KR20180023386A - Phosphor plate and lighting apparatus comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치에 관한 것이다. The present invention relates to a phosphor plate and a lighting apparatus including the phosphor plate.
일반적인 조명장치는 광원 및 광원 상에 배치되는 형광체 플레이트를 포함한다. 형광체 플레이트는 형광체 분말을 포함하며, LED(Light Emitting Diode) 또는 LD(Laser Diode) 등의 광원으로부터 출력된 빛을 색변환시킨다.A typical illumination device includes a light source and a phosphor plate disposed on the light source. The phosphor plate includes a phosphor powder and color-converts light output from a light source such as an LED (Light Emitting Diode) or an LD (Laser Diode).
형광체 플레이트가 화이트컨버전(white conversion)용으로 적용될 경우, 형광체 플레이트는 가넷(Garnet)계 형광체 분말을 포함할 수 있다. When the phosphor plate is applied for white conversion, the phosphor plate may include Garnet-based phosphor powder.
한편, 형광체 플레이트가 광원으로부터 출력된 빛을 색변환시키는 경우, 형광체 플레이트와 대기 간의 굴절률 차로 인하여 전반사가 발생하며, 이에 따라 광추출 효율이 낮아지는 문제가 있다.On the other hand, when the phosphor plate color-converts the light output from the light source, the total reflection occurs due to the difference in refractive index between the phosphor plate and the atmosphere, thereby lowering the light extraction efficiency.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광추출 효율이 우수한 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a phosphor plate having excellent light extraction efficiency and a lighting apparatus including the phosphor plate.
본 발명의 한 실시예에 따른 형광체 플레이트는 형광체를 포함하는 기판을 포함하고, 상기 기판은 제1 결정립 및 제2 결정립을 포함하며, 상기 제1결정립과 상기 제2결정립 간의 경계(grain boundary)는 볼록한 곡면 형상을 가지는 홈을 포함하며, 상기 홈의 폭은 상기 기판의 표면으로 향할수록 커진다. A phosphor plate according to an embodiment of the present invention includes a substrate including a phosphor, and the substrate includes a first crystal grain and a second crystal grain, and a grain boundary between the first crystal grain and the second crystal grain is And a groove having a convex curved surface shape, the width of the groove becoming larger toward the surface of the substrate.
상기 제1 결정립 및 상기 제2 결정립 간의 경계 지점으로부터 각 결정립의 표면까지의 높이가 80내지 300nm일 수 있다. The height from the boundary point between the first crystal grains and the second crystal grains to the surface of each crystal grains may be 80 to 300 nm.
상기 제1 결정립 및 상기 제2 결정립 간의 경계 지점으로부터 제1 결정립의표면및 제2 결정립의 표면이 이루는 각도는 80 내지 160˚일 수 있다.The angle formed by the surface of the first crystal grains and the surface of the second crystal grains from the boundary point between the first crystal grains and the second crystal grains may be 80 to 160 degrees.
상기 제1 결정립 및 상기 제2 결정립 간의 경계 지점으로부터 각 결정립의 표면을 연결하는 면의 일부는 상기 각 결정립의 표면보다 높게 형성될 수 있다. A part of the surface connecting the surfaces of the crystal grains from the boundary point between the first crystal grains and the second crystal grains may be formed higher than the surface of each of the crystal grains.
상기 홈은 상기 제1 결정립 및 상기 제2 결정립 간의 경계가 환원되어 형성될 수 있다.The grooves may be formed by reducing a boundary between the first crystal grains and the second crystal grains.
투명 기판, 그리고 상기 투명 기판 및 상기 형광체를 포함하는 기판 사이에 배치되는 접착층을 더 포함할 수 있다.A transparent substrate, and an adhesive layer disposed between the transparent substrate and the substrate including the phosphor.
본 발명의 한 실시예에 따른 형광체 플레이트를 제조하는 방법은 형광체 분말 및 소결제를 혼합하는 단계, 혼합한 형광체 분말을 소결하여 형광체 플레이트를 생성하는 단계, 그리고 상기 형광체 플레이트의 적어도 한 면을 환원 분위기 하에서 열처리하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a phosphor plate according to an embodiment of the present invention includes the steps of mixing a phosphor powder and a sintering agent, sintering the phosphor powder to produce a phosphor plate, and irradiating at least one surface of the phosphor plate with a reducing atmosphere Lt; / RTI >
상기 형광체 분말은 가넷계 형광체 분말을 포함할 수 있다. The phosphor powder may include a garnet fluorescent powder.
상기 열처리는 수소 가스(H2) 분위기 하에서 수행될 수 있다.The heat treatment may be performed under a hydrogen gas (H 2 ) atmosphere.
상기 소결제는 리튬플로라이드(LiF), 산화마그네슘(MgO), 스피넬(MgAl2O4), 질화 알루미늄(AlN) 및 산화 알루미늄(Al2O3) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The sintering may include at least one of lithium fluoride (LiF), magnesium oxide (MgO), spinel (MgAl 2 O 4) , aluminum nitride (AlN), and aluminum oxide (Al 2 O 3) .
본 발명의 한 실시예에 따른 조명 장치는 광원, 그리고 상기 광원 상에 배치되는 형광체 플레이트를 포함하고, 상기 형광체 플레이트는, 형광체를 포함하는 기판을 포함하고, 상기 기판은 제1 결정립 및 제2 결정립을 포함하며, 상기 제1결정립과 상기 제2결정립 간의 경계(grain boundary)는 볼록한 곡면 형상을 가지는 홈을 포함하며, 상기 홈의 폭은 상기 기판의 표면으로 향할수록 커진다.An illumination apparatus according to an embodiment of the present invention includes a light source and a phosphor plate disposed on the light source, wherein the phosphor plate includes a substrate including a phosphor, and the substrate includes a first crystal grain and a second crystal grain Wherein a grain boundary between the first crystal grain and the second crystal grain includes a groove having a convex curved surface shape and the width of the groove increases toward the surface of the substrate.
상기 광원은 복수의 광원일 수 있다.The light source may be a plurality of light sources.
상기 복수의 광원 상에 배치되는 상기 형광체 플레이트는 복수의 형광체 플레이트일 수 있다. The phosphor plate disposed on the plurality of light sources may be a plurality of phosphor plates.
상기 복수의 광원 상에 배치되는 상기 형광체 플레이트는 단수의 형광체 플레이트일 수 있다. The phosphor plate disposed on the plurality of light sources may be a single phosphor plate.
상기 형광체 플레이트는 상기 광원 상에 접착될 수 있다. The phosphor plate may be adhered onto the light source.
상기 형광체 플레이트는 상기 광원으로부터 이격되어 배치될 수 있다.The phosphor plate may be disposed apart from the light source.
상기 형광체 플레이트와 상기 광원 사이에 배치되는 접착층을 더 포함할 수 있다. And an adhesive layer disposed between the phosphor plate and the light source.
상기 형광체 플레이트는 투명 기판, 그리고 상기 투명 기판 및 상기 형광체를 포함하는 기판 사이에 배치되는 접착층을 더 포함할 수 있다. The phosphor plate may further include a transparent substrate and an adhesive layer disposed between the transparent substrate and the substrate including the phosphor.
본 발명의 실시예에 따르면, 전반사가 최소화되고, 광추출 효율이 우수한 형광체 플레이트를 얻을 수 있다. 이에 따라, 광속 및 휘도 등의 광특성이 우수한 조명장치를 얻을 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a phosphor plate with minimized total internal reflection and excellent light extraction efficiency. Thus, an illumination device having excellent optical characteristics such as a luminous flux and a luminance can be obtained.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 형광체 플레이트의 사시도이다.
도 2는 도 1의 형광체 플레이트의 X선 방향의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광체 플레이트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 형광체 플레이트의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5 내지 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 제조된 형광체 플레이트의 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 형광체 플레이트의 광특성을 측정한 결과이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광체 플레이트의 단면도이다.
도 9 내지 12는 본 발명의 실시예에 따른 형광체 플레이트를 포함하는 조명장치의 단면도이다.1 is a perspective view of a phosphor plate according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a cross-sectional view of the phosphor plate of Fig. 1 in the X-ray direction. Fig.
3 is a cross-sectional view of a phosphor plate according to another embodiment of the present invention.
4 is a flowchart showing a method of manufacturing a phosphor plate according to an embodiment of the present invention.
5 to 6 are SEM photographs of a phosphor plate manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows the results of measurement of optical characteristics of a phosphor plate according to an embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view of a phosphor plate according to another embodiment of the present invention.
9 to 12 are sectional views of a lighting apparatus including a phosphor plate according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. The terms including ordinal, such as second, first, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 형광체 플레이트의 사시도이고, 도 2는 도 1의 형광체 플레이트의 X선 방향의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광체 플레이트의 단면도이다. FIG. 1 is a perspective view of a phosphor plate according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the phosphor plate of FIG. 1 in an X-ray direction, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a phosphor plate according to another embodiment of the present invention.
도 1 내지 2를 참조하면, 형광체 플레이트(100)는 형광체를 포함하는 기판을 포함한다. 기판은 형광체 분말에 의하여 형성된 다결정체(polycrystalline), 형광체 분말이 분산된 유리기재 또는 형광체 분말이 분산된 플라스틱 기재일 수 있다. Referring to Figs. 1 and 2, the
기판(110)의 적어도 한 면에는 홈(120)이 형성되며, 홈(120)의 폭(W)은 기판(110)의 표면(S)으로 향할수록 커진다. A
여기서, 기판(110)은 형광체 분말에 의하여 형성된 다결정체(polycrystalline)일 수 있다. 다결정체는 다수의 형광체 핵(nucleation)이 다수의 결정립(grain)으로 성장한 것으로, 결정립의 성장은 주변에 존재하는 다른 결정립의 성장에 의하여 제한된다. 이에 따라, 다결정체에는 결정립들 간의 경계가 생길 수 있다. 다결정체에 형성된 결정립들 간의 경계는 결정립 간의 미스-오리엔테이션(mis-orientation)에 의한 것으로, 2차원 결함으로 볼 수 있다. 기판(110)이 다결정체로 이루어진 경우, 빛의 산란 효과가 높아질 수 있다. 기판(110)이 다결정체로 이루어진 경우, 결정형 기판이라 지칭할 수도 있다. Here, the
또는, 기판(110)은 형광체 분말이 분산된 유리 기재일 수도 있다. 유리 기재는, 예를 들어 실리카를 주성분으로 하는 소다석회유리, 칼슘석회유리, 납유리, 바륨유리, 규산유리, 붕산염유리, 인산염유리 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 빛이 투과할 수 있는 모든 종류의 유리 기재일 수 있다. Alternatively, the
또는, 기판(110)은 형광체 분말이 분산된 투명 재질의 플라스틱 기재일 수도 있다. 플라스틱 기재는, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌 나프탈렌(polyethylene naphthalene, PEN) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 빛이 투과할 수 있는 모든 종류의 플라스틱 기재일 수 있다.Alternatively, the
기판(110)에 포함되는 형광체 분말은 광원으로부터 출력된 빛에 의하여 형광을 발하는 물질이다. 형광체 분말은, 예를 들어 가넷(Garnet)계 형광체 분말일 수 있다. 여기서, 가넷계 형광체 분말은 이트륨-알루미늄-가넷(yttrium aluminum garnet)계 형광체 분말 또는 루테튬-알루미늄-가넷(lutetium aluminum garnet)계 형광체 분말일 수 있다. 기판(110)에 포함되는 형광체 분말은 한 종류의 형광체 분말이거나, 여러 종류가 혼합된 형광체 분말일 수 있다. 형광체 분말의 혼합 종류 및 혼합 비에 따라 형광체 플레이트의 색온도 조절이 가능하다. The phosphor powder contained in the
이때, 형광체 분말은 세륨(Ce), 가돌리늄(Gd), 갈륨(Ga) 및 네오디뮴(Nd) 중 적어도 하나의 도펀트로 도핑될 수 있다. 세륨(Ce)은 빛을 내는 액티베이터(activator)의 역할을 할 수 있으며, 형광체 분말의 휘도를 높일 수 있다. 가돌리늄(Gd)은 빛의 파장을 변환시키는 역할을 할 수 있다. At this time, the phosphor powder may be doped with at least one dopant of cerium (Ce), gadolinium (Gd), gallium (Ga) and neodymium (Nd). Cerium (Ce) can act as a light activator and can increase the brightness of the phosphor powder. Gadolinium (Gd) can serve to convert the wavelength of light.
여기서, 형광체 분말의 평균입경은 50 내지 300nm, 바람직하게는 100 내지 200nm 일수 있다. 형광체 분말의 입경이 300nm를 초과할 경우 소결 후 형성되는 형광체 플레이트의 결정립 사이즈가 3㎛를 초과하여 형광체 플레이트의 광특성을 저하시킬 수 있다. 형광체 분말의 입경이 50 내지 300nm인 경우 소결 후 형성되는 형광체 플레이트의 내부 기공율이 줄어들고, 결정립이 적절한 크기로 성장하므로 광 특성 향상에 유리하다. 다만, 형광체 분말의 입경이 50 nm 미만일 경우에는 형광체 분말이 응집하여 충분히 분산되지 못하므로, 기공(pore)이 과도하게 형성되고, 결정립이 불균일하게 성장할 수 있다.Here, the average particle diameter of the phosphor powder may be 50 to 300 nm, preferably 100 to 200 nm. When the particle diameter of the phosphor powder is more than 300 nm, the crystal size of the phosphor plate formed after sintering exceeds 3 탆, which may lower the optical characteristics of the phosphor plate. When the particle size of the phosphor powder is 50 to 300 nm, the internal porosity of the phosphor plate formed after sintering is reduced and the crystal grains grow to an appropriate size, which is advantageous for improving the optical characteristics. However, when the particle diameter of the phosphor powder is less than 50 nm, the phosphor powder aggregates and is not sufficiently dispersed, so that pores are formed excessively and the crystal grains can grow non-uniformly.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 기판(110)이 다결정체(polycrystalline)인 경우, 다결정체를 이루는 결정립(112, 114) 간의 경계(grain boundary)에 홈(120)이 형성된다. 이때, 홈(120)은 결정립(112, 114) 간의 경계의 환원에 의하여 형성될 수 있다. 다결정체를 이루는 결정립(112, 114) 간의 경계는 결정립(112, 114)의 가운데 영역에 비하여 상대적으로 약하다. 따라서, 다결정체인 기판(110)을 환원 분위기 하에서 열처리하면, 결정립(112, 114) 간의 경계 부근에 있는 분자(예를 들어, AlO 또는 YO)가 결정립(112, 114)의 가운데 영역을 향하여 이동(migration)한다. 이에 따라, 결정립(112, 114) 간의 경계에 홈(120)이 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the
더욱 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 결정립(112, 114) 간의 경계 지점(P)으로부터 각 결정립(112, 114)의 표면(S1, S2)을 연결하는 면(A1, A2)은 볼록한 곡면 형상을 가질 수 있다. 이는 결정립(112, 114) 간의 경계 부근에 있는 AlO 또는 YO 분자가 고온에서 환원되어 각 결정립(112, 114)의 가운데 영역, 즉 표면(S1, S2)를 향하여 서서히 이동하기 때문이다. 결정립(112, 114) 간의 경계 지점(P)으로부터 각 결정립(112, 114)의 표면(S1, S2)을 연결하는 면(A1, A2)은 볼록한 곡면 형상을 가지는 경우, 각 결정립의 단면은 가운데 영역이 평평하게 눌린 반원 형상일 수 있으며, 결정립(112, 114) 간의 경계 지점(P)으로부터 각 결정립(112, 114)의 표면(S1, S2)까지 접선의 기울기가 연속적으로 바뀔 수 있다. More specifically, according to the embodiment of the present invention, the surfaces A1 and A2 connecting the surfaces S1 and S2 of the
한편, 기판의 표면을 산 또는 알칼리 용액으로 습식 에칭할 경우, 기판은 직선 형상으로 식각된다. 이에 따라, 습식 에칭의 방법으로는 본 발명의 한 실시예와 같은 볼록한 곡면 형상을 가지기 어렵다. 기판이 직선 형상으로 식각되는 경우, 기판의 표면에는 각진 면이 형성되므로, 광특성이 오히려 나빠질 수 있다. On the other hand, when the surface of the substrate is wet-etched with an acid or an alkali solution, the substrate is etched in a linear shape. Accordingly, it is difficult for the wet etching method to have the convex curved surface shape as in the embodiment of the present invention. When the substrate is etched in a linear shape, since angled surfaces are formed on the surface of the substrate, the optical characteristics may be rather deteriorated.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 결정립(112, 114) 간의 경계 지점(P)으로부터 각 결정립(112, 114)의 표면(S1, S2)까지의 높이(H)는 80 내지 300nm, 바람직하게는 90 내지 160nm일 수 있다. 여기서, 결정립(112, 114) 간의 경계 지점(P)은 결정립(112, 114) 간의 경계가 시작되는 지점, 즉 결정립(112, 114)이 이격되기 시작하는 지점을 의미하며, 홈(120)이 형성되기 시작하는 지점을 의미할 수 있다. 또한, 결정립(112, 114) 간의 경계 지점(P)으로부터 각 결정립(112, 114)의 표면(S1, S2)까지의 표면(S1, S2)을 연결하는 면(A1, A2)이 볼록한 곡면 형상을 가지는 경우, 각 결정립의 표면(S1, S2)까지의 높이(H)는, 결정립(112,114) 간의 경계 지점(P)으로부터 각 결정립(112, 114)의 표면(S1, S2)을 연결하는 면(A1, A2) 의 높이(H1)보다 높을 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the height H from the boundary point P between the
높이(H)가 이러한 수치 범위 내로 형성되면, 광특성이 우수할뿐만 아니라, 강도가 높은 형광체 플레이트를 얻을 수 있다. When the height H is formed within this numerical value range, a phosphor plate having not only excellent optical characteristics but also high strength can be obtained.
이때, 결정립(112, 114) 간의 경계 지점(P)으로부터 결정립(112)의 표면(S1) 및 결정립(114)의 표면(S2)이 이루는 각도(θ)는 80 내지 160˚, 바람직하게는 140 내지 160 ˚일 수 있다. 더욱 구체적으로, 결정립(112, 114) 간의 경계 지점(P)으로부터 결정립(112)의 표면(S1) 및 결정립(114)의 표면(S2)이 이루는 각도는 결정립(112, 114) 간의 경계 지점(P)으로부터 결정립(112)의 표면(S1)과 볼록한 곡면 형상의 면(A1)이 만나는 지점(P1) 및 결정립(114)의 표면(S2)과 볼록한 곡면 형상의 면(A2)이 만나는 지점(P2)이 이루는 각도일 수 있다. 이에 따라, 습식 에칭의 방법으로 홈을 형성한 경우에 비하여 경사도가 완만하게 변화하는 표면을 가질 수 있으므로, 우수한 광특성을 얻을 수 있다. At this time, the angle [theta] formed by the surface S1 of the
한편, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 결정립 간의 경계 지점(P)으로부터 각 결정립의 표면(S1, S2)을 연결하는 면(A1, A2)의 일부는 각 결정립(112, 114)의 표면(S1, S2)보다 높게 형성(H1)될 수도 있다. 3, a part of the surfaces A1 and A2 connecting the surfaces S1 and S2 of the crystal grains from the boundary point P between the crystal grains, (H1) higher than the surfaces S1 and S2 of the first and
이는 결정립(112, 114) 간의 경계 부근에 있는 AlO 또는 YO 분자가 환원되어 각 결정립(112, 114)의 가운데 영역, 즉 표면(S1, S2) 방향으로 서서히 확산되어 이동한 후, 결정립(112, 114) 간의 경계 부근부터 쌓이기 때문이다. AlO or YO molecules in the vicinity of the boundary between the
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 형광체 플레이트의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart showing a method of manufacturing a phosphor plate according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 형광체 분말을 혼합한다(S100). 여기서, 형광체 분말은 이트륨-알루미늄-가넷(yttrium aluminum garnet)계 또는 루테튬-알루미늄-가넷(lutetium aluminum garnet)계 등의 가넷계 형광체 분말일 수 있으며, 세륨(Ce), 가놀리늄(Gd), 갈륨(Ga) 및 네오디뮴(Nd) 중 적어도 하나의 도펀트로 도핑될 수 있다. 이때, 형광체 분말은 바인더, 소결제, 분산제 등과 함께 혼합될 수 있으며, 볼밀(ball mill) 등을 이용하여 혼합될 수 있다. 여기서, 소결제는 리튬플로라이드(LiF), 산화마그네슘(MgO) 및 스피넬(MgAl2O4) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 형광체 분말이 소결제와 함께 혼합되는 경우, 소결 후 형성되는 형광체 플레이트의 결정립 사이즈가 0.1 내지 3㎛로 형성될 수 있다. 형광체 플레이트의 결정립 사이즈가 이러한 수치 범위로 형성되면, 평균 휘도가 높으면서도 발광 영역이 넓은 형광체 플레이트를 얻을 수 있다. Referring to FIG. 4, the phosphor powder is mixed (S100). The phosphor powder may be a garnet fluorescent material such as yttrium aluminum garnet or lutetium aluminum garnet. The phosphor powder may include cerium (Ce), gallium (Gd), gallium And may be doped with at least one dopant of gallium (Ga) and neodymium (Nd). At this time, the phosphor powder may be mixed with a binder, a sintering agent, a dispersing agent, or the like, and may be mixed using a ball mill or the like. Here, the sintering may include at least one selected from lithium fluoride (LiF), magnesium oxide (MgO) and spinel (MgAl 2 O 4). When the phosphor powder is mixed with the sintering, the crystal grain size of the phosphor plate formed after sintering may be 0.1 to 3 탆. When the crystal grain size of the phosphor plate is formed in such a numerical range, a phosphor plate having a high average luminescence and a wide luminescent area can be obtained.
다음으로, 혼합한 형광체 분말을 성형한 후 소결하여 소결체를 생성한다(S110). 이때, 프레싱을 통한 일축 성형이 수행되고, CIP(Cold Isostatic Press)를 통한 등방압축 성형이 수행된 후, 소결될 수 있다. 일축 성형 과정은 Sus(스테인레스 강) 몰드에 단계 S100에서 혼합한 형광체 분말을 넣고 3톤의 압력으로 0.5 내지 5분간 진행될 수 있다. 그리고, 등방압축 성형은 2000 내지 4000bar의 압력으로 5 내지 10분간 진행될 수 있으며, 이에 따라 성형체가 치밀화될 수 있다. 그리고, 소결은 1200 내지 1800℃에서 1 내지 20시간동안 10-5 torr 압력으로 진행될 수 있다. 소결 과정을 통하여 형광체 분말이 다결정체로 성장할 수 있다. Next, the mixed phosphor powder is formed and sintered to produce a sintered body (S110). At this time, uniaxial molding through pressing is performed, and after isotropic compression molding through CIP (Cold Isostatic Press) is performed, it can be sintered. The uniaxial forming process can be carried out at a pressure of 3 tons for 0.5 to 5 minutes by adding the phosphor powder mixed in step S100 to a Sus (stainless steel) mold. The isotropic compression molding can be performed at a pressure of 2000 to 4000 bar for 5 to 10 minutes, whereby the molded body can be densified. The sintering may proceed at a pressure of 10 -5 torr at 1200 to 1800 ° C for 1 to 20 hours. Through the sintering process, phosphor powders can grow into polycrystals.
다음으로, 소결체를 가공하여 형광체 플레이트를 생성한다(S120). 가공 공정은 폴리싱(polishing) 공정과 다이싱(dicing) 공정으로 나뉠 수 있다. 먼저, 폴리싱을 통하여 60 내지 200㎛ 두께로 가공한 후, 다이싱을 수행할 수 있다. Next, the sintered body is processed to produce a phosphor plate (S120). The machining process can be divided into a polishing process and a dicing process. First, after processing to a thickness of 60 to 200 탆 through polishing, dicing can be performed.
다음으로, 단계 S120에서 생성한 형광체 플레이트를 환원 분위기 하에서 열처리한다(S130). 환원 분위기는 수소 가스(H2) 또는 수소 가스(H2)와 질소 가스(N2)를 5대 95의 비로 혼합한 후 0.04cc/cm3 이상의 속도로 주입하는 분위기일 수 있으며, 열처리 온도는 형광체 분말의 녹는점 또는 소결 온도 이하일 수 있다. 예를 들어, 1200 내지 1500℃에서 1 내지 5시간 동안 진행될 수 있다. Next, the phosphor plate generated in step S120 is heat-treated in a reducing atmosphere (S130). The reducing atmosphere may be an atmosphere in which hydrogen gas (H 2 ) or hydrogen gas (H 2 ) and nitrogen gas (N 2 ) are mixed at a ratio of 5 to 95 and then injected at a rate of 0.04 cc / cm 3 or more. The melting point of the phosphor powder or the sintering temperature. For example, it may be carried out at 1200 to 1500 ° C for 1 to 5 hours.
도 5 내지 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 제조된 형광체 플레이트의 SEM 사진이다. 5 to 6 are SEM photographs of a phosphor plate manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 5(a)는 Ce로 도핑된 YAG를 이용하여 제조한 형광체 플레이트이고, 도 5(b)는 Ce 및 Gd로 도핑된 YAG를 이용하여 제조한 형광체 플레이트이며, 도 5(c)는 Ce로 도핑된 LuAG를 이용하여 제조한 형광체 플레이트이다. 5 (b) is a phosphor plate prepared by using YAG doped with Ce and Gd, and FIG. 5 (c) is a view of a phosphor plate prepared by using Ce Is a phosphor plate produced using doped LuAG.
도 5(a) 내지 (c)를 참조하면, 형광체 플레이트의 기판은 다결정체이며, 결정립 간의 경계에 홈이 형성됨을 알 수 있다. 5 (a) to 5 (c), it can be seen that the substrate of the phosphor plate is polycrystalline and a groove is formed at the boundary between crystal grains.
한편, 도 6(a)는 도 5(a)를 확대한 도면이고, 도 6(b) 및 도 6(c)는 각각 도 5(a)의 형광에 플레이트의 단면을 나타낸다. 6 (a) is an enlarged view of FIG. 5 (a), and FIG. 6 (b) and FIG. 6 (c) each show a cross section of the plate in the fluorescence of FIG.
도 6(a) 내지 (c)를 참조하면, 홈의 폭은 표면으로 향할수록 커지며, 결정립 간의 경계 지점으로부터 각 결정립의 표면을 연결하는 면은 볼록한 곡면형상을 가짐을 알 수 있다. 또한, 결정립 간의 경계 지점으로부터 각 결정립의 표면까지의 높이는 80 내지 300nm의 범위 내에 있으며, 결정립 간의 경계 지점으로부터 양 결정립의 표면이 이루는 각도는 80 내지 160˚의 범위 내에 있음을 알 수 있다.6 (a) to 6 (c), it can be seen that the width of the groove becomes larger toward the surface, and the surface connecting the surfaces of the crystal grains from the boundary point between the crystal grains has a convex curved surface shape. The height from the boundary point between the crystal grains to the surface of each crystal grain is in the range of 80 to 300 nm and the angle formed by the surfaces of both crystal grains from the boundary point between crystal grains is in the range of 80 to 160 degrees.
표 1 및 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 형광체 플레이트의 광특성을 측정한 결과이다. 비교예는 도 4의 단계 S100 내지 S120을 통하여 생성한 형광체 플레이트를 나타내고, 실시예는 도 4의 단계 S100 내지 S120을 거친 후 S130을 추가로 수행한 형광체 플레이트를 나타낸다. Table 1 and FIG. 7 show the results of measuring the optical characteristics of the phosphor plate according to an embodiment of the present invention. The comparative example shows a phosphor plate produced through steps S100 to S120 in Fig. 4, and the embodiment shows a phosphor plate in which S130 is further performed after steps S100 to S120 in Fig.
표 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 형광체 플레이트는 비교예에 따른 형광체 플레이트에 비하여 광속이 약 12% 높으며, 광추출 효율의 향상으로 인하여 PL(photo luminescence) Intensity도 높에 나타남을 알 수 있다. Referring to Table 1 and FIG. 7, the phosphor plate according to the embodiment of the present invention has a luminous flux of about 12% higher than that of the phosphor plate according to the comparative example, and the PL (photo luminescence) Can be seen.
본 발명의 실시예에 따른 형광체 플레이트는 각종 조명 장치, 디스플레이 장치의 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU), FHD(Full High Definition)TV, UHD(Ultra High Definition) TV, 랩탑(laptop) 컴퓨터, 태블릿 PC, 카메라, 휴대 단말 등에 다양하게 적용될 수 있다. The phosphor plate according to the embodiment of the present invention may be applied to various lighting devices, a backlight unit (BLU) of a display device, a full high definition (FHD) TV, an ultra high definition (UHD) TV, a laptop computer, PC, camera, portable terminal, and the like.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 형광체 플레이트는 투명 기판 상에 배치될 수도 있다. Meanwhile, the phosphor plate according to the embodiment of the present invention may be disposed on a transparent substrate.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광체 플레이트의 단면도이다. 8 is a cross-sectional view of a phosphor plate according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 형광체 플레이트(100)는 투명 기판(130), 투명 기판(130) 상에 배치되는 접착층(140), 그리고 접착층(140) 상에 배치되는 형광체를 포함하는 기판(110)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8, the
여기서, 형광체를 포함하는 기판(110)은 도 1 내지 7에서 설명한 내용과 동일하므로, 중복되는 설명을 생략한다. Here, the
투명 기판(130)은 투명한 유리 기재 또는 투명한 플라스틱 기재일 수 있다. 투명한 플라스틱 기재는, 예를 들어 폴리에텔렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아클릴레이트(PMMA),폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌타프탈렌(PEN) 등일 수 있다. The
접착층(140)은 투명 기판(130)과 형광체를 포함하는 기판(110) 사이에 배치되며, 이를 접착한다. 이를 위하여, 접착층(140)은 레진 등의 접착성을 가지는 폴리머를 포함한다. 여기서, 레진은 실리콘계 레진일 수 있다. 실리콘계 레진은, 예를 들어 메틸 실리콘 레진 또는 페닐 실리콘 레진일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 접착층(140)은 세라믹 또는 금속 산화물 입자(142)를 더 포함할 수 있다. 세라믹 또는 금속 산화물 입자(142)는 빛의 굴절, 반사, 산란 등을 도울 수 있다. 세라믹 또는 금속 산화물 입자(142)는, 예를 들어 TiO2 또는 ZrO2 등일 수 있다. The
도 9 내지 12는 본 발명의 실시예에 따른 형광체 플레이트를 포함하는 조명장치의 단면도이다. 9 to 12 are sectional views of a lighting apparatus including a phosphor plate according to an embodiment of the present invention.
도 9 내지 10을 참조하면, 조명장치(800)는 광원(810) 및 광원(810) 상에 배치되는 형광체 플레이트(100)를 포함한다. 여기서, 광원(810)은 LED(Light Emitting Diode), LD(Laser Diode) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 9-10, an
광원(810)은 리드프레임(820) 상에 배치될 수 있으며, 하우징(830) 내에 수용될 수 있다. The
광원(810)은 도 9에서 예시한 바와 같이 단수로 배치되거나, 도 10에서 예시한 바와 같이 복수로 배치될 수 있다. The
한편, 도 9 내지 10에서는 형광체 플레이트(100)가 광원(810)으로부터 이격되어 배치되는 것을 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 9 to 10, the
도 11 내지 12를 참조하면, 형광체 플레이트(100)는 광원(810) 상에 직접 배치될 수도 있다. 이때, 형광체 플레이트(100)와 광원(810)은 접착될 수 있다. Referring to Figs. 11-12, the
이때, 도 11에서 예시한 바와 같이, 복수의 광원(810) 상에 복수의 형광체 플레이트(100)가 각각 배치되거나, 도 12에서 예시한 바와 같이, 복수의 광원(810) 상에 단수의 형광체 플레이트(100)가 배치될 수 있다. 11, a plurality of
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
100: 형광체 플레이트
110: 기판
120: 홈100: phosphor plate
110: substrate
120: Home
Claims (18)
상기 기판은 제1 결정립 및 제2 결정립을 포함하며,
상기 제1결정립과 상기 제2결정립 간의 경계(grain boundary)는 볼록한 곡면 형상을 가지는 홈을 포함하며,
상기 홈의 폭은 상기 기판의 표면으로 향할수록 커지는 형광체 플레이트.A phosphor comprising a substrate,
Wherein the substrate comprises a first crystal grain and a second crystal grain,
Wherein a grain boundary between the first crystal grain and the second crystal grain includes a groove having a convex curved surface shape,
And the width of the groove increases toward the surface of the substrate.
상기 제1 결정립 및 상기 제2 결정립 간의 경계 지점으로부터 각 결정립의 표면까지의 높이가 80내지 300nm인 형광체 플레이트. The method according to claim 1,
And the height from the boundary point between the first crystal grains and the second crystal grains to the surface of each crystal grains is 80 to 300 nm.
상기 제1 결정립 및 상기 제2 결정립 간의 경계 지점으로부터 제1 결정립의표면및 제2 결정립의 표면이 이루는 각도는 80 내지 160˚인 형광체 플레이트.The method according to claim 1,
Wherein the angle formed by the surface of the first crystal grains and the surface of the second crystal grains from the boundary point between the first crystal grains and the second crystal grains is 80 to 160 degrees.
상기 제1 결정립 및 상기 제2 결정립 간의 경계 지점으로부터 각 결정립의 표면을 연결하는 면의 일부는 상기 각 결정립의 표면보다 높게 형성되는 형광체 플레이트. The method according to claim 1,
And a part of the surface connecting the surfaces of the crystal grains from the boundary point between the first crystal grains and the second crystal grains is formed higher than the surface of each of the crystal grains.
상기 홈은 상기 제1 결정립 및 상기 제2 결정립 간의 경계가 환원되어 형성되는 형광체 플레이트.The method according to claim 1,
Wherein the grooves are formed by reducing a boundary between the first crystal grains and the second crystal grains.
투명 기판, 그리고
상기 투명 기판 및 상기 형광체를 포함하는 기판 사이에 배치되는 접착층을 더 포함하는 형광체 플레이트.The method according to claim 1,
Transparent substrate, and
And an adhesive layer disposed between the transparent substrate and the substrate including the phosphor.
형광체 분말 및 소결제를 혼합하는 단계,
혼합한 형광체 분말을 소결하여 형광체 플레이트를 생성하는 단계, 그리고
상기 형광체 플레이트의 적어도 한 면을 환원 분위기 하에서 열처리하는 단계
를 포함하는 방법. A method of manufacturing a phosphor plate,
Mixing the phosphor powder and sieving,
Sintering the mixed phosphor powder to produce a phosphor plate, and
Heat treating at least one surface of the phosphor plate in a reducing atmosphere
≪ / RTI >
상기 형광체 분말은 가넷계 형광체 분말을 포함하는 방법. 8. The method of claim 7,
Wherein the phosphor powder comprises a garnet fluorescent material powder.
상기 열처리는 수소 가스(H2) 분위기 하에서 수행되는 방법. 8. The method of claim 7,
Wherein the heat treatment is performed in a hydrogen gas (H 2 ) atmosphere.
상기 소결제는 리튬플로라이드(LiF), 산화마그네슘(MgO), 스피넬(MgAl2O4), 질화 알루미늄(AlN) 및 산화 알루미늄(Al2O3) 중 적어도 하나를 포함하는 방법. 8. The method of claim 7,
Comprises at least one of the sintering agent is lithium fluoride (LiF), magnesium oxide (MgO), spinel (MgAl2O4), aluminum nitride (AlN) and aluminum oxide (Al 2 O 3).
상기 광원 상에 배치되는 형광체 플레이트를 포함하고,
상기 형광체 플레이트는,
형광체를 포함하는 기판을 포함하고,
상기 기판은 제1 결정립 및 제2 결정립을 포함하며,
상기 제1결정립과 상기 제2결정립 간의 경계(grain boundary)는 볼록한 곡면 형상을 가지는 홈을 포함하며,
상기 홈의 폭은 상기 기판의 표면으로 향할수록 커지는
조명장치.Light source, and
And a phosphor plate disposed on the light source,
The phosphor plate may include:
A phosphor comprising a substrate,
Wherein the substrate comprises a first crystal grain and a second crystal grain,
Wherein a grain boundary between the first crystal grain and the second crystal grain includes a groove having a convex curved surface shape,
The width of the groove is increased toward the surface of the substrate
Lighting device.
상기 광원은 복수의 광원인 조명장치.12. The method of claim 11,
Wherein the light source is a plurality of light sources.
상기 복수의 광원 상에 배치되는 상기 형광체 플레이트는 복수의 형광체 플레이트인 조명장치. 13. The method of claim 12,
Wherein the phosphor plate disposed on the plurality of light sources is a plurality of phosphor plates.
상기 복수의 광원 상에 배치되는 상기 형광체 플레이트는 단수의 형광체 플레이트인 조명장치. 14. The method of claim 13,
Wherein the phosphor plate disposed on the plurality of light sources is a single phosphor plate.
상기 형광체 플레이트는 상기 광원 상에 접착되는 조명장치. 12. The method of claim 11,
Wherein the phosphor plate is adhered on the light source.
상기 형광체 플레이트는 상기 광원으로부터 이격되어 배치되는 조명장치.12. The method of claim 11,
Wherein the phosphor plate is disposed apart from the light source.
상기 형광체 플레이트와 상기 광원 사이에 배치되는 접착층을 더 포함하는 조명장치. 16. The method of claim 15,
And an adhesive layer disposed between the phosphor plate and the light source.
상기 형광체 플레이트는 투명 기판, 그리고 상기 투명 기판 및 상기 형광체를 포함하는 기판 사이에 배치되는 접착층을 더 포함하는 조명장치. 17. The method of claim 16,
Wherein the phosphor plate further comprises a transparent substrate and an adhesive layer disposed between the transparent substrate and the substrate including the phosphor.
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|---|---|---|---|---|
| WO2021145470A1 (en) * | 2020-01-14 | 2021-07-22 | 엘지전자 주식회사 | Lighting apparatus and method for manufacturing same |
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| EP4092766A4 (en) * | 2020-01-14 | 2023-12-06 | LG Electronics Inc. | Lighting apparatus and method for manufacturing same |
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