KR20100105441A - 형광재료 코팅방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 형광재료 코팅방법을 개시하며, 복수개 용기 사이의 압력차 조절을 통하여 광분말 슬러리의 용기 사이에서의 흐름을 제어하고, 상기 형광분말 슬러리를 분무화하여 발광 소자에 코팅한다.

Description

형광재료 코팅방법{METHOD FOR SPRAY COATING PHOSPHOR MATERIAL}
본 발명은 형광재료 코팅방법에 관한 것으로, 특히 형광재료를 발광 소자에 코팅하는 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitted Diode，LED)는 반도체 소자로서, 순방향 전압을 인가 시, 전기 루미네선스 효과를 거쳐 단색, 비연속 광선을 방출한다. 반도체 재료의 화학구성이 다름에 따라, 발광 다이오드는 자외선, 가시광 혹은 적외선 등 파장 범위가 다른 광선을 방출할 수 있다.
종래의 발광 다이오드는 지시등, 디스플레이 패널 등 디스플레이 장치에 많이 사용되였다. 반도체 기술이 발전함에 따라, 최근에는 여러 가지 고휘도, 고품질 발광 다이오드 장치로 발전되었다. 동시에, 백색광 발광 다이오드 장치도 디스플레이, 조명 및 기타 관련 분야에 광범위하게 사용된다.
전통적인 광원에 비해, 백색광 발광 다이오드 장치는 전력 소모가 적고, 효율이 높고, 사용주기가 길고, 쉽게 파손되지 않는 등 장점을 구비하여, 백색광 발광 다이오드 장치는 21세기 신규 타입 광원으로 인정되여 백열등 및 형광등과 같은 전통적인 광원을 대체할 수 있어 주요한 디스플레이/조명 장치로 되고 있다.
백색광 LED 제조 시, 반드시 방사 파장이 다른 형광 재료를 배합하여, 이런 다른 주파대 광선에 대한 혼합을 거쳐, 백색광을 획득하는 되는 효과에 도달한다. 예를 들면, 백색광 LED를 획득하려면, 청색광 LED를 이용하여 황색광 형광 분말을 배합하거나 혹은 적색광 형광분말과 녹색광 형광분말을 배합하고, 만일 자외선 LED를 사용하면 청색, 녹색, 적색 3색 형광분말을 배합할 수 있다.
기존 백색광 LED제조 과정에서, 형광 재료와 고분자 점착제를 혼합하여 형광 교질재료를 형성한 후 컵 모양 LED웨이퍼 시트에 포인트 호스로 교질재료를 주입한다. 그러나, 형광 교질재료 중 형광분말이 차지하는 비중이 비교적 크기 때문에, 교질재료 중 형광분말의 분포를 제어하기 힘들고, 따라서 그 LED가 방출한 광선의 색온도 및/또는 휘도가 불균일하다. 특히 여러 가지 형광분말을 사용한 LED장치에서 상기 문제가 엄중하고, 이는 상이한 종류의 형광분말의 밀도가 서로 다르기 때문에 형광 교질재료 중 형광분말이 분층하는 현상이 나타난다. 이외에, 교질물질 점적법을 진행하는 경우에, 동일 시간 내에 단지 한 개의 LED 웨이퍼에 대해서만 처리를 진행할 수 있고, 복수개 혹은 대면적으로 교질물질을 점적할 수 없으므로 생산율이 저하된다.
따라서, 관련 분야에서는 유효한 형광재료 도포방식이 필요하고, 따라서 LED장치 발광 균일도를 개선할 수 있을 뿐만 아니라 LED장치의 생산율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 형광재료 코팅방법을 제공하고, 상기 코팅방법은 형광재료를 빠르고 폭 넓게 발광 소자에 도포하여 균일한 형광분말 박막층을 형성한다.
본 발명의 구체 실시예에 따라, 상기 코팅방법은 아래와 같은 단계를 포함한다. 서로 관으로 연결된 적어도 두 개의 용기 내에 위치한 형광분말 슬러리에 압력을 인가하고, 용기 내에 인가하는 압력에 대한 조절을 거쳐 상기 용기 사이에 압력차가 존재하도록 하고, 따라서 형광 분말 슬러리의 상기 용기 사이에서의 흐름을 제어할 수 있다. 코팅장치를 통해 형광 분말 슬러리를 분무화하고 발광소자에 코팅한다.
본 발명의 형광재료 코팅방법을 통해 LED장치 발광 균일도를 개선할 수 있을 뿐만 아니라 LED장치의 생산율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명 구체실시예에 의한 형광재료 코팅 시 사용되는 코팅장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명 제조 실시예에 의한 백색광 LED장치의 색온도 분포도이다.
100 : 코팅설비, 102 : 제1 저장탱크,
104, 124 : 연결 파이프, 106, 118, 120, 126 : 가스공급 파이프,
108 : 형광분말 슬러리, 110 : 코팅장치,
112 : 챔버, 114 : 노즐,
116 : 니들밸브, 122 : 제2 저장탱크,
128 : 슬러리 유입구
하기에 설명하는 실시방식을 참조하여, 기술분야의 당업자는 본 발명의 취지와 기타 목적 및 본 발명이 사용한 기술수단과 바람직한 실시예를 이해할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 형광재료 코팅방법을 제공하는 것이다. 예를 들면, 코팅방법은 형광재료를 빠르고 또한 넓은 범위로 발광 다이오드와 같은 발광소자 위에 도포하여 균일한 형광분말 박막층을 형성한다. 상세하게 말하면, 상기 코팅방법을 통하여, 형광분말 슬러리를 직접 1개 혹은 복수개 발광 다이오드의 표면에, 또는 표면과 측벽에 도포할 수 있다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 일 구체실시예에 의한 코팅방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1은 코팅장치의 간략도이다. 이 코팅장치는 본 발명의 구체실시예에 의한 형광재료를 사용하여 코팅을 진행하는 방법이다.
도 1에서 도시한 코팅설비(100)는 더블 저장탱크 코팅장치이고, 서로 관통된 제1 저장탱크(102)과 제2 저장탱크(122)를 구비하고, 제1 및 제2 저장탱크(102, 122)는 연결 파이프(104 및 124)를 통하여 서로 관통된다. 코팅설비(100)는 코팅장치(110)을 더 포함하고, 이는 챔버(112), 노즐(114)과 니들밸브(116)를 포함한다. 제1 및 제2 저장탱크(102와 122)는 각기 가스공급 파이프(106과 126)를 거쳐 압력을 제공하는 공기 소스(미도시)와 연결되고, 코팅장치(110)는 가스공급 파이프(118과 120)를 통해 압력을 제공하는 공기 소스(미도시)와 연결되고, 상기 각 가스공급 파이프와 연결된 공기 소스는 동일하거나 상이한 공기 소스일 수 있다. 본 발명이 소속한 기술 분야의 당업자라면 비록 도면에 더블 저장탱크 코팅장치만 도시하였지만 본 발명 실시예가 제안한 방법은 더욱 많은 저장탱크를 구비한 코팅장치에도 적용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
도 1에서 보이는 바와 같이, 서로 관으로 연결된 제1 및 제2 저장탱크(102와 122) 및 연결 파이프(104와 124) 내에 형광분말 슬러리(108)를 충진한다. 본 발명 구체실시예에 의해, 공기 소스를 이용하여 가스공급 파이프(106과 126)를 통해 제1 및 제2 저장탱크(102와 122)에 각기 압력을 인가할 수 있고, 이때 상기 공기 소스는 유속 제어 장치 역할을 하게 된다. 당연히 인가해야 할 압력의 크기는 형광분말 슬러리(108) 자체 특징(점도 혹은 형광 분말체 중량 농도), 연결 파이프(104와 124)의 직경, 필요한 유속, 코팅 압력 등의 요소에 따라 결정된다. 일반적으로, 바람직한 압력 크기는 대략 0.001 MPa~10 MPa이다. 더 구체적으로, 바람직한 압력 크기는 대략 0.001, 0.01, 0.1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 혹은 10 MPa이다.
유속 제어장치인 공기 소스는 타이밍 스위치 가압장치 또는 연속 가압 장치로 적당한 압력을 생성할 수 있다. 타이밍 스위치 가압장치를 이용한 경우에서, 적당한 개방 주기는 초당 대략 1~200 회이고, 예를 들면 초당에 대략 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 120, 150 혹은 200 회 이다.
제1 및 제2 저장탱크(102와 122)내의 압력을 세밀하게 조절하여, 상기 저장탱크 사이에 압력차가 존재하도록 하고, 따라서 이런 용기 사이에서 형광 분말 슬러리의 흐름을 제어한다. 더 구체적으로, 제1 저장탱크 102) 내에 인가하는 압력은 P1라 하고 제2 저장탱크(122) 내에 인가하는 압력은 P2라 하면, 만일 P1이 P2보다 크면 형광 분말 슬러리(108)는 제1 저장탱크(102)로부터 연결 파이프(104)를 거쳐 제2 저장탱크(122)의 방향으로 이동하고, 반대일 경우 형광분말 슬러리(108)는 제2 저장탱크(122)로부터 연결 파이프(124)를 거쳐 제1 저장탱크(102)의 방향으로 이동한다. 만일 P1과 P2가 대략적으로 동등할 경우(즉 압력차가 0), 형광분말 슬러리(108)는 실질적으로 흐르지 않는다. 이외에, 상기 압력차 값이 클수록 형광분말 슬러리(108)의 유속이 빠르며, 압력차에 대한 조절을 통해 유속을 제어할 수 있다. 본 발명의 구체 실시예에 의해, 적당한 형광분말 슬러리 유속은 대략 1~100 mm/sec이다. 더 구체적으로 형광 분말 슬러리의 유속은 대략 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90혹은 100 mm/sec이다.
일반적으로, 인공 혹은 자동화 방식을 이용하여 조절단계를 진행할 수 있다. 예를 들면, 계수기를 이용하여, 공기소스에서 공급한 기체가 압력을 생성하는 시점의 시작과 종결을 설정할 수 있다. 혹은 공기소스가 소프트웨어를 이용하여 컴퓨터 등 전산장치를 통하여 공급한 기체가 압력을 생성하는 시점의 시작과 종결을 제어할 수 있다. 또한, 사전에 상기 저장탱크가 수용할 수 있는 최대액면위치와 최저액면위치를 결정하고, 상기 최대액면위치와 최저액면위치에 따라 적당하게 형광분말 슬러리의 흐름 방향 및/또는 유속을 조절한다.
본 발명 구체 실시예 따라 제안한 방법은 코팅장치(110)를 거쳐 형광분말 슬러리(108)를 발광소자(미도시)에 분무화하고 코팅한다. 도 1에서 도시된 장치와 같이, 공기소스를 이용하여 가스공급 파이프(118과 120)을 거쳐 분무화 압력(P3)과 와류 압력(P4)를 각기 노즐(114) 내에 인가하고, 그 중 분무화 압력은 형광분말 슬러리(108)와 기체를 혼합하여 기체분무화(gas atomization)된 분무를 생산하고, 와류 압력은 기체분무화한 형광분말 슬러리가 아래로 분사하는 와류를 형성하게 한다. 따라서 기체분무화한 형광분말 슬러리를 발광 소자에 코팅한다.
더욱 구체적으로, 2 유체(two fluid) 기체분무화 노즐을 이용하여 상기 분무화 및 코팅단계를 실현할 수 있다. 형광분말 슬러리가 니들밸브(116)를 거쳐 2 유체 기체분무화 노즐에 들어갈 때, 기체분무화한 분무를 형성할 수 있고, 또한 와류 압력을 이용하여 분무화한 형광 분말 슬러리를 발광 소자의 상부 표면과 두 측벽에 코팅할 수 있다. 즉 공형 도포(conformal coating)를 실현할 수 있다.
인가할 압력 크기는 형광분말 슬러리(108)의 자체 특성(예를 들면, 점도), 코팅 속도, 코팅 면적, 슬러리 기체분무화 정도 및 와류 세기에 따라 조절할 수 있다. 통상적으로, 바람직한 압력 크기는 대략 0.01 MPa 부터 대략 20 MPa이다. 예를 들면, 상기 입력 크기는 대략 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 15 또는 20 MPa이다. 본 발명 구체 실시예에 따라, P3과 P4의 값은 같을 수도 있고 상이할 수도 있다.
또한, 단위 시간 내에 형광 슬러리의 코팅량은 여러 가지 조건의 영향을 받게 되고, 상기 조건은 최소한 제1 및 제2 저장탱크(102와 122)에 인가한 압력 및/혹은 압력차, 니들밸브(116)이 개방된 높이 및/혹은 주파수 및 와류 압력 등을 포함한다.
코팅 장치(110)가 코팅을 진행하지 않을 경우, 니들밸브(116)는 슬러리 유입구(128)에 밀착하고, 따라서 형광 분말 슬러리(108)가 연결 파이프(104 혹은 124)로부터 슬러리 유입구(128)로 흘러들지 않도록 한다. 그러나 형광분말 슬러리(108)는 제1 및 제2 저장탱크 (102, 122)사이에서 순환흐름한다. 코팅장치 (110)가 코팅 진행 시, 니들밸브(116)를 높여서 슬러리 유입구(128)에 밀착하지 않게 하고, 이때 형광 분말 슬러리(108)는 연결 파이프 (104혹은 124)로부터 슬러리 유입구(128)로 들어가고, 노즐(114)을 통하여 코팅이 진행된다.
각종 기존의 수단을 이용하여, 니들밸브(116)의 개방과 폐쇄를 제어한다. 예를 들면, 가압 장치를 이용하여 니들밸브(116)에 인가한 압력을 개변하고, 따라서 니들밸브(116)가 개방된 높이와 주파수를 제어 한다. 혹은 자기 밸브를 이용하여 니들밸브(116)가 개방된 높이와 주파수를 제어 한다. 바람직하게는, 펄스 제어 장치를 이용하여 니들밸브(116)의 개방과 폐쇄를 제어할 수도 있다. 또한 바람직한 펄스 주파수는 매초에 대략 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50 회 이다. 또한 기타 적당한 개방 부재를 사용하여 니들밸브(116)의 개방 높이와 주파수를 제어할 수 있고, 따라서 형광 분말 슬러리의 코팅 속도와 코팅량을 제어할 수 있다.
본 발명 구체 실시예가 제안한 방법에 따라, 형광 분말 슬러리(108)가 저장탱크(102, 122)와 연결 파이프(104, 124) 사이에서 흐를 때, 동시에 코팅 단계를 진행할 수 있다. 본 발명의 다른 측면에서, 형광 분말 슬러리(108)가 과량 침적이 발생하지 않았고 또한 품질이 양호한 경우, 우선 저장탱크(102, 122)와 연결 파이프(104, 124)에서의 형광분말 슬러리(108) 흐름을 정지하고, 다음 코팅단계를 진행할 수 있다.
또한, 상기 코팅 단계 진행 시, 수요에 따라 코팅을 진행하고 있는 발광소자를 독립적으로 가열하여 코팅단계에서 발광소자에 코팅한 형광분말 슬러리를 동시에 건조시켜, 흐름량이 과도함으로 인하여 야기되는 표면장력 집결 문제를 피할 수 있다. 이로 인해 발광소자 상의 형광 분말 슬러리 분포의 균일성을 개선할 수 있다.
본 발명의 구체 실시예에 의해, 1개 혹은 복수개 발광 다이오드 표면에 대하여 코팅을 진행할 수 있고, 상기 발광 다이오드의 상부 표면과 두 측벽에 균일한 형광분말 박막층을 형성한다.
상기 코팅 단계를 반복하여 진행하면, 발광소자에 형성된 형광재료 두께 혹은 중량이 필요한 정도에 도달할 때까지 진행할 수 있다. 예를 들면, 반복 코팅하여 발광소자에 코팅한 형광분말 슬러리의 두께가 대략 3~10 ㎛에 도달할 수 있다.
또한, 수 차례 코팅을 진행하는 경우, 다른 조성을 갖는 형광 분말 슬러리를 사용하여 코팅을 진행할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 제1차 코팅 시, 방사 파장이 주로 적색광 주파수 대역을 갖는 형광분말체를 사용하고, 제2차 코팅 시, 방사 파장이 주로 녹색광 주파수 대역을 갖는 형광분말체를 사용할 수 있다. 상기 설명은 단지 예시로서, 동 기술분야의 당업자라면 수요에 따라 사용하는 형광분말체 종류를 선택할 수 있다.
종래기술에 따르면, 교질물질 점적법으로 형광재료를 도포하는 경우, 형광 재료와 고분자 점착제를 혼합하여 형광교질 재료를 제조해야 한다. 그러나, 이런 형광교질 재료는 본 발명 실시예에서 제안한 코팅방법에 사용될 수 없다. 따라서 본 발명은 상기 코팅방법에 적용되는 형광분말 슬러리 조성도 제안한다.
본 발명 실시예에 의해, 상기 형광분말 슬러리 조성은 적어도 형광분말체, 폴리머 및 용제를 포함하고, 또한 형광분말 슬러리의 점도는 대략 0.1~200 cps 이다. 구체적으로 말하면, 상기 방법에 적용하는 형광분말 슬러리의 농도는 대략 0.1, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 80, 100, 120, 150, 180 또는 200 cps일수 있다.
본 발명 실시예에 의해, 임의의 적합한 형광분말체를 이용할 수 있다. 단지 그 형광분말체가 LED가 방출한 광선의 여기에 의해, 방출하려고 하는 파장을 구비한 광선을 방출할 수 있으면 된다. 구체적으로 말하면, 청색광 LED 웨이퍼 혹은 자외선 LED 웨이퍼를 이용하여 백색광 LED장치를 제조할 때, 사용하는 형광분말체의 여기(excitation) 파장은 대략 250~500 nm이고, 방사 파장은 대략 500~600 nm일 수 있다. 또한, 상기 형광분말체 미립의 직경 크기는 대략 3~40 ㎛일 수 있다.
예를 들면, 적당한 형광분말체는 알루미늄 산화물 형광분말(이트륨 알루미늄 가닛 화합물(Y3Al5O12:Ce) 형광분말, 혹은 테르븀 알루미늄 석류석 화합물(Tb3Al5O12:Ce) 형광분말, 규소산화물 형광분말(예를 들면, 망간-도핑된 규산 아연 화합물(Mn-doped Zn2SiO4) 형광분말), 질화물 형광분말(예를 들면, (Ca,Sr,Ba)xSiyNz：Eu형광분말) 또는 질소산화물 형광분말(예를 들면, 유로퓸 활성화 질소산화물 형광분말)이다.
형광분말 슬러리 조성물을 제조할 때, 사용할 수 있는 폴리머는 실리콘 케톤 폴리머(silicone base）, 실록산 폴리머(siloxane base), 졸-겔 하이브리드 폴리머(sol-gel hybrid base), 에폭시 폴리머, 실리콘 에폭시 하이브리드 폴리머(silicone-epoxy hybrid or silicon-epoxy hybrid）혹은 상기의 임의의 조합이다.
필요한 형광분말체 양 혹은 필요한 형광분말 슬러리 점도 등 특성에 따라, 형광분말 슬러리 조성 성분의 비율을 조절할 수 있고, 그 중 형광 분말체와 폴리머의 중량 비는 대략 10：1 부터 1：10 사이 이다. 예를 들면, 10：1, 10：1.5, 10：2, 10：3, 10：5, 10：8, 1：1, 1：1.5, 1：2, 1：4, 1：5, 1：8 혹은 1：10이다. 이 외, 형광분말체와 폴리머는 전체 형광분말 슬러리 중량의 5~95%를 차지한다. 더 구체적으로, 상기 중량의 백분비는 대략 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 혹은 95%이다. 폴리머는 전체 형광분말 슬러리 중량의 5~70%를 차지한다. 예를 들면 대략 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60% 혹은 70%이고, 바람직하게는 20~40%이다.
형광분말 슬러리 조성에서 함유하는 용제는 C3 케톤류(예를 들면, 아세톤) 혹은 C4 케톤류(예를 들면, 메틸 에틸 케톤)이고, 적어도 할로겐 치환기를 구비한 C1~C4 직쇄형 알칸류(strait-chain alkane), C5~C7 직쇄형 알칸류(예를 들면 헵탄), C5~C6 나프톨류, C1~C4 직쇄형 알칸알코올류, C2~C4 에테르류, 에틸아세테이트, 벤젠류(예를 들면, 톨루엔, 크실렌 혹은 크실렌의 이성질체), 아세토니트릴, 테트라히드로푸란(Tetrahydrofuran), 석유 에테르, 플루오르를 함유한 용제, 실리콘 케톤 용제 혹은 상기의 임의의 조합이다.
본 발명 실시예에 있어서, 필요에 따라 분말 슬러리 조성에 첨가제를 첨가할 수 있다. 일반적으로, 첨가제는 형광분말 슬러리의 부유 및 안정 혹은 그의 발광휘도 증가에 도움이 될 수 있다. 예를 들면, 상기 첨가제는 점도 증가제, 침적 방지제, 휘도 증가제 혹은 평탄제 일수 있다.
하기에 제안한 제조 실시예는 상기 본 발명 구체 실시예가 제안한 형광분말 슬러리 조성에 따라 형광분말 슬러리를 제조하고, 상기 코팅방법에 의해 상기 형광분말 슬러리를 청색광 LED 웨이퍼(Cree, 모델 타입：Blue C460-EZ1000, 가동전압 2.9~3.8V, 350mA, 웨이퍼 크기 LxWxH = 980x980x100 마이크론)에 코팅한다.
제조 실시예 1
8g 실리콘레진(ShinEstu, KER2500, A, B 더블형，A제：B제=1:1(각기 4g))을 100ml 샘플 병에 넣고, 32g의 톨루엔 용제를 첨가하여 온실에서 1시간 동안 교반했다. 그 후 12g YAG 형광분말(모델 타입 YAG 4-3-2)을 상기 실리콘레진 용액에 첨가하고 2시간 교반하여 본 발명 실시예에서 제안한 형광분말 슬러리를 획득하였고, 상기 슬러리 분말 슬러리 점도는 대략 10 cps이다.
도 1에서 도시한 것과 같이, 상기 형광분말 슬러리를 코팅설비(100)의 제1 저장탱크(102)와 제2 저장탱크(122)에 평균하여 투입하고, 공기 소스를 이용하여 가스공급 파이프(106과 126)를 거쳐 제1 및 제2 저장탱크(102와 122)에 각기 압력을 인가하여 그 중의 광분말 슬러리 흐름을 제어한다.
예를 들면, 형광분말 슬러리가 제1 저장탱크(102)로부터 제2 저장탱크에 들어가게 하려면, 공기 소스가 인가하는 압력을 제어하여 P1이 P2보다 작게 한다. 그러나 제1 저장탱크(102)의 형광분말 슬러리 여분량이 지정한 최저액면위치보다 적거나 혹은 제2 저장탱크(122)의 형광분말 슬러리 여분량이 지정한 최고액면위치보다 많을 때, 형광 분말 슬러리를 제어하여 제2 저장탱크(122)로부터 제1 저장탱크(102)로 흐르도록 할 수 있다. 혹은 기타 적당한 시기에 본 발명 구체 실시예가 제안한 방법을 이용하여 형광 분말 슬러리의 흐름방향 혹은 유속을 조절할 수 있다. 상기 가압과 조절 단계는 반복하여 진행할 수 있다.
코팅 단계 시작 시, 니들밸브(116)는 대략 200㎛ 높이로 개방하고, 매초에 대략 10회인 개방 주기로 온-오프 동작을 진행하여 슬러리를 노즐(114)에 공급하고, 니들밸브(116)의 매회 개방 시간은 20 밀리세컨드이다. 본 제조 실시예에 의해, 상기 코팅 단계를 진행하는 동시에 여전히 상기 조절수단을 이용하여 형광분말 슬러리가 제1 및 제2 저장탱크(102, 122) 사이에서 순환하여 흐르게 할 수 있다.
코팅 시, 노즐(114)은 LED 웨이퍼에서 대략 9센치미터 떨어진 곳에 설치하고, 공기 소스를 이용하여 가스공급 파이프(118)를 거쳐 0.2 Mpa 압력을 노즐(114 ) 내부에 인가하여, 분사한 형광분말 슬러리가 기체와 혼합하여 분무화되고, 또한 가스공급 파이프(120)를 통해 대략 0.2 Mpa의 분사 압력을 인가한다. 본 제조 실시예에서, 코팅속도는 대략 60 mm/sec이다. 상기 코팅 동작을 반복하여, LED 웨이퍼 표면의 형광분말체 및 실리콘 수지 탑재량이 4 mg/cm2이 될 때까지 진행한다.
도 2는 본 제조 실시예에 따라 제조한 백색광 LED 장치의 색온도 분포도로서, 상기 백색광 LED장치가 서로 다른 각도에서 방출한 광선의 색온도를 보여 주었다. 도 2에서 알수 있는바와 같이, 상기 백색광 LED장치는 180도 발광면에서, 방출한 광선의 색온도는 모두 대략 6400~6700K 사이이다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 제안한 방법은 형광재료를 발광 소자의 상부 표면과 두 측벽에 균일하게 도포할 수 있다.
본 발명의 상기 구체 실시예가 제안한 코팅방법은 코팅 시 튀김현상(spattering 또는 splash)의 발생을 감소시킬 수 있고, 실제 활용에서 본 발명 실시예에 의한 코팅방법의 재료 이용율은 대략 95%에 도달한다. 이러한 방법으로 재료 낭비를 절감하여 원가를 절감할 수 있다. 또한, 펄스식 흐름 제어 시스템을 이용하여 재료를 제공할 경우, 형광분말 슬러리의 도포 흐름량은 비교적 작고, 재료의 전사(transfer printing)율을 개선할 수 있다. 또한 상기 코팅법은 형광재료를 발광소자의 상부 표면과 두 측벽에 도포할 수 있고, 발광소자의 상부 표면에 제한된것은 아니다. 따라서 발광소자의 전체 발광 부분은 균일한 광을 방출할 수 있다.
기존 교질물질 점적법과 비교하면, 본 발명 구체 실시예에 의한 코팅법을 이용하여 형광재료를 발광소자에 도포하는 것은 적어도 하기의 특성을 구비한다. 우선, 교질물질 점적법은 1회에 1개 발광 소자(예를 들면 LED)만 처리 가능하고, 본 발명의 코팅법은 1개 혹은 복수개 발광소자를 처리할 수 있기에, 생산율을 높일수 있다. 다음으로, 교질물질 점적법은 컵형 LED 실링체에만 적용되지만, 본 발명의 코팅법을 이용하면 형광 분말 슬러리를 비컵형 LED 실링체에 직접 도포할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 기판, 세라믹 기판 혹은 실리콘 기판의 발광소자를 적용할 수 있다. 다음으로, 교질물질 점적법을 이용하여 도포하는 형광교질 재료는 표면 장력이 집결하는 문제를 발생하고, 형광재료가 발광소자 표면에서의 분포가 불균일 해지지만, 본 발명의 코팅법을 이용하면 박막형태의 형광재료를 형성하여 표면에 장력이 집결하는 문제가 상대적으로 적다. 이 외에도, 코팅을 진행하기 전 혹은 진행하는 동안에 형광분말 슬러리가 다른 저장용기 사이에 순환흐름하기 때문에, 형광분말이 침적하는 문제를 감소시킬 수 있으며, 코팅법을 이용하여 배합이 다른 형광분말 슬러리를 구별하여 코팅할 수 있고, 다른 형광분말 성분이 1 유체(one fluid)에서 나타내는 분층문제도 피할 수 있다, 이러한 상황은 코팅법을 이용하여 획득한 형광 재료층이 바람직한 균일도를 구비하게 한다. 이 외에도, 노즐을 거쳐, 특히는 2 유체(two fluid) 기체분무화 노즐로 코팅 시, 형광분말 슬러리와 기체가 혼합하여 분무화 기체를 형성하며, 발생된 와류는 형광분말 슬러리를 균일하게 발광소자의 상부 표면과 두 측벽에 코팅하고, 상이한 발광 부분이 상이한 색상을 방출하는 문제를 감소시킨다.
본 발명은 위와 같이 실시예를 공개하였으나 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니고, 당업자라면 본 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않고도 여러 가지 변환을 진행할 수 있기에, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 따라 확정되여야 한다.

Claims (22)

  1. 발광소자에의 형광재료 코팅방법에 있어서,
    관으로 연결된 적어도 2개의 용기 사이의 압력차를 조절하며, 상기 용기 내에 형광분말 슬러리가 구비되고, 상기 형광분말 슬러리의 상기 용기 사이에서의 흐름을 제어하는 단계; 및
    상기 형광분말 슬러리를 분무화하여 상기 발광소자에 코팅하는 코팅장치를 이용하여 상기 코팅을 진행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 파장이 250~500nm인 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력차 조절 단계에서, 상기 용기 내에 인가한 2개 압력은 각각 0.001 Mpa 내지 10 Mpa인 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분무화 및 코팅 시스템은 분무화 압력과 와류 압력의 인가를 거쳐 진행되고, 상기 형광분말 슬러리는 상기 발광소자의 상부 표면과 두 측벽에 코팅되는 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분무화 압력과 상기 와류 압력은 상기 코팅 장치 내부에 인가되고, 상기 압력은 각각 0.01 Mpa 내지 20 Mpa인 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 분무화 압력과 상기 와류 압력의 압력치는 상이하거나 동등한 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 형광분말 슬러리의 유속은 1~100 mm/sec인 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 단계를 진행하는 경우에 상기 발광소자의 상부 표면을 가열하는 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 단계를 진행하는 경우에 상기 형광분말 슬러리는 상기 용기 사이에서 유동하거나 혹은 상기 용기 사이에서 흐름이 정지되는 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 단계는 반복하여 진행되며, 상기 형광 분말 슬러리 혹은 적어도 하나의 다른 형광 분말 슬러리를 이용하여 반복적으로 상기 코팅 단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 코팅장치는 적어도 1개의 니들밸브 오픈 부재를 포함하고, 또한 상기 니들밸브 오픈 부재는 연속식 제어 부재 혹은 펄스식 제어 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 펄스식 제어 부재가 제공하는 개방 주기는 매초 당 1~200회 인 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법
  13. 제1항에 있어서,
    상기 형광분말 슬러리의 점도는 0.1~200 cps인 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 형광분말 슬러리는 적어도 형광 분말체, 폴리머 및 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 형광분말체와 상기 폴리머의 중량비는 10：1 내지 1：10 인 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 형광분말체와 상기 폴리머는 형광분말 슬러리 중량의 5~95%를 차지하는 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 형광분말체는 알루미늄 산화물 형광분말, 규소 산화물 형광분말, 질화물 형광분말, 질소산화물 형광분말 혹은 그 조합인 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 형광분말체 미립의 직경 크기는 3~40 ㎛인 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 폴리머는 실리콘양성케톤기 폴리머, 실록산 폴리머, 졸-겔 하이브리드 폴리머, 에폭시 폴리머, 실리콘에폭시 하이브리드 폴리머 혹은 그 조합인 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 용제는 C3~C4 케톤류, 할로겐 치환기를 구비한 C1~C4 직쇄형 알칸류, C5~C7 직쇄형 알칸류, C5~C6 나프톨류, C1~C4 직쇄형 알칸알코올류, C2~C4 에테르 류, 에틸아세테이트, 벤젠류, 아세토니트릴, 테트라히드로푸란, 석유 에테르, 플루오르를 함유한 용제, 실리콘 케톤 용제 혹은 그 조합인 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 폴리머는 상기 형광분말 슬러리 중량의 5~70%를 차지하는 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 형광분말 슬러리는 적어도 점도 증가제, 침적 방지제, 휘도 증가제, 평탄제 혹은 그 조합을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자에의 형광재료 코팅방법.
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