KR101997113B1 - 파장 변환 장치 및 그 관련 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

파장 변환 장치(100)에 있어서, 차례로 적층된 기판(130), 반사층(120)과 발광층(110)을 포함한다. 발광층(110)은 파장 변환 재료와 제2 접착제를 포함하고, 반사층(120)은 반사 입자, 보조 입자와 제1 접착제를 포함한다. 반사 입자는 광을 반사하고, 보조 입자는 반사 입자간의 틈새를 충진하기 위한 것이다. 제1 접착제는 반사 입자와 보조 입자를 점착시켜 층을 형성하기 위한 것이다. 반사층(120)은 비교적 높은 반사율을 확보하는 동시에 비교적 얇은 두께를 구현하며, 이에 따라 발광층(110)이 발생한 열량은 더 쉽게 반사층(120)을 통해 기판으로 전달되어, 발광층(110)의 온도가 너무 높아 광 변환율이 떨어지는 것을 방지한다. 또한, 이러한 파장 변환 장치(100)를 포함하는 발광 장치를 더 공개한다.

Description

파장 변환 장치 및 그 관련 발광 장치{WAVELENGTH CONVERSION DEVICE AND RELATED LIGHT-EMITTING DEVICE THEREOF}
본 발명은 표시 및 조명 분야에 관한 것이며, 특히 파장 변환 장치 및 그 관련 발광 장치에 관한 것이다.
표시 및 조명 기술의 발전에 따라 종래의 LED 또는 할로겐 램프는 광원으로서 표시, 조명의 고출력과 고휘도 요구를 갈수록 충족시키지 못하고 있다. 고체 광원, 예를 들어 LD(LaserDiode, 레이저 다이오드)가 방출한 여기광을 이용하여 파장 변환 재료를 여기하는 방법은 여러가지 색상의 가시광을 획득할 수 있으며, 이 기술은 조명과 표시에 갈수록 많이 응용되고 있다. 이러한 기술은 높은 효율, 적은 에너지 소모, 저 비용 및 긴 수명의 장점을 가지며 종래의 백색광 또는 단색광 광원의 이상적인 대체 수단이다.
종래 기술에서 레이저를 이용하여 파장 변환 재료를 여기하는 광원은 광 이용률을 높이기 위하여 반사 방법을 많이 사용한다. 즉, 광이 파장 변환 재료 시트(즉, 발광층)를 경과한 후 반사판(즉, 반사층과 기판)으로 입사하여 파장 변환 재료 시트로 다시 반사됨으로써 광이 동일 방향으로 출사하는 것을 확보하며 파장 변환 재료 시트의 산란 작용에 의한 광 손실을 피한다. 종래 기술에서, 반사판은 주로 예를 들어 알루미늄, 알루미늄 합금 및 구리 등의 금속을 기판으로 사용하며, 금속 기재와 고반사막층이 적층되어 이루어지며, 그중 고반사막층은 통상적으로 고순도 알루미늄 또는 고순도 은을 도금층으로 사용한다. 파장 변환 재료 시트는 실리콘 접착제 또는 수지류의 투명 유기물을 패키징 매질로 이용하여 파장 변환 재료 과립과 실리콘 접착제/수지를 함께 혼합한 후 금속 기판 상에 도포함으로써 발광층이 형성된다. 그러나, 실리콘 접착제/수지는 공기에 대한 차단 기능이 약하며, 공기는 파장 변환 재료층을 쉽게 투과하여 기판 상의 반사층과 접촉함으로써 그 반사층과 공기의 접촉이 발생한다. 반사층 재료로서 은을 선택하는 경우, 은 원자는 대기 중의 황화수소, 산소기체 등과 매우 쉽게 황화, 산화반응이 발생하여 반사층의 반사율과 열 안정성이 급격히 떨어지고, 심지어 은층의 흑화 현상이 일어나 반사층의 기능을 상실한다. 그리고 알루미늄 반사층은, 알루미늄의 안정성이 은보다 높으나 반사율은 높지 않으며, 알루미늄 반사층은 상대적으로 은층보다 더 많은 광을 흡수하여 열량으로 전환한다.
금속 반사층의 상기 단점을 감안하여, 발명자는 열 안정성이 높고, 반사율이 높은 반사층을 모색한 결과 백색 무기 재료 예를 들어 알루미나 등의 금속 산화물이 비교적 높은 반사율을 가지고 고온에 견디며 고출력 레이저 조사의 열 안정성을 충족시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 그러나, 높은 반사율에 도달하기 위하여(예를 들어 가시광의 90% 이상에 대한 반사율에 도달), 반사층은 충분히 큰 두께를 가져야 하지만, 반사층 두께의 증가는 반사층의 열전도 효과를 낮추며 나아가 파장 변환 장치의 발광층은 열량 누적으로 인해 발광 효율이 떨어진다. 따라서 반사율이 높고 두께가 작은 반사층의 개발이 필요하다.
상기 기술적 과제에 관하여 본 발명은 높은 반사율과 두께가 얇은 반사층을 가지는 파장 변환 장치를 제공한다.
본 발명은 차례로 적층된 기판, 반사층, 발광층을 포함하는 파장 변환 장치에 있어서, 반사층은 반사 입자, 보조 입자와 제1 접착제를 포함하며, 반사 입자는 광을 반사하고, 보조 입자는 반사 입자간의 틈새를 충진하기 위한 것이며, 제1 접착제는 반사 입자와 보조 입자를 점착시켜 층을 형성하기 위한 것이며, 발광층은 파장 변환 재료와 제2 접착제를 포함하는 파장 변환 장치를 제공한다.
바람직하게는 반사 입자는 알루미나이고, 보조 입자는 산화티타늄이다.
바람직하게는 보조 입자가 반사층에서 차지하는 질량 분율은 40~75mass%이고, 반사 입자가 반사층에서 차지하는 질량 분율은 0.5~30mass%이다.
바람직하게는 산화티타늄의 입경은 0.02~1μm이고, 알루미나의 입경은 0.01~1μm이며, 바람직하게는, 산화티타늄의 입경은 0.2~0.5μm이고, 알루미나의 입경은 0.02~0.7μm이다.
바람직하게는 반사층의 두께는 70μm 미만이고, 가시광에 대한 반사층의 반사율은 95%보다 크며, 더 바람직하게는 반사층의 두께는 30μm 미만이고, 가시광에 대한 반사층의 반사율은 95%보다 크다.
바람직하게는 반사층의 공극률은 35% 미만이다.
바람직하게는 제1 접착제는 제1 유리 분말이며, 제1 유리 분말이 반사층에서 차지하는 질량 분율은 20~50mass%이다.
바람직하게는 제1 유리 분말은 SiO2-B2O3-RO이며, 그중 R은 Mg, Ca, Sr, Ba, Na, K로부터 선택된 하나 또는 다수이다.
바람직하게는 반사층은 반사 입자, 보조 입자, 제1 유리 분말과 유기 담체를 혼합한 후 소결하여 성형되며, 유기 담체는 에틸셀루로오스, 테르피네올, 부틸카비톨 이들 3자의 혼합액이거나 또는 실리콘 오일이며, 반사층에서 유기 담체 잔여물의 질량 분율은 0.001mass%~0.1mass%이다.
바람직하게는 제2 접착제는 제2 유리 분말이며 SiO2-B2O3-RO, SiO2-TiO2-Nb2O5-R'2O, ZnO-P2O5로부터 선택된 하나 또는 다수이며, 그중 R은 Mg, Ca, Sr, Ba, Na, K로부터 선택된 하나 또는 다수이며, R'은 Li, Na, K로부터 선택된 하나 또는 다수이다.
바람직하게는 제1 접착제는 실리콘 접착제 또는 수지이며, 보조 입자는 커플링제에 의해 처리된 산화티타늄이며, 커플링제는 실란 커플링제, 에틸오르토실리케이트를 포함한다.
바람직하게는 제2 접착제는 실리콘 접착제 또는 수지이다.
바람직하게는 파장 변환 재료가 발광층에서 차지하는 체적 분율은 30~75vol%이고, 제2 접착제가 발광층에서 차지하는 체적 분율은 25~70vol%이며, 더 바람직하게는, 파장 변환 재료가 발광층에서 차지하는 체적 분율은 35~55vol%이고, 제2 접착제가 발광층에서 차지하는 체적 분율은 45-65vol%이다.
바람직하게는 발광층의 두께는 50~300μm이다.
바람직하게는 기판은 질화알루미늄 기판이고, 또는 기판은 금속 기판이다.
바람직하게는 파장 변환 장치는 발광층에 있어서 반사층으로부터 멀어진 측에 위치하는 증투막을 더 포함한다.
바람직하게는 파장 변환 장치는 제3 유리 분말로 이루어지고 발광층과 상기 증투막 사이에 위치하는 유리층을 더 포함한다.
바람직하게는 유리층의 두께는 20~50μm이다.
본 발명은, 여기 광원을 포함하며 바람직하게는 상기 어느 한 항의 파장 변환 장치를 더 포함하는 발광 장치를 더 제공한다.
종래의 기술과 비교하여 본 발명은 아래와 같은 유익한 효과를 포함한다.
본 발명에 따르면, 파장 변환 장치의 반사층에서 반사 입자, 보조 입자와 제1 접착제로 이루어진 구조체를 이용하고, 반사 입자를 이용하여 광을 반사하며 보조 입자를 이용하여 상기 반사 입자간의 틈새를 충진하여 반사 입자간의 공극을 충진한다. 이로써, 광이 반사층에 입사하는 깊이가 감소하고, 반사층은 비교적 높은 반사율을 확보함과 동시에 두께가 감소하며, 나아가 파장 변환 장치는 높은 광 이용률을 가지면서도 양호한 방열 기능을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 파장 변환 장치의 실시예 1의 구성 개략도이며,
도 2는 본 발명에 따른 파장 변환 장치의 실시예 2의 구성 개략도이며,
도 3은 본 발명에 따른 파장 변환 장치의 실시예 3의 구성 개략도이다.
이하, 도면과 실시형태를 결합하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 설명을 명확히 하기 위하여, 이하 문장에서 설명되는 '상', '하'는 모두 도면에서의 상하를 가리킨다.
실시예 1
도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 파장 변환 장치의 실시예 1의 구성 개략도이다. 도면과 같이, 파장 변환 장치(100)는 기판(130), 발광층(110),반사층(120)을 포함한다. 그중 반사층(120)은 반사 입자, 보조 입자와 제1 접착제를 포함하고, 발광층(110)은 파장 변환 재료와 제2 접착제를 포함한다.
배경 기술에서 안내한 바와 같이, 발광층이 방출하는 광은 반사층으로 입사한후 반사되어 발광층으로 돌아오며, 발광층에서 발생한 열량은 반사층을 거쳐 기판으로 전도되어 발산된다.
파장 변환 장치(100)에서 반사층(120)은 2가지 기능이 있으며, 그중 하나는 광반사이고 두 번째는 열량 전도이다. 반사층(120)은 광 이용률을 확보하도록 비교적 높은 반사율을 가져야 한다. 반사층(120)은 양호한 열전도성도 가져야 하며, 반사층이 얇을수록 그 열전도 효과는 더욱 좋다.
상기 반사층(120)은 반사 입자, 보조 입자와 제1 접착제를 포함한다. 그중, 반사 입자는, 고반사 특성을 가지며 특히 400~800nm 파장 범위의 가시광에 대해 90% 이상의 반사율을 가진 입자를 가리킨다. 이러한 입자의 입경은 2μm 이내이다. 이러한 특성을 가지는 반사 입자는 알루미나, 황산바륨, 산화아연, 질화붕소 등일 수 있다.
보조 입자는 양호한 피복 기능을 가지며, 분산성이 좋고 잘 엉키지 않아 반사 입자와 충분히 혼합 및 분산할 수 있는 입자를 가리킨다. 이 특성은 반사 입자를 충분히 골고루 펼 수 있도록 하므로 반사 입자의 두께가 너무 크지 않아도 양호한 반사율을 구현할 수 있다. 보조 입자로만 구성된 반사층의 반사율은 매우 낮으며 반사층의 기능에 대한 요구를 충족시킬 수 없다. 그러나, 보조 입자에 대한 질량 백분율이 20%인 반사 입자를 첨가하기만 해도 보조 입자층을 기존의 80~85%뿐인 반사율을 95% 이상으로 높일 수 있다(반사층의 두께가 동일한 경우). 보조 입자의 입경은 통상적으로 1μm 이내이고, 이러한 특성을 가진 보조 입자는 산화티타늄 등일 수 있다.
본 실시예에서, 반사 입자는 알루미나(Al2O3) 이고, 보조 입자는 산화티타늄(TiO2) 이다. 알루미나는 가시광에 대해 양호한 반사율을 가지며, 순수한 알루미나층은 가시광에 대한 반사율이 90%에 도달할 수 있다. 그러나 알루미나는 각 과립간의 공극이 커 광선은 알루미나 과립을 돌아서 투과할 수 있다. 따라서 비교적 두껍게 적층한 알루미나층이어야 상기 반사율에 도달할 수 있다. 그러나 알루미나층은 두께가 클수록 층체의 열전도 성능이 더 떨어진다. 산화티타늄은 그 자체가 일정한 반사율을 가지며, 특히 파장이 550nm보다 큰 광에 대해 좋은 반사율을 가진다. 그러나 산화티타늄은 파장이 480nm보다 작은 광에 대한 반사율이 좋지 않아 반사층 반사율의 성능 요구를 충족시킬 수 없다. 알루미나와 산화티타늄을 결합한 후 발견하기를, 이 혼합 반사층은 매우 쉽게 막을 형성하고 산화티타늄은 알루미나 과립간의 공극을 충진함과 동시에 그 자체의 반사 특성을 이용하여 알루미나 과립간으로부터 일부 관통된 광을 반사하여 되돌아 가도록 한다. 따라서 상기 혼합층이 얇은 두께하에서 비교적 높은 반사율에 도달할 수 있도록 한다. 또한, 산화티타늄은 연화된 접착제(예를 들어 유리 분말)와의 침윤성이 알루미늄보다 강하며, 내부에 밀폐된 기포가 쉽게 형성되지 않는다.
바람직한 일 실시예에서, 상기 반사층의 공극률은 35% 미만이다. 반사층의 공극률이 비교적 크면, 반사층 구조가 느슨해지며 그 두께가 두껍고 틈새의 열전도율이 매우 작아져, 반사층 전체의 열전도 효과가 좋지 않다.
반사층(120)에서, 알루미나의 양이 너무 많거나 산화티타늄의 양이 너무 적으면, 반사층(120)은 치밀도가 충분하지 않으며 비교적 두꺼운 두께여야만 반사율이 충분해질 수 있다. 알루미나가 너무 적거나 산화티타늄의 양이 너무 많으면, 반사층(120)의 과립 표면에서의 광 반사율이 충분히 높지 않아 역시 필요한 반사율에 도달할 수 없다. 실험을 따르면, 반사층(120)에서 알루미나의 질량 분율이 0.5~30mass%이고, 반사층(120)에서 산화티타늄의 질량 분율이 40~75mass%이면, 반사층이 양호한 반사율을 가지면서도 비교적 얇은 두께를 가진다.
반사층(120)에서, 반사 입자의 입경이 클수록 그 반사 성능은 더 떨어지며, 반사 입자의 입경이 작을수록 더 분산되기 어렵고 더 쉽게 엉킨다. 이와 동시에, 보조 입자는 반사 입자의 입경 크기에 따르고 그에 맞아야만 얇게 충진하는 기능에 도달할 수 있다. 즉, 보조 입자와 반사 입자의 입경 크기의 차는 비교적 작다. 바람직한 일 실시예에서, 알루미나의 입경은 0.01~1μm이고, 더 바람직하게는 0.02~0.7μm이며, 산화티타늄의 입경은 0.02~1μm이고, 더 바람직하게는 0.2~0.5μm이다.
본 실시예에서, 반사층(120)의 두께는 클수록, 반사층의 열저항이 더 크며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 가르침에 따라 반사층(120)의 두께를 설정할 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 반사층(120)의 두께는 70μm 이상이고, 가시광에 대한 반사율은 95% 이상이다. 더 바람직하게는 반사층(120)의 두께는 30~70μm 사이이고, 가시광에 대한 반사율은 여전히 95% 이상일 수 있다. 반사층의 두께가 70μm보다 크게 되면, 두께가 반사율에 미치는 영향은 선명하지 않으며, 반사층의 두께가 20μm보다 작으면, 반사율은 선명하게 내려가기 시작한다. 본 발명은 반사층의 정상적 기능을 충족시키는 반사율을 확보함과 동시에 두께를 얇게 함으로써 반사층(120)의 열저항을 낮추고 재료 원가를 낮추며 광 파장 변환 장치의 질량을 감소시킬 수 있다.
본 실시예의 반사층(120)에서, 반사 입자와 보조 입자 외에도 제1 접착제를 더 포함한다. 제1 접착제는 반사 입자와 보조 입자를 층으로 점착하기 위한 것이다. 반사 입자와 보조 입자 자체는 점착성을 갖지 않으므로, 비록 맞추어 층으로 적층할 수 있다고 해도, 외력의 작용하에 또는 운동 중 느슨해져 파괴될 수 있다. 제1 접착제의 작용은 반사 입자와 보조 입자의 구조를 고정하는 데 있다.
본 실시예에서, 반사층(120)에서의 제1 접착제는 수지 또는 실리콘 접착제이다. 수지와 실리콘 접착제는 열을 받으면 유동성을 가진 반고체로 바뀌며 반사 입자와 보조 입자가 형성한 공극으로 침투하여 반사 입자와 보조 입자의 주위에 층으로 피복될 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 사전에 에틸오르토실리케이트를 사용하여 산화 티타늄에 대해 표면 처리를 진행함으로써 산화티타늄과 실리콘 접착제 또는 수지의 상용성이 더 좋아져 산화티타늄에 대한 실리콘 접착제 또는 수지의 피복에 유리하도록 한다. 실란 커플링제를 사용하여도 동일한 효과에 도달할 수 있다. 실란 커플링제의 일단은 유기 그룹이고 일단은 무기이며 산화티타늄과 실리콘 접착제를 효과적으로 연결할 수 있다.
본 실시예에서, 발광층(110)은 파장 변환 재료와 제2 접착제를 포함한다. 그중 제2 접착제는 수지 또는 실리콘 접착제이다. 발광층(110)과 반사층(120)은 같은 유형의 재료를 접착제로 사용하므로 양자의 결합에 유리하다. 제1 접착제와 제2 접착제는 동일한 수지 또는 실리콘 접착제일 수 있으며, 서로 다른 수지 또는 실리콘 접착제일 수도 있다.
본 실시예에서, 기판(130)은 금속 기판이며, 구리 판, 알루미늄 판 또는 알루미늄 합금 판일 수도 있다. 이는 일정한 온도에 견딜 수 있으며 열전도 성능이 우수하고 기계 가공에 편리하며 저출력 레이저 광원(＜50W)의 작동 조건에서 우수한 성능을 가진다. 기판(130)은 열전도성이 좋은 세라믹 기판을 선택할 수도 있으며, 금속 기판에 비해 세라믹 기판은 더 좋은 내열 성능을 가지며, 중고출력 레이저 광원의 작동 조건에 적응할 수 있다.
본 발명 실시예 1의 하나의 변형 실시예는 도 1과 같으며, 그중 파장 변환 장치(100)의 구조는 실시예 1과 동일하며, 다른 점이라면 파장 변환 장치(100)에서 발광층(110), 반사층(120)과 기판(130)의 조성 재료가 실시예 1에서와 다르다는 점이다.
본 실시예에서, 반사층(120)에 포함되는 제1 접착제는 제1 유리 분말이다. 수지와 실리콘 접착제에 비해, 유리 분말은 더 좋은 내열성을 가지며, 파장 변환 장치의 고온처리 흐름공정의 요구를 충족시킬 수 있다. 본 실시예에서, 제1 유리 분말은 SiO2-B2O3-RO(R은 Mg, Ca, Sr, Ba, Na, K로부터 선택된 하나 또는 다수)인 것이 바람직하다. 상기 유형의 유리 분말은 우수한 광학 성능을 가지며, 광이 반사층에서 전파될 때의 손실을 감소함으로써, 반사층에서 발생하는 열량을 감소한다. 또한, 상기 유형의 유리 분말은 연화점 200℃보다 높은 범위내의 유동성이 크지 않아, 고온 처리를 거치는 공정에서 반사층(120)은 기존의 평탄한 형태를 유지하여 유리액의 유동으로 인한 변형, 들뜸, 팽윤 등이 발생하지 않는다.
본 실시예에서, 제1 유리 분말은 반사층(120) 총 질량의 20~50%를 차지한다. 유리 분말이 20%보다 적으면, 모든 반사 입자와 보조 입자를 피복할 수 없으므로, 반사층의 점착 및 성형에 불리하며, 유리 분말이 50%보다 많으면, 반사 입자와 보조 입자가 너무 분산되어 입사광에 대한 반사층의 반사에 불리하다.
본 실시예에서, 반사층(120)은 반사 입자, 보조 입자, 제1 유리 분말과 유기 담체를 혼합한 후 소결 성형된 것이다. 유기 담체는 반사층 슬러리의 조제에 사용되며, 반사 입자, 보조 입자와 제1 유리 분말이 액상에서 충분하게 혼합 및 분산되도록 하는 동시에, 슬러리가 일정한 유동성을 갖도록 하여, 반사층이 기판 상에 쉽게 브러시 코팅 및 성형되도록 한다. 유기 담체는 반사 입자, 보조 입자와 제1 유리 분말에 대한 침윤성을 충족시켜야 하며, 유기 담체는 또한 고온 처리 단계에서 반드시 완전히 분해되고 배출되어야 한다. 본 실시예에서의 유기 담체는 에틸셀루로오스, 테르피네올과 부틸카비톨의 혼합액이다. 또한, 유기 담체는 실리콘 오일일 수도 있다. 대량의 실험 테스트에 따르면, 에틸셀루로오스, 테르피네올과 부틸카비톨의 혼합액 또는 실리콘 오일은 양호한 침윤성과 분산성을 가지며, 상기 유기 담체는 360~420℃에서 거의 완전히 분해되어 배출될 수 있다. 다만, 일부 유기 담체는 반사 입자, 보조 입자와 유리 분말중에 피복되어 배출될 수 없으며, 후속되는 고온 처리 과정에서 반사 입자, 보조 입자 또는 제1 유리 분말과 부반응을 일으킬 수 있다. 따라서 반사층에는 일부 유기 담체 잔여물이 있으며, 그 질량 분율은 0.001~0.1mass%이다.
본 실시예에서, 발광층(110)에서의 제2 접착제는 제2 유리 분말이다. 제2 유리 분말은 투명도가 높고 광 흡수율이 작으며 열전도율이 높은 유리 분말을 선택한다. 높은 투명도는 광의 입사와 출사를 쉽게 하기 위한 것이고, 작은 광 흡수율은 광이 발광층내에서 여러차례 반사된 후의 손실을 최소화 하기 위한 것이며, 높은 열전도율은 열량의 전도에 유리하며, 발광층의 작동 온도를 낮춘다. 제2 유리 분말은 SiO2-B2O3-RO, SiO2-TiO2-Nb2O5-R'2O, ZnO-P2O5로부터 하나 또는 다수를 선택할 수 있으며, 그중 R은 Mg, Ca, Sr, Ba, Na, K로부터 선택된 하나 또는 다수이며, R'는 Li, Na, K로부터 선택된 하나 또는 다수이다.
본 실시예에서, 반사층(120)에서의 제1 접착제와 발광층(110)에서의 제2 접착제는 모두 유리 분말을 선택 사용함으로써, 양층의 결합에 유리한 동시에 전체 파장 변환 장치(100)가 고온에 견디도록 한다.
본 실시예의 발광층(110)에서, 파장 변환 재료가 차지하는 체적 분율이 너무 크고, 제2 유리 분말이 차지하는 체적 분율이 너무 작으면, 발광층은 점착되어 층을 이루기 어려우며, 파장 변환 재료가 차지하는 체적 분율이 너무 작으면, 그 발광 효율이 저하된다. 본 발명에서는, 발광층의 발광 효율과 성형을 모두 고려하여, 파장 변환 재료가 발광층에서 차지하는 체적 분율은 30~75vol%이고, 제2 접착제가 발광층에서 차지하는 체적 분율은 25~70vol%이다. 바람직한 일 실시예에서, 파장 변환 재료가 발광층에서 차지하는 체적 분율은 35~55vol%이며, 제2 접착제가 발광층에서 차지하는 체적 분율은 45~65vol%이다.
본 실시예의 발광층(110)은 발광 효율을 충족시키기 위하여, 일정한 두께를 가져야 하며, 이로써 발광층에서의 광의 전파 거리가 파장 변환에 충분하도록 해야 한다. 그러나, 발광층(110)은 너무 두꺼워도 안되며 그렇지 않으면 그 자체의 열전도성이 떨어지고 방열이 저하된다. 본 실시예에서 발광층(110)의 두께는 50~300μm이다.
본 실시예에서 기판(130)은 질화알루미늄 세라믹 기판이다. 이는 양호한 열전도성과 기계적 강도를 가져, 고온에서 분해되지 않고 변형이 작다. 질화알루미늄은 산화티타늄 및 알루미나과의 열팽창계수 차이값이 작고, 질화알루미늄 기판이 고온에 견디므로, 중고출력의 레이저 광원(＞100W)에 적응할 수 있다. 본 실시예에서, 기판(130)은　테이프 캐스팅법으로 제조되며, 그 상대 밀도는 95%보다 크며, 열전도율은 150W/mK보다 크다. 또한, 기판(130)은 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 질화붕소, 베릴리아 등 세라믹 재료일 수도 있으며, 이러한 재료의 기판은 질화알루미늄 기판과 동일하거나 유사한 성능을 가진다.
실시예 2
도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명에 따른 파장 변환 장치의 실시예 2의 구성 개략도이다. 본 실시예의 파장 변환 장치(200)에서의 발광층(210), 반사층(220)과 기판(230)은 실시예 1과 동일하므로 본 실시예에서 더 이상 설명하지 않는다. 실시예 1과 다른 점은, 도 2와 같이 상기 파장 변환 장치(200)가 유리층(260)과 증투막(250)을 더 포함한다는 점이다.
유리층(260)은 발광층(210) 상에 위치하며 제3 유리 분말로 구성된다. 발광층(210)의 표면에 소량의 파장 변환 재료 과립이 돌출될 수 있으므로, 이러한 표면에 막을 코팅하면 막층이 울퉁불퉁할 수 있다. 그리고 발광층을 연마한 후 막을 코팅하는 경우에는, 연마 과정에서 발광층이 파괴될 수 있다. 순수한 유리는 매우 쉽게 연마되어 평탄하고 매끈한 표면을 얻으며 막의 코팅에 유리하다. 유리층(260)이 너무 얇으면 층 두께의 균일성을 제어하기 어려우며, 유리층(260)의 두께가 너무 두꺼우면 광의 투과에 영향이 미친다. 실험 측정에 따르면, 두께가 20~50μm인 유리층(260)은 균일성을 확보하면서도 광의 투과에 영향이 미치지 않는다(광에 대한 투과 영향이 1%보다 작다).
증투막(250)은 유리층(260) 상에 위치하며, 계면 상의 광 반사를 감소시키고 광의 투과를 증가시키기 위한 것이며, 효과적으로 광 이용률을 높일 수 있다. 증투막의 재료로 SiO2 또는 MgF2를 선택할 수 있으며, 두께는 50~150nm이다.
본 발명에서, 유리층(260)을 추가하는 것은 하나의 바람직한 방안이며, 발광층(210) 상에 직접 증투막(250)을 코팅하여 제조할 수도 있으나, 상기 문장에서 설명한 바와 같이, 이처럼 직접적으로 막을 코팅하면 막층이 울퉁불퉁해질 수 있다.
실시예 3
도 3를 참조하면, 도 3은 본 발명에 따른 파장 변환 장치의 실시예 3의 구성 개략도이다. 본 실시예에서, 파장 변환 장치(300)에서의 발광층(310), 반사층(320)과 기판(330)은 실시예 1에서와 동일하므로, 본 실시예에서는 더 이상 설명하지 않는다. 실시예 1과 다른 점은, 본 실시예는 구동 장치(340)를 더 포함하며, 구체적으로 본 실시예에서의 구동 장치(340)는 하나의 모터란 점이다. 본 실시예에서의 기판(330)은 원형 기판이며, 원고리형의 반사층(320)과 발광층(310)을 로딩한다. 구동 장치(340)는 기판(330)과 고정 연결되며, 구동 장치(340)의 회전시, 기판(330), 기판(330) 상의 반사층(320)과 발광층(310)은 함께 회동하며, 이로써 여기 광원의 여기광이 장시간 발광층 상의 한 곳을 조사하여 발광층(310) 상의 발광 지점의 파장 변환 재료가 담금질되는 것을 피한다.
상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐이며 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명을 다양하게 변경하고 변화시킬 수 있다. 본 발명의 정신과 원칙 안에서 진행한 모든 수정, 균등 교체 및 개량 등은 모두 발명의 보호 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 차례로 적층된 기판, 반사층, 발광층을 포함하는 파장 변환 장치에 있어서,
    상기 반사층은 반사 입자, 보조 입자와 제1 접착제를 포함하며, 상기 반사 입자는 광을 반사하고, 상기 보조 입자는 상기 반사 입자간의 틈새를 충진하기 위한 것이며, 상기 제1 접착제는 반사 입자와 보조 입자를 점착시켜 층을 형성하기 위한 것이며, 상기 발광층은 파장 변환 재료와 제2 접착제를 포함하고,
    상기 반사 입자는 알루미나이고, 상기 보조 입자는 산화티타늄이며,
    상기 보조 입자가 상기 반사층에서 차지하는 질량 분율은 40~75mass%이고, 상기 반사 입자가 상기 반사층에서 차지하는 질량 분율은 0.5~30mass%인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화티타늄의 입경은 0.02~1㎛이고, 상기 알루미나의 입경은 0.01 ~ 1 ㎛인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산화티타늄의 입경은 0.2 ~ 0.5 ㎛이고, 상기 알루미나의 입경은 0.02 ~ 0.7 ㎛인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사층의 두께는 70μm 미만이고, 가시광에 대한 상기 반사층의 반사율은 95%보다 큰 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반사층의 두께는 30 ㎛ 미만이고, 가시광에 대한 상기 반사층의 반사율은 95%보다 큰 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사층의 공극률은 35% 미만인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 접착제는 제1 유리 분말이며, 상기 제1 유리 분말이 상기 반사층에서 차지하는 질량 분율은 20~50mass%인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 유리 분말은 SiO2-B2O3-RO이며, 그중 R은 Mg, Ca, Sr, Ba, Na, K로부터 선택된 하나 또는 다수인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 반사 입자, 보조 입자, 제1 유리 분말과 유기 담체를 혼합한 후 소결하여 성형되며, 상기 유기 담체는 에틸셀루로오스, 테르피네올, 부틸카비톨 이들 3자의 혼합액이거나 또는 실리콘 오일이며, 상기 반사층에서 유기 담체 잔여물의 질량 분율은 0.001 mass% ~ 0.1 mass%인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 접착제는 제2 유리 분말이며 SiO2-B2O3-RO, SiO2-TiO2-Nb2O5-R'2O, ZnO-P2O5로부터 선택된 하나 또는 다수이며, 그중 R은 Mg, Ca, Sr, Ba, Na, K로부터 선택된 하나 또는 다수이며, R'은 Li, Na, K로부터 선택된 하나 또는 다수인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 접착제는 실리콘 접착제 또는 수지이며, 상기 보조 입자는 커플링제에 의해 처리된 산화티타늄이며, 상기 커플링제는 실란 커플링제, 에틸오르토실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 접착제는 실리콘 접착제 또는 수지인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환 재료가 상기 발광층에서 차지하는 체적 분율은 30 ~ 75 vol%이고, 상기 제2 접착제가 상기 발광층에서 차지하는 체적 분율은 25 ~ 70 vol%인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  14. 제13항에 있어서
    상기 파장 변환 재료가 상기 발광층에서 차지하는 체적 분율은 35 ~ 55 vol%이고, 상기 제2 접착제가 상기 발광층에서 차지하는 체적 분율은 45 ~ 65 vol%인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 발광층의 두께는 50~300㎛인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 질화알루미늄 기판이거나, 또는 금속 기판인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  17. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광층에 있어서 상기 반사층으로부터 멀어진 측에 위치하는 증투막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    제3 유리 분말로 이루어지고 상기 발광층과 상기 증투막 사이에 위치하는 유리층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 유리층의 두께는 20~50㎛인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  20. 여기 광원을 포함하는 발광 장치에 있어서,
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 파장 변환 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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