KR100907221B1 - WHITE LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING YELLOW EMITTING Ce3+ DOPED CALCIUM SILICATE PHOSPHOR - Google Patents
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Abstract
본 발명은 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드에 관한 것으로써 구체적으로는 Ca2-x-zSiO4:Ce3+ x, N+ z (x는 0 < x ≤ 0.5, z는 0 < z ≤ 0.5, N = Li, Na, K, Rb 중 적어도 1종)로 표시되는 Ce3+ 부활된 칼슘 실리케이트계 형광체를 이용한 발광 다이오드에 관한 것이다. 본 발명의 형광체는 기존의 InGaN-기반 청색 발광 다이오드 및 GaN-기반 장파장자외선 발광 다이오드에 의하여 여기되어 넓은 스펙트럼의 발광을 나타낸다. The present invention relates to a white light emitting diode comprising a phosphor, specifically Ca 2-xz SiO 4 : Ce 3+ x , Light emitting diode using Ce 3+ revived calcium silicate-based phosphor represented by N + z (x is 0 <x ≤ 0.5, z is 0 <z ≤ 0.5, N = Li, Na, K, Rb) It is about. The phosphor of the present invention is excited by conventional InGaN-based blue light emitting diodes and GaN-based long wavelength ultraviolet light emitting diodes to exhibit a broad spectrum of light emission.
본 발명에 따른 형광체를 이용한 발광 다이오드는 넓은 파장의 스펙트럼을 가지며 Eu2+ 부활된 실리케이트계 형광체를 사용하여 백색 발광 다이오드를 제조하는 경우보다 보다 높은 연색지수를 나타낼 수 있다.The light emitting diode using the phosphor according to the present invention has a broad wavelength spectrum and may have a higher color rendering index than the case of manufacturing a white light emitting diode using Eu 2+ -activated silicate-based phosphor.
백색, 발광, 다이오드, Ce 부활 칼슘 실리케이트계 형광체, 황색 형광체 White, Light Emitting Diode, Ce Revitalized Calcium Silicate Phosphor, Yellow Phosphor
Description
본 발명은 Ce3+ 부활된 실리케이트계 형광체를 이용한 백색 발광 다이오드 제조에 관한 것이다. 보다 상세하게는 칼슘 실리케이트 모체에 활성제 성분으로 세륨옥사이드 (CeO2)를 첨가하여 혼합되는 공정과 특정 조건의 열처리 공정이 수행됨으로써, 발광 다이오드 또는 능동 발광형 액정 디스플레이에 적용 되었을 때 높은 발광 효율을 가질 수 있는 Ce3+ 부활 실리케이트계 형광체를 이용한 백색 발광 다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to the fabrication of white light emitting diodes using Ce 3+ activated silicate-based phosphors. More specifically, by adding cerium oxide (CeO 2 ) as an activator component to the calcium silicate matrix and performing a mixing process and a heat treatment process under specific conditions, it has high luminous efficiency when applied to a light emitting diode or an active light emitting liquid crystal display. The present invention relates to a white light emitting diode using Ce 3+ activating silicate-based phosphor.
백색 발광 다이오드 (White LED)는 종래의 일반 조명을 대신할 수 있는 차세대 발광 소자 중의 하나이다. 백색 발광 다이오드는 소비전력이 종래의 광원보다 매우 적으며 높은 발광 효율과 고휘도를 나타내고, 긴 수명과 빠른 응답 속도를 가지는 장점이 있다. White LEDs are one of the next generation light emitting devices that can replace conventional general lighting. The white light emitting diode has much lower power consumption than a conventional light source, exhibits high light emission efficiency and high brightness, and has a long life and a fast response speed.
백색 발광 다이오드를 제조하는 방법으로는 크게 세 가지 방법이 있다. 고 휘도의 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드를 함께 실장하여 사용하는 방법, 장파장 자외선 발광 다이오드 위에 적색, 녹색 및 청색 발광 형광체를 코팅하여 사용하는 방법 및 청색 발광 다이오드 위에 황색 발광 형광체를 코팅하여 사용하는 방법이 그것이다. There are three methods for manufacturing a white light emitting diode. A method of mounting high luminance red, green and blue light emitting diodes together, a method of coating red, green and blue light emitting phosphors on a long wavelength ultraviolet light emitting diode, and a method of coating yellow light emitting phosphors on a blue light emitting diode. This is it.
첫 번째 방법인 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드를 함께 실장하여 사용하는 방법은 세 개의 칩을 사용하여 하나의 발광장치를 만들어야하기 때문에 서로 다른 반도체 박막을 이용하여 청색, 녹색, 적색 발광을 하는 발광 다이오드를 제조해야하므로 발광 다이오드 제조공정에 투자비가 많이 들어가고 제조 단가가 비싸지는 단점이 있다.The first method, which uses red, green, and blue light emitting diodes mounted together, uses three chips to make one light emitting device. Therefore, light emitting diodes emitting blue, green, and red light using different semiconductor thin films are used. Because of the manufacturing cost of the light emitting diode manufacturing process has a disadvantage that the manufacturing cost is expensive.
두 번째 방법인 장파장 자외선 발광 다이오드 위에 적색, 녹색 및 청색 발광의 세가지 형광체를 코팅하는 기술은 국제특허출원 WO98/039805에 개시되어 있다. 이 방법은 자외선을 삼원색 형광 물질에 투과시켜 삼파장 백색광을 만들어 내는 가장 이상적인 방법이다. 그러나, 발광 다이오드에서 심하게 열이 방출되어 발광 효율이 좋지 않고 아직 장파장 자외선에 대한 발광 효율이 좋은 형광체가 나타나지 않고 있다. 니치아사나 토요다 고세이사의 제품의 경우도 겨우 2 내지 3 mW의 출력을 보일 뿐이다. 그 이유는 장파장 자외선 발광 다이오드 칩을 덮을 투명한 수지가 개발되지 않아 대부분 유기수지가 사용되는데 유기수지는 자외선을 흡수 및 열화되므로, LED의 수명 및 품질을 저하시키는 요인이 된다.A second method, a technique of coating three phosphors of red, green and blue light emission on a long wavelength ultraviolet light emitting diode is disclosed in international patent application WO98 / 039805. This method is the most ideal way to generate three wavelength white light by transmitting ultraviolet light through three primary fluorescent materials. However, since the heat is emitted from the light emitting diodes badly, the luminous efficiency is not good and the phosphor having good luminous efficiency against long wavelength ultraviolet rays has not yet appeared. Nichiasa and Toyota Kosei's products show only 2-3 mW. The reason is that the transparent resin covering the long wavelength ultraviolet light emitting diode chip has not been developed, and most of the organic resin is used. Since the organic resin absorbs and deteriorates the ultraviolet rays, the lifespan and quality of the LED are deteriorated.
마지막 방법인 청색 발광 다이오드 위에 황색 발광 형광체를 코팅한 백색 발광 다이오드를 제조하는 기술은 현재 가장 널리 연구되고 있다. 그 구조가 간단하 여 제조하기 쉽고 고휘도의 백색광을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이 방법은 일본 니치아사가 특허 출원한 국제출원공개 WO9805078호에 자세히 개시되어 있으며, S. Nakamura의 저서 (S. Nakamura, "The Blue Laser Diode", Springer-Verlag, P. 216-219, 1997)에도 자세히 설명되어 있다. 발광 다이오드로부터 발광된 청색의 빛이 이트륨 알루미늄 가넷 (Y3Al5O12:Ce3+; YAG)의 형광체에 흡수된 후 황색의 빛을 발광하도록 하여, 청색과 황색의 빛의 조합에 의해 백색광이 만들어지도록 하는 것이다. 그러나, YAG계의 발광 형광체는 발광 파장의 특성상 적색 영역의 발광강도가 상대적으로 약해 우수한 연색 (color rendering) 특성을 얻기가 어려우며 색 온도에 민감하므로, 조명 및 LCD 칼라 배경 광원으로는 적합하지 못한 문제가 있다. Lastly, a technique of manufacturing a white light emitting diode coated with a yellow light emitting phosphor on a blue light emitting diode is the most widely studied. The structure is simple and easy to manufacture, and has the advantage of obtaining a high brightness white light. This method is described in detail in International Patent Application Publication No. WO9805078 filed by Nichia, Japan, and is also described in S. Nakamura's book (S. Nakamura, "The Blue Laser Diode", Springer-Verlag, P. 216-219, 1997). It is explained in detail. The blue light emitted from the light emitting diode is absorbed by the phosphor of yttrium aluminum garnet (Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ ; YAG) and then emits yellow light, thereby combining white light with a combination of blue and yellow light. This is what makes it. However, YAG-based light-emitting phosphors have a weak emission intensity in the red region due to the light emission wavelength, which makes it difficult to obtain excellent color rendering characteristics and is sensitive to color temperature, which makes them unsuitable for lighting and LCD color background light sources. There is.
이에 대하여, 한국화학연구원에서 Eu2+ 부활된 스트론튬 실리케이트 형광체(Sr3SiO5:Eu2+)를 보고하였으나 (국내특허공개 제2004-0085039) 중심파장이 약 570 nm 정도이고 발광 폭이 좁아 황색이 아닌 오렌지색 발광을 나타내어 청색 발광 다이오드와 결합시 원하는 백색광을 얻을 수 없는 문제가 있다. 또한 한국 화학연구원에서 Eu2+ 부활된 Sr2SiO4 형광체를 보고하였으나 (출원번호 10-2003-0005976) 이 역시 발광의 폭이 좁아 우수한 연색 특성을 얻을 수 없는 단점이 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 발광 밴드의 폭이 넓은 새로운 황색 발광 형광물질이 절실히 요구된다.On the other hand, the Korea Research Institute of Chemistry reported Eu 2+ resurrected strontium silicate phosphor (Sr 3 SiO 5 : Eu 2+ ) (Domestic Patent Publication No. 2004-0085039) but the center wavelength is about 570 nm and the emission width is narrow and yellow. There is a problem that the desired white light can not be obtained when combined with the blue light emitting diode because of the orange light emission. In addition, the Korea Institute of Chemistry reported Eu 2+ regenerated Sr 2 SiO 4 phosphor (application number 10-2003-0005976) also has a disadvantage that can not obtain excellent color rendering characteristics because of the narrow width of the emission. In order to solve these problems, there is an urgent need for a new yellow light emitting fluorescent substance having a wide light emitting band.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 질화갈륨계(GaN) 및 산화아연계(ZnO) 청색 발광 다이오드에 의해 여기되어 500 ~ 700 nm 영역의 발광 파장대를 가지는 Ce3+ 부활된 칼슘 실리케이트계 형광체를 이용한 백색 발광 다이오드의 제조 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, is excited by a gallium nitride (GaN) and zinc oxide (ZnO) blue light emitting diode having a light emission wavelength band of 500 ~ 700 nm region An object of the present invention is to propose a method of manufacturing a white light emitting diode using Ce 3+ -activated calcium silicate-based phosphor.
본 발명의 다른 목적은 청색광 및 장파장 자외선 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드에서 여기되어 황색광을 발광할 수 있는 Ce3+ 부활된 칼슘 실리케이트계 형광체 (Ca2-x-zSiO4:Ce3+ x, N+ z)가 포함되는 백색 발광 다이오드를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a blue and long wavelength ultraviolet light emitting diode and a Ce 3+ regenerated calcium silicate-based phosphor (Ca 2-xz SiO 4 : Ce 3+ x , N + which can be excited in the light emitting diode and emit yellow light). It is to provide a white light emitting diode containing z ).
또한 본 발명은 종래의 형광체에 비하여 넓은 파장의 발광 스펙트럼을 보이고 청색 발광 다이오드뿐 아니라 장파장 자외선 발광 다이오드를 이용하여 백색광을 구현할 수 있는 형광체를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a phosphor that exhibits a broader emission spectrum than a conventional phosphor and can implement white light using not only a blue light emitting diode but also a long wavelength ultraviolet light emitting diode.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 주피크 파장이 400 ~ 470 nm인 발광 다이오드 칩; 및 상기발광 다이오드 칩에서 출사된 빛에 의해 여기되고 상기 화학식으로 표시되는 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트계 형광체가 포함되는 발광 다이오드를 포함한다.The present invention for achieving the above object is a light emitting diode chip having a main peak wavelength of 400 ~ 470 nm; And a light emitting diode comprising a Ce 3+ -activated calcium silicate-based fluorescent material excited by light emitted from the light emitting diode chip and represented by the chemical formula.
본 발명에 따르면 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트계 황색 형광체를 제조할 수 있었으며, 넓은 파장의 발광 스펙트럼을 가지고, 청색 발광 다이오드를 여기 에너지원으로 사용하여 효율적인 발광을 하는 형광체를 얻을 수 있다. According to the present invention, a Ce 3+ -activated calcium silicate-based yellow phosphor could be prepared, and a phosphor having a broad emission spectrum and a blue light emitting diode as an excitation energy source could be obtained to emit light efficiently.
또한, 본 발명의 형광체를 장파장 자외선 발광 다이오드에 적용하는 경우에도 고휘도의 백색광을 구현할 수 있다. In addition, even when the phosphor of the present invention is applied to a long wavelength ultraviolet light emitting diode, high brightness white light can be realized.
본 발명의 형광체는 청색 발광 다이오드, 장파장 자외선 발광 다이오드 및 액정 디스플레이의 후면 광원에 적용되었을 때 높은 발광 효율 및 넓은 발광 밴드를 나타내어 조명, 노트북, 핸드폰 등의 액정 디스플레이용 후면광원으로 사용 시 특히 효과적이다.The phosphor of the present invention exhibits a high luminous efficiency and a wide luminous band when applied to a blue light emitting diode, a long wavelength ultraviolet light emitting diode and a rear light source of a liquid crystal display, and thus is particularly effective when used as a rear light source for a liquid crystal display such as lighting, a notebook, a mobile phone, and the like. .
이하 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 형광체는 Ca과 Si이 모체를 이루며, Ce3+는 활성제로 작용한다. Ce의 양이 0.001보다 적으면 활성제로서의 역할을 하기에 충분하지 못하며, 0.5 보다 많으면, 농도 소광 현상(concentration quenching effect)에 따른 휘도 저하가 커져 바람직하지 못하다.In the phosphor of the present invention, Ca and Si form a matrix, and Ce 3+ acts as an activator. If the amount of Ce is less than 0.001, it is not sufficient to serve as an activator. If the amount of Ce is more than 0.5, the decrease in luminance due to concentration quenching effect becomes large, which is not preferable.
본 발명에 따른 형광체의 원료 물질로는 칼슘카보네이트(CaCO3), 실리카(SiO2), 세륨옥사이드(CeO2)을 사용하며, 필요에 따라서는 Ca은 Mg, Sr, Ba 등의 알칼리토 금속원소로 치환될 수 있다.As a raw material of the phosphor according to the present invention, calcium carbonate (CaCO 3 ), silica (SiO 2 ), cerium oxide (CeO 2 ) are used, and if necessary, Ca is an alkaline earth metal element such as Mg, Sr, and Ba. It may be substituted with.
또한 상기 Ce3+이 Ca2+ 자리에 치환되므로 전하균형(charge balance)을 맞춰주기 위해 1가의 알칼리 원소를 치환하여 준다. 이때 상기 N이 Li, Na인 경우는 상기 조성식에서 z는 0 < z ≤ 0.3 인 것이 바람직하고, K인 경우는 상기 조성식에서 z는 0 < z ≤ 0.5 인 것이 바람직하다.In addition, since Ce 3+ is substituted at the Ca 2+ site, a monovalent alkali element is substituted for the balance of charge. In this case, when N is Li and Na, z in the composition formula is preferably 0 <z ≦ 0.3, and in the case of K, z in the composition formula is preferably 0 <z ≦ 0.5.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 형광체의 제조방법에 대하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 제시되는 실시예에 제한되지는 아니하고, 구성요소의 부가, 치환 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.Hereinafter, a method of manufacturing a phosphor of a preferred embodiment according to the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the present embodiment, and other embodiments may be easily proposed by adding or replacing components.
이하에서 본 발명의 사상에 따르는 Ce3+ 부활 실리케이트계 형광체의 제조방법의 구체적인 실시예를 설명한다.Hereinafter, a specific embodiment of a method for preparing a Ce 3+ activated silicate-based phosphor according to the spirit of the present invention will be described.
먼저 칼슘실리케이트(CaCO3), 알칼리토금속 카보네이트 (MCO3) 혹은 산화물 (MO), 알칼리금속 카보네이트 (N2CO3), 불화물 (NF) 혹은 염화물 (NCl), 실리카 (SiO2) 및 세륨옥사이드(CeO2)를 칭량한 (weighing)뒤에, 소정의 용매 하에서 혼합한다.First, calcium silicate (CaCO 3 ), alkaline earth metal carbonate (MCO 3 ) or oxide (MO), alkali metal carbonate (N 2 CO 3 ), fluoride (NF) or chloride (NCl), silica (SiO 2 ) and cerium oxide ( CeO 2 ) is weighed and then mixed under a predetermined solvent.
상세하게는 상기 물질을 원하는 조성에 따른 소정비로 칭량하고, 효과적인 혼합을 위해 상기 용매는 에탄올을 사용한다. 또한, 상기 에탄올 하에서 볼밀 링(Ball milling) 또는 마노 유발과 같은 혼합기를 이용하여 균일한 조성이 되도록 혼합한다.Specifically, the material is weighed in a predetermined ratio according to the desired composition and ethanol is used as the solvent for effective mixing. In addition, using a mixer such as ball milling (a) or agate induction under the ethanol is mixed to a uniform composition.
균일한 조성을 얻기 위하여 혼합기로 충분히 혼합하고, 혼합물을 오븐에서 건조시킨다. 여기서 건조 온도를 80 ~ 150 ℃로 하고 건조시간은 1 ~ 24시간으로 한다. 이후 건조된 혼합물을 고순도 알루미나 튜브에 넣고 상기 알루미나 튜브를 전기로에 넣은 다음, 수소 혼합 가스의 환원 분위기에서 열처리를 한다. 여기서, 열처리 온도가 800 ℃ 미만이면 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트의 단일한 결정이 완전하게 생성되지 못하게 되어 발광 효율이 감소하게 되고, 1600 ℃를 초과하면 과반응에 의해 휘도가 급격히 저하된다. 따라서 열처리 온도는 800 ~ 1600 ℃로 하고, 열처리 시간은 1 ~ 36 시간으로 한다.Mix well with a mixer to get a uniform composition and dry the mixture in an oven. The drying temperature is 80 to 150 ° C and the drying time is 1 to 24 hours. Thereafter, the dried mixture is placed in a high purity alumina tube, the alumina tube is placed in an electric furnace, and heat-treated in a reducing atmosphere of a hydrogen mixed gas. Here, when the heat treatment temperature is less than 800 ° C, single crystals of Ce 3+ -activated calcium silicate cannot be completely produced, and thus the luminous efficiency decreases. Therefore, the heat treatment temperature is 800 to 1600 ° C, and the heat treatment time is 1 to 36 hours.
상세하게는, 상기 수소 혼합 가스는 환원 분위기를 위하여, 2 ~ 25 % 부피 비율로 혼합된 질소 가스를 사용한다.In detail, the hydrogen mixed gas uses nitrogen gas mixed at a volume ratio of 2 to 25% for the reducing atmosphere.
소성 후 상온까지 냉각시키고, 충분히 분쇄하여 5 ~ 20 ㎛ 크기의 직경을 갖는 분말의 형광체를 얻는다. 이렇게 만들어진 형광체를 GaN, ZnO 등으로 제조된 400 ~ 470nm 부근의 파장을 갖는 청색 발광 다이오드 칩에 도포한다. 바람직하게는 1 내지 40 wt%의 형광체를 에폭시 수지 또는 실리콘계 수지와 혼합하여 코팅한 후 130 ~ 200℃에서 경화시켜 백색 발광 다이오드의 제작을 완성한다.After firing, the mixture is cooled to room temperature and sufficiently pulverized to obtain a powdered phosphor having a diameter of 5 to 20 µm. The phosphor thus produced is applied to a blue light emitting diode chip having a wavelength in the vicinity of 400 to 470 nm made of GaN, ZnO or the like. Preferably, 1 to 40 wt% of the phosphor is mixed with an epoxy resin or a silicone resin, coated, and cured at 130 to 200 ° C. to complete the manufacture of the white light emitting diode.
<실시예 1> Ce3+ 부활 실리케이트 형광체 제조Example 1 Preparation of Ce 3+ Revitalizing Silicate Phosphors
본 실험에서는 상기 실시예를 구체적으로 실험하기 위하여, 칼슘카보네이 트(CaCO3), 실리카(SiO2) 및 세륨옥사이드 (CeO2), 리튬카보네이트 (Li2CO3)를 칭량하여 혼합시키는 용매로 에탄올을 사용하여, 혼합기로 볼 밀링 (Ball milling) 또는 마노 유발을 사용하여 균일한 조성이 되도록 충분히 혼합하였다. 그리고, 오븐에서의 건조 온도는 120 ℃, 건조 시간은 24시간으로 하며, 열처리 온도는 1350 ℃, 열처리 시간은 36시간으로 하였다. 여기서, 환원 분위기를 조성하기 위해서 2 ~ 25 %의 수소 혼합가스를 사용하였다. 그리고 상기 실험과정을 통해 제조한 Ca1.968SiO4:Ce3+ 0.016,Li+ 0.016 인 화학식을 갖는 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트 황색 형광체와 455 nm대의 주피크를 갖는 InGaN의 발광 다이오드를 사용하여 도 1에 도시한 바와 같이 백색 발광 다이오드를 제조하였다. In this experiment, in order to specifically test the embodiment, calcium carbonate (CaCO 3 ), silica (SiO 2 ) and cerium oxide (CeO 2 ), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) as a solvent for weighing and mixing Using ethanol, the mixture was sufficiently mixed to achieve a uniform composition using ball milling or agate mortar with a mixer. The drying temperature in the oven was 120 ° C, the drying time was 24 hours, the heat treatment temperature was 1350 ° C, and the heat treatment time was 36 hours. Here, 2-25% of hydrogen mixed gas was used to create a reducing atmosphere. And using Ca 1.968 SiO 4 : Ce 3+ 0.016 , Li + 0.016 Ce 3+ activated calcium silicate yellow phosphor prepared through the experimental process and InGaN light emitting diode having a main peak of 455 nm. A white light emitting diode was manufactured as shown in FIG.
도 1은 본 발명의 사상이 적용되는 청색 발광 다이오드 및 장파장 자외선 발광 다이오드를 이용한 백색 발광 다이오드의 구조이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 사상이 적용되는 청색 발광 다이오드 혹은 장파장 자외선 발광 다이오드를 이용한 백색 발광 다이오드는 반사컵 (111)과 상기 반사컵 (111)위에 설치되는 InGaN계의 발광 다이오드 칩 (113) (장파장 자외선 발광 다이오드의 경우는 GaN계의 발광 다이오드)과 상기 발광 다이오드 칩 (113)에서 출사된 빛에 의해서 여기되는 형광체 (117)와, 상기 발광 다이오드 칩 (113)에 연결되는 전극선 (115)과 상기 발광 다이오드 칩 (113)을 봉입하는 광투광성 에폭시 (119)가 포함된다. 상세하게는, 상기 InGaN의 발광 다이오드 칩 (113)은 전극선 (115)에 의해 외부전원과 연결된다. 그리고 상기 InGaN계 발광 다이오드 칩 (113)으로부터 출사된 광에 의해서 여기되는 형광체 (117)가 에폭시 수지 (119)와 혼합되어 발광 다이오드 칩 (113)의 외측에 형성된다. 다만, 본 발명에 따른 발광 다이오드의 구성은 상기 구성예에 한정되지 않고 종래 기술에 따른 구성 요소의 부가, 변경, 삭제는 얼마든지 가능하다. 또한 상기 형광체(117)는 에폭시 수지외에도 실리콘 수지와 혼합되어 상기 발광 다이오드 칩 (113)의 주위를 몰딩하는 방식으로도 백색 발광 다이오드를 구성할 수 있다.1 is a structure of a white light emitting diode using a blue light emitting diode and a long wavelength ultraviolet light emitting diode to which the idea of the present invention is applied. Referring to FIG. 1, a white light emitting diode using a blue light emitting diode or a long wavelength ultraviolet light emitting diode to which the idea of the present invention is applied includes a reflecting
또한 장파장 자외선 발광 다이오드를 이용하여 백색 발광 다이오드를 제조하는 경우, 상기와 같은 구성에 의해서 장파장 자외선 백색 발광 다이오드가 형성된다. 여기서, 광투광성 수지로 에폭시 수지 이외에 실리콘 수지가 사용될 수 있다. 또한, 상기 형광체 (117)는 상기 발광 다이오드 칩 (113)의 외측에 형성되어 상기 발광 다이오드 칩 (113)의 발광층에서 출사되는 광이 상기 형광체 (117)의 여기광으로 작용되도록 한다. 여기서, 상기 InGaN계의 발광 다이오드 칩 (113)은 455 nm의 주피크를 갖는 파장의 청색광을 발생하며, 상기 발광 다이오드 칩 (113)으로 여기되는 형광체 (117)는 본 발명에 따른 Ca1.968SiO4:Ce3+ 0.016,Li+ 0.016의 조성비를 갖는 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트계 형광체를 사용한다. In addition, when the white light emitting diode is manufactured using the long wavelength ultraviolet light emitting diode, the long wavelength ultraviolet white light emitting diode is formed by the above configuration. Here, a silicone resin other than an epoxy resin may be used as the light transmissive resin. In addition, the
백색광이 구현되는 과정을 상세하게 설명하면, 상기 발광 다이오드 칩 (113)에서 출사되는 청색의 광 (455 nm)은 상기 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트계 형광체를 통과하게 된다. 여기서, 일부의 광은 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트계 형광체로 이루어진 황색 형광체를 여기시켜 황색을 구현하는데 사용되고, 나머지 광은 청색광으로 그 대로 투과하게 된다. 따라서 상기한 바와 같이 황색 형광체로부터 발광하는 황색광과 황색 형광체를 그대로 투과한 청색광이 서로 중첩되어 백색광을 구현하게 된다. When the white light is implemented in detail, the blue light emitted from the light emitting diode chip 113 (455 nm) passes through the Ce 3+ -activated calcium silicate-based phosphor. Here, some of the light is used to excite a yellow phosphor composed of Ce 3+ -activated calcium silicate-based phosphor to realize yellow color, and the other light is transmitted as it is as blue light. Therefore, as described above, the yellow light emitted from the yellow phosphor and the blue light passing through the yellow phosphor are overlapped with each other to realize white light.
도 2는 본 발명에 따른 황색 발광 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트 형광체의 XRD 회절패턴을 나타낸다. 도 1에서 확인할 수 있듯이 본 형광체는 사방정계 상 (Orthorhombic phase)의 칼슘실리케이트 상이 잘 형성되었음을 확인할 수 있다.2 shows an XRD diffraction pattern of a yellow light emitting Ce 3+ activated calcium silicate phosphor according to the present invention. As can be seen in Figure 1 it can be confirmed that the phosphor is well formed calcium silicate phase of the orthorhombic phase (Orthorhombic phase).
도 3은 본 발명에 따른 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트 형광체와 비교예의 오렌지발광 Eu2+ 부활 Sr3SiO5 형광체 그리고 Eu2+ 부활 Sr2SiO4 형광체의 Photoluminescence (PL)을 측정한 결과이다. 오렌지 발광 Eu2+ 부활 스트론튬실리케이트 형광체의 경우 녹색 영역의 발광 강도가 부족하여 연색특성이 좋지 않은데 반해 본 발명의 황색 발광 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트 형광체는 넓은 파장의 스펙트럼을 나타내어 녹색 영역에서 적색 영역까지 우수한 발광 강도를 나타낸다. 또한 본 발명의 황색 발광 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트 형광체는 Eu2+ 부활 Sr2SiO4 및 Sr3SiO5 형광체보다 넓은 발광 밴드를 나타내었다.3 is a result of measuring the photoluminescence (PL) of the Ce 3 + activated calcium silicate phosphor according to the present invention, the orange light emitting Eu 2+ activated Sr 3 SiO 5 phosphor and the Eu 2+ activated Sr 2 SiO 4 phosphor of the comparative example. In the case of the orange light emitting Eu 2+ activated strontium silicate phosphor, the color rendering characteristics are poor due to the lack of the light emission intensity of the green region, whereas the yellow light emitting Ce 3+ activated calcium silicate phosphor of the present invention exhibits a broad wavelength spectrum from the green region to the red region. Excellent luminous intensity is shown. In addition, the yellow light emitting Ce 3+ -activated calcium silicate phosphor of the present invention showed a broader emission band than the Eu 2+ -activated Sr 2 SiO 4 and Sr 3 SiO 5 phosphors.
도 4는 본 발명의 황색 발광 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트 형광체를 약 455 nm의 주 피크를 가지는 InGaN 칩 위에 도포하여 제조한 백색 발광 다이오드에 대한 발광스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 실선은 본 실시예에 따른 황색 발광 Ca1.968SiO4:Ce3+ 0.016,Li+ 0.016를 이용하여 제조한 백색 발광 다이오드의 스펙트럼을 나타낸다.FIG. 4 is a graph showing light emission spectra of a white light emitting diode prepared by applying a yellow light emitting Ce 3+ -activated calcium silicate phosphor on an InGaN chip having a main peak of about 455 nm. The solid line shows a spectrum of a white light emitting diode manufactured using yellow light emitting Ca 1.968 SiO 4 : Ce 3+ 0.016 , Li + 0.016 according to the present embodiment.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트계 형광체가 LED로부터의 청색광에 의해 여기된 후 방출하는 빛의 파장은 480 ~ 800 nm의 넓은 파장의 스펙트럼을 보였고, 상기 형광체를 사용하여 제조된 백색 발광 다이오드는 420 ~ 800 nm의 넓은 파장의 스펙트럼을 보였으며 우수한 발광 강도를 나타내었다.Referring to FIG. 4, the wavelength of light emitted after the Ce 3+ -activated calcium silicate-based phosphor according to the present embodiment is excited by blue light from the LED has a broad spectrum of 480 to 800 nm. The white light emitting diode fabricated using showed a broad spectrum of wavelengths from 420 to 800 nm and showed excellent emission intensity.
<실시예2> 장파장 자외선 발광 다이오드와 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트계 형광체를 이용한 백색 발광 다이오드의 제조Example 2 Fabrication of White Light Emitting Diode Using Long-Wave UV Light Emitting Diode and Ce 3+ Revitalized Calcium Silicate Phosphors
실시예 1의 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트계 형광체를 405 nm 대의 주피크를 갖는 GaN의 장파장 자외선 발광 다이오드를 사용하여 도 1에 도시한 바와 같이 장파장 자외선 백색 발광 다이오드를 제조하였다. As a Ce 3 + -activated calcium silicate-based phosphor of Example 1 using GaN long wavelength ultraviolet light emitting diodes having a main peak of about 405 nm, a long wavelength ultraviolet white light emitting diode was prepared as shown in FIG. 1.
도 5는 본 발명의 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트계 형광체 (Ca1.968SiO4:Ce3+ 0.016,Li+ 0.016 )를 이용하여 제조한 백색 발광 다이오드의 380 ~ 800nm의 발광 스펙트럼을 나타낸다. GaN나 ZnO 장파장 자외선 발광 다이오드 칩을 사용하는 경우 YAG계 형광체는 흡수가 거의 없어 황색 발광이 거의 나타나지 않아 백색광 구현이 안 되는데 반해 본 발명의 Ce3+ 부활 칼슘실리케이트계 형광체는 405 nm에서도 우수한 여기 특성을 보여 넓은 영역의 황색 발광을 하므로 장파장 자외선 형광체와 결합하여 우수한 백색광을 나타내었다. FIG. 5 shows emission spectra of 380-800 nm of a white light emitting diode manufactured using Ce 3+ -activated calcium silicate-based phosphor of the present invention (Ca 1.968 SiO 4 : Ce 3+ 0.016 , Li + 0.016 ). In the case of using GaN or ZnO long-wavelength ultraviolet light emitting diode chip, YAG-based phosphor has little absorption and thus no yellow light is emitted. However, Ce 3 + -activated calcium silicate-based phosphor of the present invention has excellent excitation characteristics even at 405 nm. Since yellow light was emitted in a wide area, it showed excellent white light by combining with a long wavelength ultraviolet phosphor.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하므로, 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속하게 될 것이다.Embodiments of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. Persons having ordinary knowledge in the technical field of the present invention can change and change the technical idea of the present invention in various forms, and the improvement and change are within the protection scope of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art. Will belong.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.
도 1은 본 발명에 따른 Ce3+ 부활된 칼슘 실리케이트계 형광체를 이용한 발광 다이오드의 개략도1 is a schematic diagram of a light emitting diode using Ce 3+ reactivated calcium silicate-based phosphor according to the present invention
도 2는 본 발명에 따른 Ce3+ 부활된 칼슘 실리케이트계 형광체의 XRD 패턴2 is an XRD pattern of Ce 3+ reactivated calcium silicate-based phosphors according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 Ce3+ 부활된 칼슘 실리케이트계 형광체 및 Eu2+ 부활 Sr2SiO4 형광체 및 Eu2+ 부활 Sr3SiO5 형광체의 발광 스펙트럼FIG. 3 shows emission spectra of Ce 3+ -activated calcium silicate-based phosphors and Eu 2 + -activated Sr 2 SiO 4 phosphors and Eu 2 + -activated Sr 3 SiO 5 phosphors according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 Ce3+ 부활된 칼슘 실리케이트계 형광체와 청색 발광 다이오드를 이용한 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼4 is a light emission spectrum of a white light emitting diode using Ce 3+ -activated calcium silicate-based phosphor and a blue light emitting diode according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 Ce3+ 부활된 칼슘 실리케이트계 형광체와 장파장 자외선 발광 다이오드를 이용한 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼5 is a light emission spectrum of a white light emitting diode using Ce 3+ -activated calcium silicate-based phosphor and a long wavelength ultraviolet light emitting diode according to the present invention.
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2009
- 2009-01-22 KR KR1020090005683A patent/KR100907221B1/en not_active IP Right Cessation
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