KR100668796B1 - Huntite phosphor and white light emitting device using there - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 활성제로 Tb를 가지지 않는 형광체의 469.5nm에서 발광 스펙트럼;1 is the emission spectrum at 469.5 nm of a phosphor having no Tb as the activator;
도 2은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 1의 형광체의 544.3nm에서의 흡수 스펙트럼;2 is an absorption spectrum at 544.3 nm of the phosphor of Formula 1 according to a preferred embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 1의 형광체의 469.5nm에서 발광 스펙트럼;3 is an emission spectrum at 469.5 nm of the phosphor of Formula 1 according to a preferred embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 1의 형광체의 365.8nm에서 발광 스펙트럼;4 is an emission spectrum at 365.8 nm of the phosphor of Formula 1 according to a preferred embodiment of the present invention;
도 5은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 2의 형광체의 의 544.3nm에서의 흡수 스펙트럼; 5 is an absorption spectrum at 544.3 nm of of the phosphor of
도 6는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 2의 형광체의 469.5nm에서 발광 스펙트럼;6 is an emission spectrum at 469.5 nm of the phosphor of
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 2의 형광체의 의 365.8nm에서 발광 스펙트럼;7 is an emission spectrum at 365.8 nm of the phosphor of
도 8a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 1의 형광체의 SEM사진;8A is a SEM photograph of the phosphor of formula 1 according to a preferred embodiment of the present invention;
도 8b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 2의 형광체의 SEM사진;8b is a SEM photograph of the phosphor of
도 9a은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 1의 형광체의 XRD 결과 그래프;9A is a graph of an XRD result of the phosphor of Formula 1 according to a preferred embodiment of the present invention;
도 9b에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 2의 형광체의 XRD 결과 그래프;9B is an XRD result graph of the phosphor of Chemical Formula 2 according to the preferred embodiment of the present invention;
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 1의 형광체를 이용하여 제조된 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼;10 is a light emission spectrum of a white light emitting diode manufactured using the phosphor of Chemical Formula 1 according to a preferred embodiment of the present invention;
도 11는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 2의 형광체를 이용하여 제조된 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼11 is a light emission spectrum of a white light emitting diode manufactured using the phosphor of Chemical Formula 2 according to a preferred embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 3의 형광체의 469.5nm에서 발광 스펙트럼이다.12 is an emission spectrum at 469.5 nm of the phosphor of Formula 3 according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명은 훈타이트계 형광체에 관한 것으로, 특히 백색 발광 장치에 사용할 수 있는 형광체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to huntite-based phosphors, and more particularly to phosphors that can be used in white light emitting devices.
전기 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 미래형의 천연색 표시소자(Display Device)로서 각종 계기판과 TV는 물론 평판 패널화 표시기능 소자(flat panel display)에의 응용성으로 인하여 최근 가장 주목 받는 연구분야 중 하나로 알려져 있다. 이러한 전기 발광은 빛을 낼 수 있는 발광 물질에 전기장을 가했을 때, 음극에서 투입된 전자와 양극에서 형성된 정공이 발광층에서 결합하여 소위 "단일 여기자(single excition)"가 형성된다. 이 단일 여기자는 여기 상태를 형성하고 이것이 바닥 상태로 전이될 때 여러 가지 빛을 내게 된다. 이런 원리의 발광체는 기존의 것들보다 발광효율이 높고, 사용 소비전력이 작으며 열적 안전성이 좋은 반도체 소자로서 수명이 길고 응답성이 좋은 우수한 특성을 갖는다. Light Emitting Diode (LED) is a futuristic display device that is one of the most recently researched fields due to its application to flat panel displays as well as various instrument panels and TVs. Known. In the electroluminescence, when an electric field is applied to a light emitting material that emits light, electrons injected from the cathode and holes formed in the anode are combined in the emission layer to form a so-called "single excition". This single excitons form an excited state and emit a variety of light when it transitions to the ground state. The light emitting device of this principle is a semiconductor device having higher luminous efficiency, lower power consumption, and better thermal safety than the conventional ones, and has excellent characteristics with long life and good response.
이러한 LED 중 백색 발광 다이오드(white LED)는 가전용 조명, 액정 디스플레이(LCD) 패널의 백 라이트용, 자동차의 실내등과 같은 다양한 응용성과 시장성을 가지고 있어 최근 활발히 연구되는 분야이다. Among these LEDs, white LEDs have various applicability and marketability, such as home lighting, liquid crystal display (LCD) panel backlighting, and interior lighting of automobiles.
이에 관하여 청색 또는 자외선과 같은 단파장 영역의 발광 다이오드에 이트륨알루미늄가넷(Y3AL5O12)계 형광물질을 결합시켜 백색 발광소자를 만드는 방법이 연구되어 있다(S. Nakamura, The Blue Laser Diode, Springer-Verlag, pp216-219(1997) 참조). 또 일반적으로 현재 실용화 된 백색계 발광 다이오드용 백색 발광 형광체로 (Re1 - rSmr)3(Al1 - sGas)5O12:Ce(단, 0≤r<1, 0≤s<1, Re:Y 또는 Gd)로 나타나는 YAG계 형광체가 있다(니치아, 미국특허 제6069440)(이하 ''440 특허'라 함). 또 형광체에 Tb를 첨가하여 장파장의 시프트를 야기하여 적색 성분에 관하여 긍정적인 영향을 갖도록 한 Tb3(Al, Ga)5O12:Ce로 나타나는 TAG계 형광체가 있다(오스람, 미국특허 제6504179호)(이하 ''179 특허'라 함). 또 종래에 모체로 이트륨-알루미늄-보레이트(YAl3B4O12)의 훈타이트 구조를 가지는 저압 수은증기 방전 램프를 위한 형광재료(필립스, 미국특허 제4,215,289)가 개시되어있다(이하 ''289 특허'라 함). 그러나 백색 발광다이오드용 형광체로서 YAG계나 TAG계가 아닌 훈타이트 구조를 모체로 하는 형광체는 아직 개시된 적이 없다. 더욱이 훈타이트 구조를 모체로 하고, 활성제로 Ce 및 Tb를 사용한 백색 발광다이오드용 형광체는 개발된 바가 없다. In this regard, a method of making a white light emitting device by combining a yttrium aluminum garnet (Y 3 AL 5 O 12 ) -based fluorescent material with a light emitting diode in a short wavelength region such as blue or ultraviolet light has been studied (S. Nakamura, The Blue Laser Diode, See Springer-Verlag, pp 216-219 (1997). In general, white light-emitting phosphors for white light-emitting diodes that are currently practically used are (Re 1 - r S m r ) 3 (Al 1 - s Ga s ) 5 O 12 : Ce (where 0≤r <1, 0≤s < 1, Re: Y or Gd) is a YAG-based phosphor (Nichia, U.S. Patent No. 6069440) (hereinafter referred to as the '440 patent'). There is also a TAG-based phosphor represented by Tb 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce, in which Tb is added to the phosphor to cause a shift in the long wavelength so as to have a positive effect on the red component (Osram, US Pat. (Hereinafter referred to as '' 179 patents ''). In addition, a fluorescent material (Philips, U.S. Patent No. 4,215,289) for a low pressure mercury vapor discharge lamp having a huntite structure of yttrium-aluminum-borate (YAl 3 B 4 O 12 ) as a matrix has been disclosed (hereinafter, '' 289 ''). Patents'). However, as a phosphor for white light emitting diodes, phosphors based on a hunite structure other than YAG or TAG have not been disclosed. Furthermore, no phosphor for white light emitting diodes using a huntite structure as a parent and using Ce and Tb as activators has not been developed.
상술한 '440 특허는 발광색조가 한정되어, 백색 발광 다이오드로서의 백색의 재현 범위가 좁고, 형광체 자체에 황색이 강한 채색이 있어 청색 발광의 일부를 백색으로 흡수한다는 결점이 있었다. 또 '179 특허는 발광 강도가 낮다는 결점이 있다. 또한 상기 '289 특허는 활성제로 Y 또는 La 중 적어도 하나; Pb Ti Sb Pr 및 Bi 중 적어도 하나; Mn, Tb, Eu 및 Dy 중 적어도 하나로 이루어져 있고, 270nm이하의 단파장을 가지는 자외선 영역에서만 여기되기 때문에 본 발명과 같이 청색파장에서 여기되지 않아 백색 발광 다이오드용 형광체로 사용되기 부적합하다. The above-mentioned '440 patent has a drawback in that the emission color is limited, the reproduction range of white as a white light emitting diode is narrow, and the phosphor itself has a strong yellow color to absorb a part of the blue emission as white. The '179 patent also has a drawback of low luminous intensity. In addition, the '289 patent discloses at least one of Y or La as the active agent; At least one of Pb Ti Sb Pr and Bi; Since it is made of at least one of Mn, Tb, Eu, and Dy, and is excited only in the ultraviolet region having a short wavelength of 270 nm or less, it is not suitable for use as a phosphor for white light emitting diodes because it is not excited in blue wavelength as in the present invention.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 청색 또는 자외선과 같은 단파장 영역에서 여기되어 높은 발광효율을 가지는 훈타이트계 형광체들을 제공한다. 또 본 발명은 우수한 휘도와 색순도를 가지는 훈타이트계 형광체를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 또 상기와 같은 훈타이트계 형광체를 포함하여 백색의 재현범위가 넓은 백색 발광 장치를 제공한다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems and provides a hunite-based phosphor having high luminous efficiency by being excited in a short wavelength region such as blue or ultraviolet light. In another aspect, the present invention provides a method for producing a huntite-based phosphor having excellent brightness and color purity. The present invention also provides a white light emitting device having a wide range of white reproduction, including the above-described huntite-based phosphor.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 화학식 1을 갖는 훈타이트계 형광체를 제 시할 수 있다. According to an aspect of the present invention, it is possible to provide a huntite-based phosphor having the formula (1).
<화학식 1><Formula 1>
Y1-X-X'Al3B4O12:xCe,x'Tb (상기 화학식 1 중 x와 x'은 Y 1몰 당 0.01 내지 0.5 몰임.)Y 1-X- X'Al 3 B 4 O 12 : x Ce, x'Tb (x and x 'in Formula 1 are 0.01 to 0.5 mol per mol of Y.)
바람직한 실시예에 따르면, 상기 훈타이트계 형광체는 420nm 내지 480nm의 범위에서 흡수피크를 나타내고, 500nm 내지 620nm범위에서 발광피크를 나타낼 수 있으며, 325nm 내지 385nm의 범위에서 흡수피크를 나타내고, 540nm 내지 560nm범위에서 발광피크를 나타낼 수 있다.According to a preferred embodiment, the huntite phosphor exhibits an absorption peak in a range of 420 nm to 480 nm, an emission peak in a range of 500 nm to 620 nm, an absorption peak in a range of 325 nm to 385 nm, and a range of 540 nm to 560 nm. The emission peak can be represented by.
본 발명의 다른 측면에 따르면, Y203, Al203, B203, Ce2(C2O4)3 및 Tb4O7를 칭량하여 혼합하는 단계 및 상기 혼합물을 소성하는 단계를 포함하는, 상기 화학식 1로 표시되는 형광체의 제조방법을 제시할 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 소성하는 단계는 1000 내지 1600℃에서 1 내지 48시간 수행할 수 있다.According to another aspect of the invention, the step of weighing and mixing
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 하기 화학식 2을 갖는 훈타이트계 형광체를 제시할 수 있다.According to another aspect of the present invention, it is possible to provide a huntite-based phosphor having the formula (2).
<화학식 2><
(Y1 -a-X- X'Aa)Al3B4O12: xCe,x'Tb (상기 화학식 2 중 0<a≤0.2이고, a+x+x'<0.5이며, A는 Bi, Mn, Eu, 및 Gd로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소이고, X와 X'은 Y 1몰 당 0.01 내지 0.5 몰임.)(Y 1 -aX- X ' A a ) Al 3 B 4 O 12 : xCe, x'Tb (in
바람직한 실시예에 따르면, 상기 훈타이트계 형광체는 420nm 내지 480nm의 범위에서 흡수피크를 나타내고, 490nm 내지 650nm범위에서 발광피크를 나타낼 수 있으며, 320nm 내지 390nm의 범위에서 흡수피크를 나타내고, 540nm 내지 560nm범위에서 발광피크를 나타낼 수 있다.According to a preferred embodiment, the huntite phosphor exhibits an absorption peak in a range of 420 nm to 480 nm, an emission peak in a range of 490 nm to 650 nm, an absorption peak in a range of 320 nm to 390 nm, and a range of 540 nm to 560 nm. The emission peak can be represented by.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, Y203, Al203, B203, Ce2(C2O4)3, Tb4O7 및 Bi2O3, MnCO3, Eu2O3 및 Gd203로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 칭량하여 혼합하는 단계 및 상기 혼합물을 소성하는 단계를 포함하는, 상기 화학식 2로 표시되는 형광체의 제조방법을 제시할 수 있다.According to another aspect of the invention,
또 본 발명의 다른 측면에 따르면, 하기 화학식 3을 갖는 훈타이트계 형광체를 제시할 수 있다. In addition, according to another aspect of the present invention, it is possible to provide a huntite-based phosphor having the formula
<화학식 3><
(Gd1 -a-X- X'Ya)Al3B4O12: xCe,x'Tb (상기 화학식 3 중 0<a≤0.4이고, a+x+x'<1 이며, X는 Y 1몰당 0.01 내지 0.3몰이고, X'은 Y 1몰 당 0.01 내지 0.2 몰임.) (Gd 1 -aX- X ' Y a ) Al 3 B 4 O 12 : xCe, x'Tb (0 <a≤0.4 in
바람직한 실시예에 따르면, 상기 훈타이트계 형광체는 420nm 내지 480nm의 범위에서 흡수피크를 나타내고, 500nm 내지 650nm범위에서 발광피크를 나타내며, 320nm 내지 390nm의 범위에서 흡수피크를 나타내고, 540nm 내지 560nm범위에서 발광피크를 나타낼 수 있다.According to a preferred embodiment, the huntite-based phosphor exhibits an absorption peak in the range of 420 nm to 480 nm, an emission peak in the range of 500 nm to 650 nm, an absorption peak in the range of 320 nm to 390 nm, and light emission in the range of 540 nm to 560 nm. Peaks may be indicated.
또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 상기 훈타이트계 형광체 및 피크 발광 파장이 450 내지 470nm인 청색 발광 다이오드를 포함하는 백색 발광 장치를 제시할 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, it is possible to provide a white light emitting device including the above-described huntite-based phosphor and a blue light emitting diode having a peak emission wavelength of 450 to 470 nm.
이하, 본 발명에 따른 훈타이트계 형광체, 이의 제조방법 및 백색 발광 장치를 바람직한 실시예들로 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the huntite-based phosphor according to the present invention, a manufacturing method thereof, and a white light emitting device will be described in detail with preferred embodiments.
본 발명에 따른 이트륨-알루미늄-보레이트를 모체를 가지는 형광체로서, 보다 구체적으로는 하기 화학식 1을 갖는다:As a phosphor having a yttrium-aluminum-borate according to the present invention as a parent, more specifically, has the following general formula (1):
<화학식 1><Formula 1>
Y1-X-X'Al3B4O12:xCe,x'Tb Y 1-X-X ' Al 3 B 4 O 12 : xCe, x'Tb
여기서 상기 화학식 1 중 x와 x'은 Y 1몰 당 0.01 내지 0.5 몰이고, 바람직하게는 x는 0.03 내지 0.2 몰이고, x'은 0.03 내지 0.4 몰이다. In Formula 1, x and x 'are 0.01 to 0.5 moles per 1 mole of Y, preferably x is 0.03 to 0.2 moles, and x' is 0.03 to 0.4 moles.
모체로 이트륨-알루미늄-보레이트의 훈타이트 구조를 가지는 형광체는 BO3계의 모체로 이루어진 구조로 삼각(trigonal)구조(R32)이며 Y원소는 삼각 프리즘 자리에 있고, Al을 치환하는 양이온은 팔면체(octahedral) 자리를 차지하는 구조로 이루어져 있다. 이는 황색 형광체로 모체로 이트륨-알루미늄-가넷 구조를 가지는 통상의 가넷 형광체가 Y자리의 양이온은 산소를 기준으로 팔면체 자리에 위치하고, Al자리의 양이온은 사면체(tetrahedral) 자리를 차지하는 체심입방(body-centered-cubic, BCC) 구조를 가지는 것과 모체의 구조적 차이를 보인다. Phosphor having a yttrium-aluminum-borate huntite structure is composed of a BO 3 -based matrix, a trigonal structure (R32), a Y element at a triangular prism site, and a cation replacing Al is octahedral ( octahedral) occupy a structure that occupies a place. This is a yellow phosphor, which is a normal garnet phosphor having a yttrium-aluminum-garnet structure as its parent, and the cations at Y site are located at the octahedral site based on oxygen, and the cations at Al site occupy tetrahedral sites. centered-cubic (BCC) structure and the parent structural difference.
여기서 활성제(activator)로 Ce와 Tb를 사용하였다. 활성제란 실제 발광을 일으키는 역할을 할 수 있는 원소를 말한다. 특정 발광 메커니즘에 한정되려는 것 은 아니나, 상기 화학식 1 중 YAl3B4O12로 표시되는 기본 모체(host)에 치환된 Ce와 Tb 또는 Ce이온과 Tb이온은 이의 기저 준위와 여기 준위 사이의 전이에 의하여 에너지가 흡수 또는 방출됨으로써 발광이 이루어지게 할 수 있다. 더욱이 Tb3+가 활성제로 사용되어 형성된 형광체의 결정성이 증가되고 발광 휘도가 증가된다. 또한 Tb3+이온으로 Ce3 +로부터의 d-f오비탈 천이에 의한 Tb3 +로의 전하이동으로 발광파장이 황녹색 계열의 파장이 첨가되어 청색 발광 다이오드에 사용되는 경우 천연색에 가까운 백색을 표현할 수 있다. Ce and Tb were used here as activators. An activator refers to an element that can play a role in actually generating light emission. Although not intended to be limited to a specific luminescence mechanism, Ce and Tb or Ce and Tb ions substituted in the basic host represented by YAl 3 B 4 O 12 in Formula 1 may transfer between their base level and the excitation level. By absorbing or emitting energy by the light emission can be made. Furthermore, Tb 3+ is used as the activator to increase the crystallinity of the formed phosphor and to increase the luminescence brightness. Also it may represent a near white in color if the Tb 3+ ion with the emission wavelength to the charge transfer to Tb + 3 df by orbital transition from Ce 3 + is added to the wavelength of the sulfur used in the green-blue light-emitting diode.
본 발명에 또 다른 이트륨-알루미늄-보레이트를 모체를 가지는 형광체로서, 보다 구체적으로는 하기 화학식 2를 갖는다:As a phosphor having another yttrium-aluminum-borate as a parent in the present invention, more specifically, it has the following Chemical Formula 2:
<화학식 2><
(Y1-a-X-X'Aa)Al3B4O12: xCe,x'Tb (Y 1-aX-X ' A a ) Al 3 B 4 O 12 : xCe, x'Tb
상기 화학식 2 중 X와 X'은 Y 1몰 당 0.01 내지 0.5 몰이고, 바람직하게는 x는 0.03 내지 0.2 몰이고, x'은 0.03 내지 0.4 몰이다. 이는 각 Ce와 Tb의 첨가량이 Y 원소 1몰을 기준으로 하여 치환하는 몰 수를 의미한다. In
상기 A는 공부활제로 사용되어 제조된 형광체의 발광휘도와 색순도를 높인다. 이 A는 Bi, Mn, Eu 및 Gd로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있다. 예를 들면 Bi, Mn, Eu, Gd가 단독으로 사용될 수 있고 Bi와 Mn이 함께 사용될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다. 이때 A의 함유 몰비는 0<a≤0.2이고, 단 a+x+x'<0.5이다. 바람직하게는 a+x+x'≤0.4이다. 즉 Y는 반드시 포함되여야 하고, 0.6 몰이상 포함되는 것이 바람직하다. The A increases the light emission luminance and color purity of the prepared phosphor used as a study agent. At least one A may be selected from the group consisting of Bi, Mn, Eu and Gd. For example, various modifications are possible, such as Bi, Mn, Eu, Gd may be used alone, and Bi and Mn may be used together. At this time, the molar ratio of A is 0 <a≤0.2, provided that a + x + x '<0.5. Preferably a + x + x '≦ 0.4. That is, Y must be included, and preferably 0.6 mol or more.
본 발명의 또 다른 이트륨-알루미늄-보레이트를 모체로 가지는 형광체로서, 보다 구체적으로는 하기 화학식 3을 갖는다. As a phosphor having another yttrium-aluminum borate of the present invention as a parent, more specifically, the following general formula (3).
<화학식 3><
(Gd1-a-X-X'Ya)Al3B4O12: xCe,x'Tb (Gd 1-aX-X ' Y a ) Al 3 B 4 O 12 : xCe, x'Tb
상기 화학식 3 중 0<a≤0.4이고, a+x+x'<1이며, X는 Y 1몰 당 0.01 내지 0.3몰이고, X'은 Y 1몰 당 0.01 내지 0.2 몰이다. In
상기 형광체의 조성은 Y원소를 Gd로 치환하는 것이 아니라 Gd 기지에 Y원소가 치환되어 형광체의 결정성을 증가시키고, 발광효율을 높여 휘도와 색순도를 향상시킨다. 이때 첨가되는 Y의 몰비는 0 초과 0.4 이하이고, a+x+x'<1이고, a+x+x'<0.9인 것이 바람직하다. 즉 Y는 반드시 포함되어야 하고 0.1몰 이상 포함되는 것이 바람직하다. The composition of the phosphor does not replace the Y element with Gd, but the Y element is substituted with the Gd matrix to increase the crystallinity of the phosphor, and improve the luminous efficiency to improve luminance and color purity. It is preferable that the molar ratio of Y added at this time is more than 0 and 0.4 or less, a + x + x '<1, and a + x + x' <0.9. That is, Y must be included and preferably 0.1 mol or more.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 형광체들은 우수한 휘도와 색순도를 가지는 훈타이트계 형광체이다. 본 발명에 따른 형광체들은 460nm 전후의 청색파장과 360 내지 370nm의 자외선 영역에서 여기될 수 있어 청색광 LED 또는 UV LED로 활용될 수 있다. 더욱이 본 발명의 형광체들은 470nm 부근의 파장에서 넓은 영역으로 발광되어 색감이 풍부하고, 보다 천연색에 가까운 백색을 표현할 수 있습니다. 또한 발광 영역이 넓어 청색광과 혼색되었을 때 색의 빠짐이 일어날 염려가 줄어들어 2차상의 우려가 없는 백색 발광 다이오드를 형성할 수 있다. As described above, the phosphors according to the present invention are huntite-based phosphors having excellent luminance and color purity. Phosphors according to the present invention can be excited in the blue wavelength around 460nm and the ultraviolet region of 360 to 370nm can be utilized as a blue light LED or UV LED. Furthermore, the phosphors of the present invention emit a wide range of light at wavelengths around 470 nm, resulting in rich colors and more natural whites. In addition, when the light emitting area is wide, color fear may be reduced when mixed with blue light, thereby forming a white light emitting diode having no secondary concern.
Bi, Mn, Eu, Gd의 공부활제를 사용한 화학식 2와 같은 형광체의 경우 공부활제를 사용하지 않았을 때와 비교하였을 때 청색파장에서의 발광효율이 스펙트럼상 강도와 면적비를 기준으로 약 50% 더 증가하고 더 넓은 파장영역에서 발광할 수 있다. 따라서 화학식 2의 형광체를 백색 발광 장치에 이용하였을 때 배면광의 특성중 가장 중요한 연색성이 향상되어, 색감이 더 풍부하며, 천연색에 더 가까운 백색을 표현할 수 있는 우수한 특성을 가진다. In the case of phosphors such as
더욱이 공부활제로 Gd를 사용한 화학식 3과 같은 형광체의 경우 청색파장에서발광시켰을 때 발광피크의 최대값이 화학식 1의 형광체와 비교하였을 때 보다 장파장으로 이동하여 색순도면에서 더 우수한 형광체를 얻을 수 있다. In addition, in the case of phosphors such as
또한 본 발명에 따른 훈타이트계 형광체는 340nm 내지 380nm의 적외선에 의해 480에서 500부근의 청색과 550nm 전후의 황색 영역에서 발광하는 특징이 있다. 특히 Bi, Mn, Eu, Gd의 공부활제를 사용한 경우 발광효율이 높아 연색성이 향상된 백색 발광 장치를 얻을 수 있다. In addition, the huntite-based phosphor according to the present invention is characterized by emitting light in the blue region around 480 to 500 and the yellow region around 550 nm by infrared rays of 340 nm to 380 nm. In particular, when using the active agent of Bi, Mn, Eu, Gd can be obtained a white light emitting device with high luminous efficiency improved color rendering.
따라서 본 발명의 훈타이트계 형광체들은 청색 LED 위에 형광체들을 도포하여 백색 발광 장치를 제작할 수 있고, 자외선 파장의 에너지원을 광원으로 하여 청색, 녹색, 적색을 발광하는 형광체에 대체하여 색의 가변혼색을 이용한 백색 발광 장치를 제작할 수도 있다.Therefore, the huntite-based phosphors of the present invention can manufacture a white light emitting device by coating phosphors on a blue LED, and replace the variable mixed color of the color by replacing blue, green, and red phosphors with an energy source of ultraviolet wavelength as a light source. The used white light emitting device can also be manufactured.
본 발명에 따른 형광체를 제조하는 방법은 Y-함유 화합물; Al-함유 화합물; B-함유 화합물; Ce-함유 화합물; 및 Tb-함유화합물과 선택적으로 Bi-함유 화합물, Mn -함유 화합물, Eu-함유 화합물 및 Gd-함유 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 칭량하여 용제와 혼합하는 단계와 상기 단계로부터 얻어진 혼합물을 고순도 알루미나 도가니에 놓고 소성하는 단계를 포함할 수 있다. The method for producing the phosphor according to the present invention comprises a Y-containing compound; Al-containing compound; B-containing compound; Ce-containing compounds; And weighing and mixing at least one compound selected from the group consisting of a Tb-containing compound and optionally a Bi-containing compound, a Mn-containing compound, an Eu-containing compound, and a Gd-containing compound with a solvent and the mixture obtained from the step. And placing in a high purity alumina crucible and firing.
상기 Y-함유 화합물은 Y2O3, Y2(CO3)3, Y(OH)3, Y(NO3)3 및 Y원소의 공침화합물을 형성하는 화합물로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이중 Y2O3가 바람직하다. Al-함유 화합물은 Al2O3, Al2(CO3)3, Al(OH)3, Al(NO3)3 및 Al원소의 공침화합물을 형성하는 화합물부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이중 Al2O3가 바람직하다.The Y-containing compound may be selected from compounds which form coprecipitation compounds of Y 2 O 3 , Y 2 (CO 3 ) 3 , Y (OH) 3 , Y (NO 3 ) 3 and Y, but are not limited thereto. It is not. Of these, Y 2 O 3 is preferred. The Al-containing compound may be selected from compounds which form coprecipitation compounds of Al 2 O 3 , Al 2 (CO 3 ) 3 , Al (OH) 3 , Al (NO 3 ) 3 and Al elements, but are not limited thereto. no. Of these, Al 2 O 3 is preferred.
B-함유 화합물은 B2O3, H3BO3, B2(CO3)3, B(OH)3, B(NO3)3로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이중 B2O3, H3BO3가 바람직하다.The B-containing compound may be selected from B 2 O 3 , H 3 BO 3 , B 2 (CO 3 ) 3 , B (OH) 3 , and B (NO 3 ) 3 , but is not limited thereto. Of these, B 2 O 3 and H 3 BO 3 are preferred.
Ce-함유 화합물은 CeO2, Ce2(C2O4)3 및 Ce원소의 공침화합물을 형성하는 화합물부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이중 환원분위기를 강화시킬 수 있는 CeO2, Ce2(C2O4)3가 바람직하다. Tb-함유화합물은 Tb4O7, Tb2(C2O4)3 및 Tb원소의 공침화합물을 형성하는 화합물부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이중 환원분위기를 강화시킬 수 있는 Tb4O7, Tb2(C2O4)3가 바람직하고, Tb2(C2O4)3가 특히 바람직하다The Ce-containing compound may be selected from, but not limited to, a compound forming a coprecipitation compound of CeO 2 , Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 and Ce element. CeO 2 , which can enhance the double reducing atmosphere, Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 is preferred. The Tb-containing compound may be selected from, but is not limited to, a compound forming a coprecipitation compound of Tb 4 O 7 , Tb 2 (C 2 O 4 ) 3, and Tb element. Tb 4 O 7 and Tb 2 (C 2 O 4 ) 3 capable of enhancing the double reducing atmosphere are preferred, and Tb 2 (C 2 O 4 ) 3 is particularly preferred.
공부활제로 사용될 수 있는 Bi-함유 화합물은 Bi2O3, Bi(CO3)3, Bi(OH)3, Bi(NO3)3로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이중 Bi2O3가 바람직하다. Mn-함유 화합물은 MnCO3을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Eu-함유 화합물은 Eu2O3, Eu(CO3)3, Eu(OH)3, Eu(NO3)3 및 Eu원소의 공침화합물을 형성하는 화합물로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이중 Eu2O3가 바람직하다. 및 Gd-함유 화합물은 Gd2O3, Gd(CO3)3, Gd(OH)3, Gd(NO3)3로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이중 Gd203가 바람직하다.Bi-containing compounds that can be used as a study agent may be selected from Bi 2 O 3 , Bi (CO 3 ) 3 , Bi (OH) 3 , Bi (NO 3 ) 3 , but are not limited thereto. Of these, Bi 2 O 3 is preferred. The Mn-containing compound may include, but is not limited to, MnCO 3 . The Eu-containing compound may be selected from, but is not limited to, a compound forming a coprecipitation compound of Eu 2 O 3 , Eu (CO 3 ) 3 , Eu (OH) 3 , Eu (NO 3 ) 3, and an Eu element. . Of these, Eu 2 O 3 is preferred. And the Gd-containing compound may be selected from Gd 2 O 3 , Gd (CO 3 ) 3 , Gd (OH) 3 , and Gd (NO 3 ) 3 , but is not limited thereto. Of these, Gd 2 O 3 is preferred.
Ce로 활성화된 형광체를 제조하기 위하여 CeO2를 사용하는 경우 Ce의 산화수를 +4가에서 +3가로 환원시켜야 하기 때문에 이를 위해 환원가스를 필요로 한다. 따라서 개방된 반응용기에서 반응을 일으켜야 한다. 이 경우 환원가스와 접촉되는 부분이 잘 접촉되지 않는 부분보다 반응이 잘 일어나 불균일한 반응이 일어날 수 있다. 이에 따라 형광체의 결정성을 제어하는 것이 어려운 한계가 있었다. In the case of using CeO 2 to prepare a phosphor activated with Ce, a reducing gas is required for this purpose because the oxidation number of Ce must be reduced from +4 to +3. Therefore, the reaction should take place in an open reaction vessel. In this case, a reaction occurs better than a portion in contact with the reducing gas, and a non-uniform reaction may occur. As a result, there was a limit in controlling the crystallinity of the phosphor.
여기서 고결정성을 가지며 결정성 제어가 용이하며 소성 시 Ce이온을 환원시키기 위한 환원분위기가 필요 없는 제조과정을 수행하기 위하여 출발물질로 Ce2(C2O4)3를 사용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 출발물질로 Ce2(C2O4)3(Ce 옥살레이트)를 사용함으로써 반응 시 별도의 환원분위기가 필요하지 않다. 따라서 밀폐된 반응용기에서 반응이 가능하다. 이에 따라 반응 시 외부에서 공급되는 환원가스를 이용하는 것이 아니라 내부에서 발생하는 가스로 충분한 반응이 일어나므로 반응시간과 온도만을 조절하면 원하는 결정성을 얻을 수 있다. 또한 밀폐된 반응용기를 사용함으로써 소성 시 발생하는 CO2기체의 생성속도를 완화시키고 이에 의해 상기 Ce옥살레이트의 분해반응의 평형상태를 충분히 지속시킬 수 있다. Here, Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 may be used as a starting material to perform a manufacturing process having high crystallinity, easy crystallinity control, and no reducing atmosphere for reducing Ce ions upon firing. In a preferred embodiment of the present invention by using Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 (Ce oxalate) as a starting material, a separate reducing atmosphere is not required in the reaction. Therefore, the reaction is possible in a closed reaction vessel. Accordingly, sufficient reaction occurs with the gas generated from the inside instead of using a reducing gas supplied from the outside during the reaction, so that the desired crystallinity can be obtained only by controlling the reaction time and temperature. In addition, by using a closed reaction vessel, it is possible to alleviate the rate of generation of CO 2 gas generated during firing, thereby sufficiently maintaining the equilibrium state of the decomposition reaction of Ce oxalate.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 화학식 1의 형광체를 제조하기 위한 출발물질은 Y203, Al203, B203, Ce2(C2O4)3 및 Tb4O7를 사용한다. 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면 화학식 2의 형광체를 제조하기 위한 출발물질은 Y203, Al203, B203, Ce2(C2O4)3, Tb4O7을 포함하고 Bi2O3, MnCO3, Eu2O3 및 Gd203로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소 더 포함한다. 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따르면 화학식 3의 형광체를 제조하기 위한 출발물질은 화학식 1에 Gd203를 더 포함한다. 이들 형광체들 각각의 출발물질을 적절한 몰비로 혼합한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, starting materials for preparing the phosphor of Formula 1 may include
상기 혼합물에 융제(flux)로 불소화합물을 사용한다. 불소화합물의 예로 불화알루미늄(AlF3), 불화바륨(BaF2), 불화암모늄(NH4F)이 바람직하다. 상기 혼합물과 불화물을 적량으로 혼합한다. 이때 적량이란 불화암모늄과 같은 융제를 상기 혼합물과 3 내지 5 중량%로, 바람직하게는 4 중량%로 혼합하는 것을 말한다. 이 융 제 혼합된 혼합물을 아세톤 또는 에탄올과 같은 유기용매에 넣고 볼밀과정을 거쳐 체로 분리한 후 건조시킨다. 이 건조된 분말을 밀폐된 용기에 넣고 1000 내지 1600℃ 에서 1 내지 48시간 소성한다. 이때 밀폐된 용기로 고순도 알루미나 도가니가 바람직하다. 이 소성공정이 대기 하에서 이루어 지는 경우 소성조건은 1200 내지 1450℃에서 2 내지 5 시간으로 하는 것이 바람직하고, 효율을 증가시키기 위하여 H2/N2 혼합가스를 사용하는 경우에는 1100 내지 1300℃에서 2 내지 5 시간 수행하는 것이 바람직하다. 이때 혼합가스 내에 5 중량%의 H2를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 소성과정을 거치면 소망하는 형광분말들을 얻을 수 있다. Fluorine is used as a flux to the mixture. Examples of the fluorine compound are aluminum fluoride (AlF 3 ), barium fluoride (BaF 2 ), and ammonium fluoride (NH 4 F). The mixture and fluoride are mixed in an appropriate amount. In this case, the appropriate amount refers to mixing a flux such as ammonium fluoride with the mixture at 3 to 5% by weight, preferably at 4% by weight. The flux-mixed mixture is placed in an organic solvent such as acetone or ethanol, separated by a sieve through a ball mill, and dried. The dried powder is placed in a sealed container and fired at 1000 to 1600 ° C for 1 to 48 hours. At this time, a high purity alumina crucible is preferable as a sealed container. When this firing process is carried out in the atmosphere, the firing conditions are preferably 2 to 5 hours at 1200 to 1450 ° C, and when the H 2 / N 2 mixed gas is used to increase the efficiency, it is 2 to 1100 to 1300 ° C. It is preferable to carry out for 5 hours. At this time, it is preferable to include 5% by weight of H 2 in the mixed gas. Through this firing process, desired fluorescent powders can be obtained.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상술한 출발물질에 Ce2(C2O4)3와 Tb4O7을 포함하는 경우 다음과 같은 반응이 일어난다.According to a preferred embodiment of the present invention, when Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 and Tb 4 O 7 are included in the above-described starting material, the following reaction occurs.
Tb4O7(s) ------------→ 2Tb2O3(s) + O(g)Tb 4 O 7 (s) ------------ → 2Tb 2 O 3 (s) + O (g)
이 반응에 의해 생성된 발생기 산소는 Ce2(C2O4)3의 분해반응의 개시반응을 일으킨다.The generator oxygen produced by this reaction causes an initiation reaction of the decomposition reaction of Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 .
1/2Ce2(C2O4)3(s) + O(g) ------------→ CeO(s) + 3CO2(g)1 / 2Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 (s) + O (g) ------------ → CeO (s) + 3CO 2 (g)
이 개시반응은 기중에 존재하는 산소와 Ce2(C2O4)3간의 반응이 충분히 일어나도록 유도하여 상기 출발물질 중 부활제 역할을 하는 유기산염들의 분해반응 시 나타날 수 있는 미반응 중간생성물들을 배제하고 생성되는 형광체의 결정성을 증가시킨다. This initiation reaction causes the reaction between oxygen in the air and Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 to occur sufficiently to remove unreacted intermediates that may occur during decomposition of organic acid salts that act as an activator in the starting material. Exclude and increase the crystallinity of the resulting phosphor.
이러한 소성 과정에 의해 얻어진 형광분말을 분쇄한 후 염산수용액이나 증류수로 세척하여 불화알루미나와 같은 융제를 제거하고, 거름종이로 거른 후 건조시 키는 단계를 더 거칠 수 있다. The fluorescent powder obtained by the calcination process may be pulverized, washed with aqueous hydrochloric acid solution or distilled water to remove a flux such as alumina fluoride, filtered with filter paper, and then dried.
이하 본 발명을 보다 구체적인 실시예들을 통하여 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to more specific embodiments. However, the technical idea of the present invention is not limited thereto.
실시예 1 : <화학식 1>의 훈타이트계 형광체 제조Example 1 Preparation of Huntite-Based Phosphors of <Formula 1>
Y2O3, Al2O3, B2O3, Ce2(CeO4)3, Tb4O7 을 0.94:3.00:4.00:0.03:0.015의 몰비로 혼합하고, 상기 혼합물에 융제로서 불화알루미늄을 4wt%를 혼합하고, 지르코니아 볼을 첨가해서 아세톤 중에서 밀폐된 테프론 용기에 넣었다. 이들을12시간 혼합한 후 지르코니아 볼과 혼합물을 체로 분리한 후 80℃의 전기 오븐에서 6시간 건조하였다. 상기 건조물을 밀폐된 고순도 알루미나 도가니에 넣고 전기로를 사용하여 대기중에서 1450℃에서 2시간 소성하여 형광분말을 얻었다. 상기 형광분말을 알루미나 유발을 이용하여 잘 분쇄한 후 3 wt% 염산수용액으로 세척하여 불화알루미늄을 제거하였으며, 거름종이로 거른 후 80℃의 전기 오븐에서 건조하여, (Y0.94Tb0.03)Al3B4O12:0.03Ce를 제조하였다. Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Ce 2 (CeO 4 ) 3 , Tb 4 O 7 were mixed in a molar ratio of 0.94: 3.00: 4.00: 0.03: 0.015 and aluminum fluoride as a flux to the mixture Was mixed with 4 wt% and zirconia balls were added to a sealed Teflon container in acetone. After 12 hours of mixing, the zirconia balls and the mixture were separated by a sieve and dried in an electric oven at 80 ° C. for 6 hours. The dried material was placed in a sealed high purity alumina crucible and calcined at 1450 ° C. for 2 hours in an air using an electric furnace to obtain a fluorescent powder. The fluorescent powder was pulverized well using alumina induction, washed with 3 wt% aqueous hydrochloric acid solution to remove aluminum fluoride, filtered with filter paper and dried in an electric oven at 80 ° C., (Y 0.94 Tb 0.03 ) Al 3 B 4 0 12 : 0.03Ce was prepared.
실시예 2 내지 10 : <화학식 1>의 훈타이트계 형광체 제조Examples 2 to 10: Huntite-based phosphor of <Formula 1>
Y2O3, Al2O3, B2O3, Ce2(CeO4)3, Tb4O7을 [표 1]과 같이 각각의 몰비를 변경하면서 혼합하고 실시예 1과 같은 방법으로 다양한 조성을 가지는 형광체를 제조하였다. Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Ce 2 (CeO 4 ) 3 and Tb 4 O 7 were mixed while changing the molar ratios as shown in [Table 1] and variously changed in the same manner as in Example 1 A phosphor having a composition was prepared.
[표 1] TABLE 1
실시예 11 내지 16 : <화학식 2>의 훈타이트계 형광체 제조Examples 11 to 16: The manufacture of the huntite-based phosphor of <
Y2O3, Al2O3, B2O3, Ce2(CeO4)3, Tb4O7 , MnCO3을 [표 2]과 같이 각각의 몰비를 변경하면서 혼합하고 실시예 1과 같은 방법으로 다양한 조성을 가지는 형광체를 제조하였다. Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Ce 2 (CeO 4 ) 3 , Tb 4 O 7 , MnCO 3 were mixed while changing the molar ratio as shown in [Table 2] and the same as in Example 1 Phosphors having various compositions were prepared by the method.
[표 2]TABLE 2
실시예 17 내지 18 : <화학식 2>의 훈타이트계 형광체 제조Examples 17 to 18: Huntite-based phosphor of <
Y2O3, Al2O3, B2O3, Ce2(CeO4)3, Tb4O7 , Bi2O3을 [표 3]과 같이 각각의 몰비를 변 경하면서 혼합하고 실시예 1과 같은 방법으로 다양한 조성을 가지는 형광체를 제조하였다. Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Ce 2 (CeO 4 ) 3 , Tb 4 O 7 , Bi 2 O 3 were mixed while changing the molar ratio as shown in [Table 3] Example Phosphors having various compositions were prepared in the same manner as in Example 1.
[표 3]TABLE 3
실시예 19 내지 21 : <화학식 2>의 훈타이트계 형광체 제조Examples 19 to 21: Preparation of the huntite-based phosphor of <
Y2O3, Al2O3, B2O3, Ce2(CeO4)3, Tb4O7, Gd203을 [표 4]과 같이 각각의 몰비를 변경하면서 혼합하고 실시예 1과 같은 방법으로 다양한 조성을 가지는 형광체를 제조하였다. Example 1 by mixing Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Ce 2 (CeO 4 ) 3 , Tb 4 O 7, Gd 2 0 3 while changing the molar ratio as shown in [Table 4] Phosphors having various compositions were prepared in the same manner as described above.
[표 4]TABLE 4
실시예Example
22 내지 23 : <화학식 2>의 22 to 23: of <
Y2O3, Al2O3, B2O3, Ce2(CeO4)3, Tb4O7 , Eu2O3을 [표 5]과 같이 각각의 몰비를 변경하면서 혼합하고 실시예 1과 같은 방법으로 다양한 조성을 가지는 형광체를 제조 하였다. Example 1 by mixing Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Ce 2 (CeO 4 ) 3 , Tb 4 O 7 , Eu 2 O 3 while changing the molar ratio as shown in [Table 5] Phosphors having various compositions were prepared in the same manner.
[표 5]TABLE 5
실시예Example
24 내지 27 : <화학식 2>의 24 to 27: <
Y2O3, Al2O3, B2O3, Ce2(CeO4)3, Tb4O7, MnCO3을 [표 6]과 같이 각각의 몰비를 변경하면서 혼합하고 상기 혼합물에 융제로서 불화알루미늄 4중량%를 혼합하고 지르코니아 볼을 첨가해서 아세톤 중에서 밀폐된 테프론 용기에 넣었다. 이들을 12시간 혼합한 후 지르코니아 볼과 혼합물을 체로 분리한 후 80℃의 전기 오븐에서 6시간 건조하였다. 상기 건조물을 고순도 알루미나 도가니에 넣고 전기로를 사용하여 5wt% 수소가스가 포함된 질소 혼합가스의 환원 분위기 중에서 1100℃의 온도에서 5시간 소성하여 형광분말을 얻었다. 상기 형광분말을 알루미나 유발을 이용하여 잘 분쇄하고 난 후 증류수액으로 세척하였으며, 거름종이로 거른 후 80℃의 전기 오븐에서 건조하여, 각각 다양한 조성을 가지는 형광분말을 제조하였다. Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Ce 2 (CeO 4 ) 3 , Tb 4 O 7, MnCO 3 were mixed with varying molar ratios as shown in [Table 6] and as a flux to the mixture. 4% by weight of aluminum fluoride was mixed and zirconia balls were added and placed in a sealed Teflon container in acetone. After mixing these for 12 hours, the zirconia ball and the mixture were separated by a sieve and dried in an electric oven at 80 ° C. for 6 hours. The dried material was placed in a high purity alumina crucible and calcined for 5 hours at a temperature of 1100 ° C. in a reducing atmosphere of a nitrogen gas mixture containing 5 wt% hydrogen gas using an electric furnace to obtain a fluorescent powder. The fluorescent powder was pulverized well using alumina induction, washed with distilled water, filtered with filter paper, and dried in an electric oven at 80 ° C. to prepare fluorescent powders having various compositions.
[표 6]TABLE 6
실시예Example
28 내지 32 : <화학식 3>의 28 to 32: <
Y2O3, Al2O3, B2O3, Ce2(CeO4)3, Tb4O7, Gd203을 [표 7]과 같이 각각의 몰비를 변경하면서 혼합하고 실시예 1과 같은 방법으로 다양한 조성을 가지는 형광체를 제조하였다. Example 1 by mixing Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Ce 2 (CeO 4 ) 3 , Tb 4 O 7, Gd 2 0 3 while changing the molar ratio as shown in [Table 7] Phosphors having various compositions were prepared in the same manner as described above.
[표 7]TABLE 7
비교예Comparative example 1 내지 2 : 1 to 2: TbTb 를 포함하지 않은 형광체 제조Phosphor Preparation Without
Y2O3, Al2O3, B2O3, Ce2(CeO4)3, Eu2O3을 [표 8]과 같이 각각의 몰비를 변경하면서 혼합하고 실시예 1과 같은 방법으로 다양한 조성을 가지는 형광체를 제조하였다. Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Ce 2 (CeO 4 ) 3 , Eu 2 O 3 were mixed while changing the molar ratios as shown in [Table 8] and variously prepared in the same manner as in Example 1 A phosphor having a composition was prepared.
[표 8]TABLE 8
본 발명에 따른 형광체를 이용한 백색 발광 다이오드의 제조Fabrication of White Light Emitting Diode Using Phosphor According to the Present Invention
상술한 실시예에 따라 얻어진 형광체를 이용하여 백색 발광 다이오드를 제조하였다. 사파이어 기판상에 GaN 핵형성층 25nm, n-GaN 층(금속:Ti/Al) 1.2㎛, 5㎝층의 InGaN/GaN 다중양자우물층, InGaN층 4nm, GaN층 7nm 및 p-GaN층(금속:Ni/Au) 0.11㎛를 각각 차례로 형성시켜 청색광 LED를 제조하였다. 이어서 상기 청색광 LED 표면에 형광체를 에폭시에 분산시켜 백색 발광 다이오드를 제조하였다. 상기 제조된 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼을 도 10과 11에 각각 도시하였다. A white light emitting diode was manufactured using the phosphor obtained according to the above embodiment. GaN nucleation layer 25nm, n-GaN layer (metal: Ti / Al) 1.2㎛, 5cm InGaN / GaN multi-quantum well layer, InGaN layer 4nm, GaN layer 7nm and p-GaN layer on sapphire substrate Ni / Au) 0.11 μm was formed in order to prepare a blue light LED. Subsequently, a phosphor was dispersed in an epoxy on the surface of the blue light LED to prepare a white light emitting diode. The emission spectra of the manufactured white light emitting diodes are illustrated in FIGS. 10 and 11, respectively.
이하 첨부된 도면에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the accompanying drawings will be described in detail.
도 1은 활성제로 Tb를 가지지 않는 형광체의 469.5nm에서 발광 스펙트럼 이다. 도 1을 참조하면 비교예에서 얻어진 훈타이트 구조를 가지는 모체와 Eu 공부활제를 가지나, 활성제로 Tb를 가지지 않는 형광체의 청색파장에서의 발광 스펙트럼을 도시하였다. 이 형광체 469.5nm의 파장에서 거의 여기되지 않아 500nm 내지 550nm에서 피크가 나타나지 않았고, 550nm 전후의 피크는 그 크기가 작고 좁은 발광특성을 나타내었다. 이로부터 활성제로서 Tb는 황색 영역에서 발광되기 위해 Ce활성제에 반드시 필요한 구성요소임을 알 수 있었다.1 is an emission spectrum at 469.5 nm of a phosphor having no Tb as an activator. Referring to FIG. 1, emission spectra at blue wavelengths of a phosphor having a huntite structure obtained in a comparative example and a Eu active agent but not having Tb as an activator are illustrated. This phosphor was hardly excited at a wavelength of 469.5 nm, so that no peak appeared at 500 nm to 550 nm, and peaks around 550 nm showed small and narrow emission characteristics. From this, it can be seen that Tb as an activator is an essential component for Ce activator to emit light in the yellow region.
<화학식 1>의 훈타이트계 형광체의 흡수 및 발광 스펙트럼Absorption and Emission Spectrum of the Huntite Phosphor of Formula 1
도 2은 본 발명의 바람직한 실시예 5에 따른 화학식 1의 형광체의 544.3nm에서의 흡수 스펙트럼을 도시하였다. 도 2을 참조하면 본 발명의 훈타이트계 형광체는 325nm 내지 385nm 부근의 자외선 영역과 420nm 내지 480nm부근의 청색파장에서 여기됨을 알 수 있었다.2 shows an absorption spectrum at 544.3 nm of the phosphor of Formula 1 according to Preferred Example 5 of the present invention. Referring to FIG. 2, it was found that the huntite-based phosphor of the present invention is excited in an ultraviolet region around 325 nm to 385 nm and a blue wavelength around 420 nm to 480 nm.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예 5에 따른 화학식 1의 형광체의 469.5nm에서 발광 스펙트럼을 도시하였고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예 5에 따른 화학식 1의 형광체의 365.8nm에서 발광 스펙트럼을 도시하였다. 도 3을 참조하면, 이 형광체는 469.5nm의 파장에서 525nm 전후를 정점으로 하여 500nm 내지 620nm의 넓고 브로드한 발광스펙트럼을 나타내었다. 이는 등황색에서 황색을 거쳐 녹색에 이르는 다양한 색상의 파장영역에서 발광될 수 있다는 의미이다. 또한 이 형광체는 발광 스펙트럼의 면적에 비례하는 발광효율도 우수한 것을 알았다. 또 도 4를 참조하면 이 형광체는 365.8nm의 흡수파장에서 540nm 내지 560nm에서 좁은 영역에서 녹황색의 발광 피크를 나타내었다. 즉 본 발명의 화학식 1의 형광체는 청색파장에 의해 여기되어 휘도가 높고 색감이 풍부하여 천연색에 가까운 백색광을 유도할 수 있으며, 자외선에 의해서도 여기되어 녹색과 황색파장에서 발광을 할 수 있다.Figure 3 shows the emission spectrum at 469.5nm of the phosphor of formula 1 according to a preferred embodiment 5 of the present invention, Figure 4 shows the emission spectrum at 365.8nm of the phosphor of formula 1 according to a preferred embodiment 5 of the present invention It was. Referring to FIG. 3, the phosphor showed a broad and broad emission spectrum of 500 nm to 620 nm with a peak around 525 nm at a wavelength of 469.5 nm. This means that it can emit light in a wavelength range of various colors ranging from yellow to yellow to green. In addition, it was found that the phosphor was also excellent in luminous efficiency proportional to the area of the emission spectrum. Referring to FIG. 4, the phosphor showed an emission peak of greenish yellow in a narrow region at 540 nm to 560 nm at an absorption wavelength of 365.8 nm. That is, the phosphor of Formula 1 of the present invention is excited by a blue wavelength and has a high brightness and rich color to induce white light close to a natural color, and is excited by ultraviolet rays to emit light in green and yellow wavelengths.
<화학식 2>의 훈타이트계 형광체의 흡수 및 발광 스펙트럼Absorption and Emission Spectrum of the Huntite Phosphor of
도 5은 본 발명의 바람직한 실시예 19에 따른 화학식 2의 형광체의 의 544.3nm에서의 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 도 5를 참조하면 형광체는 320nm 내지 390nm 부근의 자외선 영역과 420nm 내지 480nm부근의 청색파장에서 여기됨을 알 수 있었다.5 shows an absorption spectrum at 544.3 nm of of the phosphor of
도 6는 본 발명의 바람직한 실시예 19에 따른 화학식 2의 형광체의 469.5nm에서 발광 스펙트럼을 나타내고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예 19에 따른 화학식 2의 형광체의 의 365.8nm에서 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 6을 참조하면, 이 형광체는 청색파장에 의해 520nm 내지 550nm의 넓은 영역을 정점으로 하여 490nm 내지 650nm의 넓고 브로드한 발광 스펙트럼을 나타내었다. 형광체 1 보다 더 넓은 색상의 파장영역에서 발광 될 수 있으며, 발광효율도 형광체 1보다 50% 더 증가하여, 연색성이 향상된 형광체를 얻을 수 있음을 알았다. 또한 휘도와 색감의 측면에서도 형광체 1보다 향상된 우수한 특성을 가지는 형광체를 얻을 수 있다. 또 도 4를 참조하면, 이 형광체도 365.8nm의 흡수파장에서 540nm 내지 560nm에서 좁은 영역에서 발광 피크를 나타내어, 자외선에 의해 여기되어 녹색과 황색파장에서 발광할 수 있음을 알았다.6 shows an emission spectrum at 469.5 nm of the phosphor of
형광체의 SEM사진SEM picture of phosphor
도 8a는 본 발명의 바람직한 실시예 5에 따른 화학식 1의 형광체의 SEM사진이고, 도 8b는 본 발명의 바람직한 실시예 19에 따른 화학식 2의 형광체의 SEM사진이다. FIG. 8A is a SEM photograph of the phosphor of formula 1 according to a preferred embodiment 5 of the present invention, and FIG. 8B is a SEM photograph of the phosphor of
도 8a와 도 8b를 참조하면, 발광 장치를 위한 형광체의 경우 입자 크기가 발광효율 및 발광 장치의 제조공정에 영향을 미친다. 입자 크기가 너무 크게 되면 큰 입자를 통한 광전환 효율이 작은 입자를 사용한 경우보다 떨어지고, 에폭시 수지내에서 침전속도가 빠르고, 칩 위에 도포될 때 균일하게 도포되기 어렵다. 또한 입자크기가 너무 작으면 광전환된 빛의 상호 산란으로 인하여 형광체 자체의 발광효율 이 떨아진다. 따라서 형광체가 발광 장치 칩 위에 도포되기 적당한 크기는 10㎛내외라 할 수 있는데, 본 발명의 형광체들은 발광 장치에 사용되기 적합한 입자크기를 가지고 있는 것을 알 수 있었다.8A and 8B, in the case of the phosphor for the light emitting device, the particle size affects the luminous efficiency and the manufacturing process of the light emitting device. When the particle size is too large, the light conversion efficiency through the large particles is lower than when using small particles, the settling speed is faster in the epoxy resin, it is difficult to apply uniformly when applied on the chip. In addition, if the particle size is too small, the luminous efficiency of the phosphor itself is reduced due to the mutual scattering of light-converted light. Therefore, a suitable size for the phosphor to be coated on the light emitting device chip is about 10㎛, it can be seen that the phosphors of the present invention have a suitable particle size for use in the light emitting device.
더욱이 도 8b를 참조하면, 도 8a에 비하여 입자 표면에 붙어있는 작은 입자들이 제거되어 발광효율이 더 향상된다. 또 입자의 전체 크기도 전체적으로 10㎛ 이하이고 더 균일하였다.Furthermore, referring to FIG. 8B, compared to FIG. 8A, small particles adhering to the particle surface are removed to further improve luminous efficiency. The overall size of the particles was also 10 µm or less and more uniform.
XRD 결과 그래프 XRD Results Graph
도 9a은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 1의 형광체의 XRD 결과 그래프이고, 도 9b에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 2의 형광체의 XRD 결과 그래프이다. Figure 9a is a graph of the XRD results of the phosphor of formula 1 according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 9b is a graph of the XRD results of the phosphor of
도 9a와 9b를 참조하면, 공부활제를 사용한 도 9b의 스펙트럼에 ★로 표시한 피크들이 새로은 피크로 나타났거나 회절강도의 차이를 보이는 것들이다. 약 29°, 37°에서 나타난 피크들이 새로 나타난 피크들이고, 34°, 55°의 피크는 세기가 증가하였다. 9A and 9B, the peaks marked with ★ in the spectrum of FIG. 9B using the study agent appear as new peaks or show differences in diffraction intensity. The peaks appearing at about 29 ° and 37 ° are the new peaks, and the peaks at 34 ° and 55 ° are increased in intensity.
훈타이트계 형광체를 이용한 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼Emission Spectrum of White Light Emitting Diode Using Huntite Phosphor
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 1의 형광체를 이용하여 제조된 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼이고, 도 11는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학식 2의 형광체를 이용하여 제조된 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼이다. 10 is a light emission spectrum of a white light emitting diode manufactured using the phosphor of Chemical Formula 1 according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a white light emission manufactured using the phosphor of
도 10을 참조하면, 본 발명의 화학식 1의 훈타이트계 형광체는 다양한 파장 을 가지는 청색 LED를 이용한 백색 발광 다이오드에서 550nm 내지 600nm 범위에서 주 발광 피크를 나타내는 안정적인 황색 영역을 보여준다. 이에 따라 이 형광체는 청색광 LED 상에 파장이 변환되어 천연색에 가까운 백색광을 유도할 수 있는 특징이 있다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 화학식 2의 훈타이트계 형광체를 이용한 백색 발광 다이오드는 500nm 내지 550nm 범위에서 주 발광 피크를 나타내어 녹색과 황색 영역을 보여주어 청색광 LED 상에 파장이 변환되며 천연색에 가까운 백색광을 유도할 수 있는 특징이 있다. Referring to FIG. 10, the hunite-based phosphor of Chemical Formula 1 of the present invention shows a stable yellow region showing a main emission peak in a range of 550 nm to 600 nm in a white light emitting diode using a blue LED having various wavelengths. Accordingly, the phosphor has a feature that the wavelength is converted on the blue light LED to induce white light close to the natural color. Referring to FIG. 11, the white light emitting diode using the hunite-based phosphor of
<화학식 3>의 훈타이트계 형광체의 발광 스펙트럼Emission Spectrum of the Huntite-Based Phosphor of
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예 28에 따른 화학식 3의 형광체의 469.5nm에서 발광 스펙트럼이다. 도 12를 참조하면 본 발명의 화학식 3의 형광체의 경우 청색파장에서 발광시켰을 때 발광피크의 최대값이 550nm 내지 580nm에서 형성되고 이는 화학식 1의 형광체와 비교했을 때 장파장으로 이동한 것이다. 이에 따라 색순도면에서 더 우수한 형광체를 얻을 수 있다. 또한 본 발명의 다른 훈타이트계 형광체와 마찬가지로 넓은 영역에 걸쳐 보드한 발광 스펙트럼을 형성한다. 12 is an emission spectrum at 469.5 nm of the phosphor of
화학식 3의 형광체의 544.3nm에서의 흡수 스펙트럼은 상기 화학식 2의 형광체의 흡수 스펙트럼을 도시한 도 5의 흡수 스펙트럼과 유사하다. 또 화학식 3의 형광체를 이용하여 제조된 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼은 도 11에 도시된 화학식 2의 형광체를 이용한 그것과 유사하다. The absorption spectrum at 544.3 nm of the phosphor of
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 가능함은 물론이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and many variations are possible by those skilled in the art within the spirit of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 형광체와 그 제조방법에 의하면 종래에 가넷계 구조의 형광체가 사용되고 있는 청색 발광 다이오드용 형광체 영역에 전혀 새로운 구조의 훈타이트계 형광체가 사용될 수 있다. 이러한 훈타이트계 형광체는 청색 또는 자외선과 같은 파장에 의해 여기되어 높은 발광효율을 가잔다. 또한 본 발명의 훈타이트계 형광체의 제조방법은 우수한 휘도와 색순도를 가지는 형광체를 제조할 수 있다. 본 발명의 위와 같은 훈타이트계 형광체를 포함하는 백색 발광 장치는 색감이 풍부하고 자연스러운 백색광을 얻을 수 있으며 2차상의 생성에 의한 색감 변화 및 휘도저하의 우려가 없다. As described above, according to the phosphor according to the present invention and a method of manufacturing the same, a huntite-based phosphor having a completely new structure can be used in a phosphor area for a blue light emitting diode in which a phosphor of a garnet-based structure is conventionally used. Such huntite-based phosphors are excited by wavelengths such as blue or ultraviolet rays, and thus have high luminous efficiency. In addition, the method of manufacturing the huntite-based phosphor of the present invention can produce a phosphor having excellent brightness and color purity. The white light-emitting device including the above-described huntite-based phosphor is rich in color and obtains natural white light, and there is no fear of color change and luminance deterioration due to the generation of secondary phases.
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CN107611240A (en) * | 2017-09-22 | 2018-01-19 | 苏州轻光材料科技有限公司 | A kind of white light LEDs lamp bead preparation method of burst of ultraviolel perovskite fluorescent material |
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2005
- 2005-07-22 KR KR1020050066942A patent/KR100668796B1/en not_active IP Right Cessation
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