複合結晶蛍光体、発光装置、面光源装置、ディスプレイ装置及び照明装置
【課題】本発明は、蛍光体に関し、より詳細には、高い発光特性及び優れた熱的・化学的安定性を有する複合結晶蛍光体とこれを利用した発光装置、面光源装置、ディスプレイ装置及び照明装置に関する。
【解決手段】本発明の一観点によると、少なくともＭ元素と、Ａｌ元素と、ケイ素、酸素及び窒素とを含有する無機組成物であり、当該無機組成物は少なくとも２種の結晶相を有する粒子を有し、当該少なくとも２種の結晶相はＭ２ＳｉＯ４結晶と同一の第１の結晶相と、β−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶である第２の結晶相とを含む複合結晶蛍光体を提供する。ここで、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１種の元素であることができる。
【解決手段】本発明の一観点によると、少なくともＭ元素と、Ａｌ元素と、ケイ素、酸素及び窒素とを含有する無機組成物であり、当該無機組成物は少なくとも２種の結晶相を有する粒子を有し、当該少なくとも２種の結晶相はＭ２ＳｉＯ４結晶と同一の第１の結晶相と、β−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶である第２の結晶相とを含む複合結晶蛍光体を提供する。ここで、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１種の元素であることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体に関し、より詳細には、高い発光特性及び優れた熱的・化学的安定性を有する複合結晶蛍光体とこれを利用した発光装置、面光源装置、ディスプレイ装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、波長変換用蛍光体物質は、多様な光源の特定波長光を所望の波長光に変換させる物質として用いられている。特に、多様な光源のうち発光ダイオードは、低電力駆動及び優れた光効率によってＬＣＤバックライトと自動車用及び家庭用照明装置に好ましく適用されることができるため、最近の蛍光体物質は白色発光装置を製造するための核心技術として脚光を浴びている。
【０００３】
一般的に、白色発光装置は、青色又は紫外線ＬＥＤチップに１種以上の蛍光体（例えば、黄色又は赤色及び青色)を適用する方式で製造されている。特に、赤色蛍光体と共に、他の１種以上の蛍光体を組み合わせて用いる形態において、各蛍光体の半値幅が小さい場合は、十分な演色指数を確保するのが困難になり、所望の天然白色光を具現するのに限界がある。このような演色性への要求は、上記白色発光装置が照明用光源として採用される上で重要な評価事項になる。
【０００４】
特に、従来の赤色蛍光体は、相対的に小さい半値幅を有するため、全体的に十分な演色性を具現するのに困難があった。したがって、高い発光効率を維持しながらも半値幅が大きい特性を有する赤色蛍光体が求められてきている。
【０００５】
一方、シリケート系蛍光体等の赤色蛍光体は、他の蛍光体に比べて相対的に熱的安定性が低いため、高温条件で用いられるＬＥＤ装置の波長変換物質としては適していないという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためのものであって、熱的・化学的安定性に優れ且つ高い演色性を保障できる赤色光を放出する複合結晶蛍光体を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、上述した複合結晶蛍光体を赤色蛍光体として採用して自然光に近い演色性に優れた白色光を放出できる発光素子パッケージ、面光源装置及び照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した技術的課題を解決するために、本発明の一観点は、少なくともＭ元素と、Ａｌ元素と、ケイ素、酸素及び窒素とを含有する無機組成物であり、当該無機組成物は少なくとも２種の結晶相を有する粒子を有し、当該少なくとも２種の結晶相はＭ２ＳｉＮＯ４-ｙＮｘ（０＜ｘ＜３、ｙ＝２ｘ／３）結晶である第１の結晶相と、β−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶である第２の結晶相とを含む複合結晶蛍光体を提供する。ここで、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１種の元素であることができる。
【０００９】
上記複合結晶蛍光体は、赤色蛍光体であって、励起源を照射して５７０〜６６０ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を放出することができる。様々な結晶を有する複合結晶からなっても、発光スペクトルは単一のピーク波長を示すことができる。
【００１０】
上記励起源は、３００〜４８０ｎｍの範囲にピーク波長を有することができる。
【００１１】
白色発光装置への適用の際により優れた演色指数を保障できるように、上記複合結晶蛍光体は、約１００ｎｍ以上の半値幅を有する発光スペクトルを有することができる。
【００１２】
上記第１の結晶相は、Ｓｒ２ＳｉＯ４−ｘＮｙ（０＜ｘ＜３、ｙ＝２ｘ／３）であり、上記第２の結晶相は、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ（０＜ｚ＜１）であることができる。好ましくは、上記第１の結晶相は６０〜９５質量％であり、上記第２の結晶相は５〜４０質量％であることができる。
【００１３】
上記複合結晶蛍光体は、他の結晶相、例えば、Ｍ２−ａＳｉ５Ｏ８−ａＮｂ（０＜ａ＜８、ｂ＝２ａ／３）結晶である第３の結晶相をさらに含むことができる。この場合、上記第１の結晶相は５０〜９０質量％であり、上記第２の結晶相は５〜４０質量％であり、上記第３の結晶相は１０質量％以下であることができる。
【００１４】
上記蛍光体は、活性剤として少なくとも１種の希土類元素をさらに含み、当該希土類元素（Ｒｅ）はＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂからなる群から選択されることができる。
【００１５】
本発明の他の観点は、励起光を放出するＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップの近傍に配置されて上記励起光の少なくとも一部を波長変換し上述した複合結晶蛍光体を含む赤色蛍光体と、上記ＬＥＤチップの放出波長及び上記赤色蛍光体の発光波長とは異なる波長の光を提供する少なくとも１つの発光要素とを含み、当該少なくとも１つの発光要素は追加のＬＥＤチップ及び他種の蛍光体の少なくとも１つである白色発光装置を提供する。
【００１６】
上記ＬＥＤチップは、紫外線を放出するＬＥＤチップであるか又は４３０〜４７０ｎｍの範囲にピーク波長を有する青色ＬＥＤチップであることができ、上記少なくとも１つの発光要素は、緑色蛍光体を含むことができる。
【００１７】
上記緑色蛍光体の発光波長ピークは、５００〜５５０ｎｍであることができる。上記青色ＬＥＤチップは１０〜５０ｎｍの半値幅を有し、上記緑色蛍光体は３０〜２００ｎｍの半値幅を有し、上記赤色蛍光体は１００〜２５０ｎｍの半値幅を有することができる。
【００１８】
上記緑色蛍光体は、ＭｘＡｙＯｘＮ（４／３）ｙの組成式で表示される酸窒化物蛍光体、ＭａＡｂＯｃＮ（（２／３）ａ＋（４／３）ｂ−（２／３）ｃ）で表示される酸窒化物蛍光体及びＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚの組成式で表示されるβ−サイアロン蛍光体の少なくとも１つを含むことができる。ここで、ＭはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎからなる群から選択される少なくとも１種のII族元素であり、ＡはＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選択される少なくとも１種のIV族元素であることができる。
【００１９】
上記少なくとも１つの発光要素は、黄色又は黄橙色蛍光体をさらに含むことができる。上記黄色蛍光体はシリケート系蛍光体であり、上記黄橙色蛍光体はα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｒｅである蛍光体であることができる。
【００２０】
本発明の他の実施形態において、上記少なくとも１つの発光要素は、蛍光体等の波長変換物質ではなく、緑色ＬＥＤチップとして提供されることもできる。
【００２１】
上記ＬＥＤチップは、第１及び第２の電極が同一面に向かうように配置された構造を有するか、又は、第１及び第２の電極がそれぞれ互いに異なる面に向かうように配置された構造を有することができる。
【００２２】
本発明のさらに他の実施形態において、上記ＬＥＤチップは、対向する第１及び第２の主面を有し、それぞれ当該第１及び第２の主面を提供する第１及び第２の導電型半導体層とその間に形成された活性層とを有する半導体積層体と、上記第２の主面から上記活性層を経て上記第１の導電型半導体層の一領域に連結されたコンタクトホールと、上記半導体積層体の第２の主面上に形成され上記第１の導電型半導体層の一領域に上記コンタクトホールを介して連結された第１の電極と、上記半導体積層体の第２の主面上に形成され上記第２の導電型半導体層に連結された第２の電極とを含む。
【００２３】
この場合、上記第１及び第２の電極のいずれか１つが上記半導体積層体の側方向に引き出された構造を有することもできる。
【００２４】
上記白色発光装置は、上記ＬＥＤチップが搭載された溝部を有するパッケージ本体をさらに含むことができる。
【００２５】
上記白色発光装置は、上記ＬＥＤチップを封止する樹脂封止部をさらに含み、上記複数の蛍光体の少なくとも１つは、上記樹脂封止部内に分散されることができる。
【００２６】
上記白色発光装置は、それぞれ異なる複数の蛍光体含有樹脂層が積層された構造を有することができる。
【００２７】
上記白色発光装置から放出される白色光の演色指数（ＣＲＩ）は７０以上であることができる。
【００２８】
本発明は、上述した複合結晶蛍光体を波長変換物質として利用する発光装置、面光源装置及びディスプレイ装置、さらには、照明装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、複合結晶蛍光体を具現して各結晶の長所を結合することによって、優れた特性を有する波長変換物質を提供することができる。β−サイアロン結晶を部分的に採用することで、高演色性を保障できる大きい半値幅を有する赤色光を提供し、その割合に応じて多様な特性を満足する発光スペクトルを提供することができる。従来の白色発光装置に比べて演色指数の上昇効果を期待することができる。
【００３０】
また、アルミニウムの含有と共に、酸素の一部を窒素に置換することによって、新たな複合結晶を導入して高演色性を保障することができる上、窒化物系蛍光体で期待される高い発光特性と優れた熱的・化学的安定性を有し、このような長所によって高出力／高信頼性の白色発光装置の製造に好ましく用いられることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１により製造された複合結晶蛍光体粒子を撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図２ａ】図１の複合結晶蛍光体粒子に対するＥＤＡＸデータ分析結果である。
【図２ｂ】図１の複合結晶蛍光体粒子に対するＥＤＡＸデータ分析結果である。
【図３】本発明の実施例１により製造された複合結晶蛍光体のＸＲＤグラフである。
【図４】本発明の実施例１による複合結晶蛍光体の冷陰管イメージ撮影写真である。
【図５】本発明の実施例１による複合結晶蛍光体と比較例１による複合結晶蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２により製造された複合結晶蛍光体のＸＲＤグラフである。
【図７】本発明の一実施形態による白色発光装置を示す概略図である。
【図８ａ】本発明の他の実施形態による白色発光装置を示す概略図である。
【図８ｂ】本発明の他の実施形態による白色発光装置を示す概略図である。
【図９】本発明に採用可能な緑色蛍光体のスペクトルである。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に採用可能な赤色蛍光体のスペクトルである。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に採用可能な黄色又は黄橙色蛍光体のスペクトルである。
【図１２】本発明の一実施形態によるＬＥＤ光源モジュールを概略的に示す側断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態によるＬＥＤ光源モジュールを概略的に示す側断面図である。
【図１４】本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子の一例を示す側断面図である。
【図１５】本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子の他の例を示す側断面図である。
【図１６】本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子の一例を示す平面図である。
【図１７】本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子の一例を示す側断面図である。
【図１８】本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子の他の例を示す側断面図である。
【図１９】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の多様な実施形態によるバックライトユニットを示す断面図である。
【図２０】本発明の一実施形態による直下型バックライトユニットを示す断面図である。
【図２１ａ】本発明の他の実施形態によるエッジ型バックライトユニットを示す断面図である。
【図２１ｂ】本発明の他の実施形態によるエッジ型バックライトユニットを示す断面図である。
【図２２】本発明の一実施形態によるディスプレイ装置を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付の図面及び実施例を参照して本発明をより詳細に説明する。
【００３３】
本発明の一観点は、新たな複合結晶蛍光体を提供する。本明細書で用いられる「複合結晶蛍光体」という用語は、相違する２以上の結晶相を有する蛍光体粒子を含む蛍光体をいう。
【００３４】
上記複合結晶蛍光体は、少なくともＭ元素と、Ａｌ元素と、ケイ素、酸素及び窒素とを含有し、上記無機組成物は、少なくとも２種の結晶相を有する粒子を含む。
【００３５】
上記少なくとも３種の結晶相としては、Ｍ２ＳｉＯ４−ｘＮｙ（０＜ｘ＜３、ｙ＝２ｘ／３）結晶と同一の第１の結晶相と、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ（０＜ｚ＜１）である第２の結晶相とを含む。ここで、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１種の元素であることができる。
【００３６】
上記第１の結晶相は、Ｓｒ２ＳｉＯ４−ｘＮｙ（０＜ｘ＜３、ｙ＝２ｘ／３）であることができ、赤色蛍光体であり、酸素の一部を窒素に置換することによって熱的・化学的安定性を向上させることができる。
【００３７】
また、上記複合結晶蛍光体の主な部分を構成することができ、追加の上記第２の結晶相によって発光スペクトルの半値幅を拡張させて白色発光装置において高い演色性を保障することができる。
【００３８】
励起源は、紫外線帯域はもちろん可視光線帯域も含み、好ましくは３００〜４８０ｎｍの範囲にピーク波長を有することができる。このような励起源を照射して５７０〜６６０ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を放出することができる。
【００３９】
特に、第２の結晶相であるβ−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）は、緑色蛍光体であるが、複合結晶蛍光体の結晶相に部分的に合成されて第１の結晶相の半値幅(７０〜８０ｎｍ)を拡張させることができる。
【００４０】
このように、β−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶相と他の結晶相とを共に有する複合結晶からなっても、ほぼ単一のピーク波長を有し且つ大きい半値幅（約１００ｎｍ以上）を有する発光スペクトルを提供することができる。
【００４１】
好ましくは、上記赤色発光のための第１の結晶相は６０〜９５質量％であり、演色性改善のための第２の結晶相は５〜４０質量％であることができる。本発明による第２の結晶相であるβ−サイアロン結晶相が全質量の５質量％未満の場合は、半値幅の改善による演色性の向上効果が微弱し、β−サイアロン結晶相が４０質量％未満の場合は、変換効率が低くなって全体としての光量が減少する問題を有することがある。
【００４２】
上記蛍光体は、活性剤として少なくとも１種の希土類元素をさらに含む無機組成物であることができる。上記希土類元素（Ｒｅ）は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂからなる群から選択されることができる。特に、Ｅｕと共にＤｙを活性剤として添加させることで、変換効率を改善することができる（例えば、約５〜１０％）。したがって、半値幅の改善に応じて多少低くなる効率を補完することができる。
【００４３】
上述した複合結晶蛍光体のための製造方法では、原料物質としてＭ含有化合物（ここで、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択される少なくとも１種である)、Ｓｉ含有酸化物、Ｓｉ含有窒化物及びＡｌ含有化合物を所望の化学量論に合わせて秤量して混合すべき原料物質をそれぞれ用意する。さらにＥｕ含有化合物等の希土類元素（Ｒｅ）含有化合物を含むことができる。
【００４４】
本発明の特定実施例において、上記複合結晶蛍光体は、他の結晶相、例えば、Ｍ２Ｓｉ５ＯａＮ８−ｂ（０＜ａ＜３、ｂ＝２ａ／３）結晶である第３の結晶相をさらに含むことができる。この場合、上記第１の結晶相は５０〜９０質量％であり、上記第２の結晶相は５〜４０質量％であり、上記第３の結晶相は１０質量％以下であることができる。
【００４５】
測量された原料物質の混合方式としては、乾式又は湿式混合方式のいずれかを用いることができる。
【００４６】
湿式混合方式によると、上記秤量された混合物と、原料物質の混合過程及び粉砕を助けるボール（ｂａｌｌ）と、溶媒とを入れて混合する。この際、ボールとしては、酸化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）材質、ジルコニア（ＺｒＯ２）材質又は一般的に原料の混合時に用いられるボールを用いることができる。溶媒としては、蒸留水（Ｄ．Ｉ．ｗａｔｅｒ）、エタノール等のアルコール類又はｎ−ヘキサン（Ｈｅｘａｎｅ）等の有機溶媒を全て用いることができる。即ち、原料物質と溶媒とボールとを入れた後、容器を密閉し、ミラー（ｍｉｌｌｅｒ）等の装置を利用して１〜２４時間程度原料物質を均質に混合することができる。混合過程が完了した後、混合された原料物質とボールとを分離させ、乾燥炉（ｏｖｅｎ）で１〜４８時間程度の乾燥過程を経ることで、溶媒を殆ど乾燥させることができる。乾燥が完了した粉末を金属又はポリマー材質の篩（ｓｉｅｖｅ）を利用して所望のマイクロメーターサイズ条件で均一に分級することができる。
【００４７】
乾式混合方式によると、溶媒を用いず、容器に原料物質を入れてフライス盤（ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）を利用して当該原料物質を均質に混合する。混合時間は、１〜２４時間程度であり、この際にボールを原料物質と共に入れて混合をさらに容易にすることで混合時間を短縮させることができる。このような乾式混合方式は、湿式に比べて溶媒の乾燥過程を必要としないため、全工程時間を減らすことができる長所がある。原料物質の混合が完了すれば、湿式混合と同様に、混合過程が完了した粉末を金属又はポリマー材質の篩（ｓｉｅｖｅ）を利用して所望のマイクロメーターサイズ条件で均一に分級することができる。
【００４８】
焼成工程は、分級された混合粉末を窒化ホウ素（ＢＮ）坩堝に充填させた後に行うことができる。この際、焼成工程は、加熱炉を利用して所望の焼成温度（例えば、１，８５０〜２，３００℃、１，０００〜１，８００℃）で１〜２４時間程度行われる。焼成過程中の雰囲気では、窒素（Ｎ２）１００％又は水素が１〜１０％含まれた混合窒素ガスを利用することができる。合成された蛍光体粉末を乳鉢又は粉砕機を利用して均質に粉砕した後、後熱処理工程を１〜３回繰り返し行って蛍光体の輝度を向上させることができる。
【００４９】
このような工程を介して得られた複合結晶蛍光体は、２種の結晶相を含むことができ、例えば、Ｍ２ＳｉＯ４−ｘＮｙを主成分とし、β−ＳｉＡｌＯＮである無機化合物を含む複合結晶蛍光体として赤色蛍光体が製造されることができる。ここで、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１種であり、０＜x＜３、ｙ＝２ｘ／３の条件を満足することができる。他の例において、Ｍは、少なくとも１つの他の１価及び２価元素に部分的に置換されることができる。
【００５０】
最終的に焼成された蛍光体粉末を乳鉢又は粉砕機で粉砕し、最適の粒度を具現するために、分級工程を介して粒度を制御する。この際、代表的に１６マイクロメーターサイズの篩を利用して１６マイクロメーター以下の均質なサイズの複合結晶蛍光体を得ることができる。
ここで、得られた蛍光体粉末を蒸留水（Ｄ．Ｉ．ｗａｔｅｒ）、無機酸、有機酸、塩基を利用して後処理して蛍光体に含有されている余分のガラス相、未反応金属物質等の不純物を除去することができる。例えば、濃度０．１〜６０％の硝酸を加えて、１〜１０時間攪拌することで、余分の不純物を溶出させて除去することができる。
【００５１】
無機酸としては、硝酸以外に、硫酸、塩酸、フッ素酸又はこれら無機酸の混合溶液を用いることができる。一方、酸処理で除去していない不純物は、塩基を利用して除去することができる。塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機塩基又はこれら無機塩基の混合溶液を用いることができる。
【００５２】
このような酸処理及び塩処理後の蛍光体スラリーは残存する酸又は塩をＤ．Ｉ．ｗａｔｅｒを利用して洗浄し、湿式分級、ろ過、乾燥を行うことで、最終的には所望の蛍光体粉末を得ることができる。この際、乾燥工程は、５０〜１５０℃で十分な時間をかけて行うことができる。
【００５３】
特定例において、Ｍ含有化合物としては、Ｓｒ含有化合物を用い、例えば、ＳｒＣＯ３であることができる。Ｅｕ含有化合物は、酸化ユウロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）であることができる。Ｓｉ含有酸化物は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）であることができる。Ｓｉ含有窒化物は、窒化ケイ素（α−Ｓｉ３Ｎ４及びβ−Ｓｉ３Ｎ４）であることができる。Ａｌ含有化合物は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３)又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であることができる。
【実施例】
【００５４】
以下、多様な実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的思想がこのような実施例によって制限されるものではない。
【００５５】
＜実施例１＞
下記のように秤量された原料物質ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、ＳｒＣＯ３を用意し、これらをボールミルを利用してエタノール溶媒と混合した。
ＳｒＣＯ３：１．２５９ｇ
ＳｉＯ２：１．５８５ｇ
Ｓｉ３Ｎ４：１．１３４ｇ
Ａｌ２Ｏ３：１．３４５ｇ
Ｅｕ２Ｏ３：０．０８３ｇ
【００５６】
乾燥機を用いて原料混合物中のエタノール溶媒を揮発させ、窒化ホウ素（ＢＮ）坩堝に乾燥された原料混合物を充填し、当該原料混合物が充填された窒化ホウ素坩堝を加熱炉に入れて、Ｎ２雰囲気のガス状態で１，９５０℃で８時間焼成させた。
【００５７】
焼成された蛍光体を粉砕し、所定の後熱処理及び酸洗工程を介して複合結晶蛍光体を製造した。
【００５８】
実施例１により合成された複合結晶蛍光体の粒子形状と、複合結晶蛍光体を構成する各蛍光体粒子の成分を分析したＳＥＭ及びＥＤＡＸ結果を図１と図２ａ及び図２ｂに示した。
【００５９】
図１を参照すると、合成された複合結晶蛍光体の粒子のＳＥＭ写真が示されている。また、図２ａ及び図２ｂを参照すると、図１に示される１つの粒子を他の位置(スペクトル１、２)で測定した元素分析結果が示されている。
【００６０】
その結果、ストロンチウム、ケイ素、酸素及び窒素はもちろんアルミニウム（Ａｌ）成分も確認された。即ち、Ａｌが、他の元素と共に蛍光体粒子の結晶を構成していることを確認することができる。
【００６１】
本実施例１で合成された複合結晶蛍光体の結晶構造をＸＲＤ分析を介して確認した。図３は、実施例１による複合結晶蛍光体に対するＸＲＤ分析グラフを示す。
【００６２】
図３に示されるように、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶に該当するピークと共に、アルミニウム（Ａｌ）を含有するβ−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶に該当するピークを示す２結晶相の複合結晶蛍光体であることを確認することができる。
【００６３】
Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶のピークを示す第１の結晶は、Ｓｒ２ＳｉＯ２．４Ｎ１．６と分析され、アルミニウム（Ａｌ）を含有するβ−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶のピークを示す第２の結晶は、Ｓｉ５．４Ａｌ０．６Ｏ０．６Ｎ７．４と分析された。このように、本実施例により製造された複合結晶蛍光体は、上述した２種の結晶相が互いに固溶された類似斜方晶系（ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）結晶であることを確認することができた。
【００６４】
さらに、実施例１により製造された複合結晶蛍光体に対して、冷陰管（Ｃａｔｈｏｄｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＣＬ）分析を行った。
【００６５】
その結果、本実施例で合成された複合蛍光体は、図４に示されるように、赤色イメージを示し、６１８ｎｍの近傍で赤色のスペクトルを有するものと確認された。
【００６６】
＜比較例１＞
β−サイアロン結晶なしにＳｒ２ＳｉＯ４結晶を有する蛍光体を製造するために、Ａｌ原料物質を除外し実施例１と同一の原料物質を適正割合で混合し、同一の工程を適用した。
【００６７】
即ち、下記のように秤量された原料物質ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｅｕ２Ｏ３、ＳｒＣＯ３を用意し、これらをボールミルを利用してエタノール溶媒と混合した。
ＳｒＣＯ３：１．５２９ｇ
ＳｉＯ２：１．６５７ｇ
Ｓｉ３Ｎ４：１．２８４ｇ
Ｅｕ２Ｏ３：０．０８３ｇ
【００６８】
乾燥機を用いて原料混合物中のエタノール溶媒を揮発させ、窒化ホウ素（ＢＮ）坩堝に乾燥された原料混合物を充填し、当該原料混合物が充填された窒化ホウ素坩堝を加熱炉に入れて、Ｎ２雰囲気のガス状態で１，９５０℃で８時間焼成させた。
【００６９】
焼成された蛍光体を粉砕し、所定の後熱処理及び酸洗工程を介して複合結晶蛍光体を製造した。
【００７０】
図５は、本実施例１による複合結晶蛍光体と比較例による複合結晶蛍光体の発光スペクトルを比較するグラフである。
【００７１】
図５に示されるように、比較例による１結晶相の蛍光体、即ち、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶と同一の酸窒化物結晶を有する複合結晶蛍光体は、６１５〜６２０ｎｍのピーク波長を示し、通常のＳｒ２ＳｉＯ４蛍光体の半値幅(７０〜８０ｎｍ)と比較して大きい変化なしに約８０ｎｍの半値幅を有するのに対し、実施例１による２結晶相の蛍光体は、６１８ｎｍのピーク波長を示し、半値幅は大きく増加して約１１３ｎｍ程度と示された。
【００７２】
即ち、図５に示されるように、本実施例１による複合結晶蛍光体によると、β−サイアロン結晶等の他の結晶が複合されても、単一のピークを示し且つ半値幅を増加させる効果がある。
【００７３】
複合結晶蛍光体は、半値幅の改善に応じて多少効率が減少するが、活性剤の追加によって改善されることができる。例えば、活性剤としてＥｕと共にＤｙを所定量加えることによって、変換効率を５〜１０％改善して光量の減少を補償することができる。
【００７４】
実施例１及び比較例１によるそれぞれの複合蛍光体に対し、同一条件で青色ＬＥＤチップに他の緑色蛍光体を適用して白色発光装置を製造し、演色指数をさらに評価した。比較例１による複合結晶蛍光体を用いた白色発光装置では演色指数が７２．４７と示されたが、実施例１による複合結晶蛍光体を用いた白色発光装置では７５．３１と約４％改善されたことを確認することができた。
【００７５】
このように、β−サイアロン等の結晶相が加えられるように複合結晶蛍光体を製造することで、半値幅が増加した発光スペクトルを有する赤色蛍光体を得ることができ、これにより高い演色指数の白色発光装置を提供することができるという長所がある。
【００７６】
さらに、下記のように実施例２及び比較例２を行った。
【００７７】
＜実施例２＞
実施例１と類似する工程を介して製造するが、実施例１と比較して最終蛍光体が、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶に該当する第１の結晶と、アルミニウム（Ａｌ）を含有するβ−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶に該当する第２の結晶と共に、さらにＳｒ２Ｓｉ５Ｏ８結晶に該当する第３の結晶を有するように製造した。
【００７８】
図５は、実施例１による複合結晶蛍光体に対するＸＲＤ分析グラフを示す。図５に示されるように、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶に該当するピーク及びアルミニウム（Ａｌ）を含有するβ−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶に該当するピーク以外にも、さらにＳｒ２Ｓｉ５Ｏ８結晶に該当するピークが観察された。
【００７９】
Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶のピークを示す第１の結晶は、Ｓｒ２ＳｉＯ２．５５Ｎ１．７と分析され、アルミニウム（Ａｌ）を含有するβ−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶のピークを示す第２の結晶は、Ｓｉ５．２５Ａｌ０．７５Ｏ０．７５Ｎ７．２５と分析された。また、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｏ８結晶のピークに該当する第３の結晶は、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｏ１．３Ｎ７．１４結晶を有するものと分析された。
【００８０】
このように、本実施例により製造された複合結晶蛍光体は、上述した２種の結晶相が互いに固溶された類似斜方晶系（ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）結晶であることを確認することができた。
【００８１】
＜比較例２＞
比較例１と類似するように、アルミニウム（Ａｌ）を含有するβ−サイアロン結晶が形成されないように(Ａｌ化合物未添加)複合蛍光体を製造するが、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶と同一の結晶以外にＳｒ２Ｓｉ５Ｏ８結晶も得られるように、２結晶相の複合蛍光体を製造した。
【００８２】
上述した各実施例及び各比較例から得られた蛍光体に対し、半値幅と演色性を評価してその結果を下記の表１に示した。
【００８３】
【表１】
【００８４】
このように、本発明による実施例１及び２の複合結晶蛍光体の場合、比較例１及び２に比べて９０ｎｍ以上の水準に半値幅が拡張され、且つ演色指数も７３以上に改善される効果を示すことを確認することができた。
【００８５】
以下、添付の図面を参照して本発明による蛍光体を含む多様な応用形態を説明する。
【００８６】
図７は、本発明の一実施形態による白色発光装置を示す概略図である。
【００８７】
図７に示されるように、本実施形態による白色発光装置１０は、青色ＬＥＤチップ１５と、これを封止し上部が膨らんでいるレンズ状を有する樹脂封止部１９とを含む。
【００８８】
本実施形態による樹脂封止部１９は、広い指向角を確保できるように半球レンズ状を有するものとして例示されている。上記青色ＬＥＤチップ１５は、別途の回路基板に直接実装されることができる。上記樹脂封止部１９は、上記シリコン樹脂やエポキシ樹脂又はこれらの組み合わせからなることができる。上記樹脂封止部１９の内部には、緑色蛍光体１２と赤色蛍光体１４が分散される。
【００８９】
本実施形態に採用可能な緑色蛍光体１２としては、ＭｘＡｙＯｘＮ（４／３）ｙで表示される酸窒化物蛍光体、ＭａＡｂＯｃＮ（（２／３）ａ＋（４／３）ｂ−（２／３）ｃ）で表示される酸窒化物蛍光体、及びβ型Ｓｉ３Ｎ４結晶構造を有しＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚで表示されるβ−サイアロン蛍光体の少なくとも１つを用いることができる。ここで、ＭはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎからなる群から選択される少なくとも１種のII族元素であり、ＡはＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選択される少なくとも１種のIV族元素である。
【００９０】
また、緑色蛍光体１２としては、他の緑色蛍光体と共に又は単独で、β型Ｓｉ３Ｎ４結晶構造を有し組成式Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕａ、Ｍｂで表示される酸窒化物蛍光体を用いることができる。ここで、ＭはＳｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１種であり、Ｅｕ添加量（ａ）は０．１〜５ｍｏｌ％の範囲であり、Ｍ添加量（ｂ）は０．１〜１０ｍｏｌ％の範囲であり、Ａｌ組成比（ｚ）は０．１＜ｚ＜１を満足する。
【００９１】
上述したＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕａ、Ｍｂで表示されるβ−サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）蛍光体もまた、緑色蛍光体として励起源を照射して５００〜５５０ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を放出する蛍光体を提供することができる。本緑色蛍光体としては、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕａ、Ｍｂで表示されるβ−サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）結晶であるホストマトリックスの空隙（ｅｍｐｔｙ ｓｐｈｅｒｅ）にＳｒを所定量添加することによって、従来のβ−サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）蛍光体より大きく向上した輝度（例えば、約２０％程度）を有する上、５４０ｎｍ以下とさらに短波長化された緑色蛍光体を提供することができる。
【００９２】
Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕａ、Ｍｂで表示されるβ−サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）緑色蛍光体は、ＣＩＥ１９３１色座標系における標準ＲＧＢ（ｓＲＧＢ）の緑色領域を満足させることができる色特性を提供して鮮明な白色を提供するのに寄与することができる。さらに、Ｓｒの添加（ｄｏｐｉｎｇ）は、β−サイアロンの相安定化に寄与することによって信頼性の特性を改善し、特に、経時による効率変化を左右するｙ色座標の変化を大きく減少させることができ、生産性及び収率の側面で改善効果が大きい。
【００９３】
一方、本実施形態に採用可能な赤色蛍光体１４としては、上述した複合結晶蛍光体以外にも、他の赤色蛍光体をさらに混合して用いることができる。例えば、Ｍ１ＡｌＳｉＮｘ：Ｒｅ（１≦ｘ≦５）である窒化物系蛍光体、Ｍ１Ｄ：Ｒｅである硫化物系蛍光体、及び（Ｓｒ、Ｌ）２ＳｉＯ４−ｘＮｙ：Ｅｕであるシリケート系蛍光体（ここで、０＜x＜４、ｙ＝２ｘ／３）からなる群から選択された少なくとも１つであることができる。
【００９４】
ここで、Ｍ１はＢａ、Ｓｒ、Ｃａ及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、ＤはＳ、Ｓｅ及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、ＬはＢａ、Ｃａ及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１つの第２族元素又はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ及びＣｓからなる群から選択された少なくとも１つの第１族元素であり、ＤはＳ、Ｓｅ及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種であり、ＲｅはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択された少なくとも１つである。
【００９５】
このように、本発明によると、半値幅、ピーク波長及び／又は変換効率等を考慮して特定の緑色蛍光体と特定の赤色蛍光体とを組み合わせた形態にして提供することによって、７０以上の高い演色指数を有する白色光を提供することができる。また、複数の蛍光体から多様な波長帯域の光が得られるため、色再現性を向上させることができる。
【００９６】
上記赤色蛍光体のうち（Ｓｒ、Ｌ）２ＳｉＯ４−ｘＮｙ：Ｅｕであるシリケート系蛍光体の場合、好ましくは、ｘの範囲が０．１５≦ｘ≦３の条件であることができる。上記組成式中、Ｓｉの一部は、他の元素に置換されることができる。例えば、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択された少なくとも１種の元素に置換されるか、又は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｆ、Ｓｎ及びＰｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素に置換されることができる。
【００９７】
上記青色ＬＥＤチップの主波長は、４３０〜４７０ｎｍの範囲であることができる。この場合、可視光線帯域で広いスペクトルを確保してより大きい演色指数の向上のために、上記緑色蛍光体１２の発光波長ピークは５００〜５５０ｎｍの範囲であり、上記赤色蛍光体１４の発光波長ピークは６００〜６６０ｎｍの範囲であることができる。
【００９８】
好ましくは、上記青色ＬＥＤチップは１０〜５０ｎｍの半値幅を有し、上記緑色蛍光体は３０〜２００ｎｍの半値幅を有し、上記赤色蛍光体は５０〜２５０ｎｍの半値幅を有することができる。
【００９９】
本発明の他の実施形態では、上述した赤色蛍光体１４と緑色蛍光体１２以外にも、さらに黄色又は黄橙色蛍光体を含むことができる。この場合、より向上した演色指数を確保することができる。このような実施形態は、図８ａに示されている。
【０１００】
図８ａを参照すると、本実施形態による白色発光装置２０は、中央に反射コップが形成されたパッケージ本体２１と、反射コップの底部に実装された青色ＬＥＤチップ２５と、反射コップ内に青色ＬＥＤチップ２５を封止する透明樹脂封止部２９とを含む。
【０１０１】
上記樹脂封止部２９は、例えば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂又はこれらの組み合わせによって形成されることができる。本実施形態では、上記樹脂封止部２９に、緑色蛍光体２２及び赤色蛍光体２４と共に、黄色又は黄橙色蛍光体２６をさらに含む。
【０１０２】
即ち、緑色蛍光体２２は、ＭｘＡｙＯｘＮ（４／３）ｙ酸窒化物蛍光体、ＭａＡｂＯｃＮ（（２／３）ａ＋（４／３）ｂ−（２／３）ｃ）酸窒化物蛍光体及びβ−サイアロン蛍光体の少なくとも１つを含むことができる。赤色蛍光体２４は、上述した複合結晶蛍光体以外にも、Ｍ１ＡｌＳｉＮｘ：Ｒｅ（１≦ｘ≦５）である窒化物系蛍光体及びＭ１Ｄ：Ｒｅである硫化物系蛍光体の少なくとも１つをさらに含むことができる。
【０１０３】
また、本実施形態では、第３の蛍光体２６をさらに含むことができる。上記第３の蛍光体は、緑色波長帯域と赤色波長帯域との中間に位置した波長帯域の光を放出できる黄色又は黄橙色蛍光体であることができる。上記黄色蛍光体はシリケート系蛍光体であり、上記黄橙色蛍光体はα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｒｅ系又はＹＡＧ、ＴＡＧのガーネット系の蛍光体であることができる。
【０１０４】
上述した実施形態では、２種以上の蛍光体粉末を単一の樹脂封止部領域に混合・分散させた形態を例示したが、多様な他の構造に変更して行うことができる。より具体的には、上述した２種又は３種の蛍光体は、相違する層構造として提供されることができる。例えば、上記緑色蛍光体、上記赤色蛍光体及び上記黄色又は黄橙色蛍光体は、その蛍光体粉末を高圧で分散させて複層構造の蛍光体膜として提供されることもできる。
【０１０５】
これとは異なり、図８ｂに示されるように、複数の蛍光体含有樹脂層構造に具現されることができる。
【０１０６】
図８ｂを参照すると、本実施形態による白色発光装置３０は、上述した実施形態と類似するように、中央に反射コップが形成されたパッケージ本体４１と、反射コップの底部に実装された青色ＬＥＤチップ４５と、反射コップ内に青色ＬＥＤチップ４５を封止する透明樹脂封止部３９とを含む。
【０１０７】
上記樹脂封止部３９上には、それぞれ異なる蛍光体が含有された樹脂層が提供される。即ち、上記緑色蛍光体が含有された第１の樹脂層３２と、上記赤色蛍光体が含有された第２の樹脂層３４と、上記黄色又は黄橙色蛍光体が含有された第３の樹脂層３６とで波長変換部を構成することができる。
【０１０８】
本実施形態で用いられる蛍光体としては、図６で説明した蛍光体と同一であるか又は類似する蛍光体を採択して用いることができる。
【０１０９】
なお、青色ＬＥＤチップに黄色蛍光体を結合する場合、青色波長光と共に変換された黄色光を得ることができる。しかしながら、全可視光線スペクトルにおいて緑色及び赤色帯域の波長光が殆どないため、自然光に近い演色指数を確保するのが困難になる。特に、変換された黄色光は、高い変換効率を得るために狭い半値幅を有することになるため、この場合の演色指数はより低くなることがある。また、単一の黄色変換程度に応じて、発現される白色光の特性が容易に変わるため、優れた色再現性を保障するのが困難になる。
【０１１０】
これに対し、本発明で提案された蛍光体の組み合わせから得られる白色光は、高い演色指数を得ることができる。即ち、青色ＬＥＤチップと緑色蛍光体（Ｇ）と赤色蛍光体（Ｒ）とを組み合わせる本発明の実施例によると、既存例に比べて緑色及び赤色帯域で発光されるため、可視光線帯域でより広いスペクトルを得ることができ、その結果、演色指数を大きく向上させることができる。また、緑色帯域と赤色帯域との間に中間波長帯域を提供できる黄色又は黄橙色蛍光体をさらに含むことによって、演色指数をより大きく向上させることができる。
【０１１１】
図９には、本発明に採用可能な緑色蛍光体の発光スペクトルの一例が示されている。図９に示されるように、本発明による酸窒化物蛍光体から得られた緑色蛍光体は、ピーク波長が約５４０ｎｍであり、半値幅が７６．７ｎｍの発光スペクトルを有することを確認することができる。
【０１１２】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）には、本発明にさらに採用可能な赤色蛍光体の発光スペクトルが示されている。
【０１１３】
図１０（ａ）を参照すると、ＭＡｌＳｉＮｘ：Ｒｅ（１≦ｘ≦５）である窒化物系蛍光体（ここで、ＭはＢｅ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、ＲｅはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択された少なくとも１種の元素である)のスペクトルが示されている。変換された赤色光は、約６４０ｎｍのピーク波長と約８５ｎｍの半値幅を示す。
【０１１４】
図１０（ｂ）を参照すると、ＭＤ：Ｅｕ、Ｒｅである硫化物系蛍光体（ここで、ＭはＢｅ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、ＤはＳ、Ｓｅ及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、ＲｅはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択された少なくとも１種の元素である)のスペクトルが示されている。変換された赤色光は、約６５５ｎｍのピーク波長と約５５ｎｍの半値幅を示す。
【０１１５】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）には、本発明に選択的に採用可能な黄色又は黄橙色蛍光体のスペクトルが示されている。
【０１１６】
図１１（ａ）を参照すると、シリケート系蛍光体のスペクトルが示されている。変換された黄色光は、約５５５ｎｍのピーク波長と約９０ｎｍの半値幅を示す。
【０１１７】
図１１（ｂ）を参照すると、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｒｅである蛍光体のスペクトル（ここで、ＲｅはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択された少なくとも１つであり、Ｒｅは１〜５０，０００ｐｐｍの範囲である)が示されている。変換された黄色光は、約５８０ｎｍのピーク波長と約８８ｎｍの半値幅を示す。
【０１１８】
このように、本発明によると、半値幅、ピーク波長及び／又は変換効率等を考慮して特定の緑色蛍光体と特定の赤色蛍光体とを組み合わせた形態又はこの組み合わせた形態にさらに黄色又は黄橙色蛍光体を加えることによって、７０以上の高い演色指数を有する白色光を提供することができる。
【０１１９】
上記光において、ＣＩＥ１９４１色座標系を基準として、赤色光の色座標はｘ、ｙ座標が０．５５≦ｘ≦０．６５、０．２５≦ｙ≦０．３５の範囲内にあり、緑色光の色座標はｘ、ｙ座標が０．２≦ｘ≦０．４、０．５≦ｙ≦０．７の範囲内にあり、青色光の色座標はｘ、ｙ座標が０．１≦ｘ≦０．２、０．０２≦ｙ≦０．１５の範囲内にある。
【０１２０】
青色ＬＥＤチップの主波長が４３０〜４７０ｎｍの範囲の場合、緑色蛍光体の発光波長ピークは５００〜５５０ｎｍの範囲であり、赤色蛍光体の発光波長ピークは６００〜６６０ｎｍの範囲であり、黄色又は黄橙色蛍光体の発光波長ピークは５５０〜６００ｎｍの範囲であることができる。
【０１２１】
また、青色ＬＥＤチップが１０〜５０ｎｍの半値幅を有する場合、上記緑色蛍光体は３０〜２００ｎｍの半値幅、好ましくは６０〜８０ｎｍの半値幅を有し、上記赤色蛍光体は５０〜２５０ｎｍの半値幅を有し、黄色又は黄橙色蛍光体は２０〜１００ｎｍの半値幅を有することができる。
【０１２２】
上記のような条件を有する各蛍光体の選択及び組み合わせによって、本発明は、可視光線帯域で広いスペクトルを確保し、より大きい演色指数を有する優れた白色光を提供することができる。
【０１２３】
本発明は、ＬＣＤバックライトユニットの光源として好ましく用いることができる白色光源モジュールを提供することができる。即ち、本発明による白色光源モジュールは、ＬＣＤバックライトユニットの光源として多様な光学部材（拡散板、導光板、反射板、プリズムシート等）と結合してバックライトアセンブリーを構成することができる。図１２及び図１３は、このような白色光源モジュールを示すものである。
【０１２４】
図１２を参照すると、ＬＣＤバックライト用光源モジュール５０は、回路基板５１と、その上に実装された複数の白色ＬＥＤ装置１０の配列とを含む。回路基板５１の上面には、ＬＥＤ装置１０と接続される導電パターン（図示せず）が形成されることができる。
【０１２５】
各白色ＬＥＤ装置１０は、図７で説明した白色ＬＥＤ装置であることができる。即ち、青色ＬＥＤチップ１５は、回路基板５１にＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）方式で直接実装される。各白色ＬＥＤ装置１０は、別途の反射壁を有せずレンズ機能を有する半球状の樹脂封止部１９を備えることによって、広指向角を示すことができる。各白色光源の広指向角は、ＬＣＤディスプレイのサイズ(厚さ又は幅)を減少させるのに寄与することができる。
【０１２６】
図１３を参照すると、ＬＣＤバックライト用光源モジュール６０は、回路基板６１と、その上に実装された複数の白色ＬＥＤ装置２０の配列とを含む。上記白色ＬＥＤ装置２０は、図８ａで説明したように、パッケージ本体２１の反射コップ内に実装された青色ＬＥＤチップ２５と、これを封止する樹脂封止部２９とを備え、樹脂封止部２９内には上述した複合結晶蛍光体を含む赤色蛍光体２４と共に緑色蛍光体２２及び黄色又は黄橙色蛍光体２６が分散されている。
【０１２７】
本発明は、上述した蛍光体を波長変化物質として利用する多様な形態の白色発光装置に具現されることができる。以下、本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子を添付図面を参照して説明する。
【０１２８】
図１４に示される発光素子１００の半導体積層構造は、後述する構造を有することができる。Ｓｉ−Ａｌ合金からなる基板（以下、'Ｓｉ−Ａｌ合金基板'という）１０１、当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面及び下面に形成された保護層１２０、当該保護層１２０上に形成された接合金属層１０２、反射金属層１０３、ｐ型半導体層１０４、活性層１０５及びｎ型半導体層１０６が順次積層されている。ｐ型及びｎ型半導体層１０４、１０６と活性層１０５は、ＧａＮ系半導体、即ち、ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料等からなることができ、発光構造物を形成する。
【０１２９】
上記ｎ型半導体層１０６上には、ｎ側電極１０７が形成されている。接合金属層１０２とｐ型半導体層１０４との間に介在された反射金属層１０３は、半導体層から入射された光を上方に反射させることで発光素子の輝度をより増加させる。反射金属層１０３は、高反射率の金属、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ及びこれらのうち２つ以上の合金からなる群から選択された金属等からなることができる。しかしながら、このような反射金属層１０３は、必要に応じて形成されないこともある。
【０１３０】
接合金属層１０２は、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を発光構造物に接合させる役割をし、Ａｕ等からなることができる。ここで、本発明の発光素子１００は、接合金属層１０２を含んでいるが、当該接合金属層１０２なしにＳｉ−Ａｌ合金１０１をｐ型半導体層１０４上に直接接合させることもできる。したがって、本発明の発光素子１００は、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を導電性基板として用いる。
【０１３１】
このようなＳｉ−Ａｌ合金は、熱膨張係数、熱伝導度、機械的加工性及びコストの側面で有利な長所を有する。即ち、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の熱膨張係数は、サファイア基板の熱膨張係数と類似している。したがって、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を用いて発光素子１００を製造する場合、既存のＳｉからなる導電性基板の接合工程及びレーザー照射によるサファイア基板の分離工程の際に発生していた基板の撓み現象及び発光構造物におけるクラック発生現象を大きく減少させて欠陥の少ない高品質の発光素子１００を得ることができる。
【０１３２】
また、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の熱伝導度は、約１２０〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、熱放出特性に優れている。さらに、高圧でＳｉとＡｌを溶融させることで、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を低コストで容易に製造することができる。
【０１３３】
特に、本発明の発光素子１００のＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の上下面には、当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１へのクリーニング（ｃｌｅａｎｉｎｇ）工程時に化学的浸透を防ぐ保護層１２０がさらに形成されている。ここで、保護層１２０は、金属又は導電性誘電体等からなることができる。この際、保護層１２０が金属からなる場合、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｔｉ及びＴａのいずれか１つ又は２つ以上の合金からなることができる。
【０１３４】
この場合、保護層１２０は、無電解メッキ方式、金属蒸着、スパッタ（ｓｐｕｔｔｅｒ）又はＣＶＤ等で形成されたものであることができ、この際、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１と金属材質の保護層１２０との間には、当該保護層１２０のメッキ工程でシード（ｓｅｅｄ）の役割をするシード金属層１１０がさらに形成されることができる。シード金属層１１０は、Ｔｉ／Ａｕ等からなることができる。また、保護層１２０が導電性誘電体からなる場合、当該導電性誘電体は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）又はＣＩＯ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）等からなることができる。この場合、保護層１２０は、蒸着又はスパッタ方式等で形成されたものであることができる。このような保護層１２０は、０．０１μｍ以上２０μｍ以下の厚さで形成されることが好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下の厚さで形成されることがより好ましい。
【０１３５】
このように、本発明の白色発光装置に採用可能な発光素子は、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面にＮｉ等の保護層１２０をさらに形成することで、上記サファイア基板の分離後に行われるクリーニング工程で用いられるＨＣｌ、ＨＦ、ＫＯＨ等のケミカルやｎ型半導体層１０６の表面テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）工程で用いられるＫＯＨ等によって、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１のＡｌ金属がエッチングされることを防止できる効果がある。
【０１３６】
したがって、本発明に採用可能な発光素子は、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面に凹凸が形成されることを防止して、当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１上に接合される発光構造物が剥がれる等の不良発生を防止することができる効果がある。
【０１３７】
また、上記保護層１２０としてＮｉ等の金属を用いる場合、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面粗度を改善して当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１と発光構造物間の接合を堅固にできる利点がある。即ち、従来のＳｉ−Ａｌ合金基板１０１は、接合金属層１０２の形成前に自然酸化膜の除去のための酸（ａｃｉｄ）等の化学物質を利用したクリーニング工程を経ながら当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面のＡｌ金属がエッチングされて平均２００〜５００ｎｍの表面凹凸が形成されたが、本発明の実施例１のようにＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面に保護層１２０としてＮｉ等の金属を形成した後、ＮｉＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理を行うと、表面凹凸が５ｎｍ以下に減るため、ガラス面のように表面粗度が改善されることができる。
【０１３８】
このように、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面粗度が改善されることによって、当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板と発光構造物間の接合が堅固になり、接合収率が向上する効果がある。
【０１３９】
本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子の他の例として、図１５に示される発光素子が提供されることができる。
【０１４０】
図１５に示される発光素子は、図１４に示される発光素子と類似しているが、保護層１２０がＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面及び下面全体に形成されず、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面に当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の一部が露出されるように形成されており、保護層１２０及び当該保護層１２０によって露出されたＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面には導電層１２２がさらに形成されており、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の下面にはコンタクト金属層１２３が形成されている点において相違している。
【０１４１】
特に、上記保護層１２０は、金属や導電性誘電体ではなく絶縁材からなることが好ましい。即ち、本実施例による発光素子は、上記保護層１２０が金属や導電性誘電体ではなく絶縁材からなることに代えて、上記保護層１２０が形成されたＳｉ−Ａｌ合金基板１０１と上記保護層１２０の上部の発光構造物間の通電のために、上記保護層１２０が上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面の一部を露出するように形成され、上記保護層１２０を含む上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面に導電層１２２がさらに形成されるものである。ここで、上記導電層１２２は、金属等からなることができる。
【０１４２】
一方、本発明による白色発光装置は、前述した形態の発光素子とは異なり、高電流動作が可能になるように電極の配置構造が変更された発光素子を採用することができる。図１６及び図１７は、本発明に採用可能な発光素子の他の例を示した平面図及び断面図であり、図１７は、図１６のＩ−Ｉ'線に沿って切り取った断面図である。
【０１４３】
図１６及び１７を参照すると、本半導体発光素子２００は、導電性基板２１０と、第１の電極層２２０と、絶縁層２３０と、第２の電極層２４０と、第２の導電型半導体層２５０と、活性層２６０と、第１の導電型半導体層２７０とを含み、上記各層は順次積層されて備えられている。
【０１４４】
上記導電性基板２１０は、電気が流れる物質からなることができる。例えば、上記導電性基板２１０は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＷのいずれか１つの金属を含む金属性基板又はＳｉ、Ｇｅ及びＧａＡｓのいずれか１つを含む半導体基板であることが好ましい。上記導電性基板２１０上には、上記第１の電極層２２０が積層されて備えられており、当該第１の電極層２２０は、上記導電性基板２１０及び活性層２６０と電気的に連結されるため、当該導電性基板２１０及び活性層２６０との接触抵抗を最小化する物質からなることが好ましい。
【０１４５】
上記第１の電極層２２０は、上記導電性基板２１０上に積層されて備えられている上、図１７に示されるように、その一部領域が、上記絶縁層２３０、第２の電極層２４０、第２の導電型半導体層２５０、活性層２６０及び第１の導電型半導体層２７０の一定領域まで貫通するコンタクトホール２８０を介して伸びて当該第１の導電型半導体層２７０と接触することで、上記導電性基板２１０と第１の導電型半導体層２７０とが電気的に連結されるように備えられている。即ち、上記第１の電極層２２０は、上記導電性基板２１０と第１の導電型半導体層２７０とを上記コンタクトホール２８０を介して電気的に連結することによって、上記コンタクトホール２８０のサイズ、より具体的には、上記コンタクトホール２８０を介して上記第１の電極層２２０と第１の導電型半導体層２７０が接触される面積である接触領域２９０を介して電気的に連結される。
【０１４６】
一方、上記第１の電極層２２０上には、当該第１の電極層２２０を、上記導電性基板２１０及び第１の導電型半導体層２７０を除外した他の層と電気的に絶縁させるための絶縁層２３０が備えられる。即ち、上記絶縁層２３０は、上記第１の電極層２２０と第２の電極層２４０との間に備えられる上、上記コンタクトホール２８０によって露出される上記第２の電極層２４０、第２の導電型半導体層２５０及び活性層２６０の側面と上記第１の電極層２２０との間にも備えられる。また、上記コンタクトホール２８０が貫通する上記第１の導電型半導体層２７０の一定領域の側面にも、上記絶縁層２３０を備えて絶縁することが好ましい。
【０１４７】
上記第２の電極層２４０は、上記絶縁層２３０上に備えられる。上述したように、上記コンタクトホール２８０が貫通する一定領域には、上記第２の電極層２４０が存在しない。この際、上記第２の電極層２４０は、図１７に示されるように、上記第２の導電型半導体層２５０と接触する界面の一部が露出された領域、即ち、露出領域２４５を少なくとも１つ以上備えている。上記露出領域２４５上には、外部電源を上記第２の電極層２４０に連結するための電極パッド部２４７を備えることができる。
【０１４８】
一方、上記露出領域２４５上には、後述する上記第２の導電型半導体層２５０、活性層２６０及び第１の導電型半導体層２７０が備えられていない。また、上記露出領域２４５は、図１６に示されるように、上記半導体発光素子２００の角部に形成されることが好ましいが、これは、上記半導体発光素子２００の発光面積を最大化するためである。一方、上記第２の電極層２４０は、Ａｇ、Ａｌ及びＰｔのいずれか１つを含んでなることが好ましいが、これは、上記第２の電極層２４０が上記第２の導電型半導体層２５０と電気的に接触されるため、当該第２の導電型半導体層２５０の接触抵抗を最小化する特性を有すると共に上記活性層２６０から生成された光を反射させて外部に向けることで発光効率を高めることができる機能を有する層を備えるためである。
【０１４９】
上記第２の導電型半導体層２５０は上記第２の電極層２４０上に備えられ、上記活性層２６０は上記第２の導電型半導体層２５０上に備えられ、上記第１の導電型半導体層２７０は上記活性層２６０上に備えられる。この際、上記第１の導電型半導体層２７０はｎ型窒化物半導体であり、上記第２の導電型半導体層２５０はｐ型窒化物半導体であることが好ましい。一方、上記活性層２６０は、上記第１の導電型半導体層２７０及び第２の導電型半導体層２５０をなす物質に応じて、他の物質を選択して形成されることができる。即ち、上記活性層２６０は、電子／正孔の再結合によるエネルギーを光に変えて放出する層であるため、上記第１の導電型半導体層２７０及び第２の導電型半導体層２５０のエネルギーバンドギャップより少ないエネルギーバンドギャップを有する物質で形成されることが好ましい。
【０１５０】
一方、本発明に採用可能な他の発光素子は、図１７に示される発光素子とは異なり、コンタクトホールと連結された第１の電極層が外部に露出されることもできる。
【０１５１】
図１８に示される発光素子３００は、導電性基板３１０上に第２の導電型半導体層３５０、活性層３６０及び第１の導電型半導体層３７０が形成される。この場合、第２の導電型半導体層３５０と導電性基板３１０との間には第２の電極層３４０が配置されることができるが、上述した実施形態とは異なり、第２の電極層３４０が必ずしも要求されるものではない。
【０１５２】
本実施形態の場合、第１の導電型半導体層３７０と接触される接触領域３９０を有するコンタクトホール３８０は、第１の電極層３２０と連結され、第１の電極層３２０は、外部に露出されて電気連結部３４５を有する。電気連結部３４５には、電極パッド部３４７が形成されることができる。第１の電極層３２０は、絶縁層３３０によって活性層３６０、第２の導電型半導体層３５０、第２の電極層３４０、導電性基板３１０と電気的に分離されることができる。
【０１５３】
上述した実施形態では、コンタクトホールが導電性基板と連結されるのに対し、本実施形態では、コンタクトホール３８０が導電性基板３１０と電気的に分離され、当該コンタクトホール３８０と連結された第１の電極層３２０が外部に露出される。これにより、導電性基板３１０は、第２の導電型半導体層３５０と電気的に連結されて、上述した実施形態と比較してその極性が変わる。
【０１５４】
したがって、このような発光素子は、第１の電極を発光面上に一部形成し、残り一部は活性層の下部に形成させることで、発光面積を最大に確保することができ、発光面上に形成された電極を均一に配置することで、高い動作電流を印加しても電流の均一な分布が可能になって高電流動作における電流集中現象を緩和することができる。
【０１５５】
このように、図１７及び図１８に示される発光素子は、対向する第１及び第２の主面を有しそれぞれ当該第１及び第２の主面を提供する第１及び第２の導電型半導体層とその間に形成された活性層とを有する半導体積層体と、上記第２の主面から上記活性層を経て上記第１の導電型半導体層の一領域に連結されたコンタクトホールと、上記半導体積層体の第２の主面上に形成され上記第１の導電型半導体層の一領域に上記コンタクトホールを介して連結された第１の電極と、上記半導体積層体の第２の主面上に形成され上記第２の導電型半導体層に連結された第２の電極とを含むことができる。ここで、上記第１及び第２の電極のいずれか１つが上記半導体積層体の側方向に引き出された構造を有することができる。
【０１５６】
図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、本発明の多様な実施形態によるバックライトユニットの一例を示す断面図である。
【０１５７】
図１９（ａ）を参照すると、本発明による発光ダイオードパッケージが光源として適用されることができるバックライトユニットの一例として、エッジ型バックライトユニット１５００が示されている。
【０１５８】
本実施形態によるエッジ型バックライトユニット１５００は、導光板１４４０と、当該導光板１４４０の両側面に提供されるＬＥＤ光源モジュール１３００とを含むことができる。
【０１５９】
本実施形態では、導光板１４４０の対向する両側面にＬＥＤ光源モジュール１３００が提供された形態として例示されているが、一側面のみに提供されることができ、これとは異なり、それ以外の側面にも提供されることができる。
【０１６０】
図１９（ａ）に示されるように、上記導光板１４４０の下部には、反射板１４２０がさらに提供されることができる。本実施形態によるＬＥＤ光源モジュール１３００は、印刷回路基板１３１０と、当該印刷回路基板１３１０の上面に実装された複数のＬＥＤ光源１３５０とを含み、当該ＬＥＤ光源１３５０には、上述した蛍光体を利用した発光素子パッケージが適用される。
【０１６１】
図１９（ｂ）を参照すると、他の形態のバックライトユニットの一例として、直下型バックライトユニット１８００が示されている。
【０１６２】
本実施形態による直下型バックライトユニット１８００は、光拡散板１７４０と、当該光拡散板１７４０の下面に配列されたＬＥＤ光源モジュール１６００とを含むことができる。
【０１６３】
図１９（ｂ）に示されるバックライトユニット１８００の上記光拡散板１７４０の下部には、上記光源モジュールを収容できるボトムケース１７１０を含むことができる。
【０１６４】
本実施形態によるＬＥＤ光源モジュール１６００は、印刷回路基板１６１０と、当該印刷回路基板１６１０の上面に実装された複数のＬＥＤ光源１６５０とを含む。上記複数のＬＥＤ光源は、上述した蛍光体を波長変換物質として利用する発光素子パッケージであることができる。
【０１６５】
上述した実施形態の他にも、蛍光体を、ＬＥＤが位置したパッケージではなく、バックライトユニットの他の構成要素に配置することで、光を変換させることができる。このような実施形態は、図２０から図２２に示されている。
【０１６６】
図２０に示されるように、本実施形態による直下型バックライトユニット１５００は、蛍光体フィルム１５５０と、当該蛍光体フィルム１５５０の下面に配列されたＬＥＤ光源モジュール１５１０とを含むことができる。
【０１６７】
図２０に示されるバックライトユニット１５００は、上記光源モジュール１５１０を収容できるボトムケース１５６０を含むことができる。本実施形態では、ボトムケース１５６０の上面に蛍光体フィルム１５５０を配置する。光源モジュール１５１０から放出される光の少なくとも一部は、蛍光体フィルム１５５０によって波長変換されることができる。上記蛍光体フィルム１５５０は、別途のフィルムに製造されて適用されるか又は光拡散板と一体的に結合された形態にして提供されることができる。
【０１６８】
ここで、ＬＥＤ光源モジュール１５１０は、印刷回路基板１５０１と、当該印刷回路基板１５０１の上面に実装された複数のＬＥＤ光源１５０５とを含むことができる。
【０１６９】
図２１ａ及び図２１ｂは、本発明の他の実施形態によるエッジ型バックライトユニットを示す。
【０１７０】
図２１ａに示されるエッジ型バックライトユニット１６００は、導光板１６４０と、当該導光板１６４０の一側面に提供されるＬＥＤ光源１６０５とを含むことができる。上記ＬＥＤ光源１６０５からの光は、反射構造物によって導光板１６４０の内部に導かれることができる。本実施形態において、蛍光体膜１６５０は、導光板１６４０の側面とＬＥＤ光源１６０５との間に位置することができる。
【０１７１】
図２１ｂに示されるエッジ型バックライトユニット１７００は、図２１ａと類似するように、導光板１７４０と、当該導光板１７４０の一側面に提供されるＬＥＤ光源１７０５と、反射構造物とを含むことができる。本実施形態において、蛍光体膜１７５０は、導光板の光放出面に適用される形態として例示されている。
【０１７２】
このように、本発明による蛍光体は、ＬＥＤ光源に直接適用されず、バックライトユニット等の他の装置に適用された形態に具現されることもできる。
【０１７３】
図２２は、本発明の一実施形態によるディスプレイ装置を示す分解斜視図である。
【０１７４】
図２２に示されるディスプレイ装置２０００は、バックライトユニット２２００と、液晶パネル等の画像表示パネル２３００とを含む。上記バックライトユニット２２００は、導光板２２４０と、当該導光板２２４０の少なくとも一側面に提供されるＬＥＤ光源モジュール２１００とを含む。
【０１７５】
本実施形態において、上記バックライトユニット２２００は、図２２に示されるように、ボトムケース２２１０と、導光板２２４０の下部に位置する反射板２２２０とをさらに含むことができる。
【０１７６】
さらに、多様な光学的特性に対する要求に応じて、上記導光板２２４０と画像表示パネル２３００との間には、拡散シート、プリズムシート又は保護シート等の多様な種類の光学シート２２６０を含むことができる。
【０１７７】
上記ＬＥＤ光源モジュール２１００は、上記導光板２２４０の少なくとも一側面に備えられる印刷回路基板２１１０と、当該印刷回路基板２１１０上に実装されて上記導光板２２４０に光を入射する複数のＬＥＤ光源２１５０とを含む。上記複数のＬＥＤ光源２１５０は、上述した発光素子パッケージであることができる。本実施形態による複数のＬＥＤ光源は、光放出面に隣接する側面が実装されたサイドビュー型発光素子パッケージであることができる。
【０１７８】
このように、上述した蛍光体は、多様な実装構造のパッケージに適用されて多様な形態の白色光を提供するＬＥＤ光源モジュールに適用されることができる。上述した発光素子パッケージ又はこれを含む光源モジュールは、多様な形態のディスプレイ装置又は照明装置に適用されることができる。
【０１７９】
本発明は、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されることなく、添付の特許請求の範囲によって限定される。したがって、特許請求の範囲に記載の本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、当技術分野における通常の知識を有する者によって多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これもまた本発明の範囲内に属する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体に関し、より詳細には、高い発光特性及び優れた熱的・化学的安定性を有する複合結晶蛍光体とこれを利用した発光装置、面光源装置、ディスプレイ装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、波長変換用蛍光体物質は、多様な光源の特定波長光を所望の波長光に変換させる物質として用いられている。特に、多様な光源のうち発光ダイオードは、低電力駆動及び優れた光効率によってＬＣＤバックライトと自動車用及び家庭用照明装置に好ましく適用されることができるため、最近の蛍光体物質は白色発光装置を製造するための核心技術として脚光を浴びている。
【０００３】
一般的に、白色発光装置は、青色又は紫外線ＬＥＤチップに１種以上の蛍光体（例えば、黄色又は赤色及び青色)を適用する方式で製造されている。特に、赤色蛍光体と共に、他の１種以上の蛍光体を組み合わせて用いる形態において、各蛍光体の半値幅が小さい場合は、十分な演色指数を確保するのが困難になり、所望の天然白色光を具現するのに限界がある。このような演色性への要求は、上記白色発光装置が照明用光源として採用される上で重要な評価事項になる。
【０００４】
特に、従来の赤色蛍光体は、相対的に小さい半値幅を有するため、全体的に十分な演色性を具現するのに困難があった。したがって、高い発光効率を維持しながらも半値幅が大きい特性を有する赤色蛍光体が求められてきている。
【０００５】
一方、シリケート系蛍光体等の赤色蛍光体は、他の蛍光体に比べて相対的に熱的安定性が低いため、高温条件で用いられるＬＥＤ装置の波長変換物質としては適していないという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためのものであって、熱的・化学的安定性に優れ且つ高い演色性を保障できる赤色光を放出する複合結晶蛍光体を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、上述した複合結晶蛍光体を赤色蛍光体として採用して自然光に近い演色性に優れた白色光を放出できる発光素子パッケージ、面光源装置及び照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した技術的課題を解決するために、本発明の一観点は、少なくともＭ元素と、Ａｌ元素と、ケイ素、酸素及び窒素とを含有する無機組成物であり、当該無機組成物は少なくとも２種の結晶相を有する粒子を有し、当該少なくとも２種の結晶相はＭ２ＳｉＮＯ４-ｙＮｘ（０＜ｘ＜３、ｙ＝２ｘ／３）結晶である第１の結晶相と、β−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶である第２の結晶相とを含む複合結晶蛍光体を提供する。ここで、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１種の元素であることができる。
【０００９】
上記複合結晶蛍光体は、赤色蛍光体であって、励起源を照射して５７０〜６６０ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を放出することができる。様々な結晶を有する複合結晶からなっても、発光スペクトルは単一のピーク波長を示すことができる。
【００１０】
上記励起源は、３００〜４８０ｎｍの範囲にピーク波長を有することができる。
【００１１】
白色発光装置への適用の際により優れた演色指数を保障できるように、上記複合結晶蛍光体は、約１００ｎｍ以上の半値幅を有する発光スペクトルを有することができる。
【００１２】
上記第１の結晶相は、Ｓｒ２ＳｉＯ４−ｘＮｙ（０＜ｘ＜３、ｙ＝２ｘ／３）であり、上記第２の結晶相は、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ（０＜ｚ＜１）であることができる。好ましくは、上記第１の結晶相は６０〜９５質量％であり、上記第２の結晶相は５〜４０質量％であることができる。
【００１３】
上記複合結晶蛍光体は、他の結晶相、例えば、Ｍ２−ａＳｉ５Ｏ８−ａＮｂ（０＜ａ＜８、ｂ＝２ａ／３）結晶である第３の結晶相をさらに含むことができる。この場合、上記第１の結晶相は５０〜９０質量％であり、上記第２の結晶相は５〜４０質量％であり、上記第３の結晶相は１０質量％以下であることができる。
【００１４】
上記蛍光体は、活性剤として少なくとも１種の希土類元素をさらに含み、当該希土類元素（Ｒｅ）はＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂからなる群から選択されることができる。
【００１５】
本発明の他の観点は、励起光を放出するＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップの近傍に配置されて上記励起光の少なくとも一部を波長変換し上述した複合結晶蛍光体を含む赤色蛍光体と、上記ＬＥＤチップの放出波長及び上記赤色蛍光体の発光波長とは異なる波長の光を提供する少なくとも１つの発光要素とを含み、当該少なくとも１つの発光要素は追加のＬＥＤチップ及び他種の蛍光体の少なくとも１つである白色発光装置を提供する。
【００１６】
上記ＬＥＤチップは、紫外線を放出するＬＥＤチップであるか又は４３０〜４７０ｎｍの範囲にピーク波長を有する青色ＬＥＤチップであることができ、上記少なくとも１つの発光要素は、緑色蛍光体を含むことができる。
【００１７】
上記緑色蛍光体の発光波長ピークは、５００〜５５０ｎｍであることができる。上記青色ＬＥＤチップは１０〜５０ｎｍの半値幅を有し、上記緑色蛍光体は３０〜２００ｎｍの半値幅を有し、上記赤色蛍光体は１００〜２５０ｎｍの半値幅を有することができる。
【００１８】
上記緑色蛍光体は、ＭｘＡｙＯｘＮ（４／３）ｙの組成式で表示される酸窒化物蛍光体、ＭａＡｂＯｃＮ（（２／３）ａ＋（４／３）ｂ−（２／３）ｃ）で表示される酸窒化物蛍光体及びＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚの組成式で表示されるβ−サイアロン蛍光体の少なくとも１つを含むことができる。ここで、ＭはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎからなる群から選択される少なくとも１種のII族元素であり、ＡはＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選択される少なくとも１種のIV族元素であることができる。
【００１９】
上記少なくとも１つの発光要素は、黄色又は黄橙色蛍光体をさらに含むことができる。上記黄色蛍光体はシリケート系蛍光体であり、上記黄橙色蛍光体はα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｒｅである蛍光体であることができる。
【００２０】
本発明の他の実施形態において、上記少なくとも１つの発光要素は、蛍光体等の波長変換物質ではなく、緑色ＬＥＤチップとして提供されることもできる。
【００２１】
上記ＬＥＤチップは、第１及び第２の電極が同一面に向かうように配置された構造を有するか、又は、第１及び第２の電極がそれぞれ互いに異なる面に向かうように配置された構造を有することができる。
【００２２】
本発明のさらに他の実施形態において、上記ＬＥＤチップは、対向する第１及び第２の主面を有し、それぞれ当該第１及び第２の主面を提供する第１及び第２の導電型半導体層とその間に形成された活性層とを有する半導体積層体と、上記第２の主面から上記活性層を経て上記第１の導電型半導体層の一領域に連結されたコンタクトホールと、上記半導体積層体の第２の主面上に形成され上記第１の導電型半導体層の一領域に上記コンタクトホールを介して連結された第１の電極と、上記半導体積層体の第２の主面上に形成され上記第２の導電型半導体層に連結された第２の電極とを含む。
【００２３】
この場合、上記第１及び第２の電極のいずれか１つが上記半導体積層体の側方向に引き出された構造を有することもできる。
【００２４】
上記白色発光装置は、上記ＬＥＤチップが搭載された溝部を有するパッケージ本体をさらに含むことができる。
【００２５】
上記白色発光装置は、上記ＬＥＤチップを封止する樹脂封止部をさらに含み、上記複数の蛍光体の少なくとも１つは、上記樹脂封止部内に分散されることができる。
【００２６】
上記白色発光装置は、それぞれ異なる複数の蛍光体含有樹脂層が積層された構造を有することができる。
【００２７】
上記白色発光装置から放出される白色光の演色指数（ＣＲＩ）は７０以上であることができる。
【００２８】
本発明は、上述した複合結晶蛍光体を波長変換物質として利用する発光装置、面光源装置及びディスプレイ装置、さらには、照明装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、複合結晶蛍光体を具現して各結晶の長所を結合することによって、優れた特性を有する波長変換物質を提供することができる。β−サイアロン結晶を部分的に採用することで、高演色性を保障できる大きい半値幅を有する赤色光を提供し、その割合に応じて多様な特性を満足する発光スペクトルを提供することができる。従来の白色発光装置に比べて演色指数の上昇効果を期待することができる。
【００３０】
また、アルミニウムの含有と共に、酸素の一部を窒素に置換することによって、新たな複合結晶を導入して高演色性を保障することができる上、窒化物系蛍光体で期待される高い発光特性と優れた熱的・化学的安定性を有し、このような長所によって高出力／高信頼性の白色発光装置の製造に好ましく用いられることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１により製造された複合結晶蛍光体粒子を撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図２ａ】図１の複合結晶蛍光体粒子に対するＥＤＡＸデータ分析結果である。
【図２ｂ】図１の複合結晶蛍光体粒子に対するＥＤＡＸデータ分析結果である。
【図３】本発明の実施例１により製造された複合結晶蛍光体のＸＲＤグラフである。
【図４】本発明の実施例１による複合結晶蛍光体の冷陰管イメージ撮影写真である。
【図５】本発明の実施例１による複合結晶蛍光体と比較例１による複合結晶蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２により製造された複合結晶蛍光体のＸＲＤグラフである。
【図７】本発明の一実施形態による白色発光装置を示す概略図である。
【図８ａ】本発明の他の実施形態による白色発光装置を示す概略図である。
【図８ｂ】本発明の他の実施形態による白色発光装置を示す概略図である。
【図９】本発明に採用可能な緑色蛍光体のスペクトルである。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に採用可能な赤色蛍光体のスペクトルである。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に採用可能な黄色又は黄橙色蛍光体のスペクトルである。
【図１２】本発明の一実施形態によるＬＥＤ光源モジュールを概略的に示す側断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態によるＬＥＤ光源モジュールを概略的に示す側断面図である。
【図１４】本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子の一例を示す側断面図である。
【図１５】本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子の他の例を示す側断面図である。
【図１６】本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子の一例を示す平面図である。
【図１７】本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子の一例を示す側断面図である。
【図１８】本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子の他の例を示す側断面図である。
【図１９】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の多様な実施形態によるバックライトユニットを示す断面図である。
【図２０】本発明の一実施形態による直下型バックライトユニットを示す断面図である。
【図２１ａ】本発明の他の実施形態によるエッジ型バックライトユニットを示す断面図である。
【図２１ｂ】本発明の他の実施形態によるエッジ型バックライトユニットを示す断面図である。
【図２２】本発明の一実施形態によるディスプレイ装置を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付の図面及び実施例を参照して本発明をより詳細に説明する。
【００３３】
本発明の一観点は、新たな複合結晶蛍光体を提供する。本明細書で用いられる「複合結晶蛍光体」という用語は、相違する２以上の結晶相を有する蛍光体粒子を含む蛍光体をいう。
【００３４】
上記複合結晶蛍光体は、少なくともＭ元素と、Ａｌ元素と、ケイ素、酸素及び窒素とを含有し、上記無機組成物は、少なくとも２種の結晶相を有する粒子を含む。
【００３５】
上記少なくとも３種の結晶相としては、Ｍ２ＳｉＯ４−ｘＮｙ（０＜ｘ＜３、ｙ＝２ｘ／３）結晶と同一の第１の結晶相と、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ（０＜ｚ＜１）である第２の結晶相とを含む。ここで、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１種の元素であることができる。
【００３６】
上記第１の結晶相は、Ｓｒ２ＳｉＯ４−ｘＮｙ（０＜ｘ＜３、ｙ＝２ｘ／３）であることができ、赤色蛍光体であり、酸素の一部を窒素に置換することによって熱的・化学的安定性を向上させることができる。
【００３７】
また、上記複合結晶蛍光体の主な部分を構成することができ、追加の上記第２の結晶相によって発光スペクトルの半値幅を拡張させて白色発光装置において高い演色性を保障することができる。
【００３８】
励起源は、紫外線帯域はもちろん可視光線帯域も含み、好ましくは３００〜４８０ｎｍの範囲にピーク波長を有することができる。このような励起源を照射して５７０〜６６０ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を放出することができる。
【００３９】
特に、第２の結晶相であるβ−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）は、緑色蛍光体であるが、複合結晶蛍光体の結晶相に部分的に合成されて第１の結晶相の半値幅(７０〜８０ｎｍ)を拡張させることができる。
【００４０】
このように、β−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶相と他の結晶相とを共に有する複合結晶からなっても、ほぼ単一のピーク波長を有し且つ大きい半値幅（約１００ｎｍ以上）を有する発光スペクトルを提供することができる。
【００４１】
好ましくは、上記赤色発光のための第１の結晶相は６０〜９５質量％であり、演色性改善のための第２の結晶相は５〜４０質量％であることができる。本発明による第２の結晶相であるβ−サイアロン結晶相が全質量の５質量％未満の場合は、半値幅の改善による演色性の向上効果が微弱し、β−サイアロン結晶相が４０質量％未満の場合は、変換効率が低くなって全体としての光量が減少する問題を有することがある。
【００４２】
上記蛍光体は、活性剤として少なくとも１種の希土類元素をさらに含む無機組成物であることができる。上記希土類元素（Ｒｅ）は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂからなる群から選択されることができる。特に、Ｅｕと共にＤｙを活性剤として添加させることで、変換効率を改善することができる（例えば、約５〜１０％）。したがって、半値幅の改善に応じて多少低くなる効率を補完することができる。
【００４３】
上述した複合結晶蛍光体のための製造方法では、原料物質としてＭ含有化合物（ここで、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択される少なくとも１種である)、Ｓｉ含有酸化物、Ｓｉ含有窒化物及びＡｌ含有化合物を所望の化学量論に合わせて秤量して混合すべき原料物質をそれぞれ用意する。さらにＥｕ含有化合物等の希土類元素（Ｒｅ）含有化合物を含むことができる。
【００４４】
本発明の特定実施例において、上記複合結晶蛍光体は、他の結晶相、例えば、Ｍ２Ｓｉ５ＯａＮ８−ｂ（０＜ａ＜３、ｂ＝２ａ／３）結晶である第３の結晶相をさらに含むことができる。この場合、上記第１の結晶相は５０〜９０質量％であり、上記第２の結晶相は５〜４０質量％であり、上記第３の結晶相は１０質量％以下であることができる。
【００４５】
測量された原料物質の混合方式としては、乾式又は湿式混合方式のいずれかを用いることができる。
【００４６】
湿式混合方式によると、上記秤量された混合物と、原料物質の混合過程及び粉砕を助けるボール（ｂａｌｌ）と、溶媒とを入れて混合する。この際、ボールとしては、酸化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）材質、ジルコニア（ＺｒＯ２）材質又は一般的に原料の混合時に用いられるボールを用いることができる。溶媒としては、蒸留水（Ｄ．Ｉ．ｗａｔｅｒ）、エタノール等のアルコール類又はｎ−ヘキサン（Ｈｅｘａｎｅ）等の有機溶媒を全て用いることができる。即ち、原料物質と溶媒とボールとを入れた後、容器を密閉し、ミラー（ｍｉｌｌｅｒ）等の装置を利用して１〜２４時間程度原料物質を均質に混合することができる。混合過程が完了した後、混合された原料物質とボールとを分離させ、乾燥炉（ｏｖｅｎ）で１〜４８時間程度の乾燥過程を経ることで、溶媒を殆ど乾燥させることができる。乾燥が完了した粉末を金属又はポリマー材質の篩（ｓｉｅｖｅ）を利用して所望のマイクロメーターサイズ条件で均一に分級することができる。
【００４７】
乾式混合方式によると、溶媒を用いず、容器に原料物質を入れてフライス盤（ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）を利用して当該原料物質を均質に混合する。混合時間は、１〜２４時間程度であり、この際にボールを原料物質と共に入れて混合をさらに容易にすることで混合時間を短縮させることができる。このような乾式混合方式は、湿式に比べて溶媒の乾燥過程を必要としないため、全工程時間を減らすことができる長所がある。原料物質の混合が完了すれば、湿式混合と同様に、混合過程が完了した粉末を金属又はポリマー材質の篩（ｓｉｅｖｅ）を利用して所望のマイクロメーターサイズ条件で均一に分級することができる。
【００４８】
焼成工程は、分級された混合粉末を窒化ホウ素（ＢＮ）坩堝に充填させた後に行うことができる。この際、焼成工程は、加熱炉を利用して所望の焼成温度（例えば、１，８５０〜２，３００℃、１，０００〜１，８００℃）で１〜２４時間程度行われる。焼成過程中の雰囲気では、窒素（Ｎ２）１００％又は水素が１〜１０％含まれた混合窒素ガスを利用することができる。合成された蛍光体粉末を乳鉢又は粉砕機を利用して均質に粉砕した後、後熱処理工程を１〜３回繰り返し行って蛍光体の輝度を向上させることができる。
【００４９】
このような工程を介して得られた複合結晶蛍光体は、２種の結晶相を含むことができ、例えば、Ｍ２ＳｉＯ４−ｘＮｙを主成分とし、β−ＳｉＡｌＯＮである無機化合物を含む複合結晶蛍光体として赤色蛍光体が製造されることができる。ここで、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１種であり、０＜x＜３、ｙ＝２ｘ／３の条件を満足することができる。他の例において、Ｍは、少なくとも１つの他の１価及び２価元素に部分的に置換されることができる。
【００５０】
最終的に焼成された蛍光体粉末を乳鉢又は粉砕機で粉砕し、最適の粒度を具現するために、分級工程を介して粒度を制御する。この際、代表的に１６マイクロメーターサイズの篩を利用して１６マイクロメーター以下の均質なサイズの複合結晶蛍光体を得ることができる。
ここで、得られた蛍光体粉末を蒸留水（Ｄ．Ｉ．ｗａｔｅｒ）、無機酸、有機酸、塩基を利用して後処理して蛍光体に含有されている余分のガラス相、未反応金属物質等の不純物を除去することができる。例えば、濃度０．１〜６０％の硝酸を加えて、１〜１０時間攪拌することで、余分の不純物を溶出させて除去することができる。
【００５１】
無機酸としては、硝酸以外に、硫酸、塩酸、フッ素酸又はこれら無機酸の混合溶液を用いることができる。一方、酸処理で除去していない不純物は、塩基を利用して除去することができる。塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機塩基又はこれら無機塩基の混合溶液を用いることができる。
【００５２】
このような酸処理及び塩処理後の蛍光体スラリーは残存する酸又は塩をＤ．Ｉ．ｗａｔｅｒを利用して洗浄し、湿式分級、ろ過、乾燥を行うことで、最終的には所望の蛍光体粉末を得ることができる。この際、乾燥工程は、５０〜１５０℃で十分な時間をかけて行うことができる。
【００５３】
特定例において、Ｍ含有化合物としては、Ｓｒ含有化合物を用い、例えば、ＳｒＣＯ３であることができる。Ｅｕ含有化合物は、酸化ユウロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）であることができる。Ｓｉ含有酸化物は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）であることができる。Ｓｉ含有窒化物は、窒化ケイ素（α−Ｓｉ３Ｎ４及びβ−Ｓｉ３Ｎ４）であることができる。Ａｌ含有化合物は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３)又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であることができる。
【実施例】
【００５４】
以下、多様な実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的思想がこのような実施例によって制限されるものではない。
【００５５】
＜実施例１＞
下記のように秤量された原料物質ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、ＳｒＣＯ３を用意し、これらをボールミルを利用してエタノール溶媒と混合した。
ＳｒＣＯ３：１．２５９ｇ
ＳｉＯ２：１．５８５ｇ
Ｓｉ３Ｎ４：１．１３４ｇ
Ａｌ２Ｏ３：１．３４５ｇ
Ｅｕ２Ｏ３：０．０８３ｇ
【００５６】
乾燥機を用いて原料混合物中のエタノール溶媒を揮発させ、窒化ホウ素（ＢＮ）坩堝に乾燥された原料混合物を充填し、当該原料混合物が充填された窒化ホウ素坩堝を加熱炉に入れて、Ｎ２雰囲気のガス状態で１，９５０℃で８時間焼成させた。
【００５７】
焼成された蛍光体を粉砕し、所定の後熱処理及び酸洗工程を介して複合結晶蛍光体を製造した。
【００５８】
実施例１により合成された複合結晶蛍光体の粒子形状と、複合結晶蛍光体を構成する各蛍光体粒子の成分を分析したＳＥＭ及びＥＤＡＸ結果を図１と図２ａ及び図２ｂに示した。
【００５９】
図１を参照すると、合成された複合結晶蛍光体の粒子のＳＥＭ写真が示されている。また、図２ａ及び図２ｂを参照すると、図１に示される１つの粒子を他の位置(スペクトル１、２)で測定した元素分析結果が示されている。
【００６０】
その結果、ストロンチウム、ケイ素、酸素及び窒素はもちろんアルミニウム（Ａｌ）成分も確認された。即ち、Ａｌが、他の元素と共に蛍光体粒子の結晶を構成していることを確認することができる。
【００６１】
本実施例１で合成された複合結晶蛍光体の結晶構造をＸＲＤ分析を介して確認した。図３は、実施例１による複合結晶蛍光体に対するＸＲＤ分析グラフを示す。
【００６２】
図３に示されるように、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶に該当するピークと共に、アルミニウム（Ａｌ）を含有するβ−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶に該当するピークを示す２結晶相の複合結晶蛍光体であることを確認することができる。
【００６３】
Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶のピークを示す第１の結晶は、Ｓｒ２ＳｉＯ２．４Ｎ１．６と分析され、アルミニウム（Ａｌ）を含有するβ−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶のピークを示す第２の結晶は、Ｓｉ５．４Ａｌ０．６Ｏ０．６Ｎ７．４と分析された。このように、本実施例により製造された複合結晶蛍光体は、上述した２種の結晶相が互いに固溶された類似斜方晶系（ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）結晶であることを確認することができた。
【００６４】
さらに、実施例１により製造された複合結晶蛍光体に対して、冷陰管（Ｃａｔｈｏｄｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＣＬ）分析を行った。
【００６５】
その結果、本実施例で合成された複合蛍光体は、図４に示されるように、赤色イメージを示し、６１８ｎｍの近傍で赤色のスペクトルを有するものと確認された。
【００６６】
＜比較例１＞
β−サイアロン結晶なしにＳｒ２ＳｉＯ４結晶を有する蛍光体を製造するために、Ａｌ原料物質を除外し実施例１と同一の原料物質を適正割合で混合し、同一の工程を適用した。
【００６７】
即ち、下記のように秤量された原料物質ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｅｕ２Ｏ３、ＳｒＣＯ３を用意し、これらをボールミルを利用してエタノール溶媒と混合した。
ＳｒＣＯ３：１．５２９ｇ
ＳｉＯ２：１．６５７ｇ
Ｓｉ３Ｎ４：１．２８４ｇ
Ｅｕ２Ｏ３：０．０８３ｇ
【００６８】
乾燥機を用いて原料混合物中のエタノール溶媒を揮発させ、窒化ホウ素（ＢＮ）坩堝に乾燥された原料混合物を充填し、当該原料混合物が充填された窒化ホウ素坩堝を加熱炉に入れて、Ｎ２雰囲気のガス状態で１，９５０℃で８時間焼成させた。
【００６９】
焼成された蛍光体を粉砕し、所定の後熱処理及び酸洗工程を介して複合結晶蛍光体を製造した。
【００７０】
図５は、本実施例１による複合結晶蛍光体と比較例による複合結晶蛍光体の発光スペクトルを比較するグラフである。
【００７１】
図５に示されるように、比較例による１結晶相の蛍光体、即ち、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶と同一の酸窒化物結晶を有する複合結晶蛍光体は、６１５〜６２０ｎｍのピーク波長を示し、通常のＳｒ２ＳｉＯ４蛍光体の半値幅(７０〜８０ｎｍ)と比較して大きい変化なしに約８０ｎｍの半値幅を有するのに対し、実施例１による２結晶相の蛍光体は、６１８ｎｍのピーク波長を示し、半値幅は大きく増加して約１１３ｎｍ程度と示された。
【００７２】
即ち、図５に示されるように、本実施例１による複合結晶蛍光体によると、β−サイアロン結晶等の他の結晶が複合されても、単一のピークを示し且つ半値幅を増加させる効果がある。
【００７３】
複合結晶蛍光体は、半値幅の改善に応じて多少効率が減少するが、活性剤の追加によって改善されることができる。例えば、活性剤としてＥｕと共にＤｙを所定量加えることによって、変換効率を５〜１０％改善して光量の減少を補償することができる。
【００７４】
実施例１及び比較例１によるそれぞれの複合蛍光体に対し、同一条件で青色ＬＥＤチップに他の緑色蛍光体を適用して白色発光装置を製造し、演色指数をさらに評価した。比較例１による複合結晶蛍光体を用いた白色発光装置では演色指数が７２．４７と示されたが、実施例１による複合結晶蛍光体を用いた白色発光装置では７５．３１と約４％改善されたことを確認することができた。
【００７５】
このように、β−サイアロン等の結晶相が加えられるように複合結晶蛍光体を製造することで、半値幅が増加した発光スペクトルを有する赤色蛍光体を得ることができ、これにより高い演色指数の白色発光装置を提供することができるという長所がある。
【００７６】
さらに、下記のように実施例２及び比較例２を行った。
【００７７】
＜実施例２＞
実施例１と類似する工程を介して製造するが、実施例１と比較して最終蛍光体が、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶に該当する第１の結晶と、アルミニウム（Ａｌ）を含有するβ−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶に該当する第２の結晶と共に、さらにＳｒ２Ｓｉ５Ｏ８結晶に該当する第３の結晶を有するように製造した。
【００７８】
図５は、実施例１による複合結晶蛍光体に対するＸＲＤ分析グラフを示す。図５に示されるように、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶に該当するピーク及びアルミニウム（Ａｌ）を含有するβ−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶に該当するピーク以外にも、さらにＳｒ２Ｓｉ５Ｏ８結晶に該当するピークが観察された。
【００７９】
Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶のピークを示す第１の結晶は、Ｓｒ２ＳｉＯ２．５５Ｎ１．７と分析され、アルミニウム（Ａｌ）を含有するβ−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶のピークを示す第２の結晶は、Ｓｉ５．２５Ａｌ０．７５Ｏ０．７５Ｎ７．２５と分析された。また、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｏ８結晶のピークに該当する第３の結晶は、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｏ１．３Ｎ７．１４結晶を有するものと分析された。
【００８０】
このように、本実施例により製造された複合結晶蛍光体は、上述した２種の結晶相が互いに固溶された類似斜方晶系（ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）結晶であることを確認することができた。
【００８１】
＜比較例２＞
比較例１と類似するように、アルミニウム（Ａｌ）を含有するβ−サイアロン結晶が形成されないように(Ａｌ化合物未添加)複合蛍光体を製造するが、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶と同一の結晶以外にＳｒ２Ｓｉ５Ｏ８結晶も得られるように、２結晶相の複合蛍光体を製造した。
【００８２】
上述した各実施例及び各比較例から得られた蛍光体に対し、半値幅と演色性を評価してその結果を下記の表１に示した。
【００８３】
【表１】
【００８４】
このように、本発明による実施例１及び２の複合結晶蛍光体の場合、比較例１及び２に比べて９０ｎｍ以上の水準に半値幅が拡張され、且つ演色指数も７３以上に改善される効果を示すことを確認することができた。
【００８５】
以下、添付の図面を参照して本発明による蛍光体を含む多様な応用形態を説明する。
【００８６】
図７は、本発明の一実施形態による白色発光装置を示す概略図である。
【００８７】
図７に示されるように、本実施形態による白色発光装置１０は、青色ＬＥＤチップ１５と、これを封止し上部が膨らんでいるレンズ状を有する樹脂封止部１９とを含む。
【００８８】
本実施形態による樹脂封止部１９は、広い指向角を確保できるように半球レンズ状を有するものとして例示されている。上記青色ＬＥＤチップ１５は、別途の回路基板に直接実装されることができる。上記樹脂封止部１９は、上記シリコン樹脂やエポキシ樹脂又はこれらの組み合わせからなることができる。上記樹脂封止部１９の内部には、緑色蛍光体１２と赤色蛍光体１４が分散される。
【００８９】
本実施形態に採用可能な緑色蛍光体１２としては、ＭｘＡｙＯｘＮ（４／３）ｙで表示される酸窒化物蛍光体、ＭａＡｂＯｃＮ（（２／３）ａ＋（４／３）ｂ−（２／３）ｃ）で表示される酸窒化物蛍光体、及びβ型Ｓｉ３Ｎ４結晶構造を有しＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚで表示されるβ−サイアロン蛍光体の少なくとも１つを用いることができる。ここで、ＭはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎからなる群から選択される少なくとも１種のII族元素であり、ＡはＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選択される少なくとも１種のIV族元素である。
【００９０】
また、緑色蛍光体１２としては、他の緑色蛍光体と共に又は単独で、β型Ｓｉ３Ｎ４結晶構造を有し組成式Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕａ、Ｍｂで表示される酸窒化物蛍光体を用いることができる。ここで、ＭはＳｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１種であり、Ｅｕ添加量（ａ）は０．１〜５ｍｏｌ％の範囲であり、Ｍ添加量（ｂ）は０．１〜１０ｍｏｌ％の範囲であり、Ａｌ組成比（ｚ）は０．１＜ｚ＜１を満足する。
【００９１】
上述したＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕａ、Ｍｂで表示されるβ−サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）蛍光体もまた、緑色蛍光体として励起源を照射して５００〜５５０ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を放出する蛍光体を提供することができる。本緑色蛍光体としては、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕａ、Ｍｂで表示されるβ−サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）結晶であるホストマトリックスの空隙（ｅｍｐｔｙ ｓｐｈｅｒｅ）にＳｒを所定量添加することによって、従来のβ−サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）蛍光体より大きく向上した輝度（例えば、約２０％程度）を有する上、５４０ｎｍ以下とさらに短波長化された緑色蛍光体を提供することができる。
【００９２】
Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕａ、Ｍｂで表示されるβ−サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）緑色蛍光体は、ＣＩＥ１９３１色座標系における標準ＲＧＢ（ｓＲＧＢ）の緑色領域を満足させることができる色特性を提供して鮮明な白色を提供するのに寄与することができる。さらに、Ｓｒの添加（ｄｏｐｉｎｇ）は、β−サイアロンの相安定化に寄与することによって信頼性の特性を改善し、特に、経時による効率変化を左右するｙ色座標の変化を大きく減少させることができ、生産性及び収率の側面で改善効果が大きい。
【００９３】
一方、本実施形態に採用可能な赤色蛍光体１４としては、上述した複合結晶蛍光体以外にも、他の赤色蛍光体をさらに混合して用いることができる。例えば、Ｍ１ＡｌＳｉＮｘ：Ｒｅ（１≦ｘ≦５）である窒化物系蛍光体、Ｍ１Ｄ：Ｒｅである硫化物系蛍光体、及び（Ｓｒ、Ｌ）２ＳｉＯ４−ｘＮｙ：Ｅｕであるシリケート系蛍光体（ここで、０＜x＜４、ｙ＝２ｘ／３）からなる群から選択された少なくとも１つであることができる。
【００９４】
ここで、Ｍ１はＢａ、Ｓｒ、Ｃａ及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、ＤはＳ、Ｓｅ及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、ＬはＢａ、Ｃａ及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１つの第２族元素又はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ及びＣｓからなる群から選択された少なくとも１つの第１族元素であり、ＤはＳ、Ｓｅ及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種であり、ＲｅはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択された少なくとも１つである。
【００９５】
このように、本発明によると、半値幅、ピーク波長及び／又は変換効率等を考慮して特定の緑色蛍光体と特定の赤色蛍光体とを組み合わせた形態にして提供することによって、７０以上の高い演色指数を有する白色光を提供することができる。また、複数の蛍光体から多様な波長帯域の光が得られるため、色再現性を向上させることができる。
【００９６】
上記赤色蛍光体のうち（Ｓｒ、Ｌ）２ＳｉＯ４−ｘＮｙ：Ｅｕであるシリケート系蛍光体の場合、好ましくは、ｘの範囲が０．１５≦ｘ≦３の条件であることができる。上記組成式中、Ｓｉの一部は、他の元素に置換されることができる。例えば、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択された少なくとも１種の元素に置換されるか、又は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｆ、Ｓｎ及びＰｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素に置換されることができる。
【００９７】
上記青色ＬＥＤチップの主波長は、４３０〜４７０ｎｍの範囲であることができる。この場合、可視光線帯域で広いスペクトルを確保してより大きい演色指数の向上のために、上記緑色蛍光体１２の発光波長ピークは５００〜５５０ｎｍの範囲であり、上記赤色蛍光体１４の発光波長ピークは６００〜６６０ｎｍの範囲であることができる。
【００９８】
好ましくは、上記青色ＬＥＤチップは１０〜５０ｎｍの半値幅を有し、上記緑色蛍光体は３０〜２００ｎｍの半値幅を有し、上記赤色蛍光体は５０〜２５０ｎｍの半値幅を有することができる。
【００９９】
本発明の他の実施形態では、上述した赤色蛍光体１４と緑色蛍光体１２以外にも、さらに黄色又は黄橙色蛍光体を含むことができる。この場合、より向上した演色指数を確保することができる。このような実施形態は、図８ａに示されている。
【０１００】
図８ａを参照すると、本実施形態による白色発光装置２０は、中央に反射コップが形成されたパッケージ本体２１と、反射コップの底部に実装された青色ＬＥＤチップ２５と、反射コップ内に青色ＬＥＤチップ２５を封止する透明樹脂封止部２９とを含む。
【０１０１】
上記樹脂封止部２９は、例えば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂又はこれらの組み合わせによって形成されることができる。本実施形態では、上記樹脂封止部２９に、緑色蛍光体２２及び赤色蛍光体２４と共に、黄色又は黄橙色蛍光体２６をさらに含む。
【０１０２】
即ち、緑色蛍光体２２は、ＭｘＡｙＯｘＮ（４／３）ｙ酸窒化物蛍光体、ＭａＡｂＯｃＮ（（２／３）ａ＋（４／３）ｂ−（２／３）ｃ）酸窒化物蛍光体及びβ−サイアロン蛍光体の少なくとも１つを含むことができる。赤色蛍光体２４は、上述した複合結晶蛍光体以外にも、Ｍ１ＡｌＳｉＮｘ：Ｒｅ（１≦ｘ≦５）である窒化物系蛍光体及びＭ１Ｄ：Ｒｅである硫化物系蛍光体の少なくとも１つをさらに含むことができる。
【０１０３】
また、本実施形態では、第３の蛍光体２６をさらに含むことができる。上記第３の蛍光体は、緑色波長帯域と赤色波長帯域との中間に位置した波長帯域の光を放出できる黄色又は黄橙色蛍光体であることができる。上記黄色蛍光体はシリケート系蛍光体であり、上記黄橙色蛍光体はα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｒｅ系又はＹＡＧ、ＴＡＧのガーネット系の蛍光体であることができる。
【０１０４】
上述した実施形態では、２種以上の蛍光体粉末を単一の樹脂封止部領域に混合・分散させた形態を例示したが、多様な他の構造に変更して行うことができる。より具体的には、上述した２種又は３種の蛍光体は、相違する層構造として提供されることができる。例えば、上記緑色蛍光体、上記赤色蛍光体及び上記黄色又は黄橙色蛍光体は、その蛍光体粉末を高圧で分散させて複層構造の蛍光体膜として提供されることもできる。
【０１０５】
これとは異なり、図８ｂに示されるように、複数の蛍光体含有樹脂層構造に具現されることができる。
【０１０６】
図８ｂを参照すると、本実施形態による白色発光装置３０は、上述した実施形態と類似するように、中央に反射コップが形成されたパッケージ本体４１と、反射コップの底部に実装された青色ＬＥＤチップ４５と、反射コップ内に青色ＬＥＤチップ４５を封止する透明樹脂封止部３９とを含む。
【０１０７】
上記樹脂封止部３９上には、それぞれ異なる蛍光体が含有された樹脂層が提供される。即ち、上記緑色蛍光体が含有された第１の樹脂層３２と、上記赤色蛍光体が含有された第２の樹脂層３４と、上記黄色又は黄橙色蛍光体が含有された第３の樹脂層３６とで波長変換部を構成することができる。
【０１０８】
本実施形態で用いられる蛍光体としては、図６で説明した蛍光体と同一であるか又は類似する蛍光体を採択して用いることができる。
【０１０９】
なお、青色ＬＥＤチップに黄色蛍光体を結合する場合、青色波長光と共に変換された黄色光を得ることができる。しかしながら、全可視光線スペクトルにおいて緑色及び赤色帯域の波長光が殆どないため、自然光に近い演色指数を確保するのが困難になる。特に、変換された黄色光は、高い変換効率を得るために狭い半値幅を有することになるため、この場合の演色指数はより低くなることがある。また、単一の黄色変換程度に応じて、発現される白色光の特性が容易に変わるため、優れた色再現性を保障するのが困難になる。
【０１１０】
これに対し、本発明で提案された蛍光体の組み合わせから得られる白色光は、高い演色指数を得ることができる。即ち、青色ＬＥＤチップと緑色蛍光体（Ｇ）と赤色蛍光体（Ｒ）とを組み合わせる本発明の実施例によると、既存例に比べて緑色及び赤色帯域で発光されるため、可視光線帯域でより広いスペクトルを得ることができ、その結果、演色指数を大きく向上させることができる。また、緑色帯域と赤色帯域との間に中間波長帯域を提供できる黄色又は黄橙色蛍光体をさらに含むことによって、演色指数をより大きく向上させることができる。
【０１１１】
図９には、本発明に採用可能な緑色蛍光体の発光スペクトルの一例が示されている。図９に示されるように、本発明による酸窒化物蛍光体から得られた緑色蛍光体は、ピーク波長が約５４０ｎｍであり、半値幅が７６．７ｎｍの発光スペクトルを有することを確認することができる。
【０１１２】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）には、本発明にさらに採用可能な赤色蛍光体の発光スペクトルが示されている。
【０１１３】
図１０（ａ）を参照すると、ＭＡｌＳｉＮｘ：Ｒｅ（１≦ｘ≦５）である窒化物系蛍光体（ここで、ＭはＢｅ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、ＲｅはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択された少なくとも１種の元素である)のスペクトルが示されている。変換された赤色光は、約６４０ｎｍのピーク波長と約８５ｎｍの半値幅を示す。
【０１１４】
図１０（ｂ）を参照すると、ＭＤ：Ｅｕ、Ｒｅである硫化物系蛍光体（ここで、ＭはＢｅ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、ＤはＳ、Ｓｅ及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種の元素であり、ＲｅはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択された少なくとも１種の元素である)のスペクトルが示されている。変換された赤色光は、約６５５ｎｍのピーク波長と約５５ｎｍの半値幅を示す。
【０１１５】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）には、本発明に選択的に採用可能な黄色又は黄橙色蛍光体のスペクトルが示されている。
【０１１６】
図１１（ａ）を参照すると、シリケート系蛍光体のスペクトルが示されている。変換された黄色光は、約５５５ｎｍのピーク波長と約９０ｎｍの半値幅を示す。
【０１１７】
図１１（ｂ）を参照すると、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｒｅである蛍光体のスペクトル（ここで、ＲｅはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択された少なくとも１つであり、Ｒｅは１〜５０，０００ｐｐｍの範囲である)が示されている。変換された黄色光は、約５８０ｎｍのピーク波長と約８８ｎｍの半値幅を示す。
【０１１８】
このように、本発明によると、半値幅、ピーク波長及び／又は変換効率等を考慮して特定の緑色蛍光体と特定の赤色蛍光体とを組み合わせた形態又はこの組み合わせた形態にさらに黄色又は黄橙色蛍光体を加えることによって、７０以上の高い演色指数を有する白色光を提供することができる。
【０１１９】
上記光において、ＣＩＥ１９４１色座標系を基準として、赤色光の色座標はｘ、ｙ座標が０．５５≦ｘ≦０．６５、０．２５≦ｙ≦０．３５の範囲内にあり、緑色光の色座標はｘ、ｙ座標が０．２≦ｘ≦０．４、０．５≦ｙ≦０．７の範囲内にあり、青色光の色座標はｘ、ｙ座標が０．１≦ｘ≦０．２、０．０２≦ｙ≦０．１５の範囲内にある。
【０１２０】
青色ＬＥＤチップの主波長が４３０〜４７０ｎｍの範囲の場合、緑色蛍光体の発光波長ピークは５００〜５５０ｎｍの範囲であり、赤色蛍光体の発光波長ピークは６００〜６６０ｎｍの範囲であり、黄色又は黄橙色蛍光体の発光波長ピークは５５０〜６００ｎｍの範囲であることができる。
【０１２１】
また、青色ＬＥＤチップが１０〜５０ｎｍの半値幅を有する場合、上記緑色蛍光体は３０〜２００ｎｍの半値幅、好ましくは６０〜８０ｎｍの半値幅を有し、上記赤色蛍光体は５０〜２５０ｎｍの半値幅を有し、黄色又は黄橙色蛍光体は２０〜１００ｎｍの半値幅を有することができる。
【０１２２】
上記のような条件を有する各蛍光体の選択及び組み合わせによって、本発明は、可視光線帯域で広いスペクトルを確保し、より大きい演色指数を有する優れた白色光を提供することができる。
【０１２３】
本発明は、ＬＣＤバックライトユニットの光源として好ましく用いることができる白色光源モジュールを提供することができる。即ち、本発明による白色光源モジュールは、ＬＣＤバックライトユニットの光源として多様な光学部材（拡散板、導光板、反射板、プリズムシート等）と結合してバックライトアセンブリーを構成することができる。図１２及び図１３は、このような白色光源モジュールを示すものである。
【０１２４】
図１２を参照すると、ＬＣＤバックライト用光源モジュール５０は、回路基板５１と、その上に実装された複数の白色ＬＥＤ装置１０の配列とを含む。回路基板５１の上面には、ＬＥＤ装置１０と接続される導電パターン（図示せず）が形成されることができる。
【０１２５】
各白色ＬＥＤ装置１０は、図７で説明した白色ＬＥＤ装置であることができる。即ち、青色ＬＥＤチップ１５は、回路基板５１にＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）方式で直接実装される。各白色ＬＥＤ装置１０は、別途の反射壁を有せずレンズ機能を有する半球状の樹脂封止部１９を備えることによって、広指向角を示すことができる。各白色光源の広指向角は、ＬＣＤディスプレイのサイズ(厚さ又は幅)を減少させるのに寄与することができる。
【０１２６】
図１３を参照すると、ＬＣＤバックライト用光源モジュール６０は、回路基板６１と、その上に実装された複数の白色ＬＥＤ装置２０の配列とを含む。上記白色ＬＥＤ装置２０は、図８ａで説明したように、パッケージ本体２１の反射コップ内に実装された青色ＬＥＤチップ２５と、これを封止する樹脂封止部２９とを備え、樹脂封止部２９内には上述した複合結晶蛍光体を含む赤色蛍光体２４と共に緑色蛍光体２２及び黄色又は黄橙色蛍光体２６が分散されている。
【０１２７】
本発明は、上述した蛍光体を波長変化物質として利用する多様な形態の白色発光装置に具現されることができる。以下、本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子を添付図面を参照して説明する。
【０１２８】
図１４に示される発光素子１００の半導体積層構造は、後述する構造を有することができる。Ｓｉ−Ａｌ合金からなる基板（以下、'Ｓｉ−Ａｌ合金基板'という）１０１、当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面及び下面に形成された保護層１２０、当該保護層１２０上に形成された接合金属層１０２、反射金属層１０３、ｐ型半導体層１０４、活性層１０５及びｎ型半導体層１０６が順次積層されている。ｐ型及びｎ型半導体層１０４、１０６と活性層１０５は、ＧａＮ系半導体、即ち、ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）半導体材料等からなることができ、発光構造物を形成する。
【０１２９】
上記ｎ型半導体層１０６上には、ｎ側電極１０７が形成されている。接合金属層１０２とｐ型半導体層１０４との間に介在された反射金属層１０３は、半導体層から入射された光を上方に反射させることで発光素子の輝度をより増加させる。反射金属層１０３は、高反射率の金属、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ及びこれらのうち２つ以上の合金からなる群から選択された金属等からなることができる。しかしながら、このような反射金属層１０３は、必要に応じて形成されないこともある。
【０１３０】
接合金属層１０２は、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を発光構造物に接合させる役割をし、Ａｕ等からなることができる。ここで、本発明の発光素子１００は、接合金属層１０２を含んでいるが、当該接合金属層１０２なしにＳｉ−Ａｌ合金１０１をｐ型半導体層１０４上に直接接合させることもできる。したがって、本発明の発光素子１００は、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を導電性基板として用いる。
【０１３１】
このようなＳｉ−Ａｌ合金は、熱膨張係数、熱伝導度、機械的加工性及びコストの側面で有利な長所を有する。即ち、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の熱膨張係数は、サファイア基板の熱膨張係数と類似している。したがって、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を用いて発光素子１００を製造する場合、既存のＳｉからなる導電性基板の接合工程及びレーザー照射によるサファイア基板の分離工程の際に発生していた基板の撓み現象及び発光構造物におけるクラック発生現象を大きく減少させて欠陥の少ない高品質の発光素子１００を得ることができる。
【０１３２】
また、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の熱伝導度は、約１２０〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、熱放出特性に優れている。さらに、高圧でＳｉとＡｌを溶融させることで、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１を低コストで容易に製造することができる。
【０１３３】
特に、本発明の発光素子１００のＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の上下面には、当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１へのクリーニング（ｃｌｅａｎｉｎｇ）工程時に化学的浸透を防ぐ保護層１２０がさらに形成されている。ここで、保護層１２０は、金属又は導電性誘電体等からなることができる。この際、保護層１２０が金属からなる場合、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｔｉ及びＴａのいずれか１つ又は２つ以上の合金からなることができる。
【０１３４】
この場合、保護層１２０は、無電解メッキ方式、金属蒸着、スパッタ（ｓｐｕｔｔｅｒ）又はＣＶＤ等で形成されたものであることができ、この際、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１と金属材質の保護層１２０との間には、当該保護層１２０のメッキ工程でシード（ｓｅｅｄ）の役割をするシード金属層１１０がさらに形成されることができる。シード金属層１１０は、Ｔｉ／Ａｕ等からなることができる。また、保護層１２０が導電性誘電体からなる場合、当該導電性誘電体は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）又はＣＩＯ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）等からなることができる。この場合、保護層１２０は、蒸着又はスパッタ方式等で形成されたものであることができる。このような保護層１２０は、０．０１μｍ以上２０μｍ以下の厚さで形成されることが好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下の厚さで形成されることがより好ましい。
【０１３５】
このように、本発明の白色発光装置に採用可能な発光素子は、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面にＮｉ等の保護層１２０をさらに形成することで、上記サファイア基板の分離後に行われるクリーニング工程で用いられるＨＣｌ、ＨＦ、ＫＯＨ等のケミカルやｎ型半導体層１０６の表面テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）工程で用いられるＫＯＨ等によって、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１のＡｌ金属がエッチングされることを防止できる効果がある。
【０１３６】
したがって、本発明に採用可能な発光素子は、上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面に凹凸が形成されることを防止して、当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１上に接合される発光構造物が剥がれる等の不良発生を防止することができる効果がある。
【０１３７】
また、上記保護層１２０としてＮｉ等の金属を用いる場合、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面粗度を改善して当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１と発光構造物間の接合を堅固にできる利点がある。即ち、従来のＳｉ−Ａｌ合金基板１０１は、接合金属層１０２の形成前に自然酸化膜の除去のための酸（ａｃｉｄ）等の化学物質を利用したクリーニング工程を経ながら当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面のＡｌ金属がエッチングされて平均２００〜５００ｎｍの表面凹凸が形成されたが、本発明の実施例１のようにＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面に保護層１２０としてＮｉ等の金属を形成した後、ＮｉＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理を行うと、表面凹凸が５ｎｍ以下に減るため、ガラス面のように表面粗度が改善されることができる。
【０１３８】
このように、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の表面粗度が改善されることによって、当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板と発光構造物間の接合が堅固になり、接合収率が向上する効果がある。
【０１３９】
本発明による白色発光装置に採用可能な発光素子の他の例として、図１５に示される発光素子が提供されることができる。
【０１４０】
図１５に示される発光素子は、図１４に示される発光素子と類似しているが、保護層１２０がＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面及び下面全体に形成されず、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面に当該Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の一部が露出されるように形成されており、保護層１２０及び当該保護層１２０によって露出されたＳｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面には導電層１２２がさらに形成されており、Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の下面にはコンタクト金属層１２３が形成されている点において相違している。
【０１４１】
特に、上記保護層１２０は、金属や導電性誘電体ではなく絶縁材からなることが好ましい。即ち、本実施例による発光素子は、上記保護層１２０が金属や導電性誘電体ではなく絶縁材からなることに代えて、上記保護層１２０が形成されたＳｉ−Ａｌ合金基板１０１と上記保護層１２０の上部の発光構造物間の通電のために、上記保護層１２０が上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面の一部を露出するように形成され、上記保護層１２０を含む上記Ｓｉ−Ａｌ合金基板１０１の上面に導電層１２２がさらに形成されるものである。ここで、上記導電層１２２は、金属等からなることができる。
【０１４２】
一方、本発明による白色発光装置は、前述した形態の発光素子とは異なり、高電流動作が可能になるように電極の配置構造が変更された発光素子を採用することができる。図１６及び図１７は、本発明に採用可能な発光素子の他の例を示した平面図及び断面図であり、図１７は、図１６のＩ−Ｉ'線に沿って切り取った断面図である。
【０１４３】
図１６及び１７を参照すると、本半導体発光素子２００は、導電性基板２１０と、第１の電極層２２０と、絶縁層２３０と、第２の電極層２４０と、第２の導電型半導体層２５０と、活性層２６０と、第１の導電型半導体層２７０とを含み、上記各層は順次積層されて備えられている。
【０１４４】
上記導電性基板２１０は、電気が流れる物質からなることができる。例えば、上記導電性基板２１０は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＷのいずれか１つの金属を含む金属性基板又はＳｉ、Ｇｅ及びＧａＡｓのいずれか１つを含む半導体基板であることが好ましい。上記導電性基板２１０上には、上記第１の電極層２２０が積層されて備えられており、当該第１の電極層２２０は、上記導電性基板２１０及び活性層２６０と電気的に連結されるため、当該導電性基板２１０及び活性層２６０との接触抵抗を最小化する物質からなることが好ましい。
【０１４５】
上記第１の電極層２２０は、上記導電性基板２１０上に積層されて備えられている上、図１７に示されるように、その一部領域が、上記絶縁層２３０、第２の電極層２４０、第２の導電型半導体層２５０、活性層２６０及び第１の導電型半導体層２７０の一定領域まで貫通するコンタクトホール２８０を介して伸びて当該第１の導電型半導体層２７０と接触することで、上記導電性基板２１０と第１の導電型半導体層２７０とが電気的に連結されるように備えられている。即ち、上記第１の電極層２２０は、上記導電性基板２１０と第１の導電型半導体層２７０とを上記コンタクトホール２８０を介して電気的に連結することによって、上記コンタクトホール２８０のサイズ、より具体的には、上記コンタクトホール２８０を介して上記第１の電極層２２０と第１の導電型半導体層２７０が接触される面積である接触領域２９０を介して電気的に連結される。
【０１４６】
一方、上記第１の電極層２２０上には、当該第１の電極層２２０を、上記導電性基板２１０及び第１の導電型半導体層２７０を除外した他の層と電気的に絶縁させるための絶縁層２３０が備えられる。即ち、上記絶縁層２３０は、上記第１の電極層２２０と第２の電極層２４０との間に備えられる上、上記コンタクトホール２８０によって露出される上記第２の電極層２４０、第２の導電型半導体層２５０及び活性層２６０の側面と上記第１の電極層２２０との間にも備えられる。また、上記コンタクトホール２８０が貫通する上記第１の導電型半導体層２７０の一定領域の側面にも、上記絶縁層２３０を備えて絶縁することが好ましい。
【０１４７】
上記第２の電極層２４０は、上記絶縁層２３０上に備えられる。上述したように、上記コンタクトホール２８０が貫通する一定領域には、上記第２の電極層２４０が存在しない。この際、上記第２の電極層２４０は、図１７に示されるように、上記第２の導電型半導体層２５０と接触する界面の一部が露出された領域、即ち、露出領域２４５を少なくとも１つ以上備えている。上記露出領域２４５上には、外部電源を上記第２の電極層２４０に連結するための電極パッド部２４７を備えることができる。
【０１４８】
一方、上記露出領域２４５上には、後述する上記第２の導電型半導体層２５０、活性層２６０及び第１の導電型半導体層２７０が備えられていない。また、上記露出領域２４５は、図１６に示されるように、上記半導体発光素子２００の角部に形成されることが好ましいが、これは、上記半導体発光素子２００の発光面積を最大化するためである。一方、上記第２の電極層２４０は、Ａｇ、Ａｌ及びＰｔのいずれか１つを含んでなることが好ましいが、これは、上記第２の電極層２４０が上記第２の導電型半導体層２５０と電気的に接触されるため、当該第２の導電型半導体層２５０の接触抵抗を最小化する特性を有すると共に上記活性層２６０から生成された光を反射させて外部に向けることで発光効率を高めることができる機能を有する層を備えるためである。
【０１４９】
上記第２の導電型半導体層２５０は上記第２の電極層２４０上に備えられ、上記活性層２６０は上記第２の導電型半導体層２５０上に備えられ、上記第１の導電型半導体層２７０は上記活性層２６０上に備えられる。この際、上記第１の導電型半導体層２７０はｎ型窒化物半導体であり、上記第２の導電型半導体層２５０はｐ型窒化物半導体であることが好ましい。一方、上記活性層２６０は、上記第１の導電型半導体層２７０及び第２の導電型半導体層２５０をなす物質に応じて、他の物質を選択して形成されることができる。即ち、上記活性層２６０は、電子／正孔の再結合によるエネルギーを光に変えて放出する層であるため、上記第１の導電型半導体層２７０及び第２の導電型半導体層２５０のエネルギーバンドギャップより少ないエネルギーバンドギャップを有する物質で形成されることが好ましい。
【０１５０】
一方、本発明に採用可能な他の発光素子は、図１７に示される発光素子とは異なり、コンタクトホールと連結された第１の電極層が外部に露出されることもできる。
【０１５１】
図１８に示される発光素子３００は、導電性基板３１０上に第２の導電型半導体層３５０、活性層３６０及び第１の導電型半導体層３７０が形成される。この場合、第２の導電型半導体層３５０と導電性基板３１０との間には第２の電極層３４０が配置されることができるが、上述した実施形態とは異なり、第２の電極層３４０が必ずしも要求されるものではない。
【０１５２】
本実施形態の場合、第１の導電型半導体層３７０と接触される接触領域３９０を有するコンタクトホール３８０は、第１の電極層３２０と連結され、第１の電極層３２０は、外部に露出されて電気連結部３４５を有する。電気連結部３４５には、電極パッド部３４７が形成されることができる。第１の電極層３２０は、絶縁層３３０によって活性層３６０、第２の導電型半導体層３５０、第２の電極層３４０、導電性基板３１０と電気的に分離されることができる。
【０１５３】
上述した実施形態では、コンタクトホールが導電性基板と連結されるのに対し、本実施形態では、コンタクトホール３８０が導電性基板３１０と電気的に分離され、当該コンタクトホール３８０と連結された第１の電極層３２０が外部に露出される。これにより、導電性基板３１０は、第２の導電型半導体層３５０と電気的に連結されて、上述した実施形態と比較してその極性が変わる。
【０１５４】
したがって、このような発光素子は、第１の電極を発光面上に一部形成し、残り一部は活性層の下部に形成させることで、発光面積を最大に確保することができ、発光面上に形成された電極を均一に配置することで、高い動作電流を印加しても電流の均一な分布が可能になって高電流動作における電流集中現象を緩和することができる。
【０１５５】
このように、図１７及び図１８に示される発光素子は、対向する第１及び第２の主面を有しそれぞれ当該第１及び第２の主面を提供する第１及び第２の導電型半導体層とその間に形成された活性層とを有する半導体積層体と、上記第２の主面から上記活性層を経て上記第１の導電型半導体層の一領域に連結されたコンタクトホールと、上記半導体積層体の第２の主面上に形成され上記第１の導電型半導体層の一領域に上記コンタクトホールを介して連結された第１の電極と、上記半導体積層体の第２の主面上に形成され上記第２の導電型半導体層に連結された第２の電極とを含むことができる。ここで、上記第１及び第２の電極のいずれか１つが上記半導体積層体の側方向に引き出された構造を有することができる。
【０１５６】
図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、本発明の多様な実施形態によるバックライトユニットの一例を示す断面図である。
【０１５７】
図１９（ａ）を参照すると、本発明による発光ダイオードパッケージが光源として適用されることができるバックライトユニットの一例として、エッジ型バックライトユニット１５００が示されている。
【０１５８】
本実施形態によるエッジ型バックライトユニット１５００は、導光板１４４０と、当該導光板１４４０の両側面に提供されるＬＥＤ光源モジュール１３００とを含むことができる。
【０１５９】
本実施形態では、導光板１４４０の対向する両側面にＬＥＤ光源モジュール１３００が提供された形態として例示されているが、一側面のみに提供されることができ、これとは異なり、それ以外の側面にも提供されることができる。
【０１６０】
図１９（ａ）に示されるように、上記導光板１４４０の下部には、反射板１４２０がさらに提供されることができる。本実施形態によるＬＥＤ光源モジュール１３００は、印刷回路基板１３１０と、当該印刷回路基板１３１０の上面に実装された複数のＬＥＤ光源１３５０とを含み、当該ＬＥＤ光源１３５０には、上述した蛍光体を利用した発光素子パッケージが適用される。
【０１６１】
図１９（ｂ）を参照すると、他の形態のバックライトユニットの一例として、直下型バックライトユニット１８００が示されている。
【０１６２】
本実施形態による直下型バックライトユニット１８００は、光拡散板１７４０と、当該光拡散板１７４０の下面に配列されたＬＥＤ光源モジュール１６００とを含むことができる。
【０１６３】
図１９（ｂ）に示されるバックライトユニット１８００の上記光拡散板１７４０の下部には、上記光源モジュールを収容できるボトムケース１７１０を含むことができる。
【０１６４】
本実施形態によるＬＥＤ光源モジュール１６００は、印刷回路基板１６１０と、当該印刷回路基板１６１０の上面に実装された複数のＬＥＤ光源１６５０とを含む。上記複数のＬＥＤ光源は、上述した蛍光体を波長変換物質として利用する発光素子パッケージであることができる。
【０１６５】
上述した実施形態の他にも、蛍光体を、ＬＥＤが位置したパッケージではなく、バックライトユニットの他の構成要素に配置することで、光を変換させることができる。このような実施形態は、図２０から図２２に示されている。
【０１６６】
図２０に示されるように、本実施形態による直下型バックライトユニット１５００は、蛍光体フィルム１５５０と、当該蛍光体フィルム１５５０の下面に配列されたＬＥＤ光源モジュール１５１０とを含むことができる。
【０１６７】
図２０に示されるバックライトユニット１５００は、上記光源モジュール１５１０を収容できるボトムケース１５６０を含むことができる。本実施形態では、ボトムケース１５６０の上面に蛍光体フィルム１５５０を配置する。光源モジュール１５１０から放出される光の少なくとも一部は、蛍光体フィルム１５５０によって波長変換されることができる。上記蛍光体フィルム１５５０は、別途のフィルムに製造されて適用されるか又は光拡散板と一体的に結合された形態にして提供されることができる。
【０１６８】
ここで、ＬＥＤ光源モジュール１５１０は、印刷回路基板１５０１と、当該印刷回路基板１５０１の上面に実装された複数のＬＥＤ光源１５０５とを含むことができる。
【０１６９】
図２１ａ及び図２１ｂは、本発明の他の実施形態によるエッジ型バックライトユニットを示す。
【０１７０】
図２１ａに示されるエッジ型バックライトユニット１６００は、導光板１６４０と、当該導光板１６４０の一側面に提供されるＬＥＤ光源１６０５とを含むことができる。上記ＬＥＤ光源１６０５からの光は、反射構造物によって導光板１６４０の内部に導かれることができる。本実施形態において、蛍光体膜１６５０は、導光板１６４０の側面とＬＥＤ光源１６０５との間に位置することができる。
【０１７１】
図２１ｂに示されるエッジ型バックライトユニット１７００は、図２１ａと類似するように、導光板１７４０と、当該導光板１７４０の一側面に提供されるＬＥＤ光源１７０５と、反射構造物とを含むことができる。本実施形態において、蛍光体膜１７５０は、導光板の光放出面に適用される形態として例示されている。
【０１７２】
このように、本発明による蛍光体は、ＬＥＤ光源に直接適用されず、バックライトユニット等の他の装置に適用された形態に具現されることもできる。
【０１７３】
図２２は、本発明の一実施形態によるディスプレイ装置を示す分解斜視図である。
【０１７４】
図２２に示されるディスプレイ装置２０００は、バックライトユニット２２００と、液晶パネル等の画像表示パネル２３００とを含む。上記バックライトユニット２２００は、導光板２２４０と、当該導光板２２４０の少なくとも一側面に提供されるＬＥＤ光源モジュール２１００とを含む。
【０１７５】
本実施形態において、上記バックライトユニット２２００は、図２２に示されるように、ボトムケース２２１０と、導光板２２４０の下部に位置する反射板２２２０とをさらに含むことができる。
【０１７６】
さらに、多様な光学的特性に対する要求に応じて、上記導光板２２４０と画像表示パネル２３００との間には、拡散シート、プリズムシート又は保護シート等の多様な種類の光学シート２２６０を含むことができる。
【０１７７】
上記ＬＥＤ光源モジュール２１００は、上記導光板２２４０の少なくとも一側面に備えられる印刷回路基板２１１０と、当該印刷回路基板２１１０上に実装されて上記導光板２２４０に光を入射する複数のＬＥＤ光源２１５０とを含む。上記複数のＬＥＤ光源２１５０は、上述した発光素子パッケージであることができる。本実施形態による複数のＬＥＤ光源は、光放出面に隣接する側面が実装されたサイドビュー型発光素子パッケージであることができる。
【０１７８】
このように、上述した蛍光体は、多様な実装構造のパッケージに適用されて多様な形態の白色光を提供するＬＥＤ光源モジュールに適用されることができる。上述した発光素子パッケージ又はこれを含む光源モジュールは、多様な形態のディスプレイ装置又は照明装置に適用されることができる。
【０１７９】
本発明は、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されることなく、添付の特許請求の範囲によって限定される。したがって、特許請求の範囲に記載の本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、当技術分野における通常の知識を有する者によって多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これもまた本発明の範囲内に属する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＭ元素、Ａｌ元素、ケイ素、酸素及び窒素を含有する無機組成物であり、
前記無機組成物は、少なくとも２種の結晶相を有する粒子を有し、当該少なくとも２種の結晶相は、Ｍ２ＳｉＯ４−ｘＮｙ（０＜ｘ＜３、ｙ＝２ｘ／３）結晶である第１の結晶相と、β−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶である第２の結晶相とを含み、
ここで、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１種の元素である、複合結晶蛍光体。
【請求項２】
励起源を照射して５７０〜６６０ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を放出する、請求項１に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項３】
前記光の発光スペクトルは、単一のピーク波長を有する、請求項２に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項４】
前記励起源は、３００〜４８０ｎｍの範囲にピーク波長を有する、請求項２または３に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項５】
前記発光スペクトルの半値幅は、約１００ｎｍ以上である、請求項３に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項６】
前記第１の結晶相は、Ｓｒ２ＳｉＯ４−ｘＮｙ（０＜ｘ＜３、ｙ＝２ｘ／３）である、請求項１から５の何れか１項に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項７】
前記第２の結晶相は、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ（０＜ｚ＜１）である、請求項１から６の何れか１項に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項８】
前記第１の結晶相は６０〜９５質量％であり、前記第２の結晶相は５〜４０質量％である、請求項１から７の何れか１項に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項９】
Ｍ２Ｓｉ５ＯａＮ８−ｂ（０＜ａ＜３、ｂ＝２ａ／３）結晶である第３の結晶相をさらに含む、請求項１から８の何れか１項に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項１０】
前記第１の結晶相は５０〜９０質量％であり、前記第２の結晶相は５〜４０質量％であり、前記第３の結晶相は１０質量％以下である、請求項９に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項１１】
前記複合結晶蛍光体は、活性剤として少なくとも１種の希土類元素をさらに含み、
前記希土類元素（Ｒｅ）は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂからなる群から選択される、請求項１から１０の何れか１項に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項１２】
前記複合結晶蛍光体は、活性剤としてＥｕとＤｙを含む、請求項１から１１の何れか１項に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項１３】
励起光を放出するＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップの近傍に配置されて前記励起光の少なくとも一部を波長変換し、請求項１から１０のいずれか一項に記載の複合結晶蛍光体を含む赤色蛍光体と、
前記ＬＥＤチップの放出波長及び前記赤色蛍光体の発光波長とは異なる波長の光を提供する少なくとも１つの発光要素と
を含み、
前記少なくとも１つの発光要素は、追加のＬＥＤチップ及び他種の蛍光体の少なくとも１つである、白色発光装置。
【請求項１４】
前記ＬＥＤチップは、紫外線を放出するＬＥＤチップである、請求項１３に記載の白色発光装置。
【請求項１５】
前記ＬＥＤチップは、４３０〜４７０ｎｍの範囲にピーク波長を有する青色ＬＥＤチップであり、
前記少なくとも１つの発光要素は、緑色蛍光体を含む、請求項１３または１４に記載の白色発光装置。
【請求項１６】
前記赤色蛍光体の発光波長ピークは６００〜６６０ｎｍであり、前記緑色蛍光体の発光波長ピークは５００〜５５０ｎｍである、請求項１５に記載の白色発光装置。
【請求項１７】
前記青色ＬＥＤチップは１０〜５０ｎｍの半値幅を有し、前記緑色蛍光体は３０〜２００ｎｍの半値幅を有し、前記赤色蛍光体は１００〜２５０ｎｍの半値幅を有する、請求項１６に記載の白色発光装置。
【請求項１８】
前記緑色蛍光体は、ＭｘＡｙＯｘＮ（４／３）ｙの組成式で表示される酸窒化物蛍光体、ＭａＡｂＯｃＮ（（２／３）ａ＋（４／３）ｂ−（２／３）ｃ）で表示される酸窒化物蛍光体及びＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚの組成式で表示されるβ−サイアロン蛍光体の少なくとも１つを含み、
ここで、ＭはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎからなる群から選択される少なくとも１種のII族元素であり、ＡはＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選択される少なくとも１種のIV族元素である、請求項１５から１７の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの発光要素は、黄色蛍光体又は黄橙色蛍光体をさらに含む、請求項１５から１８の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２０】
前記黄色蛍光体はシリケート系蛍光体であり、前記黄橙色蛍光体はα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｒｅである蛍光体である、請求項１９に記載の白色発光装置。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの発光要素は、緑色ＬＥＤチップである、請求項１３から２０の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２２】
前記ＬＥＤチップは、第１及び第２の電極が同一面に向かうように配置された構造を有する、請求項１３から２１の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２３】
前記ＬＥＤチップは、第１及び第２の電極がそれぞれ互いに異なる面に向かうように配置された構造を有する、請求項１３から２２の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２４】
前記ＬＥＤチップは、
対向する第１及び第２の主面を有し、それぞれ当該第１及び第２の主面を提供する第１及び第２の導電型半導体層と、その間に形成された活性層とを有する半導体積層体と、
前記第２の主面から前記活性層を経て前記第１の導電型半導体層の一領域に連結されたコンタクトホールと、
前記半導体積層体の第２の主面上に形成され前記第１の導電型半導体層の一領域に前記コンタクトホールを介して連結された第１の電極と、
前記半導体積層体の第２の主面上に形成され前記第２の導電型半導体層に連結された第２の電極と
を含む、請求項１３から２３の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２５】
前記第１及び第２の電極のいずれか１つが前記半導体積層体の側方向に引き出された構造を有する、請求項２４に記載の白色発光装置。
【請求項２６】
前記ＬＥＤチップが搭載された溝部を有するパッケージ本体をさらに含む、請求項１３から２５の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２７】
前記ＬＥＤチップを封止する樹脂封止部をさらに含み、
前記複数の蛍光体の少なくとも１つは、前記樹脂封止部内に分散される、請求項１３から２６の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２８】
前記複数の蛍光体は、それぞれ異なる複数の蛍光体含有樹脂層を形成し、前記複数の蛍光体含有樹脂層は、積層構造を有する、請求項１３から２７の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２９】
前記白色発光装置から放出される白色光の演色指数（ＣＲＩ）は、７０以上である、請求項１４に記載の発光装置。
【請求項３０】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の複合結晶蛍光体を波長変換物質として利用する、面光源装置。
【請求項３１】
導光板と、
前記導光板の少なくとも一側面に配置されて当該導光板の内部に光を提供するＬＥＤ光源モジュールと
を含み、
前記ＬＥＤ光源モジュールは、回路基板と、当該回路基板に実装され請求項１から１２のいずれか一項に記載の複合結晶蛍光体を波長変換物質として利用する複数の白色発光装置とを含む、面光源装置。
【請求項３２】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の複合結晶蛍光体を波長変換物質として利用する、ディスプレイ装置。
【請求項３３】
画像を表示するための画像表示パネルと、
前記画像表示パネルに光を提供する請求項３０に記載の面光源装置を有するバックライトユニットと
を含む、ディスプレイ装置。
【請求項３４】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の複合結晶蛍光体を波長変換物質として利用する照明装置。
【請求項３５】
ＬＥＤ光源モジュールと、
前記ＬＥＤ光源モジュールの上部に配置され、当該ＬＥＤ光源モジュールから入射された光を均一に拡散させる拡散シートと
を含み、
前記ＬＥＤ光源モジュールは、回路基板と、当該回路基板に実装され請求項１から１２のいずれか一項に記載の複合結晶蛍光体を波長変換物質として利用する複数の白色発光装置とを含む、照明装置。
【請求項１】
少なくともＭ元素、Ａｌ元素、ケイ素、酸素及び窒素を含有する無機組成物であり、
前記無機組成物は、少なくとも２種の結晶相を有する粒子を有し、当該少なくとも２種の結晶相は、Ｍ２ＳｉＯ４−ｘＮｙ（０＜ｘ＜３、ｙ＝２ｘ／３）結晶である第１の結晶相と、β−サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）結晶である第２の結晶相とを含み、
ここで、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択された少なくとも１種の元素である、複合結晶蛍光体。
【請求項２】
励起源を照射して５７０〜６６０ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を放出する、請求項１に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項３】
前記光の発光スペクトルは、単一のピーク波長を有する、請求項２に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項４】
前記励起源は、３００〜４８０ｎｍの範囲にピーク波長を有する、請求項２または３に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項５】
前記発光スペクトルの半値幅は、約１００ｎｍ以上である、請求項３に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項６】
前記第１の結晶相は、Ｓｒ２ＳｉＯ４−ｘＮｙ（０＜ｘ＜３、ｙ＝２ｘ／３）である、請求項１から５の何れか１項に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項７】
前記第２の結晶相は、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ（０＜ｚ＜１）である、請求項１から６の何れか１項に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項８】
前記第１の結晶相は６０〜９５質量％であり、前記第２の結晶相は５〜４０質量％である、請求項１から７の何れか１項に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項９】
Ｍ２Ｓｉ５ＯａＮ８−ｂ（０＜ａ＜３、ｂ＝２ａ／３）結晶である第３の結晶相をさらに含む、請求項１から８の何れか１項に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項１０】
前記第１の結晶相は５０〜９０質量％であり、前記第２の結晶相は５〜４０質量％であり、前記第３の結晶相は１０質量％以下である、請求項９に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項１１】
前記複合結晶蛍光体は、活性剤として少なくとも１種の希土類元素をさらに含み、
前記希土類元素（Ｒｅ）は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂからなる群から選択される、請求項１から１０の何れか１項に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項１２】
前記複合結晶蛍光体は、活性剤としてＥｕとＤｙを含む、請求項１から１１の何れか１項に記載の複合結晶蛍光体。
【請求項１３】
励起光を放出するＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップの近傍に配置されて前記励起光の少なくとも一部を波長変換し、請求項１から１０のいずれか一項に記載の複合結晶蛍光体を含む赤色蛍光体と、
前記ＬＥＤチップの放出波長及び前記赤色蛍光体の発光波長とは異なる波長の光を提供する少なくとも１つの発光要素と
を含み、
前記少なくとも１つの発光要素は、追加のＬＥＤチップ及び他種の蛍光体の少なくとも１つである、白色発光装置。
【請求項１４】
前記ＬＥＤチップは、紫外線を放出するＬＥＤチップである、請求項１３に記載の白色発光装置。
【請求項１５】
前記ＬＥＤチップは、４３０〜４７０ｎｍの範囲にピーク波長を有する青色ＬＥＤチップであり、
前記少なくとも１つの発光要素は、緑色蛍光体を含む、請求項１３または１４に記載の白色発光装置。
【請求項１６】
前記赤色蛍光体の発光波長ピークは６００〜６６０ｎｍであり、前記緑色蛍光体の発光波長ピークは５００〜５５０ｎｍである、請求項１５に記載の白色発光装置。
【請求項１７】
前記青色ＬＥＤチップは１０〜５０ｎｍの半値幅を有し、前記緑色蛍光体は３０〜２００ｎｍの半値幅を有し、前記赤色蛍光体は１００〜２５０ｎｍの半値幅を有する、請求項１６に記載の白色発光装置。
【請求項１８】
前記緑色蛍光体は、ＭｘＡｙＯｘＮ（４／３）ｙの組成式で表示される酸窒化物蛍光体、ＭａＡｂＯｃＮ（（２／３）ａ＋（４／３）ｂ−（２／３）ｃ）で表示される酸窒化物蛍光体及びＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚの組成式で表示されるβ−サイアロン蛍光体の少なくとも１つを含み、
ここで、ＭはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎからなる群から選択される少なくとも１種のII族元素であり、ＡはＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選択される少なくとも１種のIV族元素である、請求項１５から１７の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの発光要素は、黄色蛍光体又は黄橙色蛍光体をさらに含む、請求項１５から１８の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２０】
前記黄色蛍光体はシリケート系蛍光体であり、前記黄橙色蛍光体はα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｒｅである蛍光体である、請求項１９に記載の白色発光装置。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの発光要素は、緑色ＬＥＤチップである、請求項１３から２０の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２２】
前記ＬＥＤチップは、第１及び第２の電極が同一面に向かうように配置された構造を有する、請求項１３から２１の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２３】
前記ＬＥＤチップは、第１及び第２の電極がそれぞれ互いに異なる面に向かうように配置された構造を有する、請求項１３から２２の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２４】
前記ＬＥＤチップは、
対向する第１及び第２の主面を有し、それぞれ当該第１及び第２の主面を提供する第１及び第２の導電型半導体層と、その間に形成された活性層とを有する半導体積層体と、
前記第２の主面から前記活性層を経て前記第１の導電型半導体層の一領域に連結されたコンタクトホールと、
前記半導体積層体の第２の主面上に形成され前記第１の導電型半導体層の一領域に前記コンタクトホールを介して連結された第１の電極と、
前記半導体積層体の第２の主面上に形成され前記第２の導電型半導体層に連結された第２の電極と
を含む、請求項１３から２３の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２５】
前記第１及び第２の電極のいずれか１つが前記半導体積層体の側方向に引き出された構造を有する、請求項２４に記載の白色発光装置。
【請求項２６】
前記ＬＥＤチップが搭載された溝部を有するパッケージ本体をさらに含む、請求項１３から２５の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２７】
前記ＬＥＤチップを封止する樹脂封止部をさらに含み、
前記複数の蛍光体の少なくとも１つは、前記樹脂封止部内に分散される、請求項１３から２６の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２８】
前記複数の蛍光体は、それぞれ異なる複数の蛍光体含有樹脂層を形成し、前記複数の蛍光体含有樹脂層は、積層構造を有する、請求項１３から２７の何れか１項に記載の白色発光装置。
【請求項２９】
前記白色発光装置から放出される白色光の演色指数（ＣＲＩ）は、７０以上である、請求項１４に記載の発光装置。
【請求項３０】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の複合結晶蛍光体を波長変換物質として利用する、面光源装置。
【請求項３１】
導光板と、
前記導光板の少なくとも一側面に配置されて当該導光板の内部に光を提供するＬＥＤ光源モジュールと
を含み、
前記ＬＥＤ光源モジュールは、回路基板と、当該回路基板に実装され請求項１から１２のいずれか一項に記載の複合結晶蛍光体を波長変換物質として利用する複数の白色発光装置とを含む、面光源装置。
【請求項３２】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の複合結晶蛍光体を波長変換物質として利用する、ディスプレイ装置。
【請求項３３】
画像を表示するための画像表示パネルと、
前記画像表示パネルに光を提供する請求項３０に記載の面光源装置を有するバックライトユニットと
を含む、ディスプレイ装置。
【請求項３４】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の複合結晶蛍光体を波長変換物質として利用する照明装置。
【請求項３５】
ＬＥＤ光源モジュールと、
前記ＬＥＤ光源モジュールの上部に配置され、当該ＬＥＤ光源モジュールから入射された光を均一に拡散させる拡散シートと
を含み、
前記ＬＥＤ光源モジュールは、回路基板と、当該回路基板に実装され請求項１から１２のいずれか一項に記載の複合結晶蛍光体を波長変換物質として利用する複数の白色発光装置とを含む、照明装置。
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１ａ】
【図２１ｂ】
【図２２】
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１ａ】
【図２１ｂ】
【図２２】
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２０８１３９（Ｐ２０１１−２０８１３９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７４８５（Ｐ２０１１−６７４８５）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（５０９１５６５３８）サムソン エルイーディー カンパニーリミテッド． (114)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（５０９１５６５３８）サムソン エルイーディー カンパニーリミテッド． (114)
【Ｆターム（参考）】
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