KR100919315B1 - Oxynitride phosphor and method for manufacturing the same, and light-emitting device - Google Patents
Oxynitride phosphor and method for manufacturing the same, and light-emitting deviceInfo
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Abstract
Description
본 발명은 산질화물 형광체, 그 제조방법 및 발광장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정의 조성을 가지는 산질화물 결정을 포함하여 발광 효율이 높은 산질화물 형광체, 그리고 상기 산질화물 형광체를 저렴한 가격으로 제조할 수 있는 제조방법 및 상기 산질화물 형광체를 포함하는 발광장치에 관한 것이다. The present invention relates to an oxynitride phosphor, a method for manufacturing the same, and a light emitting device, and more particularly to an oxynitride phosphor having high luminous efficiency including an oxynitride crystal having a specific composition, and the oxynitride phosphor at low price. The present invention relates to a light emitting device including the manufacturing method and the oxynitride phosphor.
발광장치는, 일반적으로 발광 다이오드(LED) 등의 발광소자와, 파장 변환 재료로서의 형광체를 포함한다. 형광체는 청색 LED로 여기되어 백색 합성광을 발광할 수 있다. 형광체는 주로 발광 중심에 활성제(activator)로서 희토류 원소를 이용하고 있다. 예를 들어, 형광체는 (Y, Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce의 조성식으로 표시되는 YAG계 산화물이 주로 사용되고 있다. 또한, 일본 공개특허 2002-531956호(선행 특헌문헌1)에는 녹색 형광체로서 (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4 : Eu2+, 적색 형광체로서 (Ca,Sr)S : Eu2+를 사용한 백색 발광 장치가 제시되어 있다. 그러나 이는 460nm 근방의 청색광과 565nm 근방의 황녹색 광과의 혼색으로 백색계로 발광하고 있지만 500nm 근방의 발광 강도가 불충분하다.The light emitting device generally includes a light emitting element such as a light emitting diode (LED) and a phosphor as a wavelength converting material. The phosphor may be excited with a blue LED to emit white synthetic light. The phosphor mainly uses a rare earth element as an activator in the emission center. For example, a YAG-based oxide represented by a composition formula of (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce is mainly used as a phosphor. In addition, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-531956 (Previous Patent Document 1) discloses (Sr, Ca, Ba) (Al, Ga) 2 S 4 : Eu 2+ as a green phosphor, and (Ca, Sr) S: Eu as a red phosphor. A white light emitting device using 2+ is shown. However, it emits light in a white color by mixing blue light in the vicinity of 460 nm and yellow green light in the vicinity of 565 nm, but the emission intensity in the vicinity of 500 nm is insufficient.
또한, 산질화물 형광체로서, 일본 공개특허 2001-214162호(선행 특허문헌2)에는 Si-O-N, Mg-Si-O-N, Ca-Al-Si-O-N 등으로 표시되는 산질화물 형광체가 제시되어 있으며, 일본 공개특허 2002-76434호(선행 특허문헌3)에는 Eu이 활성화된 Ca-Al-Si-O-N로 표시되는 산질화물 형광체가 제시되어 있다. 그러나, 이들 형광체는 발광 휘도가 낮아 발광장치에 이용하기에는 불충분함이 지적되고 있다. 이를 위해, 대한민국 공개특허 제2005-0062623호(선행 특허문헌4)에서는 발광효율이 높아 가시광의 단파장측 영역에서 효율적으로 발광하는 형광체로서 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상인 제II족 원소; C, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상인 제IV족 원소; 및 활성제(R)인 희토류 원소를 포함하는 결정으로 이루어지는 산질화물 형광체를 제시하고 있다. In addition, as an oxynitride phosphor, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-214162 (Previous Patent Document 2) shows an oxynitride represented by Si-O-N, Mg-Si-O-N, Ca-Al-Si-O-N or the like. Phosphors are shown, and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-76434 (Previous Patent Document 3) discloses an oxynitride phosphor represented by Ca-Al-Si-O-N in which Eu is activated. However, it is pointed out that these phosphors have low light emission luminance and are insufficient for use in light emitting devices. To this end, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-0062623 (Previous Patent Document 4) has a high luminous efficiency and is selected from the group consisting of Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn as phosphors that efficiently emit light in the short wavelength side region of visible light. At least one group II element; At least one group IV element selected from the group consisting of C, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, and Hf; And an oxynitride phosphor comprising a crystal containing a rare earth element that is an activator (R).
그러나 상기 선행 특허문헌4에 제시된 형광체는 결정이 불안정하여 양호한 발광 효율을 갖지 못하는 문제점이 있다. 아울러, 출발 원료로서 질화물을 사용하고 있어 원재료 가격이 높고, 이와 함께 질화물 사용에 따른 높은 소성 온도가 요구되어 저렴한 가격으로 보급되기 어려운 문제점이 지적된다. However, the phosphors disclosed in the prior patent document 4 have a problem that crystals are unstable and do not have good luminous efficiency. In addition, since nitride is used as a starting material, a raw material price is high, and a high firing temperature according to the use of nitride is required.
[선행 특허문헌1] 일본 공개특허 2002-531956호[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-531956
[선행 특헌문헌2] 일본 공개특허 2001-214162호 [Previous Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-214162
[선행 특허문헌3] 일본 공개특허 2002-76434호 [Patent Document 3] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-76434
[선행 특허문헌4] 대한민국 공개특허 제2005-0062623호[Previous Patent Document 4] Korean Unexamined Patent Publication No. 2005-0062623
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 특정의 조성을 가지는 산질화물 결정을 포함시킴으로써 발광 효율이 높고 저렴한 가격으로 보급될 수 있는 산질화물 형광체 및 그 제조방법, 그리고 상기 산질화물 형광체를 포함하는 발광장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by including an oxynitride crystal having a specific composition, the oxynitride phosphor which can be disseminated at a high luminous efficiency and low price, and its manufacturing method, and the oxynitride It is an object of the present invention to provide a light emitting device including a phosphor.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 아래의 일반식 1로 표시되는 결정을 포함하는 산질화물 형광체를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides an oxynitride phosphor comprising a crystal represented by the following general formula (1).
[일반식 1][Formula 1]
(Ba1-pMp)aSibOcNd : eR(Ba 1-p M p ) a Si b O c N d : eR
(위 식에서, M은 Ba를 제외한 +2가의 금속이고; R은 Eu을 필수로 하는 활성제(activator)이며; 0 < p < 1.0, 1.0 ≤ a ≤ 2.0, 0 < b ≤ 1.0, 0 < c ≤ 1.0, 0 < d ≤ 2.0, 0 < e ≤ 0.25 이다.)(Wherein M is a + divalent metal except Ba; R is an activator with Eu as essential; 0 <p <1.0, 1.0 ≦ a ≦ 2.0, 0 <b ≦ 1.0, 0 <c ≦ 1.0, 0 <d <2.0, 0 <e <0.25.)
또한, 본 발명은,In addition, the present invention,
Ba의 전구체, M의 전구체(M은 Ba를 제외한 +2가의 금속이다), Si의 전구체, 및 적어도 Eu의 전구체를 포함하는 활성제(activator) 전구체를 포함하는 원료를 혼합하는 제1단계; 및 A first step of mixing a raw material comprising a precursor of Ba, a precursor of M (M is a bivalent metal except Ba), a precursor of Si, and an activator precursor including at least Eu precursor; And
상기 원료를 소성로에 투입하여 소성하는 제2단계를 포함하는 산질화물 형광체의 제조방법을 제공한다. It provides a method for producing an oxynitride phosphor comprising a second step of firing the raw material into a firing furnace.
이때, 상기 제2단계는, 소성로 내에 암모니아 가스를 5 ~ 15mL/min으로 주입해주면서 800℃ ~ 1300℃까지 승온하는 단계 a); 및 암모니아 가스 존재 하에 800℃ ~ 1300℃의 온도로 2 ~ 5시간 동안 유지하는 단계 b)를 포함하는 것이 좋다. At this time, the second step, the step of heating up to 800 ℃ ~ 1300 ℃ while injecting ammonia gas at 5 ~ 15mL / min in the kiln; And maintaining step b) at a temperature of 800 ° C. to 1300 ° C. for 2 to 5 hours in the presence of ammonia gas.
이에 더하여, 본 발명은, In addition, the present invention,
여기광원; 및 형광체를 포함하는 발광장치에 있어서, Excitation light source; And a phosphor comprising:
상기 형광체는 상기 본 발명에 따른 산질화물 형광체를 포함하는 발광장치를 제공한다. The phosphor provides a light emitting device including the oxynitride phosphor according to the present invention.
본 발명에 따르면, 상기 조성의 일반식으로 표시되는 결정을 포함하여 우수한 발광 효율을 갖는다. 그리고 결정은 안정하다. 또한, 본 발명에 따르면 출발원료를 금속염 등의 전구체로 하여 저온, 상온에서 합성, 소결되어 저렴한 가격으로 보급될 수 있다. According to the present invention, it has excellent luminous efficiency including the crystal represented by the general formula of the composition. And the decision is stable. Further, according to the present invention, starting materials may be synthesized and sintered at a low temperature and room temperature using precursors such as metal salts, and may be supplied at low prices.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 형광체의 루미네센스 및 들뜸 스펙트럼 결과를 보인 그래프이다. Figure 1 is a graph showing the luminescence and excitation spectrum results of the phosphor prepared according to the embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 형광체의 SEM image이다.2 is an SEM image of a phosphor prepared according to an embodiment of the present invention.
도 3의 (a)는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 형광체의 XRD 그래프이며, (b)는 (Sr1.9Ba0.1)SiO4 (ICSD #36042)의 XRD 패턴과의 비교 결과 그래프이다.Figure 3 (a) is an XRD graph of the phosphor prepared according to the embodiment of the present invention, (b) is a graph of the comparison with the XRD pattern of (Sr 1.9 Ba 0.1 ) SiO 4 (ICSD # 36042).
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 형광체의 할로겐 종류에 따른 루미네센스 스펙트럼 결과를 보인 그래프이다. Figure 4 is a graph showing the luminescence spectrum results according to the halogen type of the phosphor prepared according to the embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 형광체의 Si 조성비에 따른 루미네센스 스펙트럼 결과를 보인 그래프이다. 5 is a graph showing the luminescence spectrum result according to the Si composition ratio of the phosphor prepared according to the embodiment of the present invention.
도 6 및 도 7은 발명의 실시예에 따라 제조된 형광체의 Eu2+의 농도에 따른 루미네센스 및 들뜸 스펙트럼 결과를 보인 그래프이다.6 and 7 are graphs showing luminescence and excitation spectrum results according to the concentration of Eu 2+ of the phosphor prepared according to the embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 형광체의 Ba와 Sr의 조성비에 따른 루미네센스 스펙트럼 결과를 보인 그래프이다. 8 is a graph showing the luminescence spectrum result according to the composition ratio of Ba and Sr of the phosphor prepared according to the embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 형광체의 Eu와 Pr의 조성비에 따른 루미네센스 스펙트럼 결과를 보인 그래프이다.9 is a graph showing the luminescence spectrum result according to the composition ratio of Eu and Pr of the phosphor prepared according to the embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 형광체의 고정된 Eu 조성에서 Pr의 조성비에 따른 루미네센스 스펙트럼 결과를 보인 그래프이다.10 is a graph showing the luminescence spectrum result according to the composition ratio of Pr in the fixed Eu composition of the phosphor prepared according to the embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 녹색 형광체가 도포된 백색 발광 장치의 발광스펙트럼 결과를 보인 그래프이다. 11 is a graph showing light emission spectra of the white light emitting device to which the green phosphor is applied according to the present invention.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 산질화물 형광체는 아래의 일반식 1로 표시되는 결정을 적어도 포함한다. The oxynitride phosphor according to the present invention includes at least the crystal represented by the following general formula (1).
[일반식 1][Formula 1]
(Ba1-pMp)aSibOcNd : eR(Ba 1-p M p ) a Si b O c N d : eR
상기 일반식 1에서, M은 Ba를 제외한 +2가의 금속이고, R은 Eu을 필수로 하는 활성제(activator)이다. 또한, 상기 일반식 1에서, 0 < p < 1.0, 1.0 ≤ a ≤ 2.0, 0 < b ≤ 1.0, 0 < c ≤ 1.0, 0 < d ≤ 2.0, 0 < e ≤ 0.25 이다.In Formula 1, M is a + divalent metal except Ba, and R is an activator having Eu as essential. In addition, in the general formula 1, 0 <p <1.0, 1.0 <a <2.0, 0 <b <1.0, 0 <c <1.0, 0 <d <2.0, 0 <e <0.25.
본 발명에 따르면, 형광체가 상기 일반식 1의 결정을 포함하여, 우수한 발광 효율을 갖는다. 본 발명에 따른 형광체는 여러 파장 범위 범위에서 광, X선 등의 전자파, 전자선, 열 등에 의해 여기되어 발광되며, 높은 루미네센스 세기를 갖는다. 본 발명에 따른 형광체는 상기 일반식 1의 결정을 적어도 포함하되, 다른 형광 물질을 포함하여도 좋다. According to the present invention, the phosphor contains the crystal of the general formula 1, and has excellent luminous efficiency. The phosphor according to the present invention is excited and emitted by electromagnetic waves such as light and X-rays, electron beams, heat and the like in various wavelength ranges, and has a high luminescence intensity. The phosphor according to the present invention may include at least the crystals of the general formula (1), but may include other fluorescent substances.
상기 일반식 1의 M은 Ba를 제외한 알칼리토금속, +2가의 전이금속 및 +2가의 비전이금속 등으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로, 일반식 1의 M은 Be, Mg, Ca, Sr 및 Ra 등으로 이루어진 알칼리토금속(Ba 제외); Zn, Cd 및 Hg 등으로 이루어진 +2가의 전이금속; 및 Pb, Sn 및 Ge 등으로 이루어진 +2가의 비전이금속 등으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 이때, 바람직한 구현예에 따라서, Ba에 대한 M의 조성은 Ba : M = 0.5 ~ 0.8 : 0.2 ~ 0.5인 것이 좋다. 즉, 상기 일반식 1의 p는 0.2 ≤ p ≤ 0.5를 만족하는 것이 바람직하다. 이를 만족하는 경우(0.2 ≤ p ≤ 0.5인 경우), 양호한 루미네센스를 가질 수 있다. 또한, M의 조성(p값)이 너무 증가하여 M의 치환량이 많으면 red-shift가 일어날 수 있으므로, 일반식 1의 p는 0.2 ≤ p ≤ 0.5를 만족하는 것이 좋다. M of Formula 1 may be at least one selected from the group consisting of alkaline earth metals except Ba, +2 valent transition metals, +2 valent non-transition metals, and the like. Specifically, M in Formula 1 is an alkaline earth metal (except Ba) consisting of Be, Mg, Ca, Sr and Ra; + Divalent transition metal consisting of Zn, Cd, Hg and the like; And it may be one or more selected from + bivalent non-transition metal, such as Pb, Sn, Ge and the like. At this time, according to a preferred embodiment, the composition of M to Ba is preferably Ba: M = 0.5 ~ 0.8: 0.2 ~ 0.5. That is, it is preferable that p of the general formula 1 satisfies 0.2 ≦ p ≦ 0.5. If this is satisfied (0.2 <p <0.5), it can have good luminescence. In addition, since the composition (p value) of M increases so much that red-shift may occur when the amount of substitution of M increases, p in Formula 1 satisfies 0.2 ≦ p ≦ 0.5.
또한, 상기 일반식 1에서, (Ba1-pMp)a에 대한 Si의 조성은, 즉 일반식 1의 b는 0.3 ≤ b ≤ 0.9를 만족하는 것이 좋다. Si의 조성이 너무 증가하면 blue-shift가 일어날 수 있다. Si의 조성이 일반식 1에서 0.3 ≤ b ≤ 0.9를 만족하는 경우, blue-shift를 방지할 수 있고, 또한 양호한 루미네센스 세기를 가질 수 있다. Si의 조성은, 보다 바람직하게는 일반식 1에서 0.45 ≤ b ≤ 0.56을 만족하는 것이 좋다.In addition, in Formula 1, the composition of Si to (Ba 1-p M p ) a , that is, b in Formula 1 preferably satisfies 0.3 ≦ b ≦ 0.9. If the composition of Si increases too much, blue-shift may occur. When the composition of Si satisfies 0.3 ≦ b ≦ 0.9 in the general formula (1), it is possible to prevent blue-shift and to have a good luminescence intensity. More preferably, the composition of Si satisfies 0.45 ≦ b ≦ 0.56 in the general formula (1).
상기 활성제(activator) R은 Eu를 필수로 하되, 모체 (Ba1-pMp)aSibOcNd에 대하여 0.25 이하의 몰비(0 < e ≤ 0.25)로 조성된다. 이때, 바람직하게는 R의 조성비는, 즉 상기 일반식 1에서 e는 0.075 ≤ e ≤ 0.12를 만족하는 것이 좋다.The activator R is Eu essential, but is composed of a molar ratio of 0.25 or less (0 <e ≦ 0.25) with respect to the parent (Ba 1-p M p ) a Si b O c N d . In this case, preferably, the composition ratio of R, that is, in the general formula 1, e may satisfy 0.075 ≦ e ≦ 0.12.
본 발명의 바람직한 형태에 따라서, 상기 활성제 R은 루미네센스 세기를 향상시키기 위한 것으로서, Re 및 X 중에서 선택된 하나 이상(하나 또는 둘 모두)을 더 포함하는 것이 좋다. 구체적으로, 상기 활성제 R은 Eu을 필수로 하되, 보조제(auxiliary) 역할을 하는 것으로서, Re 및 X 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 Re는 +3가의 비전이금속 및 +3가의 희토류금속 중에서 선택된 하나 이상이고, 상기 X는 할로겐족 원소이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the activator R is for improving the luminescence intensity, and may further include one or more (one or both) selected from Re and X. Specifically, the activator R is essential to Eu, but serves as an auxiliary (auxiliary), it is preferable to further include at least one selected from Re and X. Here, Re is at least one selected from + trivalent non-transition metal and + trivalent rare earth metal, and X is a halogen group element.
구체적으로, 본 발명의 바람직한 제1형태에 따라서, 상기 결정은 아래의 일반식 2로 표시된다. Specifically, according to the first preferred embodiment of the present invention, the crystal is represented by the following general formula (2).
[일반식 2][Formula 2]
(Ba1-pMp)aSibOcNd : xEu2+, zX- (Ba 1-p M p) a Si b O c N d: xEu 2+, zX -
(위 식에서, M은 Ba를 제외한 +2가의 금속이고; X는 할로겐족 원소이고; 0 < p < 1.0, 1.0 ≤ a ≤ 2.0, 0 < b ≤ 1.0, 0 < c ≤ 1.0, 0 < d ≤ 2.0, 0 < x ≤ 0.25, 0 < z ≤ 0.25 이다.)Where M is a + divalent metal excluding Ba; X is a halogenated element; 0 <p <1.0, 1.0 ≤ a ≤ 2.0, 0 <b ≤ 1.0, 0 <c ≤ 1.0, 0 <d ≤ 2.0 , 0 <x ≤ 0.25, 0 <z ≤ 0.25.)
상기 일반식 2에 보인 바와 같이, 본 발명에 따른 산질화물 결정은 바람직하게는 활성제(activator)로서의 R이 Eu을 필수로 하되, 플럭스(Flux)로서 음이온 X(할로겐 원소)가 첨가된 조성을 갖는다. 이때, 플럭스(Flux)로서 첨가된 음이온 X는 보조제(auxiliary)로서 작용한다. 본 발명에 따르면, 이와 같이 플럭스(Flux)로서의 X가 첨가되면, 결정구조에 영향을 주지 않으면서 루미네센스 세기를 향상시킨다. 이때, X의 조성은, 즉 상기 일반식 2에서 z는 0.02 ≤ z ≤ 0.15를 만족하는 것이 좋다. X의 농도가 너무 높아 z가 0.15을 초과하면 형광체의 녹음 현상이 일어나므로 소성온도를 낮추어야 하는 번거로움이 있다. 따라서 상기 일반식 2에서 z가 0.02 ≤ z ≤ 0.15를 만족하는 경우, 소성온도가 높아도 녹음 현상이 없어 소성 시의 온도 설정이 자유롭고, 이와 함께 루미네센스 세기가 보다 양호하게 개선된다. 또한, 상기 일반식 2에서 x는 0.075 ≤ x ≤ 0.12를 만족하는 것이 좋다. As shown in Formula 2, the oxynitride crystals according to the present invention preferably have a composition in which R as an activator requires Eu, but an anion X (a halogen element) is added as flux. At this time, the anion X added as flux acts as an auxiliary. According to the present invention, the addition of X as flux improves the luminescence intensity without affecting the crystal structure. At this time, the composition of X, that is, z in the general formula 2 is preferably satisfies 0.02 <z <0.15. If the concentration of X is too high and z exceeds 0.15, the recording phenomenon of the phosphor occurs, which is a hassle to lower the firing temperature. Therefore, when z satisfies 0.02 ≤ z ≤ 0.15 in Formula 2, even if the firing temperature is high, there is no recording phenomenon, and thus the temperature setting at the time of firing is free, and the luminescence intensity is more improved. Also, in the general formula 2, x satisfies 0.075 ≦ x ≦ 0.12.
상기 X는 할로겐족 원소로서 Cl, F, Br, I 및 At 등으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으며, 이들 중에서 바람직하게는 Cl 및 F 등으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상이 좋다. X may be one or more selected from the group consisting of Cl, F, Br, I and At as a halogen group element, preferably one or more selected from the group consisting of Cl and F and the like.
본 발명의 바람직한 제2형태에 따라서, 상기 결정은 아래의 일반식 3으로 표시된다. According to a second preferred embodiment of the present invention, the crystal is represented by the following general formula (3).
[일반식 3][Formula 3]
(Ba1-pMp)aSibOcNd : xEu2+, yRe3+, zX- (Ba 1-p M p) a Si b O c N d: xEu 2+, yRe 3+, zX -
(위 식에서, M은 Ba를 제외한 +2가의 금속이고; Re는 +3가의 비전이금속 및 +3가의 희토류금속 중에서 선택된 하나 이상이며; X는 할로겐족 원소이고; 0 < p < 1.0, 1.0 ≤ a ≤ 2.0, 0 < b ≤ 1.0, 0 < c ≤ 1.0, 0 < d ≤ 2.0, 0 < x ≤ 0.25, 0 < y ≤ 0.15, 0 < z ≤ 0.25 이다.)Wherein M is a + divalent metal excluding Ba; Re is at least one selected from + trivalent non-transition metals and + trivalent rare earth metals; X is a halogenated element; 0 <p <1.0, 1.0 ≤ a ≤ 2.0, 0 <b ≤ 1.0, 0 <c ≤ 1.0, 0 <d ≤ 2.0, 0 <x ≤ 0.25, 0 <y ≤ 0.15, 0 <z ≤ 0.25.)
상기 일반식 3에 보인 바와 같이, 본 발명에 따른 산질화물 결정은 바람직하게는 활성제(activator)로서의 R이 Eu을 필수로 하되, 플럭스(Flux)로서 음이온 X(할로겐 원소)가 첨가된 조성을 갖는다. 이때, 플럭스(Flux)로서 첨가된 음이온 X는 보조제(auxiliary)로서 작용한다. 또한, 상기 일반식 3에 보인 바와 같이, Eu의 루미네센스 세기를 향상시키기 위한 보조제(auxiliary)로서 Re가 더 첨가된 조성을 갖는다. 본 발명에 따르면, 이와 같이 Re 및 X가 보조제로서 더 첨가되면 루미네센스 세기가 보다 향상된다. 특히, 상기 일반식 3에서 y는 0.01 ≤ y ≤ 0.1을 만족하고, z는 0.02 ≤ z ≤ 0.15를 만족하는 경우 보다 우수한 특성을 갖는다. 또한, 상기 일반식 3에서 x는 0.075 ≤ x ≤ 0.12를 만족하는 것이 좋다. 상기 일반식 3은 본 발명의 가장 바람직한 형태로서, 결정이 일반식 3으로 표시된 조성을 가지는 경우 안정성 및 우수한 발광 효율을 가진다. As shown in Formula 3, the oxynitride crystal according to the present invention preferably has a composition in which R as an activator requires Eu, but an anion X (elemental halogen) is added as flux. At this time, the anion X added as flux acts as an auxiliary. In addition, as shown in the general formula (3), it has a composition to which Re is further added as an auxiliary (auxiliary) for improving the luminescence intensity of Eu. According to the present invention, further addition of Re and X as an auxiliary improves the luminescence intensity. In particular, in the general formula 3, y satisfies 0.01 ≦ y ≦ 0.1, and z has better characteristics than 0.02 ≦ z ≦ 0.15. In addition, in the general formula 3, x satisfies 0.075 ≦ x ≦ 0.12. Formula 3 is the most preferred form of the present invention, and has stability and excellent luminous efficiency when the crystal has a composition represented by Formula 3.
한편, 본 발명에 따른 형광체의 제조방법은, 상기 조성의 형광체를 저렴한 가격으로 제조할 수 있는 방법으로서, 적어도 다음의 2단계를 포함한다. On the other hand, the method for producing a phosphor according to the present invention is a method for producing a phosphor of the composition at a low price, and includes at least the following two steps.
(1) Ba의 전구체, M의 전구체(M은 Ba를 제외한 +2가의 금속이다), Si의 전구체, Eu의 전구체를 포함하는 활성제(activator) 전구체를 포함하는 원료를 혼합하는 단계(제1단계)(1) mixing a raw material including a precursor of Ba, a precursor of M (M is a + 2-valent metal except Ba), a precursor of Si, and an activator precursor including a precursor of Eu (first step) )
(2) 상기 원료를 소성로에 투입하여 소성하는 단계(제2단계) (2) the step of firing the raw material to the firing furnace (second step)
이때, 상기 제2단계(소성단계)는, 소성로 내에 암모니아 가스(NH3 gas)를 5 ~ 15mL/min으로 주입해주면서 800℃ ~ 1300℃까지 승온하는 단계 a); 및 암모니아 가스 존재 하에 800℃ ~ 1300℃의 온도로 2 ~ 5시간 동안 유지하는 단계 b)를 포함하는 것이 좋다.At this time, the second step (firing step), the step of heating up to 800 ℃ ~ 1300 ℃ while injecting ammonia gas (NH 3 gas) at 5 ~ 15mL / min in the kiln; And maintaining step b) at a temperature of 800 ° C. to 1300 ° C. for 2 to 5 hours in the presence of ammonia gas.
상기 Ba의 전구체는 Ba를 함유하는 화합물로서, 예를 들어 Ba염(예, BaCO3 및 BaSO4 등), Ba산화물(BaO) 및 Ba질화물(Ba3N2) 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용될 수 있다. 이들 중에서, 바람직하게는 BaCO3 및 BaO 등으로부터 선택된 하나 이상이다.The precursor of Ba may be a compound containing Ba, for example, one or more selected from Ba salts (eg, BaCO 3 and BaSO 4 ), Ba oxide (BaO), Ba nitride (Ba 3 N 2 ), and the like may be used. have. Among them, at least one selected from BaCO 3 and BaO and the like.
또한, 상기 M의 전구체는 Ba 전구체를 제외한 +2가의 금속 전구체로서, 예를 들어 M의 전구체는 Be, Mg, Ca, Sr, Ra, Zn, Cd, Hg, Pb, Sn 및 Ge 등으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 금속염이나 금속산화물을 사용할 수 있다. M의 전구체는, 구체적인 예로서 SrCO3, ZnCO3 및 PbCO3 등으로 이루어진 준에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 아울러, Si의 전구체는 Si염, Si산화물 및 Si질화물 등으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, Si의 전구체는 원료 내에 질소도 공급될 수 있도록 Si질화물로서 Si3N4를 유용하게 사용할 수 있다.In addition, the precursor of M is a + divalent metal precursor excluding Ba precursor, for example, the precursor of M is one selected from Be, Mg, Ca, Sr, Ra, Zn, Cd, Hg, Pb, Sn and Ge, etc. Metal salts and metal oxides containing the above metals can be used. Precursor of M, it is possible to use at least one selected from consisting of a semi-like SrCO 3, ZnCO 3 PbCO 3, and as a specific example. In addition, the precursor of Si may be selected from Si salts, Si oxides and Si nitrides. Preferably, the precursor of Si can usefully use Si 3 N 4 as Si nitride so that nitrogen can also be supplied into the raw material.
상기 활성제(activator) 전구체는 Eu의 전구체를 필수적으로 포함하되, 이에 더하여 보조제(auxiliary) 전구체를 더 포함하는 것이 좋다. 이대, 상기 보조제 전구체는 Re의 전구체(Re는 +3가의 비전이금속 및 +3가의 희토류금속 중에서 선택된 하나 이상) 또는 X의 전구체(X는 할로겐족 원소)를 더 포함할 수 있다. The activator precursor essentially includes a precursor of Eu, in addition, it is preferable to further include an auxiliary precursor. For example, the auxiliary precursor may further include a precursor of Re (Re is one or more selected from + trivalent non-transition metal and + trivalent rare earth metal) or a precursor of X (X is a halogen group element).
아울러, 상기 활성제(activator) 전구체는 Eu의 전구체를 필수적으로 포함하되, 보조제(auxiliary)로서 Re의 전구체 및 X의 전구체 둘 모두를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 Eu의 전구체는 Eu를 함유하는 화합물로서, 예를 들어 Eu염(예, EuCO3 등) 및 Eu산화물(Eu2O3) 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 Re의 전구체는 +3가의 비전이금속 및 +3가의 희토류금속 중에서 선택된 하나 이상의 금속을 함유하는 화합물로서, 예를 들어 Y, Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 금속화합물(산화물 또는 염)을 사용할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, Re의 전구체로는 Pr6O11, Y2O3 및 La2O3 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 아울러, 상기 X의 전구체는 할로겐족 원소를 함유하는 할로겐 염으로서, 예를 들어 BaX2 및 NH4X로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. X의 전구체(할로겐 염)는, 보다 구체적으로 BaCl2, BaF2, NH4Cl 및 NH4F 등으로부터 선택된 하나 이상이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 BaCl2 및 BaF2 등으로부터 선택된다.In addition, the activator precursor essentially includes a precursor of Eu, but may further include both a precursor of Re and a precursor of X as an auxiliary. In this case, the precursor of Eu is a compound containing Eu, for example, it may be selected from Eu salt (eg, EuCO 3, etc.), Eu oxide (Eu 2 O 3 ) and the like. In addition, the precursor of Re is a compound containing at least one metal selected from + trivalent non-transition metal and + trivalent rare earth metal, for example, Y, Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd One or more metal compounds (oxides or salts) selected from the group consisting of, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu can be used. More specifically, as a precursor of Re, one or more selected from Pr 6 O 11 , Y 2 O 3, and La 2 O 3 may be used. In addition, the precursor of X is a halogen salt containing a halogen group element, for example, one or more selected from the group consisting of BaX 2 and NH 4 X can be used. Precursor (halogen salt) X is selected from, more specifically, BaCl 2, BaF 2, NH 4 Cl and NH 4 F, and the like may be used one or more selected from, preferably, BaCl 2 and BaF 2 and the like.
위와 같은 본 발명의 제조방법에 따르면, 형광체의 출발 원료가 종래의 질화물보다 구입 가격이 낮은 전구체(금속염)로부터 선택되어 제조비용이 적게 소요되며, 특히 위와 같이 출발 원료가 금속염 등의 전구체로부터 선택되어 저온, 상온에서 합성(소성)이 가능하여 제조단가를 낮출 수 있어, 형광체를 저렴한 가격으로 보급시킬 수 있다. According to the manufacturing method of the present invention as described above, the starting material of the phosphor is selected from precursors (metal salts) having a lower purchase price than conventional nitrides, which requires less manufacturing costs. In particular, starting materials are selected from precursors such as metal salts. Synthesis (firing) at low temperature and room temperature is possible, so that the manufacturing cost can be lowered, and the phosphor can be supplied at low cost.
또한, 본 발명에 따른 발광장치는 여기광원; 및 형광체를 포함하되, 상기 형광체는 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 산질화물 형광체를 적어도 포함한다. 이때, 상기 여기광원은 예를 들어 발광 다이오드(LED), 유기 발광다이오드(OLED) 레이저 다이오드(LD), 및 기타 청색광을 방출(발광)하는 광원으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 여기광원의 발광 파장은 350nm ~ 480nm이 될 수 있다. 바람직하게는, 상기 여기광원은 350nm에서부터 480nm까지의 파장 범위에서 빛(청색광)을 내는 발광 다이오드(LED), 유기 발광다이오드(OLED) 또는 레이저 다이오드(LD)인 것이 좋다. In addition, the light emitting device according to the present invention is an excitation light source; And a phosphor, wherein the phosphor includes at least an oxynitride phosphor according to the present invention as described above. In this case, the excitation light source may be selected from, for example, a light emitting diode (LED), an organic light emitting diode (OLED) laser diode (LD), and a light source for emitting (emitting) other blue light. In addition, the emission wavelength of the excitation light source may be 350nm to 480nm. Preferably, the excitation light source is a light emitting diode (LED), an organic light emitting diode (OLED) or a laser diode (LD) that emits light (blue light) in the wavelength range from 350nm to 480nm.
이하, 본 발명의 실시예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the Example of this invention is illustrated. The following examples are merely provided to aid the understanding of the present invention, whereby the technical scope of the present invention is not limited.
[실시예 1] Example 1
(Ba(Ba 0.50.5 MM 0.50.5 )SiSi 0.560.56 ONON 0.75 0.75 : xEuxEu 2+2+ , zCl, zCl -- 조성의 형광체 제조 Phosphor Preparation of Composition
먼저, 하기 [표 1]에 보인 바와 같은 성분과 함량(몰비)으로 원료를 혼합 조성하였다. 다음으로, 상기 혼합 원료를 알루미나 소성로(도가니)에 넣고 암모니아 가스(NH3 gas)를 10mL/min으로 주입해주면서 소성로 내의 온도를 10℃/min의 승온 속도로 900℃까지 올려주었다. 그리고 암모니아 가스(NH3 gas)를 계속 주입해주면서 소성로 내의 온도를 900℃로 하여 3시간을 유지하여 본 실시예에 따른 결정체(형광체)를 얻었다. 하기 [표 1]에서, 할로겐(Cl) 전구체로서의 BaCl2(Flux)은 2 중량%의 BaCl2 용액(Flux)을 사용하였으며, 나머지 원료들은 입도 2~4㎛의 분말을 사용하였다. 각 원료의 몰수는 하기 [표 1]과 같다.First, the raw materials were mixed and composed of ingredients and contents (molar ratio) as shown in the following [Table 1]. Next, the mixed raw material was put into an alumina kiln (crucible), and ammonia gas (NH 3 gas) was injected at 10 mL / min, and the temperature in the kiln was raised to 900 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min. And while continuing to inject ammonia gas (NH 3 gas) was maintained for 3 hours at 900 ℃ temperature in the kiln to obtain a crystal (phosphor) according to this embodiment. In Table 1 below, BaCl 2 (Flux) was used as a halogen (Cl) precursor, and 2 wt% of BaCl 2 solution (Flux) was used. The remaining raw materials used powder having a particle size of 2 to 4 μm. The number of moles of each raw material is shown in Table 1 below.
위와 같이 얻어진 형광체 결정에 대하여 루미네센스 및 들뜸 스펙트럼을 평가하고, 그 결과를 첨부된 도 1에 나타내었다. 본 실시예에 따라 제조된 형광체는 일반식 (Ba0.5M0.5)Si0.56ON0.75 : 0.075Eu2+, 0.04Cl- (M = Sr)의 조성을 가졌으며, 도 1에 보인 바와 같이 λexn = 460nm에서 가장 큰 세기의 루미네센스 피크를 보였다. 그리고 λems = 525nm에서 발광되었다. 첨부된 도 2는 본 실시에 따라 제조된 형광체 결정의 SEM image이다. 도 2에 보인 바와 같이, 형광체 결정은 1 ~ 10 ㎛ 범위의 입자 크기를 가지며, 상기 입자 크기 범위는 형광체로서 적절한 크기에 해당된다.The luminescence and excitation spectra were evaluated for the phosphor crystals obtained as described above, and the results are shown in FIG. 1. The phosphor made according to the present embodiment has the formula (Ba 0.5 M 0.5) Si 0.56 ON 0.75: 0.075Eu 2+, 0.04Cl - λ exn = 460nm as was had a composition of (M = Sr), shown in Figure 1 Showed the luminescence peak of the largest century. And light emission at λ ems = 525 nm. 2 is an SEM image of phosphor crystals prepared according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the phosphor crystal has a particle size in the range of 1 to 10 μm, and the particle size range corresponds to a suitable size as a phosphor.
[실시예 2] Example 2
(Ba(Ba 0.50.5 MM 0.50.5 )SiSi 0.560.56 ONON 0.75 0.75 : xEuxEu 2+2+ 조성의 형광체 제조 Phosphor Preparation of Composition
상기 실시예1과 대비하여, Flux로서 할로겐 전구체(BaCl2)를 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 본 실시예에 따른 원료의 조성은 하기 [표 2]와 같다.In contrast to Example 1, except that the halogen precursor (BaCl 2 ) was not used as Flux was carried out in the same manner. The composition of the raw material according to the present embodiment is shown in the following [Table 2].
본 실시예에 따라 제조된 형광체는 일반식 (Ba0.5M0.5)Si0.56ON0.75 : 0.075Eu2+ (M = Sr)의 조성을 가졌다.The phosphor prepared according to the present example had a composition of the general formula (Ba 0.5 M 0.5 ) Si 0.56 ON 0.75 : 0.075Eu 2+ (M = Sr).
[실시예 3 내지 8 ]EXAMPLES 3-8
XX -- 의 농도에 따른 형광체 제조Phosphor Preparation According to Concentration
X-의 농도(조성비)에 따른 루미네센스의 세기(intensity)를 알아보고자, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 각 원료를 조성함에 있어 BaCl2(Flux)의 함량을 달리하여 실시하였다.In order to determine the intensity of the luminescence according to the concentration (composition ratio) of X − , the same procedure as in Example 1 was carried out, but in the composition of each raw material, the content of BaCl 2 (Flux) was varied.
본 실시예 3 내지 8에 따라 제조된 형광체는 일반식 (Ba0.5M0.5)Si0.56ON0.75 : 0.075Eu2+, zCl- (M = Sr)의 조성을 가지며, 각 실시예에 따라 BaCl2(flux)의 함량을 달리하여, 하기 [표 3]에 보인 같이 상기 일반식의 z값을 변화시켰다. 그리고 제조된 각 실시예에 따른 형광체에 대하여 루미네센스의 상대적 세기를 측정하고, 그 결과를 하기 [표 3]에 나타내었다. 이때, 하기 [표 3]에 나타낸 상대적 세기는 z = 0인 상기 실시예 2를 기준(intensity = 1)으로 하였다. 그리고 하기 [표 3]에서의 실시예 5는 상기 실시예 1과 동일한 형광체 시편이다.The phosphors prepared according to the Examples 3 to 8 of the general formula (Ba 0.5 M 0.5) Si 0.56 ON 0.75: 0.075Eu 2+, zCl - (M = Sr) having a composition, BaCl 2 (flux according to each embodiment of the ), The z value of the general formula was changed as shown in the following [Table 3]. And the relative intensity of the luminescence for the phosphors according to each embodiment was measured, and the results are shown in the following [Table 3]. At this time, the relative intensity shown in the following [Table 3] was set as Example 2 (intensity = 1) of z = 0. Example 5 in the following [Table 3] is the same phosphor specimen as Example 1 above.
할로겐족(X) 원소는 결정의 안정화에 기여하나, 상기 [표 3]에 나타난 바와 같이, 과량 첨가로 z > 0.1인 경우에는 형광체에 녹음 현상이 일어나 발광이 감소하였다. 또한, 본 실험예로부터 0.02 ≤ z ≤ 0.15인 경우에 루미네센스의 상대적 세기가 0.9이상으로서 양호함을 수 있었으며, 특히 0.02 ≤ z ≤ 0.04인 경우에는 루미네센스의 상대적 세가가 1 이상으로써 발광 효율이 매우 우수함을 알 수 있었다. 그리고 900 ℃에서 소성 시 z = 0.04인 경우 가장 높게 평가됨을 알 수 있었다.The halogen group (X) element contributes to the stabilization of the crystal, but as shown in [Table 3], when z> 0.1 due to the excessive addition, a recording phenomenon occurs in the phosphor, thereby reducing the luminescence. In addition, it can be seen from the present experimental example that the relative intensity of luminescence is good as 0.9 or more when 0.02 ≤ z ≤ 0.15. It was found that the efficiency is very excellent. And when firing at 900 ℃ z = 0.04 it can be seen that the highest rating.
도 3의 (a)는 실시예 2, 5, 6 및 8에 의하여 제조한 (Ba0.5M0.5)Si0.56ON0.75 : 0.075Eu2+, zCl- (M = Sr) 형광체의 XRD 패턴을 보인 것이다. 도 3의 (a)에 나타난 바와 같이, BaCl2의 함량이 크게 증가하여도 측정된 피크들의 2θ 값들과 세기들의 변화가 일어나지 않고 있다. 이것은 실시예 8 정도까지의 BaCl2의 함량(0.44 mmole) 범위 내에서는 형광체의 결정구조 및 조성변화를 일으키지 않으면서, 루미네센스 세기를 향상시키는 보조제로서 작용함을 의미한다. 또한, 도 3의 (b)는 종래의 산화물계 (Sr1.9Ba0.1)SiO4 (ICSD #36042)의 XRD 패턴과의 비교 그래프를 보인 것이다. 도 3의 (b)에서 보여주듯이, 본 실시예에 따른 형광체의 XRD 패턴 경향은 (Sr1.9Ba0.1)SiO4의 XRD 패턴과 유사하며, 단지 2θ 값이 약 0.4 ~ 1.6 정도 blue-shift가 일어났음을 알 수 있다. 이것은 Ba과 Sr과의 몰비 및 O의 일부가 N으로 치환된 원인에서 기인된 것이다. 그리고 본 실시예에 따른 산질화물계 (Ba0.5M0.5)Si0.56ON0.75 : 0.075Eu2+, zCl- (M = Sr) 형광체의 결정구조는 산화물계 (Sr1.9Ba0.1)SiO4와 유사한 결정구조인 사방정계(orthorhombic) 결정구조를 가짐을 알 수 있었다.3 (a) shows the XRD patterns of (Ba 0.5 M 0.5 ) Si 0.56 ON 0.75 : 0.075Eu 2+ , zCl − (M = Sr) phosphors prepared in Examples 2, 5, 6, and 8 . As shown in (a) of FIG. 3, even if the content of BaCl 2 is greatly increased, 2θ values and intensities of the measured peaks do not occur. This means that it acts as an adjuvant to improve luminescence intensity without causing a change in crystal structure and composition of the phosphor in the range of BaCl 2 content (0.44 mmole) up to the level of Example 8. In addition, Figure 3 (b) shows a comparison graph with the XRD pattern of the conventional oxide-based (Sr 1.9 Ba 0.1 ) SiO 4 (ICSD # 36042). As shown in (b) of FIG. 3, the XRD pattern tendency of the phosphor according to the present embodiment is similar to the XRD pattern of (Sr 1.9 Ba 0.1 ) SiO 4 , and only 2θ values of about 0.4 to 1.6 result in blue-shift. You can see that it happened. This is attributable to the molar ratio of Ba and Sr and the reason that part of O is substituted with N. And oxynitride-based (Ba 0.5 M 0.5) Si 0.56 ON 0.75 according to this embodiment: 0.075Eu 2+, zCl - (M = Sr) crystal structure of the oxide-based phosphor is (Sr 1.9 Ba 0.1) determined similar to the SiO 4 It can be seen that it has an orthorhombic crystal structure.
[실시예 9 내지 11 ]EXAMPLES 9-11
XX -- 의 종류에 따른 형광체 제조Phosphor Preparation According to Type
할로겐 전구체(할로겐염)의 종류(X-의 종류)에 따른 루미네센스 세기를 알아보고자, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 각 원료를 조성함에 있어 할로겐 염(X = Cl, F)의 종류를 하기 [표 4]와 같이 달리하여 사용하였다. 이때, 할로겐 염의 함량은 상기 실험예에서 가장 양호하게 평가되었던 0.08 mmol로 하여 z = 0.04로 고정하였다.In order to determine the luminescence intensity according to the type of halogen precursor (halogen salt) (X - type), the same procedure as in Example 1 was carried out, but the composition of the halogen salt (X = Cl, F) The type was used differently as shown in the following [Table 4]. At this time, the content of the halogen salt was fixed to z = 0.04 as 0.08 mmol, which was best evaluated in the above experimental example.
본 실시예 9 내지 11에 따라 제조된 형광체는 일반식 (Ba0.5M0.5)Si0.56ON0.75 : 0.075Eu2+, 0.04X- (M = Sr)의 조성을 갖는다. 제조된 각 실시예에 따른 형광체에 대하여 루미네센스 상대적 세기를 측정하고, 그 결과를 하기 [표 4]에 나타내었다. 이때, 하기 [표 4]에 나타낸 상대적 세기는 할로겐 전구체로서 BaCl2을 사용한 상기 실시예 1을 기준(intensity = 1)으로 하였다. 그리고 할로겐 전구체를 첨가하지 않은 상기 실시 예2의 상대적 세기(실시예 1을 기준)를 함께 나타내었다. 또한, 첨부된 도 4에는 실시예 1(BaCl2), 실시예 9(BaF2) 및 실시예 2(No flux)에 따른 형광체의 루미네센스 스펙트럼을 나타내었다.The phosphors prepared according to Examples 9 to 11 have the composition of general formula (Ba 0.5 M 0.5 ) Si 0.56 ON 0.75 : 0.075Eu 2+ , 0.04X − (M = Sr). The luminescence relative intensity of the phosphor according to each of the prepared examples was measured, and the results are shown in the following [Table 4]. In this case, the relative intensity shown in the following [Table 4] was based on Example 1 (Intensity = 1) using BaCl 2 as a halogen precursor. In addition, the relative intensities (based on Example 1) of Example 2 without adding a halogen precursor are also shown. In addition, FIG. 4 shows the luminescence spectra of the phosphors according to Example 1 (BaCl 2 ), Example 9 (BaF 2 ), and Example 2 (No flux).
상기 [표 4]에 나타난 바와 같이, 할로겐 전구체로서 BaCl2(실시예 1)와 NH4F(실시예 11)를 사용한 경우가 우수하게 평가되었으며, 가장 좋게는 BaCl2(실시예 1)임을 알 수 있었다. 또한, 도 4에 나타난 바와 같이, Cl과 F의 존재 여부에 따라 5 ~ 8nm의 파장 변화가 나타남을 알 수 있었다.As shown in Table 4, the use of BaCl 2 (Example 1) and NH 4 F (Example 11) as the halogen precursors was excellently evaluated, and it was found that BaCl 2 (Example 1) was best. Could. In addition, as shown in Figure 4, it can be seen that the change in the wavelength of 5 ~ 8nm depending on the presence of Cl and F.
따라서 본 실험예로부터 형광체 조성 내에 X-가 포함된 경우 루미네센스 세기가 커짐을 알 수 있었다. 즉, 실시예 1, 9 내지 11가 미첨가된 실시예2보다 큰 루미네센스 세기를 가졌다. 아울러, 도 4에 나타난 바와 같이 X-의 첨가에 의해 파장을 변화시킬 수 있음을 알 수 있었다. 구체적으로, 목적하는 파장에 따라 X-의 종류를 달리하거나 첨가 또는 미첨가함으로써 파장 범위를 조절할 수 있음을 알 수 있었다.Therefore, it can be seen from the present experimental example that the intensity of luminescence increased when X − was included in the phosphor composition. That is, Examples 1, 9 to 11 had a greater luminescence intensity than Example 2 without addition. In addition, it can be seen that the wavelength can be changed by the addition of X − as shown in FIG. 4. Specifically, it was found that the wavelength range can be adjusted by varying, adding or not adding the type of X − according to the desired wavelength.
[실시예 12 내지 18 ][Examples 12 to 18]
Si와 N의 조성비에 따른 형광체 제조Phosphor Preparation According to Composition Ratio of Si and N
Si와 N의 조성비(b값, d값)에 따른 루미네센스 세기를 알아보고자, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 각 원료를 조성함에 있어 Si3N4의 함량을 달리하여 실시하였다.In order to determine the luminescence intensity according to the composition ratio (b value, d value) of Si and N, it was carried out in the same manner as in Example 1, but was carried out by varying the content of Si 3 N 4 in the composition of each raw material.
본 실시예 12 내지 18에 따라 제조된 형광체는 일반식 (Ba0.5M0.5)SibONd : 0.075Eu2+, 0.04Cl- (M = Sr)의 조성을 가지며, 각 실시예에 따라 Si3N4의 함량(mol)을 달리하여 하기 [표 5]에 보인 같이 상기 일반식의 b값과 d값을 변화시켰다. 그리고 제조된 각 실시예에 따른 형광체에 대하여 루미네센스의 상대적 세기를 측정하고, 그 결과를 하기 [표 5]에 나타내었다. 이때, 하기 [표 5]에 나타낸 상대적 세기는 b = 0.45이고, d = 0.6인 실시예 16을 기준(intensity = 1)으로 하였다. 그리고 b = 0.56이고, d = 0.75인 실시예 1의 상대적 세기를 실시예 16을 기준(intensity = 1)으로 하여 [표 5]에 함께 나타내었다. 또한, 첨부된 도 5에는 상기 각 실시예(Si, N의 조성비)에 따른 형광체의 루미네센스 스펙트럼을 나타내었다.The phosphor made according to the present Examples 12 to 18 are represented by the general formula (Ba 0.5 M 0.5) Si b ON d: 0.075Eu 2+, 0.04Cl - (M = Sr) having a composition, Si 3 N according to the embodiments of By changing the content (mol) of 4 to change the b value and d value of the general formula as shown in Table 5 below. And relative intensity of the luminescence was measured for the phosphors according to each of the prepared examples, the results are shown in the following [Table 5]. At this time, the relative intensity shown in the following [Table 5] was b = 0.45, d = 0.6 was used as Example 16 (intensity = 1). And b = 0.56 and d = 0.75 relative strength of Example 1 is shown in Table 5 with Example 16 as the reference (intensity = 1). In addition, FIG. 5 shows the luminescence spectrum of the phosphor according to each of the above embodiments (composition ratio of Si and N).
먼저, 첨부된 도 5에 나타난 바와 같이 Si의 조성이 증가할수록 blue-shift가 일어남을 알 수 있었다. 또한, 상기 [표 5]에 나타난 바와 같이, (Ba0.5M0.5) 대비 Si의 조성은 0.3 ≤ b ≤ 0.9에서 비교적 양호한 루미네센스 세기를 가지며, 바람직하게는 0.45 ≤ b ≤ 0.56일 때, 그리고 b = 0.45일 때 최적의 특성을 가짐을 알 수 있었다.First, as shown in the accompanying FIG. 5, it can be seen that blue-shift occurs as the composition of Si increases. In addition, as shown in Table 5, the composition of Si to (Ba 0.5 M 0.5 ) has a relatively good luminescence intensity at 0.3 ≦ b ≦ 0.9, preferably when 0.45 ≦ b ≦ 0.56, and b = 0.45 was found to have the best characteristics.
[실시예 19 내지 22 ][Examples 19 to 22]
EuEu 2+2+ 의 농도(e 또는 x 값)에 따른 형광체 제조Phosphor Preparation According to the Concentration (e or x Value)
Eu2+의 농도(조성비)에 따른 루미네센스의 세기를 알아보고자, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 원료를 조성함에 있어 Eu2O3의 함량을 달리하여 실시하였다.In order to determine the intensity of the luminescence according to the concentration (composition ratio) of Eu 2+ , it was carried out in the same manner as in Example 1, but was carried out by varying the content of Eu 2 O 3 in the composition of the raw material.
본 실시예 19 내지 22에 따라 제조된 형광체는 일반식 (Ba0.5M0.5)Si0.56ON0.75 : xEu2+, 0.04Cl- (M = Sr)의 조성을 가지며, 각 실시예에 따라 Eu2O3의 함량을 달리하여, 하기 [표 6]에 보인 같이 상기 일반식의 x값을 변화시켰다. 그리고 제조된 각 실시예에 따른 형광체에 대하여 루미네센스의 상대적 세기를 측정하고, 그 결과를 하기 [표 6]에 나타내었다. 이때, 하기 [표 6]에 나타낸 상대적 세기는 x = 0.075인 실시예 1을 기준(intensity = 1)으로 하였다. 또한, 첨부된 도 6 및 도 7에는 상기 각 실시예(Eu2+의 농도)에 따른 형광체의 루미네센스 및 들뜸 스펙트럼을 나타내었다.The phosphors prepared according to the Examples 19 to 22 are represented by the general formula (Ba 0.5 M 0.5) Si 0.56 ON 0.75: xEu 2+, 0.04Cl - having a composition of (M = Sr), according to each embodiment Eu 2 O 3 By varying the content of, the x value of the general formula was changed as shown in the following [Table 6]. And relative intensity of the luminescence was measured for the phosphors according to each of the prepared examples, the results are shown in the following [Table 6]. At this time, the relative intensity shown in the following [Table 6] was set as Example 1 (intensity = 1) of x = 0.075. 6 and 7 show luminescence and excitation spectra of phosphors according to the respective examples (concentration of Eu 2+ ).
상기 [표 6]에 나타난 바와 같이, 모체[(Ba0.5M0.5)Si0.56ON0.75] 대비 Eu2+의 조성은 x ≤ 0.25에서 비교적 양호한 루미네센스 세기를 가졌다. 그리고 본 실험예로부터 0.075 ≤ x ≤ 0.12일 때 바람직한 루미네센스 세기를 가졌으며, x = 0.07 및 0.1일 때 최적의 특성을 가짐을 알 수 있었다. 또한, 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, Eu2+의 농도에 따른 루미네센스 및 들뜸 스펙트럼의 파장 변화는 거의 없음을 알 수 있었다.As shown in Table 6, the composition of Eu 2+ relative to the parent [(Ba 0.5 M 0.5 ) Si 0.56 ON 0.75 ] had a relatively good luminescence intensity at x ≦ 0.25. In addition, it was found from the present experimental example that the preferred luminescence intensity was obtained when 0.075 ≤ x ≤ 0.12, and optimum characteristics when x = 0.07 and 0.1. In addition, as shown in Figure 6 and 7, it can be seen that there is little change in the wavelength of the luminescence and excitation spectrum according to the concentration of Eu 2+ .
[실시예 23 내지 29 ][Examples 23 to 29]
Ba와 Sr의 조성비에 따른 형광체 제조Phosphor Preparation According to Composition Ratio of Ba and Sr
Ba와 Sr의 조성비(p값)에 따른 루미네센스 세기를 알아보고자, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 각 원료를 조성함에 있어 BaCO3와 SrCO3의 함량을 달리하여 실시하였다.In order to determine the luminescence intensity according to the composition ratio (p value) of Ba and Sr, it was carried out in the same manner as in Example 1, except that the content of BaCO 3 and SrCO 3 in the composition of each raw material.
본 실시예 23 내지 29에 따라 제조된 형광체는 일반식 (Ba1-pSrp)Si0.56ON0.75 : 0.075Eu2+, 0.04Cl- 의 조성을 가지며, 각 실시예에 따라 BaCO3와 SrCO3의 함량(mol)을 달리하여 하기 [표 7]에 보인 같이 상기 일반식의 p값을 변화시켰다. 그리고 제조된 각 실시예에 따른 형광체에 대하여 루미네센스의 상대적 세기를 측정하고, 그 결과를 하기 [표 7]에 나타내었다. 이때, 하기 [표 7]에 나타낸 상대적 세기는 p = 0.4인 실시예 26을 기준(intensity = 1)으로 하였다. 또한, 첨부된 도 8에는 상기 각 실시예(Ba와 Sr의 조성비)에 따른 형광체의 루미네센스 스펙트럼을 나타내었다.Phosphors prepared according to Examples 23 to 29 have the composition of general formula (Ba 1-p Sr p ) Si 0.56 ON 0.75 : 0.075Eu 2+ , 0.04Cl − , and BaCO 3 and SrCO 3 according to the examples. The p value of the general formula was changed as shown in [Table 7] by varying the content (mol). And relative intensity of the luminescence was measured for the phosphors according to each of the prepared examples, the results are shown in the following [Table 7]. In this case, the relative intensity shown in the following [Table 7] was set as Example (intensity = 1) of Example 26 having p = 0.4. In addition, FIG. 8 shows the luminescence spectrum of the phosphor according to each of the above examples (composition ratio of Ba and Sr).
먼저, 첨부된 도 7에 나타난 바와 같이 Sr 조성(p값)이 증가하여 Ba 이온이 Sr 이온으로 치환되면 red-shift가 일어남을 알 수 있었다. 또한, 상기 [표 7]에 나타난 바와 같이, 0.2 ≤ p ≤ 0.5에서 양호한 루미네센스 세기를 가지며, p = 0.4일 때, 즉 Ba : Sr = 0.6 : 0.4일 때 최적의 특성을 가짐을 알 수 있었다. First, as shown in FIG. 7, when the Sr composition (p value) is increased and Ba ions are replaced with Sr ions, red-shift occurs. In addition, as shown in [Table 7], it has a good luminescence intensity at 0.2 ≤ p ≤ 0.5, and has an optimum characteristic when p = 0.4, that is, when Ba: Sr = 0.6: 0.4 there was.
[실시예 30 내지 36 ][Examples 30 to 36]
(Ba(Ba 0.50.5 MM 0.50.5 )SiSi 0.560.56 ONON 0.75 0.75 : xEuxEu 2+2+ , yRe, yRe 3+3+ , 0.04Cl, 0.04Cl -- 조성의 형광체 제조 Phosphor Preparation of Composition
활성제(R)로서 Eu2+의 일부를 Re3+로 치환하여, Eu2+와 Re3+의 농도(x값, y값)함에 따른 루미네센스 세기를 알아보고자, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 각 원료를 조성함에 있어 Eu2O3 함량의 일부를 Pr6O11로 대체하여 실시하였다.As an activator (R) by substituting the portion of Eu 2+ to 3+ Re, evaluated the luminous intensity resulting from the concentration (x value, y values) of Eu 2+ and 3+ Re, the same as in Example 1 However, in forming each raw material, part of Eu 2 O 3 content was replaced with Pr 6 O 11 .
본 실시예 30 내지 36에 따라 제조된 형광체는 일반식 (Ba0.52M0.48)Si0.56O0.96N0.75 : xEu2+, yRe3+, 0.04Cl- (M = Sr, Re = Pr)의 조성을 가지며, 각 실시예에 따라 Eu2O3과 Pr6O11의 함량을 하기 [표 8]에 보인 같이 달리하여 상기 일반식의 x값과 y값을 변화시켰다. 그리고 제조된 각 실시예에 따른 형광체에 대하여 루미네센스의 상대적 세기를 측정하고, 그 결과를 하기 [표 8]에 나타내었다. 이때, 하기 [표 8]에 나타낸 상대적 세기는 x = 0.075이고 y = 0.0인 실시예 1을 기준(intensity = 1)으로 하였다. 또한, 첨부된 도 9에는 상기 각 실시예(Eu와 Pr의 조성비)에 따른 형광체의 루미네센스 스펙트럼을 나타내었다.Having a composition of (M = Sr, Re = Pr ) - xEu 2+, yRe 3+, 0.04Cl: a phosphor according to the embodiment 30 to 36 is represented by the general formula (Ba 0.52 M 0.48) Si 0.56 O 0.96 N 0.75 According to each example, the contents of Eu 2 O 3 and Pr 6 O 11 were changed as shown in [Table 8] to change the x and y values of the general formula. And relative intensity of the luminescence for the phosphors according to each embodiment was measured, and the results are shown in the following [Table 8]. At this time, the relative intensity shown in the following [Table 8] was set as Example (intensity = 1) of Example 1 where x = 0.075 and y = 0.0. In addition, FIG. 9 shows the luminescence spectrum of the phosphor according to each of the above examples (the composition ratio of Eu and Pr).
상기 [표 8] 및 첨부된 도 9에 나타난 바와 같이, Eu의 일부를 Pr로 치환 시, 일정 영역에서는 미치환 시(y = 0)보다 우수한 루미네센스 세기를 가지며, Pr의 치환량이 너무 많으면 감소됨을 알 수 있었다. As shown in Table 8 and the accompanying FIG. 9, when a part of Eu is replaced with Pr, in certain regions, the luminescence intensity is superior to that of unsubstituted (y = 0). It can be seen that the decrease.
따라서 본 실험예로부터 활성제(R)를 조성함에 있어서, Eu의 일부를 Pr로 치환하면 루미네센스 세기가 향상됨을 알 수 있었으며, 0.01 ≤ y ≤ 0.1에서 양호한 특성을 가짐을 알 수 있었다. 그리고, 상기 [표 8]에 나타난 바와 같이, 특히 0.015 ≤ y ≤ 0.045에서 매우 양호한 특성을 가짐을 알 수 있었다. Therefore, it can be seen from the present experimental example that the luminescence intensity was improved when a part of Eu was replaced with Pr in the composition of the activator (R), and it was found to have good characteristics at 0.01 ≦ y ≦ 0.1. And, as shown in [Table 8], it can be seen that particularly having a very good characteristic at 0.015 ≤ y ≤ 0.045.
[실시예 37 내지 42 ][Examples 37 to 42]
(Ba(Ba 0.50.5 MM 0.50.5 )SiSi 0.560.56 ONON 0.75 0.75 : 0.075Eu0.075Eu 2+2+ , yRe, yRe 3+3+ , 0.04Cl, 0.04Cl -- 조성의 형광체 제조 Phosphor Preparation of Composition
활성제(activator)의 Eu2+를 고정시키고, Re3+의 농도변화에(y값) 따른 루미네센스 세기를 알아보고자, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 각 원료를 조성함에 있어 Pr6O11를 추가로 첨가하여 실시하였다.To fix Eu 2+ of the activator and to determine the luminescence intensity according to the change of the concentration of Re 3+ (y value), it was carried out in the same manner as in Example 1, in the preparation of each raw material Pr 6 It was carried out by further adding O 11 .
본 실시예 37 내지 42에 따라 제조된 형광체는 일반식 (Ba0.5M0.5)Si0.56ON0.75 : 0.075Eu2+, yRe3+, 0.04Cl- (M = Sr, Re = Pr)의 조성을 가지며, 각 실시예에 따라 Pr6O11의 함량을 하기 [표 9]에 보인 같이 달리하여 상기 일반식의 y값을 변화시켰다. 그리고 제조된 각 실시예에 따른 형광체에 대하여 루미네센스의 상대적 세기를 측정하고, 그 결과를 하기 [표 9]에 나타내었다. 이때, 하기 [표 9]에 나타낸 상대적 세기는 x = 0.075이고 y = 0인 실시예 1을 기준(intensity = 1)으로 하였다. 또한, 첨부된 도 10에는 상기 각 실시예(Pr의 조성비)에 따른 형광체의 들뜸 스펙트럼을 나타내었다.The phosphor made according to the present embodiment, 37 to 42 of the general formula (Ba 0.5 M 0.5) Si 0.56 ON 0.75: - have a composition of (M = Sr, Re = Pr ), 0.075Eu 2+, yRe 3+, 0.04Cl According to each example, the content of Pr 6 O 11 was changed as shown in the following [Table 9] to change the y value of the general formula. And relative intensity of the luminescence for the phosphors according to each embodiment was measured, and the results are shown in the following [Table 9]. In this case, the relative intensity shown in the following [Table 9] was set as Example (intensity = 1) of Example 1 where x = 0.075 and y = 0. In addition, FIG. 10 shows excitation spectra of the phosphors according to the above embodiments (composition ratio of Pr).
상기 [표 9] 및 첨부된 도 10에 나타난 바와 같이, 보조제로 Pr를 첨가 시, 일정 영역에서는 미첨가 시(y = 0)보다 우수한 루미네센스 세기를 가지며, Pr의 첨가량이 많아지면 감소됨을 알 수 있었다. As shown in [Table 9] and the attached FIG. 10, when Pr is added as an adjuvant, in certain regions, it has a luminescence intensity superior to that of no addition (y = 0), and decreases as the amount of Pr added increases. Could know.
따라서, 본 실험예로부터 Pr를 첨가함으로서 루미네센스 세기가 향상됨을 알 수 있었으며, 특히 (Ba0.5M0.5)Si0.56ON0.75 : 0.075Eu2+, yRe3+, 0.04Cl- 조성에서 0.015 ≤ y ≤ 0.075일 때 우수한 특성을 가짐을 알 수 있었다.Therefore, it can be seen from the present experimental example that the luminescence intensity is improved by adding Pr, in particular, (Ba 0.5 M 0.5 ) Si 0.56 ON 0.75 : 0.075Eu 2+ , yRe 3+ , 0.04Cl − 0.015 ≦ y It was found to have excellent properties when ≤ 0.075.
< 발광 다이오드 제조 ><Light emitting diode manufacturing>
한편, 상기 실시예에 따른 형광체를 이용하여 다음과 같이 백색 발광 다이오드를 제조하였다. On the other hand, using a phosphor according to the embodiment was prepared a white light emitting diode as follows.
사파이어 기판 상에, GaN 핵 생성층 25nm, n-GaN 층(금속:Ti/Al) 1.2㎛, 5층의 InGaN/GaN 다중양자우물층, InGaN 층 4nm, GaN 층 7nm 및 p-GaN 층(금속:Ni/Au) 0.11㎛를 각각 차례로 형성시켜 청색광 LED를 제조하였다. 이어서, 상기 청색광 LED 표면에 상기 실시예 1에서 제조한 형광체(녹색)를 에폭시에 분산시켜 백색 발광 다이오드 소자를 제조하였다. 상기 제조된 백색 발광 다이오드의 발광스펙트럼을 도 11에 나타내었다. 도 11에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 형광체를 도포한 발광 다이오드는 GaN 청색 LED의 발광 띠에 해당하는 452 nm에서 피크점을 가진 청색 루미네센스 띠와 녹색 형광체에서 방출되는 525 nm에서 주 발광 피크를 보임을 알 수 있었다. On the sapphire substrate, a GaN nucleation layer 25 nm, n-GaN layer (metal: Ti / Al) 1.2 μm, five InGaN / GaN multiquantum well layers, InGaN layer 4 nm, GaN layer 7 nm and p-GaN layer (metal : Ni / Au) 0.11 micrometer each was formed in order, and the blue light LED was manufactured. Subsequently, a white light emitting diode device was manufactured by dispersing the phosphor (green) prepared in Example 1 on an epoxy on a surface of the blue light LED. The emission spectrum of the manufactured white light emitting diode is shown in FIG. 11. As shown in Fig. 11, the light-emitting diode coated with the phosphor according to the present invention has a blue luminescence band having a peak point at 452 nm corresponding to a light emission band of a GaN blue LED and a main emission peak at 525 nm emitted from a green phosphor. I could see that.
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