KR102584107B1 - 고 연색성 단결정 형광 복합체 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

고 연색성 단결정 형광 복합체 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기 설정된 접착제를 이용해 형광 복합체가 부착될 수 있도록 하는 단결정 형광체를 제조하는 방법에 있어서, Y2O3, Al2O3 및 CeO2을 믹싱하는 믹싱과정과 초크랄스키(Czochralski)으로 단결정을 기 설정된 인상속도로 성장시키는 성장과정 및 상기 성장과정을 거치며 획득한 샘플을 연마 및 다이싱하는 다이싱과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 형광체 제조방법을 제공한다.

Description

고 연색성 단결정 형광 복합체 제조 방법{Method for Preparing High Color Rendering Single Crystal Fluorescent Complex}
본 발명은 광섬유 기반의 패러데이 회전거울 및 이를 이용한 광섬유 전류 센싱 시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
현재 LED 소자는 그 적용분야가 지속적으로 확대되고 있다. 예를 들어, 백색 LED 소자의 경우에 디스플레이 장치를 비롯한 각종 기기의 백 라이트용 장치나 형광등과 같은 전기 기기용 장치뿐만이 아니라, 많은 종류의 신호 장치에 사용되고 있다. 또한, 백색 LED 소자만이 아니라 다른 파장의 광을 발생시키는 LED 소자도 그 응용 분야에 따라서 적합한 장치에 널리 사용되고 있다.
백색광을 비롯하여 특정한 파장을 갖는 광을 방출하는 LED 소자는 예를 들어, LED 칩 자체에서 그 고유한 파장의 빛을 발광하도록 제조할 수 있다. 하지만, 이와 같은 LED칩을 제조하는 것은 발광되는 광의 특성이나 제조 기술 그리고 광 효율 측면에서 상당한 제약이 따르고 있다. 이에 대한 대안으로서, 현재는 자외선 또는 청색 등과 같은 단파장의 광을 발광시키는 고품질의 LED 칩을 이용하여, 백색이나 청색, 녹색, 황색 또는 적색 등과 같은 복합 파장의 광을 방출하는 LED 소자를 제조하는 방법에 대한 연구가 널리 행해지고 있다.
이러한 LED 소자는 청색 혹은 자외선 LED 칩에서 발광되는 광의 일부를 상이한 파장으로 형광 변환함으로써, 백색 등의 단일 파장의 광 또는 복합 파장의 광을 발생시킨다. 이 소자에서는 형광체를 사용하여 LED 칩으로부터 발광되는 광의 일부를 다른 파장을 갖는 광으로 형광 변환시킨다. 사용되는 형광체의 종류 및/또는 양을 변화시킴으로써 단일 파장의 여러 가지 광 또는 이들이 조합된 복합 파장의 광을 방출시킬 수가 있다.
이에 주로 사용하는 형광체가 단결정 형광체이다. 단결정은 결함이 없어서 열전도도가 높은 특성을 갖는다. 이에, 단결정 형광체는 제조도 용이하며, 높은 열 전도도로 인해 광원에 배치될 경우 광원에서 발생하는 열 방출을 향상시킬 수 있다.
다만, 단결정 형광체는 청색 파장대역의 광은 투과시키는 특성을 갖기 때문에, 변환된 광의 연색성이 현저히 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예는, 높은 연색성을 갖는 단결정 형광 복합체 제조 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 기 설정된 접착제를 이용해 형광 복합체가 부착될 수 있도록 하는 단결정 형광체를 제조하는 방법에 있어서, Y2O3, Al2O3 및 CeO2을 믹싱하는 믹싱과정과 초크랄스키(Czochralski)법으로 단결정을 기 설정된 인상속도로 성장시키는 성장과정 및 상기 성장과정을 거치며 획득한 샘플을 연마 및 다이싱하는 다이싱과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 형광체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 믹싱과정은 CeO2가 0.1mol%를 초과하지 않도록 포함시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 믹싱과정은 화학양론적 비율로서 Y : Al : O가 각각 3 : 5 : 12를 갖도록 Y2O3 및 Al2O3를 포함시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 성장과정은 상기 믹싱과정을 거친 파우더를 40mm 이리듐 도가니에 장입한 후 용융시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 성장과정은 상기 믹싱과정을 거친 파우더를 도가니 내에서 용융함에 있어, 질소 분위기에서 30kW RF 신호 발생기(Radio Frequency Generator)를 이용하여 용융시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 방법에 의해 제조되는 단결정 형광체를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 단결정 복합 형광체를 제조하는 방법에 있어서, 청록색 형광체, 적색 형광체 및 경화제를 PDMS(Poly Di Methyl Siloxane)에 혼합하는 혼합과정과 혼합된 혼합물을 필름 형태로 도포하는 도포과정과 기 설정된 환경에서 필름 형태로 도포된 혼합물을 경화시키는 경화과정과 경화가 진행된 샘플을 다이싱하는 다이싱과정 및 상기 다이싱 과정을 거쳐 획득한 형광 복합체를 단결정 형광체에 접착하는 접착과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 복합 형광체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 청록색 형광체는 BaSi2O2N2: Eu2인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 적색 형광체는 ((Sr,Ca)AlSiN3:Eu2인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 경화제는 PDMS를 기준으로 0.1 내지 5 wt%만큼 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 청록색 형광체 및 상기 적색 형광체는 PDMS를 기준으로 30 wt%만큼 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 청록색 형광체 및 상기 적색 형광체는 7 내지 9 : 1 내지 3 비율로 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 도포과정은 PET(Poly Ethylene Terephthalate) 기판 상에서 닥터 블레이드(Doctor Clade) 코팅장비에 의해 진행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 방법에 의해 제조되는 단결정 복합 형광체를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 단결정 형광체가 높은 연색성을 갖도록 하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 형광 복합체를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 형광체를 제조하는 방법을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 형광 복합체를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
단결정 형광 복합체는 광원의 전단에 배치되거나 부착되어, 광원에서 출력되는 광의 파장대역을 변환한다. 다만, 종래의 단결정 형광체는 연색성이 떨어지는 단점을 가지고 있었는데, 단결정 형광 복합체는 기존 단결정 형광체와 같이 결합이 없고 열 전도도가 높아 기존의 단결정 형광체의 장점은 모두 가지면서도, 연색성(CRI: Color Rendering Index)이 우수한 특징을 갖는다. 이와 같은 단결정 형광 복합체는 도 1에 도시된 과정과 같이 제조된다.
청록색 형광체, 적색 형광체 및 경화제를 PDMS에 혼합한다(S110). 청록색 형광체의 일 예로서, BaSi2O2N2: Eu2와 적색 형광체의 일 예로서, ((Sr,Ca)AlSiN3:Eu2가 경화제와 함께 PDMS(Poly Di Methyl Siloxane)에 혼합된다. 여기서, 형광체는 PDMS 기준으로 30wt% 만큼 포함되며, 경화제는 0.1 내지 5 wt%만큼 포함된다. 또한, 형광체는 청록색 형광체와 적색 형광체가 각각 7~9 : 1~3 비율로 포함될 수 있다. 청록색 형광체와 적색 형광체가 전술한 비율만큼 혼합됨에 따라, 종래의 단결정 형광체가 갖지 못하는 우수한 색 재현성을 확보할 수 있도록 한다.
혼합된 혼합물을 필름형태로 도포한다(S120). 전술한 혼합과정을 거친 혼합물이 필름 형태로 도포된다. 혼합물은 PET(Poly Ethylene Terephthalate) 기판 상에 닥터 블레이드(Doctor Blade) 코팅장비에 의해 필름 형태로 도포될 수 있다.
기 설정된 환경에서 혼합물이 경화된다(S130). 필름 형태로 혼합물이 도포되면, 기 설정된 환경에서 경화가 진행된다. 80 내지 90℃의 온도에 1 내지 5시간 동안 배치되며 경화가 진행된다.
경화가 진행된 샘플을 다이싱한다(S140). 경화된 필름 형태의 샘플을 다이싱함으로서, 필름 형태의 형광 복합체를 획득한다.
획득한 형광 복합체를 단결정 형광체에 접착한다(S150). 단결정 형광체에 전술한 과정을 거치며 획득한 형광 복합체를 접착한다. 예를 들어, 접착제는 KER-3000-M2가 사용될 수 있다. 이와 같이 접착제에 의해 단결정 형광체에 형광 복합체가 접착되며, 단결정 형광 복합체가 제조된다. 제조된 단결정 형광 복합체는 종래의 단결정 형광체의 결함을 보완하여 우수한 색 재현성을 확보할 수 있다.
전술한 과정에서 제조된 형광 복합체가 전술한 접착제에 의해 접착되기 위한 단결정 형광체는 도 2와 같은 방법으로 제조된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 형광체를 제조하는 방법을 도시한 도면이다.
Y2O3, Al2O3 및 CeO2을 믹싱한다(S210). 이때, Y2O3 및 Al2O3는 화학양론적 비율로서 Y : Al : O가 각각 3 : 5 : 12를 갖도록 포함되며, CeO2는 0.1 mol%를 초과하지 않도록 포함된다. CeO2이 전술한 수준 이상 포함될 경우, 제조과정에서 혼석 현상이 발생하여 형광체로 온전히 제조되지 못하고 깨지는 문제가 발생한다.
초크랄스키(Czochralski)법으로 단결정을 기 설정된 인상속도(Pulling Rate)로 성장시킨다(S220). 초크랄스키법은 단결정을 성장시키는 방법으로서, 믹싱된 성분을 다음의 공정을 거치며 단결정으로 성장시킨다. 믹싱한 파우더를 40mm 이리듐 도가니에 장입한 후, 질소 분위기에서 30kW RF 신호 발생기(Radio Frequency Generator)를 이용하여 용융시킨다. 이때, YAG 단결정(YAG Single Crystal)이 시드로서 함께 장입될 수 있다. 이처럼 각 성분이 40mm 이리듐 도가니에 장입되어 용융되며, 기 설정된 인상속도, 예를 들어, 1분에 1mm씩 단결정으로 성장시키며 된다.
획득된 샘플을 연마 및 다이싱 과정을 거치며 단결정 형광체로 제조한다(S230).
전술한 과정을 거침에 따라, 제조된 단결정 형광체의 표면으로 형광 복합체가 전술한 접착제에 의해 온전히 접착될 수 있다.
도 1 및 2에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각 도면에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 1 및 2는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 1 및 2에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽힐 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 단결정 복합 형광체를 제조하는 방법에 있어서,
    BaSi2O2N2: Eu2로 구현되는 청록색 형광체, ((Sr,Ca)AlSiN3:Eu2로 구현되는 적색 형광체 및 경화제를 PDMS(Poly Di Methyl Siloxane)에 혼합하는 혼합과정;
    혼합된 혼합물을 PET(Poly Ethylene Terephthalate) 기판 상에서 닥터 블레이드(Doctor Clade) 코팅장비를 이용해 필름 형태로 도포하는 도포과정;
    80 내지 90℃의 온도에 1 내지 5시간 동안 필름 형태로 도포된 혼합물을 경화시키는 경화과정;
    경화가 진행된 샘플을 다이싱하는 다이싱과정; 및
    상기 다이싱 과정을 거쳐 획득한 형광 복합체를 단결정 형광체에 접착하는 접착과정을 포함하며,
    상기 단결정 형광체는
    Y2O3, Al2O3 및 CeO2을 믹싱하되, 화학양론적 비율로서 Y : Al : O가 각각 3 : 5 : 12를 갖도록 포함되며, CeO2는 0.1 mol%를 초과하여 포함되지 않도록 믹싱하는 믹싱과정;
    상기 믹싱과정을 거친 파우더를 40mm 이리듐 도가니에 장입한 후 질소 분위기에서 30kW RF 신호 발생기(Radio Frequency Generator)를 이용하여 용융시키며, 1분에 1mm씩 단결정으로 성장하는 성장과정; 및
    상기 성장과정을 거치며 획득한 샘플을 연마 및 다이싱하는 다이싱과정을 거쳐 제조되며,
    상기 혼합과정에서 형광체는 PDMS를 기준으로 30wt%만큼, 경화제는 0.1 내지 5wt%만큼 포함되며, 형광체는 청록색 형광체와 적색 형광체가 각각 7 내지 9 : 1 내지 3 질량비율로 포함되는 것을 특징으로 하는 단결정 복합 형광체 제조방법.
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  6. 제1항의 방법에 의해 제조되는 단결정 복합 형광체.



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