KR20150067588A - 발광장치 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은, 여기광을 방출하는 발광소자와 상기 발광소자가 탑재되는 기판을 준비하는 단계와, 상기 발광소자에서 방출되는 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하며 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계 및 상기 불화물계 형광체를 상기 발광소자 및 기판 중 적어도 하나 상에 형성하는 단계를 포함하며, 상기 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계는, K2MnF6 및 Na2MnF6 중 적어도 하나를 포함하는 제1 수용액을 준비하는 단계와, 상기 제1 수용액과 상기 원소 M을 함유한 제1 원료물질 및 상기 원소 A를 함유한 제2 원료물질을 이용하여 제1 침전물을 형성하는 단계와, 상기 제1 침전물을 적어도 40wt%의 불화수소산 수용액으로 세정하는 단계 및 상기 세정된 제1 침전물을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법을 제공한다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)

Description

발광장치 제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광장치 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 전류가 가해지면 전자와 정공의 재결합 원리를 이용하여 광을 방출하며, 낮은 소비전력과 고휘도, 소형화 등의 여러 장점 때문에 광원으로서 널리 사용되고 있다. 특히, 질화물 발광소자가 개발된 후에는 활용범위가 더욱 확대되어 백라이트 유닛이나 가정용 조명장치 및 자동차 조명 등으로 채용되고 있다. 이러한 발광소자를 이용한 발광장치는, 여기광을 제공하는 발광소자와 상기 발광소자에서 방출된 광으로부터 여기되어 파장변환된 광을 방출하는 형광체를 구비하여 원하는 색특성을 갖도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 당 기술분야에서는 색재현성과 신뢰성 등의 관점에서 우수한 특성을 제공하는 형광체와, 이러한 형광체를 이용한 발광장치에 대한 연구가 요청되고 있다.
본 발명의 목적 중 하나는, 광특성과 신뢰성이 개선된 형광체를 제조하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적 중 다른 하나는, 이러한 형광체를 이용한 발광장치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 측면은, 여기광을 방출하는 발광소자와 상기 발광소자가 탑재되는 기판을 준비하는 단계와, 상기 발광소자에서 방출되는 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하며 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계 및 상기 불화물계 형광체를 상기 발광소자 및 기판 중 적어도 하나 상에 형성하는 단계를 포함하며, 상기 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계는, K2MnF6 및 Na2MnF6 중 적어도 하나를 포함하는 제1 수용액을 준비하는 단계와, 상기 제1 수용액과 상기 원소 M을 함유한 제1 원료물질 및 상기 원소 A를 함유한 제2 원료물질을 이용하여 제1 침전물을 형성하는 단계와, 상기 제1 침전물을 적어도 40wt%의 불화수소산 수용액으로 세정하는 단계 및 상기 세정된 제1 침전물을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법을 제공한다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
여기서, 상기 제1 수용액을 마련하는 단계는, KHF2 분말 또는 NaHF2분말과 KMnO4 분말 또는 NaMnO4분말을 불화수소산 수용액에 용해시키는 단계와, 상기 용해시키는 단계에 의해 생성된 결과물에 과산화수소를 첨가하여 제2 침전물을 형성하는 단계 및 상기 제2 침전물을 불화수소산 수용액과 교반하여, 상기 제2 침전물에 잔여하는 상기 KHF2 분말 또는 NaHF2분말을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 수용액은 KMnF6 및 NaMnF6 중 적어도 하나를 용해시킨 제1 불화수소산 수용액일 수 있다.
이 경우, 상기 제1 침전물을 형성하는 단계는, 상기 제1 불화수소산 수용액에 상기 제1 원료물질을 교반하는 단계 및 상기 교반하는 단계에 의해 생성된 결과물에 상기 제2 원료물질을 첨가하여 상기 제1 침전물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 화학식(1)로 표시되는 형광체는 여기광 450nm에 대해 흡수율 및 내부양자효율이 각각 0.75이상이고, 외부양자효율이 0.65 이상일 수 있다.
또한, 상기 건조시키는 단계 이후에, 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체의 입자 표면에 실리콘 산화물 및 금속산화물 중 적어도 하나를 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
아울러, 상기 코팅하는 단계는, 폴리머가 용해된 알코올계 용매를 마련하는 단계와, 상기 마련된 알코올계 용매와 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체를 교반하는 단계와, 상기 교반하는 단계에 의해 생성된 결과물에 실리콘 산화물 전구체 및 금속산화물 전구체 중 적어도 하나를 포함하는 염기성 수용액을 첨가하고, 교반하여 제3 침전물을 형성하는 단계 및 상기 제3 침전물을 열처리하는 단계를 포함 할 수 있다.
한편, 상기 건조시키는 단계 이후에, 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체의 입자 표면을 유기물로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 코팅하는 단계는, 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체를 유기 용매에 혼합하는 단계와, 상기 혼합하는 단계에 의해 생성된 결과물에 유기물 전구체를 첨가하고 교반하여 제4 침전물을 형성하는 단계 및 상기 제4 침전물을 세정하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 기판은 발광소자가 실장되는 제1면을 구비하며, 상기 발광소자를 상기 기판의 제1면 상에 실장하는 단계를 더 포함하고, 상기 불화물계 형광체를 상기 발광소자 및 기판 중 적어도 하나 상에 형성하는 단계는, 상기 발광소자가 실장된 기판의 제1면 상에 하부충진부를 형성하는 단계와, 상기 하부충진부에 의해 상기 기판의 제1면과 이격되도록 상기 하부충진부 상에 상기 준비된 불화물계 형광체를 포함하는 파장변환부를 형성하는 단계 및 상기 파장변환부 상에 커버부를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 파장변환부는 상기 기판, 하부충진부 및 커버부 중 적어도 하나에 의해 밀봉될 수 있다.
상기 하부충진부는 수지를 포함하는 제1 수지층일 수 있다.
상기 파장변환부는 상기 형광체와 상기 형광체가 분산된 제2 수지층을 포함하며, 상기 제1 수지층 및 제2 수지층을 이루는 수지 물질은 서로 굴절률이 다를 수 있다.
이 경우, 상기 제1 수지층을 이루는 수지 물질은 제2 수지층을 이루는 수지 물질보다 큰 굴절률을 가질 수 있다.
상기 하부충진부를 형성하는 단계 이전에, 상기 기판의 제1면 상에 방습코팅을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 방습코팅은 불소 계열 및 실리카 계열 코팅제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 커버부는 유리를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 커버부를 형성하는 단계는, 상기 커버부를 상기 파장변환부의 상부와 측부 상에 형성하여, 상기 커버부가 상기 파장변환부의 상부와 측부를 감싸도록 하는 단계일 수 있다.
상기 하부충진부 및 커버부는 무기물로 이루어질 수 있다.
상기 커버부를 형성하는 단계는, 상기 파장변환부 상에 배치되는 제1 커버부를 형성하는 단계 및 상기 제1 커버부 상에 수지를 포함하는 제2 커버부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 커버부는 굴절률이 서로 다른 제1층 및 제2층을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제1층은 메틸계 실리콘을 포함하고, 상기 제2층은 페닐계 실리콘을 포함할 수 있다.
상기 발광소자는 제1 발광소자 및 상기 제1 발광소자와 역극성으로 연결된 제2 발광소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 발광소자는 외부로부터 교류전원을 인가받아 서로 교대로 발광할 수 있다.
본 발명의 일 측면은, 여기광을 방출하는 발광소자와 상기 발광소자가 탑재되는 기판을 준비하는 단계와, 상기 발광소자에서 방출되는 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하며, 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계 및 상기 불화물계 형광체를 상기 발광소자 및 기판 중 적어도 하나 상에 형성하는 단계를 포함하며, 상기 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계는, K2MnF6 및 Na2MnF6 중 적어도 하나를 포함하는 제1 수용액을 준비하는 단계와, 상기 제1 수용액과 상기 원소 M을 함유한 제1 원료물질 및 상기 원소 A를 함유한 제2 원료물질을 이용하여 제1 침전물을 형성하는 단계와, 상기 제1 침전물을 건조시키는 단계 및 상기 건조된 제1 침전물의 입자 표면에 실리콘산화물, 금속산화물 및 유기물 중 적어도 하나를 코팅하는 단계를 포함하는 발광장치 제조방법을 제공한다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
본 발명의 일 측면은, 제1면을 구비하는 기판 상에 여기광을 방출하는 발광소자를 배치하는 단계와, 상기 발광소자가 실장된 기판의 제1면 상에 하부충진부를 형성하는 단계와, 상기 하부충진부에 의해 상기 기판의 제1면과 이격되도록, 상기 하부충진부 상에 파장변환부를 형성하는 단계와, 상기 파장변환부 상에 커버부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 파장변환부는 상기 기판, 하부충진부 및 커버부 중 적어도 하나에 의해 밀봉되며, 상기 파장변환부는 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법을 제공한다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
본 발명의 일 측면은, 여기광을 방출하는 제1 발광소자 어레이와 제2 발광소자 어레이를 준비하는 단계와, 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이를 서로 역극성으로 연결하는 단계와, 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이에서 방출된 여기광의 광 경로 상에 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이에서 방출된 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이는 외부로부터 교류전원을 인가받아 서로 교대로 발광하며, 상기 파장변환부는 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법을 제공한다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
본 발명의 일 측면은, 아래의 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체의 제조방법에 있어서, K2MnF6 및 Na2MnF6 중 적어도 하나를 포함하는 제1 수용액을 준비하는 단계와, 상기 제1 수용액과 상기 원소 M을 함유한 제1 원료물질 및 상기 원소 A를 함유한 제2 원료물질을 이용하여 제1 침전물을 형성하는 단계와, 상기 제1 침전물을 적어도 40wt%의 불화수소산 수용액으로 세정하는 단계 및 상기 세정된 제1 침전물을 건조시키는 단계를 포함하는 형광체 제조방법을 제공한다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
여기서, 상기 제1 수용액을 준비하는 단계는, KHF2 분말 또는 NaHF2분말과 KMnO4 분말 또는 NaMnO4분말을 불화수소산 수용액에 용해시키는 단계와, 상기 용해시키는 단계에 의해 생성된 결과물에 과산화수소를 첨가하여 제2 침전물을 형성하는 단계 및 상기 제2 침전물을 불화수소산 수용액과 교반하여, 상기 제2 침전물에 잔여하는 상기 KHF2 분말 또는 NaHF2분말을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 수용액은 KMnF6 및 NaMnF6 중 적어도 하나를 용해시킨 제1 불화수소산 수용액일 수 있다.
이 경우, 상기 제1 침전물을 형성하는 단계는, 상기 제1 불화수소산 수용액에 상기 제1 원료물질을 교반하는 단계 및 상기 교반하는 단계에 의해 생성된 결과물에 상기 제2 원료물질을 첨가하여 상기 제1 침전물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 화학식(1)로 표시되는 형광체는 여기광 450nm에 대해 흡수율 및 내부양자효율이 각각 0.75이상이고, 외부양자효율이 0.65 이상일 수 있다.
또한, 상기 건조시키는 단계 이후에, 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체의 입자 표면에 실리콘 산화물 및 금속산화물 중 적어도 하나를 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 금속산화물은 Al2O3, ZnO, TiO2로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 무기물일 수 있다.
아울러, 상기 코팅하는 단계는, 폴리머가 용해된 알코올계 용매를 준비하는 단계와, 상기 준비된 알코올계 용매와 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체를 교반하는 단계와, 상기 교반 결과물에 실리콘 산화물 전구체 및 금속산화물 전구체 중 적어도 하나를 포함하는 염기성 수용액을 첨가하고, 교반하여 제3 침전물을 형성하는 단계 및 상기 제3 침전물을 열처리하는 단계를 포함 할 수 있다.
한편, 상기 건조시키는 단계 이후에, 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체의 입자 표면을 유기물로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 코팅하는 단계는, 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체를 유기 용매에 혼합하는 단계와, 상기 혼합하는 단계에 의해 생성된 결과물에 유기물 전구체를 첨가하고 교반하여 제4 침전물을 형성하는 단계 및 상기 제4 침전물을 세정하는 단계를 포함 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면은, 아래의 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체의 제조방법에 있어서, K2MnF6 및 Na2MnF6 중 적어도 하나를 포함하는 제1 수용액을 준비하는 단계와, 상기 제1 수용액과 상기 원소 M을 함유한 제1 원료물질 및 상기 원소 A를 함유한 제2 원료물질을 이용하여 제1 침전물을 형성하는 단계와, 상기 제1 침전물을 건조시키는 단계 및 상기 건조된 제1 침전물의 입자 표면에 실리콘산화물, 금속산화물 및 유기물 중 적어도 하나를 코팅하는 단계를 포함하는 형광체 제조방법을 제공한다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
또한, 본 발명의 일 측면은, 제1면을 구비하는 기판과, 상기 기판의 제1면 상에 배치되며 여기광을 방출하는 발광소자와, 상기 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부와, 상기 파장변환부와 상기 기판의 제1면 사이에 충진되어 이들을 이격시키는 하부충진부 및 상기 파장변환부 상에 형성된 커버부를 포함하고, 상기 파장변환부는 상기 기판, 하부충진부 및 커버부 중 적어도 하나에 의해 밀봉되며, 상기 파장변환부는 아래의 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치를 제공한다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
상기 하부충진부는 수지를 포함하는 제1 수지층일 수 있다.
상기 파장변환부는 상기 형광체와 상기 형광체가 분산된 제2 수지층을 포함하며, 상기 제1 수지층 및 제2 수지층을 이루는 수지 물질은 서로 굴절률이 다를 수 있다.
이 경우, 상기 제1 수지층을 이루는 수지 물질은 제2 수지층을 이루는 수지 물질보다 큰 굴절률을 가질 수 있다.
상기 기판은 상기 제1면 상에 형성된 방습코팅을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 방습코팅은 불소 계열 및 실리카 계열 코팅제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 커버부는 유리를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 커버부는 상기 파장변환부의 상부와 측부를 감싸도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 하부충진부 및 커버부는 유기물로 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 커버부는 상기 파장변환부 상에 배치되는 제1 커버부 및 상기 제1 커버부 상에 배치되며 수지를 포함하는 제2 커버부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 커버부는 굴절률이 서로 다른 제1층 및 제2층을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1층은 메틸계 실리콘을 포함하고, 상기 제2층은 페닐계 실리콘을 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광소자는 제1 발광소자 및 상기 제1 발광소자와 역극성으로 연결된 제2 발광소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 발광소자는 외부로부터 교류전원을 인가받아 서로 교대로 발광하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 측면은, 여기광을 방출하는 제1 발광소자 어레이와, 여기광을 방출하며 상기 제1 발광소자와 역극성으로 연결된 제2 발광소자 어레이 및 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이에서 방출된 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이는 외부로부터 교류전원을 인가받아 서로 교대로 발광하며, 상기 파장변환부는 아래의 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치를 제공한다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
덧붙여, 상기한 과제의 해결 수단은 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 광특성과 신뢰성이 향상된 형광체를 효과적으로 제조하는 방법을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이러한 형광체를 이용하여, 우수한 색특성을 갖는 발광장치와, 그를 효율적으로 제조하는 방법을 얻을 수 있다.
다만, 본 발명의 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 형광체 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.
도 2는 본 실시형태의 일 예에 따라 마련된 K2MnF6과 h-K2MnF6 물질의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시형태에 따라 얻어진 형광체와, 비교예에 따라 얻어진 형광체를 나타내는 SEM 사진이다.
도 4는 본 실시형태에 따라 제조된 형광체의 광여기 스펙트럼(PLE)과 광발광 스펙트럼(PL)을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 형광체를 적용한 백색광 발광장치에서 얻어진 색특성을 설명하기 위한 CIE 1931 색좌표이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 형광체 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시형태에 따라 입자 표면이 코팅된 형광체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따라 얻어진 형광체를 촬영한 TEM 사진을 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 형광체 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치를 나타낸 단면도와 상면도이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 실시형태에 따른 발광장치로부터 얻어지는 효과를 설명하기 위한 비교 그래프이다.
도 13은 본 발명의 변형된 실시형태에 따른 발광장치를 나타낸 단면도이다.
도 14는 본 발명의 변형된 실시형태에 따른 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 15는 발광장치에 교류전원 인가시 플리커 현상이 발행하는 하나의 원인을 설명하기 위한 그래프이다.
도 16은 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체가 갖는 잔광시간을 설명하기 위한 그래프이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치 제조방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 20은 도 19의 실시형태에 따라 제조되는 발광장치를 개략적으로 나타내는 발광장치의 단면도이다.
도 21 내지 도 23은 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치를 채용한 조명장치를 예시적으로 나타낸 분해사시도이다.
도 26 및 도 27은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광장치를 백라이트 유닛에 적용한 예를 나타낸 도면이다.
도 28은 본 발명의 실시 형태에 의한 발광장치를 헤드램프에 적용한 예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 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 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 형광체 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.
본 실시형태에 따라 제조되는 형광체는 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체로서, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종일 수 있다.
화학식(1): AxMFy:Mn4 +(단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7)
상기 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체는 예를 들면 KSF계 형광체로서, K2SiF6:Mn4+를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
이와 같은 형광체는 K2MnF6 및 Na2MnF6 중 적어도 하나를 포함하는 제1 수용액과, 상기 원소 M을 함유하는 제1 원료물질과, 상기 원소 A를 함유하는 제2 원료물질을 이용하여 제조할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 형광체의 제조방법은 K2MnF6 및 Na2MnF6 중 적어도 하나를 포함하는 제1 수용액을 준비하는 단계(S10)와, 상기 제1 수용액과, 상기 원소 M을 함유한 제1 원료물질 및 상기 원소 A를 함유한 제2 원료물질을 이용하여 제1 침전물을 형성하는 단계(S20)와, 상기 제1 침전물을 적어도 40wt%의 불화수소산 수용액으로 세정하는 단계(S30) 및 상기 세정된 제1 침전물을 건조시키는 단계(S40)를 포함한다.
상기 제1 수용액을 준비하는 단계(S10)는 본 실시형태의 일 예에 따르면, 우선 K2MnF6 또는 Na2MnF6을 준비한 이후, 상기 K2MnF6 또는 Na2MnF6을 수용액에 용해시킴으로써 수행되는 것일 수 있다.
구체적으로, K2MnF6 또는 Na2MnF6은 KHF2 분말 또는 NaHF2분말과 KMnO4 분말 또는 NaMnO4분말을 불화수소산 수용액에 교반하면서 용해시키는 단계와, 그 결과물에 과산화수소를 첨가하여 제2 침전물을 형성하는 단계와, 상기 제2 침전물을 불화수소산 수용액과 교반하여 상기 제2 침전물에 잔여하는 상기 KHF2 분말 또는 NaHF2분말을 제거하는 단계로부터 마련될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, KHF2 분말 또는 NaHF2분말은 KMnO4 분말 또는 NaMnO4분말과 10:1의 비율로 상기 불화수소산 수용액에 교반하면서 용해되도록 할 수 있다.
일 예로서, 본 발명자는 KHF2 분말 0.5mol과 KMnO4 분말 0.05mol을 49wt%의 불화수소산 수용액에 교반하면서 용해시킨 후, 그 결과물에 30wt%의 과산화수소 수용액 6ml을 천천히 드롭하여 노란색의 용액이 침전됨(제2 침전물)을 확인할 수 있었다. 이후, 반응이 완료된 후 상등액을 제거하고, 상기 제2 침전물을 49wt%의 불화수소산 수용액 70ml에 5분간 교반하여 상기 제2 침전물에 잔여하는 KHF2를 제거하였다. 이렇게 얻어진 생성물의 XRD 패턴은 도 2에 도시된 바와 같이, h-K2MnF6의 XRD 패턴과 99% 일치함을 확인할 수 있었다.
이후, 얻어진 K2MnF6 또는 Na2MnF6을 수용액에 용해시킴으로써 제1 수용액이 준비될 수 있다. 여기서, 상기 K2MnF6 또는 Na2MnF6을 용해시키는 수용액은 불화수소산 수용액일 수 있으며, 이 경우 상기 제1 수용액은 제1 불화수소산 수용액으로 이해될 수 있다.
구체적으로, 본 발명자는 일 예로서, 전술한 과정에서 생성된 K2MnF6 1.2mmol을 불화수소산 수용액 480ml에 완전히 용해시켜 제1 불화수소산 수용액(제1 수용액)을 제조하였다.
다음으로, 제1 수용액이 준비되면, 상기 제1 수용액과, 원소 M을 함유한 제1 원료물질 및 원소 A를 함유한 제2 원료물질을 이용하여 제1 침전물을 형성할 수 있다(S20).
상기 제1 원료물질은 원소 M을 포함하는 화합물로서, 본 실시형태의 일 예에 따르면, 원소 M이 규소(Si)일 경우 상기 제1 원료물질은 예컨대 H2SiF6을 포함하는 수용액일 수 있다. 상기 제2 원료물질은 원소 A를 포함하는 금속 또는 화합물로서, 본 실시형태의 일 예에 따르면, 원소 A가 칼륨(K)일 경우 상기 제2 원료물질은 KHF2을 포함하는 수용액일 수 있다.
본 발명자는 일 예로서, 전술한 단계(S10)에서 제조된 제1 불화수소산 수용액에 34%의 H2SiF6 수용액(제1 원료물질) 7.2mmol을 혼합하여 약 20분 내지 30분간 교반하고, 이후 KHF2 포화 수용액(제2 원료물질) 86.4mmol을 천천히 드롭하여, 오렌지색 침전물(제1 침전물)이 형성됨을 확인하였다.
다음으로, 제1 침전물이 형성되면, 상기 제1 침전물을 고농도의 불화수소산 수용액으로 세정한다(S30). 본 발명자는, 예컨대 20wt% 이하의 불화수소산 수용액과 같이 저농도의 불화수소산 수용액으로 세정을 진행할 경우, 상기 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체의 수분 취약 특성에 기해, 형광체에 손상이 발생하는 점을 발견하였다.
아래의 표 1은 제1 침전물을 불화수소산 수용액으로 세정하지 않은 상태의 불화물계 형광체와, 불화수소산 수용액의 농도를 달리 설정하여 제1 침전물을 불화수소산 수용액으로 세정한 상태의 불화물계 형광체의 흡수율, 내부양자효율 및 외부양자효율을 측정하여 정리한 실험데이터이다.
구체적으로, 실험예 1A에서는 제1 침전물을 세정하지 않았고, 실험예 1B 내지 실험예 1G는 각각 제1 침전물을 불화수소산 수용액으로 세정하되, 불화수소산의 농도를 20wt%, 30wt%, 35wt%, 40wt%, 44wt% 및 48wt%로 설정하였다.
흡수율 내부양자효율 외부양자효율
실험예 1A 0.679 0.887 0.615
실험예 1B 0.649 0.605 0.401
실험예 1C 0.691 0.710 0.501
실험예 1D 0.728 0.743 0.552
실험예 1E 0.689 0.882 0.620
실험예 1F 0.697 0.907 0.645
실험예 1G 0.699 0.892 0.637
상기 표 1을 참조하면, 20wt% 이하의 불화수소산 수용액으로 세정하는 경우(실험예 1B), 불화물계 형광체가 갖는 수분취약 특성에 기해 형광체에 손상이 발생하며, 외부양자효율은 0.401에 불과한 것으로 나타났다. 반면, 40wt% 이상의 불화수소산 수용액을 사용하는 경우, 불화물계 형광체의 손상이 적고, 표면에 존재하는 불순물이 효과적으로 제거되며, 외부양자효율은 0.620로 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 본 발명자는 세정에 제공되는 상기 고농도의 불화수소산 수용액은 적어도 40wt%의 불화수소산 수용액일 것을 제안한다. 상기 세정공정은 상기 고농도의 불화수소산 수용액으로 상기 제1 침전물을 교반하는 것으로 수행될 수 있으며, 이로부터 상기 제1 침전물에 존재하는 불순물 및 잔여하는 제1 및 제2 원료물질 등이 제거될 수 있다.
이후, 세정된 제1 침전물을 건조시키며(S40), 상술한 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 얻을 수 있다. 일 실시형태에서는, 상기 제1 침전물을 고농도의 불화수소산 수용액으로 세정하는 단계(S40) 이후, 상기 세정된 제1 침전물을 건조하기 전에 케톤계 용매 또는 알코올계 용매를 이용하여 2차 세정을 수행할 수도 있다.
이하, 보다 구체적인 실시예와 비교예들을 참조하여 본 제조방법에 따른 형광체를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
[실시예 1]
본 발명자는, 일 예로서 전술한 단계에서 형성된 제1 침전물을 49wt%의 불화수소산 수용액으로 세정하고, 아세톤으로 2차 세정을 수행하였다. 보다 구체적으로, 제1 침전물 1g당 6ml의 비율로 49%의 불화수소산 수용액을 투입하여 약 1분간 교반하였으며, 이후 99.9%의 아세톤 용매를 제1 침전물 1g당 20ml 첨가하여 약 5분간 세정하였다.
본 발명자는 상기 고농도의 불화수소산 수용액 및 아세톤 용매를 이용한 세정공정을 3회 반복하였고, 세정된 제1 침전물을 건조하여 K2SiF6:Mn4 +으로 표시되는 불화물계 형광체를 얻을 수 있음을 확인하였다.
[비교예 1A]
비교예 1A에서는, 전술한 단계에서 형성된 제1 침전물을 에탄올 초음파 세정하고, 세정된 제1 침전물을 건조하여 K2SiF6:Mn4 +으로 표시되는 불화물계 형광체를 제조하였다. 즉, 본 비교예 1A는 고농도의 불화수소산 수용액으로 세정하는 공정을 거치지 않되, 에탄올 초음파 세정공정을 수행하였고, 나머지 세부적인 공정은 실시예 1와 실질적으로 동일하게 진행한 것으로 이해될 수 있다.
[비교예 1B]
비교예 1B에서는, 전술한 단계에서 형성된 제1 침전물을 고농도의 불화수소산 수용액 및 에탄올 초음파 세정공정을 모두 거치지 않았으며, 제1 침전물을 건조하여 K2SiF6:Mn4 +으로 표시되는 불화물계 형광체를 제조하였다. 즉, 본 비교예 1B는 고농도의 불화수소산 수용액으로 세정하는 공정을 거치지 않되, 나머지 세부적인 공정은 실시예 1와 실질적으로 동일하게 진행한 것으로 이해될 수 있다.
상기 실시예 1, 비교예 1A 및 비교예 1B에 의해 제조된 형광체의 흡수율, 내부양자효율, 외부양자효율, 피크파장 및 반치폭에 대한 정보는 아래 표 2에 정리하였다. 여기서, 각 형광체를 여기시키기 위한 여기광으로는 450nm의 청색광을 사용하였으며, 측정장비는 QE-1000 (otsuka electronics, Japan)을 이용하였다.
흡수율 내부양자효율 외부양자효율 피크파장(nm) 반치폭
실시예 1 0.833 0.794 0.661 631.788 15.146
비교예 1A 0.791 0.794 0.628 631.788 15.133
비교예 1B 0.805 0.777 0.625 631.788 15.126
표 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 형광체는 비교예1A 및 비교예 1B의 형광체보다 흡수율 및 내부양자효율에서 모두 증가하였으며, 특히, 피크파장 및 반치폭은 동일하되, 흡수율과 내부양자효율의 곱으로 표현되는 외부양자효율은 3~4% 이상 증가하였음을 확인할 수 있었다.
일반적으로 형광체는 고농도의 불화수소산 수용액으로 세정할 경우 입자의 표면에 손상이 발생하는 문제가 있으나, 본 실시형태의 화학식(1)로 표시되는 형광체는 자체로서 플루오르(F)를 함유하고 있어, 고농도의 불화수소산 수용액으로 세정하더라도 입자 표면의 손상이 적으며, 40wt% 이상의 불화수소산 수용액으로 세정을 적용할 경우 형광체 입자 표면에 현저한 개선이 있음을 확인할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 각각 상술한 실시예 1 및 비교예 1B에 따라 형성된 불화물계 형광체의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 본 실시형태에 따른 화학식(1)로 표시되는 형광체는 큐빅형태의 입자를 가지며, 고농도의 불화수소산 수용액으로 세정하는 공정을 통해, 도 3b에 나타난 형광체 입자의 표면에 비하여 불순물이 현저하게 제거되었음을 확인할 수 있다.
도 4는 본 실시형태에 따라 제조된 형광체의 광여기 스펙트럼(PLE)과 광발광 스펙트럼(PL)을 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따라 제조된 형광체는 약 454nm에서 여기효율이 높고, 적색 파장 대역에 해당하는 634nm의 발광 스펙트럼을 갖는 것으로 확인되었다.
이하에서는, 도 5를 함께 참조하여 본 실시형태에 따라 제조된 형광체를 이용한 백색광 발광장치의 개선된 색재현성을 설명하기로 한다.
우선, 개선된 특성을 보다 명확히 대비하기 위해, 아래와 같이 백색광 발광장치를 구성하였으며, 각각의 백색광 발광장치는 기본적으로 청색광(주 파장: 446nm)을 여기광으로 방출하는 발광소자와, 상기 발광소자에서 방출된 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 녹색 및 적색 형광체를 포함한다.
[실시예 2]
청색광(주 파장: 446nm)을 방출하는 발광소자와, 녹색 형광체 및 적색 형광체를 포함하는 백색광 발광장치로서, 상기 녹색 형광체는 533nm에서 피크 파장을 갖는 β-SiAlON 형광체이며, 상기 적색 형광체는 전술한 실시형태(실시예 1)에 따라 고농도의 불화수소산 수용액으로 세정 처리되어 제조된 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 사용하였다.
[비교예 2A]
청색광(주 파장: 446nm)을 방출하는 발광소자와, 녹색광(주 파장: 517nm)을 방출하는 발광소자 및 적색 형광체를 포함하는 백색광 발광장치로서, 상기 적색 형광체는 650nm에서 피크 파장을 갖는 CaAlSiN:Eu 계 형광체를 사용하였다.
[비교예 2B]
청색광(주 파장: 446nm)을 방출하는 발광소자와, 녹색 형광체 및 적색 형광체를 포함하는 백색광 발광장치로서, 상기 녹색 형광체는 533nm에서 피크 파장을 갖는 β-SiAlON 형광체이며, 상기 적색 형광체는 650nm에서 피크 파장을 갖는 CaAlSiN:Eu 계의 형광체를 사용하였다.
여기서, 상기 실시예 2와, 비교예 2A 및 비교예 2B에 따른 백색광 발광장치에서 방출된 백색광의 색특성은 아래 표 3과 같이 정리된다.
실시예 2 비교예 2A 비교예 2B
시감도(lm/w) 237.8100 145.84 185.65
NTSC 면적비 89.4% 94.3% 86.2%
sRGB 면적비 125.6% 133.2% 121.7%
sRGB 일치율 99.95% 94.49% 99.79%
Adobe 일치율 85.51% 88.52% 82.19%
Adobe 면적비 93.57% 98.71% 90.22%
도 5는 실시예 2에 따른 백색광 발광장치에서 얻어진 색특성을 설명하기 위한 CIE 1931 색좌표이다.
도 5와 함께 상기 표 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 형광체를 이용하는 경우, 비교예 2A 및 비교예 2B 보다 시감도 측면에서 약 28 내지 60% 높으며, NTSC 및 sRGB, Adobe 등 고색재현성 평가에 있어서 보다 개선된 색특성을 갖는 백색광 발광장치를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
한편, 본 실시형태에 따른 형광체 제조방법은, 도 6에서 도시하는 바와 같이 상기 제1 침전물을 세정(S30)하고, 세정된 제1 침전물을 건조시키는 단계(S40)로부터 제조되는, 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체의 입자 표면을 실리콘 산화물 및 금속산화물 중 적어도 하나로 코팅하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니지만, 실리콘 산화물은 예를 들면 SiO2일 수 있으며, 상기 금속산화물은 Al2O3, ZnO, TiO2로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 무기물일 수 있다.
상기 실리콘 산화물을 코팅하는 단계는, 폴리머가 용해된 알코올계 용매를 준비하는 단계와, 상기 준비된 알코올계 용매와 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체를 교반하는 단계와, 상기 교반 결과물에 실리콘 산화물 전구체를 포함하는 염기성 수용액을 첨가하고, 교반하여 제3 침전물을 형성하는 단계 및 상기 제3 침전물을 열처리 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 폴리머는 형광체의 표면과 실리콘 산화물의 산소입자를 서로 연결하는 매개체로 제공되며, 예를 들면 폴리비닐피로리돈, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 물질을 사용할 수 있다.
또한, 금속산화물을 코팅하는 단계의 경우, 폴리머가 용해된 알코올계 용매를 준비하는 단계와, 상기 준비된 알코올계 용매와 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체를 교반하는 단계와, 상기 교반 결과물에 금속산화물 전구체를 포함하는 염기성 수용액을 첨가하고, 교반하여 제3 침전물을 형성하는 단계 및 상기 제3 침전물을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
특히, 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체는 수분에 취약한 특성이 있어 제품에 적용 시 신뢰성이 낮은 문제가 있는데, 본 실시형태의 경우, 상기 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체의 입자 표면을 실리콘 산화물 및/또는 금속산화물로 피복함으로써 외부로부터 수분을 효과적으로 차단하고, 신뢰성을 개선할 수 있다.
이때, 실리콘 산화물 및/또는 금속산화물 코팅에 이용되는 실리콘 산화물 전구체 및/또는 금속산화물 전구체의 농도, 염기성 수용액의 pH, 반응온도 및 반응시간 등의 조건을 적절히 변경하여, 도 8a에 도시된 것과 같이 불화물계 형광체(10) 입자 표면에 실리콘 산화물 및/또는 금속산화물이 산발적으로 분산되어 부착되는 형태로 코팅하거나, 도 8b에 도시된 것과 같이 불화물계 형광체(10) 입자 표면 전체를 피복하는 형태로 코팅할 수도 있을 것이다.
[실시예 3]
본 발명자는, 본 실시형태의 일 예로서 PVP-10 1g을 에탄올 100ml와 함께 반응기에 넣어 용해시킨 후, 상기 준비된 알코올계 용매(에탄올)와 화학식(1)로 표시되는 본 실시형태에 따른 불화물계 형광체 1g을 장시간 교반하였다. 이후, 상기 교반 결과물에 실리콘 산화물 전구체로서 TEOS 10ml와 염기성 용매 NH4OH를 혼합시킨 수용액을 상기 반응기에 천천히 드롭하였다. 여기서, 상기 염기성 용매는 반응이 원활히 일어날 수 있도록 하기 위한 것이므로, NH4OH이외에 다양한 염기성 물질을 사용할 수 있을 것이다. 이후, 약 20분간 교반하면 침전물(제3 침전물)이 형성되는 것을 확인하였다. 이후, 상등액을 제거하고 상기 제3 침전물을 에탄올로 세정하였으며, 약 130℃에서 1시간 열처리를 수행함으로써 입자 표면에 실리콘 산화물이 코팅된 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 얻을 수 있었다. 한편, 본 실시예 3에서 본 발명자는 상기 제3 침전물을 알코올계인 에탄올로 세정하였으나, 이에 제한되는 것은 아니므로, 케톤계 물질을 사용할 수도 있을 것이다.
도 9는 본 실시예 3에서 얻어진 형광체를 촬영한 TEM 사진을 도시한다. 도 9를 참조하면, 본 실시예 3에 의해 얻어진 형광체는 상기 도 8b에서 도시된 바와 같이 실리콘 산화물이 형광체 입자 표면 전체를 피복하는 형태로 코팅된 것으로 이해될 수 있다. 이때, 코팅두께는 약 50nm로 균일하게 코팅됨을 확인할 수 있었다(표시된 R1 영역 참조).
본 실시형태에 따르면, 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체에 있어서, 수분에 대한 신뢰성 문제가 개선되고, 고농도의 불화수소산 수용액으로 세정하는 단계를 거치기 때문에 입자 표면에 불순물이 효과적으로 제거되어 우수한 흡수율과 양자효율을 갖는 형광체가 제조될 수 있다. 아울러, 상기 불순물 제거 효과에 따라, 실리콘 산화물 및/또는 금속산화물이 상기 형광체 표면에 균일한 두께로 코팅되는 효과도 얻을 수 있다.
한편, 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체의 표면에 코팅되는 물질은 도 7에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화물 및/또는 금속산화물 이외에 유기물을 이용할 수 있다.
구체적으로, 본 실시형태에 따른 형광체 제조방법은, 도 7에서 도시하는 바와 같이 상기 제1 침전물을 세정하고(S30), 세정된 제1 침전물을 건조시키는 단계(S40)로부터 제조되는, 화학식(1)로 표시되는 형광체의 입자 표면을 유기물로 코팅하는 단계(S60)를 더 포함할 수 있다. 본 실시형태에 따르면, 도 8c에 도시된 바와 같이, 불화물계 형광체(10)의 입자 표면에 유기물 리간드가 형성되어 수분으로부터 상기 형광체가 보호될 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 유기물로 코팅하는 단계(S60)는, 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체를 유기 용매에 혼합하는 단계와, 그 혼합 결과물에 유기물 전구체를 첨가하고 교반하여 제4 침전물을 형성하는 단계 및 상기 제4 침전물을 세정하는 단계를 포함할 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 유기용매로는 예를 들면, 1-옥타데센, 톨루엔, 트리옥틸포스핀옥사이드 등을 사용할 수 있다. 상기 유기물 전구체로는 아세틱산, 스테아르산, 미리스트산, 라우르산 등을 사용할 수 있으며, 제4 침전물의 세정은 케톤계 및 알코올계 물질 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
[실시예 4]
본 발명자는, 본 실시형태의 일 예로서 상기 마련된 화학식(1)로 표시되는 본 실시형태에 따른 불화물계 형광체 2g과 ODE(1-Octadecene) 200ml을 테플론 용기에서 혼합하고, 상술한 유기물 전구체 중 적어도 하나를 선택하여 20ml을 첨가한 후 약 12 내지 20시간 동안 교반하여, 제4 침전물이 형성되는 것을 확인하였다. 이후, 제4 침전물을 아세톤을 이용하여 3회 세정하였으며, FT-IR 측정을 통해 상기 형광체 입자의 표면에 유기물이 코팅되었음을 확인할 수 있었다.
한편, 도 6 및 도 7에서 설명된 실시형태는 상기 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체의 입자 표면을 코팅함에 있어서, 상기 형광체는 고농도의 불화수소산 수용액으로 세정하는 단계(S30)를 거친 것을 전제로 설명하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니라 할 것이다. 즉, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 제조하는 방법은 도 10에 도시된 순서도와 같이, K2MnF6 및 Na2MnF6 중 적어도 하나를 포함하는 제1 수용액을 준비하는 단계(S10)와, 상기 제1 수용액과 상기 원소 M을 함유한 제1 원료물질 및 상기 원소 A를 함유한 제2 원료물질을 이용하여 제1 침전물을 형성하는 단계(S20)와, 상기 제1 침전물을 건조시키는 단계(S40') 및 상기 건조된 제1 침전물의 입자 표면에 실리콘산화물, 금속산화물 및 유기물 중 적어도 하나를 코팅하는 단계(S70)를 포함할 수 있다고 할 것이다.
또한, 본 실시형태에서, 상기 제1 침전물을 형성하는 단계(S20) 이후, 상기 제1 침전물을 건조시키는 단계(S40') 전에, 상기 제1 침전물을 케톤계 또는 알코올계 물질을 이용하여 세정하는 공정을 더 포함할 수 있다.
아래의 표 4는 본 실시형태에 따라 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체의 표면을 코팅한 경우에 개선되는 효과를 설명하기 위한 실험데이터이다.
아래의 실험예에서는, 실험예 2A, 실험예 2B 및 비교실험예 2에 따른 형광체 파우더를 온도 85℃ 및 습도 85%의 고온고습 챔버에 보관 후 시간경과에 따른 각 파라미터의 변화를 측정하였다. 여기서, 실험예 2A의 경우 입자 표면에 유기물 코팅이 적용된 상태의 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 사용하였으며, 실험예 2B의 경우 실리콘 산화물(SiO2) 코팅이 적용된 상태의 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 사용하였다. 비교실험예 2에서는 입자 표면에 아무런 코팅이 적용되지 않은 상태의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 사용하였다.
시간경과 흡수율 내부양자효율 외부양자효율 외부양자효율 변화량
실험예 2A


 0시간 0.675 0.860 0.592
1시간 0.705 0.539 0.387 -0.205
2시간 0.719 0.436 0.320 -0.272
3시간 0.722 0.438 0.323 -0.269
실험예 2B


 0시간 0.670 0.883 0.604
1시간 0.682 0.873 0.585 -0.019
2시간 0.705 0.855 0.563 -0.041
3시간 0.703 0.853 0.563 -0.041
비교실험예 2


 0시간 0.707 0.849 0.613
1시간 0.758 0.416 0.322 -0.291
2시간 0.770 0.354 0.278 -0.335
3시간 0.775 0.330 0.261 -0.352
상기 표 4를 참조하면, 형광체 입자 표면에 아무런 코팅을 적용하지 않은 경우 고온고습 환경에서 형광체의 외부양자효율이 큰 폭으로 감소(3시간 경과 후 35%감소)하였음을 확인할 수 있다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이 형광체 입자 표면에 코팅을 적용하는 경우, 고온고습 환경에서 외부양자효율이 감소되는 현상이 저감되는 것을 확인할 수 있다. 실리콘 산화물 코팅을 적용한 실험예 2B의 경우, 온도 85℃ 및 습도 85%의 고온고습의 환경에서도 외부양자효율에 큰 변화가 없는 것을 확인할 수 있다. (3시간 경과 후 4.1% 감소)
본 제조방법에 따르면, 형광체의 입자 표면을 실리콘 산화물, 금속산화물 및 유기물 중 적어도 하나로 피복함으로써 외부로부터 수분침투가 효과적으로 차단되어 신뢰성이 개선된 형광체를 얻을 수 있다.
이하에서는, 아래의 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 적용한 발광장치에 대해 설명하기로 한다.
화학식(1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
여기서, 후술하는 발광장치에 채용되는 상기 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체는 앞서 설명한 형광체 제조방법에 의해 제조된 형광체로 한정되지 않으며, 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체라면 후술하는 발광장치에 채용되는 불화물계 형광체에 해당한다고 할 것이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치를 나타낸 단면도와 상면도이다.
도 11a를 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광장치는 제1면(201)을 구비하는 기판(200)과, 상기 기판(200)의 제1면(201) 상에 배치되며, 여기광을 방출하는 발광소자(100) 및 상기 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부(400)를 포함한다.
상기 기판(200)은 불투명 또는 반사율이 큰 수지로 성형될 수 있으며, 사출공정이 용이한 폴리머 수지를 이용하여 제공될 수 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니므로 다양한 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 즉, 세라믹과 같은 비전도성 재질로 형성될 수 있고, 이 경우 열방출이 용이하다는 장점이 있다. 또한, 상기 기판(200)은 배선패턴이 형성된 인쇄회로기판일 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 기판(200)은 상기 발광소자(100)를 수용하는 캐비티와 상기 발광소자(100)를 둘러싸는 격벽(220)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판(200)은 상기 발광소자(100)에 구동전원을 인가하기 위하여 상기 발광소자(100)와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드 프레임(211, 212)을 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 리드 프레임(211, 212)은 도전성 와이어를 이용하거나 상기 리드 프레임(211, 212)과 접촉을 통하여 상기 발광소자(100)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 외부 전기신호를 인가하기 위한 단자로서 이용될 수 있다. 이를 위하여, 상기 리드 프레임(211, 212)은 전기전도성이 우수한 금속물질로 이루어질 수 있다.
상기 발광소자(100)는 상기 기판(200)의 제1면(201) 상에 배치되며, 전기신호 인가 시 빛을 방출하는 광전 소자라면 어느 것이나 이용 가능하다. 대표적으로, 성장기판(200) 상에 반도체층을 에피택셜 성장시킨 반도체 발광소자(100)를 이용할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 상기 발광소자(100)는 n형 반도체층 및 p형 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층을 포함할 수 있다. 또한, 여기서 상기 활성층은 단일 또는 다중 양자우물구조로 이루어진 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1)을 포함하는 질화물 반도체로 구성될 수 있다. 상기 발광소자(100)는 청색광을 방출하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니라 할 것이다.
상기 파장변환부(400)는 상기 발광소자(100)에서 방출되는 광에 의해 여기되어 파장변환된 가시광을 방출할 수 있다. 상기 파장변환부(400)는 제2 수지층(401)과, 상기 제2 수지층(401) 내에 분산된 불화물계 형광체(10)를 포함할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 제2 수지층(401)은 에폭시, 실리콘, 변형 실리콘, 우레탄수지, 옥세탄수지, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로부터 선택된 물질일 수 있다.
상기 불화물계 형광체(10)는 아래 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체(10) 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 불화물계 형광체(10)는 여기광을 흡수하여 적색광을 방출하는 적색 형광체일 수 있다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
또한, 필요에 따라 상기 파장변환부(400)는 상기 화학식(1)로 표시되는 적색광을 방출하는 불화물계 형광체(10) 이외에, 녹색광을 방출하는 녹색 형광체(12)를 더 포함할 수도 있다.
한편, 상기 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체(10)는 수분에 취약한 특성이 있어, 제품에 적용 시 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 본 실시형태에 따른 발광장치는 하부충진부(300) 및 커버부(500)를 포함하고, 상기 파장변환부(400)는 상기 기판(200), 하부충진부(300) 및 커버부(500) 중 적어도 하나에 의해 밀봉되어 제공된다.
상기 하부충진부(300)는 상기 파장변환부(400)와 상기 기판(200)의 제1면(201) 사이에 충진되어 이들을 이격시키며, 이에 따라 외부에서 상기 기판(200)을 침투하여 상기 기판(200)의 제1면(201)으로 유입되는 수분으로부터 상기 파장변환부(400)를 보호할 수 있다. 본 실시형태에서, 상기 하부충진부(300)는 수지를 포함하는 제1 수지층(301)으로 제공될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 제1 수지층(301)은 에폭시, 실리콘, 변형 실리콘, 우레탄수지, 옥세탄수지, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로부터 선택된 물질일 수 있다.
이 경우, 적어도 기판(200)은 상기 발광소자(100)가 배치되는 제1면(201) 상에 형성된 방습코팅(230)을 더 포함할 수 있다. 상기 방습코팅(230)은 불소 계열 및 실리카 계열 코팅제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이로부터 수분침투를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 상기 하부충진부(300)에 구비된 제1 수지층(301)과, 상기 파장변환부(400)에 구비된 제2 수지층(401)을 이루는 수지 물질은 각각 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 수지층(301)을 이루는 수지 물질의 굴절률이 상기 제2 수지층(401)을 이루는 수지 물질보다 큰 굴절률을 가질 수 있다.
이 경우, 발광소자(100)에서 방출된 광이 제1 수지층(301) 및 제2 수지층(401)을 지나 외부로 방출됨에 있어서, 외부물질(공기)과 굴절률의 차이가 점차 감소하므로 굴절률 차이에 의한 전반사가 감소되어 광 추출효율의 개선도 기대할 수 있다.
이와 같은 제1 및 제2 수지층(401)의 굴절률 차이는 굴절률이 서로 다른 수지 물질을 채용함으로써 얻어질 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 수지층(401)을 동일한 수지물질로 채용할 경우에는, 예컨대, 동일한 실리콘 수지로 채용하는 경우에는 수지 내에 함유되는 실리카(silica)의 양을 적절히 변경함으로써 얻어질 수도 있을 것이다.
상기 커버부(500)는 상기 파장변환부(400) 상에 형성되어, 상기 파장변환부(400)의 상부를 덮도록 형성된다. 이에 따라, 외부에서 상기 파장변환부(400)의 상부로 침투하는 수분을 효과적으로 차단할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 커버부(500)는 유리를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
도 11a의 경우, 상기 커버부(500)는 상기 파장변환부(400)의 상부와 측부를 모두 감싸도록 형성된 형태로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니므로 커버부(501)는 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 파장변환부(400)의 상부만을 덮도록 형성될 수도 있을 것이다.
아울러, 도 11a 및 도 11b는 하부충진부(300)가 발광소자(100)를 상부까지 덮는 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니므로, 도 11c에 도시된 것과 같이, 하부충진부(300')는 발광소자(100)의 상부가 오픈되도록 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 하부충진부(300')는 도 11a 및 도 11b의 실시형태와 같이 투명물질로 이루어질 수도 있으나, 이에 제한되지 않으며, 발광소자(100)에서 방출되는 광이 용이하게 상부로 반사될 수 있도록 반사물질을 포함할 수도 있다.
도 12a 내지 도 12c는 본 실시형태에 따른 발광장치로부터 얻어지는 효과를 설명하기 위한 비교 그래프이다.
여기서, 실시예 5A(i)는 도 11a에 따른 발광장치, 실시예 5B(ii)는 도 11b에 따른 발광장치를 이용하였으며, 비교예 5A(iii)는 하부충진부와 커버부를 구비하지 않는 것을 제외하고는 실시예 5A 및 실시예 5B와 동일하게 구현한 발광장치를 이용하여, 온도 85℃ 및 습도 85%의 고온고습 챔버에서 각 파라미터의 변화를 관찰하였다. 여기서, 도 12a와, 도 12b 및 도 12c의 세로축 값은 각각 발광강도 [cd]의 변화량(%)과, 색좌표 이동 정도인 [ΔCx] 및 [ΔCy]를 나타낸 것이며, 가로축 값은 시간(단위: 시)을 나타낸다.
발광강도의 변화를 측정한 도 12a와, 색특성(CIE 색좌표의 Cx 및 Cy)의 변화를 측정한 도 12b 및 도 12c를 참조하면, 하부충진부와 커버부를 구비하는 실시예 5A 및 실시예 5B의 경우 비교예 5A에 비하여 변화가 적으며, 신뢰성이 개선됨을 확인할 수 있었다.
도 13은 본 발명의 변형된 실시형태에 따른 발광장치를 나타낸 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광장치는 제1면(201)을 구비하는 기판(200)과, 상기 기판(200)의 제1면(201) 상에 배치되며, 여기광을 방출하는 발광소자(100) 및 상기 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부(400)를 포함한다. 상기 파장변환부(400)는 상술한 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체(10)를 포함한다.
또한, 상기 발광장치는 상기 파장변환부(400)와 상기 기판(200)의 제1면(201) 사이에 충진되어 이들을 이격시키는 하부충진부(310)와, 상기 파장변환부(400) 상에 형성된 제1 커버부(502)를 포함하며, 상기 파장변환부(400)는 상기 기판(200), 하부충진부(310) 및 제1 커버부(502) 중 적어도 하나에 의해 밀봉되어 제공된다.
본 실시형태에서, 상기 하부충진부(310)와 제1 커버부(502)는 무기물로 이루어질 수 있다. 상기 하부충진부(310)와 제1 커버부(502)를 이루는 무기물은 서로 동일한 무기물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니므로, 서로 다른 무기물로 이루어질 수도 있을 것이다. 이때, 상기 제1 커버부(502)를 이루는 무기물은 적어도 투명한 물질인 것이 바람직하다.
부가적으로, 본 실시형태의 발광장치는 상기 제1 커버부(502) 상에 형성된 제2 커버부(600)를 포함할 수 있다. 이 경우, 외부에서 상기 제1 커버부(502)를 침투하여 상기 파장변환부(400)로 유입되는 수분을 보다 효과적으로 차단할 수 있다.
상기 제2 커버부(600)는 수지를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 제2 커버부(600)를 이루는 수지는 예를 들어 실리콘 수지일 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 제2 커버부(600)는 굴절률이 서로 다른 제1층(601) 및 상기 제1층(601) 상에 형성된 제2층(602)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1층(601)은 메틸계 실리콘 수지(굴절률: 약 1.46)로 이루어지고, 제2층(602)은 페닐계 실리콘 수지(굴절률: 약 1.53)로 이루어질 수 있다. 수분 차단 측면에서는 수분 침투율이 낮은 페닐계 실리콘 수지(수분침투율: 12g/m2/day)만으로 제2 커버부(600)을 구현하는 것이 메틸계 실리콘 수지(수분침투율: 19g/m2/day)만으로 제2 커버부(600)를 구현하는 경우보다 효과적일 수 있으나, 서로 굴절률이 다른 실리콘 수지를 적층하는 경우, 굴절률 차이에 의한 광산란을 유도하여 광 추출 효율 측면에서 유리한 효과를 얻을 수 있다고 할 것이다.
도 14는 본 발명의 변형된 실시형태에 따른 발광장치를 나타내는 단면도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광장치는 제1면(201)을 구비하는 기판(200)과, 상기 기판(200)의 제1면(201) 상에 배치되며, 여기광을 방출하는 발광소자(101, 102) 및 상기 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부(400)를 포함한다. 상기 파장변환부(400)는 상술한 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체(10)를 포함한다.
상기 발광장치는 상기 파장변환부(400)와 상기 기판(200)의 제1면(201) 사이에 충진되어 이들을 이격시키는 하부충진부(300)와, 상기 파장변환부(400) 상에 형성된 커버부(500)를 포함하며, 상기 파장변환부(400)는 상기 기판(200), 하부충진부(300) 및 커버부(500) 중 적어도 하나에 의해 밀봉되어 제공된다.
본 실시형태에서, 상기 발광소자(101, 102)는 복수개로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 발광소자(101, 102)는 서로 역극성으로 연결된 형태를 포함한다. 구체적으로, 본 실시형태의 발광소자(101, 102)는 제1 발광소자(101)와 제2 발광소자(102)를 포함한다. 상기 제1 발광소자(101)의 제1 전극은 제2 발광소자(102)의 제2 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 발광소자(101)의 제2 전극은 제2 발광소자(102)의 제1 전극과 전기적으로 연결되어, 상기 제1 및 제2 발광소자(101, 102)는 서로 역극성으로 연결된 형태이다.
이 경우, 상기 제1 및 제2 발광소자(101, 102)는 외부로부터 교류전원을 인가받아 서로 교대로 발광할 수 있다. 본 실시형태에 따르면, 직류전원으로 정류할 필요 없이 교류전원을 직접 인가받아 구동되는 발광장치를 얻을 수 있다. 아울러, 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체(10)가 갖는 잔광시간(decay time) 특성에 기하여, 플리커(flicker) 현상이 개선될 수 있다. 이는 도 15 및 도 16을 참조하여 설명하기로 한다.
도 15는 발광장치에 교류전원 인가시 플리커 현상이 발행하는 하나의 원인을 설명하기 위한 그래프이고, 도 16은 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체가 갖는 잔광시간을 설명하기 위한 그래프이다.
도 15를 참조하면, 역극성으로 연결된 제1 및 제2 발광소자(101, 102)를 교류전원에 직접 구동시킬 경우 인가되는 교류전원의 파형은 도 15에 도시된 f1과 같으며, 이 경우, 제1 및 제2 발광소자(101, 102)가 갖는 문턱전압(Vth1, Vth2)의 특성에 기해, 상기 제1 및 제2 발광소자(101, 102)가 모두 발광하지 않는 구간(d)이 발생할 수 있다. 이는 외부에서 볼 때 깜박거리는 플리커 현상으로 인식되어 광 품질을 저하시킬 수 있다.
그러나, 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체는 도 16에 도시된 것과 같이 잔광시간이 길다는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 형광체가 여기되어 파장변환된 광을 방출함에 있어서, 상기 방출하는 광이 최대 강도의 절반값이 될 때까지 걸리는 시간을 잔광시간이라고 할 때, KSF계 형광체인 경우 잔광시간은 도 16에 도시된 바와 같이 약 7ms 정도에 해당하며, 이는 잔광시간이 수 ns에서 수us에 해당하는 다른 형광체, 예컨대 YAG계 형광체의 잔광시간인 60ns에 비해 십만배 이상인 수치에 해당한다.
따라서, 본 실시형태에 따르면, 제1 및 제2 발광소자(101, 102)가 모두 발광하지 않는 구간(d)에서도, 화학식(1)로 표시되는 본 실시형태의 불화물계 형광체는 일정 시간 동안 발광을 유지하게 되므로, 플리커 현상이 현저히 저감될 수 있다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 17을 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광장치는, 여기광을 방출하는 제1 발광소자 어레이(110)와, 제2 발광소자 어레이(120)를 포함한다.
여기서, 발광소자라 함은 반도체 발광소자 자체만을 의미하는 것은 아니며, 반도체 발광소자가 구비된 발광소자 패키지를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 제1 발광소자 어레이(110)와 제2 발광소자 어레이(120)는 역극성으로 연결되어, 외부로부터 교류전원(AC)을 인가받아 서로 교대로 발광할 수 있다.
상기 발광장치는 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이(110, 120)에서 방출된 여기광을 흡수하여 파장변환된 가시광을 방출하는 파장변환부(410)를 포함한다. 상기 파장변환부(410)는 아래의 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 포함할 수 있다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
본 실시형태에 따르면, 교류전원에 의해 구동이 가능하되, 제1 및 제2 발광소자 어레이(110, 120)가 모두 발광하지 않는 구간에서도 불화물계 형광체가 일정 시간 동안 발광을 유지하여 플리커 현상이 현저히 저감된 발광장치를 얻을 수 있다.
아울러, 도 17의 실시형태는 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이가 각각 청색광을 방출하는 청색 발광소자(100-1)로 구비되고, 파장변환부(410)는 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체(10)인 적색 형광체와 녹색 형광체(12)를 구비하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니라 할 것이다.
즉, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이(110', 120') 각각은 청색광을 방출하는 청색 발광소자(100-1)와, 녹색광을 방출하는 녹색 발광소자(100-2)를 포함하되, 상기 파장변환부(411)는 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체(10)를 포함하고, 녹색 형광체를 구비하지 않을 수 있다.
이하에서는, 상술했던 실시형태에 따른 발광장치들을 효율적으로 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 19는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 20은 도 19의 실시형태에 따라 제조되는 발광장치를 개략적으로 나타내는 발광장치의 단면도이다.
도 19와 함께 도 20을 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광장치 제조방법은 여기광을 방출하는 발광소자(100)와 상기 발광소자(100)가 탑재되는 기판(200)을 준비하는 단계(S100)와, 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체(10)를 준비하는 단계(S200)를 포함한다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
상기 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체(10)는 상기 발광소자(100)에서 방출되는 여기광을 흡수하여 가시광을 방출할 수 있다.
우선, 발광소자(100)와 발광소자(100)가 탑재되는 기판(200)을 준비하는 단계(S100)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 기판(200)은 불투명 또는 반사율이 큰 수지로 성형될 수 있으며, 사출공정이 용이한 폴리머 수지를 이용하여 제공될 수 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니므로 다양한 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 즉, 세라믹과 같은 비전도성 재질로 형성될 수 있고, 이 경우 열방출이 용이하다는 장점이 있다. 또한, 상기 기판(200)은 배선패턴이 형성된 인쇄회로기판일 수 있다. 본 실시형태에서, 상기 기판(200)은 상기 발광소자(100)를 수용하는 캐비티와 상기 발광소자(100)를 둘러싸는 격벽(220)을 포함할 수 있다.
상기 기판(200)은 상기 발광소자(100)가 실장되는 면으로 제공되는 제1면(201)을 구비하며, 상기 발광소자(100)에 구동전원을 인가하기 위하여 상기 발광소자(100)와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드 프레임(211, 212)을 포함할 수 있다.
상기 발광소자(100)는 상기 기판(200)의 제1면(201) 상에 실장되며, 전기신호 인가 시 빛을 방출하는 광전 소자라면 어느 것이나 이용 가능하다. 대표적으로, 성장기판(200) 상에 반도체층을 에피택셜 성장시킨 반도체 발광소자(100)를 이용할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 상기 발광소자(100)는 n형 반도체층 및 p형 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층을 포함할 수 있다. 또한, 여기서 상기 활성층은 단일 또는 다중 양자우물구조로 이루어진 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1)을 포함하는 질화물 반도체로 구성될 수 있다. 상기 발광소자(100)는 청색광을 방출하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니라 할 것이다.
다음으로, 상술한 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체(10)를 준비하는 단계(S200)를 구체적으로 설명하기로 한다.
본 단계(S200)는, K2MnF6 및 Na2MnF6 중 적어도 하나를 포함하는 제1 수용액을 준비하는 단계와, 상기 제1 수용액과 상기 원소 M을 함유한 제1 원료물질 및 상기 원소 A를 함유한 제2 원료물질을 이용하여 제1 침전물을 형성하는 단계와, 상기 제1 침전물을 적어도 40wt%의 불화수소산 수용액으로 세정하는 단계 및 상기 세정된 제1 침전물을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 상기 불화물계 형광체(10)를 준비하는 단계(S200)는 예를 들면, 도 1의 실시형태에서 설명한 불화물계 형광체(10)의 제조방법을 수행하는 단계로 이해될 수 있을 것이다.
앞선 도 1의 실시형태에서 설명한 것과 같이, 본 단계(S200)에서, 상기 제1 수용액을 준비하는 단계는, KHF2 분말 또는 NaHF2분말과 KMnO4 분말 또는 NaMnO4분말을 불화수소산 수용액에 용해시키는 단계와, 그 결과물에 과산화수소를 첨가하여 제2 침전물을 형성하는 단계 및 상기 제2 침전물을 불화수소산 수용액과 교반하여, 상기 제2 침전물에 잔여하는 상기 KHF2 분말 또는 NaHF2분말을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 수용액은 KMnF6 및 NaMnF6 중 적어도 하나를 용해시킨 제1 불화수소산 수용액일 수 있으며, 이 경우, 제1 침전물을 형성하는 단계는, 상기 제1 불화수소산 수용액에 상기 제1 원료물질을 교반하는 단계 및 그 결과물에 상기 제2 원료물질을 첨가하여 상기 제1 침전물을 형성하는 단계를 통해 이루어질 수 있다.
이에 따르면, 상술한 과정에서 얻어지는 불화물계 형광체(10)는 표면에 불순물이 효과적으로 제거되며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 여기광 450nm에 대해 흡수율 및 내부양자효율이 각각 0.75이상이고, 외부양자효율이 0.65 이상일 수 있다.
아울러, 본 단계(S200)는 앞서 도 6에서 설명한 실시형태와 같이, 상기 세정된 제1 침전물을 건조하는 단계 이후에, 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체의 입자 표면에 실리콘 산화물 및 금속산화물 중 적어도 하나를 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 예를 들면 상기 실리콘 산화물 및 금속산화물 중 적어도 하나를 코팅하는 단계는, 폴리머가 용해된 알코올계 용매를 준비하는 단계와, 상기 준비된 알코올계 용매와 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체를 교반하는 단계와, 상기 교반 결과물에 실리콘 산화물 전구체 및 금속산화물 전구체 중 적어도 하나를 포함하는 염기성 수용액을 첨가하고, 교반하여 제3 침전물을 형성하는 단계 및 상기 제3 침전물을 열처리하는 단계로부터 수행될 수 있다.
아울러, 본 단계(S200)는 앞서 도 7에서 설명한 실시형태와 같이, 상기 세정된 제1 침전물을 건조하는 단계 이후에, 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체의 입자 표면을 유기물로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 예를 들면 상기 유기물을 코팅하는 단계는, 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체를 유기 용매에 혼합하는 단계와, 상기 혼합 결과물에 유기물 전구체를 첨가하고 교반하여 제4 침전물을 형성하는 단계 및 상기 제4 침전물을 세정하는 단계로부터 수행될 수 있다.
한편, 도 19에 따른 순서도는 발광소자(100)와 기판(200)을 준비하는 단게 (S100) 이후에 불화물계 형광체(10)를 준비하는 단계(S200)가 수행되는 것으로 도시되었으나, 이와 같은 순서에 한정되는 것은 아니라 할 것이다.
즉, 불화물계 형광체(10)를 준비하는 단계(S200)가 먼저 수행되고, 이후에 발광소자(100)와 기판(200)을 준비하는 단계(S100)가 수행되거나, 발광소자(100)와 기판(200)을 준비하는 단계(S100)가 불화물계 형광체(10)를 준비하는 단계(S200)와 동시에 수행되더라도 본 발명이 의도하는 발광장치의 제조방법에 속한다고 할 것이다.
다음으로, 여기광을 방출하는 발광소자(100)와 상기 발광소자(100)가 탑재되는 기판(200)을 준비하는 단계(S100)와, 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체(10)를 준비하는 단계(S200)가 완료된 이후에, 상기 불화물계 형광체(10)를 상기 발광소자(100) 및 기판(200) 중 적어도 하나 상에 형성한다(S300).
여기서, 상기 불화물계 형광체(10)는 파장변환부(400) 내에 함유되어 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 파장변환부(400)는 에폭시, 실리콘, 변형 실리콘, 우레탄수지, 옥세탄수지, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있으며, 파장변환수단으로는 상기 불화물계 형광체 이외에 녹색광을 방출하는 녹색 형광체(12)를 더 포함할 수 있다.
상술한 각 단계(S100, S200, S300)를 통해, 도 20에 도시된 것과 같은 발광장치를 얻을 수 있다.
한편, 일 실시형태에서, 본 단계(S300)는, 상기 발광소자가 실장된 기판의 제1면 상에 하부충진부를 형성하는 단계와, 상기 하부충진부에 의해 상기 기판의 제1면과 이격되도록, 상기 하부충진부 상에 상기 준비된 불화물계 형광체를 포함하는 파장변환부를 형성하는 단계 및 상기 파장변환부 상에 커버부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 파장변환부는 상기 기판, 하부충진부 및 커버부 중 적어도 하나에 의해 밀봉될 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 하부충진부 및 커버부는 무기물로 이루어질 수 있다.
즉, 이에 따르면, 예를 들면 앞서 설명한 도 11a 내지 도 11c에 도시된 발광장치가 얻어질 수 있다. 이에 대해서는 도 11a 내지 도 11c와 관련하여 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
다시 말해, 도 11a 내지 도 11c와 관련하여 설명한 것과 같이, 상기 하부충진부(300)는 수지를 포함하는 제1 수지층(301)일 수 있으며, 상기 파장변환부(400)는 상기 형광체(10, 12)와 상기 형광체(10, 12)가 분산된 제2 수지층(401)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 수지층(301, 401)을 이루는 수지 물질은 서로 굴절률이 다를 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 제1 수지층(301)을 이루는 수지 물질은 제2 수지층(401)을 이루는 수지 물질보다 큰 굴절률을 가질 수 있다.
또한, 본 단계(S300)는, 하부충진부(300)를 형성하는 단계 이전에, 상기 기판(200)의 제1면(201) 상에 방습코팅(230)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방습코팅(230)은 계열 및 실리카 계열 코팅제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 커버부(500)는 유리를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 커버부(500)는 도 11a에 도시된 것과 같이, 상기 커버부(500)를 상기 파장변환부(400)의 상부와 측부 상에 형성될 수 있다. 이를 위해, 상기 커버부(500)를 형성하는 단계는, 상기 커버부(500)를 상기 파장변환부(400)의 상부와 측부 상에 형성하여, 상기 커버부(500)가 상기 파장변환부(400)의 상부와 측부를 감싸도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
아울러, 도 13에 도시된 발광장치와 같이, 상기 커버부는 제1 커버부(502)와 제2 커버부(600)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 커버부(500)를 형성하는 단계는, 상기 파장변환부(400) 상에 배치되는 제1 커버부(502)를 형성하는 단계 및 상기 제1 커버부(502) 상에 수지를 포함하는 제2 커버부(600)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 제2 커버부(600)는 굴절률이 서로 다른 제1층(601) 및 제2층(602)을 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 제1층(601)은 메틸계 실리콘을 포함하고, 제2층(602)은 페닐계 실리콘을 포함할 수 있다.
한편, 본 실시형태에 따라 제조되는 발광장치는 예를 들면 도 14에 도시된 것과 같이 교류전원을 인가받아 교대로 발광하는 타입의 발광장치일 수 있다.
이 경우에 따르면, 발광소자는 제1 발광소자(101) 및 제2 발광소자(102)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 발광소자(101, 102)는 서로 역극성으로 연결되어 외부로부터 인가되는 교류전원에 의해 서로 교대로 발광할 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 21을 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광장치 제조방법은 여기광을 방출하는 발광소자와, 상기 발광소자가 탑재되는 기판을 준비하는 단계(S101)와, 상기 발광소자에서 방출되는 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하며, 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계(S201) 및 상기 불화물계 형광체를 상기 발광소자 및 기판 중 적어도 하나 상에 형성하는 단계(S202)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계(S201)는, K2MnF6 및 Na2MnF6 중 적어도 하나를 포함하는 제1 수용액을 준비하는 단계와, 상기 제1 수용액과 상기 원소 M을 함유한 제1 원료물질 및 상기 원소 A를 함유한 제2 원료물질을 이용하여 제1 침전물을 형성하는 단계와, 상기 제1 침전물을 건조시키는 단계 및 상기 건조된 제1 침전물의 입자 표면에 실리콘산화물, 금속산화물 및 유기물 중 적어도 하나를 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 도 21의 실시형태에 따른 발광장치에 적용되는 불화물계 형광체는 도 19에서 설명한 것과 달리, 도 10에 도시된 형광체의 제조방법과 같이, 40wt% 이상 불화수소산 수용액으로 세정하는 단계를 포함하지 않되, 형광체의 입자 표면을 실리콘 산화물, 금속산화물 및 유기물 중 적어도 하나로 피복함으로써 외부로부터 수분침투가 효과적으로 차단되어 신뢰성이 개선된 형광체를 준비하여, 이를 이용한 발광장치의 제조방법을 얻을 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 22를 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광장치 제조방법은 제1면을 구비하는 기판 상에 여기광을 방출하는 발광소자를 배치하는 단계(S1000)와, 상기 발광소자가 실장된 기판의 제1면 상에 하부충진부를 형성하는 단계(S2000)와, 상기 하부충진부에 의해 상기 기판의 제1면과 이격되도록, 상기 하부충진부 상에 파장변환부를 형성하는 단계(S3000)와, 상기 파장변환부 상에 커버부를 형성하는 단계(S4000)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 파장변환부는 상기 기판, 하부충진부 및 커버부 중 적어도 하나에 의해 밀봉될 수 있다.
상기 파장변환부는 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 포함할 수 있다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
이로부터, 도 11a 내지 도 16에서 설명한 것과 같은 형태의 발광장치가 얻어질 수 있다. 따라서, 도 22에서 언급되는 각 구성요소, 예컨대 발광장치, 기판, 하부충진부, 파장변환부 및 커버부는 도 11a 내지 도 16과 관련된 설명에 기재된 내용을 참조할 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 23을 참조하면, 여기광을 방출하는 제1 발광소자 어레이와, 제2 발광소자 어레이를 준비하는 단계(S1001)와, 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이를 서로 역극성으로 연결하는 단계(S2001)와, 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이에서 방출된 여기광의 광 경로 상에, 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이에서 방출된 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부를 형성하는 단계(S3001)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이는 외부로부터 교류전원을 인가받아 서로 교대로 발광하며, 상기 파장변환부는 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 포함할 수 있다.
화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
이로부터, 도 17 및 도 18에서 설명한 것과 같은 형태의 발광장치가 얻어질 수 있다. 따라서, 도 23과 관련된 설명에서 언급되는 각 구성요소, 예컨대 제1 및 제2 발광소자 어레이, 파장변환부 및 교류전원은 도 17 및 도 18과 관련된 설명에서 기재된 내용을 참조할 수 있다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치를 채용한 조명장치(1000, 2000)를 예시적으로 나타낸 분해사시도이다.
상기 조명장치(1000)는 도 24에 도시된 바와 같은 벌브형 램프일 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 조명장치(1000)는 종래 백열등을 대체할 수 있도록 백열등과 유사한 형상을 가질 수 있으며, 백열등과 유사한 광특성(색상, 색온도)을 갖는 광을 출사할 수 있다.
도 24의 분해사시도를 참조하면, 조명장치(1000)는 광원모듈(1003)과 구동부(1006)와 외부접속부(1009)를 포함한다. 또한, 외부 및 내부 하우징(1005, 1008)과 커버부(1007)와 같은 외형구조물을 추가적으로 포함할 수 있다. 광원모듈(1003)은 광원(1001)과 그 광원(1001)이 탑재된 회로기판(1002)을 가질 수 있다. 본 실시형태에서는, 1개의 광원(1001)이 회로기판(1002) 상에 실장된 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개로 장착될 수 있다. 여기서, 상기 광원(1001)은 앞선 실시형태에서 설명한 발광장치일 수 있다.
또한, 상기 조명장치(1000)에서, 광원모듈(1003)은 열방출부로 작용하는 외부 하우징(1005)을 포함할 수 있으며, 외부 하우징(1005)은 광원모듈(1003)과 직접 접촉되어 방열효과를 향상시키는 열방출판(1004)을 포함할 수 있다. 또한, 조명장치(1000)는 광원모듈(1003) 상에 장착되며 볼록한 렌즈형상을 갖는 커버부(1007)를 포함할 수 있다. 구동부(1006)는 내부 하우징(1008)에 장착되어 소켓구조와 같은 외부접속부(1009)에서 전원을 제공받을 수 있다. 또한, 구동부(1006)는 광원모듈(1003)의 광원(1001)을 구동시킬 수 있는 적정한 전류원으로 변환시켜 제공하는 역할을 한다. 이러한 구동부(1006)는 정류부와 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 조명장치(2000)는 도 25에 도시된 바와 같은 바(bar)-타입 램프일 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 조명장치(2000)는 종래 형광등을 대체할 수 있도록 형광등과 유사한 형상을 가질 수 있으며, 형광등과 유사한 광특성을 갖는 광을 출사할 수 있다.
도 25의 분해사시도를 참조하면, 본 실시형태에 따른 조명장치(2000)는 광원모듈(2003), 몸체부(2004), 단자부(2009)를 포함할 수 있으며, 상기 광원모듈(2003)을 커버하는 커버부(2007)를 더 포함할 수 있다.
광원모듈(2003)은 기판(2002)과, 상기 기판(2002) 상에 장착되는 복수의 광원(2001)을 포함할 수 있다. 상기 광원(2001)는 앞선 실시형태에서 설명한 발광장치일 수 있다.
몸체부(2004)는 상기 광원모듈(2003)을 일면에 장착하여 고정시킬 수 있다. 상기 몸체부(2004)는 지지 구조물의 일종으로 히트 싱크를 포함할 수 있다. 상기 몸체부(2004)는 상기 광원모듈(2003)에서 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있도록 열전도율이 우수한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 금속 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 몸체부(2004)는 상기 광원모듈(2003)의 기판(2002) 형상과 대응하여 전체적으로 길이가 긴 막대 형상을 가질 수 있다. 상기 광원모듈(2003)이 장착되는 일면에는 상기 광원모듈(2003)을 수용할 수 있는 리세스(2014)가 형성될 수 있다.
상기 몸체부(2004)의 양 외측면에는 각각 방열을 위한 복수의 방열 핀(2024)이 돌출되어 형성될 수 있다. 그리고, 상기 리세스(2014)의 상부에 위치하는 상기 외측면의 양 끝단에는 각각 상기 몸체부(2004)의 길이 방향을 따라서 연장된 걸림 홈(2034)이 형성될 수 있다. 상기 걸림 홈(2034)에는 추후 설명하는 커버부(2007)가 체결될 수 있다.
상기 몸체부(2004)의 길이 방향의 양 끝단부는 개방되어 있어 상기 몸체부(2004)는 양 끝단부가 개방된 파이프 형태의 구조를 가질 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 몸체부(2004)의 양 끝단부가 모두 개방된 구조를 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 몸체부(2004)의 양 끝단부 중 어느 일측만 개방되는 것도 가능하다.
단자부(2009)는 상기 몸체부(2004)의 길이 방향의 양 끝단부 중 개방된 적어도 일측에 구비되어 상기 광원모듈(2003)에 전원을 공급할 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 몸체부(2004)의 양 끝단부가 모두 개방되어 있어 상기 단자부(2009)가 상기 몸체부(2004)의 양 끝단부에 각각 구비되는 것으로 예시하고 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니며, 예를 들어, 일측만 개방된 구조에서는 상기 양 끝단부 중 개방된 일측에만 상기 단자부(2009)가 구비될 수 있다.
상기 단자부(2009)는 상기 몸체부(2004)의 개방된 양 끝단부에 각각 체결되어 상기 개방된 양 끝단부를 커버할 수 있다. 상기 단자부(2009)에는 외부로 돌출된 전극 핀(2019)을 포함할 수 있다.
커버부(2007)는 상기 몸체부(2004)에 체결되어 상기 광원모듈(2003)을 커버한다. 상기 커버부(2007)는 광이 투과될 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.
상기 커버부(2007)는 광이 외부로 전체적으로 균일하게 조사될 수 있도록 반원 형태의 곡면을 가질 수 있다. 그리고, 상기 커버부(2007)의 상기 몸체부(2004)와 체결되는 바닥면에는 상기 몸체부(2004)의 걸림 홈(2034)에 맞물리는 돌기(2017)가 상기 커버부(2007)의 길이 방향을 따라서 형성될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 커버부(2007)가 반원 형태의 구조를 가지는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 커버부(2007)는 평평한 사각 형태의 구조를 가지는 것도 가능하며, 기타 다각 형태의 구조를 가지는 것도 가능하다. 이러한 커버부(2007)의 형태는 광이 조사되는 조명 설계에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.
도 26 및 도 27은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광장치를 백라이트 유닛에 적용한 예를 나타낸다.
도 26을 참조하면, 백라이트 유닛(3000)은 기판(3002) 상에 광원(3001)이 실장되며, 그 상부에 배치된 하나 이상의 광학 시트(3003)를 구비한다. 광원(3001)은 상술한 구조 또는 그와 유사한 구조를 갖는 발광장치를 이용할 수 있다.
도 26의 백라이트 유닛(3000)에서 광원(3001)은 액정표시장치가 배치된 상부를 향하여 빛을 방사하는 것과 달리, 도 27에 도시된 다른 예의 백라이트 유닛(4000)은 기판(4002) 위에 실장된 광원(4001)이 측 방향으로 빛을 방사하며, 이렇게 방시된 빛은 도광판(4003)에 입사되어 면광원의 형태로 전환될 수 있다. 도광판(4003)을 거친 빛은 상부로 방출되며, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 도광판(4003)의 하면에는 반사층(4004)이 배치될 수 있다. 상기 광원(4001)은 상술한 구조 또는 그와 유사한 구조를 갖는 발광장치를 이용할 수 있다.
도 28은 본 발명의 실시 형태에 의한 발광장치를 헤드램프에 적용한 예를 나타낸다. 도 28을 참조하면, 차량용 라이트 등으로 이용되는 헤드램프(5000)는 광원(5001), 반사부(5005), 렌즈 커버부(5004)를 포함하며, 렌즈 커버부(5004)는 중공형의 가이드(5003) 및 렌즈(5002)를 포함할 수 있다. 또한, 헤드램프(5000)는 광원(5001)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열부(5012)를 더 포함할 수 있으며, 방열부(5012)는 효과적인 방열이 수행되도록 히트싱크(5010)와 냉각팬(5011)을 포함할 수 있다. 또한, 헤드램프(5000)는 방열부(5012) 및 반사부(5005)를 고정시켜 지지하는 하우징(5009)을 더 포함할 수 있으며, 하우징(5009)은 일면에 방열부(5012)가 결합하여 장착되기 위한 중앙홀(5008)을 구비할 수 있다. 또한, 하우징(5009)은 상기 일면과 일체로 연결되어 직각방향으로 절곡되는 타면에 반사부(5005)가 광원(5001)의 상부측에 위치하도록 고정시키는 전방홀(5007)을 구비할 수 있다. 이에 따라, 반사부(5005)에 의하여 전방측은 개방되며, 개방된 전방이 전방홀(5007)과 대응되도록 반사부(5005)가 하우징(5009)에 고정되어 반사부(5005)를 통해 반사된 빛이 전방홀(5007)을 통과하여 외부로 출사될 수 있다. 본 실시 형태에서, 광원(5001)은 앞선 실시형태에서 설명한 발광장치를 포함할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 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.
100: 발광소자 200: 기판
211, 212: 리드 프레임 220: 격벽
230: 방습코팅 300: 하부충진부
400: 파장변환부 500: 커버부
600: 제2 커버부

Claims (20)

  1. 여기광을 방출하는 발광소자와, 상기 발광소자가 탑재되는 기판을 준비하는 단계;
    상기 발광소자에서 방출되는 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하며, 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계; 및
    상기 불화물계 형광체를 상기 발광소자 및 기판 중 적어도 하나 상에 형성하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계는,
    K2MnF6 및 Na2MnF6 중 적어도 하나를 포함하는 제1 수용액을 준비하는 단계;
    상기 제1 수용액과, 상기 원소 M을 함유한 제1 원료물질 및 상기 원소 A를 함유한 제2 원료물질을 이용하여 제1 침전물을 형성하는 단계;
    상기 제1 침전물을 적어도 40wt%의 불화수소산 수용액으로 세정하는 단계; 및
    상기 세정된 제1 침전물을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
    화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 수용액을 준비하는 단계는, KHF2 분말 또는 NaHF2분말과 KMnO4 분말 또는 NaMnO4분말을 불화수소산 수용액에 용해시키는 단계;
    상기 용해시키는 단계에 의해 생성된 결과물에 과산화수소를 첨가하여 제2 침전물을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 침전물을 불화수소산 수용액과 교반하여, 상기 제2 침전물에 잔여하는 상기 KHF2 분말 또는 NaHF2분말을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 수용액은 KMnF6 및 NaMnF6 중 적어도 하나를 용해시킨 제1 불화수소산 수용액인 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 침전물을 형성하는 단계는,
    상기 제1 불화수소산 수용액에 상기 제1 원료물질을 교반하는 단계; 및
    상기 교반하는 단계에 의해 생성된 결과물에 상기 제2 원료물질을 첨가하여 상기 제1 침전물을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 건조시키는 단계 이후에,
    상기 화학식(1)로 표시되는 형광체의 입자 표면에 실리콘 산화물 및 금속산화물 중 적어도 하나를 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 코팅하는 단계는,
    폴리머가 용해된 알코올계 용매를 준비하는 단계;
    상기 준비된 알코올계 용매와 상기 화학식(1)로 표시되는 형광체를 교반하는 단계;
    상기 교반 결과물에 실리콘 산화물 전구체 및 금속산화물 전구체 중 적어도 하나를 포함하는 염기성 수용액을 첨가하고, 교반하여 제3 침전물을 형성하는 단계; 및
    상기 제3 침전물을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 건조시키는 단계 이후에,
    상기 화학식(1)로 표시되는 형광체의 입자 표면을 유기물로 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 코팅하는 단계는,
    상기 화학식(1)로 표시되는 형광체를 유기 용매에 혼합하는 단계;
    상기 혼합 결과물에 유기물 전구체를 첨가하고, 교반하여 제4 침전물을 형성하는 단계; 및
    상기 제4 침전물을 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 발광소자가 실장되는 제1면을 구비하며,
    상기 발광소자를 상기 기판의 제1면 상에 실장하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 불화물계 형광체를 상기 발광소자 및 기판 중 적어도 하나 상에 형성하는 단계는,
    상기 발광소자가 실장된 기판의 제1면 상에 하부충진부를 형성하는 단계;
    상기 하부충진부에 의해 상기 기판의 제1면과 이격되도록, 상기 하부충진부 상에 상기 준비된 불화물계 형광체를 포함하는 파장변환부를 형성하는 단계;
    상기 파장변환부 상에 커버부를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 파장변환부는 상기 기판, 하부충진부 및 커버부 중 적어도 하나에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 하부충진부는 수지를 포함하는 제1 수지층인 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 파장변환부는 상기 형광체와 상기 형광체가 분산된 제2 수지층을 포함하며,
    상기 제1 수지층 및 제2 수지층을 이루는 수지 물질은 서로 굴절률이 다른 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 하부충진부를 형성하는 단계 이전에, 상기 기판의 제1면 상에 방습코팅을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 커버부는 유리를 포함하는 물질로 이루어지며,
    상기 커버부를 형성하는 단계는,
    상기 커버부를 상기 파장변환부의 상부와 측부 상에 형성하여, 상기 커버부가 상기 파장변환부의 상부와 측부를 감싸도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 하부충진부 및 커버부는 무기물로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 커버부를 형성하는 단계는,
    상기 파장변환부 상에 배치되는 제1 커버부를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 커버부 상에 수지를 포함하는 제2 커버부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제2 커버부는 굴절률이 서로 다른 제1층 및 제2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  17. 제9 항에 있어서,
    상기 발광소자는 제1 발광소자 및 상기 제1 발광소자와 역극성으로 연결된 제2 발광소자를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 발광소자는 외부로부터 교류전원을 인가받아 서로 교대로 발광하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
  18. 여기광을 방출하는 발광소자와, 상기 발광소자가 탑재되는 기판을 준비하는 단계;
    상기 발광소자에서 방출되는 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하며, 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계; 및
    상기 불화물계 형광체를 상기 발광소자 및 기판 중 적어도 하나 상에 형성하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 화학식(1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계는,
    K2MnF6 및 Na2MnF6 중 적어도 하나를 포함하는 제1 수용액을 준비하는 단계;
    상기 제1 수용액과, 상기 원소 M을 함유한 제1 원료물질 및 상기 원소 A를 함유한 제2 원료물질을 이용하여 제1 침전물을 형성하는 단계;
    상기 제1 침전물을 건조시키는 단계; 및
    상기 건조된 제1 침전물의 입자 표면에 실리콘산화물, 금속산화물 및 유기물 중 적어도 하나를 코팅하는 단계를 포함하는 발광장치 제조방법.
    화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
  19. 제1면을 구비하는 기판 상에 여기광을 방출하는 발광소자를 배치하는 단계;
    상기 발광소자가 실장된 기판의 제1면 상에 하부충진부를 형성하는 단계;
    상기 하부충진부에 의해 상기 기판의 제1면과 이격되도록, 상기 하부충진부 상에 파장변환부를 형성하는 단계;
    상기 파장변환부 상에 커버부를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 파장변환부는 상기 기판, 하부충진부 및 커버부 중 적어도 하나에 의해 밀봉되며,
    상기 파장변환부는 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
    화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
  20. 여기광을 방출하는 제1 발광소자 어레이와, 제2 발광소자 어레이를 준비하는 단계;
    상기 제1 및 제2 발광소자 어레이를 서로 역극성으로 연결하는 단계;
    상기 제1 및 제2 발광소자 어레이에서 방출된 여기광의 광 경로 상에, 상기 제1 및 제2 발광소자 어레이에서 방출된 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부를 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 발광소자 어레이는 외부로부터 교류전원을 인가받아 서로 교대로 발광하며,
    상기 파장변환부는 아래의 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체르 ㄹ포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
    화학식 (1): AxMFy:Mn4 + (단, 2≤ x ≤ 3 및 4 ≤ y ≤ 7을 만족하고, 상기 원소 A는 Li, Na, K, Rb, Cs으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이며, 상기 원소 M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종임)
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