KR102272127B1 - 초록빛으로 발광하는 인광체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인광체에 대한 것으로, 하기 화학식 1로서 나타나는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Sr5-3(p/2)TbpB3O9F
상기 화학식 1에서, 상기 p는 0.01 내지 1.0인 것이다.
상기 인광체는 Sr5B3O9F에 Tb3+이 도핑됨으로써 480 nm 내지 640 nm의 파장 범위에서 초록빛으로 발광한다. 또한, Ce3+ 또는 Na+이 추가로 도핑됨으로써 발광 효율이 증가한다.

Description

초록빛으로 발광하는 인광체 및 이의 제조 방법{GREEN EMITTING PHOSPHOR AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 인광체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, Sr5B3O9F에 Tb3+, Ce3+, Na+ 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 도핑함으로써 480 nm 내지 640 nm의 파장 범위에서 초록빛으로 발광하는 인광체에 관한 것이다.
LED 광원은 기존의 광원에 비해 극소형이며 소비전력이 적고 수명이 기존의 전구에 비해 10배 이상이며, 빠른 반응속도로 기존의 광원에 비해 매우 우수한 특성을 나타낸다. 이와 더불어 자외선과 같은 유해파 방출이 없고 수은 및 기타 방전용 가스를 사용하지 않는 환경친화적인 광원이다.
LED 광원을 일반 조명으로서 사용하기 위해서는 우선 LED를 이용한 백색광을 얻어야 한다. 백색광 LED를 구현하는 방법은 크게 3가지로 나뉘어 진다. 첫째로, 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색을 내는 3개의 LED를 조합하여 백색을 구현하는 방법이다. 이 방법은 하나의 백색 광원을 만드는데 3개의 LED를 사용해야 하며, 각각의 LED를 제어해야 하는 기술이 개발되어야 한다. 둘째는 청색 LED를 광원으로 사용하여 황색 형광체를 여기 시킴으로써 백색을 구현하는 방법이다. 이 방법은 발광 효율이 우수한 반면, CRI(color rendering index)가 낮으며, 전류밀도에 따라 CRI가 변하는 특징이 있기 때문에 태양광에 가까운 백색광을 얻기 위해서는 많은 연구가 필요하다. 마지막으로, 자외선 발광 LED를 광원으로 이용하여 삼원색 발광재료를 여기시켜 백색을 만드는 방법이다. 이 방법은 고전류 하에서 사용이 가능하며, 색감이 우수하여 가장 활발하게 연구가 진행되고 있다.
발광 재료는 발광원리에 따라 형광물질과 인광물질로 나뉜다. 기본적으로 전자는 음극(cathode)에서 주입되어 각 층의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 준위를 통하여 이동하며, 정공은 양극(anode)에서 주입되어 각 층의 HOMO(highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 준위를 통하여 이동하여 발광층에서 엑시톤(exciton)을 형성한다. 형성된 엑시톤이 바닥상태로 떨어지면서 각각의 에너지 차이에 따라 적색, 녹색, 청색 파장의 빛을 발광하게 된다. 디바이스에서 전자와 정공이 주입될 때 주입되는 전자의 스핀 방향에 따라 단일항 엑시톤과 삼중항 엑시톤으로 나뉘고, 이는 1:3 비율로 생성된다. 형광물질은 엑시톤의 25%인 단일항 엑시톤이 바닥상태로 안정해지면서 방출하는 에너지로 발광하는 물질이고, 인광물질은 엑시톤의 75%인 삼중항 엑시톤이 바닥상태로 안정해지면서 방출하는 에너지로 발광하는 물질을 말한다.
현재 NaCaPO4:Tb3+, Ca10K(PO4)7:Eu2+/Tb3+/K+, LiSrPO4:Eu2+/Tb3+, LaPO4:Ce3+/Tb3+, BaSiO4:Eu2+ 등이 녹색 인광체로서 사용되고 있다. 하지만 더 높은 발광 효율을 가진 녹색 인광체가 요구되고 있다.
등록특허공보 KR 제10-1510124호
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 인광체에 대한 것으로서, Sr5B3O9F에 Tb3+, Ce3+, Na+ 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 도핑함으로써 480 nm 내지 640 nm의 파장 범위에서 초록빛으로 발광한다.
또한, 본 발명의 두 번째 목적은 초록빛으로 발광하는 인광체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 본원에 따른 인광체의 제조 방법은 고체상 반응을 이용하여 간단하게 인광체를 제조할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 인광체는 하기 화학식 1로서 나타나는 것이다.
[화학식 1]
Sr5-3(p/2)TbpB3O9F
상기 화학식 1에서, 상기 p는 0.01 내지 1.0인 것인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 인광체는 하기 화학식 2로서 나타나는 인광체를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 2]
Sr5-3(p+q)/2TbpCeqB3O9F
상기 화학식 2에서, 상기 p 및 q는 각각 독립적으로 0.01 내지 1.0인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 인광체는 하기 화학식 3으로서 나타나는 인광체를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 3]
Sr5-p-rTbpNarB3O9F
상기 화학식 3에서, 상기 p 및 r은 각각 독립적으로 0.01 내지 1.0인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 인광체는 하기 화학식 4로서 나타나는 인광체를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 4]
Sr5-p-q-rTbpCeqNarB3O9F
상기 화학식 4에서, 상기 p, q 및 r은 각각 독립적으로 0.01 내지 1.0인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 인광체는 480 nm 내지 640 nm의 파장 범위에서 발광하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 화학식 1로서 나타나는 인광체의 제조 방법은 스트론튬(Sr) 전구체, 터븀(Tb) 전구체, SrF2 및 붕산(H3BO3)을 반응시키는 단계를 포함한다.
상기 화학식 2로서 나타나는 인광체의 제조 방법은 상기 스트론튬(Sr) 전구체, 상기 터븀(Tb) 전구체, 상기 SrF2, 상기 붕산(H3BO3) 및 세륨(Ce) 전구체를 반응시키는 단계;를 포함한다.
상기 화학식 3으로서 나타나는 인광체의 제조 방법은 상기 스트론튬(Sr) 전구체, 상기 터븀(Tb) 전구체, 상기 SrF2, 상기 붕산(H3BO3) 및 나트륨(Na) 전구체를 반응시키는 단계;를 포함한다.
상기 화학식 4로서 나타나는 인광체의 제조 방법은 상기 스트론튬(Sr) 전구체, 상기 터븀(Tb) 전구체, 상기 SrF2, 상기 붕산(H3BO3), 상기 세륨(Ce) 전구체 및 상기 나트륨(Na) 전구체를 반응시키는 단계를 포함한다.
상기 반응은 700℃ 내지 1,500℃의 온도 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반응은 2 시간 내지 5 시간 동안 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 인광체는 Sr5B3O9F에 Tb3+, Ce3+, Na+ 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 도핑함으로써 480 nm 내지 640 nm의 파장 범위에서 초록빛으로 발광한다.
특히, 본원에 따른 인광체는 종래의 초록빛 인광체로 사용되는 LaPO4:Ce3+/Tb3+ 대비 RQE가 147% 증가하여 효율이 좋은 것으로 나타났다.
또한, 365 nm의 LED에 적용했을 때, CRI는 60.9, CCT는 4916K, IQE는 57%인 것으로 나타났다.
나아가, 본원에 따른 인광체는 NUV-LED에 초록색 인광체로서 응용할 수 있다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 인광체의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 인광체의 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 XRD(X-Ray Diffraction) 그래프이다.
도 4는 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 PL(photo luminescence) 그래프이다.
도 5는 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 SEM(scanning electron microscope) 이미지이다.
도 6은 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 인광체의 PL(photo luminescence) 그래프이다.
도 7은 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 온도에 따른 강도(intensity) 변화를 나타낸 그래프이며, 삽도는 아레니우스 방정식(Arrehenius equation)에 따른 그래프이다.
도 8은 본 실험예에 따라 제조된 LED 칩의 발광 특성을 나타낸 그래프이고, 삽도는 실험예 및 비교실험예의 실제 사진이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본원의 인광체 및 이의 제조 방법에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
본원은, 하기 화학식 1로서 나타나는 인광체에 관한 것이다.
[화학식 1]
Sr5-3(p/2)TbpB3O9F
상기 화학식 1에서, 상기 p는 0.01 내지 1.0인 것인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 인광체의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면 Sr5(BO3)3F는 사방정계 구조(orthohommbic structure)로서, 3개의 Sr2+ 위치(SrO7F, SrO6F 및 SrO8)를 가지고 있다. 상기 화학식 1은 상기 Sr2+ 위치의 일부가 Tb3+로 치환된 구조이다. 상기 Sr2+ 위치의 일부가 Tb3+로 치환됨으로써 480 nm 내지 640 nm의 파장 범위에서 초록빛으로 발광한다.
상기 인광체는 250 nm 내지 400 nm에서 여기(excitation)되고, 480 nm 내지 640 nm의 파장 범위에서 발광(emission)하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 인광체에서 상기 Tb는 활성체(activator)이다.
상기 인광체는 하기 화학식 2로서 나타나는 인광체를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 2]
Sr5-3(p+q)/2TbpCeqB3O9F
상기 화학식 2에서, 상기 p 및 q는 각각 독립적으로 0.01 내지 1.0인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 화학식 2는 상기 Sr2+ 위치의 일부가 Tb3+ 및 Ce3+로 치환된 구조이다.
상기 인광체에서 상기 Ce는 증감제(sensitizaer)이다.
상기 인광체는 하기 화학식 3으로서 나타나는 인광체를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 3]
Sr5-p-rTbpNarB3O9F
상기 화학식 3에서, 상기 p 및 r은 각각 독립적으로 0.01 내지 1.0인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 화학식 3은 상기 Sr2+ 위치의 일부가 Tb3+ 및 Na+로 치환된 구조이다.
상기 인광체에서 상기 Na는 전하 보상제(charge compensator)이다.
상기 인광체는 상기 Ce 또는 상기 Na가 치환됨으로써 발광 효율이 증가한다.
상기 Na+는 상기 Sr2+의 공극을 감소시킴으로써 발광 효율을 증가시키는 것 일 수 있다.
상기 Na는 융제(flux)로서 작용하여 상기 인광체의 결정 크기를 성장시킬 수 있다. 상기 인광체에 상기 Na이 치환됨으로써 상기 인광체의 결정 크기가 증가하여 상기 인광체의 표면 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 동시에 발광 효율을 증가시킬 수있다.
상기 인광체는 하기 화학식 4로서 나타나는 인광체를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 4]
Sr5-p-q-rTbpCeqNarB3O9F
상기 화학식 4에서, 상기 p, q 및 r은 각각 독립적으로 0.01 내지 1.0인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 화학식 4는 상기 화학식 1에서 Ce 및 Na가 추가로 도핑된 구조이다.
상기 화학식 1에서 Ce 및 Na가 추가로 도핑됨으로써 상기 화학식 4로서 나타나는 인광체의 발광 효율이 높아진다.
상기 화학식 1로서 나타나는 인광체의 제조 방법은 스트론튬(Sr) 전구체, SrF2 및 붕산(H3BO3)을 반응시키는 단계;를 포함한다.
본원은 스트론튬(Sr) 전구체, SrF2 및 붕산(H3BO3)을 반응시키는 단계;를 포함하는 상기 화학식 1로서 나타나는 인광체의 제조 방법을 제공한다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 인광체의 제조 방법의 순서도이다.
먼저, 스트론튬(Sr) 전구체, 터븀(Tb) 전구체, SrF2 및 붕산(H3BO3)을 반응시킨다(S100).
상기 반응은 고체상 반응(solid-state reaction)으로 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 우선 인광체의 전구체가 되는 상기 스트론튬 전구체 및 상기 터븀 전구체를 혼합 및 분쇄한다.
이어서, 700℃ 내지 1,500℃의 온도 하에서 1차 소성 처리를 한다.
이어서, 상기 스트론튬 전구체 및 상기 터븀 전구체 혼합물을 2차 혼합 및 분쇄를 진행한다.
이어서, 700℃ 내지 1,500℃의 온도 하에서 2차 소성 처리를 한다.
상기 스트론튬(Sr) 전구체는 SrCO3, Sr(OH)2, Sr(NO3)2, Sr(iPr3Cp)2, Sr(IO3)2 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 터븀(Tb) 전구체는 Tb4O7, Tb2O3, Tb6O11 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 스트론튬(Sr) 전구체, 상기 터븀(Tb) 전구체, 상기 SrF2 및 상기 붕산(H3BO3)은 상기 p에 따른 중량비로 혼합되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 반응 전 볼밀공정을 통해 분쇄되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반응은 700℃ 내지 1,500℃의 온도 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반응이 700℃ 미만의 온도에서 이루어질 경우, 인광체가 제대로 형성되지 않을 수 있다. 또한, 상기 반응이 1,500℃ 초과의 온도에서 이루어질 경우, 상기 인광체가 소결될 수 있다.
상기 반응은 2 시간 내지 5 시간 동안 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반응이 2 시간 미만으로 이루어질 경우, 인광체가 제대로 형성되지 않을 수 있다. 또한, 상기 반응이 5시간 초과로 이루어질 경우, 상기 인광체가 소결될 수 있다.
상기 화학식 2로서 나타나는 인광체의 제조 방법은 상기 스트론튬(Sr) 전구체, 상기 터븀(Tb) 전구체, 상기 SrF2, 상기 붕산(H3BO3) 및 세륨(Ce) 전구체를 반응시키는 단계;를 포함한다.
상기 세륨(Ce) 전구체는 CeO2, Ce2O3, CeF4 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 스트론튬(Sr) 전구체, 상기 터븀(Tb) 전구체, 상기 SrF2, 상기 붕산(H3BO3) 및 상기 세륨(Ce) 전구체는 상기 p 및 q에 따른 중량비로 혼합되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 화학식 3으로서 나타나는 인광체의 제조 방법은 상기 스트론튬(Sr) 전구체, 상기 터븀(Tb) 전구체, 상기 SrF2, 상기 붕산(H3BO3) 및 나트륨(Na) 전구체를 반응시키는 단계;를 포함한다.
상기 나트륨(Na) 전구체는 Na2CO3, NaOH, NaNO3, NaNO2, Na2SO4, NaF, Na2HPO4 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 나트륨 전구체는 융제(flux)로서 작용하며, 반응 온도를 낮추고 결정성을 증가시킬 수 있다.
상기 스트론튬(Sr) 전구체, 상기 터븀(Tb) 전구체, 상기 SrF2, 상기 붕산(H3BO3) 및 상기 나트륨(Na) 전구체는 상기 p 및 r에 따른 중량비로 혼합되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 화학식 4로서 나타나는 인광체의 제조 방법은 상기 스트론튬(Sr) 전구체, 상기 터븀(Tb) 전구체, 상기 SrF2, 상기 붕산(H3BO3), 상기 세륨(Ce) 전구체 및 상기 나트륨(Na) 전구체를 반응시키는 단계;를 포함한다.
상기 스트론튬(Sr) 전구체, 상기 터븀(Tb) 전구체, 상기 SrF2, 상기 붕산(H3BO3), 상기 세륨(Ce) 전구체 및 상기 나트륨(Na) 전구체는 상기 p, q 및 r에 따른 중량비로 혼합되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
먼저, SrCO3, SrF2, H3BO3 및 Tb4O7를 화학양론적인 비율로 혼합하였다. 상기 혼합물을 4%H2/96%Ar의 분위기에서 1,000℃의 온도에서 3시간동안 반응시켜 인광체(Sr4.4Tb0.4B3O9F)를 제조하였다.
CeO2를 더 포함하는 혼합물을 반응시키는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 인광체(Sr4.25Tb0.4Ce0.1B3O9F)를 제조하였다.
Na2CO3를 더 포함하는 혼합물을 반응시키는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 인광체(Sr4.2Tb0.4Na0.4B3O9F)를 제조하였다.
CeO2 및 Na2CO3를 더 포함하는 혼합물을 반응시키는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 인광체(Sr4Tb0.4Ce0.1Na0.5B3O9F)를 제조하였다.
[비교예 1]
먼저, SrCO3, SrF2 및 H3BO3를 화학양론적인 비율로 혼합하였다. 상기 혼합물을 4%H2/96%Ar의 분위기에서 1,000℃의 온도에서 3시간동안 반응시켜 인광체(SrB3O9F)를 제조하였다.
[비교예 2]
CeO2를 더 포함하는 혼합물을 반응시키는 것을 제외하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 인광체(Sr4.85Ce0.1B3O9F)를 제조하였다.
[비교예 3]
CeO2 및 Na2CO3를 더 포함하는 혼합물을 반응시키는 것을 제외하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 인광체(Sr4.8Ce0.1Na0.1B3O9F)를 제조하였다.
[비교예 4]
상업적으로 판매하는 LaPO4:Ce3+/Tb3+를 사용하였다.
[비교예 5]
상업적으로 판매하는 BaSiO4:Eu2+를 사용하였다.
1. 인광체의 구조
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1내지 3에서 제조한 인광체의 구조를 관찰하였고 그 결과를 도 3으로서 나타내었다.
도 3은 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 XRD(X-Ray Diffraction) 그래프이다.
도 3에 나타난 결과에 따르면, Tb3+, Ce3+ 및/또는 Na+가 Sr2+의 위치에 치환되었을 때, 호스트(host)구조를 가진 비교예 1과 비교하면 동일한 구조를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다.
2. 인광체의 발광 특성
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 2 내지 5에서 제조한 인광체의 발광 특성을 관찰하였고 그 결과를 도 4 내지 도8로서 나타내었다.
도 4는 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 PL(photo luminescence) 그래프이다.
도 4에 나타난 결과에 따르면, 비교예는 450 nm의 청색 발광 영역에서 발광이 나타나고, 290 nm 및 340 nm의 파장에서 여기가 일어나는 것을 확인할 수 있다. 상기 290 nm 및 340 nm 파장에서의 여기는 5dCe3+ 전이에 의해 발생되는 것이다. 상기 비교예 2에서 Na 도펀트가 추가된 비교예 3은 비교예 2보다 발광 강도(intensity)가 증가된 것을 확인할 수 있다. 또한, d-f Ce3+ 전이가 증가한 것을 확인할 수 있다.
실시예 1은 251 nm의 파장에서 여기되고 543 nm의 파장에서 발광하여 초록 빛으로 발광할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 하지만 300 nm 내지 400 nm에서 강도가 거의 나타나지 않아 Tb3+의 f-f 전이가 거의 이루어지지 않은 것으로 확인할 수 있다. 상기 실시예 1에 Na 도펀트가 추가된 실시예 3은 초록빛 파장 범위인 543 nm에서 실시예 1 보다 5배이상 증가된 강도를 나타내고 있다.
실시예 2 및 4에서 Tb3+의 5D4-7FJ 전이와 관련있는 360 nm 의 파장 범위에서 여기되는 것을 확인하였다. 이는 Ce3+와 Tb3+의 에너지 준위가 비슷하기 때문에 나타나는 것이다. 또한, Ce3+와 Tb3+의 에너지 준위가 비슷하기 때문에 효율적으로 에너지 전이가 가능하며, 이에 따라 발광 효율이 증가한다.
실시예 1에서 Ce 도펀트가 추가된 실시예 2는 실시예 1보다 여기 및 발광 강도가 증가한 것을 확인할 수 있다. 이 때, 상기 Ce 도펀트는 증감제(sensitizer)로서의 역할을 수행하는 것이다.
실시예 2에서 Na 도펀트가 추가된 실시예 4는 실시예 1 및 2 보다 여기 및 발광강도가 크게 증가한 것을 확인할 수 있다. 이 때, 상기 Na 도펀트는 전하 보상제(charge compensator) 및 융제(flux)로서 역할을 수행하는 것이다.
도 5는 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 SEM(scanning electron microscope) 이미지이다.
구체적으로, 도 5의 (a)는 비교예 2, (b)는 비교예 3, (c)는 실시예 1, (d)는 실시예 3, (e)는 실시예 2, (f)는 실시예 4의 인광체의 SEM(scanning electron microscope) 이미지이다.
도 5에 나타난 결과에 따르면, Na+가 도핑된 인광체는 인광체의 결정 크기가 증가하여 인광체의 경계선(boundary)가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 4 및 5에 나타난 결과에 따르면, Na+가 도핑된 인광체는 인광체의 결정 크기가 증가하고 발광 강도(intensity)가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 인광체의 PL(photo luminescence) 그래프이다.
도 6에 나타난 결과에 따르면, 실시예 4 및 비교예 4는 460 nm 및 630 nm의 파장에서 발광(emission)하고 295 nm 및 363 nm의 파장에서 여기(excitation)하는 것을 확인할 수 있다. 비교예 5는 460 nm 및 630 nm의 파장에서 발광(emission)하고 363 nm의 파장에서 여기(excitation)하는 것을 확인할 수 있다.
실시예 4와 비교예 4를 비교했을 때, 실시예 4가 비교예 4보다 더 높은 파장 범위에서 여기되며, 이는 더 낮은 에너지를 통해서 여기되는 것이다. 즉, 본원에 따른 인광체는 더 낮은 에너지를 통해 여기되는 동시에 높은 발광효율을 가지는 장점이 있다.
실시예 4의 상대적 양자 효율(relative quantum efficiency, RQE)은 비교예 4와 비교했을 때 대략 147%, 비교예 5와 비교했을 때 대략 60%인 것으로 나타났다.
CIE(Commission Internationale de I' Eclairage)에 따른 색도 좌표는 실시예 4는 x=0.2831, y=0.5372, 비교예 4는 x=0.2303, y=0.6402, 비교예 5는 x=0.3041, y=0.5810인 것으로 나타났다.
도 7은 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 온도에 따른 강도(intensity) 변화를 나타낸 그래프이며, 삽도는 아레니우스 방정식(Arrehenius equation)에 따른 그래프이다.
도 7에 나타난 결과에 따르면, 298 K에서 보다 448K의 온도에서 인광체의 발광 강도가 32%감소한 것을 확인할 수 있다.
하기 수학식 1은 아레니우스 방정식(Arrehenius equation)에 따라 나타낸 것이고, 하기 수학식 1을 통해서 활성화 에너지를 구할 수 있다.
Figure 112019092788042-pat00001
상기 수학식 1에서, I0는 상온에서의 발광 강도의 적분 값이고, IT는 일정 온도에서의 발광 강도의 적분값이고, A는 아레니우스 상수, k는 볼츠만 상수(Boltzmann constant), Ea는 활성화 에너지이다.
상기 도 7에 나타난 삽도 및 상기 수학식 1에서 나타난 결과에 따르면, 실시예 4의 활성화 에너지는 0.14 eV인 것으로 나타났다.
비교예 4의 활성화 에너지는 0.13 eV, 비교예 5의 활성화에너지는 0.18 eV인 것으로 나타났다.
[실험예 1]
상기 실시예 4에서 제조한 인광체를 365 nm LED에 적용하였다.
[비교실험예 1]
상업적으로 판매하는 365 nm LED를 사용하였다.
도 8은 본 실험예에 따라 제조된 LED 칩의 발광 특성을 나타낸 그래프이고, 삽도는 실험예 및 비교실험예의 실제 사진이다.
도 8에 나타난 결과에 따르면, CIE(Commission Internationale de I' Eclairage)에 따른 색도 좌표가 x=0.2837, y=0.5372일 때, 연색성(CRI, Color rendering index)는 60.9, 색온도(CCT, correlated color temperature)은 4916 K이다.
내부 양자 효율(internal Quantum efficiency, iQE)는 하기 수학식 2로 구할 수 있다.
Figure 112019092788042-pat00002
상기 수학식 2에서, LS는 인광체의 발광 강도이고, ES는 인광체를 도포하였을 때의 LED 광원의 발광 강도이고, ER은 인광체를 도포하지 않았을 때의 LED 광원의 발광 강도이다.
상기 수학식 2를 통해 계산한 결과, 실험예 1의 내부 양자 효율은 57%인 것으로 나타났다.
즉, 본 실시예에 따라 제조된 인광체는 NUV-LED에 초록빛 인광체로서 적용할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 하기 화학식 4로서 나타나며,
    250 nm 내지 400 nm의 파장 범위에서 여기하는 인광체:
    [화학식 4]
    Sr5-p-q-rTbpCeqNarB3O9F
    (상기 p, q 및 r은 각각 독립적으로 0.01 내지 1.0인 것임).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 인광체는 480 nm 내지 640 nm의 파장 범위에서 발광하는 것인, 인광체.
  6. 스트론튬(Sr) 전구체, 터븀(Tb) 전구체, SrF2, 붕산(H3BO3), 세륨(Ce) 전구체 및 나트륨(Na) 전구체를 반응시키는 단계;를 포함하고,
    하기 화학식 4로서 나타나는 인광체의 제조 방법:
    [화학식 4]
    Sr5-p-q-rTbpCeqNarB3O9F
    (상기 p, q 및 r은 각각 독립적으로 0.01 내지 1.0인 것임).
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 반응은 700℃ 내지 1,500℃의 온도 하에서 이루어지는 것인, 인광체의 제조 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 반응은 2 시간 내지 5 시간 동안 이루어지는 것인, 인광체의 제조 방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN110129042A (zh) * 2019-05-31 2019-08-16 湖北大学 一种氟硼酸盐下转换发光材料及制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101510124B1 (ko) 2013-11-13 2015-04-09 엘지이노텍 주식회사 백색 발광다이오드 소자용 청녹색 발광 형광체 및 그를 이용한 백색 ｌｅｄ 소자

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101820597B1 (ko) 2016-07-18 2018-01-19 신라대학교 산학협력단 Y7O6F9:Ce3+ - Tb3+ 형광체
CN110129042A (zh) * 2019-05-31 2019-08-16 湖北大学 一种氟硼酸盐下转换发光材料及制备方法

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