KR101032413B1 - 광 여기 발광장치와 그 제조방법, 및 이를 이용한 백색 광원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기방사방법으로 형광체 및 반사율이 좋은 백색 무기안료를 투명한 폴리머와 함께 여재나 발광장치 위에 방사하거나 또는 웹 형태로 방사하여 빛 투과 효율 증가와 반사율 증대, 형광체 밀도 증가를 도모하여 고효율, 고휘도, 대형화를 이룰 수 있는 반사율이 증강된 광 여기 발광장치와 그 제조방법 및 이를 이용한 백색 광원에 관한 것이다.

전기방사, 백색 광원, 광 여기 발광물질

Description

광 여기 발광장치와 그 제조방법, 및 이를 이용한 백색 광원{Photoluminescent Device, Method of Making the Same, and White Light Source Using the Same}

본 발명은 반사율이 증강된 광 여기 발광장치와 그 제조방법 및 이를 이용한 백색 광원에 관한 것으로, 특히 전기방사 방법으로 형광체 등의 광 여기 발광물질 및 반사율이 좋은 백색 무기안료를 투명한 폴리머와 함께 여재나 발광장치 위에 방사하거나 또는 웹 형태로 방사하여 빛 투과 효율 증가와 반사율 증대, 형광체 밀도 증가를 도모하여 고효율, 고휘도, 대형화를 이룰 수 있는 반사율이 증강된 광 여기 발광장치와 그 제조방법 및 이를 이용한 백색 광원에 관한 것이다.

광원으로서 무기 발광다이오드(LED)와 유기 발광소자(OLED)를 이용하기도 한다. 예를 들면, 무기 발광다이오드의 경우는 백색 빛을 내는 형광체가 코팅된 갈륨나이트라이드(GaN) 청색 LED를 많이 사용하지만, 면광원보다는 보편적으로 점광원으로 많이 사용된다.

유기 발광소자(OLED)의 경우는 미국특허 제 5,294,870 호에 청색 유기 발광 소자와 녹색과 적색 형광물질로 구성된 두개의 서브픽셀(subpixel)로 구성된 광원 이 제안되었다. 상기 유기 발광소자는 청색 유기 발광소자에서 발광하는 청색이 투과되는 서브픽셀과 상기 청색 유기 발광소자의 청색 발광을 이용하여 색 변환을 일으키는 녹색과 적색 형광물질로 구성된 두 개의 서브픽셀을 이용하여 청색, 녹색, 적색을 발광한다.

다른 예로는 각각 청색, 녹색, 적색을 발광하는 세 개의 발광층으로 구성되고, 세 개의 발광층을 이용하여 백색 발광을 내는 유기 발광소자(OLED)가 제안되기도 했다(Junji Kido et al., "Multilayer White Light-Emitting Organic Electroluminescent Device", 267 Science 1332-1334, 1995 참조). 그러나, 상기 제안된 유기 발광소자는 세 개의 발광층이 시간 변화에 따라 각각 다르게 퇴화되어 시간에 따라 색이 변화되는 문제점을 가지고 있으며, 발광하는 빛이 균일하지 못한 문제점도 가지고 있다.

상기 유기 발광소자의 문제점들을 해결하기 위한 광원이 미국특허 제 6,700,322 호에 제안되어 있으며, 이는 균일한 빛을 낼 수 있고, 시간에 따라 색의 변화가 없게 하기 위하여 제1파장을 가진 유기 발광소자와 상기 유기 발광소자에서 발광된 빛의 일부분을 흡수하여 제2파장을 발광하는 무기형광 여기 발광층으로 구성된 광원을 제안하였다.

상기 광 여기 발광층은 확산 물질 및 무기 형광체로 구성되어 있으며, 상기 제1 파장을 가진 유기 발광소자의 발광된 빛의 일부분을 흡수하여 제2 파장의 빛을 발광하고, 상기 유기 발광소자의 발광된 빛의 나머지 부분을 투과시키는 역할을 한다. 다시 말하면, 상기 제1파장을 가진 유기 발광소자의 발광된 빛이 광 여기 발광 층에서 발광된 빛과 혼합되어 새로운 파장의 빛을 발광한다.

한국 공개특허 제2006-0060171호에는 유기 발광소자의 효율이 떨어지는 문제점을 개산하고자 광원을 구성함에 있어서, 하나 이상의 파장을 갖는 미세공동 유기 발광소자와, 상기 미세공동 유기 발광소자의 발광된 빛의 일부분을 흡수하여 다른 파장의 빛을 발광하고, 상기 미세공동 유기 발광소자의 발광된 빛의 나머지 부분을 투과하는 광 여기 발광층으로 이루어진 광원을 개시하고 있다.

상기 광 여기 발광층은 크게 광을 여기 및 증폭시키는 광 여기 발광물질, 광을 산란 및 확산시켜 주는 확산 물질, 상기 광 여기 발광물질 및 확산 물질이 균일하게 분포되도록 하는 열 가소성 시트 등으로 구성되어 있다.

또한, 열 가소성 시트를 용융상태로 제작한 후, 상기 열 가소성 시트에 광 여기 발광물질, 확산 물질, 침전 방지제, 기포 방지제, 바인더 등을 넣고 균일하게 섞어준 후, 필름 형태로 제작하고 있다.

따라서, 상기 종래기술에서는 광 여기 발광층이 발광물질 이외에 발광물질의 투과를 저해하는 열 가소성 시트(에폭시 수지), 확산 물질, 침전 방지제, 기포 방지제, 바인더 등을 포함하고 있어 발광소자로부터 발생된 광이 발광물질에 직접 방사되지 못하며, 그 결과 광 투과율과 발광효율이 떨어지는 문제가 있다.

상기한 광원은 반도체 제조공정을 통하여 이루어지기 때문에 고출력, 고휘도의 대형 면광원을 지향하는 조명용 백색 광원으로는 제조비용이 높다는 문제가 있다.

한국 공개특허 제2005-87444호에는 제1층으로 구비된 청색을 방출하는 투명 기판에 의해 제작된 유기 발광소자와 투명기판 쪽을 투과하는 일부 청색광 에너지를 흡수하며 백색 광원의 하나 또는 둘 이상의 다른 구성색인 녹, 노란, 오렌지, 적색을 발생하는 제2층으로 구비되는 여기 도포층을 포함하는 평면 백색 발광소자가 개시되어 있다.

상기 평면 백색 발광소자는 백색광을 구성하며, 여기 원으로 사용되는 청색은 제1층인 청색 유기 발광소자로부터 발생되어 제2층인 투명 여기 도포층으로 일부 통과됨으로써 인식되며, 녹, 노란, 오렌지 및 적색의 다른 백색광 구성 색들은 유기 발광소자에 의한 청색 광원으로부터 여기층 안에 도포되어 있는 무기 형광체, 유기염료, 유기안료, 나노 금속, 나노 복합 재료 등을 광 에너지 전달에 의한 여기에 의해 발생 인식된다.

그러나, 이러한 평면 백색 발광소자 역시 반도체 제조공정을 통하여 이루어지기 때문에 고출력, 고휘도의 대형 면광원을 지향하는 조명용 백색광원으로는 제조비용이 높다는 문제가 있다.

또한, 종래의 면형광체는 형광체를 바인더와 혼합하여 슬러리(slurry)를 제조한 후 여재 위에 도포하여 제조하는 방식과, 형광체 입자 크기보다 선경이 큰 여재(예를 들어, 부직포, 글래스, 실리콘 시트) 위에 방사하여 제조하는 방식이 있다.

이러한 종래기술에서는 여재에 접착하기 위해 반드시 바인더를 사용해야 하기 때문에 바인더에 의한 발광도, 빛 투과도 저하 문제가 발생한다. 또한, 실리콘 시트 등 여재를 사용하므로 발광도, 빛 투과도가 저하하는 문제가 있다.

더욱이, 상기한 종래기술에서는 바인더를 사용함으로 인해 발광체의 밀도를 높이는 데 한계가 있고, 바인더를 사용하여 도포를 함에 따라 도포 두께를 줄이는데도 한계가 있다.

또한, 기존 형광체 입자는 크기가 3∼5㎛인데 비해 사용되는 여재(예를 들어, 부직포)의 선경이 20∼30㎛이므로, 형광체 입자 크기보다 큰 직경을 갖는 여재를 사용함에 따라 빛이 차단되어 효율이 저하되는 문제가 있다.

더욱이, 상기한 종래기술에서는 선경이 광 여기 발광물질인 형광체보다 큰 부직포를 사용함으로 인해 빛의 반사율이 떨어져 일정 면적에 대한 광원(LED 등) 수량이 많아지게 되므로 광원의 사용 증가에 따라 비용이 증가하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 전기방사 방법으로 형광체 등의 광 여기 발광물질과 반사율이 좋은 백색 무기안료를 투명한 폴리머와 함께 여재나 발광장치 위에 방사하거나 또는 웹 형태로 방사하여 빛 투과 효율 증가와 반사율 극대화, 형광체 밀도 증가를 도모하여 고효율, 고휘도를 이룰 수 있는 반사율이 증강된 광 여기 발광장치와 그 제조방법 및 이를 이용한 백색 광원을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전기방사 방법으로 형광체 등의 광 여기 발광물질과 반사율이 좋은 백색 무기안료를 투명한 폴리머와 함께 여재나 발광장치 위에 직접 방사하거나 또는 필름 형태로 방사하여 대형화와 저렴한 대량생산이 용이하게 이루 어질 수 있는 반사율이 증강된 광 여기 발광장치와 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 발광장치로부터 방사된 광이 직접 형광체와 반사용 재료에 조사됨에 따라 높은 발광 효율을 나타낼 수 있는 광 여기 발광장치와 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따르면, 광 여기 발광물질과 백색 무기안료 및 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 얻은 용액을 전기방사 방법으로 방사하여 얻어지는 섬유상 또는 필름 형상의 발광층으로 구성되는 광 여기 발광장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 여재; 및 광 여기 발광물질과 백색 무기안료 및 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 얻은 용액을 전기방사 방법으로 상기 여재 상에 방사하여 얻어지는 발광층으로 구성되는 광 여기 발광장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 하나 이상의 파장을 갖는 빛을 발광하는 발광소자; 광 여기 발광물질과 백색 무기안료 및 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 얻은 용액을 전기방사 방법으로 상기 발광소자의 표면에 직접 방사하여 얻어지는 발광층을 포함하는 백색 광원이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 하나 이상의 파장을 갖는 빛을 발광하는 발광소자; 여재, 및 광 여기 발광물질과 백색 무기안료 및 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 얻은 용액을 전기방사 방법으로 상기 여재에 방사하여 얻어지는 발광층으 로 구성되는 광 여기 발광장치를 포함하는 백색 광원이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광 여기 발광물질과 상기 백색 무기안료 및 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 방사용 용액을 제조하는 단계; 및 상기 용액을 전기방사 방법으로 여재 상에 방사하여 발광층을 얻는 단계로 구성되는 광 여기 발광장치의 제조방법이 제공된다.

본 발명은 전기방사 방법으로 형광체 등의 광 여기 발광물질과 반사율이 좋은 백색 무기안료를 투명한 폴리머와 함께 여재나 발광장치 위에 방사하거나 또는 웹 형태로 방사하여 빛 투과 효율 증가와 반사율 극대화, 형광체 밀도 증가를 도모하여 고효율, 고휘도, 대형화를 이룰 수 있는 광 여기 발광장치와 그 제조방법 및 이를 이용한 백색 광원을 제공한다.

이하에 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 백색 광원의 구조를 나타낸 개략 단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제4 및 제5 실시예에 따른 광 여기 발광장치의 구조를 나타낸 개략 단면도이며, 도 5a 및 도 5b는 백색 무기안료를 첨가하지 않고 전기방사된 광 여기 발광층을 나타낸 SEM 사진이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광원(1)은 하나 이상의 파장을 갖는 빛을 발광하는 발광소자(10)와, 상기 발광소자(10)로부터 발광된 빛이 입사될 때 발광층(14)에서 발광된 빛과 혼합되어 새로운 파장의 빛을 발광하는 광 여기 발광장치(20)로 구성된다.

상기 발광소자(10)는 청색 파장이나 혹은 청색 파장과 청색 이외의 파장이 적어도 하나 이상 혼합된 파장을 갖는 광을 발생하는 발광소자로서, 예를 들면 청색 LED를 사용한다.

상기 광 여기 발광장치(20)는, 예를 들어 하나 이상의 파장을 갖는 발광소자의 발광된 빛이 광 여기 발광장치의 발광층(14)에서 발광된 빛과 혼합되어 백색 파장의 빛을 발광할 수 있다.

이를 위하여 발광층(14)은 광 여기 발광물질로 이루어지며, 이러한 광 여기 발광물질로는 무기 또는 유기 형광체, 유기 안료, 또는 나노 물질 등을 사용할 수 있다.

나노 금속 및 복합 재료의 양자 점(quantum dot) 등의 재료로는 나노 크기의 금속이나 나노 복합재료가 사용되는데, 나노 금속으로는 백금, 금, 은, 니켈, 마그네슘, 팔라듐 등이 이용되고, 나노 복합재료는 카드늄 설파이드(CdS), 카드늄 셀레나이드(CdSe), 진크 설파이드(ZnS), 진크 셀레나이드(ZnSe), 인듐 포스파이트(InP), 티타늄 옥사이드(TiO2), 진크 옥사이드(ZnO), 틴 옥사이드(SnO), 실리콘 옥사이드(SiO2), 마그네슘 옥사이드(MgO) 등의 화합물이 있다.

이하에서는 광원(1)이 백색광을 발생하도록 발광소자(10)로 청색 파장의 광 을 발생하는 청색 LED를 사용하고, 광 여기 발광장치(20)의 발광층(14)으로는 황색(yellow) 형광체 또는 양자 점(quantum dot)과 반사율이 좋은 백색 무기안료를 포함하고 있는 경우를 예를 들어 설명한다.

도 1에 도시된 제1 실시예에 따른 광원(1)은 발광소자(10)와, 광 여기 발광장치(20)가 분리된 구조로서, 광 여기 발광장치(20)는 투명도가 양호한 슬라이드 글래스(slide glass), PC(Polycarbonate), 또는 PMMA(Polymethyl methacrylate) 재질로 된 판 형상의 여재(12) 상에 황색 형광체 또는 양자 점(quantum dot) 및 반사율이 좋은 백색 무기안료를, 예를 들어 투명한 도전성 폴리머인 PMMA와 함께 전기방사 방법으로 방사함에 의해 발광층(14)을 형성한 것이다.

상기 폴리머는 PMMA나 PC 등의 투명한 고분자 폴리머를 사용할 수 있고, 형광체는 황색 형광체, 양자 점(Quantum dot) 등을 사용하며, 백색 무기안료는 반사율이 좋은 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone: ZnS+BaSO₄), ZnS, BaSO₄ 중의 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.

또한, 상기 폴리머를 용해시키기 위한 용매로는 DMF, DMAC, THF, 아세톤, 메탄올 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

이 경우 제1 실시예의 광원(1)은 면발광체로서 역할을 하며, 발광소자(10)로부터 청색 파장의 광이 발생되어 광 여기 발광장치(20)의 발광층(14)에 조사되면, 여재(12)의 배면으로부터 백색광이 얻어지게 된다. 이 경우, 발광층(14)에는 반사율이 좋은 백색 무기안료를 포함하고 있으므로 발광소자(10)로부터 청색 파장의 광 이 발생되어 조사되면 백색 무기안료에 의한 반사가 보강되어 반사율이 증가하게 된다.

즉, 형광체의 전기방사 시 접착제 역할을 하는 폴리머가 5~1000nm의 나노 파이버(Nano fiber) 형태이고, 형광체 입자는 크기가 3~10㎛이며, 반사율 증강용 백색 무기안료 입자는 안료의 종류에 따라 크기가 달라지며 대략 5nm~10㎛의 구형상으로서 빛 투과 효율의 증가 및 형광체의 밀도를 증대시킬 수 있게 되며 반사용 재료에 의해 반사율이 증가한다.

제2 실시예를 나타낸 도 2를 참고하면, 광원(1a)은 발광소자(10)와, 광 여기 발광장치가 분리된 구조로서, 광 여기 발광장치는 여재를 사용하지 않고 황색 형광체 또는 양자 점(quantum dot)을 반사율이 좋은 백색 무기안료 및 투명한 도전성 폴리머와 함께 전기방사 방법으로 웹 또는 필름 형상으로 방사하여 발광층(14)을 형성한 것이다.

삭제

형광체와 함께 폴리머를 전기방사하면 필름 형상으로 제조하는 것이 가능하다는 사실을 알 수 있으며, 전기방사하여 얻은 필름을 사용자의 필요에 따라 원하는 크기와 형상으로 절단하여 사용할 수 있다. 이러한 필름 형상으로 발광층(14)을 형성하면 가요성이 높아 다양하게 활용할 수 있다.

제2 실시예의 광원(1a)은 면발광체로서 역할을 하며, 발광소자(10)로부터 청색 파장의 광이 발생되어 광 여기 발광장치 역할을 하는 발광층(14)에 조사되면, 이로부터 백색광이 얻어지게 된다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 광원(1b)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 발광소자(10)와, 광 여기 발광장치의 발광층(14a)이 일체로 형성된 구조로서, 발광층(14a)은 황색 형광체 또는 양자 점(quantum dot)을 반사율이 좋은 백색 무기안료 및 투명한 도전성 폴리머인 PMMA와 함께 전기방사 방법으로 발광소자(10)의 표면에 직접 방사하여 발광층(14a)을 형성한 것이다. 제3 실시예에 따른 광원(1b)은 상기한 제1 및 제2 실시예의 광원(1,1a)과 동일한 원리로 백색광이 발생된다.

도면부호 13은 발광소자(10)를 보호하기 위한 보호재로서 PMMA, PC 등을 사용하여 발광소자의 투과율을 유지하면서 발광소자를 외부충격으로부터 보호하기 위한 것이다.

도 4a에 도시된 광 여기 발광장치(20a)는 투명도가 양호한 슬라이드 글래스(slide glass), PC, 또는 PMMA로 이루어지는 반구형상의 여재(12a)상에 황색 형광체 또는 양자 점을 반사율이 좋은 백색 무기안료 및 투명한 도전성 폴리머인 PMMA와 함께 전기방사 방법으로 방사하여 발광층(14b)을 형성한 것이다. 상기 광 여기 발광장치(20a)는 단면이 반구형으로서 일정한 길이를 갖는 터널형 구조나 다른 다양한 곡면 구조로 이루어질 수 있다.

상기한 광 여기 발광장치(20a)는 기존의 형광등 또는 백열등과 같이 색순도가 완전하지 않은 백색광을 발생하는 조명장치에 부가시킴에 의해 색순도가 완전한 백색광을 얻고자 할 때 이용될 수 있다.

도 4b에 도시된 광 여기 발광장치(20b)는 발광층(14)의 양측면에 글래스(12a,12b)가 부착된 평면형 구조를 나타내는 것이다.

(발광체의 제조)

투명성이 뛰어난 폴리머(Polymer)를 용매(Solvent)에 용해하여 폴리머 용액을 제조한 후, 이 용액에 광 여기 발광물질, 예를 들면 형광체 물질과 반사율이 좋은 백색 무기안료를 첨가하여 형광체와 폴리머를 포함하는 용액을 제조한다.

이때 이 용액에 첨가되는 폴리머와 광 여기 발광물질의 함량은, 용액 전체를 기준으로, 폴리머(Polymer) 2~50wt%, 형광체 1~50wt% 및 백색 무기안료 2~50wt%의 범위로 되도록 한다.

폴리머의 함량이 2wt%미만으로 되면 전기방사가 원활하게 이루어지기 어렵고, 폴리머의 함량이 증가할수록 형광체의 상대적 양이 적어져 옐로우 색상이 강해지게 되어 바람직하지 못하다. 또한, 광 여기 발광물질은 첨가량이 지나치게 많아지면 빛 투과성이 감소하므로 그 상한을 50wt%로 하였다.

본 발명에서 폴리머는 효율적인 광투과를 위하여 바람직하기는 80%이상의 광투과도를 가지는 것이 추천되지만 용도에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 용매로 사용하는 고분자에 용해될 수 있어야 한다. 광투과도가 지나치게 낮으면 빛의 조도가 낮아지고, 색상 간섭에 의해 백색광의 색상 변화를 일으킬 수 있어 좋지 않다. 본 발명의 폴리머로는, 예를 들면 PMMA(Polymethyl methacrylate)나 PC(Polycarbonate) 등과 같은 투명도가 높은 폴리머가 적당하다.

광 여기 발광물질의 첨가량 1wt% 미만이 되면 충분한 발광 효율을 기대하기 어렵고, 반면 그 양이 지나치게 많아 50wt%를 초과하면 빛 투과성이 오히려 저하하므로 바람직하지 않다.

본 발명에서 사용하는 백색 무기안료는 광 여기 발광물질이 아니기 때문에 그 양이 지나치게 많을 경우 발광물질의 양이 상대적으로 감소하여 원하는 백색광을 얻기 곤란하다. 이러한 이유로 그 상한을 50wt%로 제한한다.

한편, 본 발명에서 사용 가능한 용매는 상온에서 휘발성이 있어야 하며, 예를 들면 DMF(dimethylformamide), DMAC(dimethyl acetamide), THF(tetrahydrofuran), 메탄올이나 아세톤 등이 있다.

백색 무기안료는 반사율이 좋은 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄ 중의 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으며, 용매로는 DMF, DMAC, THF, 아세톤, 메탄올 중 하나를 사용할 수 있다.

광 여기 발광물질로 사용되는 형광체로는 YAG 등의 황색 형광체를 사용할 수 있고, 형광체는 액상 및 파우더 상태의 것 모두가 사용 가능하며 상기 폴리머와 혼합을 하여 전기방사 장치를 이용하여 전기방사를 한다.

본 발명에 의해 제조된 형광체 용액을 전기방사법을 이용하여 방사하면 형광체가 고밀도로 함유되어 있는 5∼1000nm 선경을 가지는 파이버(fiber)나 필름 형상으로 형광체를 포함하는 광 여기 발광장치를 제조할 수 있다.

삭제

도 5a 및 도 5b는 백색 무기안료를 첨가하지 않은 것으로 황색 형광체 15wt%, PMMA(폴리머) 20wt%, DMF(용매) 65wt%를 혼합하여 전기방사한 경우 얻어진 광 여기 발광층을 각각 500배, 2000배로 확대하여 나타낸 SEM 사진으로, 여기에서 구형으로 나타나는 부분이 형광체 물질이고 가느다란 실 형상의 것은 전기방사된 PMMA 섬유 상이다.

또한, 본 발명자에 따르면, 백색 무기안료를 첨가한 것으로 YAG(황색 형광체) 15wt%, PMMA(폴리머) 20wt%, TiO₂(백색 무기안료) 5wt%, DMF(용매) 60wt%를 혼합하여 전기방사한 경우에도 백색 무기안료를 첨가하지 않은 상기 도 5a 및 도 5b의 경우와 유사한 SEM 사진이 얻어진다는 것을 확인할 수 있었다.

삭제

이러한 결과로부터, 종래 일반적인 코팅 방식에서는 형광체를 부착하기 위해 바인더를 사용하여 다량의 형광체를 첨가함으로써 얇은 두께의 면발광체를 제조하기 어려웠으나, 본 발명에 의하면 폴리머와 형광체의 혼합 용액을 제조하여 전기방사함으로써 면발광체의 두께를 0.2mm이하로 제조하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.

삭제

또한, 본 발명에 의해 혼합 용액을 제조하여 형광체의 전기방사시 접착제 역할을 하는 폴리머가 5∼1000nm 정도로 미세한 나노 파이버 형태인 반면, 형광체의 입자크기는 3∼5㎛, 반사율 증강용 백색 무기안료 입자는 5nm~10㎛의 구형상이므로 빛 투과 효율이 증가하고 형광체의 밀도를 향상시킬 수 있게 되며 반사용 재료에 의해 반사율이 증가한다.

상기 반사율 증강용 백색 무기안료 중에서 예를 들어, TiO₂는 가시 파장, ZnO는 UV 파장 대역의 광을 반사하여 백색을 띄게 된다.

더욱이, 형광체는 액상 및 파우더 상태의 것 모두 폴리머와 혼합하여 전기방사 공정에 의해 나노 파이버나 필름 형태로 제작 가능함을 알 수 있다.

본 발명은 전기방사 방법으로 형광체 등의 발광물질과 반사율 증강용 백색 무기안료를 투명한 폴리머와 함께 여재나 발광장치 위에 방사하거나 또는 웹 또는 필름 형태로 방사하여 빛 투과율과 반사율 증대 및 형광체 밀도 증가를 도모하여 고효율, 고휘도, 대형화를 이룰 수 있는 광 여기 발광장치와 그 제조방법 및 이를 이용한 백색 광원에 적용될 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명하였지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 백색 광원의 구조를 나타낸 개략 단면도,

도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제4 및 제5 실시예에 따른 광 여기 발광장치의 구조를 나타낸 개략 단면도,

도 5a 및 도 5b는 백색 무기안료를 첨가하지 않고 전기방사된 광 여기 발광층을 나타낸 SEM 사진이다.

삭제

Claims (17)

1. 광 여기 발광물질과 백색 무기안료 및 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 얻은 용액을 전기방사 방법으로 방사하여 얻어지는 섬유상 또는 필름 형상의 발광층으로 구성되는 광 여기 발광장치.
2. 여재; 및

   광 여기 발광물질과 백색 무기안료 및 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 얻은 용액을 전기방사 방법으로 상기 여재 상에 방사하여 얻어지는 발광층으로 구성되는 광 여기 발광장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 광 여기 발광물질은 형광체인 것을 특징으로 하는 광 여기 발광장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 투명한 폴리머는 PC(Polycarbonate)와 PMMA(Polymethyl methacrylate) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광 여기 발광장치.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 용매는 DMF(dimethylformamide), DMAC(dimethyl acetamide), THF(tetrahydrofuran), 애탄올 및 아세톤 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광 여기 발광장치.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 백색 무기안료는 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS 및 BaSO₄ 중에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 광 여기 발광장치.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 여재는 슬라이드 글래스(slide glass), PC(Polycarbonate) 및 PMMA(Polymethyl methacrylate) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광 여기 발광장치.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 용액 전체를 기준으로, 상기 광 여기 발광물질은 1∼50wt%, 상기 백색 무기안료는 2∼50wt%, 상기 투명한 폴리머는 2∼50wt%의 범위에서 각각 용매에 첨가되는 것을 특징으로 하는 광 여기 발광장치.
9. 하나 이상의 파장을 갖는 빛을 발광하는 발광소자;

   광 여기 발광물질과 백색 무기안료 및 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 얻 은 용액을 전기방사 방법으로 상기 발광소자의 표면에 직접 방사하여 얻어지는 발광층을 포함하는 백색 광원.
10. 하나 이상의 파장을 갖는 빛을 발광하는 발광소자;

    여재, 및 광 여기 발광물질과 백색 무기안료 및 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 얻은 용액을 전기방사 방법으로 상기 여재에 방사하여 얻어지는 발광층으로 구성되는 광 여기 발광장치를 포함하는 백색 광원.
11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 광 여기 발광물질은 형광체인 것을 특징으로 하는 백색 광원.
12. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 투명한 폴리머는 PC(Polycarbonate)와 PMMA(Polymethyl methacrylate) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 백색 광원.
13. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 용매는 DMF(dimethylformamide), DMAC(dimethyl acetamide), THF(tetrahydrofuran), 및 아세톤 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 백색 광원.
14. 제 10항에 있어서,

    상기 여재는 슬라이드 글래스(slide glass), PC(Polycarbonate) 및 PMMA(Polymethyl methacrylate) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 백색 광원.
15. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 용액 전체를 기준으로, 상기 광 여기 발광물질은 1∼50wt%, 상기 백색 무기안료는 2∼50wt%, 상기 투명한 폴리머는 2∼50wt%의 범위에서 각각 상기 용매에 첨가되는 것을 특징으로 하는 백색 광원.
16. 광 여기 발광물질과 백색 무기안료 및 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 방사용 용액을 제조하는 단계; 및

    상기 용액을 전기방사 방법으로 여재 상에 방사하여 발광층을 얻는 단계로 구성되는 광 여기 발광장치의 제조방법.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 용액 전체를 기준으로, 상기 광 여기 발광물질은 1∼50wt%, 상기 백색 무기안료는 2∼50wt%, 상기 투명한 폴리머는 2∼50wt%의 범위에서 각각 상기 용매에 첨가되는 것을 특징으로 하는 광 여기 발광장치의 제조방법.

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