는 청색-방출 전계발광 형광체, 청-녹색-방출 전계발광 형광체, 또는 이들의 조합에서 선택되는 것인, 형광체 혼합물.
- 제16항에 있어서, 상기 전계발광 형광체는 400nm 내지 550nm사이에서 빛을 방출하고, 상기 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체는 580nm 내지 730nm사이에서 빛을 방출하는 것이 특징인, 형광체 혼합물.
- 제16항에 있어서, 상기 전계발광 형광체는 ZnS:Cu 형광체인 것이 특징인, 형광체 혼합물.
- 제16항에 있어서, 상기 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체가 형광체 혼합물의 5 내지 60중량%를 구성하는 것이 특징인, 형광체 혼합물.
- 제16항에 있어서, 상기 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체가 형광체 혼합물의 5 내지 20중량%를 구성하는 것이 특징인, 형광체 혼합물.
- 제20항에 있어서, 상기 전계발광 형광체는 ZnS:Cu 형광체인 것이 특징인, 형광체 혼합물.
- 제1항에 있어서, 상기 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체가 Ca를 2중량% 이하로 함유하는 것이 특징인, 전계발광 램프.
- 제12항에 있어서, 상기 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체가 Ca를 2중량% 이하로 함유하는 것이 특징인, 백색-방출 전계발광 램프.
- 제16항에 있어서, 상기 유로퓸-활성 알칼리토금속 형광체가 Ca를 2중량% 이하로 함유하는 것이 특징인, 형광체 혼합물.
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