KR20160035822A - 고휘도 장잔광 축광안료의 제조방법과 고휘도 장잔광 축광안료를 이용한 축광수지 및 열 스위치 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유로퓸(Eu)과 디스프로쥼(Dy) 등 란탄계 희토류를 Activator로 사용하여 휘도를 올리고 인광체인 Al₂O₃에 첨가물인 알카리토금속인 SrCO₃, BaCO₃, CaCO₃ 등을 일정 비율로 혼합하여 인광시간을 늘려 기존 축광안료보다 높은 50,000mcd 이상의 고휘도와 12시간 이상의 잔광 시간을 갖고, 주위의 온도에 따라 휘도와 잔광시간이 변하는 고휘도 장잔광 축광 안료 및 이의 제조방법과 열경화성 고체분말수지를 이용하여 경제성을 갖춘 고휘도 축광비드의 제작 방법 및 다양한 축광 소재에 장착하여 휘도와 잔광시간을 조절할 수 있는 열 스위치 장치에 관한 것이다.

Description

고휘도 장잔광 축광안료 및 이의 제조방법과 고휘도 장잔광 축광안료를 이용한 축광수지 및 열 스위치 장치{High brightness-long afterglow Photoluminescent pigments and manufacturing methods thereof}

본 발명은 태양광이나 형광등 및 LED 등 종래의 빛을 축적하였다가 자체 발광하는 축광안료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고휘도를 가지며 잔광 시간이 더욱 길어지고, 특히 열을 가하는 정도에 따라서 휘도와 잔광시간을 조절할 수 있는 축광안료와 열 스위치 장치에 관한 것이다.

일반적으로 축광안료는 대부분의 합성수지와 혼용이 가능하고 수지에 사용하면 안정적으로 사용할 수 있으며, 수지, 실리콘, 고무에 혼입이 가능하고 성형품에 이용할 수 있다. 건축재료에서는 안전표지, 비상구의 유도표시, 인테리어 상품, 위치인식표지, 광고 및 장식에도 유용하게 활용할 수 있다. 그러나, 종래의 유사한 희토류 기반의 고휘도 축광안료의 제조법의 경우에는 내용이 상대적으로 광범위하고, 기 제조방법에 의한 축광안료는 휘도나 잔광시간이 짧아서 실생활 및 산업에 응용하는데 있어서, 효율면과 장소, 시간에서 한계가 있었다. 즉, 축광물질에 일정시간(20분) 빛을 축적하면 3시간 정도 빛을 발산할 수 있었고, 최상의 휘도가 30,000mcd인 한계가 있었다.

또한, 기존의 ZnS(황화아연)계 축광안료는 휘광이 약하여 이를 보완하기 위하여 Pm(프로메튬)등의 방사능 물질을 혼합 사용하였으나, 방사능물질의 방출 때문에 사용상의 제약이 많았다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 한국등록특허 제10-0329385호에서는 발광체로서 황화아연이 아닌 알칼리토금속에 희토류원소를 첨가하여 축광물질을 제조하였으나 초기휘도가 낮고, 30분이 지나면 휘도가 급격히 줄어들면서 잔광시간이 10시간 이내였고, 한국등록특허 제10-0170089호에서도 마찬가지로 휘도가 극히 낮아서 실생활에 응용하기에는 어려움이 있었다.

한국등록특허공보 제10-0329385호, 한국등록특허공보 제10-0170089호

본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 유사한 희토류 기반의 고휘도 축광안료 제조법을 기반으로 하여, 상대적으로 2~3배의 고휘도(50,000mcd)와 12시간 이상의 잔광시간을 갖춘 축광안료를 제공하고자 한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 본 발명에 의해 제조된 축광안료와 열경화성 고체분말수지를 혼합하여 경제성을 갖춘 고휘도 고체분말수지의 제작방법을 제공하고자 한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 열 제공장치를 부착하여 온도에 따라 원하는 휘도를 조절할 수 있고 또한 온도에 따라 발광시간을 늘릴 수 있는 열 스위치 장치를 제공하고자 한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 고휘도 장잔광 축광안료는 1~8중량%의 란탄족 희토류 화합물과 90~94중량%의 알칼리토금속과 인광체의 혼합물 및 1~5중량%인 SiO₂을 혼합하여 이루어짐을 특징으로 한다.

여기서, 란탄족 희토류 화합물은 Eu²⁺, Dy ³⁺ 이고, 인광체는 Al₂O₃ 이며, 알칼리토 금속은 SrCO₃, BaCO₃, CaCO₃ 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 Eu²⁺와 Dy³⁺는 1:1~1.5의 비율로 혼합되고, 상기 SrCO₃, BaCO₃, CaCO₃은 100:4~5:0~2의 비율로 혼합되며, 상기 Al₂O₃와 SrCO₃는 1:1의 비율로 혼합됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 란탄족 희토류 화합물, 알칼리토 금속, 인광체 및 SiO₂ 는 5 ~ 25㎛, 35 ~ 60㎛, 80 ~ 120㎛, 150 ~ 300㎛ 중 어느 한 범위대의 크기를 갖는 고체분말로 제공되어 서로 혼합됨을 특징으로 한다.

본 발명의 고휘도 장잔광 축광안료는 1~8중량%의 란탄족 희토류 화합물과 90~94중량%의 알칼리토금속과 인광체의 혼합물 및 1~5중량%인 SiO₂의 화합물들을 혼합하는 혼합단계;와 상기 혼합단계에서 혼합된 화합물을 400~1300℃로 7~10시간 가열하여 인광물질제조단계;와 상기 인광물질제조단계를 거친 화합물에 H₂, N₂ 를 주입하여 1000~1300℃로 3~5시간 가열하여 희토류가 결합하는 결합단계;및 상기 결합단계를 거친 화합물을 150~250℃로 2~3시간 식히는 굳힘단계;가 순차적으로 진행되어 제조됨을 특징으로 한다.

또한, 제조된 고휘도 장잔광 축광안료를 50 중량% 이하로 혼합하고, 나머지는 열경화성 에폭시분말 또는 페놀화합물분말 등을 혼합하여 150~400℃, 5~10기압을 가하는 과정을 거침거쳐 축광수지를 제조함을 특징으로 한다.

아울러, 청구항6에 의하여 제조된 축광수지에 상기 축광수지의 휘도 및 잔광시간조절을 위한 -20~100℃의 온도조절이 가능한 열 발생부를 하는 열 스위치 장치를 제공함을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 고휘도 장잔광 축광안료에 따르면, 희토류와 인광체 부가물질을 조절함으로써 50cd/㎡의 고휘도 축광물질을 만들 수 있으며 잔광시간도 12시간 이상으로 늘일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 열 스위치 작용에 의하여 일정 열을 가할 경우 휘도의 증가는 물론 온도에 따라 휘도를 조절하고 원하는 시간과 장소에서 원하는 휘도를 낼 수 있다는 장점이 있다.

아울러, 본 발명은 축광 성능이 우수하여 30분 미만의 충전시간에서 완전히 충전되어 짧은 시간의 충전으로 장시간 높은 휘도를 유지할 수 있어서 절전과 안전에 기여할 수 있다.

또한, 기존의 축광물질과 달리 중금속 및 방사능 물질이 포함되어 있지 않아 인체에 무해한 장점이 있다.

그리고, 본 발명에 의한 고휘도 축광안료는 합성수지와 혼합이 용이하고, 수지와 혼합하여 사용하면 안정적으로 장시간 반복하여 사용할 수 있어서 400도의 고온에서도 변형이 잘 일어나지 않아 태양광에서도 반영구적으로 사용할 수 있는 잇점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 축광 물질 제작을 위한 메카니즘 블록도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 축광 물질의 발광 메커니즘 블록도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 축광 물질 제작을 위한 SrAl₂O₃:Eu²⁺,Dy³⁺ 발광 메카니즘 블록도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인광체관련 부첨가제 여부에 따른 상대 잔광 강도 그래프이다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 잇점들이 바람직한 실시예의 설명에 의하여 보다 명확해 질 것이다.

본 발명의 일실시예에 의하여 고휘도의 발광을 장시간 할 수 있고 주위의 온도에 따라 발광하는 정도와 발광시간이 달라질 수 있는 축광안료(SrAl₂O_3:Eu²⁺ ) 및 이를 제조하는 방법과 이를 수지 등에 혼합하여 고휘도 발광 축광 수지 및 잔광시간과 휘도를 조절할 수 있는 열 스위치 장치에 관한 내용을 기술한다.

본 발명에 의한 고휘도 장잔광 축광안료는 인광체로는 Al₂O₃ 사용하며, 계간전이를 일으키는 Activator로 란탄계열 희토류 중 Eu₂O₃를 사용하고, 첨가제로 Dy_, Nd, Pr, Er 등 다른 란탄족 희토류를 혼합하되, 고휘도를 위한 조건으로 Eu₂O₃와 Dy₂O_3,를 사용함이 바람직하다. 부첨가제로는 SrCO₃, BaCO₃, CaCO₃를 사용할 수 있으며 탄산염 용융제로 H₃BO₃ 를 사용할 수 있다. Eu₂O₃와 Dy₂O₃는 휘도를 높이는 기능을 하고, SrCO₃, BaCO₃, CaCO₃ 는 잔광 시간을 늘이는 기능을 한다. 첨가제의 사용으로 SrBaAl₂O_6:Eu²⁺,Dy³⁺, SrCaAl₂O_4:Eu²⁺,Dy³⁺ 가 형성될 수 있다.

란탄족 희토류 화합물은 1~8중량%임이 바람직하고, 이때 1중량% 미만에서는 원하는 고휘도를 얻기 어려우며 8중량% 이상에서는 휘도의 증가 정도가 둔해져서 효과에 비해 원료비가 높아 경제성이 낮은 단점이 있다. 란탄족 희토류 화합물 중에서 특히 Eu²⁺와 Dy³⁺를 사용함이 바람직하며 Eu²⁺와 Dy³⁺는 1:1~1.5의 비율로 혼합하여 전체 중량의 4~5%로 유지할 때 경제성 대비 최고의 휘도를 나타낸다. Eu²⁺와 Dy³⁺ 는 열과 관련된 것으로 주위의 온도가 올라갈 경우 분자구조 중 1중항에서 여기상태로 있는 전자를 3중항으로 옮겨주는 역할을 한다. 열에너지를 받은 전자가 1중항에서 3중항으로 계간전이를 할 때 고휘도를 나타내게 되고, 제공되는 열에너지에 따라 전자의 계간전이 정도가 달라져서 휘도와 잔광시간을 조절할 수 있게 된다.

인광의 효율을 높이기 위하여 인광체인 Al₂O₃ 와 알칼리토금속은 전체의 90~94중량%를 유지하도록 함이 바람직하다. 상기 알칼리토금속 중에서 SrCO₃, BaCO₃, CaCO₃을 사용함이 바람직하며 SrCO₃, BaCO₃, CaCO₃는 각각 100:4~6:0~2의 비율로 혼합하여야 인광체의 효율과 잔광시간을 늘릴 수 있다. 이 경우 탄산염의 용융제로 H₃BO₃를 사용하며 그 중량은 다양하게 넣을 수 있으나, 최종 고휘도 축광물질의 구성물질이 아니어서 중량계산에서는 제외하기로 한다. 특히, 전체 중량에서 BaCO₃ 는 2~4중량% 임이 바람직하며, CaCO₃ 는 포함되지 않아도 무방하나 고휘도를 유지하기 위하여 1중량% 미만으로 혼합함이 바람직하다.

주된 인광체인 Al₂O₃를 전체 중량에서 45~46중량%로 사용하며, Al₂O₃ 과 SrCO₃ 는 대략 1:1의 비율로 혼합하는 것이 최고의 인광효율과 잔광시간을 유지할 수 있다. 단, 이 경우 경도와 구조의 안정화를 위하여 첨가할 수 있는 SiO₂ 의 양은 5중량%이내로 함이 바람직하다.

이와 같이 만들면 단단한 고체표면이 만들어지며 삼중항 상태가 충돌소광에 의해 비활성화되는 것을 최소화한다. 이 충돌소광은 형광에서 보다는 인광에서 더 잘 나타나는 현상으로서 이는 삼중항 상태의 수명을 길게 하여 잔광시간을 늘리는 효과가 있다. 특히 축광안료가 액상으로 있는 경우 휘도가 상당히 줄어드는 현상도 설명할 수 있다.

상기의 혼합물은 어떠한 방사능 물질이나 중금속을 포함하고 있지 않으므로 인체에 무해하며, 또한 섭씨400도의 고온에서도 변형되지 않아 태양광 아래에서도 반영구적으로 사용할 수 있다는 특징이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 SrAl₂O_3:Eu²⁺,Dy³⁺ 축광 물질 제작을 위한 제조과정을 나타내고 있다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 고휘도 축광물질 SrAl₂O_3:Eu²,Dy³⁺ 의 제조방법은 다음과 같다.

상기의 Al₂O₃와 SrCO₃, BaCO₃, CaCO₃ 및 Eu²⁺와 Dy³⁺, SiO₂ 를 상기의 비율로 혼합하여 잘 섞이도록 흔들어 주는 혼합단계(S100); 이후 혼합된 화합물을 400~1300℃로 7~10시간 가열하여 Sr, Ba, Ca 등이 결합하여 인광물질이 제조되는 인광물질제조단계(S200); 이후 만들어진 혼합물에 산소를 제거하고 H_2, N_2,를 주입하여 1000~1300℃로 3~5시간 가열함으로써 희토류 물질이 결합하는 결합단계(S300);를 거치고, 이러한 화합물을 150~250℃로 2~3시간 식혀서 상기 혼합물들이 굳어지는 굳힘단계(S400);를 거치게 되어 고체화 된 SrAl₂O_3:Eu^2+,Dy³⁺ 를 얻을 수 있다.

상기의 광을 축적하는 축광안료는 스트론듐(Sr), 알루미나(Al), 란탄나이드계열인 유로퓸(Eu)과 디스프로듐(Dy)을 기본으로 한다.

상기 SrAl₂O_3:Eu²,Dy³⁺ 축광안료는 5 ~ 25㎛, 35 ~ 60㎛, 80 ~ 120㎛, 150 ~ 300㎛ 중 어느 한 범위대의 크기를 갖는 고체분말로 이루어진다.

이러한 SrAl₂O_3:Eu²⁺,Dy³⁺ 의 발광메커니즘에 대하여 도2와 도3에서 도시하고 있다. 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 축광물질의 발광 메카니즘 블록도로서, 란탄족의 단단한 삼중항 형태가 충돌 소광에 의해 비활성화되는 것을 최소화하며 일항상태보다 평균 수명이 훨씬 길어진다는 것을 나타내고 있다. 특히 열을 가할 경우 전자의 계간전이를 더 활성화하여 휘도가 높아지고, 온도가 낮을 경우 계간전이의 비활성화로 인하여 (흥분상태의 전자들이 일항의 여기상태에서 낮은 진동에너지 상태로 옮겨 삼중항으로의 계간전이가 적어진다)휘도가 낮아지게 되는 현상을 이용해 잔광시간의 조절과 휘도의 조절이 가능하게 된다. 따라서 열 에너지로 계간전이의 효율을 조절할 수 있다. 이를 열 스위치 장치라고 부르며 이를 이용한 휘도와 잔광시간의 조절이 가능하게 된다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 축광물질 제작을 위한 SrAl₂O_3:Eu²,Dy³⁺의 발광 메카니즘 블록도이다. 도시된 바와 같이, 태양광이나 형광등 빛으로 Eu²,Dy³⁺ 를 바닥상태에서 흥분상태로 만들고 계간전이에 의하여 SrAl₂O₃ 의 삼중항으로 전자가 전이되는 인광이 만들어지는 과정을 나타내고 있다. 이 과정으로 10시간 이상의 잔광을 유지할 수 있으며, 인광의 주소재의 구성이 SrAl₂O₃이며, 첨가제로 SrCO₃, BaCO_{3 ,} CaCO₃ 가 들어가 인광효율과 시간을 늘리게 한다.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 인광체 관련 첨가제 여부에 의한 상대 잔광 강도 그래프이다. 인광체 관련 첨가제의 존재 여부에 따라 상대적인 잔광의 강도 및 시간이 변하는 것을 보여주고 있는데, 인광체인 Al₂O₃에 알칼리토금속인 Sr, Ba, Ca 를 첨가할 경우 인광시간을 더 늘릴 수 있다는 점과 특히 Sr과 Ba이 Ca에 비해 더 효과적임을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 한 시간에서 거의 완전한 충전이 이루어지며 특히 1,2분의 짧은 충전으로도 고휘도의 인광을 낼 수 있는 SrAl₂O_3:Eu²⁺,Dy³⁺ 고휘도 축광 안료를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 의하여, 축광안료를 함유한 축광수지를 제조하는 방법을 제공한다.

축광안료를 함유한 축광수지는 상기에서 제조된 SrAl₂O_3:Eu²⁺,Dy³⁺인 고휘도 장잔광 축광안료를 50중량%로 혼합하고, 열경화성에폭시분말 또는 페놀화합물분말을 나머지의 양으로 혼합하여 150~400℃에서 바람직하게는 350℃에서, 5~10기압 중 바람직하게는 6~7기압에서 제조할 수 있다. 150℃ 이하에서는 분말파우더가 녹지 않아 축광수지의 성형이 불가능하고, 400℃ 이상이 되면 축광물질이 변형되어 버리며, 5기압 이하에서는 축광수지의 성형이 되지 않고 10기압 이상에서는 축광수지에 균열을 야기할 수 있다. 그리고, 상기의 온도, 압력 조건에서 1시간 이상의 가열과정과 1시간 이상의 식힘과정을 거침으로 안정되고 균일한 축광수지 또는 고체분말수지 축광비드를 제조할 수 있다.

또한, 상기의 축광수지에 -10~100℃의 온도조절이 가능한 열 발생 장치를 부가하여 열 스위치장치를 만들 수 있다. 열 발생 장치란 물과 같은 액상의 열 장치에 의하거나 펠티엘(Peltier) 소자를 이용하여 냉각과 열을 공급할 수 있는 장치를 말하며, 제공되는 온도가 60℃~90℃인 범위에서 발광의 크기가 배 이상으로 급격하게 커지는 현상이 나타나고 이때 가장 큰 발광 효율을 갖게 된다. 20℃이상 60℃ 이하에서는 축광 물질의 효율이 조금 향상되는 것을 볼 수 있는데 그 비율이 50%를 넘지 못하고 90℃ 이상이면 발광 효율이 떨어지게 된다. 상대적으로 10℃ 이하에서는 발광 효율이 20% 미만으로 떨어지며 이때 빛 에너지는 상대적으로 오래 보존하는 현상을 가지게 된다.

본 발명에 의한 고휘도 축광안료는 건축재료로서 안전표지, exterior 상품, 인테리어 상품 등에 이용이 가능하며, 기타 섬유 및 완구, 선물용 상품까지, 다양한 제품으로 전개가 가능하다. 여기에 고층빌딩 및 지하철 또는 레저시설의 exterior상품, 인테리어 상품 등 불특정 다수의 사람 이 많이 모이는 장소나 수송의 수단인 여객선, 비행기, 철도 및 운송차량 등의 피난 유도표지 등의 방재 용품으로서도 이용 할 수 있다. 특히, 위치인식표지, 안전표지, 광고 및 장식에도 활용하고 있다. 이밖에도 집어등이나 스폿라이트, 가로등 및 무대 조명 등에도 다양한 기능을 가지고 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 다시 설명하지만, 이 예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명은 이것에 한정하지 않는다.

고휘도의 SrAl2O3:Eu2+,Dy3+ 축광안료의 제조는 일단 SrCO₃ 14.7g, Al₂O₃ 10g, H₃BO₃ 0,22g, Eu₂O₃ 0.2g, Dy₂O₃ 0.3g, BaCO₃ 1.5g, SiO₂ 1g를 고운 분말로 만들어 잘 섞어 혼합용기에서 몇 분간 흔들어 준다. 이후 고온 전기로에 넣어 7시간에서 10시간 동안 서서히 섭씨1250도까지 올린다. 섭씨400도에서 섭씨1250도까지 올리는데 걸리는 시간은 대략 7시간 정도가 필요하다. 이때 인광체 물질인 SrAlO₃가 만들어진다. 이후 수소와 질소를 혼합한 가스로 산소가 차단된 고온 전기로에서 섭씨1250도로 4시간을 더 가열하게 되면 인광체에 소량의 Activator인 Eu와 Dy이 용융상태의 인광체 안에 안정되게 분포하고 결합하게 되어 SrAl₂O₃:Eu2+,Dy3+ 의 초기 축광 안료가 완성된다. 이후 섭씨200도까지 7시간 내지 10시간 동안 서서히 식히는 과정을 거치면 고휘도의 연녹색 SrAl₂O₃:Eu2+,Dy3+ 축광 안료가 만들어 지게 된다.

핫 마운팅을 사용한 축광 수지 비드의 제작은 일단 고온에서 핫 마운팅을 적용할 고체분말수지인 경화성 에폭시화합물과 페놀화합물 등이 있으나, 본 실시에서는 투과성이 좋은 TranOptic사의 열경화성 고체분말수지를 사용하여 축광안료를 20%-30% 혼합하여 사용하되, 이 경우 축광안료는 크기가 65마이크론 이하인 것을 사용한다. 본 실시에서는 60마이크론의 고휘도 축광 안료를 20% 사용하여 고체분말수지와 혼합하여 잘 섞은 후 1시간동안 서서히 300도까지 가열하여 고휘도 축광 수지 비드를 완성하고 이때 비드의 완성도와 혼합된 축광수지의 균열을 막기위해 1시간 가량의 시간을 들여 식히는 과정을 거쳐 고휘도 축광 수지 비드를 만들었다. 이때 사용가능한 온도는 수지의 종류와 축광 안료의 안정도를 위해 350도 이하를 사용하며 이때 사용하는 압력은 6-7기압으로 마운트에 압력을 가한다. 본 실시에서는 7기압을 사용하여 제조하였다. 가열시간과 식힘 시간은 다를 수 있지만 대체로 300도에서는 1시간의 가열과 1시간의 식힘을 통해 단단한 축광 수지를 만들 수 있는데 이 경우 더 빠른 공정을 위해 물로 식힐 수 있다.

본 실시는 25%의 축광 안료를 혼합하여 고온과 고압에서 만들어진 고휘도 분말수지 축광비드(A)와 1기압 25℃ 에서 액상수지에 25%의 축광 안료를 섞어 수지의 1%중량으로 경화제를 넣어 굳힌 고휘도 액상수지 축광비드(B)를 제작하여 사용하였다. 온도 조절을 위한 장치로 온도 조절이 가능한 온도장치를 이용하여 물의 온도를 조절하였으며 물이 든 비이커를 사용하여 물 안에 축광비드를 넣어 실험하였다. 온도의 범위는 1도에서 매 10도씩 증가하여 최대 90도까지 사용하여 실험하였다. 인조 태양광 조명을 사용하여 일정 시간 조사하여 5분 후에 조도의 차이를 관찰하여 열에 의한 조도의 변화를 조사하였다. 이때 사용한 인공태양광조명의 조도는 5000-22000Lux를 사용하였다. 고체분말수지와 액상수지로 만들어진 축광 비드는 온도에 따른 조도의 변화에 약간의 차이를 보였지만 대체로 온도의 변화에 대하여 비슷한 조도의 변화 현상을 보였다.

고체분말수지로 만들어진 축광비드의 경우에는 1℃와 10℃에서는 처음 조도의 30%선까지 조도가 낮아졌고 40℃에서 50℃ 로 갈 때 20% 가량 서서히 증가하다 60℃ 에서는 250%로 급격히 조도가 증가하였고 90℃에서는 300%이상으로 조도에 큰 차이가 나는 것을 관찰하였다.

이에 비해 액상수지 축광 비드는 1℃ 와 10℃ 에서는 50%의 조도 감소를 관찰하였고 50℃에서 180%정도 조도가 증가하고 70℃에서 230%, 80℃에서 300%이상의 조도의 변화를 관찰하였다. 하지만 90℃ 에서는 다시 250%로 조도가 낮아지는 현상을 볼 수 있다.

이 차이는 수지의 고체 안전도와 열의 전달에 따른 축광 안료의 계간전이의 효율과 관계됨을 알 수 있었다. 더 열적 팽창 계수가 적고 단단한 구조를 가지는 고체분말 수지 축광비드의 경우 고온에서 더 안정적으로 조도가 증가하였고 이에 비해 액상수지 축광비드는 90℃ 에서 오히려 조도가 줄어드는 경향을 보이게 됨을 알 수 있었다. 분말수지와 액상 수지를 사용하여 축광비드를 만들게 되는 경우 열 장치를 통한 축광 비드의 조도가 조절 가능하고 이에 대한 열 장치로는 물과 같은 액상 상태의 열저장 매체에 열 장치를 사용한 액상 열 스위치 장치와 펠티엘(Peltier) 열전소자를 사용한 고체 열 스위치 장치를 예로 들 수 있다.

S100: 혼합단계
S200: 인광물질제조단계
S300: 결합단계
S400: 굳힘단계

Claims (7)

1~8중량%의 란탄족 희토류 화합물과 90~94중량%의 알칼리토금속과 인광체의 혼합물 및 1~5중량%인 SiO₂을 혼합하여 이루어짐을 특징으로 하는 고휘도 장잔광 축광안료.

제1항에 있어서,
상기 란탄족 희토류 화합물은 Eu²⁺, Dy ³⁺ 이고,
상기 인광체는 Al₂O₃ 이며,
상기 알칼리토 금속은 SrCO₃, BaCO₃, CaCO₃ 중 적어도 하나 이상을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고휘도 장잔광 축광안료.

제2항에 있어서,
상기 Eu²⁺와 Dy³⁺는 1:1~1.5의 비율로 혼합되고,
상기 SrCO₃, BaCO₃, CaCO₃은 100:4~5:0~2의 비율로 혼합되며,
상기 Al₂O₃와 SrCO₃는 1:1의 비율로 혼합됨을 특징으로 하는 고휘도 장잔광 축광안료.

제1항에 있어서,
상기 란탄족 희토류 화합물, 알칼리토 금속, 인광체 및 SiO₂ 는 5 ~ 25㎛, 35 ~ 60㎛, 80 ~ 120㎛, 150 ~ 300㎛ 중 어느 한 범위대의 크기를 갖는 고체분말로 제공되어 서로 혼합됨을 특징으로 하는 고휘도 장잔광 축광안료.

1~8중량%의 란탄족 희토류 화합물과 90~94중량%의 알칼리토금속과 인광체의 혼합물 및 1~5중량%인 SiO₂의 화합물들을 혼합하는 혼합단계(S100);
상기 혼합단계에서 혼합된 화합물을 400~1300℃로 7~10시간 가열하여 인광물질이 제조되는 인광물질제조단계(S200);
상기 인광물질제조단계를 거친 화합물에 H₂, N₂ 를 주입하여 1000~1300℃로 3~5시간 가열하여 희토류가 결합하는 결합단계(S300); 및
상기 결합단계를 거친 화합물을 150~250℃로 2~3시간 식히는 굳힘단계(S400);가 순차적으로 진행되어 이루어짐을 특징으로 하는 고휘도 장잔광 축광안료의 제조방법.

청구항5에 의하여 제조된 고휘도 장잔광 축광안료를 50 중량% 이하로 혼합하고, 나머지는 열경화성 에폭시분말 또는 페놀화합물분말 등을 혼합하여 150~400℃, 5~10기압에서 제조된 축광수지.

청구항6에 의하여 제조된 축광수지와;
상기 축광수지의 휘도 및 잔광시간 조절을 위한 -20~100℃ 범위대의 열을 제공하는 열발생부;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 열스위치 장치.

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