KR102312191B1 - 실리케이트계 청색 발광체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리케이트계 청색 발광체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것으로, 알칼리 금속을 적어도 포함하는 실리케이트계 발광 물질로서,
의 화학식으로 표현되고, 상기 
,
및 
는 상기 실리케이트계 발광 물질에 대해 적어도 도펀트(Dopant)로 제공되되, 상기 
및 
는 란탄족 원소이며, 상기 
는 전이 금속 원소이고, 상기 x, y, z는 
, 
의 관계식을 만족하며, 여기원(Excitation Source)이 제공되는 경우, 그 피크 파장이 청색광(Blue light) 영역인 발광 스펙트럼이 발산되는 청색 발광체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 실리케이트계 청색 발광체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리케이트계 발광 물질에 대하여 세륨, 디스프로슘 및/또는 터븀을 활성제로 도핑(Doping)하여 그 잔광 효율이 개선된 실리케이트계 청색 발광체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 장치에 관련된 것이다.
장잔광성 형광체는 스포츠용품, 인테리어 상품 등 야간 및 어두운 환경에서의 식별 및 표시용으로 사용되고 있다. 또한, 장잔광성 형광체는 비상 표시장치, 도로표지판 및 군사용 시설물에 널리 활용되고 있다.
일반적으로 잔광성 형광체는 SrAl2O4:Eu2+, Sr2Al6O11:Eu2+, Sr4Al14O25, ZnS:Cu, CaS:Bi 등과 같은 형광체가 주류를 이루고 있다. 산화물계 형광체는 화학적, 환경학적으로 안정한 것으로 알려져 있다. 하지만 황화물계 잔광 형광체의 경우에는 습기나 주변 대기 상태에 매우 불안정하여 내구성 및 효율이 급격히 저하되며 잔광시간이 짧고 입자를 분쇄하여 도료화, 잉크화하여 사용할 경우 잔광 휘도가 급격하게 저하되는 문제점을 가지고 있다. 기존의 산화물계, 황화물계 잔광 형광체는 광원이 차단된 후 2시간 이내로 10% 미만의 잔광 효과만을 가지고 있어 장잔광을 요구하는 응용분야에 한계성을 가지고 있다. 또한, 내구도 및 안정성에 문제가 있어 장시간 사용이 어렵다.
최근 청색광을 발산하는 형광 물질과 관련하여, 
, 
등의 조성을 가지는 형광 물질이 공개 되었다. 하지만 상술한 형광 물질의 경우 그 발광 지속 시간이 10시간에 불과하여 개선된 잔광 효율을 가지는 청색 발광체가 요구되고 있다.
본 발명의 일 과제는, 청색광을 발산하되 그 잔광 효율이 개선되어 종래 발광 물질에 비해 긴 발광 지속시간을 제공하는 실리케이트계 청색 발광체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는, 그 제조 과정이 간이하고, 물리적 및 화학적 안정성이 개선된 실리케이트계 청색 발광체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 출원의 일 양상에 따르면, 알칼리 금속을 적어도 포함하는 실리케이트계 발광 물질로서, 
의 화학식으로 표현되고, 상기 
,
및 
는 상기 실리케이트계 발광 물질에 대해 적어도 도펀트(Dopant)로 제공되되, 상기 
및 
는 란탄족 원소이며, 상기 
는 전이 금속 원소이고, 상기 x, y, z는 
, 
의 관계식을 만족하며, 여기원(Excitation Source)이 제공되는 경우, 그 피크 파장이 청색광(Blue light) 영역인 발광 스펙트럼이 발산되는 청색 발광체가 제공될 수 있다.
본 출원의 또 다른 양상에 따르면, 여기원이 제공되는 경우 그 피크 파장이 청색광 영역인 발광 스펙트럼이발산되고, 알칼리 금속을 적어도 포함하는 실리케이트계 청색 발광체 제조 방법으로서, 
를 포함하는 제1 화합물, 
를 포함하는 제2 화합물, 
를 포함하는 제3 화합물 및 
를 포함하는 제4 화합물을 준비하되, 상기 제1 내지 제4 화합물의 양은 
(단, 상기 
는 상기 실리케이트계 발광체에 대해 적어도 활성제로 도핑(Doping)되는 란탄족 원소이며, 상기 x는 
의 관계식을 만족함)의 화학식으로 표현되는 물질의 화학 양론에 대응되도록 준비하는 단계; 상기 제1 내지 제4 화합물이 균일 혼합물(Homogeneous mixture)을 형성하도록 용매를 적어도 포함하여 상기 제1 내지 제4 화합물을 혼합하는 단계; 상기 혼합하는 단계에서 제공된 혼합물을 건조하는 단계; 및 산소 분위기하에서 섭씨 850~950도로 적어도 7시간 동안 열처리 공정을 수행하는 제1 열처리 단계 및 환원 분위기 하에서 섭씨 950~1150도로 적어도 4시간 동안 열처리 공정을 수행하는 제2 열처리 단계를 포함하는 열처리 단계;를 포함하는 청색 발광체 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 출원의 또 다른 양상에 따르면, 여기원; 및 상기 여기원이 제공되는 경우 소정의 광을 발산하며, 알칼리 금속을 적어도 포함한 실리케이트계 발광체로서, 
의 화학식으로 표현되는 청색 발광체를 적어도 포함하는 발광 유닛;을 포함하고, 상기 
, 
는 적어도 도펀트로 제공되는 란탄족 원소이고, 상기 
는 적어도 도펀트로 제공되는 전이 금속 원소이고, 상기 x, y, z는 
, 
의 관계식을 만족하고, 상기 소정의 광의 피크 파장은 청색광 영역인 발광 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 실리케이트계 발광 물질에 대해 세륨, 디스프로슘 및/또는 터븀을 활성제로 도핑하여, 상기 실리케이트계 발광 물질은 잔광 효율이 개선되고, 17시간 이상의 발광 지속시간을 가질 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 청색광을 발산하는 발광체를 실리콘 베이스의 물질로 구성함으로써, 간소화 된 제조 과정을 가지고, 물리적 및 화학적 안정성이 개선된 발광체를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체의 XRD 패턴을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 세륨이 활성제로 제공 된 청색 발광체의 광발광 여기(PLE) 및 광발광(PL) 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체에 대한 세륨의 화학양론적 양에 따른 상대적인 세기(Relative intensity)를 나타낸 그래프이다.
도 5내지 도 7은 본 명세서의 실시예에 따른 도펀트가 추가로 도핑 된 청색 발광체의 광발광 여기(PLE) 및 광발광(PL) 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체에 제공된 도펀트의 종류 및 농도에 따른 발광 세기를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 명세서의 실시예로서, 청색 발광체에 대한 도펀트의 종류에 따른 발광 지속시간을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 명세서의 실시예로서, 청색 발광체에 대한 도펀트의 종류에 따른 발광 최대 지속시간 및 발광 평균 지속시간을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체의 도펀트의 종류에 대한 트랩 밀도 및 발광 지속시간을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 청색 발광체(
)의 여기원 조사 후 경과 시간에 따른 발광 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 세륨이 활성제로 제공 된 청색 발광체의 광발광 여기(PLE) 및 광발광(PL) 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체에 대한 세륨의 화학양론적 양에 따른 상대적인 세기(Relative intensity)를 나타낸 그래프이다.
도 5내지 도 7은 본 명세서의 실시예에 따른 도펀트가 추가로 도핑 된 청색 발광체의 광발광 여기(PLE) 및 광발광(PL) 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체에 제공된 도펀트의 종류 및 농도에 따른 발광 세기를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 명세서의 실시예로서, 청색 발광체에 대한 도펀트의 종류에 따른 발광 지속시간을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 명세서의 실시예로서, 청색 발광체에 대한 도펀트의 종류에 따른 발광 최대 지속시간 및 발광 평균 지속시간을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체의 도펀트의 종류에 대한 트랩 밀도 및 발광 지속시간을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 청색 발광체(
본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 용어를 선택하였으나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 의도, 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이와 달리 특정한 용어를 임의의 의미로 정의하여 사용하는 경우에는 그 용어의 의미에 관하여 별도로 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.
본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.
본 출원의 일 양상에 따르면, 알칼리 금속을 적어도 포함하는 실리케이트계 발광 물질로서,
의 화학식으로 표현되고, 상기 
,
및 
는 상기 실리케이트계 발광 물질에 대해 적어도 도펀트(Dopant)로 제공되되, 상기 
및 
는 란탄족 원소이며, 상기 
는 전이 금속 원소이고, 상기 x, y, z는 
, 
의 관계식을 만족하며, 여기원(Excitation Source)이 제공되는 경우, 그 피크 파장이 청색광(Blue light) 영역인 발광 스펙트럼이 발산되는 청색 발광체가 제공될 수 있다.
상기 
은 세륨이고, 상기 
은 디스프로슘 또는 터븀 중 적어도 어느 하나이며, 상기 
는 망간인 청색 발광체가 제공될 수 있다.
상기 z가 0인 경우, 상기 y는 
의 관계식을 만족하는 청색 발광체가 제공될 수 있다.
상기 y가 0인 경우, 상기 z는 
의 관계식을 만족하는 청색 발광체가 제공될 수 있다.
상기 청색 발광체는 
공간 그룹을 구비한 사방정계 결정 구조를 가지고, 상기 사방정계 결정 구조는 상기 
, 
및 
가 도핑이 되지 않은 경우와 비교할 때 점 결함(Point defect)의 농도가 증가된 청색 발광체가 제공될 수 있다.
상기 청색 발광체는 상기 발광 스펙트럼의 피크 파장과는 상이한 제2 피크 파장을 가지는 제2 발광 스펙트럼을 더 발산하는 청색 발광체가 제공될 수 있다.
상기 
가: 터븀인 경우 상기 제2 발광 스펙트럼은 550nm, 585nm 및 623nm의 피크 파장을 가지고, 디스프로슘인 경우 상기 제2 발광 스펙트럼은 570nm의 피크 파장을 가지는 청색 발광체가 제공될 수 있다.
상기 
가 
의 관계식을 더 만족하는 경우, 상기 청색 발광체의 발광 세기(Photoluminescence Intensity)는 상기 
가 증가됨에 따라 증가되는 청색 발광체가 제공될 수 있다.
상기 여기원은 200nm 이상이면서 420nm 이하의 파장을 가지는 광원이고, 상기 피크 파장은 450nm 이상이면서 456nm 이하이되, 상기 청색 발광체는 상기 발광 스펙트럼을 17시간 동안 발산하는 것을 특징으로 하는 청색 발광체가 제공될 수 있다.
본 출원의 또 다른 양상에 따르면, 여기원이 제공되는 경우 그 피크 파장이 청색광 영역인 발광 스펙트럼이 발산되고, 알칼리 금속을 적어도 포함하는 실리케이트계 청색 발광체 제조 방법으로서, 
를 포함하는 제1 화합물, 
를 포함하는 제2 화합물, 
를 포함하는 제3 화합물 및 
를 포함하는 제4 화합물을 준비하되, 상기 제1 내지 제4 화합물의 양은 
(단, 상기 
는 상기 실리케이트계 발광체에 대해 적어도 활성제로 도핑(Doping)되는 란탄족 원소이며, 상기 x는 
의 관계식을 만족함)의 화학식으로 표현되는 물질의 화학 양론에 대응되도록 준비하는 단계; 상기 제1 내지 제4 화합물이 균일 혼합물(Homogeneous mixture)을 형성하도록 용매를 적어도 포함하여 상기 제1 내지 제4 화합물을 혼합하는 단계; 상기 혼합하는 단계에서 제공된 혼합물을 건조하는 단계; 및 산소 분위기하에서 섭씨 850~950도로 적어도 7시간 동안 열처리 공정을 수행하는 제1 열처리 단계 및 환원 분위기 하에서 섭씨 950~1150도로 적어도 4시간 동안 열처리 공정을 수행하는 제2 열처리 단계를 포함하는 열처리 단계;를 포함하는 청색 발광체 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 산소 분위기는 산화 알루미늄에 의해 형성되고, 상기 환원 분위기는 몰 퍼센트를 기준으로 할 때 75%의 질소 기체 및 25%의 수소기체로 구성된 기상 물질에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 청색 발광체 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 화합물은 
이고, 상기 제2 화합물은 
이고, 상기 제3 화합물은 
이며, 상기 제4 화합물은 
인 청색 발광체 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 준비하는 단계에서는, 제5 화합물이 더 포함되어 상기 제1 내지 제4 화합물과 혼합되되, 상기 제5 화합물은 
, 
, 
, 
중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 청색 발광체 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 출원의 또 다른 양상에 따르면, 여기원; 및 상기 여기원이 제공되는 경우 소정의 광을 발산하며, 알칼리 금속을 적어도 포함한 실리케이트계 발광체로서, 
의 화학식으로 표현되는 청색 발광체를 적어도 포함하는 발광 유닛;을 포함하고, 상기 
, 
는 적어도 도펀트로 제공되는 란탄족 원소이고, 상기 
는 적어도 도펀트로 제공되는 전이 금속 원소이고, 상기 x, y, z는 
, 
의 관계식을 만족하고, 상기 소정의 광의 피크 파장은 청색광 영역인 발광 장치가 제공될 수 있다.
상기 
은 세륨이고, 상기 
은 디스프로슘 또는 터븀 중 적어도 어느 하나이며, 상기 
는 망간이고, 상기 z가 0인 경우, 상기 y는 
의 관계식을 만족하며, 상기 청색 발광체는 상기 발광 스펙트럼의 피크 파장과는 상이한 제2 피크 파장을 가지는 제2 발광 스펙트럼을 더 발산하는 발광 장치가 제공될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 방법들은 단독으로 또는 서로 조합되어 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 방법에서 설명된 각 단계들은 모두 필수적인 것은 아니므로 각 방법들이 그 단계들을 전부 포함하는 것은 물론 일부만 포함하여 수행되는 것도 가능하다. 또 각 단계들이 설명된 순서는 설명의 편의를 위한 것에 불과하므로, 본 발명에서 설명된 방법에서 각 단계들이 반드시 설명된 순서대로 진행되어야 하는 것은 아니다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예들은 서로 별개로 또는 조합되어 구현되는 것도 가능하다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1. 발광체
1-1 구성
이하에서는 본 명세서의 실시예에 따른 실리케이트계 청색 발광체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 장치에 관하여 설명한다.
본 발명은 실리케이트계 청색 발광체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리케이트계 발광 물질에 대하여 세륨, 디스프로슘 및/또는 터븀을 활성제로 도핑(Doping)하여 그 잔광 효율이 개선된 실리케이트계 청색 발광체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 장치에 관련된 것이다.
발광체란 외부로부터 공급된 에너지(Energy)를 기초로 소정의 파장을 가지는 빛 에너지를 방출하는 물질로서, 방출된 빛 에너지의 특성은 발광체가 갖는 고유의 에너지 준위 상태 및 전자의 전이에 따라 상이하다. 상기 빛 에너지는 가시광선(Visible light) 대역의 빛 에너지일 수 있다. 발광체의 발광 현상은 외부로부터 공급된 에너지의 종류에 따라 분류되며, 이에 따라 발광체의 종류와 응용 범위가 달라질 수 있다.
본 명세서에 따른 발광체는 상기 발광체에 제공된 여기원이 제거된 이후 소정의 시간이 지난 이후에 발광이 발생하여 잔광이 유지되는 특성을 가지는 인광성 물질(Phosphorescent materials)과 상기 발광체에 제공된 여기원이 제거되는 경우 광 발광이 유지되되 소정의 시간이 경과한 이후 광 발광이 중단되는 형광성 물질(Fluorescent materials)을 포괄하는 의미일 수 있다. 다만 형광성 물질은 그 특성에 따라 여기원이 제거되는 경우 즉시 광 발광이 중지될 수 있다.
즉 본 명세서에 따른 발광체는 인광성 또는 형광성 중 적어도 어느 하나를 가지며 빛을 발산하는 물질을 의미할 수 있다.
혹은 발광체는 형광체로 지칭되어, 인광성 또는 형광성 중 적어도 어느 하나를 가지는 형광체를 의미할 수 있다.
본 명세서에 따른 발광체는 발광 물질로 지칭될 수 있다.
본 발명에 따른 실리케이트계 청색 발광체는 모체(Host), 활성제(Activator) 및 보조 활성제(Co-activator)를 포함할 수 있다.
청색 발광체는 알칼리 금속을 적어도 포함하는 실리케이트계 발광 물질일 수 있다. 여기서 상기 실리케이트계 발광 물질이란, 실리콘(Si)과 산소(O)를 적어도 포함하는 발광 물질을 의미할 수 있다. 구체적으로, 실리케이트계 발광 물질에 포함된 실리콘과 산소는 
의 형태로 표현되는 결합 관계를 형성할 수 있다.
발광체는 수 초 간 발광 상태를 유지할 수 있는 단잔광 형광체(Short Persistent Phosphor, SPP)와 수 분에서 수 시간 이상 발광 상태를 유지할 수 있는 발광체인 장잔광 형광체(Long Persistent Phosphors, LPP)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 청색 발광체는 여기원이 제공되는 경우17시간 이상의 발광 시간을 가지는 장잔광 형광체일 수 있다.
모체는 그 일부에 활성체가 제공 또는 치환되어 상기 활성체가 발광될 수 있는 영역을 제공하는 기반 물질을 의미할 수 있다. 혹은 모체자체가 활성 이온을 포함하여 여기원이 제공되는 경우 발광 특성을 나타낼 수 있다. 모체는 격자 형태로 구성될 수 있다.
활성제는 모체에 제공되는 경우 양이온으로 활성화되어 본 발명에 따른 청색 발광체에 대한 전자 공여체(Electron donor)로 작용할 수 있다. 활성제의 전자는 기저 준위와 여기 준위 사이에서 전이됨으로써 소정의 에너지를 흡수 또는 방출할 수 있다. 여기서 상기 기저 준위와 상기 여기 준위 사이의 에너지 차이는 가시광선 영역의 에너지에 대응될 수 있다. 활성제는 이온 상태로 모체에 소정의 결정 구조를 형성하여 결합될 수 있다. 즉, 활성제는 모체에 의해 홀딩(Holding) 될 수 있다.
상기 활성제는 모체에 대한 도펀트(Dopant)로 지칭될 수 있다.
본 발명에 따른 청색 발광체는 여기원(Excitation Source)이 제공되는 경우, 소정의 피크 파장을 가지는 발광 스펙트럼을 발산할 수 있다.
여기서, 여기원은 외부로부터 전자파, 열 등 에너지를 공급할 수 있는 에너지원을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 여기원은 소정의 파장 영역을 가지는 광원을 의미할 수 있다. 예를 들어, 여기원은 400nm 이하의 파장 대역을 가지는 광을 의미할 수 있다. 혹은 200nm 이상 420nm 이하의 파장 대역을 가지는 광을 의미할 수 있다. 또는 자외선(Ultraviolet, UV) 또는 근자외선(Near Ultraviolet, NUV) 영역의 전자기파를 의미할 수 있다. 여기원은 여기광 또는 여기를 위한 광원으로 지칭될 수 있다. 본 발명에 따른 청색 발광체에 대한 여기원은 바람직하게는 200~420nm 영역의 파장을 적어도 가지는 여기광원 일 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 청색 발광체의 조성에 대해서 서술하도록 한다.
1-2 조성
본 발명의 실시예에 따른 청색 발광체는 아래 화학식으로 표현될 수 있다.
(화학식 1) 
상기 
및 
는 본 발명에 따른 청색 발광체에 대해 적어도 도펀트(Dopant)로 제공되는 란탄족 원소(Lanthanide)일 수 있다. 예를 들어, 상기 
, 
는 각각 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
중 적어도 어느 하나의 원소에 대응될 수 있다.
상기 
는 본 발명에 따른 청색 발광체에 대해 적어도 도펀트로 제공되는 전이 금속 원소일 수 있다. 예를 들어, 상기 
는 각각 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn 중 적어도 어느 하나의 원소에 대응될 수 있다. 상기 
, 
, 
은 본 발명에 따른 청색 발광체에 대하여 소정의 양론 비율로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 x, y, z는 
, 
의 관계식을 만족할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면 상기 
는 
(세륨)이고, 상기 
는 
(디스프로슘) 또는 
(터븀) 중 적어도 어느 하나이며, 상기 
는 
(망간)일 수 있다. 따라서 
, 
와 
, 
과 
, 
과 
, 
과 
과 
, 
과 
과 
, 
과 
과 
, 
과 
과 
과 
중 어느 하나의 구성인 도펀트가 본 발명에 따른 청색 발광체에 제공될 수 있다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체의 XRD 패턴을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 그래프의 엑스레이 회절 분석 (X-ray Diffraction) 패턴은 각각
,
,
으로 표현되는 샘플을 이용하여 획득하였다. 도 1에 도시된 그래프의 y축에 표시된 세기는 엑스레이 회절 분석에 따른 회절 세기를 의미할 수 있다. 상술된 식에서 표현된 숫자는 각 도펀트에 대응 되는 (화학식1)에 관한 화학 양론 데이터로서, 각각 
는 x, 
와 
는 y, 
는 z의 값을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 화학 양론 데이터는 화학량론적 데이터, 화학량론적 양 등으로 지칭될 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 청색 발광체의 결정 구조를 분석하기 위한 기준 샘플은 알칼리 금속을 기초로 한 
(이하 
)의 화학식을 가지는 물질의 엑스레이 회절 분석 패턴이다.
기준 패턴인 
는 
의 공간 그룹을 구비한 결정 구조를 가진다. 더욱 상세하게는, 사면체 결정 구조 및 팔면체 결정구조를 포함한다. 도 2를 참조하면, 
에 도펀트가 도핑 된 물질에 대한 엑스레이 회절 분석 패턴은 상기 기준 패턴과 실질적으로 대응되고, 이는 
에 대하여 도펀트가 제공되는 경우에도 상순도(phase purity)가 유지될 수 있다는 것을 의미한다.
결국, 본 발명에 따른 청색 발광체는 
공간 그룹을 구비한 사방정계 결정 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면 상기 사방정계 결정 구조는 상기 
, 
및/또는 
가 도핑이 되지 않은 경우와 비교할 때 점 결함(Point defect)의 농도가 증가될 수 있다. 청색 발광체의 점 결함에 관한 내용은 도 8을 참조하여 후술하도록 한다.
1-3 제조 방법
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조할 때, 본 발명에 따른 청색 발광체 제조 방법은 준비 단계(S120)를 포함할 수 있다. 상기 준비 단계에서는 Na를 포함하는 제1 화합물, Sc를 포함하는 제2 화합물, Si를 포함하는 제3 화합물 및 Ce를 포함하는 제4 화합물이 제공될 수 있다.
여기서, 상기 제1 내지 제4 화합물은 각 화합물에 포함되는 상술한 각 원소를 적어도 포함하되, 산소를 더 포함한 산화 조성물일 수 있다. 그리고 상기 제1 내지 제4 화합물의 양은 (화학식 1)을 참조하여 상술한 본 발명에 따른 청색 발광체의 화학식의 화학 양론에 대응되도록 미리 준비될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 화합물은 
이고, 상기 제2 화합물은 
, 상기 제3 화합물은 
, 상기 제4 화합물은 
를 의미할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 몰 비율을 기준으로 할 때 
, 
, 
는 3:1:6의 비율로 준비될 수 있다. 다만, 상기 제1 내지 제4 화합물은 상술한 예시에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 청색 발광체 제조 방법은 상기 제1 내지 제4 화합물이 균일 혼합물(Homogeneous mixture)을 형성하도록 용매를 적어도 포함하여 상기 제1 내지 제4 화합물을 혼합하는 단계(S140) 및 상기 혼합하는 단계에서 제공된 혼합물을 건조하는 단계(S160)를 포함할 수 있다. 상기 혼합하는 단계(S140)에서는 상기 제1 내지 제4 화합물이 아게이트 유봉(Agate pestle) 또는 유발(mortar)을 이용하여 분쇄되어 혼합될 수 있다. 일 실시예에 따르면 상기 용매는 상기 제1 내지 제4 화합물의 분쇄를 위한 분쇄 작용제로 작용하는 아세톤(Acetone)일 수 있다. 상기 건조하는 단계는 상기 제공된 혼합물이 섭씨 100도 또는 그에 대응되는 온도 범위에서 1시간 동안 건조되는 단계일 수 있다.
상기 건조하는 단계를 통해 제공된 건조된 혼합물을 이하에서는 분말로 지칭하도록 한다. 본 발명에 따른 청색 발광체 제조 방법은 분말을 산소 분위기(Oxygen atmosphere) 하에서 섭씨 850~950도로 적어도 7시간 동안 열처리 공정을 수행하는 제1 열처리 단계 및 상기 제1 열처리 단계에 따라 제공된 분말을 환원 분위기(Reducing atomosphere) 하에서 섭씨 950~1150도로 적어도 4시간 동안 열처리 공정을 수행하는 제2 열처리 단계를 포함하는 열처리 단계(S180)를 포함할 수 있다. 상기 제1 열처리 단계에 따라 제공된 분말은 상기 제2 열처리 단계를 통해 소성이 진행될 수 있고, 상기 제2 열처리 단계가 진행되어 제공된 분말은 필요에 따라 분쇄 단계가 더 진행될 수 있다.
상기 제1 열처리 단계에서 수행되는 열처리 공정 상에서의 온도는 산소 분위기 하에서 시간 당 섭씨 600도으로 승온된 것일 수 있고, 상기 제2 열처리 단계에서 수행되는 열처리 공정 상에서의 온도는 환원 분위기 하에서 시간 당 섭씨 300도으로 승온된 것일 수 있다.
상기 산소 분위기는 분말에 대한 열처리가 산화 알루미늄 도가니 내부에서 이루어짐으로써 형성 될 수 있고, 상기 환원 분위기는 상기 제2 열처리 단계가 이루어지는 공간에 몰 퍼센트를 기준으로 75%의 질소 기체 및 25%의 수소 기체로 구성된 기상 물질이 제공됨으로써 형성될 수 있다. 상기 환원 분위기는 수소 환원 분위기로 지칭될 수 있다.
상기 환원 분위기 하에서 열처리 단계가 수행됨으로써, 청색 발광체에 대한 분말의 결정 구조는 높은 점 결함(Point defect)의 농도를 가질 수 있다. 점 결함에 관한 내용은 도 8을 참조하여 후술하도록 한다.
일 실시예에 따르면, 건조된 분말은 산화 알루미늄으로 구성된 열처리 공간에서 섭씨 900도의 온도에서 8시간 하소 될 수 있고, 하소 된 분말은 25%의 수소 기체가 적어도 포함된 스트림(Stream) 내부에서 섭씨 1050도의 온도로 5시간 열처리될 수 있다.
상기 준비하는 단계(S120)에서는 
, 
, 
중 적어도 어느 하나를 포함하는 제5 화합물이 더 준비될 수 있다. 이에 따라 상기 제5 화합물이 추가로 포함되어 상술한 상기 혼합하는 단계, 상기 건조하는 단계, 상기 열처리 단계가 진행될 수 있다. 상기 제5 화합물은 
을 포함하는 제5-1 화합물, 
를 포함하는 제5-2 화합물, 
를 포함하는 제5-3 화합물 중 적어도 어느 하나 일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제5-1 화합물은 
와 
중 적어도 어느 하나이고, 상기 제5-2 화합물은 
이고, 상기 제5-3 화합물은 
일 수 있다. 일 예에 따르면 상기 제5-1 화합물이 더 포함되어 본 발명에 따른 청색 발광체의 제조 방법이 진행되는 경우, 
가 더 제공되어 진행될 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 화합물과 마찬가지로 상기 제5 화합물의 양은 상술한 본 발명에 따른 청색 발광체의 화학식의 화학 양론에 대응되도록 미리 준비되거나, 상기 제5 화합물은 본 발명에 따른 청색 발광체의 화학식의 화학 양론에 대응되는 양보다 적어도 더 많은 양이 준비될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 청색 발광체의 구조적 특성, 광학적 특성 및 잔광 효율에 대하여 서술하도록 한다.
2. 청색 발광체의 특성
2-1 광학적 특성
본 발명에 따른 청색 발광체는 상술한 바와 같이 여기원이 제공되는 경우 소정의 피크를 가지는 발광 스펙트럼을 발산할 수 있다. 실시예에 따르면 상기 소정의 피크는 그 파장이 청색광(Blue light) 영역일 수 있다. 상기 청색광은 445nm~495nm 영역의 가시광선 영역에 대한 전자기파일 수 있다. 이하에서는 도 3 내지 도 7을 참조하여 상기 청색 발광체의 광학적 특성에 관하여 서술하도록 한다. 도 3 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 청색 발광체에 대해서 분광 광도계(Spectrophotometer)를 이용하여 측정한 광특성 정보를 나타낸다.
이하에서는 
의 화학식으로 표현되는 청색 발광체를 
로 표현하고, 
의 화학식으로 표현되는 청색 발광체를 
로 표현하며, 
의 화학식으로 표현되는 청색 발광체를 
로 표현하고, 
의 화학식으로 표현되는 청색 발광체를 
로 표현하도록 한다. 또한 이하에서 본 발명에 따른 청색 발광체의 구체적인 조성을 특정할 필요가 있는 경우, 각 도펀트의 화학 양론에 대한 데이터(
는 x의 값, 
및 
는 y의 값, 
는 z의 값)를 통해 청색 발광체의 구체적인 조성을 특정하도록 한다.
2-1-1 도펀트 - 세륨
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 세륨이 활성제로 제공 된 청색 발광체의 광발광 여기(PLE) 및 광발광(PL) 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 3에 도시된 그래프는 본 발명의 일 실시예로서 
으로 표현되고, 
의 화학 양론 데이터인 x의 값은 0.10인 제1 청색 발광체에 대한 광특성 정보를 나타낸 그래프로서, 상기 광특성 정보는 상기 제1 청색 발광체에 대한 여기원의 조사에 따른 발광 스펙트럼 정보를 포함한다.
도 3을 참조할 때, 제1-1 그래프(200)는 상기 제1 청색 발광체에 대한 광발광 여기(Photoluminescence Excitation, 이하 PLE) 스펙트럼을 도시한 그래프이다. 상기 제1-1 그래프(200)는 상기 제1 청색 발광체의 450nm 발광에 따른 여기 스펙트럼이다. 상기 제1-1 그래프(200) 상에 도시된 스펙트럼은 260nm에서부터 380nm의 범위에 대해서 넓게 분포하고, 280nm에 대해 작은 피크를 가지며, 350nm 영역에서 최대 세기를 가진다. 제1-2 그래프(220)는 상기 제1 청색 발광체에 대한 광발광(Photoluminescence) 스펙트럼을 도시한 그래프이다. 상기 제1-2 그래프(220)는 350nm의 파장의 여기원에 의한 여기에 따른 발광 스펙트럼이다. 상기 제1-2 그래프(220) 상에 도시된 스펙트럼은 450nm 영역에 대해 최대 세기인 피크 파장을 가지고, 최대 세기인 피크 파장을 기준으로 할 때 비대칭적이고 넓은 스펙트럼 그래프를 형성한다. 이는 상기 제1 청색 발광체의 높은 농도의 세륨(본 실시예 기준으로 할 때, 세륨의 (화학식 1)에 대한 화학 양론 데이터인 x의 값은 0.10)이 호스트 격자의 영역에 배열되어 활성제로서 기능하기 때문일 수 있다.
도 4는 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체에 대한 세륨의 화학양론적 양에 따른 상대적인 세기(Relative intensity)를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조할 때, 상기 제1 청색 발광체는: 세륨의 (화학식1)에 대한 화학 양론 데이터인 x의 값이 0.10 이하인 경우, 상기 제1 청색 발광체에 대한 세륨의 농도가 증가함에 따라 그 세기가 증가함을 알 수 있다. x의 값이 0.10을 초과하는 경우 상기 제1 청색 발광체의 세기는 세륨의 농도가 증가함에 따라 다소 감소하는 추세이나, 여전히 그 세기는 x의 값이 0.07보다 작은 경우에 비해 더 큰 값을 가짐을 알 수 있다.
2-1-2 도펀트 - 디스프로슘, 터븀, 망간
도 5 내지 도 7은 본 명세서의 실시예에 따른 도펀트가 추가로 도핑 된 청색 발광체의 광발광 여기(PLE) 및 광발광(PL) 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 5 내지 도 7을 참조할 때, 
, 
, 
는 본 발명에 따른 청색 발광체에 대한 도펀트로 제공될 수 있다. 도 5 내지 도 7은 청색 발광체에 제공된 각 도펀트의 농도에 따른 발광 세기에 대한 정보 또한 포함되나, 이는 도 8을 참조하여 후술되는바 중복되는 내용에 대해서는 생략하도록 한다.
도 5를 참조할 때, 제2-1 그래프(322)는 
으로 표현되는 제2 청색 발광체의 450nm 발광에 따른 광발광 여기(PLE) 스펙트럼을 도시한 그래프이고, 제2-2 그래프(320)는 350nm의 파장의 여기원에 의한 여기에 따른 상기 제2 청색 발광체의 발광 스펙트럼이다. 도 5에 표시 된 각 
에 대한 숫자는 망간의 (화학식1)에 대한 화학 양론 데이터인 z의 값을 의미한다. 상기 제2-2 그래프(320)에 따르면, 상기 제2 청색 발광체는 350nm 파장의 여기광이 조사되는 경우 450nm 영역에 대한 피크 파장을 가지는 발산 스펙트럼을 발산할 수 있다. 발산된 발산 스펙트럼은 상기 제2 청색 발광체에 제공된 활성제인 세륨에 대한 기저 준위인 4f 기저 준위로부터 5d 여기 준위로의 전자의 전이로 인한 에너지일 수 있다.
도 6을 참조할 때, 제3-1 그래프(342)는
으로 표현되는 제3 청색 발광체의 450nm 발광에 따른 광발광 여기(PLE) 스펙트럼을 도시한 그래프이고, 제3-2 그래프(340), 제3-3 그래프(344), 제3-4 그래프(346) 및 제3-5 그래프(348)는 각각 350nm의 파장의 여기원에 의한 여기에 따른 상기 제3 청색 발광체의 발광 스펙트럼이다. 도 6에 표시 된 각 
에 대한 숫자는 터븀의 (화학식1)에 대한 화학 양론 데이터인 y의 값을 의미한다. 상기 제3-2 내지 제3-5 그래프(340, 344, 346, 348)에 따르면, 상기 제3 청색 발광체는 350nm 파장의 여기광이 조사되는 경우 450nm 영역, 550nm 영역, 585nm 영역 및 623nm 영역에 대한 피크 파장을 가지는 발산 스펙트럼을 발산할 수 있다. 450nm 영역의 피크 파장에 대한 발산 스펙트럼은 상기 제3 청색 발광체에 제공된 활성제인 
에 대한 기저 준위인 4f 기저 준위로부터 5d 여기 준위로의 전자의 전이로 인한 에너지일 수 있다. 그리고 550nm 영역, 585nm 영역 및 623nm 영역의 피크 파장에 대한 발산 스펙트럼은 상기 제3 청색 발광체에 제공된 
에 대한 기저 준위인 5D4로부터 여기 준위인 7Fj로의 전자의 전이로 인한 에너지일 수 있다.
도 7을 참조할 때, 제4-1 그래프(362)는 
으로 표현되는 제4 청색 발광체의 450nm 발광에 따른 광발광 여기(PLE) 스펙트럼을 도시한 그래프이고, 제4-2 그래프(360), 제4-3 그래프(364)는 각각 350nm의 파장의 여기원에 의한 여기에 따른 상기 제4 청색 발광체의 발광 스펙트럼이다. 도 7에 표시 된 각 
에 대한 숫자는 디스프로슘의 (화학식1)에 대한 화학 양론 데이터인 y의 값을 의미한다. 상기 제4-2 및 제4-3 그래프(360, 364)에 따르면, 상기 제4 청색 발광체는 350nm 파장의 여기광이 조사되는 경우 450nm 영역 및 570nm 영역에 대한 피크 파장을 가지는 발산 스펙트럼을 발산할 수 있다. 450nm 영역의 피크 파장에 대한 발산 스펙트럼은 상기 제4 청색 발광체에 제공된 
에 대한 기저 준위인 4f 기저 준위로부터 5d 여기 준위로의 전자의 전이로 인한 에너지일 수 있다. 그리고 570nm 영역의 피크 파장에 대한 발산 스펙트럼은 상기 제4 청색 발광체에 제공된 
에 대한 기저 준위인 4F9/2로부터 여기 준위인 6H13/2로의 전자의 전이로 인한 에너지일 수 있다.
표 1은 본 발명의 일 실시예로서, 상이한 도펀트가 각각 포함된 청색 발광체의 샘플에 대한 여기광에 의한 여기에 따른 발광 양자 수율(Photoluminescencce quantum yield, 이하 PLQY)을 나타낸 데이터이다. 상기 여기광은 350nm 파장 대역으로서, 여기광이 제공되는 환경은 상온이다.
| 샘플 | PLQY(%) |
 |
16 |
 |
22 |
 |
32 |
 |
10 |
표 1을 참조할 때, 본 발명의 실시예에 따른 청색 발광체에 대한 도펀트로서 디스프로슘이 제공되는 경우에 가장 우수한 PLQY 값을 얻을 수 있다. 이는 본 발명에 따른 청색 발광체에 대하여 도펀트로제공된 
, 
, 
가 상기 청색 발광체의 트랩 밀도(Trap density)를 증가시키기 때문일 수 있다. 도펀트에 따른 청색 발광체에 대한 트랩 밀도에 관한 내용은 도 11을 참조하여 후술하도록 한다. 이하 에서는 본 발명에 따른 청색 발광체의 발광 성능에 대해서 후술하도록 한다.
2-2 발광 성능
도 8은 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체에 제공된 도펀트의 종류 및 농도에 따른 발광 세기를 나타낸 그래프이다. 도 8의 
에 대한 그래프는 
로 표현되는 청색 발광체에 대해서 
에 대한 화학 양론 데이터인y 의 값에 따른 그 상대적인 발광 세기를 나타낸 그래프이고, 
에 대한 그래프는 
로 표현되는 청색 발광체에 대해서 
에 대한 화학 양론 데이터인 y 의 값에 따른 그 상대적인 발광 세기를 나타낸 그래프이고, 
에 대한 그래프는 
로 표현되는 청색 발광체에 대해서 
에 대한 화학 양론 데이터인z 의 값에 따른 그 상대적인 발광 세기를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조할 때, 본 발명에 따른 청색 발광체에 대하여 
또는 
를 도핑하는 경우, 상기 
또는 상기 
에 대한 화학 양론 데이터인 y의 값이 0.03 이하일 때 각 도펀트에 대한 청색 발광체의 발광 세기는 상기 
또는 상기 
의 농도가 증가함에 따라 증가함을 알 수 있다. y의 값이0.03을 초과할 때 각 도펀트에 대한 청색 발광체의 발광 세기는 상기 
또는 상기 
의 농도가 증가함에 따라 감소하나, 이 경우에도 상기 
또는 상기 
가 제공되지 않은 경우와 비교할 때 더 큰 발광 세기를 가짐을 알 수 있다. 이러한 상기 
또는 상기 
가 도핑된 청색 발광체의 개선된 발광 세기는 도핑 된 상기 
또는 상기 
가 상기 청색 발광체의 결정 구조에 대해서 점 결함(Point defect)의 농도의 증가시키기 때문일 수 있다. 여기서 점 결함은 격자 구조를 포함한 결정 구조에 있어서, 일부 원자가 상기 결정 구조 상에서 소실된 상태를 의미할 수 있다. 점 결함은 결정 형성 중 국부적 교란 또는 원자의 재배열로 인한 공공형 결함(Vacancy defect), 결정 구조 내에 외부 원자가 침투하여 형성되는 침입형 결함(Interstitial defect), 상이한 원자가 포함된 결정 구조에 대해서 상기 상이한 원자 간 위치가 변경되어 형성된 반자리 결함(Antisite defect) 등이 있다.
높은 점 결함의 농도는 도 2를 참조하여 상술한 청색 발광체의 제조 방법의 환원 분위기 하에서 진행된 열처리 공정에 의한 것일 수 있다.
도 8의 
에 대한 그래프를 참조할 때, 상기 
가 청색 발광체에 대해 도핑되는 경우, 상기 
가 도핑되지 않는 경우와 비교할 때 청색 발광체의 발광 세기가 작아짐을 알 수 있다. 이는 
가 청색 발광체에 대해 도핑되는 경우 청색 발광체에 대해 발광 감쇠(Photoluminescence quenching)를 발생시키기 때문일 수 있다. 발광 감쇠란 발광체의 발광 강도가 감소되는 현상으로서, 외부 물질이 상기 발광체에 제공되어 발광 스펙트럼으로 제공될 에너지가 소실되거나, 상기 발광체의 구조의 적어도 일부가 변화됨으로써 발생하는 현상을 의미한다.
도 9는 본 명세서의 실시예로서, 청색 발광체에 대한 도펀트의 종류에 따른 발광 지속시간을 나타낸 그래프이다. 도 9를 참조할 때, 제5-1 그래프(400)는 
으로 표현되는 제1 청색 발광체, 제5-2 그래프(420)는 
으로 표현되는 제2 청색 발광체, 제5-3 그래프(440)는 
으로 표현되는 제3 청색 발광체, 제5-4 그래프(460)는 
으로 표현되는 제4 청색 발광체에 관한 그래프로서, 각 그래프는 각 청색 발광체에 대하여 350nm의 UV빔을 20초간 조사하고, UV빔의 조사를 중지한 이후, 시간에 따라 측정 된 발광 강도의 로그 값을 나타낸 그래프이다. 각 청색 발광체의 시간에 따른 발광 강도는 상온(Room temperature)에서 측정되었다. 제5-1 내지 제5-4 그래프를 참조할 때, 각 청색 발광체에 도핑되는 도펀트의 종류에 따라 발광이 유지되는 시간이 상이함을 알 수 있다.
제5-1 그래프(400)를 참조할 때 상기 제1 청색 발광체는 4시간의 발광 지속시간을 가지고, 제5-2 그래프(420)를 참조할 때 상기 제2 청색 발광체는 5~6시간의 발광 지속시간을 가지며, 제5-3 그래프(440)를 참조할 때 상기 제3 청색 발광체는 12 시간의 발광 지속시간을 가지고, 제5-4 그래프(460)를 참조할 때 상기 제4 청색 발광체는 17 시간의 발광 지속시간을 가짐을 알 수 있다.
상기 제5-1 내지 제5-4 그래프(400, 420, 440, 460)는 아래와 같은 쇠퇴 함수로 표현할 수 있다.
상술한 쇠퇴 함수에서, 
는 시간에 따른 청색 발광체의 발광 세기, 
는 청색 발광체의 초기 발광 세기, 
은 각각 상수이며, 
, 
, 
은 각각 쇠퇴 시간을 의미하고, 각각의 파라미터는 여기원을 조사하여 제공되는 발산 스펙트럼의 쇠퇴 시간에 관한 데이터를 피팅(Fitting)하여 획득할 수 있다. 아래 표 2는 도 9에 도시된 도펀트 별 청색 발광체의 쇠퇴 시간에 관한 그래프를 피팅하여 획득한 쇠퇴 시간에 관한 데이터를 나타내고 있다.
| 샘플 |
 |
 |
 |
 |
 |
55 | 385 | 2512 | 102 |
 |
49 | 537 | 2773 | 126 |
 |
49 | 558 | 2937 | 142 |
 |
53 | 317 | 2637 | 122 |
도 10은 본 명세서의 실시예로서, 청색 발광체에 대한 도펀트의 종류에 따른 발광 최대 지속시간 및 발광 평균 지속시간을 나타낸 그래프이다.
도 10을 참조할 때, 
와 
가 도펀트로 제공된 청색 발광체는 
만이 도펀트로 제공되는 경우, 
와 
가 도펀트로 제공되는 경우 그리고 
와 
가 도펀트로 제공되는 경우와 각각 비교할 때, 최대 발광 지속 시간(
)과 평균 발광 시간(
)이 모두 증가했음을 알 수 있다. 이는 도 8을 참조하여 상술한 바와 같이, 
가 추가로 도핑되는 경우 본 발명에 따른 청색 발광체에 대한 결정 구조의 점 결함 농도는 증가될 수 있다. 점 결함의 농도가 증가되는 경우 본 발명에 따른 청색 발광체에 대한 트랩의 밀도는 증가되고, 이로 인해 상기 청색 발광체의 발광 지속시간은 증가될 수 있다.
도 11은 본 명세서의 실시예에 따른 청색 발광체의 도펀트의 종류에 대한 트랩 밀도 및 발광 지속시간을 나타낸 그래프이다.
도 11을 참조할 때, 제6-1 그래프(520)는 본 발명에 따른 청색 발광체에 제공된 도펀트의 종류에 따른 트랩 밀도(Trap density)를 나타낸 그래프이고, 제6-2 그래프(540)는 본 발명에 따른 청색 발광체에 제공된 도펀트의 종류에 따른 쇠퇴 시간(Decay time)을 나타낸 그래프이다. 제6-1 그래프(520) 및 제6-2 그래프(540)를 참조할 때 
와 
가 도핑 된 청색 발광체가 가장 큰 트랩 밀도 값을 가지고, 가장 긴 쇠퇴 시간을 가짐을 알 수 있다. 그리고 
와 
가 도핑 된 청색 발광체가 두 번째로 큰 트랩 밀도 값을 가지고, 두번째로 긴 쇠퇴 시간을 가짐을 알 수 있다. 그리고 
와 
이 도핑 된 청색 발광체가 세 번째로 큰 트랩 밀도 값을 가지고 세 번째로 긴 쇠퇴 시간을 가짐을 알 수 있다. 그리고 
이 도핑 된 청색 발광체가 가장 낮은 트랩 밀도 값을 가지고 가장 짧은 쇠퇴 시간을 가짐을 알 수 있다. 종합하면, 청색 발광체에 제공된 도펀트의 종류에 따른 트랩 밀도의 값은 청색 발광체에 제공된 도펀트의 종류에 따른 쇠퇴 시간의 값에 대응되는 경향을 가짐을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 청색 발광체(
)의 여기원 조사 후 경과 시간에 따른 발광 모습을 나타낸 도면이다.
더욱 상세하게는 도 12는 
으로 표현되는 청색 발광체에 대하여 UV 빔을 제공하고, UV 빔이 제공되는 것을 중지 한 이후 시간에 따른 상기 청색 발광체의 발광 모습을 나타낸 도면이다. 도 12를 참조할 때, 상기 청색 발광체는 블루 라이트를 발산하며, 블루 라이트의 발광 상태는 17시간까지 유지될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 방법들은 단독으로 또는 서로 조합되어 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 방법에서 설명된 각 단계들은 모두 필수적인 것은 아니므로 각 방법들이 그 단계들을 전부 포함하는 것은 물론 일부만 포함하여 수행되는 것도 가능하다. 또 각 단계들이 설명된 순서는 설명의 편의를 위한 것에 불과하므로, 본 발명에서 설명된 방법에서 각 단계들이 반드시 설명된 순서대로 진행되어야 하는 것은 아니다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예들은 서로 별개로 또는 조합되어 구현되는 것도 가능하다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (15)
- 알칼리 금속을 적어도 포함하는 실리케이트계 발광 물질로서,
의 화학식으로 표현되고,
상기,
및
는 상기 실리케이트계 발광 물질에 대해 적어도 도펀트(Dopant)로 제공되되, 상기
및
는 란탄족 원소이며, 상기
는 전이 금속 원소이고,
상기 x, y, z는,
,
의 관계식을 만족하며,
여기원(Excitation Source)이 제공되는 경우, 그 피크 파장이 청색광(Blue light) 영역인 발광 스펙트럼이 발산되고,
상기은 세륨이고,
상기은 디스프로슘 또는 터븀 중 적어도 어느 하나이며,
상기는 망간인
청색 발광체.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 z가 0인 경우, 상기 y는의 관계식을 만족하는
청색 발광체.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 청색 발광체는공간 그룹을 구비한 사방정계 결정 구조를 가지고, 상기 사방정계 결정 구조는 상기
,
및
가 도핑이 되지 않은 경우와 비교할 때 점 결함(Point defect)의 농도가 증가된
청색 발광체.
- 제3 항에 있어서,
상기 청색 발광체는 상기 발광 스펙트럼의 피크 파장과는 상이한 제2 피크 파장을 가지는 제2 발광 스펙트럼을 더 발산하는
청색 발광체.
- 제6 항에 있어서,
상기가:
터븀인 경우 상기 제2 발광 스펙트럼은 550nm, 585nm 및 623nm의 피크 파장을 가지고, 디스프로슘인 경우 상기 제2 발광 스펙트럼은 570nm의 피크 파장을 가지는
청색 발광체.
- 제3 항에 있어서,
상기가
의 관계식을 더 만족하는 경우, 상기 청색 발광체의 발광 세기(Photoluminescence Intensity)는 상기
가 증가됨에 따라 증가되는
청색 발광체.
- 제1 항에 있어서,
상기 여기원은 200nm 이상이면서 420nm 이하의 파장을 가지는 광원이고, 상기 피크 파장은 450nm 이상이면서 456nm 이하이되,
상기 청색 발광체는 상기 발광 스펙트럼을 17시간 동안 발산하는 것을 특징으로 하는
청색 발광체.
- 여기원이 제공되는 경우 그 피크 파장이 청색광 영역인 발광 스펙트럼이 발산되고, 알칼리 금속을 적어도 포함하는 실리케이트계 청색 발광체 제조 방법으로서,
를 포함하는 제1 화합물,
를 포함하는 제2 화합물,
를 포함하는 제3 화합물 및
를 포함하는 제4 화합물을 준비하되, 상기 제1 내지 제4 화합물의 양은
(단, 상기
는 상기 실리케이트계 발광체에 대해 적어도 활성제로 도핑(Doping)되는 란탄족 원소이며, 상기 x는
의 관계식을 만족함)의 화학식으로 표현되는 물질의 화학 양론에 대응되도록 준비하는 단계;
상기 제1 내지 제4 화합물이 균일 혼합물(Homogeneous mixture)을 형성하도록 용매를 적어도 포함하여 상기 제1 내지 제4 화합물을 혼합하는 단계;
상기 혼합하는 단계에서 제공된 혼합물을 건조하는 단계; 및
산소 분위기하에서 섭씨 850~950도로 적어도 7시간 동안 열처리 공정을 수행하는 제1 열처리 단계 및 환원 분위기 하에서 섭씨 950~1150도로 적어도 4시간 동안 열처리 공정을 수행하는 제2 열처리 단계를 포함하는 열처리 단계;를 포함하고,
상기 준비하는 단계에서는, 제5 화합물이 더 포함되어 상기 제1 내지 제4 화합물과 혼합되되, 상기 제5 화합물은및
중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는
청색 발광체 제조 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 산소 분위기는 산화 알루미늄에 의해 형성되고,
상기 환원 분위기는 몰 퍼센트를 기준으로 할 때 75%의 질소 기체 및 25%의 수소기체로 구성된 기상 물질에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는
청색 발광체 제조 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 제1 화합물은이고,
상기 제2 화합물은이고,
상기 제3 화합물은이며,
상기 제4 화합물은인
청색 발광체 제조 방법.
- 삭제
- 여기원; 및
상기 여기원이 제공되는 경우 소정의 광을 발산하며, 알칼리 금속을 적어도 포함한 실리케이트계 발광체로서,
의 화학식으로 표현되는 청색 발광체를 적어도 포함하는 발광 유닛;을 포함하고,
상기,
는 적어도 도펀트로 제공되는 란탄족 원소이고, 상기
는 적어도 도펀트로 제공되는 전이 금속 원소이고, 상기 x, y, z는
,
,
의 관계식을 만족하고,
상기 소정의 광의 피크 파장은 청색광 영역이고,
상기은 세륨이고, 상기
은 디스프로슘 또는 터븀 중 적어도 어느 하나이며, 상기
는 망간인
발광 장치.
- 제14 항에 있어서,
상기 z가 0인 경우, 상기 y는의 관계식을 만족하며,
상기 청색 발광체는 상기 발광 스펙트럼의 피크 파장과는 상이한 제2 피크 파장을 가지는 제2 발광 스펙트럼을 더 발산하는
발광 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020190117388A KR102312191B1 (ko) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | 실리케이트계 청색 발광체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 장치 |
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|---|---|---|---|
| KR1020190117388A KR102312191B1 (ko) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | 실리케이트계 청색 발광체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 장치 |
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|---|---|---|---|
| KR1020190117388A KR102312191B1 (ko) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | 실리케이트계 청색 발광체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 발광 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102312191B1 (ko) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160014661A (ko) * | 2013-05-23 | 2016-02-11 | 메르크 파텐트 게엠베하 | 인광체 |
-
2019
- 2019-09-24 KR KR1020190117388A patent/KR102312191B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20210035945A (ko) | 2021-04-02 |
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