KR20170066782A - 배리어 기능을 가지는 반도체 광원 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 다공성 필름; 상기 나노 다공성 필름에 형성된 세공에 주입되는 나노 형광체; 및 상기 세공에 주입되고, 결정성을 가지고서 상기 나노 형광체가 분산되는 폴리머;를 포함하는 배리어 필름, 그리고 이를 가지는 반도체 광원 및 배리어 필름의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 결정성 증가로 인해 배리어의 특성과 광효율을 증대시킬 수 있고, 제작이 용이하며, 양자점의 수명 및 내구성을 증대시킬 수 있고, 고농도의 양자점을 대면적에 분포시킬 수 있으며, 산소, 수분, 열의 차단으로 인해 이들의 영향을 최소화하여, 양자점의 수명 및 내구성을 증대시킬 수 있고, 패턴의 형성이 용이하며, 전기장의 영향으로 인한 광자점의 발광효율 저하 및 발광파장의 변화를 해소할 수 있다.
본 발명에 따르면, 결정성 증가로 인해 배리어의 특성과 광효율을 증대시킬 수 있고, 제작이 용이하며, 양자점의 수명 및 내구성을 증대시킬 수 있고, 고농도의 양자점을 대면적에 분포시킬 수 있으며, 산소, 수분, 열의 차단으로 인해 이들의 영향을 최소화하여, 양자점의 수명 및 내구성을 증대시킬 수 있고, 패턴의 형성이 용이하며, 전기장의 영향으로 인한 광자점의 발광효율 저하 및 발광파장의 변화를 해소할 수 있다.
Description
본 발명은 배리어 기능을 가지는 반도체 광원 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결정성 증가로 인해 배리어의 특성과 광효율을 증대시키고, 제작이 용이하며, 양자점의 수명 및 내구성을 증대시키고, 고농도의 양자점을 대면적에 분포시킬 수 있는 배리어 기능을 가지는 반도체 광원 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 청색 LED에서 발생되는 청색광의 양자점(Quantum Dot; QD)을 이용한 장파장 변환은 높은 광 효율과 색 순도를 나타내어 디스플레이 및 조명 분야에 사용되기 시작했다. 특히 양자점의 발광색은 자연색에 가까워 LCD 백라이트(NTSC 110%)나 조명에 큰 효과를 나타낸다.
종래의 양자점을 이용한 발광장치로는 한국공개특허 제10-2009-0093096호의 균일한 크기와 고품질 광발광 특성을 가지는 산화아연양자점 및 그 제조방법이 제시된 바 있는데, 이는 (a) 불순물 제거와 표면 기능화를 위하여 탄소 나노튜브를 산 용액으로 처리하고; (b) 상기 산 처리된 탄소 나노튜브를 반응 용매에 분산시키고; (c) 상기 탄소 나노튜브가 분산되어 있는 용액에 아연 전구체가 용해되어 있는 용액을 혼합하여 탄소 나노튜브-금속이온 복합체를 제조하고; (d) 상기 탄소 나노튜브-금속이온 복합체 용액을 열처리하여 탄소 나노튜브-산화아연 양자점 복합체를
제조하고; 그리고 (e) 상기 탄소 나노튜브로부터 산화아연 양자점을 분리하여 회수하는; 단계로 이루어진다.
이와 같은 종래 기술뿐만 아니라, 기존의 양자점을 이용한 발광장치에서, 양자점은 기존 형광체의 광 변환 효율 및 색 순도에 비하여 매우 우수한 특성을 보이나, 몇 가지 취약점을 내포하고 있다. 예를 들면 양자점은 열, 수분, 산소 및 강한 빛에 대한 변성으로 시간이 경과함에 따라 양자점의 광 특성이 크게 저하된다.
또한, 기존의 고효율 양자점은 카드뮴 반도체 계열로 유해물제한지침(RoHS)에 포함된 물질을 사용하고 있으며, 낮은 광취출 구조에 의해 밖으로 빠져나오지 못한 광은 결국 소자 내에서 소멸됨과 아울러 열로 변환되며, 이러한 발열로 인해 발광파장 변화, 효율 저하 및 수명 단축 등과 같은 문제점을 발생시킨다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 결정성 증가로 인해 배리어의 특성과 광효율을 증대시키고, 제작이 용이하며, 양자점의 수명 및 내구성을 증대시키고, 고농도의 양자점을 대면적에 분포시킬 수 있으며, 산소, 수분, 열의 차단으로 인해 이들의 영향을 최소화하여, 양자점의 수명 및 내구성을 증대시키고, 패턴의 형성이 용이하며, 전기장의 영향으로 인한 광자점의 발광효율 저하 및 발광파장의 변화를 해소하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시례에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 나노 다공성 필름; 상기 나노 다공성 필름에 형성된 세공에 주입되는 나노 형광체; 및 상기 세공에 주입되고, 결정성을 가지고서 상기 나노 형광체가 분산되는 폴리머;를 포함하는 배리어 필름이 제공된다.
상기 나노 다공성 필름은, 2차원 광결정 구조를 가지는 알루미나 필름일 수 있다.
상기 알루미나 필름은, AAO(Anodic Aluminum Oxide)로 이루어질 수 있다.
상기 나노 다공성 필름은, 상기 세공의 내측에서 상기 나노 형광체로서 레드 양자점(Red QD)과 그린 양자점(Green QD)이 각각 주입되는 영역이 나뉘어질 수 있다.
상기 나노 다공성 필름은, 상기 세공의 내측면으로부터 중심부를 향하여 레드 양자점과 그린 양자점이 순차적으로 위치하도록 주입될 수 있다.
상기 폴리머는, 체인 방향(chain direction)이 상기 세공의 깊이방향이고, 결정 성장 방향(crystal growth direction)이 상기 세공의 폭방향일 수 있다.
상기 폴리머는, 체인 방향(chain direction)이 상기 세공의 폭방향이고, 결정 성장 방향(crystal growth direction)이 상기 세공의 깊이방향일 수 있다.
상기 폴리머는, PVDC(polyvinylidene chloride), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PVDF의 불소폴리머 공중합체(copolymer), Nylon, Polyoxymethylene(POM), Polyethylene terephthalate(PET), Polybutylene terephthalate(PBT), Polytetrafluoreothylene(PTFE), Isotactic polypropylene, Atactic polypropylene, High-density polyethylene 및 Low-density polyethylene 중에서 선택되는 일부 또는 모두를 포함할 수 있다.
상기 나노 다공성 필름의 일측면에 방열을 위해 마련되는 금속패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 금속패턴에 의해 다수의 세공이 셀로 나뉘어지고, 상기 셀을 기준으로 상기 세공에 상기 나노 형광체로서 레드 양자점(Red QD)과 그린 양자점(Green QD)중 어느 하나만이 주입됨으로써 레드 양자점과 그린 양자점이 상기 셀 단위로 따로 주입될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 일측면에 따른 배리어 필름; 상기 배리어 필름의 표면에 마련되는 배리어코팅층; 상기 배리어코팅층 상에 접착층을 이용하여 부착되는 도광판; 및 상기 배리어 필름에서 상기 배리어코팅층의 반대측 표면에 마련되는 AR(Anti-Reflective)코팅층;을 포함하는, 반도체 광원이 제공된다.
상기 배리어 필름과 상기 AR코팅층 사이에 개재되어, 특정 파장을 반사시키는 선택파장 반사층을 더 포함할 수 있다.
상기 선택파장 반사층은, 이색성 단파장 통과형 필터(dichroic short pass filter)일 수 있다.
상기 선택파장 반사층은, 3차원 광결정(3-D photonic crystal)의 DBR(Distributed Bragg Reflector)부재일 수 있다.
상기 배리어 필름을 향하여 블루광을 조사하는 광원을 더 포함하고, 상기 블루광을 조사하는 광원은, 펄스파형으로 구동할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명의 일측면에 따른 배리어 필름을 가지는, 백라이트 유닛이 제공된다.
상기 백라이트 유닛은, 엣지형으로 이루어질 수 있다.
상기 배리어 필름이 도광판의 엣지로부터 이격되도록 설치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명의 일측면에 따른 배리어 필름을 가지는 LED 칩용 색변환 소자가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 금속 호일의 일측면에 정해진 두께를 1차 양극산화시켜서 나노 다공을 형성하는 단계; 상기 나노 다공의 형성면에 패턴 형성을 위해 도포되는 마스크를 이용하여, 2차 양극산화에 의해 패턴을 형성시키는 단계; 및 상기 나노 다공의 세공에 나노 형광체를 주입하되, 상기 세공에서 상기 나노 형광체가 결정성을 가지는 폴리머에 분산되도록 하는 단계;를 포함하는, 배리어 필름의 제조방법이 제공된다.
상기 나노 형광체를 주입하는 단계는, 상기 세공의 내측에서 상기 나노 형광체로서 레드 양자점(Red QD)과 그린 양자점(Green QD)이 각각 주입되는 영역이 나뉘어지도록 할 수 있다.
상기 나노 형광체를 주입하는 단계는, 상기 세공의 내측면으로부터 중심부를 향하여 레드 양자점과 그린 양자점이 순차적으로 위치하도록 주입될 수 있다.
상기 나노 형광체를 주입하는 단계는, 상기 폴리머의 체인 방향(chain direction)이 상기 세공의 깊이방향이고, 상기 폴리머의 결정 성장 방향(crystal growth direction)이 상기 세공의 폭방향이 되도록 할 수 있다.
상기 나노 형광체를 주입하는 단계는, 상기 폴리머의 체인 방향(chain direction)이 상기 세공의 폭방향이고, 상기 폴리머의 결정 성장 방향(crystal growth direction)이 상기 세공의 깊이방향이 되도록 할 수 있다.
상기 나노 형광체를 주입하는 단계는, 상기 폴리머가 PVDF(Polyvinylidene fluoride), PVDF의 불소폴리머 공중합체(copolymer), Nylon, Polyoxymethylene(POM), Polyethylene terephthalate(PET), Polybutylene terephthalate(PBT), Polytetrafluoreothylene(PTFE), Isotactic polypropylene, Atactic polypropylene, High-density polyethylene, Low-density polyethylene 및 Acrylate 유도체 중에서 선택되는 일부 또는 모두를 포함하도록 할 수 있다.
상기 나노 형광체를 주입하는 단계는, 상기 패턴에 의해 다수의 세공이 셀로 나뉘어지고, 상기 셀을 기준으로 상기 세공에 상기 나노 형광체로서 레드 양자점(Red QD)과 그린 양자점(Green QD)중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 주입됨으로써 백색 양자점이나 레드 양자점 또는 그린 양자점이 상기 셀 단위로 따로 주입되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 배리어 기능을 가지는 반도체 광원 및 이의 제조방법에 의하면, 결정성 증가로 인해 배리어의 특성과 광효율을 증대시킬 수 있고, 제작이 용이하며, 양자점의 수명 및 내구성을 증대시킬 수 있고, 고농도의 양자점을 대면적에 분포시킬 수 있으며, 산소, 수분, 열의 차단으로 인해 이들의 영향을 최소화하여, 양자점의 수명 및 내구성을 증대시킬 수 있고, 패턴의 형성이 용이하며, 전기장의 영향으로 인한 광자점의 발광효율 저하 및 발광파장의 변화를 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 반도체 광원을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름을 도시한 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름에서 AAO의 구조를 나타낸 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름에서 AAO의 광투과 선택성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름에서 세공 내의 양자점 영역을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름에서 폴리머의 결정성을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름에서 금속패턴을 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름에 대한 광결정으로 인한 발광 효율의 증가를 나타낸 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시례에 따른 엣지형 백라이트 유닛을 도시한 정면도(a) 및 측면도(b)이다.
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름을 도시한 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름에서 AAO의 구조를 나타낸 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름에서 AAO의 광투과 선택성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름에서 세공 내의 양자점 영역을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름에서 폴리머의 결정성을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름에서 금속패턴을 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름에 대한 광결정으로 인한 발광 효율의 증가를 나타낸 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시례에 따른 엣지형 백라이트 유닛을 도시한 정면도(a) 및 측면도(b)이다.
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름의 제조방법을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시례를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 반도체 광원을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 반도체 광원(100)은 배리어 필름(110), 배리어코팅층(120), 도광판(130) 및 AR(Anti-Reflective)코팅층(140)을 포함할 수 있다.
배리어 필름(110)은 본 발명의 일 실시례에 따른 것으로서, 이하에서 도면을 참조하면 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름을 도시한 단면 사시도이다
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 배리어 필름(110)은 나노 다공성 필름(111)과, 나노 다공성 필름에 형성된 세공(pore; 112)에 주입되는 나노 형광체(113)와, 세공(112)에 주입되고, 결정성을 가지고서 나노 형광체(113)가 분산되는 폴리머(114)를 포함할 수 있다.
나노 다공성 필름(111)은 2차원 광결정 구조를 가지는 알루미나 필름일 수 있는데, 일례로 양극산화 나노다공성 알루미나인 AAO(Anodic Aluminum Oxide)로 이루어질 수 있으며, 이로 인해 수소 및 수분 차단력이 우수한 특성을 가지도록 한다. AAO는 저가의 재질로 알루미늄 호일을 양극산화시켜서 얻을 수 있다. AAO의 구조에 있어서, 셀(116)의 직경(Sd)이나 세공(112)의 직경(Pd) 등과 같은 셀 디멘젼(cell dimension)과 배리어 레이어(barrier layer)의 두께(t)는 전해액의 종류 및 전압의 조정으로 손쉽게 조절될 수 있다. 알루미나는 투습율과 산소투과율이 가장 낮은 물질 중 하나이며, 이로 인해 매우 우수한 배리어 특성을 가진다. 양극산화 후에는 세공(112) 표면 일부에 비결정질 알루미나가 형성될 수 있는데, 이는 열처리에 의해 결정성을 높일 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, AAO는 2차원 광결정(photonic crystal) 구조를 가지므로, 광경로를 쉽게 바꿀 수 있을 뿐만 아니라, 광취출율을 크게 높일 수 있다. 또한 알루미나는 굴절률(n=1.8)이 높기 때문에 산란체(scattering medium)로 작용하여, 양자점에 별도의 산란체 혼입없이도 광효율을 크게 높일 수 있다.
도 5를 참조하면, 나노 다공성 필름(111; 도 2에 도시)은 세공(112)의 내측에서 나노 형광체(113)로서 레드 양자점(Red QD; 113a)과 그린 양자점(Green QD; 113b)이 각각 주입되는 영역이 나뉘어진다. 이때 나노 다공성 필름(111)은 세공(112)의 내측면으로부터 중심부를 향하여 레드 양자점(113a)과 그린 양자점(113b)이 순차적으로 위치하도록 주입될 수 있는데, 이는 레드 양자점(113a)과 그린 양자점(113b)의 에너지값을 고려하여 자가 흡수(self absorption)로 인한 광효율 저하를 방지하기 위함이다.
나노 형광체(113)는 예컨대 양자점일 수 있는데, 고체상태의 반도체 조명으로 제작하기 위해서 고정이 필요하다. 따라서 나노 형광체(113)는 고정을 위하여 폴리머로 캡슐화된 양자점(polymer-encapsulated QD)일 수 있고, 이를 위해, 양자점을 폴리머 매트릭스에 분산하여 사용할 수 있는데, 본 발명에서는 결정성을 가진 폴리머(114)에 분산하여 사용한다. 폴리머(114)의 결정성은 한정 결정화(confined crystallization) 효과에 의한 결정성 증가 및 제작의 용이성을 제공하고, 이러한 결정성 증가로 인해 배리어 특성의 증가를 가져오게 된다.
양자점을 폴리머(114)의 매트릭스에 분산하는 또 다른 이유는 양자점의 흡수파장과 발광파장의 차이(Stokes' shift)가 작아 양자점끼리 서로 너무 근접해 있거나 심지어 뭉쳐서 클러스터를 형성하면, 자가 흡수(self absorption)가 일어나 양자효율을 크게 저하시키기 때문에 양자점를 잘 분산시켜 서로 간의 적정한 거리를 유지하도록 하기 위함이다.
폴리머(114)는 비결정질의 무정형 물질이나, 용융된 폴리머를 냉각하거나 용매를 증발시킬 때 폴리머 사슬들이 서로 접히며, 배향되어 결정을 형성할 수 있다. 이러한 결정질의 폴리머(114)는 무정형 폴리머에 비해 수증기 및 기체의 투과율이 100배 이상 낮아지며, 아세탈이나 테프론 그리고 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌이 해당될 수 있는데, 본 실시례에서는 PVDC(polyvinylidene chloride), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PVDF의 불소폴리머 공중합체(copolymer), Nylon(PA66 and PA6), Polyoxymethylene(POM), Polyethylene terephthalate(PET), Polybutylene terephthalate(PBT), Polytetrafluoreothylene(PTFE), Isotactic polypropylene, Atactic polypropylene, High-density polyethylene, Low-density polyethylene 및 Acrylate 유도체 중에서 선택되는 일부 또는 모두를 포함할 수 있다. 여기서 Acrylate 유도체는 결정성이 높은 고분자들인데, 특히 cyanoacrylate 유도체일 수 있다.
양자점에 대하여 전기장을 걸어준 후 하루를 지난 후, 발광 스펙트럼을 비교하면, 발광세기의 50% 정도가 회복될 수 있는데, 전기장에 의해 분리된 전자와 정공이 매트릭스로 전달되어 소멸되는 것이 발광세기의 낮은 회복 이유로 볼 수 있다. 또한 폴리머 필름에 높은 전계를 걸어주면 분자의 쌍극자(dipole)가 정렬하여 분극(polarization)되는데, 폴리머 매트릭스가 분극 상태를 유지하면, 전기장의 효과는 그대로 유지되어 양자점의 발광세기는 크게 낮아지나, 하루가 지나 분극 상태의 질서도가 약해지면 발광세기가 회복된다. 따라서, PVDC나 PVDF 등과 같은 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 큰 폴리머를 사용하여 양자점의 포토 차징(photo charging)에 의한 전기장의 형성을 방해하면, 발광 감소를 크게 완화시키게 된다. PVDF 및 이의 불소폴리머(예; TrFE, TeFE, CTFE) 공중합체(copolymer)들은 이러한 양자점의 발광 감소를 크게 완화시키는 반면, 이들의 유리 전이온도(Tg)가 낮으며, 여러 형태의 결정성을 가지고 있기 때문에 전기장을 스크램블링(scrambling)하기에 적합하다. 또한 이들은 결정성도 높아 우수한 배리어 특성을 나타낸다.
폴리머(114)의 결정화는 AAO의 나노 세공 내부와 같이 아주 작은 공간에 제한(Confined crystallization)되어 있을 경우, 벌크(bulk) 상태보다 상대적으로 결정화 온도가 크게 낮아지며, 결정성이 크게 증가되며, 세공(112)의 크기 및 표면조건에 따라 결정화 방향이 달라진다.
도 6을 참조하면, 폴리머(114)는 (a)에서와 같이, 체인 방향(chain direction)이 세공(112)의 깊이방향이고, 결정 성장 방향(crystal growth direction)이 세공(112)의 폭방향일 수 있으며, 이 경우 세공(112)이 비교적 폭에 비하여 깊은 경우에 적용될 수 있고, (b)에서와 같이, 체인 방향(chain direction)이 세공(112)의 폭방향이고, 결정 성장 방향(crystal growth direction)이 세공(112)의 깊이방향일 수 있으며, 이 경우 세공(112)이 비교적 깊이에 비하여 폭이 큰 경우에 적용될 수 있다. 세공(112)의 크기가 커질수록 AAO의 세공축에 수직방향으로 결정이 생성될 수 있다. 이를 이용하면 3차원 광결정의 구현도 손쉬워질 뿐만 아니라, 양자점/폴리머/AAO 소자의 광특성 조절 및 큰 폭의 광효율 향상도 얻을 수 있다. 따라서 폴리머 매트릭스는 이러한 장점과 함께 높은 결정성으로 인해 투습률 및 기체 투과도가 크게 낮아지는 이점을 활용할 수 있다.
세공(112)은 폴리머(114)에 의해 밀봉될 수 있는데, 양자점의 분산을 위한 폴리머(114) 외에 별도의 밀봉재에 의해 밀봉될 수도 있다. 이 경우 밀봉재로는 투명한 판상의 나노 무기물, 금속산화물 졸 및 유기폴리머 중에서 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
배리어 필름(110)의 형성을 위해 ALD(Atom layer deposition)가 사용될 수 있는데, 이는 결함(defect)이 매우 적은 치밀한 박막을 얻을 수 있기 때문이다. 이에 따라 AAO/(양자점)결정성 매트릭스/ALD 구조의 소자를 제조할 경우, 산소와 수분을 거의 완벽히 차단한다고 하더라도 현실적으로 양자점이나 폴리머와 같은 원재료에 미량이나마 수분과 산소가 잔존하며, 공정 중에 혼입될 수 있다. LED 발열 및 양자점의 내재적인 발열(청색광을 흡수하고 적색광을 방출하는데 있어 그 빛의 에너지 차이에 의한 발열)에 의한 양자점의 화학적 변화와 광 특성 저하(양자효율의 감소 및 온도의 변화에 따른 발광파장의 변화)는 피할 수 없다. 따라서 강제 냉각수단을 통한 적극적인 소자의 냉각이 필요한데, 색 좌표와 수명이 생명인 디스플레이 분야의 양자점 응용에는 낮은 온도를 안정적으로 유지할 수 있게 하는 방열이 가장 중요한 요소로서, 냉각에 의해 광효율을 크게 증가시키게 된다.
도 7에서와 같이, 상기한 방열 효과를 위하여, 배리어 필름(110)은 나노 다공성 필름(111)의 일측면에 방열을 위해 금속패턴(115)이 마련될 수 있다. 예컨대 AAO 주변에 열 전도율이 높은 알루미늄을 남겨둠으로써, 남겨진 알루미늄이 금속패턴(115)을 형성하게 되어 히트 파이프(heat pipe)와 같은 냉각수단에 접지하여 AAO의 세공(112) 내부에 위치한 양자점을 냉각시킬 수 있다. 또한 LED에서 발생하는 열은 P/N 정션(juntion)에서 발생하는 것으로 온도가 85~120도씨인데, 이에 해당하는 파장은 원적외선 영역이다. 따라서 전도, 대류에 의한 열 전달의 차단과 아울러 복사에 의한 열도 차단하여야 하며, 이를 위해서 원적외선 반사 특성이 좋은 투명 전도체(ITO, ATO, AZO 등)가 사용될 수 있다.
또한 배리어 필름(110)은 상기한 금속패턴(115)에 의해 다수의 세공이 셀(117)로 나뉘어지고, 셀(117)을 기준으로 세공에 나노 형광체로서 레드 양자점(Red QD)과 그린 양자점(Green QD)중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 주입됨으로써 백색 양자점이나 레드 양자점 또는 그린 양자점이 셀(117) 단위로 따로 주입될 수 있다. 여기서, 금속패턴(115)이 메쉬 형태로 이루어짐으로써 셀(117)이 사각형을 이루는 것을 나타내나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이웃하는 셀(117) 간에 반드시 서로 다른 양자점일 필요는 없으며, 동일한 양자점일 수도 있다. 또한 도 7뿐만 아니라 도 9에서와 같이, 다수의 셀(117) 중 일부에는 블루광이 통과함으로써 RGB로 백색광을 형성하도록 할 필요가 있다.
도 4에서와 같이, AAO는 2차원 광결정으로 세공(112)의 형성방향으로는 98% 이상의 투과율을 나타내는 반면, 세공(112)의 형성방향에 수직인 방향으로는 80% 이상의 반사도를 나타내어 광투과의 높은 선택성을 나타낸다. 또한 AAO는 매우 높은 발광 방향성을 가지는데, 이러한 발광 방향성은 소자의 광효율 향상과 아울러, 광로의 변경이 가능하여, 프리즘 시트나 광 도파로와 같은 광학부품의 생략이 가능하여 가격의 절감과 아울러 소자의 응용성을 높여준다.
배리어코팅층(120)은 배리어 필름(110)의 표면에 마련되는데, 수분과 기체의 출입을 차단하면서도 광투과성을 가진 재료의 코팅이나 부착 등에 의해 형성될 수 있다.
도광판(130)은 배리어코팅층(120) 상에 접착층(131)을 이용하여 부착되고, 광경로를 가이드하게 된다.
AR(Anti-Reflective)코팅층(140)은 배리어 필름(110)에서 배리어코팅층(120)의 반대측 표면에 마련된다. 광은 굴절률이 다른 여러 계면을 통과할 때 각 계면에서 반사가 일어나므로 세심한 굴절률의 매칭이 필요하다. AR코팅층(140)은 반사방지 코팅액의 도포에 의해 형성되는데, 일례로 광의 투과율을 높여준다.
배리어 필름(110)에 대한 광취출은 소자 내부에 포획되어 돌아다니다가 궁극적으로 열로 변환되는 광의 방출로 소자의 광효율을 높일 뿐만 아니라, 방열효과까지 높이게 된다. 광결정은 굴절률이 서로 다른 유전체의 주기적 배열이 이루어진 것으로서, 그 주기의 크기가 가시광선의 파장보다 작을 경우 가시광 영역에서 광 밴드 갭(photonic band gap)을 형성한다. 이러한 구조에 기인하여 광결정은 이를 통과하는 가시광의 거동에 큰 영향을 주어 다양한 물리적 현상이 일어난다. 그 중 우리의 응용에 적합한 특성은 발광효율의 증가와 발광의 방향성인데, 광결정에 의한 발광효율의 증가는 도 8에 잘 나타나 있다.
AAO는 대표적인 2차원 광결정으로 가시광 영역에서 광 밴드 갭(photonic band gap)을 나타낸다. 특히 긴 세공 채널 길이를 갖는 AAO는 필드 강화(field enhancement) 효과와 아울러 세공 채널 내에서 다중 산란(multiple scattering)이 일어나 유효 흡수계수를 높여주어 발광효율을 더욱 높여준다. 결정성 폴리머가 세공에 채워진 AAO는 3차원 광결정으로 볼 수 있는바, 더욱 정교한 3차원 광결정은 양극산화 공정의 전압 조절로서 어렵지 않게 제작할 수 있다. 특히 3차원 세공의 AAO는 편광현상이 더욱 두드러지며, 이러한 편광현상은 양자점/AAO 광원의 사용으로 광효율이 크게 낮은 기존의 편광판을 대체 내지 생략할 수 있다.
한편, 배리어 필름(110)과 AR코팅층(140) 사이에는 특정 파장을 반사시키는 선택파장 반사층(150)이 개재될 수 있다.
선택파장 반사층(150)은 일례로 이색성 단파장 통과형 필터(dichroic short pass filter)일 수 있는데, 이로 인해 단파장에 해당하는 블루 LED 등으로부터 조사되는 광을 투과시키면서 레드 양자점과 그린 양자점으로부터 조사되는 레드와 그린의 광이 투과되지 못하도록 함으로써 양자점의 광 효율을 증대시키는데 기여할 수 있다. 또한 선택파장 반사층(150)은 이러한 이색성 단파장 통과형 필터를 대신하여 3차원 광결정(3-D photonic crystal)의 DBR(Distributed Bragg Reflector)부재일 수 있다. 3차원 광결정의 DBR은 물질의 광학적인 성질을 이용할 수 있는 구조를 가지고 있거나 이러한 구조를 가지도록 만들어낸 광결정(photonic crystal)을 가지고서, 광의 반파장 정도의 주기성을 가지고 공간적으로 반복되는 2가지 이상의 유전체로 구성된 격자구조로 이루어질 수 있는데, 일례로 x, y, z 평면상으로 주기적으로 서로 다른 물질들이 배열되어 있는 것일 수 있으며, 이색성 단파장 통과형 필터와 마찬가지로 특정 파장의 반사에 의해 양자점의 발광 효율을 증대시킬 수 있다.
배리어 필름(110)을 향하여 블루광을 조사하는 광원, 예컨대 블루 LED를 더 포함할 수 있는데, 이러한 블루광을 조사하는 광원은 펄스파형으로 구동할 수 있으며, 이로 인해 정해진 주기로 온(on)/오프(off)를 반복하거나, 정해진 주기로 그 세기가 증감될 수 있다. LED 칩에 500mA 이상의 전류를 인가함으로써 발생되는 강한 블루광을 양자점에 조사하면, 큰 폭의 양자효율 감소와 함께 파장변화가 발생하게 된다. 이는 양자점의 차징(charging)에 의한 주변 유전체의 전기장 변화에 기인하는데, 양자점의 포토 차징(photo charging)은 재결합하지 못한 여분의 과도한 전자와 정공이, 특히 정공(홀)이 표면 결함에 집중되며 전하를 띄는 것이다. 또한 발광을 수반하는 전자-정공의 재결합과 오제이 재결합은 수 나노초 내에 일어나는 반면에 전기장하에서 관찰되는 양자점의 소광 과정은 다중 지수함수적(multi-exponential)으로 이의 수명은 1 ~ 25 ns에 걸쳐있다. 또한 1차 엑시톤 상태(first exciton state)는 전기장에 의하여 전자와 정공으로 분리되어 발광 엑시톤의 분포가 크게 줄어들게 된다. 따라서 광원으로 사용되는 블루 LED의 펄스 구동은 광포화(photo saturation)에 긍정적으로 작용하게 된다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛은 상기한 바와 같은 배리어 필름(110)을 가질 수 있는데, 일반적인 백라이트 유닛에 배리어 필름(110)이 포함되거나, 상기한 본 발명의 일 실시례에 따른 반도체 광원(100)으로서 포함될 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 엣지형으로 이루어질 수 있는데, 이때, 배리어 필름(110)은 도광판의 엣지로부터 이격되어 갭(gap)을 가지도록 설치될 수 있는데, 이는 도광판의 방출광에 핫 스팟(hot spot)이 생기지 않게 하기 위함이며, 열팽창 계수의 차이로 인한 열충격을 방지하기 위함이다.
본 발명에 따른 LED 칩용 색변환 소자는 상기한 바와 같은 배리어 필름(110)을 가질 수 있는데, LED 칩의 광 출력측에 설치되어 LED 칩으로부터 조사되는 광에 의해 색변환을 일으키도록 하는데, 배리어 필름(110) 단독으로 포함되거나, 앞서 설명한 반도체 광원(100)으로서 포함될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따른 반도체 광원의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 반도체 광원의 제조방법은 1차 양극산화 단계, 2차 양극산화에 의한 패턴 형성 단계, 나노 형광체 삽입 단계 및 밀봉 단계를 포함할 수 있다.
1. 1차 양극산화 단계
1차 양극산화(anodizing) 단계에 의하면, 금속 호일의 일측면에 정해진 두께를 1차 양극산화시켜서 나노 다공을 형성하게 되는데, 이때, 금속 호일로는 일례로 알루미늄 호일이 사용될 수 있다. 또한 정해진 두께는 후속 과정에서 형성하게 될 방열을 위한 금속패턴(115; 도 2에 도시)의 두께를 고려하여 정해질 수 있는데, 전체 두께에서 이러한 금속패턴(115; 도 2에 도시)의 두께를 제외한 두께가 될 수 있다.
나노 다공성 알루미나 필름은 산 용액에 일례로 마스킹된 알루미늄 포일을 양극에 걸어준 후 전기화학적 산화를 시켜서 얻을 수 있다. 양극산화된 알루미나 필름은 세공이 규칙적으로 배열된 육각형의 벌집 구조로서 세공(112)의 직경은 10~ 500nm, 바람직하게는 15~300nm, 더욱 바람직하게는 30~120nm이며, 양극산화 알루미나 배리어층(t; 도 3에 도시)의 두께는 10~500nm, 바람직하게는 30~300nm, 더욱 바람직하게는 50~100nm로 전체 배리어 필름(110)의 두께가 1~100㎛, 바람직하게는 10~80㎛, 더욱 바람직하게는 30~60㎛이다. 이때 전해 용액은 황산, 셀렌산, 옥살산 등의 유기산, 인산 그리고 불산 및 이의 염들로 구성된 용액 등이 사용될 수 있다. 세공의 크기 및 간격은 인가된 전압 및 전류밀도 그리고 용액의 온도를 적절히 조절함으로써 얻어질 수 있으며, 이 세공은 추후 에칭공정에 의하여 더욱 정교히 조절될 수 있다. 더욱 규칙적으로 배열된 세공을 얻기 위하여 양극산화를 하기 이전에 알루미늄 표면의 평탄도를 높이기 위한 전해연마 과정을 포함할 수 있으며, 양극산화 후 생성된 비규칙적인 세공을 가지는 나노 다공성 산화막을 수은염 또는 구리염 또는 인산 용액을 포함하는 에칭용액으로 에칭한 후에 재차 양극산화를 시행할 수도 있다.
또한 더 높은 기계적 강도를 얻기 위하여서는 양극산화 알루미나 필름의 배리어 레이어 외부에는 신축성 및 기계적 강도가 좋은 폴리머 코팅층을 구비할 수 있다. 여기서 폴리머는 높은 투명도를 갖는 아크릴, 에폭시, 우레탄, 실리콘, 아마이드, 불소계 폴리머 및 유무기 하이브리드 등의 코팅층이 사용될 수 있다. 알루미나의 굴절율이 1.78임을 고려할 때 폴리머층의 굴절율이 1.4 이하가 되면 반사방지 효과를 얻는 것을 수 있어 광투과도가 증가하게 되며, 이는 상기한 바와 AR코팅층(140)을 이루게 된다. 이러한 재료로는 불소계 폴리머인 Cytop(n=1.34), PTEE나 PFA(n=1.35) 등이 사용될 수 있다.
양극산화 알루미나 필름의 배리어 레이어 외부에는 파장에 따른 선택적인 빛의 투과 향상 및 반사층을 형성할 수 있으며, 파장의 영역은 가시광선뿐만 아니라 열전달에 큰 영향을 미치는 근적외석(near IR) 및 원적외선(far IR)의 영역을 포함할 수 있다. 일례로 450 nm의 블루 LED로 양자점을 자극시켜 백색광을 얻어 도광판(130; 도 1에 도시) 방향으로 보낼 경우, 배리어 필름(110; 도 1에 도시)은 450 nm 부근의 영역에서 투과도가 최고점이 되며, 나머지 가시광 영역에서는 도광판(130) 쪽으로 반사시켜 광효율을 극대화할 수 있다. 또한 고굴절 층과 저굴절 층으로 이루어진 2층의 반사방지 코팅으로 이색성(dichroic) 필터의 기능을 부여할 수 있다. 이때 고굴절 층으로 ITO, ATO, FTO, AZO 등의 물질을 사용하면, 고굴절층의 기능과 아울러 근적외선(near IR) 및 원적외선(far IR)의 반사층으로 이용할 수 있다.
2. 2차 양극산화에 의한 패턴 형성단계
1차 양극산화 단계를 마치면, 나노 다공의 형성면에 패턴 형성을 위해 도포되는 마스크를 이용하여, 2차 양극산화에 의해 패턴을 형성시키는 단계를 수행할 수 있다. 여기서 마스크는 포토레지스트(photo resist)가 사용될 수 있다.
배리어필름(110; 도 2에 도시)을 제작함에 있어 양극산화시 나노 다공성 알루미나 필름의 주변부에 일정한 폭의 알루미늄을 남겨두어 나노다공성 양극산화 알루미나 필름의 지지체 및 방열구조체로 사용할 수 있다. 10 ㎛ 이하의 얇은 나노 다공성 알루미나 필름은 유연성을 가지나, 필름의 두께가 두꺼워짐에 따라 깨어지기 쉽다. 따라서 주변부에 유연성과 기계적 강도가 높은 알루미늄을 지지체로 사용할 경우 나노 다공성 알루미나 필름의 외부 충격에 대한 기계적 강도를 크게 높일 수 있다. 또 다른 측면으로는 나노 다공성 알루미나 필름의 방열성 향상이다. 알루미늄의 열전도도(237W/mK)는 알루미나의 열전도도(20~30W/mK)에 비해 10배 정도 높아 발광소자의 작동 중에 발생하는 배리어 필름(110) 내의 열을 효과적으로 제거할 수 있으며, 이로 인해 세공(112) 내의 나노 형광체(113), 즉 양자점의 효율 및 수명을 크게 증가시킬 수 있다. 또한 효과적인 냉각을 위하여 열전 냉각기(Thermoelectric cooler)와 같은 강제 냉각수단을 구비하여 주변부 알루미늄의 냉각을 통한 알루미나 부분까지의 냉각으로 배리어 필름(110) 전체의 온도를 낮출 수가 있다.
알루미늄의 폭과 선 간격, 그리고 패턴의 형태는 응용 대상에 따라 적절히 변형할 수 있다. 높은 광 투과율이 요구되는 응용대상에는 높은 개구율을 갖는 얇은 선폭의 알루미늄이 적당하며 높은 기계적 강도 및 방열이 요구되는 응용대상에는 낮은 개구율을 갖는 굵은 선폭의 알루미늄이 적당하다. 디스플레이와 같은 광학분야의 응용에는 높은 광투과율이 중요하여 개구율을 높임과 동시에 광원측에 반사수단을 구비하여 금속패턴인 알루미늄패턴에 의해 반사된 빛을 회수하는 것이 바람직하다.
패턴의 형태는 기계적 강도와 방열의 효율성을 고려할 때 메쉬나 사다리 형태 또는 벌집구조가 적절하나, 필요에 따라서 다양한 형태의 변형도 가능하다. 일례로 배리어 필름(110)을 도광판(130; 도 1에 도시) 측면에 띠 형태로 적용할 경우에는 사다리 형태의 패턴이 적합하다. 이때 알루미나의 낮은 열전도율을 고려하여 알루미늄 선간의 폭이 지나치게 넓지 않아야 한다. 이러한 패턴의 제작은 알루미늄포일의 일측면에 원하는 패턴을 스크린 프린트나 잉크젯과 같은 수단으로 형성한 후에, 마스킹 되지 않은 부분을 선택적으로 양극산화시켜서 나노 다공성 알루미나 필름 주변부에 잉크로 보호된 알루미늄을 패턴, 예컨대 금속패턴(115)으로서 그대로 남겨놓을 수 있다.
3. 나노 형광체의 세공 도입
양극산화 알루미나 필름의 세공(112; 도 2에 도시) 내부에는 양자점과 같은 나노 형광체(113)가 주입되되, 세공(112)에서 나노 형광체(113)가 결정성을 가지는 폴리머(114)에 분산되도록 균일하게 도포될 수 있다. 이는 단순한 딥 코팅에 의하여 달성될 수 있으며, 필요에 따라 딥핑시에 초음파를 가해주면 더욱 균일한 양자점 도포막을 얻을 수 있다. 더욱 효과적인 도포를 위하여 나노 다공성 알루미나의 웨팅성을 고려할 때, 용매의 극성과 표면장력의 균형이 필요하다. 이를 위하여서 용매는 비교적 높은 극성과 낮은 표면장력이 요구된다.
양극산화 알루미나 필름의 세공 내부에 패시베이션(passivation) 막을 형성하여 알루미나 표면과 양자점 사이의 에너지 전달을 억제할 수 있다. 옥살산과 같은 유기산 용액에서 양극산화를 하였을 경우에는 oxalate 음이온의 영향으로 나노다공성 알루미나에는 singly ionized oxygen vacancy(F center)가 생성되어 알루미나 자체가 푸른색 emission band를 나타낸다. 여기에 형광체가 도입되면 Forster resonance energy transfer(FRET)의 영향으로 발광파장의 이동과 아울러 큰 폭으로 형광체 발광 세기가 증가한다. 높은 양자효율이 요구되는 응용분야에서는 장점이 될 수 있으나, 발광파장의 이동이 허용되지 않는 디스플레이 분야의 응용에는 큰 제약점이 될 수 있다. 이런 경우에는 알루미나 표면에 패시베이션(passivation)막을 도입하여 에너지 전달을 억제하여 줄 수 있다. 패시베이션막은 밴드갭이 큰 투명한 물질로 금속산화물, 질화물 및 황화물일 수 있으며 금속은 Si, Al, Ti, Zr, Hf, Nb, Mo, W, Ta 등이 쓰일 수 있다.
양극산화 알루미나 필름의 세공 내부에 양자점 표면의 리간드와 같거나 친화력이 높은 물질의 박막을 형성하고, 양자점과 세공 표면 간에 결합력을 부여하여 양자점이 세공 내에 안정적으로 균일하게 위치하게 할 수 있다. 일반적으로 양자점은 안정성 향상을 위하여 표면에 다양한 리간드가 캡핑(capping)되어 있으며, 이의 종류는 다양하다. 예를 들면, Trioctylphosphine(TOPO), Hexadecylamine (HDA), Dodecylamine(DDA), 3-mercaptopropyl triethoxysilane(MPS), N,N-dimethyl-2-mercaptoethyl ammoni㎛ chloride(DMAC) 등이며, 알루미나 표면 및 금속산화물 패시베이션 막 표면과의 친화력이 매우 크다. 이들을 알루미나 표면에 도입하면 양자점과 세공 표면간의 친화력이 증대되어 더욱 균일하고, 안정적인 양자점의 막을 형성할 수 있으며, 양자점 표면 리간드의 치환반응을 크게 억제할 수 있다. 양자점 성능저하의 가장 큰 요인은 양자점을 감싸고 있는 리간드의 탈착 및 치환반응으로 이를 억제하기 위하여서 과량의 리간드를 사용하는 것이 바람직하다. 이의 또 다른 효과로서 FRET에 의한 발광 파장 변화를 억제할 수 있다.
또한 앞서 설명한 바와 같이, 나노 형광체를 주입하는 단계는 세공(112)의 내측에서 나노 형광체(113)로서 레드 양자점(Red QD; 113a)과 그린 양자점(Green QD; 113b)이 각각 주입되는 영역이 나뉘어지도록 하되, 세공(112)의 내측면으로부터 중심부를 향하여 레드 양자점(113a)과 그린 양자점(113b)이 순차적으로 위치하도록 주입될 수 있다. 또한 나노 형광체를 주입하는 단계는 폴리머(114)의 체인 방향(chain direction)이 세공(112)의 깊이방향이고, 폴리머(114)의 결정 성장 방향(crystal growth direction)이 세공(112)의 폭방향이 되도록 할 수 있고, 이와 다른 예로서, 폴리머(114)의 체인 방향(chain direction)이 세공(112)의 폭방향이고, 폴리머(114)의 결정 성장 방향(crystal growth direction)이 세공(112)의 깊이방향이 되도록 할 수 있다.
나노 형광체를 주입하는 단계는 폴리머(114)가 PVDF(Polyvinylidene fluoride), PVDF의 불소폴리머 공중합체(copolymer), Nylon, Polyoxymethylene(POM), Polyethylene terephthalate(PET), Polybutylene terephthalate(PBT), Polytetrafluoreothylene(PTFE), Isotactic polypropylene, Atactic polypropylene, High-density polyethylene, Low-density polyethylene 및 Acrylate 유도체 중에서 선택되는 일부 또는 모두를 포함하도록 할 수 있다. 여기서 Acrylate 유도체는 결정성이 높은 고분자들인데, 특히 cyanoacrylate 유도체일 수 있다.
나노 형광체를 주입하는 단계는 패턴에 의해 다수의 세공(112)이 셀(117)로 나뉘어지고, 셀(117)을 기준으로 세공(112)에 나노 형광체(113)로서 레드 양자점(Red QD)과 그린 양자점(Green QD)중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 주입됨으로써 백색 양자점이나 레드 양자점 또는 그린 양자점이 셀(117) 단위로 따로 주입되도록 할 수 있다.
4. 세공의 밀봉
양극산화 알루미나 필름의 세공 내부에 양자점이 도입된 이후 세공(112)이 폴리머(114)에 의해 밀봉되도록 하거나, 폴리머(114)와는 별개의 밀봉재에 의하여 밀봉될 수 있다. 이로 인해 고온 고습의 가혹한 환경에 견디는 발광의 배리어 필름(110)은 완성될 수 있다. 밀봉재는 투명한 판상의 나노 무기물, 금속산화물 졸, 유기폴리머 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 판상의 나노 무기물이 혼입된 금속산화물 졸이나 유기 폴리머로 배리어층을 형성 및 밀봉하면, 라멜라층을 형성하게 되며, 이로써 기체분자의 이동거리는 매우 길어지게 되며(tortuous path), 기체 침투성이 크게 억제된다. 판상의 나노 무기물 입자는 기체 차단성과 광투과도가 우수한 종횡비가 큰 것(두께; 1nm, 폭은 2㎛이상)이 바람직하며, 모모리오나이트와 헥토라이트가 대표적이다.
상기의 밀봉재로 이루어진 밀봉층 위에 ALD를 이용한 별도의 밀봉층을 더 구비할 수 있다.
배리어 필름의 부착 대상물이 접합이 용이한 대상물이면, 밀봉재 층이 생략될 수 있다. 예로서 PMMA 재질로 구성된 도광판의 경우, 이의 표면을 Tg 가까이 가열한 후 나노 다공성 발광 배리어 필름에 압착하여 세공 내의 수분을 제거하는 동시에 폴리머의 침투(infiltration)로 접합 및 밀봉이 가능하다. 배리어 필름의 일 측면에 바람직하게는 밀봉 측면에, 배리어 특성을 갖는 점착제를 도포하여 원하는 기재에 직접 부착 작업이 가능하도록 할 수 있다. 광소자의 경우 이들의 굴절률은 적용하고자 하는 기재의 특성에 따라 조절하여, 계면 간 반사를 최소화하여 광효율을 높이는 것이 바람직하다. 일례로 도광판(130) 재질로 흔히 사용되는 PMMA 재질의 굴절률은 1.49이며, 나노 다공성 알루미나의 굴절률은 기공성에 따라 1.78~1.55로 밀봉재의 굴절률은 1.51~1.61 정도가 바람직하다.
이와 같이 본 발명에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시례에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 배리어 필름 111 : 나노 다공성 필름
112 : 세공 113 : 나노 형광체
113a : 레드 양자 점 113b : 그린 양자점
114 : 폴리머 115 : 금속패턴
116 : 셀 120 : 배리어코팅층
130 : 도광판 131 : 접착층
140 : AR코팅층 150 : 선택파장 반사층
112 : 세공 113 : 나노 형광체
113a : 레드 양자 점 113b : 그린 양자점
114 : 폴리머 115 : 금속패턴
116 : 셀 120 : 배리어코팅층
130 : 도광판 131 : 접착층
140 : AR코팅층 150 : 선택파장 반사층
Claims (26)
- 나노 다공성 필름;
상기 나노 다공성 필름에 형성된 세공에 주입되는 나노 형광체; 및
상기 세공에 주입되고, 결정성을 가지고서 상기 나노 형광체가 분산되는 폴리머;
를 포함하는 배리어 필름. - 청구항 1에 있어서,
상기 나노 다공성 필름은,
2차원 광결정 구조를 가지는 알루미나 필름인, 배리어 필름. - 청구항 2에 있어서,
상기 알루미나 필름은,
AAO(Anodic Aluminum Oxide)로 이루어지는, 베리어 필름. - 청구항 1에 있어서,
상기 나노 다공성 필름은,
상기 세공의 내측에서 상기 나노 형광체로서 레드 양자점(Red QD)과 그린 양자점(Green QD)이 각각 주입되는 영역이 나뉘어지는, 배리어 필름. - 청구항 4에 있어서,
상기 나노 다공성 필름은,
상기 세공의 내측면으로부터 중심부를 향하여 레드 양자점과 그린 양자점이 순차적으로 위치하도록 주입되는, 배리어 필름. - 청구항 1에 있어서,
상기 폴리머는,
체인 방향(chain direction)이 상기 세공의 깊이방향이고, 결정 성장 방향(crystal growth direction)이 상기 세공의 폭방향인, 배리어 필름. - 청구항 1에 있어서,
상기 폴리머는,
체인 방향(chain direction)이 상기 세공의 폭방향이고, 결정 성장 방향(crystal growth direction)이 상기 세공의 깊이방향인, 배리어 필름. - 청구항 1에 있어서,
상기 폴리머는,
PVDC(polyvinylidene chloride), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PVDF의 불소폴리머 공중합체(copolymer), Nylon, Polyoxymethylene(POM), Polyethylene terephthalate(PET), Polybutylene terephthalate(PBT), Polytetrafluoreothylene(PTFE), Isotactic polypropylene, Atactic polypropylene, High-density polyethylene, Low-density polyethylene 및 Acrylate 유도체 중에서 선택되는 일부 또는 모두를 포함하는, 배리어 필름. - 청구항 1에 있어서,
상기 나노 다공성 필름의 일측면에 방열을 위해 마련되는 금속패턴을 더 포함하는, 배리어 필름. - 청구항 9에 있어서,
상기 금속패턴에 의해 다수의 세공이 셀로 나뉘어지고, 상기 셀을 기준으로 상기 세공에 상기 나노 형광체로서 레드 양자점(Red QD)과 그린 양자점(Green QD)중 어느 하나만이 주입됨으로써 레드 양자점과 그린 양자점이 상기 셀 단위로 따로 주입되는, 배리어 필름. - 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 배리어 필름;
상기 배리어 필름의 표면에 마련되는 배리어코팅층;
상기 배리어코팅층 상에 접착층을 이용하여 부착되는 도광판; 및
상기 배리어 필름에서 상기 배리어코팅층의 반대측 표면에 마련되는 AR(Anti-Reflective)코팅층;
을 포함하는, 반도체 광원. - 청구항 11에 있어서,
상기 배리어 필름과 상기 AR코팅층 사이에 개재되어, 특정 파장을 반사시키는 선택파장 반사층을 더 포함하는, 반도체 광원. - 청구항 12에 있어서,
상기 선택파장 반사층은,
이색성 단파장 통과형 필터(dichroic short pass filter)인, 반도체 광원. - 청구항 12에 있어서,
상기 선택파장 반사층은,
3차원 광결정(3-D photonic crystal)의 DBR(Distributed Bragg Reflector)부재인, 반도체 광원. - 청구항 11에 있어서,
상기 배리어 필름을 향하여 블루광을 조사하는 광원을 더 포함하고,
상기 블루광을 조사하는 광원은,
펄스파형으로 구동하는, 반도체 광원. - 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 배리어 필름을 가지는, 백라이트 유닛.
- 청구항 16에 있어서,
상기 백라이트 유닛은,
엣지형으로 이루어지는, 백라이트 유닛. - 청구항 16에 있어서,
상기 배리어 필름이 도광판의 엣지로부터 이격되도록 설치되는, 백라이트 유닛. - 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 배리어 필름을 가지는 LED 칩용 색변환 소자.
- 금속 호일의 일측면에 정해진 두께를 1차 양극산화시켜서 나노 다공을 형성하는 단계;
상기 나노 다공의 형성면에 패턴 형성을 위해 도포되는 마스크를 이용하여, 2차 양극산화에 의해 패턴을 형성시키는 단계; 및
상기 나노 다공의 세공에 나노 형광체를 주입하되, 상기 세공에서 상기 나노 형광체가 결정성을 가지는 폴리머에 분산되도록 하는 단계;
를 포함하는, 배리어 필름의 제조방법. - 청구항 20에 있어서,
상기 나노 형광체를 주입하는 단계는,
상기 세공의 내측에서 상기 나노 형광체로서 레드 양자점(Red QD)과 그린 양자점(Green QD)이 각각 주입되는 영역이 나뉘어지도록 하는, 배리어 필름의 제조방법. - 청구항 21에 있어서,
상기 나노 형광체를 주입하는 단계는,
상기 세공의 내측면으로부터 중심부를 향하여 레드 양자점과 그린 양자점이 순차적으로 위치하도록 주입되는, 배리어 필름의 제조방법. - 청구항 20에 있어서,
상기 나노 형광체를 주입하는 단계는,
상기 폴리머의 체인 방향(chain direction)이 상기 세공의 깊이방향이고, 상기 폴리머의 결정 성장 방향(crystal growth direction)이 상기 세공의 폭방향이 되도록 하는, 배리어 필름의 제조방법. - 청구항 20에 있어서,
상기 나노 형광체를 주입하는 단계는,
상기 폴리머의 체인 방향(chain direction)이 상기 세공의 폭방향이고, 상기 폴리머의 결정 성장 방향(crystal growth direction)이 상기 세공의 깊이방향이 되도록 하는, 배리어 필름의 제조방법. - 청구항 20에 있어서,
상기 나노 형광체를 주입하는 단계는,
상기 폴리머가 PVDF(Polyvinylidene fluoride), PVDF의 불소폴리머 공중합체(copolymer), Nylon, Polyoxymethylene(POM), Polyethylene terephthalate(PET), Polybutylene terephthalate(PBT), Polytetrafluoreothylene(PTFE), Isotactic polypropylene, Atactic polypropylene, High-density polyethylene, Low-density polyethylene 및 Acrylate 유도체 중에서 선택되는 일부 또는 모두를 포함하도록 하는, 배리어 필름의 제조방법. - 청구항 20에 있어서,
상기 나노 형광체를 주입하는 단계는,
상기 패턴에 의해 다수의 세공이 셀로 나뉘어지고, 상기 셀을 기준으로 상기 세공에 상기 나노 형광체로서 레드 양자점(Red QD)과 그린 양자점(Green QD)중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 주입됨으로써 백색 양자점이나 레드 양자점 또는 그린 양자점이 상기 셀 단위로 따로 주입되도록 하는, 배리어 필름의 제조방법.
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| KR1020150172864A KR101751685B1 (ko) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | 배리어 기능을 가지는 반도체 광원 및 이의 제조방법 |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101945128B1 (ko) * | 2017-11-08 | 2019-02-01 | 단국대학교 산학협력단 | 양자점 발광 다이오드 및 그 제조 방법 |
| KR20190140192A (ko) * | 2018-06-11 | 2019-12-19 | 한국과학기술원 | 다공성 구조를 갖는 양자점 필름 및 이의 제조방법 |
| KR102085912B1 (ko) * | 2018-12-06 | 2020-03-06 | 주식회사 아이에스티이 | 디스플레이 패키지용 나노다공 구조체 및 그 제조방법 |
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-
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