KR20210095710A - 시안색 인광체 변환 led 모듈 - Google Patents

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Abstract

발광 디바이스는 자외선 또는 청색 광을 방출하는 LED 및 FWHM의 반치 전폭으로 파장 λpk에서 방출 피크를 갖는 조합된 인광체 방출 스펙트럼을 제공하기 위해 자외선 또는 청색 광에 의해 여기되고 이에 응답하여 더 긴 파장 광을 방출하는 하나 이상의 인광체를 포함한다. λpk 및 FWHM은 ㎚로 표현되고, 525㎚≥λpk≥0.039*FWHM+492.7㎚이다. 발광 디바이스는 예를 들어, 자동차의 자율 주행 상태를 시그널링하기 위해 사용될 수 있다.

Description

시안색 인광체 변환 LED 모듈
본 발명은 발광 디바이스 및 자동차의 자율 주행 상태를 시그널링하는 방법에 관한 것이다.
발광 재료들에 기초한 발광 다이오드들은 본 기술 분야에 공지되어 있다. US2006/091778은 반도체 광 방출기, 및 발광 재료(luminescent material)를 포함하는 청색-녹색 조명 시스템을 설명하고, 여기서 시스템은 그 코너들이 다음의 CIE 색 좌표들을 갖는 CIE 색도도 상의 오각형의 영역 내에 배치된 CIE 색 좌표들을 갖는 방출을 갖는다: i) x=0.0137 및 y=0.4831; ii) x=0.2240 및 y=0.3890; iii) x=0.2800 및 y=0.4500; iv) x=0.2879 및 y=0.5196; 및 v) x=0.0108 및 y=0.7220. 발광 재료는 2개 이상의 인광체를 포함한다. 조명 시스템은 신호등의 녹색등 또는 자동차 디스플레이로서 사용될 수 있다.
Hee Chang Yoon et al., ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 7, no. 13, 2 (2015-05-24), pages 7342-7350은 다운 변환 백색 LED들의 극히 높은 색 품질을 위한 녹색 Zn-Ag-In-S 및 적색 Zn-Cu-In-S 퀀텀 닷들의 합성 및 특성화를 설명하고 있다.
Philipp Strobel et al., Chemistry of Materials, vol. 30, no. 9, (2018-04-18), pages 3122-3130은 EU2+로의 도핑 시에 협대역 방출을 갖는 조명 등급 인광체 변환 (pc)LED들에서의 응용을 위한 호스트 격자들로서의 옥소- 및 (옥소)니트리도베릴레이트들((oxo)nitridoberyllates)을 설명하고 있다.
반도체 발광 다이오드들 및 레이저 다이오드들(본원에서 총체적으로 "LED들"이라고 함)은 현재 가용한 가장 효율적인 광원들에 속한다. LED의 방출 스펙트럼은 디바이스의 구조에 의해 그리고 그것이 구성되는 반도체 재료들의 조성에 의해 결정된 파장에서 단일의 좁은 피크를 전형적으로 나타낸다. 디바이스 구조 및 재료 계의 적합한 선택에 의해, LED들은 자외선, 가시, 또는 적외선 파장들에서 동작하도록 설계될 수 있다.
LED들은 LED에 의해 방출된 광을 흡수하고 이에 응답하여 더 긴 파장의 광을 방출하는 하나 이상의 파장 변환 재료(일반적으로 본원에서 "인광체들"이라고 함)와 조합될 수 있다. 이러한 인광체 변환 LED들(phosphor-converted LEDs)("pcLED들")에서, LED에 의해 방출되어 인광체들에 의해 흡수되는 광의 분율(fraction)은 LED에 의해 방출된 광의 광학 경로 내의 인광체 재료의 양, 예를 들어 LED 상에 또는 주위에 배치된 인광체 층 내의 인광체 재료의 농도 및 층의 두께에 달려 있다.
인광체 변환 LED들은 LED에 의해 방출된 광의 모두가 하나 이상의 인광체에 의해 흡수되도록 설계되는데, 이 경우에 pcLED로부터의 방출은 전적으로 인광체들로부터이다. 이러한 경우들에서 인광체는 예를 들어, LED에 의해 직접 효율적으로 발생되지 않는 좁은 스펙트럼 영역 내의 광을 방출하도록 선택될 수 있다.
대안적으로, pcLED들은 LED에 의해 방출된 광의 일부만이 인광체들에 의해 흡수되도록 설계될 수 있는데, 이 경우에 pcLED로부터의 방출은 LED에 의해 방출된 광과 인광체들에 의해 방출된 광의 혼합이다. LED, 인광체들, 및 인광체 조성의 적합한 선택에 의해, 이러한 pcLED는 예를 들어, 원하는 색 온도 및 원하는 색 렌더링 속성들(color-rendering properties)을 갖는 백색 광을 방출하도록 설계될 수 있다.
한 양태에서, 본 발명은
자외선 또는 청색 광을 방출하는 LED; 및
FWHM의 반치 전폭으로 파장 λpk에서 방출 피크를 갖는 조합된 인광체 방출 스펙트럼을 제공하기 위해 자외선 또는 청색 광에 의해 여기되고 이에 응답하여 더 긴 파장 광을 방출하는 하나 이상의 인광체
를 포함하는 발광 디바이스를 제공하고;
여기서:
525㎚≥λpk≥0.039*FWHM+492.7㎚이고
λpk 및 FWHM은 ㎚로 표현된다.
발광 디바이스의 실시예들에서, 하나 이상의 인광체에 의해 방출된 광으로부터 형성되고 임의로 LED로부터의 청색 광을 포함하는, 발광 디바이스로부터의 광학 출력은 1931 CIE 색 공간에서 x<0.2 및 0.32<y<0.4인 x,y 색점을 갖는다.
발광 디바이스의 실시예들에서, 조합된 인광체 방출 스펙트럼은 x<0.2 및 0.32<y<0.4를 만족시키지 않는 1931 CIE 색 공간 내의 x,y 색점을 갖고; 발광 디바이스로부터의 광학 출력은 발광 디바이스의 광학 출력의 x,y 색점을 조합된 인광체 방출 스펙트럼의 것으로부터 x<0.2 및 0.32<y<0.4인 색점으로 시프트하는 LED로부터의 청색 광을 포함한다.
발광 디바이스의 실시예들에서, 발광 디바이스로부터의 광학 출력의 x,y 색점은 LED에 의해 방출된 청색 광을 포함하지 않는다. 발광 디바이스의 실시예들에서, 하나 이상의 인광체는 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체를 포함한다. 발광 디바이스의 실시예들에서, 하나 이상의 인광체는 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체만을 포함하고 다른 인광체들은 포함하지 않는다. 발광 디바이스의 실시예들에서, LED는 AlInGaN 발광 다이오드이거나 이것을 포함한다. 발광 디바이스의 실시예들에서: 하나 이상의 인광체에 의해 방출된 광으로부터 형성되고 LED로부터의 청색 광을 임의로 포함하는, 발광 디바이스로부터의 광학 출력은 1931 CIE 색 공간에서 x<0.2 및 0.32<y<0.4인 x,y 색점을 갖고; LED는 AlInGaN 발광 다이오드이거나 이것을 포함하고; 하나 이상의 인광체는 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체를 포함한다. 발광 디바이스의 실시예들에서, 하나 이상의 인광체는 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체만을 포함하고 다른 인광체들은 포함하지 않는다. 발광 디바이스의 실시예들에서: LED는 AlInGaN 발광 다이오드이거나 이것을 포함하고; 발광 디바이스로부터의 광학 출력은 하나 이상의 인광체에 의해 방출된 광 및 LED에 의해 방출된 청색 광 성분으로부터 형성되고; 조합된 인광체 방출 스펙트럼은 x<0.2 및 0.32<y<0.4를 만족시키지 않는 1931 CIE 색 공간 내의 x,y 색점을 갖고; 발광 디바이스로부터의 광학 출력의 청색 광 성분은 발광 디바이스의 광학 출력의 x,y 색점을 조합된 인광체 방출 스펙트럼의 것으로부터 x<0.2 및 0.32<y<0.4인 색점으로 시프트한다.
또 다른 양태들에서 본 발명은 자동차의 자율 주행 상태를 시그널링하는 방법을 제공하는데, 이 방법은
1931 CIE 색 공간에서 x<0.2 및 0.32<y<0.4인 x,y 색점을 갖는 광학 출력을 형성하기 위해 발광 디바이스를 동작시키는 단계; 및
광학 출력으로 자율 주행 상태를 시그널링하는 단계
를 포함하고;
발광 디바이스는
자외선 또는 청색 광을 방출하는 LED; 및
FWHM의 반치 전폭으로 파장 λpk에서 방출 피크를 갖는 조합된 인광체 방출 스펙트럼을 제공하기 위해 자외선 또는 청색 광에 의해 여기되고 이에 응답하여 더 긴 파장 광을 방출하는 하나 이상의 인광체
를 포함하고;
여기서:
525㎚≥λpk≥0.039*FWHM+492.7㎚이고;
λpk 및 FWHM은 ㎚로 표현된다.
방법의 실시예들에서: LED는 AlInGaN 발광 다이오드이거나 이것을 포함한다. 방법의 실시예들에서, 하나 이상의 인광체는 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체를 포함한다. 방법의 실시예들에서, 하나 이상의 인광체는 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체만을 포함하고 다른 인광체들은 포함하지 않는다. 방법의 실시예들에서, 조합된 인광체 방출 스펙트럼은 x<0.2 및 0.32<y<0.4를 만족시키지 않는 1931 CIE 색 공간 내의 x,y 색점을 갖고; 발광 디바이스로부터의 광학 출력은 하나 이상의 인광체에 의해 방출된 광 및 LED에 의해 방출된 청색 광 성분으로부터 형성되고, 발광 디바이스로부터의 광학 출력의 청색 광 성분은 발광 디바이스의 광학 출력의 x,y 색점을 조합된 인광체 방출 스펙트럼의 것으로부터 x<0.2 및 0.32<y<0.4인 색점으로 시프트한다.
방법의 실시예들에서, 발광 디바이스는 본원에 추가로 정의된 것과 같은(예를 들어, 청구항 1에서 정의된 것과 같은) 발광 디바이스를 포함한다.
특정한 실시예들에서, 하나 이상의 인광체는 (a) M4B14O25:Eu2+ 및 (b) A3B5O12:Ce3+로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 여기서 M은 Sr 및 Ca 중 하나 이상을 포함하고, A는 Y, Gd, 및 Lu 중 하나 이상을 포함하고, B는 Al, Ga, In 및 Sc 중 하나 이상을 포함한다. 실시예들에서, 하나 이상의 인광체는 M4B14O25:Eu2+ 및/또는 A3B5O12:Ce3+ 만을 포함한다.
실시예들에서, 하나 이상의 인광체는 M4B14O25:Eu2+를 포함하고, 여기서 M은 Sr 및 임의로 Ca를 포함하고, B는 Al 및 임의로 Sc를 포함한다. 실시예들에서, M은 10% 이하, 특히 최대 5%, 예를 들어, 최대 1% Ca를 포함한다. 실시예들에서, M은 1-15%, 예를 들어, 2-12%, 특히 4-12% Eu를 포함한다. 그러므로, M은 실시예들에서 본질적으로 Sr(및 일부 Eu)을 포함한다. Eu는 특히 도펀트이다. 실시예들에서, B는 5% Sc 이하, 예를 들어 특히 최대 2%, 최대 1% Sc를 포함한다. 실시예들에서, B는 적어도 0.2%, 예를 들어, 적어도 0.5% Sc를 포함할 수 있다. 스칸듐은 방출의 유용한 청색 시프트를 제공할 수 있다. 그러므로, 실시예들에서 B는 본질적으로 Al을 포함할 수 있다. 여기서, 백분율들은 원자 백분율들을 말한다.
실시예들에서, 하나 이상의 인광체는 A3B5O12:Ce3+를 포함하고, 여기서 A는 Y 및 Lu 중 하나 이상을 포함하고, B는 Al 및 Ga 중 하나 이상을 포함한다. 실시예들에서, A는 0.5-5% Ce, 예를 들어 1-3% Ce를 포함할 수 있다. 실시예들에서, A는 본질적으로 Y 및 Lu(및 일부 Ce) 중 하나 이상으로 구성될 수 있다. 실시예들에서, A는 본질적으로 Y 및 Ce(예를 들어, 0.5-5% Ce)로 구성될 수 있다. 대안적으로, 실시예들에서 A는 본질적으로 Lu 및 Ce(예를 들어, 0.5-5% Ce)로 구성될 수 있다. 대안적으로, 실시예들에서 A는 본질적으로 Lu 및 Y 및 Ce(예를 들어, 0.5-5% Ce)로 구성될 수 있다. 실시예들에서, B는 Al 및 임의로 Ga를 포함할 수 있다. B는 적어도 50%, 예를 들어 적어도 55% Al을 포함할 수 있다. 실시예들에서, B는 최대 50% Ga, 예를 들어, 최대 33%를 포함할 수 있다. 예를 들어, A3B5O12:Ce3+는 Lu3(Al3.5Ga1.5)O12:Ce, (Lu,Y)3Al5O12:Ce, 및 Y3Al5O12:Ce 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 백분율들은 원자 백분율들을 말한다.
특정한 실시예들에서, 하나 이상의 인광체는 A3B5O12:Ce3+ 인광체를 포함한다. 다른 특정한 실시예들에서, 하나 이상의 인광체는 A3B5O12:Ce3+ 인광체만을 포함하고 다른 인광체들은 포함하지 않는다.
또 다른 특정한 실시예들에서 하나 이상의 인광체는 M4B14O25:Eu2+ 및 A3B5O12:Ce3+를 포함하고, 2가지 (유형의) 인광체의 총 중량에 대해 A3B5O12:Ce3+는 1-30wt%, 예를 들어 1-20wt%의 양으로 가용하다. 그러므로, 특정한 실시예들에서 하나 이상의 인광체는 M4B14O25:Eu2+ 및 A3B5O12:Ce3+를 포함하고, 인광체들의 총 중량에 대해, A3B5O12:Ce3+는 0.50-30wt%의 중량 백분율로 가용하다. M4B14O25:Eu2+에 가넷을 첨가하면, 인광체는 플럭스를 증가시킬 뿐만 아니라 실리콘 수지와 같은, 수지 내에 더 낮은 로딩을 놀랍도록 가능하게 하는 것으로 나타난다. 실시예들에서, 수지 내의 하나 이상의 인광체의 중량 백분율은 (인광체들을 포함하는 수지의 총 중량에 대해) 50wt% 미만이다. 그러므로, 실시예들에서 하나 이상의 인광체는 수지로 구성되고, 수지 및 인광체들의 총 중량에 대해, 하나 이상의 인광체는 50wt% 미만의 중량 백분율로 가용하다. 수지는 인광체(들)를 위한 호스트일 수 있다. 여기서, 백분율들은 중량 백분율들을 말한다.
M4B14O25:Eu2+를 사용하면 원하는(좁은) 시안색 색 박스 내에서, 심지어 동작 온도들에서, 및 또한 동작 시간의 긴 기간에 걸쳐 머무는 색점을 갖는 LED를 놀랍도록 제공하는 것으로 나타난다.
실시예들에서, LED는 440-460㎚의 범위로부터 선택된 피크 파장을 갖는다.
도 1은 자동차들의 자율 주행 상태를 시그널링하는 사용을 위한 관심있는 색 공간의 시안색 영역의 경계들을 도시한 1931 CIE x,y 색도도이다.
도 2는 여러 개의 인광체 방출 색점들의 위치를 추가로 도시한, 도 1에서와 같은 1931 CIE x,y 색도도이다.
도 3은 도 2 내의 색점들에 대응하는 2개의 인광체에 대한 방출 스펙트럼들의 플롯이다.
도 4는 청색-방출 LED로부터의 방출 스펙트럼 및 청색 LED 및 SAE 인광체로부터 구성된 인광체 변환 LED로부터의 시안색 방출 스펙트럼의 플롯이다.
도 5는 자동차들의 자율 주행 상태를 시그널링하는 사용을 위한 관심있는 색 공간의 시안색 영역의 경계들 및 구동 전류 및 동작 온도의 함수로서 도 4의 인광체 변환 LED의 색점들을 도시한 1931 CIE x,y 색도도이다.
도 6a는 청색-방출 LED로부터의 방출 스펙트럼 및 청색 LED, SAE 인광체, 및 GaLuAG 인광체로부터 구성된 인광체 변환 LED로부터의 시안색 방출 스펙트럼의 플롯이다. 청색 LED로부터의 그리고 각각의 인광체로부터의 시안색 방출 스펙트럼에의 기여들이 또한 별개로 도시되고; 도 6b는 청색-방출 LED로부터의 방출 스펙트럼 및 청색 LED, SAE 인광체, 및 YAG 인광체로부터 구성된 인광체 변환 LED로부터의 시안색 방출 스펙트럼의 플롯이고, 청색 LED로부터의 및 각각의 인광체로부터의 시안색 방출 스펙트럼에의 기여들이 또한 별개로 도시된다.
도 7은 LED가 반사 컵 내에 배치되고 투명한 재료 내에 분산된 인광체 입자들의 혼합물이 반사 컵 내에 그리고 LED 주위에 배치된 인광체 변환 LED의 예시적인 실시예의 개략 단면도이다.
도 8은 인광체 층이 그 위에 퇴적된 LED가 반사 컵 내에 배치된 인광체 변환 LED의 또 하나의 예시적인 실시예의 개략 단면도이다.
도 9는 파장 변환 구조가 LED와 직접 접촉하는 또 하나의 예시적인 인광체 변환 LED의 단면도이다.
도 10은 파장 변환 구조가 LED와 가까이 근접하여 있는 또 하나의 예시적인 인광체 변환 LED의 단면도이다.
도 11은 파장 변환 구조가 LED로부터 이격된 또 하나의 예시적인 인광체 변환 LED의 단면도이다.
개략적인 도면들은, 있다면, 반드시 축척에 맞지 않을 수 있다.
다음의 상세한 설명은 동일한 참조 번호들이 상이한 도면들 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 표시하는 도면들을 참조하여 읽혀져야 한다. 반드시 축척에 맞지 않는 도면들은 선택적 실시예들을 도시하고 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 상세한 설명은 제한하는 것이 아니라, 예로서 본 발명의 원리들을 예시한다.
본 명세서는 CIE 1931 색 공간의 시안색 범위의 정의된 부분 내에 색-안정 방출을 갖는 pcLED들을 개시한다. 이들 pcLED는 다른 사용들뿐만 아나라, 자동차 산업에서의 시그널링 신호등들(signaling lights)로서 응용들을 가질 수 있다.
자동차 산업에서 시그널링하는 조명하기 위한 색들은 CIE 색 공간에서, 예를 들어 CIE 1931 색 공간에서 정의된다. 자동차 산업에서의 청색 및 녹색 시그널링을 위한 색 공간 정의들 간에, 작은 영역이 자동차들의 자율 주행 상태들을 시그널링하기 위한 사용을 위해 자유롭게 현재 제안된다. CIE 1931 색 공간 좌표들에서, 이 시안색 범위는 0.32≤y≤0.4 및 x≤0.2이다. 도 1은 단색 궤적(15)의 부분 및 단색 궤적을 따르는 광의 선택된 파장들과 함께, CIE 1931 x,y 색도도에서 플롯된 이 시안색 영역(10)을 도시한다.
시안색 영역(10) 내에 직접 방출을 갖는 LED들을 제조하고 동작시키는 것이 도전과제이다. 도 1에 도시한 것과 같이, 시안색 영역(10)을 위한 (단색 궤적(15)을 따라 연장되는) 주파장들은 단지 약 491나노미터(㎚) 내지 약 494.5㎚ 범위에 있다. 시안색 방출 AlInGaN LED들의 제조에서, 예를 들어, 전형적으로 단일 웨이퍼 상에 제조된 개별 디바이스들에 의해 방출된 주파장들(dominant wavelengths)의 범위는 이 범위의 배수이다. 또한, 구동 전류를 갖는 AlInGaN LED의 주파장 시프트는 암페어 당 약 -2.5㎚이고, 온도로는 온도 변화의 10K 당 약 0.7㎚이다. 결과적으로, 동작 온도 및 구동 전류 조건들의 가능한 범위에 걸쳐 시안색 영역(10) 내에 머물기 위해 직접 시안색 방출 LED들의 동작 동안 충분한 색 안정도를 달성하는 것이 어렵다.
발명자들은 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드 및 하나 이상의 인광체 재료를 포함하는 pcLED가 시안색 영역(10)에서 안정한 방출을 제공할 수 있다고 결정하였다. LED의 피크 방출 파장은 깊은 자외선으로부터 파장에 있어서 약 450㎚까지의 범위에 있을 수 있다. 하나 이상의 인광체 재료는 LED에 의해 방출된 광의 일부만을 더 긴 파장들의 광으로 변환할 수 있거나, LED에 의해 방출된 광의 본질적으로 모두를 더 긴 파장들의 광으로 변환할 수 있다. 즉, pcLED에 의해 방출된 광은 LED에 의해 방출된 광과 하나 이상의 인광체 재료에 의해 방출된 광의 혼합을 포함할 수 있어서 위에 정의된 시안색 영역(10) 내부에 색점을 갖는 pcLED로부터의 방출 스펙트럼을 야기한다. 대안적으로, pcLED에 의해 방출된 광은 하나 이상의 인광체에 의해 방출된 광만을 포함할 수 있어서, 시안색 영역(10) 내부에 색점을 갖는 pcLED로부터의 방출 스펙트럼을 야기한다.
하나 이상의 인광체 재료로부터의 방출 스펙트럼은 전형적으로 반치 전폭(FWHM)으로 정의된 피크 파장을 갖는다. 도 2는 피크 파장 및 FWHM의 상이한 위치들에 대한 인광체 방출 스펙트럼들의 색점들이 그 위에 플롯된, 도 1에서와 같은 1931 CIE x,y 색도도를 도시한다. "x" 심볼에 의해 표시된 색점들은 표시된 파장에서 피크이고, 32㎚의 FWHM을 갖는, 인광체 방출 스펙트럼들에 대한 것이다. 실선 정사각형에 의해 표시된 색점들은 표시된 파장에서 피크이고, 95㎚의 FWHM을 갖는, 인광체 방출 스펙트럼들에 대한 것이다. 인광체 재료의 광 방출은 하나의 재료, 또는 도 2에 표시된 것과 같은 FWHM 및 피크 위치들을 전체적으로 야기하는, 상이한 인광체 재료들의 혼합물로부터 올 수 있다.
도 2에 의해 입증되는 것과 같이, 인광체 방출 스펙트럼 피크 파장과 FWHM의 일부 조합들만이 시안색 영역(10) 내에 드는 색점들을 야기한다. 인광체 방출 스펙트럼의 색점이 시안색 영역(10) 내에 드는 그들 경우에 대해, pcLED는 LED에 의해 방출된 광의 약간 또는 어느 것도 pcLED로부터의 광 방출 내에 존재하지 않도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 인광체 방출 스펙트럼의 색점이 영역(10) 밖에 있는 일부 경우들에서 인광체 방출 스펙트럼의 피크 파장은 길기 때문에, pcLED는 LED에 의해 방출된 일부 흡수되지 않은 청색 광이 pcLED 방출 스펙트럼의 색점을 영역(10) 내로 시프트하기 위해 인광체 방출과 혼합되도록 구성될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시한 색점들로부터의 2개의 예시적인 인광체 방출 스펙트럼을 도시한다. 인광체 방출 스펙트럼(20)(실선)은 493㎚의 피크 파장 및 32㎚의 FWHM을 갖는다. 인광체 방출 스펙트럼(25)(파선)은 497㎚의 피크 파장 및 95㎚의 FWHM을 갖는다.
도 2에 도시한 것과 유사한 데이터로부터 발명자들은 시안색 영역(10) 내에 드는 색점을 갖는 방출 스펙트럼을 갖는 pcLED가 λpk 및 FWHM은 ㎚로 표현되는 다음의 부등식을 만족시키는 피크 파장 λpk 및 FWHM을 갖는 총 인광체 방출 스펙트럼을 제공하는 하나 이상의 인광체를 사용하여 구성될 수 있다고 결정했다:
525≥λpk≥0.039*FWHM+492.7㎚
더 긴 λpk의 경우, 시안색 영역(10)은 LED로부터의 청색 광의 추가로 실현될 수 있다. 그러나, 약 525㎚ 위의 λpk의 경우, 인광체 방출의 y-좌표는 급속히 감소한다. pcLED 출력 내로 혼합된 LED로부터의 청색 광의 양은 출력에서의 청색 LED 광 방출의 파워 대 출력에서의 인광체 광 방출의 파워의 비 PR: PR=(청색 파워)/인광체 파워)로 특성화될 수 있다. 전형적으로, 0≤PR≤0.6, 또는 0≤PR≤0.25이다. 바람직하게는, 0.05≤PR≤0.4이다. 더 바람직하게는, 0.1≤PR≤0.25이다. λpk=525㎚ 및 FWHM=68㎚에 대해, PR=0.45이다. λpk=496㎚ 및 FWHM=68㎚에 대해, PR=0.45이다. λpk=525㎚ 및 FWHM=68㎚에 대해, PR=0.63이다.
시안색 영역(10) 내에 색점을 갖는 방출 스펙트럼을 제공하는 인광체 변환 LED들에서, 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드는 예를 들어, 통상적인 AlInGaN 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드일 수 있다. 임의의 기타 적합한 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드가 대신 사용될 수 있다. 인광체는 예를 들어, 형광 조명 응용들에서 사용되는 공지된 재료인 Sr4Al14O25:Eu2+ (SAE) 인광체일 수 있거나 이것을 포함할 수 있다. 일반적으로 플럭스는 일반 화학식 (Y,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce의 가넷 인광체의 SAE 인광체에, 표준 YAG 재료보다 바람직하게는 더 녹색인 방출을 갖는 가넷 재료의 첨가에 의해 증가될 수 있다. 이러한 가넷 인광체의 예는 세륨으로 활성화된 GaLuAG이다. SAE와 조합될 수 있는 다른 적합한 인광체들은 β-SiSlON:Eu2+, BOSE(Eu 도핑된 Sr,Ba 오르토실리케이트(orthosilicate)), 및 Ba3,Si6,O12:Eu와 유사하거나 그것과 같은 질화물 녹색 인광체들을 포함한다. 임의의 기타 적합한 인광체가 추가로 또는 대신에 사용될 수 있다.
원하는 시안색 출력을 제공하는 예시적인 pcLED는 실리콘 내에 분산된 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체를 갖는 통상적인 중간-파워 AlInGaN LED 패키지를 사용하여 구성되었다. 인광체 실리콘 혼합물은 실리콘의 146mass%로 만들어졌고, 즉, 인광체의 질량은 실리콘의 질량의 1.46배이었다.
AlInGaN LED 방출 스펙트럼은 12㎚의 FWHM으로 448㎚에서 피크이었다. 이것은 SAE의 흡수 대역과 약간 중첩하는 매우 긴 청색 파장이다. 상온에서, 인광체 방출 스펙트럼은 68㎚의 FWHM으로 491.3㎚의 피크 파장을 가졌다. 도 4는 AlInGaN LED 방출 스펙트럼(30) 및 패키지 내에 SAE 인광체와 실리콘 혼합물을 갖는 결과적인 pcLED 시안색 방출 스펙트럼(35)을 도시한다. LED에 의해 방출된 일부 청색 광이 pcLED 출력 내에 존재한다. 이 예에서 파워 비 PR은 약 0.17이다.
도 5는 그 위에 동작 온도 및 구동 전류의 함수로서 도 4의 예시적인 시안색 pcLED의 색점들이 플롯된, 도 1의 것과 유사한 1931 CIE x,y 색도도를 도시한다. 색점들은 25℃, 55℃ 및 85℃의 소켓 온도들에 대해, 그리고 5㎃, 10㎃, 50㎃, 100㎃, 150㎃, 200㎃ 및 350㎃의 구동 전류들에서 측정된 pcLED 방출 스펙트럼들로부터 결정되었다. 이 데이터는 온도 및 구동 조건들의 이 범위에 걸쳐 예시적인 pcLED의 시안색 방출이 정의된 시안색 색 영역(10)으로 항상 잘 된다는 것을 입증한다.
원하는 시안색 출력을 제공하는 또 하나의 예시적인 pcLED는 실리콘 내에 분산된 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체와 녹색 방출 세륨 활성화된 GaLuAG 인광체의 혼합물을 갖는 통상적인 중간-파워 AlInGaN LED 패키지를 사용하여 구성되었다. 실리콘 혼합물의 SAE 인광체 성분은 실리콘의 18.5mass%이었고, GaLuAG 인광체 성분은 실리콘의 2.1mass%이었다. AlInGaN LED 방출 스펙트럼은 15㎚의 FWHM으로 445.1㎚에서 피크이었다.
도 6a는 시안색 방출에의 SAE 인광체 방출 기여(50), 시안색 방출에의 LED 청색 광 기여(55), 및 시안색 방출에의 GaLuAG 인광체 방출 기여(60)뿐만 아니라, AlInGaN LED 방출 스펙트럼(40) 및 결과적인 pcLED 시안색 방출 스펙트럼(45)을 도시한다. pcLED 출력에의 광학 파워 분율에서의 상이한 기여들은: SAE=60.2%, GaLuAG=23.8%, 및 LED=16%이다. 파워 비 PR=0.191이다. 이 pcLED는 282.3lm/W의 광 효율(LE), CIE 1931 색 공간 좌표들 x=0.172 및 y=0.351, 및 350㎃ 구동 전류에서의 106루멘의 광속을 갖는다. 대조적으로, 동일한 피크 방출 파장 및 FWHM을 갖지만 SAE 인광체만을 사용하는 청색 LED로 만들어진 유사한 pcLED는 261.3lm/W의 LE, CIE 1931 색 공간 좌표들 x=0.136 및 y=0.351, 350㎃ 구동 전류에서의 93.8루멘의 광속, 및 125의 PR을 갖는다. 이들 예는 GaLuAG 인광체를 첨가하는 것은 pcLED 출력의 x 좌표를 유리하게 증가시키고 약 13%의 광속 이득을 제공한다는 것을 보인다. 여기서, λpk=498.3㎚이고, FWHM은 89.6㎚이다.
원하는 시안색 출력을 제공하는 또 하나의 예시적인 pcLED가 실리콘 내에 분산된 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체와 황색-녹색 방출 세륨 활성화된 YAG 인광체의 혼합물을 갖는 통상적인 중간-파워 AlInGaN LED 패키지를 사용하여 구성되었다. 실리콘 혼합물의 SAE 인광체 성분은 실리콘의 19.2mass%이었고, YAG 인광체 성분은 실리콘의 0.6mass%이었다. AlInGaN LED 방출 스펙트럼은 447.4㎚에서 피크이었다.
도 6b는 시안색 방출에의 SAE 인광체 방출 기여(50), 시안색 방출에의 LED 청색 광 기여(55), 및 시안색 방출에의 YAG 인광체 방출 기여(60)뿐만 아니라, AlInGaN LED 방출 스펙트럼(40) 및 결과적인 pcLED 시안색 방출 스펙트럼(45)을 도시한다. pcLED 출력에의 광학 파워 분율에서의 상이한 기여들은: SAE=62.7%, YAG=18.2%, 및 LED=19.1%이다. 파워 비 PR=0.191이다. 이 pcLED는 280.6lm/W의 광 효율(LE), CIE 1931 색 공간 좌표들 x=0.191 및 y=0.336, 및 350㎃ 구동 전류에서의 101루멘의 광속을 갖는다. 이 예는 YAG 인광체를 또한 첨가하는 것은 pcLED 출력의 x 좌표를 유리하게 증가시키고 약 13%의 광속 이득을 제공한다는 것을 보인다. 여기서, λpk=498.0㎚이고 FWHM은 91.2㎚이다.
pcLED들에서, 하나 이상의 인광체 재료가 임의의 적합한 방식으로 LED에 대해 배열될 수 있다. 도 7을 참조하면, 예를 들어, pcLED(65)는 그 안에 인광체 입자들(85)이 분산되는 실질적으로 투명한 재료(80)를 또한 포함하는, 반사 구조(예를 들어, 반사 컵)(75) 내에 배치된 LED(70)를 포함할 수 있다. 재료(80) 및 인광체 입자들(85)이 LED(70) 주위에 배치된다. pcLED(65)의 동작 중에, LED(70)에 의해 방출된 청색 또는 자외선 광의 적어도 일부가 인광체 입자들(85)을 여기하고 이에 응답하여 더 긴 파장 광을 방출한다. 반사 컵(75)은 LED로부터 일부 흡수되지 않은 광을 인광체 입자들(85)에 다시 반사하고 그러므로 광의 LED로부터 인광체 방출로의 변환을 향상시킨다. 반사 컵(75)은 또한 인광체 입자들에 의해 방출된 광, 및 임의로 LED(70)에 의해 방출된 일부 흡수되지 않은 광을 LED(70)로부터 멀리 지향시켜서 pcLED(65)의 광학 출력을 형성한다. 임의로, 하나보다 많은 LED(70)가 반사 구조(75) 내에 배치될 수 있다. 투명한 재료(80)는 예를 들어, 실리콘일 수 있거나 이것을 포함할 수 있다. 임의의 기타 적합한 투명한 재료가 대신 사용될 수 있다.
도 8의 예에서, pcLED(65)는 실질적으로 투명한 재료(80) 내에 분산된 인광체 입자들(85)을 포함하는 인광체 층이 그 위에 퇴적된 LED(70)를 포함한다. 인광체 층은 예를 들어, 스크린 프린팅 또는 스텐실링에 의해 퇴적될 수 있다. LED(70)는 도 7의 예와 유사하게 반사 구조(75) 내에 배치된다. 임의로, 하나보다 많은 LED(70)가 반사 구조(75) 내에 배치될 수 있다.
하나 이상의 인광체 재료는 LED로부터 분리되어 형성되고 다음에 LED에 대해 배열된 별개의 파장 변환 구조 내에 임의로 배치될 수 있다. 이러한 파장 변환 구조는 예를 들어, 인광체 입자들이 분산되는 발광 세라믹 슬랩으로서 또는 투명한 재료의 시트로서 형성될 수 있다. 파장 변환 구조는 예를 들어, LED에 직접 접착되거나, 접착제 층에 의해 LED에 접착되거나, LED로부터 이격될 수 있다.
도 9의 예에서, 파장 변환 구조(90)는 LED(70) 바로 위에 배치되고 그것에 접착된다. 도 10의 예에서, 파장 변환 구조(90)는 LED(70)에 가까이 근접하여 배치되지만 LED(70)에 직접 연결되지 않는다. 예를 들어, 파장 변환 구조(90)는 접착 층(95), 작은 공기 갭, 또는 임의의 기타 적합한 구조에 의해 LED로부터 분리될 수 있다. LED와 파장 변환 구조 간의 간격은 예를 들어, 500㎛ 미만일 수 있다. 도 11의 예에서, 파장 변환 구조(90)는 LED(70)로부터 이격된다. LED와 파장 변환 구조 간의 간격은 예를 들어, 수 밀리미터 정도일 수 있다. 이러한 디바이스를 "원격 인광체" 디바이스라고 할 수 있다. 원격 인광체 배열들은 예를 들어, 디스플레이들을 위한 백라이트들에서 사용될 수 있다.
본 개시내용은 예시적이지 제한하는 것이 아니다. 추가의 수정들이 본 개시내용에 비추어서 본 기술 분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것이고 첨부된 청구범위의 범위 내에 들도록 의도된다.

Claims (16)

  1. 발광 디바이스로서,
    자외선 또는 청색 광을 방출하는 LED; 및
    FWHM의 반치 전폭(full width at half maximum)으로 파장 λpk에서 방출 피크를 갖는 조합된 인광체 방출 스펙트럼을 제공하기 위해 상기 자외선 또는 청색 광에 의해 여기되고 이에 응답하여 더 긴 파장 광을 방출하는 하나 이상의 인광체
    를 포함하고;
    525㎚≥λpk≥0.039*FWHM+492.7㎚이고,
    λpk 및 FWHM은 ㎚로 표현되고;
    상기 하나 이상의 인광체는 (a) M4B14O25:Eu2+ 및 (b) A3B5O12:Ce3+로 구성된 그룹으로부터 선택되고, M은 Sr 및 Ca 중 하나 이상을 포함하고, A는 Y, Gd, 및 Lu 중 하나 이상을 포함하고, B는 Al, Ga, In 및 Sc 중 하나 이상을 포함하는, 발광 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 인광체는 M4B14O25:Eu2+를 포함하고, M은 Sr 및 임의로 Ca를 포함하고, B는 Al 및 임의로 Sc를 포함하는, 발광 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 인광체는 A3B5O12:Ce3+를 포함하고, A는 Y 및 Lu 중 하나 이상을 포함하고, B는 Al 및 Ga 중 하나 이상을 포함하는, 발광 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 인광체에 의해 방출된 상기 광으로부터 형성되고 상기 LED로부터의 청색 광을 임의로 포함하는, 상기 발광 디바이스로부터의 광학 출력은 1931 CIE 색 공간에서 x<0.2 및 0.32<y<0.4인 x,y 색점(color point)을 갖는, 발광 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조합된 인광체 방출 스펙트럼은 x<0.2 및 0.32<y<0.4를 만족시키지 않는 1931 CIE 색 공간 내의 x,y 색점을 갖고;
    상기 발광 디바이스로부터의 상기 광학 출력은 상기 발광 디바이스의 광학 출력의 x,y 색점을 상기 조합된 인광체 방출 스펙트럼의 색점으로부터 x<0.2 및 0.32<y<0.4인 색점으로 시프트하는 상기 LED로부터의 청색 광을 포함하는, 발광 디바이스.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 발광 디바이스로부터의 상기 광학 출력의 x,y 색점은 상기 LED에 의해 방출된 청색 광을 포함하지 않는, 발광 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 인광체는 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체를 포함하고, 특히 상기 하나 이상의 인광체는 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체만을 포함하고 다른 인광체들은 포함하지 않는, 발광 디바이스.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 인광체는 A3B5O12:Ce3+ 인광체를 포함하고, 특히 상기 하나 이상의 인광체는 A3B5O12:Ce3+ 인광체만을 포함하고 다른 인광체들은 포함하지 않는, 발광 디바이스.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 인광체는 M4B14O25:Eu2+ 및 A3B5O12:Ce3+를 포함하고, 상기 인광체들의 총 중량에 대해, A3B5O12:Ce3+는 0.50-30wt%의 중량 백분율로 가용한, 발광 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 인광체는 수지로 구성되고, 상기 수지 및 인광체들의 총 중량에 대해, 상기 하나 이상의 인광체는 50wt% 미만의 중량 백분율로 가용한, 발광 디바이스.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 LED는 AlInGaN 발광 다이오드이거나 이를 포함하는, 발광 디바이스.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 인광체에 의해 방출된 상기 광으로부터 형성되고 상기 LED로부터의 청색 광을 임의로 포함하는, 상기 발광 디바이스로부터의 광학 출력은 1931 CIE 색 공간에서 x<0.2 및 0.32<y<0.4인 x,y 색점을 갖고;
    상기 LED는 AlInGaN 발광 다이오드이거나 이를 포함하고;
    상기 하나 이상의 인광체는 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체를 포함하고, 임의로 상기 하나 이상의 인광체는 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체만을 포함하고 다른 인광체들은 포함하지 않는, 발광 디바이스.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LED는 AlInGaN 발광 다이오드이거나 이를 포함하고;
    상기 발광 디바이스로부터의 광학 출력은 상기 하나 이상의 인광체에 의해 방출된 상기 광 및 상기 LED에 의해 방출된 청색 광 성분으로부터 형성되고;
    상기 조합된 인광체 방출 스펙트럼은 x<0.2 및 0.32<y<0.4를 만족시키지 않는 1931 CIE 색 공간 내의 x,y 색점을 갖고;
    상기 발광 디바이스로부터의 상기 광학 출력의 청색 광 성분은 상기 발광 디바이스의 광학 출력의 x,y 색점을 상기 조합된 인광체 방출 스펙트럼의 색점으로부터 x<0.2 및 0.32<y<0.4인 색점으로 시프트하는, 발광 디바이스.
  14. 자동차의 자율 주행 상태를 시그널링하는 방법으로서,
    1931 CIE 색 공간에서 x<0.2 및 0.32<y<0.4인 x,y 색점을 갖는 광학 출력을 형성하기 위해 발광 디바이스를 동작시키는 단계; 및
    상기 광학 출력으로 상기 자율 주행 상태를 시그널링하는 단계
    를 포함하고;
    상기 발광 디바이스는
    자외선 또는 청색 광을 방출하는 LED; 및
    FWHM의 반치 전폭으로 파장 λpk에서 방출 피크를 갖는 조합된 인광체 방출 스펙트럼을 제공하기 위해 상기 자외선 또는 청색 광에 의해 여기되고 이에 응답하여 더 긴 파장 광을 방출하는 하나 이상의 인광체
    를 포함하고;
    525㎚≥λpk≥0.039*FWHM+492.7㎚이고;
    λpk 및 FWHM은 ㎚로 표현되는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 발광 디바이스는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 발광 디바이스를 포함하는, 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    - 상기 LED가 AlInGaN 발광 다이오드이거나 이를 포함하는 것;
    - 상기 하나 이상의 인광체가 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체를 포함하는 것;
    - 상기 하나 이상의 인광체가 Sr4Al14O25:Eu2+ 인광체만을 포함하고 다른 인광체들은 포함하지 않는 것;
    - 상기 조합된 인광체 방출 스펙트럼이 x<0.2 및 0.32<y<0.4를 만족시키지 않는 1931 CIE 색 공간 내의 x,y 색점을 갖고; 상기 발광 디바이스로부터의 상기 광학 출력이 상기 하나 이상의 인광체에 의해 방출된 상기 광 및 상기 LED에 의해 방출된 청색 광 성분으로부터 형성되고; 상기 발광 디바이스로부터의 상기 광학 출력의 청색 광 성분이 상기 발광 디바이스의 광학 출력의 x,y 색점을 상기 조합된 인광체 방출 스펙트럼의 색점으로부터 x<0.2 및 0.32<y<0.4인 색점으로 시프트하는 것
    중 하나 이상이 적용되는, 방법.
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