KR20150030324A - Led용 색변환 소재 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
LED용 색변환 소재 제조 방법 및 그 방법으로 제조된 색변환 소재가 장착된 LED 패키지에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 LED용 색변환 소재 제조 방법은 (a) 기판 유리 상에 유리 프릿, 형광체, 바인더 및 솔벤트를 포함하는 유리 페이스트를 도포하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 결과물을 건조하여, 상기 유리 페이스트에 포함된 솔벤트를 제거하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 결과물을 소성하여, 상기 유리 페이스트에 포함된 바인더를 제거하면서 형광체가 분산된 유리층을 형성하는 단계;를 포함하여, 유리 페이스트로부터 형성된 유리층에 형광체가 포함되도록 하며, 기판 유리 상에 동질 재질인 유리층이 형성되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 LED용 색변환 소재 제조 방법은 (a) 기판 유리 상에 유리 프릿, 형광체, 바인더 및 솔벤트를 포함하는 유리 페이스트를 도포하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 결과물을 건조하여, 상기 유리 페이스트에 포함된 솔벤트를 제거하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 결과물을 소성하여, 상기 유리 페이스트에 포함된 바인더를 제거하면서 형광체가 분산된 유리층을 형성하는 단계;를 포함하여, 유리 페이스트로부터 형성된 유리층에 형광체가 포함되도록 하며, 기판 유리 상에 동질 재질인 유리층이 형성되도록 한 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 LED 조명을 위하여 패키지에 포함되는 색변환 소재 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리 페이스트의 도포, 건조 및 소성을 통하여 쉽게 색변환 소재를 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 색변환 소재가 장착된 LED 패키지에 관한 것이다.
조명을 위해 사용되는 일반적인 전구는 형광등, 백열등 또는 산업용으로 사용하는 금속 네온등 등이 있으며, 이들 전구들은 대부분이 유리관 안에 가스를 주입하여 사용하는 가스 방전관 구성이다.
상기한 일반적인 전구의 경우 유리관의 소손으로 인한 가스 유출시 대기 오염의 원인이 될 수 있으며, 휘도를 밝게 하고자 할 시에는 그에 따른 소비 전력이 상승하게 되고, 그에 알맞은 전력선 공사 등을 행해야 하므로 시설비용과 유지 관리비용이 과도하게 소요되는 등의 문제점이 있었다.
한편 상기한 전구의 문제점을 해소할 대안으로 근자에는 소비전력이 낮은 LED를 이용한 조명기구의 개발이 제안되고 있는데, LED 조명 기구의 경우, 고휘도 및 고수명을 갖는 LED 칩을 적용하여, 높은 수명과 함께 강렬한 발광이 가능하다.
도 1은 일반적인 백색광 출력용 LED 패키지를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 패키지 본체(101) 상에 LED 칩(102)가 실장된다. LED 칩(102)에서 출사되는 광은 주로 청색파장으로써, 이를 백색광으로 이용하기 위해서는 청색과 보색 관계에 있는 황색 형광체가 요구된다.
이러한 형광체는 패키지 전면에 장착되는 색변환 소재(103)에 분산되어 있다.
형광체가 분산된 색변환 소재를 제조하기 위하여, 유리 파우더와 형광체를 혼합한 후 벌크 소성하는 방식이 주로 이용된다.
그런데, 이 경우, 형광체와 유리 파우더와의 반응으로 인하여 소성 온도의 한계, 즉 연화온도(soften point) 이하에서만 소성이 가능하였다.
이러한 낮은 온도에서의 소성은 유리 내부에 다수의 기포를 형성시키며, 형성된 기포는 광 산란에 의해 투과율을 저하시키는 요인이 되었다.
또한, 벌크 소성의 경우 공정이 복잡하여, 색변환 소재 제조 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0000470호(2009.01.07. 공개)에 개시된 필터 및 반도체 패키지가 있다.
본 발명의 하나의 목적은 유리 페이스트를 이용한 LED용 색변환 소재 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 방법으로 제조된 LED용 색변환 소재가 장착된 LED 패키지를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 LED용 색변환 소재 제조 방법은 (a) 기판 유리 상에 유리 프릿, 형광체, 바인더 및 솔벤트를 포함하는 유리 페이스트를 도포하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 결과물을 건조하여, 상기 유리 페이스트에 포함된 솔벤트를 제거하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 결과물을 소성하여, 상기 유리 페이스트에 포함된 바인더를 제거하면서 형광체가 분산된 유리층을 형성하는 단계;를 포함하여, 유리 페이스트로부터 형성된 유리층에 형광체가 포함되도록 하며, 기판 유리 상에 동질 재질인 유리층이 형성되도록 한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 유리층을 100~200㎛ 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소성은 상기 형광체와 유리 프릿이 반응하는 것을 방지하기 위하여, 유리 프릿의 연화온도(Tsp) 내지 Tsp-50℃에서 수행될 수 있다.
한편, 상기 형광체 표면에는 상기 유리 프릿과 상기 형광체가 직접 접촉하는 것을 방지하여 소성시 유리 프릿과 형광체의 반응을 억제할 수 있도록 실리카 또는 알루미나가 코팅되어 있을 수 있다. 이 경우, 상기 소성은, 소성시 기포 발생을 억제하기 위하여, 유리 프릿의 연화온도(Tsp) 이상의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지는 전면에 개구부가 형성된 패키지 본체; 상기 패키지 본체에 실장되는 LED 칩; 및 상기 패키지 본체 전면의 개구부에 장착되는 색변환 소재;를 포함하고, 상기 색변환 소재는 기판 유리와, 상기 기판 유리 전면 또는 배면에 형성되며, 형광체가 분산된 유리층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유리층은 100~200㎛ 두께로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 형광체는 실리카 또는 알루미나로 코팅된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 LED용 색변환 소재 제조 방법에 의하면, 형광체와 유리 프릿을 포함하는 유리 페이스트를 기판 유리 상에 도포, 건조 및 소성하는 일련의 과정을 통하여 200㎛ 이하의 얇은 색변환 소재를 제조할 수 있다. 그 결과, 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED용 색변환 소재 제조 방법에 의하면, 200㎛ 이하의 얇은 색변환 소재의 유리층을 형성함으로써 소성 중 기포 발생을 저감할 수 있다. 나아가 형광체에 실리카나 알루미나를 코팅을 할 경우, 형광체와 유리 프릿이 직접 접촉하지 않으므로 연화온도 이상에서 소성이 가능하며, 이 경우 소성 중 기포 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED용 색변환 소재 제조 방법에 의하면 유리 기판 층에 유리층을 형성하는 것이므로, 별도의 형광체가 포함된 에폭시 수지와 같은 이질 소재가 부착된 색변환 소재에 비하여 부착력 및 내구성이 매우 우수한 장점이 있다.
도 1은 종래의 LED 패키지를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED용 색변환 소재 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED용 색변환 소재 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 실시예들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 어떤 막이 다른 막 또는 기판의 "위"에 있다라고 기재된 경우, 상기 어떤 막이 상기 다른 막 또는 기판의 위에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 다른 막이 개재될 수도 있다. 첨부 도면에서, 막들 및 영역들의 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 나타낸 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부 도면에 도시된 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. 첨부 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 LED용 색변환 소재 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 색변환 소재가 장착된 LED 패키지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도시된 LED 패키지는 패키지 본체(101), LED 칩(102) 및 색변환 소재(210)를 포함한다. 이때, 본 발명의 경우, 색변환 소재(210)가 기판 유리(211) 및 유리층(212)을 포함한다.
패키지 본체(101)는 LED 칩(102)이 실장될 수 있는 실장면을 포함하고, 전면에 개구부가 형성되어 있다. 색변환 소재(210)는 패키지 전면을 보호하면서, LED에서 방출되는 청색 광의 일부가 이와 보색 관계에 있는 황색 형광체에 의해 색 변환되면서, 최종적으로는 백색광을 발생시키는 역할을 한다.
색변환 소재(210)에서, 기판 유리(211)는 공지된 다양한 유리를 이용할 수 있으며, 대표적으로 소다라임 유리를 이용할 수 있다. 그리고, 유리층(212)은 기판 유리(211)의 배면(도 2) 또는 전면(도 3)에 형성되며, 형광체가 분산되어 있다.
형광체는, LED 칩에서 방출되는 색과 보색 관계에 있는 색을 방출하여 백색광을 나타낼 수 있는 것이 이용될 수 있다. 예를 들어, LED 칩에서 청색광이 방출될 경우, 청색과 보색 관계에 있는 황색 형광체를 이용할 수 있다.
이때, 형광체가 분산된 유리층(212)은 100~200㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 유리층(212)의 두께가 100㎛ 미만일 경우 백색광 발현 효과가 불충분할 수 있다. 반대로, 유리층(212)의 두께가 200㎛를 초과하는 두께로 형성되는 경우, 고온 소성시 기포 발생이 많아지며, 저온 소성시 광 투과율이 현저히 저하될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED용 색변환 소재 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 도시된 LED용 색변환 소재 제조 방법은 유리 페이스트 도포 단계(S410), 건조 단계(S420) 및 소성 단계(S430)를 포함한다.
우선, 유리 페이스트 도포 단계(S410)에서는 기판 유리 상에 유리 페이스트를 도포한다. 유리 페이스트에는 형광체, 유리 프릿, 바인더 및 솔벤트가 포함된다.
유리 페이스트에 포함되는 유리 프릿은 유리층을 형성하는 모재에 해당한다.
또한, 바인더는 소성 전에 유리 프릿들 간의 결합력 혹은 유리 프릿과 기판 간의 결합력을 제공하는 역할을 하며, 아크릴계 바인더, 셀룰로오스계 바인더 등을 공지된 다양한 바인더를 사용할 수 있다.
또한, 형광체는 공지된 다양한 형광체를 이용할 수 있으며, 대표적인 예로 YAG계 형광체를 이용할 수 있다.
이때, 형광체는 그 자체로 이용할 수 있지만, 실리카 또는 알루미나 코팅된 것을 이용할 수도 있다. 후자의 경우, 형광체와 유리 프릿이 직접 접촉하지 않음으로써 소성 과정에서 형광체와 유리 프릿 간의 반응을 억제할 수 있으며, 이에 따라 유리 프릿의 연화온도 이상의 온도에서 소성이 가능하여 기포 발생을 최소화할 수 있으며, 그 결과 색변환 소재에서 80% 이상의 광투과 효율을 발휘할 수 있다.
또한, 솔벤트는 유리 페이스트의 점도를 조절하는 역할을 하며, 알코올계 용매, 케톤계 용매 등 공지된 다양한 솔벤트를 단독으로 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
유리 페이스트는 상기의 유리 프릿, 형광체, 바인더 및 솔벤트를 용기에 투입한 후, 플래너터리 믹스(planetary mix), 3롤 밀(3-roll mill) 등으로 혼합하는 방법으로 제조될 수 있다.
다음으로, 건조 단계(S420)에서는 유리 페이스트가 도포된 기판 유리를 건조하여, 상기 유리 페이스트에 포함된 솔벤트를 제거한다.
건조는 오븐 건조, 열풍 건조 등의 방식이 적용될 수 있으며, 건조 온도 및 건조 시간은 솔벤트의 종류나 양에 따라 결정될 수 있다.
다음으로, 소성 단계(S430)에서는 건조된 결과물을 소성하여, 유리 페이스트에 포함된 바인더를 제거(burn out)하면서 형광체가 분산된 유리층을 형성한다.
형광체에 실리카 또는 알루미나가 코팅되어 있지 않은 경우, 소성은 연화온도 미만의 온도에서 수행되는 것이 바람직하고, 연화온도 미만 내지 연화온도-20℃에서 수행되는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 연화온도 이상의 온도에서는 형광체와 유리프릿이 반응하여 백색광 발현 효과가 저하될 수 있다.
반면, 형광체에 실리카 또는 알루미나가 코팅된 경우, 소성은 유리의 점도가 1013.4 poise가 되는 고온의 소성 온도에서도 가능하다. 보다 구체적으로 형광체에 실리카 또는 알루미나가 코팅된 경우, 소성은 연화온도 이상의 온도에서 수행되는 것이 바람직하고, 연화온도 이상 내지 연화온도+50℃에서 수행되는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 형광체와 유리 성분이 직접 접촉하지 않으므로 소성 온도가 높더라도 형광체와 유리 성분이 반응하는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과 기포 발생이 최소화된 유리층을 형성할 수 있어 광투과율을 향상시킬 수 있다.
이때, 전술한 바와 같이 형광체가 분산된 유리층의 두께가 100~200㎛가 되도록 유리 페이스트 도포량 등을 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명의 경우, 소성 대상이 되는 유리 프릿과 하부의 기판 유리가 동질의 재질에 해당하므로, 형광체가 분산된 에폭시 수지 등의 몰딩 등에 비하여 부착력이 우수하고, 또한 내구성이 우수하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
101 : 패키지 본체 102 : LED 칩
103, 210 : 색변환 소재 211 : 기판 유리
212 : 형광체 분산 유리층
103, 210 : 색변환 소재 211 : 기판 유리
212 : 형광체 분산 유리층
Claims (8)
- (a) 기판 유리 상에 유리 프릿, 형광체, 바인더 및 솔벤트를 포함하는 유리 페이스트를 도포하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 결과물을 건조하여, 상기 유리 페이스트에 포함된 솔벤트를 제거하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계의 결과물을 소성하여, 상기 유리 페이스트에 포함된 바인더를 제거하면서 형광체가 분산된 유리층을 형성하는 단계;를 포함하여,
유리 페이스트로부터 형성된 유리층에 형광체가 포함되도록 하며, 기판 유리 상에 동질 재질인 유리층이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 LED용 색변환 소재 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 LED용 색변환 소재 제조 방법은
상기 유리층을 100~200㎛ 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 LED용 색변환 소재 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 소성은 상기 형광체와 유리 프릿이 반응하는 것을 방지하기 위하여, 유리 프릿의 연화온도(Tsp) 내지 Tsp-50℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 LED용 색변환 소재 제조 방법
- 제1항에 있어서,
상기 형광체 표면에는
상기 유리 프릿과 상기 형광체가 직접 접촉하는 것을 방지하여 소성시 유리 프릿과 형광체의 반응을 억제할 수 있도록 실리카 또는 알루미나가 코팅된 것을 특징으로 하는 LED용 색변환 소재 제조 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 소성은,
소성시 기포 발생을 억제하기 위하여, 유리 프릿의 연화온도(Tsp) 이상의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 LED용 색변환 소재 제조 방법.
- 전면에 개구부가 형성된 패키지 본체;
상기 패키지 본체에 실장되는 LED 칩; 및
상기 패키지 본체 전면의 개구부에 장착되는 색변환 소재;를 포함하고,
상기 색변환 소재는
기판 유리와,
상기 기판 유리 전면 또는 배면에 형성되며, 형광체가 분산된 유리층을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 제6항에 있어서,
상기 유리층은
100~200㎛ 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 제6항에 있어서,
상기 형광체는
실리카 또는 알루미나로 코팅된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
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| KR20130109351A KR20150030324A (ko) | 2013-09-11 | 2013-09-11 | Led용 색변환 소재 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150030324A true KR20150030324A (ko) | 2015-03-20 |
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ID=53024383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20130109351A KR20150030324A (ko) | 2013-09-11 | 2013-09-11 | Led용 색변환 소재 제조 방법 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20150030324A (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016208851A1 (ko) * | 2015-06-23 | 2016-12-29 | 주식회사 베이스 | Led용 유리의 제조 방법 |
| KR20170000419A (ko) * | 2015-06-23 | 2017-01-03 | 주식회사 베이스 | 포어리스 구조의 led용 색변환 유리 제조 방법 |
| JP2019503556A (ja) * | 2015-12-22 | 2019-02-07 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 蛍光体プレートパッケージ、発光パッケージおよびこれを含む車両用ヘッドランプ |
| KR102040975B1 (ko) * | 2018-05-28 | 2019-11-06 | 주식회사 베이스 | 마이크로 led 디스플레이용 색변환 구조체의 제조 방법 |
-
2013
- 2013-09-11 KR KR20130109351A patent/KR20150030324A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016208851A1 (ko) * | 2015-06-23 | 2016-12-29 | 주식회사 베이스 | Led용 유리의 제조 방법 |
| KR20170000419A (ko) * | 2015-06-23 | 2017-01-03 | 주식회사 베이스 | 포어리스 구조의 led용 색변환 유리 제조 방법 |
| JP2019503556A (ja) * | 2015-12-22 | 2019-02-07 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 蛍光体プレートパッケージ、発光パッケージおよびこれを含む車両用ヘッドランプ |
| KR102040975B1 (ko) * | 2018-05-28 | 2019-11-06 | 주식회사 베이스 | 마이크로 led 디스플레이용 색변환 구조체의 제조 방법 |
| WO2019231197A1 (ko) * | 2018-05-28 | 2019-12-05 | 주식회사 베이스 | 마이크로 엘이디 디스플레이용 색변환 구조체의 제조 방법 |
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