KR100687417B1 - manufacturing method of phosphor - Google Patents
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Abstract
형광체에 포함되는 활성제의 농도가 변화됨으로써 발광 휘도 감소 없이 발광 주피크를 변화시킴으로써 색좌표 및 색온도, 연색성 지수의 제어를 가능하게 되는 형광체의 제조방법이 개시된다.Disclosed is a method of manufacturing a phosphor that enables control of color coordinates, color temperature, and color rendering index by changing the emission main peak without decreasing the luminance of light by changing the concentration of the activator included in the phosphor.
그러한 구조에 의해서, 사용처에 따라서 적극적으로 백색광의 상태 제어가 가능하게 되므로 사용상의 편의성이 더욱 개선되는 장점이 있다.With such a structure, it is possible to actively control the state of the white light depending on the place of use, and thus there is an advantage that the convenience of use is further improved.
형광체, 발광 스펙트럼, 발광소자 Phosphor, light emission spectrum, light emitting element
Description
도 1은 본 발명에 따른 형광체의 Eu 몰 농도 변화에 따른 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram showing an emission spectrum according to a change in Eu molar concentration of phosphor according to the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면실장형 백색 발광소자의 단면도.2 is a cross-sectional view of a surface mounted white light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 버티컬 램프 타입의 백색 발광소자의 단면도.3 is a cross-sectional view of a vertical lamp type white light emitting device according to another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 백색 발광소자의 발광스펙트럼.4 is a light emission spectrum of the white light emitting device according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 백색 발광소자의 Eu몰 농도의 변화에 따른 색좌표 변화를 나타내는 도면.5 is a view showing a change in color coordinates according to the change in the Eu molar concentration of the white light emitting device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 제 1 그래프 2 : 제 2 그래프 3 : 제 3 그패프1: 1st graph 2: 2nd graph 3: 3rd graph
4 : 제 4 그래프 210 : 리드프레임 220 : 발광다이오드 칩4: fourth graph 210: lead frame 220: light emitting diode chip
230 : 와이어 240 : 광투과 수지 241 : 형광체230: wire 240: light transmitting resin 241: phosphor
본 발명은 형광체의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 어느 한 파장의 빛에 의해서 여기되어 다른 파장의 빛이 방출되는 형광체 및 이를 이용한 발광소자에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 특정 파장의 빛에 의해서 백색광이 방출되도록 하는 형광체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a phosphor, and more particularly, to a phosphor that is excited by light of one wavelength and emits light of another wavelength, and a light emitting device using the same. More specifically, the present invention relates to a method for producing a phosphor that emits white light by light of a specific wavelength.
최근에 전세계적으로 활발하게 진행되고 있는 백색 발광소자의 제작방법은, 단일 칩 형태의 방법으로 청색이나 자외선 발광소자 위에 형광체를 더하여 백색을 얻는 형광체 적용 방법과, 멀티 칩 형태로 복수개의 발광칩을 서로 조합하여 백색을 얻는 멀티칩 방법으로 크게 나뉠 수 있다.Recently, a method of fabricating a white light emitting device that has been actively developed around the world includes a method of applying a phosphor to obtain white by adding a phosphor on a blue or ultraviolet light emitting device in a single chip form, and a plurality of light emitting chips in a multi chip form. It can be divided largely by the multi-chip method which combines with each other and obtains white.
상세하게, 상기 멀티칩 형태로 백색 발광소자를 구현하는 대표적인 방법은 RGB(Red, Green, Blue)의 3개 칩을 조합하여 제작하는 것이다. 그러나, 이러한 방식은 각각의 칩마다 동작 전압의 불균일성, 주변 온도에 따라 각각의 칩의 출력이 변해 색 좌표가 달라지는 등의 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인하여, 멀티칩 방법은 백색 발광소자의 구현보다는 회로 구성을 통해 각각의 발광소자의 밝기를 조절하여 다양한 색상의 연출을 필요로 하는 특수조명의 목적에 적합하게 적용될 수 있다.In detail, a representative method of implementing a white light emitting device in the multi-chip form is to manufacture a combination of three chips of RGB (Red, Green, Blue). However, this method has problems such as unevenness of the operating voltage for each chip, and output of each chip to vary color coordinates according to the ambient temperature. Due to this problem, the multi-chip method can be suitably applied to the purpose of special lighting that requires the production of various colors by adjusting the brightness of each light emitting device through a circuit configuration rather than the implementation of a white light emitting device.
이와 같은 배경하에서 백색 발광소자의 구현 방법으로 바람직하게 적용되는 방법은, 비교적 제작이 용이하고 효율이 우수한 청색 발광소자와, 상기 청색 발광소자에 의해 여기되어 황색을 발광하는 형광체를 조합한 시스템이 주로 이용되고 있다. 이와 같이, 형광체를 이용하여 백색광을 발광시키는 시스템의 대표적인 예로는, 청색 발광소자를 여기 광원으로 사용하고, 희토류 3가 이온인 세륨이온(Ce3+)을 활성제로 이용하는 이트륨 알루미늄 가넷계(YAG: Yttrium Aluminum Garnet)형광체, 즉 YAG:Ce 형광체를 상기 청색 발광소자에서 출사되는 여기광으로 여기시키는 형태가 있다.Under such a background, a method which is preferably applied as a method of implementing a white light emitting device is mainly a system in which a blue light emitting device having a relatively easy manufacturing and high efficiency and a phosphor which is excited by the blue light emitting device and emits yellow light is mainly used. It is used. As such, a representative example of a system for emitting white light using phosphors is yttrium aluminum garnet (YAG :) using a blue light emitting element as an excitation light source and using cerium ions (Ce 3+ ), which are rare earth trivalent ions, as an activator. Yttrium Aluminum Garnet) phosphors, that is, YAG: Ce phosphors are excited by excitation light emitted from the blue light emitting device.
상기 백색 발광소자는 그 이용분야에 따라 여러 가지 형태의 패키지로 사용될 수 있다. 백색 발광소자의 대표적으로 핸드폰의 백라이팅(backlighting)에 적용되기 위하여 표면실장형(SMD:Surface Mounting Device)형태로 제작되는 초소형 발광소자(Chip LED)와 전광판과 고체표시소자와 화상 표시용을 사용되는 버티컬 램프 타입으로 대별된다.The white light emitting device may be used in various types of packages according to its use field. In order to be applied to the backlighting of a mobile phone, a white light emitting device is typically used as a small LED (LED), an electronic display board, a solid state display device, and an image display manufactured in the form of a surface mounting device (SMD). It is roughly classified as a vertical lamp type.
한편, 백색 발광소자의 광 특성을 분석하는데 있어서 사용되는 지표로는, 상관 색온도(CCT: Correlated Color Temperature)와 연색성지수(CRI: Color Rendering Index)가 있다. On the other hand, indices used in analyzing the optical characteristics of a white light emitting device include a correlated color temperature (CCT) and a color rendering index (CRI).
상기 상관 색온도(CCT)는 물체가 가시광선을 내며 빛나고 있을때 그 색이 어떤 온도의 흑체가 복사하는 색과 같아 보일 경우, 그 흑체의 온도와 물체의 온도가 같다고 보고 그 온도를 의미한다. 색온도가 높을수록 눈이 부시고 푸른색을 띠는 백색이 된다. 즉, 같은 백색광이라도 색온도가 낮으면 그 색이 좀 더 따뜻하게 느껴지며, 색온도가 높으면 차게 느껴진다. 따라서, 색온도를 조절함으로써 다양한 색감을 요구하는 특수 조명의 특성까지도 만족시킬수 있다.The correlated color temperature (CCT) means that the temperature of the black body is equal to the temperature of the object when the color looks like the color of the black body of a certain temperature when the object is shining with visible light. The higher the color temperature, the more dazzling and blueish white it is. That is, even if the same white light, the color temperature is low, the color feels a little warmer, if the color temperature is high it feels cold. Accordingly, by adjusting the color temperature, it is possible to satisfy even the characteristics of special lighting requiring various colors.
상기 YAG:Ce 형광체를 이용한 백색 발광소자의 경우에는 색온도가 6000 ~ 8000K에 이르러서 다소 높은 문제점이 있다.In the case of the white light emitting device using the YAG: Ce phosphor, there is a problem that the color temperature reaches 6000 ~ 8000K, which is rather high.
상기 연색성지수(CRI)는 태양광을 사물에 조사했을 때와 비교하여, 기타 인 공적으로 제작한 조명을 조사했을 때 사물의 색깔이 달라지는 정도를 의미하고, 사물의 색깔이 태양광에서와 같을때 CRI 값을 100으로 정의한다. 즉, 상기 연색성지수는 인공조명하에서의 사물의 색상이 태양광을 조사했을 때와의 색상과 얼마나 근접한지를 나타내는 지수로서 0 ~ 100까지의 수치를 갖는다. 그러므로, CRI가 100에 접근하는 백색광원일수록 태양광 아래서 인간의 눈이 인식하는 사물의 색상과 별반 차이가 없는 색상을 느끼게 되는 것이다.The color rendering index (CRI) refers to the degree to which the color of the object is different when irradiated with artificial light, compared to when the object is irradiated with sunlight, and when the color of the object is the same as that of sunlight. Define a CRI value of 100. In other words, the color rendering index is an index indicating how close to the color of the object under artificial illumination when it is irradiated with sunlight and has a numerical value ranging from 0 to 100. Therefore, the more white light source that CRI approaches 100, the more the color of the object perceived by the human eye under sunlight.
현재 백열전구의 CRI는 80이상이고 형광램프는 75이상인데 비하여 상용화된 백색 LED의 CRI는 대략 70 ~ 75 정도로 그다지 높지 못한 것이 현실이다.Currently, CRI of incandescent bulb is over 80 and fluorescent lamp is over 75, but CRI of commercially available white LED is not so high as about 70-75.
따라서, 종래의 YAG:Ce 형광체를 이용한 백색 발광소자는 색온도가 다소 높고 연색성지수가 다소 낮은 문제점이 있었다. 또한, YAG:Ce 형광체만을 이용하기 때문에 색좌표 및 색온도, 연색성지수의 제어가 어려운 문제점이 있다.Therefore, the conventional white light emitting device using the YAG: Ce phosphor has a problem that the color temperature is rather high and the color rendering index is rather low. In addition, since only YAG: Ce phosphors are used, it is difficult to control color coordinates, color temperature, and color rendering index.
또한, YAG:Ce는 100℃ 이상에서 열적으로 열화가 상대적으로 클 뿐만 아니라, YAG:Ce를 합성하는데 있어서 천연재료 중 Y2O3를 사용하고 1500℃ 이상의 고온 열처리가 필요하므로 생산 단가 측면에서 불리하다. In addition, YAG: Ce is not only relatively thermally deteriorated at 100 ° C or higher, but is also disadvantageous in terms of production cost because YAG: Ce uses Y 2 O 3 of natural materials and high temperature heat treatment of 1500 ° C or higher is required. Do.
또한, YAG:Ce의 발광 주 피크를 적색 영역으로 변화시키기 위해서 희토류 3가 이온을 도핑(doping)할 경우 발광 휘도가 감소하는 등의 문제가 발생한다.In addition, when doping rare earth trivalent ions to change the emission main peak of YAG: Ce to a red region, problems such as decrease in emission luminance occur.
본 발명은 발광 휘도 감소 없이 발광 주피크를 변화시킬 수 있는 발광소자의 몰드 물질에 포함되는 형광체의 제조방법을 제공하는 것에 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a phosphor included in a mold material of a light emitting device capable of changing the main light peak of the light emitting device without reducing the light emission luminance.
또한, 상기 형광체에 포함되는 활성제의 농도를 변화시킴으로써 색좌표 및 색온도, 연색성 지수의 제어가 가능한 발광소자를 제공하는 것에 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a light emitting device capable of controlling color coordinates, color temperature, and color rendering index by changing the concentration of the active agent included in the phosphor.
또한, 사용자의 다양한 기호에 맞는 광을 얻어낼 수 있도록 하는 형광체 및 그 형광체를 이용한 발광소자를 제안하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to propose a phosphor capable of obtaining light suitable for various tastes of a user and a light emitting device using the phosphor.
또한, 형광체 및 발광소자의 제조가를 절감시키는 형광체 및 그 형광체를 이용한 발광소자는 제안하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object of the present invention to propose a phosphor that reduces the manufacturing cost of the phosphor and the light emitting element, and a light emitting element using the phosphor.
상기되는 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 형광체는 Sr4 -ｘMgｙBaｚSi2O8:Eu2+ ｘ (0＜ｘ＜1, 0 ≤ｙ≤1, 0 ≤ｚ≤1)의 화학식을 갖는 것을 특징으로 한다.Of Eu 2+ x (0 <x < 1, 0 ≤y≤1, 0 ≤z≤1): phosphor Sr 4 -x Mg y Ba z Si 2 O 8 according to the present invention for achieving the object on which the It is characterized by having the chemical formula.
다른 측면에 따른 본 발명의 형광체를 이용한 발광소자는 광원; 상기 광원을 지지하는 지지부; 상기 광원 주위의 적어도 일 부분에 제공되는 광투과부재; 및 상기 광투과부재에 혼입되는 Sr4 -ｘMgｙBaｚSi2O8:Eu2 + ｘ (0＜ｘ＜1, 0 ≤ｙ≤1, 0 ≤ｚ≤1)의 화학식을 갖는 형광체가 포함된다.According to another aspect, a light emitting device using the phosphor of the present invention includes a light source; A support for supporting the light source; A light transmitting member provided at at least a portion around the light source; And Sr 4 -x Mg y Ba z Si 2 O 8 to be incorporated in the light transmitting member: a phosphor having a chemical formula of Eu 2 + x (0 <x <1, 0 ≤y≤1, 0 ≤z≤1) Included.
또 다른 측면에 따른 본 발명의 램프형 발광소자는 광원; 상기 광원을 지지하는 지지부; 상기 광원 주위의 적어도 일 부분에 제공되는 몰딩부재; 및 상기 광투과부재에 혼입되는 Sr4 -ｘMgｙBaｚSi2O8:Eu2 + ｘ (0＜ｘ＜1, 0≤ｙ≤1, 0 ≤ｚ≤1)의 화 학식을 갖는 형광체가 포함된다.Lamp type light emitting device of the present invention according to another aspect is a light source; A support for supporting the light source; A molding member provided at at least a portion around the light source; And Sr 4 -x Mg y Ba z Si 2 O 8 to be incorporated in the light transmitting member: a phosphor screen having learned of Eu 2 + x (0 <x <1, 0≤y≤1, 0 ≤z≤1) Included.
더 다른 측면에 따른 본 발명의 표면실장형 발광소자는 광원; 상기 광원을 지지하는 지지부; 상기 광원 주위의 적어도 일 부분에 제공되는 몰딩부재; 및 상기 광투과부재에 혼입되는 Sr4 -ｘMgｙBaｚSi2O8:Eu2 + ｘ (0＜ｘ＜1, 0 ≤ｙ≤1, 0 ≤ｚ≤1)의 화학식을 갖는 형광체가 포함된다.According to still another aspect of the present invention, a surface mounted light emitting device includes: a light source; A support for supporting the light source; A molding member provided at at least a portion around the light source; And Sr 4 -x Mg y Ba z Si 2 O 8 to be incorporated in the light transmitting member: a phosphor having a chemical formula of Eu 2 + x (0 <x <1, 0 ≤y≤1, 0 ≤z≤1) Included.
제안되는 본 발명에 의해서 발광 특성이 향상되는 형광체 및 발광소자를 얻을 수 있다. According to the present invention, a phosphor and a light emitting device having improved light emission characteristics can be obtained.
또한, 발광소자의 색좌표 및 색온도, 연색성 지수의 제어가 가능하게 되기 때문에, 사용자의 기호에 보다 적합한 발광소자를 얻을 수 있게 된다.In addition, since the color coordinates, color temperature, and color rendering index of the light emitting device can be controlled, a light emitting device more suitable for the user's preference can be obtained.
또한, 발광소자의 제조가가 절감되는 장점을 얻을 수 있다.In addition, the manufacturing cost of the light emitting device can be obtained.
이하, 본 발명에 따른 형광체 및 이를 이용한 발광소자를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a phosphor according to the present invention and a light emitting device using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 형광체는 스트론튬(Sr)과, 마그네슘(Mg)과, 바륨(Ba)과, 실리카(SiO2) 및 활성제로 사용되는 유로퓸(Eu)이 수학식 1의 비율로 조성되는 것을 그 특징으로 갖는다.The phosphor according to the present invention is characterized in that strontium (Sr), magnesium (Mg), barium (Ba), silica (SiO 2 ) and europium (Eu) used as an activator are formed at a ratio of the formula (1). To have.
상기 수학식 1의 형광체는 활성체인 Eu의 몰 농도에 따라 발광 주피크가 달 라지는 특징을 가지고 있다. The phosphor of
도 1은 본 발명에 따른 형광체의 Eu 몰 농도 변화에 따른 발광 스펙트럼을 도시하는 도면이다. 본 발명에 따른 Sr4 -ｘMgｙBaｚSi2O8:Eu2 + ｘ (0＜ｘ＜1, 0 ≤ｙ≤1, 0 ≤ｚ≤1)의 화학식을 갖는 형광체의 발광 스펙트럼은 활성제로 사용된 유로퓸(Eu)의 농도에 따라 형광체 발광 주피크가 변화된다. 여기서, 여기 광으로는 질화갈륨계 다이오드에서 출사되는 발광 주피크 465㎚인 광을 사용하고, 본 발명에 따른 형광체에서 형광체내의 Eu 농도가 0.02몰, 0.05몰, 0.10몰, 0.15몰 농도로 사용되었을 때의 각각의 몰 농도에 따른 파장별 빛의 세기를 나타내고 있다.1 is a diagram showing the emission spectrum according to the change in the Eu molar concentration of the phosphor according to the present invention. Sr 4 -x Mg y Ba z Si 2 O 8 in accordance with the present invention: the light emission spectrum of the phosphor having a chemical formula of Eu 2 + x (0 <x <1, 0 ≤y≤1, 0 ≤z≤1) are active According to the concentration of europium (Eu) used as the phosphor emission main peak changes. Here, as the excitation light, light having a main emission peak of 465 nm emitted from the gallium nitride-based diode was used, and in the phosphor according to the present invention, the concentration of Eu in the phosphor was used at 0.02 mol, 0.05 mol, 0.10 mol, 0.15 mol. The intensity of light for each wavelength is shown according to the molar concentration at each time.
도 1을 참조하면, Sr4 -ｘMgｙBaｚSi2O8:Eu2 + ｘ (0＜ｘ＜1, 0 ≤ｙ≤1, 0 ≤ｚ≤1)의 화학식을 갖는 형광체는 Eu 농도의 변화에 따라 발광 주피크가 변화되며 500 ~ 600㎚ 영역에 주요 발광 스펙트럼 영역를 갖는다. Referring to Figure 1, 4 -x Sr Ba y Mg z Si 2 O 8: Eu 2 + phosphor has the formula of x (0 <x <1, 0 ≤y≤1, 0 ≤z≤1) is the concentration of Eu According to the change of the main emission peak is changed to have a main emission spectrum region in the 500 ~ 600nm region.
각 경우에 Eu의 몰 농도에 따른 발광 스펙트럼의 변화를 설명하면, Eu의 농도가 0.02몰인 경우의 발광 스펙트럼인 제 1 그래프(1)의 발광 주피크는 Eu의 농도가 0.05몰인 경우의 발광 스펙트럼인 제 2 그래프(2)의 발광 주피크에 비하여 파장이 짧고, Eu의 몰 농도가 0.10몰인 경우의 발광 스텍프럼인 제 3 그패프(3)는 Eu의 농도가 0.15몰인 경우의 발광 스텍프럼인 제 4 그래프(4)의 발광 주피크에 비하여 파장이 짧은 것을 볼 수 있다. In each case, the change in the emission spectrum according to the molar concentration of Eu is described. The main emission peak of the first graph (1), which is the emission spectrum when the concentration of Eu is 0.02 mol, is the emission spectrum when the concentration of Eu is 0.05 mol. The third guff 3, which is a light emission spectrum when the wavelength is shorter than the light emission main peak of the
이러한 결과를 조합하여 설명하면, 본 발명에 따른 형광체 내의 Eu 몰농도가 높아질 수록, 본 발명의 형광체에서 방출시키는 광의 발광 주피크 파장은 길어지는 특징을 나타낸다.Combining these results, the higher the molar concentration of Eu in the phosphor according to the present invention, the longer the emission main peak wavelength of the light emitted from the phosphor of the present invention.
이러한 본 발명에 따른 형광체에 의해 방출되는 광은 백색 발광소자에 사용될 경우 여기 광으로 사용된 근 자외선 광과 합성되어 백색광을 나타냄으로써 백색광을 방출하기 위한 본 발명에 따른 발광소자에 이용되어 질 수 있다. 그리고, 이러한 실험결과를 조합한 결과, 백색광을 얻기 위하여 적합한 상기 Eu2 +의 농도는 0.02 ~ 0.20 ㏖이 되는 것이 바람직하다.The light emitted by the phosphor according to the present invention may be used in the light emitting device according to the present invention for emitting white light by synthesizing with the near-ultraviolet light used as excitation light when used in the white light emitting device to represent white light. . And, as a result of combination of these experimental results, it is preferred that a suitable concentration of the Eu 2 + 0.02 ~ 0.20 ㏖ is that in order to obtain white light.
이와 같은 본 발명의 형광체를 그 제조 방법에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The phosphor of the present invention will be described in more detail based on the production method as follows.
본 발명에 따르면, 희토류로 활성화된 유로퓸(Eu)을 포함한 상기 수학식 1로 표시되는 형광물질을 생산하는 방법이 제공되며 다음의 단계를 포함한다. 첫째, 희토류 금속의 산소 화합물, 특히 유로퓸의 산소 화합물 및 스트론튬(Sr), 마그네슘(Mg), 및 바륨(Ba)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 원소의 산소 화합물의 화학양론적 양을 제공하는 단계가 수행되고, 두번째로, 혼합물을 형성하도록 상기 산소 화합물들을 혼합하는 단계가 수행된다.According to the present invention, there is provided a method for producing a fluorescent material represented by the above formula (1) including europium (Eu) activated with rare earth, and includes the following steps. First, providing a stoichiometric amount of an oxygen compound of a rare earth metal, in particular an oxygen compound of europium and an oxygen compound of at least one element selected from the group consisting of strontium (Sr), magnesium (Mg), and barium (Ba) Is performed, and secondly, mixing the oxygen compounds to form a mixture is performed.
셋째, 플럭스로서 작용하기에 충분한 양으로 상기 혼합물내에 붕화물, 염화물, 플루오르화물등으로부터 선택된 적어도 하나의 플럭싱 화합물을 선택적으로 첨가하는 단계와, 넷째, 상기 혼합물을 희토류로 활성화된 유로퓸을 포함한 실리케이트계 형광 물질로 전환하도록 충분한 시간동안 일정온도의 환원분위기하에서 열처 리하는 단계가 수행된다.Third, optionally adding at least one fluxing compound selected from borides, chlorides, fluorides and the like into the mixture in an amount sufficient to act as flux, and fourth, the silicate system comprising europium activated with the rare earth activated mixture. The heat treatment is carried out in a reducing atmosphere at a constant temperature for a sufficient time to convert to the fluorescent material.
상기되는 각 단계를 보다 상세하게 설명하면, 상기 혼합 단계는 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나 볼 밀링 또는 고속블렌더, 리본 블렌더내에서 혼합하는 등 역학적인 방법에 의해 혼합될 수 있다. 이 경우에 보다 효과적인 혼합을 위하여 증류수, 알코올 및 아세톤 등의 용매를 소량 사용하여 혼합하는 것이 좋다.To describe each step in more detail, the mixing step is not particularly limited to those commonly used in the art, but may be mixed by a mechanical method such as mixing in a ball mill or a high speed blender or a ribbon blender. In this case, for more effective mixing, a small amount of solvent such as distilled water, alcohol and acetone may be mixed.
다음으로 상기 혼합물을 100 ∼ 400℃에서 건조한다. 이때 건조 온도가 100℃ 미만이면 용매가 증발하지 않고 400℃를 초과하는 경우에는 자체 반응 할 수 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.Next, the mixture is dried at 100 to 400 ° C. In this case, when the drying temperature is less than 100 ° C., when the solvent does not evaporate and exceeds 400 ° C., the reaction may be self-reacting.
다음으로 상기 혼합물을 수소와 질소의 혼합 가스 분위기에서 열처리하여 형광체를 제조한다. Next, the mixture is heat-treated in a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen to prepare a phosphor.
상기 혼합가스는 혼합물과 수소가스가 반응하여 활성제를 환원시키기기 위하여 도입되는 것으로, 질소와 수소의 부피비는 75 ∼ 98 : 25 ∼ 2 부피비를 유지하는 것이 좋다. 그리고, 상기 열처리시 온도는 충분한 시간동안 대략 800℃ 내지 대략 1500℃, 바람직하게는 1200℃ 내지 1400℃를 유지하는 것이 좋다. 상기 온도가 800℃ 미만이면 실리케이트계의 결정이 완전하게 생성되지 못하게 되어 발광 효율이 감소하게 되고, 1500℃를 초과하면 과반응에 의해 위도가 저하되는 문제가 발생한다. The mixed gas is introduced to reduce the activator by reacting the mixture with hydrogen gas, and the volume ratio of nitrogen and hydrogen is preferably maintained at 75 to 98:25 to 2 volume ratio. In addition, the temperature during the heat treatment may be maintained at about 800 ℃ to about 1500 ℃, preferably 1200 ℃ to 1400 ℃ for a sufficient time. If the temperature is less than 800 ° C, the silicate-based crystals may not be completely produced, and the luminous efficiency may be reduced. If the temperature exceeds 1500 ° C, the latitude may be lowered due to overreaction.
이하 본 발명에 따른 형광체가 이용되는 발광소자를 그 단면도를 이용하여 설명한다.Hereinafter, a light emitting device using the phosphor according to the present invention will be described using the cross-sectional view.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면실장형 백색 발광소자의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a surface mounted white light emitting device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면실장형 백색 발광소자는 도 2에 도시된 바와 같이, 양극 및 음극의 리드프레임(210)과, 전압을 인가하면 광을 발생시키는 발광다이오드 칩(220)과, 상기 리드프레임(210)과 발광다이오드 칩(220)의 통전을 위한 와이어(230)와, 상기 발광다이오드 칩(220) 주위에 몰딩된 광투과 수지(240)와, 상기 광투과 수지(240)에 분산되는 형광체(241)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the surface-mount white light emitting device according to the embodiment of the present invention includes a
상기 발광다이오드 칩(220)은 전압을 인가하면 400 ~ 480nm 영역에 발광 스펙트럼의 주피크를 갖는 광을 발생시키는 근자외선 발광 다이오드칩을 사용한다. 또한, 근 자외선 발광다이오드칩 대신 동일 파장영역에 발광 주피크를 갖는 발광소자로써 레이저다이오드, 면 발광 레이저다이오드, 무기 일렉트로루미네슨스 소자, 유기 일렉트로루미네슨스 소자 등을 사용해도 무방하다. 본 발명에서는 바람직한 실시예로써 질화갈륨계인 InGaN의 발광다이오드 칩이 사용된다.The light emitting
또한, 몰딩부재로 사용되는 상기 광투과수지(240)는 광투과 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 요소수지, 아크릴 수지 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는 광투과 에폭시 수지 또는 광투과 실리콘 수지 등이 사용될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 광투과수지(240)는 상기 발광다이오드 칩(220) 주위를 전체적으로 몰딩할 수도 있지만, 필요에 따라 발광부위에 부분적으로 몰딩하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 소용량 발광소자의 경우 전체적으로 몰딩하는 것이 바람직하지만, 고출력 발광소자의 경우에는 상기 발광다이오드 칩(220)의 대형화로 전체적으 로 몰딩하는 것이 상기 광투과 수지(240)에 분산되는 상기 형광체(241)의 고른 분산에 불리해 질 수 있기 때문이다. 이 경우 발광부위에 부분적으로 몰딩하는 것이 바람직할 것이다.In addition, the
상기 광투과수지(240)에 분산되는 상기 형광체(241)로는 본 발명에서 설명된 바가 있는 Sr4 -ｘMgｙBaｚSi2O8:Eu2 + ｘ (0＜ｘ＜1, 0 ≤ｙ≤1, 0 ≤ｚ≤1)의 화학식을 갖는 형광체가 사용된다.As the
상기 형광체(241)의 평균 입자의 크기는 20㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 형광체(241)의 평균 입자의 크기가 20㎛ 초과되는 경우 상기 광투과 수지(240)와 혼합시켜 몰딩을 시키는 제조공정에 있어서, 상기 실리케이트계 형광체(241)가 침전되는 등의 문제가 생길 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게, 상기 형광체(241)의 평균 입자의 크기를 5 ~ 15㎛ 정도가 유지되도록 한다.The average particle size of the
또한, 이미 설명된 바와 같이, 상기 형광체(241)에 포함되는 상기 Eu2 +의 농도는 0.02 ~ 0.20 ㏖로 하는 것이 바람직하다.Also, it is preferable that, the concentration of the Eu 2 + is 0.02 ~ 0.20 ㏖ included in the
상기 광투과 수지(240)와 혼합되는 상기 형광체(241)의 혼합 중량비율은 상기 광투과성 수지(240)에 대한 상기 형광체(241)의 함량이 5 ~ 50 wt%인 것이 바람직하다.The mixing weight ratio of the
특히, 본 발명에 따른 백색 발광소자가 탑뷰 방식인 경우에는, 상기 형광체(241)에 포함되는 상기 Eu2 +의 농도는 0.02 ~ 0.10 ㏖로 하고, 상기 광투과성 수지 (240)에 대한 상기 형광체(241)의 함량은 10 ~ 30 wt%인 것이 바람직하다.In particular, when a white light emitting device according to the invention in top view the way, the fluorescent material for the
또한, 상기 백색 발광소자가 사이드뷰 방식인 경우에는, 상기 형광체(241)에 포함되는 상기 Eu2 +의 농도는 0.08 ~ 0.15 ㏖로 하고, 상기 광투과수지(240)에 대한 상기 형광체(241)의 함량은 5 ~ 20 wt%인 것이 바람직하다.Further, when the white light emitting device is a side-view, the concentration of the Eu 2 + contained in the
한편, 본 발명에 따른 형광체는 인쇄회로기판과 상기 인쇄회로기판상에 적층되는 키패드 사이에 형성되어 상기 키패드를 밝혀주는 백라이트 광원으로서 이용될 수 있다. On the other hand, the phosphor according to the present invention can be used between the printed circuit board and the keypad laminated on the printed circuit board can be used as a backlight light source illuminating the keypad.
이 경우에, 백색 발광소자에서 출사되는 광이 백색(white)인 경우에는, 상기 형광체(241)에 포함되는 상기 Eu2 +의 농도는 0.02 ~ 0.10 ㏖로 하고, 상기 광투과성 수지(240)에 대한 상기 형광체(241)의 함량은 15 ~ 50 wt%인 것이 바람직하다. In this case, if the light emitted from the white light-emitting element is white (white), the above-mentioned
또한, 백색 발광소자에서 출사되는 광이 청백색(bluish white)인 경우에는, 상기 형광체(241)에 포함되는 상기 Eu2 +의 농도는 0.02 ~ 0.10 ㏖로 하고, 상기 광투과성 수지(240)에 대한 상기 형광체(241)의 함량은 10 ~ 40 wt%인 것이 바람직하다.Further, the light emitted from the white light emitting element for blue-white in the case of (bluish white), and the
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 버티컬 램프 타입의 백색 발광소자의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a vertical lamp type white light emitting device according to another embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버티컬 램프 타입의 백색 발광소자는, 한 쌍의 리드프레임(310)과, 전압을 인가하면 광을 발생시키는 발광다이오드 칩(320)과, 상기 리드프레임(310)과 발광다이오드 칩(320)의 통전 을 위한 와이어(330)와, 상기 발광다이오드 칩(320) 주위를 몰딩한 광투과수지(340)와, 상기 광투과 수지(340)에 분산되는 형광체(341)와, 소자전체의 외부공간을 마감하는 외장재(350)가 포함된다.As shown in FIG. 3, a vertical lamp type white light emitting device according to another embodiment of the present invention includes a pair of lead frames 310, a light emitting diode chip 320 that generates light when a voltage is applied thereto; A wire 330 for energizing the lead frame 310 and the light emitting diode chip 320, a light transmitting resin 340 molded around the light emitting diode chip 320, and the light transmitting resin 340. Phosphor 341 dispersed in, and an exterior material 350 for closing the external space of the entire device.
상기 광투과수지(340) 역시 상기 발광다이오드 칩(320) 주위를 전체적으로 몰딩할 수도 있지만 필요에 따라 발광부위에 부분적으로 몰딩하는 것도 가능하다. 이와 같이 구성되는 이유는 전술된 바가 있다.The light transmissive resin 340 may also be molded around the light emitting diode chip 320 as a whole, but may be partially molded on the light emitting part as necessary. The reason for this configuration has been described above.
상기 광투과 수지(340)에 분산되는 상기 형광체(341)로는 앞에서 상세히 설명한 Sr4 -ｘMgｙBaｚSi2O8:Eu2 + ｘ (0＜ｘ＜1, 0 ≤ｙ≤1, 0 ≤ｚ≤1)의 화학식을 갖는 형광체가 사용된다.Roneun the fluorescent material 341 is dispersed in the light transmitting resin 340, previously described in detail Sr 4 -x Mg y Ba z Si 2 O 8:
상기 형광체(341)의 평균 입자의 크기는 20㎛ 이하로 한다. 바람직하게는 상기 형광체(341)의 평균 입자의 크기를 5 ~ 15㎛ 정도가 유지되도록 한다.The average particle size of the phosphor 341 is 20 μm or less. Preferably, the average particle size of the phosphor 341 is maintained at about 5 to 15 μm.
상기 형광체(341)에 포함되는 상기 Eu2 +의 농도는 0.02 ~ 0.10 ㏖로 하고, 상기 광투과성 수지(340)에 대한 상기 형광체(341)의 함량은 10 ~ 30 wt%인 것이 바람직하다.The content of the phosphor 341 on the phosphor 341, the concentration of Eu 2 + is a 0.02 ~ 0.10 ㏖, wherein the light-transmitting resin 340 is contained in is preferably 10 ~ 30 wt%.
상기 버티컬 램프 타입의 백색 발광소자에 사용되는 상기 발광다이오드 칩(320), 상기 광투과수지(340), 상기 형광체(341) 등의 상세한 내용에 대해서는 상기 표면실장형 백색 발광소자의 경우와 마찬가지의 구성을 가지므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The details of the light emitting diode chip 320, the light transmitting resin 340, the phosphor 341 and the like used in the vertical lamp type white light emitting device are the same as those of the surface mounted white light emitting device. Since the configuration has a detailed description thereof will be omitted.
한편, 상기 일반 발광소자에 적용되는 본 발명에 따른 형광체의 광투과성 수 지에 대한 상기 함량은 5 ~ 50 wt%가 바람직하지만, 고출력 발광다이오드에 적용되는 경우에는 본 발명에 따른 형광체의 광투과성 수지에 대한 상기 함량은 50 ~ 100 wt%로 형광체의 함량비율을 높일 수 있다.On the other hand, the content of the light-transmitting resin of the phosphor according to the present invention applied to the general light emitting device is preferably 5 to 50 wt%, but when applied to a high output light emitting diode to the light-transmissive resin of the phosphor according to the present invention The content of about 50 to 100 wt% can increase the content ratio of the phosphor.
위에서 상세하게 설명한 본 발명에 따른 표면실장형 백색 발광소자 또는 버티컬 램프 타입의 백색 발광소자에서 백색광이 구현되는 과정을 상세하게 설명한다.The process of implementing white light in the surface-mounted white light emitting device or the vertical lamp type white light emitting device according to the present invention described above in detail will be described in detail.
상기 InGaN계의 발광다이오드 칩(220)(320)에서 출사되는 근 자외선에 해당되는 400 ~ 480nm 파장 영역의 청색 광은 상기 형광체(241)(341)를 통과하게 된다. 여기서, 일부의 광은 상기 형광체(241)(341)를 여기시켜 발광 파장 중심이 500 ~ 600nm 대의 주피크를 갖는 광을 발생시키며, 나머지 광은 청색광으로서 그대로 투과된다.Blue light in a wavelength range of 400 to 480 nm corresponding to near ultraviolet light emitted from the InGaN-based
그 결과, 본 발명의 실시예에 따른 백색 발광소자의 발광스펙트럼을 나타낸 도 4에 도시된 바와 같이 400 ~ 700nm 의 넓은 파장의 스펙트럼을 갖는 백색광을 나타내게 된다.As a result, as shown in FIG. 4, which shows the emission spectrum of the white light emitting device according to the embodiment of the present invention, white light having a broad wavelength spectrum of 400 to 700 nm is represented.
도 5는 본 발명에 실시예에 따른 백색 발광소자의 Eu몰 농도의 변화에 따른 색좌표 추세를 나타내는 도면이다. 5 is a view showing a trend of color coordinates according to the change in the Eu molar concentration of the white light emitting device according to the embodiment of the present invention.
도 5에 제시되는 각각의 그래프는 여기 광을 발광 주피크 455㎚인 광으로 하고, 본 발명에 따른 형광체에서 형광체내의 Eu2 + 몰농도가 0.02몰, 0.05몰, 0.10몰, 0.12몰 농도로 사용되었을 때의 각각의 몰농도에 따른 백색 발광소자의 색좌표 추 세를 나타내고 있다. 즉, Sr4 -ｘMgｙBaｚSi2O8:Eu2 + ｘ (0＜ｘ＜1, 0 ≤ｙ≤1, 0 ≤ｚ≤1)의 화학식을 갖는 형광체에서, Eu의 몰농도가 0.02몰인 경우의 제 1 색도그래프(11), 몰 농도가 0.05몰인 경우의 제 2 색도그래프(12), 몰 농도가 0.10몰인 경우의 제 3 색도그래프(13), 몰 농도가 0.12몰인 경우의 제 4 색도그래프(14)가 도시된다.In the main peak emission 455㎚ each graph is the excitation light that is presented in Figure 5 and light, Eu in the phosphor in the phosphor according to the invention 2+ the molar concentration is used as 0.02 molar, 0.05 moles, 0.10 mol, 0.12 molar The color coordinate trends of the white light emitting devices according to the molar concentrations are shown. That is, 4 -x Sr Ba y Mg z Si 2 O 8: In the phosphor having a chemical formula of Eu 2 + x (0 <x <1, 0 ≤y≤1, 0 ≤z≤1), the molar concentration of the Eu The
이와 같이, 본 발명에 따른 형광체에 적용되는 Eu2 +의 몰농도를 변경시켜서 백색 발광소자를 구현하는 경우에는, Eu2 +의 몰농도에 따라서 색좌표 및 색온도, 연색성지수가 변경됨으로써, 원하는 백색광이 출사되도록 소자의 제어가 가능하게 된다.In this way, changing the molar concentration of Eu 2 + is applied to the phosphor by the case of implementing a white light emitting device, the color coordinate and color temperature, color rendering index is changed according to the mole concentration of Eu 2 + in accordance with the present invention. Thus, the desired white light It is possible to control the device so as to exit.
본 발명에 따른 형광체는 형광체에 포함되는 활성제의 농도가 적절하게 조절됨으로써, 원하는 백색광이 방출되도록 발광소자의 제어가 가능한 것을 특징으로 하고, 특히, Eu2 +의 농도가 제어됨으로써, 백색광의 상태가 구체적으로 제어되는 것을 두드러지는 특징으로 하고 있다. The phosphor according to the present invention is characterized in that by controlling the concentration of the active agent included in the phosphor appropriately, the light emitting device can be controlled to emit the desired white light, and in particular, by controlling the concentration of Eu 2 + , the state of the white light It is characterized by the fact that it is specifically controlled.
이와 같은 본 발명 사상의 범위 내에서 발광소자의 구체적인 구성은 달라질 수 있다. 예를 들면, 발광소자의 구체적인 형상은 달라질 수 있으며, 발광소자의 물리적인 배치등은 제한되지 아니할 것이다.As described above, the specific configuration of the light emitting device may vary within the scope of the inventive concept. For example, the specific shape of the light emitting device may vary, and the physical arrangement of the light emitting device will not be limited.
본 발명은 형광체에 포함되는 활성제의 농도가 변화됨으로써 발광 휘도 감소 없이 발광 주피크를 변화시킴으로써 색좌표 및 색온도, 연색성 지수의 제어를 가능하게 한다. 그럼으로써, 사용처에 따라서 적극적으로 백색광의 상태 제어가 가능하게 되는 장점이 있다.The present invention enables the control of color coordinates, color temperature and color rendering index by changing the emission main peak without decreasing the emission luminance by changing the concentration of the activator included in the phosphor. Thus, there is an advantage that the state of white light can be actively controlled depending on the intended use.
또한, 본 발명은 휴대 전화의 컬러 LCD용 백라이트, LED 램프, 열차 및 버스의 차내 표시용 LED나 형광등을 대신하는 절약 에너지 조명 광원으로 사용할 수 있는 실용성을 제공한다.In addition, the present invention provides practicality that can be used as an energy-saving light source for replacing color LED backlights, LED lamps, in-vehicle display LEDs and fluorescent lamps for mobile phones and fluorescent lights in mobile phones.
이상 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 기술의 요지를 벗어나지 않고 변경 및 수정을 하여도 본 발명에 포함되는 것이며 당업자에게 자명할 것이다.While the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited thereto, and modifications and variations are included in the present invention without departing from the spirit of the present invention and will be apparent to those skilled in the art. .
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| KR1020060114135A KR100687417B1 (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | manufacturing method of phosphor |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6093346A (en) * | 1997-03-26 | 2000-07-25 | Xiao; Zhiguo | Long afterglow silicate luminescent material and its manufacturing method |
| KR20030074641A (en) * | 2000-12-28 | 2003-09-19 | 트리도닉 옵토엘렉트로닉스 게엠베하 | Light source comprising a light-emitting element |
| KR20040037229A (en) * | 2001-10-01 | 2004-05-04 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | Semiconductor light emitting element and light emitting device using this |
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-
2006
- 2006-11-17 KR KR1020060114135A patent/KR100687417B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20040070870A (en) * | 2003-02-05 | 2004-08-11 | 서울반도체 주식회사 | White light emitting device having high brightness |
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