KR20070022465A - 적색 형광체, 이를 이용한 발광 소자 및 액정 디스플레이소자 - Google Patents

적색 형광체, 이를 이용한 발광 소자 및 액정 디스플레이소자 Download PDF

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김경남
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Abstract

본 발명은 하기 <화학식 1>로 표시되고,
<화학식 1>
M5(Eu1 -x,Ax)((Mo1 -y,Wy)O4)4
상기 M은 Li, Na 또는 K 중에서 선택되고, 상기 A는 Sc, Y, La 또는 란탄족 원소 중에서 적어도 하나가 선택되고, 상기 x는 0≤x≤1이고, 상기 y는 0≤y≤1인 것을 특징으로 하는 적색 형광체를 제공한다. 또한 상술한 적색 형광체를 이용한 발광 소자 및 액정 디스플레이 소자를 제공한다.
형광체, LED, 발광 소자, 백색 발광, 발광 효율, 액정 디스플레이

Description

적색 형광체, 이를 이용한 발광 소자 및 액정 디스플레이 소자 {Red phosphor, LED using the same and LCD}
도 1은 본 발명의 적색 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 실시예1의 적색 형광체와 종래 적색 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 3의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 적색 형광체의 Eu 원소와 Sm 원소의 조성에 따른 여기 스펙트럼을 도시한 그래프.
도 5는 385㎚ 파장의 여기 하에 본 발명의 적색 형광체의 Eu 원소와 Sm 원소의 조성에 따른 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.
도 6은 405㎚ 파장의 여기 하에 본 발명의 적색 형광체의 Eu 원소와 Sm 원소의 조성에 따른 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 칩형 발광 소자를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 램프형 발광 소자를 도시한 단면도.
도 9는 자외선 발광 다이오드 칩과 본 발명의 적색 형광체에 의해 제조된 발광 소자의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.
도 10은 청색 발광 다이오드 칩과 본 발명의 적색 형광체에 의해 제조된 발 광 소자의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 능동발광형 액정 디스플레이 소자의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기판 20 : 발광 다이오드 칩
30, 35 : 전극 40 : 몰딩부
50 : 형광체 60 : 와이어
70, 75 : 리드 단자 80 : 배면광원
100 : 액정층 120 : 전면글라스판
130 : 형광막
본 발명은 적색 형광체, 이를 이용한 발광 소자 및 액정 디스플레이 소자에 관한 것이다.
발광 소자(light emission diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAsP 등을 이용한 적색 발광 소자, GaP 등을 이용한 녹색 발광 소자, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 발광 소자 등이 있다.
발광 소자는 소비 전력이 적고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고, 또한 진동에 강한 특성을 제공한다. 최근에는 단일 색성분 예를 들어, 적색, 청색, 또는 녹색 발광 소자 외에 백색 발광 소자들이 출시되고 있다. 백색 발광 소자는 자동차용 및 조명용 제품에 응용되면서, 그 수요가 급속히 증가할 것으로 예상된다.
발광 소자 기술에서 백색을 구현하는 방식은 크게 두 가지로 구분 가능하다. 첫번째는 적색, 청색, 녹색 발광 다이오드 칩을 인접하게 설치하고, 각 소자의 발광을 혼색시켜 백색을 구현하는 방식이다. 그러나, 각 발광 다이오드 칩은 열적 또는 시간적 특성이 상이하기 때문에 사용 환경에 따라 색조가 변하고 특히, 색얼룩이 발생하는 등 균일한 혼색을 구현하지 못하며, 휘도가 높지 않은 단점이 있다. 또한 각 발광 다이오드 칩의 구동을 고려한 회로 구성이 복잡하고 제조 비용이 고가인 단점이 있다. 또한 칩의 위치에 따라서 삼색광이 혼합되는 최적의 조건이 일반적으로 이루어지기 힘들기 때문에 완전한 백색광의 구현이 어렵다. 더욱이 연색성은 40 정도로 낮기 때문에 일반 조명으로 적용하기에 부적합한 문제점이 있다.
두번째는 형광체를 발광 다이오드 칩에 배치시켜, 발광 다이오드 칩의 1차 발광의 일부와 형광체에 의해 파장 변환된 2차 발광이 혼색되어 백색을 구현하는 방식이다. 예를 들어 청색으로 발광하는 발광 다이오드 칩 위에 그 광의 일부를 여기원으로서 사용하는 황록색 또는 황색 발광하는 형광체를 부착시켜 발광 다이오드 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻을 수 있다. 일반적으로 450 내지 460㎚ 파장의 InGaN계 청색 발광 다이오드 칩과 YAG:Ce 또는 (Ba,Sr,Ca)2SiO4:Eu 등의 황색 형광체를 사용하여, 청색과 황색의 혼색에 의해 백색을 발광할 수 있다.
그러나 이러한 발광 소자는 가시광선 영역의 일부 스펙트럼만을 가지고 있기 때문에 연색성이 낮은 문제점이 있다. 즉, 청색 발광 다이오드 칩과 황색 형광체의 조합으로 이루어진 백색 발광 소자는 녹색과 적색부의 스펙트럼 결핍으로 인해 이를 일반 조명으로 사용하는 경우에 사물의 본연의 색을 충분히 반영하지 못하는 색 왜곡 현상을 야기하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 여기 광원으로 자외선(UV) 발광 다이오드 칩을 사용하고 청색에서 적색까지의 가시광선을 발광하는 형광체를 조합하여 자연색에 가까운 백색을 발광하는 백색 발광 소자를 개발하려는 연구가 활발히 전개되고 있다. 즉, UV 발광 다이오드 칩 위에 적색, 청색 및 녹색 발광하는 형광체를 도포하여 백색을 구현할 수 있다. 이러한 백색 발광 소자는 형광체의 발광 효율이 상기 백색 발광 소자의 효율에 중요한 역할을 한다. 현재 청색과 녹색은 만족스러운 발광 효율을 가지지만 적색 형광체의 경우가 특성이 가장 나쁘기 때문에, UV 여기원에서 발광 효율이 우수한 적색 형광체의 개발이 요구되는 실정이다.
또한 이러한 UV 파장의 여기 하에 효율이 좋은 형광체는 능동 발광형 액정 디스플레이 개발에 있어서도 매우 중요하다. 능동 발광형 액정 디스플레이란 배면 광원에서 조사되는 빛이 편광자를 거쳐 액정층을 통과하게 되어 있고, 상기 액정층은 자신의 배향성을 통해 상기 배면광을 통과시키거나 통과되지 않게 차단하여 주 는 작용을 함으로써 상기 액정층 위에 형성된 색필터에 의해 정해진 표시 형태를 이루게 되어 있다. 이러한 능동 발광형 액정 디스플레이 소자는 기존의 칼라 액정 디스플레이 소자에 비해 구조가 간단하고 제조하기 용이한 이점이 있으나, 사용되는 형광체 중에서 적색 형광체의 발광 휘도가 낮기 때문에 아직 실용성이 없는 것으로 평가되고 있다. 특히, 상기 능동 발광형 액정 디스플레이 소자는 액정의 보호를 위해 390㎚ 이상의 장파장 UV를 배면 광원으로 사용해야 하는데, 이 배면 광원으로서 390㎚ 이상의 파장을 가지는 UV 발광 소자가 제안된다. 따라서 이와 같은 장파장 UV에 효율이 좋은 적색 형광체의 개발은 적색 및 백색 발광 소자 개발에서와 마찬가지로 능동 발광형 액정 디스플레이 소자의 개발에 있어서도 매우 중요하다.
현재 장파장 UV용으로 개발된 적색 형광체로는 3.5MgO·0.5MgF2·GeO2:Mn, Y2O2S:Eu, CaWO4:Eu 등이 있다. 그러나 이는 발광 휘도가 낮고 400㎚ 이상의 여기 에너지원에서 발광 효율이 매우 낮은 문제점을 안고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발광 효율이 우수한 적색 형광체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 발광 효율을 갖는 적색 형광체를 이용하여 보다 우수한 색재현성 또는 연색성을 갖는 발광 소자와, 능동 발광형 액정 디스플레이 소자를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하기 <화학식 1>로 표시되고,
<화학식 1>
M5(Eu1 -x,Ax)((Mo1 -y,Wy)O4)4
상기 M은 Li, Na 또는 K 중에서 선택되고, 상기 A는 Sc, Y, La 또는 란탄족 원소 중에서 적어도 하나가 선택되고, 상기 x는 0≤x≤1이고, 상기 y는 0≤y≤1인 것을 특징으로 하는 적색 형광체를 제공한다.
상기 <화학식 1>은 하기 <화학식 2>로 표시되고,
<화학식 2>
M5(Eu1 -x,Smx)(MoO4)4
상기 M은 Li, Na 또는 K 중에서 선택되고, 상기 x는 0≤x≤1인 것을 특징으로 하는 적색 형광체를 제공한다.
상기 <화학식 1>은 하기 <화학식 3>으로 표시되고,
<화학식 3>
M5(Eu1 -x-y,Smx,By)(MoO4)4
상기 M은 Li, Na 또는 K 중에서 선택되고, 상기 B는 란탄족 원소 또는 Y 중에서 적어도 하나가 선택되고, 상기 x, y는 0≤x+y≤0.9인 것을 특징으로 하는 적색 형광체를 제공한다.
본 발명은 발광 다이오드 칩과 형광체를 포함하는 발광 소자로서, 상술한 적 색 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 제공한다. 상기 발광 다이오드 칩은 청색 또는 자외선 파장의 광을 방출하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 칩은 자외선 파장의 광을 방출하고, 청색 형광체, 녹색 형광체 및 상기 적색 형광체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩은 청색 파장의 광을 방출하고, 황색 형광체 및 상기 적색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩은 몸체 상에 실장되고, 상기 몸체 상부에 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부를 포함하며, 상기 몰딩부는 상기 적색 형광체가 혼합되어 분포될 수 있다. 상기 몸체는 기판, 히트 싱크 또는 리드 단자 중 어느 하나일 수 있다.
또한 본 발명은 상술한 적색 형광체를 포함한 형광막이 형성된 전면글라스와, 액정층과, 배면광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동발광형 액정 디스플레이 소자를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
형광체는 임자결정(Host Lattice)과 적절한 위치에 불순물이 혼입된 활성이 온으로 구성되는데, 활성이온들의 역할은 발광과정에 관여하는 에너지 준위를 결정함으로써 발광색을 결정하며, 그 발광색은 결정구조 내에서 활성이온이 갖는 기저상태와 여기 상태의 에너지 차(Energy Gap)에 의해 결정된다. 즉, 활성이온을 갖는 형광체가 갖는 발광 중심색은 궁극적으로 활성이온들의 전자상태 즉, 에너지 준위에 의해 결정된다. 예를 들어, Tb3 + 이온의 경우 임자 결정 내에서 5d →7f 천이가 가장 용이하여 녹황색 발광형상을 나타낸다.
이러한 에너지 차를 이용한 형광체는 그 종류가 매우 다양하고, 이를 이용하여 다양한 발광 색을 갖는 발광 소자를 제조할 수 있으며, 특히, 백색 발광 소자를 제조할 수 있다.
본 발명의 적색 형광체는 하기 화학식 1과 같은 구조를 갖는다.
M5(Eu1 -x,Ax)((Mo1 -y,Wy)O4)4
상기 화학식 1에서 상기 M은 Li, Na 또는 K 중에서 선택되고, 상기 A는 Sc, Y, La 또는 란탄족 원소 중에서 적어도 하나가 선택된다. 상기 x는 0≤x≤1이고, 상기 y는 0≤y≤1이다.
상기 화학식 1의 형광체는 x가 0인 경우에 Eu 원소만을 활성제로 이용하며, 여기서 Eu 원소는 모체를 구성하는 한 원소인 동시에 자체 발광 특성을 나타내는 활성제로서의 역할도 한다. y가 0인 경우에는 몰리브덴산(molibdate)계 형광체이고, y가 1인 경우에는 텅스텐산(tungstate)계 형광체이다.
상기 형광체의 화학식 1은 하기 화학식 2로 표현될 수 있다. 즉, 상기 화학식 1에서 A의 자리에 Sm 원소를 선택하고, y를 0으로 설정하였다.
M5(Eu1 -x,Smx)(MoO4)4
상기 화학식 2에서 상기 M은 Li, Na 또는 K 중에서 선택되고, 상기 x는 0≤x≤1이다.
또한, 상기 화학식 2에서 부활성제인 Sm 원소의 일부를 란탄족 원소 또는 Y 원소의 적어도 하나로 치환할 수도 있다. 이는 하기 화학식 3으로 표현될 수 있다.
M5(Eu1 -x-y,Smx,By)(MoO4)4
상기 화학식 3에서 상기 M은 Li, Na 또는 K 중에서 선택되고, 상기 B는 란탄족 원소 또는 Y 원소 중에서 적어도 하나가 선택된다. 상기 x, y는 0≤x+y≤0.9이다.
여기서 Sm 원소는 모체를 구성하는 한 원소인 동시에 부활성제로서의 역할도 한다.
상기 적색 형광체의 제조 방법에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.
상기 형광체의 합성을 위한 원료를 계량한 후 아세톤 또는 알코올 용매에 혼합한다. 상기 혼합 용액을 공기 분위기 하에서 500 내지 1000℃의 온도에서 소성한다. 소성 온도가 500℃ 이하인 경우에는 결정성 감소와 입자의 미세화 현상 때문에 발광 세기가 감소하며, 소성 온도가 1000℃ 이상인 경우에는 입자의 조대화와 용융 현상으로 인해 발광 세기가 감소한다. 따라서 500 내지 1000℃의 온도에서 소성하는 것이 바람직하며, 더 좋게는 600 내지 900℃의 온도에서 소성하는 것이 바람직하다. 상기 소성 공정은 공기 분위기에서 행해질 수 있지만, 원료 물질에 따라 환원 분위기에서 행해질 수도 있다. 일차 소성을 마친 형광체는 경우에 따라 특성 향상을 위해 분쇄와 재혼합을 마치고 이차 소성을 진행한다.
도 1에는 이러한 제조 공정을 통해 제조된 적색 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 나타내었다. 본 발명에 의해 합성된 형광체는 UV 대역에서 청색광에 이르기까지 우수한 여기 특성을 보유하고 있어, 청색광을 이용한 백색 발광 다이오드 뿐 아니라 UV광을 이용한 백색 발광 다이오드 제조에서도 우수한 광원으로 이용될 수 있다. 특히, 400㎚ 이상의 여기 에너지원에서 적색 파장 영역의 높은 발광 특성을 얻을 수 있다.
이하, 상술한 본 발명의 적색 형광체 및 이의 제조 방법에 대하여 하기의 실시예를 통하여 좀더 상세하게 설명하기로 한다.
실시예 1
Na5Eu(MoO4)4 형광체의 제조.
상기 형광체의 합성을 위한 형광체 원료를 계량한다. 본 실시예는 형광체 원 료로 Na2CO3, Eu2O3, MoO3의 분말을 사용한다. 계량한 원료 분말을 막자 사발을 이용하여 적당량의 아세톤 또는 알코올 용매 내에서 혼합한다. 상기 혼합 원료를 알루미나 도가니에 채우고 공기 분위기 하에서 600 내지 900℃의 온도에서 2시간 동안 소성한다. 소성 온도는 800℃인 경우에 최적의 발광 특성을 나타낸다. 상기 소성 공정을 통해 얻어진 형광체 원료를 세정하여 본 발명의 Na5Eu(MoO4)4로 표현되는 적색 형광체를 얻는다.
본 발명의 적색 형광체는 UV 광을 여기 에너지원으로 하는 경우에 종래 적색 형광체보다 발광 휘도를 현저히 향상시킬 수 있다. 도 2는 385㎚ 파장의 여기 에너지원을 사용하여 본 실시예와 종래 Y2O2S:Eu로 표현되는 적색 형광체를 발광시킨 결과를 나타낸 것이다. 도면에서도 볼 수 있듯이, 본 발명의 적색 형광체는 자외선 영역대의 여기 하에 보다 우수한 발광 효율을 얻을 수 있다.
실시예 2
K5Eu(MoO4)4 형광체의 제조.
상기 형광체의 합성을 위한 형광체 원료를 계량한 후, 상기 실시예 1의 경우와 동일한 공정을 진행하여 본 발명의 K5Eu(MoO4)4로 표현되는 적색 형광체를 얻는다.
실시예 3
Li5Eu(MoO4)4 형광체의 제조.
상기 형광체의 합성을 위한 형광체 원료를 계량한 후, 상기 실시예 1의 경우와 동일한 공정을 진행하여 본 발명의 Li5Eu(MoO4)4로 표현되는 적색 형광체를 얻는다.
도 3은 상기 실시예 1 내지 실시예 3의 발광 스펙트럼을 도시한 것으로, 자외선 영역 대의 여기에 의해 적색 발광 특성을 나타내며, 특히 Na5Eu(MoO4)4로 표현되는 적색 형광체는 우수한 발광 휘도 특성을 갖는다.
실시예 4
Na5(Eu0 .9,Sm0 .1)(MoO4)4 형광체의 제조.
상기 형광체의 합성을 위한 형광체 원료를 원하는 조성으로 계량한 후, 상기 실시예 1의 경우와 동일한 공정을 진행한다. 본 실시예는 Sm 원소의 합성을 위한 형광체 원료로 Sm2O3의 분말을 사용한다. 상기 Sm 원소의 조성을 조절하여 본 발명의 Na5(Eu0 .9,Sm0 .1)(MoO4)4로 표현되는 적색 형광체를 얻는다. 이 때, Eu와 Sm의 조성은 원료 분말량을 조절함에 의해 변경할 수 있다.
상기와 같이 제조되는 본 실시예는 적색 발광 특성을 나타내고, UV 또는 청 색 파장 영역의 여기 하에 발광 휘도를 현저히 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 적색 형광체의 Eu 원소와 Sm 원소의 조성에 따른 여기 스펙트럼을 도시한 것이다. 362, 382, 394, 417 및 465㎚에서 높은 여기 특성을 보이며, Sm 원소가 치환되지 않은 실시예 1보다 Sm 원소가 0.1의 비율로 치환된 실시예 4의 경우에 405 및 470㎚에서의 흡수 피크가 크게 나타나는 것을 볼 수 있다.
도 5 및 도 6은 385㎚와 405㎚ 파장의 광을 각각 여기 에너지원으로 하여 본 발명의 적색 형광체의 Eu 원소와 Sm 원소의 조성에 따른 발광 스펙트럼을 도시한 것이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 형광체는 385㎚와 405㎚ 파장의 여기 하에 적색 발광 특성을 나타낸다. 또한, 도 6에서 405㎚ 파장의 여기에 의한 발광 스펙트럼의 경우 Sm 원소가 치환되지 않은 실시예 1보다 Sm 원소가 0.1의 비율로 치환된 실시예 4가 높은 발광 휘도를 나타내는 것을 알 수 있다.
따라서, 흡수 파장, 발광 파장 또는 발광 휘도 등과 같은 원하는 광특성을 구현하기 위해 상기 형광체의 원소 및 조성을 조절할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 상술한 형광체를 사용하여 장파장 자외선 영역 및 청색 영역대의 여기하에 매우 우수한 적색광을 구현할 수 있다.
이하, 상술한 형광체를 이용한 본 발명의 발광 소자에 관해 도면을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 적색 형광체를 사용하여 제조한 칩형 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 발광 소자는 기판(10)과, 기판(10) 상에 형성된 전극(30, 35)과, 제 1 전극(30) 상에 실장된 발광 다이오드 칩(20)과, 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하는 몰딩부(40)를 포함한다. 상기 몰딩부(40)에는 상술한 적색 형광체가 균일하게 혼합되어 분포되어 있다.
상기 기판(10)은 발광 다이오드 칩(20)이 실장되는 중심 영역에 소정의 홈을 형성하여 홈의 측벽면에 소정의 기울기를 형성할 수 있다. 이 때 상기 발광 다이오드 칩(20)은 홈의 하부 면에 실장되고, 소정의 기울기를 갖는 측벽면으로 인해 발광 다이오드 칩(20)에서 발광하는 광의 반사를 극대화하고 발광 효율을 증대시킬 수 있다.
또한 상기 기판(10)은 발광 다이오드 칩(20)의 열을 외부로 방출하기 위한 히트 싱크를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 기판(10) 상의 발광 다이오드 칩(20)이 실장될 소정 영역을 제거하여 관통공을 형성하고, 그 내부에 히트 싱크를 삽입 장착하여 히트 싱크 상부에 발광 다이오드 칩(20)을 실장할 수도 있다. 히트 싱크로 열전도성이 우수한 물질을 사용하는 것이 바람직하고, 열전도성 및 전기 전도성이 우수한 금속을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 전극(30, 35)은 기판(10) 상에 발광 다이오드 칩(20)의 양극 단자 및 음극 단자에 접속하기 위한 제 1 및 제 2 전극(30, 35)으로 구성한다. 상기 제 1 및 제 2 전극(30, 35)은 인쇄 기법을 통해 형성할 수 있다. 제 1 및 제 2 전극(30, 35)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함한 금속 물질로 형성하되, 제 1 전극(30)과 제 2 전극(35)은 전기적으로 단전되도록 형성한다.
상기 발광 다이오드 칩(20)은 자외선(UV) 발광하는 발광 다이오드 칩을 사용한다. 이에 한정되지 않고, GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlGaInN 계열의 청색 발광하는 발광 다이오드 칩을 사용할 수 있다. 또한, 발광 다이오드 칩(20)의 개수는 하나일 수도 있고, 목적하는 바에 따라 다수 개로 구성할 수도 있다.
상기 발광 다이오드 칩(20)은 제 1 전극(30) 상에 실장되고, 와이어(60)를 통하여 제 2 전극(35)과 전기적으로 연결된다. 또한, 발광 다이오드 칩(20)이 전극(30, 35) 상에 실장되지 않고 기판(10) 상에 형성되는 경우에, 2개의 와이어(60)를 통하여 각각 제 1 전극(30) 또는 제 2 전극(35)과 연결될 수 있다.
또한 기판(10) 상부에는 상기 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하기 위한 몰딩부(40)가 형성된다. 상기 몰딩부(40) 내에는 상술한 본 발명의 적색 형광체(50)가 균일하게 혼합되어 분포되어 있다. 몰딩부(40)는 소정의 투명 에폭시 수지와 상기 형광체(50)들의 혼합물을 이용한 사출 공정을 통해 형성할 수 있다. 또한 별도의 주형을 이용하여 제작한 다음, 이를 가압 또는 열처리하여 몰딩부(40)를 형성할 수 있다. 몰딩부(40)는 광학 렌즈 형태, 평판 형태 및 표면에 소정의 요철을 갖는 형태 등 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 적색 형광체를 사용하여 제조한 램프형 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 발광 소자는 반사부가 형성된 제 1 리드 단자(70)와, 상기 제 1 리드 단자(70)와 소정 간격 이격된 제 2 리드 단자(75)로 구성된다. 상기 제 1 리드 단자(70)의 반사부 내에 발광 다이오드 칩(20)이 실장되고, 와이어(60)를 통하여 제 2 리드 단자(75)와 전기적으로 연결된다. 상기 발광 다이오드 칩(20)의 상부에는 형광체(50)를 포함하는 몰딩부(40)가 형성되고, 리드 단자(70, 75)의 선단에는 성형용 틀을 이용하여 형성한 외주 몰딩부(45)를 포함한다. 상기 몰딩부(40) 내에는 상기 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출된 광을 흡수하여 적색의 파장으로 광을 파장 전환시키는 본 발명의 적색 형광체(50)가 균일하게 혼합되어 있다. 상기 외주 몰딩부(45)는 발광 다이오드 칩(20)에서 방출된 광의 투과율을 향상시킬 수 있도록 투명한 에폭시 또는 실리콘 수지로 제작된다.
본 발명은 다양한 구조의 제품에 응용될 수 있으며, 본 발명의 기술적 요지는 상기 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 여러 가지 수정과 변형이 가능하다.
이러한 본 발명의 발광 소자는 발광 다이오드 칩(20)으로부터 1차 광이 방출되고, 1차 광에 의해 형광체(50)는 파장변환된 2차 광을 방출하여, 이들의 혼색으로 원하는 스펙트럼 영역의 색을 구현한다.
즉, 자외선 발광 다이오드 칩으로부터 UV 광이 방출되고, UV 광에 의해 적색 형광체는 우수한 발광 강도를 갖는 적색 파장의 광을 방출한다. 도 9는 이러한 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 자외선 발광 다이오드 칩과 상기 적색 형광체에 의해 제조된 적색 발광 소자의 발광 스펙트럼으로써, UV 광을 여기 에너지원으로 하는 경우 종래 적색 형광체에 비해 보다 우수한 발광 효율을 나타냄을 볼 수 있다.
본 발명의 발광 소자는 청색 발광 다이오드 칩과 상기 적색 형광체를 이용하 여 이들의 혼색으로 핑크색에서 자홍색에 이르는 파스텔계 발광 소자를 제조할 수 있다. 도 10은 이러한 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 것으로, 청색 발광 다이오드 칩의 여기 에너지원 하에 종래 적색 형광체에 비해 발광 효율이 매우 우수하다.
본 발명은 상술한 바에 한정되지 않고, 발광 소자의 발광 다이오드 칩과 형광체를 응용하여 다양한 색을 구현할 수 있다.
예를 들어, 자외선 발광 다이오드 칩과, 청색 형광체와, 녹색 형광체와, 본 발명의 적색 형광체를 이용하여 백색 발광 소자를 제조할 수 있다. 상기 청색 형광체로는 (Mg, Ca, Sr)5PO4Cl:Eu, BaMgAl10O17:Eu 또는 (Sr, Ba, Ca)2SiO4:Eu 계열을 사용할 수 있으며, 상기 녹색 형광체로는 (Sr, Ba, Ca)2SiO4:Eu 또는 SrGa2S4:Eu 계열을 사용할 수 있다. 이러한 발광 소자는 종래에 비해 발광 스펙트럼 상에 청색, 녹색, 적색의 각 파장대가 명확하게 보이며, 향상된 색재현성을 얻을 수 있다.
또한, 청색 발광 다이오드 칩과, 황색 형광체와, 본 발명의 적색 형광체를 이용하여 백색 발광 소자를 제조할 수 있다. 이러한 발광 소자는 1차 광인 청색 광의 일부와, 2차 광인 황색 및 적색광이 혼색되어 연속적인 스펙트럼을 갖는 백색광을 구현함으로써, 청색 발광 다이오드 칩과 황색 형광체를 사용하는 종래 백색 발광 소자에 비해 보다 높은 연색성을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 적색 형광체는 보다 높은 발광 효율을 갖는 특성으로 인해 능동발광형 액정 디스플레이 소자에 응용될 수 있다. 도 11은 능동발 광형 액정 디스플레이 소자의 일반적인 구조를 도시한 것으로, 배면광원(80)에서 조사된 광이 편광자(90)를 통해 액정층(100)으로 통과하고, 액정층(100)의 스위칭 작용에 의해 검광자(110)를 거쳐 전면 글라스판(120)에 형성된 소정의 형광막(130)에 조사되어 여기 발광된다. 여기서, 상기 형광막(130)에는 본 발명에 따라 제조된 적색 형광체가 포함된다. 액정의 보호를 위해 상기 배면광원(80)으로 380 내지 420㎚ 파장의 광을 사용해야 하는데, 본 발명의 적색 형광체는 400㎚ 이상의 여기 에너지원에도 우수한 적색 발광 효율을 나타내므로 능동발광형 액정 디스플레이 소자의 개발에 매우 중요한 역할을 할 수 있다.
본 발명에 의한 적색 형광체는 장파장 자외선 영역 및 청색 영역 대의 여기하에 발광 효율이 매우 우수한 적색광을 발광함으로서, 청색광을 이용한 백색 발광 다이오드 뿐 아니라 UV광을 이용한 백색 발광 다이오드 제조에서도 우수한 광원으로 이용될 수 있다.
또한 본 발명은 향상된 발광 효율을 갖는 본 발명의 적색 형광체를 이용하여 우수한 광특성을 갖는 발광 소자를 제조할 수 있다. 색재현성과 연색성이 향상된 백색 발광 소자를 제조할 수 있으며, 다양한 응용 분야에 적용할 수 있는 장점이 있다. 특히, 우수한 발광 휘도 특성으로 인해 능동발광형 액정 디스플레이 소자에 응용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 하기 <화학식 1>로 표시되고,
    <화학식 1>
    M5(Eu1 -x,Ax)((Mo1 -y,Wy)O4)4
    상기 M은 Li, Na 또는 K 중에서 선택되고, 상기 A는 Sc, Y, La 또는 란탄족 원소 중에서 적어도 하나가 선택되고, 상기 x는 0≤x≤1이고, 상기 y는 0≤y≤1인 것을 특징으로 하는 적색 형광체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 <화학식 1>은 하기 <화학식 2>로 표시되고,
    <화학식 2>
    M5(Eu1 -x,Smx)(MoO4)4
    상기 M은 Li, Na 또는 K 중에서 선택되고, 상기 x는 0≤x≤1인 것을 특징으로 하는 적색 형광체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 <화학식 1>은 하기 <화학식 3>으로 표시되고,
    <화학식 3>
    M5(Eu1 -x-y,Smx,By)(MoO4)4
    상기 M은 Li, Na 또는 K 중에서 선택되고, 상기 B는 란탄족 원소 또는 Y 중에서 적어도 하나가 선택되고, 상기 x, y는 0≤x+y≤0.9인 것을 특징으로 하는 적색 형광체.
  4. 발광 다이오드 칩과 형광체를 포함하는 발광 소자로서,
    청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 적색 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 청색 또는 자외선 파장의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 자외선 파장의 광을 방출하고,
    청색 형광체, 녹색 형광체 및 상기 적색 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 청색 파장의 광을 방출하고,
    황색 형광체 및 상기 적색 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 몸체 상에 실장되고, 상기 몸체 상부에 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부를 포함하며, 상기 몰딩부는 상기 적색 형광체가 혼합되어 분포된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 몸체는 기판, 히트 싱크 또는 리드 단자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 적색 형광체를 포함한 형광막이 형성된 전면글라스와, 액정층과, 배면광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동발광형 액정 디스플레이 소자.
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