KR20120129329A - 적색 형광체 및 이를 포함하는 발광장치 - Google Patents

적색 형광체 및 이를 포함하는 발광장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20120129329A
KR20120129329A KR1020110047508A KR20110047508A KR20120129329A KR 20120129329 A KR20120129329 A KR 20120129329A KR 1020110047508 A KR1020110047508 A KR 1020110047508A KR 20110047508 A KR20110047508 A KR 20110047508A KR 20120129329 A KR20120129329 A KR 20120129329A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phosphor
light emitting
emitting device
red phosphor
light
Prior art date
Application number
KR1020110047508A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101793518B1 (ko
Inventor
김도환
김상현
윤철수
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020110047508A priority Critical patent/KR101793518B1/ko
Priority to CN201280035991.6A priority patent/CN103687925B/zh
Priority to US14/118,336 priority patent/US9475986B2/en
Priority to PCT/KR2012/003971 priority patent/WO2012157997A2/ko
Publication of KR20120129329A publication Critical patent/KR20120129329A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101793518B1 publication Critical patent/KR101793518B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7728—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing europium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/64—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/0883—Arsenides; Nitrides; Phosphides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7728—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing europium
    • C09K11/77348—Silicon Aluminium Nitrides or Silicon Aluminium Oxynitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7728—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing europium
    • C09K11/7737—Phosphates
    • C09K11/7738—Phosphates with alkaline earth metals
    • C09K11/7739—Phosphates with alkaline earth metals with halogens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48257—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a die pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 적색형광체는 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4-xNy　(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)의 조성식으로 표시되고, 상기 A는 리튬(Li), 칼륨(K) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이며, 상기 M은 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 화합물을 포함하며, 6.9㎛ ≤ D50 ≤ 13.9㎛에 해당하는 입도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 적색형광체이다.

Description

적색 형광체 및 이를 포함하는 발광장치{RED PHOSPHOR AND LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING THE RED PHOSPHOR}
적색 형광체 및 이를 포함하는 발광장치가 개시된다. 더욱 상세하게는 우수한 발광특성, 열적 화학적 안정성을 나타내는 적색 형광체 및 이를 포함하는 발광장치가 개시된다.
발광 다이오드(Light emitting diode; LED)는 기존의 조명기구에 비하여 높은 신뢰성을 나타내고 수명이 길어 낮은 유지보수비를 가지며, 소모 전력이 적기 때문에 에너지 절감에 크게 기여할 수 있다. 또한, 조명장치로서 다양한 디자인의 적용이 용이하고, 열발생이 적어서, 조명으로 사용되기에 매우 유리한 조건을 갖추고 있다.
이러한 발광 다이오드를 포함하는 장치 등에 사용되는 형광물질은 다양한 광원의 특정 파장광을 원하는 파장광으로 변환시키는 물질로서 백색 LED를 제조하기 위한 핵심적인 기술이다. 또한, 형광물질의 효율은 디스플레이의 구동에 필수적인 요소인 동시에 디스플레이를 포함한 광원 제품의 효율과 직접적으로 연관되는 주요변수로 작용하고 있다. 최근에는 CIE 색좌표에서 정의된 자연광에 가까운 백색광을 구현하는 기술이 진행되고 있으며, 이러한 백색광을 방출하기 위한 백색 LED 소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 백색 LED는 청색 또는 자외선 LED 칩에 적색, 청색, 황색 등의 형광체들에서 선택된 1종 이상의 형광체를 적용하는 방식으로 제조되고 있다. 특히 적색형광체와 다른 색을 나타내는 형광체를 조합하여 사용하는 경우, 각 형광체의 반치폭이 낮은 경우에는 충분한 연색지수를 확보하기 어려우며, 원하는 천연 백색광을 구현하는데 한계가 있다.
또한, 종래 적색형광체는 상대적으로 낮은 반치폭을 나타내며, 550 내지 700nm의 파장 대역의 발광 피크를 나타냄으로써, 충분한 연색성을 나타내는데 어려움이 있다. 따라서, 백색 LED에 있어서, 높은 발광효율을 가지며, 충분한 연색성을 구현할 수 있는 적색형광체의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 높은 휘도를 가지며, 열적, 화학적으로 우수한 안정성을 나타내는 적색형광체 및 이를 포함하는 발광장치가 제공된다.
본 발명의 일실시예에 따른 적색형광체는 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy　(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)의 조성식으로 표시되고, 상기 A는 리튬(Li), 칼륨(K) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이며, 상기 M은 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 화합물을 포함하며, 6.9㎛ ≤ D50 ≤ 13.9㎛에 해당하는 입도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 적색형광체이다.
일측에 따르면, 90 - D50 ≤ 14.7㎛에 해당하는 입도 분포를 가질 수 있다.
일측에 따르면, 상기 A는 나트륨(Na)이고, 상기 M은 칼슘(Ca)일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4-xNy:R(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)로 표시되는 화합물은 결정상을 갖는 호스트 물질로 이루어져 있고, 상기 A는 도펀트 물질 또는 활성물질(activator)로 상기 화합물에 포함될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4-xNy:R(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)로 표시되는 화합물은 결정상을 갖는 호스트 물질로 이루어져 있고, 상기 A 및 알루미늄(Al)은 도펀트 물질 또는 활성물질(activator)로 상기 화합물에 포함될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 적색형광체는 청색 또는 자외선 파장영역을 여기원으로 하여 600 nm 내지 700 nm의 파장대역의 발광피크를 가질 수 있다.
일측에 따르면, 상기 적색형광체는 활성물질로서 유로퓸(Eu) 또는 디스프로슘(Dy)을 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 적색형광체의 발광파장의 스펙트럼 반치폭은 83 nm 내지 150 nm 일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 결정 구조는 사방정계 결정 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치는 여기광을 방출하는 발광소자; 및 상기 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부;를 포함하며, 상기 파장변환부는 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:R(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)의 조성식으로 표시되고, 상기 A는 리튬(Li), 칼륨(K) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이며, 상기 M은 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, 상기 R은 란탄족 원소 및 전이금속 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 화합물을 포함하며, 6.9㎛ ≤ D50 ≤ 13.9㎛에 해당하는 입도 분포를 가질 수 있다.
일측에 따르면, 90 - D50 ≤ 14.7㎛에 해당하는 입도 분포를 가질 수 있다.
일측에 따르면, 상기 적색형광체는 청색 또는 자외선 파장영역을 여기원으로 하여 600 nm 내지 700 nm의 파장대역의 발광피크를 방출할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 발광소자는 자외선 발광다이오드 또는 청색 발광다이오드일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 발광장치는 청색형광체, 녹색형광체 및 황색형광체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 형광체를 포함하며, 상기 발광장치의 최종 출력광은 백색광일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 파장변환부는 상기 발광소자의 상부에 형성되며, 서로 다른 형광체를 포함하는 적어도 2개의 형광체층으로 이루어진 다층 구조일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 형광체는 청색형광체, 녹색형광체 및 황색형광체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종이고, 상기 발광장치의 최종 출력광은 백색광일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 파장변환부는 상기 발광소자의 외부면을 상기 적색형광체가 포함된 수지로 균일하게 덮도록 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 파장변환부는 상기 발광소자의 상면에만, 또는 상면 및 측면에 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 파장변환부는 상기 발광소자를 봉지하는 수지포장부를 더 포함하며, 상기 적색형광체가 상기 수지포장부에 분산된 것일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 파장변환부는 청색형광체, 녹색형광체 및 황색형광체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2종의 형광체를 포함하며, 상기 발광장치의 최종 출력광은 백색광인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 높은 발광특성과 우수한 열적, 화학적 안정성을 가지는 장파장의 적색광을 발광할 수 있는 적색형광체가 제공된다. 또한 이러한 적색형광체를 포함함으로써, 고출력/고신뢰성을 가지며, 청색 및 자외선 파장대역을 여기원으로 하여 자연광에 가까운 백색을 발광하는 발광장치가 제공된다.
도 1은 기존의 실리케이트계 형광체와 본원발명의 질화계 형광체의 온도에 따른 품질(T/Q 특성)을 나타내는 그래프이다;
도 2는 본원발명의 일실시예에 따른 적색형광체의 결정상을 나타내는 모식도이다;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 형광체와 나트륨, 칼슘 및 알루미늄을 포함하지 않는 질화물계 적색형광체의 결정상에 대한 X-선회절분석 결과를 나타낸 그래프이다;
도 4는 나트륨 원소, 칼슘 원소 및 알루미늄 원소의 농도에 따른 적색형광체의 휘도에 대한 그래프이다;
도 5는 나트륨 원소, 칼슘 원소 및 알루미늄 원소의 농도에 따른 적색형광체의 X 색좌표 값에 대한 그래프이다;
도 6은 나트륨 원소, 칼슘 원소 및 알루미늄 원소의 농도에 따른 적색형광체의 X 색좌표 값의 변화량을 나타낸 그래프이다;
도 7은 여러가지 종류의 도핑원소를 포함하는 형광체들의 표면에 대한 전자 현미경사진이다;
도 8은 도핑원소를 포함하지 않는 형광체들의 표면에 대한 전자 현미경 사진이다;
도 9는 리튬, 칼륨, 마그네슘 도핑원소를 포함하는 형광체의 휘도특성을 나타낸 그래프이다;
도 10은 유로퓸(Eu) 원소의 농도에 따른 형광체의 발광효율을 나타내는 그래프이다;
도 11에는 본 발명의 일실시예에 따른 형광체의 제조과정을 나타내는 순서도이다;
도 12는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 측단면도이다;
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 적색 형광체의 입도 분포에 따른 색 분포의 변화를 나타내는 색 좌표 그래프이다;
도 15는 적색 형광체의 입도 분포에 따른 휘도의 변화를 나타낸다;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
본 발명에 따른 적색형광체는 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:R(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)의 조성식으로 표시되고, 상기 A는 리튬(Li), 칼륨(K) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이며, 상기 M은 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, 상기 R은 란탄족 원소 및 전이금속 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 화합물을 포함하며, 6.9㎛ ≤ D50 ≤ 13.9㎛에 해당하는 입도 분포를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 적색 형광체는 D90 - D50 ≤ 14.7㎛에 해당하는 입도 분포를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 적색형광체는 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:R (0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)의 조성식으로 표시되는 질화계(nitride) 형광체를 포함함으로써, 발광 다이오드 등과 같은 다양한 조명장치에 포함되었을 경우, 우수한 열적, 화학적 안정성을 나타내면서도, 종래 실리케이트(silicate)계 형광체 등의 적색형광체에 비해 20% 이상의 높은 휘도 개선 성능을 나타낸다. 도 1에는 기존의 실리케이트계 형광체와 본원발명의 질화계 형광체의 온도에 따른 품질(T/Q 특성)을 나타내는 그래프가 도시되어 있다.
상기 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:R (0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)로 표시되는 화합물에서 A는 바람직하게는 나트륨(Na)이고, 상기 M은 칼슘(Ca)일 수 있다. 상기 나트륨과 칼슘은 상기 화합물의 결정상의 호스트 물질인 매트릭스 형태에 영향을 주지 않으면서, 상기 화합물의 매트릭스에 형성되는 구형 공극(empty sphere)에 포함되어 형광체의 휘도를 개선하는 작용을 한다. 도 3에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 형광체와 나트륨, 칼슘 및 알루미늄을 포함하지 않는 질화물계 적색형광체의 결정상에 대한 X-선 회절분석 결과를 나타낸 그래프가 개시되어 있다.
상기 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:R (0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)로 표시되는 화합물은 A를 구성하는 원소, M을 구성하는 원소 및 알루미늄(Al)들이 각각 결정상을 갖는 호스트 물질 또는 도펀트 물질 또는 활성물질(activator) 등과 같은 다양한 역할을 수행할 수 있도록 제조됨으로써, 발광체의 성능 향상을 위한 다양한 구성의 조합으로 제조될 수 있다.
예를 들어, 상기 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:R(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)로 표시되는 화합물은 결정상을 갖는 호스트 물질로 이루어져 있고, 상기 A는 도펀트 물질 또는 활성물질(activator)로 상기 화합물에 포함될 수 있다. 또한, 상기 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:R (0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)로 표시되는 화합물은 결정상을 갖는 호스트 물질로 이루어져 있고, 상기 A 및 알루미늄(Al)은 도펀트 물질 또는 활성물질(activator)로 상기 화합물에 포함될 수도 있다. 도 2에는 본원발명의 일 실시 예에 따른 적색형광체의 결정상을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
상기 R은 란탄족 원소 또는 전이금속 원소인 활성물질로서 예를 들어, 유로퓸(Eu) 또는 디스프로슘(Dy)일 수 있으며, 이러한 유로퓸(Eu) 또는 디스프로슘(Dy)을 활성물질로 포함하는 적색형광체는 청색 또는 자외선 파장영역의 여기원에서 600 내지 700nm의 파장 대역의 발광 피크를 갖는 적색광을 발광할 수 있다.
상기 적색형광체의 발광파장의 스펙트럼 반치폭은 바람직하게는 83 nm 내지 150 nm 의 반치폭을 나타내는 것을 사용할 수 있다. 이러한 범위의 반치폭을 나타내는 적색형광체는 백색 발광장치 등의 발광장치에서 높은 연색성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 적색형광체는 종래 스트론튬실리케이트(Sr2SiO4) 형광체와 동일한 사방정계(Orthorhombic) 결정구조를 가짐으로써, 제조가 용이하면서도 열적 화학적 안정성을 나타낼 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, Sr-함유 화합물 및 M-함유 화합물 중 적어도 하나의 화합물, A 함유 화합물, Eu-함유 화합물, Al 함유 화합물, Si-함유 산화물 및 Si-함유 질화물을 포함하는 원료물질들을 혼합하는 혼합단계, 상기 혼합물을 소성하여 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:Eu(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)의 조성식으로 표시되는 화합물을 얻는 소성단계; 및 상기 소성된 화합물을 분쇄 및 밀링하는 밀링단계를 포함하며, 상기 A는 리튬(Li), 칼륨(K) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이며, 상기 M은 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 적색형광체의 제조방법을 제공한다.
즉, 본 발명에 따른 적색형광체의 제조방법은 Sr-함유 화합물 및 M-함유 화합물 중 적어도 하나의 화합물, A 함유 화합물, Eu-함유 화합물, Al 함유 화합물, Si-함유 산화물 및 Si-함유 질화물을 포함하는 원료물질들을 혼합한 후, 소성함으로써, Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:Eu(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)의 조성식으로 표시되는 화합물을 얻고, 이러한 화합물을 밀링하는 단계를 포함함으로써, 열적, 화학적 안정성이 우수하고, 높은 휘도를 나타내는 적색형광체를 용이하게 제조할 수 있다.
상기 적색형광체의 제조에 있어서, 상기 소성단계 및 밀링단계 각각 1회씩 만 수행될 수도 있지만, 바람직하게는 각각 2회 이상씩 수행될 수 있다. 이와 같이 2회 이상의 소성단계 및 밀링단계를 거침으로써, 열적, 화학적 안정성 및 발광성능이 더욱 개선된 적색형광체를 제조할 수 있다.
상기 Eu-함유 화합물은 산화유로피움(Eu2O3)일 수 있으며, 상기 원료물질들을 혼합하는 혼합단계에서는, 상기 망간 탄산염을 더 혼합할 수 있다. 상기 망간 탄산염에 포함된 망간은 활성물질인 상기 산화유로피움에 포함된 유로피움의 발광세기를 더욱 증가시킨다.
상기 Sr-함유 화합물은 형광체 제조를 용이하게 하는 다양한 첨가물을 포함하는 화합물로서, 예를 들어 스트론튬(Sr)의 금속, 수용성 금속염, 산화물, 질산염, 산화염, 황산염 또는 탄산염을 포함할 수 있다. 또한, 상기 M-함유 화합물은 M의 금속, 수용성 금속염, 산화물, 질산염, 산화염, 황산염 또는 탄산염을 포함할 수 있다. 또한, 상기 Si-함유 산화물은 예를 들어, 산화규소(SiO2)를 사용할 수 있으며, 상기 Si-함유 질화물은 예를 들어, 질화규소(Si3N4)를 사용할 수 있다.
한편, 상기 원료물질들을 혼합하는 혼합단계는, 용매를 이용하여 원료물질을 혼합하는 습식혼합으로 수행될 수 있으며, 상기 습식 혼합된 원료혼합물을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 소성은 1000-1800? 온도 범위에서 1-24시간 동안 수행될 수 있으며, 상기 소성은 질소 가스 분위기에서 수행될 수 있다. 도 11에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 형광체의 제조과정을 나타내는 순서도가 개시되어 있다.
본 발명은 또한, 여기광을 방출하는 발광소자; 및 상기 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부를 포함하며, 상기 파장변환부는 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4-xNy:R(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)의 조성식으로 표시되고, 상기 A는 리튬(Li), 칼륨(K) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이며, 상기 M은 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, 상기 R은 란탄족 원소 및 전이금속 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 화합물을 포함하는 발광장치를 제공한다.
본 발명에 따른 발광장치는 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:R(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)의 조성식으로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 고출력/고신뢰성을 가지며, 청색 및 자외선 파장대역을 여기원으로 하여 자연광에 가까운 백색을 발광성능을 나타낼 수 있다.
상기 적색형광체는 바람직하게는 청색 또는 자외선 파장영역을 여기원으로 하여 600 nm 내지 700 nm의 파장대역의 적색형광체를 사용할 수 있다. 또한 상기 발광소자는 발광 다이오드의 발광원으로 널리 사용되고 있으며, 저렴한 가격가지면서, 안정적 성능을 나타내는 자외선 발광다이오드 또는 청색 발광다이오드를 사용할 수 있다.
또한, 상기 발광장치는 백색 발광장치로서, 소자의 패키지와 같은 발광장치의 일부분에 청색형광체, 녹색형광체 및 황색형광체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 형광체를 포함하며, 상기 발광장치의 최종 출력광은 백색광인 발광장치로 제조될 수 있다.
상기 발광장치의 파장변환부는 발광장치에 다양한 위치 및 구성으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 발광소자의 상부에 형성되며, 서로 다른 형광체를 포함하는 적어도 2개의 형광체층으로 이루어진 다층 구조의 파장변환부로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 다층구조의 파장변환부에 포함될 수 있는 형광체는 청색형광체, 녹색형광체 및 황색형광체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종이고, 상기 발광장치의 최종 출력광은 백색광인 것으로 형성될 수 있다.
상기 파장변환부는 상기 발광소자의 외부면을 상기 적색형광체가 포함된 수지로 균일하게 덮도록 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 파장변환부는 예를 들어, 상기 발광소자의 상면에만, 또는 상면 및 측면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 파장변환부는 상기 발광소자를 봉지하는 수지포장부를 더 포함하며, 상기 적색형광체가 상기 수지포장부에 분산된 구조로 형성될 수 있으며, 여기서 파장변환부는 청색형광체, 녹색형광체 및 황색형광체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2종의 형광체를 포함하며, 상기 발광장치의 최종 출력광은 백색광인 것으로 형성될 수 있다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
원료물질로서 SrCO3, SiO2, Eu2O3, Si3N4를 화학양론비로 볼밀을 이용하여 에탄올 용매와 혼합하였다. 그런 다음, 원료혼합물을 건조기를 사용하여 에탄올 용매를 휘발시켰다. 이와 같이 건조된 원료혼합물을 질화붕소 도가니에 충진하였다. 그리고, 이러한 질화붕소 도가니에 도핑원소로서 0.01 mol%의 나트륨, 0.2 mol%의 칼슘, 0.2 mol%의 알루미늄을 상기 원료혼합물과 혼합될 수 있도록 첨가하였다.
이후, 원료혼합물과 도핑원소들이 충진된 질화붕소도가니를 가열로에 삽입하고, N2 분위기의 가스상태에서 1600?로 10시간 동안 소성하는 소정과정을 거쳐 Na0.01(Sr, Ca)2(Si, Al)O4 - xNy　:Eu의 화합물을 얻었다. 이러한 Na0 .01(Sr, Ca)2(Si, Al)O4-xNy　:Eu의 화합물을 밀링 머신(milling machine)을 이용하여, 12시간 동안 분쇄 및 밀링을 수행하는 밀링과정을 거쳐 다시 Na0 .01(Sr, Ca)2(Si, Al)O4 - xNy　:Eu의 화합물을 얻었다.
이와 같이 얻어진 Na0 .01(Sr, Ca)2(Si, Al)O4 - xNy　:Eu의 화합물을 같은 조건으로 상기 소성과정 및 밀링과정을 거치게 함으로써, 최종 Na0 .01(Sr, Ca)2(Si, Al)O4 -xNy　:Eu의 형광체를 얻었다.
[실시예 2]
도핑원소로서 0.01 mol%의 나트륨, 0.4 mol%의 칼슘, 0.4 mol%의 알루미늄을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 형광체를 제조하였다.
[실시예 3]
도핑원소로서 0.01 mol%의 나트륨, 0.6 mol%의 칼슘, 0.6 mol%의 알루미늄을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 형광체를 제조하였다.
[비교예 1]
도핑원소로서 나트륨을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 형광체를 제조하였다.
이러한 실시예들 및 비교예의 형광체에 대한 X, Y 색좌표, 파장, 반치폭, 휘도를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure pat00001
표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 형광체는 파장, 반치폭, 휘도에서 비교예의 발광체에 비해 우수한 성능을 나타내고 있음을 알 수 있다.
도 4에는 나트륨 원소, 칼슘 원소 및 알루미늄 원소의 농도에 따른 적색형광체의 휘도에 대한 그래프가 도시되어 있고, 도 5에는 나트륨 원소, 칼슘 원소 및 알루미늄 원소의 농도에 따른 적색형광체의 X 색좌표 값에 대한 그래프가 도시되어 있으며, 도 6에는 나트륨 원소, 칼슘 원소 및 알루미늄 원소의 농도에 따른 적색형광체의 X 색좌표 값의 변화량이 도시되어 있다.
도 7에는 여러가지 종류의 도핑원소를 포함하는 형광체들의 표면에 대한 전자 현미경사진이 개시되어 있고, 도 8에는 도핑원소를 포함하지 않는 형광체들의 표면에 대한 전자 현미경 사진이 개시되어 있다.
도 9에는 리튬, 칼륨, 마그네슘 도핑원소를 포함하는 형광체의 휘도특성을 나타낸 그래프가 개시되어 있다. 도 9를 참조하면, 리튬, 칼륨을 각각 포함하는 형광체는 본 발명에 따른 실시예 1의 형광체에 비해 50% 이하의 낮은 휘도를 나타내었고, 마그네슘을 포함하는 형광체는 본 발명에 따른 실시예 1의 형광체에 비해 60% 이하의 낮은 휘도를 나타내고 있음을 알 수 있다.
도 10에는 유로퓸(Eu) 원소의 농도에 따른 형광체의 발광효율을 나타내는 그래프가 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예에 따른 도면에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 12는 본 발명에 따른 제1 실시형태의 발광소자 패키지를 나타낸 측단면도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 발광소자 패키지(900)는 패키지 본체(910), 패키지 본체(910)에 몰딩되며 서로 이격된 리드프레임들(920), 적어도 하나의 리드프레임 상에 실장된 발광소자(930), 발광소자(930)와 리드프레임(920)을 전기적으로 연결하는 본딩와이어(940) 및 발광소자(930)를 봉지하는 수지포장부(950)를 포함한다. 그리고, 발광소자 패키지(900)는 발광소자(900)를 둘러싸도록 홈부가 형성된 반사컵(970)이 리드프레임의 위치를 기준으로 패키지 본체 상부에 형성될 수 있다.
이때, 반사컵(970)은 패키지 본체 상에 환상으로 형성되고, 반사컵의 홈부에 의해 발광소자(900)의 실장영역이 정의되며, 적어도 하나의 리드프레임이 홈부 바닥에 노출되어 실장영역을 제공한다. 또한, 반사컵의 측벽은 발광소자(900)에서 방출된 빛을 원하는 방향으로 반사시키기 위해 경사진 반사면으로 형성될 수 있다. 여기서, 패키지 본체(910)는 반사컵(970)과 일체로 형성될 수도 있다.
그리고, 발광소자(930)는 접착제 등에 의하여 리드프레임(920) 상에 본딩될수 있으며, 본딩와이어(940)를 통해 외부 전원으로부터 전류를 입력받아 미리 정해진 파장의 빛을 생성한다. 이러한 발광소자(930)는 200-500nm의 파장의 광을 방출할 수 있으며, 예를 들어, 청색광 또는 자외선을 방출하는 반도체 적층 구조를 갖는 청색 발광다이오드 또는 자외선 발광다이오드일 수 있다. 이러한 발광소자의 반도체 적층 구조에 대한 다양한 실시형태를 하기 도 13 내지 도 18을 참조하여 설명하도록 한다.
또한, 수지포장부(950)는 반사컵 내측으로 발광소자(930), 본딩와이어(940) 및 리드프레임(920)을 덮도록 채워진다. 또한, 수지포장부(950)는 발광소자의 방출 파장을 다른 파장의 광으로 변환하는 형광체(960)가 포함될 수도 있다.
이러한 형광체(960)는 백색광을 방출할 수 있도록 적색형광체와 녹색, 청색 및 황색 중 적어도 하나 이상의 형광체가 혼합되어 사용될 수 있다. 즉, 수지포장부(950)는 형광체 혼합물과, 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 실리콘 에폭시 혼합수지와 같은 경화성 투명수지를 적절하게 혼합하여 사용된다.
여기서, 백색광 출력을 위한 적색형광체로, 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 합성한 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:R(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)의 조성식으로 표시되고, 상기 A는 리튬(Li), 칼륨(K) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이며, 상기 M은 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, 상기 R은 란탄족 원소 및 전이금속 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 화합물을 포함하는 질화물(Nitride)계 형광체를 사용할 수 있다. 이러한 질화물계 적색형광체는 황화물(Sulfide)계 형광체보다 열, 수분 등의 외부 환경에 대한 신뢰성이 우수할 뿐만 아니라 변색 위험이 작다. 특히, 고색재현성을 얻기 위해 특정 범위(430 ~ 465nm)로 한정한 청색 LED 칩의 주파장에서 높은 형광체 여기 효율을 갖는다.
그리고, 청색 형광체로는 (Ba, Sr, Ca)5(PO4)3Cl:(Eu2+, Mn2+) 또는 Y2O3:(Bi3+, Eu2+) 들 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 녹색 형광체는 실리케이트계, 설파이드계 및 질화물계 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 실리케이트계 녹색 형광체로는 2,1,4 조성을 가진 A2SiO4 또는 3,1,5 조성을 가진 A3SiO5 실리케이트계, 또는 SrGa2S4:Eu 조성의 설파이드계 또는 Beta-SiAlON 조성의 질화물계 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 여기서 A는 Sr, Ba, Ca, Mg일 수 있으며 Sr은 필수 성분이며 Ba, Ca, Mg은 필요에 따라 선택적으로 포함될 수 있다( 0=Ba,Ca,Mg=1).
질화물계의 녹색 형광체로는 β형 Si3N4 결정 구조를 가지는 결정 중에 Eu이 고용된 질화물 또는 산질화물의 결정을 포함하고 Si6-zAlzOzN8-z : Euy, Srx(0.009<x<0.011, 0.018 < y < 0.025, 0.23 < z < 0.35) 또는 Si6-zAlzOzN8-z(0.24 = y = 0.42, Eu 함유량은 0.05at%~0.25at%)으로 표시되는 형광체를 포함할 수 있다. 그리고, 황색 형광체로는 YAG 또는 TAG계열의 가넷계 형광체 또는 2,1,4 조성을 가진 A2SiO4 또는 3,1,5 조성을 가진 A3SiO5 실리케이트계, 또는 알파-SiAlON 조성의 질화물계 중 어느 하나를 포함할 수 있다(여기서 A는 Sr, Ba, Ca, Mg일 수 있으며 Sr은 필수 성분이며 Ba, Ca, Mg은 필요에 따라 선택적으로 포함될 수 있다(0=Ba,Ca,Mg=1)).
상기 질화물계 형광체는 CaXSi12-(m+2)Al(m+n)OnN16-n : Euy 으로 나타나는 Ca-α-사이알론 형광체(0.01<y<0.7, 0.6<m<3.0 and 0=n<1.5)를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서 제안하는 상기의 적색 형광체의 경우, 형광체 파우더의 입도 분포를 적절히 조절함으로써 패키지 적용 시 색 산포를 저감시키며, 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 발명자는 형광체 파우더의 입도, 즉, 입자의 지름이 어떠한 분포를 가질 때 패키지 레벨에서 색 산포 및 휘도가 우수할 수 있는지 실험하였으며, 아래 표 2와 같이 3차례로 나누어 적색 형광체 파우더를 분급하였다. 이 경우, 형광체의 입도를 조절하는 방법은 원재료 준비 단계나 소성 전/후 단계 등에서 수행될 수 있으며, SC-mill, z-mill 등의 장비로 당 기술 분야에서 공지된 분급 방법을 적절히 사용할 수 있을 것이다.
D10 (㎛) D50 (㎛) D90 (㎛)
1차 19.2 30.2 41.1
2차 8.8 13.9 28.6
3차 4.5 6.9 10.1
상기 표에서 D50은 입자 지름 분포에서, 적산분율에서의 50% 지름에 해당하며, D10 및 D90은 각각 10% 및 90%에 해당한다. 상기 3차례의 분급에 의한 입도 분포를 갖는 형광체 파우더를 이용하여, 도 12에 도시된 구조와 유사한 패키지를 제작하였으며, 도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 적색 형광체의 입도 분포에 따른 색 분포의 변화를 나타내는 색 좌표 그래프이다. 이 경우, 색 좌표의 측정을 위하여 상기 분포의 형광체와 더불어 녹색 형광체를 사용하였으며, 여기원으로 청색 LED를 사용하였다. 또한, 녹색 형광체의 경우, 함께 사용된 적색 형광체와 유사한 입도 분포를 갖도록 하였다.
도 13은 상기 표 2에서 1차에 해당하는 입도 분포를 나타내는 형광체를 이용한 패키지의 색 좌표 분포를 나타낸다. 도 14는 상기 표 2에서 2차 및 3차에 해당하는 입도 분포를 나타내는 형광체를 이용한 패키지의 색 좌표 분포를 나타낸다. 도 13 및 도 14를 비교하면, 입도의 크기가 상대적으로 작고 나아가 입도의 편차가 작은 경우(2차 및 3차 분급에 의한 형광체)에 색 산포가 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
도 14는 적색 형광체의 입도 분포에 따른 휘도의 변화를 나타낸다. 각 실험 예를 설명하면, 우선 기준 예(Ref.)의 경우, 종래의 CaSiN 적색 형광체로서 상기 2차 분급과 유사한 입도 분포를 갖도록 조절되었으며, 역시 이와 유사한 입도 분포를 갖는 녹색 형광체(예, SiAlON계 형광체)가 사용된다. 실험 예 1 내지 9(① ~ ⑨)는 모두 본 발명의 적색 형광체를 사용하되, 실험 예 1(①)은 큰 입도(1차 분급)의 적색 형광체 및 이와 유사한 수준의 입도 분포(1차 분급과 유사)를 갖는 녹색 형광체가 사용된다. 실험 예 2(②)는 중간 입도(2차 분급)의 적색 형광체 및 큰 입도 분포(1차 분급과 유사)를 갖는 녹색 형광체가 사용된다. 실험 예 3(③)은 작은 입도(3차 분급)의 적색 형광체 및 큰 입도 분포(1차 분급과 유사)를 갖는 녹색 형광체가 사용된다.
실험 예 1 내지 3(① ~ ③)을 참조하면, 입도의 크기가 작아질수록 상대적으로 휘도가 우수한 것을 볼 수 있으며, 이는 입도 크기가 작고 형광체 입자의 크기가 균일한 경우 산란에 의하여 발광 효율이 저하되는 것이 줄어들기 때문으로 볼 수 있다.
다음으로, 실험 예 4(④)는 큰 입도(1차 분급)의 적색 형광체 및 중간 입도 분포(2차 분급과 유사)를 갖는 녹색 형광체가 사용된다. 실험 예 5(⑤)는 중간 입도(2차 분급)의 적색 형광체 및 중간 입도 분포(2차 분급과 유사)를 갖는 녹색 형광체가 사용된다. 실험 예 6(⑥)은 작은 입도(3차 분급)의 적색 형광체 및 작은 입도 분포(2차 분급과 유사)를 갖는 녹색 형광체가 사용된다. 또한, 실험 예 7(⑦)은 큰 입도(1차 분급)의 적색 형광체 및 작은 입도 분포(3차 분급과 유사)를 갖는 녹색 형광체가 사용된다. 실험 예 8(⑧)은 중간 입도(2차 분급)의 적색 형광체 및 작은 입도 분포(3차 분급과 유사)를 갖는 녹색 형광체가 사용된다. 실험 예 9(⑨)는 작은 입도(3차 분급)의 적색 형광체 및 작은 입도 분포(2차 분급과 유사)를 갖는 녹색 형광체가 사용된다.
실험 예 4 내지 9(④ ~ ⑨)의 경우에도 다른 형광체의 크기에 관계없이 적색 형광체의 입도 및 입도 간 편차가 작은 경우, 즉, 상기 2차 및 3차 분급에 의하여 얻어진 적색 형광체에서 휘도가 증가되는 경향을 보였다.
상기의 실험 결과에 근거하였을 때, 본 발명에서 제안하는 적색 형광체의 경우, 상기 2차 및 3차 분급에 해당하는 6.9㎛ ≤ D50 ≤ 13.9㎛의 입도 분포를 갖는 것을 적절하다. 또한, 입도 간 편차 면에서, 2차 분극의 예에 해당하는 D90 - D50 ≤ 14.7㎛의 입도 분포를 갖는 것이 적절하다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (19)

  1. Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:R (0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)의 조성식으로 표시되고,
    상기 A는 리튬(Li), 칼륨(K) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이며, 상기 M은 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, 상기 R은 란탄족 원소 및 전이금속 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 화합물을 포함하며,
    6.9㎛ ≤ D50 ≤ 13.9㎛에 해당하는 입도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 적색형광체.
  2. 제1항에 있어서,
    D90 - D50 ≤ 14.7㎛에 해당하는 입도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 적색형광체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 A는 나트륨(Na)이고, 상기 M은 칼슘(Ca)인 것을 특징으로 하는 적색형광체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4-xNy:R(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)로 표시되는 화합물은 결정상을 갖는 호스트 물질로 이루어져 있고, 상기 A는 도펀트 물질 또는 활성물질(activator)로 상기 화합물에 포함되는 것을 특징으로 하는 적색형광체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4-xNy:R(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)로 표시되는 화합물은 결정상을 갖는 호스트 물질로 이루어져 있고, 상기 A 및 알루미늄(Al)은 도펀트 물질 또는 활성물질(activator)로 상기 화합물에 포함되는 것을 특징으로 하는 적색형광체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적색형광체는 청색 또는 자외선 파장영역을 여기원으로 하여 600 nm 내지 700nm의 파장 대역의 발광 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 적색형광체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 R은 유로퓸(Eu) 또는 디스프로슘(Dy)인 것을 특징으로 하는 적색형광체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적색형광체의 발광파장의 스펙트럼 반치폭은 83 내지 150nm 인 것을 특징으로 하는 적색형광체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적색형광체의 결정 구조는 사방정계 결정 구조인 것을 특징으로 하는 적색형광체.
  10. 여기광을 방출하는 발광소자; 및
    상기 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부;를 포함하며,
    상기 파장변환부는 Az(Sr, M)2(Si, Al)O4 - xNy:R(0<x<3, y=2x/3, 0.001<z<0.1)의 조성식으로 표시되고, 상기 A는 리튬(Li), 칼륨(K) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소이며, 상기 M은 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, 상기 R은 란탄족 원소 및 전이금속 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 화합물을 포함하며,
    5㎛ ≤ D50 ≤ 14㎛에 해당하는 입도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  11. 제10항에 있어서,
    D90 - D50 ≤ 15㎛에 해당하는 입도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 발광소자는 자외선 발광다이오드 또는 청색 발광다이오드인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 발광장치는 청색형광체, 녹색형광체 및 황색형광체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 형광체를 포함하며, 상기 발광장치의 최종 출력광은 백색광인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 파장변환부는 상기 발광소자의 상부에 형성되며, 서로 다른 형광체를 포함하는 적어도 2개의 형광체층으로 이루어진 다층 구조인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 형광체는 청색형광체, 녹색형광체 및 황색형광체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종이고, 상기 발광장치의 최종 출력광은 백색광인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 파장변환부는 상기 발광소자의 외부면을 상기 적색형광체가 포함된 수지로 균일하게 덮도록 형성된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 파장변환부는 상기 발광소자의 상면에만, 또는 상면 및 측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 파장변환부는 상기 발광소자를 봉지하는 수지포장부를 더 포함하며, 상기 적색형광체가 상기 수지포장부에 분산된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 파장변환부는 청색형광체, 녹색형광체 및 황색형광체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2종의 형광체를 포함하며, 상기 발광장치의 최종 출력광은 백색광인 것을 특징으로 하는 발광장치.
KR1020110047508A 2011-05-19 2011-05-19 적색 형광체 및 이를 포함하는 발광장치 KR101793518B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110047508A KR101793518B1 (ko) 2011-05-19 2011-05-19 적색 형광체 및 이를 포함하는 발광장치
CN201280035991.6A CN103687925B (zh) 2011-05-19 2012-05-18 红色磷光体和包括该红色磷光体的发光装置
US14/118,336 US9475986B2 (en) 2011-05-19 2012-05-18 Red phosphor and light-emitting device comprising the same
PCT/KR2012/003971 WO2012157997A2 (ko) 2011-05-19 2012-05-18 적색 형광체 및 이를 포함하는 발광장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110047508A KR101793518B1 (ko) 2011-05-19 2011-05-19 적색 형광체 및 이를 포함하는 발광장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120129329A true KR20120129329A (ko) 2012-11-28
KR101793518B1 KR101793518B1 (ko) 2017-11-03

Family

ID=47177515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110047508A KR101793518B1 (ko) 2011-05-19 2011-05-19 적색 형광체 및 이를 포함하는 발광장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9475986B2 (ko)
KR (1) KR101793518B1 (ko)
CN (1) CN103687925B (ko)
WO (1) WO2012157997A2 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101249444B1 (ko) * 2012-10-25 2013-04-03 주식회사 포스포 토륨이 도핑된 가넷계 형광체 및 이를 이용한 발광장치

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT410266B (de) * 2000-12-28 2003-03-25 Tridonic Optoelectronics Gmbh Lichtquelle mit einem lichtemittierenden element
US7184111B2 (en) * 2003-04-28 2007-02-27 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Phosphor for use in white semiconductor light sources and a white light source utilizing the same
US7443094B2 (en) * 2005-03-31 2008-10-28 Dowa Electronics Materials Co., Ltd. Phosphor and manufacturing method of the same, and light emitting device using the phosphor
EP2036966B1 (en) 2006-07-05 2017-10-25 Ube Industries, Ltd. Sialon-base oxynitride phosphors and process for production thereof
JP5188687B2 (ja) 2006-07-18 2013-04-24 昭和電工株式会社 蛍光体及びその製造法並びに発光装置
CN101195744A (zh) 2006-08-15 2008-06-11 大连路明科技集团有限公司 含氮化合物荧光材料及其制造方法和使用其的发光装置
TWI357927B (en) 2006-11-20 2012-02-11 Denki Kagaku Kogyo Kk Fluorescent substance and manufacturing method the
JP5412710B2 (ja) 2007-01-31 2014-02-12 日亜化学工業株式会社 窒化物系蛍光体又は酸窒化物系蛍光体
KR101565988B1 (ko) * 2009-10-23 2015-11-05 삼성전자주식회사 적색형광체, 그 제조방법, 이를 이용한 발광소자 패키지, 조명장치
KR101760788B1 (ko) 2010-09-20 2017-07-24 삼성전자주식회사 적색 형광체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 발광장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR101793518B1 (ko) 2017-11-03
US9475986B2 (en) 2016-10-25
WO2012157997A2 (ko) 2012-11-22
US20140077687A1 (en) 2014-03-20
CN103687925B (zh) 2016-01-20
CN103687925A (zh) 2014-03-26
WO2012157997A9 (ko) 2013-03-14
WO2012157997A3 (ko) 2013-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200291294A1 (en) Phosphor, Method for Producing a Phosphor and Use of a Phosphor
JP5216330B2 (ja) 放射線源および発光物質を含む照明系
US7442326B2 (en) Red garnet phosphors for use in LEDs
CN102559177B (zh) 一种氮氧化合物发光材料、其制备方法以及由其制成的照明光源
US7857994B2 (en) Green emitting phosphors and blends thereof
US20060049414A1 (en) Novel oxynitride phosphors
JP2007510040A (ja) スペクトル特性が向上したガーネット蛍光体材料
CN101671562B (zh) 一种氮氧化合物发光材料、其制备方法及其应用
KR20060093260A (ko) 신규한 실리케이트계 옐로우-그린 형광체
US20090114939A1 (en) Illumination system comprising a radiation source and a luminescent material
JP5752257B2 (ja) 窒素化合物発光材料及びそれによって製造された白色ｌｅｄ照明光源
US8865023B2 (en) (HALO)silicate-based phosphor and manufacturing method of the same
CN103045266B (zh) 一种红色荧光体、其制备方法及含该荧光体的发光装置
KR101176212B1 (ko) 알카리 토류 포스포러스 나이트라이드계 형광체와 그 제조방법 및 이를 이용한 발광장치
CN111607397A (zh) 一种Eu2+-Eu3+共掺杂硅酸盐荧光粉及其制备方法和应用
JP5194395B2 (ja) 酸窒化物系蛍光体及びこれを用いた発光装置
KR101793518B1 (ko) 적색 형광체 및 이를 포함하는 발광장치
TWI419956B (zh) 螢光材料以及白光發光元件
KR101047775B1 (ko) 형광체 및 발광소자
KR100654539B1 (ko) 티오갤레이트 형광체 및 그것을 채택하는 백색 발광소자
KR101451169B1 (ko) 백색발광소자용 Ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ가 첨가된 Ｏｘｉｄｅ계 형광체 및 상기 형광체가 적용된 백색 발광소자
CN107189779A (zh) 一种白光led用光谱可调磷酸盐荧光粉及其制备方法
CN106635015A (zh) 一种具有石榴石结构的氮氧化物荧光粉及其制备方法和应用
KR100580275B1 (ko) 형광체와 그 제조방법 및 이를 이용한 백색 발광소자
KR100906923B1 (ko) 형광체, 코팅 형광체 조성물, 형광체 제조방법 및 발광소자

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right