KR20170068518A - Led apparatus employing neodymium-fluorine materials - Google Patents
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Abstract
명세서 및 도면은 조명 장치와 같은 신규한 장치를 제시하고 있고, 장치는 백색광과 같은 가시광을 발생하도록 구성된 적어도 하나의 LED(또는 OLED), 및 원소 네오디뮴(Nd) 및 불소(F)로 본질적으로 이루어지고, 그리고 선택적으로 하나 이상의 다른 원소를 포함하는 광학 구성요소와 같은 적어도 하나의 구성요소를 포함한다. 조명 장치는 발생된 가시광을 화합물을 사용하여 필터링함으로써 원하는 광 스펙트럼을 제공하도록 구성된다.The specification and drawings present a novel device such as a lighting device, wherein the device comprises at least one LED (or OLED) configured to generate visible light, such as white light, and essentially consisting of elemental neodymium (Nd) and fluorine And optionally at least one component, such as an optical component comprising one or more other elements. The illuminator is configured to provide the desired optical spectrum by filtering the generated visible light using a compound.
Description
관련 출원의 상호 참조Cross reference of related application
본 미국 정규 특허 출원은 그 교시가 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는 2014년 10월 7일 출원된 미국 가특허 출원 제62/061129호의 35 USC 119(e) 하에서의 출원인의 이익을 청구한다. 본 미국 정규 특허 출원은 그 교시가 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는 2014년 10월 8일 출원된 국제 PCT 특허 출원 PCT/CN2014/088116호의 35 USC 119(a-d) 하에서의 출원인의 이익을 청구한다.This US patent application claims benefit of the applicant under 35 USC 119 (e) of U.S. Provisional Patent Application No. 62/061129, filed October 7, 2014, the teachings of which are incorporated herein by reference in their entirety. This U.S. patent application claims benefit of the applicant under 35 USC 119 (a-d) of International PCT Patent Application No. PCT / CN2014 / 088116, filed October 8, 2014, the teachings of which are incorporated herein by reference in their entirety.
기술분야Technical field
본 발명은 일반적으로 조명 용례 및 관련 기술에 관한 것이고, 더 구체적으로는 비배제적으로, 본 발명은 LED 라이트 장치에 원하는 컬러 필터링 효과를 부여하기 위해 네오디뮴 및 불소를 포함하는 화합물을 사용하는 것에 관한 것이다.The present invention relates generally to lighting applications and related techniques, and more particularly to a non-limiting use of neodymium and fluorine-containing compounds to impart desired color filtering effects to LED light devices .
본 명세서에서 사용될 때 또한 유기 LED(organic LED: OLED)를 포함하는 발광 다이오드(light emitting diode: LED)는 전기 에너지를 가시광(약 400 내지 750 nm의 파장)을 포함하는 전자기 방사선으로 변환하는 고체 상태 반도체 디바이스이다. LED는 통상적으로 p-n 접합을 생성하도록 불순물로 도핑된 반도체 재료의 칩(다이)을 포함한다. LED 칩은 애노드 및 캐소드에 전기적으로 접속되는데, 이들 애노드 및 캐소드의 모두는 종종 LED 패키지 내에 장착된다. 백열 램프 또는 형광 램프와 같은 다른 램프에 비교할 때, LED 방출 가시광은 더 좁은 빔에서 더 방향성이다.As used herein, a light emitting diode (LED) that also includes an organic LED (OLED) is a solid state that converts electrical energy to electromagnetic radiation, including visible light (wavelengths from about 400 to 750 nm) Semiconductor device. LEDs typically comprise a chip (die) of semiconductor material doped with an impurity to produce a p-n junction. The LED chips are electrically connected to the anode and the cathode, both of which are often mounted within the LED package. When compared to other lamps such as incandescent lamps or fluorescent lamps, the LED emission visible light is more directional in the narrower beam.
OLED는 통상적으로 전극(적어도 하나의 전극은 투명함) 사이에 위치된 적어도 하나의 발광성 전계발광층(유기 반도체의 필름)을 포함한다. 전계발광층은 전극 사이에 흐르는 전류에 응답하여 광을 방출한다.OLEDs typically include at least one electroluminescent layer (film of an organic semiconductor) positioned between an electrode (at least one electrode is transparent). The electroluminescent layer emits light in response to a current flowing between the electrodes.
LED/OLED 광원(램프)은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 워밍업을 하기 위한 시간을 필요로 하지 않고 더 긴 수명 예측, 더 높은 에너지 효율, 및 최대 밝기를 포함하여, 전통적인 백열 램프 및 형광 램프에 비해 다양한 장점을 제공한다.LED / OLED light sources (lamps) are well known to those skilled in the art, including, but not limited to, conventional lamps and fluorescent lamps, including longer life prediction, higher energy efficiency, It offers a variety of advantages.
효율, 긴 수명, 및 다른 적합한 양태의 견지에서 LED/OLED의 매력에도 불구하고, 일반적인 조명에서 그리고 디스플레이 용례의 모두에서 사용을 위해, 특히 백색 LED/OLED 디바이스에서, LED 조명의 컬러 특성의 연속적인 향상에 대한 요구가 존재한다.Despite the appeal of LED / OLED in terms of efficiency, long lifetime, and other suitable aspects, it has been found that, for use in both general illumination and display applications, particularly in white LED / OLED devices, There is a need for improvement.
도 1은 영역 조명 용례에 적합한 종래의 LED 기반 조명 장치(10)의 사시도이다. 조명 장치("조명 유닛" 또는 "램프"라 또한 칭할 수도 있음)(10)는 투명한 또는 반투명한 커버 또는 포위체(12), 나사산 형성된 베이스 커넥터(14), 및 포위체(12)와 커넥터(14) 사이의 하우징 또는 베이스(16)를 포함한다.1 is a perspective view of a conventional LED-based
다수의 LED 디바이스를 포함하는 LED 어레이일 수 있는 LED 기반 광원(도시 생략)이 포위체(12)의 하단부에 그리고 베이스(16)에 인접하여 위치될 수도 있다. LED 디바이스는 예를 들어, 녹색, 청색, 적색 등과 같은 협대역의 파장에서 가시광을 방출하기 때문에, 상이한 LED 디바이스의 조합은 백색광을 포함하여, 다양한 광 컬러를 생성하도록 LED 램프에 종종 채용된다. 대안적으로, 실질적으로 백색을 나타내는 광은 청색 LED로부터의 광과 청색 LED의 청색광의 적어도 일부를 상이한 컬러로 변환하는 인광체(phosphor)(예를 들어, 이트륨 알루미늄 가넷: 세륨, YAG:Ce로서 약칭됨)의 조합에 의해 발생될 수도 있는데; 변환된 광과 청색광의 조합은 백색 또는 실질적으로 백색을 나타내는 광을 발생할 수 있다. LED 디바이스는 베이스(16) 내의 캐리어 상에 장착될 수 있고, LED 디바이스로부터 가시광 추출의 효율을 향상시키기 위해 굴절률 정합 재료를 포함하는 보호 커버로 캐리어 상에 캡슐화될 수 있다.An LED-based light source (not shown), which may be an LED array including a plurality of LED devices, may be located at the lower end of the
거의 전방향성 방식으로 가시광을 방출하는 조명 장치(10)의 능력을 촉진하기 위해, 도 1에 도시되어 있는 포위체(12)는 형상이 실질적으로 회전 타원체 또는 타원체일 수도 있다. 거의 전방향성 조명 능력을 더 촉진하기 위해, 포위체(12)는 포위체(12)가 광학 확산기로서 기능하는 것을 가능하게 하는 재료를 포함할 수도 있다. 확산기를 생성하는 데 채용된 재료는 폴리아미드(예를 들어, 나일론), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP) 등을 포함할 수도 있다. 이들 폴리머 재료는 광의 굴절을 촉진하고 이에 의해 백색 반사 외관을 성취하기 위해 SiO2를 또한 포함할 수 있다. 포위체(12)의 내부면은 인광체 조성물을 포함하는 코팅(도시 생략)을 구비할 수도 있다.To facilitate the ability of the
상이한 LED 디바이스 및/또는 인광체의 조합의 사용은 백색광 효과를 생성하는 LED 램프의 능력을 촉진하는 데 이용될 수 있지만, 다른 접근법이 LED 디바이스에 의해 발생된 백색광의 색채 특성을 향상시키기 위해 대안으로서 또는 그에 추가하여 바람직하다.The use of different LED devices and / or combinations of phosphors may be used to facilitate the ability of the LED lamp to produce a white light effect, but other approaches may be used as alternatives to improve the color characteristics of the white light produced by the LED device, In addition thereto.
본 발명의 양태에 따르면, 장치는 가시광을 발생하도록 구성된 적어도 하나의 발광 다이오드(LED) 모듈; 및 네오디뮴(Nd) 및 불소(F)의 원소를 포함하는 화합물을 포함하고 발생된 가시광을 화합물을 사용하여 필터링함으로써 원하는 광 스펙트럼을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 구성요소를 포함한다.According to an aspect of the present invention, an apparatus includes at least one light emitting diode (LED) module configured to generate visible light; And a compound comprising elements of neodymium (Nd) and fluorine (F), and at least one component configured to provide the desired optical spectrum by filtering the generated visible light using the compound.
또한 본 발명의 양태에 따르면, 화합물은 Nd3 + 및 F- 이온을 포함할 수도 있다.Also according to an embodiment of the present invention, the compound may comprise Nd 3 + and F - ions.
또한 본 발명의 양태에 따르면, 적어도 하나의 LED 모듈은 유기 LED를 포함할 수도 있다.Also according to an aspect of the invention, the at least one LED module may comprise an organic LED.
또한 본 발명의 양태에 따르면, 적어도 하나의 구성요소는 적어도 하나의 LED 모듈의 상부에 증착된 캡슐화층일 수도 있다. 또한, 캡슐화층은 유리(예를 들어, 저온 유리), 폴리머, 폴리머 전구체, 열가소성 또는 열경화성 폴리머 또는 수지, 에폭시, 실리콘, 또는 실리콘 에폭시 수지를 포함할 수도 있다. 또한, 적어도 하나의 구성요소는 인광체를 더 포함할 수도 있다.Also according to an aspect of the present invention, the at least one component may be an encapsulating layer deposited on top of at least one LED module. The encapsulation layer may also comprise glass (e.g., low temperature glass), a polymer, a polymer precursor, a thermoplastic or thermosetting polymer or resin, epoxy, silicone, or silicone epoxy resin. Also, at least one component may further comprise a phosphor.
또한 본 발명의 양태에 따르면, 적어도 하나의 구성요소는 인광체를 포함하는 다른 캡슐화층 상에 증착된 캡슐화층일 수도 있고, 다른 캡슐화층은 적어도 하나의 LED의 상부에 증착된다.Also according to an embodiment of the present invention, at least one component may be an encapsulation layer deposited on another encapsulation layer comprising a phosphor, and another encapsulation layer is deposited on top of at least one LED.
또한 본 발명의 양태에 따르면, 화합물은 Nd-F 및 Nd-X-F 화합물 중 하나 이상을 포함하고, 여기서 X는 O, N, S, Cl, OH, Na, K, Al, Mg, Li, Ca, Sr, Ba 및 Y 중 하나 이상이다. 또한, 화합물은 NdF3 및 NdFO 중 적어도 하나일 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, the compound comprises at least one of Nd-F and Nd-XF compounds, wherein X is O, N, S, Cl, OH, Na, K, Al, Mg, Sr, Ba, and Y. Further, the compound may be at least one of NdF 3 and NdFO.
또한 본 발명의 양태에 따르면, 적어도 하나의 구성요소는 기판의 표면 상에 코팅을 갖는 투명, 반투명 또는 반사성 기판을 포함하는 광학 구성요소일 수도 있고, 코팅은 발생된 가시광을 필터링함으로써 원하는 광 스펙트럼을 제공하기 위한 Nd 및 F와의 화합물을 포함한다. 또한, 코팅 내의 화합물의 중량 퍼센트는 약 1% 내지 약 20%일 수도 있고, 코팅의 두께는 약 50 nm 내지 약 1000 미크론의 범위일 수도 있다. 또한, 코팅은 화합물보다 더 높은 굴절률을 갖는 첨가제를 더 포함할 수도 있고, 첨가제는 금속 산화물 및 비금속 산화물로부터 선택된다(여기서, 첨가제는 TiO2, SiO2 및 Al2O3로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수도 있음). 또한, 코팅은 기판의 내부면 상에 코팅될 수도 있다. 또한, 기판은 전구, 렌즈, 및 적어도 하나의 LED 모듈을 포위하는 돔으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 확산기일 수도 있다. 또한, 광학 구성요소는 기판과 코팅 사이에 접합층을 더 포함할 수도 있고, 접합층은 유기 접착제 또는 무기 접착제를 포함한다.According to an aspect of the invention, the at least one component may also be an optical component comprising a transparent, translucent or reflective substrate having a coating on the surface of the substrate, wherein the coating filters the desired visible light by filtering the generated visible light Lt; RTI ID = 0.0 > N and F < / RTI > In addition, the weight percentage of the compound in the coating may be from about 1% to about 20%, and the thickness of the coating may range from about 50 nm to about 1000 microns. In addition, the coating may further contain an additive having a higher refractive index than that of the compound, the additive is selected from metal oxides and base metal oxide (wherein, the additive is selected from the group consisting of TiO 2, SiO 2 and Al 2 O 3 Maybe). Further, the coating may be coated on the inner surface of the substrate. The substrate may also be a diffuser selected from the group consisting of a bulb, a lens, and a dome surrounding at least one LED module. Further, the optical component may further comprise a bonding layer between the substrate and the coating, and the bonding layer includes an organic adhesive or an inorganic adhesive.
또한 본 발명의 양태에 따르면, 코팅은 스프레이 코팅법 및 정전 코팅법 중 하나에 의해 기판의 표면 상에 코팅될 수도 있다.Also according to an embodiment of the invention, the coating may be coated on the surface of the substrate by either spray coating or electrostatic coating.
또한 본 발명의 양태에 따르면, 화합물은 유기 또는 무기 재료의 이산 입자를 포함할 수도 있고, 유기 또는 무기 재료의 입경은 약 1 nm 내지 약 10 미크론의 범위이다.Also according to an embodiment of the present invention, the compound may comprise discrete particles of organic or inorganic material, and the particle size of the organic or inorganic material ranges from about 1 nm to about 10 microns.
또한 본 발명의 양태에 따르면, 장치는 상기 구성요소(예를 들어, 대응하는 복수의 구성요소)의 적어도 하나를 갖는 회로(예를 들어, 집적 회로) 및 복수의 LED 모듈을 포함할 수도 있다.Also in accordance with an aspect of the present invention, an apparatus may comprise a plurality of LED modules and a circuit (e.g., an integrated circuit) having at least one of said components (e.g., a corresponding plurality of components).
본 발명의 개시내용의 이들 및 다른 특징 및 양태는 유사한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분을 표현하고 있는 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 숙독할 때 더 양호하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 LED 기반 조명 장치의 사시도이고;
도 2는 실리콘 내에 분산된 네오디뮴 플루오라이드 대 표준 네오디뮴 유리의 가시 스펙트럼의 흡수를 비교하고 있는 그래프이고;
도 3은 실리콘 내로 블렌딩되고 상업용 LED 패키지(NICHIA 757) 상에 직접 증착된 NdF3의 발광 스펙트럼, 및 베이스 NICHIA757 LED의 발광 스펙트럼을 비교하고 있는 그래프이고;
도 4는 실리콘 내로 블렌딩되고 COB 어레이(TG66) 상에 직접 증착된 NdF3의 발광 스펙트럼, TG66 COB 어레이의 발광 스펙트럼을 비교하고 있는 그래프이고;
도 5는 실리콘 내로 블렌딩되고 상업용 LED 패키지(4000 K CCT를 갖는 NICHIA 757) 상에 직접 증착된 Nd-F-O의 발광 스펙트럼, 및 베이스 NICHIA757 LED의 발광 스펙트럼을 비교하고 있는 그래프이고;
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 적합한 가시 흡수/발생 특성을 부여하기 위해 인광체와 함께 Nd-F 화합물(또는 더 일반적으로 본 명세서에 설명된 바와 같은 Nd-X-F 화합물)을 구비하는 LED 기반 조명 장치의 비한정적인 예이고;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 기반 조명 장치의 단면도이고;
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 기반 조명 장치의 단면도이고;
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 기반 조명 장치의 사시도이고;
도 10은 본 발명의 일 다른 실시예에 따른 LED 기반 조명 장치의 사시도이다.These and other features and aspects of the disclosure of the present invention will be better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals represent like parts throughout the drawings.
1 is a perspective view of a conventional LED-based illumination device;
2 is a graph comparing the absorption of the visible spectrum of neodymium fluoride dispersed in silicon versus standard neodymium glass;
3 is a graph comparing the emission spectrum of NdF 3 blended into silicon and deposited directly on a commercial LED package (NICHIA 757), and the emission spectrum of a base NICHIA 757 LED;
Figure 4 is a graph comparing the emission spectrum of NdF 3 blended into silicon and directly deposited on a COB array (TG66), the emission spectrum of a TG66 COB array;
5 is a graph comparing the emission spectrum of Nd-FO blended into silicon and deposited directly on a commercial LED package (NICHIA 757 with 4000 K CCT), and the emission spectrum of the base NICHIA 757 LED;
Figures 6a-6d illustrate the use of a Nd-F compound (or more generally an Nd-XF compound as described herein) with a phosphor to impart suitable visible absorption / generation characteristics in accordance with various embodiments of the present invention A non-limiting example of an LED based illumination device;
7 is a cross-sectional view of an LED-based illumination device according to an embodiment of the present invention;
8 is a cross-sectional view of an LED-based illumination device according to another embodiment of the present invention;
9 is a perspective view of an LED-based illumination device according to another embodiment of the present invention;
10 is a perspective view of an LED-based illumination device according to another embodiment of the present invention.
조명 장치와 같은 신규한 장치가 본 명세서에 제시되고, 장치는 백색광과 같은 가시광을 발생하도록 구성된 적어도 하나의 LED(또는 OLED), 및 네오디뮴(Nd) 및 불소(F)의 원소를 포함하는 화합물을 포함하는, 그리고 선택적으로 하나 이상의 다른 원소를 포함하는 광학 구성요소와 같은 적어도 하나의 구성요소를 포함한다. 조명 장치는 본 명세서에 설명된 바와 같이, 발생된 가시광을 화합물을 사용하여 필터링함으로써 원하는 광 스펙트럼을 제공하도록 구성된다. 통상적으로, 화합물은 Nd3 + 및 F- 이온을 포함한다. 본 발명에 있어서, "Nd-F 화합물"은 네오디뮴 및 플루오라이드 및 선택적으로 다른 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 것으로 광범위하게 해석되어야 한다.A novel device, such as a lighting device, is presented herein, and the device includes at least one LED (or OLED) configured to generate visible light, such as white light, and a compound comprising neodymium (Nd) and fluorine (F) And optionally includes at least one component, such as an optical component comprising one or more other elements. The illumination device is configured to provide the desired optical spectrum by filtering the generated visible light using a compound, as described herein. Typically, the compound comprises Nd 3 + and F - ions. In the present invention, "Nd-F compound" should be broadly construed to include compounds comprising neodymium and fluoride, and optionally other elements.
일 실시예에 따르면, 구성요소는 LED(OLED) 칩의 표면 상에 복합물/캡슐화층을 포함할 수도 있어, NdF3과 같은 Nd-F 화합물 및/또는 본 명세서에 개시된 다른 것들이 예를 들어, 인광체와 함께 그 캡슐화층 내에서 블렌딩(분산)될 수 있어, 적합한 가시 흡수 프로파일을 성취하게 된다. 복합물/캡슐화층은 저온 유리, 폴리머, 폴리머 전구체, 실리콘 또는 실리콘 에폭시 수지 또는 전구체 등을 사용하여 형성될 수도 있다.According to one embodiment, the component LED (OLED) there may comprise a complex / encapsulation layer on the surface of the chip, as disclosed in NdF other compounds and / or the specification, such as NdF 3 things, for example, phosphor (Dispersed) in the encapsulation layer together with the hydrophilic polymer to achieve a suitable visible absorption profile. The composite / encapsulation layer may be formed using low temperature glass, polymers, polymer precursors, silicon or silicone epoxy resins or precursors, and the like.
다른 실시예에 따르면, 광학 구성요소는 투명, 반투명, 반사성 또는 반투과성(부분적으로 반사성 및 투과성) 기판일 수도 있고, 기판의 표면 상의 코팅은, 가시광이 예를 들어 황색광 파장 범위, 예를 들어 약 560 nm 내지 약 600 nm의 파장에 대해 가시광을 필터링하기 위해 광학 구성요소를 통해 통과하는 동안, LED 모듈에 의해 발생된 가시광에 컬러 필터링 효과를 적용할 수 있다.According to another embodiment, the optical component may be a transparent, translucent, reflective or semi-transmissive (partially reflective and transmissive) substrate, and the coating on the surface of the substrate is such that the visible light is in the yellow light wavelength range, While passing through the optical components to filter visible light for wavelengths from 560 nm to about 600 nm, the color filtering effect can be applied to the visible light generated by the LED module.
더욱이, 광학 구성요소의 투명 또는 반투명 기판은 전구, 렌즈 및 적어도 하나의 LED 칩을 포위하는 봉입체와 같은 확산일 수도 있다. 더욱이, 기판은 반사성 기판일 수도 있고, LED 칩은 기판의 외부에 배열될 수 있다. Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물 코팅은 기판의 표면 상에 배치될 수도 있고, 코팅의 두께는 컬러 필터링 효과를 성취하기에 충분해야 한다. 두께는 통상적으로 50 nm 내지 1000 미크론의 범위 내에 있을 수도 있고, 바람직한 두께는 100 nm 내지 500 미크론이다.Moreover, the transparent or translucent substrate of the optical component may be a diffusion, such as a bulb, a lens, and an enclosure enclosing the at least one LED chip. Furthermore, the substrate may be a reflective substrate, and the LED chip may be arranged outside the substrate. The Nd-F and / or Nd-X-F compound coating may be disposed on the surface of the substrate, and the thickness of the coating should be sufficient to achieve a color filtering effect. The thickness may typically be in the range of 50 nm to 1000 microns, and the preferred thickness is 100 nm to 500 microns.
결과적인 디바이스는 CSI(color saturation index: 색 포화 지수); CRI(color rendering index: 연색 지수); R9(특정 컬러 칩에 대한 연색값); "리빌네스(revealness)"[조명 선호도지수(lighting preference index: LPI)를 칭하는 것으로서 당 기술 분야의 숙련자에 의해 이해되는 연색 메트릭임] 등 중 적어도 하나를 향상시키기 위해 약 530 nm 내지 600 nm의 가시 구역에서 고유 흡수도를 갖는 Nd-F 화합물/재료로 필터링을 사용하는 광 파라미터의 향상을 나타낼 수 있다. R9는 CRI를 계산하는 데 사용되지 않는 6개의 포화된 테스트 컬러 중 하나로서 정의된다. "리빌네스"는 2014년 9월 9일 출원되고 본 명세서에 관련부로서 합체되어 있는 계류중인 공동 소유된 국제 출원 PCT/US2014/054868호(2015년 3월 12일자로 WO2015/035425호로서 공개됨)에 설명된 LPI의 버전에 기초하는 방출된 광의 파라미터이다.The resulting device includes a color saturation index (CSI); CRI (color rendering index); R9 (color rendering value for a specific color chip); To improve at least one of "revealness" (which is a color rendering metric understood by those skilled in the art to refer to a lighting preference index (LPI)), and the like. Can exhibit an improvement in optical parameters using filtering with Nd-F compounds / materials having inherent absorption in the region. R9 is defined as one of six saturated test colors that are not used to calculate the CRI. "RIVILNESS" is a pending co-owned international application PCT / US2014 / 054868 (published as WO2015 / 035425 dated March 12, 2015) filed September 9, 2014 and incorporated herein by reference. Lt; RTI ID = 0.0 > LPI < / RTI >
일 실시예에서, LED 패키지 및 칩 온 보드(chip-on-board: COB) 어레이 내의 더 낮은 산란 손실을 성취하기 위해, 캡슐화 재료의 RI에 정합하도록 비교적 저굴절률(RI) Nd-F 재료(대략 1.6의 RI를 갖는 NdF3와 같은)를 이용하는 것이 유리하다. 더욱이, 대략 580 nm에서 흡수를 확장하고 따라서 가능하게는 R9 컬러 칩의 연색을 향상시키기 위해, Nd-X-F 재료 내에 전기음성 "X" 원자를 포함함으로써 흡수 스펙트럼을 조정하는 것이 가능한 것이 또한 유리한데, 여기서 X는 예를 들어, O, N, S, Cl 등일 수 있다. 상기의 임의의 것은 컬러 조정 목적으로 캡슐화 재료 내로 블렌딩될 수도 있다. Nd-F 또는 Nd-X-F 재료(이하에 더 완전히 규정될 것임)의 선택시에, RI 오정합에 기인하는 산란 손실이 최소화될 수 있다. Nd-F 화합물의 사용은, Nd-F 화합물이 일반적으로 약 380 내지 450 nm의 파장 범위에서 활성화되지 않기 때문에, 짧은 UV 파장을 포함하는 LED 조명 용례에 사용을 위해 또한 유리할 수도 있다.In one embodiment, a relatively low index of refraction (RI) Nd-F material (which may be referred to as a < RTI ID = 0.0 > Such as NdF 3 with an RI of 1.6. Furthermore, it is also advantageous to be able to adjust the absorption spectrum by including an electropositive "X" atom in the Nd-XF material in order to extend the absorption at approximately 580 nm and thus possibly improve the color rendering of the R9 color chip, Where X may be, for example, O, N, S, Cl, or the like. Any of the above may be blended into the encapsulating material for color adjustment purposes. In the selection of Nd-F or Nd-XF materials (which will be more fully defined below), scattering losses due to RI misalignment can be minimized. The use of Nd-F compounds may also be advantageous for use in LED lighting applications, including short UV wavelengths, since Nd-F compounds are generally not activated in the wavelength range of about 380-450 nm.
다른 실시예에 따르면, Nd-F 화합물은 네오디뮴 플루오라이드(NdF3) 또는 네오디뮴 옥시플루오라이드(예를 들어, Nd4O3F6와 같은 NdOxFy, 여기서 2x+y=3), 또는 외래성 물 및/또는 산소를 포함하는 네오디뮴 플루오라이드, 또는 네오디뮴 하이드록사이드 플루오라이드(예를 들어, Nd(OH)aFb, 여기서 a+b=3), 또는 이하의 설명으로부터 즉시 명백해질 네오디뮴 및 플루오라이드를 포함하는 수많은 다른 화합물을 포함할 수도 있다. 몇몇 용례에서, Nd-F 화합물은 저손실 블렌드를 제공하기 위해 선택된 폴리머 재료에 정합하는 굴절률과 같은 비교적 낮은 굴절률을 가질 수도 있다. 일 이러한 Nd-F 재료는 대략 1.6의 굴절률을 가져, 산란 손실을 최소화하기 위해 특정 폴리머 매트릭스 재료와 굴절률 정합을 위한 적합하게 낮은 굴절률을 제공하는 네오디뮴 플루오라이드(NdF3)인 것으로 고려된다.According to another embodiment, the Nd-F compound can be neodymium fluoride (NdF 3 ) or neodymium oxyfluoride (e.g. NdO x F y such as Nd 4 O 3 F 6 , where 2x + y = 3) adventitious water and / or fluoride neodymium-fluoro containing oxygen, or neodymium hydroxide, fluoride (for example, Nd (OH) a F b, wherein a + b = 3) become immediately apparent from, or description below neodymium And a number of other compounds including fluorides. In some applications, the Nd-F compound may have a relatively low refractive index, such as a refractive index, that matches the polymer material selected to provide a low loss blend. One such Nd-F material is considered to be neodymium fluoride (NdF 3 ), which has a refractive index of approximately 1.6 and provides a suitably low refractive index for refractive index matching with a particular polymer matrix material to minimize scattering losses.
다른 실시예에 따르면, 다른 Nd-F 화합물/재료가 본 명세서에 설명된 바와 같이 이익을 얻기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 그 비한정적인 예가 Nd-X-F 화합물을 포함할 수도 있는 Nd-F를 함유하는 다른 화합물이다. X가 O, N, S, Cl 등일 수 있다는 이전의 언급에 추가하여, X는 또한 불소화 화합물을 형성할 수 있는 적어도 하나의 금속 원소(Nd 이외의)일 수 있다. 예는 Na, K, Al, Mg, Li, Ca, Sr, Ba, 또는 Y와 같은 금속 원소, 또는 이러한 원소의 조합이다. 예를 들어, Nd-X-F 화합물은 NaNdF4를 포함할 수도 있다. Nd-X-F 화합물의 다른 예는 X가 Mg 및 Ca일 수도 있고 또는 Mg, Ca 및 O일 수도 있는 화합물; 뿐만 아니라 네오디뮴으로 도핑된 페로브스카이트(perovskite) 구조를 포함하는 Nd-F를 함유하는 다른 화합물을 포함할 수도 있다. 특정 Nd-X-F 화합물은 유리하게는 약 580 nm의 파장에서 더 넓은 흡수를 가능하게 할 수도 있다. 네오디뮴 옥시플루오라이드 화합물은 다양한 양의 O 및 F를 포함할 수도 있기 때문에[네오디뮴 옥시플루오라이드 화합물은 통상적으로 다양한 양의 네오디미아(Nd2O3) 및 네오디뮴 플루오라이드(NdF3)로부터 유도되기 때문에], 네오디뮴 옥시플루오라이드 화합물은 NdO 화합물(예를 들어, 네오디미아에 대해 1.8)과 Nd-F 화합물(예를 들어, NdF3에 대해 1.60)의 것 사이에 있는 선택된 굴절률을 가질 수도 있다. 네오디뮴으로 도핑된 페로브스카이트 구조 재료의 비한정적인 예는 예를 들어, Na, K, Al, Mg, Li, Ca, Sr, Ba, 및 Y의 금속 플루오라이드와 같은 네오디뮴 화합물(예를 들어, NdF3)보다 낮은 굴절률을 갖는 적어도 하나의 성분을 함유하는 것들을 포함할 수 있다. 이러한 "호스트" 화합물은 그 비한정적인 예가 589 nm의 파장에서 NaF(n=1.32), KF(n=1.36), AlF3(n=1.36), MgF2(n=1.38), LiF(n=1.39), CaF2(n=1.44), SrF2(n=1.44), BaF2(n=1.48), 및 YF3(n=1.50)를 포함할 수도 있는 가시광 스펙트럼 내의 NdF3보다 더 낮은 굴절률을 가질 수도 있다. 고굴절률 Nd-F 화합물, 예를 들어, NdF3로의 도핑의 결과로서, 결과적인 도핑된 페로브스카이트 구조 화합물은 호스트의 것(예를 들어, MgF2에 대해 1.38)과 NdF3의 것(1.60) 사이에 있는 굴절률을 가질 수 있다. NdF3-도핑된 금속 플루오라이드 화합물의 굴절률은 Nd와 금속 이온의 비에 의존할 것이다.According to another embodiment, other Nd-F compounds / materials may be used to benefit as described herein. For example, non-limiting examples thereof are other compounds containing Nd-F, which may include Nd-XF compounds. In addition to the foregoing mention that X may be O, N, S, Cl, etc., X may also be at least one metal element (other than Nd) capable of forming a fluorinated compound. Examples are metal elements such as Na, K, Al, Mg, Li, Ca, Sr, Ba, or Y, or a combination of these elements. For example, the Nd-XF compound may comprise NaNdF 4 . Other examples of Nd-XF compounds include compounds in which X may be Mg and Ca or Mg, Ca and O; As well as other compounds containing Nd-F including a perovskite structure doped with neodymium. Certain Nd-XF compounds may advantageously allow wider absorption at a wavelength of about 580 nm. Since neodymium oxyfluoride compounds may contain varying amounts of O and F [neodymium oxyfluoride compounds are typically derived from various amounts of neodymia (Nd 2 O 3 ) and neodymium fluoride (NdF 3 ) , The neodymium oxyfluoride compound may have a selected refractive index between that of an NdO compound (for example, 1.8 for neodymia) and an Nd-F compound (for example 1.60 for NdF 3 ) . Non-limiting examples of neodymium doped perovskite structure materials include neodymium compounds such as, for example, metal fluorides of Na, K, Al, Mg, Li, Ca, Sr, Ba, , NdF 3) than it can include those containing at least one component having a lower refractive index. These non-limiting examples of such "host" compounds are NaF (n = 1.32), KF (n = 1.36), AlF 3 (n = 1.36), MgF 2 (n = 1.38), LiF 1.39), CaF 2 (n = 1.44), SrF 2 (n = 1.44), BaF 2 (n = 1.48), and YF 3 (a lower refractive index than the NdF 3 in capital visible spectrum that includes the n = 1.50) . As a result of doping with a high refractive index Nd-F compound, for example NdF 3 , the resulting doped perovskite structure compound can be either of the host (for example, 1.38 for MgF 2 ) and of NdF 3 1.60). ≪ / RTI > The refractive index of the NdF 3 -doped metal fluoride compound will depend on the ratio of Nd to metal ion.
NdF3의 굴절률은 약 1.60이다. 따라서, 이는 때때로 실리콘과 상대적으로 양호한 RI 정합(대략 1.51의 굴절률을 가질 수도 있음)을 제공하는 것으로서 고려될 수도 있다. 더욱 더 양호한 정합이 Nd를 포함하거나 포함하지 않을 수도 있는 다른 재료와 NdF3를 혼합함으로써 얻어질 수도 있다. 예를 들어, NaNdF4는 대략 1.46의 RI를 갖는다. 따라서, NaF 또는 NaNdF4와 같은 다른 재료와 NdF3의 적절한 블렌딩에 의해, 블렌드의 굴절률은 실리콘의 것에 더욱 더 양호하게 정합하게 될 수 있다.The refractive index of NdF 3 is about 1.60. Thus, this may sometimes be considered as providing a relatively good RI match with silicon (which may have a refractive index of approximately 1.51). Further better matching may be obtained by mixing NdF 3 with other materials which may or may not include Nd. For example, NaNdF 4 has an RI of approximately 1.46. Thus, by proper blending of NdF 3 with other materials such as NaF or NaNdF 4 , the refractive index of the blend can be better matched to that of silicon.
도 2는 곡선(22)에 의해 표현되어 있는 실리콘 내에 분산된 네오디뮴 플루오라이드의 가시 스펙트럼 대 파장의 함수로서 곡선(20)에 의해 표현되어 있는 표준 네오디뮴 유리(예를 들어, Nd 유리를 위한 조성물로서 Na2O-Nd2O3-CaO-MgO-Al2O3-K2O-B2O3-SiO2를 사용하여)의 것의 흡수를 비교하는 그래프이다. 각각의 재료는 특히 황색(예를 들어, 약 570 nm 내지 약 590 nm) 구역에서, 다수의 동일한 흡수성 특징을 공유하는 것이 중요하다. 사용시에, 캡슐화제(예를 들어, 실리콘, 에폭시, 아크릴 등)로 LED 칩/다이를 캡슐화할 수도 있고, 캡슐화제는 본 명세서에 더 설명되는 바와 같이 LED 칩 상에 또는 LED 칩의 어레이(예를 들어, 칩-온-보드 어레이, COB 어레이) 상에 직접 증착된 실리콘 내의 NdF3과 같은 Nd-F 또는 Nd-F-O 기반 재료를 포함할 수도 있다.Figure 2 is a graphical representation of a standard neodymium glass (e. G., As a composition for an Nd glass) represented by
도 3은 실리콘 내로 블렌딩되고 상업용 LED 패키지(NICHIA 757) 상에 직접 증착되어, 즉 곡선(32)에 의해 표현되어 있는 바와 같이 이 LED 패키지를 더 캡슐화하는 NdF3의 발광 스펙트럼을 비교하는 그래프이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 스펙트럼은, 곡선(30)에 의해 표현된 베이스 NICHIA757 LED의 발광 스펙트럼에 비교할 때, 약 570 nm 내지 약 590 nm의 영역 내의 구역 또는 구역들에서 상당한 침하(depression)가 보여지는 점에서 약간 상이하다.Figure 3 is a graph comparing the emission spectra of NdF 3 , which is further blended into silicon and deposited directly onto a commercial LED package (NICHIA 757), i. E., As represented by
도 4는 곡선(42)에 의해 표현되어 있는 실리콘 내로 블렌딩되고 COB 어레이(TG66) 상에 직접 증착된 NdF3의 발광 스펙트럼을 파장의 함수로서 곡선(40)에 의해 표현되어 있는 베이스 TG66 COB 어레이의 것에 비교하는 그래프이다. 곡선(42)에 의해 제시되어 있는 스펙트럼은 도 3의 곡선(32)에 유사하다.4 is a curve (42) is blended in the silicone, which is represented by the base TG66 COB array with the emission spectrum of the NdF 3 is directly deposited on the COB array (TG66) is represented by
상기 예는 이하의 조명 메트릭: CSI, CRI, R9 또는 백색 지수(즉, 백색체 장소에 대한 근접도) 등 중 적어도 하나를 향상시키기 위해, LED 패키지 또는 어레이에 캡슐화 재료의 부분으로서 도포된 컬러 필터링 흡수 재료로서 Nd-F 재료(예를 들어, NdF3)의 실용성을 증명한다. 이하의 표 1은 Nd 유리를 포함하는 종래의 LED와 비교된 도 3 및 도 4에 제시되어 있는 예에 대한 결과적인 성능을 도시하고 있다.The examples illustrate the use of color filtering absorptions applied as part of an encapsulating material in an LED package or array to improve at least one of the following illumination metrics: CSI, CRI, R9 or white index (i.e., proximity to a white site) Demonstrating the practicality of an Nd-F material (e.g., NdF 3 ) as a material. The following Table 1 shows the resulting performance for the example shown in Figures 3 and 4 compared to a conventional LED comprising Nd glass.
Nd: 유리를 갖는 종래의 LED와 도 3 및 도 4에 제시되어 있는 결과적인 성능의 비교Comparison of the resultant performance shown in FIGS. 3 and 4 with a conventional LED with Nd: glass
표 1로부터 상기에서 볼 수 있는 바와 같이, NICHIA 757 LED 디바이스는 일반적으로 236의 Lumens/Watt 값을 갖는다. NdF3가 실리콘 내의 캡슐화제로서 사용될 때, CRI(연색/포화 지수)는 92이고, R9(적색 컬러 칩의 연색값)는 60의 값을 갖고, 색역 영역 지수(gamut area index: GAI)는 49이고, 방출된 광의 LPI(본 명세서에 정의된 바와 같은)에 기초하는 리빌네스는 110이다. LED 칩의 TG 66 어레이(COB 어레이)가 NdF3을 포함하는 실리콘 내에 캡슐화될 때, CRI는 90인 것으로 보이고, R9 값은 39이고, GAI는 50이고, "리빌네스"는 또한 110이다. 이들 값은 표 1의 아래행에 표시되어 있는 바와 같이, 백색 LED와 조합된 Nd 유리의 컬러 필터링 효과에 적절하게 비교된다. 색도 좌표(CCX, CCY) 및 CCT(color correlated temperature: 색 상관 온도)의 값이 모든 3개의 경우에 대해 참조로서 표시되어 있다.As can be seen from Table 1 above, NICHIA 757 LED devices typically have a Lumens / Watt value of 236. [ When NdF 3 is used as an encapsulating agent in silicon, CRI (color rendering / saturation index) is 92, R9 (color rendering value of red color chip) has a value of 60 and gamut area index (GAI) , And the reconstitution based on the LPI of the emitted light (as defined herein) is 110. When the
Nd-F 재료는 도 3 및 도 4의 예에서와 같이 간단히 네오디뮴 플루오라이드(NdF3)일 필요는 없다. 이는 또한 X가 전술된 바와 같이 다른 원소 또는 원소의 조합을 표현하고 F와 화학적으로 결합되어 있는 Nd-X-F 화합물 중 임의의 하나일 수도 있다. 이 방식으로, 이러한 Nd-X-F 재료는 이하의 조명 메트릭: CSI, CRI, R9, 백색 지수(즉, 백색체 장소에 대한 근접도) 등 중 적어도 하나를 향상시킬 수도 있다.The Nd-F material need not simply be neodymium fluoride (NdF 3 ) as in the examples of FIGS. 3 and 4. It may also be any one of the Nd-XF compounds in which X represents a combination of other elements or elements and is chemically bonded to F as described above. In this way, this Nd-XF material may improve at least one of the following illumination metrics: CSI, CRI, R9, white index (i.
예를 들어, 도 5는 실리콘 내로 블렌딩되고 상업용 LED 패키지(4000 K CCT를 갖는 NICHIA 757) 상에 직접 증착되고, 따라서 파장의 함수로서 곡선(52)에 의해 표현된 이 LED 패키지를 또한 캡슐화하는 Nd-F-O의 발광 스펙트럼을 비교하고 있는 그래프이다. 도 3 및 도 4의 예에 유사하게, 스펙트럼(52)은 곡선(50)에 의해 표현된 베이스 NICHIA757 LED의 발광 스펙트럼에 비교할 때, 약 570 nm 내지 약 590 nm의 영역 내의 구역 또는 구역들에서 상당한 침하를 갖는다.For example, FIG. 5 shows an Nd (Nd) package that is also blended into silicon and deposited directly on a commercial LED package (NICHIA 757 with 4000 K CCT) and thus also encapsulates this LED package represented by
이하의 표 2는 실리콘 캡슐화제를 갖는 통상의 LED(4000 K CCT를 갖는 NICHIA 757) 뿐만 아니라 네오디미아(Nd2O3) 및 네오디뮴 플루오라이드(NdF3)로 도핑된 다른 유형의 실리콘 캡슐화제와 비교된 상업용 LED 패키지(4000 K CCT를 갖는 NICHIA 757) 상에 직접 증착된 실리콘 내의 Nd-F-O에 대해 도 5에 제시되어 있는 예에 대한 결과적인 성능을 나타내고 있다. 표 2는 상기 재료에 대한 CSI(색 포화 지수)의 첨가에 의한 표 1과 유사한 파라미터를 열거하고 있다.Table 2 below shows the typical LEDs (NICHIA 757 with 4000 K CCT) with silicone encapsulating agent as well as other types of silicone encapsulating agents doped with neodymia (Nd 2 O 3 ) and neodymium fluoride (NdF 3 ) 5 for the Nd-FO in silicon deposited directly on a commercial LED package (NICHIA 757 with 4000 K CCT) compared to the Nd-FO in FIG. Table 2 lists parameters similar to Table 1 by the addition of CSI (Color Saturation Index) for the material.
상이한 Nd 기반 재료로 도핑된, 그리고 도핑이 없는, 실리콘 캡슐화제와 LED에 대한 최종 성능의 비교Comparison of final performance for LEDs with and without doping with different Nd-based materials, silicon encapsulants
Nd2O3는 그 더 높은 RI에 기인하여, NdFO 또는 NdF3보다 더 높은 산란 손실을 가질 것이라는 것이 주목된다. 그러나, NdFO는 CSI와 LPI 사이의 균형에 대한 더 양호한 성능을 갖는다. Nd2O3와 비교하여, NdF3와 같은 Nd-F 화합물은 단독으로 또는 NdFO 재료와 혼합되어, 산란 손실을 최소화하기 위해 더 낮은 RI를 가질 것이다. 더욱이, Nd2O3와 비교될 때, NdF3와 같은 Nd-F 화합물은 단독으로 또는 NdFO 재료와 혼합되어, LED 광의 스펙트럼에 대한 바람직한 황색 흡수 피크를 가능하게 할 수 있어, 감소된 루멘 페널티를 갖는 더 높은 CSI를 성취한다. 색도 좌표(CCX, CCY), CCT 및 CRI의 값이 모든 4개의 경우에 대해 참조로서 표시되어 있다.It is noted that Nd 2 O 3 will have a higher scattering loss than NdFO or NdF 3 due to its higher RI. However, NdFO has better performance for balance between CSI and LPI. Compared to Nd 2 O 3 , Nd-F compounds such as NdF 3 , alone or in combination with NdFO materials, will have a lower RI to minimize scattering losses. Moreover, when compared to Nd 2 O 3 , Nd-F compounds such as NdF 3 can be mixed alone or in combination with NdFO materials to enable a desirable yellow absorption peak for the spectrum of LED light, resulting in reduced lumen penalties Having higher CSI. The values of the chromaticity coordinates (CCX, CCY), CCT and CRI are indicated as references for all four cases.
특정 실시예에서, 산란 손실을 최소화하기 위해 캡슐화 재료와 굴절률 정합을 갖기 위해, Nd-F 재료 또는 Nd-F-O 재료 또는 Nd-X-F 재료를 선택할 수도 있다. 하나의 Nd-F 재료(예를 들어, 네오디뮴 플루오라이드)와 다른 Nd-X-F 재료(예를 들어, 네오디뮴 옥시플루오라이드)를 또한 블렌딩할 수도 있다. Nd-X-F 화합물 내의 원소 "X"는 "R9 곡선"과 스펙트럼을 더 양호하게 정합하기 위해, 대략 580 nm의 구역에서 흡수를 조정하기 위해 선택될 수도 있다.In certain embodiments, an Nd-F material or an Nd-F-O material or an Nd-X-F material may be selected to have refractive index matching with the encapsulating material to minimize scattering losses. One Nd-F material (e.g., neodymium fluoride) and another Nd-X-F material (e.g., neodymium oxyfluoride) may also be blended. The element "X" in the Nd-X-F compound may be selected to adjust the absorption in the region of approximately 580 nm to better match the spectrum with the "R9 curve ".
몇몇 실시예에서, Nd-F 재료(본 명세서에 설명된 모든 Nd-X-F 재료를 광범위하게 포함함)는 인광체와 같은 하나 이상의 발광 재료와 함께 캡슐화 재료 내로 블렌딩될 수도 있다. 예를 들어, Nd-F 컬러-필터링 재료는 황색-녹색 인광체 및/또는 적색 인광체와 블렌딩될 수도 있다. 예를 들어, Nd-F 재료는 Ce-도핑된 YAG 인광체 및/또는 Eu2 +-도핑된 CaAlSiN 적색 인광체와 같은 통상의 적색 니트라이드 인광체와 블렌딩될 수도 있다. 다른 예에서, Nd-F-O 재료는 실리콘 내에서 YAG:Ce 인광체 및 적색 니트라이드 인광체와 블렌딩될 수 있어, 청색 발광 NICHIA 757 LED를 캡슐화한다. 이론에 의해 한정되지 않고, YAG:Ce 인광체 및 적색 니트라이드 인광체로부터의 발광은 미 산란 이론(Mie scattering theory)에 따라, Nd-F-O의 첨가에 의해 향상될 수도 있다.In some embodiments, the Nd-F material (which includes all of the Nd-XF materials described herein extensively) may be blended into the encapsulating material with one or more light emitting materials such as phosphors. For example, the Nd-F color-filtering material may be blended with a yellow-green phosphor and / or a red phosphor. It may be blended with conventional cut red as the red phosphor CaAlSiN doped fluoride phosphor - for example, Nd-F materials are Ce- doped YAG phosphor and / or Eu 2 +. In another example, the Nd-FO material can be blended with the YAG: Ce phosphor and the red nitride phosphor in silicon to encapsulate the blue emitting NICHIA 757 LED. Without being limited by theory, the emission from the YAG: Ce phosphor and the red nitrite phosphor may be enhanced by the addition of Nd-FO, according to the Mie scattering theory.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 적합한 가시 흡수/발생 특성을 성취하기 위해 인광체와 함께 Nd-F 화합물(또는 더 일반적으로 본 명세서에 설명된 바와 같은 Nd-X-F 화합물)을 구비하는 LED 기반 조명 장치(60a, 60b, 60c, 60d) 각각의 상이한 비한정적인 예를 나타내고 있다. 도 6a 내지 도 6d에서, LED 기반 조명 장치(60a, 60b, 60c 또는 60d)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB)(66) 상에 장착된 LED 칩(65)을 포위하는 광학적으로 투명한 또는 반투명한 기판일 수 있는 돔(62)을 포함한다. 도선은 LED 칩(65)에 전류를 제공하고, 따라서 LED 칩이 방사선을 방출하게 한다. LED 칩은 임의의 반도체 광원, 특히 그 방출된 방사선이 인광체 상에 유도될 때 백색광을 생성하는 것이 가능한 청색 또는 자외선 광원일 수도 있다. 특히, 반도체 광원은 약 200 nm 초과, 약 550 nm 미만의 발광 파장을 갖는 IniGajAlkN(여기서, 0≤i; 0≤j; 0≤k이고, i+j+k=1)으로서 일반화되는 니트라이드 화합물 반도체에 기초하는 청색/자외선 발광 LED일 수도 있다. 더 구체적으로, 약 400 내지 500 nm의 최고 발광 파장을 갖는 근-UV 또는 청색 발광 LED일 수도 있다. 더욱 더 구체적으로, 칩은 약 440 내지 460 nm의 범위에서 최고 발광 파장을 갖는 청색 발광 LED일 수도 있다. 이러한 LED 반도체는 당 기술 분야에 공지되어 있다.6A-6D illustrate an Nd-F compound (or more generally an Nd-XF compound as described herein) together with a phosphor to achieve suitable visible absorption / generation characteristics, according to various embodiments of the present invention. A different non-limiting example of each of the LED-based
도 6a에 도시되어 있는 일 실시예에 따르면, 폴리머 복합물층(캡슐화제 화합물)(64a)은 본 명세서에 설명된 다양한 실시예에 따른 적절한 가시 흡수/발생 특성을 부여하기 위해 인광체와 블렌딩된 Nd-F 화합물(및/또는 일반적으로 Nd-X-F 화합물)을 포함할 수 있다. 화합물층(64a)은 LED 칩(65)의 표면 상에 직접 배치되고 칩에 방사선 결합될 수 있다. "방사선 결합"이라는 것은 LED 칩으로부터의 방사선이 인광체에 전달되고, 인광체가 상이한 파장의 방사선을 방출하는 것을 의미한다. 특정 실시예에서, LED 칩(65)은 청색 LED일 수도 있고, 폴리머 복합물층은 세륨-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷, Ce:YAG와 같은 황색-녹색 인광체와 Nd-F의 블렌드를 포함할 수 있다. LED 칩에 의해 방출된 청색광은 폴리머 복합물층의 인광체에 의해 방출된 황색-녹색광과 혼합되고, 전체 방출물은 Nd-F에 의해 필터링된 백색광으로서 나타난다. 따라서, LED 칩(65)은 캡슐화제 재료층(64a)에 의해 포위될 수도 있다. 캡슐화제 재료는 저온 유리, 열가소성 또는 열경화성 폴리머 또는 수지, 또는 실리콘 또는 에폭시 수지일 수도 있다. LED 칩(65) 및 캡슐화제 재료층(64a)은 쉘 내에 캡슐화된다[돔(62)에 의해 제한됨]. 대안적으로, LED 장치(60a)는 단지 외부 쉘/돔(62)이 없는 캡슐화제층(64a)을 포함할 수도 있다. 게다가, 산란 입자는 캡슐화제 재료 내에 매립될 수도 있다. 산란 입자는 예를 들어, 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 또는 티타니아(TiO2)일 수도 있다. 산란 입자는 바람직하게는 무시할만한 양의 흡수를 갖고, LED 칩으로부터 방출된 방향성 광을 효과적으로 산란할 수 있다.6A, the polymer composite layer (encapsulant compound) 64a may be an Nd-xylylene compound blended with a phosphor to impart appropriate visible absorption / generation properties in accordance with various embodiments described herein, F compound (and / or a Nd-XF compound in general). The
LED 칩의 표면 상에 Nd-F(Nd-X-F)를 포함하는 폴리머 복합물층을 형성하기 위해, 입자는 폴리머 또는 폴리머 전구체, 특히 실리콘 또는 실리콘 에폭시 수지, 또는 그를 위한 전구체 내에 분산될 수도 있다. 이러한 재료는 LED 패키징에 대해 공지되어 있다. 분산 혼합물은 임의의 적합한 프로세스에 의해 칩 상에 코팅되고, 더 큰 밀도 또는 입경, 또는 더 큰 밀도 및 더 큰 입경을 갖는 입자가 우선적으로 LED 칩에 근접한 구역에 침전되어, 점진적 조성(graded composition)을 갖는 층을 형성한다. 이 폴리머 또는 전구체의 코팅 또는 경화 중에 발생될 수도 있고, 당 기술 분야에 공지된 바와 같이, 원심 분리 프로세스에 의해 용이하게 될 수도 있다. 예를 들어 입자 밀도 및 크기 및 프로세스 파라미터를 포함하는 인광체 및 Nd-F(Nd-X-F)의 분산의 파라미터는, 인광체 성분에 의해 발생된 광의 Nd-F/Nd-X-F 화합물에 의한 적절한 필터링을 제공하기 위해, Nd-F(Nd-X-F)보다 LED 칩(65)에 더 근접하는 인광체 재료를 제공하도록 선택될 수 있다는 것이 또한 주목된다.In order to form a polymer composite layer comprising Nd-F (Nd-X-F) on the surface of the LED chip, the particles may be dispersed in a polymer or polymer precursor, especially a silicone or silicone epoxy resin, or a precursor therefor. Such materials are known for LED packaging. The dispersion mixture is coated on the chip by any suitable process and particles having a larger density or particle size, or larger density and larger particle size, are preferentially precipitated in the region close to the LED chip, resulting in a graded composition, Is formed. May occur during the coating or curing of the polymer or precursor, and may be facilitated by a centrifugation process, as is known in the art. Parameters of dispersion of the phosphors and Nd-F (Nd-XF), including for example particle density and size and process parameters, provide adequate filtering by the Nd-F / Nd-XF compound of light generated by the phosphor component (Nd-XF) to provide a phosphor material closer to the
도 6b에 도시되어 있는 대안적인 예시적인 실시예에서, 인광체층(64b)은 통상적으로 제작된 캡슐화층일 수도 있고, Nd-F(Nd-X-F) 화합물을 갖는 개별 캡슐화층(68b)은 예를 들어 폴리머 또는 폴리머 전구체 내의 적절한 통상의 증착/입자 분산 기술을 사용하여, 인광체층(64b)의 상부에 증착될 수도 있다.6b, the
도 6c에 도시되어 있는 다른 예시적인 실시예에서, Nd-F/Nd-X-F 복합물층(68c)은 돔(쉘)(62)의 외부면 상에 코팅될 수 있다. 코팅된 층(68b)의 성능은 도 6b의 Nd-F(Nd-X-F) 화합물을 갖는 캡슐화층(68b)의 성능에 유사하다. 대안적으로, 도 6c의 코팅(68c)은 돔(62)의 내부면 상에 증착될 수 있다. 돔/기판의 코팅에 관한 더 많은 구현 상세가 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명될 것이다. 돔(62) 자체는 투명하거나 반투명할 수 있다는 것이 주목된다.In another exemplary embodiment shown in FIG. 6C, the Nd-F / Nd-X-F
또 다른 예시적인 실시예에서, 도 6d에 도시되어 있는 바와 같이, 돔(쉘)(62)은 돔(62)의 외부면 상에 Nd-F/Nd-X-F 복합물층/코팅(68d) 및 돔(62)의 내부면 상에 인광체 코팅층(64d)의 모두를 증착하는 데 사용될 수 있다. 이 접근법의 상이한 변형예가 존재할 수도 있다는 것이 또한 주목된다. 예를 들어, 양 코팅(64d, 68d)은 인광체 코팅(64d)이 LED 칩(65)에 대한 코팅(68d)보다 더 근접한 상태로 돔(62)의 일 표면(외부면 또는 내부면) 상에 증착될 수도 있다. 또한, 코팅(64d, 68d)[돔(62)의 일 표면 상에 증착될 때]은 도 6a의 캡슐화제 화합물층(64a)에 유사한 하나의 층으로 조합될 수 있다. 돔(62) 자체는 도 6d에 도시되어 있는 예의 상이한 변형예를 구현하기 위해, 투명, 반투명 또는 반투과성일 수 있다는 것이 주목된다.6D, the
이하는 원하는 컬러 필터 효과를 유발하는 Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물을 함유하는 코팅을 사용하는 LED 기반 조명 장치의 다수의 비한정적인 예이다.The following are a number of non-limiting examples of LED-based lighting devices that use coatings containing Nd-F and / or Nd-X-F compounds to produce the desired color filter effect.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영역 조명 용례를 위해 적합한 LED 기반 조명 장치이다. LED 기반 조명 장치("조명 유닛" 또는 "램프"라 또한 칭할 수도 있음)는 거의 전방향성 조명 능력을 제공하도록 구성될 수도 있는 LED 램프(70)이다. 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, LED 램프(70)는 전구(72), 커넥터(74), 전구(72)와 커넥터(74) 사이의 베이스(76), 및 전구(72)의 외부면 상의 코팅(78)을 포함한다. 코팅(78)은 본 명세서에 설명된 Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물을 포함한다. 다른 실시예에서, 전구(72)는 다른 투명 또는 반투명 기판에 의해 대체될 수 있다. 대안적으로, 코팅(78)은 투명하거나 반투명할 수 있는 전구(72)의 내부면 상에 코팅될 수도 있다.7 is an LED-based illumination device suitable for area illumination applications in accordance with an embodiment of the present invention. LED-based lighting devices (also referred to as "lighting units" or "lamps ") are LED
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 기반 조명 장치(80)이다. 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, LED 기반 조명 장치는 천정 램프(80)이다(LED는 도시되어 있지 않음). 천정 램프(80)는 반구형 기판(82) 및 Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물을 함유하는 코팅(88)을 포함하고; 코팅(88)은 반구형 기판(82)의 내부면 상에 있다. 대안적으로, 코팅(88)은 투명하거나 반투명할 수 있는 반구형 기판(82)의 외부면 상에 코팅될 수도 있다.8 is an LED-based
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 기반 조명 장치이다. 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, LED 기반 조명 장치는 렌즈(90)이고, 렌즈(90)는 기판(92)(예를 들어, 편평 기판)을 포함한다. 본 실시예에서, 기판(92)은 그 내부면 및/또는 외부면 상에 Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물 코팅(도시 생략)을 포함한다.9 is an LED-based illumination device according to another embodiment of the present invention. 9, the LED-based illumination device is a
도 10은 본 발명의 일 다른 실시예에 따른 LED 기반 조명 장치(100)이다. LED 기반 조명 장치(100)는 전구(돔)(102), 적어도 하나의 LED 칩(105) 및 반사성 기판(106)을 포함한다. 반사성 기판(106)은 LED 칩(105)에 의해 발생된 가시광을 반사하도록 구성된다. 본 명세서에 설명된 실시예에서, 반사 기판(106)은 원하는 필터링을 제공하기 위해 그 외부면 상에 Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물 코팅(도시 생략)을 포함한다. 도 10에서, 돔(102)은 확산 재료로 구성될 수 있어, LED로부터의 특정 양의 광이 통과하게 될 것이고, 특정 양은 캐비티 내로 재반사될 것이다(이들 양은 돔 재료가 얼마나 고도로 확산되는지에 의존함). 반사광은 돔(102)의 확산도에 따라 정반사식으로 또는 확산식으로 반사될 것이다. 돔(102)으로부터 이들 확산 및/또는 정반사는 본 명세서에 설명된 실시예 중 하나에 따라 코팅된 반사성 기판(106) 상에 입사될 것이다. 대안적으로, 돔(102)이 동일한 기능성을 제공하기 위해 반반사성 재료로부터 구성될 수 있다.10 is an LED-based
Nd3 + 이온 및 F- 이온을 함유하는 화합물을 포함하는 본 명세서에 설명된 코팅 재료는 적은 광학 산란(확산) 효과를 가질 수도 있고, 또는 대안적으로 그를 통해 통과하는 광에 상당한 광 산란을 유발할 수도 있다. 산란각을 증가시키기 위해, 코팅은 유기 또는 무기 재료의 이산 입자를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 유기 또는 무기 재료는 단지 Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물의 이산 입자(예를 들어, Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물로 부분적으로 또는 완전히 형성됨)로 구성되고 그리고/또는 Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물의 이산 입자(예를 들어, Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물로 부분적으로 또는 완전히 형성됨)와 적어도 하나의 다른 상이한 재료로 형성된 입자의 혼합물로 구성될 수 있다.The coating materials described herein, including compounds containing Nd 3 + and F - ions, may have a small optical scattering (diffusing) effect or, alternatively, cause significant light scattering in the light passing therethrough It is possible. In order to increase the scattering angle, the coating may comprise discrete particles of organic or inorganic material. Alternatively, the organic or inorganic material may consist only of discrete particles of Nd-F and / or Nd-XF compounds (e.g. partially or completely formed with Nd-F and / or Nd-XF compounds) and / Or a mixture of particles formed of at least one other different material with discrete particles of Nd-F and / or Nd-XF compounds (e.g., partially or completely formed of Nd-F and / or Nd-XF compounds) .
일 실시예에서, 유기 또는 무기 재료를 위한 적합한 입경은 약 1 nm 내지 약 10 미크론일 수 있다. 도 7에 도시되어 있는 LED 램프(70)에 대해, LED 램프(70)가 전방향성 조명을 성취할 수 있도록 산란각을 최대화하기 위해, 입경은 레일리(Rayleigh) 산란의 효율을 최대화하도록 300 nm 훨씬 미만이 되도록 선택될 수도 있다.In one embodiment, a suitable particle size for the organic or inorganic material may be from about 1 nm to about 10 microns. For the
한정이 되도록 의도되는 것은 아니지만, Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물 코팅은 예를 들어, 스프레이 코팅, 롤러 코팅, 메니스커스 또는 침지 코팅, 스탬핑, 스크리닝, 분배, 롤링, 브러싱, 접합, 정전 코팅 또는 균등한 두께의 코팅을 제공할 수 있는 임의의 다른 방법에 의해 도포될 수도 있다. 이하는 기판 상에 Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물을 어떻게 제공하는지의 3개의 비한정적인 예를 설명할 것이다.Although not intended to be limiting, the Nd-F and / or Nd-XF compound coating may be applied by any suitable technique, including, for example, spray coating, roller coating, meniscus or dip coating, stamping, screening, dispensing, rolling, brushing, Coating or any other method capable of providing a coating of equal thickness. The following will describe three non-limiting examples of how to provide Nd-F and / or Nd-X-F compounds on a substrate.
일 실시예에서, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 코팅(37)은 접합 방법에 의해 전구(72) 상에 코팅될 수도 있다. LED 램프(70)는 전구(72)와 코팅(78) 사이에 접합층(도시 생략)을 포함할 수 있고, 접합층은 유기 접착제 또는 무기 접착제를 포함할 수도 있다. 유기 접착제는 에폭시 수지, 유기 실리콘 접착제, 아크릴 수지 등을 포함할 수 있다. 무기 접착제는 실리케이트 무기 접착제, 설페이트 접착제, 포스페이트 접착제, 산화물 접착제, 붕산염 접착제 등을 포함할 수 있다.In one embodiment, as shown in Fig. 7, the coating 37 may be coated on the
다른 실시예에서, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 코팅(78)은 스프레이 코팅법에 의해 전구(72)의 외부면 상에 코팅될 수도 있다. 첫째로, 예를 들어, NdFO 및/또는 NdF3 화합물, 이산화실리콘, Dispex A40과 같은 분산제, 물 및 선택적으로 TiO2 또는 Al2O3를 함유하는 액체 혼합물이 형성된다. 다음에, 형성된 액체 혼합물은 전구(72) 상에 스프레이된다. 마지막으로, 전구(72)는 코팅된 LED 램프(70)를 얻기 위해 경화된다.In another embodiment, as shown in FIG. 7, the
일 실시예에서, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 코팅(78)은 정전 코팅법에 의해 전구(72)의 외부면 상에 코팅될 수도 있다. 먼저, 예를 들어, NdFO 및/또는 NdF3 화합물, SiO2 및 Al2O3로 이루어진 전기적으로 하전된 분말이 생성된다. 다음에, 분말은 반대로 하전되는 전구(72) 상에 코팅된다.In one embodiment, as shown in FIG. 7, the
본 발명의 다른 실시예에서, 스프레이 코팅법 및 정전 코팅법의 모두는 유기 용제 또는 유기 화합물이 없는 재료를 사용할 수도 있는데, 이는 LED 라이트 장치의 내용년수를 연장시키고 설폰화에 의해 통상적으로 유발되는 변색을 회피할 수 있다.In another embodiment of the present invention, both spray coating and electrostatic coating methods may use organic solvents or materials free of organic compounds, which may prolong the shelf life of the LED light devices and cause discoloration Can be avoided.
다른 실시예에서, 코팅 내의 NdF3 또는 다른 Nd3 + 이온 소스(예를 들어, Nd-F 화합물 및 Nd-X-F 화합물)의 중량 퍼센트는 약 1% 내지 약 20%일 수도 있다. 일 특정 실시예에서, 코팅 내의 NdF3 또는 다른 Nd3 + 이온 소스의 중량 퍼센트는 약 1% 내지 약 10%의 범위일 수도 있다. 다른 실시예에서, 백색 반사 외관을 성취하기 위해 광의 굴절을 촉진하기 위해, 코팅은 Nd-F 및/또는 Nd-X-F 화합물에 대한 더 높은 굴절률을 갖는 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 첨가제는 TiO2, SiO2 및 Al2O3와 같은 금속 산화물 및 비금속 산화물로부터 선택될 수 있다.In other embodiments, the weight percent of NdF 3 or other Nd 3 + ion sources (e.g., Nd-F compound and Nd-XF compound) in the coating may be from about 1% to about 20%. In one particular embodiment, the weight percent of NdF 3 or other Nd 3 + ion sources in the coating may range from about 1% to about 10%. In another embodiment, the coating may further comprise an additive having a higher refractive index for the Nd-F and / or Nd-XF compound to promote refraction of light to achieve a white reflective appearance. The additive may be selected from metal oxides and non-metal oxides such as TiO 2, SiO 2 and Al 2 O 3.
달리 정의되지 않으면, 본 명세서에 사용된 기술 및 과학 용어는 본 개시내용이 속하는 당 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 용어 "제1", "제2" 등은 본 명세서에 사용될 때, 임의의 순서, 양 또는 중요도를 나타내는 것은 아니고, 오히려 하나의 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해 채용된다. 또한, 단수 용어는 양의 한정을 나타내는 것은 아니고, 오히려 참조된 아이템 중 적어도 하나의 존재를 나타낸다. 본 명세서에서 "구비하는", "포함하는" 또는 "갖는" 및 이들의 변형의 사용은 그 다음에 열거된 아이템 및 이들의 등가물, 뿐만 아니라 부가의 아이템을 포함하도록 의도된다. 용어 "연결된" 및 "결합된"은 물리적 또는 기계적 연결부 또는 커플링에 한정되는 것은 아니고, 직접 또는 간접이건간에 전기적 및 광학적 접속부 또는 커플링을 포함할 수 있다.Unless otherwise defined, the technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. The terms "first "," second ", and the like, when used in this specification, do not denote any order, amount, or importance, but rather are employed to distinguish one element from another. Also, the singular terms do not denote a quantity limitation, but rather indicate the presence of at least one of the referenced items. The use of " comprise ", " comprise "or" having "and variations thereof herein is intended to encompass the items listed thereafter and their equivalents as well as additional items. The terms "connected" and "coupled" are not limited to physical or mechanical connections or couplings, and may include electrical and optical connections or couplings, whether direct or indirect.
더욱이, 당 기술 분야의 숙련자는 상이한 실시예로부터 다양한 특징의 상호교환 가능성을 인식할 수 있을 것이다. 설명된 다양한 특징, 뿐만 아니라 각각의 특징에 대한 다른 공지의 등가물은 본 개시내용의 원리에 따른 부가의 시스템 및 기술을 구성하기 위해, 당 기술 분야의 숙련자에 의해 혼합되고 정합될 수 있다.Moreover, those skilled in the art will recognize the interchangeability of various features from different embodiments. The various features described, as well as other known equivalents for each feature, may be mixed and matched by one skilled in the art to construct additional systems and techniques in accordance with the principles of the present disclosure.
청구된 장치의 대안 실시예를 설명할 때, 특정 용어가 명료화를 위해 채용된다. 그러나, 본 발명은 이와 같이 선택된 특정 용어에 한정되도록 의도된 것은 아니다. 따라서, 각각의 특정 요소는 유사한 기능을 성취하기 위해 유사한 방식으로 동작하는 모든 기술적 등가물을 포함하는 것이라는 것이 이해되어야 한다.In describing alternative embodiments of the claimed device, certain terms are employed for clarity. However, the present invention is not intended to be limited to the specific terms thus selected. It is, therefore, to be understood that each specific element includes all technical equivalents that operate in a similar manner to accomplish a similar function.
상기 설명은 첨부된 청구범위의 범주에 의해 규정된 본 발명의 범주를 한정하는 것이 아니라 예시하도록 의도된 것이라는 것이 이해되어야 한다. 다른 실시예가 이하의 청구범위의 범주 내에 있다.It is to be understood that the above description is intended to be illustrative, not limiting, of the scope of the invention as defined by the scope of the appended claims. Other embodiments are within the scope of the following claims.
본 명세서에 설명되고 청구된 다양한 비한정적인 실시예는 특정 용례를 위해 개별적으로 사용되고, 조합되거나 또는 선택적으로 조합될 수도 있다는 것이 주목된다.It is noted that the various non-limiting embodiments described and claimed herein may be used separately, combined, or optionally combined for specific applications.
또한, 상기 비한정적인 실시예의 다양한 특징의 일부는 다른 설명된 특징의 대응 사용 없이 이익이 되도록 사용될 수도 있다. 따라서, 상기 설명은 그 한정이 아니라, 본 발명의 원리, 교시 및 예시적인 실시예의 단지 예시로서만 고려되어야 한다.In addition, some of the various features of the non-limiting embodiments may be used to advantage without the corresponding use of other described features. Accordingly, the above description should not be construed as limiting, but merely as exemplifications of the principles, teachings, and illustrative embodiments of the invention.
60a, 60b, 60c, 60d: LED 장치
62: 돔
64a: 화합물층
64b: 인광체층
64d: 인광체 코팅층
65: LED 칩
66: 인쇄 회로 기판
68d: 코팅
70: LED 램프
72: 전구
74: 커넥터
76: 베이스
78: 코팅
80: 천정 램프60a, 60b, 60c, 60d: LED device 62: dome
64a:
64d: phosphor coating layer 65: LED chip
66: printed
70: LED lamp 72: light bulb
74: connector 76: base
78: Coating 80: ceiling lamp
Claims (20)
네오디뮴(Nd) 및 불소(F)의 원소를 포함하는 화합물을 포함하고 상기 발생된 가시광을 화합물에 의해 필터링함으로써 원하는 광 스펙트럼을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 구성요소
를 포함하는 장치.At least one light emitting diode (LED) module configured to generate visible light; And
At least one component comprising a compound comprising elements of neodymium (Nd) and fluorine (F) and configured to provide the desired optical spectrum by filtering the generated visible light with a compound
/ RTI >
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