KR101781905B1 - 난접착 실리콘 기재에 부착이 가능한 실리콘-아크릴레이트 반경화시트와 균일 광변환 시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 균일 광변환 시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 보호필름; 상기 제1 보호필름 상에 형성되는 광변환 기능을 가지는 반경화 시트; 및 상기 반경화 시트 상에 형성되는 제2 보호필름으로 이루어지며, 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트는 실리콘을 폴리디메틸실록산(PDMS)계 아조 개시제를 이용하여 합성한 아크릴-실리콘 공중합체와; 광변환 파우더를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 광변환 시트 및 이의 제조방법 관한 것이다.

Description

난접착 실리콘 기재에 부착이 가능한 실리콘-아크릴레이트 반경화시트와 균일 광변환 시트 및 이의 제조방법{COMPLEX-FUNCTIONAL SEMI-CURING PHOSPHOR SHEET FOR ABLE TO BONDING ON SILICONE SUBSTRATE AND PREPARING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 균일 광변환 시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 보호필름; 상기 제1 보호필름 상에 형성되는 광변환 기능을 가지는 반경화 시트; 및 상기 반경화 시트 상에 형성되는 제2 보호필름으로 이루어지며, 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트는 실리콘을 폴리디메틸실록산(PDMS)계 아조 개시제를 이용하여 합성한 아크릴-실리콘 공중합체와; 광변환 파우더를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 광변환 시트 및 이의 제조방법 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 디스플레이 장치, 전광판, 가로등 등의 라이트 유닛의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
한편, Blue LED 패키징 공정에서 사용되는 기존의 디스펜싱 타입의 형광체 도포는 칩 하나 하나를 디스펜싱하는데 소요되는 시간적 손실, 불균일 도포량에 따른 수율 저하의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반경화 시트 내에 광변환 파우더를 첨가하여 제조됨으로서 공정이 간단하며, 표면 도포량 균일성 확보가 가능한 균일 광변환 시트 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 보호필름; 상기 제1 보호필름 상에 형성되는 광변환 기능을 가지는 반경화 시트; 및 상기 반경화 시트 상에 형성되는 제2 보호필름으로 이루어지며, 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트는 실리콘을 폴리디메틸실록산(PDMS)계 아조 개시제를 이용하여 합성한 아크릴-실리콘 공중합체와; 광변환 파우더를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 광변환 시트를 제공한다.
이때, 상기 광변환 파우더는 광변환 기능을 가지는 반경화 시트 전체 중량을 기준으로, 2 내지 10중량% 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트의 두께는 5 내지 150 ㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 보호필름 및 제2 보호필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 및 폴리메틸 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하다.
아울러, 상기 균일 광변환 시트는 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트를 2층 이상 포함하는 것이 바람직하며, 상기 균일 광변환 시트는 광변환 파우더를 포함하는 광변환 시트와 반경화형 실리콘 수지로 이루어지는 반경화 시트를 각각 1층 이상 추가로 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 균일 광변환 시트는 표면 도포량 균일성 확보가 가능하고, 반경화 실리콘 일체형으로 공정이 간단하며, 난접착 소재의 실리콘 재질에 부착력 확보가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 아크릴-실리콘 공중합체의 반경화 정도를 나타낸 결과이다.
도 2는 실시예에 따른 균일 광변환 시트의 광학투과율을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예에 따른 균일 광변환 시트의 시간에 따른 점착력을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예에 따른 균일 광변환 시트의 시간에 따른 Si-O-Si 특성피크 변화를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 균일 광변환 시트의 단면도이다.
도 6 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 균일 광변환 시트의 단면도이다.
이하, 본 발명에 대해 설명한다.
본 발명은 제1 보호필름; 상기 제1 보호필름 상에 형성되는 광변환 기능을 가지는 반경화 시트; 및 상기 반경화 시트 상에 형성되는 제2 보호필름으로 이루어지며, 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트는 실리콘을 폴리디메틸실록산(PDMS)계 아조 개시제를 이용하여 합성한 아크릴-실리콘 공중합체와; 광변환 파우더를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 광변환 시트를 제공한다.
상기와 같은 균일 광변환 시트는 각종 조명 장치, 백라이트 유닛, 발광 소자, 표시 장치 등의 광원에 적용되어, 다양한 파장을 가지는 빛을 생성하는 데에 사용되거나, 상기 광원의 연색 지수(CRI)를 향상시키는 등의 용도로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 균일 광변환 시트를 각 구성별로 더욱 상세히 설명한다.
상기 제1 보호필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 및 폴리메틸 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 보호필름은 제1 보호필름 상에 형성되는 광변환 기능을 가지는 반경화 시트가 공기 등에 노출되어 이물질이 묻는 것을 방지할 수 있다. 상기 균일 광변환 시트는 상기 제1 보호필름을 제거한 후 광원 등에 부착될 수 있다.
이러한 제1 보호필름의 두께는 10 내지 100㎛일 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 70㎛일 수 있다.
상기 제1 보호필름 상에는 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트가 형성될 수 있다. 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트는 실리콘을 하기 화학식 1로 표시되는 폴리디메틸실록산(PDMS)계 아조 개시제를 이용하여 합성한 아크릴-실리콘 공중합체와; 광변환 파우더를 포함하는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure 112015118772703-pat00001
이때, 실리콘을 폴리디메틸실록산(PDMS)계 아조 개시제를 이용하여 아크릴-실리콘 공중합체로 합성하는 과정은 하기 반응식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112015118772703-pat00002
한편, 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트는 반경화형 실리콘 수지로 형성되기 때문에, 양호한 광 투과율, 내열성을 가지며, 특히 뛰어난 점착성을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트는 실리콘 수지, 바람직하게는 추가 가교가 가능한 관능기(additional curable functional group)를 가지는 용제/무용제 타입의 실리콘 수지로 형성될 수 있다. 상기 추가 가교가 가능한 관능기(additional curable functional group)를 가지는 용제/무용제 타입의 실리콘 수지는 뛰어난 점착성을 가지는 동시에 높은 광 투과율을 가지므로, 상기 접착 복합형 반경화 형광체 시트를 광원 등에 부착하기 위한 별도의 접착부재를 형성할 필요가 없다.
보다 상세하게는, 상기 반경화형 실리콘 수지는 고분자량 실리콘, 저분자량 실리콘, 경화제, 커플링제, 개시제 및 용제를 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광변환 기능을 가지는 반경화 시트는 고분자량 실리콘과 저분자량 실리콘이 섞여있는 타입의 실리콘(SH-9000), 이를 경화시키기 위한 경화제(CAT-5000), 밀찰력 향상에 도움을 주는 커플링제(ADP675), 경화에 도움을 주는 폴리디메틸실록산(PDMS)계 아조개시제(VPS-1001) 및 용제(TOL, MEK)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 이러한 광변환 기능을 가지는 반경화 시트는 광변환 파우더를 포함한다. 상기 광변환 파우더는 광변환 기능을 가지는 반경화 시트 전체 중량을 기준으로, 2 내지 10중량% 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광변환 파우더를 2 내지 10중량% 첨가함으로써, 광학두께 2~4㎛의 필름을 제조할 수 있다.
상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트 상에는 상기 제2 보호필름이 형성될 수 있다. 상기 제2 보호필름은 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트가 공기 등에 노출되어 접착력을 상실하는 것을 방지할 수 있다. 상기 균일 광변환 시트는 상기 제2 보호필름을 제거한 후 광원 등에 부착될 수 있다.
상기 제2 보호필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 및 폴리메틸 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 제2 보호필름의 두께는 10 내지 100㎛일 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 70㎛일 수 있다.
이렇게 제조된 균일 광변환 시트는 요구 광학두께보다 낮게 나오는 광변환 시트에 부착됨으로써, 요구 광학두께를 가질 수 있도록 보정해주는 역할을 하게 된다.
이때, 상기 균일 광변환 시트는 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트를 2층 이상으로 포함할 수도 있다.
또한, 상기 균일 광변환 시트는 광변환 파우더를 포함하는 광변환 시트와 반경화형 실리콘 수지로 이루어지는 반경화 시트를 필요에 따라 각각 1층 이상 추가로 더 포함할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광변환 파우더를 포함하는 광변환 시트에 대해 설명한다.
상기 광변환 시트는 양호한 광 투과율, 점도, 경화 온도 등을 가지는 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 균일 광변환 시트는 고온에서 빛을 방출하는 광원에 적용될 수 있으므로, 고온에서도 양호한 광투과율과 점도 및 경도를 유지할 수 있어야하기 때문이다.
구체적으로는, 상기 광변환 시트는 80% 이상의 광 투과율을 가지며, 120℃ 이하에서 경화되며, 2000~10000 cps의 점도를 가져 상기 제1 보호필름과의 접착성이 양호한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광변환 시트는 수지 재질 및 실리콘 재질 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 수지(Silicone Resin)로 형성될 수 있다.
상기 광변환 시트의 두께는 60㎛ 내지 150㎛인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 두께 범위의 상기 광변환 시트는, 후술할 형광체, 확산제, 소포제 등이 용이하게 혼합될 수 있고, 빛이 안정적으로 투과될 수 있으며, 상기 제1 보호필름 상에 용이하게 도포될 수 있다.
한편, 상기 광변환 시트는 광변환 파우더를 포함할 수 있다. 상기 광변환 파우더는 예를 들어, 액상의 광변환 시트에 혼합되어 교반기를 이용하여 교반함으로써 상기 광변환 시트 내에 포함될 수 있다.
상기 광변환 파우더는 광원에 의해 방출되는 제1 빛에 의해 여기되어, 제2 빛을 방출하며, 예를 들어, 실리케이트(Silicate) 계열, YAG 계열 및 TAG 계열 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 광변환 파우더는 광원에서 방출되는 상기 제1 빛에 의해 여기되어 황색, 적색, 녹색 및 청색의 빛을 방출하는 황색, 적색, 녹색 및 청색 형광체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 상기 형광체의 종류에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광변환 파우더는 상기 균일 광변환 시트가 적용되는 광원에 따라 상이한 종류 및 양이 상기 광변환 시트에 포함될 수 있다.
예를 들어, 상기 균일 광변환 시트가 백색 광원에 적용되는 경우, 상기 광변환 시트에는 녹색 및 적색 형광체가 포함될 수 있으며, 상기 광변환 시트 100 중량부에 대해 상기 녹색 형광체 1 내지 60 중량부 및 상기 적색 형광체 1 내지 60 중량부가 포함될 수 있다.
또한, 상기 균일 광변환 시트가 청색 광원에 적용되는 경우, 상기 광변환 시트에는 녹색, 황색 및 적색 형광체가 포함될 수 있으며, 상기 매트릭스 수지층 100 중량부에 대해 상기 녹색 형광체 1 내지 60 중량부, 상기 황색 형광체 1 내지 60 중량부 및 상기 적색 형광체 1 내지 60 중량부가 포함될 수 있다.
이와 같이, 상기 광변환 시트 내에 포함되는 상기 광변환 파우더의 종류 및 양은 광원의 종류에 따라 변화될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 상기 광변환 시트에는 확산제, 소포제, 첨가제, 경화제 중 적어도 하나가 더 포함될 수도 있다.
상기 확산제는 상기 광변환 시트에 입사되는 빛을 산란시킴으로써 확산시킬 수 있다. 상기 확산제는 예를 들어, 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 황산바륨(BaSO4), 탄산칼슘(CaSO4), 탄산마그네슘(MgCO3), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 합성실리카, 글래스비드, 다이아몬드 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
상기 확산제의 입자 크기는 빛의 확산에 적합한 크기로 선택될 수 있으며, 예를 들어 5~7μm의 지름을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 소포제(antifoaming agent)는 상기 광변환 시트 내의 기포를 제거함으로써, 상기 균일 광변환 시트의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 광변환 시트를 상기 제1 보호필름 상에 스크린 인쇄 방식에 의해 도포할 때 문제가 되는 기포문제를 해결할 수 있다.
상기 소포제는 옥탄올, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜 또는 각종 계면활성제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 경화제는 상기 광변환 시트를 경화시킬 수 있으며, 상기 첨가제는 상기 형광체를 상기 광변환 시트 내에 고르게 분산하기 위해 사용될 수 있다.
한편, 상기 반경화형 실리콘 수지를 포함하는 반경화 시트에 대해 설명한다.
상기 반경화 시트는 광변환 파우더를 포함하지 않는 것을 제외하고는, 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트의 구성과 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 균일 광변환 시트의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 간략히 설명하거나 생략한다.
먼저, 제1 보호필름을 준비하고, 준비된 상기 제1 보호필름 상에 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트를 형성한다.
상기 제1 보호필름은 상기 균일 광변환 시트가 적용될 광원의 종류에 따라, 그 재질 및 사이즈가 선택되어 준비될 수 있다.
상기 제1 보호필름 상에는 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트가 형성될 수 있다.
상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트는 상기 제1 보호필름 상에 반경화 상태로 형성한 후, 경화시킴으로써 형성될 수 있다.
이후, 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트 상이 제2 보호필름을 형성함으로써, 균일 광변환 시트를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 균일 광변환 시트는 슬림한 두께 및 향상된 광 투과율을 가지며, 그 제조공정이 간소화될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1 내지 4 및 비교예 1
고분자량 실리콘과 저분자량 실리콘이 섞여있는 타입의 실리콘(SH-9000), 경화제(CAT-5000), 커플링제(ADP675), 폴리디메틸실록산(PDMS)계 아조개시제(VPS-1001), 용제(TOL, MEK)를 하기 표 1과 같이 혼합하여 각각 아크릴-실리콘 공중합체를 합성하였다. 상기 아크릴-실리콘 공중합체의 반경화 정도를 나타낸 결과를 도 1에 나타내었다.
상기 아크릴-실리콘 공중합체 및 광변환 파우더를 혼합한 후, 이를 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 제1 보호필름 상에 경화 상태로 형성한 후, 경화시켰다. 이후, 광변환 기능을 가지는 반경화 시트 상이 제2 보호필름을 형성함으로써, 균일 광변환 시트를 제조하였다.
제조한 균일 광변환 시트의 광학투과율을 측정하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 또한, 균일 광변환 시트의 시간에 따른 점착력 및 Si-O-Si 특성피크 변화를 각각 도 3 및 4에 나타내었다.
도 2 및 3에서 알 수 있는 바와 같이, 균일 광변환 시트는 UV-visible spectra를 이용한 광투과율을 90% 이상으로 확인되었으며, 시간이 지남에 따라 점착력이 올라감으로써 재작업성 및 신뢰성을 갖는 것을 알 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 균일 광변환 시트는 Raman spectra와 XPS 표면분석을 이용하여 표면을 관찰한 결과, 시간에 따른 점착력은 실리콘 분자의 재배열과 표면 흡착의 영향으로 확인되었다.
2-EHA IBA AA MAI(VPS-1001)
비교예 1 75 15 10 0*
제조예 1 75 15 10 5
제조예 2 75 15 10 10
제조예 3 75 15 10 15
제조예 4 75 15 10 20
(표 1의 함량단위는 2-EHA-IBA-AA를 100중량부로 기준을 두고 MAI를 0~20중량부를 함유한다.)
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 제1 보호필름
20: 광변환 기능을 가지는 반경화 시트
30: 제2 보호필름
40: 광변환 시트
50: 반경화 시트

Claims (6)

  1. 제1 보호필름;
    상기 제1 보호필름 상에 형성되는 광변환 기능을 가지는 반경화 시트; 및
    상기 반경화 시트 상에 형성되는 제2 보호필름으로 이루어지며,
    상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트는 아크릴계 단량체와 실리콘을 폴리디메틸실록산(PDMS)계 아조 개시제를 이용하여 합성한 아크릴-실리콘 공중합체와; 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트 전체 중량을 기준으로, 2 내지 10중량%의 광변환 파우더를 포함하는 균일 광변환 시트로서,
    상기 아크릴계 단량체는 아크릴계 단량체 총 100중량부에 대하여 2-에틸헥실아크릴레이트 75중량부, 이소부틸아크릴레이트 15중량부, 아크릴릭애시드 10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 광변환시트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트의 두께는 5 내지 150 ㎛인 것을 특징으로 하는 균일 광변환 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보호필름 및 제2 보호필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 및 폴리메틸 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 균일 광변환 시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 균일 광변환 시트는 상기 광변환 기능을 가지는 반경화 시트를 2층 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 광변환 시트.
  6. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 균일 광변환 시트는 광변환 파우더를 포함하는 광변환 시트와 반경화형 실리콘 수지로 이루어지는 반경화 시트를 각각 1층 이상 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 광변환 시트.
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