KR101055762B1

KR101055762B1 - 옥시오소실리케이트 발광체를 갖는 발광 물질을 채택한 발광 장치

Info

Publication number: KR101055762B1
Application number: KR1020090081949A
Authority: KR
Inventors: 이정훈; 월터 튜스; 로스 군둘라; 스타릭 데트레프
Original assignee: 서울반도체 주식회사
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-08-11
Also published as: US20110050090A1; TW201110415A; TWI569466B; KR20110024084A; US8535564B2

Abstract

옥시오소실리케이트 발광체를 갖는 발광 물질을 채택한 발광 장치가 개시된다. 상기 발광 장치는 자외선 또는 가시광선 영역의 광을 발생시키는 발광 다이오드와 상기 발광 다이오드 주위에 배치되어 상기 발광 다이오드로부터 방출된 광의 적어도 일부를 흡수하여 흡수광과 다른 파장의 광을 방출하는 발광 물질을 포함한다. 상기 발광물질은 알칼리토금속 옥시오소실리케이트 및 희토류 금속 옥시오소실리케이트 사이의 혼합상 형태의 고용체가 발광을 일으키는 Eu²⁺ 활성에 대한 기저 격자로서 사용되는 Eu²⁺-도핑된 규산염 발광체를 갖는다. 상기 발광 물질은 발광 다이오드에서 방출되는 예를 들어 자외선 방사 또는 청색광과 같은 더 높은 에너지의 주 방사를 긴 파장의 가시 방사로 변환시키기 위한 방사 변환체로서 사용되고, 따라서 바람직하게는 색이 있는 또는 백색의 광을 방출하는 발광 장치가 제공된다.

Description

옥시오소실리케이트 발광체를 갖는 발광 물질을 채택한 발광 장치{LIGHT EMITTING DEVICE EMPLOYING LUMINESCENT SUBSTANCE HAVING OXYORTHOSILICATE LUMINOPHORES}

본 발명은 무기 규산염에 기초한 발광 물질을 방사 변환체로서 채택한 발광 장치에 관한 것인데, 이 발광 장치는 예를 들어 자외선 방사 또는 청색광과 같은 더 높은 에너지의 초기 방사를 장파장의 가시 방사로 변환시키는 방사 변환체로 사용될 수 있는 상기 발광 물질을 채택함으로써 색이 있는 또는 백색의 광을 방출할 수 있다.

특히, 상기 변환 발광 물질을 포함하는 발광 장치는 특히 개선된 온도-의존 발광 효율 또는 양자효율에 의해 그리고 생성된 광의 방출에 기여하는 발광 물질의 더 긴 수명에 의해 특징된다. 특히, 발생하는 방사 부하 및 대기 습도와 다른 환경적 요인에 대한 발광체의 높은 안정성이 성취된다.

발광 장치(Light Emitting Device; LED)는 컬러 구현이 가능하여 표시등, 전광판 및 디스플레이용으로 널리 사용되고 있으며, 백색광을 구현할 수 있어 일반 조명용으로도 사용되고 있다. 이러한 발광 다이오드는 효율이 높고 수명이 길며 친 환경적이어서 그것을 사용하는 분야가 계속해서 증가하고 있다.

LED 기술분야에서 컬러, 예컨대 백색광을 구현하는 방식이 다양하게 제안되고 있으며, 통상 발광 다이오드 주위에 발광물질을 배치시켜 발광 다이오드에서 방출된 광과 상기 발광물질에 의해 변환된 광의 조합에 의해 백색광을 구현하는 기술이 사용되고 있다.

예를 들어, Sr₃SiO₅:Eu의 일반적 형태를 갖는 유로퓸-활성 알칼리토금속 옥시오소실리케이트는 색이 있는 또는 백색의 광을 방출하는 LED에서 사용되는 것이 알려져 왔고, 이러한 화합물에서 스트론튬 원소를 전체 또는 부분적으로 다른 알칼리토금속 이온으로 대체하는 것이 가능하다.

장파장용의 스트론튬 규산염 기반 발광 물질이 Sr_3-XSiO₅:Eu²⁺ 의 구조로 국제특허 공개번호 WO 2004/085570 A1에 개시되어 있는데, 여기에서 x = 0 < x ≤ 1 이다. 상기 발광 물질은 높은 발광 효율을 갖는 것으로 언급된다. 국제특허 공개번호 WO 2006/081803 A1은 (Sr, Ba, Ca)₃SiO₅:Eu 의 구조를 갖는 오소실리케이트로 구성된 클래스의 발광 물질이 개시되어 있다.

이들 공지된 발광체는 황색에서 오렌지색 범위의 가시 스펙트럼에서 방출하고, 자외 방사 또는 청색광의 여기하에서, 관련된 기술적 어플리케션에 요구되는 높은 발광 효율을 갖는다. 또한, 이 발광체들은 다양한 어플리케이션에 유리한 방출 스펙트럼의 작은 반치폭에 의해 그리고 상대적으로 낮은 온도 소광에 의해 구별되는 것으로 언급된다.

미국특허 공개번호 2006-261309 A1은 형광 혼합물을 개시하고 있는데, 이들은 황색광을 방출하고 두 개의 규산염 기반 상들을 갖고, 220 nm 내지 530 nm 범위의 파장을 갖는 방사원에 의하여 여기되면 555 nm 내지 580 nm 범위의 파장에서 주방출 강도를 갖는다. 제1 상은 실질적으로 결정구조 (M1)₂SiO₄ 를 갖고 제2 상은 실질적으로 결정구조 (M2)₃SiO₅ 를 갖는데, 여기에서 M1 및 M2는 각각 Sr, Ba, Mg, Ca 및 Zn으로부터 선택된다. 혼합물의 적어도 하나의 상은 0.0001중량%와 같거나 그보다 더 많은 Mg를 포함하고, 적어도 하나의 상은 2가 유로퓸 (Eu²⁺)으로 활성화되고 적어도 하나의 상은 도펀트 D를 포함하는데, 이는 F, Cl, Br, S 및 N을 포함하는 군으로부터 선택되며, 적어도 하나의 도펀트 원자는 발광 물질의 규산염 결정 호스트의 산소 원자의 격자 자리(site)에 정렬된다.

국제특허 공개번호 2007/035026 A1은 장파장 여기를 갖는 자외선용 규산염 발광 물질을 개시하는데, 이는 x = 0.50 내지 0.64 및 y = 0.38 내지 0.51의 색좌표를 갖는다. 이것은 화학식 (Sr_1-x-y-zA_xBa_nZn_y)₃SiO₅ : Re_z 로 대표되는데, 여기에서 A는 Ca 및 Mg 로부터 선택된 적어도 하나의 알칼리토금속이고, R은 희토류 금속을 나타내고, 0 ≤ x ≤ 0.5; 0 < y ≤ 0.5; 0 < z < 0.2 및 0 < n ≤ 1 이다. 상기 발광 물질은 기재 성분으로 스트론튬, 바륨, 아연 및 이산화규소와 활성 물질 성분으로 희토류 금속의 화학양론적 혼합물로부터 제조된다. 이로부터 생성된 혼합물이 발광 물질 제조를 위하여 100 내지 150 ℃ 에서 건조된다. 질소 및 수소를 포함하는 혼합 가스 분위기하 800 내지 1500 ℃ 에서 발광물질의 열처리가 이어진다. 스 트론튬 1몰당 알칼리토금속 0.001 내지 0.5 몰 및 아연 0.001 내지 0.5 몰이 그 후에 기재 성분에 첨가된다.

그러나 이러한 공지의 발광 물질의 단점은 이들이 사용 조건하에서 비교적 짧은 수명을 갖는다는 것이다. 이것은 특히 유로퓸-도핑된 알칼리토금속 옥시오소실리케이트의 높은 습도 민감성 때문이다. 이러한 치명적인 단점은 개시된 발광체의 기술적 적용을 완전히 방해하거나 적어도 상당한 정도로 제한할 수 있다.

본 발명의 목적은 개선된 성질, 특히 대기 습도에 상당히 증가된 안정성을 갖는 화학적으로 변형된 옥시오소실리케이트 발광 물질을 갖는 발광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예들에 따른 발광 장치는 자외선 또는 가시광선 영역의 광을 발생시키는 발광 다이오드와 상기 발광 다이오드 주위에 배치되어 상기 발광 다이오드로부터 방출된 광의 적어도 일부를 흡수하여 흡수광과 다른 파장의 광을 방출하는 발광 물질을 포함한다. 여기서, 상기 목적은, 발광을 일으키는 Eu²⁺ 활성에 대한 기저 격자로서 옥시오소실리케이트 발광 물질인 경우에, 알칼리토금속 옥시오소실리케이트 및 희토류 금속 옥시오소실리케이트 사이의 고용체, 소위 혼합상을 사용함으로써 달성된다. 이러한 고용체 형성은 고체 상태 기재의 안정성과, 대기 습도 및 다른 환경적 요인에 대한 해당 발광체의 실질적으로 개선된 내성을 가져온다. 이와 같은 방식으로, 본 발명의 발광 물질의 수명 및 그것으로부터 생산된 발광 장치의 수명이 영구적으로 향상될 수 있다.

상기 발광 물질은 일반식 (1-x)M^II ₃SiO₅ · x SE₂SiO₅:Eu 로 표현될 수 있다.

본 발명에 따른 발광 물질의 군은 Eu²⁺-도핑된 규산염 발광체를 포함하는데, 그를 위하여 알칼리토금속 옥시오소실리케이트 및 희토류 금속 옥시오소실리케이트 사이의 고용체, 소위 혼합상이 기저 격자로 사용된다. 두 개의 상이한 옥시오소실리케이트 유형들 사이의 고용체 형성체는 특정 농도 한계내에서 가능하며 검출된 특징에 의하면 (1-x)M^II ₃SiO₅ · x SE₂SiO₅ 로 표기된다.

상기 일반 구조식에서, M^II 는 바람직하게는 Sr의 알칼리토금속 이온을 나타내거나 다른 알칼리 토금속 이온 또는 마그네슘, 칼슘, 바륨, 구리, 아연 및 망간 원소로 이루어진 군에서 선택된 2가 금속 이온을 나타낼 수 있는데, 이들 이온들은 보통 스트론튬에 부가하여 또한 서로 정량 혼합되어 사용될 수 있다. 다만, 바륨의 경우에는, 스트론튬에 대한 완전한 대체가 가능하다. 한편, 스트론튬에 부가하여 함유되는 다른 2가 금속 이온들의 분율은 최대 0.5 일 수 있다.

일반식에 사용된 기호 SE는 희토류 금속을 나타내고, 이트륨, 란타늄 및 소위 란탄족 원소 즉, 58 내지 71의 원자 번호를 갖는 원소의 3가 금속 이온을 나타내나, 바람직하게는 이트륨, 란타늄, 가돌리늄 및 루테튬의 상응하는 이온들을 나타낸다. 이들 이온들은 개별적 성분 또는 서로의 혼합물로 기재 내로 함유될 수 있다.

유로퓸과 별도로 그리고 이 도핑 원소에 더하여, 원리적으로 예를 들어, 사마륨의 또는 이테르븀과 같은 2가 희토류 금속 이온 또는 예를 들어, 세륨 이온 (Ce³⁺) 과 같은 특정 3가 희토류 금속 이온이 또한 부활제(activator)로서 사용된 다.

발광 성질 및 안정성 거동(stability behaviour)을 최적화하는 목적으로, 상기 발광 물질의 조성물의 경우에 추가 변형이 가능하다. 따라서, 필요하다면, 예를 들어, 실리콘이 게르마늄에 의해 및/또는 알루미늄, 갈륨, 붕소 또는 인에 의해 치환될 수 있으나, 마지막으로 언급된 경우에서는 전하균형을 유지하기 위한 적절한 조치를 취해야 한다. 이것은 예를 들어, 리튬, 나트륨 또는 칼륨과 같은 1가 양이온 또는 플루오린, 염소, 브롬 또는 요오드와 같은 음이온을 본 발명에 따른 기저 격자 내로 추가로 함유시키는 것을 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 발광 물질은 화학식 (1-x)(Sr_3-a-b-zBa_aCa_bM^II _cEu_z)SiO₅ · x SE₂SiO₅ 을 갖는데,

여기에서 M^II = Mg, Cu, Zn 및/또는 Mn 이고,

SE = Y, La, Gd 및/또는 Lu 및/또는 원자 번호 58 내지 71의 란탄족으로 이루어진 군에서 선택된 다른 원소이고,

x ≤ 0.2, 특히 x ≤ 0.1이고,

0 ≤ a ≤ 3, 0 ≤ b ≤ 0.05, 0 ≤ c ≤ 0.05 및

z ≤ 0.25의 몰 분율이다.

알칼리토금속 옥시오소실리케이트 및 희토류 금속 옥시오소실리케이트는 각자의 양이온의 성질과 전하에 관련하여 서로 다를 뿐 아니라 실질적으로 상이한 결 정구조를 갖는다. 이에 대한 이유는 알칼리토금속 화합물이 공간군 P4/ncc 를 갖는 정방정계 격자를 형성하는 반면 희토류 금속 옥시오소실리케이트는 공간군 P2/c 및 B2/b를 갖는 단사정계로 결정화되기 때문이다.

화합물의 두 클래스는 희토류 금속 부활제(activator)로 도핑하는데 적합한 호스트 격자로 알려져 있다. 알칼리토금속 옥시오소실리케이트는, 기재된 바와 같이, 바람직하게 2가 이온, 즉 예를 들어 Eu²⁺ 이온으로 도핑되는 반면 3가 희토류 금속 이온들, 즉 예를 들어 Eu³⁺ 또는 Ce³⁺ 부활제가 당연히 희토류 금속 옥시오소실리케이트 기저 격자 내로 포함된다. 이러한 맥락에서, 발광 물질 Y₂SiO₅ : Ce 는 발광 물질의 이 클래스의 특별히 알려진 대표적인 예로서 언급되고, 이온화 또는 자외선으로 여기될 때 효과적인 방식으로 가시 스펙트럼의 청색 영역에서 방출하며, 따라서 특히 X-레이 탐지기, 전자 빔 튜브 또는 PDP 디스플레이에서 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 알칼리토금속 및 희토류 금속 옥시오소실리케이트들은, 특정 농도 제한 내에서, 고용체, 즉 서로의 결정 혼합상을 형성하고, 이러한 기저 격자의 Eu²⁺ 활성이 상당히 향상된 습도 안정성을 갖는 효율적 발광 물질이 되게 한다. 고용체 형성을 위한 농도 범위는 최대 15 몰%의 희토류 금속 옥시오소실리케이트에 이를 수 있다.

고에너지 방사로 여기하면, 본 발명에 따른 발광 물질은 그들의 특정 화학적 조성에 따라 스펙트럼의 가시 부분, 바람직하게는 560 내지 620nm 범위 내에서 방사한다. Eu²⁺ 발광에 대한 여기는 220nm의 자외선 범위에서 550nm의 가시 범위까지 연장되는데, 이는 본 발명의 발광체가 녹색 여기 방사로도 여기되어 효율적인 황색 내지 오렌지 또는 적색 발광을 나타낼 수 있다는 것을 뜻한다. 그들의 발광 성질 때문에, 상기 발광 물질은 자외선, 청색 또는 녹색 방사를 바람직하게는 황색, 오렌지 또는 적색 스펨트럼 범위에서 방출되는 장파장의 가시 광선으로 변환시키는 방사 변환체로서 사용될 수 있다. 따라서, 상기 발광 물질은 방사 변환체로서 색이 있는 광 또는 백색의 광을 방출하는 발광 장치에서 단독 또는 청색, 녹색, 황색 및/또는 적색광을 방출하는 다른 발광 물질과 함께 사용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 상기 발광 장치는 상기 발광 다이오드와 상기 발광 물질의 조합에 의해 백색광 또는 요구되는 색상의 광을 구현할 수 있다. 예컨대, 상기 발광 다이오드에서 방출된 광과 상기 발광 물질에서 방출된 광의 혼합에 의해 백색광 또는 요구되는 색상의 광이 구현될 수 있다. 또한, 상기 발광 물질 이외에 다른 발광물질이 추가되어 요구되는 색상의 광이 구현될 수도 있다.

상기 발광 물질은 상기 발광 다이오드의 측면, 상면 및 하부면 중 적어도 어느 일측에 배치될 수 있다. 또한, 상기 발광체는 접착제 또는 몰딩재에 혼합되어 상기 발광 다이오드의 주위에 배치될 수 있다.

한편, 상기 발광 다이오드 및 상기 발광 물질은 하나의 패키지 내에 결합될 수 있다. 이에 더하여, 상기 패키지 내에 다른 발광 다이오드가 결합될 수 있다. 상기 다른 발광 다이오드는 상기 발광 다이오드와 동일 또는 다른 파장의 광을 방출할 수 있으며, 예컨대 상기 발광 물질의 발광 피크 파장보다 더 장파장의 광을 방출할 수 있다.

상기 패키지는 인쇄회로기판 또는 리드프레임과 같이 상기 발광 다이오드가 실장되는 기판을 포함한다. 이에 더하여, 상기 패키지는 상기 발광 다이오드에서 방출된 광을 반사시키는 리플렉터를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 발광 다이오드는 상기 리플렉터 내에 실장된다.

또한, 상기 발광 장치는 상기 기판 상에서 상기 발광 다이오드를 봉지하는 몰딩부를 더 포함할 수 있다. 상기 발광물질은 상기 몰딩부 내에 분포될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 패키지는 히트싱크를 포함할 수 있으며, 상기 발광 다이오드는 상기 히트싱크 상에 실장될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드는 (Al, Ga, In)N 계열의 화합물 반도체로 형성된 발광 다이오드일 수 있다.

상기 발광 다이오드는 n형 반도체와 p형 반도체층 사이에 단일의 활성 영역을 갖는, 예컨대, 더블 헤테로 구조, 단일양자우물 구조, 다중양자우물 구조의 발광 다이오드일 수 있다.

또한, 상기 발광 다이오드는 단일 기판 상에 서로 이격된 복수개의 발광셀들을 구비할 수 있다. 상기 발광셀들은 각각 활성 영역을 구비하며, 이들 발광셀들이 배선을 통해 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 이들 발광셀들을 이 용하여 교류전원하에서 직접 구동될 수 있는 교류용 발광 다이오드가 제공될 수 있다. 이러한 교류용 발광 다이오드는, 단일 기판 상에 서로 연결된 브리지 정류기와 발광셀들의 직렬 어레이를 형성함으로써, 또는 단일 기판 상에 서로 역병렬로 연결된 발광셀들의 직렬 어레이들을 형성함으로써 외부의 직류-교류 변환기 없이 교류 전원에 연결되어 구동될 수 있다.

본 발명에 따르면, 개선된 온도-의존 발광 효율 또는 양자효율 및 장수명의 발광 물질을 채택함으로써 발생하는 방사 부하 및 대기 습도와 다른 환경적 요인에 대해 높은 안정성을 갖는 발광 장치를 제공할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 발광 장치를 구체적으로 설명한다.

(발광 장치)

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100)를 설명하기 위한 단면도이다. 도 1은 적어도 하나의 발광 다이오드와 발광 물질이 조합된 칩형 패키지를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 기판(1)의 양측 단부에 각각 전극패턴(5)이 형성되어 있고, 일측 전극패턴(5) 상에 1차 광을 발생시키는 발광 다이오드(6)가 실장되어 있다. 발광 다이오드(6)는 은(Ag) 에폭시와 같은 전도성 접착체(9)를 통해 전극패턴(5)에 실장되고, 도전성 와이어(2)를 통해 타측 전극패턴에 전기적으로 연결된 다.

발광 다이오드(6)는, 자외선 또는 가시광선 영역의 광을 방출하는 것으로, 질화갈륨 계열의 화합물 반도체로 제조될 수 있다. 특히, 상기 발광 다이오드(6)는 청색광을 방출할 수 있다.

발광 다이오드(6)가 실장된 기판(1) 상에서 발광 물질(3)이 상기 발광 다이오드(6)의 상면 및 측면에 도팅되어 있고, 경화성 수지로 형성된 몰딩부(10)가 상기 발광 다이오드(6)를 봉지한다. 여기서, 상기 발광 물질(3)이 상기 발광 다이오드(6) 근처에 도팅된 것으로 도시하였지만, 상기 발광 물질(3)은 몰딩부(10) 내에 전체적으로 고르게 분포될 수 있다. 상기 발광 물질(3)을 몰딩부(10) 내에 고르게 분포하는 방법은 US6,482,664호에 개시되어 있다.

한편, 상기 발광 물질(3)은 발광 다이오드(6) 주위에 배치되어 발광 다이오드로부터 방출된 광의 적어도 일부를 흡수하여 흡수광과 다른 파장의 광을 방출한다. 상기 발광 물질(3)은 알칼리토금속 옥시오소실리케이트와 희토류 금속 옥시오소실리케이트의 사이의 혼합상의 형태의 고용체가 발광을 일으키는 Eu²⁺ 활성에 대한 기저 격자로서 사용되는 것을 특징으로 하는 Eu²⁺-도핑된 발광체를 갖는 규산염 발광물질이다. 상기 발광 물질(3)에 대해서는 아래에서 상세히 설명된다.

전극패턴(5)을 통해 발광 다이오드(6)에 외부 전원이 연결되고, 이에 따라, 발광 다이오드(6)에서 1차광이 발생된다. 발광 물질(3)은 발광 다이오드(6)에서 방출된 1차광 중 적어도 일부를 흡수하여 1차광에 비해 장파장인 2차광을 방출한다. 이에 따라, 발광 다이오드(6)에서 방출된 1차광 중 변환되지 않은 1차광과 발광물질(3)에 의해 방출된 2차광들이 혼합된 혼합광이 발광 장치(100)의 외부로 방출되며, 이러한 혼합광에 의해 요구되는 색상의 광, 예컨대 백색광이 구현된다.

상기 발광 장치(100)는 2개 이상의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 이들 발광 다이오드들은 서로 동일하거나, 서로 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 예컨대, 상기 발광 장치(100)는 자외선 또는 청색광을 방출하는 서로 동일 또는 서로 다른 발광 다이오드들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광 장치(100)는 상기 발광 물질의 발광 피크 파장보다 더 장파장의 광을 방출하는 발광 다이오드, 예컨대 적색 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 이러한 장파장 발광 다이오드는 발광 장치(100)의 연색성을 향상시키기 위해 채택될 수 있다. 또한, 상기 발광 장치(100)는 상기 발광 물질(3) 이외에 다른 형광체를 더 포함할 수 있다. 상기 다른 형광체는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 오소실리케이트 형광체, YAG 계열의 형광체 또는 티오갤레이트 형광체 등을 포함한다. 이에 따라, 발광 다이오드(6) 및 발광 물질의 적절한 선택에 의해 사용자가 요구하는 색상의 광을 쉽게 구현할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 장치(200)를 설명하기 위한 단면도이다. 도 2는 리플렉터(21)를 구비하는 전형적인 탑형 패키지를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 발광 장치(200)는 앞에서의 발광 장치(100)와 유사한 구조를 가지며, 다만 기판(1) 상에 리플렉터(21)가 추가된다. 발광 다이오드(6)는 상기 리플렉터(21) 내에 실장된다. 리플렉터(21)는 발광 다이오드(6)에서 방출된 광을 반사시키어 특정 지향각 내의 휘도를 증가시킨다.

한편, 발광 물질(3)은, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 발광 다이오드(6) 주위에 배치되어 발광 다이오드로부터 방출된 광의 적어도 일부를 흡수하여 흡수광과 다른 파장의 광을 방출한다. 상기 발광 물질(3)은 리플렉터(21) 내에서 발광 다이오드(6) 상에 도팅되거나 경화성 수지 몰딩부(10) 내에 균일하게 분포될 수 있다. 상기 발광 물질(3)에 대해서는 아래에서 상세히 설명된다.

상기 발광 장치(200) 또한, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 방출 파장이 서로 동일하거나 서로 다른 2 개 이상의 발광 다이오드들을 포함할 수 있으며, 상기 발광 물질(3) 이외에 다양한 형광체를 더 포함할 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 나타낸 발광 장치들(100, 200)은 열전도성이 우수한 금속성 재료의 기판(1), 예컨대 메탈 PCB를 사용할 수 있다. 이러한 기판은 발광 다이오드(6)에서 생성된 열을 쉽게 방출한다. 또한, 상기 기판(1)으로는 리드 단자들을 포함하는 리드프레임을 직접 사용할 수도 있다. 이러한 리드 프레임은 발광 다이오드를 봉지하는 몰딩부(10)에 의해 둘러싸여 지지될 수 있다.

한편, 도 2에서 기판(1)과 리플렉터(21)는 서로 다른 재질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 재질로 형성될 수도 있다. 예컨대, 리드 단자들이 형성된 리드프레임을, PPA와 같은 플라스틱으로 삽입몰딩하여 기판(1)과 리플렉터(21)를 함께 형성할 수 있다. 그 후, 상기 리드 단자들을 절곡함으로써 전극패턴(5)이 형성된다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치(300)를 설명하기 위한 단면도이다. 상기 발광 장치(300)는 일반적으로 발광 다이오드 램프로 알려져 있 다.

도 3을 참조하면, 발광 장치(300)는 한 쌍의 리드전극(31, 32)을 포함하며, 일측 리드전극(31) 상단부에 컵 형상을 갖는 컵부(33)가 형성되어 있다. 컵부(33) 내에 적어도 하나의 발광 다이오드(6)가 전도성 접착제(9)를 통해 실장되고, 도전성 와이어(2)를 통해 타측 리드전극(32)에 전기적으로 연결된다. 복수개의 발광 다이오드가 컵부(33) 내에 실장될 경우, 발광 다이오드들은 서로 동일하거나 서로 다른 파장의 광을 방출할 수 있다.

한편, 상기 발광 다이오드(6) 주위에 발광 물질(3)이 배치된다. 발광 물질(3)은, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 발광 다이오드(6) 주위에 배치되어 발광 다이오드로부터 방출된 광의 적어도 일부를 흡수하여 흡수광과 다른 파장의 광을 방출한다. 상기 발광 물질(3)은 컵부(33) 내에서 발광 다이오드(6) 상에 도팅되거나, 상기 컵부(33) 내부에 형성된 경화성 수지 몰딩부(34) 내에 균일하게 분포될 수 있다. 상기 발광 물질(3)에 대해서는 아래에서 상세히 설명한다.

한편, 몰딩부(10)가 상기 발광 다이오드(6)와 발광 물질(3)을 봉지하며, 또한 상기 한 쌍의 리드전극(31, 32)의 부분들을 봉지한다. 상기 몰딩부(10)는 에폭시 또는 실리콘으로 형성될 수 있다.

한 쌍의 리드전극(31, 32)을 갖는 램프형 발광 장치(300)에 대해 도시 및 설명하였지만, 발광 장치(300) 내에 더 많은 리드전극들이 포함될 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치(400)를 설명하기 위한 단면도이다. 도 4는 고출력(high power)용 발광 다이오드 패키지를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 발광 장치(400)는 하우징(43) 내에 수용된 히트싱크(heat-sink, 41)를 포함한다. 상기 히트싱크(41)의 바닥면은 외부로 노출된다. 한편, 리드 단자들(44)이 하우징(43) 내에 노출되어 있으며, 하우징을 통해 외부로 연장된다. 히트싱크(41)의 상면에 적어도 하나의 발광 다이오드(6)가 도전성 접착제(9)를 통해 실장되고, 도전성 와이어를 통해 리드 단자들(44) 중 하나에 전기적으로 연결된다. 또한, 다른 도전성 와이어가 리드 단자들(44) 중 다른 하나와 히트싱크(41)을 연결하며, 그 결과, 상기 발광 다이오드(6)가 두 개의 리드단자들(44)에 각각 전기적으로 연결된다.

한편, 상기 히트싱크(41) 상의 발광 다이오드(6) 주위에 발광 물질(3)이 배치된다. 발광 물질(3)은, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 발광 다이오드(6) 주위에 배치되어 발광 다이오드로부터 방출된 광의 적어도 일부를 흡수하여 흡수광과 다른 파장의 광을 방출한다. 상기 발광 물질(3)은 히트싱크(41) 상에서 발광 다이오드(6) 상에 도팅되거나, 상기 발광 다이오드를 덮는 몰딩부(도시하지 않음) 내에 고르게 분포될 수 있다. 상기 발광 물질(3)에 대해서는 아래에서 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치(500)를 설명하기 위한 단면도이다.

도 5를 참조하면, 발광 장치(500)는 하우징(53) 및 상기 하우징에 결합되고, 서로 절연된 복수개의 히트싱크들(51, 52)을 포함한다. 상기 히트싱크들(51, 52) 상에 각각 발광 다이오드들(6, 7)이 도전성 접착제(9)를 통해 실장되고 도전성 와이어(도시하지 않음)를 통해 리드단자들(54)에 전기적으로 연결된다. 상기 리드단 자들(54)은 하우징 내에서 외부로 연장된다. 도면에서 두개의 리드단자들(54)을 도시하였지만, 더 많은 수의 리드단자들이 마련될 수 있다.

한편, 발광 물질(3)이 상기 발광 다이오드들(6, 7) 중 적어도 하나의 주위에 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 배치된다. 상기 발광 물질(3)에 대해서는 아래에서 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 발광 다이오드(6)가 도전성 접착제(9)를 통해 기판(1) 또는 히트싱크에 실장되고 하나의 도전성 와이어를 통해 전극 패턴 또는 리드단자에 전기적으로 연결되는 것으로 설명하였지만, 이러한 예는 상기 발광 다이오드(6)가 "1본드 다이", 즉 그 상부측 및 하부측에 각각 전극을 갖는 경우에 한정된다. 예컨대, 상기 발광 다이오드(6)가 상부측에 두 개의 전극을 갖는 "2본드 다이"인 경우, 상기 발광 다이오드(6)는 두 개의 도전성 와이어에 의해 각각 전극패턴들 또는 리드단자들에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 접착제는 도전성일 필요가 없다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드(6)는 (Al, Ga, In)N 계열의 화합물 반도체로 형성된 발광 다이오드일 수 있다.

상기 발광 다이오드(6)는 n형 반도체와 p형 반도체층 사이에 단일의 활성 영역을 갖는, 예컨대, 더블 헤테로 구조, 단일양자우물 구조, 다중양자우물 구조의 발광 다이오드일 수 있다.

또한, 상기 발광 다이오드(6)는 단일 기판 상에 서로 이격된 복수개의 발광셀들을 구비할 수 있다. 상기 발광셀들은 각각 활성 영역을 구비하며, 이들 발광셀 들이 배선을 통해 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 특히, 이들 발광셀들을 이용하여 교류전원하에서 직접 구동될 수 있는 발광 다이오드가 제공될 수 있다. 이러한 교류용 발광 다이오드는, 단일 기판 상에 서로 연결된 브리지 정류기와 발광셀들의 직렬 어레이를 형성함으로써, 또는 단일 기판 상에 서로 역병렬로 연결된 발광셀들의 직렬 어레이들을 형성함으로써 외부의 직류-교류 변환기 없이 교류 전원에 연결되어 구동될 수 있다. 상기 교류용 발광 다이오드는 복수개의 발광셀들을 배선을 통해 직렬로 연결하므로 동작 전압을 가정용 전원의 전압, 예컨대 110V 또는 220V의 전압으로 상승시킬 수 있으며, 따라서 가정용 전원에 의해 동작될 수 있는 발광 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 발광 물질(3)은 발광 다이오드(6)와 상기 발광 다이오드가 실장되는 기판(1) 또는 히트싱크 사이에 배치될 수도 있으며, 접착제(9) 내에 분포될 수도 있다. 이러한 발광 물질(3)은 발광 다이오드(6)에서 아래로 방출된 광의 적어도 일부를 흡수하여 다른 파장의 광을 방출한다.

위에서, 발광 장치의 몇 가지 구조에 대해 설명하였지만, 본 발명이 이들 구조에 한정되는 것은 아니며, 발광 다이오드의 종류, 전기적 연결 방식, 요구되는 광의 지향각 및 발광 장치의 사용 목적 등에 따라 그 구조가 다양하게 변형될 수 있다.

(발광 물질)

이하, 본 발명의 실시예들에 사용되는 발광 물질(3)에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 발광 물질의 군은 Eu²⁺-도핑된 규산염 발광체를 포함하는데, 알칼리토금속 옥시오소실리케이트 및 희토류 금속 옥시오소실리케이트 사이의 고용체, 소위 혼합상이 기저 격자로 사용된다. 두 개의 상이한 옥시오소실리케이트 유형들 사이의 고용체 형성체는 특정 농도 한계내에서 가능하며 검출된 특징에 의하면 (1-x)M^II ₃SiO₅ · x SE₂SiO₅ 로 표기된다.

유로퓸과 별도로 그리고 이 도핑 원소에 더하여, 원리적으로 예를 들어, 사마륨의 또는 이테르븀과 같은 2가 희토류 금속 이온 또는 예를 들어, 세륨 이온 (Ce³⁺) 과 같은 특정 3가 희토류 금속 이온이 또한 부활제(activator)로서 사용된다.

여기에서 M^II = Mg, Cu, Zn 및/또는 Mn 이고,

SE = Y, La, Gd 및/또는 Lu 및/또는 원자 번호 58 내지 71의 란탄족으로 이루어진 군에서 선택된 다른 원소이고, 몰 분율로서,

x ≤ 0.2, 특히 x ≤ 0.1이고,

0 ≤ a ≤ 3, 0 ≤ b ≤ 0.05, 0 ≤ c ≤ 0.05 및

z ≤ 0.25이다.

고에너지 방사로 여기하면, 본 발명에 따른 발광 물질은 그들의 특정 화학적 조성에 따라 스펙트럼의 가시 부분, 바람직하게는 560 내지 620nm 범위 내에서 방사한다. Eu²⁺ 발광에 대한 여기는 220nm의 자외선 범위에서 550nm의 가시 범위까지 연장되는데, 이는 본 발명의 발광체가 녹색 여기 방사로도 여기되어 효율적인 황색 내지 오렌지 또는 적색 발광을 나타낼 수 있다는 것을 뜻한다.

본 발명에 따른 발광 물질의 제조는 바람직하게 출발물질로 사용되는 알칼리토금속 및 희토류 금속 탄산염 또는 상응하는 산화물과 콜로이달(colloidal) SiO₂ 사이의 다단계 고온 고상 반응에 기초하여 수행되는데, 반응을 촉진하고 생성된 발광체의 입자 크기 분포를 조절하기 위하여 일정 양의 플럭스 또는 예를 들어, NH₄Cl과 같은 미네랄화 첨가제, 또는 특정 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 플루오르화물을 상기 반응 혼합물에 또한 첨가할 수 있다. 이들 출발물질들은 철저히 혼합된 후 비활성 또는 환원 분위기에서 1300 내지 1700℃의 온도에서 1 내지 48 시간동안 소성된다. 선택적으로, 발광 물질의 성질을 최적화시키기 위한 목적의 이 주 소성 공 정은 또한 상이한 온도 범위에서 복수의 소성 단계들을 가질 수 있다. 소성 공정이 끝난 후, 샘플은 상온으로 냉각되고, 예를 들어, 플럭스 잔류물 제거, 표면 결함의 최소화 또는 입자 크기 분포의 정밀한 조정을 목적으로 하는 적절한 후처리 공정을 하게 된다.

콜로이달 실리카 대신에, 질화규소(Si₃N₄)가 또한 사용되는 알칼리토금속 및 희토류 금속 화합물의 반응을 위한 반응체로서 사용될 수 있다. 우선 각각의 개별적인 알칼리토금속 또는 희토류 금속 옥시오소실리케이트 성분들을 서로 분리하여 제조한 후 목적에 적합한 온도 범위에서 반복된 열처리에 의해 고용체 형성을 확실하게 하는 것 또한 가능하다.

본 발명에 따른 발광 물질의 제조에 대한 상세한 정보가 복수의 실험예를 참조하여 아래에 기재되어 있다.

실험예 1

실험예 1은 먼저 본 발명의 발광 물질의 장점을 평가하는 기준 물질로 간주될 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ 조성을 갖는 스트론튬 옥시오소실리케이트 발광 물질의 제조를 설명한다.

상기 발광 물질의 제조를 위하여, SrCO₃ 217.75g, BaCO₃ 0.99g, Eu₂O₃ 3.52g, SiO₂ 31.54 g 및 NH₄Cl 2.68g이 철저하게 혼합되고, 그 후, 형성 가스 분위기에서 1350℃에서 4시간 동안 소성된다. 소성 공정이 끝난 후, 소성된 물질은 밀링으로 균질화되고, 그 후, 다시 적어도 5%의 수소 농도를 갖는 환원 N₂/H₂ 분위기에서 두 시간 동안 1350℃에서 열처리 시킨다. 상기 냉각된 소성 물질의 후처리는 밀링, 세척 공정의 수행 및 최종 생성물의 건조 및 체질을 포함한다.

실험예 2

실험예 2는 0.99·(Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅·0.01·Y₂SiO₅ 조성을 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제조를 설명하고 있다. 이 발광 물질은 실험예 1에 기재된 소성 조건을 유지하면서, 다음의 출발 물질 및 양이 사용되어 제조된다: SrCO₃ 215.58g, BaCO₃ 0.98g, Y₂O₃ 1.13g, Eu₂O₃ 3.47g, SiO₂ 31.54g 및 NH₄Cl 2.68g.

실험예 3

0.95·(Sr_2.8875Ba_0.01Cu_0.0025Eu_0.10)SiO₅·0.05·Gd₂SiO₅ 조성을 갖는 본 발명에 따른 발광 물질의 제조에서, SrCO₃ 202.48g, BaCO₃ 0.94g, CuO 0.094g, Gd₂O₃ 9.06g, Eu₂O₃ 8.36g 및 SiO₂ 30.94g이 실험예 3에서 출발물질로서 사용되고, 여기에 NH₄Cl 4.0g이 플럭스로서 첨가된다. 철저히 균질화한 후에, 상기 출발 혼합물이 고온 로(furnace)에 위치한 코런덤(corundum) 도가니로 옮겨진다. 여기에서, 고체 혼합물은 1200℃에서 10 시간 유지하는 제1 단계, 1550℃에서 5시간 유지하는 제2 단계 및 1350℃에서 유지하는 제3 단계를 갖는 소성 형태로 실행되고, 마지막 단계에서 체재 시간은 2시간이다. 소성은, 1550℃가 도달할 때까지는 순수 질소내에서, 1550℃ 단계 동안은 20% 수소를 갖는 N₂/H₂ 혼합 가스에서, 그 후에는 형성 가스(5% 수소)에서 수행되고, 1350℃ 소성 단계가 끝난 후에 최대한 빠른 속도록 냉각이 수행된다. 상기 발광 물질 샘플의 후처리는 실험예 1에 기재된 방식으로 수행된다.

실험예 4

실험예 4에 따른 변형체 제조는 우선 변형된 스트론튬 옥시오소실리케이트 및 희토류 금속 옥시오소실리케이트를 서로 별도로 제조하고, 그 후, 별도의 생성 단계에서 고용체 형성을 수행하는 것을 포함한다.

생성된 발광 물질은 0.995·(Sr_2.498Ba_0.45Ca_0.002Eu_0.05)SiO₅·0.005·La₂SiO₅ 조성을 갖는다.

(Sr_2.498Ba_0.45Ca_0.002Eu_0.05)SiO₅ 성분의 합성은 다음 양을 사용하여 실험예 1과 유사하게 수행된다: SrCO₃ 184.39g, BaCO₃ 44.40g, CaF₂ 0.078g, Eu₂O₃ 3.96g 및 SiO₂ 31.54g. 한편, 필요한 란탄 옥시오소실리케이트 La₂SiO₅ 는 La₂O₃ 325.81g, SiO₂ 55.2g 및 NH₄Cl 2.68g을 사용하여 일 단계 소성 공정으로 제조되는데, 철저히 혼합된 출발물질은 형성 가스에서 1380℃의 온도에서 6시간 동안 소성된다.

본 발명에 따른 발광 물질의 생성을 위하여, 조성에서, 상기 제조된 (Sr_2.498Ba_0.45Ca_0.002Eu_0.05)SiO₅ 성분 197.23g 및 La₂SiO₅ 0.96g이 철저한 혼합 공정을 거치고, 그 후, 질소-수소(5%) 기류에서 1150 ℃ 6시간 동안 가열된다.

도 6은 실험예 1 내지 4에서 그 제조 과정이 설명된 발광 물질의 X-선 회절 다이어그램을 보여준다. 그것들은 원칙적으로 선행 문헌에서 공지된 Sr₃SiO₅ 의 반사를 공통으로 갖는데, 회절 각도는 수행된 격자 치환 때문에 순수 Sr₃SiO₅ 상과 비교하여 약간 이동하였다. 단사정계 SE₂SiO₅ 상에 할당될 수 있는 반사의 존재에 대한 지시는 어느 다이어그램에서도 검출되지 않는다. 그러한 반사는 실제로 스트론튬 옥시오소실리케이트 및 상응하는 희토류 금속 옥시오소실리케이트 사이에서 고용체 형성에 대해 언급된 농도 제한의 외부에서만 발생한다.

물질	격자 상수
	a = b	c

상업적으로 입수가능한 Sr₃SiO₅ : Eu	6.962	10.771

(Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 기준	6.957	10.770

0.99 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.01 Y₂SiO₅	6.955	10.769
0.975 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.025 Y₂SiO₅	6.958	10.770
0.95 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.05 Y₂SiO₅	6.954	10.766

0.98 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.02 Gd₂SiO₅	6.957	10.770
0.95 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.05 Gd₂SiO₅	6.958	10.773
0.925 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.075 Gd₂SiO₅	6.956	10.769

0.995 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.005 La₂SiO₅	6.954	10.767
0.99 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.01 La₂SiO₅	6.957	10.768
0.975 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.025 La₂SiO₅	6.957	10.769

표 1은 실험예 2에 기술한 제조 방법과 유사하게 제조되는 본 발명에 따른 추가적 발광 물질의 격자 상수를 나열한다. 발광체의 격자 상수는 서로 매우 유사하다. 발광 물질의 기저 격자로서 사용된 옥시오소실리케이트 고용체에서 SE₂SiO₅ 의 비교적 적은 비율에 비추어, 격자 상수의 편차에 대해 명백한 경향을 검출할 수는 없다.

표 2에서, 상이한 옥시오소실리케이트 격자들 간의 고용체 형성의 지시는 본 발명에 따른 발광 물질의 열거된 발광 파라미터들로부터 분명하다. 특히, SE₂SiO₅ 의 비율 증가로 표시될 수 있는 방출 스펙트럼의 색 좌표 및 반치폭의 체계적 이동은 고용체 형성의 안전한 지시이다. 한편에서는 이트륨 옥시오소실리케이트 또는 가돌리늄 옥시오소실리케이트의 함유에서 다른 한편에서는 란탄 옥시오소실리케이트의 함유에서 차이가 발생한다. 이것은 각 희토류 원소의 이온 반경이 상이한 것에 기인하는 것으로 판단된다.

본 발명의 발광 물질의 발광 효율 및 그것의 온도 의존성은 공지의 Sr₃SiO₅ : Eu 발광 물질과 비교하여 개선된 것을 보여준다.

물질	분말 강도 450nm 여기	색 좌표		FWHM	강도 150℃
	%	x 값	y 값	nm	%

상업적으로 입수가능한 Sr₃SiO₅ : Eu	98.3				91.3

(Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 기준	100	0.5373	0.4604	68.4	91.5

0.99 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.01 Y₂SiO₅	99.6	0.5371	0.4604	69.5	91.4
0.975 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.025 Y₂SiO₅	100.8	0.5362	0.4611	70.5	92.5
0.95 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.05 Y₂SiO₅	98.7	0.5343	0.4629	70.9	92.1

0.98 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.02 Gd₂SiO₅	101.3	0.5361	0.4614	70.1	93.2
0.95 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.05 Gd₂SiO₅	100.2	0.5358	0.4615	71.3	91.4
0.925 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.075 Gd₂SiO₅	97.9	0.5346	0.4625	72.7	92.0

0.995 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.005 La₂SiO₅	102.0	0.5377	0.4602	68.5	87.6
0.99 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.01 La₂SiO₅	102.5	0.5382	0.4596	68	87.2
0.975 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.025 La₂SiO₅	99.2	0.5352	0.4624	67.9	87

표 2에 기록된 결과들은, 그들의 제조 방법에 기초하여, 본 발명에 따른 발광 물질이 비교적 또는 약간 높은 발광 효율로 제조될 수 있다는 것을 보여준다. 도 7에서, 본 발명의 실험예 1 내지 4에 따른 발광 물질의 방출 스펙트럼이 함께 도시되어 있다.

물질의 습도 안정성을 평가하기 위하여, 발광 물질의 해당 샘플들이 조건화 된 챔버에서 온도 85℃ 및 상대 습도 85%에서 7일의 기간 동안 저장된다. 그 후, 상기 발광체들이 150 ℃에서 건조되고, 그 후, 발광 효율의 비교 측정이 수행된다. 그러한 검사의 전형적인 결과가 표 3에 열거되어 있다.

물질	분말 강도 450nm 여기	강도 150 ℃	강도 가습테스트 후
	%	%	%

상업적으로 입수가능한 Sr₃SiO₅ : Eu	98.3	91.3	69.3

(Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 기준	100	91.6	72.0

0.99 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.01 Y₂SiO₅	99.6	91.4	93.6
0.975 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.025 Y₂SiO₅	100.8	92.5	95.1
0.95 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.05 Y₂SiO₅	98.7	92.1	91.3

0.98 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.02 Gd₂SiO₅	101.3	93.2	89.7
0.95 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.05 Gd₂SiO₅	100.2	91.4	94.2
0.925 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.075 Gd₂SiO₅	97.9	92.0	95.3

0.995 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.005 La₂SiO₅	102.0	87.6	90.3
0.99 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.01 La₂SiO₅	102.5	87.2	88.8
0.975 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ - 0.025 La₂SiO₅	99.2	87	86.4

데이터에서 보듯이, Sr₃SiO₅ : Eu 구조의 공지의 발광 물질 및 기준 목적으로 제조된 (Sr_2.95Ba_0.01Eu_0.04)SiO₅ 발광 물질은 모두 가습 과정의 완료후에는 원래 발광 효율의 약 70%만을 갖는다. 이에 비해, 알칼리토금속 옥시오소실리케이트 및 희토류 금속 옥시오소실리케이트를 포함하는 혼합상 기저 격자를 갖는 본 발명의 유로퓸-도핑된 옥시오소실리케이트 발광 물질은 상당히 향상된 습도 내성을 갖는다. 85℃/85% 가습 분위기에서 7일 동안 저장한 후에, 90%보다 큰 발광 효율, 최적화된 샘플의 경우에는 95%보다 큰 발광 효율이 여전히 발견된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100)를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 장치(200)를 설명하기 위한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치(300)를 설명하기 위한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치(400)를 설명하기 위한 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 상이한 발광 물질의 X-선 회절 다이어그램이다.

도 7은 본 발명에 따른 상이한 조성의 발광 물질의 방출 스펙트럼이다.

표 1은 Eu²⁺-활성 (1-x)M^II ₃SiO₅ · x SE₂SiO₅ : Eu 발광 물질의 격자 상수에 대한 데이터이다.

표 2는 본 발명에 따른 예시적 발광 물질의 광학 및 성능 파라미터이다.

표 3은 옥시오소실리케이트 발광 물질의 습도 안정성 조사 결과이다.

Claims

발광 다이오드; 및

상기 발광 다이오드 주위에 배치되어 상기 발광 다이오드로부터 방출된 광의 적어도 일부를 흡수하여 흡수광과 다른 파장의 광을 방출하는 발광물질을 포함하고,

상기 발광물질은 알칼리토금속 옥시오소실리케이트 및 희토류 금속 옥시오소실리케이트 사이의 혼합상 형태의 고용체가 발광을 일으키는 Eu²⁺ 활성에 대한 기저 격자로서 사용되는 Eu²⁺-도핑된 규산염 발광체를 갖는 발광 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 발광체는 일반식 (1-x)M^II ₃SiO₅ · x SE₂SiO₅:Eu 로 표시되며,

여기에서 M^II 는 2가 금속 이온을 나타내고, 스트론튬 이온 및 바륨 이온으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, SE는 희토류 금속을 나타내는 것을 특징으로 발광 장치.
청구항 2에 있어서, M^II는 마그네슘, 칼슘, 구리, 아연 및 망간으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 2가 금속이온을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 발광체에서 상기 마그네슘, 칼슘, 구리, 아연 및 망간으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 2가 금속이온의 분율은 최대 0.5인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 희토류 금속은 이트륨, 란타늄 및 58 내지 71의 원자 번호를 갖는 란탄족으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 3가 금속 이온을 포함하는 발광 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 희토류 금속은 이트륨, 란타늄, 가돌리늄 및 루테튬 원소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 3가 금속 이온을 포함하는 발광 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 발광체는 부활제로서 유로퓸에 더하여, 2가 희토류 금속 이온 또는 3가 희토류 금속 이온을 더 포함하는 발광 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 2가 희토류 금속 이온 부활제는 사마륨 또는 이테르븀 이온인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 3가 희토류 금속 이온 부활제는 세륨 이온 (Ce³⁺) 인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 발광체는 화학식 (1-x)(Sr_3-a-b-zBa_aCa_bM^II _cEu_z)SiO₅ · x SE₂SiO₅ 로 표현되며,

여기에서 M^II는 Mg, Cu, Zn 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나이고,

SE는 Y, La, 및 원자 번호 58 내지 71의 란탄족으로 이루어진 군에서 선택된 원소이고,

x ≤ 0.2,

0 ≤ a ≤ 3, 0 ≤ b ≤ 0.05, 0 ≤ c ≤ 0.05 및

z ≤ 0.25인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
청구항 10에 있어서, x ≤ 0.1인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 발광 다이오드에서 방출된 광과 상기 발광 물질에서 방출된 광의 혼합에 의해 백색광 또는 요구되는 색상의 광이 구현되는 발광 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 발광 물질은 560 내지 620nm 사이에 발광 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 발광 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 발광 다이오드 및 상기 발광 물질은 하나의 패키지 내에 결합되어 있는 발광 장치.
청구항 14에 있어서, 상기 패키지 내에 결합된 다른 발광 다이오드를 더 포함하되, 상기 다른 발광 다이오드는 상기 발광 물질의 발광 피크 파장보다 더 장파장의 광을 방출하는 발광 장치.
청구항 14에 있어서, 상기 패키지는 기판을 포함하고,

상기 발광 다이오드는 상기 기판 상에 실장된 발광 장치.
청구항 16에 있어서, 상기 기판은 인쇄회로기판 또는 리드프레임을 포함하는 발광 장치.
청구항 17에 있어서,

상기 기판 상에서 상기 발광 다이오드를 봉지하는 몰딩부를 더 포함하고, 상기 발광물질은 상기 몰딩부 내에 분포되어 있는 발광 장치.
청구항 14에 있어서, 상기 패키지는 히트싱크를 포함하고,

상기 발광 다이오드는 상기 히트싱크 상에 실장된 발광 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 발광 다이오드는 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드인 발광 장치.
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