KR20100112619A - 백색 발광 장치 및 이것을 이용한 차량용 등기구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 반도체 발광 소자와 이 반도체 발광 소자의 광에 의해 효율적으로 여기되어 발광하는 형광체를 이용하여, 차량용 등기구에 이용되는 백색 광원의 색도 규정의 범위 내에 있는 시감도가 높은 백색광을 높은 발광 강도로 발광 가능한 백색 발광 장치 및 이것을 이용한 차량용 등기구를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 370 ㎚∼480 ㎚의 파장 영역에 발광 스펙트럼의 피크를 갖는 반도체 발광 소자와, 상기 반도체 발광 소자가 발생시키는 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 적어도 1종 이상의 형광체를 포함한 발광 장치에 있어서, 상기 형광체는 Sr1－x－yBaxSi2O2N2:Eu2＋ y의 일반식으로 표시되며, 상기 일반식의 x는 0.3＜x＜1.0, y는 0.03＜y＜0.3, x＋y는 x＋y＜1.0의 범위인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치 및 이것을 이용한 차량용 등기구.

Description

백색 발광 장치 및 이것을 이용한 차량용 등기구{WHITE LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING FITTING FOR VEHICLES USING THE WHITE LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은, 차량용 등기구에 이용되는 백색 발광 장치 및 이것을 이용한 차량용 등기구에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 발광 소자와 이 반도체 발광 소자의 광에 의해 효율적으로 여기되어 발광하는 형광체를 이용하여, 차량용 등기구에 이용되는 백색 광원의 색도 규정의 범위 내에 있는 시감도가 높은 백색광을 높은 발광 강도로 발광할 수 있는 백색 발광 장치 및 이것을 이용한 차량용 등기구에 관한 것이다.
최근, 수명이 길고 소비전력이 적은 백색 발광 장치로서, 청색광을 발광하는 발광 다이오드(LED)나 레이저 다이오드(LD) 등의 반도체 발광 소자와, 이들을 여기 광원으로 하는 형광체를 조합하여, 양자로부터 얻어지는 발광의 가색 혼합에 의한 합성 스펙트럼으로서 백색광을 얻도록 구성된 백색 발광 장치가 주목받고 있고, 그 용도로서, 차량용 등기구, 특히 차량용 전조등의 백색 광원으로서의 이용이 기대되고 있다(특허문헌 1 참조).
여기서, 차량용 등기구의 백색 광원은, 색도 규정에 의해 발광 스펙트럼이 소정의 색도 좌표(cx, cy)의 범위 내에 있는 것이 요구되고 있고, 예컨대, JIS:D5500에 따르면 도 6의 색도도에 나타내는 영역 A의 범위 내에 있는 것이 요구된다.
또한, 영역 A는 하기 식에 의해 표시된다.
<차량용 전조등의 백색 광원의 색도 규정(JIS:D5500)>
황색 방향 cx≤0.50
청색 방향 cx≥0.31
녹색 방향 cy≤0.44 및 cy≤0.15＋0.64 cx
보라색 방향 cy≥0.05＋0.75 cx 및 cy≥0.382
이러한 색도 규정에 합치된 백색광을 높은 발광 강도로 발광 가능하게 한 백색 발광 장치의 예로서, 청색 파장 영역(420 ㎚∼490 ㎚)에 발광 피크 파장을 갖는 InGaN계의 반도체 발광 소자와, 510 ㎚∼600 ㎚ 사이에 발광 피크 파장을 갖는 세륨 활성의 이트륨·알루미늄·가넷(YAG)계의 황색 발광 형광체를 조합하여 백색 발광을 실현하는 발광 장치가 알려져 있다(특허문헌 2 참조).
특허문헌 1 : 일본국 특허 출원 공개 제2004-095480호 공보 특허문헌 2 : 일본국 특허 제3503139호 공보
그런데, 청색광을 발광하는 반도체 발광 소자와 황색 형광체를 조합한 백색 발광 장치가 재현할 수 있는 색도 범위는, 반도체 발광 소자가 발광하는 청색광의 색도 좌표와 형광체가 발광하는 황색광의 색도 좌표를 연결한 직선에 의해 근사적으로 나타낼 수 있고, 양자의 발광 강도를 조정함으로써 이 직선 상에 있어서의 임의의 색도 좌표의 광을 얻을 수 있다.
도 6의 색도도에 나타내는 직선 L은, 이러한 직선의 일례로서, 발광 피크 파장이 450 ㎚인 청색 반도체 발광 소자와 도미넌트 파장이 572 ㎚의 황색 형광체를 조합한 백색 발광 장치에 의해 재현 가능한 색도 범위를 나타내는 직선이다.
여기서, 사람의 눈이 밝기를 느끼는 시감도는, 청색광에 비하여 황색광이 약20배 높기 때문에, 청색광과 황색광을 가색 혼합한 백색광의 경우, 동일한 발광 강도라도 황색 광성분이 많은 백색광 쪽이 사람의 눈에는 밝게 느껴진다. 이것은, 상기 직선 L 상의 각 색도 좌표의 광은, 동일한 발광 강도라면 황색 형광체측에 가까운 쪽이 사람의 눈에 밝게 느껴지는 것을 나타낸다. 또한, 상기 영역 A(차량용 등기구의 백색 광원의 색도 규정)의 범위 내에서 가장 시감도가 높은 색도 좌표는 영역 A의 황색 형광체측 경계선과 상기 직선 L의 교차점 X가 된다.
따라서, 상기 영역 A(차량용 등기구의 백색 광원의 색도 규정)의 범위 내에서 백색광의 시감도의 높이를 추구하면, 교차점 X의 좌표가 보다 황색 형광체측(도 6 중의 X'측)에 가까워지도록 반도체 발광 소자의 발광색과 형광체의 발광색을 선택해야 한다.
구체적으로는, 반도체 발광 소자의 발광 피크 파장을 450 ㎚ 전후로 했을 경우에, 상기 교차점 X의 좌표가 시감도가 높은 범위가 되는 것은, 황색 형광체의 도미넌트 파장이 575 ㎚∼590 ㎚의 범위이다.
그러나, 종래 알려진 청색광을 발광하는 반도체 발광 소자와 YAG계 형광체를 조합한 백색 발광 장치에 있어서는, 도미넌트 파장이 575 ㎚∼590 ㎚의 범위 내에서 높은 발광 강도를 얻을 수 있는 YAG계 형광체가 알려져 있지 않기 때문에, 시감도가 높은 백색광을 높은 발광 강도로 발광할 수 있는 백색 발광 장치의 실현이 곤란하였다.
본 발명은, 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 반도체 발광 소자와 이 반도체 발광 소자의 광에 의해 효율적으로 여기되어 발광하는 형광체를 이용하여, 차량용 등기구에 이용되는 백색 광원의 색도 규정의 범위 내에 있는 시감도가 높은 백색광을 높은 발광 강도로 발광할 수 있는 백색 발광 장치 및 이것을 이용한 차량용 등기구를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과, 일반식이 Sr1－x－yBaxSi2O2N2:Eu2＋ y로 표시되며, 이 일반식의 x가 0.3＜x＜1.0, y가 0.03＜y＜0.3, x＋y가 x＋y＜1.0인 범위인 형광체는, 370 ㎚∼480 ㎚의 파장 영역에서 효율적으로 여기되어 황색 성분을 많이 포함하는 가시광을 높은 발광 강도로 발광한다는 것을 새롭게 발견하여, 이 형광체를 이용하여 백색 발광 장치를 구성함으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 제1 형태인 백색 발광 장치는, 차량용 등기구에 이용되는 백색 발광 장치로서, 370 ㎚∼480 ㎚의 파장 영역에 발광 스펙트럼의 피크를 갖는 반도체 발광 소자와, 상기 반도체 발광 소자가 발생시키는 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 적어도 1종 이상의 형광체를 포함한 발광 장치에 있어서, 상기 형광체로서, 일반식 Sr1－x－yBaxSi2O2N2:Eu2＋ y(단, x는 0.3＜x＜1.0, y는 0.03＜y＜0.3, x＋y는 x＋y＜1.0의 범위임)로 표시되는 형광체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 백색 발광 장치가 구비하는 상기 형광체는, 상기 일반식의 x가 0.3＜x＜0.90, y가 0.05＜y＜0.25, x＋y는 x＋y＜0.98의 범위라면 보다 높은 광속(光束)을 얻을 수 있다.
또한, 상기 형광체는, 가시광을 발광하는 것이면 그 발광 스펙트럼은 특별히 한정되지 않지만, 시감도가 양호하고, 색온도가 낮은 난색계의 백색광을 얻기 위해서는, 상기 형광체의 발광 스펙트럼의 도미넌트 파장이 567 ㎚∼590 ㎚, 보다 바람직하게는 575 ㎚∼590 ㎚의 파장 영역에 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 형광체의 발광 스펙트럼은, 피크 파장이 540 ㎚∼595 ㎚, 보다 바람직하게는 575 ㎚∼590 ㎚의 파장 영역에 있고, 반치폭이 80 ㎚ 이상인 것이, 연색성(演色性, color rendering)의 관점에서 바람직하다.
또한, 상기 형광체는, SrCO3, BaCO3, SiO2 및 Eu2O3의 혼합물을 환원 분위기 속에서 1차 소성하여 제작한 유로퓸 활성의 오르토규산염을 전구체로 하고, 이 전구체와 Si3N4 및 NH4Cl의 혼합물을 환원 분위기 속에서 2차 소성함으로써 제조되는 것이 바람직하다. 이와 같이 제조된 상기 형광체는, 양호한 녹∼주황색의 발광을 나타낼 수 있다.
상기 반도체 발광 소자는, 370 ㎚∼480 ㎚의 파장 영역에 발광 스펙트럼의 피크를 갖는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 상기 형광체의 여기 파장 영역의 관점에서, 발광 스펙트럼의 피크가 430 ㎚∼470 ㎚의 파장 영역에 있는 것이 바람직하고, 적합한 예로서, 450 ㎚ 부근의 파장 영역의 발광 특성이 양호한 InGaN계 LED를 들 수 있다.
본 발명의 제2 형태인 차량용 등기구는, 상기한 백색 발광 장치를 광원으로서 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 백색 발광 장치는, 연색성이 높아 차량용 전조등의 광원으로서 규정되는 색도에 적합한 백색광을 고출력으로 발광할 수 있다. 또한, 이러한 백색 발광 장치를 광원으로서 이용한 차량용 등기구에 있어서도, 동일한 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 실시형태인 백색 발광 장치(1)의 개략 단면도이다.
도 2는 형광체 1의 발광 스펙트럼(실선) 및 비교용 형광체 1의 발광 스펙트럼(점선)을 나타낸 도면이다.
도 3은 형광체 1의 여기 스펙트럼(실선) 및 비교용 형광체 1의 여기 스펙트럼(점선)을 나타낸 도면이다.
도 4는 각 형광체의 색도 좌표 및 이들 형광체를 이용한 백색 발광 장치의 재현 가능한 색도 범위 등을 나타낸 색도도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 발광 스펙트럼(실선) 및 비교예 1의 발광 스펙트럼(점선)을 나타낸 도면이다.
도 6은 청색광을 발광하는 반도체 발광 소자와 황색 형광체를 조합한 백색 발광 장치가 재현할 수 있는 색도 범위 등을 나타낸 색도도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 설명에 있어서의 예시 등에 의해 전혀 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시형태인 백색 발광 장치(1)의 개략 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 백색 발광 장치(1)는, 기판(2) 상에 한 쌍의 전극[3a(양극), 3b(음극)]이 형성되어 있다. 전극(3a) 상에는 반도체 발광 소자(4)가 마운트 부재(5)에 의해 고정되어 있다. 반도체 발광 소자(4)와 전극(3a)은 상기 마운트 부재(5)에 의해 통전되어 있고, 반도체 발광 소자(4)와 전극(3b)은 와이어(6)에 의해 통전되어 있다. 반도체 발광 소자 상에는 형광층(7)이 형성되어 있다.
기판(2)은, 도전성을 갖지 않지만 열전도성은 높은 재료에 의해 형성되는 것이 바람직하고, 예컨대, 세라믹 기판(질화알루미늄 기판, 알루미나 기판, 멀라이트 기판, 유리 세라믹 기판)이나 유리 에폭시 기판 등을 이용할 수 있다.
전극(3a, 3b)은 금이나 구리 등의 금속 재료에 의해 형성된 도전층이다.
반도체 발광 소자(4)는, 본 발명의 백색 발광 장치에 이용되는 발광 소자의 일례로서, 예컨대, 자외선 또는 단파장 가시광을 발광하는 LED나 LD 등을 이용할 수 있다. 구체예로서, InGaN계의 화합물 반도체를 들 수 있다. InGaN계의 화합물 반도체는, In의 함유량에 의해 발광 파장 영역이 변화된다. In의 함유량이 많으면 발광 파장이 장파장이 되고, 적은 경우는 단파장이 되는 경향을 나타낸다.
마운트 부재(5)는, 예컨대 은 페이스트 등의 도전성 접착재 또는 금-주석 공정 땜납 등으로서, 반도체 발광 소자(4)의 하면을 전극(3a)에 고정하고, 반도체 발광 소자(4)의 하면측 전극과 기판(2) 상의 전극(3a)을 전기적으로 접속한다.
와이어(6)는, 금 와이어 등의 도전 부재로서, 예컨대 초음파 열압착 등에 의해 반도체 발광 소자(4)의 상면측 전극 및 전극(3b)에 접합되며, 양자를 전기적으로 접속한다.
형광층(7)에는, 후술하는 형광체가 바인더 부재에 의해 반도체 발광 소자(4)의 상면을 덮는 막 형상으로 밀봉되어 있다. 이러한 형광층(7)은, 예컨대, 액상 또는 겔상의 바인더 부재에 형광체를 혼입한 형광체 페이스트를 제작한 후, 이 형광체 페이스트를 반도체 발광 소자(4)의 상면에 도포하고, 그 후에 도포한 형광체 페이스트의 바인더 부재를 경화함으로써 형성할 수 있다. 바인더 부재로서는, 예컨대, 실리콘수지나 불소수지 등을 이용할 수 있다.
본 발명의 백색 발광 장치에 이용되는 형광체는, 일반식 Sr1－x－yBaxSi2O2N2:Eu2＋ y(단, x는 0.3＜x＜1.0, y는 0.03＜y＜0.3 x＋y는 x＋y＜1.0의 범위임)로 표시되는 형광체로서, 예컨대, 다음과 같이 하여 얻을 수 있다.
SrCO3, BaCO3, SiO2, Eu2O3의 혼합 분말을 환원 분위기 속에서 소성하고, 유로퓸 활성의 오르토규산염을 전구체로서 제작한다. 이 전구체를 분쇄하고, Si3N4와 NH4Cl을 첨가하여 환원 분위기 속에서 소성함으로써 본 발명의 형광체를 얻을 수 있다.
형광층(7)에는, 상기 형광체와는 상이한 발광 특성을 갖는 1종 또는 복수 종류의 형광체를 혼입할 수 있다. 이들 형광체의 배합량을 변화시킴으로써 백색 발광 장치로부터 얻어지는 백색광의 색도를 조정할 수 있다.
또한, 형광층(7)에는, 여러 가지 물성을 갖는 형광체 이외의 물질을 혼입할 수도 있다. 예컨대, 금속 산화물, 불소 화합물, 황화물 등의 바인더 부재보다도 굴절률이 높은 물질을 형광층(7)에 혼입시킴으로써, 형광층(7)의 굴절률을 높일 수 있다. 이에 따라, 반도체 발광 소자(4)로부터 발생되는 광이 형광층(7)에 입사될 때에 생기는 전(全)반사를 저감시켜, 형광층(7)으로의 여기광의 흡수 효율을 향상시킨다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 혼입시키는 물질의 입자 직경을 나노 사이즈로 함으로써 형광층(7)의 투명도를 저하시키지 않고 굴절률을 더 높일 수 있다.
또한, 알루미나, 지르코니아, 산화티탄 등의 평균 입자 직경 0.3 ㎛∼2 ㎛ 정도의 백색 분말을 광산란제로서 형광층(7)에 혼입시킬 수도 있다. 이에 따라, 발광면의 휘도, 색도 불균일을 방지할 수 있다.
상기한 백색 발광 장치(1)에 있어서, 전극(3a, 3b)에 대하여 구동 전류를 인가하면, 반도체 발광 소자(4)가 통전되고, 반도체 발광 소자(4)는 형광층(7)을 향해 청색광을 포함하는 고유의 파장 영역의 광을 조사한다. 이 광의 일부는 형광층(7) 내의 형광체의 여기에 이용되며, 나머지 광은 형광층(7)을 투과하여 그대로 외부로 조사된다. 형광체는 반도체 발광 소자(4)로부터의 광에 의해 여기되어 고유의 파장 영역의 광을 조사한다. 형광층(7)을 투과한 반도체 발광 소자(4)로부터의 광과 형광체가 발생시키는 광을 가색 혼합함으로써 백색광을 얻을 수 있다.
[실시예]
상기한 백색 발광 장치(1)에 대해서, 이하에 발광 장치의 실시예를 이용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 또한, 하기의 발광 장치의 원료, 제조 방법, 형광체의 화학 조성 등의 기재는 본 발명을 전혀 한정하지 않는다.
우선, 본 실시예의 발광 장치에서 이용한 형광체에 대해서 상세히 설명한다.
<형광체 1>
Sr0.425Ba0.425Si2O2N2:Eu2＋ 0.15로 표시되는 형광체.
본 형광체 1의 제조는, 우선, SrCO3를 1.321 g, BaCO3를 1.766 g, Eu2O3를 0.556 g, SiO2를 0.632 g 각각 칭량하고, 각 원료를 알루미나 유발에 넣어 약 20분 혼합 분쇄하며, 이 혼합물을 알루미나 도가니에 넣어 뚜껑을 덮고, 환원 분위기 H2/N2(5/95), 1100℃의 전기로에서 3시간 소성하여 전구체 Sr0.85Ba0.85SiO4:Eu2＋ 0.30을 얻었다.
다음에, 상기 전구체를 3.289 g, Si3N4를 1.403 g, NH4Cl을 플럭스로서 0.047 g 각각 칭량하고, 각 원료를 알루미나 유발에 넣어 약 20분 혼합 분쇄하며, 이 혼합물을 알루미나 도가니에 넣어 뚜껑을 덮고 환원 분위기 H2/N2(5/95), 1200℃∼1400℃에서 6시간 소성하여 형광체 1을 얻었다.
<형광체 2>
Sr0.05Ba0.75Si2O2N2:Eu2＋ 0.2로 표시되는 형광체.
본 형광체 2의 제조는, 우선, SrCO3를 0.114 g, BaCO3를 2.277 g, Eu2O3를 0.541 g, SiO2를 0.462 g 각각 칭량하고, 각 원료를 알루미나 유발에 넣어 약 20분 혼합 분쇄하며, 이 혼합물을 알루미나 도가니에 넣어 뚜껑을 덮고, 환원 분위기 H2/N2(5/95), 1100℃의 전기로에서 3시간 소성하여 전구체 Sr0.1Ba1.5SiO4:Eu2＋ 0.4를 얻었다.
다음에, 상기 전구체를 2.451 g, Si3N4를 0.935 g, NH4Cl을 플럭스로서 0.034 g 각각 칭량하고, 각 원료를 알루미나 유발에 넣어 약 20분 혼합 분쇄하며, 이 혼합물을 알루미나 도가니에 넣어 뚜껑을 덮고 환원 분위기 H2/N2(5/95), 1200℃∼1400℃에서 6시간 소성하여 형광체 2를 얻었다.
<형광체 3>
Sr0.225Ba0.675Si2O2N2:Eu2＋ 0.1로 표시되는 형광체.
본 형광체 3의 제조는, 우선, SrCO3를 0.511 g, BaCO3를 2.049 g, Eu2O3를 0.271 g, SiO2를 0.462 g 각각 칭량하고, 각 원료를 알루미나 유발에 넣어 약 20분 혼합 분쇄하며, 이 혼합물을 알루미나 도가니에 넣어 뚜껑을 덮고, 환원 분위기 H2/N2(5/95), 1100℃의 전기로에서 3시간 소성하여, 전구체 Sr0.45Ba1.35SiO4:Eu2＋ 0.2를 얻었다.
다음에, 상기 전구체를 2.315 g, Si3N4를 0.935 g, NH4Cl을 플럭스로서 0.03 g 각각 칭량하고, 각 원료를 알루미나 유발에 넣어 약 20분 혼합 분쇄하며, 이 혼합물을 알루미나 도가니에 넣어 뚜껑을 덮고, 환원 분위기 H2/N2(5/95), 1200℃∼1400℃에서 6시간 소성하여 형광체 3을 얻었다.
<참고용 형광체 1>
참고용 형광체 1로서, Sr0.93Si2O2N2:Eu2＋ 0.07로 표시되는 형광체를 제작하였다.
이 참고용 형광체 1의 제조는, 우선, SrCO3를 3.051 g, Eu2O3를 0.274 g, SiO2를 0.668 g 각각 칭량하고, 각 원료를 알루미나 유발에 넣어 약 20분 혼합 분쇄하며, 이 혼합물을 알루미나 도가니에 넣어 뚜껑을 덮고, 환원 분위기 H2/N2(5/95), 1100℃의 전기로에서 3시간 소성하여 전구체 Sr1.86SiO4:Eu2＋ 0.14를 얻었다.
다음에, 상기 전구체를 2.763 g, Si3N4를 1.402 g, NH4Cl을 플럭스로서 0.04 g 각각 칭량하고, 각 원료를 알루미나 유발에 넣어 약 20분 혼합 분쇄하며, 이 혼합물을 알루미나 도가니에 넣어 뚜껑을 덮고, 환원 분위기 H2/N2(5/95), 1200℃∼1400℃에서 6시간 소성하여 참고용 형광체 1을 얻었다.
<참고용 형광체 2>
참고용 형광체 2로서, Sr0.67Ba0.25Si2O2N2:Eu2＋ 0.08로 표시되는 형광체를 제작.
이 참고용 형광체 2의 제조는, 우선, SrCO3를 1.517 g, BaCO3를 0.759 g, Eu2O3를 0.217 g, SiO2를 0.462 g 각각 칭량하고, 각 원료를 알루미나 유발에 넣어 약 20분 혼합 분쇄하며, 이 혼합물을 알루미나 도가니에 넣어 뚜껑을 덮고, 환원 분위기 H2/N2(5/95), 1100℃의 전기로에서 3시간 소성하여 전구체 Sr1.34Ba0.5SiO4:Eu2＋ 0.16을 얻었다.
다음에, 상기 전구체를 2.016 g, Si3N4를 0.935 g, NH4Cl을 플럭스로서 0.03 g 각각 칭량하고, 각 원료를 알루미나 유발에 넣어 약 20분 혼합 분쇄하며, 이 혼합물을 알루미나 도가니에 넣어 뚜껑을 덮고, 환원 분위기 H2/N2(5/95), 1200℃∼1400℃에서 6시간 소성하여 참고용 형광체 2를 얻었다.
<비교용 형광체 1>
비교용 형광체 1로서 세륨 활성의 이트륨·알루미늄·가넷 형광체(카세이 옵토닉스 제조: P46-Y3)를 이용하였다.
이러한 색도 규정에 합치된 백색광을 높은 발광 강도로 발광 가능하게 한 백색 발광 장치의 예로서, 청색 파장 영역(420 ㎚∼490 ㎚)에 발광 피크 파장을 갖는 InGaN계의 반도체 발광 소자와, 510 ㎚∼600 ㎚ 사이에 발광 피크 파장을 갖는 세륨 활성의 이트륨·알루미늄·가넷(YAG)계의 황색 형광체를 조합하여 백색 발광을 실현하는 발광 장치가 알려져 있다.
이 형광체는, 청색 파장 영역의 광으로 여기하여 황색 발광하는 형광체로서 알려져 있다.
<형광체 1∼3의 평가 결과>
이하, 형광체 1∼3, 참고용 형광체 1∼2 및 비교용 형광체 1에 대해서 측정한 450 ㎚ 여기 하에 있어서의 각종 발광 특성을 상세히 설명한다.
표 1에, 450 ㎚ 여기 하에 있어서의 각 형광체의 적분 발광 강도비, 색도 좌표(cx, cy) 및 도미넌트 파장(nm)을 나타낸다.
또한, 적분 발광 강도비는, 450 ㎚ 여기 하에 있어서의 비교용 형광체 1의 적분 발광 강도를 100으로 했을 때의 상대값으로서 나타낸다.
Figure pct00001
적분 발광 강도비: 비교용 형광체 1의 적분 발광 강도를 100으로 했을 때의 상대값
표 1로부터, 형광체 1∼3은 모두 비교용 형광체 1보다 강한 적분 발광 강도를 나타내고 있고, 450 ㎚ 부근의 파장 영역에서 효율적으로 여기되어 높은 발광 강도의 가시광을 발광 가능하다는 것을 알 수 있다.
또한, 형광체 1∼3은, 색도 좌표가 cx＝0.47∼0.52, cy＝0.47∼0.51의 범위 내에 있고, 도미넌트 파장이 비교용 형광체 1에 비하여 장파장이 되는 575 ㎚∼581 ㎚의 파장 영역에 있는 것을 알 수 있다.
도 2에, 450 ㎚ 여기 하에 있어서의 형광체 1의 발광 스펙트럼(실선) 및 비교용 형광체 1의 발광 스펙트럼(점선)을 나타낸다.
또한, 도 2에 있어서의 그래프의 종축은 형광체 1과 비교용 형광체 1의 상대적인 발광 강도를 나타내는 것이다.
이 도 2로부터, 형광체 1은, 발광 스펙트럼의 피크가 560 ㎚∼580 ㎚의 파장 영역에 있고, 반치폭이 90 ㎚ 이상인 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 형광체 1은 청색의 보색인 황색으로 발광하는 것을 알 수 있다.
도 3에, 형광체 1의 여기 스펙트럼(실선) 및 비교용 형광체 1의 여기 스펙트럼(점선)을 나타낸다.
또한, 도 3에 있어서의 그래프의 종축은 형광체 1과 비교용 형광체 1의 상대적인 여기 강도를 나타내는 것이다.
이 도 3으로부터, 형광체 1은, 여기 스펙트럼의 피크가 400 ㎚∼470 ㎚로 넓게 존재하는 것을 알 수 있다.
이것으로부터, 형광체 1은, 370 ㎚∼480 ㎚의 파장 영역에 발광 스펙트럼의 피크를 갖는 반도체 발광 소자의 광에 의해 효율적으로 여기되어 발광 가능한 것을 알 수 있다.
<가색 혼합에 의한 백색광화의 검토>
도 4에 도시된 바와 같이, 발광 스펙트럼의 피크 파장이 450 ㎚인 반도체 발광 소자와 각 형광체의 가색 혼합에 의해 재현 가능한 색도 범위는, 이 반도체 발광 소자의 색도 좌표 포인트 B(cx＝0.152, cy＝0.025)와, 표 1에 나타낸 각 형광체의 색도 좌표인 포인트 Y1∼Y6을 연결한 직선(점선) L1∼L6에 의해 근사적으로 나타낼 수 있다.
이 도 4로부터, L1∼L3(형광체 1∼3) 및 L6(비교용 형광체 1)은 차량용 전조등의 백색 광원의 색도 규정(JIS:D5500)의 범위를 나타내는 영역 A의 범위를 통과하기 때문에, 청색 발광의 반도체 발광 소자와의 조합에 의해 이 색도 규정을 만족하는 백색광의 발광이 가능하다는 것을 예상할 수 있다.
한편, L4 및 L5는 영역 A의 범위를 통과하지 않기 때문에 이 색도 규정을 만족하는 백색광의 발광이 불가능하다는 것을 예상할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 직선 L1∼L3(형광체 1∼3) 또는 직선 L6(비교용 형광체 1)에 있어서, 영역 A의 범위 내에서 가장 시감도가 높은 포인트는, 영역 A의 황색 형광체측 경계선과 각 직선 L1∼L3, L6과의 교차점인 포인트 X1∼3, X6이 된다.
표 2에, 포인트 X1∼3, X6의 색도 좌표, 색차 α: 각 포인트와 반도체 발광 소자의 색도 좌표(포인트 B)와의 색차, 색차 β: 각 포인트와 각 형광체의 색도 좌표(포인트 Y1∼Y3, Y6)와의 색차(색차 β), 색차비(색차 α:색차 β)를 나타낸다.
이 표 2 및 도 4로부터, 포인트 X1∼X3(형광체 1∼3)은 포인트 X6(비교용 형광체 1)에 비하여 모두 색차 β에 대한 색차 α의 비율이 크고, 형광체의 색도 좌표측에 가까운 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 형광체 1∼3과 청색 발광의 반도체 발광 소자와의 조합에 의해 영역 A의 범위에서 비교용 형광체 1을 이용한 경우보다도 더 시감도가 높은 백색광의 발광이 가능하다는 것을 예상할 수 있다.
Figure pct00002
색차 α: 포인트 X1∼3, X6과 반도체 발광 소자의 색도 좌표(포인트 B)와의 색차
색차 β: 포인트 X1∼3, X6과 각 형광체(포인트 Y1∼Y3, Y6)와의 색차
다음에, 실시예의 발광 장치의 구성에 대해서 상세히 설명한다.
또한, 하기 발광 장치의 구성은, 이용한 형광체의 종류를 제외하고, 모든 실시예 및 비교예에 대해서 공통된 구성이다.
<발광 장치의 구성>
본 실시예의 발광 장치는, 상기한 실시형태에 있어서 하기의 구체적인 구성을 이용한 것이다.
우선, 기판(2)으로서 질화알루미늄 기판을 이용하고, 그 표면에 금을 이용하여 전극(3a)(양극) 및 전극(3b)(음극)을 형성하였다.
또한, 반도체 발광 소자(4)로서, 450 ㎚에서 발광 피크를 갖는 사방 1 ㎜의 LED(SemiLEDs사 제조: MvpLEDTMSL-V-B40AC)를 이용하여, 상기 전극(3a)(양극) 상에 디스펜서를 이용하여 적하한 은 페이스트(에이블스틱사 제조: 84-1LMISR4) 상에 이LED의 하면을 접착시키고, 이 은 페이스트를 175℃ 환경 하에서 1시간 경화시켰다.
또한, 와이어(6)로서 Φ45 ㎛의 금 와이어를 이용하고, 이 금 와이어를 초음파 열압착에 의해 LED의 상면측 전극 및 전극(3b)(음극)에 접합시켰다.
또한, 바인더 부재로서 실리콘수지(도레다우코닝실리콘사 제조: JCR6140)를 이용하여, 이것에 각종 형광체를 혼입한 30 vol% 형광체 페이스트를 제작하고, 이 형광체 페이스트를 반도체 발광 소자(4)의 상면에 도포하였다. 도포량은 원하는 색도를 얻을 수 있도록 막 두께를 조정하면서 도포하였다.
도포한 형광체 페이스트를 80℃ 환경 하에서 40분, 그 후에 150℃ 환경 하에서 60분의 스텝 경화로써 고정화함으로써 형광층(7)을 형성하였다.
이상의 형광체 및 발광 장치의 구성에 기초하여 하기 실시예, 참고예 및 비교예를 제작하였다.
<실시예 1>
본 실시예 1은, 상기 형광체 1을 이용하여 형광체 페이스트를 제작하고, 이 형광체 페이스트를 이용하여 도포량을 도 4의 색도도에 있어서의 포인트 X1과 가까워지도록 조정한 발광 장치를 제작하였다.
<실시예 2>
본 실시예 2는, 상기 형광체 2를 이용하여 형광체 페이스트를 제작하고, 이 형광체 페이스트를 이용하여 도포량을 도 4의 색도도에 있어서의 포인트 X2와 가까워지도록 조정한 발광 장치를 제작하였다.
<실시예 3>
본 실시예 3은, 상기 형광체 3을 이용하여 형광체 페이스트를 제작하고, 이 형광체 페이스트를 이용하여 도포량을 도 4의 색도도에 있어서의 포인트 X3과 가까워지도록 조정한 발광 장치를 제작하였다.
<비교예 1>
본 비교예 1은, 상기 비교용 형광체 1을 이용하여 형광체 페이스트를 제작하고, 이 형광체 페이스트를 이용하여 도포량을 도 4의 색도도에 있어서의 포인트 X 6과 가까워지도록 조정한 발광 장치를 제작하였다.
<실시예의 평가>
각 발광 장치를 적분구(積分球) 내에서 50 mA의 전류를 투입하여 발광시키고, 분광기(Instrument System사 제조 CAS140B-152)로 광속 및 분광 스펙트럼을 측정하였다. 그 측정 결과를 이하에 상세히 설명한다.
표 3에, 각 발광 장치에 50 mA의 구동 전류를 인가했을 때의 광속비, 색도 좌표(cx, cy) 및 색온도(K)를 나타낸다.
또한, 광속비는, 비교예 1의 발광 장치에 50 mA의 구동 전류를 인가했을 때의 광속을 100으로 하는 상대값으로서 나타낸다.
Figure pct00003
광속비: 비교예 3의 발광 장치에 50 mA의 구동 전류를 인가했을 때의 광속을 100으로 하는 상대값
이 표 3으로부터, 어느 실시예도 비교예 1보다 고광속이라는 것을 알 수 있다.
또한, 어느 실시예의 색도 좌표도 도 4의 색도도에 있어서의 영역 A의 범위에 있고, 즉 차량용 등기구의 백색 광원의 색도 규정에 합치된 백색광이며, 또한 비교예 1에 대하여 형광체측에 가까운 위치에 있는, 즉 시감도가 높은 백색광인 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 1의 색온도가 4000 K 이상인 데 반하여, 실시예 1 내지 실시예 3의 색온도는 모두 4000 K 이하의 난계색인 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 형광체를 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않고, 여러 가지 변경, 개량, 조합, 이용 형태 등을 생각할 수 있는 것은 물론이다.
본 출원은, 2008년 2월 18일에 출원한 일본 특허 출원(특허출원 제2008-035453호)에 기초한 것으로서, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
본 발명의 백색 발광 장치는, 차량용 등기구로서, 광원의 기능색이 백색계인 것, 예컨대 헤드 램프, 포그 램프, 코너링 램프, 라이센스 플레이트 램프, 백업 램프, 룸 램프 등에 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 백색 발광 장치는, 백색 광원과 컬러 필터 등을 조합한 차량용 등기구로서, 기능색이 백색계 이외인 것, 예컨대 테일 램프, 스톱 램프, 턴 시그널 램프 등에 이용할 수도 있다.
1 : 발광 장치 2 : 기판
3a : 전극(양극) 3b : 전극(음극)
4 : 반도체 발광 소자 5 : 마운트 부재
6 : 와이어 7 : 형광층

Claims (9)

  1. 차량용 등기구에 이용되는 백색 발광 장치로서, 370 ㎚∼480 ㎚의 파장 영역에 발광 스펙트럼의 피크를 갖는 반도체 발광 소자와, 상기 반도체 발광 소자가 발생시키는 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 1종 이상의 형광체를 포함하고,
    상기 형광체는, Sr1－x－yBaxSi2O2N2:Eu2＋ y의 일반식으로 표시되며, 상기 일반식의 x는 0.3＜x＜1.0, y는 0.03＜y＜0.3, x＋y는 x＋y＜1.0의 범위인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 일반식의 x는 0.3＜x＜0.90, y는 0.05＜y＜0.25, x＋y는 x＋y＜0.98의 범위인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 형광체의 발광 스펙트럼의 도미넌트 파장은 567 ㎚∼590 ㎚의 파장 영역에 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 형광체의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 575 ㎚∼590 ㎚의 파장 영역에 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형광체의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 540 ㎚∼595 ㎚의 파장 영역에 있고, 반치폭이 80 ㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 형광체의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 575 ㎚∼590 ㎚의 파장 영역에 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형광체는, SrCO3, BaCO3, SiO2 및 Eu2O3의 혼합물을 환원 분위기 속에서 1차 소성하여 제작한 유로퓸 활성의 오르토규산염을 전구체로 하고, 이 전구체와 Si3N4 및 NH4Cl의 혼합물을 환원 분위기 속에서 2차 소성함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자의 피크 파장은 430 ㎚∼470 ㎚의 파장 영역에 있는 InGaN계 LED인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재한 백색 발광 장치를 광원으로 한 차량용 등기구.
KR1020107017812A 2008-02-18 2009-02-18 백색 발광 장치 및 이것을 이용한 차량용 등기구 KR101245005B1 (ko)

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