KR102203680B1 - 세라믹 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치 - Google Patents

세라믹 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102203680B1
KR102203680B1 KR1020140007764A KR20140007764A KR102203680B1 KR 102203680 B1 KR102203680 B1 KR 102203680B1 KR 1020140007764 A KR1020140007764 A KR 1020140007764A KR 20140007764 A KR20140007764 A KR 20140007764A KR 102203680 B1 KR102203680 B1 KR 102203680B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phosphor
light
phosphor layer
wavelength
wavelength region
Prior art date
Application number
KR1020140007764A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150087604A (ko
Inventor
박진경
이인재
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020140007764A priority Critical patent/KR102203680B1/ko
Priority to US14/594,305 priority patent/US9995458B2/en
Priority to CN201510017334.4A priority patent/CN104780636B/zh
Priority to EP15150941.1A priority patent/EP2894211B1/en
Priority to TW104101064A priority patent/TWI654078B/zh
Publication of KR20150087604A publication Critical patent/KR20150087604A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102203680B1 publication Critical patent/KR102203680B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/40—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V3/00—Globes; Bowls; Cover glasses
    • F21V3/04—Globes; Bowls; Cover glasses characterised by materials, surface treatments or coatings
    • F21V3/10—Globes; Bowls; Cover glasses characterised by materials, surface treatments or coatings characterised by coatings
    • F21V3/12—Globes; Bowls; Cover glasses characterised by materials, surface treatments or coatings characterised by coatings the coatings comprising photoluminescent substances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예는 투광성 세라믹 매트릭스 내에 단파장 영역 형광체를 포함하는 제1 형광체층; 및 장파장 영역 형광체를 포함하는 제2 형광체층을 포함하는 세라믹 형광체 플레이트에 관한 것이다. 또한, 본 실시예의 다른 측면으로, 투광성 세라믹 매트릭스 내에 파장이 510nm 내지 580nm를 갖는 단파장 영역 형광체를 포함하는 제1 형광체층; 파장이 580nm 내지 680nm를 갖는 장파장 영역 형광체로 이루어진 제2 형광체층; 및 광입사부를 포함하는 조명장치에 관한 것이다.

Description

세라믹 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치{CERAMIC PHOSPHOR PLATE AND LIGHT LAMP APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명의 실시예는 조명장치 및 이를 구성하는 형광체 플레이트에 관한 것이다.
저전력/고효율 광원들은 상대적으로 얇은 스펙트럼 폭으로 발광되는 저파장 광원을 형광체를 이용하기 때문에, 실제 사용을 위해서는 백색광으로 변환하여야 하며, 이러한 변환 과정에서 고온/고집적 저파장 광에 의해 형광체가 열화 및 변질되는 신뢰성 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 광원과 형광체를 서로 이격 배치할 수 있는 형광체에 대한 연구 필요성이 대두되고 있다.
이러한 형광체를 코팅하기 위한 별도의 베이스 기판이 필요하며, 이 기판은 단순한 형광체 막의 지지층의 역할로서 조명 부재의 원재료 비용 상승의 요인이 되고 있다. 또한 광학적으로는 중간층으로서 일부 투과율 및 광 손실이 발생된다. 도 1에 나타낸 것과 같이 형광체 플레이트(10) 제작 시 특정 색 온도를 맞추기 위해 2종 이상의 형광체(11, 12)가 혼합 사용되는데, 도 2의 그래프에서 알 수 있는 것과 같이, 이종의 형광체간의 흡수 파장과 발광 파장이 중첩되면서 서로 간의 특성이 저하된다.
또한, 원격 형광체로서 조명에 적용 시, 조명 외부로 노출되는 부분의 형광체는 외부의 습기 및 먼지에 의해 오염될 수 있는 확률이 높으며 또한 스크래치 등으로 인한 형광막이 부분적으로 파손될 수 있으며 이는 광 효율 감소의 주요 원인이 된다. 종래 형광체는 UV 경화 형태로서 출력이 낮은 조명에는 적용이 가능하지만 고 출력의 조명에서는 형광체층이 열에 손상되기 쉽기 때문에 적용범위의 확장에 있어 제한적이다.
본 발명의 실시예는 투광성 세라믹 매트릭스 내에 단파장 영역 형광체를 포함하는 제1 형광체층; 및 장파장 영역 형광체를 포함하는 제2 형광체층을 포함하는 세라믹 형광체 플레이트를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명의 실시예는 투광성 세라믹 매트릭스 내에 단파장 영역 형광체를 포함하는 제1 형광체층; 및 장파장 영역 형광체를 포함하는 제2 형광체층을 포함하는 세라믹 형광체 플레이트를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면으로, 투광성 세라믹 매트릭스 내에 파장이 510nm 내지 580nm를 갖는 단파장 영역 형광체를 포함하는 제1 형광체층; 파장이 580nm 내지 680nm를 갖는 장파장 영역 형광체로 이루어진 제2 형광체층; 및 광입사부를 포함하는 조명장치를 제공한다.
본 실시예에 따르면, 투광성 세라믹 매트릭스 내에 단파장 영역 형광체를 포함하는 제1 형광체층; 및 장파장 영역 형광체를 포함하는 제2 형광체층을 포함하는 세라믹 형광체 플레이트를 구현함으로써, 고가의 장파장 영역 형광체(적색 형광체)의 사용량을 줄여서 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 요구되는 특성에 따라 색온도를 조절하는 것이 용이하고, 연색지수(Color Rendering Index, CRI), 광 효율 등의 물리적인 특성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 형광체 플레이트를 도시한 단면도이다.
도 2는 빛의 색상 별 파장 영역을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트의 평면도 및 단면도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 패터닝된 세라믹 형광체 플레이트의 평면도 및 단면도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 광원으로부터 조사된 빛이 세라믹 형광체 플레이트를 통과하면서 여기되는 빛을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 조명장치의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트의 소성온도 및 두께에 대한 투과율을 플로팅한 그래프이고, (b)는 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트의 두께 및 소성온도에 대한 투과율의 상관관계를 도식한 면그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트의 소성온도 및 두께에 대한 광 효율을 플로팅한 그래프이고, (b)는 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트의 두께 및 소성온도에 대한 광 효율의 상관관계를 도식한 면그래프이다.
도 9는 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트의 패턴의 면적 비율 및 적색 형광체 함량과 색온도(CCT)와의 상관관계를 도식한 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
도 3은 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트(100)의 평면도 및 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트(100)는 제1 형광체층(110) 및 제2 형광체층(120)을 포함한다. 제1 형광체층(110)은, 투광성 세라믹 매트릭스 내에 단파장 영역의 형광체를 포함한다. 상기 단파장 영역의 형광체는 파장이 510nm 내지 580nm를 갖는 녹색~황색 영역의 무기 형광체일 수 있다. 상기 단파장 영역의 형광체는 상기 파장 범위 내의 형광체를 2 종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 제1 형광체층(110)은 종래의 형광체 플레이트에서 기판을 대신할 수 있도록, 압축 및 소성을 거쳐 플레이트 형태로 제조된다.
상기 무기 형광체는 분말 형태로서 혼합이 되며, 상기 무기 형광체는 투광성 세라믹 메트릭스인 세라믹 분말과 혼합하여 볼 밀(ball mill)을 이용하여 충분히 혼합하고 분산시켜준다. 상기 세라믹 분말의 종류로서는, 두께 100㎛를 기준으로 할 때, 광투과율이 40% 이상인 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 붕산염 유리 또는 인산염 유리 등 광학소재로서 적합한 투명한 규산염 계 세라믹, 및 산화 알루미늄 계 세라믹을 사용할 수 있다. 상기 단파장 영역 형광체는 상기 투광성 세라믹 매트릭스 내에 1 중량% 내지 10 중량%가 포함된다.
상기 무기 형광체-유리 분말의 혼합물이 플레이트 또는 원반 형태를 갖도록 서스(Stainless Use Steel, SUS) 몰드에 투입하여 일축성 압축을 한다. 이때, 압축은 7톤에서 5분간 수행된다. 압축된 상기 무기 형광체-유리 분말의 혼합물은 소성로에 넣어 소성을 수행한다. 이때, 상기 무기 형광체 및 유리 분말의 유리전이온도(Tg)에 따라서 소성을 수행하는 온도 및 시간을 조절할 수 있다.
소성이 완료된 상기 형광체 플레이트(제1 형광체층(110))는 본 실시예에서 요구되는 특성에 맞도록 두께를 조절하고 표면 조도를 조절하기 위하여 표면 연마(surface polishing)를 수행한다. 이 때, 제1 형광체층(110)의 두께는 200㎛ 내지 1000㎛, 표면 조도(表面粗度)가 0.1㎛ 내지 0.3㎛가 되도록 연마를 수행한다.
제2 형광체층(120)은 플레이트 형태로 준비된 제1 형광체층(110) 상의 일면에 장파장 영역 형광체를 포함하는 페이스트를 도포하여 형성한다. 상기 장파장 영역 형광체는 파장이 580nm 내지 680nm을 갖는 적색 영역의 무기 형광체일 수 있다. 상기 장파장 영역의 형광체는 상기 파장 범위 내의 형광체를 2 종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 장파장 영역의 형광체를 투광성 세라믹 분말 및 에틸 셀룰로오스 계열의 유기 비히클(organic vehicle)과 혼합하여 형광체 페이스트를 준비한다. 상기 투광성 세라믹 분말은 유리 분말을 사용할 수 있고, 상기 유리 분말은 예를 들어, 붕산염 유리 또는 인산염 유리 등 광학소재로서 적합한 투명한 유리를 사용할 수 있다. 상기 장파장 영역의 형광체는 입경이 1㎛ 내지 20㎛ 인 것을 사용할 수 있고, 상기 유리 분말은 입경이 1㎛ 내지 20㎛ 인 것을 사용할 수 있다. 상기 분말상의 유리의 입경이 너무 작으면, 상기 유기 비히클의 혼합 시에 뭉침 현상이 발생할 우려가 있고, 반대로 입경이 너무 클 경우에는 형광체에서 여기되는 빛보다 투과하는 빛이 많아지게 되어 특성이 좋은 백색광을 얻을 수 없다. 또한, 상기 분말상의 유리는 상대적으로 큰 입경을 갖는 분말과 상대적으로 작은 입경을 갖는 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 투광성 세라믹 분말은 35 중량% 내지 50 중량%를 혼합하여 사용할 수 있고, 상기 유기 비히클은 35 중량% 내지 50 중량%를 첨가할 수 있다. 요구되는 광 특성에 따라 상기 형광체와의 혼합비율을 조절하여 첨가할 수 있다.
상기 장파장 형광체의 입경이 1㎛ 미만일 경우에는 상기 유기 비히클과의 혼합 시에 뭉침 현상이 발생할 수 있다. 반면, 상기 형광체의 입경이 20㎛를 초과할 경우에는 충분한 점도를 얻을 수 없어서 형광체 페이스트를 투명 기판에 인쇄할 때 요구되는 형태의 패턴을 얻기 힘들다. 또한 형광체 입자들간에 공간이 커지기 때문에, 형광체에서 여기되는 광보다 투과하는 광이 많아질 우려가 있다. 상기 장파장 형광체는 15 중량% 내지 30 중량%를 포함할 수 있다. 상기 형광체의 함량은 상기 투광성 세라믹 분말의 함량 대비 25% 내지 55%일 수 있다. 25% 미만일 경우, 적색 형광체의 양이 너무 적어지므로 적색 광 발현이 어렵고, 투광성 세라믹 분말의 양이 많아져서 전체 페이스트의 투과율이 떨어질 우려가 있다. 반면, 55%를 초과할 경우에는 형광체의 양이 너무 많아서 상기 투광성 세라믹 내에 충분히 인캡슐레이션(encapsulation)될 수 없어서 물리적 스크래치 또는 고온 고습 환경에서 신뢰성이 떨어질 우려가 있다. 상기 형광체의 함량은 형광체의 종류에 따라서도 조절할 수 있다.
또한 상기 형광체 페이스트 내에 상기 형광체 및 상기 투광성 세라믹 분말의 고형분의 함량은 상기 유기 비히클의 함량과 대비하여 1.5:1 내지 1:1의 비율일 수 있다. 상기 고형분의 비율이 1 미만일 경우, 상기 형광체 페이스트의 점도가 너무 낮아서 인쇄 시 패턴의 형태가 일그러져 정확한 형상을 유지할 수 없다. 반면 상기 고형분의 비율이 1.5를 초과할 경우, 상기 형광체 페이스트의 점도가 높아져 인쇄성이 현저히 떨어질 우려가 있다.
상기 장파장 영역 형광체, 상기 투광성 세라믹 분말, 및 유기 비히클을 페이스트 믹서(paste mixer)에 투입하여 1분 내지 30분간 100rpm 내지 1000rpm으로 공자전 믹싱을 하여 혼합한다. 이후, 상기 혼합물을 3-롤 밀(3-roll mill)에 투입하여 1분 내지 30분간 100rpm 내지 1000rpm으로 재혼합한다. 재혼합된 상기 혼합물을 제1 형광체층(110)에 바코팅, 스크린 코팅 등의 방법으로 도포하여 제2 형광체층을 형성한다. 이후, 상기 제1 형광체층(110) 상에 상기 제2 형광체층(120)이 형성된 본 실시예의 세라믹 형광체 플레이트를 건조 또는 열처리하여 완성한다. 상기 열처리는 상기 형광체 페이스트를 소결하고 유기 비히클을 제거하기 위한 것으로, 열처리 방법에는 크게 제한을 두지 않고 열처리로(爐) 또는 오븐에서 상기 열처리를 수행할 수 있다.
도 4은 본 실시예에 따른 패터닝된 세라믹 형광체 플레이트(200)의 평면도 및 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트(200)는 제1 형광체층(210) 상에 패터닝된 제2 형광체층(220)을 포함한다. 제1 형광체층(210)은 종래의 형광체 플레이트에서 기판을 대신할 수 있도록, 압축 및 소성을 거쳐 플레이트 형태로 제조된다. 제1 형광체층(210)의 형성 방법은 상기 도 3에서 서술한 것과 동일하므로, 중복을 피하기 위하여 설명을 생략하기로 한다. 또한, 제2 형광체층(220)을 구성하는 장파장 영역 형광체를 포함하는 형광체 페이스트도 상기 도 3에서 서술한 것과 동일하므로, 중복을 피하기 위하여 설명을 생략하기로 한다.
상기 형광체 페이스트는 도 3에서 제1 형광체층(도 3의 110) 상 전면에 도포한 것과는 달리, 패턴(222)을 형성하도록 인쇄한다. 도 4에는 원형의 패턴(222)으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 이 외에도 직사각형, 정사각형, 육각형, 삼각형 등 요구되는 형광체 플레이트의 특성에 따라 다양한 형태의 패턴을 인쇄할 수 있다. 패턴(222)의 크기는 구현하고자 하는 색좌표 및 연색지수(CRI)에 따라서 조절할 수 있다. 패턴(222)의 크기는 형태에 관계없이 면적이 500㎛2 내지 106㎛2일 수 있다. 패턴(222)의 총 면적은 제1 형광체층(210) 면적과 대비하여 20% 내지 100%로 개수와 이격거리를 조절하여 패턴(222)을 형성할 수 있다. 제1 형광체층(210)과 제2 형광체층(220)의 면적비가 커질수록, 즉, 패턴(220)의 면적이 커지거나 개수가 많아질수록 온백색(warm white)을 구현할 수 있다. 빛의 색온도 등의 특성에 관해서는 추후 자세히 설명하기로 한다.
패턴(222)을 형성하는 방법으로는 스크린 프린팅, 그라비아 코팅 등 도포와 동시에 패터닝을 하는 방법을 사용할 수 있다. 스크린 프린팅 시에는 스크린의 메시 수를 조절하여 패턴의 개수를 조절하는 것이 용이하나, 패턴의 형태가 이격 거리를 조절하는 것이 비교적 어렵다. 반면 그라비아 코팅을 이용할 때에는 동판 등에 원하는 패턴을 형성하여 패터닝을 하는 것은 용이하나 동판 제작 등의 추가 비용을 필요로 한다. 따라서 요구되는 조명의 특성에 맞춰 적절한 인쇄 방법을 사용할 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 광원(1100)으로부터 조사된 빛이 세라믹 형광체 플레이트(1200)를 통과하면서 여기되는 빛을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 다른 측면에 따른 조명 장치는 단파장 영역 형광체층(1210) 및 장파장 영역 형광체층(1220)을 구비한 세라믹 형광체 플레이트(1200)를 포함한다. 단파장 영역 형광체층(1210)은 파장 510nm 내지 580nm의 영역의 파장을 갖는 무기 형광체를 포함하고, 장파장 영역 형광체층(1220)은 파장 580nm 내지 680nm의 영역의 파장을 갖는 무기 형광체를 포함한다. 광입사부(1100)는 장파장 영역 형광체층(1220) 측과 가까운 곳에 배치된다.
또한, 단파장 영역 형광체층(1210)을 이루고 있는 투광성 세라믹 매트릭스는 장파장 영역 형광체층(1220)을 이루고 있는 매트릭스와 굴절율은 동일하거나, 차이가 있다 하더라도 장파장 영역 형광체층(1220)을 이루고 있는 매트릭스 측의 굴절율이 높은 재료를 사용하는 것이 좋다. 단파장 영역 형광체층(1210) 및 장파장 영역 형광체층(1220)의 재료 및 구성은 상술하였으므로, 중복을 피하기 위하여 설명을 생략하기로 한다.
광입사부(1100)는 청색 파장 영역의 빛을 발광하는 것이 바람직하다. 광입사부(1100)로부터의 입사광(LI)이 세라믹 형광체 플레이트(1200)에 조사될 때, 입사광(LI)은 세라믹 형광체 플레이트(1200)의 영역에 따라서 여기광(LE1, LE2)의 파장의 종류가 달라지게 된다. 즉, 입사광(LI)이 단파장 영역 형광체층(1210)이 노출되어 있는 부위로 조사되면, 빛은 단파장 영역 형광체로부터 여기된다. 단, 입사광(LI)이 단파장 영역 형광체층(1210)의 투광성 세라믹 매트릭스를 투과하면, 여기광(LE1)은 청색 파장 영역의 빛이 그대로 투과된다. 반면, 입사광(LI)이 장파장 영역 형광체층(1220)의 패턴이 있는 영역으로 조사되면, 여기광(LE2)은 적색 파장 영역의 빛으로 여기된다.
따라서, 단파장 영역 형광체층(1210)의 면적에 대한 장파장 영역 형광체층(1220)의 패턴(1222)의 총면적의 비율에 따라, 여기되는 빛의 색온도가 달라지게 된다. 즉, 단파장 영역 형광체층(1210)의 면적에 대한 장파장 영역 형광체층(1220)의 패턴(1222)의 총면적의 비율이 20% 내지 35%일 경우, 청색 파장 영역 및 황색 또는 녹색 파장 영역의 빛의 비율이 높아져 색온도 4000K 내지 6000K의 냉백색(cool white)의 백색광이 된다. 반면, 단파장 영역 형광체층(1210)의 면적에 대한 장파장 영역 형광체층(1220)의 패턴(1222)의 총면적의 비율이 35%를 초과할 경우, 적색 파장 영역의 빛의 비율이 높아져 색온도 3000K 내지 4000K의 온백색(warm white)의 백색광을 구현할 수 있다.
도 6은 본 실시예에 따른 조명장치(2000)의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명장치는 상술한 세라믹 형광체 플레이트(2200)를 포함한다. 세라믹 형광체 플레이트(2200)는 광원(2100)으로부터 이격되도록 구비된다. 상기 광원으로부터 이격되는 거리는 10㎜ 내지 20㎜일 수 있다. 상기 이격거리는 바람직하게는 12㎜ 내지 18㎜일 수 있다. 상기 이격 거리가 20㎜를 초과할 경우에는 광추출이 충분히 이루어지지 않을 우려가 있다. 반면 상기 이격거리가 10㎜ 미만일 경우, 광원(2100)으로부터 발생되는 열에 의하여 세라믹 형광체(2200)가 열변형을 일으킬 우려가 있다.
상기 조명장치는 광원(2100)을 중심으로 하여 바닥면에서 위쪽으로 갈수록 넓어지는 형태의 하우징(2300)을 포함한다. 광원(2100)으로는 광을 출사하는 광소자로서, 일례로 고체발광소자가 적용될 수 있다. 상기 고체발광소자는 LED, OLED, LD(laser diode), Laser, VCSEL 중 선택되는 어느 하나가 적용될 수 있다. 하우징(2300)의 상단부에 세라믹 형광체 플레이트(2200)가 구비되어, 광원(2100)으로부터 이격되도록 배치된다. 세라믹 형광체 플레이트(2200)는 상술한 바와 같이 유리 프리트로 이루어진 매트릭스 및 매트릭스 중에 분산되어 있는 세라믹 형광체를 포함한다. 하우징 내부는 세라믹 형광체 플레이트(2200)의 굴절률 보다 높거나 같은 굴절률을 갖는 물질로 충진할 수 있다.
또한, 이러한 형태의 적분구(積分球)로서 광특성을 측정할 수 있다. 상기 적분구는 내부의 휘도가 어느 각도에서든지 일정하며, 시료 표면에서 반사되는 빛을 모두 포획하여 적분구 표면에 고른 조도로 분포되게 한다. 적분구 내벽의 코팅 재료로 특수 페인트나 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene)등이 있으며 그 내부가 오염되지 않도록 주의한다. 분광 투과율의 경우는 시료 없이 투과되는 빛을 100%로 두고 철판 등 불투명 물체로 빛을 완전 차단한 경우를 0%로 한다. 투과색 중 투과 물질 내에서의 분산 효과가 클 때는 적분구를 이용하여 측정하는 것이 바람직하다.
상기 적분구는 WT가 55㎜ 내지 60㎜, WB가 35㎜ 내지 40㎜, H가 15㎜ 내지 20㎜의 크기로 준비한다. 우선 세라믹 형광체 플레이트(2200)가 없는 상태에서 광원(2100)인 청색 LED의 광복사속(radiant flux)을 측정한다. 이후, 세라믹 형광체 플레이트(2200)를 장착하여 광속(lumens)을 측정한 후, 앞서 측정한 청색 LED의 광복사속 값으로 나누면 광효율을 구할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트의 소성온도 및 두께에 대한 투과율을 플로팅한 그래프이고, (b)는 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트의 두께 및 소성온도에 대한 투과율의 상관관계를 도식한 면그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트의 소성온도 및 두께에 대한 광 효율을 플로팅한 그래프이고, (b)는 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트의 두께 및 소성온도에 대한 광 효율의 상관관계를 도식한 면그래프이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 세라믹 형광체 플레이트의 두께 및 소성온도에 따라서 투과율은 감소하지만, 광 효율은 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 투과율을 높은 수준으로 유지하면서도 광 효율이 감소하지 않게 하기 위해서는 두께 및 소성 온도를 조절할 필요가 있다. 그러나, 물리적으로 두께를 조절하는 것에는 한계가 있으므로, 상술한 바와 같이 장파장 영역 형광체층을 패터닝하여 광 효율이 높은 두께를 유지하면서 투과율이 감소하지 않도록 패턴의 크기 및 개수를 조절할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1 내지 실시예 3
발광 파장 550nm의 LuAG 형광체(녹색)를 7wt% 포함하도록 하여 PiG 매트릭스(Phosphor in Glass matrix)를 두께 0.5mm, 지름 60mm의 원형 플레이트 형태로 준비하였다. 발광 파장 620nm 질화물 형광체(적색) 20wt%, 유리 분말 40wt%, 및 에틸 셀룰로오즈 60wt%를 혼합하여 적색 형광체 페이스트를 준비하여 실크스크린 방법으로 상기 원형 플레이트에 도포하였다. 패턴 조건 및 특성 측정 결과는 표 1에 나타내었다.
비교예 1
발광 파장 550nm의 LuAG 형광체 및 발광 파장 620nm의 질화물 형광체를 포함하도록 하여 PiG 매트릭스를 두께 0.5mm, 지름 60mm의 원형 플레이트 형태로 준비하였다. 제조 조건 및 특성 측정 결과는 표 1에 나타내었다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
적색 형광체 페이스트
코팅 면적		 - 100% 35% 20%
적색 형광체 소요량(g) 2.4 0.026 0.022 0.01
광속(lumens) 431.5 340.5 418.9 473.5
색좌표
 Cx 0.4464 0.4974 0.433 0.38
Cy 0.4242 0.38 0.3873 0.3873
색온도 CCT(K) 3003.4 2038.2 2924.6 4084.1
광효율(lm/Wrad.blue) 150 131 161.1 182.1
연색지수
 CRI 74.6 79.7 84.7 80
R9 -12.6 12.6 25.4 5.8
상기 표 1에서, PiG 매트릭스 내에 적색 형광체 및 녹색 형광체를 모두 포함하고 있는 비교예 1과는 달리 고가의 적색 형광체 소요량을 1/100 내지 1/250 가량 줄일 수 있었다. 또한 색온도를 다양하게 조절하면서도 연색지수, 광효율, 광속 등의 물리적 특성은 유사하거나 높게 유지되었다. 이를 바탕으로 패턴의 면적 미율 및 적색 형광체 함량과 색온도(CCT)와의 상관관계를 도 9에 도시하였다. 도 9에 따르면, 조명 장치에 따라 요구되는 색온도를 패턴의 인쇄 면적 또는 적색 형광체의 함량으로 용이하게 조절할 수 있다.
실시예 4 내지 실시예 7: LuAG 계열 형광체
발광 파장 550nm의 LuAG 형광체(녹색)를 7wt% 포함하도록 하여 PiG 매트릭스(Phosphor in Glass matrix)를 두께 0.5mm, 지름 60mm의 원형 플레이트 형태로 준비하였다. 발광 파장 620nm 및 630nm의 질화물 형광체(적색) 20wt%, 유리 분말 40wt%, 및 에틸 셀룰로오즈 60wt%를 혼합하여 적색 형광체 페이스트를 준비하여 실크스크린 방법으로 상기 원형 플레이트에 도포하였다. 패턴 조건 및 특성 측정 결과는 표 2에 나타내었다.
비교예 2
발광 파장 550nm의 LuAG 형광체 및 발광 파장 620nm의 질화물 형광체를 포함하도록 하여 PiG 매트릭스를 두께 0.5mm, 지름 60mm의 원형 플레이트 형태로 준비하였다. 제조 조건 및 특성 측정 결과는 표 2에 나타내었다.
비교예 3
발광 파장 550nm의 LuAG 형광체 및 발광 파장 620nm의 질화물 형광체를 포함하도록 하여 PiG 매트릭스를 두께 0.5mm 지름 60mm을 갖는 두 층의 원형 플레이트 형태로 준비하였다. 제조 조건 및 특성 측정 결과는 표 2에 나타내었다.
비교예 2 비교예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7

상층
550nm
(7wt%)+
620nm
(2.4wt%)		 LuAG
550nm
7wt%
LuAG 550nm 7wt%

하층		 질화물
620nm
7wt%
페이스트
620nm 형광체 20wt%
페이스트
630nm 형광체 20wt%
페이스트
도포량(g)		 - - 0.09 0.11 0.09 0.11
적색 형광체
소모량(g)		 0.36 0.24 0.018 0.022 0.018 0.022
광속(lumens) 454.4 277.2 485.7 402.1 432.5 348.1
색좌표
 Cx 0.4397 0.4011 0.3863 0.454 0.4356 0.5052
Cy 0.4018 0.3428 0.388 0.3857 0.3846 0.3742
색온도 CCT(K) 2933.7 3140.6 3926.6 2707.8 2855.9 1929.6
효율(lm/Wrad) 167.1 101.92 179.9 148.9 160.2 128.9
연색지수 76.4 85.6 78.8 79.5 84.7 78
상기 표 2에서, LuAG 계열의 황색 형광체를 기준으로 평가 시, 패턴 적용이 단층에 2종의 형광체를 포함하는 PiG 방식(비교예 2)이나 2층의 플레이트에 각각의 형광체를 포함하는 방식(비교예 3)과 대비하여 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트는 적은 양의 적색 형광체를 소모하면서도 특성이 우수함을 알 수 있다. 또한, 적색 형광체의 파장을 630nm로 적용할 경우 적색 형광체의 소요량을 더욱 줄일 수 있었다.
실시예 8 내지 실시예 10: 질화물 계열 형광체
발광 파장 550nm의 질화물 형광체(녹색)를 포함하도록 하여 PiG 매트릭스(Phosphor in Glass matrix)를 두께 1mm 및 0.5mm, 지름 60mm의 원형 플레이트 형태로 준비하였다. 발광 파장 620nm 및 630nm의 질화물 형광체(적색) 20wt%, 유리 분말 40wt%, 및 에틸 셀룰로오즈 60wt%를 혼합하여 적색 형광체 페이스트를 준비하여 실크스크린 방법으로 상기 원형 플레이트에 도포하였다. 패턴 조건 및 특성 측정 결과는 표 3에 나타내었다.
비교예 4
발광 파장 550nm의 질화물 형광체 및 발광 파장 620nm의 질화물 형광체를 포함하도록 하여 PiG 매트릭스를 두께 1mm, 지름 60mm의 원형 플레이트 형태로 준비하였다. 제조 조건 및 특성 측정 결과는 표 3에 나타내었다.
비교예 5
발광 파장 550nm의 질화물 형광체 및 발광 파장 620nm의 질화물 형광체를 포함하도록 하여 PiG 매트릭스를 두께 0.5mm, 지름 60mm의 원형 플레이트 형태로 준비하였다. 제조 조건 및 특성 측정 결과는 표 3에 나타내었다.
비교예 4 실시예 8 실시예 9 비교예 5 실시예 10
상층 질화물 550nm 1.2wt%
질화물 620nm
0.8wt%
질화물 550nm 3wt%		 질화물 550nm 1.2wt%
질화물 620nm
0.8wt%		 질화물 550nm 3wt%
하층 620nm
형광체
페이스트		 630nm
형광체
페이스트		 620nm
형광체
페이스트
페이스트
도포량(g)		 - 0.07 0.09 - 0.08
적색 형광체
소모량(g)		 0.12 0.014 0.018 0.014 0.016
광속(lumens) 349 370.70 359.23 393 398.70
색좌표
 Cx 0.4378 0.4722 0.4602 0.4393 0.4419
Cy 0.4073 0.4788 0.4798 0.4087 0.4138
색온도 CCT(K) 3045.9 3010.9 3178.4 2996 2993.6
효율(lm/Wrad) 112 123.73 119.9 128 146.0
연색지수 74.7 74.9 77.7 76.7 79.1
상기 도 3에서, 질화물 계열의 황색 형광체를 기준으로 평가 시, 상술한 LuAG 계열과 동일한 효과가 구현되는 것을 확인할 수 있었다. 단 기존의 500㎛ 두께에서 1000㎛로 두께를 2배 향상시키더라도 적색 형광체의 증가량은 많지 않음을 확인하였다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 1200: 세라믹 형광체 플레이트
110, 210: 제1 형광체층
120, 220: 제2 형광체층
222: 형광체 패턴
1000: 조명 장치
1100: 광입사부

Claims (13)

  1. 광원; 및
    상기 광원과 이격되어 배치되는 형광체 플레이트를 포함하고,
    상기 형광체 플레이트는 단파장 영역 형광체를 포함하는 제1 형광체층 및 장파장 영역 형광체를 포함하는 제2 형광체층을 포함하고,
    상기 제2 형광체층은 플레이트 형태의 상기 제1 형광체층 하면에 형성되는 원형, 직사각형, 정사각형, 육각형 및 삼각형 중 적어도 하나의 형태로 구현되는 복수개의 패턴을 포함하며,
    상기 패턴의 단일 면적은 500㎛2 내지 106㎛2인 조명 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 형광체층의 상기 단파장 영역 형광체는 파장이 510nm 내지 580nm를 갖는 형광체이고, 상기 제2 형광체층의 상기 장파장 영역 형광체는 파장이 580nm 내지 680nm를 갖는 형광체인 조명장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 장파장 영역 형광체는 상기 제2 형광체층 전체 중량에서 15 중량% 내지 30 중량%로 형성되는 조명 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 형광체층의 복수개의 패턴의 총 면적은 상기 복수개의 패턴이 배치되는 상기 제1 형광체층의 일면의 면적에 대비하여 20% 내지 35%로, 색온도 4000K 내지 6000K의 냉백색(cool white)의 백색광을 출광하는 조명 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 형광체층의 복수개의 패턴의 총 면적 대비 상기 복수개의 패턴이 배치되는 상기 제1 형광체층의 일면의 면적 비율과 상기 조명장치의 출사광의 색온도는 하기 수학식 1에 따라 정의되는 조명장치.
    [수학식 1]
    y=-1255ln(x) + 7740
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원에서 출사된 빛의 파장과 상기 형광체층을 관통하고 난 뒤의 빛의 파장은 서로 상이한 조명 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
KR1020140007764A 2014-01-13 2014-01-22 세라믹 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치 KR102203680B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140007764A KR102203680B1 (ko) 2014-01-22 2014-01-22 세라믹 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치
US14/594,305 US9995458B2 (en) 2014-01-13 2015-01-12 Ceramic phosphor plate and lighting device including the same
CN201510017334.4A CN104780636B (zh) 2014-01-13 2015-01-13 陶瓷磷光体板以及包括其的照明装置
EP15150941.1A EP2894211B1 (en) 2014-01-13 2015-01-13 Ceramic phosphor plate and lighting device including the same
TW104101064A TWI654078B (zh) 2014-01-13 2015-01-13 陶瓷磷光板及包括其之照明裝置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140007764A KR102203680B1 (ko) 2014-01-22 2014-01-22 세라믹 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150087604A KR20150087604A (ko) 2015-07-30
KR102203680B1 true KR102203680B1 (ko) 2021-01-15

Family

ID=53876787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140007764A KR102203680B1 (ko) 2014-01-13 2014-01-22 세라믹 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102203680B1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050269582A1 (en) 2004-06-03 2005-12-08 Lumileds Lighting, U.S., Llc Luminescent ceramic for a light emitting device
JP2006332384A (ja) 2005-05-26 2006-12-07 Citizen Electronics Co Ltd 光源装置及び該光源装置の調整方法
US20080023712A1 (en) 2006-01-16 2008-01-31 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Phosphor Converted Light Emitting Device
US20100277673A1 (en) 2008-01-03 2010-11-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Display device and illumination device
JP2013062320A (ja) * 2011-09-12 2013-04-04 Olympus Corp 発光装置
US20130277613A1 (en) 2012-04-18 2013-10-24 Nitto Denko Corporation Method and apparatus for sintering flat ceramics

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101749654A (zh) * 2008-12-18 2010-06-23 富士迈半导体精密工业（上海）有限公司 照明装置
KR101693851B1 (ko) * 2010-03-26 2017-01-06 엘지이노텍 주식회사 발광장치
KR20130128516A (ko) * 2012-05-17 2013-11-27 엘지이노텍 주식회사 조명 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050269582A1 (en) 2004-06-03 2005-12-08 Lumileds Lighting, U.S., Llc Luminescent ceramic for a light emitting device
JP2006332384A (ja) 2005-05-26 2006-12-07 Citizen Electronics Co Ltd 光源装置及び該光源装置の調整方法
US20080023712A1 (en) 2006-01-16 2008-01-31 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Phosphor Converted Light Emitting Device
US20100277673A1 (en) 2008-01-03 2010-11-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Display device and illumination device
JP2013062320A (ja) * 2011-09-12 2013-04-04 Olympus Corp 発光装置
US20130277613A1 (en) 2012-04-18 2013-10-24 Nitto Denko Corporation Method and apparatus for sintering flat ceramics

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150087604A (ko) 2015-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI654078B (zh) 陶瓷磷光板及包括其之照明裝置
EP2618041B1 (en) Led light bulb
JP7212319B2 (ja) 波長変換部材及び発光装置
CN107304984A (zh) 波长转换部件以及投光灯
TWI788436B (zh) 波長轉換構件及其之製造方法、與發光裝置
CN109564308A (zh) 波长变换部件及其制造方法
TWI668295B (zh) Optical wavelength conversion member and light emitting device
KR102201048B1 (ko) 고 신뢰성 세라믹 형광체 플레이트용 유리 조성물 및 이를 이용한 세라믹 형광체 플레이트
JP4916469B2 (ja) 蛍光体
EP2940746A1 (en) Adjustment component and light-emitting device
KR102203680B1 (ko) 세라믹 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치
JP2023083288A (ja) 波長変換部材及びそれを用いた発光装置
WO2019116916A1 (ja) 波長変換部材及びその製造方法、並びに発光装置
JP7034074B2 (ja) 照明フィルタリング用複合材料、照明装置、およびドーピング濃度もしくは複合材料の厚さを決定するための方法
KR102318233B1 (ko) 세라믹 형광체 플레이트 제조용 조성물, 세라믹 형광체 플레이트 및 발광장치
JP7469847B2 (ja) 波長変換部材及びそれを用いた発光装置
KR102147941B1 (ko) 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명 장치
JP7090842B2 (ja) 波長変換部材及び発光装置
KR102449767B1 (ko) 세라믹 형광체 플레이트 제조용 조성물, 세라믹 형광체 플레이트 및 발광장치
KR102394051B1 (ko) 형광체 플레이트 제조용 조성물, 형광체 플레이트 및 조명장치
KR20170093320A (ko) 광 확산제를 사용한 형광체 플레이트
JP7480472B2 (ja) 波長変換部材及びその製造方法、並びに発光装置
WO2021132212A1 (ja) 波長変換部材、発光素子及び発光装置
KR102459949B1 (ko) 형광체 플레이트 제조용 조성물, 형광체 플레이트 및 조명장치
TW202239940A (zh) 波長轉換構件及發光裝置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant