KR101871181B1 - A fluorescent body, light emitting diode and package of thereof - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 산질화물 형광체는 아래의 화학식으로 표시되는 결정을 포함한다.
A(2-x)Ba Sib Od Ne : Ce 3+ x
(상기 화학식에서, A는 +3가의 희토류 금속이고, B는 금속 원소이며, 상기 x는 0.01 내지 0.2, 상기 a는 1 내지 3, 상기 b는 1 내지 3, 상기 c는 5 내지 12, 상기 d는 1 내지 15 이다.)An oxynitride phosphor according to an embodiment includes a crystal represented by the following chemical formula.
A (2-x) B a Si b O d N e : Ce 3+ x
Wherein A is a +3 rare earth metal and B is a metal element, x is 0.01 to 0.2, a is 1 to 3, b is 1 to 3, c is 5 to 12, d Is from 1 to 15.)
Description
실시예는 산질화물 형광체 및 그를 이용한 발광소자와 발광소자 패키지에 관한 것이다. An embodiment relates to an oxynitride phosphor and a light emitting device using the same and a light emitting device package.
최근에 전세계적으로 활발하게 진행되고 있는 잘화갈륨(GaN)계 백색 발광다이오드(LED)의 제작방법은 단일 칩 형태의 방법으로 청색이나 근자외석(ultra violet : UV) LED 칩 위에 형광물질을 결합하여 백색을 얻는 방법과 멀티 칩 형태로 LED 칩을 서로 조합하여 백색을 얻는 방법으로 크게 나뉜다.BACKGROUND ART [0002] Recently, a method of fabricating gallium gallium nitride (GaN) based white light emitting diodes (LEDs), which is actively promoted in the world, is a method of combining a fluorescent material on a blue or ultra violet The method of obtaining white light and the method of obtaining white light by combining LED chip with multi chip type are widely divided.
멀티 칩 형태로 백색 발광다이오드를 구현하는 대표적인 방법은 RGB(Red, Green, Blue)의 3개 칩을 조합하여 제작하는 것인데, 각각의 칩마다 동작전압의 불균일성, 주변 온도에 따라 각각의 칩의 출력이 변해 색좌표가 달라지는 등의 문제점을 보이고 있다.A typical method for implementing a white light emitting diode in a multi-chip form is to fabricate a combination of three chips of RGB (Red, Green, Blue). In each chip, the output of each chip And the color coordinates are changed.
단일칩으로 백색광을 방출하는 LED 소자는 LED에 형광체를 도포하여 소자에서 나오는 청색광과 형광체로부터 방출되는 2차 광원을 이용하는 방법으로서, 청색 LED에 황색을 내는 YAG : Ce형광체를 도포하여 백색광을 얻는 방식[미국특허 제6,069,440호]이 일반적이다. 그러나, 상기 방법은 2차광을 이용하면서 발생하는 양자결손(quantum deficits) 및 재방사 효율에 기인한 효율감소가 수반되고, 색 랜더링이 용이하지 않다는 단점이 있다An LED device emitting white light by a single chip is a method of applying a blue light emitted from the device by applying a phosphor to the LED and using a secondary light source emitted from the phosphor, and a method of obtaining a white light by applying a YAG: Ce phosphor emitting yellow to a blue LED U.S. Patent No. 6,069,440 is common. However, this method has disadvantages in that it is accompanied by quantum defects occurring while using secondary light and efficiency reduction due to the reemission efficiency, and color rendering is not easy
YAG는 100℃ 이상에서 열적으로 열화가 상대적으로 클 뿐만 아니라 YAG를 합성하는데 있어서 천연재료 중 Y2O3를 사용하고 1500℃ 이상의 고온 열처리가 필요하므로 생산 단가 측면에서 불리하다. 또한 YAG의 발광 주 피크를 적색 영역으로 변화시키기 위해서 일반적으로 희토류 3가 이온을 도핑(doping)할 경우 발광 휘도가 감소하는 등의 문제가 발생한다.YAG is not only thermally deteriorated at a temperature higher than 100 ° C but also Y 2 O 3 is used as a natural material in synthesizing YAG and it is disadvantageous in terms of production cost since it requires a high temperature heat treatment at 1500 ° C. or more. In addition, in order to change the emission main peak of YAG to the red region, there arises a problem that the emission luminance decreases when doping rare earth trivalent ions in general.
실시예는 연색지수가 향상된 산질화물 형광체 및 그를 이용한 발광소자 및 발광소자 패키지를 제공하는 데 있다. The embodiment is to provide an oxynitride phosphor having an improved color rendering index and a light emitting device and a light emitting device package using the same.
실시예에 따른 산질화물 형광체는 아래의 화학식으로 표시되는 결정을 포함한다.An oxynitride phosphor according to an embodiment includes a crystal represented by the following chemical formula.
[화학식][Chemical Formula]
A(2-x)Ba Sib Od Ne : Ce 3+ x A (2-x) B a Si b O d N e : Ce 3+ x
(상기 화학식에서, A는 +3가의 희토류 금속이고, B는 금속 원소이며, 상기 x는 0.01 내지 0.2, 상기 a는 1 내지 3, 상기 b는 1 내지 3, 상기 c는 5 내지 12, 상기 d는 1 내지 15 이다.)Wherein A is a +3 rare earth metal and B is a metal element, x is 0.01 to 0.2, a is 1 to 3, b is 1 to 3, c is 5 to 12, d Is from 1 to 15.)
실시예에 따른 산질화물 형광체는 발광파장의 스펙트럼이 넓어져 연색지수가 향상될 수 있다.The oxynitride phosphors according to the embodiments can broaden the spectrum of the emission wavelength and improve the color rendering index.
실시예에 따른 산질화물 형광체는 발광파장의 스펙트럼이 넓어 색분할 현상을 최소화할 수 있다.The oxynitride phosphors according to the embodiments can broaden the spectrum of the emission wavelength and minimize the color separation phenomenon.
실시예에 따른 산질화물 형광체는 발광소자에서 발생된 빛을 여기하여 백색빛을 방출할 수 있다.The oxynitride phosphors according to the embodiments can emit white light by exciting light generated from the light emitting device.
실시예에 따른 산질화물 형광체는 입자가 균일하여 발광소자의 산포를 향상시킬 수 있다.The oxynitride phosphors according to the embodiments can uniformly disperse the particles and improve scattering of the light emitting element.
도 1 은 실시예에 따른 산질화물 형광체의 여기파장대역을 나타낸 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 2 는 실시예에 따른 산질화물 형광체의 발광파장대역을 나타낸 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 3 은 실시예에 따른 산질화물 형광체를 합성하는 방법에 대한 순서도이며,
도 4 는 실시예에 따른 산질화물 형광체의 입자를 표면 주사전자현미경으로 관찰한 사진이며,
도 5 는 실시예에 따른 산질화물 형광체에 대한 형광 X선 분석 결과를 나타낸 성분 분포 그래프,
도 6 은 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함한 발광소자의 단면을 도시한 단면도,
도 7a 는 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함한 발광소자 패키지의 사시도,
도 7b 는 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함한 발광소자 패키지의 단면도,
도 8a 는 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함하는 조명 시스템을 도시한 사시도,
도 8b 는 도 8a 의 조명 시스템의 C-C' 단면을 도시한 단면도,
도 9 은 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도, 그리고
도 10 는 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.1 is a view showing an emission spectrum showing an excitation wavelength band of an oxynitride phosphor according to an embodiment,
2 is a view showing an emission spectrum showing an emission wavelength band of the oxynitride phosphor according to the embodiment, and FIG.
3 is a flowchart of a method of synthesizing an oxynitride phosphor according to an embodiment,
4 is a photograph of particles of the oxynitride phosphor according to the embodiment observed by a surface scanning electron microscope,
5 is a graph of component distribution showing the results of fluorescence X-ray analysis of the oxynitride phosphor according to the embodiment,
6 is a cross-sectional view of a light emitting device including an oxynitride phosphor according to an embodiment,
7A is a perspective view of a light emitting device package including an oxynitride phosphor according to an embodiment,
7B is a cross-sectional view of a light emitting device package including an oxynitride phosphor according to an embodiment,
8A is a perspective view showing a lighting system including an oxynitride phosphor according to an embodiment,
FIG. 8B is a cross-sectional view showing a CC 'cross-section of the illumination system of FIG. 8A,
9 is an exploded perspective view of a liquid crystal display device including an oxynitride phosphor according to an embodiment, and
10 is an exploded perspective view of a liquid crystal display device including an oxynitride phosphor according to an embodiment.
실시예에 대한 설명에서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴이나 타 구조물의 "위(on)"에, "아래(under)"에, 상측(upper)에, 또는 하측(lower)에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)", "아래(under)", 상측(upper), 및 하측(lower)은 "직접(directly)" 또는 "다른 층, 또는 구조물을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of the embodiments, it is to be understood that each layer (film), region, pattern or structure may be referred to as being "on", "under", or "on" Quot; on ", " under ", " upper ", and lower " lower " directly "or" indirectly "through " another layer, or structure ".
또한 각 층, 또는 구조물들간의 위치관계에 대한 설명은 본 명세서, 또는 본 명세서에 첨부되는 도면을 참조하도록 한다.Further, the description of the positional relationship between the respective layers or structures is referred to the present specification or the drawings attached hereto.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.The thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. Also, the size and area of each component do not entirely reflect actual size or area.
도 1은 실시예에 따른 산질화물 형광체의 여기파장대역을 나타낸 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 2는 실시예에 따른 산질화물 형광체의 발광파장대역을 나타낸 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view showing an emission spectrum showing an excitation wavelength band of an oxynitride phosphor according to an embodiment, and FIG. 2 is a diagram showing an emission spectrum showing an emission wavelength band of an oxynitride phosphor according to an embodiment.
실시예에 따른 산질화물 형광체는 아래의 화학식으로 표시되는 결정을 포함한다.An oxynitride phosphor according to an embodiment includes a crystal represented by the following chemical formula.
[화학식][Chemical Formula]
A(2-x)Ba Sib Od Ne : Ce 3+ x A (2-x) B a Si b O d N e : Ce 3+ x
(상기 화학식에서, A는 +3가의 희토류 금속이고, B는 금속 원소이다.)(In the above formula, A is a trivalent rare earth metal and B is a metal element.)
실시예에 따른 산질화물 형광체는 도 1을 참조하면, 440 내지 490nm 의 파장 영역을 여기파장대역 즉 여기주피크로 하고, 도 2 를 참조하면, 500 내지 680nm 의 파장 영역을 발광파장대역 즉 발광주피크로 할 수 있다. 상기 산질화물 형광체는 광원에서 발생된 빛을 넓은 범위에서 여기하여 빛을 발산시킬 수 있다.Referring to FIG. 1, the oxynitride phosphor according to the embodiment has a wavelength region of 440 to 490 nm as an excitation wavelength band, that is, an excitation main peak, and as shown in FIG. 2, a wavelength region of 500 to 680 nm is referred to as an emission wavelength region, It can be done with a peak. The oxynitride phosphor excites light generated from the light source in a wide range to emit light.
이러한 실시예에 따른 형광체에 의해 방출되는 광은 백색 발광다이오드에 사용될 경우 여기 광으로 사용된 근 자외선 광(N-UV : Near-Ultraviolet lay)과 합성되어 백색광을 나타냄으로써 백색광을 방출하기 위한 실시예에 따른 발광소자에 이용되어 질 수 있게 된다. 이는 하기에서 설명한다.The light emitted by the phosphor according to this embodiment is synthesized with near-ultraviolet light (N-UV) used as excitation light when used in a white light emitting diode to emit white light, thereby emitting white light Emitting device according to the present invention. This is described below.
상기 A(2-x)Ba Sib Oc Nd : Ce 3+ x 의 화학식을 갖는 산질화물 형광체는 x가 0.01 내지 0.2 일 수 있다.The oxynitride phosphor having the formula A (2-x) B a Si b O c N d : Ce 3+ x may have x of 0.01 to 0.2.
상기 A는 이트륨(Y)일 수 있다. 상기 B는 알루미늄(Al)일 수 있다.The A may be yttrium (Y). The B may be aluminum (Al).
상기 a는 1 내지 3 일 수 있고, 상기 b는 1 내지 3 일 수 있고, 상기 c는 5 내지 12 일 수 있으며, 상기 d는 1 내지 15 일 수 있다.Wherein a may be 1 to 3, b may be 1 to 3, c may be 5 to 12, and d may be 1 to 15.
상기 산질화물 형광체의 반치폭(FWHM : Full Width at Half Maximum) 범위는 509 내지 647nm일 수 있다. 산질화물 형광체는 반치폭이 약 138nm이 될 수 있다. 산질화물 형광체는 반치폭이 향상되어 연색지수가 크게 향상될 수 있다.The full width at half maximum (FWHM) of the oxynitride phosphors may be in the range of 509 to 647 nm. The half-width of the oxynitride phosphor may be about 138 nm. The half-width of the oxynitride phosphor is improved and the color rendering index can be greatly improved.
실시예에 따른 산질화물 형광체는 UV LED 또는 청색 LED와 결합하여, 다른 색의 형광체와의 혼합 없이 단일 성분으로도 연색성이 우수한 백색광을 만들어 낼 수 있다. 상기 산질화물 형광체는 황색 영역에서의 발광 강도가 높아 우수한 연색성을 갖는 백색광의 구현이 가능하다.The oxynitride phosphors according to the embodiments can combine with the UV LED or the blue LED to produce white light having excellent color rendering properties even with a single component without mixing with the phosphors of other colors. The oxynitride phosphors have high emission intensity in the yellow region, and thus can realize white light having excellent color rendering properties.
도 3은 실시예에 따른 산질화물 형광체를 합성하는 방법에 대한 순서도이다.3 is a flowchart of a method for synthesizing an oxynitride phosphor according to an embodiment.
도 3 을 참조하면, 상기 산질화물 형광체의 제조방법은 원료를 준비하는 단계(a), 원료를 혼합하는 단계(b), 형광체 합성분위기를 조성하는 단계(c), 볼밀 공정 및 건조 작업을 하는 단계(d), 및 형광체의 성분을 분석하는 단계(e)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the method for producing the oxynitride phosphor includes the steps of (a) preparing a raw material, (b) mixing raw materials, (c) forming a phosphor synthesis atmosphere, Step (d), and step (e) of analyzing the components of the phosphor.
원료를 준비하는 단계(a)는 원료 물질인 Y2O3, AlN, SiO2, Si3N4, 및 CeO2를 조성비에 맞게 준비할 수 있다.The step (a) of preparing the raw material can be prepared by mixing the raw materials Y 2 O 3 , AlN, SiO 2 , Si 3 N 4 , and CeO 2 in accordance with the composition ratio.
원료를 혼합하는 단계(b)는 원료 물질을 조성비에 맞게 개량한 후 마노 유발과 아세톤 용매를 이용하여 혼합할 수 있다.The step (b) of mixing the raw materials may be carried out by modifying the raw materials according to the composition ratio and then mixing the mixture with agate and acetone solvent.
형광체 합성분위기를 조성하는 단계(c)는 형광체를 1300 내지 1500℃의 온도에서 10시간 동안 산화 처리할 수 있다. 이때 수소/질소가스는 5:95 내지 20:80 v/v의 비율로 변화될 수 있고, 가스 플로우(Gas flow)는 1000 내지 2000cc 하에서 형광체를 소성할 수 있다. 상기 산질화물 형광체는 저온 상압 방법으로 합성될 수 있다.In the step (c) of forming the phosphor synthesis atmosphere, the phosphor may be oxidized for 10 hours at a temperature of 1300 to 1500 ° C. In this case, the hydrogen / nitrogen gas may be changed at a ratio of 5:95 to 20:80 v / v, and the gas flow may be performed at 1000 to 2000 cc. The oxynitride phosphors can be synthesized by a low temperature atmospheric pressure method.
볼밀 공정 및 건조 작업을 하는 단계(d)는 전 단계(c)에서 형광체를 소성하여 합성된 형광체 분말을 물과 함께 혼합하며, 그 후 지르코니아 및 유리 볼을 이용하여 볼밀 공정 및 세정과정을 진행하고 80℃의 오븐에서 약 12시간 건조를 할 수 있다.In the step (d) of performing the ball milling process and the drying process, the phosphor is fired in the previous step (c), and the synthesized phosphor powder is mixed with water. Thereafter, the ball milling process and the washing process are performed using zirconia and a glass ball It can be dried in an oven at 80 ° C for about 12 hours.
형광체의 성분을 분석하는 단계(e)는 산질화물 형광체에 대해서 광방출특성(PL emission)을 확인하고 표면 주사전자현미경촬영(SEM) 및 형광 X선 분석(EDX)을 할 수 있다. 광방출특성(PL emission) 확인한 결과는 도 1 및 도 2 의 그래프에 나타나 있다.The step (e) of analyzing the components of the phosphor can confirm the light emission characteristics (PL emission) for the oxynitride phosphors, and can perform surface scanning electron microscopy (SEM) and fluorescent X-ray analysis (EDX). The light emission characteristics (PL emission) The results are shown in the graphs of FIGS. 1 and 2.
도 4 는 실시예에 따른 산질화물 형광체의 입자를 표면 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다. 4 is a photograph of particles of the oxynitride phosphor according to the embodiment observed by a surface scanning electron microscope.
도 4 의 표면 주사전자현미경 촬영 결과로부터 A(2-x)Ba Sib Oc Nd : Ce 3+ x의 산질화물 형광체의 미세입자가 고르게 분포된 것을 확인할 수 있다.From the results of the scanning electron microscope photograph of FIG. 4, it can be seen that the fine particles of the oxynitride phosphor of A (2-x) B a Si b O c N d : Ce 3+ x are evenly distributed.
상기 산질화물 형광체의 결정 크기는 1 내지 2㎛ 일 수 있다. 형광체의 입자가 균일하게 되는 경우, 형광체의 분포가 균일하게 될 수 있다. 즉, 형광체의 분산성이 향상될 수 있다. 산질화물 형광체는 산포가 향상될 수 있다. 산질화물 형광체는 발광소자에 적용되는 경우 발광소자의 품질을 향상시킬 수 있다. 산질화물 형광체의 결정크기가 과도하게 작아지는 경우 광효율이 떨어질 수 있고, 너무 커지면 형광체의 분포가 불균일해질 수 있다.The crystal size of the oxynitride phosphor may be 1 to 2 탆. When the particles of the phosphor are made uniform, the distribution of the phosphor can be made uniform. That is, the dispersibility of the phosphor can be improved. The oxynitride phosphor can be improved in scattering. When the oxynitride phosphor is applied to a light emitting device, the quality of the light emitting device can be improved. If the crystal size of the oxynitride phosphor is excessively small, the light efficiency may be deteriorated, and if it is too large, the distribution of the phosphor may be uneven.
도 5 는 실시예에 따른 산질화물 형광체에 대한 형광 X선 분석 결과를 나타낸 성분 분포 그래프이다.5 is a graph of component distribution showing the result of fluorescent X-ray analysis of the oxynitride phosphor according to the embodiment.
형광 X선 분석으로 상기 산질화물 형광체를 정량적으로 분석한 결과 Y, Si, Al, Ce, O, 및 N 가 검출된 것을 확인할 수 있다. 하기의 표 1은 상기 산질화물 형광체가 포함하는 성분들에 대한 Wt% 및 At%를 나타내고 있다. 형광 X선 분석으로 상기 산질화물 형광체에는 필수원소가 검출되었음을 확인할 수 있다.Quantitative analysis of the oxynitride phosphors by fluorescence X-ray analysis confirmed that Y, Si, Al, Ce, O, and N were detected. Table 1 below shows Wt% and At% for the components contained in the oxynitride phosphors. It was confirmed by fluorescent X-ray analysis that essential elements were detected in the oxynitride phosphors.
도 6 은 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함한 발광소자(100)의 단면을 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing a cross section of a
도 6 을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치되며, 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(126) 및 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(126) 사이에 배치되는 활성층(124)을 포함하는 발광구조물(120), 및 발광구조물(120)의 일면에 배치되는 형광체층(130)을 포함하고, 형광체층(130)은 A(2-x)Ba Sib Oc Nd : Ce 3+ 의 화학식을 갖는 산질화물 형광체를 포함한다.Referring to FIG. 6, a
도 6 에 도시된 발광소자(100)는 수평형 발광다이오드이나, 발광소자(100)는 수평형에만 한정하지 아니한다. 즉, 하기에는 수평형 발광다이오드에 대해서 언급하고 있으나, 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(126)은 도핑되는 물질이 서로 달라질 수 있고, 수직형 발광다이오드에도 실시예는 적용될 수 있다.The
기판(110)은 실시예에 따라 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘게르마늄(SiGe), 질화갈륨(GaN), 갈륨(Ⅲ)옥사이드(Ga2O3)와 같은 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다.The
기판(110)은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라서 금속으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr)중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 위 물질 중 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 기판(110)이 금속으로 형성된 경우 발광 소자에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광 소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.The
기판(110)은 광 추출 효율을 높이기 위해서, 상면에 PSS(Patterned Substrate) 구조를 구비할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(110)은 발광소자(100)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 기판(110)은 제1 반도체층(122)과 격자상수의 차이가 존재하여 제1 반도체층(122)과의 사이에 격자상수 차이를 완화시키는 층을 구비할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.The
한편, 기판(110) 상에는 기판(110)과 제1 반도체층(122) 사이의 격자 부정합을 완화하고 반도체층이 용이하게 성장될 수 있도록 하는 버퍼층(미도시)이 위치할 수 있다. 버퍼층(미도시)은 저온 분위기에서 형성할 수 있으며, 반도체층과 기판(110)과의 격자상수 차이를 완화시켜 줄 수 있는 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, GaN, InN, AlN, AlInN, InGaN, AlGaN, 및 InAlGaN 과 같은 재질 중 선택할 수 있으며 이에 한정되지 않는다. 버퍼층(미도시)은 기판(110) 상에 비단결정으로 성장할 수 있으며, 비단결정으로 성장한 버퍼층(미도시)은 버퍼층(미도시)상에 성장하는 제1 반도체층(122)의 결정성을 향상시킬 수 있다.A buffer layer (not shown) may be disposed on the
버퍼층(미도시) 상에는 제1 반도체층(122), 활성층(124), 및 제2 반도체층(126)을 포함한 발광 구조물이 배치될 수 있다.A light emitting structure including a
버퍼층(미도시) 상에는 제1 반도체층(122)이 배치될 수 있다. 제1 반도체층(122)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 활성층(124)에 전자를 제공할 수 있다. 제1 반도체층(122)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.The
또한, 제1 반도체층(122) 아래에 언도프트 반도체층(미도시)을 더 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 언도프트 반도체층(미도시)은 제1 반도체층(122)의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, n형 도펀트가 도핑되지 않아 제1 반도체층(122)에 비해 낮은 전기전도성을 갖는 것을 제외하고는 제1 반도체층(122)과 같을 수 있다.Further, although the
상기 제1 반도체층(122) 상에는 활성층(124)이 배치될 수 있다. 활성층(124)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.The
활성층(124)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨데, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1 -a- bN (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 다중 양자우물구조를 갖을 수 있다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.Well
활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전성 클래드층(미도시)이 배치될 수 있다. 도전성 클래드층(미도시)은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(124)의 밴드 갭보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.A conductive clad layer (not shown) may be disposed above and / or below the
제2 반도체층(126)은 활성층(124)에 정공을 주입하도록 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제2 반도체층(126)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.The
발광구조물(120)의 일면에는 형광체층(130)이 배치될 수 있다. 형광체층(130)은 상기 발광구조물(120)을 덮도록 배치되거나 일면에 배치될 수 있다. 경우에 따라 발광구조물(120)의 발광부위를 부분적으로 몰딩하여 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 소용량 발광소자의 경우 전체적으로 몰딩하는 것이 바람직하지만, 고출력 발광소자의 경우에는 전체적으로 몰딩하는 것은 수지물의 내부에 형광체가 고르게 분산하는데 악영향을 미칠 수 있으므로 부분적인 몰딩이 바람직할 수 있다. 형광체층(130)은 광투과 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 요소수지, 아크릴 수지 또는 광투과 실리콘 수지 중에서 하나 또는 복수로 형성될 수 있다.The
형광체층(130)은 발광구조물을 외부와 차단하여 이물질 투입으로 인한 결함을 최소화할 수 있다.The
형광체층(130)은 산질화물 형광체를 포함할 수 있다. 상기 산질화물 형광체는 아래의 화학식으로 표시되는 결정을 포함한다.The
[화학식][Chemical Formula]
A(2-x)Ba Sib Oc Nd : Ce 3+ A (2-x) B a Si b O c N d : Ce 3+
형광체층(130)은 상기 산질화물 형광체를 포함하여 반치폭이 넓고, 연색지수가 뛰어날 수 있어 발광구조물(120)에서 발생한 빛을 여기하여 백색빛을 발산할 수 있다.The
도 7a 및 도 7b 는 실시예에 따른 발광소자 패키지(500)를 나타낸 사시도 및 단면도이다.7A and 7B are a perspective view and a cross-sectional view illustrating a light emitting
도 7a 및 도 7b 를 참조하면, 발광소자 패키지(500)는 상면이 함몰되어 캐비티(520)가 형성되는 몸체(510), 캐비티(520)에 배치되며 빛을 발광하는 광원,몸체(510)에 배치되는 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과 전기적으로 연결되는 발광소자(530), 및 발광소자(530)를 덮도록 캐비티(520)에 충진되는 봉지재(미도시)를 포함할 수 있다. 7A and 7B, the light emitting
몸체(510)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(510)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다. The
몸체(510)의 내면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(530)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다. The inner surface of the
광의 지향각이 줄어들수록 발광소자(530)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 증가하고, 반대로 광의 지향각이 클수록 발광소자(530)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 감소한다.Concentration of light emitted to the outside from the
한편, 몸체(510)에 형성되는 캐비티(520)를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The shape of the
발광소자(530)는 제1 리드 프레임(540) 상에 실장되며, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광소자(530)는 한 개 이상 실장될 수 있다.The
또한, 발광소자(530)는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩(flip chip) 모두에 적용 가능하다.The
봉지재(미도시)는 발광소자(530)를 덮도록 캐비티(520)에 충진될 수 있다. 봉지재(미도시)는 광투과 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 요소수지, 아크릴 수지 또는 광투과 실리콘 수지 중에서 하나 또는 복수로 형성될 수 있다. 봉지재(미도시)는 캐비티(520) 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.The encapsulant (not shown) may be filled in the
또한 봉지재(미도시)는 형광체를 포함할 수 있으며, 형광체는 A(2-x)Ba Sib Oc Nd : Ce 3+ 의 화학식을 갖는 결정을 포함할 수 있다. 형광체는 발광소자 패키지(500)가 선명한 백색광을 구현하도록 할 수 있다.The encapsulant (not shown) may include a phosphor, and the phosphor may include a crystal having the formula A (2-x) B a Si b O c N d : Ce 3+ . The phosphor can make the light emitting
형광체는 발광소자(530)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(530)가 발생시킨 빛이 형광체의 색과 혼색됨에 따라 발광소자 패키지(500)는 백색 빛을 제공할 수 있다. The phosphor may be excited by the light having the first light emitted from the
제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The first and second lead frames 540 and 550 may be formed of a metal material such as titanium, copper, nickel, gold, chromium, tantalum, (Pt), tin (Sn), silver (Ag), phosphorus (P), aluminum (Al), indium (In), palladium (Pd), cobalt (Co), silicon (Si), germanium , Hafnium (Hf), ruthenium (Ru), and iron (Fe). Also, the first and second lead frames 540 and 550 may be formed to have a single layer or a multilayer structure, but the present invention is not limited thereto.
제1 제2 리드 프레임(540, 550)은 서로 이격되어 서로 전기적으로 분리된다. 발광소자(530)는 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)상에 실장되며, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 발광소자(530)와 직접 접촉하거나 또는 솔더링 부재(미도시)와 같은 전도성을 갖는 재료를 통해서 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 발광소자(530)는 와이어 본딩을 통해 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 따라서 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)에 전원이 연결되면 발광소자(530)에 전원이 인가될 수 있다. 한편, 수개의 리드 프레임(미도시)이 몸체(510)내에 실장되고 각각의 리드 프레임(미도시)이 발광소자(530)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.The first and second lead frames 540 and 550 are separated from each other and electrically separated from each other. The
도 8a 는 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 8b 는 도 8a 의 조명장치의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다.8A is a perspective view illustrating a lighting device including a light emitting device package according to an embodiment, and FIG. 8B is a cross-sectional view illustrating a C-C 'cross section of the lighting device of FIG. 8A.
도 8a 및 도 8b 를 참조하면, 조명장치(600)는 몸체(610), 몸체(610)와 체결되는 커버(630) 및 몸체(610)의 양단에 위치하는 마감캡(650)을 포함할 수 있다.8A and 8B, the
몸체(610)의 하부면에는 발광소자 모듈(640)이 체결되며, 몸체(610)는 발광소자 패키지(644)에서 발생된 열이 몸체(610)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.A light emitting
발광소자 패키지(644)는 인쇄회로기판(642) 상에 다색, 다열로 실장되어 어레이를 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라서 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 인쇄회로기판(642)으로 MPPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 등을 사용할 수 있다.The light emitting
발광소자 패키지(644)는 봉지재가 연색지수가 높은 형광체를 포함하여 백색광의 구현이 향상될 수 있어, 발광소자 패키지(622) 및 발광소자 패키지(644)를 포함하는 조명장치(600)의 해상도가 향상될 수 있다.The light emitting
커버(630)는 몸체(610)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.The
커버(630)는 내부의 발광소자 모듈(640)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(630)는 발광소자 패키지(644)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(630)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(630)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다. The
한편, 발광소자 패키지(644)에서 발생한 광은 커버(630)를 통해 외부로 방출되므로 커버(630)는 광 투과율이 우수하여야 하며, 발광소자 패키지(644)에서 발생한 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(630)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.Since the light generated in the light emitting
마감캡(650)은 몸체(610)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(650)에는 전원핀(652)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(600)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.The finishing
도 9 는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.9 is an exploded perspective view of a liquid crystal display device including a light emitting device according to an embodiment.
도 9 에 도시된 백라이트 유닛(770)은 에지-라이트 방식으로, 액정표시장치(700)는 액정표시패널(710)과 액정표시패널(710)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(770)을 포함할 수 있다.The
액정표시패널(710)은 백라이트 유닛(770)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(710)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(712) 및 박막 트랜지스터 기판(714)을 포함할 수 있다.The liquid
컬러 필터 기판(712)은 액정표시패널(710)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.The
박막 트랜지스터 기판(714)은 구동 필름(717)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로 기판(718)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(714)은 인쇄회로 기판(718)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로 기판(718)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.The thin film transistor substrate 714 is electrically connected to a printed
박막 트랜지스터 기판(714)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다. The thin film transistor substrate 714 may include a thin film transistor and a pixel electrode formed as a thin film on another substrate of a transparent material such as glass or plastic.
백라이트 유닛(770)은 빛을 출력하는 발광소자 모듈(720), 발광소자 모듈(720)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(710)로 제공하는 도광판(730), 도광판(730)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(750, 766, 764) 및 도광판(730)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(730)으로 반사시키는 반사 시트(740)로 구성된다.The
발광소자 모듈(720)은 복수의 발광소자 패키지(724)와 복수의 발광소자 패키지(724)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 인쇄회로기판(722)을 포함할 수 있다.The light emitting device module 720 may include a printed circuit board 722 to mount a plurality of light emitting device packages 724 and a plurality of light emitting device packages 724 to form an array.
한편, 백라이트 유닛(770)은 도광판(730)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(710) 방향으로 확산시키는 확산필름(766)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(750)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(750)를 보호하기 위한 보호필름(764)을 포함할 수 있다.The
도 10 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 9 에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.10 is an exploded perspective view of a liquid crystal display device including a light emitting device according to an embodiment. However, the parts shown and described in Fig. 9 are not repeatedly described in detail.
도 10 에 도시된 백라이트 유닛(870)은 직하 방식으로, 액정표시장치(800)는 액정표시패널(810)과 액정표시패널(810)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(870)을 포함할 수 있다.The
액정표시패널(810)은 도 9 에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.The liquid crystal display panel 810 is the same as that described with reference to FIG. 9, and a detailed description thereof will be omitted.
백라이트 유닛(870)은 복수의 발광소자 모듈(823), 반사시트(824), 발광소자 모듈(823)과 반사시트(824)가 수납되는 하부 섀시(830), 발광소자 모듈(823)의 상부에 배치되는 확산판(840) 및 다수의 광학필름(860)을 포함할 수 있다.The
발광소자 모듈(823) 복수의 발광소자 패키지(822)와 복수의 발광소자 패키지(822)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 인쇄회로기판(821)을 포함할 수 있다.The light emitting
반사 시트(824)는 발광소자 패키지(822)에서 발생한 빛을 액정표시패널(810)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.The
한편, 발광소자 모듈(823)에서 발생한 빛은 확산판(840)에 입사하며, 확산판(840)의 상부에는 광학 필름(860)이 배치된다. 광학 필름(860)은 확산 필름(866), 프리즘필름(850) 및 보호필름(864)를 포함하여 구성될 수 있다.Light generated in the light emitting
한편, 실시예에 따른 발광소자는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.Meanwhile, the light emitting device according to the embodiment is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments may be modified so that all or some of the embodiments may be selectively And may be configured in combination.
또한, 이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention.
100 : 발광소자 110 : 기판
122 : 제1 반도체층 124 : 활성층
126 : 제2 반도체층 130 : 형광체층100: light emitting device 110: substrate
122: first semiconductor layer 124: active layer
126: second semiconductor layer 130: phosphor layer
Claims (11)
결정 크기는 1 내지 2㎛이고, 반치폭 범위는 509 내지 647nm이며, 황색 영역에서의 발광 강도가 높은 산질화물 형광체.
[화학식]
A(2-x)Ba Sib Oc Nd : Ce 3+ x
(상기 화학식에서, A는 +3가의 희토류 금속이고, B는 금속 원소이며, 상기 x는 0.01 내지 0.2, 상기 a는 1 내지 3, 상기 b는 1 내지 3, 상기 c는 5 내지 12, 상기 d는 1 내지 15 이다.)A crystal represented by the following chemical formula,
The crystal size is 1 to 2 mu m, the half-width range is 509 to 647 nm, and the luminescence intensity in the yellow region is high.
[Chemical Formula]
A (2-x) B a Si b O c N d : Ce 3+ x
Wherein A is a +3 rare earth metal and B is a metal element, x is 0.01 to 0.2, a is 1 to 3, b is 1 to 3, c is 5 to 12, d Is from 1 to 15.)
상기 A는 이트륨(Y)이고, 상기 B는 알루미늄(Al)인 산질화물 형광체.The method according to claim 1,
Wherein A is yttrium (Y), and B is aluminum (Al).
상기 발광구조물의 일면에 배치되며, 중심파장이 500내지 680nm인 황색빛을 발생시키는 형광체층;을 포함하고,
상기 형광체층은 A(2-x)Ba Sib Oc Nd : Ce 3+ x
의 화학식을 갖는 산질화물 형광체를 포함하는 발광소자.
(상기 화학식에서, A는 이트륨(Y)이고, B는 알루미늄(Al)이다.)A light emitting structure including a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and an active layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the blue light emitting structure having a center wavelength of 440 to 490 nm; And
And a phosphor layer disposed on one surface of the light emitting structure and generating a yellow light having a center wavelength of 500 to 680 nm,
(2-x) B a Si b O c N d : Ce 3+ x
Of the oxynitride phosphor.
(In the above formula, A is yttrium (Y) and B is aluminum (Al).)
상기 형광체층은 상기 발광구조물을 덮도록 배치되고, 광투과 에폭시 수지 또는 광투과 실리콘 수지로 형성되는 발광소자.The method according to claim 6,
Wherein the phosphor layer is disposed to cover the light emitting structure and is formed of a light transmitting epoxy resin or a light transmitting silicone resin.
상기 캐비티에 배치되며, 중심파장이 440내지 490nm인 청색빛을 발광하는 광원; 및
상기 캐비티에 배치되는 봉지재;를 포함하며,
상기 봉지재는 A(2-x)Ba Sib Oc Nd : Ce 3+ x의 화학식을 갖고,
500내지 680nm인 황색빛을 발생시키는 산질화물 형광체를 포함하는 발광소자 패키지.
(상기 화학식에서, A는 이트륨(Y)이고, B는 알루미늄(Al)이다.)A body having a cavity formed on an upper surface thereof;
A light source disposed in the cavity and emitting blue light having a center wavelength of 440 to 490 nm; And
And an encapsulant disposed in the cavity,
The encapsulant has the formula A (2-x) B a Si b O c N d : Ce 3+ x ,
And an oxynitride phosphor which generates yellow light having a wavelength of 500 to 680 nm.
(In the above formula, A is yttrium (Y) and B is aluminum (Al).)
상기 봉지재는 광투과 에폭시 수지 또는 광투과 실리콘 수지로 형성되는 발광소자 패키지.10. The method of claim 9,
Wherein the sealing material is formed of a light-transmitting epoxy resin or a light-transmitting silicone resin.
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Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |