KR101274042B1 - 형광체, 이의 제조 방법 및 발광 다이오드 - Google Patents

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KR101274042B1
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Abstract

본 발명은 형광체, 이의 제조 방법 및 발광 다이오드에 관한 것으로, 형광체 입자 표면에 Al2O3의 코팅층이 형성된 형광체 그리고, 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성하는 단계와, 상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 이용하여 형광체 입자의 표면에 코팅층을 형성하는 단계 및 상기 형광체를 건조 및 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 다이오드에 관한 것이다. 이와 같이 본 발명은 입자 표면에 Al2O3 코팅층이 형성된 형광체를 제조함으로써, 수분과의 반응을 차단하여 광량 및 광특성의 안정성을 개선할 수 있다. 이와 같이 형광체의 수분에 대한 안정성을 향상시켜 보다 우수한 신뢰성과 발광 특성을 얻을 수 있다.
발광 다이오드, 백색 발광, LED, 형광체, 티오갈라이트, 황화물계 형광체, 수분 안정성, 발광 효율

Description

형광체, 이의 제조 방법 및 발광 다이오드{PHOSPHOR, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND LIGHT EMITTING DIODE}
도 1은 본 발명에 따른 형광체를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 형광체의 제조 방법을 도시한 공정 순서도.
도 3은 종래 형광체와 본 발명의 형광체를 사용하여 제조한 발광 다이오드의 광도 변화를 비교한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 형광체를 사용하여 제조한 칩형 발광 다이오드를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 형광체를 사용하여 제조한 램프형 발광 다이오드를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 형광체의 신뢰성을 테스트한 결과 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기판 20 : 발광 다이오드 칩
30, 35 : 전극 40 : 몰딩부
50 : 형광체 60 : 와이어
70, 75 : 리드 단자
본 발명은 형광체, 이의 제조 방법 및 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형광체의 수분에 대한 안정성을 향상시킬 수 있는 형광체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 가지는 화합물 반도체로서 소수 캐리어(전자 또는 정공)들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, 소비 전력이 적고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고, 또한 진동에 강한 특성을 제공한다. 최근에는 단일 색성분, 예를 들어, 적색, 청색, 또는 녹색 발광 다이오드 외에 백색 발광 다이오드들이 출시되고 있으며, 이에 대한 수요가 급속히 증가하고 있다.
발광 다이오드는 파장 변환 수단인 형광체를 사용하여 백색광을 구현할 수 있다. 즉, 형광체를 발광 다이오드 칩에 배치시켜, 발광 다이오드 칩의 1차 발광의 일부와 형광체에 의해 파장 변환된 2차 발광이 혼색되어 백색을 구현한다. 이런 구조의 백색 발광 다이오드는 가격이 싸고, 원리적 및 구조적으로 매우 간단하기 때문에 널리 이용되고 있다.
예를 들어 청색으로 발광하는 발광 다이오드 칩 위에 그 광의 일부를 여기원으로서 황록색 또는 황색 발광하는 형광체를 도포하여 발광 다이오드 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻을 수 있다. 그러나 이러한 백색 발광 다이오드는 단일 황색 형광체의 발광으로 녹색과 적색 영역의 스펙트럼 결핍으로 인해 연색성이 낮고, 특히 LCD 백라이트 광원으로 사용시 색 필터 투과 이후에 낮은 색순도로 인해 자연색에 가까운 색 구현이 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 청색 발광 다이오드 칩과, 청색광에 의해 여기되어 녹색 및 적색 발광하는 형광체를 사용하여 백색 발광 다이오드를 제조한다. 즉, 청색광과, 청색광에 의해 여기되어 나오는 녹색광 및 적색광의 혼색으로 인해 85 이상의 높은 연색성을 갖는 백색광을 구현할 수 있다. 이러한 백색 발광 다이오드는 LCD 백라이트 광원으로 적용할 경우 LCD 구성 요소인 칼라 필터와의 일치도가 매우 높기 때문에 필터 투과 이후에 색순도가 높아 보다 자연색에 가까운 영상을 구현할 수 있는 이점이 있다.
상기 녹색 발광 형광체로는 청색광에 의한 여기 효율이 우수한 오소실리케이트(orthosilicate)와 티오갈라이트(thiogallate) 계열의 형광체가 대표적이다. 특히, (Ca,Sr,Ba)(Al,Ga,In)2S4:Eu로 표현되는 황화물 계열의 티오갈라이트 형광체는 청색광에 의한 여기 효율이 우수하며 발광 스펙트럼의 반치폭(full widthat half maximum)이 50 내지 60㎚ 정도로 매우 좁아 인접 스펙트럼에 거의 영향을 주지 않기 때문에 LCD 백라이트 광원으로 사용시 높은 색재현성을 구현할 수 있다.
그러나, 이러한 황화물 계열의 형광체는 대기 중의 수분과 이산화탄소 등과 쉽게 반응하여 산화물 또는 탄산화물로 변화되고, 형광체의 화학적 특성의 변형을 야기하는 문제점이 있다. 또한, 상기 형광체와 수분 반응에 의해 발생하는 H2S 가스는 형광체의 형광 특성을 변형시켜 색좌표의 변화를 수반하고 급격한 광도 저하를 야기할 뿐만 아니라, 전극으로 형성되는 Ag 또는 Au 등의 금속을 부식시켜 발광 다이오드의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 형광체 입자 표면에 Al2O3의 코팅층을 형성함으로써 형광체의 수분에 대한 안정성을 향상시키고 보다 우수한 발광 특성을 갖는 형광체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 수분 안정성이 향상된 형광체를 이용하여 보다 우수한 발광 특성을 갖고 색온도, 색좌표 등에 대한 안정성을 개선하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명은 형광체 입자 표면에 Al2O3의 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 형광체를 제공한다.
상기 코팅층은 상기 형광체 입자에 대해 5 내지 15wt%의 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성하는 단계와, 상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 이용하여 형광체 입자의 표면에 코팅층을 형성하는 단계 및 상기 형광체를 건조 및 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조 방법을 제공한다.
상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성하는 단계는, 알루미늄 유기 화합물을 용매 또는 물과 혼합한 혼합 용액을 형성하는 단계 및 상기 혼합 용액을 처리하여 상기 알루미늄 유기 화합물을 가수분해시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 알루미늄 유기 화합물은 알루미늄 이소프록사이드(AIP)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합 용액의 pH는 2.0 내지 6.0인 것을 특징으로 한다.
상기 혼합 용액에 킬레이트화제를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 가수분해시키는 단계는 50 내지 85℃의 온도에서 진행하는 것을 특징으로 한다.
상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액의 pH는 6.0 내지 9.0인 것을 특징으로 한다.
상기 열처리하는 단계는 225 내지 500℃의 온도에서 진행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 발광 다이오드 칩 및 입자 표면에 Al2O3의 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 형광체 제조시 입자 표면에 Al2O3의 코팅층을 형성함으로써, 수분에 대한 안정성이 우수한 형광체를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 형광체를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 형광체는 형광체 입자(1)와, 그를 둘러싸는 코팅층(2)을 포함한다. 이러한 형광체는 형광체의 발광 특성과 더불어, 입자(1) 표면에 코팅된 코팅층(2)으로 인해 외부 환경으로 인한 변화를 최소화할 수 있다. 즉, 형광체 입자로의 수분 침투를 차단하여 수분과의 반응으로 인한 화학적 특성의 열화를 방지할 수 있다.
상기 형광체 입자(1)는 다양한 종류의 형광체를 포함한다. 예를 들어, 우수한 형광 특성을 보유하나 수분과 쉽게 반응하는 황화물 계열의 형광체를 포함할 수 있으며, 특히 청색광에 의한 여기 효율이 우수한 (Ca,Sr,Ba)(Al,Ga,In)2S4:Eu로 표현되는 황화물 계열의 티오갈라이트 형광체일 수 있다.
상기 코팅층(2)은 Al2O3을 포함한다. 상기 코팅층(2)은 상기 형광체 입자(1)에 대해 0.1wt%보다 크고, 예를 들어 5 내지 15wt%인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 코팅층(2)은 형광체 입자(1)에 대해 10wt%일 수 있다.
이러한 코팅층(2)은 상기 형광체 입자(1)를 둘러싸고, 형광체의 특성을 그대 로 보유하며 수분과의 반응을 차단하여 화학적으로 안정적인 특성을 제공한다.
이하, 상술한 형광체의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 2를 참조하면, 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성하고(S10), 상기 형성된 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 이용하여 형광체 입자를 코팅한 후(S20), 이를 건조(S30) 및 열처리(S40)하여 입자 표면에 Al2O3의 코팅층이 형성된 형광체를 제조한다.
먼저 Al2O3를 제공하는 전구체를 이용하여 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성한다(S10).
본 발명은 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성하기 위하여, 상기 전구체를 용매 또는 물과 혼합한 혼합 용액을 형성한 후, 가수분해 반응을 유도할 수 있다.
알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성하고 결과적으로 Al2O3의 코팅층을 형성할 상기 전구체로는, 알루미늄 화합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 유기 화합물을 사용할 수 있다. 이는 빠른 속도로 알루미늄 하이드록사이드 겔을 형성하는 전구체를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 증발 또는 산화에 의해 Al2O3로부터 쉽게 제거될 수 있는 임의의 잔기, 예를 들어 탄소 잔기를 포함하는 알루미늄 화합물을 사용할 수 있으며, 즉 알루미늄 알콕사이드를 사용할 수 있다. 이는 탄소 원자수가 1 내지 6개인 알킬 그룹을 포함할 수 있다. 이러한 전구체의 예로 알루미늄 이소프로폭사이드(AIP, Aluminum Iso-Propoxide)를 들 수 있다.
상기 전구체를 용해시키는 용매로는 임의의 적합한 유기 용매 또는 유기 용매의 혼합물을 포함한다. 예를 들어 알코올, 케톤, 에스테르 및 에테르와 같은 극성 유기 용매를 사용할 수 있으며, 바람직하게 알코올을 사용할 수 있다. 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 또는 부탄올과 같은 저급 알코올을 포함하고, 에탄올, 이소프로판올 또는 이들의 조합이 바람직하다.
여기서, 용매에 혼합되는 전구체의 양은 코팅될 형광체 입자의 표면적, 형성될 옥사이드 배위수 또는 형광체 입자의 표면에 코팅되는 Al2O3의 양 등에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 입자 표면에 형성될 Al2O3 코팅층이 형광체 입자에 대해 0.1wt%보다 크고, 바람직하게는 5 내지 15wt%가 되도록 상기 전구체의 양이 선택될 수 있다. 더 바람직하게는 Al2O3 코팅층이 형광체 입자에 대해 10wt%가 되도록 상기 전구체의 양이 선택될 수 있다.
상기 전구체와 용매를 혼합한 혼합 용액의 pH는 코팅층의 균일성과 용액의 안정성을 위하여 2.0 내지 6.0인 것이 바람직하며, 더 좋게는 3.0 내지 4.0인 것이 바람직하다. 상기 pH의 조절을 위해 HNO3, HCl, CH3COOH, H2SO4 등의 산성 용액을 사용할 수 있다.
또한, 가수분해 속도의 조절을 통한 코팅층의 균일성을 얻기 위해, 상기 혼합 용액에 킬레이트화제를 더 첨가할 수 있다. 상기 킬레이트화제로는 예를 들어, 아세틸아세톤, 트리에틴올아민을 사용할 수 있다. 이는 0.01 내지 0.5mol을 포함하 는 것이 바람직하며, 더 좋게는 0.02 내지 0.3mol을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 킬레이트화제의 첨가량이 너무 적은 경우에는 가수분해 속도가 너무 빨라 균일한 코팅층을 형성할 수 없고, 반면 너무 많은 경우에는 가수분해 속도를 오히려 저하시키기 때문이다.
상기 혼합 용액은 임의의 적합한 방법에 의하여 제조될 수 있으며, 예를 들어 유기 용매를 포함하는 용매에 Al2O3의 전구체를 혼합한 후, 물을 첨가함으로써 제조될 수 있다. 또는, 다른 방법으로 유기 용매 또는 물을 포함하는 용액에 Al2O3의 전구체를 혼합할 수도 있다.
이러한 혼합 용액을 처리하여 상기 용해된 알루미늄이 이온화 및 수화되도록 한다. 이를 위해 가수분해 반응을 유도할 수 있으며, 상기 혼합 용액을 물 또는 수성 염기에 혼합하여 진행한다. 예를 들어, 상기 혼합 용액에 물 또는 염기를 가하여 가열하고, 바람직하게는 강하게 교반하여 진행한다. 상기 적합한 염기의 예로는 암모니아, 암모늄 하이드록사이드 또는 우레아를 포함할 수 있다.
가수분해 반응에 있어서, 알루미늄 화합물에 대해 물을 과량의 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전구체에 대한 물의 몰비는 약 10:1 이상, 좋게는 약 100:1 이상이 바람직하며, 더 좋게는 약 100:1 내지 300:1인 것이 바람직하다.
가수분해 반응의 가속화를 위해 상기 혼합 용액을 가열할 수 있다. 상기 가수분해 반응은 예를 들어 40 내지 100℃의 온도에서 진행할 수 있으며, 좋게는 50 내지 85℃의 온도에서 진행하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예는 용매 환류 온도로 가열한다. 가수분해 반응이 충분히, 바람직하게는 완전히 이루어질 때까지 상기 가열을 진행한다. 가수분해 반응의 속도는 온도에 따라 증가하기 때문에, 가열 시간은 온도에 따라 조절하는 것이 바람직하다. 일반적으로 온도가 높을수록 가열 시간은 짧아지며, 약 0.1시간 이상, 예를 들어 약 1시간 내지 10시간 동안 진행하고, 좋게는 0.5시간 내지 5시간 동안 진행하도록 한다.
이와 같이, Al2O3의 전구체를 이용한 가수분해 반응을 통해 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성한다.
상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액의 pH는 궁극적으로 형성되는 코팅층의 품질에 중요한 작용을 한다. 특히, 알루미늄 하이드록사이드의 이질적 핵화로 인해 얇고, 부드럽고, 끊어짐 없이 연속적인 코팅층을 얻기 위해, 상기 pH를 조절할 수 있다. 이를 위해 pH는 4.0 내지 10.0일 수 있으며, 좋게는 6.0 내지 9.0일 수 있다. 특히, pH는 중성인 것이 바람직하며, 더 좋게는 7.5 내지 8인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 형성된 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 이용하여 형광체 입자를 코팅한다(S20). 이는 형광체 입자를 상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액 내에 혼합한 후 교반함으로써 이루어질 수 있다.
알루미늄 하이드록사이드 겔로 코팅된 형광체 입자는 여과 또는 경사 분리(decantation)등의 분리 방법을 통해 용액으로부터 분리될 수 있다.
이후, 흡착된 용매를 완전히 제거하기 위하여 분리된 형광체를 건조시킨다(S30). 상기 형광체는, 예를 들어 상온(22±3℃)에서, 또는 이보다 약간 더 높은 온도에서 건조시킬 수 있다. 상기 건조는 약 30℃ 이상의 온도에서 진행할 수 있으며, 좋게는 60 내지 150℃의 온도에서, 더 좋게는 80 내지 120℃의 온도에서 진행하는 것이 바람직하다. 또한, 건조는 적합한 분위기에서 진행할 수 있으며, 예를 들어 대기, 진공 분위기 또는 불활성 분위기에서 진행할 수 있다.
이와 같이 건조된 형광체를 상대적으로 높은 온도에서 열처리를 한다(S40). 이러한 열처리는 상기 겔의 형광체 입자에 대한 결합력을 증가시킨다. 또한, 보다 높은 온도에서, 상기 겔은 겔의 치밀화 및/또는 결정화와 같은 어떤 물리적 또는 형태적 변화를 수행하여 옥사이드로 변화한다. 이에 따라, 형광체 입자 표면에 견고하고 안정적으로 결합된 Al2O3의 코팅층을 형성하도록 한다. 상기 열처리는 약 200℃ 이상의 온도에서 진행할 수 있으며, 예를 들어 225 내지 500℃의 온도에서 진행할 수 있고, 좋게는 250 내지 450℃, 더 좋게는 300 내지 400℃의 온도에서 진행하는 것이 바람직하다. 또한, 열처리는 적합한 분위기에서 진행할 수 있으며, 예를 들어 대기, 진공 분위기 또는 불활성 분위기에서 진행할 수 있다. 대기중에서의 열처리의 경우, 산화 분위기는 임의의 탄소 잔기가 연소되기 때문에 바람직하다.
이로써 본 발명은 형광체 입자 표면에 Al2O3 코팅층이 형성된 형광체를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 형광체의 제조 공정은 상술한 바에 한정되지 않고, 원하는 특성 및 공정상 편의에 따라 다양한 수정과 변경이 가능하다. 예를 들어, 상기 형광체 입자를 둘러싸는 코팅층의 표면을 매끄럽게 하기 위해 표면 처리 공정, 예를 들어 추가적인 열처리 공정을 진행할 수 있다.
상기 언급한 바와 같이 기존의 형광체는 수분과의 반응으로 인해 화학적 특성의 열화를 야기하며, 발광 다이오드에 적용시 발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 열에 의해 발광 특성이 급격하게 저하되는 현상이 발생한다. 특히, (Ca,Sr)S:Eu 또는 (Ca,Sr,Ba)(Al,Ga,In)2S4:Eu 등의 황화물계 형광체는 수분과 쉽게 반응하여 형광체의 화학적 특성의 변형을 야기하며, 형광체와 수분 반응에 의해 발생하는 H2S 가스는 형광체의 형광 특성을 변형시켜 색좌표의 변화를 수반하고 급격한 광도 저하를 야기한다.
반면에 본 발명은 상술한 제조 공정을 통해 입자 표면에 Al2O3 코팅층이 형성된 형광체를 제조함으로써, 대기중 및 고습하에서의 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다. 즉, 형광체 입자와 공기 및 수분과의 반응을 차단하여 수분과의 반응으로 인한 화학적 특성의 열화를 방지하고 발광 특성을 개선할 수 있다. 실제로, 종래의 코팅층이 형성되지 않은 형광체는 고습하에서 초기 광도 대비 22%의 발광 특성을 나타내는 반면, 본 발명에 따라 Al2O3 코팅층이 형성된 형광체는 초기 광도 대비 49%의 발광 특성을 나타내어, 수분에 대한 안정성이 증가하였음을 알 수 있다.
이하, 상술한 본 발명의 형광체 및 이의 제조 방법에 대하여 하기의 실시예 를 통하여 좀더 상세하게 설명하기로 한다.
실시예 1
먼저 알루미늄 전구체인 알루미늄 이소 프로폭사이드(AIP)를 에탄올 용액에 용해시킨다. 상기 알루미늄 전구체를 가수분해시키기 위해 물을 첨가하고, 완전한 가수분해 반응을 위해 묽은 NH4OH를 첨가한 후, 75℃의 온도에서 1시간 동안 상기 용액을 환류시킨다. 이로 인해 AIP가 Al(OH)3로 가수분해됨으로써, 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성한다. 상기 AIP의 양은 형광체 입자에 대해 10wt%의 코팅층을 제공하도록 선택되고, 상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액의 pH는 8이다.
상기 형성된 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액에 티오갈라이트 형광체 입자를 첨가하여 교반하고, 코팅된 형광체 입자를 분리하여 대기하에서 건조시킨다. 그 다음 대기중 300℃의 온도에서 1시간 동안 열처리한다. 그 결과 입자의 표면에 Al2O3의 코팅층이 형성된 티오갈라이트 형광체를 제조할 수 있다.
상기와 같이 제조되는 본 실시예의 형광체는 형광체 입자 표면에 형성된 Al2O3의 코팅층으로 인해 대기중 및 고습하에서의 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다.
실시예 2
먼저 알루미늄 전구체인 알루미늄 이소 프로폭사이드(AIP)를 에탄올 용액에 용해시킨다. 또한, 코팅면의 균일성을 향상시키고 가수분해 반응의 속도를 조절하기 위해, HCl를 첨가하여 pH를 4로 조절한다. 상기 알루미늄 전구체를 가수분해시키기 위해 물을 첨가하고, 완전한 가수분해 반응을 위해 묽은 NH4OH를 첨가한 후, 75℃의 온도에서 1시간 동안 상기 용액을 환류시킨다. 이로 인해 AIP가 Al(OH)3로 가수분해됨으로써, 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성한다. 상기 AIP의 양은 형광체 입자에 대해 10wt%의 코팅층을 제공하도록 선택되고, 상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액의 pH는 8이다.
상기 형성된 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액에 티오갈라이트 형광체 입자를 첨가하여 교반하고, 코팅된 형광체 입자를 분리하여 대기하에서 건조시킨다. 그 다음 대기중 300℃의 온도에서 1시간 동안 열처리한다. 그 결과 입자의 표면에 Al2O3의 코팅층이 형성된 티오갈라이트 형광체를 제조할 수 있다.
상기와 같이 제조되는 본 실시예는 형광체 입자 표면에 보다 균일하게 코팅된 Al2O3 코팅층을 포함하는 형광체를 얻을 수 있으며, 상기 코팅층으로 인해 대기중 및 고습하에서의 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다.
실시예 3
먼저 알루미늄 전구체인 알루미늄 이소 프로폭사이드(AIP)를 에탄올 용액에 용해시킨다. 또한, 코팅면의 균일성을 향상시키고 가수분해 반응의 속도를 조절하기 위해, HCl를 첨가하여 pH를 4로 조절하고 아세틸아세톨을 0.02mol을 첨가한다. 상기 알루미늄 전구체를 가수분해시키기 위해 물을 첨가하고, 완전한 가수분해 반응을 위해 묽은 NH4OH를 첨가한 후, 75℃의 온도에서 1시간 동안 상기 용액을 환류시킨다. 이로 인해 AIP가 Al(OH)3로 가수분해됨으로써, 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성한다. 상기 AIP의 양은 형광체 입자에 대해 10wt%의 코팅층을 제공하도록 선택되고, 상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액의 pH는 8이다.
상기 형성된 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액에 티오갈라이트 형광체 입자를 첨가하여 교반하고, 코팅된 형광체 입자를 분리하여 대기하에서 건조시킨다. 그 다음 대기중 300℃의 온도에서 1시간 동안 열처리한다. 그 결과 입자의 표면에 Al2O3의 코팅층이 형성된 티오갈라이트 형광체를 제조할 수 있다.
상기와 같이 제조되는 본 실시예는 형광체 입자 표면에 보다 균일하게 코팅된 Al2O3 코팅층을 포함하는 형광체를 얻을 수 있으며, 상기 코팅층으로 인해 대기중 및 고습하에서의 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다.
실시예 4
먼저 알루미늄 전구체인 알루미늄 이소 프로폭사이드(AIP)를 에탄올 용액에 용해시킨다. 또한, 코팅면의 균일성을 향상시키고 가수분해 반응의 속도를 조절하기 위해, HCl를 첨가하여 pH를 4로 조절하고 아세틸아세톨을 0.2mol을 첨가한다. 상기 알루미늄 전구체를 가수분해시키기 위해 물을 첨가하고, 완전한 가수분해 반 응을 위해 묽은 NH4OH를 첨가한 후, 75℃의 온도에서 1시간 동안 상기 용액을 환류시킨다. 이로 인해 AIP가 Al(OH)3로 가수분해됨으로써, 투명한 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성한다. 상기 AIP의 양은 형광체 입자에 대해 10wt%의 코팅층을 제공하도록 선택되고, 상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액의 pH는 8이다.
상기 형성된 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액에 티오갈라이트 형광체 입자를 첨가하여 교반하고, 코팅된 형광체 입자를 분리하여 대기하에서 건조시킨다. 그 다음 대기중 300℃의 온도에서 1시간 동안 열처리한다. 그 결과 입자의 표면에 Al2O3의 코팅층이 형성된 티오갈라이트 형광체를 제조할 수 있다.
상기와 같이 제조되는 본 실시예는 형광체 입자 표면에 보다 균일하게 코팅된 Al2O3 코팅층을 포함하는 형광체를 얻을 수 있으며, 상기 코팅층으로 인해 대기중 및 고습하에서의 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 종래 형광체와, 본 발명에 따라 제조된 상기 실시예4의 형광체를 사용하여 제조한 발광 다이오드의 광도 변화를 비교한 그래프이다. 도 6은 도 6은 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 형광체의 신뢰성을 테스트한 결과 그래프이다.
일반적인 티오갈라이트 형광체와, 입자 표면에 Al2O3의 코팅층이 형성된 티오갈라이트 형광체를 투명 수지 내에 동일한 양을 혼합하고 패키지에 주입 및 경화시켜 발광 다이오드를 제조한 후, 85℃의 온도와 85%의 상대 습도의 분위기에서 500시간까지 유지한 결과를 나타내었다. 시간이 지남에 따른 광도 변화를 측정하였고 초기값을 100(%)으로 하여 초기값 대비 광도 변화를 나타내었다. 광도 변화는 수분과의 반응으로 형광체의 화학적 특성의 열화로 인해 광특성이 상실되는 것이다.
도 3 및 도 6에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따라 입자 표면에 Al2O3의 코팅층이 형성된 형광체의 광도 변화가 종래 형광체에 비해 상당히 적은 것을 볼 수 있다. 즉, 본 발명은 형광체 입자 표면에 형성된 코팅층으로 인해 수분과의 반응을 차단하여 광특성의 저하를 방지할 수 있음을 알 수 있다.
이하, 상술한 형광체를 이용한 본 발명의 발광 다이오드에 관해 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 형광체를 사용하여 제조한 칩형 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 발광 다이오드는 기판(10)과, 기판(10) 상에 형성된 제 1 및 제 2 전극(30, 35)과, 제 1 전극(30) 상에 실장된 발광 다이오드 칩(20)과, 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하는 몰딩부(40)를 포함한다. 상기 몰딩부(40)에는 상술한 바와 같이 입자(51) 표면에 Al2O3의 코팅층(52)이 형성된 형광체(50)가 균일하게 혼합되어 분포되어 있다.
상기 기판(10)은 발광 다이오드 칩(20)이 실장되는 중심 영역에 소정의 홈을 형성하여 홈의 측벽면에 소정의 기울기를 형성할 수 있다. 이 때, 상기 발광 다이오드 칩(20)은 홈의 하부 면에 실장되고, 소정의 기울기를 갖는 측벽면으로 인해 발광 다이오드 칩(20)에서 발광하는 광의 반사를 극대화하고 발광 효율을 증대시킬 수 있다.
또한 상기 기판(10)은 발광 다이오드 칩(20)의 열을 외부로 방출하기 위한 히트 싱크를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어 기판(10) 상의 발광 다이오드 칩(20)이 실장될 소정 영역을 제거하여 관통공을 형성하고, 그 내부에 히트 싱크를 삽입 장착하여 히트 싱크 상부에 발광 다이오드 칩(20)을 실장할 수도 있다. 히트 싱크로 열전도성이 우수한 물질을 사용하는 것이 바람직하고, 열전도성 및 전기 전도성이 우수한 금속을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 전극(30, 35)은 인쇄 기법을 통해 형성할 수 있다. 제 1 및 제 2 전극(30, 35)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함한 금속 물질로 형성하되, 제 1 전극(30)과 제 2 전극(35)은 전기적으로 단전되도록 형성한다.
상기 발광 다이오드 칩(20)은 자외선(UV) 발광하는 발광 다이오드 칩을 사용한다. 이에 한정되지 않고, GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlGaInN 계열의 청색 발광하는 발광 다이오드 칩을 사용할 수 있다. 또한, 발광 다이오드 칩(20)의 개수는 하나일 수도 있고, 목적하는 바에 따라 다수 개로 구성할 수도 있다.
상기 발광 다이오드 칩(20)은 제 1 전극(30) 상에 실장되고, 와이어(60)를 통하여 제 2 전극(35)과 전기적으로 연결된다. 또한, 발광 다이오드 칩(20)이 전극(30, 35) 상에 실장되지 않고 기판(10) 상에 형성되는 경우에, 2개의 와이어(60) 를 통하여 각각 제 1 전극(30) 또는 제 2 전극(35)과 연결될 수 있다.
또한, 기판(10) 상부에는 상기 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하기 위한 몰딩부(40)가 형성된다. 상기 몰딩부(40) 내에는 상술한 본 발명에 따른 형광체(50)가 균일하게 혼합되어 분포되어 있다. 몰딩부(40)는 소정의 투명 에폭시 수지와 상기 형광체(50)들의 혼합물을 이용한 사출 공정을 통해 형성할 수 있다. 또한 별도의 주형을 이용하여 제작한 다음, 이를 가압 또는 열처리하여 몰딩부(40)를 형성할 수 있다. 몰딩부(40)는 광학 렌즈 형태, 평판 형태 및 표면에 소정의 요철을 갖는 형태 등 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 형광체를 사용하여 제조한 램프형 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 발광 다이오드는 반사부가 형성된 제 1 리드 단자(70)와, 상기 제 1 리드 단자(70)와 소정 간격 이격된 제 2 리드 단자(75)로 구성된다. 상기 제 1 리드 단자(70)의 반사부 내에 발광 다이오드 칩(20)이 실장되고, 와이어(60)를 통하여 제 2 리드 단자(75)와 전기적으로 연결된다. 상기 발광 다이오드 칩(20)의 상부에는 입자(51) 표면에 Al2O3의 코팅층(52)이 형성된 형광체(50)를 포함하는 몰딩부(40)가 형성되고, 리드 단자(70, 75)의 선단에는 성형용 틀을 이용하여 형성한 외주 몰딩부(45)를 포함한다. 상기 몰딩부(40) 내에는 상기 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출된 광을 흡수하여 파장 전환시키는 본 발명의 상술한 형광체(50)가 균일하게 혼합되어 있다. 상기 외주 몰딩부(45)는 발광 다이오드 칩(20) 에서 방출된 광의 투과율을 향상시킬 수 있도록 투명한 에폭시 또는 실리콘 수지로 제작된다.
본 발명의 기술적 요지는 상기 상술한 예에 한정되는 것이 아니라 여러 가지 수정과 변형이 가능하며, 다양한 구조의 제품에 응용될 수 있다.
이러한 본 발명의 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩(20)으로부터 1차 광이 방출되고, 1차 광에 의해 형광체(50)는 파장변환된 2차 광을 방출하여, 이들의 혼색으로 원하는 스펙트럼 영역의 색을 구현한다.
예를 들어, 청색 발광 다이오드 칩과 녹색 및 적색 발광하는 형광체를 사용하여 이들의 혼색으로 백색 발광을 구현할 수 있다. 상기 녹색 발광 형광체로는 오소실리케이트(orthosilicate) 또는 (Ca,Sr,Ba)(Al,Ga,In)2S4:Eu로 표현되는 티오갈라이트(thiogallate) 계열의 형광체를 사용할 수 있다. 또한, 상기 적색 발광 형광체로는 (Ca,Sr)S:Eu, (Zn,Cd)(S,Se):Ag 등의 황화물 계열의 형광체 또는 질화물 계열의 형광체를 사용할 수 있다.
본 발명의 발광 다이오드는 입자 표면에 Al2O3의 코팅층이 형성된 형광체를 사용함으로써, 종래에 비해 형광체의 수분 안정성이 우수하기 때문에 형광체의 수명을 연장할 수 있고 발광 다이오드의 발광 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 특히, 수분과 쉽게 반응하는 황화물 계열의 형광체의 경우, 입자 표면에 형성된 코팅층으로 인해 수분과의 반응을 차단할 수 있어 향상된 수분 안정성 및 광특성을 얻을 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명은 입자 표면에 Al2O3 코팅층이 형성된 형광체를 제조함으로써, 수분과의 반응을 차단하여 광량 및 광특성의 안정성을 개선할 수 있다. 이와 같이 형광체의 수분에 대한 안정성을 향상시켜 보다 우수한 신뢰성과 발광 특성을 얻을 수 있다.
또한 수분 안정성이 향상된 본 발명의 형광체를 사용함으로써 신뢰성이 향상되고 발광 효율이 개선된 백색 발광 다이오드를 제조할 수 있으며, 일반 조명 및 LCD 백라이트 광원에 있어서 우수한 광원으로 이용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성하는 단계;
    상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 이용하여 형광체 입자의 표면에 코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 형광체를 건조 및 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액을 형성하는 단계는,
    알루미늄 유기 화합물을 용매 또는 물과 혼합한 혼합 용액을 형성하는 단계; 및
    상기 혼합 용액을 처리하여 상기 알루미늄 유기 화합물을 가수분해시키는 단 계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 알루미늄 유기 화합물은 알루미늄 이소프록사이드(AIP)를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조 방법.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 혼합 용액의 pH는 2.0 내지 6.0인 것을 특징으로 하는 형광체의 제조 방법.
  7. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 혼합 용액에 킬레이트화제를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조 방법.
  8. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 가수분해시키는 단계는 50 내지 85℃의 온도에서 진행하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조 방법.
  9. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄 하이드록사이드 겔 용액의 pH는 6.0 내지 9.0인 것을 특징으 로 하는 형광체의 제조 방법.
  10. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는 225 내지 500℃의 온도에서 진행하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조 방법.
  11. 삭제
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10321191A (ja) * 1997-05-16 1998-12-04 Toshiba Lighting & Technol Corp 蛍光ランプおよび照明器具
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100553140B1 (ko) 1990-04-25 2006-06-16 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니 봉입된전기발광성인광체및이의제조방법
JPH10321191A (ja) * 1997-05-16 1998-12-04 Toshiba Lighting & Technol Corp 蛍光ランプおよび照明器具
KR20010014184A (ko) * 1997-06-30 2001-02-26 스프레이그 로버트 월터 알루미늄 산화물계 다중 산화물 코팅으로 캡슐화된전자발광 포스포 입자
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