KR20120049012A - 광 여기 판 - Google Patents

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 일 면이 거칠기를 가지며, 광을 투과시키는 기판; 및 상기 기판의 일 면의 표면 위에 코팅되고, 적어도 하나 이상의 형광체를 갖는 코팅층;을 포함한다.

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 발명은 새로운 구조의 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.

또한, 광속 저하를 보상할 수 있는 광 여기 판을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판은 일 면이 거칠기를 가지며, 광을 투과시키는 기판; 및 상기 기판의 일 면의 표면 위에 코팅되고, 적어도 하나 이상의 형광체를 갖는 코팅층;을 포함한다.

여기서, 상기 기판은 상기 광을 확산하는 디퓨져 기능을 갖는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 코팅층은 확산제, 소포제, 첨가제, 경화제 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 코팅층은 황색, 적색, 녹색 및 청색 형광체 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 기판의 일 면에는 미세 요철이 균일 또는 비균일하게 형성된 것이 바람직하다.

여기서, 상기 기판은 확산제를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 기판은 수지 재질인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판을 사용하면, 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.

또한, 광속 저하를 보상할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판의 사시도,
도 2a와 도 2b는 도 1에 도시된 광 여기 판의 단면도,
도 3은 기판이 소정의 거칠기를 가지지 않을 경우의 코팅층의 모습과 소정의 거칠기를 가질 경우의 코팅층의 모습을 도시한 도면,
도 4는 도 3의 실제 사진,
도 5는 도 1에 도시된 광 여기 판의 부착성 성능을 확인할 수 있는 비교 사진.

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, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 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 판의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 광 여기 판의 단면도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)은 기판(110)과 코팅층(130)을 포함한다.

기판(110)은 광을 투과시킬 있는 수지 재질인 것이 바람직하다. 예를 들어, 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, 기판(110)의 내열성과 내화학성이 요구되는 경우에는 기판(110)은 폴리카보네이트(PC)인 것이 바람직하다.

기판(110)은 광의 투과뿐만 아니라 광을 확산(Diffuse)할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 투광성 확산판(Diffuser plate)이거나 확산제가 포함된 투광성 기판일 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.

기판(110)은, 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 일 면이 소정의 거칠기를 갖는다. 여기서, 일 면은 코팅층(130)과 접하는 면인 것이 바람직하다. 그리고, 기판(110)의 일 면이 소정의 거칠기를 갖는다 함은 도 2a에 도시된 바와 같이 미세 요철이 균일하게 분포한 것 또는 도 2b에 도시된 바와 같이 미세 요철이 비균일하게 분포한 것을 의미한다.

코팅층(130)은 상기 기판(110)의 일 면의 표면 위에 코팅된다. 코팅층(130)은 수지 재질 및 실리콘 재질 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 수지(Silicone Resin)일 수 있다.

코팅층(130)은 적어도 하나 이상의 형광체(135)를 갖는다. 상기 형광체(135)는 광을 여기시킨다. 상기 형광체(135)는 예를 들어, 액상의 코팅층(130)에 혼합되어 교반기를 이용하여 교반됨으로써 상기 코팅층(130) 내에 포함될 수 있다.

상기 형광체(135)는 광원으로부터의 광을 여기하여 여기된 광을 방출한다. 이러한 형광체(135)는 예를 들어, 실리케이트(Silicate) 계열, 설파이드(Sulfide, 황화물) 계열, YAG 계열 및 TAG 계열, Nitride계열 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.

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

한편, 상기 코팅층(130)에는 확산제, 소포제(antifoaming agent), 첨가제, 경화제 중 적어도 하나 이상이 더 포함될 수도 있다.

상기 확산제는 상기 코팅층(130)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 코팅층(130) 내의 기포를 제거함으로써 신뢰성을 확보할 수 있다. 특히, 상기 코팅층(130)을 상기 기판(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 코팅층(130)을 경화시킬 수 있다.

상기 첨가제는 상기 형광체(135)를 상기 코팅층(130) 내에 고르게 분산하기 위해 사용될 수 있다.

한편, 코팅층(130)은 여러 종류의 형광체들이 혼합된 것 이외에도, 적색 계열의 형광체를 갖는 층, 녹색 계열의 형광체를 갖는 층 및 황색 계열의 형광체를 갖는 층이 각각 별개로 구성될 수 있다.

이와 같이, 기판(110)과 코팅층(130)을 포함하는 상기 광 여기 판(100)은 광원에서 방출되는 빛의 파장을 변화시켜 외부로 방출할 수 있는 효과를 가진다. 따라서, 상기 광 여기 판(100)은 각종 조명 장치, 백라이트 유닛, 발광 소자, 표시 장치 등의 광원에 적용되어, 다양한 파장을 가지는 빛을 생성하는 데에 사용되거나, 상기 광원의 연색 지수(CRI)를 향상시키는 등의 용도로 사용될 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 광 여기 판(100)은 기판(110)의 일 면이 소정의 거칠기를 갖기 때문에, 코팅층(130)이 기판(110)의 일 면에 코팅될 경우, 코팅 균일도를 확보할 수 있다. 구체적으로 도 3과 도 4를 참조하기로 한다.

도 3은 기판이 소정의 거칠기를 가지지 않을 경우의 코팅층의 모습과 소정의 거칠기를 가질 경우의 코팅층의 모습을 도시한 도면이다. 좌측 그림이 소정의 거칠기가 없을 경우의 코팅층의 모습이고, 우측 그림이 소정의 거칠기가 있을 경우의 코팅층의 모습이다. 도 4는 도 3의 실제 사진이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 기판의 일 면에 소정의 거칠기가 있는 경우에는 코팅층에 코팅라인이 생기지 않음을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)은 부착성이 뛰어나다. 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.

도 5는 도 1에 도시된 광 여기 판의 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 도 1에 도시된 광 여기 판에 상기 사각형 물질 25개를 테이프를 이용하여 부착한 후 소정 시간 경과 후의 모습을 보여주는 사진이다.

도 5의 두 사진을 비교하면, 도 1에 도시된 광 여기 판의 부착성이 더 좋음을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)은 기판(110)이 소정의 거칠기를 가지기 때문에, 코팅층(130)에 포함된 형광체(135)의 함량은 동일한 두께를 가지며 상기 거칠기가 없는 일반적인 기판에 코팅층을 코팅한 광 여기 판에 포함된 형광체 함량보다 높다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)의 기판(110)이 디퓨징 기능을 더 추가한 디퓨져 기판인 경우, 디퓨져 기판의 투과도(대략 60% 내외)에 의한 광속 저하(대략 30%)를 보상할 수 있다. 구체적으로 아래의 <표 1>과 <표 2>를 참조하여 설명하도록 한다. 아래의 <표 1>과 <표 2>의 실험은 동일한 광원을 가지고 실험하였다.

기판	적용개수	Lm	CIE		CCT	Power	Eff.
PC	1	353.8	0.2040	0.1114	-	8.64	39.6
	2	514.4	0.2401	0.1758	-	8.64	63
	3	628.8	0.3001	0.2759	8496	8.68	69.5
	4	603	0.3337	0.3324	5438	8.67	72.5

위 <표 1>은 소정의 거칠기가 없는 일반적인 폴리카보네이트(PC) 기판에 도 1에 도시된 코팅층(130)을 코팅한 것이고, 코팅층을 1회에서 4회에 걸쳐 코팅시켰을 경우의 광속(Lm), 색좌표계(CIE), 색온도(CCT), 파워(Power), 효율(Eff.)을 보여준다.

기판	적용개수	Lm	CIE		CCT	Power	Eff.
Diffuser Substrate	1	455.3	0.2231	0.1822	-	8.51	53.5
	2	635.9	0.3040	0.3248	7043	8.65	73.5
	3	646.6	0.3617	0.4240	4741	8.75	73.9
	4	603.8	0.3980	0.4809	4190	8.73	69.2

위 <표 2>는 도 1에 도시된 광 여기 판(100)에서 기판(110)이 디퓨져 기판일 때, 코팅층(130)을 1회에서 4회에 걸쳐 코팅시켰을 경우의 광속(Lm), 색좌표계(CIE), 색온도(CCT), 파워(Power), 효율(Eff.)을 보여준다.

<표 1>과 <표 2>를 비교하면, 일 예로 1개의 코팅층(130)을 각 기판에 코팅하였을 때의 광속을 비교하면, PC(0.5T)일 때는 353.8(Lm)이였고, 디퓨져 기판(Diffuser Substrate)일 때는 455.3(Lm)이였다. 이 실험을 통해 확인할 수 있었던 점은 상기 디퓨져 기판의 투과도는 일반적인 PC에 비하여 낮아 광속이 일반적인 PC에 대비하여 저하되지만, 상기 디퓨져 기판은 소정의 거칠기를 가지고 있기 때문에 상기 광속 저하를 보상할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이는 상기 거칠기로 인해 코팅층(130)에 포함된 형광체(135)의 표면적이 증가하기 때문이다.

도 1, 도 2a 및 도 2b에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 광 여기 판(100)을 제조하는 방법은 우선 소정의 거칠기를 갖는 투광성 기판(110)을 마련한다. 여기서, 투광성 기판(110)은 광 확산기능을 더 추가한 디퓨져 기판(110)일 수 있다.

다음으로, 코팅액에 형광체(135)를 믹싱한다. 코팅액과 형광체(135)의 믹싱은 초음파 분산기를 통해 수행하는 것이 바람직하다.

다음으로, 형광체(135)가 포함된 코팅액을 투광성 기판(110)에서도 소정의 거칠기가 있는 일 면 위에 코팅한다.

상기 과정을 통해 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 여기 판(100)을 제조할 수 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 광 여기 판
110: 기판
130: 코팅층
135: 형광체

Claims (7)

1. 일 면이 거칠기를 가지며, 광을 투과시키는 기판; 및
   상기 기판의 일 면의 표면 위에 코팅되고, 적어도 하나 이상의 형광체를 갖는 코팅층;
   을 포함하는 광 여기 판.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판은 상기 광을 확산하는 디퓨져 기능을 갖는 광 여기 판.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 코팅층은 확산제, 소포제, 첨가제, 경화제 중 적어도 하나 이상을 포함하는 광 여기 판.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 코팅층은 황색, 적색, 녹색 및 청색 형광체 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 광 여기 판.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판의 일 면에는 미세 요철이 균일 또는 비균일하게 형성된 광 여기 판.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판은 확산제를 포함하는 광 여기 판.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판은 수지 재질인 광 여기 판.

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