KR101016272B1 - Photoluminescent Device, Method of Making the Same, and White Light Source Using the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기방사 방법으로 광 여기 발광물질을 투명한 폴리머와 함께 여재나 발광소자 위에 방사하거나 또는 웹 형태로 방사하여 빛 투과율과 광 여기 발광물질의 밀도를 증가시켜 고효율, 고휘도 및 대형화를 이룰 수 있는 광 여기 발광장치와 그 제조방법, 및 이를 이용한 백색 광원에 관한 것이다.The present invention can achieve high efficiency, high brightness and large size by increasing the light transmittance and the density of the photo-excited luminescent material by radiating the photo-excited luminescent material on the media or the light emitting device with a transparent polymer or in the form of a web by the electrospinning method A photoexcited light emitting device, a method of manufacturing the same, and a white light source using the same.
면발광원, 전기방사, 백색 광원, 광 여기 발광물질 Surface emitting source, electrospinning, white light source, photoexcitation light emitting material
Description
본 발명은 광 여기 발광장치와 그 제조방법, 및 이를 이용한 백색 광원에 관한 것으로, 특히 전기방사 방법으로 형광체 등의 광 여기 발광물질을 투명한 폴리머와 함께 혼합하여 여재나 발광소자 위에 방사하거나 또는 웹 형태로 직접 방사하여 빛 투과율과 광 여기 발광물질의 밀도 증가를 도모하여 고효율, 고휘도 및 대형화를 이룰 수 있는 광 여기 발광장치와 그 제조방법, 및 이를 이용한 백색 광원에 관한 것이다.The present invention relates to a photo-excited light emitting device and a method of manufacturing the same, and a white light source using the same, and in particular, by electrospinning a photo-excited light emitting material such as a phosphor mixed with a transparent polymer to radiate onto a medium or a light emitting device or to form a web The present invention relates to an optical excitation light emitting device and a method of manufacturing the same, and a white light source using the same, which can achieve high efficiency, high brightness, and large size by directly radiating light, thereby increasing light transmittance and density of photoexcitation light emitting material.
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.An inorganic light emitting diode (LED) and an organic light emitting diode (OLED) may be used as the light source. For example, in the case of inorganic light emitting diodes, gallium nitride (GaN) blue LEDs coated with phosphors emitting white light are used a lot, but are generally used as point light sources rather than surface light sources.
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.In the case of an organic light emitting diode (OLED), a light source consisting of a blue organic light emitting diode and two subpixels composed of green and red fluorescent materials has been proposed in US Pat. No. 5,294,870. The organic light emitting diode is formed by using a subpixel that transmits blue light emitted from the blue organic light emitting diode and two subpixels composed of green and red fluorescent materials which cause color conversion by using blue emission of the blue organic light emitting diode. It emits green and red.
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.As another example, an organic light emitting diode (OLED) including three light emitting layers emitting blue, green, and red light, and emitting white light using three light emitting layers has also been proposed (Junji Kido et al., "Multilayer White Light"). -Emitting Organic Electroluminescent Device ", 267 Science 1332-1334, 1995). However, the proposed organic light emitting device has a problem that the three light emitting layers are differently deteriorated with time change, and the color changes with time, and the light emitted is not uniform.
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. A light source for solving the problems of the organic light emitting device has been proposed in US Pat. No. 6,700,322, which is capable of producing a uniform light and has an organic light emitting device having a first wavelength so as not to change color with time. A light source including an inorganic fluorescence excitation light emitting layer that absorbs a portion of light emitted from the organic light emitting device and emits a second wavelength is proposed.
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.The photoexcitation light emitting layer includes a diffusion material and an inorganic phosphor, absorbs a portion of the light emitted by the organic light emitting device having the first wavelength to emit light of a second wavelength, and emits light of the organic light emitting device. It serves to transmit the rest of the. In other words, the emitted light of the organic light emitting device having the first wavelength is mixed with the light emitted from the photoexcited emission layer to emit light of a new wavelength.
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.Korean Patent Publication No. 2006-0060171 discloses a microcavity organic light emitting device having one or more wavelengths and a part of the emitted light of the microcavity organic light emitting device in constructing a light source to estimate a problem in which the efficiency of the organic light emitting device is inferior. Discloses a light source comprising a photoexcitation light emitting layer that absorbs light to emit light having a different wavelength and transmits the remaining portion of the light emitted by the microcavity organic light emitting device.
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.The photoexcitation light emitting layer is composed of a photoexcitation light emitting material for exciting and amplifying light, a diffusion material for scattering and diffusing light, and a thermoplastic sheet for uniformly distributing the photoexcitation light emitting material and the diffusion material.
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. In addition, after the thermoplastic sheet is manufactured in a molten state, a photoexcited light emitting material, a diffusing material, a precipitation inhibitor, an antifoaming agent, a binder, and the like are uniformly mixed in the thermoplastic sheet, and then uniformly mixed to prepare a film.
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.Therefore, in the prior art, the photoexcited light emitting layer includes a thermoplastic sheet (epoxy resin), a diffusing material, a precipitation inhibitor, an antifoaming agent, a binder, and the like, in addition to the light emitting material, thereby preventing light generated from the light emitting device. It is not directly emitted to the light emitting material, and as a result there is a problem that the light transmittance and luminous efficiency is lowered.
상기한 광원은 반도체 제조공정을 통하여 이루어지기 때문에 고출력, 고휘도의 대형 면광원을 지향하는 조명용 백색 광원으로는 제조비용이 높다는 문제가 있다.Since the light source is made through a semiconductor manufacturing process, there is a problem that the manufacturing cost is high as a white light source for illumination that is directed to a large surface light source of high output and high brightness.
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 것을 특징으로 하는 평면 백색 발광소자가 개시되어 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-87444 discloses an organic light-emitting device manufactured by a blue-emitting transparent substrate provided as a first layer, and absorbs some blue light energy passing through the transparent substrate, and includes one or two or more other components of a white light source. Disclosed is a planar white light-emitting device comprising an excitation coating layer which is provided as a second layer for generating index rust, yellow, orange and red color.
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.The planar white light emitting device constitutes white light, and the blue used as the excitation circle is recognized by being partially generated by the blue organic light emitting device as the first layer and partially passing through the transparent excitation coating layer as the second layer. The other white light constituent colors are recognized and generated by excitation by light energy transfer of an inorganic phosphor, an organic dye, an organic pigment, a nano metal, a nano composite material, etc., which are applied in an excitation layer from a blue light source by an organic light emitting element.
그러나, 이러한 평면 백색 발광소자 역시 반도체 제조공정을 통하여 이루어지기 때문에 고출력, 고휘도의 대형 면광원을 지향하는 조명용 백색광원으로는 제조비용이 높다는 문제가 있다.However, such a planar white light emitting device also has a problem that the manufacturing cost is high as a white light source for illumination that is directed to a large surface light source of high output and high brightness because it is made through a semiconductor manufacturing process.
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.In addition, conventional surface phosphors are prepared by mixing a phosphor with a binder to prepare a slurry and then applying the same on a medium, and a medium having a larger wire diameter than the phosphor particle size (for example, nonwoven fabric, glass, and silicon sheet). There is a way to produce by spinning.
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. In this prior art, since a binder must be used to adhere to the media, light emission and light transmittance deterioration due to the binder occur. In addition, there is a problem that the luminescence and the light transmittance are lowered because a media such as a silicon sheet is used.
더욱이, 상기한 종래기술에서는 바인더를 사용함으로 인해 발광체의 밀도를 높이는 데 한계가 있고, 바인더를 사용하여 도포를 함에 따라 도포 두께를 줄이는데도 한계가 있다.Moreover, in the above-described prior art, there is a limit in increasing the density of the light emitting body due to the use of a binder, and there is a limit in reducing the coating thickness by applying the binder.
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.In addition, since the existing phosphor particles have a size of 3 to 5 μm, the line diameter of the used medium (for example, nonwoven fabric) is 20 to 30 μm, and light is blocked by using a medium having a diameter larger than the size of the phosphor particle. There is a problem that the efficiency is lowered.
본 발명은, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 빛 투과율의 증가와 광 여기 발광물질의 밀도 증가를 통하여 고효율, 고휘도 특성을 가지는 광 여기 발광장치와 그 제조방법, 및 이를 이용한 백색 광원을 제공하는 데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the object of which is an optical excitation light emitting device having a high efficiency, high brightness characteristics by increasing the light transmittance and the density of the optical excitation light emitting material, and a manufacturing method thereof, and It is to provide a white light source using the same.
본 발명의 다른 목적은 대형화가 보다 용이하여 비교적 저가로 대량생산이 이루어질 수 있는 광 여기 발광장치와 그 제조방법, 및 이를 이용한 백색 광원을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a photoexcited light emitting device, a method of manufacturing the same, and a white light source using the same, which can be easily enlarged and mass produced at a relatively low cost.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따르면, 광 여기 발광물질과 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 얻은 용액을 전기방사 방법으로 방사하여 얻어지는 발광층으로 구성되는 광 여기 발광장치가 제공된다.In order to achieve this object, according to one aspect of the present invention, there is provided a photoexcited light emitting device comprising a light emitting layer obtained by spinning a solution obtained by dissolving a photoexcited light emitting material and a transparent polymer in a solvent by an electrospinning method.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 여재; 및 광 여기 발광물질과 투명한 폴리머 를 용매에 용해하여 얻은 용액을 전기방사 방법으로 상기 여재에 방사하여 얻어지는 발광층으로 구성되는 광 여기 발광장치가 제공된다.According to another feature of the invention, the media; And a light emitting layer obtained by spinning a solution obtained by dissolving a photoexcited light emitting material and a transparent polymer in a solvent to the media by an electrospinning method.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 하나 이상의 파장을 갖는 빛을 발광하는 발광소자; 광 여기 발광물질과 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 얻은 용액을 전기방사 방법으로 상기 발광소자의 표면에 직접 방사하여 얻어지는 발광층을 포함하는 백색 광원이 제공된다.According to another feature of the invention, the light emitting device for emitting light having one or more wavelengths; Provided is a white light source including a light emitting layer obtained by directly radiating a solution obtained by dissolving a photoexcited light emitting material and a transparent polymer in a solvent to the surface of the light emitting device by an electrospinning method.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 하나 이상의 파장을 갖는 빛을 발광하는 발광소자; 여재, 및 광 여기 발광물질과 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 얻은 용액을 전기방사 방법으로 상기 여재에 방사하여 얻어지는 발광층으로 구성되는 광 여기 발광장치를 포함하는 백색 광원이 제공된다.According to another feature of the invention, the light emitting device for emitting light having one or more wavelengths; Provided is a white light source comprising a filter medium and a photoexcited light emitting device comprising a light emitting layer obtained by dissolving a solution obtained by dissolving a photoexcited light emitting material and a transparent polymer in a solvent by the electrospinning method.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광 여기 발광물질과 투명한 폴리머를 용매에 용해하여 용액을 제조하는 단계, 및 상기 용액을 전기방사 방법으로 여재 상에 방사하여 발광층을 얻는 단계로 구성되는 광 여기 발광장치의 제조방법이 제공된다.According to another feature of the invention, the photoexcitation light emitting material and the transparent polymer dissolved in a solvent to prepare a solution, and the photoexcitation light emission comprising the step of emitting the solution on the filter medium by an electrospinning method to obtain a light emitting layer A method of making a device is provided.
본 발명은 전기방사 방법으로 광 여기 발광물질을 투명한 폴리머와 함께 여재나 발광소자 위에 방사하거나 또는 웹 형태로 직접 방사하여 빛 투과율과 광 여기 발광물질의 밀도증가를 도모하여 고효율, 고휘도, 및 대형화를 이룰 수 있는 광 여기 발광장치와 그 제조방법, 및 이를 이용한 백색 광원을 제공한다.The present invention provides a high efficiency, high brightness, and large size by increasing the light transmittance and the density of the photo-excited light emitting material by radiating the photo-excited light emitting material with a transparent polymer on the filter medium or the light emitting device directly or in the form of a web by an electrospinning method Provided are an optically excited light emitting device, a method of manufacturing the same, and a white light source using the same.
이하에 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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 본 발명에 따라 전기방사된 광 여기 발광층을 확대하여 나타낸 SEM 사진, 도 6은 PMMA 폴리머를 필름 형상으로 전기방사한 것을 확대하여 나타낸 SEM 사진이다.1 to 3 are schematic cross-sectional views showing the structure of a white light source according to the first to third embodiments of the present invention, respectively, and FIGS. 4A and 4B are photo-excited light emission according to the fourth and fifth embodiments of the present invention, respectively. 5A and 5B are enlarged SEM photographs showing the photoexcited light emitting layer electrospun according to the present invention, and FIG. 6 is an enlarged SEM photograph showing the electrospinning of PMMA polymer in the form of a film. .
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.First, as shown in FIG. 1, the
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.The
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. The photoexcited
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.To this end, the
본 발명에서 사용 가능한 형광체의 종류에는 특별한 제한이 없다. 예를 들면, 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.There is no particular limitation on the type of phosphor that can be used in the present invention. For example, nano-sized metals or nanocomposites are used as materials such as quantum dots of nano metals and composite materials. Platinum, gold, silver, nickel, magnesium, palladium, etc. are used as nano metals. The nanocomposites are cadmium sulfide (CdS), cadmium selenide (CdSe), zinc sulfide (ZnS), zinc selenide (ZnSe), indium phosphite (InP), titanium oxide (TiO2), zinc oxide (ZnO) ), Tin oxide (SnO), silicon oxide (SiO 2), magnesium oxide (MgO) and the like.
이하에서는 광원(1)이 백색광을 발생하도록 발광소자(10)로 청색 파장의 광을 발생하는 청색 LED를 사용하고, 광 여기 발광장치(20)의 발광층(14)으로는 황색(yellow) 형광체 또는 양자 점(quantum dot)을 포함하고 있는 경우를 예를 들어 설명한다.Hereinafter, a blue LED for generating light having a blue wavelength is used as the
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)을, 예를 들어 투명한 도전성 폴리머인 PMMA와 함께 전기방사 방법으로 방사함에 의해 발광층(14)을 형성한 것이다. The
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.In this case, the
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 투명한 도전성 폴리머인 PMMA와 함께 전기방사 방법으로 웹 또는 필름 형상으로 방사하여 발광층(14)을 형성한 것이다. Referring to FIG. 2 showing the second embodiment, the light source 1a has a structure in which the
도 6은 형광체를 포함하지 않고 도전성 폴리머인 PMMA만을 전기방사 방법으로 방사하여 필름 형상으로 얻은 것을 나타낸 것이다. 이로부터, 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.FIG. 6 shows that only PMMA, which is a conductive polymer and not a phosphor, is radiated by an electrospinning method to obtain a film. From this, it can be seen that it is possible to produce a film shape by electrospinning the polymer together with the phosphor, and the film obtained by electrospinning can be cut and used to a desired size and shape according to the needs of the user. If the
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.The light source 1a of the second embodiment serves as a surface light emitting body, and when light of blue wavelength is generated from the
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 투명한 도전성 폴리머인 PMMA와 함께 전기방사 방법으로 발광소자(10)의 표면에 직접 방사하여 발광층(14a)을 형성한 것이다. As shown in FIG. 3, the
도면부호 13은 발광소자(10)를 보호하기 위한 보호재로서 PMMA, PC 등을 사용하여 발광소자의 투과율을 유지하면서 발광소자를 외부충격으로부터 보호하기 위 한 것이다. 제3 실시예에 따른 광원(1b)은 상기한 제1 및 제2 실시예의 광원(1,1a)과 동일한 원리로 백색광이 발생된다.
도 4a에 도시된 광 여기 발광장치(20a)는 투명도가 양호한 슬라이드 글래스(slide glass), PC(Polycarbonate), 또는 PMMA로 이루어지는 반구형상의 여재(12a)상에 황색 형광체 또는 양자 점(quantum dot)을 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.The photo-excited
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.The optical excitation
도 4b에 도시된 광 여기 발광장치(20b)는 발광층(14)의 양측면에 글래스(12a,12b)가 부착된 평면형 구조를 나타내는 것이다.The photoexcited light emitting
(발광체의 제조)(Production of Light Emitting Body)
투명성이 뛰어난 폴리머(Polymer)를 용매(Solvent)에 용해하여 폴리머 용액을 제조한 후, 이 용액에 광 여기 발광물질, 예를 들면 형광체 물질을 첨가하여 형광체와 폴리머를 포함하는 용액을 제조한다.After dissolving a polymer having excellent transparency in a solvent to prepare a polymer solution, a photo-excited light emitting material such as a phosphor material is added to the solution to prepare a solution containing the phosphor and the polymer.
이때 이 용액에 첨가되는 폴리머와 광 여기 발광물질의 함량은, 용액 전체를 기준으로, 폴리머가 2wt%∼50wt%, 광 여기 발광물질이 1∼50wt%의 범위로 되도록 한다. At this time, the content of the polymer and the photo-excited light emitting material added to the solution is in the range of 2wt% to 50wt% and 1 to 50wt% of the polymer based on the whole solution.
본 발명에서 폴리머의 함량이 2wt% 미만으로 되면 전기방사가 원활하게 이루어지기 어렵고, 폴리머의 함량이 증가할수록 형광체의 양이 상대적으로 감소하여 옐로우 색상이 강해지게 되어 바람직하지 못하다. In the present invention, when the content of the polymer is less than 2wt%, electrospinning is difficult to be performed smoothly, and as the content of the polymer increases, the amount of the phosphor is relatively decreased, so that the yellow color becomes stronger.
본 발명에서 폴리머는 효율적인 빛 투과성를 위하여, 바람직하기는 80% 이상의 빛 투과도를 가지는 것이 추천되지만 용도에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 용매로 사용하는 고분자에 용해될 수 있어야 한다. 빛 투과도가 지나치게 낮으면 빛의 조도가 낮아지고, 색상 간섭에 의해 백색광의 색상변화를 일으킬 수 있어 좋지 않다. In the present invention, the polymer is preferably to have a light transmittance of 80% or more for efficient light transmittance, but may be appropriately selected according to the use, and should be able to be dissolved in a polymer used as a solvent. If the light transmittance is too low, the illuminance of the light is lowered, which may cause color change of the white light due to color interference is not good.
본 발명의 폴리머로는, 예를 들면 PMMA(Polymethyl methacrylate)나 PC(Polycarbonate) 등과 같은 투명도가 높은 폴리머가 적당하다.As the polymer of the present invention, for example, a polymer having high transparency such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), or the like is suitable.
광 여기 발광물질의 첨가량 1wt% 미만이 되면 충분한 발광효율을 기대하기 어렵고 반면 그 양이 지나치게 많아져 50wt%를 초과하면 빛 투과성이 오히려 저하하므로 바람직하지 않다.If the addition amount of the photoexcitation light emitting material is less than 1wt%, it is difficult to expect sufficient light emission efficiency, while if the amount is too large and exceeds 50wt%, light transmittance is rather deteriorated, which is not preferable.
한편, 본 발명에서 사용 가능한 용매는 상온에서 휘발성이 있어야 하며, 예를 들면 DMF(dimethylformamide), DMAC(dimethyl acetamide), THF(tetrahydrofuran), 에탄올이나 아세톤 등이 있다.On the other hand, the solvent usable in the present invention should be volatile at room temperature, for example, DMF (dimethylformamide), DMAC (dimethyl acetamide), THF (tetrahydrofuran), ethanol or acetone.
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.Yellow phosphors such as YAG may be used as the phosphor used as the photo-excited luminescent material, and the phosphor may be used in both liquid and powder states, and is electrospun using an electrospinning apparatus by mixing with the polymer.
본 발명에 의해 제조된 형광체 용액을 전기방사법을 이용하여 방사하면 형광 체가 고밀도로 함유되어 있는 5∼1000nm 선경을 가지는 파이버(fiber)나 필름 형상으로 형광체를 포함하는 광 여기 발광장치를 제조할 수 있다.When the phosphor solution prepared according to the present invention is radiated using an electrospinning method, an optical excitation light emitting device including a phosphor in the form of a fiber or a film having a 5 to 1000 nm wire diameter containing a high density of phosphors can be manufactured. .
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따라 광 여기 발광물질로 황색 형광체(YAG) 15wt%, 폴리머(PMMA) 20wt%, 용매(DMF) 65wt%를 혼합하여 전기 방사하여 얻어진 광 여기 발광층의 SEM 사진을 나타낸 것이다. 여기서, 구형으로 나타나는 부분이 형광체 물질이고 가느다란 실형상의 것은 전기방사된 PMMA 섬유 상이다.5A and 5B are SEM images of a photoexcited light emitting layer obtained by electrospinning 15 wt% of a yellow phosphor (YAG), 20wt% of a polymer (PMMA), and 65wt% of a solvent (DMF) as a photoexcitation light emitting material according to the present invention. It is shown. Here, the spherical portion is a phosphor material and the thin thread is an electrospun PMMA fiber phase.
종래 일반적인 코팅방식에서는 형광체를 부착하기 위해 바인더를 사용하여 다량의 형광체를 넣음으로 얇은 두께의 면발광체를 제조하기 어려우나, 본 발명에 따라 폴리머와 형광체의 혼합용액을 제조하여 전기방사를 함으로써 면형광체의 두께를 0.2mm이하로 제조하는 것이 가능하다. In the conventional general coating method, it is difficult to manufacture a surface light-emitting body having a thin thickness by inserting a large amount of phosphors using a binder to attach the phosphor, but according to the present invention by preparing a mixed solution of the polymer and the phosphor to electrospinning It is possible to manufacture the thickness below 0.2mm.
형광체의 전기방사시 접착제 역할을 하는 폴리머가 5∼1000nm 정도로 미세한 나노 파이버 형태인 반면, 형광체의 입자 크기는 3∼5㎛이므로 폴리머에 의해 빛 투과가 제한될 가능성이 매우 낮아, 결과적으로 빛 투과율이 증대될 수 있으며 형광체의 밀도 역시 크게 향상시키는 것이 가능하다. While the polymer that acts as an adhesive during electrospinning of the phosphor is in the form of nanofibers as small as 5 to 1000 nm, the particle size of the phosphor is 3 to 5 μm, so it is very unlikely that the light transmission is limited by the polymer. It can be increased and it is possible to greatly improve the density of the phosphor.
더욱이, 형광체는 액상 및 파우더 상태의 것 모두 폴리머와 혼합을 하여 전기방사공정에 의해 나노 파이버나 필름 형태로 제작 가능함을 알 수 있다.Furthermore, it can be seen that the phosphor can be produced in the form of nanofibers or films by electrospinning process by mixing both the liquid and powder state with the polymer.
본 발명은 전기방사 방법으로 광 여기 발광물질을 투명한 폴리머와 함께 여재나 발광소자 위에 방사하거나 또는 웹 또는 필름 형태로 직접 방사하여 빛 투과율과 광 여기 발광물질의 밀도증가를 도모하여 고효율, 고휘도 및 대형화를 이룰 수 있는 광 여기 발광장치와 그 제조방법, 및 이를 이용한 백색 광원에 적용될 수 있다.The present invention is a method of electrospinning the optical excitation light emitting material with a transparent polymer on the filter medium or the light emitting device directly or in the form of a web or film to increase the light transmittance and density of the optical excitation light emitting material to increase the efficiency, high brightness and size It can be applied to a photoexcitation light emitting device and a method of manufacturing the same, and a white light source using the same.
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.Although the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical spirit of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims. .
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 백색 광원의 구조를 나타낸 개략 단면도,1 to 3 are schematic cross-sectional views showing the structure of a white light source according to the first to third embodiments of the present invention, respectively;
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제4 및 제5 실시예에 따른 광 여기 발광장치의 구조를 나타낸 개략 단면도,4A and 4B are schematic cross-sectional views showing the structure of the photoexcited light emitting devices according to the fourth and fifth embodiments of the present invention, respectively;
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따라 전기방사된 광 여기 발광층을 나타낸 SEM 사진,5A and 5B are SEM photographs showing a photoexcited light emitting layer electrospun according to the present invention;
도 6은 PMMA 폴리머를 필름 형상으로 전기방사한 것을 확대하여 나타낸 SEM 사진이다.6 is an enlarged SEM photograph of the electrospinning of PMMA polymer in the form of a film.
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