KR20170072833A - 분립체의 도포방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저렴한 비용으로 피도물의 필요한 곳에 분립체를 필요한 양만큼 정밀하게 도포 또는 성막하고 평방 센티미터 당 또는 평방 밀리미터 당 이하의 단위 면적당 무게를 안정시킨다. 또한 분립체의 사용 효율을 한없이 100 퍼센트에 접근한다. 먼저 기재 (61)에 단위 면적당 일정한 무게의 분립체층(62)을 적층하여 형성하고, 이어서 기재상의 분립체를 흡인하여 피도물(66)에 분사하여 적층 도포 또는 성막을 만든다.

Description

분립체의 도포방법{METHOD OF APPLYING POWDER OR GRANULAR MATERIAL}
본 발명은 피도물에 분립체를 도포 또는 증착하는 방법에 관한 것으로, 예를 들면 LED 또는 LED 부재에 분립체인 형광체를 도포하여 고품질 LED 및 LED 부재를 제조 할 수도 있는 것도 포함한다.
더욱 상세하게는 분립체인 형광체만 또는 형광체와 용매로 이루어진 슬러리 (Slurry)를 기재, 예를 들어 스테인레스 스틸 등의 금속, 금속의 표면에 코팅한 복합체, 세라믹 플레이트, 고무 플레이트, 플라스틱 필름, 종이 등 통기성 기재 등에 도포하고, 슬러리의 경우 휘발성분을 증발시킨 후 기재 상에 형광체를 흡입하여 진공 분위기 하에서 배치한 LED 또는 LED 부재에 도포하는 것이 가능하다. 또한 분립체는 기재에 박막으로 균일하게 적층 도포하고, 기재상의 분립체를 이젝터 기구를 이용하여 흡입하고 튜브 등의 유로를 경유시켜 피도물에 도포하는 것도 포함시킨다.
LED 부재는 LED를 제조하는 과정에서 사용하는 것으로서, 세라믹 등의 플레이트 형광체의 전사 필름 이른바 형광체 시트 등을 포함하고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
기재에 도포 수단은 디스펜서(a dispenser), 스로틀 노즐(a throttle nozzle), 분무 입자도포기, 정전기 부가 무화 입자도포기 연속 또는 펄스식 스프레이(continuous or pulsed spray), 정전기 부가 스프레이(electrostatic spray), 잉크젯(inkjet), 스크린 스프레이(screen spray), 스크린 프린팅(screen printing), 롤 코팅 방식(roll coating) 등을 포함 하나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 기재 시트 및 플레이트, 원통과 원주, 원반, 긴 플라스틱 필름이나 금속 롤 스탁, 통기성이 있는 정제지, 통기성 있는 필름, 통기성 있는 세라믹 플레이트 등을 포함하는 치수, 모양, 두께 등 그 형태를 제한하지 않는다. 특히 기재에 통기성이 있으면 분립체를 흡입할 때 이상적인 기체 분말 혼합체로 하류로 이송 할 수 있기 때문에 보다 바람직할 수 있다.
종래 YAG 형광체 등 실리콘 등의 바인더를 혼합하여 슬러리로 하고 디스펜서 등으로 청색 발광 LED 등에 도포하고 발광의 변환을 실시했다.
특허문헌 1은 본 출원인에 의해 디스펜서로는 불가능한 LED 표면, 측벽에 박막으로 도포량을 관리하면서 형광체를 도포하는 기술이 제안되어 있다.
특허문헌 2에서는 청색 발광 다이오드의 상부에 황색광, 붉은광으로 변환하는 형광체 층을 갖는 백색 발광 LED이며, 형광체 층은 형광체 입자를 청색 발광 다이오드의 상부에 에어로졸 디포지션을 이용하는 백색 발광 다이오드의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 3은 본 발명의 발명자에 의해 발명된 방법으로 용적식으로 로터리 스크린 등의 개구부에 분립체를 충진하고 개구부의 분립체를 충진한 반대측에서 압축기체 등으로 밀어 도포하는 스크린 스프레이라는 방법이 개시되어 있다.
일반적인 디스펜서 방식이나 스프레이 방식에 의한 도포는 LED의 표면 뿐만 아니라 LED의 측벽 슬러리의 도막이 균일하지 않기 때문에 칩 각 부위의 색 온도가 일정하지 않고, 옐로우와 블루(yellowing or bluing)가 발생하고 치명적인 결함을 포함한다고 말할 수 있다.
그 해결책은 LED 칩 주위에 댐(a dam)을 형성하기도 하고, 반사경을 이용하여 슬러리 충진을 하고 있었기 때문에 공정이 복잡 할 뿐만 아니라 슬러리의 유동성을 높이기 위해 실리콘 수지 등의 바인더를 형광체 보다 높이기 위해 막 두께가 필요 이상으로 두꺼워져 있었기 때문에 광의 손실이 발생하고 성능에서 열등한 문제가 있었다.
한편, 특허문헌 1의 방법에서는 형광체의 비율을 높힐 수 있고 LED에 직접 박막으로 도포 할 수 있기 때문에 광의 손실이 적고 고품질의 LED를 제조할 수 있었다. 또한 LED의 상부 표면뿐만 아니라 측벽도 균일하게 박막으로 적층할 수 있기 때문에 부가가치가 높은 LED 패키지의 제조 방법으로서 주목을 받고 있다.
그런데 일반적으로 기재과 기재 상부의 LED 칩의 면적 비율이 약 1/4 내지 1/30에 있어서 일반적으로 기재 전체를 도포하기 때문에 형광체의 사용 효율이 매우 낮았다.
또한 나중에 실리콘 수지 등으로 렌즈 몰드 때 몰드용 실리콘 수지와 LED 주위의 형광체 리치 층(rich layer)과의 밀착이 나빠질 수 있기 때문에 마스크를 사용하여 LED 주변은 코팅하지 않도록 하고 있었지만 마스크에 부착된 형광체는 반응 경화 타입의 실리콘이 포함되어 있기 때문에 회수하여 재사용하기가 어려웠다.
특허문헌 2 등에 개시되는 것과 같은 에어로졸 적층법(aerosol deposition)은 일반적으로 진공 하에서 진공도가 높다. 예를 들어 0.4 내지 2Torr 의 챔버에 세트(setting)한 피도물에 대해 기체 분립체를 유동시켜 50kPa 이상의 차압 에너지 보다 세라믹 등의 0.08 내지 2 마이크로 미터 정도의 미립자를 이송하고 피도물에 150m/s의 속도로 충돌시켜 성막시키는 것이 가능하지만, 유동화(fluidization)방식이기 때문에 분쇄나 분흡기를 사용하여도 상기 미크론 오더(micron order)에도 상기와 같이 작은 입자 크기와 큰 입자는 유동 거동이 다르므로 미세(microscopic) 단위 면적당 성막한 막 두께 분포 문제는 여전히 남아 있었고, 형광체의 평균 입경을 15 마이크로 미터로 성막시키려고 하면 충돌 에너지로 LED 와이어 등의 일부를 손상시키는 과제를 안고 있었다.
일반적으로 LED 용 황색 형광체의 평균 입경은 작은 것은 7 미크론, 큰 것은 30 미크론 정도이다. 당연히 입도 분포가 있기 때문에 예를 들어 15 미크론의 평균 입경의 경우 입도 분포는 수 미크론 내지 60 미크론 이었기 때문에, 유동시킨 상태에서 입자의 농도가 평방 센티미터 당 형광체 중량은 색온도가 노멀 화이트(normal white color temperature)의 경우 5mg 정도의 극히 소량이기 때문에, 그것이 전달되는 시간은 밀리 초 정도에 이동하기 때문에 단위 시간당의 편차가 컸다.
만일 기체량을 많이 하고 형광체를 희석하여 유동 챔버로 유동 시키면 무거운 입자가 가라 앉기 쉽고 가벼운 입자가 뜨는 것으로부터 경시적으로 도포량을 안정시키기는 것이 어려웠다.
[인용문헌]
특허문헌 1 : 특개 2013-144279
특허문헌 2 : 특개 2006-313829
특허문헌 3 : 특개평 05-76869
상기와 같은 AD(aerosol deposition) 법 또는 유사한 공법을 사용하여 문제를 해결하기 위해서는 형광체 공급 측면에서도 단위 면적당, 예를 들면 1 평방 밀리미터 당 형광체 중량을 일정하게 할 필요가 있었다. 또한 회수 재사용하여 총 형광체의 사용 효율을 높여 원가 경쟁력을 높일 필요가 있었다.
특허문헌 3과 같은 용적식 방법을 갖는 분립체를 피도물에 도포하는 방법은 일견 도포 중량이 안정되어 있는 것처럼 생각될 수 있지만, 일반적인 분체 도장 분야에서는 고품질의 부류로 분류될 수 있다. 분립체는 부피 비중의 변화 도포량이 흩어지는 것부터 LED에 형광체 등의 평방 센티미터 당 0.1 밀리그램 단위로 관리해야하는 애플리케이션에 적합했다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 분립체의 사용 효율을 높이고, 또한 분립체를 회수 재사용함으로써 자원 절약을 추구한다. 예를 들어 LED의 어플리케이션(in the case of application)의 경우, 본 발명에서는 기존 방법보다 1/4 내지 1/30 정도의 형광체 사용량에 형광체의 단위 면적당 도포중량이가 안정된 LED 또는 LED 부재를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명은 기재상의 분립체를 흡입하여 이송하고 피도물에 분출하는 도포하는 방법으로서, 기재에 적어도 한 종류의 분립체를 단위 면적당의 도포량이 균일하게되도록 도포하는 제1 공정과, 기재의 분립체의 흡입구와 피도물에 분립체 분출구를 연통하는 제2 공정과, 상기 흡입구와 분출구 사이에 압력 차이 발생 수단을 마련하는 제3 공정과, 상기 흡입구와 기재를 근접 내지 접촉시켜 상기 분립체를 흡입하는 제4 공정과, 상기 분립체 분출구의 상류를 분기하여 잉여 기체 분기구에서 배출하면서 상기 분출구에서 분립체를 상기 피도물에 도포하는 제5 공정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 상기 압력 차 발생 수단은 이젝터 펌프 방식인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 상기 압력 차 발생 수단은 적어도 피도물, 분기구, 분출구를 진공하에 배치하고 차압을 발생시켜 피도물에 분립체를 도포 또는 증착시키는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 기재에 분립체를 박막으로 적층하는 것을 특징으로 하는 분립체의 도포 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 기재에의 분립 체의 도포가 기재와 도포기의 상대 이동에 의해 진행되며 1 층 당 도포중량이가 평방 센티미터 당 0.01 내지 5 밀리그램의 박막이며 2 내지 200 층 적층하는 것을 특징으로 하는 분립체의 도포 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 기재로의 분립체의 도포가 기재와 도포기의 상대 이동에 의해 진행되며 1 층 당 도포중량은 평방 센티미터 당 0.01 내지 5 밀리그램의 박막이며 2 내지 200 층 적층하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 상기 분립체가 분립체와 용매로 구성된 슬러리(Slurry)로서 도포기가 입자 발생 장치로서 기재에 슬러리를 도포하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는 상기 입자 발생 장치가 스프레이 장치 또는 펄스방식 스프레이 장치로서 상기 기재 또는 스프레이 장치가 피치 이송으로 이동 피치의 위상을 변환하여 적층하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 상기 피도물에 분립체의 적층이 2 내지 200 층 이루어지는 것을 특징으로 하는 분립체의 도포 방법을 제공한다.
본 발명은 기재상의 분립체를 흡입하여 이송하고 피도물에 분출하는 도포하는 방법으로서, 기재에 적어도 1 종류의 분립체를 단위 면적당의 도포량이 균일하게되도록 도포 하는 제1 공정과, 기재의 분립체의 흡입구와 피도물에 분출구를 연통하는 연통 유로를 마련하는 제2 공정과, 상기 흡입구와 분출구 사이에 유로 개폐 수단을 마련하는 제3 공정과, 적어도 상기 피도물과 분출구를 진공하에 배치하고 흡입구와 분출구에 압력 차이를 마련하는 제4 공정과, 상기 개폐 수단을 개방하고 상기 흡입구와 기재를 근접 내지 접촉하여 상기 분립체를 흡입하여 상기 분출구에서 피도물에 분립체를 분출시켜 도포 또는 증착시키는 제5공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 기재상의 흡입구, 피도물의 분출구 및 연통 유로 수를 2 내지 1500개로 구성하는 것을 특징으로 하는 분립체의 도포 방법을 제공한다.
본 발명에서는 미리 피도물에 바인더를 피복하는 것을 특징으로 하는 분립체의 도포 방법을 제공한다.
본 발명에서는 상기 분립체가 형광체이며, 상기 피도물이 LED 또는 LED 용 부재 인 것을 특징으로 하는 분립체의 도포 방법을 제공한다.
본 발명에서는 상기 형광체를 기재 패턴으로 도포하는 것을 특징으로 하는 분립체의 도포 방법을 제공한다.
본 발명에서는 상기 바인더가 실리콘이며 상기 LED 또는 LED 부재의 적어도 일부에 실리콘 또는 실리콘과 형광체로 이루어진 슬러리 (Slurry)가 피복되어있는 것을 특징으로 하는 분립체의 도포 방법을 제공한다.
본 발명에서는 상기 기재 상에 형광체가 서로 다른 색상의 형광체로 적층되는 것을 특징으로 하는 분립체의 도포 방법을 제공한다.
본 발명에서는 복수의 기재에 각각 단색이며 여러 색의 형광체가 도포된 각각의 형광체를 LED 또는 LED 용 부재에 적층하는 것을 특징으로 하는 분립체의 도포 방법을 제공한다.
이와 같이 본 발명에서는 형광체 등의 분립체 그대로 통기성이 있는 기재 또는 적어도 표면이 고무 탄성을 갖는 형광체가 쿠션 작용으로 부착하기 쉬운 기재 등에 적층 도포하고 또는 형광체와 용매로 이루어진 슬러리를 기재에 적층 도포하고, 용매를 휘발한 후, 기재상의 형광체를 흡입 반송하고 진공 챔버에서 피도물, 예를 들면 LED 또는 LED 부재에 형광체를 코팅하는 방법에 따라 기재상의 형광체의 부피 밀도를 일정하게 하면서 예를 들면 비중이 4 정도의 형광체를 1 층 당 적은 도포 중량, 예를 들어 평방 센티미터 당 0.01mg 내지 5mg되도록 도포하는 것이 가능하다.
특히 1 층 당 적은 양을 원하는 경우 형광체를 용매로 50wt% 이하 바람직하게는 5wt% 이하가 되도록 희석한 슬러리를 만들고 펄스로 스프레이 방식 등으로 기재에 도포를 실시하면 10층으로 평방 센티미터 당 0.1mg과 경이적인 낮은 도포 중량의 분립체의 분산층을 형성 할 수 있다.
또한 실리콘 등의 바인더를 사용하는 경우, 실리콘 등의 바인더와 상용성이 있는 용매를 선택해야 하지만, 본 발명은 형광체의 성능에 영향을 주지 않으면 유기 용제와 같은 용매, 특히 인체에 해가 적은 에탄올 및 기타 알코올계 용제, 모노머, 물, 그 혼합체 액화 탄산 기체, 초임계성 체액, 나아가서는 점도를 높이기 위해 무수 글리세린 등의 단체 또는 용매 등과 혼합체 등을 사용할 수 있다.
이와 같이 용매 등의 분산매의 종류의 선택의 여지가 확산 뿐만 아니라, 입자 발생 장치의 일종인 예를 들면 초음파 무화 장치나 이류체 스프레이 장치는, 슬러리에 거품이 소량 혼합하고 있어도 입자화하는 과정에서 거품을 완전히 제거하는 것이 가능하다. 밀폐된 소형 부스에서 기재와 스프레이 장치를 상대 이동시키면서 실시하면 용제도 회수할 수 있다. 또한 본 출원인에 의해 발명된 WO2013/03953A1의 방법을 응용하여 침강 방지를 도모할 수 있다. 그리고 스프레이 장치와 기재를 상쇄(offset)하면서 피치 전송하고(moved pitch-by-pitch) 형광체를 박막으로 2 내지 200 층 내 원하는 층만 적층 도포하는 것이 가능하다. 다층으로 하는 것이, 예를 들면, 도 9와 같은 입도 분포의 형광체에 있어서도 단위 면적당 도포 중량을 ± 5 % 이내로, 바람직하게는 ± 1.5 % 이내에서 입경 분포가 균일화된 박막을 형성할 수 있다. 그 결과 피도물 도포중량도 안정시킬 수 있다.
또한 기재은 원판과 원통(a cylinder), 평판(a flat plate), 블록(a block), 웹 등의 필름(a film such as a web), 코일(a coil), 통기성이 있는 정제지(a breathable clean paper), 통기성 필름(a breathable film) 등 그 형상, 재질, 크기는 불문한다.
기재의 오염을 줄이기 위해 기재의 재질은 경도가 높은 분립체와 동종 또는 기재의 마모 및 이탈이 없는 또는 무시할 수 있는 수준의 세라믹계 재질이 바람직하다. 기재를 금속계로 하는 경우 표면을 경면으로 마무리하는 것이 바람직하고, 세라믹계 재료의 코팅 또는 도금을 실시해도 좋다. 또한 도포하는 바인더 예를 들면 실리콘 등을 도포하고 겔화 시키면 스프레이 등의 경우 형광 분말 쿠션 작용을 기대할 수 있고, 도포 효율성을 높이고, 더욱 오염의 걱정을 할 필요가 없다.
또한 기재은 원판이나 접시 등으로 오목 또는 볼록부를 설치하는 것도 바람직하고, 오목 또는 볼록부의 형광체만을 흡입할 수 있다.
입도 분포의 저변이 넓은(a widespread grain size distribution ) 분립체를 사용하는 경우에는 기재에 도전 체를 사용하거나 전도성 처리를 실시하고, 정전기 등을 이용하여 층의 위상을 바꾸면서(the phase varied) 도포하면, 특히 초미립분까지 도포할 수 있기 때문에 도포 중량은 보다 안정된다. 정전기 효과를 더욱 양호하게하고 싶다면, 형광체 등의 분립체를 폴리머 등으로 캡슐화(capsulated) 하거나 폴리머에 부착시키는 것이 가능해서, 대전가능한 용매를 사용하여 형광체 입자의 주위에 부착되어 있는 용매의 대전도착효율을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따르면 기재와 피도물인 LED 또는 LED 부재 등으로의 형광체 등의 분립체의 도포나 성막이 미세한 관점(microscopic sence)에서도 균일하게 할 수 있다. 또한 에어로졸 디 포지션 법의 차압을 응용함으로써 고품질의 형광체 등의 분립체의 성막을 저렴한 비용으로 할 수 있다. 또한, 본 발명은 기재에 사용하지 않는 부분의 형광체 등의 분립체는 바인더가 없기 때문에 다시 사용할 수 있는 형광체 등의 사용 효율이 거의 100 %이기 때문에 LED 및 LED 부재에 형광체 도포 등에 응용함으로써 기존 방법에 의존하지 않고 형광체 등의 재료 비용을 10 배 이상 절감 비용으로 기여 뿐만 아니라 희귀한 재료의 자원 절약에 크게 기여할 수 있다.
도1 은 본 발명을 도시하는 단면도 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 바람직한 실시예에 따른 기재의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 바람직한 실시예에 따른 기재의 단면도이다.
도4는 본 발명에 의한 바람직한 실시예에 따른 기재 적용한 단면도이다.
도5는 본 발명에 의한 바람직한 실시예에 따른 마스크를 이용한 기재에 형광체를 적용한 단면도이다.
도6은 본 발명에 의한 바람직한 실시예에 따른 단면도이다.
도7은 본 발명에 의한 바람직한 실시예에 따른 단면도이다.
도8은 본 발명에 의한 바람직한 실시예에 따른 단면도이다.
도9는 형광체의 입도 분포의 예이다.
도10은 본 발명의 실시예에 따라 차압을 생성하는 시스템의 단면도이다.
도11은 본 발명의 실시예에 따른 분립체의 유로 개폐기구의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명한다. 또한, 이하의 실시 예는 발명의 이해를 용이하게 하기위한 일례에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에 있어서 당업자에 의해 실시 가능한 추가, 치환, 변형 등을 실시하는 것을 배제하는 것은 아니다.
도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도1에서, 기재(1) 에 한 단위 면적당 중량이 일정하게 관리된 분립체 (2)가 도포 되어있다. 중량가 일정한 기준은 평방 센티미터 당 설정값에 대해 ±5% 이내, 바람직하게는 ± 1.5 % 이내이다.
예를 들어 평방 센티미터 당 0.6mg의 경우 ± 0.03mg 또는 ± 0.009mg 이내이다. 분립체는 흡입구 (3)를 기재 1의 분립체(2) 면에 근접 내지 접촉시킴으로써 쉽게 흡입할 수 있다.
분립체는 흡입구 (3)에서 연통하는 연통유로 4를 통해 분출구 (5)에 차압으로 이송된 LED 또는 LED 용 부재 등의 피도물(6)에 도포된 도포층 (8)을 형성한다.분출구는 노즐이 바람직하고, 모양은 원형, 사각형, 슬릿 홈 등 모양과 크고 작은 것 그리고 재질을 한정하지는 않지만, LED 또는 LED 부재 등의 피도물의 형상에 맞게 선택하는 것이 바람직하다. 기재상의 분립체의 단위 면적당 중량을 일정하게 하는 수단은 여러 층 가능한 다층에, 예를 들면 100 층 도포함으로써 분립체 (6) 도포 분포는 균일하게 단위 면적당 도포중량을 일정하게 할 수 있다. 또는 1 층 또는 여러 층 도포된 기재를 복수개로 준비하여 순차적으로 적층 평균화를 도모하는 것도 가능하다. 또한 분출구 (5) 에서LED 또는 LED 부재 등의 피도물(6)에 분출하고 도포하는 경우도 1 층 뿐만 아니라 단위 면적당 중량을 가능한 적게하여 박막으로 여러 층 적층하고 피도물상의 형광체 등의 분립체의 도막 중량을 향상시키는 것이 가능하다. 기재와 피도물에 적층하는 경우는 도포 수단과 기재, 나아가서는 흡입구와 기재 또는 분출구와 피도물을 상대 이동시키는 것이 바람직하다. 차압은 이젝터 방식으로도 야기 할 수 있지만, 피도물이 설치된 도포 실내 (7)을 부압으로(진공)하고, 흡입구 (3)과 분출구 (5)에 차압을 발생시켜 분립체를 흡입 하고 피도물에 도포하는 것이 가능하다. 차압을 50kPa 이상으로 하고 분립체의 분출 속도를 150m / s 이상으로 하여 피도물에 충돌 도포시키면서 형광체 등의 분립체의 성막도 가능하다. 또한, 50kPa 이상은 더 높은 진공 사이드(on the higher vacuum side)의 의미이다.
도 2에서 기재 (11)에는 요철부가 형성되어 분립체 (12)는 도포되어 필요에 따라 오목부에서 나온 형광체는 제거된다.
여러 개의 오목 또는 볼록의 분립체 (12)를 흡입하여 LED 및 LED 용 부재 등의 피도물에 스팟(a spot)으로 도포 또는 그 작업을 여러 번 수행 적층하는 것이 가능하다.
도 3에서 기재 21의 관통공과 스크린의 개구부에 분립체 (22)는 도포 충전된다. 기재 등의 하부에 누설 방지 플레이트와 형광체보다 작은 통기성 메쉬 (29, a breathable mesh)를 두고 스프레이 도포 등으로 공기를 메쉬에서 놓칠 수도 있고 강제로 메시 (29)를 흡입함으로써 이상적인 충전을 할 수 있다.
도 4에서는 기재 (31)과 도포기 (150)를 상대 이동시키면서 분립체를 여러 층 적층하고 있다. 도포기 (150)는 초음파와 회전 무화 장치 등을 이용한 슬러리 입자 발생 장치도 좋고, 형광체 등의 입자 또는/및 기재를 대전시켜 균일한 분립체 층을 만들 수있다. 분립체와 용매를 혼합하여 슬러리로 하여 기재에 다이코팅 (die coating)이나 스프레이하고 다층으로 코팅하여도 좋다. 또한, 스프레이의 경우는 기재 표면을 접지(grounded)하고 스프레이 입자를 대전하는 것도 가능하다. 분말(in the form of powder)로 기재에 부착시키는보다 슬러리로 도포하는 것이 초기의 접착성이 높고, 도포층의 분립체의 부피 비중을 일정하게 할 수 있다. 보다 바람직하게 기재에 스프레이 도포는 펄스로 기체도 간헐적으로 실시하는 것이 단위 시간당 유량도 쉽게 좁히는 것이 가능하게 얇게 도포 하고 더 도착 효율도 높일 수 있기 때문에 이상적이다. 슬러리 입자화 도포는 LED 등의 피도물을 가열하여 펄스로 얇은 다층으로 코팅하여 용매를 즉시 휘발시키는 것도 가능하다.
도 5에서 기재 (41)에는 마스크 (160)가 적재되어 원하는 형상과 두께의 분립체의 패턴(42, a pattern)을 형성 할 수 있다. 이 방법은 LED 등의 원하는 부분에 스폿적(a spot)으로 형광체 등의 분립체를 도포할 수 있으므로 효과적이다. 마스크상의 형광체는 회수 재사용 할 수 있다. 회수한 형광체는 분립체의 상태 또는 다시 슬러리하고 사용할 수 박막 다층으로 적층하는 것이 가능하다.
도 6은 보다 더 구체적인 실시예에 의한 것으로 도 5에서 형성 한 패턴 형상의 형광체 등의 분립체 (62)를 부하의 진공챔버(67)까지 이송하고 피도물(66), 예를 들면, 완제품의 LED 칩(66') 또는 LED 부재에 원하는 박막으로 적층 도포 할 수 있고 형광체를 증착시킬 수 도 있다. 형광체 등의 분립체의 이송은 흡입구, 연통 로, 분출구의 수를 늘림으로써 할 수 있기 때문에, 그 수에 비례하여 생산량을 비약적으로 높일 수 있다. 그 연구는 분기혼합체(a gas-powder mixture diffuses)로서 연통유로(64)를 이동한 분립체는 통상의 유로로 분출구 (65)를 나온 순간, 기체는 진공 하에서 순간적으로 확산 속도 에너지와 관성으로 분립체는 피도물( 66)의 칩(66')으로 이동하고 부착한다. 분립체를 증착시키는데는 문제 없지만, 스팟으로 도포된 분립체는, 특히 진공챔버의 부피가 작고, 진공 펌프의 용량도 작고, 또한 분출구와 칩(66')의 거리가 근접하면, 이후에 분출되는 기체로 비산되는 문제를 알고 있었다. 그것을 방지하기 위해 분출구(65)의 상류에서 분기하여 분기 하류의 유로의 단면적을 상기 연통 유로의 단면적보다 작고, 바람직하게는 절반 이하로 함으로써 기체의 대부분은 단면적이 큰 분기구(240)에서 배출되어 도포된 분립체에 거의 영향을 미치지 않는다. 분기구는 하나가 아닌 두 가지 이상으로 배출된 기체로 분립체가 약간 혼입하기도 하기 때문에 분기구는 배관 등에서 진공 펌프 라인에 연결될 수 있다.
도 7은 LED 칩 등의 피도물에 미리 실리콘 등의 바인더 또는 바인더에 소량의 형광체 등의 분립체를 함유 한 바인더를 피복하고, 이후에 형광체 등의 분립체를 도포하고 바인더에 부착시킨다. 또는 형광체 더 높은 속도의 에너지를 갖게 하면, 분립체는 바인더로 관통될 수 있다. 이종 또는 동종의 형광체를 여러 층 도포하여 중첩하는 것이 가능하고, 이종 또는 동종의 형광체와 바인더를 여러 층 중첩하는 것이 가능할 수 있다. 또한 바인더 등은 박막하기 위해 용매로 희석하여 점도를 낮추어 스프레이 도포 등을 할 때 적합하다.
도 8은 LED 등의 칩 주위에 댐(dam) 형성과 마스킹 벽 등을 형성시키고, 실리콘 등의 바인더 또는 실리콘과 소량의 형광체를 함유한 슬러리를 LED 칩 등의 측벽을 커버 한 후, 그 위에서 형광체를 도포한다. 바인더는 열경화 실리콘이 바람직하다. 충진하는 실리콘 등은 충진성을 높이기 위해 약간의 용매를 첨가하여 점도를 낮추는 것이 바람직하다.
도 9는 일반적인 LED 용 형광체의 입도분포이다.
도10은 이젝터 펌프 방식의 차압발생수단의 단면도이다. 차압은 이젝터 펌프 (120)에 압축 기체를 주입하여 쉽게 생성 할 수 있다. 압축 기체가 주입되는 동안 흡입구가 부압이 되고 기재(91)의 패턴화된 분립체(92)는 흡입되는 유로(94)를 통해 분출구(95)에서 분사된다. 분출공(95)의 상류를 분기하고, 분기 하류의 유로의 단면적은 분기 상류의 유로(94)의 단면적보다 작게, 예를 들어 절반 이하로 하면 분기구에서 잉여 기체를 배출하여, 비산한는 기체없이 스폿 패턴(98, a spot pattern)이 가능하다. 분기구는 하나가 아닌 2 개 이상으로 할 수 있으며, 배관 등으로 배기 라인에 연결할 수 있다. 또한 이젝터에 압축 기체의 주입 시간은 잉여 기체의 유입을 방지하기 위해 가능한 한 짧게, 예를 들어 20 밀리 초 이하로 하는 것이 바람직하다.
도11은 도1 기본 장치의 흡입구에 개폐 수단(130)을 설치한 도면이다. 진공 챔버(107)의 도시하지 않은 진공 펌프의 용량을 줄이기 위해, 분립체를 분출구(105)로부터 피도물(106,106')에 도포 한 후 흡입구(103) 부근의 기체가 흡입되어 분사되기 때문에, 도포된 분립체를 비산시켜 버린다. 그것을 방지하는 방지수단은 분립체의 흡입을 종료한 순간에 흡입구를 폐쇄하는 것이 중요하다. 분출이 끝난 순간에 분출구를 폐쇄하여도 좋다. 또한, 연통 유로 (104)에 도시하지 않은 핀치 밸브 등을 설치하여 폐쇄하여도 좋다. 전술한 바와 같이 분사구(105)의 상류의 유로를 분기하고 분기점에서 하류의 유로의 단면적을 상류의 단면적보다 작게하고 진공 챔버(107) 내에 설치한 분기구에서 잉여 기체를 배출하는 것에 해결할 수 있다. 어쨌든 에너지 절약의 관점에서도 분립체를 도포하지 않을 때는 상기 하나의 개폐 수단에 항상 닫힘 상태로 유지하는 것이 중요하다.
종래 기술에서는 저변이 넓은 입도 분포를 갖는 형광체 등의 분립체를 미세 면적(a microscopic area )에 균일하게 도포하는 것은 불가능했다. 최소 평방 센티미터 이하, 나아가서는 평방 밀리미터 미만의 단위 면적당 ± 3 %, 바람직하게는 ± 1.5 %의 내에서 한 번에 박막 도포하는 것은 매우 어려운 작업이었다. 입도 분포가 급경사로 피크가 되더라도, 미세하게 보면(microscopically) 도포 후 입자의 큰 부위 및 작은 부위는 당연히 존재하고 있었고 모양도 일정하다고 말할 수 없었다.
본 발명에서는 전술한 바와 같이 LED 등의 피도물에 도포하거나 또는 성막시키는 형광체 등의 분립체의 단위 면적당 도포중량을를 일정하게 할 수 있다. 일정하게 하기 위해서는 전 공정의 형광체 등의 분립체를 기재에 도포함에 있어서, 분립체의 도포기와 기재를 상대 이동하고 여러 층의 도포를 실시한다. 구체적으로 기재를 피치 이송하여 도포 장치를 통과시키면서 첫번째층을 도포한다. 이어 피치의 위상 2 층째, 3 층째 ....n층 등으로 도포하고 중첩한다. 도포 장치를 피치 이송하여 기재를 통과하여도 바람직하고, 또한 그들을 교대로 실시하고 미세하게 균일한 도포 중량을 추구하는 것도 바람직하다. 또한, 도포 방법과 수단은 한정하지 않지만 펄스 스프레이(pulsed spraying)하는 방법이 기재에 도착 효율을 높일 수 있기 때문에 바람직하다. 더욱이 기재의 적어도 도포면을 접지하고(grounded) 슬러리 정전기 등을 부가하여 대전시켜 도포하면 미분까지 부착할 수 있기 때문에 더욱 균일 성을 증가하게 된다. 대전하기 어려운 분립체는 대전 가능한 용매 등을 부착시켜 실시하는 것이 효과적이다.
이렇게 함으로써 본 발명에서는 확률면에서도 단위 면적당 또는 단위 미세단위 면적(microscopic unit area)당 중량을 균일하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 흡입구와 연통 유로 및 분출구는 하나라도 바람직하고, 형광체 등의 분립체의 종류가 많은 경우 다른 장치에서 적층하는 것도 바람직하다. 또한, 동일한 종류의 형광체는 진공 용량을 크게 하기만 하면 2 내지 1500의 흡입구, 연통 유로, 분출구를 마련하고 도포 기술을 향상시킬 수 있다. 그러나 총 에너지의 측면에서 유로의 평균 직경은 2 밀리미터 이하, 바람직하게는 1.5 밀리미터 이하이다.
또한, 본 발명은 한 종류의 형광체 등의 분립체와 용매로 구성된 슬러리를 단일 도포기로 기재에 다층으로 도포하는 것에 한정하는 것이 아니라, 여러 개의 도포기로 여러 형광체로 이루어지는 슬러리를 적층 도포하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명에 따르면, 다수의 형광체로 이루어진 슬러리를 여러 개의 도포기로 여러 기재에 도포하고, 각각의 기재상의 형광체를 LED 또는 LED 부재 등으로 원하는 순서로 적층 도포하는 것이 가능하다. 흡입구와 분출구는 하나씩이라도 바람직하고, 소망하는 생산량에 대응하고 증가시키는 것도 가능하다.
또한, 다른 종류의 여러 형광체를 LED 등으로 적층하여 LED를 제조할 수 있다. 형광체의 적층은 적어도 적색, 녹색, 황색, 청색 형광체에서 선택하는 것이 가능하다 도포 순서는 한정하지 않지만, 예를 들어 LED가 청색 발광 LED의 경우는 파장이 긴 형광체부터 적층할 수 있다. 또한, 단위 면적당 중량을 가능한 한 낮게 유지하면서 조합은 자유롭게 하고 하나씩을 다층으로 도포하는 것이 바람직하다. 당연히 자광 LED와 청색 레이저 조명 백색화에도 응용할 수 있다.
또한, 기재에 슬러리 도포는 기재 또는 도포기는 상대 이동하고, 어느 한쪽을 원하는 피치 이송하고, 다른 한쪽을 통과시켜 기재에 면 형상에 도포하고, 2 층 이후는 피치 LED의 일측변 보다 짧게 오프셋하여 피치를 오프셋 값으로 나누어 계산한 횟수 적층하고 도포 분포를 더 균일하게 한다. 또한, 도포기를 피치 이송하여 기재는 원통 또는 원통에 감기는 필름 등으로 보다 바람직한 원통은 회전시키는 것이 가능하다. 또한, 필름 등은 Roll to Roll하고 피치 이송(간헐 이송)하는 것도 바람직하다.
마찬가지로 분출구와 LED 등의 피도물도 상대 이동하고 어느 한쪽을 피치 이송하고 다른 한쪽을 통과하고 표면에 도포하고, 2 층 이후는 오프셋 형광체의 도포를 보다 균일하게 하는 것이 바람직하고, 분출구를 피치 이송하고 필름 탑재형 LED의 경우 원통으로 감은 필름 등을 회전 또는 간헐 이동시키는 것도 바람직하다.
본 발명에 따르면 LED뿐만 아니라 나노 크기의 미세 분말을 포함하는 분립체의 미세한 분배 및 도포가 요구되는 반도체, 전자 부품, 바이오 의약품 분야에 응용할 수 있고, 에어로졸 적층 프로세스(aerosol deposition process )에 응용하면 고품질 성막도 저렴한 비용으로 할 수 있다. 또한 LiBs 등의 2 차 전지 등의 전극 형성, 연료 전지 등의 전극 형성, 특히 멤브레인이 용매나 물에 민감한 PEFC와 DMFC의 백금을 담지한 카본 전극 형성, 전극 재료를 슬러리하여 후막하면 소성시 변형이 발생하는 SOFC 등의 전극 형성에 응용할 수 있다.
1,11,21,31,41,51,61,71,91,101 ...기재
2,12,22,32,42,52,62,102 ... 기재 미립자 (형광체)
3,63, (93), (103) ... 흡입 개구
4,64,94,104 .... 연통 유로
5,65,95,105 ....분출공
6,66', 96', 106' .... LED 또는 LED용 부재
7,87,107 .... 부압 (진공) 챔버
8,68,78,88,98,108 ... 분포층
6,66,76,76,86,96,106 ... 분포물(기재)
79, 89 ... 바인더
140 240 ... 분기구
150 ... 스프레이장치
160 ... 마스크

Claims (16)

  1. 기재상의 분립체를 흡입하여 이송하고 피도물에 분출하는 도포하는 방법으로서, 기재에 적어도 한 종류의 분립체를 단위 면적당의 도포량이 균일하게되도록 도포하는 제1 공정과, 기재의 분립체의 흡입구와 피도물에 분립체 분출구를 연통하는 제2 공정과, 상기 흡입구와 분출구 사이에 압력 차이 발생 수단을 마련하는 제3 공정과, 상기 흡입구와 기재를 근접 내지 접촉시켜 상기 분립체를 흡입하는 제4 공정과, 상기 분립체 분출구의 상류를 분기하여 잉여 기체 분기구에서 배출하면서 상기 분출구에서 분립체를 상기 피도물에 도포하는 제5 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 분립체의 도포방법.
  2. 상기 압력 차 발생 수단은 이젝터 펌프 방식인 것을 특징으로 하는 청구항 1의 분립체의 도포방법.
  3. 상기 압력 차 발생 수단은 적어도 피도물, 분기구, 분출구를 진공하에 배치하고 차압을 발생시켜 피도물에 분립체를 도포 또는 증착시키는 것을 특징으로 하는 청구항 1의 분립체의 도포방법.
  4. 상기 기재에 도포기로 분립체를 박막으로 적층하는 것을 특징으로 하는 청구항 1의 분립체의 도포방법.
  5. 상기 기재로의 분립체의 도포가 기재와 도포기의 상대 이동에 의해 진행되며 1 층 당 도포중량은 평방 센티미터 당 0.01 내지 5 밀리그램의 박막이며 2 내지 200 층 적층하는 것을 특징으로 하는 청구항 4의 분립체의 도포방법.
  6. 상기 분립체가 분립체와 용매로 구성된 슬러리 (Slurry)로서 도포기가 입자 발생 장치로서 기재에 슬러리를 도포하는 것을 특징으로 하는 청구항 5의 분립체의 도포방법.
  7. 상기 입자 발생 장치가 스프레이 장치 또는 펄스방식 스프레이 장치로서 상기 기재 또는 스프레이 장치가 피치 이송으로 이동 피치의 위상을 변환하여 적층하는 것을 특징으로 하는 청구항 6의 분립체의 도포방법.
  8. 상기 피도물에 분립체의 적층이 2 내지 200 층 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 1의 분립체의 도포방법.
  9. 기재상의 분립체를 흡입하여 이송하고 피도물에 분출하는 도포하는 방법으로서, 기재에 적어도 1 종류의 분립체를 단위 면적당의 도포량이 균일하게 되도록 도포 하는 제1 공정과, 기재의 분립체의 흡입구와 피도물에 분출구를 연통하는 연통 유로를 마련하는 제2 공정과, 상기 흡입구와 분출구 사이에 유로 개폐 수단을 마련하는 제3 공정과, 적어도 상기 피도물과 분출구를 진공하에 배치하고 흡입구와 분출구에 압력 차이를 마련하는 제4 공정과, 상기 개폐 수단을 개방하고 상기 흡입구와 기재를 근접 내지 접촉하여 상기 분립체를 흡입하여 상기 분출구에서 피도물에 분립체를 분출시켜 도포 또는 증착시키는 것을 특징으로 하는 분립체의 도포방법.
  10. 상기 기재상의 흡입구, 피도물의 분출구 및 연통 유로 수를 2 내지 1500개로 구성하는 것을 특징으로 하는 청구항 9의 분립체의 도포방법.
  11. 미리 피도물에 바인더를 피복하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 분립체의 도포방법.
  12. 상기 분립체는 형광체이며, 상기 피도물이 LED 또는 LED 용 부재인 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항의 분립체의 도포방법.
  13. 상기 형광체를 기재 패턴으로 도포하는 것을 특징으로 하는 청구항 12의 분립체의 도포방법.
  14. 상기 바인더가 실리콘이며 상기 LED 또는 LED 부재의 적어도 일부에 실리콘 또는 실리콘과 형광체로 이루어진 슬러리(Slurry)가 피복되어있는 것을 특징으로 하는 청구항 12의 분립체의 도포방법.
  15. 상기 기재 상에 형광체가 서로 다른 색상의 형광체로 적층되는 것을 특징으로 하는 청구항 12의 분립체의 도포방법.
  16. 복수의 각각이 서로 다른 형광체로 구성된 슬러리를 복수의 도포기에서 복수의 기재에 도포하고, 각각의 기재상의 형광체를 LED 또는 LED용 부재에 적층하는 것을 특징으로 하는 청구항 12의 분립체의 도포방법.

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