KR102098318B1 - 형광체 및 이를 구비한 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

실시예는 형광체 및 이를 포함하는 발광소자에 관한 것이다.
실시예에 따른 형광체는 R1-xM20-mL10-nON38-z:Q의 조성식을 갖고 황색의 발광 스펙트럼을 발광하며, R은 Ca, Mg, Sc, Gd, Lu의 원소 중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, M은 Si, Ge, C, Sn중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, L은 B, Al, Ga, In의 원소중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하며, O는 산소 원소이고, N은 질소 원소이며, Q의 원소로는 희토류 원소로 Eu, Ce, Sm, Eu, Yb, Dy, Gd, Tm및 Lu중 적어도 1종류 이상의 원소를 포함하며, 상기 x는 0≤x≤0.2 범위를 갖고, m는 0<m≤4이며, n는 0<n≤4이며, z는 6<z<38 범위를 포함한다.

Description

형광체 및 이를 구비한 발광 소자{PHOSPHOR AND LIGHT EMITTING DEVICE HAVING THEREOF}
실시 예는 형광체 및 이를 포함하는 발광 소자에 관한 것이다. 상기 발광 소자는 조명 시스템에 포함될 수 있다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 소자로서, 예를 들어, LED는 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
백색광을 방출하는 LED는 형광체를 도포하여 형광체로부터 발광하는 2차 광원을 이용하는 방법으로서, 청색 LED에 황색을 내는 YAG:Ce 형광체를 도포하여 백색광을 얻는 방식이 일반적이다.
그러나, 상기 방법은 2차광을 이용하면서 발생하는 양자결손(quantum deficits) 및 재방사 효율에 기인한 효율감소가 수반되고, 색 렌더링(Color rendering)이 용이하지 않다는 단점이 있다.
따라서, 종래의 백색 LED 백라이트는 청색 LED칩과 황색 형광체를 조합한 것으로서, 녹색과 적색 성분이 결여되어 부자연스러운 색상을 표현할 수밖에 없어 휴대 전화, 노트북 PC의 화면에 이용하는 정도로 한정되어 적용되고 있다. 그럼에도, 구동이 용이하고 가격이 현저히 저렴하다는 이점 때문에 널리 상용화되어 있다.
일반적으로 형광체는 모체 재료에 규산염(Silicate), 인산염, 알루민산염 또는 황화물을 사용하고, 발광 중심에 천이 금속 또는 희토류 금속을 사용한 것이 널리 알려져 있다. 예를 들어, 규산염(Silicate) 형광체는 BLU, 조명용으로 사용 중에 있는데, 규산염 형광체는 수분에 취약하여 타 형광체 대비 신뢰성 특성이 저조한 문제가 있다.
한편, 최근 백색 LED에 관해서 자외선 또는 청색광 등의 높은 에너지를 갖는 여기원에 의해 여기되어 가시광선을 발광하는 형광체에 대한 개발이 주류를 이루어왔으나, 종래 형광체는 여기원에 노출되면, 형광체의 휘도가 저하되는 문제가 있다.
실시예는 새로운 조성물을 갖는 황색 형광체 및 이를 포함하는 발광소자를 제공하고자 한다.
실시예는 황색 피크 파장을 발광하는 산질화물계 형광체를 제공한다.
실시예는 자외선 또는 청색의 광을 발광하는 발광 칩 및 상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 흡수하여 황색 발광 스펙트럼을 발광하는 산질화물계 형광체를 제공한다.
실시예는 형광체에 의한 발광 스펙트럼의 신뢰성 향상되고, 휘도가 개선된 형광체 및 이를 포함하는 발광소자를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 발광세기가 개선된 형광체 및 이를 포함하는 발광소자를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 형광체는 R1-xM20-mL10-nON38-z:Q의 조성식을 갖고 황색의 발광 스펙트럼을 발광하며, R은 Ca, Mg, Sc, Gd, Lu의 원소 중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, M은 Si, Ge, C, Sn중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, L은 B, Al, Ga, In의 원소중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하며, O는 산소 원소이고, N은 질소 원소이며, Q의 원소로는 희토류 원소로 Eu, Ce, Sm, Eu, Yb, Dy, Gd, Tm및 Lu중 적어도 1종류 이상의 원소를 포함하며, 상기 x는 0≤x≤0.2 범위를 갖고, m는 0<m≤4이며, n는 0<n≤4이며, z는 6<z<38 범위를 포함한다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 발광 칩; 상기 발광 칩 상에 배치된 형광체층; 상기 형광체층 상에 첨가되며 상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 흡수하여 황색의 피크 파장을 발광하는 형광체를 포함하며, 상기 형광체는 R1-xM20-mL10-nON38-z:Q의 조성식을 갖고, R는 Ca, Mg, Sr, Ba, Ra의 원소 중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, M는 Si, Ge, C, Sn중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, L는 B, Al, Ga, In의 원소중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하며, O는 산소 원소이고, N은 질소 원소이며, Q의 원소로는 희토류 원소로 Eu, Ce, Sm, Eu, Yb, Dy, Gd, Tm및 Lu중 적어도 1종류 이상의 원소를 포함하며, 상기 x는 0≤x≤0.2 범위를 갖고, m는 0<m≤4이며, n는 0<n≤4이며, z는 6≤z<38 범위를 포함한다.
실시예에 의하면 새로운 조성의 산질화물 형광체 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
실시예에 의하면, 신뢰성 향상되고, 휘도가 개선된 황색 형광체 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 발광세기가 개선된 형광체 및 이를 포함하는 발광장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 형광체를 포함하는 제1발광소자의 단면도.
도 2는 실시예에 따른 형광체를 포함하는 제2발광소자의 단면도.
도 3은 실시예에 따른 형광체를 포함하는 제3발광소자의 단면도.
도 4는 실시예에 따른 형광체를 포함하는 제4발광소자의 단면도.
도 5는 실시예에 따른 형광체의 제조 과정을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자에 있어서, 실리콘의 조성과 알루미늄의 조성 비율에 따른 발광 칩의 여기 파장을 나타낸 그래프이다.
도 8 및 도 9는 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자에 있어서, 실리콘의 조성과 알루미늄의 조성 비율에 따른 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광소자에 있어서, 활성화제의 농도비율에 따른 발광 칩의 여기 파장을 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광소자에 있어서, 활성화제의 농도비율에 따른 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 12는 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광소자에 있어서, 형광체의 소성시유지시간 차이에 따른 발광 칩의 여기 파장을 나타낸 그래프이다.
도 13은 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광소자에 있어서, 형광체의 소성시 유지 시간 차이에 따른 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 14는 도 13의 형광체에 있어서, 형광체의 소성시 유지시간 차이에 따른 XRD(X-ray diffraction) 분석을 비교한 도면이다.
도 15는 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 사시도이다.
도 16은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 사시도이다.
도 17은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 조명장치를 나타낸 분해 사시도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 형광체를 포함하는 발광소자(10)의 단면도이며, 이러한 구조에 한정되지 않고, 다른 실시예의 적용이 가능하다.
도 1을 참조하면, 발광 소자(10)는 발광 칩(11)과 형광체층(13)을 포함한다. 상기 발광 칩(11)은 광원으로서, 자외선 내지 가시광선의 피크 파장 내에서 선택적으로 발광하는 LED 칩을 포함하며, 예컨대 250nm 내지 500nm의 범위를 포함한다. 상기 발광 칩(11)은 III족-V족 원소의 화합물 반도체와 II족-VI족 원소의 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 LED 칩을 포함하며, 예컨대 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, GaN, GaAs, GaAsP, GaP 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 LED 칩은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 상기 발광 칩(11)은 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층의 적층 구조를 포함하는 복수의 화합물 반도체층을 포함할 수 있으며, N측 전극과 P측 전극은 서로 반대측에 배치된 수직형 전극 구조 또는 수평하게 배치된 수평형 전극 구조로 배치될 수 있으며, 또는 N측 전극과 P측 전극 중 어느 하나는 비아 전극 구조를 포함할 수 있다.
상기 형광체층(13)은 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지물 내에 실시 예에 따른 형광체(19)를 포함한다. 상기 형광체(19)는 황색 형광체이며, 상기 황색 형광체는 피크 파장이 570nm 내지 610nm 범위 예컨대, 583nm-595nm 범위의 발광 스펙트럼으로 발광하게 된다.
상기 형광체(19)는 질소(N)와 산소(O)를 포함하며, Ca, Mg, Sr, Ba, Ra의 원소 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 원소와, Si, Ge, C, Sn의 원소 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 원소와, B, Al, Ga, In의 원소 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 원소를 포함하며, 희토류 원소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소로 활성화된 질화물계 형광체로 형성될 수 있다. 상기의 산소는 소정 중에 혼입될 수 있으며, 활성화제의 확산, 입사 성장, 결정성 향상의 효과를 촉진하게 된다.
상기 형광체(19)는 질소(N)와 산소(O)를 포함하며, R(R은 Ca, Mg, Sr, Ba, Ra로 이루어지는 제II족 원소 중에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소)과, L(L은 Si, Ge, C, Sn로 이루어지는 제 IV족 원소 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 원소)와, L(L은 B, Al, Ga, In로 이루어지는 제III족 원소 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 원소)를 포함하며, 희토류 원소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소로 활성화된 질화물계 형광체로 형성될 수 있다.
상기 형광체(19)는 R1-xM20-mL10-nON38-z:Q의 조성식을 갖는 조성물로 표현되며, R는 Ca, Mg, Sc, Gd, Lu의 원소 중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, M는 Si, Ge, C, Sn중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, L는 B, Al, Ga, In의 원소중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하며, O는 산소 원소이고, N은 질소 원소이며, Q의 원소로는 희토류 원소로 Eu, Ce, Sm, Eu, Yb, Dy, Gd, Tm및 Lu중 적어도 1종류 이상의 원소를 포함하며, 상기 x는 0≤x≤0.2 범위를 갖고, m는 0<m≤4이며, n는 0<n≤4이며, z는 6≤z<38 범위를 갖고, 황색의 피크 파장을 발광한다. 상기 형광체(19)는 상기와 같은 원소들의 조성물로 표현됨으로써, 형광체 조성물 예컨대, 산질화물 형광체로 정의될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 실시예에 따른 형광체(19)는 예컨대, Ca1-xSi20-mAl10-nON38-z:Eu2+ x의 조성식을 예로 설명하며, x의 범위는 0≤x≤0.2이고, m의 범위는 0<m≤4이며, n는 0<n≤4 범위 내에서 변경될 수 있다. 상기 형광체(19)는 발광 칩(11)으로부터 방출된 자외선 내지 가시 광선의 범위 예컨대, 250nm-500nm범위의 중심 파장을 흡수하여 583nm-595nm 범위의 중심 파장을 발광할 수 있다.
상기 형광체층(13) 내에는 다른 형광체 예컨대, 적색 형광체, 녹색 형광체, 청색 형광체 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 예컨대 백색 발광을 위해 녹색 및 적색 형광체를 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 발광 칩(11)은 중심 파장이 470nm 이하의 청색 파장 예컨대, 400nm-460nm 범위의 중심 파장을 발광할 수 있으며, 상기 형광체(19)는 상기 400nm-460nm 범위의 중심 파장에 대해 583nm-595nm 범위의 중심 파장을 발광할 수 있다.
상기 발광 칩(11)의 청색 스펙트럼과 상기 형광체(19)의 황색 스펙트럼에 의해 백색의 광으로 혼색될 수 있다. 이러한 청색 발광 칩 상에 녹색 및 적색 형광체 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 발광 칩(11)이 UV 칩인 경우, 상기 형광체층(13) 내에는 녹색, 적색 및 청색 형광체를 포함할 수 있으며, 이러한 형광체층(13) 내에 황색 형광체(19)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 발광 소자로부터 방출된 광에 의해 연색성 지수를 개선시켜 줄 수 있다. 실시 예에 따른 황색 형광체를 갖는 발광 소자는 모바일, 자동차, 조명 및 백라이트 유닛, 의학용과 같은 분야에 적용될 수 있다.
도 2는 실시 예에 따른 형광체를 갖는 제2발광 소자를 나타낸 도면이다. 제2발광 소자를 설명함에 있어서, 도 1과 동일한 부분은 도 1의 설명을 참조하기 한다.
도 2를 참조하면, 발광 소자(20)는 발광 칩(21), 상기 발광 칩(21) 위에 확산층(23), 및 상기 확산층(23) 위에 형광체층(25)을 포함한다.
상기 발광 칩(21)은 자외선 및 가시 광선의 파장 범위 중에서 250nm-500nm의 범위 예컨대, 300nm-470nm 범위의 중심 파장을 발광한다. 상기 형광체층(25)은 실시 예에 따른 형광체(29) 예컨대, 황색 형광체를 포함하며, 상기 황색 형광체는 상기 발광 칩(21)으로부터 방출된 250nm-500nm범위의 중심 파장을 흡수하여 583nm-595nm 범위의 중심 파장을 발광할 수 있다.
상기 형광체(29)는 R1-xM20-mL10-nON38-z:Q의 조성식을 갖는 조성물로 표현되며, R는 Ca, Mg, Sc, Gd, Lu의 원소 중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, M는 Si, Ge, C, Sn중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, L는 B, Al, Ga, In의 원소중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하며, O는 산소 원소이고, N은 질소 원소이며, Q의 원소로는 희토류 원소로 Eu, Ce, Sm, Eu, Yb, Dy, Gd, Tm및 Lu중 적어도 1종류 이상의 원소를 포함하며, 상기 x는 0≤x≤0.2 범위를 갖고, m는 0<m≤4이며, n는 0<n≤4이며, z는 6≤z<38 범위를 갖고, 황색의 피크 파장을 발광한다. 상기 형광체(19)는 상기와 같은 원소들의 조성물로 표현됨으로써, 형광체 조성물 예컨대, 산질화물 형광체로 정의될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한 상기 형광체층(25)은 다른 형광체 예컨대, 녹색 형광체, 적색 형광체, 청색 형광체 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 발광 칩(21)과 상기 형광체층(25) 사이에는 확산층(23)이 배치될 수 있으며, 상기 확산층(23)은 상기 발광 칩(21)으로부터 방출된 광을 확산시켜 준다. 상기 확산층(23)은 공기와 같은 매질이거나, 굴절률이 1 이상인 매질이거나, 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지 재질로 형성될 수 있다. 상기 확산층(23)은 어떠한 불순물을 갖지 않는 층으로서, 예컨대 확산제나 산란제와 같은 불순물을 갖지 않는 투광층일 수 있다.
다른 예로서, 상기 발광 칩(21)은 중심 파장이 470nm 이하의 청색 파장 예컨대, 400nm-460nm 범위의 중심 파장을 발광할 수 있으며, 상기 형광체(29)는 상기 400nm-460nm 범위의 중심 파장에 대해 583nm-595nm 범위의 중심 파장을 발광할 수 있다.
도 3은 제3실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광 소자(30)는 몸체(31), 제1 및 제2리드 프레임(33,35), 발광 칩(36), 및 실시 예에 따른 형광체(39)를 갖는 형광체층(38)을 포함한다.
상기 몸체(31)는 발광 칩(36)에 의해 방출된 파장에 대해, 반사율이 투과율보다 더 높은 물질 예컨대, 70% 이상의 반사율을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(31)는 반사율이 70% 이상인 경우, 비 투광성의 재질로 정의될 수 있다. 상기 몸체(31)는 수지 계열의 절연 물질 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(31)는 실리콘 계열, 또는 에폭시 계열, 또는 플라스틱 재질을 포함하는 열 경화성 수지, 또는 고내열성, 고 내광성 재질로 형성될 수 있다. 상기의 실리콘은 백색 계열의 수지를 포함한다. 또한 상기 몸체(31) 내에는 산무수물, 산화 방지제, 이형재, 광 반사재, 무기 충전재, 경화 촉매, 광 안정제, 윤활제, 이산화티탄 중에서 선택적으로 첨가될 수 있다. 함유하고 있다. 상기 몸체(31)는 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종에 의해 성형될 수 있다. 예를 들면, 트리글리시딜이소시아누레이트, 수소화 비스페놀 A 디글리시딜에테르 등으로 이루어지는 에폭시 수지와, 헥사히드로 무수 프탈산, 3-메틸헥사히드로 무수 프탈산4-메틸헥사히드로 무수프탈산 등으로 이루어지는 산무수물을, 에폭시 수지에 경화 촉진제로서 DBU(1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecene-7), 조촉매로서 에틸렌 그리콜, 산화티탄 안료, 글래스 섬유를 첨가하고, 가열에 의해 부분적으로 경화 반응시켜 B 스테이지화한 고형상 에폭시 수지 조성물을 사용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한 상기 몸체(31) 내에 차광성 물질 또는 확산제를 혼합하여 투과하는 광을 저감시켜 줄 수 있다. 또한 상기 몸체(31)는 소정의 기능을 갖게 하기 위해서, 열 경화성수지에 확산제, 안료, 형광 물질, 반사성 물질, 차광성 물질, 광 안정제, 윤활제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 적절히 혼합하여도 된다.
상기 몸체(31)은 에폭시 또는 실리콘과 같은 수지 재질에 금속 산화물이 첨가될 수 있으며, 상기 금속 산화물은 TiO2, SiO2, Al2O3중 적어도 하나를 포함하며, 상기 몸체(10) 내에 3wt% 이상의 비율로 첨가될 수 있다. 이에 따라 상기 몸체(31)는 입사되는 광을 효과적으로 반사시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 몸체(31) 내에 첨가된 금속 산화물의 함량이 3wt% 이하인 경우, 반사 효율이 저하될 수 있으며, 이러한 반사 효율이 저하되면 광 지향각 분포가 달라질 수 있다. 다른 예로서, 상기 몸체(31)는 투광성의 수지 물질 또는 입사 광의 파장을 변환시키는 실시 예에 따른 형광체를 갖는 수지 물질로 형성될 수 있다.
상기 몸체(31)는 소정 깊이를 갖도록 개방된 오목부(32)를 포함한다. 상기 오목부(32)는 오목한 컵 구조, 캐비티 구조, 또는 리세스 구조와 같은 형태로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(31)에는 제1 및 제2리드 프레임(33,35)이 결합되며, 상기 제1 및 제2리드 프레임(33,35)는 오목부(32)의 바닥에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1리드 프레임(33) 및 상기 제2리드 프레임(35)의 하부는 상기 몸체(31)의 하부로 노출될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1리드 프레임(33), 제2리드 프레임(35)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) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단일 금속층 또는 다층 금속층으로 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2리드 프레임(33,35)의 두께는 0.15mm 이상 예컨대, 0.18mm 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2리드 프레임(33,35)의 다른 예로서, 상기 제1 및 제2리드 프레임(33,35) 중 적어도 하나는 오목한 컵 형상의 구조로 형성되거나, 절곡된 구조를 갖거나, 몸체(31)와의 결합을 위해 리세스된 홈을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1리드 프레임(33) 위에는 발광 칩(36)이 배치되며, 상기 발광 칩(36)은 접합 부재(미도시)로 접착된다. 상기 발광 칩(36)은 제1 및 제2리드 프레임(33,35) 중 적어도 하나와 와이어(37)로 연결될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 칩(36)은 자외선 내지 가시광선의 파장 범위 중에서 250nm-500nm의 범위 예컨대, 300nm-470nm 범위의 중심 파장을 발광할 수 있다.
상기 오목부(32)에는 형광체층(38)이 형성되며, 상기 형광체층(38)은 실시 예에 따른 형광체(39)를 포함한다. 상기 형광체(39)는 청색 형광체를 포함하며, 상기 청색 형광체(39)는 상기 발광 칩(36)으로부터 방출된 250nm-500nm범위의 스펙트럼을 흡수하여 570nm 내지 610nm 범위 예컨대, 583nm-595nm 범위의 중심 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 발광하게 된다.
상기 형광체(39)는 R1-xM20-mL10-nON38-z:Q의 조성식을 갖는 조성물로 표현되며, R는 Ca, Mg, Sc, Gd, Lu의 원소 중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, M는 Si, Ge, C, Sn중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, L는 B, Al, Ga, In의 원소중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하며, O는 산소 원소이고, N은 질소 원소이며, Q의 원소로는 희토류 원소로 Eu, Ce, Sm, Eu, Yb, Dy, Gd, Tm및 Lu중 적어도 1종류 이상의 원소를 포함하며, 상기 x는 0≤x≤0.2 범위를 갖고, m는 0<m≤4이며, n는 0<n≤4이며, z는 6≤z<38 범위를 갖고, 황색의 피크 파장을 발광한다. 상기 형광체(19)는 상기와 같은 원소들의 조성물로 표현됨으로써, 형광체 조성물 예컨대, 산질화물 형광체로 정의될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한 상기 형광체층(38)은 다른 형광체 예컨대, 녹색 형광체, 적색 형광체, 청색 형광체 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(30) 상에는 광학 렌즈, 도광판, 광학 시트와 같은 광학 부재가 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
다른 예로서, 상기 발광 칩(36)은 중심 파장이 470nm 이하의 청색 파장 예컨대, 400nm-460nm 범위의 발광 스펙트럼을 발광할 수 있으며, 상기 형광체(39)는 상기 400nm-460nm 범위의 중심 파장에 대해 여기시켜 583nm-595nm 범위의 중심 파장을 발광할 수 있다.
도 4는 제4실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 발광 소자(40)는 기판(41), 상기 기판(41) 상에 탑재된 복수의 발광 칩(43), 상기 발광 칩(43)을 덮는 실시 예에 따른 형광체(49)를 갖는 형광체층(45)을 포함한다.
상기 기판(41)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 수지 재질의 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board), 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB), 세라믹 재질 중 어느 하나를 포함하며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 복수의 발광 칩(43)은 상기 기판(41) 상에 배열되며, 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 상기 복수의 발광 칩(43) 중 적어도 하나는 자외선 내지 가시 광선의 파장 범위 중에서 250nm-500nm의 범위 예컨대, 300nm-470nm 범위의 발광 스펙트럼으로 발광한다.
상기 형광체층(45)은 실시 예에 따른 형광체(49) 예컨대, 황색 형광체를 포함하며, 상기 황색 형광체는 상기 발광 칩(43)으로부터 방출된 250nm-500nm범위의 피크 파장을 흡수하여 583-595nm 범위의 발광 스펙트럼으로 발광할 수 있다.
상기 형광체(39)는 R1-xM20-mL10-nON38-z:Q의 조성식을 갖는 조성물로 표현되며, R는 Ca, Mg, Sc, Gd, Lu의 원소 중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, M는 Si, Ge, C, Sn중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, L는 B, Al, Ga, In의 원소중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하며, O는 산소 원소이고, N은 질소 원소이며, Q의 원소로는 희토류 원소로 Eu, Ce, Sm, Eu, Yb, Dy, Gd, Tm및 Lu중 적어도 1종류 이상의 원소를 포함하며, 상기 x는 0≤x≤0.2 범위를 갖고, m는 0<m≤4이며, n는 0<n≤4이며, z는 6≤z<38 범위를 갖고, 황색의 피크 파장을 발광한다. 상기 형광체(19)는 상기와 같은 원소들의 조성물로 표현됨으로써, 형광체 조성물 예컨대, 산질화물 형광체로 정의될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한 상기 형광체층(45)은 다른 형광체 예컨대, 녹색 형광체, 적색 형광체, 청색 형광체 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 발광 칩(43) 중 어느 하나는 자외선 LED 칩, 적색 LED 칩, 청색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 엘로우 그린(yellow green) LED 칩 중에서 선택될 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 형광체 조성 방법을 나타낸 도면이다. 실시 예는 예컨대, CaSiAlON계 형광체의 제조 과정을 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 형광체 원료 CaCO3, Si3N4, AlN, Eu2O3의 원료물질을 CaSiAlON의 조성비에 맞게 개량한 후 용매를 이용하여 마노유발에 원료를 혼합한다(51). 이때의 형광체의 조성비는 Ca1-xSi20-mAl10-nN38-z:Eu2+의 조성식에서 x, m, n, z의 비율을 변화시켜 줄 수 있다. 상기 x는 0≤x≤0.2 범위를 갖고, m는 0<m≤4이며, n는 0<n≤4이며, z는 6≤z<38 범위를 갖고, 황색의 피크 파장을 발광한다.
형광체의 원료 물질이 혼합되면, 합성분위기는 예컨대, 1400℃~1700℃의 합성 온도에서 가스 유량은 분당 예컨대, 400cc~1000cc으로 하며, 이때 H2 및 N2 혼합 가스 비율은 5%~20% 및 80%~95%로 각각 변화시키며 형광체를 합성한다(52). 합성된 형광체의 경우 예컨대, 1500도 내지 1530도의 온도에서 5시간, 10시간, 15시간의 유지 시간 동안 진행되며, gas flow는 예컨대, 500cc/min에서 비율은 H2-5%/N2-95%의 조건으로 합성할 수 있다. 이때 후술한 바와 같이, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 유지 시간이 10시간인 경우, 5시간 또는 15시간의 동안 제조된 형광체보다 발광 효율이 우수함을 알 수 있다.
합성이 완료된 형광체는 지르코니아 및 유리 볼을 이용하여 볼밀(ball mill) 과정 및 세정(washing) 과정을 거친 후 건조 과정을 거친다(53,54). 상기 건조 과정은 예컨대, 120℃ 온도의 오븐에서 약 12시간 건조하게 된다(54). 상기 형광체의 조성 비율에 따라 발광 효율이 상이하며, Ca1 - xSi20 - mAl10 - nN38 -z:Eu2+ x의 조성식에서 x는 0.15, m은 2, n=2인 경우, 최대 발광 효율을 갖는다. 상기 형광체의 소성 중에 산소가 혼입될 수 있으며, 혼입된 산소는 활성화제의 확산, 입사 성장, 결정성 향상의 효과를 촉진하게 된다.
그리고, 제조된 형광체는 PL분석을 통해 여기 및 발광 특성을 분석 할 수 있으며, 조건 변화에 따른 CaSiAlON계의 형광체를 제조할 수 있으며, 제조된 형광체는 중심파장이 약 583~595nm영역에 황색 형광체의 특성을 가지게 된다. 이때의 여기 광원은 250nm~500nm 범위를 가진다. 상기의 형광체의 제조 방법은 고상 반응 법으로 제조할 수 있다.
도 6 및 도 7은 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자에 있어서, 실리콘(Si)의 조성과 알루미늄(Al)의 조성 비율에 따른 발광 칩의 여기 파장을 나타낸 그래프이다.
도 6 및 도 7의 실시 예 1-16(S1-S8)은 CaSi20 - mAl10 - nN32:Eu2 + x의 조성식에서 m의 조성 비율을 1, 2, 3, 4로 변화시키고, n은 1, 2, 3, 4로 변화시키고, 활성화제(Eu)의 농도 비율(x)은 0.05로 고정시킨 경우, 각 m, n의 비율에 따른 광원 즉, 발광 칩의 여기 파장을 나타낸 그래프이다. 상기 발광 칩은 250nm 내지 500nm 범위의 여기 파장을 갖는 칩을 포함한다.
실시 예 1-16(S1-S16)에서 형광체 CaSi20 - mAl10 - nN32:Eu2 + x의 조성식의 m과 n의 비율을 보면, 다음의 표 1과 같다.
실시예 m, n 값 Eu concentration ratio(x)
S1 m=1, n=1 0.05
S2 m=2, n=1 0.05
S3 m=3, n=1 0.05
S4 m=4, n=1 0.05
S5 m=1, n=2 0.05
S6 m=2, n=2 0.05
S7 m=3, n=2 0.05
S8 m=4, n=2 0.05
S9 m=1, n=3 0.05
S10 m=2, n=3 0.05
S11 m=3, n=3 0.05
S12 m=4, n=3 0.05
S13 m=1, n=4 0.05
S14 m=2, n=4 0.05
S15 m=3, n=4 0.05
S16 m=4, n=4 0.05
도 6 및 도 7의 여기 파장과 같이, 실시 예 6의 여기 파장의 상대 세기(emission intensity)가 다른 실시 예들에 비해 가장 높게 나타남을 알 수 있다. 상기 실시 예 6은 m은 2이고, n은 2일 때, 여기 파장이 최대 발광효율을 가진다. 상기 발광 칩으로부터 방출된 광의 여기 파장은 250nm~500nm 영역까지 발광하게 된다. 이러한 여기 파장의 반치 폭 및 광도가 개선됨으로써, 연색 지수를 개선시켜 줄 수 있다.
도 8 및 도 9는 실시 예에 따른 발광 소자의 형광체에 있어서, 실리콘의 조성과 알루미늄의 조성 비율에 따른 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
실시 예 17-32(S17-S32)은 CaSi20 - mAl10 - nN32:Eu2 + x의 조성식에서 m의 조성 비율을 1, 2, 3, 4로 변화시키고, n은 1, 2, 3, 4로 변화시키고, 활성화제(Eu)의 농도 비율(x)은 0.05로 고정시킨 경우, 각 m, n의 비율에 따른 형광체의 발광 스펙트럼의 특성을 나타낸 것이다.
실시 예 17-32(S17-S32)의 형광체 CaSi20 - mAl10 - nN32:Eu2 + x의 조성식의 m과 n의 비율을 보면, 다음의 표2와 같다.
실시예 m, n 값 Eu concentration ratio(x) Emission intensity (%) Emission maximum position (nm)
S17 m=1, n=1 0.05 30.8 583
S18 m=2, n=1 0.05 81.9 589
S19 m=3, n=1 0.05 82.9 588
S20 m=4, n=1 0.05 83.2 590
S21 m=1, n=2 0.05 32.6 590
S22 m=2, n=2 0.05 100 593
S23 m=3, n=2 0.05 93.7 588
S24 m=4, n=2 0.05 66.4 591
S25 m=1, n=3 0.05 67.5 588
S26 m=2, n=3 0.05 67.9 588
S27 m=3, n=3 0.05 57.6 588
S28 m=4, n=3 0.05 51.2 589
S29 m=1, n=4 0.05 88.6 587
S30 m=2, n=4 0.05 81.6 589
S31 m=3, n=4 0.05 63.1 589
S32 m=4, n=4 0.05 38.5 590
도 8 및 도 9에 도시된 형광체의 발광 스펙트럼과 같이, 실시 예 22의 발광 스펙트럼의 상대 세기가 표 2와 같이, 다른 실시 예들에 비해 가장 높게 나타남을 알 수 있다. 또한 발광 스펙트럼도 다른 실시 예들에 비해 최대 치로 나타남을 알 수 있다. 상기 실시 예 22는 실시 예와 6과 같이, m은 2이고, n은 2일 때, 발광 스펙트럼이 최대 발광효율을 가진다. 상기 실시 예들의 발광 스펙트럼은 250nm~500nm 범위의 여기 광원을 흡수하여 583nm-595 nm 범위의 황색 스펙트럼을 발광하게 된다.
도 10 및 도 11은 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광소자에 있어서, 활성화제의 농도 비율에 따른 발광 칩의 여기 파장 및 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 10에서 실시 예 33-36은 형광체 CaSi20 - mAl10 - nN32:Eu2 + x의 조성식에서 m=2, n=2를 고정하고, 활성화제(Eu)의 농도 비율(x)을 변화시킨 경우, 활성화제(Eu)의 농도 비율(x)은 실시 예 33은 x=0.05, 실시 예 34는 x=0.10, 실시 예 35는 x=0.15, 실시 예 36은 x=0.20로 변화한 경우이며, 실시 예 33 내지 36의 발광 칩의 여기 파장들 중에서, 실시 예 35의 활성화제의 농도 비율(x)을 갖는 형광체에 의한 발광 칩의 여기 파장의 상대 세기가 가장 높게 나타남을 알 수 있다.
도 11에서, 실시 예 37-40은 형광체 CaSi20 - mAl10 - nN32:Eu2 + p의 조성식에서 m=2, n=2를 고정하고, 활성화제(Eu)의 농도 비율을 변화시킨 경우이다. 상기 활성화제(Eu)의 농도 비율(x)은 실시 예 37은 x=0.05, 실시 예 38는 x=0.10, 실시 예 39는 x=0.15, 실시 예 40은 x=0.20로 변화한 경우, 실시 예 37 내지 40의 형광체의 발광 스펙트럼들 중에서, 실시 예 39의 활성화제의 농도 비율(x)을 갖는 형광체에 의한 발광 스펙트럼의 상대 세기가 다른 실시 예들에 비해 높게 나타남을 알 수 있다.
표 3은 실시 예의 37-40에서 활성화제의 농도 비율에 따른 형광체들의 상대 세기 및 피크 파장의 최대치를 나타낸 도면이다.
실시예 M, n 값 Eu concentration ratio(x) Emission intensity (%) Emission maximum position (nm)
S37 m=2, n=2 0.05 100 587
S38 m=2, n=2 0.10 108.9 588
S39 m=2, n=2 0.15 141.7 591
S40 m=2, n=2 0.20 135.4 592
도 12 및 도 13은 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광소자에 있어서, 형광체의 제조 과정에서 유지시간 차이에 따른 발광 칩의 여기 파장 및 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 12의 실시 예 41-43은 형광체 CaSi20 - mAl10 - nN32:Eu2 + x의 조성식에서 m=2, n=2, 활성화제(Eu)의 농도 비율(x)은 x=0.15로 고정시킨 후, 형광체의 소성시의 유지 시간 변화에 따라 제조된 형광체에 의한 발광 칩의 여기 파장을 나타낸 것이다. 도 13의 실시 예 44-46은 도 12의 발광 칩의 여기 파장에 의한 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
실시 예 41-43 중에서 여기 파장과 같이, 형광체의 소성시 유지 시간이 10시간일 때, 실시 예 42와 같이 여기 파장이 가장 높게 나타남을 알 수 있고, 실시 예 45와 같이, 형광체의 소성시의 유지 시간이 10시간일 때, 상대 세기가 가장 높게 나타남을 알 수 있다.
표 4는 실시 예의 44-46에서 형광체의 소성시의 유지 시간 차이에 따라 제조된 형광체들의 상대 세기 및 형광체의 파장의 최대치를 나타낸 도면이다.
실시예 M, n 값 Eu concentration ratio(x) 유지시간(Hr) Emission intensity (%) Emission maximum position (nm)
S44 m=2, n=2 0.15 5 100 586
S45 m=2, n=2 0.15 10 148.9 587
S46 m=2, n=2 0.15 15 133.0 595
도 14는 도 13의 형광체에 있어서, 형광체의 소성시 유지시간 차이에 따라 제조된 형광체의 XRD(X-ray diffraction) 분석을 비교한 도면이다.
도 14를 참조하면, 실시 예 44, 45, 46에서 형광체의 제조시 소성 유지 시간이 5시간, 10시간, 15시간으로 증가함에 따라, 광도(Intensity) 차이가 발생된다. 실시 예 44, 45 및 46 중에서 광도 차이를 보면, 실시 예 45의 광도에 형성된 결정 구조 (P1~P4)가 다른 실시 예의 결정 구조에 비해 개선됨을 알 수 있다.
실시 예에 따른 형광체 CaSi20-mAl10-nN32:Eu2+ x의 조성식은 상기에 설명된 바와 같이, m=2, n=2, x=0.15인 CaSi18Al8N32:Eu2+0.15의 조성식을 갖는 황색 형광체의 발광 효율이 최대가 됨을 알 수 있다. 또한 실시 예에 따른 형광체, Ca1-xSi20-mAl10-nON38-z:Eu2+ x의 조성식을 예로 설명하며, x의 범위는 0≤x≤0.2이고, m의 범위는 0<m≤4이며, n는 0<n≤4 범위 내에서 변경될 수 있다. 이러한 형광체는 발광 칩(11)으로부터 방출된 250nm-500nm범위의 여기 파장을 흡수하여 583nm-595nm 범위의 발광 파장을 발광할 수 있다.
또한 상기 형광체는 R1-xM20-mL10-nON38-z:Q의 조성식을 갖는 조성물로 표현되며, R는 Ca, Mg, Sc, Gd, Lu의 원소 중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, M는 Si, Ge, C, Sn중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하고, L는 B, Al, Ga, In의 원소중 적어도 1종 이상의 원소를 포함하며, O는 산소 원소이고, N은 질소 원소이며, Q의 원소로는 희토류 원소로 Eu, Ce, Sm, Eu, Yb, Dy, Gd, Tm및 Lu중 적어도 1종류 이상의 원소를 포함하며, 상기 x는 0≤x≤0.2 범위를 갖고, m는 0<m≤4이며, n는 0<n≤4이며, z는 6≤z<38 범위를 갖고, 황색의 피크 파장을 발광한다.
실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자는 조명 시스템에 적용될 수 있다. 상기 조명 시스템은 복수의 발광 소자가 어레이된 구조를 포함하며, 도 15 및 도 16에 도시된 표시 장치, 도 17에 도시된 조명 장치를 포함하고, 모바일, 자동차, 의료용로 구현될 수 있으며, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등에 적용될 수 있다.
도 15는 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 15를 참조하면, 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 광원 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 광원 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl methacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthalate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphtha late) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 광원 모듈(1031)은 적어도 하나를 포함하며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 광원 모듈(1031)은 기판(1033)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 발광 소자(1035)를 포함하며, 상기 발광 소자(1035)는 상기 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다.
상기 기판(1033)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1033)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(1035)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 기판(1033)은 제거될 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 복수의 발광 소자(1035)는 상기 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(1035)는 상기 도광판(1041)의 일측 면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 라이트 유닛(1050)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 광원 모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 광학 시트(1051)를 통과한 광에 의해 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼 등에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 광원 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 16은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 소자(1124)가 어레이된 기판(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 기판(1120)과 상기 발광 소자(1124)는 광원 모듈(1160)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 광원 모듈(1160), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛(1150)으로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기의 광원 모듈(1160)은 기판(1120) 및 상기 기판(1120) 위에 배열된 복수의 발광 소자(1124)를 포함한다.
여기서, 상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(poly methyl methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 광원 모듈(1160) 위에 배치되며, 상기 광원 모듈(1160)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 17은 실시 예에 따른 발광소자를 갖는 조명장치의 분해 사시도이다.
도 17을 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 구비할 수 있다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 돌출부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 돌출부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 돌출부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 돌출부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 돌출부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10,20,30,40: 발광 소자
11,21,36,43: 발광 칩
13,25,38,45: 형광체층
19,29,39,49: 형광체
23: 확산층
31: 몸체
33,35: 리드 프레임
41: 기판

Claims (6)

  1. Ca1-xSi20-mAl10-nON38-z:Eu2+ x의 조성식을 갖고 황색의 발광 스펙트럼을 발광하며,
    상기 m= 2, n= 2, x= 0.15이며,
    상기 z는 6≤z<38 범위를 포함하며,
    250nm~500nm의 여기 파장을 흡수하여 583nm~595nm 범위의 발광 스펙트럼을 발광하는 형광체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 발광 칩;
    상기 발광 칩 상에 배치된 형광체층; 및
    상기 형광체층 상에 첨가되며 상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 흡수하여 황색의 발광 스펙트럼을 발광하는 형광체를 포함하며,
    상기 형광체는 청구항 제1항의 형광체를 포함하며,
    상기 발광 칩은 250nm~500nm의 파장을 발광하며,
    상기 형광체는 상기 발광 칩의 파장을 흡수하여 583nm~595nm 범위의 발광 스펙트럼을 발광하는 발광 소자.
  6. 삭제
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