KR102531061B1 - 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조명 장치에 관한 것이다. 상기 조명 장치는 발광 물질을 포함하고, 상기 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다: (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n:E. MA는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, MB는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, MC는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, MD는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, TA는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, TB는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, TC는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, TD는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, TE는 5가 원소의 그룹으로부터 선택되었고, TF는 6가 원소의 그룹으로부터 선택되었으며, XA는 할로겐을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었고, XB는 O, S 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었으며, E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이다. 또한, 다음과 같은 내용도 적용된다: a+b+c+d=t; e+f+g+h+i+j=u; k+l+m+n=v, a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j-k-2l-3m-4n=w; 0.8 ≤ t ≤ 1; 3.5 ≤ u ≤ 4; 3.5 ≤ v ≤ 4; (-0.2) ≤ w ≤ 0.2 그리고 0 ≤ m < 0.875 v 및/또는 v ≥ 1 > 0.125 v.

Description

조명 장치{ILLUMINATION DEVICE}
본 발명은 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드(변환-LED)에 관한 것이다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2016 114 996.9호 및 10 2016 121 694.1호의 우선권을 주장하며, 이들 특허 출원서의 공개 내용은 인용에 의해서 본원에 수용된다.
자외선, 청색 또는 녹색 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기될 수 있고 청색, 녹색, 황색, 적색 또는 짙은 적색 스펙트럼 범위 내에서 효율적으로 방사하는 발광 물질은 백색 및 유색 변환-LED를 제조하기 위해서 가장 중요하다. 변환-LED는 많은 적용예들을 위해, 예를 들어 일반 조명, 디스플레이-역광 조명, 사이니지(signage), 디스플레이 패널, 자동차 및 수많은 또 다른 소비재에서 사용된다. 예를 들어 디스플레이와 같은 디스플레이 소자들의 역광 조명(backlighting)을 위한 변환-LED들은 일반 조명(general lighting)을 위한 변환-LED들과 뚜렷하게 구분된다. 일반 조명을 위한 변환-LED들에 대한 요구 조건들은 특히 높은 효율, 높은 연색 평가 지수(color rendering index) 및 3500K 미만의 색 온도와 더불어 높은 광 효율에 있다. 최대한 넓은 폭의 색 공간을 커버링하기 위해, 디스플레이 소자들의 역광 조명을 위한 변환-LED들은 특히 청색, 녹색 및 적색 스펙트럼 범위 내에서 협대역으로 방사하는 발광 물질들을 필요로 한다. 또한, 소비자 요구에 부합하는 색상들을 재현하는 유색의 변환-LED들에 대한 수요가 높다(소위 "고객의 요구에 맞춘 색상(color on demand)"-적용예들).
지금까지의 일반 조명 및 역광 조명을 위한 백색 방출 변환-LED들은 청색 일차 방사선을 방출하는 반도체 칩과 적색 및 녹색 발광 물질을 사용한다. 이와 같은 해결책의 단점은, 예를 들어 GaN 또는 InGaN 기반의 에피택셜 성장하는 반도체 칩들이 방출된 일차 방사선의 첨두 파장(peak wavelength)에서 변동들을 가질 수 있다는 것이다. 이는, 색 장소 및 연색성의 변경과 같은 백색 전체 방사선에서의 변동들을 야기하는데, 그 이유는 상기 일차 방사선이 전체 방사선의 청색 비율을 담당하기 때문이다. 이는 특히 장치 내 다수의 반도체 칩을 사용하는 경우에 문제가 된다.
변동들을 방지하기 위해, 반도체 칩들은 자체 색 장소들에 상응하게 분류된다("binning"). 방출된 일차 방사선의 파장을 기준으로 허용 오차들이 더 좁게 설정될수록, 한 개 이상의 반도체 칩으로 구성된 변환-LED들의 품질은 더 높아진다. 그러나 좁은 허용 오차들에 의한 분류 이후에도 반도체 칩들의 첨두 파장은 가변적인 작동 온도들 및 순방향 전류들에서 상당히 변경될 수 있다. 이는 일반 조명 적용예들 및 다른 적용예들에서 색 장소 및 색 온도와 같은 광학적 특성들의 변경을 야기할 수 있다.
텔레비전, 컴퓨터 모니터, 태블릿 및 스마트폰 내 디스플레이들과 같은 디스플레이 소자들의 역광 조제시 제조사들은 색상들을 생동감 있고 사실적으로 재현하기 위해 노력하는데, 그 이유는 이것이 소비자에게 매우 매력적이기 때문이다. 따라서 최대한 넓은 폭의 색 공간을 커버링하기 위해, 디스플레이 소자들의 역광 조명은 녹색, 청색 및 적색 스펙트럼 범위 내에서 매우 협대역으로 방사하는, 다시 말해 작은 반치전폭을 갖는 광원들을 필요로 한다. 역광 조명 적용예들을 위한 광원들로서 대부분 청색 방출 반도체 칩이 녹색 스펙트럼 범위 내 첨두 파장을 갖는 발광 물질 및 적색 스펙트럼 범위 내 첨두 파장을 갖는 발광 물질과 조합된다.
역광 조명 적용예들을 위한 변환-LED들은 일반적으로 녹색 발광 물질로서 예를 들어 이트륨-알루미늄-가닛, 루테튬-알루미늄-가닛 또는 β-SiAlON(Si6-zAlzOzN8-z:RE 또는 Si6-xAlzOyN8-y:REz, RE = 희토류 금속)을 사용한다. 그러나 이트륨-알루미늄-가닛은 큰 반치전폭의 방출 피크(emission peak)를 가짐으로써, 결과적으로 현저한 필터링 손실(filtering loss)에 의해 달성 가능한 색 공간이 제한되고, 효율도 감소한다. β-SiAlON은 60㎚ 미만의 반치전폭을 갖고 녹색 스펙트럼 범위 내에서 협대역으로 방사함으로써, 가닛-발광 물질보다 더 진한(saturated) 녹색을 재현한다. 그러나 β-SiAlON은 우수한 내부 및 외부 양자 효율 측면에서 부족한데, 이는 전체 역광 조명을 덜 효율적으로 만든다. 계속해서 이와 같은 발광 물질들의 제조는 매우 높은 온도들 및 복잡한 장비를 요구한다. 때문에 발광 물질의 제조가 매우 비싸고, 그에 따라 이와 같은 발광 물질을 갖는 변환-LED들의 제조도 비싸다.
양자 점들도 자체적으로 매우 협대역으로 방사함으로써 역광 조명 적용예들을 위한 일차 방사선의 변환을 위해 사용된다. 그러나 양자 점들은 매우 불안정하다. 또한, 시중에서 구할 수 있는 대부분의 양자 점들은, 그 농도가 통상의 전자 제품들에서 RoHS 규정(유해 물질 제한, "reduction of hazardous substances", EU-지침 2011/65/EU)하에 제한되어 있는 Hg 또는 Cd와 같은 유해한 성분들을 포함한다.
변환-LED들의 공지된 청-녹색 내지 녹색 발광 물질들은 예를 들어 Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu, (Sr, Ba)2SiO4:Eu 및 Lu3(Al, Ga)5O12:Ce의 발광 물질들이다. 그러나 이와 같은 발광 물질들을 갖는 변환-LED들은 불충분한 색 단위를 갖고 특정 색 장소들을 달성하지 못하는데, 때문에 상기 변환-LED들은 많은 "고객의 요구에 맞춘 색상(color on demand)"-적용예들에서 고려되지 않는다.
본 발명의 과제는, 선행 기술에 대하여 개선되고, 특히 일반 조명, 역광 조명 및 "고객의 요구에 맞춘 색상(color on demand)"-적용예들을 위해 사용될 수 있는 조명 장치, 특히 변환-LED를 제시하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항 제 1 항에 따른 조명 장치에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시 형태들 및 개선예들은 각각 종속 청구항들에 제시되어 있다.
발광 물질이 제시된다. 상기 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다: (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n.
이 경우, MA는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, MB는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, MC는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, MD는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, TA는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, TB는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, TC는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, TD는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, TE는 5가 원소의 그룹으로부터 선택되었고, TF는 6가 원소의 그룹으로부터 선택되었으며, XA는 할로겐을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었고, XB는 O, S 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었으며, XC = N이며, XD = C이다. 또한, 다음과 같은 식들도 적용된다:
- a+b+c+d = t;
- e+f+g+h+i+j = u
- k+l+m+n = v
- a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j-k-2l-3m-4n = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 자신의 실험식 내부에 적어도 Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn을 포함한다. Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn은, 방사선의 방출에 책임이 있는 발광 물질의 활성체로서 이용된다. 그에 따라 발광 물질은 특히 다음과 같은 화학식을 가질 수 있다: (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n:E(이때 E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn).
여기에서 그리고 다음에서 발광 물질은 실험식들을 참조하여 기술된다. 제된 실험식에서는, 발광 물질이 예컨대 불순물 형태의 또 다른 원소들을 구비하는 것이 가능하며, 이 경우 이들 불순물은 함께 바람직하게는 최대 1,000분의 1 또는 100 ppm(parts per million) 또는 10 ppm의 발광 물질 중량부를 가져야만 한다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 일반적인 실험식 (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n 또는 (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n:E를 갖는 발광 물질에 대해서: 0 ≤ m < 0.875 v 및/또는 v ≥ l > 0.125 v가 적용된다.
발광 물질을 포함하는 조명 장치가 제시된다. 상기 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다:
(MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n,
이때
- MA는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- MC는 Y, Fe, Cr, Sc, In, 희토류 및 이들의 조합물을 포함하는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- MD는 Zr, Hf, Mn, Ce 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TB는 Mg, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TC는 B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, 희토류 및 이들의 조합물을 포함하는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TD는 Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TE는 P, Ta, Nb, V 및 이들의 조합물을 포함하는 5가 원소의 그룹으로부터 선택되었고,
- TF는 W, Mo 및 이들의 조합물을 포함하는 6가 원소의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XA는 F, Cl, Br 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었고,
- XB는 O, S 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XC = N
- XD = C
- a+b+c+d = t
- e+f+g+h+i+j = u
- k+l+m+n = v
- a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j-k-2l-3m-4n = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2이며,
0 ≤ m < 0.875 v 및/또는 v ≥ l > 0.125 v이다. 상기 발광 물질은 특히 자신의 실험식 내부에 적어도 Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn을 함유하고, 특히 실험식 (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n:E를 가지며, 이 경우 E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이다.
MA, MB, MC, MD, TA, TB, TC, TD, TE, TF에 대한 원소들의 할당은 특히 발광 물질의 결정 구조 내부에서의 이들의 배열 상태에 근거를 두고 있다. 특히, 이 경우 결정 구조 내부에서 TA, TB, TC, TD, TE 및/또는 TF는 XA, XB, XC 및/또는 XD에 의해서 둘러싸여 있고, 그로부터 결과적으로 나타나는 구조 유닛들은 공동의 모서리 및 에지를 통해 연결된다. 구조 유닛들의 모서리 연결 및 에지 연결에 의해서는, 특히 MA, MB, MC 및/또는 MD가 그 내부에 배열되어 있는 공동 또는 채널이 형성된다. 이와 같은 할당으로 인해, 가능한 원소들이 MA, MB, MC, MD, TA, TB, TC, TD, TE 및 TF 내에서 겹치는 것이 가능하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다: (MA)a(MB)b(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(XC)m(XB)l,
이때
- MA는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TB는 Mg, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TC는 B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, 희토류 및 이들의 조합물을 포함하는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TD는 Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XB는 O, S 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XC = N
- a+b = t
- e+f+g+h = u
- l+m = v
- a+2b+e+2f+3g+4h-2l-3m = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2이며,
0 ≤ m < 0.875 v 및/또는 v ≥ l > 0.125 v이다. 상기 발광 물질은 특히 자신의 실험식 내부에 적어도 Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn을 함유하고, 특히 실험식 (MA)a(MB)b(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(XC)m(XB)l:E를 가지며, 이 경우 E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이다. 바람직하게는 다음과 같은 내용이 적용된다:
- MA는 Li, Na, K, Rb, Cs 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Eu 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TB는 Eu를 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TC는 B, Al, Ga, In 및 이들의 조합물을 포함하는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TD는 Si, Ge, Sn, Mn, Ti 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XB = O이다.
하나의 실시 형태에서 조명 장치는 변환-발광 다이오드를 의미한다.
변환-발광 다이오드(변환-LED)가 제시된다. 상기 변환-발광 다이오드(변환-LED)는 실험식
(MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n의 발광 물질을 포함한다.
이 경우, MA는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, MB는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, MC는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, MD는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, TA는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, TB는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, TC는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, TD는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, TE는 5가 원소의 그룹으로부터 선택되었고, TF는 6가 원소의 그룹으로부터 선택되었으며, XA는 할로겐을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었고, XB는 O, S 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었으며, XC = N이며, XD = C이다. 또한, 다음과 같은 식들도 적용된다:
- a+b+c+d = t;
- e+f+g+h+i+j = u
- k+l+m+n = v
- a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j-k-2l-3m-4n = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2. 상기 발광 물질은 특히 자신의 실험식 내부에 적어도 Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn을 함유하고, 특히 실험식 (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n:E를 가지며, 이 경우 E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이다. 특히 상기 발광 물질은 변환 소자 내에 배치되어 있다.
하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-LED는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 방출하도록 설계되어 있는 일차 방사선원을 포함한다. 계속해서 상기 조명 장치, 특히 변환-LED는 전자기 일차 방사선의 빔 경로 내에 배치되어 있는 변환 소자를 포함한다. 상기 변환 소자는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED의 작동 중에 적어도 부분적으로 전자기 일차 방사선을 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있는 발광 물질을 포함한다. 상기 발광 물질은 특히 다음과 같은 실험식을 갖는다:
(MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n,
이때
- MA는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- MC는 Y, Fe, Cr, Sc, In, 희토류 및 이들의 조합물을 포함하는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- MD는 Zr, Hf, Mn, Ce 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TB는 Mg, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TC는 B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, 희토류 및 이들의 조합물을 포함하는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TD는 Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TE는 P, Ta, Nb, V 및 이들의 조합물을 포함하는 5가 원소의 그룹으로부터 선택되었고,
- TF는 W, Mo 및 이들의 조합물을 포함하는 6가 원소의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XA는 F, Cl, Br 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었고,
- XB는 O, S 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XC = N
- XD = C
- a+b+c+d = t
- e+f+g+h+i+j = u
- k+l+m+n = v
- a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j-k-2l-3m-4n = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2이며,
0 ≤ m < 0.875 v 및/또는 v ≥ l > 0.125 v이다. 상기 발광 물질은 특히 자신의 실험식 내부에 적어도 Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn을 함유하고, 특히 실험식 (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n:E를 가지며, 이 경우 E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이다.
0 ≤ m < 0.875 v 및/또는 v ≥ l > 0.125 v가 의미하는 바는, XA, XB, XC 및 XD의 물질의 총량을 기준으로 발광 물질 내에서의 XC, 즉 질소의 몰비가 87.5 Mol% 미만이고/미만이거나 XA, XB, XC 및 XD의 물질의 총량을 기준으로 발광 물질 내에서의 XB, 즉 산소 및/또는 황의 몰비가 12.5 Mol% 초과라는 것이다.
발광 물질이 전자기 일차 방사선을 적어도 부분적으로 전자기 이차 방사선으로 변환한다는 사실은 한편으로, 상기 전자기 일차 방사선이 부분적으로 상기 발광 물질에 의해 흡수되고, 적어도 부분적으로 상기 일차 방사선과 다른, 특히 더 긴 파장 범위를 갖는 이차 방사선으로 방출된다는 것을 의미할 수 있다. 이와 같은 소위 부분 변환의 경우, 조명 장치, 특히 변환-LED는 특히 일차 방사선과 이차 방사선으로 구성된 전체 방사선을 방출한다. 다시 말해, 상기 조명 장치, 특히 변환-LED가 일차 방사선과 이차 방사선으로 이루어진 혼합 방사선을 방출하는 것이 가능하다.
발광 물질이 적어도 부분적으로 전자기 일차 방사선을 전자기 이차 방사선으로 변환한다는 사실은 또한, 상기 전자기 일차 방사선이 거의 완전히 상기 발광 물질에 의해 흡수되고, 전자기 이차 방사선의 형태로 방출된다는 것을 의미할 수 있다. 이는 완전 변환으로도 지칭될 수 있다. 그에 따라 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED의 방출된 방사선 또는 전체 방사선은 거의 완전히 전자기 이차 방사선에 상응한다. 거의 완전한 변환은 90％, 특히 95％를 초과하는 변환을 의미한다. 다시 말해, 상기 조명 장치, 특히 변환-LED가 대부분 이차 방사선을 방출하는 것이 가능하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 일차 방사선원은 조명 장치의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 방출하도록 설계되어 있는 활성층을 갖는 층 시퀀스를 의미한다.
이와 관련하여 "층 시퀀스"는 한 개 이상의 층을 포함하는 층 시퀀스를 의미하는데, 예를 들어 p-도핑된 반도체 층 및 n-도핑된 반도체 층의 시퀀스를 의미하며, 이때 층들은 서로 중첩되어 있고, 그리고 이때 전자기 일차 방사선을 방출하는 적어도 하나의 활성층이 포함되어 있다.
상기 층 시퀀스는 에피택시 층 시퀀스로서, 또는 에피택시 층 시퀀스를 갖는 방사선 방출 반도체 칩으로서, 다시 말해 에피택셜 성장한 반도체 층 시퀀스로서 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 층 시퀀스는 예를 들어 InGaAlN에 기초하여 구현될 수 있다. InGaAlN 기반의 반도체 칩들 및 반도체 층 시퀀스들은 특히, 에피택셜 제조된 반도체 층 시퀀스가 Ⅲ-Ⅴ-화합물 반도체 재료계 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1 및 x＋y≤1)의 재료를 포함하는 적어도 하나의 단일 층을 포함하는 서로 다른 단일 층들로 이루어진 층 시퀀스를 갖는 반도체 칩들 및 반도체 층 시퀀스들이다. InGaAlN 기반의 적어도 하나의 활성층을 포함하는 반도체 층 시퀀스들은 예를 들어 자외선 내지 청색 파장 범위 내 전자기 방사선을 방출할 수 있다.
활성 반도체 층 시퀀스는 활성층 이외에 추가 기능성 층들 및 기능성 영역들을 포함할 수 있는데, 예컨대 p- 또는 n-도핑된 전하 캐리어 운반 층들, 다시 말해 전자- 또는 정공 운반 층들, 도핑되지 않았거나 p- 또는 n-도핑된 구속층들(confinement layers), 피복층들(cladding layers) 또는 도파관 층들(waveguide layers), 장벽층들, 평탄화 층들, 완충층들, 보호층들 및/또는 전극들 그리고 상기 층들의 조합들을 포함할 수 있다. 계속해서 예를 들어 성장 기판을 등지는 반도체 층 시퀀스의 측면 상에 하나 또는 다수의 미러층이 제공될 수 있다. 활성층 또는 추가 기능성 층들 및 영역들과 관련한 여기서 기술되는 구조들은 특히 형상, 기능 및 구조의 관점에서 당업자에게 공지되어 있으며, 따라서 이곳에서 더 상세하게 설명되지 않는다.
하나의 실시 형태에서 일차 방사선원 또는 층 시퀀스의 활성층의 방출된 일차 방사선은 근자외선 범위 내지 전자기 스펙트럼의 청색 범위 내에 있다. 이 경우, 근자외선 범위는 방출된 일차 방사선이 300㎚(300㎚ 포함) 내지 420㎚(420㎚ 포함)의 파장을 갖는다는 것을 의미할 수 있다. 이 경우, 전자기 스펙트럼의 청색 범위는 방출된 일차 방사선이 420㎚ 내지 500㎚(500㎚ 포함), 바람직하게는 420㎚ 내지 460㎚(460㎚ 포함)의 파장을 갖는다는 것을 의미할 수 있다.
하나의 실시 형태에서 층 시퀀스의 활성층은 조명 장치의 작동 중에 300㎚(300㎚ 포함) 내지 500㎚(500㎚ 포함) 또는 300㎚(300㎚ 포함) 내지 460㎚(460㎚ 포함), 바람직하게는 300㎚(300㎚ 포함) 또는 330㎚(330㎚ 포함) 내지 450㎚(450㎚ 포함) 또는 440㎚(440㎚ 포함) 또는 430㎚(430㎚ 포함)의 파장을 갖는 전자기 일차 방사선을 방출한다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 일차 방사선원 또는 층 시퀀스는 그 위에 변환 소자가 배치되어 있는 방사선 방출면을 포함한다.
이 경우, 층 또는 소자가 다른 층 또는 다른 소자 "상에" 또는 "위에" 배치 또는 제공되어 있다는 사실은 여기서 그리고 다음에서, 상기 층 또는 소자가 다른 층 또는 다른 소자 상에 직접 기계적으로 그리고/또는 전기적으로 접촉하여 배치되어 있다는 것을 의미할 수 있다. 이는 계속해서, 상기 층 또는 소자가 다른 층 또는 다른 소자 상에 또는 위에 간접적으로 배치되어 있다는 것을 의미할 수도 있다. 이 경우, 추가 층들 및/또는 소자들이 상기 층과 상기 다른 층 사이에, 또는 상기 소자와 상기 다른 소자 사이에 배치될 수 있다.
이 경우, 방사선 방출면은 일차 방사선원 또는 층 시퀀스의 주 표면이다. 상기 방사선 방출면은 특히 층 시퀀스의 반도체 층들의 주 연장 평면에 대해 평행하게 연장된다. 예를 들어 층 시퀀스를 벗어나는 일차 방사선의 적어도 75％ 또는 90％가 상기 방사선 방출면을 통해 상기 층 시퀀스로부터 방출된다.
하나의 실시 형태에서 변환 소자는 일차 방사선원 또는 층 시퀀스에 대해, 특히 일차 방사선원 또는 층 시퀀스의 방사선 방출면에 대해 직접적인 기계적 접촉부를 갖는다.
하나의 실시 형태에서 변환 소자는 일차 방사선원 또는 층 시퀀스 전체 면적에 걸쳐서, 특히 일차 방사선원 또는 층 시퀀스의 방사선 방출면 전체 면적에 걸쳐서 배치되어 있다.
하나의 실시 형태에서 변환 소자는 매트릭스 재료를 포함한다. 발광 물질은 매트릭스 재료 내에 분포할 수 있는데, 예를 들어 상기 발광 물질은 상기 매트릭스 재료 내에 균일하게 분포한다.
상기 매트릭스 재료는 일차 방사선 및 이차 방사선에 대해 투과성을 갖고, 예를 들어 다음 재료들의 그룹으로부터 선택되었다: 유리, 실리콘, 에폭시수지, 폴리실라잔, 폴리메타크릴레이트 및 폴리카보네이트, 그리고 상기 재료들의 조합들. 투과성은 상기 매트릭스 재료가 상기 일차 방사선 및 이차 방사선을 적어도 부분적으로 통과시킨다는 것을 의미한다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, MA, MB, MC, MD, TA, TB, TC, TD, TE 및 TF는 상응하는 1가, 2가, 3가, 4가, 5가 또는 6가 양이온이다. 다른 말로 표현하자면, MA 및 TA는 산화 상태 +1을 갖고, MB 및 TB는 산화 상태 +2를 가지며, MC 및 TC는 산화 상태 +3을 갖고, MD 및 TD는 산화 상태 +4를 가지며, TE는 산화 상태 +5를 갖고, TF는 산화 상태 +6을 갖는다. XA, XB, XC 및 XD는 특히 상응하는 원소들의 음이온이다. 이 경우, XA는 바람직하게 산화 상태 -1을 갖고, 그리고 XB는 산화 상태 -2를 가지며, XC, 즉 N은 산화 상태 -3을 갖고, XD, 즉 C는 산화 상태 -4를 갖는다.
WO 2013/175336 A1호에서는, 작은 반치전폭으로 방사하는 새로운 패밀리의 적색-방출 발광 물질이 기술된다. 이 간행물에 기술된 발광 물질은, 이 발광 물질의 음이온 원소의 총량을 기준으로 적어도 87.5%의 질소 및 최대 12.5%의 산소 비율을 갖는다. WO 2013/175336 A1호에 따르면, 발광 물질 내에서의 더 높은 산소 함량은 불안정한 화합물을 야기한다. 따라서, 12.5%를 초과하는 산소 함량을 갖는 발광 물질은 절연될 수 없었다.
여기에서 그리고 다음에서 반치전폭이란, 방출 피크의 최댓값의 절반 높이에 대한 스펙트럼 폭으로 이해되며, 축약해서 FWHM 또는 Full-width at half maximum으로 지칭된다. 방출 피크는 최대 강도를 갖는 피크로 이해된다.
놀랍게도, 본 발명의 발명자들은, 더 높은 산소 비율 및/또는 황 비율, 다시 말해 음이온 원소의 물질의 총량을 기준으로 발광 물질 내에서의 산소 비율 및/또는 황 비율이 12.5 몰% 초과이거나 더 낮은 질소 비율, 다시 말해 음이온 원소의 물질의 총량을 기준으로 발광 물질 내에서의 질소 비율이 87.5 몰% 미만이면, 높은 양자 효율을 갖는 매우 안정적이고 효율적인 발광 물질이 야기된다는 사실을 발견했다. 상기 발광 물질은 UV-범위 내지 녹색 범위에서, 특히 300 nm 내지 500 nm 또는 300 nm 내지 460 nm, 바람직하게는 300 nm 내지 430 nm 또는 300 nm 내지 450 nm에서 높은 흡수 능력을 가지며, 그에 따라 상기 파장 범위 내에 있는 일차 방사선에 의해 효율적으로 여기된다. 상기 일차 방사선은 발광 물질에 의해서, 이차 방사선으로도 지칭되는 더 긴 파장의 방사선으로 전체적으로(완전 변환) 또는 부분적으로(부분 변환) 변환될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 바람직하게 다음과 같은 내용이 적용된다: 0 ≤ m < 0.75 v 또는 v ≥ l > 0.25 v, 0 ≤ m < 0.625 v 또는 v ≥ l > 0.375 v. 특히 바람직한 경우는: 0 ≤ m < 0.5 v 또는 v ≥ l > 0.5 v, 0 ≤ m < 0.375 v 또는 v ≥ l > 0.625 v, 0 ≤ m < 0.25 v 또는 v ≥ l > 0.7 v, 0 ≤ m < 0.125 v 또는 v ≥ l > 0.875 v 또는 m = 0 또는 l = v이다.
발명자들은, 놀랍게도 산소 함량 및/또는 황 함량이 증가함에 따라 또는 질소 함량이 감소함에 따라 발광 물질의 첨두 파장이 더 짧은 파장쪽으로 이동하고, 또한 매우 안정적인 발광 물질을 결과적으로 유도한다는 사실을 발견했다. 그럼으로써 바람직하게는, 산소 함량 또는 질소 함량의 변동에 의해서 발광 물질의 원하는 첨두 파장을 상응하게 설정하는 것이 가능하다. 또한, 발광 물질의 첨두 파장 및/또는 반치전폭은 금속 또는 원소 MA, MB, MC, MD, TA, TB, TC, TD, TE, TF, XA, XC, XD 및/또는 XB의 조합 또는 치환에 의해서 변동된다. 더 상세하게 말하자면, 자체 특성, 특히 첨두 파장 및 반치전폭에 있어서 상응하는 적용예에 의도한 바대로 부합될 수 있는 동시에 놀랍게도 또한 매우 안정적인 발광 물질을 제공할 수 있는 가능성이 발견되었다. 특히, 상기 발광 물질은 예를 들어 50 nm 미만, 30 nm 미만 또는 20 nm 미만의 매우 좁은 반치전폭을 가질 수 있으며, 이는 다수의 적용예를 위해, 예컨대 역광 조명 적용예를 위해 발광 물질을 유용하게 만든다.
본 경우에, "첨두 파장"으로서는, 최대 강도가 방출 스펙트럼 내에 놓여 있는 방출 스펙트럼 내의 파장이 지칭된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 실험식 (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n:E를 갖는 발광 물질에 대해서는 다음의 내용이 적용된다:
a+b+c+d = 1;
e+f+g+h+i+j = 4;
k+l+m+n = 4;
a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j-k-2l-3m-4n = 0 그리고 m < 3.5 또는 l > 0.5. 다시 말해, 이 경우에는 전기 중립적인 발광 물질이 다루어진다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, n = 0, k = 0, v = 4이고, m < 3.5 및 l > 0.5이다. 더 상세하게 말하자면, 이때 상기 발광 물질은 다음과 같은 실험식을 갖는다: (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XB)l(XC)m:E. 이 경우, MA, MB, MC, MD, TA, TB, TC, TD, TE, TF, XC 및 XB는 전술된 바와 같이 정의되었다. 이와 같은 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다만 질소 및 산소, 질소 및 황 또는 질소, 황 및 산소를 음이온으로서 구비하고, 바람직하게는 다만 질소 및 산소를 음이온으로서 구비한다. 그러나 이 경우에는, 불순물 형태의 또 다른 음이온 원소들도 존재한다는 사실이 배제되지 않았다. 바람직하게는, m < 3.0 및 l > 1.0; m < 2.5 및 l > 1.5; m < 2.0 및 l < 2.0; m < 1.5 및 l > 2.5; m < 1.5 및 l > 2.5; m < 1.0 및 l > 3.0; m < 0.5 및 l > 3.5 또는 m = 0 및 l = 4가 적용된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (MA)a(MB)b(TA)e(TD)h(XB)l(XC)m:E를 갖는다. 이 경우 바람직하게 다음과 같은 내용이 적용된다:
- MA는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 바람직하게, MA는 Li, Na, K, Rb, Cs 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 바람직하게, MB는 Mn, Eu, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 매우 특히 바람직하게, MB = Eu이거나 Eu와 Mn 및/또는 Yb의 조합물이며,
- TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 바람직하게, TA는 Li, Na 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 매우 특히 바람직하게 TA = Li이며,
- TD는 Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 바람직하게, TD는 Si, Ge, Sn, Mn, Ti 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 매우 특히 바람직하게 TD = Si이며,
- XB는 O, S 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 바람직하게 XB = O이며,
- XC = N이다. 더 적용되는 사실은:
- a+b = t,
- e+h = u,
- l+m = v,
- a+2b+e+4h-2l-3m = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2
- 0 ≤ m ≤ 0.875 v 및/또는 v ≥ 1 > 0.125 v이며,
- E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이고, 바람직하게 E = Eu이다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (MA)a(MB)b(TA)e(TD)h(XB)l(XC)m:E를 갖는다. 이 경우, 다음과 같은 내용이 적용된다:
- MA는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게, MA는 Li, Na, K, Rb 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게, MB는 Mn, Eu, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 바람직하게, MB = Eu이거나 Mn 및/또는 Yb와 Eu의 조합물이며,
- TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게, TA는 Li, Na 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 바람직하게 TA = Li이며,
- TD는 Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게, TD는 Si, Ge, Sn, Mn, Ti 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 바람직하게 TD = Si이며,
- XB는 O, S 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었다 바람직하게 XB = O이다.
- XC = N이다. 더 적용되는 사실은:
a+b = 1;
e+h = 4;
l+m = 4;
- a+2b+e+4h-2l-3m = 0이고, m < 3.5 또는 l > 0.5이며,
E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이고, 바람직하게 E = Eu이다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (MA)a(MB)b(TA)e(TC)g(TD)h(XB)l(XC)m:E를 가지며, 이 경우
- MA는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TC는 B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, 희토류 및 이들의 조합물을 포함하는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TD는 Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XB는 O, S 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XC = N
- a+b = t
- e+g+h = u
- l+m = v
- a+2b+e+3g+4h-2l-3m = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2이며,
E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이다. 바람직하게는 다음과 같은 내용이 적용된다: 0 ≤ m < 0.875 v 및/또는 v ≥ l > 0.125 v. 이와 같은 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다만 질소 및 산소, 질소 및 황 또는 질소, 황 및 산소를 음이온으로서 구비하고, 바람직하게는 다만 질소 및 산소를 음이온으로서 구비한다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (MA)a(MB)b(TA)e(TC)g(TD)h(XB)l(XC)m:E를 가지며, 이 경우
- MA는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Eu 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TC는 B, Al, Ga 및 이들의 조합물을 포함하는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TD는 Si, Ge 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XB = O,
- XC = N
- a+b = 1
- e+g+h = 4
- l+m = 4
- a+2b+e+3g+4h-2l-3m = 0 그리고
E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이다. 바람직하게 m < 3.5 또는 l > 0.5이다. 더 상세하게 말해서, 이 경우에는 다만 질소 및 산소를 음이온으로서 구비하는 전기 중립적인 발광 물질이 다루어진다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (MA)a(MB)b(TA)e(TC)g(TD)h(XB)l(XC)m:E를 가지며, 이 경우
- MA는 Li, Na, K 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Eu 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TA = Li,
- TC = Al,
- TD - Si,
- XB = O,
- XC = N
- a+b = 1
- e+g+h = 4
- l+m = 4
- a+2b+e+3g+4h-2l-3m = 0 그리고 E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이고, 바람직하게 E = Eu이다. 바람직하게 m < 3.5 또는 l > 0.5이다. 더 상세하게 말해서, 이 경우에는 다만 질소 및 산소를 음이온으로서 구비하는 전기 중립적인 발광 물질이 다루어진다. 상기 발광 물질은 자신의 실험식 내부에 적어도 Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn을 함유한다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질으로서 산화물이 다루어지는데, 다시 말해 상기 발광 물질 내에는 다만 산소만이 음이온 원소로서 존재한다. 이때, 상기 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식들 중 하나를 갖는다:
(MA)1(TA)3(TD)1(XB)4:E,
(MA)1(TA)3-x(TD)1-x(TB)x(TC)x(XB)4:E,
(MA)1-x'(MB)x'(TA)3(TD)1-x'(TC)x'(XB)4:E,
(MA)1-x"(MB)x"(TA)3-x"(TD)1-x"(TC)2x"(XB)4:E,
(MA)1(TA)3-2z(TB)3z(TD)1-z(XB)4:E 또는
(MA)1(TA)3(TD)1-2z'(TC)z'(TE)z'(XB)4:E이며, 이 경우
XB = O,
0 ≤ x ≤ 1, 예를 들어 x = 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 또는 1이고, 바람직하게는 0 < x < 1, 예를 들어 x = 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8 또는 0.9이며,
0 ≤ x' ≤ 1, 예를 들어 x' = 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 또는 1이고, 바람직하게는 0 < x' < 1, 예를 들어 x' = 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8 또는 0.9이며,
0 ≤ x" ≤ 1, 예를 들어 x" = 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 또는 1이고, 바람직하게는 0 < x < 1, 예를 들어 x" = 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8 또는 0.9이며,
0 ≤ z ≤ 1, 예를 들어 z = 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 또는 1이고, 바람직하게는 0 < z < 1, 예를 들어 z = 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8 또는 0.9이며,
0 ≤ z' ≤ 0.5, 바람직하게는 0 < z' < 0.5, 예를 들어 z' = 0, 0.1; 0.2; 0.3 또는 0.4이며,
그리고 E는 Eu, Ce, Yb, Mn 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다.
여기에서 그리고 다음에서 E는 또한 활성체로서도 지칭될 수 있다. 활성체 및 특히 주격자 내에서의 이 활성체의 주변은 루미네선스, 특히 발광 물질 방사의 첨두 파장에 대해 책임이 있다.
금속 또는 원소 MA, MB, TA, TB, TC, TD, TE 및/또는 XB는 발광 물질에서 특히 주격자를 형성하며, 이 경우 E는 양이온 원소 MA, MB, TA, TB, TC, TD 및/또는 TE의 격자 위치(lattice site)를 부분적으로 대체할 수 있거나 중간 격자 위치를 차지할 수 있다. 특히, 이 경우 E는 MA의 격자 위치를 점유한다. 전하 보상을 위해, 또 다른 원소들의 비율, 예를 들어 TA 및/또는 TD의 비율이 변할 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 옥사이드 또는 옥소니트라이드, 바람직하게는 옥소니트라이드이고, 그렇기 때문에 자신의 실험식 내에서는 다만 산소 또는 산소 및 질소만을 음이온 원소로서 구비한다. 이 경우, 상기 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 가질 수 있다:
(MA)1-y(TB)y(TA)3-2y(TC)3y(TD)1-y(XB)4-4y(XC)4y:E,
(MA)1-y*(MB)y*(TA)3-2y*(TC)3y*(TD)1-y*(XB)4-4y*(XC)4y*:E,
(MA)1(TA)3-y'(TC)y'(TD)1(XB)4-2y'(XC)2y':E,
(MA)1(TA)3-y"(TB)y"(TD)1(XB)4-y"(XC)y":E,
(MA)1-w"'(MB)w"'(TA)3(TD)1(XB)4-w"'(XC)w"':E,
(MA)1(TA)3-w'(TC)2w'(TD)1-w'(XB)4-w'(XC)w':E 또는
(MA)1-w"(MB)w"(TA)3-w"(TD)1-w"(TC)2w"(XB)4-2w"(XC)2w":E,
이 경우
XB = O,
0 ≤ y ≤ 1, 예를 들어 y = 0; 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 또는 1이고, 바람직하게는 0 < y < 0.875, 예를 들어 y = 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7 또는 0.8이며, 매우 특히 바람직하게는 0 ≤ y ≤ 0.4이며,
0 ≤ y* ≤ 0.875 또는 바람직하게는 0 < y* ≤ 0.5이며, 특히 바람직하게는 0 < y* ≤ 0.3이고, 매우 특히 바람직하게는 0 < y* ≤ 0.1이며,
0 ≤ y' ≤ 2, 예를 들어 y' = 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9; 1.0; 1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5; 1.6; 1.7; 1.8; 1.9 또는 2.0이며, 바람직하게는 0 < y' ≤ 1.75이고, 특히 바람직하게는 0 ≤ y' ≤ 0.9이며,
0 ≤ y" ≤ 3, 예를 들어 y" = 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9; 1.0; 1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5; 1.6; 1.7; 1.8; 1.9, 2.0; 2.1; 2.2; 2.3; 2.4; 2.5; 2.6; 2.7; 2.8; 2.9 또는 3.0이며, 바람직하게는 0 < y" ≤ 3이고, 특히 바람직하게는 0 < y" ≤ 1.9이며,
0 ≤ w"' ≤ 1, 예를 들어 w"' = 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 또는 1.0이고, 바람직하게는 0 < w"' < 1이며,
0 ≤ w' ≤ 1, 예를 들어 w' = 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 또는 1.0이고, 바람직하게는 0 < w' < 1이며,
0 ≤ w" ≤ 1, 예를 들어 w" = 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 또는 1.0이고, 바람직하게는 0 < w" < 1이며, E는 Eu, Ce, Yb, Mn 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, E는 Eu, Ce, Yb, Mn 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다. 특히, E로서는 Eu3+, Eu2+, Ce3+, Yb3+, Yb2+ 및/또는 Mn4+가 다루어진다.
금속 또는 원소 MA, MB, TA, TB, TC, TD, XC 및/또는 XB는 발광 물질에서 주격자를 형성하고, 이때 E는 MA, MB, TA, TB, TC 및/또는 TD의 격자 위치, 바람직하게는 MA의 격자 위치를 부분적으로 대체할 수 있거나 중간 격자 위치를 차지할 수 있다.
활성체 Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn, 특히 Eu, 또는 Ce, Yb 및/또는 Mn과 조합된 Eu를 사용함으로써, CIE-색 공간에서의 발광 물질의 색 장소, 이 발광 물질의 첨두 파장(λpeak) 또는 주파장(λdom), 및 반치전폭이 특히 우수하게 설정될 수 있다.
주파장은, 유사한 색조 지각을 발생하는 스펙트럼 (단색) 광에 의해서 비-스펙트럼 (다색) 광 혼합을 기술할 수 있는 한 가지 가능성이다. CIE-색 공간 내에서, 특정 색에 대한 일 점과 점 CIE-x = 0.333, CIE-y = 0.333을 연결하는 선은, 상기 선이 2개의 점에서 공간의 윤곽과 만나도록 외삽될 수 있다. 상기 색에 더 가깝게 놓여 있는 교차점은 그 색의 주파장을 상기 교차점에 있는 순수한 스펙트럼 색의 파장으로서 나타낸다. 다시 말해, 주파장은 육안에 의해서 지각되는 파장이다.
활성체 E는 하나의 추가 실시 형태에 따라 0.1 몰% 내지 20 몰%, 1 몰% 내지 10 몰%, 0.5 몰% 내지 5 몰%, 2 몰% 내지 5 몰%의 몰%-량으로 존재할 수 있다. 지나치게 높은 E 농도는 농도 소광(concentration quenching)에 의한 효율 손실을 야기할 수 있다. 여기에서 그리고 다음에서 활성체 E, 특히 Eu에 대한 몰%-수치는 특히 개별 발광 물질 내에서 MA, MB, MC 및 MD의 몰 비율에 대한 몰%-수치로서 이해된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식들 중 하나를 갖는다:
(MA)Li3-xSi1-xZnxAlxO4:E;
(MA)Li3-xSi1-xMgxAlxO4:E;
(MA)1-x'Cax'Li3Si1-x'Alx'O4:E;
(MA)1-x"Cax"Li3-x"Si1-x"Mg2x"O4:E;
(MA)Li3-2zMg3zSi1-zO4:E;
(MA)Li3Si1-2z'Alz'Pz'O4:E. 특히 MA, E, x, x', x", z 및 z'에는 전술된 정의들이 부여된다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, LiSi는 ZnAl 또는 MgAl로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)Li3-xSi1-xZnxAlxO4:E 또는 (MA)Li3-xSi1-xMgxAlxO4:E의 발광 물질을 얻는다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질으로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, (MA)Si는 CaAl로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)1-x'Cax'Li3Si1-x'Alx'O4:E의 발광 물질을 얻는다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질으로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, (MA)LiSi는 CaMg2로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)1-x"Cax"Li3-x"Si1-x"Mg2x"O4:E의 발광 물질을 얻는다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질으로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, Li2Si는 Mg3로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)Li3-2zMg3zSi1-zO4:E의 발광 물질을 얻는다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질으로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, Si2는 AlP로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)Li3Si1-2z'Alz'Pz'O4:E의 발광 물질을 얻는다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식들 중 하나를 갖는다:
(MA)1-yZnyLi3-2yAl3ySi1-yO4-4yN4y:E,
(MA)1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E,
(MA)1-y***Sry***Li3-2y***Al3y***Si1-y***O4-4y***N4y***:E,
(MA)1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:E,
(MA)Li3-y'Aly'SiO4-2y'N2y':E,
(MA)Li3-y"Mgy"SiO4-y"Ny":E,
(MA)1-w"'Caw"'Li3SiO4-w"'Nw"':E,
(MA)Li3-w'Al2w'Si1-w'O4-w'Nw':E,
(MA)1-w"Caw"Li3-w"Si1-w"Al2w"O4-2w"N2w":E. 특히 MA, E, y, y*, y', y", w"', w' 및 w"에는 전술된 정의들이 부여된다. 또한, 0 < y** ≤ 1, 바람직하게는 0 < y** ≤ 0.875 또는 0 < y** < 0.5, 특히 바람직하게는 0.05 ≤ y** ≤ 0.45, 매우 특히 바람직하게는 0.1 ≤ y** ≤ 0.4, 0.15 ≤ y** ≤ 0.35 또는 0.2 ≤ y** ≤ 0.3 및 0 ≤ y*** ≤ 1, 바람직하게는 0 < y*** < 0.875 또는 0 < y*** ≤ 0.5, 특히 바람직하게는 0 < y*** ≤ 0.3이 적용된다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질으로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, (MA)Li3SiO4는 CaLiA13N4로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E의 발광 물질을 얻는다. 이 경우, MA는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, E는 Eu, Ce, Yb, Mn 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게, MA는 Li, Na, K, Rb 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, E = Eu이다. 매우 바람직하게, MA = Na이다. 상기 발광 물질으로서는, 옥소니트리돌리쏘알루모실리케이트-발광 물질이 다루어진다. 0 < y* < 0.875, 바람직하게는 0 < y* ≤ 0.5, 특히 바람직하게는 0 < y* ≤ 0.3, 매우 특히 바람직하게는 0 < y* ≤ 0.1이 적용된다. 예를 들면 y* = 0.01; 0.02; 0.03; 0.04 또는 0.05가 적용된다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질으로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, (MA)Li3SiO4는 SrLiA13N4로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)1-y***Sry***Li3-2y***Al3y***Si1-y***O4-4y***N4y***:E의 발광 물질을 얻는다. 이 경우, MA는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, E는 Eu, Ce, Yb, Mn 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 바람직하게, MA는 Li, Na, K, Rb 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 매우 바람직하게, MA = Na이다. 상기 발광 물질으로서는, 옥소니트리돌리쏘알루모실리케이트-발광 물질이 다루어진다. 0 < y*** < 0.875, 바람직하게는 0 < y*** ≤ 0.5, 특히 바람직하게는 0 < y*** ≤ 0.3이 적용된다. 예를 들면 y*** = 0.25가 적용된다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질으로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, (MA)Li3SiO4는 EuLiA13N4로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:E의 발광 물질을 얻는다. 이 경우, MA는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, E는 Eu, Ce, Yb, Mn 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 바람직하게, MA는 Li, Na, K, Rb 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 매우 바람직하게, MA = Na이다. 상기 발광 물질으로서는, 옥소니트리돌리쏘알루모실리케이트-발광 물질이 다루어진다. 바람직하게는 0 < y** < 0.875 또는 0 < y** ≤ 0.5, 특히 바람직하게는 0.05 ≤ y** ≤ 0.45, 매우 특히 바람직하게는 0.1 ≤ y** ≤ 0.4, 0.15 ≤ y** ≤ 0.35 또는 0.2 ≤ y** ≤ 0.3이 적용된다. 놀랍게도, 상기 발광 물질은 부분적으로 매우 높은 Eu 비율에도 불구하고 농도에서 기인하는 소광 특성 및 이와 결부된 효율 손실을 나타내지 않는다. 따라서, 높은 Eu 비율에도 불구하고, 상기 발광 물질은 놀랍게도 매우 효율적이다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질으로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, LiO2는 A1N2로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)Li3-y'Aly'SiO4-2y'N2y':E의 발광 물질을 얻는다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질으로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, LiO는 MgN으로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)Li3-y"Mgy"SiO4-y"Ny":E의 발광 물질을 얻는다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질으로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, (MA)O는 CaN으로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)1-w"'Caw"'Li3SiO4-w"'Nw"':E의 발광 물질을 얻는다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질으로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, LiSiO는 Al2N으로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)Li3-w'Al2w'Si1-w'O4-w'Nw':E의 발광 물질을 얻는다.
실험식 (MA)Li3SiO4:E의 발광 물질으로부터 출발할 때, 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, (MA)Li3SiO2는 CaAl2N2로 적어도 부분적으로 대체될 수 있고, 화학식 (MA)1-w"Caw"Li3-w"Si1-w"Al2w"O4-2w"N2w":E의 발광 물질을 얻는다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, MA는 Li, Na, K, Rb, Cs 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 예를 들어, MA는 다음과 같이 선택될 수 있다: MA = Na, K, (Na, K), (Rb, Li). 이 경우, (Na, K), (Rb, Li)는, Na와 K의 조합물 또는 Rb와 Li의 조합물이 존재한다는 것을 의미한다. 이와 같은 MA의 선택은 다양하게 적용될 수 있는 특히 효율적인 발광 물질을 낳는다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식들 중 하나를 갖는다:
NaLi3-xSi1-xZnxAlxO4:E,
NaLi3-xSi1-xMgxAlxO4:E,
Na1-x'Cax'Li3Si1-x'Alx'O4:E,
Na1-x"Cax"Li3-x"Si1-x"Mg2x"O4:E,
NaLi3-2zMg3zSi1-zO4:E,
NaLi3Si1-2z'Alz'Pz'O4:E. 특히, x, x', x", z 및 z'에는 전술된 의미들이 부여된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식들 중 하나를 갖는다:
(NarK1-r)1Li3-xSi1-xZnxAlxO4:E,
(NarK1-r)1Li3-xSi1-xMgxAlxO4:E,
(NarK1-r)1-x'Cax'Li3Si1-x'Alx'O4:E,
(NarK1-r)1-x"Cax"Li3-x"Si1-x"Mg2x"O4:E,
(NarK1-r)1Li3-2zMg3zSi1-zO4:E,
(NarK1-r)1Li3Si1-2z'Alz'Pz'O4:E, 이 경우 0 ≤ r ≤ 1이며, 예를 들어 r = 0; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35; 0.4; 0.45; 0.5; 0.55; 0.6; 0.65; 0.7; 0.75; 0.8; 0.85; 0.9; 0.95; 1.0이다. 바람직하게 0 ≤ r ≤ 0.1 또는 0.1 < r ≤ 0.4 또는 0.4 < r ≤ 1.0이고, 특히 바람직하게 r = 0, 0.125, 0.25, 0.5 또는 1.0이다. 특히, x, x', x", z 및 z'에는 전술된 의미들이 부여된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식들 중 하나를 갖는다:
(Rbr'Li1-r')1Li3-xSi1-xZnxAlxO4:E,
(Rbr'Li1-r')1Li3-xSi1-xMgxAlxO4:E,
(Rbr'Li1-r')1-x'Cax'Li3Si1-x'Alx'O4:E,
(Rbr'Li1-r')1-x"Cax"Li3-x"Si1-x"Mg2x"O4:E,
(Rbr'Li1-r')1Li3-2zMg3zSi1-zO4:E,
(Rbr'Li1-r')1Li3Si1-2z'Alz'Pz'O4:E, 이 경우 0 ≤ r' ≤ 1이며, 예를 들어 r' = 0; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35; 0.4; 0.45; 0.5; 0.55; 0.6; 0.65; 0.7; 0.75; 0.8; 0.85; 0.9; 0.95; 1.0이고, 바람직하게는 0.25 ≤ r' ≤ 0.75이며, 특히 바람직하게는 0.4 ≤ r' ≤ 0.6이고, 매우 특히 바람직하게는 r' = 0.5이다. 특히, x, x', x", z 및 z'에는 전술된 의미들이 부여된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식들 중 하나를 갖는다:
(NarK1-r)1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-yO4-4y*N4y*:E,
(NarK1-r)Li3-y'Aly'SiO4-2y'N2y':E,
(NarK1-r)Li3-y"Mgy"SiO4-y"Ny":E,
(NarK1-r)1-w"'Caw"'Li3SiO4-w"'Nw:E,
(NarK1-r)Li3-w'Al2w'Si1-w'O4-w'Nw':E,
(NarK1-r)1-w"Caw"Li3-w"Si1-w"Al2w"O4-2w"N2w":E, 이 경우 0 ≤ r ≤ 1이며, 예를 들어 r = 0; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35; 0.4; 0.45; 0.5; 0.55; 0.6; 0.65; 0.7; 0.75; 0.8; 0.85; 0.9; 0.95; 1.0이다. 바람직하게 0 ≤ r ≤ 0.1 또는 0.1 < r ≤ 0.4 또는 0.4 < r ≤ 1.0이며; 특히 바람직하게는 r = 0, 0.25, 0.5 또는 1.0이다. 특히, y*, y', y", w"', w' 및 w"에는 전술된 의미들이 부여된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식들 중 하나를 갖는다:
(Rbr'Li1-r')1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E,
(Rbr'Li1-r')Li3-y'Aly'SiO4-2y'N2y':E,
(Rbr'Li1-r')Li3-y"Mgy"SiO4-y"Ny":E,
(Rbr'Li1-r')1-w"'Caw"'Li3SiO4-w"'Nw:E,
(Rbr'Li1-r')Li3-w'Al2w'Si1-w'O4-w'Nw':E,
(Rbr'Li1-r')1-w"Caw"Li3-w"Si1-w"Al2w"O4-2w"N2w":E, 이 경우 0 ≤ r' ≤ 1이며, 예를 들어 r' = 0; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35; 0.4; 0.45; 0.5; 0.55; 0.6; 0.65; 0.7; 0.75; 0.8; 0.85; 0.9; 0.95; 1.0이고, 바람직하게는 0.25 ≤ r' ≤ 0.75이며, 특히 바람직하게는 0.4 ≤ r' ≤ 0.6이고, 매우 특히 바람직하게는 r' = 0.5이다. 특히, y*, y', y", w"', w' 및 w"에는 전술된 의미들이 부여된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식들 중 하나를 갖는다:
Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E,
NaLi3-y'Aly'SiO4-2y'N2y':E,
NaLi3-y"Mgy"SiO4-y"Ny":E,
Na1-w"'Caw"'Li3SiO4-w"'Nw:E,
NaLi3-w'Al2w'Si1-w'O4-w'Nw':E,
Na1-w"Caw"Li3-w"Si1-w"Al2w"O4-2w"N2w":E. 특히, y*, y', y", w"', w' 및 w"에는 전술된 의미들이 부여된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (MA)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 갖는다. 이 경우, MA는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게, MA는 Li, Na, K, Rb, Cs 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. TD는 Si, Ge, Sm, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. XB는 O, S 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었다. E는 Eu, Ce, Yb, Mn 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 특히, E는 MA의 격자 위치 또는 중간 격자 위치를 차지할 수 있다. 전하 보상을 위해, 이 경우에는 또 다른 원소들의 비율, 예를 들어 TA 및/또는 TD의 비율이 변할 수 있다. 예를 들어 E = Eu2+이고, 실험식에서 MA+를 대체하며, 전하 보상은 TA 및/또는 TD의 비율 변경을 통해서 이루어진다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (MA)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 갖는다. 이 경우, MA는 Li, Na, K, Rb, Cs 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었다. TA = Li, TD = Si, XB = O이고, E는 Eu, Ce, Yb, Mn 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게는 다음의 내용이 적용된다: E = Eu 또는 Ce, Yb 및/또는 Mn과 Eu의 조합물.
놀랍게도, MA의 조성 변화에 의해서, 특히 첨두 파장 및 반치전폭과 관련된 발광 물질의 특성들이 현저하게 변한다는 사실이 나타났다. 또한, 발광 물질은 300 nm 내지 460 nm 또는 300 nm 내지 500 nm, 특히 300 nm 내지 450 nm 또는 300 nm 내지 430 nm의 범위에서 일차 방사선의 큰 흡수 능력을 갖는다.
예를 들어, 화학식 NaLi3SiO4:Eu의 발광 물질은, 400 nm의 파장을 갖는 일차 방사선에 의한 여기의 경우에 전자기 스펙트럼의 청색 스펙트럼 범위에서 방사하고, 협대역 방사, 다시 말해 작은 반치전폭으로의 방사를 나타낸다. 그와 달리, 400 nm의 파장을 갖는 일차 방사선에 의한 여기의 경우에는, 화학식 KLi3SiO4:Eu의 발광 물질이 청색 내지 적색 스펙트럼 범위에서 매우 광대역으로 방사함으로써, 결과적으로 백색 광 인상이 발생한다. 화학식 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu, (Rb0.25Na0.75)Li3SiO4:Eu, (Cs0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu, (Rb0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu 및 (Cs0.25Na0.25Rb0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu의 발광 물질들은 전자기 스펙트럼의 청-녹색 스펙트럼 범위에서 협대역으로 방사하고, 화학식 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu, (Rb0.5Na0.5)Li3SiO4:Eu, (Na0.25K0.75)Li3SiO4:Eu, (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu 및 (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu의 발광 물질들은 전자기 스펙트럼의 녹색 스펙트럼 범위에서 협대역으로 방사한다. 460 nm의 파장을 갖는 일차 방사선에 의한 여기의 경우에, 화학식 Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu의 발광 물질은 황-주황색 범위에서 대역을 갖는다. Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu는 이와 같은 대역 외에, 청-녹색 범위에서 높은 강도를 갖는 추가 방출 피크를 나타낸다.
이하의 표에 발광 물질의 특성이 도시되어 있다:
Figure 112022061343465-pat00001
서로 다른 방출 특성에 의해서, 발광 물질들은 매우 다양한 적용예들에 적합하다.
청색 또는 청록색 스펙트럼 범위로서는, 420 nm 내지 520 nm의 전자기 스펙트럼의 범위가 이해된다.
녹색 스펙트럼 범위로서는, 520 nm(520 nm 포함) 내지 580 nm의 전자기 스펙트럼의 범위가 이해된다.
적색 스펙트럼 범위로서는, 630 nm 내지 780 nm의 전자기 스펙트럼의 범위가 이해된다.
황색 또는 황-주황색 스펙트럼 범위로서는, 580 nm 내지 630 nm의 전자기 스펙트럼의 범위가 이해된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 가지며, 0 ≤ r ≤ 1이고, 예를 들어 r = 0; 0.05; 0.1; 0.125; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35; 0.4; 0.45; 0.5; 0.55; 0.6; 0.65; 0.7; 0.75; 0.8; 0.85; 0.9; 0.95; 1.0이다. 바람직하게 0 ≤ r ≤ 0.1 또는 0.1 < r ≤ 0.4 또는 0.4 < r ≤ 1.0이고, 특히 바람직하게는 r = 0, 0.125, 0.25, 0.5 또는 1.0이다. 바람직하게, TA = Li, TD = Si, XB = O이고, E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이며, 바람직하게는 E = Eu이다. 놀랍게도, 발광 물질 내에서의 Na 및 K의 비율이 변할 때, 발광 물질의 특성, 특히 첨두 파장 및 반치전폭이 변경된다. 그럼으로써 이와 같은 발광 물질에 의해서는 매우 다양한 적용예들이 사용될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (NarK1-r)Li3SiO4:E는 정방 결정계, 단사 결정계 또는 삼사 결정계에서, 특히 정방 결정계 또는 삼사 결정계에서 결정체를 이룬다. 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I41/a, I4/m 또는 P-1에서 결정체를 이룬다. 특히 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I41/a 또는 I4/m을 갖는 정방 결정계에서 또는 공간군 P-1을 갖는 삼사 결정계에서 결정체를 이룬다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 가지며, 이 경우 0.4 < r ≤ 1이고, 바람직하게는 0.45 < r ≤ 1이며, 매우 특히 바람직하게는 r = 0.5 또는 1이다. 바람직하게, TA = Li, TD = Si, XB = O이고, E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이며, 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)Li3SiO4:E를 갖는다. 바람직하게 E = Eu가 적용된다. 예를 들어, 발광 물질은 화학식 NaLi3SiO4:Eu 또는 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu를 갖는다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 청색 스펙트럼 범위, 특히 450 nm 내지 500 nm의 범위 내에 놓여 있다.
0.4 < r ≤ 1인 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (NarK1-r)Li3SiO4:E, 예를 들어 NaLi3SiO4:Eu 또는 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu의 발광 물질은 특히 백색의 방사선을 방출하는 변환-LED에 사용하기에 적합하다. 이를 위해, 상기 발광 물질은 적색 및 녹색 발광 물질과 조합될 수 있다.
또한, 0.4 < r ≤ 1인 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (NarK1-r)Li3SiO4:E, 특히 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu의 발광 물질은 청색의 방사선을 방출하는 변환-LED와 같은 조명 장치에 사용하기에 적합하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 0.2 < r ≤ 0.4이고, 바람직하게는 0.2 < r ≤ 0.3이며, 매우 특히 바람직하게는 r = 0.25인 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 갖는다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이고, 상기 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)Li3SiO4:E를 갖는다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 예를 들어 상기 발광 물질은 화학식 (Na0.25K0.75)Li3SiO4:Eu를 갖는다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 특히 녹색 스펙트럼 범위 내에 놓여 있다.
0.2 < r ≤ 0.4, 바람직하게는 0.2 < r ≤ 0.4, 특히 바람직하게는 0.2 < r ≤ 0.3, 매우 특히 바람직하게는 r = 0.25인 발광 물질 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (NarK1-r)Li3SiO4:E는 특히 디스플레이의 역광 조명을 위한 변환-LED에 사용하기에 적합하다.
또한, 0.2 < r ≤ 0.4, 바람직하게는 0.2 < r ≤ 0.4인 발광 물질 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (NarK1-r)Li3SiO4:E, 특히 (Na0.25K0.75)Li3SiO4:Eu도 녹색의 방사선을 방출하는 변환-LED와 같은 조명 장치에 사용하기에 적합하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 0.05 < r ≤ 0.2, 바람직하게는 0.1 < r ≤ 0.2인 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 갖는다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이고, 상기 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)Li3SiO4:E를 갖는다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 예를 들어 상기 발광 물질은 Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu이다.
놀랍게도, 0.05 < r ≤ 0.2인 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (NarK1-r)Li3SiO4:E의 발광 물질은 넓은 방출 대역을 갖는다. 특히, 상기 발광 물질은 최고 강도를 갖는 대역(= 첨두 파장) 외에, 첨두 파장에서의 방출 피크와 유사하게 높은 강도를 갖는 또 다른 방출 피크를 갖는다.
0.05 < r ≤ 0.2, 바람직하게는 0.1 < r ≤ 0.2인 발광 물질 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (NarK1-r)Li3SiO4:E, 특히 Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu는 예를 들어 백색의 방사선을 방출하는 변환-LED와 같은 조명 장치에 사용하기에 적합하다. 넓은 방출, 특히 청색 또는 청록색 범위 내에 있는 그리고 황-주황색 범위 내에 있는 2개의 방출 피크에 의해서, 상기 발광 물질은 바람직하게 변환-LED와 같은 조명 장치에서 유일한 발광 물질로서 사용될 수 있다. 특히, 이와 같은 변환-LED에 의해서는, 특히 일반 조명 및 디스플레이의 역광 조명을 위해 사용될 수 있는, 8000 K를 초과하는 색 온도 및 높은 연색 평가 지수 및 큰 색 공간 커버링을 갖는 백색의 전체 방사선이 발생될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 0 ≤ r ≤ 0.05, 바람직하게는 r = 0인 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 갖는다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이고, 상기 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)Li3SiO4:E를 갖는다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 예를 들어 상기 발광 물질은 KLi3SiO4:Eu이다. 상기 발광 물질이 청색 내지 적색 스펙트럼 범위에서 매우 광대역으로 방사함으로써, 결과적으로 백색 광 인상이 발생한다.
0 ≤ r ≤ 0.05인 발광 물질 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (NarK1-r)Li3SiO4:E, 특히 KLi3SiO4:Eu는 예를 들어 백색의 방사선을 방출하는 변환-LED와 같은 조명 장치에 사용하기에 적합하다. 상기 발광 물질의 넓은 방출에 의해서, 이와 같은 발광 물질은 바람직하게 변환-LED와 같은 조명 장치에서 유일한 발광 물질로서 사용될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (Rbr' Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 가지며, 이 경우 0 ≤ r' ≤ 1이며, 예를 들어 r' = 0; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35; 0.4; 0.45; 0.5; 0.55; 0.6; 0.65; 0.7; 0.75; 0.8; 0.85; 0.9; 0.95; 1.0이고, 바람직하게는 0.25 ≤ r' ≤ 0.75이며, 특히 바람직하게는 0.4 ≤ r' ≤ 0.6이고, 매우 특히 바람직하게는 r' = 0.5이다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이고, 상기 발광 물질은 화학식 (Rbr' Li1-r')Li3SiO4:E를 갖는다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 이와 같은 발광 물질은 작은 반치전폭을 갖고 다양하게 적용될 수 있다고 밝혀졌다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (K, Na, Li, Cs)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 가지며, 이 경우 K, Na, Li 및 Cs는 상기 발광 물질 내에 포함되어 있다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이고, 상기 발광 물질은 화학식 (K, Na, Li, Cs)Li3SiO4:E를 갖는다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 특히 바람직하게, 상기 발광 물질은 화학식 (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)Li3SiO4:E를 갖는다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 특히 녹색 스펙트럼 범위 내에 놓여 있고, 50 nm 미만의 반치전폭을 갖는다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (Rb, Na, Li, Cs)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 가지며, 이 경우 Rb, Na, Li 및 Cs는 상기 발광 물질 내에 포함되어 있다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이고, 상기 발광 물질은 화학식 (Rb, Na, Li, Cs)Li3SiO4:E를 갖는다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 특히 바람직하게, 상기 발광 물질은 화학식 (Cs0.25, Na0.25, Rb0.25, Li0.25)(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Cs0.25, Na0.25, Rb0.25, Li0.25)Li3SiO4:E를 갖는다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 특히 청색 스펙트럼 범위 내에 놓여 있고, 30 nm 미만의 반치전폭을 갖는다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (Cs, Na, K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 가지며, 이 경우 Na, K 및 Cs는 상기 발광 물질 내에 포함되어 있다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이고, 상기 발광 물질은 화학식 (Cs, Na, K)Li3SiO4:E를 갖는다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 특히 바람직하게, 상기 발광 물질은 화학식 (Cs0.25, Na0.25, K0.25)(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Cs0.25, Na0.25, K0.25)Li3SiO4:E를 갖는다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 특히 청색 스펙트럼 범위 내에 놓여 있고, 30 nm 미만의 반치전폭을 갖는다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (Rb, Na, K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 가지며, 이 경우 Na, K 및 Rb는 상기 발광 물질 내에 포함되어 있다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이고, 상기 발광 물질은 화학식 (Rb, Na, K)Li3SiO4:E를 갖는다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 특히 바람직하게, 상기 발광 물질은 화학식 (Rb0.25, Na0.50, K0.25)(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rb0.25, Na0.50, K0.25)Li3SiO4:E를 갖는다. 이 발광 물질의 첨두 파장은 특히 청색 스펙트럼 범위 내에 놓여 있고, 30 nm 미만의 반치전폭을 갖는다.
발광 물질 (Rb, Na, Li, Cs)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs, Na, K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 및 (Rb, Na, K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E는 특히 백색의 방사선을 방출하는 변환-LED에 사용하기에 적합하다. 이를 위해, 상기 발광 물질은 각각 적색 및 녹색 발광 물질과 조합될 수 있다. 또한, 이와 같은 발광 물질은 청색의 방사선을 방출하는 변환-LED와 같은 조명 장치에 사용하기에 적합하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 (Rb, Na, Li, Cs)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (K, Na, Li, Cs)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Rb, Na, K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs, Na, K)(TA)3(TD)1(XB)4:E, (K, Na, Li, Cs)Li3SiO4:E, (Rb, Na, Li, Cs)Li3SiO4:E, (Rb, Na, K)Li3SiO4:E 또는 (Cs, Na, K)Li3SiO4:E는 정방 결정계에서 결정체를 이룬다. 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I4/m에서 결정체를 이룬다. 특히 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 I4/m을 갖는 정방 결정계에서 결정체를 이룬다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 가지며, 이 경우 0 < r" < 0.5 및 0 < r"' < 0.5이고, 예를 들어 r" = 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35; 0.4; 0.45 및 r"' = 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35; 0.4; 0.45이다. 바람직하게는 0.1 < r" < 0.4 및 0 < r"' < 0.4이고, 특히 바람직하게는 0.2 < r" < 0.3 및 0.2 < r"' < 0.3이다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이고, 상기 발광 물질은 화학식 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')1Li3SiO4:E를 갖는다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 놀랍게도, 발광 물질 내 Na, Li 및 K의 비율이 변동되는 경우, 발광 물질의 특성, 특히 첨두 파장 및 반치전폭이 변경된다. 그럼으로써 이와 같은 발광 물질은 매우 다양한 적용예들에 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 발광 물질은 화학식 (K0.5Na0.25Li0.25)Li3SiO4:E를 갖는다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 특히 녹색 스펙트럼 범위 내에 놓여 있고, 50 nm 미만의 반치전폭을 갖는다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')1Li3SiO4:E는 정방 결정계 또는 단사 결정계에서 결정체를 이룬다. 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I4/m 또는 C2/m에서 결정체를 이룬다. 특히 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I4/m을 갖는 정방 결정계에서 또는 공간군 C2/m을 갖는 단사 결정계에서, 특히 바람직하게는 공간군 C2/m을 갖는 단사 결정계에서 결정체를 이룬다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 가지며, 이 경우 0 < r* < 1이고, 예를 들어 r* = 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35; 0.4; 0.45; 0.5; 0.55; 0.6; 0.65; 0.7; 0.75; 0.8; 0.85; 0.9; 0.95이다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이고, 상기 발광 물질은 화학식 (Rbr*Na1-r*)Li3SiO4:E를 갖는다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rbr*Na1-r*)Li3SiO4:E는 정방 결정계 또는 단사 결정계에서 결정체를 이룬다. 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I4/m 또는 C2/m에서 결정체를 이룬다. 특히 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I4/m을 갖는 정방 결정계에서 또는 공간군 C2/m을 갖는 단사 결정계에서 결정체를 이룬다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 가지며, 이 경우 0.4 ≤ r* < 1.0, 바람직하게는 0.4 ≤ r* < 0.875 또는 0.4 ≤ r* < 0.75, 특히 바람직하게는 0.4 ≤ r* < 0.6, 매우 특히 바람직하게는 r* = 0.5이다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이고, 상기 발광 물질은 화학식 (Rbr*Na1-r*)Li3SiO4:E를 갖는다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 예를 들어 상기 발광 물질은 화학식 (Rb0.5Na0.5)Li3SiO4:E를 갖는다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 특히 녹색 스펙트럼 범위 내에 놓여 있고, 42 nm 내지 44 nm의 반치전폭을 갖는다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 일반적인 실험식 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 가지며, 이 경우 0 < r* < 0.4이고, 예를 들어 r* = 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35이며, 바람직하게는 0.1 ≤ r* ≤ 0.35이고, 특히 바람직하게는 0.2 ≤ r* ≤ 0.3이며, 매우 특히 바람직하게는 r* = 0.25이다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이고, 상기 발광 물질은 화학식 (Rbr*Na1-r*)Li3SiO4:E를 갖는다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며, 바람직하게 E = Eu이다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 바람직하게 청색 스펙트럼 범위 내에 놓여 있고, 20 nm 내지 24 nm의 반치전폭을 갖는다.
0 < r* < 0.4이고, 바람직하게는 0.1 ≤ r* ≤ 0.35이며, 특히 바람직하게는 0.2 ≤ r* ≤ 0.3이고, 매우 특히 바람직하게는 r* = 0.25인 발광 물질 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rbr*Na1-r*)Li3SiO4:E는 특히 백색의 방사선을 방출하는 변환-LED에 사용하기에 적합하다. 이를 위해, 상기 발광 물질은 적색 및 녹색 발광 물질과 조합될 수 있다.
또한, 0 < r* < 0.4이고, 바람직하게는 0.1 ≤ r* ≤ 0.35이며, 특히 바람직하게는 0.2 ≤ r* ≤ 0.3이고, 매우 특히 바람직하게는 r* = 0.25인 발광 물질 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rbr*Na1-r*)Li3SiO4:E는 청색의 방사선을 방출하는 변환-LED와 같은 조명 장치에 사용하기에 적합하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 0.2 < r ≤ 0.4이고, 바람직하게는 0.2 < r ≤ 0.3이며, 특히 바람직하게는 r = 0.25인 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (NarK1-r)Li3SiO4:E 또는 0 ≤ r' ≤ 1이고, 바람직하게는 0.25 ≤ r' ≤ 0.75이며, 특히 바람직하게는 0.4 ≤ r' ≤ 0.6인 화학식 (Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rbr'Li1-r')Li3SiO4:E를 갖는다. 바람직하게, TA= Li이고, TD = Si이며, XB = O이다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 특히 녹색 스펙트럼 범위 내에 놓여 있고, 50 nm 미만의 반치전폭을 갖는다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 발광 물질들, 즉 0.2 < r ≤ 0.4인 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 0 ≤ r' ≤ 1인 (Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 0 < r" < 0.5 및 0 < r"' < 0.5인 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (K, Na, Li, Cs)(TA)3(TD)1(XB)4:E, 및 0.4 ≤ r* < 1.0인 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 예를 들어 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu, (Na0.25K0.75)Li3SiO4:Eu, (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu, (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu 및 (Rb0.5Na0.5)Li3SiO4:Eu는 녹색 스펙트럼 범위에서 첨두 파장을 갖고, 매우 작은 반치전폭을 가지며, 그렇기 때문에 청색의 일차 방사선을 방출하는 반도체 칩 및 역광 조명 적용예, 특히 디스플레이와 같은 디스플레이 소자를 위한 적색의 발광 물질과 연계하여, 특히 예를 들어 백색 방출 변환-LED와 같은 백색 방출 조명 장치용으로 적합하다. 바람직하게, 이와 같은 백색 방출 변환-LED에 의해서는, 특히 큰 색 대역 폭에 도달할 수 있다. 본 발명에 따른 발광 물질들, 즉 0.2 < r ≤ 0.4인 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 0 ≤ r' ≤ 1인 (Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 0 < r" < 0.5 및 0 < r"' < 0.5인 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (K, Na, Li, Cs)(TA)3(TD)1(XB)4:E, 및 0.4 ≤ r* < 1.0인 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 예를 들어 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu, (Na0.25K0.75)Li3SiO4:Eu, (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu, (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu 및 (Rb0.5Na0.5)Li3SiO4:Eu의 작은 반치전폭에 의해 방출 피크는 표준 녹색 필터의 투과 범위와 매우 큰 중첩을 나타냄으로써, 결과적으로 다만 적은 광만 손실되고, 도달 가능한 색 공간은 커진다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다: Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E, 이 경우 0 < y* < 0.875; 바람직하게는 0 < y* ≤ 0.5, 특히 바람직하게는 0 < y* ≤ 0.3, 매우 특히 바람직하게는 0 < y* ≤ 0.1이다. 예를 들면 y* = 0.01; 0.02; 0.03; 0.04 또는 0.05가 적용된다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게 E = Eu 또는 Eu2+이다.
놀랍게도, 화학식 NaLi3SiO4:Eu의 발광 물질은 공지된 발광 물질인 CaLiAl3N4:Eu에 대해 동일한 유형의 결정 구조를 갖는다는 사실이 나타났다. 하나의 동일한 유형의 결정 구조 내에 있는 두 가지 화합물이 결정체를 이룬다는 것은, 특히 한 가지 화합물의 원자들이 결정 구조 내부에서 다른 화합물의 상응하는 원자들과 동일한 자리를 차지한다는 것을 의미한다. 그럼으로써 구조 내부에서 구조 단위들의 연결은 변경 없이 그대로 유지된다. 산화물과 질화물에서의 동일한 유형의 결정 구조는 전형적이지 않은데, 그 이유는 결정 구조 내부에서 질화물이 산화물에 비해 통상적으로 더 높은 다면체 응축도, 특히 더 높은 사면체 응축도를 갖기 때문이다. 이와 같은 사실은 특히 본 경우에 놀라운데, 그 이유는 화학식 NaLi3SiO4:Eu의 본 발명에 따른 발광 물질의 응축도가 1에 놓여 있는 한편, 전형적인 옥소실리케이트는 0.5 이하의 응축도를 갖기 때문이다. 놀랍게도, 발명자들은, 실험식 NaLi3SiO4:Eu의 발광 물질로부터 출발할 때 원소 Na, Li, Si, O가 원소 Ca, Li, Al 및 N으로 부분적으로 대체될 수 있음으로써, 결과적으로 화학식 Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-yO4-4y*N4y*:Eu의 발광 물질이 얻어진다는 사실을 발견했다. 이와 같은 발광 물질이 특히 혼합된 위상으로 존재함으로써, 결과적으로 NaLi3SiO4:Eu의 결정 구조 내부에서는 격자 위치들이 원소 Ca, Li, Al 및 N으로 부분적으로 점유되어 있다.
공지된 발광 물질 CaLiAl3N4:Eu는, 전자기 스펙트럼의 적색 범위에서 방사하고, 대략 670 nm에서 첨두 파장을 가지며, 대략 60 nm의 반치전폭을 갖고, NaLi3SiO4에 대해 동일한 유형의 결정 구조 내에서 결정체를 이루는 발광 물질이다. 그에 비해, NaLi3SiO4:Eu는 전자기 스펙트럼의 청색 스펙트럼 범위에서 방사하고, 대략 470 nm의 첨두 파장을 가지며 더 협대역으로 방사하는데, 다시 말하자면 60 nm보다 작은 반치전폭으로 방사한다. 본 발명에 따른 상기 발광 물질들의 혼합된 위상에 의해서는, 바람직하게 CaLiAl3N4의 비율이 변할 수 있는 화학식 Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-yO4-4y*N4y*:Eu의 발광 물질을 제공하는 것이 가능해지며, 이는 상기 화학식에서 지수 y*에 의해 표현되어 있다. 이와 같은 변동에 의해서는, 가변적인 조성에 의해 470 nm 내지 670 nm의 범위 내에서 첨두 파장의 설정을 가능하게 하는 발광 물질이 제공될 수 있다. 그에 따라 발광 물질은 요구 조건 또는 적용예에 따라, 원하는 색 장소와 관련하여 의도한 바대로 설정될 수 있다. 따라서, 놀랍게도, 단 하나의 발광 물질에 의해서 가시 범위의 거의 모든 색, 즉 청색 내지 적색의 거의 모든 색이 발생될 수 있다.
0 < y* < 0.875, 바람직하게는 0 < y* ≤ 0.5, 특히 바람직하게는 0 < y* ≤ 0.3, 매우 특히 바람직하게는 0 < y* ≤ 0.1인 발광 물질 Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E의 첨두 파장은 바람직하게 청색 또는 녹색의 스펙트럼 범위 내에 놓여 있다. 상기 발광 물질은, 특히 녹색 및 적색의 발광 물질과 조합된 상태에서 백색의 변환-LED용으로, 특히 일반 조명용으로 적합하다. 또한, 상기 발광 물질은 유색 변환-LED용으로도 적합하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E는 정방 결정계에서 결정체를 이룬다. 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I41/a에서 결정체를 이룬다. 특히 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I41/a를 갖는 정방 결정계에서 결정체를 이룬다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다: Na1-y***Sry***Li3-2y***Al3y***Si1-y***O4-4y***N4y***:E, 이 경우에 0 < y*** < 0.875이고, 바람직하게는 0 < y*** ≤ 0.5이며, 특히 바람직하게는 0 < y*** ≤ 0.3이다. 예를 들면 y*** = 0.01; 0.02; 0.03; 0.04 또는 0.05가 적용된다. E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게 E = Eu 또는 Eu2+이다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 화학식 (MB)b(TA)e(TC)g(TD)h(XB)l(XC)m:E를 가지며,
이때
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TC는 B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, 희토류 및 이들의 조합물을 포함하는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TD는 Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XB = O 및/또는 S
- XC = N
- b = 1;
- e+g+h = 4;
- l+m = 4;
- 2b+e+3g+4h-2l-3m = 0이고, m < 3.5 또는 l > 0.5이다.
- E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이고, 바람직하게 E = Eu이다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 화학식 (MB)b(TA)e(TC)g(TD)h(XB)l(XC)m:E를 가지며,
이때
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TA는 Li, Na 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TC는 B, Al, Ga 및 이들의 조합물을 포함하는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TD는 Si, Ge 및 이들의 조합물을 포함하는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XC = N
- XB = O
- b = 1;
- e+g+h = 4;
- l+m = 4;
- 2b+e+3g+4h-2l-3m = 0이고, m < 3.5 또는 l > 0.5이다.
- E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이고, 바람직하게 E = Eu이다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다:
(MB)(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E, 이 경우 0.25 ≤ r** ≤ 1, 바람직하게는 0.25 < r** < 0.875, 특히 바람직하게는 0.4 ≤ r** ≤ 0.8이다. MB는 Mg, Ca, Sr, Ba 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이고, 바람직하게 E = Eu이다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다:
Sr(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E, 이 경우 0.25 ≤ r** ≤ 1, 바람직하게는 0.25 < r** < 0.875, 특히 바람직하게는 0.4 ≤ r** ≤ 0.8이고, E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이다. 상기 발광 물질로서는, 특히 SrSiLi3O3N:Eu(r** = 0.25)과 Sr2Si2Al3Li3N8:Eu(r** = 1)로 이루어진 화합물의 혼합 위상이 다루어진다.
본 발명에 따른 혼합 위상에 의해서는, 바람직하게 질소의 비율이 변할 수 있는 발광 물질을 제공하는 것이 가능해지며, 이는 상기 화학식에서 지수 r**에 의해 표현되어 있다. 이와 같은 변동에 의해서는, 가변적인 조성에 의해 황색 내지 적색의 스펙트럼 범위 내에서 첨두 파장의 설정을 가능하게 하는 발광 물질이 제공될 수 있다. 그에 따라 발광 물질은 요구 조건 또는 적용예에 따라, 원하는 색 장소 및/또는 연색 평가 지수와 관련하여 의도한 바대로 설정될 수 있다. 따라서, 놀랍게도, 단 하나의 발광 물질에 의해서 가시 범위의 다수의 색, 특히 황색 내지 적색의 다수의 색이 발생될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 (MB)(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E 또는 Sr(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E는 정방 결정계에서 결정체를 이룬다. 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I4/m에서 결정체를 이룬다. 특히 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I4/m을 갖는 정방 결정계에서 결정체를 이룬다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다:
Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:E, 이 경우에 0 < y** ≤ 1.0이고, 바람직하게는 0 < y** < 0.875 또는 0 < y** < 0.5이며, 특히 바람직하게는 0.05 ≤ y** ≤ 0.45, 매우 특히 바람직하게는 0.1 ≤ y** ≤ 0.4, 0.15 ≤ y** ≤ 0.35 또는 0.2 ≤ y** ≤ 0.3이다. E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이고, 바람직하게 E = Eu이다.
놀랍게도, 화학식 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:E, 바람직하게 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu의 발광 물질은 NaLi3SiO4:E 또는 NaLi3SiO4:Eu(y** = 0)와 화합물 EuLiAl3N4(y** = 1) 간의 혼합 위상으로서 제조될 수 있고, 또한 특유의 특성들을 갖는 효율적인 발광 물질이라는 사실이 나타났다. 이와 같은 발광 물질이 특히 혼합된 위상으로 존재함으로써, 결과적으로 NaLi3SiO4:Eu의 결정 구조 내부에서 격자 위치들이 원소 Eu, Li, Al 및 N에 의해서 부분적으로 점유되어 있다.
NaLi3SiO4:Eu는 청색의 스펙트럼 범위 내에서 방사한다. NaLi3SiO4:Eu와 화합물 EuLiAl3N4의 본 발명에 따른 혼합된 위상에 의해서는, 바람직하게 EuLiAl3N4의 비율이 변할 수 있는 화학식 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu의 발광 물질을 제공하는 것이 가능해지며, 이는 상기 화학식에서 지수 y**에 의해 표현되어 있다. 이와 같은 변동에 의해서는, 가변적인 조성에 의해 황색 내지 적색의 범위 내에서 첨두 파장의 설정을 가능하게 하는 발광 물질이 제공될 수 있다. 그에 따라 발광 물질은 요구 조건 또는 적용예에 따라, 원하는 색 장소와 관련하여 의도한 바대로 설정될 수 있다. 따라서, 놀랍게도, 단 하나의 발광 물질에 의해서 가시 범위의 거의 모든 색, 즉 황색 내지 적색의 거의 모든 색이 발생될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu는 정방 결정계에서 결정체를 이룬다. 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I4/m에서 결정체를 이룬다. 특히 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I4/m을 갖는 정방 결정계에서 결정체를 이룬다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 화학식 (MB)b(TA)e(TC)g(XB)l(XC)m:E를 가지며,
이때
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TC는 B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, 희토류 및 이들의 조합물을 포함하는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XB = O,
- XC = N,
- b = 1;
- e+g = 4;
- l+m = 4;
- 2b+e+3g-2l-3m = 0이고, m < 3.5 또는 l > 0.5이다.
- E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이고, 바람직하게 E = Eu이다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 화학식 (MB)b(TA)e(TC)g(XB)l(XC)m:E를 가지며,
이때
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물을 포함하는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고,
- TC는 B, Al, Ga 및 이들의 조합물을 포함하는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며,
- XB = O,
- XC = N,
- b = 1;
- e+g = 4;
- l+m = 4;
- 2b+e+3g-2l-3m = 0이고, m < 3.5 또는 l > 0.5이다.
- E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이고, 바람직하게 E = Eu이다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다:
0 < x** ≤ 1.0이고, 바람직하게는 0 < x** < 0.875이며, 특히 바람직하게는 0.125 ≤ x** < 0.875 또는 0.125 ≤ x** ≤ 0.5이고, 매우 특히 바람직하게는 0.125 ≤ x** ≤ 0.45인 (MB)Li3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu. MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다:
0 < x** ≤ 1.0이고, 바람직하게는 0 < x** < 0.875이며, 특히 바람직하게는 0.125 ≤ x** < 0.875 또는 0.125 ≤ x** ≤ 0.5이고, 매우 특히 바람직하게는 0.125 ≤ x** ≤ 0.45인 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu.
놀랍게도, 화학식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu의 발광 물질은 SrLi3AlO4:Eu(x** = 0)와 화합물 SrLiAl3N4(x** = 1) 간의 혼합 위상으로서 제조될 수 있고, 또한 특유의 특성들을 갖는 효율적인 발광 물질이라는 사실이 나타났다. 특히 상기 발광 물질은 작은 반치전폭을 갖는다.
SrLiAl3N4:Eu는 적색 스펙트럼 범위에서 협대역으로 방사하는 공지된 발광 물질이다. SrLi3AlO4:Eu와 화합물 SrLiAl3N4의 본 발명에 따른 혼합된 위상에 의해서는, 바람직하게 SrLiAl3N4의 비율이 변할 수 있는 화학식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu의 발광 물질을 제공하는 것이 가능해지며, 이는 상기 화학식에서 지수 x**에 의해 표현되어 있다. 이와 같은 변동에 의해서는, 가변적인 조성에 의해 녹색 내지 황색 또는 황-주황색 범위 내에서 첨두 파장의 설정을 가능하게 하는 발광 물질이 제공될 수 있다. 그럼으로써 공지된 발광 물질들에 의해서는 도달할 수 없는 색 장소에 도달할 수 있다. 그에 따라 발광 물질은 요구 조건 또는 적용예에 따라, 원하는 색 장소와 관련하여 녹색 내지 황색 범위 내에서 의도한 바대로 설정될 수 있다.
놀랍게도, x** ≥ 0.1250부터 x**가 증가하는 화학식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu의 발광 물질은 동일한 결정 구조에서 결정체를 이루지만, 이 경우에는 단위 셀의 셀 볼륨이 증가하는 동시에 x**가 증가함에 따라 첨두 파장은 더 긴 파장의 범위로, 특히 녹색 스펙트럼 범위에서 적색 스펙트럼 범위로 이동된다는 사실이 나타났다. 그에 따라 0.125 ≤ x** ≤ 1이고, 바람직하게는 0.125 ≤ x** < 0.875이며, 특히 바람직하게는 0.125 ≤ x** < 0.5이고, 매우 특히 바람직하게는 0.125 ≤ x** ≤ 0.45인 발광 물질 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu는 다양하게 사용될 수 있고, 특히 유일한 발광 물질로서 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu를 갖는 유색 변환-LED용으로 적합하다. 추가적으로 상기 발광 물질들은 바람직하게 80 ㎚ 미만의 작은 반치전폭을 갖는다.
특히 x** ≥ 0.1250인 발광 물질 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu는 예를 들어 백색의 방사선을 방출하는 변환-LED와 같은 조명 장치에 사용하기에 적합하며, 이 경우 청색의 일차 방사선과 이차 방사선의 중첩은 백색의 전체 방사선을 발생한다. 상기 발광 물질은 매우 견고하고 효율적이며, 바람직하게는 3600 K 미만의 색 온도, 특히 3400 K ± 100 K의 색 온도 및 플랑크-곡선(Planck-curve)에 가까운 색 장소를 갖는 전체 방사선을 방출하는 변환-LED를 제공하는 것이 가능하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다:
0 < x** < 0.125, 바람직하게는 0 < x** < 0.120인 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu.
0 < x** < 0.125인 발광 물질 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu는, 놀랍게도 x** ≥ 0.125인 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu의 결정 구조에 대해 동일한 유형의 결정 구조에서는 결정체를 이루지 않는다. 특히, 0 < x** < 0.125이 발광 물질은, x** ≥ 0.125인 발광 물질의 변형예의 결정 구조의 결정학적인 상부 구조(super structure)로서 기술되는 결정 구조를 형성할 수 있다.
바람직하게, 상기 발광 물질의 첨두 파장은 전자기 스펙트럼의 녹색 범위 내에 놓여 있다. x** ≥ 0.125인 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu에 비해, 반치전폭은 바람직하게 더 작다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 (MB)Li3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu 또는 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu는 정방 결정계에서 결정체를 이룬다. 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 공간군 I4/m에서 결정체를 이룬다. 특히 바람직하게, 이와 같은 실시 형태에 따른 발광 물질은 정방 결정계의 공간군 I4/m에서 결정체를 이룬다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 UCr4C4, CsKNa2Li12Si4O16 또는 RbLi5{Li[SiO4]}2에서와 동일한 원자 시퀀스를 갖는 결정 구조에서 결정체를 이룬다. 발광 물질이 UCr4C4, CsKNa2Li12Si4O16 또는 RbLi5{Li[SiO4]}2에서와 동일한 원자 시퀀스를 갖는 결정 구조에서 결정체를 이룬다는 사실은, 여기에서 그리고 다음에서, 상기 발광 물질의 원자 순서가 UCr4C4, CsKNa2Li12Si4O16 또는 RbLi5{Li[SiO4]}2 내 원자 순서와 동일한 패턴을 따른다는 것을 의미한다. 다른 말로 하면, 결정 구조는 UCr4C4, CsKNa2Li12Si4O16 또는 RbLi5{Li[SiO4]}2와 동일한 구조적 모티프(structural motif)를 나타낸다. 예를 들어, 화학식 (Na0.5K0.5)Li3SiO3:Eu의 발광 물질은 CsKNa2Li12Si4O16 내에서와 동일한 원자 시퀀스를 갖는 결정 구조에서 결정체를 이루며, 이 경우 K는 Cs 및 K의 자리를 점유하고, Na는 Na의 자리를 점유하며, Li는 Li의 자리를 점유하고, Si는 Si의 자리를 점유하며, O는 O의 자리를 점유한다. 다른 원자 종류와 치환될 때의 이온 반경의 변동에 의해서, 원자의 절대 위치(원자 좌표)가 변경될 수 있다.
상기 발광 물질은, UCr4C4로부터 유도된 구조물인 NaLi3SiO4 또는 KLi3GeO4 내에서와 동일한 원자 시퀀스를 갖는 결정 구조에서도 결정체를 이룰 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은
- NaLi3SiO4
- KLi3SiO4
- RbLi5{Li[SiO4]}2
- UCr4C4
- CsKNa2Li12Si4O16 또는
- CsKNaLi9{Li[SiO4]}4와 동일한 구조 유형에서 결정체를 이룬다.
상기 실시 형태들의 결정 구조는 특히 3차원적으로 연결된 공간 네트워크를 특징으로 한다. 이 경우, TA, TB, TC, TD, TE 및/또는 TF는 XA, XB, XC 및/또는 XD에 의해 둘러싸여 있고, 이로부터 나타나는 구조 단위들, 바람직하게 사면체들은 공동의 모서리 및 에지를 통해 연결된다. 이와 같은 배열 상태가 3차원적으로 연장되는 음이온 구조 단위를 유도한다. 그로부터 나타나는 공동 또는 채널 내에는 MA, MB, MC 및/또는 MD가 배열되어 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은, TA, TB, TC, TD, TE 및/또는 TF가 XA, XB, XC 및/또는 XD에 의해 둘러싸여 있고, 그로부터 나타나는 구조 단위들이 공동의 모서리 및 에지를 통해, 공동 또는 채널을 갖는 하나의 3차원적인 공간 네트워크로 연결되며, 상기 공동 또는 채널 내에 MA, MB, MC 및/또는 MD가 배열되어 있는 결정 구조를 갖는다. 특히, 구조 단위로서는 사면체가 다루어지며, 이 경우에는 바람직하게 XA, XB, XC 및/또는 XD가 사면체의 모서리를 점유하고, TA, TB, TC, TD, TE 및/또는 TF가 사면체의 중심에 배열되어 있다.
예를 들어, KLi3GeO4에 대해 동일한 유형인 실시 형태 KLi3SiO4:E의 결정 구조에서는, Li 및 Si가 O에 의해 둘러싸여 있고, 왜곡된 (Li/Si)O4-사면체로 이루어진 공간 네트워크 형태의 음이온 구조 단위를 형성한다. 이때 나타나는 공동 내에서는, K-원자들이 왜곡된 큐브 형상으로 8개의 O-원자에 의해 둘러싸여 있다.
실시예 RbLi5{Li[SiO4]}2:E의 결정 구조에서는, Li-원자들의 일 부분 및 Si가 O에 의해 둘러싸여 있고, 공간 네트워크 형태의 음이온 구조 단위를 형성한다. 이 경우, Si-원자들은 왜곡된 사면체 형상으로 4개의 O-원자에 의해 둘러싸여 있다. 상기 구조 단위에 참여한 Li-원자는 자신의 제 1 배위권(coordination sphere) 내에서 왜곡된 삼각형 형상으로 3개의 O-원자에 의해 평탄하게 둘러싸여 있다. 주변에 있는 또 다른 O-원자들을 부가하면, 상기 배위 결합은 왜곡된 사면체 형상 또는 왜곡된 삼각형 쌍뿔 형상(trigonal bipyramidal)으로서도 기술된다. 나타나는 공동 내에서는, Rb-원자들이 왜곡된 큐브 형상으로 8개의 O-원자에 의해 둘러싸여 있는 한편, Li-원자들의 다른 부분은 왜곡된 사면체 형상으로 4개의 O-원자에 의해 평탄하게 둘러싸여 있다.
본원에 개시된 발광 물질의 화학적인 조성에 따라, MA, MB, MC 및/또는 MD 둘레로 배위권의 강한 왜곡이 발생할 수 있다. 이는 예를 들어 실시예 NaLi3SiO4:E의 경우에, Na-원자의 주변이 왜곡된 삼각형 프리즘으로서 존재하거나, 또는 또 다른 O-원자를 부가하여 왜곡되고 절단된 큐브로서 존재하는 상황을 야기한다.
제시된 발광 물질의 실시 형태들은 다음에서 제시되는 방법에 따라 제조될 수 있다. 그에 따라 발광 물질에 대해 기술된 모든 특징들은 이와 같은 발광 물질을 제조하기 위한 방법에 대해서도 적용되며, 그 역도 마찬가지로 적용된다.
발광 물질을 제조하기 위한 방법이 제시된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 다음과 같은 일반적인 실험식을 갖는다:
(MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n:E.
이 경우, MA는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, MB는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, MC는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, MD는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, TA는 1가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, TB는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, TC는 3가 금속의 그룹으로부터 선택되었고, TD는 4가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, TE는 5가 원소의 그룹으로부터 선택되었고, TF는 6가 원소의 그룹으로부터 선택되었으며, XA는 할로겐을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었고, XB는 O, S 및 이들의 조합물을 포함하는 원소의 그룹으로부터 선택되었으며, XC = N이고, XD = C이다. 또한, 다음과 같은 식들도 적용된다:
a+b+c+d = t;
- e+f+g+h+i+j = u
- k+l+m+n = v,
- a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j-k-2l-3m-4n = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2 그리고 E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn이다. 바람직하게는 다음 내용이 적용된다: 0 ≤ m < 0.875 v 및/또는 v ≥ 1 > 0.125 v.
방법은 다음과 같은 처리 단계들을 포함한다:
A) 발광 물질의 시재료들을 혼합하는 단계,
B) A)에서 얻어진 혼합물을 500 내지 1400℃, 바람직하게는 700 내지 1400℃의 온도(T1)까지 가열하는 단계,
C) 상기 혼합물을 500 내지 1400℃, 바람직하게는 700 내지 1400℃의 온도(T1)에서 0.5분 내지 10시간 동안 어닐링 하는 단계.
하나의 실시 형태에서는, 시재료가 분말로서 존재한다.
하나의 실시 형태에서는, 처리 단계 C) 이후에 다음과 같은 추가의 처리 단계가 이어진다:
D) 혼합물을 실온까지 냉각하는 단계. 실온이란, 특히 20℃로 이해된다.
하나의 실시 형태에서는, 처리 단계 D)에 새롭게 처리 단계 B) 및 C)가 후속되며, 이 경우에는 처리 단계 D)에서 얻어진 발광 물질이 가열되거나 어닐링 된다. 이와 같은 추가 어닐링 과정에 의해서, 발광 물질의 광학 특성이 개선될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 시재료는 A)에서 얻어진 혼합물을 처리 단계 B)에서 가열할 때에 용융된다.
가열 속도 및 어닐링 속도는 예를 들어 시간당 250℃일 수 있다.
하나의 실시 형태에서는, 처리 단계 B), C) 및/또는 D)가 형성 가스 분위기하에서 이루어진다. 바람직하게, 형성 가스 내에서는 질소:수소의 비율이 92.5:7.5이다.
하나의 실시 형태에서는, 처리 단계 B), C) 및/또는 D)가 가마 내에서 이루어진다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 방법은 다음과 같은 처리 단계 A)를 포함한다:
A) K2CO3, Cs2CO3, Na2CO3 및/또는 Rb2CO3를 포함하는 시재료들을 혼합하는 단계.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 방법은 다음과 같은 처리 단계 A)를 포함한다:
A) SiO2, Eu2O3, Li2CO3를 포함하거나 이들로 이루어진 그리고 K2CO3, Cs2CO3, Na2CO3 및 Rb2CO3로 이루어진 하나 이상의 카보네이트를 포함하는 시재료들을 혼합하는 단계. 특히, 이와 같은 시재료들을 사용하는 경우에는, 발광 물질 (NarK1-r)Li3SiO4:Eu, (Rbr'Li1-r')Li3SiO4:Eu 및 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')Li3SiO4:Eu, 바람직하게는 NaLi3SiO4:Eu, KLi3SiO4:Eu, (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu, (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu, (Na0.25K0.75)Li3SiO4:Eu 및 (Na0.25K0.5Li0.25)Li3SiO4:Eu가 제조될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 방법은 다음과 같은 처리 단계 A)를 포함한다:
A) CaO, NaF, LiN3. Li2O, LiAlH4, AlF3, SiO2 및 EuF3를 포함하거나 이들로 이루어진 시재료들을 혼합하는 단계. 특히, 이와 같은 시재료들을 사용하는 경우에는 화학식 Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-yO4-4y*N4y*:E, 예를 들어 Na0.97Ca0.03Li2.94Al0.09Si0.97O3.88N0.12:Eu의 발광 물질이 제조될 수 있다.
상기 제조 방법은, 발광 물질의 다수의 다른 제조 방법들에 비해 매우 간단히 실행될 수 있다. 특히, 보호 가스 분위기가 필요치 않은데, 그 이유는 제품이 습기 또는 산소에 민감하지 않기 때문이다. 또한, 합성은 적당한 온도에서 이루어지기 때문에 매우 에너지 효율적이다. 그에 따라 예를 들어 사용되는 오븐에 대한 요구 조건도 적다. 시재료들은 저렴하게 상업적으로 구입 가능하고 독성이 없다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-LED는 작동 중에 백색 방사선을 방출한다. 상기 방사선은 일차 방사선과 이차 방사선의 중첩으로 구성되거나, 또는 단지 이차 방사선으로만 구성될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 청색 또는 청록색 스펙트럼 범위 내 첨두 파장을 갖는 이차 방사선을 방출한다. 백색 전체 방사선을 발생하기 위해, 변환 소자는 제 2 발광 물질 및 제 3 발광 물질을 포함할 수 있다. 특히 상기 제 2 발광 물질은, 조명 장치의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 부분적으로 전자기 스펙트럼의 적색 스펙트럼 범위 내에 있는 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계될 수 있다. 상기 제 3 발광 물질은 특히, 조명 장치의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 부분적으로 전자기 스펙트럼의 녹색 스펙트럼 범위 내에 있는 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계될 수 있다. 청색, 녹색 및 적색 이차 방사선의 중첩은 백색 광 인상을 발생한다. 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 특히 일반 조명에 적합하다.
전자기 스펙트럼의 청색 또는 청록색 범위 내 약간 더 긴 파장을 갖는 이차 방사선으로 자외선 또는 청색 일차 방사선의 변환은 조명 장치, 특히 변환-LED의 효율을 높인다. 상기 이차 방사선의 첨두 파장은 상기 일차 방사선과 비교하여 555㎚에서 눈의 감도의 최대치에 더 가까이에 있으며, 그 결과 방출된 방사선은 눈의 감도 곡선과 더 높은 중첩부를 갖고, 그에 따라 더 밝게 감지된다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 녹색 스펙트럼 범위 내 첨두 파장을 갖는 이차 방사선을 방출한다. 백색 전체 방사선을 발생하기 위해 변환 소자는, 조명 장치의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 부분적으로 전자기 스펙트럼의 적색 스펙트럼 범위 내 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계될 수 있는 제 2 발광 물질을 포함할 수 있다. 청색 일차 방사선과 녹색 및 적색 이차 방사선의 중첩은 백색 광 인상을 발생한다. 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 특히 역광 조명 적용예들에 적합하다.
녹색 스펙트럼 범위 내 첨두 파장을 갖는 제 3 발광 물질은 β-SiAlONe, α-SiAlONe, 클로로실리케이트, 오르소실리케이트, 실리콘옥시나이트라이드(SiONe), 가닛 및 상기 물질들의 조합들을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
하나의 실시 형태에 따르면, 가닛-발광 물질은 재료계 (Y,Lu,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce 또는 (Y,Lu,Gd)3(Al)5O12:Ce로부터 선택될 수 있다. 바람직하게 가닛-발광 물질은 재료계 (Y,Lu)3Al5O12:Ce 및 (Y,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce로부터 선택되었다. 예를 들어 상기 발광 물질은 Y3Al5O12:Ce이다.
α-SiAlONe는 예를 들어 다음 실험식을 가질 수 있다: MtSi12-(t'+t'')Al(t'+t'')OnN16-n:Eu(M = Ca, Mg, Y, 바람직하게는 Ca).
클로로실리케이트는 예를 들어 다음 실험식을 가질 수 있다: (Ca,Sr,Ba,Eu)8Mg(SiO4)4Cl12.
실리콘옥시나이트라이드는 예를 들어 다음 실험식을 가질 수 있다: (EA*1-t'''Eut''')Si2O2N2(0＜t'''≤0.2, 바람직하게는 0＜t'''≤0.15, 특히 바람직하게는 0.02≤t'''≤0.15 및 EA* = Sr, Ca, Ba 및/또는 Mg). 바람직하게 (Sr1-t'''-oEA*oEut''')Si2O2N2에서 EA* = Ba, Ca 및/또는 Mg이고, 0≤o＜0.5이다.
적색 스펙트럼 범위 내 첨두 파장을 갖는 제 2 발광 물질은 예를 들어 니트리드실리케이트 또는 니트리도알루미네이트일 수 있다. 특히 니트리도실리케이트는 재료계 (Ca,Sr,Ba,Eu)2(Si,Al)5(N,O)8, (Ca,Sr,Ba,Eu)AlSi(N,O)3, (Ca,Sr,Ba,Eu)AlSi(N,O)3·Si2N2O, (Ca,Sr,Ba,Eu)2Si5N8, (Ca,Sr,Ba,Eu)AlSiN3 및 상기 재료계들의 조합들로부터 선택될 수 있다. 니트리도알루미네이트는 화학식 MLiAl3N4:Eu(M = Ca, Sr)을 가질 수 있다.
계속해서 제 2 발광 물질은, 특허 출원서 WO2015/052238A1호에 기술되어 있는 적색 스펙트럼 범위 내 첨두 파장을 갖는 재료계로부터 선택될 수 있으며, 그에 따라 상기 출원서의 공개 내용은 이와 관련하여 인용의 방식으로 본 출원서에 전체적으로 수용된다. 예를 들어 상기 제 2 발광 물질은 화학식 Sr(Sr,Ca)Si2Al2N6:Eu를 갖는다.
적색 스펙트럼 범위 내 첨두 파장을 갖는 제 2 발광 물질은 실험식 A2[SiF6]:Mn4+(A = Li, Na, K, Rb, Cs), 예를 들어 K2SiF6:M4+을 갖는 발광 물질일 수도 있다.
적색 스펙트럼 범위 내 첨두 파장을 갖는 제 2 발광 물질은 Mg4GeO5.5F:Mn일 수도 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-LED는 백색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 이 경우, 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0≤r≤0.05, 바람직하게는 r = 0)를 갖는다. 바람직하게 TA = Li, TD = Si, XB = O 및 E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn, 바람직하게는 E = Eu이다. 예를 들어 상기 발광 물질은 KLi3SiO4:Eu이다. 상기 발광 물질은 청색 내지 적색 스펙트럼 범위에서 매우 광대역으로 방출함으로써, 결과적으로 백색 광 인상이 발생한다. 이 경우 바람직하게, 변환 소자가 이와 같은 발광 물질로 구성되거나, 또는 이와 같은 발광 물질과 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않는다. 그에 따라 상기 발광 물질은 유일한 발광 물질로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다. 상기 조명 장치, 특히 변환-LED는 높은 효율 및 높은 연색 평가 지수를 갖는다. 특히 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 3500K 미만, 특히 3000K 미만의 색 온도를 갖는 온백색 방사선을 방출한다. 그에 따라 이와 같은 조명 장치, 특히 이와 같은 변환-LED는 특히 일반 조명에 적합하다.
백색의 광을 발생하기 위해 적색 및 녹색의 발광 물질과 청색으로 방사하는 반도체 칩을 사용하는 공지된 백색 방출 변환-LED에 비해, 여기에서는 반도체 칩의 복잡한 비닝이 생략될 수 있거나, 또는 이와 같은 비닝이 적어도 더 큰 허용 오차로 실행될 수 있다. 육안에 의해서 전혀 지각되지 않거나, 또는 거의 지각되지 않는 (300 nm 내지 430 nm 또는 440 nm까지의) 일차 방사선을 갖는 반도체 칩이 사용될 수 있다. 제조, 온도 또는 순방향 전류에서 기인하는 일차 방사선의 변동은 전체 방사선 특성에 부정적으로 작용하지 않는다. 2개 이상의 발광 물질을 사용하는 것에 비해, 발광 물질의 농도 변화에 의한 색 조정이 필요치 않은데, 그 이유는 방출 스펙트럼이 단 하나의 발광 물질에 의해서만 발생되고, 그에 따라 일정하기 때문이다. 이와 같은 방식으로 변환-LED가 높은 처리율로 제조될 수 있는데, 그 이유는 색 조정 또는 복잡한 칩-비닝이 필요치 않기 때문이다. 단 하나의 발광 물질의 선택적인 변질에 의해서는 방출 스펙트럼 상에서 색 이동 또는 다른 부정적인 효과들이 발생하지 않는다. 적용예에 따라서는, 일차 방사선의 부분 변환도 이루어질 수 있다. 300 nm 내지 430 nm 또는 440 nm의 범위 내에 있는 일차 방사선에 의해 발광 물질을 여기시키는 것이 가능하기 때문에, 전체 방사선에 바람직하게 전자기 스펙트럼의 청색 단파장 범위 내 일차 방사선이 기여함으로써, 이와 같은 전체 방사선에 의해 조명되는 대상이 더욱 하얗게, 더욱 밝게 그리고 이로 인해 더욱 매력적으로 작용한다. 그에 따라 예를 들어 섬유 내 광학적인 광택제가 여기될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-LED는 백색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 이 경우, 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (NarK1-r)Li3SiO4:E(0.05＜r≤0.2, 바람직하게는 0.1＜r≤0.2, E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn, 바람직하게는 E = Eu)를 갖는다. 예를 들어 상기 발광 물질은 Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu이다. 상기 발광 물질은 녹색 내지 적색 스펙트럼 범위에서 광대역으로 방출함으로써, 결과적으로 청색 일차 방사선과 이차 방사선의 중첩에 의해 백색 전체 방사선이 발생한다. 이 경우 바람직하게, 변환 소자가 이와 같은 발광 물질로 구성되거나, 또는 이와 같은 발광 물질과 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않는다. 그에 따라 상기 발광 물질은 유일한 발광 물질로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다. 그에 따라 다수의 발광 물질을 갖는 변환-LED들과 다르게, 단 하나의 발광 물질의 선택적인 변질에 의해 방출 스펙트럼 상에서 색상 이동 또는 다른 부정적인 효과들이 발생하지 않는다. 상기 조명 장치, 특히 변환-LED는, 추가 적색 발광 물질이 존재하지 않음에도 불구하고, 특히 높은 연색 평가 지수를 갖는다. 특히 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 6500K, 바람직하게는 8000K를 초과하는 색 온도를 갖는 냉백색 방사선을 방출한다. 색 온도의 최댓값은 10000K일 수 있다. 그에 따라 이와 같은 조명 장치, 특히 이와 같은 변환-LED는 특히 일반 조명, 예를 들어 사무실에 적합하다. 연구들은 냉백색 전체 방사선이 일반 조명에서 농도가 증가될 수 있음을 입증하는데, 그 이유는 전체 방사선 내 높은 청색 비율에 의해 멜라토닌의 생산이 감소할 수 있기 때문이다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 백색 방사선을 방출하도록 설계되어 있고, 이때 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.2＜r≤0.4, 바람직하게는 0.2＜r≤0.3), (Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0≤r'≤1, 바람직하게는 0.25≤r'≤0.75, 특히 바람직하게는 0.4≤ r'≤0.6), (K1-r''-r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0＜r''＜0.5 및 0＜r'''＜0.5, 바람직하게는 0.1＜r''＜0.4 및 0.1＜r'''＜0.4, 특히 바람직하게는 0.2＜r''＜0.3 및 0.2＜r'''＜0.3), (Cs,Na,K,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 바람직하게는 (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.4≤r*＜0.875, 바람직하게는 0.4≤r*≤0.75, 특히 바람직하게는 0.4≤ r*≤0.6, 매우 특히 바람직하게는 r* = 0.5)를 갖는다. 바람직하게 TA = Li, TD = Si 및 XB = O이다. 특히 바람직하게 TA = Li, TD = Si, E = Eu 및 XB = O이다. 변환 소자는, 조명 장치, 특히 변환-LED의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 부분적으로 전자기 스펙트럼의 적색 스펙트럼 범위 내에 있는 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있는 적어도 하나의 제 2 발광 물질을 포함한다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.2＜r≤0.4, 바람직하게는 0.2＜r≤0.3, 특히 바람직하게는 r = 0.25), (Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0≤r'≤1, 바람직하게는 0.25≤r'≤0.75, 특히 바람직하게는 0.4≤ r'≤0.6), (K1-r''-r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0＜r''＜0.5 및 0＜r'''＜0.5, 바람직하게는 0.1＜r''＜0.4 및 0.1＜r'''＜0.4, 특히 바람직하게는 0.2＜r''＜0.3 및 0.2＜r'''＜0.3), (Cs,Na,K,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 바람직하게는 (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.4≤r*＜0.875, 바람직하게는 0.4≤r*≤0.75, 특히 바람직하게는 0.4≤ r*≤0.6, 매우 특히 바람직하게는 r* = 0.5)를 갖는다. 바람직하게 TA = Li, TD = Si 및 XB = O이다. 특히 바람직하게 TA = Li, TD = Si, E = Eu 및 XB = O이다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 바람직하게 녹색 스펙트럼 범위 내에 있고 50㎚ 미만의 반치전폭을 갖는다. 변환 소자는, 조명 장치의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 부분적으로 전자기 스펙트럼의 적색 스펙트럼 범위 내에 있는 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있는 제 2 발광 물질을 포함한다. 상기 변환 소자가 상기 발광 물질과 상기 제 2 발광 물질로 구성되거나, 또는 상기 발광 물질, 상기 제 2 발광 물질, 그리고 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 상기 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않는다. 그에 따라 상기 발광 물질 및 상기 제 2 발광 물질은 유일한 발광 물질들로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다. 일차 방사선과 적색 및 녹색 스펙트럼 범위 내 이차 방사선의 중첩은 백색 광 인상을 발생한다.
바람직하게 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED에 의해 색상의 특히 넓은 대역폭이 재현될 수 있다. 그에 따라 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 특히 디스플레이들과 같은 디스플레이 소자들을 위한 역광 조명 적용예들에 적합하다.
LED 디스플레이("liquid crystal display") 및 다른 디스플레이의 경우에는, 색들이 일차 색인 적색, 녹색 및 청색에 의해서 재현된다. 그렇기 때문에, 디스플레이에서 재현될 수 있는 색들의 대역 폭은 설정된 적색, 녹색 및 청색의 색 삼각형에 의해서 제한되었다. 이와 같은 색은 적색, 녹색 및 청색 필터에 의해서 역광 조명용 스펙트럼으로부터 상응하게 필터링 된다. 하지만, 색 필터의 투과된 방사선의 파장 범위는 여전히 매우 넓다. 그렇기 때문에, 가급적 넓은 색 공간을 커버링하기 위해서는, 녹색, 청색 및 적색 스펙트럼 범위 내에서 매우 협대역으로 방사하는 광원, 다시 말해 작은 반치전폭을 갖는 광원이 요구된다. 역광 조명 적용예를 위한 광원으로서는, 주로 청색으로 방사하는 반도체 칩이 녹색 스펙트럼 범위에서 첨두 파장을 갖는 발광 물질 및 적색 스펙트럼 범위에서 첨두 파장을 갖는 발광 물질과 조합되며, 이 경우 상기 발광 물질은 가급적 작은 방출 반치전폭을 갖는다. 이상적인 경우에는, 가급적 적은 광을 손실하기 위하여, 최대 효율에 도달하기 위하여 그리고 도달 가능한 색 공간을 제한하는 다양한 색 채널들의 누화(crosstalk) 또는 중첩을 줄이기 위하여, 방출 피크가 개별 색 필터의 투과 범위와 일치한다.
본 발명에 따른 발광 물질들, 즉 0.2 < r ≤ 0.4인 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 0 < r' ≤ 1인 (Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 0 < r" < 0.5 및 0 < r"' < 0.5인 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs,Na,K,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 0.4 ≤ r* < 0.875인 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 예를 들어 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu, (Na0.25K0.75)Li3SiO4:Eu, (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu, (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu 또는 (Rb0.5Na0.5)Li3SiO4:Eu의 작은 반치전폭에 의해 방출 피크는 (일반적으로 70 내지 120 ㎚의 범위 내에서 반치전폭을 갖는) 표준 녹색 필터의 투과 범위와 매우 큰 중첩을 나타냄으로써, 결과적으로 다만 적은 광만 손실되고, 도달 가능한 색 공간은 커진다. 특히 제 2 발광 물질로서, K2SiF6:Mn, Mg4GeO5.5F:Mn, SrLiAl3N4:Eu 또는 Sr(Sr,Ca)Si2Al2N6:Eu와 같은 작은 반치전폭을 갖는 발광 물질이 사용된다. 특히 작은 반치전폭을 갖는 녹색 발광 물질과 적색 발광 물질의 조합은 큰 색 공간의 커버링을 야기한다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-LED는 백색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 이 경우, 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (NarK1-r)Li3SiO4:E(0.05＜r≤0.2, 바람직하게는 0.1＜r≤0.2, E = Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn, 바람직하게는 E = Eu)를 갖는다. 예를 들어 상기 발광 물질은 Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu이다. 상기 발광 물질은 바람직하게 녹색 내지 적색 스펙트럼 범위에서 광대역으로 방출한다. 청색 일차 방사선과 관련하여, 전체 방사선은 표준-녹색 필터, 적색 필터 및 청색 필터의 투과 범위와 매우 큰 중첩을 나타냄으로써, 결과적으로 단지 적은 광만이 손실되고 달성 가능한 색 공간이 크다. 바람직하게, 변환 소자가 이와 같은 발광 물질로 구성되거나, 또는 이와 같은 발광 물질과 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않는다. 그에 따라 상기 발광 물질은 유일한 발광 물질로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다. 그에 따라 이와 같은 조명 장치, 특히 이와 같은 변환-LED는 특히 역광 조명 적용예들에 적합하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 녹색 방사선을 방출하도록 설계되어 있고, 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.2＜r≤0.4, 바람직하게는 0.2＜r≤0.3, 특히 바람직하게는 r = 0.25), (Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0≤r'≤1, 바람직하게는 0.25≤r'≤0.75, 특히 바람직하게는 0.4≤ r'≤0.6), (K1-r''-r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0＜r''＜0.5 및 0＜r'''＜0.5, 바람직하게는 0.1＜r''＜0.4 및 0.1＜r'''＜0.4, 특히 바람직하게는 0.2＜r''＜0.3 및 0.2＜r'''＜0.3), (Cs,Na,K,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 바람직하게는 (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.4≤r*＜875, 바람직하게는 0.4≤r*≤0.75, 특히 바람직하게는 0.4≤ r*≤0.6, 매우 특히 바람직하게는 r* = 0.5)를 갖는다. 바람직하게 TA = Li, TD = Si 및 XB = O이다. 특히 바람직하게 TA = Li, TD = Si, E = Eu 및 XB = O이다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 특히 녹색 스펙트럼 범위 내에 있고 50㎚ 미만의 반치전폭을 갖는다. 변환 소자가 이와 같은 발광 물질로 구성되거나, 또는 이와 같은 발광 물질과 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않는다. 그에 따라 상기 발광 물질은 유일한 발광 물질로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다.
녹색의 파장 범위에서 방사선을 방출하는 녹색의 발광 다이오드는 한 편으로는 직접 녹색을 방출하는 반도체 칩 또는 반도체 칩과 녹색 발광 물질을 구비한 변환-LED에 의해서 얻어질 수 있다. 직접 녹색을 방출하는 반도체 칩은 매우 적은 양자 효율을 나타낸다. 변환-LED의 경우에는, 일차 방사선이 한 편으로는 완전히 녹색의 이차 방사선으로 변환될 수 있거나(완전 변환), 다른 한 편으로는 다만 부분적으로만 녹색의 이차 방사선으로 변환될 수 있고(부분 변환), 나머지 일차 방사선의 비율이 필터에 의해 필터링 됨으로써, 결과적으로 조명 장치는 오로지 또는 거의 배타적으로 이차 방사선만, 특히 녹색의 이차 방사선만 방출하게 된다.
종래에는, (Y, Lu)3(Al, Ga)5O12:Ce, 오르소실리케이트 또는 옥소니트리도오르소실리케이트가 녹색의 발광 물질로서 사용된다. 종래의 변환-LED는 낮은 효율 및 색 순도를 갖는 경우가 많다. 이와 같은 단점을 피하기 위하여, 방출 조정을 위해 필터가 사용된다. 그러나 이는 변환-LED의 총 출력에 부정적으로 작용한다.
그와 달리, 본 발명에 따른 녹색 발광 물질, 즉 0.2 < r ≤ 0.4인 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 0 ≤ r' ≤ 1인 화학식 (Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 0 < r" < 0.5 및 0 < r"' < 0.5인 화학식 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 화학식 (Cs, Na, K, Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 바람직하게 (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 0.4 ≤ r* < 0.875인 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 예를 들어 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu, (Na0.25K0.75)Li3SiO4:Eu, (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu, (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu 또는 (Rb0.5Na0.5)Li3SiO4:Eu를 갖는 조명 장치, 특히 변환-LED는 매우 효율적이고, 색 필터를 사용하지 않더라도 높은 색 순도 및 높은 출력을 나타낸다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 백색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.4＜r≤1, 바람직하게는 0.45＜r≤1, 매우 특히 바람직하게는 r = 0.5 또는 1)를 갖는다. 바람직하게 TA = Li, TD = Si 및 XB = O이다. 대안적으로 발광 물질은 화학식 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0＜r*＜0.4, 예를 들어 r* = 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35, 바람직하게 0.1≤r*≤0.35, 특히 바람직하게 0.2≤r*≤0.3, 매우 특히 바람직하게 r* = 0.25) 또는 (Cs,Na,Rb,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 및 (Rb,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 갖는다. 바람직하게 TA = Li, TD = Si 및 XB = O이다. 예를 들어 상기 발광 물질은 화학식 NaLi3SiO4:Eu, (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu, (Rb0.25Na0.75)Li3SiO4:Eu, (Cs0.25Na0.25Rb0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu, (Cs0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu 또는 (Rb0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu를 갖는다. 이와 같은 발광 물질의 첨두 파장은 바람직하게 청색 스펙트럼 범위 내에, 특히 450㎚ 내지 500㎚의 범위 내에 있다. 변환 소자는 제 2 발광 물질 및 제 3 발광 물질을 포함하고, 이때 상기 제 2 발광 물질은 전자기 일차 방사선을 부분적으로 전자기 스펙트럼의 적색 스펙트럼 범위 내에 있는 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있고, 상기 제 3 발광 물질은 조명 장치의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 전자기 스펙트럼의 녹색 스펙트럼 범위 내에 있는 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있다. 상기 변환 소자가 상기 발광 물질, 상기 제 2 발광 물질 및 상기 제 3 발광 물질로 구성되거나, 또는 상기 발광 물질, 상기 제 2 발광 물질 및 상기 제 3 발광 물질, 그리고 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 상기 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않는다. 그에 따라 상기 발광 물질, 그리고 상기 제 2 발광 물질 및 상기 제 3 발광 물질은 유일한 발광 물질들로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다. 청색, 적색 및 녹색 스펙트럼 범위 내 이차 방사선들의 중첩은 백색 광 인상을 발생한다. 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 특히 일반 조명에 적합하다.
공지된 백색 방출 변환-LED는, 청색의 일차 방사선을 방출하는 반도체 칩 그리고 적어도 하나의 적색 및 녹색의 발광 물질을 사용한다. 청색의 일차 방사선과 적색 및 녹색의 이차 방사선이 중첩됨으로써, 백색의 광이 생성된다. 이와 같은 해결책에서의 단점은, 예를 들어 GaN 또는 InGaN을 토대로 하는 에피택셜 성장된 반도체 칩이 방출된 일차 방사선의 첨두 파장에서 변동될 수 있다는 것이다. 이는 색 장소 및 연색성의 변경과 같이 백색의 전체 방사선에서 변동을 야기하는데, 그 이유는 일차 방사선이 전체 방사선에 대한 청색 비율에 기여하기 때문이다. 이는 특히 장치 내 복수의 반도체 칩을 사용하는 경우에 문제가 된다. 변동을 방지하기 위해서는, 반도체 칩이 자체 색 장소에 상응하게 분류되어야만 한다("비닝: binning"). 방출된 일차 방사선의 파장과 관련된 허용 오차가 좁게 설정될수록, 하나 이상의 반도체 칩으로 이루어지는 장치의 품질은 그만큼 더 높아진다. 그러나 좁은 허용 오차로 분류가 이루어진 후에도, 반도체 칩의 첨두 파장은 가변적인 작동 온도 및 순방향 전류에서 두드러지게 변경될 수 있다. 이는 일반 조명 적용예 및 다른 적용예에서 색 장소 및 색 온도와 같은 광학 특성의 변경을 야기할 수 있다. 여기에, 전자기 스펙트럼의 450㎚ 내지 500㎚의 범위 내 종래의 해결책들에 대해 방출 스펙트럼 내 간격이 존재하고, 상기 간격 내에서 광이 전혀 방출되지 않거나 단지 매우 적게 방출된다는 사실이 추가된다. 이는 기준 광원과 비교하여 연색 평가 지수의 감소를 야기한다.
0.4 < r ≤ 1인 발광 물질 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 예를 들어 NaLi3SiO4:Eu, 0 < r* < 0.4인 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs, Na, Rb, Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs, Na, K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rb, Na, K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu는 300 nm 내지 440 nm의 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기된다. 예를 들어 GaInN을 토대로 하는 300 nm 내지 440 nm의 일차 방사선과 반도체 칩의 조합은, 훨씬 더 넓은 온도 범위에 걸쳐서 그리고 순방향 전류의 더 큰 범위에 걸쳐서 안정적인 청색 스펙트럼 범위 내 이차 방사선의 방출을 유도한다. 300 nm 내지 440 nm의 일차 방사선은 전혀 볼 수 없거나 거의 볼 수 없기 때문에, 매우 다양한 반도체 칩이 일차 방사선원으로서 사용될 수 있고, 그럼에도 변환-LED의 일정하고 안정적인 방출 스펙트럼이 얻어질 수 있다. 이와 같은 방식으로 반도체 칩의 복잡한 "비닝"이 방지되거나 간소화될 수 있고, 효율이 증가될 수 있다. 450㎚ 내지 500㎚의 범위 내에 있는 발광 물질의 첨두 파장에 의해 이와 같은 범위 내에서 방사가 증가한다. 그에 따라 바람직하게 연색 평가 지수가 상승할 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 백색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 발광 물질은 화학식 Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E(0＜y*＜0.875, 바람직하게는 0＜y*≤0.5, 특히 바람직하게는 0＜y*≤0.3, 매우 특히 바람직하게는 0＜y*≤0.1), 예를 들어 Na0.97Ca0.03Li2.94Al0.09Si0.97O3.88N0.12:Eu를 갖는다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 바람직하게 청색 또는 녹색 스펙트럼 범위 내에, 특히 470㎚ 내지 560㎚, 바람직하게는 470㎚ 내지 520㎚의 범위 내에 있다. 변환 소자는 특히 제 2 발광 물질 및 제 3 발광 물질을 포함하고, 이때 상기 제 2 발광 물질은 전자기 일차 방사선을 부분적으로 전자기 스펙트럼의 적색 스펙트럼 범위 내에 있는 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있고, 상기 제 3 발광 물질은 조명 장치의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 전자기 스펙트럼의 녹색 스펙트럼 범위 내에 있는 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있다. 이 경우, 상기 제 3 발광 물질은 특히 520㎚을 초과하는 첨두 파장을 갖는 전자기 이차 방사선을 갖는다. 상기 변환 소자가 상기 발광 물질, 상기 제 2 발광 물질 및 제 3 발광 물질로 구성되거나, 또는 상기 발광 물질, 상기 제 2 발광 물질 및 상기 제 3 발광 물질, 그리고 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 상기 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않는다. 그에 따라 상기 발광 물질, 그리고 상기 제 2 발광 물질 및 제 3 발광 물질은 유일한 발광 물질들로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다. 이차 방사선들의 중첩은 백색 광 인상을 발생한다. 발광 물질 Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E를 사용함으로써, 전자기 스펙트럼의 450㎚ 내지 500㎚의 범위 내 방사선도 방출된다. 표준 발광 물질들을 사용하는 경우, 여기에서 전체-방출 스펙트럼 내 간격이 존재하는 경우가 많은데, 다시 말해 상기 간격 내에서 광이 전혀 방출되지 않거나 단지 매우 적게 방출된다. 그럼으로써 전체 방사선이 전자기 스펙트럼의 특히 가시광선 범위를 거의 연속적으로 커버링하고, 그 결과 상기 전체 방사선은 높은 연색 평가 지수를 갖는다. 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 특히 일반 조명에 적합하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 백색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 발광 물질은 화학식 Sr(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E(0.25≤r**≤1, 바람직하게는 0.25＜r**＜0.875, 특히 바람직하게는 0.4≤r**≤0.8)를 갖는다. 바람직하게 E = Eu이다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 바람직하게 황색 내지 적색 스펙트럼 범위 내에 있다. 변환 소자는 추가 발광 물질을 포함할 수 있으며, 이때 이차 방사선들의 중첩 및/또는 일차 방사선과 이차 방사선들의 중첩에 의해 백색 광 인상이 발생한다. 발광 물질 Sr(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E의 첨두 파장이 r**의 비율에 따라 황색 내지 적색 스펙트럼 범위 내에 있을 수 있기 때문에, 백색 광을 발생하기 위한 변환-LED 내부의 추가 발광 물질의 선택은 발광 물질 Sr(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E의 첨두 파장에 달려있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 황색 내지 적색 스펙트럼 범위 내에 있는 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 발광 물질은 화학식 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu(0＜y**≤1.0, 바람직하게는 0＜y**＜0.875 또는 0＜y**＜0.5, 특히 바람직하게는 0.05≤y**≤0.45, 매우 특히 바람직하게는 0.1≤y**≤0.4, 0.15≤y**≤0.35 또는 0.2≤y**≤0.3)를 갖는다. 변환 소자가 이와 같은 발광 물질로 구성되거나, 또는 이와 같은 발광 물질과 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않는다. 그에 따라 상기 발광 물질은 유일한 발광 물질로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 황색 또는 황-주황색 스펙트럼 범위 내에 있는 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 발광 물질은 화학식 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu(0.1≤y**≤0.4, 0.15≤y**≤0.35 또는 0.2≤y**≤0.3)를 갖는다. 이와 같은 실시 형태의 변환-발광 다이오드는 특히 자동차 내 경고등 및 점멸등에서의 사용에 적합하다. 발명자들은 이와 같은 실시 형태의 변환-발광 다이오드의 전체 방사선의 색 장소들이 유럽 자동차 내 점멸등에 대해 ECE/UNECE에 의해 규정된 색 공간 내에, 그리고 북아메리카 자동차 내 점멸등에 대해 SAE에 의해 규정된 색 공간 내에 있다는 사실을 보여줄 수 있었다.
특히 전자기 일차 방사선은 발광 물질 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu에 의해 거의 완전히 흡수되고 전자기 이차 방사선의 형태로 방출된다. 그에 따라 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED의 방출된 방사선 또는 전체 방사선은 전자기 이차 방사선에 거의 완전히 상응한다.
황색 또는 황-주황색 파장 범위 내 방사선을 방출하는 황색 또는 황-주황색 발광 다이오드들은 한편으로 이와 같은 스펙트럼 범위 내에서 직접 방출하는 InGaAlP 기반의 반도체 칩들에 의해, 또는 반도체 칩 및 황색 발광 물질을 갖는 변환-LED들에 의해 얻어질 수 있다. 그러나 직접 황색 방출하는 반도체 칩들은 변환-LED들과 비교하여 매우 낮은 양자 효율을 나타낸다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 청색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.4＜r≤1, 바람직하게는 0.45＜r≤1, 매우 특히 바람직하게는 r = 0.5)를 갖는다. 바람직하게 TA = Li, TD = Si 및 XB = O이다. 대안적으로 발광 물질은 화학식 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0＜r*＜0.4, 바람직하게는 0.1≤r*≤0.35, 특히 바람직하게는 0.2≤r*≤0.3, 매우 특히 바람직하게는 r* = 0.25) 또는 (Cs,Na,Rb,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 및 (Rb,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E를 갖는다. 예를 들어 상기 발광 물질은 NaLi3SiO4:Eu 또는 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu, (Rb0.25Na0.75)Li3SiO4:Eu 또는 (Cs0.25Na0.25Rb0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu, (Cs0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu 또는(Rb0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu를 갖는다. 이와 같은 발광 물질들의 첨두 파장은 청색 스펙트럼 범위 내에 있다. 변환 소자가 이와 같은 발광 물질로 구성되거나, 또는 이와 같은 발광 물질과 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않으며, 그에 따라 상기 발광 물질은 유일한 발광 물질로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다. 바람직하게 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED에 의해, 전자기 스펙트럼의 청색 범위 내에서 지금까지 달성될 수 없었던 다수의 색 장소를 달성하는 것이 가능하다.
이와 같은 실시 형태의 조명 장치들, 특히 변환-LED들은 예를 들어 경찰차, 병원차, 응급차 또는 소방차의 청색등과 같은 표시등에 적합하다. 이와 같은 표시등이 한 편으로는 매우 밝아야만 하고 다른 한 편으로는 특정의 색 장소 범위 내에(통상적으로 주파장은 465 ㎚ 내지 480㎚에 놓임) 놓여야만 하기 때문에, 모든 청색 광원이 이와 같은 사용예에 적합한 것은 아니다. 다른 한 편으로, 0.4 < r ≤ 1인 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 특히 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu 또는 0 ＜ r* ＜0.4인 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 특히 (Rb0.25Na0.75)Li3SiO4:Eu의 발광 물질을 갖는 조명 장치, 특히 변환-LED는, 사람에게서 멜라토닌 생성을 억제하기에 적합하다. 마찬가지로 이를 위해 (Cs,Na,Rb,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 및 (Rb,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 예를 들어 (Cs0.25Na0.25Rb0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu, (Cs0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu 또는 (Rb0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu가 적합하다. 바람직하게 상기 발광 물질에 대해 TA = Li, TD = Si 및 XB = O가 적용된다. 그에 따라 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 각성도(alertness) 및/또는 농도를 증가시키기 위해 의도한 바대로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 변환-LED는 시차 장애(jet lag)를 더욱 신속하게 극복하는 데 기여할 수 있다. 또한, 상기 발광 물질 또는 상기 발광 물질을 갖는 조명 장치, 특히 변환-LED는 "고객의 요구에 맞춘 색상(color on demand)"-적용예에 적합한데, 다시 말하자면 예를 들어 자동차용 인테리어 장식의 광고 또는 디자인에서 상표 또는 제품 특유의 특정 색을 구현하기 위하여 사용자의 요구에 부합하는 청색의 색 장소를 갖는 조명 장치, 특히 변환-LED에 적합하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 청색 또는 녹색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 발광 물질은 화학식 Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E(0＜y*＜0.875, 바람직하게는 0＜y*≤0.5, 특히 바람직하게는 0＜y*≤0.3, 매우 특히 바람직하게는 0＜y*≤0.1)를 갖는다. 예를 들어 상기 발광 물질은 화학식 Na0.97Ca0.03Li2.94Al0.09Si0.97O3.88N0.12:Eu를 갖는다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 청색 또는 녹색 스펙트럼 범위 내에 있다. 변환 소자가 이와 같은 발광 물질로 구성되거나, 또는 이와 같은 발광 물질과 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않으며, 그에 따라 상기 발광 물질은 유일한 발광 물질로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다. 바람직하게 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED에 의해, 전자기 스펙트럼의 녹색 범위 내에서 다수의 색 장소를 달성하는 것이 가능하다. 이와 같은 실시 형태의 변환-발광 다이오드 또는 조명 장치는 특히, 예를 들어 영화관, 사무실 또는 가정집 내 비디오 프로젝션(video projection), 헤드업 디스플레이(head-up display), 설정 가능한 연색 평가 지수 또는 색 온도를 갖는 광원들, 가게 조명 또는 FCI-램프("feeling of contrast index")와 같은 적용예에 부합하는 스펙트럼을 갖는 광원들과 같이 진한 녹색의 방사를 필요로 하는 적용예들에 적합하다. FCI-램프들은 특히 높은 연색 평가 지수를 갖는 백색 광을 발생하도록 설계되어 있는 조명 장치들이다. 이와 같은 실시 형태의 변환-발광 다이오드들 또는 조명 장치들은 특히 무대 조명에서 유색 스포트라이트(spotlight), 벽 조명 또는 이동식 헤드라이트에도 적합하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 황색 내지 적색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 발광 물질은 화학식 Sr(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E(0.25≤r**≤1, 바람직하게는 0.25＜r**≤0.875, 특히 바람직하게는 0.4≤r**≤0.8)를 갖는다. 바람직하게 E = Eu이다. 예를 들어 상기 발광 물질은 화학식 SrSiAl0.84Li2.16O1.32N2.68:Eu2+를 갖는다. 특히 일차 방사선은 상기 발광 물질에 의해 완전히 또는 거의 완전히 이차 방사선으로 변환됨으로써, 결과적으로 전체 방사선은 상기 이차 방사선에 완전히 또는 거의 완전히 상응한다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 황색 내지 적색 스펙트럼 범위 내에 있다. 변환 소자가 이와 같은 발광 물질로 구성되거나, 또는 이와 같은 발광 물질과 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않으며, 그에 따라 상기 발광 물질은 유일한 발광 물질로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다. 바람직하게 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED에 의해, 전자기 스펙트럼의 황색 내지 적색 범위 내에서 다수의 색 장소를 달성하는 것이 가능하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 백색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 발광 물질은 다음 일반 실험식을 갖는다: SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu(0＜x**≤1.0, 바람직하게는 0＜x**＜0.875, 특히 바람직하게는 0.125≤x**＜0.875 또는 0.125≤x**≤0.5, 매우 특히 바람직하게는 0.125≤x**≤0.45). 바람직하게 E = Eu이다. 이 경우 바람직하게, 변환 소자가 이와 같은 발광 물질로 구성되거나, 또는 이와 같은 발광 물질과 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않는다. 그에 따라 상기 발광 물질은 유일한 발광 물질로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다. 전체 방사선은 일차 방사선과 이차 방사선으로 구성된다. 특히 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 3600K 미만, 특히 3400K±100K의 색 온도를 갖는 온백색 방사선을 방출한다. 바람직하게 전체 방사선의 색 장소는 플랑크 곡선 가까이에 놓일 수 있다. 그에 따라 이와 같은 조명 장치, 특히 이와 같은 변환-LED는 특히 일반 조명, 예를 들어 거실에 적합하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 녹색 내지 적색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 발광 물질은 화학식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu(0＜x**≤1.0, 바람직하게는 0＜x**＜0.875, 특히 바람직하게는 0.125≤x**＜0.875 또는 0.125≤x**≤0.5, 매우 특히 바람직하게는 0.125≤x**≤0.45)를 갖는다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 x**의 비율에 따라 녹색 내지 적색 스펙트럼 범위 내에 있다. 변환 소자가 이와 같은 발광 물질로 구성되거나, 또는 이와 같은 발광 물질과 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않으며, 그에 따라 상기 발광 물질은 유일한 발광 물질로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다. 바람직하게 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED에 의해, 전자기 스펙트럼의 녹색 내지 적색 범위 내에서 다수의 색 장소를 달성하는 것이 가능하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 백색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 발광 물질은 다음 일반 실험식을 갖는다: (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.05＜r≤0.2, 바람직하게는 0.1＜r≤0.2), 특히 Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu. 이 경우 바람직하게, 변환 소자가 이와 같은 발광 물질로 구성되거나, 또는 이와 같은 발광 물질과 매트릭스 재료로 구성되는 것이 가능하다. 특히 변환 소자 또는 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 추가 발광 물질을 포함하지 않는다. 그에 따라 상기 발광 물질은 유일한 발광 물질로서 상기 변환 소자 또는 상기 조명 장치, 특히 변환-LED 내에 존재할 수 있다. 전체 방사선은 일차 방사선과 이차 방사선으로 구성된다. 특히 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 8000K를 초과하는 색 온도를 갖는 냉백색 방사선을 방출한다. 또한, 추가 발광 물질을 필요로 하지 않고도 높은 연색 평가 지수가 달성될 수 있다. 그에 따라 이와 같은 조명 장치, 특히 이와 같은 변환-LED는 특히 일반 조명, 예를 들어 사무실에 적합하다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-LED는 일차 방사선 및/또는 부분적으로 이차 방사선을 흡수하는 필터 또는 필터 입자를 포함한다. 특히 조명 장치, 특히 변환-LED가 디스플레이 소자들의 역광 조명에 사용되는 경우, 상기 조명 장치, 특히 변환-LED는 일차 방사선 및/또는 부분적으로 이차 방사선을 흡수하는 필터 또는 필터 입자를 포함한다.
하나의 실시 형태에서 필터들은 적색, 녹색 및 청색 색상들의 컬러 필터링 시스템들(color filtering systems)을 의미한다.
하나의 실시 형태에서 컬러 필터링 시스템은 적색, 녹색, 청색 색상들에 대해 각각 70 내지 120㎚의 범위 내 반치전폭을 갖는다.
컬러 필터링 시스템은 바람직하게 청색 필터, 녹색 필터 및 적색 필터를 포함하고, 상기 필터들은 전체 방사선을 제 1, 제 2 및 제 3 투과 스펙트럼의 광으로 필터링한다.
하나의 실시 형태에서 조명 장치, 특히 변환-LED의 방사와 컬러 필터링 시스템의 투과는 최대치들이 유사한 파장들에 놓이도록 선택된다. 그럼으로써 컬러 필터링 시스템에서 단지 적은 재흡수가 이루어진다.
하나의 실시 형태에서 발광 물질 또는 발광 물질들은 변환 소자 내에서 균일하게 분포한다.
하나의 실시 형태에서 발광 물질 또는 발광 물질들은 농도 기울기에 의해 변환 소자 내에 분포한다.
하나의 실시 형태에서, 흡수 손실을 감소시키기 위해, 더 짧은 첨두 파장을 갖는 발광 물질이 더 긴 첨두 파장을 갖는 발광 물질 또는 발광 물질들에 후속한다.
하나의 실시 형태에서 발광 물질 또는 발광 물질들은 상응하는 발광 물질의 입자들을 의미한다.
발광 물질들의 입자들은 서로 독립적으로 1㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 5㎛ 내지 40㎛, 특히 바람직하게는 8㎛ 내지 35㎛, 매우 특히 바람직하게는 8㎛ 내지 30㎛의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 이와 같은 입자 크기들에 의해 일차 방사선 또는 이차 방사선은 이와 같은 입자들에서 바람직하게 적게, 그리고/또는 대체적으로 전방 방향으로 산란되며, 이는 효율 손실을 감소시킨다.
하나의 실시 형태에서 변환 소자는 발광 물질과 매트릭스 재료로 구성되거나, 또는 발광 물질들과 매트릭스 재료로 구성된다.
하나의 실시 형태에서 변환 소자는 소형 플레이트로 형성되어 있다.
하나의 실시 형태에서 소형 플레이트는 1㎛ 내지 1㎜, 바람직하게는 10㎛ 내지 150㎛, 특히 바람직하게는 25㎛ 내지 100㎛의 두께를 갖는다.
전체 소형 플레이트의 층 두께는 균일할 수 있다. 이와 같은 방식으로 소형 플레이트의 전체 표면에 걸쳐서 일정한 색 장소가 달성될 수 있다.
하나의 실시 형태에서 변환 소자는 세라믹 소형 플레이트를 의미할 수 있다. 이는, 소형 플레이트가 발광 물질 또는 발광 물질들의 함께 소결된 입자들로 구성된다는 사실을 의미한다.
하나의 실시 형태에서 소형 플레이트는 그 내부에 발광 물질 또는 발광 물질들이 매립되어 있는 매트릭스 재료, 예를 들어 유리를 포함한다. 소형 플레이트는 매트릭스 재료, 예를 들어 유리와 발광 물질 또는 발광 물질들로 구성될 수도 있다. 소형 플레이트의 매트릭스 재료들로는 실리콘, 에폭시수지, 폴리실라잔, 폴리메타크릴레이트 및 폴리카보네이트, 그리고 상기 재료들의 조합들도 가능하다.
하나의 실시 형태에 따르면, 변환 소자는 일차 방사선원 또는 층 시퀀스에 걸쳐서 배치되어 있는 소형 플레이트로 형성되어 있다.
변환 소자는 소형 플레이트로 형성되어 일차 방사선원 또는 층 시퀀스 상에 직접 제공될 수 있다. 소형 플레이트가 일차 방사선원 또는 층 시퀀스의 전체 표면, 특히 방사선 방출면을 완전히 덮는 것이 가능하다.
조명 장치, 특히 변환-LED는 하우징을 포함할 수 있다. 상기 하우징의 중앙에는 리세스가 존재할 수 있다. 일차 방사선원 또는 층 시퀀스는 상기 리세스 내에 제공될 수 있다. 하나 또는 다수의 추가 일차 방사선원 또는 층 시퀀스가 상기 리세스 내에 제공되어 있는 것도 가능하다.
리세스가 일차 방사선원 또는 층 시퀀스를 덮는 캐스팅 컴파운드(casting compound)에 의해 충전되어 있는 것이 가능하다. 그러나 리세스는 공적(airspace)으로 구성될 수도 있다.
하나의 실시 형태에서 변환 소자는 하우징의 리세스에 걸쳐서 배치되어 있다. 이와 같은 실시 형태에서 특히 상기 변환 소자와 이차 방사선원 또는 층 시퀀스의 직접적인, 그리고/또는 형상 결합 방식의 접촉이 발생하지 않는다. 다시 말해, 상기 변환 소자와 상기 일차 방사선원 또는 층 시퀀스 사이에 간격이 존재할 수 있다. 다른 말로 하면, 상기 변환 소자는 상기 일차 방사선원 또는 상기 층 시퀀스에 후속하고 일차 방사선에 의해 조사된다. 이 경우, 상기 변환 소자와 상기 일차 방사선원 또는 상기 층 시퀀스 사이에는 캐스팅 컴파운드 또는 공기 간극이 형성될 수 있다. 이와 같은 어셈블리는 "이격형 형광체 변환(remote phosphor conversion)"으로 지칭될 수 있다.
하나의 실시 형태에서 변환 소자는 일차 방사선원 또는 층 시퀀스의 캐스팅 컴파운드의 부분이거나, 또는 변환 소자가 캐스팅 컴파운드를 형성한다.
하나의 실시 형태에서 변환 소자는 층으로 형성되어 있다. 상기 층은 일차 방사선원 또는 층 스택의 방사선 방출면에 걸쳐서, 또는 일차 방사선원 또는 층 스택의 방사선 방출면과 측면들에 걸쳐서 배치될 수 있다.
조명 장치, 특히 변환-LED의 용도가 제시된다. 조명 장치 및 변환-LED의 모든 특징들은 자체 용도에 대해서도 공개되어 있고, 역으로 조명 장치 및 변환-LED의 용도의 모든 특징들도 상기 조명 장치 및 변환-LED에 대해 공개되어 있다.
디스플레이 장치들, 특히 디스플레이들의 역광 조명을 위한 조명 장치, 특히 변환-LED의 용도가 제시된다. 예를 들어 액정 디스플레이(liquid crystal display)와 같은 텔레비전의 디스플레이들, 컴퓨터 모니터, 태블릿 또는 스마트폰의 디스플레이들이 고려된다.
디스플레이 소자들의 역광 조명을 위해, 사용된 조명 장치들, 특히 변환-LED들은 한편으로 높은 광도를 가져야 하고, 다른 한편으로는 큰 색 공간을 커버링해야 한다. 역광 조명을 위해 변환-LED들 내에서 사용되는 공지된 필러팅 시스템들은 세 개 또는 네 개의 컬러 필터(청색, 녹색 및 적색 또는 청색, 녹색, 황색 및 적색)로 구성된다. 상기 필터들은 통상적으로 일반적으로 70 내지 120㎚의 범위 내 반치전폭을 갖는다. 투과는 세 개의 컬러 필터의 중첩으로부터 이루어지고, 그럼으로써 그 내부에서 완전한 투과가 달성되지 않는 가시광선 스펙트럼의 범위들이 주어진다. 이는, 컬러 필터들을 역광 조명하는 변환-LED의 광대역 스펙트럼에서 방출된 광의 일부분이 필터에 의해 흡수되는 상황을 야기한다. 따라서 디스플레이 평면 상에서 변환-LED로부터의 최대 광량을 얻기 위해, 협대역 발광 물질들을 필요로 한다. 또한, 높은 색 포화도를 얻기 위해서는 변환-LED들의 개별적인 방사들이 스펙트럼 상에서 각각 가급적 컬러 필터링 시스템의 단 하나의 색상만을 호출하는 것이 중요하다.
놀랍게도 본 발명에 따른 조명 장치들, 특히 변환-LED들은 디스플레이들의 역광 조명에 매우 적합하다. 특히 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.2＜r≤0.4, 바람직하게는 0.2＜r≤0.3, 매우 특히 바람직하게는 r = 0.25), (Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0≤r'≤1, 바람직하게는 0.25≤r'≤0.75, 특히 바람직하게는 0.4≤ r'≤0.6), (K1-r''-r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0＜r''＜0.5 및 0＜r'''＜0.5, 바람직하게는 0.1＜r''＜0.4 및 0.1＜r'''＜0.4, 특히 바람직하게는 0.2＜r''＜0.3 및 0.2＜r'''＜0.3), (Cs,Na,K,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 바람직하게는 (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.4≤r*＜1.0, 바람직하게는 0.4≤r*≤0.75, 특히 바람직하게는 0.4≤ r*≤0.6, 매우 특히 바람직하게는 r* = 0.5)의 발광 물질을 포함하는 변환 소자를 갖는 조명 장치, 특히 변환-LED는 디스플레이 소자들의 역광 조명에 특히 적합한 것으로 입증되었는데, 그 이유는 상기 발광 물질의 첨두 파장이 전자기 스펙트럼의 녹색 스펙트럼 범위 내에 있고 50㎚ 미만의 반치전폭을 갖기 때문이다. 본 발명에 따른 발광 물질들의 작은 반치전폭에 의해 방출 피크들은 표준-녹색 필터의 투과 범위와 매우 큰 중첩을 나타냄으로써, 결과적으로 단지 적은 광만이 손실되고 달성 가능한 색 공간이 크다.
(NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.05＜r≤0.2, 바람직하게는 0.1＜r≤0.2)의 발광 물질을 포함하는 변환 소자를 갖는 조명 장치들, 특히 변환-LED도 디스플레이들의 역광 조명에 적합하다.
자동차 내 경고등 및 점멸등에서 조명 장치, 특히 변환-LED의 용도가 제시된다. 상기 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 주황색 또는 황-주황색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 바람직하게 발광 물질은 화학식 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu(0.1≤y**≤0.4, 0.15≤y**≤0.35 또는 0.2≤y**≤0.3)를 갖는다.
멜라토닌 생산의 감소 또는 고객의 요구에 맞춘 색상(color-on-demand)-적용예들을 위한 청색 광원들에서 조명 장치, 특히 변환-LED의 용도가 제시된다. 상기 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 청색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 바람직하게 발광 물질은 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.4＜r≤1, 바람직하게는 0.45＜r≤1, 매우 특히 바람직하게는 r = 0.5)를 갖는다. 바람직하게 TA = Li, TD = Si 및 XB = O이다. 예를 들어 상기 발광 물질은 화학식 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu를 갖는다. 대안적으로 발광 물질은 화학식 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0＜r*＜0.4, 바람직하게는 0.1≤r*≤0.35, 특히 바람직하게는 0.2≤r*≤0.3, 매우 특히 바람직하게는 r* = 0.25)를 갖는다. 예를 들어 상기 발광 물질은 화학식 (Rb0.25Na0.75)Li3SiO4:Eu를 갖는다. 대안적으로 발광 물질은 화학식 (Cs,Na,Rb,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rb,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 예를 들어 (Cs0.25Na0.25Rb0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu, (Cs0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu 또는 (Rb0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu를 갖는다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 청색 스펙트럼 범위 내에 있다.
멜라토닌 생산이 감소함으로써, 각성도(alterness) 및/또는 농도가 증가할 수 있다.
일반 조명을 위한 조명 장치, 특히 변환-LED의 용도가 제시된다. 상기 조명 장치, 특히 변환-발광 다이오드는 백색 방사선을 방출하도록 설계되어 있다. 특히 3500K 미만, 바람직하게는 3000K 미만의 색 온도를 갖는 온백색 방사선이 고려된다.
이 경우, 일반 조명을 위해 발광 물질은 예를 들어 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0≤r≤0.05, 바람직하게는 r = 0)를 갖는다. 바람직하게 TA = Li, TD = Si 및 XB = O이다. 예를 들어 상기 발광 물질은 KLi3SiO4:Eu이다. 상기 발광 물질은 청색 내지 적색 스펙트럼 범위에서 매우 광대역으로 방출함으로써, 결과적으로 백색 광 인상이 발생한다. 이와 같은 실시 형태에 따른 조명 장치, 특히 변환-LED는 3500K 미만, 특히 3000K 미만의 색 온도를 갖는 온백색 방사선을 방출한다.
일반 조명을 위해 발광 물질은 다음 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.4＜r≤1, 바람직하게는 0.45＜r≤1, 매우 특히 바람직하게는 r = 0.5 또는 1)를 가질 수도 있다. 바람직하게 TA = Li, TD = Si 및 XB = O이다. 예를 들어 상기 발광 물질은 화학식 NaLi3SiO4:Eu 또는 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu를 갖는다. 대안적으로 발광 물질은 화학식 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0＜r*＜0.4, 바람직하게는 0.1≤r*≤0.35, 특히 바람직하게는 0.2≤r*≤0.3, 매우 특히 바람직하게는 r* = 0.25)를 가질 수 있다. 예를 들어 상기 발광 물질은 화학식 (Rb0.25Na0.75)Li3SiO4:Eu를 갖는다. 대안적으로 발광 물질은 화학식 (Cs,Na,Rb,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rb,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 예를 들어 (Cs0.25Na0.25Rb0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu, (Cs0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu 또는 (Rb0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu를 갖는다. 이와 같은 발광 물질들의 첨두 파장들은 바람직하게 청색 스펙트럼 범위 내에, 특히 450㎚ 내지 500㎚의 범위 내에 있다. 변환 소자는 제 2 발광 물질 및 제 3 발광 물질을 포함하고, 이때 상기 제 2 발광 물질은 전자기 일차 방사선을 부분적으로 적색 스펙트럼 범위 내 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있고, 상기 제 3 발광 물질은 조명 장치의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 녹색 스펙트럼 범위 내 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있다.
일반 조명을 위해 발광 물질은 다음 화학식 Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E(0＜y*≤0.875, 바람직하게는 0＜y*≤0.5, 특히 바람직하게는 0＜y*≤0.3, 매우 특히 바람직하게는 0＜y*≤0.1)를 가질 수도 있다. 상기 발광 물질의 첨두 파장은 바람직하게 청색 또는 녹색 스펙트럼 범위 내에 있다. 변환 소자는 제 2 발광 물질 및 제 3 발광 물질을 포함하고, 이때 상기 제 2 발광 물질은 전자기 일차 방사선을 부분적으로 적색 스펙트럼 범위 내 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있고, 상기 제 3 발광 물질은 조명 장치의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 녹색 스펙트럼 범위 내 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 디스플레이 장치는 예를 들어 텔레비전, 스마트폰, 컴퓨터 스크린 또는 태블릿의 디스플레이를 의미한다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 조명 장치, 특히 변환-LED는 화학식 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.2＜r≤0.4, 바람직하게는 0.2＜r≤0.3, 특히 바람직하게는 r = 0.25) 또는 (Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0≤r'≤1, 바람직하게는 0.25≤r'≤0.75, 특히 바람직하게는 0.4≤ r'≤0.6, 매우 특히 바람직하게는 r' = 0.5), (K1-r''-r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0＜r''＜0.5 및 0＜r'''＜0.5, 바람직하게는 0.1＜r''＜0.4 및 0.1＜r'''＜0.4, 특히 바람직하게는 0.2＜r''＜0.3 및 0.2＜r'''＜0.3), (Cs,Na,K,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, 바람직하게는 (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E(0.4≤r*＜1.0, 바람직하게는 0.4≤r*≤0.75, 특히 바람직하게는 0.4≤ r*≤0.6, 매우 특히 바람직하게는 r* = 0.5)의 발광 물질을 포함하는 변환 소자를 갖는다. 상기 변환 소자는, 조명 장치의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 부분적으로 전자기 스펙트럼의 적색 스펙트럼 범위 내에 있는 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있는 제 2 발광 물질을 포함한다.
실시예
본 발명에 따른 발광 물질의 제 1 실시예(AB1)는 실험식 NaLi3SiO4:Eu2+(Na의 물질의 양을 기준으로 2 몰%의 Eu2+)를 갖고, 다음과 같이 제조된다: Na2CO3, Li2CO3, SiO2 및 Eu2O3가 상기 실험식에 상응하는 화학량론적인 비율로 개방된 니켈 도가니 내에서 용융된다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 1에서 제시된다. 혼합된 시재료를 갖는 니켈 도가니는 형성 가스 분위기하에서(N2:H2 = 92.5:7.5) 1시간 동안 대략 1000℃까지 가열된 다음에 냉각된다. 발광 물질의 광학적인 특성을 더욱 개선하기 위하여, 동일한 형성 가스 분위기하에서 발광 물질의 용융점 미만의 온도까지 추가 가열이 실행될 수 있다.
표 1:
Figure 112022061343465-pat00002
발광 물질의 시재료들은 상업적으로 구입 가능하고, 안정적이며, 또한 매우 비용 저렴하다. 비교적 낮은 온도에서의 간단한 합성은, 발광 물질의 제조시에 발광 물질을 매우 비용 저렴하게 만들어주고, 그럼으로써 또한 경제적으로도 매력적으로 만들어준다.
제 1 실시예(AB1)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 청색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 2 실시예(AB2)는 실험식 KLi3SiO4:Eu2+(K의 물질의 양을 기준으로 2 몰%의 Eu2+)를 갖고, 다음과 같이 제조된다: K2CO3, Li2CO3, SiO2 및 Eu2O3가 상기 실험식에 상응하는 화학량론적인 비율로 개방된 니켈 도가니 내에서 용융된다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 2에서 제시된다. 혼합된 시재료를 갖는 니켈 도가니는 형성 가스 분위기하에서(N2:H2 = 92.5:7.5) 1시간 동안 대략 1000℃까지 가열된 다음에 냉각된다. 발광 물질의 광학적인 특성을 더욱 개선하기 위하여, 동일한 형성 가스 분위기하에서 발광 물질의 용융점 미만의 온도까지 추가 가열이 실행될 수 있다.
표 2:
Figure 112022061343465-pat00003
제 2 실시예(AB2)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 청색 내지 적색 스펙트럼 범위 내에서 넓게 방사하고, 그에 따라 3500 K 미만의 색 온도를 갖는 백색의, 특히 온백색의 방사선을 방출한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 3 실시예(AB3)는 실험식 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu2+(Na 및 K의 물질의 양을 기준으로 2 몰%의 Eu2+) 또는 NaKLi6Si2O8:Eu2+를 갖고, 다음과 같이 제조된다: K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, SiO2 및 Eu2O3가 상기 실험식에 상응하는 화학량론적인 비율로 개방된 니켈 도가니 내에서 용융된다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 3에서 제시된다. 혼합된 시재료를 갖는 니켈 도가니는 형성 가스 분위기하에서(N2:H2 = 92.5:7.5) 1시간 내지 8시간 동안 800℃ 내지 1100℃까지 가열된 다음에 냉각된다. 발광 물질의 광학적인 특성을 더욱 개선하기 위하여, 동일한 형성 가스 분위기하에서 발광 물질의 용융점 미만의 온도까지 추가 가열이 실행될 수 있다.
표 3:
Figure 112022061343465-pat00004
제 3 실시예(AB3)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 청색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 4 실시예(AB4)는 실험식 (Na0.25K0.75)Li3SiO4:Eu2+(Na 및 K의 물질의 양을 기준으로 2 몰%의 Eu2+) 또는 NaK3Li12Si4O16:Eu2+를 갖고, 다음과 같이 제조된다: K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, SiO2 및 Eu2O3가 상기 실험식에 상응하는 화학량론적인 비율로 개방된 니켈 도가니 내에서 혼합된다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 4에서 제시된다. 혼합된 시재료를 갖는 니켈 도가니는 형성 가스 분위기하에서(N2:H2 = 92.5:7.5) 4시간 동안 900℃ 내지 1100℃까지 가열된 다음에 냉각된다. 발광 물질의 광학적인 특성을 더욱 개선하기 위하여, 동일한 형성 가스 분위기하에서 발광 물질의 용융점 미만의 온도까지 추가 가열이 실행될 수 있다.
표 4:
Figure 112022061343465-pat00005
제 4 실시예(AB4)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 녹색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 5 실시예(AB5)는 실험식 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu2+((Rb0.5Li0.5)의 물질의 양을 기준으로 2 몰%의 Eu2+) 또는 RbLiLi6Si2O8:Eu2+를 갖고, 다음과 같이 제조된다: Rb2CO3, Li2CO3, SiO2 및 Eu2O3가 상기 실험식에 상응하는 화학량론적인 비율로 개방된 니켈 도가니 내에서 혼합된다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 5에서 제시된다. 혼합된 시재료를 갖는 니켈 도가니는 형성 가스 분위기하에서(N2:H2 = 92.5:7.5) 4시간 동안 대략 1000℃까지 가열된 다음에 냉각된다. 그 다음에, 얻어진 제품이 분쇄되어 녹색의 분말을 얻게 된다.
발광 물질의 광학적인 특성을 더욱 개선하기 위하여, 동일한 형성 가스 분위기하에서 발광 물질의 용융점 미만의 온도까지 추가 가열이 실행될 수 있다.
표 5:
Figure 112022061343465-pat00006
제 5 실시예(AB5)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 녹색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 6 실시예(AB6)는 실험식 Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:Eu(y* = 0.03; Eu2+는 Na 및 Ca의 물질의 양을 기준으로 대략 2 몰%)를 갖고, 다음과 같이 제조된다: CaO, NaF, NiN3, Li2O, LiAlH4, AlF3, SiO2 및 EuF3가 상기 실험식에 상응하는 화학량론적인 비율로 용융 밀폐된 탄탈-앰플 내에서 최대 950℃까지 가열된다. 가열 또는 연소 과정 동안, 앰플의 산화(감소된 안정성) 및 그에 따라 증발된 시재료의 증기 압력에 의해 가열시 야기되는 파열을 방지하기 위하여, 상기 앰플은 진공화된 유리 튜브 내에 위치한다. 실온까지 냉각된 후에, 발광 물질의 개별 결정들이 부산물로부터 분리되고, 구조적으로 그리고 광학적으로 검사될 수 있다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 6에서 제시된다.
표 6:
Figure 112022061343465-pat00007
비교적 낮은 온도에서의 합성은, 발광 물질의 제조시에 발광 물질을 매우 비용 저렴하게 만들어주고, 그럼으로써 또한 경제적으로도 매력적으로 만들어준다. 발광 물질의 단결정에서 에너지 분산형 X-선 분광학을 이용하여, Na 및 Ca의 물질의 총량을 기준으로 3 몰%의 평균 Ca-비율, 및 질소 및 산소의 물질의 총량을 기준으로 3 몰%의 질소 비율이 결정되었으며, 이는 화학식 Na0.97Ca0.03Li2.94Al0.09Si0.97O3.88N0.12:Eu와 일치한다.
제 6 실시예(AB6)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 청-녹색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 7 실시예(AB7)는 실험식 (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu2+ 또는 NaK2Li(Li3SiO4)4:Eu2+를 갖고, 다음과 같이 제조된다: K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, SiO2 및 Eu2O3가 상기 실험식에 상응하는 화학량론적인 비율로 개방된 니켈 도가니 내에서 혼합된다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 7에서 제시된다. 혼합된 시재료를 갖는 니켈 도가니는 형성 가스 분위기하에서(N2:H2 = 92.5:7.5) 4시간 동안 750℃까지 가열된 다음에 냉각된다. 발광 물질의 광학적인 특성을 더욱 개선하기 위하여, 동일한 형성 가스 분위기하에서 발광 물질의 용융점 미만의 온도까지 추가 가열이 실행될 수 있다. 냉각 후에는, 예를 들어 마노 절구(agate mortar) 내에서의 분쇄에 의해 개별 결정들로 분리되는 더 밝은 녹색 결정의 덩어리가 얻어진다.
표 7:
Figure 112022061343465-pat00008
제 7 실시예(AB7)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 녹색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다. 단결정 회절 분석법(diffractometry)을 이용하여, 상기 발광 물질에 실험식 (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu2+가 할당될 수 있다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 8 실시예(AB8)는 실험식 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu2+ 또는 RbNaLi6Si2O8:Eu2+를 갖고, 다음과 같이 제조된다: Rb2CO3, Na2CO3, Li2CO3, SiO2 및 Eu2O3가 상기 실험식에 상응하는 화학량론적인 비율로 개방된 니켈 도가니 내에서 혼합된다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 8에서 제시된다. 혼합된 시재료를 갖는 니켈 도가니는 형성 가스 분위기하에서(N2:H2 = 92.5:7.5) 1시간 내지 8시간 동안 700℃ 내지 1000℃의 온도까지 가열된 다음에 냉각된다. 그 다음에, 얻어진 제품이 분쇄되어 녹색의 분말을 얻게 된다.
발광 물질의 광학적인 특성을 더욱 개선하기 위하여, 동일한 형성 가스 분위기하에서 발광 물질의 용융점 미만의 온도까지 추가 가열이 실행될 수 있다.
표 8:
Figure 112022061343465-pat00009
제 8 실시예(AB8)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 녹색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 9 실시예(AB9)는 실험식 (Rb0.25Na0.75)Li3SiO4:Eu2+ 또는 RbNa3Li12Si4O16:Eu2+를 갖고, 다음과 같이 제조된다: Rb2CO3, Na2CO3, Li2CO3, SiO2 및 Eu2O3가 상기 실험식에 상응하는 화학량론적인 비율로 개방된 니켈 도가니 내에서 혼합된다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 9에서 제시된다. 혼합된 시재료를 갖는 니켈 도가니는 형성 가스 분위기하에서(N2:H2 = 92.5:7.5) 1시간 내지 8시간 동안 700℃ 내지 1000℃의 온도까지 가열된 다음에 냉각된다. 그 다음에, 얻어진 제품이 분쇄되어 녹색의 분말을 얻게 된다.
발광 물질의 광학적인 특성을 더욱 개선하기 위하여, 동일한 형성 가스 분위기하에서 발광 물질의 용융점 미만의 온도까지 추가 가열이 실행될 수 있다.
표 9:
Figure 112022061343465-pat00010
제 9 실시예(AB9)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 청색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 10 실시예(AB10)는 r** = 0.67인 실험식 Sr(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4 및 그에 따라 SrSiAl0.84Li2.16O1.32N2.68:Eu2+를 갖고, 다음과 같이 제조된다: NaLi3SiO4, SrO, LiAlH4 및 Eu2O3가 개방된 니켈 도가니 내에서 혼합된다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 10에서 제시된다. 혼합된 시재료를 갖는 니켈 도가니는 가마 내에서 형성 가스 분위기하에서(N2:H2 = 92.5:7.5) 1시간 내지 8시간 동안, 바람직하게는 2시간 내지 6시간 동안, 매우 특히 바람직하게는 4시간 동안 800℃ 내지 1000℃, 바람직하게는 900℃의 온도까지 가열된 다음에 냉각된다.
발광 물질의 광학적인 특성을 더욱 개선하기 위하여, 동일한 형성 가스 분위기하에서 발광 물질의 용융점 미만의 온도까지 추가 가열이 실행될 수 있다.
표 10:
Figure 112022061343465-pat00011
제 10 실시예(AB10)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 황색 또는 황-주황색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다. 제 10 실시예의 조성은, 단결정에서 에너지 분산형 X-선 분광학을 이용하여 그리고 단결정 회절 분석법을 이용하여 결정되었다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 11 실시예(AB11)는 y** = 0.2224인 실험식 Na1-y**Euy*Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu를 갖고, 다음과 같이 제조된다: CaO, LiF, LiN3, Li2O, LiAlH4, SiO2 및 EuF3가 용융 밀폐된 탄탈-앰플 내에서 최대 900℃까지 가열된다. 가열 또는 연소 과정 동안, 앰플의 산화(감소된 안정성) 및 그에 따라 증발된 시재료의 증기 압력에 의해 가열시 야기되는 파열을 방지하기 위하여, 상기 앰플은 진공화된 유리 튜브 내에 위치한다. 실온까지 냉각된 후에, 발광 물질의 주황색의 개별 결정들이 부산물로부터 분리되고, 구조적으로 그리고 광학적으로 검사될 수 있다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 11에서 제시된다.
표 11:
Figure 112022061343465-pat00012
제 11 실시예(AB11)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 황-주황색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 12 실시예(AB12)는 x** = 0.2014인 실험식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu를 갖고, 다음과 같이 제조된다: SrAl2O4:Eu 및 LiN3가 용융 밀폐된 탄탈-앰플 내에서 최대 900℃까지 가열된다. 가열 또는 연소 과정 동안, 앰플의 산화(감소된 안정성) 및 그에 따라 증발된 시재료의 증기 압력에 의해 가열시 야기되는 파열을 방지하기 위하여, 상기 앰플은 진공화된 유리 튜브 내에 위치한다. 실온까지 냉각된 후에, 발광 물질의 황색/녹색의 개별 결정들이 부산물로부터 분리되고, 구조적으로 그리고 광학적으로 검사될 수 있다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 12에서 제시된다.
표 12:
Figure 112022061343465-pat00013
상기 발광 물질은 비교적 낮은 온도에서, 즉 1000℃ 미만에서 제조될 수 있으며, 이는 비용 절감적인 합성을 가능하게 한다.
제 12 실시예(AB12)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 녹색 내지 황색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
이하의 표 13에 따른 시재료들이 개방된 니켈 도가니 내에서 혼합됨으로써, 실험식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu를 갖는 발광 물질의 또 다른 실시예들이 제조된다. 혼합된 시재료를 갖는 니켈 도가니는 가마 내에서 대기압 또는 약간의 저압하의 형성 가스 분위기하에서(N2:H2 = 92.5:7.5) 1시간 내지 12시간, 바람직하게는 4시간 내지 8시간 동안 800℃ 내지 1200℃, 바람직하게는 900℃의 온도까지 가열된 다음에 냉각된다. 실온까지 냉각된 후에, 황색/녹색의 개별 결정들이 분리될 수 있다.
표 13:
Figure 112022061343465-pat00014
Figure 112022061343465-pat00015
Figure 112022061343465-pat00016
본 발명에 따른 발광 물질의 제 13 실시예(AB13)는 실험식 (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖고, 제 8 실시예와 유사하게 제조된다. 시재료들은 이하의 표 14에 제시되어 있다.
표 14:
Figure 112022061343465-pat00017
제 13 실시예(AB13)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 녹색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 14 실시예(AB14)는 실험식 (Cs0.25Na0.50K0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖고, 제 8 실시예와 유사하게 제조된다. 시재료들은 이하의 표 15에 제시되어 있다.
표 15:
Figure 112022061343465-pat00018
제 14 실시예(AB14)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 청색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 15 실시예(AB15)는 실험식 (Rb0.25Na0.50K0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖고, 제 8 실시예와 유사하게 제조된다. 시재료들은 이하의 표 16에 제시되어 있다.
표 16:
Figure 112022061343465-pat00019
제 15 실시예(AB15)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 청색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 16 실시예(AB16)는 실험식 (Rb0.25Na0.25Cs0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖고, 제 8 실시예와 유사하게 제조된다. 시재료들은 이하의 표 17에 제시되어 있다.
표 17:
Figure 112022061343465-pat00020
제 16 실시예(AB16)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 청색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명에 따른 발광 물질의 제 17 실시예(AB17)는 실험식 (Na0.125K0.875)Li3SiO4:Eu2+ 또는 NaK7(Li3SiO4)8:Eu2+를 갖고, 다음과 같이 제조된다: K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, SiO2 및 Eu2O3가 상기 실험식에 상응하는 화학량론적인 비율로 개방된 니켈 도가니 내에서 혼합된다. 시재료들의 칭량은 이하의 표 18에서 제시된다. 혼합된 시재료를 갖는 니켈 도가니는 형성 가스 분위기하에서(N2:H2 = 92.5:7.5) 4시간 동안 1000℃까지 가열된 다음에 일정한 냉각 속도로 300℃까지 냉각된다. 오븐이 스위치 오프되고, 실온까지 냉각된 후에 황-녹색의 단결정이 분리된다.
표 18:
Figure 112022061343465-pat00021
제 17 실시예(AB17)의 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 청-녹색 및 황-주황색 스펙트럼 범위 내에서 방사한다.
본 발명의 바람직한 추가 실시 형태들 및 개선예들은, 이하에서 도면들과 연계하여 기술된 실시예들로부터 나타난다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e 및 도 1f는 치환 실험의 가능한 전기 중립적인 실험식의 한 가지 선택을 보여준다.
도 2, 도 13, 도 23, 도 38, 도 63, 도 68, 도 74, 도 82, 도 83, 도 92, 도 93, 도 102, 도 103, 도 105, 도 112, 도 118b, 도 129, 도 131, 도 133, 도 135, 도 152b, 도 154, 도 161 및 도 163은 본 발명에 따른 발광 물질의 실시예들의 방출 스펙트럼을 보여준다.
도 3, 도 14, 도 24, 도 39, 도 64, 도 84, 도 94, 도 104, 도 130, 도 132, 도 134 및 도 136은 본 발명에 따른 발광 물질의 실시예들에 대한 쿠벨카-뭉크-함수(Kubelka-Munk function)를 보여준다.
도 4, 도 43, 도 66, 도 70, 도 76, 도 86, 도 96, 도 121 및 도 123은 비교 실시예들과 본 발명에 따른 발광 물질의 하나의 실시예의 광학 특성의 비교 결과를 보여준다.
도 5, 도 6, 도 44, 도 67, 도 69, 도 75, 도 85, 도 95 및 도 122는 비교 실시예들과 하나의 실시예의 방출 스펙트럼의 비교 결과를 보여준다.
도 7은 비교 실시예들과 하나의 실시예의 쿠벨카-뭉크-함수의 비교 결과를 보여준다.
도 8, 도 18, 도 25, 도 71, 도 77, 도 78, 도 88, 도 97, 도 107, 도 114, 도 137, 도 138, 도 139, 도 140, 도 160, 도 171, 도 172 및 도 173은 본 발명에 따른 발광 물질의 실시예들에 대한 결정 구조의 단면들을 보여준다.
도 9, 도 19, 도 40, 도 65, 도 111, 도 118a 및 도 177은 구리-Kα1-방사선 또는 몰리브덴-Kα1-방사선을 사용하는 X-선 회절 분말 회절 분석도를 보여준다.
도 10, 도 20, 도 26, 도 89, 도 98, 도 141, 도 142, 도 143 및 도 144는 본 발명에 따른 발광 물질의 실시예들의 X-선 분말 회절 분석도의 리트벨트 정제법(Rietveld refinement)을 보여준다.
도 11, 도 12, 도 21, 도 22, 도 27, 도 28, 도 72, 도 73, 도 79, 도 80, 도 81, 도 90, 도 91, 도 99, 도 100, 도 108, 도 109, 도 110, 도 115, 도 116, 도 117, 도 126, 도 127, 도 128, 도 145 내지 도 151, 도 152a, 도 158, 도 159, 도 174, 도 175 및 도 176은 본 발명에 따른 발광 물질의 실시예들의 특징적인 특성들을 보여준다.
도 15, 도 16 및 도 124는 비교 실시예들과 본 발명에 따른 발광 물질의 하나의 실시예를 갖는 변환-LED의 방출 스펙트럼의 비교 결과를 보여준다.
도 17, 도 125, 도 164 및 도 167은 비교 실시예들과 본 발명에 따른 발광 물질의 하나의 실시예를 갖는 변환-LED의 광학적인 특성들의 비교 결과를 보여준다.
도 29는 멜라토닌 생성을 위한 감도 곡선 및 비교 실시예들과 하나의 실시예의 방출 스펙트럼의 비교 결과를 보여준다.
도 30은 멜라토닌 생성을 위한 감도 곡선과 다양한 발광 물질 및 다양한 청색 방출 LED의 방출 스펙트럼의 중첩부를 보여준다.
도 31, 도 120 및 도 165는 CIE-표준 표(1931년)에서 다양한 발광 물질의 색 장소들을 보여준다.
도 32, 도 33 및 도 34는 비교 실시예들과 하나의 실시예의 일차 방사선의 서로 다른 주파장에서 색 단위의 비교 결과를 보여준다.
도 35, 도 36, 도 37, 도 166 및 도 168은 다양한 여기 파장에서 시뮬레이팅 된 LED-스펙트럼들을 보여준다.
도 41은 본 발명에 따른 발광 물질의 하나의 실시예의 X-선 회절 분말 회절 분석도의 상대적인 반사 강도 및 반사 위치를 보여준다.
도 42, 도 87 및 도 101은 종래의 발광 물질과 비교한 본 발명에 따른 발광 물질의 하나의 실시예의 열 소광 특성을 보여준다.
도 45는 녹색 및 적색 발광 물질에서 서로 다른 조합에 의한 색 공간 rec2020의 커버링을 보여준다.
도 46 내지 도 53은 녹색 및 적색 발광 물질에서 서로 다른 조합에 의한 색 공간 rec2020의 커버링의 그래픽 도면을 보여준다.
도 54a, 도 54b 및 도 54c는 녹색 및 적색 발광 물질에서 서로 다른 조합의 필터링 된 스펙트럼의 다양한 표준 색 공간들 및 색 장소들의 커버링을 보여준다.
도 55 내지 도 58은 일차 방사선 λdom = 448 nm에 의한 여기 중에, 녹색 및 적색 발광 물질에서 서로 다른 조합을 갖는 필터링 된 스펙트럼의 설정된 색 공간들을 보여준다.
도 59 내지 도 62는 녹색 및 적색 발광 물질에서 서로 다른 조합을 갖는 변환-LED의 시뮬레이팅 된 방출 스펙트럼을 보여준다.
도 178 내지 도 180은 본 출원서에서 기술되는 변환-LED들의 다양한 실시 형태들의 개략적인 측면도를 보여준다.
도 106, 도 113, 도 119, 도 153, 도 155 및 도 162는 실시예들의 광학적인 특성들을 보여준다.
도 156 및 도 157은 하나의 단위 셀의 셀 볼륨에 대한 첨두 파장의 의존성을 보여준다.
도 169 및 도 170은 다양한 변환-LED의 필터링 된 전체 방사선의 설정된 색 공간들을 보여준다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e 및 도 1f는, 일반적인 실험식 (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n과 유사하게 치환 실험에 의해서 달성될 수 있는, 가능한 전기 중립적인 발광 물질들이 기재된 표들을 보여준다. 도시된 치환들은 다만 예시에 불과하고, 다른 치환들도 마찬가지로 가능하다. 활성체(E)는, 각각 다만 일반적인 화학식에만 나타나 있고, 구체적인 실시 형태들에는 나타나 있지 않지만, 그럼에도 구체적인 실시예들에도 존재한다.
도 2에는, 실험식 NaLi3SiO4를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 1 실시예(AB1)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. x-축에는 파장이 나노미터로 도시되어 있고, y-축에는 방출 강도가 퍼센트로 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질이 400 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 32 nm 또는 1477 cm-1의 반치전폭 및 473 nm의 주파장을 가지며, 첨두 파장은 대략 469 nm에 놓여 있다.
도 3은, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 1 실시예(AB1)에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다:
K/S = (1-Rinf)2/2Rinf, 이 경우 Rinf는 발광 물질의 확산 반사(remission)에 상응한다.
도 3에서는, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 1 실시예(AB1)에 대한 K/S의 최댓값이 대략 360 nm에 놓여 있다는 것을 알 수 있다. 높은 K/S-값들은 이와 같은 범위에서 높은 흡수율을 의미한다. 상기 발광 물질은 대략 300 nm 내지 430 nm 또는 440 nm의 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기될 수 있다.
도 4에는, 제 1 비교 실시예(VB1: BaMgAl10O17:Eu), 제 2 비교 실시예(VB2: Sr5(PO4)3Cl:Eu), 제 3 비교 실시예(VB3: BaMgAl10O17:Eu)와 본 발명에 따른 발광 물질 NaLi3SiO4:Eu의 제 1 실시예(AB1) 간의 반치전폭(FWHM), 첨두 파장(λpeak), 주파장(λdom) 및 광 효율(LER)의 비교 결과가 도시되어 있다. VB1과 VB3은 Eu의 농도에서 구별된다. 모든 발광 물질은 전자기 스펙트럼의 청색 범위 내에서 방사선을 방출한다. 본 발명에 따른 발광 물질 NaLi3SiO4:Eu의 첨두 파장은 비교 실시예들에 비해 파장이 약간 더 길다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 물질 NaLi3SiO4:Eu는 비교 실시예들보다 현저히 더 작은 반치전폭 및/또는 더 높은 광 효율(LER)을 갖는다. 더 긴 파장으로의 첨두 파장의 이동 및 더 작은 반치전폭은, 눈 감도 곡선과의 중첩부 증가를 유도한다. 그에 따라 본 발명에 따른 발광 물질은 매우 높은 그리고 비교 실시예들에 비해 더 높은 발광 효율 및 광 효율을 갖게 된다.
도 5 및 도 6은, 도 4에 기술된 바와 같은 VB1, VB2, VB3 및 AB1의 방출 스펙트럼들을 보여준다. 도 5에서, x-축에는 파장이 나노미터로 도시되어 있고, y-축에는 방출 강도가 퍼센트로 도시되어 있다. 도 6에서, x-축에는 파수(wave number)가 cm-1로 도시되어 있고, y-축에는 방출 강도가 퍼센트로 도시되어 있다. 여기에서, VB1 및 VB3(BaMgAl10O17:Eu)에 비해 현저히 더 작은 본 발명에 따른 발광 물질 NaLi3SiO4:Eu의 반치전폭을 알 수 있다. BaMgAl10O17:Eu-발광 물질은 또한 AB1과 달리 350 nm의 파장부터 낮은 흡수율을 나타낸다(도 7 참조). 이는 상대적으로 큰 반치전폭과 함께, 발광 물질(VB1 및 VB3)의 상대적으로 우수하지 않은 색 순도를 야기한다. 공지된 발광 물질 VB2는 작은 반치전폭을 나타내지만, 이와 같은 발광 물질은 염소를 함유한다는 단점이 있다. 다수의 적용예들이 염소 함량과 관련된 엄격한 조건하에 놓여 있음으로써, 결국에 이런 이유로 이미 상기 발광 물질의 적용은 제한되어 있다. 상기 발광 물질의 제조시 부식성 HCl이 유리될 위험도 단점이 되며, 이는 합성-장비에 대한 비용 및 이와 같은 장비의 유지 조치를 증가시킨다.
도 7은, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, 도 4에 정의되어 있는 바와 같은 다양한 발광 물질 VG1, VG2, VG3 및 AB1에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다. 참조 부호 VG1, VG2 및 VG3를 갖는 곡선은 공지된 발광 물질에 대한 K/S를 나타내고, 참조 부호 AB1을 갖는 곡선은 본 발명에 따른 발광 물질의 제 1 실시예에 대한 K/S를 나타낸다. 본 도면에서는, 본 발명에 따른 발광 물질 AB1이 비교 실시예 VG1, VG2 및 VG3에 비해 더 큰 파장에서, 특히 360 nm부터의 범위에서 더 높은 흡수율을 갖는다는 것을 알 수 있다. 이는 특히 바람직한데, 그 이유는 본 발명에 따른 발광 물질의 효율적인 여기가, 전자기 스펙트럼의 UV-범위 내지 청색 범위 내에 있는, 특히 300 nm 내지 460 nm 범위 내에 있는, 바람직하게는 300 nm 내지 430 nm 또는 440 nm 범위 내에 있는 첨두 파장의 일차 방사선에 의해서 가능하기 때문이다. 그렇기 때문에, 본 발명에 따른 발광 물질은, 300 nm 내지 430 nm 또는 440 nm 범위 내의 일차 방사선을 갖는 반도체 칩과 조합된 상태로 특히 우수하게 적용될 수 있다.
도 8은, 발광 물질 NaLi3SiO4:Eu의 정방 결정 구조를 개략도로 보여준다. 해칭된 원은 Na-원자를 나타낸다. 상기 결정 구조는, B. Nowitzki, R. Hoppe, Neues ueber Oxide vom Typ A[(TO)n]: NaLi3SiO4, NaLi3GeO4, NaLi3TiO4, Revue de Chimie
Figure 112022061343465-pat00022
, 1986, 23, 217-230에 기술되어 있는 바와 같은 NaLi3SiO4의 결정 구조에 상응한다. 상기 결정 구조는, P. Pust, A. S. Wochnik, E. Baumann, P. J. Schmidt, D. Wiechert, C. Scheu, W. Schnick, Ca[LiAl3N4]:Eu2+ - A Narrow-Band Red-Emitting Nitridolithoaluminate, Chemistry of Materials 2014 26, 3544-3549에 기술되어 있는 CaLiAl3N4:Eu의 결정 구조에 대해 동일한 유형이다.
도 9에는, 구리-Kα1-방사선을 사용하는 2개의 X-선 회절 분말 회절 분석도가 제시되어 있다. x-축에는 회절 각이 °2θ-값으로 제시되어 있고, y-축에는 강도가 제시되어 있다. 참조 부호 Ⅰ이 제공된 X-선 회절 분말 회절 분석도는 본 발명에 따른 발광 물질 NaLi3SiO4:Eu의 제 1 실시예(AB1)의 X-선 회절 분말 회절 분석도를 보여준다. 참조 부호 Ⅱ가 제공된 X-선 회절 분말 회절 분석도는 NaLi3SiO4의 결정 구조로부터(B. Nowitzki, R. Hoppe, Neues ueber Oxide vom Typ A[(TO)n]: NaLi3SiO4, NaLi3GeO4, NaLi3TiO4, Revue de Chimie
Figure 112022061343465-pat00023
, 1986, 23, 217-230) 시뮬레이팅 된 NaLi3SiO4에 대한 X-선 회절 분말 회절 분석도를 보여준다. 반사의 일치로부터, 본 발명에 따른 발광 물질 NaLi3SiO4:Eu가 NaLi3SiO4와 동일한 결정 구조에서 결정체를 이룬다는 것을 알 수 있다.
도 10에서는, 결정학적인 평가가 제시된다. 도 10은, 제 1 실시예(AB1)의, 다시 말해 NaLi3SiO4:Eu에 대한 X-선 분말 회절 분석도의 리트벨트 정제법을 보여준다. 리트벨트 정제법에 대해서는, NaLi3SiO4:Eu의 결정 구조가 NaLi3SiO4의 결정 구조와 일치한다는 것을 보여주기 위해, NaLi3SiO4용 원자 파라미터(B. Nowitzki, R. Hoppe, Revue de Chimie
Figure 112022061343465-pat00024
, 1986, 23, 217-230의 표 7)가 사용되었다. 이 경우, 상부 다이어그램에는, NaLi3SiO4에 대해 계산된 반사와 측정된 반사의 중첩이 도시되어 있다. 하부 다이어그램에는, 측정된 반사와 계산된 반사의 차이가 도시되어 있다.
도 11은, NaLi3SiO4의 결정학적인 데이터를 보여준다.
도 12는, NaLi3SiO4의 구조 내에서 원자 위치들을 보여준다.
도 13에는, 실험식 KLi3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 2 실시예(AB2)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. x-축에는 파장이 나노미터로 도시되어 있고, y-축에는 방출 강도가 퍼센트로 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질이 400 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 대략 430 nm 내지 대략 780 nm에서 광대역으로 방사하고, 그에 따라 백색의 방사선을 방출하거나 방출된 방사선이 백색 광 인상을 발생한다. 바람직하게, 상기 발광 물질의 색 장소는 2700 K에서 플랑크 방사체(Planck emitter)의 색 장소 가까이에 놓여 있다. 상기 색 장소는, 1931년의 CIE-표준 색표에서 후속하는 좌표 CIE-x = 0.449 및 CIE-y = 0.397에 놓여 있다. 색 온도(CCT)는 2742 K에 놓여 있고, 광 효율 또는 발광 효율은 290 lm/W에 놓여 있으며, CRI(연색 평가 지수)는 81에 놓여 있고, 연색 평가 지수(R9)는 21에 놓여 있다. 따라서, 본 발명에 따른 발광 물질 KLi3SiO4:Eu2+를 포함하는 변환-LED는 특히 일반 조명에 적합하다.
도 14는, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 2 실시예(AB2)에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다. 도 14로부터는, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 2 실시예(AB2)에 대한 K/S의 최댓값이 대략 340 nm에 놓여 있다는 것을 알 수 있다. 상기 발광 물질은 대략 300 nm 내지 430 nm 또는 440 nm의 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기될 수 있다.
도 15 및 도 16은, 백색의 방사선을 방출하는 다양한 변환-LED의 시뮬레이팅 된 방출 스펙트럼을 보여준다. 일차 방사선원으로서는, InGaN을 토대로 하고 410 nm의 첨두 파장을 갖는 일차 방사선(도 15) 또는 390 nm의 첨두 파장을 갖는 일차 방사선(도 16)을 방출하는 반도체 층 시퀀스가 이용된다. 변환-LED의 구조는 도 17에 도시되어 있다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 변환-LED(LED 1 및 LED 2)는 단 하나의 발광 물질, 즉 본 발명에 따른 KLi3SiO4:Eu2+만을 사용해서, 각각 녹색 발광 물질 및 적색 발광 물질을 갖는 비교 실시예(VLED2 및 VLED1)와 유사한 방출 스펙트럼을 나타낸다. 그에 따라 바람직하게 본 발명에 따른 발광 물질에 의해서는, 3500 K 미만의, 바람직하게는 3000 K 미만의 색 온도를 갖는 온백색의 광을 방출하고, 이를 위해 단 하나의 발광 물질만을 필요로 하며, 청색의 일차 방사선과 조합된 적어도 하나의 녹색 발광 물질 및 적색 발광 물질을 필요로 하는 공지된 백색 방출 변환-LED와 같지 않은 변환-LED를 제공하는 것이 가능해진다.
도 17에는, 본 발명에 따른 발광 물질 KLi3SiO4:Eu2+를 갖는 변환-LED(LED1, LED2)의 다양한 특성들과 비교 실시예(VLED1 및 VLED2)의 다양한 특성들이 비교되어 있다. 이 경우, λprim은 일차 방사선의 파장을 나타낸다. 제 3 및 제 4 열에는 제 1 및 제 2 발광 물질이 제시되어 있다. CIE-x 및 CIE-y는 1931년의 CIE-표준 색표에 있는 방사선의 색 좌표 x 및 y를 제시한다. CCT/K는 켈빈으로 표시된 전체 방사선의 보정된 색 온도를 제시한다. R9는 당업자에게 공지된 연색 평가 지수(진한 적색)를 나타낸다. LER은 와트당 루멘으로 표시된 광 효율("발광 효율: luminous efficacy")을 지시한다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 유일한 발광 물질로서 본 발명에 따른 발광 물질 KLi3SiO4:Eu2+를 갖는 변환-LED는 2개의 발광 물질을 토대로 하는 종래의 변환-LED와 유사한 광학 특성들을 나타낸다. 그러나 이 경우에는, 2개 또는 복수의 발광 물질을 사용할 때에 나타나는 단점들이 생략된다. 한 편으로, 결과적으로 나타나는 스펙트럼은 사용된 발광 물질 비율에 강하게 의존한다. 그럼으로써 발광 물질 제조에서의 전하 변경에 의해서, 발광 물질 농도의 빈번한 조정이 필요하게 되며, 이는 변환-LED의 제조를 매우 복잡하게 만든다. 발광 물질은, 또한 온도, 일차 방사선의 방사선 밀도 및 여기 파장에 따라 서로 다른 방출 특성들을 나타내고, 또한 서로 다른 변질 특성, 다시 말하자면 온도 영향, 방사선 영향, 습기 영향 또는 가스 영향과 관련하여 서로 다른 안정성을 갖는다. 발광 물질들이 예를 들어 밀도, 입자 크기 및 침전 특성과 같은 자체의 물리적인 특성들에 있어서 서로 강하게 구별되는 경우에도, 발광 물질 혼합물의 제조가 어려울 수 있다. 이와 같은 모든 효과는, 2개의 발광 물질을 사용하는 경우, 제품 내에서 예컨대 전류 및/또는 온도와 같은 작동 조건이 변경될 때에 색 장소 분포의 변동 및 색 이동을 야기한다. 종래 방식에서 바람직하게 낮은 색 온도로써, 특히 3500 K 미만 또는 3000 K 미만의 색 온도로써 높은 연색 평가 지수에 도달하기 위해서는, 적색 방출 발광 물질이 요구된다. 그러나 공지된 모든 적색 방출 발광 물질은 다만 복잡한 제조 방법에 의해서만 합성될 수 있고, 그렇기 때문에 공지된 녹색 및 황색의 발광 물질보다 훨씬 더 비싸다. 그와 달리, 본 발명에 따른 발광 물질 KLi3SiO4:Eu2+는 비용 저렴하게 제조될 수 있는데, 그 이유는 시재료가 상업적으로 구입 가능하고, 안정적이며, 또한 가격이 매우 저렴하기 때문이다. 또한, 합성은 불활성 가스 분위기를 필요로 하지 않고, 따라서 비교적 간단히 형성된다.
본 발명에 따른 발광 물질을 백색 방출 변환-LED에서 사용하는 것은 수많은 장점들을 갖는다. 육안에 의해서 전혀 지각되지 않거나 거의 지각되지 않는(300 nm 내지 430 nm 또는 440 nm) 일차 방사선이 사용될 수 있다. 따라서, 일차 방사선의 변동은 전체 방사선 특성에 부정적으로 작용하지 않는다. 색 조정이 필요치 않은데, 그 이유는 방출 스펙트럼이 일정하기 때문이다. 상기 변환-LED는 높은 처리율로 제조될 수 있는데, 그 이유는 색 조정 또는 복잡한 칩-비닝이 필요치 않기 때문이다. 단 하나의 발광 물질의 선택적인 변질에 의해, 또는 온도 변동 또는 순방향 전류 변동에 의해서 야기되는 일차 방사선의 변경에 의해 방출 스펙트럼 상에서 색 이동 또는 다른 부정적인 효과들이 전혀 발생하지 않는다. 더 나아가, 상기 변환-LED는 고유의 색을 갖지 않고, 오히려 스위치 오프 된 상태에서는 백색의 외형을 나타낸다. 그렇기 때문에, 상기 발광 물질은, 스위치 오프 된 상태에서 황색 또는 주황색의 외형이 요구되지 않는 "이격형 형광체(remote phosphor)"-어셈블리에도 적합하다. 적용예에 따라서는, 일차 방사선의 부분 변환도 이루어질 수 있다. 300 nm 내지 430 nm 또는 440 nm의 범위 내에 있는 일차 방사선에 의해 발광 물질을 여기시키는 것이 가능하기 때문에, 전체 방사선이 바람직하게 전자기 스펙트럼의 청색 단파장 범위 내 일차 방사선이 기여함으로써, 이와 같은 전체 방사선에 의해 조명되는 대상이 더욱 하얗게, 더욱 밝게 그리고 이로 인해 더욱 매력적으로 작용한다. 그에 따라 예를 들어 섬유 내의 광학적인 광택제가 여기될 수 있다.
도 18은, 발광 물질 KLi3SiO4:Eu의 삼사 결정 구조를 개략도로 보여준다. 해칭된 원은 K-원자를 나타낸다. 상기 결정 구조는, K. Wertmann, R. Hoppe, Ueber Oxide des neuen Formeltyps A[(T4O4)]: Zur Kenntnis von KLi3GeO4, KLi3SiO4 및 KLi3TiO4, Z. Anorg. Allg. Chem., 1984, 509, 7-22에 기술되어 있는 바와 같은 KLi3SiO4의 결정 구조에 상응한다. 상기 결정 구조는, P. Pust, V. Weiler, C. Hecht, A. Tuecks, A. S. Wochnik, A.-K. Henss, D. Wiechert, C. Scheu, P. J. Schmidt, W. Schnick, Narrow-Band Red-Emitting Sr[LiAl3N4]:Eu2+ as a Next-generation LED-Phosphor Material Nat. Mater. 2014 13, 891-896에 기술되어 있는 SrLiAl3N4:Eu의 결정 구조에 대해 동일한 유형이다.
도 19에는, 구리-Kα1-방사선을 사용하는 2개의 X-선 회절 분말 회절 분석도가 제시되어 있다. x-축에는 회절 각이 °2θ-값으로 제시되어 있고, y-축에는 강도가 제시되어 있다. 참조 부호 Ⅲ이 제공된 X-선 회절 분말 회절 분석도는 본 발명에 따른 발광 물질 KLi3SiO4:Eu의 제 2 실시예의 X-선 회절 분말 회절 분석도를 보여준다. 참조 부호 Ⅳ가 제공된 X-선 회절 분말 회절 분석도는 KLi3SiO4의 결정 구조로부터 시뮬레이팅 된 KLi3SiO4에 대한 X-선 회절 분말 회절 분석도를 보여준다. 반사의 일치로부터, 본 발명에 따른 발광 물질 KLi3SiO4:Eu가 KLi3SiO4와 동일한 결정 구조에서 결정체를 이룬다는 것을 알 수 있다.
도 20에서는, 결정학적인 평가가 제시된다. 도 20은, 제 2 실시예(AB2), 다시 말해 KLi3SiO4:Eu의 X-선 분말 회절 분석도의 리트벨트 정제법을 보여준다. 리트벨트 정제법에 대해서는, KLi3SiO4:Eu의 결정 구조가 KLi3SiO4의 결정 구조와 일치한다는 것을 보여주기 위해, KLi3SiO4용 원자 파라미터(K. Wertmann, R. Hoppe, Ueber Oxide des neuen Formeltyps A[(T4O4)]: Zur Kenntnis von KLi3GeO4, KLi3SiO4 및 KLi3TiO4, Z. Anorg. Allg. Chem., 1984, 509, 7-22)가 사용되었다. 이 경우, 상부 다이어그램에는, KLi3SiO4에 대해 계산된 반사와 측정된 반사의 중첩이 도시되어 있다. 하부 다이어그램에는, 측정된 반사와 계산된 반사의 차이가 도시되어 있다. 공지되지 않은 2차 위상(secondary phase)의 피크는 작은 별로 표시되었다.
도 21은, KLi3SiO4의 결정학적인 데이터를 보여준다.
도 22는, KLi3SiO4의 구조 내에서 원자 위치들을 보여준다.
도 23에는, 실험식 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 3 실시예(AB3)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. x-축에는 파장이 나노미터로 도시되어 있고, y-축에는 방출 강도가 퍼센트로 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질이 400 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 20 nm 미만의 반치전폭 및 486 nm의 첨두-파장을 갖는다. 이와 같은 작은 반치전폭에 의해서, 상기 발광 물질은 Eu2+-도핑된 가장 좁은 대역의 공지된 발광 물질에 속한다. 첨두-파장은 전자기 스펙트럼의 청록색으로도 지칭될 수 있는 청-녹색 스펙트럼 범위 내에 놓여 있다. 지금까지는, 상기 범위 내에 있는 첨두 파장을 갖는 다만 소수의 발광 물질만이 공지되어 있고, 이와 같은 발광 물질들 중 어느 것도 상기와 같이 작은 반치전폭을 갖지 않는다. 486 nm의 첨두 파장 및 작은 반치전폭에 의해서, 상기 발광 물질은 눈 감도 곡선과 우수한 중첩을 갖는다. UV- 또는 청색의 일차 방사선이 전자기 스펙트럼의 청색 범위 내에 있는 약간 더 긴 파장(486 nm의 첨두-파장)을 갖는 이차 방사선으로 변환되는 것은 변환-LED의 효율을 증가시킨다. 이차 방사선의 첨두 파장은 일차 방사선에 비해 555 nm에서 눈 감도의 최댓값에 더 가까이 놓여 있으며, 그럼으로써 방출된 방사선은 눈 감도 곡선과 더 높은 중첩부를 갖게 되고, 그에 따라 더 밝게 감지된다. 유사한 광학 특성들은 AB9, AB14, AB15 및 AB16에 의해서도 달성된다.
도 24는, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 3 실시예(AB3)에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다. 도 24에서는, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 3 실시예(AB3)에 대한 K/S의 최댓값이 350 nm 내지 420 nm에 놓여 있다는 것을 알 수 있다. 500 nm까지는, K/S가 확실하게 0의 값 위에 놓여 있다. 발광 물질 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu2+는 대략 340 nm부터의 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기될 수 있다.
도 25는, 발광 물질 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu2+의 정방 결정 구조를 개략도로 보여준다. 해칭된 원은 Na-원자를 나타내고, 백색으로 완전히 채워진 원은 K-원자를 나타낸다. 상기 결정 구조는 X-선 분말 회절 분석도-데이터로부터 결정되었다. 출발점으로서는, Cs가 K로 교환된 CsKNa2Li12Si4O16의 결정 구조가 사용되었다.
도 26에서는, 결정학적인 평가가 제시된다. 도 26은, 제 3 실시예(AB3), 다시 말해 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu2+의 X-선 분말 회절 분석도의 리트벨트 정제법을 보여준다. 모든 Li-원자가 아닌 원자의 파라미터 및 원자 좌표가 자유롭게 정제되었다. 이 경우, 상부 다이어그램에는, CsKNa2Li12Si4O16에 대해 계산된 반사와 측정된 반사의 중첩이 도시되어 있다. 하부 다이어그램에는, 측정된 반사와 계산된 반사의 차이가 도시되어 있다. 발광 물질 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu2+는 화합물 CsKNa2Li8{Li[SiO4]}4, RbNa3Li8{Li[SiO4]}4, CsNa3Li8{Li[GeO4]}4 및 RbNa3Li8{Li[TiO4]}4에 대해 구조적으로 동일한 유형이다. 상기 구조는, 또한 본 발명에 따른 발광 물질의 제 1 실시예 NaLi3SiO4:Eu의 구조 및 제 2 실시예 KLi3SiO4:Eu의 구조와도 유사하지만, 알칼리 금속의 복잡한 배열을 갖는다.
도 27은, (Na0.5K0.5)Li3SiO4의 결정학적인 데이터를 보여준다.
도 28는, (Na0.5K0.5)Li3SiO4의 구조 내에서 원자 위치들을 보여준다.
도 29는, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 3 실시예(AB3) 그리고 세 가지 비교 실시예(ClS, OS 및 G)의 방출 스펙트럼을 보여주며, 이 경우 ClS는 Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu를 나타내고, OS는 (Sr, Ba)2SiO4:Eu를 나타내며, 그리고 G는 Lu3(Al, Ga)5O12:Ce를 나타낸다. 모든 발광 물질이 전자기 스펙트럼의 청색 내지 청록색 범위 내에서 방사한다. AB3는, 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 가장 작은 반치전폭을 갖고, 첨두 파장은 비교 실시예들에 비해 더 짧은 파장으로 이동되었다. 그에 따라, 예를 들어 본 발명에 따른 발광 물질은 예를 들어 경찰차, 병원차, 구급차 또는 소방차의 청색등과 같은 표시등에 적용하기에 적합하며, 상기 표시등의 주파장은 바람직하게 465 nm 내지 480 nm의 범위 내에 놓여 있다. 상기와 같은 적용예들에 비교 실시예들을 사용하는 것은 덜 우수하게 적합한데, 그 이유는 상기 비교 실시예의 첨두 파장이 510 nm 위에 놓여 있는 한편, 본 발명에 따른 발광 물질은 486 nm의 첨두 파장을 갖기 때문이다. 유사한 광학 특성으로 인해, AB9, AB14, AB15 및 AB16도 표시등에 적용하기에 적합하다.
smel로 표시된 곡선은 멜라토닌 생성을 위한 감도 곡선을 보여주는데, 다시 말해 어떠한 파장에 의해 체내에서의 멜라토닌 생성이 가장 우수하게 억제될 수 있는지 보여준다("human response function for melanopic effects"; Lucas 외, Trends in Neurosciences January 2014 Vol. 37 No. 1). 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, AB3의 방출 스펙트럼이 smel과 높은 중첩을 나타냄으로써, 결과적으로 상기 방사선은 멜라토닌 형성의 억제를 위해 효과적으로 사용될 수 있다. 이와 같은 방사선 조사는 증가된 각성도 또는 농도를 유도할 수 있다.
도 30은, 멜라토닌 생성을 위한 감도 곡선과 다양한 발광 물질(도 29 이하에 기술된 바와 같은 AB3, ClS, OS 및 G)의 방출 스펙트럼의 중첩 및 다양한 청색 방출 LED(변환되지 않았음)의 방출 스펙트럼의 중첩을 보여준다. LED로서는, InGaN을 토대로 하는 반도체 칩을 갖춘 발광 다이오드가 다루어진다. LED Ipeak430nm(첨두 파장 430 nm) 및 Ipeak435nm(첨두 파장 435 nm)는 통상적으로 다량으로 상업적인 구입이 가능하지 않지만, 매우 효율적이다. LED Ipeak440nm(첨두 파장 440 nm), Ipeak445nm(첨두 파장 445 nm), Ipeak450nm(첨두 파장 450 nm) 및 Ipeak455nm(첨두 파장 455 nm)는 상업적으로 구입 가능하고, 저렴하며, 효율적이다. LED Ipeak460nm(첨두 파장 460 nm), Ipeak465nm(첨두 파장 465 nm) 및 Ipeak470nm(첨두 파장 470 nm)는 다만 덜 효율적이고, 통상적으로 상업적인 구입이 가능하지 않다. InGaN을 토대로 하는 반도체 칩들은 원칙적으로 500 nm까지의 첨두 파장을 갖는 방사선을 방출할 수 있지만, 파장이 증가함에 따라 효율이 감소하며, 이와 같은 이유로 이와 같은 반도체 칩은 통상적으로 다만 대략 460 nm까지의 첨두 파장까지만 다량으로 제조될 수 있다. 그럼으로써 InGaN을 토대로 하는 반도체 칩의 적용 분야는 (발광 물질 없는) 발광 다이오드에 제한되어 있다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 물질 AB3의 방출은, 발광 물질 ClS, OS 및 G보다, 그리고 또한 InGaN을 토대로 하는 LED보다도, 멜라토닌 생성을 위한 감도 곡선과 더 큰 중첩을 나타낸다. 그에 따라 멜라토닌 생성은 본 발명에 따른 발광 물질에 의해서 효율적으로 억제될 수 있다. 유사한 광학 특성으로 인해, AB9, AB14, AB15 및 AB16도 멜라토닌 생성의 억제를 위해 적합하다.
도 31에는, CIE-표준 표(1931년)가 도시되어 있으며, 이 경우 x-축에는 기본색인 적색의 CIE-x-부분이 도시되어 있고, y-축에는 기본색인 녹색의 CIE-y-부분이 도시되어 있다. CIE-표준 표에는, 다양한 발광 물질(도 29 이하에 기술된 바와 같은 AB3, ClS, OS 및 G)의 색 장소가 기재되어 있다. 검정 사각형은 430 nm 내지 492 nm의 첨두 파장 및 436 nm 내지 493 nm의 주파장을 갖는 다양한 청색 및 청록색 InGaN-반도체 칩의 색 장소를 나타낸다. 검정 점은 좌표 CIE-x = 1/3 및 CIE-y = 1/3을 갖는 백색 점(Ew)을 표시한다. 청색의 인듐갈륨니트라이드-반도체 칩(λpeak = 445 nm; λdom = 449 nm)의 색점을 발광 물질의 색 장소와 연결하는 검정 선은, 인듐갈륨니트라이드-반도체 칩과 상응하는 발광 물질로부터 구성된 변환-LED의 변환 선을 나타낸다. EVL로 표시된 면은, 예를 들어 경찰차용 표시등 분야에 적용하기 위한 제품의 전형적인 청색의 색 공간을 나타낸다. 개방된 원은, 468 nm, 476 nm 및 487 nm에서 선택된 주파장에 대해 100%의 색 순도를 갖는 색 장소를 표시한다. 파선은, 서로 다른 색 순도를 갖는 487 nm에서 주파장을 갖는 색 장소를 나타낸다. 개방된 원(487)에 더 가까이 놓여 있고 상기 파선 상에 있는 색 장소는 백색 점(E)에 더 가까이 놓여 있는 색 장소보다 더 높은 색 순도를 나타낸다. 이와 같은 도면으로부터 새로운 발광 물질(AB3)의 바람직한 효과가 뚜렷해진다: 본 발명에 따른 발광 물질 AB3의 색 장소에 대한 전형적인 청색 LED의 변환 선(KL)은 중앙에서 EVL-색 공간을 가로지르는 한편, 발광 물질(OS, ClS 및 G)을 갖는 동일한 청색 LED의 변환 선은 EVL-색 공간과 다만 작은 중첩만을 나타낸다. 그에 따라 바람직하게 발광 물질 AB3의 사용에 의해서는, 종래의 발광 물질에 의한 것보다 더 많은 색 공간이 EVL-색 공간 내부에서 달성될 수 있게 된다. 또한, 변환 선(K)은, 공지된 발광 물질의 변환 선의 교차점에 비해 더 높은 색 순도를 갖는 점(Ⅰ1)에서 주파장 487 nm에 대한 파선을 가로지른다. 본 발명에 따른 발광 물질 AB3를 사용하는 동일한 색 순도 개선은, 특히 EVL-색 공간 내부에 있는 다른 목표 주파장에 대해서도 나타난다. 대응되는 선들은 도면에 대한 개관을 명확하게 할 목적으로 도시되어 있지 않다. 높은 색 순도는 짙은 색 인상을 유도한다. 그에 따라 본 발명에 따른 발광 물질에 의해서는, 지금까지 도달할 수 없었던 추가의 색 장소에 도달하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 따른 발광 물질 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu2+는, 높은 색 포화도를 갖는 청색의 방사선을 방출하는 변환-LED에 특히 적합하다. 이와 같은 변환-LED는 청색등에 사용하기에 적합하거나 "고객의 요구에 맞춘 색상(color on demand)"-적용예에도 적합하다. 유사한 광학 특성으로 인해, 높은 색 포화도를 갖는 청색의 방사선을 방출하는 AB9, AB14, AB15 및 AB16도 변환-LED에 적합하다.
도 32, 도 33 및 도 34는, 다양한 목표 주파장 및 일차 방사선의 파장에서 서로 다른 변환-LED의 도달 가능한 색 순도들의 비교 결과를 보여준다. 시뮬레이션 실험을 실행하기 위해, 청색의 반도체 칩이 서로 다른 발광 물질 AB3, ClS, OS 및 G와 조합되었다. 이 경우에는, 높은 효율을 갖고 InGaN을 토대로 하는 반도체 칩이 사용되었다. 목표 주파장에 도달하기 위해, 발광 물질의 함량이 각 실험에서 변경되었고, 그 다음에 결과로 나타나는 스펙트럼으로부터 색 순도가 결정되었다. 그 결과는, 모든 선택된 목표 주파장에 대해 그리고 일차 방사선의 모든 선택된 파장에 대해, 발광 물질 AB3 및 또한 AB9, AB14, AB15 및 AB16(도시되지 않음)을 갖는 변환-LED가 비교 실시예들보다 훨씬 더 높은 색 순도를 나타낸다는 것을 보여준다.
도 35, 도 36 및 도 37은, 도 32, 도 33 및 도 34에 대응되는, 변환-LED의 시뮬레이팅 된 방출 스펙트럼을 보여준다. 이 경우, 도 35는, 각각 468 nm의 목표 주파장에서 발광 물질 AB3을 갖는, 430 nm의 일차 방사선을 갖는 변환-LED의 방출 스펙트럼 및 455 nm의 일차 방사선을 갖는 변환-LED의 방출 스펙트럼을 보여준다. 도 36은, 각각 487 nm의 목표 주파장에서 발광 물질 AB3을 갖는, 430 nm의 일차 방사선을 갖는 변환-LED의 방출 스펙트럼 및 455 nm의 일차 방사선을 갖는 변환-LED의 방출 스펙트럼을 보여준다. 도 37은, 각각 476 nm의 목표 주파장에서 발광 물질 AB3을 갖는, 430 nm의 일차 방사선을 갖는 변환-LED의 방출 스펙트럼 및 455 nm의 일차 방사선을 갖는 변환-LED의 방출 스펙트럼을 보여준다.
도 38에는, 실험식 (Na0.25K0.75)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 4 실시예(AB4)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. x-축에는 파장이 nm로 도시되어 있고, y-축에는 방출 강도가 %로 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질이 400 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 50 nm 미만의 반치전폭, 529 nm의 첨두 파장, 541 nm의 주파장 및 좌표 CIE-x: 0.255 및 CIE-y: 0.680을 갖는 CIE-색 공간 내의 하나의 색점을 갖는다. 상기 발광 물질의 좁은 반치전폭은 이러한 발광 물질의 짙은 녹색 방사를 야기한다.
도 39는, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 4 실시예(AB4)에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다. 330 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 340 nm 내지 460 nm, 특히 바람직하게는 350 nm 내지 450 nm의 범위 내에 있는 일차 방사선에 의해서는, 본 발명에 따른 발광 물질이 효율적으로 여기될 수 있다. 그럼으로써 상기 발광 물질은, 특히 전자기 스펙트럼의 근 UV-범위 또는 청색 범위 내에 있는 일차 방사선을 갖는 반도체 칩을 사용하는 역광 조명 적용예에 적합하다.
도 40에는, 제 4 실시예(AB4)의 X-선 분말 회절 분석도가 도시되어 있다. y-축에는 강도가 제시되어 있고, x-축에는 °2θ-값이 제시되어 있다. 도 41에는, X-선 분말 회절 분석도의 반사 위치들 및 상기 반사 위치의 상대적인 강도가 %로 제시되어 있다.
도 42에는, %로 나타낸 방출 강도가 ℃로 나타낸 온도에 대해 도시되어 있다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 4 실시예(AB4)는 높은 열적 안정성을 나타낸다. 도 42에는, 종래의 발광 물질 OS2, 즉 화학식 (Sr, Ba)2SiO4:Eu의 녹색 오르소실리케이트와 비교되는 본 발명에 따른 발광 물질 AB4의 열 소광 특성이 도시되어 있다. 상기 발광 물질들은, 25 내지 225℃의 다양한 온도에서 460 nm의 파장을 갖는 청색의 일차 방사선에 의해서 여기되었고, 이들의 방출 강도가 본 도면에 도시되어 있다. 도면에서 명확하게 알 수 있는 사실은, 본 발명에 따른 발광 물질 AB4는, 변환-LED 내에서 우세한 전형적인 온도, 특히 140℃를 초과하는 온도에서 현저히 더 낮은 방출 강도 손실을 갖는다는 것이다. 따라서, 바람직하게, 상기 발광 물질은 더 높은 작동 온도에서도 변환-LED에 사용될 수 있다.
도 43은, 종래의 발광 물질 G2 및 OS2와 비교되는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 4 실시예(AB4)의 다양한 광학 특성을 보여준다. 이 경우, OS2는 화학식 (Sr, Ba)2SiO4:Eu의 발광 물질을 나타내고, G2는 화학식 Lu3(Al, Ga)5O12:Ce의 발광 물질을 나타낸다. 모든 3개의 발광 물질은 유사한 주파장을 나타낸다. 그러나 이 경우, 본 발명에 따른 발광 물질 AB4는 현저히 더 높은 광 효율(LER) 및 현저히 더 높은 색 순도를 나타낸다. 이는 개선된 색 포화도를 유도하고, 이로써 더 높은 색 공간 커버링에 도달할 수 있으며, 그리고 개선된 총 효율을 유도한다. 개선된 특성들에 대한 원인은, 종래의 발광 물질과 비교되는 본 발명에 따른 발광 물질의 화학식 (Na0.25K0.75)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 제 4 실시예(AB4)의 작은 반치전폭이다. 첨두 파장 및 반치전폭의 유사한 위치로 인해, 실시예 AB5, AB7, AB13 및 AB8도 마찬가지로 개선된 특성을 나타낸다. 높은 광 효율은, 대등한 주파장 및/또는 첨두 파장을 갖는 공지된 녹색 발광 물질을 갖는 녹색 변환-LED에 비해, 부분 변환 또는 완전 변환되는 녹색 변환-LED의 효율을 증가시킨다.
도 44는, 도 43 이하에 기술된 종래의 발광 물질 G2 및 OS2와 비교되는, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 4 실시예(AB4)의 방출 스펙트럼들의 비교 결과를 보여준다.
도 45에는, 서로 다른 주파장의 청색 일차 방사선과 연계된 녹색 발광 물질 및 적색 발광 물질에서의 서로 다른 조합에 의한, CIE-색 공간계에 있는 색 공간rec2020(xy) 및 CIE-LUV-색 공간계(1976)에 있는 색 공간 rec2020(u'v')의 커버링이 도시되어 있다. 이 경우, AB4는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 4 실시예 (Na0.25K0.75)Li3SiO4:Eu2+를 나타내고, AB5는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 5 실시예 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4를 나타내며, BS는 종래의 녹색 방출 베타-SiAlON:Eu-발광 물질을 나타낸다. 청색, 녹색 및 적색 방사선의 부분들은, 전형적인 역광 조명 적용예를 위한 백색의 색 장소(CIE-x = 0.278 및 CIE-y = 0.255)에 도달하도록 조정되었다. 결과로 나타나는 스펙트럼에는 전형적인 컬러 필터링 곡선이 적용되었고, 결과로 나타나는 청색, 녹색 및 적색의 색점들이 계산되었다. 그 다음에, 표준 색 공간과 결과로 나타나는 색 공간의 중첩이 계산되고 비교되었다. 모든 경우에서 알 수 있는 사실은, 본 발명에 따른 발광 물질의 실시예(AB4 및 AB5)에 의해서 얻어진 스펙트럼이 개별 색 공간의 더 큰 커버링을 야기한다는 것이다. AB4 및 AB5와 마찬가지로, AB7, AB13 및 AB8도 유사한 첨두 파장 및 반치전폭(도 76, 도 129 및 도 86 참조)으로 인해, 도 45에 제시된 적색 발광 물질과 조합된 상태에서 개별 색 공간의 큰 커버링을 갖는다. 그에 따라 본 발명에 따른 발광 물질에 의해서는, 더 큰 대역폭의 색상이 재현될 수 있다. 따라서, 예를 들어 본 발명에 따른 발광 물질을 포함하는 변환-LED를 갖춘 디스플레이와 같은 디스플레이 장치는 지금까지 종래의 발광 물질에 의해서 가능했던 것보다 현저히 더 증가된 개수의 색상을 재현할 수 있다.
도 46 내지 도 53은, 448 nm의 일차 방사선의 주파장에 대한 도 45에 기술된 색 공간 커버링의 결과들의 그래픽 도면을 보여준다. 이들 다이어그램에는, 자체의 실험식을 갖는 사용된 제 2 적색 발광 물질이 각각 제시되어 있다.
도 54a, 도 54b 및 도 54c는, 필터링 된 스펙트럼의 색 장소 및 다른 표준 색 공간에 의한 커버링을 추가로 보여주는 도 45의 데이터의 더 포괄적인 리스트를 보여준다.
도 55 내지 도 58은, λdom = 448 nm의 일차 방사선 파장을 갖는, 도 45에 도시된 조합들의 다양한 예시들의 설정된 색 공간을 보여준다. 각각의 도면은, 이들 도면에서 자체 실험식으로 제시되어 있는 적색의 발광 물질과 각각 조합된, 3개의 다양한 녹색 발광 물질(AB4, AB5 또는 BS)의 비교 결과를 보여준다. 필터링 된 스펙트럼에 의해 설정된 본 발명에 따른 실시예(AB4 및 AB5)에 의한 색 공간들은 거의 일치한다. 이들 도면을 통해 알 수 있는 사실은, 본 발명에 따른 발광 물질의 실시예(AB4 및 AB5)에 의해서, 다른 무엇보다 설정된 색 삼각형의 녹색 및 적색 꼭짓점(화살표로 표시됨)에서 더 큰 대역폭의 색상이 재현될 수 있다는 것이다. 유사한 특성은, 실시예 AB7, AB13 및 AB8에 의해서도 얻어진다(도시되지 않음). 이와 같은 특성은, 본 발명에 따른 발광 물질 AB4 및 AB5, AB7, AB13 및 AB8의 매우 협대역의 방사에 할당된다. 그에 따라 녹색의 대역폭은 본 발명에 따른 발광 물질 AB4, AB5, AB7, AB13 및 AB8의 사용에 의해서 종래의 발광 물질에 비해 확대된다. 또한, 본 발명에 따른 발광 물질의 좁은 반치전폭은 필터링에 의해서 생성되는 방사선 손실도 감소시킨다. 공지된 발광 물질 β-SiAlON(BS)에 비해, 본 발명에 따른 발광 물질들은 저렴한 시재료들로부터 제조될 수 있고, 또한 적당한 온도에서 합성이 이루어진다. 이는 제조 비용을 적게 유지하며, 이와 같은 사실은 LCD-텔레비전, 컴퓨터 모니터 또는 스마트폰 혹은 태블릿용 디스플레이와 같은 대량 생산 제조 방식을 위해서 상기 발광 물질을 경제적으로도 매우 매력적으로 만들어준다.
도 59 내지 도 62는, 도 55 내지 도 58의 예시들에 대응되는 변환-LED-스펙트럼을 보여준다. 적색의 발광 물질은 이들 도면에서 자체의 실험식으로 제시되어 있다.
도 63에는, 실험식 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 5 실시예(AB5)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. x-축에는 파장이 nm로 도시되어 있고, y-축에는 방출 강도가 %로 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질이 400 nm 파장의 광에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 43 nm의 반치전폭을 갖고, 528 nm의 첨두 파장 및 539 nm의 주파장을 갖는다. 좌표 CIE-x 및 CIE-y는 0.238 및 0.694에 놓여 있다. 그에 따라 상기 발광 물질은 짙은 녹색의 색조를 가져야만 하는 역광 조명 적용예에 매우 적합한 것으로 증명된다.
도 64는, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 5 실시예에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다. 본 발명에 따른 발광 물질의 제 5 실시예에 대한 K/S의 최댓값은 대략 400 nm에 놓여 있지만, 높은 흡수 범위는 청록색 스펙트럼 범위에서 대략 500 nm까지 연장된다. 그렇기 때문에, 상기 발광 물질은 330 내지 500 nm, 바람직하게는 340 내지 460 nm, 특히 바람직하게는 350 내지 450 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기될 수 있다.
도 65는, 참조 부호 Ⅴ로 표시된, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 5 실시예(AB5)의 X-선 분말 회절 분석도를 보여준다. 참조 부호 Ⅵ가 제공된 X-선 분말 회절 분석도는, 화합물 RbLi(Li3SiO4)2의 시뮬레이팅 된 분석도를 보여준다(K. Bernet, R. Hoppe, Ein "Lithosilicat" mit Kolumnareinheiten: RbLi5{Li[SiO4]}2, Z. Anorg. Allg. Chem., 1991, 592, 93-105). 2차 위상 Li4SiO4에 할당될 수 있는 X-선 분말 회절 분석도 Ⅴ 내의 피크들은 작은 별로 표시되어 있다.
도 66은, 종래의 발광 물질 G1 및 OS1과 비교되는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 5 실시예(AB5)의 다양한 광학 특성을 보여준다. 이 경우, OS1은 화학식 (Sr, Ba)2SiO4:Eu의 발광 물질을 나타내고, G1은 화학식 Lu3(Al, Ga)5O12:Ce의 발광 물질을 나타낸다. 각각 실시예(AB5)와 동일한 주파장에 도달하기 위하여, 발광 물질 G2 및 OS2에 비해, 발광 물질 G1 및 OS1은 다른 Eu-함량 또는 Ce-함량을 갖는다. 모든 3개의 발광 물질은 유사한 주파장을 나타낸다. 그러나 이 경우, 본 발명에 따른 발광 물질 AB5는 현저히 더 높은 광 효율(LER) 및 현저히 더 높은 색 순도를 나타낸다. 이는 개선된 색 포화도를 유도하고, 이로써 더 높은 색 공간 커버링에 도달할 수 있으며, 그리고 개선된 총 효율을 유도한다. 개선된 특성들에 대한 원인은, 종래의 발광 물질과 비교되는 본 발명에 따른 발광 물질의 화학식 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4를 갖는 제 4 실시예(AB5)의 작은 반치전폭이다. 높은 광 효율은, 대등한 첨두 파장을 갖는 공지된 녹색 발광 물질을 갖는 녹색 변환-LED에 비해, 부분 변환 또는 완전 변환되는 녹색 변환-LED의 효율을 증가시킨다.
도 67은, 도 66 이하에 기술된 종래의 발광 물질 G1 및 OS1과 비교되는, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 5 실시예(AB5)의 방출 스펙트럼의 비교 결과를 보여준다.
도 68에는, 실험식 NaLi3SiO4:Eu를 갖는 제 1 실시예(AB1)의 방출 스펙트럼 및 실험식 Na0.97Ca0.03Li2.94Al0.09Si0.97O3.88N0.12:Eu를 갖는 제 6 실시예(AB6)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. x-축에는 파장이 나노미터로 도시되어 있고, y-축에는 방출 강도가 퍼센트로 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질이 400 nm 파장(AB1) 및 460 nm(AB6) 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 발광 물질 AB1은 32 nm 또는 1477 cm-1의 반치전폭 및 473 nm의 주파장을 가지며, 첨두 파장은 대략 469 nm에 놓여 있다. 발광 물질 AB6는 72.8 nm의 반치전폭, 548 nm의 주파장을 가지며, 첨두 파장은 대략 516.9 nm에 놓여 있다. AB6의 색 장소는, 1931년의 CIE-표준 색표에서 후속하는 좌표 CIE-x = 0.301 및 CIE-y = 0.282에 놓여 있다. AB6의 광 효율 또는 발광 효율은 432.8 lm/W에 놓여 있다. AB1과 AB6의 서로 다른 특성, 특히 NaLi3SiO4:Eu에 비해 더 긴 파장의 범위로 이동된 Na0.97Ca0.03Li2.94Al0.09Si0.97O3.88N0.12:Eu의 첨두 파장은, 혼합된 위상 Na0.97Ca0.03Li2.94Al0.09Si0.97O3.88N0.12:Eu 내에서 활성체 이온, 본 경우에는 Eu2+-이온을 둘러싸는 질소 원자의 더욱 강한 전자 구름 퍼짐 효과(nephelauxetic effect)에 기인한다. 활성체 이온의 주변에서 질소 비율이 높을수록, 첨두 파장은 그만큼 더 긴 파장에 놓여 있다. 그럼으로써 질소 함량이 증가함에 따라 그리고 그에 따라 발광 물질 Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-yO4-4y*N4y*:Eu 내의 y*의 값이 증가함에 따라, 첨두 파장은 전자기 스펙트럼의 가시 범위 내부에서, 특히 470 nm 내지 670 nm의 범위에서 이동될 수 있다. 따라서, 상기 발광 물질은, 특히 매우 특별한 특성을 갖는 발광 물질을 필요로 하는 조명 장치 또는 변환-LED에 적합하다(소위 "고객의 요구에 맞춘 색상(color on demand)"-적용예).
도 69는, AB6(여기 파장이 460 nm)의 방출 스펙트럼 및 비교 실시예로서 4개의 가넷 발광 물질(Y3Al3Ga2O12:Ce의 경우에 여기 파장이 각각 460 nm; 440 nm)의 방출 스펙트럼을 보여준다. 공지된 가넷 발광 물질 Y3Al5O12:Ce, Y3Al3Ga2O12:Ce 및 Lu3Al5O12:Ce에 비해, 본 발명에 따른 실시예(AB6)는 더 짧은 파장으로 이동된 첨두 파장 및 더 작은 반치전폭을 갖는다. Lu3Al3Ga2O12:Ce는 AB6와 유사한 첨두 파장을 보인다. 가넷 발광 물질 Y3Al5O12:Ce, Y3Al3Ga2O12:Ce 및 Lu3Al5O12:Ce에 비해, AB6 및 Lu3Al3Ga2O12:Ce의 첨두 파장은, 종래의 변환-LED에서 단점적인 방식으로 광이 전혀 방출되지 않거나 다만 매우 적은 광만 방출되는 스펙트럼 간극이 발견될 수 있는 청색 스펙트럼 범위에 더 가까이 놓여 있다. 이와 같은 스펙트럼 간극은 우수하지 않은 연색성을 야기한다. 따라서 스펙트럼 간극을 줄이기 위해, Lu3Al3Ga2O12:Ce가 자주 사용된다. 그러나 제 6 실시예 Na0.97Ca0.03Li2.94Al0.09Si0.97O3.88N0.12:Eu는 Lu3Al3Ga2O12:Ce에 비해 현저히 더 작은 반치전폭 및 더 작은 반치전폭에 의해서 야기되는 더 큰 색 순도를 갖는다. 여기에, 본 발명에 따른 실시예(AB6)가 눈 감도 곡선과 더 높은 중첩부를 갖고, 그럼으로써 더 높은 광 효율이 결과로 나타난다는 사실이 부가된다. 광학 데이터의 비교 결과가 도 70에 도시되어 있다. 괄호 안에 제시된 퍼센트는 Lu3Al3Ga2O12:Ce와 비교되는 값들의 변경을 반영한다. UV- 또는 청색의 일차 방사선이 전자기 스펙트럼의 녹색 범위 내에 있는 파장(516.9 nm의 첨두-파장)을 갖는 이차 방사선으로 변환되는 것은 변환-LED의 효율을 증가시킨다. 이차 방사선의 첨두 파장은 일차 방사선에 비해 555 nm에서 눈 감도의 최댓값에 더 가까이 놓여 있으며, 그럼으로써 방출된 방사선은 눈 감도 곡선과 더 높은 중첩부를 갖게 되고, 그에 따라 더 밝게 감지된다. 특히 녹색 및 적색의 발광 물질과 조합된 발광 물질을 갖는 변환-LED는 예컨대 일반 조명용의 백색 변환-LED에 특히 적합하다. 특히, 높은 색 온도를 갖는 백색의 전체 방사선이 발생될 수 있다.
도 71은, 발광 물질 Na0.97Ca0.03Li2.94Al0.09Si0.97O3.88N0.12:Eu의 정방 결정 구조를 결정학적 c-축을 따라 개략도로 보여준다. 상기 구조는, 발광 물질의 단결정의 X-선 분석에 의해서 결정되었다. 해칭된 원은 혼합된 상태에서 점유된 Na-원자 및 Ca-원자의 위치를 나타낸다. 해칭된 영역은, 혼합된 상태에서 점유된 Li/Si/Al-O/N 사면체를 재현한다. 상기 결정 구조는 NaLi3SiO4:Eu(도 8 참조)의 결정 구조에 상응한다. 상기 결정 구조는, P. Pust, A. S. Wochnik, E. Baumann, P. J. Schmidt, D. Wiechert, C. Scheu, W. Schnick, Ca[LiAl3N4]:Eu2+ - A Narrow-Band Red-Emitting Nitridolithoaluminate, Chemistry of Materials 2014 26, 3544-3549에 기술되어 있는 CaLiAl3N4:Eu의 결정 구조에 대해 동일한 유형이다.
도 72는, Na0.97Ca0.03Li2.94Al0.09Si0.97O3.88N0.12:Eu의 결정학적인 데이터를 보여준다.
도 73은, Na0.97Ca0.03Li2.94Al0.09Si0.97O3.88N0.12:Eu의 구조 내에서 원자 위치들을 보여준다.
도 74에는, 실험식 (Na0.25K0.5Li0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 7 실시예(AB7)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질의 단결정이 460 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 50 nm 미만의 반치전폭, 532 nm의 첨두 파장, 540.3 nm의 주파장 및 좌표 CIE-x: 0.235 및 CIE-y: 0.640을 갖는 CIE-색 공간 내의 하나의 색점을 갖는다. 상기 발광 물질의 좁은 반치전폭은 이러한 발광 물질의 짙은 녹색 방사를 야기한다. 따라서, 0 < r" < 0.5 및 0 < r"' < 0.5인 발광 물질 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')1Li3SiO4:E, 특히 (Na0.25K0.5Li0.25)Li3SiO4:Eu2+는, LCD-디스플레이의 역광 조명을 위한 경우와 마찬가지로 녹색 스펙트럼 범위에서 협대역의 방사를 필요로 하는 변환-LED에서 사용하기에 특히 매력적이다.
도 75는, AB7의 방출 스펙트럼 및 비교 실시예로서의 β-SiAlON:Eu(BS)의 방출 스펙트럼을 보여준다. 상기 발광 물질들은 대등한 첨두 파장 및 주파장 그리고 색 순도를 갖지만, AB7은 더 작은 반치전폭 및 이와 연관된 더 큰 광 효율 및 더 높은 색 순도를 갖는다. 이는 개선된 색 포화도를 유도하고, 이로써 더 높은 색 공간 커버링에 도달할 수 있으며, 그리고 개선된 총 효율을 유도한다. 개선된 특성들에 대한 원인은, 공지된 발광 물질 BS와 비교되는 본 발명에 따른 발광 물질의 화학식 (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 제 7 실시예(AB7)의 작은 반치전폭이다. 높은 광 효율은, 대등한 주파장 및/또는 첨두 파장을 갖는 공지된 녹색 발광 물질을 갖는 녹색 변환-LED에 비해, 부분 변환 또는 완전 변환되는 녹색 변환-LED의 효율을 증가시킨다. 발광 물질 AB7 및 BS의 광학 데이터가 도 76에 도시되어 있다. 따라서, 0 < r" < 0.5 및 0 < r"' < 0.5인 발광 물질 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (K1-r"-r"'Nar"Lir"')1Li3SiO4:E, 특히 (Na0.25K0.5Li0.25)Li3SiO4:Eu2+는, 역광 조명 적용예에서와 같이 짙은 녹색의 색조가 요구되는 적용예에 매우 적합한 것으로 증명된다.
도 77은, 발광 물질 (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu2+의 단사 결정 구조를 결정학적 b-축을 따라 개략도로 보여준다. 검정 원은 Na-원자를 나타내고, 해칭된 원은 K-원자를 나타내며, 그리고 백색으로 완전히 채워진 원은 Li-원자를 나타낸다. 발광 물질 AB7은, 대등한 격자 파라미터를 갖는 제 5 실시예 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu2+와 동일한 공간군, 즉 C2/m에서 결정체를 이룬다. 발광 물질 (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu 및 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu2+의 결정 구조는 동일한 (Li3SiO4)-구조 단위를 갖는다. 하지만, 이 경우에 상기 구조 단위 내부에서의 채널의 점유 상태는 서로 다르다. (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu2+는 두 가지의 채널을 포함하며, 이 경우 하나의 채널은 다만 Rb로만 점유되어 있고, 다른 채널은 다만 Li로만 점유되어 있는 한편, (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu도 두 가지의 채널을 포함하며, 이 경우 하나의 채널은 다만 K로만 점유되어 있고, 다른 채널은 다만 Li 및 Na로만 점유되어 있다. (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu 내에서의 Na 및 K의 배열은, K. Bernet, R. Hoppe, Z. Anorg. Chem., 1991, 592, 93-105에 기술된 바와 같이, CsKNaLi(Li3SiO4)4 내에서의 배열과 유사하다. 하나의 채널 내부에서의 Na 및 Li의 정확한 배열은 X-선 회절에 의해서는 확인될 수 없다. 본 경우에는, 통계적 배열에서 출발한다. AB7의 결정 구조는, UCr4C4 구조 유형으로부터 유도되었고 더 높은 규칙도를 갖는 결정 구조이다.
도 78에는, (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu에 대한 (Li3SiO4)-구조 단위의 채널 내부에서의 Li, Na 및 K의 배열이 도시되어 있다. 검정 원은 Na-원자를 나타내고, 해칭된 원은 K-원자를 나타내며, 백색으로 완전히 채워진 원은 Li-원자를 나타낸다. 상기 배열은 결정학적 c-축을 따라 도시되어 있다.
도 79는, (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu의 결정학적인 데이터를 보여준다.
도 80은, (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu의 구조 내에서 원자 위치들을 보여준다.
도 81은, (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu의 이방성 변위 파라미터(displacement parameter)를 보여준다.
도 82에는, 실험식 (Na0.5Rb0.5)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 8 실시예(AB8)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. x-축에는 파장이 nm로 도시되어 있고, y-축에는 방출 강도가 %로 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질의 분말이 400 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 대략 525 nm의 첨두 파장 및 531 nm의 주파장을 갖는다. 반치전폭은 45 nm 미만에 놓여 있고, CIE-색 공간 내의 색점은 좌표 CIE-x: 0.211 및 CIE-y: 0.671에 놓여 있다.
도 83에는, 실험식 (Na0.5Rb0.5)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 8 실시예(AB8)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질의 분말이 460 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 45 nm 미만의 반치전폭, 528 nm의 첨두 파장, 533 nm의 주파장 및 좌표 CIE-x: 0.212 및 CIE-y: 0.686을 갖는 CIE-색 공간 내의 하나의 색점을 갖는다. 상기 발광 물질의 좁은 반치전폭은 이러한 발광 물질의 짙은 녹색 방사를 야기한다. 작은 반치전폭으로 인해, 0.4 ≤ r* < 1.0인 발광 물질 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rbr*Na1-r*)1Li3SiO4:Eu, 특히 (Na0.5Rb0.5)Li3SiO4:Eu2+는, LCD-디스플레이의 역광 조명을 위한 경우와 마찬가지로 녹색 스펙트럼 범위에서 협대역의 방사를 필요로 하는 변환-LED에서 사용하기에 특히 매력적이다.
도 84는, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 8 실시예(AB8)에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다. 본 발명에 따른 발광 물질은 330 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 340 nm 내지 460 nm, 특히 바람직하게는 350 nm 내지 450 nm의 범위 내에 있는 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기될 수 있다. 그럼으로써 상기 발광 물질은, 특히 전자기 스펙트럼의 근 UV-범위 또는 청색 범위 내에 있는 일차 방사선을 갖는 반도체 칩을 사용하는 역광 조명 적용예에 적합하다.
도 85는, 도 86 이하에 기술된 종래의 발광 물질 ClS 및 OS1과 비교되는, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 8 실시예(AB8)의 방출 스펙트럼의 비교 결과를 보여준다.
도 86은, 종래의 발광 물질 ClS 및 OS1과 비교되는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 8 실시예(AB8)의 다양한 광학 특성을 보여준다. 이 경우, OS1은 화학식 (Sr, Ba)2SiO4:Eu의 발광 물질을 나타내고, ClS는 화학식 Ca7.8Eu0.2Mg(SiO4)4Cl2의 발광 물질을 나타낸다. 모든 3개의 발광 물질은 유사한 주파장을 나타낸다. 그러나 이 경우, 본 발명에 따른 발광 물질 AB8은 현저히 더 높은 광 효율(LER)을 나타낸다. 이는 개선된 색 포화도를 유도하고, 이로써 더 높은 색 공간 커버링에 도달할 수 있으며, 그리고 개선된 총 효율을 유도한다. 개선된 특성들에 대한 원인은, 종래의 발광 물질과 비교되는 본 발명에 따른 발광 물질의 화학식 (Na0.5Rb0.5)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 제 8 실시예(AB8)의 작은 반치전폭이다. 높은 광 효율은, 대등한 주파장 및/또는 첨두 파장을 갖는 공지된 녹색 발광 물질을 갖는 녹색 변환-LED에 비해, 부분 변환 또는 완전 변환되는 녹색 변환-LED의 효율을 증가시킨다.
도 87에는, %로 나타낸 상대적인 광도가 ℃로 나타낸 온도에 대해 도시되어 있다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 물질의 실시예(AB8)는 높은 열적 안정성을 나타낸다. 도 87에는, 화학식 (Sr, Ba)2SiO4:Eu의 종래의 발광 물질 OS1(채워진 마름모꼴로 도시됨)과 비교되는 본 발명에 따른 발광 물질 AB8(빈 정사각형으로 도시됨)의 열 소광 특성이 도시되어 있다. 상기 발광 물질들은, 25 내지 225℃의 다양한 온도에서 본 발명에 따른 발광 물질 AB8에 대해서는 400 nm의 파장을 갖는 청색의 일차 방사선에 의해서, 또는 OSl에 대해서는 460 nm의 파장을 갖는 청색의 일차 방사선에 의해서 여기되었고, 이때 이들의 방출 강도가 본 도면에 도시되어 있다. 도면에서 명확하게 알 수 있는 사실은, 본 발명에 따른 발광 물질 AB8은, 변환-LED 내에서 우세한 전형적인 온도, 특히 140℃를 초과하는 온도에서 현저히 더 낮은 방출 강도 손실을 갖는다는 것이다. 그에 따라 바람직하게, 상기 발광 물질은 더 높은 작동 온도에서도 변환-LED에 사용될 수 있다. 125℃부터, AB8은 OSl에 비해 현저히 더 적은 방출 강도 손실을 나타낸다. 또한, AB8은 225℃의 온도에서, 25℃에서의 100%의 방출 강도에 비해 여전히 90%의 방출 강도를 나타낸다. 225℃에서의 방출 강도는, 225℃에서 OSl의 방출 강도보다 2배 이상 높다.
도 88은, 발광 물질 (Na0.5Rb0.5)Li3SiO4:Eu2+의 단사 결정 구조를 개략도로 보여준다. 검정 원은 Rb-원자를 나타내고, 백색으로 완전히 채워진 원은 Na-원자를 나타낸다. 발광 물질 AB8은, 대등한 격자 파라미터를 갖는 제 5 실시예 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu2+ 및 제 7 실시예 (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu와 동일한 공간군, 즉 C2/m에서 결정체를 이룬다. 발광 물질 (Na0.5Rb0.5)Li3SiO4:Eu2+, (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu 및 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu2+의 결정 구조는 동일한 (Li3SiO4)-구조 단위를 갖는다. (Li3SiO4)-구조 단위는 SiO4-사면체 및 LiO4-사면체이며, 이 경우에는 산소가 꼭짓점을 점유하고, Li 또는 Si가 사면체의 중앙을 점유한다. 하지만, 이 경우에 상기 구조 단위 내부에서의 채널의 점유 상태는 서로 다르다. (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu2+는 두 가지의 채널을 포함하며, 이 경우 하나의 채널은 다만 Rb로만 점유되어 있고, 다른 채널은 다만 Li로만 점유되어 있으며, (Na0.25K0.50Li0.25)Li3SiO4:Eu도 두 가지의 채널을 포함하며, 이 경우 하나의 채널은 다만 K로만 점유되어 있고, 다른 채널은 다만 Li 및 Na로만 점유되어 있으며, 그리고 (Rb0.5Na0.5)Li3SiO4:Eu2+는 두 가지의 채널을 포함하며, 이 경우 하나의 채널은 다만 Rb로만 점유되어 있고, 다른 채널은 다만 Na로만 점유되어 있다.
도 89에서는, 결정학적인 평가가 제시된다. 도 89는, 제 8 실시예(AB8)의 X-선 분말 회절 분석도의 리트벨트 정제법을 보여준다. 다이어그램에는, (Na0.5Rb0.5)Li3SiO4:Eu에 대해 계산된 반사와 측정된 반사의 중첩, 그리고 측정된 반사와 계산된 반사의 차이가 도시되어 있다. 상기 발광 물질은 적은 비율의 Na3RbLi12Si4O16으로 오염되었다.
도 90은, (Na0.5Rb0.5)Li3SiO4:Eu의 결정학적인 데이터를 보여준다.
도 91은, (Na0.5Rb0.5)Li3SiO4:Eu의 구조 내에서 원자 위치들을 보여준다.
도 92에는, 실험식 (Rb0.25Na0.75)Li3SiO4:Eu를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 9 실시예(AB9)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. x-축에는 파장이 nm로 도시되어 있고, y-축에는 방출 강도가 %로 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질의 분말이 400 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 대략 473 nm의 첨두 파장 및 476 nm의 주파장을 갖는다. 반치전폭은 22 nm에 놓여 있고, CIE-색 공간 내의 색점은 좌표 CIE-x: 0.127 및 CIE-y: 0.120에 놓여 있다.
도 93에는, 실험식 (Na0.75Rb0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 9 실시예(AB9)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질의 분말이 420 nm 또는 440 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은, 도 92에서 400 nm의 일차 방사선에 의해 여기되는 것에 비해, 19 nm 내지 21 nm의 재차 더 작은 반치전폭을 갖는다. (Na0.75Rb0.25)Li3SiO4:Eu2+ 및 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu2+는 공지된 Eu2+-도핑되고 가장 협대역의 발광 물질에 속한다.
도 94는, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 9 실시예(AB9)에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S) 그리고 비교 실시예로서의 BaMgAl10O17:Eu(50 몰%)의 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다. 본 발명에 따른 발광 물질은 340 nm 내지 470 nm, 바람직하게는 340 nm 내지 450 nm, 특히 바람직하게는 340 nm 내지 420 nm의 범위 내에 있는 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기될 수 있다. 그럼으로써 0 < r* < 0.4인 발광 물질 (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E 또는 (Rbr*Na1-r*)Li3SiO4:Eu, 특히 (Na0.75Rb0.25)Li3SiO4:Eu2+는, 특히 전자기 스펙트럼의 근 UV-범위 또는 청색 범위 내에 있는 일차 방사선을 갖는 반도체 칩을 사용하는 역광 조명 적용예에 적합하다. 본 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, AB9는 VB1에 비해 또한 전자기 스펙트럼의 청색 범위 내에서도 효율적으로 여기될 수 있다.
도 95는, 도 96 이하에 기술된 400 nm 여기 파장에서의 종래의 발광 물질 VB1 및 VB4와 비교되는, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 9 실시예(AB9)의 방출 스펙트럼들의 비교 결과를 보여준다.
도 96은, 종래의 발광 물질 VB1 및 VB4와 비교되는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 9 실시예(AB9)의 다양한 광학 특성을 보여준다. 이 경우, VB1은 화학식 BaMgAl10O17:Eu의 발광 물질을 나타내고, VB4는 화학식 (Ba0.75Sr0.25)Si2O2N2:Eu의 발광 물질을 나타낸다. 모든 3개의 발광 물질은 유사한 주파장 및 첨두 파장을 나타낸다. 그러나 이 경우, 본 발명에 따른 발광 물질 AB9은 비교 실시예들보다 현저히 더 작은 반치전폭을 나타낸다.
도 97은, 발광 물질 (Na0.75Rb0.25)Li3SiO4:Eu2+의 정방 결정 구조를 개략도로 보여준다. 검정 원은 Rb-원자를 나타내고, 백색으로 완전히 채워진 원은 Na-원자를 나타낸다. 발광 물질 AB9은, 제 3 실시예 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu2+와 동일한 공간군, 즉 I4/m에서 결정체를 이룬다. 발광 물질 (Na0.5K0.5)Li3SiO4:Eu2+ 및 (Na0.75Rb0.25)Li3SiO4:Eu2+의 결정 구조는 동일한 (Li3SiO4)-구조 단위를 갖는다. (Li3SiO4)-구조 단위는 SiO4-사면체 및 LiO4-사면체를 가지며, 이 경우에는 산소가 꼭짓점을 점유하고, Li 또는 Si가 사면체의 중앙을 점유한다. 상기 구조 단위 내부에서의 채널의 점유 상태는 상기 발광 물질에서 서로 다르다. (K0.5Na0.5)Li3SiO4:Eu2+는 두 가지의 채널을 포함하며, 이 경우 하나의 채널은 다만 K로만 점유되어 있고, 다른 채널은 다만 Na로만 점유되어 있다. (Na0.75Rb0.25)Li3SiO4:Eu2+도 마찬가지로 두 가지의 채널을 포함하며, 이 경우 하나의 채널은 다만 Na로만 점유되어 있고, 다른 채널은 Na 및 Rb로 교대로 혼합 점유되어 있다.
도 98에서는, 결정학적인 평가가 제시된다. 도 98은, 제 9 실시예(AB9)의 X-선 분말 회절 분석도의 리트벨트 정제법을 보여준다. 다이어그램에는, (Na0.75Rb0.25)Li3SiO4:Eu에 대해 계산된 반사와 측정된 반사의 중첩, 그리고 측정된 반사와 계산된 반사의 차이가 도시되어 있다. 상기 발광 물질은 적은 비율의 NaLi3SiO4로 오염되었다.
도 99는, (Na0.75Rb0.25)Li3SiO4:Eu의 결정학적인 데이터를 보여준다.
도 100은, (Na0.75Rb0.25)Li3SiO4:Eu의 구조 내에서 원자 위치들을 보여준다.
도 101에는, %로 나타낸 상대적인 광도가 ℃로 나타낸 온도에 대해 도시되어 있다. 본 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 9 실시예(AB9)는 높은 열적 안정성을 나타낸다. 도 101에는, 공지된 발광 물질 BaMgAl10O17:Eu(VB1)와 비교되는 본 발명에 따른 발광 물질 AB9의 열 소광 특성이 도시되어 있다. 상기 발광 물질들은, 25 내지 225℃의 다양한 온도에서 400 nm의 파장을 갖는 청색의 일차 방사선에 의해서 여기되었고, 이때 410 nm 내지 780 nm에 해당하는 이들의 방출 강도가 본 도면에 도시되었다. 도면에서 명확하게 알 수 있는 사실은, 본 발명에 따른 발광 물질 AB9은 100℃를 초과하는 온도에서 현저히 더 낮은 방출 강도 손실을 갖는다는 것이다. AB9은 225℃의 온도에서, 25℃에서의 100%의 방출 강도에 비해 여전히 95%를 초과하는 방출 강도를 나타낸다.
도 102에는, 실험식 SrSiAl0.84Li2.16O1.32N2.68:Eu를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 10 실시예(AB10)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질의 단결정이 460 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 대략 628.7 nm의 첨두 파장 및 598 nm의 주파장을 갖는다. 반치전폭은 99 nm에 놓여 있고, CIE-색 공간 내의 색점은 좌표 CIE-x: 0.617 및 CIE-y: 0.381에 놓여 있다.
도 103에는, 실험식 SrSiAl0.84Li2.16O1.32N2.68:Eu를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 10 실시예(AB10)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질의 분말이 460 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 대략 632 nm의 첨두 파장 및 600 nm의 주파장을 갖는다. 반치전폭은 97.7 nm에 놓여 있고, CIE-색 공간 내의 색점은 좌표 CIE-x: 0.626 및 CIE-y: 0.372에 놓여 있다. 자체 흡수율로 인해, 상기 분말의 방출 스펙트럼은 도 102의 단결정의 방출 스펙트럼보다 더 작은 반치전폭을 갖는다.
도 104는, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, 본 발명에 따른 발광 물질의 제 10 실시예(AB10)에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다. 본 발명에 따른 발광 물질은 340 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 340 nm 내지 460 nm의 범위 내에 있는 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기될 수 있다.
도 105에는, 실험식 SrSiAl0.84Li2.16O1.32N2.68:Eu를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 10 실시예(AB10)의 방출 스펙트럼 및 일반적인 화학식 Sr(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4를 갖는 발광 물질의 2개의 추가 실시예(AB-10a 및 AB-10b)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 상기 실시예들은 AB10과 같이 제조되었고, 칭량이 이하의 표에 제시되어 있다.
AB-10a에 대한 시재료의 칭량
Figure 112022061343465-pat00025
AB-10b에 대한 시재료의 칭량
Figure 112022061343465-pat00026
표를 통해 알 수 있는 바와 같이, 화학식 Sr(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4에서의 r**의 변동에 의해서 첨두 파장이 황색 스펙트럼 범위로부터 적색 스펙트럼 범위로 이동될 수 있다. AB10, AB-10a 및 AB-10b의 광학 특성들의 비교 결과가 도 106에 도시되어 있다. 상기 스펙트럼 범위에서 방사하는 공지된 발광 물질은 α-SiAlON:Eu 또는 (Ca, Sr, Ba)2Si5N8:Eu이다. 그러나 α-SiAlON들은 Sr(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4보다 적은 첨두 파장 설정 가능성을 나타내고, 그에 따라 이들의 적용은 제한되어 있다. (Ca, Sr, Ba)2Si5N8:Eu는 개선된 첨두 파장 설정 가능성을 나타내지만, 그 사용은 토류알칼리니트라이드와 같은 비싼 시재료 및 1400℃를 초과하는 합성 온도에 의해서 고비용과 연계되어 있다. 그에 따라 0.25 ≤ r** ≤ 1인 발광 물질 (MB)(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E 또는 Sr(Si0.25Al-1/8+r**/2Li7/8-r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E는 요구 조건 또는 적용예에 따라, 원하는 색 장소 및/또는 연색 평가 지수와 관련하여 의도한 바대로 설정될 수 있다. 따라서, 놀랍게도, 단 하나의 발광 물질에 의해서 가시 범위의 다수의 색, 특히 황색 내지 적색의 다수의 색이 발생될 수 있다. 상기 발광 물질은, 특히 황색 내지 적색의 방사선 또는 백색의 방사선을 방출하도록 설계된 변환-발광 다이오드에 적합하다.
도 107은, 발광 물질 SrSiAl0.84Li2.16O1.32N2.68:Eu의 정방 결정 구조를 결정학적 c-축을 따라 개략도로 보여준다. 해칭된 원은 Sr-원자를 나타내고, 해칭된 영역은 (Li, Si, Al)(O, N)4-사면체를 나타낸다. 발광 물질 AB10은 UCr4C4 구조 유형에서 결정체를 이룬다. Sr-원자는, 모서리 및 에지 연결된 (Li, Si, Al)(O, N)4-사면체에 의해 형성되는 정방 채널 내에 위치한다. 상기 발광 물질은 공간군 I4/m 내에서 결정체를 이룬다.
도 108은, SrSiAl0.84Li2.16O1.32N2.68:Eu의 결정학적인 데이터를 보여준다.
도 109는, SrSiAl0.84Li2.16O1.32N2.68:Eu의 구조 내에서 원자 위치들을 보여준다.
도 110은, SrSiAl0.84Li2.16O1.32N2.68:Eu의 이방성 변위 파라미터를 보여준다.
도 111은, 제 10 실시예(AB10)의 X-선 분말 회절 분석도의 결정학적인 평가 결과를 보여준다. 다이어그램에는, SrSiAl0.84Li2.16O1.32N2.68:Eu에 대해 계산된 반사와 측정된 반사의 중첩이 도시되어 있다. 상기 다이어그램의 상부는 실험적으로 관찰된 반사(Cu-Kα1 방사선)를 보여주고, 상기 다이어그램의 하부는 계산된 반사 위치들을 보여준다. 계산은, 도 107 내지 도 110에서 기술된 바와 같이, SrSiAl0.84Li2.16O1.32N2.68:Eu에 대한 구조 모델을 토대로 해서 이루어졌다. 2차 위상의 반사는 *로 표시되어 있다. 2차 위상들은 매우 적은 비율로 존재한다.
도 112에는, 제 1 실시예(AB1) NaLi3SiO4와 비교되는, y** = 0.2224인 실험식 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 11 실시예(AB11)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 발광 물질 AB11은 대략 613.4 nm의 첨두 파장 및 593.6 nm의 주파장을 갖는다. 반치전폭은 105 nm에 놓여 있고, CIE-색 공간 내의 색점은 좌표 CIE-x: 0.595 및 CIE-y: 0.404에 놓여 있다. AB1과 AB11의 서로 다른 특성, 특히 NaLi3SiO4:Eu에 비해 더 긴 파장의 범위로 이동되었고 y** = 0.2224인 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu의 첨두 파장은, y** = 0.2224인 혼합된 위상 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu 내에서 활성체 이온, 본 경우에는 Eu2+-이온을 둘러싸는 질소 원자의 더욱 강한 전자 구름 퍼짐 효과에서 기인한다. 활성체 이온의 주변에서 질소 비율이 높을수록, 첨두 파장은 그만큼 더 긴 파장에 놓여 있다. 그럼으로써 질소 함량이 증가함에 따라 그리고 그에 따라 발광 물질 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu 내의 y**에 대한 값이 증가함에 따라, 첨두 파장은 전자기 스펙트럼의 가시 범위 내부에서, 특히 470 nm 내지 670 nm의 범위에서 이동될 수 있다. 따라서, 0 ＜ y*** ＜ 0.875인 발광 물질 (MA)1-y***Sry***Li3-2y***Al3y***Si1-y***O4-4y***N4y***:E 또는 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:E는, 특히 매우 특별한 특성을 갖는 발광 물질을 필요로 하는 조명 장치 또는 변환-LED(소위 "고객의 요구에 맞춘 색상(color on demand)"-적용예)에 적합한데, 예를 들어 자동차 내 섬광등에 적합하다.
AB11에 대한 광학 데이터가 도 113에 도시되어 있다.
도 114는, y** = 0.2224인 발광 물질 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu(AB11)의 정방 결정 구조를 결정학적 c-축을 따라 개략도로 보여준다. 해칭된 원은 Na/Eu-원자를 나타내고, 해칭된 영역은 (Li, Si, Al)(O, N)4-사면체를 나타낸다. 발광 물질 AB11은 UCr4C4 구조 유형에서 결정체를 이룬다. Na-원자 및 Eu-원자는, 모서리 및 에지 연결된 (Li, Si, Al)(O, N)4-사면체에 의해 형성되는 정방 채널 내에 위치한다. 상기 발광 물질은 공간군 I4/m 내에서 결정체를 이룬다. 이 결정 구조는 예컨대 화학식 Sr[Mg2Al2N4]:Eu2+의 발광 물질용으로 공지되어 있다(WO 2013/175336 A1호 또는 P. Pust 외, Chem. Mater., 2014, 26, 6113). 놀랍게도, 본 경우에는, 87.5% 미만의 질소 비율을 갖는 발광 물질들도 합성될 수 있고 안정적이라는 사실이 확인될 수 있었다.
도 115는, y** = 0.2224인 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu의 결정학적인 데이터를 보여준다.
도 116은, y** = 0.2224인 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu의 구조 내에서 원자 위치들을 보여준다.
도 117은, y** = 0.2224인 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu의 이방성 변위 파라미터를 보여준다.
도 118a는, 제 11 실시예(AB11)의 X-선 분말 회절 분석도의 결정학적인 평가 결과를 보여준다. 다이어그램에는, y** = 0.2224인 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu에 대해 계산된 반사와 측정된 반사의 비교 결과가 도시되어 있다. 상기 다이어그램의 상부는 실험적으로 관찰된 반사(Mo-Kα1 방사선)를 보여주고, 상기 다이어그램의 하부는 계산된 반사 위치들을 보여준다. 계산은, 도 114 내지 도 117에서 기술된 바와 같이, y** = 0.2224인 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu에 대한 구조 모델을 토대로 해서 이루어졌다. 측정된 분말 회절 분석도의 반사와 계산된 분말 회절 분석도의 반사의 일치에 의해서, 발광 물질의 분말과 단결정의 결정 구조의 일치가 나타난다.
도 118b는, y** = 0.1인 Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu(AB11-1), y* = 0.25인 Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:Eu(AB6-1; AB6-2) 및 y*** = 0.25인 Na1-y***Sry***Li3-2y***Al3y***Si1-y***O4-4y***N4y***:Eu(AB18)의 방출 스펙트럼을 보여준다. 광학 특성들의 비교 결과가 도 119에 도시되어 있다.
도 120은, CIE-색 공간의 하나의 단면을 보여준다. 이와 같은 단면에서, ECE로 표기된 영역은, ECE-규정(ECE: Economic Commission for Europe - 유럽 경제 위원회)에 상응하는 황 또는 황-주황색의 색 영역에 있는, 자동차 외부 영역의 섬광등의 색 장소에 상응한다. ECE-규정은, 자동차에 대한 그리고 자동차 부품 및 설치 대상에 대한 국제적으로 일치되고 통일된 기술 규정의 카탈로그이다. 또한, 제 11 실시예(AB11) 및 비교 실시예 (Sr, Ca, Ba)2Si5N8:Eu(Comp 258)의 색 장소가 도시되어 있다. 2개 발광 물질의 색 장소는 ECE-범위 내에 놓여 있고, 자동차 내 섬광등용 변환-LED에 사용하기에 적합하다. (Sr, Ca, Ba)2Si5N8:Eu와 달리, 본 발명에 따른 발광 물질 AB11은 더 낮은 온도에서 제조될 수 있다. AB11(완전 변환)을 갖는 황색 또는 황-주황색 변환-LED는, InGaAlP를 토대로 하는 황색 또는 황-주황색 LED에 비해 훨씬 더 효율적이고 온도에 훨씬 더 안정적이다.
도 121은, AB11 및 Comp 258의 색 장소들을 보여준다.
도 122에는, 비교 실시예 (Ca, Sr, Ba)2SiO4:Eu와 비교되는, x** = 0.2014인 실험식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제 12 실시예(AB12)의 단결정의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 발광 물질 AB12는 대략 580.3 nm의 첨두 파장 및 576.5 nm의 주파장을 갖는다. 반치전폭은 80 nm에 놓여 있고, CIE-색 공간 내의 색점은 좌표 CIE-x: 0.486 및 CIE-y: 0.506에 놓여 있다. AB12와 (Ca, Sr, Ba)2SiO4:Eu의 광학 데이터의 비교 결과가 도 123에 도시되어 있다. 0 < x** < 0.875, 특히 x** = 0.2014인 (MB)Li3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu 또는 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu는, 일차 방사선이 완전히 또는 거의 완전히 이차 방사선으로 변환되는 유색 변환-LED에 사용하기에 적합하고, 그에 따라 특히 "고객의 요구에 맞춘 색상(color on demand)"-적용예에 사용될 수 있다. 도 123에 도시된 바와 같이, AB12를 갖는 변환-LED는 (Ca, Sr, Ba)2SiO4:Eu를 갖는 변환-LED보다 더 높은 광 효율을 갖는다.
도 124는, 변환-LED의 시뮬레이팅 된 방출 스펙트럼을 보여준다. 제 12 실시예(AB12)를 갖는 442 nm의 일차 방사선을 갖는 변환-LED의 방출 스펙트럼 및 비교 실시예로서의 발광 물질을 갖는 442 nm의 일차 방사선을 갖는 변환-LED의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 전체 방사선이 일차 방사선과 개별 이차 방사선으로부터 조성되는 백색의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 광학 데이터가 도 125에 도시되어 있다. 비교 실시예에 비해 작은 AB12의 반치전폭으로 인해, 본 발명에 따른 발광 물질 AB12를 갖는 변환-LED는 더 높은 광 효율(LER)을 갖게 되는데, 그 이유는 눈 감도 곡선과의 중첩부가 비교 실시예들에서보다 더 크기 때문이다. 따라서, 0 < x** < 0.875인 (MB)Li3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu 또는 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu, 특히 제 12 실시예는, 특히 UV 내지 청색 범위의 일차 방사선과 조합된 3400 K ± 100K의 색 온도를 갖는, 예를 들어 InGaN을 토대로 하는 층 시퀀스를 갖는, 특히 온백색의 전체 방사선을 발생하기 위한 변환-LED에서 유일한 발광 물질로서 사용하기에 적합하다. 플랑크-곡선에 가까운 색 장소를 갖는 3400 K ± 100 K의 색 온도는, Y3Al5O12:Ce를 사용하는 경우에는 도달되지 않는다. (Y, Lu, Gd, Tb)3(Al, Ga)5O12:Ce(도 125)와 같은 Y3Al5O12:Ce의 변형의 사용은, 원하는 색 장소 및 색 온도를 유도하지만, 광 효율은 Y3Al5O12:Ce를 사용하는 경우보다 적고, 열 소광 특성은 더 높다. (Ca, Sr, Ba)2SiO4:Eu와 같은 오르소실리케이트는 Y3Al5O12:Ce에 비해 열적으로 그리고 화학적으로 더 불안정하고, 또한 AB12를 갖는 변환-LED에 비해 더 우수하지 않은 광 효율을 갖는다.
도 114 및 도 160은, x** = 0.2014인 발광 물질 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu(AB12)의 정방 결정 구조를 결정학적 c-축을 따라 개략도로 보여준다. 해칭된 원은 Sr-원자를 나타내고, 해칭된 영역은 (Li, Al)(O, N)4-사면체를 나타낸다. 발광 물질 AB12는 UCr4C4 구조 유형에서 결정체를 이룬다. 상기 발광 물질은 공간군 I4/m 내에서 결정체를 이룬다. 상기 결정 구조는 예컨대 화학식 Sr[Mg2Al2N4]:Eu2+의 발광 물질용으로 공지되어 있다(WO 2013/175336 A1호 또는 P. Pust 외, Chem. Mater., 2014, 26, 6113). (Li, Al)(O, N)4-사면체는, 그 내부에 Sr-원자가 배열되어 있는 정방 채널을 형성한다. 놀랍게도, 본 경우에는, 87.5% 미만의 질소 비율을 갖는 발광 물질들도 합성될 수 있고 안정적이라는 사실이 확인될 수 있었다. x** ≥ 0.1250인 화학식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu의 발광 물질은 상기 결정 유형에서 결정체를 이루며, 이는 실시예 AB12-1 내지 AB12-8을 참조해서 도시될 수 있었다. x**가 증가함에 따라, 단위 셀의 볼륨은 증가하고, 첨두 파장은 더 긴 파장으로 이동된다.
도 126은, x** = 0.2014인 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu(AB12)의 결정학적인 데이터를 보여준다.
도 127은, x** = 0.2014인 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu(AB12)의 구조 내에서 원자 위치들을 보여준다.
도 128은, x** = 0.2014인 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu(AB12)의 이방성 변위 파라미터를 보여준다.
도 129에는, 실험식 (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 AB13의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질의 분말이 400 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 46 nm의 반치전폭, 530 nm의 첨두 파장 및 532 nm의 주파장을 갖는다. 색 장소는 CIE-x: 0.222 및 CIE-y: 0.647에 놓여 있다. 광학 특성은 제 8 실시예의 광학 특성과 유사하다. 대략 490 nm에서의 피크 원인은, CsNa2K(Li3SiO4)4:Eu2+에 의한 오염으로 추론될 수 있다.
도 130은, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, AB13에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다. 상기 발광 물질은 청색 범위 내에 있는 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기될 수 있다.
도 131에는, 실험식 (Cs0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 AB14의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질의 분말이 400 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 26 nm의 반치전폭, 486 nm의 첨두 파장 및 497 nm의 주파장을 갖는다. 색 장소는 CIE-x: 0.138 및 CIE-y: 0.419에 놓여 있다.
도 132는, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, AB14에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다. 상기 발광 물질은 청색 범위 내에 있는 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기될 수 있다.
도 133에는, 실험식 (Rb0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 AB15의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질의 분말이 400 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 27 nm의 반치전폭, 480 nm의 첨두 파장 및 490 nm의 주파장을 갖는다. 색 장소는 CIE-x: 0.139 및 CIE-y: 0.313에 놓여 있다. 대략 530 nm에서의 피크 원인은, RbNa(Li3SiO4)2 또는 K2NaLi(Li3SiO4)4에 의한 오염으로 추론될 수 있다.
도 134는, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, AB15에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다. 상기 발광 물질은 청색 범위 내에 있는 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기될 수 있다.
도 135에는, 실험식 (Cs0.25Na0.25Rb0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 AB16의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질의 분말이 400 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. 상기 발광 물질은 24 nm의 반치전폭, 473 nm의 첨두 파장 및 489 nm의 주파장을 갖는다. 대략 530 nm에서의 피크 원인은, RbNa(Li3SiO4)2에 의한 오염으로 추론될 수 있다.
AB14, AB15 및 AB16의 광학 특성들은 AB9 및 AB3의 광학 특성들과 유사하다.
도 136은, nm로 표기된 파장(λ)에 대하여 기재된, AB16에 대한 표준화된 쿠벨카-뭉크-함수(K/S)를 보여준다. 상기 발광 물질은 청색 범위 내에 있는 일차 방사선에 의해서 효율적으로 여기될 수 있다.
도 137은, 실험식 (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 AB13의 정방 결정 구조를 보여준다. 검정 원은 Cs-원자를 나타내고, 백색으로 완전히 채워진 원은 Li-원자를 나타내며, 줄무늬 원은 K-원자를 나타내고, 그리고 체크 무늬의 원은 Na-원자를 나타낸다. 상기 결정 구조는 제 9 실시예(AB9)의 결정 구조와 유사하고, AB13은 동일한 공간군, 즉 I4/m에서 결정체를 이룬다. (Li3SiO4)-구조 단위는 SiO4-사면체 및 LiO4-사면체를 가지며, 이 경우에는 산소가 꼭짓점을 점유하고, Li 또는 Si가 사면체의 중앙을 점유한다. (Cs0.25Na0.25K0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu2+는 (Li3SiO4)-구조 단위 내부에 두 가지의 채널을 포함하며, 이 경우 하나의 채널은 Na 및 Li로 점유되어 있고, 다른 채널은 Cs 및 K로 교대로 점유되어 있다. 하나의 채널 내부에서의 Na 및 Li의 배열은 AB7의 배열에 상응한다. 하나의 채널 내부에서의 Na 및 Li의 정확한 배열은 X-선 회절에 의해서는 확인될 수 없다.
도 138은, 실험식 (Cs0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 AB14의 정방 결정 구조를 보여준다. 검정 원은 Cs-원자를 나타내고, 줄무늬 원은 K-원자를 나타내며, 그리고 체크 무늬의 원은 Na-원자를 나타낸다. 상기 결정 구조는 제 9 실시예(AB9)의 결정 구조와 유사하고, AB13은 공간군인 I4/m에서 결정체를 이룬다. (Li3SiO4)-구조 단위는 SiO4-사면체 및 LiO4-사면체를 가지며, 이 경우에는 산소가 꼭짓점을 점유하고, Li 또는 Si가 사면체의 중앙을 점유한다. (Cs0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu2+는 (Li3SiO4)-구조 단위 내부에 두 가지의 채널을 포함하며, 이 경우 하나의 채널은 Na로 점유되어 있고, 다른 채널은 Cs 및 K로 교대로 점유되어 있다.
도 139는, 실험식 (Rb0.25Na0.5K0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 AB15의 정방 결정 구조를 보여준다. 검정 원은 Rb-원자를 나타내고, 줄무늬 원은 K-원자를 나타내며, 그리고 체크 무늬의 원은 Na-원자를 나타낸다. 상기 결정 구조는 AB14의 결정 구조와 등구조(isostructural)이며, 이 경우 Cs-원자의 위치들은 Rb-원자에 의해서 점유되어 있다.
도 140은, 실험식 (Cs0.25Na0.25Rb0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 AB16의 정방 결정 구조를 보여준다. 검정 원은 Cs-원자를 나타내고, 줄무늬 원은 Rb-원자를 나타내며, 체크 무늬의 원은 Na-원자를 나타내고, 그리고 백색의 원은 Li-원자를 나타낸다. 상기 결정 구조는 AB13의 결정 구조와 등구조이며, 이 경우 K-원자의 위치들은 Rb-원자에 의해서 점유되어 있다.
도 141 내지 도 144는 각각, AB13(도 141), AB14(도 142), AB15(도 143) 및 AB16(도 144)의 X-선 분말 회절 분석도의 리트벨트 정제법을 보여준다. 다이어그램에는, 계산된 반사와 측정된 반사의 중첩 그리고 측정된 반사와 계산된 반사의 차이가 도시되어 있다.
도 145는 AB13의 결정학적인 데이터를 보여주고, 도 146은 AB13의 원자 위치를 보여준다.
도 147은 AB14의 결정학적인 데이터를 보여주고, 도 148은 AB14의 원자 위치를 보여준다.
도 149는 AB15의 결정학적인 데이터를 보여주고, 도 150은 AB15의 원자 위치를 보여준다.
도 151은 AB16의 결정학적인 데이터를 보여주고, 도 152a는 AB16의 원자 위치를 보여준다.
도 152b에는, x** = 0.125(AB12-1) 및 x** = 0.1375(AB12-2)인 실험식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질 AB12-1 및 AB12-2의 단결정의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 광학 특성은 도 153에 도시되어 있다.
도 154에는, x** < 0.125인 발광 물질 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu2+의 단결정의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. x** < 0.125인 발광 물질 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu2+는 x** ≥ 0.125인 발광 물질보다 더 작은 반치전폭을 갖는다. 광학 특성은 도 155에 도시되어 있다. x** < 0.125인 화학식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu2+의 발광 물질들의 결정 구조는 UCr4C4 구조 유형과 유사하지만, 단결정 회절 데이터 내에서의 반사는 더 높은 규칙도를 나타낸다. 이는 결과적으로, UCr4C4 구조 유형으로부터 유도되었고 더 높은 규칙도를 갖는 결정 구조에서 낳는다. 놀랍게도, 더 높은 산소 함량을 갖는 발광 물질은 결정 구조 내부에서 더 높은 규칙도를 나타낸다. 상대적으로 더 작은 반치전폭의 원인은, 결정 구조의 더 높은 규칙도로부터 추론될 수 있다.
도 156에는, nm로 표기된 첨두 파장(λpeak)이, 서로 다른 x** 비율을 갖는 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu의 분말 및 단결정에 대해, x** ≥ 0.1250인 화학식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu의 발광 물질의 결정 구조의 단위 셀의 셀 볼륨에 대하여 도시되어 있다. 분말 및 단결정에서 측정할 때에 첨두 파장에서의 차이는, 관찰된 첨두 파장의 긴 파장으로의 이동을 야기할 수 있는 분말 측정에서의 재흡수 효과에 의해서 야기되었다. 첨두 파장은, 단위 셀의 셀 볼륨의 조정에 의해서 설정될 수 있다. x**가 증가함에 따라, 단위 셀의 셀 볼륨이 증가하는 동시에 첨두 파장은 더 긴 파장의 범위로 이동된다. 바람직하게는, x** ≥ 0.125의 변동에 의해서 첨두 파장이 녹색 스펙트럼 범위로부터 적색 스펙트럼 범위로까지 이동될 수 있다. 다양한 x** 비율에 대한 첨두 파장 및 셀 볼륨(V)은 도 157에 도시되어 있다. 그럼으로써 일반적인 실험식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu의 발광 물질은 매우 많은 적용예들을 위해 유용하다. 특히, 황색 방출 Y3Al5O12:Ce의 첨두 파장, 주황-적색 방출 (Ca, Sr, Ba)2Si5N8:Eu의 첨두 파장 및 적색 방출 (Sr, Ca)SiAlN3:Eu의 첨두 파장 사이에 있는 첨두 파장을 갖는 발광 물질들이 제공될 수 있다.
도 158은, x** = 0.125(AB12-1) 및 x** = 0.1375(AB12-2)인 실험식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu2+를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질 AB12-1 및 AB12-2의 단결정의 결정학적 데이터를 보여준다.
도 159는, AB12-2에 대한 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu2+의 구조 내에서 원자 위치들을 보여준다.
도 161에는, 실험식 Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu를 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 AB17의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 물질의 단결정이 460 nm 파장의 일차 방사선에 의해서 여기되었다. Peak1 및 Peak2로 표기된 곡선들은, 2개의 방출 피크를 갖는 총 방출을 기술하기 위한 2개의 가우스-곡선을 재현한다. 측정된 곡선은, 계산된 곡선으로서의 2개의 가우스-곡선의 총합과 일치한다. 최대 강도를 갖는 방출 피크의 파장이 첨두 파장으로서 지칭된다. 상대적으로 더 낮은 강도를 갖는 방출 피크의 파장은 상대적인 방출 최댓값으로서 지칭된다. 스펙트럼으로부터 결과적으로 나타나는 데이터가 도 162에 요약되어 있다.
도 163에는, r 비율이 서로 다르고, 0.05 < r < 0.2인 본 발명에 따른 발광 물질 (NarK1-r)1Li3SiO4:Eu의 3개 실시 형태의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다. 이와 같은 실시 형태들도 넓은 방출을 나타낸다.
도 164는, 변환-LED의 시뮬레이팅 된 광학 데이터의 개관을 보여준다. 일차 방사선원으로서는, InGaN을 토대로 하는 청색 방출 반도체 칩이 사용되며, 일차 방사선의 첨두 파장은 438 nm 또는 443 nm에 놓여 있다. 일차 방사선의 변환을 위해 사용된 발광 물질은 AB17 및 (Lu, Y)3Al5O12:Ce이다. 비교 실시예들은 Comp1, Comp2 및 Comp3로 표시되어 있고, 본 발명에 따른 실시 형태들은 AB17-LED1 및 AB17-LED2로 표시되어 있다. 변환-LED의 전체 방사선은 모든 변환-LED에서 일차 방사선과 이차 방사선의 중첩으로부터 나타난다. 전체 방사선의 색 장소들은 모두 플랑크 방사체의 색 장소에 가깝게, 8000 K를 초과하는 색 온도를 갖는 냉백색 범위에 놓여 있다. 놀랍게도, 본 발명에 따른 실시 형태들은 CRI > 80 및 R9 > 50인 높은 연색 평가 지수를 갖는 한편, 비교 실시예들은 다만 CRI < 70 및 R9 < 0만을 갖는다. 그 원인은, 녹색 내지 적색 스펙트럼 범위까지의 발광 물질 AB17의 넓은 방출로부터 추론될 수 있다. 따라서, 0.05 < r < 0.2인 발광 물질 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:Eu, 특히 (NarK1-r)1Li3SiO4:Eu는 특히 일반 조명용 변환-LED에 적합하다. 바람직하게, 상기 발광 물질은 일반 조명용 변환-LED에서 유일한 발광 물질로서 사용될 수 있다.
도 165에는, 도 164에 도시된 변환-LED의 전체 방사선의 색 장소들이 도시되어 있다. 본 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 색 장소들은 모두 플랑크 방사체의 색 장소 가까이에 위치한다.
도 166에는, 도 164에 도시된 변환-LED AB17-LED2 및 Comp2의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다.
도 167은, 변환-LED의 시뮬레이팅 된 광학 데이터의 개관을 보여준다. 일차 방사선원으로서는, InGaN을 토대로 하는 청색 방출 반도체 칩이 사용되며, 첨두 파장은 443 nm, 446 nm 또는 433 nm에 놓여 있다. 일차 방사선의 변환을 위해 사용된 발광 물질은 AB17 및 Lu3Al5O12:Ce이다. 비교 실시예들은 Comp4 및 Comp5로 표시되어 있고, 본 발명에 따른 실시 형태들은 AB17-LED3, AB17-LED4 및 AB17-LED5로 표시되어 있다. 본 발명에 따른 실시 형태들에서는, 다만 AB17만 발광 물질로서 사용되는 한편, 비교 실시예들에서는 Lu3Al5O12:Ce 외에 적색 방출 제 2 발광 물질 CaAlSiN3:Eu가 사용된다. 놀랍게도, 본 발명에 따른 실시 형태들의 전체 방사선이 표준-필터 및 더 큰 색 공간(HCG, High Color Gamut)을 위한 필터의 투과 범위와 매우 큰 중첩을 가짐으로써, 결과적으로 다만 적은 광만 손실되고, 도달 가능한 색 공간은 가급적 커진다. 본 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시 형태들에 의해서는 단 하나의 발광 물질만으로, 2개의 발광 물질이 사용되는 비교 실시예들에 의한 것보다 부분적으로 더 큰, sRBG 색 공간의 색들의 높은 커버링에 도달할 수 있다. 따라서, 0.05 < r ≤ 0.2인 발광 물질 (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:Eu, 특히 (NarK1-r)1Li3SiO4:Eu는 특히 역광 조명 적용예용 변환-LED에 적합하다. 바람직하게, 상기 발광 물질은 역광 조명 적용예용 변환-LED에서 유일한 발광 물질로서 사용될 수 있다.
도 168에는, 도 167에 도시된 변환-LED AB17-LED5 및 Comp5의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다.
도 169 및 도 170은, 도 167에 도시된 다양한 변환-LED의 필터링 된 전체 방사선의 설정된 색 공간 및 상기 설정된 색 공간과 sRGB-색 공간의 중첩부를 보여준다. 본 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 실시예들 AB17-LED3 및 AB17-LED5에 의해서는 큰 색 대역폭이 재현될 수 있는데, 다른 무엇보다 설정된 색 삼각형의 녹색 꼭짓점에서는 비교 실시예들에 의한 것보다 더 많은 색에 도달할 수 있다.
도 171은, 발광 물질 Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu(AB17)의 정방 결정 구조의 하나의 단위 셀을 결정학적 c-축을 따라 개략도로 보여준다. 좁게 해칭된 원은 Na-원자를 나타내고, 백색의 원은 K-원자를 나타낸다. 해칭된 영역은 LiO4-사면체를 나타내고, 좁게 해칭된 영역은 SiO4-사면체를 나타낸다. LiO4-사면체 및 SiO4-사면체는 모서리 및 에지 연결되어 있고, 그 내부에 Na-원자 및 K-원자가 배열되어 있는 채널을 형성한다. 상기 결정 구조는 AB3, AB7, AB8, AB9, AB13, AB14, AB15 및 AB16의 결정 구조와 유사하다.
특히, 두 가지의 채널이 상기 결정 구조 내에 포함되어 있다. 하나의 채널 내에는 오로지 K-원자만 배열되어 있는 한편, 다른 채널 내에는 Na-원자 및 K-원자가 배열되어 있다. 그 내부에 오로지 K-원자만 배열되어 있는 채널 주변에는, 나선 형상의 SiO4-사면체(좁게 해칭됨)가 배열되어 있다(도 172 참조). Na-원자(좁게 해칭된 원)는, 그 내부에 Na-원자 및 K-원자가 배열되어 있는 채널 내부에서 왜곡된 상태로 SiO4-사면체에 의해 사면체 형태로 둘러싸여 있다(검정 영역; 도 173 참조). 도 172에는, 다만 K-원자만을 포함하는 채널이 도시되어 있다. 도 173에는, K-원자 및 Na-원자를 포함하는 채널이 도시되어 있다. 채널 내부에서 K-원자 및 Na-원자의 배열 순서는 NaKKKNaKKK이다. 도 172 및 도 173에 도시된 결정 구조의 단면들의 도시는 결정학적 c-축에 대해 수직이다.
도 174는, Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu(AB17)의 결정학적인 데이터를 보여준다.
도 175는, Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu(AB17)의 구조 내에서 원자 위치들을 보여준다.
도 176은, Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu(AB17)의 이방성 변위 파라미터를 보여준다.
도 177은, 제 17 실시예(AB17)의 X-선 분말 회절 분석도의 결정학적인 평가 결과를 보여준다. 다이어그램에는, Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu에 대해 계산된 반사와 측정된 반사의 비교 결과가 도시되어 있다. 상기 다이어그램의 상부는 실험적으로 관찰된 반사(Mo-Kα1 방사선)를 보여주고, 상기 다이어그램의 하부는 계산된 반사 위치들을 보여준다. 계산은, 도 171 내지 도 176에서 기술된 바와 같이, Na0.125K0.875Li3SiO4:Eu에 대한 구조 모델을 토대로 해서 이루어졌다. 2차 위상의 반사는 *로 표시되어 있다. 측정된 분말 회절 분석도의 반사와 계산된 분말 회절 분석도의 반사의 일치에 의해서, 상기 발광 물질의 분말과 단결정의 결정 구조의 일치가 나타난다.
도 178에 따른 변환-LED는 기판(10)상에 배치되어 있는 층 시퀀스(2)를 포함한다. 상기 기판(10)은 예를 들어 반사성을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 층 시퀀스(2)에 걸쳐서 변환 소자(3)가 층 형태로 배치되어 있다. 상기 층 시퀀스(2)는 변환-LED의 작동 중에 300 내지 500㎚의 파장을 갖는 일차 방사선을 방출하는 활성층을 포함한다(도시되지 않음). 상기 변환 소자는 일차 방사선(S)의 빔 경로 내에 배치되어 있다. 상기 변환 소자(3)는 예를 들어 실리콘과 같은 매트릭스 재료와 10㎛의 평균 입자 크기를 갖는 발광 물질 (Rb0.5Li0.5)Li3SiO4:Eu의 입자들을 포함하고, 상기 발광 물질은 변환-LED의 작동 중에 일차 방사선을 적어도 부분적으로 전자기 스펙트럼의 녹색 범위 내 이차 방사선으로 변환한다. 상기 발광 물질은 상기 변환 소자(3) 내에서 매트릭스 재료 내에 제조 허용 오차의 범주 내에서 균일하게 분포한다. 상기 변환 소자(3)는 상기 층 시퀀스(2)의 방사선 방출면(2a) 및 상기 층 시퀀스(2)의 측면들 전체 면적에 걸쳐서 제공되어 있고 상기 층 시퀀스(2)의 방사선 방출면(2a) 및 상기 층 시퀀스(2)의 측면들과 직접 기계적으로 접촉한다. 상기 일차 방사선은 상기 층 시퀀스(2)의 측면들을 통해서 방출될 수도 있다.
상기 변환 소자(3)는 예를 들어 사출 성형법, 이송 성형법 또는 스프레이 코팅법(spray coating method)에 의해 제공될 수 있다. 또한, 상기 변환-LED는 그 형상 및 배치가 당업자에게 공지되어 있는 전기 접촉부들을 포함한다(도시되지 않음).
도 179에는 변환-LED(1)의 추가 실시 형태가 도시되어 있다. 도 68과 다르게, 변환 소자(3)는 소형 플레이트로 형성되어 있다. 상기 소형 플레이트는 발광 물질의 함께 소결된 입자들로 구성될 수 있고, 그에 따라 세라믹 소형 플레이트일 수 있거나, 또는 상기 소형 플레이트는 예를 들어 유리, 실리콘, 에폭시수지, 폴리실라잔, 폴리메타크릴레이트 또는 폴리카보네이트를 그 내부에 발광 물질의 입자들이 매립된 매트릭스 재료로 포함한다. 상기 변환 소자(3)는 층 시퀀스(2)의 방사선 방출면(2a) 전체 면적에 걸쳐서 제공되어 있다. 특히 일차 방사선은 층 시퀀스(2)의 측면들을 통해 전혀 방출되지 않고, 오히려 대부분 상기 방사선 방출면(2a)을 통해 방출된다. 상기 변환 소자(3)는 예를 들어 실리콘으로 이루어진 접착층(도시되지 않음)을 통해 상기 층 시퀀스(2) 상에 제공될 수 있다.
도 180에 따른 변환-LED(1)는 리세스를 갖는 하우징(11)을 포함한다. 상기 리세스 내에는, 변환-LED의 작동 중에 300 내지 460㎚의 파장을 갖는 일차 방사선을 방출하는 활성층을 포함하는(도시되지 않음) 층 시퀀스(2)가 배치되어 있다. 변환 소자(3)는 상기 층 시퀀스(2)의 캐스팅 컴파운드로서 상기 리세스 내에 형성되어 있고, 예를 들어 실리콘과 같은 매트릭스 재료와 변환-LED(1)의 작동 중에 일차 방사선을 적어도 부분적으로 백색 광 인상을 발생하는 이차 방사선으로 변환하는 발광 물질, 예를 들어 KLi3SiO4:Eu를 포함한다. 상기 변환 소자(3) 내 발광 물질이 공간적으로 방사선 방출면(2a) 위에 집중되어 있는 것도 가능하다. 이는 예를 들어 침전에 의해 달성될 수 있다.
본 발명은, 실시예들을 참조하는 명세서에 의해서 이와 같은 실시예에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각각의 새로운 특징 그리고 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 특히 각각의 특징 조합은, 상기 특징 또는 상기 조합 자체가 청구범위 또는 실시예들에 명시적으로 제시되어 있지 않더라도, 청구범위에 포함되어 있다.
ppm: 백만분율
λpeak: 첨두 파장
λdom: 주파장
AB: 실시예
g: 그램
E: 방출
mmol: 밀리 몰
Mol%: 몰 퍼센트
Rinf: 확산 반사
lm: 루멘
W: 와트
LER: 광 효율
LED: 발광 다이오드
CRI: 연색 평가 지수
CCT: 보정된 색 온도
R9: 연색 평가 지수
K/S: 쿠벨카-뭉크-함수
K: 켈빈
cm: 센티미터
nm: 나노미터
°2θ: 도 2 세타
Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ: X-선 분말 회절 분석도
Ew: 백색점
KL: 변환 선
T: 온도
℃: 섭씨 온도
1: 변환-LED
2: 층 시퀀스/반도체 칩
2a: 방사선 방출면
3: 변환 소자
10: 기판
11: 하우징
S: 일차 방사선의 빔 경로

Claims (20)

  1. 일반적인 실험식 (MB)Li3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:E를 갖는 발광 물질을 포함하는 조명 장치로서,
    0 < x** < 0.875이고, MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 및 이들의 조합물을 포함하는 2가 금속의 그룹으로부터 선택되었으며, E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된, 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 물질은 화학식 SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu를 갖는, 조명 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    0.125 ≤ x** ＜ 0.875인, 조명 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    0.125 ≤ x** ≤ 0.5인, 조명 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    0.125 ≤ x** ≤0.45인, 조명 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 물질은 정방 결정계에서 결정체를 이루는, 조명 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 물질은 공간군 I4/m에서 결정체를 이루는, 조명 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조명 장치는 변환-LED이고,
    - 변환-LED의 작동 중에 전자기 일차 방사선을 방출하도록 설계되어 있는 일차 방사선원 및
    - 전자기 일차 방사선의 빔 경로 내에 배치되어 있는 변환 소자를 포함하며, 상기 변환 소자는 변환-LED의 작동 중에 적어도 부분적으로 전자기 일차 방사선을 전자기 이차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있는 발광 물질을 포함하는, 조명 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 조명 장치를 포함하는 디스플레이 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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