KR102596889B1 - 방사선 방출 광전자 컴포넌트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방사선 방출 광전자 컴포넌트(radiation-emitting optoelectronic component)와 관련이 있고, 상기 방사선 방출 광전자 컴포넌트는
- 상기 컴포넌트의 작동 중에 1차 방사선을 방출하는 반도체 칩,
- Cr- 및/또는 Ni-이온들 및 호스트 재료(host material)를 포함하고 상기 컴포넌트의 작동 중에 상기 반도체 칩에 의해 방출된 1차 방사선을 700㎚ 내지 2000㎚의 파장의 2차 방사선으로 변환하는 변환 재료를 포함하는 변환 소자를 포함하고, 이때 상기 호스트 재료는 EAGa12O19, AyGa5O(15+y)/2, AE3Ga2Ge4O14, Ln3Ga5GeO14, Ga2O3, Ln3Ga5 . 5D0 . 5O14 및 Mg4D2O9을 포함하는 화합물들의 그룹으로부터 선택되었고, 이때 EA = Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba, A = Li, Na, K 및/또는 Rb, AE = Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및/또는 Lu, 그리고 D = Nb 및/또는 Ta이고, y = 0.9-1.9이다.

Description

방사선 방출 광전자 컴포넌트
본 발명은 변환 소자를 포함하는 방사선 방출 광전자 컴포넌트(radiation-emitting optoelectronic component), 분광계(spectrometer) 및 내시경(endoscope) 내에서 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 용도 및 변환 소자를 포함하는 방사선 방출 광전자 컴포넌트를 제조하기 위한 방법과 관련이 있다.
본 특허 출원서는 독일 특허 출원서 DE 10 2015 106 757.9호의 우선권을 청구하며, 그에 따라 상기 출원서의 공개 내용은 인용의 방식으로 본 출원서에 수용된다.
유기 물질들, 예를 들어 식료품 또는 폴리머들의 조성물을 분석하기 위한 통상의 방법은 반사 또는 투과된 적외선 또는 근적외선 방사선을 흡수하는 것이다. 적외선 또는 근적외선 방사선은 검사될 재료 내에서 진동 모드를 여기(excite) 하는데, 이는 특성 흡수대(characteristic absorption band)를 야기한다. 근적외선 방사선의 전체 대역폭을 이용할 수 있기 위해, 목표한 스펙트럼 범위 내의 광범위한 연속 방출 스펙트럼을 갖는 광원들이 필요하다. 특히 소비자에 의한 분석을 위해서는 작고 편리한 휴대용 분석 장치/분광계에 대한 수요가 크며, 이로 인해 소형 광원이 필요하다. 휴대용 장치들 및 산업용 기계들 내의 센서 적용예들을 위해서도 소형의 광대역 적외선-광원이 필요하다. 특히 근적외선 범위 내의 적용예들을 위해서는 광범위한 연속 방출 스펙트럼을 갖는 광원들이 필요한데, 그 이유는 이와 같은 스펙트럼 범위가 저렴하게 제조될 수 있는 실리콘 감지기(silicon detector)에 의해 커버될 수 있기 때문이다.
지금까지는 근적외선 범위에 대하여 텅스텐 할로겐 램프(tungsten halogen lamp)가 빈번하게 사용되었다. 이와 같은 램프는 저렴하며, 근적외선 범위 내에서 높은 강도의 연속 방출을 제공한다. 그러나 텅스텐 할로겐 램프는 작고 편리한 휴대용 분광계에 대하여 바람직하지 못한 다수의 특성을 갖는다. 예를 들어 상기 텅스텐 할로겐 램프는 많은 열을 발생하는데, 이는 휴대용 분광계에 대하여 바람직하지 않으며, 방출 파장은 시간에 따라 변경됨으로써, 결과적으로 텅스텐 할로겐 램프는 예컨대 LED와 비교하여 단지 짧은 수명을 갖는다. 다른 한편으로는 방출된 방사선의 특정 비율이 목표한 파장 범위 밖에 있음으로써, 그 결과 이와 같은 에너지가 사라진다. 계속해서 상기 텅스텐 할로겐 램프는 유리 캡슐로 인해 큰 부피를 요구한다.
재료들을 분석하기 위해서 레이저 다이오드들도 사용된다. 여기서 레이저 다이오드의 방출 파장은 재료의 특성 흡수대에 상응하게 선택된다. 그에 따라 이와 같은 방법에 의해 단 하나의 성분만이 검출될 수 있음으로써, 결과적으로 레이저 다이오드들을 구비한 분광계는 단지, 예를 들어 물, 이산화탄소 또는 휘발성 유기 물질들과 같은 공지된 물질들을 검출하기 위해서만 사용될 수 있다. 공지되지 않은 물질들 또는 혼합물들이 분석되어야 하는 경우, 광범위한 방출 스펙트럼의 광원이 필요하다.
원칙적으로, 적외선 범위 내의 방사선을 방출하는 반도체 칩들을 사용하는 가능성이 제기된다. 적외선 범위 내의 방사선을 방출하는 지금까지의 LED는, 일반적으로 50㎚ 미만의 단지 매우 좁은 방출 폭을 갖고, 그리고 스펙트럼이 통상적으로 피크 형태로 진행하기 때문에, 예를 들어 온도 작용에 의한 방출 파장 내에서의 약간의 변동조차도 주어진 파장 위치의 강도에 대하여 큰 영향을 미친다. 광범위한 파장 범위를 커버하기 위해서는 다수의 적외선 LED가 사용되어야 하는데, 상기 다수의 적외선 LED는 상승한 온도에서 방출 대역의 파장 변동 및 강도 변동을 저지할 수 있기 위해 개별적으로 전자식으로 제어되어야 한다. 추가로, 서로 다른 LED의 방사선 방출을 혼합하기 위해 광학 소자들이 필요하다.
지금까지의 광원들은 센서 측정 공정 동안에, 또는 센서 수명에 걸쳐서 강도가 지나치게 갑작스럽게, 또는 급격하게 변동하거나, 또는 스펙트럼이 크게 변경되는 광대역 스펙트럼을 포함하는 경우가 많음으로써, 결과적으로 신뢰할 만한 센서 측정 공정이 불가능하다. 그에 따라 스펙트럼 지문의 정확한 분석 및 검출을 위해서는 이와 같은 유형의 광원들이 부적합하다.
Cd(Te, Se)-재료계들과 같은 공지된 재료들, 예컨대 양자점(quantum dot)들은 근적외선 범위 내의 광범위한 연속 방출 스펙트럼을 위해 필요한 기준들을 충족시키지만, 상기 공지된 재료들은 카드뮴의 독성으로 인해 산업적 적용에 부적합하다.
내시경 내에서도 적외선-광원들이 사용된다. 종래의 내시경들에서는 785㎚ +/- 20㎚의 피크 파장을 갖는 적외선 방사선을 얻기 위해, 필터를 구비한 300W-크세논-램프들이 사용된다. 이와 같은 해결책에서의 단점은 필터에 의한 큰 손실 및 램프의 강한 열 발생과 빠른 노화이다. 추가로, 상기 크세논-램프는 스위치-온 이후에 즉시 완전한 방사선 출력을 하지 못함으로써, 결과적으로 내시경을 사용하기 전에 대기 시간이 발생한다.
본 발명의 적어도 하나의 실시 형태의 과제는 근적외선 범위 내의 광범위한 연속 방출 스펙트럼을 갖는 변환 소자를 포함하는 방사선 방출 광전자 컴포넌트를 제공하는 것이다. 추가 과제는 분광계 및 내시경 내에서 사용하기 위한 방사선 방출 광전자 컴포넌트를 제공하는 것이고, 방사선 방출 광전자 컴포넌트를 제조하기 위한 비용 저렴하면서도 효과적인 방법을 제시하는 것이다.
상기 과제들은 제1항 및 제5항의 특징들을 갖는 방사선 방출 광전자 컴포넌트에 의해, 제12항의 특징들을 갖는 분광계 내에서 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 용도에 의해, 제13항의 특징들을 갖는 내시경 내에서 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 용도에 의해, 그리고 제14항의 특징들을 갖는 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 제조 방법에 의해 해결된다.
본 발명의 바람직한 실시예들 및 개선예들은 각각의 종속 청구항들에 제시되어 있다.
방사선 방출 광전자 컴포넌트가 제시된다. 이와 같은 방사선 방출 광전자 컴포넌트는 상기 컴포넌트의 작동 중에 1차 방사선을 방출하는 반도체 칩 및 변환 재료를 포함하는 변환 소자를 포함한다. 특히 상기 변환 소자는 상기 반도체 칩의 1차 방사선의 빔 경로 내에 배치되어 있다.
적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 방사선 방출 광전자 컴포넌트는 상기 컴포넌트의 작동 중에 1차 방사선을 방출하는 2개 또는 그 이상의 반도체 칩을 포함한다. 상기 반도체 칩들의 간격은 칩 에지에서 칩 에지까지 50㎛ 내지 250㎛일 수 있다.
하나의 실시 형태에 따르면, 변환 재료는 컴포넌트의 작동 중에 반도체 칩에 의해 방출된 1차 방사선을 근적외선 범위 내의 2차 방사선으로 변환한다. 바람직하게 상기 2차 방사선은 700㎚ 내지 2000㎚, 특히 700㎚ 내지 1100㎚의 파장을 갖는다. 상기 파장은 특히 1000㎚ 미만, 다시 말해 700 내지 1000㎚일 수도 있다.
하나의 실시 형태에서 2차 방사선의 강도는 적어도 100㎚의 범위에서 상기 2차 방사선의 최대 강도의 20％ 위에 있다. 그에 따라 상기 2차 방사선으로는 광대역 방사선이 고려된다. 그에 따라 컴포넌트에 의해 근적외선 스펙트럼 범위 내의 광범위한 방출 스펙트럼이 달성될 수 있다. 바람직하게 2차 방사선의 강도는 적어도 150㎚, 특히 바람직하게 적어도 200㎚, 매우 특히 바람직하게 적어도 250㎚의 범위에서 상기 2차 방사선의 최대 강도의 20％ 위에 있다. 이와 같은 방식으로 광범위한 방출 스펙트럼에 의해, 예를 들어 공지되지 않은 물질들 또는 혼합물들을 방사선 방출 광전자 컴포넌트를 포함하는 분광계에 의해 분석하는 것이 가능하다.
하나의 실시 형태에서 2차 방사선의 강도는 적어도 100㎚의 범위에서 상기 2차 방사선의 최대 강도의 30％ 위에 있다. 그에 따라 상기 2차 방사선으로는 광대역 방사선이 고려된다. 그에 따라 컴포넌트에 의해 근적외선 스펙트럼 범위 내의 광범위한 방출 스펙트럼이 달성될 수 있다. 바람직하게 2차 방사선의 강도는 적어도 150㎚, 특히 바람직하게 적어도 200㎚, 매우 특히 바람직하게 적어도 250㎚의 범위에서 상기 2차 방사선의 최대 강도의 30％ 위에 있다.
하나의 실시 형태에서 2차 방사선의 강도는 적어도 40㎚의 범위에서, 바람직하게 적어도 60㎚의 범위에서, 특히 바람직하게 적어도 80㎚의 범위에서, 그리고 매우 특히 바람직하게 적어도 100㎚의 범위에서 ㎚당 5퍼센트 이상, 바람직하게 ㎚당 3퍼센트 이상, 특히 바람직하게 ㎚당 2퍼센트 이상 변경되지 않는다. 예를 들어 상기 강도는 언급된 범위들에서 ㎚당 최대 0.1 내지 5퍼센트 만큼, 바람직하게 ㎚당 최대 0.1 내지 3퍼센트 만큼, 특히 바람직하게 ㎚당 최대 0.1 내지 2퍼센트 만큼 변경될 수 있다. 그에 따라 전체적으로, 나노미터당 강도가 예를 들어 센서 시스템에 중요한 광범위한 스펙트럼 범위에 걸쳐서 충분히 균일하게 유지되도록 보장될 수 있음으로써, 결과적으로 센서는 스펙트럼 지문을 재현할 수 있고, 수명에 걸쳐서 신뢰할 만하게 검출할 수 있다. 그에 따라, 적절하면서도 안정적인 신호가 상기 센서에 도달되도록 보장될 수 있다.
하나의 실시 형태에 따르면, 변환 재료는 Cr- 및/또는 Ni-이온들 및 호스트 재료(host material), 바람직하게 Cr3 +- 및/또는 Ni2 +-이온들 및 호스트 재료를 포함한다. 카드뮴 함유 양자점들과 비교하여, 본 발명에 따른 변환 재료들은 훨씬 더 낮은 독성을 가짐으로써, 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 산업적 적용이 가능하다.
변환 소자는 컴포넌트의 작동 중에 반도체 칩에 의해 방출된 1차 방사선을 근적외선 범위 내의 2차 방사선으로 변환하도록 설계되어 있다. 바람직하게 상기 2차 방사선은 700㎚ 내지 2000㎚, 특히 700㎚ 내지 1100㎚의 파장을 갖는다. 상기 파장은 특히 1000㎚ 미만, 다시 말해 700 내지 1000㎚일 수도 있다. 상기 파장으로는 특히 피크 파장이 고려될 수 있다. 본 출원서에서 "피크 파장"은 피크의 최대 강도가 놓이는 피크의 파장을 의미한다.
텅스텐 할로겐 램프들과 비교하여, 방사선 방출 광전자 컴포넌트는 더 긴 수명을 갖고, 훨씬 더 작은 공간적인 치수가 달성될 수 있다. IR-적용예들을 위한 할로겐 램프들은 통상적으로 20㎜의 지름 및 101㎜의 길이를 갖는다. 그에 따라 상기 방사선 방출 광전자 컴포넌트는 작고 편리한 휴대용 분광계 내에서 사용되기에 적합하다.
하나의 실시 형태에서 호스트 재료는 금속 산화물들, 금속 할로겐화물들, 금속 질화물들, 금속 산질화물들 및 상기 화합물들의 조합물들을 포함하는 화합물들의 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게 상기 호스트 재료는 금속 산화물이다.
반도체 칩은 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 작동 중에 1차 방사선을 방출하기에 적합한 활성 에피택시 층 시퀀스를 포함한다. 하나의 실시 형태에 따르면, 반도체 칩은 청색, 녹색 또는 적색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선을 방출한다. 바람직하게 상기 반도체 칩은 청색 또는 적색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선을 방출한다. 적색 또는 청색 스펙트럼 범위 내에서 변환 재료는 특히 효과적으로 여기 될 수 있다.
1차 방사선을 발생하기 위해 상기 에피택시 층 시퀀스는 예를 들어 pn-전이부, 이중 헤테로 구조물, 단일 양자 웰 구조물 또는 특히 바람직하게 다중 양자 웰 구조물을 포함할 수 있다. 양자 웰 구조물이라는 표현은 차원 수에 대한 지시 사항을 포함하지 않는다. 그에 따라 상기 표현은 무엇보다 양자 웰들, 양자선들 및 양자점들, 그리고 이와 같은 구조물들의 각각의 조합물을 포함한다.
작동 중에 400 내지 500㎚의 파장의 청색 1차 방사선을 방출하기에 적합한 반도체 칩은 예를 들어 질화 갈륨 또는 질화 인듐 갈륨에 기초한다. 특히 내시경 내에서의 적용 시 1차 방사선의 우세 파장(dominance wavelength)은 바람직하게 440㎚ 내지 460㎚에 놓인다.
상기 우세 파장은 다색 광원과 동일한 색 인상을 발생하는 단색 파장이다. CIE-색 공간 내에서 특정 색상의 점과 광원 색상의 점을 연결하는 선은 최대 2개의 지점에서 공간의 둘레와 교차한다고 추정될 수 있다. 언급된 색상에 더 가까이 있는 교차점은 이와 같은 교차점에서 순수한 스펙트럼 색상의 파장으로서 색상의 우세 파장을 나타낸다. 다시 말해, 상기 우세 파장은 사람의 눈에 의해 인지되는 파장이다. 일반적으로 상기 우세 파장은 최대 강도의 파장과 다르다. 특히 적색 스펙트럼 범위 내의 우세 파장은 최대 강도의 파장보다 더 작은 파장에 놓인다.
작동 중에 580 내지 700㎚ 파장의 적색 1차 방사선을 방출하기에 적합한 반도체 칩은 예를 들어 갈륨 비소 인화물 또는 인듐 갈륨 알루미늄 인화물에 기초한다. 특히 내시경 내에서의 적용 시 1차 방사선의 우세 파장은 바람직하게 615㎚ 내지 650㎚, 특히 바람직하게 630㎚ 위에 있다. 적색 1차 방사선에 의한 변환 재료의 여기에 의해서는 청색 1차 방사선에 의한 여기 시보다 더 적은 스토크 손실이 발생함으로써, 그 결과 더 적은 열이 발생하고, 이와 같은 방식으로 컴포넌트의 수명이 연장된다.
하나의 실시 형태에 따르면, 반도체 칩 또는 반도체 칩들은 예컨대 금속 코어 기판(metal core board)의 기판상에, AlN 또는 AlN과 금속으로 이루어진 층 구조물 상에 제공되어 있다.
하나의 실시 형태에 따르면, 반도체 칩 또는 반도체 칩들은 표면 장착 가능하고, 세라믹에 기초한 캐리어 또는 리드 프레임 상에 제공되어 있다. 여기서 그리고 다음에서 "표면 장착 가능하다"는 표현은 반도체 칩이 와이어 접속부들을 포함하지 않고, 오히려 납땜 가능한 접속면들 통해 캐리어, 예컨대 회로 기판상에 직접 납땜 되어 있다는 사실을 의미한다. 이와 같은 어레인지먼트에 의해 다수의 반도체 칩을 작은 표면상에 서로 밀접하게 배치하는 것이 가능하다. 그에 따라 바람직하게 작은 표면상에서 많은 방사선이 발생할 수 있는데, 이는 특히 내시경 내에서의 적용 시 바람직하다. 특히 이 경우, 단 하나의 표면으로부터 방사선을 방사하는 하나의 반도체 칩 또는 다수의 반도체 칩이 사용되는데, 소위 표면 방출 반도체 칩들이 사용된다. 5개의 표면으로부터 방사선을 방사하는 부피 방출 반도체 칩들과 비교하여, 표면 방출 반도체 칩들의 경우, 더 높은 휘도가 달성되는데, 이는 특히 내시경에서 바람직하다. 표면 방출 반도체 칩들의 예시로는 ThinGaN, Thinflim 또는 UX3가 있다.
하나의 실시 형태에서 변환 재료는 1차 방사선의 바람직하게 20％ 이상, 특히 바람직하게 40％ 이상, 매우 특히 바람직하게 50％ 이상을 2차 방사선으로 변환한다. 상기 변환 재료가 1차 방사선의 90％ 이상 또는 95％ 이상을 2차 방사선으로 변환하는 것도 가능하다.
1차 방사선, 다시 말해 청색 또는 적색 스펙트럼 범위 내의 방사선이 외부로 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 주변으로 방사되는 것도 가능하다. 이는 근적외선 범위 내의 방사선이 주변의 어느 위치로 충돌하는지 정확하게 확인되어야 하는 경우에 바람직한 것으로 입증된다. 이와 같은 방식으로 예를 들어 분광계 내에서 컴포넌트의 용도에서, 샘플의 분석될 영역에 정확히 초점을 맞추는 것이 가능하다. 내시경 내에서의 용도에서도 치료될 조직, 예컨대 종양이 정확하게 확인될 수 있다.
하나의 실시 형태에서 변환 소자 위에 필터가 배치되어 있다. 이와 같은 방식으로, 바람직하지 않은 경우에 1차 방사선이 주변에 방사되는 상황이 방지될 수 있다. 예를 들어 필터로서 청색, 녹색 또는 적색 1차 방사선을 흡수하지만, 2차 방사선에 대해서는 투과성을 갖는 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어 쇼트 유리 필터(Schott glass filter)가 사용될 수 있지만, 당업자에게 공지된 다른 필터들도 사용될 수 있다. 선택적으로 청색, 녹색 또는 적색 1차 방사선을 반사하는 유전체 미러(dielectric mirror)도 가능하다. 이와 같은 미러는 예를 들어 커버 디스크 상에 배치될 수 있다. 상기 커버 디스크는 파장에 따른 투과성을 가질 수 있다. 예를 들어 상기 커버 디스크는 유리를 포함하거나, 또는 유리로 구성된다.
이 경우, 여기에서 그리고 다음에서 하나의 층 또는 하나의 소자가 다른 층 또는 다른 소자 "상에" 또는 "위에" 배치되어 있거나, 제공되어 있다는 것은 상기 하나의 층 또는 상기 하나의 소자가 상기 다른 층 또는 상기 다른 소자 상에 기계적으로 그리고/또는 전기적으로 직접 접촉하여 배치되어 있다는 사실을 의미할 수 있다. 이는 계속해서, 상기 하나의 층 또는 상기 하나의 소자가 상기 다른 층 또는 상기 다른 소자 상에, 또는 위에 간접적으로 배치되어 있다는 사실을 의미할 수도 있다. 이 경우, 추가 층들 및/또는 소자들, 혹은 작은 간격이 상기 하나의 층과 상기 다른 층 사이에, 또는 상기 하나의 소자와 상기 다른 소자 사이에 배치될 수 있다.
예를 들어 방사선 방출 광전자 컴포넌트로는 발광 다이오드, 축약해서 LED가 고려될 수 있다. 다른 말로 하면, 이때 상기 컴포넌트는 작동 중에 비 코히런트 방사선(non-coherent radiation)을 방출한다. 상기 LED는 표면 장착된 컴포넌트로서 구현될 수 있다.
하나의 실시 형태에서 Cr- 및/또는 Ni-이온들, 바람직하게 Cr3 +- 및/또는 Ni2+-이온들은 호스트 재료의 금속들을 부분적으로 대체한다. 이는, 상기 Cr- 및/또는 Ni-이온들, 바람직하게 Cr3 +- 및/또는 Ni2 +-이온들이 부분적으로 상기 호스트 재료의 금속들의 격자 위치들을 차지한다는 것을 의미한다.
하나의 실시 형태에서 Cr- 및/또는 Ni-이온들, 바람직하게 Cr3 +- 및/또는 Ni2+-이온들은 호스트 재료의 하나의 금속의 0.01 내지 10mol-％, 바람직하게 0.1 내지 5mol-％, 특히 바람직하게 0.3 내지 3mol-％, 예컨대 0.5 또는 0.1mol-％를 대체한다. 이와 같이 높은 농도의 Cr- 및/또는 Ni-이온들, 바람직하게 Cr3 +- 및/또는 Ni2+-이온들에 의해 흡수율 및 그에 따라 변환율이 향상된다. 그럼으로써 근적외선 범위 내의 더 높은 방사선 출력이 달성된다.
하나의 실시 형태에서 변환 재료는 결함 위치들을 갖지 않거나, 또는 단지 매우 적게 갖는다. 결함 위치들은 주로 호스트 격자 내의 점유되지 않은 격자 위치들 및 이종 이온들, 혹은 호스트 재료의 중간 격자 위치들 상의 이온들로 이해된다. 호스트 격자 내의 결함 위치들은 형광 물질의 양자 효율이 감소하도록 하거나, 또는 잔광이 발생하도록 할 수 있는데, 다시 말해 발광 현상의 감쇠 시간(decay time)이 밀리세컨드 범위 내에 있도록 할 수 있다. 변환 재료가 결함 위치들을 갖지 않거나, 또는 단지 매우 적게 갖는 경우, 마이크로세컨드 범위 내의 짧은 감쇠 시간이 달성될 수 있고, 그에 따라 잔광은 전반적으로 방지될 수 있다. 잔광은 전류가 중단된 이후에, 다시 말해 컴포넌트 작동의 종료와 함께 변환 재료가 계속해서 2차 방사선을 방출하는 현상으로 이해된다. 긴 잔광은 예를 들어 의학 분야, 안보 분야 및 군사 분야에서 근적외선 방사선을 방출하는 재료들의 적용예들을 위해, 또는 식별 목적을 위해 바람직하다. 그러나 분광계 내에서의 용도를 위해서는 잔광이 바람직하지 않다.
Cr3 +-이온들의 방출은 상기 Cr3 +-이온들을 둘러싸는 리간드 장(ligand field)의 강도에 크게 의존한다. 강한 리간드 장, 예컨대 Al2O3에서 점유될 수 있는 가장 낮은 활성 여기 상태 2E는 대략 700㎚에서 좁은 방출 대역의 방출을 야기하는 스핀 금지된 2E -> 4A2-전이부를 갖는다. 상기 스핀 금지된 전이부에 의해 이와 같은 전이는 매우 느리게 이루어지고, 점차 잔광이 야기된다. 본 발명에 따르면, 약한 리간드 장을 갖는 호스트 재료들이 사용됨으로써, 결과적으로 제1 여기 상태는 700㎚ 위의 파장의 광대역 방출을 야기하는 스핀 허용된 전이부 4T2 -> 4A2를 갖는 4T2-상태이다. 이 경우, 스핀 허용된 전이부가 고려되기 때문에, 전이가 여기 이후에 매우 신속하게 이루어짐으로써, 결과적으로 변환 재료의 잔광이 방지되거나, 또는 거의 방지될 수 있다. Ni2 +-이온들은 종종 다중 대역 스펙트럼을 갖는데, 그 이유는 방출 전이가 다수의 여기 상태로부터 이루어지기 때문이다. 예를 들어 Mg1 - xNixSiO3(x = 0.0001-0.1)는 대략 850㎚ 및 1500㎚에서 2개의 방출 대역을 나타낸다.
호스트 재료로는 결정질 및/또는 비결정질의, 다시 말해 유리 형태의 화합물들이 고려될 수 있다. 비결정질 화합물들은 광대역 방출을 달성하기 위해 바람직할 수 있다. 비결정질 화합물에서는 각각의 금속 원자와 Cr- 또는 Ni-이온과 같은 활성 인자를 둘러싸는 주변 및 그에 따라 리간드 장이 서로 약간 다른 반면, 결정질 화합물들에서는 "주변"의 개수가 Cr- 또는 Ni-이온들과 같은 활성 인자들에 제공된 결정학적 위치의 개수에 의해 결정된다. 방출 대역의 위치는 리간드 장에 따라 이동함으로써, 결과적으로 비결정질 화합물들에서는 서로 약간 다른 방출 대역들의 중첩 및 그에 따라 방출 스펙트럼의 확장이 야기된다.
하나의 실시 형태에 따르면, 변환 재료로는 Cr3 +- 및/또는 Ni2 +-도핑 된 규산염들, 알루민산염들, 갈산염들, 니오브산염들 및/또는 게르마늄산염들이 고려된다. 이와 같은 호스트 재료들에서는 중앙 금속 이온의 d 궤도(d orbital)와 그 둘레의 산소 이온들 사이에서 오히려 약한 상호작용이 발생하도록 산소 이온들 및 금속 이온들이 배치될 수 있다. 이 경우, 금속 원자들을 부분적으로 대체하는 Cr3 + 또는 Ni2+와 같은 활성 인자들은 소위 약한 리간드 장에 의해 둘러싸이는데, 이는 광대역 방출을 조장한다. 이와 같은 유형의 변환 재료에 의해 광전자 컴포넌트는 근적외선 스펙트럼 범위 내의 광범위한 연속 방출 스펙트럼을 전달한다. 연속 방출 스펙트럼은 강도가 방출된 파장 범위에 걸쳐서 갑자기 감소하거나, 또는 증가하지 않는다는 것을 의미하는데, 다시 말해 상기 강도가 ㎚당 0.1 내지 5퍼센트 이상 변경되지 않는다는 것을 의미한다. 추가로, 상기 광범위한 연속 방출 스펙트럼은 컴포넌트의 수명에 걸쳐서, 예를 들어 5시간 내지 1000시간의 기간에 걸쳐서 유지될 수 있다.
하나의 실시 형태에서 호스트 재료는 EAGa12O19, MgSiO3, AyGa5O(15+y)/2, AE3Ga2Ge4O14, Ln3Ga5GeO14, Ln3Ga5 . 5D0 . 5O14, Ga2O3 및 Mg4D2O9을 포함하는 화합물들의 그룹으로부터 선택되었고, 이때 EA = Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba, A = Li, Na, K 및/또는 Rb, AE = Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및/또는 Lu, 그리고 D = Nb 및/또는 Ta이다. 바람직하게 EA = Sr 및/또는 Ba, A = Na 및/또는 K, AE = Ca 및/또는 Sr, Ln = La, 그리고 D = Nb이다. 호스트 재료가 EAGa12O19, MgSiO3, AyGa5O(15+y)/2, AE3Ga2Ge4O14, Ln3Ga5GeO14, Ln3Ga5.5Nb0.5O14, Ga2O3 또는 Mg4D2O9의 분자식들에서 작은 차이점들을 갖는 화합물인 것도 가능하다. 예를 들어 상기 호스트 재료들 내에 적은 양의 이종 원자들이 제공될 수 있다. 특히 호스트 재료는 Ln3Ga5GeO14 및 Ga2O3, 바람직하게 β-Ga2O3를 포함하거나, 또는 Ln3Ga5GeO14 및 Ga2O3, 바람직하게 β-Ga2O3로 구성될 수 있다.
하나의 실시 형태에서 호스트 재료는 Ln3Ga5GeO14 및 Ga2O3를 포함하거나, 또는 이와 같은 화합물들로 구성된다. 특히 Ga2O3의 중량비는 Ln3Ga5GeO14 및 Ga2O3의 전체 중량을 기준으로 5 내지 20중량 퍼센트일 수 있다.
하나의 실시 형태에서 변환 재료는 Mg1 - xNixSiO3, Ay(Ga1-xNix)5O[(15+y)/2] -2.5x, AE3(Ga1-xNix)2Ge4O14-x, Ln3(Ga1-xNix)5GeO(28-5x) /2, (Ga1 - xNix)2O3 -x, Ln6(Ga1-xNix)11DO28 -5.5x, (Mg1-xNix)4D2O9 및 상기 화합물들의 조합물들을 포함하는 화합물들의 그룹으로부터 선택되었고, 이때 x = 0.0001-0.1, y = 0.9-1.9, A = Li, Na, K 및/또는 Rb, AE = Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및/또는 Lu, 그리고 D = Nb 및/또는 Ta이다. 바람직하게 A = Na 및/또는 K, AE = Ca 및/또는 Sr, Ln = La, 그리고 D = Nb이다. 예를 들어 변환 재료로는 Mg1-xNixSiO3(x = 0.0001-0.1)가 고려된다. 바람직하게 변환 재료는 Ay(Ga1-xNix)5O[(15+y)/2] -2.5x, AE3(Ga1-xNix)2Ge4O14 -x, Ln3(Ga1-xNix)5GeO(28-5x) /2, Ln6(Ga1-xNix)11DO28 -5.5x, (Mg1 - xNix)4D2O9 및 상기 화합물들의 조합물들을 포함하는 화합물들의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 바람직하게 변환 재료는 Ay(Ga1-xNix)5O[(15+y)/2] -2.5x, AE3(Ga1-xNix)2Ge4O14 -x, Ln3(Ga1-xNix)5GeO(28-5x) /2 및 상기 화합물들의 조합물들을 포함하는 화합물들의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 변환 재료는 Ln3(Ga1-xNix)5GeO(28-5x) /2 및 (Ga1-xNix)2O3-x를 포함하거나, 또는 상기 화합물들로 구성될 수 있다. 이 경우, (Ga1-xNix)2O3-x는 바람직하게 중간상(intermediate phase)이거나, 또는 중간상으로서 생성된다.
하나의 실시 형태에서 변환 재료는 EA(Ga1-x'Crx')12O19, (Mg1-x'Crx')Si(4-x') / 4O3, Ay'(Ga1-x'Crx')5O(15+y)/2, AE3(Ga1-x'Crx')2Ge4O14, Ln3(Ga1-x'Crx')5GeO14, (Ga1 - x'Crx ')2O3, Ln6(Ga1-x'Crx')11DO28, (Mg1 - x'Crx ')8/(2-x')D2O9 및 상기 화합물들의 조합물들을 포함하는 화합물들의 그룹으로부터 선택되었고, 이때 x' = 0.0001-0.1, y' = 0.9-1.9, EA = Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba, A = Li, Na, K 및/또는 Rb, AE = Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및/또는 Lu, 그리고 D = Nb 및/또는 Ta이다. 바람직하게 A = Na 및/또는 K, AE = Ca 및/또는 Sr, Ln = La, 그리고 D = Nb이다. 바람직하게 변환 재료는 EA(Ga1-x'Crx')12O19, Ay'(Ga1-x'Crx')5O(15+y) /2, AE3(Ga1-x'Crx')2Ge4O14, Ln3(Ga1-x'Crx')5GeO14, Ln6(Ga1-x'Crx')11DO28, (Mg1 -x'Crx')8/(2-x')D2O9 및 상기 화합물들의 조합물들을 포함하는 화합물들의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 바람직하게 변환 재료는 EA(Ga1-x'Crx')12O19, Ay'(Ga1-x'Crx')5O(15+y) /2, AE3(Ga1-x'Crx')2Ge4O14, Ln3(Ga1-x'Crx')5GeO14 및 상기 화합물들의 조합물들을 포함하는 화합물들의 그룹으로부터 선택되었다. 예를 들어 변환 재료로는 SrGa11.88Cr0.12O19, La3Ga4 . 975Cr0 . 025GeO14, La3Ga4 . 95Cr0 . 05GeO14, Ca3Ga1 . 98Cr0 . 02Ge4O14 또는 Na1.4Ga4.95Cr0.05O8.2가 고려된다. 특히 변환 재료는 Ln3(Ga1-x'Crx')5GeO14 및 (Ga1 -x'Crx')2O3를 포함하거나, 또는 상기 화합물들로 구성될 수 있다. 이 경우, (Ga1 -x'Crx')2O3는 바람직하게 중간상이거나, 또는 중간상으로서 생성된다.
하나의 실시 형태에서 변환 재료 AE3(Ga1-x'Crx')2Ge4O14는 Cr-도핑 된 산화갈륨으로 이루어진 중간상, 즉 (Ga1 - x'Crx ')2O3를 함유한다. 상기 중간상, 다시 말해 Cr-도핑된 Ga2O3는 650㎚ 내지 850㎚의 범위 내의 2차 방사선을 방출한다. 특히 상기 Cr-도핑된 Ga2O3의 피크 파장은 700 내지 750㎚의 범위 내에 있다.
하나의 실시 형태에서 x 및/또는 x'는 각각의 화합물에 대하여 독립적으로 선택될 수 있다. 바람직하게 x, x' = 0.001-0.05, 특히 바람직하게 0.003-0.025, 예를 들어 0.005 또는 0.01이다.
하나의 실시 형태에서 변환 재료는 하나 또는 다수의 Ni2 +-도핑된 화합물과 하나 또는 다수의 Cr3+-도핑된 화합물의 조합물일 수도 있다.
변환 재료들의 조합물은 방사선 강도의 균일한 분포를 야기한다. 예를 들어 형광 물질들 Ay'(Ga1-x'Crx')5O(15+y) /2 및 Ln3(Ga1-x'Crx')5GeO14의 조합물이 사용될 수 있다. 이 경우, Ln3(Ga1-x'Crx')5GeO14는 중간상으로서 (Ga1 - x'Crx ')2O3를 함유할 수 있다.
하나의 실시 형태에 따르면, 변환 재료는 La3(Ga1-x'Crx')5GeO14 및 (Ga1 -x'Crx')2O3를 포함하거나, 또는 이와 같은 화합물들로 구성된다. 상기 변환 재료는 분자식 La3(Ga1-x'Crx')5GeO14에 상응하는 추출물들의 순 중량으로부터 제조될 수 있다.
하나의 실시 형태에 따르면, 변환 재료로 분말이 고려된다. 상기 분말은 변환 입자들을 포함할 수 있다. 상기 변환 입자들은 1 내지 50㎛, 바람직하게 3 내지 20㎛, 특히 바람직하게 5 내지 15㎛의 입자 지름을 갖는다. 입자 크기는 레이저 회절법에 의해 결정될 수 있다.
하나의 실시 형태에서 변환 소자는 변환 재료 및 매트릭스 재료를 포함하거나, 또는 변환 재료 및 매트릭스 재료로 구성된다. 상기 변환 재료는 상기 매트릭스 재료 내에 매립될 수 있다. 예를 들어 변환 입자들이 상기 매트릭스 재료 내에 매립되어 있다. 상기 변환 재료는 상기 매트릭스 재료 내에 균일하게 분포되어 있을 수 있다. 그러나 상기 변환 재료가 상기 매트릭스 재료 내에서 농도 구배를 갖고 분포되어 있을 수도 있다. 상기 매트릭스 재료는 특히 다음 재료들 중 하나의 재료를 포함하거나, 또는 다음 재료들 중 하나의 재료로 구성된다: 실리콘, 폴리실라잔, 에폭시수지, 폴리우레탄, 아크릴레이트, 폴리카보네이트, 유리, 세라믹. 청색 방사선을 방출하는 반도체 칩이 사용되면, 바람직하게 실리콘이 사용되는데, 그 이유는 이와 같은 매트릭스 재료가 청색 방사선에 대하여 특히 안정적이기 때문인데, 다시 말해 상기 매트릭스 재료는 컴포넌트의 작동 시간에 걸쳐서 황변(yellowing) 하거나 더러워지지 않는다. 적색 방사선을 방출하는 반도체 칩이 사용되면, 바람직하게 에폭시수지가 사용되는데, 그 이유는 이와 같은 매트릭스 재료가 특히 비용 저렴하고 습기에 대하여 낮은 투과성을 갖기 때문이며, 그 결과 상기 반도체 칩이 이와 같은 실시 형태에서 습기에 대하여 특히 우수하게 보호되고, 이는 컴포넌트의 수명을 연장시킨다.
변환 소자에 의해 2차 방사선 이외에 열도 발생하기 때문에, 매트릭스 재료로 상승한 열 전도성을 갖는 유리를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
변환 소자의 하나의 가능한 실시예는 캐스팅 컴파운드(casting compound) 형태의 실시예이고, 이때 상기 캐스팅 컴파운드는 반도체 칩을 형상 결합 방식으로 둘러싼다. 계속해서 상기 반도체 칩을 형상 결합 방식으로 둘러싸는 상기 캐스팅 컴파운드는 측벽들에서 예컨대 하우징에 의해 안정화될 수 있으며, 예를 들어 이와 같은 유형의 하우징의 리세스 내부에 위치한다.
하나의 실시 형태에서 리세스의 측벽들은 반사 작용하도록 형성되어 있다. 그럼으로써 더 협각(narrow-angled)의 방사가 달성될 수 있고, 그에 따라 조명 범위 내에서, 특히 +/-40° 내지 +/-60°의 방사각 범위 내에서 강도가 증가할 수 있다. 그에 따라 2차 방사선은 외부로 초점이 맞춰져 방사될 수 있다. 이와 같은 방식으로 근적외선 범위 내의 방사선은 국부적으로 작은 대상들 또는 예를 들어 방사선 방출 광전자 컴포넌트를 포함하는 분광계에 의해 검사될 대상의 작은 영역들 상으로도 조정될 수 있다. 따라서 분광계 내에서 컴포넌트의 용도에서, 샘플의 분석될 영역에 정확히 초점을 맞추는 것이 가능하다.
계속해서 변환 소자는 변환 층으로서 구현될 수 있다. 상기 변환 층의 경우, 변환 층과 반도체 칩 사이에 직접적인 접촉이 발생하고, 이때 상기 변환 층의 두께는 예를 들어 상기 반도체 칩의 두께보다 더 작고, 예를 들어 모든 방사선 방출면들에서 일정하게 형성될 수 있다. 이와 같은 유형의 변환 층의 제공 공정은 특히 다음 방법들에 의해 이루어진다: 스프레이 코팅법(spray coating), 사출 성형법(injection moulding), 이송 성형법(transfer moulding), 분사법(jetting), 분배법(dispensing) 또는 전기 영동법(electrophoresis).
하나의 실시 형태에서 변환 재료는 변환 재료 및 매트릭스 재료의 전체 질량을 기준으로 1-60중량 퍼센트까지, 바람직하게 5-40중량 퍼센트까지, 특히 바람직하게 10-40중량 퍼센트까지 제공된다.
또한, 변환 소자는 플레이트 또는 필름의 형태를 취할 수 있다. 상기 플레이트 또는 상기 필름은 반도체 칩 위에 배치되어 있다. 변환 소자의 실시예의 이와 같은 추가 변형예들의 경우, 변환 소자와 반도체 칩의 직접적인, 그리고/또는 형상 결합 방식의 접촉이 반드시 발생하지는 않는다. 다시 말해, 상기 변환 소자와 상기 반도체 칩 사이에 간격이 발생할 수 있다. 다른 말로 하면, 상기 변환 소자는 상기 반도체 칩 다음에 배치되어 있고, 1차 방사선에 의해 조명된다. 그런 다음 변환 소자와 반도체 칩 사이에 캐스팅 몸체 또는 공기 갭이 형성될 수 있다. 이와 같은 구조적인 어레인지먼트의 경우, 특히 변환 소자와 반도체 칩 사이의 간격으로 인해, 상기 반도체 칩의 폐열에 의한 상기 변환 소자의 가열 현상이 감소한다는 사실이 바람직하다. 예를 들어 상기 플레이트 또는 상기 필름은 실리콘 및 변환 재료를 포함하거나, 또는 실리콘 및 변환 재료로 구성된다.
하나의 실시 형태에 따르면, 변환 소자는 열 전도성 재료들을 포함한다. 상기 열 전도성 재료들은 Al2O3, AlN, SiO2 및 상기 화합물들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다.
열 전도성 재료들에 의해 변환 소자 내에서 열 정체가 발생하지 않고, 광전자 컴포넌트의 작동 시간의 길이에 걸쳐서 일정한 광도 및 일정한 색 장소가 보장될 수 있다. 그에 따라 광전자 컴포넌트의 때 이른 고장이 예방될 수 있고, 상기 광전자 컴포넌트의 수명이 연장될 수 있다. 특히 변환 재료의 양자 효율이 매우 높지 않고 2차 방사선 이외에 열이 발생하는 경우, 열 전도성 재료들을 첨가하는 것이 바람직하다.
하나의 실시 형태에 따르면, 변환 소자는 1차 방사선을 전자기 스펙트럼의 청색, 녹색 또는 적색 범위 내의 제2의 2차 방사선으로 변환하는 형광 물질들을 포함한다. 그에 따라 상기 제2의 2차 방사선은 가시광선 범위 내에 있고, 근적외선 범위 내의 2차 방사선과 더불어 외부로 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 주변으로 방사된다. 이는 상기 근적외선 범위 내의 2차 방사선이 주변의 어느 위치로 충돌하는지 정확하게 확인되어야 하는 경우에 바람직한 것으로 입증된다. 이와 같은 방식으로 예를 들어 분광계 내에서 컴포넌트의 용도에서, 샘플의 분석될 영역에 정확히 초점을 맞추는 것이 가능하다.
하나의 실시 형태에서 변환 소자는 변환 재료로 구성된다. 이 경우, 예를 들어 변환 재료의 세라믹이 고려될 수 있다. 예를 들어 변환 소자의 상기 실시 형태에서 플레이트로서 변환 재료의 세라믹으로 구성된 플레이트가 고려된다. 바람직하게 상기 플레이트는 낮은 공극률을 갖는다. 그에 따라 바람직하지 않은 광 분산이 방지되거나, 또는 거의 방지될 수 있고, 우수한 열 방출이 이루어진다.
하나의 실시 형태에서 컴포넌트는 광학 소자, 예컨대 렌즈와 같은 예를 들어 파장 조절 소자를 포함한다. 그럼으로써 더 협각의 방사가 달성될 수 있고, 그에 따라 조명 범위 내에서, 특히 +/-40° 내지 +/-60°의 방사각 범위 내에서 강도가 증가할 수 있다. 그에 따라 2차 방사선은 외부로 초점이 맞춰져 방사될 수 있다. 이와 같은 방식으로 근적외선 범위 내의 방사선은 국부적으로 작은 대상들 또는 예를 들어 방사선 방출 광전자 컴포넌트를 포함하는 분광계에 의해 검사될 대상의 작은 영역들 상으로도 조정될 수 있다. 따라서 분광계 내에서 컴포넌트의 용도에서, 샘플의 분석될 영역에 정확히 초점을 맞추는 것이 가능하다.
방사선 방출 광전자 컴포넌트의 제시된 실시 형태들은 다음에 언급된 용도들을 위해 사용될 수 있다.
센서 적용예들을 위한 위에 언급된 실시 형태들에 따른 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 용도가 제시된다.
분광계 내에서 위에 언급된 실시 형태들에 따른 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 용도가 제시된다.
본 발명에 따른 방사선 방출 광전자 컴포넌트가 근적외선 스펙트럼 범위 내의 광범위한 연속 방출 스펙트럼을 전달함으로써, 방사선 방출 광전자 컴포넌트는 분광계 내에서의 용도를 위해 충분하다. 그에 따라 단 하나의 광원을 구비한 분광계를 제공하면서도 목표한 폭의 방출을 얻는 것이 가능하다. 따라서, 쉽게 취급될 수 있는 휴대용 분광계를 제공하는 것이 가능하다. 이는 특히 소비자들의 일상적인 사용을 위해 사용될 수 있다.
상기 분광계는 식료품 및 폴리머들과 같은 유기 물질들의 분석에 이용될 수 있다.
방사선 방출 광전자 컴포넌트의 용도의 하나의 실시 형태에서 분광계는 센서를 포함한다.
하나의 실시 형태에서 센서로 실리콘 감지기가 고려된다. 바람직하게 이와 같은 센서는 2차 방사선이 700㎚ 내지 1100㎚의 파장에 놓일 경우에 사용된다.
분광계 내에서 본 발명에 따른 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 용도의 경우, 광범위한 연속 방출 스펙트럼이 측정시간 동안, 다시 말해 대략 25ms 내지 10s의 시간에 걸쳐서 유지되도록 보장될 수 있다. 여기서 측정시간은 실제 측정에 이용되는 시간으로 이해된다. 이는 컴포넌트의 최대 방출 강도가 도달되는 즉시 상기 측정시간이 시작됨을 의미한다. 특히 스위치-온 과정 및 스위치-오프 과정은 측정시간에 포함되지 않는다. 상기 광범위한 연속 방출 스펙트럼이 측정시간 동안 유지된다는 것은 파장에 따른 강도 변화가 갑자기 이루어지지 않고, 오히려 측정시간의 오분의 일(1/5) 미만의 시간에서 최대 1-20％만큼 변경된다는 사실을 의미한다. 또한, 상기 광범위한 연속 방출 스펙트럼은 센서의 수명에 걸쳐서, 예를 들어 5시간 내지 1000시간의 기간에 걸쳐서 유지될 수 있다. 그에 따라 전체적으로, 나노미터당 강도가 센서 시스템에 중요한 광범위한 스펙트럼 범위에 걸쳐서 충분히 균일하게 유지되도록 보장될 수 있음으로써, 결과적으로 센서는 전형적인 스펙트럼 지문을 재현할 수 있고, 수명에 걸쳐서 신뢰할 만하게 검출할 수 있다. 그에 따라, 적절하면서도 안정적인 신호가 상기 센서에 도달되도록 보장될 수 있다.
그에 따라 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 제시된 실시 형태들은 분광계의 구성 부품일 수 있다.
위에 기술된 실시 형태들 중 하나의 실시 형태에 따른 방사선 방출 광전자 컴포넌트를 포함하는 분광계가 제시된다.
하나의 실시 형태에서 분광계는 위에 기술된 실시 형태들 중 하나의 실시 형태에 따른 방사선 방출 광전자 컴포넌트 및 센서를 포함한다.
하나의 실시 형태에서 센서로 실리콘 감지기가 고려된다. 바람직하게 이와 같은 센서는 2차 방사선이 700㎚ 내지 1100㎚의 파장에 놓일 경우에 사용된다. 바람직하게 700㎚ 내지 1100㎚의 파장의 2차 방사선을 갖는 방사선 방출 광전자 컴포넌트는 실리콘 감지기와 결합된다. 실리콘 감지기는 다른 센서들과 비교하여 비용 저렴하게 제조될 수 있다. 이와 같은 방식으로 분광계는 전체적으로 비용 저렴하게 제조된다.
하나의 실시 형태에서 분광계는 스마트폰 내에 설치되기에 적합하다. 이는 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 작은 공간적인 치수에 의해 가능하다. 그에 따라 스마트폰을 이용하여 식료품의 성분들, 예컨대 설탕 함량에 대한 정보를 예를 들어 신속하고 신뢰할 만하게 얻는 것이 가능하다.
그에 따라 분광계는 하나의 실시 형태에서 스마트폰에 포함될 수 있다.
내시경 내에서 위에 언급된 실시 형태들에 따른 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 용도가 제시된다.
본 발명에 따른 방사선 방출 광전자 컴포넌트가 작동 중에, 예를 들어 780 내지 790㎚, 예컨대 785㎚의 피크 파장을 갖는 근적외선 범위 내의 방사선을 방출함으로써, 예를 들어 종양이 검출 및/또는 치료될 수 있다. 다시 말해 내시경은 광역학적 진단 및/또는 광역학적 치료 분야에서 사용되기에 적합하다. 바람직하게 상기 방사선은 대략 40㎚의 반치전폭(FWHM, full width at half maximum)을 갖는다.
하나의 실시 형태에서 내시경은 조직 내에서 예를 들어 인도시아닌 그린과 같은 형광 조영제의 분포를 볼 수 있도록 하기 위해 적합하며, 그 결과 예를 들어 림프관 또는 기관 영역의 혈액 순환이 가시화될 수 있다. 다시 말해 근적외선 방사선은 형광 조영제의 여기 방사선으로서 이용된다.
하나의 실시 형태에서 내시경 내의 방사선 방출 광전자 컴포넌트는 변환 재료로 SrGa11.88Cr0.12O19 또는 Na1.4Ga4.95Cr0.05O8.2를 포함한다.
위에 기술된 실시 형태들 중 하나의 실시 형태에 따른 방사선 방출 광전자 컴포넌트를 포함하는 내시경이 제시된다.
상기 방사선 방출 광전자 컴포넌트는 바람직하게 하나 또는 다수의 반도체 칩을 포함하고, 특히 상기 반도체 칩들은 작동 중에 615㎚ 내지 650㎚ 또는 440㎚ 내지 460㎚의 우세 파장을 갖는 1차 방사선을 방출한다. 상기 반도체 칩들의 간격은 칩 에지에서 칩 에지까지 50㎛ 내지 250㎛일 수 있다. 변환 소자는 플레이트로서 형성되어 있고, 변환 재료 및 예컨대 실리콘, 세라믹 또는 유리를 포함하거나, 또는 변환 재료 및 예컨대 실리콘, 세라믹 또는 유리로 구성된다. 대안적으로 변환 소자는 20 내지 150㎛의 층 두께를 갖는 층으로서 상기 반도체 칩 또는 상기 반도체 칩들 상에 분사 또는 분배되어 있다. 상기 층은 변환 재료 및 실리콘, 폴리실라잔 또는 유리를 포함하거나, 또는 이와 같은 재료들로 구성될 수 있다. 이와 같은 방식으로 높은 휘도를 갖는 방사선 방출 광전자 컴포넌트가 제공될 수 있다. 추가로, 상기 방사선 방출 광전자 컴포넌트를 예컨대 칩 면적의 4A/㎟까지의 높은 전류 밀도에 의해 작동시키는 것이 가능하다.
하나의 실시 형태에 따르면, 내시경은 목표 파장을 얻기 위해 필터를 포함한다.
상기 내시경은 열 발생이 매우 적고, 목표 파장을 달성하기 위한 필터 공정 시 단지 적은 손실만이 발생하는 것을 특징으로 한다. 상기 내시경의 치수는 단지 적은 공간만을 필요로 하는 본 발명에 따른 방사선 방출 컴포넌트를 사용함으로써 작게 유지될 수 있다. 또한, 방사선 방출 컴포넌트는 높은 휘도를 특징으로 하며, 이는 내시경의 스트랜드 내로 가급적 많은 양의 광을 주입하기 위해 내시경 내에서의 사용에 매우 중요하다. 높은 휘도를 달성하기 위해서는 특히 표면 방출 반도체 칩들이 사용된다. 또한, 상기 내시경은 스위치-온 직후에 사용될 수 있는데, 그 이유는 지금까지 사용된 램프들과는 다르게 예열 시간이 필요하지 않기 때문이다.
방사선 방출 광전자 컴포넌트의 제시된 실시 형태들은 다음에 제시된 방법들에 따라 제조될 수 있다.
방사선 방출 광전자 컴포넌트를 제조하기 위한 하나의 방법이 제시된다. 상기 방법은 다음 방법 단계들을 포함한다:
A) 컴포넌트의 작동 중에 1차 방사선을 방출하도록 설계된 반도체 칩을 제공하는 단계,
B) Cr- 및/또는 Ni-이온들 및 호스트 재료를 포함하는 변환 재료를 포함하는 변환 소자를 제조하는 단계로서, 이때 상기 호스트 재료는 금속 산화물들, 금속 할로겐화물들, 금속 질화물들, 금속 산질화물들 및 상기 화합물들의 조합물들을 포함하는 화합물들의 그룹으로부터 선택된 단계,
C) 상기 반도체 칩 위에 상기 변환 소자를 제공하는 단계로서, 이때 상기 변환 소자는 컴포넌트의 작동 중에 상기 반도체 칩에 의해 방출된 1차 방사선을 700㎚ 내지 1100㎚의 파장의 2차 방사선으로 변환하도록 설계된 단계.
양자점과 비교하여, 본 발명에 따른 변환 재료들은 보호 가스 분위기(protective gas atmosphere) 또는 둘레의 보호층들 없이도 제조되고 취급되는데, 때문에 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 비용 저렴한 산업적 제조가 가능하다.
하나의 실시 형태에서 변환 재료는 Cr3 +- 및/또는 Ni2 +-이온들을 포함한다.
하나의 실시 형태에서 방법 단계 B)는 방법 단계 BB)를 포함한다:
BB) 변환 재료를 제조하는 단계.
하나의 실시 형태에서 방법 단계 BB)는 다음 방법 단계들을 포함한다:
BB1) 추출물들을 혼합하는 단계,
BB2) 700℃ 내지 1500℃의 온도에서 BB1)에서 얻어진 혼합물을 하소(calcination)하는 단계.
방법 단계 BB1)에서 추출물들을 혼합하는 공정은 예를 들어 혼합기 및/또는 분쇄기에 의해 이루어질 수 있다.
하나의 실시 형태에서 방법 단계 BB2)의 하소 공정은 1시간 내지 10시간, 바람직하게 1시간 내지 5시간, 예컨대 5시간 동안 이루어진다.
하나의 실시 형태에서 방법 단계 BB1)은 추출물들을 결합하는 공정 및 무기산(mineral acid)으로 추출물들을 분해하는 공정을 포함한다.
하나의 실시 형태에서 무기산은 황산, 인산, 염산 및 질산, 그리고 상기 산들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다.
무기산으로 추출물들을 분해함으로써, 부분적으로 더 높은 반응성의 추출물들로 가수 분해되는 추출물들의 균일한 혼합물들이 형성된다. 예를 들어 사용된 산화물들이 수산화물들로 가수 분해된다. 그에 따라 방법 단계 BB2)에서 하소 공정 시 반응 시간 및/또는 반응 온도가 감소할 수 있다.
하나의 실시 형태에서 방법 단계 BB2) 다음에 방법 단계 BB3이 이루어진다:
BB3) 방법 단계 BB2)에서 얻어진 분말을 분쇄 및 여과하는 단계. 바람직하게 이와 같은 방법 단계는 상기 분말이 실온으로 냉각된 이후에 이루어진다.
방법 단계 BB3) 다음에는 추가 방법 단계 BB4가 후속할 수 있다:
BB4) 700℃ 내지 1500℃의 온도에서 BB3)에서 얻어진 분말을 하소하는 단계.
방법 단계 BB4) 다음에는 추가 방법 단계 BB5가 후속할 수 있다:
BB5) 방법 단계 BB4)에서 얻어진 분말을 분쇄 및 여과하는 단계. 바람직하게 이와 같은 방법 단계는 상기 분말이 실온으로 냉각된 이후에 이루어진다.
하나의 실시 형태에서 방법 단계 BB3) 또는 방법 단계 BB5) 다음에 후속하는 방법 단계가 이루어진다:
BB6) 방법 단계 BB3) 또는 BB5)에서 얻어진 분말을 세라믹, 특히 상기 변환 재료로 구성된 플레이트로 소결하는 단계.
하나의 실시 형태에서 방법 단계 BB6)의 소결 공정은 700 내지 1700℃의 온도에서, 예컨대 900℃에서 이루어진다.
하나의 실시 형태에서 방법 단계 BB6)의 소결 공정은 1시간 내지 15시간, 바람직하게 1시간 내지 8시간, 예컨대 6시간 동안 이루어진다.
하나의 실시 형태에서 방법 단계 BB3) 또는 BB5)에서 얻어진 분말은 방법 단계 BB6)의 소결 공정 이전에 결합제와 혼합된다.
하나의 실시 형태에서 방법 단계 BB3) 또는 방법 단계 BB5) 다음에 후속하는 방법 단계 BB7)이 이루어진다:
BB7) 방법 단계 BB3) 또는 BB5)에서 얻어진 분말을 매트릭스 재료와 혼합하는 단계.
하나의 실시 형태에서 방법 단계 BB1)의 추출물들은 금속 산화물들, 금속 수산화물들, 금속 탄산염들, 금속 질산염들, 금속 할로겐화물들, 금속 초산염들, 금속 질화물들 및 상기 화합물들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게 상기 추출물들은 금속 산화물들, 금속 수산화물들, 금속 탄산염들 및 상기 화합물들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다.
하나의 실시 형태에서 방법 단계 BB1)의 추출물들에 용제가 첨가된다. 이 경우, 예를 들어 붕산이 고려될 수 있다. 이와 같은 첨가는 반응성 및 결정 성장을 향상시킨다.
본 발명의 바람직한 추가 실시 형태들 및 개선예들은 다음에서 도면들과 관련하여 기술되는 실시예들로부터 주어진다.
도 1 내지 도 4는 방사선 방출 광전자 컴포넌트들의 서로 다른 실시 형태들의 개략적인 측면도이고,
도 5 내지 도 12는 변환 재료의 서로 다른 실시 형태들의 반사율 및 방출을 나타내는 그래프이며,
도 13은 1차 방사선을 발생하는 반도체 칩을 작동시키는 전류 세기에 따른 변환 재료의 방출 출력을 나타내는 그래프이고,
도 14 내지 도 17은 적외선 범위 내의 1차 방사선을 방출하는 종래의 반도체 칩과 비교하여, 본 발명에 따른 변환 재료의 서로 다른 실시예들의 방출을 나타내는 그래프이며,
도 18은 변환 재료의 하나의 실시 형태의 반사율 및 방출을 나타내는 그래프이고,
도 19 및 도 20은 본 발명에 따른 방사선 방출 컴포넌트들의 방출 스펙트럼들을 나타내는 그래프이다.
도면들에서 동일한, 동일한 형태의, 또는 동일하게 작용하는 소자들에는 동일한 도면 부호들이 제공되어 있다. 도면들 및 상기 도면들에 도시된 소자들의 상호 크기 비율들은 척도에 맞는 것으로 간주하지 않는다. 오히려 개별 소자들은 더 나은 도해 및/또는 더 나은 이해를 위해 과도하게 크게 도시될 수 있다.
방사선 방출 광전자 컴포넌트(1)의 도 1에 도시된 실시예는 반도체 칩(2), 후면 접촉부(15), 전면 접촉부(16) 및 활성 에피택시 층 시퀀스(9)를 포함하고, 이때 상기 활성 에피택시 층 시퀀스(9)는 작동 중에 적색 또는 청색 1차 방사선을 방출한다. 예를 들어 상기 반도체 칩은 인듐 갈륨 알루미늄 인화물 또는 인듐 갈륨 질화물에 기초한다.
상기 반도체 칩(2)은 전기 전도성 연결 수단에 의해 제1 접속부(4) 상의 후면 접촉부(15)에 고정되어 있다. 상기 전기 전도성 연결 수단으로는 예를 들어 금속 땜납 또는 접착제가 사용된다. 상기 전면 접촉부(16)는 본드 와이어(bond wire)(17)에 의해 제2 전기 접속부(5)에 연결되어 있다.
도 1에 도시된 실시예의 경우, 제1 및 제2 전기 접속부(4, 5)는 리세스(11)를 구비한 예컨대 예비 제조된 광 투과성 기본 하우징(10) 내에 매립되어 있다. "예비 제조된"이라는 표현은, 상기 반도체 칩(2)이 상기 접속부(4) 상에 장착되기 이전에, 상기 기본 하우징(10)이 예컨대 사출 성형법에 의해 이미 접속부들(4, 5)에서 완성되어 있다는 사실을 의미한다. 상기 기본 하우징(10)은 예컨대 광 투과성 플라스틱을 포함하고, 상기 리세스(11)는 자체 형태와 관련하여 1차 방사선 및 2차 방사선에 대하여 반사기(18)로서 형성되어 있으며, 이때 반사는 경우에 따라 상기 리세스(11)의 내벽들의 적합한 코팅에 의해 구현될 수 있다. 이와 같은 유형의 기본 하우징(10)은 특히 표면 장착 가능한 발광 다이오드들에서 사용된다. 상기 기본 하우징은 반도체 칩(2)이 전기 접속부들(4, 5)을 포함하는 리드 프레임 상에 장착되기 이전에, 예컨대 사출 성형법 및/또는 이송 성형법에 의해 제공된다.
변환 소자(6)는 도 1의 실시예에서 캐스팅 컴파운드의 형태로 형성되어 있고, 도 1에 도시된 바와 같이 리세스(11)를 채운다. 이 경우, 상기 변환 소자는 변환 재료 및 상기 변환 재료가 매립되어 있는 매트릭스 재료를 포함한다. 상기 매트릭스 재료는 예를 들어 실리콘이다. 상기 변환 재료는 변환 입자들의 형태로 제공되고, La3Ga4 . 975Cr0 . 025GeO14 및 (Ga, Cr)2O3를 포함하거나, 또는 La3Ga4.975Cr0.025GeO14 및 (Ga, Cr)2O3로 구성된다. 여기서 상기 변환 재료는 자체 결정 격자 내에서 결함 위치들을 거의 갖지 않음으로써, 결과적으로 전류의 중단 시 상기 변환 재료의 잔광이 이루어지지 않거나, 또는 단지 매우 짧은 시간에 걸쳐서만 이루어진다. 상기 반도체 칩(2)에 의해 방출된 1차 방사선은 적어도 부분적으로 상기 변환 재료에 의해 700㎚ 내지 1050㎚의 파장의 2차 방사선으로 변환된다.
본 출원서에 기술된 방사선 방출 광전자 컴포넌트의 하나의 추가 실시예는 도 2와 관련하여 기술되어 있다. 도 2의 실시예에서 변환 소자(6)는 층으로서 형성되어 있다. 상기 변환 소자(6)는 예를 들어 La3Ga4 . 95Cr0 . 05GeO14 및 (Ga, Cr)2O3로 구성된 변환 재료의 변환 입자들이 균일하게 분포되어 있는 유리로 구성된다.
상기 변환 소자(6)는 반도체 칩(2) 상에 직접 제공되어 있다. 상기 반도체 칩(2) 및 전기 접속부들(4, 5)의 적어도 부분 영역들은 상기 변환 소자(6)를 통과하는 방사선의 파장 변화 또는 주파수 변화를 야기하지 않는 방사선 투과성 캡슐(13)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 방사선 투과성 캡슐은 예를 들어 후속하는 재료들 중 적어도 하나의 재료로 구성될 수 있고/있거나, 후속하는 재료들 중 적어도 하나의 재료를 함유할 수 있다: 실리콘, 에폭시수지, 폴리우레탄 또는 유리.
도 3에 도시된 실시예의 경우, 제1 및 제2 전기 접속부(4, 5)는 리세스(11)를 구비한 아마도 예비 제조된 광 투과성 기본 하우징(10) 내에 매립되어 있다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 반도체 칩(2)의 자유 표면들 및 전기 접속부들(4, 5)의 부분 영역들은 적어도 부분적으로, 그리고/또는 직접적으로 방사선 투과성 캡슐(12)에 의해 둘러싸여 있다. 이와 같은 방사선 투과성 캡슐(12)은 상기 반도체 칩(2)에 의해 방출된 1차 방사선의 파장 변화를 야기하지 않는다. 상기 방사선 투과성 캡슐(12)은 예를 들어 이미 위에서 언급된 방사선 투과성 재료들 중 하나의 재료로 구성되거나, 또는 이와 같은 재료들 중 적어도 하나의 재료를 함유한다. 계속해서 상기 리세스(11)는 이와 같은 실시 형태에서 가스에 의해 채워질 수 있다.
도 3의 리세스(11)는 세라믹 변환 재료로 구성된 변환 소자(6)에 의해 덮여 있고, 이때 상기 변환 소자(6)는 별도로 제조되어 기본 하우징(10) 상에 고정된 플레이트(6)이다. 예를 들어 Ca3Ga1 . 98Cr0 . 02Ge4O14 세라믹으로 구성된 플레이트가 고려된다.
도 3의 변환 소자(6)로부터 광의 디커플링을 개선하기 위해, 컴포넌트의 하나의 측면 상에, 즉 방사선 방출면에는 상기 변환 소자(6) 내부에서 방사선의 전반사를 감소시키는 렌즈형 커버(21)가 제공될 수 있다. 이와 같은 렌즈형 커버(21)는 특히 방사선 투과성 플라스틱 또는 유리로 구성될 수 있고, 상기 변환 소자(6) 상에 예를 들어 접착되거나, 또는 직접 상기 변환 소자(6)의 구성 부품으로서 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예의 경우, 제1 및 제2 전기 접속부(4, 5)는 리세스(11)를 구비한 아마도 예비 제조된 광 투과성 기본 하우징(10) 내에 매립되어 있다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 반도체 칩(2)의 자유 표면들 및 전기 접속부들(4 및 5)의 부분 영역들은 적어도 부분적으로, 그리고/또는 직접적으로 방사선 투과성 캡슐(12)에 의해 둘러싸여 있다. 이와 같은 방사선 투과성 캡슐(12)은 상기 반도체 칩(2)에 의해 방출된 1차 방사선의 파장 변화를 야기하지 않는다. 상기 방사선 투과성 캡슐(12)은 예를 들어 이미 위에서 언급된 방사선 투과성 재료들 중 하나의 재료로 구성되거나, 또는 이와 같은 재료들 중 적어도 하나의 재료를 함유한다. 계속해서 상기 리세스(11)는 이와 같은 실시 형태에서 가스에 의해 채워질 수 있다. 상기 반도체 칩(2) 바로 위에는 변환 소자(6)가 배치되어 있다. 상기 변환 소자(6)는 플레이트의 형태로 형성되어 있고, 예를 들어 Na1 . 4Ga4 . 95Cr0 . 05O8 .2 세라믹으로 구성된다.
추가적으로 상기 반도체 칩(2)과 상기 변환 소자(6) 사이에 접착층(본 도면에는 도시되지 않음)이 제공될 수 있다.
바람직하게 광전자 컴포넌트(1)로는 LED가 고려되고, 이때 방사선은 도 1 내지 도 4에서 위로 변환 소자(6)를 통해 방출된다.
도 5 내지 도 12는 변환 재료의 서로 다른 실시예들의 반사율(파선) 및 서로 다른 1차 방사선에서 상대적인 방출 강도(실선)를 나타낸다. x-축 상에는 각각 파장(λ)이 ㎚ 단위로 표시되어 있고, y-축 상에는 상대적인 반사율 또는 상대적인 방출 강도가 표시되어 있다. 방출 스펙트럼들을 측정하기 위해, 상기 변환 재료는 입자들의 형태로 실리콘으로 이루어진 매트릭스 재료 내에 삽입되었고, 450㎚ 또는 637㎚의 1차 방사선을 갖는 반도체 칩 위에 배치되었다.
도 5는 여기 파장에서, 다시 말해 450㎚의 1차 방사선에서 (Ga, Cr)2O3로 이루어진 중간상을 구비한 변환 재료 La3Ga4 . 975Cr0 . 025GeO14의 반사율(파선) 및 상대적인 방출 강도(실선)를 나타낸다. 상기 변환 재료는 대략 450㎚ 및 640㎚에서 가장 낮은 반사율을 나타내고, 그에 따라 최상의 경우에 대략 450㎚ 및 620㎚에서 여기 될 수 있는데, 다시 말해 청색 및 적색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의해 여기 될 수 있다. 상기 변환 재료는 700 내지 1050㎚의 광범위한 연속 방출을 갖고, 이때 상대적인 강도는 700㎚ 내지 대략 1000㎚의 범위 내에서 50％ 위에 있다. 최대 방출은 대략 780㎚의 파장에 놓인다. 상기 광범위한 방출은 La3Ga4 . 975Cr0 . 025GeO14 및 (Ga, Cr)2O3의 2개의 개별적인 방출 대역의 중첩 및 사용된 호스트 격자의 유형에 기초한다.
(Ga, Cr)2O3로 이루어진 중간상을 구비한 변환 재료 La3Ga4 . 975Cr0 . 025GeO14는 다음과 같이 제조되었다: 36.27mmol의 La2O3, 105.44mmol의 Ga2O3, 42.18mmol의 GeO2, 2.11mmol의 붕산 및 0.527mmol의 Cr2O3가 혼합기 및 분쇄기 내에서 혼합물로 처리된다. 혼합기로는 이중 비대칭 원심 분리기(dual asymmetric centrifuge)로도 언급되는 스피드 믹서(speed mixer), 다시 말해 혼합 용기의 이중 회전에 기초하는 실험용 혼합 시스템이 사용된다. 여기서 붕산은 반응성/결정 성장을 향상시키는 용제로서 기능한다. 이와 같은 방식으로 제조된 분말은 코런덤 도가니(corundum crucible) 내로 이동되어 950°에서 4시간 동안 어닐링(annealing) 된다. 실온으로 냉각된 이후에 소결된 분말은 분쇄 및 여과되고, 그런 다음 1300°에서 4시간 동안 제2 어닐링 단계를 경험한다. 얻어진 소결 재료는 분쇄기에 의해 분쇄되고, 더 굵은 입자들(＞30㎛)을 분리하기 위해, 30㎛의 망 크기를 갖는 분석 여과망에 의해 여과된다.
도 6은 여기 파장에서, 다시 말해 637㎚의 1차 방사선에서 (Ga, Cr)2O3로 이루어진 중간상을 구비한 변환 재료 La3Ga4 . 975Cr0 . 025GeO14의 반사율(파선) 및 상대적인 방출 강도(실선)를 나타낸다. 파장에 따른 반사율은 도 5에 도시된 반사율에 상응한다. 상기 변환 재료는 700 내지 1050㎚의 광범위한 연속 방출을 갖고, 이때 상대적인 강도는 대략 780㎚ 내지 대략 1000㎚의 범위 내에서 50％ 위에 있다. 최대 방출은 대략 900㎚의 파장에 놓인다. 상기 광범위한 방출은 La3Ga4 . 975Cr0 . 025GeO14 및 (Ga, Cr)2O3의 2개의 개별적인 방출 대역의 중첩에 기초한다.
도 7은 여기 파장에서, 다시 말해 450㎚의 1차 방사선에서 (Ga, Cr)2O3로 이루어진 중간상을 구비한 변환 재료 La3Ga4 . 95Cr0 . 05GeO14의 반사율(파선) 및 상대적인 방출 강도(실선)를 나타낸다. 상기 변환 재료는 대략 450㎚ 및 640㎚에서 가장 낮은 반사율을 나타내고, 그에 따라 최상의 경우에 대략 450㎚ 및 620㎚에서 여기 될 수 있는데, 다시 말해 청색 및 적색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의해 여기 될 수 있다. 상기 변환 재료는 700 내지 1050㎚의 광범위한 연속 방출을 갖고, 이때 상대적인 강도는 700㎚ 내지 대략 1050㎚의 범위 내에서 50％ 위에 있다. 최대 방출은 대략 780㎚ 내지 920㎚의 파장에 놓인다. 상기 광범위한 방출은 La3Ga4.975Cr0.025GeO14 및 (Ga, Cr)2O3의 2개의 개별적인 방출 대역의 중첩 및 사용된 호스트 격자의 유형에 기초한다.
(Ga, Cr)2O3로 이루어진 중간상을 구비한 변환 재료 La3Ga4 . 95Cr0 . 05GeO14는 다음과 같이 제조되었다: 63.15mmol의 La2O3, 105.26mmol의 Ga2O3, 42.10mmol의 GeO2, 2.11mmol의 붕산 및 1.052mmol의 Cr2O3가 혼합기 및 분쇄기 내에서 혼합물로 처리된다. 혼합기로는 스피드 믹서가 사용된다. 이와 같은 방식으로 제조된 분말은 코런덤 도가니 내로 이동되어 950°에서 4시간 동안 어닐링 된다. 실온으로 냉각된 이후에 소결된 분말은 분쇄 및 여과되고, 그런 다음 1300°에서 4시간 동안 제2 어닐링 단계를 경험한다. 얻어진 소결 재료는 분쇄기에 의해 분쇄되었고, 더 굵은 입자들(＞30㎛)을 분리하기 위해, 30㎛의 망 크기를 갖는 분석 여과망에 의해 여과되었다.
도 8은 여기 파장에서, 다시 말해 637㎚의 1차 방사선에서 (Ga, Cr)2O3로 이루어진 중간상을 구비한 변환 재료 La3Ga4 . 95Cr0 . 05GeO14의 반사율(파선) 및 상대적인 방출 강도(실선)를 나타낸다. 파장에 따른 반사율은 도 7에 도시된 반사율에 상응한다. 상기 변환 재료는 700 내지 1050㎚의 광범위한 연속 방출을 갖고, 이때 상대적인 강도는 대략 800㎚ 내지 대략 1050㎚의 범위 내에서 50％ 위에 있다. 최대 방출은 대략 910㎚의 파장에 놓인다. 상기 광범위한 방출은 La3Ga4 . 975Cr0 . 025GeO14 및 (Ga, Cr)2O3의 2개의 개별적인 방출 대역의 중첩 및 사용된 호스트 격자의 유형에 기초한다.
도 9는 여기 파장에서, 다시 말해 450㎚의 1차 방사선에서 변환 재료 Ca3Ga1.98Cr0.02Ge4O14의 반사율(파선) 및 상대적인 방출 강도(실선)를 나타낸다. 상기 변환 재료는 대략 450㎚ 및 620㎚에서 가장 낮은 반사율을 나타내고, 그에 따라 최상의 경우에 이와 같은 파장에서 여기 될 수 있는데, 다시 말해 청색 및 적색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의해 여기 될 수 있다. 상기 변환 재료는 700 내지 900㎚의 광범위한 연속 방출을 갖고, 이때 상대적인 강도는 700㎚ 내지 대략 850㎚의 범위 내에서 50％ 위에 있다. 최대 방출은 대략 760㎚의 파장에 놓인다.
변환 재료 Ca3Ga1 . 98Cr0 . 02Ge4O14는 다음과 같이 제조되었다: 49.49mmol의 CaCO3, 0.33mmol의 CaF2, 16.50mmol의 Ga2O3, 65.99mmol의 GeO2 및 0.165mmol의 Cr2O3가 혼합기 및 분쇄기 내에서 혼합물로 처리된다. 혼합기로는 스피드 믹서가 사용된다. 이와 같은 방식으로 제조된 분말은 코런덤 도가니 내로 이동되어 1150°에서 4시간 동안 어닐링 된다. 실온으로 냉각된 이후에 소결된 분말은 분쇄 및 여과되고, 그런 다음 1200°에서 4시간 동안 제2 어닐링 단계를 경험한다. 얻어진 소결 재료는 분쇄기에 의해 분쇄되었고, 더 굵은 입자들(＞30㎛)을 분리하기 위해, 30㎛의 망 크기를 갖는 분석 여과망에 의해 여과되었다.
도 10은 여기 파장에서, 다시 말해 637㎚의 1차 방사선에서 변환 재료 Ca3Ga1.98Cr0.02Ge4O14의 반사율(파선) 및 상대적인 방출 강도(실선)를 나타낸다. 파장에 따른 반사율은 도 9에 도시된 반사율에 상응한다. 상기 변환 재료는 700 내지 900㎚의 광범위한 연속 방출을 갖고, 이때 상대적인 강도는 대략 700㎚ 내지 대략 860㎚의 범위 내에서 50％ 위에 있다. 최대 방출은 대략 760㎚의 파장에 놓인다.
도 11은 여기 파장에서, 다시 말해 450㎚의 1차 방사선에서 변환 재료 Na1.4Ga4.95Cr0.05O8.2의 반사율(파선) 및 상대적인 방출 강도(실선)를 나타낸다. 상기 변환 재료는 대략 440㎚ 및 610㎚에서 낮은 반사율을 나타내고, 그에 따라 최상의 경우에 이와 같은 파장에서 여기 될 수 있는데, 다시 말해 청색 및 적색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의해 여기 될 수 있다. 상기 변환 재료는 700 내지 900㎚의 광범위한 연속 방출을 갖고, 이때 상대적인 강도는 700㎚ 내지 대략 890㎚의 범위 내에서 50％ 위에 있다. 최대 방출은 대략 790㎚의 파장에 놓인다.
변환 재료 Na1 . 4Ga4 . 95Cr0 . 05O8 .2는 다음과 같이 제조되었다: 64.03mmol의 Na2CO3, 228.69mmol의 Ga2O3, 및 2.29mmol의 Cr2O3가 혼합기 및 분쇄기 내에서 혼합물로 처리된다. 혼합기로는 스피드 믹서가 사용된다. 이와 같은 방식으로 제조된 분말은 코런덤 도가니 내로 이동되어 1250°에서 4시간 동안 어닐링 된다. 실온으로 냉각된 이후에 소결된 분말은 분쇄 및 여과되고, 그런 다음 1250°에서 4시간 동안 제2 어닐링 단계를 경험한다. 얻어진 소결 재료는 분쇄기에 의해 분쇄되었고, 더 굵은 입자들(＞30㎛)을 분리하기 위해, 30㎛의 망 크기를 갖는 분석 여과망에 의해 여과되었다.
도 12는 여기 파장에서, 다시 말해 665㎚의 1차 방사선에서 변환 재료 Na1.4Ga4.95Cr0.05O8.2의 반사율(파선) 및 상대적인 방출 강도(실선)를 나타낸다. 파장에 따른 반사율은 도 11에 도시된 반사율에 상응한다. 상기 변환 재료는 700 내지 900㎚의 광범위한 연속 방출을 갖고, 이때 상대적인 강도는 700㎚ 내지 대략 890㎚의 범위 내에서 50％ 위에 있다. 최대 방출은 대략 790㎚의 파장에 놓인다.
도 13에서 x-축 상에는 파장(λ)이 ㎚ 단위로 표시되어 있고, y-축 상에는 중간상으로서 (Ga, Cr)2O3를 함유하는 형광 물질 La3Ga4 . 95Cr0 . 05GeO14의 상대적인 방출 강도가 표시되어 있다. 상기 상대적인 방출 강도는 서로 다른 전류 세기에서 기록되었고, 이때 도면 부호 Ⅰ이 제공된 곡선은 5mA의 전류 세기에서 상대적인 강도를 나타내고, 도면 부호 Ⅱ가 제공된 곡선은 1000mA의 전류 세기에서 상대적인 강도를 나타낸다. 780㎚의 범위에서 방출 강도가 950㎚의 범위에서 방출 강도보다 전류 세기가 증가할수록 더 많이 감소한다는 사실을 알 수 있다. 그로부터 2개의 개별적인 방출 대역, 즉 La3Ga4 . 95Cr0 . 05GeO14에서 비롯된 방출 대역 및 (Ga, Cr)2O3에서 비롯된 다른 방출 대역이 고려된다는 사실을 알 수 있다. 이와 같은 방출 대역들은 1차 방사선의 강도에 따라서 서로 다른 양자 효율을 갖는다. 전류 세기가 증가하는 경우에 방출 강도의 이와 같은 감소를 저지하기 위해, 단 하나의 방출 대역만을 갖고 최대 방출이 도 11 및 도 12에서 알 수 있는 바와 같이 바로 780㎚에 놓이는 예컨대 Na1 . 4Ga4 . 95Cr0 . 05O8 .2와 같은 제2 변환 재료 또는 추가의 변환 재료가 첨가될 수 있다. 그에 따라 변환 재료들의 이와 같은 유형의 조합물에 의해 안정적이고 광범위한 방출이 달성된다.
도 14 내지 도 17은 적외선 범위 내의 1차 방사선을 방출하는 종래의 반도체 칩과 비교하여, 본 발명에 따른 변환 재료의 서로 다른 실시예들의 상대적인 방출 강도를 나타낸다. x-축 상에는 각각 파장(λ)이 ㎚ 단위로 표시되어 있고, y-축 상에는 상대적인 방출 강도가 표시되어 있다. 방출 스펙트럼들을 측정하기 위해, 상기 변환 재료는 입자들의 형태로 실리콘으로 이루어진 매트릭스 재료 내에 삽입되었고, 청색 및 적색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선을 갖는 반도체 칩 위에 배치되었다.
도 14는 청색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의한 여기(도면 부호 A를 구비한 곡선) 및 적색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의한 여기(도면 부호 B를 구비한 곡선) 시 중간상으로서 (Ga, Cr)2O3를 함유하는 변환 재료 La3Ga4 . 95Cr0 . 05GeO14의 상대적인 방출 강도를 나타낸다. 도면 부호 C를 구비한 곡선은 적외선 범위 내의 1차 방사선을 방출하는 종래의 반도체 칩의 상대적인 방출 강도를 나타낸다. 곡선 A로부터 알 수 있는 바와 같이, 2차 방사선의 강도, 다시 말해 방출 강도는 대략 700㎚ 내지 대략 1050㎚의 범위 내에서 2차 방사선의 최대 강도의 20％ 위에 있다. 여기서 최대 강도는 대략 80％에 놓인다. 곡선 B로부터 알 수 있는 바와 같이, 2차 방사선의 강도, 다시 말해 방출 강도는 대략 750㎚ 내지 대략 1050㎚의 범위 내에서 2차 방사선의 최대 강도의 20％ 위에 있다. 여기서 최대 강도는 대략 70％에 놓인다. 2차 방사선의 강도는 곡선 A의 경우, 대략 775㎚ 내지 950㎚의 범위 내에서 ㎚당 최대 5퍼센트만큼 변경되고, 하나의 범위에서 거의 일정하며, 곡선 B의 경우, 대략 875㎚ 내지 975㎚의 범위 내에서 ㎚당 최대 5퍼센트만큼 변경된다. 상기 곡선 A 및 곡선 B 내의 굴절들은 잡음을 나타내는데, 다시 말해 측정점들이 아니라, 더 긴 측정시간에 의해 제거될 수 있는 측정 인공물들을 나타낸다. 본 발명에 따른 변환 재료와 비교하여, 종래의 반도체 칩이 분광계 내에서의 적용예 또는 센서 적용예들에 적합하지 않다는 사실을 알 수 있는데, 그 이유는 700 내지 1050㎚의 범위 내의 광범위한 연속 방출을 위한 요구 조건들이 충족되지 않기 때문이다. 곡선 C로부터 알 수 있는 바와 같이, 방출 강도는 단지 대략 825㎚ 내지 875㎚의 범위 내에서만, 다시 말해 대략 50㎚의 범위에서만, 여기서 100％에 놓이는 최대 방출 강도의 20％ 위에 있다. 그에 따라 협대역 방출이 고려된다.
도 15a는 청색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의한 여기(도면 부호 D를 구비한 곡선) 및 적색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의한 여기(도면 부호 E를 구비한 곡선) 시 중간상으로서 (Ga, Cr)2O3를 함유하는 변환 재료 La3Ga4.975Cr0.025GeO14의 상대적인 방출 강도를 나타낸다. 방출 스펙트럼들로는 중첩된 La3Ga4.975Cr0.025GeO14 및 (Ga, Cr)2O3의 방출이 고려된다. 도면 부호 C를 구비한 곡선은 적외선 범위 내의 1차 방사선을 방출하는 종래의 반도체 칩의 상대적인 방출 강도를 나타낸다. 곡선 D로부터 알 수 있는 바와 같이, 2차 방사선의 강도, 다시 말해 방출 강도는 대략 700㎚ 내지 대략 1000㎚의 범위 내에서 2차 방사선의 최대 강도의 20％ 위에 있다. 여기서 최대 강도는 대략 90％에 놓인다. 곡선 E로부터 알 수 있는 바와 같이, 2차 방사선의 강도, 다시 말해 방출 강도는 대략 750㎚ 내지 대략 1050㎚의 범위 내에서 2차 방사선의 최대 강도의 20％ 위에 있다. 여기서 최대 강도는 대략 70％에 놓인다. 추가로, 곡선 D 및 곡선 E의 2차 방사선의 강도는 적어도 40㎚의 범위에서 ㎚당 5퍼센트 이상 변경되지 않는다. 상기 곡선 D 및 곡선 E 내의 굴절들은 잡음을 나타내는데, 다시 말해 측정점들이 아니라, 더 긴 측정시간에 의해 제거될 수 있는 측정 인공물들을 나타낸다. 본 발명에 따른 변환 재료와 비교하여, 종래의 반도체 칩이 분광계 내에서의 적용예 또는 센서 적용예들에 적합하지 않다는 사실을 알 수 있는데, 그 이유는 700 내지 1050㎚의 범위 내의 광범위한 연속 방출을 위한 요구 조건들이 충족되지 않기 때문이다. 곡선 C로부터 알 수 있는 바와 같이, 방출 강도는 단지 대략 825㎚ 내지 875㎚의 범위 내에서만, 다시 말해 대략 50㎚의 범위에서만, 여기서 100％에 놓이는 최대 방출 강도의 20％ 위에 있다.
도 15b는 청색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의한 여기 시 변환 재료 (Ga, Cr)2O3(도면 부호 K) 및 중간상으로서 (Ga, Cr)2O3를 함유하는 변환 재료 La3(Ga, Cr)5GeO14의 상대적인 방출 강도를 나타낸다. 도 15b의 표는 변환 재료의 각각의 조성을 나타낸다. 제1 열에는 각각 도면 부호가 제시되어 있고, 제2 열 및 제3 열에는 각각 La3(Ga, Cr)5GeO14 및 β-(Ga, Cr)2O3의 비율이 중량 퍼센트로 제시되어 있다. 중간상 β-(Ga, Cr)2O3의 비율은 X선 그래픽 방식으로 결정되었다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 대략 750㎚의 범위 및 대략 920㎚의 범위에서 상태는 β-(Ga, Cr)2O3의 제공된 비율에 따라 변경된다. β-(Ga, Cr)2O3의 중량부가 증감함에 따라, 상대적인 방출 강도는 920㎚의 범위에서 감소하고, 750㎚의 범위에서 증가한다.
도 16은 청색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의한 여기(도면 부호 F를 구비한 곡선) 및 적색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의한 여기(도면 부호 G를 구비한 곡선) 시 변환 재료 Na1 . 4Ga4 . 95Cr0 . 05O8 .2의 상대적인 방출 강도를 나타낸다. 도면 부호 C를 구비한 곡선은 적외선 범위 내의 1차 방사선을 방출하는 종래의 반도체 칩의 상대적인 방출 강도를 나타낸다. 곡선 G로부터 알 수 있는 바와 같이, 2차 방사선의 강도, 다시 말해 방출 강도는 대략 700㎚ 내지 대략 925㎚의 범위 내에서 2차 방사선의 최대 강도의 20％ 위에 있다. 여기서 최대 강도는 대략 100％에 놓인다. 곡선 F로부터 알 수 있는 바와 같이, 2차 방사선의 강도, 다시 말해 방출 강도는 대략 700㎚ 내지 대략 925㎚의 범위 내에서 2차 방사선의 최대 강도의 20％ 위에 있다. 추가로, 곡선 G 및 곡선 F의 2차 방사선의 강도는 적어도 40㎚의 범위에서 ㎚당 5퍼센트 이상 변경되지 않는다. 상기 곡선 G 및 곡선 F 내의 굴절들은 잡음을 나타내는데, 다시 말해 측정점들이 아니라, 더 긴 측정시간에 의해 제거될 수 있는 측정 인공물들을 나타낸다. 본 발명에 따른 변환 재료와 비교하여, 종래의 반도체 칩이 분광계 내에서의 적용예 또는 센서 적용예들에 적합하지 않다는 사실을 알 수 있는데, 그 이유는 700 내지 1050㎚의 범위 내의 광범위한 연속 방출을 위한 요구 조건들이 충족되지 않기 때문이다. 곡선 C로부터 알 수 있는 바와 같이, 방출 강도는 단지 대략 825㎚ 내지 875㎚의 범위 내에서만, 다시 말해 대략 50㎚의 범위에서만, 여기서 100％에 놓이는 최대 방출 강도의 20％ 위에 있다.
도 17은 청색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의한 여기(도면 부호 H를 구비한 곡선) 및 적색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의한 여기(도면 부호 J를 구비한 곡선) 시 변환 재료 Ca3Ga1 . 98Cr0 . 02Ge4O14의 상대적인 방출 강도를 나타낸다. 도면 부호 C를 구비한 곡선은 적외선 범위 내의 1차 방사선을 방출하는 종래의 반도체 칩의 상대적인 방출 강도를 나타낸다. 곡선 H로부터 알 수 있는 바와 같이, 2차 방사선의 강도, 다시 말해 방출 강도는 대략 700㎚ 내지 대략 850㎚의 범위 내에서 2차 방사선의 최대 강도의 20％ 위에 있다. 곡선 J로부터 알 수 있는 바와 같이, 2차 방사선의 강도, 다시 말해 방출 강도는 대략 725㎚ 내지 대략 950㎚의 범위 내에서 2차 방사선의 최대 강도의 20％ 위에 있다. 여기서 최대 강도는 대략 35％에 놓인다. 추가로, 곡선 H 및 곡선 J의 2차 방사선의 강도는 적어도 40㎚의 범위에서 ㎚당 5퍼센트 이상 변경되지 않는다. 상기 곡선 H 및 곡선 J 내의 굴절들은 잡음을 나타내는데, 다시 말해 측정점들이 아니라, 더 긴 측정시간에 의해 제거될 수 있는 측정 인공물들을 나타낸다. 본 발명에 따른 변환 재료와 비교하여, 종래의 반도체 칩이 분광계 내에서의 적용예 또는 센서 적용예들에 적합하지 않다는 사실을 알 수 있는데, 그 이유는 700 내지 1050㎚의 범위 내의 광범위한 연속 방출을 위한 요구 조건들이 충족되지 않기 때문이다.
도 18은 여기 파장에서, 다시 말해 460㎚의 1차 방사선에서 변환 재료로서 SrGa11.88Cr0.12O19의 반사율(파선) 및 상대적인 방출 강도(실선)를 나타낸다. x-축 상에는 파장(λ)이 ㎚ 단위로 표시되어 있고, y-축 상에는 상대적인 반사율 또는 상대적인 방출 강도가 표시되어 있다. 방출 스펙트럼을 측정하기 위해, 상기 변환 재료는 입자들의 형태로 실리콘으로 이루어진 매트릭스 재료 내에 삽입되었고, 460㎚의 1차 방사선에 의해 여기 되었다. 상기 변환 재료는 대략 460㎚ 및 600㎚에서 가장 낮은 반사율을 나타내고, 그에 따라 최상의 경우에 이와 같은 파장에서 여기 될 수 있는데, 다시 말해 청색 및 적색 스펙트럼 범위 내의 1차 방사선에 의해 여기 될 수 있다. 상기 변환 재료는 720 내지 780㎚의 광범위한 연속 방출을 갖고, 이때 상대적인 강도는 700㎚ 내지 대략 800㎚의 범위 내에서 50％ 위에 있다. 최대 방출은 대략 770㎚의 파장에 놓인다.
변환 재료 SrGa11 . 88Cr0 . 12O19는 다음과 같이 제조되었다: 14.96mmol의 SrCO3, 0.78mmol의 SrF2, 93.53mmol의 Ga2O3 및 0.94mmol의 Cr2O3가 혼합기 내에서 혼합물로 처리된다. 혼합기로는 스피드 믹서가 사용된다. 이와 같은 방식으로 제조된 분말은 코런덤 도가니 내로 이동되어 1450°에서 4시간 동안 어닐링 된다. 실온으로 냉각된 이후에 얻어진 소결 재료는 분쇄기에 의해 분쇄되고, 더 굵은 입자들(＞30㎛)을 분리하기 위해, 30㎛의 망 크기를 갖는 분석 여과망에 의해 여과된다.
도 19는 방사선 방출 컴포넌트의 하나의 방출 스펙트럼을 나타낸다. x-축 상에는 파장(λ)이 ㎚ 단위로 제시되어 있고, y-축 상에는 700mA의 작동 전류에서 스펙트럼 출력 밀도(SLD)가 W/㎚ 단위로 제시되어 있다. 이 경우, 440 내지 445㎚의 우세 파장을 갖는 청색 광을 방출하는 InGaN 반도체 칩이 캐리어 상에 접착되어 전기적으로 연결되었다. 상기 반도체 칩은 변환 재료로서 SrGa11 . 88Cr0 . 12O19 및 실리콘으로 이루어진 혼합물에 의해 캡슐화되었다. 이 경우, 변환 재료의 비율은 변환 재료 및 실리콘의 전체 질량을 기준으로 30중량 퍼센트이다. 700mA의 작동 전류에서 760㎚ +/-50㎚의 범위에서는 40mW의 근적외선 방사선이 방출되었다. 760㎚+/-20㎚의 범위에서는 광속이 20mW이었다.
도 20은 방사선 방출 컴포넌트의 하나의 방출 스펙트럼을 나타낸다. x-축 상에는 파장(λ)이 ㎚ 단위로 제시되어 있고, y-축 상에는 700mA의 작동 전류에서 스펙트럼 출력 밀도(SLD)가 W/㎚ 단위로 제시되어 있다. 이 경우, 635㎚의 우세 파장을 갖는 적색 광을 방출하는 AlGaInP 반도체 칩이 캐리어 상에 접착되어 전기적으로 연결되었다. 상기 반도체 칩은 변환 재료로서 SrGa11 . 88Cr0 . 12O19 및 실리콘으로 이루어진 혼합물에 의해 캡슐화되었다. 이 경우, 변환 재료의 비율은 변환 재료 및 실리콘의 전체 질량을 기준으로 30중량 퍼센트이다. 700mA의 작동 전류에서 760㎚ +/-50㎚의 범위에서는 47mW의 근적외선 방사선이 방출되었다. 760㎚+/-20㎚의 범위에서는 광속이 24mW이었다.
본 발명은 실시예들을 참조한 상세 설명에 의해 제한되어 있지 않다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 이는 이와 같은 특징 또는 이와 같은 조합이 직접 특허 청구범위 또는 실시예들에 명시적으로 제시되어 있지 않더라도, 특히 특징들의 각각의 조합이 특허 청구범위에 포함되어 있음을 의미한다.
1 방사선 방출 광전자 컴포넌트
2 반도체 칩
4 제1 접속부
5 제2 전기 접속부
6 변환 소자
9 활성 에피택시 층 시퀀스
10 기본 하우징
11 리세스
12, 13 방사선 투과성 캡슐
15 후면 접촉부
16 전면 접촉부
17 본드 와이어
18 반사기
21 렌즈형 커버
λ 파장
㎚ 나노미터
㎛ 마이크로미터
Ⅰ 5mA의 전류 세기에서 상대적인 강도
Ⅱ 1000mA의 전류 세기에서 상대적인 강도
A, B, C, D, E, F, G, H, J, K, L, M, N 상대적인 방출 강도
SLD 스펙트럼 출력 밀도
wt％ 중량 퍼센트

Claims (16)

  1. 방사선 방출 광전자 컴포넌트(radiation-emitting optoelectronic component)(1)로서,
    상기 방사선 방출 광전자 컴포넌트는
    - 상기 컴포넌트의 작동 중에 1차 방사선을 방출하는 반도체 칩(2),
    - Cr- 및/또는 Ni-이온들 및 호스트 재료(host material)를 포함하고 상기 컴포넌트의 작동 중에 상기 반도체 칩에 의해 방출된 1차 방사선을 700㎚ 내지 2000㎚의 파장의 2차 방사선으로 변환하는 변환 재료를 포함하는 변환 소자(6)를 포함하고, 상기 호스트 재료는 Ln3Ga5GeO14 및 Ga2O3를 포함하고, 이때 Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및/또는 Lu인,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변환 재료는 Cr3 +- 및/또는 Ni2 +-이온들을 포함하는,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Cr- 및/또는 Ni-이온들은 상기 호스트 재료의 금속들을 부분적으로 대체하는,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 Cr- 및/또는 Ni-이온들은 상기 호스트 재료의 하나의 금속의 0.01 내지 10mol％를 대체하는,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환 재료는 상기 컴포넌트의 작동 중에 상기 반도체 칩에 의해 방출된 1차 방사선을 700㎚ 내지 1100㎚의 파장의 2차 방사선으로 변환하는,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환 재료는 Ln3(Ga1-xNix)5GeO(28-5x)/2 및 (Ga1-xNix)2O3-x를 포함하고, 이때 x = 0.0001-0.1 및 Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및/또는 Lu인,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환 재료는 Ln3(Ga1-x'Crx')5GeO14 및 (Ga1-x'Crx')2O3를 포함하고, 이때 x' = 0.0001-0.1 및 Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및/또는 Lu인,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환 소자(6)는 상기 반도체 칩(2)의 캐스팅 컴파운드(casting compound)의 부분이거나, 또는 상기 변환 소자(6)는 상기 캐스팅 컴파운드를 형성하는,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변환 소자(6)는 층으로서 형성되어 상기 반도체 칩(2) 상에 직접 제공되어 있는,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환 소자(6)는 상기 반도체 칩(2) 위에 제공되어 있는 플레이트 또는 필름으로서 형성되어 있는,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환 소자(6)는 매트릭스 재료로서 실리콘을 포함하는,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사선 방출 광전자 컴포넌트(1)는 분광계(spectrometer) 내에서 사용되는,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사선 방출 광전자 컴포넌트(1)는 내시경(endoscope) 내에서 사용되는,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트.
  14. 방사선 방출 광전자 컴포넌트(1)를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은
    A) 상기 컴포넌트의 작동 중에 1차 방사선을 방출하도록 설계된 반도체 칩(2)을 제공하는 단계;
    B) Cr- 및/또는 Ni-이온들 및 호스트 재료를 포함하는 변환 재료를 포함하는 변환 소자(6)를 제조하는 단계 ― 상기 호스트 재료는 Ln3Ga5GeO14 및 Ga2O3를 포함하고, 이때 Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및/또는 Lu ― ;
    C) 상기 반도체 칩(2) 위에 상기 변환 소자(6)를 제공하는 단계 ― 상기 변환 소자는 상기 컴포넌트의 작동 중에 상기 반도체 칩에 의해 방출된 1차 방사선을 700㎚ 내지 2000㎚의 파장의 2차 방사선으로 변환하도록 설계됨 ― 를 포함하는,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    방법 단계 B)는
    BB) 변환 재료를 제조하는 단계를 포함하고,
    방법 단계 BB)는
    BB1) 반응물들을 혼합하는 단계,
    BB2) 변환 재료를 형성하기 위해, 700℃ 내지 1500℃의 온도에서 BB1)에서 얻어진 혼합물을 하소(calcination)하는 단계를 포함하는,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    방법 단계 BB1)의 반응물들은 금속 산화물들, 금속 수산화물들, 금속 탄산염들, 금속 질산염들, 금속 할로겐화물들, 금속 초산염들, 금속 질화물들 및 이들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택된,
    방사선 방출 광전자 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
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EP3480281A4 (en) 2016-07-04 2019-07-31 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. FLUORESCENT SUBSTANCE AND LIGHT EMITTING DEVICE
JP6264706B1 (ja) 2016-07-04 2018-01-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 プロジェクター装置
JP7107307B2 (ja) * 2017-05-11 2022-07-27 三菱ケミカル株式会社 発光装置、および蛍光体
CN107118770B (zh) * 2017-06-16 2020-03-31 河北大学 一种近红外色荧光粉及其制备方法
EP3688821A1 (en) 2017-09-28 2020-08-05 Lumileds Holding B.V. Wavelength converting material for a light emitting device
DE102018118079A1 (de) 2017-10-09 2019-04-11 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlichtquelle, betriebsverfahren und spektrometer
CN109868138A (zh) * 2017-12-05 2019-06-11 亿光电子工业股份有限公司 光电子器件
TWI683455B (zh) * 2017-12-21 2020-01-21 億光電子工業股份有限公司 螢光材料、光電子裝置以及製造光電子裝置的方法
JP2019204831A (ja) * 2018-05-22 2019-11-28 ウシオオプトセミコンダクター株式会社 発光素子
CN112262481A (zh) 2018-06-12 2021-01-22 国立研究开发法人产业技术综合研究所 发光装置
DE102018119462A1 (de) 2018-08-09 2020-02-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Sichtbares licht und ir-strahlung emittierendes optoelektronisches bauelement
DE102018213377A1 (de) * 2018-08-09 2020-02-13 Robert Bosch Gmbh Spektrometer und Verfahren zur Kalibrierung des Spektrometers
JP2020098757A (ja) * 2018-12-19 2020-06-25 旭化成エレクトロニクス株式会社 赤外線発光装置
EP3923353A4 (en) * 2019-02-04 2022-04-06 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. ELECTROLUMINESCENT DEVICE AND MEDICAL DEVICE USING IT
DE102019104594A1 (de) * 2019-02-22 2020-08-27 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Strahlungsemittierendes optoelektronisches bauelement, verwendung eines strahlungsemittierenden optoelektronischen bauelements und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden optoelektronischen bauelements
US20220175250A1 (en) * 2019-04-24 2022-06-09 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Wavelength converter; and light emitting device, medical system, electronic apparatus, and inspection method using same
US20220192477A1 (en) * 2019-04-24 2022-06-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Light emitting device; and medical system, electronic apparatus, and inspection method using same
EP3961828B1 (en) * 2019-04-24 2023-10-11 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Light emitting device; and medical system, electronic apparatus, and inspection method using same
US20220233063A1 (en) * 2019-05-20 2022-07-28 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Light emitting device, and electronic apparatus and inspection method using said light emitting device
CN115552644A (zh) 2020-05-13 2022-12-30 松下知识产权经营株式会社 发光装置及使用该发光装置的电子设备
WO2021261251A1 (ja) 2020-06-24 2021-12-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置及びこれを用いた電子機器
JP2022071389A (ja) * 2020-10-28 2022-05-16 株式会社日立ハイテク 蛍光体、それを用いた光源、生化学分析装置、及び蛍光体の製造方法
US20240052240A1 (en) * 2020-12-24 2024-02-15 Nichia Corporation Oxide fluorescent material, light emitting device, and method for producing oxide fluorescent material
WO2022181372A1 (ja) 2021-02-24 2022-09-01 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置及びこれを用いた電子機器
JPWO2023008028A1 (ko) 2021-07-29 2023-02-02
CN113956878B (zh) * 2021-09-28 2023-10-24 河北大学 一种近红外荧光粉及其制备方法和应用
CN115595152B (zh) * 2022-10-20 2023-09-12 杭州电子科技大学 一种近红外发射增强的Ga2O3：Cr3+发光材料及其制备方法
CN117025220A (zh) * 2023-08-10 2023-11-10 昆明理工大学 一种超宽带短波近红外荧光粉及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009134507A2 (en) 2008-02-08 2009-11-05 University Of Georgia Research Foundation Phosphorescent compositions, methods of making the compositions, and methods of using the compositions
WO2010055831A1 (ja) 2008-11-13 2010-05-20 国立大学法人名古屋大学 半導体発光装置
JP2011188001A (ja) 2006-11-28 2011-09-22 Cree Inc 固体発光ダイの光学的プリフォーム並びにその作製および組み立ての方法及びシステム
US20120261617A1 (en) 2009-09-21 2012-10-18 Unversity Of Georgia Research Foundation, Inc Near infrared doped phosphors having an alkaline gallate matrix

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8480566B2 (en) * 2004-09-24 2013-07-09 Vivid Medical, Inc. Solid state illumination for endoscopy
DE102006013055A1 (de) 2006-03-22 2007-09-27 Merck Patent Gmbh Gasphasen-Infiltrierung von Leuchtstoffen in das Porensystem von inversen Opalen
US8323528B1 (en) * 2007-04-02 2012-12-04 University Of Georgia Research Foundation, Inc. Phosphorescent compositions, methods of making the compositions, and methods of using the compositions
US8426871B2 (en) * 2009-06-19 2013-04-23 Honeywell International Inc. Phosphor converting IR LEDs
WO2011035292A2 (en) 2009-09-21 2011-03-24 University Of Georgia Research Foundation, Inc. Near infrared doped phosphors having a zinc, germanium, gallate matrix
EP2380944A1 (en) 2010-04-20 2011-10-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light source for emitting infrared radiation, particularly for medical skin irradiation
EP2595206A4 (en) 2010-07-12 2016-01-13 Univ Nagoya Nat Univ Corp BROADBAND INFRARED LIGHT EMITTING DEVICE
DE102012112751A1 (de) * 2012-12-20 2014-06-26 Asg Luftfahrttechnik Und Sensorik Gmbh Verfahren und Messeinrichtung zur Messung von Inhaltsstoffen und/oder Eigenschaften eines Produktes
DE102013106573B4 (de) * 2013-06-24 2021-12-09 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement, Gassensor mit strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011188001A (ja) 2006-11-28 2011-09-22 Cree Inc 固体発光ダイの光学的プリフォーム並びにその作製および組み立ての方法及びシステム
WO2009134507A2 (en) 2008-02-08 2009-11-05 University Of Georgia Research Foundation Phosphorescent compositions, methods of making the compositions, and methods of using the compositions
WO2010055831A1 (ja) 2008-11-13 2010-05-20 国立大学法人名古屋大学 半導体発光装置
US20120261617A1 (en) 2009-09-21 2012-10-18 Unversity Of Georgia Research Foundation, Inc Near infrared doped phosphors having an alkaline gallate matrix

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