KR101593582B1 - 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체, 이의 제조방법 및 백색광 led 소자 - Google Patents

양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체, 이의 제조방법 및 백색광 led 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR101593582B1
KR101593582B1 KR1020140177435A KR20140177435A KR101593582B1 KR 101593582 B1 KR101593582 B1 KR 101593582B1 KR 1020140177435 A KR1020140177435 A KR 1020140177435A KR 20140177435 A KR20140177435 A KR 20140177435A KR 101593582 B1 KR101593582 B1 KR 101593582B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
glass
mol
quantum dots
color conversion
glass composite
Prior art date
Application number
KR1020140177435A
Other languages
English (en)
Inventor
정운진
한가람
Original Assignee
공주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 공주대학교 산학협력단 filed Critical 공주대학교 산학협력단
Priority to KR1020140177435A priority Critical patent/KR101593582B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101593582B1 publication Critical patent/KR101593582B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/12—Compositions for glass with special properties for luminescent glass; for fluorescent glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

본 발명은 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체, 이의 제조방법 및 백색광 LED 소자에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 유리 내에 카드뮴, 황 및 셀레늄으로 구성된 양자점이 분산되어 형성된 것을 특징으로 하는 색변환용 유리 복합체에 관한 것이다.

Description

양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체, 이의 제조방법 및 백색광 LED 소자{Quantum dot formed glass composite for color converter, preparation method thereof and white light emitting diode}
본 발명은 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체, 이의 제조방법 및 백색광 LED 소자에 관한 것이다.
LED는 P형과 N형 반도체의 접합으로 이뤄져 있으며 전압을 가하면 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드갭(bandgap)에 해당하는 에너지의 빛의 형태로 방출하는 일종의 광전자 소자이다. 기존의 백열전등 대비 낮은 소비 전력과 긴 수명 및 친환경 소재의 적용으로 인해 LED 광원은 최근 들어 폭발적으로 그 수요가 증가하고 있다. 특히, 실내외 조명, 디스플레이 및 휴대전자기기의 back light unit(BLU)와 자동차 조명 등에서 백색광 LED의 응용과 수요가 크게 증가하고 있다. 백색광 LED의 구현은 일반적으로 청색 LED 다이오드 위에 황색 또는 녹색과 적색의 형광체를 유기 바인더에 섞어 도포한 형태가 널리 사용되고 있다. 유기 바인더로는 주로 에폭시(epoxy)나 실리콘(silicone) 계열이 사용되고 있다. 이러한 방식은 형광체를 유기바인더와 혼합하여 청색 LED chip 위에 도포하기 용이하여 양산성이 높고 생산단가가 비교적 저렴하여 기존의 백색광 LED 제조에 널리 사용되어 왔다. 그러나, 최근 백색광 LED의 응용이 확대되면서 실내외 조명 및 전장용 등 고출력 백색광 LED가 요구됨에 따라 유기 바인더가 가지는 내재적 한계로 인해 이를 대체할 수 있는 기술이 각광받고 있다. 유기 바인더는 UV나 150 ℃ 이상에 장시간 노출될 경우 바인더가 황색 또는 갈색으로 변하는 현상(coloring)이 발생하여 LED의 실질적인 사용수명을 제한하게 된다. 또한, 유기 바인더의 점도로 인해 내부의 형광체가 이동하여 LED의 색이 위치 별로 다르게 나타나는 블러링(blurring) 현상이 존재하며, 균질하게 혼합되지 않을 경우 LED chip마다 색 좌표가 달라지는 비닝(binning) 현상이 발생하게 되어 생산 효율을 저하시키는 원인이 된다.
이러한 원인을 근본적으로 해결하기 위해 유기 바인더를 사용하지 않고 100% 세라믹 소재로 구성된 무기물 색변환 소재가 제시되었다. 무기물 색변환 소재는 열적, 화학적 내구성이 우수하여 변색의 우려가 없으며, 균질성이 우수하여 블러링 및 비닝 문제가 발생하지 않는 장점이 있다. 이에, 전술한 바와 같은 무기물 색변환 소재를 이용하여 무기 소재의 장점과 동시에 유리 소재가 가지는 공정의 자유도와 경제성을 바탕으로 종래 유기 바인더를 대체할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
한편, 양자점(quantum dot)은 수 나노미터 크기의 반도체 입자로써, 입자의 크기에 따라 방출하는 빛의 파장이 달라지는 물질이다. 양자점이 발산하는 빛은 전도대(conduction band)에서 가전자대(valence band)로 전자가 내려오면서 발생한다. 이때 발생하는 형광(발광)은 양자점의 입자가 작을수록 짧은 파장의 빛이 발생하고, 입자가 클수록 긴 파장의 빛을 발생하게 된다. 이론적으로 100%의 양자효율을 가지며, 입자의 크기 제어를 통한 발광 파장 제어가 용이하여 색변환용 소재로 이용이 가능하다. 그러나, 기존 양자점 소재는 화학적으로 합성된 소재로서 양자점 상호간의 응집을 막기 위해 특수한 패시베이션층(passivation layer)과 용액을 반드시 사용해야 하며, 공기중 노출시 수명이 매우 짧아 실질적인 응용이 매우 제한적인 한계가 있다.
이와 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2009-0064079호(2009.06.18. 공개)에 개시되어 있는 양자점을 이용한 백색광 LED 소자 및 그 제조방법이 있다.
따라서, 본 발명은 무기물 색변환 소재가 가지는 장점을 이용하는 동시에 양자점이 갖는 이점을 활용하여 백색광뿐 아니라 다양한 색을 구현할 수 있는 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체, 이의 제조방법 및 백색광 LED 소자를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 유리 내에 카드뮴, 황 및 셀레늄으로 구성된 양자점이 분산되어 형성된 것을 특징으로 하는 색변환용 유리 복합체를 제공한다.
상기 유리는 실리케이트(silicate), 보로실리케이트(boro-silicate), 알루미노실리케이트(alumino-silicate), 보레이트(borate), 포스페이트(phosphate), 텔루라이트(tellurite), 옥시플루오라이드(oxyflouride), 옥시니트라이드(oxynitride) 및 옥시설파이드(oxysulfide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다.
상기 카드뮴, 황 및 셀레늄으로 구성된 양자점은 CdS1 -xSex(0<x<1)의 단일 합금 또는 CdSe 외부에 CdS가 형성된 CdSe/CdS 코어-셀 구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 유리 내에 카드뮴, 황 및 셀레늄으로 구성된 양자점이 분산되어 형성된 색변환용 유리 복합체; 및 상기 색변환용 유리 복합체 하부에 구비되는 청색 LED 칩;을 포함하고, 상기 청색 LED 칩에서 발생된 청색 파장의 빛이 상기 색변환용 유리 복합체를 통과하여 백색 파장의 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 백색광 LED 소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 유리 조성물에 카드뮴화합물과 아연화합물을 첨가한 후 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 용융시키고 급냉 및 어닐링한 후 열처리하는 단계;를 포함하는 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 제조방법을 제공한다.
상기 유리 조성물은 SiO2 50 ~ 70 몰%, Na2O 10 ~ 30 몰%, ZnO 1 ~ 10 몰% 및 BaO 1 ~ 10 몰%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 카드뮴 화합물은 CdS, CdSe 및 CdO로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다.
상기 카드뮴 화합물은 유리 조성물에 대해 0.2 ~ 3 몰%로 첨가되는 것을 특징으로 한다.
상기 아연 화합물은 ZnS 및 ZnSe인 것을 특징으로 한다.
상기 아연 화합물은 유리 조성물에 대해 0.1 ~ 5 몰%로 첨가되는 것을 특징으로 한다.
상기 열처리는 450 ~ 600 ℃에서 0.5 ~ 40 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 유리 내에 카드뮴, 황 및 셀레늄으로 구성된 CdS1 -xSex(0<x<1)의 양자점을 형성시키고 분산시켜 열적, 화학적 내구성이 우수하여 변색의 우려가 없으며, 균질성이 우수하여 LED의 색이 위치별로 다르게 나타나는 블러링(blurring) 현상 및 LED마다 색 좌표가 달라지는 비닝(binning) 문제가 발생하지 않는다.
또한, 양자점을 형성시키기 위해 습식 화학 공정을 사용하는 종래 방법과는 달리 열처리만으로 양자점을 형성시키므로 입자가 뭉치는 것을 방지하기 위한 패시베이션층 및 용액이 필요하지 않은 이점이 있고, 열적 및 화학적으로 안정한 무기물 기반 양자점을 제공할 수 있으며, 열처리 온도 및 색변환용 유리의 두께에 따라 다양한 색을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 백색광 LED 소자를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1에서 열처리 시간에 따른 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 색변화를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 2에서 열처리 시간에 따른 양자점이 형성된 유리 복합체의 색변화를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 2에서 열처리 시간에 따른 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 흡수스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 2에서 제조된 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 7은 양자점이 형성된 유리 복합체의 흡수 피크 변화를 나타낸 그래프로서, 도 7의 (a)는 CdSSe 양자점이 형성된 유리 복합체이며, (b)는 CdSe 양자점이 형성된 유리 복합체이고, (c)는 CdS의 양자점이 형성된 유리 복합체이다.
도 8은 본 발명에 따른 실시예 3에서 제조된 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 CIE 색도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 실시예 3에서 제조된 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 열처리 시간에 따른 LED의 발광스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 실시예 2에서 제조된 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 CIE 색도 변화를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 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.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 유리 내에 카드뮴, 황 및 셀레늄으로 구성된 양자점이 분산되어 형성된 것을 특징으로 하는 색변환용 유리 복합체를 제공한다.
본 발명에 따른 색변환용 유리 복합체는 유리 내에 카드뮴, 황 및 셀레늄으로 구성된 양자점을 형성시키고 분산시켜 열적, 화학적 내구성이 우수하여 변색의 우려가 없으며, 균질성이 우수하여 LED의 색이 위치별로 다르게 나타나는 블러링(blurring) 현상 및 LED마다 색 좌표가 달라지는 비닝(binning) 문제가 발생하지 않는다. 또한, 양자점을 형성시키기 위해 습식 화학 공정을 사용하는 종래 방법과는 달리 열처리만으로 양자점을 형성시키므로 입자가 뭉치는 것을 방지하기 위한 패시베이션층 및 용액이 필요하지 않는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체는 열적 및 화학적으로 안정한 무기물 기반 양자점을 제공할 수 있으며, 열처리 온도 및 색변환용 유리의 두께에 따라 다양한 색을 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 색변환용 유리 복합체에 있어서, 상기 유리는 실리케이트(silicate), 보로실리케이트(boro-silicate), 알루미노실리케이트(alumino-silicate), 보레이트(borate), 포스페이트(phosphate), 텔루라이트(tellurite), 옥시플루오라이드(oxyfluoride), 옥시니트라이드(oxynitride) 및 옥시설파이드(oxysulfide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다.
또한, 상기 양자점은 CdS1 -xSex(0<x<1)의 단일 합금 또는 CdSe 외부에 CdS가 형성된 CdSe/CdS 코어-셀 구조이고, 상기 양자점의 크기는 2 ~ 8 nm인 것이 바람직하다. 상기 양자점의 크기가 2 nm 미만인 경우에는 발광 파장이 가시광선 보다 짧은 UV영역인 문제가 있고, 8 nm를 초과하는 경우에는 발광 파장이 가시광선 보다 긴 근적외선 영역인 문제가 있다.
또한, 본 발명은 유리 내에 카드뮴, 황 및 셀레늄으로 구성된 양자점이 분산되어 형성된 색변환용 유리 복합체; 및
상기 색변환용 유리 하부에 구비되는 청색 LED 칩;을 포함하고,
상기 청색 LED 칩에서 발생된 청색 파장의 빛이 상기 색변환용 유리를 통과하여 백색 파장의 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 백색광 LED 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 백색광 LED 소자는 양자점이 분산되어 형성된 색변환용 유리 복합체 및 청색 LED 칩을 포함하고, 상기 청색 LED 칩에서 발생된 청색 파장의 빛이 상기 색변환용 유리 복합체를 통과하여 백색 파장의 빛을 방출할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 백색광 LED 소자를 나타낸 모식도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 백색광 LED 소자(100)는 청색 LED 칩(120) 상부에 양자점이 분산되어 형성된 색변환용 유리 복합체(110)가 구비된다.
또한, 본 발명은 유리 조성물에 카드뮴 화합물과 아연 화합물을 첨가한 후 혼합하는 단계; 및
상기 혼합물을 용융시키고 급냉 및 어닐링한 후 열처리하는 단계;를 포함하는 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 제조방법은 유리 조성물에 카드뮴화합물과 아연화합물을 첨가한 후 혼합하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 유리 조성물은 SiO2 50 ~ 70 몰%, Na2O 10 ~ 30 몰%, ZnO 1 ~ 10 몰% 및 BaO 1 ~ 10 몰%를 포함한다.
상기 SiO2는 열처리에 의해 유리의 주결정상을 생성시키는 주요 성분으로서, SiO2가 50 몰% 미만인 경우에는 유리 결정이 불안정하여 조직이 거칠어지고 열팽창 계수가 증가하는 문제가 있고, 70 몰%를 초과하는 경우에는 유리의 용융 및 성형이 어려워지는 문제가 있다.
또한, Na2O는 유리의 용융온도를 저하시키는 효과가 있으며, Na2O가 10 ~ 30몰%로 포함되게 함으로써 유리의 실투 온도의 상승을 억제시킬 수 있고 유리화를 용이하게 수행할 수 있다.
또한, ZnO는 유리의 실투 온도를 내리고 유리 전이점을 내리는 성분으로, 1 ~ 10 몰%로 포함되어 유리가 분상되거나 내실투성이 저하되는 문제를 방지할 수 있고, BaO는 유리의 용융성을 향상시키며 석출되는 유리 결정의 거칠기를 낮추는 역할을 하며, 1 ~ 10 몰%로 포함되어 ZnO와 동일한 문제를 방지할 수 있다.
전술한 유리 조성물은 추가적으로 다른 첨가물이 포함될 수 있어 유리 조성물을 구성하는 물질들의 조성 및 함량이 다양할 수 있으므로, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 카드뮴 화합물은 상기 유리 조성물에 대해 0.2 ~ 3 몰%로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 카드뮴 화합물은 CdSe, CdS 및 CdO로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다. 상기 카드뮴 화합물이 0.2 몰% 미만으로 첨가되는 경우에는 양자점이 형성되지 않는 문제가 있고, 3 몰%를 초과하는 경우에는 열처리를 통해 양자점의 형성을 조절할 수 없는 문제가 있다.
또한, 상기 아연 화합물은 ZnS 및 ZnSe이다. 상기 아연 화합물이 ZnS만 첨가되는 경우에는 색 변환이 되지 않으며, 색 변환 효율이 낮은 문제가 있다.
상기 아연 화합물은 유리 조성물에 대해 0.1 ~ 5 몰%로 첨가되는 것이 바람직하다. 구체적으로, ZnS 0.1 ~ 2 몰%와 ZnSe 0.1 ~ 2 몰%로 첨가되는 것이 바람직하며, ZnS와 ZnSe가 0.1 몰% 미만으로 첨가되는 경우에는 양자점이 형성되지 않고, 2 몰%를 초과하는 경우에는 양자점의 크기 조절이 되지 않아 원하는 색을 구현할 수 없는 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 제조방법은 상기 혼합물을 용융시키고 급냉 및 어닐링한 후 열처리하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 제조방법에서 상기 용융은 1300 ~ 1500 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 용융이 1300 ℃ 미만에서 수행되는 경우에는 유리 조성물이 용융되지 않아 유리 복합체가 제조되지 않는 문제가 있고, 1500 ℃를 초과하는 경우에는 유리 조성물이 쉽게 휘발되어 조성 제어가 어려운 문제가 있다.
상기 급냉 공정을 통해 유리를 제조할 수 있으며, 상기 급냉 공정은 금속 또는 카본 플레이트 위에 유리 용융물을 부어서 급냉시킬 수 있고, 공기 또는 가스를 이용하여 수행될 수 있으며, 물, 액체 질소 등과 같은 액체를 이용하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 어닐링(annealing)은 유리 전이 온도 부근 또는 300 ~ 400 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 어닐링이 300 ℃ 미만에서 수행되는 경우에는 유리제조시 발생한 열적 스트레스가 남아 강도가 저하되는 문제가 있고, 400 ℃를 초과하는 경우에는 양자점 제어가 어려운 문제가 있다.
상기 열처리는 450 ~ 600 ℃에서 0.5 ~ 40 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 열처리 온도가 450 ℃ 미만에서 수행되는 경우에는 양자점이 생성되지 않는 문제가 있고, 600 ℃를 초과하는 경우에는 과도한 양자점의 성장으로 인한 크기 제어가 곤란한 문제가 있다. 또한, 상기 열처리 시간은 전술한 열처리 온도의 한정이유와 동일하다.
실시예 1: 양자점이 형성된 색변환용 양자점 유리 복합체의 제조 1
65 몰%의 SiO2, 25 몰%의 Na2O, 5 몰%의 ZnO, 5 몰%의 BaO의 유리 조성물에 1 몰%의 CdO, 0.25 몰%의 ZnS 및 0.25 몰%의 ZnSe를 첨가하여 혼합하였다. 상기 혼합물을 1400 ℃에서 1시간 동안 용융시키고 350 ℃에서 1시간 동안 어닐링한 후 520 ℃에서 열처리하여 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체를 제조하였다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1에서 열처리 시간에 따른 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체를 나타낸 사진이고, 위쪽 사진은 벌크상의 유리 복합체, 아래쪽 사진은 1mm 두께로 연마한 유리 복합체이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 열처리 전의 유리는 투명하나, 열처리 시간이 높아짐에 따라 색이 발생되는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 투과전자현미경(TEM) 사진이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 유리 내에 CdS1 -xSex(0<x<1)의 단일 합금 양자점이 분산되어 형성된 것을 알 수 있다.
실시예 2: 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 제조 2
65 몰%의 SiO2, 25 몰%의 Na2O, 5 몰%의 ZnO, 5 몰%의 BaO의 유리 조성물에 0.5 몰% CdO, 1 몰%의 ZnS 및 0.5 몰%의 ZnSe를 첨가하여 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체를 제조하였다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 2에서 열처리 시간에 따른 양자점이 형성된 유리 복합체를 나타낸 사진이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 열처리 시간을 점차 증가시킬수록 연두색에서 빨간색으로 변화하는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 2에서 열처리 시간에 따른 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 열처리 시간을 증가시킬수록 양자점 크기 변화에 따른 흡수 스펙트럼의 변화가 발생하고 있다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 2에서 제조된 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 투과전자현미경(TEM) 사진이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 유리 내에 CdS1 -xSex(0<x<1)의 양자점이 분산되어 형성된 것을 알 수 있고, 상기 CdS1 -xSex(0<x<1)는 CdSe 외부에 CdS가 형성된 코어-셀 구조인 것을 알 수 있다.
실시예 3: 백색광 LED 소자
유리 내에 카드뮴, 황 및 셀레늄으로 구성된 CdS1 -xSex(0<x<1)의 양자점이 분산되어 형성된 상기 실시예 1 내지 2의 색변환용 유리 복합체 및 상기 색변환용 유리 복합체 하부에 청색 LED 칩을 구비하여 백색광 LED 소자를 제조하였다.
실험예: 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 조성과 열처리 시간에 따른 피크 변화 및 CIE 색도 분석
본 발명에 따른 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체에서 첨가되는 산화카드뮴과 아연화합물의 조성과 열처리 시간에 따른 피크 변화 및 CIE 색도 변화를 분석하고, 그 결과를 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10에 나타내었다.
도 7은 본 발명에 따른 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 흡수 피크 변화를 나타낸 그래프로서, 구체적으로 도 7의 (a)는 CdSSe 양자점이 형성된 유리 복합체이며, (b)는 CdSe 양자점이 형성된 유리 복합체이고, (c)는 CdS의 양자점이 형성된 유리 복합체이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 유리 복합체 내에 CdSSe의 양자점이 형성된 유리 복합체는 색변환에 의한 600 nm 파장에서 피크가 나타나는 것을 알 수 있다. 반면, CdSe 및 CdS는 LED에 의한 450 nm에서 피크외에 색변환에 의한 발광 스펙트럼이 적거나 나타나지 않아 색 변환을 구현하기에 적합하지 않은 것을 알 수 있다.
또한, 도 8은 본 발명에 따른 실시예 3에서 제조된 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 CIE 색도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 8에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 색변환용 유리 복합체는 CdSSe의 양자점이 형성되고 흰색 영역 근처에서 배색(color coordination)이 나타나므로 백색광을 구현할 수 있음을 알 수 있고, 색 변환 효율(conversion efficiency)이 크게 향상되는 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 실시예 3에서 제조된 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 열처리 시간에 따른 LED의 발광 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다. 열처리는 500 ℃에서 수행하였다. 도 9에 나타난 바와 같이, 유리 복합체 내에 CdSSe의 양자점이 형성된 유리 복합체는 열처리를 5시간 동안 수행한 경우 약 500 nm 파장에서 피크가 발생하였으며, 열처리 시간이 10시간, 15시간, 20시간으로 증가할수록 피크는 약 540 nm에서 약 580 nm로 이동하였다. 따라서, 열처리 시간을 조절하여 유리 복합체의 색을 변화시켜 다양한 색을 구현할 수 있으며, 이를 LED 칩에 구비시켜 LED 색을 조절할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 10은 본 발명에 따른 실시예 2에서 제조된 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 CIE 색도 변화를 나타낸 그래프이다. 각 열처리 시간별로 유리 복합체의 두께를 1.3 mm에서 1.1 mm까지 변화시켰다. 도 10에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 색변환용 유리 복합체는 열처리 시간 및 두께 조절에 따라 다양한 LED의 색을 구현할 수 있음을 알 수 있다. 도 10에서 빨간점은 (x,y)값이 (0.3277, 0.3458)이다. 도 10에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 색변환용 유리 복합체는 열처리 시간에 따라 다양한 색을 구현할 수 있음을 알 수 있고, 열처리 시간과 색변환용 유리 복합체의 두께를 조절하여 백색광 구현이 가능함을 알 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체, 이의 제조방법 및 백색광 LED 소자에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 백색광 LED 소자
110: 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체
120: 청색 LED 칩

Claims (12)

  1. 유리 내에 카드뮴, 황 및 셀레늄으로 구성된 양자점이 분산되어 형성된 것을 특징으로 하되,
    상기 양자점은 CdO가 0.2 내지 3 몰%로 첨가되고, ZnS 및 ZnSe가 0.1 내지 5 몰%로 첨가된 유리 조성물을 용융하고 급냉한 이후에 열처리하여 CdS1-xSex(0<x<1))의 단일 합금 또는 CdSe 외부에 CdS가 형성된 CdSe/CdS 코어-셀 구조인 것을 특징으로 하는 색변환용 유리 복합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유리는 실리케이트(silicate), 보로실리케이트(boro-silicate), 알루미노실리케이트(alumino-silicate), 보레이트(borate), 포스페이트(phosphate), 텔루라이트(tellurite), 옥시플루오라이드(oxyflouride), 옥시니트라이드(oxynitride) 및 옥시설파이드(oxysulfide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 색변환용 유리 복합체.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 카드뮴, 황 및 셀레늄으로 구성된 양자점의 크기는 2 ~ 8 nm인 것을 특징으로 하는 색변환용 유리 복합체.
  5. 유리 내에 카드뮴, 황 및 셀레늄으로 구성된 양자점이 분산되어 형성된 색변환용 유리 복합체; 및
    상기 색변환용 유리 복합체 하부에 구비되는 청색 LED 칩;을 포함하고,
    상기 청색 LED 칩에서 발생된 청색 파장의 빛이 상기 색변환용 유리 복합체를 통과하여 백색 파장의 빛을 방출하되,
    상기 양자점은 CdO가 0.2 내지 3 몰%로 첨가되고, ZnS 및 ZnSe가 0.1 내지 5 몰%로 첨가된 유리 조성물을 용융하고 급냉한 이후에 열처리하여 CdS1-xSex(0<x<1))의 단일 합금 또는 CdSe 외부에 CdS가 형성된 CdSe/CdS 코어-셀 구조인 것을 특징으로 하는 백색광 LED 소자.
  6. 유리 조성물에 CdO를 0.2 내지 3 몰%로 첨가하고, ZnS 및 ZnSe를 0.1 내지 5 몰%로 첨가한 후 혼합하는 단계; 및
    상기 혼합물을 용융시키고 급냉 및 어닐링한 후 열처리하는 단계;를 포함하는 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 SiO2 50 ~ 70 몰%, Na2O 10 ~ 30 몰%, ZnO 1 ~ 10 몰% 및 BaO 1 ~ 10 몰%를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제6항에 있어서,
    상기 열처리는 400 ~ 600 ℃에서 0.5 ~ 40 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체의 제조방법.
KR1020140177435A 2014-12-10 2014-12-10 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체, 이의 제조방법 및 백색광 led 소자 KR101593582B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140177435A KR101593582B1 (ko) 2014-12-10 2014-12-10 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체, 이의 제조방법 및 백색광 led 소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140177435A KR101593582B1 (ko) 2014-12-10 2014-12-10 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체, 이의 제조방법 및 백색광 led 소자

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101593582B1 true KR101593582B1 (ko) 2016-02-15

Family

ID=55357447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140177435A KR101593582B1 (ko) 2014-12-10 2014-12-10 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체, 이의 제조방법 및 백색광 led 소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101593582B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020197029A1 (ko) * 2019-03-26 2020-10-01 홍수정 헬스케어용 광 출력 장치
KR20210014825A (ko) * 2019-07-30 2021-02-10 공주대학교 산학협력단 다중 파장 발광이 가능한 색변환 소재 및 이의 제조방법
CN114213004A (zh) * 2021-12-31 2022-03-22 云南大学 一种白光量子点发光玻璃及其制备方法和应用
KR20220092670A (ko) * 2020-12-24 2022-07-04 공주대학교 산학협력단 발광 나노입자를 포함하는 유리복합체 및 이를 이용한 led 소자
KR102687489B1 (ko) * 2022-12-27 2024-07-29 한국세라믹기술원 저융점 유리, 그 제조방법, 상기 저융점 유리를 이용한 PiG 색변환 소재 및 그 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5308804A (en) 1992-12-15 1994-05-03 Lee Huai Chuan Moving disks made of semiconductor nanocrystallite embedded glass
JP2013095849A (ja) 2011-11-01 2013-05-20 Nippon Electric Glass Co Ltd 波長変換部材およびそれを用いてなる発光デバイス

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5308804A (en) 1992-12-15 1994-05-03 Lee Huai Chuan Moving disks made of semiconductor nanocrystallite embedded glass
JP2013095849A (ja) 2011-11-01 2013-05-20 Nippon Electric Glass Co Ltd 波長変換部材およびそれを用いてなる発光デバイス

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020197029A1 (ko) * 2019-03-26 2020-10-01 홍수정 헬스케어용 광 출력 장치
KR20210014825A (ko) * 2019-07-30 2021-02-10 공주대학교 산학협력단 다중 파장 발광이 가능한 색변환 소재 및 이의 제조방법
KR102265057B1 (ko) * 2019-07-30 2021-06-15 공주대학교 산학협력단 다중 파장 발광이 가능한 색변환 소재 및 이의 제조방법
KR20220092670A (ko) * 2020-12-24 2022-07-04 공주대학교 산학협력단 발광 나노입자를 포함하는 유리복합체 및 이를 이용한 led 소자
KR102471078B1 (ko) 2020-12-24 2022-11-28 공주대학교 산학협력단 발광 나노입자를 포함하는 유리복합체 및 이를 이용한 led 소자
CN114213004A (zh) * 2021-12-31 2022-03-22 云南大学 一种白光量子点发光玻璃及其制备方法和应用
CN114213004B (zh) * 2021-12-31 2022-08-02 云南大学 一种白光量子点发光玻璃及其制备方法和应用
KR102687489B1 (ko) * 2022-12-27 2024-07-29 한국세라믹기술원 저융점 유리, 그 제조방법, 상기 저융점 유리를 이용한 PiG 색변환 소재 및 그 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Advances in transparent glass–ceramic phosphors for white light-emitting diodes—A review
KR102271648B1 (ko) 파장 변환 부재 및 그것을 사용하여 이루어지는 발광 디바이스
JP4895541B2 (ja) 波長変換部材、発光装置及び波長変換部材の製造方法
KR101806054B1 (ko) 형광체 분산 유리
KR20060051864A (ko) 유리 또는 유리 세라믹
CN111574062B (zh) 一种氮化物红光玻璃及其应用
CN103395997B (zh) 一种白光led用稀土掺杂透明玻璃陶瓷及其制备方法
TWI657064B (zh) 螢光玻璃陶瓷材料、其製造方法及包括其的發光裝置
US9647180B2 (en) Glass-phosphor composite containing rare-earth ion and light-emitting diode including same
KR101593582B1 (ko) 양자점이 형성된 색변환용 유리 복합체, 이의 제조방법 및 백색광 led 소자
JP2012087162A (ja) 波長変換部材およびそれを用いてなる光源
JP2017088781A (ja) 波長変換部材の製造方法及び波長変換部材
KR20090093202A (ko) 백색 발광 다이오드 및 그의 제조방법
CN110316963B (zh) 一种荧光玻璃陶瓷材料以及含该材料的发光装置
JP5505864B2 (ja) 半導体発光素子デバイスの製造方法
WO2012063492A1 (ja) 白色発光ガラス、ガラス被覆発光素子及び発光装置
JP2010261048A (ja) 発光装置及び、その製造方法
Zhou et al. Color‐tunable and white emission of Tm3+ doped transparent zinc silicate glass‐ceramics embedding ZnO nanocrystals
KR102103881B1 (ko) Uv led칩을 이용하는 백색 발광소자
Weng et al. Color tunable white LEDs based on low sintering temperature Phosphor− in− Glass
Jose et al. Novel red emitting Phosphor-in-Glass (PiG) based on Na6CaP2O9: Eu3+ phosphor as an inorganic colour converter for w-LED applications
KR102004054B1 (ko) 넓은 색재현 범위를 갖는 형광체 함유 유리복합체, 이를 이용한 led 소자 및 lcd 디스플레이
Li et al. Effect of sintering temperature on the photoluminescence properties of red-emitting color conversion glass
JP2010248530A (ja) 波長変換部材、発光装置及び波長変換部材の製造方法
KR101733767B1 (ko) 색변환용 유리 세라믹 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200218

Year of fee payment: 5