KR20160040696A - 발광성 코팅 및 장치 - Google Patents

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나자 테레시아 론로스
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Abstract

제1 형광체 물질 및 제2 형광체 물질을 조합하는 방법 및 그로부터 제조된 장치. 상기 방법은 제1 형광체 물질을 제공하는 단계, 상기 제1 형광체 물질을 호스트 매트릭스와 조합하여 제1 형광체 혼합물을 생성하는 조합 단계, 상기 제1 형광체 혼합물을 하나 이상의 미리 결정된 온도에서 경화시키는 단계, 및 상기 경화된 제1 형광체 혼합물을 제2 형광체 물질을 갖는 기판상에 침착시키는 단계를 포함한다. 상기 제1 형광체 물질은 적색 방출 형광체 입자를 포함하고, 상기 제2 형광체 물질은 황색 방출 형광체 입자를 포함하며, 상기 호스트 매트릭스는 실세스퀴옥산 호스트 물질, 실세스퀴옥산-실리케이트 호스트 물질, 졸 겔 호스트 물질, 또는 알칼리/실리케이트 물유리 호스트 물질을 포함한다.

Description

발광성 코팅 및 장치 {LUMINESCENT COATINGS AND DEVICES}
본 출원은 2013년 8월 5일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/862,279호의 우선권을 주장하고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
본 개시는 일반적으로 고효율 및 높은 연색성을 갖는 조명 장치 (lighting device), 좀 더 구체적으로 LEDs, LED 램프, 및 전계발광 장치들에 관한 것이다.
다양한 구체 예들의 전계발광 (electroluminescent) 램프 또는 장치들은 백색광이 발광 다이오드 (LEDs)에 기초하여 발생하는 것으로 알려져 있다. 하나의 구체 예는 통상 형광체 (phosphors)라 칭하는, 전환 발광단 (conversion luminophores)의 사용에 기초한다. 다른 구체 예는 양자 점 (quantum dots)을 사용한다. LED의 주요 방출의 일부 (대략 460㎚의 파장 범위에서 대부분 청색)는 형광체에 의해 흡수될 수 있고, 더 높은 파장에서 2차 방사로서 다시 방출된다. 방출 파장은 일반적으로 500㎚ (녹색)으로부터 630㎚ (적색)까지 다양하다. 만약 형광체가 보색의 방출과 함께 사용된다면, 백색 방출은 부가적으로 인지될 수 있다.
그러나, 온 백색광 (warm white light) (2700-3500K)을 생산하기 위해, 적색 형광체는 황색 형광체와 조합하여 사용될 수 있다. 적색 형광체의 넓은 방출 및 적색 형광체의 상대적으로 더 낮은 효율에 기인하여, 종래 해법은 불충분한 연색성 (color rendition), 방사 측정 에너지 (radiometric energy) (방사속 (radiant power))의 불충분한 활용 및 기계적 복합 구조를 제공한다.
본 개시는 일반적으로 고효율 및 높은 연색성을 갖는 조명 장치, 좀 더 구체적으로 LEDs, LED 램프, 및 전계발광 장치들에 관한 것이다.
몇몇 구체 예는 고효율 및 높은 연색성을 갖는 조명 적용을 위한 LED 모듈을 제공한다. 대표적인 구체 예는 황색 형광체 기판 (phosphor substrate) 상에 배치될 수 있는 적색 형광체를 혼입하고, 이에 의해 2차 형광 색상의 첨가는 방출 광 (emitted light)의 색상 공간을 넓혀서 청색, 황색 및 적색 기여 (contributions)의 적절한 혼합에 의해 방출 색상의 조정을 허용한다.
몇몇 구체 예는 입력 파장을 출력 파장으로 전환하기 위한 파장 변환 플레이트 (wavelength conversion plate)와 같은 배열을 제공한다. 상기 파장 변환 플레이트는 제1 매트릭스 도처에 분포된 제1 형광체 입자 (phosphor particles)를 포함하는 제1 형광체 층, 및 제2 매트릭스 도처에 분포된 제2 형광체 입자를 포함하는 제2 형광체 층을 포함하고, 이에 의해 상기 제2 형광체 층은 제1 형광체 층과 물리적으로 접촉하며, 상기 제2 매트릭스는 실록산 또는 실세스퀴옥산 호스트 물질 (silsesquioxane host material), 실세스퀴옥산-실리케이트 호스트 물질, 졸 겔 호스트 물질, 또는 알칼리/실리케이트 물유리 호스트 물질을 포함한다.
부가적인 구체 예는 가시 스펙트럼에서 피크 파장을 갖는 주요 광을 방출하도록 채택된 적어도 하나의 발광 다이오드, 및 제1 매트릭스 도처에 분포된 제1 형광체 입자를 포함하는 제1 형광체 층 및 제2 매트릭스 도처에 분포된 제2 형광체 입자를 포함하는 제2 형광체 층을 갖는 다중-층 구조를 구비한 조명 장치를 제공한다. 상기 제2 형광체 층은 제1 형광체 층과 물리적으로 접촉하에 있고, 상기 제2 매트릭스는 실록산 또는 실세스퀴옥산 호스트 물질, 실세스퀴옥산-실리케이트 호스트 물질, 졸 겔 호스트 물질, 또는 알칼리/실리케이트 물유리 호스트 물질을 포함한다.
또 다른 구체 예는 가시 스펙트럼에서 피크 파장을 갖는 주요 광을 방출하도록 채택된 적어도 하나의 발광 다이오드, 및 제1 매트릭스 도처에 분포된 황색 방출 형광체 입자를 포함하는 제1 형광체 층 및 상기 제1 형광체 층과 접촉하고, 제2 매트릭스 도처에 분포된 적색 방출 형광체 입자를 포함하는 제2 형광체 층을 갖는 다중-층 구조를 구비한 조명 장치를 제공한다. 상기 제2 매트릭스는 실록산 또는 실세스퀴옥산 호스트 물질, 실세스퀴옥산-실리케이트 호스트 물질, 졸 겔 호스트 물질, 또는 알칼리/실리케이트 물유리 호스트 물질을 포함하고, 상기 제2 형광체 층은 세라믹 산화물 전구체를 포함하지 않는다.
다양한 구체 예는 또한 제1 형광체 물질 및 제2 형광체 물질을 조합하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 제1 형광체 물질을 제공하는 단계, 상기 제1 형광체 물질을 호스트 매트릭스와 조합하여 제1 형광체 혼합물을 생성하는 조합 단계, 상기 제1 형광체 혼합물을 하나 이상의 미리 결정된 온도에서 경화시키는 단계, 및 상기 경화된 제1 형광체 혼합물을 제2 형광체 물질을 갖는 기판상에 침착시키는 단계를 포함한다.
청구된 주제의 부가적인 특색 및 장점은 하기 상세한 설명에서 서술될 것이고, 부분적으로 하기 상세한 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 명백할 것이며, 하기 상세한 설명, 청구항, 뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기재된 바와 같은 청구된 주제를 실행시켜 용이하게 인지될 것이다.
본 개시의 다양한 구체 예들의 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 청구된 주제의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 수반되는 도면은 본 개시의 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서의 일부를 구성하고 혼입된다. 도면은 다양한 구체 예들을 예시하고, 상세한 설명과 함께 청구된 주제의 원리, 작동 및 변경을 설명하기 위해 제공된다.
이들 도면들은 예시의 목적을 위해 제공되고, 여기서 논의되고 개시된 구체 예들은 나타낸 배열 및 수단에 제한되지 않는 것으로 이해된다.
도 1은 눈 반응 (eye response)과 연관된 다양한 색상 점 (color points)을 나타내는 색도 (chromaticity) 그래프이다.
도 2a-2f는 대표적인 구체 예에 따른 다양한 실세스퀴옥산 호스트 물질의 예시이다.
도 3은 몇몇 구체 예에 따른 대표적인 경화 공정의 예시이다.
도 4a-4c는 구체 예로부터 형성된 대표적인 코팅의 회화적 묘사 (pictorial depiction)를 제공한다.
도 5는 몇몇 구체 예로부터 형성된 대표적인 코팅의 회화적 묘사이다.
도 6은 몇몇 구체 예로부터 형성된 대표적인 코팅의 회화적 묘사이다.
도 7은 기저를 이루는 황색 형광체 기판과 본 개시의 구체 예의 비교의 예시이다.
도 8은 또 다른 구체 예의 예시이다.
도 9는 어떤 구체 예에 따른 눈 반응과 연관된 다양한 색상 점을 나타내는 색도 그래프이다.
도 10은 온도 대비 양자 효율 (quantum efficiency)의 그래프이다.
도 11은 몇몇 구체 예에 따른 표면 실장 패키지 (surface mount package)에서 백색광 LED의 예시이다.
도 12는 구체 예에 따른 표면 실장 패키지에서 백색광 LED의 또 다른 예시이다.
도 13a 및 13b는 몇몇 구체 예에 따른 파장 변환 플레이트를 갖는 발광 장치의 예시이다.
본 설명이 예시 및 이해의 목적을 위해 특별하게 포함될 수 있지만, 이들은 범주를 제한하는 것으로 해석되는 것이 아니라, 오히려 특정 구체 예에 포함되거나 및/또는 예시일 수 있는 특색의 설명으로 해석되어야 한다.
발광 코팅 및 장치에 대하여 다양한 구체 예는 도면을 참조하여 기재되며, 여기서 유사한 요소는 이해를 용이하게 하기 위해 동일한 숫자 지정으로 제공된다.
또한, 별도의 언급이 없는 한, "상부", "하부", "외부", "내부", 및 이와 유사한 것과 같은 용어는 편의의 단어이지 제한 용어로 해석되지 않는 것으로 이해된다. 부가적으로, 군 (group)이 요소의 군 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 기재된 경우, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여 인용된 이들 요소의 어떤 수를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어질 수 있다.
유사하게, 군이 요소의 군 및 이들의 조합 중 적어도 하나로 이루어진 것으로 기재된 경우, 상기 군은 개별적으로 또는 서로 조합하여 인용된 이들 요소의 어떤 수로 이루어질 수 있다. 별도의 언급이 없는 한, 인용된 경우, 값의 범위는, 상기 범위의 상한 및 하한값들 모두 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, "단수" 및 "복수"는 특별히 구분없이 사용되며, 별도의 언급이 없는 한, "단수" 및 "복수" 모두 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다.
기술분야의 당업자는 본 발명의 유익한 결과를 여전히 얻으면서도 많은 변화가 기재된 구체 예들에 대해 만들어질 수 있음을 인지할 것이다. 또한, 본 개시의 원하는 이점 중 몇몇은 다른 특색을 사용하지 않고 기재된 특색 중 몇몇을 선택하여 얻어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 기술분야의 당업자는 많은 변형과 채택이 가능하고, 어떤 상황에서는 바람직할 수도 있으며, 본 발명의 일부인 것을 인지할 것이다. 따라서, 하기 상세한 설명은 본 개시의 원리의 예시로서 제공되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.
기술분야의 당업자는 여기에 기재된 구체 예들에 대하여 많은 변형이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 가능하다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 설명은 제공된 실시 예들을 제한하는 것으로 의도되지 않으며 해석되지 않으며, 첨부된 청구항 및 이의 균등물에 의해 제공된 보호의 최대 폭으로 인정되어야 한다. 부가적으로, 본 개시의 특색의 몇몇을 사용하는 것은 다른 특색의 상응하는 사용 없이 가능하다. 궁극적으로, 대표적이거나 또는 예시적인 구체 예의 선행 설명은 본 개시의 원리를 예시하지만 이에 제한되지 않는 목적을 위해 제공되며, 이의 변형 및 이의 치환을 포함할 수 있다.
LED-계 장치는 일반적으로 대략 560㎚에서 황색 발광 Ce/YAG 형광체와 함께 대략 460㎚에서 GaN-계 청색 LED 에미터 (emitter)를 사용한다. 도 1은 눈 반응과 연관된 다양한 색상 점을 나타내는 색도 그래프이다. 도 1을 참조하면, 투과된 청색 광 및 황색 형광 (fluorescence)의 조합은 일반적으로 백색 (10)을 생산할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 조합된 색상의 특징은 색상 점으로 불리고, 눈 반응과 연관하여 삼-자극 다이어그램 (tri-stimulus diagram ) 상에 x-y 점으로 예시된다. 적색 (12), 녹색 (14) 및 청색 (16)의 순수한 색상 미만이 제공된 경우에서, 색상은 각각의 색상의 상대적 강도를 변화시켜 삼각형 (18) 내 어느 곳에서나 생산될 수 있다. 460㎚ (청색) 및 560㎚ (녹색/황색)의 오직 두 개의 파장으로는 일반적으로 두 점을 연결하는 선으로 제약되고, 따라서 얻어질 수 있는 색상은 상당히 제한된다. 백열전구 (incandescent bulb)로부터 방출된 것에 근접한 백색광을 생산하기 위해서, 예를 들어, 적색광의 소스 (source)는 요구된다. 따라서, 본 개시의 구체 예는 원하는 백색 발광 (10)을 달성하기 위해 적색 발광 형광체의 소스를 혼입한다.
적색 발광 형광체의 혼입은, 그러나, 이용 가능한 높은 양자 효율 적색 형광체 물질의 호스트와 적색 형광체의 반응성 및 열 안정성에 기인한 도전을 야기한다. 몇몇 구체 예는 일반적으로 LED 광 구조 및 전계발광 장치와 호환 가능한 적색 발광 형광체를 생산하는 것에 관련된다. 이러한 적색 발광 형광체를 생산하는 대표적인 공정은 하기에 기재되며, 두서너 가지만 예를 들면, 소결된 세라믹, 유리-세라믹, 실리콘/형광체 블렌드 (blends) 및 박형 유리/형광체 복합물을 생산하는데 사용될 수 있다. 부가적인 대표적인 공정은 2013년 3월 28일자에 발명의 명칭이 "Bismuth Borate Glass Encapsulant for LED Phosphors"로 출원되어 함께-계류중인 미국 특허출원 제13/852,048호에 또한 기재되며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
본 개시의 대표적인 구체 예는 황색 형광체 기판에 침착될 수 있는 적색 형광체를 혼입하고, 이에 의해 제3 형광 색상의 첨가가 발광의 색상 공간을 넓혀서 청색, 황색 및 적색 기여의 적절한 혼합에 의해 발광 색상의 조정을 허용한다. 전통적으로, 적색 발광 형광체의 소스의 혼입은 적색 형광체의 호스트 물질 및/또는 양자 점 물질과 열 안정성 및 반응성 때문에 도전을 야기한다. 용어 호스트 및 호스트 물질은 여기에서 상호교환적으로 사용되며, 이러한 사용이 여기에 첨부된 청구항의 범주를 제한하지 않아야 하는 점에 주목해야 한다. 예를 들어, 이러한 종래의 방법은, 장치 내의 물질들이 환경 또는 호스트와 화학적 반응을 수행할 수 있고 이에 의해 고온에서 양자 효율의 손실을 결과함에 따라, 최종 장치의 퇴화 문제를 증가시킬 수 있다. 따라서, 대표적인 적색 형광체 공정은 확고해야 하고, 기저를 이루는 황색 형광체 (YAG) 기판을 형성하기 위해 사용된 공정과 호환 가능해야 한다.
황색 형광체 함유 물질상에 코팅으로 적용될 수 있는 호스트와 함께 적색 발광 형광체의 소스는 이의 양자 효율에 실질적으로 영향을 미치지 않고 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 대표적인 적색 형광체는 (SrBaMg)2SiO4:Eu, M(AlSi)N3:Eu, 여기서 M은 Ca, Sr, 또는 Ba임, CaS:Eu, 뿐만 아니라 다른 적절한 적색 형광체를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 대표적인 형광체는 또한 각각의 변환 파장에 따라 산화물 형광체, 황화물 형광체, 질화물 형광체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대표적인 형광체는 β-SiAlON:Eu,Re에 기초한 황색 발광 형광체, (Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu,Re와 같은 실리케이트-계 녹색 발광 형광체, 또는 (Ba,Sr,Ca,Mg) (Ga,Al,In)2(S,Se,Te)4:Eu,Re와 같은 황화물-계 녹색 발광 형광체, (Sr,Ca,Ba,Mg)AlSiNx:Eu,Re (1≤X≤5)와 같은 질화물-계 적색 발광 형광체, 또는 (Sr,Ca,Ba,Mg) (S,Se,Te):Eu,Re와 같은 황화물-계 적색 발광 형광체를 포함할 수 있고, 여기서 Re는 Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br, 및 I 중 어느 하나일 수 있다.
적색 형광체 물질에 대한 대표적인 호스트는 실세스퀴옥산 호스트를 포함할 수 있다. 실세스퀴옥산 또는 실록산은 RSiO3 /2의 화학식을 갖는 물질이고, 여기서 R은 Si-C 결합을 통해 실리카에 결합된 유기기 (또는 H)를 나타낸다. 도 2a-2f에서 예시된 바와 같이 랜덤 구조 (22), 사다리 구조 (24), 케이지 구조 (cage structures) (26a, 26b, 26c) 및 부분적 케이지 구조 (28)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는 무수한 실세스퀴옥산 호스트 구조들이 있다. 몇몇 구체 예에서, 실세스퀴옥산 호스트는 또한 부가적인 실리케이트 기능성을 가질 수 있다.
적색 형광체 물질은 대표적인 실리케이트-메틸 실록산 중합체에 대해 1-10 중량%의 범위로 첨가될 수 있어 슬러리를 생성한다. 몇몇 구체 예에서, 적색 형광체의 무게 (loading) 또는 농도는 약 1 중량% 내지 약 30 중량%의 범위, 예를 들어, 1, 2, 5, 10, 15, 20 또는 30 퍼센트일 수 있다. 실리케이트-메틸 실록산 중합체는 일반적으로 실리케이트-실세스퀴옥산의 사전중합된 버전 (prepolymerized version)이고, 따라서, 기판상에 적용될 수 있으며, 실리케이트-실세스퀴옥산을 형성하기 위해 경화되는데, 여기서 상기 실세스퀴옥산은 도 2a-2f에서 예시된 구조일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구체 예에서, 메틸실록산은 경화된 경우 사다리 실세스퀴옥산을 형성한다. 더욱이, 프리폴리머 단계 (prepolymer stage)에서, 대표적인 적색 형광체 물질은 대표적인 실리케이트-메틸 실록산 중합체에 첨가될 수 있다.
도 3은 본 개시의 몇몇 구체 예에 따른 대표적인 경화 공정의 예시이다. 도 3을 참조하면, 대표적인 실리케이트-메틸 실록산 중합체는 더 높은 온도에서 축합 (condensation)을 수행할 수 있는 복수의 실라놀 (Si-OH)을 갖는 제1, 비-제한, 구조 (30)를 포함할 수 있다. 상기 중합체가, 예를 들어, 대략 240℃ 내지 300℃에서 경화된 경우, 부분적인 축합 구조 (32)는 결과한다. 상기 중합체는 그 다음 N2에서 대략 425℃로 축합 구조 (34)를 도달할 수 있고, 여기서 Si-R 기는 축합 네트워크에 여전히 존재한다. 또 다른 구체 예에서, 경화가 공기 중에서 수행된 경우, Si-R 기 중 몇몇은 실라놀로 전환될 수 있다. 예를 들어, Si-R 기를 Si-OH로 전환하기 위해, 상기 중합체 물질은, 예를 들어, 공기 중에서 425℃ 초과인, 더 높은 온도에서 경화될 수 있거나, 또는 산소 플라즈마로 처리될 수 있어 또 다른 축합 구조 (36)를 생성하며, 이에 의해 메틸의 부분 산화는 일어난다. 이러한 실시 예에서, 메틸의 완전 산화는 대략 600℃에서 일어날 수 있다.
상기 실리케이트-실세스퀴옥산은, 상기 실리케이트-실세스퀴옥산 층의 두께를 조절할 수 있고, 기저를 이루는 기판과 호환 가능하며, 원하는 바와 같은 축합 구조를 얻도록 경화 가능한, 예를 들어, 스핀 코팅, 스프레이, 딥 코팅, 스크린 인쇄 또는 또 다른 적절한 침착 방법에 의해, 황색 형광체 물질을 갖는 기판상에 침착될 수 있다.
여기에 기재된 바와 같은 대표적인 코팅은 약 50 mJ/㎡ 미만을 갖는 낮은 표면 에너지 코팅을 제공할 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 침착된 코팅은 40 mJ/㎡ 미만 및 30 mJ/㎡ 미만의 낮은 표면 에너지를 가질 수 있다. 하나의 구체 예는 대략 34 mJ/㎡의 낮은 표면 에너지 코팅을 제공한다. 또 다른 구체 예에서, 어떤 형광체 물질이 없는 실리케이트 또는 실리케이트-실세스퀴옥산 코팅은 경화 전에 캡핑층 (capping layer)을 형성하기 위해 침착된 적색 형광체의 상부에 제공될 수 있다.
도 4a-4c는 전술된 방법으로부터 형성된 적색 형광체 물질을 함유하는 대표적인 코팅의 회화적 묘사를 제공한다. 도 4a를 참조하면, 460㎚ LED 여기 소스 (excitation source)를 갖는 대표적인 형광은 공기 중에서 1시간 동안 430℃로 가열된 실세스퀴녹산 호스트에 대략 10 중량% 무게의 적색 Eu-질화물 형광체를 갖는 것으로 예시된다. 도 4b를 참조하면, 대략 460㎚ LED 여기 소스를 갖는 대표적인 형광은 실세스퀴옥산 호스트에 10 중량% 무게의 적색 (SrCaMg)SiO4:Eu 형광체를 갖는 것으로 예시된다. 슬러리는 형성되고, 대략 1-4 ㎛의 두께로 스핀 코팅되며, 그 다음 공기 중에서 1시간 동안 430℃로 가열된다. 도 4c를 참조하면, 대략 460㎚ LED 여기 소스를 갖는 대표적인 형광은 공기 중에서 1시간 동안 대략 430℃로 가열된 실세스퀴옥산 호스트에 10 중량% 무게의 적색 CaS:Eu 형광체를 갖는 것으로 예시된다. 예시된 바와 같이, 도 4a-4c에서 묘사된 샘플은 각각 원하는 색상 점에서 형광을 나타낸다.
여기서 기재된 실시 예가 실세스퀴옥산 호스트를 참조하지만, 다양한 호스트 물질은 사용될 수 있다. 예를 들어, 또 다른 대표적인 호스트는 알칼리/실리카 물유리 (water glass)일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 알칼리/실리카 물유리 호스트는, 예를 들어, 7-8 wt% 실리케이트 수용액의 SiO2/R2O를 포함할 수 있고, 여기서 R은 1-20으로 변화하는 비를 갖는 알칼리를 나타낸다. 물론, 다른 실리케이트 수용액은, 예를 들어, 8-20 wt%, 20-30 wt%, 및 30 wt% 초과하여 선택적으로 사용될 수 있다. 도 5는 전술된 방법으로부터 형성된 적색 형광체 물질을 함유하는 대표적인 코팅의 회화적 묘사를 제공한다. 도 5를 참조하면, 대략 460㎚ LED 여기 소스를 갖는 대표적인 형광은 공기 중에서 1시간 동안 대략 430℃로 가열된 알칼리/실리카 물유리 호스트에 대략 10 중량% 무게의 적색 Eu-질화물 형광체를 갖는 것으로 예시된다. 예시된 바와 같이, 도 5에서 묘사된 샘플은 적절한 색상 점에서 형광을 나타낸다.
또 다른 대표적인 호스트는 졸 겔일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 대표적인 졸-겔 호스트는 테트라에틸오르소실리케이트, 물, 산 및 알코올의 혼합물을 사용하여 제조될 수 있다. 물론, 다른 졸-겔은 유사하게 사용될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 알콕사이드는 알코올에 용해될 수 있고, 산성, 중성 또는 염기성 조건하에서 물의 첨가에 의해 가수분해될 수 있다. 가수분해는 수산기로 알콕사이드 리간드를 대체할 수 있고, 그 다음 수산기를 포함하는 축합 반응으로 Si-O-Si로 구성된 중합체를 생산한다. 이 대표적인 반응은 중합 공정을 통해 더 큰 실리콘-함유 분자를 구성하는데 사용될 수 있어 SiO2를 형성하고, 상기 반응은 고온 열 경화에 적용되는 경우 완성된다. 적색 형광체 물질, 예를 들어, (SrBaMg)2SiO4:Eu, M(AlSi)N3:Eu 여기서 M은 Ca, Sr, 또는 Ba임, CaS:Eu, 뿐만 아니라 다른 적절한 적색 형광체는, 예를 들어, 대략 10 중량%로 호스트 매트릭스에 적재될 수 있다. 이 슬러리는 그 다음 대략 1㎛의 두께로 황색 형광체 물질을 갖는 기저를 이루는 기판상에, 예를 들어, 스핀-코팅되거나, 스프레이되거나, 딥 코팅되거나, 스크린 인쇄되거나 또는 침착될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 대표적인 적색 형광체 분말, 예를 들어, (SrBaMg)2SiO4:Eu, M(AlSi)N3:Eu 여기서 M은 Ca, Sr, 또는 Ba임, CaS:Eu, 뿐만 아니라 다른 적절한 적색 형광체는, 대표적인 실리케이트 수용액에 첨가될 수 있고, 이에 의해 슬러리를 형성한다. 이 슬러리는 그 다음 대략 1㎛의 두께로 황색 형광체 물질을 갖는 기저를 이루는 기판상에, 예를 들어, 스핀-코팅되거나, 스프레이되거나, 딥 코팅되거나, 스크린 인쇄되거나 또는 침착될 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 실리케이트 코팅은 캡핑층을 형성하기 위해 침착된 적색 형광체 코팅의 상부에 제공될 수 있고, 그 다음 공기 중에서 1시간 동안 대략 430℃로 가열되어 열 처리를 완성한다. 또 다른 구체 예에서, 사전중합된 졸-겔 혼합물은 캡핑층을 형성하기 위해 침착된 적색 형광체 코팅의 상부 상에 제공될 수 있고, 그 다음 공기 중에서 1시간 동안 대략 430℃로 가열되어 열 처리를 완성한다. 도 6은 전술된 바와 같이 형성된 적색 형광체 물질을 함유하는 대표적인 코팅의 회화적 묘사를 제공한다. 도 6을 참조하면, 대략 460㎚ LED 여기 소스를 갖는 대표적인 형광은 공기 중에서 1시간 동안 대략 410℃ - 430℃로 가열된 졸-겔 유도 호스트에 대략 10 중량% 무게의 적색 Eu-질화물 형광체를 갖는 것으로 예시된다. 예시된 바와 같이, 도 6에 묘사된 샘플은 원하는 색상 점에서 형광을 나타낸다.
도 7은 기저를 이루는 황색 형광체 기판에 대하여 본 개시의 구체 예의 비교를 예시한다. 도 7을 참조하면, 실세스퀴옥산 호스트를 갖는 적색 CaS:Eu 형광체는 스크린 인쇄된 황색 형광체 유리 표적 (70) 상에 스핀-코팅되고, 이러한 코팅 (72) 없는 황색 형광체 (프릿에 Ce/YAG) 유리 표적과 비교된다. 도 8은 본 개시의 또 다른 구체 예의 예시이다. 도 8을 참조하면, 적색 CaS:Eu 형광체는 유리 (프릿에 Ce/YAG) 기판에서 기저를 이루는 황색 형광체 상에 코팅된다. 대략 460㎚ LED 여기 소스를 갖는 대표적인 형광은 원하는 방출 대역에서 온 백색광을 생산하는 것으로 예시된다.
양자 점과 관련하여, 이들 물질은 10㎚ 이하의 직경을 갖는 발광체이고, 양자 구속 효과 (quantum confinement effect)를 나타낸다. 양자 점은 좁은 파장에서 통상적인 형광체보다 더 강한 광을 발생시킨다. 양자 점의 방출은 여기된 전자가 전도대 (conduction band)에서 원자가 전자대 (valence band)로 이동하는 경우 발생한다. 상기 양자 점의 크기가 더 작아짐에 따라, 더 짧은 파장을 가지는 광이 방출된다. 따라서, 원하는 파장 범위를 갖는 광은 몇몇 구체 예에서 양자 점의 크기를 조정하여 얻어질 수 있다. 대표적인 양자 점은 Si 나노결정, Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 나노결정, 또는 Ⅳ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정과 같은 반도체 나노결정일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 현 구체 예에서, 상기 양자 점은 단독으로 또는 이의 혼합물로 사용될 수 있다. 상기 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, 또는 HgZnSTe를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 더욱이, 상기 Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 나노결정은 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAa, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 또는 InAlPAs를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 더군다나, 상기 Ⅳ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정은 SbTe를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 11은 표면 실장 패키지에서 백색광 LED의 예시이다. 도 11을 참조하면, 몇몇 구체 예에서, 하나 이상의 형광체 또는 양자 점은 유리 물질 또는 유리 프릿 물질 (예를 들어, 기저를 이루는 장치, 층 또는 물질을 앤캡슐화하는데 사용된 물질)과 혼합될 수 있어, 형광체-유리 또는 양자 점 혼합물을 형성한다. 이 혼합물은 그 다음 용기 내에서, LED (110), 예를 들어, GaN 또는 InGaN LED에 적용될 수 있다. 도 11은 대표적인 LED에 대한 LED (110), 와이어 결합 (wire bonds) (112), 형광체 및/또는 양자 점 입자 (114)를 감싸는 호스트 물질 (116) (예를 들어, 실리콘 또는 다른 적절한 호스트 물질) 내의 형광체 입자 (114), 기판 (118) 및 패키지 (120)를 나타낸다. 상기 패키지 (120)는 상기 기판 (118), 에폭시 수지 렌즈 (124), 및 형광체 또는 양자 점 혼합물을 함유하고, 상기 LED (110)를 보호하며, 및 상기 패키지로부터 광은 반사하기 위한 플라스틱 또는 세라믹으로 제조된 용기 또는 컵 (122)을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 적색 형광체 물질은, 전술된 바와 같이, 혼합되고, 상기 기저를 이루는 호스트 물질 (116) 및 형광체 입자 (114) 배열상으로 적용되며, 및 경화될 수 있어, 적색 형광체 물질을 함유하는 층 (126)을 형성한다. 또 다른 구체 예에서, 캡핑층 (도시되지 않음)은 또한 적색 형광체 물질을 함유하는 층 (126)에 인접하게 적용될 수 있다.
도 12는 표면 실장 패키지에서 백색광 LED의 또 다른 예시이다. 도 12를 참조하면, 형광체 및/또는 양자 점 (114)은 유리 또는 호스트 물질 (116)과 혼합되어 그 내부에 매립된 형광체/양자 점을 갖는 유리 시트 (121)를 생성하기 위해 소성되는 형광체-유리 또는 양자 점 혼합물을 형성한다. 상기 패키지 (120)는 LED (110), 와이어 결합 (112) 및 패키지 기판 (118) 뿐만 아니라 플라스틱 또는 세라믹 물질로 제조된 용기 또는 컵 (122)을 포함한다. 상기 형광체- 및/또는 양자 점-함유 유리 혼합물 (114, 116)은 스크린 인쇄, 스프레이, 스핀 코팅 등등에 의해 기판에 적용될 수 있고, 그 다음 소성되어 기판 (118) 및 패키지 위에 가로놓이는 고밀도 유리 (dense glass) 층을 생산한다. 상기 소성된 형광체-함유 혼합물이 유리이기 때문에, 커버 렌즈는 요구되지 않는다. 적색 형광체 물질은, 전술된 바와 같이, 혼합되고, 유리 시트 (121) (즉, 형광체-함유 유리 혼합물 (114, 116))상에 적용되며, 및 경화될 수 있어, 상기 적색 형광체 물질을 함유하는 층 (126)을 형성한다. 또 다른 구체 예에서, 캡핑층 (도시되지 않음)은 또한 상기 적색 형광체 물질을 함유하는 층 (126)에 인접하게 적용될 수 있다.
도 13a는 본 개시의 몇몇 구체 예에 따른 파장 변환 플레이트를 갖는 발광 장치의 예시이다. 도 13a를 참조하면, 예시된 발광 장치 (130)는, 전술된 바와 같이, 혼합되고, 적용되며 및 경화되는 하나 이상의 적색 형광체 또는 양자 점 함유 물질의 층들로 코팅된 기저를 이루는 YAG 기판을 갖는 대표적인 파장 변환 플레이트 (132)를 갖는다. 캡핑층 (도시되지 않음)은 또한 적색 형광체 또는 양자 점 함유 물질의 하나 이상의 층에 인접하게 적용될 수 있다. 양자 점 또는 형광체가 상기 플레이트 (132)의 파장 변환 층에 포함된 경우, 입사 여기 광은 변환되어 (반사되거나 또는 다른) 파장-변환된 광을 발생시킨다. 도시되지는 않았지만, 상기 파장 변환 플레이트 (132)는 또한 유전체층 (dielectric layer), 나노패턴, 및 금속 층을 포함할 수 있다. 상기 발광 장치 (130)는 프레임 (134)에 의해 지지된 발광 소자 (133)를 을 포함하고, 상기 프레임 (134) 상에 형성된 전극 (139)을 가지며, 와이어 (140) 또는 다른 적절한 수단에 의해 상기 발광 소자 (133)에 전기적으로 연결된다. 상기 발광 소자 (133)는 적절한 물질 (135)에 의해 앤캡슐화될 수 있다. 묘사된 구체 예에서, 상기 파장 변환 플레이트 (132)는 반사 배열에 배치된 예시이고, 이에 의해 상기 장치 (130)의 반사 섹션 (137)으로 광을 전환한다. 상기 파장 변환 플레이트 (132)는 또한 전술된 위치일 수 있거나, 및/또는 도 13b에서 예시된 바와 같이 발광 장치 (130)를 둘러싼다. 상기 발광 소자 (133)는 LED, 레이저 다이오드 또는 이와 유사한 것 (예를 들어, 420-480㎚의 청색광을 발광하는 GaN-계 LED)일 수 있다. 대표적인 앤캡슐화 물질은 에폭시, 실리콘, 아크릴-계 중합체, 유리, 카보네이트-계 중합체, 또는 이의 혼합물일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
다양한 구체 예에서, Bi-함유 보레이트 유리는 기저를 이루는 YAG 기판에 대한 앤캡슐화 물질로서 사용될 수 있다. 하나의 경우에서, 분말 유리 및 형광체 (또는 복수의 다른 형광체 분말들)의 혼합물은 적절한 유기 바인더 (예를 들어, 테르피네올, 에틸셀룰로오스 및 이와 유사한 것), 분산제, 계면활성제 및/또는 용매와 혼합될 수 있다. 이 경우에서, 이 앤캡슐화된 물질인, 프릿 페이스트 또는 혼합물은, 박형, 유리 기판상에 침착될 수 있다. 상기 기판의 예로는 용융 또는 다른 적절한 공정을 통해 제작된 높은 Na 함량 알루미노실리케이트 유리를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 기판/프릿 어셈블리는 그 다음 페이스트의 유리 구성분을 태월 제거하기 위해 대략 350℃에서 소성될 수 있고, 그 다음 충분한 투명 상태로 상기 프릿을 소결시키기 위해 약 500-550℃로 연속적으로 가열된다. 제1 온도는 일반적으로 유기 비히클을 제거하는데, 예를 들어, 유기 비히클의 비등점 또는 증기압 데이터의 사용에 의해 결정될 수 있고, 대기압 또는 진공하에서 수행될 수 있다. 고밀도 유리로 형광체/프릿 유리 혼합물을 강화 또는 소성하는데 사용된 제2의 더 높은 온도는 형광체/프릿 유리 혼합물이 적용되는 기판의 연화 온도가 형광체/프릿 유리 혼합물의 강화 또는 소성 온도보다 약 100℃ 더 높아야 한다는 조건으로, 프릿 물질에 의해 결정될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상기 바인더는 소결 전에 유리 조성물로부터 완전히 또는 실질적으로 제거될 수 있다. 이로써, 바인더 소진이 일어나는 온도는 소결 온도 미만일 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 소결된 유리에서 형광체의 무게는 약 1% 내지 약 30 중량%의 범위, 예를 들어, 1, 2, 5, 10, 15, 20 또는 30퍼센트일 수 있다. Bi의 환원을 피하기 위해, 상기 소결은 공기보다 O2-풍부 분위기에서 수행될 수 있다.
또 다른 구체 예에서, 자립-형 프릿/형광체 필름은 함께-계류중인 미국 특허출원 제13/852,048호에 기재된 바와 같은 테이프 캐스팅 방법 (tape casting procedure)에 의해 제조될 수 있고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다. 몇몇 구체 예에서, 상기 형광체는 1 내지 10㎚ 범위의 입자 크기를 갖는 양자 점을 포함할 수 있다. 이 형광체/프릿 혼합물은 LED 장치의 활성 평면 (active plane) 위에 또는 인접하게 층으로 적용될 수 있다. 상기 형광체/프릿 유리 혼합물에서 형광체 분말의 양은 원하는 양으로 변할 수 있다. 강화된 형광체-함유 프릿 층의 최종 두께는 복수의 형광체/프릿 유리 혼합물의 침착에 의해 증가될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 형광체 분말은 유리 곳곳에 균일하게 분포될 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 형광체 분말의 분포는, 즉, 유리 층의 자유 표면의 하나 또는 모두에서, 유리 내에 위치될 수 있다.
상기 형광체-프릿 유리 혼합물에 대한 대표적인 조성물은, 적용에 활용될 수 있는, Bi2O3 및 적어도 30 mol% B2O3를 포함하는 유리, 및 적어도 하나의 형광체를 포함하고, 상기 적용에서 층은 Bi2O3 및 B2O3를 포함하는 프릿 및 적어도 하나의 형광체의 소성된 혼합물이며, 여기서 상기 층은 Pb가 없다. 또 다른 구체 예는 몰 퍼센트로 10-30% Bi2O3, 0% 초과 Na2O, 15-50% ZnO, ZnF2, 또는 이의 조합, 30-55% B2O3, 0-3% SiO2, 0-1% WO3, 0-12% BaO, CaO, SrO, 또는 이들의 조합을 포함하는 유리 조성물을 포함한다. 몇몇 유리 조성물은 적어도 1% Na2O를 포함할 수 있고, 15-50% ZnO를 포함할 수 있다. 다른 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 몰 퍼센트로 12-20% Bi2O3, 5-12% Na2O, 20-30% ZnO, 38-52% B2O3, 0-3% SiO2, 0-1% WO3, 1-12% BaO, CaO, SrO, 또는 이들의 조합을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 14-16% Bi2O3, 5-11% Na2O, 22-27% ZnO, 40-51% B2O3, 0-3% SiO2, 0-1% WO3, 1-11% BaO, CaO, SrO, 또는 이들의 조합을 포함한다. 부가적인 구체 예에서, 상기 유리 조성물은 몰 퍼센트로 10-30% Bi2O3, 0-20% M2O, 여기서 M은 Li, Na, K, Cs, 또는 이들의 조합임, 0-20% RO, 여기서 R은 Mg, Ca, Sr, Ba, 또는 이들의 조합임, 15-50% ZnO, ZnF2, 또는 이의 조합, 0-5% Al2O3, 0-5% P2O5, 및 30-55% B2O3를 포함할 수 있다. 부가적인 대표적 조성물은 함께-계류중인 미국 특허출원 제13/852,048호에 기재되어 있고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
상기 기저를 이루는 황색 형광체 (YAG) 기판은 유리 기판을 포함할 수 있다. 상기 유리 기판은 약 5㎜ 이하, 예를 들어, 4㎜, 3㎜, 2㎜, 1㎜, 0.5㎜ 이하의 두께를 가질 수 있다. 상기 유리 기판은 박형 플렉시블 유리 기판일 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 캐리어 (carrier) 기판은 유리 층이 제조된 후에 상기 유리 층이 제거될 수 있는 테이프 또는 기판을 포함할 수 있다. 상기 유리 층은 상기 캐리어로부터 제거될 수 있고, 그 다음 제작 후에 또 다른 표면에 부착되며 또한 그 자체로 소성된다. 상기 유리 층은 약 5㎜ 이하, 예를 들어, 4㎜, 3㎜, 2㎜, 1㎜, 0.5㎜, 0.4㎜, 0.3㎜, 0.2㎜, 0.1㎜, 0.09㎜, 0.08㎜, 0.07㎜, 0.06㎜, 또는 0.05㎜ 이하의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상기 유리 층은 약 0.01㎜ 내지 약 1㎜, 예를 들어, 0.01㎜ 내지 0.2㎜의 두께를 갖는다.
상기 기판상에 또는 단독으로 상기 유리 층은, 예를 들어, 웨이퍼 크기 공정 (wafer sized processes)과 같은 제작 공정에서, 예를 들어, 6인치 X 6인치 또는 그 이상으로, LED 조명을 제작하는데 사용될 수 있다. 다중 LEDs는 상기 유리 층 상에 제작될 수 있고, 제작 후 단일 LEDs로 분리될 수 있다. 따라서, 대표적인 적색 형광체 층과 조합된 형광체/프릿 유리 층을 갖는 장치는 실리콘이 앤캡슐화 (encapsulation) 물질로 사용된 경우 열적으로 좀 더 강해지고, 상기 형광체/프릿 유리 층은 우수한 화학적 및 환경적 안정성을 갖는다.
몇몇 구체 예에서 적색 형광체 물질을 함유하는 층은 세라믹 산화물 전구체 (예를 들어, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨, 니오븀 및/또는 바나듐과 같은 다양한 금속 화합물뿐만 아니라, 세라믹 산화물 코팅을 형성하기 위해 상대적으로 저온 및 상대적으로 빠른 반응 속도로, 용액에서 용해되고, 가수분해되며, 나중에 열분해될 수 있는, 인 또는 붕소의 것과 같은 다양한 비-금속성 화합물)를 포함하지 않는 점에 주목해야 한다.
몇몇 구체 예는, 분말, 입자, 플레이크, 마이크로벌룬 (microballoons) 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 다양한 형태로 다양한 무기 및 유기 충전제 (fillers)를 포함하는 충전제를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 무기 충전제의 예로는, 유리, 알루미나, 실리카, 이산화티타늄, 산화아연, 산화 텅스텐 및 산화 루테늄과 같은 다양한 금속 및 비-금속의 산화물, 질화물, 붕소화물 및 탄화물과 같은 합성 및 천연 물질, 티탄산 칼륨 및 티탄산 바륨과 같은, 티탄산염, 니오브산 리튬 및 니오브산 납과 같은 니오브산염, 황산바륨, 탄산칼슘, 침전 규조토, 알루미늄 실리케이트 또는 다른 실리케이트, 안료, 형광체, 은, 알루미늄 및 구리와 같은 금속, 울로스토네이트 (wollostonite), 운모 (mica), 카올린 (kaolin), 점토, 탈크 (talc) 및 이와 유사한 것을 포함한다. 또한, 셀룰로오스, 폴리아미드, 페놀 수지 및 이와 유사한 것과 같은 몇몇 유기 물질은 또한 사용될 수 있다. 바람직한 충전제는 황화아연 및 황화카드뮴과 같은 황화물, 셀렌화물 (selenides) 및 설포셀렌화물 (sulfoselenides), 산황화물 (oxysulfides)과 같은 형광체, 보레이트, 알루미네이트, 갈레이트, 실리케이트, 및 이와 유사한 것과 같은 산소 우세 (oxygen dominant) 형광체, 및 알칼리 금속 할라이드, 알칼리토 할라이드 및 옥시할라이드와 같은 할라이드 형광체를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 대표적이 형광체 화합물은 또한 망간, 은, 구리, 할라이드 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 활성제 (activators)로 도핑될 수 있다. 적절한 형광체는 변환 파장에 따라 산화물 형광체, 황화물 형광체, 및 질화물 형광체일 수 있다. 예를 들어, 상기 형광체는 β-SiAlON:Eu,Re에 기초한 황색 방출 (예를 들어, 약 570㎚ 내지 약 590㎚) 형광체, (Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu,Re와 같은 실리케이트-계 녹색 방출 (예를 들어, 약 495㎚ 내지 약 570㎚) 형광체, 또는 (Ba,Sr,Ca,Mg) (Ga,Al,In)2 (S,Se,Te)4:Eu,Re와 같은 황화물-계 녹색 방출 (예를 들어, 약 495㎚ 내지 약 570㎚) 형광체, (Sr,Ca,Ba,Mg) AlSiNx:Eu,Re (1≤X≤5)와 같은 질화물-계 적색 방출 (예를 들어, 약 620㎚ 내지 약 740㎚) 형광체, 또는 (Sr,Ca,Ba,Mg) (S,Se,Te):Eu,Re와 같은 황화물-계 적색 방출 (예를 들어, 약 620㎚ 내지 약 740㎚) 형광체를 포함할 수 있고, 여기서 Re는 Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br, 및 I 중 어느 하나 일 수 있다. 바람직하게는 적색 형광체는 (SrBaMg)2SiO4:Eu, M(AlSi)N3:Eu 여기서 M은 Ca, Sr, 또는 Ba임, CaS:Eu, 뿐만 아니라 다른 적절한 적색 형광체일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 형광체 충전제의 입자 크기 및 형상은 충전제의 타입, 원하는 코팅 두께, 등등과 같은 인자에 의존하여 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있다. 형광체 충전제의 양은 또한, 예를 들어, 최종 코팅에 원하는 특징에 의존하여 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있다.
다른 물질은 또한 코팅 조성물에 존재할 수 있다. 예를 들어, 우수한 접착력을 위해 충전제의 표면을 변형시키는 물질은, 예를 들어, 실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 머캅토프로필-트리메톡시실란, 및 비닐트리아세톡시실란과 같은 것들이 사용될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 현탁화제 (suspending agent)는 또한 코팅 조성물에 첨가될 수 있다.
본 개시의 몇몇 구체 예는 입력 파장을 출력 파장으로 변환하기 위한 파장 변환 플레이트를 제공한다. 상기 파장 변환 플레이트는 제1 매트릭스 도처에 분포된 제1 형광체 입자를 포함하는 제1 형광체 층 및 제2 매트릭스 도처에 분포된 제2 형광체 입자를 포함하는 제2 형광체 층을 포함할 수 있다. 부가적 구체 예에서, 상기 제1 형광체 입자는 황색 방출 형광체 입자이고, 상기 제2 형광체 입자는 적색 방출 형광체 입자이다. 또 다른 구체 예에서, 상기 제2 형광체 층은 세라믹 산화물 전구체를 포함하지 않는다. 상기 제2 형광체 층은 제1 형광체 층과 물리적 접촉하에 있을 수 있고, 상기 제2 매트릭스는 실세스퀴옥산 호스트 물질, 졸 겔 호스트 물질, 또는 알칼리/실리케이트 물유리 호스트 물질을 포함한다. 다양한 구체 예에서, 상기 출력 파장은 제2 매트릭스에서 제2 형광체 입자의 무게, 제2 형광체 층의 두께, 제1 매트릭스에서 제1 형광체 입자의 무게, 제1 형광체 층의 두께, 및 이들의 조합의 함수에 따라 결정될 수 있다. 하나의 구체 예에서, 상기 파장 플레이트의 복합 두께는 약 100-500 마이크론 (microns)이다. 대표적인 제2 형광체 입자는 (Sr,Ca,Ba,Mg)AlSiNx : Eu,Re (1≤x≤5) 입자, (Sr,Ca,Ba,Mg) (S,Se,Te) : Eu,Re 입자 여기서 Re는 Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br, 및 I 중 어느 하나 일 수 있음, (SrBaMg)2SiO4 : Eu 입자, M(AlSi)N3 : Eu 입자 여기서 M은 Ca, Sr, 또는 Ba임, CaS : Eu 입자, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 대표적인 제1 형광체 입자는 세륨 도프 이트륨 알루미늄 가넷 (Yttrium aluminum garnet) (YAG), 및 다른 적절한 황색 형광체를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 구체 예에서, 상기 제1 형광체 층, 제2 형광체 층 또는 제1 및 제2 형광체 층은 양자 점을 포함한다. 대표적인 양자 점은 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅳ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상기 제2 형광체 층은 제1 형광체 층상으로 스핀-코팅, 스프레이, 딥-코팅, 또는 스크린 인쇄될 수 있다. 상기 제2 매트릭스에서 제2 형광체 입자의 대표적인 분포는 약 1% 내지 약 30 중량%의 범위이다. 또 다른 구체 예에서, 상기 파장 변환 플레이트는 제2 형광체 층 위에 캡핑층을 가지며, 여기서 상기 캡핑층은 어떤 형광체 입자가 실질적으로 없다. 대표적인 제2 형광체 층은 약 50 mJ/㎡ 미만의 낮은 표면 에너지를 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 침착된 층은 약 40 mJ/㎡ 미만 및 약 30 mJ/㎡ 미만의 낮은 표면 에너지를 가질 수 있다. 바람직한 구체 예는 대략 34 mJ/㎡의 낮은 표면 에너지 코팅을 제공한다.
본 개시의 부가적 구체 예는 가시 스펙트럼에서 피크 파장을 가지는 주요 광을 방출하도록 채택된 적어도 하나의 발광 다이오드 및 다-층 구조를 갖는 조명 장치를 포함한다. 상기 다-층 구조는 제1 매트릭스 도처에 분포된 제1 형광체 입자를 포함하는 제1 형광체 층 및 제2 매트릭스 도처에 분포된 제2 형광체 입자를 포함하는 제2 형광체 층을 포함하고, 이에 의해 상기 제2 형광체 층은 제1 형광체 층과 물리적 접촉하에 있고, 상기 제2 매트릭스는 실세스퀴옥산 호스트 물질, 졸 겔 호스트 물질, 또는 알칼리/실리케이트 물유리 호스트 물질을 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 제1 형광체 입자는 황색 방출 형광체 입자이고, 상기 제2 형광체 입자는 적색 방출 형광체 입자이다. 또 다른 구체 예에서, 상기 제2 형광체 층은 세라믹 산화물 전구체를 포함하지 않는다. 다양한 구체 예에서, 상기 출력 파장은 제2 매트릭스에서 제2 형광체 입자의 무게, 제2 형광체 층의 두께, 제1 매트릭스에서 제1 형광체 입자의 무게, 제1 형광체 층의 두께, 및 이들의 조합의 함수에 따라 결정될 수 있다. 대표적인 제2 형광체 입자는 (Sr,Ca,Ba,Mg)AlSiNx : Eu,Re (1≤X≤5) 입자, (Sr,Ca,Ba,Mg) (S,Se,Te) : Eu,Re 입자 여기서 Re는 Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br, 및 I 중 어느 하나일 수 있음, (SrBaMg)2SiO4 : Eu 입자, M(AlSi)N3 : Eu 입자 여기서 M은 Ca, Sr, 또는 Ba임, CaS : Eu 입자, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 대표적인 제1 형광체 입자는 세슘 도프 이트륨 알루미늄 가넷 (Ce:YAG), 및 다른 적절한 황색 형광체를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 구체 예에서, 상기 제1 형광체 층, 제2 형광체 층 또는 제1 및 제2 형광체 층은 양자 점을 포함한다. 대표적인 양자 점은 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅳ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상기 제2 형광체 층은 제1 형광체 층상으로 스핀-코팅, 스프레이, 딥-코팅, 또는 스크린 인쇄될 수 있다. 상기 제2 매트릭스에서 제2 형광체 입자의 대표적인 분포는 약 1% 내지 약 30 중량%의 범위이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 다-층 구조는 적어도 하나의 발광 다이오드 위에 및 인접하게 위치되고, 다른 구체 예에서, 상기 다-층 구조는 적어도 하나의 발광 다이오드으로부터의 입사광을 반사 및 변환시킨다. 또 다른 구체 예에서, 상기 다-층 구조는 제2 형광체 층 위에 캡핑층을 포함하며, 여기서 상기 캡핑층은 어떤 형광체 입자가 실질적으로 없다. 대표적인 제2 형광체 층은 약 50 mJ/㎡ 미만의 낮은 표면 에너지를 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 침착된 층은 약 40 mJ/㎡ 미만 및 약 30 mJ/㎡ 미만의 낮은 표면 에너지를 가질 수 있다. 바람직한 구체 예는 대략 34 mJ/㎡의 낮은 표면 에너지 코팅을 제공한다.
본 개시의 또 다른 구체 예는 가시 스펙트럼에서 피크 파장을 가지는 주요 광을 방출하도록 채택된 적어도 하나의 발광 다이오드 및 다-층 구조를 갖는 조명 장치를 포함한다. 상기 다-층 구조는 제1 매트릭스 도처에 분포된 황색 방출 형광체 입자를 포함하는 제1 형광체 층 및 상기 제1 형광체 층과 접촉하고 제2 매트릭스 도처에 분포된 적색 방출 형광체 입자를 포함하는 제2 형광체 층을 포함할 수 있고, 이에 의해 상기 제2 매트릭스는 실세스퀴옥산 호스트 물질, 졸 겔 호스트 물질, 또는 알칼리/실리케이트 물유리 호스트 물질을 포함하며, 이에 의해 상기 제2 형광체 층은 세라믹 산화물 전구체를 포함하지 않는다. 다양한 구체 예에서, 상기 출력 파장은 제2 매트릭스에서 제2 형광체 입자의 무게, 제2 형광체 층의 두께, 제1 매트릭스에 제1 형광체 입자의 무게, 제1 형광체 층의 두께, 및 이들의 조합의 함수에 따라 결정될 수 있다. 대표적인 제2 형광체 입자는 (Sr,Ca,Ba,Mg)AlSiNx : Eu,Re (1≤x≤5) 입자, (Sr,Ca,Ba,Mg) (S,Se,Te) : Eu,Re 입자 여기서 Re는 Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br, 및 I 중 어느 하나일 수 있음, (SrBaMg)2SiO4 : Eu 입자, M(AlSi)N3 : Eu 입자 여기서 M은 Ca, Sr, 또는 Ba임, CaS : Eu 입자, 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 대표적인 제1 형광체 입자는 세륨 도프 이트륨 알루미늄 가넷 (Ce:YAG), 및 다른 적절한 황색 형광체를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 구체 예에서, 상기 제1 형광체 층, 제2 형광체 층 또는 제1 및 제2 형광체 층은 양자 점을 포함한다. 대표적인 양자 점은 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅳ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상기 제2 형광체 층은 제1 형광체 층상으로 스핀-코팅, 스프레이, 딥-코팅, 또는 스크린 인쇄될 수 있다. 상기 제2 매트릭스에서 제2 형광체 입자의 대표적인 분포는 약 1% 내지 약 30 중량%의 범위이다. 몇몇 구체 예에서, 상기 다-층 구조는 적어도 하나의 발광 다이오드 위에 및 인접하게 위치되고; 다른 구체 예에서, 상기 다-층 구조는 적어도 하나의 발광 다이오드로부터의 입사광을 반사 및 변환시킨다. 또 다른 구체 예에서, 상기 다-층 구조는 제2 형광체 위에 캡핑층을 포함하고, 여기서 상기 캡핑층은 어떤 형광체 입자가 실질적으로 없다. 대표적인 제2 형광체 층은 약 50 mJ/㎡ 미만의 낮은 표면 에너지를 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상기 침착된 층은 약 40 mJ/㎡ 미만 및 약 30 mJ/㎡ 미만의 낮은 표면 에너지를 가질 수 있다. 바람직한 구체 예는 대략 34 mJ/㎡의 낮은 표면 에너지 코팅을 제공한다.
본 개시의 몇몇 구체 예는 제1 형광체 물질 및 제2 형광체 물질을 조합하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 형광체 물질을 제공하는 단계, 상기 제1 형광체 물질을 호스트 매트릭스와 조합하여 제1 형광체 혼합물을 생성하는 조합 단계, 상기 제1 형광체 혼합물을 하나 이상의 미리 결정된 온도에서 경화시키는 단계, 및 상기 경화된 제1 형광체 혼합물을 제2 형광체 물질을 갖는 기판상에 침착시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구체 예에서, 상기 침착 단계는 스핀-코팅, 스프레이, 딥-코팅 또는 스크린 인쇄를 포함한다. 다른 구체 예에서, 상기 제1 형광체 물질은 적색 방출 형광체 입자를 포함하고, 상기 제2 형광체 물질은 황색 방출 형광체 입자를 포함한다. 상기 호스트 매트릭스는 실세스퀴옥산 호스트 물질, 졸 겔 호스트 물질, 또는 알칼리/실리케이트 물유리 호스트 물질을 포함할 수 있다. 다른 구체 예에서, 상기 제1 형광체 혼합물은 세라믹 산화물 전구체를 포함하지 않는다. 대표적인 제1 형광체 물질은 (Sr,Ca,Ba,Mg)AlSiNx : Eu,Re (1≤X≤5) 입자, (Sr,Ca,Ba,Mg) (S,Se,Te) : Eu,Re 입자 여기서 Re는 Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br, 및 I 중 어느 하나 일 수 있음, (SrBaMg)2SiO4 : Eu 입자, M(AlSi)N3 : Eu 입자 여기서 M은 Ca, Sr, 또는 Ba임, CaS : Eu 입자, 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 대표적인 제2 형광체 물질은 세륨 도프 이트륨 알루미늄 가넷 (Ce:YAG), 및 다른 적절한 황색 형광체를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 구체 예에서, 상기 방법은 제1 형광체 물질상에 캡핑층을 침착시키는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 캡핑층은 제1 형광체 물질이 실질적으로 없는 호스트 매트릭스를 포함한다. 대표적인 침착된 프릿 형광체 혼합물은 약 50 mJ/㎡ 미만의 낮은 표면 에너지를 가질 수 있다. 몇몇 구체 예에서, 상기 침착된 제1 형광체 혼합물은 약 40 mJ/㎡ 미만 및 약 30 mJ/㎡ 미만의 낮은 표면 에너지를 가질 수 있다. 바람직한 구체 예는 대략 34 mJ/㎡의 낮은 표면 에너지 코팅을 제공한다.
실험 예
하나의 실험 예에서, 대표적인 실리케이트-메틸 실록산 중합체 (예를 들어, 유리 수지상에 512B 스핀, ~10% 중합체, <2 cP, Honeywell)는 10 중량%의 무게의 적색 형광체 물질을 갖도록 만들어진다. 부가적인 용매, 예를 들어, IPA, 물, 등등은 점도를 증가시키기 위해 첨가된다. 이 혼합물은 30초 동안 1000 rpm에서 스핀-코팅 메커니즘을 사용하여 기저를 이루는 기판상에 스핀-코팅된다. 상기 기판상에 코팅 균일도는 호스트가 빠르게 건조되고, 큰 형광체 입자 (10㎛ 초과)가 점도에 기인하여 이의 표면상에 보유됨에 따라 열악하다. 더욱이, 관측된 색상 변화는 거의 없다.
제2 실험에서, 또 다른 실리케이트-메틸 실록산 중합체는 이의 점도를 증가시키기 위해 0.1-1% 에틸렌글리콜 (또는 글리세롤)을 가지며, 10 중량%의 무게의 적색 형광체 물질을 갖게 만들어진다. 이 혼합물은 30초 동안 1000 rpm에서 스핀-코팅 메커니즘을 사용하여 기저를 이루는 기판상에 스핀-코팅된다. 코팅 균일도는 제1 실험보다 개선되고, 큰 형광체 입자 (10㎛ 초과)는 이의 표면상에 여전히 보유되는 것으로 관측된다. 색상 변화는 또한 공기 중에서 1시간 동안 430℃에서 후속 경화 공정으로 관측된다.
제3 실험에서, HardSil AM 경화성 폴리실세스퀴옥산 T-수지 중합체는 얻어지고 (19-21% 고체, 점도 5-15 cSt., 동점성 (dynamic viscosity) 대략 4-14 cP), 10 중량%의 적색 형광체 물질은 그 안에 혼합된다. 이 혼합물은 35초 동안 1000 rpm에서 스핀-코팅 메커니즘을 사용하여 기저를 이루는 기판상에 스핀-코팅되고, 그 다음 미리 결정된 가열 일정에 따라 경화되는데, 즉, 구조물은 50℃에서 경화되고, 그 다음 온도는 240℃까지 40℃/min의 속도로 증가시키며, 이에 의해 상기 구조물은 0.5 시간 동안 경화된다. 상기 온도는 그 다음 430℃까지 5℃/min로 증가하며, 이에 의해 상기 구조물은 1시간 동안 경화된다. 상기 온도는 그 다음 60℃까지 5℃/min의 속도로 감소시킨다. 상기 혼합물의 제2 코팅은 35초 동안 1000 rpm에서 스핀-코팅 메커니즘을 사용하여 기판상에 스핀-코팅된다. HardSil AM 경화성 폴리실세스퀴옥산 T-수지 중합체 캡 층은 그 다음 캡핑층으로 이 제2 코팅상으로 스핀-코팅되고, 복합물은 동일한 가열 일정에 따라 경화된다. 이 복합물에 대한 양자 효율 (QE)은 85% 초과로 측정되는데, 이는 실세스퀴옥산 중합체와 어떤 상호작용 및 경화 일정이 상기 적색 형광체 물질을 분해하지 못했음을 나타낸다. 이 복합물에 대한 색상 점 정보는 얻어지며, 도 9에 나타내었다. 도 9는 본 개시의 어떤 구체 예에서 눈 반응과 연관된 다양한 색상 점을 나타내는, 색도 그래프 또는 색상표이다. 도 9를 참조하면, YAG:Ce 색상 점 (90)이 570㎚에 놓여 있는 반면, 실세스퀴옥산 호스트 내에 HardSil AM 수지를 갖는 YAG 구체 예에 대한 적색은 또 다른 색상 점 (92)을 제공하는 것을 알 수 있다. 제3 실험에서 기록된 대로 가공되고, 512B 호스트를 갖는 YAG 기판 위에 가로놓인 적색 형광체 물질의 몇몇 구체 예는 대표적인 색상 점 (94)을 나타낸다. 색상 점 (94)의 이동, 즉, 방출 또는 변환된 백색광의 변형은, 필름 두께 및/또는 EuN 무게 뿐만 아니라 상기 기저를 이루는 기판에서 YAG 함량의 함수에 따라 적색 형광체 물질을 첨가 또는 삭감하여 얻어질 수 있다. 이 제3 복합물의 코팅 균일도는 제1 및 제2 실험보다 개선되고, 큰 형광체 입자 (10㎛ 초과)는 이의 표면상에 여전히 보유되는 것으로 또한 관찰된다. 경화 공정에서 관측된 색상 변화는 없다.
QE 데이터는 또한 부가적인 실험을 위해 만들어진다. 이들 측정에서 대표적인 QE 측정 시스템의 홍채 (iris)는 대략 2.2㎜ x 0.5㎜의 스팟 크기 (spot size)로 넓혀지고, 이에 의해 YAG 테이프 캐스트 샘플은 102.2% (96%로 보정됨)에서 측정된다. 표 1은 1시간 동안 공기 중에서 대략 430℃로 경화되고, 기저가 되는 황색 형광체 기판상에 적층된 Eu/N 실세스퀴옥산 스핀-코팅된 적색 형광체 물질을 갖는 몇몇 구체 예에 대한 QE 측정의 리스트를 제공한다.
기호 QE % QE% (보정됨)
YAG 테이프 캐스트 102.2 96.0
적색 질화물 분말 95.2 89.4
YAG 테이프 캐스트 Piece 1에 HardSil AM 수지를 갖는 10% Eu/N 90.5 85.0
YAG 테이프 캐스트 Piece 2에 HardSil AM 수지를 갖는 10% Eu/N 89.2 83.8
YAG 테이프 캐스트 Piece 3에 HardSil AM 경화성 수지를 갖는 10% Eu/N 90.8 85.3
유리에 HardSil AM 경화성 수지를 갖는 10% Eu/N 97.54 -
기호 QE (%) (보정되지 않음)
대조구_11e_..._034 99.6
17_4_HAM_red1_430 C　　　 41.31
17_3_HAM_red2_300 C　　　 91.91
대조구_11e_..._035 99.51
17_2_HAM_red3_250 C　　 95.99
17_1_HAM_red4_열처리 없음 105.5
대조구_11e_..._036　　　　　　　　　　　　　　 99.75
17_1_HAM_red5_열처리 없음 104.0
도 10은 양자 효율 대 온도의 그래프이다. 도 10을 참조하면, 적색 형광체 분말은 실세스퀴옥산 호스트에 제공되고, 전술된 바와 같이 스핀-코팅된다. 이 실험에서, 경화 조건은 공기 중에서 1시간 동안 실온, 대략 250℃, 430℃, 및 600℃이다. 예시된 바와 같이, QE는 주로 430℃ 변곡점 (inflection point)으로부터 600℃까지 감소하지만, 실질적으로 430℃ 아래에서 실질적으로 동일하게 유지된다. 따라서, 대략 430℃까지 본 개시의 구체 예의 열 안정성에서 관찰된 상당한 변화는 없고, 또한 호스트 물질과 일어난 형광체 물질의 반응성이 없는 것으로 관찰되었지만, 그러나, 약간의 반응성은 호스트를 조성하는데 사용된 분산제에서 관찰된다.
또 다른 실험에서, HardSil AM 경화성 폴리실세스퀴옥산 T-수지 중합체는 얻어지고 (19-21% 고체, 점도 5-15 cSt., 동점성 대략 4-14 cP), 및 양자 점은 그 안에 혼합된다. 대표적인, 비-제한 양자 점 물질인, CdSe-Zn 쉘을 갖는 QSP 650㎚는 중합체 호스트에 첨가되어 상기 호스트에서 15 내지 62 ㎎/㎖ 농도의 양자 점을 결과한다. 이 혼합물은 10초 동안 1000 rpm으로 스핀-코팅 메커니즘을 사용하여 기저를 이루는 기판상에 스핀-코팅되고, HardSil AM 경화성 폴리실세스퀴옥산 T-수지 중합체 캡 층은 그 다음 캡핑층으로서 이 제2 코팅상으로 스핀-코팅된다. 이 복합물은 그 다음 미리 결정된 가열 일정에 따라 경화되는데, 즉, 구조물은 120℃에 경화되고, 그 다음 240℃에서 경화된다. 상기 온도는 그 다음 430℃까지 5℃/min로 증가하고, 이에 의해 상기 구조물은 1시간 동안 경화된다. 상기 온도는 그 다음 60℃까지 5℃/min의 속도로 감소시킨다. 샘플의 또 다른 셋트에서, 대표적인, 비-제한 양자 점 물질인, CdSe-Zn 쉘을 갖는 QSP 650㎚은 중합체 호스트에 첨가되어 상기 호스트에서 15 내지 62 ㎎/㎖ 농도의 양자 점을 결과한다. 이 혼합물은 10초 동안 1000 rpm으로 스핀-코팅 메커니즘을 사용하여 기저를 이루는 기판상에 스핀-코팅된다. 캡핍층은 부가되지 않는다. 얻어진 QSP 650 분말에 대한 QE는 (제조자에 따라) 50%이고, 이들 복합물의 각각에 대한 QE는 증가된 경화 온도에 따라 26-35%인 것을 발견하였다.
본 상세한 설명이 많은 특별한 것을 포함하지만, 이것은 이의 범주를 제한하는 것이 아니라, 오히려 특정 구체 예들에 특이적일 수 있는 특색의 설명으로 해석되어야 한다. 개별 구체 예의 맥락에서 지금까지 기재되었던 어떤 특색은 또한 단일 구체 예에서 조합하여 실행될 수 있다. 역으로, 단일 구체 예의 맥락에서 기재된 다양한 특색은 또한 어느 적절한 준 조합에서 또는 별도로 다중 구체 예에서 실행될 수 있다. 더군다나, 비록 특색들이 어떤 조합에서 작용하는 것으로 전술되고, 그렇게 처음에 청구되었을지라도, 청구된 조합으로부터 하나 이상의 특색은 몇몇 경우에 있어서 조합으로부터 삭제될 수 있으며, 상기 청구된 조합은 준 조합 또는 준 조합의 변형과 관련될 수 있다.
유사하게, 작동이 도들 또는 도면들에서 특정 순서로 묘사되지만, 이것은, 원하는 결과를 달성하기 위해, 이러한 작동이 나타낸 특정 순서 또는 순차적 순서로 수행되거나, 또는 모든 예시된 작동이 수행되는 것을 요구하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 어떤 상항에서, 다중 작업 및 병렬 공정은 유익할 수 있다.
도 1-13에 예시된 다양한 구성들 및 구체 예들에 의해 나타낸 바와 같이, 발광성 코팅 및 장치에 대하여 다양한 구체 예들은 묘사되었다.
본 개시의 바람직한 구체 예들이 기재되었지만, 기재된 구체 예들이 오직 예시적이고, 이의 정독으로부터 기술분야의 당업자에게 자연적으로 일어나는 많은 변형, 변경 및 균등물의 전체 범위에 부합되는 경우 청구된 청구항들에 의해 유일하게 정의되는 것으로 이해될 것이다.

Claims (27)

  1. 제1 매트릭스에 분포된 제1 형광체 입자를 포함하는 제1 형광체 층; 및
    제2 매트릭스에 분포된 제2 형광체 입자를 포함하는 제2 형광체 층을 포함하고,
    여기서 상기 제2 형광체 층은 제1 형광체 층과 물리적으로 접촉하며,
    여기서 상기 제2 매트릭스는 실세스퀴옥산 호스트 물질, 실세스퀴옥산-실리케이트 호스트 물질, 졸-겔 호스트 물질, 또는 알칼리/실리케이트 물유리 호스트 물질을 포함하는 파장 변환 플레이트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 형광체 입자는 황색 방출 형광체 입자를 포함하고, 상기 제2 형광체 입자는 적색 방출 형광체 입자를 포함하는 파장 변환 플레이트.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 형광체 층은 세라믹 산화물 전구체를 포함하지 않는 파장 변환 플레이트.
  4. 청구항 1에 있어서,
    출력 파장은 제2 매트릭스에서 제2 형광체 입자의 무게, 제2 형광체 층의 두께, 제1 매트릭스에서 제1 형광체 입자의 무게, 제1 형광체 층의 두께, 및 이들의 조합 중 적어도 하나의 함수로서 결정되는 파장 변환 플레이트.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 파장 플레이트의 두께는 약 100 내지 500 microns인 파장 변환 플레이트.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 형광체 입자는 (Sr,Ca,Ba,Mg)AlSiNx : Eu,Re (1≤x≤5) 입자, (Sr,Ca,Ba,Mg) (S,Se,Te) : Eu,Re 입자, 여기서 Re는 Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br, 및 I 중 어떤 하나일 수 있고, (SrBaMg)2SiO4 : Eu 입자, M(AlSi)N3 : Eu 입자, 여기서 M은 Ca, Sr, 또는 Ba이며, CaS : Eu 입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서 상기 제1 형광체 입자는 Ce:YAG를 포함하는 파장 변환 플레이트.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 형광체 층들 중 적어도 하나는 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅳ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, 또는 이들의 조합으로 구성된 양자 점을 포함하는 파장 변환 플레이트.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 형광체 입자는 약 1% 내지 약 30 중량%의 무게으로 제2 매트릭스에 분포되는 파장 변환 플레이트.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 파장 변환 플레이트는, 상기 제2 형광체 층 위에 캡핑층을 더욱 포함하고, 여기서 상기 캡핑층은 어떤 형광체 입자가 실질적으로 없는 파장 변환 플레이트.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 형광체 층은 약 50 mJ/㎡ 미만, 약 40 mJ/㎡ 미만, 또는 약 30 mJ/㎡ 미만의 표면 에너지를 갖는 파장 변환 플레이트.
  11. 가시 스펙트럼에서 피크 파장을 갖는 주요 광을 방출하도록 채택된 적어도 하나의 발광 다이오드; 및
    제1 매트릭스에 제1 형광체 입자를 포함하는 제1 형광체 층, 및
    제2 매트릭스에 제2 형광체 입자를 포함하는 제2 형광체 층을 갖는 다중-층 구조를 포함하고;
    여기서, 상기 제2 형광체 층은 제1 형광체 층과 물리적으로 접촉하에 있고,
    여기서, 상기 제2 매트릭스는 실세스퀴옥산 호스트 물질, 실세스퀴옥산-실리케이트 호스트 물질, 졸 겔 호스트 물질, 또는 알칼리/실리케이트 물유리 호스트 물질을 포함하는, 조명 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 형광체 입자는 황색 방출 형광체 입자를 포함하고, 상기 제2 형광체 입자는 적색 방출 형광체 입자를 포함하는 조명 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2 형광체 층은 세라믹 산화물 전구체를 포함하지 않는 조명 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    출력 파장은 제2 매트릭스에서 제2 형광체 입자의 무게, 제2 형광체 층의 두께, 제1 매트릭스에서 제1 형광체 입자의 무게, 제1 형광체 층의 두께, 및 이들의 조합 중 적어도 하나의 함수로서 결정되는 조명 장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 형광체 입자는 (Sr,Ca,Ba,Mg)AlSiNx : Eu,Re (1≤x≤5) 입자, (Sr,Ca,Ba,Mg) (S,Se,Te) : Eu,Re 입자, 여기서 Re는 Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br, 및 I 중 어떤 하나일 수 있고, (SrBaMg)2SiO4 : Eu 입자, M(AlSi)N3 : Eu 입자, 여기서 M은 Ca, Sr, 또는 Ba이며, CaS : Eu 입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서 상기 제1 형광체 입자는 Ce:YAG를 포함하는 조명 장치.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 및 제2 형광체 층들 중 적어도 하나는 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅳ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, 또는 이들의 조합으로 구성된 양자 점을 포함하는 조명 장치.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 형광체 입자는 약 1% 내지 약 30 중량%로 제2 매트릭스에 분포되는 조명 장치.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 조명 장치는, 상기 제2 형광체 층 위에 캡핑층을 더욱 포함하고, 여기서 상기 캡핑층은 어떤 형광체 입자가 실질적으로 없는 조명 장치.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 형광체 층은 약 50 mJ/㎡ 미만, 약 40 mJ/㎡ 미만, 또는 약 30 mJ/㎡ 미만의 표면 에너지를 갖는 조명 장치.
  20. 가시 스펙트럼에서 피크 파장을 갖는 주요 광을 방출하도록 채택된 적어도 하나의 발광 다이오드; 및
    제1 매트릭스 도처에 분포된 황색 발광 형광체 입자를 포함하는 제1 형광체 층, 및
    상기 제1 형광체 층과 물리적으로 접촉하고, 제2 매트릭스 도처에 적색 발광 형광체 입자를 포함하는 제2 형광체 층을 갖는 다중-층 구조를 포함하고;
    여기서, 상기 제2 매트릭스는 실세스퀴옥산 호스트 물질, 실세스퀴옥산-실리케이트 호스트 물질, 졸 겔 호스트 물질, 또는 알칼리/실리케이트 물유리 호스트 물질을 포함하며,
    여기서, 상기 제2 형광체 층은 세라믹 산화물 전구체를 포함하지 않는, 조명 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 적색 방출 형광체 입자는 (Sr,Ca,Ba,Mg)AlSiNx : Eu,Re (1≤x≤5) 입자, (Sr,Ca,Ba,Mg) (S,Se,Te) : Eu,Re 입자, 여기서 Re는 Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br, 및 I 중 어떤 하나일 수 있고, (SrBaMg)2SiO4 : Eu 입자, M(AlSi)N3 : Eu 입자, 여기서 M은 Ca, Sr, 또는 Ba이며, CaS : Eu 입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서 상기 황색 방출 형광체 입자는 Ce:YAG를 포함하는 조명 장치.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 제1 형광체 층, 제2 형광체 층 또는 제1 및 제2 형광체 층은 양자 점을 포함하고, 여기서 상기 양자 점은 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 나노결정, Ⅳ-Ⅵ 족 화합물 반도체 나노결정, 또는 이들의 조합으로 구성되는 조명 장치.
  23. 청구항 20에 있어서,
    상기 제2 형광체 입자는 상기 적색 방출 형광체 입자는 약 1% 내지 약 30 중량%로 제2 매트릭스에 분포되는 조명 장치.
  24. 제1 형광체 물질을 제공하는 단계;
    상기 제1 형광체 물질을 호스트 매트릭스와 조합하여 제1 형광체 혼합물을 생성하는 조합 단계;
    상기 제1 형광체 혼합물을 하나 이상의 미리 결정된 온도에서 경화시키는 단계, 및
    상기 경화된 제1 형광체 혼합물을 제2 형광체 물질을 갖는 기판상에 침착시키는 단계를 포함하는 제1 형광체 물질 및 제2 형광체 물질을 조합하는 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 침착 단계는 스핀-코팅, 스프레이, 딥-코팅, 또는 스크린 인쇄를 포함하는 제1 형광체 물질 및 제2 형광체 물질을 조합하는 방법.
  26. 청구항 24에 있어서,
    상기 제1 형광체 혼합물은 세라믹 산화물 전구체를 포함하지 않는 제1 형광체 물질 및 제2 형광체 물질을 조합하는 방법.
  27. 청구항 24에 있어서,
    상기 제1 형광체 물질은 (Sr,Ca,Ba,Mg)AlSiNx : Eu,Re (1≤x≤5) 입자, (Sr,Ca,Ba,Mg) (S,Se,Te) : Eu,Re 입자, 여기서 Re는 Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br, 및 I 중 어떤 하나일 수 있고, (SrBaMg)2SiO4 : Eu 입자, M(AlSi)N3 : Eu 입자, 여기서 M은 Ca, Sr, 또는 Ba이며, CaS : Eu 입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서 상기 호스트 물질은 실세스퀴옥산 호스트 물질, 실세스퀴옥산-실리케이트 호스트 물질, 졸 겔 호스트 물질, 또는 알칼리/실리케이트 물유리 호스트 물질을 포함하며, 여기서 상기 제2 형광체 물질은 Ce:YAG로 구성되는 제1 형광체 물질 및 제2 형광체 물질을 조합하는 방법.
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