KR20160147479A - 백색 발광장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백색 발광장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, LED 또는 OLED 광원 시트; 및 상기 광원 시트에 의해 여기될 수 있고, 노출면에 1개 이상의 나노닷(nano dot)을 분산된 형태로 포함하는 형광체 시트를 적층된 형태로 포함하는, 본 발명에 따른 백색 발광장치는 기존 대비 발광효율이 우수하고 균일한 색상을 제공할 수 있어, 원격 타입의 백색 조명으로서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

백색 발광장치 및 그의 제조방법{WHITE LIGHT EMITTING APPARATUS AND METHOD FOR PREPARING SAME}
본 발명은 LED(light emitting diode, 발광다이오드) 또는 OLED(organic light emitting diode, 유기발광다이오드) 광원을 갖는 원격 타입의 백색 발광장치(조명) 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
자발광 표시장치인 LED/OLED는 반영구적이면서 자외선 보다 장파장의 빛을 이용해 인체에도 무해하여 발광장치, 특히 조명으로서 유용하게 사용된다.
LED/OLED는 조사되는 빛의 파장에 따라 청색, 백색, 자외선 LED/OLED 등으로 나누어지는데, 저가의 청색 LED/OLED를 적색, 녹색, 황색, 주황색 형광체 또는 이들의 조합과 함께 사용하여 백색 조명으로 구현하려는 노력이 다양하게 수행되었다.
종래 LED 조명의 경우 청색 LED 칩 위에 열전도도가 낮은 에폭시와 형광체를 각각 시트상으로 올려서 사용하였으며, 그의 모식도를 도 1에 나타내었다. 이 경우 LED 칩에서 발생된 열을 방열판으로 뽑아낸다 하더라도, LED 패키징 내에서 발생하는 열은 방출이 어려워 쉽게 열화되는 문제가 있었다. 또한 LED는 점광원으로 균일한 색상의 조명을 얻기 어려웠다.
이에, 청색 LED 광원 시트 상에 특정 조성의 형광체 시트를 위치시켜 백색을 구현하는 방법이 제시되었는데(한국 특허 제10-0746749호 참조), 이 방법은 청색 LED 광원의 사용에만 국한되어 있었고 제한된 발광효율을 나타내었다.
한국 특허 제10-0746749호
따라서, 본 발명의 목적은 기존 대비 발광효율이 우수하고 균일한 색상을 제공하는 원격 타입의 백색 발광장치 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
LED 또는 OLED 광원 시트; 및
상기 광원 시트에 의해 여기될 수 있고, 노출면에 1개 이상의 나노닷(nano dot)을 분산된 형태로 포함하는 형광체 시트
를 적층된 형태로 포함하는, 백색 발광장치를 제공한다.
또한 본 발명은
(i) 기재 필름 상에 형광체 페이스트 조성물을 코팅 또는 인쇄하여 형광체 시트를 형성하는 단계;
(ii) 상기 형광체 시트의 노출면에, 습식 공정을 통해 1개 이상의 나노닷(nano dot)을 분산된 형태로 형성하는 단계; 및
(iii) 나노닷이 형성된 상기 형광체 시트를 상기 기재 필름과 분리한 후 LED 또는 OLED 광원 시트 상에 적층시키는 단계
를 포함하는, 상기 백색 발광장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 백색 발광장치는 기존 대비 발광효율이 우수하고 균일한 색상을 제공할 수 있어, 원격 타입의 백색 조명으로서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 종래 LED 조명의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시양태에 따른 백색 OLED 조명의 단면도로서, 스카이 블루계열 OLED 광원 시트와, 나노닷이 형성된 적색과 녹색의 형광체 또는 주황색 형광체 시트로 이루어진 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시양태에 따른 백색 OLED 조명의 단면도로서, 청록색 OLED 광원 시트와, 나노닷이 형성된 적색 형광체 시트로 이루어진 것이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시양태에 따른 백색 LED 조명의 단면도로서, 청색 LED 광원 시트와, 나노닷이 형성된 적색과 녹색의 형광체 시트로 이루어진 것이다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시양태에 따른 백색 LED 조명의 단면도로서, 청색 LED 광원 시트와, 나노닷이 형성된 황색 형광체 시트로 이루어진 것이다.
본 발명의 백색 발광장치는
LED 또는 OLED 광원 시트; 및
상기 광원 시트에 의해 여기될 수 있는, 노출면에 1개 이상의 나노닷(nano dot)을 분산된 형태로 포함하는 형광체 시트를 적층된 형태로 포함한다.
(1) LED 또는 OLED 광원 시트
본 발명에 따른 LED 또는 OLED 광원 시트는 통상적으로 사용되는 LED 또는 OLED 광원 시트일 수 있다.
본 발명의 LED 또는 OLED 광원 시트는 각각 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 무기발광층 또는 유기발광층을 적층된 형태로 포함할 수 있으며, 필요에 따라 추가의 보조층, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때 상기 구성층들의 조성 및 두께는 통상적인 수준에서 적절히 선택할 수 있다.
(2) 형광체 시트
본 발명에 따른 형광체 시트는 광원 시트의 광원에 의해 여기될 수 있는 형광체를 포함하며, 형광체를 1 내지 50 중량%의 양으로 포함할 수 있다.
형광체 시트는 단일층이거나 2층 이상의 다층일 수 있으며, 5 내지 1000㎛, 바람직하게는 5 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다. 형광체 시트의 두께 조절을 통해 발광강도를 다양하게 조절할 수 있다.
형광체 시트는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 및 불소(F)-함유 폴리머로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 매트릭스 수지(바인더 수지)를 포함하는 유연성을 가진 필름일 수 있으며, 이러한 매트릭스 수지 내부에 형광체가 고르게 분산된 형태를 갖는다.
상기 형광체는 적색, 녹색, 황색 및 주황색 형광체로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으며, 형광체의 대표적인 예로는 Y3Al5O12:Ce (YAG), Lu3Al5O12 (LuAG), Lu3Al5O12:Ce, Y3(Al,Ga)5O12:Ce, alpha-SiAlON, Li-alpha-SiAlON:Eu, Ca-alpha-SiAlON:Eu, beta-SiAlON, (Lu,Gd)3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce, (Sr,Ca)AlSiN3:Eu (SCASN), CaAlSiN3:Eu (CASN), (Sr,Ba)2Si5N8:Eu, Sr2Si5N8:Eu 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
또한 형광체는 10nm 내지 100㎛, 바람직하게는 100nm 내지 10㎛의 입자 크기를 가질 수 있다.
중요하게는, 본 발명에 따른 형광체 시트는 노출된 표면에 1개 이상의 나노닷(nano dot)을 분산된 형태로 포함하는데, 상기 나노닷은 형광체 시트보다 큰 굴절률을 갖는다. 나노닷은 고굴절률을 갖는 무기물을 포함할 수 있으며, 황화아연(ZnS)을 포함할 수 있다. 또한 나노닷은 반구(semi-sphere) 형상을 가질 수 있으며, 그 지름의 크기가 100nm 내지 1000nm일 수 있다.
형광체 시트의 일면에 형성된 복수의 나노닷은 광원 시트에서 방출되어 형광체 시트를 거친 광을 산란, 난반사, 굴절 또는 회전시켜 광이 외부로 방출될 가능성을 증가시킴으로써 광추출 효율을 개선시키는 역할을 한다.
본 발명에서, 형광체 시트 및 나노닷 각각의 굴절률은 1.6 내지 1.9 및 2.0 내지 2.5 일 수 있으며, 상기 범위 내에서 나노닷의 굴절률은 형광체 시트의 굴절률 보다 0.1 이상 더 크다.
본 발명의 실시양태에 따른 백색 발광장치(조명)의 단면도를 도 2 내지 5에 각각 나타내었다.
도 2는 스카이 블루계열 OLED 광원 시트(100)와, 상기 광원 시트(100)에 의해 여기될 수 있는, 나노닷(400)이 형성된 적색과 녹색의 형광체 또는 주황색 형광체 시트(200)로 이루어진 백색 OLED 조명의 단면도이다.
도 3은 청록색 OLED 광원 시트(110)와, 상기 광원 시트(110)에 의해 여기될 수 있는, 나노닷(400)이 형성된 적색 형광체 시트(210)로 이루어진 백색 OLED 조명의 단면도이다.
도 4는 청색 LED 광원 시트(120)와, 상기 광원 시트(120)에 의해 여기될 수 있는, 나노닷(400)이 형성된 적색과 녹색의 형광체 시트(220)로 이루어진 백색 LED 조명의 단면도이다.
도 5는 청색 LED 광원 시트(120)와, 상기 광원 시트(120)에 의해 여기될 수 있는, 나노닷(400)이 나노닷이 형성된 황색 형광체 시트(230)로 이루어진 백색 LED 조명의 단면도이다.
즉, 본 발명에 따르면, (a) 스카이 블루계열 OLED 광원 시트와 적색과 녹색의 형광체 또는 주황색 형광체 시트의 조합, (b) 청록색 OLED 광원 시트와 적색 형광체 시트의 조합, (c) 청색 LED 광원 시트와 적색과 녹색의 형광체 또는 황색 형광체 시트의 조합이 제공되며, 상기 형광체 시트는 그 노출면에 광추출용 고굴절 나노닷을 1개 이상 분산된 형태로 포함한다.
상기 적색 형광체로는 (Sr,Ca)AlSiN3:Eu 및 Sr2Si5N8:Eu 중에서 선택된 1종 이상을; 상기 녹색 형광체로는 Lu3Al5O12:Ce 및 Y3(Al,Ga)5O12:Ce 중에서 선택된 1종 이상을; 상기 주황색 형광체로는 (Sr,Ba)2Si5N8:Eu, Li-alpha-SiAlON:Eu 및 Ca-alpha-SiAlON:Eu 중에서 선택된 1종 이상을; 그리고 상기 황색 형광체로는 (Lu,Gd)3Al5O12:Ce 및 Y3Al5O12:Ce 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 백색 발광장치의 제조방법은
(i) 기재 필름 상에 형광체 페이스트 조성물을 코팅 또는 인쇄하여 형광체 시트를 형성하는 단계;
(ii) 상기 형광체 시트의 노출면에, 습식 공정을 통해 1개 이상의 나노닷(nano dot)을 분산된 형태로 형성하는 단계; 및
(iii) 나노닷이 형성된 상기 형광체 시트를 상기 기재 필름과 분리한 후 LED 또는 OLED 광원 시트 상에 적층시키는 단계를 포함한다.
상기 형광체 페이스트 조성물은 형광체 이외에도 바인더 수지, 첨가제 및 용매를 포함할 수 있으며, 상기 첨가제로는 분산제, 소포제, 레벨링제, 부착강화제 등을 1종 이상 사용할 수 있다. 형광체 페이스트 조성물은 바인더 수지를 1 내지 30 중량%의 양으로 포함할 수 있으며, 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 형광체, 첨가제 및 용매를 각각 1 내지 50 중량부, 0.1 내지 3.0 중량부 및 17 내지 95 중량부의 양으로 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 및 불소(F)-함유 폴리머로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다. 상기 분산제, 소포제, 레벨링제, 부착강화제와 같은 첨가제 및 상기 용매는 통상적으로 사용되는 것들 중에서 적절히 선택될 수 있다.
기재 필름 상에 형광체 페이스트 조성물을 코팅 또는 인쇄하는 방법으로는 스크린 프린팅, 그라비아 인쇄, 롤투롤(Roll-to-Roll) 인쇄, 침지(dipping, 디핑) 코팅, 스프레이 코팅 또는 블레이드 코팅방식 등을 이용할 수 있으며, 코팅 또는 인쇄 후 자외선 또는 열을 이용하여 경화시킴으로써 형광체 시트를 형성할 수 있다.
상기 형광체 시트의 노출면에 나노닷을 형성하는 습식 공정으로는 화학적 용액 성장법(chemical bath deposition, CBD)을 이용할 수 있다. CBD를 이용하여 1개 이상의 나노닷을 분산된 형태로 형광체 시트의 표면상에 반구 형상으로 성장시킬 수 있으며, 반응물질의 농도, 반응온도, 성장시간 등을 달리하여 형성되는 나노닷의 지름의 크기, 밀도 및 나노닷 사이의 간격 등을 다양하게 조절할 수 있다.
이와 같이 형성된 본 발명에 따른 백색 발광장치는 기존 대비 발광효율이 우수하고 균일한 색상을 제공할 수 있어, 원격 타입의 백색 조명으로서 유용하게 사용될 수 있다.
100: 스카이 블루계열 OLED 광원 시트
200: 적색과 녹색의 형광체 또는 주황색 형광체 시트
110: 청록색 OLED 광원 시트
210: 적색 형광체 시트
120: 청색 LED 광원 시트
220: 적색과 녹색의 형광체 시트
230: 황색 형광체 시트
400: 나노닷

Claims (18)

  1. LED 또는 OLED 광원 시트; 및
    상기 광원 시트에 의해 여기될 수 있고, 노출면에 1개 이상의 나노닷(nano dot)을 분산된 형태로 포함하는 형광체 시트
    를 적층된 형태로 포함하는, 백색 발광장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 시트가 5 내지 500㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 시트가 단일층이거나 2층 이상의 다층인 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 시트가 형광체를 1 내지 50 중량%의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 형광체가 적색, 녹색, 황색 및 주황색 형광체로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 형광체가 Y3Al5O12:Ce (YAG), Lu3Al5O12 (LuAG), Lu3Al5O12:Ce, Y3(Al,Ga)5O12:Ce, alpha-SiAlON, Li-alpha-SiAlON:Eu, Ca-alpha-SiAlON:Eu, beta-SiAlON, (Lu,Gd)3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce, (Sr,Ca)AlSiN3:Eu (SCASN), CaAlSiN3:Eu (CASN), (Sr,Ba)2Si5N8:Eu, Sr2Si5N8:Eu 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 형광체가 10nm 내지 100㎛의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 시트가 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 및 불소(F)-함유 폴리머로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 매트릭스 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노닷이 황화아연(ZnS)을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노닷이 반구(semi-sphere) 형상을 가지며, 그 지름의 크기가 100nm 내지 1000nm인 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 시트 및 상기 나노닷이 각각 1.6 내지 1.9 및 2.0 내지 2.5의 굴절률을 가지며, 나노닷의 굴절률이 형광체 시트의 굴절률 보다 0.1 이상 더 큰 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원 시트가 스카이 블루계열 OLED 광원 시트이고, 상기 형광체가 적색과 녹색의 형광체 또는 주황색 형광체인 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원 시트가 청록색 OLED 광원 시트이고, 상기 형광체가 적색 형광체인 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원 시트가 청색 LED 광원 시트이고, 상기 형광체가 적색과 녹색의 형광체 또는 황색 형광체인 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.
  15. (i) 기재 필름 상에 형광체 페이스트 조성물을 코팅 또는 인쇄하여 형광체 시트를 형성하는 단계;
    (ii) 상기 형광체 시트의 노출면에, 습식 공정을 통해 1개 이상의 나노닷(nano dot)을 분산된 형태로 형성하는 단계; 및
    (iii) 나노닷이 형성된 상기 형광체 시트를 상기 기재 필름과 분리한 후 LED 또는 OLED 광원 시트 상에 적층시키는 단계
    를 포함하는, 백색 발광장치의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 형광체 페이스트 조성물이 바인더 수지를 1 내지 30 중량%의 양으로 포함하고, 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 형광체, 첨가제 및 용매를 각각 1 내지 50 중량부, 0.1 내지 3.0 중량부 및 17 내지 95 중량부의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치의 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 단계 (i)의 코팅 또는 인쇄가 스크린 프린팅, 그라비아 인쇄, 롤투롤(Roll-to-Roll) 인쇄, 침지 코팅, 스프레이 코팅 또는 블레이드 코팅방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 백색 발광장치의 제조방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 단계 (ii)의 습식 공정이 화학적 용액 성장법(chemical bath deposition, CBD)인 것을 특징으로 하는 백색 발광장치의 제조방법.
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