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KR102164079B1 - 산질화물계 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지 - Google Patents

산질화물계 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지 Download PDF

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KR102164079B1
KR102164079B1 KR1020140066231A KR20140066231A KR102164079B1 KR 102164079 B1 KR102164079 B1 KR 102164079B1 KR 1020140066231 A KR1020140066231 A KR 1020140066231A KR 20140066231 A KR20140066231 A KR 20140066231A KR 102164079 B1 KR102164079 B1 KR 102164079B1
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light emitting
oxynitride
light
based phosphor
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문지욱
민봉걸
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임, 상기 제 1리드 프레임과 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결되는 발광 소자, 상기 발광 소자를 둘러싸고 배치되는 몰딩부 및 화학식 LXMYOaNbAcBd:zR (1≤X≤3, 3≤Y≤7, 0.001≤Z≤1.0, 0≤a≤5, 0.1≤b≤9, 0.001≤c≤0.3, 0.001≤d≤0.3)으로 표시되는 산질화물계 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지를 제공하며, 실시예의 발광 소자 패키지는 휘도 및 연색지수가 우수한 백색광을 구현할 수 있다.

Description

산질화물계 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE INCLUDING OXINITRIDE PHOSPHORE}
실시예는 산질화물계 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지에 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 백색광선도 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 불균일성이나, 주변 환경에 의하여 각각의 칩의 출력의 차이로 인하여 색좌표가 달라지는 문제점을 가진다.
또한, 단일칩으로 백색광을 구현하는 경우에 있어서는 청색 LED로부터 발광하는 빛과 이를 이용해서 Y3Al5O12:Ce3 +(YAG:Ce) 형광체를 여기 시켜 백색광을 얻는 방법이 사용되고 있으나, YAG:Ce 형광체를 사용할 경우 색온도와 연색성 지수(Color Rendering Index : CRI)의 조절이 용이하지 않은 문제가 있다.
실시예는 산질화물계 형광체를 적용하여 광 특성의 저하가 없는 백색광을 발광하는 발광 소자 패키지를 구현 하고자 한다.
실시예는 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임; 상기 제 1리드 프레임과 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결되는 발광 소자; 상기 발광 소자를 둘러싸고 배치되는; 및 상기 발광 소자에서 방출되는 제1 파장 영역의 광에 의하여 여기 되어 제2 파장 영역의 광을 방출하고, 화학식 LXMYOaNbAcBd:zR (1≤X≤3, 3≤Y≤7, 0.001≤Z≤1.0, 0≤a≤5, 0.1≤b≤9, 0.001≤c≤0.3, 0.001≤d≤0.3)으로 표시되는 산질화물계 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지를 제공한다.
상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임이 고정되는 패키지 몸체를 더 포함하고, 상기 패키지 몸체는 캐비티를 가지며, 상기 발광 소자는 상기 캐비티의 바닥면에 배치되고, 상기 몰딩부는 상기 캐비티 내에 배치될 수 있다.
상기 산질화물계 형광체는 상기 몰딩부 내에 포함될 수 있으며, 상기 발광 소자와 접촉하며 코팅된 것일 수 있다.
상기 산질화물계 형광체는 상기 발광 소자와 일정 거리 이격되어 필름 타입으로 배치될 수 있으며, 산질화물계 형광체는 상기 몰딩부의 표면에 배치될 수 있다.
상기 산질화물계 형광체의 L은 Ba, Sr, Ca로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으며, M은 Si, Ge, Sn으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 산질화물계 형광체의 A는 Li, Na 및 K로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으며, B는 F, Cl, Br 및 I로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 산질화물계 형광체의 R은 Eu, Mn, Ce, Cr, Tm, Pr, Yb, Dy, Sm, Tb 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있으며, 산질화물계 형광체에서 A는 Li이고 B는 F일 수 있다.
산질화물계 형광체는 화학식 BaXSi5OaNbLiF:zEu (0<a<8, a+b=8, 0.01≤z≤0.5, X+Z=2)으로 표시될 수 있다.
산질화물계 형광체의 발광 피크의 중심 파장은 580 내지 610nm일 수 있으며, 여기 파장 영역은 300 내지 550nm일 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지의 경우 산질화물계 형광체를 포함하도록 하여 발광 소자로부터 방출된 청색 또는 자외선 파장 영역의 광을 이용하여 휘도의 저하가 없고 연색지수가 양호한 백색광을 구현할 수 있다.
도 1은 발광 소자 패키지의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 2는 발광 소자의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3a 내지 3b는 비교예 및 실시예의 발광 소자 패키지의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 4는 산질화물계 형광체의 여기 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 5는 산질화물계 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 6은 비교예와 실시예의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 7은 산질화물계 형광체의 입자 형상을 나타낸 도면이고,
도 8은 발광 소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 9는 발광 소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 10은 발광 소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 11은 광학필름의 단면을 나타낸 도면이고,
도 12는 발광 소자 패키지가 배치된 영상표시장치의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 13은 발광 소자 패키지가 배치된 조명 장치의 일 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.
도 1은 발광 소자 패키지(100)의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(100)는 기판(120)과 기판 상에 배치된 제1 리드 프레임(Lead frame, 142)과 제2 리드 프레임(144), 제1 리드프레임 및 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결된 발광 소자(110), 발광 소자를 둘러싸고 배치되는 몰딩부(150) 및 화학식 LXMYOaNbAcBd:zR (1≤X≤3, 3≤Y≤7, 0.001≤Z≤1.0, 0≤a≤5, 0.1≤b≤9, 0.001≤c≤0.3, 0.001≤d≤0.3)으로 표시되는 산질화물계 형광체(170)를 포함할 수 있다.
기판(120)은 열전도성이 우수한 세라믹 물질로 이루어질 수 있으며 일 예로서 정사각형 형상의 사파이어(Al2O3)일 수 있고, 제1 리드 프레임(142)과 제2 리드 프레임(144)은 구리 등의 도전성 물질로 이루어질 수 있으며 일 예로 금(Au)을 도금하여 배치할 수 있다. 제1 리드 프레임(142)과 제2 리드 프레임(144)은 발광 소자(110)에서 방출된 빛을 반사시킬 수도 있다.
발광 소자(110)는 발광 다이오드 등이 배치될 수 있다.
도 2는 발광 소자(110)의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 발광 소자(110)는 지지기판(70), 발광 구조물(20), 오믹층(40), 제1 전극(80)을 포함할 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.
제1 도전형 반도체층(22)의 표면이 패턴을 이루어 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(22)의 표면에는 제1 전극(80)이 배치될 수 있으며, 도시되지는 않았으나 제1 전극(80)이 배치되는 제1 도전형 반도체층(22)의 표면은 패턴을 이루지 않을 수 있다. 제1 전극(80)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
발광 구조물(20)의 둘레에는 패시베이션층(90)이 형성될 수 있다. 패시베이션층(90)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(90)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
발광 구조물(20)의 하부에는 제2 전극이 배치될 수 있으며, 오믹층(40)과 반사층(50)이 제2 전극으로 작용할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26)의 하부에는 GaN이 배치되어 제2 도전형 반도체층(26)으로 전류 내지 정공 공급을 원활히 할 수 있다.
오믹층(40)은 약 200 옹스트롱(Å)의 두께일 수 있다. 오믹층(40)은 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, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정하지 않는다.
반사층(50)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 반사층(50)은 활성층(24)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 반도체 소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
지지기판(support substrate, 70)은 금속 또는 반도체 물질 등 도전성 물질로 형성될 수 있다. 전기 전도도 내지 열전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 반도체 소자 작동 시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열 전도도가 높은 물질(ex. 금속 등)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 지지기판(70)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가지기 위하여 50 내지 200 마이크로 미터(㎛)의 두께로 이루어질 수 있다.
접합층(60)은 반사층(50)과 지지기판(70)을 결합하는데, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다.
도 2에 도시된 발광 소자(110)의 실시예는 수직형 발광 소자의 실시예이나 도 1의 발광 소자 패키지(100)에는 도시된 수직형 발광 소자 이외에 수평형 발광 소자, 플립칩 타입의 발광 소자가 배치될 수 있으며, 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(146)를 통하여 제2 리드 프레임(144)과 전기적으로 연결될 수 있다. 와이어(146)는 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 지름 0.8 내지 1.6 밀리미터(mm) 정도의 금(Au)으로 이루어질 수 있다. 와이어(146)가 너무 얇으면 외력에 의하여 절단될 수 있으며, 너무 두꺼우면 재료비가 증가되고 발광소자(110)에서 방출되는 빛의 진행에 장애물이 될 수 있다.
도 1의 발광 소자 패키지(100) 실시예에서 발광 소자(110) 등을 둘러싸고 몰딩부(150)가 배치될 수 있다.
몰딩부(150)는 돔(dome) 타입으로 이루어질 수 있으며, 발광 소자 패키지(110)의 광 출사각을 조절하기 위하여 다른 형상으로 배치될 수도 있다. 몰딩부(150)는 발광소자(110)를 포위하여 보호하며 발광 소자(110)로부터 방출되는 빛의 진로를 변경하는 렌즈로 작용할 수 있다.
몰딩부(150)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.
실시예의 발광 소자 패키지(100)에서는 하기의 화학식 1으로 표시되는 산질화물계 형광체(170)를 포함할 수 있다.
<화학식 1>
LXMYOaNbAcBd:zR (1≤X≤3, 3≤Y≤7, 0.001≤Z≤1.0, , 0≤a≤5, 0.1≤b≤9, 0.001≤c≤0.3, 0.001≤d≤0.3)
상기 화학식 1에서 L은 Ba(Barium), Sr(Strontium), Ca(Calcium) 등의 알칼리 토금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들어, L은 Ba일 수 있다.
상기 화학식 1에서 M은 Si(Silicone), Ge(Geranium), Sn(Tin)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들어, M은 Si일 수 있다.
산질화물계 형광체(170)는 발광 소자(110)로부터 방출되는 제1 파장 영역의 광에 의하여 여기 되어 제2 파장 영역의 광을 방출할 수 있으며, 산질화물계 형광체(170)의 화학식 1에서 L이 Ba인 경우 황색(Amber)계열의 발광 파장 특성을 가지는 형광체일 수 있다.
실시예의 발광 소자 패키지(100)는 청색 또는 가시광 영역의 광에 의하여 여기 된 산질화물계 형광체(170)를 포함하여 백색광을 발광할 수 있다.
상기의 화학식 1로 표시되는 산질화물계 형광체(170)는 발광 소자(110)에서 방출되는 청색 또는 자외선 파장 영역의 광에 의하여 여기 될 수 있으며, 상기의 산질화물계 형광체는 발광 피크파장의 중심 파장이 580 내지 615 nm(나노미터)일 수 있다.
표 1은 화학식 1의 산질화물계 형광체 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지 실시예들의 광특성 값을 나타낸 것이다.
표 1에서 발광 소자 패키지에 사용한 산질화물계 형광체들의 광특성은 발광 피크파장(Wp)과 반치폭(Full width at Half Maximum)으로 나타내었고, 이러한 산질화물계 형광체들을 적용한 발광 소자 패키지의 광특성은 색좌표와 연색지수(CRI: Color Rendering Index)로 나타내었다.
표 1에서 비교예는 Ca-α-SiAlON형광체를 사용한 경우이며, 실시예 1 및 실시예 2는 화학식 1의 산질화물계 형광체 조성을 가지는 실시예들의 경우를 나타낸 것이다. 실시예 1 및 실시예 2에 포함된 산질화물계 형광체의 경우, 화학식 1에서 L은 Ba이고 M은 Si이며, R은 Eu(Europium, 유로퓸), A는 Li, B는 F인 경우로서, 산질화물계 형광체의 다른 조성성분은 동일하며 Li과 F의 함량이 다른 경우일 수 있다.
예를 들어, 실시예1의 산질화물계 형광체는 Li과 F가 각각 0.05mol이고, 실시예 2는 Li과 F가 각각 0.2mol 의 비율이 되며 다른 조성 성분의 함량은 동일한 경우의 형광체 조성을 사용한 경우일 수 있다. 즉 실시예 1은 Ba1 .96Si5O0 .1N7 .9Li0 .05F0.05:0.04Eu 의 형광체 조성식으로 표현될 수 있으며, 실시예 2는 Ba1 .96Si5O0 .1N7 .9Li0 .2F0.2:0.04Eu 의 형광체 조성식으로 표현될 수 있다.
표 1을 참조하면, 비교예에 사용된 형광체 조성물의 발광 피크의 중심파장은 595nm이고, 반치폭은 85nm에 해당하며 이를 포함하는 발광 소자 패키지의 연색지수(CRI)는 70.45를 나타내었다. 표 1의 발광 피크의 중심 파장은 450nm 파장의 광에 의하여 여기 된 경우의 광특성에 해당한다.
실시예 1에서 사용된 산질화물계 형광체의 발광 피크의 중심파장은 585nm로 비교예의 형광체와 비교하여 단파장의 발광 특성을 가지고, 반치폭은 72nm에 해당하며, 반치폭의 감소로 이를 포함하는 발광 소자 패키지 상태에서의 연색지수 값도 64.89nm로 감소하는 경향을 보인다.
실시예 2의 경우 산질화물계 형광체의 발광 피크의 중심파장이 593nm이고 반치폭도 84nm로 비교예에서 사용된 형광체와 유사한 발광 피크를 나타내며, 발광 소자 패키지의 광특성인 색좌표와 연색지수값도 비교예와 유사한 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.
화학식 1의 산질화물계 형광체의 경우 구성성분의 함량 비율에 따라 발광 피크의 중심파장이 변경될 수 있으며, 580 내지 615nm의 발광 중심 파장을 가질 수 있다.
표 1의 데이터 값을 참조할 때, 실시예 2에 포함된 산질화물계 형광체의 광특성 및 발광 소자 패키지의 광 특성이 비교예의 경우와 유사하게 나타나는 것으로부터, 화학식 1으로 표시되는 산질화물계 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지로 종래의 상용되는 형광체인 Ca-α-SiAlON로 구현되는 발광 소자 패키지의 광특성을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.

 형광체 발광 특성 발광 소자 패키지 광특성
Wp (nm) 반치폭 (nm) 색좌표 (Cx) 색좌표 (Cy) CRI
비교예 595 85 0.3463 0.3695 70.45
실시예 1 585 72 0.3471 0.3661 64.89
실시예 2 593 84 0.3411 0.3573 70.55
도 3a 및 도 3b는 실시예와 비교예의 발광 소자 패키지에서의 발광 스펙트럼을 비교하여 나타낸 도면이다. 도 3a는 표1의 실시예 1을, 도 3b는 표1의 실시예 2를 비교예와 같이 나타낸 것으로서 발광 소자 패키지에서의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조할 때 산질화물계 형광체를 포함하는 실시예 1 및 실시예 2의 발광 소자 패키지는 480nm 에서 780nm의 가시광 영역 전체에서 광이 방출되는 것을 확인할 수 있으며, 비교예와 실시예 1, 2의 발광 소자 패키지 모두 백색광의 구현이 가능한 것을 확인할 수 있다.
도 4는 산질화물계 형광체의 여기 파장 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
실시예에 사용된 산질화물계 형광체는 300 내지 550nm의 파장 영역대에서 여기 될 수 있으며, 예를 들어, 도 4를 참조하면 비교예에서 사용된 Ca-α-SiAlON형광체 및 실시예에 포함되는 산질화물계 형광체가 350nm 에서 550nm에서 여기 되는 것을 확인할 수 있으며, 특히 450nm이하의 청색광 및 자외선광 영역의 여기광에서 상대적으로 높은 발광 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 비교예와 실시예에 사용된 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 실시예1에 사용된 산질화물계 형광체의 경우 비교예의 형광체 조성보다 단파장에서 발광 중심파장을 가질 수 있으며, 실시예 2에 사용된 산질화물계 형광체는 비교예와 발광 중심 파장이 유사한 것일 수 있다.
비교예와 실시예 1, 2의 형광체의 발광 피크 파장영역은 500 내지 750nm일 수 있으며, 발광 피크의 중심 파장이 580 내지 615nm인 황색(Amber)계열의 형광체일 수 있다. 또한, 도 5를 참조하면 비교예와 유사한 발광 중심파장을 가지는 실시예 2의 경우 발광 피크의 내부 면적이 비교예에 비하여 넓게 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 광학 특성을 고려할 때 실시예 2의 산질화물계 형광체 조성물의 경우 비교예의 형광체 조성물에 비하여 연색지수가 높을 수 있다.
실시예의 산질화물계 형광체에서 방출되는 발광 스펙트럼에서 발광 피크의 반치폭(full width at half maximum)은 70 내지 95 나노미터(nm)를 나타낼 수 있으며, 반치폭은 ±1나노미터(nm)의 오차를 가질 수 있다.
도 4와 도 5를 참조할 때 실시예에 사용된 산질화물계 형광체의 경우 발광 소자에서 발생하는 자외선 영역의 광 또는 청색광에 의하여 여기 되어 백색광을 구현할 수 있다.
상기 화학식 1의 산질화물계 형광체에서 R은 희토류 금속인 유로퓸(Eu), 세륨(Ce), 사마륨(Sm), 이테르븀(Yb), 디스프로슘(Dy), 가돌리늄(Gd), 툴륨(Tm) 및 루테륨(Lu) 중 적어도 하나 이상일 수 있다. 산질화물계 형광체에서 R은 부활제(activator)일 수 있으며, R의 몰농도가 높아질수록 형광체의 발광 주 피크의 중심 파장이 장파장으로 변화될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
예를 들어, R은 유로퓸(Eu)일수 있으며, 유로퓸(Eu)의 농도를 조절할 경우 산질화물계 형광체의 발광 파장 영역을 제어할 수 있다. 유로퓸(Eu)은 2가 이온인 Eu2+ 형태로 포함될 수 있다.
표 2는 R의 함량, 예를 들어 R이 유로퓸(Eu)인 경우에 있어서, 유로퓸(Eu)의 함량에 따른 산질화물계 형광체 실시예들의 조성식을 나타낸 것이다.표 2의 실시예들은 Ba(2-z)Si5O0.1N7 .9Li0 .001F0.001:ZEu (0.001≤Z≤1.0)의 형광체 조성식을 가질 수 있다.
표 3은 표 2의 실시예들의 광특성을 나타낸 것이다. 실시예들의 광특성은 450nm의 파장에서 여기 된 경우의 발광 파장 스펙트럼 및 휘도에 해당하며, 휘도는 실시예 3의 휘도를 100%로 하여 유로퓸(Eu) 함량에 따른 실시예의 휘도를 상대값으로 나타낸 것이다.
표 3을 참조할 때, 유로퓸(Eu)의 함량을 조절함에 따라 화학식 1으로 표시되는 산질화물계 형광체의 발광 중심 파장을 변화시킬 수 있다. 유로퓸(Eu)의 함량이 커질수록 발광 중심 파장은 장파장으로 변경될 수 있으며, 유로퓸(Eu)의 함량비를 조절하여 580 내지 615nm의 중심파장을 가지는 형광체를 구현할 수 있다. 산질화물계 형광체의 광특성 중 반치폭 값도 유로퓸(Eu)의 함량이 커질수록 증가되는 경향을 보이며, 유로퓸(Eu)의 함량에 따라 71nm에서 107nm까지 증가될 수 있다. 따라서, 유로퓸(Eu) 함량비가 높은 산질화물계 형광체의 경우 반치폭이 커서 이를 발광 소자 패키지에 적용 시 높은 연색지수를 나타낼 수 있다.
산질화물계 형광체의 광특성 중 휘도는 유로퓸(Eu)의 함량이 증가되면 일정비율까지 증가하나 유로퓸(Eu)함량이 더 늘어난 경우 다시 감소하는 경향을 보인다. 표 2에서 유로퓸(Eu) 함량이 0.02mol일 때 상대휘도가 최대가 되며, 이후 유로퓸(Eu) 함량이 더 증가되는 경우 휘도가 다시 감소되는 것을 확인할 수 있다.
구분 조성식
실시예3 Ba1 .99Si5O0 .1N7 .9Li0 .001F0.001:0.01Eu
실시예4 Ba1 .98Si5O0 .1N7 .9Li0 .001F0.001:0.02Eu
실시예5 Ba1 .97Si5O0 .1N7 .9Li0 .001F0.001:0.03Eu
실시예6 Ba1 .96Si5O0 .1N7 .9Li0 .001F0.001:0.04Eu
실시예7 Ba1 .95Si5O0 .1N7 .9Li0 .001F0.001:0.05Eu
휘도(%) 색좌표 (Cx) 색좌표 (Cy) Wp (nm) 반치폭 (nm)
실시예 3 100 0.520 0.467 582 71
실시예 4 117.9 0.540 0.448 587 77
실시예 5 108.2 0.558 0.430 595 88
실시예 6 109.7 0.578 0.410 604 93
실시예 7 110.7 0.583 0.406 613 107
산질화물계 형광체 조성에서 원하는 중심 파장을 가지는 형광체 조성물을 얻기 위하여 R 성분, 예를 들어, Eu의 농도를 최적화한 후에 형광체 조성물에서 A 및 B 성분의 함량비를 조절할 수 있다. 또한, A 및 B의 함량비를 조절하여 산질화물계 형광체의 발광 특성인 휘도를 조절할 수 있다.
화학식 1으로 표시되는 산질화물계 형광체에서 A는 알칼리 금속일 수 있으며, 예를 들어, Li(Lithium), Na(Sodium) 및 K(Potassium)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
화학식 1의 산질화물계 형광체에서 B는 할로겐 원소일 수 있으며, 예를 들어 F(Fluorine), Cl(Chlorine), Br(Bromine) 및 I(Indium)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
A 및 B는 전하 균형(charge balance)을 맞추기 위하여 동시에 산질화물계 형광체 조성에 포함될 수 있으며, A 및 B는 동일한 몰비로 포함될 수 있다.
A 및 B가 산질화물계 형광체에 결합되는 조성의 경우 결합되지 않은 산질화물계 형광체 조성에 비하여 휘도가 개선되어 형광체의 발광효율이 증대되는 효과를 기대할 수 있다. 예를 들어, A가 Li이고, B가 F일 때, 즉 LiF가 산질화물계 형광체에 결합된 경우의 산질화물계 형광체가 LiF가 결합되지 않은 산질화물계 형광체의 경우와 비교하여 휘도가 개선될 수 있다.
표 4 및 도 6은 화학식 1의 조성물에 있어서, A가 Li이며 B가 F인 경우, 즉 LiF가 산질화물계 형광체 조성물에 결합된 경우의 광특성을 나타낸 것이다. 표 4의 광특성은 450nm의 파장에서 여기된 경우의 휘도 및 발광 특성을 나타낸 것이며, 표 4의 실시예(LiF첨가)는 Ba1 .96Si5O0 .1N7 .9Li0 .001F0.001:0.04Eu의 형광체 조성식을 가질 수 있다.
표 4의 결과를 참조하면, LiF가 미첨가 된 경우의 휘도를 100(%)로 기준으로 할 때, LiF가 결합된 경우의 휘도가 135.5%로 상대적으로 증가하였으며, LiF의 결합에 의하여 발광 중심 피크가 578nm에서 585nm로 장파장의 방향으로 변화되었으며, 반치폭도 증가되어 72nm를 나타내었다.
따라서, LiF가 결합된 산질화물계 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지의 경우 개선된 휘도를 나타낼 수 있다.
구분 휘도 (%) 색좌표 (Cx) 색좌표 (Cy) Wp (nm) 반치폭 (nm)
LiF 미첨가 100.0 0.516 0.471 578 67
LiF 첨가 135.5 0.532 0.455 585 72
발광 소자 패키지에 포함되는 산질화물계 형광체에서 A 및 B의 함량에 따라 휘도 및 광특성 값이 변화될 수 있다.
표 5는 Li과 F의 함량비에 따른 산질화물계 형광체 실시예들의 형광체 조성식을 나타낸 것이다. 표 5의 실시예들은 Ba1 .96Si5O0 .1N7 .9LicFd:0.04Eu (0.001≤c≤0.3, 0.001≤d≤0.3)의 형광체 조성식을 가질 수 있다.
표 6은 표 5의 산질화물계 형광체 실시예들의 광특성을 나타낸 것이다. 실시예들의 광특성은 450nm의 파장에서 여기 된 경우의 발광 파장 스펙트럼 및 휘도에 해당하며, 휘도는 실시예 8의 휘도를 100%로 하여 Li과 F의 함량에 따른 실시예의 휘도를 상대값으로 나타낸 것이다.
표 6을 참조하면, 광특성 중 휘도는 Li과 F의 함량이 각각 0.10mol이 되는 경우까지 증가되나, 이후 Li과 F의 함량이 더 높아질수록 휘도가 상대적으로 감소할 수 있다. 산질화물계 형광체의 발광 주 피크의 중심 파장은 Li과 F의 함량이 높아질수록 장 파장으로 변화될 수 있고, 반치폭도 증가될 수 있다.
구분 조성식
실시예 8 Ba1 .96Si5O0 .1N7 .9Li0 .05F0.05:0.04Eu
실시예 9 Ba1 .96Si5O0 .1N7 .9Li0 .10F0.10:0.04Eu
실시예 10 Ba1 .96Si5O0 .1N7 .9Li0 .15F0.15:0.04Eu
실시예 11 Ba1 .96Si5O0 .1N7 .9Li0 .20F0.20:0.04Eu
실시예 12 Ba1 .96Si5O0 .1N7 .9Li0 .25F0.25:0.04Eu
실시예 13 Ba1 .96Si5O0 .1N7 .9Li0 .30F0.30:0.04Eu
휘도 (%) 색좌표 (Cx) 색좌표 (Cy) Wp (nm) 반치폭 (nm)
실시예 8 100 0.536 0.452 585 74
실시예 9 105.4 0.541 0.447 586 76
실시예 10 98.4 0.545 0.443 586 78
실시예 11 71.0 0.557 0.431 593 84
실시예 12 62.2 0.555 0.433 589 92
실시예 13 75.1 0.549 0.439 588 82
산질화물계 형광체는 화학식 2로 표시되는 조성을 가질 수 있다.
<화학식 2>
BaXSi5OaNbLicFd:zEu (0<a<8, a+b=8, 0.01≤Z≤0.5, X+Z=2, 0.001≤c≤0.30, 0.001≤d≤0.3)
상기에서 예를 들어 기술한 산질화물계 형광체의 조성들의 경우 조성성분 분자 간 공유결합을 가질 수 있으며, 공유결합으로 인하여 형광체가 열진동에 안정적일 수 있어 이를 적용한 발광 소자에서도 열에 대하여 강한 내구성을 가질 수 있어 고출력 조명의 적용에 유리할 수 있다.
도 7은 실시예의 산질화물계 형광체의 입자 형상을 나타낸 도면이다.
도 7은 주사 전자 현미경(SEM : Scanning Electron Microscope)으로 관찰한 산질화물계 형광체 입자의 사진이며, 도 5를 참조할 때, 실시예의 산질화물계 형광체의 경우 막대형의 형상을 가질 수 있으며, c축 방향으로 약 20㎛의 크기를 가지는 입자일 수 있다.
산질화물계 형광체는 구성 원소가 일정한 규칙에 따라 배열된 결정계 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어 사방정계(Orthorhombic) 결정을 가질 수 있다.
도 1의 실시예에서 산질화물계 형광체(170)는 상기 몰딩부(150) 내에 포함될 수 있으며, 상기 발광 소자(110)와 접촉하며 코팅된 것일 수 있다.
실시예의 발광 소자 패키지(100)에서 기판(120)의 배면에는 3개의 패드(121, 122, 125)가 배치될 수 있으며, 패드(121, 122, 125)는 열전도성이 우수한 물질로 이루어질 수 있으며 기판(120)의 하부에 배치되어, 발광소자 패키지(100)를 하우징 등에 고정하고 열을 방출시키는 경로로 작용할 수 있다.
상술한 제1, 2 리드 프레임(142, 144)과 3개의 패드(121, 122, 125)는 전극으로 작용할 수 있다. 제1 리드 프레임(142)과 제2 리드 프레임(144)은 기판(120)의 상부에 배치되어 상부 전극으로 작용할 수 있고, 제1 패드(121)과 제2 패드(122)는 기판(130)의 하부에 배치되어 하부 전극으로 작용할 수 있고, 후술하는 비아 홀(147a, 147b)을 통하여 상부 전극과 하부 전극이 연결될 수 있다.
즉, 제1 리드 프레임 및 제2 리드 프레임(142, 144)이 상부 전극을 이루고, 제1 패드(121)와 제2 패드(122)는 하부 전극을 이루고, 비아 홀(147a, 147b)의 내부에 도전성 물질이 채워져서 관통 전극을 이룰 수 있으며, 상술한 상부 전극과 하부 전극과 관통 전극을 제1, 2 전극부라 할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는 산질화물계 형광체(170)를 포함하여 청색 또는 자외선 영역의 빛을 방출하는 발광 소자(110)로부터 광도가 저하되지 않은 백색광을 구현할 수 있다.
도 8 내지 도 10은 발광 소자 패키지의 다른 실시예들을 나타낸 도면이다.
이하에서는 도 1의 발광 소자 패키지의 실시예와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 8에 도시된 발광 소자 패키지(200)는 제1 리드 프레임(142)과 제2 리드 프레임(144)이 고정되는 패키지 몸체(130)를 더 포함하고, 상기 패키지 몸체(130)는 캐비티를 가지며, 발광 소자(110)는 상기 캐비티의 바닥면에 배치되고, 몰딩부(150)는 상기 캐비티 내에 배치되는 것일 수 있다.
몸체(130)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상부가 개방되고 측면과 바닥면으로 이루어진 캐비티를 가질 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.
몸체(130)에는 제1 리드 프레임(142) 및 제2 리드 프레임(144)이 설치되어 발광 소자(110)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 몸체(130)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지는 경우, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(130)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1, 2 리드 프레임(142, 144) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
제1 리드 프레임(142) 및 제2 리드 프레임(144)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광 소자(110)에 전류를 공급한다. 또한, 제1 리드 프레임(142) 및 제2 리드 프레임(144)은 발광 소자(110)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광 소자(110)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
발광 소자(110)는 캐비티 내에 배치될 수 있으며, 상기 몸체(130) 상에 배치되거나 제1 리드 프레임(142) 또는 제2 리드 프레임(144) 상에 배치될 수 있다. 배치되는 발광 소자(110)는 수직형 발광 소자 외에 수평형 발광 소자 등일 수도 있다. 도 7에 도시된 실시예에서는 발광 소자(110)가 제1 리드 프레임(142) 상에 배치되며, 제2 리드 프레임(144)과는 와이어(146)를 통하여 연결될 수 있으나, 발광 소자(110)는 와이어 본딩 방식 외에 플립칩 본딩 또는 다이 본딩 방식에 의하여서도 리드 프레임과 연결될 수 있다.
도 8의 발광 소자 패키지(200) 실시예에서 몰딩부(150)는 발광 소자(110)를 감싸고 캐비티 내부를 채우며 형성될 수 있다. 몰딩부(150)는 수지층 및 형광체(170)를 포함할 수 있으며, 발광 소자(110)를 포위하도록 배치되어 발광 소자(110)를 보호할 수 있다.
몰딩부(150)와 형광체(170)는 상술한 도 1의 실시예에서와 동일한 구성으로 이루어질 수 있다.
산질화물계 형광체(170)들은 수지층에 혼합되어 몰딩부(150) 내에 포함되어 분포될 수 있다.
산질화물계 형광체(170)는 몰딩부(150) 내에서 균일하게 분포될 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 캐비티 상부에서 하부로 갈수록 몰딩부(150) 내의 산질화물계 형광체(170)의 분포 밀도가 높아지도록 분포될 수 있으며, 서로 다른 조성비를 가지는 산질화물계 형광체(170)가 혼합되어 사용되어질 수 있다.
도 8에 도시된 실시예의 발광 소자 패키지(200)는 청색광 또는 자외선 광을 발광하는 발광 소자(110)와 발광 중심 파장이 580 내지 615nm인 발광 파장을 가지는 산질화물계 형광체(170)를 포함하여 백색광을 발광할 수 있으며, 발광 된 백색광은 렌즈(미도시)를 통과하면서 광경로가 변경될 수 있다.
또한, 도면에 도시되지는 않았으나 몰딩부(150)는 캐비티를 채우고 캐비티의 측면부 높이보다 높게 돔(dome) 형상으로 배치될 수 있으며, 발광 소자 패키지(200)의 광출사각을 조절하기 위하여 변형된 돔 형상으로 배치될 수도 있다. 몰딩부(150)는 발광 소자(110)를 포위하여 보호하고, 발광 소자(110)로부터 방출되는 빛의 경로를 변경하는 렌즈로 작용할 수 있다.
도 9의 실시예에 따르면, 산질화물계 형광체는 발광 소자(110)와 접촉하며 코팅되어 배치될 수 있으며, 예를 들어, 발광 소자(110) 상에 산질화물계 형광체(170)가 컨포멀 코팅(conformal coating) 방식으로 일정한 두께를 가지는 층(175)을 가지도록 배치될 수 있다.
코팅에 의하여 형성된 형광체층(175)은 발광 소자(110)의 상부면에 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 발광 소자의 측면 및 상부면 전체를 둘러싸고 배치될 수 있다. 형광체층(175)은 발광 소자(110)의 발광부위를 부분적으로 몰딩하여 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나 산질화물계 형광체는 몰딩부(150) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 산질화물계 형광체(170)는 몰딩부(150) 표면에 코팅되어 배치될 수 있다.
도 9의 발광 소자 패키지(300)에서는 발광 소자(110)에서 발광된 제1 파장 영역의 빛은 발광 소자 상의 형광체층(175)을 통과하여 제2 파장 영역으로 변환되어 방출될 수 있으며, 발광 소자 패키지(300)는 백색광을 구현할 수 있다.
도 9의 실시예에서의 형광체층(175)을 형성하는 산질화물계 형광체는 도 1의 발광 소자 패키지(100) 실시예에서 상술한 산질화물계 형광체와 동일할 수 있다. 실시예에서는 수직형 발광소자가 배치되고 있으나, 수평형 발광소자나 플립 칩 타입의 발광소자가 배치될 수도 있다.
도 10은 발광 소자 패키지(400)의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(400)에서 산질화물계 형광체는 발광 소자(110)와 일정 거리 이격 되어 필름 타입으로 배치된 것일 수 있다.
도 10에 도시된 발광 소자 패키지(400)는 캐비티가 형성된 몸체(130), 캐비티에 배치되는 발광 소자(110), 캐비티에 형성되는 몰딩부(150) 및 몰딩부(150) 상에 배치되는 광학 필름(180)을 포함하며, 광학 필름(180)은 상술한 산질화물계 형광체 조성들을 포함할 수 있다.
광학 필름(180)은 몰딩부(150) 상에 배치될 수 있으며, 발광 소자(110)에서 발생한 빛을 투과시킬 수 있다.
도 11은 광학 필름(180)의 단면을 나타낸 것으로서, 광학 필름(180)은 균일한 두께를 가지는 모체 필름(190)에 산질화물계 형광체(170)가 분포된 형태일 수 있으며, 경우에 따라 산질화물계 형광체(170) 입자와 함께 확산제 또는 분산제가 혼합된 광학 필름(180)일 수 있다.
광학 필름(180)의 모체 필름(190)은 투명한 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌 (Polyethylene), 폴리프로필렌 (Polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate), 폴리카보네이트 (Polycarbonate), 폴리스타이렌(Polystyrene) 및 에폭시(Epoxy) 화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
산질화물계 형광체(170)가 포함된 광학 필름(180)은 모체 필름(190)을 형성하는 원료물질에 산질화물계 형광체(170)를 분산시킨 상태에서 이를 경화하여 형성할 수 있으며, 압출 성형 방식 또는 인쇄법을 이용한 스크린 프린팅 방식 등을 이용하여 형성할 수 있다.
산질화물계 형광체(170)를 포함하여 제조한 광학 필름(180)이 발광 소자 패키지(400)의 몰딩부(150) 상에 배치되는 경우, 발광 소자(110)로부터 방출된 청색광 또는 자외선광이 광학 필름(180)을 통과하여 발광 소자 패키지(400)는 백색광을 구현할 수 있다.
산질화물계 형광체를 포함하는 상기의 실시예들의 발광 소자 패키지(100, 200, 300, 400)의 경우 발광 소자(110)에서 방출되는 청색 또는 자외선 파장 영역의 광으로 여기 되어 백색광을 구현할 수 있다. 또한, 산질화물계 형광체의 조성성분의 함량비를 조절하여 휘도 및 연색지수 등의 광특성을 조절할 수 있으며, 종래의 상용되는 형광체를 적용한 경우와 비교하여 광도가 저하되지 않고 높은 연색지수를 가지는 백색광을 얻을 수 있다.
이하에서는 상술한 발광 소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일 실시예로서 영상 표시장치 및 일반 조명 장치를 설명한다.
도 12는 발광소자 패키지를 포함하는 영상 표시장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 영상표시장치(900)는 광원 모듈과, 바텀 커버(910) 상의 반사판(920)과, 상기 반사판(920)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 영상표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(940)과, 상기 도광판(940)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(950) 및 제2 프리즘시트(960)와, 상기 제2 프리즘시트(960)의 전방에 배치되는 패널(970)과 상기 패널(970)의 전반에 배치되는 컬러필터(980)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(930) 상의 발광소자 패키지(935)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(930)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(935)는 상술한 바와 같다.
영상표시장치(900)는 도 9에 도시된 에지(edge) 타입의 백라이트 유닛 뿐만 아니라, 직하 타입의 백라이트 유닛이 사용될 수도 있다.
영상표시장치(900)의 실시예에서 상술한 실시예들의 발광소자 패키지(100, 200, 300, 400)를 포함하는 경우, 광도가 저하되지 않고 연색지수가 양호한 백색광을 구현할 수 있어 영상표시장치(900)의 광원 모듈로 적용이 가능하다.
도 13은 발광소자 패키지(100, 200, 300, 400)를 포함하는 조명 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 조명 장치는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1400), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700), 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 광원 모듈(1200)은 상술한 실시예들에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
커버(1100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(1200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
커버(1100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(1100)는 외부에서 상기 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 상기 방열체(1400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 광원 모듈(1200)로부터의 열은 상기 방열체(1400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(1200)은 발광소자 패키지(1210), 연결 플레이트(1230), 커넥터(1250)를 포함할 수 있다.
형광체는 커버(1100)의 적어도 일 측면에 코팅 등의 방법으로 배치되거나, 광원 모듈(1200) 내의 발광소자 패키지(1210) 내에 배치될 수 있다.
부재(1300)는 상기 방열체(1400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 발광소자 패키지(1210)들과 커넥터(1250)이 삽입되는 가이드홈(1310)들을 갖는다. 가이드홈(1310)은 상기 발광소자 패키지(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응된다.
부재(1300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(1300)는 상기 커버(1100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(1200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(1100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(1400)와 상기 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(1230)와 상기 방열체(1400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(1400)는 상기 광원 모듈(1200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(1700)의 상기 절연부(1710)에 수납되는 상기 전원 제공부(1600)는 밀폐된다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 갖는다. 가이드 돌출부(1510)는 상기 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 갖는다.
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 상기 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납되고, 상기 홀더(1500)에 의해 상기 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐된다. 상기 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650), 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(1630)는 상기 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(1630)는 상기 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(1650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(1670)는 상기 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 상기 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(1600)가 상기 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
본 조명 장치에 사용되는 발광소자 패키지는, 상술한 산질화물 형광체를 사용하여 청색 또는 자외선 영역의 빛을 방출하는 발광 소자로부터 광도가 저하되지 않고 종래의 상용되는 형광체를 사용한 경우와 유사한 광특성을 가지는 백색광을 구현할 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.
100, 200, 300, 400 : 발광 소자 패키지
110 : 발광 소자 120 : 기판
130: 몸체 142 : 제1 리드프레임
144 : 제2 리드프레임 150 : 몰딩부
170 : 형광체 175 : 형광체층
180 : 광학 필름 900 : 영상표시장치

Claims (16)

  1. 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임;
    상기 제 1리드 프레임과 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결되는 발광 소자;
    상기 발광 소자를 둘러싸고 배치되는 몰딩부; 및
    상기 발광 소자에서 방출되는 제1 파장 영역의 광에 의하여 여기 되어 제2 파장 영역의 광을 방출하는 산질화물계 형광체;를 포함하고,
    상기 산질화물계 형광체는 화학식 BaXSi5OaNbLicFd:zEu (0<a<8, a+b=8, 0.01≤Z≤0.5, X+Z=2, 0.001≤c≤0.30, 0.001≤d≤0.3)으로 표시되는 발광 소자 패키지.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임이 고정되는 패키지 몸체를 더 포함하고, 상기 패키지 몸체는 캐비티를 가지며, 상기 발광 소자는 상기 캐비티의 바닥면에 배치되고, 상기 몰딩부는 상기 캐비티 내에 배치되는 발광 소자 패키지.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 산질화물계 형광체는 상기 몰딩부 내에 포함된 발광 소자 패키지.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 산질화물계 형광체는 상기 발광 소자와 접촉하며 코팅된 발광 소자 패키지.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 산질화물계 형광체는 상기 몰딩부의 표면에 배치된 발광 소자 패키지.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 산질화물계 형광체는 상기 발광 소자와 일정 거리 이격 되어 필름 타입으로 배치된 발광 소자 패키지.
  7. 삭제
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  15. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산질화물계 형광체의 발광 피크의 중심 파장은 580nm 내지 610nm이고, 여기 파장 영역은 300nm 내지 550nm인 발광 소자 패키지.
  16. 삭제
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