KR101691816B1 - 형광체 코팅용 고형 복합체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본원은 형광체 코팅용 고형 복합체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 분말 형태의 형광체를 이용하여 형광체심 형태로서 가공된 형광체 코팅용 고형 복합체 및 상기 형광체 코팅용 고형 복합체의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

형광체 코팅용 고형 복합체 및 이의 제조 방법 {SOLID COMPOSITE FOR COATING FLURORESENT AND PREPARING METHOD THEREOF}
본원은 형광체 코팅용 고형 복합체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 분말 형태의 형광체를 이용하여 형광체 심 형태로서 가공된 형광체 코팅용 고형 복합체 및 상기 형광체 코팅용 고형 복합체의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 형광체 분말은 LED (light emitting diode)의 광원을 형광체의 여기 및 기저를 통해 나타내는 혼합 백색광을 통해 얻어지는 친환경 차세대 고체 조명의 핵심 물질로서 사용되고 있다. 형광체 분말은 주로 페이스트 형태로서 사용되고 있으나, 그 구성 입자의 크기가 서로 상이하고 그 모양 또한 다르기 때문에, 이용 시 다량의 용매와 바인더가 사용됨에도 불구하고 그 균일성 및 효율성이 좋지 못하여 백색 LED의 균일한 수율을 얻지 못하고 있으며, 여러 종류의 형광체의 혼합의 통한 백색 LED의 구현은 더욱 어려운 실정이다.
LED의 발광 스펙트럼은　LED 칩을 형성하는 반도체 재료에 의존하기 때문에 그 발광색은 한정되어 있다. 그 때문에,　LED를 사용하여 LCD 백라이트 또는 일반 조명용 백색광을 얻기 위해서는　LED 칩 상에 각각의 칩에 맞는　형광체를 설치하여 발광 파장을 변환시킬 필요가 있다. 구체적으로는, 청색을 발광하는　LED 칩 상에 황색　형광체를 설치하는 방법, 청색 LED 칩 상에 적색 및 녹색　형광체를 설치하는 방법, 자외선을 방출하는　LED 칩 상에 적색, 녹색, 청색의　형광체를 설치하는 방법 등이 제안되어 있다. 이들 중에서,　LED 칩의 발광 효율이나 비용의 면에서 청색　LED　상에 황색　형광체를 설치하는 방법 및 청색　형광체 상에 적색 및 녹색의　형광체를 설치하는 방법이 현재 가장 널리 채용되고 있다.
일본 특허공개 평5-152609 및 평7-99345에는 LED 칩 상에　형광체를 설치하는 구체적인 방법 중 하나로서　LED 칩을 밀봉하기 위한 액상의 수지 중에　형광체를 분산시켜 두는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 액상 수지 중에서의　형광체의 분산이 불균일하면　LED 칩마다 색 편차가 발생하는 문제가 있다.
화면표시장치의 고해상도를 위해 초소형화 LED의 개발에서 페이스트 형태의 형광체의 사용은 더욱 한계가 있을 것으로 사료된다. 차세대 고체 조명으로서 고려되고 있는 OLED와의 융합성에서도 떨어지기 때문에 새로운 기술개발이 필요하다.
이에, 본원은 단일 또는 다양한 형광체를 균일하게 코팅할 수 있고, 색 재현율 및 해상도를 높일 수 있는 형광체 코팅용 고형 복합체 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 형광체 물질 및 고분자를 포함하는, 형광체 코팅용 고형 복합체를 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 형광체 물질 및 고분자를 포함하는 혼합물에 열 및 압력을 가하여 성형하는 것에 의하여 형광체 코팅용 고형 복합체를 수득하는 것을 포함하는, 형광체 코팅용 고형 복합체의 제조 방법을 제공한다.
본원의 제 3 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체를 이용하여 기재에 형광체 층을 코팅하는 것을 포함하는, 형광체 코팅 방법을 제공한다.
본원에 따른 형광체 심 형태의 형광체 코팅용 고형 복합체에 의하면, 단일 또는 다양한 형광체를 다양한 기재에 적용하여 균일하게 코팅할 수 있으므로, 조명 및 화면표시장치의 색 재현율 및 해상도를 높일 수 있을뿐만 아니라, 정교한 설계 및 복잡한 무늬의 구조의 코팅을 실현할 수 있다.
도 1은, 평평한 기재 상에 본원의 일 구현예에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체를 코팅하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2는, 패턴화된 기재 상에 본원의 일 구현예에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체를 코팅하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은, 패턴화된 기재/청색광원장치/TFT 소자 상에 본원의 일 구현예에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체의 도색 코팅 공정을 나타내는 도면이다.
도 4는, 패턴화된 기재/청색광원장치/TFT 소자 상에 본원의 일 구현예에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체의 날인 코팅 공정을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 형광체 물질 및 고분자를 포함하는, 형광체 코팅용 고형 복합체를 제공한다.
본원에 의하면 단순한 방법으로 형광체 층 (코팅막)을 형성할 수 있는 형광체 코팅용 고형 복합체를 제조할 수 있고, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체를 이용하여, 다양한 광색을 내는 형광체 코팅용 고형 복합체를 각각 사용하여 단색 또는 다색광을 갖도록 조절 가능하고 색 재현성이 우수한 장치를 제작할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체를 담지 할 수 있는 케이스 내부에 형광체 분말과 고분자를 혼합한 후 압력 및 열을 가해 가공할 수 있어 형광체 심의 형태로 제조될 수 있다. 이에 따라, 특정 형태를 갖도록 성형하는 것이 용이하고, 특정 케이스에 담지하여 보관 및 사용이 용이하다는 장점을 가진다. 아울러, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 코팅이 된 부분의 두께를 조절함으로써 형광체 자체(고유)의 광색을 구현할 수 있다. 이때 상기 형광체 코팅용 고형 복합체의 두께 (예를 들어, 형광체 심의 굵기)를 넓게 조절하는 경우 넓은 영역에 대해 형광체 코팅막을 형성할 수 있으며, 반대로 두께를 좁게 조절하는 경우 샤프한 형광체 코팅막을 형성할 수 있어, 정밀한 설계를 할 수 있게 된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 케이스는 형태에 특별히 제한이 없으나, 예를 들어, 원통형 또는 속이 빈 다각기둥의 형태일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광체 물질은 무기물 형광체 물질 및/또는 QD (quantum dot) 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 무기물 형광체 물질로는 Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce, Y3Al5O12:Ce, MSi2O2N2:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), M2SiO4:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), β-SiAlON:Eu, α-SiAlON:Eu, M2Si5N8:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), MAlSiN3:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), 또는 M[LiAl3N4]:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba) 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 QD 물질은 나노구조체 형태의 무기재료로서 전도체 또는 반도체 재료로부터 제조된 것을 포함할 수 있다. 상기 나노구조체는 코어, 쉘, 및 리간드를 포함하는 형태를 의미하며, 코어/쉘 형태의 전도체 및 반도체 재료들은 임의의 II-VI 족, III-V 족, IV-VI 족, 또는 IV 족 반도체 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
비제한적 예시로서, 상기 반도체 물질은 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드 포함), P, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdSeZn, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al, Ga, In)2 (S, Se, Te)3, Al2CO, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 반도체 물질 중에서 무기물 나노결정체는 밴드갭 조절을 위한 p-형 도펀트 또는 n-형 도펀트를 포함할 수 있다. 본원의 일 구현예에 따른 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 II-VI 족 및/또는 III-V 족 반도체 물질이 조합된 나노결정체를 포함할 수 있으며; 여기서 II 족 물질은 Zn, Cd, Hg, S, Se, Te, 및 Po로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하고, VI 족 물질은 B, Al, Ga, In, 및 Tl로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하며, III-V 족 물질은 N, P, As, Sb, 및 Bi로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함한다. 아울러, 상기 반도체 물질은 Ru, Pd, Pt, Ni, W, Ta, Co, Mo, Ir, Re, Rh, Hf, Nb, Au, Ag, Ti, Sn, Zn, Fe, 또는 FePt 등의 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 리간드는 유리질 폴리머계; 실리콘 (silicone)계; 카르복시산계; 디카르복시산계; 폴리카르복시산계; 아크릴산계; 포스폰산계; 포스포네이트계; 포스핀계; 포스핀 산화물계; 황화계; 아민계; 또는 에폭사이드계와 결합하여 에폭시를 형성하는 아민계 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 리간드는 트리옥틸포스핀 (trioctylphosphine; TOP) 또는 올레인산 (Oleic acid; OA)을 포함할 수 있고, 폴리머, 올리고머, 모너머 재료 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 QD 물질은 전기방사(electrospinning) 또는 전기분사(electrospray)를 통해 액상에서 고체화될 수 있고, 이 과정은 실리콘(silicone)계, 에폭시계, 아크릴계, 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA), 폴리카보네이트 (PC), 폴리스티렌 (PS), 폴리비닐알콜 (PVA), 폴리우레탄 (PU), 폴리디메틸실록산 (PDMS), PMMA 변형체, PC 변형체, PS 변형체, PVA 변형체, 및 PU 변형체로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자를 혼합하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자는 PMMA, PC, PS, 또는 PDMS일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체의 제조에 사용되는 상기 고분자는 왁스, 파라핀, 감압성 접착 물질 (pressure sensitive adhesive, PSA), 광투명 레진 (optically clean resine, OCR), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자는 상기 형광체 물질과 건식 혼합할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광체 물질의 농도는 상기 형광체 코팅용 고형 복합체의 총 중량에 대하여 약 10 중량% 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 형광체 물질은, 예를 들어, 약 10 중량% 이상, 약 10 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 10 중량% 이상 내지 약 90 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 80 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 70 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 60 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 50 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 40 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 30 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 20 중량% 이하, 약 20 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 30 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 40 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 50 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 60 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 70 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 80 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 또는 약 90 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만으로 상기 형광체 코팅용 고형 복합체에 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 기재 또는 패턴화 기재에 코팅될 수 있다. 상기 기재 또는 패턴화 기재는 실리콘계, 에폭시계, 아크릴계, PMMA, PC, PS, PVA, PU, PDMS, PMMA 변형체, PC 변형체, PS 변형체, PVA 변형체, PU 변형체, SiO2, Al2O3, AlN, Si3N4, Zr2O3, TiO2, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기재 또는 패턴화 기재는 PMMA, PDMS, 실리콘계, 에폭시계, 또는 아크릴계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 기재 또는 패턴화 기재는 점착제, 접착제, 또는 UV 경화제를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
비제한적 예시로서, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 스포츠 경기 응원용 도구, 특정 빛을 조사하는 경우에만 확인할 수 있는 비밀 서명용 필기구, 형광 조명 및 화면표시장치 등에 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원에 따른 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 발광원에 의해 형광을 가질 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 발광원은 자외선 (UV), 가시광선, 및 적외선 (IR) 영역의 빛을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
비제한적 예시로서, 상기 비밀 서명을 위해서, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 IR 광으로부터 여기하여 가시광 영역에서 발광하는 형광체 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 패턴화된 기재의 두께를 조절함에 따라 형광체 코팅막 부분의 광색전환 정도를 변화시킬 수 있어, 프린터블에 의한 조명 또는 화면표시장치의 제조에도 사용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 심의 형태이므로 종이 등에 크레용을 그어 색을 입히는 것과 같이 평평한 기재 또는 패턴화된 기재 상에 상기 형광체 코팅용 고형 복합체를 도색하여 형광체 층 (코팅막)을 형성할 수 있고, 또는 스탬프를 찍듯이 평평한 기재 또는 패턴화된 기재 상에 상기 형광체 코팅용 고형 복합체를 날인하여 형광체 층 (코팅막)을 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 2 측면은, 형광체 물질 및 고분자를 포함하는 혼합물에 열 및 압력을 가하여 성형하는 것에 의하여 형광체 코팅용 고형 복합체를 수득하는 것을 포함하는, 형광체 코팅용 고형 복합체의 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광체 물질은 무기물 형광체 물질 및/또는 QD (quantum dot) 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 무기물 형광체 물질로는 Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce, Y3Al5O12:Ce, MSi2O2N2:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), M2SiO4:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), β-SiAlON:Eu, α-SiAlON:Eu, M2Si5N8:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), MAlSiN3:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), 또는 M[LiAl3N4]:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba) 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 QD 물질은 나노구조체 형태의 무기재료로서 전도체 또는 반도체 재료로부터 제조될 수 있다. 상기 나노구조체는 코어, 쉘 및 리간드를 포함하는 형태를 의미하며, 코어/쉘 형태의 전도체 및 반도체 재료들은 임의의 II-VI 족, III-V 족, IV-VI 족, 또는 IV 족 반도체 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
비제한적 예시로서, 상기 반도체 물질은 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드 포함), P, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdSeZn, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al, Ga, In)2 (S, Se, Te)3, Al2CO, 및 이들의 조합들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 반도체 물질 중에서 무기물 나노결정체는 밴드갭 조절을 위한 p-형 도펀트 또는 n-형 도펀트를 포함할 수 있다. 본원의 일 구현예에 따른 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 II-VI 족 및/또는 III-V 족 반도체 물질이 조합된 나노결정체를 포함할 수 있으며; 여기서 II 족 물질은 Zn, Cd, Hg, S, Se, Te, 및 Po로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하고, VI 족 물질은 B, Al, Ga, In, 및 Tl로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하며, III-V 족 물질은 N, P, As, Sb, 및 Bi로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함한다. 아울러, 상기 반도체 물질은 Ru, Pd, Pt, Ni, W, Ta, Co, Mo, Ir, Re, Rh, Hf, Nb, Au, Ag, Ti, Sn, Zn, Fe, 또는 FePt 등의 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 리간드는 유리질 폴리머계; 실리콘 (silicone)계; 카르복시산계; 디카르복시산계; 폴리카르복시산계; 아크릴산계; 포스폰산계; 포스포네이트계; 포스핀계; 포스핀 산화물계; 황화계; 아민계; 또는 에폭사이드계와 결합하여 에폭시를 형성하는 아민계 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 리간드는 트리옥틸포스핀 (trioctylphosphine; TOP) 또는 올레인산 (Oleic acid; OA)을 포함할 수 있고, 폴리머, 올리고머, 모너머 재료 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 QD 물질은 전기방사(electrospinning) 또는 전기분사(electrospray)를 통해 액상에서 고체화될 수 있고, 이 과정은 실리콘(silicone)계, 에폭시계, 아크릴계, 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA), 폴리카보네이트 (PC), 폴리스티렌 (PS), 폴리비닐알콜 (PVA), 폴리우레탄 (PU), 폴리디메틸실록산 (PDMS), PMMA 변형체, PC 변형체, PS 변형체, PVA 변형체, 및 PU 변형체로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자를 혼합하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자는 PMMA, PC, PS, 또는 PDMS일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체의 제조에 사용되는 상기 고분자는 왁스, 파라핀, 감압성 접착 물질 (pressure sensitive adhesive, PSA), 광투명 레진 (optically clean resine, OCR), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 성형 공정은 케이스를 이용하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체를 담지 할 수 있는 케이스 내부에 형광체 분말과 고분자를 혼합한 후 압력 및 열을 가해 형광체 심의 형태로 가공할 수 있다. 이에 따라, 특정 형태를 갖도록 성형하는 것이 용이하고, 특정 케이스에 담지하여 보관 및 사용이 용이하다는 장점을 가진다. 상기 고분자는 상기 형광체 물질과 건식 혼합할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
아울러, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 코팅이 된 부분의 두께를 조절함으로써 형광체 자체(고유)의 광색을 구현할 수 있다. 이때 형광체 코팅용 고형 복합체의 두께(예를 들어, 형광체 심의 굵기)를 넓게 조절하는 경우 넓은 영역에 대해 형광체 코팅막을 형성할 수 있으며, 반대로 두께를 좁게 조절하는 경우 샤프한 형광체 코팅막을 형성할 수 있어, 정밀한 설계를 할 수 있게 된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 케이스는 금속, 나무, 또는 플라스틱으로 형성된 것일 수 있으며, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체를 상기 케이스에 담지하여 보관할 수 있다. 아울러, 상기 케이스는 상기 형광체 코팅용 고형 복합체가 모두 소모된 경우, 새로운 형광체 코팅용 고형 복합체를 추가 공급하거나, 상기 케이스에 형광체 분말 및 고분자를 포함하는 혼합물을 담지하고 압력 및 열을 가해 성형하여 형광체 코팅용 고형 복합체를 새로이 제조할 수 있어 영구적으로 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 케이스의 형태는 특별히 제한이 없으나, 예를 들어, 원통형 또는 속이 빈 다각형 기둥의 형태일 수 있다. 본원의 일 구현예에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체는 상기 케이스의 형태를 선택함에 따라 그 모양을 결정할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체의 제조 방법은, 우선 상기 형광체 물질의 분말과 고분자 (예를 들어, 왁스, 파라핀, PSA, OCR 등)를 혼합한 후, 약 60℃의 온도에서 열을 가하면서 교반 후 압력을 주어 형광체 코팅용 고형 복합체용 케이스를 이용하여 성형하거나, 또는 상기 형광체 물질 분말과 고분자의 혼합물 자체를 성형하여 형광체 코팅용 고형 복합체를 형성할 수 있다. 이 과정에서 상기 형광체 물질 분말의 농도는 상기 형광체 코팅용 고형 복합체의 총 중령애 대하여 약 10 중량% 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 형광체 물질 분말의 농도는, 예를 들어 약 10 중량% 이상, 약 10 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 10 중량% 이상 내지 약 90 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 80 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 70 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 60 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 50 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 40 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 30 중량% 이하, 약 10 중량% 이상 내지 약 20 중량% 이하, 약 20 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 30 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 40 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 50 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 60 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 70 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 약 80 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만, 또는 약 90 중량% 이상 내지 약 100 중량% 미만일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 3 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체를 이용하여 기재에 형광체 층을 코팅하는 것을 포함하는, 형광체 코팅 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광체를 코팅하는 것은 상기 기재에 상기 형광체 코팅용 고형 복합체를 도색 또는 날인하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 형광체 코팅용 고형 복합체를 이용하여 형광체 층 (코팅막)을 형성하는 것은, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체의 두께를 넓게 조절함으로써 넓은 영역에 코팅할 수 있고, 또는 상기 형광체 코팅용 고형 복합체의 두께를 좁게 조절함으로써 정밀한 설계를 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체의 코팅은 기재 또는 패턴화된 기재 상에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 형광체 층 형성을 위한 기재는, 실리콘계, 에폭시계, 아크릴계, PMMA, PC, PS, PVA, PU, PDMS, PMMA 변형체, PC 변형체, PS 변형체, PVA 변형체, PU 변형체, SiO2, Al2O3, AlN, Si3N4, Zr2O3, TiO2, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원은 패턴화된 Si 기재 상에 PDMS를 경화시켜 패턴화된 기재를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 아울러, 상기 기재는 기재 또는 패턴화된 기재의 표면에 대해 표면처리를 통해 표면 에너지를 조절한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체의 코팅이 된 부분의 구역을 마스크 층을 두어 나누거나 더욱 정교한 형광체 코팅용 고형 복합체의 코팅을 유도할 수 있다. 상기 기재 또는 패턴화 기재는 점착제, 접착제, 또는 UV 경화제를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재의 표면은 친수성 및/또는 소수성 표면을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재 상에 형성된 형광체 층은 다른 기재로 전사 (transfer)될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광체 층을 다른 기재 상으로 전사시키는 것은, 열, 압력, 진동, 광, 접착, 및 경화를 통해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 이때, 상기 전사는 수 회 이상 반복될 수 있고, 상기 형광체 층 (코팅막)은 두 개 이상의 복수 층을 형성할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재는, 상기 형광체 층의 구역을 정교하게 나누기 위해서 패턴화된 기재 상에 마스크 층을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원에 따른 상기 형광체 층은 형광체를 여기시킬 수 있는 발광원에 의해 형광을 가질 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 발광원은 자외선 (UV), 가시광선, 및 적외선 (IR) 영역의 빛을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광체 층을 여기시키는 발광원은 기재의 내부, 하부, 또는 외부에 설치될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
비제한적 예시로서, 상기 형광체 층은 스포츠 경기 응원용 도구, 특정 빛을 조사하는 경우에만 확인할 수 있는 비밀 서명용 필기구, 형광 조명 및 화면표시장치 등에 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
비제한적 예시로서, 상기 비밀 서명을 위해서, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 IR 광으로부터 여기하여 가시광 영역에서 발광하는 형광체 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체는 패턴화된 기재의 두께를 조절함에 따라 형광체 층 부분의 광색전환 정도를 변화시킬 수 있어, 프린터블에 의한 조명 또는 화면표시장치의 제조에도 사용될 수 있다.
비제한적 예시로서, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체를 이용하여 형광체 층을 형성하는 경우, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 노광, 열경화 및 광경화를 통해 상기 형광체 층과 분리될 수 있으나 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 코팅은 반복 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 기재 상에 형성된 이형 영역은 물리적인 벗김, 노광, 에칭, 식각, 버닝 등과 같은 당 업계의 통상적인 방법을 이용하여 제거될 수 있다.
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1: 평평한 기재에 대한 형광체 코팅용 고형 복합체의 도색 코팅
형광체 함량이 90 중량%가 되도록 Y3Al5O12:Ce (한성포스퍼) 및 왁스를 혼합하고 60℃의 온도 하에서 교반한 후 냉각해 주는 것을 통해 형광체 입자가 균일하게 분산되어 있는 형광체 코팅용 고형 복합체를 수득하였다. 이 과정에서 수득된 형광체 코팅용 고형 복합체는 케이스 내에 담지되고 열 및 압력을 가하여 성형되었다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 성형된 형광체 코팅용 고형 복합체를 평평한 기재 상에 도색하는 것을 통해 형광체 코팅막이 제조되었다. 도 1은 평평한 기재 상에 본 실시예에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체를 코팅하는 과정을 구현한 것이다.
실시예 2: 이형 영역을 포함하는 패턴화된 기재에 대한 형광체 코팅용 고형 복합체의 도색 코팅
도 2는 패턴화된 기재 상에 본 실시예에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체를 코팅하는 과정을 구현한 것이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1에서 제조된 형광체 코팅용 고형 복합체를 패턴화된 기재 상에 도색하는 것을 통해 형광체 코팅막이 제조되었다. 상기 형광체 코팅막을 형성한 후에 이형 영역을 제거하여 패턴화 기재의 부분에만 도색이 되도록 할 수 있다.
실시예 3: 이형 영역을 포함하는 패턴화된 기재에 대한 다양한 형광체 코팅용 고형 복합체의 도색 코팅
도 3은 패턴화된 기재/청색광원장치/TFT 소자 상에 본 실시예에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체의 도색 코팅 공정을 구현한 것이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 패턴화된 기재/청색광원장치/TFT(thin film transistor)가 포함된 소자 상에 한 가지 이상의 형광체 코팅용 고형 복합체를 사용하여 형광체 코팅막을 형성하였다. 우선, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체를 코팅하기 위해, 이형 영역을 포함하는 패턴화된 기재를 도 3의 (a)와 같이 준비하였다. 상기 이형 영역을 포함하는 패턴화된 기재 상에 녹색 및 적색을 가지는 형광체 코팅용 고형 복합체를 도 3의 (b)와 같이 도색하였다. 마지막으로 상기 형광체 코팅용 고형 복합체가 도색된 패턴화된 기재의 이형 영역을 제거하여 더욱 정밀한 형광체 코팅막을 형성하였다 [도 3의 (c) 참조]. 이러한 과정을 통해 전기적 신호에 따라 RGB (적색/녹색/청색) 광을 나타내는 화면표시장치를 얻을 수 있다. 형광체 코팅막이 형성되지 않은 영역 (이형 영역)은 청색을 나타내고 녹색 및 적색이 코팅된 영역에서는 녹색광 및 적색광이 방출된다.
실시예 4: 이형 영역을 포함하는 패턴화된 기재에 대한 다양한 형광체 코팅용 고형 복합체의 날인 코팅
도 4는 패턴화된 기재/청색광원장치/TFT 소자 상에 본 실시예에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체의 날인 코팅 공정을 구현한 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 패턴화된 기재/청색광원장치/TFT가 포함된 소자 상에 한 가지 이상의 형광체 코팅용 고형 복합체를 날인하는 형태로 형광체 코팅용 고형 복합체의 패턴을 완성시켰다. 우선, 상기 형광체 코팅용 고형 복합체가 날인될 영역의 주변에 이형 영역이 형성된 패턴화된 기재를 도 4의 (a)와 같이 준비하였다. 상기 이형 영역을 포함하는 패턴화된 기재 상에 녹색 및 적색을 가지는 형광체 코팅용 고형 복합체를 도 4의 (b)와 같이 날인하였다. 마지막으로 상기 형광체 코팅용 고형 복합체가 날인된 패턴화된 기재의 이형 영역을 제거하여 더욱 정밀한 형광체 코팅막을 형성하였다 [도 4의 (c) 참조].
이러한 과정을 통해 전기적 신호에 따라 RGB (적색/녹색/청색) 광을 나타내는 화면표시장치를 얻을 수 있었다. 형광체 코팅막이 형성되지 않은 영역 (이형 영역)은 청색을 나타내고, 녹색 및 적색이 코팅된 영역에서는 녹색광 및 적색광이 방출된다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 형광체 물질 및 고분자를 포함하는, 형광체 코팅용 고형 복합체로서,
    상기 형광체 물질은 Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce, Y3Al5O12:Ce, MSi2O2N2:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), M2SiO4:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), β-SiAlON:Eu, α-SiAlON:Eu, M2Si5N8:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), MAlSiN3:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), 및 M[LiAl3N4]:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이며,
    상기 고형 복합체는 케이스 내부에서 상기 형광체 물질 및 상기 고분자를 포함하는 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물에 열 및 압력을 가하여 성형되는 것인, 형광체 코팅용 고형 복합체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자는 왁스, 파라핀, 감압성 접착 물질 (pressure sensitive adhesive, PSA), 광투명 레진 (optically clean resine, OCR), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 형광체 코팅용 고형 복합체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 코팅용 고형 복합체는 코팅이 된 부분의 두께를 조절함으로써 형광체 자체의 광색을 구현하는 것인, 형광체 코팅용 고형 복합체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 물질의 농도는 상기 형광체 코팅용 고형 복합체의 총 중량에 대해 10 중량% 이상인, 형광체 코팅용 고형 복합체.
  8. 케이스 내부에서 형광체 물질 및 고분자를 포함하는 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물에 열 및 압력을 가하여 성형하는 것에 의하여 형광체 코팅용 고형 복합체를 수득하는 것을 포함하며,
    상기 형광체 물질은 Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce, Y3Al5O12:Ce, MSi2O2N2:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), M2SiO4:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), β-SiAlON:Eu, α-SiAlON:Eu, M2Si5N8:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), MAlSiN3:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba), 및 M[LiAl3N4]:Eu (M: Ca, Sr, 또는 Ba)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인,
    형광체 코팅용 고형 복합체의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 고분자는 왁스, 파라핀, 감압성 접착 물질 (pressure sensitive adhesive, PSA), 광투명 레진 (optically clean resine, OCR) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 형광체 코팅용 고형 복합체의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 케이스는 금속, 나무, 또는 플라스틱으로 형성된 것인, 형광체 코팅용 고형 복합체의 제조 방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 형광체 물질의 농도는 상기 형광체 코팅용 고형 복합체의 총 중량에 대해 10 중량% 이상인, 형광체 코팅용 고형 복합체의 제조 방법.
  16. 제 1 항에 따른 형광체 코팅용 고형 복합체를 이용하여 기재에 형광체 층을 코팅하는 것을 포함하는, 형광체 코팅 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 형광체를 코팅하는 것은 상기 기재에 상기 형광체 코팅용 고형 복합체를 도색 또는 날인하는 것을 포함하는 것인, 형광체 코팅 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 기재는 패턴화되어 있는 것인, 형광체 코팅 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 기재는, 실리콘(silicone)계, 에폭시계, 아크릴계, 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA), 폴리카보네이트 (PC), 폴리스티렌 (PS), 폴리비닐알콜 (PVA), 폴리우레탄 (PU), 폴리디메틸실록산 (PDMS), PMMA 변형체, PC 변형체, PS 변형체, PVA 변형체, PU 변형체, SiO2, Al2O3, AlN, Si3N4, Zr2O3, TiO2, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 형광체 코팅 방법.
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