KR101072162B1 - 형광체 제조방법 및 상기 형광체를 포함하는 발광장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예의 형광체의 제조 방법은 제 1 용액 내에 형광체를 넣고 교반시키는 단계; 제 1 용액 내에 나노 사이즈의 나노 형광체를 넣고 교반시키는 단계; 및 상등액을 분리시키고, 상기 형광체를 건조시키는 단계;를 포함한다.
그리고, 본 발명의 실시예의 발광 장치는 몸체; 상기 몸체에 형성되는 캐비티에 실장되는 발광 소자; 상기 캐비티에 형성되는 수지물; 및 상기 수지물에 첨가되는 형광체;를 포함하고, 상기 형광체는 나노 사이즈의 나노 형광체가 흡착되어 있다.
발광 장치, 형광체
Description
본 실시예는 형광체 제조 방법과, 상기 제조 방법에 의해 제조된 형광체를 포함하는 발광 장치에 대한 것이다.
발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 GaAs 계열, AlGaAs 계열, GaN 계열, InGaN 계열 및 InGaAlP 계열 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성할 수 있다.
이러한 발광다이오드는 패키지화되어 다양한 색을 방출하는 발광 장치로 이용되고 있으며, 상기 발광 장치는 칼라를 표시하는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등의 다양한 분야에 광원으로 사용되고 있다.
본 발명의 실시예는 발광 장치에 사용되는 실리케이트 형광체에 형성되는 크랙(crack)에 나노 사이즈의 형광체가 삽입되도록 함으로써, 상기 크랙에 의한 광 산란을 저감시켜 발광 장치의 광학적 효율을 증대시킬 수 있는 형광체의 제조 방법과, 상기 형광체를 포함하는 발광 장치를 제안한다.
본 발명의 실시예의 형광체의 제조 방법은 제 1 용액 내에 형광체를 넣고 교반시키는 단계; 제 1 용액 내에 나노 사이즈의 나노 형광체를 넣고 교반시키는 단계; 및 상등액을 분리시키고, 상기 형광체를 건조시키는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 제 1 용액은 초순수(DI water), 에탄올, 아세톤, 메탄올 및 이소프로필 알콜 중 어느 하나이다.
그리고, 상기 제 1 용액 내에 형광체를 넣고 교반시키는 단계 이전에, 상기 제 1 용액을 50도가 될 때까지 가열하면서 교반시키는 단계를 더 포함한다.
그리고, 상기 제 1 용액 내에 형광체를 넣고 교반시키는 단계는, 상기 용액의 온도가 50도 이하로 떨어지지 않도록 가열하면서 교반시킨다.
또한, 본 발명의 실시예의 발광 장치는 몸체; 상기 몸체에 형성되는 캐비티에 실장되는 발광 소자; 상기 캐비티에 형성되는 수지물; 및 상기 수지물에 첨가되는 형광체;를 포함하고, 상기 형광체는 나노 사이즈의 나노 형광체가 흡착되어 있다.
제안되는 바와 같은 실시예의 형광체 제조 방법 및 상기 형광체를 포함하는 발광 장치에 의해서, 발광 소자로부터 출사된 광이 형광체를 통과할 때에 광효율이 저하되는 것을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 발광 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 발광 장치(100)는 패키지 몸체(110), 발광 소자(120), 수지물(125), 리드 프레임(132,134)을 포함한다.
상기 패키지 몸체(110)는 폴리프탈아미드(PPA), 액정폴리머(LCP), 신지오택틱폴리스티렌(SPS) 중 어느 하나의 재질을 이용하여 소정형상으로 사출 성형되며, 몸체 상부(112)에 캐비티(115)가 일정 깊이로 형성된다. 상기 캐비티(115)의 둘레는 바닥면에 수직한 축을 기준으로 소정 각도만큼 경사지게 형성될 수 있다.
상기 패키지 몸체(110)에는 수평하게 배치되는 복수개의 리드 프레임(132,134)이 형성되며, 상측에 반사컵 형상의 캐비티(115)가 형성된다.
상기 복수 개의 리드 프레임(132,134)은 상기 캐비티(115) 내부에 노출되며 전기적으로 분리된다. 상기 복수 개의 리드 프레임(132,134)의 양 끝단은 상기 패키지 몸체(110)의 외부로 노출되어 전극으로 이용된다. 상기 리드 프레임(132,134)의 표면에는 반사 물질이 코팅될 수도 있다.
상기 복수 개의 리드 프레임(132,134) 중 제 1 리드 프레임(132)에는 발광 소자(120)가 다이 본딩된다. 상기 발광 소자(120)는 와이어(122)로 제 1 및 제 2 리드 프레임(132,134)에 연결된다.
그리고, 상기 발광 소자(120)는 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 청색 발광 다이오드 등과 같은 유색의 발광 다이오드 중 적어도 하나이거나, 적어도 하나의 자외선(UV) 발광 다이오드일 수 있다.
상기 캐비티(115)의 영역에는 상기 수지물(125)이 형성된다. 상기 수지물(125)은 투명한 실리콘 또는 에폭시 재질을 포함하며, 형광체(140)가 첨가된다. 상기 형광체(140)는 실리케이트계 형광체일 수 있으며, 특히, 상기 형광체(140)의 표면 일부에는 나노 사이즈의 형광체들이 형성되어 있다.
또한, 상기 수지물(125) 위에는 볼록 렌즈가 형성될 수도 있다. 또한, 복수 개의 리드 프레임(132,134)에는 상기 발광 소자(120)의 보호를 위해 제너 다이오드와 같은 보호 소자가 탑재될 수도 있다.
상기 수지물(125)에 첨가되는 상기 형광체(140)는 그 표면에 다수의 크랙들이 형성될 수 있다(도 2 참조). 종래에 있어서의 형광체 제조 방법 특성상 상기 형광체 표면에는 소정 깊이 함몰된 형상의 크랙들이 복수개 형성될 수 있으며, 이러한 크랙이 형성된 형광체를 그대로 수지물(125)에 첨가시킬 경우에는, 상기 발광 소자(120)로부터 출사된 광이 상기 크랙에서 불규칙적으로 산란되어 광학 특성을 저하시키는 요인이 된다.
크랙이 형성되는 형광체에 대해서, 나노 사이즈의 형광체를 투입시켜 상기 크랙이 나노 사이즈의 형광체(나노 사이즈의 형광 분말이라고 할 수 있으며, 이하에서는, 간편히 '나노 형광체'라고 함)들로 메워질 수 있도록 한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 형광체(140) 표면에 발생되는 크랙에 구형의 나노 형광체(300)들이 코팅 또는 채워지도록 함으로써, 크랙에 의한 광산란을 저감시킬 수 있게 된다. 그리고, 나노 형광체(300)는 열분무분해법에 의해 형성될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따라 구형의 나노 형광체와 상기 나노 형광체를 상기 형광체(140) 표면(특히, 크랙)에 코팅시키는 방법에 대해서 상세히 살펴보도록 한다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 형광체를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 교반기(410)와, 상기 교반기에 놓여 용액을 수용하는 비이커(430)를 준비한다. 그리고, 상기 비이커(430) 내에 초순수(DI water) 용액(401)을 넣고, 상기 비이커(430) 내에 마그네틱 바(420)를 넣은 다음, 상기 교반기(410)의 전원을 온(ON)시킨다.
상기 마그네틱 바(420)는 회전축과 같은 구성 요소에 의해 고정되지 않은 상태일 수 있으며, 상기 마그네틱 바(420)를 회전시키는 교반기(410)는 상기 마그네틱 바(420)와 접촉하지 않고, 외부에서 자력을 인가하여 상기 마그네틱 바(420)를 회전시키는 자석식 교반기가 될 수 있다. 여기서, 자석식 교반기는 회전하는 전자석을 이용하여 회전하는 형태의 자기력을 발생시키고, 발생된 자기력을 외부로 인가하면, 교반기 외부의 자성체(마그네틱 바)가 자력을 인가받아 회전될 수 있다.
상기 비이커(430) 내에 초순수 용액(401)과 상기 마그네틱 바(420)를 넣은 다음, 상기 교반기(410)를 동작시키는데, 이때 상기 초순수 용액(401)의 온도가 대략 50도가 될때까지 가열하면서 교반시킨다. 여기서, 상기 초순수 용액(401) 대신에, 에탄올, 아세톤, 메탄올, 이소프로필 알콜 등이 사용될 수 있으며, 실시예에 따라 더 다양한 용액이 이용될 수 있다.
그 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 초순수 용액(401) 내에 형광체(510) 100g을 넣고, 30분 정도 더 교반시킨다. 이때, 용액의 온도가 50도 이하로 떨어지지 않도록 가열하면서 교반하도록 한다.
그리고, 상기 형광체(510)는 실리케이트계의 물질로 이루어질 수 있으며, 평균 입경의 크기가 15㎛가 될 수 있다. 다만, 제조하고자 하는 형광체에 따라 그 사이즈 및 물질의 종류는 다양하게 변경가능하므로, 좀 더 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이때, 비이커(430)안에는 초순수 용액(401)과 형광체(510)가 혼합되어 있다.
그 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 비이커(430) 내에 나노 형광체(610)를 투입하고, 교반시킨다. 상기 나노 형광체(610)는 100nm 내지 400nm 범위의 사이즈를 갖는 형광물질로 이루어지며, 열분무(thermal spray)분해 공정을 통하여 나노 사이즈의 나노 형광체가 형성될 수 있다. 특히, 상기 나노 형광체(610)는 앞선 형광체(510)와 동일한 색의 형광물질로 이루어진다. 예를 들어, 상기 형광체(510)가 옐로우 실리케이트 형광체인 경우에, 상기 나노 형광체(610) 역시 옐로우 실리케이트 형광물질로 이루어진다. 이는, 상기 나노 형광체(610)가 상기 형광체(510)의 표면에 코팅되기 때문에, 상기 형광체(510)가 첨가되는 수지물을 통하여 동일 색의 빛이 출사되도록 하기 위함이다.
실시예에 따르면, 비이커(430)에 나노 형광체(610) 10g을 투입하는데, 나노 사이즈의 분말이기 때문에 날리지 않도록 천천히 투입하면서 이와 함께 초산을 소정량 함께 투입할 수 있다. 예를 들어, 상기 나노 형광체(610)와 함께 초산 1ml을 넣으며, 상기 비이커(430) 내 용액의 온도가 50도 이하가 되지 않도록 한다. 교반시간은 대략 1시간 정도 수행될 수 있으며, 작업자는 비이커(430)를 확인해가면서 형광체 분산을 확인한다.
여기서, 상기 초산을 함께 투입시키는 이유는, 거친 표면을 갖는 상기 형광체(510)의 표면이 에칭되도록 함으로써, 상기 나노 형광체(610)가 상기 형광체(510)의 크랙에 잘 흡착되도록 하기 위함이다.
상기 초산 이외에, 상기 형광체(510)의 표면을 에칭하는 것이 가능한 용액이라면 실시예에 따라 다양한 용액이 사용될 수 있다.
그 다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 교반기(410)의 히터를 끄고, 비이커(430) 내 용액의 온도를 낮추며, 대략 20도가 되었을 때에 10%의 ZnSO4 용액을 넣고, 1시간 가량 더 교반시킨다. 여기서, ZnSO4 용액)을 투입하는 이유는, 상기 비이 커(430) 내의 용액을 이온화시켜 입자간 정전기력을 증가시켜, 상기 나노 형광체(610)가 형광체(510) 표면에 좀 더 흡착이 잘 이루어지도록 하기 위함이다.
그리고, 소정 시간(대략 1시간)이 경과한 다음, 상기 교반기(410)를 정지시키고, 용액의 분산 상태를 확인한다. 즉, 형광체 위에 있는 상등액이 투명해졌는지 여부를 확인한다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 상등액(810)이 투명해졌는지 여부를 확인하며, 상기 상등액(810)의 투명도에 따라 교반시간이 연장되거나 줄어들 수 있다. 상기 상등액(810)이 투명해지면(여기서의 투명도는 실시예 또는 작업자에 따라 다양하게 설정될 수 있음), 나노 형광체(610)가 형광체(510) 표면에 잘 흡착되었는 것을 나타내기 때문에, 상등액(810)과 형광체가 포함된 용액(820)을 수분리시킨다. 여기서, 회전 펌프를 사용하여 상기 상등액(810)과 형광체가 포함된 용액(820)를 분리시키는 것이 가능하며, 분리 후에는 상기 형광체가 포함된 용액(820)을 건조시킨다.
이로써, 상기 나노 형광체(610)가 흡착되어 있는 형광체(510)의 제조가 완료된다. 제조된 형광체(510)는 도 1에 도시된 도면부호 140의 형광체가 되며, 상기 발광 소자(120)로부터 출사되는 빛은 표면의 거칠기가 많이 완화된 형광체를 통과하게 되므로, 광 산란에 따른 광효율 저하를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 발광 장치를 나타내는 도면.
도 2는 형광체의 표면에 크랙이 발생되는 것을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 형광체 표면의 크랙 내에 나노 형광체가 흡착되는 것을 보여주는 도면.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 형광체를 제조하는 방법을 설명하는 도면.
Claims (13)
- 제 1 용액 내에 크랙이 형성된 실리케이트 형광체를 넣고 교반시키는 단계;제 1 용액 내에 나노 사이즈의 나노 형광체 및 초산을 넣고 교반시키는 단계;설정된 시간이 경과된 후, 상등액과 상기 실리케이트 형광체가 포함된 용액을 분리시키는 단계;상기 실리케이트 형광체가 포함된 용액을 건조시키는 단계;를 포함하고,상기 실리케이트 형광체에 형성된 크랙에 나노 사이즈의 상기 나노 형광체를 흡착시키는 형광체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 용액은 초순수(DI water), 에탄올, 아세톤, 메탄올 및 이소프로필 알콜 중 어느 하나인 형광체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 용액 내에 상기 실리케이트 형광체를 넣고 교반시키는 단계 이전에, 상기 제 1 용액을 50도가 될 때까지 가열하면서 교반시키는 단계를 더 포함하는 형광체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 용액 내에 상기 실리케이트 형광체를 넣고 교반시키는 단계는, 상기 용액의 온도가 50도 이하로 떨어지지 않도록 가열하면서 교반시키는 형광체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 나노 형광체는 열분무분해법에 의하여 제조되는 형광체의 제조 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 나노 형광체와 초산을 넣은 다음에는, 상기 용액의 온도가 50도 이하로 떨어지지 않도록 가열하면서 교반시키는 형광체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 용액 내에 나노 사이즈의 나노 형광체를 넣고 교반시키는 단계 이후에는, ZnSO4 용액을 더 넣고 더 교반시키는 단계를 수행하는 형광체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 나노 형광체는 상기 실리케이트 형광체와 동일한 물질인 형광체의 제조 방법.
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