KR20130101532A - 광전자 반도체 컴포넌트 - Google Patents

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KR20130101532A
KR20130101532A KR1020137010338A KR20137010338A KR20130101532A KR 20130101532 A KR20130101532 A KR 20130101532A KR 1020137010338 A KR1020137010338 A KR 1020137010338A KR 20137010338 A KR20137010338 A KR 20137010338A KR 20130101532 A KR20130101532 A KR 20130101532A
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optoelectronic semiconductor
semiconductor component
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안젤라 에버하르트
프랑크 예어만
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오스람 게엠베하
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Abstract

광전자 반도체 컴포넌트는, 420㎚ 미만의, 1차 방사원으로부터의 방출의 윙 범위(wing range)를 가시적인 방사로 변환하는 부가적인 형광 물질을 이용한다.

Description

광전자 반도체 컴포넌트 {OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 광전자 반도체 컴포넌트, 특히 변환 LED에 기초한다. 본 발명은 또한 연관된 생산 방법을 기술한다.
US 5 998 925는 통상의 백색 LED를 개시하고 있다. 정확하게, 이러한 타입의 변환 LED들의 경우에, 1차 방출은 비교적 단파인 것이 중요하다. 피크는 통상적으로 440 내지 460㎚에 있다. 반값 전폭(full width at half maximum)이 일반적으로 20 내지 40㎚의 범위에 놓이기 때문에, 이러한 타입의 LED는 종종 여전히 실제로, 방사의 상당한 부분들을 420㎚ 미만의 범위로 방출한다. 그러나, 이러한 방사는 문제점들을 제기하는데, 그 이유는 상기 방사의 높은 에너지로 인해, 상기 방사는 LED의 컴포넌트 부분들에 대해 파괴적인 영향을 갖기 때문이다. 이를 받아들일 수 있기 위해 여기에 이용되는 하나의 기법은 증가된 UV 저항성을 갖는 유기 물질들의 타겟팅된 이용이지만, 이는 선택에 있어서, 물질들의 한정된 선택만을 초래한다.
청구항 제1항의 전제부에 따른 광전자 반도체 컴포넌트의 경우에, 본 발명의 목적은, 물질들의 UV 저항성의 부족의 문제점에 대한 개선된 해결책을 찾는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징부들에 의해 달성된다.
특히 유리한 구성들은 종속 청구항들에서 발견된다.
본 발명은 단점을 이점으로 전환함으로써 상기 문제점을 해결한다. 이에 의해, LED의 유기 컴포넌트들 또는 컴포넌트 부분들을 위한 개선된 UV 보호뿐만 아니라, > 420㎚의 메인 방출을 갖는 칩들을 위한 LED들의 경우에서의 효율성의 증가를 획득하는 것이 가능하다.
통상적으로, 방출의 최대치는 예를 들어, 대략 440㎚에 있다(예를 들어, 도 2 참조). 이러한 경우에, < 420㎚의 파장들을 갖는 작은 부분(대략 10%)의 단파 UV 방사가 또한 나타나며, 이는 C-C; C-H; C-O-O-H와 같은 유기 본드들을 파손 개방(break open) 하며, 원하지 않는 변색(discoloration)을 초래한다. 적합한 광학 필터(예를 들어, 코팅)에 의해 이러한 UV 부분을 "차단(cut off)", 말하자면 흡수하는 것이 가능하며, 이에 의해 플라스틱을 보호한다. 본 발명은, 광학적으로 이용가능하지 않으며 단지 원하지 않는 가열만을 초래하는 < 420㎚, 특히 380-420㎚ 범위의 단파 UV 방사가 필터들에 의해 차단되지 않을 것을 제안한다. 대신에, 이러한 방사는 적합한 인광체에 의해 가시적인 광으로 변환될 수 있으며, 이러한 것의 흡수는 이러한 범위에서 비교적 높으며, 그 결과로 열 발생이 덜할 뿐만 아니라 효율성이 또한 개선된다.
바람직하게, 380-420㎚에서 효율적으로 여기되고, 특히 인광체의 QE 및 흡수가 >50%, 바람직하게 >70%, 이론적으로 >80%인 특성을 갖는 인광체가 이용된다. 상기 인광체가 칩과 유사하게 가시적인 범위(>420㎚)로 방출하는 경우가 이상적이다. 백색 LED의 경우에, 상기 인광체는, 예를 들어 그 자체로 알려진 YAG:Ce 또는 어떠한 다른 가닛과 같은 (광 변환과 관련하여) 메인 인광체 컴포넌트에 부가하여 부가의 인광체 컴포넌트이다. 부가의 인광체 컴포넌트는 칩의 색상("칩 색상")으로 방출할 수 있고, 이는 말하자면 청색이다. 적합한 인광체들은 예를 들어, BAM 또는 SCAP이다. 그러나, 부가적인(additive) 인광체는 또한, 메인 인광체 컴포넌트의 색상 또는 다른 색상들로 방출할 수 있다. 예를 들어, 이는 예를 들어, 녹색 또는 황색을 방출하는 산질화물들 또는 실리케이트들을 이용할 때 발생한다. 부가의 인광체 컴포넌트들의 혼합물이 마찬가지로 고려가능하다. 부가의 (부가적인) 인광체 컴포넌트는 기판 상에 및/또는 리플렉터 상에 층으로서 적용될 수 있다.
부가의 인광체 컴포넌트는 칩의 색상("칩 색상")으로 방출할 수 있고, 이는 말하자면 청색이다. 적합한 인광체들은 예를 들어, BAM 또는 SCAP이다. 그러나, 부가적인 인광체는 또한, 메인 인광체 컴포넌트의 색상 또는 다른 색상들로 방출할 수 있다. 예를 들어, 이는 예를 들어, 녹색 또는 황색을 방출하는 산질화물들 또는 실리케이트들을 이용할 때 발생한다. 부가의 인광체 컴포넌트들의 혼합물이 마찬가지로 고려가능하다. 부가의 (부가적인) 인광체 컴포넌트는 기판 상에 및/또는 리플렉터 상에 층으로서 적용될 수 있다.
>420㎚, 예를 들어 대략 440㎚의 메인 방출을 갖는 칩 방출의 경우에, 특히, 380-420㎚의 범위에서 불가피하게 발생하는 단파 UV 방사의 부분은, 부가의 인광체 컴포넌트에 의해 더 긴 파장을 갖는 이용가능한 방사로 변환될 수 있다. 이는, 더 가시적인 광 그리고 이에 대응하여 열의 더 적은 생성 덕분에, 효율성의 증가를 초래한다. 게다가, 이러한 경우에, 원칙적으로, 더 많은 수의 플라스틱들이 이용될 수 있다. 옵션으로서 부가의 사실은, LED의 방출 특징에 있어서의 개선이다.
본 발명은 변환 LED들 ― 전체 변환이든 부분적 변환이든 ― 뿐만 아니라, 순수 LED들, 특히 청색 LED들에도 적용가능하다.
하나의 특히 높게 적합한 부가적인 인광체, 또는 순수 LED를 위한 경우에서의 단일의 효율성-개선 인광체는 이며, 여기서 M = Sr, Ba, Ca 단독 또는 조합이다.
Figure pct00002
가 특히 적합하다. 이러한 경우에, 도핑 Eu가 M을, 바람직하게 Sr을, 그의 격자 위치(lattice site)들에서 부분적으로 대체한다. 선호되는 도핑은 3 내지 6 ㏖% Eu이다.
번호매겨진 열거들의 형태의 본 발명의 본질적인 특징들은 다음과 같다:
1. 광원, 하우징, 및 전기 접속들을 포함하는 광전자 반도체 컴포넌트로서, 상기 광원은, 420 내지 460㎚의 범위의 피크 파장을 갖고, 420㎚ 미만의 범위로 연장하는 1차 방출의 플랭크(flank)를 갖는 1차 방사를 방출하며, 상기 플랭크 범위의 또는 상기 플랭크 범위의 일부의 방사는 부가적인 인광체에 의해 가시적인 방사로 변환되는 것을 특징으로 하는, 광전자 반도체 컴포넌트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 부가적인 인광체는 380 내지 420㎚의 범위의 방사를 적어도 부분적으로 그리고 바람직하게는 가능한 한 효율적으로, 가시적인 방사로 변환하는 것을 특징으로 하는, 광전자 반도체 컴포넌트.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 부가적인 인광체는 청색 내지 황색 스펙트럼 범위, 특히 430 내지 565㎚에서 그의 방출의 피크를 갖는 것을 특징으로 하는, 광전자 반도체 컴포넌트.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 메인 인광체를 갖는 변환 LED인 것을 특징으로 하는, 광전자 반도체 컴포넌트.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 부가적인 인광체는 상기 하우징의 측벽들 상에 및/또는 칩 상에 적용되는 것을 특징으로 하는, 광전자 반도체 컴포넌트.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 부가적인 인광체는 메인 인광체 전에 칩 상에 적용되거나 또는 상기 메인 인광체와 혼합되는 것을 특징으로 하는, 광전자 반도체 컴포넌트.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 부가적인 인광체는, 그룹
Figure pct00003
―여기서 M = Sr, Ba, Ca 단독 또는 조합임―,
Figure pct00004
―여기서 x = 0.3 내지 0.5임―, 또는
Figure pct00005
으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 광전자 반도체 컴포넌트.
본 발명은 다수의 예시적 실시예들에 기초하여 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 동작 전류의 함수로서의, LED의 1차 방사의 통상의 스펙트럼을 도시하고,
도 2는 적합한 인광체의 방출 및 흡수를 도시하고,
도 3은 부가적인 인광체를 이용하는 LED를 도시하고,
도 4 내지 도 7은 부가적인 인광체를 이용하는 LED의 추가의 예시적 실시예를 각각 도시한다.
도 1은 변환 LED에서 1차 방사원으로 이용될 수 있는 LED의 통상의 방출 스펙트럼을 도시한다. 이는 일반적으로 InGaN 타입의 LED를 수반한다. 동작 전류가 증가함에 따라 ― 상기 동작 전류는 통상적으로 10 내지 40㎃(곡선1: 10㎃, 곡선2: 20㎃; 곡선3: 30㎃; 곡선4: 40㎃)임 ―, 1차 방출의 피크는 더 짧은 파장들의 방향으로 시프트한다. 동시에, 420㎚ 미만의 방출의 단파 플랭크에서의 1차 방사의 부분의 증가가 존재한다. 본 발명의 목표는 420㎚ 미만의 범위, 주로 380 내지 420㎚ 범위 내를 이용가능하게 만드는 것이다. 타입 및 동작 전류에 따라, 이러한 윈도우 내의 부분은 거의 10%일 수 있다. 상기 부분이 적어도 1%라면, 본 발명의 적용이 마땅하다. LED의 하우징을 타격하는 상기 방사의 부분은 칩 타입 및 가능하게 이용되는 변환 기술에 상당히 의존한다. 상기 부분은 청색을 방출하는 칩들의 경우에 특히 높으며, 이러한 경우에 박막 칩들, 다시 말해, 특히 볼륨으로부터 방출하는 칩들로서 설계되지 않으며, 여기서 발광 층은 사파이어 기판 상에 적용된다.
도 2는 UV를 청색으로 변환하는 적합한 인광체의 예시적 실시예를 도시한다. 이는
Figure pct00006
를 수반한다. 이러한 할로포스페이트(halophosphate)는 정확하게 380 내지 420㎚의 윈도우 범위 내에서 높은 흡수를 나타내고, 청색으로, 실질적으로 430 내지 490㎚의 범위로 방출한다.
도 3은 LED(1)의 기본 개략도를 개략적으로 도시한다. LED는 하우징(2)을 가지며, 상기 하우징(2) 내에, 청색(대략 440 내지 450㎚에서의 피크)을 방출하는 InGaN 타입의 칩(3)이 착좌(seat)된다. 이러한 경우에, LED의 하우징(2)은 기판(4) 및 반사 측벽들(5)을 갖는다.
메인 인광체, 특히 YAG:Ce 또는 어떠한 다른 가닛, 오쏘실리케이트(orthosilicate) 또는 SiON, 니트리도실리케이트(nitridosilicate), 시알론(sialon) 등이 칩에 직접적으로 적용된다. 상술된 할로포스페이트와 같은 부가적인 인광체는 측벽들(5) 위 내측에 적용된다. 추가의 가능한 인광체들은
Figure pct00007
―여기서
Figure pct00008
임―, 특히 높은 Eu 농도들 x = 0.3 내지 0.5를 갖는
Figure pct00009
, 또는 그 밖에
Figure pct00010
와 같은, 거의 UV로 여기될 수 있는 알루민산염들이다.
도 4에 따르면, 부가적인 인광체가 부가적으로 칩(3)에 또한 적용된다. 이는 바람직하게 메인 컴포넌트(6) 아래에 전용의 층(8)으로서 놓인다.
그러나, 이는 또한 단일 층(10)에서 메인 컴포넌트와 혼합될 수 있다(도 5 참조).
부가적인 인광체는 파우더 층으로서 존재할 수 있거나 또는 매트릭스 내에 고정될 수 있다. 상기 매트릭스는 유기질 또는 무기질일 수 있으며, 바람직하게 UV-안정적이다. 예로서, 실리콘 또는 유리가 적합하다. 약간의 가열에 의해 플라스틱 리플렉터의 표면에 고정하는 것이 또한 가능하다. 적용 프로세스는, 예를 들어 스프레잉, 스크린 프린팅, 디스펜싱(dispensing) 등과 같은, 그리고 적합하다면 적응적 열 처리와 같은 당업자에게 알려진 통상의 방법들 중 하나에 의해 발생한다.
백색 LED의 경우에, 청색-방출 인광체가 부가의 컴포넌트로서 선택된다면, 종종 발생하는 "황색" 링은 리플렉터로부터의 청색 방출과 혼합됨으로써 적어도 부분적으로 백색 광으로 변환되고, 이에 의해 희석될 수 있다. 부가의 인광체 컴포넌트가 리플렉터 물질의 반사 특성들과 유사한 반사 특성들을 갖는다면, 상기 리플렉터 물질은 그에 따라 완전히 또는 부분적으로 대체될 수 있다.
광을 반사 및/또는 산란시키는 입자들이 또한, 부가의 인광체 내에 혼합될 수 있다.
이상적으로, >80%, 바람직하게 >90%의 높은 양자 효율을 갖는 380-420㎚의 범위의 방사를 변환하는 부가적인 인광체들("UV 컨버터들")이 이용된다. 게다가, 높은 변환 효율성을 달성하기 위해, 코팅의 흡수는 380-420㎚의 파장 범위 내에서 가능한 한 높아야 한다.
변환 LED들의 경우에, 관련 UV 컨버터가 LED의 유용한 방사의 범위(420㎚ 내지 ―적합하다면,― 780㎚) 내에서 가능한 한 적게 흡수한다면, LED의 효율성을 위해 유리하다.
UV 부분의 청색 광으로의 변환을 위한 부가적인 컨버터의 예시적 실시예들은 예를 들어, 타입
Figure pct00011
,
Figure pct00012
의 고효율 인광체들이다. UV 부분의 황색 광으로의 변환을 위한 부가적인 컨버터의 예시적 실시예는 예를 들어,
Figure pct00013
이다. 특히, 여기서 x 및 y는 각각 0.1 내지 0.01의 범위 내에 있다. x = y인 인광체
Figure pct00014
가 특히 적합하다.
도 6은 이른바 황색 링을 회피하는 LED(1)의 예시적 실시예를 도시한다. 이러한 경우에, 특히 황색을 방출하는 메인 인광체가 다시(again) 층(6) 내에서 칩(3) 상에 또는 그렇지 않으면 칩(3) 정면(front)에 착좌된다. 청색 1차 및 황색 2차 방사의 혼합의 결과로서 백생 광이 정면으로 출현한다(화살표(a)). 백색 대신에, 오히려 황색 광이 변환 층으로부터 측방향으로 출현하는데(화살표(b)), 그 이유는 인광체의 또는 인광체를 포함하는 매트릭스의 산란 거동 및 방출 거동이 상이하기 때문이다. 노르스름한(yellowish) 광은 주로 측벽들(5) 상에 부딪치고, 거기에 적용된 층(7)으로부터의 부가적인 인광체의 청색 광과 혼합되어, 원하지 않는 황색 링이 발생하는 대신에, 백색 광이 외측 링 구역에 또한 방출된다(화살표(c)).
도 7은 메인 인광체를 갖지 않은 순수한 InGaN 칩(2)이 광원으로서 이용되는 LED(1)(원칙적으로 컴포넌트는 또한 레이저일 수 있음)의 예시적 실시예를 도시한다. 이는 도 1에 도시된 것과 유사한 방식으로 청색을 방출한다. 어떠한 메인 인광체 ― 여기서는, 1차 방출의 플랭크 범위를 청색 방사로 변환하는 BAM ― 없이 정확하게, 그 바로 정면에 배치되는 것은 부가적인 인광체(7) 이어서, 특히 효율적인 청색 LED가 실현된다. 그 자체로 알려진 단순한 방식으로 반사 코팅(15)을 갖는 측벽들이 여기에 제공된다.
본 발명의 본질적인 포인트들은:
광전자 반도체 컴포넌트는 420㎚ 미만의 1차 방사원의 방출의 플랭크 범위를 가시적인 방사로 변환하는 부가적인 인광체를 이용한다는 것이다. 특히, 아래의 사항들이 적용가능하다:
● > 420㎚, 특히 425 내지 450㎚, 예를 들어 대략 440㎚의 메인 방출을 갖는 칩 방출
● < 420㎚, 바람직하게 380-420㎚의 발생하는 단파 UV는 필터에 의해 차단되도록 의도되지 않으며, 오히려 광으로 변환되도록 의도된다. 이는 더 가시적인 광 및 결과로서 열의 더 적은 형성 덕분에 효율성에 있어서의 증가를 초래한다.
● 가능한 한 효율적으로 380-420㎚에서 여기되고 칩과 유사하게 방출하는 부가의 청색-방출 인광체, 특히
Figure pct00015
가 선호된다.
● 다른 부가의 인광체 색상들, 특히, 효율적으로 380-420㎚에서 또한 여기되는 황색-방출 인광체들이 또한 적합하며; 이들은 전용의 변형으로서 또는 청색 부가적인 인광체와의 조합에 적합하다.
● 목표는 < 420㎚, 바람직하게 380-420㎚의 범위의 1차 방사를 회피하거나 또는 감소시키는 것인데, 그 이유는 이러한 방사는, 유기 본드들(C-C; C-H; C-O-O-H)을 파손 개방하는 것에서 가장 효과적이기 때문이며, 이는 정확하게 회피된다. 이는 하우징을 위해 이용될 수 있는 플라스틱들의 선택에 있어서, 그리고 적합하다면, 더 비용-효과적인 플라스틱들의 이용에 있어서, 더 큰 다양성을 초래한다. 이들은 특히 기판으로서 이용가능할 수 있다. 대안적으로, 이는 LED의 더 긴 수명을 초래한다.
● 도 3에 따라 부가적인 청색- 및/또는 황색-방출 인광체들은 바람직하게 기판의 리플렉터 구역 내에 단독으로 또는 리플렉터 물질(예를 들어, TiO2)과 함께 적용된다.
● 보충(6)을 위해, 적용 프로세스가 또한 칩 상에서, 도 4에 따라 메인 인광체(예를 들어, YAG) 아래에, 또는 도 5에 따라 상기 메인 인광체 내에 혼합되는 방식으로, 실행될 수 있다.
● 게다가, 도 6에 따라 리플렉터로부터의 청색 방출의 결과로서 "황색 링"을 감소시키거나 또는 회피하는 것이 가능하다.
● 부가적인 청색- 및/또는 황색-방출 인광체들이 리플렉터 물질의 반사 특성들과 유사한 반사 특성들을 갖는다면, 상기 리플렉터 물질은 그에 따라 완전히 또는 부분적으로 대체될 수 있다.

Claims (7)

  1. 광원, 하우징, 및 전기 접속들을 포함하는 광전자 반도체 컴포넌트로서,
    상기 광원은, 420 내지 460㎚의 범위의 피크 파장을 갖고, 420㎚ 미만의 범위로 연장하는 1차 방출의 플랭크(flank)를 갖는 1차 방사를 방출하며,
    상기 플랭크 범위의 또는 상기 플랭크 범위의 일부의 방사는 부가적인(additive) 인광체에 의해 가시적인 방사로 변환되는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부가적인 인광체는 380 내지 420㎚의 범위의 방사를 적어도 부분적으로 그리고 바람직하게는 가능한 한 효율적으로, 가시적인 방사로 변환하는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부가적인 인광체는 청색 내지 황색 스펙트럼 범위, 특히 430 내지 565㎚에서 그의 방출의 피크를 갖는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 메인 인광체를 갖는 변환 LED인,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부가적인 인광체는 상기 하우징의 측벽들 상에 및/또는 칩 상에 적용되는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부가적인 인광체는 메인 인광체 전에 칩 상에 적용되거나 또는 상기 메인 인광체와 혼합되는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 부가적인 인광체는, 그룹
    Figure pct00016
    ―여기서 M = Sr, Ba, Ca 단독 또는 조합임―,
    Figure pct00017
    ―여기서 x = 0.3 내지 0.5임―, 또는
    Figure pct00018
    으로부터 선택되는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
KR1020137010338A 2010-09-23 2011-08-31 광전자 반도체 컴포넌트 KR20130101532A (ko)

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