KR20160077331A - 산질화물계 형광체 및 이를 포함하는 백색 발광 장치 - Google Patents

산질화물계 형광체 및 이를 포함하는 백색 발광 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 산질화물계 형광체는, β형 Si3N4 결정 구조를 가지며, 조성식 Si6 - xAlxOxN8 -x: Euy (0<x≤0.3, 0.001≤y≤0.03)으로 표현되며, 주상 형태(pillar-shaped)의 복수의 1차 입자가 결합된 2차 입자의 형태를 갖는다.

Description

산질화물계 형광체 및 이를 포함하는 백색 발광 장치 {OXYNITRIDE-BASED PHOSPHOR AND WHITE LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 산질화물계 형광체 및 이를 포함하는 백색 발광 장치에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 전류가 가해지면 전자와 정공의 재결합 원리를 이용하여 광을 방출하며, 낮은 소비전력, 고휘도, 소형화 등의 여러 장점 때문에 광원으로서 널리 사용되고 있다. 특히, 질화물계 발광소자가 개발된 후에는 활용범위가 더욱 확대되어 백라이트 유닛, 가정용 조명장치, 자동차 조명 등으로 채용되고 있다.
이러한 반도체 발광소자를 이용한 발광장치는, 여기광을 제공하는 발광소자와 상기 발광소자에서 방출된 광으로부터 여기되어 파장변환된 광을 방출하는 형광체를 구비하여 원하는 색특성을 갖도록 구현될 수 있다. 이러한 형광체를 구비하는 과정에서 공정성을 개선하기 위한 연구가 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 공정성이 개선될 수 있는 형태를 갖는 산질화물계 형광체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, β형 Si3N4 결정 구조를 가지며, 조성식 Si6 - xAlxOxN8 -x: Euy (0<x≤0.3, 0.001≤y≤0.03)으로 표현되며, 주상 형태(pillar-shaped)의 복수의 1차 입자가 결합된 2차 입자의 형태를 갖는 산질화물계 형광체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 안식각(angle of repose)이 40도 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 2차 입자는 상기 복수의 1차 입자가 방사형(radial shape)으로 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 2차 입자는 상기 복수의 1차 입자 중 적어도 둘 이상의 장축의 방향이 동일하게 결합된 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 1차 입자의 각 종횡비는 1 내지 100 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 평균 입도(D50)가 5 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 입도의 사분 편차(quartile deviation, Q.D.)가 0.18 내지 0.40일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 여기원을 조사하여 525 nm 내지 550 nm 범위의 피크 파장을 갖는 빛을 방출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 여기원은 420 nm 내지 470 nm 범위의 피크 파장을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 조성식에서, 0.05≤x≤0.28 의 조건을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 조성식에서, 0.003≤y≤0.028 의 조건을 만족할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 여기광을 방출하는 반도체 발광 소자; 상기 반도체 발광 소자 주위에 배치되어 상기 여기광의 적어도 일부 광의 파장을 녹색으로 변환하는 상술된 실시예들에 따른 산질화물계 형광체; 및 상기 반도체 발광 소자의 방출 파장 및 상기 변환된 녹색광의 파장과 다른 파장의 광을 제공하는 적어도 하나의 발광 요소를 포함하며, 상기 적어도 하나의 발광 요소는, 다른 반도체 발광 소자 및 다른 형광체 중 적어도 하나인 백색 발광 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반도체 발광 소자는 420~470 ㎚ 범위의 주파장을 갖는 청색 반도체 발광 소자일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 발광 요소는 적색 형광체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 적색 형광체는 600 nm 내지 650 nm 범위의 피크 파장을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 적색 형광체는 M1AlSiNx:Re(1≤x≤5)의 조성식으로 표시되는 질화물계 형광체, M1D:Re의 조성식으로 표시되는 황화물계 형광체 및 (Sr,L)2SiO4 - xNy:Eu (0＜x＜4, y=2x/3)의 조성식으로 표시되는 실리케이트계 형광체 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서, M1은 Ba, Sr, Ca 및 Mg으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이고, D는 S, Se 및 Te으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이고, L은 Ba, Sr, Ca, Mg, Li, Na, K, Rb 및 Cs으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이고, D는 S, Se 및 Te으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이고, Re는 Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br 및 I으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 발광 요소는 황색 또는 황등색 형광체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 황색 또는 황등색 형광체는 550 nm 내지 600 ㎚ 범위의 피크 파장을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 황색 형광체는 실리케이트계 형광체, 가넷계 형광체 및 질화물계 형광체 중 적어도 하나이며, 상기 황등색 형광체는 α-SiAlON:Re인 형광체이며, 여기서 Re는 Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br 및 I으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 화상을 표시하기 위한 화상 표시 패널; 및 상기 화상 표시 패널에 광을 제공하며, LED 광원 모듈을 구비한 백라이트 유닛을 포함하며, 상기 LED 광원 모듈은, 회로 기판과, 상기 회로 기판에 실장되며 상술된 실시예들에 따른 백색 발광 장치를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 산질화물계 형광체는 발광 장치에 상기 형광체를 구비하는 과정에서 그 공정성을 개선할 수 있도록 하는 형태를 갖는다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산질화물계 형광체의 1차 입자를 나타내는 개략도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 산질화물계 형광체의 다양한 형태의 2차 입자를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산질화물계 형광체의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 백색 발광 장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 백색 발광 장치에 채용 가능한 파장 변환 물질을 설명하기 위한 CIE 1931 좌표계이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명에 따른 백색 발광 장치에 채용 가능한 반도체 발광소자의 일 예를 나타낸 평면도 및 측단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 백색 발광 장치에 채용 가능한 반도체 발광 소자의 다른 예를 나타내는 측단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 백색 발광 장치에 채용 가능한 반도체 발광 소자의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지형 백라이트 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 분해사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 벌브형 조명 장치를 나타내는 분해사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시예가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시예는 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, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
특별히 다른 설명이 없는 한, 본 명세서에서, `상(on)`, `상면(upper surface)`, `하(below)`, `하면(lower surface)`, `위 방향(upward)`, `아래 방향(downward)`, `측면(lateral surface)`, `높은(high)` 및 `낮은(low)` 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 발광 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다. 또한, `상(on)`과 `아래(under)`는 `직접(directly)` 또는 `다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)` 형성되는 것을 모두 포함한다.
본 발명의 일 측면은 β형 Si3N4 결정 구조를 가지며, 조성식 Si6 - xAlxOxN8 -x: Euy (0<x≤0.3, 0.001≤y≤0.03)으로 표현되며, 주상 형태(pillar-shaped)의 복수의 1차 입자가 결합된 2차 입자의 형태를 갖는 산질화물계 형광체를 제공한다.
유로피움(Eu)를 고용시킨 β형 사이알론(SiAlON)은, β형 Si3N4 결정 구조의 실리콘(Si)의 위치에 알루미늄(Al)이, 질소(N)의 위치에 산소(O)가 치환 고용된 것으로서, 조성식 Si6 - xAlxOxN8 -x: Euy로 표현된다. β형 사이알론(SiAlON)인 산질화물계 형광체는 강한 공유결합성과 낮은 전자 친화도에 기인하여 장파장 여기/발광, 온도 및 습도 안정성이 우수하다.
상기 β형 사이알론은 육방정계(hexagonal system)에 속하고 결정의 이방성(anisotropy)이 강하여 주상 형태(pillar-shaped)를 갖는 1차 입자로 성장하기 쉬운 성질을 갖고 있다. 주상 형태를 갖는 1차 입자는 구형인 경우에 비하여 표면적이 넓어, 표면에서 발생하는 반 데어 발스(van der Walls) 힘이 상대적으로 클 수 있다. 상기 힘에 의하여 주상 형태를 갖는 1차 입자로 이루어진 β형 사이알론은 낮은 유동성을 가질 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 산질화물계 형광체의 1차 입자의 형태를 나타낸다.
도 1를 참조하면, 상기 산질화물계 형광체의 1차 입자(1)는 장축 방향(D1)의 길이 대비 단축 방향(D2)의 길이의 비인 종횡비(aspect ratio)가 1 내지 100일 수 있다. 주상 형태를 갖는 산질화물계 형광체의 종횡비가 커질수록 입자의 유동성은 저하된다.
도 1에서 상기 산질화물계 형광체의 1차 입자(1)의 단축 방향(D2)의 단면은 원형으로 도시되어 있으나, 이에 반드시 제한되지 않으며, 상기 단면은 사각형 등의 다각형일 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 산질화물계 형광체의 2차 입자의 형태를 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 상기 산질화물계 형광체의 2차 입자(2)는 도 1에 도시된 산질화물계 형광체의 1차 입자(1)가 그 형태를 유지하면서 방사형(radial shape)으로 결합한 형태를 가질 수 있다. 다시 말해서, 복수의 1차 입자(1)의 각 장축의 방향(D1)(도 1 참조)이 서로 일치하지 않도록 결합할 수 있다. 상기 결합은 화학적인 반응에 의한 화학 결합일 수 있다. 도 1b에서는 3개의 1차 입자(1)가 결합한 것을 도시하였으나, 이에 반드시 제한되지 않으며 4개 이상의 1차 입자(1)가 결합할 수 있다. 또한, 도 2a에서는 복수의 1차 입자(1)의 각 중심에서 결합한 것을 도시하였으나, 이에 반드시 제한되지 않으며, 각 복수의 1차 입자(1)들이 서로 결합하는 위치는 다양할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 산질화물계 형광체의 2차 입자(3)는 도 1에 도시된 산질화물계 형광체의 1차 입자(1)가 그 형태를 유지하면서 상기 복수의 1차 입자(1) 중 두 개의 장축과 나머지 한 개의 장축이 이루는 각도(θ1)가 90도가 되도록 결합한 형태를 가질 수 있다. 도 2b에서는 3개의 1차 입자(1)가 결합한 것을 도시하였으나, 이에 반드시 제한되지 않으며 4개 이상의 1차 입자(1)가 결합할 수 있다. 또한, 각 복수의 1차 입자(10)들이 서로 결합하는 위치는 다양할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 상기 산질화물계 형광체의 2차 입자(4)는 도 1에 도시된 산질화물계 형광체의 1차 입자(1)가 그 형태를 유지하면서 상기 복수의 1차 입자(1) 중 두 개의 장축이 서로 평행하고 나머지 한 개의 장축과 이루는 각도(θ2)가 예각을 이루도록 결합한 형태를 가질 수 있다. 도 2c에서는 3개의 1차 입자(1)가 결합한 것을 도시하였으나, 이에 반드시 제한되지 않으며 4개 이상의 1차 입자(1)가 결합할 수 있다. 또한, 각 복수의 1차 입자(1)들이 서로 결합하는 위치는 다양할 수 있다.
도 2d를 참조하면, 상기 산질화물계 형광체의 2차 입자(5)는 도 1에 도시된 산질화물계 형광체의 1차 입자(1)가 그 형태를 유지하면서 상기 복수의 1차 입자(1) 중 두 개의 장축이 서로 평행하지 않도록 결합한 형태를 가질 수 있다. 도 2d에서는 3개의 1차 입자(1)가 결합한 것을 도시하였으나, 이에 반드시 제한되지 않으며 4개 이상의 1차 입자(1)가 결합할 수 있다. 또한, 각 복수의 1차 입자(1)들이 서로 결합하는 위치는 다양할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d에 도시된 형태를 갖는 산질화물계 형광체는 주상 형태를 갖는 산질화물계 형광체에 비하여 반 데어 발스 힘에 의한 인력이 감소하므로 유동성이 개선될 수 있다. 유동성이 개선된 형광체 입자는 발광 장치에 도입할 때 공정 시간을 단축하여 공정성을 개선할 수 있으며, 형광체 입자가 균일하게 산포되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 형태를 갖는 산질화물계 형광체는 평균 입도(D50)가 5 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다. 또한, 상기 산질화물계 형광체의 입도의 사분 편차(quartile deviation, Q.D.)가 0.18 내지 0.40일 수 있다. 사분 편차는, 예를 들어, 하기 수학식 1에 의하여 계산할 수 있으며, 사분 편차가 작을수록 입도 분포가 작다는 것을 의미한다.
[수학식 1]
Q.D.=(D75-D25)/ (D75+D25)
본 발명의 일 실시예에 따른 산질화물계 형광체는 여기원을 조사하여 525 nm 내지 550 nm 범위의 피크 파장을 갖는 빛, 구체적으로, 녹색광을 방출할 수 있다. 상기 여기원은 420 nm 내지 470 nm 범위의 피크 파장을 갖는 것일 수 있으며, 구체적으로, 청색 발광 소자일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산질화물계 형광체는 조성식 Si6 - xAlxOxN8 -x: Euy으로 표현될 수 있다. 여기서 x의 범위는 0<x≤0.3일 수 있으며, 구체적으로, 0.05≤x≤0.28의 범위를 만족하는 것일 수 있다. 또한, y의 범위는 0.001≤y≤0.03일 수 있으며, 구체적으로, 0.003≤y≤0.028의 범위를 만족하는 것일 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통해서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
< 실시예 >
Si3N4 964.4 g, AlN 33.7 g, Eu2O3 1.8 g의 분말을 혼합하여 질화붕소(BN) 도가니에 채운 후 수소/질소 혼합 가스 분위기 하에서 고온 고압 소성로(gas pressure sintering, GPS)를 이용하여 분당 10 ℃의 승온 속도로 고온 고압 소성로 내의 온도가 600 ℃가 되도록 60분 동안 1차 승온하였다.
이후, 분당 20 ℃의 승온 속도로 15분간 2차 승온하고, 분당 12 ℃의 승온 속도로 50분간 3차 승온하고, 분당 1 ℃의 승온 속도로 610분간 4차 승온하여 고온 고압 소성로의 온도가 1,500 ℃가 되도록 하였다. 이 때, 고온 고압 소성로의 온도가 600 ℃에 도달하면 고온 고압 소성로 내의 압력이 20 bar가 되도록 질소 가스를 투입하기 시작하였다.
4차 승온 후, 고온 고압 소성로 내의 온도가 2110 ℃로 유지 되도록 300분 동안 가열하였다. 이후, 고온 고압 소성로 내의 온도를 상온으로 냉각하여 1차 소성을 완성하였다.
상기 1차 소성 결과물을 분쇄한 후에 Eu2O3 9.4 g을 추가로 투입하여 혼합하고 고온 고압 소성로 내에 투입하였다.
이후, 분당 10 ℃의 승온 속도로 고온 고압 소성로 내의 온도가 600 ℃가 되도록 60분간 1차 승온하고, 분당 20 ℃의 승온 속도로 15분간 2차 승온하고, 분당 15 ℃의 승온 속도로 40분간 3차 승온하고, 분당 7 ℃의 승온 속도로 58분간 4차 승온하고, 분당 1 ℃의 승온 속도로 30분간 5차 승온하여 고온 고압 소성로 내의 온도가 1,905 ℃가 되도록 하였다. 이 때, 고온 고압 소성로 내의 온도가 600 ℃에 도달하면 고온 고압 소성로 내의 압력이 9 bar가 되도록 질소 가스를 투입하기 시작하였다.
5차 승온 후, 고온 고압 소성로 내의 온도가 1935 ℃로 유지 되도록 600분 동안 가열하였다. 이후, 고온 고압 소성로 내의 온도를 상온으로 냉각하여 2차 소성을 완성하였다.
상기 2차 소성 결과물을 다시 고온 고압 소성로에 투입하고, 분당 10 ℃의 승온 속도로 고온 고압 소성로 내의 온도가 200 ℃가 되도록 20분간 1차 승온하고, 분당 15 ℃의 승온 속도로 60분간 2차 승온하고, 분당 10 ℃의 승온 속도로 41분간 3차 승온하고, 분당 1 ℃의 승온 속도로 10분간 4차 승온하여 고온 고압 소성로 내의 온도가 1,400 ℃가 되도록 하였다. 이 때, 고온 고압 소성로 내의 온도가 200 ℃에 도달하면 고온 고압 소성로 내의 압력이 1 bar가 되도록 아르곤 가스를 투입하기 시작하였다.
4차 승온 후, 고온 고압 소성로 내의 온도가 1400 ℃로 유지 되도록 600분 동안 가열하였다. 이후, 고온 고압 소성로 내의 온도를 상온으로 냉각하여 3차 소성을 완성하였다.
< 비교예 >
1차 소성하기 전 Eu2O3를 11.2 g 투입하고, 2차 소성 전에 Eu2O3를 추가 투입하지 않은 점을 제외하고 실시예와 동일하게 수행하였다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산질화물계 형광체의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 산질화물계 형광체는 주상 형태의 1차 입자들이 그 형상을 그대로 유지하면서 서로 결합하여 2차 입자의 형태를 갖는 것을 볼 수 있다.
형광체 입자의 유동성을 비교 및 확인하기 위하여 안식각(angle of repose)을 다음과 같이 측정하였다.
평평한 바닥으로부터 50 cm 위에 10 mm의 구멍이 뚫린 SUS 깔때기(funnel)를 배치하고, 상기 깔때기에 실시예에 의해 제조된 산질화물계 형광체를 투입하고 상기 구멍을 통하여 상기 형광체가 중력에 의해 적하되도록 하였다. 이후, 상기 바닥에 원추형으로 쌓인 형광체 분말 덩어리의 측면과 바닥면이 이루는 각도인 안식각을 측정하였다.
측정된 산질화물계 형광체의 안식각은 38.7도 였다.
반면 비교예의 측정된 안식각은 49.8도 였다.
안식각이 낮을수록 입자의 유동성이 개선된 것을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 산질화물계 형광체의 유동성이 증가한 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 산질화물계 형광체의 안식각은 40도 이하일 수 있다. 안식각이 40도 이하일 때, 형광체 입자의 유동성이 증가하여 형광체를 발광 장치에 구비시킬 때 공정성이 향상될 수 있으며, 형광체 입자의 산포가 증가할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예로서, 상기 산질화물계 형광체를 채용한 백색 발광 장치가 도시되어 있다.
도 4a에 도시된 백색 발광 장치(100A)는, 캐비티를 갖는 패키지 본체(10)와, 상기 캐비티에 배치된 반도체 발광 소자(30)와 캐비티를 배치된 수지포장부(52)를 포함할 수 있다. 상기 수지 포장부(152)는 투광성 수지로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 에폭시, 실리콘(silicone), 변형 실리콘, 우레탄 수지, 옥세탄 수지, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
또한, 백색 발광 장치(100A)는 반도체 발광 소자(30)와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드 프레임(11, 12)과, 반도체 발광 소자(30)와 리드 프레임(11, 12)을 연결하는 도전성 와이어(W)를 포함할 수 있다.
상기 패키지 본체(10)는 불투명 수지 또는 반사율이 큰 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 패키지 본체(10)는 사출 공정이 용이한 폴리머 수지이거나 열방출이 용이한 세라믹일 수 있다. 한 쌍의 리드 프레임(11, 12)은 기판(10) 상에 배치되며, 반도체 발광 소자(30)에 구동 전원을 인가하기 위하여 반도체 발광 소자(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 수지 포장부(52)에는 적색 형광체(54) 및 녹색 형광체(56)가 분산될 수 있다. 상기 청색 반도체 발광소자(30)의 주파장(dominant wavelength)은 420 nm 내지 470 ㎚ 범위일 수 있다. 본 실시예에 채용된 적색 형광체(54)는 600 nm 내지 650 ㎚ 파장 피크를 가질 수 있다. 상기 녹색 형광체(56)의 발광 파장 피크는 500 nm 내지 550 ㎚ 범위일 수 있으며, 구체적으로, 525 nm 내지 550 nm일 수 있다. 상기 청색 반도체 발광소자(30)는 10 nm 내지 50 ㎚의 반치폭을 가지며, 상기 적색 형광체(54)는 50 nm 내지 180 ㎚의 반치폭을 가질 수 있으며, 상기 녹색 형광체(56)는 30 nm 내지 200 ㎚의 반치폭을 가질 수 있다.
백색 구현을 위해서 사용가능한 녹색 형광체(56)와 다른 추가적인 형광체(예를 들어, 황색 또는 황등색 형광체)에 대해서는 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4a에 도시된 백색 발광 장치(100A)는 광원으로서, 청색 반도체 발광소자(30)와 함께, 청색광에 의해 여기되는 2종의 형광체를 사용하는 것을 예시하였으나, 도 4b에 도시된 바와 같이, 1종의 형광체는 반도체 발광 소자로 대체될 수 있다.
도 4b에 도시된 백색 발광 장치(100B)는 앞선 실시예와 유사하게, 패키지 본체(10), 리드 프레임(11, 12)과, 수지 포장부(52)를 포함할 수 있다. 다만, 앞선 실시예와 달리, 캐비티에는 2개의 반도체 발광 소자(32, 34)가 구비될 수 있다.
상기 제1 및 제2 반도체 발광 소자(32, 34)는 서로 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체 발광 소자(132)는 청색광을 방출하고, 제2 반도체 발광 소자(134)는 녹색광을 방출할 수 있다. 본 실시예에서, 수지 포장부(150a)에는 녹색 형광체로서 상술된 실시예에서 얻어진 산질화물계 형광체를 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 반도체 발광 소자들(30,32,34)는 도 6a 및 도 6b 내지 도 8에 도시된 발광 소자일 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 백색 발광 장치에 채용 가능한 파장 변환 물질을 설명하기 위한 CIE 1931 좌표계이다.
상기 반도체 발광소자(15.25.35)가 청색 광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함한 발광소자 패키지(10,20,30)는 형광체의 배합비를 조절하여 다양한 색 온도의 백색 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 황색 형광체에 녹색 및/또는 적색 형광체를 추가로 조합하여 백색 광의 색온도 및 연색성(color rendering index, CRI)을 조절할 수 있다.
도 5에 도시된 CIE 1931 좌표계를 참조하면, 상기 UV 또는 청색 LED에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 LED의 조합으로 만들어지는 백색 광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 5에 도시된 CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 상에 위치할 수 있다. 또는, 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 상기 백색 광의 색 온도는 2,000 K 내지 20,000 K 사이에 해당한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산질화물계 형광체를 앞선 실시예들에 따른 백색 발광장치에 녹색 형광체로서 사용하면서, 이에 더하여 다음과 같은 형광체를 사용할 수 있다.
적색 형광체: M1AlSiNx:Re(1≤x≤5)로 표시된 질화물계 형광체, M1D:Re로 표시되는 황화물계 형광체, (Sr,L)2SiO4 - xNy:Eu으로 표시되는 실리케이트계 형광체(여기서, 0＜x＜4, y=2x/3). 여기서, M1는 Ba, Sr, Ca, Mg 중 선택된 적어도 하나의 원소이고, D는 S, Se 및 Te 중 선택된 적어도 하나의 원소이며, L은 Ba, Sr, Ca, Mg, Li, Na, K, Rb 및 Cs로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이고, D는 S, Se 및 Te 중 선택된 적어도 하나의 원소이며, Re는 Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br 및 I 중 선택된 적어도 하나의 원소임.
황색 형광체: 실리케이트계 형광체, YAG, TAG와 같은 가넷계 형광체 및 질화물계 형광체(La3Si6N11:Ce)
황등색 형광체: α-SiAlON:Re 형광체
상술된 형광체 조성은 기본적으로 화학 양론(stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(Ⅱ)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제(activator) 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제(co-activator) 등이 추가로 적용될 수 있다.
또한, 형광체는 양자점과 같은 다른 파장 변환 물질들로 대체될 수 있다. 특정 파장대역에서 양자점은 형광체와 혼합되어 사용되거나 단독으로 사용될 수 있다. 양자점은 CdSe, InP 등의 코어(Core)(3~10 ㎚)와 ZnS, ZnSe 등의 셀(Shell)(0.5 ~ 2 ㎚) 및 코어와 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand)의 구조로 구성될 수 있으며, 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있다.
아래 표 1은 UV 발광소자(200~440 ㎚) 또는 청색 발광소자(440∼480 ㎚)를 사용한 백색 발광 소자 패키지의 응용 분야별 형광체 종류이다.
용도 형광체
LED TV BLU β-SiAlON:Eu2 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4-x(EuzM1-z)xSi12-yAlyO3+x+yN18-x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4+, NaGdF4:Mn4 + Ca2SiO4:Eu2 +, Ca1 .2Eu0 .8SiO4
조명 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Y3Al5O12:Ce3+, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4 +, Ca2SiO4:Eu2 +, Ca1 .2Eu0 .8SiO4
Side View
(Mobile, Note PC)		 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Y3Al5O12:Ce3+, (Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4:Eu2 +, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1-z)xSi12-yAlyO3+x+yN18-x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4+, NaGdF4:Mn4 +, Ca2SiO4:Eu2 +, Ca1 .2Eu0 .8SiO4
전장
(Head Lamp, etc.)		 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Y3Al5O12:Ce3+, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4 +, Ca2SiO4:Eu2 +, Ca1 .2Eu0 .8SiO4
필요에 따라, 백색 발광 장치(또는 패키지)에 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색 등을 선택적으로 혼합하여 주위 분위기에 맞는 색 온도를 구현할 수도 있다. 예를 들어, 색 온도 4,000 K인 백색 발광 장치, 색 온도 3,000 K인 백색 발광 장치 및 적색 발광 장치를 하나의 모듈에 배치하고, 각 장치를 독립적으로 구동하여 출력을 제어함으로써 색온도를 2,000 K 내지 4,000 K의 범위에서 조절할 수 있다. 또한, 연색성(Ra)은 85 내지 99인 백색 발광 모듈을 제조할 수 있다.
다른 예에서, 색 온도 5,000 K인 백색 발광장치 및 색 온도 2,700 K인 백색 발광 장치를 하나의 모듈 내에 배치하고 독립적으로 구동되어 각각의 출력을 제어함으로써 색 온도를 2,700 K 내지 5,000 K 범위에서 조절할 수 있다. 또한, 연색성(Ra)이 85 내지 99인 백색 발광 모듈을 제조할 수 있다.
각각 발광 소자 장치의 수는 기본 색 온도의 설정 값에 따라 달라질 수 있다. 기본 색 온도의 설정 값이 4,000 K 부근이라면, 색 온도 4,000 K에 해당하는 발광 장치의 수는 색 온도 3,000 K의 발광 장치의 수 또는 적색 발광 장치의 수보다 많을 수 있다.
이와 같이, 연색성 및 색 온도가 조절 가능한 모듈은 도 14에 예시된 조명 장치에 유익하게 사용될 수 있으며, 상술된 실시예에 따라 제조된 산질화물계 형광체가 적용된 반도체 발광 장치(또는 모듈)는 여러 응용 제품에 유익하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 백색 발광 장치에는 다양한 형태의 반도체 발광 소자가 채용될 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 본 발명에 채용 가능한 발광 소자의 일 예를 나타내는 평면도 및 측단면도이다. 도 6b는 도 6a의 I-I'선을 따라 절취한 단면도이다.
우선, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 반도체 발광소자(200)는 도전성 기판(210), 제1 전극(220), 절연층(230), 제2 전극(240), 제2 도전형 반도체층(250), 활성층(260) 및 제1 도전형 반도체층(270)을 포함하며, 상기 각 층들은 순차적으로 적층되어 구비되어 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(270, 250)은 각각 p형 질화물 반도체층 및 n형 질화물 반도체층일 수 있다.
상기 도전성 기판(210)은 전기적 도전성을 갖는 금속 기판 또는 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 기판(210)은 Au, Ni, Cu 및 W 중 어느 하나의 금속을 포함하는 금속 기판 또는 Si, Ge 및 GaAs 중 어느 하나를 포함하는 반도체 기판일 수 있다.
상기 제1 전극(220)은 상기 도전성 기판(210) 상에는 배치된다. 콘택 홀(H)은 상기 제2 전극(240), 제2 도전형 반도체층(250) 및 활성층(260)을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(270)의 일정 영역까지 연장될 수 있다. 상기 제1 전극(220)의 일부 영역은 상기 콘택 홀(H)을 통하여 상기 제1 도전형 반도체층(270)과 접속될 수 있다. 이로써, 상기 도전성 기판(210)과 제1 도전형 반도체층(270)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2 전극(240)은 상기 제2 도전형 반도체층(250)과 접속되도록 배치된다. 상기 제2 전극(240)은 절연층(230)에 의해 상기 제1 전극(220)과 전기적으로 절연될 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(230)은 상기 제1 전극(220)과 제2 전극(240)의 사이뿐만 아니라 상기 콘택 홀(H)의 측면에도 형성된다. 이로써, 상기 콘택 홀(H)의 측벽에 노출된 제2 전극(240), 제2 도전형 반도체층(250) 및 활성층(260)을 상기 제2 전극(240)으로부터 절연시킬 수 있다. 상기 콘택 홀(H)에 의해 제1 도전형 반도체층(270)의 콘택영역(C)이 노출되며, 상기 제2 전극(240)의 일부 영역은 상기 콘택 홀(H)을 통해 상기 콘택영역(C)에 접하도록 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(240)은 도 6b에서 도시된 바와 같이 상기 반도체 적층체 외부로 연장되어 노출된 전극 형성 영역(E)을 제공한다. 상기 전극 형성 영역(E)은 외부 전원을 상기 제2 전극(240)에 연결하기 위한 전극 패드부(247)를 구비할 수 있다. 이러한 전극 형성 영역(E)은 1개로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개로 구비할 수 있다. 상기 전극 형성 영역(E)은 도 6a에 도시된 바와 같이 발광 면적을 최대화하기 위해서 상기 반도체 발광 소자(200)의 일측 모서리에 형성할 수 있다. 상기 제2 전극(240)은 상기 제2 도전형 반도체층(250)과 오믹 콘택을 이루면서도 높은 반사율을 갖는 물질이 사용될 수 있다. 이러한 제2 전극(240)의 물질로는 앞서 예시된 반사 전극 물질이 사용될 수 있다.
도 7에 도시된 질화물 반도체 발광소자(300)는 도 6b에 도시된 질화물 발광소자(200)와 달리, 제1 도전형 반도체층(370)과 연결된 제1 전극(320)이 외부로 노출될 수도 있다.
도 7에 도시된 질화물 반도체 발광소자(300)는 앞선 예와 유사하게, 도전성 기판(310)과 그 위에 위치하며, 제2 도전형 반도체층(350), 활성층(360) 및 제1 도전형 반도체층(370)을 갖는 반도체 적층체를 포함한다. 상기 제2 도전형 반도체층(350)과 도전성 기판(310) 사이에는 제2 전극(340)이 배치될 수 있다. 상기 반도체 적층체에는 상기 콘택 홀(H)이 형성되어 제1 도전형 반도체층(370)의 콘택 영역(C)이 노출되고, 상기 콘택 영역(C)은 제1 전극(370)의 일부 영역과 연결될 수 있다. 상기 제1 전극(320)은 절연층(330)에 의하여 활성층(360), 제2 도전형 반도체층(350), 제2 전극(340), 도전성 기판(310)과 전기적으로 분리될 수 있다. 앞선 예와 달리, 상기 제1 전극(320)이 외부로 연장되어 노출된 전극 형성 영역(E)을 제공하며, 그 전극 형성 영역(E) 상에 전극 패드부(347)가 형성될 수 있다. 또한, 제2 전극(340)이 상기 도전성 기판(310)에 직접 접속됨으로써 상기 도전성 기판(310)은 상기 제2 도전형 반도체층(350)에 접속된 전극으로 제공될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치에 채용 가능한 나노 구조 반도체 발광 소자를 나타내는 개략 사시도이다.
도 8을 참조하면, 나노 구조 반도체 발광 소자(400)는, 제1 도전형 반도체 물질로 이루어진 베이스층(402)과 그 위에 배치된 다수의 나노 발광 구조물(N)을 포함할 수 있다.
상기 나노 구조 반도체 발광 소자(400)는 상기 베이스층(402)이 배치된 상면을 갖는 기판(401)을 포함할 수 있다. 상기 기판(401)의 상면에는 요철(R)이 형성될 수 있다. 상기 요철(R)은 광 추출 효율을 개선하면서 성장되는 단결정의 품질을 향상시킬 수 있다. 상기 기판(401)은 절연성, 도전성 또는 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(401)은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다.
상기 베이스층(402)은 제1 도전형 질화물 반도체층을 포함하며, 상기 나노 발광구조물(N)의 성장면을 제공할 수 있다. 상기 베이스층(402)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체일 수 있으며, Si와 같은 n형 불순물로 도프될 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스층(402)은 n형 GaN일 수 있다.
상기 베이스층(402) 상에는 나노 발광 구조물(N)(특히, 나노 코어(404)) 성장을 위한 개구를 갖는 절연층(403)이 형성될 수 있다. 상기 개구에 의해 노출된 상기 베이스층(402) 영역에 나노 코어(404)가 형성될 수 있다. 상기 절연층(403)은 나노 코어(404)를 성장하기 위한 마스크로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(403)은 SiO2 또는 SiNx와 같은 절연 물질일 수 있다.
상기 나노 발광 구조물(N)은 육각 기둥 구조를 갖는 메인부(M)와 상기 메인부(M) 상에 위치한 상단부(T)를 포함할 수 있다. 상기 나노 발광 구조물(N)의 메인부(M)는 동일한 결정면인 측면들을 가지며, 상기 나노 발광 구조물(N)의 상단부(T)는 상기 나노 발광 구조물(N)의 측면들의 결정면과 다른 결정면을 가질 수 있다. 상기 나노 발광 구조물(N)의 상단부(T)는 육각 피라미드 형상을 가질 수 있다. 이러한 구조의 구분은 실제로 나노 코어(404)에 의해 결정될 수 있으며, 나노 코어(404)를 메인부(M)와 상단부(T)로 구분하여 이해할 수도 있다.
상기 나노 발광구조물(N)은 제1 도전형 질화물 반도체로 이루어진 나노 코어(404)와, 상기 나노 코어(404)의 표면에 순차적으로 배치되는 활성층(405) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(406)을 가질 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자가 채용된 백라이트 유닛의 예를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 백라이트 유닛(1000)은 회로기판(1002) 상에 광원(1001)이 실장되며, 그 상부에 배치된 하나 이상의 광학 시트(1003)를 구비한다.
상기 광원(1001)은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 산질화물계 형광체를 함유한 백색 발광 장치일 수 있다. 본 실시예에 채용된 회로 기판(1002)은 메인 영역에 해당되는 제1 평면부(1002a)와 그 주위에 배치되어 적어도 일부가 꺽인 경사부(1002b)와, 상기 경사부(1002b)의 외측인 회로 기판(1002)의 모서리에 배치된 제2 평면부(1002c)를 가질 수 있다. 상기 제1 평면부(1002a) 상에는 제1 간격(d1)에 따라 광원이 배열되며, 상기 경사부(1002b) 상에도 제2 간격(d2)으로 하나 이상의 광원(1001)이 배열될 수 있다. 상기 제1 간격(d1)은 상기 제2 간격(d2)과 동일할 수 있다. 상기 경사부(1002b)의 폭(또는 단면에서는 길이)은 제1 평면부(1002a)의 폭보다 작으며 제2 평면부(1002c)의 폭에 비해서는 길게 형성될 수 있다. 또한, 제2 평면부(1002c)에도 필요에 따라 적어도 하나의 광원이 배열될 수 있다.
상기 경사부(1002b)의 기울기는 제1 평면부(1002a)를 기준으로 0도 보다는 크며 90도 보다는 작은 범위 안에서 적절하게 조절할 수 있다. 회로 기판(1002)은 이러한 구조를 취함으로써 광학 시트(1003)의 가장자리 부근에서도 균일한 밝기를 유지할 수 있다.
도 9에 도시된 백라이트 유닛(1000)에서 광원(1001)은 액정표시장치가 배치된 상부를 향하여 빛을 방출하는 방식인 반면에, 도 10에 도시된 다른 예의 백라이트 유닛(2000)은 기판(2002) 위에 실장된 광원(2001)이 측 방향으로 빛을 방사하며, 이렇게 방사된 빛은 도광판(2003)에 입사되어 면광원의 형태로 전환될 수 있다. 도광판(2003)을 거친 빛은 상부로 방출되며, 광추출 효율을 향상시키기 위하여 도광판(2003)의 하면에는 반사층(2004)이 배치될 수 있다.
상술된 실시예와 달리, 형광체가 직접 반도체 발광 소자나 패키지에 배치되지 않고, 백라이트 유닛의 다른 구성요소에 배치된 형태로 구현될 수 있다. 이러한 실시형태는 도 11과 도 12a 및 도 12b에 도시되어 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 직하형 백라이트 유닛(1500)은 형광체 필름(1550)과 상기 형광체 필름(1550) 하면에 배열된 광원 모듈(1510)을 포함할 수 있다. 상기 형광체 필름(1550)은 적어도 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 산질화물계 형광체를 포함할 수 있다.
도 11에 도시된 백라이트 유닛(1500)은 상기 광원 모듈(1510)을 수용할 수 있는 바텀 케이스(1560)를 포함할 수 있다. 본 실시형태에서는 바텀 케이스(1510) 상면에 형광체 필름(1550)을 배치한다. 광원 모듈(1510)로부터 방출되는 빛의 적어도 일부가 형광체 필름(1550)에 의해 파장 변환될 수 있다. 상기 형광체 필름(1550)은 별도의 필름으로 제조되어 적용될 수 있으나, 광 확산판과 일체로 결합된 형태로 제공될 수 있다. LED 광원 모듈(1510)은 회로 기판(1501)과 그 회로 기판(1501) 상면에 실장된 복수의 반도체 발광 장치(1505)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 채용된 반도체 발광 장치는 형광체가 적용되지 않은 반도체 발광 장치일 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 에지형 백라이트 유닛이 도시되어 있다.
도 12a에 도시된 에지형 백라이트 유닛(1600)은 도광판(1640)과 상기 도광판(1640)의 일측면에 제공되는 반도체 발광 장치(1605)를 포함할 수 있다. 상기 반도체 발광 장치(1605)는 반사 구조물(1620)에 의해 도광판(1640) 내부로 빛이 안내될 수 있다. 본 실시예에서, 형광체 필름(1650)은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 산질화물계 형광체를 포함하며, 도광판(1640) 측면과 상기 반도체 발광 장치(1605) 사이에 위치할 수 있다.
도 12b에 도시된 에지형 백라이트 유닛(1700)은 도 12a와 유사하게 도광판(1740)과 상기 도광판(1740)의 일측면에 제공되는 반도체 발광 장치(1705)와 반사 구조물(1720)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 채용된 형광체 필름(1750)은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 산질화물계 형광체를 포함하며, 도광판(1740)의 광 방출면에 적용되는 형태로 예시되어 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 산질화물계 형광체가 반도체 발광 장치에 직접 적용되지 않고, 백라이트 유닛 등의 다른 요소에 적용될 수도 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 13에 도시된 디스플레이 장치(2400)는, 백라이트 유닛(2200)과 액정 패널과 같은 화상 표시 패널(2300)을 포함한다. 상기 백라이트 유닛(2200)은 도광판(224)과 상기 도광판(2240)의 적어도 일 측면에 제공되는 LED 광원 모듈(2100)을 포함한다.
본 실시예에서, 상기 백라이트 유닛(2200)은 도시된 바와 같이, 바텀 케이스(2210)와 도광판(2120) 하부에 위치하는 반사판(2220)을 더 포함할 수 있다.
다양한 광학적인 특성에 대한 요구에 따라, 상기 도광판(2240)과 액정 패널(2300) 사이에는 확산 시트, 프리즘 시트 또는 보호 시트와 같은 여러 종류의 광학시트(2260)를 포함할 수 있다.
상기 LED 광원 모듈(2100)은, 상기 도광판(2240)의 적어도 일 측면에 마련되는 회로 기판(2110)과, 상기 회로 기판(2110) 상에 실장되어 상기 도광판(2240)에 광을 입사하는 복수의 반도체 발광 장치(2150)를 포함한다. 상기 복수의 반도체 발광 장치(2150)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 산질화물계 형광체를 포함하는 패키지일 수 있다. 본 실시예에 채용된 복수의 반도체 발광 장치(2150)는 광방출면에 인접한 측면이 실장된 사이드 뷰(side-view) 발광소자 패키지일 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시형태에 따른 반도체 발광소자가 채용된 조명 장치의 예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 14에 도시된 조명 장치(3000)는 일 예로서 벌브형 램프로 도시되어 있다. 발광 모듈(3003)과 구동부(3008)와 외부 접속부(3010)를 포함한다. 또한, 외부 및 내부 하우징(3006, 3009)과 커버부(3007)와 같은 외형 구조물을 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 광원모듈(3003)은 상술된 반도체 발광 장치인 LED 광원(3001)과 그 광원(3001)이 탑재된 회로 기판(3002)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 발광 소자의 제1 및 제2 전극이 회로 기판(3002)의 전극 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 본 실시예서는, 하나의 광원(3001)이 회로 기판(3002) 상에 실장된 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개로 장착될 수 있다. 또한, 상기 LED 광원(3001)은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 산질화물계 형광체를 포함할 수 있다.
외부 하우징(3006)은 열 방출부로 작용할 수 있으며, 발광 모듈(3003)과 직접 접촉되어 방열 효과를 향상시키는 열 방출판(3004) 및 조명 장치(3000)의 측면을 둘러싸는 방열 핀(3005)을 포함할 수 있다. 커버부(3007)는 발광 모듈(3003) 상에 장착되며 볼록한 렌즈 형상을 가질 수 있다. 구동부(3008)는 내부 하우징(3009)에 장착되어 소켓 구조와 같은 외부 접속부(3010)에 연결되어 외부 전원으로부터 전원을 제공받을 수 있다.
또한, 구동부(3008)는 발광 모듈(3003)의 반도체 발광 소자(3001)를 구동시킬 수 있는 적정한 전류원으로 변환시켜 제공하는 역할을 한다. 예를 들어, 이러한 구동부(3008)는 AC-DC 컨버터 또는 정류 회로 부품 등으로 구성될 수 있다.
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.
1: 산질화물계 형광체의 1차 입자
2, 3, 4, 5: 산질화물계 형광체의 2차 입자
100A, 100B: 백색 발광 장치
30, 32, 34: 반도체 발광 소자들
54: 적색 형광체
56: 녹색 형광체
200, 300: 반도체 발광 소자
400: 나노 구조 반도체 발광 소자
1000, 1500, 2000, 2200: 백라이트 유닛
1600, 1700: 에지형 백라이트 유닛
2400: 디스플레이 장치
3000: 조명 장치

Claims (10)

  1. β형 Si3N4 결정 구조를 가지며,
    조성식 Si6 - xAlxOxN8 -x: Euy (0<x≤0.3, 0.001≤y≤0.03)으로 표현되며,
    주상 형태(pillar-shaped)의 복수의 1차 입자가 결합된 2차 입자의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 산질화물계 형광체.
  2. 제1 항에 있어서,
    안식각(angle of repose)이 40도 이하인 것을 특징으로 하는 산질화물계 형광체.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 2차 입자는 상기 복수의 1차 입자가 방사형(radial shape)으로 결합된 것을 특징으로 하는 산질화물계 형광체.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 2차 입자는 상기 복수의 1차 입자 중 적어도 둘 이상의 장축의 방향이 동일하게 결합된 형태인 것을 특징으로 하는 산질화물계 형광체.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 1차 입자의 각 종횡비는 1 내지 100 인 것을 특징으로 하는 산질화물계 형광체.
  6. 제1 항에 있어서,
    평균 입도(D50)가 5 ㎛ 내지 30 ㎛인 것을 특징으로 하는 산질화물계 형광체.
  7. 제1 항에 있어서,
    입도의 사분 편차(quartile deviation, Q.D.)가 0.18 내지 0.40인 것을 특징으로 하는 산질화물계 형광체.
  8. 제1 항에 있어서,
    여기원을 조사하여 525 nm 내지 550 nm 범위의 피크 파장을 갖는 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 산질화물계 형광체.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 여기원은 420 nm 내지 470 nm 범위의 피크 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 산질화물계 형광체.
  10. 여기광을 방출하는 반도체 발광 소자;
    상기 반도체 발광 소자 주위에 배치되어 상기 여기광의 적어도 일부 광의 파장을 녹색으로 변환하는 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항의 산질화물계 형광체; 및
    상기 반도체 발광 소자의 방출 파장 및 상기 변환된 녹색광의 파장과 다른 파장의 광을 제공하는 적어도 하나의 발광 요소를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 발광 요소는, 다른 반도체 발광 소자 및 다른 형광체 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
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