KR101820597B1 - Y7O6F9:Ce3+ - Tb3+ Phosphors - Google Patents

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박상문
양원석
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신라대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a phosphor for LEDs. The phosphor includes Y_7O_6F_9:Ce^3+-Tb^3+ and has a Ce^3+ sensitizer and an activating agent (Tb^3+) doped onto the non-stoichiometric yttrium oxyfluoride (Y_7O_6F_9) matrix to enhance the green light emitting performance at near-UV excitation. According to the present invention, the phosphor for LEDs is configured by doping Ce^3+ and Tb^3+ on the yttrium oxyfluoride (Y_7O_6F_9) matrix at the same time.

Description

Y7O6F9:Ce3+ - Tb3+ 형광체{Y7O6F9:Ce3+ - Tb3+ Phosphors}Y7O6F9: Ce3 + - Tb3 + phosphor {Y7O6F9: Ce3 + - Tb3 + Phosphors}

본 발명의 기술적 사상은 LED용 형광체에 관한 것으로서, 강화된 녹색 발광 강도는 가지는 Y7O6F9:Ce3 +-Tb3 + 를 포함하는 LED용 형광체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a phosphor for LED, and relates to a phosphor for LED including Y 7 O 6 F 9 : Ce 3 + -Tb 3 + having enhanced green emission intensity and a method for manufacturing the same.

LED용 형광체 기반 백색 LED(light-emitting diodes)는 청색 LED 칩(450 nm)에 황색 형광체 (예를 들어, Y3Al5O12:Ce)를 결합하여 구현하거나, 또는 자외선(UV) 또는 근자외선(near UV) LED 칩에 녹색-적색 형광체 또는 녹색-적색-청색 형광체를 결합하여 구현할 수 있다. 따라서, 백색 LED 광 구현을 위하여 형광체 소재의 사용은 필수적이다. 이러한 형광체 기반 백색 LED 기술은 환경 친화적 에너지 절감 차세대 제품기술로서, 시장 주도권 확보를 위하여 형광체 관련 핵심 기술이 필요하다. 예를 들어, 청색 LED에 사용되기 위한 형광체로 YAG:Ce이 대표적인 황색 형광체이며, 또한 질화물계 형광체 연구가 최근 활발히 연구 되고 있다.LED-based white light-emitting diodes (LEDs) can be realized by combining a blue LED chip (450 nm) with a yellow phosphor (for example, Y 3 Al 5 O 12 : Ce) A green-red phosphor or a green-red-blue phosphor may be combined with a near UV LED chip. Therefore, it is essential to use a phosphor material for white LED light. This phosphor-based white LED technology is a next-generation product technology for environmentally friendly energy saving, and core technologies related to phosphors are needed to secure market leadership. For example, YAG: Ce is a typical yellow phosphor as a phosphor for use in a blue LED, and nitride-based phosphors have been actively researched recently.

한편 근자외선 LED 기반 형광체로 YAG와 같은 대표적인 백색 및 RGB 형광체 소재 개발이 아직 미비하며 집중적 개발이 필요하다. 근자외선 LED는 비교적 청색-LED에 강도가 높은 에너지를 방출할 수 있으므로, 의료, 및 광변환 장치 등에 적용가능하다. 따라서, 비 화학량론적 물질 합성과 더욱 활성화된 에너지 전이 메커니즘 연구 등을 통한 고효율 형광체 소재 개발이 요구되며, 특히 근자외선 여기 시 고효율의 녹색 발광을 위한 형광체의 개발이 요구된다.On the other hand, development of typical white and RGB phosphor materials such as YAG as near-ultraviolet LED-based phosphor is not yet developed and intensive development is needed. Near-ultraviolet LEDs can emit relatively high intensity energy to blue-LEDs, and thus can be applied to medical and optical conversion devices. Therefore, it is required to develop a high-efficiency phosphor material through non-stoichiometric material synthesis and more active energy transfer mechanism research. In particular, it is required to develop a phosphor for high-efficiency green emission in near-ultraviolet excitation.

1. 한국 공개특허 10-2013-0122383호1. Korean Patent Publication No. 10-2013-0122383 2. 한국 공개특허 10-2011-0129972호2. Korean Patent Publication No. 10-2011-0129972

1. Y. Shimizu, K. Sakano, Y. Noguchi and T. Moriguchi, US Pat., 5,998,925, 1999.1. Y. Shimizu, K. Sakano, Y. Noguchi and T. Moriguchi, U.S. Pat., 5,998,925, 1999. 2. S. Ye, F. Xiao, Y. X. Parn, Y. Y. Ma and Q. Y. Zhang, Mater. Sci. Eng., R, 2010, 71, 1-34.2. S. Ye, F. Xiao, Y. X. Parn, Y. Y. Ma and Q. Y. Zhang, Mater. Sci. Eng., R, 2010, 71, 1-34. 3. Y. Kim and S. Park, Mater. Res. Bull., 2014, 49, 469-474.3. Y. Kim and S. Park, Mater. Res. Bull., 2014, 49, 469-474. 4. W. J. Yang, L. Luo, T. M. Chen and N. S. Wang, Chem. Mater., 2005, 17, 3883-3888.4. W. J. Yang, L. Luo, T. M. Chen and N. S. Wang, Chem. Mater., 2005,17, 3883-3888. 5. K. H. Kwon, W. B. Im, H. S. Jang, H. S. Yoo and D. Y. Jeon, Inorg. Chem., 2009, 48, 11525-11532.5. K. H. Kwon, W. B. Im, H. S. Jang, H. S. Yoo and D. Y. Jeon, Inorg. Chem., 2009, 48, 11525-11532. 6. Y. Uchida and T. Taguchi, Opt. Eng., 2005, 44(12), 124003-124009.6. Y. Uchida and T. Taguchi, Opt. Eng., 2005, 44 (12), 124003-124009. 7. G. Li, D. Geng, M. Shang, Y. Zhang, C. Peng, Z. Cheng and J. Lin, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 21882-21892.7. G. Li, D. Geng, M. Shang, Y. Zhang, C. Peng, Z. Cheng and J. Lin, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 21882-21892. 8. W. Lu, N. Guo, Y. Jia, Q. Zhao, W. Lv, M. Jiao, B. Shao and H. You, Inorg. Chem., 2013, 52, 3007-3012.8. W. Lu, N. Guo, Y. Jia, Q. Zhao, W. Lv, M. Jiao, B. Shao and H. You, Inorg. Chem., 2013, 52, 3007-3012. 9. M. A. Mickens and Z. Assef, J. Lumin., 2014, 145, 498-506.9. M. A. Mickens and Z. Assef, J. Lumin., 2014, 145, 498-506. 10. Y. Liu, X. Zhang, Z. Hao, X. Wang and J. Zhang, Chem. Commun., 2011, 47, 10677-10679.10. Y. Liu, X. Zhang, Z. Hao, X. Wang and J. Zhang, Chem. Commun., 2011, 47, 10677-10679. 11. X. Zhang and M. Gong, Mater. Lett., 2011, 65, 1756-1758.11. X. Zhang and M. Gong, Mater. Lett., 2011, 65, 1756-1758. 12. S. Park, Mater. Lett., 2014, 135, 59-62.12. S. Park, Mater. Lett., 2014, 135, 59-62. 13. Z. Xia and R. S. Liu, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 15604-15609.13. Z. Xia and R. S. Liu, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 15604-15609. 14. X. Fu, L. Fang, S. Niu and H. Zhang, J. Lumin., 2013, 142, 163-166.14. X. Fu, L. Fang, S. Niu and H. Zhang, J. Lumin., 2013, 142, 163-166. 15. S. Lee and S. Park, J. Lumin., 2013, 143, 215-218.15. S. Lee and S. Park, J. Lumin., 2013, 143, 215-218. 16. V. Pankratov, A. I. Popov, S. A. Chernov, A. Zharkouskaya and C. Feldmann, Phys. Status Solidi B, 2010, 247, 2252-2257.16. V. Pankratov, A. I. Popov, S. A. Chernov, A. Zharkouskaya and C. Feldmann, Phys. Status Solidi B, 2010, 247, 2252-2257. 17. R. Sato, S. Takeshita, T. Isobe, T. Sawayama and S. Niikura, ECS J. Solid State Sci. Technol., 2012, 1, R163-R168.17. R. Sato, S. Takeshita, T. Isobe, T. Sawayama and S. Niikura, ECS J. Solid State Sci. Technol., 2012,1, R163-R168. 18. D. J. M. Bevan, J. Mohyla, B. F. Hoskins and R. J. Steen, Eur. J. Solid State Inorg. Chem., 1990, 27, 451-465.18. D. J. M. Bevan, J. Mohyla, B. F. Hoskins and R. J. Steen, Eur. J. Solid State Inorg. Chem., 1990, 27, 451-465. 19. S. Park, J. Lumin., 2015, 166, 176-179.19. S. Park, J. Lumin., 2015, 166, 176-179. 20. G. Blasse, Philips Res. Rep., 1969, 24, 131-144.20. G. Blasse, Philips Res. Rep., 1969, 24, 131-144. 21. N. Guo, Y. Huang, H. You, M. Yang, Y. Song, K. Liu and Y. Zheng, Inorg. Chem., 2010, 49, 10907-10913.21. N. Guo, Y. Huang, H. You, M. Yang, Y. Song, K. Liu and Y. Zheng, Inorg. Chem., 2010, 49, 10907-10913. 22. S. Park, W. Yang, C. Y. Park, M. Noh, S. Choi, D. Park, H. S. Jang and S. H. Cho, Mater. Res. Bull., 2015, 71, 25-29.22. S. Park, W. Yang, C. Y. Park, M. Noh, S. Choi, D. Park, H. S. Jang and S. H. Cho, Mater. Res. Bull., 2015, 71, 25-29. 23. W. J. Yang, L. Luo, T. M. Chen and N. S. Wang, Chem. Mater., 2005, 1, 3883-3888.23. W. J. Yang, L. Luo, T. M. Chen and N. S. Wang, Chem. Mater., 2005,1, 3883-3888. 24. Y. Zhang, G. Li, D. Geng, M. Shang, C. Peng and J. Lin, Inorg. Chem., 2012, 51, 11655-11664.24. Y. Zhang, G. Li, D. Geng, M. Shang, C. Peng and J. Lin, Inorg. Chem., 2012, 51, 11655-11664.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 비화학양론 이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체에 Ce3+ 와 Tb3+가 도핑되어, 근자외선 여기 시에 강화된 녹색 방출을 나타내는 LED용 형광체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the technical idea of the present invention is that the non-stoichiometric yttrium oxyfluoride (Y 7 O 6 F 9 ) host is doped with Ce 3+ and Tb 3+ , And a method for producing the phosphor.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these problems are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 LED용 형광체는, 이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체에 Ce3 + 및 Tb3 + 가 공동 도핑되어 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a phosphor for an LED comprising a yttrium oxyfluoride (Y 7 O 6 F 9 ) host doped with Ce 3 + and Tb 3 + .

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 형광체는 하기의 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the phosphor may comprise a compound of the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9

(상기 화학식 1에서 m= 0 초과 내지 0.1, n = 0 초과 내지 0.15 임)(M = 0 to 0.1, n = 0 to 0.15 in the above formula (1)

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 형광체는, 근자외선을 이용하여 여기될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the phosphor may be excited using near ultraviolet light.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 형광체는, 상기 Ce3 + 으로부터 상기 Tb3 + 으로의 에너지 전이에 의하여 발광될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the phosphor may emit light by energy transfer from the Ce 3 + to the Tb 3 + .

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 형광체는, 상기 m = 0.01 및 상기 n = 0.15에서 최대의 녹색 발광 강도를 나타낼 수 있다.In some embodiments of the present invention, the phosphor may exhibit a maximum green light emission intensity at m = 0.01 and n = 0.15.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 형광체는, 상기 m = 0.05 인 경우에 상기 n = 0.1에서 최대 녹색 발광 강도를 나타낼 수 있다.In some embodiments of the present invention, the phosphor may exhibit a maximum green light emission intensity at n = 0.1 when m = 0.05.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 형광체는, 상기 m = 0.1 인 경우에 상기 n = 0.1에서 최대 녹색 발광 강도를 나타낼 수 있다.In some embodiments of the present invention, the phosphor may exhibit a maximum green light emission intensity at n = 0.1 when m = 0.1.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 형광체는 지배적인 에너지 전이 메커니즘으로서 쌍극자-쌍극자 상호작용을 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the phosphor may have dipole-dipole interactions as a dominant energy transfer mechanism.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 모체는 Y7O6F9 버니어(vernier) 상을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the matrix is Y 7 O 6 F 9 And may include a vernier image.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 LED용 형광체는, 이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체에 Tb3+ 가 도핑되고, 하기의 화학식 2의 화합물을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a phosphor for an LED comprising a yttrium oxyfluoride (Y 7 O 6 F 9 ) host doped with Tb 3+ and a compound represented by the following formula (2).

[화학식 2] (2)

Y7(1-n)Tb7nO6F9 Y 7 (1-n) Tb 7n O 6 F 9

(상기 화학식 2에서 n = 0 초과 내지 0.15 임)(N = 0 to 0.15 in the above formula (2)

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 형광체는, 상기 n=0.1 에서 최대 녹색 발광 강도를 나타낼 수 있다.In some embodiments of the present invention, the phosphor may exhibit a maximum green light emission intensity at n = 0.1.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 형광체는, 상기 Tb3 +5D4 로부터 7F5 로의 전이에 의하여 녹색을 방출할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the phosphor is from 5 D 4 of the Tb 3 + can emit green by a transition to the 7 F 5.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 LED용 형광체의 제조 방법은, 하기의 화학식 1의 LED용 형광체의 제조방법으로서, Y2O3, CeO2, Tb4O7, 및 NH4F 플럭스의 출발물질을 정량 및 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 상기 혼합물질을 하소하여 결정화하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a LED-use phosphor according to the following Formula 1, wherein Y 2 O 3 , CeO 2 , Tb 4 O 7 , and NH Quantifying and mixing the starting material of the 4 F flux to form a mixture; And calcining and crystallizing the mixed material.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9

(상기 화학식 1에서 m= 0 초과 내지 0.1, n = 0 초과 내지 0.15 임)(M = 0 to 0.1, n = 0 to 0.15 in the above formula (1)

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 NH4F 플럭스는, 암모니아와 플로린 가스로 손실되는 것을 방지하도록 펠릿(pellet) 형태로 제공될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the NH 4 F flux may be provided in the form of a pellet to prevent it from being lost to ammonia and flourine gas.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 결정화 단계는, 2% 내지 6% H2 와 94 내지 98% Ar의 분위기 하에서, 1000℃ 내지 1100℃의 온도범위에서, 1시간 내지 3시간 동안 수행될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the crystallization step is performed in a temperature range of 1000 ° C to 1100 ° C for 1 to 3 hours under an atmosphere of 2% to 6% H 2 and 94 to 98% Ar .

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 Y2O3의 Y3+ 이온, 상기 CeO2의 Ce3+ 이온, 및 상기 Tb4O7 의 Tb3+ 이온의 몰 수의 합과 상기 NH4F 의 몰 수의 비율은 1:2일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the sum of the molar numbers of Y 3+ ions of Y 2 O 3 , Ce 3+ ions of CeO 2 , and Tb 3+ ions of Tb 4 O 7 and the NH 4 The molar ratio of F may be 1: 2.

본 발명의 기술적 사상에 따른 LED용 형광체는 비화학양론 이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체에 Ce3+ (증감제)와 Tb3+(활성제)가 도핑되어, 근자외선 여기 시에 강화된 녹색 방출을 나타낸다. 종래의 형광체와는 달리, Ce3+ 이온으로부터 Tb3+ 이온으로의 에너지 전이에 의해 녹색의 발광 강도가 현저히 증가한다.The phosphor for LED according to the technical idea of the present invention is a phosphor in which Ce 3+ (sensitizer) and Tb 3+ (activator) are doped in the non-stoichiometric yttrium oxyfluoride (Y 7 O 6 F 9 ) ≪ / RTI > Unlike the conventional phosphors, the emission intensity of green is significantly increased by the energy transfer from Ce 3+ ions to Tb 3+ ions.

상기 형광체는 녹색을 나타내는 형광체로서 단독으로 사용되거나, RGB 조합으로 사용되거나, 백색 LED용 등으로 다양한 LED에 사용될 수 있다. 특히, 상기 형광체는 근자외선에 의하여 여기되는 LED에 사용될 수 있다. The phosphor may be used singly as a green phosphor, or may be used in combination of RGB, or may be used in various LEDs for a white LED. In particular, the phosphors can be used for LEDs excited by near ultraviolet rays.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The effects of the present invention described above are exemplarily described, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 X-선 회절 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 Tb3+ 이온 함량에 따른 상대적인 발광 강도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 Ce3+ 이온 함량에 따른 상대적인 발광 강도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 Tb3+ 이온 함량에 따른 에너지 전이 효율을 나타내는 그래프이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 에너지 전이 메커니즘을 설명하는 그래프들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
1 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a phosphor for LED according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing excitation and emission spectrum of a phosphor for LED according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relative light emission intensity according to the Tb 3+ ion content of the LED-use fluorescent material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing excitation and emission spectrum of a phosphor for LED according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the relative emission intensity according to Ce 3 + ion content of the LED-use fluorescent material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the emission spectrum of a phosphor for LED according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the emission spectrum of the LED-use phosphor according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the energy transfer efficiency according to the Tb 3+ ion content of the LED phosphor according to an embodiment of the present invention.
9 to 11 are graphs illustrating the energy transfer mechanism of the LED phosphor according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing the excitation and emission spectrum of a phosphor for LED according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. The scope of technical thought is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. The same reference numerals denote the same elements at all times. Further, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing depicted in the accompanying drawings.

본 발명의 기술적 사상은 LED(light emitting diode)용 형광체에 관한 것으로서, 구체적으로 강화된 녹색 발광 강도는 가지는 Y7O6F9:Ce3 +-Tb3 + 형광체에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a phosphor for a light emitting diode (LED), and specifically relates to a Y 7 O 6 F 9 : Ce 3 + -Tb 3 + phosphor having an enhanced green emission intensity.

백색 발광 다이오드들은 청색 LED 칩(450 nm)과 황색 형광체 (Y3Al5O12:Ce)의 결합에 의하여 이루어지거나, 근자외선 LED 칩과 녹색-적색 형광체(Ba9Y2Si6O24:Eu,Mn, CaAl2Si2O8:Eu,Mn, 또는 (CaMg)6-(PO4)4:Eu,Mn)의 결합에 의하여 이루어진다. 또한, 적색-녹색-청색(RGB) 형광체와 결합된 근자외선(NUV) 칩은 백색 LED 광을 구현할 수 있고, 특히 색상을 변화시키는 형광체와 협력 광도를 구현하고, 이는 우수한 연색 평가 지수들 및 유채색 안전성을 나타낼 수 있다. The white light emitting diodes are formed by the combination of a blue LED chip (450 nm) and a yellow phosphor (Y 3 Al 5 O 12 : Ce), or a near-ultraviolet LED chip and a green-red phosphor (Ba 9 Y 2 Si 6 O 24 : Eu, Mn, CaAl 2 Si 2 O 8 : Eu, Mn, or (CaMg) 6 - (PO 4 ) 4 : Eu, Mn. In addition, near-ultraviolet (NUV) chips combined with red-green-blue (RGB) phosphors can realize white LED light, and in particular, realize cooperating luminosities with phosphors that change color, Safety can be shown.

RGB 형광체로서, 예를 들어 "Mg2Y8(SiO4)6O2:Ce,Tb,Mn", "CaScAlSiO6:Ce,Tb,Mn", 또는 "Na2Ca3Si6O16:Ce,Tb,Mn" 등이 있다. 이러한 형광체는 다양한 기저 물질(host material) 내에서 Ce3 + 및 Tb3 + 사이의 에너지 전이 메커니즘 또는 Ce3 + 및 Mn2 + 사이의 에너지 전이 메커니즘을 나타낼 수 있다. 희토류 물질 중 하나인 Ce3 + 이온은 효과적인 흡수를 나타내는 5d-4f 전이들에 의하여 야기되는 넓은 방출 밴드들을 가지므로, 증감제(sensitizer)로 효과적으로 사용될 수 있다. 그러나, d-d 전이(4T1 -> 6A1) 에 영향을 줄 수 있는 Mn2+ 활성체 이온은, 전기 쌍극자 상호 작용이 금지되어 있기 때문에, 일반적으로 모니터하기 어렵다. 다중극 상호 작용이 Ce3 + 와 Mn2 + 사이의 정전기적 에너지 전이에 의하여 이루어짐에 따라서, 활성체로서 Mn2 + 이온의 방출이 더 증가될 수 있다. 또한, Tb3 + 이온은 근자외선 영역에서 f-f 전이들이 금지되므로, 흡수 피크들이 매우 약하게 된다.As the RGB phosphors, for example, Mg 2 Y 8 (SiO 4 ) 6 O 2 : Ce, Tb, Mn, CaScAlSiO 6 : Ce, Tb, Mn, or Na 2 Ca 3 Si 6 O 16 : Ce , Tb, Mn "and the like. These phosphors can exhibit an energy transfer mechanism between Ce 3 + and Tb 3 + or an energy transfer mechanism between Ce 3 + and Mn 2 + in various host materials. One of the rare earth material Ce 3 + ions because of the wide emission band, which is caused by the 5d-4f transition represents the effective absorption can be effectively used as a sensitizer (sensitizer). However, Mn 2+ activator ions, which can affect the dd transition ( 4 T 1 -> 6 A 1 ), are generally difficult to monitor because of the inhibition of electrical dipole interactions. As the multipole interaction is made by the electrostatic energy transfer between Ce 3 + and Mn 2 + , the release of Mn 2 + ions as an activator can be further increased. Also, the Tb 3 + ions are very weak in the absorption peaks because ff transitions are inhibited in the near ultraviolet region.

반면, Ce3+ 로부터 Tb3+ 으로의 에너지 전이가 효과적으로 발생하면, Tb3+ 방출 피크들의 5D4 -> 7FJ 전이가 우세하게 된다. 즉, Ce3+ 이온들의 기저 상태로부터 5d 상태로의 여기가 발생되고, 이어서 Tb3+ 이온들의 5D3 및 다른 레벨들의 에너지 전이 프로세스가 발생할 수 있고, 그 결과로서 강한 녹색 발광을 구현할 수 있다. 따라서, Ce3 + 및 Tb3 + 사이의 에너지 전이를 야기할 수 있는 녹색 발광 화합물은 근자외선 LED용 형광체로서 사용될 수 있다. 따라서, 백색 LED 장치들에서의 효과적인 녹색 발광을 이루기 위하여, 실리케이트(silicates), 포스페이트(phosphates), 및 보레이트(borates) 등과 같은 다양한 기저 물질을 Ce3+ 및 Tb3+ 이온들과 혼합하여 사용될 수 있다.On the other hand, when energy transfer from Ce 3+ to Tb 3+ occurs effectively, the transition of T D 3+ emission peaks to 5 D 4 -> 7 F J predominates. That is, excitation of the Ce 3+ ions from the ground state to the 5d state occurs, followed by an energy transfer process of 5 D 3 and other levels of Tb 3+ ions, resulting in a strong green emission . Therefore, a green light emitting compound capable of causing energy transfer between Ce 3 + and Tb 3 + can be used as a phosphor for near-ultraviolet LED. Thus, various base materials such as silicates, phosphates, and borates, etc. can be used in combination with Ce 3+ and Tb 3+ ions to achieve effective green emission in white LED devices have.

본 발명에 따른 Y7O6F9:Ce3+-Tb3+ 형광체는 비화학양론(즉, Y:O:F≠1:1:1) 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체에 증감제(sensitizer)로서 Ce3+ 이온을, 활성제(activator)로서 Tb3+ 이온을 도핑하여 구현할 수 있다. 상기 Y7O6F9:Ce3+-Tb3+ 형광체는 Ce3+ 로부터 나오는 청색과 Tb3+ 로부터 나오는 황색의 조합으로 녹색을 구현할 수 있으며, 특히, Ce3+ 이온으로부터 Tb3+ 이온으로의 에너지 전이에 의해 발광 강도가 현저히 증가할 수 있다.The Y 7 O 6 F 9 : Ce 3+ -Tb 3+ phosphor according to the present invention is a phosphor which has a non-stoichiometric (ie Y: O: F ≠ 1: 1: 1) oxyfluoride (Y 7 O 6 F 9 ) Can be realized by doping Ce 3+ ions as a sensitizer and Tb 3+ ions as an activator. Wherein Y 7 O 6 F 9: Ce 3+ -Tb 3+ phosphor may implement a combination of green to yellow emitted from the blue and Tb 3+ coming from Ce 3+, in particular, Tb 3+ ions from the Ce 3+ ion The light emission intensity can be remarkably increased by the energy transfer to the light emitting layer.

본 발명의 기술적 사상에 따른 LED용 형광체는 이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체에 증감제(sensitizer)로서 Ce3 +가 도핑되고, 활성제(activator)로서 Tb3+가 도핑되어 구성될 수 있다. 상기 LED용 형광체는 이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체로부터 이트륨을 세륨(Ce)과 터븀(Tb)이 치환하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 LED용 형광체는 하기의 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.The phosphor for LED according to the technical idea of the present invention is composed of yttrium oxyfluoride (Y 7 O 6 F 9 ) host doped with Ce 3 + as a sensitizer and doped with Tb 3+ as an activator . The LED fluorescent material may be formed by replacing yttrium with cerium (Ce) and terbium (Tb) from a yttrium oxyfluoride (Y 7 O 6 F 9 ) host. For example, the LED-use fluorescent substance may include a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9

(상기 화학식 1에서 m= 0 초과 내지 0.1, n = 0 초과 내지 0.15 임)(M = 0 to 0.1, n = 0 to 0.15 in the above formula (1)

또한, 상기 LED용 형광체는 이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체로부터 이트륨을 터븀(Tb)이 치환하여 형성될 수 있고, 하기의 화학식 2의 화합물을 포함할 수 있다.In addition, the LED phosphor may comprise a compound of formula (2) of yttrium oxy-fluoride (Y 7 O 6 F 9) and yttrium from the matrix can be formed by terbium (Tb) is substituted for,.

[화학식 2](2)

Y7(1-n)Tb7nO6F9 Y 7 (1-n) Tb 7n O 6 F 9

(상기 화학식 2에서 n = 0 초과 내지 0.15 임)(N = 0 to 0.15 in the above formula (2)

상기 이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체는 비화학양론 구조를 가지며, "a × 7b × c" 의 단위 셀을 가지는 플로라이트(fluorite)의 일차원 초구조로 이루어지고, Abm2 공간 군의 버니어(vernier) 상으로 지칭될 수 있다. 구체적으로, 상기 이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체는, Y7O6F9 버니어 상 내에 F- 층들 사이에 단일의 YO+ 층이 개재되어 있고, Y3+ 이온들은 네 개의 O2- 및 세 개의 F- 음이온들 (YO4F3) 및 네 개의 O2- 및 네 개의 F- 음이온들 (YO4F4)에 의하여 배위되어 구성된다.It is made of the yttrium oxy-fluoride (Y 7 O 6 F 9) the matrix is a one-dimensional second structure of peulrorayiteu (fluorite) having a unit cell having a non-stoichiometric structures, "a × 7b × c" , the Abm2 space group May be referred to as a vernier. Specifically, the yttrium oxy-fluoride (Y 7 O 6 F 9) Matrix, Y 7 O 6 F 9 F vernier within the - between the layers and is interposed a single layer YO +, Y 3+ ions are four O 2- and three F - anion of (YO 4 F 3) and four O 2- and four F - is coordinated by anionic it consists of (YO 4 F 4).

상기 이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체에 불소(F)가 있으므로 에너지 레벨 차이가 크며, 따라서 여기를 위하여 가시광선에 비하여 에너지가 큰 근자외선이 요구된다. 이에 따라, 본 발명의 LED용 형광체는 근자외선을 이용하여 여기될 수 있다.Since there is fluorine (F) in the yttrium oxyfluoride (Y 7 O 6 F 9 ) matrix, the difference in energy level is large, and thus near-ultraviolet rays having a larger energy than the visible light are required for excitation. Accordingly, the LED-use phosphor of the present invention can be excited by using near-ultraviolet rays.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시에는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

1. 형광체 합성1. Phosphor Synthesis

Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 형광체를 합성하기 위하여, 출발 물질로서 Y2O3 (Alfa 99.9%), CeO2 (Alfa 99.9%), Tb4O7 (Alfa 99.9%), 및 NH4F (Alfa 99%)를 준비하였다. 상기 NH4F는 암모니아와 플로린 가스로 손실되는 것을 방지하도록 펠릿(pellet) 형태로 제공될 수 있다.Y 2 O 3 (Alfa 99.9%), CeO 2 (Alfa 99.9%), Tb 4 O 7 (Alfa 99.9%) as starting materials were synthesized to synthesize Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 phosphors. ), And NH 4 F (Alfa 99%) were prepared. The NH 4 F may be provided in the form of a pellet to prevent it from being lost to ammonia and florine gas.

상기 출발 물질들의 비율을 조정하여 정량하고 혼합하여 혼합물을 형성함으로써, 다양한 분율의 Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 형광체를 형성하였다. 즉, m이 0 내지 0.1의 범위를 가지고, n이 0 내지 0.15의 범위를 가지는 다양한 Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 형광체를 형성하였다. 예를 들어, m=0, n=0인 경우에는, Y7O6F9 형광체가 형성되었고, m=0.1, n=0.15인 경우에는, Y5.25Ce0.7Tb1.05O6F9 형광체가 형성되었다.Various proportions of Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n 6 F 9 phosphors were formed by adjusting the proportions of the starting materials and quantitating and mixing to form a mixture. That is, various Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n 6 F 9 phosphors with m ranging from 0 to 0.1 and n ranging from 0 to 0.15 were formed. For example, when m = 0 and n = 0, a Y 7 O 6 F 9 phosphor is formed. When m = 0.1 and n = 0.15, a Y 5.25 Ce 0.7 Tb 1.05 O 6 F 9 phosphor is formed .

상기 출발 물질의 혼합물을 4% H2 와 96% Ar의 분위기 하에서 1050℃에서 2시간 동안 가열하였다. 상기 분위기 가열 온도 및 시간 등의 범위는 예시적이며, 예를 들어 2% 내지 6% H2 와 94% 내지 98% Ar의 분위기일 수 있고, 1000℃ 내지 1100℃의 온도 범위일 수 있고, 예를 들어 1 시간 내지 3 시간일 수 있다. 이러한 가열에 의하여 상기 혼합물은 하소되고 결정화된다. 예를 들어 850℃로 가열하여 하소하는 경우에는 상기 활성제(Tb3+)가 모체에 치환고용이 안될 수 있고, 950℃로 가열하여 하소하는 경우에는 결정 구조가 다른 Y6O5F8가 생성될 수 있다. 따라서, 1000℃ 내지 1100℃의 온도범위로 가열하여 하소하는 경우, 원하는 Y7O6F9가 생성될 수 있다. The mixture of the starting material was heated for two hours at 1050 ℃ under an atmosphere of 4% H 2 and 96% Ar. The range of the atmosphere heating temperature and time is illustrative and may be, for example, an atmosphere of 2% to 6% H 2 and 94% to 98% Ar, may be a temperature range of 1000 ° C to 1100 ° C, For 1 to 3 hours. By such heating, the mixture is calcined and crystallized. For example, in the case of calcination by heating at 850 ° C, the active agent (Tb 3+ ) may not be substituted into the matrix, and when calcined at 950 ° C, Y 6 O 5 F 8 . Thus, when calcined by heating to a temperature in the range of 1000 ° C to 1100 ° C, the desired Y 7 O 6 F 9 can be produced.

참고로, 고온에서 NH4F 플럭스를 이용한 Y7O6F9:Eu의 버니어 상 형광체의 형성에 관한 기존 연구가 있다. 따라서, Y7O6F9 결정 구조를 제공하도록, 1050℃에서 1/2 Y2O3 전구체들 및 NH4F 플럭스의 몰 비율을 변경하는 플럭스 지원 방법을 사용하였다. 예를 들어, 전구체들(1/2 Y2O3 + CeO2 + 1/4 Tb4O7)과 NH4F 플럭스의 몰 비는 1:2로 정량할 수 있다. 다시 말하면, 상기 Y2O3의 Y3+ 이온, 상기 CeO2의 Ce3+ 이온, 및 상기 Tb4O7 의 Tb3+ 이온의 몰 수의 합(이하에서는, Y3++Ce3++Tb3+으로 지칭함)과 NH4F 플럭스의 몰 수의 비율이 1:2 임을 의미한다. 상기 NH4F 플럭스 농도가 상기 비율에 비하여 낮은 경우에는 화학양론 조성의 이트륨 옥시플로라이드가 합성될 수 있고, 상기 NH4F 플럭스가 상기 비율에 비하여 높은 경우에는 Y7O6F9 외에 원하지 않는 YF3 가 함께 형성될 수 있다.For reference, there is an existing study on the formation of Y 7 O 6 F 9 : Eu vernier phase phosphor using NH 4 F flux at high temperature. Thus, a flux assisted method was used to change the molar ratio of 1/2 Y 2 O 3 precursors and NH 4 F flux at 1050 ° C. to provide a Y 7 O 6 F 9 crystal structure. For example, the molar ratio of precursors (1/2 Y 2 O 3 + CeO 2 + 1/4 Tb 4 O 7 ) to NH 4 F flux can be quantified as 1: 2. In other words again, the Y 2 O 3 of Y 3+ ions, the CeO 2 of Ce 3+ ion, and the Tb 4 O 7 for Tb 3+ molar number of the sum of an ion (hereinafter, Y 3+ + Ce 3+ + Tb 3+ ) and the number of moles of NH 4 F flux is 1: 2. When the NH 4 F flux concentration is lower than the above ratio, yttrium oxyfluoride having a stoichiometric composition can be synthesized. When the NH 4 F flux is higher than the above ratio, Y 7 O 6 F 9 is not desired, YF 3 may be formed together.

또한, Ce을 포함하지 않는 형광체(즉, Y7(1-n)Tb7nO6F9 형광체)를 합성할 때에는, CeO2 (Alfa 99.9%)를 제외하여 정량하였다. Further, when synthesizing a phosphor not containing Ce (i.e., Y 7 (1-n) Tb 7n O 6 F 9 phosphor), CeO 2 (Alfa 99.9%) was excluded and quantified.

2. 형광체의 특성 측정 방법2. Method of measuring phosphor properties

합성된 LED용 형광체(Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9)의 결정 특성과 상 확인을 위하여, X선 회절분석기(Shimadzu XRD-6000 powder diffractometer, Cu-Ka radiation)로 X-선 회절 패턴을 측정하였다.X-ray diffractometer (Shimadzu XRD-6000 powder diffractometer, Cu-Ka radiation) was used to determine the crystal characteristics and phase of the synthesized LED phosphor (Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 ) -Ray diffraction pattern was measured.

상기 LED용 형광체의 단위격자의 계산을 위하여, Rietveld refinement 프로그램(Rietica)을 사용하여 측정된 단위격자 매개 변수를 설정하였다.For the calculation of the unit lattice of the LED-use phosphor, a unit lattice parameter measured using a Rietveld refinement program (Rietica) was set.

상기 LED용 형광체의 형광 특성을 위하여, 상온에서 형광 분광 광도계(Sinco Fluromate FS-2)를 이용하여 여기 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 상기 여기 및 발광 스펙트럼은 근자외선(NUV)을 이용하여 수행하였다.For fluorescence characteristics of the LED-use fluorescent substance, excitation and emission spectrum were measured at room temperature using a fluorescence spectrophotometer (Sinco Fluromate FS-2). The excitation and emission spectra were performed using Near-UV (NUV).

3. 형광체의 특성 결과3. Characteristic Results of Phosphor

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 X-선 회절 패턴을 도시하는 그래프이다.1 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a phosphor for LED according to an embodiment of the present invention.

도 1에서, (a) 내지 (c)의 그래프들은 비교예로서, 각각 Y2O3 (ICSD 27772), YF3 (ICSD 26595), 및 Y7O6F9 (ICSD 68951) 구조들에 대한 계산된 X선 회절 패턴들을 나타낸다. (d) 및 (e)는 (Y3+, Ce3+, Tb3+) 이온들에 대한 NH4F 플럭스의 1: 2 몰 비율을 이용하여, 1050 ℃에서 합성된 Y7(1-m-n)Ce7m Tb7nO6F9 X선 회절 패턴들을 나타낸다. (d)는 m = 0.05, n = 0.1인 경우로서, Y5.95Ce0.35Tb0.7O6F9 형광체이고, (e)는 m = 0.1, n =0.15인 경우로서, Y5.25Ce0.7Tb1.05O6F9 형광체이다.In FIG. 1, the graphs (a) to (c) show, as a comparative example, graphs for Y 2 O 3 (ICSD 27772), YF 3 (ICSD 26595), and Y 7 O 6 F 9 (ICSD 68951) The calculated X-ray diffraction patterns are shown. (d) and (e) show Y 7 (1-mn) synthesized at 1050 ° C using a 1: 2 molar ratio of NH 4 F flux to (Y 3+ , Ce 3+ , Tb 3+ ) ) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 X-ray diffraction patterns. (d) is a Y 5.95 Ce 0.35 Tb 0.7 O 6 F 9 phosphor in which m = 0.05 and n = 0.1, and (e) m = 0.1 and n = 0.15. Y 5.25 Ce 0.7 Tb 1.05 O 6 F 9 phosphor.

도 1을 참조하면, Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 (m = 0.01-0.1, n = 0-0.15)의 상은 이트륨 옥시플로라이드의 모체에서 내에서 Y3+ 이온들을 Ce3+ 및 Tb3+ 이온들이 대체한 후에, 분말 X-선 회절 분석에 의하여 식별되었다.1, the phase of Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.01-0.1, n = 0-0.15) forms Y 3+ ions within the matrix of yttrium oxyfloride Ce < 3 + > and Tb < 3 + > ions, after being replaced by powder X-ray diffraction analysis.

또한, 도 1의 (d) 및 (e)의 그래프에 나타난 바와 같이, (Y3+, Ce3+, Tb3+) 이온들에 대한 NH4F 플럭스의 몰 비율이 두 배가 되는 경우에는 (즉, 1:2), Y2O3 에 해당되는 피크가 사라지므로, Y2O3 전구체가 완전히 반응함을 알 수 있다. 또한, 상기 몰 비율에서 형성된 형광체는 Y7O6F9 버니어 상을 명확하게 나타내고 있으며, 반면 YF3 구조는 거의 관찰되지 않았다. 이러한 결과는 Eu3+ 가 도핑된 Y7O6F9 형광체에 관한 기존 연구와 일치한다.Further, as shown in the graphs (d) and (e) of FIG. 1, when the molar ratio of NH 4 F flux to (Y 3+ , Ce 3+ , Tb 3+ ) ions is doubled that is, 1: 2), Y 2 O 3 peaks corresponding to disappear, and Y 2 O 3 precursor is found to be completely reacted. In addition, the phosphor formed at the molar ratio clearly shows the Y 7 O 6 F 9 vernier phase, while the YF 3 structure was hardly observed. These results are consistent with previous studies on Eu 3+ doped Y 7 O 6 F 9 phosphors.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 Tb3+ 이온 함량에 따른 상대적인 발광 강도를 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing excitation and emission spectrum of a phosphor for LED according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a graph showing the relative light emission intensity according to the Tb 3+ ion content of the LED-use fluorescent material according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3에서, LED용 형광체들은 Y7(1-n)Tb7nO6F9 (n = 0 초과 내지 0.15)의 화합물을 포함하고, 예를 들어 Y6.93Tb0.07O6F9 화합물 (n=0.01), Y6.65Tb0.35O6F9 화합물(n=0.05), Y6.3Tb0.7O6F9 화합물 (n=0.1), Y5.95Tb1.05O6F9 화합물 (n=0.15)을 포함한다.2 and 3, the phosphors for LEDs include compounds of Y 7 (1-n) Tb 7n O 6 F 9 (n = 0 to 0.15), for example Y 6.93 Tb 0.07 O 6 F 9 compound (n = 0.01), Y 6.65 Tb 0.35 O 6 F 9 compound (n = 0.05), Y 6.3 Tb 0.7 O 6 F 9 compound (n = 0.1), Y 5.95 Tb 1.05 O 6 F 9 compound .

도 2를 참조하면, 200 nm 내지 300 nm 범위의 여기(excitation) 영역에서 강한 피크들이 나타났으며, 이는 Tb3+ 이온의 4f8 로부터 4f75d1 로의 전이에 관련된 것으로 분석된다. 또한, 300 nm 내지 400 nm 범위의 여기 영역에서 피크들이 나타났으며, 이는 Tb3+ 이온의 4f8 로부터 4f8 로의 전이에 관련된 것으로 분석된다.Referring to FIG. 2, strong peaks appeared in the excitation range from 200 nm to 300 nm, which is analyzed to be related to the transition of Tb 3+ ions from 4f 8 to 4f 7 5d 1 . In addition, the peaks were observed in this region of 300 nm to 400 nm range, which is analyzed to be involved in transition to 4f 4f 8 8 from the Tb 3+ ion.

반면, 450 nm 내지 650 nm 범위의 발광(emission) 영역에서 피크들이 나타났으며, 특히 530 nm 내지 550 nm 범위에서, 예를 들어 약 543 nm에서 Tb3+ 이온이 도핑된 Y7O6F9 형광체의 강한 녹색 방출 피크가 나타났다. 이러한 방출 피크는 Tb3+ 이온들의 5D4 로부터 7F5 로의 전이에 관련된다. 또한, 500 nm 이하에서 5D4 로부터 7F6 로의 전이에 관련된 피크와 550 nm 초과에서 5D4 로부터 7F4 로의 전이 및 5D4 로부터 7F3 로의 전이에 관련된 피크(청색 발광)가 관찰되었다.On the other hand, peaks appeared in the emission region in the range of 450 nm to 650 nm, particularly in the range of 530 nm to 550 nm, for example, Y 7 O 6 F 9 doped with Tb 3+ ions at about 543 nm A strong green emission peak of the phosphor appeared. This emission peak is related to the transition of Tb 3+ ions from 5 D 4 to 7 F 5 . In addition, a peak related to the transition from 5 D 4 to 7 F 6 at 500 nm or less and a transition from 5 D 4 to 7 F 4 and a transition from 5 D 4 to 7 F 3 at above 550 nm (blue emission) Respectively.

Tb3+ 이온의 몰 농도들이 증가됨에 따라, 방출 피크의 최대 강도 지점들이 대략 543 nm에서 더 두드러지게 관찰되었다. 상기 Y7(1-n)Tb7nO6F9 형광체에서의 Tb3+ 이온 함량이 n = 0.1 (~10 mol%)에 도달하면, 집적 방광에 의하여 산출된 상대 발광 강도가 최대화된다. As the molar concentrations of Tb 3+ ions were increased, the maximum intensity points of the emission peak were observed more prominently at approximately 543 nm. When the content of Tb 3+ ions in the Y 7 (1-n) Tb 7n 6 F 9 phosphor reaches n = 0.1 (~10 mol%), the relative luminescence intensity calculated by the integrated bladder is maximized.

도 3을 참조하면, n이 0에서 0.15까지 증가되는 범위에서, n = 0.1에 상응하는 Tb3+ 이온의 함량에서 최대 발광 강도를 나타내었다. 또한, n = 0.1 이상의 영역에서는, 활성제인 Tb3+ 이온들 사이의 거리가 가까워져서 이온들 사이의 교환 상호 작용 등과 같은 비복사선 에너지 전달이 두드려지게 되어 발광 세기가 감소하는 것으로 분석된다. 이러한 Tb3+ 이온 함량의 임계값은 본 발명의 Y7O6F9 모체에서의 특유한 특성이다.Referring to FIG. 3, in the range where n is increased from 0 to 0.15, the maximum light emission intensity was exhibited at the content of Tb 3+ ions corresponding to n = 0.1. Further, in the region where n = 0.1 or more, the distance between the activator Tb 3+ ions becomes close to each other, so that non-radiation energy transfer such as exchange interaction between ions is marked and the emission intensity is reduced. This threshold value of Tb 3+ ion content is a characteristic characteristic in the Y 7 O 6 F 9 matrix of the present invention.

LED용 형광체의 단위격자의 크기는 다음과 같이 계산되었다. Y7O6F9 (ICSD 68951) 모체의 단위 격자는 a = 5.423(1)Å, b = 38.624(6)Å, c = 5.527(1)Å 이다. Y7O6F9 구조 내에서 Y3+ 이온(r = 0.96Å, CN = 7 및 r =1.019Å, CN = 8)을 Tb3+ 이온(r = 0.98Å, CN = 7 및 r = 1.04Å, CN =8)이 치환하는 경우에는, Y7(1-n) Tb7nO6F9 (n = 0.1)의 단위 셀은 약간 팽창된다. 즉, a = 5.43158(2)Å, b = 38.77192(2)Å, c = 5.55434(4)Å 이 된다. 상기 Tb3+ 이온들의 농도가 증가됨에 따라, 에너지 전이가 증가되고, 활성체들 사이의 거리는 감소된다. 방출 강도의 감소는 전기 상호 작용의 결과로부터의 활성체들 사이의 비방사적인 에너지 전이로 나타난다. 임계 거리 (Rc)는 하기의 수식을 이용하여 계산된다.The size of the unit cell of the LED phosphor was calculated as follows. The unit lattice of the Y 7 O 6 F 9 (ICSD 68951) matrix is a = 5.423 (1) Å, b = 38.624 (6) Å, and c = 5.527 (1) Å. Y 3 + ions (r = 0.96 Å, CN = 7 and r = 1.019 Å, CN = 8) in the Y 7 O 6 F 9 structure with Tb 3+ ions (r = 0.98 Å, CN = 7 and r = 1.04 A unit cell of Y 7 (1-n) Tb 7n O 6 F 9 (n = 0.1) is slightly expanded. That is, a = 5.43158 (2) A, b = 38.77192 (2) A, c = 5.55434 (4) A. As the concentration of the Tb < 3 + > ions is increased, the energy transfer is increased and the distance between the activators is reduced. Reduction of the emission intensity is due to non-radiative energy transfer between the activators from the result of the electrical interaction. The critical distance (R c) is calculated using the formula below.

Figure 112016069456180-pat00001
Figure 112016069456180-pat00001

상기 수학식 1에서, V는 단위 격자의 부피이고, N은 단위 격자의 도판트 가능 위치의 수 (N = 7)이고, pc 는 Tb3+ 이온의 임계 농도이고, Rc 는 에너지 전이를 위한 임계 거리이다. Y7(1-n)Tb7nO6F9 에서 n = 0.1인 경우에는, V는 1169.7 Å3 이고, Rc 는 9.276Å이다.Where V is the volume of the unit cell, N is the number of possible dopant sites in the unit cell (N = 7), p c is the critical concentration of the Tb 3+ ion, R c is the energy transfer . When n = 0.1 in Y 7 (1-n) Tb 7n O 6 F 9 , V is 1169.7 Å 3 and R c is 9.276 Å.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 Ce3+ 이온 함량에 따른 상대적인 발광 강도를 나타내는 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing excitation and emission spectrum of a phosphor for LED according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph showing the relative emission intensity according to Ce 3 + ion content of the LED-use fluorescent material according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5에서, LED용 형광체들은 Ce3+ 및 Tb3+ 공동 도핑된 Y7O6F9 형광체이며, Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 (m= 0 내지 0.1, n = 0 내지 0.15 임)의 화합물을 포함하고, 예를 들어 m은 0, 0.01, 0.05, 0.1 이고, n은 0, 0.01, 0.05, 0.1, 0.15의 값의 조합들로 이루어진 화합물들을 포함한다.4 and 5, the LED phosphors are Ce 3+ and Tb 3+ co-doped Y 7 O 6 F 9 phosphors, and Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.1, n = 0 to 0.15, for example m is 0, 0.01, 0.05, 0.1 and n is 0, 0.01, 0.05, 0.1, 0.15. do.

도 4의 하측에 위치한 흑색 점선 그래프는 m이 0.05이고, n이 0인 경우인 Y6.65Ce0.35O6F9 형광체의 여기 및 방출 스펙트럼을 나타낸다. 도 4의 하측에 위치한 녹색 실선 그래프는 m이 0이고, n이 0.1인 경우인 Y6.3Tb0.7O6F9 형광체의 여기 및 방출 스펙트럼을 나타낸다. The black dotted line graph on the lower side of FIG. 4 shows the excitation and emission spectrum of Y 6.65 Ce 0.35 O 6 F 9 phosphor in which m is 0.05 and n is 0. 4 shows the excitation and emission spectrum of Y 6.3 Tb 0.7 O 6 F 9 phosphor in which m is 0 and n is 0.1.

도 4를 참조하면, 도 2 및 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이, Ce이 없는 경우에는 Y7O6F9 버니어 모체에 10% Tb3 + 이온 함량(즉, n=0.1)의 형광체가 최대의 상대 발광 강도를 나타났다. 반면, Tb3 + 이온이 없고(즉, n=0), Ce3 + 이온이 도핑된 Y7O6F9 형광체는 약 382 nm에서 중심인 청색 발광을 나타내며, Ce3+ 전이들의 5d 레벨에서 결정장(Crystalline Field) 분열에 따른 두 개의 중요한 여기 피크가 310 nm 및 330 nm 주위에서 나타났다.Referring to FIG. 4, as described above with reference to FIG. 2 and FIG. 3, when Ce is absent, a phosphor of 10% Tb 3 + ion content (i.e., n = 0.1) is added to Y 7 O 6 F 9 veneer mother liquor Maximum relative emission intensity. On the other hand, the Y 7 O 6 F 9 phosphors doped with Ce 3 + ions exhibit blue emission centered at about 382 nm without the Tb 3 + ions (ie, n = 0), and at the 5d level of Ce 3+ Two important excitation peaks due to the Crystalline Field cleavage occurred around 310 nm and 330 nm.

도 4의 상측에 위치한 적색 실선 그래프는 Ce3+ 이온 및 Tb3+ 이온이 공동 도핑되고, m이 0.05이고, n이 0.1인 경우인 Y5. 95Ce0 . 35Tb0 . 7O6F9 형광체의 여기 및 방출 스펙트럼을 나타낸다. 약 334 nm 여기 하에서, 형광체 내의 Ce3 + 이온들의 f로부터 d로의 전이의 넓은 밴드는 약 382 nm를 중심으로 미약하게 나타났으며, 이는 Ce3+ 이온으로부터 Tb3+ 이온으로의 효과적인 에너지 전이에 기인한다. 따라서, Y5.95Ce0.35Tb0.7O6F9 형광체는 현저하게 강화된 녹색 방출 피크들을 나타내며, 이러한 피크들은 Tb3+ 이온들의 5D4으로부터 7FJ 전이들에 상응한다. 329 nm 여기 하에서의 Y5.95Ce0.35Tb0.7O6F9 형광체의 녹색 방출은 Tb3+ 이온이 도핑된 Y7O6F9 형광체(즉, Y6.3Tb0.7O6F9 형광체)에 비하여 대략 10 배 이상으로 급격하게 증가되었다. 도 2에 도시된 바와 같이, Tb3+ 이온이 도핑된 Y7O6F9 형광체(즉, Y6.3Tb0.7O6F9 형광체)의 넓은 여기 범위는 준안정 에너지 레벨을 구축하며, 이에 따라 강한 스타크(Stark) 분리에 의한 전환 특성들을 증가시킨다.If even a red solid line graph in the upper 4 is doped with the ion Ce 3+ and Tb 3+ ions co, m is 0.05, n is 0.1 Y 5. 95 Ce 0. 35 Tb 0 . 7 O 6 F 9 phosphors. Under about 334 nm excitation, the broad band of the transition from f to d of Ce 3 + ions in the phosphors was weak at about 382 nm, which is an effective energy transfer from Ce 3+ to Tb 3+ ions . Thus, the Y 5.95 Ce 0.35 Tb 0.7 O 6 F 9 phosphors exhibit significantly enhanced green emission peaks, which correspond to the 5 D 4 to 7 F J transitions of Tb 3+ ions. The green emission of the Y 5.95 Ce 0.35 Tb 0.7 O 6 F 9 phosphor under the 329 nm excitation is about 10 times that of the Y 7 O 6 F 9 phosphor doped with Tb 3+ ions (i.e., Y 6.3 Tb 0.7 O 6 F 9 phosphor) Times more rapidly than that. As shown in FIG. 2, the broad excitation range of the Y 7 O 6 F 9 phosphor doped with Tb 3+ ions (ie Y 6.3 Tb 0.7 O 6 F 9 phosphor) establishes a metastable energy level, Thereby increasing conversion characteristics due to strong Stark separation.

Ce3+ 이온이 도핑된 모체 구조 내로 Tb3+ 이온이 공동 도핑되면, Ce3+ 이온로부터 Tb3 + 이온으로의 높은 에너지 전이를 발생시킬 수 있다. 이러한 Ce3 + 이온로부터 Tb3 + 이온으로의 에너지 전이는 다양한 모체에서 가능하다. 상기 에너지 전이 프로세스는, Ce3 + 이온들이 5d 상태로부터 Tb3 + 이온들의 5D3 레벨로의 전이가 발생되고, 이어서 5D4 레벨로의 비방사적인 완화로 설명된다. 즉, 유사한 에너지 레벨로의 전이가 되므로, Ce3+ 이온들의 2FJ 전이에 의하여 여기된 5d 레벨의 전자들이 Tb3+ 이온들의 5D3 레벨로의 전이가 효과적이게 된다.When the Tb 3+ ions are co-doped into Ce 3+ ions are doped matrix structure, it can generate a high-energy transition to a Tb 3 + ions from the Ce 3+ ion. Energy transfer from such Ce 3 + ions to Tb 3 + ions is possible in a variety of hosts. The energy transfer process is explained by the non-radiative relaxation of the Ce 3 + ions to the 5 D 4 level, followed by the transition of the Td 3 + ions from the 5d state to the 5 D 3 level. That is, since the transition to the similar energy levels, Ce 3+ ion 5d level of the excited by F J transitions of 2 electrons to the transition to the 5 D 3 levels of the Tb 3+ ion is this effective.

도 5를 참조하면, Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 (m = 0.01, 0.05, 0.1, n = 0.01-0.15) 형광체의 상대적인 강도를 나타낸다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 형광체와 유사하게, m = 0.01에 해당되는 Ce3 + 함량에 대하여, Tb3 + 함량이 n = 0.01로부터 n = 0.15 까지 증가하면서 형광체의 발광 강도가 증가하였으며, 임계 현상을 나타내지 않았다. 반면, m의 값이 0.05 또는 0.1로 증가된 경우에는 (즉, Ce3+ 함량이 증가됨), Y7(1-m-n)Ce7m Tb7nO6F9 (m = 0.05, 0.1, n = 0.01-0.15) 형광체가 Tb3+ 함량이 n = 0.1에서 최대의 Tb3+ 녹색 발광을 나타내는 임계 현상을 나타냈다. 형광체에 Tb3+ 함량이 증가됨에 따라 녹색 방출의 상대적인 강도(I542 nm)가 증가됨을 알 수 있다. 동일한 n 값에 대하여 m 값이 증가됨에 따라 발광 강도가 감소되는 경향을 보였으며, 이는 Ce3+ 함량 증가에 따른 소광 현상으로 분석된다.Referring to FIG. 5, the relative intensity of Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.01, 0.05, 0.1, n = 0.01-0.15) is shown. Similarly to the phosphors described with reference to FIGS. 2 and 3, the emission intensity of the phosphor was increased with increasing the Tb 3 + content from n = 0.01 to n = 0.15 with respect to the Ce 3 + content corresponding to m = 0.01, Showed no critical phenomenon. On the other hand, when the value of m is increased to 0.05 or 0.1 (i.e., the Ce 3+ content is increased), Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.05, 0.1, n = 0.01 -0.15) showed a critical phenomenon in which the phosphor exhibited the maximum Tb 3+ green emission at a Tb 3+ content of n = 0.1. It can be seen that the relative intensity of the green emission (I 542 nm ) increases with increasing Tb 3+ content in the phosphor. As the m value increases for the same n value, the emission intensity tends to decrease, which is analyzed as a quenching phenomenon with increasing Ce 3+ content.

또한, Ce3+ 농도에 관하여, m=0.01 미만에서는 Ce3+ 농도가 낮아 발광 세기가 낮아지며, m=0.15 초과에서는 소광 현상에 따라 발광세기가 낮아지게 된다. 또한, Tb3+ 농도에 관하여, n=0.01 미만에서는 Tb3+ 농도가 낮아 발광 세기가 낮아지며, n=0.15 초과에서는 소광 현상에 따라 발광세기가 낮아지게 되고, 도 7의 결과로부터 예상할 수 있다.With respect to the Ce 3+ concentration, when m is less than 0.01, the Ce 3+ concentration is low and the luminescence intensity is lowered. When m = 0.15, the luminescence intensity is lowered due to the quenching phenomenon. With respect to the concentration of Tb 3+, if the concentration of Tb 3+ is less than 0.01, the concentration of Tb 3+ is low and the luminescence intensity is lowered. When n = 0.15, the luminescence intensity is lowered according to the extinction phenomenon. .

참고로, 본 발명자들은 Ce3+ 만 치환되는 경우에는, 최대 녹색 강도가 m=0.05에서 나타나는 것을 발견하였다. 그러나, 본 발명과 같이 Ce3 + 및 Tb3 + 가 공동 치환되는 경우에는 최대 녹색 강도가 m=0.01에서 나타난다.For reference, the present inventors have found that when Ce 3+ is substituted, the maximum green intensity appears at m = 0.05. However, when Ce 3 + and Tb 3 + are co-substituted as in the present invention, the maximum green intensity appears at m = 0.01.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 6은 Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 (m = 0.01, n = 0.01-0.15) 형광체의 경우이고, 도 7은 Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 (m = 0.05, n = 0.01-0.15) 형광체의 경우이다.FIG. 6 is a graph showing the emission spectrum of a phosphor for LED according to an embodiment of the present invention. 7 is a graph showing the emission spectrum of the LED-use phosphor according to an embodiment of the present invention. Figure 6 Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.01, n = 0.01-0.15) in the case of the phosphor, Fig. 7 Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.05, n = 0.01-0.15) phosphors.

도 6 및 도 7을 참조하면, Ce3+ 이온으로부터 Tb3+ 이온으로의 에너지 전이는 Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 (m = 0.01, n = 0-0.15) 방출 스펙트럼에서 Ce3 + 흡수를 통하여 발생하지만, Y7(1-m)Ce7mO6F9 (m = 0.05) 형광체에 1% Tb3 + 가 치환되면, 에너지 전이의 Ce3+ 이온들의 흡수가 급격하게 감소한다. 따라서, Ce3+ 이온은 증감제(sensitizer)로 기능하고, Tb3+ 이온은 활성제(activator)로 기능한다.6 and 7, the energy transfer from the Ce 3+ ion to the Tb 3+ ion is controlled by the emission of Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.01, n = 0-0.15) Once generated by the Ce 3 + absorption in the spectrum, however, Y 7 (1-m) Ce 7m O 6 F 9 (m = 0.05) 1% Tb 3 + is substituted in the phosphor, absorption of the Ce 3+ ions of energy transfer Decrease rapidly. Thus, the Ce 3+ ion acts as a sensitizer and the Tb 3+ ion acts as an activator.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 Tb3+ 이온 함량에 따른 에너지 전이 효율을 나타내는 그래프이다. 도 8은 Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 (m = 0.01, n = 0.01-0.15) 형광체의 경우이다.8 is a graph showing the energy transfer efficiency according to the Tb 3+ ion content of the LED phosphor according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 shows a case of Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.01, n = 0.01-0.15) phosphors.

도 8을 참조하면, Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 (m = 0.01, n = 0-0.15) 내에서의 Ce3 + 및 Tb3 + 이온들 사이의 에너지 전이 효율(ηT)은 하기의 수학식 2를 이용하여 계산되었다.8, the energy transfer efficiency between Ce 3 + and Tb 3 + ions in Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.01, n = 0-0.15) η T ) was calculated using the following equation (2).

Figure 112016069456180-pat00002
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상기 수학식 2에서, IS 는 활성제가 있을 때의 증감제의 발광 강도를 나타내며(즉, Ce3+ 이온과 Tb3+ 이온이 공동 도핑됨), ISO 는 활성제가 없을 때의 증감제의 발광 강도이다(즉, Ce3+ 이온만 도핑됨). IS = ISO 인 경우, 증감제를 첨가해도 발광강도가 일정하며 ηT 가 0에 접근하여 효율이 낮다. 반면, IS >> ISO 인 경우에는, 증감제를 첨가하면 발광강도가 매우 증가하고, ηT 가 1에 접근하고 효율이 높다.In the above formula (2), I S represents the light emission intensity of the sensitizer when the active agent is present (i.e., the Ce 3+ ion and the Tb 3+ ion are co-doped), I SO represents the sensitizer (I.e., only Ce 3+ ions are doped). In the case of I S = I SO , even if a sensitizer is added, the luminescence intensity is constant and eta T approaches 0 and the efficiency is low. On the other hand, in the case of I S >> I SO , the addition of a sensitizer greatly increases the emission intensity, and η T approaches 1 and the efficiency is high.

Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 (m = 0.01) 형광체 내의 Tb3 + 함량이 n = 0.01에서 0.05로 증가함에 따라, 효율은 약 0.2 (즉, 20%)로부터 약 0.8 (즉, 80%)까지 급격하게 증가되었다. 이어서 상기 형광체 내에서 Tb3+ 함량이 n = 0.1 까지 증가되면, 에너지 전이의 효율은 약 0.85 (즉, 85%)에 도달하였다. 상기 형광체 내에서 Tb3+ 함량이 n = 0.15 까지 증가되면, Tb3+ 이온들에 대한 에너지 전이의 효율은 더 증가하였으며, 최대화되어 약 0.9 (즉, 90%)를 나타내었다. 상기 Ce3+ 농도가 m = 0.01 인 경우에 있어서, 에너지 전이 효율이 0.5를 나타내는 경우, Ce3+ 이온과 Tb3+ 이온들의 전체 농도는 0.05에 비하여 낮음을 알 수 있다. 이러한 에너지 효율 변화를 나타내는, Ce3+ 이온과 Tb3+ 이온들 사이의 에너지 전이는 전기 다중극 상호작용에 기인한 것으로 분석된다. Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.01) as Tb 3 + content of the n = increased from 0.01 to 0.05 in the fluorescent substance, the efficiency is about 0.2 (i.e., 20%) 0.8 from (I.e., 80%). Then, when the Tb 3+ content in the phosphor was increased to n = 0.1, the energy transfer efficiency reached about 0.85 (i.e., 85%). When the Tb 3+ content in the phosphor increased to n = 0.15, the efficiency of energy transfer to the Tb 3+ ions was further increased, maximizing to about 0.9 (ie, 90%). When the Ce 3+ concentration is m = 0.01 and the energy transfer efficiency is 0.5, the total concentration of Ce 3+ and Tb 3+ ions is lower than 0.05. The energy transfer between the Ce 3+ and Tb 3+ ions, which show this energy efficiency change, is analyzed to be due to the electric multipole interaction.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 에너지 전이 메커니즘을 설명하는 그래프들이다. 도 9 내지 도 11은 Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 (m = 0.01, n = 0.01-0.15) 형광체의 경우이다.9 to 11 are graphs illustrating the energy transfer mechanism of the LED phosphor according to an embodiment of the present invention. 9 to 11 show the case of Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.01, n = 0.01-0.15) phosphors.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 덱스터(Dexter) 이론에 따라, 에너지 전이 메커니즘을 ISO/IS 에 대한 CTb α / 3 의 선형 그래프로 나타내었다. 여기에서, CTb 은 Tb3+ 이온들의 농도를 나타낸다. α = 3, 6, 또는 8의 수치로서, 이는 각각 교환, 쌍극자- 쌍극자 상호작용, 또는 쌍극자-사중 극자 상호작용에 해당된다. 이온의 농도와 발광 강도 사이의 관계식을 사용하여 어떤 상호 작용이 주된 역할을 하는지 결정할 수 있다.Referring to Figures 9-11, the energy transfer mechanism is represented by a linear graph of C Tb ? / 3 for I SO / I S , according to the Dexter theory. Here, C Tb represents the concentration of Tb 3+ ions. a = 3, 6, or 8, which correspond to exchange, dipole-dipole interaction, or dipole-quadrupole interaction, respectively. The relationship between the concentration of ions and the intensity of light emission can be used to determine which interaction plays a major role.

도 9를 참조하면, α = 3인 경우에는(즉, 교환의 경우임), 선형 그래프는 Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 형광체 (R2 = 0.972, m = 0.01)의 Ce3+ 이온으로부터 Tb3+ 이온으로의 에너지 전이를 나타낸다. 도 10을 참조하면, α = 6인 경우에는(즉, 쌍극자- 쌍극자 상호작용의 경우임), 선형 그래프는 Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 형광체 (R2 = 0.9932, m = 0.01)의 Ce3+ 이온으로부터 Tb3+ 이온으로의 에너지 전이를 나타낸다. 도 11을 참조하면, α = 8인 경우에는(즉, 쌍극자-사중 극자 상호작용의 경우임) 선형 그래프는 Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 형광체 (R2 = 0.9671, m = 0.01)의 Ce3+ 이온으로부터 Tb3+ 이온으로의 에너지 전이를 나타낸다. 도 9 내지 도 11의 결과로부터, 데이터들과 선형 그래프의 핏팅이 가장 최적화된 상기 쌍극자-쌍극자 상호작용이 지배적인 에너지 전이 메커니즘을 포함하는 것으로 분석된다. 그러나, 상기 에너지 전이 메커니즘으로서 상술한 다른 상호 작용의 존재를 배제하는 것이 아님을 유의한다.9, a case of α = 3 (that is, in the case of exchange Im), a line graph is Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 phosphors (R 2 = 0.972, m = 0.01) ≪ / RTI > of Ce 3+ ions to Tb 3+ ions. If the Referring to Figure 10, α = 6 (that is, dipole-For dipole interactions Im), a line graph is Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 phosphors (R 2 = 0.9932, m = 0.01) energy transition from Ce 3+ ions to Tb 3+ ions. If the Referring to Figure 11, α = 8 (that is, dipole-For quadrupole interaction Im) linear graph Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 phosphors (R 2 = 0.9671, m = 0.01) energy transition from Ce 3+ ions to Tb 3+ ions. From the results of FIGS. 9 to 11, it can be seen that the dipole-dipole interaction, in which the fitting of the data and the linear graph is most optimized, involves a dominant energy transfer mechanism. It should be noted, however, that this does not preclude the existence of other interactions as described above as the energy transfer mechanism.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 12에서 A는 본 발명의 일 실시예에 따른 Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 (m = 0.01, n = 0.15) 형광체의 경우이고, B는 통상적인 녹색 형광체의 경우이다.12 is a graph showing the excitation and emission spectrum of a phosphor for LED according to an embodiment of the present invention. In FIG. 12, A is a case of Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.01, n = 0.15) phosphor according to an embodiment of the present invention, B is a case of a typical green phosphor to be.

도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED용 형광체는 Y7O6F9 모체 격자 내에 증감제로서 Ce3+ 이온 및 활성제로서 Tb3+ 이온이 존재하는 경우에, 우세한 녹색 방출 광이 관찰되었다. 본 발명의 실시예의 형광체(A)인 Y7(1-m-n)Ce7pTb7nO6F9 (m = 0.01, n = 0.15) 형광체는 334 nm에서 여기되고, 542 nm에서 중심을 가지는 Tb3+ 녹색 방출을 나타내고, 542 nm에서 가장 강한 녹색 방출을 나타낸다. 반면, 통상적인 형광체(B)는 421 nm에서 여기되고, 518 nm에 중심을 가지는 녹색광을 나타내고, 450 및 650 nm 사이에서 가장 강한 녹색 발광은 421 nm에서 나타난다. 녹색 이트륨 옥시플로라이드의 CIE 수치들에 따른, 색도 좌표 x 및 y는, 본 발명의 실시예의 형광체(A)의 경우에는 x = 0.297 및 y = 0.591이었고, 통상적인 녹색 형광체(B)는 x = 0.230 및 y = 0.639이었다. 도 12에 삽입된 그림은 254 nm, 312 nm, 및 365 nm 에서의 본 발명의 실시예의 형광체(A)와 통상적인 녹색 형광체(B)의 녹색 방출을 나타낸다.Referring to FIG. 12, in the case where a Ce 3+ ion as a sensitizer and a Tb 3+ ion as an activator are present in a Y 7 O 6 F 9 matrix lattice according to an embodiment of the present invention, Light was observed. Y 7 (1-mn) Ce 7p Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.01, n = 0.15) phosphor of the embodiment of the present invention is excited at 334 nm and has a center at 542 nm, Tb 3 + Green emission and the strongest green emission at 542 nm. On the other hand, a conventional phosphor (B) excites at 421 nm and exhibits green light centered at 518 nm, and the strongest green emission at 450 and 650 nm appears at 421 nm. The chromaticity coordinates x and y according to the CIE values of yttrium oxyfluoride were x = 0.297 and y = 0.591 in the case of the phosphor (A) of the embodiment of the present invention, and the typical green phosphor (B) 0.230 and y = 0.639. The figure inserted in FIG. 12 shows the green emission of the phosphor (A) of the present invention and the conventional green phosphor (B) at 254 nm, 312 nm, and 365 nm.

4. 결론4. Conclusion

Ce3+ 이온 및 Tb3+ 이온이 공동 도핑된 Y7O6F9 버니어(vernier) 형광체의 단일 상이 1050℃ 및 환원 분위기에서 NH4F 플럭스를 이용한 플럭스 보조 고상 반응을 통하여 준비되었다. 형성된 형광체는 Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 (m= 0.01-0.1, n= 0-0.15)으로 구성되었다. A single phase of a Y 7 O 6 F 9 vernier phosphor co-doped with Ce 3+ and Tb 3+ ions was prepared through a flux-assisted solid phase reaction using NH 4 F flux in a reducing atmosphere at 1050 ° C. The formed phosphor was composed of Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 (m = 0.01-0.1, n = 0-0.15).

형성된 형광체의 X-선 회절 패턴들은 피크 위치들을 색인하도록 검사되었다. Tb3+ 활성화된 이트륨-옥시플로라이드 형광체의 광발광 (PL) 여기 및 방출 스펙트럼은, Y7(1-n)Tb7nO6F9 내의 Tb3+ 함량의 함수로서 임계 방출 소광과 함께 명확하게 모니터되었다. Y7O6F9 모체 격자 내에 Tb3+ 를 도핑함에 따라, 효과적인 녹색 방출을 구현하였고, Tb3 + 함량이 n = 0.1에서 Y7(1-n)Tb7nO6F9 (n = 0.01-0.15) 형광체의 최대 발광 강도를 얻었다. X-ray diffraction patterns of the formed phosphor were examined to index peak positions. The photoluminescence (PL) excitation and emission spectra of the Tb 3+ -activated yttrium-oxyfluoride phosphors are clearly shown with critical emission quenching as a function of Tb 3+ content in Y 7 (1-n) Tb 7n O 6 F 9 Respectively. Y 7 O 6 F 9 By doping Tb 3+ in the matrix lattice, effective green emission was achieved and Y 7 (1-n) Tb 7n O 6 F 9 (n = 0.01 ) at Tb 3 + -0.15) phosphor was obtained.

Y7O6F9 구조에 Ce3+ 및 Tb3+ 활성체들을 도핑한 후에, 근자외선(near-ultraviolet, NUV) 여기 하에서 PL 스펙트럼 내에서 상당히 강화된 녹색 방출이 관찰되었다. 버니어 모체 격자 내에서 Tb3+ 전이들의 방출은 Ce3+ 로부터 Tb3+ 로의 강한 에너지 전이를 통하여 Ce3+ 증감제를 공동 도핑함에 따라 약 10배 증가하였다. 또한, 모체 격자들의 발광 강도가 공동 도핑된 Ce3+ 함량(m = 0.01, 0.05) 및 Tb3+ 함량(n = 0, 0.01, 0.05, 0.1, 0.15)에 의존되는 것을 발견하였다. Significantly enhanced green emission was observed in the PL spectrum under near-ultraviolet (NUV) excitation after doping the Y 3 O 6 F 9 structure with Ce 3+ and Tb 3+ activators. The emission of Tb 3+ transitions in the vernier matrix lattice was increased about 10-fold by co-doping Ce 3+ sensitizer through strong energy transfer from Ce 3+ to Tb 3+ . It was also found that the luminescence intensities of the host lattices depend on the co-doped Ce 3+ content (m = 0.01, 0.05) and the Tb 3+ content (n = 0, 0.01, 0.05, 0.1, 0.15).

Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9 형광체 내의 Ce3+ 함량이 m = 0.01, 0.05 및 0.1인 경우에, Tb3+ 함량이 n = 0.1에서 상대적인 강도의 두드러진 소광이 발생하였다. Ce3+ 에 대한 CTb α/3 의 IS/ISO의 선형 그래프에 의하여 α = 6이 결정되었고, Y7O6F9 형광체 내의 Ce3+ 로부터 Tb3+ 로의 에너지 전이는 쌍극자-쌍극자 상호작용의 메커니즘으로 규명되었다. 단일상 Y7O6F9 구조 내의 Ce3+ 이온 및 Tb3+ 이온의 공동 도핑은 강한 녹색 방출을 이루어 낼 수 있고, 근자외선 LED의 요구 사항에 효과적일 수 있다.Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9 When the Ce 3+ content in the phosphor was m = 0.01, 0.05 and 0.1, a significant quenching of the relative intensity occurred at a Tb 3+ content of n = 0.1 . C Tb α / 3 by a line graph of the I S / I SO α = 6 this has been determined, Y 7 O 6 F energy transfer to Tb 3+ from Ce 3+ in the phosphor 9, for the Ce 3+ is a dipole-dipole It was identified as a mechanism of interaction. Co-doping of Ce 3+ ions and Tb 3+ ions in a single-phase Y 7 O 6 F 9 structure can achieve strong green emission and be effective for the requirements of near-ultraviolet LEDs.

본 발명의 기술적 사상에 따른 LED용 형광체는 비화학양론 이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체에 Ce3+ (증감제)와 Tb3+(활성제)가 도핑되어, 근자외선 여기 시에 강화된 녹색 방출을 나타낸다. 종래의 형광체와는 달리, Ce3+ 이온으로부터 Tb3+ 이온으로의 에너지 전이에 의해 녹색의 발광 강도가 현저히 증가한다.The phosphor for LED according to the technical idea of the present invention is a phosphor in which Ce 3+ (sensitizer) and Tb 3+ (activator) are doped in the non-stoichiometric yttrium oxyfluoride (Y 7 O 6 F 9 ) ≪ / RTI > Unlike the conventional phosphors, the emission intensity of green is significantly increased by the energy transfer from Ce 3+ ions to Tb 3+ ions.

본 발명의 기술적 사상에 따른 형광체는 녹색을 나타내는 형광체로서 단독으로 사용되거나, RGB 조합으로 사용되거나, 백색 LED용 등으로 다양한 LED에 사용될 수 있다. 특히, 상기 형광체는 근자외선에 의하여 여기되는 LED에 사용될 수 있다. The phosphor according to the technical idea of the present invention may be used alone as a green phosphor, in RGB combination, or in various LEDs for white LEDs. In particular, the phosphors can be used for LEDs excited by near ultraviolet rays.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

Claims (15)

이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체에 Ce3 + 및 Tb3 + 가 공동 도핑되어 구성된, LED용 형광체.Yttrium oxy-fluoride (Y 7 O 6 F 9) matrix Ce 3 + and Tb 3 + is co-doped configured, LED fluorescent substance for a. 제 1 항에 있어서,
상기 형광체는, 하기의 화학식 1의 화합물을 포함하는, LED용 형광체.
[화학식 1]
Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9
(상기 화학식 1에서 m= 0 초과 내지 0.1, n = 0 초과 내지 0.15 임)
The method according to claim 1,
Wherein the phosphor comprises a compound represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9
(M = 0 to 0.1, n = 0 to 0.15 in the above formula (1)
제 2 항에 있어서,
상기 형광체는, 근자외선을 이용하여 여기되는, LED용 형광체.
3. The method of claim 2,
Wherein the phosphor is excited by near ultraviolet rays.
제 2 항에 있어서,
상기 형광체는, 상기 Ce3+ 으로부터 상기 Tb3+ 으로의 에너지 전이에 의하여 발광되는, LED용 형광체.
3. The method of claim 2,
Wherein the phosphor emits light by energy transfer from the Ce 3+ to the Tb 3+ .
제 2 항에 있어서,
상기 형광체는, 상기 m = 0.01 및 상기 n = 0.15에서 최대의 녹색 발광 강도를 나타내는, LED용 형광체.
3. The method of claim 2,
Wherein the phosphor exhibits a maximum green light emission intensity at m = 0.01 and n = 0.15.
제 2 항에 있어서,
상기 형광체는, 상기 m = 0.05 인 경우에 상기 n = 0.1에서 최대 녹색 발광 강도를 나타내는, LED용 형광체.
3. The method of claim 2,
Wherein the phosphor exhibits a maximum green light emission intensity at n = 0.1 when m = 0.05.
제 2 항에 있어서,
상기 형광체는, 상기 m = 0.1 인 경우에 상기 n = 0.1에서 최대 녹색 발광 강도를 나타내는, LED용 형광체.
3. The method of claim 2,
Wherein the phosphor exhibits a maximum green light emission intensity at n = 0.1 when m = 0.1.
제 1 항에 있어서,
상기 형광체는 지배적인 에너지 전이 메커니즘으로서 쌍극자-쌍극자 상호작용을 가지는, LED용 형광체.
The method according to claim 1,
Wherein the phosphor has a dipole-dipole interaction as a dominant energy transfer mechanism.
제 1 항에 있어서,
상기 모체는 Y7O6F9 버니어(vernier) 상을 포함하는, LED용 형광체.
The method according to claim 1,
Wherein the matrix comprises a Y 7 O 6 F 9 vernier phase.
이트륨 옥시플로라이드(Y7O6F9) 모체에 Tb3+ 가 도핑되고, 하기의 화학식 2의 화합물을 포함하는, LED용 형광체.
[화학식 2]
Y7(1-n)Tb7nO6F9
(상기 화학식 2에서 n = 0 초과 내지 0.15 임)
Yttrium oxy-fluoride (Y 7 O 6 F 9) matrix is Tb 3+ doped in,, LED phosphor comprising a compound of formula 2 below.
(2)
Y 7 (1-n) Tb 7n O 6 F 9
(N = 0 to 0.15 in the above formula (2)
제 10 항에 있어서,
상기 형광체는, 상기 Tb3+5D4 로부터 7F5 로의 전이에 의하여 녹색을 방출하는, LED용 형광체.
11. The method of claim 10,
Wherein the phosphor emits green by transition of Tb 3+ from 5 D 4 to 7 F 5 .
하기의 화학식 1의 LED용 형광체의 제조방법으로서,
Y2O3, CeO2, Tb4O7, 및 NH4F 플럭스의 출발물질을 정량 및 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및
상기 혼합물질을 하소하여 결정화하는 단계를 포함하는, LED용 형광체의 제조방법.
[화학식 1]
Y7(1-m-n)Ce7mTb7nO6F9
(상기 화학식 1에서 m= 0 초과 내지 0.1, n = 0 초과 내지 0.15 임)
A method of producing a phosphor for LED of the following formula (1)
Quantitating and mixing the starting materials of Y 2 O 3 , CeO 2 , Tb 4 O 7 , and NH 4 F flux to form a mixture; And
And calcining the mixed material to crystallize the phosphor for LED.
[Chemical Formula 1]
Y 7 (1-mn) Ce 7m Tb 7n O 6 F 9
(M = 0 to 0.1, n = 0 to 0.15 in the above formula (1)
제12항에 있어서,
상기 NH4F 플럭스는, 암모니아와 플로린 가스로 손실되는 것을 방지하도록 펠릿(pellet) 형태로 제공되는, LED용 형광체의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the NH 4 F flux is provided in the form of a pellet to prevent loss of ammonia and flourine gas.
제12항에 있어서,
상기 결정화 단계는, 2% 내지 6% H2 와 94 내지 98% Ar의 분위기 하에서, 1000℃ 내지 1100℃의 온도범위에서, 1시간 내지 3시간 동안 수행되는, LED용 형광체의 제조방법.
13. The method of claim 12,
The crystallization step is under 2% to 6% H 2 and 94 to an atmosphere of 98% Ar, at a temperature ranging from 1000 to 1100 ℃ ℃, method for producing a fluorescent substance for LED, is carried out for 1 hour to 3 hours.
제12항에 있어서,
상기 Y2O3의 Y3+ 이온, 상기 CeO2의 Ce3+ 이온, 및 상기 Tb4O7 의 Tb3+ 이온의 몰 수의 합과 상기 NH4F 의 몰 수의 비율은 1:2인, LED용 형광체의 제조방법.
13. The method of claim 12,
The ratio of the molar number of Y 3 + ions of Y 2 O 3 , Ce 3 + ions of CeO 2 , and Tb 3+ ions of Tb 4 O 7 to the molar number of NH 4 F is 1: 2 Wherein the phosphor is a phosphor.
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