[go: up one dir, main page]

KR102369932B1 - 불화물계 형광체, 발광장치, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치 제조방법 - Google Patents

불화물계 형광체, 발광장치, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102369932B1
KR102369932B1 KR1020140155324A KR20140155324A KR102369932B1 KR 102369932 B1 KR102369932 B1 KR 102369932B1 KR 1020140155324 A KR1020140155324 A KR 1020140155324A KR 20140155324 A KR20140155324 A KR 20140155324A KR 102369932 B1 KR102369932 B1 KR 102369932B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fluoride
light emitting
light
emitting device
based phosphor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020140155324A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160056349A (ko
Inventor
박종원
이인형
김태훈
유지호
이치우
윤철수
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020140155324A priority Critical patent/KR102369932B1/ko
Priority to US14/839,798 priority patent/US9917231B2/en
Publication of KR20160056349A publication Critical patent/KR20160056349A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102369932B1 publication Critical patent/KR102369932B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H10H20/8511—Wavelength conversion means characterised by their material, e.g. binder
    • H10H20/8512—Wavelength conversion materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/61—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing fluorine, chlorine, bromine, iodine or unspecified halogen elements
    • C09K11/617—Silicates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48257—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a die pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 불화물계 형광체는, 조성식 AxMFy:Mnz 4 +로 표현되는 불화물을 포함하며, 조성식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종이고, A의 조성비(x)는 2 ≤ x ≤ 3을 만족하고, F의 조성비(y)는 4 ≤ y ≤ 7을 만족하며, Mn의 조성비(z)는 0 ＜ z ≤ 0.17을 만족한다.

Description

불화물계 형광체, 발광장치, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치 제조방법{FLUORIDE PHOSPHOR, LIGHT EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHODS THEREOF}
본 발명은 불화물계 형광체, 발광장치, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 전류가 가해지면 전자와 정공의 재결합 원리를 이용하여 광을 방출하며, 낮은 소비전력, 고휘도, 소형화 등의 여러 장점 때문에 광원으로서 널리 사용되고 있다. 특히, 질화물계 발광소자가 개발된 후에는 활용범위가 더욱 확대되어 백라이트 유닛, 가정용 조명장치, 자동차 조명 등으로 채용되고 있다.
이러한 반도체 발광소자를 이용한 발광장치는, 여기광을 제공하는 발광소자와 상기 발광소자에서 방출된 광으로부터 여기되어 파장변환된 광을 방출하는 형광체를 구비하여 원하는 색특성을 갖도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 색재현성과 신뢰성 등의 관점에서 우수한 특성을 제공하는 형광체 및 이러한 형광체를 이용한 발광장치에 대한 연구가 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 광특성 및 신뢰성이 향상된 불화물계 형광체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적 중 다른 하나는, 이러한 불화물계 형광체를 이용하며, 광특성 및 신뢰성이 향상된 발광장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체는, 조성식 AxMFy:Mnz 4 +로 표현되는 불화물을 포함하며, 상기 조성식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종이고, A의 조성비(x)는 2 ≤ x ≤ 3을 만족하고, F의 조성비(y)는 4 ≤ y ≤ 7을 만족하며, Mn의 조성비(z)는 0 ＜ z ≤ 0.17을 만족할 수 있다.
일 예로, 상기 불화물계 형광체는 입도가 15 ㎛ 내지 25 ㎛일 수 있다.
일 예로, 상기 불화물계 형광체는 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)이 80 % 이상일 수 있다.
일 예로, 상기 불화물계 형광체는 370 nm 내지 500 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 광을 흡수하여, 620 nm 내지 640 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 적색광을 방출할 수 있다.
일 예로, 상기 Mn의 조성비(z)는 0.10 ≤ z ≤ 0.17을 만족할 수 있다.
일 예로, 상기 불화물계 형광체에서, Mn의 함량은 3.4 wt. % 내지 3.8 wt. %일 수 있다.
일 예로, 상기 불화물계 형광체는 K2SiF6:Mnz 4 +일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치는, 발광소자; 및 상기 발광소자로부터 방출되는 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부를 포함하고, 상기 파장변환부는, 조성식 AxMFy:Mnz 4 +로 표현되는 불화물을 포함하며, 상기 조성식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종이고, A의 조성비(x)는 2 ≤ x ≤ 3을 만족하고, F의 조성비(y)는 4 ≤ y ≤ 7을 만족하며, Mn의 조성비(z)는 0 ＜ z ≤ 0.17를 만족할 수 있다.
일 예로, 상기 발광소자는 370 nm 내지 500 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
일 예로, 상기 불화물계 형광체는 620 nm 내지 640 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 적색광을 방출할 수 있다.
일 예로, 상기 불화물계 형광체에서, 상기 Mn의 조성비(z)는 0.10 ≤ z ≤ 0.17을 만족할 수 있다.
일 예로, 상기 파장변환부는, 상기 발광소자로부터 방출된 광을 흡수하여 녹색광을 방출하는 녹색 형광체를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 녹색 형광체는 500 nm 내지 600 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 녹색광을 방출할 수 있다.
일 예로, 상기 발광소자는 청색광 및 녹색광을 함께 방출할 수 있다.
일 예로, 상기 파장변환부는, 상기 불화물계 형광체를 코팅하는 유기 또는 무기 물질의 코팅층을 더 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 파장변환부의 적어도 일면에 배치되며 방습 기능을 수행하는 보호층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체 제조방법은, 하기 화학식 1로 표시되는 불화물계 형광체 제조방법으로서, 망간 화합물을 포함하는 제1 용액을 준비하는 단계; 상기 제1 용액에, M을 함유한 제1 원료 물질을 투입하여 제2 용액을 준비하는 단계; 상기 제2 용액에, A를 함유한 제2 원료 물질을 포함하는 제3 용액을 투입하여 침전물을 형성하는 단계; 및 상기 침전물을 불산 및 아세톤 중 적어도 하나를 포함하는 세정액으로 세정하는 단계를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
AxMFy:Mnz 4 +
(상기 화학식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종이고, A의 조성비(x)는 2 ≤ x ≤ 3을 만족하고, F의 조성비(y)는 4 ≤ y ≤ 7을 만족하며, Mn의 조성비(z)는 0 ＜ z ≤ 0.17를 만족함)
일 예로, 상기 침전물을 형성하는 단계에서, 상기 제3 용액을 상기 제2 용액에 투입하는 시간 또는 횟수에 의해 제조되는 상기 불화물계 형광체의 입도가 제어될 수 있다.
일 예로, 제조된 상기 불화물계 형광체는 입도는 15 ㎛ 내지 25 ㎛일 수 있다.
일 예로, 상기 불화물계 형광체에서, Mn의 함량은 3.4 wt. % 내지 3.8 wt. %일 수 있다.
일 예로, 상기 제1 용액을 준비하는 단계는, AxMnFy 조성을 갖는 상기 망간 화합물을 불산수용액에 용해시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 제1 원료 물질은 HxMFy 및 AxMFy 중 적어도 하나이고, 상기 제2 원료 물질은 AHF2일 수 있다.
일 예로, 상기 침전물을 건조시키는 단계; 및 제조된 상기 불화물계 형광체의 입자 표면을 유기 또는 무기 물질로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치 제조방법은, 기판 상에 발광소자를 실장하는 단계; 상기 발광소자로부터 방출되는 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하며, 하기 화학식 (1)로 표시되는 불화물계 형광체를 준비하는 단계; 및 상기 발광소자 상에, 상기 불화물계 형광체를 포함하는 파장변화부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
AxMFy:Mnz 4 +
(상기 화학식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종이고, A의 조성비(x)는 2 ≤ x ≤ 3을 만족하고, F의 조성비(y)는 4 ≤ y ≤ 7을 만족하며, Mn의 조성비(z)는 0 ＜ z ≤ 0.17를 만족함)
활성제의 조성비를 낮춤으로써, 색재현성과 같은 광특성 및 신뢰성이 개선된 불화물계 형광체 및 발광장치가 제공될 수 있으며, 그 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 X선 회절 분석(X-Ray Diffraction, XRD) 결과를 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 주사 전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 발광특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치의 개략적인 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치에 채용될 수 있는 발광소자의 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체를 적용한 백색광 발광장치에서 얻어진 색특성을 설명하기 위한 CIE 1931 색좌표이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체를 적용한 백색광 발광장치의 신뢰성을 나타내는 그래프이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체를 적용한 백색광 발광장치의 신뢰성을 나타내는 그래프이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 광원모듈의 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 램프의 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시예가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시예는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체는 조성식 AxMFy:Mnz 4 +로 표현되는 불화물을 포함하며, 상기 조성식은 아래의 조건을 만족할 수 있다.
1) A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종임;
2) M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종임;
3) A의 조성비(x)는 2 ≤ x ≤ 3의 범위임;
4) F의 조성비(y)는 4 ≤ y ≤ 7의 범위임; 및
5) Mn의 조성비(z)는 0 ＜ z ≤ 0.17의 범위임.
상기 조성식으로 표시되는 상기 불화물계 형광체는, K2SiF6:Mn4 +, K2TiF6:Mn4 +, K2SnF6:Mn4+, Na2TiF6:Mn4 +, Na2ZrF6:Mn4 +, K3SiF7:Mn4 +, K3ZrF7:Mn4 + 및 K3SiF5:Mn4 +를 포함할 수 있다. 상기 불화물계 형광체는 자외선 영역에 걸쳐 청색 영역까지의 파장에 의해 여기되어 적색 발광을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명은 300 ㎚ 내지 500 ㎚ 범위에 피크 파장을 갖는 여기광을 흡수하여 620 nm 내지 640 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 형광체를 적색 형광체를 제공할 수 있다.
상기 불화물계 형광체는 1.5 at. % 또는 1.5 mol. % 이하의 낮은 망간(Mn) 함량을 가질 수 있으며, 4 wt. % 이하, 예를 들어 3.4 wt. % 내지 3.8 wt. %의 낮은 Mn 함량을 가질 수 있다. 특히 상기 Mn의 조성비(z)는 제조 시에 불화물계 형광체가 결정화되어 침전될 수 있는 범위 내에서 낮은 값으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 Mn의 조성비(z)는 0.10 ≤ z ≤ 0.17를 만족할 수 있다.
상기 불화물계 형광체는 상대적으로 낮은 Mn 조성비를 가지면서도, 15 ㎛ 내지 25 ㎛의 범위의 입도를 가질 수 있다.
이하에서, K2SiF6:Mn4 +의 조성식을 갖는 불화물계 형광체를 예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체 제조방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체 제조방법은, 망간 화합물을 포함하는 제1 용액을 준비하는 단계, 상기 제1 용액에, M을 함유한 제1 원료 물질을 투입하여 제2 용액을 준비하는 단계, 상기 제2 용액에, A를 함유한 제2 원료 물질을 포함하는 제3 용액을 투입하여 침전물을 형성하는 단계, 및 상기 침전물을 불산 및 아세톤 중 적어도 하나를 포함하는 세정액으로 세정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 단계들은 상온에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
먼저, 망간 화합물을 포함하는 제1 용액을 준비하는 단계가 수행될 수 있다. 상기 제1 용액은 AxMnFy 조성을 갖는 상기 망간 화합물을 불산수용액에 용해시켜 제조할 수 있다. 구체적으로, K2MnF6을 불산(HF)수용액에 넣어 용해시켜 상기 제1 용액을 제조할 수 있다.
다음으로, 상기 제1 용액에, M을 함유한 제1 원료 물질을 투입하여 제2 용액을 준비하는 단계가 수행될 수 있다. 상기 제1 원료 물질은 HxMFy 및 AxMFy 중 적어도 하나일 수 있으며, 예를 들어, H2SiF6 또는 K2SiF6일 수 있다.
다음으로, 상기 제2 용액에, A를 함유한 제2 원료 물질을 포함하는 제3 용액을 투입하여 침전물을 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 상기 제2 원료 물질은 AHF2, 예를 들어, KHF2일 수 있으며, 포화 용액(saturation solution) 상태이거나 분말 상태일 수 있다. 본 단계에서 형성되는 침전물은 오렌지 색을 가질 수 있다. 본 단계에서, 상기 제3 용액을 상기 제2 용액에 투입하는 시간 또는 횟수에 의해 제조되는 불화물계 형광체의 입도가 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 용액은 복수의 단계들로 나누어 상기 제2 용액에 투입될 수 있으며, 각 단계들 사이에는 시간 간격이 있을 수 있다.
다음으로, 상기 침전물을 불산 및 아세톤 중 적어도 하나를 포함하는 세정액으로 세정하는 단계가 수행될 수 있다. 상기 세정공정은, 예를 들어, 약 49 %의 고농도 불산수용액으로 상기 침전물을 교반함으로써 수행될 수 있으며, 이에 의해, 상기 침전물에 존재하는 불순물 및 잔여하는 제1 및 제2 원료물질 등이 제거될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 세정공정은 서로 다른 세정액을 이용하여 복수회로 수행될 수도 있다.
이후에, 세정된 침전물을 건조시켜 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체를 얻을 수 있다. 일 실시예에서, 불화물계 형광체 제조방법은, 제조된 상기 불화물계 형광체의 입자 표면을 유기 또는 무기 물질로 코팅하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기 단계들에 의해, 낮은 망간 함량을 갖는 불화물계 형광체가 제조될 수 있다. 다만, 단순히 망간 화합물의 양만을 조절하여 낮은 망간 함량의 불화물계 형광체를 제조하는 경우, 입도가 같이 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 망간 화합물의 양, 상기 제3 용액을 상기 제2 용액에 투입하는 시간 또는 횟수, 및 상기 제1 및 제2 원료 물질의 양을 함께 조절하였다.
이하, 보다 구체적인 실시예와 비교예들을 참조하여 본 발명의 제조방법에 따른 형광체를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
비교예 1, 비교예 2 및 본 발명의 실시예에 따른 불화물계 형광체는, 상기 제1 용액 내의 망간 화합물의 양, 상기 제2 및 제3 용액들 내의 상기 제1 및 제2 원료 물질들 각각의 양을 다르게 함으로써 제조될 수 있다. 구체적으로, 비교예 1 및 2에서 각각 22 m mol 및 15 m mol, 실시예에서 12 m mol의 K2MnF6이 720 mL의 불산수용액에 투입되었다. 또한, 제1 원료 물질로서, H2SiF6가 200 m mol 내지 240 m mol의 범위로 34 % 용액 상태로 사용되고, 제2 원료 물질로서, KHF2가 1.0 mol 내지 1.3 mol의 범위로 포화 용액 상태로 사용되었다. 실시예에서 사용된 H2SiF6의 양은 비교예 1에서보다 많고 비교예 2에서와 동일하였으며, 실시예에서 사용된 KHF2의 양은 비교예 1 및 2에서보다 적었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 X선 회절 분석(X-Ray Diffraction, XRD) 결과를 도시하는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 불화물계 형광체는 K2SiF6 분말과 동일한 XRD 결정피크를 나타내었다. 따라서, K2SiF6 구조를 갖는 불화물계 형광체가 제조되었음을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 주사 전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 사진이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체는 큐빅(cubic) 형태의 입자를 가지며, 15 ㎛ 내지 25 ㎛의 범위의 입도를 가질 수 있다.
표 1은 제조된 불화물계 형광체들 내의 Mn4 +의 함량, 입도 및 형광체 특성을 나타난다.
표 1을 참조하면, 실시예의 불화물계 형광체는 가장 낮은 Mn4 + 함량을 가지며, 약 1.2 at.%의 원자분율을 갖는다. 비교예 1 및 2는 실시예보다 높은 Mn4 +의 농도를 가지며, 각각 2.4 at.% 및 3.0 at.%의 원자분율을 갖는다.
비교예 1 및 2 및 실시예에서 형광체 입자의 입도는 약 20 ㎛ 정도로 유사하게 형성되었다. 흡수율은 비교예 2 및 실시예의 경우, 비교예 1보다 다소 낮은 값을 나타내었다. 내부양자효율(internal quantum efficiency, IQE)은 비교예 2 및 실시예의 경우, 비교예 1보다 높은 값을 나타내었다.
Mn4 + 함량 입도(median) 흡수율 IQE
비교예 1 3.02 at. % 19.6 ㎛ 0.73 0.80
비교예 2 2.42 at. % 20.9 ㎛ 0.64 0.85
실시예 1.21 at. % 20.1 ㎛ 0.62 0.85
표 1에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체는 활성제(activator)인 Mn4+의 함량을 낮추면서도, 입도 및 흡수율을 비교예들과 유사하게 유지할 수 있으며, IQE를 확보할 수 있다. Mn4 +의 농도를 낮추어 입도가 작아지는 경우 형광체 특성이 떨어질 수 있으며, 형광체의 입도가 상대적으로 큰 경우 발광장치의 제조 시에 형광체의 분산 공정이 어려워질 수 있다. 따라서, 본 발명의 불화물계 형광체는 15 ㎛ 내지 25 ㎛의 입도를 갖도록 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체는 약 340 nm 내지 380 nm 및 420 nm 내지 470 nm의 범위에서 여기 효율이 높으며, 특히 약 454 nm에서 최대 여기 효율을 나타내었다. 발광 파장은 적색 파장 대역에 해당하는 620 nm 내지 640 nm 범위를 가지며, 특히 약 631nm에서 발광 피크를 나타내었다. 또한, 불화물계 형광체는 10 nm 이하의 좁은 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 나타내었다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 발광특성을 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 고온 및 고습의 조건 하에서 수행된 제조된 불화물계 형광체의 보존 테스트 결과가 나타난다. 구체적으로, 85 ℃의 온도 및 85 % 습도 하에서 불화물계 형광체가 파우더 상태로 보존되었다.
상술한 실시예 및 비교예 1 및 2에 대해서 보존 테스트를 수행한 결과, 12 시간 경과 후, 비교예 1 및 2에서는 IQE가 크게 감소하였다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 불화물계 형광체에서는 IQE가 거의 감소하지 않았으며, 84.6 %의 높은 수준을 유지하였다.
이는 본 발명의 실시예에 따른 불화물계 형광체는 비교예들에 비하여 낮은 Mn 함량을 갖기 때문일 수 있다. K2SiF6:Mn4 +은 하기의 반응식 1과 같이 수분과 반응할 수 있다.
[반응식 1]
20K2Si0 .9Mn0 .1F6 + 8H2O → 18K2SiF6 + 2KMnO4 + 2KHF2 + 8HF + 3H2
상기 반응식 1과 같이, 불화물계 형광체 내의 Mn이 수분과 반응하여 산화물(KMnO4)을 형성하며, 이로 인해 형광체 특성이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 불화물계 형광체와 같이 Mn의 함량이 상대적으로 낮은 경우 불화물계 형광체의 수분 취약 특성이 개선될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치의 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 발광장치(100)는 기판(101), 기판(101) 상에 배치되는 발광소자(130) 및 파장변환부(150)를 포함할 수 있다. 또한, 발광장치(100)는 발광소자(130)와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드 프레임(111, 112), 컵 형상을 가지는 몸체부(120) 및 발광소자(130)와 리드 프레임(111, 112)을 연결하는 도전성 와이어(W)를 포함할 수 있다. 따라서, 발광장치(100)는 발광소자 패키지를 구성할 수 있다.
특별히 다른 설명이 없는 한, 본 명세서에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 구성 요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
기판(101)은 불투명 수지 또는 반사율이 큰 수지로 성형될 수 있으며, 사출공정이 용이한 폴리머 수지로 이루어질 수도 있다. 또한, 기판(101)은 세라믹으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 열방출이 용이할 수 있다. 실시예에 따라, 기판(101)은 배선 패턴이 형성된 인쇄회로기판일 수 있다.
한 쌍의 리드 프레임(111, 112)은 기판(101) 상에 배치되며, 발광소자(130)에 구동전원을 인가하기 위하여 발광소자(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 리드 프레임(111, 112)은 도전성 와이어(W)를 통하여 발광소자(130)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 외부 전기신호를 인가하기 위한 단자로서 이용될 수 있다. 이를 위하여, 리드 프레임(111, 112)은 도전성이 우수한 금속으로 이루어질 수 있다. 실시예에 따라, 발광소자(130)는 도전성 와이어(W)에 의하지 않고 리드 프레임(111, 112)과 직접 접촉되어 연결될 수도 있다.
몸체부(120)는 기판(101) 및 리드 프레임(111, 112) 상에 배치되며 발광소자(130)를 수용하는 캐비티(cavity)를 형성할 수 있다. 몸체부(120)는 빛의 반사 효율이 향상되도록 컵 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 실시예에 따라, 몸체부(120)는 기판(101)과 일체로 이루어져 패키지 본체를 구성할 수도 있다.
발광소자(130)는 기판(101)의 상면에 배치되며, 전기 신호 인가 시 빛을 방출하는 광전소자일 수 있다. 발광소자(100)는 청색광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(130)는 에피택셜 성장된 반도체층을 포함하는 반도체 발광소자일 수 있다. 또한, 발광소자(130)는 복수개의 나노 발광구조물들을 포함하는 나노 발광소자일 수 있다.
파장변환부(150)는 몸체부(120)에 의해 형성되는 캐비티 내에 배치되며, 봉지층(152), 봉지층(152) 내에 분산되는 불화물계 형광체(154) 및 녹색 형광체(156)를 포함할 수 있다. 불화물계 형광체(154)는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체이다. 파장변환부(150)는 발광소자(130)에서 방출되는 여기광에 의해 여기되어 파장변환된 가시광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(100)에서 방출되는 청색광에 의해 불화물계 형광체(154) 및 녹색 형광체(156)가 여기되어 각각 적색광 및 녹색광을 방출할 수 있다. 봉지층(152)은 투광성 수지로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 에폭시, 실리콘(silicone), 변형 실리콘, 우레탄수지, 옥세탄수지, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서, 불화물계 형광체(154)는 낮은 Mn 함량을 가지므로, 수분에 강한 특성을 나타내어, 별도의 코팅층이나 파장변화부를 보호하는 부재가 없더라고 신뢰성이 확보될 수 있으며, 공정이 단순화될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치의 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 발광장치(100a)는 기판(101), 기판(101) 상에 배치되는 제1 및 제2 발광소자(132, 134), 보호층(140) 및 파장변환부(150a)를 포함할 수 있다. 또한, 발광장치(100)는 제1 및 제2 발광소자(132, 134)와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드 프레임(111, 112), 컵 형상을 가지는 몸체부(120) 및 제1 및 제2 발광소자(132, 134)와 리드 프레임(111, 112)을 연결하는 도전성 와이어(W)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 발광장치(100a)는 도 5의 실시예에서와 달리, 제1 및 제2 발광소자(132, 134)와 같이 두 개의 발광소자가 기판(101)에 실장될 수 있다. 제1 및 제2 발광소자(132, 134)는 서로 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제1 발광소자(132)는 녹색광을 방출하고, 제2 발광소자(134)는 청색광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 파장변환부(150a)는 봉지층(152) 및 본 발명의 실시예에 따른 불화물계 형광체(154)만을 포함할 수 있다.
보호층(140)은 파장변환부(150a)의 적어도 일 면 상에 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 보호층(140)은 파장변환부(150a)의 하면, 즉 파장변환부(150a)와 기판(101)의 사이에 배치되었으나, 보호층(140)의 배치는 실시예에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 보호층(140)은 파장변환부(150a)의 상면 및 하면에 모두 배치되거나, 파장변환부(150a) 전체를 둘러싸도록 배치될 수도 있다.
보호층(140)은 불화물계 형광체(154)를 외부 환경, 특히 수분으로부터 보호하여 발광장치(100a)의 신뢰성을 확보하게 할 수 있다. 따라서, 보호층(140)은 수분 침투를 방지할 수 있는 방습성 물질로 이루어질 수 있으며, 보호층(140)의 두께는 도면에 도시된 것에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예에 따른 발광장치(100a)에서, 불화물계 형광체(154)는 망간 함량이 상대적으로 낮아 수분 취약 특성이 개선될 수 있으며, 보호층(140)을 추가적으로 사용함으로써 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다. 다만, 보호층(140)은 선택적 구성으로 실시예에 따라 생략될 수 있다.
보호층(140)은 예를 들어, 에폭시, 실리콘, 변형 실리콘, 우레탄수지, 옥세탄수지, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 등과 같은 수지 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 보호층(140)의 굴절율은 봉지층(152)의 굴절율과 다를 수 있으며, 이에 의해 광추출 효율이 개선될 수 있다. 또는, 보호층(140)은 불소 계열 및 실리카 계열 코팅제로 이루어진 코팅층일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치의 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 발광장치(100b)는 기판(101), 기판(101) 상에 배치되는 발광소자(136), 보호층(140) 및 파장변환부(150b)를 포함할 수 있다. 또한, 발광장치(100b)는 발광소자(136)와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드 프레임(111, 112), 컵 형상을 가지는 몸체부(120) 및 발광소자(136)와 리드 프레임(111, 112)을 연결하는 도전성 와이어(W)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 발광장치(100b)의 발광소자(136)는, 도 5의 실시예에서와 달리, 녹색광 및 청색광을 동시에 방출할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(136)는 에피택셜 성장된 반도체층을 포함하는 반도체 발광소자일 수 있다. 또한, 발광소자(136)는 복수개의 나노 발광구조물들을 포함하는 나노 발광소자일 수 있다. 발광소자(136)의 구조에 대해서는 하기에 도 8a 및 도 8b를 참조하여 상세히 설명한다.
본 실시예의 발광장치(100b)의 파장변환부(150b)는 도 5 및 도 6의 실시예들에서와 달리, 봉지층(152), 봉지층(152) 내에 분산된 불화물계 형광체(154) 및 불화물계 형광체(154)를 둘러싸는 코팅층(155)을 포함할 수 있다. 코팅층(155)은 불화물계 형광체(154) 입자의 표면 전체를 피복할 수 있다.
코팅층(155)은 유기물 또는 무기물로 이루어질 수 있다. 코팅층(155)이 무기물로 이루어지는 경우, 코팅층(155)은 실리콘 산화물, 금속산화물 또는 불소계 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 코팅층(155)은 예를 들어, SiO2, Al2O3, ZnO, TiO2, K2SiF6 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 코팅층(155)이 유기물로 이루어지는 경우, 코팅층(155)은 예를 들어, 아세틱산, 스테아르산, 미리스트산, 라우르산 등을 사용할 수 있으며, 특히, n이 6보다 큰 긴사슬 n-알킬 카르복실산(long chain n-alkyl carboxylic acid)일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 불화물계 형광체(154)의 입자 표면을 코팅층(155)으로 피복함으로써 외부로부터 수분을 효과적으로 차단하여, 발광장치(100b)의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 불화물계 형광체(154)는 망간 함량이 상대적으로 낮아 수분 취약 특성이 개선될 수 있으므로, 상대적으로 코팅층(155)의 두께를 얇게 형성할 수 있으며 경우에 따라 생략될 수도 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치에 채용될 수 있는 발광소자의 개략적인 단면도이다. 구체적으로, 도 8a 및 도 8b는 도 7의 실시예에 적용될 수 있는 발광소자를 도시한다.
도 8a를 참조하면, 발광소자(136a)는 소자 기판(10), 소자 기판(10) 상의 버퍼층(11), 제1 도전형 반도체층(12), 활성층(13) 및 제2 도전형 반도체층(14)을 포함하며, 제1 및 제2 전극(15, 16)을 더 포함할 수 있다. 또한, 활성층(13)은 양자장벽층(13a, 13c) 및 양자우물층(13b, 13d)을 포함할 수 있다.
소자 기판(10)은 반도체 성장용 기판으로 제공될 수 있으며, 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등과 같이 절연성, 도전성, 반도체 물질을 이용할 수 있다. 실시예에 따라 소자 기판(10)의 상면, 즉, 반도체층들의 성장면에는 다수의 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이러한 요철 구조에 의하여 반도체층들의 결정성과 광 방출 효율 등이 향상될 수 있다.
버퍼층(11)은 제1 도전형 반도체층(12)에 작용하는 응력을 완화하여 결정성을 향상시키기 위한 것으로, AlN, GaN 또는 AlGaN으로 이루어질 수 있다. 다만, 버퍼층(11)은 필수적 구성요소는 아니며, 실시예에 따라, 생략될 수도 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(12, 14)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 반대로 각각 p형 및 n형 반도체로 이루어질 수도 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(12, 14)은 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 각각의 층은 단일층으로 이루어질 수도 있지만, 도핑 농도, 조성 등의 특성이 서로 다른 복수의 층을 구비할 수도 있다. 다만, 제1 및 제2 도전형 반도체층(12, 14)은 질화물 반도체 외에도 AlInGaP나 AlInGaAs 계열의 반도체를 이용할 수도 있을 것이다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(12, 14)의 사이에 배치된 활성층(13)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자장벽층(13a, 13c)과 양자우물층(13b, 13d)이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조를 가질 수 있으며, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있다. 특히, 본 실시예의 발광소자(130a)에서, 활성층(13)은 제1 및 제2 영역(R1, R2)을 포함할 수 있으며, 제1 영역(R1)의 양자우물층(13b)의 밴드갭 에너지(EA)는 제2 영역(R2)의 양자우물층(13d)의 밴드갭 에너지(EB)보다 작을 수 있다. 이러한 밴드갭 에너지의 차이는 양자우물층(13b)의 조성, 예를 들어, 인듐(In) 함량에 의해 조절될 수 있으며, 인듐(In)의 함량이 증가할수록 밴드갭 에너지가 작아질 수 있다. 따라서, 제1 영역(R1)은 녹색광을 방출하고, 제2 영역(R2)은 청색광을 방출하여, 발광소자(130a)는 하나의 활성층(13)으로부터 녹색광과 청색광을 모두 방출될 수 있다.
제1 및 제2 전극(15, 16)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(12, 14)에 전기적으로 접속된다. 제1 및 제2 전극(15, 16)은 전기 전도성 물질, 예컨대, Ag, Al, Ni, Cr 등의 물질 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 실시예에 따라, 제1 및 제2 전극(15, 16)은 투명 전극일 수 있으며, 예를 들어, ITO(Indium tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO, GZO(ZnO:Ga), In2O3, SnO2, CdO, CdSnO4, 또는 Ga2O3일 수 있다. 도 8a에 도시된 제1 및 제2 전극(15, 16)의 위치 및 형상은 일 예이며, 실시예에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 발광소자(136b)는 소자 기판(10), 소자 기판(10) 상의 제1 도전형 반도체 베이스층(17), 절연층(18), 나노 발광구조물(N), 투명전극층(19) 및 충전층(20)을 포함할 수 있다. 나노 발광구조물(N)은 제1 도전형 반도체 베이스층(17)으로부터 성장되어 형성된 제1 도전형 반도체 코어(12a), 활성층(13a) 및 제2 도전형 반도체층(14a)을 포함할 수 있다. 발광소자(136b)는 각각 제1 도전형 반도체 베이스층(17) 및 제2 도전형 반도체층(14a)과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전극(15a, 16a)을 더 포함할 수 있다.
소자 기판(10)은 반도체 성장용 기판으로 제공될 수 있다.
제1 도전형 반도체 베이스층(17)은 소자 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 제1 도전형 반도체 베이스층(17)은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물일 수 있으며, 예컨대 GaN일 수 있다. 제1 도전형 반도체 베이스층(17)은 예컨대 n형으로 도핑된 n-GaN일 수 있다. 본 실시예에서, 제1 도전형 반도체 베이스층(17)은 나노 발광구조물(N)의 제1 도전형 반도체 코어(12a)를 성장시키기 위한 결정면을 제공할 뿐만 아니라, 각 나노 발광구조물(N)의 일 측에 공통적으로 연결되어 콘택 전극의 역할을 수행할 수도 있다.
절연층(18)이 제1 도전형 반도체 베이스층(17) 상에 배치된다. 절연층(18)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, SiOx, SiOxNy, SixNy, Al2O3, TiN, AlN, ZrO, TiAlN, TiSiN 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 절연층(18)은 제1 도전형 반도체 베이스층(17)의 일부를 노출하는 복수의 개구부들을 포함한다. 상기 복수의 개구부들의 크기에 따라 나노 발광구조물(N)의 직경, 길이, 위치 및 성장 조건이 결정될 수 있다. 상기 복수의 개구부들은 원형, 사각형, 육각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
복수의 나노 발광구조물들(N)이 상기 복수의 개구부들에 해당하는 위치에 각각 배치될 수 있다. 나노 발광구조물(N)은 상기 복수의 개구부에 의해 노출된 제1 도전형 반도체 베이스층(17) 영역으로부터 성장된 제1 도전형 반도체 코어(12a)와, 제1 도전형 반도체 코어(12a)의 표면에 순차적으로 형성된 활성층(13a) 및 제2 도전형 반도체층(14a)을 포함하는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다. 또한, 도 8b에서, 제1 도전형 반도체 코어(12a)의 폭이 절연층(18)의 개구부의 폭과 동일한 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로, 제1 도전형 반도체 코어(12a)의 폭이 상기 개구부의 폭보다 넓게 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체 코어(12a) 및 제2 도전형 반도체층(14a)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 반대로 각각 p형 및 n형 반도체로 이루어질 수도 있다. 활성층(13a)은 제1 도전형 반도체 코어(12a)의 표면에 배치될 수 있다. 활성층(13a)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, InGaN 등의 단일 물질로 이루어진 층일 수도 있으나, 양자장벽층과 양자우물층이 서로 교대로 배치된 단일 또는 다중 양자우물(MQW) 구조가 사용될 수 있다.
특히, 본 실시예의 발광소자(130b)는 제1 및 제2 영역(R1, R2)을 포함할 수 있으며, 제1 영역(R1)에서의 인접한 나노 발광구조물들(N) 사이의 이격거리(D1)는 제2 영역(R2)에서의 인접한 나노 발광구조물들(N) 사이의 이격거리(D2)보다 클 수 있다. 서로 다른 이격거리에 의하여, 활성층(13a)의 형성 중에 활성층(13a) 내에 도핑되는 불순물, 예를 들어 인듐(In)의 함량이 변화될 수 있으며, 이에 의해 제1 및 제2 영역(R1, R2)은 서로 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(R1)은 녹색광을 방출하고, 제2 영역(R2)은 청색광을 방출하여, 발광소자(136b)는 녹색광과 청색광을 모두 발광할 수 있다.
발광소자(136b)가 포함하는 나노 발광구조물(N)의 개수는 도면에 도시된 것에 한정되지 않으며, 발광소자(136b)는 예를 들어, 수십 내지 수백만 개의 나노 발광구조물들(N)을 포함할 수 있다. 본 실시예의 나노 발광구조물(N)은 하부의 육각기둥 영역과 상부의 육각 피라미드 영역으로 이루어질 수 있다. 실시예에 따라, 나노 발광구조물(N)은 피라미드형 또는 기둥형일 수 있다. 나노 발광구조물(N)은 이와 같은 3차원 형상을 가지므로, 발광 표면적이 상대적으로 넓어 광효율이 증가될 수 있다.
투명전극층(19)은 제2 도전형 반도체층(14a)과 전기적으로 연결된다. 투명전극층(19)은 나노 발광구조물(N)의 상면 및 측면을 덮으며, 인접하는 나노 발광구조물들(N) 사이에서 서로 연결되도록 배치될 수 있다. 투명전극층(19)은 예를 들어, ITO(Indium tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO, GZO(ZnO:Ga), In2O3, SnO2, CdO, CdSnO4, 또는 Ga2O3일 수 있다.
충전층(20)은 나노 발광구조물(N) 및 투명전극층(19) 상에 배치될 수 있다. 충전층(20)은 인접한 나노 발광구조물들(N) 사이에 충전되며, 나노 발광구조물(N) 및 나노 발광구조물(N) 상의 투명전극층(19)을 덮도록 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 충전층(20)의 상부면은 나노 발광구조물(N)을 따라 굴곡이 형성될 수 있다. 충전층(20)는 투광성 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiNx, Al2O3, HfO, TiO2 또는 ZrO을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 전극(15a, 16a)은 각각 제1 도전형 반도체 베이스층(17) 및 제2 도전형 반도체층(14a)과 전기적으로 연결되도록, 각각 발광소자(136b)의 일 측에서 제1 도전형 반도체 베이스층(17) 및 투명전극층(19) 상에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 전극(15a, 16a)은 도전성 물질의 단일층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 전극(15a, 16a)은 Au, Ag, Cu, Zn, Al, In, Ti, Si, Ge, Sn, Mg, Ta, Cr, W, Ru, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt 등의 물질 또는 그 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만, 제1 및 제2 전극(15a, 16a)의 배치 및 형태는 예시적인 것으로 실시예에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체를 적용한 백색광 발광장치에서 얻어진 색특성을 설명하기 위한 CIE 1931 색좌표이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백색광 발광장치는, 446 nm의 청색광을 방출하는 발광소자, 약 533 nm의 피크 파장을 갖는 녹색광을 방출하는 β-사이알론 형광체 및 적색광을 방출하는 본 발명의 실시예에 따른 불화물계 형광체를 포함한다. 이하에서도 다른 설명이 없는 경우, 본 발명의 실시예에 따른 백색광 발광장치는 상기의 구성을 가질 수 있다.
상기 백색광 발광장치는 (0.2761, 0.2507)의 색좌표를 갖는 백색광을 방출한다. 또한, 면적비는 NTSC 및 sRGB 규격에 대하여 각각 89.41 % 및 99.95 %로, 높은 수준의 색재현성을 나타내었다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체를 적용한 백색광 발광장치의 신뢰성을 나타내는 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 백색광 발광장치의 동작 특성을 나타내며, 각각 시간에 따른 휘도 변화 및 색좌표 이동 정도인 ΔCx를 나타낸다. 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 85 ℃의 온도 및 85 % 습도 하에서, 6 V 및 150 mA의 동작 조건으로 테스트가 수행되었다.
휘도 변화는, 처음의 100 %를 기준으로 할 때 500 시간 경과 후, 비교예 1 및 2에서 각각 90.9 % 및 92.2 %로 저하되었으며, 실시예의 경우 93.7 %로 약 6.3 % 저하되어 상대적으로 높은 신뢰성 특성을 나타내었다. ΔCx는 500 시간 경과 후, 비교예 1 및 2에서 각각 -0.0121 및 -0.0117 변화하였으며, 실시예에서 -0.0094로 상대적으로 변화폭이 적었다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체를 적용한 백색광 발광장치의 신뢰성을 나타내는 그래프이다.
도 11a 및 도 11b는 백색광 발광장치의 보존 특성, 즉 오프(off) 상태의 특성을 나타내며, 각각 시간에 따른 휘도 변화 및 색좌표 이동 정도인 ΔCx를 나타낸다. 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 85 ℃의 온도 및 85 % 습도 하에서 테스트가 수행되었다.
휘도 변화는, 처음의 100 %를 기준으로 할 때 500 시간 경과 후, 비교예 1 및 2에서 각각 90.8 % 및 96.8 %로 저하되었으며, 실시예의 경우 99.6 %으로 약 0.4 % 저하되어 상대적으로 높은 신뢰성 특성을 나타내었다. ΔCx는 500 시간 경과 후, 비교예 1 및 2에서 각각 -0.0012 및 -0.0010 변화하였으며, 실시예에서 0.0005로 상대적으로 변화폭이 적었다. 특히, ΔCx의 경우, 도 10b 및 도 11b에 나타난 것과 같이, 비교예 1 및 2는 유사한 열화율을 보이지만, 실시예에서는 확연히 우수한 특성을 나타내었다. 따라서, Mn의 함량이 약 2.0 at. %보다 작은 경우, 특히 1.5 at. % 이하인 경우, 신뢰성이 확보될 수 있음을 알 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 광원모듈의 개략적인 단면도이다.
도 12를 참조하면, LCD 백라이트용 광원모듈(500)은, 회로 기판(510) 및 회로 기판(510) 상에 실장된 복수의 백색광 발광장치들(100c)의 배열을 포함할 수 있다. 회로 기판(510) 상면에는 백색광 발광장치(100c)와 접속되는 도전 패턴이 형성될 수 있다.
각각의 백색광 발광장치(100c)는, 도 5를 참조하여 설명된 발광장치와 달리, 청색광을 방출하는 발광소자(130)가 회로 기판(510)에 COB(Chip On Board) 방식으로 직접 실장되는 구조를 가질 수 있다. 각각의 백색광 발광장치(100c)는 별도의 반사벽을 갖지 않으며, 파장변환부(150c)가 렌즈 기능을 갖는 반구형상으로 구비되어 넓은 지향각을 나타낼 수 있다. 이러한 넓은 지향각은, LCD 디스플레이의 두께 또는 폭을 감소시키는데 기여할 수 있다.
도 13을 참조하면, LCD 백라이트용 광원모듈(600)은, 회로 기판(610) 및 회로 기판(610) 상에 실장된 복수의 백색광 발광장치들(100d)의 배열을 포함할 수 있다. 각각의 백색광 발광장치(100d)는 패키지 본체(125)의 반사컵 내에 실장된 청색광을 방출하는 발광소자(130) 및 이를 봉지하는 파장변환부(150d)를 구비할 수 있다. 파장변환부(150d)에는 적색광을 방출하는 불화물계 형광체(154) 및 녹색 형광체(156)가 분산될 수 있으며, 일 실시예에서는 황색 또는 황등색 형광체가 더 포함될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 14를 참조하면, 백라이트 유닛(1000)은 도광판(1040) 및 도광판(1040) 양측면에 제공되는 광원모듈(1010)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(1000)은 도광판(1040)의 하부에 배치되는 반사판(1020)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 백라이트 유닛(1000)은 에지형 백라이트 유닛일 수 있다.
실시예에 따라, 도광판(1040)은 광원모듈(1010)의 일 측면에만 제공되거나, 다른 측면 상에 추가적으로 제공될 수도 있다. 광원모듈(1010)은 인쇄회로기판(1001) 및 인쇄회로기판(1001) 상면에 실장된 복수의 발광장치들(1005)을 포함할 수 있으며, 발광장치(1005)는 도 5 내지 도 7의 발광장치(100, 100a, 100b) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또는 광원모듈(1010)은 도 12 및 도 13의 LCD 백라이트용 광원모듈(500, 600)을 채용할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 15를 참조하면, 백라이트 유닛(1100)은 광확산판(1140) 및 광확산판(1140) 하부에 배열된 광원모듈(1110)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(1100)은 광확산판(1140) 하부에 배치되며, 광원모듈(1110)을 수용하는 바텀케이스(1160)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 백라이트 유닛(1100)은 직하형 백라이트 유닛일 수 있다.
광원모듈(1110)은 인쇄회로기판(1101) 및 인쇄회로기판(1101) 상면에 실장된 복수의 발광장치들(1105)을 포함할 수 있으며, 발광장치(1105)는 도 5 내지 도 7의 발광장치(100, 100a, 100b) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또는 광원모듈(1110)은 도 12 및 도 13의 LCD 백라이트용 광원모듈(500, 600)을 채용할 수 있다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 16 내지 도 18의 백라이트 유닛들(1200, 1300, 1400)은 파장변환부(150)(도 5 참조)가 발광장치(1205, 1305, 1405)의 내부에 배치되지 않고, 발광장치(1205, 1305, 1405)의 외부에서 백라이트 유닛들(1200, 1300, 1400) 내에 배치되어 광을 변환시킬 수 있다.
도 16을 참조하면, 백라이트 유닛(1200)은 직하형 백라이트 유닛으로, 파장변환부(1250), 파장변환부(1250)의 하부에 배열된 광원모듈(1210) 및 광원모듈(1210)을 수용하는 바텀케이스(1260)를 포함할 수 있다. 또한, 광원모듈(1210)은 인쇄회로기판(1201) 및 인쇄회로기판(1201) 상면에 실장된 복수의 발광장치들(1205)을 포함할 수 있다. 발광장치(1205)는 도 5 내지 도 7의 발광장치(100, 100a, 100b) 중 어느 하나에서, 파장변환부(150, 150a, 150b)가 생략된 형태의 발광장치를 포함할 수 있다.
본 실시예의 백라이트 유닛(1200)에서는, 바텀케이스(1260) 상에 파장변환부(1250)가 배치될 수 있다. 파장변환부(1250)는 도 5의 파장변환부(150)와 유사하게 불화물계 형광체를 포함할 수 있다. 따라서, 광원모듈(1210)로부터 방출되는 광의 적어도 일부가 파장변환부(1250)에 의해 파장 변환될 수 있다. 파장변환부(1250)는 별도의 필름으로 제조되어 적용될 수 있으나, 도시되지 않은 광확산판과 일체로 결합된 형태로 제공될 수 있다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 백라이트 유닛(1300, 1400)은 에지형 백라이트 유닛으로, 파장변환부(1350, 1450), 도광판(1340, 1440), 도광판(1340, 1440)의 일 측에 배치되는 반사부(1320, 1420) 및 광원(1305, 1405)을 포함할 수 있다.
광원(1305, 1405)에서 방출되는 광은 반사부(1320, 1420)에 의해 도광판(1340, 1440)의 내부로 안내될 수 있다. 도 17의 본 백라이트 유닛(1300)에서, 파장변환부(1350)는 도광판(1340)과 광원(1305)의 사이에 배치될 수 있다. 도 18의 본 백라이트 유닛(1400)에서, 파장변환부(1450)는 도광판(1440)의 광 방출면 상에 배치될 수 있다.
광원(1305, 1405)은 도 5 내지 도 7의 발광장치(100, 100a, 100b) 중 어느 하나에서, 파장변환부(150, 150a, 150b)가 생략된 형태의 발광장치를 포함할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 19를 참조하면, 디스플레이 장치(2000)는, 백라이트 유닛(2200), 광학시트(2300) 및 액정 패널과 같은 화상 표시 패널(2400)을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(2200)은 바텀케이스(2210), 반사판(2220), 도광판(2240) 및 도광판(2240)의 적어도 일 측면에 제공되는 광원모듈(2230)을 포함할 수 있다. 광원모듈(2230)은 인쇄회로기판(2001) 및 발광장치(2005)를 포함할 수 있으며, 발광장치(2005)는 도 5 내지 도 7의 발광장치(100, 100a, 100b) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 특히, 발광장치(2005)는 광방출면에 인접한 측면으로 실장된 사이드 뷰타입 발광장치일 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 백라이트 유닛(2200)은 도 14 내지 도 18의 백라이트 유닛(1000, 1100, 1200, 1300, 1400) 중 어느 하나로 대체될 수 있다.
광학시트(2300)는 도광판(2240)과 화상 표시 패널(2400)의 사이에 배치될 수 있으며, 확산시트, 프리즘시트 또는 보호시트와 같은 여러 종류의 시트를 포함할 수 있다.
화상 표시 패널(2400)은 광학시트(2300)를 출사한 광을 이용하여 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(2400)은 어레이 기판(2420), 액정층(2430) 및 컬러 필터 기판(2440)을 포함할 수 있다. 어레이 기판(2420)은 매트릭스 형태로 배치된 화소 전극들, 상기 화소 전극에 구동 전압을 인가하는 박막 트랜지스터들 및 상기 박막 트랜지스터들을 작동시키기 위한 신호 라인들을 포함할 수 있다. 컬러 필터 기판(2440)은 투명기판, 컬러 필터 및 공통 전극을 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터는 백라이트 유닛(2200)으로부터 방출되는 백색광 중 특정 파장의 광을 선택적으로 통과시키기 위한 필터들을 포함할 수 있다. 액정층(2430)은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 형성된 전기장에 의해 재배열되어 광투과율을 조절할 수 있다. 광투과율이 조절된 광은 컬러 필터 기판(2440)의 상기 컬러 필터를 통과함으로써 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(2400)은 영상 신호를 처리하는 구동회로 유닛 등을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 디스플레이 장치(2000)에 따르면, 상대적으로 작은 반치폭을 가지는 청색광, 녹색광 및 적색광을 방출하는 발광장치(2005)를 사용하므로, 방출된 광이 컬러 필터 기판(2440)을 통과한 후 높은 색순도의 청색, 녹색 및 적색을 구현할 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 20을 참조하면, 조명장치(3000)는 일 예로서 벌브형 램프로 도시되어 있으며, 광원모듈(3003)과 구동부(3008)와 외부접속부(3010)를 포함한다. 또한, 외부 및 내부 하우징(3006, 3009)과 커버부(3007)와 같은 외형구조물을 추가적으로 포함할 수 있다. 광원모듈(3003)은 도 5 내지 도 7의 발광장치(100, 100a, 100b)와 동일하거나 유사한 구조를 가지는 반도체 발광소자(3001)와 그 반도체 발광소자(3001)가 탑재된 회로기판(3002)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는, 1개의 반도체 발광소자(3001)가 회로기판(3002) 상에 실장된 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개로 장착될 수 있다. 또한, 반도체 발광소자(3001)가 직접 회로기판(3002)에 실장되지 않고, 패키지 형태로 제조된 후에 실장될 수도 있다.
외부 하우징(3006)은 열방출부로 작용할 수 있으며, 광원모듈(3003)과 직접 접촉되어 방열효과를 향상시키는 열방출판(3004) 및 조명장치(3000)의 측면을 둘러싸는 방열핀(3005)을 포함할 수 있다. 커버부(3007)는 광원모듈(3003) 상에 장착되며 볼록한 렌즈형상을 가질 수 있다. 구동부(3008)는 내부 하우징(3009)에 장착되어 소켓구조와 같은 외부접속부(3010)에 연결되어 외부 전원으로부터 전원을 제공받을 수 있다. 또한, 구동부(3008)는 광원모듈(3003)의 광원(3001)을 구동시킬 수 있는 적정한 전류원으로 변환시켜 제공하는 역할을 한다. 예를 들어, 이러한 구동부(3008)는 AC-DC 컨버터 또는 정류회로부품 등으로 구성될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 조명장치(3000)는 통신 모듈을 더 포함 할 수도 있다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 21을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명장치(4000)는 광원모듈(4203), 몸체부(4304), 구동부(4209)를 포함할 수 있으며, 광원모듈 (4203)을 커버하는 커버부(4207)를 더 포함할 수 있다. 조명장치(4000)는 바(bar)-타입 램프로, 형광등과 유사한 형상을 가질 수 있으며, 형광등과 유사한 광특성을 갖는 광을 방출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
광원모듈(4203)은 실장기판(4202) 및 실장기판(4202) 상에 장착되는 복수의 발광소자들(4201)을 포함할 수 있다. 복수의 발광소자들(4201)은 도 5 내지 도 7의 발광장치(100, 100a, 100b)와 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다. 또는 광원모듈(4203)은 도 12 및 도 13의 LCD 백라이트용 광원모듈(500, 600)을 채용할 수 있다.
발광소자(4201)는 실장기판(4202) 상에 접착부재를 매개로 접착될 수 있으며, 접착부재는 산란패턴을 가질 수 있다.
몸체부(4304)는 광원모듈(4203)을 일면에 장착하여 고정시킬 수 있다. 몸체부(4304)는 지지 구조물의 일종으로 히트 싱크를 포함할 수 있다. 몸체부(4304)는 광원모듈(4203)에서 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있도록 열전도율이 우수한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 금속 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 몸체부(4304)는 광원모듈(4203)의 실장기판(4202) 형상과 대응하여 전체적으로 길이가 긴 막대 형상을 가질 수 있다. 광원모듈(4203)이 장착되는 일면에는 광원모듈(4203)을 수용할 수 있는 리세스(4214)가 형성될 수 있다. 몸체부(4304)의 적어도 하나의 외측면에는 각각 방열을 위한 복수의 방열 핀(4224)이 돌출되어 형성될 수 있다. 리세스(4214)의 양 측에서, 몸체부(4304) 외측면에는 각각 몸체부(4304)의 길이 방향을 따라서 연장된 걸림 홈(4234)이 형성될 수 있다. 걸림 홈(4234)에는 커버부(4207)가 체결될 수 있다. 몸체부(4304)의 길이 방향의 적어도 일 단은 개방되어, 몸체부(4304)는 적어도 일 단이 개방된 파이프 형태의 구조를 가질 수 있다.
구동부(4209)는 몸체부(4304)의 길이 방향의 개방된 단부에 구비되어 광원모듈(4203)에 구동전원을 공급할 수 있다. 구동부(4209)는 외부로 돌출된 전극 핀(4219)을 포함할 수 있다.
커버부(4207)는 몸체부(4304)에 체결되어 광원모듈(4203)을 커버할 수 있다. 커버부(4207)는 광이 투과될 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 커버부(4207)는 광이 외부로 전체적으로 균일하게 조사될 수 있도록 반원 형태의 곡면을 가질 수 있다. 몸체부(4304)와 체결되는 커버부(4207)의 하면에는 몸체부(4304)의 걸림 홈(4234)에 맞물리는 돌기(4217)가 커버부(4207)의 길이 방향을 따라서 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 커버부(4207)가 반원 형태의 구조를 가지는 것으로 예시하고 있으나, 커버부(4207)의 형상은 이에 한정되지 않으며 광이 조사되는 조명 설계에 따라서 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 커버부(4207)는 평평한 사각 형태의 구조 또는 다른 다각 형태의 구조를 가질 수도 있다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 램프의 개략적인 단면도이다.
도 22를 참조하면, 차량용 라이트 등으로 이용되는 헤드 램프(5000)는 광원(5001), 반사부(5005), 렌즈 커버부(5004)를 포함하며, 렌즈 커버부(5004)는 중공형의 가이드(5003) 및 렌즈(5002)를 포함할 수 있다. 광원(5001)은 도 5 내지 도 7의 발광장치(100, 100a, 100b)를 적어도 하나 포함할 수 있다. 또한, 헤드 램프(5000)는 광원(5001)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열부(5012)를 더 포함할 수 있으며, 방열부(5012)는 효과적인 방열이 수행되도록 히트싱크(5010)와 냉각팬(5011)을 포함할 수 있다. 또한, 헤드 램프(5000)는 방열부(5012) 및 반사부(5005)를 고정시켜 지지하는 하우징(5009)을 더 포함할 수 있으며, 하우징(5009)은 몸체부(5006) 및 일면에 방열부(5012)가 결합하여 장착되기 위한 중앙홀(5008)을 구비할 수 있다. 또한, 하우징(5009)은 상기 일면과 일체로 연결되어 직각방향으로 절곡되는 타면에 전방홀(5007)을 구비할 수 있다. 반사부(5005)는 하우징(5009)에 고정되어, 광원(5001)에서 발생된 빛이 반사되어 전방홀(5007)을 통과하여 외부로 출사되게 할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100, 100a, 100b, 100c, 100d: 발광장치
101: 기판
111, 112: 리드 프레임
120: 몸체부
130: 발광소자
140: 보호층
150: 파장변환부
152: 봉지층
154: 불화물계 형광체
155: 코팅층
156: 녹색 형광체

Claims (21)

  1. 조성식 AxMFy:Mnz 4+로 표현되는 불화물을 포함하며,
    상기 조성식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종이고, A의 조성비(x)는 2 ≤ x ≤ 3을 만족하고, F의 조성비(y)는 4 ≤ y ≤ 7을 만족하며, Mn의 조성비(z)는 0.10 ≤ z ≤ 0.17을 만족하고,
    입도가 15 ㎛ 내지 25 ㎛이고 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)이 80 % 이상인 불화물계 형광체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 불화물계 형광체는 370 nm 내지 500 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 광을 흡수하여, 620 nm 내지 640 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 적색광을 방출하는 불화물계 형광체.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 불화물계 형광체에서, Mn의 함량은 3.4 wt. % 내지 3.8 wt. %인 불화물계 형광체.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 불화물계 형광체는 K2SiF6:Mnz 4 +인 불화물계 형광체.
  8. 기판 상의 발광소자;
    상기 발광소자로부터 방출되는 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부;
    상기 발광소자를 수용하는 캐비티를 갖는 몸체부; 및
    상기 캐비티의 바닥에서, 상기 파장변환부와 상기 기판의 사이에 배치된 보호층을 포함하고,
    상기 파장변환부는, 조성식 AxMFy:Mnz 4+로 표현되는 불화물을 포함하며, 상기 조성식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종이고, A의 조성비(x)는 2 ≤ x ≤ 3을 만족하고, F의 조성비(y)는 4 ≤ y ≤ 7을 만족하며, Mn의 조성비(z)는 0 ＜ z ≤ 0.17를 만족하는 불화물계 형광체를 포함하고,
    상기 파장변환부는 상기 발광소자의 상면과 접촉하는 발광장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 발광소자는 370 nm 내지 500 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 발광장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 불화물계 형광체는 620 nm 내지 640 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 적색광을 방출하는 발광장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 파장변환부는, 상기 발광소자로부터 방출된 광을 흡수하여 녹색광을 방출하는 녹색 형광체를 더 포함하는 발광장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 녹색 형광체는 500 nm 내지 600 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 녹색광을 방출하는 발광장치.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 발광소자는 청색광 및 녹색광을 함께 방출하는 발광장치.
  14. 하기 화학식 1로 표시되는 불화물계 형광체 제조방법으로서,
    망간 화합물을 포함하는 제1 용액을 준비하는 단계;
    상기 제1 용액에, M을 함유한 제1 원료 물질을 투입하여 제2 용액을 준비하는 단계;
    상기 제2 용액에, A를 함유한 제2 원료 물질을 포함하는 제3 용액을 투입하여 침전물을 형성하는 단계; 및
    상기 침전물을 불산 및 아세톤 중 적어도 하나를 포함하는 세정액으로 세정하는 단계를 포함하고,
    입도가 15 ㎛ 내지 25 ㎛이고 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)이 80 % 이상인 불화물계 형광체 제조방법.
    [화학식 1]
    AxMFy:Mnz 4+
    (상기 화학식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종이고, A의 조성비(x)는 2 ≤ x ≤ 3을 만족하고, F의 조성비(y)는 4 ≤ y ≤ 7을 만족하며, Mn의 조성비(z)는 0.10 ≤ z ≤ 0.17를 만족함)
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 침전물을 형성하는 단계에서, 상기 제3 용액을 상기 제2 용액에 투입하는 시간 또는 횟수에 의해 제조되는 상기 불화물계 형광체의 입도가 제어되는 불화물계 형광체 제조방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    제조된 상기 불화물계 형광체는 입도는 15 ㎛ 내지 25 ㎛인 불화물계 형광체 제조방법.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 불화물계 형광체에서, Mn의 함량은 3.4 wt. % 내지 3.8 wt. %인 불화물계 형광체 제조방법.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 용액을 준비하는 단계는,
    AxMnFy 조성을 갖는 상기 망간 화합물을 불산수용액에 용해시키는 단계를 포함하는 불화물계 형광체 제조방법.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 원료 물질은 HxMFy 및 AxMFy 중 적어도 하나이고, 상기 제2 원료 물질은 AHF2인 불화물계 형광체 제조방법.
  20. 삭제
  21. 제8 항에 있어서,
    상기 불화물계 형광체에서, Mn의 조성비(z)는 0.10 ≤ z ≤ 0.17이고,
    상기 불화물계 형광체는 입도가 15 ㎛ 내지 25 ㎛이고 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)이 80 % 이상인 발광장치.
KR1020140155324A 2014-11-10 2014-11-10 불화물계 형광체, 발광장치, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치 제조방법 Active KR102369932B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140155324A KR102369932B1 (ko) 2014-11-10 2014-11-10 불화물계 형광체, 발광장치, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치 제조방법
US14/839,798 US9917231B2 (en) 2014-11-10 2015-08-28 Fluoride phosphor and light emitting device, and methods of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140155324A KR102369932B1 (ko) 2014-11-10 2014-11-10 불화물계 형광체, 발광장치, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160056349A KR20160056349A (ko) 2016-05-20
KR102369932B1 true KR102369932B1 (ko) 2022-03-04

Family

ID=55912931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140155324A Active KR102369932B1 (ko) 2014-11-10 2014-11-10 불화물계 형광체, 발광장치, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9917231B2 (ko)
KR (1) KR102369932B1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11901492B2 (en) 2015-09-10 2024-02-13 Intematix Corporation High color rendering white light emitting devices and high color rendering photoluminescence compositions
CN108352432B (zh) * 2015-09-10 2021-09-14 英特曼帝克司公司 用于一般照明及显示器背光的磷光体转换白光发光装置和光致发光化合物
KR101854114B1 (ko) * 2015-09-23 2018-06-14 한국화학연구원 금속불화물 적색 형광체 및 이를 이용한 발광소자
CN108473866A (zh) * 2015-12-18 2018-08-31 三菱化学株式会社 荧光体、发光装置、照明装置和图像显示装置
US10287491B2 (en) * 2016-03-22 2019-05-14 Intematix Corporation Coated manganese-activated complex fluoride phosphors
CN111712555B (zh) * 2018-02-12 2023-06-09 昕诺飞控股有限公司 照明装置、灯具和提供聚合物主体基质元件的方法
CN109097041B (zh) * 2018-08-30 2021-03-16 合肥工业大学智能制造技术研究院 锰掺杂的红色荧光粉的制备方法、产物、器件及背光模组
JP6940777B2 (ja) * 2018-12-26 2021-09-29 日亜化学工業株式会社 フッ化物蛍光体、発光装置及びフッ化物蛍光体の製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014177586A (ja) * 2013-03-15 2014-09-25 Toshiba Corp 蛍光体、およびその製造方法、ならびにその蛍光体を用いた発光装置

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3576756A (en) 1968-06-12 1971-04-27 Mallinckrodt Chemical Works Fluocomplexes of titanium, silicon, tin and germanium, activated by tetravalent manganese
US5162930A (en) 1991-05-31 1992-11-10 Hughes Aircraft Company Liquid-crystal light valve in combination with a cathode ray tube containing a far-red emitting phosphor
US6372608B1 (en) 1996-08-27 2002-04-16 Seiko Epson Corporation Separating method, method for transferring thin film device, thin film device, thin film integrated circuit device, and liquid crystal display device manufactured by using the transferring method
USRE38466E1 (en) 1996-11-12 2004-03-16 Seiko Epson Corporation Manufacturing method of active matrix substrate, active matrix substrate and liquid crystal display device
US7208725B2 (en) 1998-11-25 2007-04-24 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Optoelectronic component with encapsulant
JP3906654B2 (ja) 2000-07-18 2007-04-18 ソニー株式会社 半導体発光素子及び半導体発光装置
KR20040029301A (ko) 2001-08-22 2004-04-06 소니 가부시끼 가이샤 질화물 반도체소자 및 질화물 반도체소자의 제조방법
JP2003218034A (ja) 2002-01-17 2003-07-31 Sony Corp 選択成長方法、半導体発光素子及びその製造方法
JP3815335B2 (ja) 2002-01-18 2006-08-30 ソニー株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
KR100499129B1 (ko) 2002-09-02 2005-07-04 삼성전기주식회사 발광 다이오드 및 그 제조방법
US7002182B2 (en) 2002-09-06 2006-02-21 Sony Corporation Semiconductor light emitting device integral type semiconductor light emitting unit image display unit and illuminating unit
KR100714639B1 (ko) 2003-10-21 2007-05-07 삼성전기주식회사 발광 소자
KR100506740B1 (ko) 2003-12-23 2005-08-08 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100620556B1 (ko) 2004-01-28 2006-09-13 광전자 주식회사 형광제를 이용한 백색 발광 다이오드의 구조 및 제조방법
KR20060034055A (ko) 2004-10-18 2006-04-21 엘지이노텍 주식회사 형광체 및 이를 이용한 발광소자
KR100664985B1 (ko) 2004-10-26 2007-01-09 삼성전기주식회사 질화물계 반도체 소자
US7648649B2 (en) * 2005-02-02 2010-01-19 Lumination Llc Red line emitting phosphors for use in led applications
US7497973B2 (en) * 2005-02-02 2009-03-03 Lumination Llc Red line emitting phosphor materials for use in LED applications
KR100665222B1 (ko) 2005-07-26 2007-01-09 삼성전기주식회사 확산재료를 이용한 엘이디 패키지 및 그 제조 방법
KR100661614B1 (ko) 2005-10-07 2006-12-26 삼성전기주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100723247B1 (ko) 2006-01-10 2007-05-29 삼성전기주식회사 칩코팅형 ｌｅｄ 패키지 및 그 제조방법
KR100735325B1 (ko) 2006-04-17 2007-07-04 삼성전기주식회사 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법
KR100930171B1 (ko) 2006-12-05 2009-12-07 삼성전기주식회사 백색 발광장치 및 이를 이용한 백색 광원 모듈
KR100855065B1 (ko) 2007-04-24 2008-08-29 삼성전기주식회사 발광 다이오드 패키지
KR100982980B1 (ko) 2007-05-15 2010-09-17 삼성엘이디 주식회사 면 광원 장치 및 이를 구비하는 ｌｃｄ 백라이트 유닛
KR101164026B1 (ko) 2007-07-12 2012-07-18 삼성전자주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
WO2009012301A2 (en) 2007-07-16 2009-01-22 Lumination Llc Red line emitting complex fluoride phosphors activated with mn4+
KR100891761B1 (ko) 2007-10-19 2009-04-07 삼성전기주식회사 반도체 발광소자, 그의 제조방법 및 이를 이용한 반도체발광소자 패키지
EP3045965B1 (en) 2008-02-07 2020-05-27 Mitsubishi Chemical Corporation Red emitting fluoride phosphor activated by mn4+
KR101332794B1 (ko) 2008-08-05 2013-11-25 삼성전자주식회사 발광 장치, 이를 포함하는 발광 시스템, 상기 발광 장치 및발광 시스템의 제조 방법
KR20100030470A (ko) 2008-09-10 2010-03-18 삼성전자주식회사 다양한 색 온도의 백색광을 제공할 수 있는 발광 장치 및 발광 시스템
KR101530876B1 (ko) 2008-09-16 2015-06-23 삼성전자 주식회사 발광량이 증가된 발광 소자, 이를 포함하는 발광 장치, 상기 발광 소자 및 발광 장치의 제조 방법
US8008683B2 (en) 2008-10-22 2011-08-30 Samsung Led Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
JP5446432B2 (ja) 2009-04-28 2014-03-19 三菱化学株式会社 蛍光体と、その蛍光体を用いた蛍光体含有組成物及び発光装置、並びに、その発光装置を用いた画像表示装置及び照明装置
US8377334B2 (en) * 2009-12-23 2013-02-19 General Electric Company Coated phosphors, methods of making them, and articles comprising the same
US9093623B2 (en) 2009-12-30 2015-07-28 Merck Patent Gmbh Casting composition as diffusion barrier for water molecules
US8057706B1 (en) * 2010-07-27 2011-11-15 General Electric Company Moisture-resistant phosphor and associated method
US8252613B1 (en) 2011-03-23 2012-08-28 General Electric Company Color stable manganese-doped phosphors
MY161542A (en) * 2011-04-08 2017-04-28 Shinetsu Chemical Co Preparation of complex fluoride and complex fluoride phosphor
KR20130055361A (ko) 2011-11-18 2013-05-28 루시미아 주식회사 아연실리케이트 녹색 발광 형광체와 그 제조방법 및 이를 이용한 백색발광장치
KR20130065378A (ko) 2011-12-09 2013-06-19 엘지디스플레이 주식회사 발광 다이오드 패키지
KR102122359B1 (ko) * 2013-12-10 2020-06-12 삼성전자주식회사 발광장치 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014177586A (ja) * 2013-03-15 2014-09-25 Toshiba Corp 蛍光体、およびその製造方法、ならびにその蛍光体を用いた発光装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160056349A (ko) 2016-05-20
US20160133799A1 (en) 2016-05-12
US9917231B2 (en) 2018-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10964854B2 (en) Semiconductor light-emitting device
KR102369932B1 (ko) 불화물계 형광체, 발광장치, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치 제조방법
US10401557B2 (en) Semiconductor light emitting diode chip and light emitting device having the same
US9172019B2 (en) Light emitting device package and method of manufacturing the same
JP6144014B2 (ja) 発光素子
KR102198694B1 (ko) 반도체 발광소자 및 반도체 발광소자 제조방법
US9548426B2 (en) Semiconductor light-emitting device
KR102188500B1 (ko) 발광다이오드 패키지 및 이를 이용한 조명장치
KR102145207B1 (ko) 발광장치, 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치
US9567669B2 (en) Chemical vapor deposition apparatus and method of manufacturing light-emitting diode device using the same
KR102122362B1 (ko) 나노구조 반도체 발광소자
US20160099387A1 (en) Semiconductor light emitting device
KR20160027432A (ko) 반도체 발광소자 및 발광소자 패키지
US20250160071A1 (en) Led lighting apparatus having improved color rendering and led filament
US9941443B2 (en) Semiconductor light emitting device
US9548422B2 (en) Semiconductor light emitting device including a pad electrode spaced apart from a transparent electrode
KR101710892B1 (ko) 발광소자
US20150087096A1 (en) Method of manufacturing semiconductor light emitting device
KR101913712B1 (ko) 발광 소자

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20141110

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20191029

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20141110

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20210617

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20211228

PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20220225

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20220228

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20250124

Start annual number: 4

End annual number: 4