WO2016032178A1 - 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광 소자 패키지 및 조명 시스템 - Google Patents

형광체 조성물, 이를 포함하는 발광 소자 패키지 및 조명 시스템 Download PDF

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WO2016032178A1
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light emitting
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light
yellow
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문지욱
김형진
임창만
민봉걸
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엘지이노텍(주)
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    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • Embodiments relate to a phosphor composition comprising a plurality of phosphors, a light emitting device package and an illumination system comprising the same.
  • Light emitting devices such as light emitting diodes or laser diodes using semiconductor III-V or II-VI compound semiconductor materials have various colors such as red, green, blue and ultraviolet light due to the development of thin film growth technology and device materials. It is possible to realize efficient white light by using fluorescent materials or combining colors, and it has advantages of low power consumption, semi-permanent life, fast response speed, safety and environmental friendliness compared to conventional light sources such as fluorescent and incandescent lamps. Has
  • the method of implementing white light is divided into a single chip type method in which fluorescent materials are combined on a blue or ultraviolet (UV) light emitting diode chip and manufactured in a multi-chip type and combined with each other to obtain white light.
  • fluorescent materials are combined on a blue or ultraviolet (UV) light emitting diode chip and manufactured in a multi-chip type and combined with each other to obtain white light.
  • a method of obtaining white light by exciting light emitted from a blue LED and at least one phosphor using the same is used.
  • the embodiment is intended to include a green phosphor, a yellow phosphor, and a red phosphor to implement a phosphor composition and a light emitting device package having improved luminance and high color rendering index.
  • Examples include green phosphors, yellow phosphors and red phosphors, wherein the yellow phosphors provide a phosphor composition represented by the formula Li m-2X Si 12-mn Al m + n O n N 16-n : Eu 2+ . .
  • the emission wavelength of the yellow phosphor may be 570 nm to 600 nm.
  • the green phosphor is LuAG: Ce 3+ , Sr 2 SiO 4 : Eu 2+ , K 2 SiF 6 : Mn, La 3 Si 6 N 11 : Ce, Ba 2 Si 5 N 8 : Eu and Ba 2 SiO 4 : Eu At least one of 2+ .
  • the emission wavelength of the green phosphor may be 510 nm to 550 nm.
  • the red phosphor may be at least one of CaAlSiN 3 : Eu 2+ , SrAlSiN 3 : Eu 2+, and Sr 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ .
  • the emission wavelength of the red phosphor may be 600 nm to 660 nm.
  • At least one of the yellow phosphor, the green phosphor, and the red phosphor may have an excitation wavelength of 300 nm to 500 nm.
  • the green phosphor, the yellow phosphor, and the red phosphor may have a mass ratio of 0.5 to 0.8: 0.1 to 0.4: 0.01 to 0.1.
  • Another embodiment includes a green phosphor, a yellow phosphor and a red phosphor, wherein the yellow phosphor is a sialon (SiAlON) phosphor on alpha ( ⁇ ), and the green phosphor, the yellow phosphor, and the red phosphor are 0.5 to 0.8:
  • a phosphor composition having a mass ratio of 0.1 to 0.4: 0.01 to 0.1.
  • Another embodiment is a package body; A light emitting element disposed on the package body; A molding part surrounding the light emitting device and disposed on the package body; And the phosphor composition of any one of the above-described phosphor compositions excited by light emitted from the light emitting device; It provides a light emitting device package comprising a.
  • the phosphor composition may be dispersed and disposed in the molding part.
  • the phosphor composition may be disposed in contact with the light emitting device to form a layer.
  • the phosphor composition may be disposed to form a layer surrounding at least one of an outer surface of the light emitting device, an exposed upper surface of the package body, and an outer surface of the molding part.
  • the light emitting device may emit blue light.
  • the color rendering index of light mixed with light emitted from the light emitting element and light excited by the light emitted from the light emitting element and emitted from the phosphor composition may be 70 or more and 99 or less.
  • Another embodiment may include a substrate; A light emitting element disposed on the substrate, a light emitting element disposed on the package body, a molding part surrounding the light emitting element and disposed on the package body, and excited by light emitted from the light emitting element.
  • a light emitting device package comprising the phosphor composition of any one of claims 1 to 12; And an optical member for converting a path of light emitted from the light emitting device package.
  • the yellow phosphor of the Li-SiAlON system may be included to implement white light having improved luminance and good color rendering index.
  • 1 is a view showing optical characteristics of an embodiment of a yellow phosphor
  • FIG. 2 is a view showing an embodiment of a light emitting device package
  • FIG. 3 is a view showing an embodiment of a light emitting device
  • 4A to 4B are diagrams showing optical characteristics of a light emitting device package
  • 5 to 6 are views showing another embodiment of the light emitting device package.
  • the above (on) or below (on) or under) when described as being formed on the "on or under” of each element, the above (on) or below (on) or under) includes two elements in which the two elements are in direct contact with each other or one or more other elements are formed indirectly between the two elements.
  • the above (on) or below when expressed as “on” or "under”, it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one element.
  • relational terms such as “first” and “second”, “upper / upper / up”, and “lower / lower / lower”, etc., used hereinafter, refer to any physical or logical relationship or order between such entities or elements. May be used only to distinguish one entity or element from another entity or element without necessarily requiring or implying.
  • each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. Also, the size of each component does not fully reflect its actual size.
  • the phosphor composition of the embodiment includes a green phosphor, an Amber phosphor, and a red phosphor, and the Amber phosphor may be represented by the following Chemical Formula 1.
  • the green phosphor, the yellow phosphor, and the red phosphor refer to phosphors which are excited to emit light in the green wavelength region, the yellow wavelength region, and the red wavelength region, respectively.
  • the yellow phosphor represented by Chemical Formula 1 is a sialon (SiAlON) -based phosphor on alpha ( ⁇ ), and may be excited by light in a blue or visible light region to emit light in a yellow wavelength region.
  • the yellow phosphor of Chemical Formula 1 may be 300 nm to 500 nm, and specifically, may have an excitation wavelength of 400 nm to 500 nm.
  • the emission wavelength of the yellow phosphor of Formula 1 may be 570nm to 600nm.
  • A is a yellow phosphor of the comparative example, and Ca- ⁇ -SiAlON phosphor is used, and B is a yellow phosphor having a composition of Formula 1 included in the examples.
  • Example represents an excitation wavelength band and “Emission” represents an emission wavelength band.
  • the excitation wavelength corresponds to 350 nm to 500 nm, and in Example (B), the excitation energy is higher than that in Comparative Example (A).
  • Example (B) when the peak of the emission wavelength band is compared, the peak of the emission wavelength is shifted to the shorter wavelength in Example (B), and the intensity at the peak of the emission wavelength is also shown in Comparative Example (A). It can be seen that it is increased in Example (B).
  • Table 1 shows optical property values of the yellow phosphors of Comparative Example (A) and Example (B) shown in the graph of FIG. 1.
  • the optical characteristics described in Table 1 are the emission peak wavelength (Wp), full width at half maximum, and relative luminance value (%) of the phosphor.
  • the relative luminance value represents the luminance of Example (B) as a relative value when the luminance of Comparative Example (A) is 100% when the phosphor is excited by light of 450 nm wavelength.
  • the luminescence center wavelength Wp was 595 nm in the yellow phosphor of Comparative Example (A), while the yellow phosphor of Example (B) was shifted to short wavelength at 583 nm, and is represented by Formula 1 (B).
  • the full width at half maximum of the yellow phosphor may be 84 nm.
  • the embodiment (B) may have a brightness improvement effect of about 3% compared to the comparative example (A).
  • the phosphor composition examples include LuAG: Ce 3+ , Sr 2 SiO 4 : Eu 2+ , K 2 SiF 6 : Mn, La 3 Si 6 N 11 : Ce, Ba 2 Si 5 N 8 : Eu, and Ba 2 SiO 4 : It may include a green phosphor of any one of Eu 2+ .
  • the green phosphor may have an emission wavelength characteristic of 510 nm to 550 nm.
  • the green phosphor may have an excitation wavelength of 300 nm to 500 nm.
  • the phosphor composition of the embodiment may include at least one red phosphor of CaAlSiN 3 : Eu 2+ , SrAlSiN 3 : Eu 2+, and Sr 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ .
  • the emission wavelength of the red phosphor included in the embodiment may be 600nm to 660nm.
  • the above-described red phosphor may have an excitation wavelength of 300 nm to 500 nm.
  • the phosphor composition of the embodiment includes red, green and yellow phosphors, wherein the yellow phosphors may be Li- ⁇ -SiAlON phosphors represented by Formula 1, and such phosphor compositions are excited by light emitted from the light emitting device. White light can be realized.
  • the phosphor composition of the embodiment includes a yellow phosphor represented by Chemical Formula 1, referring to the results of FIG. 1 and Table 1, the phosphor composition may have a high luminance as compared with the case where the conventional yellow phosphor is applied.
  • the red phosphor may be further included in the phosphor composition in order to prevent a decrease in color reproducibility caused by the shift of the emission center wavelength of the yellow phosphor.
  • the white light implemented by the phosphor composition of this embodiment may have an improved luminous flux, exhibit a good color rendering index, and implement light having a color coordinate similar to that of the conventional phosphor composition.
  • the mass ratio of the green phosphor, the yellow phosphor, and the red phosphor may be 0.5 to 0.8: 0.1 to 0.4: 0.01 to 0.1.
  • the green phosphor may have a mass ratio of 65%, the yellow phosphor represented by Formula 1, 31%, and the red phosphor 4% with respect to the weight of the entire phosphor composition.
  • the color coordinate value of the emitted light may exhibit a difference from the color coordinate value of the white light implemented by the conventional phosphor composition.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a first embodiment 200A of a light emitting device package.
  • the light emitting device package 200A may include a package body 100, a light emitting device 110 disposed on the package body 100, and a molding part surrounding the light emitting device 110 and disposed on the package body 100. 190 and the phosphor composition 170 of the above-described embodiment.
  • the package body 100 may be formed of a silicon material, a synthetic resin material, or a metal material, and may be made of a ceramic material having excellent thermal conductivity.
  • the package body 100 may include a lead frame (not shown) for electrical connection with the light emitting device.
  • the lead frame may be made of a conductive material such as copper, and may be disposed by plating gold (Au) as an example.
  • the lead frame may reflect light emitted from the light emitting element 110.
  • the light emitting device 110 may include a light emitting diode.
  • the light emitting device 110 includes a substrate 10, a first conductivity type semiconductor layer 22, an active layer 24, and a second conductivity type semiconductor layer ( 26, a first electrode 42 and a second electrode 44.
  • the substrate 10 may be formed of a material suitable for growing a semiconductor material, a carrier wafer, may be formed of a material having excellent thermal conductivity, and may include a conductive substrate or an insulating substrate.
  • the substrate 10 may use at least one of sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga 2 0 3 .
  • the substrate 10 may have irregularities on its surface in order to increase light extraction efficiency.
  • a buffer layer may be disposed between the substrate 10 and the conductive semiconductor layers 22 and 26.
  • the buffer layer may be disposed to mitigate the difference in lattice mismatch and thermal expansion coefficient between the conductive semiconductor layers 22 and 26 and the substrate 10 material.
  • the buffer layer may be a compound semiconductor of Group 3-5 or Group 2-6, and may include, for example, at least one of GaN, InN, AlN, InGaN, InAlGaN, and AlInN.
  • the light emitting structure 20 includes a first conductive semiconductor layer 22, an active layer 24, and a second conductive semiconductor layer 26.
  • the first conductive semiconductor layer 22 may be implemented with compound semiconductors such as group III-V and group II-VI, and may be doped with the first conductive dopant.
  • the first conductive semiconductor layer 22 is a semiconductor material having Al x In y Ga (1-xy) N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1), AlGaN. , GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP may be formed of any one or more.
  • the first conductivity type dopant may include an n type dopant such as Si, Ge, Sn, Se, Te, or the like.
  • the first conductivity type semiconductor layer 22 may be formed as a single layer or a multilayer, but is not limited thereto.
  • the active layer 24 is disposed between the first conductive semiconductor layer 22 and the second conductive semiconductor layer 26, and has a single well structure, a multi well structure, a single quantum well structure, and a multi quantum well.
  • a multi-quantum well (MQW) structure, a quantum dot structure or a quantum line structure may be included.
  • the active layer 24 is formed of a well layer and a barrier layer, for example, AlGaN / AlGaN, InGaN / GaN, InGaN / InGaN, AlGaN / GaN, InAlGaN / GaN, GaAs (InGaAs) using a compound semiconductor material of group III-V elements.
  • a barrier layer for example, AlGaN / AlGaN, InGaN / GaN, InGaN / InGaN, AlGaN / GaN, InAlGaN / GaN, GaAs (InGaAs) using a compound semiconductor material of group III-V elements.
  • / AlGaAs, GaP (InGaP) / AlGaP may be formed of any one or more pair structure, but is not limited thereto.
  • the well layer may be formed of a material having an energy band gap smaller than the energy band gap of the barrier layer.
  • the second conductive semiconductor layer 26 may be formed of a semiconductor compound.
  • the second conductive semiconductor layer 26 may be formed of a compound semiconductor such as a group III-V group or a group II-VI, and may be doped with a second conductive dopant.
  • the second conductivity-type semiconductor layer 26 is, for example, a semiconductor material having a compositional formula of In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1), AlGaN , GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP may be formed of one or more, for example, the second conductive semiconductor layer 26 may be made of Al x Ga (1-x) N.
  • the second conductive dopant may be a p-type dopant such as Mg, Zn, Ca, Sr, or Ba.
  • the second conductive semiconductor layer 26 may be formed as a single layer or a multilayer, but is not limited thereto.
  • the light emitting device 110 may include a plurality of electrodes 42 and 44 on one surface thereof.
  • the plurality of electrodes 42 and 44 may be the first electrode 42 and the second electrode 44.
  • the first electrode 42 and the second electrode 44 may be positioned at both sides of the light emitting device 110, and the first electrode 42 is a first conductive semiconductor layer 22 etched in a mesa structure.
  • a second electrode 44 may be disposed on the second conductivity-type semiconductor layer 26.
  • a translucent conductive layer 30 is further disposed on the second conductive semiconductor layer 26 of the light emitting device 110 so that a current is evenly distributed over a large area from the second electrode pad 44 to the second conductive semiconductor layer 26.
  • the transparent conductive layer 30 may be formed of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IZAZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), or IGTO.
  • Zinc Oxide Indium Gallium Tin Oxide
  • AZO Alluminum Zinc Oxide
  • ATO Antimony Tin Oxide
  • GZO Ga Zinc Oxide
  • IZON IZO Nitride
  • AGZO Al-Ga ZnO
  • IGZO In-Ga ZnO
  • ZnO zinc oxide
  • IrOx iridium oxide
  • Rux nickel oxide
  • NiO nickel oxide
  • RuOx / ITO Ni / IrOx / Au
  • Au Ni / IrOx / Au
  • the vertical light emitting device and the flip chip type light emitting device may be disposed in addition to the horizontal light emitting device of FIG. 2. Can be.
  • the light emitting device 110 may emit light in a first wavelength region, and the first wavelength region may be a region of blue light or ultraviolet light.
  • the light emitting device 110 may be electrically connected to the package body 100 or the lead frame through the wire 160.
  • the wire 160 may be made of a conductive material, and may be made of gold (Au) having a diameter of about 0.8 mm to about 1.6 mm (mm). If the wire 160 is too thin, it may be cut by an external force. If the wire 160 is too thick, the material cost may increase and may be an obstacle to the progress of light emitted from the light emitting device 110.
  • a molding unit 190 may be disposed on the package body 100 to surround the light emitting device 110 and the like.
  • the molding part 190 may be formed of a dome type and may be arranged in another shape to adjust the light exit angle of the light emitting device package.
  • the molding unit 190 may surround and protect the light emitting device 110, and may act as a lens that changes a path of light emitted from the light emitting device 110.
  • the molding unit 190 may include a resin layer, and the resin layer may include a mixture including any one of a silicone resin, an epoxy resin, and an acrylic resin, or a resin selected from a group of compounds thereof.
  • the phosphor composition 170 may be included in the molding unit 190.
  • the phosphor composition 170 may be dispersed and disposed in the resin layer of the molding part 190.
  • 4A to 4B are diagrams showing optical characteristics of the light emitting device package embodiment including the phosphor composition of the above-described embodiment.
  • FIG. 4A is a graph showing optical characteristics of a light emitting device package when the phosphor composition includes two kinds of phosphors
  • FIG. 4B is a light emitting element when the phosphor composition of the above-described embodiment including three kinds of phosphors is applied.
  • Comparative Example 1 corresponds to a case in which a LuAG series green phosphor and a Ca- ⁇ -SiAlON yellow phosphor are used as optical characteristics of a light emitting device package including two conventional phosphors.
  • Comparative Example 2 is to change the yellow phosphor in the composition of Comparative Example 1, and corresponds to the luminescence properties when using a LuAG-based green phosphor and a Li- ⁇ -SiAlON yellow phosphor having a composition of the formula (1).
  • Comparative Example 2 including the yellow phosphor of Chemical Formula 1, luminance may be improved as compared with Comparative Example 1.
  • Table 2 shows the optical characteristic values in the light emitting device package of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 of FIG.
  • the light characteristics of the light emitting device package may be divided into luminous intensity and color, and the luminous intensity is relative luminance (%) relative to Comparative Example 1, and the color characteristic is CIE (Commission International de I'Eclairage) color coordinate value and color rendering index ( CRI).
  • CIE Commission International de I'Eclairage
  • Comparative Example 2 the luminance was improved compared to Comparative Example 1, but it can be seen that the color rendering index was lowered due to the lower color rendering index value.
  • Table 3 show the optical characteristics of the light emitting device package example and the comparative example 1 in the case of using the phosphor composition of the example including the green, yellow, and red phosphors.
  • the phosphor composition included in the example may be a case in which the red phosphor is further included in the phosphor composition of Comparative Example 2 shown in FIG. 4A, wherein the red phosphor may be CaAlSiN: Eu 2+ .
  • the light emitting device package of the embodiment including the phosphor composition in which three kinds of phosphors are mixed shows improved luminance as compared with Comparative Example 1, and color coordinate values and color rendering index values are also different in color characteristics. It can be seen that it appears similar to Comparative Example 1.
  • a yellow phosphor of Li- ⁇ -SiAlON which may be represented by Chemical Formula 1 by changing a conventional yellow phosphor, is applied, and further includes a red phosphor so that there is no deterioration in color characteristics.
  • Luminance may have improved optical properties.
  • A when green phosphor A, yellow phosphor B, and red phosphor C, for example, A may be LuAG: Ce 3+ , and B may be Li m-2X Si 12-mn Al m. + n O n N 16-n : Eu 2+ ( 2 ⁇ m ⁇ 5, 2 ⁇ n ⁇ 10, 0.01 ⁇ X ⁇ 1), and C may be CaAlSiN 3: Eu 2+ .
  • the phosphor composition included in Comparative Example 1 includes a green phosphor and a yellow phosphor, wherein the green phosphor A may be LuAG: Ce 3+ , and the yellow phosphor B ′ may be a CaSiAlON: Eu 2+ phosphor.
  • Table 4 shows the mass ratio of each phosphor in the phosphor composition of Comparative Example 1 and Examples (Examples 1 to 3).
  • Table 5 shows the optical characteristics of Comparative Example 1 and Examples of Table 4.
  • the optical property values of Table 5 may be the case of the light emitting device package 200A of the embodiment shown in FIG. 2, but are not limited thereto and may include other embodiments of the light emitting device package described later.
  • the light emitting device package of the embodiment may have an effect of emitting light without deterioration of color characteristics even if the luminance is increased.
  • Example 1 A: B ' 78: 22
  • Example 1 A: B: C 63: 34: 4
  • Example 2 A: B: C 65: 31: 4
  • Example 3 A: B: C 67: 29: 4
  • 5 and 6 illustrate other embodiments 200B and 200C of the light emitting device package.
  • the phosphor composition 170 may be formed as a layer on the light emitting device 110.
  • the phosphor composition 170 may be coated and disposed while contacting the light emitting device 110, and may be disposed by forming a layer having a predetermined thickness by a conformal coating method.
  • the phosphor layer formed by the coating of the phosphor composition 170 may be disposed on the top surface of the light emitting device 110, but is not limited thereto.
  • the phosphor layer may be disposed to surround the entire side and top surfaces of the light emitting device.
  • light emitted from the light emitting device may be wavelength-converted through the phosphor layer of the phosphor composition to emit light.
  • the light emitting device package may emit white light.
  • FIG 6 illustrates another embodiment of the light emitting device package 200C.
  • the phosphor composition 170 of the embodiment surrounds at least one of an outer surface of the light emitting device 110, an exposed upper surface of the package body 100, and an outer surface of the molding unit 190. Can be arranged in layers.
  • the phosphor composition 170 surrounds the outer surface of the light emitting device 110, and the upper surface and the molding 190 of the package body 100 in which the light emitting device 110 is not disposed. It can surround and arrange the outer surface.
  • the phosphor composition 170 layered in FIG. 6 may be formed by coating to form a phosphor layer, and a protective layer (not shown) may be further included outside the formed phosphor layer.
  • the protective layer may be to protect the exposed phosphor layer, the SiO 2 (Silicone Dioxide) or Si 3 N 4 (Silicone Nitride) film is sputtering, injection compression molding or chemical vapor growth method It may be formed by a method such as (CVD: Chemical Vapor Deposition).
  • the protective layer may be formed on the upper surface of the phosphor layer of the phosphor composition, it may be formed in a thin film form using a spray coating method.
  • the light emitting device package embodiments 200A, 200B, and 200C of FIGS. 2, 5, and 6 that include a phosphor composition including a yellow phosphor, a green phosphor, and a red phosphor having a composition of Formula 1, are emitted from the light emitting device.
  • the excited light may be excited to implement white light.
  • the light emitted from the light emitting device may be blue light
  • the color rendering index among the color characteristics of the light emitted from the light emitting device package (200A, 200B, 200C) of the embodiment may be 70 or more and 99 or less, the light emitted from the light emitting device package (200A, 200B, 200C) is The light emitted may be light mixed with light emitted from the phosphor composition by being excited by light emitted from the light emitting device.
  • the embodiment of the light emitting device package is not limited to the embodiment shown in the drawings.
  • the package body 100 may be provided. It may further include a cavity.
  • the cavity may be formed on the top surface of the package body 100, and the top may be open and may be formed of side and bottom surfaces.
  • the cavity may be formed in a cup shape, a concave container shape, or the like, and the side surface of the cavity may be vertically or inclined with respect to the bottom surface, and may vary in size and shape.
  • the shape of the cavity viewed from above may be circular, polygonal, elliptical, or the like, and may be a curved shape, but is not limited thereto.
  • the light emitting device 110 may be disposed in the cavity, and the molding part 190 may be formed to surround the light emitting device 110 and fill the inside of the cavity.
  • the molding part 190 may include the phosphor composition of the above-described embodiment.
  • an image display device and an illumination device will be described as an embodiment of a lighting system in which the above-described light emitting device packages 200A, 200B, and 200C are disposed.
  • a plurality of light emitting device packages 200A, 200B, and 200C may be arranged on a substrate, and a light guide plate, a prism sheet, and a diffusion sheet, which are optical members, may be arranged on an optical path of the light emitting device packages 200A, 200B, and 200C. And the like can be arranged.
  • the light emitting device packages 200A, 200B, and 200C, the substrate, and the optical member may function as a backlight unit.
  • the display device including the light emitting device packages 200A, 200B, and 200C may be implemented as a display device, an indicator device, and a lighting device.
  • the display device may include a bottom cover, a reflector disposed on the bottom cover, a light emitting module for emitting light, a light guide plate disposed in front of the reflector, and guiding light emitted from the light emitting module to the front, and in front of the light guide plate.
  • An optical sheet including prism sheets disposed, a display panel disposed in front of the optical sheet, an image signal output circuit connected to the display panel and supplying an image signal to the display panel, and a color filter disposed in front of the display panel. It may include.
  • the bottom cover, the reflector, the light emitting module, the light guide plate, and the optical sheet may form a backlight unit.
  • the lighting apparatus includes a light source module including a substrate and light emitting device packages 200A, 200B, and 200C according to an embodiment, a radiator for dissipating heat from the light source module, and a light source by processing or converting an electrical signal provided from the outside. It may include a power supply provided to the module.
  • the lighting device may include a lamp, a head lamp, or a street lamp.
  • the head lamp includes a light emitting module including light emitting device packages 200A, 200B, and 200C disposed on a substrate, a reflector reflecting light emitted from the light emitting module in a predetermined direction, for example, a front surface, and reflecting by a reflector.
  • the lens may include a shade that is reflected by a lens and a reflector that refracts the light forward, to block or reflect a portion of the light directed to the lens to achieve a light distribution pattern desired by the designer.
  • the reflector, the lens, the shade, etc. may be referred to as an optical member.
  • the brightness may be improved, and even when the brightness is improved and the light efficiency is increased, There is no change in the color coordinates and the color rendering index, so that the effect of the color characteristics is good.
  • the phosphor composition according to the embodiment may be used in a light emitting device package, thereby improving luminance and color rendering index of light emitted from the light emitting device package.

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Abstract

실시예는 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체를 포함하고, 황색 형광체는 화학식 Li(m-2X)Si(12-m-n)Al(m+n)OnN(16-n):Eu2+ (여기서, 2≤m≤5, 2≤n≤10, 0.01≤X≤1 이다) 로 표시되는 형광체 조성물 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지를 제공하며, 실시예의 발광 소자 패키지는 개선된 휘도와 연색지수를 갖는 백색광을 구현할 수 있다.

Description

형광체 조성물, 이를 포함하는 발광 소자 패키지 및 조명 시스템
실시예는 복수의 형광체를 포함하는 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광 소자 패키지 및 조명 시스템에 관한 것이다.
반도체의 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광다이오드 (Light Emitting Diode)나 레이저다이오드와 같은 발광 소자는 박막 성장기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색광도 구현이 가능하며 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
백색광을 구현하는 방법에 있어서는 단일 칩 형태의 방법으로 청색이나 자외선(UV: Ultra Violet) 발광 다이오드 칩 위에 형광물질을 결합하는 것과 멀티 칩 형태로 제조하여 이를 서로 조합하여 백색광을 얻는 방법으로 나누어진다.
멀티 칩 형태의 경우 대표적으로 RGB(Red, Green, Blue)의 3 종류의 칩을 조합하여 제작하는 방법이 있으며, 이는 각각의 칩마다 동작전압의 불균일하거나, 주변 환경에 의한 각각의 칩의 출력의 차이로 인하여 색좌표가 달라지는 문제점을 가진다.
또한, 단일칩으로 백색광을 구현하는 경우에 있어서, 청색 LED로부터 발광하는 빛과 이를 이용해서 적어도 하나의 형광체들을 여기 시켜 백색광을 얻는 방법이 사용되고 있다.
이러한 형광체 조성물을 이용한 백색광의 구현에 있어서, 휘도와 연색지수(Color Rendering Index:CRI)를 개선하는 시도가 계속되고 있으나, 광속(Luminous flux)의 저하가 없으면서 높은 연색지수 값을 갖는 백색광을 구현하는 것이 용이하지 않은 문제가 있다.
실시예는 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체를 포함하도록 하여 휘도가 개선되고 연색지수가 높은 형광체 조성물 및 발광 소자 패키지를 구현하고자 한다.
실시예는 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체를 포함하고, 상기 황색 형광체는 화학식 Lim-2XSi12-m-nAlm+nOnN16-n:Eu2+로 표시되는 형광체 조성물을 제공한다. 여기서, 2≤m≤5, 2≤n≤10, 0.01≤X≤1 일 수 있다.
황색 형광체의 발광 파장은 570nm 내지 600nm 일 수 있다.
상기 녹색 형광체는 LuAG:Ce3+, Sr2SiO4:Eu2+ , K2SiF6:Mn, La3Si6N11:Ce, Ba2Si5N8:Eu 및 Ba2SiO4:Eu2+ 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 녹색 형광체의 발광 파장은 510nm 내지 550 nm 일 수 있다.
상기 적색 형광체는 CaAlSiN3:Eu2+, SrAlSiN3:Eu2+ 및 Sr2Si5N8:Eu2+ 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 적색 형광체의 발광 파장은 600nm 내지 660nm일 수 있다.
상기 황색 형광체와 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 적어도 하나는 300nm 내지 500nm의 여기 파장을 가질 수 있다.
상기 녹색 형광체, 상기 황색 형광체 및 상기 적색 형광체는 0.5~0.8 : 0.1~0.4 : 0.01~0.1 의 질량비를 가질 수 있다.
다른 실시예는 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체를 포함하고, 상기 황색 형광체는 알파(α) 상의 사이알론(SiAlON)계 형광체이고, 상기 녹색 형광체, 상기 황색 형광체 및 상기 적색 형광체는 0.5~0.8 : 0.1~0.4 : 0.01~0.1 의 질량비를 갖는 형광체 조성물을 제공한다.
또 다른 실시예는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 발광 소자; 상기 발광 소자를 둘러싸고 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 몰딩부; 및 상기 발광 소자에서 방출된 광에 의하여 여기 되는 상술한 형광체 조성물의 실시예들 중 어느 하나의 형광체 조성물; 을 포함하는 발광 소자 패키지를 제공한다.
상기 형광체 조성물은 상기 몰딩부 내에 분산되어 배치될 수 있다.
상기 형광체 조성물은 상기 발광 소자와 접촉하여 층을 이루어 배치될 수 있다.
상기 형광체 조성물은 상기 발광 소자의 외면, 상기 패키지 몸체의 노출된 상부면 및 상기 몰딩부의 외면 중 적어도 하나를 둘러싸고 층을 이루어 배치될 수 있다.
상기 발광 소자는 청색광을 발광하는 것일 수 있다.
상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 색좌표는 Cx=0.328±0.02, Cy=0.344±0.02 일 수 있다.
상기 발광 소자에서 방출되는 광과, 상기 발광소자에서 방출되는 광에 의하여 여기되어 상기 형광체 조성물에서 방출되는 광이 혼합된 광의 연색지수는 70 이상이고 99 이하일 수 있다.또 다른 실시예는 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 패키지 몸체와, 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 발광 소자와, 상기 발광 소자를 둘러싸고 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 몰딩부, 및 상기 발광 소자에서 방출된 광에 의하여 여기 되는 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 형광체 조성물을 포함하는 발광 소자 패키지; 및 상기 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 경로를 변환하는 광학 부재를 포함하는 조명 시스템을 제공한다.
실시예에 따른 형광체 조성물과 이를 포함하는 발광 소자 패키지의 경우 Li-SiAlON계의 황색 형광체를 포함하여 휘도가 개선되고 연색지수가 양호한 백색광을 구현할 수 있다.
도 1은 황색 형광체의 일 실시예에 대한 광 특성을 나타낸 도면이고,
도 2는 발광 소자 패키지의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3은 발광 소자의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 도 4b는 발광 소자 패키지의 광 특성을 나타낸 도면이고,
도 5 내지 도 6은 발광 소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2", "상/상부/위"및 "하/하부/아래"등과 같은 관계적 용어들은 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
실시예의 형광체 조성물은 녹색(Green) 형광체, 황색(Amber) 형광체 및 적색(Red) 형광체를 포함하고, 황색(Amber) 형광체는 아래의 화학식 1으로 표시될 수 있다. 녹색 형광체와 황색 형광체 및 적색 형광체는 각각, 여기되어서 녹색 파장 영역과 황색 파장 영역 및 적색 파장 영역의 광을 방출하는 형광체를 뜻한다.
[화학식 1]
Li(m-2X)Si(12-m-n)Al(m+n)OnN(16-n):Eu2+ (2≤m≤5, 2≤n≤10, 0.01≤X≤1)
화학식 1로 표시되는 황색 형광체는 알파(α) 상의 사이알론(SiAlON)계 형광체로서 청색 또는 가시광 영역의 광에 의하여 여기 되어 황색 파장 영역의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 화학식 1의 황색 형광체는 300nm 내지 500nm일 수 있고, 상세하게는 400nm 내지 500nm의 여기 파장을 가질 수 있다. 그리고, 화학식 1의 황색 형광체의 발광 파장은 570nm 내지 600nm 일 수 있다.
도 1은 비교예의 황색 형광체와 화학식 1의 황색 형광체의 광 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도면에서 A는 비교예의 황색 형광체로서, Ca-α-SiAlON 형광체를 사용한 경우이며, B는 실시예에 포함되는 화학식 1의 조성을 가지는 황색 형광체의 경우를 나타낸 것이다.
도 1의 그래프에서, "Excitation"은 여기 파장 대역을 나타낸 것이고, "Emission"은 발광 파장 대역을 나타낸 것이다. 비교예(A)와 실시예(B)에서 여기 파장은 350nm 내지 500nm에 해당하며, 실시예(B)의 경우 비교예(A)에 비하여 여기 에너지가 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
또한, 발광 파장 대역 중 피크(peak)를 비교하면 발광 파장의 피크가 실시예(B)의 경우 단파장으로 이동(Shift)되었으며, 발광 파장의 피크에서의 세기(intensity) 역시 비교예(A)에 비하여 실시예(B)에서 증가된 것을 알 수 있다.
표 1은 도 1의 그래프에서 나타낸 비교예(A)와 실시예(B)의 황색 형광체의 광 특성 값을 나타낸 것이다. 표 1에 기술한 광 특성은 형광체의 발광 피크파장(Wp)과 반치폭(Full Width at Half Maximum) 및 상대 휘도값(%)이다. 특히, 상대 휘도값은 450nm의 파장의 광에 의하여 형광체가 여기 된 경우의 비교예(A)의 휘도를 100%로 할 때 실시예(B)의 휘도를 상대 값으로 나타낸 것이다.
표 1
상대휘도(%) Wp(nm) 반치폭(nm)
비교예(A) 100 595 85
실시예(B) 103.1 583 84
표 1을 참조하면, 발광 중심 파장(Wp)은 비교예(A)의 황색 형광체는 595nm인데 비하여 실시예(B)의 황색 형광체 는 583nm로 단파장으로 이동되었으며, 화학식 1로 표시되는 실시예(B)의 황색 형광체의 반치폭(Full Width at Half Maximum)은 84nm 일 수 있다. 또한, 휘도 또한 개선되어 실시예(B)의 경우 비교예(A)에 비하여 약 3%의 휘도 개선 효과를 가질 수 있다.
실시예의 형광체 조성물은 LuAG:Ce3+, Sr2SiO4:Eu2+, K2SiF6:Mn, La3Si6N11:Ce, Ba2Si5N8:Eu 및 Ba2SiO4:Eu2+ 중 어느 하나의 녹색 형광체를 포함할 수 있다. 이때, 녹색 형광체는 510nm 내지 550nm의 발광 파장 특성을 가질 수 있다. 그리고, 상술한 녹색 형광체는 300nm 내지 500nm의 여기 파장을 가질 수 있다
또한, 실시예의 형광체 조성물은 CaAlSiN3:Eu2+, SrAlSiN3:Eu2+ 및 Sr2Si5N8:Eu2+ 중 적어도 하나의 적색 형광체를 포함할 수 있다. 실시예에 포함되는 적색 형광체의 발광 파장은 600nm 내지 660nm 일 수 있다. 그리고, 상술한 적색 형광체는 300nm 내지 500nm의 여기 파장을 가질 수 있다
즉, 실시예의 형광체 조성물은 적색, 녹색 및 황색 형광체를 포함하며, 이때, 황색 형광체는 화학식 1로 표시되는 Li-α-SiAlON 형광체 일 수 있으며, 이러한 형광체 조성물은 발광 소자에서 방출된 광에 의하여 여기 되어 백색광을 구현할 수 있다.
실시예의 형광체 조성물은 화학식 1로 표시되는 황색 형광체를 포함하므로, 도 1 및 표 1의 결과를 참조하면, 종래의 황색 형광체를 적용한 경우에 비하여 높은 휘도를 가질 수 있다.
다만, 화학식 1의 황색 형광체의 경우 단파장으로 발광 중심 파장이 이동됨에 따라 이를 포함하는 형광체 조성물에 의하여 구현되는 발광 특성에서 장파장 영역을 충분히 표현할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 황색 형광체의 발광 중심 파장의 이동에 따른 색재현율의 감소를 막기 위하여 형광체 조성물에 적색 형광체를 더 포함하도록 할 수 있다.
이러한 실시예의 형광체 조성물에 의하여 구현되는 백색광은 개선된 광속을 가지며, 양호한 연색지수값을 나타낼 수 있고 종래의 형광체 조성물과 유사한 색좌표를 갖는 광을 구현할 수 있다.
실시예의 형광체 조성물에서 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체의 질량비는 0.5~0.8 : 0.1~0.4 : 0.01~0.1 일 수 있다. 예를 들어, 형광체 조성물의 실시예에서 전체 형광체 조성물의 중량에 대하여, 녹색 형광체는 65%, 화학식 1로 표시되는 황색 형광체는 31%, 적색 형광체는 4%의 질량비를 가질 수 있다.
형광체 조성물의 질량비가 상술한 비율의 범위를 벗어나는 경우 방출되는 광의 색좌표값이 종래의 형광체 조성물이 구현하는 백색광의 색좌표값과 차이를 나타낼 수 있다.
이하에서는 상술한 실시예의 형광체 조성물을 포함하는 발광 소자 패키지의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 발광 소자 패키지의 제1 실시예(200A)를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200A)는 패키지 몸체(100), 패키지 몸체(100) 상에 배치되는 발광 소자(110)와 발광 소자(110)를 둘러싸고 패키지 몸체(100) 상에 배치되는 몰딩부(190) 및 상술한 실시예의 형광체 조성물(170)을 포함할 수 있다.
패키지 몸체(100)는 실리콘 재질, 합성수지 재질 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 열전도성이 우수한 세라믹 물질로 이루어질 수 있다.
패키지 몸체(100)에는 발광 소자와의 전기적 연결을 위한 리드 프레임(미도시)을 포함할 수 있다. 패키지 몸체(100)에 리드 프레임이 형성될 경우, 리드 프레임은 구리 등의 도전성 물질로 이루어질 수 있으며 일 예로 금(Au)을 도금하여 배치할 수 있다. 리드 프레임은 발광 소자(110)에서 방출된 빛을 반사시킬 수도 있다.
발광 소자(110)는 발광 다이오드 등이 배치될 수 있다.
도 3은 발광 소자(110)의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 발광 소자(110)는 기판(10), 제1 도전형 반도체층(22), 활성층(24), 제 2 도전형 반도체층(26), 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)을 포함할 수 있다.
발광 소자(110)에서 기판(10)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있고, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 기판(10)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 광추출 효율을 높이기 위하여 표면이 요철을 포함할 수 있다.
기판(10)과 도전형 반도체층(22, 26) 사이에는 버퍼층(미도시)이 배치될 수 있다. 버퍼층(미도시)은 도전형 반도체층(22, 26)과 기판(10) 재료 간의 격자 부정합 및 열팽창 계수의 차이를 완화하기 위하여 배치될 수 있다. 버퍼층(비도시)은 3-5족 또는 2-6족의 화합물 반도체일 수 있으며, 예를 들어, GaN, InN, AlN, InGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
발광 구조물(20)은 제1 도전형 반도체층(22)과 활성층(24) 및 제2 도전형 반도체층(26)을 포함하여 이루어진다.
제1 도전형 반도체층(22)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(22)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(22)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(22)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(24)은 제1 도전형 반도체층(22)과 제2 도전형 반도체층(26) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(24)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(26)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26)은 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(26)이 AlxGa(1-x)N으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(26)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 소자(110)는 일 면에 복수의 전극(42, 44)을 포함할 수 있다. 복수의 전극(42, 44)은 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)일 수 있다. 제1 전극(42)과 제2 전극(44)은 발광 소자(110)의 양측에 각각 위치할 수 있고, 이 중 제1 전극(42)은 메사 구조로 식각된 제1 도전형 반도체층(22) 상에 배치될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(26) 상에는 제2 전극 (44)이 배치될 수 있다.
발광 소자(110)의 제2 도전형 반도체층(26) 상에는 투광성 도전층(30)이 더 배치되어 제2 전극 패드(44)로부터 제2 도전형 반도체층(26)으로 넓은 면적에 고르게 전류가 공급되게 할 수 있다. 투명 도전층(30)은 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO(Zinc Oxide), IrOx(Iridium Oxide), RuOx(Ruthenium Oxide), NiO(Nickel Oxide), RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au(Gold) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 발광 소자(110)의 실시예는 수평형 발광 소자의 실시예이나 도 2의 발광 소자 패키지에는 도시된 수평형 발광 소자 이외에 수직형 발광 소자, 플립칩 타입의 발광 소자가 배치될 수 있다.
발광 소자(110)는 제1 파장 영역의 광을 발광할 수 있으며, 제1 파장 영역은 청색광 또는 자외선 광의 영역일 수 있다.
발광 소자(110)는 와이어(160)를 통하여 패키지 몸체(100) 또는 리드 프레임과 전기적으로 연결될 수 있다. 와이어(160)는 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 지름 0.8 내지 1.6 밀리미터(mm) 정도의 금(Au)으로 이루어질 수 있다. 와이어(160)가 너무 얇으면 외력에 의하여 절단될 수 있으며, 너무 두꺼우면 재료비가 증가되고 발광소자(110)에서 방출되는 빛의 진행에 장애물이 될 수 있다.
도 2의 발광 소자 패키지(200A) 실시예에서 발광 소자(110) 등을 둘러싸고 패키지 몸체(100) 상에 몰딩부(190)가 배치될 수 있다.
몰딩부(190)는 돔(dome) 타입으로 이루어질 수 있으며, 발광 소자 패키지의 광 출사각을 조절하기 위하여 다른 형상으로 배치될 수도 있다. 몰딩부(190)는 발광 소자(110)를 포위하여 보호하며 발광 소자(110)로부터 방출되는 빛의 진로를 변경하는 렌즈로 작용할 수 있다.
몰딩부(190)는 수지층을 포함하여 이루어질 수 있으며, 수지층은 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴계 수지 중 어느 하나를 포함하는 혼합물 또는 그 화합물의 그룹으로부터 선택된 수지를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 발광 소자 패키지의 실시예에서는 형광체조성물(170)이 몰딩부(190) 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 형광체 조성물(170)은 몰딩부(190)의 수지층에 분산되어 배치될 수 있다.
도 4a 내지 도 4b는 상술한 실시예의 형광체 조성물을 포함하는 발광 소자 패키지 실시예의 광 특성을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4a는 형광체 조성물이 2종의 형광체를 포함하는 경우에 있어서의 발광 소자 패키지의 광 특성을 나타낸 그래프이고, 도 4b는 3종의 형광체를 포함하는 상술한 실시예의 형광체 조성물이 적용된 경우의 발광 소자 패키지의 광 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4a에서 비교예 1은 종래의 2종 형광체를 포함하는 발광소자 패키지에 대한 광 특성으로 LuAG계열의 녹색 형광체와 Ca-α-SiAlON 황색 형광체를 사용한 경우에 해당한다. 또한, 비교예 2는 비교예 1의 조성에서 황색 형광체를 변경한 것으로, LuAG계열의 녹색 형광체와 화학식 1의 조성을 갖는 Li-α-SiAlON 황색 형광체를 사용한 경우의 발광 특성에 해당한다.
도 4a를 참조하면, 화학식 1의 황색 형광체를 포함하는 비교예 2의 경우 비교예 1에 비하여 휘도가 개선되는 것을 알 수 있다.
표 2는 도 4a의 비교예 1과 비교예 2의 발광 소자 패키지에서의 광 특성 값을 나타낸 것이다.
발광 소자 패키지의 광 특성은 광도와 색으로 나눌 수 있으며, 광도는 기준이 되는 비교예 1에 대한 상대 휘도(%)이며, 색 특성은 CIE(Commission International de I'Eclairage) 색좌표 값과 연색지수(CRI)로 나타내었다.
표 2
상대휘도(%) CIE Cx CIE Cy CRI
비교예 1 100 0.327 0.344 73
비교예 2 103.8 0.330 0.345 67
표 2의 결과를 참조하면, 비교예 2의 경우 휘도는 비교예 1에 비하여 개선되었으나, 연색지수 값이 낮아져서 색 재현율이 저하된 것을 알 수 있다.
표 2의 결과를 참조하면, 종래의 2종 형광체를 적용한 형광체 조성물을 포함하는 비교예 1의 발광 소자 패키지에 비하여, 비교예 2의 경우 황색 형광체를 화학식 1의 형광체로 변경한 것으로서, 단파장의 황색 형광체로 변경됨에 따라 종래의 비교예 1에 비하여 패키지의 휘도가 향상되었다.
다만, 비교예 2의 경우 종래의 형광체 조성물을 사용한 비교예 1에 비하여 광속이 3.8% 증가되었으나, 발광 파장이 단파장으로 이동됨에 따라 연색지수인 CRI 값은 73에서 67으로 감소하여 색 특성은 저하되었다.
이와 비교하여, 도 4b와 표 3은 녹색, 황색, 적색의 형광체를 포함하는 실시예의 형광체 조성물을 사용한 경우에 있어서의 발광 소자 패키지 실시예와 비교예 1의 광 특성을 나타낸 것이다.
즉, 실시예에 포함되는 형광체 조성물은 도 4a에서 도시된 비교예 2의 형광체 조성물에서 적색 형광체가 더 포함된 경우일 수 있으며, 이때 적색 형광체는 CaAlSiN:Eu2+ 일 수 있다.
표 3
상대 휘도(%) CIE Cx CIE Cy CRI
비교예 1 100 0.327 0.344 73
실시예 104.1 0.330 0.342 72
도 4b와 표 3을 참조하면, 3종의 형광체를 혼합한 형광체 조성물을 포함하는 실시예의 발광 소자 패키지는 비교예 1에 비하여 개선된 휘도를 나타내며, 색 특성에 있어서도 색 좌표값과 연색지수 값이 비교예 1과 유사하게 나타나는 것을 알 수 있다.
즉, 실시예의 발광 소자 패키지의 경우 종래의 황색 형광체를 변경하여 화학식 1로 표시될 수 있는 Li-α-SiAlON의 황색 형광체를 적용하고, 또한 적색 형광체를 더 포함하도록 하여 색 특성의 저하가 없으며, 휘도가 개선된 광 특성을 가질 수 있다.
실시예의 형광체 조성물에서 녹색 형광체를 A, 황색 형광체를 B, 적색 형광체를 C라고 할 때, 예를 들어, A는 LuAG:Ce3+ 일 수 있으며, B는 Lim-2XSi12-m-nAlm+nOnN16-n:Eu2+ (2≤m≤5, 2≤n≤10, 0.01≤X≤1)일 수 있으며, C는 CaAlSiN3:Eu2+ 일 수 있다.
또한, 비교예 1에 포함되는 형광체 조성물은 녹색 형광체와 황색 형광체를 포함한 경우로 이때 녹색 형광체 A는 LuAG:Ce3+ 일 수 있으며, 황색 형광체 B`는 CaSiAlON:Eu2+ 형광체일 수 있다.
또한, 실시예에서 각 형광체 A, B, C의 질량비는 전체 형광체 조성물을 100으로 할 때, A : B : C = 50~80 : 10~40 : 1~10 일 수 있다.
표 4는 비교예 1과 실시예들(실시예 1 내지 3)의 형광체 조성물에서의 각 형광체의 질량비를 나타낸 것이다.
표 5는 표 4의 비교예 1과 실시예들의 광특성을 나타낸 것이다. 표 5의 광 특성 값은 도 2에 도시된 실시예의 발광 소자 패키지(200A)의 경우일 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 이후 설명할 발광 소자 패키지의 다른 실시예들의 경우를 포함할 수 있다.
표 5를 참조할 때, 실시예들의 경우 비교예 1의 경우에 비하여 광속이 증가되었으며, 색 특성에 있어서는 색좌표값과 연색지수 값이 비교예 1과 유사한 수준을 나타낸다.
따라서, 실시예의 발광 소자 패키지의 경우 휘도가 증가되더라도 색 특성의 저하가 없는 광을 발광할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
표 4
구분 형광체 조성물의 질량비
비교예 1 A:B'=78:22
실시예 1 A:B:C=63:34:4
실시예 2 A:B:C=65:31:4
실시예 3 A:B:C=67:29:4
표 5
Flux(lm) CIE x CIE y CRI
비교예 1 154.2 0.331 0.342 73.3
실시예 1 160.4 0.331 0.345 72.4
실시예 2 160.7 0.329 0.345 72.0
실시예 3 159.7 0.331 0.350 72.0
도 5와 도 6은 발광 소자 패키지의 다른 실시예들(200B, 200C)을 나타낸 도면이다.
이하에서는 도 2의 발광 소자 패키지의 실시예와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 5의 실시예의 발광 소자 패키지(200B)에서 형광체 조성물(170)은 발광 소자(110) 상에 층을 이루어 형성될 수 있다. 예를 들어, 형광체 조성물(170)은 발광 소자(110)와 접촉하면서 코팅되어 배치될 수 있으며, 컨포멀 코팅 (Conformal coating) 방식으로 일정한 두께를 가지는 층을 형성하여 배치될 수 있다.
형광체 조성물(170)의 코팅에 의하여 형성된 형광체층은 발광 소자(110)의 상부면에 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 발광 소자의 측면 및 상부면 전체를 둘러싸고 배치될 수 있다.
도 5의 발광 소자 패키지(200B)에서는 발광 소자에서 방출된 광이 형광체 조성물의 형광체층을 통과하여 파장 변환되어 발광될 수 있으며, 예를 들어, 발광 소자 패키지는 백색광을 방출할 수 있다.
도 6은 발광 소자 패키지(200C)의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200C)에서 실시예의 형광체 조성물(170)은 발광 소자(110)의 외면, 패키지 몸체(100)의 노출된 상부면 및 몰딩부(190)의 외면 중 적어도 하나를 둘러싸고 층을 이루어 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 6의 도시를 참조하면, 형광체 조성물(170)은 발광 소자(110)의 외면을 감싸고, 발광 소자(110)가 배치되지 않은 패키지 몸체(100)의 상부면 및 몰딩부(190)의 외면을 감싸고 배치될 수 있다.
도 6에서 층을 이루는 형광체 조성물(170)은 코팅에 의하여 형성되어 형광체층을 이룰 수 있으며, 형성된 형광체층의 외부에 보호층(미도시)이 더 포함될 수 있다.
이때 보호층은 노출된 형광체층을 보호하는 것일 수 있으며, SiO2(Silicone Dioxide) 또는 Si3N4(Silicone Nitride) 필름이 스퍼터링 (Sputtering), 사출 압축 성형 (Injection Compression Molding) 또는 화학기상성장법 (CVD : Chemical Vapor Deposition) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 보호층은 형광체 조성물이 이루는 형광체층의 상면에 형성될 수 있으며, 스프레이 코팅법을 이용하여 얇은 필름 형태로 형성될 수도 있다.
화학식 1의 조성을 가지는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체를 포함하는 형광제 조성물이 포함된 도 2, 도 5 및 도 6의 발광 소자 패키지 실시예들(200A, 200B, 200C)의 경우 발광 소자에서 방출된 광에 의하여 여기 되어 백색광을 구현할 수 있다.
이때, 발광 소자에서 방출되는 광은 청색광일 수 있으며, 청색광에 의하여 여기 되어 방출되는 백색광의 색좌표는 Cx=0.328±0.02, Cy=0.344±0.02 일 수 있다.
또한, 실시예의 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)에서 방출되는 광의 색 특성 중 연색지수는 70 이상이고 99 이하일 수 있으며, 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)에서 방출되는 광은 발광소자에서 방출되는 광과, 발광소자에서 방출되는 광에 의하여 여기되어 상기 형광체 조성물에서 방출되는 광이 혼합된 광일 수 있다.
발광 소자 패키지의 실시예는 도면에 도시된 실시예에 한정하지 않으며, 예를 들어, 상술한 도 2, 도 5 및 도 6의 실시예(200A, 200B, 200C)에서, 패키지 몸체(100)에 캐비티를 더 포함할 수 있다.
도면에 도시되지는 않았으나, 캐비티는 패키지 몸체(100)의 상부면에 형성될 수 있고, 상부가 개방되고 측면과 바닥면으로 이루어질 수 있다.
캐비티는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 캐비티의 측면은 바닥면에 대하여 수직이거나 경사지게 형성될 수 있으며, 크기 및 형태가 다양할 수 있다. 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 다각형, 타원형 등일 수 있으며, 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나, 이에 한정하지 않는다.
캐비티가 패키지 몸체(100)에 형성될 경우 발광 소자(110)는 캐비티 내에 배치될 수 있으며, 몰딩부(190)는 발광 소자(110)를 감싸고 캐비티 내부를 채우며 형성될 수 있다. 몰딩부(190)에는 상술한 실시예의 형광체 조성물이 포함될 수 있다.
이하에서는 상술한 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)가 배치된 조명 시스템의 일 실시예로서 영상 표시장치 및 조명 장치를 설명한다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)는 복수 개가 기판 상에 어레이될 수 있고, 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C), 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 장치로 구현될 수 있다.
여기서, 표시 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 상에 배치되는 반사판과, 광을 방출하는 발광 모듈과, 반사판의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
또한, 조명 장치는 기판과 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200A, 200B, 200C)를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열체, 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등을 포함할 수 있다.
해드 램프는 기판 상에 배치되는 발광 소자 패키지들(200A, 200B, 200C)을 포함하는 발광 모듈, 발광 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다. 여기서, 리플렉터나 렌즈 및 쉐이드 등을 광학 부재라 할 수 있다.
상술한 영상 표시장치 및 조명 장치의 경우 화학식 1의 황색 형광체와 함께 적색 형광체를 포함하는 형광체 조성물을 사용함으로써, 휘도가 개선되는 효과를 가질 수 있으며, 휘도가 개선되어 광효율이 증가된 경우에도 광원의 색 좌표와 연색지수의 변화가 없어 색 특성이 양호한 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예에 따른 형광체 조성물은 발광 소자 패키지에 사용되어, 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 휘도와 연색지수가 개선될 수 있다.

Claims (20)

  1. 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체를 포함하고,
    상기 황색 형광체는 화학식 Li(m-2X)Si(12-m-n)Al(m+n)OnN(16-n):Eu2+ 로 표시되는 형광체 조성물.
    (여기서, 2≤m≤5, 2≤n≤10, 0.01≤X≤1 이다)
  2. 제 1항에 있어서, 상기 황색 형광체의 발광 파장은 570nm 내지 600nm 인 형광체 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 녹색 형광체는 LuAG:Ce3+, Sr2SiO4:Eu2+, K2SiF6:Mn, La3Si6N11:Ce, Ba2Si5N8:Eu 및 Ba2SiO4:Eu2+ 중 적어도 하나인 형광체 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 녹색 형광체의 발광 파장은 510nm 내지 550nm 인 형광체 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 CaAlSiN3:Eu2+, SrAlSiN3:Eu2+ 및 Sr2Si5N8:Eu2+ 중 적어도 하나인 형광체 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 적색 형광체의 발광 파장은 600nm 내지 660nm인 형광체 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 황색 형광체와 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 적어도 하나는 300nm 내지 500nm의 여기 파장을 갖는 형광체 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 녹색 형광체, 상기 황색 형광체 및 상기 적색 형광체는 0.5~0.8 : 0.1~0.4 : 0.01~0.1 의 질량비를 갖는 형광체 조성물.
  9. 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체를 포함하고,
    상기 황색 형광체는 알파(α) 상의 사이알론(SiAlON)계 형광체이고,
    상기 녹색 형광체, 상기 황색 형광체 및 상기 적색 형광체는 0.5~0.8 : 0.1~0.4 : 0.01~0.1 의 질량비를 갖는 형광체 조성물.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 녹색 형광체는 LuAG:Ce3 +, Sr2SiO4:Eu2 +, K2SiF6:Mn, La3Si6N11:Ce, Ba2Si5N8:Eu 및 Ba2SiO4:Eu2 + 중 적어도 하나인 형광체 조성물.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 CaAlSiN3:Eu2+, SrAlSiN3:Eu2+ 및 Sr2Si5N8:Eu2+ 중 적어도 하나인 형광체 조성물.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 황색 형광체와 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 적어도 하나는 300nm 내지 500nm의 여기 파장을 갖는 형광체 조성물.
  13. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체 상에 배치되는 발광 소자;
    상기 발광 소자를 둘러싸고 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 몰딩부; 및
    상기 발광 소자에서 방출된 광에 의하여 여기 되는 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 형광체 조성물; 을 포함하는 발광 소자 패키지.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 형광체 조성물은 상기 몰딩부 내에 분산되어 배치되는 발광 소자 패키지.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 형광체 조성물은 상기 발광 소자와 접촉하여 층을 이루어 배치되는 발광 소자 패키지.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 형광체 조성물은 상기 발광 소자의 외면, 상기 패키지 몸체의 노출된 상부면 및 상기 몰딩부의 외면 중 적어도 하나를 둘러싸고 층을 이루어 배치되는 발광 소자 패키지.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 발광 소자는 청색광을 발광하는 발광 소자 패키지.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 색좌표는 Cx=0.328±0.02, Cy=0.344±0.02 인 발광 소자 패키지.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 발광 소자에서 방출되는 광과, 상기 발광소자에서 방출되는 광에 의하여 여기되어 상기 형광체 조성물에서 방출되는 광이 혼합된 광의 연색지수는 70 이상이고 99 이하인 발광소자 패키지
  20. 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 패키지 몸체와, 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 발광 소자와, 상기 발광 소자를 둘러싸고 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 몰딩부, 및 상기 발광 소자에서 방출된 광에 의하여 여기 되는 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 형광체 조성물을 포함하는 발광 소자 패키지; 및
    상기 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 경로를 변환하는 광학 부재를 포함하는 조명 시스템.
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