KR20190004636A - 발광 다이오드용 형광 유리 및 그 제조 공정 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 다이오드용 형광 유리 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 발광 다이오드용 형광 유리는 유리 분말과 형광 분말을 포함하며, 유리 분말과 형광 분말이 혼합되어 형광 유리를 형성하고, 유리 분말을 제조하는 재료는 20wt% - 37wt%의 이산화규소, 31wt% - 47wt%의 삼산화이붕소, 16wt% - 35wt%의 산화칼슘을 포함하고, 형광 분말 재료는 Ce-YAG, LuAG, 규산물 및 질화물/질산화물 형광 분말에서 선택된 하나이다. 본 발명의 형광 유리는 유리 분말과 형광 분말을 혼합한 후 소결한 것이며, 소결 온도가 낮아 형광분말이 고온으로 인해 이색으로 변질하는 것을 방지하므로, 본 발명의 형광 유리는 양호한 투광성을 가지고, 이 형광 유리를 사용한 발광 다이오드는 양호한 발광 효율을 가진다.
Description
본 발명은 형광 유리의 기술분야에 관한 것으로, 특히, 발광 다이오드용 형광 유리 및 그 제조 공정에 관한 것이다.
종래의 백색 발광 다이오드는 형광 분말과 고분자 실리카겔을 혼합하여 청색 칩에 도포하고, 청색 칩을 통해 발광하여 형광 분말을 여기시켜 황색광을 발생하고, 황색광과 청색광이 백색광으로 혼합되지만, 백색 발광 다이오드 내의 실리카겔은 장시간 고온 상태일 경우 쉽게 황화, 열화가 발생하며, 더욱이, 백색 발광 다잉드의 발광 효과에 영향을 주게 된다. 종래에는 백색 발광 다이오드는 형광 유리를 사용하여 상기 문제를 해결하였으며, 형광 유리는 유리판의 표면에 형광 물질층을 도포하기 위해, 유리판의 재료는 대부분 예를 들어, SiO2 - B2O3 계열 또는 P2O5 계열에 Na, K, Li 등 알칼리 금속 산화물 등을 첨가한 유연(有鉛) 또는 무연(无鉛) 알칼리 유리이며이다.
상기 유리판이 무알칼리 유리를 사용할 경우, 무알칼리 유리는 알칼리 금속 산화물이 함유되지 않은 유리이지만, 알칼리 금속 및 고함량의 이산화규소가 첨가되지 않았기 때문에, 용해 시, 고온이여야 하고, 용해 온도가 1500℃ 이상이면서 이 고온 상태를 수시간 또는 수십 시간으로 유지하여 무알칼리 유리의 성분을 균질하게 용해시키고, 용융 유리를 형성하며, 용융 유리의 점도가 크고, 유동성이 차하며, 후속 제조 공정이 상대적으로 어려워진다. 그 외에, 이 유리의 열팽창계수가 약 3×10-6 - 4.0×10-6 이고, 형광 분말의 열팽창계수는 8.0×10-6 이며, 유리와 형광 분말의 열팽창계수의 차이가 비교적 커 유리와 형광 분말을 함께 소결할 때 높은 소결 온도가 필요하고, 이렇게 소결할 경우 응력이 발생하기 쉽고, 형광 유리의 후속 가공이 어려워진다.
"배경 기술"의 단락은 본 발명의 내용에 대한 이해를 돕기 위한 것으로, "배경 기술"의 단락에 기재된 내용이 본 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자가 알고 있는 종래의 기술을 구성하지 않는 내용을 포함할 수도 있다. "배경 기술"에 기재된 내용은 상기 내용 또는 본 발명의 하나 이상의 실시예가 해결하고자 하는 문제를 대표하지 않으며, 본 발명 출원 전에 본 기술분야에 속하는 기술자가 이미 알고 있거나 인지하고 있는 것이다.
종래 기술의 문제점에 대해 본 발명의 목적은 발광 다이오드용 형광 유리 및 그 제조 공정을 제공하는데 있다.
상술한 기술적 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 유리 분말과 형광 분말을 포함하고, 상기 유리 분말과 상기 형광 분말을 혼합하여 형광 유리를 형성하며, 유리 분말을 제조하는 재료는 20wt% - 37wt%의 이산화규소, 31wt% - 47wt%의 삼산화이붕소, 16wt% - 35wt%의 산화칼슘을 포함하고, 상기 형광 분말 재료는 Ce-YAG, LuAG, 규산염 및 질화물/질산화물 형광 분말에서 선택된 하나인 발광 다이오드용 형광 유리를 제공한다.
또한,본 발명은 20wt% - 37wt%의 실리카, 31wt% - 47wt%의 삼산화이붕소 및 16wt% - 35wt%의 산화칼슘을 포함하는 유리 분말을 제조하는 재료를 제공하는 단계; 용해 온도는 1400 이하에서 유리 분말을 제조하는 재료를 용해시켜 용융 유리를 형성하는 단계; 상기 용융 유리를 물에 넣고 냉각하여 유리 모래를 얻는 단계; 상기 유리 모래를 유리 분말로 연마하는 단계; 상기 유리 분말과, Ce-YAG, LuAG, 규산염 및 질화물/질산화물 형광 분말에서 선택된 하나인 형광 분말을 혼합하여 형광 유리 블랭크 잉곳으로 압축하는 단계; 소결 온도 750 - 850℃에서 형광 유리 블랭크 잉곳을 형광 유리 잉곳으로 소결하는 단계; 및 형광 유리 잉곳을 시트 형상의 적어도 하나의 형광 유리로 절단하는 단계를 포함하는 발광 다이오드용 형광 유리의 제조 공정을 더 제공한다.
종래 기술에 비해, 본 발명은 아래와 같은 기술적 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 발광 다이오드용 형광 유리 및 그 제조 공정을 제공하였으며, 발광 다이오드용 형광 유리는 유리 분말과 형광 분말을 혼합하고 소결하여 형성되고, 형광 분말은 유리 매질 내에 분포되어, 본 발명의 형광 유리를 발광 다이오드에 응용할 경우, 발광 다이오드의 칩에서 생성되는 빛이 유리 매질를 직접 통과하여 유리 매질 내에 분포된 형광 분말을 여기하여 빛의 전송 과정에서 손실이 발생하는 것을 방지하고, 발광 다이오드의 발광 효율을 효과적으로 높인다.
이 외에, 유리 분말을 제조하는 재료에서 규소의 함유량이 적고, 붕소의 함유량이 높으며, 상기 재료의 용해 온도를 1400℃ 이하로 제어할 수 있기 때문에 생성되는 용융 유리는 유동성이 양호하고 후속 처리가 간편하다.
그 외에, 본 발명의 유리 분말의 열팽창계수와 형광 분말의 열팽창계수가 서로 근접하여 유리 분말과 형광 분말을 혼합하여 소성하는 온도를 제어할 수 있어 소결 온도가 너무 높아 형광 분말이 이색으로 변질하여 형광 유리의 투광성에 영향을 주고, 나아가 발광 다이오드의 발광 효율에 영향을 주는 것을 방지한다.
도 1은 본 발명의 실시방식에 따른 발광 다이오드용 형광 유리의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다수의 실시방식에 대해 설명한다. 명확하게 설명하기 위해, 실무상의 세부 사항은 아래에 함께 설명하지만, 이러한 실무상의 세부 사항은 본 발명을 한정하는 것이 아님을 이해해야 한다. 다시 말해서, 본 발명의 일부 실시방식에 있어서,이러한 실무상의 세부 사항은 불필요한 것이다. 그 외에, 도면의 간략화를 위해 일부 종래의 통상적인 구조는 도면에서 간단한 방식으로 도시한다.
본 명세서에서 사용된 "제1", "제2" 등 용어는 동일한 기술용어로 표기되는 어셈블리 또는 조작을 구별하기 위한 것으로, 특별히 순서 또는 순위를 나타내는 것이 아니며, 본 발명을 한정하는 것도 아니다.
우선, 본 발명은 발광 다이오드용 형광 유리 및 그 제조 방법을 제공하며, 발광 다이오드용 형광 유리의 재료는 유리 분말과 형광 분말을 포함하고, 유리 분말과 형광 분말을 혼합하여 형광 유리 블랭크 잉곳으로 압축한 다음, 형광 유리 블랭크 잉곳을 소결하여 발광 다이오드용 형광 유리를 형성한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 형광 유리는 형광 분말을 유리 표면이 아닌 유리 내에 분포하여 형광 분말층을 형성한 것이며, 본 발명의 형광 유리의 발광 다이오드를 사용하면 발광 다이오드의 칩이 발광할 때, 빛이 형광 유리로 직접 들어가 형광 유리 내의 형광 분말을 여기시키며, 반대로, 종래의 형광 유리를 사용하는 발광 다이오드는 발광 다이오드의 칩이 발광할 때, 빛이 먼저 유리 매질를 통과하고 그 다음 형광 분말 층으로 들어가 형광 분말 층 내의 형광 분말을 여기시킨다. 이와 같이, 본 발명의 형광 유리를 사용한 발광 다이오드의 칩에서 발생한 광원은 형광 분말을 완전히 여기시킬 수 있고, 유리 매질를 통과하여도 손실되지 않기 때문에 본 발명의 형광 유리를 사용한 발광 다이오드는 발광 효율이 높다.
이하, 본 발명의 형광 유리에 사용된 유리 분말과 형광 분말의 재료에 대해 설명한다. 유리 분말을 제조하는 재료는 20wt% - 37wt%의 이산화규소, 31wt% - 47wt%의 삼산화이붕소(B2O3) 및 16wt% - 35wt%의 산화칼슘(CaO)을 포함하고, 이산화규소와 삼산화이붕소는 유리 분말을 제조하는 주요 성분이며, 그 중, 이산화규소는 형성된 유리의 구조 안정성을 증가시킬 수 있고, 유리의 열팽창계수를 낮추며, 유리의 열충격 안정성, 화학 안정성 및 기계적 강도를 높일 수 있다. 삼산화이붕소는 유리를 형성하는 용해 온도를 낮추고, 유리의 점도를 낮출 수 있으며, 산화칼슘도 유리의 점도를 낮추어 유리가 쉽게 용해하고, 균질해지도록 한다. 본 발명의 유리 분말을 제조하는 재료의 이산화규소의 함유량은 종래의 발광 다이오드용 유리의 이산화규소의 함유량보다 낮고, 삼산화이붕소의 함유량은 종래의 발광 다이오드용 유리의 삼산화이붕소의 함유량보다 높으며, 본 발명에서 유리 분말을 제조하는 재료의 용해 온도는 1400℃ 이하이다. 상기 형광 분말 재료는 Ce-YAG, LuAG, 규산염 및 질화물/질산화물(Nitrides/Oxynitrides) 형광 분말에서 선택된 하나이다.
도 1은 본 발명의 실시방식에 따른 발광 다이오드용 형광 유리의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 도시한 바와 같이, 먼저, 상기 유리 분말을 제조하는 재료를 용해시키고, 유리 분말을 제조하는 재료를 도가니에 넣은 다음, 상기 유리 분말을 제조하는 재료가 담긴 도가니를 대기 또는 환원 가스가 함유된 노(爐)에서 용해시켜 균질한 용융 유리를 얻는 단계(S10)를 실시한다. 이때 용해 온도는 1400℃ 이하이고, 용융 유리의 점도가 높지 않기 때문에 용융 유리는 양호한 유동성을 가진다. 그 다음, 용융 유리를 물에 넣고 냉각하여 유리 모래를 얻는 단계(S11)를 실시한다. 이때, 용융 유리의 유동성이 양호하기 때문에 용융 유리를 쉽게 물 속에 주입할 수 있으며, 용융 유리의 점도가 너무 높거나 유동성이 나빠 물 속에 주입하여 냉각할 수 없게 되지 않는다. 여기서, 유리 모래의 열팽창계수는 5×10-6 - 7.6×10-6 사이에 있고, 유리 모래의 유리전이온도(Tg)는 620℃ 내지 675℃ 사이에 있으며, 유리 모래의 연화온도(Ts)는 660℃ 내지 730℃ 사이에 있다. 그 다음, 유리 모래를 유리 분말이 되도록 연마하는 단계(S12)를 실시한다. 이때, 유리 분말의 입경은 100㎛ 보다 작고, 유리 분말을 제조하는 재료 중의 이산화규소의 함유량이 비교적 적고, 유리 모래의 경도가 높지 않기 때문에 유리 모래가 분말 형태로 연마되기 쉽다. 그 다음, 유리 분말과 형광 분말을 혼합하여 형광 유리 블랭크 잉곳으로 압축하는 단계(S13)를 실시한다. 이때, 유리 분말과 형광 분말 사이가 양호한 점착성을 가지기 때문에 형광 유리 블랭크 잉곳이 쉽게 파열되는 것을 방지한다. 그 다음, 형광 유리 블랭크 잉곳을 소결하여 형광 유리 잉곳으로 하는 단계(S14)를 실시한다. 이때, 소결 온도는 750℃ 내지 850℃ 사이에 있고, 유리 모래의 열팽창계수는 5×10-6 - 7.6×10-6 사이에 있기 때문에 유리 분말과 형광 분말의 소결 온도를 낮출 수 있고, 저온 소결을 통해 형광 분말이 이색으로 변질하여 형광 유리 잉곳의 투광성에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다. 그 다음, 형광 유리 잉곳을 시트형 형광 유리로 절단하는 단계(S15)를 실시한 다음, 형광 유리를 연마하는 단계(S16)를 실시한다. 이때, 형광 유리의 두께는 120㎛ - 200㎛ 사이에 있다. 마지막으로, 연마한 형광 유리를 길이와 폭이 1mm × 1mm인 형광 유리가 되도록 절단하고, 청색 발광 다이오드 칩 상에 부착하여 어셈블리로 제조한 후, 광학 성질을 측정한다.
본 발명에서 유리 분말을 제조하는 재료는 0wt% - 17wt%의 산화마그네슘 또는 산화아연을 더 포함하며, 산화마그네슘 또는 산화아연을 첨가함으로써 상기 재료로 형성된 유리의 안정성 및 내후성을 증가할 수 있고, 유리의 열팽창계수를 낮출 수 있다. 본 발명의 유리 분말을 제조하는 재료는 0wt% - 12wt%의 산화알루미늄을 더 포함하며, 유리의 열안정성, 기계적 강도 및 굴절율을 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 유리 분말을 제조하는 재료의 조성은 1400℃ 이하의 용해 온도에서 용융 유리를 형성할 수 있고, 용융 유리의 점도가 높지 않고, 양호한 유동성을 가지기 때문에 이어지는 냉각, 연마, 소결, 절단 등 후속 처리를 용이하게 실시할 수 있다. 상기 재료로 형성된 유리 분말의 점도가 높지 않지만, 형광 분말과 혼합하여 압축할 때 형광 분말과의 사이에 점성이 발생하여, 형광 분말의 블랭크 잉곳이 소결 전에 쉽게 파열되지 않게 한다. 이와 같이, 유리 분말의 열팽창계수와 형광 분말의 열팽창계수가 서로 근접하고, 유리 분말과 형광 분말의 소결 온도를 750℃ - 850℃ 사이로 제어되기 때문에 형광 분말이 이색으로 변질하여 형광 유리 잉곳의 투광성에 영향을 주는 것을 방지하고, 형광 유리 잉곳을 절단하여 형성된 형광 유리는 양호한 투광성을 가지며, 형광 유리를 사용하여 제조된 발광 다이오드의 발광효율을 높인다.
아래에 6개의 실시방식을 제공한다. 각 실시방식은 모두 상기 유리 분말을 제조하는 재료로 제조된 유리 모래를 이용하였으며, 각 실시방식의 유리 모래의 재료 조성 및 그 특성의 표를 제공하였다. 아래 표에서, 각 실시방식의 유리 모래의 용해 온도는 1250℃ -1400℃ 사이에 있으며, 본 발명의 유리 모래를 제조하는 용해 온도를 1400℃ 이하로 제어할 수 있고, 아래 표에서 각 실시방식의 유리 모래의 열팽창계수는 모두 5×10-6 - 7.6×10-6 사이에 있으며, 유리 모래를 연마한 후의 유리 분말과 형광 분말의 소결 온도를 제어할 수 있음을 증명한다. 아래 각 실시방식의 유리 모래를 연마한 후의 유리 분말은 모두 형광 분말과 무색의 투명한 형광 유리로 소결되며, 형광 분말이 이색으로 변질하여 형광 유리의 투광성에 영향을 주는 일이 없으며, 아래 실시방식의 유리 모래를 연마한 후의 유리 분말과 형광 분말을 함께 소성하여 형성된 형광 유리를 발광 다이오드에 응용하면 발광 다이오드의 발광 효율을 대폭 높일 수 있음을 증명한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 발광 다이오드용 형광 유리 및 그 제조 공정을 제공하였으며, 발광 다이오드용 형광 유리는 유리 분말과 형광 분말을 혼합하고 소결하여 형성되고, 형광 분말은 유리 매질 내에 분포되어, 본 발명의 형광 유리를 발광 다이오드에 응용할 경우, 발광 다이오드의 칩에서 생성되는 광원이 유리 매질을 직접 통과하여 유리 매질 내의 형광 분말에 여기시켜 빛의 전송 과정에서 손실이 발생하는 것을 방지하고, 발광 다이오드의 발광 효율을 효과적으로 높인다. 이 외에, 본 발명에서 유리 분말을 제조할 때 사용하는 재료에서 규소의 함유량이 적고, 붕소의 함유량이 높으며, 상기 재료의 용해 온도를 1400℃ 이하로 제어할 수 있기 때문에 생성되는 용융 유리가 유동성이 양호하여 후속 처리가 간편하다. 상기 재료의 제조 과정에서 유리 모래의 열팽창계수와 형광 분말의 열팽창계수가 서로 근접하여 유리 모래를 연마하여 이루어진 유리 분말과 형광 분말을 혼합하여 소성하는 온도를 제어할 수 있어 소결 온도가 너무 높아 형광 분말이 이색으로 변질하여 형광 유리의 투광성에 영향을 주고, 나아가 발광 다이오드의 발광 효율에 영향을 주는 것을 방지한다.
이상은 본 발명의 실시방식에 불과하며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서, 본 발명은 다양하게 변경 및 변화할 수 있다. 본 발명의 정신 및 원리 범위 내에서 한 모든 수정, 동등한 치환, 개진 등은 모두 본 발명의 권리 범위 내에 속한다고 해야 할 것이다.
Claims (10)
- 유리 분말과 형광 분말을 포함하고, 상기 유리 분말과 상기 형광 분말이 혼합되어 형광 유리를 형성하는 발광 다이오드용 형광 유리에 있어서,
상기 유리 분말을 제조하는 재료는 20wt% - 37wt%의 이산화규소, 31wt% - 47wt%의 삼산화이붕소, 16wt% - 35wt%의 산화칼슘을 포함하고, 상기 형광 분말 재료는 Ce-YAG, LuAG, 규산염 및 질화물/질산화물 형광 분말에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 형광 유리. - 제 1 항에 있어서,
상기 유리 분말을 제조하는 재료는 산화마그네슘 또는 산화아연을 더 포함하고, 상기 산화마그네슘 또는 산화아연의 중량비가 0wt% - 17wt% 사이에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 형광 유리. - 제 2 항에 있어서,
상기 유리 분말을 제조하는 재료는 산화알루미늄을 더 포함하고, 상기 산화알루미늄의 중량비는 0wt%-12wt% 사이에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 형광 유리. - 20wt% - 37wt%의 실리카, 31wt% - 47wt%의 삼산화이붕소 및 16wt% - 35wt%의 산화칼슘을 포함하는 유리 분말을 제조하는 재료를 제공하는 단계;
용해 온도는 1400 이하에서 유리 분말을 제조하는 재료를 용해시켜 용융 유리를 형성하는 단계;
상기 용융 유리를 물에 넣고 냉각하여 유리 모래를 얻는 단계;
상기 유리 모래를 유리 분말로 연마하는 단계;
상기 유리 분말과, Ce-YAG, LuAG, 규산염 및 질화물/질산화물 형광 분말에서 선택된 하나인 형광 분말을 혼합하여 형광 유리 블랭크 잉곳으로 압축하는 단계;
소결 온도 750 - 850℃에서 상기 형광 유리 블랭크 잉곳을 형광 유리 잉곳으로 소결하는 단계; 및
상기 형광 유리 잉곳을 시트 형상의 적어도 하나의 형광 유리로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 형광 유리의 제조 공정. - 제 4 항에 있어서,
상기 유리 분말을 제조하는 재료는 산화마그네슘 또는 산화아연을 더 포함하고, 상기 산화마그네슘 또는 산화아연의 중량비가 0wt% - 17wt% 사이에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 형광 유리의 제조 공정. - 제 5 항에 있어서,
상기 유리 분말을 제조하는 재료는 산화알루미늄을 더 포함하며, 상기 산화알루미늄의 중량비는 0wt% - 12wt% 사이에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 형광 유리의 제조 공정. - 제 4 항에 있어서,
상기 유리 모래의 열팽창계수가 5x10-6 - 7.6x10-6사이에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 형광 유리의 제조 공정. - 제 4 항에 있어서,
상기 유리 분말의 입경이 100㎛ 보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 형광 유리의 제조 공정. - 제 4 항에 있어서,
상기 용해 온도가 1250℃ - 1400℃ 사이에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 형광 유리의 제조 공정. - 제 4 항에 있어서,
각 형광 유리의 두께는 120㎛ - 200㎛ 사이에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 형광 유리의 제조 공정.
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