KR20060017112A

KR20060017112A - 백색 발광다이오드 소자용 실리케이트 형광체, 그의제조방법 및 그를 이용한 백색 발광다이오드 소자

Info

Publication number: KR20060017112A
Application number: KR20040065657A
Authority: KR
Inventors: 유재수; 김상현
Original assignee: 유재수
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2006-02-23
Also published as: KR100621153B1

Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 백색 발광다이오드 소자용 실리케이트 형광체, 그의 제조방법 및 그를 이용한 백색 발광다이오드 소자에 관한 것이다.

본 발명의 백색 발광다이오드 소자용 실리케이트 형광체는 340∼470 nm을 여기원으로 하고 상기 여기원을 540∼590 nm의 가시광으로 광전환하는 Eu²⁺ 로 활성화된 실리케이트 형광체로서, 여기 스펙트럼 및 상기 여기원을 흡수하여 가시광에 방출된 발광스펙트럼의 광 세기가 크게 줄지 않고 유사하게 유지되어 방출됨으로써, 높은 여기원의 에너지가 전이되는 고효율의 형광체이다. 따라서, 본 발명의 실리케이트 형광체를 이용하여 발광효율이 개선된 광변환 발광다이오드 소자를 구현할 수 있다.

Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu

(상기에서, X는 1.00 ≤ X ≤ 1.96이다.)

LED, 형광체, 백색 발광소자, 오렌지색, 실리케이트 화합물

Description

백색 발광다이오드 소자용 실리케이트 형광체, 그의 제조방법 및 그를 이용한 백색 발광다이오드 소자{SILICATE PHOSPHOR FOR CHIP OF WHITE LEDs, ITS PREPARATION METHOD AND WHITE LEDs THEREBY}

도 1은 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu계 실리케이트 형광체에 대한 XRD 분석결과이고,

도 2는 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu계 실리케이트 형광체 및 종래 YAG 형광체의 입자를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고,

도 3은 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu계 실리케이트 형광체에 대한 여기 및 발광 스펙트럼이고,

도 4는 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu계 실리케이트 형광체를 이용한 UV 발광다이오드 소자의 개략적인 구성도이다.

본 발명은 백색 발광다이오드 소자용 실리케이트 형광체, 그의 제조방법 및 그를 이용한 백색 발광다이오드 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 본 발명은 청색 영역 또는 자외선 영역을 여기원으로 하고 상기 여기원을 가시광으로 광전환함으로써, 발광효율을 극대화시킨 백색 발광다이오드 소자용 실리케이트 형광체, 그의 제조방법 및 그를 이용한 백색 발광다이오드 소자에 관한 것이다.

광변환 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 "LED"라 약칭함)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기적인 신호를 적외선 또는 빛으로 변화시켜 신호를 내보내고 또는 받는데 사용되는 반도체 소자이다. 다른 발광체에 비해 수명이 길며, 낮은 전압을 사용하는 동시에 소비전력이 작은 장점이 있다. 또한 응답속도 및 내충격성이 우수하고 동시에 소형화가 가능하다. 이러한 장점을 이용하여 현재는 자동차 대형전광판, 텍스트 광고판, 리모컨, 카오디오, 광마우스, 핸드폰 키패드, 핸드폰용 LCD 백라이트, 자동차 브레이크등, 비상구(Exit) 표지판, 교통 신호등, 인테리어 용품 등으로 사용되고 있다.

다양한 디스플레이 응용에 있어서, 가장 중요한 것은 전색(full color) 이미지를 인식할 수 있는 최적의 백색광을 얻는 것이다. 따라서 최근에는 CIE(Commission International de I'Eclarge, 국제조명위원회) 색조표에서 정의된 자연광에 가까운 백색광을 구현하는데 기술력이 집중되고 있다. 이러한 백색광을 방출하기 위한 백색 발광다이오드 소자는 두 가지 유형으로 구분된다.

첫 번째 유형으로는 청색광을 가지는 Blue LED 소자에 그 청색광을 여기원으로 하는 황색광을 방출하는 형광체를 도포시킴으로써, 소자에서 나오는 청색과 형광체에 서 방출되는 황색광을 혼합하여 백색을 구현하고 있다. 대표적인 일례로 미합중국 특허 제5,998,525호에서는 백색광을 방출하는 조명유닛으로서 대략 465 nm의 파장영역에서 청색광을 방출하는 GaN 발광다이오드 소자에 상기 청색광을 여기광원으로 하여 황색광을 방출하는 형광체인 YAG(Yttrium Aluminium Garnet)를 도포시켜 우수한 효율의 백색광을 방출한다고 게시하고 있다. 상기 YAG은 Ce³⁺에 침지된 Y₃Al₅O₁₂의 형광체로서, ∼460 nm의 청색광으로 여기되어 ∼560 nm의 오렌지광을 방출하는 것으로 가장 바람직한 백색 LED이다. 그러나, 이러한 경우, 매우 높은 수준의 백색광의 효율이 구현되지만 단일 황색 형광체의 발광색으로 인하여 색의 연속성이 저하되는 문제점이 지적되고 있다.

이때, 여기 에너지원으로서 청색의 460 nm는 장파장으로서 에너지가 낮기 때문에 여기원으로서 에너지가 높은 UV를 활용하여 보다 우수한 효율의 백색 발광다이오드를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 노력으로 개발된 백색 발광다이오드 소자의 두 번째 유형은 UV 발광다이오드(UV LED) 소자이다. 즉, 자외선(ultraviolet) 광원을 가지는 소자 상에 적색, 청색 및 녹색의 발광 스펙트럼을 가지는 형광체를 도포시켜 제조된다. 이러한 소자의 일례로서, 대략 405 nm의 자외선이 방출되는 InGaN 등의 UV 발광다이오드 소자 상에 자외선을 여기광원으로 하는 적색, 청색 및 녹색을 방출하는 형광체를 도포시켜 제조되는 UV 발광다이오드 소자가 공지되어 있다. 그러나, 상기 UV LED는 색조 조절이 용이하고 색의 연속성은 탁월하지만 각 발광다이오드의 조건을 정확히 조절하기 위해서 복잡하고 고가의 구 동 설계가 요구되고 각 발광다이오드의 발광수명이 다르고, 삼원색의 색을 방출하는 형광체의 낮은 발광 효율로 인하여 결국 UV LED의 광효율이 낮아지는 단점이 있다.

그러므로, 백색 발광다이오드 소자의 낮은 발광효율을 보충하기 위해서, 소자 상에 도포되는 형광체의 양을 증가시키는 방법이 현재 고려되고 있으나, 형광체의 양의 증가는 백색 발광다이오드 소자의 전체 효율의 향상에 큰 걸림돌이 된다. 따라서, 고효율의 백색 발광다이오드 소자를 얻기 위해서는 발광다이오드에 여기가 잘 되는 고효율 형광체의 개발이 선행되어야 한다. 보다 구체적으로는 백색광을 방출하기 위한 최적의 백색 발광다이오드를 얻기 위해서는, 자외선 파장영역에서 여기되는 청색광을 여기원으로 하는 형광체를 얻는 것이며, 상기 청색광의 높은 에너지는 550∼700 nm의 황색광으로 방출되는 것이다. 따라서, 보다 근자외선 범위의 파장에서 여기되는 청색광을 여기원으로 하여, 장파장의 방출이 구현될 수 있는 새로운 형광체가 요구된다.

본 발명자들은 백색광을 방출하기 위한 최적의 백색 발광다이오드를 얻기 위하여 노력한 결과, 자외선 영역을 여기원으로 하고 상기 여기원을 가시광으로 광전환하는 실리케이트 형광체를 제조하고, 상기 여기원의 빛 및 상기 형광체를 통하여 변환되는 빛을 서로 결합하여 자연광에 가까운 백색 발광다이오드 소자를 제조함으로써, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 발광효율이 개선된 백색 발광다이오드용의 실리케이트 형광체 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 340∼470 nm을 여기원으로 하고 상기 여기원을 540∼590 nm의 가시광으로 광전환하는 고효율의 Eu²⁺로 활성화된 실리케이트 형광체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 Eu²⁺로 활성화된 실리케이트 형광체를 이용한 광변환 발광다이오드 소자를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 소자용의 실리케이트 형광체를 제공한다.

화학식 1

Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu

(상기에서, X는 1.00 ≤ X ≤ 1.96이다.)

상기 백색 발광다이오드 소자용의 실리케이트 형광체는 340∼470 nm을 여기원으로 하고 상기 여기원을 540∼590 nm의 가시광으로 광전환하는 Eu²⁺로 활성화된 실리케이트 형광체이다.

또한, 본 발명은 상기 백색 발광다이오드 소자용의 실리케이트 형광체의 제조방법을 제공한다. 보다 상세하게는 1) Sr, Si 및 Eu의 이온을 포함하고 있는 각각의 수용성 금속 염 또는 이들 금속을 포함하는 산화물 및 Ba 이온을 포함하고 있는 금속염을 각각 정량한 후, 혼합하여 시료를 준비하는 단계; 2) 상기 혼합물을 저급알콜과 혼합하여 48 시간 이상 볼-밀공정(ball-mill)을 수행하는 단계; 3) 상기 저급알콜을 상온에서 제거하고, 시료를 600∼700℃에서 2∼6시간동안 1차 열처리하는 단계; 및 4) 상기 열처리된 시료를 환원분위기 하에서 1200 내지 1400℃에서 2∼8시간동안 2차 열처리하는 단계로 이루어진다.

또한 상기 제조방법은 반응온도를 낮추고 반응시간을 단축하기 위해, 상기 원료염에 대하여 플럭스 0.001 ∼ 20 중량%를 첨가하여 재혼합하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 플럭스 0.001 ∼ 10 중량%를 첨가하는 것이고, 가장 바람직하게는 0.001 ∼ 5 중량%를 첨가하는 것이다.

본 발명은 상기 실리케이트 형광체를 에폭시 수지에 균일하게 분산시켜 경화부를 제조하고, 상기 경화부를 자외선 파장 영역에서 광자를 방출시키는 발광다이오드 칩 상에 도포 한 후, 100 내지 160℃에서 1 시간동안 경화시켜 제조되는 광변환 발광다이오드 소자를 제공한다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 소자용의 실리케이트 형광체를 제공한다.

화학식 1

Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu

(상기에서, X는 1.00 ≤ X ≤ 1.96이다.)

본 발명의 실리케이트 형광체는 중심원소인 Si 이온의 첨가량을 1 몰로 고정하고, 상기 형광체가 전하 2가의 유로퓸이온 (Eu²⁺)에 의해 활성화되며, 이때, Eu의 바람직한 첨가량을 0.001 몰 내지 0.2 몰이고, 보다 바람직하게는 0.01 몰 내지 0.07 몰이다. Eu의 첨가량이 0.001 이하이면 충분한 여기에너지에도 불구하고 광전이가 용이하지 않으며, 0.2 이상이면 농도소광 현상으로 휘도가 낮아지는 문제점이 있다.

또한, 본 발명의 실리케이트 형광체는 340∼470 nm을 여기원으로 하고 상기 여기원을 540∼590 nm의 가시광으로 광전환하는 고효율의 Eu²⁺로 활성화된 실리케이트 형광체로서, Ba/Sr의 비율을 조절함에 따라 피크의 여기 스펙트럼을 조절할 수 있다. 이때, X가 1.00 미만이면, 여기파장대가 400nm 미만으로 이동하여 LED 여기에 부적합해지는 문제가 있는 반면에, X가 1.96을 초과하면 파란색 LED 여기에 적합한 465nm 영역의 여기가 용이하지 않는 문제가 있다.

도 1은 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu 실리케이트 형광체의 결정구조를 Cu Kα(λ =1.540562)를 이용하여 X-ray 굴절기(XRD, 모델명: 씬택 모델 SDS 2000)을 이용하여 결정한 결과이다. A는 실시예 1에서 제조된 Sr_1.06Ba_0.94SiO₄:Eu_0.04이며, B는 실시예 3에서 제조된 Sr_1.46Ba_0.54SiO₄:Eu_0.04이고, C는 실시예 4에서 제조된 Sr_1.64Ba_0.36SiO₄:Eu_0.04이다. 상기에서 보는 바와 같이, 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu 형광체의 구조에서, X가 1.00 ≤ X ≤ 1.96인 범위에서 고른 고체 혼합을 통한 형광체의 합성을 확인하였으며, Ba 이온의 농도가 낮을수록 광의 세기가 증가하는 경향이 있음을 알 수 있다.

도 2는 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu 형광체 및 종래 YAG 형광체 분말의 표면을 주사전자현미경(SEM 모델명: 필립스 모델 515)으로 관찰한 사진이다. (a)는 종래의 형광체인 YAG이고, (b)는 실시예 1에서 제조된 Sr_1.06Ba_0.94SiO₄:Eu_0.04이고, (c)는 실시예 3에서 제조된 Sr_1.46Ba_0.54SiO₄:Eu_0.04이고, (d)는 실시예 4에서 제조된 Sr_1.64Ba_0.36SiO₄:Eu_0.04를 나타낸다. 상기 YAG은 ∼460 nm의 청색광으로 여기되어 ∼560 nm의 오렌지광을 방출하는 것으로 종래에 공지된 형광체 중 가장 바람직한 샘플이다. 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu 형광체는 10 ㎛ 크기의 미세 입자로서, 상기 YAG의 형상과 유사한 모습을 보인다. 또한, 상기 도 2로부터 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu 형광체에서 Ba 이온의 농도가 높을수록 생성입자의 크기가 작고, 형성된 입자가 고르게 분포되어 있다.

도 3은 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu 형광체에 대한 여기 및 발광 스펙트럼으로서, 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu 형광체의 여기 스펙트럼은 전체적으로 340∼470 nm까지 매우 넓게 분포되어 있고, 이러한 여기광의 에너지를 가시광의 발광스펙트럼으로 전이하여 구현되는 발광스펙트럼은 540∼590 nm에서 높은 발광세기를 갖는 고효율의 황색 스펙트럼을 보여주고 있다. 또한, 상기 구조 중, Ba 이온의 농도가 높을수록 570 nm에서 525 nm로 피크가 전이(blueshift)되며, 발광세기가 상대적으로 높은 결과를 확인할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 실리케이트 형광체는 340∼470 nm 파장 영역의 광선을 여기원으로 하고, 상기 여기원을 흡수하여 540∼590 nm의 가시광으로 방출하는 고효율의 형광체로서, 광변환 백색 발광다이오드 소자에 활용될 수 있다.

또한, 본 발명의 실리케이트 형광체는 여기 스펙트럼의 광 세기 및 상기 여기원을 흡수하여 가시광에 방출된 발광스펙트럼의 광 세기가 크게 줄지 않고 유사하게 유지되어 방출됨으로써, 높은 여기원의 에너지가 전이되는 고효율의 형광체이다.

본 발명은 광변환 발광다이오드 소자용 실리케이트 형광체의 제조방법을 제공한다.

보다 구체적으로는 상기 제조방법이,

1) Sr, Si 및 Eu의 이온을 포함하고 있는 각각의 수용성 금속 염 또는 이들 금속을 포함하는 산화물 및 Ba 이온을 포함하고 있는 금속염을 각각 정량한 후, 혼합하여 시료를 준비하는 단계;

2) 상기 혼합물을 저급알콜과 혼합하여 48 시간 이상 볼-밀공정(ball-mill)을 수행하는 단계;

3) 상기 저급알콜을 상온에서 제거하고, 시료를 환원분위기 하에서 600∼700℃에서 2∼6시간동안 1차 열처리하는 단계; 및

4) 상기 열처리된 시료를 환원분위기 하에서 1200 내지 1400℃에서 2∼8시간동안 2차 열처리하는 단계로 이루어진다.

상기 단계 1의 수용성 금속 염 또는 이들 금속을 포함하는 산화물은 Sr, Si, Eu, 및 Ba을 중심금속으로 포함하고, 그들의 질산염, 산화염, 황산염, 탄산염, 및 아세테이트염으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다. 또한, 각각의 수용성 금속 염에 따라, 혼합과정을 액상법, 고상법 또는 기상법으로 수행할 수 있으며, 바람직하게는 고상법을 사용한다.

단계 2에서 환원분위기는 형광체의 활성이온인 Eu³⁺를 Eu²⁺로 활성화하기 위해 수행하며, 환원의 분위기를 만들기 위해서는 통상적으로 고체 탄소가루, 수소(H₂)가스 또는 수소가스를 포함하는 질소 또는 아르곤(Ar) 가스를 이용하는 방법을 사용한다.

또한, 본 발명의 열처리 공정은 600∼700℃에서 2∼6시간동안 1차 열처리하는 단계; 연속적으로, 상기 열처리된 시료를 1200 내지 1400℃에서 2∼8시간동안 2차 열처리하는 단계로 이루어지며, 더욱 바람직하게는 결정성을 향상시키기 위해, 열처리를 2 회 이상 반복적으로 수행하는 것이다.

이러한 열처리 단계의 온도를 낮추거나 시간을 단축시키기 위하여, 단계 1의 원료염에 대하여, 플럭스(Flux) 0.001 중량 내지 20 중량%를 첨가하여 재혼합하는 단계를 추가로 포함하여 제조할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 플럭스를 0.001 ∼ 10 중량%를 첨가하는 것이고, 가장 바람직하게는 0.001 ∼ 5 중량%를 첨가하여 재혼합할 수 있다.

이때, 사용될 수 있는 플럭스의 일례로는 붕소화합물, 불화물 및 염화물로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나 이상인 것을 사용할 수 있다. 바람직하게는 붕산(H₃B0₃), 플로로화암모늄(NH₄F) 또는 염화암모늄(NH₄Cl)을 사용하는 것이고, 더욱 바람직하게는 염화암모늄(NH₄Cl)을 사용한다.

또한 본 발명은 상기 실리케이트 형광체를 에폭시 수지에 균일하게 분산시켜 경화부를 제조하고, 상기 경화부를 발광다이오드 칩 상에 도포 한 후, 100 내지 160℃에서 1 시간 동안 경화시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 광변환 백색 발광다이오드 소자를 제공한다.

도 4는 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu계 실리케이트 형광체를 이용한 UV 발광다이오드 소자의 개략적인 구성도로서, 발광다이오드 칩(11), 경화부(12), 반사기(13), 애노드 전극(15), 캐소드 전극(16) 및 리드 프레임(14)으로 이루어진 UV 발광다이오드 소자에 있어서, 상기 경화부에 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu계 실리케이트 형광체(10)를 에폭시 수지에 균일하게 분산시켜 제조된다.

상기 발광다이오드 칩(11)은 기판(17) 상에 자외선 파장 영역에서 광자를 방출시키는 칩 LED를 은 페이스트 등으로 리드 프레임 전극(애노드, 캐소드)에 접착 고정시킨다. 상기 기판으로는 Al₂O₃, SiC 등을 사용할 수 있다.

상기 경화부(12)는 에폭시 수지에 본 발명의 Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu계 실리케이트 형광체(10)를 균일하게 분산시켜 제작되고, 제작된 경화부(12)를 발광 다이오드 칩(11) 상에 도포 한 후, 100 내지 160℃에서 1 시간 동안 경화시켜 고정시킴으로써, 발광 다이오드 칩(11)에서 방출되는 빛과 경화부(12) 내부의 실리케이트 형광체(10)를 통하여 변환되는 빛을 직접 결합하게 된다. 따라서, 광의 경로 차가 감소되어 광변환 백색 발광다이오드 소자의 광효율을 향상시킬 수 있다.

이때, 에폭시 수지에 대하여, 본 발명의 실리케이트 형광체의 바람직한 첨가량은 0.1∼50 중량%이고, 바람직하게는 1∼30 중량%이다. 이때, 사용되는 형광체의 중량%는 원하는 색좌표에 따라 조정된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

1. Sr _X Ba _2-X SiO ₄ :Eu _0.04 계 실리케이트 형광체의 제조

<실시예 1> Sr _1.06 Ba _0.94 SiO ₄ :Eu _0.04 의 형광체 제조

백색 발광 소자용 청색 형광체를 제조하기 위한 시료로서, 3.91g의 SrCO₃, 4.44g의 BaCO₃, 0.175g의 Eu₂O₃및 1.50g의 SiO₂을 정량하여 혼합하였다. 상기 혼합물을 이소프로필 알콜을 이용하여 48 시간 이상 볼-밀공정(ball-mill)을 수행하였다. 이후 상온에서 상기 이소프로필 알콜을 증발시킨 후, 샘플을 600℃의 초고온 소결로(muffle furnace)에서 4시간동안 열처리하여 팰렛으로 제조하고, 이어서, 질소 및 2%의 수소로 이루어진 환원분위기로 유지된 1200 내지 1400℃의 전기로에서 약 4 시간 정도 추가 열처리하여, 목적화합물인 Sr_1.06Ba_0.94SiO₄:Eu_0.04의 형광체를 제조하였다.

<실시예 2> Sr _1.06 Ba _0.94 SiO ₄ :Eu _0.04 의 형광체 제조

상기 시료를 혼합하는 과정에서, 반응을 촉진하여 반응온도를 낮추고, 시간을 단축하기 위하여 상기 혼합된 전체 염에 대하여, 99.99% 순도의 염화암모늄 0.200g을 정량하여 혼합하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

<실시예 3> Sr _1.46 Ba _0.54 SiO ₄ :Eu _0.04 의 형광체 제조

5.388g의 SrCO₃, 2.466g의 BaCO₃, 0.176g의 Eu₂O₃, 1.50g의 SiO₂ 및 99.99% 순도의 염화암모늄 0.190g을 정량하여 혼합한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 Sr_1.46Ba_0.54SiO₄:Eu_0.04의 형광체를 제조하였다.

<실시예 4> Sr _1.64 Ba _0.36 SiO ₄ :Eu _0.04 의 형광체 제조

6.053g의 SrCO₃, 1.578g의 BaCO₃, 0.176g의 Eu₂O₃, 1.755g의 SiO₂ 및 99.99% 순도의 염화암모늄 0.186g을 정량하여 혼합한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 Sr_1.64Ba_0.36SiO₄:Eu_0.04의 형광체를 제조하였다.

2. UV 발광다이오드 소자의 제조

<실시예 5>

상기 실시예 1에 제조된 Sr_1.06Ba_0.94SiO₄:Eu_0.04의 청색광을 방출하는 실리케이트 형광체를 에폭시 수지에 균일하게 분산시켜, 경화부를 제조하였다. 이때, 실리케이트 형광체는 에폭시 수지에 대하여, 10 중량%, 20 중량%, 및 40 중량%로 첨가량을 변화시켜 경화부를 제조하였다.

발광다이오드 칩(11)은 Al₂O₃소재의 기판(17) 상에 자외선 파장 영역에서 광자를 방출시키는 칩 LED를 은 페이스트로 리드 프레임 전극(애노드, 캐소드)에 접착 고정시켰다. 이후, 발광다이오드 칩(11) 상에 실리케이트 형광체가 산재된 경화부를 도포하여 150℃에서 1 시간 동안 경화시켜, UV 발광다이오드 소자를 제작하였다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은

첫째, 340∼470 nm의 자외선 영역을 여기원으로 하고 상기 여기원을 540∼570 nm의 가시광으로 광전환하는 고효율의 백색 발광다이오드 소자용 청색 실리케이트 형광체를 제조하였고,

둘째, 상기 여기원의 빛과 본 발명의 높은 광효율의 형광체를 통하여 변환되는 빛을 서로 결합하는 발광효율이 개선된 백색 발광다이오드 소자를 제작하여, 국제조명위원회(CIE)의 색조표에서 정의된 자연광에 가까운 백색광을 구현하였다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 소자용의 실리케이트 형광체.

화학식 1

Sr_XBa_2-XSiO₄:Eu

(상기에서, X는 1.00 ≤ X ≤ 1.96이다.)
제 1항에 있어서, 상기 형광체가 340∼470 nm을 여기원으로 하고 상기 여기원을 540∼590 nm의 가시광으로 광전환하는 Eu²⁺로 활성화된 실리케이트 형광체인 것을 특징으로 하는, 상기 실리케이트 형광체.
1) Sr, Si 및 Eu의 이온을 포함하고 있는 각각의 수용성 금속 염 또는 이들 금속을 포함하는 산화물 및 Ba 이온을 포함하고 있는 금속염을 각각 정량한 후, 혼합하여 시료를 준비하는 단계;

2) 상기 혼합물을 저급알콜과 혼합하여 48 시간 이상 볼-밀공정(ball-mill)을 수행하는 단계;

3) 상기 저급알콜을 상온에서 제거하고, 시료를 600∼700℃에서 2∼6 시간동안 1차 열처리하는 단계; 및

4) 상기 열처리된 시료를 환원분위기 하에서 1200 내지 1400℃에서 2∼8시간동안 2차 열처리하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광변환 발광다이오드 소자용 실리케이트 형광체의 제조방법.
제 3항에 있어서, 상기 원료염에 대하여 플럭스 0.001 내지 20 중량%를 첨가하여 재혼합하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 실리케이트 형광체의 제조방법.
제 4항에 있어서, 상기 플럭스가 붕산, 플로로화암모늄 및 염화암모늄으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 실리케이트 형광체의 제조방법.
발광다이오드 칩(11), 경화부(12), 반사기(13), 애노드 전극(15), 캐소드 전극(16) 및 리드 프레임(14)으로 이루어진 UV 발광다이오드 소자에 있어서, 상기 경화부(12)에 제 1항의 실리케이트 형광체(10)를 에폭시 수지에 균일하게 분산시켜, 상기 경화부(12)를 발광다이오드 칩(11) 상에 도포한 후, 100 내지 160℃에서 1 시간 동안 경화시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 광변환 발광다이오드 소자.
제 6항에 있어서, 상기 실리케이트 형광체의 첨가량이 에폭시 수지에 대하여 0.1 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 상기 광변환 발광다이오드 소자.