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KR102530756B1 - 불화물계 형광체, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치 - Google Patents

불화물계 형광체, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치 Download PDF

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KR102530756B1
KR102530756B1 KR1020160004250A KR20160004250A KR102530756B1 KR 102530756 B1 KR102530756 B1 KR 102530756B1 KR 1020160004250 A KR1020160004250 A KR 1020160004250A KR 20160004250 A KR20160004250 A KR 20160004250A KR 102530756 B1 KR102530756 B1 KR 102530756B1
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이자와 타카마사
윤철수
최성우
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 불화물계 형광체 제조방법은, 화학식 A3MF7:Mn4 +로 표시되는 불화물계 형광체 제조방법으로서, A2MF6를 포함하는 제1 원료 및 AF 또는 AHF2를 포함하는 제2 원료를 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 단계, 제1 혼합물에 소결 조제를 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 단계, 및 제2 혼합물을 소성하는 단계를 포함한다. 화학식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종이다.

Description

불화물계 형광체, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치{FLUORIDE PHOSPHOR, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME, AND LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 불화물계 형광체, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치에 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, 휘도 및 신뢰성이 향상된 불화물계 형광체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적 중 다른 하나는, 이러한 불화물계 형광체를 이용하며, 신뢰성이 향상된 발광장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체 제조방법은, 하기 화학식 1로 표시되는 불화물계 형광체 제조방법으로서, A2MF6를 포함하는 제1 원료 및 AF 또는 AHF2를 포함하는 제2 원료를 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 단계, 상기 제1 혼합물에 소결 조제(sintering aid)를 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 제2 혼합물을 소성하는 단계를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
A3MF7:Mn4 +
(상기 화학식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종임)
일 예로, 상기 소결 조제는 불소 함유 물질일 수 있다.
일 예로, 상기 소결 조제는 NH4F, NH4HF2, F2, XeF2, 또는 KHF2 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 소결 조제는 상기 제1 혼합물에 5 wt%보다 큰 중량으로 혼합될 수 있다.
일 예로, 상기 소성하는 단계는 250 ℃보다 높고 400 ℃보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다.
일 예로, 상기 소성하는 단계는 아르곤(Ar), 질소(N2), 불소(F2), 질소/불소(N2/F2) 또는 질소/수소(N2/H2) 분위기에서 수행될 수 있다.
일 예로, 상기 소성하는 단계는 4 시간 내지 8시간 동안 수행될 수 있다.
일 예로, 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료는 분말 상태로 혼합될 수 있다.
일 예로, 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료는 1: 0.8 내지 1: 1.5의 몰비로 혼합될 수 있다.
일 예로, 상기 제1 원료는 A2MF6:Mn4 + 형광체이고, 상기 제2 원료는 AF일 수 있다.
일 예로, 상기 제1 원료는 K2SiF6:Mn4 + 형광체이고, 상기 제2 원료는 KF, RbF, 또는 CsF 중 어느 하나일 수 있다.
일 예로, 상기 제1 원료는 A2MF6와 A2MnF6의 혼합물이고, 상기 제2 원료는 AF일 수 있다.
일 예로, 상기 제1 원료는 K2SiF6와 K2MnF6의 혼합물이고, 상기 제2 원료는 KF일 수 있다.
일 예로, 상기 소성하는 단계에 의해 제조된 형광체 입자를 이온성 액체(ionic liquid)로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 이온성 액체는 1-메틸-1-프로필피롤리디늄비스(트리플루오르메탄술포닐)이미드(1-methyl-1-propylpyrrolidinium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체 제조방법은, 하기 화학식 1로 표시되는 불화물계 형광체 제조방법으로서, A2MF6를 포함하는 제1 원료 및 AF 또는 AHF2를 포함하는 제2 원료를 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물에 소결 조제(sintering aid)를 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 단계, 상기 제2 혼합물을 소성하여 형광체 입자를 제조하는 단계, 및 상기 형광체 입자를 이온성 액체로 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
A3MF7:Mn4 +
(상기 화학식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종임)
본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체는, 조성식 A3MF7:Mn4 +로 표현되는 형광체 입자들, 및 상기 형광체 입자들의 표면을 덮으며, 이온성 액체(ionic liquid) 물질 또는 상기 이온성 액체로부터 기인한 원소 포함하는 코팅층을 포함하며, 상기 조성식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종일 수 있다.
일 예로, 상기 이온성 액체 물질 또는 상기 이온성 액체로부터 기인한 원소는 불소를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 코팅층은 1-메틸-1-프로필피롤리디늄비스(트리플루오르메탄술포닐)이미드(1-methyl-1-propylpyrrolidinium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치는, 발광소자, 및 상기 발광소자로부터 방출되는 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부를 포함하고, 상기 파장변환부는, 조성식 A3MF7:Mn4 +로 표현되는 형광체 입자들, 및 상기 형광체 입자들의 표면을 덮으며, 이온성 액체 물질 또는 상기 이온성 액체로부터 기인한 원소 포함하는 코팅층을 포함하며, 상기 조성식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종일 수 있다.
소결 조제를 이용하여 최적화된 소성 온도에서 제조함으로써, 휘도 및 신뢰성이 향상된 불화물계 형광체 및 발광장치가 제공될 수 있으며, 불화물계 형광체 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 형광체 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 불화물계 형광체의 X선 회절 분석(X-Ray Diffraction, XRD) 결과를 도시하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 XRD 결과를 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 XRD 결과를 도시하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 XRD 결과를 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 XRD 결과를 도시하는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 신뢰성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치의 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치에 채용 가능한 파장변환 물질을 설명하기 위한 CIE 좌표계이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 광원모듈의 개략적인 단면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해사시도이다.
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.
불화물계 형광체 및 그 제조방법
본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체는 A3MF7:Mn4 +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;
상기 조성식으로 표시되는 불화물계 형광체 입자는, K3SiF7:Mn4 +, K3TiF7:Mn4 +, K3ZrF7:Mn4+, K3SnF7:Mn4 +, Na3TiF7:Mn4 + 및 Na3ZrF7:Mn4 +를 포함할 수 있다. 상기 불화물계 형광체는 (Rb, K)3SiF7:Mn4 + 및 (Cs, K)3SiF7:Mn4 +와 같이 두 개의 양이온을 포함하는 조성을 가질 수도 있다. 상기 불화물계 형광체는 1 mol % 내지 20 mol % 범위의 망간(Mn) 함량을 가질 수 있다. 상기 불화물계 형광체는 예를 들어, 5 ㎛ 내지 35 ㎛의 범위의 입도(d50)를 가질 수 있으나, 이는 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다.
상기 불화물계 형광체는 자외선 영역에 걸쳐 청색 영역까지의 파장에 의해 여기되어 적색 발광을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 불화물계 형광체는 300 ㎚ 내지 500 ㎚ 범위에 피크 파장을 갖는 여기광을 흡수하여 620 nm 내지 640 nm 범위에서 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 형광체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체 제조방법은, A2MF6를 포함하는 제1 원료 및 AF를 포함하는 제2 원료를 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 단계(S110), 상기 제1 혼합물에 소결 조제를 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 단계(S120), 및 상기 제2 혼합물을 소성하는 단계(S130)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체는 상기 단계들에 따라 고상법(solid state reaction)으로 제조될 수 있다.
먼저, A2MF6를 포함하는 제1 원료 및 AF 또는 AHF2를 포함하는 제2 원료를 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 단계(S110)가 수행될 수 있다.
상기 제1 원료 및 상기 제2 원료는 분말 상태일 수 있으며, 1: 0.8 내지 1: 1.5의 몰비로 혼합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 원료는 A2MF6:Mn4 + 형광체, 또는 A2MF6와 A2MnF6의 혼합물이고, 상기 제2 원료는 AF 또는 AHF2일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 원료는 K2SiF6:Mn4+ 형광체, 또는 K2SiF6와 K2MnF6의 혼합물이고, 상기 제2 원료는 KF일 수 있다.
다음으로, 상기 제1 혼합물에 소결 조제(sintering aid)를 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 단계(S120)가 수행될 수 있다.
상기 소결 조제는 후속 단계에서의 소성 시, 상기 제1 원료와 상기 제2 원료의 반응을 촉진하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 소결 조제는 소성 시 불소 가스를 생성할 수 있으며, 상기 불소 가스에 의해 반응이 촉진될 수 있다. 따라서, 상기 소결 조제는 불소 함유 물질일 수 있다. 상기 소결 조제는 예를 들어, NH4F, NH4HF2, F2, XeF2, 또는 KHF2 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 소결 조제는 상기 제1 혼합물에 5 wt%보다 큰 중량으로 혼합될 수 있다. 상기 소결 조제를 혼합하지 않는 경우, 후속 단계에서 소성 온도가 상승되고 발광 성분이 분해되어, 제조된 형광체로부터 발광이 일어나지 않을 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에서는 상기 소결 조제를 혼합함으로써, 소성 온도를 낮출 수 있으며 발광 특성을 확보할 수 있다. 이에 대해서는 하기에 도 2a 및 도 2b를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
다음으로, 상기 제2 혼합물을 소성하는 단계(S130)가 수행될 수 있다.
소성 온도는 200 ℃ 내지 500 ℃의 범위, 예를 들어 300 ℃ 내지 400 ℃의 범위일 수 있으며, 소성은 아르곤(Ar), 질소(N2), 불소(F2), 질소/불소(N2/F2) 또는 질소/수소(N2/H2) 분위기에서 수행될 수 있다. 소성 시간은 목적하는 상기 소성 온도에 도달한 후 4시간 내지 8시간 동안 수행될 수 있다.
상기 단계들에 의해, A3MF7:Mn4 +의 조성을 갖는 불화물계 형광체가 제조될 수 있다. 본 실시예에 의하면, 고상법에 의해 단순화된 공정으로 불화물계 형광체를 제조할 수 있다.
이하에서, K3SiF7:Mn4 +의 조성식을 갖는 불화물계 형광체의 실시예들을 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 불화물계 형광체의 X선 회절 분석(X-Ray Diffraction, XRD) 결과를 도시하는 그래프이다.
도 2a에서는, 본 발명의 실시예에 따른 K3SiF7:Mn4 + 형광체들의 소성 온도에 따른 XRD 결과를 나타낸다. 실시예에 따른 형광체들은, 상기 제1 원료로 K2SiF6:Mn4+ 형광체, 상기 제2 원료로 KF, 소결 조제로 NH4F를 사용하여 제조되었다. 도 2b에서는, 소결 조제를 사용하지 않고 제조한 비교예에 따른 K3SiF7:Mn4 + 형광체들의 XRD 결과를 나타낸다. XRD 결과는 K2SiF6 및 K3SiF7과 비교하여 도시된다. K2SiF6은 입방정계(cubic system) 구조를 가지고, K3SiF7는 정방정계(tetragonal system) 구조를 가지므로 서로 다른 XRD 피크를 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 소성 온도가 250 ℃인 경우, K3SiF7이 합성되지 않았으며, 300 ℃ 이상에서 단일상(single phase)이 합성되었다.
도 2b를 참조하면, 소결 조제인 NH4F를 혼합하지 않고 소성한 경우, 400 ℃보다 낮은 소성 온도에서는 K3SiF7 구조가 형성되지 못하고, 400 ℃ 이상의 소성 온도에서 단일상이 제조되었으나, 발광은 관찰되지 않았다. 이는 형광체 내의 발광 성분인 K2MnF6가 고온에 의해 열분해 되기 때문인 것으로 해석될 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시예에서는 소결 조제를 이용함으로써 400 ℃보다 낮은 300 ℃의 소성 온도에서도 단일상의 K3SiF7이 합성될 수 있다. 다만, 상대적으로 고온에서 소성된 경우, 발광 성분인 K2MnF6가 열분해될 수 있기 때문에, 소성 온도는 250 ℃보다 높고, 400 ℃보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 XRD 결과를 도시하는 그래프이다.
도 3에서는, 상기 제1 원료가 K2SiF6:Mn4 + 형광체이고, 상기 제2 원료는 KF인 경우, 소결 조제인 NH4F의 양을 변경시켜 제조한 K3SiF7:Mn4 + 형광체들의 XRD 결과를 나타낸다. 형광체들의 제조 시, 소성 공정은 300 ℃, 질소/수소(N2/H2) 분위기에서 6시간 동안 수행되었다. XRD 결과는 K2SiF6 및 K3SiF7과 비교하여 도시된다.
도 3을 참조하면, NH4F의 양이 5 wt% 이상인 경우 K3SiF7과 동일한 XRD 결정 피크를 나타내었다. NH4F의 양이 0 wt%인 경우는 도 2b를 참조하여 상술한 것과 같이 300 ℃의 소성 온도에서 K2SiF6와 동일한 XRD 결정 피크를 나타내었다. 따라서, NH4F의 양이 5 wt% 이상인 경우 단일상의 K3SiF7의 합성이 가능함을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이다. 도 4에서는, 도 3의 실시예들과 동일하게 제조된 형광체들의 NH4F의 양에 따른 스펙트럼 특성을 나타낸다.
도 4를 참조하면, NH4F의 양에 따라 약간의 휘도 차이가 나타남을 알 수 있다. NH4F의 양이 10 wt%인 경우 가장 높은 휘도를 나타내었으며, NH4F의 양이 10 wt% 및 15 wt%인 경우 K2SiF6:Mn4 + 형광체보다 높은 휘도를 나타내었다.
발광 면적비 및 피크 파장은 표 1과 같이 나타난다.
K2SiF6:Mn4 + NH4F 5 wt% NH4F 10 wt% NH4F 15 wt%
발광 면적비 100 % 94 % 119 % 111 %
피크 파장 632 nm 631 nm 631 nm 631 nm
발광 면적비는, NH4F의 양이 10 wt% 및 15 wt%인 경우 K2SiF6:Mn4 + 형광체보다 높게 나타났으며, 피크 파장은 본 발명의 실시예들에서 K2SiF6:Mn4 + 형광체보다 1 nm 짧게 나타났다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 K3SiF7:Mn4 + 형광체들의 제조 시, 소결 조제인 NH4F의 양을 조절함으로써 제조된 형광체들의 휘도를 확보할 수 있으며, 10 wt% 이상의 NH4F를 첨가함으로써 기존의 K2SiF6:Mn4 + 형광체보다 높은 휘도를 갖는 형광체를 제조할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 XRD 결과를 도시하는 그래프이다. 도 5에서는, 상기 제1 원료가 A2MF6와 A2MnF6의 혼합물이고, 상기 제2 원료는 KF인 경우, 소결 조제인 NH4F의 양을 변경시켜 제조한 K3SiF7:Mn4 + 형광체들의 XRD 결과를 나타낸다. 형광체들의 제조 시, 소성 공정은 300 ℃, 질소/수소(N2/H2) 분위기에서 6시간 동안 수행되었다. XRD 결과는 K2SiF6 및 K3SiF7과 비교하여 도시된다.
도 5를 참조하면, NH4F의 양이 5 wt% 이상인 경우 K3SiF7과 동일한 XRD 결정 피크를 나타내었다. 따라서, 상기 제1 원료가 A2MF6와 A2MnF6의 혼합물인 경우에도, NH4F의 양이 5 wt% 이상인 경우 단일상의 K3SiF7의 합성이 가능함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이다. 도 6에서는, 도 5의 실시예들과 동일하게 제조된 형광체들의 NH4F의 양에 따른 스펙트럼을 나타낸다.
도 6을 참조하면, NH4F의 양에 따라 약간의 휘도의 차이가 나타남을 알 수 있다. NH4F의 양이 15 wt%인 경우 가장 높은 휘도를 나타내었으며, NH4F의 양이 5 wt% 및 10 wt%인 경우 그보다 낮은 휘도를 나타내었다. 또한, 본 실시예들에서 K2SiF6:Mn4+ 형광체보다 낮은 휘도를 나타내었다.
발광 면적비 및 피크 파장은 표 2와 같이 나타난다.
K2SiF6:Mn4 + NH4F 5 wt% NH4F 10 wt% NH4F 15 wt%
발광 면적비 100 % 2 % 41 % 74 %
피크 파장 632 nm 631 nm 631 nm 631 nm
발광 면적비는, 본 발명의 실시예들에서 K2SiF6:Mn4 + 형광체보다 낮게 나타났으며, 도 4를 참조하여 상술한 실시예의 형광체보다 낮은 휘도를 나타내었다. 피크 파장은 본 발명의 실시예들에서 K2SiF6:Mn4 + 형광체보다 1 nm 짧게 나타났다.
본 발명의 실시예에 따른 K3SiF7:Mn4 + 형광체들의 제조 시, 소결 조제인 NH4F의 양을 조절함으로써 제조된 형광체들의 휘도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체인 K3SiF7:Mn4+의 스펙트럼 특성이 비교예인 K2SiF6:Mn4 + 형광체와 함께 도시된다. K3SiF7:Mn4+ 형광체의 발광 파장은 적색 파장 대역에 해당하는 620 nm 내지 640 nm 범위를 가지며, 특히 약 631 nm에서 발광 피크를 나타내었다. 이는 K2SiF6:Mn4 + 형광체의 632 nm보다 약 1 nm 정도 단파장 영역에서 나타나는 것으로, 이에 의해 K2SiF6:Mn4+ 형광체에 비하여 발광영역의 시감도가 증가될 수 있음을 알 수 있으며, 이에 따라 동일한 발광면적 이상일 때 K3SiF7:Mn4 + 형광체를 포함하는 발광장치의 광특성이 향상될 수 있다.
K3SiF7:Mn4 + 형광체는 약 340 nm 내지 380 nm 및 420 nm 내지 470 nm의 범위에서 여기 효율이 높으며, 특히 K2SiF6:Mn4 + 형광체에 비하여 여기 영역이 다소 넓어, 넓은 파장 범위의 LED에 적용 시 여기 효율이 높을 수 있다.
이하에서는, 두 개의 양이온들을 포함하는 불화물계 형광체의 실시예들을 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 XRD 결과를 도시하는 그래프이다.
본 실시예의 불화물계 형광체는 (Rb, K)3SiF7:Mn4 +의 조성을 가질 수 있다. (Rb, K)3SiF7:Mn4 + 형광체는 상술한 제조방법을 이용하여 제조하였으며, 상기 제1 원료로 3 %의 망간을 포함하는 K2SiF6:Mn4 +를 이용하고, 상기 제2 원료로 RbF 및 KF를 이용하였다. 각 원료들의 몰 비율을 다양하게 변경하여 제1 내지 제4 실시예들의 형광체들을 제조하였다.
구체적으로, K2SiF6:Mn4: RbF: KF의 몰 비율이 제1 실시예의 경우, 4: 0.6: 5.6이고, 제2 실시예는 4: 1.5: 4.5, 제3 실시예는 4: 3: 3, 제4 실시예는 4: 6: 0이었다. 상기 소결 조제로는 10 wt%의 NH4F를 사용하였다. 형광체들의 제조 시, 소성 공정은 300 ℃로 4 %의 수소(H2)를 포함하는 질소/수소(N2/H2) 분위기에서 6시간 동안 수행되었다.
도 8을 참조하면, 실시예들의 XRD 결과는 K3SiF7과 비교하여 도시된다. 상기 제2 원료 중 KF를 넣지 않은 제4 실시예의 경우에도 K3SiF7 구조가 유지되었다. 또한, 3개의 칼륨(K) 이온 중 하나를 루비듐(Rb) 이온으로 치환하여도 K3SiF7 구조가 합성되었다. 제2 실시예의 경우가 가장 K3SiF7와 유사한 피크를 나타내었다. 루비듐(Rb) 이온의 경우, 칼륨(K) 이온보다 이온 반경이 크므로, 치환양이 증가함에 따라, XRD 피크는 저각으로 이동하는 경향을 나타내었다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 XRD 결과를 도시하는 그래프이다.
본 실시예의 불화물계 형광체는 (Cs, K)3SiF7:Mn4 +의 조성을 가질 수 있다. (Cs, K)3SiF7:Mn4 + 형광체는 상술한 제조방법을 이용하여 제조하였으며, 상기 제1 원료로 3 %의 망간을 포함하는 K2SiF6:Mn4 +를 이용하고, 상기 제2 원료로 CsF 및 KF를 이용하였다. 각 원료들의 몰 비율을 다양하게 변경하여 제1 및 제2 실시예들의 형광체들을 제조하였다.
구체적으로, K2SiF6:Mn4: CsF: KF의 몰 비율이 제1 실시예의 경우, 4: 0.6: 5.6이고, 제2 실시예는 4: 1.5: 4.5이었다. 상기 소결 조제로는 10 wt%의 NH4F를 사용하였다. 형광체들의 제조 시, 소성 공정은 300 ℃로 4 %의 수소(H2)를 포함하는 질소/수소(N2/H2) 분위기에서 6시간 동안 수행되었다.
도 9를 참조하면, 실시예들의 XRD 결과는 K3SiF7과 비교하여 도시된다. 세슘(Cs) 이온의 경우, 칼륨(K) 이온을 소량 치환한 경우 K3SiF7 구조가 유지되었으나, 치환양이 증가함에 따라, Cs2SiF6의 불순물이 발생하였다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 먼저 도 1을 참조하여 상술한 S110 내지 S130 단계가 동일하게 수행되어 형광체 입자가 제조될 수 있다.
다음으로, 형광체 입자를 이온성 액체로 코팅하는 단계(S140)가 수행될 수 있다.
이온성 액체(ionic liquid)는 양이온과 음이온이 크기의 비대칭성으로 인하여 결정체를 이루지 못하고 액체 상태를 유지하는 물질이다. 표면 처리를 위해 상기 형광체 입자를 이온성 액체로 코팅함으로써, 형광체 입자의 전체 표면을 코팅할 수 있다. 상기 이온성 액체는 예를 들어, 불소를 포함하는 물질일 수 있다. 또한, 상기 이온성 액체는, 예를 들어, 피롤리디늄계(pyrrolidinium-based) 이온성 액체일 수 있다. 상기 이온성 액체는 예를 들어, C10H18F6N2O4S2의 분자식을 갖는 1-메틸-1-프로필피롤리디늄비스(트리플루오르메탄술포닐)이미드(1-methyl-1-propylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 포함할 수 있다.
본 단계에서, 상기 형광체 입자들을 상기 이온성 액체에 투입하고 교반하여 혼합함으로써 코팅할 수 있다. 이에 의해, 제조된 불화물계 형광체는 표면에 상기 이온성 액체 물질 또는 상기 이온성 액체로부터 기인한 원소를 포함할 수 있다. 이온성 액체의 코팅은 이와 같이 불화물계 형광체의 합성 과정의 일부로 수행되며, 별도의 추가적인 장치를 사용하지 않고 단순한 공정을 이용하여 표면 처리 또는 코팅을 수행할 수 있어, 공정 효율이 향상될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화물계 형광체의 신뢰성을 나타내는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 고온 및 고습의 조건 하에서 수행된 제조된 불화물계 형광체의 발광 면적 유지율 테스트 결과가 나타난다. 구체적으로, 85 ℃의 온도 및 85 % 습도 하에서 불화물계 형광체가 분말 상태로 1시간 동안 보존되었다.
제1 실시예는 도 1을 참조하여 상술한 본 발명의 실시예에 따라 제조된 K3SiF7:Mn4+ 형광체이다. 구체적으로, K2SiF6:Mn4 + 2.2 g과 KF 0.58 g을 혼합한 후, 10 wt%의 NH4F을 혼합한 후 소성하여 제조되었다. 소성은 300 ℃, 4 %의 수소(H2)를 포함하는 질소/수소(N2/H2) 분위기에서 6시간 동안 수행되었다.
제2 실시예는 제1 실시예의 K3SiF7:Mn4 + 형광체 0.5 g에 1-메틸-1-프로필피롤리디늄비스(트리플루오르메탄술포닐)이미드(1-methyl-1-propylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imid) 1 cc를 투입한 후 교반하여 제조하였다.
제3 및 제4 실시예는 제1 실시예의 K3SiF7:Mn4 + 형광체에 실리콘 올리고머(silicone oligomer)(Shin-Etsu사의 KR-213 제품)를 코팅하여 제조하였다. 제3 실시예는 에탄올 30 g에 KR-213 1.5 g을 투입하여 교반한 후, K3SiF7:Mn4 + 형광체 6 g을 투입하고 교반한 후 건조하여 제조하였다. 제4 실시예는 20 ml의 에탄올에 K3SiF7:Mn4+ 형광체 1 g을 투입하고, 48 % HF 2 ml를 투입하여 교반한 후, 에탄올로 세정하고 건조하였다. 이후에, 제3 실시예에서와 같이 KR-213을 코닝하여 제조하였다.
비교예는 K2SiF6:Mn4 형광체로, 48 % HF 100 ml에 4.8 g의 SiO2와 별도로 제조한 K2MnF6 1.19 g을 용해시킨 제1 용액에, 48 % HF 4 ml에 13.95 g의 KF를 용해시킨 제2 용액을 천천히 투입하여, 침전물을 수거한 후 20 % HF로 세정하여 제조하였다.
발광 면적은, 450 nm 여기광에 의해 발광하는 590 nm 내지 650 nm 사이의 발광 스펙트럼을 적분한 값으로, 초기의 발광 면적을 기준으로 유지율을 측정하였다.
도 11에 도시된 것과 같이, 실리콘 올리고머(silicone oligomer)가 코팅된 제3 및 제4 실시예의 형광체는 코팅을 하지 않은 제1 실시예의 형광체보다, 각각 29.6 % 및 30.2 %로 발광 면적을 높게 유지하였다. 다만, 제1, 제3 및 제4 실시예의 형광체들은 비교예의 84.8 %보다 발광 면적 유지율이 낮게 나타났다.
이온성 액체로 코팅한 제2 실시예의 경우, 발광 면적을 초기 상태대로 유지하여 100.6 %의 가장 우수한 발광 면적 유지율을 나타내었으며, 비교예의 경우보다 높은 발광 면적 유지율을 나타내었다. 따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 불화물계 형광체는 이온성 액체에 의해 코팅됨으로써 보호되어, 수분 취약 특성이 개선되고 발광 성능이 유지될 수 있음을 알 수 있다.
불화물계 형광체를 포함하는 발광장치
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치의 개략적인 단면도이다.
도 12를 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.
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 전기방출(electroluminescent) 소자일 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 이온성 액체로 표면 처리되어, 수분에 강한 특성을 나타내어, 별도의 커버 글래스와 같은 파장변화부를 보호하는 부재가 없더라고 신뢰성이 확보될 수 있으며, 공정이 단순화될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치의 개략적인 단면도이다.
도 13을 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 12의 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 이온성 액체로 표면 처리되어 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 굴절률과 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 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치에 채용 가능한 파장변환 물질을 설명하기 위한 CIE 좌표계이다.
도 12 및 도 13의 발광소자(130, 134)가 청색 광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함한 발광장치(100, 100a)는 형광체의 배합비를 조절하여 다양한 색 온도의 백색광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 황색 형광체에 녹색 및/또는 적색 형광체를 추가로 조합하여 백색 광의 색온도 및 연색성(Color Rendering Index, CRI)을 조절할 수 있다.
청색 발광소자에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광소자의 조합으로 만들어지는 백색광은 두 개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 14에 도시된 것과 같이, CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 영역 내에 위치할 수 있다. 또는, (x, y) 좌표가 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 백색광의 색온도는 1500 K 내지 20000 K의 범위에 해당한다.
도 14에서 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광은 상대적으로 황색계열 성분의 광이 약해진 상태로 사람이 육안으로 느끼기에는 보다 선명한 느낌 또는 신선한 느낌을 가질 수 있는 영역의 조명 광원으로 사용 될 수 있다. 따라서 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광을 이용한 조명 제품은 식료품, 의류 등을 판매하는 상가용 조명으로 효과가 좋다.
상기 발광장치에 사용될 수 있는 형광체로 다음과 같은 형광체가 사용될 수 있다. 적색 형광체의 경우에, 상술된 실시예들에 따른 불화물 형광체가 사용될 수 있다. 즉, 불화물계 형광체(154)는 조성식 A3MF7:Mn4 +로 표시되는 불화물 형광체를 포함하며, 예를 들어, K3SiF7:Mn4 +, K3TiF7:Mn4 +, K3ZrF7:Mn4 +, K3SnF7:Mn4 +, Na3TiF7:Mn4+, Na3ZrF7:Mn4 +, (Rb, K)3SiF7:Mn4 + 및 (Cs, K)3SiF7:Mn4 +일 수 있다. 또한, 파장변환부(150, 150a)는 아래에 예시된 다른 형광체를 더 포함할 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 La3Si6N11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu
불화물계 형광체를 포함하는 광원모듈, 백라이트 유닛, 디스플레이 장치 및 조명 장치
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 광원모듈의 개략적인 단면도이다.
도 15를 참조하면, LCD 백라이트용 광원모듈(500)은, 회로 기판(510) 및 회로 기판(510) 상에 실장된 복수의 백색광 발광장치들(100b)의 배열을 포함할 수 있다. 회로 기판(510) 상면에는 백색광 발광장치(100b)와 접속되는 도전 패턴이 형성될 수 있다.
각각의 백색광 발광장치(100b)는, 도 12를 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(100b)는 별도의 반사벽을 갖지 않으며, 파장변환부(150b)가 렌즈 기능을 갖는 반구형상으로 구비되어 넓은 지향각을 나타낼 수 있다. 이러한 넓은 지향각은, LCD 디스플레이의 두께 또는 폭을 감소시키는데 기여할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 16을 참조하면, 백라이트 유닛(1000)은 기판(1002) 위에 실장된 광원(1001)이 측 방향으로 빛을 방사하며, 이렇게 방사된 빛은 도광판(1003)에 입사되어 면광원의 형태로 전환될 수 있다. 도광판(1003)을 거친 빛은 상부로 방출되며, 광추출 효율을 향상시키기 위하여 도광판(1003)의 하면에는 반사층(1004)이 배치될 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 17을 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 12 및 도 13의 발광장치(100, 100a) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 특히, 발광장치(2005)는 광방출면에 인접한 측면으로 실장된 사이드 뷰타입 발광장치일 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 18은 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 18을 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 12 및 도 13의 발광장치(100, 100a)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 19는 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 19를 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 12 및 도 13의 발광장치(100, 100a)와 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다. 또는 광원모듈(4203)은 도 15의 LCD 백라이트용 광원모듈(500)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.
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: 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 (20)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 불화물계 형광체 제조방법으로서,
    A2MF6를 포함하는 제1 원료 및 AF 또는 AHF2를 포함하는 제2 원료를 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 제1 혼합물에 소결 조제(sintering aid)를 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 제2 혼합물을 소성하는 단계; 및
    상기 소성하는 단계에 의해 제조된 형광체 입자를 이온성 액체(ionic liquid)로 코팅하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 원료 및 상기 제2 원료는 분말 상태로 혼합되는 불화물계 형광체 제조방법.
    [화학식 1]
    A3MF7:Mn4+
    (상기 화학식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종임)
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 소결 조제는 불소 함유 물질인 불화물계 형광체 제조방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 소결 조제는 NH4F, NH4HF2, F2, XeF2, 또는 KHF2 중 적어도 하나를 포함하는 불화물계 형광체 제조방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 소결 조제는 상기 제1 혼합물에 5 wt%보다 큰 중량으로 혼합되는 불화물계 형광체 제조방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 소성하는 단계는 250 ℃보다 높고 400 ℃보다 낮은 온도에서 수행되는 불화물계 형광체 제조방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 소성하는 단계는 아르곤(Ar), 질소(N2), 불소(F2), 질소/불소(N2/F2) 또는 질소/수소(N2/H2) 분위기에서 수행되는 불화물계 형광체 제조방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 소성하는 단계는 4 시간 내지 8시간 동안 수행되는 불화물계 형광체 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 원료 및 상기 제2 원료는 1: 0.8 내지 1: 1.5의 몰비로 혼합되는 불화물계 형광체 제조방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 원료는 A2MF6:Mn4 + 형광체이고, 상기 제2 원료는 AF인 불화물계 형광체 제조방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 원료는 K2SiF6:Mn4 + 형광체이고, 상기 제2 원료는 KF, RbF, 또는 CsF 중 적어도 하나인 불화물계 형광체 제조방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 원료는 A2MF6와 A2MnF6의 혼합물이고, 상기 제2 원료는 AF인 불화물계 형광체 제조방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 원료는 K2SiF6와 K2MnF6의 혼합물이고, 상기 제2 원료는 KF인 불화물계 형광체 제조방법.
  14. 삭제
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 이온성 액체는 1-메틸-1-프로필피롤리디늄비스(트리플루오르메탄술포닐)이미드(1-methyl-1-propylpyrrolidinium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 포함하는 불화물계 형광체 제조방법.
  16. 하기 화학식 1로 표시되는 불화물계 형광체 제조방법으로서,
    A2MF6를 포함하는 제1 원료 및 AF 또는 AHF2를 포함하는 제2 원료를 혼합하여 제1 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물에 소결 조제(sintering aid)를 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 제2 혼합물을 소성하여 형광체 입자를 제조하는 단계; 및
    상기 형광체 입자를 이온성 액체로 코팅하는 단계를 포함하는 불화물계 형광체 제조방법.
    [화학식 1]
    A3MF7:Mn4 +
    (상기 화학식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종임)
  17. 조성식 A3MF7:Mn4 +로 표현되는 형광체 입자들; 및
    상기 형광체 입자들의 표면을 덮으며, 이온성 액체(ionic liquid) 물질 또는 상기 이온성 액체로부터 기인한 원소 포함하는 코팅층을 포함하며,
    상기 조성식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종인 불화물계 형광체.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 이온성 액체 물질 또는 상기 이온성 액체로부터 기인한 원소는 불소를 포함하는 불화물계 형광체.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 코팅층은 1-메틸-1-프로필피롤리디늄비스(트리플루오르메탄술포닐)이미드(1-methyl-1-propylpyrrolidinium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 포함하는 불화물계 형광체.
  20. 발광소자; 및
    상기 발광소자로부터 방출되는 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장변환부를 포함하고,
    상기 파장변환부는, 조성식 A3MF7:Mn4 +로 표현되는 형광체 입자들, 및 상기 형광체 입자들의 표면을 덮으며, 이온성 액체 물질 또는 상기 이온성 액체로부터 기인한 원소 포함하는 코팅층을 포함하며,
    상기 조성식에서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs 중 선택된 적어도 1종이며, M은 Si, Ti, Zr, Hf, Ge 및 Sn 중 선택된 적어도 1종인 발광장치.
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