KR20140139557A - 광변환용 세라믹 복합체 및 그것을 이용한 발광 장치 - Google Patents

광변환용 세라믹 복합체 및 그것을 이용한 발광 장치 Download PDF

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KR20140139557A
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Abstract

형광 주파장을 580㎚까지 장파장화할 수 있고, 또 570 내지 580㎚의 범위 내에서 임의로 조정할 수 있으며, 장파장화해도 형광 강도가 저하되지 않고, 발광 불균일을 억제한 광변환용 세라믹 복합체를 제공한다. 또, 내열성이 우수하고, 백색 발광 장치의 고출력화에 바람직한 광변환용 세라믹 복합체를 제공한다. 또한, 상기 광변환용 세라믹 복합체를 이용한 발광 장치를 제공한다. 적어도 제1상 및 제2상의 2개의 산화물상이 연속적으로 또한 삼차원적으로 상호 얽힌 조직을 가진 식 (1)로 표시되는 조성물로 이루어진 응고체로서, 상기 제1상이, 형광을 발하는 Ce에 의해 활성화된 (Tb, Y)3Al5O12상이며, 상기 제2상이 Al2O3상인 것을 특징으로 하는 광변환용 세라믹 복합체이다.

Description

광변환용 세라믹 복합체 및 그것을 이용한 발광 장치{CERAMIC COMPLEX FOR LIGHT CONVERSION AND LIGHT-EMITTING DEVICE USING SAME}
본 발명은, 디스플레이, 조명 및 백라이트 광원 등에 이용되는 발광 다이오드 등의 발광 장치에 이용되는 광변환용 세라믹 복합체에 관한 것이다.
최근, 청색 발광 소자를 발광원으로 하는 백색 발광 장치의 개발 연구가 한창 행해지고 있다. 특히, 청색 발광 다이오드 소자를 이용한 백색 발광 다이오드는, 경량으로, 수은을 사용하지 않고, 장수명이므로, 금후, 수요가 급속히 확대될 것이 예측되고 있다. 또, 발광 소자로서 발광 다이오드 소자를 이용한 발광 장치를 발광 다이오드(LED)라 한다. 청색 발광 다이오드 소자의 청색광을 백색광으로 변환하는 방법으로서 가장 일반적으로 수행되고 있는 방법은, 청색과 보색 관계에 있는 황색을 혼색함으로써 유사하게 백색을 얻는 것이다. 예를 들어, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 청색을 발광하는 다이오드 소자의 전체 면에, 청색광의 일부를 흡수해서 황색광을 발하는 형광체를 함유하는 코팅층을 설치하고, 그 앞에 광원의 청색광과 형광체로부터의 황색광을 혼색하는 몰드층 등을 설치함으로써, 백색 발광 다이오드를 구성할 수 있다. 형광체로서는, 세륨에 의해 활성화된 YAG(Y3Al5O12)(이하, YAG:Ce라 할 경우가 있음) 분말 등이 이용된다.
청색 발광 다이오드 소자와 YAG:Ce 형광체를 이용한 백색 발광 장치에 있어서, 현재 일반적으로 사용되고 있는 청색 발광 다이오드 소자의 광은, 피크 파장이 460㎚ 부근인 청색(예를 들어, CIE1391 색도 좌표(이하, 단지 "색도"라 할 경우가 있음) Cx=0.135, Cy=0.08)이다. 이것은, YAG:Ce 형광체의 발광 효율이 이 파장영역에서 높아지기 때문이다. 한편, 발광 파장의 조정이 되어 있지 않은 YAG:Ce(이하, "무조정 YAG:Ce"라 할 경우가 있음) 형광체의 색은, 피크 파장을 530 내지 545㎚ 부근에 가지는 황색(예를 들어, 색도 Cx=0.41, Cy=0.56)이다. 이 때문에 460㎚ 부근의 청색 발광 다이오드 소자로부터의 광과 무조정 YAG:Ce 형광체로부터의 광을 혼색한 경우, 백색(예를 들어, 6000K: 색도 Cx=0.32, Cy=0. 34)보다 녹색 쪽으로 빠져버린다. 따라서, 이 구성에 의해 백색을 얻기 위해서는, 형광의 피크 파장이 보다 적색 측(장파장 측)에 있는 YAG:Ce 형광체를 이용할 필요가 있다.
또한, 백색 발광 다이오드는, 디스플레이, 조명, 및 백라이트 광원 등의 용도에서 요구되는 색도 범위(색 온도)가 다르기 때문에, 이용하는 형광체도 용도에 맞춰서 선택할 필요가 있다. 그리고, LED의 색도를 안정시키기 위해서는, 복수의 형광체를 동시에 이용하는 것보다도, 1종의 형광체를 사용하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 브로드한 형광 스펙트럼을 지니는 YAG:Ce 형광체에서는, 발광 파장의 기준으로서 형광의 주파장을 요구 범위 내에 설정하는 것이 필수적이다. 통상적으로는, 형광체 재료의 피크 파장을 장파장 측 혹은 단파장 측으로 이동시킴으로써 발광 파장의 조정이 행해지고 있다.
형광체 재료의 피크 파장을 이동시키는 방법으로서, 예를 들어, YAG:Ce 형광체는, 활성화제인 Ce의 양을 증감시킴으로써, 형광 파장의 피크를 10㎚ 정도, 장파장 측으로 이동시킬 수 있는 것이 공지 기술로서 알려져 있다(비특허문헌 1). 또한, Y 원소를 Gd 원소로 일부 치환함으로써, 형광 파장의 피크를 장파장 측으로 시프트시키는 것이 공지 기술로서 알려져 있다(비특허문헌 2 및 3). 이와 같이 해서 형광 파장을 장파장 측으로 조정한 YAG:Ce 형광체와 청색 발광 다이오드 소자를 조합시켜서 백색 발광 다이오드를 구성하여, 백색(색도 Cx=0.33, Cy=0.33)을 얻는 방법이 특허문헌 1에서 제안되어 있다.
한편, 본 발명자들은, YAG:Ce 형광체상과 Al2O3상을 포함하는 복수의 산화물상이 연속적으로 또한 삼차원적으로 상호 얽혀서 형성되어 있는 응고체로 이루어진 광변환용 세라믹 복합체, 그리고 청색 발광 소자와 상기 광변환용 세라믹 복합체를 이용해서 구성되는 백색 발광 장치를 제안하고 있다(특허문헌 2). 상기 광변환용 세라믹 복합체는, YAG:Ce 형광체상이 균일하게 분포되므로, 균질한 황색 형광을 안정적으로 얻을 수 있고, 또한 세라믹이기 때문에 내열성이 우수하다. 또, Al2O3상이 산화물의 주구성상이기 때문에, 수지 분산계보다 열전도가 양호하면서도 내자외선성을 지니고 있다는 우수한 점을 지니고 있다. 또한, 그 자체가 벌크(bulk)체이기 때문에, 특허문헌 1과 같이, 백색 발광 장치의 구성에 수지를 필요로 하지 않는다. 이 때문에, 광변환용 세라믹 복합체를 이용한 백색 발광 장치는, 편차가 작고, 또 고출력화에 극히 바람직하다.
특허문헌 2에 기재된 광변환용 세라믹 복합체에 있어서도, 본 발명자들은, 특허문헌 3에 기재된 바와 같이 응고체 전체의 조성을 조정함으로써, 형광 파장의 피크를 550 내지 560㎚, 또는 540 내지 580㎚의 범위에서 조정할 수 있는 것을 나타내고 있다. 단, 특허문헌 3에 기재된 일방향 응고법에 의해 얻어지는 광변환용 세라믹 복합체는, Gd나 Ce의 비율을 많게 하고, 형광 파장을 장파장 측으로 조정하면, YAG:Ce 형광체상 및 YAG: (Gd, Ce)형광체상 및 Al2O3상 이외의 상이 생성되어, 얻어지는 백색광의 스펙트럼의 적분값(전체 방사속(total radiant flux))이 작아지는 일이 있는 것을 알 수 있었다. 이 문제에 대응하기 위해서, 특허문헌 4에서는, YAG:Ce 형광체상 및 YAG: (Gd, Ce)형광체상 및 Al2O3상 이외의 상의 생성을 억제함으로써, 광변환용 세라믹 복합체의 형광 파장의 피크를 장파장 측으로 조정해도 높은 방사측을 유지하는 광변환용 세라믹 복합체를 얻는 것이 가능해지고 있다.
J. Physics and Chemistry of Solids, vol, 65 (2004) p845-850 머티어리얼 인테그레이션(マテリアルインテグレ-ション), vol. 16，No. 7, (2003) p41-46 응용 물리 제71권 제12호 (2002) p1518-1522
그러나, 특허문헌 4에 기재된 방법에 의해 얻어진 광변환용 세라믹 복합체는, Gd나 Ce의 비율을 많게 하고, 예를 들어 570㎚ 이상으로 형광 파장을 조정해서 높은 방사속을 유지해도, 광변환용 세라믹 복합체의 광출사면 내에서 광의 불균일이 생겨버린다고 하는 문제가 있는 것으로 판명되었다. 이 때문에, 광변환용 세라믹 복합체를 이용한 백색 발광 장치에 있어서도, 이들 발광 불균일이 커져 버리는 문제가 있다.
그래서, 본 발명의 목적은, 형광 주파장을 580㎚까지 장파장화할 수 있고, 또 570 내지 580㎚의 범위 내에서 임의로 조정할 수 있으며, 장파장화해도 형광 강도가 저하하지 않고, 발광 불균일을 억제한 광변환용 세라믹 복합체를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 내열성이 우수하고, 백색 발광 장치의 고출력화에 바람직한 광변환용 세라믹 복합체를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 광변환용 세라믹 복합체를 이용한 발광 장치를 제공하는 것에 있다.
이상의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 특정한 조성 범위의 형광을 발하는 Ce에 의해 활성화된 (Tb, Y)3Al5O12상과 Al2O3상이 연속적으로 또한 삼차원적으로 상호 얽힌 조직을 가진 광변환용 세라믹 복합체가, 형광 주파장의 장파장화가 가능하여, 570 내지 580㎚의 범위 내에서 임의로 조정할 수 있고, 또 형광 주파장을 장파장화해도 형광 강도가 저하되지 않으며, 또한 발광 불균일을 억제할 수 있고, 내열성이 우수하며, 백색 발광 장치의 고출력화에 바람직한 것을 찾아내어, 본 발명에 이르렀다.
즉, 본 발명의 제1 양상에 의하면, 적어도 제1상 및 제2상의 2개의 산화물상이 연속적으로 또한 삼차원적으로 상호 얽힌 조직을 가진 하기 식 (1)로 표시되는 조성물로 이루어진 응고체로서, 상기 제1상은, 형광을 발하는 Ce에 의해 활성화된 (Tb, Y)3Al5O12상이며, 상기 제2상은 Al2O3상인 것을 특징으로 하는 광변환용 세라믹 복합체가 제공된다:
Figure pct00001
상기 광변환용 세라믹 복합체에 있어서, 상기 식 (1) 중의 c를, 0.002≤c≤0.02로 하고, 상기 광변환용 세라믹 복합체를, 광출사 방향의 두께가 80㎛ 이상 400㎛ 이하인 평판 형상으로 할 수 있다.
또, 상기 광변환용 세라믹 복합체에 있어서, 파장 420 내지 500㎚에 피크를 지니는 광을 흡수함으로써, 570 내지 580㎚에 주파장을 지니는 형광을 발하는 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 광변환용 세라믹 복합체에 있어서, 파장 420 내지 500㎚에 피크를 지니는 광을 수광하여, 상기 광의 일부를 여기광으로 해서 형광을 발하고, 상기 광의 일부를 투과시켜 투과광을 발하는 광변환용 세라믹 복합체로서, 상기 형광과 상기 투과광이 혼합된 백색광을 발하는 것으로 할 수 있다.
또, 상기 광변환용 세라믹 복합체에 있어서, 상기 백색광의 색도를, CIE 색도좌표 (Cx, Cy)에 있어서, (0.30, 0.32), (0.34, 0.30), (0.42, 0.41), (0.38, 0.45)로 둘러싸인 영역으로 할 수 있다.
본 발명의 제2 양상에 의하면, 발광 소자와 상기 광변환용 세라믹 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 제3 양상에 의하면, 파장 420 내지 500㎚에 피크를 지니는 발광 소자와, 상기 광변환용 세라믹 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치가 제공된다.
상기 발광 장치에 있어서, 상기 발광 소자를 발광 다이오드 소자로 하는 것이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 형광 주파장을 580㎚까지 장파장화할 수 있고, 또 570 내지 580㎚의 범위 내에서 임의로 조정할 수 있으며, 장파장화해도 형광 강도가 저하되지 않고, 발광 불균일을 억제하며, 내열성이 우수하고, 백색 발광 장치의 고출력화에 바람직한 광변환용 세라믹 복합체 및 그것을 이용한 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 광변환용 세라믹 복합체의 단면의 광학현미경 사진;
도 2는 본 발명의 발광 장치의 일 실시형태를 나타내는 모식적 단면도;
도 3은 실시예 1에 따른 광변환용 세라믹 복합체의 X선 회절도
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 광변환용 세라믹 복합체의 형광 스펙트럼도;
도 5는 본 발명의 광변환용 세라믹 복합체를 이용한 발광 장치로부터 발광되는 전체 광속의 CIE 색도 Cx 및 Cy를 설명하는 CIE 색도도;
도 6은 실시예 3 및 비교예 3에 따른 발광 장치의 발광 시의 발광면 내의 휘도 라인 분석도.
이하, 본 발명에 따른 광변환용 세라믹 복합체 및 그것을 이용한 발광 장치에 대해서, 바람직한 일 실시형태를 상세히 설명한다.
(광변환용 세라믹 복합체)
본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체는, 적어도 제1상 및 제2상의 2개의 산화물상이 연속적으로 또한 삼차원적으로 상호 얽힌 조직을 가진 하기 식 (1)로 표시되는 조성물로 이루어진 응고체로서, 상기 제1상은 형광을 발하는 Ce에 의해 활성화된 (Tb, Y)3Al5O12상이며, 상기 제2상은 Al2O3상이다:
Figure pct00002
본 실시형태에 있어서, 「2개의 산화물상이 연속적으로 또한 삼차원적으로 상호 얽힌 조직」이란, 2종의 산화물 입자끼리 결합한 조직이 아니고, 그 단면은 도 1에 나타낸 바와 같은 조직을 보이고 있다. 각 상 간에, 비정질 등의 경계상이 존재하지 않고, 산화물상끼리 직접 접하고 있는 조직이다.
식 (1) 중의 x, a, b 및 c는 다음 방법에 의해 구할 수 있다. 우선, 본 실시형태에 따른 광변환용 세라믹 복합체의 분쇄물을 탄산나트륨과 붕산으로 가열 융해시킨 후, 염산 및 황산을 가해서 가열 용해시킨다. 얻어진 용해물에 대해서, 유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석(ICP-AES)을 행하여, Al, Tb, Y 및 Ce의 상대중량을 구하고, 그 결과로부터 x, a, b 및 c를 산출할 수 있다.
식 (1) 중의 x는 0.23 <x <0.30이며, 0.238≤x≤0.294이 바람직하다. 식 (1) 중의 x가 0.23 이하 또는 0.30 이상일 경우에는, 제1상 또는 제2상이 조대화하는 영역이 응고체에 광범위하게 생겨, 응고체에 크랙이 발생하기 쉬워진다. 또, 크랙이 발생하지 않을 경우라도, 조대화한 제1상 또는 제2상에 의해, 형광 주파장의 편차가 커지거나, 발광 불균일이 억제되지 않는 시료가 존재하거나 하므로, 본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체를 구비한 백색 발광 장치가 백색 발광 장치로서 적당하지 않게 되기 위므로 바람직하지 못하다.
식 (1) 중의 b/a는 0≤b/a≤4이다. 식 (1) 중의 b/a가 4를 초과할 경우에는, 형광 주파장이 570㎚ 미만으로 되어, 장파장화의 효과가 얻어지지 않기 때문에 바람직하지 못하다.
식 (1) 중의 c는 0 <c≤0.025이며, 0.002≤c≤0.02이 바람직하다. 식 (1) 중의 c가 0인 경우에는, 형광을 발현하는 활성화 원소가 존재하지 않으므로, 세라믹 복합체의 제1상이 형광체상으로서 기능하지 않는다. 또, c가 0.025보다 클 경우에는, 광변환용 세라믹 복합체를 백색 발광 장치에 적용할 때에, 대상으로 하는 백색 영역의 색도의 범위에 따라서는 백색 발광을 얻기 위한 광변환용 세라믹 복합체의 두께가 상당히 얇게, 예를 들어, 50㎛ 미만의 두께까지 얇게 할 필요가 있고, 그 경우, 약간의 시료의 두께의 차이에 의해서 적절한 백색을 얻는 것이 곤란해진다. 그 때문에, 후술하는 바와 같은 평판 형상을 지니는 본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체를 구비한 백색 발광 장치의 발광을 일정한 색도로 유지하는데에, 평판 형상을 지니는 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 높은 정밀도로 갖출 필요가 생겨, 품질의 안정성의 관점에서 바람직하지 못하다. 또한, 상기 적절한 백색이란, 청색광과 황색광이 적절한 비율로 혼합된, 황색 또는 청색의 색조가 지나치게 강하지 않은 백색인 것이다.
본 실시형태에 따른 광변환용 세라믹 복합체의 구성상은, 해당 광변환용 세라믹 복합체를 분쇄한 분말의 X선 회절도의 피크를 동정함으로써 확인할 수 있다. 또, 제1상에 Y 및 Ce 원소가 함유되어 있는 것은, 경면 상태의 단면을 전계방출형 주사 전자현미경에 의해서 원소 분석함으로써 확인할 수 있다. 원소 분석 시에 촬영한 반사 전자상은, 제1상((Tb, Y)3Al5O12상) 및 제2상(Al2O3상)을, 흑백의 명도의 차이로 명확히 식별 가능하다. 상기 반사 전자상과 동시야의 구성 원소 매핑도로부터, Y 및 Ce 원소의 분포 영역이 반사 전자상에서의 제1상으로 동정된 영역 및 Tb원소분포 영역과 일치하는 것을 판단할 수 있다. 이들은, Y 또는 Ce가 (Tb, Y)3Al5O12상에 존재하고 있는 것을 나타내는 것이다.
본 실시형태에 있어서는, 제1상 및 제2상 이외의 산화물상은 극히 적지만, 형광 특성에 영향을 주지 않는 범위에서 존재하는 일이 있다. 제1상 및 제2상 이외의 산화물상으로서는, 일반적으로, CeAlO3상, CeAl11O18상 및 (Y, Ce)AlO3상 등의 복합 산화물상을 들 수 있다.
본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체는, 파장 420 내지 500㎚에 피크를 지니는 광(여기광)을 흡수함으로써, 570 내지 580㎚에 주파장을 지니는 형광을 효율적으로 발할 수 있다. 이것에 의해, 황색 형광을 효율적으로 얻을 수 있다. 본 실시형태에 따른 광변환용 세라믹 복합체는, 여기광이, 파장 400 내지 419㎚ 혹은 501 내지 530㎚에서도, 효율이 저하되지만, 형광을 발할 수 있다. 또한, 여기광이, 파장 300 내지 360㎚의 근자외광에서도, 형광을 발할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 주파장이란, CIE 색도도에 있어서의, 백색점의 좌표: Cx=0.33, Cy=0.33과 시료(광변환용 세라믹 복합체)의 발광 스펙트럼의 좌표의 두개의 점을 지나는 직선과 단색 궤적의 교점에서 구해지는 파장이며, 그 광을 대표하는 파장이다. 형광의 주파장은, 니혼분코사(JASCO Corporation) 제품인 FP6500에 적분구를 조합시킨 고체 양자효율 측정장치에 의해 측정할 수 있다. 본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체가 발하는 형광 주파장은, CeO2의 비율, 즉, 식 (1) 중의 c에 따라서는 거의 변화되지 않고, 식 (1) 중의 x 및 b/a에 의해서, 570 내지 580㎚의 범위 내에서 임의로 조정할 수 있다.
또, 본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체는, 파장 420 내지 500㎚에 피크를 지니는 광을 수광하여, 그 광의 일부를 여기광으로 해서 형광을 발하고, 또한, 다른 일부를 투과시켜 투과광을 발함으로써, 상기 형광과 상기 투과광이 혼합된 백색광을 발할 수 있다.
백색의 색도의 범위는, 색을 보는 방향에 개인차가 있으므로, 일반적으로 엄밀하게는 규정할 수 없지만, 본 실시형태에서는, 이하의 색도 범위 내에 있는 광을 백색이라고 한다. 색도도 상에서, 흑체의 색 온도가 2500 내지 15000K의 범위에서 그려진 흑체 궤적의 상하에 위치하는 영역으로서, 해당 흑체 궤적으로부터의 편차(Δuv)가 약 0.02 이내에 존재하는 영역이다. 여기에서, Δuv란, uv 색도도 상에서 그린 해당 흑체 궤적과 광의 xy 색도값으로부터 변환한 uv 색도의 거리이다. 즉, 상관 색온도로 2500 내지 15000K에 상당하는 광을 백색이라 한다.
본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체가 발하는 백색광의 색도는, CIE 색도좌표(Cx, Cy)에 있어서, (0.30, 0.32), (0.34, 0.30), (0.42, 0.41), (0.38, 0.45)로 둘러싸인 영역, 즉, 난색계(暖色系)의 백색 영역인 것이 바람직하다. 본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체는, 파장 420 내지 500㎚에 피크를 지니는 광을 수광 함으로써 상기 영역의 백색을 발할 수 있으므로, 발광 불균일이 적은 난색계의 백색을 발광하는 백색 발광 장치를 구성할 수 있다.
본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체는, 수광하는 광의 일부를 다른 파장의 광으로 변환시켜 수광면 이외의 발광면으로부터 방사하고, 변환되지 않은 광을 그대로 투과시켜 수광면 이외의 발광면으로부터 방사할 수 있으므로, 그것을 가공하는 것만으로 발광 장치의 광변환부재로 할 수 있다. 발광 장치로부터의 발광은, 변환된 형광과 투과한 투과광이 혼합된 색도를 나타낸다. 해당 색도는 상기 백색 영역의 범위 내의 색도로 하는 것이 가능하다.
본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체는, 평판 형상으로 함으로써, 면 형태로 구성되는 발광 소자의 출사면과 광변환용 세라믹 복합체의 주면이 거의 평행해지도록 용이하게 위치 맞춤 가능하므로 바람직하다. 이에 부가해서, 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 거의 일정하게 함으로써, 통과하는 광의 파장변환량을 거의 균일하게 해서 혼색의 비율을 안정시켜, 발광면에서의 발광 불균일을 억제할 수 있다. 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 증대시킴으로써, 발광 소자가 발하는 여기광을 광변환용 세라믹 복합체가 수광함으로써 광변환용 세라믹 복합체의 제1상이 발하는 형광을 증가시킬 수 있으므로, 여기광과 형광을 합성한 광의 색도를, 백색 영역의 범위 내에서 원하는 색도값으로 조정할 수 있다.
본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체가 평판 형상일 경우, 광변환용 세라믹 복합체의 광출사 방향의 두께는, 80㎛ 이상 400㎛ 이하인 것이 바람직하다. 광출사 방향의 두께가 80㎛ 미만에서는, 여기광과 해당 광변환용 세라믹 복합체가 발광하는 광을 합성한 광을 백색 영역의 범위 내의 색도로 조정하는 것이 어렵게 되는데다가, 광로 길이가 짧기 때문에 충분한 혼색이 얻어지지 않아 색 불균일이 생기기 쉬워지므로, 바람직하지 못하다. 광출사 방향의 두께가 400㎛를 초과하면, 광변환용 세라믹 복합체 측면의 표면 상태에 따라서는, 그 측면에서 반사된 광이 출사광에 혼합됨으로써, 발광면에서 휘도 불균일 혹은 색 불균일(발광 불균일)이 생겨 버리는 일이 있으므로 바람직하지 못하다. 또, 발광 장치의 구성에 따라서는, 형광의 비율이 상대적으로 높은(청색광에 대하여 황색광의 비율이 상대적으로 높은), 백색이 아닌 광이 광변환용 세라믹 복합체의 측방에 누설됨으로써 측방으로부터의 광으로 불균일이 생겨버리는 일이 있으므로, 바람직하지 못하다.
본 실시형태에 있어서는, 특히 식 (1) 중의 c가 0.002≤c≤0.02이며, 광출사 방향의 두께가 80㎛ 이상 400㎛ 이하인 평판 형상을 지니는 광변환용 세라믹 복합체를, 백색 발광 장치에 적용하면, 청색광과 황색광이 적절한 비율로 혼합된 적절한 백색의 발광을 얻을 수 있으므로, 식 (1) 중의 c가 0.002≤c≤0.02이며, 광출사 방향의 두께가 80㎛ 이상 400㎛ 이하인 평판 형상을 지니는 광변환용 세라믹 복합체는 특히 바람직하다.
본 실시형태에 있어서는, 광변환용 세라믹 복합체를 이용한 백색 발광 장치의 발광 시의 광출사면(발광면) 내에서, 휘도 분포와 색도 분포에 불균일이 생기고 있는 상태를 발광 불균일이라 칭한다. 발광 불균일이 크다는 것은, 발광하고 있는 발광 장치의 발광면에 2차원 휘도계 등의 광학 측정 기기의 초점을 맞추어 측광하고, 그 결과를 휘도 분포 혹은 색도 분포로서 색 표시한 경우, 스폿 형상 혹은 라인 형상으로 휘도 혹은 색도가 크게 다른 영역이 복수 관찰되는 상태이다. 이 상태일 경우, 발광면을 라인 분석하면, 휘도 혹은 색도는, 이들 라인 상의 평균치와의 차이가 커진다. 반대로, 발광 불균일이 작다는 것은, 스폿 형상 혹은 라인 형상의 영역의 휘도 혹은 색도가 분석 라인 상의 평균치와의 차이가 작거나, 이들 영역이 명료하게 판별될 수 없는 상태이다. 이 상태일 경우, 발광면을 라인 분석하면, 휘도 혹은 색도는 라인 상의 이들의 평균치와의 차이가 작다.
광변환용 세라믹 복합체의 발광 불균일은, 형광체상인 제1상의 치환 원소, 특히 Ce의 제1상 내에 있어서의 편석이 원인인 것으로 여겨진다. 편석이란, 대상의 원소가 해당 결정상 중에 균일하게 분포되지 않고, 일부의 영역에 치우쳐서 존재하는 것이다. 활성화 원소의 Ce가 제1상 내에서 편석되어 있는 영역이 있으면, 그 영역에서는 필요 이상의 강한 형광을 발하게 된다. 이 형광 성분이, 발광 소자를 형성했을 때의 발광면에서의 고휘도, 고색도를 나타내는 영역으로 되어, 휘도 불균일, 색도 불균일로 되어서 관찰된다.
따라서, 본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체로 발광 불균일이 억제되는 것은, Tb가 존재함으로써, 종래의 광변환용 세라믹 복합체에 비해서, 그 제조 시에 Ce가 제1상인 (Tb, Y)3Al5O12상에 편입되기 쉬워지게 됨으로써, 제1상 내의 원소분포의 균일성이 높아져, 상기 편석의 발생이 감소한 것으로 추측된다.
종래의 광변환용 세라믹 복합체에 있어서, 형광 주파장을 장파장화할 목적으로 Y보다 이온 반경이 큰 Gd를 첨가하면, 후술하는 비교예 3 및 4와 같이 발광 불균일이 커진다. 이온 반경이 작은 Y와 큰 Ce 사이의 크기의 이온 반경을 지니는 Gd로 Y를 치환하는 종래의 광변환용 세라믹 복합체에 있어서는, 형광 주파장의 장파장화와 맞바꾸어져서, 제1상에 있어서의 Ce의 분포의 균일성이 나빠져 발광 불균일이 커진다.
Tb는, Gd와 마찬가지로 이온 반경이 작은 Y와 큰 Ce 사이의 크기의 이온 반경을 지니고 있어, Tb와 Gd의 이온 반경의 차이는, Y와 Gd의 차이에 비하면 근소하므로, 치환 원소의 분배(융액(融液)으로부터 결정상으로의 편입 방법)에 대하여, Tb가 Gd와는 전혀 다른, 오히려 반대인 영향을 주는 것은, 일반적인 단결정(단일의 결정 상으로 이루어진 재료)의 응고에 관한 기술 상식으로부터는 상정하기 어렵다. 본 실시형태에 있어서, 융액 중 혹은 제1상 중에 Tb가 존재하는 것이, Gd가 존재함으로써로는 발현되지 않는 제1상에 있어서의 Ce의 분포의 균일성을 향상시키는 작용을 나타낸 이유는 불명료하지만, 본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체의 응고가, 일반적인 단결정의 응고와는 달리, 1개의 액체 상태(융액)와 2개의 고상(제1상 및 제2상)이 평형 상태에 있는 반응이며, 활성화 원소가 분배되지 않는 제2상이 존재하고 있는 것과 관계되어 있는 것으로 추측된다. 또한, 본 실시형태의 응고와 같은 특수한 반응계에서는, 1개의 액상과 1개의 고상이 평형 상태에 있는 일반적인 단결정의 응고의 반응계보다도, 구성 원소의 액상으로부터 고상으로의 분배에 대한, 이온 반경 이외의 어떠한 인자의 영향이 커졌을 가능성이 있는 것으로 추측된다.
따라서, 본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체가, 활성화 원소를 일의적으로 포함하는 단일 용해물을 응고시켜, 활성화 원소가 분배되는 산화물상(제1상)과 활성화 원소가 분배되지 않는 산화물상(제2상)을 형성하는 특징적인 제조 방법에 의해 제조되는 세라믹 복합체이기 때문에, 본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체의 제조에 있어서, Ce가 특정한 비율의 Tb와 공존한 상태의 용해물이 응고됨으로써, Ce가 제1상인 (Tb, Y)3Al5O12상에 편입되기 쉬워지는 것으로 여겨진다. 그것에 따라서, Ce의 제1상 내에서의 편석이 억제되어서, 발광 불균일이 억제되는 것으로 여겨진다.
(광변환용 세라믹 복합체의 제조 방법)
다음에, 본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체의 제조방법에 대해서 설명한다.
본 실시형태에 따른 광변환용 세라믹 복합체는, 식 (1)의 조성과 동일한 조성의 원료 산화물을 융해시켜서, 소정 조건의 일방향 응고법에 의해 융해물을 응고시킴으로써 제작할 수 있다. 예를 들면, 융해 온도(약 1800℃) 이상의 소정 온도로 유지한 도가니에 주입한 원료 산화물의 융해물을, 냉각 속도를 제어하면서 냉각 응결(응고)시키는 간단한 방법으로 응고체를 얻을 수 있다. 일방향 응고법은, 고상/액상 계면에 최적인 온도 구배를 부여하고, 결정 성장을 일방향으로 컨트롤해서 응고를 행하는 방법이다. 일방향 응고법에 있어서는, 함유되는 결정 상은 단결정 상태로 연속적으로 성장한다.
원료 산화물은, 적어도 1개의 산화물상이 형광체상이며, 또한 식 (1)로 표시되는 조성물을 제작할 수 있는 것이면, 본 출원인이 먼저 개시한 세라믹 복합 재료(일본국 공개 특허 평7-149597호 공보, 일본국 공개 특허 평7-187893호 공보, 일본국 공개 특허 평8-81257호 공보, 일본국 공개 특허 평8-253389호 공보, 일본국 공개 특허 평8-253390호 공보 및 일본국 공개 특허 평9-67194호 공보, 그리고 이들에 대응하는 미국 출원(미국 특허 제5,569,547호, 미국 특허 제5,484,752호 및 미국 특허 제5,902,963호))을 이용할 수 있다. 이들 출원 및 특허의 개시 내용은 본 명세서에 참조해서, 본 출원에 포함시키는 것이다.
일방향 응고법은, 응고 방향에 부여되는 온도 저하 구배 및 응고 방향으로의 이동 속도를 제어한다. 온도 저하 구배란, 예를 들어, 일방향 응고법을, 융해물이 수용된 도가니의 이동, 또는 융해물의 끌어 올림, 끌어 내림에 의해 행할 경우에 있어서는, 응고 방향에 대하여 평행한 방향으로 일정 간격으로 설치된 열전쌍 등으로 측정된 가열 수단의 1㎝일 때마다의 온도차이다. 온도 저하 구배는, 20℃/㎝ 이상이 바람직하며, 25℃/㎝ 이상이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 제1상 및 제2상 이외의 산화물상의 생성을 억제시키는데 유효하다. 온도 구배가 20℃/㎝보다 낮으면, CeAlO3상, CeAl11O19상 등의 복합 산화물상이 높은 체적 비율로 생성되고, 청색 발광 소자와 본 발명에 따른 광변환용 세라믹 복합체로부터 백색 발광 장치를 구성했을 경우에, 백색 발광 장치로부터 얻어지는 전체 방사속이 작아질 경우가 있다. 또한, 상기 복합 산화물상에는 Ce가 함유되어 있으므로, 제1상에 함유되는 Ce의 양이 감소되어 버릴 경우가 있다.
또한, 이동 속도란, 예를 들어, 일방향 응고법을 도가니의 이동, 또는 융해물의 끌어올림, 끌어내림에 의해 행할 경우에 있어서는, 응고 방향에 대하여 평행한 방향으로 도가니 등이 이동하는 속도이다. 이동 속도는, 25㎜/시간 이하가 바람직하며, 1 내지 15㎜/시간이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 제1상 및 제2상 이외의 산화물상의 생성을 억제시키는데 유효하다. 이동 속도가 25㎜/시간을 초과하면, 상기와 마찬가지로, CeAlO3상이나 CeAl11O19상 등의 복합 산화물상이 높은 체적 비율로 생성되고, 청색 발광 소자와 본 실시형태에 따른 광변환용 세라믹 복합체로부터 백색 발광 장치를 구성했을 경우에, 백색 발광 장치로부터 얻어지는 전체 방사속이 작아질 경우가 있다. 또한, 상기 Ce를 포함하는 복합 산화물상이 높은 체적 비율로 생성되므로, 제1상에 함유하는 Ce의 양이 감소되어 버릴 경우가 있다.
이상과 같은 조건에서의 일방향 응고법이, 본 실시형태에 따른 광변환용 세라믹 복합체가 되는 응고체의 제조에 바람직하다. 그러나, 상기 조건 이외에도, 제1상 및 제2상이 공존해서 응고되면, 본 실시형태에 따른 광변환용 세라믹 복합체가 되는 응고체를 제조할 수 있다.
(발광 장치)
다음에, 본 실시형태에 따른 발광 장치에 대해서 설명한다.
본 실시형태에 따른 발광 장치는, 발광 소자로부터 발하는 광을 광변환용 세라믹 복합체에 조사하여, 광변환용 세라믹 복합체를 투과한 광 및 광변환용 세라믹 복합체에 의해 파장변환된 형광을 이용하는 발광 장치이다.
본 실시형태에 따른 발광 장치로서는, 예를 들어, 도 2에 나타낸 발광 장치(1)를 들 수 있다. 발광 장치(1)는, 파장 570 내지 580㎚에 형광 주파장을 지니는 광변환용 세라믹 복합체(3)와, 420 내지 500㎚에 피크를 지니는 광을 발하는 발광 소자(4)를 구비한다. 광변환용 세라믹 복합체(3)는, 평판 형상으로 형성되어 있다. 단결정 기판(2)은, 광변환용 세라믹 복합체(3) 밑에, 광변환용 세라믹 복합체(3)와 평행하게 되도록 배치되어 있다. 발광 소자(4)는, 단결정 기판(2)에 형성되어 있고, 기판 측과는 다른 면에서 전극(5), (6)을 개재해서 패키지(7)에 접속되어 있다. 발광 소자(4)는, 보라색 내지 청색의 광을 발하는 소자이며, 그 파장에 맞춰서 백색이 얻어지도록, 발광 소자(4)로부터 발하는 보라색 내지 청색광을, 단결정 기판(2)을 투과시킨 후에, 형광 피크 파장의 조정을 행한 광변환용 세라믹 복합체(3)에 입사시킨다. 그것에 의해서 여기된 제1상(형광체상)으로부터의 황색 형광과, 제2상(비형광체상)으로부터의 자색 내지 청색의 투과광이, 제1상과 제2상이 연속적으로 또한 삼차원적으로 상호 얽혀 균일하게 분포된 구조의 응고체 내를 통과함으로써, 광이 균질하게 혼합되어, 색 불균일이 작은 백색을 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체는, 형광체상을 포함하는 각 산화물상이 연속적으로 또한 삼차원적으로 상호 얽혀서 존재한다. 그 때문에, 본 실시형태에 따른 광변환용 세라믹 복합체로부터는, 570 내지 580㎚의 임의의 형광 주파장으로 조정된 균질한 황색 형광을 효율적으로 안정적으로 얻을 수 있다. 또한, 산화물 세라믹으로 구성되어 있기 때문에 내열성·내구성이 우수하다.
또, 본 실시형태의 발광 장치는, 본 실시형태에 따른 광변환용 세라믹 복합체를 구비하고 있으므로, 파장 조정된 균질한 황색 형광에 의해, 청색 발광 소자와 조합시켜서, 임의의 색조의 백색 발광이 가능하고, 또한, 균질하여 색 불균일이 작은 고휘도의 백색 발광이 가능하다. 나아가, 본 실시형태의 발광 장치는, 본 실시형태의 광변환용 세라믹 복합체를 구비하고 있으므로, 광변환용 세라믹 복합체 자체가 벌크체이며 봉입 수지가 필요 없으므로 열이나 광에 의한 열화가 없고, 고출력화, 고효율화가 가능하다.
또한, 본 실시형태의 발광 장치는, 그 발광 소자가 발광 다이오드 소자인 것이 바람직하다. 본 실시형태에 따른 광변환용 세라믹 복합체와 청색 발광 다이오드 소자를 조합시켜서, 고효율의 발광 장치를 구성할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해서, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 우선, 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 형광 강도의 측정 방법, 광변환용 세라믹 복합체의 구성상의 동정법, 및 발광 장치와 그 발광면 내에서의 발광 불균일의 판정 방법에 대해서 설명한다.
(형광 주파장, 형광 강도의 측정 방법)
광변환용 세라믹 복합체로부터 채취한 φ16㎜×0.2㎜의 원반 형상 시료에 대해서, 니혼분코사 제품인 고체 양자 효율 측정장치를 이용해서, 여기광의 파장은 460㎚로 해서 형광특성평가를 행하고, 형광 주파장을 측정하였다. 또한, 형광 강도는, 후술하는 비교예 1의 최대 형광 강도를 100으로 한 상대값인 상대 형광 강도로 하였다.
(광변환용 세라믹 복합체의 구성상의 동정법)
광변환용 세라믹 복합체의 구성상은, 광변환용 세라믹 복합체를 분쇄한 분말의 X선 회절도의 피크를 동정함으로써 확인하였다. 또, 제1상에 Y 및 Ce 원소가 함유되어 있는 것은, 경면 상태의 단면을 전계방출형 주사 전자현미경에 의해 원소 분석함으로써 확인하였다. 또한, 반사 전자상과 동일 시야의 구성 원소 매핑도로부터, Y 및 Ce 원소의 분포 영역이, 반사 전자상에 의해 제1상으로 동정된 영역 및 Tb 원소 분포 영역과 일치하는 것을 확인함으로써, Y 또는 Ce가 (Tb, Y)3Al5O12상에 존재하고 있는 것을 확인하였다.
(발광 장치의 발광 색도의 측정 방법)
도 2에 나타낸 바와 같은 발광 장치(1)를 제작하였다. 광변환용 세라믹 복합체(3)는, 응고체로부터 채취한 1㎜×1㎜×0.08 내지 0.5㎜의 평판 형상 시료로 하였다. 발광 소자(4)는, 파장 463㎚의 청색광이 발광되는 LED로 하였다. LED를 발광시켜서 청색광을 평판 형상 시료의 밑면에 조사하고, 밑면의 반대면으로부터 방사된 방사속을, 적분구를 이용한 시판의 LED 측정 시스템으로 측정하였다. 측정된 방사속이 광변환용 세라믹 복합체의 형광특성을 반영한 값을 나타내는 것을 확인하였다. 상기 발광 장치를 발광시켜서, 적분구에 받아들인 그 발광의 전체 광속으로부터 색도를 측정하였다. 측정한 색도로부터, 복수의 두께의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체를 구비한 발광 장치에 의해 백색광이 얻어지는 것을 확인하였다.
(발광 불균일의 평가 방법)
광변환용 세라믹 복합체의 발광 불균일의 평가를 이하의 방법에 의해 행하였다. 발광 불균일은, 해당 광변환용 세라믹 복합체가 발광하는 광의 색도에 의해 변화되므로, 백색 영역 내에서 평가하는 색도 Cy를 정하고, 그 색도의 광을 발광하는 두께의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체를 구비한 발광 장치에 의해 발광 불균일을 평가하였다.
광변환용 세라믹 복합체의 두께의 증대와 함께, 발광 장치의 발광의, 색도 Cx 및 Cy의 값은 커지므로, Cx 및 Cy를 변수로 한 2축 그래프와 광변환용 세라믹 복합체의 두께와 Cy를 변수로 한 2축 그래프를 작성하고, 그 근사선으로부터 색도 Cy가 0.35가 될 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 구하였다.
발광 장치의 발광의 전체 광속의 색도 Cy가 0.35±0.005의 범위에 들어가도록 선택한 두께의 1㎜×1㎜ 크기의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체를 구비한 발광 장치(1)의 발광면의 발광면 내의 휘도 분포, 색도 분포를, 사이버네트사 제품인 휘도·조도·색도 측정 시스템에 의해 측정하였다. 측정한 발광면 내의 휘도 분포, 색도 분포에 대해서, 0.1㎜ 간격으로 종횡 방향으로 각 9개의 라인 분석(합계 18개)을 행하여, 라인 상의 휘도 혹은 색도와, 면 내의 휘도 혹은 색도의 평균치와의 차이(변동량)를 측정해서 최대 변동량(가장 큰 변동량)을 구하였다. 도 6은 라인 분석의 예이다. 도면 중의 가로축은 발광 소자의 중심으로부터의 거리, 세로축은 면 내의 휘도의 평균치를 기준값(0)으로 했을 때의 휘도의 변동량(%)을 나타낸다. 라인 상의 휘도 또는 색도의 평균치로부터의 최대 변동량이 ±10% 이내인 것을 기준 내로 해서, 최대 변동량이 ±10%를 초과하는 기준 외가 되는 라인의 수가 복수개 없으면, 발광 불균일이 억제되어 있는 것으로 판정하였다. 본 발명의 광변환용 세라믹 복합체를 포함한 발광 장치에서는, 휘도 분포의 최대치가 색도 분포의 최대치보다도 커졌기 때문에, 본 발명의 모든 실시예 및 비교예에 있어서는, 발광 불균일의 판정에는 휘도 라인 분포의 측정 결과를 이용하였다.
(실시예 1)
α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.773몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.227×0.997몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.227×0.003몰이 되도록 칭량하였다. 이들 분말을 에탄올 중, 볼 밀(ball mill)에 의해 16시간 습식 혼합한 후, 증발기를 이용해서 에탄올을 탈용매시켜 원료 분말을 얻었다. 원료 분말은 진공로 중에서 예비 융해시켜 일방향 응고의 원료로 하였다.
다음에, 이 원료를 그대로 몰리브덴 도가니에 주입하고, 상부에 융해 보유 구역이, 하부에 상하 방향(응고 방향)에 50℃/㎝의 온도 구배가 설정된 냉각 구역이 설치된 일방향 응고장치의 융해 보유 구역에 세트하고, 1.33×10-3㎩(10-5Torr)의 압력 하에서 원료를 융해시켰다. 다음에 동일한 분위기에 있어서, 몰리브덴 도가니를 5㎜/시간의 속도로 하강시켜서, 몰리브덴 도가니를 하부에서부터 냉각시킴으로써, Tb3Al5O12상:Ce상 및 Al2O3상으로 이루어진 실시예 1에 따른 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 상대 형광 강도를 표 1에 나타낸다.
또한, 도 3에 실시예 1의 광변환용 세라믹 복합체를 분쇄한 분말의 X선 회절도를 나타낸다. 실시예 1의 광변환용 세라믹 복합체는, Tb3Al5O12 및 Al2O3의 피크를 지니고 있는 것이 확인되었다. 또한, 응고 방향에 대해서 수직인 단면을 전계방출형 주사 전자현미경에 의해 원소 분석함으로써, Tb3Al5O12상에 Ce가 존재하는 것이 확인되었으므로, 실시예 1의 광변환용 세라믹 복합체가 Ce에 의해 활성화된 Tb3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것이 확인되었다. 실시예 1의 광변환용 세라믹 복합체의 응고 방향에 대해서 수직인 단면 조직 사진을 도 1에 나타낸다. 도 1의 A의 검은 부분이 제2상(Al2O3상), B의 흰 부분이 제1상(Ce에 의해 활성화된 Tb3Al5O12상)이다.
이어서, 실시예 1의 광변환용 세라믹 복합체로부터, 두께가 다른 1㎜×1㎜ 크기의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체를 채취해서, 이들 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체와, 463㎚에 피크를 지니는 광을 발하는 발광 소자를 구비하는 발광 장치를, 광변환용 세라믹 복합체의 두께마다 제작하였다. 다음에, 발광 장치를 발광시켰을 때의 적분구에 받아 들인 전체 광속으로부터 색도를 측정하였다. 도 5에 묘화된 색도는, 색도값이 작은 쪽으로부터, 각각 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 0.15, 0.20, 0.24㎜로 했을 때의 발광 장치의 발광의 색도예이다. 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께가 적어도 0.15 내지 0.24㎜의 범위의 사이일 경우에는, 그것을 구비한 발광 장치가 백색 영역의 색도에 들어가는 것을 확인하였다. 즉, 실시예 1의 광변환용 세라믹 복합체를 이용한 발광 장치에 의해 백색광이 얻어지는 것을 색도로 확인할 수 있었다. 또한, 두께에 의한 색도 변화량으로부터, 발광 장치에 이용한 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 조절함으로써, 발광 장치의 발광의 색도 Cy를 도 5에 나타낸 0.30 내지 0.41의 색도범위로 조정할 수 있는 것을 알 수 있었다.
다음에, 측정한 발광 장치의 발광의 색도 Cx 및 Cy와, 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께로부터, 색도 Cx 및 Cy를 변수로 한 2축 그래프(그래프 1)와, 시료 두께 및 Cy를 변수로 한 2축 그래프(그래프 2)를 묘화하였다. 색도 Cy=0.35가 될 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께 및 색도 Cx를, 그래프 1의 근사선 및 그래프 2로부터 구한 바, 각각, 0.22㎜ 및 0.37이었다.
다음에, 실시예 1의 광변환용 세라믹 복합체로부터, 발광 장치의 발광의 색도 Cy가 0.35가 되는 두께, 즉, 0.22㎜의 두께의 1㎜×1㎜ 크기의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체를 채취하고, 이 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체와, 463㎚에 피크를 지니는 광을 발하는 발광 소자를 구비하는 발광 장치를 제작하였다. 다음에, 이 발광 장치를 발광시켜서, 발광면의 휘도 분포, 색도 분포를 측정하고, 발광 불균일을 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 2)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.773몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.227×0.994몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.227×0.006몰이 되도록 칭량하였다. 그 외에는, 몰리브덴 도가니의 이동 속도를 10㎜/시간으로 한 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 실시예 2에 따른 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 실시예 2의 광변환용 세라믹 복합체가 Ce에 의해 활성화된 Tb3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 상대 형광 강도를 표 1에 나타낸다.
또한, 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 0.14, 0.19, 0.24㎜로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 광변환용 세라믹 복합체의 두께마다 발광 장치를 제작하고, 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 그들 발광 장치의 발광의 색도 Cx 및 Cy를 측정하였다. 색도 Cy=0.35일 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 그리고 색도 Cx를, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 구하고, 또한, 발광 불균일을 실시예 1과 마찬가지 방법으로 판정하였다. 색도 Cy=0.35일 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 그리고 색도 Cx와, 발광 불균일의 판정 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 3)
α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.773몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.227×0.99몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.227×0.01몰이 되도록 칭량하였다. 그 외에는, 몰리브덴 도가니의 이동 속도를 10㎜/시간으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 실시예 3의 광변환용 세라믹 복합체가, Ce에 의해 활성화된 Tb3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 상대 형광 강도를 표 1에 나타낸다.
또, 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 0.10, 0.15, 0.19㎜로 해서 발광 장치를 제작한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 색도 Cy=0.35일 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 그리고 색도 Cx와, 발광 불균일을 판정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 4)
α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.773몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.227×0.99×0.4몰, Y2O3 분말(순도 99.9%)을 YO3/2 환산으로 0.227×0.99×0.6몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.227×0.01몰이 되도록 칭량하였다. 그 외에는, 몰리브덴 도가니의 이동 속도를 10㎜/시간으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 실시예 4의 광변환용 세라믹 복합체가, Ce에 의해 활성화된 (Tb, Y)3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 상대 형광 강도를 표 1에 나타낸다.
또한, 실시예 3과 마찬가지 방법으로, 색도 Cy=0.35일 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 그리고 색도 Cx와, 발광 불균일을 판정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 5)
α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.808몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.192×0.998×0.3몰, Y2O3 분말(순도 99.9%)을 YO3/2 환산으로 0.192×0.998×0.7몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.192×0.002몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 실시예 5의 광변환용 세라믹 복합체가, Ce에 의해 활성화된 (Tb, Y)3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 상대 형광 강도를 표 1에 나타낸다.
또한, 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 0.20, 0.35, 0.50㎜로 해서 발광 장치를 제작한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 색도 Cy=0.35일 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 그리고 색도 Cx와, 발광 불균일을 판정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 6)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.800몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.200×0.998×0.225몰, Y2O3 분말(순도 99.9%)을 YO3/2 환산으로 0.200×0.998×0.775몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.200×0.002몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 실시예 6의 광변환용 세라믹 복합체가, Ce에 의해 활성화된 (Tb, Y)3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 상대 형광 강도를 표 1에 나타낸다.
또한, 실시예 5와 마찬가지 방법으로, 색도 Cy=0.35일 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 그리고 색도 Cx와, 발광 불균일을 판정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 7)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.788몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.212×0.982×0.4몰, Y2O3 분말(순도 99.9%)을 YO3/2 환산으로 0.212×0.982×0.6몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.212×0.018몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 실시예 7의 광변환용 세라믹 복합체가, Ce에 의해 활성화된 (Tb, Y)3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 상대 형광 강도를 표 1에 나타낸다.
또한, 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 0.08, 0.14, 0.18㎜으로 해서 발광 장치를 제작한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 색도 Cy=0.35일 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 그리고 색도 Cx와, 발광 불균일을 판정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 8)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.808몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.192×0.985몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.192×0.015몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 실시예 8의 광변환용 세라믹 복합체가, Ce에 의해 활성화된 Tb3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 상대 형광 강도를 표 1에 나타낸다.
또한, 실시예 7과 마찬가지 방법으로, 색도 Cy=0.35일 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 그리고 색도 Cx와, 발광 불균일을 판정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 9)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.773몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.227×0.977×0.4몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.227×0.023몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 실시예 9의 광변환용 세라믹 복합체가, Ce에 의해 활성화된 Tb3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 상대 형광 강도를 표 1에 나타낸다.
또한, 실시예 7과 마찬가지 방법으로, 색도 Cy=0.35일 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 그리고 색도 Cx와, 발광 불균일을 판정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 10)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.808몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.192×0.98×0.225몰, Y2O3 분말(순도 99.9%)을 YO3/2 환산으로 0.192×0.98×0.775몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.192×0.02몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 실시예 10의 광변환용 세라믹 복합체가, Ce에 의해 활성화된 (Tb, Y)3Al5O12상 및 Al2O3로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 상대 형광 강도를 표 1에 나타낸다.
또한, 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 0.08, 0.10, 0.13㎜로 해서 발광 장치를 제작한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 색도 Cy=0.35일 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 그리고 색도 Cx와, 발광 불균일을 판정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 도 5에 묘화된 색도는, 색도값이 작은 순으로부터, 각각 시료 두께를 0.08, 0.10, 0.13㎜로 했을 때의 발광 장치의 색도의 예이다.
(실시예 11)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.800몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.200×0.997×0.2몰, Y2O3 분말(순도 99.9%)을 YO3/2 환산으로 0.200×0.997×0.8몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.200×0.003몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 실시예 11의 광변환용 세라믹 복합체가, Ce에 의해 활성화된 (Tb, Y)3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 상대 형광 강도를 표 1에 나타낸다. 얻어진 형광 주파장은 570㎚였다.
또한, 실시예 5와 마찬가지 방법으로, 색도 Cy=0.35일 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 그리고 색도 Cx와, 발광 불균일을 판정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 12)
α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.773몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.227×0.975몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.227×0.025몰이 되도록 칭량하였다. 그 외에는, 몰리브덴 도가니의 이동 속도를 10㎜/시간으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 실시예 12의 광변환용 세라믹 복합체가, Ce에 의해 활성화된 Tb3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장 및 상대 형광 강도를 표 1에 나타낸다.
또한, 실시예 7과 마찬가지 방법으로, 색도 Cy=0.35일 때의 평판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 그리고 색도 Cx와, 발광 불균일을 판정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 80㎛ 미만의 두께로 되면, 약간의 시료 두께의 어긋남으로 색도의 차이가 생기므로, 백색 발광 장치의 발광을 일정한 색도로 유지하기 위해서는, 판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 높은 정밀도로 맞추는 것이 필요하게 되어, 판 형상의 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 조절하는 가공을 높은 정밀도로 관리하는 것이 필요하게 되었다.
(비교예 1)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.813몰, Y2O3 분말(순도 99.9%)을 YO3/2 환산으로 0.187×0.997몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.187×0.003몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 응고 방향에 대해서 수직인 단면을 전계방출형 주사 전자현미경에 의해 원소 분석함으로써, Y3Al5O12상에 Ce가 존재하는 것이 확인되었으므로, 비교예 1의 광변환용 세라믹 복합체가 Ce에 의해 활성화된 Y3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장, 상대 형광 강도, LED에서의 색도 Cy=0.35의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 색도 Cx, 발광 불균일 판정 결과를 표 1에 나타낸다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 발광 불균일은 작지만, 형광 주파장은 568㎚였다.
(비교예 2)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.808몰, Y2O3 분말(순도 99.9%)을 YO3/2 환산으로 0.192×0.99몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.192×0.01몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 비교예 1과 마찬가지 방법에 의해, 비교예 2의 광변환용 세라믹 복합체가, Ce에 의해 활성화된 Y3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장, 상대 형광 강도, LED에서의 색도 Cy=0.35의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 색도 Cx, 발광 불균일 판정 결과를 표 1에 나타낸다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장은 571㎚였다. Ce의 비율이 큰 영향으로 형광 주파장은 570㎚ 이상이었지만, 발광 불균일은 컸다.
(비교예 3)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.808몰, Y2O3 분말(순도 99.9%)을 YO3/2 환산으로 0.192×0.89몰, Gd2O3 분말(순도 99.9%)을 GdO3/2 환산으로 0.192×0.10몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.187×0.01몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 응고 방향에 대해서 수직인 단면을 전계방출형 주사 전자현미경에 의해 원소 분석함으로써, (Y, Gd)3Al5O12상에 Ce가 존재하는 것이 확인되었으므로, 비교예 3의 광변환용 세라믹 복합체가 Ce에 의해 활성화된 (Y, Gd)3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다.
또한, Gd를 함유하는 광변환용 세라믹 복합체에 따른 비교예 3 및 4의 조성에 대해서는, 하기 식 (2)로 나타내는 것으로 하고, GdO3/2와 YO3/2의 비는 표 1에 a'/b'로서 표시하였다:
Figure pct00003
얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장, 상대 형광 강도, LED에서의 색도 Cy=0.35의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 색도 Cx, 발광 불균일 판정 결과를 표 1에 나타낸다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장은 Gd의 영향으로 장파장화되어 574㎚였지만, 비교예 2보다도 발광 불균일이 커졌다.
(비교예 4)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.808몰, Y2O3 분말(순도 99.9%)을 YO3/2 환산으로 0.192×0.86몰, Gd2O3 분말(순도 99.9%)을 GdO3/2 환산으로 0.192×0.10몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.192×0.04몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 비교예 3과 마찬가지 방법에 의해, 비교예 4의 광변환용 세라믹 복합체가 Ce에 의해 활성화된 (Y, Gd)3Al5O12상 및 Al2O3상으로 이루어진 것을 확인하였다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장, 상대 형광 강도, LED에서의 색도 Cy=0.35의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 색도 Cx, 발광 불균일 판정 결과를 표 1에 나타낸다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장은 Gd의 영향으로 장파장화되어 575㎚였지만, Gd의 비율이 비교예 4보다 적은 비교예 3보다 더욱 발광 불균일이 커졌다.
(비교예 5)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.813몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.187×0.99몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.187×0.01몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장, 상대 형광 강도, LED에서의 색도 Cy=0.35의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 색도 Cx, 발광 불균일 판정 결과를 표 1에 나타낸다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체는, 조대한 Al2O3의 초정(初晶)이 광범위하게 생긴 불균일한 조직을 지니고 있어, 시료마다 색도의 편차가 켜서, 백색 발광 장치용의 광변환용 세라믹 복합체로서 적당하지 않았다.
(비교예 6)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.769몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.231×0.99×0.25몰, Y2O3 분말(순도 99.9%)을 YO3/2 환산으로 0.231×0.99×0.75몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.231×0.01몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 얻어진 응고체는 복수의 크랙을 지녀, 표 1에 나타낸 바와 같이 φ16㎜×0.2㎜의 원반 형상 시료를 채취할 수 없었다.
(비교예 7)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.76몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.24×0.98몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.24×0.02몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 얻어진 광변환용 세라믹 복합체의 형광 주파장, 상대 형광 강도, LED에서의 색도 Cy=0.35의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 색도 Cx, 발광 불균일 판정 결과를 표 1에 나타낸다. 기준 외로 되는 라인이 복수 존재하고, 발광 불균일의 억제가 충분하지 않은 것으로 판정하였다.
(비교예 8)
원료를, α-Al2O3 분말(순도 99.99%)을 AlO3/2 환산으로 0.808몰, Tb4O7 분말(순도 99.9%)을 TbO7/4 환산으로 0.192×0.97×0.5몰, Y2O3 분말(순도 99.9%)을 YO3/2 환산으로 0.192×0.97×0.5몰, CeO2 분말(순도 99.9%)을 0.192×0.03몰이 되도록 칭량한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해, 광변환용 세라믹 복합체를 얻었다. 채취한 원반 형상 시료에 대해서, 형광 주파장, 상대 형광 강도를 측정할 수 있었지만, 평판 형상 시료 모두에 있어서 발광 장치로부터 발광된 전체 광속의 색도 Cx 및 Cy가 크고, 표 1에 나타낸 바와 같이 백색 영역에 들어가지 않았다. 이 때문에, LED일 때의 색도 Cy=0.35의 광변환용 세라믹 복합체의 두께, 색도 Cx를 산출할 수 없었다.
Figure pct00004
이상으로부터, 본 발명의 광변환용 세라믹 복합체를 이용한 발광 장치에서는, 실시예의 광변환용 세라믹 복합체의 두께를 조절함으로써, 백색 발광이 얻어진 범위는, 도 5에 나타낸 CIE 색도(Cx, Cy)에 있어서, (0.30, 0.32), (0.34, 0.30), (0.42, 0.41), (0.38, 0.45)로 둘러싸인 영역인 것을 알 수 있다.
또, 도 4에, 실시예 1의 광변환용 세라믹 복합체의 형광 스펙트럼을, 형광 주파장이 568㎚인 비교예 1의 광변환용 세라믹 복합체의 형광 스펙트럼과 아울러서 나타낸다. 형광 주파장이 장파장인 실시예 1의 광변환용 세라믹 복합체의 형광 스펙트럼이, 형광 주파장이 단파장인 비교예 1의 광변환용 세라믹 복합체의 형광 스펙트럼에 대하여, 장파장 측으로 시프트하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 6은, 실시예 3의 광변환용 세라믹 복합체를 구비한 발광장치의 발광면 내의 휘도 라인 분석의 일례를, 비교예 3의 일례와 아울러서 나타낸 도면이다. 실시예 3이, 비교예 3에 비해서, 장소에 의한 변동이 작고, 또 최대 변동량이 기준 내에 들어가 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 실시예 3에서는, 18개 모든 라인 분석에 있어서 최대 변동량이 기준 내이며, 발광 불균일이 억제되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 광변환용 세라믹 복합체는, 식 (1) 중의 x 및/또는 b/a에 의해서, 임의로 형광 주파장을 조정할 수 있고, 그 형광 주파장이 장파장에서도 상대 형광 강도가 높은 동시에, 발광 불균일이 억제된, 백색 발광 장치에 적합하게 이용되는 광변환용 세라믹 복합체인 것을 알 수 있다.
1: 발광 장치
2: 단결정 기판
3: 광변환용 세라믹스 복합체
4: 발광 소자(발광 다이오드 소자)
5, 6: 전극
7: 패키지

Claims (8)

  1. 적어도 제1상 및 제2상의 2개의 산화물상이 연속적으로 또한 삼차원적으로 상호 얽힌 조직을 가진 하기 식 (1)로 표시되는 조성물로 이루어진 응고체로서,
    상기 제1상은 형광을 발하는 Ce에 의해 활성화된 (Tb, Y)3Al5O12상이며,
    상기 제2상은 Al2O3상인 것을 특징으로 하는 광변환용 세라믹 복합체:
    Figure pct00005
  2. 제1항에 있어서, 상기 식 (1) 중의 c는 0.002≤c≤0.02이며, 상기 광변환용 세라믹 복합체는, 광출사 방향의 두께가 80㎛ 이상 400㎛ 이하인 평판 형상을 지니는 것을 특징으로 하는 광변환용 세라믹 복합체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 파장 420 내지 500㎚에 피크를 지니는 광을 흡수함으로써, 570 내지 580㎚에 주파장을 지니는 형광을 발하는 것을 특징으로 하는 광변환용 세라믹 복합체.
  4. 제3항에 있어서, 파장 420 내지 500㎚에 피크를 지니는 광을 수광하여, 상기 광의 일부를 여기광으로 해서 형광을 발하고, 상기 광의 일부를 투과시켜 투과광을 발하는 광변환용 세라믹 복합체로서, 상기 형광과 상기 투과광이 혼합된 백색광을 발하는 것을 특징으로 하는 광변환용 세라믹 복합체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 백색광의 색도가, CIE 색도좌표(Cx, Cy)에 있어서, (0.30, 0.32), (0.34, 0.30), (0.42, 0.41), (0.38, 0.45)로 둘러싸인 영역인 것을 특징으로 하는 광변환용 세라믹 복합체.
  6. 발광소자와 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 광변환용 세라믹 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  7. 파장 420 내지 500㎚에 피크를 지니는 발광 소자와, 570 내지 580㎚에 주파장을 지니는 형광을 발하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 광변환용 세라믹 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 발광 소자가 발광 다이오드 소자인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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