KR102606173B1 - 세라믹 파장 컨버터 어셈블리 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

세라믹 파장 컨버터 어셈블리 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

세라믹 파장 컨버터 어셈블리(ceramic wavelength converter assembly)는 층상 구조(layered structure)를 갖는다. 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 도핑되지 않은 호스트 물질(undoped host material), 또는 도핑된 호스트 물질(doped host material)을 포함하는 두 개의 제1 층; 배리어 물질(barrier material)을 포함하고, 두 개의 제1 층 사이에 배치된 두 개의 제2 층; 및 도핑되지 않은 호스트 물질, 또는 도핑된 호스트 물질을 포함하고, 두 개의 제2 층 사이에 배치된 제3 층을 포함한다. 두 개의 제1 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하거나, 두 개의 제1 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함한다.

Description

세라믹 파장 컨버터 어셈블리 및 이를 제조하는 방법
[0001] 본 발명은 세라믹 파장 컨버터 어셈블리(ceramic wavelength converter assembly) 및 세라믹 파장 컨버터 어셈블리를 포함하는 발광 디바이스(light emitting device)에 관한 것이다.
[0002] 인광체(phosphor)를 기반으로 한 LED(발광 다이오드(light emitting diode))는 비용, 효율성 및 CRI(연색 평가 지수(color rendering index))를 절충하기 위해 YAG:Ce(Gd) 인광체/세라믹과 같은 황색 산화물 컨버터와 청색광 방출 InGaN 칩을 결합하는 경우가 흔하다. 현재 백색광 LED의 경우 흔히 사용되는 세라믹 컨버터는 높은 내부 양자 효율(IQE) 및 높은 루멘(lumen)을 위한 YAG:Ce(Gd) 세라믹이다. 현재 사용되는 YAG:Ce(Gd) 세라믹 컨버터는 일반적으로 색상 조정을 위해 Gd(1 내지 20 at.%)로 도핑된다. 입방형 결정 구조 및 높은 확산 계수는 합리적인 온도에서 보다 쉽게 치밀화하고 높은 투명성을 달성하는 이점을 제공한다.
[0003] 그러나, 고전력 LED의 증가된 작동 전류와 함께 고온에서의 적용에 대한 요구가 계속 증가함에 따라, Gd로 도핑된 YAG:Ce 인광체는 고온(즉, > 110℃)에서 감소된 휘도(brightness)의 열 켄칭(thermal quenching) 문제를 나타냈다.
[0004] 패키지 설계에 대한 노력과는 별도로 세라믹 컨버터의 열 켄칭 성능을 개선하기 위한 다른 가능성 있는 방법, 예컨대, (1) 도펀트로서 Gd의 도핑 수준(doping level)을 줄이거나 심지어 완전히 제거하는 것; 및/또는 (2) Al2O3, AlN 등의 YAG:Ce 인광체와 같은 복합체 형태의 매트릭스로서 더 높은 열전도성 물질을 사용하는 것이 제안되었다. 이러한 복합 세라믹 컨버터 물질 중에서, Al2O3 매트릭스의 YAG:Ce 인광체가 가장 흥미로운데, 단순히 그 이유는 둘 모두 산화물이고 합리적인 처리/작동 범위에서 매우 우수한 물리적 및 열적 상용성을 갖기 때문이다. YAG:Ce(Gd)는 일반적으로 5―9 W m-1 K-1의 열전도도를 갖는 반면, Al2O3는 샘플 조건에 따라 실온에서 약 22―39 W m-1 K-1의 보다 높은 열전도도를 갖는다.
[0005] YAG:Ce(Gd) 인광체로부터 Gd를 완전히 제거하면 열 켄칭이 크게 향상될 것이지만, 그것은 또한 단상 형태로 요망하는 동일한 색상을 달성하기 위해 현 세라믹 컨버터 치수 특히 두께를, 예를 들어, 120 ㎛에서 약 30 ㎛ 이하로 크게 변경해야 하는데, 이는 너무 얇아 일반 생산 절차가 처리할 수 없다. 따라서, YAG:Ce 인광체/세라믹에서 Gd 도핑의 양을 줄이는 것이 성능이 저하된 절충된 방법으로 보인다.
[0006] 매트릭스로서 Al2O3의 YAG:Ce와 같은 인광체 물질을 사용하면, 열전도도를 향상시킬 수 있다. 반면에, 잔류 기공과 조합되는 이중 침해 효과(bi-infringe effect)를 일으키는 비-입방형 결정 구조(non-cubic crystal structure), 및 YAG와 Al2O3 등의 굴절률 차이로 인해 낮은 순방향 및 인라인 투과(in-line transmission)를 야기하고, 이들은 모두 과도한 광 산란을 일으켜 또한 인라인 투과를 크게 감소시키고, 이에 따라 광 출력에 영향을 미친다. 소결 온도를 높이거나, 소결 체류 시간을 연장하거나, 소량의 액상을 도입하면, Al2O3 매트릭스를 갖는 복합 물질의 반투명도를 향상시킬 수 있지만, 이는 잠재적인 화학적 비상용성(반응, 결함 등)으로 인해 IQE(내부 양자 효율)를 감소시킬 것이다. 또한, 스파크 플라즈마 소결(Spark plasma sintering)(SPS) 및 열간 등방압 가압(hot isostatic pressing)(HIP)이 복합 물질의 치밀화를 강화하기 위해 적용되었다. 그러나, 이들 방법은 고온에서의 노 라이닝 물질(furnace lining material) 및 환원 분위기 등으로 인해 좋지 않은 문제를 야기하여, IQE를 상용화에 허용되지 않는 값으로 크게 감소시킨다.
[0007] 미국 특허 제9,102,875호는 Ce-도펀트 농도 구배를 갖는 발광 세라믹 물질(emissive ceramic material) 및 이를 제조 및 사용하는 방법을 기술한다.
요약
[0008] 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 제거하는 것이다.
[0009] 본 발명의 다른 목적은 LED 적용에 사용될 수 있는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리를 제공하는 것이다.
[00010] 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 적어도 하나의 세라믹 파장 컨버터 어셈블리를 포함하는 발광 디바이스를 제공하는 것이다.
[00011] 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 세라믹 파장 컨버터 어셈블리를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
[00012] 본 발명의 한 목적에 따르면, 도핑되지 않은 호스트 물질(undoped host material), 또는 도핑된 호스트 물질(doped host material)을 포함하는 두 개의 제1 층, 배리어 물질(barrier material)을 포함하고, 두 개의 제1 층 사이에 배치되는 두 개의 제2 층, 및 도핑된 호스트 물질, 또는 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 두 개의 제2 층 사이에 배치되는 제3 층을 포함하는, 층상 구조(layered structure)를 갖는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리가 제공되며, 여기서 두 개의 제1 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하거나, 두 개의 제1 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함한다.
[00013] 본 발명의 다른 목적에 따르면, 제1 피크 파장을 갖는 1차 광을 방출하는 발광 구조 및 발광 다이오드로부터 1차 광을 수용하기 위해 배치된 세라믹 파장 컨버터 어셈블리를 포함하는 발광 디바이스가 제공되며, 세라믹 파장 컨버터는 도핑되지 않은 호스트 물질, 또는 도핑된 호스트 물질을 포함하는 두 개의 제1 층, 배리어 물질을 포함하고, 두 개의 제1 층 사이에 배치되는 두 개의 제2 층, 및 도핑된 호스트 물질, 또는 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 두 개의 제2 층 사이에 배치되는 하나의 제3 층을 포함하고, 여기서 두 개의 제1 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하거나, 두 개의 제1 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함한다.
[0014] 본 발명의 또 다른 목적에 따르면, 도핑된 호스트 물질, 또는 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하는 제3 층을 제공하는 단계; 상기 제3 층의 상부면에 배리어 물질을 포함하는 제2 층을 적용하고, 상기 제3 층의 하부면에 배리어 물질을 포함하는 제2 층을 적용하는 단계; 도핑되지 않은 호스트 물질, 또는 도핑된 호스트 물질을 포함하는 제1 층을 제3 층과 접촉하는 면에 대향하는 제2 층의 각각의 면 상에 적용하는 단계를 포함하는, 층상 구조를 갖는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리를 제조하는 방법이 제공된다. 두 개의 제1 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하거나, 두 개의 제1 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함한다.
[0015] 도 1은 세라믹 파장 컨버터 어셈블리의 SEM 이미지이다.
[0016] 도 2A-2D를 포함하는 도 2는 네 개의 세라믹 파장 컨버터 어셈블리의 SEM 이미지를 나타낸다.
[0017] 도 3은 상이한 구성, 즉 상이한 층 두께, 상이한 소결 온도 및 소결 시간의 세라믹 파장 컨버터 어셈블리의 예를 나타내는 표이다.
[0018] 도 4는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리의 다른 예에 대해 실온에서 얻은 광학 데이터를 나타내는 표이다.
[0019] 도 5는 도핑되지 않은 YAG 층, Al2O3 제2 층이 있거나 없는 Ce로 도핑된 YAG 층을 포함하는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리의 변환선 이동을 나타낸다.
[0020] 도 6은 도핑되지 않은 YAG 층, Al2O3 제2 층이 있거나 없는 Ce로 도핑된 YAG 층을 포함하는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리의 발광 스펙트럼을 나타낸다.
[0021] 도 7은 실시예 1(소결 온도 1630℃), 실시예 5(소결 온도 1650℃), 실시예 9(소결 온도 1700℃) 및 실시예 13(소결 온도 1750℃)의 발광 스펙트럼을 나타낸다.
[0022] 도 8은 실시예 1, 5, 9 및 13의 발광 스펙트럼 및 소결 온도의 증가에 따른 청록색 이동을 나타낸다.
[0023] 본 발명의 보다 나은 이해를 위해, 본 발명의 다른 및 추가 목적, 이점 및 능력과 함께, 전술한 도면과 함께 취해진 다음의 개시 및 첨부된 청구 범위를 참조한다.
[0024] 인광체, LED 또는 변환 물질의 색상에 대한 언급은 달리 명시되지 않는 한 일반적으로 발광 색상을 의미한다. 따라서, 청색 LED는 청색광을, 황색 인광체는 황색광을 방출하는 식이다.
[0025] 본 발명은 도핑되지 않은 호스트 물질, 또는 도핑된 호스트 물질을 포함하는 두 개의 제1 층, 배리어 물질을 포함하고, 두 개의 제1 층 사이에 배치되는 두 개의 제2 층, 및 도핑된 호스트 물질, 또는 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 두 개의 제2 층 사이에 배치되는 제3 층을 포함하는 층상 구조를 갖는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리에 관한 것이며, 여기서 두 개의 제1 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하거나, 두 개의 제1 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함한다.
[0026] 일 구체예에서, 두 개의 제1 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함한다.
[0027] 대안적인 구체예에서, 두 개의 제1 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑된 호스트 물질을 포함한다.
[0028] 본원에서 사용되는 파장 컨버터는 특정 제1 파장의 광의 적어도 일부를 특정 제2 파장의 광으로 변환시키는 솔리드(solid) 구조이다. 어셈블리는 서로 다른 물질의 복합체이다. 일반적으로, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 특정 제1 파장의 광의 적어도 일부를 특정 제2 파장의 광으로 변환시키기 위해 적어도 하나의 세라믹 물질을 포함하는 상이한 물질들의 복합체이다.
[0029] 본 발명의 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 층상 구조를 가지며, 이는 샌드위치 구조로도 이해될 수 있다.
[0030] 본 발명에 따르면, 호스트 물질은 무기 결정질 또는 다결정질 물질이다. 전형적인 호스트 물질은 아연, 카드뮴, 망간, 알루미늄, 실리콘 또는 다양한 희토류 금속의 산화물, 질화물 및 산질화물(oxynitride), 황화물, 셀렌화물, 할로겐화물 또는 실리케이트이다. 도핑된 호스트 물질은 결정질 또는 다결정질 물질에 원소, 즉 도펀트를 포함하는 무기 결정질 또는 다결정질 물질이다. 도핑되지 않은 호스트 물질은 임의의 도펀트를 포함하지 않는, 즉 호스트 물질에 0.01 at% 미만, 바람직하게는 0.001 at% 미만의 도펀트, 더욱 바람직하게는 호스트 물질에 0 at%의 도펀트를 포함하는 호스트 물질이다.
[0031] 본 발명에 따르면, 도핑된 호스트 물질은 인광체이다. 인광체는 특정 제1 파장의 광을 특정 제2 파장의 광으로 변환시키는 물질이다.
[0032] 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 도핑되지 않은 호스트 물질, 예를 들어 도핑되지 않은 YAG(이트륨-알루미늄-가넷) 또는 도핑된 호스트 물질(예를 들어, 도핑된 YAG)를 포함하는 두 개의 제1 층을 포함한다. 일 구체예에서, 제1 층은 서브층(sub-layer)을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 제1 층은 소위 서브층이라고 하는 두 개, 세 개, 네 개 또는 그 초과의 층을 포함할 수 있다.
[0033] 일 구체예에서, 층상 구조를 갖는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 제1 층 및 제3 층에 도핑되지 않은 YAG와 도핑된 YAG의 조합을 포함한다. 추가 구체예에서, 층상 구조를 갖는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 제1 층 및 제3 층에 원자 백분율로 상이한 도핑 수준을 갖는 도핑된 YAG의 조합을 포함한다.
[0034] 본 발명에 따른 제1 파장은 300 nm 내지 570 nm의 파장이다. 일 구체예에서, 제1 파장은 350 nm 내지 500 nm이다. 추가 구체예에서, 제1 파장은 420 nm 내지 480 nm이다.
[0035] 제1 파장의 광을 생성할 수 있는 구조는 예를 들어, InGaN 또는 GaN 칩, 또는 솔리드 스테이트 레이저 다이오드(solid state laser diode)이다.
[0036] 본 발명에 따른 제2 파장은 350 nm 내지 800 nm의 파장이다. 일 구체예에서, 제2 파장은 380 nm 내지 750 nm이다. 추가 구체예에서, 제2 파장은 400 nm 내지 700 nm이다. 다른 구체예에서, 제2 파장의 광은 백색광이다.
[0037] 일 구체예에서, 인광체는 무기 화합물이다. 예시적인 인광체는 가넷, 옥시니트라이도실리케이트, 페로브스카이트, 양자점, 실리케이트 또는 이들의 조합이며, 각각은 적어도 하나의 적절한 원소로 도핑된다. 바람직한 인광체는 도핑된 가넷이고, 여기서 도펀트는 Ce이다.
[0038] 인광체는 상이한 활성제, 즉 도펀트로 도핑될 수 있다. 인광체와 관련하여 도핑은 호스트 물질의 결정 구조에 불순물(도펀트)이 도입되는 것을 의미한다. 도펀트는 Ce3+, Gd3+, Eu2+와 같은 금속 이온일 수 있으며, Ce3+는 적용에 따라 선호된다. 결정 구조에서 도펀트의 양은 광범위하게 변할 수 있다. 도펀트의 전형적인 양은 0.01 at% 내지 최대 20 at%이다. 도펀트의 양은 색점, 열 켄칭, 및 색온도 등과 같은 최종 제품의 광학적 성질에 따라 달라진다.
[0039] 예시적인 도핑된 인광체는 YAG:Ce, YAG:Ce(Gd), LuAG:Ce, LuAG:Ce(Gd), SrSi2O2N2:Eu, SiAlON:Eu 등이다.
[0040] 일 구체예에서 YAG:Ce는 적어도 4%의 Gd로 도핑될 수 있다. 대안적인 구체예에서, YAG:Ce는 적어도 6%의 Gd로 도핑될 수 있다.
[0041] 일 구체예에서, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리 내의 도펀트의 양은 적어도 0.8 at%이다.
[0042] 추가 구체예에서, 도핑된 호스트 물질을 갖는 층(들)과 도핑되지 않은 호스트 물질을 갖는 층(들)의 도펀트 양 사이의 차이는 적어도 0.7 at%이다.
[0043] 제3 층은 또한 어셈블리의 중앙 또는 중간층으로 이해될 수 있다. 제3 층은 하나 초과의 층을 포함할 수 있다. 일 구체예에서, 제3 층은 소위 서브층이라고 하는 두 개, 세 개, 네 개 또는 그 초과의 층을 포함할 수 있다. 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질, 또는 도핑된 호스트 물질을 포함할 수 있다.
[0044] 일 구체예에서, 제1 층 및 제3 층 중 하나는 도핑되고, 나머지(들)은 도핑되지 않는다. 즉, 제1 층은 도핑된 호스트 물질을 포함할 수 있고 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함한다. 이 구체예의 일 양태에서, 도핑된 및 도핑되지 않은 호스트 물질은 동일한 화합물 부류로부터 유도된다. 예를 들어, 제1 및 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질의 경우 YAG 및 도핑된 호스트 물질의 경우 YAG:Ce와 같은, 가넷을 포함한다.
[0045] 대안적인 구체예에서, 제1 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함할 수 있고, 제3 층은 도핑된 호스트 물질을 포함한다. 이 구체예의 일 양태에서, 도핑된 및 도핑되지 않은 호스트 물질은 동일한 화합물 부류로부터 유도된다. 예를 들어, 제1 및 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질의 경우 YAG 및 도핑된 호스트 물질의 경우 YAG:Ce(Gd)와 같은, 가넷 화합물을 포함한다.
[0046] 대안적인 구체예에서, 제1 및 제3 층은 모두 도핑된 호스트 물질을 포함할 수 있지만 상이한 도핑 수준을 갖는다. 이 구체예의 일 양태에서, 두 도핑된 호스트 물질은 동일한 화합물 부류로부터 유래된다. 예를 들어, 제1 및 제3 층은 가넷 화합물을 포함한다.
[0047] 도핑되지 않은 호스트 물질 및 도핑된 호스트 물질 쌍의 추가 예는 동일한 화합물 부류이고, 예를 들어, 두 개의 제1 층은 YAG와 같이 완전히 도핑되지 않고, 제3 층은 YAG:Ce와 같이 Ce로 도핑된다.
[0048] 일 구체예에서, 제1 및/또는 제3 층은 완전히 호스트 물질로 제조된다. 이 구체예에서, 호스트 물질은 결정 형태 또는 소결된 세라믹 물질 형태이다. 소결된 세라믹 물질은 소결 보조제를 추가로 포함할 수 있다.
[0049] 일 구체예에서, 호스트 물질은 상이한 호스트 물질들의 혼합물이다.
[0050] 추가 구체예에서, 호스트 물질은 매트릭스 물질에 임베딩된 입자, 소판 또는 장형 결정이다. 매트릭스 물질은 산화물일 수 있다. 매트릭스 물질의 예시적인 구체예는 Al2O3이다.
[0051] 일 구체예에서, 각각의 제1 층은 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다. 바람직한 구체예에서, 각각의 제1 층은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 갖는다. 더욱 바람직한 구체예에서, 각각의 제1 층은 3 ㎛ 내지 40 ㎛의 두께를 갖는다. 구체예의 일 양태에서, 각각의 제1 층은 동일한 두께를 갖는다. 구체예의 대안적인 양태에서, 각각의 제1 층은 상이한 두께를 갖는다.
[0052] 일 구체예에서, 제3 층은 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다. 바람직한 구체예에서, 제3 층은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 갖는다. 더욱 바람직한 구체예에서, 제3 층은 3 ㎛ 내지 30 ㎛의 두께를 갖는다. 구체예의 일 양태에서, 제3 층은 하나 초과의 층을 포함하고, 여기서 각각의 층은 동일한 두께를 갖는다. 구체예의 일 양태에서, 제3 층은 하나 초과의 층을 포함하고, 여기서 각 층은 상이한 두께를 갖는다.
[0053] 층상 구조를 갖는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 또한 배리어 물질을 포함하고, 두 개의 제1 층 사이에 배치되는 두 개의 제2 층을 포함한다. 일 구체예에서, 제2 층은 서로 제1 층을 완전히 분리한다. 추가 구체예에서, 제2 층은 제3 층으로부터 제1 층을 완전히 분리한다.
[0054] 본 발명의 맥락에서, 바람직하게는 도펀트로 결정을 형성할 수 없는 배리어 물질은 도펀트가 도핑된 호스트 물질을 포함하는 층(들)으로부터 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하는 층(들)에 적어도 부분적으로 또는 완전히 제공되는 것을 방지하는 물질이다.
[0055] 제2 층은 배리어 층으로 작용한다. 배리어 층은 유리하게는 제1 층에서 제3 층으로 또는 제3 층에서 제1 층으로 도펀트가 제공되는 것을 완전히 또는 적어도 부분적으로 방지한다. 일 구체예에서, 배리어 층은 배리어 물질을 포함한다. 대안적인 구체예에서, 배리어 층은 배리어 물질로 이루어진다.
[0056] 일 구체예에서, 제2 층은 투명하거나 매우 반투명한 물질을 포함하거나 이로 구성된다. 즉, 입사 광이 임의의 광 누락없이 또는 거의없이 통과할 수 있다. 일 구체예에서, 제2 층은 무기 물질을 포함하거나 이로 구성된다. 일 구체예에서, 제2 층은 금속 산화물을 포함하거나 이로 구성된다.
[0057] 제2 층의 예시적인 물질은 Al2O3, SiO2 또는 MgAl2O4 등이다.
[0058] 일 구체예에서, 제2 층은 Al2O3를 포함한다. 일 구체예에서, 제2 층은 Al2O3로 구성된다.
[0059] 일 구체예에서, 각각의 제2 층은 동일한 물질을 포함하거나 이로 구성된다. 대안적인 구체예에서, 각각의 제2 층은 상이한 물질을 포함하거나 이로 구성된다.
[0060] 일 구체예에서, 제2 층은 서브층을 포함할 수 있고, 예를 들어, 제2 층은 소위 서브층이라고 하는 두 개, 세 개, 네 개 또는 그 초과의 층을 포함할 수 있다.
[0061] 일 구체예에서, 각각의 제2 층은 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다. 바람직한 구체예에서, 각각의 제2 층은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 갖는다. 더욱 바람직한 구체예에서, 각각의 제2 층은 3 ㎛ 내지 20 ㎛의 두께를 갖는다. 두께는 바람직하게는 도핑된 호스트 물질을 갖는 층(들)으로부터 도핑되지 않은 호스트 물질을 갖는 층(들)으로의 도펀트 확산을 방지하기 위해 이러한 방식으로 선택된다.
[0062] 일 구체예에서, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 더 많은 층을 포함한다. 이 구체예의 일 양태에서, 각각의 제1 층은 두 개의 층, 세 개의 층, 네 개의 층 또는 훨씬 더 많은 층을 포함할 수 있다. 이 구체예의 일 양태에서, 제1 층은 도핑되지 않은 호스트 물질 층이다. 대안적인 양태에서, 제1 층은 도핑된 호스트 물질 층이다. 이 구체예의 추가 양태에서, 제1 층은 각각 특정 제1 파장의 광을 제2 파장으로 변환시킬 수 있는 상이한 도핑된 호스트 물질을 포함한다. 다른 변환 물질을 사용하여, 방출된 광의 색상을 조정할 수 있다.
[0063] 추가 구체예에서, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리의 제3 층은 두 개의 층, 세 개의 층, 네 개의 층 또는 훨씬 더 많은 층을 포함한다. 이 구체예의 일 양태에서, 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질 층이다. 대안적인 양태에서, 제3 층은 도핑된 호스트 물질 층이다. 이 구체예의 추가 양태에서, 제3 층은 각각 특정 제1 파장의 광을 제2 파장으로 변환시킬 수 있는 상이한 도핑된 호스트 물질을 포함한다. 다른 변환 물질을 사용하여, 방출된 광의 색상을 조정할 수 있다. 이 구체예의 일 양태에서, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 도핑되지 않은 제1 층 및 도핑된 제3 층을 포함한다. 이 구체예의 대안적인 양태에서, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 도핑된 제1 층 및 도핑되지 않은 제3 층을 포함한다.
[0064] 본 발명의 또 다른 목적은 제1 피크 파장을 갖는 1차 광을 방출하는 발광 구조(발광 수단) 및 발광 구조로부터 1차 광을 수용하기 위해 배치된 세라믹 파장 컨버터 어셈블리를 포함하는 발광 디바이스이고, 세라믹 파장 컨버터는 도핑되지 않은 호스트 물질, 또는 도핑된 호스트 물질을 포함하는 두 개의 제1 층, 배리어 물질을 포함하고, 두 개의 제1 층 사이에 배치되는 두 개의 제2 층, 및 도핑된 호스트 물질, 또는 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 두 개의 제2 층 사이에 배치되는 제3 층을 포함하고, 여기서 두 개의 제1 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하거나, 두 개의 제1 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함한다.
[0065] 발광 구조, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리, 제1 층, 제2 층 및 제3 층, 배리어 물질뿐만 아니라 인광체 물질은 전술한 바와 같이 각각의 수단 및 물질에 상응할 수 있다.
[0066] 일 구체예에서, 발광 디바이스의 배리어 물질은 Al2O3, SiO2, MgAl2O4 등으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직한 구체예에서, 발광 디바이스의 배리어 물질은 Al2O3이다.
[0067] 일 구체예에서, 발광 디바이스의 인광체는 가넷, LuAG:Ce(Gd) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직한 구체예에서, 발광 디바이스의 인광체는 YAG:Ce이다.
[0068] 발광 디바이스의 추가 구체예에서, 제1 층은 도핑되지 않은 YAG이다. 발광 디바이스의 추가 구체예에서, 도핑된 호스트 물질은 YAG:Ce이다.
[0069] 발광 디바이스의 일 구체예에서, 제1 층은 YAG로 이루어진다. 발광 디바이스의 추가 구체예에서, 제1 층은 YAG:Ce로 이루어진다.
[0070] 발광 디바이스의 일 구체예에서, 제3 층은 YAG로 이루어진다. 발광 디바이스의 추가 구체예에서, 제3 층은 YAG:Ce로 이루어진다.
[0071] 발광 디바이스의 일 구체예에서, 제1 층은 도핑되지 않은 호스트 물질(예를 들어, YAG)로 이루어지고, 제3 층은 도핑된 호스트 물질(예를 들어, YAG:Ce)로 이루어진다. 발광 디바이스의 대안적인 구체예에서, 제1 층은 도핑된 호스트 물질(예를 들어, YAG:Ce)로 이루어지고, 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질(예를 들어, YAG)로 이루어진다. 이들 구체예의 일 양태에서, 배리어 층으로서 작용하는 제2 층은 금속 산화물(예를 들어, Al2O3)로 이루어진다.
[0072] 일부 구체예에서, 발광 디바이스는 SiO2, Al2O3, 또는 이들의 조합의 적어도 하나의 층으로 코팅된다.
[0073] 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 당업자에게 알려진 임의의 발광 디바이스에 유용할 수 있다. 세라믹 파장 컨버터 어셈블리를 포함하는 발광 디바이스 또는 본 발명의 발광 디바이스는 다양한 적용에 유용하다. 발광 디바이스의 예시적인 적용 분야는 자동차 산업, 가전 제품, 일반 조명이다.
[0074] 본 발명의 또 다른 목적은, 도핑된 호스트 물질, 또는 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하는 제3 층을 제공하는 단계; 상기 제3 층의 상부면에 배리어 물질을 포함하는 제2 층을 적용하고, 상기 제3 층의 하부면에 배리어 물질을 포함하는 제2 층을 적용하는 단계; 도핑되지 않은 호스트 물질, 또는 도핑된 호스트 물질을 포함하는 제1 층을 제3 층과 접촉하는 면에 대향하는 제2 층의 각각의 면 상에 적용하는 단계를 포함하는, 층상 구조를 갖는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리를 제조하는 방법이다. 두 개의 제1 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하거나, 두 개의 제1 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함한다.
[0075] 대안적인 구체예에서, 본 발명은 상부 및 하부 제1 층, 상부 및 하부 제2 층 및 제3 층을 포함하는 층상 구조를 갖는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리를 제조하는 방법을 제공한다. 방법은 하부 제1 층의 상부면 상에 하부 제2 층을 형성하는 단계; 하부 제2 층 상부면 상에 제3 층을 형성하는 단계; 제3 층의 상부면 상에 상부 제2 층을 형성하는 단계; 및 상부 제2 층의 상부면 상에 상부 제1 층을 형성하는 단계를 포함한다. 상부 및 하부 제2 층은 배리어 층을 포함한다. 상부 및 하부 제1 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하거나, 상부 및 하부 제1 층은 도핑된 호스트 물질을 포함하고, 제3 층은 도핑되지 않은 호스트 물질을 포함한다.
[0076] 세라믹 파장 컨버터, 제1 층, 제2 층 및 제3 층, 배리어 물질뿐만 아니라 호스트 물질은 전술한 바와 같이 각각의 수단 및 물질에 상응할 수 있다.
[0077] 층의 적용은 테이프-캐스팅(tape-casting), 블랭킹(blanking), 라미네이션(lamination), 펀치(punch) 등의 공정과 같은 절차로 이루어진 통상적인 테이프 캐스팅 공정에 의해 수행될 수 있다.
[0078] 도 1은 본 발명의 세라믹 컨버터 어셈블리(100)의 SEM 이미지를 나타낸다. 세라믹 컨버터 어셈블리(100)는 60 ㎛ 내지 300 ㎛, 바람직한 구체예에서 90 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께를 갖는다. 바람직한 구체예에서, 세라믹 컨버터 어셈블리(100)는 플래튼(platen)과 같은 형상을 갖지만, 이로 제한되지 않는다. 도 1의 세라믹 컨버터 어셈블리(100)는 샌드위치 구조로도 특징화될 수 있는 층상 구조를 나타낸다.
[0079] 세라믹 컨버터 어셈블리(100)는 도핑되지 않은 YAG의 두 개의 제1 층(101)을 포함한다. 도 1에 도시된 제1 층(101)의 두께는 약 35 ㎛이다. 세라믹 컨버터 어셈블리(100)의 중앙에는 Ce-도핑된 YAG 제3 층(103)이 있다. 제3 층(103)의 두께는 약 14 ㎛이다. 제3 층(103)은 또한 0.1 at% 내지 20 at%의 Gd로 도핑될 수 있다. 세라믹 컨버터 어셈블리(100)는 배리어 층으로서 작용하는 두 개의 제2 층(102)을 추가로 포함한다. 제2 층(102)은 각각 약 12 ㎛의 두께를 갖고, 바람직한 구체예에서, 이들은 5 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 갖는다. 제2 층(102)의 얇은 두께로 인해, 바람직하지 않거나 과도한 산란이 방지될 수 있다.
[0080] 제2 층(102)의 두께는 도핑된 층(들)으로부터 도핑되지 않은 층(들)으로의 도펀트의 확산을 제거하기 위해 선택된다. 따라서, 요망하는 수준의 높은 순방향 전송이 또한 얻을 수 있다. 제2 층(102)은 Al2O3로 이루어질 수 있다. 바람직한 구체예에서, 제2 층(102)은 제1 층(101)으로부터 제3 층(103)을 완전히 분리한다. 추가 구체예에서, 제3 층(103)은 도핑되지 않은 YAG 층이고, 제1 층(101)은 도핑된 YAG(Ce3+ 또는 Gd3+ 또는 이들의 조합) 층이다.
[0081] 도 1에 제시된 구성은 Gd 도핑을 감소시키거나 심지어는 Gd 도핑을 완전히 제거하여 고온에서 우수한 열 켄칭(예를 들어, 15% Gd로 도핑된 YAG:Ce보다 110℃에서의 휘도가 약 4% 더 높음)을 갖는 물질을 제공한다. 얇은 Al2O3 층은 소결 온도에서 중앙 YAG:Ce 층에서 도핑되지 않은 YAG 층으로 Ce 확산을 방지하는 배리어 층 역할을 하여 색상 조종을 단순화하는 동시에 열전도도를 개선하고 도핑되지 않은 YAG 층이 최소한의 산란으로 높은 투명도를 달성하게 한다. 상이한 층의 상이한 두께의 조합에 의해, 샌드위치 구조 세라믹 물질의 산란 거동은 실온 및 고온 둘 모두에서 최고 휘도를 생성하는 바람직한 수준에 맞춰질 수 있다. 따라서, 본 발명은 실온(25℃) 및 고온(예를 들어, 최대 150℃) 둘 모두에서 휘도를 개선하고, 심지어 높은 플럭스/전력 세기가 적용되는 높은 전력 세기의 적용에 대해 해결안을 제공한다.
[0082] 두 개의 제1 층(101)으로부터 제3 층(103)의 분리는 도핑된 호스트 물질을 갖는 층으로부터 도핑되지 않은 호스트 물질을 갖는 층으로의 도핑의 완전한 제거를 허용한다. 도핑된 호스트 물질로서 YAG:Ce(Gd)를 갖는 예시적인 구체예에서, 도핑된 호스트 물질을 갖는 층은 두께가 감소될 수 있다. 이들 구체예에서, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리의 총 두께는 제2 층 및 도핑되지 않은 호스트 물질을 갖는 층(들)의 조합의 조정에 의해 구성될 수 있다. 이러한 예시적인 구체예는 통상적인 테이프 캐스트 공정으로 이루어질 수 있다.
[0083] 제1 층(101) 또는 제3 층(103)에서 Gd3+ 도핑의 완전한 제거는 또한 고온, 심지어 150℃에서도 물질의 최고 열 켄칭 성능을 제공할 것이다. 제2 층(102)의 적용은 도핑된 호스트 물질을 갖는 층(들)으로부터 도핑되지 않은 호스트 물질을 갖는 층(들)으로의 도펀트 확산을 방지하기 위한 배리어 층으로서 기능할뿐만 아니라, 제2 층(102)의 도입은 또한 세라믹 컨버터 어셈블리의 열전도도를 개선할 수 있고, 따라서 열 성능을 개선할 수 있다. 제2 층(102) 및 도핑되지 않은 호스트 물질을 갖는 층(들) 둘 모두의 적용은 샌드위치 세라믹 컨버터 어셈블리의 총 두께의 두께를 조정하는 수단을 제공할 뿐만 아니라 전방 산란 조작으로 최고 휘도를 위해 샌드위치 부분의 산란을 조정하는 수단을 제공한다. 샌드위치와 같은 구조의 세라믹 컨버터는 현재의 대규모 생산 방법에 필적하는 비용 효율적인 방법을 현재 제공한다.
[0084] 도 2A-2D는 각각 본 발명의 세라믹 파장 컨버터 어셈블리(200)의 네 개의 실시예 A, B, C 및 D의 SEM 이미지를 나타낸다. "A"는 실시예 1, 5, 9 및 13의 샘플을 나타내고, "B"는 실시예 2, 6 및 10의 샘플을 나타내고, "C"는 실시예 3, 7, 및 11의 샘플을 나타내고, "D"는 4, 8 및 12의 샘플을 나타낸다. 201은 각각의 이미지에서 제1 층을 나타낸다. 202는 각각의 이미지에서 제2 층을 나타낸다. 203은 각각의 이미지에서 제3 층을 나타낸다.
[0085] 실시예 A, B, C 및 D에 대한 층의 두께, 구성, 소결 온도, 소결 시간 및 소결 분위기가 도 3 및 도 4에 제시된다. 층 두께는 ± 3 ㎛ 변동 내에서 측정되었다.
[0086] 도 4는 실시예 1 내지 12에 대한 데이터를 나타내며, 도 2 및 도 3의 네 개의 상이한 구성의 층상 구조를 갖는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 예를 들어 상이한 온도, 예를 들어, 1630℃, 1650℃ 및 1700℃, 1750℃에서 소결되었다. 선택된 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 TiO2 캐스트(칩 파장 약 449 nm)와 함께 OBF(Oslon Black Flat) 패키지로 어셈블링되었다. 실시예 1 내지 12의 색도 데이터(Cx, Cy), 광학 성능-휘도(루멘)는 사내 설계 구체(in-house designed sphere)를 사용하여 획득하였다.
[0087] 도 5는 타겟 기준 변환선(점선)에 피팅된 2% Ce로 도핑된 YAG의 제3 층을 갖는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리의 변환(Cx, Cy) 색점(삼각형 표시)을 나타낸다.
[0088] 점선이 있는 원 표시(o)는 타겟 기준 인광체를 나타낸다. 삼각형 표시(Δ)는 24 ㎛의 Al2O3의 두 개의 제2 층을 포함하는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리의 변환선(Cx, Cy)을 나타내며, 타겟 기준 인광체의 변환선 위 또는 근처의 광의 변환을 나타낸다. 이것은 도핑된 층에서 도핑되지 않은 YAG 층으로의 Ce 도펀트의 확산이 없음(또는 확산이 너무 낮아 검출할 수 없음)을 나타낸다. 정사각형 표시(□)는 Al2O3의 배리어 층이 없는 세라믹 파장 컨버터의 변환선(Cx, Cy)을 나타내며, 도핑되지 않은 YAG로의 Ce 확산으로 인해 변환이 녹색으로 이동되었음을 나타낸다. 층상 샌드위치 구조를 갖는 세라믹 컨버터를 1630℃, 1650℃ 및 1680℃에서 1 시간 동안 소결시켰다. 데이터는 사내 테스터로 획득하였다.
[0089] 도 6은 배리어 층으로 작용하는 Al2O3의 제2 층이 있거나 없는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리의 변환 스펙트럼을 나타낸다. 점선은 Al2O3의 제2 층이 있는 변환 파장 컨버터 어셈블리의 스펙트럼을 나타내고, 가는 실선은 타겟 스펙트럼(굵은 실선)에 대한 Al2O3의 제2 층이 없는 변환 파장 컨버터 어셈블리의 스펙트럼을 나타낸다. 도 6의 데이터는 Al2O3 층이 존재하지 않을 때 도핑된 층에서 도핑되지 않은 층으로의 Ce3+ 확산으로 인한 변환선 이동을 추가로 입증한다.
[0090] 도 7 및 8은 실시예 1, 5, 9 및 13의 발광 스펙트럼을 나타낸다. 온도에 따라, 방출된 파장 및 발광 세기가 약간 영향을 받는다.
실시예
[0091] 출발 분말:
[0092] YAG:Ce 인광체(중앙층, 즉, 제3 층용)
[0093] 중앙층용 YAG:Ce(Gd) 인광체는 하기 두 가지 방법으로 얻을 수 있다:
[0094] 소결 전 사전 합성
[0095] 상: 입방형 결정 상 >95%(또는 임의의 Gd가 풍부한 상이 존재하는 경우 5 부피% 미만)
[0096] Ce 도핑 수준: 0.05% - 6%, 바람직한 수준 0.1% - 4%
[0097] 입자 크기: d50 0.01 ㎛ - 50 ㎛ 및 d90 ≤ 30 ㎛, 바람직하게는 d50 약 01 ㎛ - 20 ㎛ 및 d90 ≤ 25 ㎛
[0098] 소결성: 고 활성 및 소결 가능
[0099] 혼합 산화물 접근법에 의한 소결 중에 인-시튜(in-situ) 합성
[00100] Y2O3, Al2O3, CeO2 및 Gd2O3(존재하는 경우)와 같은 산화물을, 요망에 따라 YAG:Ce(존재하는 경우 Gd) 포뮬레이션에 따라 중량 비율로 칭량하였다; 예를 들어, (YxGdyCe(1-x-y))3Al5O12(여기서, x+y<1; 0.7≤x<1; 0≤y<0.3)
[00101] Al2O3 분말(배리어 층, 즉 제2 층용)
[00102] 상: 제2 상이 없는 Al2O3, > 99.5 wt% 순수.
[00103] 입자 크기: d50 0.01 ㎛ - 5 ㎛, 및 d90 ≤ 10 ㎛, 바람직하게는 d50 약 0.01 ㎛ - 1 ㎛ 및 d90 ≤ 3 ㎛
[00104] 소결성: 고 활성 및 소결 가능
[00105] Y2O3 분말(도핑되지 않은 층용)
[00106] 상: 검출 가능한 제2 상이 없는 Y2O3, > 99.5 wt% 순수.
[00107] 입자 크기: d50 0.01 ㎛ - 5 ㎛ 및 d90 ≤ 10 ㎛, 바람직하게는 d50 약 0.01 ㎛ - 1 ㎛ 및 d90 ≤ 3 ㎛
[00108] 소결성: 고 활성 및 소결 가능
[00109] 일 구체예에서, 샌드위치 유사 구조 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 전술한 바와 같이 세 개의 주요 구성 요소를 갖는 다섯 개의 층으로 이루어진다. 소결 후 최종 물질에서, 층 두께는 다음과 같이 제어되었다:
[00110] Gd가 있거나 없는 YAG:Ce 인광체 중앙 또는 중간층, 두께는 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는 3 ㎛ 내지 50 ㎛, 더욱 바람직하게는 5 ㎛ 내지 40 ㎛ 범위이다.
[00111] 중앙 YAG:Ce 인광체 층의 양면을 덮는 얇은 Al2O3 배리어 층. Al2O3 배리어 층의 두께는 0.1 ㎛ 내지 50 ㎛, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 40 ㎛, 더욱 바람직하게는 4 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위이다.
[00112] 도핑되지 않은 YAG 층, 가장 바깥 쪽 두 층-도핑되지 않은 투명한 YAG 층. 두께는 0.5 ㎛ 내지 200 ㎛, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 내지 50 ㎛ 범위이다.
[00113] 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 성형 및/또는 소결 공정으로서 다양한 통상적인 공정, 예컨대 다이 프레싱, 냉간 등방압 가압(CIP), 테이프 캐스트, 열간 가압(hot pressing)(HP), 열간 등방압 가압(HIP) 등에 의해 제조될 수 있다.
[00114] 그러나, 바람직한 성형 공정은 통상적인 테이프 캐스팅에 의한 것이다. 즉, 설계된 대로의 상이한 조성 및 두께의 상이한 층들의 라미네이팅, 이후 펀칭, 예비소성 및 소결에 의한 것이다. 소결된 세라믹 파장 컨버터 어셈블리에 대한 요망하는 형상은 전형적으로 두께가 30 내지 2000 마이크론인 약 1 mm x 1 mm 정사각형일 수 있다. 크기는 보다 소형의 발광 디바이스의 경우 0.5 mm 정사각형 정도로 작을 수 있다.
[0115] 치밀화는 SPS, 무압 소결(pressureless sintering)(PLS) 또는 다른 소결 방법, 예컨대 HIP 또는 GPS 등에 의해 달성될 수 있다. 선택된 바람직한 소결 기술은 무압 소결이다. 무압 소결(PLS)의 주요 특징은 대규모 생산을 쉽게 구현할 수 있다는 단순성이다.
[0116] 일 구체예에서, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는 알루미나 세터/플레이트(alumina setter/plate) 상에 배치되고, 이후 공기 분위기에 배치되고 다음의 전형적인 시간-온도 사이클을 사용하여 가열된다:
4 시간 내에 25℃ 내지 400℃
4 시간 내에 400℃ 내지 1150℃
0.5 내지 2 시간의 기간 동안 1150℃에서 유지
3 시간 내에 25℃로 냉각
[0117] 이 열 공정은 분말을 함께 유지하는 데 사용되는 유기 결합제 뿐만 아니라 제품 요구 사항에 따라 첨가되는 경우 기공 형성 첨가제 물질을 포함하여 모든 유기 및 탄소질 종을 제거한다. 1150℃에서의 유지 온도는 또한 분말 입자가 서로 달라 붙어 다운스트림 공정을 위해 취급하기에 충분한 강도를 부품에 제공할 수 있을 만큼 충분히 높다. 기공 형성 첨가제는 연소되어 그 크기 및 형상을 복제하는 공극을 남긴다. 사전 소성된 세라믹 플레이트는 몰리브덴 플레이트로 옮겨지고, H2, H2/N2, CO 또는 이들의 혼합물과 같은 환원 분위기에서 건조 또는 제어된 습식 상태에서 소결되고, 최고 온도에서 1분 내지 2시간의 기간 동안 1500-1825℃에서 소결된다. 수소 소결 중, 세라믹 분말이 소결되고 매트릭스 다공성이 제거됨에 따라 플레이트가 수축된다. 초기 분말 입자 크기 및 혼합/밀링 조건이 적절하게 수행되고 배치에 기공 형성 첨가제가 첨가되지 않은 경우, 샌드위치 구조 세라믹 컨버터 물질의 다공성은 상승된 소결 온도에서 부품이 높은 투명도 또는 반투명도를 나타내는 수준으로 감소할 것이다.
[0118] 현재 본 발명의 바람직한 구체예인 것으로 간주되는 것이 도시되고 기술되었지만, 다양한 변경 및 수정이 첨부되는 청구 범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본원에서 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 본 개시는 특징 또는 조합이 그 자체로 청구 범위 또는 실시예들에 명시적으로 표시되지 않더라도, 특히 첨부된 청구 범위의 특징들의 임의의 조합을 포함하는 특징들의 임의의 조합 뿐만 아니라 임의의 새로운 특징을 포함한다.
[0119] 본 특허 출원은 미국 특허 출원 제16/198,435호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 본원에 참조로 포함된다.

Claims (20)

  1. 층상 구조(layered structure)를 갖는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리(ceramic wavelength converter assembly)로서, 상기 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는
    도핑되지 않은 호스트 물질(undoped host material)을 포함하는 두 개의 제1 층;
    배리어 물질(barrier material)을 포함하고, 상기 두 개의 제1 층 사이에 배치되는 두 개의 제2 층; 및
    도핑된 호스트 물질을 포함하고, 상기 두 개의 제2 층 사이에 배치되는 제3 층을 포함하고,
    도핑되지 않은 호스트 물질이 가넷(garnet), MgAl2O4, 실리케이트, 산질화물(oxynitride), 및 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 도핑된 호스트 물질이 인광체(phosphor)인, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 배리어 물질이 Al2O3인, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 도핑되지 않은 호스트 물질이 가넷인, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서, 도핑된 호스트 물질이 Ce, 또는 Gd, 또는 이들의 조합으로 도핑되는, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서, 도핑된 호스트 물질이 Ce로 도핑되는, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서, 도핑된 호스트 물질이 적어도 0.8 at%의 양으로 적어도 하나의 도펀트로 도핑되는, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서, 도핑된 호스트 물질이 YAG:Ce인, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서, 도핑되지 않은 호스트 물질이 YAG이고, 도핑된 호스트 물질이 YAG:Ce인, 세라믹 파장 컨버터 어셈블리.
  12. 제1 피크 파장을 갖는 1차 광을 방출하도록 구성된 발광 구조; 및
    상기 발광 구조로부터 상기 1차 광을 수용하기 위해 배치된 세라믹 파장 컨버터 어셈블리를 포함하는 발광 디바이스(light emitting device)로서, 상기 세라믹 파장 컨버터 어셈블리는
    도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하는 두 개의 제1 층;
    배리어 물질을 포함하고, 상기 두 개의 제1 층 사이에 배치되는 두 개의 제2 층; 및
    도핑된 호스트 물질을 포함하고, 상기 두 개의 제2 층 사이에 배치되는 제3 층을 포함하고,
    도핑되지 않은 호스트 물질이 가넷, MgAl2O4, 실리케이트, 산질화물, 및 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는, 발광 디바이스.
  13. 제12항에 있어서, 배리어 물질이 Al2O3인, 발광 디바이스.
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서, 도핑되지 않은 호스트 물질이 YAG인, 발광 디바이스.
  16. 제12항에 있어서, 도핑된 호스트 물질이 YAG:Ce인, 발광 디바이스.
  17. 제12항에 있어서, 도핑되지 않은 호스트 물질이 YAG이고, 도핑된 호스트 물질이 YAG:Ce인, 발광 디바이스.
  18. 두 개의 제1 층, 두 개의 제2 층 및 제3 층을 포함하는 층상 구조를 갖는 세라믹 파장 컨버터 어셈블리를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
    도핑된 호스트 물질을 포함하는 제3 층을 제공하는 단계;
    상기 제3 층의 상부면에 배리어 물질을 포함하는 제2 층을 적용하고, 상기 제3 층의 하부면에 배리어 물질을 포함하는 제2 층을 적용하는 단계;
    도핑되지 않은 호스트 물질을 포함하는 제1 층을 상기 제3 층과 접촉하는 면에 대향하는 상기 제2 층의 각각의 면 상에 적용하는 단계를 포함하고,
    도핑되지 않은 호스트 물질이 가넷, MgAl2O4, 실리케이트, 산질화물, 및 질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 도핑된 호스트 물질이 인광체인 방법.
  20. 제18항에 있어서, 배리어 물질이 Al2O3인 방법.
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