KR101877423B1

KR101877423B1 - 산질화물 형광체 및 그를 포함한 발광소자 패키지

Info

Publication number: KR101877423B1
Application number: KR1020110125286A
Authority: KR
Inventors: 문지욱; 강희상
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2031-11-28
Also published as: KR20130059134A

Abstract

실시예에 따른 산질화물 형광체는 아래의 화학식으로 표시되는 결정을 포함한다.
[화학식]
(Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)

Description

산질화물 형광체 및 그를 포함한 발광소자 패키지{OXYNITRIDE PHOSPHOR, AND LIGHT-EMITTING DEVICE PACKAGE COMPRISING THE SAME}

실시예는 산질화물 형광체 및 그를 포함한 발광소자 패키지에 관한 것이다.

최근에 전세계적으로 활발하게 진행되고 있는 질화갈륨(GaN)계 백색 발광다이오드(LED)의 제작방법은 단일 칩 형태의 방법으로 청색이나 근자외선(ultra violet : UV) LED 칩 위에 형광물질을 결합하여 백색을 얻는 방법과 멀티 칩 형태로 LED 칩을 서로 조합하여 백색을 얻는 방법으로 크게 나뉜다.

멀티 칩 형태로 백색 발광다이오드를 구현하는 대표적인 방법은 RGB(Red, Green, Blue)의 3개 칩을 조합하여 제작하는 것인데, 각각의 칩마다 동작전압의 불균일성, 주변 온도에 따라 각각의 칩의 출력이 변해 색좌표가 달라지는 등의 문제점을 보이고 있다.

단일칩으로 백색광을 방출하는 LED 소자는 LED에 형광체를 도포하여 소자에서 나오는 청색광과 형광체로부터 방출되는 2차 광원을 이용하는 방법으로서, 청색 LED에 황색을 내는 YAG:Ce형광체를 도포하여 백색광을 얻는 방식[미국특허 제6,069,440호]이 일반적이다. 그러나, 상기 방법은 2차광을 이용하면서 발생하는 양자결손(quantum deficits) 및 재방사 효율에 기인한 효율감소가 수반되고, 색 랜더링이 용이하지 않다는 단점이 있다

또한, UV-LED(Ultraviolet Light Emitting Diode)의 경우 고출력으로 인해 발생하는 형광체의 열화로 인하여 광효율이 감소하고 색좌표가 변화하는 경향이 발생하고 있어 이에 대한 보완이 필요한 실정이다.

실시예는 열특성과 광효율이 뛰어난 산질화물 형광체 및 그를 이용한 발광소자 및 발광소자 패키지를 제공하는 데 있다.

실시예에 따른 산질화물 형광체는 아래의 화학식으로 표시되는 결정을 포함한다.

[화학식]

(Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)

실시예에 따른 산질화물 형광체는 고온 및 고습등의 악조건에서도 변형도가 작을 수 있다.

실시예에 따른 산질화물 형광체는 여기 파장대역이 넓어 활용도가 높다.

실시예에 따른 산질화물 형광체는 황색 형광체로 백색 발광소자를 구현하는 필수 형광체이다.

도 1 은 실시예에 따른 산질화물 형광체의 여기파장대역을 나타낸 발광 스펙트럼을 나타낸 도면,
도 2 는 실시예에 따른 산질화물 형광체의 발광파장대역을 나타낸 발광 스펙트럼을 나타낸 도면,
도 3 은 실시예에 따른 산질화물 형광체를 합성하는 방법에 대한 순서도,
도 4 는 실시예에 따른 산질화물 형광체의 입자를 표면 주사전자현미경으로 관찰한 사진,
도 5 는 실시예에 따른 산질화물 형광체에 대한 형광 X선 분석 결과를 나타낸 성분 분포 그래프,
도 6 은 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함한 발광소자의 단면을 도시한 단면도,
도 7a 는 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함한 발광소자 패키지의 사시도,
도 7b 는 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함한 발광소자 패키지의 단면도,
도 8 은 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함한 발광소자 패키지의 사시도,
도 9a 는 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함하는 조명 시스템을 도시한 사시도,
도 9b 는 도 9a 의 조명 시스템의 C-C' 단면을 도시한 단면도,
도 10 은 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도, 그리고
도 11 은 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

또한, 실시예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 실시예에 따른 산질화물 형광체의 여기파장대역을 나타낸 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 2는 실시예에 따른 산질화물 형광체의 발광파장대역을 나타낸 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.

실시예에 따른 산질화물 형광체는, 아래의 화학식1 로 표시되는 결정을 포함한다.

[화학식 1]

(Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)

도 1 을 참조하면, 실시예에 따른 산질화물 형광체는 300 내지 480nm 의 파장 영역을 여기파장대역 즉 여기주피크로 할 수 있다.

도 2 를 참조하면, 실시예에 따른 산질화물 형광체는 520 내지 620nm 의 파장 영역을 발광파장대역 즉 발광주피크로 할 수 있다. 산질화물 형광체는 발광 중심파장이 560nm 인 황색 형광체일 수 있다. 상기 산질화물 형광체는 발광소자에서 발생된 빛을 넓은 파장 범위에서 여기하여 원하는 파장의 광을 생성할 수 있다.

삭제

실시예에 따른 따른 형광체에 의해 방출되는 광은 백색 발광다이오드에 사용될 경우 여기 광으로 사용된 근 자외선 광(N-UV : Near-Ultraviolet lay)과 합성되어 백색광을 생성할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 형광체는 백색광을 구현하는 데 사용될 수 있다. 이는 하기에서 설명한다.

실시예에 따른 산질화물 형광체는 UV LED 및 파랑색 가시광선 파장의 빛을 발생시키는 LED 를 이용하여 백색광을 내는데 사용될 수 있다.

실시예에 따라서, (Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x의 화학식을 갖는 산질화물 형광체는 희토류 원소의 몰비인 x가 0<x≤0.3 일 수 있다.

스트론튬(Sr) 함량은 1.0 내지 2.0 이고, 바륨(Ba) 함량은 0.5 내지 1.5 일 수 있고, 아연(Zn) 함량은 0 초과 1.0 이하일 수 있다.

삭제

도 1 을 참조하면, 산질화물 형광체의 여기파장 세기는 아연(Zn) 함량에 따라서 변화할 수 있다. 아연(Zn) 함량이 많아질수록 여기파장 세기는 강해질 수 있다.

또한, 도 2 를 참조하면 산질화물 형광체는 아연(Zn) 함량이 변화되면 발광 파장영역은 유기하면서 발광하는 빛의 휘도가 증가할 수 있다.

산질화물 형광체는 (Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈ : Eu²⁺ _x일 수 있다.

삭제

산질화물 형광체는 산소의 몰비에 따라 생성되는 형광체의 결정구조가 변화될 수 있다. 산질화물 형광체는 산소의 몰비에 따라 발광 주피크가 변화할 수 있다. 산질화물 형광체는 산소의 몰비가 3 인 경우에 불순물 조성의 생성을 억제할 수 있고, 형광체의 발광강도를 향상시킬 수 있다.

실시예에 따른 산질화물 형광체는 상술한 바와 같은 화학식을 가짐에 따라서 분자 간 결합이 공유결합일 수 있다. 분자 간 결합이 공유결합으로 이루어짐에 따라서, 실시예에 따른 형광체는 열적으로 열진동에 대해 강한 내구성을 가질 수 있다. 따라서, 발광소자에서 생성되는 열에 대해 강한 내구성을 가지며, 고출력의 조명에 적용하기에 적합할 수 있다.

산질화물 형광체는 원소가 일정한 규칙에 따라 배열된 결정일 수 있다. 산질화물 형광체는 높은 발광 휘도를 가질 수 있다.

도 3 은 실시예에 따른 산질화물 형광체를 합성하는 방법에 대한 순서도이다.

도 3 을 참조하면, 상기 산질화물 형광체의 제조방법은 원료를 준비하는 단계(a), 원료를 혼합하는 단계(b), 형광체 합성분위기를 조성하는 단계(c), 볼밀 공정 및 건조 작업을 하는 단계(d), 및 형광체의 성분을 분석하는 단계(e)를 포함할 수 있다.

원료를 준비하는 단계(a)는 산질화물 형광체의 원료 물질인 SrCO₃, BaCO₃, ZnO, Si₃N₄ 및 Eu₂O₃를 조성비에 맞게 준비할 수 있다.

원료를 혼합하는 단계(b)는 산질화물 형광체의 원료 물질을 조성비에 맞게 개량한 후 용매를 이용하여 마노 유발에 원료물질을 혼합할 수 있다.

형광체 합성분위기를 조성하는 단계(c)는 약 1100 내지 1600℃의 온도에서 진행할 수 있다. 산질화물 형광체는 합성분위기에서 대략 10시간 동안 환원 처리될 수 있다. 산질화물 형광체는 상기 수소/질소가스의 가스 플로우(Gas flow) 하에서 소성될 수 있다. 이때, 수소/질소가스의 수소 : 질소 비율은 5 : 95 에서 20 : 80 으로 변화될 수 있다. 산질화물 형광체는 가스 플로우(Gas flow)가 1000 내지 2000cc 하에서 소성할 수 있다. 한편, 실시예에 따른 산질화물 형광체는 저온 상압 방법으로 합성될 수 있다.

볼밀 공정 및 건조 작업을 하는 단계(d)는 전 단계(c)에서 합성된 형광체를 잘게 분쇄할 수 있다. 형광체를 분쇄한 형광체 분말은 물과 함께 혼합될 수 있다. 형광체 분말과 물을 혼합한 것을 지르코니아 및 유리 볼을 이용하여 볼밀 공정 및 세정과정을 진행할 수 있다. 상기 볼밀 공정 및 세정과정이 진행된 형광체 분말은 80℃의 오븐에서 약 24시간 건조를 할 수 있다.

형광체의 성분을 분석하는 단계(e)는 산질화물 형광체에 대해서 광방출특성(PL emission)을 확인하고 표면 주사전자현미경촬영(SEM) 및 에너지 분사형 엑스선 분석(EDX)을 할 수 있다. 한편, 광 방출 특성(PL emission)을 확인한 결과는 도 1 및 도 2 의 그래프에 나타나 있다.

도 4 는 실시예에 따른 산질화물 형광체의 입자를 표면 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.

도 4 의 주사전자현미경촬영(SEM) 촬영 결과로부터 (Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)의 산질화물 형광체의 미세입자가 고르게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.

도 5 는 실시예에 따른 산질화물 형광체에 대한 형광 X선 분석 결과를 나타낸 성분 분포 그래프이다.

에너지 분사형 엑스선 분석(EDX)을 하면 산질화물 형광체가 포함하는 성분들에 대한 Wt% 및 At%를 알 수 있다. 형광 X선 분석으로 산질화물 형광체를 정량적으로 분석하면 Sr, Ba, Zn, Si, O, N 및 Eu 이 검출된 것을 확인할 수 있다.

도 6 은 실시예에 따른 산질화물 형광체를 포함한 발광소자(100)의 단면을 도시한 단면도이다.

도 6 을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치되며, 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(126) 및 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(126) 사이에 배치되는 활성층(124)을 포함하는 발광구조물(120), 및 발광구조물(120)의 일면에 배치되는 형광체층(130)을 포함하고, 형광체층(130)은 (Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)의 화학식을 갖는 산질화물 형광체를 포함한다.

도 6 에 도시된 발광소자(100)는 수평형 발광다이오드이나, 발광소자(100)는 수평형에만 한정하지 아니한다. 즉, 하기에는 수평형 발광다이오드에 대해서 언급하고 있으나, 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(126)은 도핑되는 물질이 서로 달라질 수 있고, 수직형 발광다이오드에도 실시예는 적용될 수 있다.

기판(110)은 실시예에 따라 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘게르마늄(SiGe), 질화갈륨(GaN), 갈륨(Ⅲ)옥사이드(Ga₂O₃)와 같은 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다.

기판(110)은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라서 금속으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr)중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 위 물질 중 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 기판(110)이 금속으로 형성된 경우 발광 소자에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광 소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.

기판(110)은 광 추출 효율을 높이기 위해서, 상면에 PSS(Patterned Sapphire Substrate) 구조를 구비할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(110)은 발광소자(100)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 기판(110)은 제1 반도체층(122)과 격자상수의 차이가 존재하여 제1 반도체층(122)과의 사이에 격자상수 차이를 완화시키는 층을 구비할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.

한편, 기판(110) 상에는 기판(110)과 제1 반도체층(122) 사이의 격자 부정합을 완화하고 반도체층이 용이하게 성장될 수 있도록 하는 버퍼층(미도시)이 위치할 수 있다. 버퍼층(미도시)은 저온 분위기에서 형성할 수 있으며, 반도체층과 기판(110)과의 격자상수 차이를 완화시켜 줄 수 있는 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, GaN, InN, AlN, AlInN, InGaN, AlGaN, 및 InAlGaN 과 같은 재질 중 선택할 수 있으며 이에 한정되지 않는다. 버퍼층(미도시)은 기판(110) 상에 비단결정으로 성장할 수 있으며, 비단결정으로 성장한 버퍼층(미도시)은 버퍼층(미도시)상에 성장하는 제1 반도체층(122)의 결정성을 향상시킬 수 있다.

버퍼층(미도시) 상에는 제1 반도체층(122), 활성층(124), 및 제2 반도체층(126)을 포함한 발광 구조물이 배치될 수 있다.

버퍼층(미도시) 상에는 제1 반도체층(122)이 배치될 수 있다. 제1 반도체층(122)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 활성층(124)에 전자를 제공할 수 있다. 제1 반도체층(122)은 예를 들어, In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.

또한, 제1 반도체층(122) 아래에 언도프트 반도체층(미도시)을 더 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 언도프트 반도체층(미도시)은 제1 반도체층(122)의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, n형 도펀트가 도핑되지 않아 제1 반도체층(122)에 비해 낮은 전기전도성을 갖는 것을 제외하고는 제1 반도체층(122)과 같을 수 있다.

상기 제1 반도체층(122) 상에는 활성층(124)이 배치될 수 있다. 활성층(124)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.

활성층(124)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨데, In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 In_aAl_bGa₁ _-a- _bN (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 다중 양자우물구조를 갖을 수 있다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.

활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전성 클래드층(미도시)이 배치될 수 있다. 도전성 클래드층(미도시)은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(124)의 밴드 갭보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.

제2 반도체층(126)은 활성층(124)에 정공을 주입하도록 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제2 반도체층(126)은 예를 들어, In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.

발광구조물(120)은 300 내지 480nm 의 파장 영역의 빛을 발생시킬 수 있다. 즉, 발광구조물(120)은 자외선 파장의 빛을 발생시킬 수 있다.

발광구조물(120)의 일면에는 형광체층(130)이 배치될 수 있다. 형광체층(130)은 상기 발광구조물(120)의 상면에 배치되거나 일면에 배치될 수 있다. 경우에 따라, 형광체층(130)은 발광구조물(120)의 발광부위를 부분적으로 몰딩하여 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.

소용량 발광소자의 경우 발광구조물(120)을 전체적으로 형광체층(130)으로 몰딩할 수 있고, 고출력 발광소자의 경우에는 전체적으로 몰딩하는 것은 형광체층(130)의 내부에 형광체가 고르게 분산하는데 악영향을 미칠 수 있으므로 부분적으로 몰딩할 수 있다. 형광체층(130)은 광투과 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 요소수지, 아크릴 수지 또는 광투과 실리콘 수지 중에서 하나 또는 복수로 형성될 수 있다.

형광체층(130)은 발광구조물(120)을 외부와 차단하여 이물질 투입으로 인한 결함을 최소화할 수 있다.

형광체층(130)은 산질화물 형광체를 포함할 수 있다. 상기 산질화물 형광체는 아래의 화학식으로 표시되는 결정을 포함한다.

[화학식]

(Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)

형광체층(130)은 상기 산질화물 형광체를 포함하여 발광구조물(120)에서 발생한 빛을 여기하여 백색빛을 발산할 수 있다.

발광구조물(120)이 생성하는 빛이 자외선 파장대인 경우에 형광체층(130)은 황색, 녹색 및 청색의 형광체를 포함하는 경우에 백색 발광소자(100)를 구현할 수 있다.

또는, 발광구조물(120)이 생성하는 빛이 파란색 가시광선 영역인 경우 형광체층(130)은 녹색, 적색, 황색 형광체를 함께 포함하여 백색 발광소자(100)를 구현할 수 있다.

산질화물 형광체는 300 내지 480nm 의 파장 영역을 여기파장대역 즉 여기주피크로 할 수 있다. 산질화물 형광체는 520 내지 620nm 의 파장 영역을 발광파장대역 즉 발광주피크로 할 수 있다.

도 7a 및 도 7b 는 실시예에 따른 발광소자 패키지(500)를 나타낸 사시도 및 단면도이다.

도 7a 및 도 7b 를 참조하면, 발광소자 패키지(500)는 상면이 함몰되어 캐비티(520)가 형성되는 몸체(510), 캐비티(520)에 배치되며 빛을 발광하는 발광소자(530), 몸체(510)에 배치되며 발광소자(530)와 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550) 및 발광소자(530)를 덮도록 캐비티(520)에 충진되는 봉지재(미도시)를 포함할 수 있다.

몸체(510)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al₂O₃), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(510)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.

몸체(510)의 내면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(530)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.

광의 지향각이 줄어들수록 발광소자(530)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 증가하고, 반대로 광의 지향각이 클수록 발광소자(530)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 감소한다.

한편, 몸체(510)에 형성되는 캐비티(520)를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

발광소자(530)는 제1 리드 프레임(540) 상에 실장되며, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광소자(530)는 한 개 이상 실장될 수 있다.

발광소자(530)는 300 내지 480nm 의 파장 영역의 빛을 발생시킬 수 있다. 즉, 발광소자(530)는 UV-LED일 수 있다.

또한, 발광소자(530)는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩(flip chip) 모두에 적용 가능하다.

봉지재(미도시)는 발광소자(530)를 덮도록 캐비티(520)에 충진될 수 있다. 봉지재(미도시)는 광투과 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 요소 수지, 아크릴 수지 또는 광투과 실리콘 수지 중에서 하나 또는 복수로 형성될 수 있다. 봉지재(미도시)는 캐비티(520) 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.

또한 봉지재(미도시)는 산질화물 형광체를 포함할 수 있으며, 산질화물 형광체는 (Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)의 화학식을 갖는 결정을 포함할 수 있다. 산질화물 형광체는 발광소자 패키지(500)가 선명한 백색광을 구현하도록 할 수 있다.

발광소자(530)가 생성하는 빛이 자외선 파장대인 경우에 봉지재(미도시)는 황색, 녹색 및 청색의 형광체를 포함하여 백색 발광소자 패키지(500)를 구현할 수 있다.

발광소자(530)이 생성하는 빛이 파랑색 가시광선 파장대인 경우에 봉지재(미도시)는 황색의 형광체를 포함하거나, 황색, 적색 및 녹색의 형광체를 사용하여 발광소자 패키지(500)가 백색 빛을 방출하도록 할 수 있다.

산질화물 형광체는 발광소자(530)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(530)가 발생시킨 빛이 산질화물 형광체의 색과 혼색됨에 따라 발광소자 패키지(500)는 백색 빛을 제공할 수 있다.

제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

제1 제2 리드 프레임(540, 550)은 서로 이격되어 서로 전기적으로 분리된다. 발광소자(530)는 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)상에 실장되며, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 발광소자(530)와 직접 접촉하거나 또는 솔더링 부재(미도시)와 같은 전도성을 갖는 재료를 통해서 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 발광소자(530)는 와이어 본딩을 통해 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 따라서 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)에 전원이 연결되면 발광소자(530)에 전원이 인가될 수 있다. 한편, 수개의 리드 프레임(미도시)이 몸체(510)내에 실장되고 각각의 리드 프레임(미도시)이 발광소자(530)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.

도 8 은 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)를 도시한 단면도이다.

도 8 을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310), 캐비티(320)에 배치되며 빛을 발광하는 발광소자(330), 캐비티에 충진되는 봉지재(미도시) 및 봉지재(미도시)를 덮도록 배치되는 광학 시트(380)를 포함하며, 광학 시트(380)는 (Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)의 화학식을 갖는 산질화물 형광체를 포함한다.

발광소자(330)는 300 내지 480nm 의 파장 영역의 빛을 발생시킬 수 있다.

광학시트(380)는 봉지재(미도시)를 덮도록 배치될 수 있다. 광학시트(380)는 발광소자(330)에서 발생된 빛을 투과시킬 수 있다.

광학시트(380)는 열적 안정성이 우수하고 투명한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 광학시트(380)는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 및 폴리에폭시로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.

광학시트(380)는 산질화물 형광체(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학시트(380)는 원료물질에 산질화물 형광체(미도시)를 골고루 분산시킨 상태에서 경화하여 형성될 수 있다. 광학시트(380)는 전체에 형광체(미도시)가 고루 분포되어 발광소자 패키지(300)의 색재현율을 향상시킬 수 있다.

광학시트(380)는 베이스부(382), 및 베이스부(382)의 상면에 배치되는 프리즘 패턴(384)을 포함될 수 있다.

프리즘 패턴(384)는 베이스부(382)의 일 면에서 일 방향을 따라 상호 인접하여 평행하게 배열된 복수의 선형 프리즘을 포함하며, 선형 프리즘의 축 방향에 대한 수직 단면은 삼각형일 수 있다.

프리즘 패턴(384)은 광을 집광하는 효과가 있기 때문에, 발광소자 패키지(300)에 광학 시트(380)를 부착하는 경우는 광의 직진성이 향상되어 발광소자 패키지(300)의 광의 휘도가 향상될 수 있다.

한편, 프리즘 패턴(384)에는 산질화물 형광체(미도시)가 포함될 수 있다.

프리즘 패턴(384)은 전체에 산질화물 형광체(미도시)가 분산된 형태일 수 있다. 예를 들어, 프리즘 패턴(384)은 산질화물 형광체(미도시)와 아크릴 레진을 혼합하여 페이스트 또는 슬러리 상태로 만든 후 그를 경화하여 형성될 수 있다. 프리즘 패턴(384)은 전체에 균일하게 산질화물 형광체(미도시)를 포함할 수 있다.

프리즘 패턴(384)은 산질화물 형광체(미도시)를 포함하여 발광소자 패키지(300)의 광의 균일도 및 분포도를 향상시킬 수 있다. 프리즘 패턴(384)은 광의 집광효과 뿐 만 아니라, 산질화물 형광체(미도시)에 의한 광의 분산효과로 인하여 발광소자 패키지(300)의 지향각을 향상시킬 수 있다.

산질화물 형광체(미도시)는 (Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)을 포함한다.)의 화학식을 갖는 결정을 포함할 수 있다. 산질화물 형광체(미도시)는 발광소자 패키지(300)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.

발광소자(330)가 생성하는 빛이 자외선 파장대인 경우에 봉지재(미도시)는 황색, 녹색 및 청색의 형광체를 포함하여 백색 발광소자 패키지(300)를 구현할 수 있다.

발광소자(330)이 생성하는 빛이 파랑색 가시광선 파장대인 경우에 봉지재(미도시)는 황색의 형광체를 포함하거나, 황색, 적색 및 녹색의 형광체를 사용하여 발광소자 패키지(300)가 백색 빛을 방출하도록 할 수 있다.

산질화물 형광체(미도시)는 발광소자(330)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(330)가 발생시킨 빛이 형광체의 색과 혼색됨에 따라 발광소자 패키지(300)는 백색 빛을 제공할 수 있다.

도 9a 는 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 9b 는 도 9a 의 조명장치의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다.

도 9a 및 도 9b 를 참조하면, 조명장치(600)는 몸체(610), 몸체(610)와 체결되는 커버(630) 및 몸체(610)의 양단에 위치하는 마감캡(650)을 포함할 수 있다.

몸체(610)의 하부면에는 발광소자 모듈(640)이 체결되며, 몸체(610)는 발광소자 패키지(644)에서 발생된 열이 몸체(610)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.

발광소자 패키지(644)는 인쇄회로기판(642) 상에 다색, 다열로 실장되어 어레이를 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라서 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 인쇄회로기판(642)으로 MPPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 등을 사용할 수 있다.

발광소자 패키지(644)는 봉지재가 연색지수가 높은 형광체를 포함하여 백색광의 구현이 향상될 수 있어, 발광소자 패키지(644) 및 발광소자 패키지(644)를 포함하는 조명장치(600)의 해상도가 향상될 수 있다.

산질화물 형광체(미도시)는 (Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)의 화학식을 갖는 결정을 포함할 수 있다. 산질화물 형광체(미도시)는 발광소자 패키지(644)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.

커버(630)는 몸체(610)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.

커버(630)는 내부의 발광소자 모듈(640)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(630)는 발광소자 패키지(644)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(630)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(630)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.

한편, 발광소자 패키지(644)에서 발생한 광은 커버(630)를 통해 외부로 방출되므로 커버(630)는 광 투과율이 우수하여야 하며, 발광소자 패키지(644)에서 발생한 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(630)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.

마감캡(650)은 몸체(610)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(650)에는 전원핀(652)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(600)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.

도 10 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.

도 10 에 도시된 백라이트 유닛(770)은 에지-라이트 방식으로, 액정표시장치(700)는 액정표시패널(710)과 액정표시패널(710)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(770)을 포함할 수 있다.

액정표시패널(710)은 백라이트 유닛(770)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(710)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(712) 및 박막 트랜지스터 기판(714)을 포함할 수 있다.

컬러 필터 기판(712)은 액정표시패널(710)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.

박막 트랜지스터 기판(714)은 구동 필름(717)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로 기판(718)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(714)은 인쇄회로 기판(718)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로 기판(718)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.

박막 트랜지스터 기판(714)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.

백라이트 유닛(770)은 빛을 출력하는 발광소자 모듈(720), 발광소자 모듈(720)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(710)로 제공하는 도광판(730), 도광판(730)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(750, 766, 764) 및 도광판(730)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(730)으로 반사시키는 반사 시트(740)로 구성된다.

발광소자 모듈(720)은 복수의 발광소자 패키지(724)와 복수의 발광소자 패키지(724)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 인쇄회로기판(722)을 포함할 수 있다.

발광소자 패키지(724)는 봉지재가 연색지수가 높은 산질화물 형광체를 포함하여 백색광의 구현이 향상될 수 있어, 발광소자 패키지(724) 및 발광소자 패키지(724)를 포함하는 백라이트 유닛(770)의 해상도가 향상될 수 있다.

산질화물 형광체(미도시)는 (Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)을 포함한다.)의 화학식을 갖는 결정을 포함할 수 있다. 산질화물 형광체(미도시)는 발광소자 패키지(724)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.

한편, 백라이트 유닛(770)은 도광판(730)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(710) 방향으로 확산시키는 확산필름(766)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(750)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(750)를 보호하기 위한 보호필름(764)을 포함할 수 있다.

도 11 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 10 에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.

도 11 에 도시된 백라이트 유닛(870)은 직하 방식으로, 액정표시장치(800)는 액정표시패널(810)과 액정표시패널(810)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(870)을 포함할 수 있다.

액정표시패널(810)은 도 8 에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

백라이트 유닛(870)은 복수의 발광소자 모듈(823), 반사시트(824), 발광소자 모듈(823)과 반사시트(824)가 수납되는 하부 섀시(830), 발광소자 모듈(823)의 상부에 배치되는 확산판(840) 및 다수의 광학필름(860)을 포함할 수 있다.

발광소자 모듈(823) 복수의 발광소자 패키지(822)와 복수의 발광소자 패키지(822)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 인쇄회로기판(821)을 포함할 수 있다.

발광소자 패키지(822)는 봉지재가 연색지수가 높은 산질화물 형광체를 포함하여 백색광의 구현이 향상될 수 있어, 발광소자 패키지(822) 및 발광소자 패키지(822)를 포함하는 백라이트 유닛(870)의 해상도가 향상될 수 있다.

산질화물 형광체(미도시)는 (Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)의 화학식을 갖는 결정을 포함할 수 있다. 산질화물 형광체(미도시)는 발광소자 패키지(822)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.

반사 시트(824)는 발광소자 패키지(822)에서 발생한 빛을 액정표시패널(810)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.

한편, 발광소자 모듈(823)에서 발생한 빛은 확산판(840)에 입사하며, 확산판(840)의 상부에는 광학 필름(860)이 배치된다. 광학 필름(860)은 확산 필름(866), 프리즘필름(850) 및 보호필름(864)를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 실시예에 따른 발광소자는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

또한, 이상에서는 여러가지 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

100 : 발광소자 110 : 기판
120 : 발광구조물 122 : 제1 반도체층
124 : 활성층 126 : 제2 반도체층
130 : 형광체층

Claims

아래의 화학식으로 표시되는 결정을 포함하고, 발광 중심파장이 560nm이고, 황색 빛을 발광하는 산질화물 형광체.
[화학식]
(Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)
삭제
제1항에 있어서,
상기 산질화물 형광체의 여기 중심파장은 300 내지 480nm인 산질화물 형광체.
삭제
제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하며, 중심파장이 300내지 480nm인 빛을 발생시키는 발광구조물; 및
상기 발광구조물의 일면에 배치되며, 발광 중심파장이 560nm인 황색 빛을 발생시키는 형광체층;을 포함하고,
상기 형광체층은 (Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)
의 화학식을 갖는 산질화물 형광체를 포함하고, 상기 발광 구조물 상에 배치되는 발광소자.
삭제
캐비티가 형성된 몸체;
상기 캐비티에 배치되며 빛을 발광하는 발광소자; 및
상기 캐비티에 충진되는 봉지재를 포함하며,
상기 봉지재는 (Sr, Ba, Zn)_3-xSi₆O₃N₈: Eu²⁺ _x(0<x≤0.3)의 화학식을 갖고, 발광 중심파장이 560nm이고, 황색 빛을 발광하는 산질화물 형광체를 포함하고,
상기 스트론튬(Sr) 함량은 1.0 내지 2.0 이고,
상기 바륨(Ba) 함량은 0.5 내지 1.5 이며,
상기 아연(Zn) 의 함량은 0 초과 1.0 이하인 발광소자 패키지.
제7항에 있어서,
상기 봉지재는 광투과 에폭시 수지 또는 광투과 실리콘 수지로 형성되는 발광소자 패키지.
삭제
제7항에 있어서,
상기 발광소자는 중심파장이 300 내지 480nm인 빛을 발생시키는 발광소자 패키지.
삭제
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