KR20230001983A - 파장 변환 부재 및 이를 포함하는 발광장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 유리 매트릭스; 및 상기 유리 매트릭스 중에 분산된 형광체 분말을 포함하는 파장 변환층; 및 상기 파장 변환층의 적어도 일면에 형성된 반사 방지층을 포함하고, 상기 반사 방지층이 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는, 파장 변환 부재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 부재는 형광 강도가 높고, 광투과율, 광 선속 및 환산 광속 등의 광 특성이 우수하고, 광 추출 효율(light extraction efficiency) 및 발광 강도가 우수하여, 발광장치에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

파장 변환 부재 및 이를 포함하는 발광장치{WAVELENGTH CONVERSION MEMBER AND LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING SAME}
본 발명은 파장 변환 부재 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파장 변환층, 및 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는 반사 방지층을 포함하는 파장 변환 부재 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
최근 차세대 발광장치로서, 저전력, 경량화 및 용이한 광량 조절이라는 관점에서 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 등의 여기 광원을 이용한 발광장치에 대한 관심이 높아지고 있다.
이러한 발광장치는 일반적으로 청색 LED와 상기 LED로부터 발광되는 청색을 흡수하여 황색, 녹색 또는 적색의 발광을 통해 백색을 구현하는 파장 변환 부재를 포함하며, 상기 파장 변환 부재는 일반적으로 유기 또는 무기 매트릭스 중에 형광체 분말이 분산된 구조를 갖는다.
구체적으로, 수지 매트릭스 중에 형광체 분말을 분산시킨 파장 변환 부재가 사용된 바 있다. 그러나 상기 파장 변환 부재의 경우 여기 광원의 열이나 조사 광에 의해 수지가 열화되거나 발광장치의 휘도가 감소하는 문제점이 있다.
한편, 일본공개특허 제 2003-258308호 및 일본등록특허 제4895541호에는 유리 매트릭스 중에 형광체 분말이 분산된 파장 변환 부재의 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 유리 매트릭스를 사용하는 경우, 파장 변환 부재의 제조시 고온의 소결 온도에 의해 일부 형광체가 열화되어, 광특성 저하 및 변색이 발생될 수 있고, 형광체 사용에 제약이 있어서 연색성이 높은 파장 변환 부재를 구현하기 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 파장 변환 부재는 LED의 여기 광이 파장 변환 부재의 내부에서 충분히 산란하지 않을 수 있고, 이 경우 발광장치로부터 출사되는 빛이 균질하지 않고, 형광 강도가 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 형광체 분말의 함량을 증가시키는 방법이 연구되었으나, 이 경우, 파장 변환 부재 내부에서 빛이 산란하는 양은 증가시킬 수 있지만, 색도 편차가 크고, 만족할만한 색을 구현하는데 한계가 있다.
일본공개특허 제 2003-258308호 일본등록특허 제4895541호
본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 형광 강도가 높고, 광 특성이 우수하며 열충격에 대한 내구성이 우수한 파장 변환 부재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 파장 변환 부재를 포함하는 발광장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 유리 매트릭스; 및 상기 유리 매트릭스 중에 분산된 형광체 분말을 포함하는 파장 변환층; 및 상기 파장 변환층의 적어도 일면에 형성된 반사 방지층을 포함하고, 상기 반사 방지층이 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는, 파장 변환 부재를 제공한다.
또한, 기재 상에 유리 매트릭스; 및 상기 유리 매트릭스 중에 분산된 형광체 분말을 포함하는 파장 변환층을 형성하는 단계; 및 상기 파장 변환층의 적어도 일면에 반사 방지층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 반사 방지층이 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는, 파장 변환 부재의 제조방법을 제공한다.
나아가, 상기 파장 변환 부재; 및 상기 파장 변환 부재에 여기 광을 조사하는 광원을 포함하는, 발광장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 부재는 형광 강도가 높고, 광투과율, 광 선속 및 환산 광속 등의 광 특성이 우수하고, 특히, 광 추출 효율(light extraction efficiency) 및 발광 강도가 우수하며 열충격에 대한 내구성이 뛰어나, 발광장치에 유용하게 사용될 수 있다.
이하 첨부된 아래의 도면을 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 부재의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파장 변환 부재의 모식도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파장 변환 부재의 모식도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 부재의 제조방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 파장 변환 부재의 반사 방지층의 표면을 150배율로 분석한 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 비교예 1에서 제조된 파장 변환 부재의 파장 변환층의 표면을 1 배율로 분석한 주사전자현미경(SEM) 사진을 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.
[파장 변환 부재]
본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 부재는 유리 매트릭스; 및 상기 유리 매트릭스 중에 분산된 형광체 분말을 포함하는 파장 변환층; 및 상기 파장 변환층의 적어도 일면에 형성된 반사 방지층을 포함하고, 상기 반사 방지층이 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 파장 변환 부재는 유리 매트릭스 및 상기 유리 매트릭스 중에 분산된 형광체 분말을 포함하는 파장 변환층의 적어도 일면에, 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는 반사 방지층을 형성함으로써, 형광 강도가 높고, 광 특성이 우수하다. 특히, 상기 반사 방지층에 포함되는 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함함으로써, 크랙 발생 없이 원하는 코팅 두께 및 우수한 조막성을 갖는 반사 방지층을 구현할 수 있다.
일반적으로, 상기 파장 변환층에 포함되는 형광체 및 상기 형광체를 분산시키기 위한 유리 매트릭스의 굴절률이 높아 파장 변환층과 외부 공기와의 굴절률 차이가 커질 수 있다. 이러한 굴절률 차이로 인해, 파장 변환층의 표면에서의 광산란과 반사 손실이 발생하기 쉽기 때문에, 이로 인해 광 추출 효율(light extraction efficiency)이 저하될 수 있다.
이에, 본 발명에서는 상기 파장 변환층의 적어도 일면에 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는 반사 방지층을 형성함으로써, 각 층의 계면에서의 광산란 및 반사 손실을 저감할 수 있어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 파장 변환층과 외부 공기층 사이에 낮은 굴절률을 갖는 반사 방지층을 형성할 경우, 상기 파장 변환층, 반사 방지층 및 공기층의 굴절률의 차이가 저감될 수 있다.
나아가, 상기 파장 변환층에 포함된 형광체의 농도가 높을 경우, 상기 파장 변환층의 표면에 형광체의 농도가 높아지고, 경우에 따라 상기 파장 변환층의 표면에 형광체가 노출됨으로써 상기 효과를 더욱 효율적으로 발휘할 수 있다.
구체적으로, 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 부재(100)는 파장 변환층(120) 및 상기 파장 변환층(120)의 일면에 형성된 반사 방지층(130)을 포함하고, 상기 파장 변환층(120)은 유리 매트릭스(150), 및 상기 유리 매트릭스(150) 중에 분산된 형광체 분말(170)을 포함하고, 상기 반사 방지층(130)은 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카(140)를 포함한다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카(140)는 무기 바인더(160) 중에 분산되어 있을 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파장 변환 부재(100)는 파장 변환층(120) 및 상기 파장 변환층(120)의 양면에 형성된 반사 방지층, 예컨대 제 1 반사 방지층(130) 및 제 2 반사 방지층(135)을 포함할 수 있다. 상기 파장 변환층(120)은 유리 매트릭스(150), 및 상기 유리 매트릭스(150) 중에 분산된 형광체 분말(170)을 포함하고, 상기 제 1 반사 방지층(130) 및 제 2 반사 방지층(135)은 각각 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카인 제 1 실리카(140) 및 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카인 제 2 실리카(145)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 실리카(140)는 제 1 무기 바인더(160) 중에 분산되어 있을 수 있다. 상기 제 2 실리카(145)는 제 2 무기 바인더(165) 중에 분산되어 있을 수 있다.
이하 상기 파장 변환 부재의 각 층, 및 상기 각 층에 포함된 구성 요소별로 구체적으로 설명한다.
<파장 변환층>
본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 부재는 입사되는 빛(광)의 파장을 변환하는 역할을 하는 파장 변환층(파장 변환 부재 본체라고도 함)을 포함한다. 상기 파장 변환층은 유리 매트릭스; 및 상기 유리 매트릭스 중에 분산된 형광체 분말을 포함한다.
특히, 상기 파장 변환층은 유리 매트릭스 중에 형광체 분말이 고르고 균일하게 분산되어 있음으로써, 내열성이 뛰어난 파장 변환 부재를 얻을 수 있다.
상기 파장 변환층의 형상, 크기 및 두께는 파장 변환 부재가 사용되는 디바이스의 형상, 크기 및 두께에 따라 적절히 설정할 수 있다. 예컨대 상기 파장 변환층은 평면 형상인 직사각형이나, 원형 모양인 판상일 수 있다.
상기 파장 변환층의 두께는 들뜸광이나 형광흡수를 억제한다는 관점에서 100 내지 800㎛, 보다 바람직하게 100 내지 500㎛, 더욱 바람직하게 100 내지 300㎛일 수 있다.
상기 파장 변환층의 두께가 너무 두꺼우면 파장 변환층의 광산란 및 광흡수가 지나치게 커져 형광의 출사 효율이 낮아지는 문제가 있을 수 있다. 상기 파장 변환층의 두께가 너무 얇으면, 충분한 발광 강도를 얻기 어렵거나, 파장 변환층의 강도가 저하될 수 있다. 따라서 상기 파장 변환층의 두께를 상기 범위 내로 조절하는 것이 바람직하다.
유리 매트릭스
본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 부재에 있어서, 상기 파장 변환층은 유리 매트릭스를 포함한다. 상기 유리 매트릭스는 원료 재료인 유리 분말을 성형 및 소성하여 얻은 모재일 수 있다. 구체적으로, 상기 유리 매트릭스는 유리 분말 및 형광체 분말을 포함하는 파장 변환 부재용 조성물을 기재 상에 도포하여 시트 형상을 얻고 소성하여 얻을 수 있다. 또한, 상기 유리 매트릭스는 유리 분말을 성형 몰드에 투입하여 압축 성형한 후, 예를 들어 450 내지 950℃에서 소성하여 얻을 수 있다.
상기 유리 매트릭스는 형광체 분말을 상기 유리 매트릭스 중에 균일하게 분산된 상태로 안정적으로 유지시키기 위한 매체로서의 역할을 할 수 있다.
상기 유리 매트릭스를 형성하는 원료 재료인 유리 분말의 조성에 따라 유리 분말과 형광체 분말과의 반응성에 차이가 발생할 수 있기 때문에, 사용하는 형광체 분말에 적합한 유리 분말의 조성을 선택하는 것이 중요하다. 예컨대, 상기 파장 변환 부재 제조 시, 소성 온도가 높아지면 유리 매트릭스와 형광체가 반응하여 파장 변환 부재의 양자 변환 수율이 저하될 우려가 있으므로, 이를 방지하기 위해 유리 분말의 조성이 중요하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유리 매트릭스는 P2O5, ZnO, SiO2 및 B2O3를 주성분으로 포함하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 유리 매트릭스는 특정 조성을 갖는 유리 분말로부터 유도될 수 있다.
상기 유리 분말은 유리 분말 총 몰수를 기준으로 2 내지 10 mol%의 P2O5, 30 내지 50 mol%의 ZnO, 10 내지 25 mol%의 SiO2, 및 15 내지 25 mol%의 B2O3를 포함할 수 있다.
상기 유리 분말이 상기 조성을 가짐으로써, 형광체 분말의 함량이 많은 경우에도 유리 분말의 소결이 충분히 이루어질 수 있고, 파장 변환 부재를 장시간 사용하여도 빛의 휘도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 습기가 많은 환경에서도 파장 변환 부재는 내수성이 뛰어나, 우수한 광흡수율을 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 P2O5는 유리골격을 형성하고 내수성을 향상시키는 성분으로서, P2O5의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 2 내지 10 mol%, 바람직하게는 2 내지 6 mol%일 수 있다.
상기 P2O5의 함량이 2 mol% 미만이면, 유리화되기 어려울 수 있고, 10 mol%를 초과하면, 연화점(Ts)이 상승하고 내후성이 저하될 수 있다.
ZnO는 용융 온도를 저하시켜 용해성을 개선하는 성분으로서, ZnO의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 30 내지 50 mol%, 바람직하게는 30 내지 40 mol%일 수 있다.
상기 ZnO의 함량이 30 mol% 미만이면, 용해성을 개선하는 효과가 미미할 수 있고, 50 mol%를 초과하면, 내후성이 저하될 수 있고, 투과율이 저하되어 발광 강도가 감소할 수 있다.
SiO2는 유리골격을 구성하는 성분으로서, 상기 SiO2의 함량은 10 내지 25 mol%, 바람직하게는 15 내지 25 mol%일 수 있다.
상기 SiO2의 함량이 10 mol% 미만이면, 내후성 및 기계적 강도가 저하될 수 있고, 25 mol%를 초과하면, 파장 변환 부재 제조시 고온에서의 소결에 의해 형광체 분말이 열화될 수 있다.
상기 B2O3는 유리골격을 구성하는 성분으로서, 용융 온도를 저하시켜 용해성을 개선할 수 있고, 광확산성을 향상시키는 성분으로서, 상기 B2O3의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 15 내지 25 mol%, 바람직하게는 15 내지 20 mol%일 수 있다.
상기 B2O3의 함량이 15 mol% 미만이면, 상기 효과를 달성하는 데에 어려움이 있을 수 있으며, 25 mol%를 초과하는 경우, 화학적 내구성이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유리 분말은 Al2O3 1 내지 10 mol%, SnO2 0.1 내지 7 mol%, BaO 1 내지 5 mol%, SrO 0.1 내지 5 mol%, CaO 1 내지 5 mol%, Li2O 1 내지 5 mol%, Na2O 1 내지 7 mol%, 및 K2O 1 내지 5 mol%의 성분 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 Al2O3는 화학적 내구성을 향상시키는 성분으로서, 상기 Al2O3의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 1 내지 10 mol%, 바람직하게는 2 내지 6 mol%일 수 있다.
상기 Al2O3의 함량이 1 mol% 미만이면, 화학적 내구성 향상 효과가 미미할 수 있고, 상기 Al2O3의 함량이 10 mol%를 초과하면, 유리의 용융성이 악화되는 경향이　있을 수 있다.
상기 SnO2는 유리전이 온도, 굴복점, 연화점(Ts) 등의 열물성 온도를 저하시킬 수 있는 성분으로서, 상기 SnO2의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 0.1 내지 7 mol%, 더 바람직하게는 0.2 내지 6 mol%일 수 있다.
상기 SnO2의 함량이 0.1 mol% 미만이면, 열물성 온도를 저하시키는 효과가 미미할 수 있고, 상기 SnO2의 함량이 7 mol%를 초과하면, 용융 시 유리 중에 Sn에 기인하는 실투(失透, devitrification)물(특히, 4가의 주석물)이 석출되어 투과율이 저하되는 경향이 있어, 결과적으로, 높은 발광효율을 갖는 파장 변환 부재가 얻어지기 어려울 수 있으며, 용융 분리에 의해 유리화되기 어려워질 수 있다.
BaO는 용융 온도를 저하시켜 용해성을 개선하는 성분으로서, 유리 분상을 촉진하고, 형광체 분말과의 반응을 억제하는 효과도 있다.
상기 BaO의 함량은 1 내지 5 mol%, 바람직하게는 1 내지 4 mol%일 수 있다. 상기 BaO의 함량이 1 mol% 미만이면, 용해성을 개선하는 효과가 미미할 수 있고, 상기 BaO의 함량이 5 mol%를 초과하면, 화학적 내구성이 저하되고, 유리 분상 경향이 지나치게 커져 열처리 온도의 작은 변화에도 분상의 상태가 크게 변동할 수 있어, 파장 변환 부재의 로트 사이에서의 광확산성에 편차가 생기기 쉬울 수 있다.
SrO는 용융 온도를 저하시켜 용해성을 개선하는 성분으로서, 유리 분상을 촉진하고, 형광체 분말과의 반응을 억제하는 효과도 있다.
상기 SrO의 함량은 0.1 내지 5 mol%, 바람직하게는 0.1 내지 4 mol%일 수 있다. 상기 SrO의 함량이 0.1 mol% 미만이면, 용해성을 개선하는 효과가 미미할 수 있고, 상기 SrO의 함량이 5 mol%를 초과하면, 화학적 내구성이 저하되고, 유리 분상 경향이 지나치게 커져 열처리 온도의 작은 변화에도 분상의 상태가 크게 변동할 수 있어, 파장 변환 부재의 로트 사이에서의 광확산성에 편차가 생기기 쉬울 수 있다.
CaO는 용융 온도를 저하시켜 용해성을 개선하는 성분으로서, 유리 분상을 촉진하고, 형광체 분말과의 반응을 억제하는 효과도 있다.
상기 CaO의 함량은 1 내지 5 mol%, 바람직하게는 1 내지 4 mol%일 수 있다. 상기 CaO의 함량이 1 mol% 미만이면, 용해성을 개선하는 효과가 미미할 수 있고, 상기 CaO의 함량이 5 mol%를 초과하면, 화학적 내구성이 저하되고, 유리 분상 경향이 지나치게 커져 열처리 온도의 작은 변화에도 분상의 상태가 크게 변동할 수 있어, 파장 변환 부재의 로트 사이에서의 광확산성에 편차가 생기기 쉬울 수 있다.
Li2O는 연화점을 저하시키는 성분이다. 상기 Li2O의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 바람직하게는 1 내지 5 mol%, 바람직하게는 2 내지 5 mol%일 수 있다.
상기 Li2O의 함량이 1 mol% 미만이면 상기 효과가 미미할 수 있고, 상기 Li2O의 함량이 5 mol%를 초과하면 화학적 내구성이 저하될 수 있고, 유리 분상 경향이 지나치게 커져 광산란 손실이 커질 수 있다. 또한, 내후성이 저하되고 LED나 LD의 광 조사에 의해 발광 강도가 경시적으로 저하되는 문제가 있을 수 있다.
Na2O는 연화점을 저하시키는 성분이다. 상기 Na2O의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 바람직하게는 1 내지 7 mol%, 바람직하게는 2 내지 6 mol%일 수 있다.
상기 Na2O의 함량이 1 mol% 미만이면 상기 효과가 미미할 수 있고, 상기 Na2O의 함량이 7 mol%를 초과하면 화학적 내구성이 저하될 수 있고, 유리 분상 경향이 지나치게 커져 광산란 손실이 커질 수 있다. 또한, 내후성이 저하되고 LED나 LD의 광 조사에 의해 발광 강도가 경시적으로 저하되는 문제가 있을 수 있다.
K2O는 연화점을 저하시키는 성분이다. 상기 K2O의 함량은 유리 분말 총 몰수를 기준으로, 바람직하게는 1 내지 5 mol%, 바람직하게는 2 내지 5 mol%일 수 있다.
상기 K2O의 함량이 1 mol% 미만이면 상기 효과가 미미할 수 있고, 상기 K2O의 함량이 5 mol%를 초과하면 화학적 내구성이 저하될 수 있고, 유리 분상 경향이 지나치게 커져 광산란 손실이 커질 수 있다. 또한, 내후성이 저하되고 발광 다이오드(LED)나 레이저 다이오드(LD)의 광 조사에 의해 발광 강도가 경시적으로 저하되는 문제가 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 유리 분말은 유리 분말 총 몰수를 기준으로 SnO2 0.1 내지 7 mol%, 예컨대 0.2 내지 6 mol% 및 Al2O3 1 내지 10 mol%, 예컨대 2 내지 6 mol% 를 더 포함할 수 있다.
상기 유리 분말은 유리 분말 총 몰수를 기준으로 BaO 1 내지 5 mol%, SrO 0.1 내지 5 mol%, 및 CaO 1 내지 5 mol%를 더 포함할 수 있다.
상기 유리 분말은 유리 분말 총 몰수를 기준으로 K2O 1 내지 5 mol%, Na2O 1 내지 5 mol%, 및 Li2O 1 내지 5 mol%를 더 포함할 수 있다.
또는, 상기 유리 분말은 알칼리 금속 산화물로서 Na2O 및 K2O, Na2O 및 Li2O, 또는 Li2O 및 K2O를 더 포함할 수 있다. 상기 유리 분말이 상기와 같은 조합으로 상기 성분들을 포함하는 경우, 이들 성분의 총 함량을 2 내지 15 mol%, 바람직하게는 3 내지 10 mol%의 범위에서 적절하게 조정하는 것이 바람직하다.
상기 유리 분말은 평균 입경(D50)이 2 내지 15㎛, 바람직하게는 5 내지 15㎛일 수 있다.
만일, 상기 유리 분말의 평균 입경(D50)이 2㎛ 미만이면, 소성시 기포의 발생량이 많아지고, 파장 변환층 중에 기포가 잔존할 수 있다. 파장 변환층의 기공율은 5% 이하, 3% 이하, 특히 1% 이하인 것이 바람직하다. 만일, 상기 기공율이 5%를 초과하는 경우 광 특성을 저하시킬 수 있다. 또한 상기 파장 변환층 중에 기포가 많이 포함되면 광산란이 과잉되고 산란 손실(scattering loss)에 의해 형광 강도가 저하될 수 있다.
또한, 수분 등이 파장 변환층의 내부에 침입하기 쉬워져 화학적 내구성이 저하될 우려가 있다. 만일 상기 유리 분말의 평균 입경(D50)이 15㎛를 초과하면, 파장 변환층 중에 형광체 분말이 균일하게 분산되기 어렵게 되고, 결과적으로 파장 변환층의 형광 강도가 저하되거나 색도 편차가 생길 수 있다.
상기 유리 매트릭스는 1.44 내지 1.89의 굴절률을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 유리 매트릭스는 바람직하게는 1.57 내지 1.85, 보다 바람직하게는 1.60 내지 1.84일 수 있다.
한편, 상기 유리 매트릭스는, 연화점(Ts)이 550 내지 850℃일 수 있다.
구체적으로, 상기 유리 매트릭스의 연화점(Ts)은 바람직하게는 550 내지 630℃, 더욱 바람직하게는 550 내지 600℃일 수 있다.
상기 유리 매트릭스의 연화점(Ts)이 너무 낮으면, 파장 변환 부재의 기계적 강도 및 화학적 내구성이 저하될 수 있다. 또한 유리 매트릭스 자체의 내열성이 낮기 때문에 형광체에서 발생하는 열에 의해 유리 매트릭스가 열을 흡수하여 녹아서 형상이 변형되는 연화 변형이 발생할 수 있다. 한편, 유리 매트릭스의 연화점(Ts)이 너무 높으면, 소성 시 형광체 분말이 열화되어 파장 변환 부재의 발광 강도가 저하될 수 있다. 또한, 상기 파장 변환 부재의 화학적 안정성 및 기계적 강도를 높이는 관점에서 상기 유리 매트릭스의 연화점(Ts)은 550℃ 이상인 것이 바람직하다. 이러한 유리로는 붕소 규산염계, P2O5-ZnO-SiO2- B2O3계 유리를 들 수 있다.
형광체 분말
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 형광체 분말은 상기 유리 매트릭스 중에 균일하게 분산되어 존재할 수 있다. 상기 형광체 분말이 상기 유리 매트릭스 중에 균일하게 분산될 경우, 내열성이 뛰어난 파장 변환 부재를 제공할 수 있다.
상기 형광체 분말은 자외선 또는 가시광선의 여기 광을 입사하면 해당 여기 광의 파장보다 긴 파장의 형광을 나타내는 형광체 분말을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가시광선의 여기 광을 입사하고, 해당 여기 광의 색상과 보색의 형광을 나타내는 형광체 분말을 이용하는 경우, 투과된 여기 광과 형광체 분말의 형광과의 혼색에 의해 백색광이 얻어지기 때문에 백색 LED를 용이하게 제조할 수 있다. 구체적으로, 가시광선의 여기 광이 430 내지 490 nm의 주파장을 갖고, 형광체 분말의 형광이 530 내지 590 nm의 주파장을 갖는 경우, 백색광을 제공하는 데에 유리할 수 있다.
상기 형광체 분말은 3 내지 30㎛, 바람직하게는 3 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 바람직하게는 3 내지 15㎛의 평균 입경(D50)을 가질 수 있다. 상기 형광체 분말의 평균 입경(D50)이 3㎛ 미만이면, 형광체 분말끼리 쉽게 응집되어, 발광 강도가 감소할 수 있고, 상기 형광체 분말의 평균 입경(D50)이 30㎛를 초과하면, 파장 변환 부재의 효율이 저하되고 색상 편차가 커져 바람직하지 않다.
상기 형광체 분말의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 질화물 형광체 분말, 산 질화물 형광체 분말, 산화물 형광체 분말(YAG 형광체 분말 등의 가넷 계 형광체 분말을 포함), 황화물 형광체 분말, 산 황화물 형광체 분말, 할로겐화물 형광체 분말(불화물 및 염화물 등) 및 알루민산 염화물 형광체 분말 등을 들 수 있다. 이러한 형광체 분말 중 질화물 형광체 분말, 산 질화물 형광체 분말 및 산화물 형광체 분말은 내열성이 높고 소성 시에 쉽게 열화되지 않고, 특히 백색 LED 소자용 파장 변환 부재에 사용되는 형광체 분말로 적합하다.
또한 양자 변환 효율을 높이는 관점에서, 상기 형광체 분말은 산화물 형광체 분말 또는 알루민산 염화물 형광체 분말이 바람직하다.
상기 산화물 형광체 또는 알루민산 염화물 형광체로는 이트륨-알루미늄-가넷(yttrium-aluminium-garnet; YAG)계, 루테튬-알루미늄-가넷(Lutetium-aluminium-garnet; LuAG)계, 질화물(nitride)계, 황화물(sulfide)계 및 규산염(silicate)계 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 형광체 분말을 포함할 수 있다.
상기 형광체 분말은 가시광역 파장 범위, 예를 들어 380 nm 내지 780 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체 분말일 수 있다.
구체적으로, 상기 형광체 분말은 청색, 녹색, 적색, 및 황색 발광 입자 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 이때, 상기 청색, 녹색, 적색, 및 황색 발광 입자는 각각 청색, 녹색, 적색, 및 황색의 형광을 나타내는 입자를 의미한다.
상기 청색 발광 입자는 440 nm 내지 480 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체 분말을 포함하고, 상기 녹색 발광 입자는 500 nm 내지 540 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체 분말을 포함하고, 상기 황색 발광 입자는 540 nm 초과 내지 595 nm 이하의 발광 파장 범위를 갖는 형광체 분말을 포함하고, 상기 적색 발광 입자는 660 nm 내지 700 nm의 발광 파장 범위를 갖는 형광체 분말을 포함할 수 있다.
구체적으로, 파장 300 nm 내지 440 nm의 자외선 내지 근자외선의 여기 광을 조사할 때, 상기 청색 발광 입자는 (Sr,Ba)MgAl10O17:Eu2+ ; (Sr,Ba)3 MgSi2O8:Eu2+ 등을 들 수 있다. 　
파장 300 nm 내지 440 nm의 자외선 내지 근자외선의 여기 광을 조사할 때, 상기 녹색 발광 입자는 SrAl2O4:Eu2+ ; SrBaSiO4:Eu2+ ; (Y,Lu)3(Al,Gd)5O12:Ce3+; SrSiON:Eu2+ ; BaMgAl10O17:Eu2+ , Mn2+; Ba2MgSi2O7Eu2+ ; Ba2SiO4:Eu2+ ; Ba2Li2Si2O7 :Eu2+ ; BaAl2O4:Eu2+ 등을 들 수 있고, 파장 440 nm 내지 480 nm의 청색 여기 광을 조사할 때, 상기 녹색 발광 입자는 SrAl2O4:Eu2+ ; SrBaSiO4 :Eu2+ ; (Y,Lu)3(Al,Gd)5O12:Ce3+; SrSiON:Eu2+ ; β-SiAlON: Eu2+ 등을 들 수 있다.
파장 300 nm 내지 440 nm의 자외선 내지 근자외선의 여기 광을 조사할 때, 상기 황색 발광 입자는 La3Si6N11:Ce3+를 들 수 있고, 파장 440 nm 내지 480 nm의 청색 여기 광을 조사할 때, 상기 황색 발광 입자는 (Y,Lu)3(Al,Gd)5O12:Ce3+ ; Sr2SiO4:Eu2+ 등을 들 수 있다 .
파장 300 nm 내지 440 nm의 자외선 내지 근자외선의 여기 광을 조사할 때, 상기 적색 발광 입자는 CaGa2S4:Mn2+; MgSr3Si2O8:Eu2+ , Mn2+; Ca2MgSi2O7:Eu2+ , Mn2+를 들 수 있고, 파장 440 nm 내지 480 nm의 청색 여기 광을 조사할 때, 상기 적색 발광 입자는 CaAlSiN3 :Eu2+ ; CaSiN3:Eu2+ ; (Ca,Sr)2Si5N8: Eu2+ ; α-SiAlON: Eu2+ 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 여기 광과 발광 파장에 따라 다양한 형광체 분말을 혼합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 자외선 영역의 여기 광을 조사하여 백색광을 얻는 경우, 청색, 녹색, 황색 또는 적색 발광 입자를 포함하는 형광체 분말을 사용할 수 있다.
상기 형광체 분말은 1.5 내지 2.4의 굴절률을 가질 수 있다.
상기 형광체 분말은 굴절률이 상기 범위를 갖기 때문에 공기층과의 굴절률 차이가 크고, 파장 변환층의 표면에서의 반사 손실이 크다. 이에, 상기 파장 변환층의 표면에 반사 방지층을 형성함으로써 상기 형광체 분말의 표면에서의 반사 손실을 낮출 수 있고, 이로 인해 고효율화를 구현할 수 있다.
　본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파장 변환 부재 중의 형광체 분말의 함량은, 유리 매트릭스 및 형광체 분말의 총 중량에 대해, 5 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 30 중량%일 수 있다.
상기 형광체 분말의 함량이 너무 적으면 발광량이 불충분하여 원하는 백색광을 얻는데 어려움이 있을 수 있고, 상기 형광체 분말의 함량이 너무 많으면 소결이 어려워지고 여기 광이 형광체 분말 전체에 충분히 조사되지 않아 형광 강도가 저하 될 우려가 있다. 또한 파장 변환 부재 내에 기공이 발생하기 쉬워 치밀한 구조를 얻는데 어려움이 있을 수 있다.
<반사 방지층>
본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 부재는, 상기 파장 변환층의 적어도 일면에 배치되며, 상기 파장 변환층과의 계면에서의 광산란 또는 반사를 억제하여 발광효율을 향상시킬 수 있는 반사 방지층을 포함한다.
도 1을 다시 참조하면, 상기 반사 방지층(130)은 상기 파장 변환층(120)의 일면에 배치될 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 상기 반사 방지층은 제 1 반사 방지층(130) 및 제 2 반사 방지층(135)을 포함하고, 상기 제 1 반사 방지층(130) 및 상기 제 2 반사 방지층(135)이 각각 상기 파장 변환층(120)의 양면에 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 반사 방지층은 상기 파장 변환층의 광입출면 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 파장 변환층에 입사하는 여기광과 상기 파장 변환층으로부터 출사되는 형광 중 적어도 하나는 반사 방지층을 투과할 수 있다.
또한, 상기 반사 방지층은 상기 파장 변환층과 융착되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 파장 변환층과 상기 반사 방지층의 계면에서의 광산란 또는 반사를 억제할 수 있어서 발광효율을 향상시킬 수 있고 고효율화를 달성할 수 있다. 또한, 상기 반사 방지층은 형광체 분말로부터 발하는 형광이 표면에서 반사되는 것을 저감시키고, 이에 따라 형광의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
상기 반사 방지층은 상기 파장 변환층에 입사하는 여기광의 반사를 저감시킴으로써 여기광의 파장 변환층에 대한 입사 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 반사 방지층은 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함한다.
상기 콜로이달 실리카는 규산염에 묽은 염산을 작용시키거나, 할로겐화수소를 가수분해한 다음 투석해서 얻어진 것으로서 이산화규소 수화물의 현탁액이다. 상기 콜로이달 실리카는 SiO2 및/또는 그의 수화물로서 규산이 일정한 구조를 갖지 않는다. 상기 콜로이달 실리카는 상온에서 좀처럼 침전하지 않는 졸 상태로서, 실리카졸이라 불리는 초미립자 실리카 수용매 콜로이드 용액일 수 있다. 상기 콜로이달 실리카는 SiO2의 농도가 예컨대 약 40%일 수 있다.
상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카는 일반적인 건조 실리카, 또는 다른 침전법으로부터 생성된 실리카와 비교하여 용매 중에서 단분산이 가능하며 1차 입자의 크기가 가장 크고 입도 분포가 샤프(sharp)하며, 비표면적(Brunauer-Emmett-Teller Method; BET)이 낮고 조막성이 우수하다. 또한, 상기 콜로이달 실리카는 응집 또는 침강이 어렵고 흡유량이 낮아 본 발명에서 목적하는 반사 방지층을 얻는데 유리할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반사 방지층은 실질적으로 공극을 가진 다공성 반사 방지층일 수 있다. 상기 반사 방지층은 내부에 공극이나 기공이 있으며, 1.20 내지 1.50의 굴절률을 갖는 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함함으로써 반사 방지층의 굴절률을 낮출 수 있다. 상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카의 굴절률은 예컨대 1.35 내지 1.50, 더욱 바람직하게는 1.35 내지 1.45, 가장 바람직하게는 1.38 내지 1.45일 수 있다. 상기 반사 방지층의 굴절률은 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카의 굴절률과 유사 또는 동일할 수 있다.
상기 반사 방지층은 내부에 공극이나 기공을 가지기 때문에 굴절률이 낮다는 특징이 있다. 즉, 상기 파장 변환층의 적어도 일면에 굴절률이 낮은 반사 방지층을 포함함으로써, 상기 파장 변환층과 상기 반사 방지층의 굴절률 차이, 나아가 파장 변환층, 반사 방지층 및 공기층의 굴절률의 차이가 저감될 수 있다. 이로 인해 각 층의 계면에서의 광산란 및 반사 손실이 저감되어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 형광체의 농도가 높을 경우 상기 파장 변환층의 표면에 형광체의 농도가 높아지고, 경우에 따라 상기 파장 변환층의 표면에 형광체가 노출됨으로써 상기 효과를 더욱 효과적으로 발휘할 수 있다.
그러나, 상기 반사 방지층의 굴절률이 너무 낮으면 반사 방지층으로서의 반사 방지 기능을 발휘하는 데에 어려울 수 있으므로, 적절한 굴절률을 갖는 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하여 반사 방지층의 굴절률을 제어하는 것이 바람직하다.
상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카는 예컨대 아베 굴절계를 사용하여 측정할 수 있다.
구체적으로, 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 150℃에서 건조한 후 유발로 분쇄한 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카 분말을 상기 제 1 유기 용매에 침지시킨 후 제 2 유기 용매를 상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카 분말이 거의 투명해질 때까지 소량씩 첨가하였다. 상기 혼합액의 굴절률은 아베 굴절계를 이용해 측정할 수 있으며, 예컨대 23℃, D선(파장 589nm)에서 측정할 수 있다. 상기 제 1 유기 용매는 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카 입자보다 낮은 굴절률을 갖는 용매이고, 상기 제 2 유기 용매는 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카 입자보다 높은 굴절률을 갖는 용매를 사용할 수 있으며, 상기 제 1 유기 용매와 상기 제 2 유기 용매는 굴절률에 따라, 예를 들어 1, 1, 1, 3, 3, 3-헥사플루오로-2-프로판올, 2-프로판올, 클로로포름, 사염화탄소, 톨루엔 및 글리세린으로부터 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.
상기 반사 방지층에 포함되는 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카는 구상의 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카 및/또는 다공성 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함할 수 있다. 이 경우, 우수한 반사 방지 기능을 얻는데 더욱 유리하다.
상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카가 구상의 실리카를 포함하는 경우, 상기 구상의 실리카의 평균 입경(D50)은 5 내지 100nm, 바람직하게는 10 내지 80nm, 더욱 바람직하게는 10 내지 40nm일 수 있다. 상기 구상의 실리카의 평균 입경(D50)이 상기 범위를 만족하는 경우 본 발명에서 목적하는 반사 방지층의 두께를 구현할 수 있고, 반사 방지층의 특성도 향상될 수 있다.
상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카가 다공성 실리카를 포함할 수 있다. 이 경우, 비교적 높은 점도와 양호한 유동성을 나타내며 뛰어난 조막성을 가져 적은 양의 무기 바인더를 사용하여도 큰 크랙이 없고, 두께가 큰 반사 방지층을 얻을 수 있다.
상기 반사 방지층은 수은 포로스미터에 의해 측정한 평균 세공 직경이 2 내지 100nm이며, 누적 세공용적이 0.7 내지 2.0cc/g인 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함할 수 있다.
상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카가 상기 세공 직경을 만족하는 경우, 본 발명에서 목적하는 반사 방지층의 굴절률의 범위로 제어할 수 있다. 이 경우, 파장 변환 부재를 구성하는 각 층의 굴절률 차이가 작아져, 각 층의 계면에서의 광산란 및 반사 손실을 저감할 수 있어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카는 구상의 다공성 실리카를 포함할 수 있다.
한편, 상기 반사 방지층은 무기 바인더를 더 포함하고, 상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카는 무기 바인더 중에 분산되어 있을 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 반사 방지층은 예컨대 테트라에틸 오르쏘실리케이트(TEOS, tetraethyl orthosilicate)를 포함하는 무기 바인더와 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카가 균일하게 분산되는 구조를 갖고 있는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 반사 방지층은 TEOS를 포함하는 무기 바인더와 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카가 균일하게 분산되어 있는 구조일 수 있다.
상기 TEOS는 화학식 Si(OC2H5)4로 나타내며, 하기 반응식 1과 같이 물과 반응하여 이산화규소(SiO2)를 생성할 수 있다:
[반응식 1]
Si(OC2H5)4 + 2H2O SiO2 + 4C2H5OH
상기 무기 바인더가 TEOS를 포함하는 경우, 상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카와 같은 이산화규소(SiO2)이므로 굴절률이 낮고 열팽창계수도 같으므로, 열팽창계수의 차이로 인해 야기되는 균열 발생이 적고, 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카와 적합성이 매우 좋으며, 반사 방지 기능이 충분히 발휘될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반사 방지층은 상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카가 무기 바인더 중에 분산되어 있으며, 상기 무기 바인더의 중량에 대한 상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카의 중량비가 1 내지 5일 수 있다. 상기 반사 방지층에서 상기 범위의 상기 무기 바인더의 중량에 대한 상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카의 중량비 범위를 만족하는 경우, 본 발명에서 목적하는 반사 방지층의 효과를 달성하는 데에 유리할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 반사 방지층의 두께는 30 내지 600nm, 바람직하게는 30 내지 500nm, 더욱 바람직하게는 50 내지 300nm일 수 있다. 상기 반사 방지층이 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함함으로써 상기 수십 내지 수백 나노 크기의 반사 방지층을 얻을 수 있다.
상기 반사 방지층의 두께가 너무 두꺼우면 여기광이나 형광이 흡수되기 쉬워져 파장 변환 부재의 전체에서 차지하는 형광체 분말의 함량이 상대적으로 적어져, 파장 변환 부재의 발광효율이 저하되기 쉽고 균열이 쉽게 발생할 수 있다. 이와 반대로, 상기 반사 방지층의 두께가 너무 얇으면 원하는 반사 방지 기능을 얻기 어려울 수 있다.
한편, 상기　반사 방지층의 중심선 평균 거칠기(Ra)는 3㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.5㎛ 이하일 수 있다. 상기 중심선 평균 거칠기(Ra)는 2차원 접촉식 표면 조도측정기(Kosaka 사의 SE3300)을 이용하여 측정할 수 있다. 예컨대, 상기 중심선 평균 거칠기(Ra)는 KS B 0161에 따른 표면 조도로서, 산술 평균 조도, 기준길이의 중심선에서 위쪽과 아래쪽 전체의 합을 구하고, 그 값을 측정 구간의 길이로 나눈 값으로 표시한 것이다.
상기 반사 방지층의 Ra가 너무 크면 반사 방지층의 표면에서의 광산란이 커져 파장 변환 부재의 발광효율이 저하될 수 있다.
또한, 상기 반사 방지층에서 들뜸광이나 형광의 흡수가 어려우므로, 이러한 측면에서, 가시광선의 파장 영역(즉, 파장 400~800 nm)에서 반사 방지층의 전광선 투과율이 70% 이상, 80% 이상, 특히 90% 이상인 것이 바람직하다.
파장 변환 부재의 특성
본 발명의 실시예에 따른 파장 변환 부재는 여기광이나 형광 흡수를 억제한다는 관점에서 100 내지 1,000㎛, 바람직하게는 100 내지 800㎛, 더 바람직하게는 100 내지 500㎛, 가장 바람직하게는 100 내지 300㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 파장 변환 부재의 두께가 100㎛ 이상이면, 취급이 용이하고, 상기 파장 변환 부재를 원하는 크기로 잘랐을 때 균열을 방지할 수 있다. 또한, 상기 파장 변환 부재의 두께가 1,000㎛ 이하이면, 상기 파장 변환 부재를 투과하는 광속량을 높게 유지할 수 있다. 만일, 상기 파장 변환 부재의 두께가 너무 두꺼우면 형광체의 발광효율이 낮아질 수 있다.
상기 파장 변환 부재는 85 내지 95%의 광투과율을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 파장 변환 부재는 85 내지 92%, 또는 85 내지 90%의 광투과율을 가질 수 있다.
상기 파장 변환 부재는 66 내지 75lm의 광 선속(Φv)을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 파장 변환 부재는 66 내지 72lm, 또는 66 내지 70lm의 광 선속(Φv)을 가질 수 있다.
상기 파장 변환 부재는 98% 내지 105%의 환산광속을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 파장 변환 부재는 98% 내지 103%, 또는 98% 내지 102%의 환산광속을 가질 수 있다.
상기 광 선속 및 환산광속은 적분구 측정 장비(LMS-200, J&C Tech.)를 사용하여 445nm의 여기 광원을 이용하여 색도 분포도를 측정하여 얻을 수 있다.
한편, 상기 파장 변환 부재는 JIS K7105에 따라 측정한 평행 광선(직선) 투과율이 20% 이하, 바람직하게는 10% 이하일 수 있다. 상기 평행 광선 투과율이 너무 큰 경우, 광 직진성이 너무 커져 형광 강도의 저하와 색상 편차가 발생할 수 있다.
또한, 상기 파장 변환 부재는 JIS K7105에 따라 측정한 헤이즈가 70% 이상, 바람직하게는 75% 이상일 수 있다.
[파장 변환 부재의 제조방법]
본 발명은 상기 파장 변환 부재의 제조방법을 제공한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 부재의 제조 방법은, 기재 상에 파장 변환층을 형성하는 단계(S110); 및 상기 파장 변환층의 적어도 일면에 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는 반사 방지층을 형성하는 단계(S120)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 파장 변환 부재의 제조방법은, 기재 상에 유리 매트릭스; 및 상기 유리 매트릭스 중에 분산된 형광체 분말을 포함하는 파장 변환층을 형성하는 단계; 및 상기 파장 변환층의 적어도 일면에 반사 방지층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 반사 방지층이 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함한다.
이하, 상기 파장 변환 부재의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
상기 제 1 단계(S110)는 기재 상에 파장 변환층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 단계(S110)는 파장 변환층 형성용 조성물을 얻는 단계(단계 1-1), 상기 파장 변환층 형성용 조성물을 기재 상에 도포하여 파장 변환층 형성용 그린 시트를 얻는 단계(단계 1-2); 및 상기 파장 변환층용 그린 시트를 소성하여 파장 변환층을 형성하는 단계(단계 1-3)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 단계(S110)는 상기 파장 변환층 형성용 조성물을 얻는 단계(단계 1-1)를 포함할 수 있다.
상기 파장 변환층 형성용 조성물을 얻는 단계(단계 1-1)는 유리 매트릭스, 및 상기 유리 매트릭스 중에 분산된 형광체 분말을 포함하는 파장 변환층을 형성하기 위해, 상기 유리 매트릭스를 형성할 수 있는 유리 분말과, 형광체 분말을 포함하는 파장 변환층 형성용 조성물을 준비하는 단계일 수 있다.
상기 유리 분말 및 형광체 분말의 각 종류 및 함량 등은 상술한 바와 같다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파장 변환층 형성용 조성물 중의 각 성분의 함량은 소성 후 형성된 파장 변환층에 포함된 각 성분의 함량과 동일하다고 간주할 수 있다.
또한, 상기 파장 변환층 형성용 조성물은 바인더 수지 및 용제를 더 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지는 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리비닐아세테이트(PVAc)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더 수지는 폴리비닐부티랄(PVB) 또는 폴리비닐알코올(PVA)를 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지는 중량평균분자량이 1,000 내지 70,000 g/mol일 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더 수지는 중량평균분자량이 20,000내지 60,000 g/mol일 수 있다.
상기 용제는 그린 시트의 빠른 제조를 위해 낮은 비점을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 용제는 30 내지 150℃의 비점을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 용제는 60 내지 130℃의 비점을 가질 수 있다.
또한, 상기 용제는 톨루엔, 에탄올, 부탄올, 아세톤 및 메탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 용제는 톨루엔, 에탄올 및 부탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 용제는 톨루엔, 에탄올 및 부탄올을 포함할 수 있다.
상기 용제는 조성물의 특성 및 건조 조건에 적합한 함량으로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 용제는 상기 파장 변환층 형성용 조성물 총 중량을 기준으로 30 내지 50 중량%의 양으로 포함될 수 있다.
또한, 상기 파장 변환층 형성용 조성물은 가소제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가소제는 DOP(다이옥틸프탈레이트), DOA(다이옥틸아디페이트), TCP(트라이크레실포스테이트)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 가소제는 DOP(다이옥틸프탈레이트), DOA(다이옥틸아디페이트)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가소제는 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 200 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 가소제는 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 30 내지 90 중량부의 양으로 포함될 수 있다.
상기 파장 변환층 형성용 조성물은 용제와 바인더 수지를 혼합하고 기포를 제거하여 바인더 용액을 얻은 후, 상기 바인더 용액, 유리 분말, 형광체 분말, 및 가소제 등을 혼합하여 제조될 수 있다. 본 발명은 비점이 낮은 용제를 사용하고 있어, 상기 파장 변환층 형성용 조성물 제조시 바인더 수지와 용제를 상온에서 혼합할 수 있다.
상기 제 1 단계(S110)는 상기 파장 변환층 형성용 조성물을 기재 상에 도포하여 파장 변환층용 그린 시트를 얻는 단계(단계 1-2)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 파장 변환층 형성용 조성물을 기재상에 도포하는데, 이때, 상기 도포는 테이프 캐스팅(tape casting) 방법 또는 닥터 블레이드를 이용하여 수행될 수 있다.
상기 기재는 폴리에스테르계 기재를 사용할 수 있으며, 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 수지 필름을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파장 변환층용 그린 시트는 한 장일 수도 있고, 캐스팅하여 제조된 한 장의 상기 파장 변환층용 그린 시트를 다수 개 적층한 후 압축한 것일 수 있다. 이때, 상기 상기 파장 변환층용 그린 시트의 적층수는 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어, 압축 후 파장 변환 부재 용 그린 시트의 두께가 50 내지 1,500㎛가 되도록 적층할 수 있다.
상기 압축은 1 내지 100 ㎫의 압력으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 압축은 2 내지 50 ㎫의 압력으로 수행될 수 있다.
상기 제 1 단계(S110)는 상기 파장 변환층용 그린 시트를 소성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 소성 온도는 유리 매트릭스의 연화점의 ± 100℃의 범위 내, 구체적으로 유리 매트릭스의 연화점의 ± 50℃의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 소성 온도가 너무 낮으면 각층의 융착이 어려워질 수 있고, 유리 분말의 소결이 불충분하거나, 파장 변환 부재의 기계적 강도가 저하될 수 있다. 한편, 상기 소성 온도가 너무 높으면 파장 변환 부재의 발광 강도가 저하될 수 있다.
상기 소성 온도는 450 내지 950℃에서 10 분 내지 72 시간 동안 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 소성은 600 내지 800℃에서 10 내지 52 시간 동안 수행될 수 있다.
한편, 상기의 각 제조 방법에 있어서 상기 소성 전, 즉 상기 파장 변환층용 그린 시트를 압축한 후 소성 전에 유기물을 제거하는 탈지 공정을 수행할 수 있다. 또한 상기 파장 변환층용 그린 시트를 복수개 포함하는 경우, 각층의 적층 시, 서로의 밀착성을 높이기 위해 적절하게 가열 압착하여도 좋다.
또한, 상기 제조 방법 중 소성 후, 필요에 따라 연삭, 연마 및 리프레스(re-press) 등에 의한 가공 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 제 2 단계(S120)는 상기 파장 변환층의 적어도 일면에 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는 반사 방지층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 반사 방지층을 형성하기 위해 반사 방지층용 코팅제를 제조할 수 있다.
상기 반사 방지층용 코팅제는 콜로이달 실리카를 포함할 수 있다. 상기 반사 방지층용 코팅제에 상기 콜로이달 실리카를 포함함으로써, 상술한 바와 같은 평균 입경(D50) 및 굴절률을 갖는 실리카를 포함하는 반사 방지층을 구현할 수 있다.
상기 반사 방지층용 코팅제는 제 1 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 용매는 톨루엔, 에탄올, 이소프로필 알코올, 부탄올, 아세톤 및 메탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 용매는 톨루엔, 에탄올, 이소프로필 알코올 및 부탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제 1 용매로서 에탄올 및 이소프로필 알코올의 혼합 용액을 사용할 수 있다.
상기 반사 방지층용 코팅제는 상기 제 1 용매에 콜로이달 실리카를 드롭 방식으로 첨가하고, 혼합하여 얻을 수 있다.
구체적으로, 상기 반사 방지층용 코팅제는 상기 제 1 용매에 콜로이달 실리카를 드롭 방식으로 첨가하고, 25 내지 50℃에서, 약 3 시간 내지 10 시간 동안, 약 300 rpm 내지 1,000 rpm의 속도로 교반하여 얻을 수 있다.
상기 콜로이달 실리카는 상기 반사 방지층용 코팅제의 총 중량을 기준으로 10 내지 30 중량%, 바람직하게는 15 내지 25 중량%의 양으로 사용할 수 있다.
상기 반사 방지층용 코팅제는 무기 바인더를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 반사 방지층용 코팅제는 무기 바인더를 포함하는 바인더 용액 및 콜로이달 실리카를 포함할 수 있다.
상기 무기 바인더는 테트라에틸 오르쏘실리케이트(TEOS, tetraethyl orthosilicate)를 포함할 수 있다.
상기 바인더 용액은 상기 무기 바인더로서 TEOS, 산(acid) 계 물질 및 제 2 용매를 포함할 수 있다.
이때, 상기 산(acid) 계 물질은 질산, 염산, 황산, 브로민화 수소산, 아이오딘화 수소산 및 과염소산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제 2 용매는 톨루엔, 에탄올, 이소프로필 알코올, 부탄올, 아세톤 및 메탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 용매는 톨루엔, 에탄올, 이소프로필 알코올 및 부탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 제 2 용매는 에탄올을 포함할 수 있다.
상기 무기 바인더는 상기 바인더 용액 총 중량을 기준으로 1.0 내지 7 중량%, 바람직하게는 1.5 내지 7 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
상기 산(acid) 계 물질은 상기 바인더 용액 총 중량을 기준으로 0.5 내지 3 중량%, 바람직하게는 1 내지 1.5 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
상기 바인더 용액은 상기 산(acid) 계 물질 및 용매를 교반한 후, 상기 무기 바인더를 예컨대 드롭 방식으로 첨가한 후 8시간 내지 20 시간 동안 약 100 rpm 내지 1,000 rpm의 속도로 교반하여 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 상기 반사 방지층용 코팅제가 무기 바인더를 포함하는 경우, 상기 제 1 용매 및 상기 바인더 용액을 제 1 혼합하고, 상기 용액에 콜로이달 실리카를 드롭 방식으로 첨가하여 제 2 혼합할 수 있다.
상기 제 1 혼합은 20 내지 50℃에서, 300 내지 1,000rpm의 속도로 약 1분 내지 30분 동안 수행 될 수 있다.
상기 제 2 혼합은 20 내지 50℃에서, 약 3 시간 내지 10 시간 동안, 약 300 rpm 내지 1,000 rpm의 속도로 수행될 수 있다.
상기 반사 방지층용 코팅제를 이용하여 상기 파장 변환층의 적어도 일면에 도포하여 반사 방지층을 형성할 수 있다.
상기 도포는 통상적으로 사용되는 코팅 방법에 의해 수행될 수 있으며, 예컨대 스핀코팅, 바코팅, 스프레이코팅 및 딥코팅 방법 등을 들 수 있다.
상기 반사 방지층용 코팅제를 상기 파장 변환층의 적어도 일면에 도포한 후, 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 건조는 200 내지 400℃에서, 약 0.5 내지 2 시간 동안 수행될 수 있다.
상기 건조 후 얻은 반사 방지층은 바인더를 이루는 바인더 성분과 콜로이달 실리카를 용매 중에 분산시킨 오르가노졸(organosol)이다. 즉, 건조에 의해 상기 용매를 건조시켜 겔화시킴으로써 바인더와 바인더 중에 분산된 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는 반사 방지층을 형성할 수 있다. 상기 형성된 반사 방지층은 30 내지 600nm, 바람직하게는 30 내지 500nm, 더욱 바람직하게는 50 내지 300nm일 수 있다 의 두께를 가질 수 있다.
[발광장치]
본 발명의 일 실시예는 상기 파장 변환 부재; 및 상기 파장 변환 부재에 여기 광을 조사하는 광원을 포함하는, 발광장치를 제공한다.
구체적으로, 상기 파장 변환 부재에 형광체 분말의 여기 광을 조사하는 광원과 결합하여 발광장치로 사용할 수 있다. 상기 광원으로는 발광 다이오드(light emitting diode, LED)와 레이저 다이오드(laser diode, LD) 등의 반도체 발광 소자를 사용할 수 있다. 상기 반도체 발광 소자는 복수개 사용할 수 있다.
상기 발광장치는 상기 파장 변환 부재가 상기 반도체 발광 소자에 직접 접하도록 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 반도체 발광 소자 및 상기 파장 변환 부재가 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 또는, 상기 반도체 발광 소자가 상기 파장 변환 부재에 둘러싸이도록 배치되거나, 상기 파장 변환 부재가 상기 반도체 발광 소자에 둘러싸이도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자 및 상기 파장 변환 부재가 서로 이격되어 존재할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
제조예 1. 유리 분말의 제조
하기 표 1의 조성을 갖도록 각각의 성분을 혼합하고, 1,200℃에서 용융하여 유리물을 제조하였다. 제조된 유리물을 분쇄하여 5.9㎛의 평균 입경을 갖는 유리 분말을 제조하였다.
Figure pat00001
실시예 1. 파장 변환 부재의 제조
1-1: 파장 변환층 형성용 조성물을 얻는 단계
85 중량%의 제조예 1의 유리 분말, 15 중량% YAG계 형광체 분말(평균 입경(D50): 25㎛, 제조사: 대주전자재료, 제품명: DLP-Y62-25), 및 바인더 용액 및 가소제를 85:15 중량비로 혼합하여 파장 변환층 형성용 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 바인더 용액은 폴리비닐부티랄(PVB, 중량평균분자량: 50,000 g/mol) 15 g을 81 g의 용제(톨루엔, 에탄올을 3 : 1의 부피비로 포함)에 넣고 상온에서 1시간 동안 용해시켜 제조하였다.
1-2: 파장 변환층 형성용 그린 시트를 얻는 단계
상기 1-1에서 얻은 파장 변환층 형성용 조성물을 테이프 캐스팅(tape casting)법에 따라 PET 필름 상에 도포하여 시트 형상으로 성형하여 두께 50㎛의 파장 변환층용 그린 시트를 얻었다. 상기 그린 시트 21 장을 적층하고 14 ㎫의 압력으로 가압하여 파장 변환층용 그린 시트를 얻었다.
1-3: 파장 변환층용 그린 시트를 소성하여 파장 변환층을 형성하는 단계
상기 1-2에서 얻은 파장 변환층용 그린 시트를 600℃에서 12 시간 동안 소성하여 파장 변환층을 형성하였다.
1-4: 반사 방지층을 형성하는 단계
i) 반사 방지층용 코팅제의 제조
먼저, 바인더 용액을 제조하기 위해, 실리카 전구체로서 테트라에틸 오르쏘실리케이트(TEOS, tetraethyl orthosilicate, 98%, Aldrich), 산(acid) 계 물질, 및 용매로서 에탄올을 사용하였다.
그 후, 상온에서 1000㎤ 용량의 삼각 플라스크에 에탄올 900g을 넣고, 상기 바인더 용액 21.00g을 첨가하였다. 상기 혼합 용액을 일정한 속도로 10분간 교반하였다. 그 후, 상기 교반중인 혼합 용액에 콜로이달 실리카(MA-ST/Nissan Chemical)를 천천히 드롭 방식으로 넣어준 후, 6시간 동안 교반을 진행하여 반사 방지층용 코팅제를 얻었다.
ii) 반사 방지층을 포함하는 파장 변환 부재의 제조
상기 1-3에서 얻은 파장 변환층의 일면에 상기 1-4의 i)에서 얻은 반사 방지층용 코팅제를 도포하여 하기 표 2의 코팅 두께를 갖는 반사 방지층을 포함하는 파장 변환 부재를 얻었다. 상기 도포는 스핀코팅을 수행하였고, 상기 도포 후 200℃에서 30 시간 동안 건조하여 반사 방지층을 형성하였다.
상기 파장 변환 부재에서, 유리매트릭스의 굴절률은 약 1.81, 형광체 분말의 굴절률은 약 1.82 및 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카의 굴절률은 약 1.43이었고, D50은 12nm이었다.
실시예 2 및 3
상기 실시예 1의 1-4에서 하기 표 2와 같이 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카의 D50 및 반사 방지층의 코팅 두께를 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 파장 변환 부재를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1의 1-4에서 하기 표 2와 같이 상기 파장 변환층의 양면에 반사 방지층을 형성하고, 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카의 D50 및 반사 방지층의 코팅 두께를 달리한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 파장 변환 부재를 제조하였다.
실시예 5 내지 7
상기 실시예 1의 1-4에서 하기 표 2와 같이 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카의 D50 및 반사 방지층의 코팅 두께를 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 파장 변환 부재를 제조하였다.
비교예 1
하기 표 2와 같이, 상기 실시예 1의 1-4의 반사 방지층을 형성하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 파장 변환 부재를 제조하였다.
비교예 2
콜로이달 실리카 대신 일반 실리카(Tokuyama사 Reolosil QS-20)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 파장 변환 부재를 제조하였다.
비교예 3
콜로이달 실리카 대신 일반 실리카(Admatechs사의 SO-E2)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 파장 변환 부재를 제조하였다.
시험예.
실시예 및 비교예에서 사용한 각 성분, 또는 실시예 및 비교예에서 제조된 파장 변환 부재의 물성을 하기와 같은 방법으로 평가하였으며, 그 결과를 표 2 내지 4에 나타냈다.
(1) 굴절률
<굴절률 측정>
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.
<콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카의 굴절률 측정>
콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카의 굴절률은 23℃, D선(파장 589nm)에서 아베 굴절계를 사용하여 측정하였다.
(2) 중심선 평균 거칠기(Ra)
상기 반사 방지층의 중심선 평균 거칠기(Ra)는 2차원 접촉식 표면 조도측정기(Kosaka 사의 SE3300)을 이용하여 측정하였다.
상기 중심선 평균 거칠기(Ra)는 KS B 0161에 따른 표면 조도로서, 산술 평균 조도, 기준길이의 중심선에서 위쪽과 아래쪽 전체의 합을 구하고, 그 값을 측정 구간의 길이로 나눈 값으로 표시한 것이다.
(3) 입자 직경
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.
(4) 주사전자현미경(SEM)
주사전자현미경(SEM)을 이용하여 배율에 따른 실시예 1의 파장 변환 부재의 반사 방지층의 표면, 및 비교예 1의 파장 변환 부재의 표면을 관찰하였다.
도 5는 각각 실시예 1에서 제조된 파장 변환 부재의 반사 방지층의 표면을 150배율로 분석한 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 비교예 1에서 제조된 파장 변환 부재의 파장 변환층(유리)의 표면을 1 배율로 분석한 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타낸 것이다.
(5) 광투과율(%)
히타치사의 자기분광광도계(U-350, Japan)을 사용하여 기준파장 550 nm의 빛의 광투과율을 측정하였으며, 시료가 없는 상태를 100%로 하였다.
(6) 색도 분포도(Cx, Cy, 광 선속(Φv, 루멘(lm)) 및 환산 광속(%))
색도 분포도를 적분구 측정 장비(LMS-200, J&C Tech.)를 사용하여 445 nm의 여기 광원 위에 파장 변환 부재를 올려놓고 측정하였다.
Figure pat00002
표 2에서 보는 바와 같이, 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는 반사 방지층을 포함하는 실시예 1 내지 7의 파장 변환 부재는 상기 반사 방지층을 포함하지 않는 비교예 1, 및 일반 실리카를 포함하는 반사 방지층을 포함하는 비교예 2 및 3의 파장 변환 부재보다 형광 강도가 더 우수함은 물론, 광투과율, 광 선속 및 환산 광속 등의 광 특성이 우수하였다.
구체적으로, 파장 변환 부재의 광특성 결과를 비교하면, 실시예 1 내지 7의 파장 변환 부재는 광투과율이 84.5 내지 91.2%이고, 광 선속이 66 내지 69.2lm이며, 환산 광속이 98.5 내지 101.2%로 모두 우수하였다.
반면, 상기 반사 방지층을 포함하지 않은 비교예 1, 및 일반 실리카를 포함하는 반사 방지층을 포함하는 비교예 2 및 3의 파장 변환 부재는 실시예 1 내지 7에 비해 광투과율, 광 선속 및 환산 광속 등의 광 특성이 모두 현저히 저하됨을 확인하였다.
한편, 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는 반사 방지층을 포함하더라도, 상기 실리카의 D50에 따라 광 특성이 달라짐을 확인할 수 있었다.
구체적으로, 실시예 1 내지 5와 같이 상기 실리카의 D50이 12 내지 30nm인 경우의 파장 변환 부재는 실시예 6 및 7과 같이 상기 실리카의 D50이 80 내지 100nm인 경우의 파장 변환 부재에 비해 광 특성이 모두 개선되었음을 알 수 있었다.
100: 파장 변환 부재
120: 파장 변환층
130: 반사 방지층(제 1 반사 방지층)
135: 반사 방지층(제 2 반사 방지층)
140: 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카(제 1 실리카)
145: 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카(제 2 실리카)
150: 유리 매트릭스
160: 무기 바인더(제 1 무기 바인더)
165: 무기 바인더(제 2 무기 바인더)
170: 형광체 분말

Claims (11)

  1. 유리 매트릭스; 및 상기 유리 매트릭스 중에 분산된 형광체 분말을 포함하는 파장 변환층; 및
    상기 파장 변환층의 적어도 일면에 형성된 반사 방지층을 포함하고,
    상기 반사 방지층이 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는, 파장 변환 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 방지층이 수은 포로스미터(porosimeter)에 의해 평균 세공 직경이 2 내지 100nm인 세공을 가진 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는, 파장 변환 부재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카가 1.20 내지 1.50의 굴절률을 가지며, 5 내지 100nm의 평균 입경(D50)을 갖는 구상의 실리카인, 파장 변환 부재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 방지층이 무기 바인더를 더 포함하고,
    상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카는 상기 무기 바인더 중에 분산되어 있으며,
    상기 무기 바인더의 중량에 대한 상기 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카의 중량의 비가 1 내지 5인, 파장 변환 부재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 방지층의 두께가 30 내지 600nm인, 파장 변환 부재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 방지층의 전광선 투과율이 70% 이상인, 파장 변환 부재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 방지층의 중심선 평균 거칠기(Ra)가 3㎛ 이하인, 파장 변환 부재.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리 매트릭스의 굴절률이 1.44 내지 1.89이고, 연화점(Ts)이 550 내지 850℃이며,
    상기 유리 매트릭스는 평균 입경(D50)이 2 내지 15㎛인 유리 분말을 포함하는, 파장 변환 부재.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 분말의 평균 입경(D50)이 3 내지 30㎛인, 파장 변환 부재.
  10. 기재 상에 유리 매트릭스; 및 상기 유리 매트릭스 중에 분산된 형광체 분말을 포함하는 파장 변환층을 형성하는 단계; 및
    상기 파장 변환층의 적어도 일면에 반사 방지층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 반사 방지층이 콜로이달 실리카로부터 유래된 실리카를 포함하는, 파장 변환 부재의 제조방법.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 파장 변환 부재; 및
    상기 파장 변환 부재에 여기광을 조사하는 광원
    을 포함하는, 발광장치.
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