KR100788041B1 - 백색 발광다이오드 제작을 위한 세라믹 형광체와 이를이용한 백색 발광다이오드 - Google Patents

백색 발광다이오드 제작을 위한 세라믹 형광체와 이를이용한 백색 발광다이오드 Download PDF

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한성옥
조철희
김시경
유윤종
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유순재
김돈수
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Abstract

본 발명은 하기 조성을 만족하는 형광체를 제공한다.
M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이다.
상기 본 발명에 따른 형광체는 열적 안정성이 우수하고 화학적 내성을 가져 백색발광다이오드 제작에 매우 유용하다.
청색 세라믹 형광체, 백색 발광다이오드

Description

백색 발광다이오드 제작을 위한 세라믹 형광체와 이를 이용한 백색 발광다이오드{Ceramic phosphor for white color light emitting diode and White color light emitting diode using the Ceramic phosphor}
도 1은 청색 발광다이오드 +YAG계 형광체로 제작된 백색 발광다이오드의 파장 스펙트럼이다.
도 2는 백색광의 영역을 나타내고 있는 CIE 차트이다.
도 3은 본 발명에 따른 형광체의 조성 중 y=1,z=1이며 x의 값을 0.1에서 0.5까지 조성을 바꿔가며 1600℃에서 소성시킨 형광체의 여기(a) 및 방출(b) 스펙트라의 측정결과이다.
도 4는 본 발명에 따른 형광체의 조성 중 Eu 첨가량을 0.01~0.9까지 변화시켜가며 소성시킨 형광체의 발광 인텐시티을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 발광 다이오드를 이용한 포탄형 백색 발광다이오드 램프의 구조도를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 표면 실장형 백색 발광 다이오드 램프의 구조도를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 발광 다이오드를 이용한 에폭시 렌즈형 표면실장형 백색 발광다이오드 램프의 구조도를 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
1, 11, 21: 발광다이오드, 2, 12, 22: 형광체 조성물
3: 에폭시 렌즈 4: 전선
5: 리드프레임 16, 26: 기판
27: 금속선
28: 성형몰드
29: 절연체
본 발명은 백색 발광다이오드 제작을 위한 세라믹 형광체와 이를 이용한 백색 발광다이오드에 관한 것으로 보다 상세하게는 열적 안정성이 우수하고 화학적 내성을 가져 백색 발광다이오드 제작에 매우 유용한 청색 세라믹 형광체 및 이를 이용한 백색 발광다이오드에 관한 것이다.
현재 반도체 광원을 이용하여 백색을 구현하는 방법으로는 청색 발광다이오드에 YAG계 황색 형광체를 이용한 백색 발광다이오드, 근자외선 또는 자색 발광다이오드에 적색, 녹색, 청색 형광체를 조합하여 이용한 백색 발광다이오드 및 적색, 녹색, 청색의 발광다이오드를 이용한 백색 발광다이오드 등이 있다.
청색 발광다이오드에 YAG계 형광체를 이용한 백색 발광다이오드는 청색과 황색 두개의 파장을 이용하기 때문에 낮은 연색성을 가진다. 도 1은 청색 발광 다이오드 + YAG계 형광체로 제작된 백색 발광다이오드의 파장 스펙트럼을 보여 주며 도 2는 CIE 차트 상에 나타나는 백색광의 영역을 표시하였다. 도 2에서 B-LED는 청색 발광다이오드를 나타내고 Y-phosphor는 일부 청색이 YAG계 형광체에 의해서 파장 변환된 황색을 나타낸다. 백색광은 B-LED와 Y-phosphor의 연결선을 따라 움직이며 W로 표기하였다. 청색 및 황색의 두개의 파장으로 이루어져 있기 때문에 연색성이 60∼75 정도로 일반 실내조명으로 사용되기에는 적합하지 않음을 알 수 있다.
종래 백색 발광다이오드의 제작 방법으로 널리 알려진 YAG 형광체를 이용하여 백색광을 얻는 방법은 형광체의 낮은 효율과 제작시 에폭시와 형광체의 혼합 비율의 균일성 및 재현성 등의 제작 기술에 있어서 어려움이 있다.
적색, 녹색, 청색 발광다이오드 세 개를 이용한 백색 발광다이오드는 광 손실이 없어 가장 높은 발광효율을 보이지만 정확한 백색을 구현하기 위해서는 구동 드라이버의 정확한 제어가 필요하다. 또한 제품이 크고 세 가지 발광다이오드의 온도 특성이 서로 다르기 때문에 제품의 광학적 특성 및 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출 된 것으로,
본 발명의 목적은 열적 안정성이 우수하고 화학적 내성을 가져 백색 발광다이오드 제작에 매우 유용한 신규한 청색 세라믹 형광체를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 청색 세라믹 형광체를 포함하는 백색 발광다이오드의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 청색 세라믹 형광체를 이용하여 제조되는 백색 발광다이오드 및 램프를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 하기 조성을 만족하는 세라믹 형광체를 제공한다.
M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이다.
바람직하게는 상기 본 발명의 형광체의 여기파장은 200~450nm이고, 방출파장은 400~550nm 이다.
또한 본 발명은 광원; 상기 광원에 의해 여기되고, 청색광을 방출하는 하기 조성의 형광체를 포함하며, 상기 형광체에 의해 방출되는 청색광으로부터 백색광을 방출하는 백색 발광다이오드를 제공한다.
M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이다.
바람직하게는 본 발명에 의한 백색 발광다이오드의 광원은 250~450nm의 파장을 가지며, 주 파장은 310nm와 390nm 부근의 파장을 가진다.
본 발명에 의한 백색 발광다이오드는 광원에 의해 여기되고 적색광을 방출하는 적색 형광체 또는 상기 광원에 의해 여기되고 녹색광을 방출하는 녹색 형광체를 더 포함하거나, 상기 두가지 형광체 모두를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 본 발명에 의한 백색 발광다이오드에 의해 방출되는 청색광의 피크 파장의 범위는 400~550nm이다.
본 발명에 의하면 바람직하게는 상기 형광체의 조성 중 Re는 Eu를 포함하며, 이때 x는 0.01~0.9의 범위를 만족한다.
또한, 본 발명은 하기 조성을 만족하는 형광체 및 바인더와의 혼합물을 광원위에 디스펜싱시켜 백색 발광다이오드를 제조하는 방법을 제공한다.
M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이다.
또한 본 발명은 하기 조성을 만족하는 형광체 및 바인더와의 혼합물을 광원위에 트랜스퍼 몰딩시켜 백색 발광다이오드를 제조하는 방법을 제공한다.
M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이다.
또한 본 발명은 하기 조성을 만족하는 형광체 및 바인더와의 혼합물을 광원위에 스퍼터링 또는 증착시켜 백색 발광다이오드를 제조하는 방법을 제공한다.
M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이다.
또한, 본 발명은 리드프레임; 상기 리드프레임에 부착된 광원; 상기 광원위에 도포된 하기 조성의 형광체; 및 상기 형광체를 둘러싸는 렌즈를 포함하는 포탄형 백색 발광다이오드 램프를 제공한다.
M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이다.
또한, 본 발명은 기판; 상기 기판위에 부착된 광원; 및 상기 광원위에 도포된 하기 조성의 형광체를 포함하는 표면실장형 백색 발광다이오드 램프를 제공한다.
M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토 류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이다.
또한, 본 발명은 기판; 상기 기판위에 부착된 광원; 상기 광원위에 도포된 하기 조성의 형광체; 상기 기판상에 형성되고 상기 형광체를 수납하는 성형몰드; 및 상기 형광체를 둘러싸는 렌즈를 포함하는 표면실장형 백색 발광다이오드 램프를 제공한다.
M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이다.
이하, 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는 YAG 형광체를 사용하지 않고 광원을 이용하여 Ba, Sr, Ca계의 희토류 금속이 도핑된 M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체를 여기 시킨 후에 방출되는 청색광을 이용하기 때문에 형광체 양의 구성을 쉽게 제어할 수 있으며 균일성 및 재현성을 향상시킬 수 있다.
근래 더 좋은 열적 안정성과 화학적 내성을 가진 새로운 형광체로의
Figure 112006071663294-pat00001
-SiAlON 세라믹의 사용은 Karunaratne et al.[논문인용 ; B.S.B. Karunaratne, R.J.Lumby and M.H.Lewis, "Rare-earth doped α-sialon ceramics with novel optical properties", J. Mater. Res. 11(1996)2790] 그리고 Shen et al.[논문인용; Z. Shen, M.Nygren and U.Halenius, "Absorption spectra of rare-earth doped α-sialon ceramics", J.Mater. Sci. Lett. 16(1997)263]에 의해 발표되었으 며, 이로부터 다양한 질산화물 형광체가 발표되었다.
Figure 112006071663294-pat00002
-SiAlON 세라믹과 같은 질산화물 형광체의 열적안정성과 내화학성이 발표한 이후로서, 일반적으로 발광 물질은 발광을 활성화 시키는 약간의 불순물 이온(대부분은 천이 금속 또는 희토류 이온)이 첨가된 질산화물을 호스트 래티스(host lattice)로 구성되는 희토류 화합물 또는 희토류 이온이 첨가된 화합물이 주종을 이루고 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 형광체는 하기 조성을 만족하며, 소정 광원에 의해 여기되어 청색광을 방출하는 질산화물 세라믹 형광체를 제공한다.
M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, Re는 희토류 원소로서, 예를 들어 Sm, Ce, Pr, Eu, Tb, Yb 및 Er의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 들 수 있다. 상기 조성에서 x, y, z는 바람직하게는 0＜x＜1, 0＜y≤2, 0＜z≤3의 값을 갖는다.
상기 조성을 가지는 본 발명에 의한 형광체의 여기파장은 바람직하게는 200~500nm, 보다 바람직하게는 250~450nm의 파장을 가지며, 주 파장은 310nm와 390nm 부근의 파장을 가지고, 방출파장은 청색광의 피크파장 범위인 400~550nm 을 나타낸다.
상기 조성을 가지는 본 발명의 형광체는 고상반응에 의해 제조될 수 있으며, 원료물질 예를들어, Ba3N2, BaCl2, Ba(OH)2, BaCO3, BaO, AlN, Al2O3, Al(OH)3, Eu2O3, EuN, EuCl2, CaCl2, Ca(OH)2, CaCO3, CaO, Eu(NO3)2, MgCO3, MgO, Mg(OH)2, MgCl2 등을 화학양론비로 혼합하고, 알루미나 볼 또는 질화 실리콘볼로 채워진 볼밀에 적당량의 아세톤이나 이소프로파놀 용매내에서 1~24 시간 정도 잘 혼합한 후, 상기 슬러리를 60~90℃로 유지되는 건조기에서 건조한 후 알루미나, 질화붕소, 또는 몰리브덴 반응용기에 담아 500~900℃의 질소, 알곤, 산소 또는 공기 분위기 하에서 온도를 변화시키며, 1~12 시간 동안 1차 열처리를 한 다음, 1200~1900℃에서 2.5~30%의 수소가 포함된 질소분위기 하에서 최종적으로 2차 소결을 하여 청색 형광체를 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 형광체의 조성 중에서 y= 1, z= 1이며, x의 값을 0.1에서 0.5까지 조성을 바꿔가며 1600℃에서 소성시킨 형광체의 여기 및 방출 스펙트라를 측정한 결과이다. 조합한 대부분의 조성에서 330nm 부근과 390nm 부근에서 최대 여기파장을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
도 3(a)를 참조하면, x 값이 0.5일 때 가장 큰 인텐시티(intensity)를 나타내고 있으며, 최대 여기 파장은 330nm와 390nm이며 특히 x 값이 증가할수록 390nm에서 최대를 갖는 피크는 증가한다.
도 3(b)는 330nm 부근의 여기 파장에서의 발광 특성을 나타낸 것이다. x 값이 0.5일 때 가장 큰 인텐시티를 나타내고 있다.
도 3(b)에서 보여주고 있는 바와 같이 본 발명에 따른 세라믹 형광체 조성의 방출 스펙트럼은 450∼460 nm에서 하나의 광대역이 최대량이 되는 것을 보여주고 있다.
또한 도 4를 참조하면, Eu 불순물이 첨가된 형광체의 발광 세기는 390 nm에서 여기 시켰을 때 Eu의 농도가 0.3∼0.7 몰일 때 가장 높은 값을 갖는 것으로 나타난다.
상기 본 발명에 따른 세라믹 형광체는 백색 발광다이오드의 제작에 사용되어질 수 있다. 백색 발광다이오드는 1) 황색 발광다이오드를 광원으로 하여 제작되어지거나, 2) 녹색 발광다이오드 또는 적색 발광다이오드를 광원으로 하고, 형광체로서 적색 또는 녹색 형광체 중 어느 하나를 선택하고 이를 본 발명에 의한 청색 형광체가 혼합한 것을 광원위에 도포하거나, 3) 자외광 등의 광원을 이용하고, 형광체로서 적색, 녹색 및 본 발명에 의한 청색 형광체가 혼합된 것을 광원위에 도포하여 제조되어질 수 있으나, 바람직하게는 위 3)의 방법에 의하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 형광체는 광원으로 자외광 다이오드가 이용될 수 있으며, 이에 의해 제조되는 백색 발광다이오드는 고휘도의 이 파장을 이용하기 때문에 높은 연색성을 얻을 수 있고 다양한 색을 구현할 수가 있다.
형광체는 바인더와 적당한 비율로 혼합되어지며, 예를 들어 에폭시 수지, 실리콘 겔 등이 바인더로서 이용되어질 수 있다. 이와 같이 바인더와 혼합된 형광체는 광원위에 도포되어 본 발명에 따른 백색 발광다이오드로서 제작될 수 있다.
백색 발광다이오드의 제조과정 중 광원위에서의 도포과정은 다양한 방법이 이용되어질 수 있다. 예를 들어 디스펜싱, 트랜스퍼 몰딩, 스퍼터링 또는 증착과정에 의해 수행되어질 수 있으며, 이들은 당업계에 공지된 절차에 따라 수행되는 것 으로 충분하다.
적색 및 녹색 형광체는 본 발명에 의한 청색 형광체에 사용되어질 광원의 여기파장 범위에서 각각 적색 및 녹색을 방출할 수 있는 것이라면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 적색 형광체로서 Eu2W2O9:Eu2+, La2O2S:Eu2+, CaAlSiN3:Eu2+, 녹색 형광체로서 (Ba1 - xSrx)SiO4:Eu2 +(0≤x≤1), Ba2MgSi2O7:Eu2 +, Ca2MgSi2O7:Cl가 사용될 수 있다.
이들 형광체들간의 혼합비는 특별히 한정되는 것은 아니며, 빛의 삼원색 원리를 기본으로 하여 세가지 또는 그 이상의 특정 형광체를 제조한 인위적인 백색광원이 자연광에 가까운 가시광속을 유지하도록 CIE 색좌표에서 이루어지는 최대의 휘도를 갖는 백색광원영역 W(0.32,0.32)에 따라 결정되어질 수 있다.
본 발명에 의한 백색 발광다이오드를 이용한 램프의 예시가 도 5 내지 7에 도시되어 있다.
백색 발광다이오드 램프는 광원으로서 250∼450nm의 파장을 가지는 발광다이오드, 형광체, 바인더, 경우에 따라 렌즈, 리드프레임 또는 전극배선 등으로 구성되어진다. 이와 같은 램프는 구체적으로는 포탄형 백색 다이오드 램프, 표면실장형(SMD, SMT) 백색 다이오드 램프 등으로 제조될 수 있다.
도 5는 포탄형 백색 발광다이오드 램프의 예시도로서, 전극을 전선에 의해 외부로 연결할 한쌍의 리드프레임, 상기 리드프레임에 부착된 광원, 상기 광원위에 도포된 본 발명에 의한 세라믹 형광체 및 상기 형광체를 둘러싸는 렌즈를 포함한다.
광원으로 사용되는 발광 다이오드(1)는 (Al)InGaN 활성 층으로 구성되고 사파이어 기판 또는 실리콘 카바이드(SiC) 기판으로 구성되어질 수 있다. 리드프레임(5)에 청색 발광 다이오드(1)가 다이본딩되어 있으며, 여기에 전극을 외부로 연결하기 위한 금 와이어(4)가 본딩되어 있다. 금 와이어 본딩은 사파이어 기판을 사용할 경우, 소자의 위 부분에 p형과 n형 전극을 두므로 각각 금 와이어 본딩을 하는 것이 좋으며, SiC 도전성 기판을 사용할 경우 한 번의 금 와이어 본딩을 할 수 있다. 와이어 본딩 후 백색 발광을 위하여 바인더로서 사용되는 에폭시와 본 발명에 의한 형광체를 혼합한 영역(2)을 디스펜서 또는 적당한 도포 방법을 이용하여 도포한다. 도포 후 일정 온도에서 경화시켜 흘러내리지 않도록 한다. 이 후 원하는 모양의 몰드를 이용하여 에폭시 렌즈(3)를 구성하며 리드 프레임의 트림 및 절단 공정을 거처 백색 발광 다이오드를 제작할 수 있다.
본 발명을 보다 더 구체화하기 위하여 에폭시와 M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체의 비율을 변화하여 포탄형 램프를 제작하고, 연색성, 색 온도 및 스펙트럼을 측정하였다. 에폭시와 형광체의 혼합비율은 예를 들어 투명 에폭시 100㎕를 기준으로 형광체의 첨가량을 0 ~ 20%으로 변량하였으며, 도포과정은 디스펜싱 방법에 의하였다.
도 6은 청색 발광 다이오드를 이용한 표면 실장형 백색 발광다이오드 램프를 나타낸다. 청색 발광다이오드(11)를 PCB 기판(16)의 금속선(17) 위에 다이본딩을 하고, 발광다이오드의 p 전극과 n 전극을 금속선(17)에 금 와이어(14)로 본딩을 하여 외부와 전기적으로 통하게 한다. 그 후 적당량의 에폭시(12)에 M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체를 혼합하여 청색 발광 다이오드(11)위에 올린다. 형광체가 혼합된 에폭시는 디스펜서 타입으로 몰딩이 될 수 있으며 또 다른 방법은 고형화 하여 트랜스퍼 몰드 형으로도 제조될 수 있다.
도 7은 에폭시 렌즈 형 표면 실장형 백색 발광다이오드 램프를 나타낸다. 패키지는 PCB 기판 또는 세라믹기판(26)으로 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode)로 될 부분에 금속선(27)이 부착되어 있고 기판(26)은 절연체(29)등으로 분리되어 있다. 형광체 성형몰드(28)의 내부는 알루미늄 또는 은으로 코팅된 반사막으로 이루어져 다이오드에서 방출된 광을 위로 반사시키는 역할 및 적당량의 에폭시를 가두는 역할을 한다. 자색 발광 다이오드(21)을 플립칩 형태로 금 범퍼 또는 Au-Sn 등 본딩 물질(23)로 다이본딩을 하고 녹색 및 적색 형광체를 적당한 혼합비로 섞은 에폭시 또는 실리콘 겔(22)을 디스펜싱 한다. 실리콘 겔은 고출력의 발광다이오드 패키지에 사용될 수 있다. 실리콘 겔은 열적인 스트레스가 칩에 직접 전달되어 신뢰성에 악영향을 미치거나 열의 수축 또는 팽창에 의한 금 와이어의 단락 등을 방지 할 수 있다. 또한 에폭시보다 높은 굴절률을 가지는 실리콘 겔을 사용함으로써 다이오드에서 방출되는 광의 계면에서의 반사를 줄여 휘도를 향상시킬 수 있다. 형광체가 혼합된 에폭시(22)를 도포 후 에폭시 렌즈(23)를 형성한다. 에폭시 렌즈(23)는 원 하는 지향 각에 따라 모양이 변할 수 있다.
이하 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하나 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.
<실시예> M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체의 제조
M=Ba, Re=Eu 이고, x=0.01∼0.9(도 4의 횡축에 나타난 값 참조)까지 변화시키면서, y=1, z=1인 형광체를 제조하였다. 형광체의 전구물질로서 Ba3N2, AlN, γ-Al2O3, EuN, Eu2O3, Ca(OH)2, CaCO3, MgO를 화학양론비로 혼합하고, 알루미나 볼로 채워진 볼밀에 적당량의 이소프로파놀 용매내에서 12 시간 정도 잘 혼합한 후, 상기 슬러리를 80℃로 유지되는 건조기에서 건조한 후 알루미나에 담아 800℃의 질소분위기 하에서 온도를 변화시키며 5 시간 동안 1차 열처리를 한 다음, 각각 1500, 1600 및 1700℃에서 10%의 수소가 포함된 질소분위기 하에서 2시간 동안 최종적으로 2차 소결을 하여 청색 형광체를 얻었다.
얻어진 형광체 중 1600℃에서 10%의 수소가 포함된 질소분위기에서 2시간 동안 소결한 상기 화학식의 청색형광체와 Eu2W2O9:Eu2+계의 적색 형광체, Ca1.9Eu0.5Si9Al3N16계의 황적색 형광체 및 녹색계 (Ba1 - xSrx)SiO4:Eu2 +(0≤x≤1), Ca2MgSi2O7:Cl 형광체를 조합하여 백색 LED 소자를 제조하여, 연색성 및 발광효율을 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<표 1> (위: x=0.5, 아래: x=0.3)
Figure 112006071663294-pat00003
또한, M을 Sr, Ca로 치환하고, Eu 이외의 희토류 금속을 각각 적용하여 상기 실시예에서와 동일한 방법에 따라 제조한 형광체의 연색성 및 발광효율은 다음 표 2에 나타내었다.
<표 2>
형광체* VF Wp(nm) R.F(mW) L.F(Im) CIE X CIE Y Wd(nm) Efficiency(Im/W)
1 3.04 412.3 6.032547 1.813130 0.3031 0.3529 508.3 28.57468521
2 3.02 412.3 6.012445 1.795421 0.3012 0.3644 558.3 29.32541698
3 3.05 412.3 5.236564 1.695487 0.3154 0.3741 508.3 30.11257458
4 3.04 412.3 5.315475 1.632574 0.3152 0.3723 508.3 30.13625742
5 3.06 412.3 5.658401 1.754821 0.3200 0.3712 508.3 29.32015487
6 3.07 412.3 5.632578 1.703549 0.3198 0.3763 508.3 29.31206547
7 3.07 412.3 6.201351 1.687658 0.3087 0.3699 508.3 30.12456258
8 3.05 412.3 6.320124 1.691308 0.3076 0.3678 508.3 30.11457851
9 3.06 412.3 6.120021 1.841251 0.3071 0.3601 508.3 30.36215421
10 3.02 412.3 6.654301 1.832546 0.3066 0.3621 508.3 29.32106545
11 3.04 412.3 5.965210 1.795712 0.3025 0.3702 508.3 27.36214527
12 3.03 412.3 5.875114 1.746873 0.3027 0.3711 508.3 28.32109823
13 3.06 412.3 6.211570 1.616844 0.3041 0.3633 508.3 27.00123957
14 3.02 412.3 6.316803 1.691256 0.3066 0.3645 508.3 27.31023676
15 3.04 412.3 6.21990 1.702148 0.3178 0.3764 508.3 28.30125498
16 3.05 412.3 6.31178 1.732500 0.3190 0.3749 508.3 28.03792416
17 3.07 412.3 6.00124 1.776101 0.3088 0.3222 508.3 29.86128452
18 3.02 412.3 6.03574 1.726314 0.3100 0.3416 508.3 29.16782459
19 3.02 412.3 6.54171 1.800125 0.3076 0.3716 508.3 30.47854320
20 3.05 412.3 6.29453 1.803218 0.3044 0.3690 508.3 30.12787125
21 3.05 412.3 5.94379 1.812333 0.3123 0.3648 508.3 30.30011274
22 3.06 412.3 5.87167 1.828181 0.3218 0.3700 508.3 30.72211361
23 3.05 412.3 6.07882 1.796321 0.3155 0.3731 508.3 30.11998643
24 3.02 412.3 6.25413 1.758258 0.3160 0.3754 508.3 30.25498525
25 3.03 412.3 6.13514 1.803345 0.3149 0.3688 508.3 30.45531299
* 1: Sr1 - xEuxMg2 - yAl12 -y- zO16 -y- zNy 형광체 (x=0.5, y=1, z=1)
* 2: Ca1-xEuxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=1, z=1)
* 3: Sr1-xSmxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=1, z=1)
* 4: Ca1-xSmxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=1, z=1)
* 6: Sr1-xYbxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=1, z=1)
* 7: Ca1-xYbxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=1, z=1)
* 8: Sr1-xPrxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=1, z=1)
* 9: Ca1-xPrxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=1, z=1)
* 10: Sr1-xCexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=1, z=1)
* 11: Ca1-xCexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=1, z=1)
* 12: Sr1-xTbxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=1, z=1)
* 13: Ca1-xTbxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=1, z=1)
* 14: Sr1-xEuxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=2, z=3)
* 15: Ca1-xEuxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=2, z=3)
* 16: Sr1-xSmxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=2, z=3)
* 17: Ca1-xSmxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=2, z=3)
* 18: Sr1-xYbxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=2, z=3)
* 19: Ca1-xYbxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=2, z=3)
* 20: Sr1-xPrxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=2, z=3)
* 21: Ca1-xPrxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=2, z=3)
* 22: Sr1-xCexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=2, z=3)
* 23: Ca1-xCexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=2, z=3)
* 24: Sr1-xTbxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=2, z=3)
* 25: Ca1-xTbxMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy 형광체 (x=0.5, y=2, z=3)
본 발명에 따른 청색 형광체는 열적 안정성이 우수하고 화학적 내성을 가져 백색발광다이오드 제작에 매우 유용하며, 이를 이용하여 제조되는 백색 발광다이오드는 균일성 및 재현성이 우수하고 높은 연색성을 요구하는 조명 등에 응용되어질 수 있다.

Claims (14)

  1. 여기파장이 200~500nm인 하기 조성을 만족하는 세라믹 형광체
    M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
    상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 0.4<x<0.8, 0<y≤2, 0<z≤3 이다.
  2. 제 1항에 있어서, 방출파장이 400~550nm 인 것을 특징으로 하는 세라믹 형광체.
  3. 광원; 여기파장이 200~500nm인 하기 조성의 세라믹 형광체를 포함하며, 상기 형광체에 의해 방출되는 청색광으로부터 백색광을 방출하는 백색 발광다이오드
    M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
    상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 0.4<x<0.8, 0<y≤2, 0<z≤3 이다.
  4. 제 3항에 있어서, 방출파장이 400~550nm 인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  5. 제 3항에 있어서, 광원은 250~450nm의 파장을 가지며, 주 파장은 310nm와 390nm 부근의 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 광원에 의해 여기되고 적색광을 방출하는 적색 형광체 또는 상기 광원에 의해 여기되고 녹색광을 방출하는 녹색 형광체를 더 포함하거나, 상기 두가지 형광체 모두를 더 포함하는 백색 발광다이오드.
  7. 제 3항에 있어서, 방출되는 청색광의 피크 파장의 범위는 400~550nm인 백색 발광다이오드.
  8. 제 3항에 있어서, Re는 Eu인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  9. 여기파장이 200~500nm인 하기 조성의 세라믹 형광체 및 바인더와의 혼합물을 광원위에 디스펜싱시켜 백색 발광다이오드를 제조하는 방법.
    M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
    상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 0.4<x<0.8, 0<y≤2, 0<z≤3 이다.
  10. 여기파장이 200~500nm인 하기 조성의 세라믹 형광체 및 바인더와의 혼합물을 광원위에 트랜스퍼 몰딩시켜 백색 발광다이오드를 제조하는 방법.
    M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
    상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 0.4<x<0.8, 0<y≤2, 0<z≤3 이다.
  11. 여기파장이 200~500nm인 하기 조성의 세라믹 형광체 및 바인더와의 혼합물을 광원위에 스퍼터링 또는 증착시켜 백색 발광다이오드를 제조하는 방법.
    M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
    상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 0.4<x<0.8, 0<y≤2, 0<z≤3 이다.
  12. 리드프레임; 상기 리드프레임에 부착된 광원; 상기 광원위에 도포된 여기파장이 200~500nm인 하기 조성의 세라믹 형광체; 및 상기 형광체를 둘러싸는 렌즈를 포함하는 포탄형 백색 발광다이오드 램프
    M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
    상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 0.4<x<0.8, 0<y≤2, 0<z≤3 이다.
  13. 기판; 상기 기판위에 부착된 광원; 및 상기 광원위에 도포된 여기파장이 200~500nm인 하기 조성의 세라믹 형광체를 포함하는 표면실장형 백색 발광다이오드 램프.
    M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
    상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 0.4<x<0.8, 0<y≤2, 0<z≤3 이다.
  14. 기판; 상기 기판위에 부착된 광원; 상기 광원위에 도포된 여기파장이 200~500nm인 하기 조성의 세라믹 형광체; 상기 기판상에 형성되고 상기 형광체를 수납하는 수납부재; 및 상기 형광체를 둘러싸는 렌즈를 포함하는 표면실장형 백색 발광다이오드 램프.
    M1-xRexMg2-yAl12-y-zO16-y-zNy
    상기에서, M은 Ba, Sr, Ca의 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Re는 희토류 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 0.4<x<0.8, 0<y≤2, 0<z≤3 이다.
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JP2004027151A (ja) 2002-06-28 2004-01-29 Konica Minolta Holdings Inc 白色発光素子（ｌｅｄ）及び白色ｌｅｄ用蛍光体

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