JP5903212B2 - 蛍光体の製造方法及び蛍光体を含む発光装置 - Google Patents
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Description
本実施例は、蛍光体の製造方法と、前記製造方法によって製造された蛍光体を含む発光装置に関する。
発光ダイオード(ＬＥＤ：Light Emitting Diode)は、ＧａＡｓ系列、ＡｌＧａＡｓ系列、ＧａＮ系列、ＩｎＧａＮ系列及びＩｎＧａＡｌＰ系列等の化合物半導体材料を利用して発光院を構成することができる。
このような発光ダイオードは、パッケージ化されて多様な色を放出する発光装置として利用されており、前記発光装置は、カラーを表示する点灯表示器、文字表示器及び映像表示器等の多様な分野に光源として用いられている。
本発明の実施例は、発光装置に用いられるシリケート蛍光体に形成されるクラック(crack)にナノサイズの蛍光体が挿入されるようにすることで、前記クラックによる光散乱を低減させて発光装置の光学的効率を増大させることができる蛍光体の製造方法と、前記蛍光体を含む発光装置を提案する。
本発明の実施例の蛍光体の製造方法は、第１溶液内に蛍光体を入れて撹拌させるステップ；第１溶液内にナノサイズのナノ蛍光体を入れて撹拌させるステップ；及び上澄液を分離させ、前記蛍光体を乾燥させるステップ；を含む。
そして、前記第１溶液は、超純水(DI water)、エタノール、アセトン、メタノール及びイソプロピルアルコールのうちいずれか一つである。
そして、前記第１溶液内に蛍光体を入れて撹拌させるステップ以前に、前記第１溶液を５０℃になるまで加熱しながら撹拌させるステップをさらに含む。
そして、前記第１溶液内に蛍光体を入れて撹拌させるステップは、前記溶液の温度が５０℃以下に落ちないように加熱しながら撹拌させる。
また、本発明の実施例の発光装置はボディ（体）；前記ボディに形成されるキャビティーに実装される発光素子；前記キャビティーに形成される樹脂物；及び前記樹脂物に添加される蛍光体；を含み、前記蛍光体はナノサイズのナノ蛍光体が吸着されている。
提案されるような実施例の蛍光体の製造方法及び前記蛍光体を含む発光装置によって、発光素子から出射された光が蛍光体を通過する時に光効率が低下されることを低減させることができる長所がある。
以下では、本実施例に対して添付される図面を参照して詳しく説明するようにする。但し、本実施例が開示する事項から本実施例が有する発明の思想の範囲が決まることができ、本実施例が有する発明の思想は提案される実施例に対して構成要素の追加、削除、変更等の実施変形を含む。
図１は本発明の発光装置を示す図である。
図１を参照すれば、発光装置１００はパッケージボディ（体）１１０、発光素子１２０、樹脂物１２５、リードフレーム１３２、１３４を含む。
前記パッケージボディ１１０はポリフタルアミド(ＰＰＡ)、液晶ポリマー(ＬＣＰ)、シンジオテックティックポリスチレン(ＳＰＳ)のうち一つの材質を利用して所定形状で射出成形され、ボディ上部１１２にキャビティー１１５が一定の深みで形成される。前記キャビティー１１５の周りは底面に垂直の軸を基準に所定角度程度に傾くように形成されることができる。
前記パッケージボディ１１０には水平に配置される複数個のリードフレーム１３２、１３４が形成され、上側に反射コップ形状のキャビティー１１５が形成される。
前記複数個のリードフレーム１３２、１３４は前記キャビティー１１５内部に露出して電気的に分離する。前記複数個のリードフレーム１３２、１３４の両端は前記パッケージボディ１１０の外部に露出して電極に利用される。前記リードフレーム１３２、１３４の表面には反射物質がコーティングされることもできる。
前記複数個のリードフレーム１３２、１３４のうち第１リードフレーム１３２には発光素子１２０がダイボンディングされる。前記発光素子１２０はワイヤ１２２で第１及び第２リードフレーム１３２、１３４に連結される。
そして、前記発光素子１２０は赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオード等のような有色の発光ダイオードのうち少なくとも一つであるか、少なくとも一つの紫外線(ＵＶ)発光ダイオードであることができる。
前記キャビティー１１５の領域には前記樹脂物１２５が形成される。前記樹脂物１２５は透明なシリコーンまたはエポキシ材質を含み、蛍光体１４０が添加される。前記蛍光体１４０はシリケート系蛍光体であることができ、特に、前記蛍光体１４０の表面一部にはナノサイズの蛍光体が形成されている。
また、前記樹脂物１２５上には凸レンズが形成されることもできる。また、複数個のリードフレーム１３２、１３４には前記発光素子１２０の保護のためにツェナダイオードのような保護素子が搭載されることもできる。
前記樹脂物１２５に添加される前記蛍光体１４０はその表面に多数のクラックが形成されることができる(図２参照)。従来における蛍光体の製造方法特性上、前記蛍光体表面には所定深さが陷沒された形状のクラックが複数個形成されることができ、このようなクラックが形成された蛍光体をそのまま樹脂物１２５に添加させる場合には、前記発光素子１２０から出射された光が前記クラックで不規則的に散乱されて光学特性を低下させる要因になる。
クラックが形成される蛍光体に対し、ナノサイズの蛍光体を投入させて前記クラックがナノサイズの蛍光体(ナノサイズの蛍光粉末であり、以下では、簡単に‘ナノ蛍光体'という)で埋められる。すなわち、図３に図示されたように、蛍光体１４０表面に発生されるクラックに球形のナノ蛍光体３００がコーティングまたは満たされるようにすることで、クラックによる光散乱を低減させることができるようになる。そして、ナノ蛍光体３００は熱噴霧分解法によって形成されることができる。
ナノ粒子は前記蛍光体１４０の不規則な構造を滑らかに満たすために同色同一物質のナノ蛍光体３００を使うことができる。ナノ蛍光体３００としては蛍光剤と同一のシリコーン系蛍光体を使うこともでき、例えば、ＳｒＢａＳｉＯ：Ｅｕを使うことができる。同色同一物質のナノ蛍光体３００を使う場合、バンデルバルス(van der vals)の力によってナノ蛍光体３００と蛍光体１４０が付着するようになることで、光効率が２０〜３０％高くなることができる。
以下では、本発明の実施例によって球形のナノ蛍光体と前記ナノ蛍光体を前記蛍光体１４０表面(特に、クラック)にコーティングさせる方法に対して詳しく説明する。
図４ないし図８は本発明の実施例によって蛍光体を製造する方法を説明する図である。
先に、図４を参照すれば、撹拌器４１０と、前記撹拌器に置かれて溶液を収容するビーカー４３０を準備する。そして、前記ビーカー４３０内に超純水(DI water)溶液４０１を入れ、前記ビーカー４３０内にマグネチックバー４２０を入れた後、前記撹拌器４１０の電源をオン(ＯＮ)させる。
前記マグネチックバー４２０は、回転軸のような構成要素によって固定されていない状態であることができ、前記マグネチックバー４２０を回転させる撹拌器４１０は前記マグネチックバー４２０と接触せず、外部で磁力を印加して前記マグネチックバー４２０を回転させる磁石式撹拌器になることができる。ここで、磁石式撹拌器は回転する電磁石を利用して回転する形態の磁気力を発生させ、発生された磁気力を外部で印加すれば、撹拌器外部の磁性体(マグネチックバー)が磁力を印加されて回転されることができる。
前記ビーカー４３０内に超純水溶液４０１と前記マグネチックバー４２０を入れた後、前記撹拌器４１０を動作させるが、この時、前記超純水溶液４０１の温度が所定温度になるまで加熱しながら撹拌させる。所定温度はおおよそ５０℃程度であることが好ましい。ここで、前記超純水溶液４０１の代りに、エタノール、アセトン、メタノール、イソプロピルアルコール等が用いられることができ、実施例によってさらに多様な溶液が利用されることができる。
次に、図５に図示されたように、超純水溶液４０１内に蛍光体５１０ １００gを入れ、３０分程度さらに撹拌させる。この時、溶液の温度が上の所定温度(おおよそ５０℃)以下に落ちないように加熱しながら撹拌するようにする。
そして、前記蛍光体５１０はシリケート系の物質からなることができ、平均粒径の大きさが１５μｍになることができる。但し、製造しようとする蛍光体によってそのサイズ及び物質の種類は多様に変更可能であるため、さらに詳細な説明は省略することにする。
この時、ビーカー４３０内には、超純水溶液４０１と蛍光体５１０が混合している。次に、図６に図示されたように、前記ビーカー４３０内にナノ蛍光体６１０を投入して、撹拌させる。前記ナノ蛍光体６１０は１００ｎｍないし４００ｎｍ範囲のサイズを有する蛍光物質からなり、熱噴霧(thermal spray)分解工程を通じてナノサイズのナノ蛍光体が形成されることができる。ナノ蛍光体６１０の大きさが１００ｎｍより小さい場合、輝度が劣ることができる。特に、前記ナノ蛍光体６１０は上記蛍光体５１０と同一の色の蛍光物質からなる。例えば、前記蛍光体５１０がシリケート系黄色蛍光体の場合に、前記ナノ蛍光体６１０もシリケート系黄色蛍光物質からなる。これは、前記ナノ蛍光体６１０が前記蛍光体５１０の表面にコーティングされるため、前記蛍光体５１０が添加される樹脂物を通じて同一色の光が出射されるようにするためである。
実施例によれば、ビーカー４３０にナノ蛍光体６１０ １０gを投入するが、ナノサイズの粉末であるため、飛ばさないようにゆっくり投入しながらこれと共に酢酸を所定量と共に投入することができる。例えば、前記ナノ蛍光体６１０と共に酢酸１mlを入れ、前記ビーカー４３０内の溶液の温度が所定温度、好ましくはおおよそ５０℃以下にならないようにする。撹拌時間はおおよそ１時間程度行うことができ、作業者はビーカー４３０を確認しながら蛍光体分散を確認する。
ここで、前記酢酸を共に投入させる理由は、荒い表面を有する前記蛍光体５１０の表面がエッチングされるようにすることで、前記ナノ蛍光体６１０が前記蛍光体５１０のクラックによく吸着されるようにするためである。
前記酢酸以外に、前記蛍光体５１０の表面をエッチングすることが可能な溶液であれば実施例によって多様な溶液が用いられることができる。
次に、図７に図示されたように、前記撹拌器４１０のヒーターを消し、ビーカー４３０内の溶液の温度を低め、おおよそ２０℃となった時、１０％のＺｎＳＯ４溶液を入れ、１時間程度さらに撹拌させる。ここで、ＺｎＳＯ４溶液)を投入する理由は、前記ビーカー４３０内の溶液をイオン化させて粒子間静電気力を増加させ、前記ナノ蛍光体６１０が蛍光体５１０表面にさらに吸着がよく成り立つようにするためである。
そして、所定時間(おおよそ１時間)が経過した後、前記撹拌器４１０を停止させ、溶液の分散状態を確認する。すなわち、蛍光体上にある上澄液が透明であるか否かを確認する。
すなわち、図８に図示されたように、上澄液８１０が透明になったか否かを確認し、前記上澄液８１０の透明度によって撹拌時間が延長されるか、減ることができる。前記上澄液８１０が透明になれば(ここでの透明度は実施例または作業者によって多様に設定されることができる)、ナノ蛍光体６１０が蛍光体５１０表面によく吸着されたことを示すため、上澄液８１０と蛍光体が含まれた溶液８２０を分離させる。ここで、回転ポンプを使って前記上澄液８１０と蛍光体が含まれた溶液８２０を分離させることが可能であり、分離後は前記蛍光体が含まれた溶液８２０を乾燥させる。
これにより、前記ナノ蛍光体６１０が吸着されている蛍光体５１０の製造が完了する。製造された蛍光体５１０は図１に図示された図面符号１４０の蛍光体になり、前記発光素子１２０から出射される光は表面の荒さが緩和された蛍光体を通過するようになるため、光散乱による光効率低下を減らすことができる。
Claims (4)
- 第１溶液内に多数のクラックを含むシリケート系物質の蛍光体を入れて５０℃になるまで加熱しながら撹拌させるステップ；
前記第１溶液内に、ナノサイズの前記蛍光体と同色の同一物質であるナノ蛍光体と共に酢酸を入れて溶液の温度が５０℃以下に落ちないように加熱しながら撹拌させ、前記ナノ蛍光体が前記クラックに吸着されるステップ；及び
前記撹拌された溶液から上澄液を分離させ、前記蛍光体を乾燥させるステップ；を含む蛍光体の製造方法。 - 前記第１溶液は超純水(DI water)、エタノール、アセトン、メタノール及びイソプロピルアルコールのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体の製造方法。
- 前記ナノ蛍光体は熱噴霧分解法によって製造されることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光体の製造方法。
- 前記第１溶液内にナノサイズのナノ蛍光体を入れて撹拌させるステップ以後には、ＺｎＳＯ４溶液をさらに入れて撹拌させるステップを行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蛍光体の製造方法。
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