KR102214067B1 - 산 질화물 형광체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 발광 소자 패키지 - Google Patents

산 질화물 형광체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 발광 소자 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 형광체에 관한 것으로 특히, 산 질화물 형광체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 발광 소자 패키지에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 산 질화물 형광체에 있어서, 하기의 화학식 1로 표시되고, M+R 및 A의 비율은 0.950 내지 0.985 대 2(M+R:2A = 0.950 ~ 0.985:2)인 산 질화물 형광체를 제공할 수 있다.
<화학식 1> MA2N2O2:R
(상기 화학식 1에서 M은 Mg, Ca, Sr 및 Ba 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이고, R은 활성제로서 희토류 원소 중 하나이며, A는 Si 및 Ge 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이다.)

Description

산 질화물 형광체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 발광 소자 패키지 {Oxy-nitride phophor, method for manufacturing the same and light emitting device package}
본 발명은 형광체에 관한 것으로 특히, 산 질화물 형광체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 기존의 일반 조명 중 가장 대표적이라 할 수 있는 형광등을 대체 할 수 있는 차세대 발광 소자 후보 중의 하나이다.
LED는 기존의 광원보다 소비전력이 적으며, 형광등과 달리 수은을 포함하지 않아 친환경적이라 할 수 있다. 또한 기존의 광원과 비교하여 수명이 길며 응답 속도가 빠르다는 장점을 갖는다.
이러한 LED는 LED로부터 방출되는 광을 흡수하여 여러 색상의 광을 발광하는 형광체와 함께 이용될 수 있다. 이와 같은 형광체는 보통 황색, 녹색 및 적색 광을 발광할 수 있다.
백색 LED는 현재 청색 발광 LED와 발광 파장을 변환하는 형광체의 구성으로 제작되고 있다. 이러한 백색 LED의 사용 범위가 커질수록 더욱 효율적인 LED가 요구되고 있으며, 이를 위해서는 형광체의 발광 효율 개선이 요구되고 있다. 또한, 이에 따라 더 신뢰성이 우수한 LED의 요구가 높아지고 있다.
LED에 이용되는 형광체로는 황색 형광체로 산화물 형광체인 YAG 형광체가 알려져 있지만, 이러한 YAG 형광체는 열 안정성이 떨어지고 고온이 되면 휘도 저하, 색좌표의 변화 등의 문제가 발생할 수 있다.
또한, 황색 내지 녹색 계열의 형광체로서 산화물 형광체 및 실리케이트계 형광체가 알려져 있지만, 이들은 열 안정성이 상대적으로 낮으며 내 습성이 나쁘기 때문에 LED 패키지의 신뢰성에 악영향을 줄 수 있다.
한편, 선행 특허문헌 1에 표시된 희토류 원소로 활성화된 일반식 MSi2N2O2 (여기서, M은 알칼리 토금속 원소 중 1 종 이상)로 표현되는 산 질화물 형광체가 제안되고 있다.
또한, 특허문헌 2에서는 일반식 SrSi2N2O2 : Eu로 표현되는 산 질화물 형광체가 나타나 있으며, 이는 자외선 내지 가시광 영역의 여기 광원에 의해 여기되어 녹색 내지 황색 발광 형광체가 나타나 있다.
그러나 이러한 산 질화물 형광체는 산화물 형광체에 비해 열 안정성, 대 환경성이 우수하나 아직까지 휘도가 충분하지 않고 발광 효율을 개선하는 것이 요구되고 있다.
1. 일본 특허공보 제3851331호 2. 일본 특허공보 제4442101호
본 발명은 산 질화물 형광체에 있어서, 휘도가 우수한 산 질화물 형광체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 발광 소자 패키지를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 산 질화물 형광체에 있어서, 하기의 화학식 1로 표시되고, M+R 및 A의 비율은 0.950 내지 0.985 대 2(M+R:2A = 0.950 ~ 0.985:2)인 산 질화물 형광체를 제공할 수 있다.
<화학식 1> MA2N2O2:R
(상기 화학식 1에서 M은 Mg, Ca, Sr 및 Ba 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이고, R은 활성제로서 희토류 원소 중 하나이며, A는 Si 및 Ge 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이다.)
여기서, 상기 화학식 1에서 M은 Ca 및 Sr일 수 있다.
여기서, 상기 화학식 1에서 A는 Si일 수 있다.
여기서, 상기 형광체의 발광 피크 파장은 530 nm 내지 580 nm일 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 산 질화물 형광체의 제조 방법에 있어서, 출발 물질을 이용하여, 하기의 화학식 1로 표시되고, M+R 및 A의 비율은 0.950 내지 0.985 대 2(M+R:2A = 0.950 ~ 0.985:2)인 형광체를 형성할 수 있다.
<화학식 1> MA2N2O2:R
(상기 화학식 1에서 M은 Mg, Ca, Sr 및 Ba 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이고, R은 활성제로서 희토류 원소 중 하나이며, A는 Si 및 Ge 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이다.)
여기서, 상기 출발 물질은, 알칼리 토금속의 탄산염, 산화 실리콘, 질화 실리콘 및 산화 유로퓸, Ca, Sr, Si 및 Eu 또는 이들의 산화물 또는 질화물 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
여기서, 상기 화학식 1에서 M은 Ca 및 Sr일 수 있다.
여기서, 상기 형광체의 형성은, 1500 내지 1600 ℃의 온도조건에서 환원 분위기 또는 불활성 분위기에서 소성하여 형성할 수 있다.
여기서, 상기 형광체의 발광 피크 파장은 530 nm 내지 580 nm일 수 있다.
여기서, 상기 화학식 1에서 A는 Si일 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제3관점으로서, 본 발명은, 상기한 화학식 1로 표시되거나 또는 상기한 방법에 의하여 제조되는 화학식 1로 표시되는 제1형광체; 및 상기 제1형광체를 여기시키는 여기광을 발광하는 발광 다이오드를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 여기광의 피크 파장 및 상기 제1형광체의 피크 파장과 다른 발광 피크를 가지는 제2형광체를 더 포함할 수 있다.
이때, 발광 소자 패키지는, 적어도 430 내지 500 nm 및 500 내지 730 nm 파장 대역 중 적어도 어느 하나에서 하나 이상의 발광 피크를 가지는 발광 스펙트럼을 가질 수 있다.
본 발명에 의하면 산 질화물 형광체로서 고휘도의 발광 효율을 가지는 형광체를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 각 실시예 및 비교예의 발광 스펙트럼을 나타내는 도이다.
도 3은 알칼리 토금속 M의 양의 비율과 샘플 발광 강도의 관계를 나타내는 도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 6의 XRD 스펙트럼 패턴을 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 산 질화물 형광체가 이용된 발광 소자 패키지의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 산 질화물 형광체가 이용된 발광 소자 패키지의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명에서는 산 질화물 형광체를 표현하는 화학식에서, M(알칼리 토금속)과 실리콘(Si)(또는 게르마늄(Ge))의 조성비에 착안하여 아래의 실시예와 같이 다양한 M/Si 조성비의 형광체를 합성하고 그 발광 특성을 비교 검토한 사항을 나타내고 있다.
그 결과, 본 발명에서 제시하는 조성비를 통하여 제작되는 산 질화물 형광체를 제공할 수 있으며, 이러한 형광체는 휘도 측면에서 우수한 특성을 나타낸다.
이와 같이, 알칼리 토금속(M)과 Si(또는 Ge)의 몰 비를 일정한 범위로 제어함으로써 형광체의 휘도가 크게 향상될 수 있다.
이러한 본 발명은, 하기의 화학식 1로 표시되는 산 질화물 형광체를 제공할 수 있다.
Figure 112014019511736-pat00001
여기서, M은 Mg, Ca, Sr 및 Ba 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이고, R은 활성제로서 희토류 원소 중 하나이며, A는 Si 및 Ge 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이다.
이와 같은 화학식 1로 표현되며, M+R 및 A의 비율은 0.950 내지 0.985 대 2(M+R:2A = 0.950 ~ 0.985:2)인, 산 질화물 형광체를 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 화학식 1에서 M은 Ca 및 Sr일 수 있다.
또한, 일례로서, 화학식 1에서 A는 Si일 수 있다.
이러한 화학식 1로 표현되는 형광체의 발광 피크 파장은 530 nm 내지 580 nm일 수 있다.
이하, 본 발명의 산 질화물 형광체의 합성 방법의 일례를 설명한다. 그러나, 본 발명은 이러한 합성 방법에 한정되지 않는다.
출발물질 또는 원료로서, SrCO3(순도 4N), CaCO3(순도 4N), Eu2O3(순도 4N), Si3N4(순도 3N) 및 SiO2(순도 2N)을 준비한다. 여기서, 해당 순도의 물질을 이용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
각각의 물질을 아래의 표 1에 명시된 조성이 되도록 함량을 결정하고 혼합한다. 이와 같이 혼합된 원료를 소성 할 때 질화 붕소 도가니, 보트, 세터를 이용할 수 있다.
소성에 자주 사용되는 알루미나 도가니를 사용하면 원료와 반응하여 원하는 형광체를 얻기 어려울 수 있다. 따라서, 질화 붕소 초벌구이 소결체로 제작한 도가니를 이용하여 형광체 원료를 소성하는 것이 바람직하다.
소성 분위기는 수소, 암모니아 등을 이용하여 환원 분위기로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 예에서는, 4 %의 수소 가스(H2)를 혼합한 질소 가스(N2) 분위기에서, 이러한 혼합 가스(H2 - N2)를 500 ml/min의 유속으로 흘리면서 소성하였다.
소성로는 위에서 설명한 바와 같이, 환원 분위기를 실현할 수 있는 소성로를 이용할 수 있고, 관형로, 고주파로, 금속로 등을 사용할 수 있다.
소성 온도는 1400 내지 1700 ℃의 범위로 할 수 있고, 1500 내지 1600 ℃의 범위가 더욱 바람직하다.
소성 시간은 한 시간 이상으로 할 수 있으며, 6 시간 이상이 더욱 바람직하다. 장시간 소성하게 되면 조성이 균일화될 수 있지만, 제조 비용이 증가할 수 있다.
본 발명의 예에서는 소성로에 수직인 분위기 관형로를 이용하여 1525 ℃에서 6 시간 소성하여 형광체를 제작하는 경우를 나타내고 있다.
이와 같은 과정에 의하여 소성 된 형광체는 소결하여 덩어리가 되어 있기 때문에 소성로에서 꺼낸 후 분말로 제작할 수 있다.
이렇게 소성 된 형광체는 합성 도중에 다른 형상의 입자가 포함될 수 있다. 따라서 이를 제거하기 위해 사후처리할 수 있다. 이는 일반적인 산 또는 알칼리 용액을 이용하여 세정함으로써 다른 형상의 입자를 제거할 수 있으며, 그 중에서도 바람직한 것은 염산 또는 질산을 이용한 산 세척이다. 일례로서, 농도 1N의 질산을 이용해 비커에 투입 후 실온에서 15 분 초음파를 인가하면서 세정 처리를 실시할 수 있다.
이후, 다른 형상의 입자를 침강시켜 분리시킨 후 순수한 물로 세척하여 산을 제거할 수 있다. 세척 후 입자는 오븐에서 대기 중에서 80 ℃로 가열하여 건조 후에 회수할 수 있다.
이하, 다양한 실시예를 설명하고, 이러한 실시예를 비교예와 비교하여 설명한다.
<실시예 1> (Ca/Sr = 0.72)
원료 SrCO3, SiO2, Si3N4, Eu2O3 및 CaCO3를 각각 순서대로 9.415g, 3.040g, 9.806g, 3.142g 및 4.596g의 무게로 혼합하고, 이러한 과정에서 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣은 후, 수소 - 질소(H2 - N2) 혼합 가스를 이용한 환원 분위기 중에서 약 1500 ℃에서 약 6 시간 소성을 실시하였다. 이후, 1 몰/리터의 질산을 이용하여 세척하고 건조하였다.
<실시예 2> (Ca/Sr = 0.72)
원료 SrCO3, SiO2, Si3N4, Eu2O3 및 CaCO3를 각각 순서대로 9.500g, 2.953g, 9.738g, 3.171g 및 4.637g의 무게로 혼합하고, 이러한 과정에서 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣은 후, 수소 - 질소(H2 - N2) 혼합 가스를 이용한 환원 분위기 중에서 약 1500 ℃에서 약 6 시간 소성을 실시하였다. 이후, 1 몰/리터의 질산을 이용하여 세척하고 건조하였다.
<실시예 3> (Ca/Sr = 1.85)
원료 SrCO3, SiO2, Si3N4, Eu2O3 및 CaCO3를 각각 순서대로 4.894g, 3.270g, 10.373g, 3.500g 및 7.968g의 무게로 혼합하고, 이러한 과정에서 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣은 후, 수소 - 질소(H2 - N2) 혼합 가스를 이용한 환원 분위기 중에서 약 1500 ℃에서 약 6 시간 소성을 실시하였다. 이후, 1 몰/리터의 질산을 이용하여 세척하고 건조하였다.
<실시예 4> (Ca/Sr = 1.85)
원료 SrCO3, SiO2, Si3N4, Eu2O3 및 CaCO3를 각각 순서대로 4.942g, 3.178g, 10.305g, 3.568g 및 8.041g의 무게로 혼합하고, 이러한 과정에서 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣은 후, 수소 - 질소(H2 - N2) 혼합 가스를 이용한 환원 분위기 중에서 약 1500 ℃에서 약 6 시간 소성을 실시하였다. 이후, 1 몰/리터의 질산을 이용하여 세척하고 건조하였다.
<비교예 1> (Ca/Sr = 0.72)
원료 SrCO3, SiO2, Si3N4, Eu2O3 및 CaCO3를 각각 순서대로 9.148g, 3.312g, 10.021g, 3.053g 및 4.466g의 무게로 혼합하고, 이러한 과정에서 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣은 후, 수소 - 질소(H2 - N2) 혼합 가스를 이용한 환원 분위기 중에서 약 1500 ℃에서 약 6 시간 소성을 실시하였다. 이후, 1 몰/리터의 질산을 이용하여 세척하고 건조하였다.
<비교예 2> (Ca/Sr = 0.72)
원료 SrCO3, SiO2, Si3N4, Eu2O3 및 CaCO3를 각각 순서대로 9.239g, 3.219g, 9.948g, 3.084g 및 4.510g의 무게로 혼합하고, 이러한 과정에서 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣은 후, 수소 - 질소(H2 - N2) 혼합 가스를 이용한 환원 분위기 중에서 약 1500 ℃에서 약 6 시간 소성을 실시하였다. 이후, 1 몰/리터의 질산을 이용하여 세척하고 건조하였다.
<비교예 3> (Ca/Sr = 0.72)
원료 SrCO3, SiO2, Si3N4, Eu2O3 및 CaCO3를 각각 순서대로 9.328g, 3.129g, 9.876g, 3.113g 및 4.553g의 무게로 혼합하고, 이러한 과정에서 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣은 후, 수소 - 질소(H2 - N2) 혼합 가스를 이용한 환원 분위기 중에서 약 1500 ℃에서 약 6 시간 소성을 실시하였다. 이후, 1 몰/리터의 질산을 이용하여 세척하고 건조하였다.
<비교예 4> (Ca/Sr = 1.85)
원료 SrCO3, SiO2, Si3N4, Eu2O3 및 CaCO3를 각각 순서대로 4.795g, 3.460g, 10.514g, 3.249g 및 7.802g의 무게로 혼합하고, 이러한 과정에서 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣은 후, 수소 - 질소(H2 - N2) 혼합 가스를 이용한 환원 분위기 중에서 약 1500 ℃에서 약 6 시간 소성을 실시하였다. 이후, 1 몰/리터의 질산을 이용하여 세척하고 건조하였다.
<비교예 5> (Ca/Sr = 1.85)
원료 SrCO3, SiO2, Si3N4, Eu2O3 및 CaCO3를 각각 순서대로 4.845g, 3.364g, 10.443g, 3.465g 및 7.883g의 무게로 혼합하고, 이러한 과정에서 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣은 후, 수소 - 질소(H2 - N2) 혼합 가스를 이용한 환원 분위기 중에서 약 1500 ℃에서 약 6 시간 소성을 실시하였다. 이후, 1 몰/리터의 질산을 이용하여 세척하고 건조하였다.
<비교예 6> (Ca/Sr = 1.85)
원료 SrCO3, SiO2, Si3N4, Eu2O3 및 CaCO3를 각각 순서대로 4.989g, 3.089g, 10.237g, 3.568g 및 8.117g의 무게로 혼합하고, 이러한 과정에서 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣은 후, 수소 - 질소(H2 - N2) 혼합 가스를 이용한 환원 분위기 중에서 약 1500 ℃에서 약 6 시간 소성을 실시하였다. 이후, 1 몰/리터의 질산을 이용하여 세척하고 건조하였다.
함량(단위：g) ICP 분석치(단위: at%) (Ca+Sr+Eu)/Si*2 규격화 발광 강도
SiO2 Si3N4 CaCO3 SrCO3 Eu2O Ca Sr Eu Si
Ca/Sr
=0.72		 실시예 1 3.040 9.806 4.596 9.415 3.142 4.91 6.64 1.90 27.81 0.967 100
실시예 2 2.953 9.738 4.637 9.500 3.171 4.96 6.67 1.91 27.52 0.984 99.4
비교예 1 3.312 10.021 4.466 9.148 3.053 4.57 6.27 1.81 28.85 0.877 94.1
비교예 2 3.219 9.948 4.510 9.239 3.084 4.63 6.32 1.81 28.83 0.885 95.2
비교예 3 3.129 9.876 4.553 9.328 3.113 4.78 6.50 1.86 28.01 0.938 97.6
Ca/Sr
=1.85		 실시예 3 3.270 10.373 7.963 4.894 3.500 8.24 3.35 2.02 28.62 0.952 100
실시예 4 3.178 10.305 8.041 4.942 3.534 8.32 3.39 2.04 28.28 0.972 99.7
비교예 4 3.460 10.514 7.802 4.795 3.429 7.72 3.09 1.88 29.41 0.864 93.7
비교예 5 3.364 10.443 7.883 4.845 3.465 8.03 3.20 1.95 28.68 0.919 97.4
비교예 6 3.089 10.237 8.117 4.989 3.568 8.49 3.43 2.07 28.23 0.991 97.9
이와 같은 각 실시예 및 비교예를 통하여 얻어진 샘플의 발광 특성은 발광 스펙트럼 측정 장치를 이용하여 측정하였다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 각 실시예 및 비교 예의 발광 스펙트럼을 나타내고 있다. 이러한 발광 스펙트럼은 450 nm 파장의 광의 여기에 의해 파장 555 nm 부근을 정점으로 하는 황색 발광을 나타내고 있다.
위에서 설명한 방법으로 합성한 샘플의 Ca , Sr , Eu 및 Si의 함량은 ICP 발광 분석 장치를 이용하여 측정하였다. 이러한 분석 값을 at %로 변환한 결과를 위의 표 1에서 나타내고 있다.
또한, 분석 결과보다 Si의 양을 두 배로 한 경우의 알칼리 토금속과 희토류 원소의 비율((Ca + Sr + Eu )/Si × 2)을 계산 한 결과를 표 1에서 나타내고 있다.
각 Ca/Sr 비율을 가지는 샘플에서의 발광 강도의 최대치로 규격화한 결과를 표 1에 나타낸다.
이러한 표 1에서 알칼리 토금속 M의 양의 비율과 샘플 발광 강도의 관계는 도 3에서 도시하는 바와 같다. 이를 보면 M 양이 스토이키오(화학양론적)임을 알 수 있다. 도시하는 바와 같이, Ca/Sr 비율이 1.00에서 벗어난 조성 범위인 0.950 이상 0.985 이하의 범위에서 우수한 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
도 4 및 도 5는 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 6의 XRD 스펙트럼 패턴을 나타낸다. 도면을 참조하면 Ca/Sr 비율에 따라 다른 패턴을 보여 주지만, 동일한 Ca/Sr 비율 사이에서는 큰 차이를 보이지 않고 동일한 위상으로 되어 있다고 추측된다.
상기한 선행 특허문헌2는 M의 부분이 Ba에 한정되어 있고, 본 발명(M이 Ca, Sr)과는 중복되지 않는다.
이 사실에 입각하여, 조성 만에 주목하여 설명하면, 선행 특허문헌2에서는 본 발명의 M에 해당하는 부분은 0.5 < X < 1.5 조건으로 조성이 한정되어 있고, 본 발명의 Si에 해당하는 부분은 1.5 < Y < 2.5의 조건으로 조성이 한정되어 있다. 따라서, 선행 특허문헌2에서 X와 Y는 독립적으로 이 범위 내에서 의미를 가진다.
따라서, 이러한 독립적으로 의미를 가지는 선행 특허문헌2의 X 및 Y의 값은 본 발명에서 주목하는 M 대 Si의 비율과는 전혀 의미하는 바가 다른 수치이다.
또한, 선행 특허문헌2에서 M 대 Si의 조성비를 표현하면 M/Si가 1/2의 값이 나타나 있다고 볼 수 있다. 이러한 경우는 위에서 설명한 비교예 6에 해당한다고 볼 수 있으며, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 비교예 6보다 발광 효율이 매우 우수함을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 선행 특허문헌2에 의한 결과보다 매우 우수한 특성을 가진다. 이는 본 발명에서 한정한 M+R 및 A의 비율(M+R:2A = 0.950 ~ 0.985:2)이 단순한 수치 한정이 아니며 현저한 효과를 보임을 나타내고 있다.
<발광장치>
도 6은 본 발명의 산 질화물 형광체가 이용된 발광 소자 패키지의 일례를 나타내는 단면도이다. 이러한 도 6은 표면 실장 형 발광 소자 패키지를 나타내고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 실장 형 발광 소자 패키지(100)는 도 6에 도시된 바와 같이, 양극 및 음극의 리드 프레임(110)이 구비되고, 이 양극 및 음극의 리드 프레임(110) 중 어느 하나의 위에 위치하여 전압의 인가에 따라 빛을 발생시키는 발광 소자(120)를 포함한다. 이러한 발광 소자(120)는 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드를 이용할 수 있다.
이러한 발광 소자(120)는 리드 프레임(110)과 와이어(130)에 의하여 전기적으로 연결되고, 발광 소자(120) 상에는 광 투과 수지(140)가 몰딩된다.
또한, 이러한 광 투과 수지(140)에 분산하는 형광체(141)를 포함하여 구성된다.
여기에 사용되는 형광체(141)는 위에서 설명한 산 질화물 형광체 이외에 다른 형광체가 함께 분산되어 구비될 수 있다. 예를 들어, YAG, β-SiAlON 등의 다른 형광체와 함께 분산될 수 있다. 이때, 이러한 다른 분산 형광체는 두 종류 이상이 이용될 수 있다.
발광 소자(120)는 전압을 인가하면 400 내지 480 nm의 파장 영역에서 발광 스펙트럼의 주 피크를 갖는 광을 발생시키는 근 자외선 또는 청색 발광 소자를 사용할 수 있다.
또한, 근 자외선 발광 소자 대신 동일한 파장 영역에 주 발광 피크를 가지는 발광 소자로서, 레이저 다이오드, 면 발광 레이저 다이오드, 무기 전계 발광 소자, 유기 전계 발광 소자 등을 사용할 수도 있다. 본 발명에서는 바람직한 응용 예로서 질화물 반도체 발광 다이오드가 이용되는 예를 나타내고 있다.
몰딩 부재로 사용되는 광 투과 수지(140)는 광 투과 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 요소 수지, 아크릴 수지 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는 광 투과 에폭시 수지 또는 광 투과 실리콘 수지 등이 사용될 수 있다.
이러한 광 투명 수지(140)는 발광 소자(120) 주위를 전체적으로 몰딩할 수도 있지만 필요에 따라 발광 부위에 부분적으로 몰딩하는 것도 가능하다. 즉, 소용량 발광 소자의 경우 전체적으로 몰딩하는 것이 바람직하지만, 고출력 발광 소자의 경우에는 발광 소자(120)의 대형화로 인해 전체적으로 몰딩할 경우, 광 투과 수지(140)에 분산되는 형광체(141)의 균일 분산에 불리할 수 있기 때문이다. 이 경우 발광 부위에 부분적으로 몰딩하는 것이 바람직 것이다.
도 7은 본 발명의 산 질화물 형광체가 이용된 발광 소자 패키지의 다른 예를 나타내는 단면도이다. 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 램프형의 발광 소자 패키지(200)의 예를 나타내고 있다.
이러한 램프형의 백색 발광 소자 패키지(200)는 한 쌍의 리드 프레임(210)과, 전압의 인가에 따라 빛을 발생시키는 발광 소자(220)를 포함한다.
발광 소자(220)는 리드 프레임(210)과 와이어(230)에 의하여 전기적으로 연결되고, 발광 소자(220) 상에는 광 투과 수지(240)가 몰딩된다.
이러한 광 투과성 수지(240)에는 형광체(241)가 분산되어 구비될 수 있고, 광 투과성 수지(240) 상에는 소자 전체의 외부 공간을 마감하는 외장재(250)가 구비될 수 있다.
여기서 사용되는 형광체(241)는 위에서 설명한 산 질화물 형광체 이외에 다른 형광체, 예를 들면 YAG, β-SiAlON 등의 형광체와 함께 분산되어 구비될 수 있다. 이러한 분산 형광체(241)는 두 종류 이상이 구비될 수 있다.
본 실시예의 광 투과성 수지(240)도 발광 소자(220) 주위를 전체적으로 몰딩 할 수도 있지만 필요에 따라 발광 부위에 부분적으로 몰딩되어 구비될 수도 있다. 이러한 이유는 앞에서 언급된 바와 같다.
위에서 상세히 설명한 본 발명에 따른 표면 실장형 발광 소자 패키지(100) 또는 램프형의 발광 소자 패키지(200)는 백색 발광 패키지로 구현될 수 있다. 이러한 백색광이 구현되는 과정을 설명하면 다음과 같다.
발광 소자(120, 220)에서 출사되는 근 자외선에 해당하는 400 내지 480 nm 파장 영역의 푸른 빛이 형광체(141, 241)를 통과하게 된다. 여기에 일부 빛은 형광체(141, 241)를 구동시켜 발광 파장 중심이 500 내지 600 nm 범위의 주요 피크를 갖는 광을 발생시키고, 나머지 빛은 푸른 빛으로 그대로 투과시킨다.
그 결과, 400 내지 700 nm의 넓은 파장의 스펙트럼을 갖는 백색광을 발광하게 된다.
형광체(141, 241)는 위에서 설명한 산 질화물 형광체 이외에 다른 형광체가 함께 분산되어 구비될 수 있다.
예를 들어, 이들 형광체(141, 241)는 위에서 설명한 산 질화물 형광체(이하, 제1형광체)와 다른 발광 피크를 가지는 제2형광체가 혼합되어 함께 이용될 수 있다.
이러한, 발광 소자 패키지(100, 200)는, 적어도 430 내지 500 nm 및 500 내지 730 nm 파장 대역 중 적어도 어느 하나에서 하나 이상의 발광 피크를 가지는 발광 스펙트럼을 가질 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100, 200: 발광 소자 패키지 110, 210: 리드 프레임
120, 220: 발광 소자 130, 230: 와이어
140, 240: 광 투과 수지 141, 241: 형광체

Claims (13)

  1. 산 질화물 형광체에 있어서,
    하기의 화학식 1로 표시되고, M+R 및 A의 비율은 0.950 내지 0.985 대 2(M+R:2A = 0.950 ~ 0.985:2)인 것을 특징으로 하는 산 질화물 형광체.
    <화학식 1> MA2N2O2:R
    (상기 화학식 1에서 M은 Mg, Ca, Sr 및 Ba 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이고, R은 Eu, A는 Si이다.)
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1에서 M은 Ca 및 Sr인 것을 특징으로 하는 산 질화물 형광체.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 형광체의 발광 피크 파장은 530 nm 내지 580 nm인 것을 특징으로 하는 산 질화물 형광체.
  5. 산 질화물 형광체의 제조 방법에 있어서,
    출발 물질을 이용하여, 하기의 화학식 1로 표시되고, M+R 및 A의 비율은 0.950 내지 0.985 대 2(M+R:2A = 0.950 ~ 0.985:2)인 형광체를 형성하는 것을 특징으로 하는 산 질화물 형광체의 제조 방법.
    <화학식 1> MA2N2O2:R
    (상기 화학식 1에서 M은 Mg, Ca, Sr 및 Ba 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이고, R은 Eu, A는 Si이다.)
  6. 제5항에 있어서, 상기 출발 물질은, SrCO3, CaCO3, Eu2O3, Si3N4 및 SiO2 중 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산 질화물 형광체의 제조 방법.
  7. 제5항 또는 6항에 있어서, 상기 화학식 1에서 M은 Ca 및 Sr인 것을 특징으로 하는 산 질화물 형광체의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 형광체의 형성은, 1500 내지 1600 ℃의 온도조건에서 환원 분위기 또는 불활성 분위기에서 소성하여 형성하는 것을 특징으로 하는 산 질화물 형광체의 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 형광체의 발광 피크 파장은 530 nm 내지 580 nm인 것을 특징으로 하는 산 질화물 형광체의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제1항의 화학식 1로 표시되는 제1형광체; 및
    상기 제1형광체를 여기시키는 여기광을 발광하는 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 여기광의 피크 파장 및 상기 제1형광체의 피크 파장과 다른 발광 피크를 가지는 제2형광체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  13. 제12항에 있어서, 적어도 430 내지 500 nm 및 500 내지 730 nm 파장 대역 중 적어도 어느 하나에서 하나 이상의 발광 피크를 가지는 발광 스펙트럼을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
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