KR101761387B1

KR101761387B1 - 광 여기 판

Info

Publication number: KR101761387B1
Application number: KR1020100116795A
Authority: KR
Inventors: 박종찬; 김영진
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2017-07-25
Also published as: KR20120055197A

Abstract

본 발명의 실시 예는 광 여기 판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED(Light Emitting Diode) 조명에 사용되는 광 여기 판에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판은, 광을 투과시키는 베이스층; 상기 베이스층의 일 면에 접하고, 제1 형광체를 갖는 제1 형광체층; 및 상기 베이스층의 다른 일 면에 접하고, 제2 형광체를 갖는 제2 형광체층;을 포함하고,상기 베이스층의 일 면은, 제1 미세 요철을 갖고, 상기 제1 형광체층은, 상기 제1 미세 요철을 덮는다.

Description

광 여기 판{PHOSPHOR COATING MATRIX}

본 발명의 실시 예는 광 여기 판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED(Light Emitting Diode) 조명에 사용되는 광 여기 판에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 디스플레이 장치, 전광판, 가로등 등의 라이트 유닛의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.

본 발명의 실시예는 새로운 구조의 광 여기 판을 제공한다.

또한, 열에 의한 휨 현상을 저하시킬 수 있는 광 여기 판을 제공한다.

또한, 형광체의 분산도를 향상시킬 수 있는 광 여기 판을 제공한다.

또한, 광 여기 효율을 높일 수 있는 광 여기 판을 제공한다.

또한, 코팅 균일도가 높은 광 여기 판을 제공한다.

또한, 부착성이 좋은 광 여기 판을 제공한다.

또한, 형광체의 함량이 높은 광 여기 판을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판은, 광을 투과시키는 베이스층; 상기 베이스층의 일 면 상에 배치되고, 제1 형광체를 갖는 제1 형광체층; 및 상기 베이스층의 다른 일 면 상에 배치되고, 제2 형광체를 갖는 제2 형광체층;을 포함하고, 상기 베이스층의 일 면의 거칠기와 상기 베이스층의 다른 일 면의 거칠기는 서로다르다.

삭제

본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판을 사용하면, 발광 다이오드로부터의 열에 의한 휨 현상을 저하시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 형광체의 분산도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 광 여기 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 코팅 균일도가 높은 이점이 있다.

또한, 부착성이 좋은 이점이 있다.

또한, 형광체의 함량이 높은 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 광 여기 판의 A-A’으로의 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 광 여기 판의 A-A’으로의 단면도,
도 4는 베이스층이 소정의 거칠기를 가지지 않을 경우의 제1 형광체층의 모습과 소정의 거칠기를 가질 경우의 제1 형광체층의 모습을 도시한 도면,
도 5는 도 4의 실제 사진,
도 6은 도 1 내지 도 3에 도시된 광 여기 판의 부착성 성능을 확인할 수 있는 비교 사진,
도 7 내지 도 9는 도 1 내지 도 3에 도시된 광 여기 판(100)의 적색 형광체의 함량 증가에 따른 광도(Luminus Flux), 색온도(CCT) 및 색좌표(CIE)의 실험 결과 그래프,
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판의 다른 실시 예.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다

본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 광 여기 판(100)의 A-A’으로의 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 광 여기 판(100)의 A-A’으로의 단면도로서, 도 2와는 다른 실시 예이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)은 베이스층(110)과 제1 및 제2 형광체층(130, 150)을 포함한다.

베이스층(110)은 광을 투과시킬 있는 수지 재질인 것이 바람직하다. 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이(Micro Lens Array, MLA), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 아크릴 수지, 폴리스틸렌(Polystyrene, PS) 등으로 이루어진 군에서 어느 하나일 수 있다. 특히, 베이스층(110)의 내열성과 내화학성이 요구되는 경우에는 베이스층(110)은 폴리카보네이트(PC)인 것이 바람직하다.

베이스층(110)은 광의 투과뿐만 아니라 광을 확산(Diffuse)할 수 있다. 예를 들어, 베이스층(110)은 투광성 확산판(Diffuser plate)이거나 확산제가 포함된 투광성 베이스층일 수 있다. 여기서, 상기 확산제는 예를 들어, 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 황산바륨(BaSO4), 탄산칼슘(CaSO4), 탄산마그네슘(MgCO3), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 합성실리카, 글래스비드, 다이아몬드 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정하지는 않는다. 또한, 상기 확산제의 입자 크기는 빛의 확산에 적합한 크기로 선택될 수 있으며, 예를 들어 5~7μm의 지름을 가질 수 있다.

베이스층(110)은, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 일 면이 소정의 거칠기를 갖는다. 여기서, 일 면은 제1 형광체층(130)과 접하는 면 또는 제2 형광체층(150)과 접하는 면 중 어느 하나일 수 있다.

베이스층(110)이 소정의 거칠기를 갖는다 함은 도 2에 도시된 바와 같이 미세 요철이 균일하게 분포한 것뿐만 아니라 도 3에 도시된 바와 같이 미세 요철이 비균일하게 분포한 것도 포함한다.

제1 형광체층(130)은 베이스층(110)의 일 면의 위에 배치되고, 제2 형광체층(150)은 베이스층(110)의 다른 일 면 위에 배치된다. 여기서, 제1 형광체층(130)은 베이스층(110) 상에 코팅되는 제1 형광체층이고, 제2 형광체층(150)은 베이스층(110) 아래에 코팅되는 제2 형광체층일 수 있다.

제1 및 제2 형광체층(130, 150)은 수지 재질 및 실리콘 재질 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 수지(Silicone Resin)일 수 있다.

제1 형광체층(130)은 적어도 하나 이상의 제1 형광체(135)를 가지며, 제2 형광체층(150)도 적어도 하나 이상의 제2 형광체(155)를 갖는다. 상기 제1 및 제2 형광체(135, 155)는 광을 여기시킨다.

제1 형광체층(130)에 포함된 제1 형광체(135)와 제2 형광체층(150)에 포함된 제2 형광체(155)는 서로 동일한 형광체이거나 서로 다른 형광체일 수 있다.

상기 제1 및 제2 형광체들(135, 155)은 예를 들어, 실리케이트(Silicate) 계열, 설파이드(Sulfide, 황화물) 계열, YAG 계열 및 TAG 계열, Nitride계열 중 적어도 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 형광체들(135, 155)은 황색, 적색, 녹색 및 청색의 빛을 방출하는 황색, 적색, 녹색 및 청색 형광체 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 상기 형광체의 종류에 대해 한정하지는 않는다.

한편, 심적색을 발광시키기 위한 대표적인 설파이드 계열의 무기 형광체로 CaS:Eu 가 사용될 수 있다. 주황색 형광체로 설파이드 계열의 SrS:Eu 및 MgS:Eu 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 녹색 형광체로는 설파이드 계열의 SrGa2S4, Eu2+ 를 사용할 수 있다.

상기 제1 및 제2 형광체(135, 155)는 광원에 따라 상이한 종류 및 양이 상기 제1 및 제2 형광체층(130, 150)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 광원이 백색 광원인 경우, 상기 제1 및 제2 형광체층(130, 150)에는 녹색 및 적색 형광체가 포함될 수 있다. 또한, 광원이 청색 광원인 경우, 상기 제1 및 제2 형광체층(130, 150)에는 녹색, 황색 및 적색 형광체가 포함될 수 있다. 이와 같이, 상기 제1 및 제2 형광체층(130, 150) 내에 포함되는 상기 제1 및 제2 형광체(135, 155)의 종류 및 양은 광원의 종류에 따라 변화될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

이와 같은 도 1 내지 도 3에 도시된 광 여기 판(100)은 베이스층(110)의 일 면이 소정의 거칠기를 갖기 때문에, 제1 형광체층(130)이 베이스층(110)에 코팅될 경우, 코팅 균일도를 확보할 수 있다. 만약, 제1 형광체층(130)과 접하는 베이스층(110)의 일 면이 소정의 거칠기를 가지지 않은 경우, 제1 형광체층(130)에는 소정의 코팅라인들이 발생될 수 있다. 하지만, 도 1 내지 도 3에 도시된 광 여기 판(100)은 베이스층(110)의 일 면이 소정의 거칠기를 갖기 때문에, 베이스층(110)의 일 면 위에 코팅된 제1 형광체층(130)에는 상기 코팅라인들이 생기지 않는 이점이 있다. 실제 실험 결과는 도 4와 도 5와 같았다.

도 4는 베이스층이 소정의 거칠기를 가지지 않을 경우의 제1 형광체층의 모습과 소정의 거칠기를 가질 경우의 제1 형광체층의 모습을 도시한 도면이다. 좌측 그림이 소정의 거칠기가 없을 경우의 제1 형광체층의 모습이고, 우측 그림이 소정의 거칠기가 있을 경우의 제1 형광체층의 모습이다. 도 5는 도 4의 실제 사진이다.

또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 광 여기 판(100)은 베이스층(110)의 일 면이 소정의 거칠기를 갖기 때문에, 부착성이 뛰어나다.

도 6은 도 1 내지 도 3에 도시된 광 여기 판(100)의 부착성 성능을 확인할 수 있는 비교 사진이다. 좌측 사진은 소정의 거칠기를 가지지 않는 광 여기 판에 1mm2의 사각형 물질 25개를 테이프를 이용하여 부착한 후 소정 시간 경과 후의 모습을 보여주는 사진이고, 우측 사진은 광 여기 판에 상기 사각형 물질 25개를 테이프를 이용하여 부착한 후 소정 시간 경과 후의 모습을 보여주는 사진이다.

도 6의 두 사진을 비교하면, 도 1 내지 도 3에 도시된 광 여기 판의 부착성이 더 좋음을 확인할 수 있었다.

또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 광 여기 판(100)은 베이스층(110)이 소정의 거칠기를 가지기 때문에, 제1 형광체층(130)에 포함된 형광체(135)의 함량은 동일한 두께를 가지며 상기 거칠기가 없는 일반적인 베이스층에 제1 형광체층을 갖는 광 여기 판에 포함된 형광체 함량보다 높다.

또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 광 여기 판(100)은 베이스층(110)의 양 면 위에는 제1 및 제2 형광체층(130, 150)이 배치되기 때문에, 휨 현상이 저하된다. 베이스층(110)의 어느 한 면에만 형광체층이 배치된 광 여기 판을 광원 위에 설치하여 사용한 경우, 상기 광원에 의한 열에 의해 형광체층에 응력이 발생하고, 상기 응력에 의해 광 여기 판이 휠 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)은 베이스층(110) 양 면에 각각 형광체층(130, 150)이 배치되어 있으므로, 광원으로부터의 열에 의한 휨 현상을 막을 수 있다.

한편, 제1 형광체층(130)과 제2 형광체층(150)에 포함되는 제1 및 제2 형광체(135, 155)는 서로 다른 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 형광체층(130)에 포함된 제1 형광체(135)는 황색 형광체, 제2 형광체층(150)에 포함된 제2 형광체(155)는 적색 형광체인 것이 바람직하다. 여기서, 황색 형광체의 양은 상기 적색 형광체의 양보다 많은 것이 바람직하다. 이렇게 제1 형광체층(130)에는 황색 형광체가 제2 형광체층(150)에는 적색 형광체가 포함되면, 분산도를 높일 수 있다. 어느 한 형광체층에 황색과 적색 형광체가 함께 섞여 있는 경우, 황색 형광체와 적색 형광체의 비중 차이로, 황색 형광체와 적색 형광체가 상기 어느 한 형광체층 내에서 잘 분산되지 않는다. 하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)은 제1 형광체층(130)과 제2 형광체층(150)을 가지고 있고, 각 형광체층(130, 150)에는 서로 다른 형광체를 가지고 있으므로, 분산이 용이한 이점이 있다.

도 7 내지 도 9는 도 2 또는 도 3에 도시된 광 여기 판(100)의 적색 형광체의 함량 증가에 따른 광도(Luminus Flux), 색온도(CCT) 및 색좌표(CIE)의 실험 결과이다. 도 7 내지 도 9의 그래프는 광 여기 판(100)의 제1 형광체층(130)은 황색 형광체(135)를, 제2 형광체층(150)은 적색 형광체(155)을 가질 때, 적색 형광체(155)의 함량 증가에 따른 광도, 색온도 및 색좌표의 변화를 보여준다. 도 7 내지 도 9의 실험에서 사용된 광원은 445nm의 COB PKG, 구동 전류는 500mA, 베이스층(110)은 80um의 MLA를 사용하였다.

도 7을 참조하면, 광도는 600nm 이상의 장파장 영역에서 적색 형광체(155)의 함량이 증가될수록 증가함을 확인할 수 있었다. 도 8을 참조하면, 색온도는 적색 형광체의 함량이 증가될수록 감소함을 확인할 수 있었다. 도 9를 참조하면, 색좌표는 적색 형광체의 함량이 증가될수록 Y축으로 색좌표가 이동함을 확인할 수 있었다. 그리고, 도면으로 도시하지는 않았지만, 연색지수(CRI)는 적색 형광체(155)의 함량이 증가될수록 증가함을 확인할 수 있었다.

여기서, 제1 형광체층(130)에 포함된 제1 형광체(135)는 황색 형광체뿐만 아니라 녹색 형광체를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 황색 형광체와 녹색 형광체는 비중이 서로 다르므로, 잘 섞이지 않을 수 있다. 따라서, 제1 형광체층(130)은 황색 형광체를 갖는 제1 코팅막과 녹색 형광체를 갖는 제2 코팅막으로 구성될 수 있다.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판의 다른 실시 예들의 단면도이다.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 여기 판(100)은 베이스층(110)의 양 면이 모두 소정의 거칠기를 갖는다.

구체적으로, 도 10에 도시된 광 여기 판(100)은 베이스층(110)의 양 면이 모두 균일한 거칠기를 가지며, 도 11에 도시된 광 여기 판(100)은 베이스층(110)의 양 면이 모두 비균일한 거칠기를 가지며, 도 12에 도시된 광 여기 판(100)은 베이스층(110)의 양 면이 모두 거칠기를 갖지만, 일 면은 균일한 거칠기를, 다른 일 면은 비균일한 거칠기를 갖는다.

도 10 내지 도 12에 도시된 광 여기 판(100)들은 앞서 설명한 도 1 내지 도 3에 도시된 광 여기 판(100)의 특징을 그대로 가질 것임을 충분히 예상할 수 있다.

한편, 도 2 내지 도 3와 도 10 내지 도 12에 도시된 제1 및 제2 형광체층(130, 150)에는 확산제, 소포제(antifoaming agent), 첨가제, 경화제 중 적어도 하나 이상이 더 포함될 수도 있다.

상기 확산제는 상기 제1 및 제2 형광체층(130, 150)에 입사되는 빛을 산란시킴으로써 확산시킬 수 있다. 상기 확산제의 예로는, 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 황산바륨(BaSO4), 탄산칼슘(CaSO4), 탄산마그네슘(MgCO3), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 합성실리카, 글래스비드, 다이아몬드 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.

상기 소포제는 상기 제1 및 제2 형광체층(130, 150) 내의 기포를 제거함으로써 신뢰성을 확보할 수 있다. 특히, 상기 제1 및 제2 형광체층(130, 150)을 상기 베이스층(110) 상에 스크린 인쇄 방식에 의해 도포할 때 문제가 되는 기포문제를 해결할 수 있다. 상기 소포제의 예로는 옥탄올, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜 또는 각종 계면활성제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.

상기 경화제는 상기 제1 및 제2 형광체층(130, 150)을 경화시킬 수 있다.

상기 첨가제는 제1 및 제2 형광체(135, 155)를 상기 제1 및 제2 형광체층(130, 150) 내에 고르게 분산하기 위해 사용될 수 있다.

도 2 내지 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)을 제조하는 방법은 일 면이 소정의 거칠기를 갖는 투광성 베이스층(110)을 마련한다. 여기서, 도 10 내지 도 12에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 여기 판(100)을 제조할 경우에는 양 면이 소정의 거칠기를 갖는 투광성 베이스층(110)을 마련한다. 여기서, 투광성 베이스층(110)은 광 확산기능을 더 추가한 디퓨져 베이스층(110)일 수 있다.

다음으로, 제1 코팅액에 제1 형광체(135)를 믹싱하고, 제2 코팅액에 제2 형광체(155)를 믹싱한다. 제1 및 제2 코팅액과 형광체(135, 155)의 믹싱은 초음파 분산기를 통해 수행하는 것이 바람직하다. 여기서, 제1 코팅액이 굳으면 제1 형광체층(130)이 되고, 제2 코팅액이 굳으면 제2 형광체층(150)이 된다.

다음으로, 제1 형광체(135)가 포함된 제1 코팅액을 투광성 베이스층(110)의 일 면에 코팅하고, 제2 형광체(155)가 포함된 제2 코팅액을 베이스층(110)의 다른 일 면에 코팅한다.

상기 과정을 통해, 도 2 내지 도 3 또는 도 10 내지 도 12에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)을 제조할 수 있다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 광 여기 판
110: 베이스층
130: 제1 형광체층
150: 제2 형광체층
135, 155: 형광체

Claims

광을 투과시키는 베이스층;
상기 베이스층의 일 면에 접하고, 제1 형광체를 갖는 제1 형광체층; 및
상기 베이스층의 다른 일 면에 접하고, 제2 형광체를 갖는 제2 형광체층;을 포함하고,
상기 베이스층의 일 면은, 제1 미세 요철을 갖고,
상기 제1 형광체층은, 상기 제1 미세 요철을 덮고,
상기 베이스층의 다른 일 면은, 제2 미세 요철을 갖고,
상기 제2 형광체층은, 상기 제2 미세 요철을 덮고,
상기 베이스층의 일 면의 표면 거칠기와 상기 베이스층의 다른 일 면의 표면 거칠기는 서로 다르고,
상기 베이스층은 확산제를 포함하는, 광 여기 판.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 베이스층의 일 면의 표면 거칠기는 균일하고, 상기 베이스층의 다른 일 면의 표면 거칠기는 비균일한 광 여기 판.
삭제
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 형광체층은 확산제, 소포제, 첨가제 및 경화제 중 적어도 하나를 갖고,
상기 제1 및 제2 형광체층은 황색, 적색, 녹색 및 청색 형광체 중 적어도 하나를 갖고,
상기 제1 형광체와 상기 제2 형광체는 서로 다른, 광 여기 판.
삭제
삭제
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제1 형광체와 상기 제2 형광체는 서로 다르고,
상기 제1 형광체는 황색 형광체이고, 상기 제2 형광체는 적색 형광체이고,
상기 황색 형광체의 양은 상기 적색 형광체의 양보다 많고,
상기 제1 형광체는 녹색 형광체를 더 포함하는, 광 여기 판.
삭제
삭제
제 8 항에 있어서,
상기 제1 형광체층은 상기 황색 형광체를 갖는 제1 코팅막과 상기 녹색 형광체를 갖는 제2 코팅막을 포함하는 광 여기 판.
삭제
삭제
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