KR100654539B1 - Thiogallate phosphor and white light emitting device employing the same - Google Patents

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Abstract

자외선 또는 청색광에 의해 여기되고, 그 보다 상대적으로 장파장인 광을 방출하는 티오갤레이트 형광체 및 그것을 채택하는 백색 발광소자가 개시된다. 이 형광체는 일반식이 (A1-x-yEuxMIII y)(B2-yMII y)S4 (단, 0.005<x<0.9, 0<y<0.995, x+y<1)로 표현된다. 여기서, A는 바륨(Ba), 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이고, B는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인디움(In)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이고, MIII는 스칸디움(Sc), 란탄(La), 가돌리늄(Gd) 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 희토류 원소이고, MII는 Mg, Zn 및 Be로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이다. 이에 따라, AB2S4:Eu의 일반식을 갖는 티오갤레이트 형광체에 비해 발광효율을 증가시킬 수 있다.Disclosed are thiogallate phosphors which are excited by ultraviolet or blue light and emit light having a relatively longer wavelength, and a white light emitting element employing the same. This phosphor is represented by the general formula (A 1-xy Eu x M III y ) (B 2-y M II y ) S 4 (where 0.005 <x <0.9, 0 <y <0.995, x + y <1) do. Wherein A is at least one element selected from the group consisting of barium (Ba), strontium (Sr) and calcium (Ca), and B is from the group consisting of aluminum (Al), gallium (Ga) and indium (In) At least one element selected, M III is at least one rare earth element selected from the group consisting of scandium (Sc), lanthanum (La), gadolinium (Gd) and lutetium (Lu), and M II is Mg, Zn and Be At least one element selected from the group consisting of Accordingly, it is possible to increase the luminous efficiency compared to the thiogallate phosphor having a general formula of AB 2 S 4 : Eu.

티오갤레이트(thiogallate), 형광체(phosphor), 발광 다이오드, 백색 발광소자Thiogallate, phosphor, light emitting diode, white light emitting device

Description

티오갤레이트 형광체 및 그것을 채택하는 백색 발광소자 {Thiogallate phosphor and white light emitting device employing the same}Thiogallate phosphor and white light emitting device employing the same

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a white light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 종래의 형광체들의 여기 스펙트럼을 설명하기 위한 그래프이다.2 is a graph for explaining excitation spectra of conventional phosphors.

도 3은 종래의 형광체들의 방출 스펙트럼을 설명하기 위한 그래프이다.3 is a graph for explaining emission spectra of conventional phosphors.

도 4는 종래의 티오갤레이트 형광체 및 본 발명의 실시예들에 따른 티오갤레이트 형광체의 여기 스펙트럼을 설명하기 위한 그래프이다.4 is a graph illustrating the excitation spectrum of a conventional thiogallate phosphor and a thiogallate phosphor according to embodiments of the present invention.

도 5는 종래의 티오갤레이트 형광체 및 본 발명의 실시예들에 따른 티오갤레이트 형광체의 방출 스펙트럼을 설명하기 위한 그래프이다.5 is a graph illustrating an emission spectrum of a conventional thiogallate phosphor and a thiogallate phosphor according to embodiments of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명 *Explanation of reference numerals for the main parts of the drawing

1: 백색 발광 소자, 3: 발광 다이오드,1: white light emitting element, 3: light emitting diode,

5: 몰딩부재, 7: 형광체,5: molding member, 7: phosphor,

9: 반사컵9: reflective cup

본 발명은 형광체 및 그것을 채택하는 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개선된 광효율을 갖는 티오갤레이트 형광체 및 그것을 채택하는 백색 발광 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to phosphors and light emitting devices employing the same, and more particularly to thiogallate phosphors having improved light efficiency and white light emitting devices employing the same.

일반적으로, 백색 발광소자는 청색광을 방출하는 갈륨나이트라이드(GaN) 계열 특히, 알루미늄-인디움-갈륨나이트라이드(AlxInyGazN) 계열의 발광 다이오드 및 발광 다이오드에서 방출된 청색광의 일부를 흡수하여 황색광을 방출하는 형광체를 포함한다. 이러한 백색 발광소자는 광원으로서 단일파장의 광원을 사용하므로, 다양한 파장의 광원을 사용하는 백색 발광소자에 비해 구조가 매우 단순하고 가격이 싸다.In general, the white light emitting device is a part of the blue light emitted from the gallium nitride (GaN) series of light emitting blue light, especially the aluminum x in y Ga z N series of light emitting diodes and light emitting diodes It includes a phosphor that absorbs to emit yellow light. Since the white light emitting device uses a single wavelength light source as a light source, the structure of the white light emitting device is very simple and inexpensive compared to the white light emitting device using light sources of various wavelengths.

백색 발광소자에 사용되는 형광체의 예로, 세륨이온(Ce3+)을 활성이온(activator)으로 사용하는 이트륨-알루미늄-가넷(YAG:Ce), 유로피움이온(Eu2+)을 활성이온으로 사용하는 Sr2SiO4:Eu로 대표되는 오소실리케이트(orthosilicate), 및 CaGa2S4:Eu 등과 같은 티오갤레이트(thiogallate) 형광체가 있다. Examples of phosphors used in white light emitting devices include yttrium-aluminum-garnet (YAG: Ce) and europium ions (Eu 2+ ) using cerium ions (Ce 3+ ) as activators. Orthosilicate represented by Sr 2 SiO 4 : Eu, and thiogallate phosphors such as CaGa 2 S 4 : Eu and the like.

YAG:Ce 및 오소실리케이트 형광체는 발광스펙트럼의 대역폭이 상대적으로 넓어, 연색 평가수가 크다. 그러나, 이들 형광체를 합성하기 위해 매우 높은 순도를 갖는 원료 및 엄격한 화학정량이 요구되며, 1300℃ 이상의 고온 열처리가 필요하다. 이는 형광체의 비용을 증가시키며, 결과적으로 백색 발광소자의 제조비용을 증가시킨다.YAG: Ce and orthosilicate phosphors have relatively wide bandwidths of emission spectra and have a large color rendering index. However, in order to synthesize these phosphors, raw materials having a very high purity and strict chemical quantification are required, and high temperature heat treatment of 1300 ° C. or higher is required. This increases the cost of the phosphor and consequently increases the manufacturing cost of the white light emitting device.

한편, 티오갤래이트 형광체는 일반식이 AB2S4:D로 표현되며, 여기서 A는 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba) 중 적어도 하나의 원소이고, B는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인디움(In) 중 적어도 하나의 원소이고, D는 활성이온으로 Eu2+ 또는 Ce3+가 주로 사용된다. 티오갤레이트 형광체는 이들 원소들 및 활성이온의 종류 및 농도를 조절함으로써 다양한 발광색을 얻을 수 있다. 예컨대, 미국특허 제3,639,254호에 “알칼리 토금속 티오갤레이트 형광체들(alkaline earth thiogallate phosphors)”이라는 제목으로 피터스(Peters)에 의해, 미국특허 제6,417,019호에 “형광체 변환 발광 다이오드(phosphor converted light emitting diode)"라는 제목으로 무엘러 등(Mueller et al.)에 의해, 그리고 미국특허 제6,695,982호에 “고효율 형광물질들(highly efficient flourescent materials)"이라는 제목으로 엘렌스 등(Ellens et al.)에 의해 티오갤레이트 형광체들의 합성방법 및 발광특성이 개시된 바 있다. 위 미국특허들에 개시된 바에 따르면, 일반식에서 A 또는 B 원소의 종류를 달리함으로써, 다양한 파장의 발광색을 얻을 수 있다. On the other hand, the thiographite phosphor is represented by the general formula AB 2 S 4 : D, where A is at least one element of calcium (Ca), strontium (Sr) and barium (Ba), B is aluminum (Al). , Gallium (Ga) and indium (In) is at least one element, D is Eu 2+ or Ce 3+ is mainly used as the active ion. Thiogallate phosphors can obtain a variety of emission colors by adjusting the type and concentration of these elements and active ions. See, for example, US Pat. No. 3,639,254, entitled "alkaline earth thiogallate phosphors," by Peters, US Pat. No. 6,417,019, "phosphor converted light emitting diodes." ) By Mueller et al. And by Ellens et al. In US Pat. No. 6,695,982 entitled "highly efficient flourescent materials." Synthesis methods and luminescent properties of thiogallate phosphors have been disclosed. As disclosed in the above U.S. Patents, by varying the type of the A or B element in the general formula, it is possible to obtain the emission color of various wavelengths.

그러나, 보다 높은 발광효율을 갖는 티오갤레이트 형광체가 계속 요구되고 있으며, 이에 대한 연구가 계속 진행되고 있다. 특히, 조명용 백색 발광소자에서, YAG:Ce 또는 오소실리케이트 형광체를 대체할 수 있는 보다 높은 발광효율을 갖는 티오갤레이트 형광체가 요구된다.However, there is a continuing need for thiogallate phosphors having higher luminous efficiency, and research on this continues. In particular, in lighting white light emitting devices, there is a need for thioglate phosphors having higher luminous efficiency that can replace YAG: Ce or orthosilicate phosphors.

한편, 티오갤레이트 형광체는 대역폭, 즉 1/2 피크강도에서 측정된 방출스펙트럼의 대역폭이 상대적으로 좁다. 따라서, 이러한 티오갤레이트 형광체를 채택하 는 백색 발광소자는 연색 평가수(color rendering index; CRI)가 낮을 수 있다. 연색 평가수는 광원에 의해 조명되는 물체색의 지각이 기준광원(예컨대, 태양광)으로 조명했을 때의 지각과 맞는 정도를 나타내는 수치로, 외부로 방출되는 광의 파장 분포와 관련된다. 따라서, 대역폭이 좁은 티오갤레이트 형광체를 채택하면서, 태양광과 유사한 조명을 구현하기 위해, 연색 평가수를 향상시킬 수 있는 백색 발광소자가 요구된다.On the other hand, thiogallate phosphors have a relatively narrow bandwidth, that is, the bandwidth of the emission spectrum measured at 1/2 peak intensity. Therefore, the white light emitting device employing the thiogallate phosphor may have a low color rendering index (CRI). The color rendering index is a numerical value representing the degree to which the perception of the object color illuminated by the light source matches the perception when illuminated with a reference light source (for example, sunlight), and is related to the wavelength distribution of light emitted to the outside. Therefore, in order to implement illumination similar to sunlight while adopting a narrow bandwidth thiogallate phosphor, a white light emitting device capable of improving the color rendering index is required.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, YAG:Ce 또는 오소실리케이트 형광체를 대체할 수 있는 티오갤레이트 형광체를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a thiogallate phosphor that can replace the YAG: Ce or orosilicate phosphor.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 발광효율이 개선된 티오갤레이트 형광체를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a thiogallate phosphor with improved luminous efficiency.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 상기 티오갤레이트 형광체를 채택하는 백색 발광소자를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a white light emitting device employing the thiogallate phosphor.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 상기 티오갤레이트 형광체를 채택하면서 연색 평가수를 향상시킬 수 있는 백색 발광소자를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a white light emitting device capable of improving the color rendering index while adopting the thiogallate phosphor.

상기 기술적 과제들을 이루기 위하여, 본 발명은 자외선 또는 청색광에 의해 여기되고, 그 보다 상대적으로 장파장인 광을 방출하는 티오갤레이트 형광체를 제 공한다. 본 발명의 일 태양에 따른 형광체는 일반식이 (A1-x-yEuxMIII y)(B2-yMII y)S4 (단, 0.005<x<0.9, 0<y<0.995, x+y<1)로 표현된다. 여기서 A는 바륨(Ba), 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이고, B는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인디움(In)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이고, MIII는 스칸디움(Sc), 란탄(La), 가돌리늄(Gd) 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 희토류 원소이고, MII는 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 및 베릴륨(Be)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나이다. MIII는 3가의 양이온을 나타내며, MII는 2가의 양이온을 나타낸다. MIII와 MII 는 동일한 양이 각각 A 자리와 B 자리를 치환하므로 전하균형이 이루어진다. 특히, MIII와 MII는 각각 A 자리의 원소 및 B 자리의 원소와 유사한 크기의 이온반경을 갖기 때문에, 활성이온의 결정장(crystal field) 크기를 변경하지 않으며, 그 결과 발광파장을 유지하면서 발광효율을 증가시킨다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a thiogallate phosphor which is excited by ultraviolet light or blue light, and emits light having a relatively long wavelength. Phosphor according to an aspect of the present invention is a general formula (A 1-xy Eu x M III y ) (B 2-y M II y ) S 4 (where, 0.005 <x <0.9, 0 <y <0.995, x + y <1). Wherein A is at least one element selected from the group consisting of barium (Ba), strontium (Sr) and calcium (Ca), and B is selected from the group consisting of aluminum (Al), gallium (Ga) and indium (In) At least one element, M III is at least one rare earth element selected from the group consisting of scandium (Sc), lanthanum (La), gadolinium (Gd) and lutetium (Lu), and M II is magnesium (Mg), zinc At least one selected from the group consisting of (Zn) and beryllium (Be). M III represents a trivalent cation and M II represents a divalent cation. M III and M II charge balance because the same amount replaces A and B sites, respectively. In particular, since M III and M II each have an ion radius of the same size as the elements of the A site and the B site, they do not change the crystal field size of the active ions, and thus maintain the emission wavelength. Increase luminous efficiency.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체는 일반식이 (Ca1-x-yEuxMIII y)(Ga2-yMII y)S4 (단, 0.005<x<0.9, 0<y<0.995, x+y<1)로 표현될 수 있다. 여기서, MIII는 스칸디움(Sc), 란탄(La), 가돌리늄(Gd) 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 희토류 원소이고, MII는 마그네슘(Mg) 및 아연(Zn)으로 이루어 진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이다. 한편, 상기 MIII는 스칸듐(Sc)으로 특정될 수 있다.In particular, the phosphor according to an embodiment of the present invention is a general formula (Ca 1-xy Eu x M III y ) (Ga 2-y M II y ) S 4 (where, 0.005 <x <0.9, 0 <y <0.995) , x + y <1). M III is at least one rare earth element selected from the group consisting of scandium (Sc), lanthanum (La), gadolinium (Gd) and lutetium (Lu), and M II is magnesium (Mg) and zinc (Zn) At least one element selected from the group consisting of: Meanwhile, the M III may be specified as scandium (Sc).

한편, 본 발명의 몇 몇 실시예들에 있어서, 상기 x 및 y의 범위는 각각 0.01 내지 0.9 및 0.2 내지 0.8일 수 있다.Meanwhile, in some embodiments of the present invention, the range of x and y may be 0.01 to 0.9 and 0.2 to 0.8, respectively.

본 발명의 다른 태양에 따른 백색 발광소자는 자외선 또는 청색광을 방출하는 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드 상부에 위치하여 상기 발광 다이오드에서 방출된 광의 일부를 그 보다 상대적으로 장파장인 광으로 변환하는 상기 티오갤레이트 형광체를 포함한다. 특히, 상기 발광 다이오드는 청색광을 방출하는 발광 다이오드일 수 있으며, 상기 형광체는 청색광을 흡수하여 황색광을 방출하는 티오갤레이트 형광체일 수 있다.According to another aspect of the present invention, a white light emitting device includes a light emitting diode emitting ultraviolet or blue light, and the thiogallate positioned on the light emitting diode to convert a portion of the light emitted from the light emitting diode into light having a relatively longer wavelength. Phosphors. In particular, the light emitting diode may be a light emitting diode emitting blue light, and the phosphor may be a thiogallate phosphor that absorbs blue light and emits yellow light.

한편, 백색 발광소자는 (Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu로 표현되는 오소실리케이트(orthosilicate) 형광체를 더 포함할 수 있다. 상기 오소실리케이트 형광체는 방출파장의 대역폭이 넓어 백색광의 연색 평가수를 향상시킨다.The white light emitting device may further include an orthosilicate phosphor represented by (Ca, Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu. The orthosilicate phosphor has a wider emission wavelength, thereby improving the color rendering index of white light.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention;

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 소자(1)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view for describing a white light emitting device 1 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 상기 백색 발광 소자(1)는 발광 다이오드(3) 및 형광체(7)를 포함한다. 상기 발광 다이오드(3)는 자외선 또는 청색광을 방출하는 AlxInyGaz N(단, x+y+z=1, 0≤x, y, z≤1) 계열의 발광 다이오드이다. 특히, 상기 발광 다이오 드(3)는 420 내지 480 nm 범위의 청색광을 방출하는 발광 다이오드일 수 있다.Referring to FIG. 1, the white light emitting device 1 includes a light emitting diode 3 and a phosphor 7. The light emitting diode 3 is an Al x In y Ga z N (where x + y + z = 1, 0 ≦ x, y, z ≦ 1) light emitting diode emitting ultraviolet or blue light. In particular, the light emitting diodes 3 may be light emitting diodes emitting blue light in the range of 420 to 480 nm.

일반적으로, 발광 다이오드(3)는 외부전원에 연결되기 위해 두 개의 전극들을 구비한다. 상기 전극들은 발광 다이오드(3)의 동일 측면(side) 또는 서로 반대 측면 상에 위치할 수 있다. 상기 전극들은 접착제를 통해 리드단자(도시하지 않음)에 전기적으로 연결되거나, 본딩와이어(도시하지 않음)를 통해 리드단자에 연결될 수 있다.In general, the light emitting diode 3 has two electrodes for connection to an external power source. The electrodes may be located on the same side or opposite sides of the light emitting diode 3. The electrodes may be electrically connected to a lead terminal (not shown) through an adhesive, or may be connected to the lead terminal through a bonding wire (not shown).

상기 발광 다이오드(3)는 반사컵(9) 내에 배치될 수 있다. 상기 반사컵(9)은 발광 다이오드(3)에서 방출된 광을 요구되는 시야각 내로 반사시키어, 일정 시야각 내의 휘도를 증가시킨다. 따라서, 반사컵(9)은 요구되는 시야각에 따라 일정한 경사면을 갖는다.The light emitting diode 3 may be disposed in the reflecting cup 9. The reflecting cup 9 reflects the light emitted from the light emitting diode 3 into the required viewing angle, thereby increasing the luminance within a certain viewing angle. Thus, the reflecting cup 9 has a constant inclined surface according to the required viewing angle.

한편, 상기 형광체(7)는 발광 다이오드(3) 상부에 위치하여, 발광 다이오드(3)에서 방출된 광의 일부를 그 보다 상대적으로 장파장인 광으로 변환시킨다. 이때, 상기 형광체(7)는 투명물질(5) 내에 분산되어 위치할 수 있다. 상기 투명물질(5)은 발광 다이오드(3)를 덮어, 수분 또는 외력과 같은 외부환경으로부터 발광 다이오드(3)를 보호한다. 상기 투명물질(5)은 에폭시 또는 실리콘(silicone)일 수 있으며, 도시한 바와 같이 반사컵(9) 내에 위치할 수 있다.On the other hand, the phosphor 7 is located above the light emitting diode 3, and converts a part of the light emitted from the light emitting diode 3 into light having a relatively longer wavelength. In this case, the phosphor 7 may be dispersed and positioned in the transparent material 5. The transparent material 5 covers the light emitting diode 3 to protect the light emitting diode 3 from an external environment such as moisture or external force. The transparent material 5 may be epoxy or silicon and may be located in the reflective cup 9 as shown.

한편, 상기 발광 다이오드가(3) 청색광을 방출할 경우, 상기 형광체(7)는 황색광을 방출하는 티오갤레이트(thiogallate) 형광체를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 다이오드(3)에서 방출된 청색광과 상기 형광체(7)에서 방출된 황색광이 혼합되어 백색광이 외부로 방출된다. 이와 달리, 상기 형광체(7)는 녹색광 및 적색 광을 방출하는 형광체들을 모두 포함할 수 있다. 이때, 상기 형광체(7)는 청색광에 의해 여기되어 녹색광을 방출하는 티오갤레이트 형광체 및/또는 적색광을 방출하는 티오갤레이트 형광체를 포함한다. 상기 발광다이오드(3)가 자외선을 방출할 경우, 상기 형광체(7)는 자외선에 의해 여기되어 청색광을 방출하는 다른 형광체를 포함한다. 상기 다른 형광체도 또한 티오갤레이트 형광체일 수 있다. On the other hand, when the light emitting diode (3) emits blue light, the phosphor 7 may include a thiogallate phosphor emitting yellow light. Accordingly, the blue light emitted from the light emitting diode 3 and the yellow light emitted from the phosphor 7 are mixed to emit white light to the outside. Alternatively, the phosphor 7 may include both phosphors emitting green light and red light. At this time, the phosphor 7 includes a thiogallate phosphor that is excited by blue light and emits green light and / or a thiogallate phosphor that emits red light. When the light emitting diodes 3 emit ultraviolet rays, the phosphors 7 include other phosphors which are excited by the ultraviolet rays and emit blue light. The other phosphor may also be a thiogallate phosphor.

본 발명의 실시예들에 따른 상기 티오갤레이트 형광체는 일반식이 (A1-x-yEuxMIII y)(B2-yMII y)S4 (단, 0.005<x<0.9, 0<y<0.995, x+y<1)로 표현된다. 여기서 A는 바륨(Ba), 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca) 중 적어도 하나의 원소이고, B는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인디움(In) 중 적어도 하나의 원소이고, MIII는 스칸디움(Sc), 란탄(La), 가돌리늄(Gd) 및 루테튬(Lu) 중 적어도 하나의 희토류 원소이고, MII는 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 및 베릴륨(Be) 중 적어도 하나의 원소이다. MIII와 MII는 동일한 양이 각각 A 자리와 B 자리를 치환하므로 전하균형이 이루어진다. 특히, MIII와 MII는 각각 A 자리의 원소 및 B 자리의 원소와 유사한 크기의 이온반경을 갖도록 선택될 수 있다. 따라서, 활성이온의 결정장(crystal field) 크기를 변경하지 않으므로, 치환전의 조성을 갖는 형광체의 발광파장을 유지하면서 발광효율을 증가시킬 수 있다.The thiogallate phosphor according to embodiments of the present invention is a general formula (A 1-xy Eu x M III y ) (B 2-y M II y ) S 4 (but 0.005 <x <0.9, 0 <y <0.995, x + y <1). Where A is at least one element of barium (Ba), strontium (Sr) and calcium (Ca), B is at least one element of aluminum (Al), gallium (Ga) and indium (In), M III Is a rare earth element of at least one of scandium (Sc), lanthanum (La), gadolinium (Gd) and lutetium (Lu), and M II is at least one of magnesium (Mg), zinc (Zn) and beryllium (Be) Element. M III and M II charge balance because the same amount replaces A and B sites, respectively. In particular, M III and M II may be selected to have ion radii of similar size as the elements of A site and B element, respectively. Therefore, since the crystal field size of the active ion is not changed, the luminous efficiency can be increased while maintaining the emission wavelength of the phosphor having the composition before substitution.

본 발명의 몇 몇 실시예들에서, 상기 x 및 y의 범위는 각각 0.01 내지 0.9 및 0.2 내지 0.8일 수 있다. In some embodiments of the present invention, the range of x and y may be 0.01 to 0.9 and 0.2 to 0.8, respectively.

특히, 본 발명의 황색광을 방출하는 티오갤레이트 형광체는 일반식이 (Ca1-x-yEuxMIII y)(Ga2-yMII y)S4 (단, 0.005<x<0.9, 0<y<0.995, x+y<1)로 표현될 수 있다. 즉, 상기 일반식에서 A 및 B가 각각 칼슘(Ca) 및 갈륨(Ga)으로 특정된다. 여기서, MIII는 스칸디움(Sc), 란탄(La), 가돌리늄(Gd) 및 루테튬(Lu) 중 적어도 하나의 희토류 원소이고, MII는 마그네슘(Mg) 및 아연(Zn) 중 적어도 하나의 원소이다. 상기 MIII는 칼슘(Ca)과 유사한 크기의 이온반경을 가지므로, 형광체 결정내에서 칼슘 자리에 위치하며, MII는 갈륨(Ga)과 유사한 크기의 이온반경을 가지므로 갈륨 자리에 위치하게 된다. 앞에서 언급된 미국특허 제6,417,019호에 따르면, CaGa2S4:Eu 형광체는 약 560nm 파장의 황색광을 방출한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 티오갤레이트 형광체는 CaGa2S4:Eu 형광체와 거의 유사한 파장의 황색광을 방출한다. 이에 더하여, 본 발명의 실시예에 따른 형광체는 CaGa2S4:Eu에 비해 발광효율을 증가시킨다.In particular, the thiogallate phosphor emitting yellow light of the present invention is a general formula (Ca 1-xy Eu x M III y ) (Ga 2-y M II y ) S 4 (where 0.005 <x <0.9, 0 < y <0.995, x + y <1). That is, in the general formula, A and B are specified as calcium (Ca) and gallium (Ga), respectively. Here, M III is at least one rare earth element of scandium (Sc), lanthanum (La), gadolinium (Gd) and lutetium (Lu), and M II is at least one element of magnesium (Mg) and zinc (Zn) to be. Since M III has an ion radius of a size similar to that of calcium (Ca), it is located at a calcium site in the phosphor crystal, and M II is located at a gallium site because of an ion radius of a size similar to that of gallium (Ga). . According to the aforementioned US Pat. No. 6,417,019, the CaGa 2 S 4 : Eu phosphor emits yellow light at a wavelength of about 560 nm. Accordingly, the thiogallate phosphor according to the embodiment of the present invention emits yellow light having a wavelength substantially similar to that of the CaGa 2 S 4 : Eu phosphor. In addition, the phosphor according to the embodiment of the present invention increases the luminous efficiency compared to CaGa 2 S 4 : Eu.

한편, 상기 백색 발광소자(1)는 (Ca,Sr,Ba)SiO4:Eu로 표현되는 오소실리케이트 형광체를 더 포함할 수 있다. 상기 오소실리케이트 형광체는 상기 티오갤레이트 형광체와 함께 투명물질(5) 내에 분포할 수 있다. 오소실리케이트 형광체는 방출파장의 대역폭이 넓어 백색광의 연색 평가수를 향상시킨다.The white light emitting device 1 may further include an orthosilicate phosphor represented by (Ca, Sr, Ba) SiO 4 : Eu. The orthosilicate phosphor may be distributed in the transparent material 5 together with the thioglate phosphor. The orthosilicate phosphor has a wider emission wavelength, which improves the color rendering index of white light.

상기 티오갤레이트 형광체는 고상반응법을 사용하여 합성할 수 있다. 이하, 고상반응법을 사용하여 (Ca1-x-yEuxScy)(Ga2-yZny)S 4 티오갤레이트 형광체를 합성하는 방법을 설명한다.The thiogallate phosphor can be synthesized using a solid phase reaction method. Hereinafter, a method of synthesizing a (Ca 1-xy Eu x Sc y ) (Ga 2-y Zn y ) S 4 thiogallate phosphor using the solid phase reaction method will be described.

우선, 원료물질을 준비한다. Ca 원료물질로는 탄산칼슘(CaCO3) 또는 칼슘황화물(CaS)이, Eu의 원료물질로는 유로피움 산화물(Eu2O3) 또는 유로피움 황화물(Eu2S3)이, Sc의 원료물질로는 스칸디움 산화물(Sc2O3) 또는 질산 스칸디움(Sc(NO3)2)이, Ga의 원료물질로는 갈륨 산화물(Ga2O3) 또는 갈륨 황화물(Ga2S3 )이, Zn의 원료물질로는 아연산화물(ZnO) 또는 아연황화물(ZnS)이 사용될 수 있다. 티오갤레이트 형광체를 합성하기 위해 사용되는 원료물질은 YAG:Ce 형광체를 합성하기 위해 사용되는 원료물질에 비해 순도가 낮을 수 있다. First, prepare raw materials. Ca raw material is calcium carbonate (CaCO 3 ) or calcium sulfide (CaS), Eu raw material is europium oxide (Eu 2 O 3 ) or europium sulfide (Eu 2 S 3 ), Sc raw material For example, scandium oxide (Sc 2 O 3 ) or scandium nitrate (Sc (NO 3 ) 2 ) is used as a raw material of Ga, and gallium oxide (Ga 2 O 3 ) or gallium sulfide (Ga 2 S 3 ) is used. Zinc oxide (ZnO) or zinc sulfide (ZnS) may be used as a raw material of Zn. The raw material used to synthesize the thiogallate phosphor may be of lower purity than the raw material used to synthesize the YAG: Ce phosphor.

일반적으로, YAG:Ce 형광체를 합성하기 위해 99.999%의 고순도를 갖는 원료물질이 사용되나, 본 발명의 실시예들에 따른 티오갤레이트 형광체는 99.9% 정도의 순도를 갖는 원료물질이 사용될 수 있다.Generally, a raw material having a high purity of 99.999% is used to synthesize a YAG: Ce phosphor, but a raw material having a purity of about 99.9% may be used for a thiogallate phosphor according to embodiments of the present invention.

상기 원료물질들을 요구되는 조성 비율로 혼합한다. 원료물질들은 건식 또는 습식으로 혼합할 수 있으며, 습식혼합시 에탄올을 사용할 수 있다. 또한, 상기 원료물질들이 균일하게 혼합되도록 볼 밀링(ball milling)을 사용하여 혼합할 수 있다.The raw materials are mixed in the required composition ratio. Raw materials may be mixed dry or wet, and ethanol may be used in wet mixing. In addition, the raw materials may be mixed using ball milling so that the raw materials are uniformly mixed.

혼합된 원료물질들을 H2S 분위기, 800 내지 1100℃의 온도 범위에서 열처리 하여 소성한다. 열처리하기 전, 상기 혼합된 원료물질들을 저온에서 가열하여 에탄올을 증발시킬 수 있다. YAG:Ce 또는 오소실리케이트 형광체 합성에서는, 약 1600℃ 정도의 열처리가 필요하며, 온도를 낮추기 위해 플럭스(flux)가 추가된다. 그러나, 본 발명의 실시예들에 따른 티오갤레이트 형광체는 상대적으로 낮은 온도에서 소성이 가능하다. 그 결과, 원하는 조성의 형광체가 합성된다.The mixed raw materials are calcined by heat treatment in a H 2 S atmosphere at a temperature in the range of 800 to 1100 ° C. Before the heat treatment, the mixed raw materials may be heated at low temperature to evaporate ethanol. In the synthesis of YAG: Ce or orosilicate phosphors, heat treatment on the order of about 1600 ° C is required, and flux is added to lower the temperature. However, the thiogallate phosphor according to embodiments of the present invention can be fired at a relatively low temperature. As a result, phosphors of a desired composition are synthesized.

추가적으로, 상기 열처리가 끝난 후, 합성된 형광체들을 분쇄하고 재혼합하여 이차 열처리를 수행할 수 있다. 이차 열처리는 앞의 열처리와 동일한 조건으로 수행할 수 있다. 이에 따라, 조성이 보다 균일한 형광체가 합성될 수 있다.In addition, after the heat treatment is completed, the synthesized phosphors may be pulverized and remixed to perform secondary heat treatment. Secondary heat treatment may be carried out under the same conditions as the previous heat treatment. Accordingly, a phosphor having a more uniform composition can be synthesized.

<실험예들>Experimental Examples

이하, 종래기술에 따른 형광체들과 본 발명의 실시예들에 따른 형광체들의 여기 스펙트럼 및 방출 스펙트럼에 대해 설명한다. 도 2 및 도 3은 각각 종래기술에 따른 다양한 형광체들의 여기스펙트럼 및 방출스펙트럼을 설명하기 위한 그래프들이고, 도 4 및 도 5는 각각 종래기술의 티오갤레이트 형광체와 본 발명의 실시예에 따른 티오갤레이트 형광체의 여기스펙트럼 및 방출스펙트럼을 설명하기 위한 그래프이다. 여기서, 여기 스펙트럼 및 방출 스펙트럼은 자스코 사(Jasco, Inc.)의 형광체 분광계(fluorescence spectrometer) 모델 FP-6200을 사용하여 측정하였으며, 여기광원으로는 크세논(Xe) 램프를 사용하였다. 여기스펙트럼은 방출스펙트럼의 파장 550 nm를 기준으로 측정하였으며, 방출스펙트럼은 460 nm의 여기광원을 사용하여 측정하였다. 한편, 종래기술의 티오갤레이트 형광체(15)로는 조성이 Ca0.96Ga2S4:Eu0.04인 형광체를 사용하였으며, 본 발명의 실시예에 따른 티오갤레이트 형광체(23)로는 조성이 (Ca0.36Sc0.6)(Ga1.4Zn0.6)S4 :Eu0.04인 형광체를 사용하였다.Hereinafter, the excitation spectrum and the emission spectrum of the phosphors according to the prior art and the phosphors according to the embodiments of the present invention will be described. 2 and 3 are graphs for explaining the excitation spectrum and the emission spectrum of various phosphors according to the prior art, respectively, and FIGS. 4 and 5 are thiogallate phosphors according to the prior art and thiogal according to an embodiment of the present invention, respectively. It is a graph for explaining the excitation spectrum and emission spectrum of the latent phosphor. Here, the excitation spectrum and emission spectrum were measured using a fluorescence spectrometer model FP-6200 manufactured by Jasco, Inc., and a xenon (Xe) lamp was used as the excitation light source. The excitation spectrum was measured based on the wavelength of the emission spectrum 550 nm, the emission spectrum was measured using an excitation light source of 460 nm. On the other hand, as the thiogallate phosphor 15 of the prior art, a phosphor of Ca 0.96 Ga 2 S 4 : Eu 0.04 was used, and as the thiogallate phosphor 23 according to the embodiment of the present invention, the composition (Ca 0.36) was used. A phosphor having Sc 0.6 ) (Ga 1.4 Zn 0.6 ) S 4 : Eu 0.04 was used.

도 2를 참조하면, 종래기술의 티오갤레이트 형광체(15)는 대부분의 파장영역에서 YAG:Ce 형광체(11)에 비해 여기스펙트럼의 상대강도가 강했다. 또한, 종래기술의 티오갤레이트 형광체(15)는 440 nm 이상의 파장 영역에서 오소실리케이트 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광체(13)에 비해 상대적으로 여기스펙트럼의 강도가 강하며, 420 내지 440 nm의 파장 영역에서 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광체(13)와 거의 유사한 상대강도를 나타내었다.Referring to FIG. 2, the thiogallate phosphor 15 of the prior art has a stronger relative intensity of the excitation spectrum than most of the YAG: Ce phosphor 11 in most wavelength regions. In addition, the thiogallate phosphor 15 of the prior art has a stronger intensity of the excitation spectrum than the orthosilicate (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu phosphor 13 in the wavelength region of 440 nm or more, 420 to 440 In the wavelength range of nm, the relative intensity was almost similar to that of the (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu phosphor 13.

도 3을 참조하면, 티오갤레이트 형광체(15)의 피크 강도는 YAG:Ce 형광체(11) 및 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광체(13)에 비해 상대적으로 강하나, 대역폭은 이들에 비해 좁았다.Referring to FIG. 3, the peak intensity of the thiogallate phosphor 15 is relatively stronger than that of the YAG: Ce phosphor 11 and the (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu phosphor 13, but the bandwidth is higher than that of the phosphor. Narrow.

결과적으로, 황색광 영역에서 티오갤레이트 형광체(15)의 전체적인 발광량은 동일한 여기광원에 대해 YAG:Ce 형광체(11) 및 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광체(13)와 거의 유사하거나, 이들 보다 약한 것으로 보여진다.As a result, the overall emission amount of the thiogallate phosphor 15 in the yellow light region is almost similar to that of the YAG: Ce phosphor 11 and (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu phosphor 13 for the same excitation light source, It appears to be weaker than these.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 티오갤레이트 (Ca0.36Sc0.6)(Ga1.4Zn0.6)S4:Eu0.04 형광체(23)는 측정된 모든 파장 영역, 특히 자외선 영역 및 청색광 영역에서 종래기술의 티오갤레이트 형광체(15)에 비해 여기스펙트럼의 상대강도가 강했다.Referring to FIG. 4, thiogallate (Ca 0.36 Sc 0.6 ) (Ga 1.4 Zn 0.6 ) S 4 : Eu 0.04 phosphor 23 according to an embodiment of the present invention is measured in all wavelength ranges, in particular in the ultraviolet region and the blue light region. The relative intensity of the excitation spectrum was stronger than that of the thiogallate phosphor 15 of the prior art.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 티오갤레이트 형광체(23)는 약 550nm 파장에서 종래의 티오갤레이트 형광체(15)에 비해 상대적으로 매우 강한 피크 강도를 나타내었다. 한편, 상기 티오갤레이트 형광체들(15, 23)의 대역폭, 즉 피크강도의 1/2 위치의 대역폭은 서로 유사한 값을 나타내었다.Referring to FIG. 5, the thiogallate phosphor 23 according to the embodiment of the present invention showed a relatively very strong peak intensity at the wavelength of about 550 nm compared with the conventional thiogallate phosphor 15. Meanwhile, the bandwidths of the thiogallate phosphors 15 and 23, that is, the bandwidths at positions 1/2 of the peak intensity, showed similar values.

결과적으로, 본 발명의 실시예에 따른 티오갤레이트 형광체(23)는 동일한 여기광원에 대해 종래의 티오갤레이트 형광체(15)에 비해 발광강도가 개선되었으며, 이로부터 발광효율이 증가하였음을 알 수 있다.As a result, the thiogallate phosphor 23 according to the embodiment of the present invention has improved luminous intensity compared to the conventional thiogallate phosphor 15 for the same excitation light source, from which it can be seen that the luminous efficiency increased. have.

본 발명에 따르면, 발광효율이 개선된 티오갤레이트 형광체를 제공할 수 있다. 이 티오갤레이트 형광체는 경제적인 합성이 가능하며, 종래의 티오갤레이트 형광체에 비해 발광효율이 개선되어 YAG:Ce 또는 오소실리케이트 형광체를 대체할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 티오갤레이트 형광체를 채택하여 백색 발광소자를 제공할 수 있으며, 오소실리케이트 형광체를 추가적으로 채택함으로써 연색 평가수를 향상시킬 수 있는 백색 발광소자를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a thiogallate phosphor with improved luminous efficiency. The thiogallate phosphor can be economically synthesized, and the luminous efficiency is improved compared to the conventional thiogallate phosphor, thereby replacing YAG: Ce or orthosilicate phosphor. In addition, it is possible to provide a white light emitting device by adopting a thiogallate phosphor according to the present invention, it is possible to provide a white light emitting device that can improve the color rendering index by additionally adopting an orthosilicate phosphor.

Claims (7)

일반식이 (A1-x-yEuxMIII y)(B2-yMII y)S4 이고, 여기서 A는 바륨(Ba), 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이고, B는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인디움(In)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이고, MIII는 스칸디움(Sc), 란탄(La), 가돌리늄(Gd) 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 희토류 원소이고, MII는 Mg, Zn 및 Be로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이고, 0.005<x<0.9, 0<y<0.995, x+y<1 인 형광체.The general formula is (A 1-xy Eu x M III y ) (B 2-y M II y ) S 4 , wherein A is at least one selected from the group consisting of barium (Ba), strontium (Sr) and calcium (Ca) Is an element of, B is at least one element selected from the group consisting of aluminum (Al), gallium (Ga) and indium (In), M III is scandium (Sc), lanthanum (La), gadolinium (Gd) And at least one rare earth element selected from the group consisting of lutetium (Lu), M II is at least one element selected from the group consisting of Mg, Zn and Be, and 0.005 <x <0.9, 0 <y <0.995, x + phosphor with y <1. 일반식이 (Ca1-x-yEuxMIII y)(Ga2-yMII y)S4 이고, 여기서 MIII는 스칸디움(Sc), 란탄(La), 가돌리늄(Gd) 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 희토류 원소이고, MII는 Mg, Zn 및 Be로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이고, 0.005<x<0.9, 0<y<0.995, x+y<1 인 형광체.The general formula is (Ca 1-xy Eu x M III y ) (Ga 2-y M II y ) S 4 , where M III is scandium (Sc), lanthanum (La), gadolinium (Gd), and lutetium (Lu) At least one rare earth element selected from the group consisting of M II is at least one element selected from the group consisting of Mg, Zn and Be and a phosphor having 0.005 <x <0.9, 0 <y <0.995, x + y <1 . 일반식이 (Ca1-x-yEuxMIII y)(Ga2-yMII y)S4 이고, MIII는 스칸디움(Sc)이고, MII는 마그네슘(Mg) 및 아연(Zn)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 원소이고, 0.005<x<0.9, 0<y<0.995, x+y<1 인 형광체. The general formula is (Ca 1-xy Eu x M III y ) (Ga 2-y M II y ) S 4 , M III is scandium (Sc), M II is composed of magnesium (Mg) and zinc (Zn) One phosphor selected from the group, wherein 0.005 <x <0.9, 0 <y <0.995, x + y <1. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 0.01≤x<0.9 및 0.2≤y≤0.8인 형광체.The phosphor according to any one of claims 1 to 3, wherein 0.01≤x <0.9 and 0.2≤y≤0.8. 자외선 또는 청색광을 방출하는 발광 다이오드; 및 상기 발광 다이오드 상부에 위치하여 상기 발광 다이오드에서 방출된 광의 일부를 그 보다 상대적으로 장파장인 광으로 변환하는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 형광체를 포함하는 백색 발광 소자.Light emitting diodes emitting ultraviolet or blue light; And a phosphor according to any one of claims 1 to 3, positioned above the light emitting diode and converting a part of the light emitted from the light emitting diode into light having a relatively longer wavelength. 제 5 항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 420 nm ~ 480 nm 범위의 파장을 갖는 청색광을 방출하고, 상기 형광체는 상기 청색광의 일부를 황색광으로 변환시키는 백색 발광 소자.The white light emitting device of claim 5, wherein the light emitting diode emits blue light having a wavelength in a range of 420 nm to 480 nm, and the phosphor converts a part of the blue light into yellow light. 제 5 항에 있어서, 상기 발광 다이오드 상부에 위치하여 상기 발광 다이오드에서 방출된 빛의 일부를 그 보다 상대적으로 장파장인 빛으로 변환하는 오소실리케이트(orthosilicate) 계열의 형광체를 더 포함하는 백색 발광 소자.The white light emitting device of claim 5, further comprising an orthosilicate-based phosphor positioned on the light emitting diode to convert a part of the light emitted from the light emitting diode into light having a relatively longer wavelength.
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