KR20170000418A - 적층 방식의 led용 색변환 유리 제조 방법 - Google Patents

적층 방식의 led용 색변환 유리 제조 방법 Download PDF

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Abstract

적어도 둘 이상의 유리 그린 시트 단위체를 수직적으로 스택함으로써, 형광체의 분포를 균일하게 제어할 수 있는 적층 방식의 LED용 색변환 유리 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법은 (a) 형광체가 첨가된 유리 페이스트를 성형 및 가공한 후, 건조하여 유리 그린 시트를 형성하는 단계; (b) 상기 유리 그린 시트를 복수개로 절단하여 복수의 유리 그린 시트 단위체를 형성하는 단계; (c) 상기 복수의 유리 그린 시트 단위체를 수직적으로 적층하는 단계; 및 (d) 상기 적층된 복수의 유리 그린 시트 단위체를 압착한 후, 소성하여 색변환 유리를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF LAMINATING TYPE PHOSPHOR IN GLASS FOR LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 LED용 색변환 유리 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적어도 둘 이상의 유리 그린 시트 단위체를 수직적으로 스택하는 것에 의해 형광체의 분포를 균일하게 제어할 수 있는 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법에 관한 것이다.
청색광과 같이 단색광을 방출하는 LED(light emitting didoe)로부터 백색 발광을 위해서는 형광체가 요구된다.
형광체를 구현하는 방법으로는 아래와 같은 주로 3가지 방법이 이용된다.
첫번째로는, 청색 LED 칩 상에 황색 형광체가 혼합된 실리콘을 몰딩하는 방법이다. 이러한 형태로 제조된 백색 LED 패키지의 경우, 고온에서 색변환 소재의 열화에 의해 황변 현상이 발생하는 문제점이 있으며, 또한 가스 및 수분 침투로 인하여 신뢰성 저하의 주요인으로 작용하고 있다.
두번째로는, 에폭시 등과 같은 유기 소재에 황색 형광체를 분산하여 몰딩하는 방법이다. 이 경우 역시, 유기 소재를 이용함으로써 내열성이 취약한 문제점이 있다.
세번째로는, 유리에 황색 형광체를 분산시킨 색변환 유리(Phosphor In Glass; PIG)를 커버 형태로 장착하는 방법이다. 이 경우, 상기와 같은 고온 열화 문제를 해결할 수 있으며, 가스 및 수분 침투에 대한 저항성도 우수하다.
이러한 색변환 유리의 경우, LED 광원 전면의 중앙 부분에 광이 집중되고, 그 외 부분에는 광도가 다소 낮은 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해, 주로 확산판과 같은 별도의 부재를 색변환 유리 전면에 배치하고 있다.
그러나, 확산판을 색변환 유리 전면에 배치하는 방법의 경우, 확산판과 같은 별도 부재 사용에 따라 비용이 크게 증가하며, 또한 광이 확산판을 통과하면서 광의 강도가 저하되는 문제가 있었다.
또한, 종래의 색변환 유리는 유리에 분산 배치되는 형광체를 모든 영역에서 균일하게 분산 배치하는 것이 불가능하기 때문에 중앙 부분과 가장자리 부분에서의 형광체 분포도가 불균일해지는 문제가 있었다.
또한, 종래의 색변환 유리는 소성 이후에 그라인딩, 홀 가공, 커팅 등의 가공을 실시하고 있는데, 이 경우 소성 이후에 강도 및 경도가 증가한 상태에서 가공이 실시되는데 기인하여 가공성이 좋지 않아 가공 시간 및 비용이 증가하는 문제가 있었다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0048948호 (2015.05.11. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 형광체 담지용 유리 조성물, 이를 포함하는 세라믹 색변환 부재 및 백색 발광 다이오드가 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 적어도 둘 이상의 유리 그린 시트 단위체를 수직적으로 스택하는 것에 의해 형광체의 분포를 균일하게 제어할 수 있는 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법은 (a) 형광체가 첨가된 유리 슬러리를 성형 및 가공한 후, 건조하여 유리 그린 시트를 형성하는 단계; (b) 상기 유리 그린 시트를 복수개로 절단하여 복수의 유리 그린 시트 단위체를 형성하는 단계; (c) 상기 복수의 유리 그린 시트 단위체를 수직적으로 적층하는 단계; 및 (d) 상기 적층된 복수의 유리 그린 시트 단위체를 압착한 후, 소성하여 색변환 유리를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법은 적어도 둘 이상의 유리 그린 시트 단위체를 수직적으로 스택하는 것에 의해 중앙 부분과 가장장리 부분에 배치되는 형광체의 함량 차이 없이 균일하게 분포시키는 것이 가능하여, 형광체의 분포 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법은 테이프 캐스팅 성형법을 이용하여 소성 전 상태의 유리 그린 시트를 성형 가공함으로써, 그라인딩, 홀 가공 및 커팅 등에 대한 가공성이 우수하여 가공 손실을 최소화할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 6은 테이프 캐스팅법을 설명하기 위한 공정 모식도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법은 유리 그린 시트 형성 단계(S110), 유리 그린 시트 단위체 형성 단계(S120), 적층 단계(S130) 및 색변환 유리 형성 단계(S140)를 포함한다.
유리 그린 시트 형성
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 유리 그린 시트 형성 단계(S110)에서는 형광체(114)가 첨가된 유리 슬러리를 성형 및 가공한 후, 건조하여 유리 그린 시트(110)를 형성한다.
본 단계에서, 유리 슬러리는 유리 프릿(112), 형광체(114), 바인더 수지 및 용매를 포함한다.
이때, 유리 프릿(112)은 유리 그린 시트(110)를 형성하는 모재의 역할을 한다. 이러한 유리 프릿(112)은 일 예로, SiO2, Al2O3, 알칼리토금속산화물(MgO, CrO, SrO, BaO) 및 B2O3가 주성분인 무알칼리 알루미노 보로실리케이트 유리 성분을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
바인더 수지는 유리 프릿(112)들 간의 결합력을 제공하기 위한 목적으로 첨가된다. 이러한 바인더 수지로는 PVB(polyvinylbutyral), PVA(polyvinyl alcohol), 아크릴계, 셀룰로오스계 등의 공지된 바인더 수지가 이용될 수 있다.
용매는 유리 페이스트의 점도를 조절하는 역할을 하며, 알코올계 용매, 케톤계 용매 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
형광체(114)는 공지된 다양한 형광체를 이용할 수 있으며, 대표적인 예로 YAG계, LuAg계, TAG계, 실리케이트계, SiAlON계, BOS계, (옥시)나이트라이드 계 등 상용화 형광체를 이용할 수 있다.
본 단계에서, 유리 그린 시트(110)는 형광체 : 5 ~ 30 중량%, 바인더 수지 : 1 ~ 15 중량% 및 나머지 유리 프릿으로 조성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 여기서, 용매는 건조 과정에서 휘발되어 제거된다.
이러한 유리 그린 시트(110)는 1 ~ 200㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 유리 그린 시트(110)의 두께가 1㎛ 미만일 경우에는 후술하는 적층 과정시 두께가 너무 얇은 관계로 핸들링에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 유리 그린 시트(110)의 두께가 200㎛를 초과할 경우에는 과도한 두께 설계로 인하여 목적하는 형광체(114)의 분포 균일도 확보에 어려움이 따를 수 있다.
이때, 성형은 프레스 성형, 압출 성형, 사출 성형, 테이프 캐스팅 성형, 스크린 프린팅 중 어느 하나의 방식으로 실시할 수 있으며, 이 중 테이프 캐스팅 성형법을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에서는 테이프 캐스팅 성형법을 이용하여 소성 전 상태의 유리 그린 시트(110)를 성형 가공하기 때문에 그라인딩, 홀 가공 및 커팅 등에 대한 가공성이 우수하여 가공 손실을 최소화할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 6은 테이프 캐스팅법을 설명하기 위한 공정 모식도로, 이를 참조하여 유리 그린 시트 형성 과정에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 형광체가 첨가된 유리 슬러리(110a)를 지지 테이블(20) 상부에 장착되는 슬러리 컨테이너(10)의 내부로 주입한다. 이때, 지지 테이블(20)의 일단에 설치되는 캐리어 필름 권취 롤러(30)에 의해 캐리어 필름(C)이 일 방향으로 이송된다.
이와 같이, 형광체가 첨가된 유리 페이스트(110a)가 슬러리 컨테이너(10)에 주입되면, 슬러리 컨테이너(10)의 외부에 장착된 닥터 블레이드(40)에 의해 일정한 두께로 성형 및 가공된 후, 건조기(50)를 통과하면서 건조되어 유리 그린 시트(110)가 형성된다. 이후, 유리 그린 시트(110)는 그린 시트 권취 롤(60)에 의해 권취된다. 이때, 유리 그린 시트(110)는 캐리어 필름(C) 상에 일정한 두께로 형성되며, 유리 그린 시트(110)는 캐리어 필름(C)으로부터 선택적으로 떼어내는 방식으로 분리되어 사용된다.
유리 그린 시트 단위체 형성
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유리 그린 시트 단위체 형성 단계(S120)에서는 유리 그린 시트(도 2의 110)를 복수개로 절단하여 복수의 유리 그린 시트 단위체(120)를 형성한다.
이와 같이, 유리 그린 시트는 일정한 크기로 절단하는 것에 의해 복수의 유리 그린 시트 단위체(120)로 분리될 수 있다. 이때, 복수의 유리 그린 시트 단위체(120)는 동일한 너비로 절단하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
적층
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 적층 단계(S130)에서는 복수의 유리 그린 시트 단위체(120)를 수직적으로 적층한다. 이때, 복수의 유리 그린 시트 단위체(120)는 각각의 형광체(114)의 함량 분포도를 판별한 후, 적층하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 유리 프릿(112)에 첨가되는 형광체(114)는 모든 영역에서 균일하게 분산 배치하는 것이 불가능하기 때문에 중앙 부분과 가장자리 부분에서의 형광체 분포도가 불균일해질 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 형광체(114)가 불균일하게 분산 배치된 유리 그린 시트를 절단하여 복수의 유리 그린 시트 단위체(120)로 분리한 후, 각각의 형광체(114)의 함량 분포도를 판별하고 나서 수직적으로 적어도 둘 이상의 유리 그린 시트 단위체(120)를 적층하는 것에 의해 형광체(114)의 함량 분포도를 적절히 조합하여 균일하게 재 배치하는 것이 가능해질 수 있으므로, 형광체(114)의 분포도를 균일하게 제어할 수 있게 된다.
본 단계에서, 복수의 유리 그린 시트 단위체(120)는 동일한 면이 한 방향을 향하도록 적층할 수 있다. 이와 달리, 복수의 유리 그린 시트 단위체(120)는 각각의 상면 및 하면이 적어도 한 번 이상 교번적으로 엇갈려 적층될 수 있다.
이와 같이, 복수의 유리 그린 시트 단위체(120)는 정상으로 적층하는 방식, 뒤집어서 적층하는 방식, 형광체의 함량 분포도를 판별하여 적층하는 편집 적층 방식 등 다양한 형태로 적층이 이루어질 수 있다.
색변환 유리 형성
색변환 유리 형성 단계(S140)에서는 적층된 복수의 유리 그린 시트 단위체(도 4의 120)를 ISO 프레스 또는 단축 프레스(uni-axial press)를 이용하여 50 ~ 150℃에서 압착한 후, 소성하여 색변환 유리(140)를 형성한다.
이와 같이, 복수의 유리 그린 시트 단위체를 압착 및 소성에 의해 복수의 유리 그린 시트 단위체가 하나로 단일 결합(monolithic bond)되어 색변환 유리(140)로 탈바꿈하게 된다.
이때, 소성은 유리 프릿(112)의 연화점 이상에서 실시하는 것이 바람직하다. 유리 프릿(112)의 연화점은 함량에 따라서 약간씩 상이하나, 점도가 107.6 poise 이하가 되는 온도를 연화점 이상으로 정의할 수 있으며, 본 발명에서의 소성 온도로는 유리 프릿(glass frit)의 종류에 따라 상이할 수 있으며, 500 ~ 1000℃를 제시할 수 있다.
소성 온도가 500℃ 미만일 경우에는 소성된 유리 프릿(112)에 기포가 다량 발생하여 광 투과율 및 광추출 효율이 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 소성 온도가 1000℃를 초과하여 지나치게 높을 경우, 형광체(114)에 변색이 발생할 수 있다.
또한, 소성은 승온, 유지 및 냉각의 순서로 수행되는데, 이때, 소성 유지 시간은 10 ~ 120분인 것이 바람직하다. 소성 유지 시간이 10분 미만일 경우, 소성이 충분히 되지 않을 우려가 크다. 반대로, 소성 유지 시간이 120분을 초과할 경우에는 형광체와 유리 프릿의 반응에 의하여 형광체 특성이 저하되는 문제가 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법은 적어도 둘 이상의 유리 그린 시트 단위체를 수직적으로 스택하는 것에 의해 중앙 부분과 가장장리 부분에 배치되는 형광체의 함량 차이 없이 균일하게 분포시키는 것이 가능하여, 형광체의 분포 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법은 테이프 캐스팅 성형법을 이용하여 소성 전 상태의 유리 그린 시트를 성형 가공함으로써, 그라인딩, 홀 가공 및 커팅 등에 대한 가공성이 우수하여 가공 손실을 최소화할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
110 : 유리 그린 시트
112 : 유리 프릿
114 : 형광체
120 : 유리 그린 시트 단위체
140 : LED용 색변환 유리
S110 : 유리 그린 시트 형성 단계
S120 : 유리 그린 시트 단위체 형성 단계
S130 : 적층 단계
S140 : 색변환 유리 형성 단계

Claims (6)

  1. (a) 형광체가 첨가된 유리 페이스트를 성형 및 가공한 후, 건조하여 유리 그린 시트를 형성하는 단계;
    (b) 상기 유리 그린 시트를 복수개로 절단하여 복수의 유리 그린 시트 단위체를 형성하는 단계;
    (c) 상기 복수의 유리 그린 시트 단위체를 수직적으로 적층하는 단계; 및
    (d) 상기 적층된 복수의 유리 그린 시트 단위체를 압착한 후, 소성하여 색변환 유리를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 성형은 프레스 성형, 압출 성형, 사출 성형, 테이프 캐스팅 성형, 스크린 프린팅 중 어느 하나의 방식으로 실시하는 것을 특징으로 하는 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 유리 그린 시트는
    1 ~ 200㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 복수의 유리 그린 시트 단위체는 각각의 형광체의 함량 분포도를 판별한 후, 적층하는 것을 특징으로 하는 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 복수의 유리 그린 시트 단위체는 동일한 면이 한 방향을 향하도록 적층하거나, 또는 상기 복수의 유리 그린 시트 단위체는 각각의 상면 및 하면이 적어도 한 번 이상 교번적으로 엇갈려 적층되는 것을 특징으로 하는 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 소성은
    500 ~ 1000℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 적층 방식의 LED용 색변환 유리 제조 방법.
KR1020150088932A 2015-06-23 2015-06-23 적층 방식의 led용 색변환 유리 제조 방법 KR20170000418A (ko)

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