KR102261952B1 - 형광체 조성물 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시예는 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체를 포함하고, 황색 형광체는 화학식 Li(m-2X)Si(12-m-n)Al(m+n)OnN(16-n):Eu2 + (여기서, 2≤m≤5, 2≤n≤10, 0.01≤X≤1 이다) 로 표시되는 형광체 조성물 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지를 제공하며, 실시예의 발광 소자 패키지는 개선된 휘도와 연색지수를 갖는 백색광을 구현할 수 있다.

Description

형광체 조성물 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지{PHOSPHOR COMPOSITION AND LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE INCLUDING THE SAME}
실시예는 복수의 형광체를 포함하는 형광체 조성물 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
반도체의 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광다이오드 (Light Emitting Diode)나 레이저다이오드와 같은 발광 소자는 박막 성장기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색광도 구현이 가능하며 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
백색광을 구현하는 방법에 있어서는 단일 칩 형태의 방법으로 청색이나 자외선(UV: Ultra Violet) 발광 다이오드 칩 위에 형광물질을 결합하는 것과 멀티 칩 형태로 제조하여 이를 서로 조합하여 백색광을 얻는 방법으로 나누어진다.
멀티 칩 형태의 경우 대표적으로 RGB(Red, Green, Blue)의 3 종류의 칩을 조합하여 제작하는 방법이 있으며, 이는 각각의 칩마다 동작전압의 불균일하거나, 주변 환경에 의한 각각의 칩의 출력의 차이로 인하여 색좌표가 달라지는 문제점을 가진다.
또한, 단일칩으로 백색광을 구현하는 경우에 있어서, 청색 LED로부터 발광하는 빛과 이를 이용해서 적어도 하나의 형광체들을 여기 시켜 백색광을 얻는 방법이 사용되고 있다.
이러한 형광체 조성물을 이용한 백색광의 구현에 있어서, 휘도와 연색지수(Color Rendering Index:CRI)를 개선하는 시도가 계속되고 있으나, 광속(Luminous flux)의 저하가 없으면서 높은 연색지수 값을 갖는 백색광을 구현하는 것이 용이하지 않은 문제가 있다.
실시예는 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체를 포함하도록 하여 휘도가 개선되고 연색지수가 높은 형광체 조성물 및 발광 소자 패키지를 구현하고자 한다.
실시예는 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체를 포함하고, 상기 황색 형광체는 화학식 Lim -2 XSi12 -m- nAlm + nOnN16 -n:Eu2 +로 표시되는 형광체 조성물을 제공한다. 여기서, 2≤m≤5, 2≤n≤10, 0.01≤X≤1 일 수 있다.
상기 녹색 형광체는 LuAG:Ce3 +, Sr2SiO4:Eu2 + 및 Ba2SiO4:Eu2 + 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 녹색 형광체의 발광 파장은 510nm 내지 550 nm 일 수 있다.
상기 적색 형광체는 CaAlSiN3:Eu2 +, SrAlSiN3:Eu2 + 및 Sr2Si5N8:Eu2 + 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 적색 형광체의 발광 파장은 600nm 내지 660nm일 수 있다.
상기 황색 형광체는 400nm 내지 500nm의 여기 파장을 가질 수 있다.
상기 녹색 형광체, 상기 황색 형광체 및 상기 적색 형광체는 0.5~0.8 : 0.1~0.4 : 0.01~0.1 의 질량비를 가질 수 있다.
다른 실시예는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 발광 소자; 상기 발광 소자를 둘러싸고 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 몰딩부; 및 상기 발광 소자에서 방출된 광에 의하여 여기 되는 상술한 형광체 조성물의 실시예들 중 어느 하나의 형광체 조성물; 을 포함하는 발광 소자 패키지를 제공한다.
상기 형광체 조성물은 상기 몰딩부 내에 분산되어 배치될 수 있다.
상기 형광체 조성물은 상기 발광 소자와 접촉하여 층을 이루어 배치될 수 있다.
상기 형광체 조성물은 상기 발광 소자의 외면, 상기 패키지 몸체의 노출된 상부면 및 상기 몰딩부의 외면 중 적어도 하나를 둘러싸고 층을 이루어 배치될 수 있다.
상기 발광 소자는 청색광을 발광하는 것일 수 있다.
상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 색좌표는 Cx=0.328±0.02, Cy=0.344±0.02 일 수 있다.
상기 발광 소자 패키지의 연색지수는 70 이상일 수 있다.
실시예에 따른 형광체 조성물과 이를 포함하는 발광 소자 패키지의 경우 Li-SiAlON계의 황색 형광체 및 적색 형광체를 포함하도록 하여 휘도가 개선되고 연색지수가 양호한 백색광을 구현할 수 있다.
도 1은 황색 형광체의 일 실시예에 대한 광 특성을 나타낸 도면이고,
도 2는 발광 소자 패키지의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3은 발광 소자의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 도 4b는 발광 소자 패키지의 광 특성을 나타낸 도면이고,
도 5 내지 도 6은 발광 소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2", "상/상부/위"및 "하/하부/아래"등과 같은 관계적 용어들은 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
실시예의 형광체 조성물은 녹색(Green) 형광체, 황색(Amber) 형광체 및 적색(Red) 형광체를 포함하고, 황색(Amber) 형광체는 아래의 화학식 1으로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Li(m-2X)Si(12-m-n)Al(m+n)OnN(16-n):Eu2 + (2≤m≤5, 2≤n≤10, 0.01≤X≤1)
화학식 1로 표시되는 황색 형광체는 알파(α) 상의 사이알론(SiAlON)계 형광체로서 청색 또는 가시광 영역의 광에 의하여 여기 되어 황색 파장 영역의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 화학식 1의 황색 형광체는 400nm 내지 500nm의 여기 파장을 가질 수 있다.
도 1은 비교예의 황색 형광체와 화학식 1의 황색 형광체의 광 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도면에서 A는 비교예의 황색 형광체로서, Ca-α-SiAlON 형광체를 사용한 경우이며, B는 실시예에 포함되는 화학식 1의 조성을 가지는 황색 형광체의 경우를 나타낸 것이다.
도 1의 그래프에서, "Excitation"은 여기 파장 대역을 나타낸 것이고, "Emission"은 발광 파장 피크를 나타낸 것이다. 비교예(A)와 실시예(B)에서 여기 파장은 350nm 내지 500nm에 해당하며, 실시예(B)의 경우 비교예(A)에 비하여 여기 에너지가 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
또한, 발광 파장 피크를 비교하면 발광 중심 파장이 실시예(B)의 경우 단파장으로 이동(Shift)되었으며, 발광 중심 파장에서의 휘도 역시 비교예(A)에 비하여 실시예(B)에서 증가된 것을 알 수 있다.
표 1은 도 1의 그래프에서 나타낸 비교예(A)와 실시예(B)의 황색 형광체의 광 특성 값을 나타낸 것이다. 표 1에 기술한 광 특성은 형광체의 발광 피크파장(Wp)과 반치폭(Full Width at Half Maximum) 및 상대 휘도값(%)이다. 특히, 상대 휘도값은 450nm의 파장에서 형광체가 여기 된 경우의 비교예(A)의 휘도를 100%로 할 때 실시예(B)의 휘도를 상대 값으로 나타낸 것이다.
상대휘도(%) Wp(nm) 반치폭(nm)
비교예(A) 100 595 85
실시예(B) 103.1 583 84
표 1을 참조하면, 발광 중심 파장(Wp)은 비교예(A)의 황색 형광체는 595nm인데 비하여 실시예(B)의 황색 형광체 는 583nm로 단파장으로 이동되었으며, 화학식 1로 표시되는 실시예(B)의 황색 형광체의 반치폭(Full Width at Half Maximum)은 84nm 일 수 있다. 또한, 휘도 또한 개선되어 실시예(B)의 경우 비교예(A)에 비하여 약 3%의 휘도 개선 효과를 가질 수 있다.
실시예의 형광체 조성물은 LuAG:Ce3 +, Sr2SiO4:Eu2 + 및 Ba2SiO4:Eu2 + 중 어느 하나의 녹색 형광체를 포함할 수 있다. 이때, 녹색 형광체는 510nm 내지 550nm의 발광 파장 특성을 가질 수 있다.
또한, 실시예의 형광체 조성물은 CaAlSiN3:Eu2 +, SrAlSiN3:Eu2 + 및 Sr2Si5N8:Eu2+ 중 적어도 하나의 적색 형광체를 포함할 수 있다. 실시예에 포함되는 적색 형광체의 발광 파장은 600nm 내지 660nm 일 수 있다.
즉, 실시예의 형광체 조성물은 적색, 녹색 및 황색 형광체를 포함하며, 이때, 황색 형광체는 화학식 1로 표시되는 Li-α-SiAlON 형광체 일 수 있으며, 이러한 형광체 조성물은 발광 소자에서 방출된 광에 의하여 여기 되어 백색광을 구현할 수 있다.
실시예의 형광체 조성물은 화학식 1로 표시되는 황색 형광체를 포함하므로, 도 1 및 표 1의 결과를 참조하면, 종래의 황색 형광체를 적용한 경우에 비하여 높은 휘도를 가질 수 있다.
다만, 화학식 1의 황색 형광체의 경우 단파장으로 발광 중심 파장이 이동됨에 따라 이를 포함하는 형광체 조성물에 의하여 구현되는 발광 특성에서 장파장 영역을 충분히 표현할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 황색 형광체의 발광 중심 파장의 이동에 따른 색재현율의 감소를 막기 위하여 형광체 조성물에 적색 형광체를 더 포함하도록 할 수 있다.
이러한 실시예의 형광체 조성물에 의하여 구현되는 백색광은 개선된 광속을 가지며, 양호한 연색지수값을 나타낼 수 있고 종래의 형광체 조성물과 유사한 색좌표를 갖는 광을 구현할 수 있다.
실시예의 형광체 조성물에서 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체의 질량비는 0.5~0.8 : 0.1~0.4 : 0.01~0.1 일 수 있다. 예를 들어, 형광체 조성물의 실시예에서 전체 형광체 조성물의 중량에 대하여, 녹색 형광체는 65%, 화학식 1로 표시되는 황색 형광체는 31%, 적색 형광체는 4%의 질량비를 가질 수 있다.
형광체 조성물의 질량비가 상술한 비율의 범위를 벗어나는 경우 방출되는 광의 색좌표값이 종래의 형광체 조성물이 구현하는 백색광의 색좌표값과 차이를 나타낼 수 있다.
이하에서는 상술한 실시예의 형광체 조성물을 포함하는 발광 소자 패키지의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 발광 소자 패키지의 제1 실시예(200A)를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200A)는 패키지 몸체(100), 패키지 몸체(100) 상에 배치되는 발광 소자(110)와 발광 소자(110)를 둘러싸고 패키지 몸체(100) 상에 배치되는 몰딩부(190) 및 상술한 실시예의 형광체 조성물(170)을 포함할 수 있다.
패키지 몸체(100)는 실리콘 재질, 합성수지 재질 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 열전도성이 우수한 세라믹 물질로 이루어질 수 있다.
패키지 몸체(100)에는 발광 소자와의 전기적 연결을 위한 리드 프레임(미도시)을 포함할 수 있다. 패키지 몸체(100)에 리드 프레임이 형성될 경우, 리드 프레임은 구리 등의 도전성 물질로 이루어질 수 있으며 일 예로 금(Au)을 도금하여 배치할 수 있다. 리드 프레임은 발광 소자(110)에서 방출된 빛을 반사시킬 수도 있다.
발광 소자(110)는 발광 다이오드 등이 배치될 수 있다.
도 3은 발광 소자(110)의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 발광 소자(110)는 기판(10), 제1 도전형 반도체층(22), 활성층(24), 제 2 도전형 반도체층(26), 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)을 포함할 수 있다.
발광 소자(110)에서 기판(10)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있고, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 기판(10)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 광추출 효율을 높이기 위하여 표면이 요철을 포함할 수 있다.
기판(10)과 도전형 반도체층(22, 26) 사이에는 버퍼층(미도시)이 배치될 수 있다. 버퍼층(미도시)은 도전형 반도체층(22, 26)과 기판(10) 재료 간의 격자 부정합 및 열팽창 계수의 차이를 완화하기 위하여 배치될 수 있다. 버퍼층(비도시)은 3-5족 또는 2-6족의 화합물 반도체일 수 있으며, 예를 들어, GaN, InN, AlN, InGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
발광 구조물(20)은 제1 도전형 반도체층(22)과 활성층(24) 및 제2 도전형 반도체층(26)을 포함하여 이루어진다.
제1 도전형 반도체층(22)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(22)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(22)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(22)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(24)은 제1 도전형 반도체층(22)과 제2 도전형 반도체층(26) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(24)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(26)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26)은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(26)이 AlxGa(1-x)N으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(26)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 소자(110)는 일 면에 복수의 전극(42, 44)을 포함할 수 있다. 복수의 전극(42, 44)은 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)일 수 있다. 제1 전극(42)과 제2 전극(44)은 발광 소자(110)의 양측에 각각 위치할 수 있고, 이 중 제1 전극(42)은 메사 구조로 식각된 제1 도전형 반도체층(22) 상에 배치될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(26) 상에는 제2 전극 (44)이 배치될 수 있다.
발광 소자(110)의 제2 도전형 반도체층(26) 상에는 투명 도전층(30)이 더 배치되어 제2 전극 패드(44)로부터 제2 도전형 반도체층(26)으로 넓은 면적에 고르게 전류가 공급되게 할 수 있다. 투명 도전층(30)은 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO(Zinc Oxide), IrOx(Iridium Oxide), RuOx(Ruthenium Oxide), NiO(Nickel Oxide), RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au(Gold) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 발광 소자(110)의 실시예는 수평형 발광 소자의 실시예이나 도 2의 발광 소자 패키지에는 도시된 수평형 발광 소자 이외에 수직형 발광 소자, 플립칩 타입의 발광 소자가 배치될 수 있다.
발광 소자(110)는 제1 파장 영역의 광을 발광할 수 있으며, 제1 파장 영역은 청색광 또는 자외선 광의 영역일 수 있다.
발광 소자(110)는 와이어(160)를 통하여 패키지 몸체(100) 또는 리드 프레임과 전기적으로 연결될 수 있다. 와이어(160)는 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 지름 0.8 내지 1.6 밀리미터(mm) 정도의 금(Au)으로 이루어질 수 있다. 와이어(160)가 너무 얇으면 외력에 의하여 절단될 수 있으며, 너무 두꺼우면 재료비가 증가되고 발광소자(110)에서 방출되는 빛의 진행에 장애물이 될 수 있다.
도 2의 발광 소자 패키지(200A) 실시예에서 발광 소자(110) 등을 둘러싸고 패키지 몸체(100) 상에 몰딩부(190)가 배치될 수 있다.
몰딩부(190)는 돔(dome) 타입으로 이루어질 수 있으며, 발광 소자 패키지의 광 출사각을 조절하기 위하여 다른 형상으로 배치될 수도 있다. 몰딩부(190)는 발광 소자(110)를 포위하여 보호하며 발광 소자(110)로부터 방출되는 빛의 진로를 변경하는 렌즈로 작용할 수 있다.
몰딩부(190)는 수지층을 포함하여 이루어질 수 있으며, 수지층은 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴계 수지 중 어느 하나를 포함하는 혼합물 또는 그 화합물의 그룹으로부터 선택된 수지를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 발광 소자 패키지의 실시예에서는 형광체조성물(170)이 몰딩부(190) 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 형광체 조성물(170)은 몰딩부(190)의 수지층에 분산되어 배치될 수 있다.
도 4a 내지 도 4b는 상술한 실시예의 형광체 조성물을 포함하는 발광 소자 패키지 실시예의 광 특성을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4a는 형광체 조성물이 2종의 형광체를 포함하는 경우에 있어서의 발광 소자 패키지의 광 특성을 나타낸 그래프이고, 도 4b는 3종의 형광체를 포함하는 상술한 실시예의 형광체 조성물이 적용된 경우의 발광 소자 패키지의 광 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4a에서 비교예 1은 종래의 2종 형광체를 포함하는 발광소자 패키지에 대한 광 특성으로 LuAG계열의 녹색 형광체와 Ca-α-SiAlON 황색 형광체를 사용한 경우에 해당한다. 또한, 비교예 2는 비교예 1의 조성에서 황색 형광체를 변경한 것으로, LuAG계열의 녹색 형광체와 화학식 1의 조성을 갖는 Li-α-SiAlON 황색 형광체를 사용한 경우의 발광 특성에 해당한다.
도 4a를 참조하면, 화학식 1의 황색 형광체를 포함하는 비교예 2의 경우 비교예 1에 비하여 휘도가 개선되는 것을 알 수 있다.
표 2는 도 4a의 비교예 1과 비교예 2의 발광 소자 패키지에서의 광 특성 값을 나타낸 것이다.
발광 소자 패키지의 광 특성은 광도와 색으로 나눌 수 있으며, 광도는 기준이 되는 비교예 1에 대한 상대 휘도(%)이며, 색 특성은 CIE(Commission International de I'Eclairage) 색좌표 값과 연색지수(CRI)로 나타내었다.
상대휘도(%) CIE Cx CIE Cy CRI
비교예 1 100 0.327 0.344 73
비교예 2 103.8 0.330 0.345 67
표 2의 결과를 참조하면, 비교예 2의 경우 휘도는 비교예 1에 비하여 개선되었으나, 연색지수 값이 낮아져서 색 재현율이 저하된 것을 알 수 있다.
표 2의 결과를 참조하면, 종래의 2종 형광체를 적용한 형광체 조성물을 포함하는 비교예 1의 발광 소자 패키지에 비하여, 비교예 2의 경우 황색 형광체를 화학식 1의 형광체로 변경한 것으로서, 단파장의 황색 형광체로 변경됨에 따라 종래의 비교예 1에 비하여 패키지의 휘도가 향상되었다.
다만, 비교예 2의 경우 종래의 형광체 조성물을 사용한 비교예 1에 비하여 광속이 3.8% 증가되었으나, 발광 파장이 단파장으로 이동됨에 따라 연색지수인 CRI 값은 73에서 67으로 감소하여 색 특성은 저하되었다.
이와 비교하여, 도 4b와 표 3은 녹색, 황색, 적색의 형광체를 포함하는 실시예의 형광체 조성물을 사용한 경우에 있어서의 발광 소자 패키지 실시예와 비교예 1의 광 특성을 나타낸 것이다.
즉, 실시예에 포함되는 형광체 조성물은 도 4a에서 도시된 비교예 2의 형광체 조성물에서 적색 형광체가 더 포함된 경우일 수 있으며, 이때 적색 형광체는 CaAlSiN:Eu2+ 일 수 있다.
상대 휘도(%) CIE Cx CIE Cy CRI
비교예 1 100 0.327 0.344 73
실시예 104.1 0.330 0.342 72
도 4b와 표 3을 참조하면, 3종의 형광체를 혼합한 형광체 조성물을 포함하는 실시예의 발광 소자 패키지는 비교예 1에 비하여 개선된 휘도를 나타내며, 색 특성에 있어서도 색 좌표값과 연색지수 값이 비교예 1과 유사하게 나타나는 것을 알 수 있다.
즉, 실시예의 발광 소자 패키지의 경우 종래의 황색 형광체를 변경하여 화학식 1로 표시될 수 있는 Li-α-SiAlON의 황색 형광체를 적용하고, 또한 적색 형광체를 더 포함하도록 하여 색 특성의 저하가 없으며, 휘도가 개선된 광 특성을 가질 수 있다.
실시예의 형광체 조성물에서 녹색 형광체를 A, 황색 형광체를 B, 적색 형광체를 C라고 할 때, 예를 들어, A는 LuAG:Ce3 + 일 수 있으며, B는 Lim -2 XSi12 -m-nAlm+nOnN16-n:Eu2+ (2≤m≤5, 2≤n≤10, 0.01≤X≤1)일 수 있으며, C는 CaAlSiN3:Eu2 + 일 수 있다.
또한, 비교예 1에 포함되는 형광체 조성물은 녹색 형광체와 황색 형광체를 포함한 경우로 이때 녹색 형광체 A는 LuAG:Ce3 + 일 수 있으며, 황색 형광체 B`는 CaSiAlON:Eu2+ 형광체일 수 있다.
또한, 실시예에서 각 형광체 A, B, C의 질량비는 전체 형광체 조성물을 100으로 할 때, A : B : C = 50~80 : 10~40 : 1~10 일 수 있다.
표 4는 비교예 1과 실시예들(실시예 1 내지 3)의 형광체 조성물에서의 각 형광체의 질량비를 나타낸 것이다.
표 5는 표 4의 비교예 1과 실시예들의 광특성을 나타낸 것이다. 표 5의 광 특성 값은 도 2에 도시된 실시예의 발광 소자 패키지(200A)의 경우일 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 이후 설명할 발광 소자 패키지의 다른 실시예들의 경우를 포함할 수 있다.
표 5를 참조할 때, 실시예들의 경우 비교예 1의 경우에 비하여 광속이 증가되었으며, 색 특성에 있어서는 색좌표값과 연색지수 값이 비교예 1과 유사한 수준을 나타낸다.
따라서, 실시예의 발광 소자 패키지의 경우 휘도가 증가되더라도 색 특성의 저하가 없는 광을 발광할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
구분 형광체 조성물의 질량비
비교예 1 A : B` = 78 : 22
실시예 1 A : B : C = 63 : 34 : 4
실시예 2 A : B : C = 65 : 31 : 4
실시예 3 A : B : C = 67 : 29 : 4
Flux(lm) CIE x CIE y CRI
비교예 1 154.2 0.331 0.342 73.3
실시예 1 160.4 0.331 0.345 72.4
실시예 2 160.7 0.329 0.345 72.0
실시예 3 159.7 0.331 0.350 72.0
도 5와 도 6은 발광 소자 패키지의 다른 실시예들(200B, 200C)을 나타낸 도면이다.
이하에서는 도 2의 발광 소자 패키지의 실시예와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 5의 실시예의 발광 소자 패키지(200B)에서 형광체 조성물(170)은 발광 소자(110) 상에 층을 이루어 형성될 수 있다. 예를 들어, 형광체 조성물(170)은 발광 소자(110)와 접촉하면서 코팅되어 배치될 수 있으며, 컨포멀 코팅 (Conformal coating) 방식으로 일정한 두께를 가지는 층을 형성하여 배치될 수 있다.
형광체 조성물(170)의 코팅에 의하여 형성된 형광체층은 발광 소자(110)의 상부면에 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 발광 소자의 측면 및 상부면 전체를 둘러싸고 배치될 수 있다.
도 5의 발광 소자 패키지(200B)에서는 발광 소자에서 방출된 광이 형광체 조성물의 형광체층을 통과하여 파장 변환되어 발광될 수 있으며, 예를 들어, 발광 소자 패키지는 백색광을 방출할 수 있다.
도 6은 발광 소자 패키지(200C)의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200C)에서 실시예의 형광체 조성물(170)은 발광 소자(110)의 외면, 패키지 몸체(100)의 노출된 상부면 및 몰딩부(190)의 외면 중 적어도 하나를 둘러싸고 층을 이루어 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 6의 도시를 참조하면, 형광체 조성물(170)은 발광 소자(110)의 외면을 감싸고, 발광 소자(110)가 배치되지 않은 패키지 몸체(100)의 상부면 및 몰딩부(190)의 외면을 감싸고 배치될 수 있다.
도 6에서 층을 이루는 형광체 조성물(170)은 코팅에 의하여 형성되어 형광체층을 이룰 수 있으며, 형성된 형광체층의 외부에 보호층(미도시)이 더 포함될 수 있다.
이때 보호층은 노출된 형광체층을 보호하는 것일 수 있으며, SiO2(Silicone Dioxide) 또는 Si3N4(Silicone Nitride) 필름이 스퍼터링 (Sputtering), 사출 압축 성형 (Injection Compression Molding) 또는 화학기상성장법 (CVD : Chemical Vapor Deposition) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 보호층은 형광체 조성물이 이루는 형광체층의 상면에 형성될 수 있으며, 스프레이 코팅법을 이용하여 얇은 필름 형태로 형성될 수도 있다.
화학식 1의 조성을 가지는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체를 포함하는 형광제 조성물이 포함된 도 2, 도 5 및 도 6의 발광 소자 패키지 실시예들(200A, 200B, 200C)의 경우 발광 소자에서 방출된 광에 의하여 여기 되어 백색광을 구현할 수 있다.
이때, 발광 소자에서 방출되는 광은 청색광일 수 있으며, 청색광에 의하여 여기 되어 방출되는 백색광의 색좌표는 Cx=0.328±0.02, Cy=0.344±0.02 일 수 있다.
또한, 실시예의 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)의 색 특성 중 연색지수는 70 이상일 수 있다.
발광 소자 패키지의 실시예는 도면에 도시된 실시예에 한정하지 않으며, 예를 들어, 상술한 도 2, 도 5 및 도 6의 실시예(200A, 200B, 200C)에서, 패키지 몸체(100)에 캐비티를 더 포함할 수 있다.
도면에 도시되지는 않았으나, 캐비티는 패키지 몸체(100)의 상부면에 형성될 수 있고, 상부가 개방되고 측면과 바닥면으로 이루어질 수 있다.
캐비티는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 캐비티의 측면은 바닥면에 대하여 수직이거나 경사지게 형성될 수 있으며, 크기 및 형태가 다양할 수 있다. 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 다각형, 타원형 등일 수 있으며, 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나, 이에 한정하지 않는다.
캐비티가 패키지 몸체(100)에 형성될 경우 발광 소자(110)는 캐비티 내에 배치될 수 있으며, 몰딩부(190)는 발광 소자(110)를 감싸고 캐비티 내부를 채우며 형성될 수 있다. 몰딩부(190)에는 상술한 실시예의 형광체 조성물이 포함될 수 있다.
이하에서는 상술한 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)가 배치된 조명 시스템의 일 실시예로서 영상 표시장치 및 조명 장치를 설명한다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)는 복수 개가 기판 상에 어레이될 수 있고, 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C), 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 장치로 구현될 수 있다.
여기서, 표시 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 상에 배치되는 반사판과, 광을 방출하는 발광 모듈과, 반사판의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
또한, 조명 장치는 기판과 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열체, 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등을 포함할 수 있다.
해드 램프는 기판 상에 배치되는 발광 소자 패키지들(200A, 200B, 200C)을 포함하는 발광 모듈, 발광 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다.
상술한 영상 표시장치 및 조명 장치의 경우 화학식 1의 황색 형광체와 함께 적색 형광체를 포함하는 형광체 조성물을 사용함으로써, 휘도가 개선되는 효과를 가질 수 있으며, 휘도가 개선되어 광효율이 증가된 경우에도 광원의 색 좌표와 연색지수의 변화가 없어 색 특성이 양호한 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 패키지 몸체 110 : 발광 소자
170 : 형광체 조성물 190 : 몰딩부
200A, 200B, 200C : 발광 소자 패키지

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체 상에 배치되는 발광 소자;
    상기 발광 소자를 둘러싸고 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 몰딩부; 및
    상기 몰딩부의 둘레에 배치되며, 상기 발광 소자에서 방출된 광에 의해 여기되는 형광체 조성물을 포함하고,
    상기 형광체 조성물은 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체를 포함하고,
    상기 황색 형광체는 화학식 Li(m-2X)Si(12-m-n)Al(m+n)OnN(16-n):Eu2+ 로 표시되고, (여기서, 2≤m≤5, 2≤n≤10, 0.01≤X≤1 이다)
    상기 녹색 형광체는 LuAG:Ce3+, Sr2SiO4:Eu2+ 및 Ba2SiO4:Eu2+ 중 적어도 하나이고,
    상기 적색 형광체는 CaAlSiN3:Eu2+, SrAlSiN3:Eu2+ 및 Sr2Si5N8:Eu2+ 중 적어도 하나이고,
    상기 녹색 형광체, 상기 황색 형광체 및 상기 적색 형광체는 0.5~0.8 : 0.1~0.4 : 0.01~0.1 의 질량비를 가지고,
    상기 황색 형광체는 400nm 내지 500nm의 여기 파장을 가지고,
    상기 녹색 형광체의 발광 파장은 510nm 내지 550nm이고,
    상기 적색 형광체의 발광 파장은 600nm 내지 660nm이고,
    상기 형광체 조성물은, 상기 발광 소자의 외면, 상기 패키지 몸체의 노출된 상부면, 상기 몰딩부의 외면을 둘러싸고 층을 이루어 배치되는 발광 소자 패키지.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 8항에 있어서, 상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 색좌표는 Cx=0.328±0.02, Cy=0.344±0.02 인 발광 소자 패키지.
  14. 제 8항에 있어서, 연색지수가 70 이상인 발광 소자 패키지.
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