KR101292320B1 - Phosphor and method for synthesizing of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학식 1로 표시되는 형광체 및 그 제조방법에 관한 것으로,
[화학식 1]
MSrxSi2Ny
상기 화학식 1에서, M는 Ga, La, Mg, B, Zn 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상이며; 0.1≤x≤3 및 1≤y≤10을 만족한다.The present invention relates to a phosphor represented by Chemical Formula 1 and a method of manufacturing the same.
[Formula 1]
MSr x Si 2 N y
In Formula 1, M is one or more selected from the group consisting of Ga, La, Mg, B, Zn and Ca; 0.1? X? 3 and 1? Y? 10 are satisfied.
Description
본 발명은 신규한 조성의 형광체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a phosphor having a novel composition and a method for producing the same.
형광체는 여기원의 에너지를 가시광의 에너지로 전환시키는 매개체 역할을 하며, 다양한 디스플레이 소자의 이미지 구현에 필수적인 요소이다. 또한, 형광체의 효율은 디스플레이 제품의 효율과 직접적으로 연관되는 주요 변수이다. 형광체를 포함하는 디스플레이 소자로는 예를 들어, 백색광을 방출하는 LED 소자가 있다. LED 소자는 파장 변환 재료로 형광체를 포함하고 있으며, 이러한 형광체를 적절히 조합함으로써 백색 LED를 구성하게 된다. The phosphor serves as a medium for converting the energy of the excitation source into the energy of the visible light, and is an essential element for realizing images of various display devices. In addition, the efficiency of phosphors is a key variable directly related to the efficiency of display products. As the display element including the phosphor, for example, there is an LED element emitting white light. The LED element contains a phosphor as a wavelength converting material, and a white LED is constituted by appropriately combining these phosphors.
백색 LED를 구성하는 방법으로는, 청색 LED를 광원과 황색 형광체를 조합하여 백색을 구현하는 방법이 있다. 예를 들어, 450 nm의 파장을 갖는 InGaN계 청색 LED에 YAG:Ce 형광체를 조합하여 백색을 구현하게 된다. 그러나, 청색 LED에 YAG:Ce 형광체를 조합한 백색 LED는 방출광의 연색지수가 낮으며, 발광 색조가 한정되어 백색의 재현범위가 좁으며, 형광체 자체에 청색 발광의 일부를 백색으로 흡수한다는 문제점이 있다. 또한, 적색, 녹색 및 청색 LED를 모두 사용하여 백색을 구현할 수 있다. 그러나, 이는 하나의 백색광원을 형성하기 위해 3개의 LED를 제조하여야 하기 때문에, 제조비용이 고가이며 제품의 부피가 증가하고 구동회로가 복잡해진다는 문제점이 있다.
As a method of configuring a white LED, there is a method of implementing white by combining a blue LED with a light source and a yellow phosphor. For example, YAG: Ce phosphors are combined with InGaN-based blue LEDs having a wavelength of 450 nm to realize white color. However, the white LED, which combines a blue LED with a YAG: Ce phosphor, has a low color rendering index of emitted light, a narrow emission range due to limited emission color, and absorbs a part of blue light emitted by the phosphor as white. have. In addition, white can be achieved by using both red, green, and blue LEDs. However, this has a problem in that three LEDs must be manufactured to form one white light source, so that the manufacturing cost is high, the volume of the product increases, and the driving circuit becomes complicated.
본 발명의 목적은 신규한 구조의 질화물계 형광체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a nitride-based phosphor having a novel structure and a method of manufacturing the same.
본 발명은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 형광체를 제공한다. The present invention provides a phosphor having a structure of Formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
MSrxSi2Ny MSr x Si 2 N y
상기 화학식 1에서, M는 Ga, La, Mg, B, Zn 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상이며; 0.1≤x≤3 및 1≤y≤10을 만족한다.In
상기 형광체를 제조하는 방법으로,In the method for producing the phosphor,
하기 화학식 6의 구조를 갖는 물질 A; 활성제; 및 Ca, Zn, Mg, B, Ga 및 La 중 1 종 이상의 금속 질화물을 혼합하는 혼합단계; 및Substance A having a structure of Formula 6; Active agent; And a mixing step of mixing at least one metal nitride of Ca, Zn, Mg, B, Ga, and La; And
혼합물을 1200 내지 1800℃에서 열처리하는 소성단계를 포함하는 형광체 제조방법을 제공한다.It provides a phosphor manufacturing method comprising a firing step of heat-treating the mixture at 1200 to 1800 ℃.
[화학식 6][Formula 6]
SraSibN(2a/3+4b/3) Sr a Si b N (2a / 3 + 4b / 3)
화학식 6에서, 0.1≤a≤3 및 1≤b≤5를 만족한다.In formula (6), 0.1 ≦ a ≦ 3 and 1 ≦ b ≦ 5 are satisfied.
또한, 상기 형광체를 포함하는 장치를 제공하며, 상기 장치는 조명 또는 디스플레이 장치일 수 있다.
In addition, a device including the phosphor is provided, and the device may be an illumination or display device.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 신규한 구조의 형광체 및 이를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 형광체를 이용한 발광 장치는 발광효율이 우수하다.
As described above, the present invention provides a phosphor having a novel structure and a method of manufacturing the same, and the light emitting device using the phosphor has excellent luminous efficiency.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형광체의 중간체를 제조하는 공정을 모식적으로 나타낸 순서도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형광체의 460 nm 파장의 여기광원에 대한 방출파장을 나타낸 그래프이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형광체의 460 nm 파장의 여기광원에 대한 방출파장을 나타낸 그래프이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형광체의 460 nm 파장의 여기광원에 대한 방출파장을 나타낸 그래프이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형광체의 640 nm 방출에 대한 들뜸 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형광체의 460 nm 파장의 여기광원에 대한 방출파장을 나타낸 그래프이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형광체에 첨가된 플럭스의 종류에 따른 460 nm 파장의 여기광원에 대한 방출파장을 나타낸 그래프이다;
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형광체에 첨가된 플럭스의 함량에 따른 460 nm 파장의 여기광원에 대한 방출파장을 나타낸 그래프이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형광체에 첨가된 플럭스의 종류에 따른 460 nm 파장의 여기광원에 대한 방출파장을 나타낸 그래프이다;
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형광체에 첨가된 플럭스의 종류에 따른 460 nm 파장의 여기광원에 대한 방출파장을 나타낸 그래프이다;
도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 형광체와 기존의 형광체들에 XRD 측정결과를 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart schematically showing a process for producing an intermediate of a phosphor according to one embodiment of the present invention;
2 is a graph showing the emission wavelength of the excitation light source of 460 nm wavelength of the phosphor according to an embodiment of the present invention;
3 is a graph showing the emission wavelength of the excitation light source of 460 nm wavelength of the phosphor according to an embodiment of the present invention;
4 is a graph showing the emission wavelength of the excitation light source of 460 nm wavelength of the phosphor according to an embodiment of the present invention;
5 is a graph showing the results of measuring the excitation spectrum for 640 nm emission of the phosphor according to one embodiment of the present invention;
6 is a graph showing the emission wavelength of an excitation light source of 460 nm wavelength of the phosphor according to one embodiment of the present invention;
7 is a graph showing the emission wavelength of an excitation light source having a wavelength of 460 nm according to the type of flux added to the phosphor according to one embodiment of the present invention;
8 is a graph showing the emission wavelength for an excitation light source having a wavelength of 460 nm according to the amount of flux added to the phosphor according to one embodiment of the present invention;
9 is a graph showing the emission wavelength for an excitation light source having a wavelength of 460 nm according to the type of flux added to the phosphor according to one embodiment of the present invention;
10 is a graph showing the emission wavelength of an excitation light source having a wavelength of 460 nm according to the type of flux added to the phosphor according to one embodiment of the present invention;
FIG. 11 is a graph showing XRD measurement results of phosphors and conventional phosphors according to an embodiment of the present invention. FIG.
본 발명은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 형광체를 제공한다.The present invention provides a phosphor having a structure of Formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
MSrxSi2Ny MSr x Si 2 N y
상기 화학식 1에서, M는 Ga, La, Mg, B, Zn 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상이며; 0.1≤x≤3 및 1≤y≤10을 만족한다.In
일실시예에서, 본 발명에 따른 형광체는 하기 화학식 2로 나타낼 수 있다.In one embodiment, the phosphor according to the present invention can be represented by the following formula (2).
[화학식 2][Formula 2]
CaSrGazSi2N(4+z) CaSrGa z Si 2 N (4 + z)
상기 화학식 2에서, 0.1≤z≤2.5를 만족한다.In Chemical Formula 2, 0.1 ≦ z ≦ 2.5 is satisfied.
또 다른 일실시예에서, 상기 형광체는 하기 화학식 3으로 나타낼 수 있다. In another embodiment, the phosphor may be represented by the following formula (3).
[화학식 3](3)
CaSrSi2GaN5 CaSrSi 2 GaN 5
또한, 상기 형광체는 다양한 종류의 활성제를 포함할 수 있다. 첨가되는 활성제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 유로퓸 이온일 수 있다. 유로퓸 이온을 활성제로 포함하는 형광체는 하기 화학식 4와 같이 표현될 수 있다. In addition, the phosphor may include various kinds of active agents. The kind of active agent added is not particularly limited, and may be, for example, europium ions. The phosphor including europium ions as an activator may be represented as in Chemical Formula 4 below.
[화학식 4][Formula 4]
MSrxSi2Ny: zEu2 + MSr x Si 2 N y : zEu 2 +
상기 화학식 4에서, M, x 및 y는 화학식 1에서 정의된 바와 같고, 0.1≤z≤5, 보다 구체적으로는 1≤z≤3의 조건을 만족할 수 있다. 본 발명에 따른 형광체는 첨가되는 유로퓸 이온의 몰비에 따라서 발광파장의 영역이 달라질 수 있으며, 예를 들어, 유로퓸 이온의 함량이 증가하면 발광영역이 적색(red)으로 시프트(shift)될 수 있다. 또한, 유로퓸 이온의 함량이 감소하면 형광체에 대한 활성화가 부족할 수 있고, 유로퓸 이온의 함량이 지나치게 높은 경우에는 농도 소광이 발생하여 휘도가 감소되는 문제가 있다.In Formula 4, M, x and y are as defined in Formula 1, and may satisfy the condition of 0.1≤z≤5, more specifically 1≤z≤3. In the phosphor according to the present invention, the emission wavelength region may vary according to the molar ratio of europium ions added. For example, when the content of europium ions increases, the emission region may shift to red. In addition, when the content of the europium ions is reduced, activation may be insufficient for the phosphor, and when the content of the europium ions is excessively high, concentration quenching may occur to reduce luminance.
상기 형광체는 활성화제 외에 플럭스(Flux)를 더 포함할 수 있다. 플럭스를 첨가하여 제조된 형광체는, 플럭스의 종류에 따른 음이온을 구조 내에 포함하게 된다. 사용가능한 플럭스의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, SrF2, SrCl2, NH4Cl 및 NH4F 중 1 종 이상을 첨가하여 형광체를 제조할 수 있다. 형광체를 제조하는 과정에서 플럭스를 첨가함으로써, 발광 강도를 향상시킬 수 있다. 제조된 형광체는 하기 화학식 5와 같이 나타낼 수 있다. The phosphor may further include flux in addition to the activator. The phosphor prepared by adding the flux contains anion according to the kind of the flux in the structure. The kind of flux that can be used is not particularly limited, and for example, one or more of SrF 2 , SrCl 2 , NH 4 Cl and NH 4 F may be added to prepare a phosphor. Luminescence intensity can be improved by adding flux in the process of producing the phosphor. The prepared phosphor may be represented by the following Formula 5.
[화학식 5][Chemical Formula 5]
MSrxSi2Ny: zEu2 +, D- MSr x Si 2 N y: zEu 2 +, D -
상기 화학식 5에서, M, x, y 및 z는 화학식 4에서 정의된 바와 같고, D는 Cl 또는 F일 수 있다.In Formula 5, M, x, y and z are as defined in Formula 4, D may be Cl or F.
또한, 상기 형광체는 부활성제로서 유로퓸 이온에 부가하여, Er, Dy, Gd 및 Ho로 구성된 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 이온이 첨가될 수 있다. 부활성체를 포함하게 되면, 형광체의 발광 영역 및 발광 휘도에 영향을 주게 된다. In addition, the phosphor may be added to europium ions as a deactivator, and at least one ion selected from the group consisting of Er, Dy, Gd, and Ho may be added. Inclusion of the activator affects the emission region and the emission luminance of the phosphor.
본 발명에 따른 형광체는 460 nm 여기조건에서, 500 내지 700 nm 영역에서 최대발광을 나타내는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 화학식 1로 표현되는 형광체에서, M이 Ca를 포함하는 경우에는, 460 nm 여기조건에서, 630 내지 650 nm 영역에서 최대발광을 나타내는 것으로 확인되었다.
The phosphor according to the present invention is characterized in that it exhibits maximum emission in the region of 500 to 700 nm under 460 nm excitation conditions. In addition, in the phosphor represented by
또한, 본 발명은 앞서 설명한 형광체를 제조하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing the above-described phosphor.
일실시예에서, 형광체 제조방법은, In one embodiment, the phosphor manufacturing method,
하기 화학식 6의 구조를 갖는 물질 A; 활성제; 및 Ca, Zn, Mg, B, Ga 및 La 중 1 종 이상의 금속 질화물을 혼합하는 혼합단계; 및Substance A having a structure of Formula 6; Active agent; And a mixing step of mixing at least one metal nitride of Ca, Zn, Mg, B, Ga, and La; And
혼합물을 1200 내지 1800℃에서 열처리하는 소성단계를 포함할 수 있다. It may include a firing step of heat-treating the mixture at 1200 to 1800 ℃.
[화학식 6][Formula 6]
SraSibN(2a/3+4b/3) Sr a Si b N (2a / 3 + 4b / 3)
화학식 6에서, 0.1≤a≤3 및 1≤b≤5를 만족한다.In formula (6), 0.1 ≦ a ≦ 3 and 1 ≦ b ≦ 5 are satisfied.
상기 물질 A는 형광체 제조를 위한 중간체에 해당된다. 일실시예에서, 상기 물질 A는 하기 화학식 7로 나타낼 수 있다. Material A corresponds to the intermediate for the production of phosphors. In one embodiment, the material A may be represented by the following formula (7).
[화학식 7][Formula 7]
SrSi2N10 /3 SrSi 2 N 10/3
상기 물질 A는 액화 암모니아법을 이용하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 물질 A는, 암모니아 분위기 하에서, Sr 및 Si3N4를 혼합 및 냉각하는 단계; 및 냉각된 혼합물을 가열하는 단계를 거쳐 제조할 수 있다. 또한, 암모니아는 혼합 전에 수분을 제거하는 전처리 과정을 거칠 수 있다.The substance A can be prepared using the liquefied ammonia method. For example, the material A may comprise mixing and cooling Sr and Si 3 N 4 under an ammonia atmosphere; And heating the cooled mixture. In addition, ammonia can be subjected to a pretreatment process to remove moisture prior to mixing.
구체적으로는, 반응용기 내에 Sr, Si3N4 및 암모니아 가스를 혼합한 상태에서 저온 냉각하게 된다. 예를 들어, Sr, Si3N4 및 암모니아의 혼합물을 냉각하는 단계는, -100 내지 -33℃, 구체적으로는 -100 내지 -60℃, 보다 구체적으로는 -90℃로 냉각할 수 있다. 저온 냉각하기 전에 Sr과 Si3N4가 화학양론비에 따라 혼합된 상태이며, 여기에 암모니아 가스를 주입하게 된다. 저온 냉각된 상태에서 반응은 1 내지 5 시간, 또는 1.5 내지 2 시간, 보다 구체적으로는 2 시간 동안 진행된다. 저온 냉각 상태에서 반응이 완료되며, 상온으로 온도를 상승시키고, 암모니아를 증발·제거하게 된다. 암모니아가 완전히 증발되면 반응물을 가열하게 된다. 가열하는 온도는 250 내지 500℃, 구체적으로는 350 내지 450℃이며, 가열시간은 1 내지 5 시간, 구체적으로는 1 내지 3 시간 정도이다.
Specifically, cooling is performed at low temperature while Sr, Si 3 N 4 and ammonia gas are mixed in the reaction vessel. For example, the step of cooling the mixture of Sr, Si 3 N 4 and ammonia can be cooled to -100 to -33 ° C, specifically -100 to -60 ° C, more specifically -90 ° C. Before low temperature cooling, Sr and Si 3 N 4 are mixed according to the stoichiometric ratio, and ammonia gas is injected therein. In the low temperature cooled state, the reaction proceeds for 1 to 5 hours, or 1.5 to 2 hours, more specifically for 2 hours. In the low-temperature cooling state, the reaction is completed, the temperature is raised to room temperature, and ammonia is evaporated and removed. When ammonia is completely evaporated, the reaction is heated. The temperature to heat is 250-500 degreeC, specifically 350-450 degreeC, and a heating time is 1 to 5 hours, specifically about 1 to 3 hours.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 물질 A의 제조 공정이 모식적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 먼저 수분제어부(10)에서 수분이 완전히 제거된 암모니아 가스를 반응부(20)로 공급하게 된다. 이 때, 반응부(20)에는 화학양론비에 따른 Sr 금속과 Si3N4가 공급된 상태이다. 암모니아 가스를 반응부(20)로 공급한 후, 반응부(20)의 온도를 -90℃로 낮추어 암모니아를 액화시킨다. 액화 암모니아 내에서 2 시간 정도 반응을 진행시킨 다음, 온도를 상온으로 올리고 액체 상태이었던 암모니아를 증발시키게 된다. 암모니아 증발이 완료되면, 반응부(20)의 온도를 약 400℃로 올리고 2 시간 정도 가열하게 된다. 반응부(20)와 유체 연결된 가스유량 확인부(40)는 암모니아 가스의 흐름을 조절하는 역할을 하며, 내부에는 암모니아 포집액이 충진된 구조이다. 상기 포집액을 통해 반응부(20)에서 배출되는 가스 상태의 암모니아를 가스유량 확인부(40)에서 포집하게 된다. 또한, 반응부(20)와 가스유량 확인부(40)는 사이에는 역류차단부(30)가 형성된다. 역류차단부(30)는 포집된 암모니아가 역류되는 것을 방지하는 역할을 한다. 포집된 암모니아는 연소시켜 대기중으로 배출되거나, 탈기 후 저장될 수 있다.1 schematically illustrates a process for preparing Material A according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, first, ammonia gas from which moisture is completely removed from the
위 공정을 통해 제조된 중간체는 형광체 제조를 위한 추가성분들과 혼합한 후, 암모니아 분위기 하에서 소성하는 단계를 거치게 된다. 소성하는 단계는 1200 내지 1800℃에서 가열할 수 있으며, 구체적으로는 1400 내지 1500℃에서 가열할 수 있다. 소성시간은 희망하는 형광체의 특성에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어, 6 내지 10 시간, 보다 구체적으로는 7 내지 9 시간 동안 열처리할 수 있다.The intermediate prepared by the above process is mixed with additional components for the production of phosphors, and then calcined under an ammonia atmosphere. The firing step may be heated at 1200 to 1800 ° C., specifically, at 1400 to 1500 ° C. The firing time may vary depending on the characteristics of the desired phosphor, and for example, may be heat treated for 6 to 10 hours, more specifically for 7 to 9 hours.
본 발명에 따른 형광체를 제조하는 과정에서 첨가되는 활성제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 Eu2O3를 사용할 수 있다. The kind of active agent added in the process of manufacturing the phosphor according to the present invention is not particularly limited, and for example, Eu 2 O 3 may be used.
상기 혼합단계에서, SrF2, SrCl2, NH4Cl 및 NH4F 중 1 종 이상의 플럭스(Flux)를 더 혼합할 수 있다. 플럭스를 첨가함으로써, 발광 강도를 향상시킬 수 있다. 플럭스의 함량은, 원료 성분 전체 중량을 기준으로, 0.6 내지 6 중량%, 보다 구체적으로는 1 내지 3 중량%일 수 있다.In the mixing step, one or more fluxes of SrF 2 , SrCl 2 , NH 4 Cl and NH 4 F may be further mixed. By adding flux, the light emission intensity can be improved. The content of the flux may be 0.6 to 6% by weight, more specifically 1 to 3% by weight, based on the total weight of the raw material components.
또한, 상기 혼합단계에서, 다양한 종류의 부활성제를 추가로 혼합할 수 있다. 예를 들어, Er2O3, Dy2O3, Gd2O3 및 Ho2O3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 부활성제를 더 혼합할 수 있다. 부활성제를 첨가함으로써, 형광체의 발광 영역 및 발광 휘도에 영향을 주게 된다.
In addition, in the mixing step, it is possible to further mix various kinds of inactive agent. For example, one or more surfactants selected from the group consisting of Er 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Gd 2 O 3, and Ho 2 O 3 can be further mixed. By adding the inactive agent, the emission area and the emission luminance of the phosphor are affected.
또한, 본 발명은 상기 형광체를 포함하는 발광장치를 제공한다. 상기 장치는 조명 또는 디스플레이일 수 있다. 일실시예에서, 상기 발광 장치는 LED일 수 있다. 예를 들어, 상기 LED는 본 발명에 따른 녹황색 형광체 외에 적색 형광체 등을 더 포함하여 백색광을 구현하는 LED일 수 있다. 적색 형광체는 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 선택 내지 변형할 수 있는 범위의 물질 중에서 다양하게 선택 가능하다. 상기 발광 소자의 구조 내지 추가되는 형광체의 종류 및 함량은 당업자에 의해 다양하게 변경 내지 추가될 수 있다.
In addition, the present invention provides a light emitting device including the phosphor. The device may be an illumination or a display. In one embodiment, the light emitting device may be an LED. For example, the LED may be an LED that implements white light by further including a red phosphor in addition to the green yellow phosphor according to the present invention. The red phosphor may be variously selected from a range of materials that can be easily selected or modified by those skilled in the art. The structure of the light emitting device or the type and content of the added phosphor may be variously changed or added by those skilled in the art.
이하, 본 발명에 따른 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of Examples and the like according to the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1: 중간체의 제조Example 1 Preparation of Intermediates
Sr 금속과 Si3N4 및 암모니아 가스를 혼합한 후, -90℃의 온도로 냉각하여 약 2 시간 동안 반응을 진행하였다. 그런 다음, 반응 온도를 상온으로 올리고 암모니아를 증발시켰다. 암모니아 증발이 완료된 후, 온도를 약 400℃로 올리고 2 시간 정도 가열하여, SrSi2N10/3 구조의 중간체를 제조하였다.
After mixing the Sr metal, Si 3 N 4 and ammonia gas, the reaction was cooled to a temperature of −90 ° C. for about 2 hours. Then, the reaction temperature was raised to room temperature and ammonia was evaporated. After the ammonia evaporation was completed, the temperature was raised to about 400 ° C. and heated for about 2 hours to prepare an intermediate having a SrSi 2 N 10/3 structure.
실시예 2: MSrSi2Ny:Eu2 + 형광체 제조 및 분광특성 실험Example 2 MSrSi 2 N y : Eu 2 + Phosphor Preparation and Spectroscopic Characteristic Experiment
실시예 1에서 제조된 중간체인 SrSi2N10 /3에 활성제(Eu2O3)와 2가 및 3가 금속(Ca, Zn, Mg, B, Ga, La)의 질화물을 첨가하고, 몰타르에서 잘 섞은 후 1400~1500℃로 열처리하여 형광체를 합성하였다. 구체적인 혼합물질과 비율은 하기 표 1에 나타내었다. Example 1 active agent to the intermediate, SrSi 2 N 10/3 prepared in (Eu 2 O 3) and the divalent and trivalent addition of a nitride of the metal (Ca, Zn, Mg, B, Ga, La), and, in the mortar After mixing well, heat-treated at 1400 ~ 1500 ° C to synthesize a phosphor. Specific mixtures and ratios are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 기재된 조성으로 혼합하여 제조된 형광체에 대해서, 460 nm 여기조건에서 방출파장을 측정하였다. 측정 결과는 도 2에 나타내었고, 그 결과는 표 2에 다시 정리하였다.For the phosphor prepared by mixing with the composition shown in Table 1, the emission wavelength was measured under 460 nm excitation conditions. The measurement results are shown in FIG. 2, and the results are summarized in Table 2 again.
Ga
La
Mg
B
Zn
CaNo
Ga
La
Mg
B
Zn
Ca
534
-
534
532
535
645530
534
-
534
532
535
645
도 2와 표 2를 참조하면, 460 nm로 여기시켜 루미네센스를 측정하며, M으로 Ga, La, Mg, B 또는 Zn이 사용된 경우에는 530 내지 550 nm에서 최대 발광을 나타내는 것으로 확인되었다. 또한, M으로 Ca가 사용된 경우에는 630 내지 650 nm에서 최대 발광을 나타내는 것으로 나타났다.
Referring to FIG. 2 and Table 2, the luminescence was measured by excitation at 460 nm, and when Ga, La, Mg, B, or Zn was used as M, it was confirmed to exhibit maximum emission at 530 to 550 nm. In addition, when Ca was used as M, it was shown to exhibit maximum luminescence at 630 to 650 nm.
실시예 3: CaSrASi2N5:Eu2 + 형광체 제조 및 분광특성 측정Example 3: Preparation of CaSrASi 2 N 5 : Eu 2 + Phosphor and Measurement of Spectroscopic Characteristics
표 3과 같이 SrSi2N10 /3에 A(3가 질화물)를 첨가하여 잘 섞은 다음 암모니아 분위기에서 1450℃, 6 시간 동안 반응하여 CaSrASi2N5:Eu2 + 형광체를 합성하였다.As shown in Table 3 SrSi 2 N 10/3 A (3 nitride) was added to react for well mixed, and then 1450 ℃ in an ammonia atmosphere, 6 hours CaSrASi 2 to 5 N: Eu 2 + phosphor was synthesized.
표 3에 기재된 성분과 함량을 기준으로 형광체를 제조하였고, 제조된 형광체에 대해 460 nm 여기조건에서 루미네센스 스펙트럼을 측정하였다. 측정결과는 도 3에 나타내었다. 또한, 측정된 결과를 바탕으로 루미네센스의 강도를 상대적 세기로 나타내면 표 4와 같다.Phosphors were prepared based on the ingredients and contents shown in Table 3, and the luminescence spectra were measured under 460 nm excitation conditions for the prepared phosphors. The measurement results are shown in FIG. 3. In addition, it is shown in Table 4 when the intensity of the luminescence based on the measured results as a relative intensity.
도 3과 표 4의 결과로부터 GaN 또는 BN을 첨가한 경우에 형광체의 발광 강도가 향상되었으며, GaN을 첨가한 경우에 강도 향상 효과가 가장 우수한 것을 알 수 있다. 그러나, 오히려 InN을 첨가한 경우에는 발광 강도가 저하됨을 알 수 있다.
3 and Table 4 show that the luminescence intensity of the phosphor was improved when GaN or BN was added, and the strength enhancement effect was the best when GaN was added. However, it can be seen that the emission intensity is lowered when InN is added.
실시예 4: CaSrGaxSi2N(4+x):Eu2 + 형광체 제조 및 분광특성 측정Example 4 CaSrGa x Si 2 N (4 + x) : Eu 2 + Phosphor Preparation and Spectroscopic Measurement
표 5와 같이 SrSi2N10 /3, Ca3N2, GaN, Eu2O3를 혼합하고 잘 섞은 다음 암모니아 분위기에서 1450℃, 6 시간 동안 반응하여 CaSrGaxSi2N(4+x):Eu2 + 형광체를 합성하였다.As shown in Table 5 SrSi 2 N 10/3, Ca 3
(x값)Sample number
(x value)
표 5에 기재된 성분과 함량을 기준으로 형광체를 제조하였고, 제조된 형광체에 대해 460 nm 여기조건에서 루미네센스 스펙트럼을 측정하였다. 측정결과는 도 4에 나타내었다. 또한, 측정된 결과를 바탕으로 루미네센스의 강도를 상대적 세기로 나타내면 표 6과 같다.Phosphors were prepared based on the components and contents shown in Table 5, and the luminescence spectra were measured under 460 nm excitation conditions for the prepared phosphors. The measurement results are shown in FIG. 4. In addition, the intensity of the luminescence based on the measured results is shown in Table 6 as a relative intensity.
도 4과 표 6의 결과로부터 x값이 2인 경우(GaN10.49mmol/0.0.8791g)에 강도 향상 효과가 가장 우수한 것으로 나타났다.
From the results of FIG. 4 and Table 6, the strength-improving effect was found to be the best when the x value was 2 (GaN 10.49 mmol / 0.0.8791 g).
또한, 제조된 형광체 중에서, CaSrSi2GaN5:Eu2 +에 대하여 640 nm 방출에 대한 들뜸 스펙트럼을 측정하였다. 측정 결과는 도 5와 같다. 도 5의 결과로부터, CaSrSi2GaN5:Eu2 +의 들뜸 스펙트럼은 청색 영역에서 강한 들뜸 스펙트럼을 나타내는 것으로 확인되었으며, 이는 청색 LED가 펌핑 광원으로 매우 적절하다는 것을 의미한다.
Moreover, among the phosphors, GaN CaSrSi 2 5: measured the excitation spectra for 640 nm emission for the Eu + 2. The measurement result is shown in FIG. From the results of Figure 5, CaSrSi 2 GaN 5: excitation spectrum of Eu 2 + was showed a strong excitation spectrum in the blue range, this means that a blue LED is very suitable as a pumping light source.
실시예 5: CaSrBxSi2N(4+x):Eu2 + 형광체 제조 및 분광특성 측정Example 5: CaSrB x Si 2 N (4 + x) : Eu 2 + Phosphor Preparation and Spectroscopic Measurement
표 7과 같이 SrSi2N10 /3, Ca3N2, BN 및 Eu2O3를 혼합하고 잘 섞은 다음 암모니아 분위기에서 1450℃, 6 시간 동안 반응하여 CaSrGaxSi2N(4+x):Eu2 + 형광체를 합성하였다.As shown in Table 7 SrSi 2 N 10/3, Ca 3
(x값)Sample number
(x value)
표 7에 기재된 성분과 함량을 기준으로 형광체를 제조하였고, 제조된 형광체에 대해 460 nm 여기조건에서 루미네센스 스펙트럼을 측정하였다. 측정결과는 도 6에 나타내었다. 또한, 측정된 결과를 바탕으로 루미네센스의 강도를 상대적 세기로 나타내면 표 8과 같다.Phosphors were prepared based on the ingredients and contents shown in Table 7, and the luminescence spectra were measured under 460 nm excitation conditions for the prepared phosphors. The measurement results are shown in FIG. 6. In addition, the intensity of the luminescence based on the measured results is shown in Table 8 as a relative intensity.
도 6과 표 8의 결과로부터 x값이 1인 경우에 발광강도가 가장 우수한 것으로 나타났다.
6 and Table 8 show that the luminous intensity is the best when x value is 1.
실시예 6: CaSrSi2GaN5:Eu2 + 형광체 제조 및 루미네센스에 미치는 플럭스(Flux)의 영향Example 6: CaSrSi 2 GaN 5: Eu 2 + effect of the flux (Flux) on the phosphor and luminous
표 9와 같이 SrSi2N10 /3, Ca3N2, BN, Eu2O3 및 플럭스(Flux)를 혼합하고 잘 섞은 다음 암모니아 분위기에서 1450℃, 6 시간 동안 반응하여 CaSrSi2GaN5:Eu2 + 형광체를 합성하였다.As shown in Table 9 SrSi 2 N 10/3, Ca 3
표 9에 기재된 성분과 함량을 기준으로 형광체를 제조하였고, 제조된 형광체에 대해 460 nm 여기조건에서 루미네센스 스펙트럼을 측정하였다. 측정결과는 도 7에 나타내었다. 또한, 측정된 결과를 바탕으로 루미네센스의 강도를 상대적 세기로 나타내면 표 10과 같다.Phosphors were prepared based on the components and contents shown in Table 9, and the luminescence spectra were measured under 460 nm excitation conditions for the prepared phosphors. The measurement results are shown in FIG. 7. In addition, the intensity of the luminescence based on the measured results is shown in Table 10 as a relative intensity.
도 7과 표 10의 결과로부터, 플럭스(flux)에 무관하게 형광체의 방출 파장은 630~640 nm에서 나타나고, SrF2 또는 SrCl2를 사용하는 경우에 루미네센스의 강도가 증가되는 것으로 나타났다.
From the results of FIG. 7 and Table 10, irrespective of the flux, the emission wavelength of the phosphor appeared at 630 to 640 nm, and the intensity of luminescence was increased when SrF 2 or SrCl 2 was used.
실시예 7: 플럭스 SrCl2의 함량에 따른 CaSrSi2GaN5:Eu2 +,Cl- 형광체의 제조 및 루미네센스 측정Example 7 Preparation of CaSrSi 2 GaN 5 : Eu 2 + , Cl - Phosphor According to Flux SrCl 2 Content and Luminescence Measurement
표 11과 같이 SrSi2N10 /3, Ca3N2, BN, Eu2O3 및 SrCl2 혼합하고 잘 섞은 다음 암모니아 분위기에서 1450℃, 6 시간 동안 반응하여 CaSrSi2GaN5:Eu2 +,Cl- 형광체를 합성하였다.As shown in Table 11 SrSi 2 N 10/3, Ca 3
표 11에 기재된 성분과 함량을 기준으로 형광체를 제조하였고, 제조된 형광체에 대해 460 nm 여기조건에서 루미네센스 스펙트럼을 측정하였다. 측정결과는 도 8에 나타내었다. 또한, 측정된 결과를 바탕으로 루미네센스의 강도를 상대적 세기로 나타내면 표 12와 같다.Phosphors were prepared based on the components and contents shown in Table 11, and the luminescence spectra were measured under 460 nm excitation conditions for the prepared phosphors. The measurement results are shown in FIG. 8. In addition, the intensity of the luminescence based on the measured results is shown in Table 12 as a relative intensity.
도 8과 표 12의 결과로부터, 제조된 형광체는 460 nm 여기조건에서 630~650 nm에서 최대 방출 파장을 나타내며, SrCl2의 함량이 0.6 내지 6 중량%, 구체적으로는 0.7 내지 5 중량%인 경우에 발광 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 특히, 1 내지 5 중량% 범위에서 발광 강도가 보다 크게 중가되는 것으로 확인된다.
8 and Table 12, the resulting phosphor has a maximum emission wavelength at 630 ~ 650 nm under 460 nm excitation conditions, when the content of SrCl 2 is 0.6 to 6% by weight, specifically 0.7 to 5% by weight The emission intensity was found to increase. In particular, it is confirmed that in the range of 1 to 5% by weight, the light emission intensity is further increased.
실시예 8: 부활성제 Re3 +가 첨가된 CaSrGaSi2N5:Eu2 +, Cl-, Re3 + 형광체의 제조 및 루미네센스 측정Example 8: 3 parts surfactant Re + is added to the CaSrGaSi 2 N 5: Eu 2 + , Cl -, Re Preparation and Luminescence Measurement of 3 + Phosphor
표 13과 같이 SrSi2N10 /3, Ca3N2, BN, Eu2O3, SrCl2 및 Re를 혼합하고 잘 섞은 다음 암모니아 분위기에서 1450℃, 6 시간 동안 반응하여 CaSrSi2GaN5:Eu2 +, Cl-, Re3 + 형광체를 합성하였다. 희토류 원소(Re)는 Ce, Pr, Er, Nd, Sm, Gd, Dy 및 Ho를 사용하였다. As shown in Table 13 SrSi 2 N 10/3, Ca 3
(0.268mmol)Eu 2 O 3
(0.268mmol)
(1 wt%)SrCl 2
(1 wt%)
(0.001wt%)Deactivator
(0.001wt%)
표 13에 기재된 성분과 함량을 기준으로 형광체를 제조하였고, 제조된 형광체에 대해 460 nm 여기조건에서 루미네센스 스펙트럼을 측정하였다. 측정결과는 도 9에 나타내었다. 또한, 측정된 결과를 바탕으로 루미네센스의 강도를 상대적 세기로 나타내면 표 14와 같다.Phosphors were prepared based on the ingredients and contents shown in Table 13, and the luminescence spectra were measured under 460 nm excitation conditions for the prepared phosphors. The measurement results are shown in FIG. 9. In addition, the intensity of the luminescence based on the measured results is shown in Table 14 as a relative intensity.
도 9과 표 14의 결과로부터, 제조된 형광체는 460 nm 여기조건에서 630~650 nm에서 최대 방출 파장을 나타내며, 부활성제로 Er, Dy, Gd 또는 Ho를 첨가한 경우에 루미네센스 강도가 증가하는 것을 알 수 있다. 특히, 부활성제로 Er를 사용한 경우에 루미네센스 강도가 가장 강한 것으로 확인되었다.
From the results in FIGS. 9 and 14, the prepared phosphor exhibits a maximum emission wavelength at 630 nm to 650 nm under 460 nm excitation conditions, and increases luminescence intensity when Er, Dy, Gd or Ho is added as a deactivator. I can see that. In particular, it was confirmed that the luminescence strength was the strongest when Er was used as the deactivator.
실시예 9: CaSrGaSi2N5:zEu2 +, Cl- 형광체의 제조 및 루미네센스 측정Example 9 Preparation of CaSrGaSi 2 N 5 : zEu 2 + , Cl - Phosphor and Measurement of Luminescence
표 15와 같이 SrSi2N10 /3, CaN, Eu2O3 및 SrCl2을 혼합하고 잘 섞은 다음 암모니아 분위기에서 1450℃, 6 시간 동안 반응하여 CaSrSi2GaN5:zEu2 +, Cl- 형광체를 합성하였다.As shown in Table 15 SrSi 2 N 10/3, CaN, Eu 2 O 3 , and the reaction was performed for 1450 ℃, 6 hours of SrCl 2 in the mixture and mix well, and then an ammonia atmosphere CaSrSi 2 GaN 5: zEu 2 + , Cl - a phosphor Synthesized.
표 15에 기재된 성분과 함량을 기준으로 형광체를 제조하였고, 제조된 형광체에 대해 460 nm 여기조건에서 루미네센스 스펙트럼을 측정하였다. 측정결과는 도 10에 나타내었다. 또한, 측정된 결과를 바탕으로 루미네센스의 강도를 상대적 세기로 나타내면 표 16과 같다.Phosphors were prepared based on the components and contents shown in Table 15, and the luminescence spectra were measured under 460 nm excitation conditions for the prepared phosphors. The measurement results are shown in FIG. 10. In addition, the intensity of the luminescence based on the measured results is shown in Table 16 as a relative intensity.
도 10과 표 16의 결과로부터, 제조된 형광체는 460 nm 여기조건에서 630~640 nm에서 최대 방출 파장을 나타내며, CaSrGaSi2N5 대비 Eu2 +가 0.133 mmol인 경우에 가장 강한 루미네센스를 나타내고, Eu2 +의 양이 증가함에 따라 적색(Red)으로 시프트(shift)되는 현상이 나타나는 것을 알 수 있다.
From the results of Figure 10 and Table 16, the manufactured phosphor indicates a maximum emission wavelength at 460 nm where the conditions in 630 ~ 640 nm, CaSrGaSi 2 N 5 compared to Eu 2 + represents the strongest luminescence in the case of 0.133 mmol , it can be seen that the shift (shift) phenomenon in which a red (red) with increasing quantities of Eu 2 + appears.
실시예 10: CaSrSi2GaN5 형광체에 대한 XRD 측정Example 10: CaSrSi 2 GaN 5 XRD Measurements on Phosphors
본 발명의 일실시예에 따른 CaSrSi2GaN5 형광체에 대한 XRD(X-ray diffraction)를 측정하였다. 동시에 당해 기술분야에서 공지된 일부 형광체에 대한 XRD를 비교 측정하였다. 측정결과는 도 11과 같다. 도 11에서 (a) CaSrSi2GaN5, (b) SrSiN2, (c) CaSiN2, (d) Ca2Si5N8 및 (e) Sr2Si5N8을 각각 의미한다. CaSrSi 2 GaN 5 according to an embodiment of the present invention X-ray diffraction (XRD) for the phosphor was measured. At the same time XRD was measured for some phosphors known in the art. The measurement results are shown in FIG. 11. In FIG. 11, (a) CaSrSi 2 GaN 5 , (b) SrSiN 2 , (c) CaSiN 2 , (d) Ca 2 Si 5 N 8, and (e) Sr 2 Si 5 N 8 are meant.
도 11의 결과로부터, 본 발명의 일실시예에 따른 CaSrSi2GaN5 형광체는 기존의 상용화된 질화물 형광체와 비교하여 XRD 유형이 일치하지 않는 신규한 구조인 것을 알 수 있다. From the results of FIG. 11, CaSrSi 2 GaN 5 according to an embodiment of the present invention. It can be seen that the phosphor is a novel structure with inconsistent XRD types compared to conventional commercially available nitride phosphors.
표 17에는 본 발명에 따른 형광체와 상용화된 기존의 질화물에 다한 2세타값을 비교 정리하였다.Table 17 compares the 2 theta values of the phosphors according to the present invention and conventional nitrides.
표 18에는 본 발명에 따른 형광체와 상용화된 기존의 질화물에 루미네센스를 측정한 결과를 정리하였다. Table 18 summarizes the results of measuring the luminescence in the conventional nitrides compatible with the phosphor according to the present invention.
10: 수분제어부 20: 반응부
30: 역류차단부 40: 가스유량 확인부10: moisture control unit 20: reaction unit
30: countercurrent cutoff part 40: gas flow rate checking part
Claims (16)
혼합물을 1200 내지 1800℃에서 열처리하는 소성단계를 포함하는 형광체 제조방법.
[화학식 7]
SrSi2N10/3 Substance A having a structure of Formula 7; Active agent; And a mixing step of mixing at least one metal nitride of Ca, Zn, Mg, B, Ga, and La; And
A method for producing a phosphor comprising a firing step of heat-treating the mixture at 1200 to 1800 ° C.
(7)
SrSi 2 N 10/3
활성제는 Eu2O3인 형광체 제조방법.The method of claim 9,
Activator is Eu 2 O 3 A phosphor manufacturing method.
소성단계 이전에, SrF2, SrCl2, NH4Cl 및 NH4F 중 1 종 이상의 플럭스를 더 혼합하는 형광체 제조방법.The method of claim 9,
Before the firing step, SrF 2 , SrCl 2 , NH 4 Cl and NH 4 F of at least one flux of the phosphor manufacturing method for further mixing.
플럭스의 함량은, 원료성분 전체중량을 기준으로, 0.6 내지 6 중량%인 형광체 제조방법.13. The method of claim 12,
Flux content is 0.6 to 6% by weight based on the total weight of the raw material component manufacturing method.
소성단계 이전에, Er2O3, Dy2O3, Gd2O3 및 Ho2O3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 부활성제를 더 혼합하는 형광체 제조방법.The method of claim 9,
Prior to the calcination step, a method for producing a phosphor further mixing one or more deactivators selected from the group consisting of Er 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Gd 2 O 3 and Ho 2 O 3 .
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