KR20170096742A - 적색 산 질화물 형광체 및 이를 이용한 발광 소자 패키지 - Google Patents

적색 산 질화물 형광체 및 이를 이용한 발광 소자 패키지 Download PDF

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šœ이치 쿠보타
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Abstract

본 발명은 형광체에 관한 것으로 특히, 적색 산 질화물 형광체 및 이를 이용한 발광 소자 패키지에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 적어도 M 원소, A 원소, N 원소, O 원소, R 원소를 포함하는 조성물로서 일반식 MaAbOcNd:Re로 표현되고, 상기 M 원소는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 및 R 원소 이외의 2 가의 희토류 원소로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, 상기 A 원소는 4 가의 금속 원소로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, 상기 O 원소는 산소, 상기 N 원소는 질소, 및 상기 R 원소는 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이며, 상기 M 원소, A 원소, N 원소, O 원소, R 원소는, 2 ≤ (a + e) ≤ 4, 6 ≤ b ≤ 8, 1 ≤ c ≤ 3, 9 ≤ d ≤ 11, 및 0.0001 ≤ e ≤ 0.3의 조성을 가질 수 있다.

Description

적색 산 질화물 형광체 및 이를 이용한 발광 소자 패키지 {Oxy-nitride phosphor emitting red light and light emitting device package using same}
본 발명은 형광체에 관한 것으로 특히, 적색 산 질화물 형광체 및 이를 이용한 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 기존의 일반 조명 중 가장 대표적이라 할 수 있는 형광등을 대체 할 수 있는 차세대 발광 소자 후보 중의 하나이다.
LED는 기존의 광원보다 소비전력이 적으며, 형광등과 달리 수은을 포함하지 않아 친환경적이라 할 수 있다. 또한 기존의 광원과 비교하여 수명이 길며 응답 속도가 빠르다는 장점을 갖는다.
이러한 LED는 LED로부터 방출되는 광을 흡수하여 여러 색상의 광을 발광하는 형광체와 함께 이용될 수 있다. 이와 같은 형광체는 보통 황색, 녹색 및 적색 광을 발광할 수 있다.
이와 같은 형광체 및 청색 발광 LED를 이용하는 LED 조명은 실생활에 매우 빠르게 확장 및 적용되고 있다.
이와 같이 LED 조명의 보급이 매우 빠르게 진행되고 있지만, 이에 따라 빛의 고품질이 요구되고 있다. 구체적으로는 연색성이 높은 백색 LED 조명이 요구되고 있으며, 현재 실용화되어있는 형광체에서 생성되는 백색 LED 조명은 연색성이 부족한 실정이다.
연색성을 향상시키기 위해 발광 스펙트럼을 태양 광과 같은 연속 스펙트럼에 가깝게 조절할 필요가 있으며, 이를 위해서는 사용되는 형광체의 발광 스펙트럼의 반치폭을 넓게 할 필요가 있다.
현재까지 다양한 형광체가 개발되어 있지만, 그 중에서도 산 질화물은 화학 안정성 의해 유망한 호스트 결정이 될 수 있는 것으로 보인다.
선행 특허문헌 1은 380 내지 470nm 대역의 UV 내지 청색 영역의 빛으로 여기 가능한 LED 용 형광체에서 일반 식 MSi2O2N2(M은 Ca, Sr, Ba 중 적어도 어느 하나)을 가지는 Eu 도핑된 호스트 격자에 의한 형광체를 나타내고 있으며 녹색 내지 황색 파장 영역(발광 피크 파장: 500 내지 570nm)에서 발광을 얻을 수 있는 사항이 게재되어 있다.
선행 특허문헌 2는 MSi3O4N2 결정(M은 Ba 주체의 알칼리 토금속)에 희토류 원소를 활성제로 이용한 형광체가 제안되었으며, 이것도 녹색 내지 황색 발광(발광 피크 파장: 500 내지 560nm)이 보고하고 있다.
선행 특허문헌 3에서는 M1xBayM2zLuOvNw (M1은 Cr, Mn, Fe, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 및 Yb을 나타내고 M2는 Sr, Ca, Mg 및 Zn을 나타내고, L은 주기율표 표 제 4 족 또는 14 족에 속하는 금속 원소를 나타내고, x, y, z, u, v와 w는 각각 다음의 수치이다.
즉, 0.00001 ≤ x ≤ 3, 0 ≤ y ≤ 2.99999, 2.6 ≤ x + y + z ≤ 3, 0 < u ≤ 11, 6 < v ≤ 25 및 0 < w ≤ 17이다.
대표 조성으로 Ba2Si7O10N4 결정에 Eu을 활성제로 이용한 형광체가 제안되고 있으며, 녹색 발광(발광 피크 파장: 500 내지 550nm)이 보고되고 있다.
선행 특허문헌 4에서는 ApBqOrNs:R이 게재되고 있고, 여기서 A는 바륨 또는 바륨과 Li, Na, K, Y, Sc, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb , Dy, Ho, Er, Yb 및 Lu의 적어도 일종의 조합이며, B는 실리콘 또는 실리콘과 Al, B, Ga 및 Ge 중 적어도 1 종과의 조합이며, p가 약 2 초과 및 약 6 미만이며, q가 약 8 초과 및 약 10 미만이고, r이 약 0.1 초과 및 약 6 미만이며, s가 약 10 초과 및 약 15 미만이 되는 수이다. 결정 구조는 단사 정계인 것으로 기재되어있다. 발광 피크 파장은 500 내지 750nm의 범위에 포함된다.
그러나 이러한 선행 특허문헌에 게재된 산 질화물 형광체의 발광은 녹색 내지 황색이며, 적색 발광의 산 질화물 형광체에 대해서도 높은 발광 강도를 얻을 수 있는 것은 나타나 있지 않다.
따라서, 높은 발광 강도를 실현할 수 있는 적색 발광 스펙트럼의 형광체를 구현하는 것이 요구된다.
1. 국제특허출원(PCT) 공개공보 WO2004/030109호 2. 일본 특허공개공보 2007-223864호 2. 일본 특허공개공보 2008-138156호 4. 일본 특표 2013-538253호
본 발명은 산 질화물 형광체에 있어서, 높은 발광 강도를 실현할 수 있는 적색 산 질화물 형광체 및 이를 이용한 발광 소자 패키지를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 적어도 M 원소, A 원소, N 원소, O 원소, R 원소를 포함하는 조성물로서 일반식 MaAbOcNd:Re로 표현되고, 상기 M 원소는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 및 R 원소 이외의 2 가의 희토류 원소로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, 상기 A 원소는 4 가의 금속 원소로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, 상기 O 원소는 산소, 상기 N 원소는 질소, 및 상기 R 원소는 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이며, 상기 M 원소, A 원소, N 원소, O 원소, R 원소는, 2 ≤ (a + e) ≤ 4, 6 ≤ b ≤ 8, 1 ≤ c ≤ 3, 9 ≤ d ≤ 11, 및 0.0001 ≤ e ≤ 0.3의 조성을 가질 수 있다.
여기서, 상기 M 원소는 Sr을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 A 원소는 Si를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 R 원소는 Eu일 수 있다.
여기서, 상기 형광체는 화학식 Sr3 - xSi7N10O2:Eux로 표현될 수 있다.
이때, 상기 x의 범위는 0.001 이상 그리고 0.3 이하일 수 있다.
여기서, 상기 형광체는 사방정계의 결정구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 사방정계 결정구조는 단위 격자 부피가 1200Å3 이상일 수 있다.
여기서, 상기 형광체의 발광 스펙트럼의 정점이 600nm 내지 680nm의 범위에 위치할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 발광 소자 패키지에 있어서, 여기 광원; 상기 본 발명의 제1관점에 의한 적색 산 질화물 형광체를 포함하여 구성되어, 상기 여기 광원에서 방출되는 빛의 적어도 일부를 흡수하여 적색 광으로 변환할 수 있다.
여기서, 상기 여기 광원에서 방출되는 빛의 적어도 일부를 흡수하여 가시광 영역에서 발광 피크 파장을 가지는 제2형광체를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2형광체는, 430 내지 500nm 및 500 내지 730nm 파장 대역 중 적어도 하나의 대역에서 피크 파장을 가질 수 있다.
본 발명에 의하면 새로운 결정 구조를 가지는 높은 발광 강도를 실현할 수 있는 적색 산 질화물 형광체를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예 1의 TEM에 의한 전자선 회절상을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예 1의 X 선 회절 패턴을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5의 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 4에서 도시하는 바와 같이, 발광 피크가 630 내지 640nm 대역에 위치하는 적색 산 질화물 형광체를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 6의 X 선 회절 패턴을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 6의 발광 스펙트럼을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 발광 스펙트럼을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 산 질화물 형광체가 이용된 발광 소자 패키지의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 산 질화물 형광체가 이용된 발광 소자 패키지의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명에 의한 적색 산 질화물 형광체의 일례는, 적어도 M 원소, A 원소, N 원소, O 원소, R 원소를 포함하는 조성물로서 일반식 MaAbOcNd:Re로 표현되고, M 원소는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 및 R 원소 이외의 2 가의 희토류 원소로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, A 원소는 4 가의 금속 원소로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, O 원소는 산소, N 원소는 질소, 및 R 원소는 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이며, M 원소, A 원소, N 원소, O 원소, R 원소는, 2 ≤ (a + e) ≤ 4, 6 ≤ b ≤ 8, 1 ≤ c ≤ 3, 9 ≤ d ≤ 11, 및 0.0001 ≤ e ≤ 0.3의 조성을 가질 수 있다.
이러한 일반식에서, M 원소는 Sr을 포함할 수 있다.
이러한 일반식에서, A 원소는 Si를 포함할 수 있다.
이러한 일반식에서, R 원소는 Eu일 수 있다.
구체적으로, 이러한 적색 산 질화물 형광체는 화학식 Sr3 - xSi7N10O2:Eux로 표현될 수 있다.
이때, x의 범위는 0.001 이상 그리고 0.3 이하일 수 있다.
이러한 적색 산 질화물 형광체는 사방정계의 결정구조를 가질 수 있다.
또한, 이러한 사방정계 결정구조는 단위 격자 부피가 1200Å3 이상일 수 있다.
이러한 적색 산 질화물 형광체는 발광 스펙트럼의 정점이 600nm 내지 680nm의 범위에 위치할 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명의 적색 산 질화물 형광체의 합성 방법을 설명한다. 그러나, 본 발명은 이러한 합성 방법에 한정되지 않는다.
우선, 산 질화물의 원료로서 M 원소의 탄산염 또는 산화물, A 원소의 산화물, A 원소의 질화물, B 원소의 산화물, C 원소의 질화물, R 원소의 산화물을 소정 비 균일하게 될 때까지 혼합한다. M 원소 원료로는 금속 질화물, 수 소화물 등을 이용해도 좋다. A 원소, B 원소, C 원소로서 각각의 산화물, 질화물, 단체를 이용해도 좋다. 또한 재료의 일부 구성 원소의 합금 및 합금의 산화물, 질화물을 이용해도 좋다. 그러나 구성 성분에 질소 공급 원료는 항상 포함된다.
이하, 실시예에 나타내는 원료의 대략적인 조성 값(또는 이러한 조성의 전후 값)에서도 견딜 수 있는 충분한 특성을 가질 수 있다.
한편, 플럭스(flux)로서 작용하는 물질, 예를 들어 CaF2, SrF2, NaCl, KCl, CaCl2, SrCl2 등을 동시에 혼합하여도 무방하다.
이들 원료 혼합물을 질화 붕소 도가니 등에 넣고 1500 내지 1900 ℃에서 환원 분위기 또는 불활성 분위기에서 소성한다. 질화 붕소 도가니 외에도 몰리브덴 도가니 텅스텐 도가니를 사용할 수도 있다.
소성 온도는 1600 ~ 1800 ℃의 소성 온도가 더욱 바람직하다. 소성 시간은 3 시간 이상이며, 6 시간 이상이 더욱 바람직하다.
환원 분위기는 질소 - 수소 분위기, 암모니아 분위기 질소 - 암모니아 분위기이다. 불활성 분위기는 질소 분위기이다.
또한, 이들 재료의 일부를 혼합하여 소성하여 얻은 한 소성물에 나머지 재료를 추가 혼합 및 소성하여 원하는 형광체를 얻을 수 있었다.
이렇게 얻어진 소성물을 해쇄하여, 예를 들면 증류수, 정제수 등 불순물이 제거된 물이나 질산, 염산, 황산 등의 강산 또는 인산 등의 약산에 의해 세척하고 있다.
본 실시 형태의 산 질화물은 이러한 제조 방법에 의해 한정되지 않는다. 위에서 설명한 고상 반응뿐만 아니라 기상 반응 또는 액상 반응에 따라 제조 가능하다.
아래의 표 1은 아래에서 설명하는 각 실시예의 조성을 나타내고 있다.
　 조성 (g)
Si3N4 SrCO3 Sr3N2 Ba2CO3 Eu2O3 SiO2
실시예 1 0.9821 0.3610 0.6094 0.0475
실시예 2 0.9819 0.3410 0.6137 0.0633
실시예 3 0.9781 0.3419 0.6012 0.0789
실시예 4 0.9780 0.3220 0.6054 0.0946
실시예 5 0.9741 0.3229 0.5930 0.1100
실시예 6 0.6325 0.1668 0.9325 0.1079 0.1603
비교예 1 0.6166 1.1514 0.0280 0.2039
<실시예 1>
원료 SrCO3, Sr3N2, Si3N4, 및 Eu2O3를 표 1에 기재 한 수치(즉, 각각 0.9821g, 0.3610g, 0.6094g 및 0.0475g)의 무게를 잰 후 사발을 이용하여 30 분 이상 혼합하여 얻은 혼합물을 펠릿으로 성형 한 후 질화 붕소 도가니에 넣고 N2 가스를 이용한 가압 불활성 분위기 중, 약 1700 ℃ 약 0.9 MPa에서 약 6 시간 소성을 실시한다.
소성 후 사발에서 분쇄하고, 1 규정의 질산 수용액을 이용하여 실온에서 15 분 세척 후 침강 회수한다. 이후 산을 제거하기 위하여 2 회 세척하여 형광체를 얻을 수 있다.
<실시예 2>
원료 SrCO3, Sr3N2, Si3N4, 및 Eu2O3를 표 1에 기재 한 수치치(즉, 각각 0.9819g, 0.3410g, 0.6137g 및 0.0633g)의 무게를 잰 후 사발을 이용하여 30 분 이상 혼합하여 얻은 혼합물을 펠릿으로 성형 한 후 질화 붕소 도가니에 넣고 N2 가스를 이용한 가압 불활성 분위기 중, 약 1700 ℃ 약 0.9 MPa에서 약 6 시간 소성을 실시한다.
소성 후 사발에서 분쇄하고, 1 규정의 질산 수용액을 이용하여 실온에서 15 분 세척 후 침강 회수한다. 이후 산을 제거하기 위하여 2 회 세척하여 형광체를 얻을 수 있다.
<실시예 3>
원료 SrCO3, Sr3N2, Si3N4, 및 Eu2O3를 표 1에 기재 한 수치(즉, 각각 0.9781g, 0.3419g, 0.6012g 및 0.0789g)의 무게를 잰 후 사발을 이용하여 30 분 이상 혼합하여 얻은 혼합물을 펠릿으로 성형 한 후 질화 붕소 도가니에 넣고 N2 가스를 이용한 가압 불활성 분위기 중, 약 1700 ℃ 약 0.9 MPa에서 약 6 시간 소성을 실시한다.
소성 후 사발에서 분쇄하고, 1 규정의 질산 수용액을 이용하여 실온에서 15 분 세척 후 침강 회수한다. 이후 산을 제거하기 위하여 2 회 세척하여 형광체를 얻을 수 있다.
<실시예 4>
원료 SrCO3, Sr3N2, Si3N4, 및 Eu2O3를 표 1에 기재 한 수치(즉, 각각 0.9780g, 0.3220g, 0.6054g 및 0.0946g)의 무게를 잰 후 사발을 이용하여 30 분 이상 혼합하여 얻은 혼합물을 펠릿으로 성형 한 후 질화 붕소 도가니에 넣고 N2 가스를 이용한 가압 불활성 분위기 중, 약 1700 ℃ 약 0.9 MPa에서 약 6 시간 소성을 실시한다.
소성 후 사발에서 분쇄하고, 1 규정의 질산 수용액을 이용하여 실온에서 15 분 세척 후 침강 회수한다. 이후 산을 제거하기 위하여 2 회 세척하여 형광체를 얻을 수 있다.
<실시예 5>
원료 SrCO3, Sr3N2, Si3N4, 및 Eu2O3를 표 1에 기재 한 수치(즉, 각각 0.9741g, 0.3229g, 0.5930g 및 0.1100g)의 무게를 잰 후 사발을 이용하여 30 분 이상 혼합하여 얻은 혼합물을 펠릿으로 성형 한 후 질화 붕소 도가니에 넣고 N2 가스를 이용한 가압 불활성 분위기 중, 약 1700 ℃ 약 0.9 MPa에서 약 6 시간 소성을 실시한다.
소성 후 사발에서 분쇄하고, 1 규정의 질산 수용액을 이용하여 실온에서 15 분 세척 후 침강 회수한다. 이후 산을 제거하기 위하여 2 회 세척하여 형광체를 얻을 수 있다.
<실시예 6>
원료 SrCO3, Sr3N2, Ba2CO3, Si3N4, 및 Eu2O3를 표 1에 기재 한 수치(즉, 각각 0.6325g, 0.1668g, 0.9325g, 0.1079g 및 0.1603g)의 무게를 잰 후 사발을 이용하여 30 분 이상 혼합하여 얻은 혼합물을 펠릿으로 성형 한 후 질화 붕소 도가니에 넣고 N2 가스를 이용한 가압 불활성 분위기 중, 약 1700 ℃ 약 0.9 MPa에서 약 6 시간 소성을 실시한다.
소성 후 사발에서 분쇄하고, 1 규정의 질산 수용액을 이용하여 실온에서 15 분 세척 후 침강 회수한다. 이후 산을 제거하기 위하여 2 회 세척하여 형광체를 얻을 수 있다.
<비교예 1> (Sr1 .02Si2O2N2 상)
원료 SrCO3, Si3N4, SiO2 및 Eu2O3를 표 1에 기재 한 수치(즉, 각각 0.6166g, 1.1514g, 0.2039g 및 0.0280g)의 무게를 잰 후 사발을 이용하여 30 분 이상 혼합하여 얻은 혼합물을 펠릿으로 성형 한 후 질화 붕소 도가니에 넣고 N2 4% H2 가스를 이용한 환원 분위기 중, 약 1500 ℃에서 약 4 시간 소성을 실시한다.
소성 후 사발에서 분쇄하고, 1 규정의 질산 수용액을 이용하여 실온에서 15 분 세척 후 침강 회수한다. 이후 산을 제거하기 위하여 2 회 세척하여 형광체를 얻을 수 있다.
이상과 같이 목적으로 하는 적색 산 질화물 형광체를 얻었다.
위에서 설명한 실시예 1 내지 실시예 6의 특성은 다음과 같다.
먼저, 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예 1의 TEM에 의한 전자선 회절상을 나타낸다.
아래의 표 2에 전자선 회절 이미지에서 구한 실시예 1의 격자 상수를 나타낸다. 이 결과로부터 실시예 1의 단위 격자는 사방정계에 귀속됨을 알 수 있다.
a b c
실시예 1 36.4 6.73 5.64
도 3은 본 발명의 실시예 1의 X 선 회절 패턴을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5의 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 4에서 도시하는 바와 같이, 발광 피크가 630 내지 640nm 대역에 위치하는 적색 산 질화물 형광체를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 6의 X 선 회절 패턴을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 6의 발광 스펙트럼을 나타낸다. 여기서, Sr을 일부 Ba로 치환함으로써 발광 피크를 더 장파장으로 이동시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 발광 스펙트럼을 나타낸다.
다음의 표 3은 ICP 발광 분석 장치를 이용하여 정량한 실시예 1 내지 실시예 6의 Sr, Ba, Eu, Si 함량 및 산소 질소 분석 장치를 이용하여 정량한 실시예 1 내지 실시예 6의 O, N 함량을 나타낸다
결과(wt%)
원소 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
Sr 40.1 39.9 39.5 39.6 38.2 34.4
Ba - - - - - 7.54
Eu 2.18 2.81 3.55 4.23 4.88 3.73
Si 31.5 31.3 31.2 31.1 31.1 30.3
O 4.92 4.92 4.65 4.45 5.15 5.28
N 21.3 21.0 21.1 20.6 20.7 18.8
이러한 결과로부터 실시예 1은 몰비로 Si/(Sr + Eu)는 2.38, O/N는 0.2가 되어, 화학식 SraSibOcNd:Eue에서, 조성은 a + e = 3, b = 7, c = 2, d = 10과 같이 표시될 수 있다. 또한, 실시예 2 내지 실시예 6에 대해서도 분석 결과에 의하면 실시예 1과 동일한 조성식으로 표시된다.
<발광장치>
도 8은 본 발명의 산 질화물 형광체가 이용된 발광 소자 패키지의 일례를 나타내는 단면도이다. 이러한 도 8은 표면 실장 형 발광 소자 패키지를 나타내고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 실장 형 발광 소자 패키지(100)는 도 8에 도시된 바와 같이, 양극 및 음극의 리드 프레임(110)이 구비되고, 이 양극 및 음극의 리드 프레임(110) 중 어느 하나의 위에 위치하여 전압의 인가에 따라 빛을 발생시키는 발광 소자(120)를 포함한다. 이러한 발광 소자(120)는 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드를 이용할 수 있다.
이러한 발광 소자(120)는 리드 프레임(110)과 와이어(130)에 의하여 전기적으로 연결되고, 발광 소자(120) 상에는 광 투과 수지(140)가 몰딩된다.
또한, 이러한 광 투과 수지(140)에 분산하는 형광체(141)를 포함하여 구성된다.
여기에 사용되는 형광체(141)는 위에서 설명한 산 질화물 형광체 이외에 다른 형광체가 함께 분산되어 구비될 수 있다. 예를 들어, 황색 및 녹색 발광 형광체 등 다른 형광체와 함께 분산될 수 있다. 이때, 이러한 다른 분산 형광체는 두 종류 이상이 이용될 수 있다.
발광 소자(120)는 전압을 인가하면 400 내지 480 nm의 파장 영역에서 발광 스펙트럼의 주 피크를 갖는 광을 발생시키는 근 자외선 또는 청색 발광 소자를 사용할 수 있다.
또한, 근 자외선 발광 소자 대신 동일한 파장 영역에 주 발광 피크를 가지는 발광 소자로서, 레이저 다이오드, 면 발광 레이저 다이오드, 무기 전계 발광 소자, 유기 전계 발광 소자 등을 사용할 수도 있다. 본 발명에서는 바람직한 응용 예로서 InGaN을 포함하는 질화물 반도체 발광 다이오드가 이용되는 예를 나타내고 있다.
몰딩 부재로 사용되는 광 투과 수지(140)는 광 투과 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 요소 수지, 아크릴 수지 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는 광 투과 에폭시 수지 또는 광 투과 실리콘 수지 등이 사용될 수 있다.
이러한 광 투명 수지(140)는 발광 소자(120) 주위를 전체적으로 몰딩할 수도 있지만 필요에 따라 발광 부위에 부분적으로 몰딩하는 것도 가능하다. 즉, 소용량 발광 소자의 경우 전체적으로 몰딩하는 것이 바람직하지만, 고출력 발광 소자의 경우에는 발광 소자(120)의 대형화로 인해 전체적으로 몰딩할 경우, 광 투과 수지(140)에 분산되는 형광체(141)의 균일 분산에 불리할 수 있기 때문이다. 이 경우 발광 부위에 부분적으로 몰딩하는 것이 바람직 것이다.
도 9는 본 발명의 산 질화물 형광체가 이용된 발광 소자 패키지의 다른 예를 나타내는 단면도이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 램프형의 발광 소자 패키지(200)의 예를 나타내고 있다.
이러한 램프형의 발광 소자 패키지(200)는 한 쌍의 리드 프레임(210)과, 전압의 인가에 따라 빛을 발생시키는 발광 소자(220)를 포함한다.
발광 소자(220)는 리드 프레임(210)과 와이어(230)에 의하여 전기적으로 연결되고, 발광 소자(220) 상에는 광 투과 수지(240)가 몰딩된다.
이러한 광 투과성 수지(240)에는 형광체(241)가 분산되어 구비될 수 있고, 광 투과성 수지(240) 상에는 소자 전체의 외부 공간을 마감하는 외장재(250)가 구비될 수 있다.
여기서 사용되는 형광체(241)는 위에서 설명한 산 질화물 형광체 이외에 다른 형광체, 예를 들어, 황색 및 녹색 발광 형광체 등 다른 형광체와 함께 분산될 수 있다. 이때, 이러한 다른 분산 형광체는 두 종류 이상이 이용될 수 있다.
본 실시예의 광 투과성 수지(240)도 발광 소자(220) 주위를 전체적으로 몰딩 할 수도 있지만 필요에 따라 발광 부위에 부분적으로 몰딩되어 구비될 수도 있다. 이러한 이유는 앞에서 언급된 바와 같다.
위에서 상세히 설명한 본 발명에 따른 표면 실장형 발광 소자 패키지(100) 또는 램프형의 발광 소자 패키지(200)는 백색 발광 패키지로 구현될 수 있다. 이러한 백색광이 구현되는 과정을 설명하면 다음과 같다.
InGaN 계열의 발광 소자(120, 220)에서 출사되는 근 자외선에 해당하는 400 내지 480 nm 파장 영역의 푸른 빛이 형광체(141, 241)를 통과하게 된다. 여기에 일부 빛은 형광체(141, 241)를 구동시켜 발광 파장 중심이 500 내지 600 nm 범위의 주요 피크를 갖는 광을 발생시키고, 나머지 빛은 푸른 빛으로 그대로 투과시킨다.
그 결과, 400 내지 700 nm의 넓은 파장의 스펙트럼을 갖는 백색광을 발광하게 된다.
형광체(141, 241)는 위에서 설명한 산 질화물 형광체 이외에 다른 형광체가 함께 분산되어 구비될 수 있다.
예를 들어, 이들 형광체(141, 241)는 위에서 설명한 산 질화물 형광체(이하, 제1형광체)와 다른 발광 피크를 가지는 제2형광체가 혼합되어 함께 이용될 수 있다.
이러한, 발광 소자 패키지(100, 200)는, 적어도 430 내지 500 nm 및 500 내지 730 nm 파장 대역 중 적어도 어느 하나에서 하나 이상의 발광 피크를 가지는 발광 스펙트럼을 가질 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100, 200: 발광 소자 패키지 110, 210: 리드 프레임
120, 220: 발광 소자 130, 230: 와이어
140, 240: 광 투과 수지 141, 241: 형광체

Claims (12)

  1. 적어도 M 원소, A 원소, N 원소, O 원소, R 원소를 포함하는 조성물로서 일반식 MaAbOcNd:Re로 표현되고,
    상기 M 원소는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 및 R 원소 이외의 2 가의 희토류 원소로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, 상기 A 원소는 4 가의 금속 원소로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, 상기 O 원소는 산소, 상기 N 원소는 질소, 및 상기 R 원소는 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이며,
    상기 M 원소, A 원소, N 원소, O 원소, R 원소는, 2 ≤ (a + e) ≤ 4, 6 ≤ b ≤ 8, 1 ≤ c ≤ 3, 9 ≤ d ≤ 11, 및 0.0001 ≤ e ≤ 0.3의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 적색 산 질화물 형광체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 M 원소는 Sr을 포함하는 것을 특징으로 하는 적색 산 질화물 형광체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 A 원소는 Si를 포함하는 것을 특징으로 하는 적색 산 질화물 형광체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 R 원소는 Eu인 것을 특징으로 하는 적색 산 질화물 형광체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 형광체는 Sr3 - xSi7N10O2:Eux로 표현되는 것을 특징으로 하는 적색 산 질화물 형광체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 x의 범위는 0.001 이상 그리고 0.3 이하인 것을 특징으로 하는 적색 산 질화물 형광체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 형광체는 사방정계의 결정구조를 가지는 것을 특징으로 하는 적색 산 질화물 형광체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 사방정계 결정구조는 단위 격자 부피가 1200Å3 이상인 것을 특징으로 하는 적색 산 질화물 형광체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 형광체의 발광 스펙트럼의 정점이 600nm 내지 680nm의 범위에 위치하는 것을 특징으로 하는 적색 산 질화물 형광체.
  10. 발광 소자 패키지에 있어서,
    여기 광원;
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 적색 산 질화물 형광체를 포함하여 구성되어, 상기 여기 광원에서 방출되는 빛의 적어도 일부를 흡수하여 적색 광으로 변환하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  11. 제10항에 있어서, 상기 여기 광원에서 방출되는 빛의 적어도 일부를 흡수하여 가시광 영역에서 발광 피크 파장을 가지는 제2형광체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2형광체는, 430 내지 500nm 및 500 내지 730nm 파장 대역 중 적어도 하나의 대역에서 피크 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
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