KR101267413B1 - 실리케이트계 형광체 및 이를 갖는 발광장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 청색 LED와 함께 사용되어 백색 발광장치를 구현하기 위한 녹색에서 적색까지의 발광색을 구현할 수 있는 실리케이트계 형광체에 관한 것으로서 보다 상세하게는 Pbnm(62) 공간 구조군에서 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상의 M2-a-b(SiO4) : aCe3+ , bMn2+ 형광체 (M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Ga, In, Ge, P, As, Na, Zn 중에서 1.6<Ca<2.0 몰비 범위 내의 Ca을 포함하는 1종이상의 금속이며, 0<a≤0.2 , 0≤b≤0.2 로써 Ce3+ 이온을 포함하는 형광체)와 그 제조방법에 관한 것으로 상기 형광체를 근자외선 또는 청색광 사이 영역의 발광소자 칩과 결합하여 파장 변환용으로서 발광장치를 제조하는 경우 녹색영역부터 적색영역까지의 넓은 파장영역의 빛을 발광하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실리케이트계 형광체는 종래의 실리케이트계와는 결정구조가 상이하여 적색영역에서 발광 특성이 우수하고, 상용의 청색 발광다이오드의 파장대인 450nm~470nm 영역에서 여기광에 대한 최고의 발광 효율을 보이며, 기존의 실리케이트계 형광체와 비교하여 열적 안정성이 10% 이상 향상된 것을 특징으로하는 백색 발광장치용 실리케이트 형광체 제조방법 및 백색 발광장치에 관한 것이다.

Description

실리케이트계 형광체 및 이를 갖는 발광장치{SILICATE-BASED PHOSPHOR AND LIGHT EMITTING DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 실리케이트계 형광체 및 이를 갖는 발광장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래보다 연색지수, 색온도 및 열안정성이 개선된 Pbnm(62) 공간 구조군에서 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상의 결정구조를 가진 실리케이트계 형광체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
1993년 나카무라 슈지에 의하여 청색LED가 개발되었고, 이를 이용하여 1996년 가넷계 형광체인 황색발광 YAG:Ce3+ 형광체를 결합하여 보색관계에 있는 청색과 황색을 통하여 백색 발광장치를 구현하였다.
이후 보색관계에 있는 2개의 LED 칩을 결합하거나 청색, 녹색 및 적색의 3개의 LED 칩을 조합하여 백색을 얻는 멀티칩 발광장치가 개발되었다. 그러나, 이러한 발광장치는, 색조나 휘도 등의 분산으로 인하여 원하는 백색을 발생시키기 어렵다는 문제가 있으며, 또한 LED가 각각 상이한 재료로 형성되는 경우 각 LED의 구동전력 등이 달라 각각의 LED에 소정의 전압을 인가할 필요가 있어 구동회로가 복잡하게 된다는 문제가 있다. 또한 각각의 온도특성 및 시간 경과에 따른 변화가 달라 색조가 사용환경에 따라 변화하거나 각 LED에 의해서 발생하는 광을 균일하게 혼색시킬 수 없어 색 얼룩이 생기는 등 문제가 있다.
또한 LED로부터 방출되는 청색광이 YAG:Ce3+ 형광체에서 발광하는 황색광과 혼합되어 백색을 구현하는 초기의 백색 발광장치 기술은 청색과 황색의 파장 간격이 넓기 때문에 색분리로 섬광효과를 일으키기 쉬워서 동일한 색좌표의 백색 발광장치를 양산하기 어려우며, 황색 발광스펙트럼에 녹색 및 적색 영역의 광이 부족하여 연색성이 낮아 일반가정용 백색조명과 풀컬러 LCD 백라이트로의 적용에 어려움이 있다. 또한 조명용 광원에서 중요한 색온도와 연색성 평가지수(Color Rendering Index)를 조절하기 어렵다.
적색 형광체를 첨가하여 발광 스펙트럼을 넓혀서 이러한 단점을 보완하고자 하는 시도가 있으나, 단일상이 아닌 형광체의 혼합으로 구성된 백색 발광장치는 구동 시 LED chip에서 발생되는 열에 의한 온도 소광현상(thermal quenching)이 각각의 형광체에 다른 비율로 일어나게 되며, 이러한 열특성의 차이에 의해 각 형광체의 발광 출력 차이가 발생되어, 발광 장치로부터 출광하는 광의 색도가 원하는 색도와 벗어난 위치에서 관측되는 색차가 발생되는 치명적인 단점을 가진다.
최근에는 실리케이트계의 Ba2SiO4 : Eu2+ 녹색 형광체 와 질화물 또는 산질화물계 형광체를 혼합하여 백색 발광장치에 이용되고 있는데 (Ba,Sr,Ca)2SiO4 : Eu2+ 계 형광체는 Ba, Sr, Ca의 조성비 조절을 통하여 녹색 영역에서부터 황색영역까지 발광 파장의 변환이 가능하다는 장점이 있으나 온도에 따른 온도소광현상 및 발광색이 변화하는 문제점을 내포하고 있으며, 적색영역에서 발광이 가능한 질화물, 산질화물 형광체가 개발되고 있으나 종래 형광체에 비하여 양자효율 및 형광체 합성시 고압, 고온의 제조공정으로 생산비의 증가에 따른 가격 상승으로 시장진출에 걸림돌이 되고 있는 실정이다. 또한 형광체 각각의 온도특성 및 시간 경과에 따른 변화가 달라 색조가 사용 환경에 따라 변화하거나 발생하는 광을 균일하게 혼색시킬 수 없어 색 얼룩이 생기는 등 문제등을 야기하여, LCD BLU에 활발히 응용되지 못하고 있고 장시간 구동에 있어 발광특성의 안정성을 필요로 하는 조명시장에 진입에 제한을 받는다.
따라서 450-470nm 영역의 청색 여기광에서 높은 발광효율을 가지며, 높은 연색지수와 낮은 색온도 및 고온에서도 색안정성을 유지하고, 발광색 변화가 적으며, 제조공정이 간단한 형광체 개발이 요구되고 있다.
상기 기술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 종래의 실리케이트계 형광체보다 열적안정성이 우수하고, 450-470nm 영역의 여기광에 대한 형광효율이 높으며, 적색 파장영역에서 발광특성이 우수하여 연색지수가 높으며, 색온도가 낮은 백색 발광장치를 구현하기 위하여, Pbnm(62) 공간 구조군에서 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상의 결정구조를 가진 실리케이트계 형광체를 제공하는 것이다.
또한 종래의 질화물 또는 산질화물계 형광체의 제조방법에 비하여 제조온도가 낮아 열손실이 적으며, 별도의 분쇄과정이 필요 없어 공정이 간단한 형광체를 제공함으로써 백색 발광장치를 이용한 LCD 백라이트 및 일반 조명으로 이용될 수 있는 백색 발광장치를 제공하는 것이다.
전술한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 하기의 <화학식 1>로 표시되는 화합물로서 Pbnm(62) 공간 구조군에서 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상의 결정구조를 가진 실리케이트계 형광체를 제시한다.
<화학식 1>
M2-a-b(SiO4) : aCe3+, bMn2+
(여기서, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Ga, In, Ge, P, As, Na 및 Zn 중에서, 적어도 1.6<Ca<2.0 몰비 범위 내의 Ca을 포함하는 1종 이상의 금속임)
바람직하게는, 0<a≤0.2 , 0≤b≤0.2을 만족하여, 상기 실리케이트계 형광체는 반드시 Ce3+ 이온을 포함한다.
상기의 화학식에서 1.6<Ca<2.0 몰비 범위 내의 Ca 이온을 포함한 2종 이상의 금속으로, Ca 이온의 농도가 낮은 경우 Pbnm(62) 공간 구조군에서 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상이 아닌 단사정계(monoclinic), 사방정계(orthorhombic), 등의 구조로 변형이 일어나며 α, β, T 상의 결정구조를 형성하여 해결하고자 하는 과제인 형광효율 및 열안정성, 높은 연색지수, 낮은 색온도를 구현하지 못하게 된다.
상기 형광체의 발광 효율을 높이기 위해서는, 상기 실리케이트계 형광체는 400~500 nm 파장의 형광을 흡수하되, 형광흡수의 피크파장이 450~470 nm 범위 내에 존재하는 것이 바람직하다.
본 발명의 형광체는 전형적으로는 백색 발광장치에 사용되나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 발광장치는 전형적으로 LED를 포함하나, 더욱 전형적으로는 청색 LED를 포함하나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 형광체의 활성제 및 부활제로 사용되는 Ce3+ 및Mn2+ 중에서 백색 발광장치를 구현하기 위해서는 황색 발광을 야기하는 Ce3+ 이온이 반드시 포함되어야 하며, 연색지수를 증가시키기 위하여 황색 발광을 야기하는 Ce3+ 및 적색 발광을 야기하는 Mn2+ 을 첨가함으로써, 450 nm의 광으로 여기 하였을 때, 발광영역이 480~700 nm 범위인 발광색의 제어가 가능하다.
또한, 상기 형광체의 상기 모체와 활성제 및 부활제 이외에 NH4Cl, NH4F, LiCl, LiF, MgCl2, MgF2 CaCl2, CaF2, SrCl2, SrF2, BaCl2, BaF2 등과 같은 1종 이상의 융제(flux)를 첨가하여 제조함으로써 전체 혼합물의 유동성을 향상시켜, 활성제 및 부활제를 균일하게 분포시키고, 형광체 입자의 크기 분포를 조절 함으로써, 별도의 분쇄 과정이 필요 없어 공정이 간단한 형광체를 제공한다.
본 발명의 Pbnm(62) 공간 구조군에서 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상의 실리케이트계 형광체M2-a-b(SiO4) : aCe3+ , bMn2+ 는 450~470nm의 청색영역에서 높은 흡수피크를 나타내기 때문에 형광 효율이 높으며, 황색과 적색 파장영역에서 종래의 실리케이트계 형광체보다 형광 특성이 우수하여, 청색 발광 다이오드와 결합하여 백색 발광장치를 제작하면 연색지수가 우수하고 색온도가 낮은 장점이 있다. 또한 기존의 실리케이트계 형광체와 비교하여 열적 안정성이 10% 이상 향상되어 백색 발광장치를 이용한 LCD 백라이트 및 일반 조명으로 이용이 가능하다.
본 발명의 실리케이트계 형광체는, 종래의 실리케이트계 형광체와는 결정구조가 상이하여 적색영역에서 발광 특성이 우수하고, 상용의 청색 발광다이오드의 파장대인 450nm~470nm 영역에서 여기광에 대한 최고의 발광 효율을 보인다.
도 1은 실시예 2의 형광체 Ca2-aSiO4 : aCe3+ (a=0.03) 에 대한 X선 회절 그래프이다.
도 2 는 상기 실시예 2의 형광체를 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope) 을 사용하여 그 구조 및 표면 상태를 측정한 결정 이미지이다.
도 3 은 상기 실시예 2의 형광체의 발광 이미지이다.
도 4는 실시예 3에 의한 형광체 Ca2-aSiO4 : aCe3+ (a=0.05) 에 대한 여기광 스펙트럼이다.
도 5는 실시예 1 내지 3의 형광체 Ca2-aSiO4 : aCe3+ (a= 0.01, 0.03, 0.05)에 대한 450 ㎚의 광파장 여기 하에서 a값에 따른 상대 발광 스펙트럼 및 발광세기의 변화도이다.
도 6은 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상의 실리케이트계 형광체의 온도에 따른 발광 스펙트럼 이며, 온도에 따른 색좌표 및 색온도를 도 7의 표로 나타내었다.
도 8는 상용의 (Ba,Sr,Ca)2SiO4 : Eu2+ 실리케이트계 형광체에 대한 온도에 따른 발광 스펙트럼 이며, 온도에 따른 색좌표 및 색온도를 도 9의 표로 나타내었다.
도 10는 본 발명에 의한 백색 발광장치의 일실시예를 나타낸 단면도이다.
도 11은 실시예의 2의 형광체를 이용한 백색 발광장치의 발광 스펙트럼이고, 도 12은 종래의 YAG계 형광체를 이용한 백색 발광장치의 발광 스펙트럼이다.
이하에서는 본 발명의 Pbnm(62) 공간 구조군에서 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상의 백색 발광장치용 실리케이트계 형광체 및 그 제조방법에 관하여 상술한다.
본 발명에 따른 형광체는 하기의 화학식 1로 표시된다.
<화학식 1>
M2-a-b(SiO4) : aCe3+ , bMn2+
(단, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Ga, In, Ge, P, As, Na 및 Zn 중에서 1.6<Ca<2.0 몰비 범위 내의 Ca을 포함하는 1종 이상의 금속이며, 0<a≤0.2 , 0≤b≤0.2로써 Ce3+ 이온을 포함하며, Pbnm(62) 공간 구조군에서 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상임)
본 발명에 따른 상기의 화학식 1의 형광체 제조 방법은 다음과 같다.
a) M(여기서 M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Ga, In, Ge, P, As, Na 및 Zn 중에서 1.6<Ca<2.0 몰비 범위 내의 Ca을 포함하는 1종이상의 금속)를 함유하는 화합물, Si를 함유하는 실리게이트물 및 Ce를 함유하는 화합물을 분쇄하는 단계
바람직하게는, 상기 M를 함유하는 화합물(MO, MCO3 및 M(NO3)2 중 적어도 어느 하나) 및 Si를 함유하는 화합물(Si, SiO, SiO2 중 하나)과, 활성제 및 부활제로 사용되는 Ce을 함유하는 화합물(Ce2O3, CeO2, Ce2(SO4)3, Ce(SO4)2 중 하나) 및 Mn을 함유하는 화합물(MnO, MnCO3, Mn(NO3)2중의 하나)을 혼합한다. 상기 화합물은 환원 분위기에서의 열처리 공정을 거치게 되기 때문에 산화물, 탄화물, 질화물 중 적어도 어느 하나의 화합물을 선택하여도 무방하다.
보다 바람직하게는, 상기 Ca를 함유하는 화합물은 CaCO3 , Si를 함유하는 실리게이트물은 SiO2 , Ce를 함유하는 화합물은 CeO2 일 때, CaCO3 : SiO2 : CeO2 의 비율이 2-a : 1 : a 의 몰비가 되도록 측량하여 혼합한다. 보다 효과적인 혼합을 위하여 볼 밀링(ball milling) 또는 막자사발과 같은 혼합기를 이용하여 균일한 조성이 되도록 충분히 혼합하고 분쇄한다. 여기서 상기 a의 값은 0 < a ≤ 0.2 범위 내이다. 상기 형광체의 발광특성이 보이기 위해서는 반드시 활성제로 사용되는 Ce이 첨가되어야 하며, a 값이 상한치를 초과하는 경우에는 농도소광현상에 따른 발광 휘도가 급격히 저하되기 때문이다.
한편, 상기 모체(원료물질)와 부활제 이외에 NH4Cl, NH4F, LiCl, LiF, MgCl2, MgF2 CaCl2, CaF2, SrCl2, SrF2, BaCl2, BaF2 등과 같은 1종 이상의 융제(flux)를 첨가하는 것이 바람직하다. 이는 융제의 녹는점이 낮기 때문에 다른 원료물질보다 빨리 용융되어 전체 혼합물의 유동성을 향상시킴으로써 합성 온도와 합성 시간을 단축시킬 수 있고, 수득된 형광체에서 부활제를 균일하게 분포시킬 수 있으며, 동시에 형광체 입자의 크기 분포를 균일하게 하는 효과를 가져온다. 또한 플럭스는 다른 원료 물질보다 빨리 용융되어 전체 혼합물을 감싸주어 다른 원료물질의 휘발을 방지하는 효과 및 플럭스 물질의 음이온이 환원 분위기 속에서 발생하는 산소결함을 보충하는 효과로 인하여 최종화합물의 화학당량비 조절을 보다 용이하게 한다.
b) 상기 분쇄된 혼합물을 환원 분위기 속에서 열처리하는 단계
상기의 혼합물을 내열성 도가니에 넣고 화로(furnace)에 위치시켜 열처리한다. 이때 열처리는 5%의 부피비인 H2 /N2 혼합 가스 속에서 진행되는 것이 바람직하며, 이는 Ce4+ 를 Ce3+ 로 환원시키기 위한 것이다. 상기 열처리 온도는 1350 내지 1550℃까지의 범위이며, 이 온도를 올리는 데 걸리는 시간은 4시간에서 6시간이 바람직하고 상기 온도에서 6~12 시간 동안 열처리한다. 이때 소성 온도가 1350℃ 미만 및 1550℃ 초과 되면 Pbnm(62) 공간 구조군에서 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상이 아닌 단사정계(monoclinic), 사방정계(orthorhombic), 등의 구조의 α, β, T 상의 결정구조를 형성함으로써 이종의 실리게이트 화합물들이 형성되면 황색이 아닌 백색의 파우더가 만들어지며 420nm의 발광특성을 보이기 때문에 백색발광장치에 이용이 불가능하다. 따라서 상기 형광체는 γ-상의 단일 상(single phase) 이여야만 한다. 단일 상을 갖게 되는 경우 이온 사이의 화학적 결합력이 강하여 화학적 성질이 안정되고, 특히 발광 휘도와 발광 스펙트럼의 재현성이 뛰어나며, 발광효율이 높아지고, 열안정성, 높은 연색지수, 낮은 색온도를 구현할 수 있다.
c) 상기 열처리된 형광체를 상온으로 냉각하는 단계
상기 열처리된 형광체는 상온(25 ℃ 정도)까지 자연 냉각시킨 후 시료를 화로에서 꺼내는 것이 바람직하다. 이때 충분히 낮은 온도까지 식히지 않으면 주위의 산소 흡착으로 인하여 Ce3+ 가 Ce4+ 로 산화되어 발광 휘도가 급격히 저하되기 때문이다.
d) 상기 냉각된 형광체를 분쇄하는 단계를 포함한다.
화로에서 꺼낸 형광체를 충분히 분쇄하여 수 ㎛ 직경의 분말로 만든다. 이때 형광체 입자의 크기는 발광효율과 밀접한 상관관계가 있는데 입자의 크기(입경)는 바람직하게는 8~12㎛, 더욱 바람직하게는 10 ㎛이다. 즉, 입자의 크기가 너무 작으면 청색광의 일부와 형광체의 발광이 과도하게 산란되어 전체적인 형광체 입자의 효율이 낮아지는 반면, 입자의 크기가 너무 크면 여기광과 발광이 투과하지 못하게 되어 발광효율이 저하된다.
이상과 같은 단계를 거친 본 발명의 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상의 실리케이트계 형광체를 X선 회절기(XRD, X-ray diffraction)와 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope) 을 사용하여 그 구조 및 표면 상태 분석을 통하여, 상기의 단일상 결정이 잘 형성되고 표면도 균일하다는 것을 확인할 수 있었다.
종래의 실리케이트 형광체와 비교하여 발광(PL, Photoluminescence)특성을 확인한 결과 450~470nm의 청색영역에서 높은 흡수피크를 나타내기 때문에 형광 효율이 높으며, 황색과 적색 파장영역에서 종래의 실리케이트계 형광체보다 형광 특성이 우수하여, 청색 발광 다이오드와 결합하여 백색 발광장치를 제작하면 연색지수가 뛰어나고 4000K의 낮은 색온도를 구현함을 확인할 수 있었다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면을 통하여 보다 상세하게 설명한다.
실시예 1 : Ca2-aSiO4 : aCe3+ (a=0.01)
실시예 2 : Ca2-aSiO4 : aCe3+ (a=0.03)
실시예 3 : Ca2-aSiO4 : aCe3+ (a=0.05)
CaCO3 , SiO2 및 CeO2 을 2-a : 1 : a 의 몰비로 막자사발에서 균일하게 혼합한다. 얻어진 혼합물을 도가니에 넣고 전기로에 위치시키고 수소와 질소가스의 혼합비가(H2 / N2) 5%의 혼합가스를 흘리면서 1450℃에서 12시간 동안 소성한다. 소성 후 자연 냉각시킨 형광체를 막자사발 속에서 균일하게 분쇄시켜 상기의 형광체를 얻을 수 있다.
도 1은 실시예 2의 형광체 Ca2-aSiO4 : aCe3+ (a=0.03) 에 대한 X선 회절 그래프이다. 이로부터 실시예 2의 형광체는 Pbnm(62) 공간 구조군에서 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상의 실리케이트계 형광체임을 알 수 있으며 마찬가지 방법으로 상기 실시예 1, 3의 형광체도 단일 상(single phase)을 가짐을 알 수 있다. 이와 같이 형광체가 단일 상을 갖게 되면 이온 사이의 화학적 결합력이 강하여 화학적 성질이 안정되고, 특히 발광 휘도와 발광 스펙트럼의 재현성이 뛰어나게 된다.
도 2 는 상기 실시예 2의 형광체를 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope) 을 사용하여 그 구조 및 표면 상태를 측정한 결정 이미지로서 상기 형광체 크기는 대략 10 ㎛ 이내이고 단일 상 결정이 잘 형성되고 표면도 균일하다는 것을 확인할 수 있다.
도 3 은 상기 실시예 2의 형광체의 발광 이미지이며 여기서 단사정계(monoclinic), 사방정계(orthorhombic), 등의 구조인 α, β, T 상의 결정구조를 형성하게 되면 황색이 아닌 백색의 파우더가 만들어지며 420nm의 발광특성이 보이기 때문에 육안으로도 쉽게 구분될 수 있다.
도 4는 실시예 3에 의한 형광체 Ca2-aSiO4 : aCe3+ (a=0.05) 에 대한 여기광 스펙트럼이다. 이에 의하면 상기 형광체는 형광흡수파장은 400~500 nm 영역에 있고, 450~470 nm 범위에서 최대 흡수가 일어남을 알 수 있다. 따라서 상기 형광체를 근자외선 및 청색 광을 방출하는 GaN LED 칩과 결합시켜 본 발명에서 제공하고자 하는 고휘도 황색을 제공할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 실시예 1 내지 3의 형광체 Ca2-aSiO4 : aCe3+ (a= 0.01, 0.03, 0.05)에 대한 450 ㎚의 광파장 여기 하에서 a값에 따른 상대 발광 스펙트럼 및 발광세기의 변화도이다. 이에 의하면 a 값이 0.03이 최적임을 확인할 수 있다. 이는 활성제로 사용되는 Ce이 증가하면서 밝아지다가 0.03을 기준으로 농도소광 현상에 따른 발광 휘도가 급격히 저하됨을 확인 할 수 있다.
도 6은 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상의 실리케이트계 형광체의 온도에 따른 발광 스펙트럼 이며, 온도에 따른 색좌표 및 색온도를 도 7의 표로 나타내었다. 도 8는 상용의 (Ba,Sr,Ca)2SiO4 : Eu2+ 실리케이트계 형광체에 대한 온도에 따른 발광 스펙트럼 이며, 온도에 따른 색좌표 및 색온도를 도 9의 표로 나타내었다. 상기의 자료를 비교하여, 상용의 (Ba,Sr,Ca)2SiO4 : Eu2+ 실리케이트계 형광체보다 열적 안정성이 10% 이상 향상되었음을 알 수 있으며, 온도에 따른 색좌표 및 색온도의 편차도 감소함을 확인함으로써, 본 발명의 형광체를 백색 발광 장치를 이용한 LCD 백라이트 및 일반 조명으로 이용할 수 있다.
실시예 4 : Ca2-aSiO4 : aCe3+ (a=0.03) 를 이용한 백색 발광장치
도 10는 본 발명에 의한 백색 발광장치의 일실시예를 나타낸 단면도이다. 구체적으로 살펴보면, 홀컵(3)에 수납 본딩된 발광소자칩(4)에 음극리드선(1)과 양극리드선(2)을 연결하고, 실리콘 수지(5)에 형광체(8)를 혼합하여 도포하여 경화시키고, 에폭시 수지(6)로 표면을 덮도록 도포하고 상부에 플라스틱 렌즈(7)를 결합한 후 에폭시 수지(6)를 경화시켜, 패키지(package) 형태의 발광장치를 구성한다.
현재 상업적으로 구입 가능한 통상의 근자외선 및 청색 GaN계열 LED 칩의 표면에 상기 실시예 2의 형광체 Ca2-aSiO4 : aCe3+ (a=0.03) 를 실리콘 수지 속에 고르게 혼합 후 도포하여 본 발명에 의한 백색 발광장치를 제작하였다.
도 11은 실시예의 2의 형광체를 이용한 백색 발광장치의 발광 스펙트럼이고, 도 12은 종래의 YAG계 형광체를 이용한 백색 발광장치의 발광 스펙트럼이다. 청색광 영역의 발광소자 칩과 결합하여 파장 변환용으로서 발광장치를 제조하는 경우 녹색영역부터 적색영역까지의 넓은 파장영역의 빛을 발광하기 때문에 높은 연색성과 낮은 색온도를 구현할 수 있음을 도 11과 도 12의 비교를 통하여 알 수 있다.
이상의 본 발명은 청색 LED와 함께 사용되어 백색 발광장치를 구현하기 위한 녹색에서 적색까지의 발광색을 구현할 수 있는 실리케이트계 형광체를 제공함으로써, 높은 발광효율을 가지며, 높은 연색지수와 낮은 색온도 및 고온에서도 색안정성을 유지하고, 발광색 변화가 적으며, 제조공정이 간단한 백색 발광 장치를 제공하여, LCD 백라이트, 일반 조명, 등에 이용될 수 있음을 보인다.
1: 음극리드선,2: 양극리드선,3: 홀컵,
4: 발광소자칩,5: 실리콘수지,6: 에폭시수지,
7: 렌즈, 8: 형광체,

Claims (8)

  1. 하기의 <화학식 1>로 표시되는 화합물로서 Pbnm(62) 공간 구조군에서 사방정계(orthorhombic) 구조의 γ-상의 결정을 가지는 것을 특징으로 하는 실리케이트계 형광체.
    <화학식1>
    γ- M2-a-b(SiO4) : aCe3+, bMn2+
    여기서, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Ga, In, Ge, P, As, Na 및 Zn 중에서 적어도 1.6<Ca<2.0 몰비 범위 내의 Ca을 포함하는 1종 이상의 금속이고, 0<a≤0.2 및 0＜b≤0.2임.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 실리케이트계 형광체는 400~500 nm 파장의 형광을 흡수하되, 형광 흡수의 피크파장이 450~470 nm 범위 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 실리케이트계 형광체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 실리케이트계 형광체는 450 nm의 광으로 여기 하였을 때, 480~700 nm 파장의 형광을 발광하는 것을 특징으로 하는 실리케이트계 형광체.
  5. 제 1항에 있어서,
    NH4Cl, NH4F, LiCl, LiF, MgCl2, MgF2 CaCl2, CaF2, SrCl2, SrF2, BaCl2 및 BaF2 중에서 적어도 1종의 융제(flux)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 실리케이트계 형광체.
  6. 제1항에 있어서,
    8~12㎛의 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 실리케이트계 형광체.
  7. 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 실리케이트계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 제7항에 있어서, 백색 발광장치인 것을 특징으로 하는 발광장치.
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WO2009065480A1 (de) 2007-11-22 2009-05-28 Merck Patent Gmbh Oberflächenmodifizierte leuchstoffe
KR100907221B1 (ko) * 2009-01-22 2009-07-10 한국과학기술원 새로운 조성의 황색 발광 Ｃｅ3+부활 칼슘 실리케이트 황색형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드

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