WO2017135584A1 - 광 확산제를 사용한 형광체 플레이트 - Google Patents

광 확산제를 사용한 형광체 플레이트 Download PDF

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WO2017135584A1
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phosphor
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phosphor plate
light diffusing
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이상준
정몽권
김영식
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    • C09K11/08—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
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    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the present invention relates to a phosphor plate using a light diffusing agent, and more particularly, to a phosphor plate in which light efficiency is increased by diffusing light inside the plate by adding a light diffusing agent to the inside of the phosphor plate.
  • a method of implementing a white light emitting device using an LED includes a method of implementing white by using an ultraviolet LED light source and exciting red, green, and blue phosphors, which are three primary colors of light, using a blue LED as a light source, and using a red and green phosphor. It can be classified into three ways: the method of realizing white by excitation and the method of realizing white by exciting a yellow phosphor using a blue LED as a light source.
  • white LEDs are widely used as high-efficiency, high-reliability white illumination light sources, but generally, a method widely used at present is using a blue LED element with a yellow phosphor and matrixing resin.
  • blue light tends to deteriorate the resin because of strong energy, discoloration occurs or heat emission is poor, and thus the emission color changes to yellow due to temperature rise.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0091614 discloses an oxide mixture composed of silicon oxide (SiO 2 ), boron oxide (B 2 O 3 ), and zinc oxide (ZnO); And an oxide comprising any one or more oxides of the metals of Group I or Group II, wherein the content of the oxide containing boron oxide and the metals of Group I or Group II is 35% by weight or less in the total composition.
  • a glass phosphor for glass and a glass frit obtained by vitrifying the glass composition for a photoconversion device as a matrix, and a ceramic phosphor plate obtained by sintering at least one phosphor is proposed.
  • Phosphor plates are focused on improving the properties of the phosphor by specifying various components contained in the phosphor, mixing particulates or forming various layers.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2011-188001 discloses a solid light emitting device, which includes one or more of a solid light emitting die and an optical element such as a photo light emitting element, a refractive element, a filter element, a scattering element, a diffusion element or a reflective element. It has been proposed the above solid state light emitting device having a layer that is optically bonded using a transparent and inflexible rigid plate and a solid state light emitting die. In this case, the improvement of the luminous effect is pursued, but the material composition is complicated and it is uneconomical.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-0035553 proposes a method of forming a fluorescent film by inserting a phosphor into glass.
  • this case has a problem that the thermal stability is lowered when applying a high output light emitting diode compared to the ceramic plate.
  • the prior arts have a problem in that the efficiency of light converted when laser and LD are irradiated is low.
  • the laser diode LD does not exhibit luminous efficiency loss, and in many cases exhibits increased efficiency with increasing current and maintains color stability.
  • LDs solid state white lighting elements
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2015-0091614
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Publication No. 2011-188001
  • Patent Document 3 Korean Patent Publication No. 10-2014-0035553
  • Patent Document 4 Patent Document 4
  • an object of the present invention is to improve the conversion efficiency of light converted when laser or LD is irradiated to the phosphor plate.
  • an object of the present invention is to provide a phosphor plate in which the light conversion efficiency is shaped by using a light diffusing agent when manufacturing the phosphor plate.
  • the present invention is a light diffusing agent is contained in the light conversion matrix in which the phosphor is dispersed, the light diffusing agent is characterized in that the light diffusing agent is dispersed in 30 to 60% by weight relative to the light conversion matrix Provide the phosphor plate used.
  • the thickness uniformity of the plate is excellent by precision surface processing as compared with the conventional paste packaging, so that high color contrast of 100: 1 or more and low color scattering can be realized. .
  • thermal color coordinate shifts are reduced, excellent emission uniformity is solved, and binning problems are solved through screening of fluorescence characteristics in the pre-mounting stage of the plate, and stability and reliability are applied when high-power LEDs and LDs are applied. The effect such as can be expected.
  • the phosphor plate according to the present invention can significantly increase the light conversion efficiency compared to the conventional phosphor plate due to the use of a light diffusing agent.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a fluorescent plate according to the prior art.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a phosphor plate constructed using a light diffusing agent according to the present invention in the configuration of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of a phosphor plate using the light diffusing agent of the present invention.
  • the present invention improves the light conversion rate by adding a light diffusing agent to an existing phosphor plate.
  • a plate composed of pure phosphors may be applied as the photoactive matrix of the phosphor plate used in the present invention.
  • a conventional resin component may be further used as the light conversion matrix constituting the phosphor plate.
  • Al 2 O 3 , Al (NO 3 ) 3 are preferable. Or at least one selected from materials having a spinel structure represented by Formula 1, more preferably Al 2 O 3 Alternatively, a mixture of Al 2 O 3 and a material having a spinel structure of Formula 1 may be used.
  • a and B are each different metal elements, preferably A is Mg and B is Al.
  • the light diffusing agent according to the present invention may be used, for example, having an average particle diameter of 100 nm to 1 ⁇ m.
  • the phosphor may be composed of an inorganic receptor material doped with an optically activated element.
  • Most of the receptors can be used garnet having the formula A 3 B 5 O 12 . Where A and B mean applicable chemical components.
  • Y 3 Al 5 O 12 which is a yttrium aluminum garnet (YAG) can be used.
  • a ruthenium aluminum garnet (LAG) system a nitride system, a sulfide system, a silicate system, or a mixture of two or more thereof may be used.
  • a phosphor precursor Y 3 Al 5 O 12 having an average particle diameter of 100 nm to 1 ⁇ m may be used. If the particle size has an average particle diameter of more than 1 ⁇ m, the grain size increases, so that the voids increase, which may cause problems of efficiency and reliability deterioration.
  • a rare earth material used as an optically active dopant may include rare earth oxides and rare earth compounds. Most rare earth elements can be optically activated.
  • the rare earth emitters may be cerium (Ce) used for white light YAG phosphors, nedydium (Nd) used for lasers, erbium (Er) used in optical amplifiers, and thorium (Th) oxide used as visible light blocking materials. .
  • the most suitable component for use as the phosphor particles in the present invention it should not be an isotropic structure because it should not disturb the crystal formation of the YAG upon firing the YAG plate, and should be able to diffuse light. In the case of having an isotropic structure, light diffusion may not be performed and thus may not be used.
  • the spatial distribution of phosphors in white LED lamps greatly affects the color uniformity and efficiency of the lamps.
  • Such a phosphor distribution can be distinguished by a distribution of phosphors in close proximity and phosphors far away.
  • Remote phosphor distribution is a structure in which phosphors are spatially separated from a semiconductor die. Phosphor particles may vary in distribution due to a combination of gravity, buoyancy, and friction. In general, large phosphor particles move downward and thicker on the surface of the LED die.
  • the phosphor distribution of uniform thickness can provide a small light emitting area and high luminance.
  • any one or more selected from acrylic organic particles, silicon glass particles, and silica beads may be used as the light diffusing agent.
  • the light diffusing agent according to the present invention has a particle size of less than 100 nm of the average particle diameter, the color of the transmitted light changes to a red or yellow system, and may cause a problem that the diffusion effect is also reduced.
  • the particle size exceeds 1 ⁇ m because the light diffusion effect is insufficient to add an excessively large amount of the diffusing agent may cause a problem that results in the deterioration of other physical properties.
  • the light diffusing agent as described above is preferably included in 30 to 60% by weight, more preferably 40 to 60% by weight relative to the light conversion matrix. If the content is too small, sufficient light diffusion effect cannot be obtained, and when it exceeds 60% by weight, the light efficiency is lowered and the transmittance of the blue laser light is increased, which makes it difficult to tune the chromaticity.
  • the present invention is to solve the problem of low light efficiency that is converted by irradiating laser and LED in the case of a conventional phosphor plate, by adding a light diffusing agent inside the phosphor plate, by dispersing the light that can not be converted inside It is possible to increase the light efficiency converted by zooming.
  • the structure of the light conversion matrix 10 in which the conventional phosphor 20 is dispersed is shown.
  • the surface of the phosphor plate 30 is covered with a dichroic mirror 40. Therefore, when light irradiation is applied to the light conversion matrix 10, the light conversion efficiency is not very large.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a phosphor plate 300 using a light diffusing agent 500 according to the present invention.
  • the light diffusing agent 500 is dispersed in the phosphor plate 300.
  • reference numeral 200 denotes a phosphor and 400 denotes a dichroic mirror.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of a phosphor plate by using a light diffusing agent according to the present invention.
  • each process condition is described in detail for each process in the process of manufacturing the phosphor plate using the light diffusing agent according to the present invention.
  • the advantage of the phosphor plate as compared with the conventional paste packaging is that the surface uniformity of the plate is excellent due to the precision surface processing, thereby achieving a high color contrast of at least 100: 1 and at the same time low color scattering, color shift) reduction, excellent emission uniformity, resolution of binning problem through fluorescence screening at the pre-mounting stage, and stability and reliability when applying high power LED and LD.
  • the present invention can increase the light conversion efficiency compared to the conventional phosphor plate.
  • a phosphor plate was prepared according to the process of FIG. 3 using Y 2 O 3 / Al 2 O 3 / CeO 2 as a raw material.
  • the weighing and ball mill conditions were carried out at 300 rpm for 20 hours, and the primary firing for the used precursor material was fired at 1200 ° C. for 12 hours.
  • the light diffusing agent was mixed by a ball mill and mixed for 20 hours while rotating at 300 rpm, and the plate was molded at a molding pressure of 3000 kgf / cm 2. At this time, the addition amount of the light diffusing agent was changed to 30% by weight, 40% by weight, 50% by weight and 60% by weight, respectively, to prepare samples.
  • a phosphor plate was prepared under the same conditions as in the above example, but a phosphor plate was prepared for a case in which no light diffusing agent was added or 30 to 60% by weight was released.
  • Sample Information Item ore Diffusion amount (% by weight) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Y3Al 5 O 12 : Ce 0 .01 Light quantity (lm) 144 151 162 183 194 195 183 159 143 90

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Abstract

본 발명은 광 확산제를 사용한 형광체 플레이트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광체 플레이트 내부에 광 확산제를 첨가함으로써 플레이트 내부에서 광을 확산시켜서 변환되는 광 효율을 증가시킨 형광체 플레이트에 관한 것이다.

Description

광 확산제를 사용한 형광체 플레이트
본 발명은 광 확산제를 사용한 형광체 플레이트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광체 플레이트 내부에 광 확산제를 첨가함으로써 플레이트 내부에서 광을 확산시켜서 변환되는 광 효율을 증가시킨 형광체 플레이트에 관한 것이다.
종래 광 시스템 중에서 LED를 이용한 백색 발광 소자 구현 방법은, 자외선 LED 광원을 이용하고 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색 형광체를 여기시켜 백색을 구현하는 방식, 청색 LED를 광원으로 사용하고 적색 및 녹색 형광체를 여기시켜 백색을 구현하는 방식, 및 청색 LED를 광원으로 사용하여 황색 형광체를 여기시켜 백색을 구현하는 방식 등의 3가지 방식으로 크게 구분된다.
그 중에서 백색 LED는 고효율, 고신뢰성의 백색 조명광원으로서 널리 사용되고 있으나, 일반적으로 현재 많이 사용되고 있는 방법으로서는 청색 LED 소자를 황색 형광체와 함께 수지를 매트릭스화하여 사용하고 있다. 그러나 청색광은 에너지가 강하기 때문에 수지를 열화 시키기 쉽기 때문에 변색이 일어나거나, 열 발산이 잘 되지 않음으로 인해 온도 상승으로 발광색이 황색 쪽으로 변화하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 세라믹 소결체를 형광체의 매트릭스 물질로 사용한 형광체 플레이트가 적용되고 있다.
종래의 형광체 플레이트에 관한 기술로서, 한국공개특허 제10-2015-0091614호에서는 산화 규소(SiO2),산화 붕소(B2O3)및 산화 아연(ZnO)으로 이루어진 산화물 혼합체; 및 I족 또는 II족의 금속을 포함하는 산화물 중 어느 하나 이상의 산화물을 포함하고, 상기 산화 붕소 및 상기 I족 또는 II족의 금속을 포함하는 산화물의 함량이 전체 조성물 중 35 중량% 이하인 광변환 소자용 유리 조성물, 및 상기 광변환 소자용 유리 조성물을 유리화하여 수득되는 유리 프리트(glass frit)를 매트릭스로 하고, 적어도 1종의 형광체를 소결하여 수득되는 세라믹 형광체 플레이트에 관하여 제안하고 있는 등, 기존의 형광체 플레이트는 형광체에 함유된 각종 성분을 특정화하거나 미립자 혼합 또는 다양한 층을 구성하여 형광체의 특성을 개선하는데 치중하고 있다.
다른 예로서, 일본공개특허 제2011-188001호에서는 고체 발광 디바이스로서, 고체 발광 다이와 포토 발광 요소, 굴절 요소, 필터 요소, 산란 요소, 확산 요소 또는 반사 요소 등의 광학적 요소의 하나 또는 그 이상을 포함한 투명하고 비가요성이 딱딱한 플레이트와 고체 발광 다이를 이용하여, 광학적으로 결합하는 층을 구비하는 상기 고체 발광 디바이스를 제안하고 있다. 이 경우는 발광 효과의 개선을 추구하고 있으나, 소재 구성이 복잡하여 비경제적이다.
또한, 한국공개특허 제10-2014-0035553호에서는 유리에 형광체를 삽입하여 형광막을 형성하는 방법을 제안하고 있다. 그러나 이 경우는 세라믹 플레이트와 비교 하여 고출력 발광 다이오드 적용 시 열적 안정성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
위와 같이, 기존의 형광체 플레이트의 경우 대부분 구조에 특성을 부여하여 발광특성을 개선하는 것이 대부분이고, 형광체 플레이트 자체에 대한 발광 특성에 대한 개선효과를 기대하기 어렵다.
*특히, 종래기술들은 레이저 및 LD가 조사되었을 때 변환되는 광의 효율이 낮은 문제점을 가지고 있다.
또한, LED들과는 대조적으로, 레이저 다이오드(LD)는 발광 효율 손실을 보이지 않으며, 많은 경우 전류가 증가함에 따라 증가된 효율을 나타내고, 색 안정성을 유지한다. 따라서, LD들에 의존하는 향상된 고상 백색 조명 소자들을 위한 기술적 요구가 존재한다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국공개특허 제10-2015-0091614호
(특허문헌 2) 일본공개특허 제2011-188001호
(특허문헌 3) 한국공개특허 제10-2014-0035553호
(특허문헌 4)
상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여, 본 발명은 형광체 플레이트에 레이저 또는 LD가 조사되었을 때 변환되는 광의 변환 효율을 향상시키는 것을 해결 과제로 한다.
따라서 본 발명의 목적은 형광체 플레이트를 제조할 때 광 확산제를 사용하여 광 변환 효율을 형상시킨 형광체 플레이트를 제공하는 데 있다.
위와 같은 과제 해결을 위해, 본 발명은 형광체가 분산된 광변환 매트릭스에 광 확산제가 함유되어 있되, 상기 광변환 매트릭스에 대하여 광 확산제가 30 내지 60 중량%로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 광 확산제가 사용된 형광체 플레이트를 제공한다.
본 발명에 따르면, 형광체 플레이트에 광 확산제를 적용함으로 인하여, 종래의 페이스트 패키징과 비교할 때 정밀 면가공으로 플레이트의 두께 균일도가 우수하므로 100:1 이상의 높은 색 대비와 동시에 낮은 색 산포를 구현할 수 있다.
또한, 열 색 좌표(Thermal color shift) 이동 감소, 우수한 발광각 균일도(Radiation uniformity), 플레이트의 실장 전 단계에서 형광특성 스크리닝을 통한 비닝(binning) 문제 해결, 고출력 LED 및 LD 적용 시 안정성 및 신뢰성 확보 등의 효과를 기대할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 형광체 플레이트는 광 확산제의 사용으로 인해 기존 형광체 플레이트에 비하여 광 변환 효율을 현저하게 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 형광 플레이트의 구성을 도식화한 도면이다.
도 2는 상기 도 1의 구성에 본 발명에 따라 광 확산제를 사용하여 구성한 형광체 플레이트를 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 광 확산제를 사용하는 형광체 플레이트의 제조공정을 도식화한 것이다.
이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 기존의 형광체 플레이트에 광 확산제를 첨가하여 광 변환율을 향상시킨 것이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 사용되는 형광체 플레이트의 광활성 매트릭스로서는 순수한 형광체만으로 이루어진 플레이트가 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 형광체 플레이트를 구성하는 광변환 매트릭스로서, 통상의 수지성분이 추가 사용될 수도 있다.
본 발명에서 형광체 플레이트의 기재성분인 광변환 매트릭스에 적용하는 광 확산제로서, 바람직한 것은 Al2O3, Al(NO3)3 또는 하기 화학식 1의 Spinel 구조를 가지는 물질 중에서 선택된 하나 이상이며, 이중 더욱 바람직하게는 Al2O3 또는 Al2O3와 하기 화학식 1의 Spinel 구조를 가지는 물질의 혼합물이 사용될 수 있다.
[화학식 1]
AB2O4
여기서, A 와 B 는 각각 상이한 금속원소로서, 바람직하게는 A는 Mg, B는 Al이다.
본 발명에 따른 광 확산제는 예컨대 평균 입경이 100 nm 내지 1 ㎛인 것이 사용될 수 있다. 특히, YAG 전구체와 비슷한 크기의 입자를 가지는 것이 소성 중 공극 발생을 최소화할 수 있어서 바람직하다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 형광체는 광학적으로 활성화된 요소를 도핑한 무기물 수용체 물질로 구성될 수 있다. 대부분의 수용체들은 화학식이 A3B5O12를 가진 가넷이 사용될 수 있다. 여기서 A와 B는 적용 가능한 화학적 성분을 의미한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 가넷의 예로서는, 이트륨-알루미늄-가넷(yttrium aluminum garnet, YAG)인 Y3Al5O12이 사용될 수 있다. 그 외에도, 형광체로서는 루테늄-알루미늄-가넷(Lutetium aluminium garnet; LuAG)계, 질화물계, 황화물계, 규산염계 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 형광체 전구체의 입자는 예컨대 평균 입경이 100 nm 내지 1 ㎛인 형광체 전구체 Y3Al5O12가 사용될 수 있다. 만일, 입자크기가 1 ㎛ 보다 큰 평균 입경을 가질 시 결정립 크기가 커짐으로 공극이 많아져 효율 및 신뢰성 저하의 문제를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 광학적 활성화된 도판트(active dopant)로 사용되는 희토류(rare-earth) 물질로 희토류 산화물과 희토류 화합물들을 포함할 수 있다. 대부분의 희토류 원소들은 광학적으로 활성화될 수 있다. 희토류 발광체들은 백색광 YAG 형광체에 사용되는 세륨(Ce), 레이저에 사용되는 네어디윰(Nd), 광학 증폭기에 사용되는 에르븀(Er) 및 가시광 차단재로 사용되는 토륨(Th) 산화물 등이 사용될 수 있다.
본 발명에서 형광체 입자로 사용하기에 가장 적합한 성분으로서는, YAG 플레이트 소성 시 YAG의 결정 형성에 방해 되지 않으며, 광을 확산 할 수 있어야 함으로 등방구조가 아니어야 한다. 만일, 등방구조를 가지는 경우는 광 확산이 이루어지지 않고 투과될 수 있어 사용이 불가하다.
백색LED 램프에서 형광체의 공간적 분포는 램프의 색 균일도와 효율에 크게 영향을 준다. 이러한 형광체 분포는 근접하여 있는 형광체와 멀리 떨어진 형광체의 분포로 구별할 수 있다. 원거리 형광체 분포는 형광체를 반도체 다이로부터 공간적으로 분리시킨 구조이다. 형광체 입자들은 중력, 부양력 및 마찰력 등의 복합적인 작용으로 분포 상태가 달라질 수 있는데, 일반적으로 큰 형광체 입자들은 하부방향으로 이동되며 LED 다이 표면에 더 두껍게 형광체가 분포하게 된다.
본 발명에 따르면, 균일한 두께의 형광체 분포는 적은 발광영역 및 높은 휘도를 제공할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기와 같은 형광체 플레이트에는 광 확산제로서는 예컨대 아크릴계 유기입자, 실리콘계 유리입자, 실리카 비드 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 광 확산제는 그 평균입경의 입자크기가 100 nm 미만일 경우에는 투과광의 색상이 적색 또는 황색 계통으로 변하며 확산 효과도 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 입자크기가 1 ㎛를 초과할 경우에도 광 확산 효과가 부족하여 지나치게 다량의 확산제를 첨가해야 하므로 이로 인해 다른 물성의 저하를 가져오는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기와 같은 광 확산제는 광변환 매트릭스에 대하여 30 내지 60 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 중량%로 포함하는 것이 좋다. 만일, 그 함량이 너무 적은 경우에는 충분한 광 확산 효과를 얻을 수 없으며, 60 중량% 초과 시 광 효율이 저하되며 Blue 레이저 광의 투과율이 높아져 색도 튜닝에 어려움이 있다.
상기와 같이, 본 발명은 종래 형광체 플레이트의 경우 레이저 및 LED를 조사 하여 변환 되는 광 효율이 낮은 문제점을 해결하기 위하여, 형광체 플레이트 내부에 광 확산제를 첨가함으로써, 변환되는 못하는 광을 내부에서 분산시켜 줌으로서 변환되는 광 효율을 증가시킬 수 있는 것이다.
본 발명에 대한 특징을 분명하게 확인하기 위하여, 기존의 형광체 플레이트의 구성은 도 1에서 개념적으로 도식화하여 나타내었다.
여기서는 기존의 형광체(20)가 분산된 광변환 매트릭스(10)의 구조를 보여주고 있다. 여기서 형광체 플레이트(30)의 표면은 다이크로이틱 미러(dichroitic mirror)(40)로 덮여 있다. 그러므로 광변환 매트릭스(10)에 광 조사가 이루어지면 광 변환 효율이 그다지 크지 못하다.
도 2는 본 발명에 따른 광 확산제(500)가 사용된 형광체 플레이트(300)를 도식화한 도면이다. 여기서는 상기 도 2의 구성에 더하여 광 확산제(500)가 형광체 플레이트(300)에 분산되어 있는 구조를 보여주고 있다. 본 발명에 따르면, 여기서는 광 조사가 이루어지는 경우 광 확산제(500)에 의하여 광변환 매트릭스(100) 내에서 광 분산이 이루어지기 때문에 광 변환 효율이 크게 향상되는 효과를 나타내게 되는 것이다. 여기서, 도면부호 200은 형광체, 400은 다이크로이틱 미러를 의미한다.
도 3은 본 발명에 따른 광 확산제의 사용에 의한 형광체 플레이트의 제조공정을 하나의 실시예로서 도식화한 것이다.
도 3에서는 본 발명에 따른 광 확산제를 사용하여 형광체 플레이트를 제조하는 과정에서 각 공정별로 각 공정 조건을 자세하게 예시하여 설명하고 있다.
특히, 본 발명에 따르면 종래의 페이스트 패키징과 비교할 때 형광체 플레이트의 장점으로는 정밀 면 가공으로 플레이트의 두께 균일도가 우수하므로 100:1 이상의 높은 색 대비와 동시에 낮은 색 산포를 구현, 열 색 좌표(Thermal color shift) 이동 감소, 우수한 발광각 균일도(Radiation uniformity), 플레이트의 실장 전 단계에서 형광특성 스크리닝을 통한 비닝(binning) 문제 해결, 고출력 LED 및 LD 적용 시 안정성 및 신뢰성 확보 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명은 기존 형광체 플레이트 대비 광 변환 효율을 증가 시킬 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 4
원료물질로서 Y2O3/Al2O3/CeO2를 사용하여 도 3의 공정에 따라 형광체 플레이트를 제조하였다.
상기 원료물질을 이용하여, 원료무게(Weighing) 및 볼밀 조건은 300 rpm에서 20 시간 동안 진행하고, 사용된 전구체 물질에 대한 1 차 소성은 1200 ℃에서 12시간 소성하였다.
광 확산제를 볼밀로 혼합하고 300 rpm으로 회전하면서 20 시간 혼합하고, 성형압력 3000 kgf/㎠로 플레이트를 성형하였다. 이때 광 확산제의 첨가량을 각각 30 중량%, 40 중량%, 50 중량% 및 60 중량%로 변화하여 각각 시료를 제조하였다.
성형 후에는 소성온도 900 ℃에서 2 시간 소성하고, 소성온도 1600 ℃에서 12 시간 플레이트 소성하였다. 그리고 마지막 열처리는 소성온도 1400 ℃에서 20 시간 열처리하여 광 확산제가 함유된 형광체 플레이트를 제조하였다.
비교예
상기 실시예와 동일한 조건으로 형광체 플레이트를 제조하되 광 확산제를 첨가하지 않거나 30~60 중량%를 벗어난 경우에 대하여 형광체 플레이트를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 1~4 및 비교예에서 제조된 형광체 플레이트에 대하여 물성을 측정한 결과는 다음 표 1과 같다. 물성 측정 방법은 레이저 모듈에 플레이트를 장착하여 적분구 삽입 후 광 특성을 측정하는 방법으로 시행하였다.
시료정보 항목 광 확산제 첨가량 (중량 %)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Y3Al5O12:Ce0 .01 광량(lm) 144 151 162 183 194 195 183 159 143 90
상기 표 1에서 보면, 실시예의 경우 비교예에 비해 광량과 색 좌표 물성치에서 현저하게 우수한 결과를 나타냄을 확인할 수 있다.
[부호의 설명]
10, 100 광변환 매트릭스
20, 200 형광체
30, 300 형광체 플레이트
40, 400 다이크로이틱 미러
500 광 확산제

Claims (5)

  1. 형광체가 분산된 광변환 매트릭스에 광 확산제가 함유되어 있되, 상기 광변환 매트릭스에 대하여 광 확산제가 30 내지 60 중량%로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 광 확산제가 사용된 형광체 플레이트.
  2. 청구항 1에 있어서, 광변환 매트릭스는 순수한 형광체만으로 이루어진 플레이트인 것을 특징으로 하는 광 확산제가 사용된 형광체 플레이트.
  3. 청구항 1에 있어서, 형광체는 이트륨-알루미늄-가넷계, 루테늄-알루미늄-가넷계, 질화물계, 황화물계, 규산염계 또는 이들의 2 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 확산제가 사용된 형광체 플레이트.
  4. 청구항 1에 있어서, 광 확산제는 아크릴계 유기입자, 실리콘계 유리입자, 실리카 비드 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 광 확산제가 사용된 형광체 플레이트.
  5. 청구항 1에 있어서, 광 확산제는 Al2O3, Al(NO3)3 또는 하기 화학식 1의 Spinel 구조를 가지는 물질 중에서 선택된 하나 이상으로서, 평균 입경이 100 nm 내지 1 ㎛인 것을 특징으로 하는 광 확산제가 사용된 형광체 플레이트:
    [화학식 1]
    AB2O4
    여기서, A 와 B 는 각각 상이한 금속원소로서 A는 Mg, B는 Al이다.
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