Organic spectral converters are attractive alternatives for LED phosphor because of their broad ab-sorption and emission, moderate price, and ease of fabrication. There have been attempts to use organic spectral converters for LED applications, but there are concerns on their stability. Therefore, Dye-bridged siloxane hybrimer spectral converters which are one-body system of dye and matrix consisted with sol-gel derived oligosiloxane could overcome the limitation of dye usage. Using DCM derivative, red dye-bridged siloxane hybrimer was synthesized and green dye-bridged siloxane hybrimer was synthesized from ACP as a host fluorescent dye.
In dye-bridged siloxane hybrimer spectral converters, dyes are chemically bridged to oligosiloxane, thereby dyes are seized and caged by the dense siloxane network and it leads more stable characteristics. Molecular stacking of dye molecule is prevented by the covalently bridged structure, so the concentration stability is enhanced and high dispersion of dye in matrix is obtained. Photoluminescence intensity of dye-bridged siloxane hybrimer have less sensitivity to temperature to preserve initial characteristic on elevated temperature because internal molecular rotation is restricted by the chemical structure.
As mentioned before dye-bridged hybrimer have many advantages, but there is a need for im-provement of photo stability. In this study, I reported four method to improve the photostability. First, condition of LED packaging process was changed from air to glove box. And 1st and 2nd antioxidant were added to dye-bridged hybrimer to interrupt oxidation of dye. Also I change the formation of matrix from epoxy to fluorinated epoxy. Finally to improve the quantum yield of green fluorescent organic dye, I synthesized phenothiazine derivative. By using these method, Result of electroluminescence spectrum was improved
And white LEDs were fabricated using the dye-bridged hybrimer spectral converters on the blue LED chip. The white LED is achieved by optimizing dye concentration and controlling ratio between R-DBH and G-DBH. After photo stability test for 15hr, Intensity of electroluminescence was stable. And the dye-bridged hybrimer based white LEDs show high color rendering index(90~95).
유기염료는 가격이 저렴하고 광 흡수 영역이 넓으며 다양한 색상의 파장영역에서 발광이 가능한 형광체로 LED에 응용할 수 있다. 하지만 유기염료의 특성상 열과 빛에 약해서 실제로 형광체로 응용하기에는 어려움이 있다.
이를 개선하기 위해 유기염료와 LED봉지재로 사용될수 있는 하이브리머를 화학적으로 결합시켜 단일한 고분자형태의 염료하이브리머를 합성하였다. 화학적 결합을 시킴으로써 염료의 분자 회전 및 변형을 방지하여 열 및 광안정성을 가질수 있고 형광체 분산의 어려움을 해결할 수 있다.
실제로 적색 및 녹색 염료하이브리머의 조성비를 조절하여 청색LED칩에 봉지하여 백색LED를 제작하였을 때 높은 연색지수를 가지고 색온도의 조절이 용이한 장점이 있다.
또한 염료하이브리머가 봉지된 백색 LED를 120℃에서 1200시간 열안정성 테스트를 한 후의 EL스펙트럼 및 연색지수의 변화가 거의 없어서 우수한 내열성을 가지는 것을 알 수 있다.
다만 앞에서 기술한 것과 같이 기존의 염료하이브리머가 가지는 열안정성은 좋으나 광특성에 대해서는 좀더 개선의 필요성이 있었다. 염료하이브리머에 사용되는 기존의 녹색 염료의 경우에는 양자효율이 높지 않았고, 염료하이브리머가 외부 공기와의 접촉으로 인해 LED효율이 낮아지는 문제가 있었다. 이러한 원인들로 인해 LED전류전압 인가 후에 적색과 녹색 영역대의 파장에서 발광스펙트럼의 세기가 지속적으로 감소하는 문제가 발생하였다. 이를 해결하기 위해 높은 양자효율을 가지는 새로운 구조의 녹색 유기염료를 합성하고, 패키징 공정 및 Matrix개선을 통해 높은 연색지수, 열안정성과 광안정성을 모두 가지는 백색LED를 제작하는 연구를 진행하였다.
