KR102202309B1 - 파장 변환 부재 및 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

청색 파장 성분의 광을 흡수하여 적색 파장 성분을 포함하는 광을 발광하는 A2(M1-xMnx)F6(식 중, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 4가 원소, A는 Li, Na, K, Rb 및 Cs로부터 선택되고, 또한 적어도 Na 및/또는 K을 포함하는 1종 또는 2종 이상의 알칼리 금속이며, x는 0.001~0.3이다.)로 표시되는 복불화물 형광체가 분산된 수지 성형체로서, 비발광시의 색상이 CIELAB(CIE 1976)에 있어서 L*:40 이상 60 이하, a*:0 이상 +1 이하, b*:+2 이상 +15 이하인 파장 변환 부재.

Description

파장 변환 부재 및 발광 장치{WAVELENGTH CONVERSION MEMBER AND LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명은 청색 발광 다이오드(LED)를 사용한 일반 발광 장치, 백라이트 광원, 헤드라이트 광원 등의 발광 장치의, 비점등시의 외관색 및 점등시의 발색을 개선하는 파장 변환 부재 및 이 파장 변환 부재를 사용한 리모트 포스퍼 방식의 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드는 현재 이용 가능한 광원 중에서 가장 효율적인 광원의 하나이다. 이 중, 백색 발광 다이오드는 백열 전구, 형광등, CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 백라이트, 할로겐 램프 등을 대신하는 차세대 광원으로서 급격하게 시장을 확대하고 있다. 백색 LED(Light Emitting Diode)를 실현하는 구성의 하나로서, 청색 발광 다이오드(청 LED)와, 청색광 여기에 의해 보다 장파장, 예를 들면 황색이나 녹색으로 발광하는 형광체와의 조합에 의한 백색 LED(LED 발광 장치)가 실용화되어 있다.
이 백색 LED의 구조로서는 청색 LED 상 또는 그의 매우 근방에 수지나 유리 등에 혼합한 상태로 형광체를 배치하고, 청색광의 일부 또는 전부를 이 사실상 청색 LED와 일체화한 이들 형광체층으로 파장 변환하여 의사(擬似) 백색광을 얻는 소위 백색 LED 소자라고 불러야 하는 방식이 주류이다. 또, 형광체를 청색 LED로부터 수mm~수십mm 떨어진 곳에 배치하여 청색광의 일부 또는 전부를 이 형광체로 파장 변환하는 방식이 채용되어 있는 발광 장치도 있다. 특히, LED로부터 발하는 열에 의해 형광체의 특성이 저하되기 쉬운 경우, LED로부터의 거리가 먼 것은 발광 장치로서의 효율의 향상이나 색조의 변동을 억제하기에 유효하다. 이렇게하여 형광체를 포함하는 파장 변환 부재를 LED 광원으로부터 이간하여 배치한 부재를 리모트 포스퍼, 이러한 발광 방식을 「리모트 포스퍼 방식」이라고 부르고 있다. 이러한 리모트 포스퍼 방식의 발광 방식에서는 조명으로서 사용한 경우의 전체의 색 불균일이 개선되는 등의 이점이 있어, 최근 급속히 검토가 이루어지고 있다.
이러한 리모트 포스퍼 방식의 발광 장치에 있어서는, 예를 들면, 청색 LED의 전면에 리모트 포스퍼로서 황색 발광하는 형광체(이하, 황색 형광체라고 함) 입자나 녹색 발광하는 형광체(이하, 녹색 형광체라고 함) 입자, 또한 적색 발광하는 형광체(이하, 적색 형광체라고 함) 입자를 분산한 수지 또는 유리로 이루어지는 파장 변환 부재를 배치함으로써, 입사해오는 파장 450nm 전후의 청색광에 의해, 중심 파장 570nm 전후의 황색 형광을 발생시키고, 리모트 포스퍼를 투과한 청색 LED로부터의 광과 합치는 것으로 발광 장치로 하고 있는 것이 일반적이다. 리모트 포스퍼로서 사용되는 형광체로서는 Y3Al5O12:Ce, (Y, Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce, (Y, Gd)3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, CaGa2S4:Eu, (Sr, Ca, Ba)2SiO4:Eu, Ca-α-사이알론(SiAlON):Eu 등 외에 통상 온 칩으로 사용되기 어려운 황화물계의 형광체 등도 사용되는 것이 일반적이다.
그러나, 이 리모트 포스퍼 방식의 발광 장치에서는 발광 장치의 외관이 보이는 부분에 황색 형광체나 녹색 형광체 입자를 포함하는 파장 변환 부재가 배치된 구성이 되기 때문에, 비발광시의 외관으로서 황색을 띠는 리모트 포스퍼가 밖에서 보이는 상태인 채로 사용되는 경우가 많아, 비점등시에 발광 장치로서의 미관을 현저하게 해치게 된다. 그래서, 종래의 발광 장치에서는 미관을 중시하는 용도에서는 투명도가 낮은 백색의 램프 쉐이드 등을 씌워서 외관의 개선이 도모되고 있지만, 그 대신 발광 효율의 저하를 피할 수 없다. 즉, 발광 효율을 생각한 경우, 이러한 램프 쉐이드 등을 사용하지 않는 것이 바람직하지만, 그렇게 하면 비점등시의 미관을 해친다는 딜레마에 빠진다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 리모트 포스퍼 방식의 발광 장치에 있어서의 비점등시의 외관색을 개선함과 아울러, 점등시에 바람직한 발광색의 출사광이 얻어지는 파장 변환 부재 및 이 파장 변환 부재를 사용한 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 발광 장치의 발광색을 개선하기 위해서, 수지에 형광체를 혼련한 수지 형광판에 주목하고, 형광체의 종류, 혼련량, 형광판의 두께 및 LED 장치에 있어서의 배치에 대해서 예의 검토를 행한 바, 의사 백색광의 광축 상에 청색 파장 성분의 광을 흡수하여 적색 파장 성분을 포함하는 광을 발광하는 형광체, 특히 특정의 복불화물 형광체를 포함하는 수지 성형체의 파장 변환 부재를 배치함으로써, 발광 장치의 발광색을 개선할 수 있을 뿐만아니라, 이 발광색을 개선하는 파장 변환 부재는 비발광시에 투명감이 있는 옅은 살색의 바람직한 색을 띠고 있는 것을 알아내어, 본 발명을 이루기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 하기의 파장 변환 부재 및 발광 장치를 제공한다.
〔1〕청색 파장 성분의 광을 흡수하여 적색 파장 성분을 포함하는 광을 발광하는 형광체가 분산된 수지 성형체로서, 비발광시의 색상이 CIELAB(CIE 1976)에 있어서 L*:40 이상 60 이하, a*:0 이상 +1 이하, b*:+2 이상 +15 이하인 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재.
〔2〕상기 형광체가 하기 식(1)
A2(M1-xMnx)F6 (1)
(식 중, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 4가 원소, A는 Li, Na, K, Rb 및 Cs로부터 선택되고, 또한 적어도 Na 및/또는 K을 포함하는 1종 또는 2종 이상의 알칼리 금속이며, x는 0.001~0.3이다.)
로 표시되는 복불화물 형광체인 〔1〕에 기재된 파장 변환 부재.
〔3〕상기 복불화물 형광체가 K2(Si1-xMnx)F6(x는 상기와 동일함)로 표시되는 망간 부활 규불화칼륨인 〔2〕에 기재된 파장 변환 부재.
〔4〕상기 형광체의 함유량이 2질량% 이상 30질량% 이하인 〔1〕~〔3〕 중 어느 하나에 기재된 파장 변환 부재.
〔5〕평균 두께가 0.05mm 이상 5mm 이하인 〔1〕~〔4〕 중 어느 하나에 기재된 파장 변환 부재.
〔6〕상기 수지가 열가소성 수지인 〔1〕~〔5〕 중 어느 하나에 기재된 파장 변환 부재.
〔7〕램프 커버 또는 램프 쉐이드인 〔1〕~〔6〕 중 어느 하나에 기재된 파장 변환 부재.
〔8〕적어도 청색광을 발광하는 LED 광원을 가지고, 청색 파장 성분을 포함하는 의사 백색광을 출사하는 발광체의 외측에 〔1〕~〔7〕 중 어느 하나에 기재된 파장 변환 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
〔9〕상기 파장 변환 부재를 덮어 투명 보호 커버를 구비하는 〔8〕에 기재된 발광 장치.
본 발명의 파장 변환 부재에서는 이 파장 변환 부재의 비발광시의 색상이 CIELAB(CIE 1976)에 있어서 L*:40 이상 60 이하, a*:0 이상 +1 이하, b*:+2 이상 +15 이하인 점에서, 발광 장치(조명 장치)를 덮는 배치로 함으로써, 조명 장치, 특히 리모트 포스퍼 방식의 발광 장치에 있어서의 비점등시의 외관색이 적합한 것이 된다.
또한, 본 발명의 파장 변환 부재는 그 발광색이 파장 600~660nm를 중심으로 한 적색 발광인 점에서, 발광 장치에 있어서 점등시에는 적색 발광 성분이 더해져, 자연스러운 발광색이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 장치의 제1 실시형태의 구성을 나타내는 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 발광 장치의 제1 실시형태의 다른 구성을 나타내는 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 장치의 제2 실시형태의 구성을 나타내는 개략 사시도이다.
도 4는 종래의 발광 장치의 구성예(1)를 나타내는 개략 사시도이다.
도 5는 종래의 발광 장치의 구성예(2)를 나타내는 개략 사시도이다.
도 6은 종래의 발광 장치의 구성예(3)를 나타내는 개략 사시도이다.
도 7은 실시예의 평가용 의사 백색 LED 발광 장치의 구성을 나타내는 개략 사시도이다.
이하에, 본 발명에 따른 파장 변환 부재에 대해서 설명한다.
본 발명에 따른 파장 변환 부재는 청색 파장 성분의 광을 흡수하여 적색 파장 성분을 포함하는 광을 발광하는 형광체가 분산된 수지 성형체로서, 비발광시의 색상이 CIELAB(CIE 1976)에 있어서 L*:40 이상 60 이하, 바람직하게는 L*:42 이상 52 이하, a*:0 이상 +1 이하, 바람직하게는 a*:+0.2 이상 +0.6 이하, b*:+2 이상 +15 이하, 바람직하게는 b*:+3 이상 +12 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서, 본 발명에 사용하는 형광체는 하기 식(1)
A2(M1-xMnx)F6 (1)
(식 중, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 4가 원소, A는 Li, Na, K, Rb 및 Cs로부터 선택되고, 또한 적어도 Na 및/또는 K을 포함하는 1종 또는 2종 이상의 알칼리 금속이며, x는 0.001~0.3이다.)
로 표시되는 복불화물 형광체인 것이 바람직하다.
이 형광체는 A2MF6로 표시되는 복불화물의 구성 원소의 일부가 망간으로 치환된 구조를 가지는 망간 부활 복불화물 형광체이다. 이 망간 부활 복불화물 형광체에 있어서, 부활 원소의 망간의 가수는 특별히 한정되는 것은 아니지만, A2MF6로 표시되는 4가 원소의 사이트에 망간이 치환된 것, 즉, 4가의 망간(Mn4 +)으로서 치환된 것이 적합하다. 이 경우, A2MF6:Mn4 +로 표기해도 된다. 이 중, 복불화물 형광체가 K2(M1-xMnx)F6(M 및 x는 상기와 동일함)로 표시되는 것이 바람직하고, K2(Si1-xMnx)F6(x는 상기와 동일함)로 표시되는 망간 부활 규불화칼륨인 것이 특히 바람직하다.
이러한 망간 부활 복불화물 형광체는 파장 420~490nm, 바람직하게는 파장 440~470nm의 청색광에 의해 여기되어, 파장 600~660nm의 범위 내에 발광 피크, 또는 최대 발광 피크를 가지는 적색광을 발한다.
또, 상기 복불화물 형광체의 비발광시의 색상은 CIELAB(CIE 1976)에 있어서, 예를 들면 L*:60 이상 70 이하, a*:+1 이상 +3 이하, b*:+15 이상 +30 이하이다.
비점등시의 외관색이 적합한 것이 되는 기술적 이유로서는, 본 발명에서 주로 사용되는 상기 식(1)으로 표시되는 복불화물 형광체가 일반적으로 LED용 형광체로서 사용되고 있는 질화물의 적색 형광체와 상이하고, 가시광 중 파장 500nm 이상 700nm 이하의 광의 흡수가 매우 적고, 또, 백색 LED에서 일반적으로 사용되는 청색 LED의 발광 파장인 430nm 이상 470nm 이하의 광에 대해서도 흡수율이 낮기 때문에, 형광체 자체가 가지는 바디 컬러가 약한(연한) 것을 들 수 있다. 또한, 통상의 리모트 포스퍼나 그 조명 기구에서 사용되고 있는 질화물의 적색 형광체는 녹색이나 황색인 파장 500nm 이상 570nm 이하의 광을 흡수해버리기 때문에, 황색이나 녹색으로 발광하는 형광체 또는 발광 부재의 외측에 배치하는 것은 조명 장치로서의 효율 저하나, 발광색의 조정의 곤란을 발생시키지만, 본 발명에서 주로 사용되는 상기 복불화물 형광체는 500nm 이상 700nm 이하의 광의 흡수가 매우 적어, 상기와 같은 결점을 발생시키지 않는다.
또한, 상기 식(1)으로 표시되는 복불화물 형광체는 종래 공지의 방법으로 제조한 것이면 되고, 예를 들면, 금속 불화물 원료를 불화수소산에 용해 또는 분산시키고, 가열하여 증발 건고시켜 얻은 것을 사용하면 된다.
또, 형광체는 입자상인 것이 바람직하고, 그 입경(粒徑)으로서는 입도 분포에 있어서의 체적 누계 50%의 입경 D50이 2μm 이상 60μm 이하이며, 바람직하게는 10μm 이상 40μm 이하이다. D50값이 2μm 미만인 경우는 형광체로서의 발광 효율이 저하되어버릴 우려가 있다. 한편, 형광체 입자가 큰 경우는 발광에는 본질적으로 문제는 없지만, 수지와의 혼합시에, 매우 큰 경우는 형광체의 분포가 불균일하게 되기 쉽거나 한 결점이 발생하기 쉬워지기 때문에, D50으로 60μm 이하인 것이 사용하기 쉽다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 입경의 측정 방법은 예를 들면 공기중에 대상 분말을 분무 또는 분산 부유시킨 상태로 레이저광을 조사하고, 그 회절 패턴으로부터 입경을 구하는 건식 레이저 회절 산란법이 습도의 영향을 받지 않고 또한 입도 분포의 평가까지 가능하기 때문에 바람직하다.
본 발명의 파장 변환 부재에 있어서의 상기 형광체와 수지의 혼합 비율(형광체로서의 함유량)은 파장 변환 부재의 두께나 여기하는 LED광과의 배치 관계, 목표로 하는 발광색에 따라 상이하지만, 대략 2질량% 이상 30질량% 이하의 범위가 바람직하고, 3질량% 이상 15질량% 이하가 보다 바람직하며, 5질량% 이상 12질량% 이하가 더욱 바람직하다. 형광체 함유량이 30질량% 초과가 되면, 이 형광체에 의한 착색이 지나치게 강해져서, 비발광시의 외관색이 발광 장치로서의 미관을 해칠 우려가 있다. 한편, 2질량% 미만에서는 적색광의 발광량이 적고, 연색성 개선 효과가 낮아져버리는 경우가 있지만, 2질량% 미만의 함유량으로 전혀 사용할 수 없는 것은 아니다.
본 발명에서 사용하는 형광체를 분산시키는 수지로서는 열가소성 수지 및 열경화성 수지의 어느 쪽이어도 되지만, 산, 알칼리에 대한 화학적 내성이 높고, 방습성도 우수한 열가소성 수지가 바람직하다. 열가소성 수지는 사출 성형 등에 의해 비교적 단시간으로 성형할 수 있는 점에서 망간 부활 복불화물 형광체 등의 형광체를 균일하게 분산시킨 상태에서 성형하는 것이 가능한 점에서도 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 광투과성의 열가소성 수지로서는 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 범용 폴리스티렌(GPPS) 등의 폴리스티렌 및 스티렌·말레산 공중합체, 스티렌·메타크릴산메틸 공중합체, 아크릴로나이트릴·뷰타디엔·스티렌 공중합체(ABS) 등의 스티렌 공중합체를 들 수 있고, 이들 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에서 사용하는 열가소성 수지는 폴리프로필렌 및/또는 폴리스티렌을 40질량% 이상 포함하는 열가소성 수지인 것이 보다 바람직하다. 또한, 폴리프로필렌으로서는 에틸렌 단위를 공중합체 중에 2질량% 이상 6질량% 이하의 소량 함유하는 랜덤 코폴리머 타입의 것이 바람직하고, JIS K 7210으로 규정되는 멜트 플로우 레이트(MFR)가 5~30g/10min정도의 사출 성형 가능한 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 파장 변환 부재에서는 종래의 열가소성 플라스틱재와 마찬가지로, 산화 방지제, 광 안정화제, 자외선 흡수제를 비롯한 안정화제 및 성형 활제를 용도에 따라 0.1~0.3질량%의 범위에서 배합할 수 있다. 또, 특히 폴리프로필렌을 사용한 경우에 있어서 장기간의 사용에 따른 강도의 저하가 문제가 될 때에는 최대 0.3질량%를 기준으로 중금속 불활성화제를 첨가해도 된다.
그 밖에 망간 부활 복불화물 형광체 등의 형광체의 함유량(혼련 농도)이 낮은 경우, 또는 헤이즈를 증가시키고, 당해 부재를 투과하는 광의 균일화를 도모할 목적 등으로, 광확산제를 혼련하여 배합함으로써, 파장 변환 부재의 광확산성을 개선할 수도 있다. 광확산제로서는 탈크, 산화알루미늄, 산화규소, 규산알루미늄, 산화이트륨 등의 무기 세라믹스 미분체를 들 수 있고, 광학적인 투명도가 높고, 수지로의 혼련시의 투과광의 손실이 작은 산화알루미늄 또는 산화규소가 바람직하다. 또, 광확산제의 입경 D50값은 0.005μm 이상 5μm 이하가 바람직하다. 또, 광확산제의 배합량은 형광체의 함유량 및 파장 변환 부재의 두께에 따라 상이하지만, 예를 들면, 두께 2mm로 망간 부활 복불화물 형광체로서 K2(Si1-xMnx)F6(단, x는 0.001~0.3)을 4질량% 혼련한 폴리프로필렌으로 이루어지는 파장 변환 부재의 경우, 바람직하게는 0.05~5질량%, 보다 바람직하게는 0.05~1.5질량%, 더욱 바람직하게는 0.1~0.5질량%이다. 배합량 0.05질량% 미만에서는 광확산 효과가 충분하지 않은 경우가 있고, 5질량% 초과에서는 파장 변환 부재에 있어서의 광투과성이 저하될 우려가 있다.
또, 본 발명의 파장 변환 부재에 있어서의 파장 450nm의 여기광의 투과율은 20% 이상 90% 이하가 바람직하고, 50% 이상 70% 이하가 보다 바람직하다. 투과율이 20% 미만에서는 후술하는 발광 장치에 적용한 경우, 출사광으로서 청색광이 부족할 우려가 있고, 90% 초과에서는 출사광으로서의 청색광이 과다가 되는 경우가 있다.
본 발명에서는 형광체를 봉지하는 수지가 열가소성 수지인 경우, 상기 열가소성 수지, 그 밖의 조제 등을 원료 수지로 하고, 형광체를 분체로서 2축 혼련 압출기에 투입하여, 가열한 원료 수지에 이 분체를 이겨넣는 형태로 양자를 혼련하고, 범용의 플라스틱 재료와 마찬가지로, 용도에 따른 임의의 형상으로 열 성형한다. 예를 들면, 양자를 혼련하고, 그대로 LED 장치의 파장 변환 부재에 적합한 목적으로 하는 두께, 형상으로 성형해도 되고, 우선 펠릿형상으로 성형해두고, 필요할 때에 이 펠릿으로부터 목적으로 하는 두께, 형상의 파장 변환 부재로 성형해도 된다.
파장 변환 부재의 평균 두께는 0.05mm 이상 5mm 이하가 바람직하다. 두께 0.05mm 미만에서는 파장 변환 부재의 기계 강도가 부족하고, 파장 변환 부재 단체에서의 자립이 곤란하게 되는 경우가 있다. 한편, 두께 5mm 초과에서는 파장 변환 부재의 투과성이 저하되어버릴 우려가 있다. 또한, 평균 두께는 파장 변환 부재의 발광 장치에 있어서 발광 부분이 되는 영역의 두께의 평균이다.
이렇게하여 얻어진 수지 성형체는 망간 부활 복불화물 형광체 입자 등의 형광체 입자가 변질하지 않고 소정의 수지에 함유된 파장 변환 부재가 된다. 또, 이 파장 변환 부재는 파장 420~490nm, 바람직하게는 파장 440~470nm의 청색광에 의해, 파장 약600~660nm의 적색 파장 영역의 형광을 발한다. 따라서, 본 발명의 파장 변환 부재를 의사 백색 LED 장치에 적용함으로써, 발광 장치의 스펙트럼에 파장 약600~660nm의 적색 파장 성분이 더해져, 색 재현력이 높은 발광 장치가 된다.
이러한 본 발명의 파장 변환 부재의 비발광시의 색은 상기 복불화물 형광체 등의 형광체의 함유량이나 파장 변환 부재의 두께 등에 따라 변화하는데, 대략 옅은 살색의 외관을 나타낸다. 구체적으로는 본 발명의 파장 변환 부재의 비발광시의 색상이 CIELAB(CIE 1976)에 있어서 L*:40 이상 60 이하, a*:0 이상 +1 이하, b*:+2 이상 +15 이하이며, 본 발명의 파장 변환 부재의 비발광시의 색상의 범위는 상기 서술한 복불화물 형광체 등의 형광체의 함유량이나, 동시 첨가되는 광확산제 등의 첨가물에 의해 결정된다.
종래의 리모트 포스퍼에서 일반적으로 사용되는 형광체인 Y3Al5O12:Ce3 + 형광체 등의 황색 형광체를 사용한 파장 변환 부재는 비발광시의 외관색으로서 노란 형광색을 띠고 있고, 발광 장치에 있어서 이 황색계 파장 변환 부재를 의사 백색광을 출사하는 발광체의 외측에 사용한 경우, 비점등시의 발광 장치로서의 미관이나 디자인성이 현저하게 제한되어, 외관을 중시하는 용도에서는 투명도가 낮은 백색 램프 쉐이드 등의 커버를 씌우는 것이 일반적이었다. 그 경우, 이러한 커버가 원인이 되어 발광의 투과율 감소를 초래하기 때문에, 조명으로서의 효율이 저하되어버린다는 결점이 있었다.
이에 대해, 본 발명의 파장 변환 부재는 비발광시의 외관색으로서 투명감이 있는 옅은 살색을 띠는 점에서, 후술하는 발광 장치에 있어서, 발광체의 외측에 사용한 경우, 그대로로도 비점등시의 발광 장치로서의 미관을 해치지 않고, 발광 효율의 저하의 원인이 되는 상기 서술한 종래의 램프 쉐이드 등의 커버를 생략할 수도 있다.
[발광 장치]
다음에, 본 발명에 따른 발광 장치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 장치의 제1 실시형태에 있어서의 구성을 나타내는 사시도이다.
본 발명에 따른 발광 장치(10)는 도 1에 나타내는 바와 같은 청색광을 출사하는 LED 광원(11)과, 이 LED 광원(11)의 광축(A) 상에 배치되는 상기 서술한 본 발명의 파장 변환 부재(적색계 파장 변환 부재)(13)와, 청색광을 흡수하여 이 파장 변환 부재(13)에 포함되는 형광체와는 파장이 상이한 광을 발하는 형광체를 포함하는 다른 파장 변환 부재(황색계 또는 녹색계 파장 변환 부재)(12)를 구비한다. 또, LED 광원(11)의 광축 상에 있어서의 파장 변환 부재의 배치 순서가 LED 광원(11)측으로부터 다른 파장 변환 부재(12), 본 발명의 파장 변환 부재(13)의 순서로 되어 있다. 즉, LED 광원(11) 및 파장 변환 부재(12)로 이루어지는 청색 파장 성분을 포함하는 의사 백색광을 출사하는 발광체의 외측에 파장 변환 부재(13)가 배치되어 있다.
여기서, LED 광원(11)은 발광 장치(10)에 배치되는 모든 파장 변환 부재(12, 13)의 형광체를 여기하는 것이 가능한 발광을 포함할 필요가 있고, 예를 들면, 발광 파장 420~490nm, 바람직하게는 440~470nm정도의 청색광을 출사하는 것이 좋다. 또, LED 광원(11)은 LED 발광 장치로서 단체 혹은 복수의 LED칩으로 이루어지는 것이 바람직하다.
발광 장치(10)의 발광색은 파장 변환 부재(12, 13) 각각의 두께, 형광체 함유량 등에 의해 조정할 수 있다.
다른 파장 변환 부재(12)는 황색 형광체 또는 녹색 형광체가 분산된 수지 성형체이며, 예를 들면, Y3Al5O12:Ce3 +나 Lu3Al5O12:Ce, (Ba, Sr)2SiO5:Eu2 + 등의 종래 공 지의 황색 형광체나 녹색 형광체를 열가소성 수지에 혼련한 황색계 혹은 녹색계 파장 변환 부재인 것이 바람직하다.
파장 변환 부재(12)에 있어서의 형광체의 함유량은 입사하는 청색광의 광량, 황색 또는 녹색 파장 영역의 광의 발광량, 청색광의 투과율 등을 고려하여 결정되고, 예를 들면, Y3Al5O12:Ce 형광체를 혼련한 두께 2mm의 판재의 경우, 혼련 농도는 0.5~5질량%가 바람직하고, 2~4질량%가 보다 바람직하다.
파장 변환 부재(13)는 상기 서술한 본 발명의 파장 변환 부재이며, LED 광원(11) 및 파장 변환 부재(12)로부터의 광이 입사하고, 발광 장치로서 효율적으로 광을 출사하는 형상을 가지고, 발광 장치(10)에 있어서 독립되어 단독으로 취급할 수 있는 부재(자립 부재)이다. 파장 변환 부재(13)의 형상은 도 1에 나타내는 원반형상에 한정되지 않고, 백열 전구와 같은 구형상이어도 된다.
또, 파장 변환 부재(13)와 LED 광원(11)의 간격은 2~100mm로 하는 것이 바람직하고, 5~10mm로 하는 것이 보다 바람직하다. 상기 범위를 넘는 경우에도 사용 가능하지만, 상기 간격이 2mm 미만에서는 LED 광원(11)으로부터의 열 영향을 받아 파장 변환 부재가 열화할 우려가 있고, 100mm 초과에서는 파장 변환 부재(13)가 지나치게 커지는 경우가 있다.
상기 구성의 발광 장치(10)에서는 발광체(LED 광원(11), 파장 변환 부재(12))의 외측에 배치된 파장 변환 부재(13)가 발광 장치(10)의 외관으로서 보이는 구성으로 되어 있다. 따라서, 발광 장치(10)가 비점등일 때에는 파장 변환 부재(13)는 비발광 상태이며, 상기 서술한 CIELAB(CIE 1976)에 있어서 L*:40 이상 60 이하, a*:0 이상 +1 이하, b*:+2 이상 +15 이하로 표시되는 옅은 살색을 나타내는 점에서, 발광 장치(10)가 설치 공간(예를 들면, 일반주택의 실내 공간 등)의 미관을 해치는 것 같은 일이 없어진다. 또한, 파장 변환 부재(13)를 덮어 투명 보호 커버를 구비하도록 해도 된다.
본 발명의 발광 장치(10)에 의하면, 파장 변환 부재(12, 13) 중의 쌍방의 형광체를 동일한 LED 광원(11)으로부터의 여기광이 순차 여기하는 구성으로 되어 있는 점에서, 복수의 LED 광원에 기초한 발광 장치에 있어서와 같은 LED의 출력의 불균일에 의한 발광색의 차이는 발생하지 않고, 색도가 안정적이고, 또한 균일한 발광이 얻어진다. 또, 본 발명의 발광 장치(10)에 의하면, 이 발광 장치(10)의 조립의 최종 단계에서, 목적으로 하는 색도의 발광에 대응시켜, 각각에 있어서 형광체 함유량을 조정한 파장 변환 부재(12, 13)를 조립하면 되어, 간단한 조정으로 자유도가 높은 발광 조색이 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 파장 변환 부재(13)에 대해서, 적색 형광체로서 망간 부활 복불화물 형광체를 사용한 경우, 녹색 파장 영역(또는 황색 파장 영역)의 광의 대부분을 투과하기 때문에, 발광 장치(10)로서의 조광이 용이하다.
또한, LED 광원(11)의 배후에 LED 광원(11)으로부터의 광이나 파장 변환 부재(12, 13)로 반사 혹은 파장 변환된 광을 파장 변환 부재(12, 13)측에 반사하는 반사 부재(15)를 설치해도 된다. 파장 변환 부재(12 및 13)에서는 입사광의 일부가 파장 변환 부재에 의해 반사 혹은 파장 변환되는데, LED 광원(11)측에 나오는 이들 광을 반사하기 위한 반사 부재(15)를 설치함으로써 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 발광 장치의 제1 실시형태에 있어서의 다른 구성을 나타내는 사시도이다.
본 발명에 따른 발광 장치(10A)는 도 2에 나타내는 바와 같이 청색 파장 성분을 포함하는 의사 백색광을 출사하는 LED 광원(11A)과, 이 LED 광원(11A)의 광축(A) 상에 배치되는 상기 서술한 본 발명의 파장 변환 부재(13)를 구비한다.
여기서, LED 광원(11A)은 예를 들면 파장 420~490nm, 바람직하게는 440~470nm의 청색광을 발광하는 청색 LED와, 청색 LED 표면에 황색 형광체 또는 녹색 형광체를 포함하는 수지 도료를 도포한 파장 변환부로 이루어지는 의사 백색광을 출사하는 광원이다.
파장 변환 부재(13) 및 반사판(15)은 도 1에 나타낸 것과 마찬가지이다.
상기 구성의 발광 장치(10A)에 있어서도, 발광체(LED 광원(11A))의 외측에 배치된 파장 변환 부재(13)가 발광 장치(10A)의 외관으로서 보이는 구성으로 되어 있는 점에서, 발광 장치(10A) 비점등시에는 파장 변환 부재(13)는 비발광 상태이며, 상기 서술한 색상(CIELAB(CIE 1976))에 있어서 L*:40 이상 60 이하, a*:0 이상 +1 이하, b*:+2 이상 +15 이하로 표시되는 옅은 살색을 나타내는 점에서, 발광 장치(10A)가 발광 장치로서 배치 공간의 미관을 해치는 것 같은 일은 없다. 또, 발광 장치(10A) 점등시에는 LED 광원(11A)으로부터 의사 백색광(예를 들면, 청색광 및 황색광)이 출사되면, 의사 백색광이 파장 변환 부재(13)에 입사하고, 의사 백색광에 있어서의 청색광의 일부가 파장 변환 부재(13)에 포함되는 복불화물 형광체 등의 형광체에 흡수되고, 적색 파장 영역을 포함하는 광(적색광)으로 변환되어, 파장 변환 부재(13)를 투과한 나머지 청색광 및 황색광과 함께 출사된다. 그 결과, 청색광, 황색광, 적색광이 소정의 비율로 출사되게 되어, 연색성이 높은 백색광이 얻어진다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 장치의 제2 실시형태에 있어서의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 3에서는 중앙으로부터 좌측의 부분의 일부에 있어서 내부의 구성을 알 수 있는 투시도로 되어 있다.
본 발명에 따른 발광 장치(20)는 도 3에 나타내는 바와 같이 전구 타입의 것이며, 본 발명의 파장 변환 부재(23)로 이루어지는 대략 반구형상의 전구 커버와, 이 전구 커버 내부에 수납되는 지지 부재를 겸한 상부가 가늘게 된 원기둥형상의 반사 부재(25) 및 반사 부재(25)의 외주면 상에 배치되는 청색 파장 성분을 포함하는 의사 백색광을 출사하는 LED 광원(21A)을 구비한다. 또, 구금(26)으로부터 LED 광원(21A)에 전력이 공급된다.
상기 구성의 발광 장치(20)에 있어서도, 발광체(LED 광원(21A))의 외측에 배치된 파장 변환 부재(23)가 발광 장치(20)의 외관(전구 커버)으로서 보이는 구성으로 되어 있는 점에서, 발광 장치(20) 비점등시에는 파장 변환 부재(23)는 비발광 상태이며, 상기 서술한 색조(CIELAB(CIE 1976))에 있어서 L*:40 이상 60 이하, a*:0 이상 +1 이하, b*:+2 이상 +15 이하로 표시되는 옅은 살색을 나타내는 점에서, 발광 장치(20)가 배치 공간(예를 들면, 일반주택의 실내 공간 등)의 미관을 해치는 것 같은 일은 없다. 또, 발광 장치(20) 점등시에는 LED 광원(21A)으로부터 백색광(예를 들면, 청색광 및 황색광)이 출사되면, 의사 백색광이 파장 변환 부재(23)에 입사하고, 의사 백색광에 있어서의 청색광의 일부가 파장 변환 부재(23)에 의해 적색광으로 변환되어, 연색성이 높은 의사 백색광이 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 발광 장치는 적어도 청색광을 발광하는 LED 광원을 가지고, 청색 파장 성분을 포함하는 의사 백색광을 출사하는 발광체의 외측에 본 발명의 파장 변환 부재를 구비하는 구성이면 되고, 상기 실시형태의 발광 장치(도 1~도 3)에 한정되는 것은 아니다.
이러한 발광 장치(20)를 도 4~도 6에 나타내는 종래의 전구 타입의 발광 장치와, 비점등시 외관, 연색성, 발광 효율의 관점에서 상대 평가하면, 표 1에 나타내는 바와 같이 된다.
또한, 도 4~도 6에서는 중앙으로부터 좌측의 부분의 일부에 있어서 내부의 구성을 알 수 있도록 투시도로 되어 있다. 도 4의 발광 장치(90A)(비교품 (1))는 도 3의 발광 장치(20)에 있어서 파장 변환 부재(23)를 형광체를 포함하지 않는 백색 수지의 램프 쉐이드(92)로 대신한 것이다. 도 5의 발광 장치(90B)(비교품 (2))는 도 3의 발광 장치(20)에 있어서 LED 광원(21A)을 청색광을 출사하는 LED 광원(21)으로 대신하고, 파장 변환 부재(23)를 황색 형광체가 분산된 수지 성형체인 파장 변환 부재(22)로 바꾼 것이다. 도 6의 발광 장치(90C)(비교품 (3))는 도 5의 발광 장치(90B)에 있어서, 발광체(LED 광원(21) 및 파장 변환 부재(22))의 외측에 또한 형광체를 포함하지 않는 백색 수지의 램프 쉐이드(92)를 배치한 것이다.
Figure 112015072243075-pct00001
표 1에 있어서, 도 4의 비교품(1)은 비점등시의 외관은 백색의 램프 쉐이드(92)에 의해 양호하지만, 적색 파장 성분이 적기 때문에 연색성은 떨어지고, 발광 효율도 램프 쉐이드가 있기 때문에 다소 떨어진다. 또, 도 5의 비교품(2)은 비점등시에 황색계의 파장 변환 부재(22)가 외관으로서 보이기 때문에 바람직하지 않고, 발광색은 적색 파장 성분이 적고 본 발명품에 뒤진다. 또, 도 6의 비교품(3)은 비점등시의 외관은 백색의 램프 쉐이드(92)에 의해 양호하게 되지만, 연색성은 적색 파장 성분이 적고 다소 양호하며, 발광 효율은 램프 쉐이드(92)에 의해 저하되기 때문에 다소 떨어진다.
이에 대해, 도 3의 본 발명품(발광 장치(20))은 이들 모든 관점에서 양호하다.
본 발명의 파장 변환 부재는 리모트 포스퍼로서 램프 쉐이드나 램프 커버에 적합하며, 본 발명의 발광 장치는 파장 변환 부재를 램프 쉐이드 또는 램프 커버로서 적용한 리모트 포스퍼 방식의 발광 장치, 특히 조명 장치에 적합하다.
(실시예)
이하에, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1~3, 비교예 1~3]
이하의 조건으로 LED 발광 장치를 제작했다.
2축 압출기를 사용하여, 투명 폴리프로필렌 펠릿에 입경 D50값 17.6μm의 K2(Si0.97Mn0.03)F6 형광체의 혼합을 행하고, K2(Si0.97Mn0.03)F6 분체의 농도를 5질량%, 10질량%로 한 K2(Si0.97Mn0.03)F6 함유 폴리프로필렌 펠릿을 얻었다.
다음에, 얻어진 K2(Si0.97Mn0.03)F6 함유 폴리프로필렌 펠릿을 사용하여, 20t 횡형 사출성형기에 의해 성형을 행하고, 두께 2mm, 직경 100mm의 원반형상의 적색계의 파장 변환 부재를 얻었다.
또, 폴리카보네이트 수지에 Y3Al5O12:Ce3 + 형광체를 함유량 5질량% 또는 10질량%로, 또는 Lu3Al5O12:Ce3 + 형광체를 함유량 10질량%로 혼합한 펠릿을 제작하고, 이것을 원료로 하여 사출 성형을 행하고, 두께 2mm, 직경 100mm의 원반형상의 황색계의 파장 변환 부재를 얻었다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 얻어진 2종류의 파장 변환 부재(32, 33)를 LED칩(LED 광원)(31)을 구비하는 LED 투광기(GL-RB100(Cree사제 2W형 청색 LED칩 XT-E 로얄블루 6개 사용), 히노덴시(주)제)(3)의 전면의 광축 상에 LED 투광기(3)측으로부터 황색계 파장 변환 부재(Y3Al5O12:Ce3 + 형광체 함유량 5질량%, 또는 Lu3Al5O12:Ce3 + 형광체 함유량 10질량%)(32), 적색계 파장 변환 부재(형광체 함유량 5질량% 또는 10질량%)(33)의 순서로 배치하고 LED 발광 장치로 했다. 또, 비교용으로서 적색계 파장 변환 부재(33)를 배치하지 않고, 황색계 파장 변환 부재(Y3Al5O12:Ce3 + 형광체 함유량 5질량% 또는 10질량%, 또는 Lu3Al5O12:Ce3 + 형광체 함유량 10질량%)(32)만을 배치한 것도 제작했다.
제작한 LED 발광 장치의 발광체 외측에 대해서, 비점등시의 백색광하에서의 외관색(색상)을 색채색차계 CR200(코니카미놀타옵틱스(주)제)으로 측정하고, CIELAB에 의해 평가하고, 또 육안 관찰했다. 그 결과를 표 2에 나타냈다. 육안으로 본 외관은 가장 외측에 배치된 파장 변환 재료로 결정되고, 실시예 1~3에서는 옅은 살색을 띠고 있었지만 비교예 1~3에서는 노란 색을 띠고 있었다.
Figure 112015072243075-pct00002
이들 LED 발광 장치로부터 20cm 떨어진 위치에 분광 방사 조도계 CL-500A(코니카미놀타옵틱스(주)제)를 설치하고, 각각 평균 연색 평가수 Ra, 특수 연색 평가수 ΔR9를 측정했다. 그 결과를 표 3에 기재했다.
Figure 112015072243075-pct00003
이상과 같이, 본 발명의 LED 발광 장치에 의하면, 황색계 파장 변환 부재만을 사용한 LED 발광 장치의 평균 연색 평가수 Ra 및 특수 연색 평가수 ΔR9를 개선할 수 있고, 또한 비점등시에 발광체의 외측이 옅은 살색을 띠고, 그대로로도 비점등시의 발광 장치로서의 미관을 해치지 않아, 발광 효율을 저해하는 종래의 램프 쉐이드 등을 생략할 수 있다.
또한, 지금까지 본 발명을 실시형태를 들어 설명해왔지만, 본 발명은 이들 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시형태, 추가, 변경, 삭제 등, 당업자가 생각이 미칠 수 있는 범위 내에서 변경할 수 있고, 어느 양태에 있어서도 본 발명의 작용 효과를 나타내는 한, 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
10, 10A, 20, 90A, 90B, 90C…발광 장치
11, 11A, 21, 21A, 31…LED 광원
12, 22, 32…다른 파장 변환 부재(황색계 또는 녹색계 파장 변환 부재)
13, 23, 33…파장 변환 부재(적색계 파장 변환 부재)
15, 25…반사 부재
26…금구
3…LED 투광기
92…램프 쉐이드
A…광축

Claims (10)

  1. 청색 파장 성분의 광을 흡수하여 적색 파장 성분을 포함하는 광을 발광하는 형광체로서, 하기 식
    K2(Si1-xMnx)F6
    (식 중, x는 0.001~0.3이다.)
    으로 표시되는 복불화물 형광체가 분산된 수지 성형체인 파장 변환 부재를 제작하는 방법으로서,
    상기 식으로 표시되고, D50이 10μm 이상 40μm 이하의 입자상이며, 또한 비발광시의 색상이 CIELAB(CIE 1976)에 있어서 L*:60 이상 70 이하, a*:+1 이상 +3 이하, b*:+15 이상 +30 이하인 망간 부활 규불화칼륨을 선택하고, 이 망간 부활 규불화칼륨을 5질량% 이상 10질량% 이하의 함유량, 또한 2mm 이상 5mm 이하의 평균 두께로, 폴리올레핀에 혼련하고 열 성형하여, 비발광시의 색상이 CIELAB(CIE 1976)에 있어서 L*:40 이상 60 이하, a*:0 이상 +1 이하, b*:+2 이상 +15 이하의 파장 변환 부재를 얻는 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재의 제작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재의 제작 방법.
  3. 청색광을 출사하는 LED 광원과, 이 LED 광원의 광축 상에 배치되고, 청색 파장 성분의 광을 흡수하여 적색 파장 성분을 포함하는 광을 발광하는 형광체가 분산된 수지 성형체인 하나의 파장 변환 부재와, 상기 청색광을 흡수하여 상기 하나의 파장 변환 부재에 포함되는 형광체와는 파장이 상이한 광을 발하는 황색 형광체 또는 녹색 형광체를 포함하는 다른 파장 변환 부재를 구비하는 발광 장치를 제작하는 방법으로서,
    상기 하나의 파장 변환 부재를 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 방법에 의해 제작하고,
    상기 LED 광원에 대하여, 상기 하나의 파장 변환 부재를 상기 다른 파장 변환 부재보다 외측에 배치하는 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제작 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 황색 형광체 또는 녹색 형광체가 Y3Al5O12:Ce3+ 형광체 및 Lu3Al5O12:Ce 형광체의 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제작 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 황색 형광체 또는 녹색 형광체가 Y3Al5O12:Ce3+ 형광체만을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제작 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 하나의 파장 변환 부재가 램프 커버 또는 램프 쉐이드인 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제작 방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 발광 장치가 리모트 포스퍼 방식의 발광 장치인 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제작 방법.
  8. 적어도 청색광을 발광하는 LED 광원을 가지고, 청색 파장 성분을 포함하는 의사 백색광을 출사하는 발광체와, 이 발광체의 외측에, 청색 파장 성분의 광을 흡수하여 적색 파장 성분을 포함하는 광을 발광하는 형광체가 분산된 수지 성형체인 하나의 파장 변환 부재를 구비하는 발광 장치를 제작하는 방법으로서,
    상기 하나의 파장 변환 부재를 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 방법에 의해 제작하는 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 하나의 파장 변환 부재가 램프 커버 또는 램프 쉐이드인 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제작 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 발광 장치가 리모트 포스퍼 방식의 발광 장치인 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제작 방법.
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