KR20150087603A - 세라믹 형광체 플레이트용 고밀도 유리 조성물 및 이를 이용한 세라믹 형광체 플레이트 - Google Patents
세라믹 형광체 플레이트용 고밀도 유리 조성물 및 이를 이용한 세라믹 형광체 플레이트 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 실시예는 산화 규소, 산화 붕소, 산화 아연 및 적어도 1종의 알칼리 금속 산화물로 이루어진 산화물 혼합체 85 몰(mol)% 내지 98 몰%; 및 밀도가 5g/㎤인 적어도 1 종 이상의 III족 또는 VI족의 금속 산화물 2 몰% 내지 15 몰%을 포함하는 고밀도 유리 조성물에 관한 것이다. 또한, 상기 유리 조성물을 유리화하여 수득되는 유리 프리트(glass frit)를 매트릭스로 하고, 적어도 1종의 형광체를 포함하는 세라믹 형광체 플레이트에 관한 것이다.
Description
본 발명의 실시예는 고밀도 유리 조성물로 제조되는 세라믹 형광체 플레이트 및 이를 구비한 조명장치에 관한 것이다.
종래의 형광체 플레이트는 이트륨-알루미늄-가넷(Yttrium Aluminium Garnet; YAG)계 등 산화물 형광체로만 한정되어 있다. 그러나 이와 같이 산화물계 형광체만 사용하는 경우는 다양한 색온도를 구현하기 힘들다. 다양한 색온도 구현을 위해 적색 형광체와 황색 형광체간 적절한 양이 혼합되어 사용되어야 한다. 특히 산화물 형광체 만으로는 다양한 색 좌표와 색 온도 구현이 어렵다. 또한, YAG와 같은 산화물 형광체만 적용할 경우 내열온도가 800℃ 이상으로 유리의 조성이 복잡해 질 필요가 없다.
상기와 같은 YAG계 산화물 형광체 이외의 산화물 형광체 또는 질화물 형광체를 사용하기 위해서는 소결온도를 낮출 필요가 있다. 소결온도를 낮추기 위해서는 유리 조성물에 알칼리 금속 산화물을 혼합하는 방법이 도입되었다. 그러나, 알칼리 금속 산화물이 10% 이하일 경우 소결 온도가 높아질 뿐 아니라 및 형광체와의 젖음성이 저하될 우려가 있다. 그러나, 알칼리 금속이 과량으로 함유될 경우에는 유리 조성물이 유리화되지 않거나, 유리 조성물의 밀도가 낮아지게 되고 이는 굴절률의 저하를 초래할 수 있다. 도 1에 도시한 것과 같이 , LED 등 조명장치에 적용되는 형광체 플레이트(10)와 하우징용 수지 또는 유리(12)간의 굴절률 차로 인하여 광산란(L2, L3)이 발생하게 된다. 광원(11)으로부터 조사되는 빛에 형광체 플레이트(10) 내의 형광체에 의하여 여기되는 빛(L1)이 발생한다. 이때, 형광체 플레이트(10) 내부의 형광체에 의하여 광산란(L2)이 일어나거나, 형광체 플레이트(10) 및 하우징(13)용 수지 또는 유리(12)의 계면에서의 광산란(L3)이 발생하게 된다. 따라서 두 매질간 굴절률 차를 최소화할 필요가 있다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 산화 규소, 산화 붕소, 산화 아연 및 적어도 1종의 알칼리 금속 산화물로 이루어진 산화물 혼합체 85 몰(mol)% 내지 98 몰%; 및 밀도가 5g/㎤인 적어도 1 종 이상의 III족 또는 VI족의 금속 산화물 2 몰% 내지 15 몰%을 포함하는 고밀도 유리 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명의 실시예에서는 산화 규소, 산화 붕소, 산화 아연 및 적어도 1종의 알칼리 금속 산화물로 이루어진 산화물 혼합체 85 몰(mol)% 내지 98 몰%; 및 밀도가 5g/㎤인 적어도 1 종 이상의 III족 또는 VI족의 금속 산화물 2 몰% 내지 15 몰%을 포함하는 고밀도 유리 조성물을 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면으로, 상기 유리 조성물을 유리화하여 수득되는 유리 프리트(glass frit)를 매트릭스로 하고, 적어도 1종의 형광체를 포함하는 세라믹 형광체 플레이트를 제공한다.
본 실시예에 따르면, 산화 규소, 산화 붕소, 산화 아연 및 적어도 1종의 알칼리 금속 산화물로 이루어진 산화물 혼합체 85 몰(mol)% 내지 98 몰%; 및 밀도가 5g/㎤인 적어도 1 종 이상의 III족 또는 VI족의 금속 산화물 2 몰% 내지 15 몰%을 포함하는 고밀도 유리 조성물을 구현함으로써, 패키징용 수지 또는 유리와 형광체 간의 굴절률 차를 최소화하여 굴절률 차이로 인한 형광체 입자 내 전반사 손실을 막아 광추출 효율을 향상시킬 수 있고, 수지 대비 고굴절률을 가지는 유리를 이용해 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 광원 소자와 이격하여 구비된 형광체, 즉 원격 타입의 형광체뿐만 아니라, 광원 소자와 직접 접합하는 방식으로도 제조할 수 있다.
도 1은 종래의 조명 장치에 구비된 형광체 플레이트에서의 광추출을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 2는 유리 조성물의 각 성분의 함량에 대한 유리 전이온도(Tg)를 도시한 그래프이다.
도 3은 굴절률과 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트를 포함하는 조명장치의 단면도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트를 포함하는 다른 조명장치의 단면도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 유리 프리트의 굴절률과 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 실시예에 따른 유리 프리트 중의 WO3 및 La2O3의 증량에 따른(밀도의 증가) 굴절률의 증가를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따른 유리 프리트 중의 Y2O3 및 Gd2O3의 증량에 따른(밀도의 증가) 굴절률의 증가를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 실시예에 따른 유리 프리트 중의 WO3, La2O3, Y2O3 및 Gd2O3의 함량 변화에 따른 굴절률의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 실시예에 따른 굴절률 증가에 다른 광추출 효율을 도시한 그래프이다.
도 2는 유리 조성물의 각 성분의 함량에 대한 유리 전이온도(Tg)를 도시한 그래프이다.
도 3은 굴절률과 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트를 포함하는 조명장치의 단면도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트를 포함하는 다른 조명장치의 단면도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 유리 프리트의 굴절률과 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 실시예에 따른 유리 프리트 중의 WO3 및 La2O3의 증량에 따른(밀도의 증가) 굴절률의 증가를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따른 유리 프리트 중의 Y2O3 및 Gd2O3의 증량에 따른(밀도의 증가) 굴절률의 증가를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 실시예에 따른 유리 프리트 중의 WO3, La2O3, Y2O3 및 Gd2O3의 함량 변화에 따른 굴절률의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 실시예에 따른 굴절률 증가에 다른 광추출 효율을 도시한 그래프이다.
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.
본 발명의 실시예에서는 산화 규소, 산화 붕소, 산화 아연 및 적어도 1종의 알칼리 금속 산화물로 이루어진 산화물 혼합체 및 적어도 1 종 이상의 III족 또는 VI족의 금속 산화물을 포함하는 고밀도 유리 조성물을 제공한다.
형광체 플레이트 제조 시 소결온도를 낮추기 위해서 유리 프리트의 유리 전이 온도(Tg)를 낮게 형성해야 한다. 그러기 위해서는 산화 붕소의 함량이 적을수록, 산화 아연 함량이 높을수록 좋다. 상기 산화물 혼합체 중, 상기 산화 아연에 대한 상기 산화 붕소의 비율은 0.6 내지 1일 수 있다. 반면, 산화 규소의 함량과 유리 전이 온도(Tg)와의 상관성은 낮다. 도 2(a)는 유리 조성물의 산화 규소의 함량에 대한 유리 전이 온도(Tg)를 도시한 그래프이고, 도 2(b)는 산화 규소의 함량에 대한 유리 전이 온도(Tg)를 도시한 그래프이며, 도 2(c)는 산화 규소의 함량에 대한 유리 전이 온도(Tg)를 도시한 그래프이다.
도 2(a)를 참조하면, 상기 산화 규소의 함량과 유리 전이 온도(Tg)의 변화의 경향과는 크게 관계없는 것을 알 수 있다. 반면, 도 2(b) 및 도 2(c)는 상기 산화 붕소 및 상기 산화 아연의 함량에 따라 유리 전이 온도(Tg)의 변화의 경향이 나타나는 것을 알 수 있다. 도 2(b)에 나타낸 것과 같이, 상기 산화 붕소의 함량이 증가할수록, 상기 유리 전이 온도(Tg)가 높아진다. 반면, 도 2(c)에 나타낸 것과 같이 상기 산화 아연의 함량이 증가함에 따라, 상기 유리 전이 온도(Tg)가 낮아진다.
또한, 유리 전이 온도(Tg)를 낮추기 위해서, 특히 650℃이하의 유리 전이 온도(Tg)를 갖게 하기 위해서는 알칼리 금속 산화물을 첨가할 수 있다. 상기 알칼리 금속 산화물로는 산화 리튬(Li2O), 산화 나트륨(Na2O) 및 산화 칼륨(K2O)를 들 수 있다. 요구되는 유리 조성물의 특성에 따라 상기 알칼리 금속 산화물의 종류를 달리해서 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속 산화물은 상기 산화 규소 및 상기 알칼리 금속 산화물의 비율은 1:0.3 내지 1:1.2일 수 있다. 바람직하게는 상기 산화 규소 및 상기 알칼리 금속 산화물의 비율은 1:0.5 내지 1:1 일 수 있다. 상기 알칼리 금속 산화물의 비율이 높아질 경우, 상기 유리 조성물이 유리화 되지 않게 될 우려가 있고, 비율이 낮은 경우에는 유리 전이 온도(Tg)가 충분히 낮아지지 않게 될 우려가 있다.
상기 산화 규소, 상기 산화 붕소, 상기 산화 아연 및 적어도 1종의 상기 알칼리 금속 산화물로 이루어진 상기 산화물 혼합체는 전체 유리 조성물에 있어서 85 몰% 내지 98 몰% 함유된다.
유리 조성물을 유리화한 유리 프리트를 이용하여 세라믹 형광체 플레이트를 제조할 때, 제조된 세라믹 형광체 플레이트의 광추출 효율을 증가시키기 위하여 굴절률이 높은 유리 프리트를 사용한다. 이때, 유리 프리트의 굴절률을 높이기 위하여, 고밀도의 재료를 포함하여 상기 유리 조성물의 조성을 조정할 수 있다. 도 3은 굴절률과 밀도의 관계를 나타내는 그래프로서, 굴절률과 밀도가 선형의 상관관계를 가지고 있음을 알 수 있다.
상기 III족 또는 VI족의 금속 산화물은 5g/㎤의 밀도를 가지는 금속 산화물일 수 있다. 상기 III족 또는 VI족의 금속 산화물로는 WO3, La2O3, Y2O3, Gd2O3 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 상기 III족 또는 VI족의 금속 산화물을 상기 유리 조성물에 첨가하게 되면, 상기 유리 조성물이 유리화(琉璃化)된 후, 3g/㎤ 이상의 밀도를 갖는 고밀도 유리를 수득할 수 있다. 또한 상기 3g/㎤ 이상의 밀도를 갖는 유리는 1.55 이상의 굴절률을 가질 수 있게 된다. 이때, 종래에 사용되는 유리 프리트용 유리의 굴절률이 0.01 이상 증가 시 1% 이상의 광추출 효율이 증가된다. 상기 족 또는 VI족의 금속 산화물은 2 몰% 내지 15 몰% 포함된다.
본 실시예의 다른 측면에 따른 세라믹 형광체 플레이트는 산화 규소, 산화 붕소, 산화 아연 및 적어도 1종의 알칼리 금속 산화물로 이루어진 산화물 혼합체 및 적어도 1 종 이상의 III족 또는 VI족의 금속 산화물을 포함하는 고밀도 유리 조성물을 유리화하여 수득되는 유리 프리트(glass frit)를 매트릭스로 하고, 적어도 1종의 형광체를 포함한다.
상기 고밀도 유리 조성물은 상술한 바와 같은 조성으로 구성된다. 상세한 성분의 종류 및 함량은 위에서 설명하였으므로, 중복을 피하기 위하여 생략하기로 한다. 상기 산화물 혼합체 및 상기 III족 또는 VI족의 금속 산화물 등의 원료를 칙량하여 용융로에 투입한다. 상기 산화물 혼합체의 조성 및 상기 III족 또는 VI족의 금속 산화물 및 조성에 따라 용융 온도를 조절하여 용융할 수 있다. 이때 용융 온도는 1300℃ 내지 1600℃일 수 있고, 종래의 유리 제조 프로세스에 따라 유리를 제조할 수 있다. 상기 유리 조성물에 포함된 원료가 균질하게 용해될 수 있는 온도를 선택하여 용융한다. 이때, 1600℃를 초과하여 온도를 상승시키면 휘발 성분이 많아지게 될 우려가 있다. 상기 용융된 유리는 건식 또는 습식으로 냉각시킨 후, 분쇄하여 유리 프리트를 준비한다.
상기 분쇄의 방법으로는 건식과 습식이 있고, 건식분쇄에는 볼밀, 진동 밀 등의 방식이 있다. 볼밀에 사용되는 세라믹 볼은 일반적으로 산화 알루미늄(Al2O3) 또는 산화 지르코늄(ZrO2)가 이용된다. 진동 밀은 진동운동을 이용하기 때문에 분쇄물에 걸리는 충격이 크다. 습식분쇄는 액 중에서 분쇄물과 볼을 교반하여 분쇄를 하는 방법이다. 건식분쇄와 비교하여 미분쇄가 가능하다. 볼밀 이외에 매체 교반밀, 비드밀이 이용되고 있다. 비드밀은 직경 0.5 내지 2.0mm의 내마모성이 높은 세라믹스 볼(bead)을 이용하는 분쇄기이다. 습식분쇄에 사용하는 액체는 물이나 에탄올 등의 유기용매를 사용할 수 있다. 내수성이 높은 유리인 경우 주로 물이 사용되고, 물을 사용하면 성분의 변동이 우려되는 경우 유기용매를 사용할 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 유리 프리트는 평균입경이 1㎛ 내지 20㎛일 수 있고, 바람직하게는 2㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 유리 프리트의 입경을 작게 할 경우 소결 후 내부 기공율이 줄어 광 특성 향상에 유리하다. 상기 유리 프리트의 입경이 20㎛를 초과할 경우, 추후 형광체와 혼합하여 소결할 경우 다수의 기공(pore)이 형성될 우려가 있다. 반면, 상기 유기 프리트의 입경이 1㎛ 미만일 경우에는 형광체와 혼합될 때 충분히 분산되지 못하여 충분히 형광체를 패시베이션할 수 없게 될 우려가 있고, 밀링(milling)하는 시간이 증가함에 따라 오염도도 증가하여 소결 후에 백색도 유지가 어렵게 된다.
상기 세라믹 형광체는 요구되는 광특성 및 조명의 색깔, 응용 분야 등에 따라 황색 또는 녹색, 또는 적색 형광체 중 하나의 형광체일 수 있고, 필요에 따라 서로 다른 파장의 빛을 여기하는 2종 이상의 형광체일 수 있다. 상기 세라믹 형광체로는 이트륨-알루미늄-가넷(Yttrium Aluminium Garnet; YAG)계, 루테늄-알루미늄-가넷(Lutetium aluminium garnet; LuAG)계, 질화물(nitride)계, 황화물(sulfide)계 또는 규산염(silicate)계를 사용할 수 있다. 본 실시예에 따른 상기 세라믹 형광체 플레이트는 매트릭스를 이루고 있는 상기 유리 프리트의 굴절률이 높도록 구성하여, 상기 유리 프리트 및 상기 세라믹 형광체 간의 굴절률 차를 최소화하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 세라믹 형광체가 상기 유리 프리트에 대하여 1 몰% 내지 10 몰%가 되도록 혼합물을 형성한다. 상기 유리 프리트 및 상기 세라믹 형광체의 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 세라믹 형광체 플레이트는 본 실시예에서 요구되는 특성에 맞도록 두께를 조절하고 표면 조도를 조절하기 위하여 표면 연마(surface polishing)를 더 수행할 수 있다. 이 때, 상기 세라믹 형광체 플레이트의 두께는 200㎛ 내지 1000㎛, 표면 조도(表面粗度)가 0.1㎛ 내지 0.3㎛가 되도록 연마를 수행한다.
도 4는 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트(110)를 포함하는 조명장치(100)의 단면도이고, 도 5는 본 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트(210)를 포함하는 다른 조명장치(200)의 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 세라믹 형광체 플레이트(110, 210)는 광원(120, 220)으로부터 이격되거나 광원(120, 220)과 접촉되도록 구비된다. 도 4의 조명장치(110)는, 기판(150) 상에 광원(120)을 구비하고 있고, 광원(120)을 중심으로 하여 기판(150)에서 위쪽으로 갈수록 넓어지는 형태의 하우징(130)을 포함한다. 광원(120)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(130)의 상단부에 세라믹 형광체 플레이트(110)가 구비되어, 광원(120)으로부터 이격되도록 배치된다. 세라믹 형광체 플레이트(110)는 상술한 바와 같이 유리 프리트로 이루어진 매트릭스(112) 및 매트릭스(112) 중에 분산되어 있는 세라믹 형광체(114)를 포함한다. 하우징 내부(140)은 세라믹 형광체 플레이트(110)의 굴절률보다 높거나 같은 굴절률을 갖는 물질로 충진할 수 있다.
도 5의 조명장치(200)는 도 2의 조명장치(100)와는 달리 세라믹 형광체 플레이트(200)가 광원(220) 상에 접촉하여 배치될 수 있다. 이때, 상기 유리 프리트와 동일한 재질의 유리를 이용하여 하우징(230)의 상단부(도면부호 없음)를 밀봉할 수도 있고, 하우징 내부(240)를 하우징(230)의 상단부까지 충진할 수도 있다. 이외 광원(220), 세라믹 형광체 플레이트(210), 매트릭스(212) 및 세라믹 형광체(214)는 상술한 도 2와 동일하므로, 중복을 피하기 위하여 생략하기로 한다.
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 하우징의 상단부(형광체 플레이트측) 직경이 55㎜ 내지 60㎜, 하우징의 하단부(광원측, 바닥부)의 직경이 35㎜ 내지 40㎜, 높이가 15㎜ 내지 20㎜의 크기로 준비한다. 우선 세라믹 형광체 플레이트가 없는 상태에서 광원인 청색 LED의 광복사속(radiant flux)를 측정한다. 이후, 세라믹 형광체 플레이트를 장착하여 광속(lumens)를 측정한 후, 앞서 측정한 청색 LED의 광복사속 값으로 나누면 광효율을 구할 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
5: 1종의 고밀도 산화물 첨가
하기 표 1에 표시한 바와 같이 산화물 재료를 칙량하고, 볼 밀에 투입하여 산화물 재료를 48시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 백금 도가니에 넣고 1300℃에서 30분간 용융하였다. 유리 용융물을 트윈 롤러(Twin Roller)에 투입하여 ?칭하였다(유리 컬릿 준비). 유리 컬릿은 다시 볼 밀에 넣어 입경이 10㎛ 미만이 되도록 분쇄하여 유리 프리트를 수득하였다.
제조된 유리 프리트의 밀도 및 유리 전이 온도를 측정하여 하기 표 1에 표시하고, 굴절률을 측정하여 도 6에 도시하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | |
| SiO2 | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 14.4 |
| B2O3 | 31.4 | 31.4 | 314. | 31.4 | 30.7 |
| ZnO | 45.1 | 45.1 | 45.1 | 45.1 | 44.2 |
| Li2O | 6.8 | 6.8 | 6.8 | 6.8 | 6.7 |
| WO3 | 2 | - | - | - | 2 |
| La2O3 | - | 2 | - | - | 3 |
| Y2O3 | - | - | 2 | - | - |
| Gd2O3 | - | - | - | 2 | - |
| Tg(℃) | 498 | 515 | 518 | 508 | 508 |
| 밀도(g/㎤) | 3.36 | 3.43 | 3.34 | 3.42 | 3.62 |
※ 함량은 몰(mol)%
표 1 및 도 6에 도시한 것과 같이, 밀도 증가에 따라 굴절률이 증가됨을 알 수 있었다. 유리 프리트의 밀도는 모두 3g/㎤ 이상이었고, 굴절률은 1.55 이상이었다.
실시예
6 내지
실시예
9: 2종의 고밀도 산화물 첨가(W-
La
계)
하기 표 2에 표시한 바와 같이 산화물 재료를 칙량하고, 볼 밀에 투입하여 산화물 재료를 48시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 백금 도가니에 넣고 1300℃에서 30분간 용융하였다. 유리 용융물을 트윈 롤러(Twin Roller)에 투입하여 ?칭하였다(유리 컬릿 준비). 유리 컬릿은 다시 볼 밀에 넣어 입경이 10㎛ 미만이 되도록 분쇄하여 유리 프리트를 수득하였다.
제조된 유리 프리트의 밀도 및 유리 전이 온도를 측정하여 하기 표 2에 표시하고, 굴절률을 측정하여 도 7에 도시하였다.
| 실시예 6 | 실시예 7 | 실시예 8 | 실시예 9 | |
| SiO2 | 14.1 | 13.2 | 12.3 | 11.4 |
| B2O3 | 30.08 | 28.16 | 26.24 | 24.32 |
| ZnO | 43.24 | 40.48 | 37.72 | 34.96 |
| Li2O | 6.58 | 6.16 | 5.74 | 5.32 |
| WO3 | 3 | 6 | 9 | 12 |
| La2O3 | 3 | 6 | 9 | 12 |
| Tg(℃) | 512 | 514 | 516 | 518 |
| 밀도(g/㎤) | 3.661 | 4.043 | 4.365 | 4.599 |
※ 함량은 몰(mol)%
표 2 및 도 7에 도시한 것과 같이, 밀도 증가에 따라 굴절률이 증가됨을 알 수 있었다. 유리 프리트의 밀도는 모두 3g/㎤ 이상이었고, 굴절률은 1.65 이상이었다.
실시예
10 내지
실시예
13: 2종의 고밀도 산화물 첨가(Y-
Gd
계)
하기 표 3에 표시한 바와 같이 산화물 재료를 칙량하고, 볼 밀에 투입하여 산화물 재료를 48시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 백금 도가니에 넣고 1300℃에서 30분간 용융하였다. 유리 용융물을 트윈 롤러(Twin Roller)에 투입하여 ?칭하였다(유리 컬릿 준비). 유리 컬릿은 다시 볼 밀에 넣어 입경이 10㎛ 미만이 되도록 분쇄하여 유리 프리트를 수득하였다.
제조된 유리 프리트의 밀도 및 굴절률을 측정하여 도 8에 도시하였다.
| 실시예 10 | 실시예 11 | 실시예 12 | 실시예 13 | |
| SiO2 | 14.1 | 13.2 | 12.3 | 11.4 |
| B2O3 | 30.08 | 28.16 | 26.24 | 24.32 |
| ZnO | 43.24 | 40.48 | 37.72 | 34.96 |
| Li2O | 6.58 | 6.16 | 5.74 | 5.32 |
| Y2O3 | 3 | 6 | 9 | 12 |
| Gd2O3 | 3 | 6 | 9 | 12 |
※ 함량은 몰(mol)%
실시예
14 내지
실시예
17: 4종의 고밀도 산화물 첨가(W-
La
-Y-
Gd
계)
하기 표 4에 표시한 바와 같이 산화물 재료를 칙량하고, 볼 밀에 투입하여 산화물 재료를 48시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 백금 도가니에 넣고 1300℃에서 30분간 용융하였다. 유리 용융물을 트윈 롤러(Twin Roller)에 투입하여 ?칭하였다(유리 컬릿 준비). 유리 컬릿은 다시 볼 밀에 넣어 입경이 10㎛ 미만이 되도록 분쇄하여 유리 프리트를 수득하였다.
제조된 유리 프리트의 굴절률을 측정하여 도 9에 도시하였다.
| 실시예 14 | 실시예 15 | 실시예 16 | 실시예 17 | |
| SiO2 | 13.2 | 13.2 | 13.2 | 13.2 |
| B2O3 | 28.16 | 28.16 | 28.16 | 28.16 |
| ZnO | 40.48 | 40.48 | 40.48 | 40.48 |
| Li2O | 6.16 | 6.16 | 6.16 | 6.16 |
| WO3 | 12 | 9 | 6 | 3 |
| La2O3 | - | 3 | 3 | 3 |
| Y2O3 | - | - | 3 | 3 |
| Gd2O3 | - | - | - | 3 |
※ 함량은 몰(mol)%
비교예
1
하기 표 5에 표시한 바와 같이 산화물 재료를 칙량하고, 볼 밀에 투입하여 산화물 재료를 48시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 백금 도가니에 넣고 1300℃에서 30분간 용융하였다. 유리 용융물을 트윈 롤러(Twin Roller)에 투입하여 ?칭하였다(유리 컬릿 준비). 유리 컬릿은 다시 볼 밀에 넣어 입경이 10㎛ 미만이 되도록 분쇄하여 유리 프리트를 수득하였다.
제조된 유리 프리트의 밀도 및 굴절률을 측정하여 도 7에 도시하였다.
| 실시예 14 | |
| SiO2 | 15 |
| B2O3 | 32 |
| ZnO | 46 |
| Li2O | 7 |
| WO3 | - |
| La2O3 | - |
| Y2O3 | - |
| Gd2O3 | - |
제조예
실시예에서 제조된 유리 프리트와 550nm LuAG 형광체 7 몰%(실시예에서 제조된 유리 프리트 대비), 620nm Nitride 형광체 2 몰%(실시예에서 제조된 유리 프리트 대비)를 혼합하였다. 볼 밀을 이용하여 혼합된 분말을 충분히 혼합 및 분산시켰다.
서스 몰드에 혼합된 분말을 넣고 7톤의 압력으로 5분간 일축성 압축을 진행하였다. 압축 공정을 거친 성형물을 소성로에 넣고 소성하였다. 이후 폴리셔를 이용하여 형광체 플레이트의 두께는 1000㎛, 표면 조도 0.2㎛가 되도록 연마를 진행하였다.
도 10은 본 실시예에 따른 굴절률 증가에 다른 광추출 효율을 도시한 그래프로, 굴절률 0.01 이상 증가 시 1% 이상의 광추출 효율이 증가됨을 알 수 있고, 최대 10% 이상 효율 증대될 것이 기대된다.
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: 조명 장치
110, 210: 세라믹 형광체 플레이트
120, 220: 광원
110, 210: 세라믹 형광체 플레이트
120, 220: 광원
Claims (8)
- 산화 규소, 산화 붕소, 산화 아연 및 적어도 1종의 알칼리 금속 산화물로 이루어진 산화물 혼합체 85 몰(mol)% 내지 98 몰%; 및
밀도가 5g/㎤인 적어도 1 종 이상의 III족 또는 VI족의 금속 산화물 2 몰% 내지 15 몰%;
을 포함하는 고밀도 유리 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 산화물 혼합체 중의 상기 산화 아연에 대한 상기 산화 붕소의 비율은 0.6 내지 1인 고밀도 유리 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 알칼리 금속 산화물은,
산화 나트륨(Na2O), 산화 리튬(Li2O), 산화 칼륨(K2O) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종의 산화물인 고밀도 유리 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 III족 또는 VI족의 금속 산화물은,
WO3, La2O3, Y2O3, Gd2O3 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 산화물인 고밀도 유리 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
유리화(琉璃化) 후,
3g/㎤ 이상의 밀도 및 1.55 이상의 굴절률을 갖는 고밀도 유리 조성물.
- 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 유리 조성물을 유리화하여 수득되는 유리 프리트(glass frit)를 매트릭스로 하고,
적어도 1종의 형광체를 포함하는 세라믹 형광체 플레이트.
- 청구항 6에 있어서,
상기 형광체는,
이트륨-알루미늄-가넷(Yttrium Aluminium Garnet; YAG)계, 루테늄-알루미늄-가넷(Lutetium aluminium garnet; LuAG)계, 질화물(nitride)계, 황화물(sulfide)계 및 규산염(silicate)계로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 형광체인 세라믹 형광체 플레이트.
- 청구항 6에 있어서,
상기 세라믹 형광체 플레이트는,
광원으로부터 이격되거나 상기 광원과 접촉되도록 구비되는 세라믹 형광체 플레이트.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020140007763A KR20150087603A (ko) | 2014-01-22 | 2014-01-22 | 세라믹 형광체 플레이트용 고밀도 유리 조성물 및 이를 이용한 세라믹 형광체 플레이트 |
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|---|---|---|---|
| KR1020140007763A KR20150087603A (ko) | 2014-01-22 | 2014-01-22 | 세라믹 형광체 플레이트용 고밀도 유리 조성물 및 이를 이용한 세라믹 형광체 플레이트 |
Publications (1)
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140007763A KR20150087603A (ko) | 2014-01-22 | 2014-01-22 | 세라믹 형광체 플레이트용 고밀도 유리 조성물 및 이를 이용한 세라믹 형광체 플레이트 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150087603A (ko) |
-
2014
- 2014-01-22 KR KR1020140007763A patent/KR20150087603A/ko not_active Application Discontinuation
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