KR20230170708A - 디스플레이 및 조명 용도를 위한 우라늄-기반 인광체 및 조성물 - Google Patents

디스플레이 및 조명 용도를 위한 우라늄-기반 인광체 및 조성물 Download PDF

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KR20230170708A
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사무엘 조셉 카마델로
매튜 데이비드 버츠
애넌트 에이. 세틀러
제임스 이. 머피
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

인광체 조성물은 화학식 I 또는 II를 갖는 활성화된 우라늄-기반 인광체를 포함한다. 인광체는 Eu3+로 도핑되며

상기 식에서 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0.75≤x≤1.25, 0.75≤y≤1.25, 0.75≤z≤1.25, 2.5≤p≤3.5, 1.75≤q≤2.25, 및 3.5≤r≤4.5이고 화학식 II는 a가 0이고, b가 0이고, p가 3.5이고, q가 1.75이고, r이 3.5인 조합을 제외한다. 화학식 VI 또는 다른 발광 재료, 예컨대 양자점을 더 포함하는 인광체 조성물, 디바이스 및 디스플레이가 또한 제공된다.

Description

디스플레이 및 조명 용도를 위한 우라늄-기반 인광체 및 조성물
관련 출원에 대한 교차-참조
본 출원은 "Uranium-based Phosphors and Compositions for Displays and Lighting Applications"라는 명칭으로, 2021년 4월 13일에 출원된 국제 출원 번호 PCT/US2021/027105에 대한 우선권의 이익을 주장하고, 2021년 10월 8일에 출원된 미국 가출원 번호 63/254,021에 대한 우선권의 이익을 주장하는 비-가출원이며, 각각은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 발명의 분야는 일반적으로 인광 물질 및 디바이스에 관한 것이고, 더 구체적으로는 디스플레이 용도 및 조명 용도로 유용한 우라늄-기반 인광 물질에 관한 것이다.
전반 조명은 가시 광선 복사에 대한 인간의 눈 민감도 및 태양 스펙트럼을 기반으로 한다. 눈 민감도의 효과는 총 루멘 출력과 관련이 있지만, 태양 복사의 전체 스펙트럼과 일치하면 연색성 지수 (color rendering index: CRI)를 생성한다. 전통적인 유형의 전반 조명은 백열등 조명 및 형광등 조명을 포함한다. LED 조명은 전통적인 전반 조명보다 증가된 효율, 전기 사용의 40% 감소 및 연장된 수명을 제공한다. LED 조명은 약 380 nm 내지 약 750 nm의 가시적인 파장에 걸쳐 거의 연속적인 범위를 커버할 수 있고 전반 조명 용도 및 디스플레이 용도로 사용될 수 있다. LED 조명의 조화 가능성은 원하는 성질 및 사용된 인광체 조합을 기반으로 하여 전체 스펙트럼 (높은 CRI) 및 높은 효율 (루멘/와트)의 조명 둘 다를 생성하는데 사용될 수 있다. LED 조명은 또한 하루 종일 색상을 미묘하게 변화시키는 인간 중심의 조명, 및 식물 성장과 같은 용도를 위한 특수 조명을 가질 수 있는 능력을 생성한다.
백색광은 무기 인광체 또는 무기 인광체의 블렌드(blend), 예컨대 적색 방출 인광체 및 녹색 또는 황록색 방출 인광체와 함께 근자외선 (UV) 또는 청색 방출 LED를 이용하여 생성될 수 있다. 인광체 및 LED 칩으로부터의 전체 방출은 상응하는 색 좌표 (1931 CIE 색도도 상의 x 및 y) 및 상관 색 온도 (correlated color temperature: CCT)를 가진 색점을 제공하고, 그것의 스펙트럼 분포는 연색성 능력을 제공하며, 100의 척도를 기준으로 하여 연색성 지수 (CRI)로 평가된다. 효율은 사용된 전력 당 방출된 광의 양의 측정값 (루멘/와트)이며 더 많은 양이 선호된다. Mn4+에 의해 활성화된 복합 불화물 재료를 기반으로 하는 협대역(narrow band) 적색-방출 인광체는 미국 특허 번호 7,358,542, 7,497,973, 및 7,648,649에 기재되어 있다. 이들 복합 불화물은 높은 효율로 청색 LED로부터 따스한 백색광 (흑체 궤적(blackbody locus) 상에서 5000 K 미만의 CCT, 연색성 지수 (CRI>80))을 달성하기 위해 황록색 방출 인광체, 예컨대 세륨-도핑된(doped) 이트륨 알루미늄 가넷 Y3Al5O12:Ce3+ (YAG) 또는 다른 가넷 조성물과 조합하여 활용될 수 있다. 인광 물질로부터의 다양한 방출을 이용한 높은 효율이 또한 바람직하다.
현재의 디스플레이 디바이스 기술은 산업 및 주거 용도로 가장 널리 사용되는 평면 패널 디스플레이 중 하나인 액정 디스플레이 (liquid crystal display: LCD)에 의존적이다. 차세대 디바이스는 낮은 에너지 소비, 작은 크기, 및 높은 휘도를 가져서, 더 큰 색역(color gamut) 범위를 필요로 할 것이다. 차세대 디바이스에는 미니-LED 또는 마이크로-LED와 같이, 더 작은 LED가 필요할 것이다. 미니-LED는 약 100 μm 내지 0.7 mm의 크기를 갖는다. 마이크로-LED에 대해서, 디스플레이는 자가-방출성이거나 또는 100 μm보다 더 작은 개개의 LED가 배열된 소형화된 역광 조명을 포함할 수 있다. 이들 차세대 마이크로-LED 디스플레이가 자가-방출성이고 색 변환 층(color conversion layer)을 필요로 할 때, 높은 흡수 계수를 가진 인광 물질의 매우 얇은 층 또는 필름이 필요하다.
한 양태에서, 인광체 조성물은 화학식 I 또는 II를 갖는 활성화된 우라늄-기반 인광체를 포함한다. 인광체는 Eu3+로 도핑되며
상기 식에서 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0.75≤x≤1.25, 0.75≤y≤1.25, 0.75≤z≤1.25, 2.5≤p≤3.5, 1.75≤q≤2.25, 및 3.5≤r≤4.5이고 화학식 II는 a가 0이고, b가 0이고, p가 3.5이고, q가 1.75이고, r이 3.5인 조합을 제외한다.
또 다른 양태에서, 인광체 조성물은 화학식 VI를 갖는 적색 인광체를 포함한다:
상기 식에서 A는 Li, Na, K, Rb, Cs, 또는 이들의 조합이고; M은 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Al, Ga, In, Sc, Hf, Y, La, Nb, Ta, Bi, Gd, 또는 이들의 조합이고; x는 MFy 이온의 전하의 절대치이고; y는 5, 6 또는 7이다.
한 구체예에서, 인광체 조성물은 다른 발광 재료, 예컨대 추가적인 인광체, 인광성 염료, 색 필터 안료, 폴리플루오렌, 금속 산화물 나노입자 및 양자점(quantum dot) 재료를 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 인광체 조성물은 또한 산란 입자를 포함할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 디바이스가 제공된다. 디바이스는 활성화된 우라늄-기반 인광체를 포함하는 인광체 조성물에 복사적으로 연결되고 및/또는 광학적으로 커플링된 LED 광원을 포함한다. 한 구체예에서, 인광체는 화학식 I를 갖고 Eu3+로 도핑된다. 또 다른 구체예에서, 인광체는 화학식 II를 갖고 Eu3+로 도핑된다. 화학식 II는 a가 0이고, b가 0이고, p가 3.5이고, q가 1.75이고, r이 3.5인 조합을 제외한다.
또 다른 양태는 디바이스를 포함하는 조명 기구이다. 또 다른 양태는 디바이스를 포함하는 역광 기구이다. 다른 양태에서, 디바이스를 포함하는 디스플레이 용도가 제공된다. 또 다른 구체예에서, 원예 조명용 디바이스가 제공된다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 조명 기구의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 조명 기구의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 조명 기구의 절단면 투시도이다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 표면-실장된 디바이스 (surface-mounted device: SMD)의 개략적인 투시도이다.
도 6A는 Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7에 대한 방출 파장 (nm) 대 방출 강도의 스펙트럼 그래프이다.
도 6B는 Eu3+로 도핑된 Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7에 대한 방출 파장 (nm) 대 방출 강도의 스펙트럼 그래프이다.
도 7A는 BaZnUO2(PO4)2에 대한 방출 파장 (nm) 대 방출 강도의 스펙트럼 그래프이다.
도 7B는 Eu3+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2에 대한 방출 파장 (nm) 대 방출 강도의 스펙트럼 그래프이다.
도 8은 Eu3+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2에 대한 방출 파장 (nm) 대 방출 강도의 스펙트럼 그래프이다.
다음 명세서 및 청구범위에서, 많은 용어에 대한 참조가 이루어지며, 다음의 의미를 갖도록 정의되어야 한다.
단수형 "하나(a)", "하나(an)" 및 "그(the)"는 문맥상 달리 분명하게 나타나지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다.
근사 언어는, 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐 본원에서 사용된 바와 같이, 그것이 관련된 기본적인 기능을 변화시키지 않으면서 허용 가능하게 달라질 수 있는 임의의 양적인 표현을 변형시키는데 적용될 수 있다. 따라서, "약", "실질적으로", 및 "대략"과 같은 용어 또는 용어들에 의해 변형된 값은 명시된 정확한 값에 제한되어서는 안 된다. 적어도 일부 예에서, 근사 언어는 값을 측정하기 위한 도구의 정밀도에 상응할 수 있다. 본원에서 및 명세서와 청구범위 전반에 걸쳐, 범위 제한은 조합되고 및/또는 교환될 수 있으며, 이러한 범위가 확인되고 문맥상 또는 언어로 달리 지시되지 않는 한, 그 안에 포함되는 모든 부분 범위를 포함한다. 모든 참고문헌은 본원에 참조로 포함된다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "포함하다", "포함하는", "포함하다", "포함하는", "갖다", "갖는", "함유하다", "함유하는", "~을 특징으로 하는" 또는 이것들의 임의의 다른 변형은 비-독점적 포함을 커버하도록 의도되며, 명시적으로 지시된 임의의 제한 사항에 따른다. 예를 들어, 요소들의 목록을 포함하는 조성물, 혼합물, 공정 또는 방법은 반드시 상기 요소들에만 제한되는 것이 아니라 이러한 조성물, 혼합물, 공정 또는 방법에 명확히 나열되거나 내재되지 않은 다른 요소들을 포함할 수도 있다.
전이구(transitional phrase) "~로 이루어지는"은 명시되지 않은 임의의 요소, 단계, 또는 성분을 배제한다. 청구항에서라면, 이러한 것은 통상적으로 그와 관련된 불순물을 제외하고 나열된 것들 이외의 물질을 포함하는 것으로 청구항을 종결시킬 것이다. 구절 "~로 이루어지는"이 서두 바로 다음이 아니라 청구항의 본문의 한 절에서 나타날 때, 그것은 상기 절에서 제시된 요소들만을 제한하며; 다른 요소들은 청구항 전체로부터 제외되지 않는다.
전이구 "근본적으로 ~로 이루어지는"은 문자 그대로 개시된 것들에 더하여, 재료, 단계, 특징, 구성요소, 또는 요소를 포함하는 조성물 또는 방법을 정의하는데 사용되며, 단 이들 추가적인 재료, 단계, 특징, 구성요소, 또는 요소들이 청구된 개시내용의 기본적이고 신규한 특성(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 용어 "근본적으로 ~로 이루어지는"은 "포함하는"과 "~로 이루어지는" 사이의 중간 지점을 차지한다.
개시내용 또는 그 일부가 "포함하는"과 같은 개방형 용어로 정의되는 경우, (달리 언급되지 않는 한) 상세한 설명은 용어 "근본적으로 ~로 이루어지는" 또는 "~로 이루어지는"을 사용하여 이러한 개시내용을 기재하는 것으로 해석되어야 한다는 것이 쉽게 이해되어야 한다.
또한, 반대로 분명하게 언급되지 않는 한, "또는"은 배타적인 또는이 아니라 포괄적인 또는을 나타낸다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 다음 중 어느 하나에 의해 충족된다: A는 참이고 (또는 존재하고) B는 거짓이고 (또는 존재하지 않고), A는 거짓이고 (또는 존재하지 않고) B는 참이고 (또는 존재하고), A 및 B 둘 다가 참이다 (또는 존재한다).
화학식에서 대괄호(Square bracket)는 괄호 내에서 적어도 하나의 요소가 인광 물질에 존재하고, 조성물의 화학량론에 의해 제한되는 바와 같이, 그것들의 둘 이상의 임의의 조합이 존재할 수 있다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 화학식 [Ca,Sr,Ba]3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+는 Ca, Sr 또는 Ba 중 적어도 하나 또는 Ca, Sr 또는 Ba 중 둘 이상의 임의의 조합을 포함한다. 예로서 Ca3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+; Sr3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+; 또는 Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+가 포함된다. 콜론 ":" 다음에 활성체를 갖는 화학식은 인광체 조성물이 활성체로 도핑된다는 것을 나타낸다. 콜론 ":" 다음에 ","로 구별되는 하나 초과의 활성체를 나타내는 화학식은 인광체 조성물이 하나의 활성체 또는 두 활성체 모두로 도핑된다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 화학식 [Ca,Sr,Ba]3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+는 [Ca,Sr,Ba]3MgSi2O8:Eu2+, [Ca,Sr,Ba]3MgSi2O8:Mn2+ 또는 [Ca,Sr,Ba]3MgSi2O8:Eu2+ 및 Mn2+를 포함한다.
본 발명의 우라늄-기반 인광 물질은 협대역 녹색 방출을 제공하고, 어떤 경우에는, 양호한 양자 효율과 함께 양호한 에너지 전달을 제공한다. 이들 인광체는 다양한 LED 기반 조명 및 디스플레이 용도로 사용될 수 있다. 순수 녹색 방출은 그 자체로 디스플레이에서 높은 색역을 제공하고 인간 중심 조명에 대한 청록색 간격을 채우는데 사용될 수 있다. Eu3+와 같은 이온으로의 이들 재료의 효율적인 에너지 전달은 그것들이 인간 눈 민감도와 더 크게 중첩되도록 다른 상업적으로 이용 가능한 인광체에 비해 스펙트럼적으로 청색 전환되기 때문에 그것들을 고효율 조명 (루멘/와트)을 제공하는데 스펙트럼적으로 더 적합하게 만들고 높은 효율 및 CRI 값을 갖는 조명 기구를 생산하기 위해 인광체 블렌드에서 사용될 수 있다.
활성체 이온 Eu3+는 또한 특수 고 CRI 조명 및 식물 성장용 조명에 대한 방출 스펙트럼을 제공한다. 일부 구체예에서, 유로퓸은 우라늄-기반 인광체로 민감화되어 적색/원적색 영역 (약 600 nm 내지 약 800 nm)에서 협대역 방출 스펙트럼을 제공할 수 있으며, 이것은 원예 조명에 바람직하다. 일부 구체예에서, 원예 조명은 우라늄-기반 인광체를 포함하는 조성물을 갖는 LED-기반 백색 조명을 포함하며, 이것은 식물 성장용 실내 조명 및 야외 조명에 사용될 수 있다. 다른 구체예에서, 원예 조명은 우라늄-기반 인광체를 포함하는 인광체 패키지를 포함한다. 일부 구체예에서, 원예 조명은 태양광-기반일 수도 있다.
Eu3+로 도핑된 인광체는 숙주 조성물에 추가된 활성체 이온의 양을 기반으로 조정 가능한 방출 스펙트럼을 갖는다. 이 스펙트럼 조정은 광색역 디스플레이를 생산하도록 녹색 및 적색 방출 피크 둘 다를 가질 수 있는 디스플레이 용도를 위한 인광체를 제조할 수 있는 능력으로 이어지며; 이것은 최종 용도에서 필름의 무라(Mura)가 중요한 필름-기반 디스플레이에 특히 유용하다. 다수의 인광체가 필름에 고르게 분산된 것을 확인해야 하는 대신에, 녹색 및 적색 방출 둘 다를 공급하기 때문에 하나의 인광체가 고르게 분산되게 하면 된다.
발명자들은 우라닐 이온이 유로퓸과 같은 활성체 이온에 대한 민감제로서 사용될 때 본 발명의 우라늄-기반 인광 물질이 양호한 양자 효율을 가진 에너지 전달을 생성할 수 있다는 것을 발견하였다. 다른 사람들이 수년 간 LED에서 사용하기 위해 유로퓸 방출을 민감화도록 노력했지만, 이전의 모든 시도가 최소 에너지 전달 또는 최종 용도에 유용하기에 너무 낮은 양자 효율로 성공적이지 못 했기 때문에, 이것은 놀라운 일이었다.
유로퓸의 발광은 방출이 상용 시장의 인광체 용액으로 얻을 수 없는 높은 효율 (Lm/W)을 갖는 전반 조명을 얻기 위해 조명 용도로 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 인광 물질의 순수 우라늄 방출 스펙트럼은 450 nm에서 흡수할 수 있고 청록색 간격을 채우며, 이는 전반 조명의 전체 스펙트럼 및 더 높은 CRI 값으로 이어진다. 순수 우라늄 스펙트럼은 높은 색역을 제공하도록 디스플레이 역광 용도로 사용될 수 있다.
본 발명의 인광체는 U6+ 이온이 방출종의 일부이기 때문에 우라늄-도핑되거나 U-도핑된 것으로 특성화될 수 있다. 용어 'U-도핑된'은 전형적으로 호스트 격자(host lattice)에서 상대적으로 적은 수의 우라늄 원자가 치환된다는 것을 나타낸다. 많은 화합물에서 우라늄은 우라닐 이온 (UO2)2+으로 호스트 격자에 존재한다. 우라닐 이온이 선형 O-U-O 결합을 특징으로 하기 때문에, 전형적으로 달성될 수 있는 치환에 대해 그것이 치환되는 부위에 관하여 대략 몇 몰 퍼센트의 상한이 존재한다. M2+ 이온을 치환할 때 M2+와 (UO2)2+ 중심 사이에 호스트 격자 변형 및/또는 호스트 격자에서 보상 결함을 생성할 수 있는 크기 제약이 있다. 결과로서, U6+ 방출의 농도 소광(concentration quenching)이 보통 전체 치환이 달성되기 전에 일어난다. 반대로, 본 발명의 인광체는 호스트 격자의 일부로서 UO2 종을 포함하고 존재하는 M2+ 양이온의 몰의 총 수에 비해 약 40 몰 %만큼 더 높은 농도로 우라닐 이온을 포함한다.
인광 물질은 활성체 이온, 예컨대 발광 성질을 가진 란탄족 이온으로 도핑된다. 발명자들은 란탄족 활성체 이온, 예컨대 Eu3+로 공동-도핑된 우라늄-기반 인광 물질이 녹색 순수 우라늄 방출 스펙트럼으로부터 효율적인 에너지 전달을 나타냈다는 것을 발견하였다. 란탄족 계열의 다른 이온들이 에너지 전달 또는 양호한 양자 효율을 나타내지 않았기 때문에 이것은 놀라운 일이었다. 적은 수의 활성체 이온이 화합물의 호스트 격자로 통합된다.
일부 구체예에서, 인광 물질은 약 0.001 내지 약 10 몰 퍼센트의 양으로 활성체 이온을 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 활성체 이온은 약 0.01 몰 퍼센트 내지 약 10 몰 퍼센트의 양으로 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 활성체 이온은 약 0.1 몰 퍼센트 내지 약 10 몰 퍼센트의 양으로 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 활성체 이온은 약 0.5 내지 약 5 몰 퍼센트의 양으로 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 활성체는 약 1 내지 약 3 몰 퍼센트로 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 활성체 이온은 약 0.01 몰 퍼센트 내지 약 1 몰 퍼센트로 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 활성체 이온은 약 0.05 몰 퍼센트 내지 약 1 몰 퍼센트로 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 활성체 이온은 약 0.1 몰 퍼센트 내지 약 1 몰 퍼센트로 존재할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 활성체 이온은 약 0.5 몰 퍼센트 내지 약 1 몰 퍼센트로 존재할 수 있다.
한 구체예에서, 활성화된 우라늄-기반 인광체는 다음을 포함한다:
(i) 화학식 I를 갖는 인광체:
상기 식에서 인광체는 Eu3+로 도핑되고, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0.75≤x≤1.25, 0.75≤y≤1.25, 및 0.75≤z≤1.25이거나; 또는
(ii) 화학식 II를 갖는 인광체:
,
상기 식에서 인광체는 Eu3+로 도핑되고, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0.75≤x≤1.25, 0.75≤y≤1.25, 0.75≤z≤1.25, 2.5≤p≤3.5, 1.75≤q≤2.25, 및 3.5≤r≤4.5이고; 화학식 II는 a가 0이고, b가 0이고, p가 3.5이고, q가 1.75이고, r이 3.5인 조합을 제외한다.
일부 구체예에서, 우라늄-기반 인광체는 화학식 I를 갖는다:
상기 식에서 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0.75≤x≤1.25, 0.75≤y≤1.25, 0.75≤z≤1.25이다. 일부 구체예에서, 하나 이상의 활성체 이온, 예컨대 Eu3+가 존재할 수 있다. 구체적인 예는 Ba[Mg, Zn]UO2(PO4)2를 포함하며, 더 구체적으로는, BaMgUO2(PO4)2 및 BaZnUO2(PO4)2를 포함한다.
일부 구체예에서, 우라늄-기반 인광체는 화학식 II를 갖는다:
상기 식에서 0≤a≤1, 0≤b≤1, 2.5≤p≤3.5, 1.75≤q≤2.25, 및 3.5≤r≤4.5이다. 화학식 II는 a가 0이고, b가 0이고, p가 3.5이고, q가 1.75이고, r이 3.5인 조합을 제외한다. 일부 구체예에서, 우라늄-기반 인광체는 화학식 IIA를 갖는다:
화학식 IIA에 대해, 화합물 Ba2UO2(PO4)2 및 γ-Ba2UO2(PO4)2는 제외된다. 일부 구체예에서, 하나 이상의 활성체 이온, 예컨대 Eu3+가 화학식 II 또는 IIA에 대해 존재할 수 있다. 구체적인 예는 Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7 및 Ba3(PO4)2(UO2)2V2O7을 포함한다.
우라늄 이온으로부터 활성체 이온으로의 에너지 전달은 색 좌표 값, ccx 및 ccy (1931 CIE 색도도 상에서의 x 및 y)의 변화로 측정될 수 있다. 일부 구체예에서, 활성화된 인광체는 적어도 15% 만큼의 ccx 값 변화 및 적어도 10% 만큼의 ccy 값 변화를 나타낸다. 일부 구체예에서, 활성화된 인광체는 적어도 25%의 ccx 값 변화를 나타낸다. 또 다른 구체예에서, 활성화된 인광체는 적어도 50%의 ccx 값 변화를 나타낸다. 일부 구체예에서, 활성화된 인광체는 약 15% 내지 약 200%의 ccx 값 변화를 나타낸다. 또 다른 구체예에서, ccx 값 변화는 약 25% 내지 약 200%이고 또 다른 구체예에서, ccx 값 변화는 약 50% 내지 약 200%이다. 일부 구체예에서, 활성화된 인광체는 적어도 10%의 ccy 값 변화를 나타낸다. 또 다른 구체예에서, 활성화된 인광체는 약 10% 내지 약 50%의 ccy 값 변화를 나타낸다.
발명자들은 활성체 이온, 예컨대 Eu3+로 공동-도핑된 우라늄-기반 인광 물질이 색 조정 가능하다, 즉, 활성체 이온의 방출 색에 대한 우라늄으로부터의 녹색 방출의 비율이 활성체 이온의 비율에 따라 조정될 수 있다는 것을 발견하였다. 일부 구체예에서, 인광체 방출은 555 nm에서 중심이 있는 눈 민감도 범위에 스펙트럼적으로 더 가깝도록 이동될 수 있다. 이들 활성체 이온은 인간 중심 조명에서 더 높은 강도 및 현재 상용 시장의 인광체 용액에서 얻을 수 없는 높은 효율 (Lm/W)의 조명을 제공하도록 조명 용도로 사용될 수 있다.
일부 구체예에서, 우라늄-기반 인광 물질이 고효율 전반 조명에 사용될 수 있다. 다른 구체예에서, 우라늄-기반 인광 물질은 눈-안전 디스플레이에서 사용을 위해 유해한 청색광 방출을 감소시키도록 색 조정될 수 있다. 다른 구체예에서, 우라늄-기반 인광 물질은 식물 성장에 적합한 방출을 생성하도록 색 조정될 수 있다. 다른 구체예에서, 우라늄-기반 인광체는 단일 인광체로부터 생성된 녹색 및 적색 방출을 갖는 높은 색역 디스플레이를 생성하도록 색 조정될 수 있다.
또 다른 양태에서, 인광체 조성물은 다음을 포함하는 활성화된 우라늄-기반 인광체를 포함한다:
(i) 화학식 I를 갖는 인광체:
상기 식에서 인광체는 Eu3+로 도핑되고, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0.75≤x≤1.25, 0.75≤y≤1.25, 및 0.75≤z≤1.25이거나; 또는
(ii) 화학식 II를 갖는 인광체:
상기 식에서 인광체는 Eu3+로 도핑되고, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0.75≤x≤1.25, 0.75≤y≤1.25, 0.75≤z≤1.25, 2.5≤p≤3.5, 1.75≤q≤2.25, 및 3.5≤r≤4.5이고; 화학식 II는 a가 0이고, b가 0이고, p가 3.5이고, q가 1.75이고, r이 3.5인 조합을 제외한다.
한 구체예에서, 우라늄-기반 인광체는 Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7, BaZnUO2(PO4)2, BaMgUO2(PO4)2를 포함할 수 있다. 인광체는 밝은 녹색을 방출하고 디스플레이 용도로 광범위한 색역을 제공할 수 있다.
본 발명의 우라늄-기반 인광 물질은 산화 대기 하에서 전구물질의 혼합물을 소성시켜 생성될 수 있다. 적합한 전구물질의 비-제한적 예는 적절한 금속 산화물, 수산화물, 알콕시화물, 탄산염, 질산염, 알루민산염, 규산염, 구연산염, 옥살염, 카르복시산염, 타르타르산염, 스테아르산염, 아질산염, 과산화물, 인산염, 피로인산염, 알칼리 염 및 이들의 조합을 포함한다. 전구물질로 사용하기에 적합한 물질은 BaCO3, BaHPO4, Ba3(PO4)2, Ba2P2O7, Ba2Zn(PO4)2, BaZnP2O7, Ba(OH)2, Ba(C2O4), Ba(C2H3O2)2, Ba3(C6H5O7)2, Ba(NO3)2, CaCO3, HUO2PO4-4H2O, KH2PO4, K2CO3, Mg(C2O4), Mg(C2H3O2)2, Mg(C6H6O7), MgCO3, MgO, Mg(OH)2, Mg3(PO4)2, Mg2P2O7, Mg2Ba(PO4)2, MgHPO4, Mg(NO3)2, NaH2PO4, Na2CO3, NH4MgPO4, (NH4)2HPO4, NH4VO3, SrCO3, Zn(C2O4), Zn(C2H3O2)2, Zn3(C6H5O7)2, ZnCO3, ZnO, Zn(OH)2, Zn3(PO4)2, Zn2P2O7, Zn2Ba(PO4)2, ZnHPO4, Zn(NO3)2, NH4ZnPO4, UO2, UO2(NO3)2, (UO2)2P2O7, (UO2)3(PO4)2, NH4(UO2)PO4, UO2CO3, UO2(C2H3O2)2, UO2(C2O4), H(UO2)PO4, UO2(OH)2, 및 ZnUO2(C2H3O2)4, 및 다양한 수화물을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 예시의 인광체 BaZnUO2(PO4)2는 적절한 양의 BaCO3, ZnO, 및 UO2를 적절한 양의 (NH4)2HPO4와 혼합한 다음 공기 대기 하에서 혼합물을 소성시킴으로써 생성될 수 있다. 전구물질은 고체 형태 또는 용액으로 되어있을 수 있다. 용제의 비-제한적 예는 물, 에탄올, 아세톤, 및 아이소프로판올을 포함하고, 적합성은 주로 용제에서 전구물질의 가용성에 따라 달라진다. 소성 후, 인광체는 소성 절차 중에 형성되었을 수도 있는 임의의 응집체를 분해하기 위해 밀링될 수 있다(milled).
인광체를 생성하기 위한 시작 물질의 혼합물은 활성체 전구물질 산화물 화합물, 예컨대 Eu2O3 및 전구물질 인산염 화합물, 예컨대 EuPO4를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
인광체를 생성하기 위한 시작 물질의 혼합물은 또한 하나 이상의 저 용융 온도 플럭스(flux) 물질, 예컨대 붕산, 사붕산리튬과 같은 붕산염 화합물, 알칼리 인산염, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 비-제한적 예는 (NH4)2HPO4 (DAP). Li3PO4, Na3PO4, NaBO3-H2O, Li2B4O7, K4P2O7, Na4P2O7, H3BO3, 및 B2O3를 포함한다. 플럭스는 인광체에 대한 소성 온도를 낮추고 및/또는 소성 시간을 줄일 수 있다. 플럭스가 사용되면, 플럭스로부터 유래되었을 수도 있는 임의의 잔류 가용성 불순물을 제거하기 위해 최종 인광체 생성물을 적합한 용제로 세척하는 것이 바람직할 수 있다.
샘플의 소성은 일반적으로 공기 중에서 실행되지만, 우라늄은 최고 산화 상태에 있기 때문에 (U6+) O2 또는 다른 습식 또는 건식 산화 대기 중에서, 예컨대 1 기압보다 높은 산소분압에서, 약 500℃ 내지 약 1300℃, 구체적으로는 약 500℃ 내지 약 1200℃의 온도에서, 혼합물을 인광체로 변환시키기에 충분한 시간 동안, 소성될 수도 있다. 필요한 소성 시간은 소성되는 혼합물의 양, 고체와 대기의 기체 사이의 접촉의 정도, 및 혼합물이 소성되거나 가열되는 동안 혼합의 정도에 따라 약 1 내지 20시간의 범위 내에 있을 수 있다. 혼합물은 빠르게 최종 온도에 도달하여 유지될 수 있거나, 또는 혼합물은 약 2℃/분 내지 약 200℃/분과 같이 낮은 속도로 최종 온도까지 가열될 수 있다.
한 구체예에서, 인광체 조성물은, 우라늄-기반 인광 물질에 더하여, 하나 이상의 다른 발광 재료를 포함할 수 있다. 결과로 생성된 광의 백색을 맞춤화하고 특정 스펙트럼 출력 분포(spectral power distribution)를 생성하기 위해 추가적인 발광 재료, 예컨대 청색, 황색, 적색, 주황색, 또는 다른 색의 인광체가 인광체 조성물에서 사용될 수 있다.
인광체 조성물에서 사용하기에 적합한 인광체는 다음을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다: ((Sr1-z[Ca,Ba,Mg,Zn]z)1-(x+w)[Li,Na,K,Rb]wCex)3(Al1-ySiy)O4+y+3(x-w)F1-y-3(x-w), 0<x≤0.10, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.5, 0≤w≤x; [Ca,Ce]3Sc2Si3O12 (CaSiG); [Sr,Ca,Ba]3Al1-xSixO4+xF1-x:Ce3+ (SASOF)); [Ba,Sr,Ca]5(PO4)3[Cl,F,Br,OH]:Eu2+,Mn2+; [Ba,Sr,Ca]BPO5:Eu2+,Mn2+; [Sr,Ca]10(PO4)6*vB2O3:Eu2+ (상기 식에서 0<v≤1); Sr2Si3O8*2SrCl2:Eu2+; [Ca,Sr,Ba]3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+; BaAl8O13:Eu2+; 2SrO*0.84P2O5*0.16B2O3:Eu2+; [Ba,Sr,Ca]MgAl10O17:Eu2+,Mn2+; [Ba,Sr,Ca]Al2O4:Eu2+; [Y,Gd,Lu,Sc,La]BO3:Ce3+,Tb3+; ZnS:Cu+,Cl-; ZnS:Cu+,Al3+; ZnS:Ag+,Cl-; ZnS:Ag+,Al3+; [Ba,Sr,Ca]2Si1-nO4-2n:Eu2+ (상기 식에서 0≤n≤0.2); [Ba,Sr,Ca]2[Mg,Zn]Si2O7:Eu2+; [Sr,Ca,Ba][Al,Ga,In]2S4:Eu2+; [Y,Gd,Tb,La,Sm,Pr,Lu]3[Al,Ga]5-aO12-3/2a:Ce3+ (상기 식에서 0≤a≤0.5); [Ca,Sr]8[Mg,Zn](SiO4)4Cl2:Eu2+,Mn2+; Na2Gd2B2O7:Ce3+,Tb3+; [Sr,Ca,Ba,Mg,Zn]2P2O7:Eu2+,Mn2+; [Gd,Y,Lu,La]2O3:Eu3+,Bi3+; [Gd,Y,Lu,La]2O2S:Eu3+,Bi3+; [Gd,Y,Lu,La]VO4:Eu3+,Bi3+; [Ca,Sr,Mg]S:Eu2+,Ce3+; SrY2S4:Eu2+; CaLa2S4:Ce3+; [Ba,Sr,Ca]MgP2O7:Eu2+,Mn2+; [Y,Lu]2WO6:Eu3+,Mo6+; [Ba,Sr,Ca]bSigNm:Eu2+ (상기 식에서 2b+4g=3m); Ca3(SiO4)Cl2:Eu2+; [Lu,Sc,Y,Tb]2-u-vCevCa1+uLiwMg2-wPw[Si,Ge]3-wO12-u/2 (상기 식에서 0.5≤u≤1, 0<v≤0.1, 및 0≤w≤0.2); Y,Lu,Gd]2-m [Y,Lu,Gd]CamSi4N6+mC1-m:Ce3+, (상기 식에서 0≤m≤0.5); [Lu,Ca,Li,Mg,Y], Eu2+ 및/또는 Ce3+로 도핑된 알파-SiAlON; Sr(LiAl3N4):Eu2+, [Ca,Sr,Ba]SiO2N2:Eu2+,Ce3+; beta-SiAlON:Eu2+; 3.5MgO*0.5MgF2*GeO2:Mn4+; Ca1-c-fCecEufAl1+cSi1-cN3, (상기 식에서 0≤c≤0.2, 0≤f≤0.2); Ca1-h-rCehEurAl1-h(Mg,Zn)hSiN3, (상기 식에서 0≤h≤0.2, 0≤r≤0.2); Ca1-2s-tCes[Li,Na]sEutAlSiN3, (상기 식에서 0≤s≤0.2, 0≤t≤0.2, s+t>0); [Sr, Ca]AlSiN3: 및 Eu2+,Ce3+, Li2CaSiO4:Eu2+.
한 구체예에서, 추가적인 발광 재료는 화학식 VI의 적색 방출 인광체일 수 있다:
,
상기 식에서 A는 Li, Na, K, Rb, Cs, 또는 이들의 조합이고; M은 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Al, Ga, In, Sc, Hf, Y, La, Nb, Ta, Bi, Gd, 또는 이들의 조합이고; x는 MFy 이온의 전하의 절대치이고; y는 5, 6 또는 7이다.
화학식의 적색 방출 인광체는 LED 광원에 복사적으로 및/또는 광학적으로 커플링된다. 화학식 I의 인광체는 General Electric Company에 할당된 미국 특허 번호 7,497,973과 US 8,906,724, 및 관련 특허에 기재되어 있다. 화학식 VI의 적색 방출 인광체의 예는 K2(TiF6):Mn4+, K2(SnF6):Mn4+, Cs2(TiF6):Mn4+, Rb2(TiF6):Mn4+, Cs2(SiF6):Mn4+, Rb2(SiF6):Mn4+, Na2(SiF6):Mn4+, Na2(TiF6):Mn4+, Na2(ZrF6):Mn4+, K3(ZrF7):Mn4+, K3(BiF7):Mn4+, K3(YF7):Mn4+, K3(LaF7):Mn4+, K3(GdF7):Mn4+, K3(NbF7):Mn4+ 또는 K3(TaF7):Mn4+를 포함한다. 특정 구체예에서, 화학식 VI의 인광체는 K2SiF6:Mn4+이다.
한 구체예에서, 적색-방출 인광체는 적어도 1 중량%의 Mn 로딩 또는 Mn%를 갖는다. 또 다른 구체예에서, 적색-방출 인광체는 적어도 1.5 중량%의 Mn 로딩을 갖는다. 또 다른 구체예에서, 적색-방출 인광체는 적어도 2 중량%의 Mn 로딩을 갖는다. 또 다른 구체예에서, 적색-방출 인광체는 적어도 3 중량%의 Mn%를 갖는다. 또 다른 구체예에서 Mn%은 3.0 중량%보다 크다. 또 다른 구체예에서, 적색-방출 인광체 내 Mn 함유량은 약 1 중량% 내지 약 4 중량%이다.
한 구체예에서, Mn4+ 인광체에 의해 활성화된 복합 불화물을 기반으로 하는 적색-방출 인광체는 인광체 입자의 안정성을 향상시키고 입자의 표면을 변형시켜 응집화에 저항하고 입자의 제타 전위(zeta potential)를 증가시키기 위해 표면 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 한 구체예에서, 표면 코팅은 금속 불화물, 실리카 또는 유기 코팅일 수 있다. 한 구체예에서, Mn4+ 인광체에 의해 활성화된 복합 불화물 물질을 기반으로 하는 적색-방출 인광체는 금속 불화물로 적어도 부분적으로 코팅되며, 이것은 양의 제타 전위를 증가시키고 응집을 감소시킨다. 한 구체예에서, 금속 불화물 코팅은 MgF2, CaF2, SrF2, BaF2, AgF, ZnF2, AlF3 또는 이들의 조합을 포함한다. 또 다른 구체예에서, 금속 불화물 코팅은 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%의 양으로 존재한다. 또 다른 구체예에서, 금속 불화물 코팅은 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 존재한다. 또 다른 구체예에서, 금속 불화물 코팅은 약 0.3 중량% 내지 약 3 중량%로 존재한다. Mn4+에 의해 활성화된 복합 불화물 물질을 기반으로 하는, 금속 불화물 코팅된 적색-방출 인광체는 WO 2018/093832 및 미국 공개 번호 2020/0369956에 기재된 바와 같이 제조된다. 이것들 각각의 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다.
한 구체예에서, Mn4+ 인광체에 의해 활성화된 복합 불화물 물질을 기반으로 하는 적색-방출 인광체는 유기 코팅, 예컨대 중합체화된 올레산으로 적어도 부분적으로 코팅된다. 올레산은 용매열 합성 또는 처리를 통해, 예컨대 혼합 흡착 처리에 의해 인광체 입자를 코팅하는데 사용될 수 있다.
특정 구체예에서, 추가적인 인광체는 [Ba,Sr,Ca]2SiO4:Eu2+, [Y,Gd,Lu,Tb]3[Al,Ga]5O12:Ce3+, β-SiAlON:Eu2+, [Sr,Ca,Ba][Ga,Al]2S4:Eu2+, [Li,Ca]α-SiAlON:Eu2+, [Ba,Sr,Ca]2Si5N8:Eu2+, [Ca,Sr]AlSiN3:Eu2+, [Ba,Sr,Ca]LiAl3N4:Eu2+, [Sr,Ca,Mg]S:Eu2+, [Ba,Sr,Ca]2Si2O4:Eu2+ 및 K2SiF6:Mn4+를 포함한다.
인광체 조성물에서 사용하기에 적합한 다른 추가적인 발광 재료는 전자발광 중합체, 예컨대 폴리플루오렌, 바람직하게는 폴리(9,9-디옥틸 플루오렌) 및 그것의 공중합체, 예컨대 폴리(9,9'-디옥틸플루오렌-co-비스-N,N'-(4-부틸페닐)디페닐아민) (F8-TFB); 폴리(비닐카르바졸) 및 폴리페닐렌비닐렌 및 그것들의 유도체를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 발광층은 청색, 황색, 주황색, 녹색 또는 적색 인광성 염료 또는 금속 착물, 양자점 물질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 인광성 염료로 사용하기에 적합한 물질은 트리스(1-페닐아이소퀴놀린) 이리듐 (III) (적색 염료), 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐 (녹색 염료) 및 이리듐 (III) 비스(2-(4,6-디플루오레페닐)피리디나토-N,C2) (청색 염료)를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. ADS (American Dyes Source, Inc.)의 상업적으로 이용 가능한 형광성 및 인광성 금속 착물이 또한 사용될 수 있다. ADS 녹색 염료는 ADS060GE, ADS061GE, ADS063GE, 및 ADS066GE, ADS078GE, 및 ADS090GE를 포함한다. ADS 청색 염료는 ADS064BE, ADS065BE, 및 ADS070BE를 포함한다. ADS 적색 염료는 ADS067RE, ADS068RE, ADS069RE, ADS075RE, ADS076RE, ADS067RE, 및 ADS077RE를 포함한다. 예시의 양자점 물질은 CdSe, ZnS 또는 InP를 기반으로 하며, 제한되는 것은 아니지만, 코어/셸(core/shell) 발광성 나노결정, 예컨대 CdSe/ZnS, InP/ZnS, PbSe/PbS, CdSe/CdS, CdTe/CdS 또는 CdTe/ZnS를 포함한다. 양자점 물질의 다른 예는 할라이드 페로브스카이트(halide perovskite) 양자점, 예컨대 CsPbX3를 포함하며, 여기서 X는 Cl, Br, I 또는 이들의 조합이다. 이들 모든 반도체 양자점은 또한 부동태화 및/또는 환경 보호를 위해 적절한 셸 또는 코팅을 가질 수 있다.
인광체 조성물 내에서 개개의 인광체 및 다른 발광 재료의 각각의 비율은 원하는 광 출력의 특성에 따라 달라질 수 있다. 다양한 인광체 조성물 내에서 개개의 인광체 및 다른 발광 재료의 상대적인 비율은 그것들의 방출이 디바이스, 예를 들어 조명 기구에서 블렌딩되고(blended) 이용될 때, CIE 색도도 상에서 사전 결정된 x 및 y 값의 가시광선이 생성되도록 조정될 수 있다.
한 구체예에서, 인광체 조성물은 약 0.1 μm 내지 약 15 μm의 범위의 입자 크기 직경을 가진 미립자 형태의 인광체를 포함한다. 또 다른 구체예에서, 입자 크기 직경은 약 0.1 μm 내지 약 10 μm의 범위 내에 있다. 또 다른 구체예에서, 입자 크기 분포는 15μm 미만의 D50, 특히, 10 μm 미만의 D50, 특히 5 μm 미만의 D50, 또는 3 μm 미만의 D50, 또는 2 μm 미만의 D50, 또는 1 μm 미만의 D50이다. 또 다른 구체예에서, 입자 크기 분포 D50은 약 0.1 μm 내지 약 5 μm의 범위 내에 있을 수 있다. 또 다른 구체예에서, D50 입자 크기는 약 0.1 μm 내지 약 3 μm의 범위 내에 있다. 또 다른 구체예에서, D50 입자 크기는 약 0.1 μm 내지 약 1 μm의 범위 내에 있다. 또 다른 구체예에서, D50 입자 크기는 약 1 μm 내지 약 5 μm의 범위 내에 있다. D50 (D50으로도 표시됨)은 용적 분포에 대한 중간 입자 크기로 정의된다. D90 또는 D90은 분포의 입자의 90%의 입자 크기보다 큰 용적 분포에 대한 입자 크기이다. D10 또는 D10은 분포의 입자의 10%의 입자 크기보다 큰 용적 분포에 대한 입자 크기이다. 인광체의 입자 크기는 레이저 회절 또는 광학 현미경 방법에 의해 편리하게 측정될 수 있고, 상업적으로 이용 가능한 소프트웨어가 입자 크기 분포 및 범위를 생성할 수 있다. 범위는 미립자 물질 또는 분말에 대한 입자 크기 분포의 너비의 측정값이고, 다음 방정식에 따라 정의된다:
여기서 D90, D10 및 D50은 상기 정의되어 있다. 인광체 입자에 대해, 입자 크기 분포의 범위가 반드시 제한되는 것은 아니며 일부 구체예에서는 1.0 이하일 수도 있다.
인광체는 통상적인 방식으로 작은 입자 크기로 그라인딩되거나(ground) 밀링될 수 있다.
또 다른 양태에서, 활성화된 우라늄-기반 인광체 및 활성화된 우라늄-기반 인광체에 복사적으로 연결되고 및/또는 광학적으로 커플링된 LED 광원을 포함하는 인광체 조성물을 포함하는 디바이스가 제공된다. 활성화된 우라늄-기반 인광 물질은 다음으로부터 선택된다:
(i) 화학식 I를 갖는 인광체:
상기 식에서 인광체는 Eu3+로 도핑되고, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0.75≤x≤1.25, 0.75≤y≤1.25, 및 0.75≤z≤1.25이거나; 또는
(ii) 화학식 II를 갖는 인광체:
,
상기 식에서 인광체는 Eu3+로 도핑되고, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0.75≤x≤1.25, 0.75≤y≤1.25, 0.75≤z≤1.25, 2.5≤p≤3.5, 1.75≤q≤2.25, 및 3.5≤r≤4.5이고, 화학식 II는 a가 0이고, b가 0이고, p가 3.5이고, q가 1.75이고, r이 3.5인 조합을 제외한다.
본 발명에 따른 디바이스는 하나 이상의 우라늄-기반 인광 물질, 예컨대 화학식 I 또는 II를 갖는 우라늄-기반 인광체에 복사적으로 연결되고 및/또는 광학적으로 커플링된 LED 광원을 포함한다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 디바이스(10)를 나타낸다. 디바이스(10)는 LED 광원(12) 및 본 발명의 활성화된 우라늄-기반 인광 물질을 포함하는 인광체 조성물(14)을 포함한다. LED 광원(12)은 UV 또는 청색 방출 LED일 수 있다. 일부 구체예에서, LED 광원(12)은 약 380 nm 내지 약 460 nm의 파장 범위에서 청색광을 생성한다. 디바이스(10)에서, 본원에서 기재된 바와 같이 우라늄-기반 인광 물질을 포함하는 인광체 조성물(14)은 LED 광원(12)에 복사적으로 커플링되고 및/또는 광학적으로 커플링된다. 복사적으로 연결되거나 또는 커플링된 또는 광학적으로 커플링된 것은 LED 광원(12)으로부터의 복사는 인광체 조성물(14)을 여기시킬 수 있고, 인광체 조성물(14)은 복사에 의한 여기에 반응하여 광을 방출할 수 있다는 것을 의미한다. 인광체 조성물(14)은 LED 광원(12)의 한 부분 또는 일부에 배치되거나 LED 광원(12)으로부터 멀리 떨어진 곳에 위치할 수 있다. 일부 구체예에서, 디바이스는 디스플레이 용도를 위한 역광 유닛일 수 있다.
본원에서 논의된 예시의 LED 광원의 일반적인 논의는 무기 LED 기반 광원에 관한 것이다. 가장 대중적인 백색 LED는 청색 또는 UV 방출 GaInN 칩을 기반으로 한다. 무기 LED 광원에 더하여, 용어 LED 광원은 반도체 레이저 다이오드 (laser diode: LD), 유기 발광 다이오드 (organic light emitting diode: OLED) 또는 LED와 LD의 하이브리드(hybrid)와 같은 모든 LED 광원을 포함하는 것을 의미한다. LED 광원은 자가-방출성 디스플레이에 사용될 수 있는 미니LED 또는 마이크로LED일 수 있다. 또한, LED 광원은 달리 언급되지 않는 한 또 다른 방사선원에 의해 대체되거나, 보충되거나 또는 증가될 수 있고 반도체, 반도체 LED, 또는 LED 칩에 대한 어떠한 지시대상도 단지, 제한되는 것은 아니지만, LD 및 OLED를 포함하는 임의의 적절한 방사선원을 대표할 뿐이라는 것을 이해해야 한다.
인광체 조성물(14)은 분말, 유리, 또는 합성물, 예를 들어, 인광체-중합체 합성물 또는 인광체-유리 합성물과 같은 임의의 형태로 존재할 수 있다. 또한, 인광체 조성물(14)은 층, 시트(sheet), 필름, 스트립(strip), 분산 미립자, 또는 이들의 조합으로 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 인광체 조성물(14)은 유리 형태의 활성화된 우라늄-기반 인광 물질을 포함한다. 이들 구체예 중 일부에서, 디바이스(10)는 인광체 휠(wheel) (미도시)의 형태로 인광체 조성물(14)을 포함할 수 있다. 인광체 휠은 유리에 내장된 우라늄-기반 인광 물질을 포함할 수 있다. 인광체 휠 및 관련 디바이스는 WO 2017/196779에 기재되어 있다.
활성화된 우라늄-기반 인광 물질을 포함하는 인광체 조성물은 LED 광원에 광학적으로 커플링되거나 복사적으로 연결된다. 한 구체예에서, 백색광 블렌드(blend)는 활성화된 우라늄-기반 인광 물질 및 추가적인 발광 재료를 LED 광원, 예컨대 청색 또는 UV LED와 블렌딩하여 얻어질 수 있다. 인광 물질의 순수 우라늄 방출 스펙트럼은 눈 민감도 범위의 중심에 가까운 녹색 범위에서 협대역 방출을 나타낸다. 인광 물질은 450 nm에서 흡수할 수 있고 인간 중심 조명의 청록색 간격 범위를 채울 수 있으며, 이는 전반 조명에 대한 전체 스펙트럼으로 이어지고 높은 CRI 값을 제공할 수 있다. 순수 우라늄 스펙트럼은 높은 색역 디스플레이를 제공하도록 디스플레이 역광 용도로 사용될 수 있다.
한 구체예에서, 우라늄-기반 인광 물질은 주황색 또는 적색 방출을 제공하는 활성체 이온으로 도핑된다. 한 구체예에서, 우라늄-기반 인광체는 인간 시각에 더 밝게 보이는, 눈 민감도 범위에 스펙트럼적으로 가까운 적색 방출을 갖는 유로퓸 활성체 이온으로 도핑된다. 한 구체예에서, 유로퓸-도핑된 우라늄-기반 인광체는 고 효율 (루멘/와트) 값을 갖는 백색 블렌드를 제조하기 위해 황록색 또는 녹색 방출 인광체, 예컨대 이트륨-알루미늄 가넷 (YAG) 인광체, 및 청색-방출 또는 UV-방출 LED와 조합된다. 또 다른 구체예에서, 조성물은 활성화된 우라늄-기반 인광체 및 화학식 VI를 갖는 적색 인광체를 포함한다.
도 2는 일부 구체예에 따른 조명 기구 또는 램프(20)를 예시한다. 조명 기구(20)는 LED 칩(22) 및 LED 칩(22)에 전기적으로 부착된 리드(24)를 포함한다. 리드(24)는 더 두꺼운 리드 프레임(들)(26)에 의해 지지되는 얇은 와이어를 포함할 수 있거나 또는 리드(24)는 자가-지지된 전극을 포함할 수 있고 리드 프레임은 생략될 수 있다. 리드(24)는 LED 칩(22)에 전류를 제공하여 방사선을 방출할 수 있게 한다.
우라늄-기반 인광 물질을 포함하는 인광체 조성물의 층(30)은 LED 칩(22)의 표면 상에 배치된다. 인광체 층(30)은 임의의 적절한 방법에 의해, 예를 들어, 인광체 조성물과 바인더 물질을 혼합하여 제조된 슬러리(slurry) 또는 잉크 조성물을 사용하여 배치될 수 있다. 이러한 한 방법에서, 인광체 조성물 입자가 무작위로 현탁되거나 균일하게 분산된 실리콘 슬러리가 LED 칩(22) 주위에 배치된다. 이 방법은 단지 인광체 층(30) 및 LED 칩(22)의 가능한 위치의 예시일 뿐이다. 인광체 층(30)은 LED 칩(22) 위에 슬러리를 코팅하고 건조시킴으로써 LED 칩(22)의 발광 표면 위에 또는 발광 표면 상에 직접 코팅될 수 있다. LED 칩(22)에 의해 방출된 광이 인광체 조성물에 의해 방출된 광과 혼합되어 원하는 방출을 생성한다.
바인더의 예는 에틸 셀룰로오스, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸 아크릴레이트 (PMA), 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리에테르에테르 케톤, 폴리설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리비닐피롤리돈 (PVP), 폴리에틸렌이민 (PEI), 폴리(1-나프틸 메타크릴레이트), 폴리(비닐 페닐 설파이드) (PVPS), 폴리비닐 알코올 (PVA), 폴리비닐 부티랄 (PVB), 폴리(N-비닐프탈이미드), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PDVF), 폴리(비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오로프로필렌) (PVDF-HFP), 실리콘 물질 및 UV-경화성 물질, 예컨대 에폭시 수지, 아크릴 수지, 아크릴레이트 수지 및 우레탄-기반 물질을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2를 계속 참조하면, LED 칩(22)은 외피(28) 내에 캡슐화될 수 있다. 외피(28)는, 예를 들어, 유리 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다. LED 칩(22)은 캡슐화 물질(32)에 의해 둘러싸일 수 있다. 캡슐화 물질(32)은 저온 유리, 또는 중합체 또는 업계에 공지된 수지, 예를 들어, 에폭시, 실리콘, 에폭시-실리콘, 아크릴레이트 또는 이들의 조합일 수 있다. 대안의 구체예에서, 조명 기구(20)는 외피(28) 없이 캡슐화 물질(32)만을 포함할 수 있다. 외피(28) 및 캡슐화 물질(32)은 둘 다 광이 상기 요소들을 통과해서 전달될 수 있도록 투명해야 한다.
도 3에서 예시된 바와 같은 일부 구체예에서, 인광체 조성물(33) 우라늄-기반 인광 물질은, 도 2에서 나타난 바와 같이, LED 칩(22) 바로 위에 형성되는 대신에, 캡슐화 물질(32) 내에 배치된다. 인광체 조성물(33)은 캡슐화 물질(32)의 일부 내에 또는 캡슐화 물질(32)의 전체 용적에 걸쳐 배치될 수 있다. LED 칩(22)에 의해 방출된 청색광 또는 UV 광은 인광체 조성물(33)에 의해 방출된 광과 혼합되고, 혼합된 광은 조명 기구(20)로부터 밖으로 전달된다.
또 다른 구체예에서, 활성화된 우라늄-기반 인광 물질을 포함하는 인광체 조성물의 층(34)은, 도 4에서 예시된 바와 같이, LED 칩(22) 위에 형성되는 대신에, 외피(28)의 표면으로 코팅된다. 도시된 바와 같이, 인광체 층(34)은 외피(28)의 내부 표면(29)에 코팅되지만, 원하는 경우, 인광체 층(34)은 외피(28)의 외부 표면에 코팅될 수 있다. 인광체 층(34)은 외피(28)의 전체 표면에 또는 외피(28)의 내부 표면(29)의 상부에만 코팅될 수 있다. LED 칩(22)에 의해 방출된 UV/청색광은 인광체 층(34)에 의해 방출된 광과 혼합되고, 혼합된 광은 밖으로 전달된다. 물론, 인광체 조성물은 임의의 2개 또는 모두 3개의 위치에 위치하거나 (도 2 내지 4에서 나타난 바와 같이) 또는 임의의 다른 적합한 위치에, 예컨대 외피(28)와 별도로, 원격으로 또는 LED 칩(22)에 통합되어 위치할 수 있다. 한 구체예에서, 인광체 층(34)은 필름일 수 있고 LED 칩(22)으로부터 떨어져서 위치할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 인광체 층(34)은 필름일 수 있고 LED 칩(22) 상에 배치될 수 있다. 일부 구체예에서, 인광체 층(34)은 잉크 조성물로서 LED 칩(22)에 도포되고 건조되어 LED 칩(22)에 필름을 형성할 수 있다. 일부 구체예에서, 필름은 단일층 또는 다중층일 수 있다. 일부 구체예에서, 필름은 다중층 구조의 각 층이 적어도 하나의 인광체 또는 양자점 물질을 포함하는 다중층 구조이다.
상기 구조 중 어느 것에서, 조명 기구(20) (도 2-4)는 또한 복수의 산란 입자를 포함할 수 있으며 (미도시), 이것들은 캡슐화 물질(32)에 내장된다. 산란 입자는, 예를 들어, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 또는 티타니아를 포함할 수 있다. 산란 입자는 LED 칩(22)으로부터 방출된 지향성 광(directional light)을 효과적으로 산란시키며, 바람직하게는 극소량이 흡수된다.
한 구체예에서, 도 3 또는 도 4에서 나타난 조명 기구(20)는 역광 기구일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 역광 기구는 역광 유닛(10)을 포함한다. 일부 구체예에서는, 예를 들어, 도 5에서 예시된 바와 같이, 역광 용도로 표면 실장된 디바이스 (SMD) 유형 발광 다이오드(50)를 포함한다. 이 SMD는 "측면 방출형"이고 광 안내 부재(54)의 돌출부에 발광 윈도우(52)를 갖는다. SMD 패키지는 상기 정의된 바와 같이 LED 칩, 및 본원에서 기재된 바와 같이 녹색-방출 인광체를 포함하는 인광체 조성물을 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 디바이스는 직하형(direct lit) 디스플레이일 수 있다.
본원에서 기재된 인광체 조성물을 사용하여, 높은 색역 및 높은 광도를 갖는, 디스플레이 용도로 백색광을 생성하는 디바이스, 예를 들어, LCD 역광 유닛이 제공될 수 있다. 대안으로, 관심있는 광범위한 색 온도 (2000 K 내지 10,000 K)에 대해 높은 광도 및 높은 CRI 값을 갖는, 전반 조명용 백색광을 생성하는 디바이스가 제공될 수 있다.
본 발명의 디바이스는 전반 조명 및 디스플레이 용도로 조명 및 디스플레이 기구를 포함한다. 디스플레이 기구의 예는 액정 디스플레이 (LCD) 역광 유닛, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 차량용 디스플레이, 랩톱(laptop), 컴퓨터 노트북, 휴대폰, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터 및 다른 손에 들고 사용하는(handheld) 디바이스를 포함한다. 디스플레이가 역광 유닛인 경우, 우라늄-기반 인광 물질은, 미국 특허 출원 공개 번호 2017/0254943에 기재된 바와 같이, LED 광원에 복사적으로 커플링되고 및/또는 광학적으로 커플링된 필름, 시트 또는 스트립에 포함될 수 있다. 다른 디바이스의 예는 색채 램프(chromatic lamp), 플라즈마 스크린(plasma screen), 제논 여기 램프, UV 여기 마킹 시스템, 자동차 헤드램프(headlamp), 가정용 및 극장용 영사기, 레이저 펌프(laser pumped) 디바이스, 및 점 센서(point sensor)를 포함한다. 이들 용도의 목록은 단시 예시일 뿐이며, 완전한 거은 아니다. 일부 구체예에서, 디스플레이는 유해한 청색광 방출을 감소시킨 눈 안전 디스플레이일 수 있다.
일부 구체예에서, 본 발명의 디바이스는 원예 조명을 포함한다. 한 구체예에서, 원예 조명은 화학식 (I) 또는 (II)를 갖는 우라늄-기반 인광체에 복사적으로 및/또는 광학적으로 커플링된 LED 광원을 포함하는 디바이스를 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 디바이스는 화학식 (I) 또는 (II)를 갖는 우라늄-기반 인광체 및 화학식 (VI)를 갖는 적색 인광체를 포함한다. 또 다른 구체예에서, 원예 조명은 화학식 (I) 또는 (II)를 갖는 활성화된 우라늄-기반 인광체, 및 화학식 (VI)를 갖는 적색 인광체를 포함하는 디바이스를 포함하며, 우라늄-기반 인광체는 Eu3+로 이루어진 군으로부터 선택된 활성체 이온으로 도핑된다. 또 다른 구체예에서, 원예 조명은 (i) 또는 (ii)의 활성화된 우라늄-기반 인광체를 포함하는 디바이스를 포함한다. 또 다른 구체예에서, 원예 조명은 화학식 (I) 또는 (II)를 갖는 디바이스, 및 화학식 (VI)를 갖는 적색 인광체를 포함한다.
또 다른 구체예에서, 원예 조명은 섹션 (i) 또는 (ii)의 활성화된 우라늄-기반 인광체를 포함하는 인광체 패키지를 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 원예 조명은 섹션 (i) 또는 (ii)의 활성화된 우라늄-기반 인광체 및 화학식 (VI)를 갖는 적색 인광체를 포함하는 조성물을 포함한다. 일부 구체예에서, 인광체 패키지는 분산된 활성화된 우라늄-기반 인광체를 포함하는 필름 또는 시트이다. 다른 구체예에서, 인광체 패키지는 매질 또는 기질 내에 분산된 활성화된 우라늄-기반 인광체를 포함한다. 일부 구체예에서, 매질 또는 기질은 투명하고 태양열 식물 조명에 사용될 수 있다.
일부 구체예에서, 단일 인광 물질을 포함하는 극박 필름은 소형 LED, 예컨대 마이크로-LED 또는 미니-LED에 배치될 수 있다. 일부 구체예에서, 필름은 유로퓸 활성체 이온을 포함하는 적색-방출 우라늄-기반 인광 물질을 포함한다. 우라늄-기반 인광 물질은 UV/청색 방출 LED 광을 강력하게 흡수하고 더 짧은 붕괴 시간을 갖는다. 우라늄-기반 인광 물질은 물에서 안정하고 필름으로 가공하기 위해 작은 입자 크기로 쉽게 그라인딩되거나 밀링될 수 있고 양호한 양자 효율을 유지할 수 있다. 인광 물질이 높은 흡수율을 갖기 때문에, 최소한의 인광 물질의 로딩이 필름에 사용되어, 완전 변환 마이크로-LED 디스플레이를 생성하거나 필름 두께 층이 중요한 용도에 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 우라늄-기반 인광체는 녹색 및 적색 둘 다로 방출될 수 있으며, 이는 양호한 무라 측정치를 갖는 극박 단일 인광체 필름을 제조하는데 유익하다. 일부 구체예에서, 활성화된 우라늄-기반 인광 물질은 잉크 젯 프린트, 회전 코팅 또는 슬롯 다이(slot die) 코팅에 의해 필름으로 제조될 수 있다.
다른 구체예에서, 필름은 약 0.1 μm 내지 약 15 μm의 인광체 입자 크기를 포함한다. 다른 구체예에서, 필름은 약 0.1 μm 내지 약 10 μm의 인광체 입자 크기를 포함한다. 또 다른 구체예에서, 인광체 입자는 5 마이크론 이하이다. 또 다른 구체예에서, 필름은 약 0.1 마이크론 내지 약 5 마이크론의 인광체 입자 크기를 포함한다. 또 다른 구체예에서, 필름은 약 0.5 마이크론 내지 약 5 마이크론의 입자 크기를 포함한다. 또 다른 구체예에서, 필름은 약 0.1 마이크론 내지 약 1 마이크론의 입자 크기를 포함한다. 또 다른 구체예에서, 필름은 약 0.5 마이크론 내지 약 1 마이크론의 입자 크기를 포함한다. 또 다른 구체예에서, 필름은 약 1 마이크론 내지 약 3 마이크론의 입자 크기를 포함한다.
일부 구체예에서, 필름은 산란제를 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 휘도 강화 필름(brightness enhancement film), 예컨대 이중 휘도 강화 필름 (DBEF)은, 원예 조명에 사용되면, 뷰어(viewer) 또는 식물에 대한 휘도를 강화시키기 위해 조명 기구에 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 구체예의 구체적인 특징들이 일부 도면에서는 나타나고 다른 것들에서는 나타나지 않을 수 있지만, 이것은 단지 편의를 위한 것이다. 본 발명의 원칙에 따라, 도면의 임의의 특징들은 임의의 다른 도면의 임의의 특징들과 조합하여 참조되고 및/또는 청구될 수 있다.
실시예
실시예 1: Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7 인광체의 제조 및 공동-도핑된 Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7 인광 물질
BaHPO4, BaCO3, HUO2PO4-4H2O 및 DAP를 2:1:2:0.05의 몰비로 계량한 다음 지르코니아 매질이 들어있는 Nalgene 병에 넣고 2시간 동안 보올 밀하였다(ball milled). 혼합물을 완전히 블렌딩한 후 분말을 알루미나 도가니로 옮기고 1100℃에서 5시간 동안 소성시켰다. 소성시킨 후, 황색 체색의 분말을 얻었다. Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7의 방출 스펙트럼은 도 6A에 나타나있다. Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7에 대한 결과는 표 1에 샘플 1로 나타나있다.
1% 몰량의 Eu3+로 도핑된 Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7을 제조하기 위해서, 0.005 Eu2O3가 추가되고 BaCO3에 대한 양이 0.995로 조정되었다는 것을 제외하고 상기와 동일한 절차를 사용하였다. 소성시킨 후, 황색 체색 분말을 얻었다. Eu3+로 도핑된 Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7의 방출 스펙트럼은 도 6B에 나타나있다. Eu3+로 도핑된 Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7에 대한 결과는 표 1에 샘플 2로 나타나있다.
결과는 표 1에 나타나있다.
에너지 전달은 색 좌표 ccx 및 ccy의 차이에 의해 입증된다. 활성체 이온 Eu3+로 도핑된 인광 물질 Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7은 우라늄 이온에서 활성체 이온으로 에너지가 전달되지만; 효율이 하락한다는 것을 나타낸다.
실시예 2: BaZnUO2(PO4)2 인광체의 제조 및 공동-도핑된 BaZnUO2(PO4)2 인광 물질
BaHPO4, HUO2PO4-4H2O, ZnO 및 DAP를 1:1:1:0.05의 몰비로 계량한 다음 지르코니아 매질이 들어있는 Nalgene 병에 넣고 2시간 동안 보올 밀하였다. 혼합물을 완전히 블렌딩한 후 분말을 알루미나 도가니로 옮기고 1050℃에서 흐르는 습윤 공기 하에서 5시간 동안 소성시켰다. 소성시킨 후, 황색 체색의 분말을 얻었다. BaZnUO2(PO4)2의 방출 스펙트럼은 도 7A에 나타나있다. BaZnUO2(PO4)2의 결과는 표 2에 샘플 A로 나타나있다.
1% 몰량의 Eu3+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2를 제조하기 위해서, 0.005 Eu2O3가 BaHPO4로 치환되었다는 것을 제외하고 상기와 동일한 절차를 사용하였다. 소성시킨 후, 황색 체색 분말을 얻었다. Eu3+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2의 방출 스펙트럼은 도 7B에 나타나있다. Eu3+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2의 결과는 표 2에 샘플 B로 나타나있다.
1% 몰량의 Ce3+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2를 CeO2가 Eu2O3로 치환되었다는 것을 제외하고 1% 몰량의 Eu3+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2에 대한 것과 마찬가지로 제조하였다. Ce3+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2의 결과는 표 2에 샘플 C로 나타나있다.
1% 몰량의 Mn2+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2를 MnCO3가 Eu2O3로 치환되었다는 것을 제외하고 1% 몰량의 Eu3+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2에 대한 것과 마찬가지로 제조하였다. Mn2+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2의 결과는 표 2에 샘플 D로 나타나있다.
에너지 전달은 색 좌표 ccx 및 ccy의 차이에 의해 입증된다. 활성체 이온 Eu3+로 도핑된 인광 물질 BaZnUO2(PO4)2는 우라늄 이온에서 활성체 이온으로 에너지가 전달된다는 것을 나타낸다. 활성체 이온 Ce3+ 및 Mn2+로 도핑된 인광 물질 BaZnUO2(PO4)2는 에너지 전달을 나타내지 않으며 모든 활성체 이온이 우라늄-기반 인광체 화합물과 함께 에너지 전달을 나타내는 것은 아니라는 것을 입증한다.
실시예 3 BaZnUO2(PO4)2의 제조 및 공동-도핑된 인광 물질
BaZnUO2(PO4)2를 상기 실시예 2에서 샘플 A에 대한 것과 마찬가지로 제조하였다.
1% 몰량의 Eu3+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2를 제조하기 위해서, BaHPO4, HUO2PO4-4H2O, ZnO, DAP 및 Eu2O3를 0.99:1:1:0.06:0.005의 몰비로 계량한 다음 지르코니아 매질이 들어있는 Nalgene 병에 넣고 2시간 동안 보올 밀하였다. 혼합물을 완전히 블렌딩한 후 분말을 알루미나 도가니로 옮기고 흐르는 습윤 공기 하에서 1050℃에서 5시간 동안 소성시켰다. 소성시킨 후, 황색 체색 분말을 얻었다. Eu3+로 도핑된 BaZnUO2(PO4)2의 방출 스펙트럼은 도 8에 나타나있고 결과는 표 3에 나타나있다.
에너지 전달은 색 좌표 ccx 및 ccy의 차이에 의해 입증된다. 활성체 이온으로 공동-도핑된 인광 물질 BaZnUO2(PO4)2는 에너지 전달을 나타낸다.
이 서면 설명은 예를 사용하여 최선의 방식을 포함한 본 발명을 개시하고, 임의의 디바이스 또는 시스템을 제조하고 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여, 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구항에 의해 한정되고, 당업자에게 일어나는 다른 예들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는 청구항의 문자 그대로의 언어와 상이하지 않는 구조적 요소를 갖거나, 또는 청구항의 문자 그대로의 언어와 비실질적인 차이를 가진 동등한 구조적 요소를 포함하는 경우 청구범위 내에 있도록 의도된다.

Claims (34)

  1. 다음 화학식 I 또는 II를 갖는 활성화된 우라늄-기반 인광체를 포함하는 인광체 조성물:
    ,
    상기 식에서 인광체는 Eu3+로 도핑되고,
    상기 식에서 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0.75≤x≤1.25, 0.75≤y≤1.25, 0.75≤z≤1.25, 2.5≤p≤3.5, 1.75≤q≤2.25, 및 3.5≤r≤4.5이며, 단 화학식 II는 a가 0이고, b가 0이고, p가 3.5이고, q가 1.75이고, r이 3.5인 조합을 제외한다.
  2. 제1 항에 있어서, 인광체는 Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7, BaZnUO2(PO4)2, BaMgUO2(PO4)2로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  3. 제1 항에 있어서, 인광체는 약 0.1 μm 내지 약 15 μm의 D50 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  4. 제1 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 발광 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  5. 제1 항에 있어서, [Ba,Sr,Ca]2SiO4:Eu2+, [Y,Gd,Lu,Tb]3[Al,Ga]5O12:Ce3+, β-SiAlON:Eu2+, [Sr,Ca,Ba][Ga,Al]2S4:Eu2+, [Li,Ca]α-SiAlON:Eu2+, [Ba,Sr,Ca]2Si5N8:Eu2+, [Ca,Sr]AlSiN3:Eu2+, [Ba,Sr,Ca]LiAl3N4:Eu2+, [Sr,Ca,Mg]S:Eu2+, 인광성 염료, 색상 필터 안료, 폴리플루오렌, 금속 산화물 나노입자 또는 양자점 물질을 포함하는 적어도 하나의 다른 발광성 인광 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  6. 제5 항에 있어서, 양자점 물질은 페로브스카이트 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  7. 제1 항에 있어서, 화학식 VI를 갖는 적색 인광체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인광체 조성물:

    상기 식에서 A는 Li, Na, K, Rb, Cs, 또는 이들의 조합이고; M은 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Al, Ga, In, Sc, Hf, Y, La, Nb, Ta, Bi, Gd, 또는 이들의 조합이고; x는 MFy 이온의 전하의 절대치이고; y는 5, 6 또는 7이다.
  8. 제7 항에 있어서, 적색 인광체는 K2(TiF6):Mn4+, K2(SnF6):Mn4+, Cs2(TiF6):Mn4+, Rb2(TiF6):Mn4+, Cs2(SiF6):Mn4+, Rb2(SiF6):Mn4+, Na2(SiF6):Mn4+, Na2(TiF6):Mn4+, Na2(ZrF6):Mn4+, K3(ZrF7):Mn4+, K3(BiF7):Mn4+, K3(YF7):Mn4+, K3(LaF7):Mn4+, K3(GdF7):Mn4+, K3(NbF7):Mn4+ 또는 K3(TaF7):Mn4+를 포함하는 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  9. 제7 항에 있어서, 적색 인광체는 K2SiF6:Mn4+인 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  10. 제7 항에 있어서, 적색 인광체는 금속 불화물 또는 실리카를 포함하는 표면 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  11. 제10 항에 있어서, 금속 불화물은 MgF2, CaF2, SrF2, BaF2, AgF, ZnF2, AlF3, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  12. 제7 항에 있어서, 활성화된 우라늄-기반 인광체는 Ba3(PO4)2(UO2)2P2O7, BaZnUO2(PO4)2, BaMgUO2(PO4)2로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  13. 제7 항에 있어서, 활성화된 우라늄-기반 인광체 및 적색 인광체는 약 0.1 μm 내지 약 15 μm의 D50 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  14. 제7 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 발광 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  15. 제7 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 발광성 인광 물질은 [Ba,Sr,Ca]2SiO4:Eu2+, [Y,Gd,Lu,Tb]3[Al,Ga]5O12:Ce3+, β-SiAlON:Eu2+, [Sr,Ca,Ba][Ga,Al]2S4:Eu2+, [Li,Ca]α-SiAlON:Eu2+, [Ba,Sr,Ca]2Si5N8:Eu2+, [Ca,Sr]AlSiN3:Eu2+, [Ba,Sr,Ca]LiAl3N4:Eu2+, [Sr,Ca,Mg]S:Eu2+, 인광성 염료, 색상 필터 안료, 폴리플루오렌, 금속 산화물 나노입자 또는 양자점 물질을 포함하며, 여기서 A는 Li, Na, K, Rb, Cs, 또는 이들의 조합이고: M은 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Al, Ga, In, Sc, Hf, Y, La, Nb, Ta, Bi, Gd, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  16. 제13 항에 있어서, 양자점 물질은 페로브스카이트 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 인광체 조성물.
  17. 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 따른 인광체 조헝물에 복사적으로 및/또는 광학적으로 커플링된 LED 광원을 포함하는 디바이스.
  18. 제17 항에 있어서, LED 광원은 미니 LED 또는 마이크로 LED인 것을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제17 항에 있어서, LED 광원은 청색광 또는 UV 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  20. 제17 항에 있어서, LED 광원은 인광체 조성물이 침착되는 LED 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  21. 제20 항에 있어서, 인광체 조성물은 잉크 또는 슬러리 조성물의 형태로 LED 칩에 침착되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  22. 제20 항에 있어서, 인광체 조성물은 필름의 형태로 되어있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  23. 제22 항에 있어서, 필름은 단일층 또는 다중층 구조인 것을 특징으로 하는 디바이스.
  24. 제23 항에 있어서, 인광체 조성물은 양자점 물질을 더 포함하고 필름은 다중층 구조이며, 다중층 구조의 각 층은 적어도 하나의 인광체 또는 양자점 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  25. 제17 항에 있어서, 인광체 조성물은 필름의 형태로 되어있고 LED 광원으로부터 떨어져서 위치하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  26. 제17 항의 디바이스를 포함하는 조명 기구.
  27. 제17 항의 디바이스를 포함하는 역광 기구.
  28. 제27 항의 역광 기구를 포함하는 텔레비전.
  29. 제27 항의 역광 기구를 포함하는 휴대폰.
  30. 제27 항의 역광 기구를 포함하는 컴퓨터 모니터.
  31. 제27 항의 역광 기구를 포함하는 랩톱.
  32. 제27 항의 역광 기구를 포함하는 태블릿 컴퓨터.
  33. 제27 항의 역광 기구를 포함하는 자동차 디스플레이.
  34. 제17 항의 디바이스를 포함하는 원예 조명 기구.
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