KR102255496B1 - 색 안정한 적색 발광 인광체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체(color stable Mn4+ doped phosphor)를 합성하는 방법으로서, 하기 화학식(I)의 전구체를 상승된 온도에서 기체 형태인 불소 함유 산화제와 접촉시켜 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체를 형성시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다:
Ax[MFy]:Mn4+ (I)
상기 식 중, A는 Li, Na, K, Rb, Cs, NR4 또는 이들의 조합이고; M은 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Al, Ga, In, Sc, Hf, Y, La, Nb, Ta, Bi, Gd, 또는 이들의 조합이며; R은 H, 저급 알킬 또는 이들의 조합이고; x는 [MFy] 이온 전하의 절대 값이며; y는 5, 6 또는 7이다.

Description

색 안정한 적색 발광 인광체{COLOR STABLE RED-EMITTING PHOSPHORS}
본 발명은 색 안정한 적색 발광 인광체에 관한 것이다.
Mn4+에 의해 활성화된 플루오르화 착체 물질을 기초로 한 적색 발광 인광체, 예컨대 US 7,358,542, US 7,497,973, 및 US 7,648,649에 기술된 것은 황색/녹색 발광 인광체, 예컨대 YAG:Ce 또는 다른 가닛(garnet) 조성물과의 조합으로, 현행 형광 램프, 백열 램프 및 할로겐 램프에 의해 생성된 것에 상응하는, 청색 LED로부터 따스한 백색 광(흑체 궤적(blackbody locus) 상에서의 CCT＜ 5000 K, 연색 평가 지수(CRI: color rendering index) ＞ 80)을 달성하는데 이용될 수 있다. 이러한 물질은 청색 광을 강하게 흡수하고 약간 딥 레드(deep red)/NIR 발광과 함께 약 610~635 nm 사이에서 효율적으로 발광한다. 그러므로, 발광 효율(luminous efficacy)은 눈 감광도가 불량한 딥퍼 레드(deeper red)에서 상당한 방출을 갖는 적색 인광체와 비교하여 최대화된다. 양자 효율(Quantum efficiency)은 청색(440~460 nm) 여기 하에 85%를 넘을 수 있다.
Mn4+ 도핑된 플루오라이드 호스트를 사용하는 조명 시스템의 효율 및 CRI는 매우 높을 수 있지만, 한가지 잠재적인 한계점은 높은 온도 및 습도(HTHH) 조건 하에서 열화(degradation)에 대한 그의 감수성에 있다. US 8,252,613에 기술된 바와 같이, 합성후 처리 단계를 이용하여 그러한 열화를 감소시키는 것이 가능하다. 그러나, 그 물질의 안정성에서의 추가 개선이 요구된다.
요약하건대, 하나의 양태에서, 본 발명은 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체를 합성하는 공정에 관한 것이다. 하기 화학식(I)의 전구체가 상승된 온도에서 가스 형태인 불소 함유 산화제와 접촉되어 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체를 형성하게 된다.
Ax[MFy]:Mn4+ (I)
상기 식 중에서,
A는 Li, Na, K, Rb, Cs, NR4 또는 이들의 조합이고;
M은 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Al, Ga, In, Sc, Hf, Y, La, Nb, Ta, Bi, Gd, 또는 이들의 조합이며;
R는 H, 저급 알킬, 또는 이들의 조합이고;
x는 [MFy] 이온 전하의 절대 값이며;
y는 5, 6 또는 7이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 그 공정에 의해 제조될 수 있는 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체에 관한 것이다.
본 발명의 그런 및 다른 특색, 양태 및 이점은 후술하는 상세한 설명이 첨부되는 도면을 참조하여 이해할 때 보다 잘 이해하게 될 것이다. 그 도면에서는 도면 전반에 걸쳐 유사 문자가 유사 부분을 나타낸다. 상기 도면을 간단히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 한 실시양태에 따른 조명 장치의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시양태에 따른 조명 장치의 개략적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 조명 장치의 개략적 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시양태에 다른 조명 장치의 커터웨이 사이드 사시도(cutaway side perspective view)이다.
도 5는 표면 장입된 장치(SMD: surface-mounted device) 백라이트 LED의 개략적 사시도이다.
본 발명에 따른 공정에서, 색-비안정한 전구체가 색 안정한 전구체로 어닐링되거나, 또는 불소 함유 산화제를 함유하는 대기와 접촉하면서 상승된 온도로 처리된다. 그 전구체는 화학식(I)의 Mn4+로 활성화된 플루오르화 착체 물질이다. 본 발명의 내용에서, 용어 "플루오르화 착체 물질 또는 인광체"는 리간드로서 작용하는 플루오라이드 이온에 의해 둘러싸여 있고 필요한 경우 카운터 이온에 의해 전하-보정된, 하나 이상의 배위 중심을 함유하는 배위 화합물을 의미한다. 하나의 예, K2SiF6:Mn4+에서, 배위 중심은 Si이고, 카운터 이온은 K이다. 플루오르화 착체는 경우에 따라 단순한 2원 플루오르화물의 조합으로서 기술되지만, 그러한 표현은 배위 중심 주위에 있는 리간드에 대한 배위 수를 지시하지 않는다. 정사각형 브래킷(경우에 따라 단순성을 위해 생략됨)은 그것이 에워싸는 착체 이온이 단순 플루오라이드 이온과는 다른 새로운 화학 종이라는 것을 지시한다. 그 활성화제 이온((Mn4+)은 또한 호스트 격자의 중심의 부분, 예를 들면 Si를 치환하면서 배위 중심으로서 작용을 한다. (카운터 이온을 포함하는) 그 호스트 격자는 그 활성화제 이온의 여기 및 방출 특성을 더 개질시킬 수 있다.
색 비안정한 전구체는 색 안정한 인광체와 유사한 공칭 조성을 갖지만, 최종 생성물의 색 안정성을 결여하고 있다. 화학식(I)의 Mn4+ 도핑된 전구체에서 그리고 색 안정한 인광체에서 망간의 양은 전구체 또는 색 안정한 인광체의 총 중량을 기준으로 약 0.3 중량% 내지 약 1.5 중량%의 범위이다. 어닐링 전후에 약 0.5 중량%의 Mn을 함유하는 K2SiF6:Mn4+는 전형적으로 높은 광속(light flux) 조건 하에서 어닐링 전후에 약 0.68 중량%의 Mn을 함유하는 K2SiF6:Mn4+보다 더 색 안정성을 갖는다. K2SiF6:Mn4+의 경우, Mn의 양은 약 0.50 중량% 내지 약 0.85 중량%, 보다 구체적으로 약 0.65 중량% 내지 약 0.75 중량%의 범위이다.
구체적인 실시양태에서, 전구체의 배위 중심, 즉 화학식(I)에서 M은 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, 또는 이들의 조합이다. 보다 구체적으로, 배위 중심은 Si, Ge, Ti, 또는 이들의 조합이고, 카운터 이온 또는 화학식(I)에서 A는 Na, K, Rb, Cs, 또는 이들의 조합이며, y는 6이다. 화학식(I)의 전구체의 예로는 K2[SiF6]:Mn4+, K2[TiF6]:Mn4+, K2[SnF6]:Mn4+, Cs2[TiF6], Rb2[TiF6], Cs2[SiF6], Rb2[SiF6], Na2[TiF6]:Mn4+, Na2[ZrF6]:Mn4+, K3[ZrF7]:Mn4+, K3[BiF6]:Mn4+, K3[YF6]:Mn4+, K3[LaF6]:Mn4+, K3[GdF6]:Mn4+, K3[NbF7]:Mn4+, K3[TaF7]:Mn4+가 포함된다. 구체적인 실시양태에서, 화학식(I)의 전구체는 K2SiF6:Mn4+이다.
본 발명자들은 그 전구체를 본 발명에 따른 공정으로 처리하는 것으로부터 결과로 얻을 수 있는 색 안정성에서의 개선을 설명하기 위해서 임의의 특정한 이론을 고수하고자 하는 것은 아니지만, 그 전구체는 변위(dislocation), F- 공백, 양이온 공백, Mn3+ 이온, Mn2+ 이온, F-의 OH-로의 치환, 또는 비-방사선 재조합 경로를 제공하는 표면 또는 간극 H+/OH- 기와 같은 결함을 함유할 수 있고, 그러한 결함은 상승된 온도에서 산화제에 노출함으로써 치유 또는 제거되는 것으로 상정된다.
전구체가 불소 함유 산화제와 접촉되는 온도는 접촉 동안 약 200℃ 내지 약 700℃, 특히 약 350℃ 내지 약 600℃, 일부 실시양태에서 약 200℃ 내지 약 700℃의 범위일 수 있다. 본 발명의 다양한 실시양태에서, 온도는 100℃ 이상, 특히 225℃ 이상, 보다 구체적으로 350℃ 이상이다. 인광체 전구체는 이것을 색 안정한 인광체로 전환시키기에 충분한 시간의 기간 동안 산화제와 접촉하게 된다. 시간 및 온도는 상호 관련되어 있고, 함께 조정할 수 있는데, 예를 들어 온도를 감소시키면서 시간을 증가시키거나, 시간을 감소시키면서 온도를 증가시킴으로써 함께 조정할 수 있다. 구체적인 실시양태에서, 시간은 1 시간 이상, 구체적으로 4 시간 이상, 보다 구체적으로 6 시간 이상, 가장 구체적으로 8 시간 이상이다. 특정한 실시양태에서, 전구체는 8 시간 이상의 기간 동안 250℃ 이상의 온도에서, 예를 들면 약 4 시간 동안 약 250℃에서, 이어서 약 4 시간 동안 약 350℃의 온도에서 산화제와 접촉하게 된다.
불소 함유 산화제는 F2, HF, SF6, BrF5, NH4HF2, NH4F, KF, AlF3, SbF5, ClF3, BrF3, KrF, XeF2, XeF4, NF3, SiF4, PbF2, ZnF2, SnF2, CdF2 또는 이들의 조합일 수 있다. 구체적인 실시양태에서, 그 불소 함유 산화제는 F2이다. 대기 중의 산화제의 양은, 특히 시간 및 온도의 변동과 함께, 색 안정한 인광체를 얻기 위해서, 다양하게 할 수 있다. 불소 함유 산화제가 F2인 경우, 그 대기는 0.5% 이상의 F2를 포함할 수 있지만, 보다 낮은 농도가 일부 실시양태에서 효과적일 수 있다. 구체적으로, 그 대기는 5% 이상의 F2, 보다 구체적으로 20% 이상의 F2를 포함할 수 있다. 대기는 추가로 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논을, 불소 함유 산화제와의 임의의 조합으로 더 포함할 수 있다. 구체적인 실시양태에서, 대기는 약 20%의 F2와 약 80%의 질소로 구성된다.
전구체와 불소 함유 산화제를 접촉시키는 방식은 중요하지 않으며, 전구체를 소정의 특성을 갖는 색 안정한 인광체로 전환시키기에 충분한 임의의 방식으로 달성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 전구체를 함유하는 챔버는 이 챔버가 가열됨에 따라 과압이 발생하도록 투입 후 밀봉될 수 있으며, 다른 실시양태에서 불소와 질소 혼합물은 보다 균일한 압력을 보장하면서 어닐링 공정을 전반에 걸쳐 흐르게 된다. 일부 실시양태에서, 추가적인 용량의 불소 함유 산화제가 일정 시간 후에 도입될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체를 합성하는 공정에 관한 것으로, 그 공정은 상승된 온도에서 전구체를 기체 형태인 불소 함유 산화제와 접촉시켜 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체를 형성하는 단계로서, 여기서 전구체는
(A) A2[MF5]:Mn4+(여기서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs, NH4, 및 이들의 조합으로부터 선택되고, M은 Al, Ga, In, 및 이들의 조합으로부터 선택된다);
(B) A3[MF6]:Mn4+(여기서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs, NH4, 및 이들의 조합으로부터 선택되고, M은 Al, Ga, In, 및 이들의 조합으로부터 선택된다);
(C) Zn2[MF7]:Mn4+(여기서, M은 Al, Ga, In, 및 이들의 조합으로부터 선택된다);
(D) A[In2F7]:Mn4+(여기서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs, NH4, 및 이들의 조합으로부터 선택된다);
(E) A2[MF6]:Mn4+(여기서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs, NH4, 및 이들의 조합으로부터 선택되고, M은 Ge, Si, Sn, Ti, Zr, 및 이들의 조합으로부터 선택된다);
(F) E[MF6]:Mn4+(여기서, E는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, 및 이들의 조합으로부터 선택되고, M은 Ge, Si, Sn, Ti, Zr, 및 이들의 조합으로부터 선택된다);
(G) Ba0.65Zr0.35F2.70:Mn4+;
(H) A3[ZrF7]:Mn4+(여기서, A는 Li, Na, K, Rb, Cs, NH4로부터 선택된다); 및
(I) 이들의 조합
으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 단계를 포함한다.
공정에 대한 시간, 온도 및 불소 함유 산화제는 상기 기술되어 있다.
본 발명에 따른 공정에서 어닐링된 인광체의 색 안정성 및 양자 효율은, US 8,252,613에 기술된 바와 같이, 수성 플루오르화수소산 중의 하기 화학식(II)의 조성물의 포화 용액으로 미립자 형태인 인광체를 처리함으로써 강화될 수 있다.
Ax[MFy] (II)
인광체가 용액과 접촉되는 온도는 약 20℃ 내지 약 50℃의 범위이다. 색 안정한 인광체를 생성하는데 요구되는 시간은 약 1 분 내지 약 5 시간, 구체적으로 약 5 분 내지 약 1 시간의 범위일 수 있다. 수성 HF 용액 중의 플루오르화수소산의 농도는 약 20% w/w 내지 약 70% w/w, 구체적으로 약 40% w/w 내지 약 70% w/w의 범위일 수 있다. 보다 낮은 농도의 용액이 결과적으로 보다 낮은 수율의 인광체를 초래할 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에 따른 조명 장치 또는 발광 어셈블리 또는 램프(10)가 도 1에 도시되어 있다. 조명 장치(10)는 발광 다이오드(LED) 칩(12)으로서 도시된 반도체 방사선 공급원, 및 그 LED 칩에 전기적으로 부착된 리드(14)를 포함한다. 그 리드(14)는 두꺼운 리드 프레임(들)(16)에 의해 지지된 얇은 와이어일 수 있거나, 또는 그 리드는 자가 지지된 전극일 수 있고 그 리드 프레임은 생략될 수 있다. 리드(14)는 LED 칩(12)에 전류를 제공하여 그 칩이 방사선을 방출하게 한다.
그 램프는 이의 방출된 방사선이 인광체로 유도될 때 백색 광을 생성할 수 있는 임의의 반도체 청색 또는 UV 광 공급원을 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 반도체 광 공급원은 다양한 불순물로 도핑된 청색 발광 LED이다. 따라서, LED는 임의의 적합한 III-V, II-VI 또는 IV-IV 반도체 층을 기초로 하고 약 250 내지 550 nm의 방출 파장을 갖는 반도체 다이오드를 포함할 수 있다. 특히, LED는 GaN, ZnSe 또는 SiC를 포함하는 하나 이상의 반도체 층을 함유할 수 있다. 예를 들면, LED는 화학식 IniGajAlkN(여기서, 0≤i; 0≤j; 0≤k 및 I + j + k =1)으로 표시되고 약 250 nm 초과 내지 약 550 nm 미만의 방출 파장을 갖는 질화물 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 구체적인 실시양태에서, 칩은 약 400 nm 내지 약 500 nm의 피크 방출 파장을 갖는 N-UV 또는 청색 발광 LED이다. 그러한 LED 반도체는 해당 기술 분야에 공지되어 있다. 본 명세서에서는 용이성을 위해서 방사선 공급원이 LED로서 기술된다. 그러나, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 그 용어는 예를 들어 반도체 레이저 다이오드를 비롯한 모든 반도체 방사선 공급원을 포괄한다는 것을 의미한다. 추가로, 본 명세서에 논의된 본 발명의 예시적인 구조물의 일반적인 논의가 무기 LED계 광 공급원에 대하여 언급되어 있지만, LED 칩은 달리 주지되어 있지 않는 한 또 다른 방사선 공급원으로 대체될 수 있는 것으로 이해되어야 하고, 반도체, 반도체 LED 또는 LED 칩에 대한 임의의 언급은 유기 발광 다이오드(이에 국한되는 것은 아님)을 비롯한 임의의 적당한 방사선 공급원을 단지 대표하는 것으로 이해되어야 한다.
조명 장치(10)에서, 인광체 조성물(22)은 방사적으로 LED 칩(12)과 커플링되어 있다. "방사적으로 커플링된다"라는 것은 부재들이 서로 결합되어 하나의 부재로부터의 방사선이 다른 나머지 하나 부재로 전달된다는 것을 의미한다. 인광체 조성물(22)은 임의의 적당한 방법에 의해 LED(12) 상에 증착된다. 예를 들어, 인광체(들)의 수계 현탁액이 형성되어 LED 표면에 인광체 층으로서 도포될 수 있다. 하나의 그런 방법에서, 인광체 입자가 무질서로 현탁되어 있는 실리콘 슬러리가 LED 주위에 배치된다. 이러한 방법은 인광체 조성물(22) 및 LED(12)의 가능한 위치들을 단지 예시한 것이다. 이어서, 인광체 조성물(22)은 인광체 현탁액을 LED 칩(12) 상에 코팅하여 건조함으로써 LED 칩(12)의 발광 표면 상에 직접 코팅될 수 있다. 실리콘계 현탁액의 경우, 그 현탁액은 적당한 온도에서 경화된다. 쉘(18) 및 인캡슐란트(enccapsulant)(20)는 둘 다 백색 광(24)이 그러한 부재들을 통하여 전달될 수 있도록 투명해야 한다. 제한하고자 의도한 것은 아니지만, 일부 실시양태에서, 인광체 조성물의 중앙 입자 크기는 약 1 마이크론 내지 약 50 마이크론, 구체적으로 약 15 마이크론 내지 약 35 마이크론의 범위이다.
다른 실시양태에서, 인광체 조성물(22)은 LED 칩(12) 상에 직접 형성되는 것 대신에 인캡슐란트 재료(20) 내에 산재된다. (분말 형태인) 인광체는 인캡슐란트 재료(20)의 단일 영역 내에 산재될 수 있거나, 또는 인캡슐란트 재료의 전체 부피 전반에 걸쳐 산재될 수 있다. LED 칩(12)에 의해 방출된 청색 광은 인광체 조성물(22)에 의해 방출된 광과 혼합되고, 이 혼합된 광은 백색으로서 나타난다. 인광체가 인캡슐란트(20)의 재료 내에 산재되어 있는 경우, 인광체 분말이 LED 칩(12) 주위에 적재된 중합체 또는 실리콘 전구체에 첨가될 수 있고, 이어서 그 중합체 전구체는 경화되어 그 중합체 또는 실리콘 물질을 고화시킬 수 있다. 다른 공지된 인광체 산재 방법, 예컨대 트랜스퍼 로딩(transfer laoading)이 또한 이용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 인캡슐란트 재료(20)는 굴절율 R를 갖는 실리콘 매트릭스이고, 인광체 조성물(22) 이외에도, 약 5% 미만의 흡광도 및 R±0.1의 굴절율을 갖는 희석제 물질(diluent material)을 함유한다. 그 희석제 물질은 ≤1.7, 구체적으로 ≤1.6, 보다 구체적으로 ≤1.5의 굴절율을 갖는다. 구체적인 실시양태에서, 그 희석제 물질은 화학식(II)을 가지며, 약 1.4의 굴절율 갖는다. 광학 불활성 물질을 인광체/실리콘 혼합물에 첨가하는 것은 인광체/인캡슐란트 혼합물을 통한 광속의 보다 완만한 분포를 생성할 수 있고, 결과적으로 인광체에 대한 보다 덜 한 손상을 유도할 수 있다. 희석제에 적합한 물질로는 플루오르화 화합물, 예컨대 LiF, MgF2, CaF2, SrF2, AlF3, K2NaAlF6, KMgF3, CaLiAlF6, K2LiAlF6, 및 K2SiF6(이들은 1.38(AlF3 및 K2NaAlF6) 내지 약 1.43(CaF2) 범위의 굴절을 갖는다), 및 약 1.254 내지 약 1.7의 굴절율을 갖는 중합체가 포함된다. 희석제로서 사용하기에 적합한 중합체의 비제한적인 예로는 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 나일론, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤, 및 할로겐화 유도체 및 비할로겐화 유도체를 비롯한, 스티렌, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 비닐, 비닐 아세테이트, 프로필렌 옥사이드, 및 에틸렌 옥사이드 단량체로부터 유도된 중합체 및 이들 단량체의 공중합체가 포함된다. 이러한 중합체는 실리콘 경화 전에 실리콘 인캡슐란트 내로 직접 혼입될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 인광체 조성물(22)은 LED 칩(12) 위에 형성되는 것 대신에, 쉘(18)의 표면 상에 코팅된다. 인광체 조성물은 쉘(18)의 내면 상에 코팅되는 것이 바람직하지만, 그 인광체는 필요한 경우 그 쉘의 외면 상에 코팅될 수도 있다. 인광체 조성물(22)은 쉘의 전체 표면 상에 코팅될 수 있거나, 또는 단지 그 쉘의 표면 중 정상부만 코팅될 수 있다. LED 칩(12)에 의해 방출된 UV/청색 광은 인광체 조성물(22)에 의해 방출된 광과 혼합되고, 그 혼합된 광은 백색 광을 나타낸다. 물론, 인광체는 임의의 2개 또는 모든 3개 위치에 위치할 수 있거나, 임의의 다른 적합한 위치, 예컨대 쉘로부터 분리된 위치에 위치할 수 있거나, LED 내에 통합될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 제2 구조물을 예시한 것이다. 도 1 내지 도 4로부터 상응하는 번호(예를 들면, 도 1에서는 12, 도 2에서는 112)는 달리 특별하기 언급되어 있지 않은 한 각 도면에서 상응하는 구조물을 언급한 것이다. 도 2의 실시양태의 구조물은 도 1의 구조물과 유사하고, 단 인광체 조성물(122)가 LED 칩(112) 상에 직접 형성되는 것 대신에, 인캡슐란트 재료(120) 내에 산재된다는 것을 예외로 한다. (분말 형태인) 인광체가 인캡슐란트 재료의 단일 영역 내에 산재될 수 있거나, 또는 인캡슐란트 재료의 전체 부피 전반에 걸쳐 산재될 수 있다. LED 칩에 의해 방출된 (화살표(126)로 나타낸) 방사선은 인광체(122)에 의해 방출된 광과 혼합되고, 그 혼합된 광은 백색 광(124)으로서 나타난다. 인광체가 인캡슐란트 재료(120) 내에 산재되어야 하는 경우, 인광체 분말은 중합체 전구체에 첨가되어 LED 칩(112) 주위에 적재된다. 이어서, 그 중합체 또는 실리콘 전구체는 경화되어 중합체 또는 실리콘을 고화시킬 수 있다. 다른 공지된 인광체 산재 방법, 예컨대 트랜스퍼 성형(transfer molding)이 또한 이용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 제3의 가능한 구조물을 예시한 것이다. 도 3에서 도시된 실시양태의 구조물은 도 1의 구조물과 유시하고, 단 인광체 조성물(222)이, LED 칩(212) 위에 코팅되는 것 대신에, 엔벨로프(evelope)(218)의 표면 상에 코팅된다는 것을 예외로 한다. 인광체 조성물(222)은 인벨로프(218)의 내면 상에 코팅될 수 있는 것이 바람직하지만, 인광체는 필요한 경우 인벨로프의 외면 상에 코팅될 수 있다. 인광체 조성물(222)은 인벨로프의 전체 표면 상에 코팅될 수 있거나, 단지 인벨로프의 표면의 정상부에만 코팅될 수 있다. LED 칩(212)에 의해 방출된 방사선(226)은 인광체 조성물(222)에 의해 방출된 광과 혼합되고, 그 혼합된 광은 백색 광(224)으로서 나타난다. 물론, 도 1 내지 도 3의 구조물은 조합될 수 있으며, 인광체는 임의의 2개 또는 모두 3개의 위치에, 또는 임의의 다른 적합한 위치, 예컨대 인벨로프로부터 분리된 위치에 위치할 수 있거나, LED 내로 통합될 수 있다.
상기 구조물 중 임의의 구조물에서, 램프는 또한 인캡슐란트 재료 중에 매립되어 있는 복수의 산란 입자(도시되어 있지 않음)을 포함할 수도 있다. 그 산란 입자는 예를 들어 알루미나 또는 티타니아를 포함할 수 있다. 산란 입자는 LED 칩에 의해 방출된 방향성 광을, 바람직하게는 미미한 양을 흡수하면서, 효과적으로 산란시킨다.
도 4의 제4 구조물에서 도시되어 있는 바와 같이, LED 칩(412)은 반사성 컵(430) 내에 장입될 수 있다. 그 컵(430)은 유전성 재료, 예컨대 알루미나, 티타니아, 또는 해당 기술 분야에 공지된 다른 유전성 분말로부터 제조되거나 이들에 의해 코팅될 수 있거나, 반사성 금속, 예컨대 알루미늄 또는 은에 의해 코팅될 수 있다. 도 4의 실시양태의 구조물의 잔부는 이전 도면들 중 임의의 도면의 것과 동일하며, 2개의 리드(416), 전도성 와이어(432), 및 인캡슐란트 재료(420)를 포함할 수 있다. 그 반사성 컵(430)은 제1 리드(416)에 의해 지지되고, 전도성 와이어(432)는 LED 칩(412)을 제2 리드(416)과 전기적으로 접속시키는데 사용된다.
또 다른 구조물(구체적으로 백라이트 적용의 경우)이, 예를 들면 도 5에서 예시된 바와 같은 표면 장입된 장치("SMD": surface-mounted device) 유형 발광 다이오드(550)이다. 이러한 SMD는 "사이드 발광 유형"이고, 광 가이딩 부재(554)의 돌출부 상에 발광 윈도우(552)를 갖는다. SMD 패키지는 상기 정의된 바와 같은 LED 칩, 및 그 LED 칩에 의해 방출된 광에 의해 여기되는 인광체 재료를 포함할 수 있다. 다른 백라이트 장치로는 TV, 컴퓨터, 스마트 폰, 타블릿 컴퓨터, 및 반도체 광 공급원을 포함하는 디스플레이; 및 본 발명에 따른 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체를 포함하는 다른 휴대용 장치가 포함되지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
350 내지 550 nm에서 방출하는 LED 및 하나의 다른 적당한 인광체에 의해 사용될 때, 결과로 형성되는 조명 시스템은 백색을 갖는 광을 생성할 것이다. 램프(10)는 또한 인캡슐란트 재료 내에 매립되어 있는 산란 입자(도시되어 있지 않음)을 포함할 수도 있다. 그 산란 입자는 LED 칩으로부터 방출된 방향성 광을, 미미한 양을 흡수하면서, 효과적으로 산란시킨다.
색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체 이외에도, 인광체 조성물(22)은 하나 이상의 다른 인광체를 포함할 수 있다. 조명 장치에서 약 250 내지 550 nm의 범위인 방사선을 방출하는 청색 또는 N-UV LED와의 조합으로 사용될 때, 그 어셈블리에 의해 방출되는 결과로 형성된 광은 백색 광이 될 것이다. 녹색, 청색, 황색, 적색, 오렌지색 또는 다른 색 인광체와 같은 다른 인광체가 블랜드로 사용되어 결과로 형성된 광의 백색을 요구에 맞추어 생성하고 특정한 분광 전력 분포를 생성할 수 있다. 인광체 조성물(22)에서 사용하기에 적합한 다른 물질로는 전자발광 중합체, 예컨대 폴리플루오렌, 바람직하게는 폴리(9,9-디옥틸 플루오렌) 및 이의 공중합체, 예컨대 폴리(9,9'-디옥틸플루오렌-코-비스-N,N'-(4-부틸페닐)디페닐아민)(F8-TFB); 폴리(비닐카르바졸) 및 폴리페닐렌비닐렌 및 이들의 유도체가 포함된다. 게다가, 발광 층은 청색, 황색, 오렌지색, 녹색 및 적색 인광성 염료 또는 금속 착체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 인광성 염료로서 사용하기에 적합한 물질로는 트리스(1-페닐이소퀴놀린) 이리듐(III)(적색 염료), 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐(녹색 염료) 및 이리듐(III) 비스(2-(4,6-디플루오레페닐)피리디네이토-N,C2)(청색 염료)가 포함되지만, 이에 국한되는 것은 아니다. ADS (American Dyes Source, Inc.)로부터 상업적으로 이용가능한 형광성 및 인광성 금속 착체가 또한 사용될 수도 있다. ADS 녹색 염료로는 ADS060GE, ADS061GE, ADS063GE, 및 ADS066GE, ADS078GE, 및 ADS090GE가 포함된다. ADS 청색 염료로는 ADS064BE, ADS065BE, 및 ADS070BE가 포함된다. ADS 적색 염료로는 ADS067RE, ADS068RE, ADS069RE, ADS075RE, ADS076RE, ADS067RE, 및 ADS077RE가 포함된다.
인광체 조성물(22)에서 사용하기에 적합한 인광체로는
((Sr1-z (Ca, Ba, Mg, Zn) z)1-(x+w)( Li, Na, K, Rb) wCex)3(Al1-ySiy)O4+y+3(x-w)F1-y-3(x-w)(여기서, 0<x≤0.10, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.5, 0≤w≤x);
(Ca, Ce)3Sc2Si3O12 (CaSiG);
(Sr,Ca,Ba)3Al1-xSixO4+xF1-x:Ce3+ (SASOF));
(Ba,Sr,Ca)5(PO4)3(Cl,F,Br,OH):Eu2+,Mn2+;
(Ba,Sr,Ca)BPO5:Eu2+,Mn2+;
(Sr,Ca)10(PO4)6*υB2O3:Eu2+(여기서, 0<υ≤1);
Sr2Si3O8*2SrCl2:Eu2+;
(Ca,Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+;
BaAl8O13:Eu2+;
2SrO*0.84P2O5*0.16B2O3:Eu2+;
(Ba,Sr,Ca)MgAl10O17:Eu2+,Mn2+;
(Ba,Sr,Ca)Al2O4:Eu2+;
(Y,Gd,Lu,Sc,La)BO3:Ce3+,Tb3+;
ZnS:Cu+,Cl-;
ZnS:Cu+,Al3+;
ZnS:Ag+,Cl-;
ZnS:Ag+,Al3+;
(Ba,Sr,Ca)2Si1-ξO4-2ξ:Eu2+(여기서, 0≤ξ≤0.2);
(Ba,Sr,Ca)2(Mg,Zn)Si2O7:Eu2+;
(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga,In)2S4:Eu2+;
(Y,Gd,Tb,La,Sm,Pr,Lu)3(Al,Ga)5-αO12-3/2α:Ce3+(여기서, 0≤α≤0.5);
(Ca,Sr)8(Mg,Zn)(SiO4)4Cl2:Eu2+,Mn2+;
Na2Gd2B2O7:Ce3+,Tb3+;
(Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2P2O7:Eu2+,Mn2+;
(Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu3+,Bi3+;
(Gd,Y,Lu,La)2O2S:Eu3+,Bi3+;
(Gd,Y,Lu,La)VO4:Eu3+,Bi3+;
(Ca,Sr)S:Eu2+,Ce3+;
SrY2S4:Eu2+;
CaLa2S4:Ce3+;
(Ba,Sr,Ca)MgP2O7:Eu2+,Mn2+;
(Y,Lu)2WO6:Eu3+,Mo6+;
(Ba,Sr,Ca)βSiγNμ:Eu2+(여기서, 2β+4γ=3μ);
Ca3(SiO4)Cl2:Eu2+;
(Lu,Sc,Y,Tb)2-u-vCevCa1+uLiwMg2-wPw(Si,Ge)3-wO12-u/2(여기서, -0.5≤u≤1, 0<v≤0.1, 및 0≤w≤0.2);
(Y,Lu,Gd)2-φCaφSi4N6+φC1-φ:Ce3+(여기서, 0≤φ≤0.5);
(Lu,Ca,Li,Mg,Y), Eu2+ 및/또는 Ce3+로 도핑된 α-SiAlON;
(Ca,Sr,Ba)SiO2N2:Eu2+,Ce3+;
β-SiAlON:Eu2+, 3.5MgO*0.5MgF2*GeO2:Mn4+;
Ca1-c-fCecEufAl1+cSi1-cN3(여기서, 0≤c≤0.2, 0≤f≤0.2);
Ca1-h-rCehEurAl1-h(Mg,Zn)hSiN3(여기서, 0≤h≤0.2, 0≤r≤0.2);
Ca1-2s-tCes(Li,Na)sEutAlSiN3(여기서, 0≤s≤0.2, 0≤f≤0.2, s+t>0); 및
Ca1-σ-κ-φCeσ(Li,Na)κEuφAl1+σ-κSi1-σ+κN3(여기서, 0≤σ≤0.2, 0≤κ≤0.4, 0≤φ≤0.2)
가 포함되지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
인광체 블렌드에서 개별 인광체 각각의 비율은 원하는 광 출력의 특징에 따라 좌우되어 달라질 수 있다. 다양한 실시양태 인광체 블렌드에서 개별 인광체의 상대적 비율은, 그들의 방출이 블렌딩되어 LED 조명 장치에서 사용될 때, CIE 색도도 상의 선결정된 x 및 y 값의 가시 광이 생성되도록, 조정될 수 있다. 상기 기술된 바와 같이, 백색 광이 바람직하게 생성된다. 이 백색 광은, 예를 들면 약 0.20 내지 약 0.55 범위에 있는 x 값 및 약 0.20 내지 약 0.55 범위에 있는 y 값을 보유할 수 있다. 그러나, 상기 기술된 바와 같이, 인광체 조성물에서 각 인광체의 정확한 식별 및 양은 최종 사용자의 필요성에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 그 재료는 액정 디스플레이(LCD) 백라이팅용으로 의도된 LED에 사용될 수 있다. 이러한 적용에서, LED 색점은 LCD/칼라 필터 조합을 통과한 후 원하는 백색, 적색, 녹색 및 청색을 기초로 하여 적절히 조색된다.
색 안정한 인광체를 혼입하고 있고 백라이팅 또는 일반 조명 라이팅에 사용되는 LED 장치는 이 장치 작동의 2,000 시간에 걸친 ＜ 1.5 맥아담 타원(MacAdam ellipses), 구체적인 실시양태에서 2,000 시간에 걸친 ＜ 1 맥아담 타원의 색 이동을 가질 수 있으며, 인광체/중합체 복합재(composite)는 LED 칩 표면과 직접 접촉한 경우, LED 벽-플러그 효율(wall-plug efficiency)은 40% 초과이고 LED 전류 밀도는 2 A/cm2 초과이다. 가속화 시험에서, 인광체/중합체 복합재가 LED 칩 표면과 직접 접촉하는 경우, LED 벽-플러그 효율은 18% 초과이고, LED 전류 밀도는 70 A/cm2 초과이며, LED 장치는 30분에 걸친 ＜ 1.5 맥아담 타원의 색 이동을 가질 수 있다.
본 발명의 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체는 상기 기술된 것들 이외의 용도에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 그 재료는 형광 램프에서, 음극선관에서, 플라즈마 디스플레이 장치에서 또는 액정 디스플레이 장치(LCD)에서 인광체로서 사용될 수 있다. 그 재료는 또한 전자기 열량계에서, 감마선 카메라에서, 컴퓨터화 토모그래피 스캐너에서 또는 레이저에서 신틸레이터로서 사용될 수도 있다. 이들 용도는 단지 예시적인 것일 뿐 제한하기 위한 것이 아니다.
실시예
일반 절차
실리콘 테이프 샘플 제조
샘플은 시험하고자 하는 재료 500 mg을 실리콘(Sylgard 184) 1.50 g과 혼합으로써 제조하였다. 그 혼합물을 진공 챔버에서 약 15 분 동안 탈기하였다. 혼합물(0.70 g)을 디스크 형상의 주형(28.7 mm 직경 및 0.79 mm 두께)에 부어 넣고, 90℃에서 39 분 동안 소성시켰다. 샘플은 시험하기 위해서 크기 대략 5 mm × 5 mm의 정사각형으로 절단하였다.
안정성 시험
고 광속 조건
466 nm에서 방출하는 레이저 다이오드는 다른 단부에 콜리메이터(collimator)를 구비한 광학 섬유에 커플링하였다. 전력 출력은 310 mW이었고, 샘플에서 빔 직경은 700 마이크론이었다. 이는 샘플 표면 상에서 80 W/cm2의 플럭스에 상응한 것이다. 레이저로부터의 산란된 방사선과 여기된 인광체로부터 발광의 조합인 분광 전력 분포(SPD) 스펙트럼은 1미터(직경) 적분구로 수집하고, 데이타를 분광계 소프트웨어(Specwin)으로 처리하였다. 2 분의 간격으로, 레이저 및 인광체 발광으로부터 적분된 전력은 SPD를 400 nm에서 500 nm까지 그리고 550 nm에서 700 nm까지 각각 적분함으로써 약 21 시간의 기간에 걸쳐 기록하였다. 측정의 처음 90 분은 폐기하여 레이저의 열적 안정화로 인한 작용을 회피하였다. 레이저 손상으로 인한 강도 손실의 백분율은 다음과 같이 계산한다:
Figure 112015099913528-pct00001
인광체로부터의 에미터 전력만이 작도되지만, 레이저 발광으로부터의 적분된 전력 뿐만 아니라 그의 피크 위치는 레이저가 실험 동안 안정하게 (1% 미만의 변동) 유지되는 것을 보장하도록 모니터링하였다.
고온 고습(HHTH) 처리
고온 고습(HTHH) 처리를 위한 샘플은 인광체 분말을 2 부분의 메틸 실리콘 바인더(RTV-615, Momentive Performance Materials) 내로, 0.9 g 인광체 대 0.825 g 실리콘의 비율로 혼합함으로써 제조하였다(부분 A+B). 이어서, 인광체/실리콘 혼합물을 알루미늄 샘플 홀더 내로 부어 넣고, 90℃에서 20 분 동안 경화시켰다. 대조 샘플은 질소 하에 저장하고, HTHH 조건에 노출시키기 위한 샘플은 85℃/85% RH 제어된 대기 챔버 내로 배치하였다. 이 HTHH 샘플을 주기적으로 회수하여, 450 nm 여기 하에 그 샘플의 루미네센스 강도를 대조 샘플의 것과 비교하였다.
실시예: 1-12 불소 대기 하에 어닐링
절차
전구체 물질의 총 중량을 기준으로 0.68 중량%의 Mn을 함유하는 Mn-도핑된 칼륨 플루오로실리케이트(PFS:Mn) 전구체, K2SiF6:Mn은 퍼니스 챔버 내에 배치하였다. 이 퍼니스 챔버를 진공 처리하고, 불소 가스 및 질소 가스를 함유하는 대기로 충전하였다. 이어서, 그 챔버를 원하는 어닐링 온도로 가열하였다. 원하는 양의 시간 동안 유지한 후, 그 챔버를 실온으로 냉각하였다. 불소 질소 혼합물을 비워 내고, 챔버를 질소로 수회 충전 및 정화하여, 그 챔버를 개방하기 전에, 불소 가스의 완전 제거를 보장하도록 하였다.
실시예 1-5의 경우, 그 챔버 내의 대기는 20% 불소 가스와 80% 질소 가스로 구성하였다. 실시예 6의 경우, 대기는 5% 불소 가스와 95% 질소 가스로 구성하였다. 제1 어닐링 시간(T1 및 t1) 동안 퍼니스 설정점 온도 및 시간, 그리고 필요하다면, 제2 어닐링 시간(T2 및 t2) 동안 퍼니스 설정점 온도 및 시간은 표 1에 나타나 있다. 퍼니스 셋업 및 샘플이 퍼니스 내의 조절 열전쌍에 대하여 상대적으로 위치하는 방법에 기인하여, 퍼니스 내의 실제 샘플 온도는 퍼니스 설정점보다 25~75℃ 더 높았다.
0.68~0.73 중량% 범위에 있는 중량%의 Mn을 갖는 전구체 PFS:Mn 및 제품 인광체(비교예 1)의 안정성은 높은 광속의 조건 하에 시험하고, 결과는 표 1에 나타내었다. 어닐링된 재료는 열 처리되지 않은 재료보다 현저히 덜 한 손상을 경험하였다.
[표 1]
Figure 112015099913528-pct00002
실시예 2: 어닐링된 인광체의 후처리
실시예 2로부터의 어닐링된 PFS 인광체 분말은 K2SiF6의 포화 용액(초기에는 40% HF 중에 K2SiF6 ~17 g을 첨가하고, 교반하며, 용액 여과함으로써 제조되었음) 100 mL를 함유하는 테플론 비이커 내에 그 분말(~10 g)을 배치함으로써 K2SiF6의 포화 용액으로 처리하였다. 그 현탁액을 서서히 교반하고, 잔류물을 여과하고 진공 하에 건조시켰다. 아세톤 중에 3~5회 세척하고 여과물을 100℃로 1O 분 동안 가열함으로써 그 건조된 여과물로부터 HF를 추가로 더 제거하였다. 후처리된 인광체의 안정성을 어닐링되지 않았지만 후처리된 PPS의 샘플과 함께 HHTH 조건 하에 85℃/85% RH에서 620 시간 동안 평가하였다. 후처리된 샘플은 약 94% 방출 강도를 유지하면서 높은 온도/습도 조건 하에 보다 덜 한 열화를 경험하였지만, 어닐링되지 않은 샘플은 약 86% 방출 강도를 유지하였다.
비교예 2-7
0.5~0.85 중량% 범위에 있는 Mn 함량을 갖는 어닐링되지 않고 미처리된 PFS 전구체의 샘플은 표 2에서 나타낸 바와 같이 높은 광속의 조건 하에 시험하였다.
실시예 7-12
PFS 전구체의 샘플은 표 2에 나타낸 바와 같이 4~8 시간의 범위에 있는 시간 동안 425~550℃ 범위에 있는 퍼니스 설정점 온도에서 어닐링하였다. 어닐링 후, 모든 샘플은 실시예 2에서와 같이 48% HF 중의 포화 K2SiF6 용액 중에 처리하였다. 어닐링된 인광체는 고 광속의 조건 하에 시험하였고, 그 결과는 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure 112015099913528-pct00003
실시예 13: 희석된 PFS 실리콘 테이프
어닐링되지 않은 K2SiF6:Mn(0.68 중량% Mn)을 실리콘 전구체와 혼합하여, 실리콘 87.8 부피%와 PFS 12.2 부피%로 구성된 고체 테이프로 형성시켰다. 대조군은 K2SiF6:Mn(0.68 중량% Mn)(도핑된 PFS)와 K2SiF6 (0 중량% Mn)(미도핑된 PFS)의 1:1 혼합물을 함유하였고, 실리콘 75.6 부피%, 미도핑된 PFS 12.2 부피2% 및 도핑된 PFS 12.2 부피%로 구성된 최종 조성물을 보유하였다.
테이프는 고 광속 조건 하에 안정성 시험을 실시하였다. 희석된 PFS 샘플에 대한 전력 강도 손실은 24 시간 후에 약 2.5%이었고, 대조군의 것보다 현저히 더 낮았다.
실시예 14: 감소된 Mn 수준
전구체 물질의 총중량을 기준으로 0.53 중량%의 Mn을 함유하는 Mn-도핑된 칼륨 플루오로실리케이트(PFS:Mn) 전구체, K2SiF6:Mn는 고 광속의 조건 하에 시험하였고, 그 결과는 표 3에 나타내었다. 보다 낮은 Mn 수준을 함유하는 물질은 열 처리되지 않은 대조군(비교예 8)보다 현저히 덜 한 손상을 경험하였다.
[표 3]
Figure 112015099913528-pct00004
실시예 15: 대안적인 퍼니스에서 보다 높은 어닐링 온도
전구체 물질의 총 중량을 기준으로 0.84 중량%의 Mn을 함유하는 Mn-도핑된 칼륨 플루오로실리케이트(PFS:Mn) 전구체, K2SiF6:Mn는 설정점 온도가 퍼니스에서 최대 온도에 보다 가까운 상이한 퍼니스에서 표 4에 제시된 조건 하에 어닐링하였다. 어닐링 단계 후에, 그 재료는 실시예 2에서와 같은 후처리 공정을 이용하여 처리하였다. 인광체 및 어닐링된, 미처리된 샘플(비교예 9)은 높은 광속의 조건 하에 시험하였다. 결과는 표 4에 나타내었다. 어닐링되고 후처리된 재료는 열 처리되지 않은 대조군보다 현저히 덜 한 손상을 경험하였다. 게다가, 청색 LED 여기 하에서 인광체 양자 효율은 초기 대조군 샘플에 대하여 ~7.5%만큼 더 높았다.
[표 4]
Figure 112015099913528-pct00005
실시예 16 및 17: LED 패키지 및 시험 절차
LED 패키지는 실시예 2 및 실시예 5에서의 조건을 이용하여 어닐링된 K2SiF6:Mn4+ 인광체(각각 실시예 16 및 실시예 17) 뿐만 아니라 어닐링되지 않은 K2SiF6:Mn4+인광체(비교예 10 및 11)를 사용하여 제조하였다. 이들 인광체를 Ce3+-도핑된 가닛 및 실리콘 바이더와 블렌딩하고, 전형적인 3030 LED 패키지와 유사한 패키지 내에 ~4000K의 색 온도 동안 2개의 청색 발광 LED 칩 내에 증착시켰다. 이어서, 그 패키지를 인쇄 회로판에 부착시켰다. 이들 패키지에서 LED 치수는 대략
0.65mm x 0.65mm이었다; 이러한 LED 면적을 취할 경우, LED 전류 밀도는 다음과 같이 정의된다:
LED 전류 밀도 = 구동 전류/[(LED 면적)*(패키지 내의 LED 수)]
비교예 10 및 실시예 16의 장치는 30mA로 주위 온도(T주위) 47oC에서 4000 시간 동안 작동하였다. 비교예 11 및 실시예 17의 장치는 700 mA의 구동 전류로 보드 온도(T보드) 60℃에서 30 분 동안 작동시켰다. 상기 식을 이용하면, 30 mA 구동 전류는 대략 3.6 A/cm2의 LED 전류 밀도를 부여하고, 700 mA 구동 전류는 대략 83 A/cm2의 LED 전류 밀도를 부여하였다. 인광체가 없는 유사한 LED 패키지는 100 mA 구동 전류 및 보드 온도 60℃에서 54%의 벽-플러그 효율(방출된 광 전력을 입력 전기 전력으로 나눈 것으로 정의됨)을 부여하고, 700 mA 구동 전류 및 보드 온도 60℃에서 22%의 상기 벽-플러그 효율을 부여하였다. 장치 색점은, 상이한 구동 전류 및 주위/보드 온도 조건 하에 LED를 작동한 후 상이한 시점에서, 보정된 적분구 분광계를 사용하여 LED 장치의 분광 전력 분포를 측정함으로써 얻었다. 결과는 하기 표 5 및 6에 나타내었다.
[표 5]
Figure 112015099913528-pct00006
[표 6]
Figure 112015099913528-pct00007
오로지 본 발명의 특정한 특색만이 본 명세서에 예시 및 기술되었지만, 수 많은 변경예 및 변형예가 당업자에게 일어날 수 있을 것이다. 그러므로, 첨부된 청구범위는 본 발명의 실제 기술적 사상 내에 속하는 모든 그러한 변경예 및 변형예를 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (41)

  1. 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체(color stable Mn4+ doped phosphor)를 합성하는 방법으로서,
    하기 화학식(I)의 전구체를 상승된 온도에서 기체 형태인 불소 함유 산화제와 접촉시켜 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체를 형성시키는 단계
    를 포함하는 방법:
    Ax[MFy]:Mn4+ (I)
    상기 식 중,
    A는 Li, Na, K, Rb, Cs, NR4 또는 이들의 조합이고;
    M은 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Al, Ga, In, Sc, Hf, Y, La, Nb, Ta, Bi, Gd, 또는 이들의 조합이며;
    R은 H, 저급 알킬 또는 이들의 조합이고;
    x는 [MFy] 이온 전하의 절대 값이며;
    y는 5, 6 또는 7이다.
  2. 제1항에 있어서, 불소 함유 산화제는 F2, 무수 HF, BrF5, NH4HF2, NH4F, AlF3, SF6, SbF5, ClF3, BrF3, KrF, XeF2, XeF4, NF3, PbF2, ZnF2, SiF4, SnF2, CdF2 또는 이들의 조합인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 불소 함유 산화제는 F2인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 온도는 100℃ 이상인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 온도는 350℃ 이상인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 온도는 225℃ 이상인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 온도는 200℃ 내지 700℃의 범위인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 온도는 350℃ 내지 600℃의 범위인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 인광체 전구체는 1 시간 이상의 시간 동안 반응물과 접촉하는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 인광체 전구체는 4 시간 이상의 시간 동안 반응물과 접촉하는 것인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 인광체 전구체는 6 시간 이상의 시간 동안 반응물과 접촉하는 것인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 인광체 전구체는 8 시간의 시간 동안 반응물과 접촉하는 것인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 인광체 전구체는 8 시간 이상의 시간 동안 250℃ 이상의 온도에서 반응물과 접촉하는 것인 방법.
  14. 제1항에 있어서, 온도는 초기에 4 시간 동안 250℃이고, 이후에 4 시간 동안 350℃인 방법.
  15. 제1항에 있어서, 대기는 0.5 부피% 이상의 불소를 포함하는 것인 방법.
  16. 제1항에 있어서, 대기는 5 부피% 이상의 불소를 포함하는 것인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 대기는 20 부피% 이상의 불소를 포함하는 것인 방법.
  18. 제1항에 있어서, 대기는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 또는 이들의 조합을 더 포함하는 것인 방법.
  19. 제1항에 있어서, 대기는 20 부피%의 불소 및 80 부피%의 질소를 포함하는 것인 방법.
  20. 제1항에 있어서, M는 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, 또는 이들의 조합인 방법.
  21. 제1항에 있어서,
    A는 Na, K, Rb, Cs, 또는 이들의 조합이고;
    M은 Si, Ge, Ti, 또는 이들의 조합이며;
    y는 6인 방법.
  22. 제1항에 있어서, 인광체 전구체는 K2SiF6:Mn4+인 방법.
  23. 제1항에 있어서, 미립자 형태인 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체와, 수성 플루오르화수소산 중의 하기 화학식(II)의 조성물의 포화 용액을 접촉시키는 단계를 더 포함하는 방법:
    Ax[MFy] (II)
  24. 삭제
  25. 반도체 광 공급원, 및
    제1항에 따른 방법에 의해 제조된 색 안정한 Mn4+ 도핑된 인광체
    를 포함하는 조명 장치(lighting apparatus).
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
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  34. 삭제
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  38. 삭제
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  41. 삭제
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