KR100835069B1 - 형광체 및 이를 이용한 발광장치 - Google Patents

Abstract

원하는 파장에서 고발광효율을 나타내면서 광출력의 안정성이 있는 형광체 및 이를 이용한 발광장치가 제안된다. 본 발명의 형광체는 황화물 결정상 및 산화물 결정상을 포함하되, 황화물 결정상 및 산화물 결정상이 혼재된 다중상 화합물인 것을 특징으로 한다.

발광, 형광체, 활성체

Description

형광체 및 이를 이용한 발광장치{Phorsphors and light emitting device using the same}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 녹색 형광체를 포함하는 발광장치의 단면도이다.

도 2a 및 도 2b는 각각 단일상인 SrGa₂S₄ 의 XRD(X선 회절분석)패턴 및 다중상인 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄]의 XRD(X선 회절분석)패턴을 나타내는 도면이다.

도 3는 Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄](1) 및 SrGa₂S₄:Eu^{2 +}(2)의 여기 스펙트럼을 나타내는 도면이다.

도 4은 Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄](1) 및 SrGa₂S₄:Eu^{2 +}(2)의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.

도 5는 Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄](3)의 발광 스펙트럼을 535nm의 피크파장을 갖는 SrGa₂S₄:Eu^{2 +}(1) 및 다른 상들(2)로 분해하여 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 발광장치 101 몸체

105 제1형광체 107 제2형광체

109 몰딩 수지 110 발광원

본 발명은 형광체 및 이를 이용한 발광장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 원하는 파장에서 고발광효율을 나타내면서 광출력의 안정성이 있는 형광체 및 이를 이용한 발광장치에 관한 것이다.

LED는 다른 발광소자, 예를 들면, 백열전구로부터의 광이 폭넓은 발광스펙트럼을 갖는 것과는 달리 거의 단색광에 가까운 광을 발광한다는 특징이 있다. LED마다 그 전자/정공결합에 따른 에너지가 상이하므로, 각각의 특성에 따라 적색, 녹색, 청색, 등황색, 또는 황색을 나타낸다.

최근에는 백색광을 나타내거나 또는 다수의 색구현이 가능한 LED가 개발되었다. 이 중, 백색 LED를 제조하는 방식에는 LED 칩을 조합하여 백색을 나타내게 하거나, 또는 특정색의 광을 발광하는 LED 칩과 특정색의 형광을 발광하는 형광체를 조합하는 방식이 있다. 현재 상용화되어 있는 백색 LED는 일반적으로 후자의 방법이 적용된다.

예를 들어, 청색 LED 칩을 황색 형광체가 분산된 몰딩 수지로 봉지함으로써, 백색 LED 패키지를 얻을 수 있다. 청색 LED 칩으로부터 460nm 파장대의 빛이 발생 하면, 이 빛을 흡수한 황색 형광체에서 545nm 파장대의 빛이 발생하고, 파장이 상이한 두 빛이 혼색되어 백색광이 출력되는 것이다.

백색 LED는 종래의 소형 램프 또는 형광 램프 대신에 액정 표시 장치의 백라이트(backlight)로서 사용되고 있다. S. Nakamura 외의 "The Blue Laser Diode", pp. 216-221 (Springer 1997)의 Chapter 10.4에서 논의된 바와 같이, 백색 LED 장치는 청색 LED의 출사면 상에 세라믹 형광체층을 형성함으로써 제조될 수 있다.

종래에는 청색 LED로서 InGaN 단일 양자 우물을 갖는 LED를 사용하고, 형광체로서 세륨이 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(YAG:Ce), 즉 Y₃Al₅O₁₂:Ce^{3 +}를 사용한다. 청색 LED로부터 방출된 청색광은 상기 형광체를 여기시킴으로써 황색광을 방출시킨다.

청색 LED로부터 방출된 청색광은 형광체를 투과하여 형광체에 의해 방출된 황색광과 혼합된다. 이러한 청색광과 황색광의 혼색은, 관찰자(보는 사람)에게는 백색광으로 인식하게 된다. 청색 LED는 약 420 내지 480nm의 파장을 갖는 빛(청색광)을 방출한다. 이러한 청색광이 황색 형광체와 결합되면, 약 6000-8000K의 색온도와 약 77의 연색 지수(color rendering index(CRI))를 갖는 백색광이 생기게 된다.

또한, 청색 LED는, 청색광을 적색광으로 변환시키는 형광체 및 청색광을 녹색광으로 변환시키는 형광체와 결합함으로써, 백색광을 발생시킬 수 있다. 적절한 형광체는 약 420 내지 480nm의 범위에서 높은 여기 효율과 넓은 색도 영 역(chromaticity zone)을 가져야 한다. 따라서, 전계 발광원과 결합하여 광방출 또는 색도 영역을 변화시키는 적절한 적색, 오렌지색, 황색 형광체를 찾고자 하는 노력이 진행되어 왔다.

현재 상업적으로 이용가능한 백색 LED 장치의 대부분은, 청색 LED 방출광의 일부를 형광체를 통해 황색광, 또는 적색 및 녹색광으로 변환시킴으로써 동작한다. 그러한 상황에서, LED로부터의 청색광의 일부는 형광체를 투과하여 황색 또는 적색 및 녹색 형광 방출광과 혼합되어 인지가능한 백색광을 발생하게 된다. 많은 연구자들이 형광체 분야에서 연구를 수행하여 다양한 연구성과들을 얻었는 바, 이러한 성과들은 예를 들어 아래의 특허문헌에 나타나 있다. 하기된 특허문헌들은 이하와 같이 언급되어 본 명세서에 그 내용이 포함된다.

미국공개특허 제20050023963호는 백색 발광 다이오드의 제조에 유용한 신규 형광체를 제공한다. 동 공개특허에서 제공되는 형광체는 다음과 같은 화학식을 갖는다: MA₂(S_xSe_y)₄:B 및/또는 M₂A₄(S_xSe_y)₇:B, 여기에서, X 및 Y는 각각 독립적으로 약 0 과 1사이의 임의의 값인데, 이들은 그 합이 약 0.75 내지 약 1.25의 범위 중 임의의 수와 같을 것을 조건으로 하고; M은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 중 적어도 하나이고,; A는 Al, Ga, In, Y, La 및 Gd 중 적어도 하나이고; 그리고, 활성체인 B는 Eu, Ce, Cu, Ag, Al, Tb, Sb, Bi, K, Na, Cl, F, Br, I, Mg, Pr 및 Mn으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 원소를 포함하며, 이들 원소는 이러한 군 중 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 그 이상의 원소를 임의의 비율로 포함하는 혼합물을 포함할 수 있고, 이들 혼합물 중의 원소들은 각각 독립적으로 조성물의 전체 몰중량에 대하여 몰퍼센트로서 0.0001 % 내지 약 10 % 중의 어떠한 양으로도 존재할 수있다.

미국특허 제6,544,438호는 갈륨을 1-7 % 과량 포함하여 갈륨 황화물 형광체를 활성화시킨 고효율 발광 알칼리 금속을 형성하는 방법을 제공한다. 용해성 갈륨 염 용액은 알칼리 금속 황산염의 황산염 침전물에 첨가되고, 황화수소분위기에서 약 900℃의 온도로 소성된다.

미국 특허 제 6,417,019호는 1차광을 방사하는 발광 다이오드를 제공하는 단계, 및 1차광의 적어도 일부를 흡수하여 1차 광의 파장보다 더 긴 파장을 갖는 2차 광을 방사할 수 있는 (Sr_{1 -u-v-x} Mg_u Ca_v Ba_x)(Ga_{2 -y-z} Al_y In_z S₄):Eu^{2 +} 형광물질을 발광 다이오드에 근접하도록 위치시키는 단계를 포함하는 발광 장치를 제조하는 방법을 제공한다. 형광물질의 조성은 2차광의 파장을 결정하도록 선택될 수 있다. 일실시예에서, 발광장치는 발광장치 주변에 배치된 다른 물질에 형광물질입자로서 분산되어 있는 형광물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 발광장치는 발광 다이오드의 적어도 일표면상에 형광체막으로서 도포된 형광물질을 포함할 수 있다.

또한, 미국특허 제6,919,682호는 형광체 및 그 증착방법을 개시하고 있는 바, 이 형광체는 M'_aBa_{1 - a}M''₂M'''₄:RE의 일반식을 가진다. 여기서 M'는 Mg 및 Ca 중 적어도 하나의 원소이고, M''는 Al, Ga, 및 In 으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M'''는 S, Se, 및 Te으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, RE는 적어도 하 나의 희토류 원소, 특히 Eu 또는 Ce이고, a는 0＜a＜1의 범위에 있다.

상기 특허문헌들과 다른 여러 문헌들에서, 새로운 조성의 형광체 또는 이미 알려진 재료의 개선된 특성이 제안되어 왔다. 그럼에도, 원래의 자외선(UV), 청색 또는 녹색광을 변환하기 위해 현재 사용되는 형광물질은 LED에 사용시 요구되는 발광 효율 및 광출력의 안정성을 충족시키지 못하고 있다.

이러한 관점에서, 형광물질을 이용하여 고발광효율 및 우수한 광출력 안정성을 나타내면서 백색광을 출력할 수 있는 LED 및 그 제조방법이 요청되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 원하는 파장에서 고발광효율을 나타내면서 광출력의 안정성이 있는 형광체 및 이를 이용한 발광장치를 제공하는 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 형광체는 황화물 결정상(sulide crystallographic phase); 및 산화물 결정상(oxide crystallographic phase);을 포함하되, 황화물 결정상 및 산화물 결정상이 혼재된 다중상 화합물과 다중상 화합물을 활성화시키는 활성체(activator)를 포함한다.

황화물 결정상은 티오메탈레이트(thiometallate)류이고, 산화물 결정상은 알칼리 토금속 산화물류일 수 있다.

티오메탈레이트의 화학식은 A¹M¹ ₂S₄이고, 식 중, A¹는 마그네슘, 칼슘, 스트론 튬, 아연, 카드뮴, 및 바륨으로 구성된 군으로부터 선택되고, M¹은 알루미늄, 갈륨, 이트륨 및 스칸듐으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.

일실시형태에 따르면, 티오메탈레이트는 스트론튬 티오갈레이트(SrGa₂S₄)이다.

알칼리 토금속 산화물의 화학식은 A²M² ₂O₄이고, 식 중, A²는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 아연, 카드뮴, 및 바륨으로 구성된 군으로부터 선택되고, M²은 알루미늄, 갈륨, 이트륨 및 스칸듐으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.

일실시형태에 따르면, 알칼리 토금속 산화물은 마그네슘 갈륨 옥사이드(MgGa₂O₄)일 수 있다.

바람직하게는, 활성체는 하나 또는 그 이상의 희토류 원소일 수 있다.

특히, 활성체는 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 및 루테튬으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소를 포함할 수 있다.

또한, 형광체는 보조활성체(co-activator);를 더 포함하는데, 보조활성체는 염소, 브롬, 및 리튬으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소를 포함할 수 있다.

일실시형태에 따르면, 형광체가 [{SrGa₂S₄}·{MgGa₂O₄}]: Eu^{2 +}이다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 발광원; 및 발광원으로부터 방사되는 광을 흡수하여 발광하는 형광체;를 포함하는 발광장치로서, 형광체는 황화물 결정상 및 산화물 결정상을 포함하되, 황화물 결정상 및 산화물 결정상이 혼재된 다중상 화합물과 함께 다중상 화합물을 활성화시키는 활성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치가 제공된다.

발광원은 발광 다이오드 및 레이저 중 어느 하나이고, 발광원으로부터 방사하는 광의 파장이 약 400 내지 약 480 nm 인 것이 바람직하다.

또한, 발광장치에 포함되는 형광체는 [{SrGa₂S₄}·{MgGa₂O₄}]: Eu^{2 +}일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명에 따른 형광체는 황화물 결정상(sulfide crystallographic phase); 및 산화물 결정상(oxide crystallographic phase);을 포함하되, 황화물 결정상 및 산화물 결정상이 혼재된 다중상 화합물과 함께 다중상 화합물을 활성화시키는 활성체를 포함한다.

본 발명에 따른 형광체는 발광장치에 이용될 수 있는데, 특히 일실시형태에 따르면, 형광체는 녹색광을 발하며 청색 발광 다이오드 및 적색 형광체와 함께 사용되어 백색 발광 장치를 구현할 수 있다.

본 발명에 따른 형광체는 적어도 두개의 다른 결정학상의 상들에 기반한다. 하나는 황화물 결정상이고, 다른 하나는 산화물 결정상이다. 황화물 결정상 및 산화물 결정상들은 독립된 형광체로서 단순히 혼합되어 있는 것이 아니라 형광체내에 혼재되어 화합물로서 존재한다. 예컨대, 2개의 결정상이 하나의 결정 그레인내에 혼재될 수 있다. 형광체는 황화물결정상 및 산화물결정상을 임의의 비율로 포함할 수 있다.

바람직하게는 황화물 결정상이 티오메탈레이트(thiometallate)류일 수 있다. 이 티오메탈레이트는 A¹M¹ ₂S₄의 화학식을 가질 수 있다. 여기서, A¹는 2가 양이온 금속으로서, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 아연, 카드뮴, 및 바륨으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, M¹은 3가 양이온으로서, 알루미늄, 갈륨, 이트륨 및 스칸듐으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 특히, 티오메탈레이트는 스트론튬 티오갈레이트(SrGa₂S₄)이다.

산화물 결정상은 알칼리 토금속 산화물류일 수 있다. 이 알칼리 토금속 산화물은 A²M² ₂O₄의 화학식을 갖을 수 있다. 여기서, A²는 2가 양이온 금속으로서, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 아연, 카드뮴, 및 바륨으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, M²은 3가 양이온으로서, 알루미늄, 갈륨, 이트륨 및 스칸듐으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 특히, 알칼리 토금속 산화물은 마그네슘 갈륨 옥사이드(MgGa₂O₄)이다.

따라서, 황화물 결정상이 스트론튬 티오갈레이트(SrGa₂S₄)이고, 산화물 결정상이 마그네슘 갈륨 옥사이드(MgGa₂O₄) 이라면, 형광체는 다음의 조성식 (1)로 표현되는 조성을 갖는다:

[{SrGa₂S₄}·{MgGa₂O₄}]:M (I)

Sr 원소는 Mg 원소에 비하여 더 작은 음전하를 갖는다. 스트론튬 티오갈레이트 형광체에서 양이온-음이온 결합인 Sr-S의 길이는 3.12 Å으로서, 2.05 Å인 마그네슘 디갈륨 옥사이드 {MgGa₂O₄}에서의 Mg-O의 길이보다 길다. 즉, Sr-S 결합은 Mg-O 결합보다 더 약한 공유결합성을 나타내고, 전자구름 팽창효과(nephelauxetic effect)는 SrGa₂S₄가 MgGa₂O₄보다 더 약하다.

더 센 전자구름 팽창효과 또는 중심 이동(centroid shift)는 피크파장을 이동시키는데, 본 발명의 [{SrGa₂S₄}·{MgGa₂O₄}]:M의 피크파장은 SrGa₂S₄의 피크파장인 535 nm에서 540 nm로 이동한다. 또한, SrGa₂S₄는 MgGa₂O₄보다 더 약한 공유결합성과 전자구름 팽창효과를 갖는 이유로 그 안정성이 MgGa₂O₄보다 더 낮다. 따라서, SrGa₂S₄가 단독으로 사용되는 경우보다 MgGa₂O₄와 함께 사용되는 경우가 더 큰 안정성을 부여한다.

화학식 (I)에서, M은 활성체(activator)이다. 활성체는 황화물 결정상 및 산화물 결정상을 활성화시킨다. 활성체는 하나 또는 그 이상의 희토류 원소일 수 있다.

특히, 활성체는 희토류 원소인 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 및 루테튬으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소를 포함할 수 있다. 특히 활성체가 유로퓸(Eu)일 수 있다.

형광체는 보조활성체(co-activator)를 더 포함할 수 있다. 보조활성체는 활성체와 함께 형광체에 도핑되어 활성체가 형광체를 활성화시키는 작업을 보조한다. 보조활성체는 염소, 브롬, 및 리튬으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 티오메탈레이트는 스트론튬 티오갈레이트(SrGa₂S₄)이고, 알칼리 토금속 산화물은 마그네슘 갈륨 옥사이드(MgGa₂O₄)이며, 활성체는 Eu 인 경우, 형광체는 [{SrGa₂S₄}·{MgGa₂O₄}]: Eu^{2 +}일 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 형광체는 LED 또는 레이저 다이오드와 같은 광원에 의해 방사된 고효율 청색광을 흡수하여 광원으로부터 흡수된 광의 파장보다 더 긴 파장을 갖는 광을 방사할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 녹색 형광체를 포함하는 발광장치(100)의 단면도이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 발광원(100); 및 발광원(100)으로부터 방사되는 광을 흡수하여 발광하는 형광체(105, 107)를 포함하는 발광장치(100)로서, 형광체(105, 107)는 황화물 결정상 및 산화물 결정상;을 포함하되, 황화물 결정상 및 산화물 결정상이 혼재된 다중상 화합물 및 이와 함께 다중상 화합물을 활성화시키는 활성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치(100)가 제공된다.

본 발광장치(100)에 사용될 수 있는 발광원(110)은 발광 다이오드 및 레이저 중 어느 하나일 수 있다.

발광다이오드나 레이저를 사용하는 경우, 발광다이오드나 레이저는 전원을 인가받아 발광을 하게 되고, 발광장치(100)에 포함된 형광체(105, 107)는 발광원(110)으로부터의 광을 흡수하여 발광하게 된다. 이 때, 형광체(105, 107)는 흡수된 광의 파장보다 더 긴 파장을 갖는 광을 방사한다. 특히, 발광원(110)으로부터 방사하는 광의 파장은 형광체의 발광효율을 고려하여, 약 400 내지 약 480 nm 인 것이 바람직하다.

발광장치(100)의 몸체(101)는 반사판을 구비할 수 있어서, 발광원(110)으로부터의 빛을 보다 효율적으로 방사할 수 있게 한다. 반사판은 몸체(101)의 양단부에 형성되어 몸체(101)의 형상을 컵형상이 되도록 한다. 몸체(101)상에 발광원(110)이 안착되면, 형광체(105, 107)들이 분산된 수지를 컵 형상의 몸체(101)위로 투입하여 발광장치(100)를 봉지하게 된다.

본 발명에 따른 발광장치(100)에는 하나 또는 그 이상의 형광체(105, 107)가 포함될 수 있는데, 본 발명의 일실시예에 따른 형광체가 녹색 형광체(105)인 경우, 발광장치(100)에는 이외에 공지의 적색 형광체(107)를 포함시킬 수 있다. 그에 따라 발광원(110)이 청색을 나타내는 경우라면 발광장치(100)는 백색 발광장치가 될 수 있다.

이하의 실시예에서는 본 발명에 따른 형광체를 합성하는 방법을 설명한다. 이하의 실시예는 단지 본 발명에 따른 형광체를 합성하는 방법을 설명하기 위하여 기술된 것일 뿐이므로 전술한 방법에 한정되지 않고, 다른 출발물질 및 합성 방법이 동일한 결과 및 화합물을 얻는데 이용될 수 있을 것이다.

<형광체 합성>

본 발명에 따른 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄]:Eu^{2 +} 형광체를 합성하기 위한 출발물질로서, 분말화된 금속 술피드(metal sulfide)(MS) 및 Ga₂S₃를 사용할 수 있다. M은 마그네슘 및 스트론튬 중 어느 하나 또는 양자를 모두 포함할 수 있다.

먼저, 마그네슘 및 스트론튬 설페이트를 제조하기 위해 칼슘 및 스트론튬 카보네이트와 같은 용해성 염 용액을 제조한다. 그 후, 설페이트 염을 황산으로 침전시키고, 상청액을 따라 버린 뒤, 과량의 산을 제거하기 위해 설페이트를 세척하고, 침전물을 건조시킨다.

원하는 몰비로 혼합한 후에, 활성원소 즉, 활성체를 증류수 또는 탈이온화수 및/또는 이소프로필 알코올, 메탄올, 에탈올, 등등과 같은 용매를 슬러리 부형제로서 사용하여 혼합물에 혼합(slur)되도록 한다. 슬러리로서 혼합하는 방법 이외에, 건조 혼합 또한 가능하다.

활성체는 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 및 루테튬 중 적어도 어느 하나일 수 있는데, 이러한 활성체는 각각 원소의 화합물 또는 염이나, 각 원소의 술피드, 옥사이드 또는 카보네이트 형태로 사용하여 첨가할 수 있다.

혼합은 모르타르(mortar), 막자(pestle), 볼 밀(ball mill), 그라인더와 같은 종래의 혼합 수단을 이용하여 완전히 혼합한다. 결과물은 바람직하게는 순수한 95%N₂+5%H₂ (또는 H₂S) 스트림하에서 약 1000℃ 범위의 온도에서 4시간동안 소성되고 그 결과로 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄]:Eu^{2 +} 화합물이 생성되게 된다.

소성 후 H₂S를 이용하여 결과물을 냉각시킨다. 이 때 결과물에서 황이 농축되는 것을 방지하기 위하여 H₂S 대신 아르곤 가스를 사용할 수 있다. 출발물질 및 사용물질의 순도를 조절하여 결과물인 형광체의 순도를 높여 결정상들이 높은 순도로 형광체에 포함되도록 하는 것이 바람직하다.

도 2a 및 도 2b는 단일상인 SrGa₂S₄ 샘플 및 다중상인 Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄] 샘플의 XRD(X선 회절분석)패턴을 나타내는 도면이다.

도 2a를 참조하면, 단일상 형광체 SrGa₂S₄:Eu^{2 +}의 XRD 패턴을 통하여 그의 결정구조를 알 수 있다. 이론상 계산결과인 산술값과 무기결정구조 데이터 상의 SrGa₂S₄의 그래프와 비교하여, 실험에 사용된 SrGa₂S₄ 샘플이 SrGa₂S₄임을 확인할 수 있다.

이와 마찬가지로, 도 2b는 다중상 형광체의 샘플에 대한 XRD(X선 회절분석)패턴이다. 이론상 계산결과인 산술값과 무기결정구조 데이터 상의 SrGa₂S₄, MgGa₂O₄, SrGa₂S₄, 및 MgGa₂O₄의 각각의 데이터를 비교하여, 샘플내에, SrGa₂S₄, MgGa₂O₄, SrGa₂S₄, 및 MgGa₂O₄ 이 각각 존재하고 있음을 확인하였다. 또한, 참조데이터를 기초로 하면 샘플내에 62.19%의 SrGa₂S₄, 27.8%의 MgGa₂O₄, 6.87 %의 SrGa₂S₄, 및 2.32%의 MgGa₂O₄가 존재하고 있음이 확인되었다.

도 3은 Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄](1) 및 SrGa₂S₄:Eu^{2 +}(2)의 여기 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 전술한 바와 같이, 더 센 전자구름 팽창효과 또는 중심 이동(centroid shift)이 피크파장을 이동시켜 SrGa₂S₄:Eu^{2 +}의 피크파장인 535 nm가 Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄]의 경우에는 피크파장이 540 nm로 이동된 것을 확인할 수 있다. 또한, 동일한 535nm의 발광파장에서, Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄] ·[MgGa₂O₄]의 강도가 SrGa₂S₄:Eu^{2 +`}의 강도보다 더 세며, Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄]은 발광원의 파장이 400 nm 내지 480 nm 인 경우, 형광체의 발광효율이 높은 것을 알 수 있었다.

도 4는 Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄](1) 및 SrGa₂S₄(2)의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다. Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄]이 단일상 스트론튬 티오갈레이트보다 더 강한 강도를 갖는 스펙트럼을 발광하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 발광스펙트럼은 [SrGa₂S₄]상과 [MgGa₂O₄]상의 포함비율을 조절하여, 그 강도 및 발광효율을 조절할 수 있다.

더욱 상세하게, 이하의 표 1에서는 Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄] 및 단일상 스트론튬 티오갈레이트 발광 스펙트럼의 강도, 발광정도, 반치전폭(Full Width Half Maximum, FWHM), 및 피크파장이 비교되어 있다.

	[SrGa2S4]·[MgGa2O4]:Eu2 +	SrGa2S4:Eu2 +
강도(%)	114	100
발광(%)	110	100
FWHM(nm)	44	49
피크 파장(nm)	540	535

Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄]는 강도나 발광정도면에서 단일상 스트론튬 티오갈레이트보다 더 높은 수준을 나타내고 있다. 또한, 반치전폭에서는 더 작은 수치를 나타내고 있다. 반치전폭이 더 작기 때문에, 더 좁은 영역에서 더 높은 강도를 나타내어 백색 발광장치에 사용시 발광효율이 높아지게 된다. 피크 파장은 도 4에 나타난대로 이동되었다.

도 5는 Eu가 도핑된 [SrGa₂S₄]·[MgGa₂O₄](3)의 발광 스펙트럼을 피크파장을 535 nm 에서 갖는 SrGa₂S₄(1) 및 다른 상들(2)로 분해하여 나타낸 도면이다. Eu 도핑된 [SrGa₂S₄]·MgGa₂O₄]의 발광 스펙트럼을 535 nm에서의 피크파장을 갖는 SrGa₂S₄ (1) 및 다른 상들(2)로 분해한 결과, MgGa₂O₄상의 추가로 SrGa₂S₄ 형광체와 비교하여 볼때 강도가 약 15% 정도 증가되었다는 것이 나타난다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 형광체를 이용하면 발광스펙트럼에서의 피크 파장을 각 결정상의 포함비율을 조절하여 원하는 파장으로 조정할 수 있고, 발광된 광의 강도가 향상된다.

또한, 양자효율이 높아지며 원하는 파장에서 고발광효율을 나타내면서 광출력의 안정성이 있는 효과가 있다.

나아가 본 발명에 따른 형광체를 이용한 발광장치는 휘도면에서 향상된 효과 를 보여 제품의 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

1. 황화물 결정상(sulfide crystallographic phase), 및 산화물 결정상(oxide crystallographic phase)을 포함하되, 상기 황화물 결정상 및 상기 산화물 결정상이 혼재된 다중상 화합물; 및

   상기 다중상 화합물을 활성화시키는 활성체(activator);를 포함하는 형광체.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 황화물 결정상은 티오메탈레이트(thiometallate)류이고, 상기 산화물 결정상은 알칼리 토금속 산화물류인 것을 특징으로 하는 형광체.
3. 제2항에 있어서,

   상기 티오메탈레이트의 화학식은 A¹M¹ ₂S₄이고,

   식 중, A¹는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 아연, 카드뮴, 및 바륨으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소이고,

   M¹은 알루미늄, 갈륨, 이트륨 및 스칸듐으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 형광체.
4. 제3항에 있어서,

   상기 티오메탈레이트는 스트론튬 티오갈레이트(SrGa₂S₄)인 것을 특징으로 하는 형광체.
5. 제2항에 있어서,

   상기 알칼리 토금속 산화물의 화학식은 A²M² ₂O₄이고,

   식 중, A²는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 아연, 카드뮴, 및 바륨으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소이고,

   M²은 알루미늄, 갈륨, 이트륨 및 스칸듐으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 형광체.
6. 제5항에 있어서,

   상기 알칼리 토금속 산화물은 마그네슘 갈륨 옥사이드(MgGa₂O₄)인 것을 특징으로 하는 형광체.
7. 제1항에 있어서,

   상기 활성체는 하나 또는 그 이상의 희토류 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체.
8. 제7항에 있어서,

   상기 활성체는 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 및 루테튬으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체.
9. 제7항에 있어서,

   상기 형광체는 보조활성체(co-activator);를 더 포함하고, 상기 보조활성체는 염소, 브롬, 및 리튬으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 발광장치용 녹색 형광체.
10. 제1항에 있어서,

    상기 형광체는 [{SrGa₂S₄}·{MgGa₂O₄}]: Eu^{2 +}를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체.
11. 발광원; 및

    상기 발광원으로부터 방사되는 광을 흡수하여 발광하는 형광체;를 포함하는 발광장치로서,

    상기 형광체는, 황화물 결정상 및 산화물 결정상을 포함하되 상기 황화물 결정상 및 상기 산화물 결정상이 혼재된 다중상 화합물 및 상기 다중상 화합물을 활성화시키는 활성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 발광원은 발광 다이오드 및 레이저 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광장치.
13. 제11항에 있어서,

    상기 발광원은 400 내지 480 nm의 파장을 갖는 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
14. 제11항에 있어서,

    상기 형광체는 [{SrGa₂S₄}·{MgGa₂O₄}]: Eu^{2 +}를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
15. 제13항에 있어서,

    상기 형광체는 적색 형광체를 더 포함하고, 상기 발광원은 청색 다이오드이고, 상기 다중상 화합물은 녹색 형광체인 것을 특징으로 하는 발광장치.
16. 제15항에 있어서,

    상기 녹색 형광체는 [{SrGa₂S₄}·{MgGa₂O₄}]: Eu^{2 +}를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.

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