KR20200106882A - 발광 물질 조합물, 변환 소자 및 광전자 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 발광 물질(1) 및 제2 발광 물질(2)을 포함하는 발광 물질 조합물(10)에 관한 것으로, 이때 상기 제2 발광 물질은 적색 방출 양자점-발광 물질이다. 그뿐 아니라 본 발명은 각각 상기 발광 물질 조합물(10)을 포함하는 변환 소자(20) 및 광전자 장치(30)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 발광 물질 조합물, 변환 소자 및 광전자 장치에 관한 것이다.
본 특허 출원서는 PCT-특허 출원서 PCT/EP2017/078913 및 독일 특허 출원서 10 2018 108 842.6의 우선권을 청구하며, 그에 따라 상기 출원서들의 공개 내용은 인용의 방식으로 본 특허 출원서에 수용된다.
선행 기술로부터, 예컨대 발광 다이오드들과 같은 광전자 장치들을 이용하여, 가시 스펙트럼의 서로 다른 파장 범위들의 비율들을 포함하는 광을 발생시키기 위한 다양한 방법들이 공지되어 있다. 하나의 중요한 적용예는 백색 광의 발생이다.
광전자 장치를 이용하여, 가시 스펙트럼의 서로 다른 파장 범위들을 커버하는 광을 발생시키기 위한 한 가지 방법은, 서로 다른 파장의 광을 방출하는 두 개 또는 그 이상의 반도체 칩의 이용이 나타낸다. 예를 들어 광전자 장치는 청색 방출 반도체 칩 및 적색 방출 반도체 칩을 포함할 수 있다. 백색 광이 발생해야 하는 경우, 상기 청색 반도체 칩은 추가로, 청색 방사선을 가시 스펙트럼의 더 장파의 방사선으로, 예를 들어 녹색 광으로 변환하는 하나 또는 복수의 발광 물질과 조합될 수 있다. 그러나 공지된 적색 방출 반도체 칩들의 방출된 방사선은 자체 주파장 및 강도의 관점에서 온도 및 인가된 전류에 따라 변경된다. 그 결과 청색 방출 반도체 칩들에 추가적으로 적색 방출 반도체 칩들을 이용하는 것은 상기 광전자 장치 내부에서 추가적인 제어를 요구한다.
이에 대해 대안적으로, 예를 들어 청색 방출의 단 하나의 반도체 칩이 하나 또는 복수의 발광 물질과 조합됨으로써, 가시 스펙트럼의 서로 다른 파장 범위들을 커버하는 광을 발생시키는 것도 가능한데, 이때 상기 발광 물질들은 상기 반도체 칩으로부터 방출된 방사선을 가시 스펙트럼의 더 장파의 방사선으로 변환한다. 이와 같은 목적을 위해, 일반적으로 종래의 발광 물질들로 구성되는 발광 물질 조합물들(예를 들어 발광 물질 혼합물들)이 사용된다. 예를 들어, 반도체 칩으로부터 방출되는 청색 광이 발광 물질 혼합물에 의해 부분적으로 녹색, 황색 및 적색 광으로 변환됨으로써, 백색 광이 발생할 수 있다. 서로 다른 파장의 광이 중첩됨으로써, 전체적으로 백색 광이 주어질 수 있다.
예컨대 백색 광에서와같이, 가시 스펙트럼 내 서로 다른 파장 범위들을 갖는 비율들을 커버하는 광을 발생시키는 광전자 장치들을 위해서는 효율뿐만 아니라 색 품질도 중요한 역할을 한다.
효율뿐만 아니라 색 품질(예를 들어 연색성)도 상당한 정도로, 반도체 칩으로부터 방출된 방사선을 변환하는 발광 물질 혼합물에 의해 결정된다.
따라서 본 발명의 과제는, 특히 광전자 장치 내에서 사용될 때 높은 효율과 함께 우수한 연색성을 구현하기 위해 적합한 발광 물질들의 조합물 - 즉 발광 물질 조합물 - 을 제시하는 것이다. 계속해서, 마찬가지로 특히 광전자 장치 내에서 사용될 때 높은 효율과 함께 우수한 연색성을 구현하기 위해 적합한 변환 소자가 제시되어야 한다. 마지막으로, 상기 발광 물질 조합물을 포함하는 광전자 장치가 제시되어야 한다.
이와 같은 과제들은 제1 항의 특징들을 갖는 발광 물질 조합물에 의해, 제17 항의 특징들을 갖는 변환 소자에 의해, 그리고 제18 항의 특징들을 갖는 광전자 장치에 의해 해결된다.
본 발명의 제1 양상에 따르면, 하나 이상의 제1 발광 물질 및 하나 이상의 제2 발광 물질을 포함하는 발광 물질 조합물이 제시되고, 이때 상기 제2 발광 물질은 적색 방출 양자점-발광 물질이다.
이 경우, 발광 물질 조합물은 서로 다른 발광 물질들의 조합물로 이해된다. 바람직하게 상기 발광 물질 조합물은 발광 물질 혼합물, 다시 말해 상기 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질 그리고 경우에 따라 제3 발광 물질 또는 경우에 따라 또 다른 발광 물질들이 서로 혼합된 혼합물이다. 예를 들어 상기 발광 물질들은 입자 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어 상기 발광 물질 조합물은 상기 발광 물질들 이외에 다른 재료들을 더 함유할 수 있는데, 예컨대 그 내부에 상기 발광 물질들이 매립되어 있거나, 또는 그 내부에 상기 발광 물질들이 분포되어 있는 매트릭스 재료를 함유할 수 있다.
상기 제1 발광 물질은 특히, 예를 들어 UV-방사선 및/또는 청색 광을 가시 스펙트럼의 더 장파의 방사선으로 변환하기 위해 적합한 발광 물질로 이해된다. 다시 말해, 상기 제1 발광 물질은 예를 들어 UV-방사선 또는 청색 광을 흡수하고 가시 스펙트럼의 더 장파의 방사선을 방출하는데, 예를 들어 상기 제1 발광 물질은 녹색 광을 방출한다. 상기 제1 발광 물질은 이러한 제1 발광 물질 자체의 방출보다 더 짧은 파장을 갖는 파장들을 흡수할 수 있다. 상기 제1 발광 물질은 예를 들어 매우 폭넓은 흡수 스펙트럼을 가질 수 있고, UV-방사선 및/또는 청색 광 이외에 청록색 및 녹색 광을 흡수할 수도 있고, 마침내 녹색 광을 방출할 수 있다.
여기서 그리고 다음에서 언급되는 청색 광은 바람직하게 420 내지 490㎚의 파장을 갖는 광, 더 바람직하게 430 내지 470㎚의 파장을 갖는 광으로 이해된다.
여기서 그리고 다음에서 언급되는 녹색 광은 바람직하게 490 내지 570㎚의 파장을 갖는 광으로 이해된다.
여기서 그리고 다음에서 언급되는 양자점-발광 물질은, 나노미터-범위 내에서 평균 지름을 갖는, 다시 말해 1㎚보다 크거나 같고 1㎛보다 작은 평균 지름(d50)을 갖는 반도전성 입자들(소위 "quantum dots", 축약하여 QD)로 이해된다. 양자점들은 부분적으로 응집물들로 뭉쳐질 수 있다. 그러나 여기서 그리고 다음에서 평균 지름을 결정하기 위해서는 각각 개별적인 양자점이 중요하다.
본 발명에 따른 발광 물질 조합물의 양자점-발광 물질은 적색 방출 양자점-발광 물질이다. 다시 말해, 상기 양자점-발광 물질은 특히 UV-방사선 또는 청색 광을 적색 파장 범위 내 광으로 변환하기 위해 적합하고, 따라서 상기 양자점-발광 물질은 UV-방사선 또는 청색 광을 흡수하고 적색 광을 방출한다.
본 발명에 따른 발광 물질 조합물은 향상된 효율과 동시에 우수한 색 품질을 특징으로 한다.
- 특히 백색 광과 같이, 가시 스펙트럼 내 서로 다른 파장 범위들을 갖는 비율들을 포함하는 광을 발생시키기 위해 이용되는 - 통상의 발광 물질 조합물들은 자체 연색성 및 효율의 관점에서 많은 한계점들에 부딪친다.
광전자 장치 내에서 사용될 때 발광 물질 조합물의 연색성 및 효율을 향상시키기 위해서는 무엇보다 적색 방출 발광 물질들이 중요한 역할을 하는데, 그 이유는 적색 스펙트럼 범위 내에서 감소하는 눈의 감도가 스펙트럼 효율(LER)을 현저히 제한하기 때문이다. 동시에, 색 품질을 위해 특히 백색 광의 명확한 적색-비율이 요구된다.
LER은 영문 표현 "luminous efficiency of radiation"을 나타내고 광원의 광도 방사선 등가량(photometric radiation equivalent)으로도 언급된다. 이 경우, 광선속(φv 단위 lm)과 방사 효율(φe 단위 mW)의 비율이 고려된다. LER을 검출하기 위해, 스펙트럼이 사람 눈의 감도에 상응하게 평가된다. LER은 마침내 스펙트럼이 얼마나 "효율적으로" 형성되어 있는지 지시한다.
본 발명의 발명자들은, 목표한 명확한 적색-비율이 적색 방출 양자점-발광 물질들을 이용함으로써 특히 우수하게 달성될 수 있고, 이는 색 품질에 긍정적으로 작용한다는 사실을 발견했다. 양자점-발광 물질들은 나노미터 범위 내 자체 크기로 인해 특수한 흡수- 및 방출 특성을 갖는다. 상기 양자점-발광 물질들은 특히 협대역의 방출 스펙트럼을 갖는다. 반면 통상의 발광 물질들은 대부분 60 내지 120㎚의 반치전폭(FWHM)을 갖는 넓은 방출 대역폭을 갖는다. 이와 달리 양자점-발광 물질들은, 일반적으로 반치전폭(FWHM)을 기준으로 60㎚보다 작고, 종종 50㎚보다 작거나, 또는 심지어 40㎚, 예를 들어 20㎚ 내지 40㎚인 더 좁은 방출 대역폭을 갖는다.
여기서 그리고 다음에서 언급되는 반치전폭은 방출 피크의 최대치의 절반 높이에서의 스펙트럼 폭, 축약하여 FWHM 또는 Full Width at Half Maximum으로 이해된다. 방출 피크는 최대 강도를 갖는 피크로 이해된다.
명확한 협대역 방출 특성은 우수한 색 품질을 야기할 뿐만 아니라, 눈에 의해 더 강하게 평가되는 암적색 비율들에 의해 바람직한 스펙트럼 효율(spectral efficiency, 축약하여 LER)을 야기한다.
또한, 본 발명의 발명자들은, 본 발명에 따른 발광 물질 조합물 내에서 양자점-발광 물질들을 사용함으로써, 상기 발광 물질 조합물을 포함하는 광전자 장치의 전체 효율이 향상될 수 있다는 사실을 확인했다. 상기 전체 효율 또는 광 효율(단위 LPW = "Lumen per Watt"의 축약어)은 광선속(φv 단위 lm)과 수신된 전력(P 단위 W)의 비율로부터 주어진다. 통상의 발광 물질 조합물들을 포함하는 통상의 광전자 장치들(예를 들어 백색 광을 방출하는 LED들)의 효율은 일련의 손실 경로들에 의해 감소한다.
광전자 장치들의 효율을 위해서는 이미 언급된 스펙트럼 효율(LER) 이외에 개별적인 발광 물질들의 변환 공정 효율이 중요하다. 상기 발광 물질들은 변환기로서 작용하는데, 그 이유는 상기 발광 물질들이 반도체 칩으로부터 방출되는 더 단파의 광, 예를 들어 청색 광을 더 장파의 광으로 변환하기 때문이다. 손실은 예컨대, 개별적인 발광 물질의 양자 효율(QE)이 100％보다 작은 값들을 갖는 경우에 발생한다. 전형적인 발광 물질은 대략 90％의 양자 효율을 갖는데, 다시 말해 흡수된 100개의 광자 중에 변환된 90개의 광자가 방출된다.
또 다른 하나의 손실 경로는 산란 작용에 의해 야기되는데, 통상의 광전자 장치 내에 있는 광자들이 발광 물질 입자들에 의해 상기 산란 작용을 경험한다. 통상적으로 몇 ㎛ 범위 내에 있는 종래의 발광 물질들의 입자 크기, 그리고 통상적으로 입자들을 둘러싸는 매트릭스 재료와 비교하여 발광 물질 입자들의 굴절률 차이로 인해 산란 작용이 일어난다. 그런 다음 산란된 광은 종종 광전자 장치 내부에 있는 이상적이지 않게 반사 작용하는 표면들에서 흡수된다.
본 발명의 발명자들은, 종래의 적색 방출 발광 물질들의 방출 특성뿐만 아니라 흡수 특성도 언급된 손실 경로들 중 소수의 손실 경로를 위해 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했다. 종래의 적색 발광 물질들을 포함하는 통상의 발광 물질 혼합물들은 스펙트럼의 청색 단파 범위로부터 적색 스펙트럼 범위 내 발광 물질의 자체 방출 범위까지 이르는 넓은 흡수 범위를 갖는다(도 5a 참조). 그 결과 종래의 적색 발광 물질들은 반도체 칩으로부터 방출되는 청색 광을 흡수할 뿐만 아니라, 상기 종래의 적색 발광 물질들은 부분적으로 예컨대 녹색 스펙트럼 범위로부터 광자들을 방출하고 이와 같은 광자들을 적색 광으로 변환하기도 한다. 이로 인해 즉시 두 가지 손실 공정이 주어진다:
첫째, 2단계의 변환 공정에 의해 적색 광자들의 특정 비율이 생성되는데, 다시 말해 청색에서 녹색으로의 제1 변환 단계 및 녹색에서 적색으로의 제2 변환 단계가 발생한다. 이와 같은 방식으로 발생하는 적색 광은 양자 효율에서 이중 손실을 경험한다. 이러한 2단계 공정의 양자 효율은 90％ 대신에 단지 90％*90％ = 81％이다(도 6a 참조).
둘째, 상기 유형의 종래의 발광 물질 조합물 내에서 녹색 발광 물질의 일부는 항상 "희생 발광 물질"의 역할을 한다. 이는, 녹색 발광 물질의 일부가 전혀 녹색 광을 방출하지 않고, 오히려 적색 광을 방출한다는 사실을 의미한다. 따라서 발광 물질의 이와 같은 부분에서 녹색 광자들은 스펙트럼에 기여하지 않고, 오히려 오로지 적색 광자들의 생성을 위해 사용된다. 그러나 최적의 연색성을 위해 실질적으로 불필요한 희생 발광 물질의 이와 같은 스펙트럼 양은 산란 손실에 기여한다. 통상의 발광 물질 조합물들에서 이와 같은 손실들은 부분적으로 더 큰 발광 물질 입자들을 이용함으로써 감소하지만, 이는 기술적으로 제한적이고, 따라서 단지 특정 한계 내에서만 가능하다.
따라서 적색 방출 양자점-발광 물질을 포함하지 않고, 그 대신에 오로지 종래의 적색 방출 발광 물질들만을 구비하는 통상의 발광 물질 조합물들은 특히 손실들을 경험하는데 상기 손실들은 각각, 무엇보다 녹색 스펙트럼 범위 내 상기 통상의 적색 발광 물질들의 바람직하지 않은 흡수 작용이 원인이다. 상기 유형의 종래의 발광 물질 조합물들의 경우 때때로, 발광 물질 조합물의 서로 다른 발광 물질들이 공간적으로 서로 분리됨으로써, 결과적으로 광전자 장치 내에서 상기 발광 물질 조합물을 이용할 때 이와 같은 분리에 의해 이중 변환이 더는 가능하지 않도록, 언급된 바람직하지 않은 이중 변환을 감소시키려는 시도가 이루어진다. 그러나 이는 상응하는 발광 물질 조합물들 또는 광전자 장치들을 제조할 때 추가적인 복잡한 단계들을 요구한다. 그뿐 아니라 이와 같은 분리는 종종 색 장소를 제어할 때, 그리고 등방성 스펙트럼을 보장할 때 어려움을 야기한다.
본 발명의 발명자들은, 그 내부에서 종래의 적색 방출 발광 물질들이 부분적으로 또는 완전히 적색 방출 양자 발광 물질로 대체된 발광 물질 조합물들이 이전에 언급된 손실 경로들을 감소시키고, 이와 같은 방식으로 효율을 향상시킨다는 사실을 발견했다.
본 출원서에서 통상의 또는 종래의 발광 물질의 개념은 양자점-발광 물질도 아니고, 계속해서 아래에 기술되는 제3 발광 물질의 특징들을 나타내는 발광 물질도 아닌 발광 물질을 지시한다.
양자점-발광 물질들은 종래의 발광 물질들과 구분되는 흡수 특성을 갖는다. 전형적인 종래의 적색 방출 발광 물질들이 스펙트럼의 매우 넓은 범위 내에서 흡수 특성을 나타내는 반면, 양자점-발광 물질들은 거의 오로지 스펙트럼의 단파 범위 내에서, 특히 청색 범위 내에서만 흡수 작용한다(도 5b 참조). 이는 코어-쉘 구조(core-shell structure)를 갖는 양자점-발광 물질들에서 특히 확연하게 나타난다. 상기 코어-쉘 구조를 갖는 양자점-발광 물질들은 거의 오로지 청색 반도체 칩의 방출 범위 내에서만 흡수 작용한다. 양자점-발광 물질들은 일반적으로 통상의 발광 물질들보다 더 장파의 범위 내에서는 현저히 더 적은 흡수 특성을 나타낸다. 적색 방출 양자점-발광 물질들은 특히 자체 적색 방출 범위 내에서는 흡수 작용하지 않는다. 이는, 종래의 제1 발광 물질 및 적색 방출 양자점-발광 물질을 포함하는 본 발명에 따른 발광 물질 조합물의 경우, 상기 양자점-발광 물질에 의해 생성되는 스펙트럼 내 적색 비율이 대부분 직접 청색에서 적색 광으로의 변환에 의해 발생한다는 사실을 의미한다. 반면 바람직하지 않은 2단계의 변환 공정은 전반적으로 방지된다. 그뿐 아니라 이와 같은 경우에 희생 발광 물질로서 제1 발광 물질의 두드러진 비율들이 나타나지 않는다.
이와 같은 방식으로 희생 발광 물질이 원인인 산란 손실도 방지될 수 있다. 계속해서, 양자점-발광 물질들이 나노미터 범위 내 자체 작은 크기로 인해 직접 두드러진 산란 작용을 야기하지 않음으로써, 결과적으로 불필요한 희생 발광 물질을 방지함으로써 야기되는 산란 손실의 이미 언급된 간접적인 감소와 함께 양자점-발광 물질들의 낮은 산란 작용으로 인한 산란 손실의 직접적인 감소도 추가된다.
적색 방출 양자점-발광 물질들을 이용함으로써 언급된 손실 경로들이 현저히 감소하기 때문에, 본 발명에 따른 발광 물질 조합물은 더 높은 변환 효율을 구현한다. 다시 말해 적색 방출 양자점-발광 물질들의 이용은 스펙트럼 효율뿐만 아니라 변환 효율과 관련해서도 장점들을 제공함으로써, 결과적으로 광전자 장치들 내에서 상응하는 발광 물질 조합물들을 사용하는 것은 전체적으로 향상된 전체 전기 효율을 야기한다.
본 발명의 발명자들은, 본 발명에 따른 발광 물질 조합물들의 경우, 스펙트럼 효율 및 변환 효율과 관련한 두 가지 기여가 원래의 기대보다 더 바람직하고, 그에 따라 놀랍게도 전체 효율을 향상시킨다는 사실을 확인했다. 심지어 해당 양자점-발광 물질의 양자 효율이 대체된 종래의 적색 방출 발광 물질의 양자 효율보다 더 작은 경우에도 여전히 변환 효율에 대해 순익이 달성될 만큼 더 적은 산란 작용에 의한 장점이 클 수 있다. 이는 발명자들에 의해 계산적으로, 그리고 실험적으로 확인되었다(도 7 및 도 8 참조).
다음에서 본 발명에 따른 발광 물질 조합물들의 바람직한 개선예들이 제시된다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 양자점-발광 물질은 청색 광을 흡수하고 적색 광을 방출한다. 바람직하게 상기 양자점-발광 물질은 420 내지 490㎚, 더 바람직하게 430 내지 470㎚의 피크 파장을 갖는 청색 광을 흡수한다. 바람직하게 상기 양자점-발광 물질은 590 내지 650㎚의 범위 내, 더 바람직하게 600㎚ 내지 640㎚의 범위 내, 예를 들어 610㎚ 내지 650㎚ 또는 620㎚ 내지 640㎚의 피크 파장을 갖는 광을 방출한다.
본 출원서에서 "피크 파장"은, 최대 강도가 방출 스펙트럼 내에 놓이는 방출 스펙트럼 내 파장을 지시할 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 양자점-발광 물질은 적색 광을 방출하고, 이때 반치전폭(FWHM)에서 방출 대역폭은 10㎚ 내지 60㎚, 특히 15 내지 50㎚, 바람직하게 20 내지 40㎚이다.
하나 이상의 바람직한 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 발광 물질 조합물은 발광 물질 혼합물이다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 조합물은 계속해서, 그 내부에 제1 발광 물질 및 적색 방출 양자점-발광 물질, 그리고 경우에 따라 제3 발광 물질 및/또는 또 다른 발광 물질들이 매립되어 있는 매트릭스 재료를 포함하는 발광 물질 혼합물이다. 상기 발광 물질들은 상기 매트릭스 재료 내에 특히 균일하게 분포할 수 있다. 특히 상기 매트릭스 재료는 투명한 매트릭스 재료, 예를 들어 수지, 실리콘, 유리 또는 하이브리드 재료 또는 이들의 조합물들을 포함하거나, 또는 수지, 실리콘, 유리 또는 하이브리드 재료 또는 이들의 조합물들로 구성된 매트릭스 재료이다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 조합물은 계속해서 제3 발광 물질을 포함한다. 바람직하게 상기 제3 발광 물질은 적색 방출 발광 물질이다.
예를 들어 상기 제3 발광 물질은 마찬가지로 양자점-발광 물질일 수 있다. 또 다른 하나의 양자점-발광 물질에 의해 가시 스펙트럼의 또 다른 범위들이 명확한 협대역 방출 특성에 의해 의도적으로 커버되는 동시에 효율 손실이 방지된다. 예를 들어 상기 제3 발광 물질은 마찬가지로 적색 방출 양자점-발광 물질일 수 있다. 이와 같은 경우에 제2 발광 물질로 적색 단파 범위 내에서 방출하는 양자점-발광 물질을 선택하고, 제3 발광 물질로 적색 장파 범위 내에서 방출하는 양자점-발광 물질을 선택하는 것이 가능하다. 따라서 이 경우에 상기 제3 발광 물질은 상기 제2 발광 물질보다 가시 스펙트럼의 더 장파의 범위 내에서 방출한다. 상기 유형의 발광 물질 조합물은 높은 효율 및 우수한 연색성을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제3 발광 물질은 수은(Hg) 및/또는 카드뮴(Cd)을 포함하지 않는 적색 방출 발광 물질이다. 시중에 얻을 수 있는 일련의 양자점-발광 물질들은 Hg 또는 Cd와 같은 중금속을 포함하는데, 상기 중금속의 농도는 RoHS(유해 물질 제한, "reduction of hazardous substances", EU-지침 2011/65/EU)의 규정하에 시중의 전기- 및 전자 장치들에서 제한된다. 제3 발광 물질로 Hg 및/또는 Cd를 포함하지 않는 적색 방출 발광 물질을 선택함으로써, 양자점-발광 물질인 경우에 따라 Hg 및/또는 Cd를 포함하는 제2 발광 물질의 비율은 EU-지침 2011/65/EU의 규정들이 준수될 수 있도록 양적으로 제한된다. 상기 유형의 발광 물질 조합물들은 색 품질의 높은 요구 조건들을 충족시킨다. 동시에 상기 발광 물질 조합물들은 높은 효율을 갖고 RoHS의 규정들을 충족시킨다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 제1 발광 물질은 녹색 방출 발광 물질이다. 바람직하게 상기 제1 발광 물질은 청색 광, 예를 들어 430 내지 470㎚의 피크 파장을 갖는 광을 흡수하고 녹색 광, 특히 490 내지 570㎚의 피크 파장을 갖는 녹색 광을 방출한다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 제1 발광 물질은 종래의 발광 물질이다. 이는 특히, 상기 제1 발광 물질이 양자점-발광 물질이 아니라는 사실을 의미한다. 따라서 이 경우에 발광 물질 혼합물은 제2 발광 물질로서 하나 이상의 적색 방출 양자점-발광 물질을 포함하고, 제1 발광 물질로서 양자점-발광 물질이 아닌 발광 물질을 포함한다.
본 발명의 발명자들은, 무엇보다 적색 방출 발광 물질의 흡수- 및 방출 특성이 색 품질 및 효율을 위해 중요하다는 사실을 발견했다. 따라서 나머지 발광 물질들은 반드시 양자점-발광 물질들일 필요가 없다. 바람직하게 제1 발광 물질은 Hg 및/또는 Cd를 포함하지 않고, 그에 따라 RoHS의 규정들을 충족시키기 위해 기여한다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 혼합물은 이전에 언급된 RoHS-지침을 준수한다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 제1 발광 물질은 입자 형태를 갖는다. 바람직하게 상기 제1 발광 물질은 0.1㎛ 내지 1000㎛, 더 바람직하게 1㎛ 내지 1000㎛의 평균 입자 지름(d50)을 갖는 입자들을 포함한다. 특히 바람직하게 상기 제1 발광 물질은 1㎛ 내지 50㎛, 예를 들어 5㎛ 내지 50㎛의 평균 입자 지름(d50)을 갖는 입자들을 포함한다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 제1 발광 물질은 베타-SiAlON을 함유하거나, 또는 베타-SiAlON으로 구성된 녹색 발광 물질이다. 상기 베타-SiAlON은 예를 들어 다음 화학식: Si6-zAlzOzN8-z:RE를 따를 수 있고, 이때 바람직하게 0 ＜ z ≤ 6 및 0.001 ≤ y ≤ 0.2이 적용되고, RE는 희토류금속으로부터 선택된 하나 또는 복수의 원소, 바람직하게 적어도 Eu 및/또는 Yb이다.
계속해서, 상기 제1 발광 물질은 화학식 Y3(Al1-xGax)5O12:Ce를 갖거나, 또는 이와 같은 재료로 구성된 녹색 발광 물질일 수 있고, 이때 Ga의 비율은 0.2 ≤ x ≤ 0.6, 바람직하게 0.3 ≤ x ≤ 0.5, 특히 바람직하게 0.35 ≤ x ≤ 0.45이다.
그뿐 아니라 상기 제1 발광 물질은 (Gd,Y)3(Al1-xGax)5O12:Ce 또는 (Tb,Y)3(Al1-xGax)5O12:Ce를 갖거나, 또는 이와 같은 재료들 중 하나의 재료로 구성된 녹색 발광 물질일 수 있고, 이때 세륨 비율은 1.5몰％ 내지 5몰％, 바람직하게 2.5몰％ 내지 5몰％이고, 갈륨 비율 x는 0 내지 0.5, 바람직하게 0 내지 0.1이다.
계속해서, 상기 제1 발광 물질은 Lu3(Al1-xGax)5O12:Ce 또는 (Lu,Y)3(Al1-xGax)5O12:Ce를 갖거나, 또는 이와 같은 재료들 중 하나의 재료로 구성될 수 있고, 이때 세륨 비율은 각각 희토류금속을 기준으로 0.5몰％ 내지 5몰％, 바람직하게 0.5몰％ 내지 2몰％이고, 갈륨 비율 x는 0 내지 0.5, 바람직하게 0.15 내지 0.3이다.
본 발명에 따른 발광 물질 조합물의 하나 이상의 실시 형태에 따르면, 적색 방출 양자점-발광 물질은 1㎚ 내지 300㎚, 바람직하게 1㎚ 내지 100㎚, 더 바람직하게 1㎚ 내지 30㎚ 및 특히 바람직하게 2㎚ 내지 50㎚, 예를 들어 2㎚ 내지 20㎚의 평균 입자 지름(d50)을 갖는다. 이와 같은 크기의 나노 입자들은 명확한 밴드 갭(band gap)을 갖고 특히 명확한 흡수- 및 방출 특성을 특징으로 한다. 이 경우, 방출 파장은 반도체 재료의 밴드 갭 및 양자점-발광 물질의 개별적인 크기로 인한 양자화로부터 야기된다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 양자점-발광 물질의 입자 형태는 구 형태이다. 그러나 원칙적으로 상기 입자 형태는 타원형일 수도 있는데, 다시 말해 이상적인 구 형태에서 벗어날 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 발광 물질 조합물의 적색 방출 양자점-발광 물질은 다음 반도체 재료들: CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgTe, HgSe, GaP, GaAs, GaSb, AlP, AlAs, AlSb, InP, InAs, InSb, SiC, InN, AlN 및 이들의 혼성 결정체들 또는 이들의 조합물들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 반도체 재료를 함유한다. 이성분 혼성 결정체 이외에 삼성분 및 사성분 혼성 결정체들도 고려될 수 있다. 예를 들어 상기 양자점-발광 물질은 언급된 반도체 재료들 중 정확히 1개, 정확히 2개, 정확히 3개 또는 정확히 4개의 반도체 재료를 함유할 수 있거나, 상기 반도체 재료들로 구성될 수 있다.
하나 이상의 다른 실시 형태에 따르면, 양자점-발광 물질은 페로브스카이트 구조(perovskite structure)를 갖는 재료를 포함한다.
예컨대 CaAlSiN3:Eu2+, (Ba,Sr)2Si5N8:Eu2+처럼, 예를 들어 Eu2+ 도핑 된 질화물들 또는 Eu2+ 도핑 된 황화물들과 같은, 양자점-발광 물질들이 아닌 전형적인 종래의 적색 발광 물질들과 다르게, 양자점-발광 물질들은 현저히 더 낮은 방출-반치전폭을 갖는다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 양자점-발광 물질은 코어-쉘 구조(영문: core-shell structure)를 갖는다. 바람직하게 이 경우에 코어 및 쉘은 서로 다른 반도체 재료들을 포함한다. 이와 같은 방식으로 흡수 범위와 방출 범위는 스펙트럼에서 서로 분리된다. 예를 들어 흡수 작용은 대부분 또는 오로지 쉘에 의해 이루어질 수 있는 반면, 방출 작용은 대부분 또는 오로지 코어에 의해서 이루어질 수 있다. 이는, 상기 코어 및 쉘을 위해 선택된 반도체 재료들의 서로 다른 밴드 갭에 기초하여 가능하다.
하나 이상의 바람직한 실시 형태에서 코어는 CdSe를 포함하거나, 또는 CdSe로 구성되고, 쉘은 CdS를 포함하거나, 또는 CdS로 구성된다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 양자점-발광 물질은 소위 "알로이 구조(alloy structure)"를 갖는다. 이는, 자체 표면 또는 쉘과 비교해서 내부 또는 코어 내에 다른 조성을 갖는 양자점-발광 물질들을 의미한다. 그러나 통상의 코어-쉘 구조와 다르게, 상기 알로이 구조의 양자점-발광 물질들은 코어와 쉘 사이에 명확한 경계를 갖지 않고, 오히려 전이부가 유동적이다. 다른 말로 하면, 상기 양자점-발광 물질은 두 개 이상의 반도체 재료를 포함하는데, 예컨대 위에 나열된 반도체 재료들 중 두 개 이상의 반도체 재료를 포함하고, 더 나아가 상기 양자점-발광 물질은 이와 같은 두 개 이상의 반도체 재료의 조성에서 내부로부터 외부로의 구배(gradient)를 갖는다.
본 발명에 따른 발광 물질 조합물의 하나 이상의 실시 형태에 따르면, 적색 방출 양자점-발광 물질은 1 내지 100㎚, 바람직하게 2 내지 10㎚의 평균 지름을 갖는 코어 및 200㎚까지, 바람직하게 20㎚까지, 예를 들어 1 내지 200㎚ 또는 1 내지 20㎚, 예컨대 1 내지 10㎚의 평균 두께를 갖는 쉘을 포함한다. 예를 들어 상기 쉘의 두께는 2 내지 20㎚, 예컨대 5 내지 20㎚이다. 상기 쉘은 특히 맞춤형의 목표 지향적인 흡수 작용을 구현한다. 지나치게 얇은 쉘은 흡수 장점들을 감소시킨다.
본 발명에 따른 발광 물질 조합물의 하나 이상의 실시 형태에 따르면, 양자점-발광 물질은 SiO-인캡슐레이션(encapsulation)을 포함한다. 이는, 상기 발광 물질의 각각 하나 또는 복수의 양자점이 SiO를 포함하거나, 또는 SiO로 구성된 인캡슐레이션에 의해 둘러싸여 있다는 사실을 의미한다. 예를 들어 상기 양자점-발광 물질은 코어-쉘 구조를 갖고 추가로 SiO-인캡슐레이션을 갖는다. 따라서 이와 같은 경우에 상기 양자점-발광 물질은 코어 이외에 복수의 쉘을 포함하고, 이때 제1 쉘은 반도체 재료를 포함하는 반면, 또 다른 쉘은 SiO-쉘일 수 있으며, 그 결과 SiO-인캡슐레이션을 형성한다. 상기 SiO-인캡슐레이션은 양자점-발광 물질들의 응집을 감소시키거나, 또는 방지하기 위해, 그리고 예를 들어 산소 또는 수분으로부터 상기 양자점-발광 물질들을 보호하기 위해 적합하다.
하나 이상의 개선예에 따르면, SiO-인캡슐레이션은 1㎛ 내지 20㎛의 지름을 갖는다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 적색 방출 양자점-발광 물질의 비율은 발광 물질의 총량을 기준으로 60중량％ 미만, 바람직하게 30중량％ 미만, 더 바람직하게 20중량％ 미만, 특히 바람직하게 10중량％ 미만, 더 바람직하게 5중량％ 미만 또는 심지어 2중량％ 미만이다. 예를 들어 양자점-발광 물질의 비율은 발광 물질 조합물 내 발광 물질의 총량을 기준으로 0.1 내지 60중량％, 0.1 내지 30중량％, 0.1 내지 20중량％ 또는 0.1 내지 10중량％, 예를 들어 0.1 내지 5중량％, 예컨대 1 내지 2중량％이다.
하나의 바람직한 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 발광 물질 조합물은 제3 발광 물질을 포함하고, 이때 상기 제3 발광 물질은 화학식
(MB)(TA)3-2x(TC)1+2xO4-4xN4x:E
를 갖는다.
TA는 일가 금속들의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 TA는 일가 금속들 리튬, 나트륨, 구리, 은 및 이들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게 TA는 리튬이다.
MB는 이가 금속들의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 MB는 이가 금속들 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 아연 및 이들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게 MB는 칼슘, 스트론튬, 바륨 또는 이들의 조합물이다. 바람직하게 MB는 스트론튬이다.
TC는 삼가 금속들의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 TC는 삼가 금속들 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 이트륨, 철, 크롬, 스칸듐, 희토륨금속 및 이들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게 TC는 알루미늄이다.
E는 유로퓸, 망간, 세륨, 이테르븀 및 이들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게 E는 Eu3+, Eu2+, Ce3+, Yb3+, Yb2+ 및/또는 Mn4+이다. 더 바람직하게 E는 Eu2+이다.
0 ＜ x ＜ 0.875가 적용된다. 바람직하게 0.45 ＜ x ＜ 0.55가 적용된다. 더 바람직하게 x ＝ 0.5가 적용된다.
본 발명의 발명자들은, 제1 발광 물질, 적색 방출 양자점-발광 물질인 제2 발광 물질 및 일반 화학식 (MB)(TA)3-2x(TC)1+2xO4-4xN4x:E를 갖는 제3 발광 물질을 포함하는 발광 물질 조합물이 특히 우수한 색 품질과 함께 높은 효율을 갖고, 그에 따라 광전자 장치 내에서 사용될 때 스펙트럼 장점을 제공한다는 사실을 발견했다. 추가로 이러한 발광 물질 조합물은 유일한 적색 방출 발광 물질로서 양자점-발광 물질을 포함하는 발광 물질 조합물보다 더 환경 친화적이다. 일반 화학식 (MB)(TA)3-2x(TC)1+2xO4-4xN4x:E의 제3 발광 물질을 사용함으로써, 일정한 색 장소 및 일정한 광 품질에서 더 적은 Hg 및/또는 Cd를 포함하는 양자점-발광 물질을 사용하는 것이 가능하고, 그에 따라 상기 발광 물질 조합물은 RoHS 규정의 요건들을 충족시킬 수 있다.
또한, 제3 발광 물질로서 (MB)(TA)3-2x(TC)1+2xO4-4xN4x:E를 사용하는 것은 이와 같은 적색 방출 발광 물질이 통상의 적색 방출 발광 물질들보다 더 협대역의 방출 특성을 갖는다는 장점이 있다. 이는 연색성 및 스펙트럼 효율을 위해 바람직하다.
전체적으로 본 출원서에 기술된 유형의 제3 발광 물질을 포함하는 기술된 발광 물질 조합물은 이중 변환 및 산란 작용의 감소를 야기한다. 이는 상기 발광 물질 조합물 내에서 발광 물질들의 총량을 감소시킨다. 이와 같은 감소는 산란 작용의 추가 감소를 구현한다. 그에 따라 광전자 장치 내에서 상기 유형의 발광 물질 조합물들을 사용하는 것은 전체 전기 효율을 현저하게 증가시킨다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 제3 발광 물질은 화학식
(MB)Li3-2xAl1+2xO4-4xN4x:E를 갖는다.
MB는 이가 금속들의 그룹으로부터 선택되었다. 특히 MB는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 아연 및 이들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다. 바람직하게 MB는 칼슘, 스트론튬, 바륨 또는 이들의 조합물이다. 특히 MB는 스트론튬이다. E는 유로퓸, 망간, 세륨, 이테르븀 및 이들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다. 특히 E는 Eu3+, Eu2+, Ce3+, Yb3+, Yb2+ 및/또는 Mn4+이다. 0 ＜ x ＜ 0.875가 적용된다. 특히 0.45 ＜ x ＜ 0.55가 적용된다. 바람직하게 x ＝ 0.5이다.
여기서 그리고 전체 출원서에서 발광 물질들은 실험식들에 의해 기술된다. 제시된 실험식들의 경우, 발광 물질이 예컨대 불순물들의 형태로 또 다른 원소들을 포함하는 것이 가능하고, 이때 이와 같은 불순물들은 전체적으로 발광 물질에서 바람직하게 최대 1％ 또는 100ppm(Parts per Million)의 중량비를 갖는다.
활성체들 Eu, Ce, Yb 및/또는 Mn을 사용함으로써, 특히 Eu 또는 Ce, Yb 및/또는 Mn과 조합된 Eu를 사용함으로써, CIE-색 공간 내에서 제3 발광 물질의 색 장소, 상기 제3 발광 물질의 피크 파장(λpeak) 또는 주파장(λdom) 및 반치전폭이 특히 우수하게 설정될 수 있다.
또 다른 하나의 실시 형태에 따르면, 활성체 E는 0.1몰％ 내지 20몰％, 1몰％ 내지 10몰％, 0.5몰％ 내지 5몰％의 몰％-양으로 존재할 수 있다. 지나치게 높은 농도의 E는 농도 소광에 의해 효율 손실을 야기할 수 있다. 여기서 그리고 다음에서 활성체 E, 특히 Eu의 몰％-표시들은 특히 제3 발광 물질 내에서 MB의 몰비를 기준으로 하는 몰％-표시들로서 이해된다.
또 다른 하나의 실시 형태에 따르면, MB는 80몰％ 내지 99.9몰％의 몰％-양으로 존재할 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 제3 발광 물질은 정방 결정 공간군 P42/m에서 결정체를 이룬다. 이와 같은 공간군에서 결정체를 이루는 발광 물질들은 특히 협대역의 방출 특성을 갖는다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, x = 0.5이다. 화학식 (MB)Li2Al2O2N2:E를 갖는 제3 발광 물질이 주어지고, 이때 MB는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 아연 또는 이들의 조합물들을 포함하는 이가 금속들의 그룹으로부터 선택되었고, 이때 E는 유로퓸, 망간, 세륨, 이테르븀 및 이들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되었다.
특히 바람직하게 제3 발광 물질은 SrLi2Al2O2N2:Eu이다. 다시 말해 상기 제3 발광 물질은 특히 바람직하게 유로퓸 도핑 된 리튬옥소니트리도알루미네이트-발광 물질이다. 이와 같은 발광 물질은 특히 협대역의 방출 특성을 갖는다. 언급된 장점들은 제3 발광 물질로서 이와 같은 발광 물질을 위해 특히 분명하게 나타난다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 제3 발광 물질은 적색 스펙트럼 범위로부터 전자기 방사선을 방출한다. 특히 상기 발광 물질은 590㎚ 이상 내지 620㎚ 이하, 바람직하게 595㎚ 이상 내지 615㎚ 이하, 특히 바람직하게 600㎚ 이상 내지 610㎚ 이하의 주파장을 갖는 방사선을 방출한다.
예를 들어 화학식 SrLi2Al2O2N2:Eu의 발광 물질은 예를 들어 460㎚의 파장을 갖는 일차 방사선에 의한 여기에서 전자기 스펙트럼의 적색 스펙트럼 범위 내에서 방출하고, 협대역 방출 특성, 다시 말해 낮은 반치전폭, 바람직하게 55㎚ 미만의 반치전폭을 갖는 방출 특성을 나타낸다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 제3 발광 물질은 614㎚+/-10㎚, 9㎚, 8㎚, 7㎚, 6㎚, 5㎚, 4㎚, 3㎚, 2㎚ 또는 1㎚의 최대 피크 파장 및/또는 70㎚ 미만, 65㎚ 미만 또는 60㎚ 미만, 특히 55㎚ 미만, 바람직하게 50㎚ 미만, 예를 들어 48㎚의 반치전폭을 갖는 방출 스펙트럼을 갖는다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 반치전폭은 55㎚ 미만, 바람직하게 50㎚ 미만, 예를 들어 45㎚보다 작거나 같다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 제3 발광 물질은 공간군 I4/m 또는 UCr4C4-타입의 결정 구조에서 결정체를 이루지 않는다.
이와 다른 하나의 실시 형태에 따르면, 제3 발광 물질은 공간군 I4/m 또는 UCr4C4-타입의 결정 구조에서 결정체를 이룬다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 제3 발광 물질은 UV- 및/또는 청색 스펙트럼 범위의 일차 방사선에 의해 여기 가능하다. 예를 들어 상기 발광 물질은 430 내지 470㎚, 예를 들어 460㎚+/-10％의 파장에 의해 여기 가능하다.
하나의 실시 형태에 따르면, 제3 발광 물질의 비율은 발광 물질의 총량을 기준으로 60중량％ 미만, 바람직하게 30중량％ 미만, 더 바람직하게 20중량％ 미만, 특히 바람직하게 10중량％ 미만이다. 예를 들어 상기 제3 발광 물질의 비율은 발광 물질 조합물 내에서 발광 물질의 총량을 기준으로 0.1 내지 60중량％, 0.1 내지 30중량％, 0.1 내지 20중량％ 또는 0.1 내지 10중량％이다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 제3 발광 물질의 비율은 발광 물질 조합물의 발광 물질의 총량을 기준으로 최소 10중량퍼센트, 바람직하게 최소 20중량퍼센트이다.
하나의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 조합물은 하나 이상의 또 다른 발광 물질을 포함하고, 이때 상기 하나 이상의 또 다른 발광 물질은 바람직하게 제1, 제2 및 제3 발광 물질과 다른 발광 물질이다.
하나의 실시 형태에 따르면, 또 다른 발광 물질은 일반 화학식:
M(1-x-y-z)Zz[AaBbCcDdEeN4-nOn]:ESxREy의 발광 물질이고,
- 이때 M은 원소들 Ca, Sr, Ba의 그룹으로부터 선택되었다.
- 이때 Z는 원소들 Na, K, Rb, Cs, Ag의 그룹으로부터 선택되었다.
- 이때 A는 원소들 Mg, Mn, Zn의 그룹으로부터 선택되었다.
- 이때 B는 원소들 B, Al, Ga의 그룹으로부터 선택되었다.
- 이때 C는 원소들 Si, Ge, Ti, Zr, Hf의 그룹으로부터 선택되었다.
- 이때 D는 원소들 Li 및 Cu의 그룹으로부터 선택되었다.
- 이때 E는 원소들 P, V, Nb, Ta의 그룹으로부터 선택되었다.
- 이때 ES는 Ce3+이다.
- 이때 RE는 Eu2+, Eu3+, Yb2+, Yb3+로 구성된 그룹으로부터 선택되었다.
이 경우:
- 0 ≤ x ≤ 0.2
- 0 ≤ y ≤ 0.2
- 0 ≤ x+y ≤ 0.4
- 0 ≤ z < 1이 적용되고, 특히: z ≤ 0.9, 예를 들어: z ≤ 0.5가 적용되며,
- 0 ≤ n ≤ 0.5
- 0 ≤ a ≤ 4, 예를 들어: 2 ≤ a ≤ 3이 적용되고,
- 0 ≤ b ≤ 4
- 0 ≤ c ≤ 4
- 0 ≤ d ≤ 4
- 0 ≤ e ≤ 4
- a+b+c+d+e = 4
- 2a+3b+4c+d+5e = 10-y-n+z
특히 바람직하게: x+y+z ≤ 0.2가 적용된다.
하나의 바람직한 실시 형태에 따르면, 또 다른 발광 물질은 다음 발광 물질들의 목록으로부터 선택되었다:
- Ce3+ 석류석, 예를 들어:
-- Y3(Al1-xGax)5O12:Ce3+,
-- (Gd,Y)3(Al1-xGax)5O12:Ce3+,
-- (Tb,Y)3(Al1-xGax)5O12:Ce3+,
-- Lu3(Al1-xGax)5O12:Ce3+,
-- (Lu,Y)3(Al1-xGax)5O12:Ce3+,
- Ce3+ 도핑 된 (산)질화물, 예를 들어:
-- (La,Y)3Si6N11:Ce3+,
-- (La1-x,Cax)3Si6(N1-yOy)11:Ce3+,
이때 0 ≤ x ≤ 1 및 0 ≤ y ≤ 1이고,
- Eu2+ 산화물, 산(질화물), 예를 들어:
-- (Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+,
-- Sr(Sr,Ca)Si2Al2N6:Eu2+,
-- (Ca,Ba,Sr)2Si5N8:Eu2+,
-- SrAlSi7N4:Eu2+,
-- Sr[Al3LiN4]:Eu2+,
-- Ca[Al3LiN4]:Eu2+,
-- Ca8Mg(SiO4)4C12:Eu2+,
- Eu2+ 도핑된 황화물, 예를 들어:
-- CaS:Eu2+,
-- SrGa2S4:Eu2+,
- Mn4+ 도핑된 발광 물질들, 이때 호스트 구조(host structure)로서 예를 들어 K2SiF6, Na2SiF6, K2TiF6이 이용될 수 있다.
Mn4+ 도핑된 발광 물질들로서 일반적으로 플루오르화 및 옥시플루오르화 발광 물질들이 이용될 수 있는데, 예컨대 일반 화학식:
EAxAy[BzCfDgEhOaFb]:Mn4+ c의 발광 물질들이 이용될 수 있고,
-- 이때 A는 Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag, NH4 또는 이들의 조합물들로 구성된 그룹으로부터 선택되었고,
-- 이때 EA는 Be, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn 또는 이들의 조합물들로 구성된 원소들의 그룹으로부터 선택되었으며,
-- 이때 B는 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf로 구성된 원소들의 그룹으로부터 선택되었고,
-- 이때 C는 of Al, Ga, In, Gd, Y, Sc, La, Bi, Cr로 구성된 원소들의 그룹으로부터 선택되었으며,
-- 이때 D는 Nb, Ta, V로 구성된 원소들의 그룹으로부터 선택되었고,
-- 이때 E는 W, Mo 또는 이들의 조합물들로 구성된 원소들의 그룹으로부터 선택되었다.
이 경우, [EAxAy]d의 부분 전하 d는 (2*x+y)로부터 주어지고, (4*z+3*f+5*g+6*h+4*c-2*a-b)로도 구성되는, [[BzCfDgEhOaFb]:Mn4+ c]e의 부분 전하 e의 정반대에 상응한다.
마찬가지로 Mg4GeO3.5F가 호스트 구조로서 사용될 수 있고, 이때 활성체 함량은 바람직하게 ≤ 3at.%, 특히 바람직하게 ≤ 1at.%이다. 또 다른 발광 물질은 일반 화학식 (4-x)MgO*xMgF2*GeO2:Mn4+를 가질 수 있다.
마찬가지로 Mn4+ 도핑 된 A2Ge4O9 or A3A'Ge8O18가 또 다른 발광 물질로 이용될 수 있는데, 이때 A 및 A'는 원소들 Li, K, Na, Rb의 그룹으로부터 각각 서로 독립적으로 선택되었고, 따라서 예를 들어 Mn4+ 도핑된 K2Ge4O9, Rb2Ge4O9 또는 Li3RbGe8O18가 이용될 수 있다.
마찬가지로 Mn4+ 도핑 된 Sr4Al14O25, Mg2TiO4, CaZrO3, Gd3Ga5O12, Al2O3, GdAlO3, LaAlO3, LiAl5O8, SrTiO3, Y2Ti2O7, Y2Sn2O7, CaAl12O19, MgO, Ba2LaNbO6가 또 다른 발광 물질로 사용될 수 있다.
- 그뿐 아니라 (나노미립자) 반도체 재료들의 분류의 발광 물질들이 또 다른 발광 물질로 이용될 수 있는데, 예를 들어 일반 조성물 ZMX3의 발광 물질들이 이용될 수 있고,
-- 이때 Z는 Cs, CH3NH3, CH(NH2)2, (CH3)3NH로 구성된 그룹으로부터 선택되었고,
-- 이때 M은 Pb, Sn, Ge, Mn, Cd, Zn으로 구성된 그룹으로부터 선택되었으며,
-- 이때 X는 Br, I, SCN으로 구성된 그룹으로부터 선택되었다.
- 그뿐 아니라 일반 화학식 AI 2MIMIIIX6의 발광 물질들이 또 다른 발광 물질로 이용될 수 있고,
-- 이때 AI는 Cs, CH3NH3, CH(NH2)2, (CH3)3NH로 구성된 그룹으로부터 선택되었고,
-- 이때 MI는 Ag, K, Tl, Au로 구성된 그룹으로부터 선택되었으며,
-- 이때 MIII는 Sb, Bi, As, Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택되었고,
-- 이때 X는 Br, I, SCN으로 구성된 그룹으로부터 선택되었다.
예를 들어 화학식 Cs3Sb2I9, (CH3NH3)3Sb2I9, Cs2SnI6의 발광 물질들이 또 다른 발광 물질로 이용될 수 있다.
제2 양상에 따르면, 본 발명은 본 발명의 제1 양상에 따른 발광 물질 조합물을 포함하는 변환 소자에 관한 것이다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 소자는 하나 이상의 층을 포함한다. 발광 물질 조합물은 바람직하게 상기 층 내에 존재한다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 소자는 제1 층 이외에 하나 이상의 제2 층 및/또는 제3 층을 포함한다. 예를 들어 상기 제2 층은 상기 제1 층상에 배치될 수 있다. 상기 제3 층은 상기 제2 층상에 배치될 수 있다. 발광 물질 조합물의 발광 물질들은 개별적인 층들 상에 분포할 수 있다. 예를 들어 각각의 발광 물질은 자체 층 내에 존재할 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 변환 소자는 하나 이상의 매트릭스 재료를 포함한다. 예를 들어 발광 물질들은 매트릭스 재료 내에 매립되어 있거나, 또는 상기 매트릭스 재료 내에 분포되어 있다. 특히 상기 발광 물질들은 입자들로서 상기 매트릭스 재료 내에 균일하게 분포할 수 있다.
제3 양상에 따르면, 본 발명은
- 제1 파장 범위의 전자기 방사선을 방출하는 방사선 방출 반도체 칩,
- 본 발명의 제1 양상에 따른 발광 물질 조합물을 포함하는 광전자 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광전자 장치들은 특히 우수한 연색성 및 효율을 특징으로 한다.
반도체 칩은 특히 UV-방사선 및/또는 청색 광을 방출하는 반도체 칩이다. 바람직하게 상기 반도체 칩은 스펙트럼의 청색 범위로부터 광을 방출한다. 더 바람직하게 상기 반도체 칩은 430㎚ 내지 470㎚의 피크 파장을 갖는 광을 방출한다.
하나 이상의 바람직한 실시 형태에 따르면, 발광 물질 조합물은 반도체 칩의 빔 경로 내에 배치되어 있다. 예를 들어 상기 발광 물질 조합물은 상기 반도체 칩의 주 빔 출력면 상에 배치되어 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 조합물은 반도체 칩 상에 배치된 변환 소자 내에 존재한다. 하나 이상의 실시 형태에 따르면, 발광 물질 조합물은 캐스팅 컴파운드(casting compound)로서 반도체 칩 위에 배치되어 있다.
하나 이상의 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 광전자 장치는 발광 다이오드(LED), 바람직하게 백색 광을 방출하는 LED이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태들 및 개선예들은 다음에서 도면들과 관련하여 기술되는 실시예들로부터 주어진다.
도면들에서 동일한, 동일한 유형의, 또는 동일하게 작용하는 소자들에는 동일한 도면 부호들이 제공되어 있다. 도면들 및 상기 도면들에 도시된 소자들의 상호 크기 비율은 척도에 맞는 것으로 간주되지 않는다. 오히려 개별적인 소자들은 더 나은 도해 및/또는 더 나은 이해를 위해 과도하게 크게 도시될 수 있다.
도면들에서 동일한, 동일한 유형의, 또는 동일하게 작용하는 소자들에는 동일한 도면 부호들이 제공되어 있다. 도면들 및 상기 도면들에 도시된 소자들의 상호 크기 비율은 척도에 맞는 것으로 간주되지 않는다. 오히려 개별적인 소자들은 더 나은 도해 및/또는 더 나은 이해를 위해 과도하게 크게 도시될 수 있다.
도 1a는 제1 발광 물질(1) 및 적색 방출 양자점-발광 물질인 제2 발광 물질(2)을 구비한 본 발명에 따른 발광 물질 조합물(10)의 개략적인 측면도를 보여준다. 또한, 바람직하게 제3 발광 물질(3)이 존재하는데, 예를 들어 적색 방출 발광 물질 SrLi2Al2O2N2:Eu가 존재한다. 도 1a에 도시된 것처럼, 상기 발광 물질 조합물(10)은 바람직하게 발광 물질 혼합물(10)이다.
도 1b는 본 발명에 따른 발광 물질 조합물(10)의 개략적인 측면도를 보여주고, 이때 도 1b의 경우에 발광 물질들은 서로 혼합되어 있지 않다. 상기 발광 물질 조합물은 바람직하게 발광 물질 혼합물이긴 하지만, 그러나 발광 물질들이 서로 혼합되어 존재하지 않는 것도 가능하다.
도 2는 발광 물질 조합물(10)을 포함하는 본 발명에 따른 변환 소자(20)의 개략적인 측면도를 보여준다. 바람직하게 상기 변환 소자는 상기 발광 물질 조합물을 발광 물질 혼합물로서 포함한다. 상기 변환 소자는 그 내부에 발광 물질들이 매립되어 있는 매트릭스 재료(4)를 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 광전자 장치들(30)의 실시 형태들의 개략적인 측면도를 보여준다. 상기 광전자 장치들은 각각 그 빔 경로 내에 본 발명에 따른 발광 물질 조합물이 위치하는 반도체 칩(50)을 포함한다. 도 3a의 경우에 발광 물질 조합물을 포함하는 본 발명에 따른 변환 소자(20)는 상기 반도체 칩 상에 배치되어 있다. 도 3b는 반도체 칩(50) 및 캐스팅 컴파운드(40)를 구비한 광전자 장치(30)를 보여준다. 예를 들어 실리콘 또는 수지일 수 있는 캐스팅 재료 내에 본 발명에 따른 발광 물질 조합물이 함유되어 있다. 또한, 상기 광전자 장치들은 하우징(60)을 포함할 수 있다.
도 4는 제2 발광 물질의 예시적인 구조를 개략적으로 보여준다. 본 발명에 따른 발광 물질 조합물의 하나의 바람직한 실시 형태에서 양자점-발광 물질은 코어(2a) 및 쉘(2b)을 구비한 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 상기 코어(2a)는 CdSe를 함유하거나, 또는 CdSe로 구성되고, 상기 쉘(2b)은 CdS를 포함하거나, 또는 CdS로 구성된다.
도 5a는 종래의 적색 방출 발광 물질의 흡수 특성(A) 및 방출 특성(E)을 보여준다. 흡수 범위는 스펙트럼의 청색 범위로부터 자체 적색 방출 범위까지 이른다. 본 발명의 발명자들은, 상기 유형의 넓은 흡수 범위가 상당한 정도로 효율 손실을 야기한다는 사실을 발견했다.
도 5b는 적색 방출 양자점-발광 물질(QD)의 흡수 특성(A) 및 방출 특성(E)을 보여준다. 양자점-발광 물질들은 거의 오로지 스펙트럼의 목표한 청색 범위 내에서만 흡수 작용한다. 그에 따라 흡수 범위와 방출 범위는 서로 분리되어 있다. 이와 같은 방식으로 바람직하지 않은 이중 변환이 전반적으로 방지될 수 있다.
도 6a는 청색 반도체 칩 및 통상의 발광 물질 조합물을 구비한 발광 다이오드의 방출 스펙트럼을 보여준다. 상기 청색 반도체 칩은 청색 광을 방출한다. 상기 청색 광은 부분적으로 제1 발광 물질에 의해 흡수되고 녹색 광(G)으로서 방출된다. 계속해서 상기 청색 광은 부분적으로 제2 발광 물질에 의해 흡수되고 적색 광(R)으로서 방출된다. 계속해서 상기 녹색 광의 일부가 마찬가지로 상기 제2 발광 물질에 의해 흡수되고 적색 광(R)으로 방출된다. 이 경우, 바람직하지 않은 2단계의 변환(예를 들어 이중 변환)이 이루어진다. 각각의 변환 단계에서 양자 효율(QE)이 대략 90％이기 때문에, 이중 변환의 경우에 양자 효율은 단지 총 90％*90％ = 81％이다. 다시 말해 상기 이중 변환은 양자 효율에서 손실을 야기한다. 그뿐 아니라 상기 녹색 방출 제1 발광 물질의 상당한 부분이 단지 적색 광의 생산을 위해서만 기여하고, 녹색 광의 생성을 위해서는 기여하지 않는다. 그에 따라 "희생 발광 물질"로서 작용하는 상기 제1 발광 물질의 이와 같은 비율은 목표한 스펙트럼을 위해 불필요하다. 그러나 상기 비율이 존재함으로써 추가적인 산란 손실이 야기된다. 그에 따라 전체적으로 방출된 백색 스펙트럼(W)은 전체 전기 효율과 관련하여 단지 현저한 손실하에서만 주어진다.
반면 도 6b는 본 발명에 따른 발광 물질 조합물을 구비한 발광 다이오드의 방출 스펙트럼(W QD)을 보여준다. 본 도면에서도 반도체 칩의 청색 광은 종래의 녹색 발광 물질에 의해 흡수된다. 그러나 제2 발광 물질이 넓은 흡수 범위를 구비한 종래의 적색 방출 발광 물질이 아니라, 좁은 흡수 범위를 구비한 적색 방출 양자점-발광 물질(R QD)이기 때문에, 이중 변환이 거의 일어나지 않는다. 이와 같은 방식으로 이중 변환으로 인한 양자 효율(QE)에서의 바람직하지 않은 손실이 현저히 감소할 수 있다. 그뿐 아니라 부분적으로 제1 녹색 발광 물질의 상당한 양이 절약될 수 있는데, 그 이유는 더 적은 녹색 발광 물질(G)이 희생 발광 물질로서 작용하기 때문이다. 절약량은 부분적으로 30％ 이상일 수 있는데, 예를 들어 35％일 수 있다. 그 결과 상기 제1 발광 물질의 이와 같은 절약된 양에서 산란 작용이 더는 일어나지 않는다. 그뿐 아니라 상기 제2 발광 물질의 양자점들도 거의 산란 작용하지 않는다. 따라서 전체적으로 종래의 발광 물질 조합물들에서보다 현저히 더 적은 산란 작용이 일어난다. 상기 발광 물질 조합물은 선택적으로 제3 발광 물질도 더 함유할 수 있다. 도 6b에는 마찬가지로 적색 방출 발광 물질(R)이지만 양자점-발광 물질은 아닌 제3 발광 물질이 도시되어 있다. 이와 같은 방식으로 양자점-발광 물질(R QD)의 단지 제한된 양만이 요구되고, 이는 RoHS-규정들을 충족시키는 것을 수월하게 하는 동시에 높은 효율의 광전자 장치가 주어진다.
도 7는 본 발명에 따른 발광 물질 조합물을 이용하는 광전자 장치들에서 어떻게 상대적인 효율 개선이 달성되는지 계산적으로 설명한다.
도 8a는, 광 효율에서 얼마나 많은 개선이 향상된 변환 효율로부터, 그리고 향상된 스펙트럼 효율로부터 비롯되는지 본 발명에 따른 LED 및 기준-LED에서 측정 결과들을 정리한다.
도 8b는, 도 8a의 측정 공정들에서 사용된 LED들의 어떤 발광 물질 조합물들이 이용되는지 설명한다. 기준-LED는 녹색 방출 석류석 발광 물질 이외에 종래의 2개의 적색 방출 질화물 발광 물질을 포함하는 통상의 발광 물질 조합물을 포함한다. 반면에 본 발명에 따른 LED는 1중량％의 적색 방출 양자점-발광 물질을 구비한 발광 물질 조합물을 함유한다. 다시 말해 종래의 적색 방출 발광 물질의 일부가 적색 방출 양자점-발광 물질에 의해 대체된다. 상기 적색 방출 양자점-발광 물질의 적색-방출이 - 종래의 경우에서와 같이 부분적으로 녹색 발광 물질의 광자들을 통해서 변환되지 않고 - 직접 청색 반도체 칩-방출로부터 변환되기 때문에, 전체적으로 현저히 더 적은 녹색 발광 물질이 필요하다. 이는 녹색 방출 석류석 발광 물질의 비율이 35％만큼 감소하도록 하고, 이는 현저히 더 적은 산란 손실을 야기한다. 발광 물질들의 중량퍼센트-표시들은 도 8b에서 각각 발광 물질들의 전체 중량 및 매트릭스 재료의 총합을 기준으로 한다. 또한, 발광 물질 조합물들은 색 품질의 관점에서 높은 기준을 충족시킨다. 대략 3000K의 색 온도가 달성되고, 각각 90을 초과하는 CRI-값 및 각각 50을 초과하는 R9-값이 달성된다. 본 발명에 따른 LED는 효율 증가와 함께 이와 같은 높은 색 품질을 달성한다.
도 9는 일련의 단일 발광 물질들의 모의 방출 스펙트럼들을 보여준다. 반도체 칩의 청색 방출이 도시되어 있다. 계속해서, 본 발명에 따른 발광 물질 조합물의 제1 발광 물질로 사용될 수 있는 LuAGaG:Ce 발광 물질의 녹색 방출이 도시되어 있다. 그뿐 아니라 종래의 Sr(Sr,Ca)Si2Al2N6:Eu2+ 발광 물질의 적색 방출이 도시되어 있다. 마지막으로, 본 발명에 따른 발광 물질 조합물의 제3 발광 물질로 사용될 수 있는 협대역 방출 특성의 Sr[Al2Li2O2N2]:Eu2+ 발광 물질의 방출 특성이 도시된다. 그뿐 아니라, 본 발명에 따른 발광 물질 조합물의 제2 발광 물질로서 이용될 수 있는 CdS/CdSe 양자점-발광 물질의 특히 협대역의 방출 특성이 도시되어 있다.
도 10은 서로 다른 발광 물질 조합물들(예시 1 내지 예시 3 및 비교 예시 1 및 비교 예시 2)에 기초한 백색 광-LED 방출 스펙트럼들의 시뮬레이션들을 보여준다.
도 11은 발광 물질 조합물들의 조성을 정리하는 표를 보여준다. 상기 표는 색 좌표(Cx, Cy), 색 온도(CCT), 연색 평가 지수(CRI-값), R9-값(기준 색상 9, 적색 연색성) 및 스펙트럼 효율(LER)의 관점에서 개별적인 발광 물질 조합물들을 비교한다. 시뮬레이션들로부터, 제1 녹색 방출 LuAGaG:Ce3+ 발광 물질 및 제2 발광 물질로서 적색 방출 양자점-발광 물질을 구비한 전체 발광 물질 조합물들이 특히 높은 스펙트럼 효율(LER)을 특히 우수한 연색성과 조합한다는 사실이 명확히 제시된다(예시 1 내지 예시 3). 예시 1이 최상의 효율을 갖는 반면, 예시 2는 효율과 친환경성의 최상의 조합을 나타낸다. 예시 1은 최상의 효율을 나타내지만, RoHS-규정들을 준수하지 않는다. 예시 2는 제3 발광 물질로서 Sr[Al2Li2O2N2]:Eu2+가 존재함으로써 RoHS-규정들을 충족시키는 동시에 뛰어난 연색성 및 효율성을 구현한다.
명시적으로 도면들에 도시되어 있지 않더라도, 실시예들은 서로 조합될 수도 있다. 계속해서 도면들과 관련하여 기술된 실시예들은 일반 상세 설명에 따른 추가적인 또는 대안적인 특징들을 포함할 수 있다.
다음에서, 본 발명에 따른 발광 물질 혼합물들이 어떻게 제공될 수 있는지 제시된다. 본 발명에 따른 발광 물질 혼합물을 제조하기 위해서는 우선 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질 그리고 경우에 따라 제3 발광 물질이 제공된다:
제1 발광 물질로는 임의의 종래 발광 물질들, 예컨대 이전에 언급된 발광 물질들 Si6-zAlzOzN8-z:RE, Y3(Al1-xGax)5O12:Ce, (Gd,Y)3(Al1-xGax)5O12:Ce, (Tb,Y)3(Al1-xGax)5O12:Ce, Lu3(Al1-xGax)5O12:Ce 또는 (Lu,Y)3(Al1-xGax)5O12:Ce와 같은 바람직하게 녹색 방출 발광 물질들이 고려된다. 이와 같은 발광 물질들의 제조는 당업자에게 공지되어 있다. 또한, 상기 발광 물질들은 시중에 얻을 수 있다.
적색 방출 양자점-발광 물질들을 합성하기 위해서는 선행 기술로부터 서로 다른 복수의 합성 방법이 공지되어 있다. 또한, 일련의 적색 방출 양자점-발광 물질들은 시중에 얻을 수 있다.
다음에서 제3 발광 물질을 제조하기 위한 방법이 설명된다:
상기 제3 발광 물질은 고체상 반응에 의해 제조될 수 있다. 이를 위해, 상기 제3 발광 물질의 반응물들이 혼합될 수 있다. 예를 들어 질화스트론튬(Sr3N2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화리튬(Li3N) 및 산화유로퓸(Eu2O3)이 SrLi2Al2O2N2:Eu를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 상기 반응물들은 상응하는 비율로 서로 혼합된다. 상기 반응물들은 예를 들어 니켈 도가니(nickel crucible) 내에 제공될 수 있다. 후속하여 혼합물이 700℃ 내지 1000℃, 바람직하게 800℃의 온도로 가열될 수 있다. 추가로 가열 공정은 형성 가스 유동 내에서 이루어질 수 있고, 이때 온도들은 1시간을 초과하여 400시간까지 유지된다. 질소(N2) 내 수소(H2)의 비율은 예를 들어 7.5％일 수 있다. 가열- 및 냉각률은 예를 들어 시간당 250℃일 수 있다.
위에 기술된 방법에 대해 대안적으로 제3 발광 물질은 폐쇄 용접된 탄탈룸 앰풀(tantalum ampoule) 내에서 고체상 합성에 의해 생성될 수도 있다. 이를 위해, 예를 들어 제3 발광 물질 SrLi2Al2N2O2:Eu의 경우에서와 같이 반응물들 Sr3Al2O6, Li(Flux), LiN3 및 Eu2O3은 상응하는 혼합비로 서로 혼합될 수 있고 탄탈룸 앰풀 내로 제공될 수 있다. 예를 들어 실온에서 800℃로 가열 공정이 이루어지고, 후속하여 예를 들어 100시간 동안 온도가 유지되며, 이때 후속하여 시스템은 재차 실온으로 냉각되고 제3 발광 물질이 생성된다. 상기 제3 발광 물질의 반응물들은 예를 들어 분말로 존재한다. 가열 단계 이후에 냉각 공정이 이루어질 수 있고, 이때 혼합물은 실온으로 가열된다. 실온은 특히 20℃ 또는 25℃의 온도로 이해된다. 합성 공정은 적당한 온도들에서 이루어지고, 따라서 매우 에너지 효율적이다. 그에 따라 예를 들어 사용된 화로에 대한 요구 조건들은 적다. 상기 반응물들은 시중에 저렴하게 얻을 수 있고 독성을 갖지 않는다. 마침내 발광 물질 혼합물은 언급된 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질, 그리고 선택적으로 제3 발광 물질의 조합물로부터 주어진다. 예를 들어 상기 발광 물질들의 분말이 서로 혼합될 수 있다. 예를 들어 상기 발광 물질들은 각각 매트릭스 재료 내로 제공되고 그 내부에서 분산될 수도 있다. 그러나 상기 발광 물질들 각각을 자체 매트릭스 재료 내로 제공하는 것도 가능하다. 이와 같은 경우에 상기 발광 물질들의 조합물로 이해되는 상기 발광 물질 혼합물은 개별적인 발광 물질들을 포함하는 서로 다른 매트릭스 재료들의 조합물로부터 주어진다.
본 발명에 따른 발광 물질 조합물은 예를 들어 추가적인 매트릭스 재료를 구비하거나, 또는 구비하지 않는 위에 언급된 발광 물질들의 분말의 혼합 공정에 의해 주어질 수 있다.
본 발명은 실시예들을 참조한 설명 내용에 의해 제한되어 있지 않다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 및 특징들의 조합을 포함하고, 이는 비록 이와 같은 특징 또는 이와 같은 조합 자체가 특허 청구항들 또는 실시예들에 명시적으로 제시되어 있지 않더라도 특히 각각의 특징들의 조합을 특허 청구항들에 포함한다는 사실을 의미한다.
1 제1 발광 물질
2 제2 발광 물질 = 양자점-발광 물질
2a 코어
2b 쉘
3 제3 발광 물질
4 매트릭스 재료
10 발광 물질 조합물
20 변환 소자
30 광전자 장치
40 캐스팅 컴파운드
50 반도체 칩
60 하우징
A 흡수 작용
E 방출 작용
QD 양자점-발광 물질("quantum dot")
W 백색 광
G 녹색 발광 물질
R 적색 발광 물질
QE 양자 효율
2 제2 발광 물질 = 양자점-발광 물질
2a 코어
2b 쉘
3 제3 발광 물질
4 매트릭스 재료
10 발광 물질 조합물
20 변환 소자
30 광전자 장치
40 캐스팅 컴파운드
50 반도체 칩
60 하우징
A 흡수 작용
E 방출 작용
QD 양자점-발광 물질("quantum dot")
W 백색 광
G 녹색 발광 물질
R 적색 발광 물질
QE 양자 효율
Claims (19)
- - 제1 발광 물질(1) 및
- 제2 발광 물질(2)을 포함하는 발광 물질 조합물(10)에 있어서,
상기 제2 발광 물질(2)은 적색 방출 양자점-발광 물질인,
발광 물질 조합물. - 제1 항에 있어서,
계속해서 제3 발광 물질(3)을 포함하고, 상기 제3 발광 물질(3)은 바람직하게 적색 방출 발광 물질인,
발광 물질 조합물. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 제1 발광 물질(1)은 녹색 방출 발광 물질인,
발광 물질 조합물. - 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 발광 물질(1)은 양자점-발광 물질이 아닌,
발광 물질 조합물. - 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 발광 물질(1)은 1㎛ 내지 1000㎛, 바람직하게 5㎛ 내지 50㎛의 평균 입자 지름을 갖는 입자들을 포함하는,
발광 물질 조합물. - 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적색 방출 양자점-발광 물질(2)은 1㎚ 내지 300㎚, 바람직하게 2㎚ 내지 50㎚의 평균 입자 지름을 갖는,
발광 물질 조합물. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적색 방출 양자점-발광 물질(2)은 다음 반도체 재료들: CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgTe, HgSe, GaP, GaAs, GaSb, AlP, AlAs, AlSb, InP, InAs, InSb, SiC, InN, AlN 및 이들의 혼성 결정체들 또는 이들의 조합물들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 반도체 재료를 함유하는,
발광 물질 조합물. - 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적색 방출 양자점-발광 물질(2)은 코어-쉘 구조(core-shell structure)(2a, 2b)를 갖는,
발광 물질 조합물. - 제8 항에 있어서,
상기 적색 방출 양자점-발광 물질(2)은 1 내지 200㎚, 바람직하게 2 내지 10㎚의 평균 지름을 갖는 코어 및 200㎚까지, 바람직하게 20㎚까지의 평균 두께를 갖는 쉘을 포함하는,
발광 물질 조합물. - 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적색 방출 양자점-발광 물질(2)의 비율은 상기 발광 물질 조합물(10)의 발광 물질의 총량을 기준으로 최대 60중량퍼센트, 바람직하게 최대 10중량퍼센트인,
발광 물질 조합물. - 제2 항에 있어서,
상기 제3 발광 물질(3)은 화학식
(MB)(TA)3-2x(TC)1+2xO4-4xN4x:E를 갖고,
- TA는 Li, Na, Cu, Ag 및 이들의 조합물들을 포함하는 일가 금속들의 그룹으로부터 선택되었고,
- MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 및 이들의 조합물들을 포함하는 이가 금속들의 그룹으로부터 선택되었으며,
- TC는 B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, 희토류금속 및 이들의 조합물들을 포함하는 삼가 금속들의 그룹으로부터 선택되었고,
- E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택되었으며,
그리고 0 ＜ x ＜ 0.875가 적용되는,
발광 물질 조합물. - 제11 항에 있어서,
상기 제3 발광 물질(3)은 정방 결정 공간군 P42/m에서 결정체를 이루는,
발광 물질 조합물. - 제11 항 또는 제12 항에 있어서,
x = 0.5이고, 그 결과 상기 제3 발광 물질(3)은 화학식 (MB)Li2Al2O2N2:E를 가지며, MB는 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 또는 이들의 조합물들을 포함하는 이가 금속들의 그룹으로부터 선택되었고, E는 Eu, Mn, Ce, Yb 및 이들의 조합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택된,
발광 물질 조합물. - 제11 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 발광 물질(3)은 화학식 SrLi2Al2O2N2:Eu2+를 갖는,
발광 물질 조합물. - 제2 항 또는 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 발광 물질(3)의 비율은 상기 발광 물질 조합물(10)의 발광 물질의 총량을 기준으로 최소 10중량퍼센트, 바람직하게 최소 20중량퍼센트인,
발광 물질 조합물. - 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 또 다른 발광 물질을 포함하는,
발광 물질 조합물. - 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 따른 발광 물질 조합물(10)을 포함하는 변환 소자(20).
- - 제1 파장 범위의 전자기 방사선을 방출하는 방사선 방출 반도체 칩(50),
- 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 따른 발광 물질 조합물(10)을 포함하는 광전자 장치(30). - 제18 항에 있어서,
상기 발광 물질 조합물(10)은 상기 반도체 칩(50) 상에 배치된 변환 소자(20) 내에 존재하거나, 또는 상기 반도체 칩 상에 위치하는 캐스팅 컴파운드(casting compound)(40) 내에 존재하는,
광전자 장치.
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