KR20130140103A - 광발광 파장 변환을 갖는 고체 상태 발광 디바이스 및 사이니지 및 이를 위한 광발광 부품 - Google Patents

광발광 파장 변환을 갖는 고체 상태 발광 디바이스 및 사이니지 및 이를 위한 광발광 부품 Download PDF

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Abstract

광발광 조성물("인광체 잉크")는 광 투과성 액체 바인더에 적어도 하나의 청색 광(380㎚ 내지 480㎚) 여기가능한 인광체 물질의 입자의 현탁액을 포함하며, 여기서 바인더 물질에 대한 적어도 하나의 인광체 물질의 중량 부하는 40% 내지 75% 범위에 있다. 바인더는 자외선 경화, 열 경화, 용매 기반, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 폴리머 수지; 모노머 수지, 아크릴, 실리콘, 또는 불화 폴리머를 포함할 수 있다. 본 조성물은 액체 바인더에 현탁된 광 반사 물질의 입자를 더 포함할 수 있다. 본 조성물을 이용하는 광발광 파장 변환 부품; 고체 상태 발광 디바이스; 발광 사이니지 면, 및 발광 사이니지가 개시된다.

Description

광발광 파장 변환을 갖는 고체 상태 발광 디바이스 및 사이니지 및 이를 위한 광발광 부품{SOLID-STATE LIGHT EMITTING DEVICES AND SIGNAGE WITH PHOTOLUMINESCENCE WAVELENGTH CONVERSION AND PHOTOLUMINESCENT COMPOSITIONS THEREFOR}
우선권의 주장
본 출원은 Yuan 등에 의해 2011년 11월 30일에 출원된 발명의 명칭이 "Solid-State Light Emitting Devices and Signage with Photoluminescence Wavelength Conversion and Photoluminescent Compositions Therefor"인 미국 특허 출원 번호 13/308,066호 및 Yuan 등에 의해 2010년 12월 2일에 출원된 발명의 명칭이 "Solid-State Light Emitting Devices and Signage with Photoluminescence Wavelength Conversion and Photoluminescent Compositions Therefor"인 미국 가특허 출원 번호 61/419,099호의 우선권의 이익을 청구하며, 이들 명세서 및 도면은 본 명세서에 참조문헌으로 병합된다.
기술 분야
본 발명은 광발광 파장 변환(photoluminescence wavelength conversion)을 갖는 고체 상태 발광 디바이스 및 사이니지(solid-state light emitting devices and signage) 및 보다 상세하게는 이를 위한 광발광 조성물에 관한 것이다. 특히 배타적이지는 않지만 본 발명은 LED(Light Emitting Diode)에 기초한 디바이스 및 사이니지에 관한 것이다. 나아가 본 발명은 고체 상태 발광 디바이스를 위한 광발광 파장 변환 부품(photoluminescence wavelength conversion component)을 제조하는 방법 및 발광 사이니지를 위한 광발광 사이니지 면에 관한 것이다.
백색 광을 방출하는 LED("백색 LED")가 알려져 있고 비교적 최근의 혁신이다. LED에 기초한 백색 광원을 개발하는 것은 전자기 스펙트럼에서 청색/자외선 부분에서 발광하는 LED가 개발되고서야 실용화되었다. 예를 들어, US 5,998,925에 개시된 바와 같이, 백색 LED는 LED에 의해 방출된 복사선의 일부를 흡수하고 상이한 색상(파장)의 복사선을 재방출하는 광발광 물질(photo-luminescent materials)인 하나 이상의 인광체(phosphor) 물질을 포함한다. 일반적으로, LED 칩(chip) 또는 다이(die)는 청색 광을 생성하고 인광체(들)는 이 청색 광의 일정 퍼센트를 흡수하고 황색 광 또는 녹색과 적색 광의 조합, 녹색과 황색 광의 조합, 및 오렌지 또는 황색 및 적색 광의 조합을 재방출한다. 인광체에 의해 방출된 광과 인광체 물질에 의해 흡수되지 않은 LED에 의해 생성된 청색 광 부분이 결합하여 사람의 눈에 색상이 거의 백색인 것으로 보이는 광을 제공한다.
긴 예상 동작 수명(>50,000시간)과 높은 휘도 효율(와트당 70루멘 이상)로 인해, 높은 휘도 백색 LED는 종래의 형광 광원, 콤팩트한 형광 광원 및 백열 광원을 대체하기 위해 점점 더 사용되고 있다.
일반적으로 인광체 물질은 실리콘이나 에폭시 물질과 혼합되고 이 혼합물이 LED 다이의 광 방출 면에 적용된다. Li에 의한 미국 특허 출원 US 2008/0218992 A1에 개시된 바와 같이 LED 다이에서 원격에 위치된 광학 부품 상에 층으로 인광체 물질을 제공하거나 이 광학 부품 내에 인광체 물질을 병합시키는 것이 또한 알려져 있다.
Li 등에 의한 미국 특허 출원 US 2007/0240346 A1은 LED로부터 청색 광을 사용하여 발광 사이니지 면 상의 인광체 물질을 여기시켜 원하는 색상의 광을 생성하는 고체 상태 발광 간판(sign)을 개시한다.
본 발명의 목적은 알려진 디바이스의 한계를 적어도 부분적으로 극복하는 광발광 파장 변환을 갖는 고체 상태 발광 디바이스 및 사이니지를 위한 광발광 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예는 파장 380㎚ 내지 480㎚의 청색 광에 의해 여기가능한 하나 이상의 인광체 물질을 포함하는 광발광 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따라 광발광 조성물은 프린팅, 특히 스크린 프린팅(screen printing), 레터프레스 프린팅(letterpress printing), 그라비어 프린팅(gravure printing), 플렉소 프린팅(flexograph printing) 또는 패드 프린팅(pad printing)에 의해 균일한 두께의 하나 이상의 층으로 기판 위에 증착될 수 있다.
본 발명에 따라 광발광 조성물은 광 투과성 액체 바인더에 적어도 하나의 인광체 물질의 입자의 현탁액(suspension)으로서, 적어도 하나의 인광체 물질은 파장 380㎚ 내지 480㎚의 청색 광에 의해 여기가능하고, 바인더 물질에 대한 적어도 하나의 인광체 물질의 중량 부하(weight loading)는 40% 내지 75% 범위에 있는, 현탁액을 포함한다.
광발광 조성물은 스크린 프린트가능하도록 구성될 수 있고, 바인더는 0.5Pa.s 내지 5Pa.s (Pascal-second = 1kg.m-1.s-1) 범위의 점도를 구비한다. 바람직하게는 바인더는 약 1Pa.s(1000cps(centipoise)) 내지 2.5Pa.s의 점도를 구비한다.
대안적으로, 광발광 조성물은 0.004Pa.s 내지 0.020Pa.s의 점도를 구비하는 잉크젯 프린팅가능하도록 구성될 수 있다. 잉크젯 프린팅은 프린팅될 조성물의 정밀 패턴을 가능하게 할 수 있다.
다른 배열에서, 광발광 조성물은 0.05Pa.s 내지 5Pa.s의 점도를 구비하는 플렉소 프린팅가능하거나 그라비어 프린팅가능하도록 구성될 수 있다. 그라비어 프린팅과 플렉소 프린팅의 특정 이점은 프린트되는 조성물의 양이 판이나 드럼에 있는 공동의 사이즈에 의해 결정되는 것으로 인해 이것이 프린트되는 층의 균일성과 두께를 정밀하게 제어할 수 있게 한다는 것이다.
추가적인 배열에서, 광발광 조성물은 50Pa.s 내지 150Pa.s의 점도를 구비하는 레터프레스 프린팅가능할 수 있다.
다른 배열에서 광발광 조성물은 패드 프린팅가능할 수 있다. 패드 프린팅은 조성물이 프린팅될 기판이 비평면인 경우 예를 들어 기판이 곡면 렌즈 또는 돔형 형상의 커버를 구비하는 경우 유리할 수 있다.
바인더는 U.V. 경화가능하거나, 열적으로 경화가능하거나, 용매에 기초하거나 또는 이들의 조합일 수 있다. 바인더는 폴리머 수지; 모노머 수지, 아크릴 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 바인더는 수분의 흡수에 의하여 인광체 물질의 열화를 감소시키기 위해 불화 폴리머(fluorinated polymer)를 포함할 수 있다. 바람직하게는 바인더는 400㎚ 내지 750㎚ 파장의 광에 대해 적어도 0.9의 투과율을 구비한다. 유리하게는 광 투과성 기판에 조성물을 프린트하는 것이 의도된 경우 바인더는 경화된 상태에서 기판의 굴절률과 실질적으로 매치하는 굴절률을 구비하도록 선택된다. 이러한 굴절률의 매치는 광발광 조성물 층과 기판 사이의 경계면에서 광의 굴절을 감소시킨다. 일반적으로 바인더의 굴절율은 약 1.48 초과이고 0.02 내로 기판과 유리하게 매치된다. 바람직하게는 바인더는 경화된 상태에서 300% 내지 500% 범위의 탄성률을 구비한다.
적어도 하나의 인광체 물질은 1㎛ 내지 60㎛의 평균 입자 사이즈를 구비할 수 있고, 여기서 바람직한 입자 사이즈 범위는 조성물을 증착하는 의도된 프린팅 기술에 의존한다. 예를 들어, 스크린 프린팅가능한 인광체 조성물에 대해 평균 입자는 바람직하게는 10㎛ 내지 20㎛이고 보다 바람직하게는 약 15㎛이다. 대조적으로 잉크젯 프린팅가능한 조성물은 일반적으로 최대 5㎛의 최소 입자 사이즈를 요구한다. 적어도 하나의 인광체 물질은 바람직하게는 실리케이트 인광체(silicate phosphor); 오쏘실리케이트 인광체(orthosilicate phosphor); 질화물 인광체(nitride phosphor); 옥시 질화물 인광체(oxy-nitride phosphor); 황산염 인광체(sulfate phosphor), 옥시 황산염 인광체(oxy-sulfate phosphor), 가넷(garnet)(YAG) 인광체, 또는 이들의 조합을 포함한다.
본 발명자는 액체 바인더에 광 반사 물질의 입자를 더 현탁(suspending)시키는 것에 의해 이것이 광발광 조성물에 의한 광발광 광 생성을 증가시킬 수 있는 것을 발견하였다. 광발광으로 생성된 광의 증가는 광 반사 물질의 입자가 인광체 물질의 입자와 광자의 충돌 가능성을 증가시키는 것으로부터 초래되는 것으로 믿어진다. 초기 테스트 결과는 광 반사 물질을 포함하는 것이 조성물에 의해 생성된 광의 주어진 색상과 강도에 대해 잠재적으로 33% 이상만큼 인광체 물질의 사용량을 감소시킬 수 있는 것을 나타낸다. 인광체 물질 사용량의 이러한 감소는 조성물이 수 백 또는 심지어 수 천 제곱 센티미터에 걸쳐 제공될 수 있는 사이니지 응용과 같은 더 넓은 영역에 걸쳐 조성물이 요구되는 응용에서 특히 중요하다. 광 반사 물질은 가능한 한 높은 반사율을 구비하며, 바람직하게는 적어도 0.9이다. 광 반사 물질은 바람직하게는, 산화마그네슘(MgO), 이산화티타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 또는 이들의 혼합물의 입자를 포함한다. 일반적으로, 광 반사 물질은 0.1㎛ 내지 20㎛ 범위의 입자 사이즈, 바람직하게는 0.5㎛ 내지 2㎛ 범위의 입자 사이즈를 구비한다. 인광체 물질에 대한 광 반사 물질의 중량 퍼센트 부하는 0.01% 내지 10% 범위, 바람직하게는 0.01% 내지 1% 범위, 보다 바람직하게는 0.1% 내지 1% 또는 0.5% 내지 1% 범위에 있을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 고체 상태 발광 디바이스를 위한 파장 변환 부품은 본 발명의 광발광 조성물의 적어도 하나의 층을 그 면 위에 프린트한 기판을 포함한다. 일반적으로, 일반적인 조명에 사용되는 고체 상태 발광 디바이스에 대해 광발광 조성물은 적어도 0.8㎠ 내지 180㎠의 면적에 걸쳐 제공된다.
파장 변환 부품은 광 투과성이고, 이 부품을 투과하는 광의 적어도 일부의 파장을 변환하도록 구성될 수 있다. 일 배열에서 파장 변환 부품은 광발광 조성물이 적어도 하나의 층으로 상부에 제공되는 광 투과성 기판을 포함한다. 대안적으로, 광 투과성 기판은 도광체(light guide)로 구성될 수 있고, 광발광 조성물은 도광체의 광 방출 면의 적어도 일부 상에 제공된다. 광 투과성 기판과 광발광 조성물 층 사이의 경계면에서 굴절되는 광을 감소시키기 위하여 경화된 상태에서 기판과 바인더는 서로 0.02 내의 굴절률을 구비한다. 광 투과성 기판은 아크릴 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리카보네이트, 실리콘 또는 유리를 포함할 수 있다.
대안적으로, 파장 변환 부품은 광 반사성이고, 이 부품에 의해 반사되는 광의 적어도 일부의 파장을 변환하도록 구성될 수 있다. 하나의 이러한 파장 변환 부품은 광발광 조성물이 적어도 하나의 층으로 상부에 제공되는 광 반사면을 포함한다. 광 반사 기판은 임의의 광반사면을 포함할 수 있고 바람직하게는 적어도 0.9의 반사율을 구비한다. 광 반사면은 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr)과 같은 연마된 금속면; 광 반사 폴리머, 광 반사 페이퍼 또는 광 반사 페인트를 포함할 수 있다.
하나 또는 청색 광 여기가능한 인광체 물질을 포함하는 광발광 조성물을 프린트하는 것에 의해 고체 상태 발광 디바이스를 제조하거나 고체 상태 발광 디바이스를 위한 광발광 파장 변환 부품을 제조하는 개념은 그 자체로 본 발명인 것으로 고려된다. 따라서, 본 발명의 추가적인 측면에 따라 고체 상태 발광 디바이스를 위한 광발광 파장 변환 부품은 파장 380㎚ 내지 480㎚의 청색 광에 의해 여기가능한 광발광 조성물의 층을 그 면 위에 구비하는 기판을 포함하며, 여기서 조성물은 스크린 프린팅; 잉크젯 프린팅; 레터프레스 프린팅, 그라비어 프린팅; 플렉소 프린팅 또는 패드 프린팅을 사용하여 기판 위에 증착된다. 바람직하게는 조성물은 광 투과성 액체 바인더에 적어도 하나의 청색 광 여기가능한 인광체 물질의 입자의 현탁액을 포함하며, 여기서 바인더 물질에 대한 적어도 하나의 인광체 물질의 중량 부하는 40% 내지 75% 범위에 있다.
조성물은 기판의 전체 광 방출 면을 커버하도록 프린팅될 수 있다. 대안적으로 조성물은 기판의 광 방출 면의 적어도 일부를 커버하는 패턴으로 프린트될 수 있다. 일 배열에서 조성물은 실질적으로 동일한 사이즈의 도트의 의사 랜덤 어레이를 구비하는 제1 차 확률 패턴(first order stochastic pattern)으로 프린트된다. 확률 패턴을 사용하는 특정 이점은 이것이 하나를 초과하는 층을 프린트할 때 또는 다수의 상이한 조성물을 프린트하는 것이 요구되는 경우 정렬 문제를 크게 제거할 수 있다는 것이다. 나아가, 도트는 동일한 사이즈이므로, 제1 차 확률 패턴이 도트 사이즈가 스크린 메쉬 홀 사이즈에 대응하는 스크린 프린팅에 특히 적합하다. 대안적으로, 조성물은 가변 사이즈의 도트의 의사 랜덤 어레이를 구비하는 제2 차 확률 패턴으로 프린트될 수 있다. 또 다른 배열에서 조성물은 가변 사이즈의 도트의 규칙적인 어레이를 구비하는 하프 톤 패턴(half tone pattern)으로 프린트될 수 있다.
광발광 조성물은 광 투과성이거나 광 반사성인 기판 위에 패턴으로 프린트될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라 고체 상태 발광 디바이스를 위한 광발광 파장 변환 부품을 제조하는 방법은 - 여기서 부품은 파장 380㎚ 내지 480㎚의 청색 광에 의해 여기가능한 인광체 물질의 층을 구비하는 기판을 포함한다 - a) 바인더 물질에 대한 적어도 하나의 인광체 물질의 중량 부하가 40% 내지 75% 범위에 있는 것으로 광 투과성 바인더와 청색 광 여기가능한 인광체 물질의 입자를 혼합하는 단계; b) 기판의 적어도 일부 위에 층으로 조성물을 프린트하는 단계; 및 c) 광 투과성 바인더를 적어도 부분적으로 경화시키는 단계를 포함한다. 조성물이 프린트될 기판의 면이 실질적으로 평면인 경우 조성물은 스크린 프린팅; 잉크젯 프린팅; 레터프레스 프린팅, 그라비어 프린팅 또는 플렉소 프린팅에 의해 프린트될 수 있다. 기판 면이 굴곡된 경우 조성물은 탄성적으로 변형가능한 프린팅 패드를 사용하여 패드 프린팅에 의하여 프린팅될 수 있다.
일부 응용에서 기판은 평면이 아닌 형상, 예를 들어 돔형 또는 반구형 쉘(dome-shaped or hemispherical shell)과 같은 형상으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 부품을 제조하기 위하여 기판은 바람직하게는 조성물이 프린트되는 실질적으로 평면인 면을 구비하는 열가소성 물질을 포함한다. 본 방법은 기판을 가열하는 단계 및 부품을 선택된 형상으로 형성하는 단계를 더 포함한다. 최종 부품에서 조성물의 균일한 두께 층을 보장하기 위하여 본 방법은 부품을 선택된 형상으로 형성한 후에 최종 조성물 층이 실질적으로 균일한 두께가 되도록 부품을 프린트하는 동안 층의 두께를 선택적으로 가변시키는 단계를 더 포함한다. 광발광 조성물의 층(들)이 기판의 형성 동안 기판으로부터 분리(박리)되는 것을 방지하기 위해 바인더는 유리하게는 경화된 상태에서 300% 내지 500%의 탄성률을 구비한다. 파장 변환 부품을 제조하는 이러한 방법은 그 자체로 본 발명인 것으로 고려된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라 광발광 조성물은 광 투과성 액체 바인더에 적어도 하나의 인광체 물질의 입자의 현탁액을 포함하며, 여기서 인광체 물질은 파장 380㎚ 내지 480㎚의 청색 광에 의해 여기가능하고, 바인더는 경화된 상태에서 300% 내지 500%의 탄성률을 구비한다.
본 발명의 더 다른 측면에 따라 발광 디바이스는 청색 광을 생성하도록 동작가능한 적어도 하나의 고체 상태 광 방출기, 일반적으로 LED, 및 본 발명의 여러 측면에 따른 파장 변환 부품을 포함한다.
본 발명의 여러 측면이 고체 상태 발광 디바이스에 대해 관한 것이지만 본 발명의 광발광 조성물은 광발광 파장 변환 부품이 광발광 발광 사이니지 면을 구비하는 고체 상태 발광 사이니지에 더 응용할 수 있다. 본 발명의 다른 측면에 따라 사이니지 면은 본 발명의 광발광 조성물의 적어도 하나의 층을 그 면 위에 프린트한 기판을 포함한다. 조성물은 이미지, 화상, 문자, 부호, 디바이스, 패턴 또는 다른 사이니지 정보를 한정하는 패턴으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 채널 레터링(channel lettering)에 요구되는 바와 같이 사이니지 면의 형상, 기판은 사이니지 정보를 한정하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 기판은 광 투과성이고, 백라이트 조명(backlight)되거나 에지 라이트 조명(edge light)될 수 있다. 기판은 아크릴, 폴리카보네이트, 에폭시, 실리콘 또는 유리를 포함할 수 있다. 사이니지 면이 백라이트 조명되는 경우, 즉 하나 이상의 고체 상태 광 방출기가 광 투과성 윈도우로 구성된 사이니지 면 뒤에 위치되어 부품을 통과한 청색 광의 일부가 인광체 물질에 의해 상이한 색상의 광으로 변환될 수 있는 경우 사이니지 면은 광 방출기로부터 적어도 5mm의 거리에 위치되는 것이 바람직하다. 대안적으로, 간판이 에지 라이트 조명되는 경우 기판은 도광체로 구성되고 광발광 조성물은 도광체의 광 방출 면의 적어도 일부 위에 프린트된다. 일반적으로 기판은 평면이고, 광은 기판의 하나 이상의 에지로부터 도광체로 연결될 수 있다.
사이니지 응용에서 광 방출 면은 종종 조명 응용의 것을 훨씬 더 초과할 수 있고 조성물은 일반적으로 적어도 100㎠의 면적에 걸쳐 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라 발광 간판은 청색 광을 생성하도록 동작가능한 적어도 하나의 고체 상태 광 방출기 및 본 발명에 따른 사이니지 면을 포함한다.
본 발명을 더 잘 이해하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 광발광 조성물, 고체 상태 발광 디바이스, 광발광 파장 변환 부품 및 발광 사이니지는 첨부 도면을 참조하여 이제 예로서 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 투과성 광발광 파장 변환 부품을 구비하는 LED 기반 발광 디바이스의 개략도;
도 2는 광 반사 물질의 상이한 중량 퍼센트 부하에 대해 본 발명에 따른 LED 기반 발광 디바이스에 대해 방출 강도 대 색도 CIE x를 도시한 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도광체로서 구성된 광 투과성 광발광 파장 변환 부품을 구비하는 LD 기반 발광 디바이스의 개략도;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도광체로 구성된 광 투과성 광발광 파장 변환 부품을 구비하는 LED 기반 발광 디바이스의 개략도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 광 반사성 광발광 파장 변환 부품을 구비하는 LED 기반 발광 디바이스의 개략도;
도 6a는 AM(amplitude modulated) 하프 톤 스크린(half tone screening)에 기초하여 프린트된 인광체 잉크 패턴을 도시한 도면;
도 6b는 제1 차 확률 또는 FM(frequency modulated) 스크리닝에 기초하여 프린트된 인광체 잉크 패턴을 도시한 도면;
도 7a 내지 도 7e는 돔형상의 광발광 파장 변환 부품의 제조 방법을 도시한 개략도.
본 발명의 실시예는 고체 상태 발광 디바이스 및 발광 사이니지를 위한 광발광 파장 변환 부품과 사용하기 위한 광발광 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 배타적인 것은 아니지만 본 발명은 프린팅에 의해 증착될 수 있는 광발광 조성물에 관한 것이다. 고체 상태 발광 디바이스를 위해 광발광 파장 변환 부품을 제조하는데 광발광 조성물을 프린트하는 개념은 그 자체로 본 발명인 것으로 믿어진다. 광발광 조성물은 바람직하게는 프린트가능하므로, 이들 조성물은 본 명세서에서 간략화를 위하여 "인광체 잉크(phosphor ink)"라고 지칭된다. 그러나, 이 용어를 사용하는 것이 본 발명을 프린트가능한 광발광 조성물로 제한하려는 것은 전혀 아니며 인광체 잉크는 예를 들어 스프레잉(spraying), 스핀 코팅(spin coating), 슬릿 코팅(slit coating), 스퀴지(squeegee)(예를 들어, 닥터 블레이드(doctor blading))와 같은 블레이드를 사용하여 기판의 면 위에 인광체 잉크를 딥핑(dipping)하거나 스위핑(sweeping)하는 것과 같은 다른 방법에 의해 증착될 수 있는 것으로 이해된다.
본 특허 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 부분을 지시하는데 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 기반 백색 발광 디바이스(10)의 개략도이다. 디바이스(10)는 청색 발광 LED(청색 LED)(12) 및 상기 LED(12)에서 원격에 위치된 광 투과성 광발광 파장 변환 부품(14)을 포함한다. 파장 변환 부품(14)은 광발광 파장 변환층을 구성하는 인광체 잉크(18)의 하나 이상의 층을 적어도 하나의 면 상에 구비하는 광 투과성 기판(윈도우)(16)을 포함할 수 있다. 인광체 잉크(18)는 그 볼륨 전체에 걸쳐 균일하게 분포된 청색 광 여기가능한 인광체 물질(22)의 입자와 광 투과성 바인더 물질(20)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 인광체 잉크(18)는 그 볼륨 전체에 걸쳐 균일하게 분포된 광 반사성 물질(24)의 입자를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 파장 변환 층(18)의 물리적 보호를 제공하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 파장 변환 부품(14)은 파장 변환 층(18)이 LED를 향하도록 구성되는 것이 바람직하다.
기판(16)은 예를 들어, 아크릴 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 또는 폴리카보네이트와 같은 폴리머 물질 또는 파이렉스(Pyrex)(Pyrex는 Corning Inc사의 브랜드 명이다)와 같은 용융된 실리카 또는 보로실리케이트 유리와 같은 유리와 같은 임의의 광 투과성 물질을 포함할 수 있다. 광 투과성 물질은 광학 품질 실리콘 또는 에폭시를 더 포함할 수 있다. 기판(16)은 원형 디스크와 같은 평면일 수 있으나, 이 기판은 의도된 응용에 따라 정사각형, 직사각형 또는 다른 형상일 수 있다. 기판이 디스크 형상으로 형성된 경우 직경은 0.8㎠ 내지 184㎠의 면적의 개구인 약 1cm 내지 153cm(6인치)일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 기판(16)은 비평면일 수 있고, 구형 또는 돔형 쉘, 부분 원통형 면 또는 볼록 또는 오목 렌즈와 같은 선택된 방향으로 광을 지향시키는 광학 부품과 같은 다른 기하학적 형상을 포함할 수 있다. LED(12)로부터 파장 변환 부품(14)으로 열 전달, 특히 인광체 물질로 열 전달을 감소시키기 위하여 파장 변환 부품은 LED에서 원격에 위치되고, 즉 LED로부터 적어도 5mm의 거리(L) 만큼 물리적으로 떨어져 있다. LED에서 원격에 파장 변환 부품(14)을 위치시키는 것은 인광체 물질의 열적 열화를 감소시키는 것과 같은 다수의 이점을 제공한다. 추가적으로, 인광체 물질이 LED 다이의 광 방출 면과 직접 접촉하게 제공된 디바이스에 비해, LED에서 원격에 인광체 물질을 제공하는 것은 LED 다이에 의한 후방 산란된 광의 흡수를 감소시킨다. 나아가, 인광체 물질을 원격에 위치시키는 것은 LED 다이의 광 방출 면에 직접 인광체를 제공하는 것에 비해 훨씬 더 많은 면적에 걸쳐 인광체 물질이 제공되는 것으로 인해 보다 일관된 색상 및/또는 CCT의 광을 생성할 수 있게 한다.
청색 LED(12)는 파장 범위 380㎚ 내지 480㎚ (일반적으로 440㎚ 내지 450㎚)에 피크 파장(λ1)을 구비하는 청색 광(26)을 생성하도록 동작가능한 GaN 기반(갈륨 질화물 기반) LED를 포함할 수 있다. 청색 LED(12)는 청색 광(26)을 파장 변환 부품(14)에 조사(irradiate)하도록 구성되고, 여기서 일부는 인광체 물질(22)에 의해 흡수되고 이 인광체 물질(22)은 이에 응답하여 상이한 파장(λ2)의 광(28), 일반적으로 냉 백색(cold white) 발광 디바이스에 대해 황색-녹색의 색을 방출한다. 백색으로 보이도록 구성된 디바이스(10)의 방출 생성물(30)은 LED에 의해 방출된 광(26)과 인광체 물질(20)에 의해 생성된 광(28)이 조합된 것을 포함한다.
분말 형태인 인광체 물질(22)과 광 반사성 물질(24)은 액체 바인더 물질(20)과 알려진 비율로 완전히 혼합되어 현탁액을 형성하고, 그 최종 인광체 잉크는 기판(16) 위에 증착되어 실질적으로 균일한 두께의 층을 형성한다. 바람직한 실시예에서 인광체 잉크는 스크린 프린팅에 의하여 기판(16) 위에 증착되고 이 층의 두께(t)는 프린팅 통과(printing pass)의 수에 의해 제어된다. 더 설명되는 바와 같이 인광체 잉크는 잉크젯 프린팅, 레터프레스 프린팅, 그라비어 프린팅, 플렉소 프린팅 또는 패드 프린팅을 포함하는 다른 프린팅 방법을 사용하여 적용될 수 있다.
인광체 물질은 예를 들어 일반적인 조성물 A3Si(O,D)5 또는 A2Si(O,D)4의 실리케이트 기반 인광체와 같은 무기 또는 유기 인광체를 포함할 수 있으며, 여기서 Si는 실리콘이고 O는 산소이며, A는 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)을 포함하고 D는 염소(Cl), 불소(F), 질소(N) 또는 황(S)을 포함한다. 실리케이트 기반 인광체의 예로는 미국 특허 번호 US 7,575,697 B2 "Silicate-based green phosphors" (Intematix Corporation사에 양도), US 7,601,276 B2 "Two phase silicate-based yellow phosphors" (Intematix Corporation사에 양도), 및 US 7,655,156 B2 "Silicate-based orange phosphors" (Intematix Corporation사에 양도) 및 US 7,311,858 B2 "Silicate-based yellow-green phosphors" (Intematix Corporation사에 양도)에 개시되어 있다. 이 인광체는 또한 공동 계류 중인 특허 출원 US2006/0158090 A1 "Novel aluminate-based green phosphors" 및 US 7,390,437 B2 "Aluminate-based blue phosphors" (Intematix Corporation사에 양도)에 개시된 바와 같은 알루미네이트 기반 물질, 공동 계류 중인 출원 US2008/0111472 A1 "Aluminum-silicate orange-red phosphor"에 개시된 바와 같은 알루미늄 실리케이트 인광체 또는 공동 계류 중인 미국 특허 출원 US2009/0283721 A1 "Nitride-based red phosphors" 및 국제 특허 출원 WO2010/074963 A1 "Nitride-based red-emitting in RGB (red-green-blue) lighting systems"에 개시된 바와 같은 질화물 기반 적색 인광체 물질을 더 포함할 수 있다. 인광체 물질은 본 명세서에 개시된 예로 제한되는 것은 아니며 질화물 및/또는 황산염 인광체 물질, 옥시 질화물 및 옥시 황산염 인광체 또는 가넷(garnet) 물질(YAG)을 구비하는 임의의 인광체 물질을 포함할 수 있는 것으로 이해된다.
인광체 물질은 10㎛ 내지 20㎛의 평균 입자 사이즈 및 일반적으로 15㎛ 정도의 평균 입자 사이즈를 가지는 입자를 포함한다. 인광체 물질은 부분적으로 인광체 잉크를 증착시키는데 사용되는 의도된 기술에 따라 사이즈 2㎛ 내지 60㎛의 입자를 포함할 수 있다.
광 반사성 물질(22)은 가능한 한 높은 반사율, 일반적으로 0.9 이상의 반사율을 가지는 분말 물질을 포함한다. 광 반사성 물질의 입자 사이즈는 일반적으로 0.1㎛ 내지 10㎛ 범위에 있고 바람직한 실시예에서 0.1㎛ 내지 10㎛ 범위에 있다. 인광체 물질에 광 반사성 물질의 중량 퍼센트 부하는 0.1% 내지 10% 범위에 있고 바람직한 실시예에서 1% 내지 2% 범위에 있다. 광 반사성 물질의 예로는 산화마그네슘(MgO), 이산화티타늄(TiO2) 및 황산바륨(BaSO4)을 포함한다. 광 반사성 물질은 높은 광 반사성 물질, 일반적으로 TiO2의 입자를 (최대 약 42중량%) 이미 포함하는 예를 들어 Norcote International Inc사의 수퍼 백색 잉크 GN-027SA와 같은 백색 잉크를 더 포함할 수 있다.
동작시 LED로부터 청색 광(26)은 인광체 물질(22)의 입자에 도달할 때까지 바인더 물질(20)을 통과한다. 인광체 물질 입자와 광자와의 1000회의 상호작용 중 평균적으로 1만큼 작은 수가 광발광 광(28)의 생성과 흡수를 초래하는 것으로 믿어진다. 인광체 입자와 광자와의 상호작용의 대다수, 약 99.9%는 광자의 산란을 초래한다. 산란 공정의 등방성 특성으로 인해 평균적으로 광자의 절반이 다시 LED 쪽 방향으로 산란된다. 테스트에 따르면 총 입사 청색 광(26)의 일반적으로 약 10%가 다시 LED 쪽 방향으로 파장 변환 부품(14)으로부터 산란되고 방출되는 것을 나타낸다. 냉 백색 발광 디바이스에 대해 인광체 물질의 양은 총 입사하는 청색 광의 약 10%가 윈도우로부터 방출되고 방출 생성물(30)에 기여하도록 선택된다. 입사하는 광의 대다수, 약 80%는 인광체 물질에 의해 흡수되고 광발광 광(28)으로 재방출된다. 광발광 광 생성의 등방성 특성으로 인해 인광체 물질에 의해 생성된 광(28)의 약 절반은 LED 쪽 방향으로 방출될 수 있다. 그 결과, 총 입사하는 광의 최대 약 40%만이 파장(λ2)의 광(28)으로 방출되고 방출 생성물(30)에 기여하며 총 입사광의 나머지(최대 약 40%)는 다시 LED 쪽 방향으로 파장(λ2)의 광(28)으로 방출된다. 일반적으로, 파장 변환 부품으로부터 LED 쪽으로 방출된 광은 광 반사성 챔버(미도시)에 의해 재지향되어 방출 제품에 기여하고 디바이스의 전체 효율을 증가시킨다.
본 발명자는 광 반사성 물질(24)의 입자를 포함하는 것이 광자가 산란되는 횟수를 증가시켜 이에 의해 광자가 광발광 광의 생성을 초래하는 확률을 증가시키는 것을 발견하였다. 예비 테스트에 따르면 인광체 잉크에 인광체 물질과 광 반사 물질의 입자를 포함하는 것에 의해 이것이 주어진 색상의 방출 생성물을 생성하는데 요구되는 인광체 물질의 양을 최대 33%만큼 감소시킬 수 있는 것을 나타낸다. 광 반사성 물질의 입자는 광자가 인광체 물질의 입자에 도달하는 확률을 증가시켜 주어진 색상의 방출 생성물에 대해 더 적은 인광체 물질이 요구되는 것으로 믿어진다.
도 2는 ◆-0%, ■-0.4%, ▲-1.1%, 및 ●-2%의 광 반사성 물질의 중량 퍼센트 부하에 대해 본 발명에 따른 발광 디바이스에 대해 방출 강도 대 색도 CIE x를 도시한다. 데이터는 스크린 프린트된 파장 변환 층(18)에 대한 것이고 여기서 바인더 물질(20)은 Nazdar(등록상표) UV 경화가능한 리소(litho) 투명한 오버프린트 PSLC-294를 포함하며, 인광체 물질은 15㎛의 평균 입자 사이즈를 가지는 Intematix Corp 사의 황색(565㎚) 실리케이트 인광체 EY4453을 포함한다. 바인더 물질(20)에 대한 인광체 물질(22)의 비는 2:1의 중량비이다. 광 반사성 물질(24)은 Norcote International Inc사의 수퍼 백색 잉크 GN-027SA를 포함한다. 광 반사성 물질의 부하를 위한 수는 총 인광체 잉크 조성물(바인더 물질 + 인광체 물질)에 대해 수퍼 백색 잉크(24)의 중량 퍼센트를 말한다. 각 데이터 점(data point)과 연관하여 더 작은 참조 부호는 파장 변환 층(18)을 형성하는데 사용되는 프린트 통과의 수 "n"을 나타낸다. 파장 변환 층(18)의 두께(t)는 프린트 통과의 수에 비례하는 것으로 이해된다. 타원(32, 34, 36, 38)은 실질적으로 동일한 강도와 CIE x 값을 가지는 방출 생성물에 대해 데이터 점들을 그룹화하는데 사용된다. 예를 들어, 타원(32)은 유사한 강도와 색상의 방출 생성물이 a) 광 반사성 물질 없이 3회의 프린트 통과 및 b) 광 반사성 물질 2% 부하를 가지고 2회의 프린트 통과를 포함하는 파장 변환 층(18)에 대해 생성될 수 있는 것을 나타낸다. 이들 데이터는 광 반사성 물질(24) 2% 중량 부하를 포함하는 것에 의해 약 33% 더 적은 인광체 물질을 포함하는 인광체 잉크로 동일한 광 색상과 강도를 생성하는 것이 가능하다는 것을 나타낸다. 타원(34)은 a) 광 반사성 물질 없이 4회의 프린트 통과 및 b) 광 반사성 물질 0.4% 부하를 가지고 3회의 프린트 통과를 포함하는 파장 변환 층(18)에 대해 생성되는 것을 나타낸다. 이들 데이터는 광 반사성 물질 0.4% 중량 부하를 포함하는 것에 의해 약 25% 더 적은 인광체 물질을 포함하는 인광체 잉크로 동일한 광 색상과 강도를 생성할 수 있는 것을 나타낸다. 타원(36)은 방출 생성물의 동일한 강도와 색상이 a) 광 반사성 물질 없이 4회의 프린트 통과 및 b) 광 반사성 물질 1.1% 부하를 가지고 3회의 프린트 통과를 포함하는 파장 변환 층(18)에 대해 생성되는 것을 나타낸다. 이들 데이터는 광 반사성 물질 1.1% 중량 부하를 포함하는 것에 의해 약 25% 더 적은 인광체를 포함하는 인광체 잉크로 동일한 광 색상과 강도를 생성할 수 있는 것을 나타낸다. 타원(38)은 a) 광 반사성 물질 0.4% 중량 부하를 가지고 4회의 프린트 통과와, b) 광 반사성 물질 2% 중량 부하를 가지고 3회의 프린트 통과를 포함하는 파장 변환 층(18)에 대해 방출 생성물의 동일한 강도와 색상이 생성되는 것을 나타낸다. 이들 데이터는 광 반사성 물질 0.4% 중량 부하를 포함하는 것에 의해 약 25% 더 적은 인광체를 포함하는 인광체 잉크로 동일한 광 색상과 강도를 생성할 수 있는 것을 나타낸다. 점(40)(n=4, 1.1% 부하)과 점(42)(n=4, 2% 부하)은 광 반사성 물질의 부하를 증가시키면 어느 점 이상에서 색상에 미치는 영향이 거의 없이 방출 강도의 감소를 초래하는 포화점이 존재한다는 것을 암시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 LED 기반 백색 발광 디바이스(10)의 개략도이다. 이 실시예에서, 광 투과성 기판(16)은 도광체(도파로)로 구성되고, 파장 변환 층(18)은 기판의 광 방출 면에 걸쳐 제공(프린트)된다. 일반적으로, 기판(16)은 실질적으로 평면이고, 응용에 따라 디스크 형상, 정사각형, 직사각형 또는 다른 형상일 수 있다. 기판이 디스크 형상으로 형성된 경우 직경은 일반적으로 약 20㎠ 내지 약 700㎠의 면적의 광 방출 면에 대응하는 약 5cm 내지 30cm일 수 있다. 기판이 정사각형이나 직사각형 형태인 경우 측면은 일반적으로 약 80㎠ 내지 약 5000㎠의 광 방출 면에 대응하는 약 5cm 내지 40cm일 수 있다. 기판(16)의 비 광 방출 면(도시된 바와 같이 하부면)에는 광 반사성 물질의 층(44)이 디바이스의 배면으로부터 광이 방출하는 것을 방지하도록 제공될 수 있다. 반사성 물질(44)은 크롬과 같은 금속 코팅 또는 플라스틱 물질, 페인트 또는 페인트와 같은 광택 있는 백색 물질을 포함할 수 있다. 기판의 에지로부터 방출되는 광을 최소화하기 위해 기판의 에지는 광 반사성 면(미도시)을 바람직하게는 포함한다. 하나 이상의 청색 LED(12)는 청색 광(26)을 기판(16)의 하나 이상의 에지로 연결하도록 구성된다. 동작시 기판(16)에 연결된 광(26)은 내부 전반사에 의해 기판(16)의 전체 볼륨 전체에 걸쳐 가이드된다. 임계각을 초과하는 각도로 기판의 광 방출 면에 도달하는 광(26)은 이 면을 통해 인광체 파장 변환 층(18)으로 방출된다. 디바이스의 동작은 도 1을 참조하여 설명된 바와 같다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광 방출 면으로부터 멀어지는 방향으로 방출되는 인광체 생성된 광(46)은 기판(16)으로 재입력될 수 있고, 종국적으로 광 반사성 층(44)에 의해 반사되는 것에 의해 광 방출 면을 통해 방출된다. 디바이스에 의해 방출된 방출 생성물(30)은 LED에 의해 생성된 청색 광(26)과 인광체 파장 변환 층(18)에 의해 생성된 파장 변환된 광(28)이 조합된 것이다.
도 4는 광 투과성 기판(16)이 도광체로 구성된 대안적인 LED 기반 백색 발광 디바이스(10)의 개략도이다. 이 실시예에서, 인광체 변환 층(18)은 광 방출 면의 반대쪽 기판 면 상에 제공되고, 광 반사 층(44)은 인광체 변환 층(18) 위에 제공된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 기반 백색 발광 디바이스(10)의 개략도를 도시한다. 이 실시예에서는 파장 변환 부품(14)이 광 반사성이고, 이 부품에 의해 반사된 광의 색상을 변환하도록 구성된다. 파장 변환 부품(14)은 부품의 광 반사면 위에 제공된 파장 변환 층(18)을 갖는 광 반사성 기판(48)을 포함한다. 도시된 바와 같이 광 반사성 기판(48)은 포물면을 포함할 수 있으나, 이는 평면, 반구형, 부분 원통형, 볼록, 및 오목 형상의 면을 포함하는 임의의 면을 포함할 수 있다. 디바이스로부터 광 생성물을 최대화하기 위해 광 반사성 면은 가능한 한 반사성이고 바람직하게는 적어도 0.9의 반사율을 구비한다. 광 반사면은 은(Ag), 알루미늄, 크롬과 같은 연마된 금속면; 광 반사성 폴리머, 광 반사성 페이퍼 또는 광 반사성 페인트와 같은 광 반사성 코팅을 포함하는 면을 포함할 수 있다. 열 발산을 지원하기 위하여 광 반사면은 또한 열적으로 전도성일 수 있다.
도 5의 발광 디바이스의 동작은 도 1의 것과 유사하므로 상세히 설명되지 않는다. 그러나, LED 생성된 광(26)의 평균 최대 절반이 파장 변환 층(18)을 두 번 통과할 수 있으므로, 파장 변환 층(18)의 두께는 광 투과성 파장 변환 부품(도 1)을 갖는 배열에 비해 최대 절반(
Figure pct00001
t/2)일 수 있는 것으로 이해된다. 광 반사면 위에 인광체 물질을 제공한 결과, 방출 생성물의 동일한 색상이 인광체 물질 사용량을 최대 50% 더 잠재적으로 감소시켜 달성될 수 있다.
기판(광 투과성 또는 광 반사성) 위에 인광체 잉크의 층을 프린트하는 것에 의해 고체 상태 발광 디바이스를 위한 광발광 파장 변환 부품을 제조하는 개념은 그 자체로 본 발명인 것으로 믿어진다. 파장 변환 부품이 그 전체 면에 걸쳐 방출된 광의 균일한 색상을 생성하는 것을 보장하기 위해 파장 변환 층(18)은 기판의 전체 광 방출 면을 커버하는 하나 이상의 균일한 두께 층으로 프린트될 수 있다. 다른 실시예에서 인광체 잉크는 기판의 면 전체 또는 그 일부를 커버하는 패턴으로 프린트될 수 있다. 예를 들어, 인광체 잉크는 평행한 라인들의 시리즈로, 체커보드(checkerboard) 패턴이나 불규칙한 패턴과 같은 규칙적인 패턴으로 프린트될 수 있다.
다른 응용에서 그레이디드 또는 그래듀에이티드 패턴(graded or graduated pattern)으로 인광체 잉크를 프린트하는 것이 더 고려된다. 이러한 그래듀에이티드 패터닝은 기판에 걸쳐 방출된 광의 색상의 변동을 보상하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 균일한 인광체 변환 층을 갖는 원형 파장 변환 부품을 구비하는 백색 발광 디바이스에서 부품의 중심으로부터 방출된 광은 부품의 주변 주위로 방출된 광에 비해 청색 광의 비율이 상대적으로 더 높을 수 있는 것이 발견되었다. 그 결과, 이 디바이스의 방출 생성물은 황색-백색 할로(halo)에 의해 둘러싸인 중심에 청색-백색일 수 있다. 에지에 비해 기판의 중심에 상대적으로 더 많은 인광체 잉크를 프린트하는 것에 의해 이것은 적어도 부분적으로 이러한 홀로잉(haloing)을 감소시킬 수 있는 것으로 믿어진다. 더 많은 인광체 잉크는 a) 이 영역에 더 많은 인광체 잉크 층을 선택적으로 프린트하는 것에 의해 또는 b) 바람직하게는 인광체 잉크가 이 영역에서 기판의 단위 면적당 더 많은 비율을 커버하는 그래듀에이티드 패턴으로 인광체 잉크를 프린트하는 것에 의해 기판의 선택된 영역 위에 제공될 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 AM(amplitude modulated) 하프 톤 스크리닝 및 제1 차 확률 또는 FM(frequency modulated) 스크리닝에 기초하여 그래듀에이티드 프린트된 인광체 잉크 패턴을 각각 도시한다. 도 6a에서 인광체 잉크는 가변 사이즈의 규칙적으로 이격된 도트의 어레이로 프린트된다. 이 패터닝은 도트의 빈도(간격)이 고정 유지되면서 도트의 진폭(사이즈)가 변조(가변)되므로 AM 하프 톤 스크리닝이라고 지칭된다. 도 6b에서 인광체 잉크는 도트의 빈도(밀도)가 가변되며 동일한 사이즈의 인광체 도트의 의사 랜덤 어레이를 포함하는 제1 차 확률 패턴으로 프린트된다. 하프 톤 패터닝과 비교해서 제1 차 확률 패턴은 도트 사이즈가 고정되어 있는 것으로 인해 프린트하기에 더 용이할 수 있고 도트 사이즈가 스크린 메쉬 사이즈에 대응할 수 있는 것으로 인해 스크린 프린팅을 위해 선호된다. 나아가, 확률 패턴은 다수의 프린트 통과를 하거나 2개 이상의 인광체 잉크를 포함하는 패턴을 프린트하는데 요구되는 경우 선호될 수 있는데 그 이유는 이러한 랜덤 패터닝이 정렬 문제에 덜 민감하기 때문이다. 나아가 도트의 빈도와 진폭이 변조되는 제2 차 확률 스크리닝을 사용하여 인광체 잉크를 프린트하는 것이 더 고려된다.
도 7a 내지 도 7e는 반구형, 포물선 또는 원통형 형상의 부품과 같은 형상으로 형성된 (즉, 비평면인) 파장 변환 부품(14)을 제조하는 방법을 도시한다. 파장 변환 부품(14)은 광 투과성(도 1)이거나 광 반사성(도 5)일 수 있다. 어느 부품에 대해서든 인광체 잉크가 증착되는 기판(16, 48)은 열적으로 성형가능한 물질, 일반적으로 아크릴 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 또는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)와 같은 열가소성 폴리머 물질을 포함한다. 폴리카보네이트가 또한 사용될 수 있으나, 바인더 물질이 종래 잉크에 기초한 인광체 잉크에 대해서는 바인더 물질이 박리 문제를 나타낼 수 있으므로 바람직하지 않다. 아크릴 및 PET는 강한 접착제 및 용이한 열 성형 능력으로 인해 선호되는 기판 물질이다. 인광체 잉크가 용이하게 증착될 수 있게 하기 위하여 인광체 잉크가 증착되는 기판의 면은 적어도 실질적으로 평면인 것이 선호된다(도 7a). 인광체 잉크는 기판 위에 프린트되어, 일반적으로 스크린 프린트되어 실질적으로 균일한 두께 층을 형성한다(도 7b). 도시된 바와 같이 인광체 잉크는 기판의 전체 면을 커버하는 층으로 또는 패턴으로 프린트될 수 있다. 이 기판은 몰드 또는 성형기(50)(도 7c 및 도 7d)를 사용하여 예시적인 진공 및 열 성형에 의하여 선택된 형상으로 형성된다. 냉각 후에 최종 파장 변환 부품(14)은 몰드로부터 제거된다(도 7e).
이러한 부품 위에 인광체 잉크를 프린트할 때 성형 공정 동안 발생할 수 있는 파장 변환 층의 두께의 국부적인 변화를 처리하는 것이 고려된다. 이 예상된 변화는 최종 파장 변환 부품에서 가장 변형될 수 있는 기판의 영역에 인광체 잉크의 층을 비례적으로 더 두껍게 프린트하고, 기판이 더 적게 변형되거나 파장 변환 층을 압축시키는 경우 프린트되는 층을 비례적으로 더 얇게 프린트하는 것에 의해 보상될 수 있다. 이런 방식으로 일관되고 예측가능한 두께 파장 변환 층을 구비하는 복잡한 형상으로 형성된 파장 변환 부품을 제조하는 것이 가능하다.
인광체 잉크
기술된 바와 같이 본 발명에 따른 인광체 잉크는 적어도 하나의 인광체 물질(22)로 도포되고 광 반사성 물질(24)의 입자를 선택적으로 더 포함할 수 있는 광 투과성 바인더 물질(20)을 포함한다.
파장 변환 부품에 의해 생성된 방출 생성물의 색상은 파장 변환 층에서 단위 면적당 인광체 물질의 양에 의존한다. 단위 면적당 인광체 물질의 양은 파장 변환 층의 두께와, 바인더에 대한 인광체 물질의 중량 부하에 의존하는 것으로 이해된다. 방출 생성물이 백색인 응용에서 또는 방출 생성물이 높은 포화 색상을 가지는 응용(즉, 방출 생성물이 실질적으로 모든 광발광 생성된 광을 포함하는 경우)에서 파장 변환 층에서 단위 면적당 인광체 물질의 양은 일반적으로 10 내지 40mg.cm-2일 수 있다. 최소 개수의 단계로 이러한 파장 변환 층을 프린트할 수 있게 하기 위하여 인광체 잉크는 바람직하게는 선택된 프린팅(증착) 방법에 적합한 것으로 바인더 물질에 대해 인광체 물질의 높은 고체 부하(solids loading)를 구비한다. 대안적으로 인광체 물질의 낮은 고체 부하를 가지는 인광체 잉크가 사용될 수 있으나 선택된 변환 방출 생성물 색상을 달성하기 위해 다수의 층이 적층될 필요가 있다.
많은 응용에서 특히 방출 생성물이 백색 광을 포함하는 응용에서, 인광체 잉크는 LED로부터 청색 광의 일정 비율이 통과할 수 있게 하는 데 필요하다. 일반적으로 백색 광과 더 차가운 색상은 방출 생성물에서 청색 광의 성분으로 LED로부터 직접 고유한 청색 광을 사용할 수 있다. 따라서, 파장 변환 층은 광발광 광의 필요한 비율을 생성할 뿐만 아니라 청색 광의 적절한 비율이 통과될 수 있게 하도록 구성되어야 한다. 냉 백색 광에 대해 청색 광이 통과하는 일정 비율이 방출 생성물의 색 온도에 따라 약 10% 내지 30%이다(더 적은 비율이 따뜻한 광에 사용된다). 청색 광이 통과하는 양을 제어하는 것은 또한 인광체 잉크에서 인광체 물질의 고체 부하와 파장 변환 층의 두께(t)에 의존한다. 통과 모드(pass through mode)에서 인광체 잉크는 청색 광에 확산기로 작용하고 색상 혼합을 도와준다.
적색 발광 LED(적색 LED)는 따뜻한 색상과 따뜻한 백색 광의 적색 성분을 생성하는 매우 효율적이고 매우 저렴한 방법일 수 있다. 일반적인 조명, LED 백라이트, 수송을 포함하는 일부 응용에서 및 특히 높은 CRI(Color Rendering Index)를 가지는 백색 광을 요구하는 응용에서 파장 변환 부품을 여기시키는데 사용되는 광원에 청색 LED와 적색 LED를 조합하여 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 디바이스에서 인광체 잉크는 또한 적색 광의 통과를 허용하여야 한다. 적색 광 중 그 어느 것도 인광체 물질에 의해 변환되지 않으므로, 인광체 잉크는 적색 광에는 최대 투과율(일반적으로 적어도 60%)을 가지게 된다. 동작시 청색 통과 광은 청색 성분에 사용될 수 있고, 녹색 및 황색 인광체는 중간 범위의 색상을 위한 잉크에 사용되고 적색 LED 통과 광은 적색 부품으로 사용될 수 있다.
인광체 잉크 바인더 물질
일반적으로, 바인더 물질(20)은 폴리머 수지, 모노머 수지, 아크릴-폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 에폭시(폴리에폭사이드), 실리콘 또는 불화 폴리머와 같은 경화가능한 액체 폴리머를 포함한다. 바인더 물질(20)이 경화된 상태에서 인광체 물질(24)과 LED(12)에 의해 생성된 광의 모든 파장에 투과적이고 바람직하게는 가시 스펙트럼(380 내지 800㎚)에 걸쳐 적어도 0.9의 투과율을 가지는 것이 중요하다. 바인더 물질(20)은 바람직하게는 자외선 경화가능하지만 이 바인더 물질은 열적으로 경화가능하거나, 용매 기반이거나, 또는 이들의 조합일 수 있다. 자외선이나 열적으로 경화가능한 바인더는 용매 기반 물질과는 달리 이들이 폴리머화하는 동안 "기체 제거(outgas)"를 하지 않으므로 바람직할 수 있다. 용매가 볼륨을 증발시키는 경우 조성물의 점성이 변하여 인광체 물질의 농도를 더 높게 하여 디바이스의 방출 생성물 색상에 영향을 미치게 할 수 있다. 자외선 경화가능한 폴리머에 대해서는 점성과 고체 비율이 증착 공정을 하는 동안 보다 안정적이고 증착이 완료된 후에 층을 폴리머화하고 응고시키기 위해 자외선 경화를 사용한다. 나아가, 인광체 잉크의 스크린 프린트의 경우에 다중 통과 프린트가 요구되는 층 두께를 달성하는데 종종 요구되므로, 자외선 경화가능한 바인더의 사용이 바람직한데 그 이유는 각 층이 그 다음 층을 프린트하기 전에 프린트하기 직후에 사실상 경화될 수 있기 때문이다.
인광체 물질에 대해 광 투과성 현탁액 매체를 제공하는 외에 바인더는 또한 인광체 물질의 성능을 손상시킬 수 있는 수분과 공기에 인광체 물질이 노출되는 것을 방지하는 인광체 물질용 보호 캡슐로 작용한다. 인광체 물질의 밀폐(hermetic sealing)를 개선시키기 위하여, 바인더 물질은 폴리이미드, 불화 플라스틱 물질 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 바인더의 밀폐 특성에 더하여, 수분과 공기에 대한 기판의 투과율(permeability)이 더 고려되어야 한다. 최적의 성능을 위하여 광 투과성 기판은 유리, 하나 이상의 광 투과성 무기 밀폐 층을 포함하는 다층 구조 또는 물과 공기에 낮은 투과율을 가지는 플라스틱 물질을 포함한다. 기판과 바인더 물질은 프린트 공정 동안 보호된 인광체 층을 생성하도록 결합한다. 추가적으로, 보호 층이 기판 위에 또는 파장 변환 층 위에 프린트되거나 적층되거나 또는 증착될 수 있어 인광체 물질의 보호를 최대화할 수 있다.
기판(16, 48)이 실질적으로 평면인 응용에서 또는 기판이 파장 변환 층을 프린트한 후 약간만 재형성되는 응용에서 바인더 물질(20)은 낮은 탄성률(즉, 탄성 한계 100% 이하)을 구비할 수 있다. 인광체 잉크를 프린트한 후에 기판을 재형성하여 보다 복잡한 형상(예를 들어, 돔형, 접시형, 반구형, 구형 쉘 등 - 도 7a 내지 도 7e)의 파장 변환 부품을 생성하도록 의도된 경우, 바인더 물질(20)은 300% 내지 500%의 탄성 한계를 가지는 탄성률을 구비하는 것이 바람직하다.
광발광 파장 부품이 광 투과성인 경우 광 투과성 기판의 굴절률과 바인더 물질의 굴절률(경화 상태에서)을 실제적으로 가까이 매치시켜 기판과 파장 변환 층 사이의 경계면에서 광의 굴절을 최소화시키는 것이 바람직하다. 표 1은 여러 기판 물질에 대한 굴절률 값을 제공한다. 바람직한 바인더 물질은 굴절률 n=1.48을 가지는 자외선 경화가능한 아크릴 접착제이다. 아크릴, 실리카, 파이렉스, 및 실리콘 물질과 함께 사용될 때 굴절률은 약 ±0.02 내로 일치된다. 바람직하게는 바인더 물질은 1.46 내지 1.59 범위의 굴절률을 가진다.
Figure pct00002
프린트가능한 인광체 잉크
인광체 잉크를 증착하는데 사용되는 의도된 프린트 방법은 바인더 물질의 요구되는 특성, 일반적으로 점성, 바인더에 대한 인광체 물질의 중량 부하, 및 존재할 때 인광체/광 반사성 물질 부하/입자 사이즈에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 인광체 잉크의 점성이 너무 높으면, 잉크를 프린트하는 것이 가능하지 않다. 역으로, 점성이 너무 낮으면 인광체 물질은 프린트 동안 덩어리져서 프린트된 층에서 인광체 물질의 클러스터를 초래할 수 있다.
인광체 잉크의 점성은 바인더 물질의 점성과 인광체/광 반사성 물질의 중량 부하에 의해 주로 결정된다. 희석 첨가제(Thinning additive)를 인광체 잉크의 초기 형성 동안 사용하여 요구되는 점성을 달성하고 프린트 동안 인광체 잉크를 "희석"시킬 수 있다. 그러나, 인광체 잉크에 의해 생성된 광의 색상을 결정하는 것은 점성이 아니라 인광체 물질의 함량(부하)과 층 두께이므로 희석시 고체 부하를 유지하는 것에 주의하여야 한다.
점성 외에 바인더 물질의 표면 장력(surface tension)이 인광체 잉크의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 인광체 잉크의 표면 장력이 너무 높으면, 버블이 프린트 동안 형성될 수 있어 불량한 층 형성을 초래할 수 있다. 버블은 또한 낮은 표면 장력을 가지는 인광체 잉크에도 형성될 수 있어 인광체 잉크에 소포제(de-foaming agent)를 추가적으로 추가하는 것이 바람직하다.
Figure pct00003
스크린 프린팅 인광체 잉크
스크린 프린트를 위해 바인더 물질은 0.1 내지 5Pa.s(100 내지 5000cps) 범위, 바람직하게는 약 1Pa.s 내지 2.5 Pa.s(1000 내지 2500cps)의 점성을 구비하는 것이 바람직하다. 증착된 파장 변환 층에 단위 면적당 인광체 물질의 요구되는 양을 달성하는데 필요한 프린트 통과의 수를 감소시키기 위하여 바인더에 대한 인광체 물질의 중량 부하는 가능한 한 높고 인광체 물질 밀도에 따라 40% 내지 75% 범위에 있는 것이 바람직하다. 약 75% 중량 부하를 초과하면 강한 응집력, 접착력을 보장하고 인광체 잉크의 프린트가능성을 유지하는 것이 곤란할 수 있는 것으로 발견되었다. 약 40% 미만의 중량 부하에서 5회 또는 이보다 더 많은 프린트 통과가 단위 면적당 요구되는 인광체 물질을 달성하는데 필요한 것으로 발견된다. 본 발명의 인광체 잉크에서 바인더 물질에 대한 인광체 물질의 중량 부하는 종래의 스크린 프린트 잉크에서 안료의 중량 부하보다 훨씬 더 높다. 인광체 물질의 평균 입자 사이즈가 약 15㎛일 때 효율적인 광 변환이 달성될 수 있는 것으로 발견되었다.
그라비어 및 플렉소 인광체 잉크
그라비어 프린팅 및 플렉소 프린팅에서, 홀이나 공동의 패턴을 가지는 판이나 드럼은 도포 단계 동안 잉크로 충진된다. 판이나 드럼은 기판 위를 롤링하고 잉크는 판으로부터 기판으로 통과하며 잉크의 양은 공동의 사이즈에 의해 제어된다. 플렉소 프린팅은 일반적으로 폴리머 판을 사용하고 그라비어는 일반적으로 더 긴 생산 동작(production run)을 위해 적합한 금속 판을 사용한다. 파장 변환 층을 제조하기 위한 그라비어 프린팅 및 플렉소 프린팅의 특정 이점은 각각이 단일 통과시에 인광체 잉크의 상대적으로 높은 볼륨을 증착시킬 수 있다는 것이다. 나아가, 잉크의 볼륨은 공동의 볼륨에 의해 결정되므로, 증착된 인광체 잉크의 양이 또한 정확히 제어된다. 그라비어 프린팅 및 플렉소 프린팅을 위해 인광체 잉크는 0.05 내지 0.5Pa.s(50 내지 500cps) 범위의 점성을 가지는 것이 바람직하다.
잉크젯 인광체 잉크
잉크젯 프린팅을 위해 인광체 잉크는 바인더에 대해 인광체 물질의 약 25% 중량 부하에서 일반적으로 0.004 내지 0.020Pa.s(4 내지 20cps) 범위, 바람직하게는 약 0.014Pa.s(14cps)(표 2)의 매우 낮은 점성을 구비하는 것이 바람직하다. 최대 100㎛ 노즐을 가지는 압전 잉크젯 프린터에서 동작하기 위해 인광체/광 반사성 물질은 약 10㎛ 미만의 평균 입자 사이즈를 구비한다. 잉크젯 프린트가능한 인광체 잉크는 주문 응용과 낮은 볼륨 생산에 바람직할 수 있다. 잉크젯 프린팅 동안 상승된 온도(최대 100℃)를 사용하여 인광체 잉크의 점성을 감소시키는 것이 고려된다.
종래의 잉크젯 잉크 안료와 비교해서 더 큰 인광체 물질 입자 사이즈가 인광체 잉크 내 인광체 물질의 안정(settling)을 초래할 수 있다. 인광체 물질의 안정을 감소시키기 위하여 예를 들어 Spectra Inc사로부터 듀얼 포트 프린트 헤드를 가지는 것과 같은 재순환 시스템을 가지는 잉크젯 프린터를 사용하여 인광체 잉크를 연속적으로 순환시켜 이에 의해 프린트 동안 일관된 고체 부하를 유지하는 것이 고려된다. 이것은 매우 작은 면적의 인광체 잉크를 프린트하는 것이 요구되는 경우 특히 중요할 수 있다.
추가적으로, 잉크젯 프린팅을 위한 인광체 잉크는 인광체와 바인더 물질 사이에 표면 장력을 낮춰 입체(steric) 및/또는 정전 분산(electrostatic dispersion)을 위해 바인더 물질에 인광체 물질을 균일하게 분산시키는 것을 도와주는 계면활성제를 더 포함할 수 있다.
패드 프린팅 인광체 잉크
패드 프린팅은 예를 들어 키보드 키, 골프 볼 및 펜 통과 같은 형상(즉, 비 평면)으로 형성된 기판 위에 프린트하기 위해 잘 알려진 기술이다. 알려져 있는 바와 같이 실리콘 고무로 종종 만들어진 탄성적으로 변형가능한 패드는 프린트 판으로부터 기판으로 잉크를 전달하는데 사용된다. 이 패드는 "원형 패드(round pad)"형태로 원형이거나, 막대 형상으로 형성된 "막대 패드(bar pad)", 또는 "로프 패드(loaf pad)"라고 불리우는 정사각형이나 직사각형과 같은 다른 형상일 수 있다. 인광체 잉크의 패드 프린팅은 기판이 예를 들어 부분 원통형, 접시형 또는 돔형 형상과 같은 단순한 형상으로 형성된 면을 구비하는 경우 특히 바람직하다.
혼합된 인광체 잉크
이제까지 인광체 잉크는 단일 인광체 물질을 포함하는 것으로 기술되었다. 이러한 단일 인광체 잉크는 포화된 색을 생성하는 것이 요구되는 경우 특히 유리하다. 선택된 방출 생성물의 색은 상이한 단일 인광체 잉크의 다수의 층이나 패턴, 예를 들어, 도트 패턴을 프린트하는 것에 의해 달성될 수 있다.
다른 실시예에서, 인광체 잉크는 선택된 방출 생성물의 색을 생성하는데 상이한 방출 특성을 가지는 2개 이상의 인광체 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 인광체 물질의 상이한 비율을 혼합하는 것에 의해 상이한 타깃 방출 색이 달성될 수 있다. 혼합된 인광체 잉크는 색의 일관된 비를 제공하여 다중 통과 프린팅의 필요성을 제거하는 것에 의해 프린트를 단순화할 수 있다. 따라서, 혼합된 인광체 잉크는 단일 파장 변환 층에 스프레이, 스핀 코팅, 슬릿 코팅 또는 딥 코팅과 같은 코팅 공정에 특히 적합하다.
광발광 파장 변환을 갖는 발광 사이니지
본 발명의 인광체 잉크는 고체 상태 발광 디바이스를 위한 파장 변환 부품에 대하여 설명되었으나, 본 발명은 다른 응용에도 적용될 수 있다. 특히 본 발명에 따른 인광체 잉크는 예를 들어 Li 등에 의한 공동 계류 중인 미국 특허 출원 US 2007/0240346 A1에 개시된 바와 같은 선택된 광의 색을 생성하기 위해 광발광 파장 변환을 사용하는 발광 간판에 특히 적합하며 상기 출원 명세서는 본 명세서에 참조 문헌으로 병합된다.
이 발광 간판에서 파장 변환 부품(14)은 원하는 광 색상의 사이니지 정보를 생성하기 위해 광발광 사이니지 면으로 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 인광체 잉크는 광 투과성 기판 위에 이미지, 화상, 문자, 부호, 디바이스, 패턴, 또는 다른 사이니지 정보를 한정하도록 패턴으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 채널 레터링에 요구되는 바와 같이, 사이니지 면의 형상, 즉 광 투과성 기판은 사이니지 정보를 한정하도록 구성될 수 있다. 인광체 잉크는 발광 사이니지 면의 면적이 수 백 제곱 센티미터이어서 인광체 물질이 100㎠ (10cm × 10cm)의 최소 면적에 걸쳐, 보다 일반적으로 수 백 또는 심지어 수 천 제곱 센티미터의 면적에 걸쳐 분포될 것을 요구하는 사이니지 응용에서 특히 유리할 수 있다. 이러한 응용에서 인광체 잉크에 광 반사성 물질을 포함하는 것은 인광체 물질의 사용량의 상당한 절감을 제공하고 제조 비용의 상당한 절감을 제공할 수 있다.
간판은 백라이트 조명될 수 있고, 즉 LED는 예를 들어 라이트 박스 내 사이니지 면 뒤에 위치되고, 사이니지 면은 라이트 박스 개구 위에 중첩하여 제공될 수 있다. 일반적으로 사이니지 면은 LED로부터 적어도 5mm의 거리에 위치된다. 대안적으로 간판은 에지 라이트 조명될 수 있고, 광 투과성 사이니지 면은 도광체로서 구성되고, 인광체 물질과 광 반사성 물질의 혼합물은 도광체의 광 방출 면의 적어도 일부 위에 제공된다.
본 발명은 개시된 예시적인 실시예로 제한되지 않고 본 발명의 범위 내에서 변형이 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 본 발명은 LED 기반 발광 디바이스와 사이니지에 대하여 설명되었으나, 본 발명은 고체 상태 레이저와 레이저 다이오드를 포함하는 다른 고체 상태 광 방출기에 기초한 디바이스에도 적용될 수 있다.

Claims (42)

  1. 광발광 조성물(photoluminescent composition)로서,
    광 투과성 액체 바인더에 적어도 하나의 인광체 물질의 입자의 현탁액(suspension)을 포함하되, 상기 적어도 하나의 인광체 물질은 파장 380㎚ 내지 480㎚의 청색 광에 의해 여기가능하고, 바인더 물질에 대한 적어도 하나의 인광체 물질의 중량 부하는 범위 40% 내지 75%에 있는 것인 광발광 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 스크린 프린팅(screen printing); 잉크젯 프린팅(inkjet printing); 레터프레스 프린팅(letterpress printing); 그라비어 프린팅(gravure printing); 플렉소 프린팅(flexograph printing) 및 패드 프린팅(pad printing)으로 구성된 군으로부터 선택된 방법을 사용하여 증착되도록 구성된 것인 광발광 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 바인더는 자외선 경화; 열 경화; 용매 기반; 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 광발광 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 바인더는 0.5Pa.s 내지 5Pa.s 및 1Pa.s 내지 2.5Pa.s로 구성된 군으로부터 선택된 점성을 구비하는 것인 광발광 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 바인더는 폴리머 수지; 모노머 수지; 아크릴, 실리콘 및 불화 폴리머로 구성된 군으로부터 선택된 것인 광발광 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 바인더는 경화된 상태에서 300% 내지 500% 범위의 탄성률을 구비하는 것인 광발광 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 인광체 물질은 2㎛ 내지 60㎛, 10㎛ 내지 20㎛, 및 약 15㎛으로 구성된 군으로부터 선택된 평균 입자 사이즈를 구비하는 것인 광발광 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 인광체 물질은 실리케이트 인광체; 오쏘실리케이트 인광체(orthosilicate phosphor); 질화물 인광체; 산질화물 인광체(oxy-nitride phosphor); 황산염 폴리머, 옥시 황산염 인광체; 및 가넷(garnet)(YAG) 인광체로 구성된 군으로부터 선택된 것인 광발광 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 액체 바인더에 현탁된 광 반사성 물질의 입자를 더 포함하는 광발광 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광 반사성 물질은 산화마그네슘, 이산화티타늄, 황산바륨, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 광발광 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 광 반사성 물질은 0.1㎛ 내지 10㎛ 및 0.1㎛ 내지 1㎛으로 구성된 군으로부터 선택된 범위의 입자 사이즈를 구비하는 것인 광발광 조성물.
  12. 제10항에 있어서, 인광체 물질에 대해 광 반사성 물질의 중량 퍼센트 부하는 0.01% 내지 10%; 0.01% 내지 1%; 0.1% 내지 1% 및 0.5% 내지 1%로 구성된 군으로부터 선택된 범위에 있는 것인 광발광 조성물.
  13. 제1항의 조성물의 적어도 하나의 층이 면 위에 증착된 기판을 포함하는 고체 상태 발광 디바이스를 위한 광발광 파장 변환 부품.
  14. 제13항에 있어서, 상기 조성물은 적어도 0.8㎠ 내지 180㎠의 면적 위에 제공되는 것인 광발광 파장 변환 부품.
  15. 제13항에 있어서, 상기 기판은 광 투과성인 것인 광발광 파장 변환 부품.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기판과 바인더는 경화된 상태에서 서로 0.02 내의 굴절률을 구비하는 것인 광발광 파장 변환 부품.
  17. 제15항에 있어서, 상기 기판은 도광체(light guide)로서 구성되고, 상기 조성물은 상기 도광체의 광 방출 면의 적어도 일부 위에 제공되는 것인 광발광 파장 변환 부품.
  18. 제17항에 있어서, 상기 기판은 아크릴, 폴리카보네이트, 실리콘 및 유리로 구성된 군으로부터 선택된 것인 광발광 파장 변환 부품.
  19. 제13항에 있어서, 기판은 광 반사면을 포함하는 것인 광발광 파장 변환 부품.
  20. 제19항에 있어서, 상기 광 반사면은 은(silver), 알루미늄, 크롬, 광 반사 폴리머, 광 반사 페이퍼, 광 반사 페인트 및 광 반사 금속으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 광발광 파장 변환 부품.
  21. 고체 상태 발광 디바이스를 위한 광발광 파장 변환 부품으로서,
    파장 380㎚ 내지 480㎚의 청색 광에 의해 여기가능한 광발광 조성물의 층을 면 위에 구비하는 기판을 포함하되, 상기 조성물은 스크린 프린팅; 잉크젯 프린팅; 레터프레스 프린팅, 그라비어 프린팅; 플렉소 프린팅, 및 패드 프린팅으로 구성된 군으로부터 선택된 방법을 사용하여 상기 기판 위에 증착되는 것인 광발광 파장 변환 부품.
  22. 제21항에 있어서, 상기 조성물은 광 투과성 액체 바인더에 적어도 하나의 청색 광 여기가능한 인광체 물질의 입자의 현탁액을 포함하며, 바인더 물질에 대한 적어도 하나의 인광체 물질의 중량 부하는 40% 내지 75% 범위에 있는 것인 광발광 파장 변환 부품.
  23. 제21항에 있어서, 상기 조성물은 실질적으로 동일한 사이즈의 도트(dot)의 의사 랜덤 어레이(pseudo random array)를 포함하는 제1 차 확률 패턴(first order stochastic pattern)으로 프린트되는 것인 광발광 파장 변환 부품.
  24. 제21항에 있어서, 상기 조성물은 가변 사이즈의 도트의 의사 랜덤 어레이를 포함하는 제2 차 확률 패턴으로 프린트되는 것인 광발광 파장 변환 부품.
  25. 제21항에 있어서, 상기 조성물은 가변 사이즈의 도트의 규칙적인 어레이를 포함하는 하프 톤 패턴(half tone pattern)으로 프린트되는 것인 광발광 파장 변환 부품.
  26. 제21항에 있어서, 상기 기판은 광 투과성인 것인 광발광 파장 변환 부품.
  27. 제26항에 있어서, 상기 기판은 도광체로 구성되고, 상기 조성물은 상기 도광체의 광 방출 면의 적어도 일부 위에 제공되는 것인 광발광 파장 변환 부품.
  28. 제26항에 있어서, 상기 기판은 아크릴, 폴리카보네이트, 실리콘, 및 유리로 구성된 군으로부터 선택된 것인 광발광 파장 변환 부품.
  29. 제21항에 있어서, 기판은 광 반사면을 포함하는 것인 광발광 파장 변환 부품.
  30. 제29항에 있어서, 상기 광 반사면은 은, 알루미늄, 크롬, 광 반사 폴리머, 광 반사 페이퍼, 광 반사 페인트 및 광 반사 금속으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 광발광 파장 변환 부품.
  31. 고체 상태 발광 디바이스를 위한 광발광 파장 변환 부품을 제조하는 방법으로서, 상기 부품은 파장 380㎚ 내지 480㎚의 청색 광에 의하여 여기가능한 인광체 물질의 층을 구비하는 기판을 포함하며, 상기 방법은,
    a) 광 투과성 바인더와 청색 광 여기가능한 인광체 물질을 혼합하는 단계로서, 바인더 물질에 대한 적어도 하나의 인광체 물질의 중량 부하는 40% 내지 75% 범위에 있는, 상기 혼합하는 단계;
    b) 기판의 적어도 일부 위에 층으로 상기 조성물을 프린트하는 단계; 및
    c) 상기 광 투과성 바인더를 적어도 부분적으로 경화시키는 단계를 포함하는 것인 광발광 파장 변환 부품의 제조방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 조성물은 스크린 프린팅; 잉크젯 프린팅; 레터프레스 프린팅, 그라비어 프린팅; 플렉소 프린팅 및 패드 프린팅으로 구성된 군으로부터 선택된 방법을 사용하여 프린트되는 것인 광발광 파장 변환 부품의 제조방법.
  33. 제31항에 있어서, 상기 기판은 열가소성 물질을 포함하며, 상기 방법은 상기 기판을 가열하는 단계 및 상기 조성물을 선택된 형상으로 형성하는 단계를 더 포함하는 광발광 파장 변환 부품의 제조방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 조성물을 프린트하는 동안, 상기 조성물을 선택된 형상으로 형성한 후에 최종 조성물 층이 실질적으로 균일한 두께로 형성되도록 상기 층의 두께를 선택적으로 가변하는 단계를 더 포함하는 광발광 파장 변환 부품의 제조방법.
  35. 제33항에 있어서, 상기 바인더는 경화된 상태에서 300% 내지 500%의 탄성률을 구비하는 것인 광발광 파장 변환 부품의 제조방법.
  36. 제31항의 방법에 따라 제조된 부품.
  37. 광발광 조성물로서,
    광 투과성 액체 바인더에 적어도 하나의 인광체 물질의 입자의 현탁액을 포함하며, 상기 인광체 물질은 파장 380㎚ 내지 480㎚의 청색 광에 의하여 여기가능하며, 상기 바인더는 경화된 상태에서 300% 내지 500%의 탄성률을 구비하는 것인 광발광 조성물.
  38. 파장 380㎚ 내지 480㎚의 청색 광을 생성하도록 동작가능한 적어도 하나의 고체 상태 광 방출기 및 제13항에 따른 부품을 포함하는 발광 디바이스.
  39. 제1항에 따른 조성물의 적어도 하나의 층을 면 위에 프린트한 기판을 포함하는 광발광 발광 사이니지 면(photoluminescence light emitting signage surface).
  40. 제39항에 있어서, 상기 조성물은 적어도 100㎠의 면적에 걸쳐 제공되는 것인 광발광 발광 사이니지 면.
  41. 제39항에 있어서, 상기 기판은 광 투과성이고, 아크릴, 폴리카보네이트, 실리콘 및 유리로 구성된 군으로부터 선택된 것인 광발광 발광 사이니지 면.
  42. 발광 간판(light emitting sign)으로서, 파장 380㎚ 내지 480㎚의 청색 광을 생성하도록 동작가능한 적어도 하나의 고체 상태 광 방출기 및 제39항에 따른 사이니지 면을 포함하는 발광 간판.
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