KR20150135122A - 파장 변환 부재 및 리모트 포스퍼형 발광 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 투명 또는 반투명의 고분자 재료와 형광체를 포함하는 혼합물을 성형하여 이루어지는 발광부와, 상기 발광부의 표면의 일부에 적층되어 있는 반사층을 구비하는 파장 변환 부재에 관한 것이다.
광원으로부터의 광을 형광체에 의하여 변환하여, 변환된 광을 원하는 방향으로 조사시키는 파장 변환 부재에 있어서, 파장 변환 부재 중의 형광체로부터 발광되는 광 중, 원하는 조사 방향이 아닌 방향으로 발광되는 광을, 손실시키지 않고 효율적으로 이용할 수 있다.
광원으로부터의 광을 형광체에 의하여 변환하여, 변환된 광을 원하는 방향으로 조사시키는 파장 변환 부재에 있어서, 파장 변환 부재 중의 형광체로부터 발광되는 광 중, 원하는 조사 방향이 아닌 방향으로 발광되는 광을, 손실시키지 않고 효율적으로 이용할 수 있다.
Description
본 발명은, 광원으로부터의 광을 형광체에 의하여 변환하여, 변환된 광을 원하는 방향으로 효율적으로 발광시키는 파장 변환 부재, 및 상기 파장 변환 부재와 발광 다이오드가 이격되어 설치된 리모트 포스퍼형 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 현재 이용 가능한 광원 중에서 가장 효율적인 광원의 하나이다. 이 중, 백색 발광 다이오드는, 백열 전구, 형광등, CCFL(콜드 캐소드 형광 램프; Cold Cathode Fluorescent Lamp) 백라이트, 할로겐 램프 등을 대신할 차세대 광원으로서 급격히 시장을 확대하고 있다. 백색 LED를 실현하는 구성의 하나로서, 청색 발광 다이오드(청색 LED)와, 청색광 여기에 의하여 보다 장파장, 예를 들어 황색이나 녹색으로 발광하는 형광체와의 조합에 의한 백색 LED, 및 백색 LED를 사용한 LED 조명이 실용화되어 있다.
백색 LED는, 청색 LED 상에 또는 그의 바로 근방에 형광체를 수지나 유리 등에 혼합한 상태에서 배치하여, 청색광의 일부를 보다 장파장의 광으로 변환하는 구조로 되어 있다. 사실상 청색 LED와 일체화된 이들의 형광체 층에서 파장 변환하여 백색광을 얻는, 말하자면 백색 LED 소자라고 칭할 만한 이 방식이 백색 LED의 주류이다.
또한 형광체를 청색 LED로부터 수 ㎜ 내지 수십 ㎜ 이격된 곳에 배치하여 청색 LED로부터의 청색광의 일부 또는 전부를 형광체에서 파장 변환하는 방식이 채용되어 있는 발광 장치도 있다. 특히 LED로부터 발하는 열에 의하여 형광체의 특성이 저하되기 쉬운 경우, 형광체가 LED로부터 거리가 먼 것은 발광 장치로서의 효율 향상이나, 색조의 변동을 억제하는 데 유효하다. 이와 같이 하여, LED 광원으로부터 이격하여 배치한, 형광체를 포함하는 파장 변환 부재는 리모트 포스퍼, 이러한 발광 방식은 리모트 포스퍼 방식이라고 부르고 있다. 이러한 리모트 포스퍼형의 발광 방식에서는, 조명으로서 사용했을 경우의 전체의 색 균일성이 개선되는 등의 이점이 있으며, 최근 검토가 이루어지고 있다.
이러한 리모트 포스퍼 방식의 발광 장치에 있어서는, 예를 들어 청색 LED의 전방면에 리모트 포스퍼로서, 황색 발광 형광체 입자나 녹색 발광 형광체 입자, 필요에 따라 적색 발광 형광체 입자를 수지 또는 유리에 분산시킨 파장 변환 부재를 배치함으로써 백색광을 얻는 발광 장치가 일반적이다. 리모트 포스퍼에 사용되는 형광체로서는 Y3Al5O12:Ce, (Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce, (Y,Gd)3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, (Sr,Ca,Ba)2SiO4:Eu 등의 산화물 형광체, 특히 가닛(garnet) 구조의 산화물 형광체나, β-SiAlON:Eu 등의 실리케이트계 형광체, 적색 발광 형광체로서의 복불화물 형광체나 CaAlSiN3:Eu2 +, Sr-CaAlSiN3:Eu2 + 등의 질화물 형광체가 사용되고 있다.
일반적인 발광 장치는 특정한 방향, 특정한 범위를 조사하는 데 사용되는 일이 많다. 이에 비하여, 리모트 포스퍼에 포함되는 형광체로부터 발광하는 광은 등방적이기 때문에, 리모트 포스퍼로부터 발광되는 광에는, 조사광으로서 이용하고자 하는 특정한 방향이나 특정한 범위 이외로도 발광해 버린다는 약점이 있다. 리모트 포스퍼를 사용한 발광 장치에 있어서, 발광 장치로부터 광을 조사하고자 하는 특정한 방향이나 특정한 범위 이외로 발광해 버리는 광에 대해서는, 발광 장치에 반사재 등을 내장함으로써 조사 효율을 개선하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 그러나 종래의 반사재의 효과에는 한계가 있어, 리모트 포스퍼로부터 발광되는 광 중, 조사하고자 하는 특정한 방향이나 특정한 범위 이외로 발광되는 광의 대부분은 손실되어 버리고 있는 것이 실정이다.
또한 조명 장치에서는, 조명 장치의 전방, 측방 및 후방으로 발광되는 광의 비율이나 확산 방식, 색도는 조명 공간의 디자인을 고려하는 데 있어서 중요한 요소이다. 그러나 이와 같은 조명 공간의 디자인의 요구에 부응할 수 있는, 각각의 방향으로의 광량의 배분이나 색도의 배분을 고려한 설계를 할 수 있는 발광 장치는 일반적이지는 않으며, 조명 공간의 디자인에 제약을 가하고 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 광원으로부터의 광을 형광체에 의하여 변환하여, 변환된 광을 원하는 방향으로 효율적으로 발광하는 파장 변환 부재, 특히 리모트 포스퍼형 발광 장치에 적합한 파장 변환 부재, 및 파장 변환 부재 중의 형광체로부터 발광되는 광 중 목적하는 조사 방향이 아닌 방향으로 발광되는 광을 손실시키지 않고 효율적으로 이용할 수 있는 리모트 포스퍼형 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은, 임의의 방향에 대한 배광 및 색도의 자유도가 높은 파장 변환 부재, 및 조명 공간의 디자인에 있어서 높은 자유도를 부여하는 리모트 포스퍼형 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 소정 파장의 광을 흡수하여 광의 파장을 변환하고, 변환된 파장을 갖는 광을 발광하는 형광체를 포함하는 파장 변환 부재, 및 이러한 파장 변환 부재를 사용한 리모트 포스퍼형 발광 장치에 대하여 검토한 결과, 형광체를 포함하는 파장 변환 부재에서는, 형광체에 여기광이 조사되면, 파장 변환 부재로부터, 여기광의 입사측, 그의 반대측 및 측방측으로 파장 변환된 광이 등방적으로 발광되고, 또한 여기광도 그의 일부가 파장 변환 부재를 투과해 버리는 것을 알 수 있었다. 이러한 파장 변환 부재를 사용한 발광 장치에서는, 발광 장치로부터의 원하는 광 조사 방향 이외를 향하는 광의 대부분은 목적하는 광 조사에 기여하는 비율이 낮아 빛 에너지로서 낭비되어 버린다. 본 발명자들은 이 점에 주목하여, 낭비되어 버리는 빛 에너지를 보다 효율적으로 이용할 수 있으면, 조도가 높은 발광 장치가 실현될 수 있다고 생각하였다.
따라서 본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 거듭한 결과, 투명 또는 반투명의 고분자 재료와 형광체를 포함하는 혼합물을 성형하여 이루어지는 발광부에 대하여, 그의 표면의 일부에, 형광체로부터 발광된 광을 발광부측으로 반사하는 반사층을 적층하여 파장 변환 부재로 하고, (특히 이 파장 변환 부재를 리모트 포스퍼형 발광 장치에 적용하면) 파장 변환 부재 중의 형광체로부터 발광되는 광 중, 원하는 광 조사 방향 이외의 방향을 향한 광을 원하는 광 조사 방향으로 유도하여, 원하는 광 조사 방향의 조도를 효과적으로 향상시킬 수 있음을 알아내었다. 또한 발광부의 표면의 특정 부분에만 반사층을 적층하면, 발광 장치의 광 조사 방향을 전방뿐만 아니라, 조도나 색도를 제어한 상태에서 후방 및 측방으로도 넓게 확산되도록 할 수 있어, 광 조사 방향마다의 조도나 색도를 제어하여 조명 공간을 다채롭게 연출할 수 있는, 종래에 없던 신규 발광 장치를 제공할 수 있음을 알아내어, 본 발명을 이루는 데 이르렀다.
따라서 본 발명은 하기 파장 변환 부재 및 리모트 포스퍼형 발광 장치를 제공한다.
한 측면에서, 본 발명은, 투명 또는 반투명의 고분자 재료와 형광체를 포함하는 혼합물을 성형하여 이루어지는 발광부와, 상기 발광부의 표면의 일부에 적층되어 상기 형광체로부터 발광된 광을 발광부측으로 반사하는 반사층을 구비하는 파장 변환 부재를 제공한다.
바람직한 실시양태에서, 파장 변환 부재는 상이한 형광체가 혼합된 2층 이상의 층을 포함한다.
바람직하게는, 상기 반사층의 발광부측이 경면이다.
또한 바람직하게는, 상기 고분자 재료는 열가소성 수지 및 열경화성 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지이다.
또한 바람직하게는, 상기 형광체는 파장 470㎚ 이하의 광을 흡수하여 가시광을 발광한다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 발광부로부터의 발광의 일 방향을 전방으로 했을 때, 상기 발광부의 후방측 표면의 일부 또는 전부에, 또는 상기 발광부의 측방측 표면의 일부 또는 전부에 상기 반사층이 적층되어 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 상기 한 측면의 파장 변환 부재와 발광 다이오드를 구비하고, 상기 파장 변환 부재와 발광 다이오드가 기체층 또는 진공층을 개재하여 이격되며, 또한 상기 발광 다이오드로부터의 광이 반사층이 적층되어 있지 않은 표면을 통해 상기 파장 변환 부재로 입사되도록 배치되어 있는, 리모트 포스퍼형 발광 장치를 제공한다.
바람직한 실시양태에서, 상기 형광체는 파장 470㎚ 이하의 광을 흡수하여 가시광을 발광하는 형광체이다. 바람직하게는, 발광 다이오드는 파장 470㎚ 이하의 광을 발광한다.
다른 바람직한 실시양태에서, 발광 장치의 광 조사 방향을 전방으로 했을 때, 상기 발광부의 후방측 표면의 일부 또는 전부에, 또는 상기 발광부의 측방측 표면의 일부 또는 전부에 상기 반사층이 적층되어 있다.
광원으로부터의 광을 형광체에 의하여 변환하여, 변환된 광을 원하는 방향으로 조사시키는 본 발명의 파장 변환 부재에 있어서, 파장 변환 부재 중의 형광체로부터 발광되는 광 중, 원하는 조사 방향이 아닌 방향으로 발광되는 광을 손실시키지 않고 효율적으로 이용할 수 있으며, 이 파장 변환 부재를 리모트 포스퍼형 발광 장치에 적용하면, 파장 변환 부재 중의 형광체로부터의 발광 광 중, 발광 장치의 원하는 조사 방향 이외의 방향을 향한 광을 원하는 조사 방향으로 유도하여 원하는 광 조사 방향의 조도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한 임의의 방향에 대한 배광 및 색도의 자유도가 높아, 조명 공간의 디자인에 있어서 높은 자유도를 부여하는 파장 변환 부재 및 리모트 포스퍼형 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 파장 변환 부재를 구비하는 리모트 포스퍼형 발광 장치의 일례를 도시하는 제1 실시양태이며, (a)는 사시도, (b)는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 파장 변환 부재를 구비하는 리모트 포스퍼형 발광 장치의 일례를 도시하는 제2 실시양태의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 파장 변환 부재를 구비하는 리모트 포스퍼형 발광 장치의 일례를 도시하는 제3 실시양태이며, (a)는 평면도, (b)는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 파장 변환 부재를 구비하는 리모트 포스퍼형 발광 장치의 일례를 도시하는 제4 실시양태이며, (a)는 평면도, (b)는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 파장 변환 부재를 구비하는 리모트 포스퍼형 발광 장치의 일례를 도시하는 제2 실시양태의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 파장 변환 부재를 구비하는 리모트 포스퍼형 발광 장치의 일례를 도시하는 제3 실시양태이며, (a)는 평면도, (b)는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 파장 변환 부재를 구비하는 리모트 포스퍼형 발광 장치의 일례를 도시하는 제4 실시양태이며, (a)는 평면도, (b)는 단면도이다.
이하, 본 발명의 파장 변환 부재에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 파장 변환 부재는, 고분자 재료와 형광체를 포함하는 혼합물을 성형하여 이루어지는 발광부(발광 섹션)와, 이 발광부의 표면의 일부에 적층된 반사층을 구비한다. 본 발명의 파장 변환 부재는, 리모트 포스퍼형 발광 장치에 사용되는 경우, 리모트 포스퍼라고 불리는 경우가 있다.
고분자 재료로는 투명 또는 반투명의 것이 사용될 수 있으며, 특히 투명한 것이 바람직하다. 고분자 재료로서는 고무, 엘라스토머, 수지 등을 사용할 수 있지만, 일반적으로는 열가소성 수지 및 열경화성 수지로부터 선택되는 1종 이상의 수지가 적절히 사용된다. 열가소성 수지로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리아세트산비닐, 불소 수지, 테플론(등록 상표), ABS 수지, AS 수지, 아크릴 수지, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카르보네이트, 변성 폴리페닐렌에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 환상 폴리올레핀, 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰, 열가소성 폴리이미드 등을 들 수 있다. 한편, 열경화성 수지로서는 아미노 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 알키드 수지, 폴리우레탄, 열경화성 폴리이미드 등을 들 수 있다.
형광체는 소정 파장의 광을 흡수하여, 광의 파장을 변환하고, 변환된 파장을 갖는 광을 발광하는 형광체이며, 공지된 방법으로 제조할 수 있거나, 시판품을 사용할 수도 있다. 형광체는 입상 또는 분체상으로 사용될 수 있으며, 형광체의 입경으로서는, 입도 분포에 있어서의 체적 누계 50％의 입경 D50이 1.0㎛ 이상, 특히 1.5㎛ 이상인 것이 바람직하고, 100㎛ 이하, 특히 40㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한 체적 누계 90％의 입경 D90이 200㎛ 이하, 특히 100㎛ 이하인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서의 형광체의 입경으로서, 예를 들어 기류 중 또는 수류 중에 형광체를 분산시키고, 레이저 회절 산란법에 의하여 측정한 값을 적용할 수 있다.
형광체는 1종 단독으로 사용할 수도, 복수 종 혼합하여 사용할 수도 있다. 또한 본 발명에 있어서는, 발광부를 상이한 형광체가 혼합된 2층 이상의 층을 포함하도록 구성할 수도 있으며, 그 경우에는, 2층 이상의 각각의 층에 있어서 형광체를 1종 단독으로 사용할 수도, 복수 종 혼합하여 사용할 수도 있다.
형광체로서는, 특히 파장 470㎚ 이하, 특히 파장이 400㎚ 내지 470㎚인 청색광을 흡수하여 가시광을 발광하는 형광체가 바람직하다. 이러한 형광체로서는 Y3Al5O12:Ce, (Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce, (Y,Gd)3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, (Sr,Ca,Ba)2SiO4:Eu 등의 산화물 형광체, 특히 가닛 구조의 산화물 형광체나, β-SiAlON:Eu 등의 실리케이트계 형광체, 적색 발광 형광체로서의 복불화물 형광체나 CaAlSiN3:Eu2+, Sr-CaAlSiN3:Eu2 + 등의 질화물 형광체를 들 수 있다.
발광부에는, 고분자 재료 및 형광체 외에, 본 발명의 목적 또는 파장 변환 부재로서의 기능을 손상시키지 않을 정도로 첨가물을 사용할 수도 있다. 첨가물로서는, 광의 산란을 촉진하기 위한 광산란제 등을 사용할 수 있다. 발광부 중 첨가물의 함유량은, 발광부의 중량을 기준으로 하여 통상 10중량％ 이하, 특히 0.01중량％ 이상 5중량％ 이하이다.
발광부 중 형광체의 함유율은 0.1중량％ 이상 50중량％ 이하인 것이 바람직하며, 발광부에 고분자 재료 및 형광체 이외에 첨가물을 사용하지 않는 경우에는 고분자 재료가 잔량부이며, 발광부에 고분자 재료 및 형광체 이외에 첨가물을 사용하는 경우에는 첨가물과 고분자 재료의 합계가 잔량부이다.
발광부는, 고분자 재료, 형광체 및 필요에 따라 첨가물을 혼합하여 성형함으로써 얻을 수 있다. 성형은, 압축 성형, 압출 성형, 사출 성형 등의 공지된 성형 방법을 적용할 수 있으며, 필름 형상, 박판 형상 등의 임의의 형상으로, 원하는 크기로 성형할 수 있다.
발광부의 형상 및 크기는, 파장 변환 부재의 사용 목적에 맞추어 적절히 선정하면 되지만, 후술하는 반사층을 형성할 수 있는 형상 및 크기로 할 필요가 있으며, 특히 파장 변환 부재를 발광 다이오드와 조합하여 발광 장치로서 사용할 것을 고려하면, 파장 변환 부재가, 발광부를 사용한 파장 변환 부재의 형성 시 파장 변환 부재 그 자체가 정형 형상을 유지할 수 있는 두께를 갖고 있는 것이 바람직하다. 이러한 발광부의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 0.1 내지 6㎜ 범위이다.
발광부 표면의 일부에는, 형광체로부터 발광된 광을 발광부측으로 반사하는 반사층이 적층되어 있다. 본 발명의 파장 변환 부재에 있어서, 발광부의 표면은 반사층이 적층되어 있지 않은 부분을 포함한다. 형광체의 여기광을 반사층이 적층되어 있지 않은 부분의 일부 또는 전부를 통해 입사시키고, 또한 형광체로부터 발광된 광을 반사층이 적층되어 있지 않은 부분의 일부 또는 전부를 통해 파장 변환 부재의 외부로 조사시킨다.
본 발명의 파장 변환 부재에 있어서는, 발광부로부터의 발광의 임의의 일 방향을 전방으로 했을 때, 발광부의 후방측 표면의 일부 또는 전부에 반사층을 제공하는 것이 바람직하다. 이 경우, 후방측 표면 전부에 반사층을 제공하면, 파장 변환 부재의 후방측으로의 발광은 차단될 수 있고, 후방측 표면의 일부에 반사층을 제공하면(후방측 표면의 일부에 반사층을 적층하지 않은 부분을 남기면), 파장 변환 부재의 후방측으로도 발광하도록 할 수 있다. 또한 발광부로부터의 발광의 상기 임의의 일 방향은 통상 여기광이 입사되는 측으로 된다.
본 발명의 파장 변환 부재에 있어서는, 발광부로부터의 발광의 상기 임의의 일 방향을 전방으로 했을 때, 발광부의 측방측 표면의 일부 또는 전부에 반사층을 제공하는 것이 바람직하다. 이 경우, 측방측 표면의 전부에 반사층을 제공하면, 파장 변환 부재의 측방측으로의 발광은 차단될 수 있고, 측방측 표면의 일부에 반사층을 제공하면(측방측 표면의 일부에 반사층을 적층하지 않은 부분을 남기면), 파장 변환 부재의 측방측으로도 발광하도록 할 수 있다.
파장 변환 부재의 두께는 발광부와 반사층 두께의 합계이며, 상술한 발광부의 후방측 표면에만 반사층을 제공했을 경우에는, 상술한 발광부의 두께와 상술한 반사층의 두께의 합계이다. 본 발명의 파장 변환 부재에 있어서는, 발광부의 상기 임의의 일 방향측 표면의 일부에도 반사층을 제공할 수 있으며, 그 경우의 파장 변환 부재의 두께는 상술한 발광부의 두께와 상술한 반사층 두께의 2배와의 합계이다.
반사층은, 형광체로부터 발광된 광을 발광부측으로 반사할 수 있는 재료, 바람직하게는 또한 여기광을 발광부측으로 반사할 수 있는 재료로 형성하면 되지만, 특히 반사층의 발광부측을 경면으로 하는 것이 바람직하다. 반사층의 발광부측을 경면으로 하기 위해서는, 무전해 도금법(은거울 반응), 금속 증착법, 반사막 재료 도포법 등의 공지된 경면 형성법을 적용할 수 있다. 반사층이 형성되는 발광부의 표면에는, 반사층의 부착성을 좋게 하기 위하여, 부착성 향상재로서 실리콘 수지(아크릴 변성 실리콘 수지) 등을 용액으로 도포할 수도 있다. 반사층을 형성하지 않는 부분을 마스킹 테이프 등에 의하여 마스킹하면, 원하는 표면 부분에만 반사층을 형성할 수 있다. 또한 일단 반사층을 형성한 후, 반사층의 원하는 부분을 에칭, 연마 등으로 박리하는 것도 가능하다. 또한 본 발명의 파장 변환 부재에는, 반사층 상에 보호층을 더 제공할 수도 있다.
발광부에 반사층을 형성하는 방법으로서 은거울 반응은, 복잡한 형상의 발광부 표면에 경면을 용이하게 형성할 수 있으므로, 적절히 사용된다. 은거울 반응을 적용하는 경우, 예를 들어 암모니아성 질산은 수용액과 수산화나트륨 수용액과 포도당 수용액의 혼합 수용액을 발광부에 접촉시킴으로써, 발광부측이 경면인 은거울을 발광부의 표면에 형성할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 리모트 포스퍼형 발광 장치에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 리모트 포스퍼형 발광 장치는, 소정 파장의 광을 흡수하여, 광의 파장을 변환하고, 변환된 파장을 갖는 광을 발광하는 형광체를 포함하는 파장 변환 부재와, 발광 다이오드를 구비하고, 파장 변환 부재와 발광 다이오드가 기체층을 개재하여 이격된 구조를 갖는다. 리모트 포스퍼형 발광 장치에서는, 파장 변환 부재와 발광 다이오드가, 발광 다이오드로부터 발광된 여기광이 파장 변환 부재에 입사되도록 배치되어 있다.
본 발명의 리모트 포스퍼형 발광 장치에서는, 고분자 재료와 형광체를 포함하는 혼합물을 성형하여 이루어지는 발광부와, 이 발광부의 표면 일부에 적층된 반사층을 구비하는 상기 파장 변환 부재가 적절히 사용되고, 파장 변환 부재와 발광 다이오드가, 발광 다이오드로부터의 광이 파장 변환 부재의 반사층이 적층되어 있지 않은 표면을 통해 파장 변환 부재로 입사되도록 배치되어 있다.
여기광을 발광하는 발광 다이오드는, 형광체의 흡수 파장에 따라 적절히 선정될 수 있지만, 파장 변환 부재에 파장 470㎚ 이하의 광을 흡수하여 발광하는 형광체를 사용하는 경우에는, 중심 파장 470㎚ 이하의 광을 발광하는 발광 다이오드를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 중심 파장 440㎚ 내지 470㎚의 청색광을 발광하는 청색 발광 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.
파장 변환 부재 및 발광 다이오드 이외의 리모트 포스퍼형 발광 장치의 다른 구성에 대해서는, 공지된 리모트 포스퍼형 발광 장치의 구성을 적용하는 것이 가능하다.
본 발명의 리모트 포스퍼형 발광 장치에 있어서는, 발광 장치의 광 조사 방향을 전방으로 했을 때, 파장 변환 부재의 발광부의 후방측 표면의 일부 또는 전부에 반사층을 제공하는 것이 바람직하다. 이 경우, 후방측의 표면 전부에 반사층을 제공하면, 발광 장치의 후방측으로의 발광은 차단될 수 있고, 후방측 표면의 일부에 반사층을 제공하면(후방측 표면의 일부에 반사층을 적층하지 않은 부분을 남기면), 발광 장치의 후방측으로도 광을 조사하도록 할 수 있다. 발광 장치의 광 조사 방향은 통상 여기광이 입사되는 측으로 된다.
본 발명의 리모트 포스퍼형 발광 장치에 있어서는, 발광 장치의 광 조사 방향을 전방으로 했을 때, 파장 변환 부재의 발광부의 측방측 표면의 일부 또는 전부에 반사층을 제공하는 것이 바람직하다. 이 경우, 측방측 표면의 전부에 반사층을 제공하면, 발광 장치의 측방측으로의 발광은 차단될 수 있고, 측방측 표면의 일부에 반사층을 제공하면(측방측 표면의 일부에 반사층을 적층하지 않은 부분을 남기면), 발광 장치의 측방측으로도 광을 조사하도록 할 수 있다.
본 발명의 리모트 포스퍼형 발광 장치의 파장 변환 부재에 있어서는, 발광 장치의 광 조사 방향측 표면의 일부에도 반사층을 형성할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 리모트 포스퍼형 발광 장치에 대하여, 구체예를 들어 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 파장 변환 부재를 구비하는 리모트 포스퍼형 발광 장치의 일례를 도시하는 제1 실시양태이다. 이 리모트 포스퍼형 발광 장치(1)는 삼각 프리즘 형상을 갖고 있고, 단면은 직각삼각형 형상이다. 삼각 프리즘 형상의 경사면부에 발광부(12) 및 반사층(13)을 구비하는 파장 변환 부재(11), 수직면부 및 양 단부면부에 불투명한 기판(22), 저면부에 투명 커버(31)가 배치되고, 수직면부의 기판(22) 상에 4개의 발광 다이오드(21)가, 그의 발광면을 파장 변환 부재(11)를 향하게 하여 설치되어 있다. 파장 변환 부재(11)는 발광부(12)를 내측을 향하게 하여 배치되고, 반사층(13)은 발광부(12)의 외측 면(광 조사 방향에 대하여 후방측의 면)에만 적층되어 있다.
이 리모트 포스퍼형 발광 장치(1)의 경우, 발광 다이오드(21)로부터 발광된 여기광은, 파장 변환 부재(11)의 발광부(12)에 도달하여, 발광부(12)에 포함되는 형광체에 의하여 파장 변환되어, 등방적으로 발광된다. 파장 변환되어 발광된 광 중 일부는 투명 커버(31)측(광 조사 방향)을 향하고, 또한 일부는 반사층(13)측을 향하며, 반사층(13)측을 향한 광 중 일부는 반사층(13)에서 반사되어 투명 커버(31)측으로 유도된다. 그리고 양쪽의 광이 합쳐짐으로써, 광 조사 방향으로 높은 조도로 광이 조사된다.
도 2는 본 발명의 파장 변환 부재를 구비하는 리모트 포스퍼형 발광 장치의 일례를 도시하는 제2 실시양태이다. 이 리모트 포스퍼형 발광 장치(1)는 우산형의 형상을 갖고 있다. 우산형의 형상 상부의 경사면부에 발광부(12) 및 반사층(13)을 구비하는 파장 변환 부재(11), 하부에 단면이 대략 L자형인 투명한 기판(22)이 배치되며, 하부의 기판(22) 상에 발광 다이오드(21)(도 2에 있어서는 2개만 도시되어 있음)가, 그의 발광면을 파장 변환 부재(11)를 향하게 하여 설치되어 있다. 파장 변환 부재(11)는 발광부(12)를 내측을 향하게 하여 배치되고, 반사층(13)은 발광부(12)의 외측 면(광 조사 방향에 대하여 후방측의 면 및 측방측의 면)에만 적층되어 있다.
이 리모트 포스퍼형 발광 장치(1)의 경우, 발광 다이오드(21)로부터 발광된 여기광은, 파장 변환 부재(11)의 발광부(12)에 도달하여, 발광부(12)에 포함되는 형광체에 의하여 파장 변환되어, 등방적으로 발광된다. 파장 변환되어 발광된 광 중 일부는 하방의 개구부측(광 조사 방향)을 향하고, 또한 일부는 반사층(13)측을 향하며, 반사층(13)측을 향한 광 중 일부는 반사층(13)에서 반사되어 개구부측으로 유도된다. 그리고 양쪽의 광이 합쳐짐으로써, 광 조사 방향으로 높은 조도로 광이 조사된다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 파장 변환 부재를 구비하는 리모트 포스퍼형 발광 장치의 일례를 도시하는 제3 실시양태 및 제4 실시양태이다. 이 리모트 포스퍼형 발광 장치(1)는 원반 형상을 갖고 있고, 단면은 역사다리꼴 형상이며, 발광부(12) 및 반사층(13)을 구비하는 파장 변환 부재(11)의 상부가 5개소 함몰되어 있고, 이 함몰부에, 불투명한 기판(22) 상에 각각 설치된 5개의 발광 다이오드(21)가 그의 발광면을 파장 변환 부재(11)를 향하게 하여 설치되어 있다. 파장 변환 부재(11)의 반사층(13)은 발광부(12)의 상방측(발광 다이오드(21)가 매설된 측)의 면에만 적층되고, 반사층(13) 부분 내의 4개소에, 반사층이 적층되어 있지 않은 부분(13a)이 제공되어 있다. 도 3에 도시되는 제3 실시양태에 있어서는, 발광부(12)는 1층으로 형성되고, 도 4에 도시되는 제4 실시양태에 있어서는, 발광부(12)는 제1 층(12a) 및 제2 층(12b)의 2층으로 형성되어 있다.
이들 리모트 포스퍼형 발광 장치(1)의 경우, 발광 다이오드(21)로부터 발광된 여기광은, 파장 변환 부재(11)의 발광부(12)(제1 층(12a) 및 제2 층(12b))에 도달하여, 발광부(12)(제1 층(12a) 및 제2 층(12b))에 포함되는 형광체에 의하여 파장 변환되어, 등방적으로 발광된다. 파장 변환되어 발광된 광 중 일부는 하방측 및 측방측(광 조사 주방향)을 향하고, 또한 일부는 상방측을 향하며, 반사층(13)측을 향한 광은 반사층(13)에서 반사되어 하방측 및 측방측으로 유도된다. 그리고 양쪽의 광이 합쳐짐으로써, 광 조사 주방향으로 높은 조도로 광이 조사된다. 또한 상방측을 향한 광의 일부는, 반사층이 적층되어 있지 않은 부분(13a)을 통과하여 상방측(광 조사 부 방향)으로도 조사된다.
이러한 리모트 포스퍼형 발광 장치(1)의 경우, 반사층이 적층되어 있지 않은 부분(13a)의 비율이나 위치를 조정함으로써, 하방측 및 측방측(광 조사 주방향)뿐만 아니라 상방측(광 조사 부 방향)으로도 광을 조사할 수 있다. 따라서, 광 조사 주방향 및 광 조사 부방향 양쪽의 조도, 콘트라스트, 조사 방향을 제어하여 광을 조사할 수 있다. 특히 도 4에 도시되는 제4 실시양태의 리모트 포스퍼형 발광 장치(1)에서는, 제1 층(12a) 및 제2 층(12b)의 각각에 상이한 종류의 형광체를 사용함으로써, 광 조사 주방향 및 부방향 양쪽의 발광색이나 색도를 변환할 수 있다.
[실시예]
이하에 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 다음의 실시예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
비중 0.91의 비변성 폴리프로필렌 9,800g, 평균 입경 18.0㎛의 YAG:Ce3 + 형광체 200g 및 평균 입경 5.5㎛의 실리카 분말 100g을 혼련기에서 혼합하여, 형광체 함유 수지 펠릿 1을 얻었다. 또한, 비중 0.91의 비변성 폴리프로필렌 9,000g 및 입경 21.0㎛의 KSF 형광체(K2SiF6:Mn) 1,000g을 혼련기에서 혼합하여, 형광체 함유 펠릿 2를 얻었다.
형광체 함유 펠릿 1 및 형광체 함유 펠릿 2를, 층간의 계면에 공기가 인입하지 않도록 주의하여 2색 압출 성형한 후, 프레스 성형에 의하여 두께 2㎜, 직경 300㎜의 반구 캡 형상으로 성형한, 2층으로 이루어진 발광부를 얻었다. 이렇게 얻어진 발광부는, 반구 캡 형상의 외측의 층에 YAG:Ce3 + 형광체가, 내측의 층에 KSF 형광체가 각각 포함되어 있다.
다음으로, 반구 캡 형상의 발광부의 내측의 반구면 전체면에만 마스킹 테이프를 부착한 후, 마스킹 테이프로 마스킹한 발광부를 아크릴 변성 실리콘 수지의 유기 용제 용액에 침지시켰다. 이러한 방식으로, 마스킹 테이프를 부착하지 않은 발광부 부분(반구 캡 형상의 발광부의 외측 반구면 및 원형 링 형상 저면)에 부착성 향상재로서 아크릴 변성 실리콘 수지를 피복하였다.
다음으로, 질산은 농도가 35g/ℓ인, 암모니아 과잉의 암모니아성 질산은 수용액, 농도 20g/ℓ의 수산화나트륨 수용액 및 농도 15g/ℓ의 포도당 수용액을 각각 1ℓ의 양으로 제조하였다. 3종의 수용액을 함께 혼합하여 은거울 반응용 용액을 제조하고, 이 용액에, 마스킹 테이프로 마스킹하고 부착성 향상재를 피복한 발광부를 침지시킨 바, 발광부의 외측 반구면 및 원형 링 형상 저면에 은거울 반응에 의해 균일한 은거울 막이 형성되었다. 이와 같이 얻어진 은거울 막에는, 거울 제조 산업에 있어서 공지된 구리 도금 처리를 실시한 후, 배킹(backing) 도료를 도포하여 마스킹 테이프를 박리시키고, 30℃에서 24시간 건조하여, 반사층을 갖는 파장 변환 부재를 얻었다.
이 파장 변환 부재의 내측 반구면측으로부터, 중심 파장 460㎚의 청색 LED로부터 광을 조사한 바, 파장 변환 부재의 내측 반구면으로부터만 강한 백색광이 얻어졌다.
다음으로, 이 파장 변환 부재와 발광 다이오드를 사용하여, 리모트 포스퍼형 발광 장치를 제작하였다. 중심 파장 450㎚ 내지 465㎚의 청색 LED(출력 2W) 5개를 투명 수지판 상에 방사상으로 배치하여 광원으로 하였다. 이 광원을 덮도록 반구 캡 형상 파장 변환 부재를, 그 중심축과 광원의 중심을 일치시키고, 광원으로부터 발광된 청색광이 파장 변환 부재의 내측 반구면 전체에 조사되도록 배치하였다.
발광 장치의 청색 LED를 점등하면, 파장 변환 부재의 내측 반구면으로부터만 백색광이 관찰되었다. 이 발광 장치에 대하여, 파장 변환 부재의 내측 반구면 상단부로부터 하방 2.5m 거리에서의 조도를 측정한 바, 약 550㏓였다.
[비교예 1]
실시예 1과 마찬가지로 프레스 성형까지의 단계를 실시하고, 이에 의해 반사층을 갖고 있지 않은 발광부만을 제작하였다. 이 발광부의 내측 반구면측으로부터, 파장 460㎚의 청색 LED로부터 발광된 광을 발광부에 조사한 바, 백색광이 얻어졌지만, 발광부의 내측 반구면뿐만 아니라 외측 반구면 및 원형 링 형상 저면으로부터도 백색광이 관찰되었다. 또한, 발광부의 내측 반구면측으로부터의 발광은 실시예 1에 비하여 약했다.
이 발광부를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 발광 장치를 제작하였다. 청색 LED를 점등하면, 발광부의 내측 반구면, 외측 반구면 및 원형 링 형상 저면으로부터 빠짐없이 백색광이 관찰되었다. 이 발광 장치에 대하여, 발광부의 내측 반구면 상단부로부터 하방 2.5m 거리에서의 조도를 측정한 바, 약 380㏓였다.
[실시예 2]
실시예 1과 마찬가지로 프레스 성형까지의 단계를 실시하였다. 이어서, 반구 캡 형상의 발광부의 내측 반구면에는 전체면에, 외측 반구면에는 격자 형상으로 마스킹 테이프로 마스킹하고, 실시예 1과 마찬가지로 하여 마스킹 테이프로 마스킹하지 않은 발광부 부분(반구 캡 형상의 발광부의 외측 반구면의 일부 및 원형 링 형상 저면)에 아크릴 변성 실리콘 수지를 피복하여, 반사층을 갖는 파장 변환 부재를 얻었다.
이 파장 변환 부재의 내측 반구면측으로부터, 중심 파장 460㎚의 청색 LED로부터 광을 조사한 바, 파장 변환 부재의 내측 반구면 및 외측 반구면 양쪽으로부터 백색광이 얻어졌다. 이와 같이 얻어진 백색광에 대하여 색도를 측정하였다. 내측 반구면으로부터 나온 백생광은 x, y 색도 좌표로 x값 0.3533, y값 0.3537이었다. 외측 반구면으로부터 나온 백색광은 x값 0.3752, y값 0.3501이었다. 따라서, 외측의 백색광은 내측보다도 난색의 백색광이었다.
다음으로, 이 파장 변환 부재와 발광 다이오드를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 리모트 포스퍼형 발광 장치를 제작하였다.
발광 장치의 청색 LED를 점등하면, 파장 변환 부재의 내측 반구면으로부터 백색광이 관찰되었다. 이 발광 장치에 대하여, 파장 변환 부재의 내측 반구면 상단부로부터 하방 2.5m 거리에서의 조도를 측정한 바, 약 430㏓였다. 또한 이 발광 장치에서는, 파장 변환 부재의 외측 반구면의 일부에는 반사층이 제공되어 있지 않으므로, 외측 반구면으로부터도 백색광이 관찰되었다.
이와 같이, 발광층 내 형광체의 종류 또는 그의 층 구성을 변환시키고/거나 반사층을 형성하는 부분, 그의 면적 또는 형상을 변화시킴으로써, 광을 조사하는 각각의 방향에 대하여 조도 및 색도를 적절히 설정하는 것이 가능하다.
Claims (12)
- 투명 또는 반투명의 고분자 재료와 형광체를 포함하는 혼합물을 성형하여 이루어지는 발광부와, 상기 발광부 표면의 일부에 적층되어 상기 형광체로부터 발광된 광을 발광부측으로 반사하는 반사층을 구비하는 파장 변환 부재.
- 제1항에 있어서, 상기 발광부가, 상이한 형광체가 혼합된 2층 이상의 층을 포함하는 파장 변환 부재.
- 제1항에 있어서, 상기 반사층의 발광부측이 경면인 파장 변환 부재.
- 제1항에 있어서, 상기 고분자 재료가 열가소성 수지 및 열경화성 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지인 파장 변환 부재.
- 제1항에 있어서, 상기 형광체가 파장 470㎚ 이하의 광을 흡수하여 가시광을 발광하는 형광체인 파장 변환 부재.
- 제1항에 있어서, 상기 발광부로부터의 발광의 일 방향을 전방으로 했을 때, 상기 발광부의 후방측 표면의 일부 또는 전부에 상기 반사층이 적층되어 있는, 파장 변환 부재.
- 제1항에 있어서, 상기 발광부로부터의 발광의 일 방향을 전방으로 했을 때, 상기 발광부의 측방측 표면의 일부 또는 전부에 상기 반사층이 적층되어 있는, 파장 변환 부재.
- 제1항에 기재된 파장 변환 부재와 발광 다이오드를 구비하고, 상기 파장 변환 부재와 발광 다이오드가 기체층 또는 진공층을 개재하여 이격되며, 또한 상기 발광 다이오드로부터의 광이 반사층이 적층되어 있지 않은 표면을 통해 상기 파장 변환 부재로 입사되도록 배치되어 있는, 리모트 포스퍼형 발광 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 형광체가 파장 470㎚ 이하의 광을 흡수하여 가시광을 발광하는 형광체인 리모트 포스퍼형 발광 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 발광 다이오드가 파장 470㎚ 이하의 광을 발광하는 발광 다이오드인 리모트 포스퍼형 발광 장치.
- 제8항에 있어서, 발광 장치의 광 조사 방향을 전방으로 했을 때, 상기 발광부의 후방측 표면의 일부 또는 전부에 상기 반사층이 적층되어 있는, 리모트 포스퍼형 발광 장치.
- 제8항에 있어서, 발광 장치의 광 조사 방향을 전방으로 했을 때, 상기 발광부의 측방측 표면의 일부 또는 전부에 상기 반사층이 적층되어 있는, 리모트 포스퍼형 발광 장치.
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