KR101583138B1 - 그래핀을 함유한 실리콘 수지로 구성된 발광소자용 봉지재의 제조 방법 - Google Patents

그래핀을 함유한 실리콘 수지로 구성된 발광소자용 봉지재의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그래핀을 포함하는 실리콘 수지로 구성된 발광소자용 봉지재의 제조 방법에 관한 것으로, 용매 교환법을 사용하여 그래핀을 실리콘 수지에 도입함으로써 그래핀이 고르게 분산된 발광소자용 봉지재를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 간단한 용매 교환법을 사용하여 그래핀을 포함하는 실리콘 수지로 구성된 발광소자용 봉지재를 용이하게 제조할 수 있는 장점을 가진다. 더욱이, 상기 그래핀을 포함하는 실리콘 수지로 구성된 발광소자용 봉지재는 광 투과도 및 광 효율의 손실 없이 높은 열전도도, 수분 및 가스 차단성, 뛰어난 기계적 성질 등을 지니며, 종국에는 본 발명을 통해 발광소자의 수명 및 장기간 안정성이 향상된 발광소자용 봉지재의 제조가 가능하다.

Description

그래핀을 함유한 실리콘 수지로 구성된 발광소자용 봉지재의 제조 방법 {Graphene sheets embedded silicone encapsulant for light emitting diode}
본 발명은 발광소자용 봉지재에 관한 내용으로, 보다 상세하게는, 그래핀을 함유한 실리콘 수지로 구성된 발광소자용 봉지재의 제조 방법에 관한 것이다.
발광소자 (Light-emitting diode) 는 빠른 반응 속도, 낮은 전력 소비, 긴 수명, 작은 크기 및 가벼운 무게 등의 장점이 있어, 조명 장치의 광원 및 디스플레이의 백라이트 유닛 등으로 널리 사용되고 있다. 발광소자의 효율 및 수명은 패키지의 구성과 성능에 따라 좌우되기 때문에, 발광소자 패키지를 이루는 각각의 구성 요소에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 발광소자 패키지의 구성 요소 중 봉지재와 관련된 연구는 상대적으로 미미하게 진행되었다.
봉지재 (Encapsulant) 는 발광소자 패키지를 이루는 물질 중 하나로, 외부 조건으로부터 각각의 소자를 보호하고 소자로부터 발생하는 열을 효과적으로 방출하는 역할을 한다. 일반적으로 봉지재에 요구되는 특성으로는, 높은 광 투과도, 우수한 열 전도도 및 열적 안정성, 화학적 안정성, 수분 및 가스 차단성 등이 있다. 발광소자가 높은 광 효율을 갖기 위해서 봉지재는 높은 광 투과도를 지녀야 하며, 작동 중 소자로부터 발생하는 열을 효과적으로 발산할 수 있어야 한다. 또한, 외부 환경에 의한 소자의 부식과 변성을 막기 위하여 유해가스와 수분에 대한 보호 능력이 뛰어나야 한다. 지금까지 진행된 발광소자용 봉지재와 관련된 연구로는, 열적 노화 조건에도 고성능을 나타내는 자외선 경화 에폭시―실록산 혼합 수지를 제조하는 것에 관한 연구 (참고 문헌: Yang, S.; Kwak, S.-Y.; Jin, J.; Kim, J.-S.; Choi, Y.; Paik, K.-W.; Bae, B.-S. "Thermally Resistant UV-Curable Epoxy Siloxane Hybrid Materials for Light Emitting Diode (LED) Encapsulant", Journal of Materials Chemistry, 2012, 22, 8874.), 페닐메틸실록산이 개질된 에폭시 수지를 봉지재에 도입함으로써 열적 노화 조건에서도 발광소자의 광학적 특성과 기계적 특성을 향상시킨 것에 관한 연구 (참고 문헌: Hsu, C.-W.; Ma, C.-C. M.; Tan, C.-S.; Li, H.-T.; Huang, S.-C.; Lee, T.-M.; Tai, H. "Effect of Thermal Aging on the Optical, Dynamic Mechanical, and Morphological Properties of Phenylmethylsiloxane-Modified Epoxy for Use as an LED Encapsulant", Materials and Chemistry Physics, 2012, 134, 789.) 등이 보고된 바 있으며, 지금까지 보고된 대부분의 연구는 봉지재의 열적 안정성 향상에 초점이 맞춰져 있었다. 따라서, 열적 안정성뿐만 아니라 화학적 안정성과 우수한 열 전도도, 수분 및 가스 차단성, 그리고 장기 안정성 (long-term stability) 등의 특성이 향상된 봉지재의 제조방법이 강력히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 이러한 종래기술의 한계점을 일거에 해결하고자 그래핀을 용매 교환법을 이용한 간단한 방법을 통하여 발광소자용 봉지재에 도입함으로써 광 투과도 및 광 효율의 손실 없이 열전도도, 수분 및 가스 차단성, 기계적 성질 등이 향상되어 종국에는 발광소자의 수명 및 장기간 안정성이 개선된 발광소자용 봉지재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 방법으로 제조된 그래핀을 함유한 실리콘 수지로 구성된 발광소자용 봉지재를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 수많은 실험과 심도있는 연구를 거듭한 끝에, 이제껏 알려진 방법과는 전혀 다른 방법, 즉 그래핀을 발광소자용 봉지재에 도입함으로써, 광 투과도 및 광 효율의 손실 없이 열전도도, 수분 및 가스 차단성, 기계적 성질 등을 향상시키고, 종국에는 발광소자의 수명 및 장기간 안정성이 개선된 발광소자용 봉지재를 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은 그래핀을 초음파 분산기를 사용하여 에탄올에 고르게 분산시키고, 그래핀이 분산된 에탄올을 제2 실리콘 수지와 혼합한 후, 원심분리 및 가열 과정을 통해 용매를 완전히 제거함으로써 그래핀이 고르게 분산된 제2 실리콘 수지를 제조하고, 이에 제1 실리콘 수지를 혼합하여 발광소자 위에 도포한 후 경화시킴으로써 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재 및 이를 포함한 발광소자 패키지를 제조하는 것을 내용으로 한다.
본 발명에 따른 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 제조방법은,
(A) 그래핀을 에탄올에 분산시키는 단계; 및,
(B) 상기 그래핀이 분산된 에탄올과 제2 실리콘 수지를 혼합하는 단계; 및,
(C) 상기 혼합 조성물에서 상기 에탄올을 완전히 제거하여 그래핀이 분산된 제2 실리콘 수지를 제조하는 단계; 및,
(D) 상기 그래핀이 분산된 제2 실리콘 수지에 제1 실리콘 수지를 혼합하는 단계; 및,
(E) 상기 그래핀이 분산된 실리콘 수지 혼합 조성물을 발광소자 위에 도포한 후, 경화 과정을 통해 그래핀을 함유한 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지를 제조하는 단계로 구성되어 있다.
본 발명에 따른 그래핀을 함유한 실리콘 수지로 구성된 발광소자용 봉지재의 제조 방법은 이제껏 보고된 바가 없는 전혀 새로운 방법으로써, 실리콘 수지에 그래핀을 분산시키기 위한 방법으로 용매교환법(solvent-exchange method)을 이용함으로써 간단하고 용이한 방법으로 그래핀이 고르게 분산된 실리콘 수지로 구성된 봉지재의 제조가 가능하다. 또한, 발광소자용 봉지재에 그래핀을 도입함으로써 높은 광 투과도를 유지하면서 동시에 열전도도 및 열 안정성, 수분 및 가스 차단성, 물리적 특성 등을 향상시킨 발광소자용 봉지재를 제조할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따라 제조된 그래핀을 함유한 실리콘 수지로 구성된 발광소자용 봉지재를 사용하여 광 효율 및 장기 안정성이 개선된 발광소자 패키지를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 발광소자 패키지의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 2는 본 발명의 실시예 3에서 제조된 발광소자 패키지와 실시예 1에서 언급된 비교물질을 포함하는 발광소자 패키지의 동작 시간에 따른 상대 광속 (relative luminous flux) 변화를 나타낸 그림이다.
단계 (B)에서 사용되는 제2 실리콘 수지는 폴리실록산 10 내지 30 중량% 및 잔량의 실세스키옥산으로 이루어지며, 기본 실리콘 수지 및 경화를 담당한다.
단계 (D)에서 사용되는 제1 실리콘 수지는 실리콘수지 10 내지 30중량%, 페닐메틸 사이클로실록산 10중량% 미만, 및 잔량의 말단비닐기를 함유한 메틸페닐 실록산을 포함하며, 열경화 개시제 역할과 촉매역할을 한다.
단계 (A)에서 사용되는 그래핀은, 황산과 질산 및 질산나트륨, 염소산 칼륨 등의 산화제를 사용하여 흑연을 산 처리함으로써 산화흑연을 제조한 후, 하이드라진, 암모니아수 등의 환원제를 이용하여 환원시킴으로써 제조되며, 이는 개선된 Hummers 방법 (참고문헌 : Hummers, W.; Offeman, R. "Preparation of graphite oxide", Jounal of the American Chemical Society, 80, 1958, 1339) 이다. 이렇게 제조된 그래핀들은 사용된 흑연의 크기에 따라 수십 나노미터에서부터 수십 마이크로미터까지 다양한 크기를 갖는다. 다양한 크기의 그래핀을 사용하는 것이 가능하나, 분산성과 투과성을 고려하였을 때 수십 나노미터의 작은 크기를 지니는 그래핀을 사용하는 것이 유리하다.
그래핀을 분산시키는 용매로는 끓는점이 낮고 그래핀을 잘 분산시키며 실리콘 수지와 잘 혼합되는 성질을 갖는 에탄올을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 에탄올에 그래핀 분산 시, 용매 대비 그래핀의 함량은 용매 100 중량부 대비 0.01 에서 1.5 중량부인 것이 바람직하며, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많거나 적을 수 있다. 그래핀 함량이 1.5 중량부 초과이면, 용매에 그래핀을 효과적으로 분산하지 못할 수 있다는 단점이 있다. 상기 용매에 그래핀 분산 시, 효율적으로 분산시키기 위하여 초음파 발생기를 사용하는 것이 용이하며, 초음파 발생기의 사용 시간은 30 분 내지 1 시간이 바람직하다.
단계 (B)에서 사용되는 실리콘 수지의 종류는 특정 실리콘 수지에 한정된 것이 아니며, 에폭시 수지도 사용될 수 있다. 사용되는 제2 실리콘 수지의 점도는 2500 에서 3000 mPa.s 인 것이 바람직하며, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다. 제2 실리콘 수지의 부가량은 그래핀 100 중량부에 대하여 53,333 에서 266,667 중량부가 바람직하나, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많거나 적을 수 있다. 제2 실리콘 수지의 부가량이 53,333 중량부 미만이면, 발광소자용 봉지재로의 적용 시 광 투과도가 92.5% 미만으로 저하된다는 단점이 있다.
단계 (C)에서 상기 혼합 조성물을 원심분리기를 사용하여 밀도차에 따른 층 분리를 실행하는데, 그래핀의 밀도는 2.2 g/cm3, 제2 실리콘 수지의 밀도는 1.29 g/cm3, 에탄올의 밀도는 0.789 g/cm3 이므로, 밀도가 높은 그래핀과 제2 실리콘 수지가 하부 층에 존재하게 되고, 밀도가 낮은 에탄올이 상부 층에 존재하게 된다. 상기 원심분리기를 사용함에 있어서, 원심분리기의 침전속도는 5000에서 12000 rpm 인 것이 바람직하며, 원심분리기의 침전시간은 15에서 40 분인 것이 바람직하다. 상부 층에 존재하는 상기 용매를 스포이트(spuit)를 사용하여 제거하고, 상기 용매를 제거하고 남은 하부 혼합액을 가열함으로써 에탄올을 완전하게 제거하도록 한다. 상기 하부 혼합액을 가열함에 있어서, 가열 온도는 용매의 끓는점(에탄올의 끓는점:78.32 ℃)보다 높고 제2 실리콘 수지(제2 실리콘 수지의 끓는점:100 ℃)보다 낮은 것이 바람직하며, 가열과 동시에 자석막대를 이용한 교반을 진행하는데, 가열 및 교반 시간은 3 시간 이상인 것이 바람직하다.
단계 (D)에서 제1 실리콘 수지 부가량은 제2 실리콘 수지 100 중량부 대비 25 중량부인 것이 바람직하며, 제2 수지 대비 제1 수지의 부가량은 사용하는 수지의 종류에 따라 상이하다.
단계 (E)에서 상기 그래핀이 분산된 실리콘 수지 혼합 조성물을 발광소자 위에 도포한 후, 경화 과정을 통해 그래핀을 함유한 봉지재를 발광소자 패키지를 제조하게 되는 데, 경화 온도는 150 ℃ 가 바람직하며, 경화 시간은 2 시간이 바람직하나, 경화 온도와 경화 시간은 사용하는 수지 종류에 따라 상기 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다.
[실시예]
이하 실시예를 참조하여 본 발명의 구체적인 예를 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
개선된 Hummers 방법에 따라 그래핀을 준비하고, 에탄올을 용매로 사용하여 상기 그래핀 0.03 g 을 상기 에탄올 20 ml 에 넣고 초음파 발생기를 사용하여 30 분 내지 1 시간 동안 분산시켜 용해시킨다. 상기 그래핀이 분산된 에탄올에 상기 제2 실리콘 수지 80 g 을 첨가한 후, 막대자석을 이용하여 교반시켜 혼합한다. 원심분리기를 사용하여 상기 에탄올을 상기 혼합 용액으로부터 제거하여 그래핀이 분산된 제2 실리콘 수지를 제조한다. 이때, 원심분리기 침전속도는 5000에서 12000 rpm 일 수 있으며, 침전시간은 15에서 40 분일 수 있다. 추가적으로 가열과정을 진행함으로써 상기 에탄올을 보다 완전하게 제거할 수 있으며, 가열온도는 80 ℃ 이며, 가열시간은 3 시간일 수 있다. 이때, 막대자석을 이용한 교반을 진행함으로써 보다 효율적으로 에탄올을 제거할 수 있다. 에탄올이 제거된, 그래핀이 분산된 제2 실리콘 수지에 상기 제1 실리콘 수지 20 g 을 첨가하고 교반시켜 혼합하여, 그래핀이 균일하게 분산된 실리콘 수지 혼합 조성물을 제조한다. 이후에, 상기 그래핀이 분산된 실리콘 수지 혼합 조성물을 발광소자 위에 도포한 후, 경화 과정을 통해 그래핀을 함유한 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지를 제조할 수 있다. 이때, 경화 온도는 150 ℃ 이며, 경화 시간은 2 시간일 수 있다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 열적 특성을 분석한 결과, 2.11 W/cm·K 의 열 전도도와 68.5×10―6 K― 1 의 열 팽창계수를 가지는 것을 관찰하였다. 상대적 비교물질인 실리콘 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 경우, 동일한 조건 하에서 1.42 W/cm·K 의 열 전도도와 92.5×10―6 K― 1 의 열 팽창계수를 가지는 것을 확인하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 물리적 특성을 분석한 결과, 21.819 MPa 의 탄성 계수(Elastic modulus)와 7.2349×10―5 MPa·m1/ 2 의 파괴인성(Fracture toughness)을 가지는 것을 관찰하였다. 추가적으로, 수분 내성 분류 시험 (Moisture sensitivity level test, MSL test) 결과, 균열 발생률이 60% 인 것으로 확인되었다. 이때, 수분 내성 분류 시험은, 100 ℃ 의 온도에서 24 시간, 60 ℃ 의 온도와 90% 의 상대습도에서 168 시간의 과정을 거치는 조건 하에서 진행되었다. 상대적 비교물질인 실리콘 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 경우, 동일한 조건 하에서 17.350 MPa 의 탄성 계수(Elastic modulus)와 5.8235×10―5 MPa·m1/ 2 의 파괴인성(Fracture toughness)을 가지며, 수분 내성 분류 시험 결과, 균열 발생률이 65% 인 것으로 확인되었다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 수분 차단성 측정 결과, 상기 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 85 ℃ 증류수에 2 시간 동안 수침시켰을 때, 수침 전과 후의 중량 변화율이 0.255% 인 것을 확인하였다. 상대적 비교물질인 실리콘 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 경우, 동일한 조건 하에서 중량변화율이 0.265% 인 것을 확인하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 가스 차단성 측정 결과, 1000 ppm 의 황화수소 가스와 25 ℃ 의 온도, 90% 의 상대습도 조건 하에서 4 시간 동안 측정을 진행하였을 때, 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 전력 변환률은 초기 0.1354 에서 4 시간 후 0.0898 로 감소하였으며, 감소율은 33.68% 인 것으로 확인되었다. 상대적 비교물질인 실리콘 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 경우, 동일한 조건 하에서 전력 변환률이 0.1355 에서 0.0852 로 감소하였으며, 감소율은 37.12% 인 것을 확인하였다.
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 0.06 g 의 그래핀을 도입하여 그래핀을 함유한 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지를 제조하였으며, 제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 열적 특성을 분석한 결과, 2.15 W/cm·K 의 열 전도도와 43.5×10―6 K― 1 의 열 팽창계수를 가지는 것을 관찰하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 물리적 특성을 분석한 결과, 28.700 MPa 의 탄성 계수와 8.8382×10―5 MPa·m1/ 2 의 파괴인성을 가지는 것을 관찰하였다. 추가적으로, 수분 내성 분류 시험 (Moisture sensitivity level test, MSL test) 결과, 균열 발생률이 55% 인 것으로 확인되었다. 이때, 수분 내성 분류 시험은, 100 ℃ 의 온도에서 24 시간, 60 ℃ 의 온도와 90% 의 상대습도에서 168 시간의 과정을 거치는 조건 하에서 진행되었다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 수분 차단성 측정 결과, 상기 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 85 ℃ 증류수에 2 시간 동안 수침시켰을 때, 수침 전과 후의 중량 변화율이 0.257% 인 것을 확인하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 가스 차단성 측정 결과, 1000 ppm 의 황화수소 가스와 25 ℃ 의 온도, 90% 의 상대습도 조건 하에서 4 시간 동안 측정을 진행하였을 때, 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 전력 변환률은 초기 0.1352 에서 4 시간 후 0.0934 로 감소하였으며, 감소율은 30.92% 인 것으로 확인되었다.
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 0.09 g 의 그래핀을 도입하여 그래핀을 함유한 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지를 제조하였으며, 제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 열적 특성을 분석한 결과, 3.25 W/cm·K 의 열 전도도와 33.0×10―6 K― 1 의 열 팽창계수를 가지는 것을 관찰하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 물리적 특성을 분석한 결과, 38.809 MPa 의 탄성 계수와 12.719×10―5 MPa·m1/ 2 의 파괴인성을 가지는 것을 관찰하였다. 추가적으로, 수분 내성 분류 시험 (Moisture sensitivity level test, MSL test) 결과, 균열 발생률이 35% 인 것으로 확인되었다. 이때, 수분 내성 분류 시험은, 100 ℃ 의 온도에서 24 시간, 60 ℃ 의 온도와 90% 의 상대습도에서 168 시간의 과정을 거치는 조건 하에서 진행되었다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 수분 차단성 측정 결과, 상기 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 85 ℃ 증류수에 2 시간 동안 수침시켰을 때, 수침 전과 후의 중량 변화율이 0.249% 인 것을 확인하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 가스 차단성 측정 결과, 1000 ppm 의 황화수소 가스와 25 ℃ 의 온도, 90% 의 상대습도 조건 하에서 4 시간 동안 측정을 진행하였을 때, 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 전력 변환률은 초기 0.1348 에서 4 시간 후 0.0998 로 감소하였으며, 감소율은 25.96% 인 것으로 확인되었다.
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 0.12 g 의 그래핀을 도입하여 그래핀을 함유한 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지를 제조하였으며, 제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 열적 특성을 분석한 결과, 3.49 W/cm·K 의 열 전도도와 11.2×10―6 K― 1 의 열 팽창계수를 가지는 것을 관찰하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 물리적 특성을 분석한 결과, 39.983 MPa 의 탄성 계수와 17.928×10―5 MPa·m1/ 2 의 파괴인성을 가지는 것을 관찰하였다. 추가적으로, 수분 내성 분류 시험 (Moisture sensitivity level test, MSL test) 결과, 균열 발생률이 20% 인 것으로 확인되었다. 이때, 수분 내성 분류 시험은, 100 ℃ 의 온도에서 24 시간, 60 ℃ 의 온도와 90% 의 상대습도에서 168 시간의 과정을 거치는 조건 하에서 진행되었다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 수분 차단성 측정 결과, 상기 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 85 ℃ 증류수에 2 시간 동안 수침시켰을 때, 수침 전과 후의 중량 변화율이 0.249% 인 것을 확인하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 가스 차단성 측정 결과, 1000 ppm 의 황화수소 가스와 25 ℃ 의 온도, 90% 의 상대습도 조건 하에서 4 시간 동안 측정을 진행하였을 때, 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 전력 변환률은 초기 0.1345 에서 4 시간 후 0.109 로 감소하였으며, 감소율은 18.96% 인 것으로 확인되었다.
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 0.15 g 의 그래핀을 도입하여 그래핀을 함유한 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지를 제조하였으며, 제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 열적 특성을 분석한 결과, 5.15 W/cm·K 의 열 전도도와 7.10×10―6 K― 1 의 열 팽창계수를 가지는 것을 관찰하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 물리적 특성을 분석한 결과, 45.166 MPa 의 탄성 계수와 23.712×10―5 MPa·m1/ 2 의 파괴인성을 가지는 것을 관찰하였다. 추가적으로, 수분 내성 분류 시험 (Moisture sensitivity level test, MSL test) 결과, 균열 발생률이 10% 인 것으로 확인되었다. 이때, 수분 내성 분류 시험은, 100 ℃ 의 온도에서 24 시간, 60 ℃ 의 온도와 90% 의 상대습도에서 168 시간의 과정을 거치는 조건 하에서 진행되었다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 수분 차단성 측정 결과, 상기 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 85 ℃ 증류수에 2 시간 동안 수침시켰을 때, 수침 전과 후의 중량 변화율이 0.242% 인 것을 확인하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재의 가스 차단성 측정 결과, 1000 ppm 의 황화수소 가스와 25 ℃ 의 온도, 90% 의 상대습도 조건 하에서 4 시간 동안 측정을 진행하였을 때, 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 전력 변환률은 초기 0.1341 에서 4 시간 후 0.117 로 감소하였으며, 감소율은 12.75% 인 것으로 확인되었다.
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 제조한, 그래핀을 함유한 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지를 100 mA 의 인가 전류, 25.0±0.4 ℃ 의 온도, 50±5% 상대 습도의 조건에서 1000 시간 동안 작동시킨 후 광학적 특성을 분석한 결과, 40.2 lm 의 광속과, 128.4 lm/W 의 광 효율, 550 nm 파장에서 98.5% 의 광 투과도를 가지는 것을 관찰하였으며, CIE 1931 색좌표는 (0.3231, 0.3549) 를 가지는 것을 관찰하였다. 상대적 비교물질인 실리콘 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 경우, 동일한 조건 하에서 40.1 lm 의 광속과, 126.1 lm/W 의 광 효율, 550 nm 파장에서 100% 의 광 투과도, (0.3268, 0.3574) 의 CIE 1931 색좌표를 지니는 것을 확인하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 장기 안정성(long-term stability)을 관찰하기 위하여, 상기 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 패키지를 1000 시간 동안 작동시키면서 광속 변화율을 측정하였다. 측정 결과, 광속 변화율은 ―2.899% 인 것으로 확인되었다. 상대적 비교물질인 실리콘 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 경우, 동일한 조건 하에서 광속 변화율이 ―3.68% 인 것을 확인하였다.
실시예 2와 마찬가지의 방법을 이용하여 제조한, 그래핀을 함유한 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지를 100 mA 의 인가 전류, 25.0±0.4 ℃ 의 온도, 50±5% 상대 습도의 조건에서 1000 시간 동안 작동시킨 후 광학적 특성을 분석한 결과, 40.5 lm 의 광속과, 128.6 lm/W 의 광 효율, 550 nm 파장에서 97.0% 의 광 투과도를 가지는 것을 관찰하였으며, CIE 1931 색좌표는 (0.3218, 0.3484) 를 가지는 것을 관찰하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 장기 안정성(long-term stability)을 관찰하기 위하여, 상기 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 패키지를 1000 시간 동안 작동시키면서 광속 변화율을 측정하였다. 측정 결과, 광속 변화율은 ―1.937% 인 것으로 확인되었다.
실시예 3과 마찬가지의 방법을 이용하여 제조한, 그래핀을 함유한 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지를 100 mA 의 인가 전류, 25.0±0.4 ℃ 의 온도, 50±5% 상대 습도의 조건에서 1000 시간 동안 작동시킨 후 광학적 특성을 분석한 결과, 41.2 lm 의 광속과, 128.9 lm/W 의 광 효율, 550 nm 파장에서 95.5% 의 광 투과도를 가지는 것을 관찰하였으며, CIE 1931 색좌표는 (0.3282, 0.3606) 를 가지는 것을 관찰하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 장기 안정성(long-term stability)을 관찰하기 위하여, 상기 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 패키지를 1000 시간 동안 작동시키면서 광속 변화율을 측정하였다. 측정 결과, 광속 변화율은 ―0.101% 인 것으로 확인되었다.
실시예 4와 마찬가지의 방법을 이용하여 제조한, 그래핀을 함유한 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지를 100 mA 의 인가 전류, 25.0±0.4 ℃ 의 온도, 50±5% 상대 습도의 조건에서 1000 시간 동안 작동시킨 후 광학적 특성을 분석한 결과, 38.8 lm 의 광속과, 120.9 lm/W 의 광 효율, 550 nm 파장에서 94.0% 의 광 투과도를 가지는 것을 관찰하였으며, CIE 1931 색좌표는 (0.3270, 0.3509) 를 가지는 것을 관찰하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 장기 안정성(long-term stability)을 관찰하기 위하여, 상기 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 패키지를 1000 시간 동안 작동시키면서 광속 변화율을 측정하였다. 측정 결과, 광속 변화율은 ―0.095% 인 것으로 확인되었다.
실시예 5와 마찬가지의 방법을 이용하여 제조한, 그래핀을 함유한 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지를 100 mA 의 인가 전류, 25.0±0.4 ℃ 의 온도, 50±5% 상대 습도의 조건에서 1000 시간 동안 작동시킨 후 광학적 특성을 분석한 결과, 37.5 lm 의 광속과, 118.3 lm/W 의 광 효율, 550 nm 파장에서 92.5% 의 광 투과도를 가지는 것을 관찰하였으며, CIE 1931 색좌표는 (0.3241, 0.3495) 를 가지는 것을 관찰하였다.
제조된 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 발광소자 패키지의 장기 안정성(long-term stability)을 관찰하기 위하여, 상기 그래핀을 함유한 발광소자용 봉지재를 포함하는 패키지를 1000 시간 동안 작동시키면서 광속 변화율을 측정하였다. 측정 결과, 광속 변화율은 ―0.082% 인 것으로 확인되었다.
10: 발광소자 칩, 11, 12: 본딩 와이어, 20: 제1 리드 프레임, 21: 제2 리드 프레임, 30: 몸체부, 40: 봉지재, 50: 렌즈부, G: 그래핀.

Claims (12)

  1. 그래핀을 초음파 발생기를 사용하여 에탄올에 분산시키는 단계; 및,
    제1 실리콘 수지와 제2 실리콘 수지를 준비하는 단계; 및,
    상기 그래핀이 분산된 에탄올과 상기 제2 실리콘 수지를 혼합하는 단계; 및,
    상기 그래핀이 분산된 에탄올과 제2 실리콘 수지가 혼합된 용액을 원심분리기를 사용하여 층을 분리하는 단계; 및,
    상기 층이 분리된 용액 중 상층부에 해당하는 에탄올을 제거하고, 하층부에 해당하는 그래핀이 분산된 제2 실리콘 수지를 가열하여 수지 내에 잔존하는 에탄올을 제거하는 단계; 및,
    상기 그래핀이 분산된 제2 실리콘 수지에 제1 실리콘 수지를 혼합하는 단계; 및,
    상기 그래핀이 분산된 실리콘 수지 혼합 조성물을 발광소자 위에 도포한 후, 경화시키는 단계를 포함하는 발광소자용 봉지재의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 그래핀을 잘 분산시키는 동시에 끓는점이 낮아 가열에 의한 제거가 용이한 용매인 에탄올에 그래핀을 분산시키는 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 그래핀을 에탄올에 분산할 때, 초음파 발생기를 이용한 분산 시간이 30 분 내지 1 시간인 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 실리콘 수지는 열경화 개시제 역할과 촉매 역할을 하며, 실리콘 수지 10 내지 30 중량%, 페닐메틸 사이클로실록산 10 중량% 미만, 및 잔량의 말단 비닐기를 함유한 메틸페닐 실록산을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 실리콘 수지는 기본 실리콘 수지 및 경화를 담당하는 성분을 함유하며, 폴리실록산 10 내지 30 중량% 및 잔량의 실세스키옥산을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 실리콘 수지 대비 제2 실리콘 수지의 중량비는 1:4 인 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 실리콘 수지와 제2 실리콘 수지를 합한 무게 대비 그래핀의 함량이 0.03 내지 0.15 중량% 를 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 그래핀이 분산된 용액과 제2 실리콘 수지가 혼합된 용액을 원심분리기를 사용하여 층을 분리할 때, 원심분리기의 침전속도는 5000에서 12000 rpm 이며, 원심분리기의 침전시간은 15에서 40 분인 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 그래핀이 분산된 제2 실리콘 수지 내에 잔존하는 에탄올을 제거하기 위하여 가열 시, 가열 온도는 용매의 끓는점(에탄올의 끓는점:78.32 ℃)보다 높고 제2 실리콘 수지(제2 실리콘 수지의 끓는점:100 ℃)보다 낮아야 하며, 가열과 동시에 자석막대를 이용한 교반을 진행하는데, 가열 및 교반 시간은 3 시간 이상인 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 그래핀이 분산된 실리콘 수지 혼합 조성물 경화 시 경화온도는 150 ℃, 경화시간은 2 시간인 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재의 제조 방법.
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