KR102047789B1

KR102047789B1 - 신규 색 변환기

Info

Publication number: KR102047789B1
Application number: KR1020137032288A
Authority: KR
Inventors: 게르하르트 바겐블라스트; 마틴 쾨네만; 소린 이바노비치; 게라르두스 드 케이쳐; 로버트 센트
Original assignee: 바스프 에스이
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2019-11-22
Also published as: BR112013028026A2; US20140076397A1; CN103517964A; JP2014519191A; WO2012152812A1; TW201301578A; JP6066121B2; EP2707456B1; TWI601315B; US9711665B2; CN103517964B; RU2013154471A; EP2707456A1; KR20140043741A

Abstract

하나 이상의 유기 형광 착색제를 포함하는 하나 이상의 층, 및 산소에 대해 낮은 투과도를 갖는 하나 이상의 장벽 층을 포함하는 색 변환기가 기술된다.

Description

신규 색 변환기 {NOVEL COLOR CONVERTERS}

본 발명은, 하나 이상의 유기 형광 착색제를 포함하는 하나 이상의 층, 및 산소에 대해 낮은 투과도를 갖는 하나 이상의 장벽 층을 포함하는 색 변환기에 관한 것이다.

본 발명은, 하나 이상의 LED; 및 하나 이상의 유기 형광 착색제를 포함하는 하나 이상의 층, 및 산소에 대해 낮은 투과도를 갖는 하나 이상의 장벽 층을 포함하는 하나 이상의 색 변환기를 포함하는 조명 장치를 추가로 제공한다.

본 발명은, 하나 이상의 유기 형광 착색제를 포함하는 하나 이상의 층, 및 산소에 대해 낮은 투과도를 갖는 하나 이상의 장벽 층을 포함하는 색 변환기를 포함하는 태양 전지를 추가로 제공한다.

색 변환기는 특수한 파장의 빛을 흡수하고 이것을 다른 파장의 빛으로 변환시킬 수 있는 장치이다.

색 변환기는 다양한 산업적 응용예에서, 예컨대 발광 다이오드 (LED)를 포함하는 조명 장치에서 또는 유기 형광 염료 기재의 태양 전지에서 중요하다.

발광 다이오드 (LED)는 비교적 긴 수명 및 매우 우수한 에너지 효율을 갖고 있기 때문에, 조명 기술에서 점점 더 중요한 역할을 담당하고 있다. LED로부터의 발광은, 순방향 바이어스(forward-biased) 반도체 pn 접합부의 접합 영역 내 전자-정공 쌍 (엑시톤)의 재결합에 기초하고 있다. 이 반도체의 밴드 갭(band gap)의 크기가 근사 파장을 결정한다. LED는 다양한 색으로 제조될 수 있다.

안정적이며 에너지 효율적인 청색 LED는 색 변환에 의해 백색 광을 생성시킬 수 있다. 이러한 목적으로 공지된 방법에 따르면, 형광 착색제를 포함하는 중합체성 물질이 LED 광원 (LED 칩)에 직접적으로 적용된다.

흔히, 상기 중합체성 물질은 대략 소적 또는 반구체 형태로 LED 칩에 공급되어, 그 결과 특수한 광학 효과가 발광에 기여한다. 중합체성 매트릭스 내 형광 착색제가 직접 적용되고 LED 칩으로 개입되는 공간이 없는 그러한 구조는, "칩상 인광체(phosphor on a chip)"로 또한 지칭된다. 칩 상 인광체 LED에서, 현재까지 사용된 형광 착색제는 일반적으로 무기 물질이었다. 예를 들어, 세륨 도핑된 이트륨 알루미늄 석류석(garnet)으로 이루어질 수 있는 형광 착색제는 특정 비율의 청색 광을 흡수하고 넓은 방출 밴드를 갖는 더욱 긴 파장의 빛을 방출하여, 그 결과 투과된 청색 광 및 방출된 빛의 혼합으로 백색 광이 생성되게 된다.

그러한 조명 요소의 색 재현을 개선시키기 위해서, 설명된 백색 광 다이오드 및 적색 방출 다이오드를 혼입시키는 것이 또한 가능하다. 이에 의해 많은 사람들이 더욱 쾌적한 것으로 인지하는 빛이 생성될 수 있게 된다. 그러나, 이것은 기술적으로 더욱 복잡하고 비용이 더욱 많이 든다.

칩 상 인광체 LED에서, 중합체성 물질 및 형광 착색제에는 비교적 높은 열 및 방사 응력(radiative stress)이 가해진다. 이러한 이유로, 유기 형광 착색제는 칩 상 인광체 LED에 사용하기에 현재까지 적합하지 않았다. 유기 형광 염료는 원칙적으로 그 광범위한 방출 밴드를 통해 우수한 색 재현을 나타낼 수 있다. 그러나, 이 유기 형광 염료는 LED 칩 상에 직접적으로 배열하는 경우에 응력에 대처하기에 현재까지 충분히 안정하지 않았다. 유기 형광 염료의 분해 메카니즘 및 그의 부적절한 안정성에 대한 직접적 원인에 관하여는 지금까지 명백하지가 않다.

청색 광으로부터 색 변환에 의해 백색 광을 생성시키기 위해서, 일반적으로 캐리어 및 중합체 층을 포함하는 색 변환기 (이것은 또한 "변환기"로 간단히 지칭됨)는 LED 칩으로부터 특정 거리에 있다. 그러한 구조는 또한 "원격 인광체"로 지칭된다.

주요 광원, LED 및 색 변환기 사이의 공간 거리가, 열 및 방사선으로부터 생성되는 응력을, 안정성에 대한 요건이 적합한 유기 형광 염료에 의해 달성될 수 있는 그러한 정도로 감소시킨다. 또한, "원격 인광체" 개념에 따른 LED는 "칩 상 인광체" 개념에 따른 것들보다 훨씬 더 에너지 효율적이다.

이러한 색 변환기에 유기 형광 염료를 사용하면 다양한 이점이 얻어진다. 먼저, 유기 형광 염료는 그의 상당히 더 높은 질량 특이적인 흡수 때문에 훨씬 더 높은 수율을 나타내는데, 이것은 무기 방사선 변환기의 경우에서보다 상당히 더 적은 재료가 효율적인 방사선 변환을 위해서 필요하다는 것을 의미한다. 둘째, 유기 형광 염료는 우수한 색 재현을 가능하게 하고, 쾌적한 빛을 생성시킬 수 있다. 또한, 유기 형광 염료는 희토류를 포함하는 임의의 물질을 필요로 하지 않는데, 상기 희토류는 비용이 많이 들고 불편한 방식으로 채광되고 제공되어야 하며, 단지 제한된 정도로만 이용가능하다.

따라서, 유기 형광 염료를 포함하고 긴 수명을 갖는 색 변환기를 제공하는 것이 바람직하다.

DE 10 2008 057 720 A1에는 원격 인광체 LED의 개념이 기재되어 있고, 무기 방사선 변환 발광단(luminophore)을 포함하는 변환 층, 및 중합체성 매트릭스 내로 매립된 유기 방사선 변환 발광단의 사용이 개시되어 있다. 언급된 중합체성 매트릭스는 예를 들어, 실리콘, 에폭시드, 아크릴레이트 또는 폴리카르보네이트이다.

US 2010/0230693 A1에는 형광 착색제가 실리콘 물질에 의해 렌즈 형태로 캡슐화되어 있는 조명 장치가 기재되어 있다. 그러나, 유기 형광 착색제의 사용은 개시되어 있지 않다.

US 2010/0291313 A1에는 LED 무기 형광 착색제가 원격 인광체 배열로 존재하는 조명 장치가 기재되어 있다.

JP 2007/273498에는 형광 착색제가 수지 중에 분산되고 10 mL/㎡ * d 미만의 산소 투과도 및 1 mL/㎡ * d 미만의 수증기 투과도를 갖는 필름으로 밀봉되는 색 변환기가 기재되어 있다. 유기 형광 착색제의 사용은 개시되어 있지 않다.

JP 2007/207532에는 형광 착색제가 수지 중에 분산되고 낮은 산소 투과도를 갖는 중합체로 밀봉되는 색 변환기를 포함하는 조명 장치가 기재되어 있다. 유기 형광 착색제의 사용은 개시되어 있지 않다.

EP 1927141에는 테릴렌 형광 염료를 포함하는 형광 변환 태양 전지가 개시되어 있다.

본 발명의 과제는 선행 기술의 단점을 갖지 않고 특히 긴 수명을 갖는, 유기 형광 착색제 기재의 색 변환기를 제공하는 것이었다.

또한, 이러한 색 변환기를 포함하는 조명 장치 및 태양 전지가 제공될 수 있었다.

상기 과제는 앞서 특정된 색 변환기, 조명 장치 및 태양 전지에 의해 성취된다.

본 발명의 색 변환기는 중합체성 매트릭스 중에 매립된 하나 이상의 유기 형광 착색제를 포함한다.

형광 착색제에는 특수한 파장의 빛을 흡수하고 이것을 다른 파장의 빛으로 변환시킬 수 있는 모든 물질이 포함된다.

그러한 물질은 또한 인광체 또는 방사선 변환 발광단으로 지칭된다.

형광 착색제 및 흡수된 파장의 선택에 따라서, 본 발명의 색 변환기는 매우 다양한 색의 빛을 방출시킬 수 있다. 그러나, 많은 경우에 백색 광을 얻는 것이 목적이다.

유기 형광 착색제는 유기 형광 안료 또는 유기 형광 염료일 수 있다.

적합한 유기 형광 착색제는 원칙적으로, 특수한 파장의 빛을 흡수하고 이것을 다른 파장의 빛으로 변환시킬 수 있고 중합체성 매트릭스 중에 균일하게 분포되거나 용해될 수 있고 열 및 방사 응력에 대해 충분한 안정성을 갖는 모든 유기 염료 또는 안료이다.

전형적으로, 적합한 유기 안료는 DIN 13320에 따른 0.01 내지 10 ㎛, 바람직하게는 0.1 내지 1 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는다.

적합한 유기 형광 염료는 스펙트럼의 가시 영역 내에서 형광을 발하며, 이는 예를 들어 색도계에 기재된 녹색-, 오렌지색- 또는 적색-형광의 형광 염료이다. 추가로 적합한 유기 형광 염료는 스펙트럼의 가시 영역에서 형광을 발하며, 이는 예를 들어 색도계에 기재된 황색- 또는 녹색-황색 형광의 형광 염료이다. 용어 "녹색-황색 형광의" 및 "황색-녹색 형광의"는 여기서 그리고 이하에서 동의어로 사용될 것이다.

바람직한 유기 형광 염료는 관능화 나프탈렌 또는 릴렌 유도체이다.

바람직한 나프탈렌 유도체는 나프탈렌 단위를 포함하는 녹색-, 오렌지색- 또는 적색-형광의 형광 염료이다. 추가의 바람직한 나프탈렌 유도체는 나프탈렌 단위를 포함하는 황색- 또는 녹색빛-황색-형광의 염료이다.

할로겐; 시아노; 벤즈이미다졸; 또는 하나 이상의 카르보닐 관능기를 갖는 라디칼로부터 선택된 하나 이상의 치환기를 함유하는 나프탈렌 유도체가 또한 바람직하다. 적합한 카르보닐 관능기는 예를 들어, 카르복실산 에스테르, 디카르복스이미드, 카르복실산, 카르복스아미드이다.

바람직한 릴렌 유도체는 페릴렌 단위를 포함한다. 바람직한 실시양태는 녹색-, 오렌지색- 또는 적색-형광의 페릴렌을 포함한다.

할로겐; 시아노; 벤즈이미다졸; 또는 하나 이상의 카르보닐 관능기를 포함하는 라디칼로부터 선택된 하나 이상의 치환기를 포함하는 페릴렌 유도체가 바람직하다. 적합한 카르보닐 관능기는 예를 들어, 카르복실산 에스테르, 디카르복스이미드, 카르복실산, 카르복스아미드이다.

바람직한 페릴렌 유도체는 예를 들어, WO 2007/006717의 제1면, 제5행 내지 제22면, 제6행에 상술된 페릴렌 유도체이다.

특히 바람직한 실시양태에서, 적합한 유기 형광 염료는 하기 화학식 II 내지 VI로부터 선택된 페릴렌 유도체이다.

상기 식에서, R¹은 선형 또는 분지형 C₁-C₁₈ 알킬 라디칼; 할로겐에 의해, 또는 선형 또는 분지형 C₁-C₁₈ 알킬에 의해 일치환 또는 다치환될 수 있는 C₄-C₈ 시클로알킬 라디칼; 또는 할로겐에 의해, 또는 선형 또는 분지형 C₁-C₁₈ 알킬에 의해 일치환 또는 다치환될 수 있는 페닐 또는 나프틸이다.

한 실시양태에서, 화학식 II 내지 VI에서의 R¹은, WO 2009/037283 A1의 제16면, 제19행 내지 제25면, 제8행에 상술된, 소위 스왈로우테일형으로 치환되는("swallowtail" substitution) 화합물을 나타낸다. 바람직한 실시양태에서, R¹은 1-알킬알킬, 예를 들어 1-에틸프로필, 1-프로필부틸, 1-부틸펜틸, 1-펜틸헥실 또는 1-헥실헵틸이다.

화학식 II 내지 VI에서, X는 오르토 및/또는 파라 위치에 있는 치환기를 나타낸다. X는 바람직하게는 선형 또는 분지형 C₁-C₁₈ 알킬이다.

"y"는 치환기 X의 수를 나타낸다. "y"는 0 내지 3의 수, 예를 들어 0, 1, 2 또는 3이다.

보다 바람직하게는, 화학식 II 내지 VI에서의 R¹은 2,4-디(tert-부틸)페닐 또는 2,6-이치환된 페닐, 특히 바람직하게는 2,6-디페닐페닐, 2,6-디이소프로필페닐이다.

특히 바람직하게는, X는 오르토/파라 위치에 있는 tert-부틸, 및/또는 오르토 위치에 있는 2급 알킬, 특히 이소프로필, 또는 오르토 위치에 있는 페닐이다.

이 실시양태의 바람직한 측면에 따르면, 적합한 유기 형광 염료는 N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(2,6-디이소프로필페녹시)-페릴렌-3,4:9,10-테트라카르복스이미드, N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,6-디(2,6-디이소프로필페녹시)페릴렌-3,4:9,10-테트라카르복스이미드, 및 그의 혼합물로부터 선택된다. 이 실시양태의 추가 측면에 따르면, 유기 형광 염료는 9-시아노-N-(2,6-디(이소프로필)페닐)페릴렌-3,4-디카르복실산 모노이미드이다.

이 실시양태에서 추가로 적합한 유기 형광 염료는 화학식 VI의 염료, 예를 들어 N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,6,7,12-테트라페녹시페릴렌-3,4:9,10-테트라카르복스이미드 (루모겐(Lumogen)^® 레드 300)이다.

추가의 특히 바람직한 실시양태에서, 적합한 유기 형광 염료는 하기 화학식 VII 내지 X로부터 선택된 페릴렌 유도체이다.

상기 식에서, 화학식 VII 내지 X에서의 R¹은 선형 또는 분지형 C₁-C₁₈ 알킬 라디칼; 할로겐에 의해, 또는 선형 또는 분지형 C₁-C₁₈ 알킬에 의해 일치환 또는 다치환될 수 있는 C₄-C₈ 시클로알킬 라디칼; 또는 할로겐에 의해, 또는 선형 또는 분지형 C₁-C₁₈ 알킬에 의해 일치환 또는 다치환될 수 있는 페닐 또는 나프틸이다.

한 실시양태에서, 화학식 VII 내지 X에서의 R¹은, WO 2009/037283 A1의 제16면, 제19행 내지 제25면, 제8행에 상술된 소위 스왈로우테일형으로 치환되는 화합물을 나타낸다. 바람직한 실시양태에서, R¹은 1-알킬알킬, 예를 들어 1-에틸프로필, 1-프로필부틸, 1-부틸펜틸, 1-펜틸헥실 또는 1-헥실헵틸이다.

특히 바람직하게는, 화학식 VII 내지 X에서의 R¹은 선형 또는 분지형 C₁ 내지 C₆ 알킬, 특히 n-부틸, sec-부틸, 2-에틸헥실이다. R¹은 바람직하게는 또한 이소부틸이다.

이 실시양태의 특정 측면에 따르면, 적합한 유기 형광 염료는 3,9-디시아노페릴렌-4,10-비스(이소부틸 카르복실레이트), 3,10-디시아노페릴렌-4,9-비스(이소부틸 카르복실레이트) 및 그의 혼합물로부터 선택된다. 이 실시양태의 추가 측면에서, 유기 형광 염료는 또한 3,9-디시아노페릴렌-4,10-비스(sec-부틸카르복실레이트), 3,10-디시아노페릴렌-4,9-비스(sec-부틸카르복실레이트) 및 그의 혼합물로부터 선택된다.

추가의 바람직한 형광 염료는 디스퍼스 옐로우(Disperse Yellow) 199, 솔벤트 옐로우(Solvent Yellow) 98, 디스퍼스 옐로우 13, 디스퍼스 옐로우 11, 디스퍼스 옐로우 239, 솔벤트 옐로우 159이다.

바람직한 실시양태에서, 색 변환기는 N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(2,6-디이소프로필페녹시)페릴렌-3,4:9,10-테트라카르복스이미드, N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,6-디(2,6-디이소프로필페녹시)페릴렌-3,4:9,10-테트라카르복스이미드, 3,9-디시아노페릴렌-4,10-비스(이소부틸 카르복실레이트), 3,10-디시아노페릴렌-4,9-비스(이소부틸 카르복실레이트), 3,9-디시아노페릴렌-4,10-비스(sec-부틸카르복실레이트), 3,10-디시아노페릴렌-4,9-비스(sec-부틸카르복실레이트), 9-시아노-N-(2,6-디(이소프로필)페닐)페릴렌-3,4-디카르복실산 모노이미드, N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,6,7,12-테트라페녹시페릴렌-3,4:9,10-테트라카르복스이미드 및 그 혼합물로부터 선택된 하나 이상의 유기 형광 염료를 포함한다. 특정의 실시양태에서, 변환기는 3,9-디시아노페릴렌-4,10-비스(이소부틸카르복실레이트), 3,10-디시아노페릴렌-4,9-비스(이소부틸 카르복실레이트), 및 N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,6,7,12-테트라페녹시페릴렌-3,4:9,10-테트라카르복스이미드의 혼합물을 포함한다.

바람직한 실시양태에서, 색 변환기는 두 개 이상의 상이한 유기 형광 염료를 포함한다. 예를 들어, 녹색-형광의 형광 염료는 적색-형광의 형광 염료와 조합될 수 있다. 녹색-형광의 형광 염료는 특히, 청색 광을 흡수하여 녹색 또는 황-녹색의 형광성 빛을 방출하는 그러한 황색 염료를 의미하는 것으로 이해된다. 적합한 적색 염료는 LED의 청색 광을 직접 흡수하거나, 존재하는 다른 염료에 의해 방출된 녹색 광을 흡수하고 적색 형광 빛을 방출한다.

최종의 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 색 변환기는 단지 하나의 유기 형광 염료, 예를 들어 오렌지색 형광 염료를 포함한다.

본 발명에 따르면, 유기 형광 착색제는 유기 중합체의 매트릭스 내로 매립된다.

유기 형광 착색제가 안료인 경우에, 이들은 일반적으로 매트릭스 중에 분산된다.

유기 형광 염료는 유기 중합체 중에 균일하게 분포되거나 용해된 혼합물 형태일 수 있다. 유기 형광 염료는 바람직하게는 유기 중합체 중에 용해된다.

적합한 매트릭스 물질은, 형광 착색제가 균일하게 용해되거나 분포될 수 있는 모든 중합체이다.

적합한 매트릭스 물질은 예를 들어, 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리부텐, 폴리에틸렌 글리콜 또는 에폭시 수지이다. 추가로 적합한 매트릭스 물질은 폴리에스테르, 예컨대 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리부틸렌 나프탈레이트 (PBN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN)이다.

한 실시양태에서, 매트릭스 물질은 본질적으로 폴리스티렌 및/또는 폴리카르보네이트로 이루어진 유기 중합체이다. 적합한 폴리스티렌 또는 폴리카르보네이트에는, 본원의 우선일에는 아직까지 공개되지 않았던 참고 번호 EP 11155901.9 (지금은 PCT/EP2012/053102)의 출원서에 개시된 그러한 중합체가 포함된다.

적합한 매트릭스 물질에는, 추가 구성성분으로 첨가제, 예컨대 난연제, 항산화제, 광안정화제, 자유 라디칼 스캐빈져, 대전방지제가 포함될 수 있다. 상기 안정화제는 당업자에게 공지되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 적합한 폴리스티렌 또는 폴리카르보네이트는 임의의 항산화제 또는 자유 라디칼 스캐빈져를 포함하지 않는다.

본 발명의 한 실시양태에서, 하나 이상의 매트릭스 물질은 투명 중합체를 포함한다.

또 다른 실시양태에서, 하나 이상의 매트릭스 물질은 불투명 중합체를 포함한다.

한 실시양태에서, 적합한 매트릭스 물질을 유리 섬유로 기계적으로 강화시켰다.

본 발명의 실시를 위해서, 유기 형광 착색제 포함 매트릭스가 존재하는 기하학적 배열은 중요하지 않다. 유기 형광 착색제 포함 매트릭스는 예를 들어 필름, 시트 또는 판 형태일 수 있다.

유기 형광 착색제 포함 매트릭스는 마찬가지로, 소적 또는 반구체 형태이거나, 볼록 및/또는 오목한, 평평한 또는 구형의 표면을 갖는 렌즈 형태로 존재할 수 있다.

본 발명의 색 변환기가 하나 초과의 형광 착색제를 포함하는 경우에, 본 발명의 한 실시양태에서 여러 형광 착색제가 한 층에서 서로 나란히 존재할 수 있다.

다른 실시양태에서, 상이한 형광 착색제가 상이한 층에 존재한다.

본 발명의 한 실시양태에서, 유기 형광 염료 포함 중합체 층 (매트릭스)은 25 내지 200 ㎛, 바람직하게는 35 내지 150 ㎛ 및 보다 바람직하게는 50 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다.

또 다른 실시양태에서, 유기 형광 염료 포함 중합체 층은 0.2 내지 5 mm, 바람직하게는 0.3 내지 3 mm, 보다 바람직하게는 0.4 내지 2 mm, 예를 들어 0.4 내지 1 mm의 두께를 갖는다.

바람직한 실시양태에서, 본 발명의 색 변환기의 층은 연속적이고 임의의 정공 또는 중단부(interruption)를 갖지 않아서, 결과적으로 LED에 의해 방출된 빛은 임의의 경우에 유기 형광 착색제 포함 매트릭스 또는 층을 통과해야 한다.

매트릭스 물질 내 유기 형광 염료의 농도는, 중합체 층의 두께를 포함하는 인자에 의존한다. 얇은 중합체 층이 사용되는 경우에, 유기 형광 염료의 농도는 일반적으로 두꺼운 중합체 층의 경우에서보다 더 높다.

전형적으로 유기 형광 염료의 전체 농도는, 각 경우에 중합체의 양을 기준으로 0.0002 내지 0.5 중량%, 예를 들어 0.001 내지 0.5 중량% 또는 0.002 내지 0.1 중량%, 보다 바람직하게는 0.0005 내지 0.1 중량%, 특히 0.001 내지 0.05 중량%, 예를 들어 0.005 내지 0.05 중량%이다.

유기 안료는, 각 경우에 중합체의 양을 기준으로 0.001 내지 0.5 중량%, 바람직하게는 0.002 내지 0.2 중량%, 보다 바람직하게는 0.005 내지 0.2 중량%, 보다 더 바람직하게는 0.005 내지 0.1 중량%, 예를 들어 0.01 내지 0.1 중량%의 농도로 일반적으로 사용된다.

바람직한 실시양태에서, 유기 형광 염료 포함 층 또는 매트릭스 중 하나 이상은 빛에 대한 산란체를 포함한다.

다층 구조의 추가의 바람직한 실시양태에서, 형광 염료를 포함하는 여러 개 층, 및 형광 염료없이 산란체를 포함하는 하나 이상의 층이 존재한다.

적합한 산란체는 무기 백색 안료, 예를 들어 DIN 13320에 따른 0.01 내지 10 ㎛, 바람직하게 0.1 내지 1 ㎛, 보다 바람직하게는 0.15 내지 0.4 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 이산화티타늄, 황산바륨, 리토폰, 산화아연, 황화아연, 탄산칼슘이다.

산란체는, 각 경우에 산란체를 포함하는 층의 중합체를 기준으로, 전형적으로 0.01 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 0.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.4 중량%의 양으로 포함된다.

본 발명의 색 변환기는 하나 이상의 장벽 층을 추가로 포함한다.

장벽 층은 산소에 대해 낮은 투과도를 갖는 층을 의미하는 것으로 이해된다. 적합한 장벽 층은 자체적으로 다층 구조를 지닐 수 있다. 다층 구조는 2층 구조, 3층 구조, 4층 구조, 5층 구조 또는 5층 초과 층 구조일 수 있다.

적합한 장벽 층은 일반적으로 100 mL/㎡ * d 미만, 바람직하게는 1 mL/㎡ * d 미만, 보다 바람직하게는 0.1 mL/㎡ * d 미만, 보다 더 바람직하게는 0.01 mL/㎡ * d 미만 및 특히 바람직하게는 0.001 mL/㎡ * d 미만의, 산소에 대한 투과도를 갖는다.

장벽 층의 투과도는 층의 두께 및 장벽 물질의 비(specific) 산소 투과도에 의해 결정된다.

장벽 층은 바람직하게는 본질적으로 낮은 비 산소 투과도를 갖는 하나 이상의 장벽 물질로 이루어진다.

적합한 장벽 물질은 일반적으로 1000 mL* 100 ㎛/㎡ * d 미만, 바람직하게는 1 mL/㎡ * d 미만, 보다 바람직하게는 0.1 mL/㎡ * d 미만의, 비 산소 투과도를 갖는다.

하나 이상의 장벽 층은 본질적으로 유리, 유리와 상이한 금속 산화물 및 하나 이상의 중합체로부터 선택된 하나 이상의 장벽 물질로 이루어진다.

특히 바람직한 장벽 물질은 유리, 석영, 금속 산화물, SiO₂, 질화티타늄, SiO₂/금속 산화물 다층 물질, 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드 (PVDC), 액정 중합체 (LCP), 폴리스티렌-아크릴로니트릴 (SAN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리부틸렌 나프탈레이트 (PBN), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN), 폴리비닐 부티레이트 (PVB), 폴리비닐 클로라이드 (PVC), 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리옥시메틸렌, 에폭시 수지 또는 그 혼합물이다. 추가의 바람직한 장벽 물질은 폴리부틸렌 나프탈레이트 (PBN), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN), 및 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA)로부터 그리고 에틸렌 비닐 알콜 (EVOH)로부터 유도된 중합체이다. 추가의 바람직한 장벽 물질은 무기-유기 혼성 중합체, 예컨대 독일 뮌헨에 소재한 프라운호퍼-게젤샤프트 쭈어 푀르데렁 데어 안게반텐 포르슝 에.파.(Fraunhofer-Gesellschaft zur Foerderung der angewandten Forschung e.V.)의 상표인 오르모서스(ormocers)^® 브랜드이다.

추가의 바람직한 장벽 물질은, 물리적 기상 공정 (PVD)으로 제조된 탄탈럼넘 기재 장벽 층, 화학적 기상 공정 (CVD)으로 제조된 SiO_x 장벽 층, 및 졸/겔 방법에 의해 증착된 SiO_x:Na 장벽 층이다.

유리는 이러한 맥락에서 예를 들어, 문헌 [Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der anorganischen Chemie[Inorganic Chemistry], 91st-100th edition, 1985, p. 779-783]에 기재된 물질을 의미하는 것으로 이해된다.

적합한 금속 산화물은 예를 들어, 무색 금속 산화물이다. 이들은 바람직하게는 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화아연 또는 산화바륨이다. 추가의 바람직한 금속 산화물은 산화마그네슘, 산화하프늄 또는 산화탄탈럼이다. SiO₂ 및 금속 산화물은 PVD 공정 또는 스퍼터링에 의해 일반적으로 적용된다.

이러한 맥락에서 SiO₂ 금속 산화물 다층 시스템에는, 각각의 코팅이 SiO₂ 및 금속 산화물이 서로 포개진 형태의, 하나 초과의 코팅을 갖는 시스템이 포함된다. 적합한 금속 산화물은, 예를 들어 산화알루미늄이다. 적합한 SiO₂/금속 산화물 다층 시스템에는 전형적으로 2개 초과, 바람직하게는 10개 초과의, 각각이 SiO₂ 및 금속 산화물로 이루어진 코팅이 포함된다.

탄탈럼넘 기재의 장벽 층 (예를 들어, TaSiO)은 캐소드 분무화 ("스퍼터링")를 사용하여 PVD 공정에 의해 증착될 수 있다. 이것은 기체 상으로부터의 물리적 증착을 위한 공정 (PVD)인데, 이 공정에서 물질은 이온 충격에 의해 표적으로부터 제거되고 기판 상에 층으로 증착된다. 이렇게 제조된 층의 두께는 몇 백 나노미터이다.

SiO_x 장벽 층은, 기체 상으로부터 극초단파 플라즈마 촉진된 화학적 증착 (MWPECVD)을 사용하여 증착되는 CVD 공정으로 제조될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 유기 전구체 물질 (헥사메틸디실록산)이 플라즈마의 작용 아래에서 분해되고 다른 반응물 (예를 들어, 산소)과 함께 기판 상에서 SiO_x로 화학적으로 전환된다. 증착된 층의 두께는 몇 마이크로미터이다.

SiO_x:Na 장벽 층은 침지-코팅 공정에 의해 졸-겔 방법으로 증착될 수 있다. 이것은 액체 상으로부터의 습식 화학적 증착 방법이다. 이 방법에는 유기실란 졸의 촉매적 가수분해 및 기판 상에서 SiO_x로의 후속적인 열 전환이 포함된다. 여기서 사용된 층의 두께 또한 몇 마이크로미터이다.

유리가 특히 바람직하다.

낮은 비 산소 투과도를 갖는 장벽 물질이 사용되는 경우에, 그 장벽 층의 두께는 비교적 더 큰 비 산소 투과도를 갖는 장벽 물질의 경우에서보다 더 낮을 수 있다.

일반적으로, 장벽 층은 0.01 ㎛ 내지 5 mm, 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 1000 ㎛, 및 보다 바람직하게는 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다.

유리로 된 장벽 층은 바람직하게는 0.01 내지 5000 ㎛ 및 보다 바람직하게는 0.1 내지 1000 ㎛의 두께를 갖는다.

유기 중합체로 된 장벽 층은 일반적으로 0.01 내지 1000 ㎛ 및 바람직하게는 0.1 내지 200 ㎛, 특히 60 내지 150 ㎛, 예를 들어 0.1 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 장벽 층은, 산소에 대해 낮은 투과도에 추가하여, 수증기에 대해 낮은 투과도를 갖는다. 전형적으로, 수증기에 대한 하나 이상의 장벽 층의 투과도는 10 g/㎡ * d 미만, 바람직하게는 1 g/㎡ * d 미만, 보다 바람직하게는 0.1 g/㎡ * d 미만, 보다 더 바람직하게는 0.01 g/㎡ * d 미만, 및 특히 바람직하게는 0.001 g/㎡ * d 미만이다.

장벽 층은 일반적으로 균일한 두께로 되어 있다. 그러나, 장벽 층의 상이한 영역에서의 장벽 층은 상이한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 장벽 층의 특정의 기하학적 형태를 통해서, 광학 효과, 예컨대 렌즈 효과가 사용될 수 있다.

일반적으로, 장벽 층은, 장벽 층과 접촉하는 색 변환기 층의 기하학적 형태를 지닐 수 있다. 그러나, 장벽 층이 형광 착색제를 포함하는 층으로의 산소 유입을 방해하도록 보장되기만 하면, 이것은 절대적으로 필수적인 것은 아니다.

본 발명의 색 변환기는 색 변환기의 상부면(top side) 상에 하나 이상의 장벽 층을 갖는다. LED 포함 조명 장치에서, 색 변환기의 상부면은 LED로부터 떨어져 있고, 색 변환기의 하부면(bottom side)이 LED와 마주한다. 태양 전지에서, 상부면은 태양과 마주한다. 대기로부터 형광 염료를 포함하는 층으로의 산소 유입을 방지하는 것이 본 발명에서 중요하다.

본 발명의 색 변환기가 색 변환기의 하부면 상에 장벽 층을 포함하지 않는 경우에, 색 변환기의 하부면 상에 바람직하게 존재하는 매질은 5 중량% 미만, 바람직하게는 1 중량% 미만, 보다 바람직하게는 0.1 중량% 미만의 산소 함량을 갖는다. 상기 매질에는 예를 들어, 기체, 예컨대 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 이산화탄소, 황 헥사플루오라이드, 탄화수소, 또는 형광 착색제에 대하여 산화 작용을 갖지 않는 다른 물질이 포함될 수 있다.

색 변환기의 하부면 상에 장벽 층이 존재하지 않는 경우에, 대기로부터 변환기의 하부면으로의 기체 확산 또는 이동이, 바람직한 실시양태에서는, 색 변환기의 하부면 상에서 공간의 산소-차단 밀봉(oxygen-tight sealing)에 의해 방지된다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 색 변환기는 상부면 및 하부면 둘 다 상에 하나 이상의 장벽 층을 갖는다. 그 후, 하나 이상의 형광 착색제를 포함하는 층은 장벽 층에 의해 샌드위치와 유사한 방식으로 둘러싸인다.

추가의 바람직한 실시양태에서, 하나 이상의 유기 형광 착색제를 포함하는 층은 모든 면 상에서 하나 이상의 장벽 층으로 둘러싸인다.

마찬가지로 색 변환기는 변환기의 동일한 면 상에 여러 개의 장벽 층을 지닐 수 있다.

본 발명의 색 변환기가 단지 하나 초과의 장벽 층을 포함하는 경우에, 이들은 동일하거나 상이한 장벽 물질로 이루어질 수 있다. 마찬가지로 하나의 장벽 층은 여러 개의 장벽 물질을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 하나의 장벽 층 자체가 다중층 구조를 지닐 수 있다. 다중층 구조는 하나 이상의 산소 장벽 층 및 추가 층을 포함한다. 추가 층(들)은 수증기에 대한 장벽으로 작용할 수 있다. 또한, 추가 층에 의해 상부 및 하부 장벽 층이 열밀봉(heatsealing)이 가능해질 수 있다. 본 발명의 한 측면에 따르면, 추가 층은 유기 중합체, 바람직하게는 열가소성 수지, 예컨대 폴리올레핀, 예를 들어 폴리에틸렌 (PE) 또는 폴리프로필렌 (PP)이다. 추가 측면에 따르면, 산소 장벽 층이 둘 이상의 층 내에 매립된다. 바람직하게는, 산소 장벽 층은 유기 중합체의 둘 이상의 층 내에 매립된다. 특정 측면에 따르면, 장벽 층은 열가소성 수지로 된 외부층, 및 산소에 대해 낮은 투과도를 갖는 하나 이상의 중간 층을 갖는 다층 구조를 갖는다. 적합한 다층 장벽 필름의 예로는, 스위스 오엔싱겐에 소재한 드라이 앤드 세이프(Dry & Safe) 제품인, PP/금속 산화물 코팅된 PVA (폴리비닐 알콜)/PE로 구성된 에스칼(ESCAL)^TM 필름; 폴리올레핀 표면 층 및 PVDC (폴리비닐리덴 클로라이드) 장벽 층을 갖는 다층 블로운 공동압출된 필름인 사라넥스(Saranex)^TM 필름 (미국 다우로부터 입수가능함); 및 네덜란드 안트워프에 소재한 에발 유럽 엔브이(EVAL Europe nv) 제품인 에발^TM, EVOH (에틸렌 비닐 알콜) 공중합체 수지가 있다.

본 발명의 색 변환기는 임의적으로 추가 구성성분, 예컨대 캐리어 층을 포함할 수 있다

캐리어 층은, 색 변환기에 기계적 안정성을 부여하는 작용을 한다. 캐리어 층 물질이 투명하고 목적하는 기계적 강도를 갖기만 한다면, 캐리어 층의 물질 유형은 중요하지 않다. 캐리어 층에 대한 적합한 물질은 예를 들어, 유리, 또는 투명한 강성 유기 중합체, 예컨대 폴리카르보네이트, 폴리스티렌 또는 폴리메타크릴레이트 또는 폴리메틸 메타크릴레이트이다.

캐리어 층은 일반적으로 0.1 mm 내지 10 mm, 바람직하게는 0.3 mm 내지 5 mm, 보다 바람직하게는 0.5 mm 내지 2 mm의 두께를 갖는다.

선행 기술에 따른 색 변환기와 비교하여, 본 발명의 색 변환기는 긴 수명 및 높은 양자 수율을 나타내며, 우수한 색 재현을 갖는 쾌적한 빛을 방출한다.

본 발명의 색 변환기는 예를 들어, LED에 의해 생성된 빛을 변환시키는데 적합하다. 따라서, 본 발명은 하나 이상의 LED 및 하나 이상의 본 발명의 색 변환기를 포함하는 조명 장치를 추가로 제공한다.

기술적으로 관련되는 LED는 흔히, 예를 들어, 420 내지 480 nm, 보다 바람직하게는 440 내지 470 nm, 가장 바람직하게는 445 내지 460 nm의 최대 파장을 갖는 빛을 방출하는 청색 LED이다.

본 발명의 색 변환기는 실제적으로 임의의 기하학적 형태의 그리고 조명 장치의 구조와는 상관없이 LED와 함께 조명 장치에 사용될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 색 변환기는 원격 인광체 구조로 사용된다. 이 경우에, 색 변환기는 LED로부터 공간적으로 떨어져 있다. 일반적으로, LED와 색 변환기 사이의 거리는 0.1 cm 내지 50 cm, 바람직하게는 0.2 내지 10 cm 및 가장 바람직하게는 0.5 내지 3 cm, 예를 들어 0.5 내지 2 cm이다. 다양한 매질, 예컨대 공기, 불활성 기체, 질소 또는 다른 기체, 또는 그의 혼합물이, 색 변환기와 LED 사이에 존재할 수 있다.

색 변환기는 예를 들어, LED 주변에 동심상으로, 또는 평면 층, 판 또는 시트로 배열될 수 있다.

본 발명의 조명 장치는 예를 들어, 실내, 옥외 조명; 사무실, 자동차 조명; 토치, 게임 콘솔, 가로등, 조명식 교통 표지판(illuminated traffic sign)에 대해 적합하다.

본 발명은, 본 발명의 색 변환기를 포함하는 형광 변환 태양 전지를 추가로 제공한다.

실시예

사용된 물질:

중합체 1: DIN EN ISO 306에 따른 96℃의 비캣 연화 온도(Vicat softening temperature)를 갖는, 메틸 메타크릴레이트의 투명 단독중합체 (에보니크(Evonik) 제품인 플렉시글라스(Plexiglas)^® 6N).

중합체 2: DIN EN ISO 306에 따른 98℃의 비캣 연화 온도 및 1048 kg/㎥의 밀도를 갖는, 스티렌 단독중합체 기재의 투명 폴리스티렌 (바스프 에스이(BASF SE) 제품인 PS 168 N).

염료 1: 3,9-디시아노페릴렌-4,10-비스(이소부틸 카르복실레이트)와 3,10-디시아노페릴렌-4,9-비스(이소부틸 카르복실레이트)의 혼합물로 이루어진 녹색-황색 형광의 형광 염료.

염료 2: 9-시아노-N-(2,6-디이소프로필페닐)페릴렌-3,4-디카르복실산 모노이미드로 불리는, 황색 형광의 형광 염료.

염료 3: N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,6,7,12-테트라페녹시페릴렌-3,4:9,10-테트라카르복스이미드로 불리는 적색 형광의 형광 염료.

장벽 물질 1: 3 cm × 3 cm의 면적을 갖는, 두께 1 mm의 보로실리케이트 유리 판.

장벽 물질 2: 장벽 필름 에스칼^TM (폴리프로필렌 (PP)/금속 산화물 코팅된 PVA (폴리비닐알콜)/폴리에틸렌 (PE)으로 구성됨, 필름 두께: 약 112 ㎛), 스위스 오엔싱겐에 소재한 드라이 앤드 세이프 제품.

장벽 물질 3: 폴리올레핀 표면 층 및 PVDC (폴리비닐리덴 클로라이드) 장벽 층을 갖는 다층 블로운 공동압출시킨 필름인, 장벽 필름 사라넥스^TM (미국 다우로부터 입수가능함); 필름 두께 102 ㎛.

장벽 물질 4: 에발^TM L 필름, 에틸렌 비닐 알콜 (EVOH) 공중합체 필름, 네덜란드 안트워프에 소재한 에발 유럽 엔브이 제품.

DIN 53165에 따른 94.0 내지 100의 평균 산란력을 갖는, 황산염 가공에 의한 이산화티타늄:TiO₂ 루틸 안료 (크로노스 티탄(Kronos Titan) 제품인 크로노스^® 2056).

샘플의 노광:

레벨(Rebel)^TM 시리즈 (루미엘이디 라이팅(Lumileds Lighting) 제품, 파장 약 451 nm)의 16개의 상업적으로 입수가능한 GaN-LED로 구성된 자가 제작된 노광 장치를 사용하여 샘플을 노광시켰다. 오팔 유리로 된 두 개의 광 산란 판을, 상기 노광 장치 앞에 배열시켰다. 각각의 샘플 위치에서의 휘도(luminance)는 균일하게 분포되었고 약 0.08 W/㎠이었다.

샘플의 광안정성 측정:

분석을 위해, 샘플을 노광 장치로부터 제거하고 C9920-02 양자 수율 측정 시스템 (하마마츠(Hamamatsu) 제품)으로 분석하였다. 여기에는, 적분 구 (울브리히트 (Ulbricht) 구) 내 샘플의 각각을 450 내지 455 nm의 빛으로 조명시키는 것이 포함되었다. 샘플이 없는 울브리히트 구에서의 기준 측정치와 비교하여, 샘플에 의해 방출된 형광 광 및 여기 광의 미흡수 부분을 보정된 CCD 분광계로 측정하였다. 미흡수 여기 광에 대한 또는 방출된 형광 광에 대한 강도를 적분하여, 각각의 샘플의 흡수도 또는 형광 강도 또는 형광 양자 수율을 얻었다.

각각의 견본을 20일의 기간에 걸쳐 계속하여 노광시키고, 이것을 단지 색 변환기의 흡수도, 형광 강도 및 형광 양자 수율을 측정하기 위해서 노광 장치로부터 제거하였다.

색 변환기 1 내지 4의 제조:

약 2.5 g의 중합체 및 목적하는 양의 염료를 약 5 mL의 염화메틸렌 중에 용해시키고, 사용된 중합체의 양을 기준으로 0.5 중량%의 TiO₂를 그 내에 분산시켰다. 생성되는 용액/분산액을 박스 타입의 코팅 바를 사용하여 유리 표면 상으로 코팅시켰다 (습식 필름 두께 400 ㎛). 용매를 건조시킨 후에, 필름을 유리로부터 떼어내고, 진공 건조 캐비넷 중에서 밤새 50℃에서 건조시켰다. 각각 22 mm의 직경을 갖는 두 개의 원형 필름 조각을 이 필름으로부터 펀칭시킨 다음, 시험 샘플로 제공하였다.

유리를 사용한 캡슐화:

이렇게 얻어진 필름 조각을, 장벽 물질 1과 함께 질소 충전시킨 글러브박스 내로 옮겼다. 약 2시간 후에, 필름 조각을 두 장의 장벽 물질 1 사이에 위치시키고 손가락을 사용하여 프레싱하였다. 후속적으로, 샌드위치와 유사한 형태로 둘러싸여진 이렇게 얻어진 시험 샘플을 유리 판의 가장자리에서 광경화성 에폭시 접착제를 사용하여 밀봉시키고, 글러브박스로부터 다시 제거하였다.

하기 샘플을 제조하고 조사하였다:

도 1 및 3의 가로 좌표 상에는 일(day) 단위의 노광 시간이, 그리고 세로 좌표 상에는 입사 광 (450 내지 455 nm)의 백분율이 도시되어 있다.

3개 곡선 옆의 숫자는 샘플 숫자에 상응한다.

상부면 및 하부면 상에 장벽 층을 갖지 않은 샘플 (접미어 "a"로 표시된 샘플)의 경우에, 빛의 흡수는 노광 시간에 따라 현저하게 감소되었음이 확인되었다.

상부면 및 하부면 둘 다 상에 장벽 층을 갖는 본 발명의 색 변환기 (접미어 "a"로 표시되지 않은 샘플)의 경우에 흡수율은 노광 기간에 걸쳐 실제적으로 일정하게 유지되었고, 또한 상부면 및 하부면 둘 다 상에 장벽 층을 갖지 않는 색 변환기와 비교하여 흡수율에서 훨씬 더 약한 전반적인 감소가 있었다.

도 2 및 4의 가로 좌표 상에는 일 단위의 노광 시간이, 그리고 세로 좌표 상에는 상대적 형광 강도가 도시되어 있다.

3개 곡선 옆의 숫자는 샘플 숫자에 상응한다.

상부면 및 하부면 상에 장벽 층을 갖지 않는 샘플 ("접미어 a"로 표시된 샘플)의 경우에, 형광 강도는 노광 시간에 따라 현저하게 감소되었음이 확인되었다.

상부면 및 하부면 둘 다 상에 장벽 층을 갖는 본 발명의 색 변환기 (접미어 "a"로 표시되지 않은 샘플)의 경우에, 형광성은 노광 기간에 걸쳐 실제적으로 일정하게 유지되었고, 또한 상부면 및 하부면 둘 다 상에 장벽 층을 갖지 않는 색 변환기와 비교하여 형광성에서의 훨씬 더 약한 전반적인 감소가 있었다.

색 변환기 6 및 7의 제조:

목적하는 양의 염료(들), 중합체 및 TiO₂ (하기 표 1 참조)를 콜린(Collin) ZSK 25-30D 유형의 이중 축 압출기로 공급하여 과립으로 가공하였다. 콜린 티치 라인 E 20 T의 단일 축 압출기에 이러한 과립을 충전시켰다. 과립을 슬롯 타입 노즐을 통해 약 400 ㎛ 두께를 갖는 필름으로 가공하였다. 각각 22 mm의 직경을 갖는 원형 필름 조각을 이 필름으로부터 펀칭시킨 다음, 시험 샘플로 제공하였다.

장벽 물질 2를 사용한 캡슐화

경로 a)

펀칭시킨 필름 조각을 장벽 물질 2 (에스칼^TM 필름)와 함께, 황색 빛 조건을 갖는 질소 충전시킨 글러브박스 내로 옮겼다. 약 2시간 후에, 광경화성 접착제를 상기 필름 조각의 상부면에 적용하였다. 장벽 물질 2를 상기 접착제 면 상으로 위치시키고, 롤러를 사용하여 프레싱하였다. UV-A 광 및 가시 광을 사용하여 접착제를 경화시켰다. 동일한 과정을 필름 조각의 하부면에 대해서도 반복하였다. 최종적으로, 색 변환기를 넘어간 상부 및 하부 장벽 물질을 열 밀봉 플라이어(plier)를 사용하여 밀봉시켰다. 이렇게 얻어진 색 변환기는 상부면 및 하부면 둘 다 상에 장벽 층을 지니고 있었다.

경로 b)

펀칭시킨 필름 조각을 장벽 물질 2 (에스칼^TM 필름)와 함께 질소 충전시킨 글러브 박스 내로 옮겼다. 글러브 박스는 열밀봉 라미네이터를 포함하고 있었다. 약 2시간 후에, 필름 조각 및 장벽 물질 2 (에스칼^TM L 필름, 이 장벽 물질의 PE 면이 필름 조각과 마주보고 있음)를 150℃에서 함께 프레싱시키고 고온 밀봉 라미네이터 중에서 밀봉시켰다. 동일한 과정을 필름 조각의 하부면에 대해서도 반복하였다.

색 변환기 8 및 9의 제조:

약 20 g의 중합체 및 목적하는 양의 염료를 약 60 mL의 염화메틸렌 중에 용해시키고, 사용된 중합체의 양을 기준으로 0.1 중량%의 TiO₂를 그 내에 분산시켰다(하기 표 2 참조). 생성되는 용액/분산액을 유리 표면 상으로 코팅시켰다. 용매를 건조시킨 후에, 필름을 유리로부터 떼어내고, 눌러 뭉개고(crush), 진공 건조 캐비넷 중에서 밤새 50℃에서 건조시키고, 실험실용 분쇄기로 분쇄시키고, 얻어진 분말을 진공 건조 캐비넷 중에서 밤새 50℃에서 건조시켰다. 분말을 200℃에서 3 bar의 압력에서 (6분 동안) 그런 다음 100 bar의 압력에서 (5분 동안) 금속 프레싱 프레임을 사용하여 고온 프레싱시켜서, 각각이 1.5 mm의 직경을 갖는 원형 중합체 필름 조각을 얻었다.

장벽 물질 2를 사용한 캡슐화:

색 변환기 6 및 7 대신에 색 변환기 8 및 9를 사용하는 것을 제외하고, 장벽 물질 2를 사용하여 상기 캡슐화 과정을 반복하였다.

견본 번호 6, 6a, 7, 7a, 8, 8a, 9 및 9a를 상기한 바와 같이 20일의 기간에 걸쳐 계속하여 노광 장치를 사용하여 노광시켰다. 하기 표 3에는, 광안정성 및 잔존 형광성이 기재되어 있다:

상부면 및 하부면 상에 장벽 층을 갖지 않는 샘플 (접미어 "a"로 표시된 샘플)의 경우에, 형광 강도는 노광 시간에 따라 현저하게 감소되었음이 확인되었다.

상부면 및 하부면 둘 다 상에 장벽 층을 갖는 본 발명의 색 변환기 (접미어 "a"로 표시되지 않은 샘플)의 경우에, 형광성은 노광 기간에 걸쳐 실제적으로 일정하게 유지되었고, 또한 상부면 및 하부면 둘 다 상에 장벽 층을 갖지 않는 색 변환기와 비교하여 형광성에서 훨씬 더 약한 전반적인 감소가 있었다.

색 변환기 10 및 11의 제조:

장벽 물질 2 대신에 장벽 물질 3을 사용하는 것을 제외하고, 색 변환기 6 및 7에 대한 상기 캡슐화 과정을 반복하였다.

색 변환기 12 및 13의 제조:

장벽 물질 2 대신에 장벽 물질 4를 사용하는 것을 제외하고, 색 변환기 6 및 7에 대한 상기 캡슐화 과정을 반복하였다.

색 변환기 14 및 15의 제조:

장벽 물질 2 대신에 장벽 물질 3을 사용하는 것을 제외하고, 색 변환기 8 및 9에 대한 상기 캡슐화 과정을 반복하였다.

색 변환기 16 및 17의 제조:

장벽 물질 2 대신에 장벽 물질 4를 사용하는 것을 제외하고, 색 변환기 8 및 9에 대한 상기 캡슐화 과정을 반복하였다.

상부면 및 하부면 둘 다 상에 장벽 층을 갖는 본 발명의 색 변환기 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 및 17의 경우에, 형광성은 노광 기간에 걸쳐 실제적으로 일정하게 유지되었고, 또한 상부면 및 하부면 둘 다 상에 장벽 층을 갖지 않는 색 변환기와 비교하여 형광성에서 훨씬 더 약한 전반적인 감소가 있었다.

Claims

LED 및 하나 이상의 유기 형광 착색제를 포함하는 하나 이상의 층, 및 산소에 대해 낮은 투과도를 갖는 하나 이상의 장벽 층을 포함하는 색 변환기를 포함하는 조명 장치에 있어서,
하나 이상의 유기 형광 착색제는 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리부텐 또는 폴리에틸렌 글리콜의 유기 중합체의 매트릭스에 매립되고,
장벽 층은 100 mL/㎡ * d 미만의 산소 투과도를 갖고, 하나 이상의 장벽 층이 유리, 석영, 금속 산화물, SiO₂, 질화티타늄, SiO₂/금속 산화물 다층 물질, 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드, 액정 중합체, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트. 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리비닐 부티레이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아미드, 폴리옥시메틸렌, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로부터 유도된 중합체 및 에틸렌 비닐 알콜로부터 유도된 중합체로부터 선택되고,
하나 이상의 유기 형광 착색제는 하기 화학식 II 내지 X로 표시되는 유기 형광 염료의 군으로부터 선택되고,
하나 이상의 유기 형광 착색제를 포함하는 하나 이상의 층은 모든 면 상에서 산소에 대해 낮은 투과도를 갖는 하나 이상의 장벽 층으로 둘러싸이며,
LED 및 색 변환기가 원격 인광체 구조(remote phosphor structure)로 존재하고,
공기, 불활성 기체, 질소 또는 다른 기체, 또는 그의 혼합물이, 색 변환기와 LED 사이에 존재하며,
LED와 색 변환기 사이의 거리가 0.1 내지 10 cm인 조명 장치.

상기 식에서,
R¹은 선형 또는 분지형 C₁-C₁₈ 알킬 라디칼; 할로겐에 의해, 또는 선형 또는 분지형 C₁-C₁₈ 알킬에 의해 일치환 또는 다치환될 수 있는 C₄-C₈ 시클로알킬 라디칼; 또는 할로겐에 의해, 또는 선형 또는 분지형 C₁-C₁₈ 알킬에 의해 일치환 또는 다치환될 수 있는 페닐 또는 나프틸이고;
X는 오르토 및/또는 파라 위치에 있는 치환기를 나타내고, 선형 또는 분지형 C₁-C₁₈ 알킬이고;
y는 0 내지 3의 수이다.
제1항에 있어서, 하나 이상의 장벽 층이 본질적으로, 1000 mL* 100 ㎛/㎡ * d 미만의 낮은 비(specific) 산소 투과도를 갖는 하나 이상의 장벽 물질로 이루어진 것인 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 장벽 층이 본질적으로, 유리, 유리와 상이한 금속 산화물, 및 하나 이상의 중합체로부터 선택된 하나 이상의 장벽 물질로 이루어진 것인 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 장벽 층이 수증기에 대해 10 g/㎡ * d 미만의 낮은 투과도를 갖는 것인 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 유기 형광 염료가 N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(2,6-디이소프로필페녹시)페릴렌-3,4:9,10-테트라카르복스이미드, N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,6-디(2,6-디이소프로필페녹시)페릴렌-3,4:9,10-테트라카르복스이미드, 3,9-디시아노페릴렌-4,10-비스(이소부틸 카르복실레이트), 3,10-디시아노페릴렌-4,9-비스(이소부틸카르복실레이트), 3,9-디시아노페릴렌-4,10-비스(sec-부틸카르복실레이트), 3,10-디시아노페릴렌-4,9-비스(sec-부틸카르복실레이트), 9-시아노-N-(2,6-디(이소프로필)페닐)페릴렌-3,4-디카르복실산 모노이미드 및 그의 혼합물로부터 선택된 것인 조명 장치.
제5항에 있어서, 하나 이상의 유기 형광 염료가 N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(2,6-디이소프로필페녹시)페릴렌-3,4:9,10-테트라카르복스이미드, N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-1,6-디(2,6-디이소프로필페녹시)페릴렌-3,4:9,10-테트라카르복스이미드 및 그의 혼합물로부터 선택된 것인 조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 색 변환기가 필름, 판 또는 시트인 조명 장치.
LED에 의해 생성된 빛을 변환시키기 위한 제1항 또는 제2항에 정의된 색 변환기에 있어서,
상기 LED 및 색 변환기가 원격 인광체 구조로 존재하고,
공기, 불활성 기체, 질소 또는 다른 기체, 또는 그의 혼합물이, 색 변환기와 LED 사이에 존재하며, LED와 색 변환기 사이의 거리가 0.1 내지 10 cm인 색 변환기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 매트릭스 물질이 폴리스티렌 또는 폴리카르보네이트인 조명 장치.
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