KR20140077408A - 형광막 제조방법 및 그 형광막 - Google Patents

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Abstract

형광막 제조방법 및 그 형광막을 제공한다. 형광막 제조방법은 지지기판 상에 형광막 그린시트를 부착하는 단계, 상기 형광막 그린시트 상에 유리막 그린시트를 부착하는 단계, 상기 형광막 그린시트 및 유리막 그린시트가 형성된 지지기판을 몰드 프레싱하여 상기 유리막 그린시트 상에 패턴을 형성하는 단계 및 상기 형광막 그린시트 및 패턴된 유리막 그린시트를 소성하여 형광막 및 패턴된 유리막을 형성하는 단계를 포함한다. 따라서, 형광막 그린시트를 이용하여 플레이트 타입의 형광체를 보다 저렴하고 손쉽게 대면적으로 제작함과 동시에 패터닝을 통해 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

형광막 제조방법 및 그 형광막{Method for manufacturing phosphor film and the phosphor film manufactured by the same}
본 발명은 형광막 제조방법 및 그 형광막에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 형광막 그린시트를 이용한 형광막 제조방법 및 그 형광막에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode) 형광체 패키지(Package)기술은 일반적으로 실리콘 봉지재에 형광체를 혼합 후 칩에 도포하여 사용되고 있으나, 근래 LED의 성능 향상을 위해 고출력 광원 사용이 확대됨에 따라 수지의 열화 및 변색, 그리고 형광체의 온도 신뢰성 저하로 효율 저하가 발생 되고 있다.
이러한 문제를 개선하기 위해, 칩 위에 형광체가 포함된 수지를 직접 도포하지 않고, 칩과 거리를 두는 리모트 타입(Remote Type)의 형광체 기술이 요구되고 있다.
이를 위해, 기존의 봉지재 대신 플라스틱(Plastic), 유리(Glass) 또는 유리-세라믹(Glass-ceramics)으로 대체한 플레이트(Plate) 타입의 형광체를 제조하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이러한 플레이트 타입의 형광체를 제작할 때, 보다 저렴하고 손쉽게 대면적의 Plate를 제작함과 동시에, 패터닝(Patterning)을 통해 효율을 높이는 형광막 제조방법 및 그 형광막을 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 형광막 제조방법을 제공한다. 상기 형광막 제조방법은 지지기판 상에 형광막 그린시트를 부착하는 단계, 상기 형광막 그린시트 상에 유리막 그린시트를 부착하는 단계, 상기 형광막 그린시트 및 유리막 그린시트가 형성된 지지기판을 몰드 프레싱하여 상기 유리막 그린시트 상에 패턴을 형성하는 단계 및 상기 형광막 그린시트 및 패턴된 유리막 그린시트를 소성하여 형광막 및 패턴된 유리막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 몰드 프레싱하여 상기 유리막 그린시트 상에 패턴을 형성하는 단계는 상기 형광막 그린시트의 상부에도 패턴이 형성되도록 몰드 프레싱하는 것을 특징으로 한다.
상기 유리막 그린시트를 부착하는 단계 이전에, 상기 형광막 그린시트를 소성하여 형광막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 지지기판 상에 형광막 그린시트를 부착하는 단계, 상기 형광막 그린시트 상에 유리막 그린시트를 부착하는 단계, 상기 형광막 그린시트 및 유리막 그린시트를 소성하여 형광막 및 유리막을 형성하는 단계 및 상기 소성된 유리막 상에 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 형광막 제조방법을 제공한다.
상기 형광막 그린시트는 필름 상에 유리 분말, 형광체 분말, 유기 바인더 및 분산제를 혼합하여 코팅시켜 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 소성 온도는 500℃ 내지 620℃인 것을 특징으로 한다.
상기 지지기판 하부에 렌즈부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 패턴을 형성하는 단계는, 상기 소성된 유리막 및 형광막에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴은 홀 패턴, 라인 패턴, 홈 패턴 또는 요철 패턴을 포함할 수 있다.
상기 유리막 및 형광막의 패턴의 종횡비(aspect ratio)는 2 대 1 내지 6 대 1인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은 상술한 제조방법에 의해 제조된 형광막을 제공한다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은 발광 소자 패키지를 제공한다. 상기 발광 소자 패키지는 장착부를 구비하는 패키지 몸체, 상기 장착부에 장착되는 발광 소자, 상기 발광 소자 상에 위치하는 지지기판, 상기 지지기판 상에 위치하는 형광막 및 상기 형광막 상에 위치하는 패턴된 유리막을 포함할 수 있다.
상기 형광막의 상부는 패턴된 것을 특징으로 한다.
상기 지지기판의 하부에 형성된 렌즈부를 더 포함할 수 있다.
상기 형광막 및 패턴된 유리막은 형광막 그린시트 및 패턴된 유리막 그린시트를 소성하여 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 그린시트의 플렉서블(flexible)한 특성을 이용하여 다양한 형상의 형광막 제작이 용이해지고, 나아가 대면적의 형광막을 상대적으로 저가의 공정을 통해 대량 생산할 수 있는 장점이 있다.
또한, 몰드 프레싱 공정에 의해 패턴된 유리막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 형광막 상부에도 패턴을 형성할 수 있는 바, 형광체 표면적이 증가하여 광 추출 효율이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 지지기판 하부에 렌즈부를 형성함으로써, 발광 소자의 광이 패키지 몸체의 내부에서 소실되는 양을 최소화하고, 내부 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 형광막 그린시트 및 유리막 그린시트를 이용하여 형광막 또는 형광막 및 유리막에 패턴을 형성하고, 이러한 패턴의 종횡비를 높여 반사형 형광막을 제조함으로써, 외부로 방출되는 광추출 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막의 SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막의 SEM 이미지들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막을 포함하는 발광 소자 패키지를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 개략도들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 개략도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리막의 패턴 구조의 종횡비에 따른 광추출 효율을 설명하기 위한 발광 소자 패키지의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막의 광학 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명장치의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명장치의 분리 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 지지기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.
도 1(a)를 참조하면, 지지기판(30) 상에 형광막 그린시트(40) 및 유리막 그린시트(50)를 차례로 형성한다.
보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 지지기판(30) 상에 형광막 그린시트(40)를 부착할 수 있다.
지지기판(30)은 형광막 그린시트(40)를 지지하는 지지기판으로서, 후술하는 소성 단계에서도 견딜 수 있고, 투명한 재질로 이루어진 기판이면 어느 것이나 가능할 것이다. 예를 들어, 지지기판(30)은 유리 기판일 수 있다.
지지기판(30) 상에 형광막 그린시트(40)를 부착하는 단계는 예컨대, 라미네이션법(lamination)을 이용하여 부착할 수 있다.
이 때의 형광막 그린시트(40)는 별도의 필름 상에 유리 분말, 형광체 분말 및 유기 바인더를 혼합하여 코팅함으로써 형성될 수 있다. 이 때의 필름은 PET(polyethylene terephthalate) 필름일 수 있다.
유리 분말은 매트릭스(matrix)가 되는 역할로서, 형광체를 매트릭스 내에 고정시키면서도 투과율을 감소시키지 않는 고투과율 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 가능하다. 예를 들어, 유리 분말은 SiO2-B2O3-RO(R은 Mg, Ca, Sr 또는 Ba)계 유리, SiO2-B2O3계 유리, SiO2-B2O3-R2O(R은 Li, Na 또는 K)계 유리, SiO2-B2O3-Al2O3계 유리, SiO2-B2O3-ZnO계 유리 및 ZnO-B2O3계 유리로 구성된 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
형광체 분말은 YAG계 형광체, 실리케이트계 형광체, 황화물계 형광체, 질화물계 형광체 또는 이들의 혼합물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 녹색계의 광을 발광하는 형광체 분말은 Ba2SiO4:Eu2 +, Sr2SiO4:Eu2 +, SrAl2O4:Eu2 +, Sr4Al14O25:Eu2 +, SrGa2S4:Eu2+, CaGa2S4:Eu2 +, SrSi2AlO2-N3:Eu2 +, (Ca,Sr,Ba)Si2N2O2:Eu2 +, YSiO2N:Tb3 +, Y2Si3O3N4:Tb3+, Gd2Si3O3N4:Tb3 + 또는 이들의 혼합물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적색계의 광을 발광하는 형광체 분말은 Sr3SiO5:Eu2 +, SrS:Eu2 +, CaS:Eu2 +, Sr2Si5N8:Eu2+, Ca2Si5N8:Eu2 +, CaAlSiN3, (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2 +, LaSi3N5:Eu2 + , Sr-α-SiAlON 또는 이들의 혼합물질을 포함할 수 있다.
유기 바인더는 후술하는 소성 공정 중에 번 아웃(burn out)되어, 최종 생성물에는 거의 남지 않는 성분으로 아크릴(Acryl)계 수지(Resin), 비닐(Vinyl)계 수지 또는 실리콘(Silicone)계 수지 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유기 바인더로 폴리비닐부티랄 수지 또는 메타아크릴 수지를 사용할 수 있다. 한편, 이러한 유기 바인더는 액상 형태로 사용될 수 있다.
한편, 유리 분말, 형광체 분말 및 유기 바인더에 분산제를 더 혼합하여 코팅시켜 그린시트를 제조할 수 있다. 이러한 분산제는 음이온계와 양쪽성 분산제를 주로 사용할 수 있으며 예컨대, 아크릴계 또는 아세테이트계를 사용할 수 있다.
따라서, 이렇게 제조된 형광막 그린시트(40)는 유기 수지 및 무기 고형분을 포함한다. 이러한 유기 수지는 유기 바인더를 포함한다. 또한, 이러한 유기 수지는 분산제를 더 포함할 수 있다. 또한, 이러한 무기 고형분은 매트릭스(matrix)가 되는 유리 성분 및 형광체 성분을 포함한다.
유기 수지에 유기 바인더 및 분산제가 포함되고, 무기 고형분에 유리 성분 및 형광체 성분이 포함된 그린시트를 예로 들면, 이러한 그린시트의 조성범위는 질량백분율로, 12% 내지 25%의 유기 수지와 75% 내지 88%의 무기 고형분을 포함할 수 있다.
이 때의 유기 수지의 조성범위는 질량백분율로, 99.2% 내지 99.9%의 유기 바인더 및 0.1% 내지 0.8%의 분산제를 포함할 수 있다.
이 때의 무기 고형분의 조성범위는 질량백분율로, 60% 내지 90%의 유리 성분 및 10% 내지 40%의 형광체 성분을 포함할 수 있다.
그 다음에, 형광막 그린시트(40) 상에 유리막 그린시트(50)를 부착할 수 있다.
유리막 그린시트(50)는 별도의 필름 상에 유리 분말 및 유기 바인더를 혼합하여 코팅시켜 제조될 수 있다. 한편, 유리 분말 및 유기 바인더를 혼합시에 분산제를 더 혼합하여 코팅시켜 제조될 수 있다. 따라서, 유리막 그린시트(50)의 조성은 유기 수지 및 무기 고형분을 포함할 수 있다. 예컨대, 이러한 유기 수지는 유기 바인더와 분산제를 포함할 수 있고, 이러한 무기 고형분은 유리 성분을 포함할 수 있다.
따라서, 이와 같이 제조된 유리막 그린시트(50)를 형광막 그린시트(40) 상에 부착할 수 있다.
다만, 경우에 따라 형광막 그린시트(40) 상에 유리막 그린시트(50)를 직접 코팅시켜 제조할 수도 있다.
한편, 형광막 그린시트(40) 상에 유리막 그린시트(50)를 부착하는 단계 이전에, 형광막 그린시트(40)를 소성하여 형광막(41)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 소성된 형광막(41) 상에 유리막 그린시트(50)를 부착할 수 있다. 또한, 형광막(41) 상에 유리막 그린시트(50)를 코팅하여 직접 형성할 수 있다.
이러한 형광막 그린시트(40) 및 유리막 그린시트(50)는 플렉서블한 특성을 가지고 있기에, 후술하는 몰드 프레싱 공정을 이용하여 다양한 형상을 손쉽게 패터닝할 수 있는 장점이 있다.
도 1(b) 내지 도 1(d)를 참조하면, 상기 형광막 그린시트(40) 및 유리막 그린시트(50)가 형성된 지지기판(30)을 몰드 프레싱하여 유리막 그린시트(50) 상에 패턴을 형성한다.
예를 들어, 형광막 그린시트(40) 및 유리막 그린시트(50)가 형성된 지지기판(30) 상에 몰드를 사용하여 유리막 그린시트(50)에 압력을 가하여 유리막 그린시트(50) 상에 패턴을 형성할 수 있다.
이 때 사용되는 몰드의 형상은 다양하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 몰드 형상 자체를 라운드(round) 형상으로 제작하거나, 쐐기 패턴 형상으로 제작하는 등 다양한 형상으로 제작할 수 있다.
따라서, 유리막 그린시트(50) 상에 이러한 몰드의 형상에 대응하는 형상으로 패턴이 형성될 수 있다.
이러한 유리막 그린시트(50) 상에 형성된 패턴은 홀 패턴, 라인 패턴, 홈 패턴 또는 요철 패턴을 포함할 수 있다. 한편, 이러한 패턴은 마이크로 렌즈 형상의 패턴일 수 있다.
도 1(e)를 참조하면, 상기 형광막 그린시트(40) 및 패턴된 유리막 그린시트(50)를 소성하여 형광막(41) 및 패턴된 유리막(51)을 형성한다.
이렇게 형광막 그린시트(40) 및 패턴된 유리막 그린시트(50)를 소성할 경우, 형광막 그린시트(40) 및 유리막 그린시트(50) 내에 포함된 유기 수지는 번 아웃(burn out)되고, 형광막(41) 및 패턴된 유리막(51)이 형성될 수 있다.
이 때의 소성 온도는 500℃ 내지 620℃일 수 있다. 만일, 소성 온도가 500℃ 미만인 경우, 그린시트 내의 기포가 제거되지 않아, 투과율이 낮아지는 문제가 있다. 또한, 만일, 소성 온도가 620℃를 상회하는 경우도 그린시트 내에 기포가 생성되어 투과율이 낮아지는 문제가 있다.
한편, 소성 과정을 통해 유리막 그린시트(50) 상에 형성된 패턴의 형상은 변형될 수도 있다. 예를 들어, 패턴이 각진 형상인 경우, 소성에 의해 라운드지게 변형될 수도 있다. 이렇게 라운드지게 변형될 경우 렌즈 형상이 되므로 광추출 효율이 보다 향상될 수 있다.
한편, 지지기판(30) 하부에 렌즈부(60)를 더 형성하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지기판(30)의 아래쪽에 폴리머 비드(Polymer beads) 또는 수지(Resin)를 도포하여 렌즈 형상의 렌즈부를 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 그린시트를 이용하여 패턴 구조의 형광막을 손쉽게 제조할 수 있고, 나아가 대면적의 플레이트 형광막을 제작할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광막 제조방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.
도 2(a)를 참조하면, 지지기판(30) 상에 형광막 그린시트(40) 및 유리막 그린시트(50)를 차례로 형성한다. 이에 대한 형성방법은 도 1(a)에서 상술한 내용과 동일한 바, 자세한 설명은 생략한다.
도 2(b) 내지 도 2(d)를 참조하면, 상기 형광체막 그린시트(40) 및 유리막 그린시트(50)가 형성된 지지기판(30)을 몰드 프레싱하여 유리막 그린시트(50) 상에 패턴을 형성하되, 상기 형광막 그린시트(40)의 상부에도 패턴이 형성되도록 몰드 프레싱한다.
이는 형광막 그린시트(40)의 강도와 연신율을 조절함으로써, 유리막 그린시트(50) 뿐만 아니라 형광막 그린시트(40)까지 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 몰드 프레싱의 압력을 조절하여, 유리막 그린시트(50)뿐만 아니라 형광막 그린시트(40)까지 패턴을 형성할 수 있다.
도 2(e)를 참조하면, 패턴된 형광막 그린시트(40) 및 패턴된 유리막 그린시트(50)를 소성하여 패턴된 형광막(41) 및 패턴된 유리막(51)을 형성한다. 이때의 소성 공정의 내용은 도 1(e)에서 상술한 내용과 동일하다.
한편, 지지기판(30) 하부에 렌즈부(60)를 더 형성하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지기판(30)의 아래쪽에 폴리머 비드(Polymer beads) 또는 수지(Resin)를 도포하여 렌즈 형상의 렌즈부를 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 몰드 프레싱 공정에 의해 패턴된 유리막(51)을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 형광막(41) 상부에도 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 형광막(41) 상부에도 패턴이 형성됨으로써, 형광체 표면적이 증가하여 광 추출 효율이 더욱 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광막 제조방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.
도 3(a)를 참조하면, 지지기판(30) 상에 형광막 그린시트(40) 및 유리막 그린시트(50)를 차례로 형성한다. 이는 도 1(a)에서 상술한 내용과 동일하다.
도 3(b)를 참조하면, 형광막 그린시트(40) 및 유리막 그린시트(50)를 소성하여 형광막(41) 및 유리막(51)을 형성한다. 이 때의 소성온도는 500℃ 내지 620℃일 수 있다.
도 3(c)를 참조하면, 소성된 유리막(51) 상에 패턴을 형성한다.
소성된 유리막(51) 상에 패턴을 형성하는 단계는 소성된 유리막(51) 상에 레지스트 패턴(미도시)을 형성하는 단계, 레지스트 패턴 사이에 노출된 유리막(51)을 식각하는 단계 및 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 유리막(51) 상부에 스핀코팅 등 다양한 방법을 이용하여 레지스트층(미도시)을 형성한 후, 형성된 레지스트층을 패터닝하여 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 그 다음에, 이러한 레지스트층을 리소그라피법을 사용하여 패터닝할 수 있다. 이러한 레지스트 패턴은 홀 패턴 등 다양한 패턴일 수 있다. 그 다음에 레지스트 패턴 사이에 유리막을 화학적 에칭(Chemical Etching) 등의 방법을 이용하여 식각하고, 레지스트 패턴을 제거할 수 있다.
한편, 도 3(d)를 참조하면, 형광막 그린시트(40) 및 유리막 그린시트(50)를 소성하여 형광막(41) 및 유리막(51)을 형성한 이후에, 소성된 유리막(51) 뿐만 아니라 형광막(41)까지 패턴을 형성할 수 도 있다. 즉, 소성된 형광막(41) 및 유리막(51)에 패턴을 형성하는 단계는 소성된 유리막(51) 상에 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 레지스트 패턴 사이에 노출된 유리막(51)을 식각하는 단계, 유리막(51)을 식각하여 노출된 형광막(41)을 식각하는 단계 및 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 지지기판(30) 하부에 렌즈부(60)를 더 형성하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지기판(30)의 아래쪽에 폴리머 비드(Polymer beads) 또는 수지(Resin)를 도포하여 렌즈 형상의 렌즈부를 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막의 SEM 이미지이다.
도 4를 참조하면, 유리 지지기판(30) 상에 형성된 형광막 그린시트 및 유리막 그린시트를 550℃에서 소성하여 형광막(41) 및 유리막(51)을 형성한 후, 포토레지스트법 및 화학적 에칭을 통해 유리막(51) 상부에 패턴을 제작하였다. 도시된 바와 같이, 유리막(51)에 홀 패턴이 형성됨을 알 수 있다.
또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막의 SEM 이미지들이다. 도 5(a) 내지 도 5(d)를 참조하면, 패턴의 폭과 간격을 다양하게 조절하여 제조할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 형광체 함량 및 종류에 따라 목적하는 광학적 설계치에 부합하도록 수㎛ 내지 수백㎛의 폭 또는 간격을 갖는 패턴을 제조하여 다양하게 응용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막을 포함하는 발광 소자 패키지를 나타낸 개략도이다.
도 6을 참조하면, 발광 소자 패키지(1)는 패키지 몸체(10), 발광 소자(20), 지지기판(30), 형광막(41) 및 패턴된 유리막(51)을 포함한다.
패키지 몸체(10)는 발광 소자(20)가 장착되는 장착부(11)를 구비할 수 있다. 이러한 패키지 몸체(10)에는 장착부(11)에 장착되는 발광 소자(20)와 전기적으로 연결되는 리드(도시되지 않음) 및 히트 싱크(도시되지 않음)가 구비될 수 있으나, 여기에서는 설명을 생략한다.
도시하는 바와 같이, 장착부(11)는 패키지 몸체(10)의 상면에서 내측으로 함몰된 홈 형상으로 이루어질 수 있고, 따라서, 발광 소자(20)가 장착되는 면 주변에 경사면(12)을 가질 수 있다. 이 경사면(12)은 반사면으로 작용할 수 있다.
또한, 이 장착부(11)는 충진재(도시되지 않음)로 채워질 수 있다. 이러한 충진재는 실리콘 젤이나 에폭시 수지와 같은 물질이 이용될 수 있다. 이러한 충진재는 후술하는 발광 소자(20)를 보호하고 밀봉하는 역할을 한다.
발광 소자(20)는 장착부(11)에 장착된다. 이러한 발광 소자(20)는 다양한 발광 소자가 이용될 수 있으나, 그 일례로 LED가 이용될 수 있다.
지지기판(30)은 발광 소자(20)가 장착되는 장착부(11) 상에 위치할 수 있다. 이러한 지지기판(30)은 발광 소자(20)에서 발광되는 광이 외부로 방출하도록 투명 재질의 기판일 수 있다. 따라서, 이러한 지지기판(30)은 도 1 내지 도 3에서 설명한 지지기판(30)을 그대로 이용할 수 있다.
형광막(41)은 지지기판(30) 상에 위치할 수 있다. 형광막(41)은 발광 소자(20)에서 발광하는 광의 적어도 일부의 파장을 변환할 수 있다. 즉, 형광막(41)은 발광 소자(20)에서 방출하는 광을 흡수하여 변환된 파장의 광을 방출하는 것으로서, 발광 소자 패키지(1)에서는 발광 소자(20) 및 형광막(41)에서 방출하는 광의 혼합된 광이 방출될 수 있다.
패턴된 유리막(51)은 형광막(41) 상에 위치할 수 있다.
이러한 형광막 및 패턴된 유리막은 도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 같이 형광막 그린시트 및 유리막 그린시트를 이용하여 제조된 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 형광막 및 패턴된 유리막은 형광막 그린시트 및 패턴된 유리막 그린시트를 소성하여 제조할 수 있다.
또한, 형광막(41)과 유리막(51)의 구조는 이에 한정되지 않고, 도 1 내지 도 3을 통해 제조될 수 있는 다양한 패턴 구조가 모두 적용될 수 있다. 예컨대, 형광막(41) 및 유리막(51) 둘다 패턴된 구조가 적용될 수 있다.
한편, 지지기판(30)의 하부에 렌즈부(미도시)가 더 위치할 수 있다. 렌즈부는 지지기판(30)의 하부의 적어도 일부에 형성될 수도 있고, 패턴 형상으로 형성될 수도 있다.
도시된 화살표는 발광 소자(20)에서 방출된 광이 패턴된 유리막(51)에서 굴절됨을 나타낸다. 이렇게 굴절된 광이 형광막(41)을 다시 한번 통과함으로써, 형광막(41)의 광변환 효율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.
이하, 지지기판(30)의 하부에 렌즈부가 더 위치하는 경우의 광추출 효율의 향상효과를 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 개략도들이다.
도 7(a) 및 도 7(b)의 발광 소자 패키지는 발광 소자(20)가 장착된 패키지 몸체(10) 상에 지지기판(30) 및 형광막(41)이 위치한다. 다만, 도 7(a)는 지지기판(30)의 하부에 렌즈부가 위치하지 않는 경우이고, 도 7(b)는 지지기판(30)의 하부에 렌즈부(60)가 위치하는 경우이다.
도 7(a)를 참조하면, 도시된 화살표는 발광 소자(20)에 의해 발광된 광의 일부가 지지기판(30)의 계면에서 산란되어 패키지 몸체(10) 내에서 소실되는 것을 나타낸다.
도 7(b)를 참조하면, 도시된 화살표는 발광 소자(20)에 의해 발광된 광이 지지기판(30)의 하부에 위치하는 렌즈부(60)에 의해 외부로 방출되는 것을 나타낸다.
즉, 이러한 렌즈부(60)에 의해 도 7(a)와 달리 발광 소자(20)의 광이 패키지 몸체(10)의 내부에서 소실되는 양을 최소화하고, 내부 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 개략도들이다.
도 8(a) 내지 도 8(c)를 참조하면, 발광 소자 패키지는 발광 소자(20)가 장착된 패키지 몸체(10) 상에 지지기판(30) 및 형광막(41)이 위치하고, 지지기판(30)의 하부에 각각 다양한 형상의 렌즈부(60)가 위치하고 있다. 한편, 도 8(c)의 경우, 형광막(41) 상에 패턴된 유리막(51)이 더 위치하고 있다.
이러한 다양한 렌즈부(60)의 구조는 광학적 구조 설계 목적에 따라 다양하게 응용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리막의 패턴 구조의 종횡비에 따른 광추출 효율을 설명하기 위한 발광 소자 패키지의 개략도이다.
도 9를 참조하면, 발광 소자 패키지는 발광 소자(20)가 장착된 패키지 몸체(10) 상에 지지기판(30) 및 패턴된 형광막(41)이 위치한다.
이 때, 형광막(41)의 패턴 구조의 종횡비(Aspect Ratio)를 높여서 반사형 형광막(41)이 형성된다. 이 때의 형광막(41)의 패턴의 종횡비는 2 대 1 이상 일 수 있다. 만일, 형광막(41)의 패턴의 종횡비가 2 대 1보다 작은 경우 패턴 구조에 의한 반사효과가 충분하지 않을 수 있다. 바람직하게, 이 때의 형광막(41)의 패턴의 종횡비는 2 대 1 내지 6 대 1일 수 있다.
한편, 경우에 따라, 패턴된 형광막(41) 상에 형광막(41)의 패턴에 대응하여 패턴된 유리막(미도시)이 더 위치할 수 있다. 이 경우, 형광막과 유리막에 형성된 패턴 전체를 고려하여 종횡비를 조절할 수 있다.
따라서, 형광막(41)의 패턴의 종횡비를 2 대 1 내지 6 대 1로 제작함으로써, 패턴 구조가 없는 형광막(투과형 형광막)보다 높은 효율을 갖는 반사형 형광막을 제작할 수 있다.
이하, 반사형 형광막의 외부로 광추출되는 효율의 증가를 광학 시뮬레이션 결과를 통하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막(41)의 광학 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면들이다.
도 10(a)를 참조하면, 발광 소자 패키지는 발광 소자(20)가 장착된 패키지 몸체(10) 상에 패턴되지 않은 형광막(41)을 포함한 경우이고, 도 10(b)를 참조하면, 발광 소자 패키지는 발광 소자(2)가 장착된 패키지 몸체(10) 상에 지지기판(30) 및 패턴된 형광막(41)을 포함한 경우이다. 이 때의 발광 소자(20)는 청색광을 발광하는 발광 다이오드이다.
도 10(a)의 발광 소자 패키지에서, 발광 소자(20)에서 발광된 광이 일부는 내부로 산란되어 소실되고 일부는 형광막(41)을 투과하여 외부로 방출된다.
보다 구체적으로 설명하면, 발광 소자(20)에서 발출된 청색광의 형광막 투과율은 30%, 패키지 내부로의 back 반사율은 20%, 형광막 흡수율은 50%이다. 이 때, 형광막(41)에 흡수된 흡수광의 가시광 변환효율은 70%인 바, 형광막 흡수율인 50%에 가시광 변환효율인 70%를 곱한 값인 35%가 변환된 가시광이다. 또한, 변환된 가시광의 패키지 내부로의 back 반사율은 40%이므로 최종적으로 외부로 투과되는 가시광은 21%이다. 따라서, 청색광으로 형광막(41)을 투과한 30%와 청색광이 형광막(41)에서 가시광으로 변환되어 외부로 방출된 21%를 더하면 최종 투과된 광은 51%가 된다.
도 10(b)의 발광 소자 패키지에서도 발광 소자(20)에서 발광된 광이 일부는 내부로 산란되어 소실되고 일부는 형광막(41)을 투과하여 외부로 방출된다.
보다 구체적으로 설명하면, 발광 소자(20)에서 방출된 청색광의 형광막 투과율은 30%, 패키지 내부로의 back 반사율은 30%, 형광막 흡수율은 40%이다. 이 때, 형광막(41)에 흡수된 흡수광의 가시광 변환효율은 70%인 바, 형광막 흡수율인 40%에 가시광 변환효율인 70%를 곱한 값인 28%가 변환된 가시광이다. 또한, 변환된 가시광의 패키지 내부로의 back 반사율은 10%이므로 최종적으로 외부로 투과되는 가시광은 약 25%이다. 따라서, 청색광으로 형광막(41)을 투과한 30%와 청색광이 형광막(41)에서 가시광으로 변환되어 외부로 방출된 25%를 더하면 최종 투과된 광은 55%가 된다.
도 10(b)의 반사형 형광막은 패턴을 형성하기 위해 형광막의 일부가 식각되어 형광막 흡수율이 감소된다. 즉, 형광막의 광 흡수율은 40%로서, 도 10(a)의 투과형 형광막의 광 흡수율인 50%보다 작게 된다.
다만, 반사형 형광막에 흡수된 광이 반사형 형광막의 패턴 구조에 의해 반사되어 외부로 나가는 비중이 증가된다. 따라서, 반사형 형광막의 변환된 가시광의 back 반사율은 투과형 형광막의 변환된 가시광의 back 반사율인 40%보다 매우 작은 10%가 된다.
따라서, 최종적으로 외부로 투과된 광은 반사형 형광막을 이용한 경우가 투과형 형광막을 이용한 경우보다 10% 가까이 효율이 증가함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 형광막 그린시트 및 유리막 그린시트를 이용하여 형광막 또는 형광막 및 유리막에 패턴을 형성하고, 이러한 패턴의 종횡비를 높여 반사형 형광막을 제조함으로써, 외부로 방출되는 광추출 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명장치에 대하여 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명장치의 사시도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명장치의 분리 사시도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 조명장치는 히트싱크(100), 렌즈 유닛(200), 발광 유닛(300), 전장부(미도시), 케이스(500) 및 전원 소켓(600)을 포함한다.
히트싱크(Heat sink, H, 100)는 외관을 형성하며 중공부(111)를 갖는 외측 하우징(110) 및 이러한 중공부(111)에 배치되며, 길이방향으로 연장된 내측 하우징(120)을 포함할 수 있다.
외측 하우징(110)은 조명장치가 작동 시, 발광 유닛(300)에서 발생하는 열을 외부로 발산하기 위하여 무게가 가볍고 열 전도성이 높은 재질로 형성될 수 있고, 바람직하게 수지 재질로 형성될 수 있다.
중공부(111)는 외측 하우징(110)의 길이방향을 따라 관통하여 형성되어 있고, 예컨대, 중공부(111)는 실린더 형상을 가질 수 있다. 이러한 중공부(111)에는 내측 하우징(120), 전장부, 케이스(500) 등이 삽입될 수 있다.
내측 하우징(120)은 외측 하우징(110)의 중공부(111)에 마련된다. 내측 하우징(120)에는 외측 하우징(110)을 향하여 돌출된 복수의 핀을 마련할 수 있다. 이러한 핀들은 내측 하우징(120)의 표면적을 증가시키고, 내측 하우징(120)과 외측 하우징(110)의 접촉 면적을 증가시켜 방열 효율을 향상킬 수 있다.
따라서, 발광 유닛(300)에서 발생한 열은 내측 하우징(120)으로 전달되고, 내측 하우징(120)으로 전달된 열은 외측 하우징(110)을 통해 외부로 발산되며, 조명장치의 방열이 이루어진다.
렌즈 유닛(200)은 외측 하우징(110)에 장착된다. 렌즈 유닛(200)은 외측 하우징(110)에 장착된 발광 유닛(300)에서 방출되는 빛을 외부로 안내하는 기능을 수행하고, 적어도 하나 이상의 집광렌즈를 포함할 수 있다.
이러한 렌즈 유닛(200)은 발광 유닛(300)에서 방출되는 빛을 확산시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있도록, 폴리카보네이트 또는 아크릴 등의 수지로 이루어진 확산판을 벌브(bulb) 형태로 성형하는 것으로 제조될 수 있다.
발광 유닛(300)은 기판(310)과 기판(310)에 실장된 발광 소자 패키지(1)를 포함한다. 이러한 기판(310)은 인쇄회로기판일 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 패키지(1)는 인쇄회로기판 상에 표면실장기술(SMT) 방식으로 부착될 수 있다.
이러한 발광 소자 패키지(1)는 도 1 내지 도 3에서 설명한 제조방법에 의해 제조된 형광막을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 발광 소자 패키지(1)는 도 6 내지 도 10에서 설명한 발광 소자 패키지(1)일 수 있다. 따라서, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
한편, 발광 유닛(300)은 내측 하우징(120)에 장착될 수 있다. 즉, 발광 유닛(300)의 기판(310)은 내측 하우징(120)에 체결될 수 있다. 이를 위하여 조명 장치는 발광 유닛(300)의 기판(310)을 관통하여 내측 하우징(120)에 고정되는 체결수단(미도시)을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 체결수단은 스크류일 수 있으며, 기판(310)에는 발광 다이오드 발광 다이오드 패키지(10)가 실장된 일면과 그 배면을 관통하는 제1 체결홀(311)이 마련되고, 내측 하우징(120)에는 제1 체결홀(311)과 대응되는 위치에 제2 체결홀(121)이 마련될 수 있다.
한편, 조명 장치는 발광 유닛(300)과 내측 하우징(120) 사이에 배치되는 열전도 패드(400)를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 열전도 패드(400)가 발광 유닛(300)과 내측 하우징(120) 사이에 배치되는 경우 열전도 패드(400)에는 기판(310)의 제1 체결홀(311) 및 내측 하우징(120)의 제2 체결홀(121)과 대응되는 위치에 제3 체결홀(401)이 마련될 수 있다. 따라서, 이러한 구조에서 상술한 체결수단에 의하여 발광 유닛(300)과 열전도 패드(400)가 내측 하우징(120)에 고정될 수 있다.
따라서, 열전도 패드(400)는 발광 유닛(300)과 내측 하우징(120) 사이의 열 전달 성능을 높이고, 발광 유닛(300)과 내측 하우징(120)의 접촉면적을 증가시켜 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
전장부(미도시)는 외측 하우징(110)의 중공부(111)에 배치되며, 발광 유닛(300)과 전기적으로 연결된다. 이러한 전장부는 발광 유닛(300)에 전원을 공급하며, 발광 유닛과 전기적으로 연결되는 회로부 및 이러한 회로부를 절연시키기 위하여 회로부와 케이스 사이 공간에 충진되는 절연부를 포함할 수 있다.
한편, 회로부와 케이스 사이 공간에 충진되는 절연부는 실리콘으로 형성될 수 있다.
케이스(500)는 전장부를 둘러싸며 외측 하우징(110)의 중공부(111)에 삽입된다. 예를 들어, 케이스(500)는 일부 영역이 내측 하우징(120) 내부에 배치되도록 외측 하우징(110)의 중공부(111)에 삽입될 수 있다.
또한, 케이스(500) 및 외측 하우징(110)의 중공부(111)에는 케이스(500)의 용이한 삽입을 위한 구조가 각각 마련될 수 있다. 일 예로서, 케이스(500)의 외주면에는 가이드 돌기(미도시)가 마련될 수 있고, 외측 하우징(110)의 중공부(111)의 내주면에는 삽입과정에서 케이스(500)의 가이드 돌기가 안내되는 가이드 홈부(미도시)가 마련될 수 있다.
전원 소켓(600)은 케이스(500)에 장착될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1: 발광 소자 패키지 10: 패키지 몸체
20: 발광 소자 30: 지지기판
40: 형광막 그린시트 41: 형광막
50: 유리막 그린시트 51: 유리막
60: 렌즈부 100: 히트싱크
110: 외측 하우징 111: 중공부
120: 내측 하우징 200: 렌즈 유닛
300: 발광 유닛 310: 기판
400: 열전도 패드 500: 케이스
600: 전원 소켓

Claims (15)

  1. 지지기판 상에 형광막 그린시트를 부착하는 단계;
    상기 형광막 그린시트 상에 유리막 그린시트를 부착하는 단계;
    상기 형광막 그린시트 및 유리막 그린시트가 형성된 지지기판을 몰드 프레싱하여 상기 유리막 그린시트 상에 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 형광막 그린시트 및 패턴된 유리막 그린시트를 소성하여 형광막 및 패턴된 유리막을 형성하는 단계를 포함하는 형광막 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몰드 프레싱하여 상기 유리막 그린시트 상에 패턴을 형성하는 단계는 상기 형광막 그린시트의 상부에도 패턴이 형성되도록 몰드 프레싱하는 것을 특징으로 하는 형광막 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유리막 그린시트를 부착하는 단계 이전에,
    상기 형광막 그린시트를 소성하여 형광막을 형성하는 단계를 더 포함하는 형광막 제조방법.
  4. 지지기판 상에 형광막 그린시트를 부착하는 단계;
    상기 형광막 그린시트 상에 유리막 그린시트를 부착하는 단계;
    상기 형광막 그린시트 및 유리막 그린시트를 소성하여 형광막 및 유리막을 형성하는 단계; 및
    상기 소성된 유리막 상에 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 형광막 제조방법.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 형광막 그린시트는 필름 상에 유리 분말, 형광체 분말, 유기 바인더 및 분산제를 혼합하여 코팅시켜 형성된 것을 특징으로 하는 형광막 제조방법.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 소성 온도는 500℃ 내지 620℃인 것을 특징으로 하는 형광막 제조방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지기판 하부에 렌즈부를 형성하는 단계를 더 포함하는 형광막 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 소성된 유리막 및 형광막에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 형광막 제조방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴은 홀 패턴, 라인 패턴, 홈 패턴 또는 요철 패턴을 포함하는 형광막 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 유리막 및 형광막의 패턴의 종횡비(aspect ratio)는 2 대 1 내지 6 대 1인 것을 특징으로 하는 형광막 제조방법.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 형광막.
  12. 장착부를 구비하는 패키지 몸체;
    상기 장착부에 장착되는 발광 소자;
    상기 발광 소자 상에 위치하는 지지기판;
    상기 지지기판 상에 위치하는 형광막; 및
    상기 형광막 상에 위치하는 패턴된 유리막을 포함하는 발광 소자 패키지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 형광막의 상부는 패턴된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 지지기판의 하부에 형성된 렌즈부를 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 형광막 및 패턴된 유리막은 형광막 그린시트 및 패턴된 유리막 그린시트를 소성하여 제조된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
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