KR100973238B1 - 형광체 코팅방법 및 장치 그리고 형광체 코팅층을 포함하는ｌｅｄ - Google Patents

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Abstract

여기에서는, 전기영동법을 이용하여 LED칩에 형광체 코팅층을 형성하는 형광체 코팅방법이 개시된다. 개시된 형광체 코팅방법은, 현탁액 내에 있는 형광체 입자들을 크기별로 분리하는 입자 분리 단계와, 크기 별로 분리된 형광체 입자들을 상기 크기 별로 상기 LED칩 표면에 순서대로 증착하는 코팅 단계를 포함한다.
전기영동법, 형광체, 코팅, LED, LED칩, 애노드, 캐소드, 침전조

Description

형광체 코팅방법 및 장치 그리고 형광체 코팅층을 포함하는 ＬＥＤ{PHOSPHOR COATING METHOD AND APPARATUS AND LED COMPRISING PHOSPHOR COATING LAYER}
본 발명은 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode) 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전기영동법에 의해 발광다이오드(이하, 'LED'라 함)의 LED칩에 형광체를 코팅하는 기술에 관한 것이다.
LED 패키지 공정에 있어서의 중요한 사항 중 하나는 LED칩, 형광체 및 봉지부재를 이용하여 높은 효율의 광학계를 만드는 것이다. 일반적인 LED 패키지 설계에서, LED칩, 봉지재 및 형광체를 포함하는 광학계의 봉지재 형성에는 예를 들면, 에폭시 수지 또는 실리콘 겔과 같은 봉지 재료가 이용된다.
일반적인 LED 패키지의 설계는 다음과 같은 단점들이 있다.
첫째, 광학계의 광학적인 비친화성으로서, LED칩, 형광체, 봉지재(에폭시 또는 실리콘)의 굴절율 차이에 의해 프레즈넬 반사(Fresnel reflections) 및 내부 전반사(Total Internal Reflection; TIR) 손실이 야기된다.
둘째는, LED 광 방사의 균일성 부족으로서, 상이한 두께를 갖는 복합물에서의 형광체의 부피적인 분포로 인해, 균일한 광선 각도를 얻기가 더욱 어려워진다. 또한, 백색광에서 청색 편이(즉, 청색으로 치우친) 영역과 황색 편이(즉, 황색으로 치우친) 영역이 발견될 수 있다.
셋째는, 형광체의 국부적인 밀도 편차로서, 그러한 밀도 편차로 기인하여, 영구적인 광학 좌표를 얻는데 어려움이 따른다.
넷째는, 형광체 낭비로서, 부피적인 복합물 코팅을 반드시 이용하는 것에 따라 많은 형광체의 낭비가 초래된다.
도 1은 형광체를 LED칩에 코팅하는 방법인 전기영동법의 원리를 보여주는 도면으로, 도 1을 참조하면, 애노드 전극과의 관계에서 캐소드 전극의 일부로 작용하는 LED 기재(LED substrate) 상에 대전된 형광체(phosphor)가 증착된다. 즉, 전기영동법은 형광체가 고밀도로 LED 기재 또는 그 일부인 LED칩에 직접 증착되는 것을 가능하게 하는 형광체의 코팅 방법으로, 기존 에폭시 또는 실리콘 기지(matrix)를 요하지 않고, 형광체의 "실효 굴절율"이 변하지 않는다. 형광체의 굴절율이 높으면, 증착된 형광체의 광출력도 높다. 전기영동에 대한 접근은 큰 LED칩(예컨대, 1ㅧ 1 mm2 이상)이 이용되는 고출력 파워 백색 LED에 있어서 매우 중요하다.
전기영동 형광체 증착 방법과 관련한 선행기술문헌으로는, "Lumlieds Lighting CO"에 의한 특허등록 US6576488, US6642652, US6686581 및 특허공개 US20070045761 등이 있다. 또한, "Agilent Technology, INC" 에 의한 US6864110, US6924233 그리고 "NICHIA KAGAKU KOGYO KK"에 의한 JP2006-21049에는 대전 형광체 입자들을 LED칩의 전도성 표면들에 증착하는 전기영동법이 개시되어 있으며, 여기 에는, 색띠(colored ring) 현상 없이 균일한 백색광을 만들어내는 균일한 두께의 형광체층을 형성하는 방법을 제안하고자 하였다.
전기영동 증착을 위한 균등질의 현탁액 조성을 위해, 미세한 형광체 입자들이 이용된다. 현탁액 내 형광체 입자들의 전형적인 크기는 2~5㎛이며, 전기영동장치는 조 내에서 현탁액을 혼합된 상태로 유지시키는 교반장치를 포함한다. 용액은 예컨대 24시간 교반하는 것에 의해 잘 혼합된다.
그에 따라, 형광체층은 작은 형광체 입자들로 이루어지지만, 그와 같은 형광체층은 형광체의 파장 변환효율이 상대적으로 적정하지 못하다. 형광체 입자들의 크기를 줄이면, 그것들의 침전이 크게 줄지만, 그와 함께 형광체들의 파장 변환 효율도 감소된다. 전형적으로, 실리케이트 형광체들의 직경을 20㎛으로 10㎛으로 1/2 감소시키면, 대략 10~20%의 효율 저하가 야기된다. 일반적으로, 15㎛ 직경의 형광체 입자들이 높은 방사 효율을 유지하는 것으로 알려져 있다.
따라서, 일면으로는, 형광체 코팅 효율을 높이기 위해 큰 입자의 형광체를 이용하여야 하지만, 큰 입자들로 된 형광체층은 큰 형광체 입자의 저밀도로 인해 완전하지 못하게 된다. 형광체 밀도를 높이기 위해 형광체층의 두께를 증가시키는 것이 필요하지만, 이는 형광체 낭비를 초래하고, 큰 입자들에 의해 광의 내부 자기 흡수와 광의 산란을 증가시킨다.
따라서, 본 발명은, 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 개선된 전기영동 방식에 의해, 코팅된 형광체층의 효율을 개선하고, 그와 동시에, 코팅된 형광체층의 품질과 LED의 특성도 향상시키는 기술을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따라, 전기영동법을 이용하여 LED칩에 형광체 코팅층을 형성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 현탁액 내에 있는 형광체 입자들을 크기별로 분리하는 입자 분리 단계와, 크기 별로 분리된 형광체 입자들을 상기 크기 별로 상기 LED칩 표면에 순서대로 증착하는 코팅 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 입자 분리 단계는, 원심 분리 또는 중력 분리를 이용하여, 현탁액 중의 형광체 입자들이 크기가 큰 순서대로 조(bath) 내에 깊게 침전되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 입자 분리 단계와 상기 코팅 단계는 LED칩이 놓이는 캐소드 전극과 그에 대응하는 애노드 전극이 배치된 전기영동조 내에서 함께 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 코팅 단계는 상기 LED칩이 놓이는 캐소드 전극과 그에 대응하는 애노드 전극이 함께 배치된 전기영동조 내에서 이루어지고, 상기 입자 분리 단계는, 침전조 내에서 형광체 입자들을 복수의 층 영역으로 분리하여 이루어지되, 복수의 층 영역 별로 형광체 입자들이 상기 전기영동조 내에 순서대로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 코팅 단계는, 큰 크기의 형광체 입자들을 먼저 증착하고, 작은 크기의 형광체 입자들을 나중에 증착할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 코팅 단계는, 큰 크기의 형광체 입자 증착과 작은 크기의 형광체 입자 증착 중간에 중간 크기의 형광체 입자를 증착할 수 있다. 이때, 상기 큰 크기의 형광체 입자들을 증착하기 전에, 작은 크기의 형광체를 예비로 증착할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 입자 분리 단계에 의해, 상기 전기영동조 내의 현탁액은 형광체 입자들의 크기 별로 복수의 층 영역으로 분리되되, 상기 코팅 단계는 상기 캐소드 전극을 복수의 층 영역 중 하나의 층 영역으로부터 다른 층 영역으로 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 캐소드 전극은 연속적으로 순환하면서 상기 전기영동조를 통과하는 순환 벨트형 캐소드 전극이며, 상기 순환 벨트형 캐소드 전극을 이용하여 복수의 LED칩을 상기 전기영동조에 연속적으로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따라, 전기영동법을 이용하여 LED칩에 형광체 코팅층을 형성하는 LED의 형광체 코팅장치가 제공되되, 상기 코팅장치는, 중력 분리 또는 원심 분리에 의해 입자의 크기 별로 형광체 입자가 복수의 층 영역으로 분리된 현탁액을 수용하는 전기영동조와, 상기 LED칩이 놓이며, 상기 전기영동조 내에서 상기 현탁액의 복수의 층 영역 중 하나의 층 영역에 있도록 배치되는 캐소드 전극과, 상기 캐소드 전극과 마주하게 배치되는 애노드 전극과, 적어도 상기 캐소드 전극을 상기 복수의 층 영역 중 하나의 층 영역으로부터 다른 층 영역으로 상하 이동시키 도록 마련된 전극 승강수단을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 전기영동법을 이용하여 LED칩에 형광체 코팅층을 형성하는 LED의 형광체 코팅장치가 제공되며, 상기 형광체 코팅장치는, 중력 분리 또는 원심력 분리에 의해 입자의 크기 별로 형광체 입자가 복수의 층 영역으로 분리된 현탁액을 수용하는 침전조와, 상기 LED칩이 놓이는 캐소드 전극 및 그에 대응하는 애노드 전극이 배치되는 전기영동조와, 상기 복수의 층 영역들 중 하나의 층 영역을 선택하여, 그 선택된 층 영역의 현탁액을 관로들을 통해 상기 전기영동조에 공급하도록 배치된 펌프 및 밸브를 포함한다.
바람직하게는, 상기 형광체 코팅장치는, 형광체 입자 증착 후, 상기 복수의 층 영역 중 하나의 층 영역을 선택하여, 상기 전기영동조에 남은 현탁액을 관로들을 통해 상기 선택된 층 영역으로 복귀시키도록 배치된 펌프 및 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 캐소드 전극은 복수의 LED칩을 실은 채 연속적으로 순환하면서 상기 전기영동조를 통과하는 순환 벨트형 캐소드 전극으로 이루어진다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 코팅장치는, 복수의 층 영역에 상응하게 상기 침전조에 연결되는 복수의 분리조를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따라, 전기영동법에 의해 LED칩 표면에 형성된 형광체 코팅층을 포함하는 LED가 제공되며, LED의 형광체 코팅층은, 상기 LED칩 표면에 먼저 증착된 큰 크기의 1차 형광체 입자들과, 상기 1차 형광체 입자들 사이의 틈들을 메우면서 증착된, 상기 1차 형광체 입자들보다 작은 크기의 2차 형광체 입자들을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 전기영동법에 의해 LED칩 표면에 형성된 형광체 코팅층을 포함하는 LED가 제공되며, 상기 LED의 형광체 코팅층은, 상기 LED칩 표면에 예비로 증착된 예비 형광체 입자들과, 상기 예비 형광체 입자들보다 큰 크기로 상기 예비 형광체 입자들보다 나중에 증착되는 1차 형광체 입자들과, 상기 1차 형광체 입자들 사이의 틈들을 메우면서 증착된, 상기 1차 형광체 입자들보다 작은 크기의 2차 형광체 입자들을 포함한다.
본 발명에 따르면, 형광체 코팅 효율을 높이기 위해 큰 입자의 형광체를 이용할 수 있고, 거기에 더하여, 큰 입자들로 된 형광체층들 사이의 홀을 작은 입자의 형광체들이 메우므로, 형광체 밀도를 높일 수 있고, 그에 따라, 질 좋은 형광체 코팅층이 LED칩 표면에 형성된 LED를 얻을 수 있다.
이하에서는 다양한 실시예들을 예로 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하기고 한다.
도 2에는 전기영동에 의한 형광체 코팅에 이용되는 형광체 입자들의 분포를 보여주는 그래프이다. LED칩에 대한 효율 높은 형광체 증착을 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 넓은 분포의 입자 크기들을 갖는 형광체 혼합물이 선택되어 이용될 수 있다.
그와 같은 형광체들의 혼합물은, 작은 크기(1~5㎛)의 형광체 입자들과 큰 크 기의 형광체 입자들(10㎛ 이상)을 포함할 수 있다. 배경기술의 설명에서 언급한 바와 같이, 큰 입자의 형광체일수록 방사효율(또는, 발광효율)이 좋다.
먼저, 넓은 분포의 입자 크기를 갖도록 선택된 파우더 형태의 형광체 혼합물은, 전해질 현탁액과 교반에 의해 잘 혼합된다. 다음, 그 혼합된 현탁액을 소정 시간 동안 전기영동조 내에서 외부 접촉 없이 유지하면, 형광체 파우더의 침전이 이루어진다. 침전으로 인해, 전기영동조 내에서는 형광체 입자들의 깊이적인 분포가 생긴다. 즉, 큰 입자들은 현탁액 중에서 좀더 아래에 위치하고 작은 입자들은 현탁액 중에서 높게 위치한다. 이에 따라, 전기영동조 내부가 복수의 층이 되는 것을 생각할 수 있다. 단순화하여, 도 3에 도시된 것과 같은 2 층의 영역으로 분리된 현탁액이 고려될 수 있다. 이하에서는 도 3을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 코팅장치 및 코팅방법을 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 형광체 코팅장치(100)는 전기영동조(110)와, 상기 전기영동조(110) 내에 배치되는 애노드 전극(120) 및 캐소드 전극(140)을 포함한다. 상기 애노드 전극(120)과 상기 캐소드 전극(140)은 외부의 전원(160)에 연결된다. 상기 애노드 전극(120)은 상기 전기영동조(110) 내에서 낮은 높이로, 즉, 상기 전기영동조(110)의 바닥에 근접하여 위치하며, 상기 캐소드 전극(140)은 상기 애노드 전극(120)의 상측에서 상기 애노드 전극(120)과 마주하게 위치한다. 또한, LED칩(2)은 패키지의 일부인 기재 상에 실장된 상태로 또는 배어칩(bare chip)의 상태로 상기 캐소드 전극(140) 상에 놓인다.
상기 전기영동조(110) 내의 현탁액은 형광체 입자들의 평균 크기에 의해 큰 입자가 주로 존재하는 아래쪽의 제 1 층 영역(F1)과 상대적으로 작은 입자가 주로 존재하는 위쪽의 제 2 층 영역(F2)으로 구분된다. 상기 구분의 기준은 작업자에 의해 임의로 정해지질 수 있는 것으로 엄격하게 정해지는 것은 아니다. 상기 전기영동조(110) 내에서의 큰 형광체 입자와 작은 형광체 입자는 중력 분리 또는 원심 분리에 의해 이루어질 수 있다.
먼저, LED칩(2)의 표면에 큰 형광체 입자들을 증착하기 위해, 상기 LED칩(2)이 놓인 캐소드 전극(140)은 큰 형광체 입자가 존재하는 제 1 층 영역(F1)에 위치한다. 이때, 캐소드 전극(140) 아래에 위치한 애노드 전극(120)도 상기 제 1 층 영역(F1)에 위치함은 물론이다. 그와 같은 위치에서, 전원(160)으로부터 전극들에 전압이 인가되면, 상기 LED칩(2)의 표면에는 큰 크기의 형광체 입자가 대전된 상태로 상기 캐소드 전극(140)을 향해 이동하여, 상기 LED칩(2)의 표면에 거친 배열로 증착된다.
다음, 상기 캐소드 전극(140)은 작은 형광체 입자들의 증착을 위해, 작은 형광체 입자들이 주로 존재하는 제 2 층 영역(F2)으로 이동된다. 본 실시예에서는, 전동력, 유압, 또는 공압에 의해, 상기 캐소드 전극(140)을 상하로 이동시키는 전극 승강수단(170)을 구비한다. 그러나, 상기 전극 승강수단(170)을 생략하고, 작업자가 상기 캐소드 전극(140)을 수동으로 이동시키는 것도 고려될 수 있다. 캐소드 전극(140) 및 그곳에 위치한 LED칩(2)이 제 2 층 영역(F2)으로 이동한 다음, 전원(160)으로부터 전극들에 전압이 인가되면, 상기 LED칩(2) 표면에는 작은 입자의 형광체들이 미리 증착된 큰 형광체 입자들 사이의 틈, 즉, 형광체 코팅층의 홀들을 메우면서 LED칩(2)에 증착되어, 형광체 코팅층의 밀도 질을 개선한다.
도 4의 (a)와 (b)는 예컨대, 도 3에 도시된 것과 같은 형광체 코팅장치를 이용하여 이루어지는 전기영동 형광체 코팅방법을 단계별로 보여준다.
도 4의 (a)에 도시된 제 1 단계, 즉, 큰 입자들이 코팅되는 단계에서는, 초기 형광체 코팅층의 질은 떨어진다. 형광체 코팅층에는 큰 형광체 입자(4a)들 사이로 많은 수의 틈들 존재하며, 그 틈들을 통해 상당량의 청색 방사광이 황색광 또는 기타 다른 색의 광으로 파장 변환되지 못한 채 통과한다. 초기 형광체 코팅층만을 갖는 청색 LED칩을 포함하는 백색 LED를 상정하면, 그 LED는 파장 변환되지 않는 많은 양의 청색광으로 인해, 청색 편이가 심한 백색광을 발하게 될 것이다. 도 4의 (b)에 도시된 제 2 단계의 증착에 의하면, 작은 형광체 입자(4b)들이 미리 형성된 형광체층의 홀들(즉, 큰 형광체 입자들 사이의 틈들)을 채우므로 형광체 코팅층의 질이 더욱 좋아지며, 색좌표 또한 더욱 좋아지게 된다. 따라서, 위의 제 1단계와 제 2단계를 이용하면, 높은 효율 그리고 높은 질을 갖는 파장 변환용 형광체 코팅층을 만들 수 있다. 도 4의 (a) 및 (b)에서, 부호 S는 LED칩(2)이 실장되는 기재를 나타내는 것으로서, 이것은 통상적인 LED 패키지의 일부일 수 있다.
상기 전기영동조 내에 수용되는 현탁액의 한 실시예를 들면, 용액은 용매로서의 물 및 이소프로필 알코올과, 전해제로서의 La(NO3)2, Al(NO3)2 또는 기타 다른 염제와, 형광체 입자로서의 도프트 이트륨 알루미늄 가닛 화합물(doped yttrium aluminum garnet) (또는, 예를 들면, 티오갈레이트(thiogallate), 실리케이 트(silicate) 등과 같은 몇몇 다른 타입의 형광체들)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기영동법은 코팅층의 제어가 쉽고, 코팅 공정의 속도와 시간의 제어가 가능하며, 그에 따라, 형광체 코팅층이 일정 두께들 갖도록 하는 것이 가능하다. 몇몇 실시예에서, 형광체 코팅층의 두께는 약 20㎛~약 100㎛일 수 있다.
도시하지는 않았지만, LED칩 표면에 전기전도도를 제공하도록, 전기전도층이 LED칩 표면에 피복될 수 있으며, 전기영동법에 의하면, 전술한 형광체 코팅층은 실질적으로는 상기 전기전도층 상에 증착되는 것이다. 상기 전기전도층의 전기전도도는, 전기영동공정 중에는 전극들의 일부로 이용될 수 있되 LED의 일반 작동 중에는 회로 쇼트를 일으키지 않는 정도로 선택된다. 전기전도층은 투명 산화층, 보다 구체적으로는, ITO(Indium-Tin-Oxide), ATO(Antimony-Tin-Oxide)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 산화물일 수 있다. 실용적인 실시예에 있어서는, 상기 전기전도층은 ATO로 이루어지며, 대략 52nm의 두께를 갖는다. 이러한 전기전도층은 LED칩 표면을 ATO 용액으로 적신 후 그것을 건조시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 증착에 의해 얇고 투명한 Al 필름을 LED칩 표면에 형성한 후, 전기영동이 끝나면, 그 AL 필름을 산화시켜 투명의 절연체로 만들 수도 있다. 전기영동 증착에 대하여 코팅이 이루어지는 대상인 기재(substrate)의 다른 영역을 보호하기 위해, 절연층 피복(또는 마스크)이 이용된 후, 그 피복이 예를 들면, 아세톤을 이용하는 통상의 습식 스트리핑(stripping)이나 기계적 또는 건식 스트리핑(예컨대, 산소 플라즈마를 이용한 스트리핑)에 의해 제거될 수 있다. 애노드 전극과 LED칩 사이의 전극 거리(예컨대, 3 ~ 10cm)는 용액 내 형광체 분포와 약 40 내지 500V의 전력 공급 전압에 따라 달라질 수 있다. 상기 전압은 상기 전극 거리에 따라 달라질 수 있다.
도 3에는 전기영동조(110) 내에 위치하는 전극들 증 애노드 전극(120)의 위치는 고정되고, LED칩이 놓인 캐소드 전극(140)의 위치만 변하여, 전극 거리가 변하는 구조가 도시되어 있지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 애노드 전극(120)과 캐소드 전극(140)으로 이루어진 전극 쌍이 전기영동조(110) 내에서 동시에 이동될 수도 있다.
본 발명에 따르면, LED칩 상에 다층의 형광체 시스템을 형성하는 다양한 단계들이 가능하다. 예컨대, LED칩에 대하여, 얇고 작은 예비적인 형광체 입자들을 먼저 증착하고, 그 다음 큰 형광체 입자들을 증착한 후, 다시 작은 형광체 입자들을 증착하는 것이 가능하다. 또한, 크기 뿐 아니라 성질에 있어서도 다른 형광체 종류를 이용하여 다층의 형광체 시스템을 LED칩에 형성하는 것도 가능하다.
앞선 실시예들의 설명에서는, 전기영동에 의한 형광체 증착과 관련하여, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 큰 입자의 형광체를 증착하는 단계와, 작은 입자의 형광체를 증착하는 단계로만 이루어진 코팅방법이 소개된 바 있다.
이제, 앞선 본 발명의 실시예에 비해 더 개선된 전기영동 형광체 증착 기술에 대한 다양한 다른 실시예들에 대해 설명하기로 한다.
앞에서 간략하게 언급되었듯이, 작은 형광체 입자들과 큰 형광체 입자들을 분리시키기 위해, 침전 또는 침강에 의한 세팅이 이용되며, 특히, 중력 분리 또는 원심 분리에 의한 침전 공정이 이용될 수 있다.
도 6은 전기영동법을 이용하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코팅장치와 그 코팅장치를 이용하는 코팅방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 코팅장치(200)는, 침전조(201)와, 전기영동조(210)와, 상기 전기영동조(210) 내에 배치되는 애노드 전극(220) 및 캐소드 전극(240)과, 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극(240)에 전압을 인가하기 위한 전원(260) 등을 포함한다.
이때, 상기 침전조(201) 내의 형광체 현탁액은, 원심분리 또는 중력분리에 의하여, 형광체 입자들의 평균적인 크기에 따라 복수의 층 영역(또는, 복수의 프랙션(fractions)들로 나누어진다. 본 실시예에서, 상기 복수의 층 영역은 제 1 층 영역(F1), 제 2 층 영역(F2), 그리고, 제 3 층 영역(F3)으로 구분된다.
본 실시예의 코팅장치(200)는, 침전조(201)와 연결되어 있되 상기 제 1 층 영역(F1), 제 2 층 영역(F2) 그리고 제 3 층 영역(F3)에 대응하여 배치된 3개의 관로들과, 관로들의 말단에 연결된 제 1 밸브(272)를 포함한다. 상기 제 1 밸브(272)는 상기 3개의 관로들로부터 받은 제 1 층 영역(F1), 제 2 층 영역(F2) 또는 제 3 층 영역(F3)의 현탁액을 선택하여, 그 선택된 현탁액이 하나의 관로를 통해 상기 전기영동조(210)에 공급되는 것을 허용한다. 따라서, 상기 제 1 밸브(272)는 상기 제 1 층 영역(F1)의 큰 형광체 입자들, 상기 제 2 층 영역(F2)의 중간 크기 형광체 입자들, 그리고, 상기 제 3 층 영역(F3)의 작은 형광체 입자들을 상기 전기영동조(210) 내에 개별적으로 공급할 수 있다.
또한, 상기 코팅장치(200)는 하나의 관로를 통해 상기 전기영동조(210)에서 형광체 코팅에 이용되고 남은 형광체 입자들을 포함하는 현탁액을 받아, 그와 연결된 3개의 관로를 통해, 침전조(201)의 상기 제 1 층 영역(F1), 상기 제 2 층 영역(F2) 또는 상기 제 3 층 영역(F3)으로 선택하여 보내는 제 2 밸브(274)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 코팅장치(200)는, 상기 침전조(201)로부터 상기 제 1 밸브(272)를 경유하여 상기 전기영동조(210) 내로 현탁액을 공급하는 흐름을 제공하는 제 1 펌프(282)와, 상기 전기영동조(210)로부터 상기 제 2 밸브(274)를 경유하여 상기 침전조(201) 내로 현탁액을 회수하는 흐름을 제공하는 제 2 펌프(284)를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 펌프(282, 284)는 상기 침전조(201)와 상기 전기영동조(210) 사이에서 최적 속도의 현탁액 흐름을 가능하게 한다.
상기 전기영동조(201) 내에는 애노드 전극(220)과 함께 LED칩이 놓이는 캐소드 전극(240)이 위치한다. 앞선 실시예와 마찬가지로, 전원(260)으로부터의 전압 인가에 의해, 상기 LED칩(2)의 표면에는 전기영동에 의한 형광체 코팅층이 형성된다. 이때, 상기 LED칩(2) 상의 형광체 코팅층(들)은 형광체 입자의 크기, 전압, 전극의 거리 등을 조절함으로써 다르게 형성될 수 있다. 도 6에는 수직의 전기영동조(210) 내에 애노드 전극(220)과 캐소드 전극(240)이 수직으로 배치된 채 마주하는 구조가 도시되어 있지만, 수평의 전기영동조와 그 수평의 전기영동조 내에 배치된 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하는 구조도 고려될 수 있다.
상기 코팅장치(200)를 이용하여 전기영동법에 의해 형광체 코팅층을 LED칩에 형성하는 방법의 한 예를 설명하면 다음과 같다.
가장 먼저, 중력 분리 또는 원심 분리에 의해, 상기 침전조(201) 내의 현탁 액이 제 1 층 영역(F1)과 제 2 층 영역(F2)과 제 3 층 영역(F3)으로 분리된다. 다음, 제 1 펌프(282)의 구동, 그리고, 제 1 밸브(272)에 의한 상기 침전조(201)의 제 1 층 영역(F1)과 상기 전기영동조(210) 사이의 관로 개방에 의해, 상기 제 1 층 영역(F1)에 존재하던, 큰 크기의 형광체들을 포함하는 현탁액은 상기 전기영동조(210) 내로 공급된다.
다음, 전원(260)에 의해 상기 애노드 전극(220) 및 상기 캐소드 전극(240)에 전압이 인가된다. 이에 따라, 전기영동에 의해, 상기 캐소드 전극(240) 상의 LED칩(2) 표면에는 현탁액 중의 큰 형광체 입자들이 증착된다. 원하는 만큼의 증착이 있은 후, 전기영동조(210)에 남아 있던 현탁액은, 제 2 펌프(284)의 구동, 그리고, 제 2 밸브(274)에 의한 상기 전기영동조(210)와 상기 침전조(201)의 제 1 층 영역(F1) 사이의 관로 개방에 의해, 상기 침전조(201)의 제 1 층 영역(F1)으로 회수된다.
다음, 제 1 펌프(282)의 구동, 그리고, 제 1 밸브(272)에 의한 상기 침전조(201)의 제 2 층 영역(F2)과 전기영동조(210) 사이의 다른 관로 개방에 의해, 상기 제 2 층 영역(F2)에 존재하던, 중간 크기의 형광체들이 포함된 현탁액은 상기 전기영동조(210) 내에 공급된다.
다음, 전원(260)에 의해 상기 애노드 전극(220) 및 상기 캐소드 전극(240)에 전력이 인가된다. 이에 따라, 전기영동에 의해, 상기 캐소드 전극(240) 상의 LED칩(2) 표면에는 현탁액 중의 중간 크기 형광체 입자들이 증착된다. 원하는 만큼의 형광체 증착이 있은 후, 전기영동조(210)에 남아 있던 현탁액은, 제 2 펌프(284)의 구동, 그리고, 제 2 밸브(274)에 의한 상기 전기영동조(210)와 상기 침전조(201)의 제 2 층 영역(F2) 사이의 다른 관로 개방에 의해, 상기 침전조(201)의 제 2 층 영역(F2)으로 회수된다.
다음, 제 1 펌프(282)의 구동, 그리고, 제 1 밸브(272)에 의한 상기 침전조(201)의 제 2 층 영역(F3)과 전기영동조(210) 사이의 또 다른 관로 개방에 의해, 상기 제 3 층 영역(F3)에 존재하던, 작은 크기의 형광체들이 포함된 현탁액은 상기 전기영동조(210) 내에 공급된다.
다음, 전원(260)에 의해 상기 애노드 전극(220) 및 상기 캐소드 전극(240)에 전력이 인가된다. 이에 따라, 전기영동에 의해, 상기 캐소드 전극(240) 상의 LED칩(2) 표면에는 현탁액 중의 작은 크기 형광체 입자들이 증착된다. 원하는 만큼의 형광체 증착이 있은 후, 전기영동조(210)에 남아 있던 현탁액은, 제 2 펌프(284)의 구동, 그리고, 제 2 밸브(274)에 의한 상기 전기영동조(210)와 상기 침전조(201)의 제 3 층 영역(F3) 사이의 또 다른 관로 개방에 의해, 상기 침전조(201)의 제 3 층 영역(F3)으로 회수된다.
전술한 것과 같이, 크기가 큰 입자로부터 중간 크기의 입자를 거쳐 작은 크기의 입자의 순으로, 형광체 입자들이 LED칩(2) 표면에 증착되는 것이 바람직하지만, 위와 다른 순서로 형광체 입자들을 증착하는 것도 고려될 수 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 코팅장치를 설명하기 위한 도면이다. 본 실시예는 앞선 실시예의 침전조, 제 1 및 제 2 밸브, 제 2 및 펌프, 그리고, 관로들이 그대로 이용될 수 있으며, 따라서, 도 7에서는 위 그대로 이용되는 구성요소들의 도시를 생략하였다.
본 실시예의 코팅장치는 다수의 LED칩(2)들을 전기영동조 내에 연속적으로 공급하여, 전기영동 증착을 대량으로 하는 구조로서, 앞선 실시예의 고정 캐소드 전극 대신에 연속적으로 순환하면서 상기 전기영동조를 통과하는 순환 벨트형 캐소드 전극(540)이 이용된다. 이때, LED칩(2)들의 표면에 대하여 원하는 형광체 코팅층을 얻도록, 전압, 벨트형 캐소드 전극(540)의 회전 속도, 애노드 전극(520)과 캐소드 전극(540) 사이의 거리, 형광체 입자 크기 등의 인자들이 조절될 수 있다. 전원(560)은 상기 벨트형 캐소드 전극(540) 및 애노드 전극(520)과 연결된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 다양한 형광체 입자들 크기에 따른 복수의 분리조(492, 494, 496)들이 침전조(201)와 함께 이용되는 구조가 도시되어 있다. 복수의 분리조(492, 494, 496) 각각은 복수의 개폐 밸브(451, 452, 453)들이 각각 설치된 복수의 관로들에 의해 상기 침전조의 제 1 층 영역(F1), 제 2 층 영역(F2) 및 제 3 층 영역(F3)과 각각 연결된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 층 영역(F1)에는 큰 형광체 입자들이 위치하고, 제 1 층 영역(F2)에는 중간 크기의 형광체 입자들이 위치하고, 제 3 층 영역(F3)에는 작은 크기의 형광에 입자들이 위치한다.
상기 복수의 분리조(492, 494, 496)를 추가로 포함하는 구성은, 현대화된 전기영동 형광체 증착 시스템에서 추가되는 기능들인 교반 기능, 형광체 필터링 기능, 질소가스에 의한 건조 기능, 액체를 이용한 세정 기능 등이 각각 분리조(492, 494, 496)에 부가되는 것을 가능하게 해준다. 위와 같은 기능은 미국특허공개 US2007-158668에 개시되어 있다.
도 1은 전기영동법에 의해 형광체를 LED 기재에 코팅하는 일반적인 원리를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 전기영동 형광체 코팅방법에 이용되는 형광체 입자들의 분포의 예를 보여주는 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 코팅장치를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 코팅방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 3에 도시된 형광체 코팅장치의 변형예를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광체 코팅장치를 설명하기 위한 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예들을 설명하기 위한 도면들.

Claims (16)

  1. 전기영동법을 이용하여 LED칩에 형광체 코팅층을 형성하는 방법으로서,
    현탁액 내에 있는 형광체 입자들을 크기별로 분리하는 입자 분리 단계와;
    크기 별로 분리된 형광체 입자들을 상기 크기 별로 상기 LED칩 표면에 순서대로 증착하는 코팅 단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 입자 분리 단계는, 원심 분리 또는 중력 분리를 이용하여, 현탁액 중의 형광체 입자들이 크기가 큰 순서대로 조(bath) 내에 깊게 침전되도록 하는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅방법
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 입자 분리 단계와 상기 코팅 단계는 상기 LED칩이 놓이는 캐소드 전극과 그에 대응하는 애노드 전극이 배치된 전기영동조 내에서 함께 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 코팅 단계는 상기 LED칩이 놓이는 캐소드 전극과 그에 대응하는 애노드 전극이 함께 배치된 전기영동조 내에서 이루어지고, 상기 입자 분리 단계는, 침전조 내에서 형광체 입자들을 복수의 층 영역으로 분리하여 이루어지되, 복수의 층 영역 별로 형광체 입자들이 상기 전기영동조 내에 순서대로 공급되는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 코팅 단계는, 상기 LED칩 표면에 대하여, 큰 크기의 형광체 입자들을 먼저 증착하고, 작은 크기의 형광체 입자들을 나중에 증착하는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅방법.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 코팅 단계는 큰 크기의 형광체 입자 증착과 작은 크기의 형광체 입자 증착 중간에 중간 크기의 형광체 입자들을 증착하는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅방법.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 큰 크기의 형광체 입자들을 증착하기 전에, 작은 크기의 형광체 입자들을 예비로 증착하는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅방법.
  8. 청구항 3에 있어서, 상기 입자 분리 단계에 의해, 상기 전기영동조 내의 현탁액은 형광체 입자들의 크기 별로 복수의 층 영역으로 분리되되, 상기 코팅 단계는 상기 캐소드 전극을 복수의 층 영역 중 하나의 층 영역으로부터 다른 층 영역으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅방법.
  9. 청구항 4항에 있어서, 상기 캐소드 전극은 연속적으로 순환하면서 상기 전기 영동조를 통과하는 순환 벨트형 캐소드 전극이며, 상기 순환 벨트형 캐소드 전극을 이용하여 복수의 LED칩을 상기 전기영동조에 연속적으로 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅방법.
  10. 전기영동법을 이용하여 LED칩에 형광체 코팅층을 형성하는 LED의 형광체 코팅장치로서,
    중력 분리 또는 원심 분리에 의해 입자의 크기 별로 형광체 입자들이 복수의 층 영역으로 분리된 현탁액을 수용하는 전기영동조와;
    상기 LED칩이 놓이며, 상기 전기영동조 내에서 상기 현탁액의 복수의 층 영역 중 하나의 층 영역에 있도록 배치되는 캐소드 전극과;
    상기 캐소드 전극과 마주하게 배치되는 애노드 전극과;
    상기 캐소드 전극을 상기 복수의 층 영역 중 하나의 층 영역으로부터 다른 층 영역으로 상하 이동시키도록 마련된 전극 승강수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅장치.
  11. 전기영동법을 이용하여 LED칩에 형광체 코팅층을 형성하는 LED의 형광체 코팅장치로서,
    중력 분리 또는 원심 분리에 의해 입자의 크기 별로 형광체 입자가 복수의 층 영역으로 분리된 현탁액을 수용하는 침전조와;
    상기 LED칩이 놓이는 캐소드 전극 및 그에 대응하는 애노드 전극이 배치되는 전기영동조와;
    상기 복수의 층 영역들 중 하나의 층 영역을 선택하여, 그 선택된 층 영역의 현탁액을 관로들을 통해 상기 전기영동조에 공급하도록 배치된 펌프 및 밸브를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 형광체 입자 증착 후, 상기 복수의 층 영역 중 하나의 층 영역을 선택하여, 상기 전기영동조에 남은 현탁액을 관로들을 통해 상기 선택된 층 영역으로 복귀시키도록 배치된 펌프 및 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅장치.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 캐소드 전극은 복수의 LED칩을 실은 채 연속적으로 순환하면서 상기 전기영동조를 통과하는 순환 벨트형 캐소드 전극인 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅장치.
  14. 청구항 11에 있어서, 복수의 층 영역에 상응하게 상기 침전조에 연결되는 복수의 분리조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 형광체 코팅장치.
  15. 전기영동법에 의해 LED칩 표면에 형성된 형광체 코팅층을 포함하는 LED에 있어서,
    상기 형광체 코팅층은, 상기 LED칩 표면에 먼저 증착된 큰 크기의 1차 형광체 입자들과, 상기 1차 형광체 입자들 사이의 틈들을 메우면서 증착된, 상기 1차 형광체 입자들보다 작은 크기의 2차 형광체 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED.
  16. 전기영동법에 의해 LED칩 표면에 형성된 형광체 코팅층을 포함하는 LED에 있어서,
    상기 형광체 코팅층은, 상기 LED칩 표면에 예비로 증착된 예비 형광체 입자들과, 상기 예비 형광체 입자들보다 큰 크기로 상기 예비 형광체 입자들보다 나중에 증착되는 1차 형광체 입자들과, 상기 1차 형광체 입자들 사이의 틈들을 메우면서 증착된, 상기 1차 형광체 입자들보다 작은 크기의 2차 형광체 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED.
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