KR20120012642A - 나노 복합재 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 복합재 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 나노 복합재는 나노 입자; 및 상기 나노 입자 표면과 결합되며, 특정의 화학식으로 표시되는 실리콘 화합물;을 포함한다. 본 발명에 따른 나노 복합재는 나노 복합재는 나노 입자끼리의 뭉침 현상이 없이 다양한 매트릭스에 균일하게 분산될 수 있다.
Description
본 발명은 나노 복합재 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 분산성이 우수한 나노 복합재 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
금속 나노 입자는 양자점과 같은 반도체 나노 입자의 경우와 같이 크기, 모양, 구성, 결정화도 및 구조에 따라 그 특성이 조절될 수 있음이 알려져 있다. 이러한 특성으로 인해 촉매, 전자, 광학, 정보 저장, 화학 및 생물학적 센서 등으로 응용될 수 있어, 많은 연구가 진행되고 있다.
일반적으로 금속 나노 입자를 제조하는 방법으로는 진공 상태에서 높은 전압을 이용하여 합성하는 기상 합성법(Gas phase synthesis)과 유기 용매에서 고분자 또는 단분자 계면 활성제를 이용하여 제조하는 액상 합성법(Liquid phase synthesis) 등이 있다. 기상 합성법은 합성 장치가 복잡하고 생산성 및 작업성이 떨어지는 단점이 있으나, 액상 합성법은 비교적 쉽고, 생산성 및 작업성이 뛰어나 상대적으로 비용이 적게 들고, 대량 생산이 가능한 장점이 있다.
금속 나노입자를 제조하는 대표적인 액상 합성 방법으로 폴리올 합성법 (Polyol Synthesis)이 있다. 이는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 코발트(Co), 이리듐(Ir), 오스뮴 (Os), 루테늄(Ru), 철 (Fe) 등 귀금속을 포함한 전이금속 및 이들의 합금 형태의 콜로이드 입자를 만들 수 있는 방법으로, 고온에서 폴리올에 의한 금속 전구체 (precursor)의 환원을 통하여 얻어지며, 콜로이드 입자의 응집을 막기 위해 폴리(비닐 피롤리돈)을 첨가하여 폴리(비닐 피롤리돈)으로 표면이 코팅된 형태의 금속 나노입자를 제공한다.
또한, 액상 합성 방법을 이용하여, 금, 은, 백금 등의 경우에는 크기 조절뿐만 아니라 구형이 아닌 다른 형태의 다양한 모양을 얻을 수 있다고 알려져 있으며, 그 모양에 따른 특성 변화 또한 많은 연구가 되어 있다.
한편, 이러한 금속 나노입자의 특성을 효과적으로 이용하여 그 응용성을 확장하기 위해서는 표면에 다른 유기 및 생체 분자와 결합할 수 있는 기능기의 도입하여 다양한 매트릭스에 금속 나노입자를 효과적으로 분산시키는 것이 매우 중요하다.
본 발명은 분산성이 우수한 나노 복합재 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시형태는 나노 입자; 및 상기 나노 입자 표면과 결합되며, 하기 화학식 1로 표시되는 실리콘 화합물;을 포함하는 나노 복합재를 제공한다.
[화학식 1]
상기 식에서,
R1, R2, R3, R6, R7, R8, 및 R9는 각각 메틸기 또는 수소이고,
R4 및 R5는 각각 방향족 탄화수소이며,
R6은 수소, 메틸기 또는 페닐기이고,
Fn은 NH2, SH, COOH, CO(S)H, PPR3, 또는 P(O)PR3이며,
x 및 y는 1 내지 100의 정수이고,
n은 1 내지 100의 정수이다.
상기 R1, R2, R3, R7, R8, 및 R9는 각각 메틸기이고, R4, 및 R5는 각각 벤질기이며, R6은 메틸기일 수 있다.
상기 실리콘 화합물은 분자량이 200 내지 50,000 일 수 있다.
상기 나노 입자는 실리카, 카본 블랙, 금속 분말, 금속 산화물 및 양자점으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 기판에 실장된 발광 소자; 및 상기 발광 소자를 덮으며, 나노 입자 및 상기 나노 입자 표면과 결합되며, 하기 화학식 1로 표시되는 실리콘 화합물을 포함하는 나노 복합재가 분산된 몰딩 부재;를 포함하는 발광 소자 패키지를 제공한다.
[화학식 1]
상기 식에서,
R1, R2, R3, R6, R7, R8, 및 R9는 각각 메틸기 또는 수소이고,
R4 및 R5는 각각 방향족 탄화수소이며,
R6은 수소, 메틸기 또는 페닐기이고,
Fn은 NH2, SH, COOH, CO(S)H, PPR3, 또는 P(O)PR3이며,
x 및 y는 1 내지 100의 정수이고,
n은 1 내지 100의 정수이다.
상기 R1, R2, R3, R7, R8, 및 R9는 각각 메틸기이고, R4 및 R5는 각각 벤질기이며, R6은 메틸기일 수 있다.
상기 실리콘 화합물은 분자량이 200 내지 50,000 일 수 있다.
상기 나노 입자는 CdSe/ZnS, ZnCdSe/ZnS, Si/SiO2, Si 나노결정, 구리가 도핑된(Cu-dopped) ZnS 나노결정, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 양자점일 수 있다.
본 발명에 따른 나노 복합재는 나노 입자와 특정의 화학식으로 표시되는 실리콘 화합물이 결합되어 있다. 실리콘 화합물의 Fn는 나노 입자의 표면과 결합이 가능한 전자쌍 주게 작용기로써, 나노 입자와 실리콘 화합물의 혼합시 나노 입자를 빠르게 안정화시킬 수 있고, 상기 실리콘 화합물의 백본을 이루는 실록산 결합(-Si-O-Si-)과 각 치환기에 의하여 다양한 매트릭스와 친화력이 우수하다.
본 발명에 따른 나노 복합재는 나노 입자 끼리의 뭉침 현상이 없이 다양한 매트릭스에 균일하게 분산될 수 있다.
본 발명에 따른 나노 복합재를 포함하는 발광 소자 패키지는 전압 변화에 따라 발광 특성이 일정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노 복합재를 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 상기 나노 복합재가 매트릭스에 분산된 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 발광 소자 패키지의 발광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 발광 소자 패키지의 발광 특성을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 본 명세서에 첨부된 도면의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 나노 복합재는 나노 입자; 및 상기 나노 입자 표면과 결합되며, 특정의 화학식으로 표시되는 실리콘 화합물을 포함한다.
본 발명에 따른 나노 복합재는 나노 입자 표면에 실리콘 화합물이 결합되어 있어, 나노 입자 끼리의 뭉침 현상이 없이 다양한 매트릭스에 균일하게 분산될 수 있다.
상기 나노 입자는 나노 수준의 평균 입경을 가지는 것이면, 특별히 제한되지 않으며, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 실리카, 카본 블랙, 금속 분말, 금속 산화물 또는 양자점(quantum dot)일 수 있고, 이들을 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 양자점은 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 CdSe/ZnS, ZnCdSe/ZnS, Si/SiO2, Si 나노결정, 구리가 도핑된(Cu-dopped) ZnS 나노결정, ZnO 나노입자(nanoparticle) 등이 있다.
상기 나노 입자의 크기는 이에 제한되는 것은 아니나, 1 내지 100 nm일 수 있다.
일반적으로, 나노 입자는 입자의 사이즈로 인하여 서로 간에 뭉치지 쉽다. 나노 입자의 특성을 효과적으로 이용하기 위해서는 다양한 매트릭스에 분산하여 사용될 필요가 있다. 이를 위하여 종래에는 실란 커플링제를 이용하여 나노 입자의 표면을 개질하는 방법이 사용되었다.
그러나, 실란 커플링제에 의한 나노 입자의 표면 개질 방법은 빠르게 진행되지 않고, 재현성이 낮은 단점이 있었다.
나노 입자는 그 제조방법에 따라 나노 입자 표면이 (-)극성 또는 (+)극성을 띠거나, 알킬 체인이 결합된 중성으로 제조될 수 있다. 나노 입자는 제조방법에 따라 분산될 수 있는 매트릭스가 제한되어 있어, 나노 입자의 표면을 개질하는 경우, 다양한 매트릭스에 분산시킬 수 있다.
본 발명에서는 상기 나노 입자의 표면에 하기 화학식으로 표시되는 실리콘 화합물이 결합되어 있다.
[화학식]
상기 식에서,
R1, R2, R3, R6, R7, R8, 및 R9는 각각 메틸기 또는 수소이고,
R4 및 R5는 각각 방향족 탄화수소이며,
R6은 수소, 메틸기 또는 페닐기이고,
Fn은 NH2, SH, COOH, CO(S)H, PPR3, 또는 P(O)PR3이며,
x 및 y는 1 내지 100의 정수이고,
n은 1 내지 100의 정수이다.
상기 실리콘 화합물은 실록산 결합(-Si-O-Si-)을 백본으로 하고, 나노 입자 표면과 결합이 가능한 전자쌍 주게 작용기(electron donating group, Fn)를 포함한다.
상기 식에서, R1, R2, R3, R7, R8, 및 R9는 각각 메틸기이고, R4 및 R5는 각각 벤질기이며, R6은 메틸기일 수 있다.
상기 Fn는 나노 입자의 표면과 결합이 가능한 전자쌍 주게 작용기로써, 나노 입자와 실리콘 화합물의 혼합시 나노 입자를 빠르게 안정화시킬 수 있다.
상기 n은 1 내지 100일 수 있다. 나노 입자의 크기에 따라 n값의 조절하여 나노 입자와 결합되는 실리콘 화합물의 갯수를 결정할 수 있다.
상기 x 및 y는 1 내지 100 일 수 있다.
상기 실리콘 화합물은 올리고머 또는 고분자 화합물일 수 있고, 상기 실리콘 화합물의 분자량은 200 내지 50,000 일 수 있다.
상기 실리콘 화합물의 백본을 이루는 실록산 결합(-Si-O-Si-)과 각 치환기에 의하여 다양한 매트릭스와 친화력이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노 복합재를 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 상기 나노 복합재가 매트릭스에 분산된 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노 복합재(10)는 실리콘 화합물(12)의 전자쌍 주게 작용기(Fn)가 나노 입자(11) 표면과 결합되고, 실록산 결합을 포함하는 백본은 매트릭스를 향하여 배열된다.
이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 나노 입자는 실리콘 화합물에 의하여 표면이 개질되고, 나노 복합재(10)는 나노 입자 간의 뭉침 현상 없이 매트릭스(20) 내에 균일하게 분산될 수 있다.
상기 매트릭스는 특별히 제한되지 않으며, 유기 고분자, 극성 유기 용매 등일 수 있다. 보다 구체적으로, 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)일 수 있다.
본 발명에 따른 나노 복합재는 특정의 화학식으로 표시되는 실리콘 화합물에 의하여 나노 입자를 빠르게 안정화시킬 수 있고, 매트릭스와 쉽게 결합하여 나노 입자의 뭉침 현상없이 다양한 매트리스에 쉽게 분산될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 기판에 실장된 발광 소자; 및 상기 발광 소자를 덮으며, 나노 입자 및 상기 나노 입자 표면과 결합되며, 특정의 화학식으로 표시되는 실리콘 화합물을 포함하는 나노 복합재가 분산된 몰딩 부재;를 포함하는 발광 소자 패키지를 제공한다.
상기 발광 소자는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 발광 다이이오드(LED)일 수 있다.
상기 나노 복합재는 상술한 나노 복합재일 수 있으며, 그 성분 및 작용은 상술한 바와 같다. 상기 나노 복합재를 이루는 나노 입자는 양자점(quantum dot)일 수 있다. 상기 양자점은 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 CdSe/ZnS, ZnCdSe/ZnS, Si/SiO2, Si 나노결정, 구리가 도핑된(Cu-dopped) ZnS 나노결정, ZnO 나노입자(nanoparticle) 등이 있으며, 이들을 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 몰딩 부재는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 실리콘 수지 또는 에폭시 수지일 수 있다.
본 발명에 따른 나노 복합재는 몰딩 부재 내에서 나노 입자를 빠르게 안정화시킬 수 있고, 몰딩 부재와 쉽게 결합하여 나노 입자의 뭉침 현상없이 나노 입자를 안정적으로 분산시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노 복합재를 포함한 발광 소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 기판 상에는 발광 다이오드(LED)가 실장되어 있고, 상기 발광 소자는 몰딩 부재(30)에 의하여 덮여져 있다.
상기 몰딩 부재(30)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 복합재(10)가 분산되어 있다.
상기 나노 복합재는 CdSe/ZnS 양자점과 상기 화학식2로 표시되는 실리콘 화합물을 포함한다.
[화학식 2]
도 4는 도 3에 도시된 발광 소자 패키지의 발광 특성을 나타내는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노 복합재는 몰딩 부재에 대한 분산성이 우수하여, 전압 변화에 따라 발광 특성이 일정함을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 나노 복합재 11: 나노 입자
12: 실리콘 화합물 20: 매트릭스
30: 몰딩막
12: 실리콘 화합물 20: 매트릭스
30: 몰딩막
Claims (8)
- 나노 입자; 및
상기 나노 입자 표면과 결합되며, 하기 화학식 1로 표시되는 실리콘 화합물;
을 포함하는 나노 복합재,
[화학식 1]
상기 식에서,
R1, R2, R3, R6, R7, R8, 및 R9는 각각 메틸기 또는 수소이고,
R4 및 R5는 각각 방향족 탄화수소이며,
R6은 수소, 메틸기 또는 페닐기이고,
Fn은 NH2, SH, COOH, CO(S)H, PPR3 또는 P(O)PR3이며,
x 및 y는 1 내지 100의 정수이고,
n은 1 내지 100의 정수이다.
- 제1항에 있어서,
상기 R1, R2, R3, R7, R8, 및 R9는 각각 메틸기이고, R4 및 R5는 각각 벤질기이며, R6은 메틸기인 나노 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘 화합물은 분자량이 200 내지 50,000 인 나노 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 나노 입자는 실리카, 카본 블랙, 금속 분말, 금속 산화물 및 양자점으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 나노 복합재.
- 기판에 실장된 발광 소자; 및
상기 발광 소자를 덮으며, 나노 입자 및 상기 나노 입자 표면과 결합되며, 하기 화학식 1로 표시되는 실리콘 화합물을 포함하는 나노 복합재가 분산된 몰딩 부재;
를 포함하는 발광 소자 패키지,
[화학식 1]
상기 식에서,
R1, R2, R3, R6, R7, R8, 및 R9는 각각 메틸기 또는 수소이고,
R4 및 R5는 각각 방향족 탄화수소이며,
R6은 수소, 메틸기 또는 페닐기이고,
Fn은 NH2, SH, COOH, CO(S)H, PPR3, 또는 P(O)PR3이며,
x 및 y는 1 내지 100의 정수이고,
n은 1 내지 100의 정수이다.
- 제5항에 있어서,
상기 R1, R2, R3, R7, R8, 및 R9는 각각 메틸기이고, R4 및 R5는 각각 벤질기이며, R6은 메틸기인 발광 소자 패키지.
- 제5항에 있어서,
상기 실리콘 화합물은 분자량이 200 내지 50,000 인 발광 소자 패키지.
- 제5항에 있어서,
상기 나노 입자는 CdSe/ZnS, ZnCdSe/ZnS, Si/SiO2, Si 나노결정, 구리가 도핑된(Cu-dopped) ZnS 나노결정, 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 양자점인 발광 소자 패키지.
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