KR101544983B1 - 형광막을 갖고 있는 입자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라서 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 크기의 모체와, 상기 모체 표면의 전부 또는 일부에 코팅되거나 그 내부에 면으로 구현된 나노입자 형광체들을 포함하는 입자가 제공된다.

본 발명에 따르면, 모체는 마이크로미터 단위의 크기를 갖고 있고, 모체 상에 또는 그 내부에 제공되는 형광체 물질만이 나노크기 단위로 되어 있다. 따라서, 나노입자가 갖고 있는 다양한 특성을 비교적 다루기가 쉬운 모체 상에서 구현할 수 있어, 기존의 나노입자만으로 각종 특성을 구현하고자 하는데에서 비롯되는 문제점을 해결할 수가 있고, 형광체를 이용하는 각종 기기에 적용할 수가 있다.

Description

형광막을 갖고 있는 입자 및 그 제조 방법{PARTICLES HAVING FLUORESCENT FILMS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 입자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 얇은 형광막을 표면 또는 내부에 갖고 있는 입자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

기능이 좋은 분체, 미립자 재료가 각종 전자 정보 소자, 광기능 소자, 구조체 재료, 약품, 세라믹스 등의 소재로 더욱 중요해지고 있다. 이와 관련하여, 지름이 더 작은 100 nm 이하의 나노입자 이용이 에너지 절약, 자원 절약 관점에서 기대되고 있다.

지금까지는 마이크론 대역 및 서브 마이크론 범위의 분체의 취급 및 프로세스 기술을 활용하였으나, 향후 취급하는 입자의 크기가 더욱 작아져도 충분히 대응할 수 있기 위해서는 나노입자 취급 기술의 개발이 대단히 중요한 것으로 여겨지고 있다.

한편, 나노입자 기상 합성법으로서 CVD 법, 플라즈마 CVD 법, 화염법 등이 알려져 있으며, 액상 합성법으로서 액상 환원법, 졸겔법 등이 알려져 있다.

제조된 나노입자 재료를 현재의 전자 소자 등에 적용할 때 도포 등을 통해 박막화할 수 있는데, 나노입자를 통한 새로운 기능을 기대할 수 있는 반면, 실제로는 나노 입자의 높은 표면 활성으로 인해 잘 응집되고, 또 나노 현탁액을 장기간 분산 안정된 상태에서 보존하기가 어렵다.

한편, 기존에 나노입자 재료를 제조하는 방법에 주안점을 둔 기술들이 개발되고 있지만, 이들을 기존의 전자소자 등에 적용하기 위한 연구는 미비한 실정이다.

또한, 나노입자를 그대로 전자소자 등에 적용하기 위한 기술들이 제안되고 있을 뿐, 이들 나노입자를 달리 활용하여 전자소자 등에 적용하기 위한 나노입자 및 그 제조방법에 대한 기술은 개발되고 있지 않은 실정이다.

즉, 나노입자가 향후 각종 전자소자에 적용될 것을 예상하고 그 적용 방법 등에 대하여 광범위하게 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 나노입자가 갖고 있는 여러 가지 특성으로 인하여, 나노입자의 전자소자에의 적용이 쉽지 않다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, LCD 등과 같은 전자 소자에 적용할 수 있는 신규 구조를 갖는 입자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 LCD와 같은 전자 소자에서 요구되는 특성, 예컨대 고휘도, 에너지 절약 등의 요구를 만족시킬 수 있는 특성을 갖는 입자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라서 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 크기의 모체와, 상기 모체 표면의 전부 또는 일부에 코팅되거나 그 내부에 면으로 구현된 나노입자 형광체들을 포함하는 입자 구조가 제공된다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 모체는 전하/열을 분산/이동시키기 위해 알루미늄 또는 ITO 등이 코팅/함유되거나 유리로 된 구/타원/기둥형으로 이루어질 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 코팅막 또는 면의 두께는 0.2㎛ 이하이고, 상기 모체의 크기는 약 10 ㎛일 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 나노입자 형광체 코팅막은 순차적으로 형성된 복수의 서로 다른 나노입자 형광막으로 이루어질 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 형광막과 형광막 사이에 또는 최외곽에 비발 광성 나노입자 막이 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 모체는 마이크로미터 단위의 크기를 갖고 있고, 모체 상에 또는 그 내부에 제공되는 형광체 물질만이 나노크기 단위로 되어 있다. 따라서, 나노입자가 갖고 있는 다양한 특성을 비교적 다루기가 쉬운 모체 상에서 구현할 수 있어, 기존의 나노입자만으로 각종 특성을 구현하고자 하는데에서 비롯되는 문제점을 해결할 수가 있고, 형광체를 이용하는 각종 기기에 적용할 수가 있다.

본 발명자는 고휘도의 박형/경량인 디스플레이나 에너지 절약형 조명 등을 실현하기 위해서는 고성능 형광체가 필요하다는 사실에 착안하여, 입자에 고휘도 형광을 부여하기 위해 연구를 수행하여 본 발명을 제안하기에 이르렀다.

즉, 본 발명자들은 나노입자 자체에 형광성을 부여하여 고휘도 등의 성능을 발휘시키는 대신에, 비교적 다루기가 쉬운 마이크로미터 단위의 모체에 나노입자 형광체를 코팅하면 고휘도 등의 성능이 요구되는 전자 소자 등에 적용하기가 용이할 것이라 생각하고 본 발명을 완성하였다.

구체적으로, 본 발명의 기능성 입자는 전하/열을 분산/이동시키기 위해 알루미늄 또는 ITO 등이 코팅/함유되거나 유리로 된 구/타원/기둥형 등의 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 크기의 모체와, 상기 모체 표면의 전부 또는 일부에 코팅되거나 그 내부에 면으로 구현된 나노입자 형광체들을 포함한다. 즉, 글라스 화이버 또는 극소형 유리볼 등의 모체와 나노 입자를 하나의 챔버에 넣은 후 반응시키면, 나노 입자의 표면 활성도가 대단히 높기 때문에 나노 입자가 모체의 표면에 높은 밀착성으로 코팅된다. 이때, 바인더를 사용하면 더욱 단단하게 나노 입자를 모체의 표면에 코팅/고정할 수 있다. 이러한 제조 방법의 한 가지 실시예가 도 2에 도시되어 있다.

별법으로서, 나노 입자가 함유된 액상의 바인더에 모체를 넣어 코팅할 수도 있는데, 코팅액을 묻힘으로써 코팅액으로 일정 두께를 형성할 수 있다.

한편, 내부에 나노입자 형광체를 면으로 구현하는 방법은 구슬 속의 색띠를 만드는 공정을 활용한다. 즉, 미세한 글라스 화이버를 제조함에 이어서, 그 사이에 나노입자 형광체를 삽입한다. 아주 가늘고 긴 유리 섬유는 잘게 끊어지고 열처리를 하여 둥글게 만들면서 내부에 나노입자 형광체가 면 형태로 삽입된다.

상기 코팅막 또는 면의 두께는 0.2㎛ 이하인 것이 바람직하며, 모체의 크기는 10 ㎛ 내외인 것이 좋다. 즉, 기존의 봉지제와 공정 및 설비(니들 내경 등)/조건(점성/압력/온도 등) 등을 가능한 한 그대로 유지하여 제조상의 편의를 도모하고 안정된 양산성을 확보하기 위해 기존 형광체 입자 크기와 동일한 모체를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 현재 통상적으로 LED의 제조 공정 중 dispensing 공정에서 사용하고 있는 액상 실리콘에 형광체를 섞어줄 때 형광체의 입자 크기가 5~15㎛이다. YAG는 비교적 크기가 작은 약 5㎛ 정도이고, TAG 형광체는 비교적 크 기가 큰 15㎛일 때 봉지제와의 배합 공정도 잘 이루어지고, 입자들끼리 서로 엉겨 붙는 현상도 방지되어, 최적의 효율을 나타낼 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 본 발명에서 모체는 10 ㎛ 내외의 크기를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 코팅막 또는 면의 두께는 약 0.2㎛ 이하인 것이 바람직한데, 이는 코팅막 또는 면이 후술하는 바와 같이 복수층으로 형성되는 경우를 고려한 것이다. 즉, 보통 0.1㎛ 이하의 수 내지 수 십 나노미터 크기의 입자들이 사용되나, 이러한 입자들을 코팅하거나 막으로 형성하다 보면 복수층으로 형성되기도 하므로, 원하는 효과를 고려하여 최대 상기 범위의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, UV LED에서 red/green/blue 형광체를 각각 1층씩 형성하고 그 사이에 상황에 따라 유사한 두께의 투명층을 형성하는 경우, 총 5층의 구조로 된 코팅막 또는 면이 형성될 수 있으며, 그 효과를 고려하여 0.2 ㎛ 이하의 범위 내에서 구현한다. 본 발명은 본 발명에 따라 완성된 입자가 도 1에 도시되어 있다.

한편, 복수의 서로 다른 나노입자 형광막을 차례로 형성할 수도 있으며, 경우에 따라서는 형광막과 형광막 사이에 또는 최외곽에 비발광성 나노입자 막(열전도/전기 전도도, 기계적/화학적 보호)을 형성할 수도 있다. 즉, 모체의 표면 또는 내부에 1차적으로 R/G/B 형광체 중 일부를 형성하고, 그 외부에 나머지 형광체 층을 마치 양파와 같은 구조로 겹겹이 형성하는 것이다. 예컨대, 자외선을 여기원으로 하는 경우 R/G/B 형광막을 구현하면 백색광을 얻을 수 있고, 다른 파장에 대해 서는 동일한 원리가 적용된다.

한편, 본 발명자는 상기와 같이 완성된 입자를 봉지제(실리콘, 에폭시 등)의 물질과 혼합하였는데, 이때 입자와 봉지제 밀도를 달리하면 상대적으로 밀도가 낮은 입자는 상부에 높은 입자는 하부에 자연스럽게 위치시킬 수가 있었다. 이를 통해 색변환층을 서로 구분하여 형성함으로써 효율을 향상시킬 수가 있다. 즉, 밀도에 따른 비중차를 이용하여 위치 조정을 하는 것으로서, 봉지제의 성분과 밀도가 다양하고, 모체를 구성할 수 있는 글라스 성분의 조정도 가능하므로, 본 발명에 따른 입자가 적용되는 용례에 따라 다양한 물질들을 서로 대응시킴으로써 밀도차를 유발하여 그 위치를 조절할 수 있다.

또한, 여기 에너지원(음극선, 빛 등) 및 사용 목적과 환경(CRT, LED 등)에 따라 소정의 표면처리 기술을 본 발명에 따라 제공되는 입자에 적용하면 전기/열전도, 투과/반사 등에 변화를 도모하여 효율을 최적화할 수 있다. 구체적으로, 각종 표면 처리 및 형광체에 도핑을 하거나 하여 전기 전도도 및 열전도도를 부여하여 성능을 개선할 수 있고, 또 코팅 물질과 모체와 또는 주변 봉지제와의 굴절율의 차이 및 모체 표면에 반사 기능을 부여하여 투과 또는 반사율을 조정함으로써, 요구되는 상황에 따라 광을 투과하는 모체를 만들 것인지 또는 광을 반사시키는 모체가 유리할 것인지 등을 최적화할 수 있다.

한편, 기존의 수 내지 수십 마이크로미터 단위의 형광체가 낮은 에너지를 갖는 전자선에 의해 여기되면, 전자선의 침투 깊이는 표면에 국한되어 발광 효율이 현저히 감소한다. 이는 형광체 표면에 음의 전하가 축적됨에 따라 기인하는 것으로, 이로 인해 효율 및 수명을 위해 표면 전하를 제거하여야 한다. 그러나, 본 발명에서와 같이 모체에 전도성을 부여하거나 전도성막을 모체 표면에 형광막과 함께 또는 전후에 형성함으로써 개선할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 전도성 물질로 모체를 만들거나 전도성 물질을 모체 표면에 형성하는데, 표면에 전도성 물질을 형성하는 경우, 형광체 나노입자와 전도성 물질을 섞어서 하나의 층으로 형성할 수도 있고, 또는 형광체층 위 또는 아래에 전도성막을 따로 구현할 수도 있다. 바람직하게는, 해당 파장의 투과성이 낮은 물질은 형광체 아래에 배치하고, 투과성이 좋은 물질은 형광체와 동일 또는 외곽에 위치시키면 된다.

또한, 입자의 열전도성을 높이면 형광체의 광변환 과정에서 발생된 열을 효과적으로 분산시켜 제거함으로써 효율을 유지할 수 있는데, 이를 위해 열전도성이 좋은 물질로 본 발명의 모체를 구성하거나 열전도성이 좋은 물질로 막 또는 층 또는 기타 경로를 모체에 형성하여여, 궁극적으로, 발생된 열이 입자들간에 형성된 경로를 통해서 제품 외부로 방출되도록 한다.

이상, 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 범위가 전술한 설명에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 즉, 본 발명은 후술하는 특허청구범위 내에서 다 양하게 변형, 수정할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범위 내에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 입자 구조의 단면 구조를 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 입자 구조를 형성하는 방법을 보여주는 도면이다.

Claims (5)

1. 중공 유리섬유의 내부 중공부분에 200nm 이하의 두께로 형성된 나노 형광체막을 코팅한 다음에 일정 크기로 절단하여 열처리하여 5~15㎛ 크기를 가진 입자.
2. 제1항에 있어서, 상기 유리섬유는 전하/열 분산/이동시키기 위하여 알루미늄 또는 ITO 등이 코팅/함유된 구/타원/기둥형 중 어느 하나로 이루어진 입자.
3. 5~15㎛ 크기의 모체와, 상기 모체 표면에 200nm 이하의 두께로 형성된 나노 형광체막을 코팅하되, 상기 나노 형광체막은 R 형광체층, G 형광체층, B 형광체층 중 적어도 두 층 이상을 양파와 같은 구조로 겹겹이 형성한 입자.
4. 제3항에 있어서, 상기 형광체층들 사이 및 최외곽 형광체층 표면 중 적어도 한 곳 이상에 수 내지 수십 나노미터의 두께를 가진 비발광성 나노 입자막이 각각 형성된 입자.
5. 제3항에 있어서, 상기 모체는 전하/열 분산/이동시키기 위하여 알루미늄 또는 ITO 등이 코팅/함유된 구/타원/기둥형 중 어느 하나로 이루어진 입자.

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