KR20120039631A - 옥시플루오라이드 형광체들 및 옥시플루오라이드 형광체를 포함하는 고체 조명 제품용 백색 발광 다이오드들 - Google Patents
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Abstract
고체 조명 제품에서 발광 다이오드(LED)와 이용하기 위한 청색-녹색 방출 Ce3+-활성화 옥시플루오라이드 형광체가 제공된다. 청색-녹색 방출 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체는 (Sr1 -x- yAEy)3(Al1 - zTz)O4F:Ce3 + x로 표시되며, 0 < x ≤ 0.3이고, 0 ≤ y ≤ 1이고, AE는 주기율표 상의 알칼리 토금속들로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하며, 0 ≤ z ≤1이고, T는 Al, B, Ga, 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 원자를 포함한다. 청색-녹색 방출 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체는 백색광을 발생시키기 위해 다른 형광체와 결합된다. 구체적으로, 본 발명은, 청색-녹색 방출 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 근-자외(UV) LED 및 적색 방출 형광체, 또는 근-UV LED 및 적색-황색 형광체와 결합시킴으로써 백색광을 제공한다.
Description
본 발명은 옥시플루오라이드 형광체들, 및 옥시플루오라이드 형광체를 포함하는 고체(solid state) 조명 제품용 백색 발광 다이오드들에 관한 것이다.
관련 출원들의 상호-참조
본 출원은 "OXYFLUORIDE PHOSPHORS AND WHITE LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING THE OXYFLUORIDE PHOSPHOR FOR SOLID-STATE LIGHTING APPLICATIONS"라는 발명의 명칭으로 Won-Bin Im, Ram Seshadri 및 Steven P. DenBaars에 의해 2009년 6월 16일 출원되고, 대리인 문서 번호 30794.316-US-P1(2009-704-1)인, 공동-계류 중이고 공동 양도된 미국 임시 특허 출원 번호 제61/187,411호의 우선권을 35 U.S.C. Section 119(e)에 따라 주장하며, 상기 출원은 본 명세서에 참조로서 원용된다.
본 출원은 공동-계류 중이고 공동-양도된 다음의 미국 특허 출원들과 관련된다:
"SOLID SOLUTION PHOSPHORS BASED ON OXYFLUORIDE AND WHITE LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING THE PHOSPHORS FOR SOLID STATE WHITE LIGHTING APPLICATIONS"라는 발명의 명칭으로 Won-Bin Im, Ram Sheshadri, 및 Steven P. DenBaars에 의해 2009년 10월 30일 출원되고, 대리인 문서 번호 30794.327-US-P1(2010-022)인 미국 임시 특허 출원 번호 제61/256,830호; 및
"YELLOW EMITTING Ce3 +-DOPED ALUMINATE PHOSPHOR AND WHITE LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING Ce3 +-DOPED ALUMINATE PHOSPHOR FOR SOLID-STATE LIGHTING APPLICATIONS"라는 발명의 명칭으로 Won-Bin Im, Ram Seshadri 및 Steven P. DenBaars에 의해 2008년 2월 27일 출원되고, 대리인 문서 번호 30794.262-US-P1(2008-434-1)인 미국 임시 특허 출원 번호 제61/067,297호의 우선권을 35 U.S.C. Section 119(e)에 따라 주장하며, "YELLOW EMITTING PHOSPHORS BASED ON Ce3 +-DOPED ALUMINATE AND VIA SOLID SOLUTION FOR SOLID-STATE LIGHTING APPLICATIONS"라는 발명의 명칭으로 Won-Bin Im, Ram Seshadri 및 Steven P. DenBaars에 의해 2009년 2월 27일 출원되고, 대리인 문서 번호 330794.262-US-U1(2008-434-1)인 미국 특허 출원 번호 제12/394,492; 및
"NEW YELLOW-EMITTING PHOSPHORS VIA SOLID SOLUTION AND WHITE LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING NEW YELLOW-EMITTING PHOSPHOR FOR SOLID-STATE LIGHTING APPLICATIONS"라는 발명의 명칭으로 Won-Bin Im, Ram Seshadri 및 Steven P. DenBaars에 의해 2008년 6월 20일 출원되고, 대리인 문서 번호 30794.276-US-P1(2008-540-1)인 미국 임시 특허 출원 번호 제61/074,281;
상기 출원들은 본 명세서에 참조로서 원용된다.
(유의점: 본 출원은 하나 이상의 괄호들 내의 참조 번호들, 예컨대 [x]에 의해 상세한 설명 전체에서 표시되는 것과 같이 다수의 다른 문헌들을 참조한다. 상기 참조 번호들에 따라 배열된 다른 문헌들의 목록은 아래의 "참조들"이라는 이름의 섹션에서 찾을 수 있을 것이다. 상기 문헌들 각각은 본 명세서에 참조로서 원용된다.)
LED들로부터 백색광을 발생시키기 위하여, 기본적으로 두 가지 방법들이 있다: 첫 번째 방법은 LED 칩들로부터 서로 다른 적색, 녹색, 및 청색 성분들을 혼합하는 것이고, 두 번째 방법은 청색 LED 또는 자외선(UV) LED로부터의 방출을 형광체를 이용하여 더 긴 파장으로 다운-컨버팅(down-converting)하는 것이다.
백색광을 발생시키기 위해, 대부분의 현재의 상업적 LED 램프들은 상기 두 번째 방법을 사용하며, 비용, 효율 및 제조의 단순성의 면에서 우수하기 때문에 InGaN 다이오드들에 의해 여기되는 황색 방출 YAG:Ce3 + 형광체들 이용한다[13]. 상기 두 번째 방법에 대한 추가적인 정보는 PCT 국제 특허 출원 제WO98/05078호[4]에서 찾을 수 있으며, 상기 출원은 본 명세서에 참조로서 원용된다.
그러나, YAG:Ce3 + 형광체들은 적색 스펙트럼 영역에서 상대적으로 약한 발광 세기를 가지며, 따라서, 우수한 연색 지수(color rendering index, CRI)를 얻기 어렵다[5-7]. 또한, YAG:Ce3 + 형광체들로부터의 출력 색은 온도 및 전류에 강하게 의존하며, 이는 고-전력 LED들에서 중요한 문제가 될 것이다[8].
이러한 단점들을 극복하고, 지식 재산권과 관련된 이슈들을 피하기 위하여, 전 세계적으로 청색-펌핑된(blue-pumped) LED 제품들[9-12]을 위한 새로운 황색 발광 형광체들을 개발하고, 기존의 시스템들을 최적화하기 위한 엄청난 노력들이 행해진다. 불행히도, YAG:Ce3 +를 제외하고는, 장파장의 UV 또는 청색 여기 소스들과 함께 이용하기 위한 형광 물질들이 거의 없다. 지금까지, YAG:Ce3 + 형광체를 대체하는 경쟁적인 황색 형광체가 발견되지 않았다.
따라서, 기술 분야에서 고체 조명을 위한 새로운 형광체들의 개발이 요구되며, 특히 향상된 열적 안정성을 가지며, 용이하게 낮은 비용으로 제조될 수 있는, 고효율 및 적색 영역에서 개선된 연색 특성들을 가지는 형광체들의 개발이 요구된다. 본 발명은 이러한 요구를 만족시킨다.
본 발명의 기술적 과제는, 향상된 열적 안정성을 가지며, 용이하게 낮은 비용으로 제조될 수 있고, 고효율 및 적색 영역에서 개선된 연색 특성들을 가지는 고체 조명용 형광체를 제공하는 것이다.
상술한 종래 기술의 한계들을 극복하고, 본 명세서를 읽고 이해함으로써 분명해질 다른 한계들을 극복하기 위하여, 본 발명은 고체 조명 제품들에서 LED와 함께 사용하기 위한 형광체 및 형광체의 제조 방법을 개시하며, 상기 형광체 및 LED는 백색광을 방출한다(예를 들어, 하나 이상의 추가적인 형광체들과 결합하여).
특히, 상기 형광체는 청색-녹색 방출 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 포함하며, 이는 다음과 같이 표시된다:
(Sr1 -x- yAEy)3(Al1 - zTz)O4F:Ce3 + x
여기에서, 0 < x ≤ 0.3이고, 0 ≤ y ≤ 1이고, AE는 알칼리 토금속들로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하며, 0 ≤ z ≤1이고, T는 Al, B, Ga, 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 원자를 포함한다.
본 발명은 광을 방출하기 위한 LED; 및 상기 LED에 광학적으로 커플링(coupling)되는 형광체를 포함하는 고체 조명 제품용 장치를 개시하며, 상기 형광체는 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 포함한다.
상기 청색-녹색 방출 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체는 백색광을 발생시키기 위해 다른 형광체와 결합될 수 있다. 구체적으로, 본 발명은, 청색-녹색 방출 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 근-자외(UV) LED 및 적색 방출 형광체, 또는 근-UV LED 및 적색-황색 형광체와 결합시킴으로써 백색광을 제공한다. 따라서, 상기 형광체는 상기 LED에 광학적으로 커플링된 형광체 혼합물을 형성하기 위해 제2 형광체와 혼합되는 제1 형광체를 포함할 수 있으며, 상기 형광체 혼합물은 상기 LED로부터 방출되는 광을 흡수하고, 그에 대응되는 백색광을 방출한다. 상기 LED는 근-자외선(near-UV) 파장에서 광을 방출할 수 있고, 상기 제1 형광체는 청색-녹색 발광 형광체일 수 있으며, 상기 제2 형광체는 적색 발광 형광체일 수 있다. 상기 LED는 근-자외선 파장에서 광을 방출할 수 있고, 상기 제1 형광체는 청색-녹색 발광 형광체일 수 있으며, 상기 제2 형광체는 황색-적색 발광 형광체일 수 있다.
상기 형광체는, 여기 방사(exciting radiation)를 흡수하고, 이를 상기 여기 방사의 파장보다 긴 파장을 가지는 광을 방출하는 상기 형광체 내의 활성제에 전달하는 감광제(sensitizer) 및 전하 보상제로서 흡수 이온을 포함할 수 있다.
본 발명은 형광체 조성물을 더 개시하며, 상기 형광체 조성물은 Sr, AE, Al, 및 F를 포함하고, 활성제로서 Ce3 +로 도핑되며, 자색, 자외선 또는 청색광으로 여기될 때, 상기 형광체가 청색-녹색 광을 양자 효율(qunatum efficiency)로 방출하도록 하는 구조 및 조성을 가지며, 상기 양자 효율은, 자색, 자외선 또는 청색광으로 여기된 YAG:Ce3 + 형광체의 양자 효율보다 크다.
상기 형광체의 구조 및 조성은 도 5에 도시된 것과 같은 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 스펙트럼을 나타낼 수 있다. 상기 형광체의 구조 및 조성은 도 3a에 도시된 것과 같을 수 있다. 상기 형광체의 발광 및 여기 스펙트럼은 도 6, 도 7, 또는 도 8에 도시된 것과 같을 수 있다.
구동 전류에 대응되는 파장에서 광의 피크 세기를 방출하는 LED에 의해 여기되는 경우, 상기 형광체에 의해 방출된 광발광(photoluminescence, PL) 세기는, 상기 구동 전류에 대응되는 상기 파장을 가지는 상기 광을 방출하는 상기 LED에 의해 여기되는 YAG:Ce 형광체에 의해 방출되는 PL 세기보다 클 수 있다.
구동 전류에 대응되는 파장에서 광의 피크 세기를 방출하는 LED에 의해 여기되는 경우, 상기 형광체의 발광 효율(luminous efficiency)은 적어도 10 lm/W일 수 있다.
상기 형광체는 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 포함하며, (Sr1 -x-yAEy)3(Al1-zTz)O4F:Ce3+ x로 표시되고, x, y, 및 AE는, 자외선 또는 청색 방사에 의해 여기되는 경우, 상기 형광체가 청색, 청색-녹색, 또는 녹색 파장들에서 피크 세기를 가지는 광을 방출하도록 정해질 수 있다.
상기 형광체는, 구동 전류에 대응되는 제2 파장에서 광의 제2 피크 세기의 광을 방출하는 LED에 의해 여기되는 경우, 450 내지 450 nm 사이의 제1 파장에서 제1 피크 세기를 가지는 광을 방출할 수 있고, 상기 형광체는, 상기 구동 전류에 대응되는 상기 제2 파장에서 상기 제2 피크 세기의 광을 방출하는 상기 LED에 의해 여기되는 YAG:Ce3 + 형광체에 의해 방출되는 광의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)보다 넓은 FWHM을 가지는 상기 제1 파장을 가지는 광을 방출한다.
상술한 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 제조하는 방법은, 혼합물을 형성하기 위해, 화학양론적 양들의 알칼리 토금속들(AE)의 탄산염(carbonate) 또는 산화물, 알루미나(Al2O3), 불화물(SrF2, BaF2, CaF2, NH4F, CeF3, AlF3 등), 및 세륨 산화물(CeO2)을 혼합하는 단계, 및 Ce3 +계 옥시플루오라이드 형광체를 형성하기 위해 상기 혼합물을 가열하는 단계(예를 들어, 500 ℃ 내지 1700 ℃의 온도로 환원 분위기에서)를 포함한다. 또한, 플럭스(flux) 물질들이 상기 혼합물에 첨가될 수 있다.
본 발명의 고체 조명용 형광체는, 향상된 열적 안정성을 가지며, 용이하게 낮은 비용으로 제조될 수 있고, 고효율 및 적색 영역에서 개선된 연색 특성들을 나타낸다.
도면들을 참조하며, 도면들에서 동일한 참조 번호들은 명세서 전체에서 대응하는 부분들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 백색 LED 구조의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 형성하기 위한 공정 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 3a는 Sr3AlO4F의 단위 셀 대표도이고, 도 3b는 Sr1O6F2의 다면체 형상을 도시하며, 도 3c는 Sr2O8F2의 다면체 형상을 도시한다.
도 4는 Sr2 .975Ce0 .025의 불소 MAS(magic angle spinning) 핵자기 공명 분광(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 스펙트럼으로, 화학적 이동을 백만분율(ppm)로 나타내고, SrF2 불순물 상(phase) 및 Sr3AlO4F 상에서 불소(F)의 상대적인 양들을 나타낸다.
도 5의 상부 그래프는 XRD 관찰 데이터(원들)에 대한 계산 선(실선)을 나타내는 Sr2 .975AlO4F:Ce3 + 0.025의 파우더 XRD(x-선 회절) 프로파일의 리트벨트 구조분석으로, 예상되는 반사 위치(reflection position)들이 도시되며, 삽입 도면은 CeO6F2 다면체 배위 형상을 나타내고, 도(°)로 나타나는 카운트들 대 CuKα2θ가 나타난다. 도 5의 하부 그래프는 도 5의 상부 그래프에서 계산 선과 관찰된 XRD 데이터 사이의 차이를 나타낸다.
도 6은 실온에서 Sr2 .975AlO4F:Ce3 + 0.025의 여기(λex) 및 발광 (λem) 특성을 도시하는 그래프이며, PL 세기(임의의 단위, a.u)를 나노미터 단위(nm)의 여기 및 발광 파장(λ)의 함수로 나타낸다.
도 7은 실온에서 Sr1 .975AlO4F:Ce3 + 0.025의 데이터와 비교하여 상업적 YAG:Ce3 + 형광체의 여기(λex) 및 발광 (λem) 스펙트럼을 도시하는 그래프이며, 임의의 단위의 PL 세기를 nm 단위의 여기(λ) 및 발광(λ)의 함수로 나타낸다.
도 8은 실온에서의 Sr2 .975- yCayAlO4F:Ce3 + 0.025의 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이며, (a) y = 0.5, (b) y = 1.0, 및 (c) y = 1.5이고, 임의의 단위의 PL 세기를 나노미터 단위(nm)의 발광 파장(λ)의 함수로 나타내며, 여기 파장 λex=405 nm이다.
도 9는 405 nm의 여기 파장에 대해, Sr3 - xCexAlO4F로부터 방출되는 광의 상대적인 PL 세기를 x의 함수로서 도시한다.
도 10은 YAG:Ce3 +(원들), Ce3 +(SAF:Ce3 +)로 도핑된 SrAlF 함유 형광체(사각형들), 및 Ce3 +(SBAF:Ce3 +)로 도핑된 SrBaAlF 함유 형광체(삼각형들)의 열적 소광(thermal quenching)을 도시하며, 상대적인 PL 세기 대 섭씨로 나타나는 온도(°)를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 백색 LED 구조의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 형성하기 위한 공정 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 3a는 Sr3AlO4F의 단위 셀 대표도이고, 도 3b는 Sr1O6F2의 다면체 형상을 도시하며, 도 3c는 Sr2O8F2의 다면체 형상을 도시한다.
도 4는 Sr2 .975Ce0 .025의 불소 MAS(magic angle spinning) 핵자기 공명 분광(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 스펙트럼으로, 화학적 이동을 백만분율(ppm)로 나타내고, SrF2 불순물 상(phase) 및 Sr3AlO4F 상에서 불소(F)의 상대적인 양들을 나타낸다.
도 5의 상부 그래프는 XRD 관찰 데이터(원들)에 대한 계산 선(실선)을 나타내는 Sr2 .975AlO4F:Ce3 + 0.025의 파우더 XRD(x-선 회절) 프로파일의 리트벨트 구조분석으로, 예상되는 반사 위치(reflection position)들이 도시되며, 삽입 도면은 CeO6F2 다면체 배위 형상을 나타내고, 도(°)로 나타나는 카운트들 대 CuKα2θ가 나타난다. 도 5의 하부 그래프는 도 5의 상부 그래프에서 계산 선과 관찰된 XRD 데이터 사이의 차이를 나타낸다.
도 6은 실온에서 Sr2 .975AlO4F:Ce3 + 0.025의 여기(λex) 및 발광 (λem) 특성을 도시하는 그래프이며, PL 세기(임의의 단위, a.u)를 나노미터 단위(nm)의 여기 및 발광 파장(λ)의 함수로 나타낸다.
도 7은 실온에서 Sr1 .975AlO4F:Ce3 + 0.025의 데이터와 비교하여 상업적 YAG:Ce3 + 형광체의 여기(λex) 및 발광 (λem) 스펙트럼을 도시하는 그래프이며, 임의의 단위의 PL 세기를 nm 단위의 여기(λ) 및 발광(λ)의 함수로 나타낸다.
도 8은 실온에서의 Sr2 .975- yCayAlO4F:Ce3 + 0.025의 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이며, (a) y = 0.5, (b) y = 1.0, 및 (c) y = 1.5이고, 임의의 단위의 PL 세기를 나노미터 단위(nm)의 발광 파장(λ)의 함수로 나타내며, 여기 파장 λex=405 nm이다.
도 9는 405 nm의 여기 파장에 대해, Sr3 - xCexAlO4F로부터 방출되는 광의 상대적인 PL 세기를 x의 함수로서 도시한다.
도 10은 YAG:Ce3 +(원들), Ce3 +(SAF:Ce3 +)로 도핑된 SrAlF 함유 형광체(사각형들), 및 Ce3 +(SBAF:Ce3 +)로 도핑된 SrBaAlF 함유 형광체(삼각형들)의 열적 소광(thermal quenching)을 도시하며, 상대적인 PL 세기 대 섭씨로 나타나는 온도(°)를 나타낸다.
바람직한 실시예의 아래의 설명에서, 본 명세서의 일부를 이루는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어지며, 도면들은 본 발명이 실행될 수 있는 특정 실시예를 설명하는 방식으로 나타난다. 다른 실시예들이 활용될 수 있으며 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 구조적 변화들이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.
개요
본 발명은 형광체 및 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드(light emitting diode, LED)에 관한 것이다. 특히, 상기 형광체는 청색-녹색 방출 Ce3+-활성화 옥시플루오라이드(Ce3+-activated oxyfluoride phosphor) 형광체를 포함하며, 이는 다음과 같이 표현된다:
(Sr1 -x- yAEy)3(Al1 - zTz)O4F:Ce3 + x
여기에서, 0 < x ≤ 0.3이고, 0 ≤ y ≤ 1이고, AE는 주기율표 상의 알칼리 토금속(alkaline earth metal)들로부터 선택된 적어도 하나의 원소, 예를 들어, Mg, Ca 및 Ba를 포함하며, 0 ≤ z ≤1이고, T는 Al, B, Ga, 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 원자를 포함한다.
호스트 격자(host lattice)는 처음 Kennedy 등에 의해 1999년 및 2003년에 보고되었다[13, 14]. 그러나, 고체 조명 제품들에, 다른 형광체들 및 소자들과 함께, 상기 형광체를 사용한 것은 본 발명이 최초이다. 구체적으로, 본 발명은 근-자외선 LED(파장(λmax)=395 및 405 nm에서 피크 세기를 방출) 및 적색 방출 형광체, 또는 근-자외선 LED 및 적색-황색 형광체 중 어느 하나를, 본 발명의 청색-녹색 방출 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체와 결합함으로써 백색 광을 제공한다.
본 발명에 기초한 형광체는, 기존의 GaN-계 장파장 UV LED에 의해 여기(excited)되었던 경우, 420 내지 600 nm의 광대역 방출을 나타낸다. 본 발명의 형광체를 사용한 LED는, 고체 조명용 LED에 적용되고 및/또는 액정 표시 장치(LCD)를 위한 백라이트 소스로서 적용될 경우, 백색 조명을 위한 다양한 형광체 조합들에 고효율 및 우수한 연색 특성들을 제공할 것으로 기대된다.
기술적 설명
장치
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다양한 형광체 조합들로 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 사용하는 고체 조명 제품들, 예를 들어 백색 LED용 장치(100)의 개략도이다.
장치(100)는 발광을 위한 LED(102); 및 LED(102)에 광학적으로 커플링된 형광체(104)를 포함한다. 예를 들어, 백색 LED(100)는 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체(104)로 395 nm(또는 405 nm)의 주 방출 파장(106)을 가지는 근-UV LED 칩(102)을 이용하여 제조될 수 있다. 형광체(104)는 다음과 같이 표시되는 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 포함할 수 있다:
(Sr1 -x- yAEy)3(Al1 - zTz)O4F:Ce3 + x
여기에서, 0 < x ≤ 0.3이고, 0 ≤ y ≤ 1이고, AE는 알칼리 토금속들로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하며, 0 ≤ z ≤1이고, T는 Al, B, Ga, 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 원자를 포함한다.
백색광 생성(백색광(108)을 방출)을 위한 백색 발광 LED(100)를 얻기 위해, 형광체(104)는 적색 발광 형광체(청색-녹색 + 적색), 황색-적색 발광 형광체(청색-녹색 및 황색-적색), 또는 황색광(110) 및 적색 발광 형광체들(청색-녹색 + 황색 + 적색) 중 어느 하나와 결합된 옥시플루오라이드 형광체일 수 있다. 이러한 목적을 위한 다수의 다른 제품들이 있다.
공정
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 형성하기 위한 공정을 도시하는 흐름도이다. (Sr1 -x- yAEy)3(Al1 - zTz)O4F:Ce3 + x 형광체 샘플들을 합성하기위해, CaCO3, CaF2, SrCO3, SrF2, BaCO3, BaF2, Al2O3, AlF3, NH4F, H3BO3, Ga2O3, In2O3, Sc2O3, CeF3, 및 CeO2이 선택되고 원료들로서 화학양론적(stoichiometric) 양들로 사용된다(블록 200). 특히, 알칼리 토금속들(AE)의 탄산염(carbonate)들 또는 산화물들, 알루미나(Al2O3) 및 세륨 산화물(CeO2)이 사용될 수 있다. CaF2, SrF2, BaF2, NH4F, CeF3, 및 AlF3를 포함하는 많은 물질들이 불소 소스로서 사용될 수 있다.
다음으로 원료들은 혼합물을 형성하기 위해 예컨대, 마노(agate) 유발(mortar)을 이용하여 30분간 혼합되고(혼합 단계, 블록 202), 이어서 공기 중에서 500 ℃ 내지 1700 ℃ 로 가열된다(혼합물의 가열 또는 소성 단계, 블록 204). 상기 혼합 단계(블록 202)는 BaF2와 같은 플럭스(flux) 물질들을 상기 혼합물에 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 혼합물의 가열하는 단계는 환원(reduction) 분위기에서 이루어질 수 있다.
다음으로 형성된 물질들에 제1 그라인딩(grinding) 단계(블록 206)가 수행되고, 상기 물질들이 500 ℃ 내지 1700 ℃로 가열되는, 제2 소성 또는 가열 단계(블록 208)가 이어진다. 상기 제2 가열 단계에서, 혼합 가스의 부피에 대하여 수소 함량이 부피로 2 내지 25 %인 질소 혼합 가스를 공급함으로서 환원 분위기를 제공하는 것이 바람직하다. 형광체의 광학적 특성들을 향상시키기 위하여, 높은 결정성을 제공하도록 두 번 이상 가열하는 것이 가능하다.
상기 제2 가열 단계 다음으로, 형성된 물질들에 제2 그라인딩 단계가 수행된다(블록 210).
상기 공정의 최종 결과물은 본 발명의 형광체 파우더이다(블록 212). 형성된 형광체는 Sr, AE, Al, 및 F를 포함할 수 있으며, 활성제(activator)로서 Ce3 +로 도핑될 수 있으며, 형광체가 양자 효율(quantum efficiency, QE)로 청색-녹색 광을 방출하도록 하는 구조 및 조성을 가질 수 있다. 양자 효율은, 자색, 자외선 또는 청색광으로 여기될 때, 형광체로 입사(input)되는 광자(photon)들의 전체 개수 대 형광체를 탈출(exit)하는 광자의 전체 개수의 비이며, 상기 양자 효율은 자색, 자외선 또는 청색광으로 여기된 YAG:Ce3 + 형광체의 양자 효율보다 크다.
형성된 형광체 파우더는 다음과 같이 표시되는 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 포함할 수 있다:
(Sr1 -x- yAEy)3(Al1 - zTz)O4F:Ce3 + x
여기에서, 0 < x ≤ 0.3이고, 0 ≤ y ≤ 1이고, AE는 알칼리 토금속들로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하며, 0 ≤ z ≤1이고, T는 Al, B, Ga, 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 원자를 포함한다. 알칼리 토금속들로부터 선택된 원소들은 Mg, Ca 및 Ba을 포함한다.
형광체는, 여기시키는 방사를 흡수하고, 이를 여기시키는 방사의 파장보다 긴 파장을 가지는 광을 방출하는 형광체 내의 활성제에 전달하는 감광제(sensitizer) 및 전하 보상제(charge compensator)로서 흡수 이온(absorbing ion)을 포함할 수 있다.
단계들은 원하는 만큼 추가될 수 있다. 예를 들어, 추가 단계는 블록 212의 형광체를 LED 및 하나 이상의 추가적인 형광체들에 결합하는 단계로 나타나는 블록 214를 더 포함할 수 있다.
블록 212의 형광체의 양자 효율은, 예를 들어 InGaN LED로부터의 400 nm(피크 세기의 파장) 광에 의해 여기되는 경우, 81 %보다 클 수 있고, 적어도 90 % 또는 95 %(100 % 근방)일 수 있다.
형광체에 의해 방출되는 PL 세기는, 구동 전류(예컨대, 2- 30 mA) 또는 전압 바이어스에 대응하는 파장(예컨대, 405 nm)에서 피크 세기의 광을 방출하는 LED(예를 들어, InGaN 양자 우물 활성층을 가짐)에 의해 여기되는 경우, 동일한 구동 전류에 대응하는 동일한 파장을 가지는 광을 방출하는 LED에 의해 여기되는 YAG:Ce 형광체에 의해 방출되는 PL 세기보다 클 수 있다(예를 들어, 적어도 150 %).
구동 전류(예컨대, 2- 30 mA)에 대응하는 파장(예컨대, 405 nm)에서 피크 세기의 광을 방출하는 LED에 의해 여기되는 경우, 형광체의 발광 효율(luminous efficiency)은 적어도 10 lm/W(또는 적어도 25 lm/W 또는 적어도 30 lm/W)일 수 있다. 예를 들어, 20 mA 구동 전류로 405 nm 파장에서 LED에 의해 여기되는 경우 30 lm/W에서 청색-녹색 발광이 얻어졌다.
구동 전류에 대응하는 500 내지 550 nm의 제2 파장에서 광의 제2 피크 세기를 방출하는 LED에 의해 여기되는 경우, 형광체는 450 내지 500 nm의 제1 파장에서 제1 피크 세기를 가지는 광을 방출할 수 있다. 형광체는, 구동 전류에 대응하는 제2 파장에서 제2 피크 세기의 광을 방출하는 LED에 의해 여기된 YAG:Ce3 + 형광체에 의해 방출되는 광의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)보다 넓은 FWHM로 제1 파장을 가지는 광을 방출한다.
x, y, 및 AE는, 자외선 또는 청색 부분의 스펙트럼(예컨대, LED로부터 방출되는, 예를 들어 350 nm - 450 nm)에서 피크 파장을 가지는 방사에 의해 여기되는 경우, 형광체가 청색, 청색-녹색, 또는 녹색 파장들(예컨대, 450 nm - 550 nm)에서 피크 세기를 가지는 광을 방출하도록 정해질 수 있다. 양자 효율은 [14]에서와 같이 정의되고 측정된다.
블록 214는 블록 212의 형광체를 하나 이상의 추가적인 형광체들과, 예를 들어 백색광을 생성하기 위해 결합하는 단계를 더 나타낸다. 예를 들어, 도 1에 도시된 형광체(104)는 LED에 광학적으로 커플링된 형광체 혼합물을 형성하기 위해 제2 형광체와 혼합되는 제1 형광체를 포함할 수 있으며, 형광체 혼합물은 LED로부터 방출되는 광을 흡수하고 그에 대응되는 백색광을 방출한다. LED는 근-UV 파장(~ 370 - 400 nm)에서 발광할 수 있으며, 제1 형광체는 청색-녹색 발광 형광체일 수 있고, 제2 형광체는 적색(예를 들어, 620 - 750 nm) 발광 형광체일 수 있다. 대안적으로, LED는 근 UV 파장에서 발광할 수 있으며, 제1 형광체는 청색-녹색 발광 형광체일 수 있고, 제2 형광체는 황색-적색(예를 들어, 570 nm - 750 nm) 발광 형광체일 수 있다.
단계들은 원하는 만큼 생략되거나 변화될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은, 혼합물을 형성하기 위해 알칼리 토금속들(AE)의 탄산염 또는 산화물 , 알루미나(Al2O3), 불화물(SrF2, BaF2, CaF2, NH4F, CeF3, AlF3 등), 및 세륨 산화물(CeO2)의 화학양론적 양들을 혼합하는 단계(블록 202); 및 Ce3 +계 옥시플루오라이드 형광체를 형성기 위해 상기 혼합물을 가열하는 단계(블록 204 및/또는 블록 208)를 포함할 수 있다.
구조
도 3a는 Sr3AlO4F의 단위 셀(300) 대표도이다. Sr3AlO4F의 단위 셀(Z=4)에서, 셀은 Sr 원자들(Sr1, 2)에 의해 완전히 점유된 8h 사이트들(302) 및 4a 사이트들(304), 및 Al 원자들에 의해 점유된 4b 사이트(306)를 보여주며, 4b 사이트(306)는 4a 사이트들(304) 사이에 있고, 4a 사이트들(304) 및 4b 사이트들(306)은 8h 사이트들(302)을 포함하는 면들 또는 층들 사이의 면들 또는 층들에 있다. 불소(F) 원자들은 4c 사이트(308) 상에 분포하고, 16l 사이트(310)는 산소(O) 원자들에 의해 점유된다.
도 3b는 Sr1O6F2의 다면체(312) 형상을 도시하며, 다면체(312)의 중심의 8h 사이트(302)에 Sr1, 16l 사이트(310)에 O 원자들 , 4c 사이트(308)에 F 원자들이 위치하고, 16l 사이트(310) 및 4c 사이트(308)는 다면체(312)의 꼭지점(vertex)들에 있다.
도 3c는 Sr2O8F2의 다면체(314) 형상을 도시하며, 다면체(314)의 중심의 4a 사이트(304)에 Sr2, 16l 사이트(310)에 O 원자들 , 4c 사이트(308)에 F 원자들이 위치하고, 16l 사이트(310) 및 4c 사이트(308)는 다면체(312)의 꼭지점(vertex)들에 있다.
CeO6F2 다면체는, 4c 사이트(308) 상의 두 개의 F1 원자들 및 16l 사이트(310) 상의 여섯 개의 O1 원자들로 이루어지며, 후자는 인접한 층들 상에서 네 개의 AlO4 사면체(316)에 의해 공유된다. Ce 원자 주위의 다면체(316) 형상은 변형된 엇사각 기둥(distorted square antiprism)으로 설명될 수 있으며, 두 개의 F1 원자들(308)은 거울면 상에 존재하며, 서로로부터 떨어져서 위치한다.
8h 사이트(302) 및 4a 사이트(304)는 Sr 또는 Ce 원자들(Sr을 치환하는 Ce)에 의해 점유될 수 있다. Ba와 같은 AE는, 비록 AE가 4a 사이트(304) 상의 Sr2를 치환하기 쉽다하더라도, 4a 사이트(304) 상의 Sr2 및/또는 8h 사이트(302)상의 Sr1을 대신할 수 있다. AE는 호스트가 안정화되도록 Sr2의 결합을 증가시킬 수 있다(Ba가 없으면, Sr2는 Sr1에 비하여 언더본딩(underbonding)될 수 있음). 그러나, Ce는 두 개의 사이트들 4a 및 8h를 점유할 수 있으며, 이는 PL 스펙트럼에서 두 개의 피크들을 발생시킨다[15].
Sr, AE, Al, 및 F는 형광체가 등구조의(isostructural) 화합물이 되도록 배열될 수 있다. 형광체의 구조 및 조성은 도 3a에 도시된 것과 같은 단위 셀을 가질 수 있다. F 원자들은 도 4에 도시된 것과 같이 잘 배열될 수 있다.
제1
실시예
도 5의 상부 그래프에 XRD 스펙트럼에 의해 나타나는 것과 같이, Sr2.975AlO4F:Ce3+ 0.025 형광체 샘플의 단일 상이 얻어졌다. 형광체 샘플은 I4/mcm 공간군을 가지는 사면체 구조를 가지는 파우더이고, XRD 데이터의 리트벨트 구조분석(Rietveld refinement)에 기초하여 셀 파라미터들은 약 a = b = 6.7720(1) 및 c = 11.1485(2) Å이었다. 8h 사이트(302)의 Sr1, F 원자들(308) 및 O 원자들(310)도 나타난다. 따라서, 형광체는 도 5에 도시된 것과 같은 XRD 스펙트럼을 나타내는 구조 및 조성을 가질 수 있다. 도 5에서 실험적 데이터(원들)에 대한 계산 선( calculated fit)(실선)은, 리트벨트 방법을 사용한 구조 모델에 기반한 결정 구조 분석들에 기초한다. 예상되는 반사 위치(expected reflection position)들(502)이 나타난다. 도 5의 하부 그래프는 도 5의 상부 그래프에서 계산 선(500)과 관찰된 XRD 데이터(원들) 사이의 차이 프로파일을 나타낸다.
Sr2 .975AlO4F:Ce3 + 0.025 조성의 발광 특성은, 도 6에 도시된 것과 같이, λex = 404 nm에서 최대값을 가지며 300 nm로부터 460 nm까지의 넓은 여기 대역 λex을 갖는다. 상기 조성은 YAG:Ce3 + 형광체에 비하여 상대적으로 넓은 FWHM 값(~ 100 nm)을 가지며 λem = 468 nm가 중심인 발광 대역을 갖는다.
제2
실시예
도 7은 실온에서 Sr1 .975AlO4F:Ce3 + 0.025의 데이터와 비교하여 상업적 YAG:Ce3 + 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이다. YAG:Ce3 + 형광체는 λem = 450 nm에서 피크 세기를 가지는 여기 대역 및 λem = 546 nm의 파장이 중심인 발광 대역을 나타낸다. 한편, 본 발명의 Sr1 .975AlO4F:Ce3 + 0.025 형광체는, λex = 400 nm에서 피크 세기를 가지는 여기 대역, 및 ~100 nm, 즉, YAG:Ce3 + 형광체의 FWHM보다 넓은 FWHM을 가지며 λex = 468 nm의 파장이 중심인 발광 대역을 나타낸다
본 발명의 실시예에서, 상기 형광체의 원료들은 화학양론적 양들을 가지는 스트론튬 탄산염(SrCO3), 바륨 탄산염(BaCO3), 바륨 불화물(BaF2), 스트론튬 불화물(SrF2), 알루미나(Al2O3), 및 세륨 산화물(CeO2)이다. 합성 조건은 상술한 것과 동일하다.
Sr1 .975AlO4F:Ce3 + 0.025 형광체의 발광 특성은 400 nm에서 최대값을 가지며 300 nm로부터 450 nm까지의 넓은 여기 대역을 가지고, 피크들은 468 nm가 중심이었다. 상기 형광체는 상업적 YAG:Ce3 + 형광체보다 높은 PL 세기를 나타내었다. 상기 형광체의 유리한 특성들로 인하여, 백색 발광 LED가 적색 또는 황색-주황색 형광체들을 상기 형광체와 결합함으로써 고효율로 형성될 수 있다.
제3
실시예
도 8은 실온에서의 Sr2 .975- yCayAlO4F:Ce3 + 0.025의 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이며, (a) y = 0.5, (b) y = 1.0, 및 (c) y = 1.5이다.
본 발명의 실시예에서, 상기 형광체의 원료들은 화학양론적 양들을 가지는 스트론튬 탄산염(SrCO3), 칼슘 탄산염(CaCO3), 칼슘 불화물(CaF2), 스트론튬 불화물(SrF2), 알루미나(Al2O3), 및 세륨 산화물(CeO2)이다. 합성 조건은 상술한 것과 동일하다.
Sr2 .975- yCayAlO4F:Ce3 + 0.025 형광체의 발광 특성은 405 nm에서 최대 여기 대역을 가지며, 468 nm 및 520 nm가 중심인 발광 대역을 나타내었으며, YAG:Ce3 + 형광체에 비하여 상대적으로 넓은 FWHM 값을 갖는다. Sr2 .975- yAEyAlO4F:Ce3 + 0.025의 상대적인 PL 세기들은 표 1에 나타나며, 상업적 YAG:Ce3 + 형광체의 발광 스펙트럼이 실온에서 Sr2.975-yAEyAlO4F:Ce3+ 0.025의 데이터와 비교된다. 구체적으로, Sr2 .975- yAEyAlO4F:Ce3 + 0.025로부터 방출되는 상대적인 PL 세기들은 아래의 표 1에 나타나며, 상대적인 PL 세기 데이터는 460 nm 여기 하에서 Sr2 .975- yAEyAlO4F:Ce3 + 0.025의 PL 세기를 YAG:Ce3 +의 PL 세기로 나눈 후, 100을 곱한 값이다.
| Sr3 - yAEyAlO4F:Ce3 + 0.025 (y) | 상대적 PL 세기 | |
| Ba(=AE) | Ca(=AE) | |
| 0 | 89 % | 89 % |
| 0.5 | 104 % | 91 % |
| 1 | 125 % | 85 % |
| 2 | 84 % | 71 % |
| 3 | 35 % | 26 % |
도 9는 형광체의 양자 효율 또는 PL 세기를 조정하기 위해 Sr3 - xCexAlO4F 내에서 변화하는 x의 양들이 사용될 수 있음을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 형광체의 열적 소광(thermal quenching) 특성들을 도시하며, 상기 형광체는 전동 LED(powered LED)에 광학적으로 커플링될 때 발생하는 상승된 온도들에서 동작할 수 있음을 보여준다.
상기 형광체의 발광 및 여기 스펙트럼은 도 6, 도 7, 또는 도 8에 도시된 것과 같을 수 있다.
가능한 변형들 및 변경들
상술한 것과 같이, 본 발명에서, 형광체 조성은 다음 식에 따라 만들어진다:
(Sr1 -x- yAEy)3(Al1 - zTz)O4F:Ce3 + x
여기에서, 0 < x ≤ 0.3이고, 0 ≤ y ≤ 1이고, AE는 주기율표 상의 알칼리 토금속들로부터 선택된 적어도 하나의 원소, 예를 들어, Mg, Ca 및 Ba를 포함하며, 0 ≤ z ≤1이고, T는 Al, B, Ga, In, 및 Sc으로부터 선택된 적어도 하나의 원자를 포함한다.
특히, 형광체의 효율은 호스트 격자에 다른 이온을 첨가함으로써 개선될 수 있으며, 상기 이온은 여기 방사를 흡수하고, 이어서 활성제에 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 흡수 이온을 감광제라 칭한다. 소량의 Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, 및 Bi이 감광제로서 호스트 격자에 첨가될 수 있다. 또한 상기 이온은 전하 보상을 위해 Li+, Na+, 및 K+의 그룹으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 합성 방법에 따르면, 스프레이 열분해(spray pyrolysis), 공침(co-precipitation), 졸-겔(sol-gel)법, 용매열(solvothermal), 수열(hydrothermal) 방법 등을 포함하는 다양한 방법들을 적용하는 것이 가능하다.
백색광 LED 형성에 관해서, 본 발명은 다양한 조합들로 사용될 수 있다: 근-UV LED(λmax = 395 및 405 nm) 및 적색 방출 형광체, 또는 근-UV LED 및 녹색-주황색 형광체들, 또는 근-UV LED 및 황색 형광체. 이러한 목적을 위하여, 다양한 색상 범위의 필요들에 따른 많은 다른 제품들이 있다.
이점들 및 개선점들
본 발명에서, 형광체 (Sr1 -x- yAEy)3(Al1 - zTz)O4F:Ce3 + x의 조성 및 결정 구조 모두는, 근-UV 여기 하에서 사용되는 다른 보고된 청색-녹색 형광체들과 다르다. 본 발명의 상기 형광체는, 백색 발광 LED를 제공하기 위하여, 근-UV LED(λmax = 395 및 405 nm) 및 적색 방출 형광체, 또는 근-UV LED 및 녹색-주황색 형광체, 또는 근-UV LED 및 황색 형광체를 포함하는 다양한 조합들로 사용될 수 있기 때문에, 우수한 연색 지수를 제공하는 것이 기대된다. 상기 형광체의 한가지 이점은 상업적 YAG:Ce3+ 형광체보다 매우 높은 PL 세기들을 나타낸다는 것이다.
20 mA에서 6900 K의 색 온도를 가지는, Sr1 .975BaCe0 .025AlO4F의 경우, 본 발명은 약 62의 연색 지수(Ra)를 얻었다[16]. 따라서, 본 발명은 적어도 62의 Ra를 얻을 수 있으며, 예를 들어 상기 형광체 내에 적색 성분들을 추가함으로써, LED의 Ra 값은 87까지 개선되었다[16].
본 발명에 대한 추가적 정보는 [16-18]에서 찾을 수 있다.
참조들
다음의 참조들은 본 명세서에 참조로서 원용된다.
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[15] Greenham 외, Chem. Phys Lett. 241, page 89 (1995).
[16] Won Bin Im, Stuart Brinkley, Jerry Hu, Steven P. DenBaars 및 Ram Seshadri, 제목 "A green emitting phosphor: Sr2 .975- xBaxCe0 .025AlO4F with high quantum efficiency for solid state white lighting applications," Chem. Mater. 22(9), pp 28422849 (2010).
[17] 발표 슬라이드 제목 "New oxyfluoride phosphors for white LED," Solid State Lighting and Energy Center(SSLEC)의 2009년 Annual Review에서 Won Bin Im에 의해 발표 , University of California, Santa Barbara(2009년 11월 5일).
[18] 발표 슬라이드 제목 "Novel Phosphors for Solid State Lighting," Solid State Lighting and Energy Center(SSLEC)의 2009년 Annual Review에서 Ram Seshadri에 의해 발표, University of California, Santa Barbara(2009년 11월 5일).
결론
본 발명의 바람직한 실시예의 설명을 결론짓는다. 본 발명의 하나 이상의 실시예들의 전술은 도시 및 설명의 목적으로 기술되었다. 이는 총망라하거나 개시된 형식대로 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 많은 변형들 및 변경들이 상기 교시의 관점에서 가능하다. 본 발명의 범위는 이러한 상세한 설명에 의해 제한되지 않으며, 오히려 본 명세서에 첨부된 청구 범위에 의해 제한되는 것이 의도된다.
Claims (20)
- 광을 방출하기 위한 발광 다이오드(light emitting diode, LED); 및
상기 LED에 광학적으로 커플링되는 형광체를 포함하고,
상기 형광체는 (Sr1 -x- yAEy)3(Al1 - zTz)O4F:Ce3 + x로 표시되는 Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 포함하며,
0 < x ≤ 0.3이고, 0 ≤ y ≤ 1이고, AE는 알칼리 토금속들로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하며, 0 ≤ z ≤1이고, T는 Al, B, Ga, 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 조명 제품용 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 알칼리 토금속들로부터 선택되는 원소들은 Mg, Ca 및 Ba를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 조명 제품용 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 형광체는 상기 LED에 광학적으로 커플링된 형광체 혼합물을 형성하기 위해 제2 형광체와 혼합되는 제1 형광체를 포함하고,
상기 형광체 혼합물은 상기 LED로부터 방출되는 광을 흡수하고, 그에 대응되는 백색광을 방출하는 것을 특징으로 하는 고체 조명 제품용 장치. - 제3 항에 있어서,
상기 LED는 근-자외선(near-UV) 파장에서 광을 방출하고,
상기 제1 형광체는 청색-녹색 발광 형광체이며, 상기 제2 형광체는 적색 발광 형광체인 것을 특징으로 하는 고체 조명 제품용 장치. - 제3 항에 있어서,
상기 LED는 근-자외선 파장에서 광을 방출하고,
상기 제1 형광체는 청색-녹색 발광 형광체이며, 상기 제2 형광체는 황색-적색 발광 형광체인 것을 특징으로 하는 고체 조명 제품용 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 형광체는, 여기 방사를 흡수하고, 이를 상기 여기 방사의 파장보다 긴 파장을 가지는 광을 방출하는 상기 형광체 내의 활성제에 전달하는 감광제(sensitizer) 및 전하 보상제로서, 흡수 이온(absorbing ion)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 조명 제품용 장치. - Ce3 +-활성화 옥시플루오라이드 형광체를 제조하는 방법으로서,
상기 형광체는, (Sr1 -x- yAEy)3(Al1 - zTz)O4F:Ce3 + x로 표시되고,
0 < x ≤ 0.3이고, 0 ≤ y ≤ 1이고, AE는 알칼리 토금속들로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하며, 0 ≤ z ≤1이고, T는 Al, B, Ga, 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 원자를 포함하며,
혼합물을 형성하기 위해, 화학양론적 양들의 알칼리 토금속들(AE)의 탄산염(carbonate) 또는 산화물, 알루미나(Al2O3), 불화물(SrF2, BaF2, CaF2, NH4F, CeF3, AlF3 등), 및 세륨 산화물(CeO2)을 혼합하는 단계; 및
Ce3 +계 옥시플루오라이드 형광체를 형성하기 위해 상기 혼합물을 가열하는 단계를 포함하는 형광체의 제조 방법. - 제7 항에 있어서,
상기 혼합물에 플럭스(flux) 물질들을 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조 방법. - 제7 항에 있어서,
상기 가열하는 단계는, 상기 혼합물을 500 ℃ 내지 1700 ℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조 방법. - 제7 항에 있어서,
상기 가열하는 단계는, 상기 혼합물을 환원 분위기에서 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조 방법. - Sr, AE, Al, 및 F를 포함하고, 활성제로서 Ce3 +로 도핑되며,
자색, 자외선 또는 청색광으로 여기될 때, 청색-녹색 광을 양자 효율로 방출하도록 구조 및 조성을 가지고,
상기 양자 효율은, 자색, 자외선 또는 청색광으로 여기된 YAG:Ce3 + 형광체의 양자 효율보다 큰 것을 특징으로 하는 형광체 조성물. - 제11 항에 있어서,
상기 형광체의 구조 및 조성은 도 5에 도시된 것과 같은 X-선 회절 스펙트럼을 나타내는 것을 특징으로 하는 형광체 조성물. - 제11 항에 있어서,
상기 형광체의 구조 및 조성은 도 3a에 도시된 것과 같은 단위 셀을 가지는 것을 특징으로 하는 형광체 조성물. - 제11 항에 있어서,
상기 형광체의 발광 및 여기 스펙트럼은 도 6, 도 7, 또는 도 8에 도시된 것과 같은 것을 특징으로 하는 형광체 조성물. - 제11 항에 있어서,
구동 전류에 대응되는 파장에서 광의 피크 세기를 방출하는 LED에 의해 여기되는 경우, 상기 형광체에 의해 방출되는 광발광(photoluminescence, PL) 세기는, 상기 구동 전류에 대응되는 상기 파장을 가지는 상기 광을 방출하는 상기 LED에 의해 여기되는 YAG:Ce 형광체에 의해 방출되는 PL 세기보다 큰 것을 특징으로 하는 형광체 조성물. - 제11 항에 있어서,
구동 전류에 대응되는 파장에서 광의 피크 세기를 방출하는 LED에 의해 여기되는 경우, 상기 형광체의 발광 효율(luminous efficiency)은 적어도 10 lm/W인 것을 특징으로 하는 형광체 조성물. - 제11 항에 있어서,
상기 형광체 조성물은, (Sr1 -x- yAEy)3(Al1 - zTz)O4F:Ce3 + x로 표시되고,
0 < x ≤ 0.3이고, 0 ≤ y ≤ 1이고, AE는 알칼리 토금속들로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하며, 0 ≤ z ≤1이고, T는 Al, B, Ga, 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 조성물. - 제17 항에 있어서,
상기 알칼리 토금속들로부터 선택되는 원소들은 Mg, Ca 및 Ba를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 조성물. - 제17 항에 있어서,
x, y, 및 AE는, 자외선 또는 청색 방사에 의해 여기되는 경우, 상기 형광체가 청색, 청색-녹색, 또는 녹색 파장들에서 피크 세기를 가지는 광을 방출하도록 정해지는 것을 특징으로 하는 형광체 조성물. - 제17 항에 있어서,
상기 형광체는, 구동 전류에 대응되는 제2 파장에서 광의 제2 피크 세기의 광을 방출하는 LED에 의해 여기되는 경우, 450 내지 500 nm 사이의 제1 파장에서 제1 피크 세기를 가지는 광을 방출하고,
상기 형광체는, 상기 구동 전류에 대응되는 상기 제2 파장에서 상기 제2 피크 세기의 광을 방출하는 상기 LED에 의해 여기되는 YAG:Ce3 + 형광체에 의해 방출되는 광의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)보다 넓은 FWHM으로 상기 제1 파장을 가지는 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 형광체 조성물.
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