KR20150090395A

KR20150090395A - 세라믹 광변환 부재용 유리 조성물 및 이를 이용한 세라믹 광변환 부재

Info

Publication number: KR20150090395A
Application number: KR1020140010997A
Authority: KR
Inventors: 박진경; 원주연; 이인재
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2015-08-06
Also published as: KR102187045B1

Abstract

본 발명의 실시예는 3성분계 유리 조성물에 있어서, 상기 3성분계는 산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃) 및 산화 아연(ZnO)을 포함하고, 상기 산화 붕소의 함량은 조성물 중 30 몰% 내지 45 몰%이며, 상기 산화 아연의 함량은 조성물 중 40 몰% 내지 60 몰%를 포함하는 3성분계 유리 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. 또한, 산화 규소, 산화 붕소 및 산화 아연으로 이루어진 산화물 혼합체 및 적어도 1 종 이상의 알칼리 금속 산화물 5 몰% 내지 25 몰%를 포함하는 다성분계 유리 조성물을 유리화 및 분말화하여 수득되는 세라믹 광변화 부재용 유리 프리트, 및 이를 포함하는 세라믹 광변환 부재에 관한 것이다.

Description

세라믹 광변환 부재용 유리 조성물 및 이를 이용한 세라믹 광변환 부재 {GLASS COMPOSITION FOR CERAMIC PHOTO-CONVERSION PART AND CERAMIC PHOTO-CONVERSION PART USING THE SAME}

본 실시예는 조명 장치의 광변환 부재를 구성하는 유리 조성물 및 이를 유리화 및 분말화한 유리 프리트에 관한 것이다.

백색 LED는 고효율, 고신뢰성의 백색 조명광원으로서 주목 받아 일부가 미소 전력 소형 광원으로서 이미 사용에 제공되고 있다. 백색 LED를 구현하는 다양한 방법이 있지만, 가장 일반적으로 현재 많이 사용되고 있는 방법은 청색 LED 소자를 황색 형광체와 함께 수지를 매트릭스로 하여 몰딩한 것이다. 그러나 청색광은 에너지가 강하기 때문에 수지를 열화 시키기 쉽다. 따라서 이러한 구조의 백색 LED는 장기간 사용 시, 수지가 변색되기 때문에 발광되는 색조가 변화한다. 또한 수지로 몰딩되어 있어 소자로부터의 열발산이 잘 되지 않기 때문에, 온도가 상승하기 쉽다. 이러한 온도로 인하여 발광색이 황색 쪽으로 시프트하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 세라믹 소결체를 형광체의 매트릭스 물질로 사용한 형광체 플레이트를 적용하게 되었다. 이와 같은 형광체 플레이트에 사용되는 형광체는 산화물 형광체, 특히 YAG 형광체로만 한정되어 있다. 산화물 형광체만 사용할 경우, 다양한 색 좌표와 색 온도 구현이 어렵다. 또한 YAG 등의 산화물 형광체만 적용할 경우 내열온도가 800℃ 이상으로 요구되므로, 유리의 조성이 복잡해 질 필요가 없다. 그러나, 다양한 색온도 구현을 위해 적색 형광체와 황색 형광체간 적절한 양이 혼합되어 사용되어야 하고, 이를 위해서는 이 형광체들은 열에 약하기 때문에, 소결 온도를 낮추기 위해서는 유리의 조성을 조절해야 할 필요가 있다.

본 발명의 실시예는 3성분계 유리 조성물에 있어서, 상기 3성분계는 산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃) 및 산화 아연(ZnO)을 포함하고, 상기 산화 붕소의 함량은 조성물 중 30 몰% 내지 45 몰%이며, 상기 산화 아연의 함량은 조성물 중 40 몰% 내지 60 몰%를 포함하는 3성분계 유리 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. 또한, 산화 규소, 산화 붕소 및 산화 아연으로 이루어진 산화물 혼합체 및 적어도 1 종 이상의 알칼리 금속 산화물 5 몰% 내지 25 몰%를 포함하는 다성분계 유리 조성물을 유리화 및 분말화하여 수득되는 세라믹 광변화 부재용 유리 프리트를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명의 실시예에서는 3성분계 유리 조성물에 있어서, 상기 3성분계는 산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃) 및 산화 아연(ZnO)을 포함하고, 상기 산화 붕소의 함량은 조성물 중 30 몰% 내지 45 몰%이며, 상기 산화 아연의 함량은 조성물 중 40 몰% 내지 60 몰%를 포함하는 3성분계 유리 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. 또한, 산화 규소, 산화 붕소 및 산화 아연으로 이루어진 산화물 혼합체 및 적어도 1 종 이상의 알칼리 금속 산화물 5 몰% 내지 25 몰%를 포함하는 다성분계 유리 조성물을 유리화 및 분말화하여 수득되는 세라믹 광변화 부재용 유리 프리트를 제공한다.

또한, 본 실시예의 다른 측면으로, 유리 프리트를 포함하는 세라믹 광변환 부재를 제공한다.

실시예에 따르면, 3성분계 유리 조성물에 있어서, 상기 3성분계는 산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃) 및 산화 아연(ZnO)을 포함하고, 상기 산화 붕소의 함량은 조성물 중 30 몰% 내지 45 몰%이며, 상기 산화 아연의 함량은 조성물 중 40 몰% 내지 60 몰%를 포함하는 3성분계 유리 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. 또한, 산화 규소, 산화 붕소 및 산화 아연으로 이루어진 산화물 혼합체 및 적어도 1 종 이상의 알칼리 금속 산화물 5 몰% 내지 25 몰%를 포함하는 다성분계 유리 조성물을 유리화 및 분말화하여 수득되는 세라믹 광변화 부재용 유리 프리트 및 이를 포함하는 세라믹 광변환 부재를 구현하여, 형광체 플레이트가 적용 될 수 있는 다양한 분야에 맞는 다양한 유리 조성을 조절하여 형광체와의 젖음성(wetting) 및 소결 시 유동성 향상이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 3성분계 유리 조성물의 3성분계 다이어그램이다.
도 2는 본 실시예에 따른 3성분계 유리 조성물의 각 성분의 함량에 대한 유리 전이온도(T_g)를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 실시예에 따른 3성분계 유리 조성물의 산화 붕소/산화 아연의 비율에 대한 유리 전이온도(T_g)를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 실시예에 따른 다성분계 유리 조성물의 산화 리튬 함량에 대한 유리 전이온도(T_g)를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 실시예에 따른 다성분계 유리 조성물의 산화 나트륨 함량에 대한 유리 전이온도(T_g)를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 실시예에 따른 다성분계 유리 조성물의 산화 칼륨 함량에 대한 유리 전이온도(T_g)를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 실시예에 따른 다성분계 유리 조성물의 산화 알루미늄 함량에 대한 광효율을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따른 유리 소결체의 평균 입경에 따른 광효율을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 실시예에 따른 광특성 평가용 적분구의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.

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.

도 1은 본 실시예에 따른 3성분계 유리 조성물의 3성분계 다이어그램이다.

본 실시예에 따른 3성분계 유리 조성물은, 산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃) 및 산화 아연(ZnO)을 포함한다. 도 1을 참조하면, 3성분계를 나타내는 각 꼭지점에 본 실시예에 따른 3성분계 유리 조성물의 성분이 표시되어 있고, 각 변은 상기 각 성분의 함량을 표시한다. 상기 다이어그램 내부의 여섯 개의 검은 점은 유리가 형성되지 않은 지점을 의미한다. 반면, ① 내지 ⑥의 성분점은 유리가 형성되는 조성을 의미한다. 본 실시예에 따른 3성분계 유리 조성물에서, 상기 산화 붕소의 함량은 35 몰% 내지 45 몰%이다. 또한 상기 산화 아연의 함량은 조성물 중 40 몰% 내지 60 몰%이다. 본 실시예에 따른 3성분계 유리 조성물에서, 소결 후의 유리 및 형광체 플레이트의 특성을 크게 좌우하는 것은 상기 산화 붕소 및 상기 산화 아연의 함량비이다. 상기 산화 아연에 대한 상기 산화 붕소의 함량비는 0.6 내지 1일 수 있다.

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. 반면, 산화 규소의 함량과 유리 전이 온도(T_g)와의 상관성은 낮다. 도 2(a)는 본 실시예에 따른 3성분계 유리 조성물의 산화 규소의 함량에 대한 유리 전이 온도(T_g)를 도시한 그래프이고, 도 2(b)는 산화 규소의 함량에 대한 유리 전이 온도(T_g)를 도시한 그래프이며, 도 2(c)는 산화 규소의 함량에 대한 유리 전이 온도(T_g)를 도시한 그래프이다.

도 2(a)를 참조하면, 상기 산화 규소의 함량과 유리 전이 온도(T_g)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(T_g)의 변화의 경향이 나타나는 것을 알 수 있다. 도 2(b)에 나타낸 것과 같이, 상기 산화 붕소의 함량이 증가할수록, 상기 유리 전이 온도(T_g)가 높아진다. 반면, 도 2(c)에 나타낸 것과 같이 상기 산화 아연의 함량이 증가함에 따라, 상기 유리 전이 온도(Tg)가 낮아진다.

도 3은 본 실시예에 따른 3성분계 유리 조성물의 산화 붕소/산화 아연의 비율에 대한 유리 전이온도(T_g)를 도시한 그래프이다.

도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이 상기 산화 아연에 대한 상기 산화 붕소의 함량비(B₂O₃/ZnO)가 유리 전이 온도(T_g)의 조절에 영향을 주는 것을 알 수 있다(1 내지 6번으로 표시된 것은 B는 산화 붕소, Z는 산화 아연을 의미하고, 두 자리의 숫자는 몰 %를 의미한다). 도 3의 그래프에서 알 수 있듯이, 상기 산화 아연에 대한 상기 산화 붕소의 함량비가 0.6 부근일 때, 낮은 유리 전이 온도(T_g)를 갖는 것을 알 수 있다. 이때, 상기 함량비 및 상기 함량비의 효과는 다른 첨가제 없이 산화 규소-산화 붕소- 산화 아연의 3성분계로만 이루어진 유리 조성물일 때만 해당된다.

본 실시예의 다른 측면에 따른 다성분계 유리 조성물은 산화 규소, 산화 붕소 및 산화 아연으로 이루어진 산화물 혼합체에 유리 전이 온도(T_g)의 효과를 얻기 위하여, 적어도 1 종 이상의 알칼리 금속 산화물을 포함한다. 상기 알칼리 금속 산화물은 산화 나트륨(Na₂O), 산화 리튬(Li₂O), 산화 칼륨(K₂O) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 다성분계 유리 조성물 내에서 상기 알칼리 금속 산화물은 5 몰% 내지 25 몰%를 포함할 수 있다. 상기 함량은 상기 알칼리 금속 산화물의 종류에 따라서 달라질 수 있다.

상기 알칼리 금속 산화물 중 단일종이 포함되는 경우, 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.

예를 들어, 상기 산화 리튬의 경우 5 몰% 내지 10 몰%를 포함될 수 있고, 상기 산화 나트륨은 5 몰% 내지 10 몰%가 포함될 수 있으며, 상기 산화 칼륨은 4 몰% 내지 9 몰%를 포함할 수 있다. 상기 알칼리 금속 산화물의 함량이 높아지면 유리가 형성될 수 없고, 함량이 너무 낮으면 유리 전이 온도(T_g)의 감소의 효과를 기대할 수 없게 된다. 이때, 산화 규소에 대한 상기 알칼리 금속 산화물에 대한 비율은, 상기 산화 리튬은 0.3 내지 0.7이고, 상기 산화 나트륨은 0.3 내지 1이고, 상기 산화 칼륨은 0.65 내지 1.2이다. 상기 다성분계 유리 조성물에 상기 알칼리 금속 산화물 중 단일 성분만이 함유될 경우, 상기 산화 규소의 함량은 13 몰% 이상 되어야 유리가 형성될 수 있다.

도 4는 본 실시예에 따른 4성분계 유리 조성물의 산화 리튬 함량에 대한 유리 전이온도(T_g)를 도시한 그래프이고, 도 5는 본 실시예에 따른 4성분계 유리 조성물의 산화 나트륨 함량에 대한 유리 전이온도(T_g)를 도시한 그래프이며, 도 6은 본 실시예에 따른 4성분계 유리 조성물의 산화 칼륨 함량에 대한 유리 전이온도(T_g)를 도시한 그래프이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 알칼리 금속 산화물의 함량에 따라 유리 전이 온도(T_g)가 낮아짐을 알 수 있다. 특히, 상기 산화 나트륨의 경우, 함량에 따른 유리 전이 온도(T_g)의 변화가 상기 산화 리튬 및 상기 산화 칼륨보다 큰 것을 알 수 있다. 즉, 상기 알칼리 금속 산화물 중에서 단일 물질만을 사용할 경우, 상기 산화 나트륨의 첨가할 때 유리 전이 온도(T_g)의 변화를 크게 할 수 있다.

유리 전이 온도(T_g) 이외의 열특성을 개선하기 위해서 2종 이상의 상기 알칼리 금속 산화물을 첨가할 수 있다. 그러나, 2종 이상의 산화물을 첨가하는 경우에는 도 4 내지 도 6에 도시한 그래프와는 상이한 거동을 보일 수 있다. 2종 이상의 산화물이 첨가될 때의 첨가량은 상기 알칼리 금속 산화물의 총함량은 10 몰% 내지 25 몰%일 수 있다. 추가적인 소성 온도 저하를 위해 2종의 상기 알칼리 금속 산화물을 복합적으로 적용하거나 성분별로 증량을 하는 것만으로는 5성분계 이상의 다성분계, 즉 3성분의 산화물 혼합체 및 2종 이상의 알칼리 금속 산화물로 이루어진 유리를 수득할 수 없다. 즉, 상술한 3성분계를 기준으로 한 함량비를 사용할 경우, 유리가 형성되지 않을 수도 있다.

5성분계 이상의 다성분계에서는 상기 산화 규소가 10 몰% 내지 40% 함유되어야 유리가 형성된다. 단, 상기 산화 규소의 함량이 25 몰% 이상 함유될 경우, 상기 알칼리 금속 산화물의 총함량을 20 몰% 이상으로 해야 유리 전이 온도(T_g)를 유의미하게 낮출 수 있다. 또한, 5성분계 이상의 다성분계에서는 내화학성 증진을 위하여 3가 금속 산화물을 더 포함할 수 있다. 상기 3가 금속 산화물로는 산화 알루미늄(Al₂O₃)를 사용할 수 있다. 도 7은 본 실시예에 따른 다성분계 유리 조성물의 산화 알루미늄 함량에 대한 광효율을 도시한 그래프이다. 상기 산화 알루미늄의 양은 도 7에 도시한 바와 같이 2 몰%을 초과하여 첨가할 경우, 광효율이 현저하게 감소하게 될 우려가 있다.

본 실시예의 또 다른 측면에 따른 유리 프리트(glass frit)는 산화 규소, 산화 붕소 및 산화 아연으로 이루어진 산화물 혼합체에 유리 전이 온도(T_g)의 효과를 얻기 위하여, 적어도 1 종 이상의 알칼리 금속 산화물을 포함하는 유리 조성물을 유리화 및 분말화하여 수득된다.

상기 유리 프리트는 상기 산화물 혼합체 및 상기 알칼리 금속 산화물 등의 원료를 칙량하여 볼 밀(ball mill)로 40 시간 내지 50 시간 동안 혼합한 후, 용융로에 투입한다. 상기 유리 조성물의 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 용융물을 트윈롤에 부어 ?칭을 수행하여, 유리 컬릿(glass cullet)을 준비한다. 상기 유리 컬릿을 분쇄하여 유리 프리트를 준비한다.

분쇄는 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. 도 8에 나타낸 것과 같이, 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.

본 실시예의 또 다른 측면에 따른 세라믹 광변환 부재는 상술한 유리 프리트를 매트릭스로 하고, 적어도 1종의 세라믹 형광체를 소결하여 수득된다.

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.

상기 세라믹 형광체가 상기 유리 프리트에 대하여 1 몰% 내지 10 몰%가 되도록 혼합한다. 이때, 소결 후 투과도와 색차에 따라 형광체 혼합량은 미량 변경될 수 있다. 또한 두께의 변화에 따라서도 형광체의 함량이 변화되는데, 두께 증가 시 형광체는 감량하여 첨가할 수 있다.

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 광변환 부재는 본 실시예에서 요구되는 특성에 맞도록 두께를 조절하고 표면 조도를 조절하기 위하여 표면 연마(surface polishing)를 더 수행할 수 있다. 이때, 상기 세라믹 광변환 부재의 두께는 200㎛ 내지 1000㎛, 표면 조도(表面粗度)가 0.1㎛ 내지 0.3㎛가 되도록 연마를 수행한다.

도 9는 본 실시예에 따른 광특성 평가용 적분구의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에서 광특성 평가용 적분구는 상술한 세라믹 광변환 부재(110)를 포함한다. 세라믹 광변환 부재(110)는 광원(120)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(120)으로부터 발생되는 열에 의하여 세라믹 형광체가 열변형을 일으킬 우려가 있다.

상기 조명장치는 광원(120)을 중심으로 하여 바닥면에서 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 광변환 부재(110)가 구비되어, 광원(120)으로부터 이격되도록 배치된다. 세라믹 광변환 부재(110)는 상술한 바와 같이 유리 프리트로 이루어진 매트릭스 및 매트릭스 중에 분산되어 있는 세라믹 형광체를 포함한다. 하우징 내부(132)는 세라믹 광변환 부재(110)의 굴절률보다 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 W_T가 55㎜ 내지 60㎜, W_B가 35㎜ 내지 40㎜, H가 15㎜ 내지 20㎜의 크기로 준비한다. 우선 세라믹 광변환 부재(110)가 없는 상태에서 광원(120)인 청색 LED의 광복사속(radiant flux)를 측정한다. 이후, 세라믹 광변환 부재(110)를 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 6: 3성분계 유리 조성

산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃), 산화 아연(ZnO)의 재료를 칙량한 후, 볼 밀에 투입하여 48 시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 백금 도가니에 넣어 1300℃에서 30분간 용융한 후, 용융물을 트윈 롤러에 부어 ?칭을 수행하여 유리 컬릿을 수득하였다. 유리 컬릿은 다시 볼 밀에 넣어 입경이 10㎛ 미만이 되도록 분쇄하여 유리 프리트를 수득하였다. 각 성분의 조성 및 측정된 유리 전이 온도(T_g)를 하기 표 1 및 도 3에 표시하였다.

구분	조성 (몰%)			유리전이온도 T_g(℃)
구분	SiO₂	B₂O₃	ZnO	유리전이온도 T_g(℃)
실시예 1	10	34	56	584
실시예 2	10	44	46	620
실시예 3	15	32	53	605
실시예 4	15	42	43	626
실시예 5	20	30	50	600
실시예 6	20	40	40	618

표 1 및 도 3에 나타낸 것과 같이, 산화 아연에 대한 산화 붕소의 몰비(B₂O₃/ZnO)가 0.6 부근에서 유리 전이 온도(T_g)가 더 낮음을 알 수 있었다.

실시예 7 내지 실시예 12: 4성분계 유리 조성- Li - ₂ O 첨가

산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃), 산화 아연(ZnO), 산화 리튬(Li₂O)의 재료를 칙량한 후, 볼 밀에 투입하여 48 시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 백금 도가니에 넣어 1300℃에서 30분간 용융한 후, 용융물을 트윈 롤러에 부어 ?칭을 수행하여 유리 컬릿을 수득하였다. 유리 컬릿은 다시 볼 밀에 넣어 입경이 10㎛ 미만이 되도록 분쇄하여 유리 프리트를 수득하였다. 각 성분의 조성 및 측정된 유리 전이 온도(T_g)를 하기 표 2 및 도 4에 표시하였다.

구분	조성 (몰%)				유리전이온도 T_g(℃)
구분	SiO₂	B₂O₃	ZnO	Li₂O	유리전이온도 T_g(℃)
실시예 7	15	32	46	7	486
실시예 8	15	27	53	5	507
실시예 9	15	32	48	5	514
실시예 10	18.2	27.3	45.4	9.1	490
실시예 11	20	30	43	7	506
실시예 12	20	30	45	5	517

실시예 13 내지 실시예 19: 4성분계 유리 조성- Na - ₂ O 첨가

산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃), 산화 아연(ZnO), 산화 나트륨(Na-₂O)의 재료를 칙량한 후, 볼 밀에 투입하여 48 시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 백금 도가니에 넣어 1300℃에서 30분간 용융한 후, 용융물을 트윈 롤러에 부어 ?칭을 수행하여 유리 컬릿을 수득하였다. 유리 컬릿은 다시 볼 밀에 넣어 입경이 10㎛ 미만이 되도록 분쇄하여 유리 프리트를 수득하였다. 각 성분의 조성 및 측정된 유리 전이 온도(T_g)를 하기 표 3 및 도 4에 표시하였다.

구분	조성 (몰%)				유리전이온도 T_g(℃)
구분	SiO₂	B₂O₃	ZnO	Na₂O	유리전이온도 T_g(℃)
실시예 13	15	32	48	5	525
실시예 14	15	32	46	7	517
실시예 15	15	32	44	9	502
실시예 16	18.2	27.3	43.4	11.1	489
실시예 17	18.2	27.3	41.4	13.1	477
실시예 18	18.2	27.3	40.4	14.1	481
실시예 19	20	30	45	5	523

실시예 20 내지 실시예 24: 4성분계 유리 조성- K- ₂ O 첨가

산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃), 산화 아연(ZnO), 산화 칼륨(K-₂O)의 재료를 칙량한 후, 볼 밀에 투입하여 48 시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 백금 도가니에 넣어 1300℃에서 30분간 용융한 후, 용융물을 트윈 롤러에 부어 ?칭을 수행하여 유리 컬릿을 수득하였다. 유리 컬릿은 다시 볼 밀에 넣어 입경이 10㎛ 미만이 되도록 분쇄하여 유리 프리트를 수득하였다. 각 성분의 조성 및 측정된 유리 전이 온도(T_g)를 하기 표 4 및 도 5에 표시하였다.

구분	조성 (몰%)				유리전이온도 T_g(℃)
구분	SiO₂	B₂O₃	ZnO	K₂O	유리전이온도 T_g(℃)
실시예 18	13.6	29.1	48.2	9.1	502
실시예 19	13.6	27.1	48.2	11.1	503
실시예 20	13.6	29.1	46.2	11.1	505
실시예 21	13.6	25.1	48.2	13.1	502
실시예 22	13.6	29.1	44.2	13.1	497

실시예 25 내지 실시예 30: 5성분계 이상 유리 조성

산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃), 산화 아연(ZnO), 산화 나트륨(Na₂O), 산화 알루미늄(Al₂O₃), 산화 칼륨(K-₂O) 및 산화 리튬(Li₂O)의 재료를 칙량한 후, 볼 밀에 투입하여 48 시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 백금 도가니에 넣어 1300℃에서 30분간 용융한 후, 용융물을 트윈 롤러에 부어 ?칭을 수행하여 유리 컬릿을 수득하였다. 유리 컬릿은 다시 볼 밀에 넣어 입경이 10㎛ 미만이 되도록 분쇄하여 유리 프리트를 수득하였다. 각 성분의 조성을 하기 표 5에 표시하였고, 유리 전이 온도(T_g), 및 광특성을 측정하여 표 6에 표시하였다.

구분	조성 (몰%)
구분	SiO₂	B₂O₃	ZnO	Na₂O	Al₂O₃	K₂O	Li₂O
실시예 25	24	30	35	6	1	1	3
실시예 26	23	30	30	3	1	10	2
실시예 27	26	30	30	1	1	10	2
실시예 28	16	31	36	1	2	9	5
실시예 29	15	30	35	4	2	9	5
실시예 30	14	35	34	1	2	9	5

구분	열특성	광특성
구분	유리전이온도(℃)	광효율	색온도 CCT(K)	연색지수(CRI)
실시예 25	478	172	3218	79
실시예 26	487	170	3033	75
실시예 27	500	174	3308	80
실시예 28	475	177	3090	80
실시예 29	470	169	2991	76
실시예 30	460	173	3064	76

비교예 1 내지 비교예 10: 5성분계 유리 조성

산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃), 산화 아연(ZnO), 산화 나트륨(Na₂O), 산화 칼륨(K-₂O) 및 산화 리튬(Li₂O)의 재료를 칙량한 후, 볼 밀에 투입하여 48 시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 백금 도가니에 넣어 1300℃에서 30분간 용융한 후, 용융물을 트윈 롤러에 부어 ?칭을 수행하여 유리 컬릿을 수득하였다. 유리 컬릿은 다시 볼 밀에 넣어 입경이 10㎛ 미만이 되도록 분쇄하여 유리 프리트를 수득하였다. 각 성분의 조성을 하기 표 7에 표시하였다.

구분	조성 (몰%)						유리화 여부
구분	SiO₂	B₂O₃	ZnO	Li₂O	Na₂O	K₂O	유리화 여부
비교예 1	10	34	56	10	10	-	상분리
비교예 2	10	34	56	10	-	10	상분리
비교예 3	10	34	56	-	10	10	실투(失透)
비교예 4	10	34	56	5	10	-	상분리
비교예 5	10	34	56	5	-	10	실투(失透)
비교예 6	15	32	53	10	10	-	상분리
비교예 7	15	32	53	10	-	10	소성 어려움
비교예 8	15	32	53	-	10	10	실투(失透)
비교예 9	15	32	53	5	10	-	소성 어려움
비교예 10	15	32	53	5	-	10	실투(失透)

[ 제조예 ]

제조예 1

실시예 29에서 제조된 각각의 유리 프리트에 530~560 nm LuAG 형광체 7 몰%, 690~630 nm 질화물 형광체 2 몰%를 볼 밀에 투입하여 충분히 혼합했다. 수득된 혼합물을 서스 몰드(성형물 두께 1000㎛)에 넣고 5톤에서 5분간 일축성 압축을 수행하여 압축 성형물을 수득하였다. 압축 성형물을 소성로에서 630℃의 온도로 30분간 소성을 수행하였다. 이후, 표면 조도 0.2㎛가 되도록 경면 가공을 수행하여 형광체 플레이트를 수득하였다.

수득된 형광체 플레이트로 평가용 적분구를 제작하여 광효율을 측정하여 도 7에 표시하였다.

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.

110: 세라믹 광변환 부재
120: 광원
130: 하우징(적분구)
W_T: 적분구의 상단부 폭
W_B: 적분구의 하단부 폭
H: 적분구의 높이

Claims

3성분계 유리 조성물에 있어서,
상기 3성분계는 산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃) 및 산화 아연(ZnO)을 포함하고,
상기 산화 붕소의 함량은 조성물 중 30 몰% 내지 45 몰%이며,
상기 산화 아연의 함량은 조성물 중 40 몰% 내지 60 몰%를 포함하는 3성분계 유리 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 산화 아연에 대한 상기 산화 붕소의 비율은,
0.6 내지 1인 3성분계 유리 조성물.
산화 규소, 산화 붕소 및 산화 아연으로 이루어진 산화물 혼합체 85 몰% 내지 95 몰%; 및
적어도 1 종 이상의 알칼리 금속 산화물 5 몰% 내지 25 몰%;
를 포함하는 다성분계 유리 조성물.
청구항 3에 있어서,
상기 알칼리 금속 산화물은,
산화 나트륨(Na₂O), 산화 리튬(Li₂O), 산화 칼륨(K₂O) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종의 산화물인 다성분계 유리 조성물.
청구항 3에 있어서,
상기 알칼리 금속 산화물 중 단일종이 포함되는 경우,
상기 산화 규소 및 상기 알칼리 금속 산화물의 비율은 1:0.3 내지 1:1.2인 다성분계 유리 조성물.
청구항 3에 있어서,
상기 알칼리 금속 산화물 중 2종이 포함되는 경우,
상기 알칼리 금속 산화물의 함량은 10 몰% 내지 25 몰%인 다성분계 유리 조성물.
청구항 3에 있어서,
상기 알칼리 금속 산화물 중 2종이 포함되는 경우,
내화학성 증진 성분을 더 포함하고,
상기 내화학성 증진 성분은 3가 금속의 산화물인 다성분계 유리 조성물.
청구항 7에 있어서,
상기 3가 금속의 산화물은,
산화 알루미늄(Al₂O₃)인 다성분계 유리 조성물.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 유리 조성물을 유리화 및 분말화하여 수득되고,
평균 입경이 1㎛ 내지 20㎛인 유리 프리트(glass frit).
청구항 9에 있어서,
상기 유리 조성물에 산화인(P₂O₃), 산화 티타늄(Ti₂O₃) 및 산화 비스무스(Bi₂O₃)가 배재되어 조성되는 유리 프리트.
청구항 9 또는 청구항 10의 유리 프리트를 포함하는 세라믹 광변환 부재.