KR101101712B1

KR101101712B1 - 고굴절률 발광소자용 패키지의 제조방법

Info

Publication number: KR101101712B1
Application number: KR1020100126744A
Authority: KR
Inventors: 김진호; 황종희; 임태영; 김세기; 이미재
Original assignee: 한국세라믹기술원
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-01-05

Abstract

본 발명은, 유리 프릿 분말을 증류수에 혼합하는 단계와, PDDA의 pH를 5~6.8 사이가 되도록 적정하는 단계와, TALH의 pH를 1.5~5.5 사이가 되도록 적정하는 단계와, 유리 프릿 분말을 포함하는 증류수를 원심분리기를 이용하여 제거하는 단계와, 상기 증류수가 제거된 용액에 대하여 상기 PDDA 용액을 넣고 분산하는 단계와, 상기 PDDA가 분산된 용액에 대하여 원심분리하여 PDDA 용액을 제거하는 단계와, 원심분리된 결과물에 대하여 상기 TALH 용액을 넣고 분산하는 단계 및 상기 TALH 용액이 분산된 용액에 대하여 원심분리하여 TALH 용액을 제거하는 단계를 포함하는 고굴절률 발광소자용 패키지의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, LBL법을 이용하여 산화티타늄층을 박막 코팅하는 방법으로 고굴절률을 가지는 발광소자용 패키지의 제조가 가능하고 표면전하를 제어하는 방법으로 제타포텐셜을 조절하여 높은 분산성을 가지는 발광소자용 패키지의 제조가 가능하다.

Description

고굴절률 발광소자용 패키지의 제조방법{Manufacturing method of package for light emitting diode using high index of refraction}

본 발명은 발광소자용 패키지 제조방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 패키지로 사용되는 재료인 산화티타늄을 박막코팅하는 방법으로 높은 굴절률을 가지면서도 우수한 내열성을 보일 수 있는 발광소자용 패키지의 제조방법을 제공하는 데 있다.

발광소자는 수명이 길고 저전압에서 구동되며, 발광 효율이 높으며, 열이 거의 발생하지 않는다. 이에 따라 무중금속 대체광원으로 다른 발광소자에 대비해 우수한 특성이 있다. 이러한 LED(Light Emitting Diode)의 용도는 일반 조명, 디스플레이 장치 및 액정 디스플레이의 백라이트 등 점점 확대되고 있다.

특히 LED는 미래의 조명기술의 핵심소자로써 일반 조명 및 특수조명용으로 사용하기 위해서는 발광효율 80 lm/W 이상의 높은 효율이 요구된다 이러한 높은 효율을 가지는 LED를 개발하기 위해서는 원활한 열방출 설계가 필요하고 광추출 효율이 극대화되어야 하며, 고효율/고신뢰성의 형광체가 요구되고, 최적의 광학설계가 필요하다. 또한 LED를 캡슐화할 수 있는 패키지의 신뢰성이 향상되어야만 한다. 이중 LED를 캡슐화할 수 있는 패키지는 LED의 화합물 반도체 칩과 전극을 보호하는 역할을 하고 광추출 효율을 높이는 LED에 매우 중요한 핵심 소재이다.

종래에는 LED 장치가 자외선이나 청색광을 포함하지 않을 경우 접착성, 내열성, 내광성 측면에서 패키지로서 비스페놀에이 에폭시 수지 같은 방향족 에폭시 수지가 사용되는 것이 일반적이었다. 그러나 고효율을 목표로 하는 자외선이나 청색광을 포함하는 LED의 경우 이러한 방향족 에폭시 수지는 자외선 및 열화에 황변이 일어나기 쉽다는 단점이 있다.

한편 실리콘계 고분자 화합물이 내광성 뿐만 아니라 투광도도 우수하므로 LED 캡슐화 하기에 적합한 수지로 오랫동안 제안되어 왔다.

그러나 기존의 LED용 실리콘 계 고분자 화합물은 에폭시 수지에 비하여 투광도가 높고, 기계적 강도가 높고 충격에 강하지만 접착성이 낮고 1.4 정도의 낮은 굴절률로 인해 LED의 발광효율을 감소시키는 문제가 있었다.

이에 비추어 굴절률 1.5 이상의 높은 굴절률을 가지며 우수한 접착력, 내광성 및 내열성을 가지는 재료가 요구되고 있다.

또한, 고효율 LED를 제조하기 위하여 반드시 필요한 것 중의 하나가 패키지이다. 이런 LED용 패키지는 광학적인 투명성, UV에 대한 내광성, LED의 열방출에 대한 내열성 및 방열성, 광추출 효율의 향상을 위한 고굴절성, 반사를 위한 은 코팅면에 대한 접착력, 내습성, 발열에 대한 고난연성 등의 특성이 요구된다. LED 칩을 보호하고 빛을 투과시켜서 외부로 빛을 방출시키는 기능을 갖는 패키지로써는 주로 에폭시 계열과 실리콘 계열이 주로 사용되고 있으며 최근 고출력 LED 패키지 물질로써는 실리콘 봉지재가 기존의 에폭시에 비하여 청색이나 자외선에 내구성이 강하며 열적으로나 습기에도 강하기 때문에 많이 사용되고 있지만, 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 기판 재료와 낮은 굴절률을 갖는 패키지의 큰 굴절률 차이는 고효율 LED의 개발에 문제점으로 남아있다. 그러므로 향후 높은 굴절률을 갖는 패키지의 개발은 고효율 LED의 개발을 위하여 필요한 핵심적인 기술이다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제타포텐셜과 산화티타늄의 입자크기를 측정하는 방법으로 산화티타늄의 분산성을 확보하고 높은 굴절률을 가지면서 우수한 내열성을 보이는 발광소자용 패키지의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은, 유리 프릿 분말을 증류수에 혼합하는 단계와, PDDA의 pH를 5~6.8 사이가 되도록 적정하는 단계와, TALH의 pH를 1.5~5.5 사이가 되도록 적정하는 단계와, 유리 프릿 분말을 포함하는 증류수를 원심분리기를 이용하여 제거하는 단계와, 상기 증류수가 제거된 용액에 대하여 상기 PDDA 용액을 넣고 분산하는 단계와, 상기 PDDA가 분산된 용액에 대하여 원심분리하여 PDDA 용액을 제거하는 단계와, 원심분리된 결과물에 대하여 상기 TALH 용액을 넣고 분산하는 단계 및 상기 TALH 용액이 분산된 용액에 대하여 원심분리하여 TALH 용액을 제거하는 단계를 포함하는 고굴절률 발광소자용 패키지의 제조방법을 제공한다.

상기 PDDA 용액을 넣고 분산하는 단계부터 상기 TALH 용액을 제거하는 단계까지 반복수행하여 코팅 두께를 조절하고, 굴절률을 조절할 수 있다.

상기 PDDA 용액을 넣고 분산시키는 단계에서 제타포텐셜을 측정하여 서로 다른 표면전하를 갖는 적정 pH를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 PDDA 용액을 넣고 분산하는 단계에서 상기 TALH 용액을 제거하는 단계까지 반복수행하여 산화티타늄의 분산성을 확보할 수 있다.

상기 PDDA 용액은 0.01~0.03M 사이의 농도를 갖고, 염산으로 pH를 적정하는 것이 바람직하다.

상기 TALH 용액은 염산으로 pH를 적정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 고굴절률 발광소자용 패키지의 제조방법에 의하면, 높은 굴절률을 가지는 산화티타늄을 패키지로 사용하여 1.5 이상의 높은 굴절률을 유지하고 유리 프릿과의 굴절률 차이를 줄여서 효율이 높고 내열성이 우수한 발광소자를 제공하는 것이 가능하다.

도 1은 90100 유리 프릿 용액의 pH 변화에 따른 제타포텐셜의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2는 40300 유리 프릿 용액의 pH 변화에 따른 제타포텐셜의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 3은 유리 표면에 고굴절박막을 제조하는 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 4a,b,c,d,e 는 유리 표면에 코팅회수에 따른 PDDA/TALH 코팅막의 미세구조를 보여주는 FE-SEM 사진이다.
도 5a는 투과전자 현미경으로 코팅된 산화티타늄의 입자크기를 보여주는 투과전자 현미경(Field Emission Transmission Electron Microscope; FE-TEM)의 사진이다.
도 5b는 EDX를 통해서 코팅막의 상을 확인하는 것을 보여주는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서는 산을 이용하여 용액을 적정하고 이에 따른 제타포텐셜을 측정하는 방법으로 적절한 pH를 결정하므로써 산화티타늄의 효율적인 분산이 가능하고 1.5 이상의 높은 굴절율을 가지는 발광소자용 패키지의 제조방법을 제공한다.

여기서 산화티타늄을 코팅하는 방법으로는 습식공정법의 일종인 레이어바이레이어(Layer by layer; LBL)법을 사용한다.

LBL법은 박막 제조공정이 간단하고, 막 두께를 나노스케일로 제어하기 용이하며, 대면적 코팅에 유리하다. LBL법은 상온 상압에서 물에 녹거나, 분산되어 양전하 혹은 음전하를 갖는 전해질 폴리머나 나노 입자들을 갖는 용액에 기판을 번갈아 침적하여 서로 다른 전하를 갖는 물질의 정전기력을 이용하여 박막을 제조하는 공정이다.

LBL법에 의해 전해질 용액의 농도, pH, 침전시간 등을 제어함으로써 다양한 구조의 표면을 갖는 박막을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 고굴절률을 갖는 발광소자용 패키지의 제조방법에서는 각각의 용액에 대한 pH를 측정하는 것에 의해서 용액의 제타포텐셜을 결정하고, 이렇게 결정된 용액의 제타포텐셜로부터 산화티타늄의 분산성을 확보하는 방법을 사용한다.

도 1은 (주)신세라믹의 90100 유리 프릿(glass frit) 용액의 pH 변화에 따른 제타포텐셜의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 1에서 보여지는 바와 같이, 산성영역 pH 2에서는 양전하의 값을 갖고, pH가 높아짐에 따라 제타포텐셜 값은 감소하여 pH 4부터 음의 값을 갖기 시작하여 pH 8~10 사이에서는 높은 음전하 값을 갖는다.

도 2는 (주)신세라믹의 40300 유리 프릿 용액의 pH 변화에 따른 제타포텐셜의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 40300 유리 프릿(frit)의 제타포텐셜 값은 감소하여 pH 10에서 가장 낮은 값을 보인다.

제타포텐셜이라고 하는 것은 대전된 입자 표면에 붙어 있는 불가동 수분과 입자로부터 쉽게 떨어져 나갈 수 있는 가동수분의 확산 이중층에서의 양전하 밀도차에서 유래되는 전기역학적인 전위차, 세포 표면과 주변 배양액 사이의 전기적 전위차를 말한다.

이러한 제타포텐셜은 용액의 안정성 분석에 이용될 수 있다.

분말코팅법으로 반도성 나노분말에 금속 나노입자의 코팅하는 경우, 코팅입자의 응집현상을 완전히 해소하지 못하는 문제점이 있다.

이에 대한 대응책으로 모재와 코팅입자로 각각 사용될 세라믹 또는 금속 나노분말을 용매에 첨가 및 교반하여 콜로이드 상의 용액을 제조하고, 상기 콜로이드 상이 세라믹 또는 금속용액에 대하여 pH에 따른 제타포텐셜을 각각 측정하고 서로 다른 표면전하를 갖는 적정 pH를 적정 pH를 결정하는 방법을 이용한다.

본 발명은 pH에 따라서 콜로이드 입자의 하전 특성이 변한다는 것을 이용하여 모재와 코팅입자의 콜로이드 용액을 제조하고, 콜로이드 용액의 pH를 조절하여 입자간 하전특성을 분석한다. 이때 모재와 하전 입자간에 척력이 나타나는 경우 입자들사이에서 척력이 작용하게 된다.

이를 통해서 상대적으로 큰 나노입자의 표면에 미세한 나노입자의 코팅이 가능하게 해준다.

본 발명에 따른 고굴절률을 갖는 발광소자용 패키지의 경우, 산화티타늄의 유리프릿 안에서 고른 분산이 이루어지지 않을 경우 발광소자의 효율성 확보에 문제가 발생한다는 것은 앞에서 상술한 바와 같다.

이와 같은 코팅방법은 모재와 코팅입자로 사용될 세라믹 또는 금속 나노분말을 용매에 첨가하고 교반하여 콜로이드 상의 용액을 제조하는 단계와, 상기 콜로이드 상의 세라믹 또는 금속 용액에 대하여 pH에 따른 제타포텐셜을 각각 측정하고 서로 다른 전하를 갖는 적정 PH를 결정하는 단계와, 상기와 같이 결정된 적정 pH 범위내에서 두 용액을 혼합 후 교반하는 단계와, 상기 교반 후 세정과 건조 과정을 거쳐 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 코팅방법은 이러한 과정으로 도 3에 도시된 바와 같은 공정을 거친다.

도 3에 도시된 바와 같이, 유리 프릿을 용액 상태로 만드는 단계, 상기 용액에 양전하 폴리머인 폴리디아릴디메틸암모늄 클로라이드(Poly diallydimethylammonium chloride; 이하 'PDDA'라 함)가 첨가된 용액을 적층하는 단계, 그리고 여기에 티타늄(Ⅳ) 비스 암모늄 락타토 디하이드록사이드(titanium(Ⅳ) bis ammonium lactato dihydroxide; 이하 'TALH'라 함)를 적층하여 산화티타늄층을 형성하는 단계, 이러한 과정을 반복수행하여 패키지의 두께와 분산성을 확보하는 단계로 이루어진다.

이때 각각의 단계에서 원심분리기를 이용하여 용액의 적층에 사용된 증류수 또는 용액을 제거하는 단계를 포함하는 것이 일반적이다.

물론 이때 각각의 용액을 적층하기 전에 적층되는 (+) 용액과 (-) 용액에 대한 적정 pH가 결정되어 있어야 한다.

통상적으로 수용액에 분산되어 있거나 부유하고 있는 미세 콜로이드 입자는 물체의 표면 분자가 극성물질과의 접촉으로 이온화되거나, 물체가 반대극성의 이온을 흡수 및 분리함으로써 표면전하를 가지게 된다. 예를 들어, 금의 콜로이드 용액의 경우에는 음전기를, 구리의 콜로이드 용액의 경우에는 양전기를 띄는 것으로 알려져 있다. 대부분의 콜로이드 입자는 수용액 상에서 음전하를 띄는 것으로 알려져 있다.

이러한 콜로이드 입자는 전기적으로 이중층을 가진다. 일반적으로 용액중에 분산되어 있는 콜로이드 입자는 입자표면의 표면극성기 해리와 이온의 흡착에 의하여 전기적으로 음극 또는 양극으로 대전되어 있다. 따라서 입자 주변에는 계면전하를 중화하기 위하여 과잉으로 존재하는 반대전하를 갖는 이온과 소량이 같은 부호를 갖는 이온이 확산적으로 분포된다. 이때 계면으로부터 전기적인 포텐셜을 보이며, 완만한 포텐셜 구배를 가지고 서서히 감소하게 된다.

이때 음으로 대전된 콜로이드 입자에는 양이온들이 입자의 표면에 단단히 부착되어 상대적으로 움직이지 않는 고정층(stern layer)을 이루며, 양이온과 극성 액체 분자들은 이온 확산층(diffused layer)에서 정상배열(Steady state configuration)을 가지며, 농도구배를 보인다.

이에 고정층이 쌓이면, 입자와 양이온 간의 인력 뿐만 아니라, 고정층과 양이온, 그리고 양이온 간의 층이 척력이 작용하게 되어 입자의 분산이 이루어지게 된다.

이렇게 음이온으로 하전되어 분산된 입자는 마찬가지의 원리로 인해 양이온으로 분산된 입자와 만나게 되면, 강한 인력이 작용하게 되어 입자간의 부착이 발생하게 된다.

한편 콜로이드 용액에서 전하를 띤 입자는 외부에서 가해준 전기장에 반응하여 전기 영동속도(Electrophoretic Velocity)를 가지고 움직이게 되는데, 이와 같이 전기 영동하는 동안 이중층(Double layer)에서 슬립이 일어나는 유체역학적인 면이 나타난다. 이러한 경계면에서 갑작스럽게 미끄러지는 부분의 전기적인 포텐셜을 제터포텐셜(Zeta potential)이라 부르고, 전기 운동학적인 성질로부터 계산이 가능하다.

따라서 상기 제타포텐셜을 이용하여 콜로이드 입자가 어떠한 극성으로 하전되어 있는 가를 관찰할 수 있다. 이러한 제타포텐셜은 pH와 전해액 농도의 함수로서 그 하전특성은 콜로이드 용액의 pH에 따라 변화가 가능하다. 예를 들어 용액의 pH가 높아질수록 제타포텐셜은 점점 값이 작아져서 결국 마이너스 전하를 갖는 것으로 알려져 있다.

이러한 단계로 상기와 같이 모재로 사용될 용액과 코팅입자로 사용될 용액에 pH를 변화시켜 주면서 각 pH에 해당하는 제타포텐셜을 각각 측정한 다음 모재와 코팅입자 서로 다른 표면전하를 갖는 pH 범위를 산출하는 것이 가능하다.

이하에서 본 발명에 따른 고굴절률을 갖는 발광소자용 패키지의 제조방법에 대하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 유리 프릿 입자의 표면에 고굴절률 박막을 코팅하기 위한 유리 분말을 증류수에 혼합한다. 이와 같이 증류수에 혼합된 유리 분말 용액의 pH는 8~10 사이가 바람직하고, 유리 분말은 유리 분말 용액에 대하여 0.01~4중량% 함유되게 하는 것이 바람직하다.

양전하를 띠는 입자인 PDDA 콜로이드용액을 첨가한다. 상기 PDDA 콜로이드용액은 농도가 0.01~0.03M 농도인 것이 바람직하다.

상기 PDDA 용액의 pH를 5~6.8 사이가 되도록 적정하는 것이 바람직하다. 이러한 적정은 산성용액인 염산(HCl)을 통하여 이루어질 수 있다.

여기에 음전하를 갖는 TALH 콜로이드 용액을 준비한다.

상기 TALH 용액은 산화티타늄에 대한 전구체로서의 역할을 수행한다. 즉, TALH는 수용액 상태에서 안정하며, 음전하를 갖는 특성을 보인다. 또한 온도와 pH에 따라서 가수분해 및 축합반응에 의해서 쉽게 박막의 구조와 두께를 조절할 수 있다는 장점이 있다.

상기 TALH 용액의 함량은 초정수를 이용하여 희석하여 1~3중량%가 되도록 조절할 수 있다. 이때도 TALH 용액에 대하여 pH가 1.5~5.5 가 되도록 HCl을 사용해서 적정한다.

이렇게 PDDA 용액과 TALH 용액이 준비되면, 유리 프릿 분말을 포함하는 용액에서 증류수를 원심분리기를 이용해서 제거한다. 이렇게 증류수가 제거된 분산된 용액에 대하여 상기 PDDA 용액을 넣고 교반한다.

이렇게 교반된 용액에 대하여 원심분리기를 이용하여 PDDA 용액을 제거한다.

PDDA용액이 제거된 콜로이드용액에 대하여 상기 TALH 용액을 넣는다.

이때 표면 코팅이 되어 있는 PDDA과의 인력에 의해 산화티타늄이 코팅되기 시작한다. 이러한 산화티타늄이 코팅되고 남은 TALH 용액을 제거하기 위하여 원심분리기를 이용한다.

이와 같이, 상기 유리 프릿 표면에 (PDDA/TALH)층을 만들고 난 후, 이러한 층을 바이레이어라고 할 때 바이레이어의 수가 복수를 이루도록 PDDA 용액에 유리프릿을 분산시키는 단계에서 TALH 용액을 제거하는 단계를 반복하게 되면, 복수 개(n개)의 (PDDA/TALH)_n층의 형성이 가능하다.

도 4a 내지 도 4e는 유리 프릿 표면에 코팅되지 않은 층부터 5회, 10회, 15회, 20회 코팅한 층의 미세구조를 보여준다. 도 4a는 유리프릿 표면에 코팅하지 않은 경우를 보여준다. 도 4b는 (PDDA/TALH)층이 5번 코팅된 것을 나타낸다. 도 4c는 (PDDA/TALH)₁₀을 의미한다. 도 4d는 (PDDA/TALH)₁₅를 의미한다. 도 4e는 (PDDA/TALH)₂₀를 의미한다.

도 4a 내지 도 4e에서 알 수 있다시피, 코팅되기 전에는 유리 프릿의 표면이 매끄럽고, 분쇄로 인하여 모서리가 날카롭다. 하지만 코팅의 회수가 5, 10, 15, 20으로 증가함에 따라 프릿 표면에 박막이 형성된다. 이러한 입자들은 성분 분석결과 산화티타늄(TiO₂)라는 것을 알 수 있었고 입자들의 크기는 수 nm 정도인 것으로 판단된다.

또한 이러한 산화티타늄막의 코팅에 따라서 입자들의 모서리 부분이 둥근형태로 바뀌어 간다는 것을 확인할 수 있다. 특히 위와 같은 공정이 제타포텐셜에 대한 설정이 이루어진 상태에서 이루어지기 때문에 전하반발에 의한 산화티타늄층의 분산성을 확보할 수 있다.

도 5a는 코팅막에 형성된 산화티타늄의 크기를 보여준다. A라고 보여지는 부분이 산화티타늄(TiO₂)층을 나타낸다. 이는 투과전자 현미경(Field Emission Transmission Electron Microscope; FE-TEM)을 이용하여 촬영한 사진이다.

이로부터 PDDA 용액과 TALH 의 축합반응에 의해 약 5nm의 산화티타늄층이 형성된 것이 확인되었다. 또한 산화티타늄층이 고르게 분산되어 있다는 것을 확인할 수 있다.

도 5b는 에너지 디스퍼시브 X-레이 스펙트로스코피(Energy Dispersive X-ray spectroscopy; EDX)로 촬영한 코팅막에 대한 성분분석을 보여주는 그래프이다.

EDX는 전류의 인가에 의해 생성된 전자를 가속화시켜 시료와 충돌시킨다. 이때 시료에서는 내부전자가 입사전자에 의해 외부로 튀어나가게 되고(이를 2차전자라고 하며,) 빈자리가 생성된다. 이때 원자는 열역학적으로 에너지를 낮추기 위해 상위궤도에 있는 전자가 빈자리로 천이되어 원자를 안정화시키는데, 이러한 과정에서 두 에너지 궤도이 차이만큼이 X레이의 형태로 발산된다. 이 에너지를 측정함으로써 시료의 정성분석이 가능하다. EDAX 그래프에서 X축은 에너지(keV)를 나타내고 Y축은 튀어나가는 전자의 개수를 나타내는 개수(counts)이다.

도 5b에서 보여지는 것처럼, 입자 표면에서 튀어나가는 것은 Ti(티타늄)의 원자가 전자가 튀어나가면서 에너지 전이만큼의 X레이가 발생한다는 것을 알 수 있다. EDX 성분 분석을 통하여 TiO₂ 성분을 확인하였다.

이하에서, 본 발명에 따른 고굴절률 발광소자용 패키지 제조방법의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

먼저 (주)신세라믹의 90100 유리 프릿 입자의 표면에 고굴절률 박막을 코팅하기 위하여 2.0중량%의 유리 분말을 증류수에 혼합하였다. 이와 같이 증류수에 혼합된 유리 분말 용액의 pH는 약 9.5이었다. 이러한 9.5의 pH에서 제타포텐셜은 도 2에 도시돤 바와 같이 -30㎷임이 확인되었다.

그리고 양전하를 띠는 PDDA(2.0중량% in water)를 몰농도 0.02M이 되도록 하고, pH 5.7로 적정하였다.

여기에 음전하를 갖는 TALH 용액(50중량%)을 준비하였다. 상기 TALH 용액은 희석하여 2.0중량%가 되도록 하고, 염산(HCl)을 사용하여 pH 2.5로 적정하였다. 상기와 같이 하여 코팅전의 사전작업은 완료된 것이라고 할 수 있다.

코팅을 하기 위해서 먼저 90100 유리 프릿에 대하여 원심분리기를 이용하여 증류수와 분리시킨 후 증류수를 제거하였다.

이렇게 증류수가 제거된 용액에 대하여 PDDA 용액을 넣고 교반하였다. 이런 교반 작업을 통해서 PDDA 층이 형성되면, 원심분리기를 사용하여 PDDA 용액을 분리하고 제거하였다.

마지막으로 산화티타늄의 전구체인 TALH 용액을 주입하고 분산시켰다. 이때 가수분해와 축합 반응이 발생하면서 산화티타늄(TiO₂)층이 형성되었다.

상기 TALH 용액이 분산된 용액에 대하여 원심분리하여 TALH 용액을 제거하였다.

실제로 원하는 굴절률과 코팅막의 두께를 얻기 위해서 코팅작업을 반복해서 수행하고 이렇게 형성된 코팅층을 (PDDA/TALH)_n코팅층(n회코팅) 이라고 칭하고 각각의 코팅층에 대하여 굴절률을 측정하고 성분분석을 수행하였다.

이러한 작업을 통해서 원하는 두께와 굴절률을 갖을 수 있는 고굴절률 발광소자용 패키지의 실현이 가능하였다. 코팅의 회수가 증가할 수록 수nm크기의 입자가 유리 프릿의 표면위에 증착되고 (PDDA/TALH) 코팅막으로 인해 유리 프릿의 형태는 각진 형태에서 둥근형태로 바뀌어 갔고, 높은 굴절률을 보여주었다.

<실시예 2>

먼저 (주)신세라믹의 40300 유리 프릿 입자의 표면에 고굴절률 박막을 코팅하기 위하여 2.0중량%의 유리 분말을 증류수에 홉합하였다. 이와 같이 증류수에 혼합된 유리 분말 용액의 pH는 약 9.5이었다. 이러한 9.5의 pH에서 제타포텐셜은 도 3에 도시돤 바와 같이 -55㎷임이 확인되었다.

이와 같이 제타포텐셜을 낮추어주면 표면전하 사이의 상호작용으로 균일한 코팅막의 형성에 기여한다는 것은 예측했던 결과와 일치하는 내용이었다.

그리고 양전하를 띄는 PDDA(2.0중량% in water)를 몰농도 0.02M이 되도록 하고, pH 5.7로 적정하였다.

여기에 음전하를 갖는 TALH 용액(50중량%)을 준비하였다. 상기 TALH 용액은 희석하여 2.0중량%가 되도록 하고, 염산(HCl)을 사용하여 pH 2.5로 적정하였다.

먼저 40300 유리 프릿에 대하여 원심분리기를 이용하여 증류수와 분리시킨 후 증류수를 제거하였다.

이러한 작업을 통해서 원하는 두께와 굴절률을 갖을 수 있는 고굴절률 발광소자용 패키지의 실현이 가능하였다.

이렇게 제조된 고굴절률 발광소자용 패키지의 굴절률을 측정하였다. 실시예 1에서 형성한 박막을 유리 기판에 제조한 후 100℃에서 1시간 건조한 경우 굴절률(n)은 1.81을 나타내었고, 유리 기판에 제조한 후 200℃에서 3시간 건조시킨 패키지의 경우에는 2.1의 높은 굴절률을 보여주었다.

이로부터 LBL법을 사용한 코팅법의 사용시 발광소자와 굴절률에서 차이가 나지 않는 패키지의 개발이 가능하다는 것이 확인된 셈이다.

또한 제타포텐셜에 대한 산정으로부터 유리 프릿의 pH에 대하여 설계하고 산화티타늄 층에 대한 코팅의 회수를 결정할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims

유리 프릿 분말을 증류수에 혼합하는 단계;
PDDA의 pH를 5~6.8 사이가 되도록 적정하는 단계;
TALH의 pH를 1.5~5.5 사이가 되도록 적정하는 단계;
유리 프릿 분말을 포함하는 증류수를 원심분리기를 이용하여 제거하는 단계;
상기 증류수가 제거된 용액에 대하여 상기 PDDA 용액을 넣고 분산하는 단계;
상기 PDDA가 분산된 용액에 대하여 원심분리하여 PDDA 용액을 제거하는 단계;
원심분리된 결과물에 대하여 상기 TALH 용액을 넣고 분산하는 단계; 및
상기 TALH 용액이 분산된 용액에 대하여 원심분리하여 TALH 용액을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고굴절률 발광소자용 패키지의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 PDDA 용액을 넣고 분산하는 단계부터 상기 TALH 용액을 제거하는 단계까지 반복수행하여 코팅 두께를 조절하고, 굴절률을 조절하는 것을 특징으로 하는 고굴절률 발광소자용 패키지의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 PDDA 용액을 넣고 분산시키는 단계에서 제타포텐셜을 측정하여 서로 다른 표면전하를 갖는 적정 pH를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고굴절률 발광소자용 패키지의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 PDDA 용액을 넣고 분산하는 단계에서 상기 TALH 용액을 제거하는 단계까지 반복수행하여 산화티타늄의 분산성을 확보하는 것을 특징으로 하는 고굴절률 발광소자용 패키지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 PDDA 용액은 0.01~0.03M 사이의 농도를 갖고, 염산으로 pH를 적정하는 것을 특징으로 하는 고굴절률 발광소자용 패키지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 TALH 용액은 염산으로 pH를 적정하는 것을 특징으로 하는 고굴절률 발광소자용 패키지의 제조방법.