KR20180042047A - 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치 - Google Patents

형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치 Download PDF

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KR20180042047A
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양의열
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이인재
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

형광체 플레이트가 개시된다. 상기 형광체 플레이트는 유리 프리트, 형광체, 및 첨가제를 포함하는 혼합물의 소결체이고, 상기 첨가제는 BaF2 및 CaF-2 중 어느 하나이다.

Description

형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치{PHOSPHOR PLATE AND LIGHTING UNIT USING THE SAME}
본 발명은 형광체 플레이트 혼합물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기공도가 감소된 형광체 플레이트를 제공하는 형광체 플레이트 혼합물에 관한 것이다.
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.
형광체 플레이트가 화이트컨버전(white conversion)용으로 적용될 수 있으며, 형광체 플레이트는 가넷(Garnet)계 형광체 분말을 포함할 수 있다.
한편, 형광체 플레이트는 광원으로부터 출력된 빛을 다양한 색으로 변환시킬 수 있다. 이 경우, 다양한 색온도 구현을 위해 형광체의 적절한 양이 혼합되어 사용할 수 있다. 또한, 형광체 외에 조성물을 포함할 수 있다. 조성물은 유리, 유리 프리트를 포함할 수 있다.
이 때, 유리 프리트는 다양한 모양을 가지고 있기 때문에 형광체와 혼합에서 융합하기 힘들고, 기공이 발생할 수 있다.
또한, 원하는 색 온도 및 색 좌표 값을 구현하기 위해 형광체 플레이트의 두께가 변화되고, 두께가 얇아질수록 형광체의 양이 증가하여 기공이 증가할 수 있다.
이러한 기공은 광속을 감소시키고, 형광체 플레이트의 내구성 및 광효율이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
뿐만 아니라, 플레이트 두께가 낮아짐에 따라 형광체 플레이트의 깨짐 현상이 발생할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기공률이 감소하고 두께가 얇아진 형광체 플레이트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 형광체 플레이트는 유리 프리트, 형광체, 및
첨가제를 포함하는 혼합물의 소결체이고, 상기 첨가제는 BaF2 및 CaF-2 중 어느 하나이다.
상기 첨가제는,
상기 유리 프리트, 상기 형광체 및 상기 첨가제의 몰수의 합 대비 1 몰(mol)% 내지 10 몰(mol)%일 수 있다.
상기 첨가제는, 상기 유리프리트, 상기 형광체 및 상기 첨가제의 몰수의 합 대비 4 몰(mol)% 내지 8 몰(mol)%일 수 있다.
상기 형광체는, 가넷(Garnet)계, 질화물(nitride)계, 황화물(sulfide)계, 규산염(silicate)계 형광체로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 형광체를 포함할 수 있다.
상기 유리프리트 조성물은, 산화 규소(SiO2), 산화 붕소(B2O3) 및 산화 아연(ZnO)으로 이루어진 산화물 혼합체를 포함할 수 있다.
상기 형광체 플레이트는 1 mm2 면적 내에서 기공률(porosity)이 0.1 내지 1% 일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 조명장치는 광원, 그리고 상기 광원 상에 배치되는 형광체 플레이트를 포함하고, 상기 형광체 플레이트는, 유리 프리트, 형광체, 및 첨가제를 포함하고, 상기 첨가제는 BaF2 및 CaF-2 중 어느 하나를 포함한다.
상기 형광체 플레이트는 1 mm2 면적 내에서 기공률(porosity)이 0.1 내지 1%일 수 있다.
상기 광원은 복수의 광원일 수 있다.
상기 복수의 광원 상에 배치되는 상기 형광체 플레이트는 복수의 형광체 플레이트일 수 있다.
상기 복수의 광원 상에 배치되는 상기 형광체 플레이트는 단수의 형광체 플레이트일 수 있다.
상기 형광체 플레이트는 상기 광원 상에 접착될 수 있다.
상기 형광체 플레이트는 상기 광원으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 형광체 플레이트와 상기 광원 사이에 배치되는 접착층을 더 포함할 수 있다.
상기 형광체 플레이트는 투명 기판, 그리고 상기 투명 기판 및 상기 형광체를 포함하는 기판 사이에 배치되는 접착층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기공율이 감소하고, 광속 및 강도가 증가한 우수한 형광체 플레이트를 얻을 수 있다. 이에 따라, 광속 및 휘도 등의 광특성이 우수한 조명장치를 얻을 수 있다.
도 1은 유리프리트, 형광체 및 형광체 플레이트를 전자주사현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 형광체 플레이트의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3는 비교예에 따른 형광체 플레이트를 전자주사현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다.
도4는 형광체 플레이트의 CaF2의 함량에 따른 기공률, 광속 및 강도(최대하중)를 각각 도시한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 두께에 따른 실시예의 형광체 플레이트의 강도 및 광속을 도시하고, 도 5c는 동일 강도에서 실시예 및 비교예의 형광체 플레이트의 두께 및 광속을 도시한 도면이다.
도 6 내지 9는 본 발명의 실시예에 따른 형광체 플레이트를 포함하는 조명장치의 단면도이다.
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.
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.
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.
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 명세서상에 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.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 형광체 플레이트용 혼합물은 유리 프리트, 적어도 1종의 형광체 및 첨가제를 포함한다.
먼저, 유리 프리트는 유리 조성물을 유리화 및 분쇄하여 형성될 수 있다. 여기서, 유리 조성물은 산화물 혼합체, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물 또는 이들의 혼합물 및 추가의 비금속 산화물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 유리 조성물은 실리카를 주성분으로 하는 소다석회유리, 칼슘석회유리, 납유리, 바륨유리, 규산유리, 붕산염유리, 인산염유리 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 빛이 투과할 수 있는 모든 종류의 유리일 수 있다.
일예로, 유리 조성물은 산화 규소(SiO2), 산화 붕소(B2O3) 및 산화 아연(ZnO)으로 이루어진 산화물 혼합체를 포함할 수 있다. 이 때, 산화 규소(SiO2), 산화 붕소(B2O3) 및 산화 아연(ZnO)를 포함한 산화물 혼합체는 유리의 기본 성분으로 이 조성만으로도 3성분계 유리를 제조할 수 있다. 일예로, 산화물 혼합체에서 상기 산화 규소, 상기 산화 붕소 및 상기 산화 아연의 비율은 1:1.5:4 내지 1:2.5:5일 수 있다.
알칼리 금속 산화물은 산화 나트륨(Na2O), 산화 리튬(Li2O), 산화 칼륨(K2O) 또는 적어도 2종 이상의 상기 알칼리 금속 산화물의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 알칼리 토금속 산화물은 산화 바륨(BaO), 산화 스트론튬(SrO), 산화 칼슘(CaO) 또는 적어도 2종 이상의 상기 알칼리 토금속 산화물의 혼합물일 수 있다.
알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물은 상기 유리 조성물이 유리화된 후에 형성되는 유리의 유리 전이 온도(Tg)를 낮춰주는 역할을 한다. 따라서, 유리 프리트와 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물을 혼합하여 사용할 경우, 형광체 플레이트 제조 시 유리 전이 온도(Tg)가 낮아지므로 형광체 플레이트 제조 시 소결 온도를 낮출 수 있다. 알칼리 금속 산화물은 유리 조성물 대비 2 몰% 내지 15몰% 포함될 수 있고, 알칼리 토금속 산화물은 유리 조성물 대비 5 몰% 내지 40몰% 포함될 수 있다.
그러나, 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물은 첨가량이 많아질수록 유리화를 저해하거나 백화현상을 발생시키는 요인으로 작용할 수 있다. 따라서 알칼리 금속 산화물 및 상기 알칼리 토금속 산화물의 총 함량이 50 몰%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
유리 조성물에는 추가적으로 비금속 산화물로서 산화 인(P2O5) 2 몰% 내지 10 몰%가 포함될 수 있다. 산화 인은 상 분리를 촉진하여 분상을 미세하고 균질하게 하여 유리화된 후, 투과율을 개선하는 역할을 한다. 유리 조성물에서 산화 붕산의 함량이 낮아지는 경우에, 투과율이 낮아질 수 있으나, 산화 인을 첨가하여 이를 개선시킬 수 있다.
유리 프리트는 앞서 언급한 바와 같이, 산화 규소, 산화 아연 및 산화 붕소로 이루어진 산화물 혼합체, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물 및 추가의 비금속 산화물을 포함하는 유리 조성물을 볼 밀(ball mill)로 40 시간 내지 50 시간 동안 혼합한 후, 용융로에 투입한다.
유리 조성물의 조성에 따라 용융 온도를 조절하여 용융할 수 있다. 이 때, 용융 온도는 1300 내지 1600일 수 있고, 종래의 유리 제조 프로세스에 따라 유리를 제조할 수 있다. 유리 조성물에 포함된 원료가 균질하게 용해될 수 있는 온도를 선택하여 용융한다. 이 때, 1600를 초과하여 온도를 상승시키면 휘발 성분이 많아지게 될 수 있다. 그리고 용융물을 트윈롤에 부어 ??칭을 수행하여, 유리 컬릿(glass cullet)을 준비한 뒤, 유리 컬릿을 분쇄하여 유리 프리트를 제공할 수 있다.
분쇄는 건식과 습식이 있고, 건식분쇄에는 볼밀, 진동 밀 등의 방식이 있다. 볼밀에 사용되는 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 스 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 유리 프리트는 평균 입경이 6㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 유리 프리트의 평균 입경을 작게 할 경우 소결 후 내부 기공율이 줄어 열충격에 의한 손상을 방지할 수 있다. 또한 기공율이 감소됨으로써 투과율이 상승하여 광 특성 향상에 유리하다.
유리 프리트의 평균 입경이 5㎛를 초과할 경우, 추후 형광체와 혼합하여 소결할 경우 다수의 기공(pore)이 형성될 수 있다. 반면, 유기 프리트의 입경이 1㎛ 미만일 경우에는 형광체와 혼합될 때 충분히 분산되지 못하여 형광체를 충분히 패시베이션할 수 없게 될 수 있고, 밀링(milling)하는 시간이 증가함에 따라 오염도도 증가하여 소결 후에 백색도 유지가 어려울 수 있다.
형광체는 요구되는 광특성 및 조명의 색깔, 응용 분야 등에 따라 황색, 녹색, 또는 적색 형광체 중 하나의 형광체일 수 있고, 필요에 따라 서로 다른 파장의 빛을 여기하는 2종 이상의 형광체일 수 있으며, 적어도 1종 이상의 형광체를 혼합하여 사용할 수 있다.
일예로, 형광체로는 이트륨-알루미늄-가넷(Yttrium Aluminium Garnet; YAG)계, 루테늄-알루미늄-가넷(Lutetium aluminium garnet; LuAG)계를 포함하는 가넷계, 질화물(nitride)계, 황화물(sulfide)계 또는 규산염(silicate)계 형광체를 사용할 수 있다.
형광체는 한 종류의 형광체이거나, 여러 종류가 혼합된 형광체일 수 있다.
형광체가 유리 프리트에 대하여 1 몰% 내지 25 몰%가 되도록 혼합할 수 있다. 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. 반대로, 두께 감소 시 형광체는 증량하여 첨가할 수 있다.
유리프리트, 형광체 및 형광체 플레이트를 전자주사현미경(SEM)으로 촬영한 사진인 도 1을 참조하면, 형광체(도 1 b)와 유리 조성물에 의한 유리 프리트(도 1a)의 혼합에서 유리 프리트의 조성은 다양한 모양을 가지고 있다. 또한 유리 프리트와 형광체의 형상차이가 크고 물성에서 차이가 있다. 이러한 구성에 의해, 유리 프리트는 형광체와 융합하기 힘들고, 소결 시 기공이 다수 발생할 수 있다.
첨가제는 BaF2 및 CaF-2 중 어느 하나일 수 있다. 첨가제는 유리 프리트와 첨가제 전체 몰 대비 2 몰(mol)% 내지 10 몰(mol)%일 수 있으며, 바람직하게는 유리 프리트와 첨가제 전체 몰 대비 4 몰(mol)% 내지 8 몰(mol)%일 수 있다.
유리 프리트, 형광체 및 첨가제의 혼합물(S100)이 플레이트 또는 원반 형태를 갖도록 서스(Stainless Use Steel, SUS) 몰드에 투입하여 일축성 압축을 한다. 이때, 압축은 7톤에서 5분간 수행된다. 압축된 혼합물의 분말을 성형하고, 분말을 소결로에 넣어 소결을 수행한다(S110). 이때, 혼합물의 분말은 유리전이온도(Tg)에 따라서 소결을 수행하는 온도 및 시간을 조절할 수 있다.
일예로, 600℃ 내지 650℃에서 30분 내지 1시간 30분 동안 소결하고 가공하여 형광체 플레이트를 제조(S120)할 수 있다. 이 때, 가공 공정은 폴리싱(polishing) 공정과 다이싱(dicing) 공정으로 나뉠 수 있다.
이 때, 혼합물에 포함된 첨가제는 소결시에 형광체 분말, 유리 프리트 분말 보다 먼저 용융되어, 혼합물의 소결에서 형광체 분말과 유리 프리트 분말 사이에 퍼지고 형광체 분말과 유리 프리트 사이에서 점착을 돕는 가교 역할을 할 수 있다.
구체적으로, 소결의 초기 및 중간 단계에서 첨가제는 조직의 치밀화를 촉진한다. 이로써, 형광체 플레이트의 강도를 향상시킬 수 있다.
즉, 첨가제는 낮은 온도에서 액상을 형성하여 유리 프리트와 형광체 사이의 연결을 도와 치밀화 및 소결성을 향상시킬 수 있다.
또한, 첨가제는 입계이동을 억제할 수 있다. 일예로, 첨가제는 형광체 분말과 유리 프리트 분말이 흩어지는 것을 방지하여, 형광체 분말과 유리 프리트 분말이 연결된 상태를 유지할 수 있다.
이에, 유리 프리트와 형광체 사이에 간격 또는 공간이 형성되는 정도가 낮아져, 소결 시에 발생하는 기공의 정도가 낮아질 수 있다.
그리고 첨가제는 활성화 에너지를 낮춰 낮은 온도에서 형광체 분말과 유리 프리트 분말의 결정화를 도와주고, 소결 밀도를 높여줄 수 있다.
이로써, 첨가제는 형광체 플레이트의 기공률 감소 효과를 제공할 수 있다.
또한, 기공률이 낮아짐에 따라 플레이트 두께가 얇아짐에 따른 크랙 발생도 감소하고, 얇은 두께에도 높은 강도를 가질 수 있다.
뿐만 아니라, 기공률이 낮아져 광속이 증가하며, 광추출 효율의 향상으로 인하여 PL(photo luminescence)의 강도(Intensity)도 높을 수 있다.
소결이 완료된 형광체 플레이트는 본 실시예에서 요구되는 특성에 맞도록 두께를 조절하고 표면 조도를 조절하기 위하여 앞서 언급한 바와 같이 가공을 더 수행할 수 있다. 이 때, 형광체 플레이트의 두께는 200㎛ 내지 1000㎛, 표면 조도가 0.1㎛ 내지 0.3㎛가 되도록 연마를 수행한다.
형광체 플레이트는 환원 분위기 하에서 열처리할 수 있다(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 있다.
본 실시예의 다른 측면에 따른 형광체 플레이트는 상술한 유리 조성물을 유리화하여 형성되는 유리 프리트를 매트릭스로 하고, 적어도 1종의 형광체를 포함한다.
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.
[ 제조예 ] 유리 프리트의 제조
SiO2는 12몰(mol)%, B2O3는 24몰(mol)%, Na2O는 4 몰(mol)%, ZnO는 56 몰(mol)%, Li2O는 4 몰(mol)%로 산화물 및 탄산염 화합물 재료를 칙량한 후, 볼 밀(Ballmill)에 투입하여 48 시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말을 백금 도가니에 넣어 1300에서 30분간 용융한 후, 용융물을 트윈 롤러에 부어 ??칭을 수행하여 유리 컬릿을 형성하였다. 유리 컬릿은 다시 볼 밀에 넣어 평균 입경이 5㎛ 이하가 되도록 분쇄하여 유리 프리트를 형성하였다.
[ 실시예 ]
실시예 1 내지 5: 형광체 플레이트의 제조
제조예에서 제조된 유리 프리트에 유리 프리트와 첨가제 합한 전체 몰 대비 CaF-2 2몰(mol)%, 4 몰 (mol)%, 6 몰 (mol)%, 8, 몰 (mol)%, 10 몰 (mol)%를 각각 볼 밀에 투입하여 충분히 혼합했다. (표 1 참조) 형성된 혼합물을 서스 몰드(성형물 두께 1000㎛)에 넣고 5톤에서 5분간 일축성 압축을 수행하여 압축 성형물을 형성하였다. 압축 성형물을 소결로에서 630의 온도로 30분간 소결을 수행하였다. 이후, 형광체 플레이트를 형성하였다.
실시예
(mol %)
구성		 실시예 1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예 5
Al 2 O 3 2.9 2.9 2.8 2.8 2.7
B 2 O 3 13.7 13.4 13.2 12.9 12.6
ZnO 29.4 28.8 28.2 27.6 27.0
SiO 2 24.5 24.0 23.5 23.0 22.5
Zn 3 PO 4 11.3 11.0 10.8 10.6 10.4
Na 2 O 2.0 1.9 1.9 1.8 1.8
Li 2 O 1.5 1.4 1.4 1.4 1.4
K 2 O 9.8 9.6 9.4 9.2 9.0
SnO 2 2.9 2.9 2.8 2.8 2.7
CaF 2 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
[ 비교예 ]
비교예 1 및 비교예 2: 형광체 플레이트의 제조
제조예에서 제조된 각각의 유리프리트를 실시예에서 비교예1은 CaF-2를 미첨가하고, 비교예 2에는 CaF-2 12몰(mol)%로 첨가하고, 그 외는 동일한 방법으로 형광체 플레이트를 형성하였다.
실시예
(mol %)
구성		 비교예1 비교예2
Al2O3 3 2.64
B2O3 14 12.32
ZnO 30 26.4
SiO2 25 22
Zn3PO4 11.5 10.12
Na2O 2 1.76
Li2O 1.5 1.32
K2O 10 8.8
SnO2 3 2.64
CaF2 - 12
[평가]
비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 형광체 플레이트를 각각 전자주사현미경(SEM)으로 관찰하여 도 3에 도시하였다.
구체적으로, 도 3a는 비교예 1로 제조된 형광체 플레이트 대한 SEM 도면이고, 도 3b는 비교예 2로 제조된 형광체 플레이트에 대한 SEM 도면이다.
1) 기공률 관찰
실시예 1 내지 5에서 제조된 형광체 플레이트 및 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 형광체 플레이트(두께 120㎜로 가공)에 대한 기공률을 도 4a에 도시하였다.
2) 광속 관찰
실시예 1 내지 5에서 제조된 형광체 플레이트 및 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 형광체 플레이트(두께 120㎜로 가공)에 대한 광속을 도 4b에 도시하였다.
3) 최대하중 관찰
실시예 1 내지 5에서 제조된 형광체 플레이트 및 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 형광체 플레이트(두께 120㎜로 가공)에 대한 최대하중(형광체 플레이트 강도)을 도 4c에 도시하였다.
4) 두께에 따른 최대하중 관찰
실시예 3에서 형광체 플레이트의 두께에 따른 최대 하중을 도 5a에 도시하였다.
5) 두께에 따른 광속 관찰
실시예 3에서 형광체 플레이트의 두께에 따른 광속을 도 5b에 도시하였다.
6) 동일 강도( 1.4N )에서의 광속 비교
비교예 1에서 형광체 플레이트 두께 180㎛ 와 실시예 3에서 형광체 플레이트 두께 120㎛에서 1.4N의 강도에 대한 광속을 도 5c에 도시하였다.
상기 평가를 참조하면, CaF2를 2 몰% 내지 10 몰%를 첨가하는 경우에 형광체 플레이트의 기공율이 1%보다 낮아지고, 형광체 플레이트는 1 mm2 면적 내에서 기공률(porosity)이 0.1 내지 1% 일 수 있다.
또한, CaF2를 2 몰% 내지 10 몰%를 첨가하는 경우에 형광체 플레이트의 광속은 1000(lm) 이상이며, 최대하중은 0.8N(비교예 1)보다 커지게 된다. 즉, CaF2 미첨가인 비교예 1에 의한 형광체 플레이트의 최대하중이 0.8N이므로, CaF2또, BaF2를 첨가하면, 하중이 증가한다. 동일 강도하에서의 형광체 플레이트의 두께가 비교예1 대비 실시예3에서 보다 얇아지며, 광속은 6% 증가하였다. 이에 따라, 강도가 증진되고, 얇은 두께에도 광속이 향상된 형광체 플레이트를 제공할 수 있다. 또한, 두께가 얇아 비용 절감이 가능하다.
또한, CaF2를 4 몰% 내지 8 몰%를 첨가하는 경우에 형광체 플레이트의 광속이 1040 (lm)이상이며, 최대하중이 1.2N 이상이다. 즉, 높은 광효율을 가지면서, 동시에 높은 강도를 가질 수 있다.
이와 달리, 실시예 1(CaF2를 2 몰%)는 광속은 1040(lm) 이상이나, 최대하중이 1N 미만으로 낮고, 실시예 5(CaF2를 10 몰%)는 최대하중이 1.2N 이상이나 광속이 1040(lm) 보다 낮다.
도 6내지 9는 본 발명의 실시예에 따른 형광체 플레이트를 포함하는 조명장치의 단면도이다.
도 6 내지 9을 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.
광원(810)은 리드프레임(820) 상에 배치될 수 있으며, 하우징(830) 내에 배치될 수 있다.
광원(810)은 도 6에서 예시한 바와 같이 단수로 배치되거나, 도 7내지 9에서 예시한 바와 같이 복수로 배치될 수 있다. 한편, 도 6 내지 7에서는 형광체 플레이트(100)가 광원(810)으로부터 이격되어 배치되는 것을 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8 내지 9를 참조하면, 형광체 플레이트(100)는 광원(810) 상에 직접 배치될 수도 있다. 이때, 형광체 플레이트(100)와 광원(810)은 접착될 수 있다.
이때, 도 8에서 예시한 바와 같이, 복수의 광원(810) 상에 복수의 형광체 플레이트(100)가 각각 배치되거나, 도 9에서 예시한 바와 같이, 복수의 광원(810) 상에 단수의 형광체 플레이트(100)가 배치될 수 있다.
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.
100: 형광체 플레이트
800: 조명장치

Claims (15)

  1. 유리 프리트,
    형광체, 및
    첨가제를 포함하는 혼합물의 소결체이고,
    상기 첨가제는 BaF2 및 CaF-2 중 어느 하나인 형광체 플레이트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 첨가제는,
    상기 유리 프리트, 상기 형광체 및 상기 첨가제의 몰수의 합 대비 1 몰(mol)% 내지 10 몰(mol)%인 형광체 플레이트.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 첨가제는,
    상기 유리프리트, 상기 형광체 및 상기 첨가제의 몰수의 합 대비 4 몰(mol)% 내지 8 몰(mol)%인 형광체 플레이트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 형광체는,
    가넷(Garnet)계, 질화물(nitride)계, 황화물(sulfide)계, 규산염(silicate)계 형광체로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 형광체를 포함하는 형광체 플레이트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유리프리트 조성물은,
    산화 규소(SiO2), 산화 붕소(B2O3) 및 산화 아연(ZnO)으로 이루어진 산화물 혼합체를 포함하는 형광체 플레이트.
  6. 제 1 항에 있어서
    상기 형광체 플레이트는 1 mm2 면적 내에서 기공률(porosity)이 0.1 내지 1% 인 형광체 플레이트.
  7. 광원, 그리고
    상기 광원 상에 배치되는 형광체 플레이트를 포함하고,
    상기 형광체 플레이트는,
    유리 프리트, 형광체, 및 첨가제를 포함하고,
    상기 첨가제는 BaF2 및 CaF-2 중 어느 하나를 포함하는
    조명장치.
  8. 제 7항에 있어서
    상기 형광체 플레이트는 1 mm2 면적 내에서 기공률(porosity)이 0.1 내지 1% 인 조명장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 광원은 복수의 광원인 조명장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 광원 상에 배치되는 상기 형광체 플레이트는 복수의 형광체 플레이트인 조명장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 복수의 광원 상에 배치되는 상기 형광체 플레이트는 단수의 형광체 플레이트인 조명장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 형광체 플레이트는 상기 광원 상에 접착되는 조명장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 형광체 플레이트는 상기 광원으로부터 이격되어 배치되는 조명장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 형광체 플레이트와 상기 광원 사이에 배치되는 접착층을 더 포함하는 조명장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 형광체 플레이트는 투명 기판, 그리고 상기 투명 기판 및 상기 형광체를 포함하는 기판 사이에 배치되는 접착층을 더 포함하는 조명장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200129838A (ko) * 2019-05-10 2020-11-18 한국산업기술대학교산학협력단 형광체 플레이트 제조방법
KR20210031157A (ko) * 2019-09-11 2021-03-19 한국광기술원 옐로우 링 현상이 저감된 형광체 플레이트 및 그의 제조방법

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