KR20160070122A - 파장 변환 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

파장 변환 장치의 제조 방법에 있어서, 순차적으로 적층되어 일체로 된 세라믹 기판(23), 반사층(22)과 형광 분말층(21)을 포함하는 다수의 파장 변환 모듈(2a, 2b, 2c)을 제조하는 단계; 다수의 파장 변환 모듈(2a, 2b, 2c)을 하부판의 일측면에 장착 고정하는 단계를 포함한다. 서로 다른 형광 분말을 서로 다른 파장 변환 모듈(2a, 2b, 2c)에 각각 형성하여, 다수의 파장 변환 모듈(2a, 2b, 2c)을 동시에 각각 제조할 수 있어 생산 주기가 대폭 단축된다. 각 모듈을 독립적으로 제작하므로, 다른 형광 분말 특성의 한정을 받지 않아도 되어, 각 공정의 최적화에 유리하고 최적 성능의 파장 변환 장치를 얻을 수 있다.

Description

파장 변환 장치의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR WAVELENGTH CONVERSION DEVICE}

본 발명은 조명 및 표시 기술 분야에 관한 것이며, 특히 파장 변환 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

레이저다이오드(LD, Laser Diode) 또는 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)와 같은 고체 광원으로부터 방출된 여기 광을 이용하여 형광 분말과 같은 형광 분말을 여기하는 파장 변환 방법은 여기 광 파장과는 다른 파장의 고휘도 광을 발생시킬 수 있다. 이러한 솔루션은 고효율, 저비용의 우세를 가지며, 종래의 광원이 백색광 또는 단색광을 제공하는 주류 기술이 되었다. 이러한 솔루션에서, 광원은 여기 광원과 컬러 휠을 포함하며, 그 중 컬러 휠은 반사용 하부판과, 반사용 하부판에 도포된 형광 분말 시트, 및 모터를 포함한다. 여기서, 상기 모터는 여기 광원으로부터의 여기 광에 의해 형광 분말 시트에 형성되는 광반이 원형 경로를 따라 상기 형광 분말 시트에 작용하도록, 반사용 하부판을 구동하여 회동시킨다.

통상의 반사용 기재는 경면 알루미늄 기재이며, 알루미늄 기재와 고반사층이 적층되어 이루어진다. 여기서 고반사층은 일반적으로 고순도 알루미늄 또는 고순도 은을 이용한다. 그리고 반사용 기재에 도포된 형광 분말 시트는 일반적으로 실리콘 접착제를 이용하여 형광 분말 입자를 시트형으로 접착하여 이루어진다. 일체형 멀티 컬러 휠을 제조하는 경우, 기재의 사이즈가 크므로, 서로 다른 색상의 형광 분말을 도포할 때 분말층의 도포를 한번에 완료하는데 어려움이 크며, 도포 공정에 대한 요구가 매우 높다. 또한, 서로 다른 색상 구간은 각 색상 형광 분말의 내열 성능이 서로 다르므로, 여러번 도포하고 소결해야 하여, 제조 곤란도가 크고 제작 주기가 매우 길다.

본 발명이 주로 해결하고자 하는 기술적 과제는 반사율과 안정성을 모두 고려할 수 있는 파장 변환 장치 및 그 제조 방법, 관련 발광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예는 파장 변환 장치의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은,

순차적으로 적층되어 일체로 된 세라믹 기판, 반사층과 형광 분말층을 포함하는 다수의 파장 변환 모듈을 제조하는 단계;

상기 다수의 파장 변환 모듈을 하부판의 일측면에 장착 고정하는 단계를 포함한다.

나아가, 상기 반사층은 난반사층이며, 상기 난반사층은 백색 산란 입자, 제1 유리 분말과 유기 캐리어를 포함하여 혼합된 난반사 슬러리를 소결하여 형성된다.

나아가, 상기 형광 분말층은 형광 분말, 제2 유리 분말과 유기 캐리어를 포함하는 형광 분말 슬러리를 소결하여 형성된다.

나아가, 상기 형광 분말층은 실리콘 접착제와 형광 분말을 포함하는 혼합체가 경화되어 형성된다.

나아가, 각각의 상기 파장 변환 모듈을 제조하는 단계는,

상기 세라믹 기판에 상기 난반사 슬러리를 도포하고 소결하여 난반사층을 형성하는 단계;

상기 난반사층에 상기 형광 분말 슬러리를 도포하고 소결하여 형광 분말층을 형성함으로써 파장 변환 모듈을 얻는 단계로서, 그 중 상기 난반사 슬러리의 제1 유리 분말의 연화점 온도가 상기 형광 분말 슬러리의 제2 유리 분말의 연화점 온도보다 높은 단계를 포함한다.

나아가, 각각의 상기 파장 변환 모듈을 제조하는 단계는,

기재에 상기 형광 분말 슬러리를 도포하고 소결하여 형광 분말층을 형성하는 단계;

상기 형광 분말층에 상기 난반사 슬러리를 도포하고 소결하여 난반사층을 형성하는 단계로서, 그 중 상기 형광 분말 슬러리의 제2 유리 분말의 연화점 온도는 상기 난반사 슬러리의 제1 유리 분말의 연화점 온도보다 높은 단계;

상기 기재를 탈형시켜, 일측면에 형광 분말층이 부착된 난반사층을 취출하며, 난반사층의 타측면을 상기 세라믹 기판에 접착시키거나 또는 소결하여 파장 변환 모듈을 얻는 단계를 포함한다.

나아가, 상기 제1 유리 분말과 제2 유리 분말은 규산염 유리, 규산납 유리, 알루미늄 붕규산염 유리, 알루민산염 유리, 나트륨-칼슘 유리, 석영 유리로부터 선택된 하나 또는 적어도 둘의 혼합물이다.

나아가, 상기 백색 산란 입자는 알루미나, 산화티타늄, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 산화아연, 산화지르코늄, 황산바륨 중 하나 또는 적어도 둘의 혼합체이다.

나아가, 각각의 상기 파장 변환 모듈의 형광 분말층은 한 가지 단색 형광 분말로 구성되고, 서로 다른 단색 형광 분말은 서로 다른 파장 변환 모듈에 형성된다.

나아가, 상기 파장 변환 모듈의 총 수보다 적은 수의 다수의 파장 변환 모듈이 형광 세라믹 모듈로 대신되고, 상기 형광 세라믹 모듈은 형광 세라믹 블록과, 상기 형광 세라믹 하부에 부착된 전반사 매질막을 포함한다.

나아가, 각각의 상기 형광 세라믹 모듈을 제조하는 단계는,

형광 세라믹 블록을 획득하는 단계;

상기 형광 세라믹 블록 저면에 전반사 매질막을 코팅하는 단계를 포함한다.

나아가, 상기 전반사 매질막의 외면에 금속 보호막을 코팅한다.

나아가, 상기 파장 변환 모듈 또는 형광 세라믹 모듈을 접착, 용접 또는 기계적 체결 방식으로 상기 하부판에 고정한다.

종래 기술에 비해 본 발명은 아래와 같은 유익한 효과를 가진다.

1. 종래의 경면 금속판 대신 세라믹 기판 또는 형광 세라믹을 이용하면, 세라믹 재료의 용융점이 금속보다 높아, 금속보다 더 높은 온도에 견딜 수 있다. 또한 세라믹 캐리어와 형광 분말 사이의 계면 열저항이 낮아, 형광 분말층의 열량을 세라믹 캐리어에 전달하고 공기 속에 발산함으로써, 파장 변환 장치의 열 안정성을 향상할 수 있다. 또한 세라믹 캐리어의 열팽창계수가 낮아 고온에서 쉽게 변형하지 않으며, 형광 분말층의 열팽창계수와 근접하며, 미세하게 변형하더라도 형광 분말층의 부착에 어려움을 초래하지 않는다.

2. 파장 변환 장치의 제조 곤란도를 낮추고 생산 주기를 단축할 수 있다. 하나의 세라믹 기판에 서로 다른 형광 분말층을 한번에 도포하는 것은 어려움이 크며, 서로 다른 색상 구간은 여러번 도포하고 소결해야 하므로 제작 주기가 길다. 예를 들어 4개의 형광 분말층은 순차적으로 도포 및 소결해야 하며, 다시 말해 4개의 소결 주기가 필요하다.

그러나 본 발명은 각각의 형광 분말층이 서로 다른 파장 변환 모듈에 분할 형성될 수 있어, 사이즈가 작아 1회 도포 및 성형이 용이하다. 또한 서로 다른 색상의 형광 분말층은 동시에 각각 소결할 수 있어, 컬러 휠 제작 주기가 단축된다. 예를 들어 상기 4개의 형광 분말층은 본 발명에서 2개의 소결 주기만 필요하다.

3. 모듈형 구성은 융통성이 더 있으며 고성능 파장 변환 장치를 제조하는데 유리하다. 반사층, 형광 분말층을 모두 하나의 전체 세라믹 기재 위에 전체적으로 도포하는 경우, 특별 공정 처리(예를 들어 소결, 소둔 등 열처리)를 수행할 때 세라믹 기재 상의 각 기능층의 성능 한계(예를 들어 적색 형광 분말의 적색 형광 분말층은 600℃ 이상의 고온에 견디지 못한다)를 고려해야 한다. 또한 구성이 복잡한 고성능 컬러 휠을 설계할 때 이들 성능 한계로 인해 절충적인 솔루션을 수동적으로 취해야 하여 각종 형광 분말 또는 각종 제조 공정의 최적 효과를 발휘하는데 불리하다.

본 발명에서 서로 다른 파장 변환 모듈은 서로 다른 설계의 형광 분말 색상에 필요한 구간의 사이즈에 맞추어 분할할 수 있고, 서로 다른 색상의 형광 분말의 발광, 방열 특성에 따라 서로 다른 반사층 또는 열전도 공정, 예를 들어 세라믹 표면 금속화, 열전도 필러 입자, 표면 은도금 등을 이용할 수 있다. 또한 각 색상 구간은 다른 구간의 성능 영향을 고려할 필요가 없이 그 최적 공정 조건에서 각각 제조할 수 있어 고성능 컬러 휠을 설계 및 제조하는데 유리하다.

4. 소모재를 감소시켜 비용을 절감한다. 본 발명에 따른 모듈화된 파장 변환 장치는 제품의 품질 제어에도 유리하다. 종래의 컬러 휠은 어느 하나의 형광 분말 구간에 품질 문제가 발생하면 컬러 휠 전체가 폐기된다. 그러나 본 발명에 따른 파장 변환 장치는 어느 하나의 파장 변환 모듈에 품질 문제가 발생하면 하나의 모듈을 다시 별도로 제조하여 추가할 수 있어 품질 제어 비용이 낮아진다.

도 1은 본 발명에서 제조된 파장 변환 장치의 일실시예의 구성 개략도이며;
도 2는 본 발명에서 제조된 파장 변환 장치의 다른 실시예의 구성 개략도이며;
도 3은 본 발명에 따른 파장 변환 장치 제조 방법의 제1 실시예의 절차 개략도이며;
도 4는 본 발명에 따른 파장 변환 장치 제조 방법의 제2 실시예의 절차 개략도이며;
도 5는 본 발명에 따른 파장 변환 장치 제조 방법의 제3 실시예의 절차 개략도이다.

이하 도면과 실시형태를 결합하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 파장 변환 장치의 제조 방법을 보호하며, 상기 파장 변환 장치는 다수의 파장 변환 모듈을 구비하고, 각각의 파장 변환 모듈은 파장 변환 기능을 가진다. 예를 들어 남색 여기 광을 적색 자극 광으로 변환하고, 황색 여기 광을 녹색 자극 광으로 변환하는 등이다. 이 방법으로 파장 변환 장치를 제조하면 여러가지 우세를 가지며, 이하 구체적인 실시예를 결합하여 설명한다.

실시예 1

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 파장 변환 장치의 제조 방법은, 먼저 3개의 파장 변환 모듈(2a, 2b, 2c)을 각각 제조한 후 3개의 파장 변환 모듈을 하부판(1)의 일측면에 장착 고정한다.

여기서 각각의 파장 변환 모듈(2a/2b/2c)의 제조 단계는 아래와 같이 구분된다.

S1) 난반사 슬러리와 형광 분말 슬러리를 조제하고;

S2) 세라믹 기판에 난반사 슬러리를 도포하고 소결하여 난반사층을 형성하며;

S3) 난반사층에 형광 분말 슬러리를 도포하고 소결하여 형광 분말층을 형성함으로써 파장 변환 모듈을 얻는다.

파장 변환 모듈(2a)은 도 2와 같이 세라믹 기판(23), 난반사층(22)과 형광 분말층(21)을 포함하며, 3자는 순차적으로 적층 형성되고 둘씩 긴밀하게 부착된다.

단계 S1에서, 난반사 슬러리는 백색 산란 입자, 제1 유리 분말과 유기 캐리어를 포함하여 혼합 형성된다.

여기서 백색 산란 입자는 입사광을 반사하는 것으로서, 일반적으로 염류 또는 산화물계 분말이며, 입경 크기는 50nm 내지 5μm로 서로 다르다. 그 구성은 알루미나, 산화티타늄, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 산화아연, 산화지르코늄, 황산바륨 등 슈퍼 화이트 모노머 분말 입자, 또는 적어도 둘 이상의 분말 입자의 혼합체이다. 이들 백색 산란 재료는 실질적으로 광을 흡수하지 않고 성질이 안정하여 고온에서 산화 또는 분해되지 않는다.

난반사층이 양호한 반사율과 방열 효과를 필요로 하는 것을 고려하여, 종합적 성능이 높은 알루미나 분말을 선택하는 것이 바람직하다. 물론, 입사광에 대한 난반사층의 반사 기능을 구현하기 위해, 백색 산란 재료는 난반사층에서 일정한 치밀도와 두께를 가져야 하며, 상기 치밀도와 두께는 실험으로 결정할 수 있다.

유리 분말은 비정형 입자형의 유리 균질체이며, 그 투명도가 높고 화학적 성질이 안정하다. 제1 유리 분말은 규산염 유리, 규산납 유리, 알루미늄 붕규산염 유리, 알루민산염 유리, 나트륨-칼슘 유리, 석영 유리 중의 하나 또는 적어도 둘의 혼합물일 수 있다. 제1 유리 분말은 백색 산란 입자를 접착시켜 소결한 후, 백색 산란 입자를 공기와 격리시켜 백색 산란 입자가 공기 속에서 습기를 받는 것을 방지할 수 있으며, 난반사층이 높은 강도와 투과율을 갖도록 한다. 제1 유리 분말은 입사광을 투과시킬 수 있는 동시에 열량을 전도해야 한다. 따라서 제1 유리 분말은, 성질이 안정하고 투과율이 높을 뿐만 아니라 다른 유리 분말에 비해 높은 열전도율을 가지는 붕규산 유리 분말인 것이 바람직하다.

백색 산란 입자와 접착제의 질량 비율은 (1~15):1 사이가 바람직하다. (8~12):1 사이인 것이 바람직하며, 이 질량 비율에 의해 획득되는 난반사층은 측정에 따르면 경면 알루미늄 기판의 반사율에 대해 99.5%일 수 있으며, 경면 알루미늄 기판과 거의 동일하다. 물론, 난반사 입자의 입경, 난반사층의 두께 및 치밀도는 그밖의 다른 수치일 수도 있으며, 이들 수치는 본 분야의 기술자가 종래 기술을 토대로 몇차례 실험으로 얻을 수 있다.

무기 캐리어는 백색 산란 입자와 제1 유리 분말이 무기 캐리어 속에서 충분히 혼합 및 분산되도록 하며, 고온 소결 후 휘발 및 분해되어 실질적으로 잔류하지 않는다. 선택 가능한 무기 캐리어로는, 페닐실리콘오일(Phenyl Silicone Oil), 에틸렌글리콜, PVB(폴리비닐부티랄), 에탄올, 크실렌, 에틸셀룰로오스, 테르피네올(terpineol), 부틸카비톨(butyl carbitol), PVA, PAA, PEG 중의 하나 또는 적어도 둘의 혼합체 등이다. 무기 캐리어와 백색 산란 입자의 부피 비율은 후자가 제1 유리 분말과 균일하게 혼합 가능하고 충분히 교반 가능한 것이 바람직하다.

단계 S1에서, 형광 분말 슬러리는 형광 분말, 제2 유리 분말과 유기 캐리어를 포함한다.

형광 분말은 여기 광을 흡수하여 여기 광의 파장과는 다른 광을 여기하기 위한 것으로, 선택 가능한 것으로는 예를 들어 YAG(이트륨-알루미늄 가넷) 형광 분말이 있다. YAG 형광 분말은 남색광, 자외광 등을 흡수하여 황색 자극 광을 발생시킨다. 또는 여기광을 흡수하여 적색 자극 광을 발생시키는 적색 형광 분말일 수도 있다. 또는 녹색 형광 분말 등과 같이 그밖의 다른 색상의 자극 광을 발생시키는 형광 분말일 수도 있다.

제2 유리 분말은 제1 유리 분말과 동일한 유리 분말을 선택할 수 있고 상기에서 언급된 기타 유리 분말을 선택할 수도 있으며, 본 명세서에서 이를 한정하지 않는다. 유기 캐리어는 상기 난반사 슬러리에 대한 설명에서 상응한 설명을 참조할 수 있다.

단계 S2에서, 먼저 세라믹 기판에 난반사 슬러리를 도포하여 소결함으로써, 상기 난반사 슬러리가 난반사층(22)으로 소결되도록 한다. 그 중 유기 캐리어는 휘발한다. 제2 유리 분말은 소결 후 세라믹 기판(21)과의 결합력이 매우 강해지며 높은 온도에 견딜 수 있다.

여기서 세라믹 기판(21)은 일정 폭을 가진 원호형 구간이다. 바람직하게는 세라믹 기판(21)은 알루미나 기판, 질화알루미늄 기판, 질화규소 기판, 탄화규소 기판, 질화붕소 기판 또는 산화베릴륨 기판이며, 이들은 모두 치밀한 구조를 가진 세라믹 판이며, 다공성 구조를 가지지 않는다. 이들 재료의 열전도율은 80W/mK 이상이며, 용융점은 실질적으로 2000℃ 이상이다. 따라서 이들은 열전도와 함께 높은 온도에 견딜 수 있다. 물론, 세라믹 기판의 열전도율에 대한 요구가 높지 않은 경우, 세라믹 기판은 다른 종류의 세라믹 판을 이용하여 제조할 수도 있다.

단계 S2에서, 난반사층은 난반사 슬러리를 이용하지 않고 접착 등의 방식으로 세라믹 기판에 고정할 수도 있다. 다만 접착 방식으로 고정하면 접착제의 존재로 인해 난반사층(22)과 세라믹 기판(21) 사이에 계면층이 존재하여 난반사층(22)의 열량이 세라믹 기판(21)으로 전달되는 것을 저해한다.

따라서, 난반사층(22)은 제1 유리 분말을 이용하여 세라믹 기판(21)에 바로 소결되는 것이 바람직하다. 이때 세라믹 기판(21)과 난반사층(22)은 비교적 높은 결합력을 가지며 열전도성이 좋다. 또한 유리와 세라믹의 열팽창계수가 유리와 금속보다 더 매칭되므로, 난반사층(22)이 금속 알루미늄 기판에 바로 제조되는 경우에 비해 쉽게 변형하여 탈락하지 않는다. 한편, 세라믹 기판(21)이 높은 열전도계수를 가지므로, 금속처럼 양호한 열전도 기능을 할 수도 있다.

단계 S3에서, 난반사층에 형광 분말 슬러리를 도포한 후 그 전체를 2차 소결한다. 2차 소결에서 난반사층(22)에 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 소결 온도는 제1 유리 분말의 연화점 이하인 것이 바람직하다. 따라서 제1 유리 분말의 연화점은 제2 유리 분말의 연화점보다 높아야 한다.

본 실시예의 형광 분말층은 상기 형광 분말 슬러리를 이용하지 않고 실리콘 접착제와 형광 분말의 혼합체를 난반사층에 바로 도포하여 가열 경화시킬 수도 있다. 따라서 제1 유리 분말의 연화점보다 훨씬 낮은 가열 온도를 가지며 난반사층에 영향을 미치지 않는다.

2차 소결 또는 가열 경화하여 파장 변환 모듈을 얻는다. 상기 단계 S1, S2, S3을 중복하여, 다수의 이와 같은 파장 변환 모듈을 제조할 수 있으며, 그후 단계 S4를 수행한다.

S4) 제조된 다수의 파장 변환 모듈을 순차적 또는 동시에 하부판(1)에 장착 고정한다.

물론, 하나의 파장 변환 모듈을 제조할 때마다 이를 하부판(1)에 고정한 후 다시 다른 모듈을 제조할 수도 있으며, 이 솔루션은 본 발명의 보호 범위에 속하는 것이 명백하다.

바람직하게는 서로 다른 파장 변환 모듈에 구비된 형광 분말은 한 가지 뿐이다. 즉 상기 형광 분말층에는 한 가지 색상의 광을 여기하는 단색 형광 분말만을 함유하며, 서로 다른 단색 형광 분말은 서로 다른 파장 변환 모듈에 형성된다. 예를 들어, 파장 변환 모듈(2a, 2b, 2c)에는 각각 적색 형광 분말, 황색 형광 분말 및 오렌지색 형광 분말이 형성된다.

단계 S4에서, 접착, 용접 등의 방식으로 세라믹 기판(21)에 있어서 난반사층(22)을 등진 측의 표면을 하부판(1)에 접착한다. 양자를 접착하기 위한 접착제는 높은 열전도의 접착제, 예를 들어 은 접착제를 이용하거나 또는 높은 열전도의 실리콘 접착제에 적정량의 높은 열전도 필러 입자를 혼합하여 형성한 슬러리를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 높은 열전도의 필러 입자는 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소, 산화이트륨, 산화아연, 산화티타늄 등의 입자 중 하나 또는 적어도 둘의 혼합 분말 입자일 수 있다. 그러면, 세라믹 기판과 하부판 사이의 열저항을 감소시킬 수 있어 파장 변환 장치의 내열성 향상에 유리하다. 세라믹 기판은 또한 기계적 체결 방식, 예를 들어 볼트, 리벳 등 체결 부재에 의한 연결 또는 탄성 시트에 의한 가압 체결, 또는 버클링 등의 방식으로 하부판(1)에 고정될 수도 있다.

도 1의 실시예에서 3개의 파장 변환 모듈의 세라믹 기판은 모두 원호형 구간이며, 하부판에서 맞춤 결합되어 하나의 완전한 원고리를 이룬다. 명백한 바, 파장 변환 모듈은 다수 개일 수도 있으며, 맞춤 결합되어 직선형 등 다른 형상을 이룰 수도 있다. 원고리형은 바람직한 솔루션이며, 도 2의 모터(3)의 구동에 의해 회전함으로써 여기 광이 지속적 그리고 순차적으로 서로 다른 파장 변환 모듈에 조사되어 서로 다른 단색 광을 얻는데 유리하다.

단계 S4에서, 하부판(1)은 디스크 형상을 가지며, 금속, 금속 합금, 또는 금속―무기 복합 재료, 예를 들어 알루미늄, 황동, 다이아몬드-구리 등으로 제작된다. 이들 금속 함유 재료는 모두 양호한 열전도 성능과 기계적 강도를 가지며, 파장 변환 모듈의 로딩 판으로서 모터(3)에 연결되어 회전할 수 있다.

본 발명의 실시예는 종래의 경면 금속판 대신 난반사층과 세라믹 기판을 이용한다. 여기서 난반사층은 백색 산란 입자를 포함하고, 백색 산란 입자는 입사광을 산란시킨다. 따라서 종래의 금속 반사층에 의한 경면 반사 대신 난반사를 이용하여 입사광에 대한 반사를 구현한다. 또한, 백색 산란 입자는 고온에서도 산화, 분해 등의 반응으로 인해 그 색상, 성질이 변해 입사광에 대한 반사가 약화되는 일이 없다. 따라서 난반사층은 높은 온도에 견딜 수 있다. 또한, 세라믹 기판 재료의 용융점이 금속보다 높으므로 금속보다 더 높은 온도에 견딜 수 있으며, 고온 환경에서 장기간 작동해도 산화, 연성화 등 성능 변화가 쉽게 발생하지 않는다. 따라서 종래의 금속 기판 대신 이용한다.

나아가, 종래의 일체형 알루미늄 기판에 다양한 형광 분말층을 각각 도포하는 것을 대신하여 다수의 파장 변환 모듈을 이용하여, 현저한 우세를 가진다.

서로 다른 색상의 형광 분말이 서로 다른 물리, 화학적 성능을 가지므로, 이들을 모두 동일한 알루미늄 기판에 제조할 경우, 각 형광 분말의 공정 파라미터를 고려하여 최종적으로 절충적인 솔루션을 선택해야 한다. 따라서 최적화 효과를 얻을 수 없다. 그러나 본 발명은 각 색상 형광 분말의 고온 특성 및 이에 배합되는 유리 접착제의 연화점에 따라 각 모듈을 각각 소결할 수 있다.

예를 들어, 적색 형광 분말, 오렌지색 형광 분말의 내열 온도가 낮으므로, 투과성이 낮으나 용융점이 낮은 저온 유리 분말을 선택하여 배합할 수 밖에 없으며 이에 따라 낮은 온도에서 소결한다. 황색 형광 분말, 녹색 형광 분말은 내열성이 높아, 투과율이 높은 고용융점 유리 분말을 선택하여 배합할 수 있으며, 이에 따라 높은 온도에서 소결할 수 있다. 그리고, 적색 형광 분말 등 방열량이 높은 형광 분말에 대하여, 당해 형광 분말이 속한 파장 변환 모듈은 열전도율이 더 높은 고도의 열전도 세라믹 기판, 고성능 은 접착제 등의 고비용 재료를 단독으로 선택 가능하며, 일부 표면 처리 공정 등을 추가할 수 있다. 그리고, 황색, 녹색 등 형광 분말이 속한 모듈은 저비용 재료를 이용할 수 있으며, 이로써 성능과 비용을 모두 고려할 수 있다.

모듈형 파장 변환 장치는 제품의 품질 제어에도 유리하다. 일체형 컬러 휠은 어느 하나의 색상 구간에 품질 문제가 발생하면 컬러 휠 전체가 폐기된다. 그러나 본 발명에 따른 모듈형 구성은 어느 하나의 모듈에 품질 문제가 발생하면 하나의 모듈을 다시 별도로 제조하여 추가할 수 있어 품질 제어 비용이 낮아진다.

실시예 2

본 실시예와 실시예 1의 상이점은 각각의 파장 변환 모듈을 제조하는 단계가 다르다는 것이며, 그밖에 설명하지 않은 특징은 실시예 1을 참조한다.

도 4와 같이, 본 실시예에서 파장 변환 모듈의 제조 단계는 아래와 같이 구분된다.

P1) 난반사 슬러리와 형광 분말 슬러리를 조제하고;

P2) 하나의 기재에 형광 분말 슬러리를 도포하고 소결하여 형광 분말층을 형성하며;

P3) 형광 분말층에 난반사 슬러리를 도포하고 소결하여 난반사층을 형성하며;

P4) 상기 기재를 탈형시켜, 일측면에 형광 분말층이 부착된 난반사층을 취출하며, 난반사층의 타측면을 상기 세라믹 기판에 접착시키거나 또는 소결하여 파장 변환 모듈을 얻는다.

이하 각 단계를 상세히 설명한다.

단계 P1은 실시예 1의 단계 S1에 대한 설명을 완전히 참고할 수 있으므로 본 명세서에서 더 설명하지 않는다.

단계 P2에서, 기재를 선택하여 그 기재에 후속 탈형에 유리하도록 탈형제를 도포한다. 상기 탈형제는 종래에 시판되는 임의의 내고온 탈형제를 선택할 수 있다. 상기 기재는 소결시 양호한 성질 및 상태가 유지되도록 내고온 성능이 우수해야 하며, 금속 재료가 바람직하다.

단계 P3에서 난반사층의 소결 단계는 실시예 1의 단계 S2를 참조한다. 참고로, 본 실시예에서 본 단계의 소결시에 형광 분말층에 영향을 미치지 않도록, 난반사 슬러리 중 제1 유리 분말의 연화점 온도는 형광 분말 슬러리 중 제2 유리 분말의 연화점 온도보다 낮아야 한다. 즉 소결 온도는 제2 유리 분말의 연화점 온도보다 낮아야 한다.

단계 P4에서 팽창계수의 차이를 이용하여 파장 변환 모듈을 가열하고 강온시키는 작업을 진행한다. 이로써 팽창계수가 큰 금속 기재와 형광 분말층을 분리시켜 탈형의 목적을 이룬다.

실시예 1과 실시예 2는 파장 변환 모듈을 제조하는 두 가지 방식을 제공하여 그 제조에 다양한 가능성을 제공한다. 또한, 본 실시예에서 세라믹 기판은 한번만 소결하거나 또는 소결하지 않아도 되어, 소결로 인해 세라믹 기판의 성능이 변하는 경우를 줄이는데 유리하다.

실시예 3

본 실시예와 실시예 1, 2의 상이점은, 전체가 아닌 일부 파장 변환 모듈을 형광 세라믹 모듈로 대신한 것이다. 따라서 본 실시예는 도 5와 같이 일부 파장 변환 모듈은 전술한 실시예 1 또는 2의 단계에 따라 좌측 절차에 나타낸 바와 같이 진행하고, 다른 일부는 우측 절차에 나타낸 바와 같이 형광 세라믹 모듈로 대신한다.

이와 상응하게, 상기 형광 세라믹 모듈을 제조하는 단계는 구체적으로 아래와 같다.

Q1) 형광 세라믹 블록을 획득하며;

Q2) 형광 세라믹 블록 저면에 전반사 매질막을 코팅한다.

나아가, 단계 Q3을 더 포함할 수 있다.

Q3) 전반사 매질막의 외면에 금속 보호막을 증착한다.

도 2와 같이, 이로부터 제조된 형광 세라믹 모듈(3c)은 적층된 형광 세라믹 블록(31), 전반사 매질막(32), 금속 보호막(미도시)을 포함한다.

그후 단계 Q4를 진행한다.

Q4) 제조된 하나 또는 다수의 형광 세라믹 모듈을 전술한 하부판에 고정 장착하되, 다른 파장 변환 모듈과 하부판의 동일측에 위치시킨다.

단계 Q1에서, 형광 세라믹 블록은 여기 광에 의해 여기되어 자극 광을 발생시킬 수 있는 세라믹체이며, 예를 들어 YAG 마이크로 결정 유리, 소결된 YAG 세라믹 또는 그밖의 다른 체계의 황색, 녹색 또는 적색 형광 세라믹이다. 형광 세라믹 블록은 그 자체가 열전도율이 높고 일정한 강도를 가지고 가공성이 강하므로, 그 자체가 전술한 실시예 중 세라믹 기판의 지지, 열전도 기능을 가진다. 따라서 본 실시예에서는 별도의 세라믹 기판을 캐리어로 하지 않아도 된다.

본 단계는, 세라믹 기판에 형광 분말층을 형성하지 않고 형광 세라믹 블록을 이용하므로 동일한 기능과 효과를 얻을 수 있고, 구성이 더 단순해지고 제조 공정이 단순화된다. 또한, 형광 세라믹(310)이 치밀한 구조를 가지므로 공기가 상기 형광 세라믹(310)을 투과하여 반사층 박막과 반응할 수 없으며, 반사층의 안정성이 더 향상된다. 또한 형광 세라믹이 매우 높은 열전도율을 가지므로, 더 높은 출력의 여기 광 조사에 더 적용된다.

단계 Q2에서, 전반사 매질막은 한 층의 고반사 기능막, 예를 들어 은막, 알루미늄막 등이며, 전자빔 스퍼터링, 플라즈마 스퍼터링, 증착 등 방식을 이용하여 그 형광 세라믹 블록의 하부에 제작할 수 있다.

단계 Q3에서, 형광 세라믹 블록의 전반사 매질막 상에 상술한 도막 방법으로 한 층의 금속 보호막을 코팅할 수 있다. 이 금속 보호막은 Ti, Ni, Cu, Al, Mo 등 금속 중 하나 또는 적어도 두 가지 금속의 혼합 코팅층일 수 있으며 또는 다양한 금속이 교대로 도막되어 형성된 복합 필름층일 수 있다. 이 금속 보호막의 하나의 기능은 반사막층을 보호하는 것이고, 두번째 기능은 하부판과의 접착, 특히 솔더링 유형의 접착에 유리하도록 하는 것이다.

도막에 의해 전반사 매질막을 얻는 것은 본 실시예의 바람직한 하나의 방법이다. 도막은 공정과 비용에 대한 요구가 높으므로, 실제 적용시 비용 제어가 필요한 일부 경우에 반사층은 난반사층으로 대신할 수도 있다. 즉 상기 실시예의 난반사 슬러리를 조제하고 형광 세라믹 표면에 소결하는 공정을 통해 얻을 수 있다.

또는, 전반사 매질막은 실리콘 접착제와 백색 산란 입자의 혼합물을 경화시켜 형성할 수도 있다. 형광 세라믹 블록의 저면에 상기 혼합물을 도포하고 하부판과 접착시킨 후 경화를 거쳐 일체로 접착한다. 이때 성형 공정의 온도가 크게 낮아질 수 있다.

단계 Q4는 전술한 파장 변환 모듈과 하부판의 고정 방식을 참조하여 연결할 수 있으며, 여기서 설명을 생략한다. 본 실시예에서, 전반사 매질막 또는 금속 보호막과 하부판 사이에 저온 진공 솔더링 방식을 이용하는 것이 바람직하며, 이로써 용접층의 기공과 두께를 감소시킬 수 있으며 열전도에 유리하다.

단계 Q4에서, 형광 세라믹 블록이 다수 개인 경우, 동일한 단색 형광 분말을 포함할 수 있으며, 서로 다른 자극 광을 발생시킬 수 있도록, 서로 다른 형광 세라믹 블록에 포함된 단색 형광 분말이 서로 다른 것이 바람직하다. 또한, 서로 다른 형광 분말에 따라, 서로 다른 전반사 매질막 또는 난반사층을 제조하고, 각각에 최적화된 생산 공정 조건을 설계함으로써 최적의 파장 변환 모듈을 각각 얻을 수 있다.

실시예 4

실시예 3을 토대로, 본 실시예는 파장 변환 모듈, 형광 세라믹 모듈을 제외하고도 반사 모듈을 더 구비한다.

상기 반사 모듈은 금속 기판을 포함하며, 금속 기판에는 고반사율 반사막, 예를 들어 은막, 알루미늄막 등이 코팅되어 있다. 또는, 상기 금속 기판에 백색 산란 입자와 실리콘 접착제가 혼합 및 경화되어 형성된 난반사층이 형성되어 있다. 비록 실리콘 접착제의 열 안정성이 낮으나, 상기 모듈은 순수한 난반사층이며 방열량이 작아 고출력 조건에서 적용 요건을 충족시킬 수 있다. 이 경우 실리콘 접착제 반사층의 비용이 낮아 비용 제어에도 유리하다. 마찬가지로, 이때의 반사 모듈로서 세라믹 기판에 난반사층을 형성하는 것도 가능하다.

예를 들어, 본 실시예에서 3개의 파장 변환 모듈, 2개의 형광 세라믹 모듈과 하나의 반사 모듈을 포함하며, 3자는 모두 원호형 구간이고, 제작 완료 후 하부판에 각각 고정 장착되어 하나의 전체 원고리형으로 맞춤 결합된다.

본 실시예에서, 3개의 파장 변환 모듈은 각각 동시에 단계 S1, S2, S3에 따라 진행되거나 또는 단계 P1, P2, P3, P4에 따라 진행되며, 이와 함께 2개의 형광 세라믹 모듈은 단계 Q1, Q2, Q3에 따라 동시에 진행될 수 있으며, 이와 동시에 상기 반사 모듈의 제작을 완료할 수 있다. 마지막으로 모든 모듈을 일정한 배열 방식으로 하부판에 고정하여 하나의 전체를 이룬다.

다양한 모듈 사이, 각종 모듈의 각 모듈 사이는 모두 동시에 각각 제조할 수 있어 제작 주기 단축이 극대화되어 효율이 향상된다. 또한, 각 모듈은 서로 다른 공정 조건에서 동시에 각각 제작할 수 있고 서로 간섭하지 않으므로 최적화 생산 공정을 각각 얻고 최적화된 모듈 기능을 얻는데 유리하며, 제품 품질 향상에 유리하다.

본 명세서에서 각 실시예는 점진적 방식으로 설명되었으며, 각 실시예의 요점에서 설명한 것은 모두 다른 실시예와 상이한 점이며, 각 실시예 사이의 동일 유사한 부분은 서로 참조하면 된다.

이상은 단지 본 발명의 실시형태일 뿐이며, 이로써 본 발명의 특허청구범위를 한정하지 않는다. 본 발명의 명세서 및 도면의 내용을 이용하여 진행한 모든 등가적 구성 또는 등가적 절차 변경, 또는 기타 관련 기술 분야에 직간접적으로 적용한 것은 동일한 이치로 모두 본 발명의 보호 범위에 포함된다.

Claims (14)

1. 순차적으로 적층되어 일체로 된 세라믹 기판, 반사층과 형광 분말층을 포함하는 다수의 파장 변환 모듈을 제조하는 단계;
   상기 다수의 파장 변환 모듈을 하부판의 일측면에 장착 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치의 제조 방법.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 반사층은 난반사층이며, 상기 난반사층은 백색 산란 입자, 제1 유리 분말과 유기 캐리어를 포함하여 혼합된 난반사 슬러리를 소결하여 형성된 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
3. 제2 항에 있어서,
   상기 형광 분말층은 형광 분말, 제2 유리 분말과 유기 캐리어를 포함하는 형광 분말 슬러리를 소결하여 형성된 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 형광 분말층은 실리콘 접착제와 형광 분말을 포함하는 혼합체가 경화되어 형성된 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
5. 제3 항에 있어서,
   각각의 상기 파장 변환 모듈을 제조하는 단계는,
   상기 세라믹 기판에 상기 난반사 슬러리를 도포하고 소결하여 난반사층을 형성하는 단계;
   상기 난반사층에 상기 형광 분말 슬러리를 도포하고 소결하여 형광 분말층을 형성함으로써 파장 변환 모듈을 얻는 단계로서, 그 중 상기 난반사 슬러리의 제1 유리 분말의 연화점 온도가 상기 형광 분말 슬러리의 제2 유리 분말의 연화점 온도보다 높은 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
6. 제3 항에 있어서,
   각각의 상기 파장 변환 모듈을 제조하는 단계는,
   기재에 상기 형광 분말 슬러리를 도포하고 소결하여 형광 분말층을 형성하는 단계;
   상기 형광 분말층에 상기 난반사 슬러리를 도포하고 소결하여 난반사층을 형성하는 단계로서, 그 중 상기 형광 분말 슬러리의 제2 유리 분말의 연화점 온도가 상기 난반사 슬러리의 제1 유리 분말의 연화점 온도보다 높은 단계;
   상기 기재를 탈형시켜, 일측면에 형광 분말층이 부착된 난반사층을 취출하며, 난반사층의 타측면을 상기 세라믹 기판에 접착시키거나 또는 소결하여 파장 변환 모듈을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
7. 제3 항에 있어서,
   상기 제1 유리 분말과 제2 유리 분말은 규산염 유리, 규산납 유리, 알루미늄 붕규산염 유리, 알루민산염 유리, 나트륨-칼슘 유리, 석영 유리로부터 선택된 하나 또는 적어도 둘의 혼합물인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
8. 제2 항에 있어서,
   상기 백색 산란 입자는 알루미나, 산화티타늄, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 산화아연, 산화지르코늄, 황산바륨 중 하나 또는 적어도 둘의 혼합체인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
9. 제1 항에 있어서,
   각각의 상기 파장 변환 모듈의 형광 분말층은 한 가지 단색 형광 분말로 구성되고, 서로 다른 단색 형광 분말은 서로 다른 파장 변환 모듈에 형성된 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
10. 제1 항에 있어서,
    상기 파장 변환 모듈의 총 수보다 적은 수의 다수의 파장 변환 모듈이 형광 세라믹 모듈로 대신되고, 상기 형광 세라믹 모듈은 형광 세라믹 블록과, 상기 형광 세라믹 블록 하부에 부착된 전반사 매질막을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
    
11. 제10 항에 있어서,
    각각의 상기 형광 세라믹 모듈을 제조하는 단계는,
    형광 세라믹 블록을 획득하는 단계;
    상기 형광 세라믹 블록의 저면에 전반사 매질막을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
    
12. 제11 항에 있어서,
    각각의 상기 형광 세라믹 모듈을 제조하는 단계는,
    상기 전반사 매질막의 외면에 금속 보호막을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
    
13. 제1 항 또는 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파장 변환 모듈 또는 형광 세라믹 모듈의 하부를 접착, 용접 또는 기계적 체결 방식으로 상기 하부판에 고정하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
    
14. 제1 항에 있어서,
    상기 하부판은 금속, 금속 합금, 또는 금속과 무기 재료로 이루어진 혼합물인 것을 특징으로 하는 제조 방법.

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