JP5779220B2 - 蛍光体及びこれを備えた発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は、蛍光体及びこれを含む発光素子に関するものである。前記発光素子は照明システムに含まれることができる。
発光素子（Light Emitting Device）は電気エネルギーが光エネルギーに変換される特性の素子であって、例えば、ＬＥＤは化合物半導体の組成比を調節することによって多様な色相具現が可能である。
例えば、窒化物半導体は高い熱的安定性と幅広いバンドギャップエネルギーにより光素子及び高出力電子素子開発分野で大いなる関心を受けている。特に、窒化物半導体を用いた青色（Blue）発光素子、緑色（Green）発光素子、紫外線（ＵＶ）発光素子などは商用化されて広く使われている。
白色光を放出するＬＥＤは蛍光体を塗布して蛍光体から発光する２次光源を用いる方法であって、青色ＬＥＤに黄色を出すＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を塗布して白色光を得る方式が一般的である。
しかしながら、前記の方法は２次光を利用しながら発生する量子欠損（quantum deficits）及び再放射効率に起因した効率減少が伴われ、色レンダリング（Color rendering）が容易でないという短所がある。
したがって、従来の白色ＬＥＤバックライトは青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とを組み合わせたものであって、緑色と赤色成分が欠如されて不自然な色相を表現せざるをえなくて、携帯電話、ノートブックＰＣの画面に用いる程度に限定されて適用されている。それでも、駆動が容易で、価格が顕著に低廉であるという利点のため、広く商用化されている。
一般に、蛍光体は母体材料に珪酸塩（Silicate）、燐酸塩、アルミン酸塩、または黄化物を使用し、発光中心に遷移金属または希土類金属を使用したものが広く知られている。例えば、珪酸塩（Silicate）蛍光体は、ＢＬＵ、照明用に使用中であるが、珪酸塩蛍光体は水分に脆弱であるので、他蛍光体対比信頼性特性が低調な問題がある。
一方、最近、白色ＬＥＤに関して紫外線または青色光などの高いエネルギーを有する励起源により励起されて可視光線を発光する蛍光体に対する開発が主流をなしてきたが、従来の蛍光体は励起源に露出すると、蛍光体の輝度が低下する問題がある。
本発明の目的は、新たな組成の青色蛍光体、及びこれを含む発光素子を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、信頼性が向上し、輝度の高い蛍光体、及びこれを含む発光素子を提供することにある。
また、本発明の更に他の目的は、発光強さの高い蛍光体、及びこれを含む発光素子を提供することにある。
本発明の一態様に従う蛍光体は、ＡｘＯｙＭＣＧ：ＲＥ３＋ ｚの組成式により表現され、ＡはＬａ、Ｙ、Ｓｃ、Ｇｄ、Ｌｕの元素のうち、少なくとも１種以上の元素を含み、ＭはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎのうち、少なくとも１種以上の元素を含み、ＣはＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの元素のうち、少なくとも１種以上の元素を含み、Ｏは酸素元素であり、Ｇは窒素元素であり、ＲＥの元素には希土類元素としてＥｕ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｔｍ、及びＬｕのうち、少なくとも１種類以上の元素を含み、前記ｚは０＜ｚ≦０．７５の範囲を有し、青色の中心波長を発光する。
本発明の一態様に従う発光素子は、発光チップ、前記発光チップの上に配置された蛍光体層、前記蛍光体層の上に添加され、前記発光チップから放出された光を吸収して第１青色の中心波長を発光する蛍光体を含み、前記蛍光体はＬａｘＯｙＳｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋ ｚの組成式を有し、前記ｘの範囲は２≦ｘ≦８であり、前記ｙの範囲は３≦ｙ≦１２を含む。
前記ＬａＳｉＡｌＯＮ系蛍光体の場合、青色領域に発光領域を有しているので、ＵＶ ＬＥＤチップと赤色と緑色領域の蛍光体を用いて白色の発光素子を具現することができる。
本発明の種々の実施形態によれば、新たな組成の青色蛍光体、及びこれを含む発光装置を提供することができる。
また、本発明の種々の実施形態によれば、信頼性が向上し、輝度の高い蛍光体、及びこれを含む発光装置を提供することができる。
また、本発明は発光強さの高い蛍光体、及びこれを含む発光装置を提供することができる。
本発明の実施形態に従う蛍光体を含む第１発光素子の断面図である。 本発明の実施形態に従う蛍光体を含む第２発光素子の断面図である。 本発明の実施形態に従う蛍光体を含む第３発光素子の断面図である。 本発明の実施形態に従う蛍光体を含む第４発光素子の断面図である。 本発明の実施形態に従う蛍光体におけるＬａＯの割合に従う発光波長特性データを比較したグラフである。 本発明の実施形態に従う蛍光体におけるＬａＯの割合に従う励起波長特性データを比較したグラフである。 本発明の実施形態に従う蛍光体におけるＣｅの割合に従う発光波長特性データを比較したグラフである。 本発明の実施形態に従う蛍光体におけるＣｅの割合に従う励起波長特性データを比較したグラフである。 本発明の実施形態に従う蛍光体の製造過程を示す図である。 実施形態による発光素子を有する表示装置を示す斜視図である。 実施形態による発光素子を有する表示装置を示す斜視図である。 実施形態による発光素子を有する照明装置の例を示す図である。
本発明を説明するに当たって、各層（膜）、領域、パターン、または構造物が、基板、各層（膜）、領域、パッド、またはパターンの“上／の上（on）”に、または“下／の下（under）”に形成されることと記載される場合において、“上／の上（on）”と“下／の下（under）”は、“直接（directly）”または“他の層を介して（indirectly）”形成されることを全て含む。また、各層の上／の上または下／の下に対する基準は、図面を基準として説明する。
図面において、各層の厚さやサイズは説明の便宜及び明確性のために誇張、省略、または概略的に図示されている。また、各構成要素のサイズは実際のサイズを完全に反映するものではない。
（実施形態）
図１は本発明の実施形態に従う蛍光体を含む発光素子１０の断面図であり、このような構造に限定されず、他の実施形態の適用が可能である。
図１を参照すると、発光素子１０は、発光チップ１１及び蛍光体層１３を含む。前記発光チップ１１は光源であって、可視光線波長を発光するＬＥＤチップであることがあり、前記可視光線の波長は３００ｎｍ−４００ｎｍの範囲、例えば、３５０ｎｍ−３７０ｎｍの範囲を含む。前記発光チップ１１はIII族−V族元素の化合物半導体とII族−VI族元素の化合物半導体のうち、少なくとも１つを含むＬＥＤチップを含み、例えばＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＰのうち、少なくとも１つを含むことができる。また、ＬＥＤチップはＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有する化合物半導体で形成できる。前記発光チップ１１はｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層の積層構造を含む複数の化合物半導体層を含むことができ、Ｎ側電極とＰ側電極は互いに反対側に配置された垂直型電極構造または水平に配置された水平型電極構造で配置されることができ、またはＮ側電極とＰ側電極のうちのいずれか１つはビア電極構造を含むことができる。
前記蛍光体層１３は、シリコンまたはエポキシのような透光性樹脂物の内に実施形態に従う蛍光体１９を含む。前記蛍光体１９は青色蛍光体であり、前記青色蛍光体は中心波長が４６０ｎｍ−４７５ｎｍ範囲の青色波長、例えば４６５−４７３ｎｍ範囲の中心波長を発光するようになる。
前記蛍光体１９はＡＯＭＣＧ：ＲＥ３＋ ｚの組成式を有する組成物で表現され、ＡはＬａ、Ｙ、Ｓｃ、Ｇｄ、Ｌｕの元素のうち、少なくとも１種以上の元素を含み、ＭはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎのうち、少なくとも１種以上の元素を使用し、ＣはＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの元素のうち、少なくとも１種以上の元素を含み、Ｏは酸素元素であり、Ｇは窒素元素であり、ＲＥの元素には希土類元素としてＥｕ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｔｍ、及びＬｕのうち、少なくとも１種類以上の元素を使用する。前記ｚは０より大きく、最適化によって変化することができ、例えば０＜ｚ≦０．７５の範囲でありうる。前記蛍光体１９は前記のような元素の組成物で表現されることによって、蛍光体組成物として定義されることができ、これに対して限定するものではない。
ここで、前記蛍光体１９はＡＯＭＣＧ：ＲＥ３＋ ｚの組成式を有する組成物において、ＡはＬａの元素であり、ＭはＳｉの元素であり、ＣはＡｌの元素でありうる。前記蛍光体１９はＡＯＭＣＧ：ＲＥ３＋ ｚの組成式を有する組成物において、ＡはＬａの元素であり、ＭはＳｉの元素であり、ＣはＡｌの元素であり、ＲＥはＣｅの元素でありうる。
実施形態に従う蛍光体１９は、ＬａｘＯｙＳｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋ ｚの組成式において、ｘの範囲は２≦ｘ≦８であり、ｙの範囲は３≦ｙ≦１２でありうる。ｚの範囲は０．２５≦ｚ≦０．７５となることができる。例えば、ｘは４または６でありうる。前記ｚ＜ｘ＜ｙの範囲を満たす。
実施形態に従う蛍光体１９は、発光チップ１１から放出された可視光線範囲、例えば３５０ｎｍ−３７０ｎｍ範囲の中心波長を吸収して４６５−４７３ｎｍ範囲の中心波長を発光することができる。
前記蛍光体層１３には他の蛍光体、例えば、赤色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体のうち、少なくとも１つをさらに含むことができ、例えば白色発光のために緑色及び赤色蛍光体を含むことができる。
他の例として、前記発光チップ１１は中心波長が４５０ｎｍ以下の青色波長、例えば４００ｎｍ−４３５ｎｍ範囲の中心波長を発光することができ、前記蛍光体１９は、前記４００ｎｍ−４３５ｎｍ範囲の中心波長に対して４６５−４７３ｎｍ範囲の中心波長を発光することができる。前記発光チップ１１の第１青色波長と前記蛍光体１９の第２青色波長により青色波長のスペクトルの範囲が広くなることができる。
図２は、本発明の第２実施形態に従う発光素子を示す図である。第２実施形態の説明において、前記第１実施形態に同一な部分は第１実施形態の説明を参照することにする。
図２を参照すると、発光素子２０は、発光チップ２１、前記発光チップ２１の上に拡散層２３、及び前記拡散層２３の上に蛍光体層２５を含む。
前記発光チップ２１は、可視光線の波長範囲のうちの３００ｎｍ−４００ｎｍの範囲、例えば、３５０ｎｍ−３７０ｎｍ範囲の中心波長を発光する。前記蛍光体層２５は、実施形態に従う蛍光体２９、例えば青色蛍光体を含み、前記青色蛍光体は前記発光チップから放出された３５０ｎｍ−３７０ｎｍ範囲の中心波長を吸収して４６５−４７３ｎｍ範囲の中心波長を発光することができる。また、前記蛍光体層２５は他の蛍光体、例えば、緑色蛍光体、赤色蛍光体、黄色蛍光体のうち、少なくとも１つをさらに含むことができる。
前記発光チップ２１と前記蛍光体層２５との間には拡散層２３が配置されることができ、前記拡散層２３は前記発光チップ２１から放出された光を拡散させる。前記拡散層２３は、空気のような媒質であるか、屈折率が１以上の媒質であるか、シリコンまたはエポキシのような透光性樹脂材質で形成できる。前記拡散層２３は如何なる不純物を有しない層であって、例えば拡散剤や散乱剤のような不純物を有しない透光層でありうる。
他の例として、前記発光チップ２１は中心波長が４５０ｎｍ以下の青色波長、例えば４００ｎｍ−４３５ｎｍ範囲の中心波長を発光することができ、前記蛍光体は前記４００ｎｍ−４３５ｎｍ範囲の中心波長に対して４６５−４７３ｎｍ範囲の中心波長を発光することができる。
図３は、本発明の第３実施形態に従う発光素子を示す断面図である。
図３を参照すると、発光素子３０は、胴体３１、第１及び第２リードフレーム３３、３５、発光チップ３６、及び実施形態に従う蛍光体３９を有する蛍光体層３８を含む。
前記胴体３１は、発光チップ３６により放出された波長に対し、反射率が透過率より高い物質、例えば７０％以上の反射率を有する材質で形成できる。前記胴体３１は、反射率が７０％以上の場合、非透光性の材質として定義できる。前記胴体３１は、樹脂系列の絶縁物質、例えばポリフタルアミド（ＰＰＡ：Polyphthalamide）のような樹脂材質で形成できる。前記胴体３１は、シリコン系列、またはエポキシ系列、またはプラスチック材質を含む熱硬化性樹脂、または高耐熱性、高耐光性材質で形成できる。上記のシリコンは、白色系列の樹脂を含む。また、前記胴体３１の内には酸無水物、酸化防止剤、離形剤、光反射材、無機充填材、硬化触媒、光安定剤、潤滑剤、二酸化チタンのうち、選択的に添加できる。前記胴体３１は、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコン樹脂、変性シリコン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂からなる群から選択される少なくとも１種により成形できる。例えば、トリグリシジルイソシアヌレート、水素化ビスフェノールＡジグリシジルエテールなどからなるエポキシ樹脂と、ヘキサヒドロ無水フタル酸、３−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸４−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸などからなる酸無水物を、エポキシ樹脂に硬化促進剤としてＤＢＵ（1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecene-7）、助触媒としてエチレングリコール、酸化チタン顔料、ガラス繊維を添加し、加熱により部分的に硬化反応させてＢステージ化した固形エポキシ樹脂組成物を使用することができ、これに対して限定するものではない。
また、前記胴体３１の内に遮光性物質または拡散剤を混合して透過する光を低減させることができる。また、前記胴体３１は所定の機能を有するようにするために、熱硬化性樹脂に拡散剤、顔料、蛍光物質、反射性物質、遮光性物質、光安定剤、潤滑剤からなる群から選択される少なくとも１種を適切に混合してもよい。
前記胴体３１は、エポキシまたはシリコンのような樹脂材質に金属酸化物が添加されることができ、前記金属酸化物は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうち、少なくとも１つを含み、前記胴体３１の内に３ｗｔ％以上の割合で添加できる。これによって、前記胴体３１は入射される光を効果的に反射させることができる。ここで、前記胴体３１の内に添加された金属酸化物の含有量が３ｗｔ％以下の場合、反射効率が低下することがあり、このような反射効率が低下すれば光指向角分布が変わることがある。他の例として、前記胴体３１は透光性の樹脂物質または入射光の波長を変換させる実施形態に従う蛍光体を有する樹脂物質で形成できる。
前記胴体３１は、所定深さを有するように開放された凹部３２を含む。前記凹部３２は、凹なカップ構造、キャビティ構造、またはリセス構造のような形態に形成されることができ、これに対して限定するものではない。
前記胴体３１には第１及び第２リードフレーム３３、３５が結合され、前記第１及び第２リードフレーム３３、３５は凹部３２の底に配置されることができ、これに対して限定するものではない。前記第１リードフレーム３３及び前記第２リードフレーム３５の下部は前記胴体３１の下部に露出することができ、これに対して限定するものではない。前記第１リードフレーム３３、第２リードフレーム３５は、金属材質、例えばチタニウム（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、タンタリウム（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、燐（Ｐ）のうち、少なくとも１つを含むことができ、単一金属層または多層金属層に形成できる。前記第１及び第２リードフレーム３３、３５の厚さは０．１５mm以上、例えば０．１８mm以上に形成できる。
前記第１及び第２リードフレーム３３、３５の他の例として、前記第１及び第２リードフレーム３３、３５のうちの少なくとも１つは、凹なカップ形状の構造で形成されるか、折り曲げられた構造を有するか、胴体３１との結合のためにリセスされた溝を含むことができ、これに対して限定するものではない。
前記第１リードフレーム３３の上には発光チップ３６が配置され、前記発光チップ３６は接合部材（図示せず）で接着される。前記発光チップ３６は、第１及び第２リードフレーム３３、３５のうちの少なくとも１つとワイヤ３７により連結されることができ、これに対して限定するものではない。
前記発光チップ３６は、可視光線の波長範囲のうちの３００ｎｍ−４００ｎｍの範囲、例えば３５０ｎｍ−３７０ｎｍ範囲の中心波長を発光することができる。
前記凹部３２には蛍光体層３８が形成され、前記蛍光体層３８は実施形態に従う蛍光体３９を含む。前記蛍光体３９は青色蛍光体を含み、前記青色蛍光体３９は前記発光チップ３６から放出された３５０ｎｍ−３７０ｎｍ範囲の中心波長を吸収して４６５−４７３ｎｍ範囲の中心波長を発光することができる。また、前記蛍光体層３８は他の蛍光体、例えば、緑色蛍光体、赤色蛍光体、黄色蛍光体のうち、少なくとも１つをさらに含むことができる。
前記発光素子３０の上には、光学レンズ、導光板、光学シートのような光学部材がさらに配置されることができ、これに対して限定するものではない。
他の例として、前記発光チップ３６は中心波長が４５０ｎｍ以下の青色波長、例えば４００ｎｍ−４３５ｎｍ範囲の中心波長を発光することができ、前記蛍光体３９は前記４００ｎｍ−４３５ｎｍ範囲の中心波長に対して４６５−４７３ｎｍ範囲の中心波長を発光することができる。
図４は、本発明の第４実施形態に従う発光素子を示す図である。
図４を参照すると、発光素子４０は、基板４１、前記基板４１の上に搭載された複数の発光チップ４３、前記発光チップ４３を覆う実施形態に従う蛍光体４９を有する蛍光体層４５を含む。
前記基板４１は、回路パターン（図示せず）を含む樹脂材質の印刷回路基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）、メタルコアＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ：Metal Core PCB）、軟性ＰＣＢ（ＦＰＣＢ：Flexible PCB）、セラミック材質のうちのいずれか１つを含み、これに対して限定するものではない。
前記複数の発光チップ４３は前記基板４１の上に配列され、互いに直列または並列に連結できる。前記複数の発光チップ４３のうちの少なくとも１つは、可視光線の波長範囲のうち、３００ｎｍ−４００ｎｍの範囲、例えば３５０ｎｍ−３７０ｎｍ範囲の中心波長を発光する。
前記蛍光体層４５は実施形態に従う蛍光体４９、例えば青色蛍光体を含み、前記青色蛍光体は前記発光チップ４３から放出された３５０ｎｍ−３７０ｎｍ範囲の中心波長を吸収して４６５−４７３ｎｍ範囲の中心波長を発光することができる。また、前記蛍光体層４５は他の蛍光体、例えば、緑色蛍光体、赤色蛍光体、黄色蛍光体のうち、少なくとも１つをさらに含むことができる。
実施形態に従う蛍光体４９は、ＬａｘＯｙＳｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋ ｚの組成式で、ｘの範囲は２≦ｘ≦８であり、ｙの範囲は３≦ｙ≦１２でありうる。ｚの範囲は０．２５≦ｚ≦０．７５になることができる。実施形態に従う蛍光体４９は発光チップ４３から放出された可視光線範囲、例えば３５０ｎｍ−３７０ｎｍ範囲の中心波長を吸収して４６５−４７３ｎｍ範囲の中心波長を発光することができる。
前記複数の発光チップ４３のうちのいずれか１つは紫外線ＬＥＤチップでない、赤色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、イエローグリーン（yellow green）ＬＥＤチップのうちから選択できる。
図５は本発明の実施形態に従う蛍光体ＬａｘＯｙＳｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋でｘとｙに範囲に従う実験例（Ｓ−１〜Ｓ−７）の蛍光体の発光波長のスペクトルを示すグラフであり、図６は本発明の実施形態に従うＬａｘＯｙＳｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋でｘとｙに範囲に従う実験例（Ｓ−１〜Ｓ−７）の蛍光体の励起波長のスペクトルを示すグラフである。ここで、ｘの範囲は２≦ｘ≦８であり、ｙの範囲は３≦ｙ≦でありうる。
Figure 0005779220
図５を参照すると、発光チップの発光波長は４００ｎｍの中心波長を励起波長として用いており、ＬａＯの割合に従う蛍光体ＬａｘＯｙＳｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋の発光波長スペクトルでＬａ６Ｏ９Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２を基準と見ると、相対中心波長のＰＬ（photoluminescence）強さ（％）は８９％以上になり、特に９５％以上の蛍光体はＬａ３Ｏ４．５Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２、Ｌａ４Ｏ６Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２、Ｌａ５Ｏ７．５Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２、Ｌａ６Ｏ９Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２のような組成になることができる。また、中心波長は４６５−４７５ｎｍ波長で発光し、特に４７０ｎｍ以上の中心波長を有する蛍光体はＬａ５Ｏ７．５Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２、Ｌａ６Ｏ９Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２、Ｌａ７Ｏ１０．５Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２、Ｌａ８Ｏ１２Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２のような組成になることができる。上記の組成に従う中心波長のＰＬ強さと発光波長は、前記励起波長によって変わることができる。
図６を参照すると、ここ波長が３００ｎｍ−４００ｎｍの範囲、例えば３５０ｎｍ−３７０ｎｍ範囲の中心波長で最も高いＰＬ強さを表している。特に、Ｌａ３Ｏ４．５Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２、Ｌａ４Ｏ６Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２、Ｌａ５Ｏ７．５Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２、Ｌａ６Ｏ９Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２のような組成の蛍光体のＰＬ強さが高く表れることが分かる。
図７は本発明の実施形態に従う蛍光体のＣｅ組成割合に従う実験例（Ｓ−８、Ｓ−９、Ｓ−１０）の発光波長を示すものであり、図８は本発明の実施形態に従う蛍光体のＣｅ組成割合に従う実験例（Ｓ−８、Ｓ−９、Ｓ−１０）の励起波長を示す図である。
Figure 0005779220
図７で、発光チップの発光波長は４００ｎｍの中心波長を励起波長に用いており、蛍光体Ｌａ６Ｏ９Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋ ｚの組成式でｚの範囲に従う実験例を表している。ここで、ｚの範囲は０．２５≦ｚ≦０．７５であり、前記ｚの範囲によって発光波長が４６５−４７５ｎｍ範囲の中心波長で発光している。特に、ｚが０．５の時、実験例９（Ｓ−９）は０．９以上の強さを表している。図８は、Ｌａ６Ｏ９Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋ ｚの組成式で励起波長が３００ｎｍ−４００ｎｍの範囲、例えば３５０ｎｍ−３７０ｎｍ範囲の中心波長で最も高いＰＬ強さを表している。
実施形態に従うＬａｘＯｙＳｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋の青色蛍光体は４００ｎｍ以下、例えば３５０ｎｍ−３７０ｎｍの励起波長を利用し、４６５−４７５ｎｍ範囲の中心波長で最も高い強さを表していることが分かる。このような青色蛍光体を用いて白色のＬＥＤを具現する方法として、ＵＶ ＬＥＤチップに実施形態に従う青色蛍光体、赤色蛍光体、緑色蛍光体を塗布して使用することができ、ＵＶ ＬＥＤチップに青色蛍光体と黄色蛍光体とを塗布して使用することができ、ＵＶ ＬＥＤチップに青色蛍光体に塗布し、緑色ＬＥＤチップ、赤色ＬＥＤチップを用いる方法がある。ここに、青色蛍光体を用いることによって、発光強さを向上させることができる。
図９は、本発明の実施形態に従う蛍光体組成方法を示す図である。
図９を参照すると、蛍光体原料Ｌａ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＣｅＯ２の原料物質をＬａＳｉＡｌＯＮの組成比に合うように改良した後、溶媒を用いて瑪瑙乳鉢に原料を混合する（５１）。この時の蛍光体の組成比はＬａｘＯｙＳｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋ ｚの組成式でＬａＯの割合の変化によってｘ、ｙの組成比を変化することができる。ｘの範囲は２≦ｘ≦８であり、ｙの範囲は３≦ｙ≦１２であり、ｚの範囲はｚの範囲によって発光波長の強さが変化することができ、最適化に従うｚの範囲は０．２５≦ｚ≦０．７５になることができる。
蛍光体の原料物質が混合されれば、合成雰囲気は、例えば１３００℃〜１５００℃の合成温度でガス流量は分当り、例えば４００ｃｃ〜２０００ｃｃとし、この際、Ｈ２／Ｎ２混合ガス割合は５％〜２０％／９５％〜８０％に変化させながら蛍光体を合成する（５２）。合成された蛍光体の場合、例えば１４００度の温度で６時間の間進行され、ガスフロー（gas flow）は、例えば１０００ｃｃで割合はＨ２−１０％／Ｎ２−９０％の条件で合成することができる。
合成が完了した蛍光体は、ジルコニア及びガラスボールを用いてボールミル（ball mill）過程及び洗浄（washing）過程を経た後、乾燥過程を経る（５３、５４）。前記乾燥過程は、例えば１００℃温度のオーブンで約２４時間乾燥するようになる（５４）。
そして、製造された蛍光体はＰＬ分析を通じて励起及び発光特性を分析することができ、条件変化に従うＬａＳｉＡｌＯＮ系の蛍光体を製造することができ、製造された蛍光体は中心波長が約４６５〜４７３ｎｍ領域に青色蛍光体の特性を有するようになる。この時の励起光源は３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲であり、３５０ｎｍ〜３７０ｎｍ範囲の励起波長領域で最大強さの発光波長を有する。
上記の蛍光体の製造方法は固相反応法により製造することができ、また窒化物及び酸窒化物蛍光体の場合、高温高圧での合成が可能であるが、ＬａＳｉＡｌＯＮ蛍光体は高温高圧での合成だけでなく、低温低圧でも合成可能になる。
前記ＬａＳｉＡｌＯＮ系蛍光体の場合、青色領域に発光領域を有しているので、ＵＶ ＬＥＤチップと赤色と緑色領域の蛍光体を用いて白色の発光素子を具現することができる。
＜照明システム＞
実施形態による発光素子又は発光素子は、照明システムに適用される。前記照明システムは、複数の発光素子がアレイされた構造を含み、図１０及び図１１に示されている表示装置、図１２に示されている照明装置とを含み、照明灯、信号灯、車両前照灯、電光板などが含まれる。
図１０は、１つの実施形態による発光素子を有する表示装置の分解斜視図である。
図１０を参照すると、実施形態による表示装置１０００は、導光板１０４１と、前記導光板１０４１に光を提供する光源モジュール１０３３と、前記導光板１０４１の下に反射部材１０２２と、前記導光板１０４１上に光学シート１０５１と、前記光学シート１０５１ 上に表示パネル１０６１と、前記導光板１０４１、光源モジュール１０３３、及び反射部材１０２２を収納するボトムカバー１０１１とを含むが、ここに限定されない。
前記ボトムカバー１０１１と、反射シート１０２２と、導光板１０４１と、光学シート１０５１とは、ライトユニット１０５０として定義される。
前記導光板１０４１は、光を拡散して、面光源化する役目を果たす。前記導光板１０４１は、透明な材質からなり、例えば、PMMA(polymethylmetaacrylate)のようなアクリル樹脂系列、PET(polyethylene terephthlate)、PC(poly carbonate)、COC(cycloolefin copolymer)、及びPEN(polyethylene naphthalate)樹脂の１つを含むことができる。
前記光源モジュール１０３３は、前記導光板１０４１の少なくとも一側面に光を提供し、窮極的には、表示装置の光源として作用するようになる。
前記光源モジュール１０３３は、少なくとも１つを含み、前記導光板１０４１の一側面で直接又は間接的に光を提供することができる。前記光源モジュール１０３３は、基板１０３１と前記に開示された実施形態による発光素子又は発光素子１０３５を含み、前記発光素子又は発光素子１０３５は、前記基板１０３１上に所定間隔でアレイされる。
前記基板１０３１は、回路パターン(図示せず)を含む印刷回路基板(PCB、Printed Circuit Board)である。但し、前記基板１０３１は、一般のPCBのみならず、メタルコア PCB(MCPCB、Metal Core PCB)、軟性PCB(FPCB、 Flexible PCB)などを含み、これに対して限定しない。前記発光素子１０３５は、前記ボトムカバー１０１１の側面又は放熱プレート上に搭載される場合、前記基板１０３１は、除去され得る。ここで、 前記放熱プレートの一部は、前記ボトムカバー１０１１の上面に接触される。
そして、前記複数の発光素子１０３５は、前記基板１０３１上に光が放出される出射面が、前記導光板１０４１と所定の距離離隔して搭載され、これに対して限定しない。前記発光素子１０３５は、前記導光板１０４１の一側面である入光部に光を直接又は間接的に提供することができ、これに対して限定しない。
前記導光板１０４１の下には、前記反射部材１０２２が配置される。前記反射部材１０２２は、前記導光板１０４１の下面に入射した光を反射させて、上に向かわせることで、前記ライトユニット１０５０の輝度を向上することができる。前記反射部材１０２２は、例えば、PET、PC、PVCレジンなどで形成されるが、これに対して限定しない。前記反射部材１０２２は、前記ボトムカバー１０１１の上面であり、これに対して限定しない。
前記ボトムカバー１０１１は、前記導光板１０４１、光源モジュール１０３３、及び反射部材１０２２などを輸納することができる。このため、前記ボトムカバー１０１１は、上面が開口したボックス(box)形状を有する収納部１０１２が備えられ、これに対して限定しない。前記ボトムカバー１０１１は、トップカバーと結合され、これに対して限定しない。
前記ボトムカバー１０１１は、金属材質又は樹脂材質で形成され、プレス成形又は押出成形などの工程を用いて製造されることができる。また、前記ボトムカバー１０１１は、熱伝導性の良い金属又は非金属材料を含み、これに対して限定しない。
前記表示パネル１０６１は、例えば、LCDパネルとして、互いに対向する透明な材質の第１及び第２の基板、そして、第１及び第２の基板の間に介在した液晶層を含む。前記表示パネル１０６１の少なくとも一面には、偏光版が取り付けられ、このような偏光版の取付構造に限定しない。前記表示パネル１０６１は、光学シート１０５１を通過した光により情報を表示することになる。このような表示装置１０００は、各鐘の携帯端末機、ノートＰＣのモニタ、ラップトップコンピュータのモニタ、テレビなどに適用されることができる。
前記光学シート１０５１は、前記表示パネル１０６１と前記導光板１０４１との間に配置され、少なくとも一枚の透光性シートを含む。前記光学シート１０５１は、例えば、拡散シート、水平及び垂直プリズムシート、及び輝度強化シートなどのようなシートから少なくとも１つを含む。前記拡散シートは、入射される光を拡散させ、前記水平又は/及び垂直プリズムシートは、入射される光を表示領域に集光させ、前記輝度強化シートは、損失される光を再使用して、輝度を向上させる。また、前記表示パネル１０６１上には、保護シートが配置され、これに対して限定しない。
ここで、前記光源モジュール１０３３の光経路上には、光学部材として、前記導光板１０４１、及び光学シート１０５１を含み、これに対して限定しない。
図１１は、一の実施形態による発光素子を有する表示装置を示す図である。
図１１を参照すると、表示装置１１００は、ボトムカバー１１５２と、前記の発光素子１１２４がアレイされた基板１１２０と、光学部材１１５４と、表示パネル１１５５とを含む。
前記基板１１２０と前記発光素子１１２４とは、光源モジュール１１６０と定義される。 前記ボトムカバー１１５２と、少なくとも１つの光源モジュール１１６０と、 光学部材１１５４とは、ライトユニット１１５０と定義される。前記ボトムカバー１１５２には、収納部１１５３を具備することができ、これに対して限定しない。前記の光源モジュール１１６０は、基板１１２０、及び前記基板１１２０上に配列した複数の発光素子又は発光素子１１２４を含む。
ここで、前記光学部材１１５４は、レンズ、導光板、拡散シート、水平及び垂直プリズムシート、及び輝度強化シートなどから少なくとも１つを含む。前記導光板は、ＰＣ材質又はＰＷＭА(polymethyl methacrylate)材質からなり、このような導光板は除去されることができる。前記拡散シートは、入射される光を拡散させ、前記水平及び垂直プリズムシートは、入射される光を表示領域に集光させ、前記輝度強化シートは、損失される光を再使用して、輝度を向上させる。
前記光学部材１１５４は、前記光源モジュール１１６０上に配置され、前記光源モジュール１１６０から放出された光を面光源するか、拡散、集光などを行うようになる。
図１２は、一の実施形態による発光素子を有する照明装置の分解斜視図である。
図１２を参照すると、実施形態による照明装置は、カバー２１００と、光源モジュール２２００と、放熱体２４００と、電源提供部２６００と、内部ケース２７００と、ソケット２８００とを含む。また、実施形態による照明装置は、部材２３００とホルダー２５００ のいずれか１以上を更に含むことができる。前記光源モジュール２２００は、実施形態による発光素子、又は発光素子パッケージを含むことができる。
例えば、前記カバー２１００は、バルブ(bulb)又は半球の形状を有し、中空であり、一部分が開口した形状で提供される。前記カバー２１００は、前記光源モジュール２２００と光学的に結合され、前記放熱体２４００と結合されることができる。前記カバー２１００は、前記放熱体２４００と結合する凹部を有することができる。
前記カバー２１００の内面には、拡散嶺を有する乳白色塗料がコートされる。このような乳白色材料を用いて、前記光源モジュール２２００からの光を散乱及び拡散して、外部に放出させることができる。
前記カバー２１００の材質は、ガラス、プラスチック、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリカーボネート(PC)などである。ここで、ポリカーボネートは、耐光性、耐熱性、強度が優れている。前記カバー２１００は、外部から前記光源モジュール２２００が見えるように透明であるか、不透明である。前記カバー２１００は、ブロー(blow)成形により、形成されることができる。
前記光源モジュール２２００は、前記放熱体２４００の一面に配置される。したがって、 前記光源モジュール２２００からの熱は、前記放熱体２４００に伝導される。前記光源モジュール２２００は、発光素子２２１０と、連結プレート２２３０と、コネクター２２５０とを含む。
前記部材２３００は、前記放熱体２４００の上面上に配置され、複数の照明素子２２１０と、コネクター２２５０が挿入されるガイド溝２３１０とを有する。前記ガイド溝２３１０は、前記照明素子２２１０の基板、及びコネクター２２５０と対応される。
前記部材２３００の表面は、白色の塗料で塗布又はコートされる。このような前記部材２３００は、前記カバー２１００の内面に反射して、前記光源モジュール２２００側方向に戻って来る光を、再度前記カバー２１００方向に反射する。したがって、実施形態による照明装置の光効率を向上させる。
前記部材２３００は、例として、絶縁物質からなる。前記光源モジュール２２００の連結プレート２２３０は、電気伝導性の物質を含む。したがって、前記放熱体２４００と前記連結プレート２２３０との間に電気的な接触が行える。前記部材２３００は、絶縁物質で構成され、前記連結プレート２２３０と前記放熱体２４００との電気的短絡を遮断することができる。前記放熱体２４００は、前記光源モジュール２２００からの熱と、前記電源提供部２６００からの熱を伝達されて、放熱する。
前記ホルダー２５００は、内部ケース２７００の絶縁部２７１０の収納溝２７１９を塞ぐ.したがって、前記内部ケース２７００の前記絶縁部２７１０に収納される前記電源提供部２６００は密閉される。前記ホルダー２５００は、ガイド突出部２５１０を有する。前記ガイド突出部２５１０は、前記電源提供部２６００の突出部２６１０が貫通するホールを具備することができる。
前記電源提供部２６００は、外部から提供された電気的信号を処理又は変換して、前記光源モジュール２２００に提供する。前記電源提供部２６００は、前記内部ケース２７００の収納溝２７１９に収納され、前記ホルダー２５００により、前記内部ケース２７００の内部に密閉される。
前記電源提供部２６００は、突出部２６１０と、ガイド部２６３０と、ベース２６５０と、延在部２６７０とを含む。
前記ガイド部２６３０は、前記ベース２６５０の一側から外部に突出した形状を有する。 前記ガイド部２６３０は、前記ホルダー２５００に挿入される。前記ベース２６５０の一面の上に多数の部品が配置される。多数の部品は、例えば、直流変換装置、前記光源モジュール２２００の駆動を制御する駆動チップ、前記光源モジュール２２００を保護するためのＥＳＤ(ElectroStatic discharge)保護素子などを含むが、これに対して限定しない。
前記延在部２６７０は、前記ベース２６５０の他の一側から外部に突出した形状を有する。前記延在部２６７０は、前記内部ケース２７００の連結部２７５０内に挿入され、外部からの電気的信号を提供される。例えば、前記延在部２６７０は、前記内部ケース２７００の連結部２７５０の幅と同一であるか、小さく提供される。前記延在部２６７０は、電線を通じて、ソケット２８００に電気的に連結される。
前記内部ケース２７００は、内部に前記電源提供部２６００と共にモールディング部を含むことができる。モールド部は、モールディング液体が固まった部分であって、前記電源提供部２６００が、前記内部ケース２７００内に固定できるようにする。
一の実施形態によれば、新たな組成の青色蛍光体、及びこれを含む発光装置を提供することができる。
また、一の実施形態によれば、信頼性が向上し、輝度の高い蛍光体、及びこれを含む発光装置を提供することができる。
また、一の実施形態は発光強さの高い蛍光体、及びこれを含む発光装置を提供することができる。
以上、実施形態に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ず１つの実施形態のみに限定されるものではない。延いては、各実施形態で例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野の通常の知識を有する者により他の実施形態に対しても組合または変形されて実施可能である。したがって、このような組合と変形に関連した内容は本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。
以上、本発明を好ましい実施形態をもとに説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するものでなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上に例示していない多様な変形及び応用が可能であることが分かる。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができる。そして、このような変形及び応用にかかわる差異点も、特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
１０、２０、３０、４０ 発光素子
１１、２１、３６、４３ 発光チップ
１３、２５、３８、４５ 蛍光体層
１９、３９、４９ 蛍光体
２３ 拡散層
３１ 胴体
３３ 第１リードフレーム
３５ 第２リードフレーム
４１ 基板

Claims (16)

  1. Ｌａ ｘ Ｏ ｙ Ｓｉ ６ Ａｌ ４ Ｎ １２ ：Ｃｅ ３＋ ｚ の組成式で表現され、
    前記ｘの範囲は２≦ｘ≦８であり、前記ｙの範囲は３≦ｙ≦１２であり、前記ｚは０＜ｚ≦０．７５の範囲を有し、ｘ＜ｙを満たし、青色の中心波長を発光することを特徴とする、蛍光体。
  2. 前記蛍光体は中心波長が４６０ｎｍ〜４７５ｎｍ範囲の青色波長であることを特徴とする、請求項１に記載の蛍光体。
  3. 前記蛍光体の組成式はＬａ６Ｏ９Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋ ｚであることを特徴とする、請求項１に記載の蛍光体。
  4. 前記蛍光体の組成式はＬａ４Ｏ６Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋ ｚであることを特徴とする、請求項１に記載の蛍光体。
  5. 前記蛍光体は３００ｎｍ乃至４００ｎｍ領域の励起波長に対し、４６０ｎｍ〜４７５ｎｍ範囲の中心波長を発光することを特徴とする、請求項３または４に記載の蛍光体。
  6. 前記蛍光体は３５０ｎｍ−３７０ｎｍ範囲の励起波長に対し、４６５〜４７３ｎｍ範囲の中心波長を発光することを特徴とする、請求項５に記載の蛍光体。
  7. 前記蛍光体の組成式でＣｅの組成範囲は０．２５≦ｚ≦０．７５であることを特徴とする、請求項１、３及び４のうちいずれか１項に記載の蛍光体。
  8. 前記蛍光体の組成式でＣｅの組成範囲は０．５であることを特徴とする、請求項１、３及び４のうちいずれか１項に記載の蛍光体。
  9. 発光チップと、
    前記発光チップの上に配置された蛍光体層と、
    前記蛍光体層の上に添加され、前記発光チップから放出された光を吸収して第１青色の中心波長を発光する蛍光体を含み、
    前記蛍光体はＬａｘＯｙＳｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋ ｚの組成式を有し、前記ｘの範囲は２≦ｘ≦８であり、前記ｙの範囲は３≦ｙ≦１２であり、前記ｘ＜ｙを満たすことを特徴とする、発光素子。
  10. 前記発光チップは前記第１青色の中心波長より短い第２青色の中心波長を発光することを特徴とする、請求項９に記載の発光素子。
  11. 前記発光チップは３５０ｎｍ−３７０ｎｍ範囲の光を発光し、前記蛍光体は４６５〜４７３ｎｍ範囲の中心波長を発光することを特徴とする、請求項１０に記載の発光素子。
  12. 前記蛍光体の組成式はＬａ６Ｏ９Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋ ｚであることを特徴とする、請求項９乃至１１のうちいずれか１項に記載の発光素子。
  13. 前記蛍光体の組成式はＬａ４Ｏ６Ｓｉ６Ａｌ４Ｎ１２：Ｃｅ３＋ ｚであることを特徴とする、請求項９乃至１１のうちいずれか１項に記載の発光素子。
  14. 前記蛍光体の組成式でＣｅの組成範囲は０．２５≦ｚ≦０．７５であることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の発光素子。
  15. 前記蛍光体の組成式でＣｅの組成範囲は０．５であることを特徴とする、請求項１４に記載の発光素子。
  16. 前記蛍光体層を有するモールディング部材を含むことを特徴とする、請求項９乃至１５のうちいずれか１項に記載の発光素子。
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