KR20070088250A - 발광 장치 - Google Patents

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KR20070088250A
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히스함 멘카라
크리스토퍼 수메리스
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포스포테크 코포레이션
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Abstract

본 발명은 인광 물질의 혼합물인 합성물을 제공한다. 이 합성물은 화학식 M1SxSey:B1으로 기술된 제 1 성분과, 화학식 M2Am(SpSeq)n:B2로 기술된 재료를 포함하는 제 2 성분을 포함하되, M1 및 M2는 임의의 금속 종류이고, B1 및 B2는 임의의 활성제로서 통상적으로는 금속 종류이며, 나머지 변수는 이 합성물이 전기적으로 중성이 되도록 하는데 필요한 유효 수치를 나타낸다. 본 발명에 따른 인광 물질 혼합물은, 먼저 개별 성분을 마련하고, 그 다음에 이들 성분을 모르타르 또는 볼 밀에서와 같이 물리적으로 혼합함으로써 생성된다.

Description

발광 장치{LIGHT EMITTING DEVICES WITH MIXED PHOSPHORS}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2003년 9월 15일 출원된 미국 특허 출원번호 제 10/661,931 호, 2004년 3월 15일 출원된 10/801,067, 2004년 3월 15일 출원된 10/801,082의 부분 계속 출원으로서, 이들 출원은 현재 모두 계류 중에 있으며, 2003년 8월 2일 출원된 미국 임시 특허 출원번호 60/492,008에 대한 정식 출원이며, 이들 출원의 전체 내용이 참조로서 본원 명세서에 포함되어 있다.
본 발명은 일반적으로 고체 상태 발광 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 종래의 유사한 장치에 비해 고 성능 및 고 효율의 개선된 고체 상태 재료를 포함하는 발광 다이오드, 전자 발광 장치 등에 관한 것이다.
지난 20 년간 통상적인 조명 장치(즉, 백열 램프, 할로겐 램프 및 형광 램프)에서 몇 주요한 개선이 거의 이루어지지 않았다. 그러나, 발광 다이오드("LED")의 경우에는, 신호등 및 자동차의 미등과 같은 통상의 단색 조명기기에 있어서의 백열 및 할로겐 램프를 대체할 정도까지 동작 효율이 개선되었다. 이것은 어느 정도는 LED가 종래의 광원에 비해 수명이 길고, 튼튼하고, 전력 소비가 적고, 크기가 작다는 점 등 많은 이점을 갖고 있다는 사실에 기인한다. 또한, LED의 협소한 밴드 방사 특성으로 인해, 백색 LED는 1) 개별 적, 녹, 청(R, G, B) LED를 서로 가깝게 배치한 다음에 이들에 의해 방사된 광을 확산 및 혼합시키거나, 2) 단파(short-wave) UV 또는 청색 LED를 LED 광의 전부 또는 일부를 보다 긴 파장으로 변환시키는 광대역의 형광 화합물과 결합시킴으로써만 생성될 수 있다.
전술한 첫 번째 방법을 이용하여 백색 LED를 생성하는 경우, R, G, B 발광 장치가 상이한 동작 전압을 요구하는 상이한 반도체 재료로 이루어져 복잡한 구동 회로를 요구한다고 하는 사실로 인해 여러 문제가 발생한다. R, G, B LED 방사의 단색 성질로 인한 결과의 백색광의 낮은 컬러 렌더링 특성으로 인해 다른 문제가 발생한다.
LED로부터 백색광을 생성하는 두 번째 방법은, 하나 이상의 형광 재료로 코팅된 단일 유형의 LED(또는 UV 또는 청색)만 요구하며, 따라서 백색광 생성 LED를 보다 소형화하고, 구성을 간소화하며, 종래에 비해 비용을 더 낮게 하기 때문에, 일반적으로 바람직하다. 또한, 대부분의 형광 재료 또는 인광 물질에 의해 제공된 광대역 광 방사에 의해, 높은 색상의 백색광을 형성할 수 있을 것이다.
UV/청색 LED에 있어서의 최근의 큰 발전으로, 인광 물질로 코팅된 청색 LED가 현재의 조명 및 디스플레이 백라이팅 애플리케이션에 사용되는 종래의 백열 전구의 강력한 경쟁 상대로 되고 있다. 현재 상용화된 대부분의 장치는 청색 LED 방사의 일부를 황색으로 변환함으로써 작동한다. 그러한 상황에서, LED로부터의 청 색광의 일부는 인광 물질을 통해 전송되며 황색 인광 물질 방사선과 혼합되어 결국 백색광으로 인지된다.
본 발명은 발광 장치에서 인광 물질로서 사용하는 합성물에 있어서, A) 화학식 M1SxSey:B1으로 기술된 재료를 포함하는 제 1 성분의 인광 물질로서, M1은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상 -단, Zn은 단독으로 존재하지 않음- 의 원소를 포함하고, B1은 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Sb, Bi, K, Na, Cl, F, Br, I, Mg, Pr, Tm, Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하며, 상기 B1의 총 함량은 상기 합성물의 총 몰 중량에 대해 0.0001%와 약 10% 사이의 몰 백분율이고, x 및 y는 각각 독립적으로 약 0과 약 1 사이의 임의의 값 -단, x와 y의 합은 약 0.75와 약 1.25 사이의 범위의 값을 가짐-을 갖는 상기 제 1 성분의 인광 물질과, B) 화학식 M2Am(SpSeq)n:B2로 기술된 재료를 포함하는 제 2 성분의 인광 물질로서, M2는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하고, A는 Al, Ga, In, Y, La, Gd로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하며, B2는 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Cl, Br, F, I, Mg, Pr, Tm, K, Na, Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하고, m은 약 2 또는 약 4로부터 선택되고, n은 약 4 또는 약 7로부터 선택되되, m이 약 2인 경우에 n은 약 4이고, m이 약 4인 경우에 n은 약 7이며, 상기 B2의 양은 상기 합성물의 총 몰 중량에 대해 0.0001%와 약 10% 사이의 몰 백분율로서 존재하고, 상기 p 및 q는 각각 독립적으로 약 0과 약 1 사이의 임의의 값 -단, p와 q의 합은 약 0.75와 약 1.25 사이의 범위의 값을 가짐-을 갖는 상기 제 2 성분의 인광 물질을 포함하는 합성물을 제공한다.
본 발명은 또한 본 발명의 인광 물질 재료를 포함하는 발광 장치를 더 포함한다.
도 1은 종래기술의 YAG:Ce 인광 물질에 의해 방사된 광의 스펙트럼을 도시한 도면.
도 2a, 2b, 2c는 인 입자를 LED에 결합시키는 데 이용된 기존의 구성을 도시한 도면.
도 3은 청색 LED에 의해 여기된 신규한 칼슘 술포셀레나이드 포스퍼(calcium sulfoselenide phosphor)의 스펙트럼을 도시한 도면.
도 4는 청색 LED에 의해 여기된 칼슘 술포셀레나이드 포스퍼의 여러 합성물의 방사 스펙트럼을 도시한 도면.
도 5는 UV LED에 의해 여기된 칼슘 술포셀레나이드 포스퍼의 방사 스펙트럼을 도시한 도면.
도 6은 청색 LED에 의해 여기된 신규한 싸이오-셀레나이드 포스퍼(thio-selenide phosphor) 상들 중 하나의 스펙트럼을 도시한 도면.
도 7은 청색 LED에 의해 여기된 신규한 싸이오-셀레나이드 포스퍼의 여러 합성물의 방사 스펙트럼을 도시한 도면.
도 8은 청색 LED에 의해 여기된 ZnSrGa2(SxSey)4:Eu 포스퍼의 방사 스펙트럼을 도시한 도면.
도 9는 청색 LED에 의해 여기된 BaSrGa4(SSey)7:Eu 포스퍼의 방사 스펙트럼을 도시한 도면.
도 10은 SrGa2(S0.67Se0.33)4:Eu+CaS0.90Se0.1:Ce를 포함하는 본 발명에 따른 인광 물질의 혼합물의 방사 스펙트럼을 도시한 도면.
도 11은 CaGa2(Se,S)4:Eu+SrSeS:Eu를 포함하는 본 발명에 따른 인광 물질의 혼합물의 방사 스펙트럼을 도시한 도면.
도 1은 종래기술의 YAG:Ce 인광물질이 청색 LED에 의해 펌핑되어 백색광을 생성하는 경우에 방사된 광의 스펙트럼을 도시한 것이다. YAG:Ce 외에, 여러 유형의 유기체 기반의 형광 물질이 이용되었지만, 유기 분자들은 강한 UV 또는 청색광 및 LED 표면 가까이의 고온에 노출될 때 열화되기 쉽고 노화가 가속된다. 그러나, YAG:Ce 인광 물질 및 그 유도물 외에, 장기간 안정성을 유지하면서 효과적으로 청색 또는 보라색 광을 백색광으로 변환시킬 수 있는 극소수 무기 재료가 있다. 또한, 청색 LED에 사용된 표준 YAG:Ce 인광 물질은 스펙트럼의 청색, 녹색 및 적색 부분이 모두 부족하여 그 결과 발광 효율성 및 컬러 렌더링 성질이 낮다.
UV LED 및 RGB 인광 물질 혼합물 대신에 단일 성분의 황색 인광 물질을 갖는 청색 LED를 사용하면, LED 표면 근방의 높은 온도 및 광의 세기로 인해 인광 물질의 노화가 차별화되기 때문에 시간이 경과함에 따라 보다 안정된 컬러 출력을 얻을 수 있다고 하는 한가지 이점이 있다.
도 2a, 2b 및 2c는 인광 물질 입자를 LED에 결합하는 데 이용되는 구성의 몇몇 예를 도시한 것으로, 여기서 인광 물질은 에폭시를 통해 산포되거나(도 2a 참조)(산포 및 그 생성 기법은 당업자에게 잘 알려져 있다), LED 발광 영역 상에 직접 투여되거나(도 2b 참조) 또는 에폭시의 외부 표면 상에 직접 투여될 수 있다(도 2c 참조). 이들 실시예에서, 인광 물질은 광원으로부터 방사된 광을 흡수하기 위해 광원에 충분히 인접하게 배치되며, 흡수된 광의 파장과 다른 파장을 갖는 광 파동으로서 광(impingent light)의 적어도 일부를 재방사한다. 에폭시는 LED를 캡슐화할 수도 있다. LED 다이 상에 인광 물질을 증착하는데 사용되는 표준 상용화 기법으로는, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트 또는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 또는 보다 일반적으로는 당업자들에게 공지되어 있는 에폭시 수지 또는 실리콘과 같은 광학적으로 깨끗한 액체 폴리머 시스템에 인광 물질 분말을 혼합하는 방법이 있다. 그 결과의 재료가 후속적으로 채색되거나 또는 LED 상에 투여되어, 건조되거나, 응고되거나 또는 경화된다. 이어서 에폭시의 최종 층은 흔히 전체 어셈블리를 보호하거나 또는 어떤 경우에는 LED 다이로부터 방사된 광에 집중하기 위해 광학 렌즈로서 작용하도록 도포된다. 본 발명에 의해 제공된 인광 물질은 발광 장치 제 조 분야에 공지되어 있는 종래의 기법을 이용하여 기판 상으로 처리되고 증착되기에 적합하다.
바람직한 실시예에서는, 본 발명이 개별 인광 물질의 혼합물로서, 이하에 설명하는 바와 같이 적어도 제 1 인광 물질과 제 2 인광 물질을 포함하는 인광 물질을 제공한다.
제 1 성분의 인광 물질
본 발명에 따른 인광 물질의 혼합물은 제 1 성분의 인광 물질과 제 2 성분의 인광 물질을 포함한다. 이러한 혼합물 내의 제 1 성분의 인광 물질로서 유용한 인광 물질의 종은 다음 화학식으로 표현된다.
M1SxSey:B1
여기서, x 및 y는 각각 독립적으로 약 0과 약 1 사이의 임의의 값을 갖는데, 0과 1 및 그 사이의 모든 값을 포함하며, M1은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 중 하나 이상(단, Zn은 단독으로 존재하지 않음)이고, 활성제 B1은 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Sb, Bi, K, Na, Cl, F, Br, I, Mg, Pr, Tm 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소를 포함하며, 이 원소는 합성물의 총 몰 중량(molar weight)에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 양으로 존재할 수도 있다. 일실시예에서는, x와 y의 합이 약 0.5와 약 1.5 사이의 임의의 수이다. 다른 실시예에 따르면, x와 y의 합은 약 0.75와 약 1.25 사이의 임의의 수이다. 또 다른 실시예에 따르면, B1은 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 양으로 Eu로서 존재한다. 다른 실시예에 따르면, B1은 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 양으로 Ce로서 존재한다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0.5≤x≤1이고 0≤y≤0.5이다. 상기 화학식에서 다른 실시예에 따르면, x는 약 0이고, y는 약 1이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤x≤0.5이고 0≤y≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 x=1이고, y=0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤x≤0.5이고 0.5≤y≤1.0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 x=0.75이고, y=0.25이다.
다른 실시예에서는, 본 발명의 인광 물질 혼합물의 제 1 성분이 다음 화학식으로 주어진 인광 물질을 포함한다.
M1SxSey:B1
여기서, x 및 y는 각각 독립적으로 약 0과 약 1 사이의 임의의 값을 갖는데, 제한없이 0.001과 1 및 매 1/1000 단위로 그 사이의 값을 포함하며, M1은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 중 하나 이상(단, Zn은 단독으로 존재하지 않음)이고, 활성제 B1은 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Sb, Bi, K, Na, Cl, F, Br, I, Mg, Pr, Tm 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나보다 많은 원소, 즉 임의의 비율로 이들 원소들 중 임의의 두 원소, 세 원소, 네 원소, 다섯, 여섯, 일곱 또는 그 이상의 원소의 혼합물을 포함하며, 이들 혼합물 내의 원소는 각각 합성물의 총 몰 중량(molar weight)에 대해 약 0.0001%와 약 10%의 사이의 임의의 몰 백분율로 존재할 수도 있 다. 일실시예에서는, x와 y의 합이 약 0.5와 약 1.5 사이의 임의의 수이다. 다른 실시예에 따르면, x와 y의 합은 약 0.75와 약 1.25 사이의 임의의 수이다. 또 다른 실시예에 따르면, B1은 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 양으로 Eu로서 존재한다. 또한, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Sb, Bi, K, Na, Cl, F, Br, I, Mg, Pr, Tm, Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 임의의 비율의 둘 또는 그 이상의 원소로 이루어진 혼합물을 포함하는 하나 이상의 부가적인 활성제가 존재할 수도 있으며, 이 부가적인 활성제는 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 양으로, 상기 합성물의 다른 성분의 양과 독립적으로 존재한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0.5≤x≤1이고 0≤y≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서, x는 약 1이고, y는 약 0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤x≤0.5이고 0≤y≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 x는 약 0이고, y는 약 1이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤x≤0.5이고 0.5≤y≤1.0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 x는 약 0.75이고, y는 약 0.25이다. 다른 실시예에 따르면, 활성제 B1은 인광 물질의 총 몰 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 중량으로 Ce로서 존재한다. 또한, Eu, Cu, Ag, Al, Tb, Sb, Bi, K, Na, Cl, F, Br, I, Mg, Pr, Tm, Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 임의의 비율의 둘 또는 그 이상의 원소로 이루어진 혼합물을 포함하는 하나 이상의 부가적인 활성제가 존재할 수도 있으며, 이 부가적인 활성제는 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 양으로, 상기 합성물의 다른 성분의 양과 독립적으로 존재한다. 다 른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0.5≤x≤1이고 0≤y≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서, x는 약 1이고, y는 약 0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤x≤0.5이고 0≤y≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 x는 약 0이고, y는 약 1이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤x≤0.5이고 0.5≤y≤1.0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 x는 약 0.75이고, y는 약 0.25이다.
본 발명에 따른 혼합물의 제 1 성분의 인광 물질 재료는 시작 물질로서 분말 금속 황화물 M1S 및 Se를 사용하여 합성되는 것이 바람직한데, 여기서 M1은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 중 하나 이상(단, Zn은 단독으로 존재하지 않음)을 포함한다. 원하는 몰 비로 원료를 혼합한 후에, 당해 분야에서 활성 원소 또는 활성제라고도 하는 최종 합성물에 존재하도록 선택된 소정의 다른 원소들 중 하나 이상을 포함하는 화합물은 슬러리 용액으로서, 증류되거나 또는 탈이온화된 물 및/또는 이소프로필 알코올, 메탄올, 에탄올 등과 같은 용재를 사용하여 원료 혼합물에 혼합된다. 원료의 건조 혼합이 또한 가능하다. 본 발명의 일실시예에 따른 합성물을 제공하기에 유용한 활성 원소는 유러퓸(europium), 세륨(cerium), 구리, 은, 알루미늄, 테르븀(terbium), 안티몬, 비스무스(bismuth), 캄륨, 나트륨, 염소, 플루오르, 브롬, 요오드, 마그네슘, 망간을 포함하며, 본 발명에 따른 최종 인광 물질 내에 그러한 원소를 제공하기 위해, 금속 원소의 할로겐화물(Cl, Br, I, F를 포함), 또는 황화물, 산화물, 탄산염, 또는 최종 합성물에 존재하는 활성 원소를 제공하는 기타 원료를 사용하여, Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Sb, Bi, K, Na, Cl, F, Br, I, Mg, Pr, Tm, Mn의 염 또는 화합물을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 호스트 재료 사이의 반응을 향상시키기 위해 하나 이상의 플럭스 재료(NH4Cl, ZnCl2 등)를 추가하는 것이 바람직하며, 이러한 플럭스 재료로는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 명세서에 개시된 부수적인 제약 및 특징들을 갖는 M1SxSey:B1이 적절한데, 그러한 플럭스를 사용하는 것은 당업자들에게 알려져 있기 때문이다. 모르타르 및 공이(pestle), 볼 밀, 그라인더 등과 같은 종래의 수단을 사용하여 기계적인 혼합을 한 후에, 그 결과의 재료는 진공 또는 불활성 또는 감소(reducing) 분위기에서 약 800℃ 내지 약 1200℃ 범위의 온도에서 불에 구워져서 발광성일 수 있는 M1SxSey:B1 화합물을 생성한다. 이러한 굽기 공정(firing) 결과의 재료는 후속적으로 냉각되고, 그 다음에 진공 또는 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 분위기 또는 N2/H2, CO 또는 H2S와 같은 감소 분위기에서 약 800℃ 내지 약 1200℃ 범위의 온도에서 선택적인 2차 굽기 공정 단계 전에 발라져서 활성화를 달성한다. 이들 인광 물질의 상 순도(phase purity)를 획득하기 위해 원료의 순도의 정확한 조절 및 준비 절차가 요구된다. 최종 생산물에 존재하는 M1, S 및 Se의 상대적인 양은 원료 혼합물 내에 이들 원소를 포함하는 원료의 상대적인 양을 조정함으로써 당업자에 의해 쉽게 조정가능하다.
제 1 성분의 인광 물질에 대한 제조 공정은 전술한 예에 한정되지 않고, 다른 시작 물질 및 합성 기법을 이용하여 동일한 결과 및 화합물을 얻을 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 시작 원료로서 제어된 수소 황화물 및/또는 수소 셀레나이드 분위기에서 적절한 활성재를 이용하여 구워질 수 있는 M1S 및 M1Se 화합물을 모두 사용하는 것을 상정할 수 있다. 다음의 예는 바람직한 원료 혼합물을 예시한 것으로, 본 발명의 합성물을 마련하는 방법을 한정하는 것으로 간주되어서는 안된다.
예 1
CaS 100g
Se 11g
CeF3 8.2g
그 결과의 합성물은 화학식 CaS0.91Se0.09:Ce를 갖는다.
예 2
Cas 100g
Se 15g
CeF3 8.2g
그 결과의 합성물은 화학식 CaS0.88Se0.12:Ce를 갖는다.
본 발명에 따른 제 1 성분의 인광 물질은, 탈이온화 물 및/또는 용액에서 결합, 슬러리 혼합 및 후속 볼 밀링을 행하여 평균 입자 크기를 약 1 내지 10 마이크론으로 함으로써, 상기 예 1 또는 2 중 어느 하나에서 지정된 성분들의 혼합물을 사용하여 생성될 수도 있다. 건조 후에, 이들 혼합물은 볼 밀링 및 연마되어 미세 입자로 되고, 그 후 비활성 또는 감소 분위기에서 2 시간 동안 1150℃의 수정 도가 니에서 구워진다. 그 다음에 도가니로부터 발광 재료가 제거되고 원하는 입자 크기로 인광 물질을 분산시키기 위해 시브 쉐이크(sieve shaker)로 이동된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에서는, 본 발명에 따른 혼합물 내의 제 1 성분의 인광 물질이, 방사 스펙트럼이 약 590nm에서 최대인 화학식 CaS0.91Se0.09:Ce를 포함하는 오렌지-황색 인광 물질을 제공한다. 이 인광 물질만의 동작은 도 3에 도시되어 있는데, 도 3은 본 발명의 하나의 성분의 합성물이 475 nm의 청색 LED로부터의 방사선의 일부를 약 590 nm의 오렌지-황색 광으로 효과적으로 변환시키는 데 사용될 수 있는 방법을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 다른 제 1 성분의 인광 물질 합성물인 CaS0.88Se0.12:Ce에 의해 나타나는 스펙트럼을 도시한 것으로, 여기서는 피크 파장이 더 짧은 파장으로 시프트되고 475 nm의 청색 LED로부터의 방사선을 약 570 nm의 녹색-황색 광으로 효과적으로 변환시킨다.
약 410 nm의 UV LED에 의해 여기된 상기 두 인광 물질, CaS0.91Se0.09:Ce 및 CaS0.88Se0.12:Ce의 스펙트럼은 도 5에 도시되어 있는데, 여기서 인광 물질로부터의 넓은 방사 범위가 도시되어 있다. 따라서, 본 발명은 제 1 성분의 인광 물질을 제공하고자 하는 수많은 가능한 합성물에 대해 널리 적용되며, 본 발명을 실시하는 자가 선택한 특정 합성물이 필요한 특정 요건에 의존할 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 성분의 인광 물질 내의 Se 함량이 증가하면, 방사 스펙트럼 내의 녹색 시프트 및 피크의 확장이 발생한다. 제 1 성분의 인광 물질의 기본 성분을 제 어하면, 자외선 영역으로부터 청색 영역으로의 여기 스펙트럼 시프트가 가능하게 된다. 따라서, 본 발명은 그 범위 내에서 제 1 성분의 인광 물질의 수가 변화 가능하다.
제 2 성분의 인광 물질
본 발명의 인광 물질 혼합물은 전술한 제 1 성분의 인광 물질 외에 제 2 성분의 인광 물질을 포함하는데, 이 제 2 성분의 인광 물질은 발광 다이오드에 의해 방사된 광의 전부 또는 일부를 흡수할 수 있고, 흡수된 광의 파장보다 더 긴 파장의 광을 방사할 수 있다. 이와 관련하여 유용한 본 발명에 의해 제공된 제 2 성분의 인광 물질 합성물은 다음과 같다.
M2A2(SpSeq)4:B2
여기서, p 및 q는 각각 독립적으로 약 0과 약 1 사이의 임의의 값을 갖는데, 0과 1을 포함하고, 제한없이 0.001과 1 및 매 1/1000 단위로 그 사이의 값을 포함하며, M2는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 중 하나 이상이고, A는 Al, Ga, In, Y, La, Gd 중 하나 이상이며, 여기서 활성제 B2은 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Cl, Br, F, I, Mg, Pr, Tm, K, Na, Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하며, 이러한 원소는 합성물의 총 몰 중량(molar weight)에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 몰 백분율로 임의의 양으로 존재할 수도 있다. 일실시예에서는, p와 q의 합이 약 0.500와 약 1.500 사이의 임의의 수이다. 다른 실시예에 따르면, p와 q의 합은 약 0.750와 약 1.250 사이의 임의의 수이다. 또 다른 실시예에 따르면, B2는 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 양으로 Eu로서 존재한다. 다른 실시예에 따르면, B2는 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 양으로 Ce로서 존재한다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0.5≤p≤1이고 0≤q≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 p는 약 0이고, q는 약 1이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤p≤0.5이고 0≤q≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 p는 약 1이고, q는 약 0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤p≤0.5이고 0.5≤q≤1.0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 x는 약 0.75이고, y는 약 0.25이다.
다른 실시예에서는, 본 발명의 제 2 성분의 인광 물질이 다음 화학식으로 주어진다.
M2A2(SpSeq)4:B2
여기서, p 및 q는 각각 독립적으로 약 0과 약 1 사이의 임의의 값을 갖는데, 제한없이 매 1/1000 단위로 0.001 및 1 사이의 임의의 값을 포함하며, M2은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 중 하나 이상이고, A는 Al, Ga, In, Y, La, Gd 중 하나 이상이며, 활성제 B2는 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Cl, Br, F, I, Mg, Pr, Tm, Na, K 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나보다 많은 원소, 즉 임의의 비율로 이들 원소들 중 임의의 두 원소, 세 원소, 네 원소, 다섯, 여섯, 일곱 또는 그 이상의 원소의 혼합물을 포함하며, 이들 혼합물 내의 원소는 각각 독립적으로 합성물의 총 몰 중량(molar weight)에 대해 약 0.0001%와 약 10%의 사이의 임의의 몰 백분율로 존재할 수도 있다. 일실시예에서는, p와 q의 합이 약 0.500과 약 1.500 사이의 임의의 수이다. 다른 실시예에 따르면, p와 q의 합은 약 0.750과 약 1.250 사이의 임의의 수이다. 또 다른 실시예에 따르면, 활성제 B2은 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 양으로 Eu로서 존재한다. 또한, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Cl, Br, F, I, Mg, Pr, Tm, K, Na 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 임의의 비율로 각각 존재하는 둘 또는 그 이상의 원소로 이루어진 혼합물을 포함하는 하나 이상의 부가적인 활성제가 존재할 수도 있으며, 이 부가적인 활성제는 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 양으로, 상기 합성물의 다른 성분의 양과 독립적으로 존재한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0.5≤p≤1이고 0≤q≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서, p는 약 1이고, q는 약 0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤p≤0.5이고 0≤q≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 p는 약 0이고, q는 약 1이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤p≤0.5이고 0.5≤q≤1.0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 p는 약 0.75이고, q는 약 0.25이다. 다른 실시예에 따르면, 활성제 B2는 인광 물질의 총 몰 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 중량으로 Ce로서 존재한다. 또한, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Cl, Br, F, I, Mg, Pr, Tm, K, Na 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 임의의 비율로 존재하는 둘 또는 그 이상의 원소로 이루어진 혼합물을 포함하는 하나 이상의 부가적인 활성제가 존재할 수도 있으며, 이 부가적인 활성제 는 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 양으로, 상기 제 2 성분의 인광 물질의 다른 성분의 양과 독립적으로 존재한다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0.5≤p≤1이고 0≤q≤0.5이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서, p는 약 1이고, q는 약 0이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤p≤0.5이고 0≤q≤0.5이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 p는 약 0이고, q는 약 1이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤p≤0.5이고 0.5≤q≤1.0이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 p는 약 0.75이고, q는 약 0.25이다.
본 발명의 다른 실시예는 UV/청색 발광 다이오드 및 제 1 성분의 인광 물질 및 제 2 성분의 인광 물질을 포함하는 인광 물질의 혼합물을 포함하는 발광 장치를 제공하는데, 이 혼합물은 발광 다이오드에 의해 방사된 광의 전부 또는 일부를 흡수하고, 흡수한 광의 파장보다 더 긴 파장의 광을 방사한다. 이러한 혼합물의 제 2 성분의 인광 물질 재료로서 사용되는 인광 물질은 다음 화학식으로 표현된다.
M2A4(SpSeq)7:B2
여기서, p 및 q는 각각 독립적으로 약 0과 약 1 사이의 임의의 값을 갖는데, 0과 1을 포함하며, 또한 제한없이 매 1/1000 단위로 0.001 및 1 사이의 임의의 값을 포함하며, M2는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 중 하나 이상이고, A는 Al, Ga, In, Y, La, Gd 중 하나 이상이며, 활성제 B2는 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Cl, Br, F, I, Mg, Pr, Tm, K, Na 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나보다 많은 원소를 포함하는데, 이들 원소는 합성물의 총 몰 중량(molar weight)에 대해 약 0.0001%와 약 10%의 사이의 임의의 총 몰 백분율로 존재할 수도 있다. 일실시예에서는, p와 q의 합이 약 0.500과 약 1.500 사이의 임의의 수이다. 다른 실시예에 따르면, p와 q의 합은 약 0.750과 약 1.250 사이의 임의의 수이다. 또 다른 실시예에 따르면, B2는 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 독립적인 양으로 Eu로서 존재한다. 다른 실시예에 따르면, B2는 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 독립적인 양으로 Ce로서 존재한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0.5≤p≤1이고 0≤q≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서, p는 약 0이고, q는 약 1이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤p≤0.5이고 0≤q≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 p는 약 1이고, q는 약 0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤p≤0.5이고 0.5≤q≤1.0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 p는 약 0.75이고, q는 약 0.25이다.
다른 실시예에서는, 제 2 성분의 인광 물질이 다음 화학식으로 주어진다.
M2A4(SpSeq)7:B2
여기서, p 및 q는 각각 독립적으로 약 0과 약 1 사이의 임의의 값을 갖는데, 제한없이 0.001 및 1을 포함하여 매 1/1000 단위로 그 사이의 임의의 값을 포함하며, M2는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 중 적어도 하나이고, A는 Al, Ga, In, Y, La, Gd 중 적어도 하나이며, 활성제 B2는 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Cl, Br, F, I, Mg, Pr, Tm, Na, K 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나보다 많은 원소, 즉 임의의 비율로 이들 원소들 중 임의의 두 원소, 세 원소, 네 원소, 다섯, 여섯, 일곱 또는 그 이상의 원소의 혼합물을 포함하며, 이들 혼합물 내의 원소는 각각 독립적으로 합성물의 총 몰 중량(molar weight)에 대해 약 0.0001%와 약 10%의 사이의 임의의 몰 백분율로 존재할 수도 있다. 일실시예에서는, p와 q의 합이 약 0.500과 약 1.500 사이의 임의의 수이다. 다른 실시예에 따르면, p와 q의 합은 약 0.750과 약 1.250 사이의 임의의 수이다. 또 다른 실시예에 따르면, 활성제 B2는 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 양으로 Eu로서 존재한다. 또한, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Cl, Br, F, I, Mg, Pr, Tm, Na, K 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 임의의 비율로 존재하는 둘 또는 그 이상의 원소를 포함하는 혼합물을 포함하는 하나 이상의 부가적인 활성제가 존재할 수도 있으며, 이 부가적인 활성제는 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 양으로, 상기 합성물의 다른 성분의 양과 독립적으로 존재한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0.5≤p≤1이고 0≤q≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서, p는 약 1이고, q는 약 0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤p≤0.5이고 0≤q≤0.5이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 p는 약 0이고, q는 약 1이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤p≤0.5이고 0.5≤q≤1.0이다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 p는 약 0.75이고, q는 약 0.25이다. 다른 실시예에 따르면, 활성제 B2는 인광 물질의 총 몰 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 중량으로 Ce로서 존재한다. 또한, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Cl, Br, F, I, Mg, Pr, Tm, Na, K 및 Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 임의의 비율로 존재하는 둘 또는 그 이상의 원소로 이루어진 혼합물을 포함하는 하나 이상의 부가적인 활성제가 존재할 수도 있으며, 이 부가적인 활성제는 인광 물질의 총 중량에 대해 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 양으로, 상기 제 2 성분의 인광 물질의 다른 성분의 양과 독립적으로 존재한다. 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0.5≤p≤1이고 0≤q≤0.5이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서, p는 약 1이고, q는 약 0이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤p≤0.5이고 0≤q≤0.5이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 p는 약 0이고, q는 약 1이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 0≤p≤0.5이고 0.5≤q≤1.0이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학식에서 p는 약 0.75이고, q는 약 0.25이다.
본 발명에 따른 제 2 성분의 인광 물질로서 적합한 인광 물질 재료는 시작 물질로서 분말 금속 황화물 M2S 및 A2S3 및 셀레늄(Se)을 사용하여 합성되는 것이 바람직한데, 여기서 M2는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 중 적어도 하나이고, A는 Al, Ga, In, Y, La 및 Gd 중 적어도 하나이다. 원하는 몰 비로 원료를 완전히 혼합한 후에, 당해 분야에서 활성 원소 또는 활성제라고도 하는 최종 합성물에 존재하도록 선택된 소정의 다른 원소들 중 하나 이상을 포함하는 화합물은, 슬러리 용액으로서 증류되거나 또는 탈이온화된 물 및/또는 이소프로필 알코올, 메탄올, 에탄올 등과 같은 용재를 사용하여 원료 혼합물에 혼합된다. 본 발명에 따른 제 2 성분의 인광 물질 합성물을 제공하기에 유용한 활성 원소 B2는 유러퓸(europium), 세륨(cerium), 구리, 은, 알루미늄, 테르븀(terbium), 염소, 요오드, 마그네슘, 프라세오디뮴, 나트륨, 칼륨, 망간을 포함하며, 본 발명에 따른 최종 인광 물질 내에 그러한 원소를 제공하기 위해, 금속 원소의 할로겐화물(Cl, Br, I, F를 포함), 또는 황화물, 산화물, 탄산염, 또는 최종 합성물에 존재하는 활성 원소를 제공하는 기타 원료를 사용하여, Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Cl, Br, F, I, Mg, Pr, Tm, K, Na, Mn의 염 또는 화합물을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 호스트 재료 사이의 반응을 향상시키기 위해 하나 이상의 플럭스 재료(NH4Cl, ZnCl2 등)를 추가하는 것이 바람직하며, 이러한 플럭스 재료로는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 명세서에 개시된 부수적인 제약 및 특징들을 갖는 M2A2(SpSeq)4가 적절한데, 그러한 플럭스를 사용하는 것은 당업자들에게 알려져 있기 때문이다. 모르타르 및 공이(pestle), 볼 밀, 그라인더 등과 같은 종래의 수단을 사용하여 기계적인 혼합을 한 후에, 그 결과의 재료는 진공 또는 불활성 또는 감소(reducing) 분위기에서 약 700℃ 내지 약 1200℃ 범위의 온도에서 불에 구워져서 발광성일 수 있는 M2A2(SpSeq)4:B2 화합물을 생성한다. 이러한 굽기 공정(firing) 결과의 재료는 후속적으로 냉각되고, 그 다음에 진공 또는 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 분위기 또는 N2/H2, CO 또는 H2S와 같은 감소 분위기에서 약 700℃ 내지 약 1200℃ 범위의 온도에서 선택적인 2차 굽기 공정 단계 전에 발라져서 활성화를 달성한다. 이들 인광 물질의 상 순도(phase purity)를 획득하기 위해 원료의 순도의 정확한 조절 및 준비 절차가 요구된다. 최종 생산물에 존재하는 M2, S 및 Se의 상대적인 양은 원료 혼합물 내에 이들 원소를 포함하는 원료의 상대적인 양을 조정함으로써 쉽게 조정가능하다.
제조 공정은 전술한 공정에 한정되지 않고, 다른 시작 물질 및 합성 기법을 이용하여 동일한 결과 및 화합물을 얻을 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 시작 원료로서 제어된 수소 황화물 및/또는 수소 셀레나이드 분위기에서 적절한 활성재를 이용하여 구워질 수 있는 M2A2(SpSeq)4 화합물과 같은 호스트 재료를 사용하는 것을 상정할 수 있다. 다음의 예는 바람직한 원료 혼합물을 예시한 것으로, 본 발명의 합성물을 마련하는 방법을 한정하는 것으로 해석해서는 안된다.
예 3
SrS 7.62g
Ga2S3 15g
Se 10g
Eu2O3 0.56g
이 결과의 합성물은 화학식 SrGa2(S0.67Se0.33)4:Eu(5%)
예 4
SrS 7.62g
Ga2S3 15g
Se 13.5g
Eu2O3 0.56g
이 결과의 합성물은 화학식 SrGa2(S0.60Se0.40)4:Eu(5%)
본 발명에 따른 제 2 성분의 인광 물질은, 탈이온화된 물 및/또는 용액에서 결합, 슬러리 혼합 및 후속 볼 밀링을 행하여 평균 입자 크기를 약 1 내지 10 마이크론으로 되게 함으로써, 상기 예 3 또는 4 중 어느 하나에 지정된 성분들의 혼합물을 사용하여 생성될 수도 있다. 건조 후에, 이들 혼합물은 볼 밀링 또는 연마되어 미세 입자로 되고, 그 후 비활성 또는 감소 분위기에서 2 시간 동안 850℃의 수정 도가니에서 구워진다. 그 다음에 도가니로부터 발광 재료가 제거되고 원하는 입자 크기로 인광 물질을 분산시키기 위해 시브 쉐이크(sieve shaker)로 이동된다.
일실시예에서는, 본 발명이 제 2 성분의 인광 물질로서 p가 약 0.67이고 q가 약 0.33인 화학식 SrGa2(SpSeq)4:Eu를 포함하는 녹색-황색 인광 물질을 제공한다. 이 인광 물질의 동작은 도 6에 도시되어 있는데, 도 6은 본 발명의 하나의 성분의 합성물이 470 nm의 청색 LED로부터의 방사선의 일부를 약 540 nm의 황색-녹색 광으로 효과적으로 변환시키는 데 사용될 수 있는 방법을 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 다른 제 2 성분의 인광 물질 합성물의 스펙트럼을 도시한 것으로, 여기서는 피크 파장이 더 짧은 파장으로 시프트되고 방사 스펙트럼이 넓어 진다. p가 약 0.60이고 q가 약 0.40인 SrGa2(SpSeq)4:Eu는 470 nm의 청색 LED로부터의 방사선을 약 541 nm의 녹색-황색 광으로 변환시킨다.
다른 실시예에서는, 본 발명에 의해 ZnuSrvGa2(SpSeq)4:Eu 기반의 제 2 성분의 인광 물질이 제공되는데, 여기서 시작 물질 양에 대하여 p는 약 0.615이고, q는 약 0.385이며, u=0.71이고, v=0.29이며, 약 548 nm의 방사선 피크, 넓어진 스펙트럼을 가지며, 도 6 및 도 7에 비해 약 11 nm 더 큰 FWHM(full width at half of the maximum) 흡수를 갖는다. 청색 LED에 의해 여기된 이 인광 물질의 스펙트럼이 도 8에 도시되어 있다. 다른 실시예에서는, 본 발명은 p가 약 0.88이고, q가 약 0.12이며, u=0.78이고, v=0.22인 BauSrvGa4(SpSeq)7:Eu 기반의 형광 인광 물질을 포함하는 제 2 성분의 인광 물질을 제공한다. 청색 LED에 의해 여기된 인광 물질의 스펙트럼은 도 9에 도시되어 있다. 이들 인광 물질은 본 발명의 예들로서, 본 발명의 범주를 한정하는 것으로서 해석되어서는 안된다.
도 10은 SrGa2(S0.67Se0.33)4:Eu+CaS0.90Se0.1:Ce를 포함하는 본 발명에 따른 인광 물질의 혼합물의 방사 스펙트럼이다. 도 11은 CaGa2(Se,S)4:Eu+SrSeS:Eu를 포함하는 본 발명에 따른 인광 물질의 혼합물의 방사 스펙트럼을 도시한 것이다. 이들은 본 발명에 의해 제공된 많은 혼합물들 중 두 개를 예시한 것이다.
따라서, 당업자는 본 발명이 이러한 혼합물에 사용할 수 있는 제 2 성분의 인광 물질의 수많은 가능한 합성물에 대해 널리 적용되며, 본 발명을 실시하는 사 람에 의해 선택된 제 2 성분의 인광 물질에 대한 특정 합성물이 필요한 특정 요건에 의존할 것이라는 것을 바로 인식할 수 있을 것이다. 도 8에서 알 수 있듯이, Se 함량 및 M2의 합성물을 조정하면, 방사 스펙트럼의 적색 시프트를 생성하고 스펙트럼을 확대할 수 있다. 인광 물질의 성분을 조절하면, 자외선으로부터 청색 영역으로 인광 물질의 여기 스펙트럼을 이동시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 그 범위 내에서 가능한 인광 물질의 수가 변할 수 있다. 본 발명에 따른 인광 물질 혼합물은 먼저 본 명세서에 기재된 개별 성분을 준비하고, 그 다음으로 모르타르 또는 볼 밀에서와 같이 그 성분들을 물리적으로 혼합함으로써 생성될 수도 있다.
본 발명은 제 2 성분의 인광 물질과 함께 제 1 성분의 인광 물질의 모든 특성을 포함하는 혼합물을 포함한다. 예를 들면, 제 1 성분의 인광 물질 A는 인광 물질의 혼합물의 총 중량에 대해 중량의 약 99.9%와 0.1% 사이의 임의의 양으로 존재할 수도 있다. 또한, 제 2 성분의 인광 물질 B는 인광 물질의 혼합물의 총 중량에 대해 중량의 약 0.1%와 99.9% 사이의 임의의 양으로 존재할 수도 있다. 일실시예에서는, 성분 A가 혼합물의 총 중량에 대해 중량의 약 10% 내지 30% 범위로 존재하고, 성분 B는 혼합물의 총 중량에 대해 중량의 약 90% 내지 70% 범위의 임의의 양으로 존재한다. 다른 실시예에서는, 성분 B가 혼합물의 총 중량에 대해 중량의 약 10% 내지 30% 범위로 존재하고, 성분 A는 혼합물의 총 중량에 대해 약 90% 내지 70% 범위의 임의의 양으로 존재한다.
일실시예에서는, 성분 A가 혼합물의 총 중량에 대해 중량의 약 1% 내지 10% 범위로 존재하고, 성분 B는 혼합물의 총 중량에 대해 중량의 약 99% 내지 90% 범위 의 임의의 양으로 존재한다. 다른 실시예에서는, 성분 B가 혼합물의 총 중량에 대해 중량의 약 1% 내지 10% 범위로 존재하고, 성분 A는 혼합물의 총 중량에 대해 약 99% 내지 90% 범위의 임의의 양으로 존재한다.
일실시예에서는, 성분 A가 혼합물의 총 중량에 대해 중량의 약 30% 내지 50% 범위로 존재하고, 성분 B는 혼합물의 총 중량에 대해 중량의 약 70% 내지 50% 범위의 임의의 양으로 존재한다. 다른 실시예에서는, 성분 B가 혼합물의 총 중량에 대해 중량의 약 30% 내지 50% 범위로 존재하고, 성분 A는 혼합물의 총 중량에 대해 약 70% 내지 50% 범위의 임의의 양으로 존재한다. 다른 실시예에서는, 제 1 성분의 인광 물질과 제 2 성분의 인광 물질의 상대적인 양이 중량 대비 대략 동일하다. 따라서, 본 발명은 서로에 대한 모든 비율로 본 명세서에 개시된 인광 물질의 혼합물을 포함하며, 이 혼합물은 그러한 혼합물에서 제 1 성분의 인광 물질의 적절한 양으로서 규정된 임의의 양 또는 비율로 YAG와 같은 다른 종래기술의 인광 물질을 더 포함할 수도 있다.
본 명세서 및 첨부한 청구범위 전반에서, 본 발명의 합성물 내에 존재하는 상대적인 원소 함량을 나타내는데 사용된 임의의 변수에 대해 0≤x≤1의 형식으로 범위가 주어진다. 이러한 형식은 본 명세서 및 첨부한 청구범위에서 그러한 범위가 0과 1 사이의 모든 수치 값을 포함하는 범위로 해석되도록 하기 위한 것이다. 예를 들면, 명확성을 위해 그리고 본 명세서 및 청구범위에서 이 범위의 의미를 혼동하지 않도록 하기 위해, 범위 0≤x≤1은 0.000001, 0.067, 1/2, 1/6, 0.3333, 0.75, 2/3, 0.41666666, 0.9999999, 0.99, 100/101, π/4, 0.74, 0.73999, 0.7400009, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 0.50001 및 0과 1 사이의 값을 각각 갖는 임의의 두 값의 선택에 의해 포함되는 모든 범위를 제한없이 포함한다. 고려중인 수치 값이 3으로부터 공제되는 경우에 고려중인 수치 값이 2≤x≤3의 범위 내의 임의의 수의 절대치를 갖는 수이면, 일반적으로, 소정의 수치 값은 0≤x≤1의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 따라서, 0≤x≤1은 0≤x≤0.1 및 0.001≤x≤0.79004217과 같은 범위를 포함한다. 범위의 한 쪽 끝에 있는 유효 숫자의 개수가 다른 쪽 끝에 있는 유효 숫자의 개수보다 적은 0.001≤x≤0.79004217과 같은 범위의 경우, 수학적 값의 해석을 방해하는 것으로 파악되는 어떠한 모순에 대해서도 보상하기 위해 적절한 개수의 제로를 대체(placeholder)로서 추가할 수 있다.
"합성물의 총 몰 중량(molar weight)에 대한 약 0.0001% 및 약 10% 사이의 임의의 양의 몰 백분율로 존재한다"는 문구가 본 명세서 및 첨부한 청구범위에 빈번히 등장한다. 모든 경우에 있어서, 이 문구를 "합성물(또는 예를 들어 인광 물질)의 총 중량에 대한 약 0.0001%와 약 10% 사이의 임의의 양의 중량 백분율로 존재한다"로 대체하면, 본 발명의 추가적인 다른 실시예를 제공한다.
바람직한 실시예와 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자라면 본 명세서 및 첨부한 청구범위로부터 자명한 균등한 변형예를 도출할 수 있을 것이다. 이것은 종속항의 특징부를 단독으로 또는 다른 독립항과 조합하여 임의의 독립항에 포함한 경우, 단독으로 또는 임의의 다른 독립항의 특징부 또는 한정부와의 조합한 경우를 포함하는, 첨부한 여러 청구항들 중 한 청구항과 나머지 청구항들 중 하나 이상을 결합하여 정의한 요지를 포함하며, 원 출원의 나머지 독립항은 그렇게 수정된 임의의 독립항에 적용된다. 또한, 수치 값에 대한 수식어구로서 사용되는 "약"이란 용어는 실제 수치 값 그 자체를 포함한다. 예를 들면, "x는 약 1이다"라고 한 경우 또는 이와 유사한 표현이 사용된 경우, 그러한 문구는 x가 1이라는 상황을 포함한다. 따라서 현재 개시된 본 발명은 그러한 모든 변경들, 수정사항 및 조합을 포함한다.

Claims (20)

  1. 발광 장치에 있어서,
    a) 발광 다이오드와, 전계 발광 장치와, 레이저로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 약 360 내지 약 480 나노미터의 파장을 갖는 광을 방사하는 광원과,
    b) 인광 물질 혼합물을 포함하며,
    상기 인광 물질 혼합물은
    A) 화학식 M1SxSey:B1으로 기술된 재료를 포함하는 제 1 성분의 인광 물질로서,
    상기 M1은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상 -단, Zn은 단독으로 존재하지 않음- 의 원소를 포함하고,
    상기 B1은 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Sb, Bi, K, Na, Cl, F, Br, I, Mg, Pr, Tm, Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하며,
    상기 B1의 총 함량은 상기 합성물의 총 몰 중량에 대해 0.0001%와 약 10% 사이의 몰 백분율이고, x 및 y는 각각 독립적으로 약 0과 약 1 사이의 임의의 값 -단, x와 y의 합은 약 0.75와 약 1.25 사이의 범위의 값을 가짐-을 갖는 상기 제 1 성분의 인광 물질과,
    B) 화학식 M2Am(SpSeq)n:B2로 기술된 재료를 포함하는 제 2 성분의 인광 물질로서,
    상기 M2는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하고,
    상기 A는 Al, Ga, In, Y, La, Gd로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하며,
    상기 B2는 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Cl, Br, F, I, Mg, Pr, Tm, K, Na, Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하고,
    m은 약 2 또는 약 4로부터 선택되고, n은 약 4 또는 약 7로부터 선택되되, m이 약 2인 경우에 n은 약 4이고, m이 약 4인 경우에 n은 약 7이며,
    상기 B2의 양은 상기 합성물의 총 몰 중량에 대해 0.0001%와 약 10% 사이의 몰 백분율로서 존재하고, 상기 p 및 q는 각각 독립적으로 약 0과 약 1 사이의 임의의 값 -단, p와 q의 합은 약 0.75와 약 1.25 사이의 범위의 값을 가짐-을 갖는 상기 제 2 성분의 인광 물질을 포함하며,
    상기 인광 물질 혼합물은 상기 광원으로부터 방사된 광을 흡수하도록 상기 광원에 충분히 가까이에 배치되는
    발광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 성분의 인광 물질은 0≤x≤1이고, 0<y≤1인
    발광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 성분의 인광 물질은 0.5≤x≤1이고, 0<y≤0.5인
    발광 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 성분의 인광 물질은 0≤x≤0.5이고, 0<y≤0.5인
    발광 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 성분의 인광 물질은 0≤x≤0.5이고, 0.5≤y≤1인
    발광 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 x는 약 0이고, 상기 y는 약 1인
    발광 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 x는 약 1이고, 상기 y는 0보다 큰
    발광 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 M1은 칼슘 및 마그네슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는
    발광 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 활성제 B1은 세륨(cerium) 및 유러퓸(europium)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는
    발광 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 B1은 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Sb, Bi, K, Na, Cl, F, Br, I, Mg, Pr, Tm, Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 원소를 포함하는
    발광 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 B1은 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Sb, Bi, K, Na, Cl, F, Br, I, Mg, Pr, Tm, Mn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 원소를 포함하는
    발광 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 M1은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 원소를 포함하는
    발광 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 M1은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 둘 이상의 원소를 포함하는
    발광 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 성분의 인광 물질은 0≤p≤1이고, 0<q≤1인
    발광 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 성분의 인광 물질은 0.5≤p≤1이고, 0<q≤0.5인
    발광 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 성분의 인광 물질은 0≤p≤0.5이고, 0<q≤0.5인
    발광 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 성분의 인광 물질은 0≤p≤0.5이고, 0.5<q≤1.0인
    발광 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 p는 약 0이고, 상기 q는 약 1인
    발광 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 p는 약 1이고, 상기 q는 0보다 큰
    발광 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 M2는 아연과 스트론튬을 포함하는
    발광 장치.
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