KR20220033361A - 발광 장치 및 발광 장치의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 구현예는 유리 매트릭스 중에 제 1 형광체 분말이 분산된 제 1 파장 변환 부재 및 수지 중에 제 2 형광체 분말이 분산된 제 2 파장 변환 부재를 포함하는 하이브리드(hybrid)형 파장 변환 부재를 포함함으로써, 다양한 색구현 뿐만 아니라, 균일한 파장 변환이 가능하고 광특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 발광 장치 및 발광 장치의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2종 이상의 파장 변환 부재를 포함하는 발광 장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
기존의 표시 장치 또는 조명 등의 용도로 사용되는 발광 장치로는 가시광선원의 질화 갈륨계 화합물 반도체를 베이스로 한, 청색 발광 다이오드(light emitting diode; 이하, LED라 칭함) 또는 근자외 LED를 이용한 발광 장치를 들 수 있다.
이러한 발광 장치는 LED의 발광의 일부 또는 전부를 여기광으로 흡수하고, 보다 장파장의 가시광선에서 파장 변환하는 형광체 재료를 이용함으로써, 백색 또는 그 외의 가시광선 발광을 얻을 수 있다.
이 중, 백색 발광을 이용한 발광 장치는, 최근 각종 인디케이터(indicator), 광원, 표시 장치 및 액정 디스플레이의 백 라이트 등으로 다양하게 활용되고, 자동차의 헤드 램프나 일반 조명 등의 다양한 용도로 사용되고 있다.
일반적으로, 발광 장치는 유기 또는 무기 매트릭스 중에 형광체 분말이 분산된 파장 변환 부재를 포함한다.
구체적으로, 일본공개특허 제2018-31829호에는 유리 매트릭스 중에 형광체 분말이 분산된 파장 변환 부재의 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 유리 매트릭스 사용하는 파장 변환 부재의 소결온도에서 일부 형광체가 열화되어, 광특성 저하 및 변색이 발생되어 형광체 사용에 제약이 있어 연색성이 높은 파장 변환부 재를 만들 수 없는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해, 실리콘 매트릭스에 형광체 분말이 분산된 파장 변환 부재를 포함하는 발광 장치가 연구되었으나, 기계적 물성이 저하되고 발광 장치의 휘도가 낮은 문제점이 있다.
특히, 실리콘 매트릭스에 적색 형광체 분말로서 망간 활성 불화물계 형광체 분말이 분산된 파장 변환 부재를 사용하는 경우, 습기에 취약하여 이로 인해 광특성이 저하되어 신뢰성이 낮은 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해, 파장 변환 부재 상에 유리 보호층을 배치하는 발광 장치가 연구되었다. 그러나, 유리 보호층에 의해 청색 또는 녹색 등의 빛이 원활히 통과하지 못하여 광학 특성이 저하하는 문제점이 있고, 다양한 색구현, 광특성 및 고신뢰성을 동시에 향상시키는데 여전히 한계가 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다양한 색구현 뿐만 아니라, 균일한 파장 변환이 가능하고 광특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 발광 장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 구현예는 발광 소자; 유리 매트릭스 중에 제 1 형광체 분말이 분산된 적어도 1층 이상의 제 1 파장 변환 부재; 및 상기 발광 소자 및 상기 제 1 파장 변환 부재 사이에, 수지 중에 제 2 형광체 분말이 분산된 적어도 1층 이상의 제 2 파장 변환 부재를 포함하는, 발광 장치를 제공한다.
또 다른 구현예는 유리 매트릭스 및 제 1 형광체 분말을 포함하는 적어도 1층 이상의 제 1 파장 변환 부재를 준비하는 단계; 수지 및 제 2 형광체 분말을 포함하는 적어도 1층 이상의 제 2 파장 변환 부재를 준비하는 단계; 상기 제 1 파장 변환 부재 및 상기 제 2 파장 변환 부재를 접합하여 파장 변환 부재층을 제조하는 단계; 및 상기 파장 변환 부재층 중의 제 2 파장 변환 부재의 일면이 발광 소자를 향하도록 배치하는 단계;를 포함하는, 발광 장치의 제조방법을 제공한다.
상기 구현예에 따른 발광 장치는 유리 매트릭스 중에 제 1 형광체 분말이 분산된 제 1 파장 변환 부재 및 수지 중에 제 2 형광체 분말이 분산된 제 2 파장 변환 부재를 포함하는 하이브리드(hybrid)형 파장 변환 부재를 포함함으로써, 다양한 색구현 뿐만 아니라, 균일한 파장 변환이 가능하고 광특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부된 아래의 도면을 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 발광 장치의 측단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 발광 장치의 측단면도를 나타낸 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 발광 장치의 측단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 발광 장치의 측단면도를 나타낸 것이다.
본 발명은 이하에 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라, 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
또한, 본 명세서에서, 층 또는 막 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
[발광 장치]
이하, 도 1 및 2를 참고하여, 본 발명의 발광 장치에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1 및 2를 참고하면, 본 발명의 구현예에 따른 발광 장치(100)는 발광 소자(110); 유리 매트릭스(140) 중에 제 1 형광체 분말(160)이 분산된 적어도 1층 이상의 제 1 파장 변환 부재(130); 및 상기 발광 소자(110) 및 상기 제 1 파장 변환 부재(130) 사이에, 수지(150) 중에 제 2 형광체 분말(170)이 분산된 적어도 1층 이상의 제 2 파장 변환 부재(120)를 포함한다. 상기 발광 소자(110)는 기판(190), 및 상기 기판(190) 상에 배치된 발광다이오드(LED) 칩(180)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 구현예에 따른 발광 장치(100)는, 도 1과 같이, 상기 발광 소자(110); 제 1 파장 변환 부재(130); 및 상기 발광 소자(110) 및 상기 제 1 파장 변환 부재(130) 사이에, 제 2 파장 변환 부재(120)를 포함하고, 이때, 상기 발광 소자(110), 제 2 파장 변환 부재(120), 및 상기 제 1 파장 변환 부재(130)가 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 형광체의 열화가 발생하는 문제를 최소화할 수 있으며, 안정적인 발광 장치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 수지(150) 및 제 2 형광체 분말(170)을 포함하는 제 2 파장 변환 부재(120)가 상기 발광 소자(110)의 일면에, 구체적으로, 상기 발광 소자(110) 중의 상기 LED 칩(180)의 상면에 전체적으로 접하도록 배치할 수 있다.
특히, 상기 발광 소자(110) 및 상기 제 1 파장 변환 부재(130) 사이에 상기 수지를 포함하는 제 2 파장 변환 부재(120)를 적층하는 특정 구조로 인해, 빛의 산란을 최소화 할 수 있고, 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 발광 장치(100)는 도 2와 같이, 상기 발광 소자(110); 제 1 파장 변환 부재(130); 및 상기 발광 소자(110) 및 상기 제 1 파장 변환 부재(130) 사이에, 제 2 파장 변환 부재(120)를 포함하고, 이때, 상기 발광 소자(110) 및 제 2 파장 변환 부재(120)은 이격되어 존재할 수 있다.
구체적으로, 상기 발광 소자(110) 및 제 2 파장 변환 부재(120) 사이에 빈 공간(125)이 존재할 수 있다. 상기 빈 공간(125)은 예를 들어 격벽을 이용하여 형성할 수 있다.
예를 들면, 몰드를 통해 상기 폴리머 수지 계열의 격벽을 성형한 후, 상기 격벽 하부에 기판(190) 및 발광다이오드(LED) 칩(180)을 포함하는 발광 소자(110)를 삽입하고, 상기 격벽 상에 상기 제 2 파장 변환 부재(120) 및 상기 제 1 파장 변환 부재(130)를 순차적으로 배치함으로써, 상기 발광 소자(110) 및 제 2 파장 변환 부재(120) 사이에 빈 공간(125)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 발광 소자(110) 상에 폴리머 수지 계열의 격벽을 배치한 후, 상기 격벽 상에 상기 제 2 파장 변환 부재(120) 및 상기 제 1 파장 변환 부재(130)를 순차적으로 배치함으로써, 상기 발광 소자(110) 및 제 2 파장 변환 부재(120) 사이에 빈 공간(125)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 발광 소자(110) 및 제 2 파장 변환 부재(120) 사이의 빈 공간(125)의 두께, 즉 상기 발광 소자(110) 및 제 2 파장 변환 부재(120) 사이의 거리는 예를 들어 0.5 mm 내지 5 mm 일 수 있다. 또한, 상기 빈 공간을 확보하기 위해 발광 장치에 사용되는 통상적인 폴리머 수지 계열의 격벽 재질 및 구조를 채용할 수 있다.
상기 발광 장치가 상기 제 1 파장 변환 부재만을 포함하는 경우, 충분한 휘도를 갖는 적색 발광을 구현하는 데에 어려움이 있을 수 있고, CRI(Color Rendering Index)를 높일 수 없는 문제점이 있어, 발광색 구현에 한계가 있다.
또한, 상기 발광 장치가 상기 제 2 파장 변환 부재만을 포함하는 경우, 파장 변환 부재로서 내구성이나 내열성이 저하하는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 발광 장치는 유리 매트릭스 중에 제 1 형광체 분말이 분산된 제 1 파장 변환 부재 및 수지 중에 제 2 형광체 분말이 분산된 제 2 파장 변환 부재를 포함하는 하이브리드(hybrid)형 파장 변환 부재를 포함함으로써, 다양한 색구현 뿐만 아니라, 균일한 파장 변환이 가능하고 광특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 발광 소자 및 상기 제 1 파장 변환 부재 사이에 상기 수지를 포함하는 제 2 파장 변환 부재를 적층하는 특정 구조로 인해, 빛의 산란을 최소화 할 수 있고, 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재에 포함되는 제 1 형광체 분말 및 제 2 형광체 분말의 농도(함량) 및 종류를 조절함으로써, 발광색을 용이하게 조절할 수 있다.
상기 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재의 총 두께는 40 내지 1500 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재의 총 두께는 바람직하게는 50 내지 1500 ㎛, 더 바람직하게는 100 내지 1000 ㎛, 더욱 더 바람직하게는 100 내지 800 ㎛일 수 있다.
만약 상기 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재의 총 두께가 너무 두꺼우면, 빛의 산란이나 흡수가 너무 커져 형광체의 발광 효율이 감소할 수 있다. 반면, 상기 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재의 총 두께가 너무 얇으면 충분한 발광 강도를 얻는데 어려움이 있을 수 있고, 파장 변환 부재의 만족할만한 기계적 강도를 구현하는데 어려움이 있다. 특히, 백색의 발광을 얻기 위해 여기광과 형광이 적절한 비율이 되도록 상기 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재의 총 두께를 제어하면 좋다.
또한, 상기 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재의 총 층수는 바람직하게는 2 내지 20 층, 더 바람직하게는 2 내지 10 층, 더욱 더 바람직하게는 2 내지 6 층일 수 있다.
상기 파장 변환 부재의 총 두께 및 층의 개수를 용이하게 제어함으로써, 제조되는 LED 패키지나 제품간에서의 발광 특성의 불균형을 최소화할 수 있다.
이하, 상기 발광 장치의 구성을 상세히 설명한다.
발광 소자
본 발명의 일 구현예에 따른 발광 장치(100)에 포함되는 발광 소자(110)는 기판(190), 및 상기 기판(190) 상에 배치된 발광다이오드(LED) 칩(180)을 포함할 수 있다.
상기 기판(190)은 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 사용할 수 있다. 상기 상기 기판(190)은 방열 특성을 고려하여 칩 탑재 영역이 금속 재질로 이루어진 히트 슬러그 타입(Heat slug type)의 PCB를 이용할 수도 있다.
이러한 기판(190)에는 복수개의 리드 프레임(미도시)이 형성되며, 상기 리드 프레임의 본딩 영역과 LED 칩 탑재 영역 이외에는 반사 물질이 코팅될 수 있으며, 이 경우, 광 효율을 개선시킬 수 있다.
한편, 상기 LED 칩(180)은 접착부재(미도시)를 이용하여 상기 기판(190) 상에 고정될 수 있으며, 와이어를 이용하여 상기 기판의 리드 프레임과는 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 LED 칩의 방출광의 파장대역은, 자외선 파장영역, 청색 파장영역 또는 녹색의 파장영역일 수 있으며, 이러한 파장영역이 넓게 걸쳐 분포하는 자외선, 청색 및 녹색의 파장영역, 또는 청색 및 녹색 파장영역, 또는 자외선 및 청색 파장영역일 수 있다. 상기 LED 칩은 최종광으로서 백색광을 제공하기 위한 형태일 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 LED 칩은 380 nm 내지 500㎚의 피크파장을 갖는 UV 또는 청색 LED 칩일 수 있다.
제 1 파장 변환 부재
본 발명의 일 구현예에 따른 발광 장치에 포함되는 제 1 파장 변환 부재는 무기 재료인 유리 매트릭스 중에 제 1 형광체 분말이 분산된 구조이고, 적어도 1층 이상일 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 파장 변환 부재는 제 1 형광체 분말과 유리 매트릭스가 거의 균일하게 혼재된 구조일 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1 파장 변환 부재의 구조는 상기 제 1 형광체 분말과 유리 매트릭스 중 한쪽이 다른 한쪽 내에 섬(島) 형상으로 분산한 해도 구조(海島構造)일 수 있다. 이 경우 제 1 파장 변환 부재에서 균일한 파장 변환이 수행될 수 있으므로 바람직하다. 상기 제 1 형광체 분말 및 상기 유리 매트릭스가 거의 균일하게 혼재된 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 형광체 분말이 섬 형상으로 유리 매트릭스 중에 분산되어 있는 구조일 수 있다. 또한, 상기 유리 매트릭스가 섬(島) 형상으로 제 1 형광체 분말 내에 분산되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 균일한 파장 변환을 위해, 상기 해도 구조에 있어서, 섬(島)의 직경은 예를 들면 1 내지 50 ㎛, 바람직하게는 1 내지 20 ㎛ 일 수 있다. 이때, 상기 섬(島)의 직경은 섬(島) 형상에서 제 1 형광체 분말의 입경을 의미한다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 제 1 파장 변환 부재는 이의 경도가 높고 수분 투과도가 낮아서 피복부재를 사용하지 않을 수 있다.
상기 제 1 파장 변환 부재의 경도는 비커스 경도 측정시(MVK H2000) 400 HV 내지 800 HV일 수 있다.
또한, 상기 제 1 파장 변환 부재는 상기 제 2 파장 변환 부재보다 수분 투과도가 더 낮을 수 있다. 본 발명의 구현예에 따라 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재를 접합하여 사용하는 경우, 제 1 파장 변환 부재는 외부로부터의 수분 침투를 방지하여 제 2 파장 변환 부재를 보호할 수 있으며, 이로 인해 PCT(Pressure Cooking Tester) 오토클레이브(Autoclave) 장비를 이용하여 125 ℃, 0.14MPa, 습도 100%의 고온 고습하에서 우수한 신뢰성을 달성할 수 있다. 따라서, 수분 투과 방지를 위해 일반적으로 사용하는 피복부재를 사용하지 않을 수 있다.
한편, 본 발명의 구현예에 따르면, 제조되는 LED 패키지나 제품간에서의 발광 특성의 불균형을 최소화하기 위해, 상기 제 1 파장 변환 부재의 두께를 제어할 수 있다.
상기 제 1 파장 변환 부재의 두께는 바람직하게는 30 내지 500 ㎛일 수 있다. 상기 제 1 파장 변환 부재의 두께는 더 바람직하게는 50 내지 450 ㎛ 또는 더욱 바람직하게는 100 내지 400 ㎛일 수 있다. 상기 제 1 파장 변환 부재의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 원하는 색도를 구현할 수 있다.
만약 상기 제 1 파장 변환 부재의 두께가 너무 두꺼우면, 상기 제 1 파장 변환 부재에 있어서 빛의 산란이나 흡수가 너무 커져 발광 효율이 감소할 수 있다. 또한, 상기 제 1 파장 변환 부재의 두께가 너무 얇으면, 충분한 발광 강도를 얻을 수 없으며 만족할만한 기계적 강도를 구현하는 데에 어려움이 있을 수 있다.
상기 제 1 파장 변환 부재는 내부에서의 산란이 적기 때문에, 제 2 파장 변환 부재에 비해 발광 소자의 빛을 파장 변환하는 비율이 낮아지기 쉽다. 따라서, 상기 제 1 파장 변환 부재에 의해 충분한 파장 변환을 실시하기 위해, 제 1 파장 변환 부재의 두께를 어느 정도 두껍게 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 파장 변환 부재의 두께는 상기 제 2 파장 변환 부재의 두께보다 두꺼울 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 파장 변환 부재의 두께 및 상기 제 2 파장 변환 부재의 두께비는 1:0.3 내지 0.99, 1:0.5 내지 0.9, 또는 1:0.6 내지 0.9일 수 있다.
상술한 바와 같은 이유로 제 1 파장 변환 부재 내의 제 1 형광체 분말의 농도는 제 2 파장 변환 부재 내의 제 2 형광체 분말의 농도보다 높게 하는 것이 바람직하다. 여기서 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재에서의 제 1 형광체 분말 및 제 2 형광체 분말의 농도는 단위부피 당 상기 제 1 및 제 2 형광체 분말의 중량일 수 있다.
또한, 상기 제 1 파장 변환 부재의 층수는 1 내지 10 층, 1 내지 5 층, 또는 1 내지 3 층일 수 있다.
상기 제 1 파장 변환 부재는 주로 발광 소자의 하면으로부터 출사하는 빛을 파장 변환하는 것과 동시에, 파장 변환 부재 상에 보호층으로 배치되어 외부로부터 들어오는 습기를 차단하는 역할도 할 수 있다. 구체적으로, 제 1 파장 변환 부재 아래쪽에 제 2 파장 변환 부재가 배치되어 있는 것으로, 제 1 파장 변환 부재가 제 2 파장 변환 부재를 습기로부터 보호하여 다양한 색구현 동시에 고신뢰성을 얻을 수 있다.
<유리 매트릭스>
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 제 1 파장 변환 부재에 포함되는 유리 매트릭스는 유리 분말을 포함하며, 상기 유리 분말은 P2O5, ZnO, SiO2, B2O3, SnO2, 및 Al2O3을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 P2O5는 유리골격을 형성하고 내수성을 향상시키는 성분으로서, P2O5의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 0.5 내지 15 mol%, 2 내지 10 mol% 또는 3 내지 10 mol%일 수 있다.
상기 P2O5의 함량이 0.5 mol% 미만이면, 유리화되기 어려울 수 있고, 15 mol%를 초과하면, 열 특성 온도가 상승하는 경향이 있어, 유리를 포함하는 제 1 파장 변환 부재를 저온에서 소결하는데 어려움이 있을 수 있다.
상기 ZnO는 유리 분말의 조성의 자유도를 증가시키며, 굴절률을 높여 유리 전이 온도를 떨어뜨리는 성분으로서, ZnO의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 20 내지 50 mol%, 25 내지 45 mol% 또는 30 내지 40 mol%일 수 있다.
상기 ZnO의 함량이 20 mol% 미만이면, 연화 온도가 높아 저융점화 효과가 미미하여 내수성 및 내열성 확보에 어려움이 있을 수 있고, 50 mol%를 초과하면 용융시 쉽게 결정화되고, 유리의 열팽창계수가 대폭 증가할 수 있다.
상기 SiO2는 유리골격을 구성하는 성분으로서, 상기 SiO2의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 8 내지 40 mol%, 10 내지 30 mol% 또는 12 내지 28 mol%일 수 있다,
상기 SiO2의 함량이 8 mol% 미만이면, 유리의 구조가 불안정해져 쉽게 결정화되는 문제가 있을 수 있으며, 40 mol%를 초과하는 경우, 굴절률이 낮아져 유리 전이 온도가 높아지는 문제가 있을 수 있다.
상기 B2O3는 유리골격을 구성하는 성분으로서, 상기 B2O3의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 10 내지 30 mol%, 10 내지 25 mol% 또는 12 내지 22 mol%일 수 있다.
상기 B2O3의 함량이 10 mol% 미만이면, 유리의 구조가 불안정해져 쉽게 결정화되는 문제가 있을 수 있으며, 30 mol%를 초과하는 경우, 굴절률이 낮아져 유리 전이 온도가 높아지는 문제가 있을 수 있다.
상기 SnO2는 유리 골격을 형성함과 동시에 유리전이 온도, 굴복점, 연화점 등의 열물성 온도를 저하시킬 수 있는 성분으로서, 상기 SnO2의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 바람직하게는 0.05 내지 10 mol%, 더 바람직하게는 0.05 내지 8 mol%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 6 mol%일 수 있다.
상기 SnO2의 함량이 0.05 mol% 미만으로 너무 적으면 열물성 온도가 상승할 수 있다. 그 결과, 본 발명 유리를 포함하는 파장 변환 재료를 저온에서 소결하기 어려워져 형광체 분말이 열화하기 쉬워질 수 있다. 한편, 상기 SnO2의 함유량이 10 mol%를 초과하는 경우, 용융 시 유리 중에 Sn에 기인하는 실투(失透, devitrification)물(특히, 4가의 주석물)이 석출되어 투과율이 저하되는 경향이 있어, 결과적으로, 높은 발광 효율을 갖는 파장 변환 부재가 얻어지기 어려울 수 있으며, 용융 분리에 의해 유리화되기 어려워질 수 있다.
상기 Al2O3는 화학적 내구성을 향상시키는 성분으로서, 상기 Al2O3의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 1 내지 12 mol%, 1 내지 10 mol% 또는 1 내지 5 mol%일 수 있다.
상기 Al2O3의 함량이 1 mol% 미만이면, 화학적 내구성을 향상 효과가 미미할 수 있고, 상기 Al2O3의 함량이 12 mol%를 초과하면, 유리의 용융성이 악화되는 경향이 있을 수 있다.
상기 유리 분말은 BaO, SrO, CaO, K2O, Na2O 및 Li2O 성분 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 BaO는 유리의 용융성을 개선하고, 유리와 형광체와 반응하는 것을 억제하는 성분으로서, 상기 BaO의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 0.5 내지 8 mol%, 0.5 내지 5 mol% 또는 1 내지 5 mol%일 수 있다.
상기 BaO의 함량이 0.5 mol% 미만이면, 형광체 분말과의 반응 억제 효과가 저하될 수 있고, 상기 BaO의 함량이 8 mol%를 초과하면, 화학적 내구성이 악화되는 경향이 있을 수 있다.
SrO는 유리의 용융성을 개선하는 성분으로서, 상기 SrO의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 1 내지 8 mol%, 1 내지 6 mol% 또는 1 내지 5 mol%일 수 있다.
상기 SrO의 함량이 1 mol% 미만이면, 유리의 용융성 개선 효과가 미미할 수 있고, 8 mol%를 초과하는 경우, 화학적 내구성이 저하될 수 있다.
CaO는 유리의 용융성을 개선하는 성분으로서, 상기 CaO의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 1 내지 8 mol%, 1 내지 6 mol% 또는 1 내지 5 mol%일 수 있다.
상기 CaO의 함량이 1 mol% 미만이면, 유리의 용융성 개선 효과가 미미할 수 있고, 상기 CaO의 함량이 8 mol%를 초과하는 경우, 화학적 내구성이 저하될 수 있다.
K2O는 열물성 온도를 약간 낮추고 파장 변환 부재의 발광 효율을 향상시킬 수 있는 성분으로서, 상기 K2O의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 바람직하게는 1 내지 7 mol%, 더 바람직하게는 1 내지 6 mol%, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 5 mol%일 수 있다.
상기 K2O의 함량이 1 mol% 미만이면 상기 효과가 미미할 수 있고, 상기 K2O의 함량이 7 mol%를 초과하면 유리가 불안정해져 유리화되기 어려울 수 있다.
Na2O는 열물성 온도를 낮추고 유리 분상을 촉진시키는 성분으로서, 상기 Na2O의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 바람직하게는 1 내지 10 mol%, 더 바람직하게는 3 내지 10 mol%, 더욱 더 바람직하게는 4 내지 8 mol%일 수 있다.
상기 Na2O의 함량이 1 mol% 미만이면 상기 효과가 미미할 수 있고, 상기 Na2O의 함량이 10 mol%를 초과하면 화학적 내구성이 저하될 수 있고, 유리 분상 촉진이 지나치게 증가하여 유리화되기 어려울 수 있다.
Li2O는 열물성 온도를 현저하게 저하시키고, 파장 변환 부재의 발광 효율을 향상시키는 성분으로서, 상기 Li2O의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 바람직하게는 1 내지 10 mol%, 더 바람직하게는 1 내지 8 mol%, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 7 mol%일 수 있다.
상기 Li2O의 함량이 1 mol% 미만이면 상기 효과가 미미할 수 있고, 상기 Li2O의 함량이 10 mol%를 초과하면 화학적 내구성이 저하될 수 있고, 유리 분상 촉진이 지나치게 증가하여 유리화되기 어려울 수 있다.
본 발명은 구현예에 따라, 상기 유리 분말이 P2O5, ZnO, SiO2, B2O3, SnO2, Al2O3, BaO, CaO, K2O, Na2O 및 Li2O를 포함할 수 있다.
본 발명은 구현예에 따라, 상기 유리 분말이 P2O5, ZnO, SiO2, B2O3, SnO2, Al2O3, BaO, K2O, Na2O 및 Li2O를 포함할 수 있다.
본 발명은 구현예에 따라, 상기 유리 분말이 P2O5, ZnO, SiO2, B2O3, SnO2, Al2O3, CaO, K2O, Na2O 및 Li2O를 포함할 수 있다.
본 발명은 구현예에 따라, 상기 유리 분말이 P2O5, ZnO, SiO2, B2O3, SnO2, Al2O3, BaO, SrO, CaO, K2O, Na2O 및 Li2O를 포함할 수 있다.
상기 유리 분말은 평균 입경(D50)이 1 내지 10 ㎛일 수 있다. 또한, 상기 유리 분말은 평균 입경(D50)이 2 내지 8 ㎛ 또는 3 내지 8 ㎛일 수 있다.
한편, 상기 유리 매트릭스는 상기 유리 분말을 성형, 압축 및 소성하여 얻은 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 유리 매트릭스는 상기 유리 분말을 성형 몰드에 투입하여 압축 성형한 후, 예를 들어 500 내지 700 ℃에서 소성하여 얻을 수 있다.
상기 유리 매트릭스는 1.4 내지 1.7의 굴절률을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 유리 매트릭스는 바람직하게는 1.45 내지 1.65, 더 바람직하게는 1.45 내지 1.60의 굴절률을 가질 수 있다. 이로 인해, 상기 제 1 파장 변환 부재내의 제 1 형광체 분말에 의한 빛의 산란이 적고, 발광 소자로의 회광을 억제할 수 있다. 또한 상기 유리 매트릭스는 수지 등의 유기 재료에 비해 경도가 높고 고온에서의 가공도 가능하다.
한편, 상기 유리 매트릭스와 제 1 형광체 분말과의 굴절률의 차이는 작을 수 있다. 이 경우, 제 1 파장 변환 부재 중의 제 1 형광체 분말에 의한 빛의 산란이 적고, 발광 소자로 다시 되돌아오는 광을 억제할 수 있다. 상기 유리 분말의 굴절률이 지나치게 높으면, 제 1 파장 변환 부재의 표면의 광반사율이 높아져 여기광이 제 1 파장 변환 부재 중의 제 1 형광체 분말에 조사되기 어려울 수 있다. 따라서, 상기 유리 분말과 제 1 형광체 분말과의 굴절률 차이는 0.3 이하, 구체적으로 0.2 이하 또는 0.1 이하일 수 있다.
또한, 상기 제 1 파장 변환 부재에 있어서, 상기 유리 매트릭스와 제 1 형광체 분말의 굴절률 차이는, 상기 제 2 파장 변환 부재 중에 포함된 수지, 예컨대 투광성 수지와 제 2 형광체 분말의 굴절률 차이보다 작을 수 있다. 이 경우, 제 1 파장 변환 부재에서 빛의 산란을 줄여 발광 효율의 저하를 방지할 수 있다.
한편, 상기 유리 매트릭스는, 그 연화점(Ts)이 400 내지 700 ℃일 수 있고, 구체적으로는 500 내지 700 ℃ 또는 550 내지 650 ℃일 수 있다.
상기 유리 매트릭스는 유리 전이 온도(Tg)가 400 내지 700 ℃, 400 내지 600 ℃ 또는 400 내지 550 ℃일 수 있다.
상기 유리 매트릭스는 유리 팽창 연화점(Tdsp)이 400 내지 650 ℃, 400 내지 600 ℃ 또는 450 내지 550 ℃일 수 있다.
또한, 상기 유리 매트릭스(무기 재료)는 수지 등의 유기 재료에 비해 경도가 우수하고, 고온에서의 가공도 가능할 수 있다.
<제 1 형광체 분말>
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 제 1 파장 변환 부재에 포함되는 제 1 형광체 분말은 상기 유리 매트릭스 중에 균일하게 분산되어 존재할 수 있다. 상기 제 1 형광체 분말이 상기 유리 매트릭스 중에 균일하게 분산될 경우, 내열성이 뛰어난 파장 변환 부재를 제공할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 제 1 파장 변환 부재에 포함되는 제 1 형광체 분말은 350 내지 480 nm의 근자외 LED 또는 청색 LED 칩과 함께 이용하기 위해, 상기 파장 범위에서 여기되어 근자외광선 또는 가시광선을 발광하는 형광체를 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 형광체 분말은 청색, 녹색 및 황색 발광 입자 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제 1 형광체 분말은 가시광역 파장 범위, 예를 들어 380 nm 내지 780 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체 분말일 수 있다.
상기 청색 발광 입자는 420 nm 내지 480 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체 분말을 포함하고, 녹색 발광 입자는 500 nm 내지 570 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체 분말을 포함하고, 황색 발광 입자는 570 nm 초과 내지 590 nm 이하의 발광 파장 범위를 갖는 형광체 분말을 포함하고, 적색 발광 입자는 610 nm 내지 750 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체 분말을 포함할 수 있다.
상기 청색 발광 입자는 질화물 형광체 분말, 산 질화물 형광체 분말, 산화물 형광체 분말, 실리콘 형광체 분말, 황화물 형광체 분말, 황산화물 형광체 분말, 할로겐화물 형광체 분말 및 아르민산염 형광체 분말로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 청색 발광 입자는 SrMg3Si4O12:Eu, Sr2PO4Cl:Eu, (Ca,Sr)Mg3Si4O12:Eu, BaMaAl12O17:Eu 및 Sr5(PO4)3Cl:Eu로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 녹색 내지 황색 발광 입자는 질화물 형광체 분말, 산 질화물 형광체 분말, 산화물 형광체 분말, 실리콘 형광체 분말, 황화물 형광체 분말, 황산화물 형광체 분말, 할로겐화물 형광체 분말 및 아르민산염 형광체 분말로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 녹색 내지 황색 발광 입자는 Y3Al5O12:Ce(황색), Lu3Al5O12:Ce(녹색-황색), Tb3Al5O12:Ce(황색), (Sr,Ba)2SiO4:Eu(녹색-황색), Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu,Mn(녹색), β-SiAlON:Eu(녹색), (Sr,Ca)Ga2Si4Eu(녹색), Ca3Sc2Si3O12:Ce(녹색), CaSc2O4:Ce(녹색), SrSi2O2N2:Eu(녹색), Sr4Al4O25:Eu(청록색) 및 BaSi7N10:Eu(청록색)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광 소자의 발광 파장이 단파장인 경우, 제 1 파장 변환 부재가 2 종류 이상의 형광체 분말을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자로부터의 1차광에 의해 한 종류의 형광체를 여기 및 발광시키고, 그 형광체가 발하는 2차광에 의해 다른 종류의 형광체를 여기 및 발광시킬 수도 있다. 특히, 색도가 다른 2 종류의 형광체를 이용하면, 2 종류의 형광체의 양을 조절함으로써, 색도도(色度圖) 상에 있어서 2 종류의 형광체와 발광 소자의 색도점(色圖点)을 이어서 만들어지는 영역 내의 임의의 색도점에 대응하는 발광을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 구현예에 따르면, 청색 발광 소자 또는 근자외 발광 소자와 상기 형광체 분말을 조합하여 백색 LED가 얻어지지만, 그 색조는 발광 소자 및 형광체 분말의 조합에 의해 임의로 조정할 수 있다.
또한, 백색이 아닌 청색 발광 소자와 형광체 분말의 녹색 발광 입자를 조합하여 녹색 LED로 하거나, 기타 다른 형광체 분말을 조합시켜 파스텔 칼라를 구현할 수도 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 발광 소자가 청색 발광 소자이고, 백색의 발광 장치를 구현하고자 할 경우, 청색으로 여기되어 브로드한 황색 발광을 나타내는 형광체 입자를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 형광체 분말은 가시파장 영역인 380 내지 780 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 형광체 분말이 청색, 녹색 및 황색 발광 입자 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1 형광체 분말은 420 내지 480 nm의 발광 파장 범위를 갖는 청색 발광 입자(청색 형광체), 500 내지 570 nm의 발광 파장 범위를 갖는 녹색 발광 입자(녹색 형광체), 570 nm 초과 내지 590 nm 이하의 발광 파장 범위를 갖는 황색 발광 입자(황색 형광체) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 형광체 분말은 다른 광원의 빛과의 혼색관계 등의 관점에서 예를 들어 520 내지 560 nm일 수 있다.
한편, 상기 제 1 형광체 분말은 주사 전자현미경(SEM)의 화상 해석으로부터 얻은 일차 입자의 평균 입경(DSEM)이 각각 3 내지 50 ㎛이다. 구체적으로, 레이저 회절법에 의해 측정한 입도 분포에 있어서의 누적 부피농도(%)가 10%, 50% 및 90%가 되는 입도를 각각 D10, D50 및 D90이라 할 때, 상기 D50는 바람직하게는 3 내지 50 ㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 30 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 제 1 형광체 분말은 하기 식 1의 스팬(SPAN) 값이 0.5 내지 1.5일 수 있다.
[식 1]
스팬(SPAN) = (D90-D10)/D50.
또한, 상기 제 1 형광체 분말은 하기 식 2의 디스팬(DSPAN) 값이 0.5 내지 2.0일 수 있다.
[식 2]
디스팬(DSPAN) = D50/DSEM
상기 식 2에서,
DSEM은 형광체 분말의 일차 입자의 평균 입경이다. 상기 형광체 분말의 일차 입자의 평균 입경은 주사 전자현미경(SEM)의 화상 해석으로부터 얻을 수 있다.
또한, 제 1 형광체 분말의 함량은 상기 제 1 형광체 분말과 유리 분말의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 5 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 80 중량%, 또는 더욱 더 바람직하게는 5 내지 60 중량%일 수 있다.
이와 같이, 제 1 형광체 분말의 함량 및 종류를 조절함으로써, 발광색을 용이하게 조절할 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1 형광체 분말 및 상기 제 2 형광체 분말의 함량비(단위 체적 당 형광체 분말의 중량비)는 1:0.1 내지 1.5, 바람직하게는 1:0.2 내지 1.4, 더욱 바람직하게는 1:0.3 내지 1.4일 수 있다.
한편, 상기 제 1 형광체 분말의 굴절률은 바람직하게는 1.6 내지 1.9, 더욱 바람직하게는 1.65 내지 1.85일 수 있다. 이로 인해 상기 제 1 형광체 분말과 상기 유리 분말의 굴절률 차이가 바람직하게는 0.3 이하, 더욱 바람직하게는 0.2 이하, 더욱 더 바람직하게는 0.1 이하가 되도록 조절할 수 있다.
제 2 파장 변환 부재
본 발명의 일 구현예에 따른 발광 장치에 포함되는 제 2 파장 변환 부재는 유기 재료인 수지 중에 제 2 형광체 분말이 분산된 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 제 2 파장 변환 부재는 내부에서 빛이 산란할 수 있도록 수지, 예컨대 투광성 수지 중에 제 2 형광체 분말이 균일하게 분산된 구조일 있다.
또한, 상기 제 2 파장 변환 부재는 발광 소자 및 상기 제 1 파장 변환 부재 사이에 배치되며, 적어도 1층 이상일 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 수지(150) 및 제 2 형광체 분말(170)을 포함하는 제 2 파장 변환 부재(120)가 LED 칩(180)의 상면에 전체적으로 접하여 배치됨으로써, 충분한 광변환 효과를 제공할 수 있다.
특히 상기 제 2 형광체 분말이 적색 발광 입자(예컨대, 망간 활성 불화물계 형광체 분말)를 포함하는 경우, 적색을 포함하는 제 2 파장 변환 부재가 상기 발광 소자 및 상기 제 1 파장 변환 부재 사이에 배치됨으로써, 습기의 취약성으로 인한 광특성이 저하되는 종래의 문제점을 해결할 수 있으므로, 다양한 색구현, 광특성 및 고신뢰성을 동시에 향상시킬 수 있다.
또한, 얼룩이 적은 발광 장치를 제공하기 위해, 발광 소자로부터 빛이 통과하는 길이가 거의 균일하도록 제 2 파장 변환 부재를 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 수지 및 제 2 형광체 분말의 굴절률 차이가 0.3 이상, 구체적으로 0.4 이상일 수 있다. 구체적으로는, 제 2 형광체 분말은 상기 제 2 형광체 분말과의 굴절률 차이가 0.3 내지 0.5, 바람직하게는 0.4 내지 0.5인 수지 중에 분산된 구조일 수 있다.
한편, 본 발명의 구현예에 따르면, 제조되는 LED 패키지나 제품간에서의 발광 특성의 불균형을 최소화하기 위해, 상기 제 2 파장 변환 부재의 두께를 제어할 수 있다.
상기 제 2 파장 변환 부재의 두께는 5 내지 700 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 파장 변환 부재의 두께는 5 내지 600 ㎛ 또는 10 내지 500 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 제 2 파장 변환 부재의 층의 개수는 1 내지 10 층, 1 내지 5 층, 또는 1 내지 3 층일 수 있다.
<수지>
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 제 2 파장 변환 부재에 포함되는 수지는 투광성 수지일 수 있다.
본 명세서에서 「투광성」이란, 발광 피크의 파장에 있어서의 광투과율이 60 % 이상, 70 % 이상, 또는 80 % 이상인 것을 의미한다.
상기 투광성 수지는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 폴리카보네이트 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 및 이들의 변성 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 수지는 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 하이브리드 실리콘 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리사이클로헥세인 테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트(PC), 아크릴 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지, 우레아수지, 비스말레이미드 트리아진(BT) 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리아세탈(POM), 불소 변성 아크릴 수지 및 불소 변성 우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있다. 상기 변성 에폭시 수지는 실리콘 변성 에폭시 수지를 포함할 수 있고, 상기 변성 실리콘 수지는 에폭시 변성 실리콘 수지를 포함할 수 있다.
한편, 상기 실리콘 수지는, 실록산 결합(－Si－O－Si－)으로 이루어지는 주쇄와 주쇄의 규소 원자(Si)에 알킬기(예를 들면, 메틸기 등) 또는 알콕실기(예를 들면, 메톡시기) 등의 유기기가 결합한 측쇄를 분자 내에 포함할 수 있다.
상기 실리콘 수지의 예로는, 알킬기 함유 실리콘 수지, 및 알콕시기 함유 실리콘 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 실리콘 수지 또는 이의 변성 수지는 내열성 및 내광성이 우수하여 바람직할 수 있다.
구체적으로는, 상기 실리콘 수지로는, 예를 들면, 탈수 축합형 실리콘 수지, 부가 반응형 실리콘 수지, 과산화물 경화형 실리콘 수지, 습식 경화형 실리콘 수지 및 경화형 실리콘 수지 등을 들 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘 수지는 부가 반응형 실리콘 수지 등을 들 수 있다.
상기 실리콘 수지는 25℃에서 동점도가, 예를 들면, 10 내지 30 ㎟/s일 수 있다. 상기 수지는 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
한편, 상기 에폭시 수지에 있어서, 에폭시 당량은, 예를 들면, 100 내지 1200 g/eq일 수 있다. 또한, 상기 에폭시 수지의 25℃에 있어서의 점도는, 예를 들면, 800 내지 6000 mPa·s일 수 있다.
한편, 상기 에폭시 수지는 경화제를 배합하여 사용함으로써 에폭시 수지 조성물로서 조제할 수 있다.
상기 경화제는 가열에 의해 에폭시 수지를 경화시킬 수 있는 잠재성 경화제(에폭시 수지 경화제)일 수 있으며, 예를 들면, 이미다졸 화합물, 아민 화합물, 산무수물 화합물, 아마이드 화합물, 하이드라자이드 화합물 및 이미다졸린 화합물 등을 들 수 있다.
상기 이미다졸 화합물로는, 예를 들면, 2－페닐 이미다졸, 2－메틸 이미다졸 및 2－에틸-4－메틸 등을 들 수 있다.
상기 아민 화합물로는, 예를 들면, 에틸렌 디아민, 프로필렌 디아민, 디에틸렌 트리아민 및 트리에틸렌 테트라민 등의 폴리아민, 또는 이들의 아민 부가물(adduct) 등, 예를 들면, 메타페닐렌 디아민, 디아미노 디페닐 메탄 및 디아미노 디페닐 설폰 등을 들 수 있다.
상기 산무수물 화합물로는, 예를 들면, 무수 프탈산, 무수 말레산, 테트라하이드로 프탈산 무수물, 헥사하이드로프탈산 무수물, 4－메틸-헥사하이드로프탈산 무수물, 메틸 나딕산 무수물, 피로메리트 산무수물(PMDA), 도데센일 석신산 무수물, 디클로로 석신산 무수물, 벤조페논 테트라카복실산 무수물 및 클로렌틱(chlorentic) 산무수물 등을 들 수 있다.
상기 아마이드 화합물로는, 예를 들면, 디시안디아마이드(dicyandiamide) 및 폴리아마이드 등을 들 수 있다.
상기 하이드라자이드 화합물로는, 예를 들면, 아디프산 디하이드라자이드 등을 들 수 있다.
상기 이미다졸린 화합물로는, 예를 들면, 메틸이미다졸린, 2－에틸-4－메틸이미다졸린, 에틸이미다졸린, 이소프로필이미다졸린, 2, 4－디메틸이미다졸린, 페닐이미다졸린, 운데실이미다졸린, 헵타데실이미다졸린 및 2－페닐-4－메틸이미다졸린 등을 들 수 있다.
상기 경화제는 단독 또는 2 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 경화제의 함량은 경화제와 에폭시 수지의 당량비에 따라 다를 수 있지만, 예를 들어 에폭시 수지 100 중량을 기준으로 1 내지 80 중량부일 수 있다.
<제 2 형광체 분말>
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 제 2 파장 변환 부재에 포함되는 제 2 형광체 분말은 수지 중에 균일하게 분산되어 존재할 수 있다. 상기 제 2 형광체 분말이 상기 수지 중에 균일하게 분산될 경우, 내열성이 뛰어난 파장 변환 부재를 얻을 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 제 2 파장 변환 부재에 포함되는 제 2 형광체 분말은 가시광역 파장 범위, 예를 들어 380 nm 내지 780 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체 분말일 수 있다.
구체적으로, 상기 제 2 형광체 분말은 적색, 청색, 녹색 및 황색 발광 입자 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 형광체 분말은 적색 발광 입자를 포함할 수 있으며, 이 경우 휘도가 높은 적색 발광을 구현할 수 있고, CRI를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 만족할만한 내구성 및 신뢰성도 구현할 수 있다.
또한, 상기 제 2 형광체 분말은 적색, 녹색 또는 황색 발광 입자와 적색 발광 입자의 혼합 발광 입자를 포함할 수 있다.
상기 적색 발광 입자는 610 내지 750 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체 분말로서, 질화물 형광체 분말, 산 질화물 형광체 분말, 산화물 형광체 분말, 실리콘 형광체 분말, 황화물 형광체 분말, 황산화물 형광체 분말, 할로겐화물 형광체 분말 및 아르민산염 형광체 분말로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 적색 발광입자는 (Sr,Ca)AlSiN3:Eu, K2SiF6:Mn, K2TiF6:Mn, BaTiF6:Mn, K3ZrF7:Mn, (Sr,Ba)2Si5N8:Eu, (Sr,Ca)S:Eu, α-SiAlON:Eu, 및 Sr3SiO:Eu로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 청색, 녹색 및 황색 발광 입자는 상기 제 1 형광체 분말과 동일한 형광체를 사용할 수 있다.
한편, 상기 제 2 형광체 분말은 주사 전자현미경(SEM)의 화상 해석으로부터 얻은 일차 입자의 평균 입경이 각각 3 내지 50 ㎛이다. 구체적으로, 레이저 회절법에 의해 측정한 입도 분포에 있어서의 누적 부피농도(%)가 10%, 50% 및 90%가 되는 입도를 각각 D10, D50 및 D90이라 할 때, 상기 D50은 3 내지 50 ㎛, 바람직하게는 5 또는 30 ㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 제 2 형광체 분말은 상기 식 1의 스팬(SPAN) 값이 0.5 내지 1.5일 수 있다.
또한, 상기 제 2 형광체 분말은 상기 식 2의 디스팬(DSPAN) 값이 0.5 내지 2.0일 수 있다.
또한, 제 2 형광체 분말의 함량은 수지 및 제 2 형광체 분말의 총 중량을 기준으로 5 내지 75 중량%, 5 내지 70 중량% 또는 5 내지 65 중량%일 수 있다.
이와 같이, 제 2 형광체 분말의 함량 및 종류를 조절함으로써, CRI를 개선할 수 있고, 발광색을 용이하게 조절할 수 있다.
한편, 상기 제 2 파장 변환 부재의 경우, 굴절률이 서로 다른 제 2 형광체 분말이 상기 수지 내로 분산하기 때문에 적지 않은 산란이 발생할 수 있다. 따라서 제 2 형광체 분말의 첨가량을 적게 하더라도 백색을 얻을 수 있도록 흡수율이 높은 형광체를 사용하는 것이 바람직하다. 즉 흡수율이 낮은 제 2 형광체 분말을 이용하면 백색을 얻기 위해 보다 고농도의 제 2 형광체 분말을 첨가할 필요가 있고 결과적으로 산란 중심이 증가하기 때문에 전광선 투과율이 저하될 수 있다.
접착층
본 발명의 일 구현예에 따른 발광 장치에서, 상기 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재 사이, 상기 발광 소자 및 제 2 파장 변환 부재 사이, 또는 이들 둘 다에 접착층을 포함할 수 있다.
상기 접착층은 접착제를 사용하여 형성될 수 있다.
상기 접착제는 투광성 재료를 이용할 수 있다. 상기 접착제는 에폭시 수지, 실리콘 수지, 유기계 접착제, 및 무기계 접착제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 접착제를 이용하여 접착층을 형성하기 위해, 에폭시 접착제 조성물, 실리콘 접착제 조성물, 우레탄 접착제 조성물 및 아크릴 접착제 조성물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 접착제 조성물을 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로, 접착제를 이용하여 접착층을 형성하기 위해, 에폭시 접착제 조성물 및 실리콘 접착제 조성물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 또는 접착제를 이용하여 접착층을 형성하기 위해, 에폭시 접착제 조성물을 사용할 수 있다.
상기 에폭시 접착제 조성물은, 예를 들면, 에폭시 수지와 경화제를 함유 할 수 있다.
상기 에폭시 수지는, 지방족계 에폭시 수지 및 실리콘 변성 지방족계 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 지방족계 에폭시 수지는 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지, 디시클로 환형 에폭시 수지 등의 지환식 에폭시 수지; 에틸렌글리콜 디글리시딜에테르 및 폴리에틸렌 글리콜디글리시딜에테르 등의 글리시딜 에테르형 에폭시 수지; 및 트리에폭시프로필이소시아누레이트(트리글리시딜 이소시아누레이트) 및 히단토인 에폭시 수지(hydantoin epoxy resin) 등의 질소환 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있다.
또한, 상기 접착층은 열경화성 수지 및/또는 광경화성 수지를 포함할 수 있다. 상기 열경화성 수지로서는 단시간 경화가 가능한 수지, 예를 들어, 바람직하게는 100 ℃ 내지 180 ℃, 보다 바람직하게는 110 ℃ 내지 140 ℃에서 열경화하는 수지를 포함할 수 있다. 이 중에서도 열경화형 투명 에폭시 수지, 열경화형 실리콘 수지를 포함할 수 있고, 내열성 및 내광성이라는 관점에서 실리콘계 수지가 바람직하다.
상기 실리콘계 수지로서는, 반경화 상태를 형성할 수 있는 실리콘 수지라면 특별히 한정은 없다. 예를 들면 축합반응계의 실리콘 수지, 부가반응계의 실리콘수지를 들 수 있고, 이들은 전경화반응을 종료시키기 전에 반응을 정지하면, 반경화상태를 형성시킬 수 있다. 또한 반응제어의 관점에서는 2개 이상의 반응계가 있는 2단계 경화형 실리콘 수지가 바람직하다. 구체적으로는 (1) 양 말단 실라놀형 실리콘 수지, (2) 알케닐기 함유 규소 화합물, (3) 오르가노하이드로겐실록산, (4) 축합 촉매 및 (5) 히드록실화 촉매를 함유하는 열경화성 수지용 조성물을 이용할 수 있으며, 이를 통해 비교적 저온에서 반경화 상태의 실리콘 수지로 된 접착층을 얻을 수 있다.
상기 접착제 조성물은, 필요에 따라, 점도를 조절하기 위해, 예를 들면, 카르비톨 아세테이트, 등의 용매 혹은 반응성 희석제를 적당한 비율로 배합할 수 있다.
본 발명에 따른 에폭시 수지계 접착제의 점도 조절을 위하여, 2 관능성 이상의 글리콜류와 에피클로로 히드린을 반응시켜 제조한 글리콜 에테르 옥시란을 반응성 희석제로서 더 포함할 수 있다. 반응성 희석제의 구체적인 예로는 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 네오펜틸글리콜 디글리시딜 에테르, 1,4-부틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 1,6-헥산디올 디글리시딜 에테르, 트리메틸올 프로판 트리글리시딜 에테르 및 글리세린 트리글리시딜 에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있다.
상기 접착제 조성물은 예를 들면, 인쇄법 및 도공법 등을 이용하여 도포될 수 있다. 구체적으로, 상기 접착제 조성물은 인쇄법을 이용하여 도포될 수 있으며, 가열에 의해 용매를 제거한 후 접착층을 형성할 수 있다.
상기 접착층의 두께는 0.1 내지 10 ㎛, 0.3 내지 5 ㎛, 또는 0.5 내지 1 ㎛일 수 있다.
[발광 장치의 제조방법]
본 발명은 상기 발광 장치의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 발광 장치의 제조방법은, 도 1 및 2를 다시 참조하여, 유리 매트릭스(140) 및 제 1 형광체 분말(160)을 포함하는 적어도 1층 이상의 제 1 파장 변환 부재(130)를 준비하는 단계; 수지(150) 및 제 2 형광체 분말(170)을 포함하는 적어도 1층 이상의 제 2 파장 변환 부재(120)를 준비하는 단계; 상기 제 1 파장 변환 부재 및 상기 제 2 파장 변환 부재를 접합하여 파장 변환 부재층을 제조하는 단계; 및 상기 파장 변환 부재층 중의 제 2 파장 변환 부재의 일면이 발광 소자(110)를 향하도록 배치하는 단계;를 포함한다.
구체적으로 살펴보면, 본 발명의 구현예에 따른 발광 장치의 제조방법에 있어서, 단계 1)은 유리 매트릭스 및 제 1 형광체 분말을 포함하는 적어도 1층 이상의 제 1 파장 변환 부재를 준비하는 단계를 포함한다.
구체적으로, 유리 매트릭스를 형성할 수 있는 유리 분말과 제 1 형광체 분말을 포함하는 슬러리를 준비할 수 있다.
상기 슬러리는 통상적으로 사용되는 투광성 수지 또는 용매를 포함할 수 있다.
상기 준비한 슬러리를 지지 기재상에 도포하고, 상기 지지 기재와 소정간격을 두어 설치된 닥터 블레이드를 슬러리에 대해서 상대적으로 이동시킴으로써 그린 시트를 형성할 수 있다. 제작한 그린 시트를 절단하여 복수매의 그린 시트를 얻을 수 있다. 상기 지지 기재로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 수지 필름을 이용할 수 있다.
그 다음 상기 복수매의 그린 시트를 맞춘 상태로 열압착하여 그린 시트 적층체를 형성할 수 있다. 본 발명의 구현예에 따라, 복수매의 그린 시트의 적어도 2매의 그린 시트에 대해, 그린 시트를 형성하는 공정에 있어서의 상기 닥터 블레이드의 이동 방향(그린 시트의 성형 방향)이 서로 교차하도록, 그린 시트를 제조할 수 있다.
상기 제 1 파장 변환 부재의 전광선 투과율은 40% 이상이 바람직하고, 60% 이상이 더 바람직하며, 80% 이상이 가장 바람직하다. 본 발명의 구현예에 따라 상기 제 1 파장 변환 부재의 전광선 투과율이 지나치게 낮은 경우, 40% 미만으로 낮은 경우에도 본 발명에서는 후방으로 향하는 발광광이 확산성 반사층에 의해 효율적으로 광 추출 방향으로 인도되므로 형광체에서 발생하는 빛에 대해서는 특별히 큰 문제가 되지 않는다. 그러나 LED로부터의 들뜸광에 대해서는 전광선 투과율이 지나치게 낮거나, 확산성이 강하면 확산성 반사층이 형성되지 않은 부분에서 들뜸광이 후방 산란될 우려가 있으므로, 이러한 관점에서 40% 이상의 전광선 투과율을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 구현예에 따른 발광 장치의 제조방법에 있어서, 단계 2)는 수지 및 제 2 형광체 분말을 포함하는 적어도 1층 이상의 제 2 파장 변환 부재를 준비하는 단계를 포함한다.
상기 제 2 파장 변환 부재의 전광선 투과율은 상기 제 1 파장 변환 부재와 마찬가지로 40% 이상이 바람직하고, 60% 이상이 보다 바람직하고, 80% 이상이 더욱 바람직하다. 단, 제 상기 제 2 파장 변환 부재의 경우, 굴절률이 서로 다른 제 2 형광체 분말이 상기 수지 내로 분산하기 때문에 적지 않은 산란이 발생할 수 있다. 따라서 제 2 형광체 분말의 첨가량을 적게 하더라도 백색을 얻을 수 있도록 흡수율이 높은 형광체를 사용하는 것이 바람직하다. 즉 흡수율이 낮은 제 2 형광체 분말을 이용하면 백색을 얻기 위해 보다 고농도의 제 2 형광체 분말을 첨가할 필요가 있고 결과적으로 산란 중심이 증가하기 때문에 전광선 투과율이 저하될 수 있다.
상기 제 2 파장 변환 부재의 성형법으로서 인쇄법, 스프레이법, 캐스팅법, 스핀코팅법, 롤코팅법이나 시트성형법이 선택될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 파장 변환 부재의 성형법으로서, 인쇄법 및 스프레이법 중에서 선택된 하나 이상의 방법을 수행하여 제조될 수 있다.
우선, 상기 성형법은, 상기 제 2 형광체 분말을 투광성 수지에 분산시킨 용액을 시트상에 도공하여 성형하는 방법을 포함할 수 있다. 상기 시트는 세퍼레이터, 예를 들면 표면 박리 처리된 폴리에티렌테레프탈레이트(PET) 시트를 사용할 수 있다. 또한, 상기 시트는 셀로판, 아세트셀룰로오스, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌 비닐아세테이트, 아이노머, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아마이드(PA), 폴리비닐알코올(PVAC), 폴리우레탄(PU), 불소수지(PTFE), 및 아크릴 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
구체적으로는, 상기 제 2 형광체 분말을 투광성 수지에 분산, 또는 상기 제 2 형광체 분말을 유기 용매 하에 투광성 수지에 분산 시킨 후, 이를 상기 표면 박리 처리된 폴리에티렌테레프탈레이트(PET) 필름 상에 캐스팅, 스핀 코팅 또는 롤 코팅 방법에 의해 적당한 두께로 도공할 수 있다. 유기 용매를 사용하는 경우, 상기 유기 용매가 제거될 수 있는 온도에서 건조시켜 제막하여 시트상에 성형할 수 있다. 상기 건조 온도는 사용한 수지 또는 유기 용매의 종류에 따라 다를 수 있지만, 예를 들어 80 내지 150 ℃, 구체적으로 90 내지 150 ℃에서 수행될 수 있다.
상기 제 2 형광체 분말의 종류 및 이들의 함량 비율은 상기에서 설명한 바와 같다.
상기 제 2 파장 변환 부재는 시트를 복수개의 층으로 적층하여 열프레스할 수 있다. 또한, 상기 제 2 파장 변환 부재는 투명한 접착제를 사용하여 1매의 시트로서 성형할 수 있다.
상기 제 2 파장 변환 부재를 복수개의 층으로 적층하는 경우, 제 2 형광체 분말로서, 예를 들면, 황색 형광체 분말과 적색 형광체 분말을 각각 다른 시트로 적층함으로써, 제 2 파장 변환 부재 내에 황색 발광층 및 적색 발광층을 함께 포함하는 구조 일 수 있다.
또한, 상기 제 2 파장 변환 부재를 단일 층으로 제조하는 경우, 상기 단일층에 2 종 이상의 제 2 형광체 분말을 혼합하여 사용할 수 있다.
한편, 상기 인쇄법은, 상기 제 2 형광체 분말 및 수지 조성물을 혼합한 제 2 형광체 분말 함유 수지 조성물을 PET 등의 기판 위에 도포할 수 있다.
한편, 상기 제 2 형광체 분말 함유 수지 조성물에 필요에 따라 점도를 조절하기 위해 예를 들면, 톨루엔 등의 용매를 적당한 비율로 혼합할 수도 있다.
상기 인쇄법은 상기 제 2 형광체 분말 함유 수지 조성물을 스키지(squeeze)에 의해 스크린을 개입시켜 인쇄할 수 있다.
이 후, 필요에 따라 건조에 의해 용매를 제거 한 후, 제 2 파장 변환 부재를 형성할 수 있다.
상기 제 2 파장 변환 부재의 전광선 투과율은, 제 1 파장 변환 부재와 같이 60 % 이상 또는 80 % 이상일 수 있다.
다만, 상기 제 2 파장 변환 부재의 경우, 굴절률에 차이가 있는 제 2 형광체 분말을 수지 내에 분산하기 때문에 적지 않은 산란이 발생할 수 있다. 따라서, 제 2 형광체 분말의 첨가량을 적게 사용하더라도 백색광을 얻을 수 있도록, 흡수율이 높은 형광체 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 흡수율이 낮은 형광체를 이용하면, 백색을 얻기 위해 고농도의 형광체 입자를 첨가할 필요가 있고, 그 결과 산란이 증가하기 때문에 전광선 투과율이 저하할 수 있다.
한편, 상기 스프레이법은 수지 및 제 2 형광체 분말을 용매 하에 혼합하여 슬러리를 제조할 수 있다. 또한, 상기 슬러리는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 임의의 충전, 광확산 및 착색의 기능을 갖는 각종 첨가물을 포함할 수 있다.
상기 슬러리에 사용되는 용매로는 상기 수지를 용해할 수 있는 용매를 포함할 수 있다. 예를 들면, 지방족 탄화수소계 용매, 방향족 탄화수소계 용매, 케톤계 용매, 알코올계 용매 및 에스테르계 용매로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 혼합 용매를 포함할 수 있다.
구체적으로, n－헥산, n－헵탄, 톨루엔, 아세톤, 이소프로필 알코올, 탄산 디메틸, 또는 이이들과 동등의 용해성을 발휘하는 용매를 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 이 중, 상기 용매는 에스테르계 용매를 포함할 수 있으며, 구체적으로 탄산 에스테르계 용매를 포함할 수 있다.
상기 슬러리의 점도는 0.01 내지 1000 mPa·s, 0.1 내지 100 mPa·s, 또는 0.1 내지 10 mPa·s 이 수 있다. 상기 점도 범위를 만족하는 경우, 스프레이법에 적용하기 쉬워 발광 소자 상에 제 2 형광체 분말을 균일하게 부착시킬 수 있다.
또한, 상기 점도를 조절하기 위해 적합한 용매를 선택하고, 양을 조절함으로써 조절할 수 있다. 상기 용매는 예를 들면, 상기 수지 및 제 2 형광체의 총 중량을 기준으로 10 내지 200 중량%, 50 내지 150 중량% 또는 80 내지 120 중량%의 양으로 사용할 수 있다.
상기 슬러리의 농도는 상기 제 1 형광체 분말 및 수지를 5 내지 30：1 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 발광 장치의 제조방법에 있어서, 단계 3)은 상기 제 1 파장 변환 부재 및 상기 제 2 파장 변환 부재를 접합하여 파장 변환 부재층을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 제 2 파장 변환 부재 상에 제 1 파장 변환 부재를 접합할 수 있다.
상기 제 1 파장 변환 부재 및 상기 제 2 파장 변환 부재의 접합은 접착제를 사용하여 수행될 수 있다. 즉, 상기 제 1 파장 변환 부재 및 상기 제 2 파장 변환 부재 사이에 접착제를 이용하여 접착층을 형성할 수 있다.
상기 접착제 및 접착층의 형성 방법은 상기 기재한 바와 같다.
또한, 본 발명은 구현예에 따라 접착제를 사용하지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재 표면에 상압 플라즈마에 노출하여 표면 처리 한 뒤, 라미테이팅 접착하고 경화처리함으로써 접착제 없이 접착을 수행할 수 있다. 이때, 상기 상압 플라즈마는 통상적인 방법을 이용할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 발광 장치의 제조방법에 있어서, 단계 4)는 상기 파장 변환 부재층 중의 제 2 파장 변환 부재의 일면이 발광 소자를 향하도록 배치하는 단계를 포함한다.
상기 제 2 파장 변환 부재의 일면이 상기 발광 소자의 일면에 전체적으로 접할 수 있다.
또한, 상기 제 2 파장 변환 부재 및 상기 발광 소자가 이격되어 존재할 수 있다.
상기 제 2 파장 변환 부재 및 상기 발광 소자가 이격되어 존재하는 경우, 상기 발광 소자 및 제 2 파장 변환 부재 사이에 빈 공간이 존재할 수 있다. 상기 빈 공간은 예를 들어 격벽을 이용하여 형성할 수 있다.
예를 들면, 몰드를 통해 상기 폴리머 수지 계열의 격벽을 성형한 후, 상기 격벽 하부에 기판 및 발광다이오드 칩을 포함하는 발광 소자를 삽입하고, 상기 격벽 상에 상기 제 2 파장 변환 부재 및 상기 제 1 파장 변환 부재를 순차적으로 배치함으로써, 상기 발광 소자 및 제 2 파장 변환 부재 사이에 빈 공간을 형성할 수 있다.
상기 제 2 파장 변환 부재 및 발광 소자의 접합은 상기 접착제를 이용하여 접합되어, 상기 제 2 파장 변환 부재 및 발광 소자 사이에 접착층을 포함할 수 있다. .
상기 접착제 및 접착층 형성 방법은 상기 기재된 바와 같다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 단 이들 실시예로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
유리 매트릭스의 제조
<제조예 1>
하기 표 1의 조성을 갖도록 각각의 성분을 혼합하고, 1200 내지 1400 ℃에서 용융하여 유리물을 제조하였다. 제조된 유리물을 분쇄하여 5.9 ㎛의 평균 입경을 갖는 유리 분말을 제조하였다. 제조된 유리 분말을 성형 몰드에 투입하고 5톤의 압력으로 5분간 압축 성형한 후, 소성로에 투입하여 620 ℃에서 30 분 동안 소성하였다. 이후, 경면이 0.2 ㎛의 표면조도를 갖도록 경면을 마모 처리하여 두께 200 ㎛의 유리 매트릭스를 제조하였다.
<제조예 2 내지 4>
하기 표 1의 조성을 갖도록 각각의 성분의 함량을 조절한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 유리 매트릭스를 제조하였다.
시험예 1
제조예 1 내지 4의 유리 매트릭스를 대상으로 하기와 같은 방법으로 물성을 평가하였으며, 그 결과를 표 1에 나타냈다.
(1-1) 열특성: 유리 전이 온도(Tg), 연화온도(Ts), 팽창 연화점 온도(Tdsp)
열분석기(SDT: Q600, TA Instruments, 미국)을 사용하여 승온속도 10 ℃/min으로 상온에서부터 1,000 ℃까지의 범위에서 유리 전이 온도 및 연화온도, 팽창 연화점을 측정하였다.
이때, Tdsp(Temperature dilatometer softening point)는 딜라토미터 연화점 온도를 의미한다.
(1-2) 광투과율(%)
히타치사의 자기분광광도계(U-350, Japan)을 사용하여 기준파장 550 nm의 빛의 광투과율을 측정하였으며, 시료가 없는 상태를 100 %로 하였다.
(1-3) 굴절률
Professional Gemstone Refractometers(Kruess model ER601 LED, Germany)를 이용하여 측정하였으며, 측정시 시편은 두께를 1㎜(1T)로 가공 후 시편측정위치에 일정량의 굴절액을 도포하여 측정부분과 완전히 밀착되게 하여, 굴절 게이지 값을 육안으로 확인하였다.
(1-4) 평균 입경(D
50
) 측정
Microtreac사의 S3500 장비를 이용하여 입경을 측정하였다. 분석값의 D50은 레이저 광 회절법에 의한 입도 분포 측정에 있어서, 누적 부피농도(%)가 50%가 될 때의 입자 직경(D50)으로서 측정하였다.
상기 시험예 1에 따른 결과를 하기 표 1에 정리하였다.
표 1에서 보는 바와 같이, 제조예 1 내지 4의 유리 매트릭스는 높은 광투과율 및 우수한 굴절률 특성을 나타냈으며, 열 특성도 적절한 연화특성을 나타냈다.
한편, 유리 매트릭스의 광투과율 및 굴절률은 발광 장치의 광특성에 영향을 미치므로, 상기 각각의 유리 매트릭스를 포함하는 발광 장치를 제조하여, 물성을 확인하였다.
발광 장치의 제조
<실시예 1>
단계 1): 유리 매트릭스 및 제 1 형광체 분말을 포함하는 적어도 1층 이상의 제 1 파장 변환 부재를 준비하는 단계
표 2에 나타낸 바와 같이, 제조예 1에서 얻은 유리 매트릭스 및 제 1 형광체 분말을 각각 40 중량% 및 60 중량%의 양으로 혼합한 후, 성형 후 소결하여 두께가 200 ㎛인 제 1 파장 변환 부재를 얻었다.
단계 2): 수지 및 제 2 형광체 분말을 포함하는 적어도 1층 이상의 제 2 파장 변환 부재를 준비하는 단계
실리콘 수지(DOW CORNINGTM OE-7670A/B) 및 제 2 형광체 분말을 각각 80 중량% 및 20 중량%의 양으로 혼합한 후, 캐스팅 성형하여 하여 두께가 100 ㎛인 제 2 파장 변환 부재를 얻었다.
단계 3): 상기 제 1 파장 변환 부재 및 상기 제 2 파장 변환 부재를 접합하여 파장 변환 부재층을 제조하는 단계
상기 제 2 파장 변환 부재의 일면에 상기 제 1 파장 변환 부재를 배치한 후 접착제를 사용하여 접착층을 형성하였다.
상기 접착제는 KCC Corporation의 실리콘계 프라이머(SL3111A/B)를 사용하여 제 1 파장 변환 부재의 일면에 스프레이 분사하였다. 상기 실리콘계 프라이머를 80 ℃에서 5분 동안 가경화 처리하였고, 85 ℃에서 제 2 파장 변환 부재와 라미네이팅하여 접착하였다. 이 후, 150 ℃에서 2 시간동안 경화처리를 수행하였다.
단계 4): 상기 파장 변환 부재층 중의 제 2 파장 변환 부재의 일면에 발광 소자를 배치하는 단계
상기 제 2 파장 변환 부재의 타면을 전체적으로 접하도록 발광 소자를 배치한 후 실리콘계 프라이머를 스프레이 분사하여 접착층을 형성하였다.
이때, 상기 발광 소자는 기판 상에 LED 칩을 포함하는 발광 소자를 사용하였다.
<실시예 2 내지 4>
표 2에 나타낸 바와 같이, 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재의 조성 및 이들의 두께를 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 발광 장치를 얻었다.
<실시예 5>
표 2에 나타낸 바와 같이, 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재의 조성 및 이들의 두께를 변경하고, 접착제를 사용하지 않고, 상기 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재 표면에 상압 플라즈마에 노출하여 표면 처리를 20초 한 뒤, 라미테이팅 접착하고, 150 ℃에서 2 시간 동안 경화처리를 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 발광 장치를 얻었다.
<비교예 1>
표 3에 나타낸 바와 같이, 제 1 파장 변환 부재만을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 발광 장치를 얻었다.
<비교예 2>
표 3에 나타낸 바와 같이, 적층 수 2층으로 구성된 제 1 파장 변환 부재만을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 발광 장치를 얻었다.
<비교예 3 및 4>
표 3에 나타낸 바와 같이, 적층 수 2층으로 구성된 제 2 파장 변환 부재만을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 발광 장치를 얻었다.
한편, 비교예 4는 실시예 5와 마찬가지로 접착제 사용하지 않고, 제 2 파장 변환 부재를 라미네이트 접착하였다.
<비교예 5>
표 3에 나타낸 바와 같이, 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재의 조성 및 이들의 두께를 변경하고, LED 칩과 접하는 파장 변환 부재가 제 1 파장 변환 부재인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 발광 장치를 얻었다.
시험예 2
실시예 1 내지 5, 및 비교예 1 내지 5의 발광 장치를 대상으로 하기와 같은 방법으로 물성을 각각 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2 및 3에 나타냈다.
(2-1) 광특성(CIEx, CIEy, 광선속(Φv, 루멘(lm)) 및 연색지수(Ra))
색도 분포도를 적분구 측정 장비(LMS-200, J&C Tech.)를 사용하여 445 nm의 여기광원 위에 실시예 및 비교예의 발광 장치를 올려놓고 측정하였다.
(2-2) 신뢰성 테스트
PCT (Pressure Cooking Tester) 오토클레이브(Autoclave) 장비를 이용하여 125 ℃, 0.14MPa, 습도 100%의 고온 고습하에 신뢰성을 확인하였다.
상기 시험예 2에 따른 결과를 하기 표 2 및 3에 정리하였다.
상기 표 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 구현예에 따른 실시예 1 내지 5의 발광 장치는 비교예 1 내지 5의 발광 장치에 비해 광특성이 전반적으로 우수함을 알 수 있다.
구체적으로, 실시예 1 내지 5와 같이 발광 소자, 제 2 파장 변환 부재 및 제 1 파장 변환 부재가 순차적으로 적층된 발광 장치의 경우 연색지수(Ra)가 65 이상이고, 광특성이 우수한 반면, 비교예 1 내지 5와 같이, 제 1 파장 변환 부재만 포함된 경우, 제 2 파장 변환 부재만 포함된 경우, 및 2층 이상의 파장 변환 부재를 포함하더라도 본 발명의 구조가 아닌 경우, 실시예 1 내지 5에 비해 광특성이 현저히 감소하였다.
특히, 2층 이상의 파장 변환 부재를 포함하더라도 LED 칩과 접합하는 파장 변환 부재가 본 발명의 제 2 파장 변환 부재가 아닌 비교예 2 및 5의 경우, 연색지수(Ra)가 현저히 낮았다.
또한, 2층 이상의 파장 변환 부재를 포함하고 LED 칩과 접합하는 파장 변환 부재가 본 발명의 제 2 파장 변환 부재인 경우라도 제 1 파장 변환 부재를 포함하지 않은 비교예 3 및 4의 경우 광선속(Φv, 루멘(lm))이 저조하여 광특성이 저하됨을 확인할 수 있다.
한편, 고온고습 하의 신뢰성 테스트 결과, 실시예 1 내지 5의 발광 장치는 광선속(Φv, 루멘(lm))이 45 이상이고, lm% 변화율이 비교예 1 내지 5의 발광 장치에 비해 현저히 상승함을 알 수 있다.
100: 발광 장치
110: 발광 소자
120: 제 2 파장 변환 부재
125: 빈 공간
130: 제 1 파장 변환 부재
140: 유리 매트릭스
150: 수지
160: 제 1 형광체 분말
170: 제 2 형광체 분말
180: 발광다이오드(LED) 칩
190: 기판
110: 발광 소자
120: 제 2 파장 변환 부재
125: 빈 공간
130: 제 1 파장 변환 부재
140: 유리 매트릭스
150: 수지
160: 제 1 형광체 분말
170: 제 2 형광체 분말
180: 발광다이오드(LED) 칩
190: 기판
Claims (21)
- 발광 소자;
유리 매트릭스 중에 제 1 형광체 분말이 분산된 적어도 1층 이상의 제 1 파장 변환 부재; 및
상기 발광 소자 및 상기 제 1 파장 변환 부재 사이에, 수지 중에 제 2 형광체 분말이 분산된 적어도 1층 이상의 제 2 파장 변환 부재를 포함하는, 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 형광체 분말이 청색, 녹색 및 황색 발광 입자 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 제 2 형광체 분말이 적색, 청색, 녹색 및 황색 발광 입자 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 발광 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 형광체 분말이 적색 발광 입자를 포함하는, 발광 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 적색 발광 입자가 610 내지 750 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체를 포함하고,
상기 청색 발광 입자가 420 내지 480 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체를 포함하며,
상기 녹색 발광 입자가 500 내지 570 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체를 포함하고,
상기 황색 발광 입자가 570 초과 내지 590 nm 이하의 발광 파장 범위를 갖는 형광체를 포함하는, 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 파장 변환 부재가 30 내지 500 ㎛의 두께를 갖는, 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 파장 변환 부재가 5 내지 700 ㎛의 두께를 갖는, 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재의 총 두께가 40 내지 1500 ㎛인, 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 파장 변환 부재 및 제 2 파장 변환 부재 사이에 접착층을 포함하는, 발광 장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 접착층이 에폭시 접착제 조성물, 실리콘 접착제 조성물, 우레탄 접착제 조성물, 및 아크릴 접착제 조성물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 접착제 조성물에 의해 형성된 것인, 발광 장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 접착층이 0.1 내지 10 ㎛의 두께를 갖는, 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 형광체 분말 및 상기 제 2 형광체 분말은,
레이저 회절법에 의해 측정한 입도 분포에 있어서의 누적 부피농도(%)가 10%, 50% 및 90%가 되는 입도를 각각 D10, D50 및 D90이라 할 때, 상기 D50이 각각 3 내지 50 ㎛이고,
하기 식 1의 스팬(SPAN) 값이 각각 0.5 내지 1.5인, 발광 장치:
[식 1]
스팬(SPAN) = (D90-D10)/D50.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유리 매트릭스가 유리 분말 총 몰수를 기준으로 하기 조성을 갖는 유리 분말을 포함하는, 발광 장치:
P2O5 0.5 내지 15 mol%,
ZnO 20 내지 50 mol%,
SiO2 8 내지 40 mol%,
B2O3 10 내지 30 mol%,
SnO2 0.05 내지 10 mol%, 및
Al2O3 1 내지 12 mol%.
- 제 12 항에 있어서,
상기 유리 분말이 하기 성분 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는, 발광 장치:
BaO 0.5 내지 8 mol%,
SrO 1 내지 8 mol%,
CaO 1 내지 8 mol%,
K2O 1 내지 7 mol%,
Na2O 1 내지 10 mol%, 및
Li2O 1 내지 10 mol%.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유리 매트릭스가 1.4 내지 1.7의 굴절률을 갖고, 연화점(Ts)이 400 내지 700 ℃인, 발광 장치.
- 제 14 항에 있어서,
상기 유리 매트릭스와 제 1 형광체 분말의 굴절률 차이는, 상기 수지와 제 2 형광체 분말의 굴절률 차이보다 작은, 발광 장치.
- 제 12 항에 있어서,
상기 유리 분말이 1 내지 10 ㎛의 평균 입경(D50)을 갖는, 발광 장치.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 형광체 분말의 함량이 상기 제 1 형광체 분말과 유리 분말의 총 중량을 기준으로 5 내지 95 중량%인, 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 형광체 분말의 함량이 상기 제 2 형광체 분말과 수지의 총 중량을 기준으로 5 내지 75 중량%인, 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 수지가 실리콘 수지, 에폭시 수지, 폴리카보네이트 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 및 이들의 변성 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 발광 장치.
- 유리 매트릭스 및 제 1 형광체 분말을 포함하는 적어도 1층 이상의 제 1 파장 변환 부재를 준비하는 단계;
수지 및 제 2 형광체 분말을 포함하는 적어도 1층 이상의 제 2 파장 변환 부재를 준비하는 단계;
상기 제 1 파장 변환 부재 및 상기 제 2 파장 변환 부재를 접합하여 파장 변환 부재층을 제조하는 단계; 및
상기 파장 변환 부재층 중의 제 2 파장 변환 부재의 일면이 발광 소자를 향하도록 배치하는 단계;
를 포함하는, 발광 장치의 제조방법.
- 제 20 항에 있어서,
상기 제 2 파장 변환 부재의 일면이 상기 발광 소자의 일면에 전체적으로 접하거나,
상기 제 2 파장 변환 부재 및 상기 발광 소자가 이격되어 존재하는, 발광 장치의 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102537453B1 (ko) * | 2022-11-18 | 2023-05-30 | 세라 주식회사 | 자율주행자동차의 차선 인식용 형광비드 및 이를 제조하는 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102512806B1 (ko) | 2023-03-23 |
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