KR20060017882A - 높은 기계적 및 광학적 성능의 조명 시스템 - Google Patents

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KR20060017882A
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마리-이자벨르 와치
막시므 두랑
아르노 위그나르
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쌩-고벵 글래스 프랑스
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Abstract

본 발명은, 고체의 내구성 매트릭스에 분산된 형광 물체(luminophore articles)를 포함하고, 사용자에 의해 조정 가능한 조명 시스템에 관한 것이다. 상기 조명 시스템은 투명 디바이스 또는 광-확산 디바이스, 특히 단일층 그리고 단일 또는 다중 층의 창유리에 적용될 수 있다.

Description

높은 기계적 및 광학적 성능의 조명 시스템{HIGH MECHANICAL AND OPTICAL PERFORMANCE ILLUMINATION SYSTEM}
본 발명은, 한편으로는, 가장 엄한 처리 조건 하에서 기계적 강도, 강도 충격 저항, 마멸 저항, 분쇄와 균열 저항(crush and crack resistance) 그리고 혹은 기판 위 증착의 경우에 층 분리(delamination), 전단 강도, 휨 강도 등과 같은 높은 기계적 및 광학적 물성과, 다른 한편으로는 투명, 흐림(haze)의 실질적인 부재, 100%에 접근할 수 있는 값과 매우 산란된 물질의 경우에 낮은 값 사이의 통제된 빛의 투과, 광학적 균질성, 특히 여기(excitation)의 영향 하에서 열화와 황화(yellowing)의 부재 등과 같은 것을 보장할 수 있는, 다른 경우에 알려진 형광체 입자(phophore particle)의 특별한 모양에 관한 것이다.
형광체 입자라는 용어는, UV 선, 전자 빔, 엑스선(X-ray), 감마선 또는 전계의 영향 하에서 광, 특히 가시 스펙트럼(visible spectrum)의 장파장 영역의 광을, 방출할 수 있는 입자를 가리키고, 이러한 입자는, 예로 수 나노미터와 수 미크론 사이의 크기를 가지고, 분말 덩어리(mass)의 형태로 특히 램프에 사용된다.
게다가, 출원 FR-A1-2 829 481은, 한편으로는 안정화 규산나트륨(sodium silicate) 막을 이용한 형광 입자의 코팅, 다른 한편으로는 유리 기판 위에 투명한 막 형태로 다른 형광체를 가질 수 있는 분산물의 증착을 따로따로 언급한다. 그러나, 이 문서는 막, 또는 더욱이 투명한 막을 얻을 수 있는 방법을 구체적으로 설명하지 않는다.
본 발명은, 정상적인 사용 조건 하에서(조립, 설치, 청소 등) 장기간에 걸쳐서 상태와 모양의 보전(integrity)을 유지할 수 있는 형광 입자의 복합물을 제공한다.
이러한 목적은 본 발명에 의해서 성취되고, 그 주제는 고체의 내구성의 매트릭스에 분산된 형광 입자로 이루어지고, 사용자에 의해서 조정될 수 있도록 하는 조명 시스템이다.
본 발명의 범위 안에 드는 형광 입자는 예를 들어 다음과 같다:
Figure 112005074816296-PCT00001
Figure 112005074816296-PCT00002
Figure 112005074816296-PCT00003
Figure 112005074816296-PCT00004
Figure 112005074816296-PCT00005
이러한 형광 입자 또는 이러한 형광 입자의 혼합물은, 다른 색, 흰색 광에 해당하는 가시광선 영역 또는 적외선(IR) 또는 자외선(UV) 영역에서 장파장 복사선 방출에 의해서 특징지어 진다. 위 리스트에서 언급된 마지막 세 개는, 특히 밤에, 임의의 여기 소스(excitation source)가 제거되어진 후에도 활동성의 강도, 지속성 그리고 내구성으로 유명하다.
본 발명은 따라서, 기판 위 코팅 같은 다수의 형태를 코팅할 수 있고, 다양한 색으로 조명 가능하고, 가장 새롭고 그리고 다양한 미적(esthetic) 또는 예술적 창조를 개척할 수 있는, 조정 가능하고, 확실하며, 강한 고체의 조명 물체를 제공하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게도, 이 입자는 가시광선 영역 안의 형광체이고, 이 영역 안에서 아래 구현된 대부분의 용도가 가장 큰 중요성을 제공한다.
이 입자는, 자외선, 가시선, 적외선 영역의 전자기선 또는 엑스선 또는 감마선 또는 입자(전자, 이온)의 빔 또는 전계에 의해서 여기될 수 있다. 자외선에 의한 여기는 플라즈마 또는 이온화된 기체의 탈여기(deexcitation)로부터 유도될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 매트릭스는 무기물질이고, 특히 바람직한 방식으로, 규산리튬(lithium silicate)을 포함한다. 규산나트륨, 그리고 더 작은 정도로 규산칼륨은 필요하다면 불투명한 조명 시스템에 적합하고, 규산리튬은 투명한 조명 시스템을 위해 특히 추천된다는 것이 언급되어져야 한다. 그러므로, 연속적으로 재생되는 수산화나트륨을 기본으로 한 높은 흡습성과 산란성 크러스트의 표면으로의 이동이 존재하는 것이 규산나트륨에서 관측되어 지고 있다. 규산리튬은, 유리를 포함하는 많은 기판과의 친화성(compatibility)뿐만 아니라, 가능한 가장 분리된 상태에서, 균일한 방법으로, 형광 입자의 높은 농도를 분배시키는 가능성 때문에 주목할만한 것으로 증명된다. 매트릭스가 규산리튬을 포함한다는 사실 때문에, 사실상. 매트릭스는, 규산 리튬 및/또는 리튬이 완전히 감지될 수 있는, 특히 실리카(silica)로, 규산리튬의 부분적인 또는 전부의 전환(conversion)의 생성물이다.
다른 실시예에 다르면, 매트릭스는, 테트라에톡시실란(TEOS), 테트라메톡시실란(TMOS), 메틸트리에톡시실란(MTEOS) 등과 같은 실리콘알콕시드의 중합/축중합의 생성물을 포함한다. 매트릭스의 이러한 선구물질(precursor)은, 앞에서 언급한 것들 중, 많은 형광 입자와의 친화성을 위한 우수한 조건을 제공한다.
본 발명의 실용적이고 효율적인 실시예에서, 매트릭스는, 특히 유리, 예로 시트(sheet) 형태의, 유리뿐만 아니라, 전자 디스플레이 스크린을 구성하도록 의도된 슬래브, 특히 조명을 위한 튜브, 섬유 또는 직물 또는 플라스틱으로 구성되는 기판에 접착된 박층의 형태이다. 플라스틱에 대해서는, 폴리카보네이트, 폴리비닐부티랄 같은 일반적으로 투명한 프라스틱, 폴리에틸렌, 또는 폴리프로필렌, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리우레탄 같은 폴리올레핀, 폴리(메틸 메타크릴레이트)같은 아크릴 중합체, 이오노머(ionomer) 수지, 다양한 공중합체 등을 언급할 수 있고, 그 사용은 물론 플라스틱에 열화 또는 영향을 줄 수 있는 온도에서 박층의 가능한 생성에 의해서 제한된다.
본 발명은 두 개의 주 변형을 포함한다.
제 1 변형에 있어서, 형광 입자는 수성 분산되어 있고, 그리고 입자의 크기는 기껏해야 100 nm, 바람직하게는 30 nm, 바람직하게는 10 nm, 이고, 그리고 형광 입자가 매트릭스와 형성하는 조립체는 투명하다.
제 2 변형에 있어서, 형광 입자의 크기는 0.5와 10 ㎛ 사이이고, 가시 광을 산란시키는 입자는 그 다음에 매트릭스에서 유리하게 결합될 수 있다(알루미나, 또는 형광 입자 자체 같은 특히, 100 nm 내지 1 ㎛, 특히 300 내지 700 nm의 크기를 가지는 형광 입자를 제외한 입자들이 결합에 관여할 수 있고, 이러한 광-산란 입자는 유전체, 반도체 또는 전도성의 입자이다).
따라서, 30 내지 500 nm 크기를 갖는 형광 입자는 본 발명으로부터 배제되지 않는다. 특히 적어도 400 nm의 크기를 갖는 입자는 가시 광을 산란시킬 수 있어서 다른 산란 입자를 더할 필요가 없다.
본 발명의 조명 시스템의 특히 유리한 실시예에서, 매트릭스가 기판에 접착되는 박층 형태인 경우에, 기판은 형광 입자를 여기 시킬 수 있고, 그리고 특히 전자전도체, 특히 자외선 전자발광 유형이다.
동등하게 유리한 실시예에서, 기판은 적절한 여기 하에서 가시 광선 영역의 파장을 갖는 복사선을 방출할 수 있다. 이 기판은 따라서, 예로 세륨 함량을 가진 유리로 만들어지고, 자외선 하에서 청색 광을 방출할 수 있다.
조명 시스템의 설계의 다른 대안에 따라,
- 한편으로는, 백색 광, 황색 광 등을 생성하기 위해 서로 다른 파장을 방출하는 형광 입자가 결합하고, 서로 분리되고, 그리고 균일화 되는 경우와,
- 문자로 쓴 또는 이와 유사한 표지판 같은 기호를 형성하거나, 또는 임의의 다른, 특히 장식 목적을 위해서, 동일하거나 서로 다른 파장을 방출하는 형광 입자가 가변 조성 및/또는 농도로 결합하는 두 가지 경우가 구분될 수 있다.
본 발명의 조명 시스템을 제조하기 위한 주 공정은,
- 스프레이 코팅, 유동 코팅, 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅, 스크린 프린팅 같은 액체에 의한 냉 증착 공정 후에, 매트릭스의 특징에 따라, 예로 어닐링, 템퍼링과 같이100-650℃에서의 열처리, 또는
- 진공 증착 공정으로 이루어진다.
더욱이, 본 발명의 다른 주제는 다음과 같다:
- 위에서 설명한 조명 시스템을 투명한 디바이스에 사용하는 방법;
- 조명 시스템을 광-산란 디바이스에 사용하는 방법;
- 조명 시스템을, 램프, 특히 얇은 램프 또는 특히 표지판, 또는 장식 목적을 위한 야간 조명 디바이스 또는 출원 WO 04/15739에서 설명된 플랫 램프(flat lamp)에 사용하는 방법;
- 조명 시스템을, 빌딩을 위해 설계된 단일층, 적층형, 단일 창유리 또는 다중 창유리, 자동차 뒷창, 측면 창 또는 지붕 같은 운송 차량, 임의의 다른 지상용 또는 수상용 차량 또는 비행기, 버스 대합소 같은 가로 시설, 도로 표지판 또는 광고 패널, 수족관, 가게 창, 온실(glasshouse), 옥내 가구, 거울, 컴퓨터 유형의 디스플레이 시스템을 위한 스크린, 텔레비전, 전화기, 전기 변색 유리같은 전기적으로 통제 가능한 창유리, 액정, 전자발광 물질 또는 광기전력 유리에 사용하는 방법.
이 마지막 사용방법에서, 창유리와 조명 시스템의 결합은, 위 또는 아래에서, 조명 시스템을 지지하는 면과 동일한 면 또는 창유리의 다른 면에 모든 알려진 실용적인 사용 즉, 소수성/소유성(oleophobic), 친수성/친유성(oleophilic), 오염방지 광기전력 층, 열선 반사 다층(태양 광선 차단 층) 또는 적외선(낮은-e 층), 반사방지(antireflection)층에 적합한 것으로 기재되어 있다.
귀중한 예로서, 예로, 외부 대기로부터 빌딩의 내부를 분리시키는 창유리를 예로 들 수 있는데, 이 창유리의 내부 면은 본 발명에 따라 조명하고, 외부 면은 전기변색성 즉, 층에 전압을 가해서 어둡게 될 수 있다. 이러한 방식으로, 얻어진 기능성은 외부 광을 차단하면서 내부를 조명하는 것이다.
본 발명에 따른 조명 창유리의 사용에 있어서, 창유리는 여기의 부재 하에서최대 투명성과 최대 광학적 품질을 보장하고, 그리고 여기의 존재 하에서 조명 표면을 구성한다.
디스플레이 시스템을 위한 스크린 사용은 광원과 광 박스의 형태의 광원 처리 수단을 필요로 하는 임의의 사용에 일반화될 수 있다.
이것은 특히 역광이다.
본 발명은 실시예의 다음 예에 의해서 설명되어진다.
예 1
YVO4: 나노입자는 무엇보다도 콜로이드 방법에 의해서 합성되었다.
콜로이드 용액의 모든 합성은 온도 60℃ 물에서 수행되었다. 불용성 구연산염 착화합물은 규연산 나트륨 0.75 당량(0.1 mol/l, 15 ml)과 (Y,Eu)(NO3)3(0.1 mol/l, 20 ml)을 혼합해서 얻어졌다. pH 12.5인 Na3VO4 용액의 0.75 당량(0.1 mol/l, 15 ml)의 추가는 침전이 용해되고 반응이 시작되게 하였다. 얻어진 투명한 용액의 pH는 7.6 이었다. 30 분간 반응한 후에 가열이 중지되었다. 얻어진 콜로이드 용액은 그다음에 중성 pH의 물에서 투석되어, 따라서 다양한 카운터 이온(Na+, NO3 -) 또는 미반응 종을 제거하였다. 투석 단계 후, 콜로이드 용액의 농도는 약 10-2 mol/l 였다.
콜로이드 용액은 그 다음에 온화한 조건(진공 하의 40℃) 하에서 건조상태로 증발시켜 농축되었다. 얻어진 분말은 매우 농축된 용액(2 mol/l, 즉 400 g/l에 이르는)이 얻어질 수 있게 했던 매우 적은 양의 물에 쉽게 재 분산되었다. 더욱이, 재 분산 후 광 분산에 의해 측정된 크기는(10+/-3 nm) 투석 후 얻어진 콜로이드의 크기와 동일하였다: 콜로이드는 농축 단계 동안 응집되지 않았다. 결과적으로, 농축된 콜로이드 용액은 광학적으로 투명하였다.
투명한 발광 막은 다음의 방법에 의해서 제조되었다: 0.2 내지 1 ml의 규산리튬을(물에서 30 질량%, pH 12) 4 ml의 농축된 YVO4:Eu 나노입자 콜로이드 용액에 첨가하였다. 얻어진 졸(sol)은 걸러졌고(유리섬유 전필터와 0.45 ㎛ 필터) 그리고 다음에 원심분리(60 초 동안 회전 속도 1000 rpm)에 의해서 플로트 유리 기판(5 ×5 ㎠) 위에 증착되었다. 얻어진 박막은 최종적으로 12 시간동안 450℃에서 어닐링되었다. 이 열처리의 목적은 막을 기계적으로 결합하고 발광을 증가 시키는 것이었다(유러품 이온의 발광을 억제하는 히드록시기 그룹의 제거). 어닐링 후, 박막은 완전히 투명하였고 그리고 0.2 내지 0.7 ㎛ 두께를 가졌다).
박막은 254 nm에서 방출하는 자외선 램프 하에 놓아두었다. 유러품의 특징인, 적색 발광이 YVO4 매트릭스 안에서 관찰되었다. 조도 측정이 수행되었고 그리고 시각적으로 관찰된 것이 확인되었다: 광 방출은 중심 막의 컷 에지(cut edge)에서 강했다. 사실상, 중심에서 조도가 5 Cd/㎡ 이었고, 반면에 컷 에지에서 조도는 20 Cd/㎡ 이었다.
예 2
이 예는 산란성 발광 층의 제조를 설명한다.
500 nm 평균 지름을 갖는 12.8 g의 알루미나 입자를 0.24 g 폴리아크릴 산( 물에 50 중량% 용액)과 함께 176 g 탈이온수에 첨가하였다. 그 다음에 pH 10에 도달할 때까지 수산화나트륨이 첨가되었다. 다음에 Nichia사에서 판매한 평균 지름 2 ㎛의 LaPO4:Ce,Tb 5 g이 첨가되었다. 다음에 혼합물은 5 분 동안 터빈에서 균질화되었다. 다음에 11 g 규산 리튬(물에 30 중량% 용액)이 첨가되었다. 터빈에서 5 분 동안 균질화된 후, 혼합물은 유동 코팅에 의해서 10 ×10 ㎠ 유리 기판 위에 증착되었다.
적외선 램프 하에서 건조가 수행되었다(약 80℃ 코팅 온도). 얻어진 코팅은 60% TL 그리고 100%에 가까운 흐림을 가졌다.
코팅에서 생성된 녹색 발광은 257 nm 광여기 하에서 관찰되었다.
상기 조명 시스템은 투명 디바이스 또는 광-산란 디바이스, 특히 단일층 그리고 단일 또는 다중 층의 창유리에 산업상 이용 가능하다.

Claims (21)

  1. 고체의, 내구성 매트릭스에 분산된 발광체 입자(phosphore particle)로 구성되고, 상기 매트릭스를 사용자에 의해서 처리될 수 있도록 하는, 조명 시스템(illumination system).
  2. 제 1항에 있어서, 상기 입자는 가시광선 영역 안에서 형광체인 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 입자는, 자외선, 가시광선, 적외선 영역에서의 전자기선, 또는 엑스선(X-ray), 또는 감마선, 또는 입자(전자, 이온) 빔, 또는 전계에 의해서 여기될 수 있는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스는 무기물질인 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 매트릭스는 규산리튬을 포함하는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 매트릭스는 실리콘 알콕시드의 중합/축중합의 생성물 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스는 기판에 접착하는 박층 형태인 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형광체 입자는 수성 분산액에 있고, 입자의 크기는 최대 100 nm, 바람직하게는 30 nm, 바람직하게는 10 nm 이며, 상기 입자가 매트릭스와 형성하는 조립체는 투명한 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형광체 입자는 크기는 0.5 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 매트릭스는 가시 광을 산란하는 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  11. 제 7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 특히 전자도체, 특히 자외선 전자발광 유형의 형광체 입자를 여기시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  12. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 적절한 여기 하에서 가시광선 영역의 파장을 가지는 복사선을 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 기판은 자외선 하에서 청색 광을 방출할 수 있는 세륨 함량을 갖는 유리로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  14. 제 7항에 있어서, 상기 기판은 특히 시트, 슬래브, 튜브, 섬유 또는 직물의 형태인 유리로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  15. 제 7항에 있어서, 상기 기판은 플라스틱으로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  16. 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서, 다른 파장을 방출하는 상기 형광체 입자는 특히 백색 광인 광을 생성하기 위해 결합하고, 서로 분리되며, 균일화 되는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  17. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 동일하거나 서로 다른 파장을 방출하는 상기 형광체 입자는 문자로 쓰인 또는 유사한 표지판(sign)과 같은 표지판을 형성하거나, 임의의 다른, 특히 장식 목적을 위해 가변 조성 및/또는 농도로 결합하는 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  18. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 기재된 조명 시스템을 투명한 디바이스에 사용하는 사용방법.
  19. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 기재된 조명 시스템을 광-산란 디바이스에 사용하는 사용방법.
  20. 제 18항 또는 제 19항에 있어서, 램프, 특히 얇은 램프, 또는 특히 표지판용 장식 목적을 위한, 야간 조명 디바이스, 또는 플랫 램프(flat lamp)에 사용하는 방법.
  21. 제 18항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    빌딩을 위해 설계된 단일층, 적층형, 단일 창유리 또는 다중 창유리, 자동차 뒷창, 측면 창 또는 지붕 같은 운송 차량, 임의의 다른 지상용 또는 수상용 차량 또는 비행기, 버스 대합소 같은 가로 시설, 도로 표지판 또는 광고 패널, 수족관, 가게 창, 온실(glasshouse), 옥내 가구, 거울, 컴퓨터 유형의 디스플레이 시스템을 위한 스크린, 텔레비전, 전화기, 전기 변색 유리 같은 전기적으로 제어 가능한 창유리, 액정, 전자발광 물질 또는 광기전력 유리에 사용하는 방법.
KR1020057024517A 2003-06-23 2004-06-23 높은 기계적 및 광학적 성능의 조명 시스템 KR20060017882A (ko)

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