KR20090087580A - Yalo3:ce based fluorescent material and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

An YAlO3:Ce based yellow fluorescent material is provided to ensure stability, high fluorescence efficiency, excellent light-emitting property in a red wavelength range, high color index and low color temperature. A method for manufacturing an YAlO3:Ce based fluorescent material comprises the steps of: (i) melting a precursor of Y, a precursor of Al and a precursor of Ce in solvent and heating the solution in a temperature range of 150~250 ‹C to form reaction precipitate, separating and drying the precipitate; (ii) heat-treating the dried resultant at 800~1100 ‹C to crystallize it; and (iii) reducing the Ce^4+ ion oxidized in the thermal processing step to Ce^3+ ion at 800~1300 ‹C.

Description

이트륨알루미늄페로브스카이트(와이에이피)계 형광체 및 그의 제조방법{YAlO3:Ce based fluorescent material and manufacturing method of the same}Yttrium aluminum perovskite (WIPI) -based phosphor and its manufacturing method {YAlO3: Ce based fluorescent material and manufacturing method of the same}

본 발명은 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)의 형광체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래보다 색지수, 색온도 및 발광 특성이 획기적으로 개선된 백색 LED 용 황색 형광체 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phosphor of a light emitting diode (LED), and more particularly, to a yellow phosphor for a white LED in which the color index, color temperature, and luminescence properties are remarkably improved compared to the related art, and a manufacturing method thereof.

발광 다이오드(LED)란 갈륨비소 등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체소자의 일종으로서 각종 전자기기의 깜박이는 작은 불빛, 대형 전광판, TV 리모컨 등에 사용된다. 이러한 LED는 전력소비가 백열전구의 약 20%에 불과한데다 수명이 10만시간(형광등의 100배)에 달해 한 번 설치하면 교체나 유지보수가 거의 필요 없다는 장점이 있다. 현재 주목받고 있는 고휘도 LED는 청색 LED와 백색 LED가 있는데, 청색 LED는 휴대폰 키패드 및 LCD 액정표시장치의 백라이드(backlight) 광원으로 사용되고 있다. 또한, 백색 LED는 실내 조명기구로 사용이 가능한 것으로 일본의 니치아, 미국의 HP, 독일의 오스람이 생산하고 있다. 백색 LED는 기존의 광원에 비하여 극소형으로 소비전력이 적고 수명이 반영구적이며 예열시간이 없어 빠른 응답속도를 가질 뿐만 아니라 자외선과 같은 유해파 방출이 적고, 수은 및 방전 용 가스를 사용하지 않아 환경 친화적인 조명 광원으로 기대되고 있다. A light emitting diode (LED) is a kind of semiconductor device that emits light by flowing a current through a compound such as gallium arsenide, and is used in flashing small lights, large electronic displays, and TV remote controls of various electronic devices. These LEDs consume only about 20% of incandescent bulbs and have a lifetime of 100,000 hours (100 times that of fluorescent lamps), which means that once installed, they require little replacement or maintenance. At present, the high-brightness LED that is attracting attention is a blue LED and a white LED, which is used as a backlight source of a mobile phone keypad and LCD liquid crystal display. In addition, white LEDs can be used as indoor lighting fixtures, produced by Nichia in Japan, HP in the US, and OSRAM in Germany. Compared with conventional light sources, white LEDs have a smaller power consumption, lifespan is semi-permanent, and there is no preheating time, so they have a fast response speed and emit no harmful waves such as ultraviolet rays. It is expected as an illumination light source.

흰빛을 내는 백색 LED를 구현하는 방법으로는 청색 또는 자색 LED 칩에 형광물질을 결합하여 백색을 얻는 단일 칩 방법과 서로 보색관계에 있는 2개의 LED를 결합하거나 몇 개의 LED 칩을 조합하여 백색을 얻는 멀티칩 방법이 있다. 후자의 방벙으로 백색광을 구현하는 경우 발광소자(LED)의 색조나 휘도 등의 분산으로 인하여 원하는 백색을 발생시키기 어렵다는 문제가 있으며, 또한 발광소자가 각각 상이한 재료로 형성되는 경우 각 발광소자의 구동전력 등이 달라 각각의 소자에 소정의 전압을 인가할 필요가 있어 구동회로가 복잡하게 된다는 문제가 있다. 그리고 발광소자가 반도체 발광소자이므로 각각의 온도특성 및 시간 경과에 따른 변화가 달라 색조가 사용환경에 따라 변화하거나 각 발광소자에 의해서 발생하는 광을 균일하게 혼색시킬 수 없어 색 얼룩이 생기는 등 문제가 있다. To implement white LED that emits white light, a single-chip method of combining white or blue LED lamp with fluorescent material and white LED by combining two LEDs complementary to each other or combining several LED chips to obtain white There is a multichip method. When the white light is implemented by the latter method, there is a problem that it is difficult to generate desired white color due to dispersion of color tone or brightness of the light emitting device (LED), and when the light emitting devices are formed of different materials, the driving power of each light emitting device Since there is a need to apply a predetermined voltage to each element due to the difference, the driving circuit is complicated. In addition, since the light emitting device is a semiconductor light emitting device, there are problems such as color tone change due to different temperature characteristics and changes over time, and color tone may vary depending on the usage environment, or the light generated by each light emitting device may not be uniformly mixed. .

전술한 멀티 칩 방식의 백색광 구현방법의 문제점을 해결하기 위하여 일본의 니치아사에 의하여 일본 특허청에 출원된 특개평 5-152609호, 특개평 7-99345호, 특개평 7-176794호 등에서는 발광소자로서 청색계 발광이 가능한 발광소자를 이용하고 이러한 발광소자에 그 발광을 흡수하여 황색계 광을 발광시키는 수지를 몰딩함으로써 백색계 광을 발광시킬수 있는 백색 LED 구현 기술을 개시하고 있다. In order to solve the problems of the above-described multi-chip type white light implementation method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-152609, Japanese Patent Laid-Open No. 7-99345, Japanese Patent Laid-Open No. 7-176794, etc. filed by Nichia in Japan As a white LED, a light emitting device capable of emitting blue light is disclosed, and a white LED realization technology capable of emitting white light by molding a resin that absorbs light emission and emits yellow light is emitted to the light emitting device.

이와 같은 종래의 백색 LED에서는 청색 LED에 결합하는 황색 형광체로서 가넷계 형광체나 실리카이트계 형광체를 사용하는데, 가넷계 형광체인 황색발광 YAG:Ce 형광체는 적색파장 영역의 형광이 부족하여 차가운 백색(cold white)광을 방출한다. 따라서 종래의 가넷계 형광체에 의한 백색광의 LED는 색지수가 낮고 색 온도가 높다는 단점이 있다. 따라서, 현재까지 개발된 가넷계 형광체보다 발광효율이 더 우수하고 적색파장 영역의 발광특성이 우수한 형광체의 개발이 요구되고 있다. 현재 백색광의 구현에 주로 사용되는 가넷계와 실리카이트계 형광체는 이러한 요구조건을 충족시키는데 한계가 있으며, 새로운 결정구조를 가지는 형광모체와 활성이온을 함유한 신규의 형광체의 개발이 절실히 요청되고 있는 실정이다. In the conventional white LED, a garnet-based or silicate-based phosphor is used as a yellow phosphor that binds to a blue LED. The yellow-emitting YAG: Ce phosphor, which is a garnet-based phosphor, lacks fluorescence in a red wavelength region and is cold white (cold). white) Emits light. Therefore, the LED of the white light by the conventional garnet-based phosphor has a disadvantage that the color index is low and the color temperature is high. Therefore, there is a demand for the development of phosphors that have better luminous efficiency and excellent luminous characteristics in the red wavelength region than the garnet-based phosphors developed to date. Garnet-based and silicate-based phosphors, which are mainly used for the realization of white light, are limited in meeting these requirements, and there is an urgent need for the development of new phosphors containing a new crystal structure and a phosphor containing active ions. to be.

본 발명의 목적은 종래의 가넷계 또는 실리카이트계 형광체와는 결정구조가 달라 안정적이면서도 형광효율이 높으며 적색 파장영역에서 발광특성이 특히 우수하여 색지수가 높고 색온도가 낮은 백색 LED를 구현하기 위한 입방정계 이트륨알루미늄페로브스카이트(YAlO3, YAP)계 황색 형광체를 제공하는 것이다. The object of the present invention is that the crystal structure is different from the conventional garnet- or silicate-based phosphor, which is stable and has a high fluorescence efficiency, and particularly excellent in luminescence in the red wavelength region, thereby achieving a cubic crystal having a high color index and low color temperature. It is to provide a yttrium aluminum perovskite (YA10 3 , YAP) -based yellow phosphor.

본 발명의 다른 목적은 종래 가넷계 황색 형광체의 제조방법에 비하여 제조온도가 낮아 열손실이 적으며, 별도의 분쇄과정이 필요 없어 공정이 간단하며, 활성이온의 환원효율이 우수한 이트륨알루미늄페로브스카이트(YAP) 황색 형광체의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is a low temperature loss compared to the manufacturing method of the conventional garnet-based yellow phosphor, less heat loss, no need for a separate grinding process is simple, yttrium aluminum perovskite is excellent in the reduction efficiency of active ions It is to provide a method for producing a YAP yellow phosphor.

본 발명에서는 전술한 목적을 달성하기 위하여, 황색 형광체로서 입방정계가 전체 화합물의 60% 이상을 차지하는 결정상을 가지는 것을 특징으로 하는 이트륨알루미늄페로브스카이트계(YAlO3,YAP)계 형광체를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a yttrium aluminum perovskite-based (YAlO 3 , YAP) -based phosphor, characterized in that the yellow phosphor has a crystal phase occupying 60% or more of the total compound.

여기서, 상기 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체는 하기의 <화학식 1>로 표시되는 물질인 것이 바람직하다. Here, the yttrium aluminum perovskite-based phosphor is preferably a material represented by the following <Formula 1>.

<화학식 1><Formula 1>

(Y1 - xRex)(Al1 - yTry)O3 : Ce3 +, Mz (Y 1 - x Re x ) (Al 1 - y Tr y ) O 3 : Ce 3 + , M z

(여기서, Re는 Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu 을 포함하여 구성되는 희토류 원 소 그룹에서 선택된 어느 하나이고, Tr는 Ga, In, Sc, Cr을 포함하여 구성되는 천이원소 그룹에서 선택된 어느 하나이며, M은 노란색 영역과 적색영역에서 형광을 방출하는 희토류원소 또는 천이원소로서 Tb, Sm, Dy, Cr 을 포함하여 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나이며, 0<x<1, 0.001<y<0.2, 0.001<z<0.1 이다.)Where Re is any one selected from the group of rare earth elements comprising Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu, and Tr is a transition element group comprising Ga, In, Sc, Cr M is any one selected from the group consisting of Tb, Sm, Dy and Cr as rare earth elements or transition elements emitting fluorescence in the yellow region and the red region, and 0 <x <1, 0.001 <y <0.2, 0.001 <z <0.1.)

이때, 상기 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체의 형광흡수파장은 420~500 nm 영역에 있고, 형광흡수의 피크파장이 430~495 nm의 범위에 있게 된다. In this case, the fluorescence absorption wavelength of the yttrium aluminum perovskite-based phosphor is in the range of 420 to 500 nm, and the peak wavelength of the fluorescence absorption is in the range of 430 to 495 nm.

상기 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체 입자의 크기가 20~70 nm 범위인 것이 바람직하다. It is preferable that the yttrium aluminum perovskite-based phosphor particles have a size in the range of 20 to 70 nm.

상기 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체는 470 nm의 광으로 여기 하였을 때 형광의 발광영역이 470~700 nm 의 파장영역에 이르며, 형광의 발광영역의 피크가 500~650 nm 범위 내인 것이 바람직하다. When the yttrium aluminum perovskite-based phosphor is excited with light of 470 nm, the light emitting region of fluorescence reaches a wavelength region of 470 to 700 nm, and the peak of the light emitting region of fluorescence is within a range of 500 to 650 nm.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체와 청색 LED를 사용하여 형성되는 백색 발광 LED가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a white light emitting LED formed using the yttrium aluminum perovskite-based phosphor and a blue LED.

상기 청색 LED는 발광 피크의 파장이 450~470 nm 인 것이 바람직하다. The blue LED preferably has a wavelength of 450 to 470 nm of an emission peak.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 이트륨알루미늄페로브스카이트(YAlO3:Ce, YAP)계 형광체를 제조하는 방법에 있어서, (a) Y의 전구체, Al의 전구체 및 Ce의 전구체를 용매에 녹이고 150~250 ℃의 온도 범위에서 가열하여 반응 침전물을 형성한 후 침전물을 분리하여 건조하는 전구체의 반응단계, (b) 상기 건조된 반응물을 800~1100 ℃의 온도범위에서 열처리하여 결정화하는 열처리단계 및 (c) 상기 열처 리단계에서 산화된 Ce4 + 이온을 800~1300 ℃의 온도범위에서 Ce3 + 이온으로 환원시키는 환원처리단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이트륨알루미늄페로브스카이트계(YAlO3:Ce, YAP)계 형광체의 제조방법이 제공된다. According to another aspect of the invention, in the method for producing a yttrium aluminum perovskite (YAlO 3 : Ce, YAP) -based phosphor, (a) Y precursor, Al precursor and Ce precursor are dissolved in a solvent and 150 Reaction step of the precursor to form a reaction precipitate by heating in the temperature range of ~ 250 ℃ and to separate the precipitate to dry, (b) heat treatment step of crystallizing the dried reactant by heat treatment in the temperature range of 800 ~ 1100 ℃ and ( c) Yttrium aluminum perovskite system, characterized in that it comprises a reduction treatment step of reducing the Ce 4 + ions oxidized in the thermal treatment step to Ce 3 + ions in the temperature range of 800 ~ 1300 ℃ (YAlO 3 : Ce, YAP) type phosphor is provided.

여기서, 상기 Y의 전구체는 이트륨 무기염 또는 이트륨 유기염 중에서 선택되며, 상기 Al의 전구체는 알루미늄알콕사이드 중에서 선택되며, 상기 Ce의 전구체는 세륨 무기염 또는 세륨 유기염 중에서 선택되는 것이 바람직하다. Here, the precursor of Y is selected from yttrium inorganic salts or yttrium organic salts, the precursor of Al is selected from aluminum alkoxides, the precursor of Ce is preferably selected from cerium inorganic salts or cerium organic salts.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 화학식 (Y1 - xRex)(Al1 - yTry)O3 : Ce3 +, Mz 로 표시되는 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체의 제조방법으로서, (a) Y 및 Re의 전구체들 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 전구체와, Al 및 Tr의 전구체들 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 전구체와, Ce의 전구체를 용매에 녹이고 150~250 ℃의 온도 범위에서 가열하여 반응 침전물을 형성한 후 침전물을 분리하여 건조하는 전구체의 반응단계, (b) 상기 건조된 반응물을 800~1100 ℃의 온도범위에서 열처리하여 결정화하는 열처리단계 및 (c) 상기 열처리단계에서 산화된 Ce4 + 이온을 800~1300 ℃의 온도범위에서 Ce3 + 이온으로 환원시키는 환원처리단계를 포함하여 이루어지되, 상기 화학식에서 Re는 Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu 을 포함하여 구성되는 희토류 원소 그룹에서 선택된 어느 하나이고, Tr는 Ga, In, Sc, Cr을 포함하여 구성되는 천이원소 그룹에서 선택된 어느 하나이며, M은 노란색 영역과 적색영역에서 형광을 방출하는 희토류원소 또는 천이원소로서 Tb, Sm, Dy, Cr 을 포함 하여 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나이며, 0<x<1, 0.001<y<0.2, 0.001<z<0.1 인 것을 특징으로 하는 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체의 제조방법이 제공된다. According to another aspect of the invention, the formula (Y 1 - x Re x ) (Al 1 - y Tr y ) O 3 : Ce 3 +, A method for producing a yttrium aluminum perovskite teugye phosphor represented by M z, (a) at least one selected from the group consisting of a precursor of Y and Re precursors, and at least selected from the precursor of Al and Tr Reaction step of one or more precursors and precursors for dissolving the precursor of Ce in a solvent and heating at a temperature range of 150 ~ 250 ℃ to form a reaction precipitate, and then separating and drying the precipitate, (b) 800 ~ 1100 A heat treatment step of crystallizing by heat treatment in the temperature range of ℃ and (c) a reduction treatment step of reducing the Ce 4 + ions oxidized in the heat treatment step to Ce 3 + ions in the temperature range of 800 ~ 1300 ℃, In the above formula, Re is any one selected from the group of rare earth elements composed of Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu, and Tr is a transition element including Ga, In, Sc, Cr. M is any one selected from the group, M is a rare earth element or a transition element that emits fluorescence in the yellow region and the red region, any one selected from the group consisting of Tb, Sm, Dy, Cr, 0 <x <1, Provided is a method for producing an yttrium aluminum perovskite-based phosphor, characterized in that 0.001 <y <0.2, 0.001 <z <0.1.

여기서, 상기 Y의 전구체는 이트륨 무기염 또는 이트륨 유기염 중에서 선택되며, 상기 Al의 전구체는 알루미늄알콕사이드 중에서 선택되며, 상기 Ce의 전구체는 세륨 무기염 또는 세륨 유기염 중에서 선택되며, 상기 Re의 전구체는 Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu 을 포함하여 구성되는 희토류 원소 그룹에서 선택된 어느 하나의 무기염 또는 유기염 중에서 선택되며, 상기 Tr의 전구체는 Ga, In, Sc, Cr을 포함하여 구성되는 천이원소 그룹에서 선택된 어느 하나의 무기염 또는 유기염 중에서 선택되며, 상기 M의 전구체는 노란색 영역과 적색영역에서 형광을 방출하는 희토류원소 또는 천이원소 그룹에서 선택되는 어느 하나의 무기염 또는 유기염 중에서 선택되는 것이 바람직하다. Here, the precursor of Y is selected from yttrium inorganic salts or yttrium organic salt, the precursor of Al is selected from aluminum alkoxides, the precursor of Ce is selected from cerium inorganic salts or cerium organic salts, the precursor of Re Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu is selected from any one of the inorganic salts or organic salts selected from the group consisting of, the precursor of Tr including Ga, In, Sc, Cr It is selected from any one inorganic salt or organic salt selected from the transition element group is composed, the precursor of M is any inorganic salt or organic selected from the rare earth element or transition element group that emits fluorescence in the yellow region and red region It is preferred to be selected from salts.

본 발명의 이트륨알루미늄페로브스카이트(YAP)계 형광체는 청색과 녹색 영역에서 높은 흡수피크를 나타내며, 황색과 적색 파장영역에서 종래의 가넷계 형광체보다 형광이 우수하다. 또한, 기존의 가넷계(YAG) 형광체에 비하여 발광 휘도가 우수하므로 청색 발광 LED와 조합하여 사용하는 경우 발광효율이 대단히 우수하다. 아울러, 본 발명의 입방정계 YAlO3:Ce 계 형광체는 적색 파장영역의 형광효율이 가 넷계 형광체에 비하여 우수하므로 청색 발광 LED와 결합하여 색지수가 우수하고 색온도가 낮은 백색 발광 LED를 제작하는 것이 가능하다는 장점이 있다. The yttrium aluminum perovskite (YAP) -based phosphor of the present invention exhibits a high absorption peak in the blue and green regions, and is superior to the conventional garnet-based phosphor in the yellow and red wavelength regions. In addition, since the light emission luminance is superior to the conventional garnet-based (YAG) phosphor, when used in combination with a blue light emitting LED, the luminous efficiency is very excellent. In addition, the cubic YAlO 3 : Ce-based phosphor of the present invention has excellent fluorescence efficiency in the red wavelength region compared to the garnet-based phosphor, so it is possible to produce a white light emitting LED having excellent color index and low color temperature by combining with a blue light emitting LED. Has the advantage.

본 발명의 이트륨알루미늄페로브스카이트(YAP)계 형광체의 제조방법에 의하면 종래 가넷계 형광체의 제조공정에 비하여 상대적으로 저온영역에서 제조가 가능하므로 에너지 효율이 우수하며, 나노미터 크기로 형광체의 결정이 생성되므로 종래 마이크로미터 단위로 생성되는 형광체와는 달리 별도의 분쇄과정이 필요 없게 되어 공정 수가 단축된다는 이점이 있다. According to the manufacturing method of the yttrium aluminum perovskite (YAP) -based phosphor of the present invention, since it is possible to manufacture in a relatively low temperature region compared to the manufacturing process of the conventional garnet-based phosphor, the energy efficiency is excellent, and the crystal of the phosphor in nanometer size Since this is generated, unlike the fluorescent material generated in the unit of the conventional micrometer, there is no need for a separate grinding process, which has the advantage of shortening the number of processes.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 백색 LED용 입방정계 이트륨알루미늄페로브스카이트(YAlO3, YAP)계 형광체 및 그 제조방법에 관하여 상술한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a cubic yttrium aluminum perovskite (YA10 3 , YAP) -based phosphor for a white LED of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail.

본 발명에 따른 황색 형광체는 하기의 화학식 1로 표시되는 입방정계 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체로서, 그 결정구조가 입방정계이거나 입방정계가 형광체 화합물의 60% 이상을 차지하는 결정상을 가지는 알루미늄페로브스카이트계 화학 조성의 형광체이다. The yellow phosphor according to the present invention is a cubic yttrium aluminum perovskite-based phosphor represented by Formula 1 below, and has an aluminum perovskite-based crystal structure whose cubic structure or cubic system occupies 60% or more of the phosphor compound. It is a phosphor of chemical composition.

<화학식 1><Formula 1>

(Y1 - xRex)(Al1 - yTry)O3:Ce3 +, Mz(Y 1 - x Re x ) (Al 1 - y Tr y ) O 3 : Ce 3 + , Mz

여기서, Re는 Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu 등의 희토류 원소이고, Tr은 Ga, In, Sc, Cr 등의 천이원소이며, M은 Tb, Sm, Dy, Cr 등 황색 파장영역과 적색 파장 영역에서 형광을 방출하는 희토류 원소 또는 천이원소를 나타낸다. 또한,x,y,z는 각각 0<x<1, 0.001<y<0.2, 0.001<z<0.1의 범위를 가진다. Here, Re is rare earth element such as Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu, Tr is transition element such as Ga, In, Sc, Cr, M is yellow wavelength such as Tb, Sm, Dy, Cr Rare earth elements or transition elements that emit fluorescence in the region and in the red wavelength region are shown. Also, x, y, and z have ranges of 0 <x <1, 0.001 <y <0.2, and 0.001 <z <0.1, respectively.

이트륨알루미늄페로브스카이트(YAlO3, YAP)는 육방정계, 입방정계 및 직방정계의 세가지 결정구조를 가지는데, 그 중에서 직방정계는 안전한 결정상이고, 육방정계와 입방정계는 준안정상으로 알려져 있으며, 다른 결정상(Y2O3, Y3Al5O12, Y4Al2O9)과 혼합된 형태로 발견되고 있다. 직방정계 YAlO3:Ce 은 x-선이나, 감마선을 조사하면 380 nm의 피크를 가지는 자외선 형광을 방출하는 것으로 잘 알려져 있으며, 주로 투명한 결정상태로 생산하여 x-선과 감마선의 검출기(scintillater)로 사용하고 있다. 육방정계와 입방정계의 YAlO3는 준안정 결정상이며 나노크기를 가진 입자에서 나타난다. 이는 나노크기의 물질에서 나타나는 크기효과(size effect) 중 하나로서 입자의 크기가 나노미터로 줄어들면 결정구조의 대칭성은 증가하게 된다. Yttrium aluminum perovskite (YAlO 3 , YAP) has three crystal structures: hexagonal, cubic, and rectangular, among which the rectangular system is a safe crystalline phase, and the hexagonal and cubic systems are known as metastable. It is found in mixed form with other crystalline phases (Y 2 O 3 , Y 3 Al 5 O 12 , Y 4 Al 2 O 9 ). The rectangular YAlO 3 : Ce is well known to emit ultraviolet fluorescence with a peak of 380 nm when irradiated with x-rays or gamma rays. It is mainly used as a detector for x-rays and gamma rays as a crystal. Doing. The hexagonal and cubic YAlO 3 are metastable crystalline phases and appear in nanoscale particles. This is one of the size effects in nanoscale materials. As the particle size decreases to nanometers, the symmetry of the crystal structure increases.

YAlO3의 세 가지 결정구조에서 육방정계의 대칭성이 가장 크며, 입방정계, 직방정계의 순으로 대칭성이 감소한다. 크기효과에 의하면 대칭성이 큰 육방정계의 입자크기가 가장 작을 것으로 예상되며, 입방정계, 직방정계의 순으로 입자의 크기가 증가할 것이다. In the three crystal structures of YAlO 3 , the symmetry of the hexagonal system is the largest, and the symmetry decreases in the order of the cubic system and the rectangular system. According to the size effect, it is expected that the particle size of the hexagonal system with the greatest symmetry will be the smallest, and the particle size will increase in the order of cubic system and rectangular system.

직방정계 YAlO3:Ce 분말은 흰색을 띠며, 입방정계 YAlO3:Ce 분말은 황색을 띤다. 본 발명의 입방정계 YAlO3:Ce 형광체는 주황빛의 형광을 방출하나 반사색이 황색이므로 황색 형광체라고 이름한다. The cubic YAlO 3 : Ce powder is white in color and the cubic YAlO 3 : Ce powder is yellow in color. The cubic YAlO 3 : Ce phosphor of the present invention emits orange fluorescence but is called yellow phosphor because its reflection color is yellow.

본 발명에 따른 형광체는 입방정계이거나 입방정계가 화합물의 60% 이상을 차지하는 YAlO3 계의 형광체이며, 전술한 화학식 1의 Re에 해당하는 희토류 금속의 양에 따라 육방정계와 직방정계의 결정상이 혼재되기도 한다. 본 발명에서는 입방정계의 결정상인 YAlO3 에 Ce3 + 을 활성이온으로 첨가하여 황색 파장영역에서 형광을 발광하며, Tb, Sm, Dy, Cr 등의 부활재를 동시에 첨가하여 형광의 발광효율을 높이고, 적색영역의 형광을 우수하게 하였다. The phosphor according to the present invention is a cubic system or a YAlO 3 cubic system occupies 60% or more of the compound It is a phosphor of the system, and the crystal phases of hexagonal and rectangular systems may be mixed depending on the amount of the rare earth metal corresponding to Re of the general formula (1). In the present invention, YAlO 3 which is a crystal phase of a cubic system Ce 3 + was added to the active ions to emit fluorescence in the yellow wavelength region, and activators such as Tb, Sm, Dy, and Cr were simultaneously added to increase the luminescence efficiency of the fluorescence and to enhance the fluorescence in the red region.

YAG는 격자상수가 12.00 Å인 입방정계의 결정이며, 본 발명의 YAlO3의 격자상수는 12.10 Å 이다. YAG의 결정구조에서 Y 원소는 최인접거리에 산소원자가 8개 있는 YO8의 12면체(dodecahedron)의 구조를 형성하며, 첨가한 활성이온 Ce 도 Y 원자의 자리에 치환한다. 반면, 본 발명의 입방정계 YAlO3의 결정구조에서는 Y 원자가 YO12의 구조를 형성하며, 첨가한 활성이온 Ce은 Y 원자의 자리에 치환한다. 입방정계 YAlO3은 결정구조적으로 YAG와 비슷하나, 배위하는 산소원자의 수가 다르다. 따라서, 그에 따라 배위원자에 의한 결정장의 크기, 결정장의 대칭성에 관계하는 Ce의 분광학적인 성질도 달라지게 된다. 종래 YAG:Ce계의 형광흡수피크는 470 nm이고 형광파장은 530~550 nm 이나, 본 발명의 YAlO3:Ce의 형광흡수파장은 420~500 nm 영역에 있고, 형광흡수 피크는 430~495 nm의 범위에 있으며, 형광파장은 560 nm 이상으로서 형광체의 흡수파장과 방출파장의 차이인 스토크 시프트(stokes shift)가 종 래의 YAG:Ce에 비하여 크다. YAlO3:Ce의 큰 스토크 시프트에 의해 형광파장이 YAG:Ce에 비하여 상대적으로 적색파장영역으로 이동하였으며,이러한 스토크 시프트가 상대적으로 큰 입방정계 YAlO3:Ce의 형광물질을 이용하면 색지수가 높은 백색 LED를 제작할 수 있게 된다. YAG is a crystal of a cubic system having a lattice constant of 12.00 GPa, and a lattice constant of YAlO 3 of the present invention is 12.10 GPa. In the crystal structure of YAG, the Y element forms the dodecahedron structure of YO 8 having eight oxygen atoms at the closest distance, and the added active ion Ce is also substituted at the position of Y atom. On the other hand, in the crystal structure of the cubic YAlO 3 of the present invention, the Y atom forms the structure of YO 12 , and the added active ion Ce is substituted in place of the Y atom. The cubic YAlO 3 crystal structure is similar to YAG, but the number of coordinated oxygen atoms is different. Accordingly, the spectroscopic properties of Ce, which are related to the size of the crystal field and the symmetry of the crystal field, are also changed. Conventional YAG: Ce-based fluorescence absorption peak is 470 nm and the fluorescence wavelength is 530 ~ 550 nm, the fluorescence absorption wavelength of YAlO 3 : Ce of the present invention is in the region of 420 ~ 500 nm, the fluorescence absorption peak is 430 ~ 495 nm The fluorescence wavelength is 560 nm or more, and the stokes shift, which is a difference between the absorption wavelength and the emission wavelength of the phosphor, is larger than that of conventional YAG: Ce. Fluorescence wavelength by a large Stoke shift of Ce is YAG:: YAlO 3 as compared to Ce relatively been moved to the red wavelength region, such Stokes shift is relatively large cubic YAlO 3 as: Using the fluorescent substance of Ce color index is high White LEDs can be manufactured.

위에서 기술한 바와 같이 YAlO3에 있어서 직방정계가 안정한 결정상이며, 육방정계와 입방정계의 결정상은 크기효과에 의해 나타나는 준안정상태의 결정상이다. 입방정계의 YAlO3 결정상은 다른 결정상과 혼재되어 나타나는 준안정상태의 결정구조이며, 입방정계의 YAlO3를 독립적으로 존재하는 합성법은 아직까지 알려져 있지 않았다. 그러나, 본 발명에서는 후술할 형광체의 제조방법에 의하여 이러한 입방정계 YAlO3를 합성하는 것이 가능하도록 하였으며, 결국 Ce3 +을 첨가한 YAlO3:Ce계 나노 형광체를 제공할 수 있게 되었다. 본 발명의 형광체는 기존의 YAG:Ce 형광체와 비교하여 형광효율이 우수하며, 적색파장영역의 형광특성이 더 우수하다. 이러한 본 발명의 YAlO3:Ce계 나노 형광체의 우수성은 도면을 참조하여 후술한다. As described above, the tetragonal system is a stable crystal phase in YAlO 3 , and the crystal phases of the hexagonal system and the cubic system are metastable phases exhibited by the size effect. The YAlO 3 crystal phase of the cubic system is a metastable crystal structure appearing mixed with other crystal phases, and a synthesis method in which the YAlO 3 of the cubic system is independently present has not been known until now. However, in the present invention was to be able to synthesize these cubic YAlO 3 by the method of manufacturing the phosphor will be described later, in the end YAlO 3 by the addition of Ce + 3: able to provide the nano-Ce-based phosphors. Phosphor of the present invention is excellent in fluorescence efficiency compared to the conventional YAG: Ce phosphor, and excellent in the fluorescence characteristics of the red wavelength region. The superiority of the YAlO 3 : Ce-based nanophosphor of the present invention will be described later with reference to the drawings.

본 발명의 이트륨알루미늄페로브스카이트(YAlO3, YAP)계 황색 형광체의 제조공정은 크게 (1) 전구체의 반응과정, (2)반응물의 열처리과정, (3)환원처리과정의 세 단계로 이루어지며 그에 대한 자세한 과정은 다음과 같이 수행된다. The manufacturing process of the yttrium aluminum perovskite (YAlO 3 , YAP) -based yellow phosphor of the present invention is largely composed of three steps: (1) reaction of precursor, (2) heat treatment of reactant, and (3) reduction treatment. The detailed process is as follows.

(1) 전구체의 반응단계(1) Reaction step of precursor

본 발명의 YAlO3:Ce 형광체를 제조하기 위해서는 알코올에 Y의 전구체, Al의 알콕사이드계 전구체, Ce 전구체를 균일하게 녹이고, 고압반응기에 넣어서 150~250 ℃로 가열한다. Y의 전구체와 Al의 전구체의 몰 비는 화학적 정량 비인 1:1이며 치환하는 원소의 종류나 양에 따라 전구체 간의 몰 비를 1:0.95에서 1:1.1까지 변화시킬 수 있다. 알코올 용매에 대한 전구체의 농도는 0.1 M(몰 농도)보다 작을 때 합성한 반응물의 형광효율이 높으며, 전구체의 농도가 0.2 M 보다 클 때는 반응물이 균일하게 혼합되지 않는 것으로 확인되었다. In order to prepare the YAlO 3 : Ce phosphor of the present invention, Y precursor, Al alkoxide precursor, and Ce precursor are uniformly dissolved in alcohol, and heated in a high pressure reactor at 150 to 250 ° C. The molar ratio of the precursor of Y and the precursor of Al is 1: 1, which is a chemical quantitative ratio, and the molar ratio between the precursors can be changed from 1: 0.95 to 1: 1.1 according to the type or amount of the element to be substituted. When the concentration of the precursor to the alcohol solvent is less than 0.1 M (molar concentration), the fluorescence efficiency of the synthesized reactant is high, and when the concentration of the precursor is greater than 0.2 M, it was confirmed that the reactants are not uniformly mixed.

대부분의 금속염은 용매의 온도가 증가할수록 용해도가 증가하는데, 본 발명의 전구체 반응에서는 150~250 ℃의 온도하에서 전구체를 용해하여 혼합하는데, 실험결과 이 온도범위에서 전구체가 매우 균일하게 혼합됨이 확인되었다. 후의 공정인 열처리단계에서 열처리에 의한 YAlO3의 결정화 온도는 전구체의 혼합 균일도(homogeneity)에 매우 민감하게 반응한다. Most metal salts have increased solubility as the solvent temperature increases. In the precursor reaction of the present invention, the precursor is dissolved and mixed at a temperature of 150 to 250 ° C., and the experimental results confirm that the precursor is mixed very uniformly in this temperature range. It became. In the subsequent heat treatment step, the crystallization temperature of YAlO 3 by heat treatment is very sensitive to the mixing homogeneity of the precursors.

전구체의 반응공정에서의 전술한 반응온도는 일반적인 알코올 용매의 기화점보다 높으므로 반응온도에서 용매는 대기압보다 높은 압력을 나타내게 되는데, 이러한 높은 압력을 견디기 위해서는 초자기구가 아닌 금속으로 제작한 고압반응기(내압용기, autoclave)를 사용하여 반응시켜야 한다. 또한 반응온도에서 발생하는 용매의 높은 압력에 의한 폭발 등의 위험을 예방하기 위하여 고압반응기에 채우는 용매의 양을 적게 하여 압력을 감소시키는 것이 바람직하다. Since the above reaction temperature in the reaction process of the precursor is higher than the vaporization point of the general alcohol solvent, the solvent shows a pressure higher than the atmospheric pressure at the reaction temperature. In order to withstand such high pressure, a high pressure reactor made of a metal, not a vitreous device, The reaction should be carried out using an autoclave. In addition, in order to prevent the risk of explosion due to the high pressure of the solvent generated at the reaction temperature, it is preferable to reduce the pressure by reducing the amount of the solvent to fill the high-pressure reactor.

이러한 전구체 반응단계에서는 Al 알콕사이드와 Y, Ce 등의 전구체가 반응하여 수화·분해하여 침전한다. 반응공정 중에는 용액을 계속 혼합하여 줌으로써 반응물이 균일하게 되도록 한다. 반응 후 생성된 침전물을 원심분리하고 건조로에서 건조한다. 건조로의 온도는 40~100 ℃ 로 유지하는 것이 바람직하며, 용매의 종류에 따라 건조온도를 달리할 수 있다. In this precursor reaction step, Al alkoxide and precursors such as Y and Ce react, hydrate and decompose to precipitate. During the reaction process, the solution is continuously mixed to make the reactants uniform. The precipitate produced after the reaction is centrifuged and dried in a drying furnace. The temperature of the drying furnace is preferably maintained at 40 ~ 100 ℃, the drying temperature may vary depending on the type of solvent.

Y의 전구체로는 이트륨초산염, 이트륨질산염, 이트륨할로겐화염 등과 같은 이트륨 무기염 및 이트륨아세틸아세토네이트, 이트륨2에틸헥사노에트 등의 이트륨유기염과 같이 알코올에 용해하거나 섞이는 이트륨염을 사용할 수 있다. Tb, Ce, La, Dy, Pr, Sm, Ga, Cr 등의 전구체도 초산염, 질산염, 할로겐화염의 등의 무기염 및 유기염 중에서 선택될 수 있다. Al의 전구체로는 알루미늄메톡사이드, 알루미늄에톡사이드, 알루미늄프로폭사이드, 알루미늄부톡사이드 등 알코올에 용해하거나 섞이는 알루미늄알콕사이드가 사용된다. 반응에 사용되는 용매로는 메탈올, 에탄올, 1-프로판올, 부탄올, 2-메톡시에탄올 등 알코올류와 앞에서 언급한 전구체를 용해할 수 있는 유기용매가 선택될 수 있다. As a precursor of Y, yttrium inorganic salts such as yttrium acetate, yttrium nitrate, yttrium halide salt, and yttrium salts dissolved or mixed in alcohol such as yttrium acetylacetonate and yttrium organic salt such as yttrium 2 ethylhexanoate can be used. Precursors such as Tb, Ce, La, Dy, Pr, Sm, Ga, Cr and the like may also be selected from inorganic and organic salts such as acetates, nitrates and halogenated salts. As the precursor of Al, aluminum alkoxide which is dissolved or mixed in alcohol such as aluminum methoxide, aluminum ethoxide, aluminum propoxide, aluminum butoxide and the like is used. As the solvent used in the reaction, an organic solvent capable of dissolving alcohols such as metalol, ethanol, 1-propanol, butanol, 2-methoxyethanol and the aforementioned precursor may be selected.

(2) 반응물의 열처리단계(2) heat treatment step of the reactants

이 단계에서는 전구체의 반응과정을 통해 생성된 반응 침전물을 열처리(소성, calcination)하여 결정화하고 반응과정에서 남은 유기물을 산화시켜 제거한다. 먼저, 건조를 마친 침전 분말을 도가니에 넣고 열처리한다. 이 열처리과정은 800~1100 ℃의 온도범위에서 수행하며, 공기분위기를 유지한다. 전 단계에서 건조 한 반응물은 이 열처리과정에서 결정화하며 열처리된 분말은 입방정계의 결정상을 가지게 된다. 반응과정에서 전구체들이 충분히 균일하게 혼합되어 반응하지 않으면 육방정계, 직방정계의 YAlO3 결정상이 석출되기도 하며, Y3Al5O12(YAG), Y4Al2O9(YAM), Y2O3 등이 석출한다. 이와 같이 입방정계 이외의 다른 결정상이 석출되면 YAlO3:Ce의 형광효율이 급격히 감소한다. 또한, 열처리 온도가 800 ℃ 보다 낮으면 입방정계 YAlO3가 생성되지 않고 비정질 상태에 가깝게 되며, 1100 ℃ 보다 높으면 YAG, YAM, Y2O3 등의 결정상과 육방정계, 직방정계의 YAlO3의 결정상이 생성된다. In this step, the reaction precipitate generated through the reaction of the precursor is crystallized by heat treatment (calcination) and the organic matter remaining in the reaction is oxidized and removed. First, the dried precipitated powder is placed in a crucible and heat treated. This heat treatment process is carried out in the temperature range of 800 ~ 1100 ℃, maintaining the air atmosphere. The reactant dried in the previous step is crystallized in this heat treatment process, and the heat-treated powder has a cubic crystal phase. If the precursors are not uniformly mixed and reacted during the reaction, hexagonal and rectangular YAlO 3 crystal phases may be precipitated, and Y 3 Al 5 O 12 (YAG), Y 4 Al 2 O 9 (YAM), Y 2 O 3 lights precipitate. In this way, when crystalline phases other than the cubic system are precipitated, the fluorescence efficiency of YAlO 3 : Ce decreases rapidly. In addition, when the heat treatment temperature is lower than 800 ° C., the cubic YAlO 3 is not generated and is near to an amorphous state. When the heat treatment temperature is higher than 1100 ° C., the crystal phases of YAG, YAM, Y 2 O 3, and the like, and the crystal phases of YAlO 3 of hexagonal and rectangular system, Is generated.

(3) 환원처리단계(3) reduction treatment step

환원처리단계에서는 열처리과정에서 산화된 Ce4 + 이온을 Ce3 + 이온으로 환원하게 된다. 열처리과정을 마친 형광체는 희게 보이거나 황색을 띠며, 수소가 혼합된 혼합가스 분위기에서 환원처리한다. 환원처리는 800~1300 ℃의 온도 범위에서 할 수 있으며, 혼합가스의 수소혼합농도는 0~100 % 까지 가능하다. 본 발명에서는 나노미터 크기로 형광체의 결정이 생성되므로 별도의 분쇄과정이 필요없으나, 필요한 경우 환원처리한 황색 형광체를 막자사발이나 볼밀(ballmill)로 갈아서 사용할 수도 있다. In the reduction step, Ce 4 + ions oxidized during the heat treatment are reduced to Ce 3 + ions. After the heat treatment, the phosphor is white or yellowish and is reduced in a mixed gas atmosphere mixed with hydrogen. Reduction treatment can be carried out in the temperature range of 800 ~ 1300 ℃, the hydrogen mixture concentration of the mixed gas can be 0 ~ 100%. In the present invention, since the crystal of the phosphor is produced in the nanometer size, no separate grinding process is required, but if necessary, the reduced yellow phosphor may be used by grinding with a mortar or ball mill.

이상과 같은 단계를 거치면 본 발명의 이트륨알루미늄페로브스카이트계(YAP) 황색 형광체가 획득된다. 전통적인 고상반응법에서는 1500 ℃의 온도에서 YAG를 합성하고 있으나 본 발명의 입방정계 YAlO3는 비교적 저온 환경인 800 ℃에서도 합성이 가능하므로 형광체의 합성과정에서 소요되는 에너지를 절약할 수 있다는 장점이 있다. Ce3 +의 형광효율을 높이기 위해서는 합성과정에서 생성된 Ce4 +를 환원하는 과정이 반드시 필요한데 종래의 YAG:Ce 형광체는 1500 ℃의 온도에서 환원과정을 수행해야하나 본 발명의 입방정계 YAlO3:Ce 형광체는 800~1300 ℃의 온도범위에서 환원할 때 Ce3 +의 형광특성도 우수해지므로 환원과정에서도 종래의 YAG:Ce 제조공정에 비하여 에너지를 절약효과가 뛰어나다. Through the above steps, the yttrium aluminum perovskite-based (YAP) yellow phosphor of the present invention is obtained. In the conventional solid phase reaction, YAG is synthesized at a temperature of 1500 ° C. However, the cubic YAlO 3 of the present invention can be synthesized even at a relatively low temperature of 800 ° C., thus saving energy required for the synthesis of phosphors. . In order to increase the fluorescence efficiency of Ce 3 + , a process of reducing Ce 4 + generated in the synthesis process is necessary. The conventional YAG: Ce phosphor has to be reduced at a temperature of 1500 ° C. However, the cubic YAlO 3 : Ce phosphor is also excellent in fluorescence characteristics of Ce 3 + when reduced in the temperature range of 800 ~ 1300 ℃ excellent energy saving effect compared to the conventional YAG: Ce manufacturing process in the reduction process.

종래의 YAG:Ce 형광체는 550 nm를 피크로 하는 형광스펙트럼을 가지는데, YAG:Ce 형광체와 470 nm의 청색 LED로 사용하여 SMD 방법으로 제작한 백색 LED의 발광은 색온도가 높고 색지수가 낮아서 차가운 백색(cold white)라 불리우는데, 이를 극복하기 위해서는 적색파장영역의 형광이 우수한 형광체의 개발이 요청된다. 종래 가넷계의 형광체에서는 Y 원자의 자리에 Gd, Tb, La 등을 치환한 형광체를 합성하여 적색영역의 형광효율을 증대시키는 시도가 있었으나 이러한 방법은 적색영역의 형광은 상대적으로 우수하나, 전체적인 형광효율은 감소하여 결국 색지수를 높이지는 못하는 결과가 된다는 단점이 있었다. Conventional YAG: Ce phosphors have a fluorescence spectrum with a peak of 550 nm. The light emission of white LEDs produced by the SMD method using YAG: Ce phosphors and 470 nm blue LEDs is high in color temperature and low in color index. It is called cold white. To overcome this problem, it is required to develop a phosphor having excellent fluorescence in the red wavelength region. Conventional garnet-based phosphors have synthesized phosphors substituted with Gd, Tb, and La in place of Y atoms to increase the fluorescence efficiency of the red region. However, in this method, the fluorescence of the red region is relatively excellent. The efficiency was reduced, resulting in a failure to increase the color index.

종래의 YAG는 매우 안정한 결정상을 이루므로 Y 원자 자리에 크기가 다른 Gd, Tb, La 등을 치환하여도 Ce3 + 이온에 작용하는 결정장의 변화가 미미하여 형광파장의 적색이동이 작으며, 모체 원소의 치환에 따른 Ce3 + 이온의 형광이 오히려 감쇠(quenching)하여 전체적인 형광효율의 감소가 나타나는 문제가 있다. 그러나 준안정 결정상인 본 발명의 입방정계 YAlO3에 Gd, Tb, La 등을 치환하면 모체의 양이온 치환에 따른 결정구조의 변형이 YAG에 비하여 크게 나타나고 활성이온 Ce3 +에 작용하는 결정장이 변하여 Ce3 + 이온의 에너지준위가 달라져 Ce3 + 이온의 형광이 적색파장영역으로 크게 이동한다. Conventional YAG forms a very stable crystal phase, so even if the Gd, Tb, La, etc. of different sizes are substituted in the Y atom, the change in the crystal field acting on Ce 3 + ions is insignificant. There is a problem in that the fluorescence of Ce 3+ ions due to the substitution of R 4 is rather quenched, resulting in a decrease in the overall fluorescence efficiency. However, the metastable crystalline phase cubic YAlO 3 of the present invention, Gd, Tb, when substituted for La deformation of the crystal structure in accordance with the matrix and cation exchange is largely appears, compared with YAG changed sheets determined acting on the active ion Ce 3 + Ce The energy level of 3 + ions is changed so that the fluorescence of Ce 3 + ions moves to the red wavelength region.

도 1은 종래의 YAG와 본 발명의 입방정계 YAlO3의 x 선 회절패턴을 비교한 그래프이다. (a)는 종래 YAG의 JCPDS 33-0040이고, (b)는 YAG 나노분말의 회절패턴이며, (c)는 입방정계 YAlO3의 JCPDS 38-0222이며, (d)는 본 발명의 YAlO3 나노분말의 x-선 회절패턴이다. YAG의 격자상수는 12.00 Å이고, 입방정계 YAlO3의 격자상수는 12.10 Å이다. 도시한 바와 같이, 같은 결정구조와 거의 비슷한 격자상수를 가진 두 나노분말의 x선 회절패턴은 거의 비슷하게 보이지만 회절각이 증가할수록 두 물질의 회절 피크가 더 크게 어긋나는 것을 알 수 있다. 붉은색의 점선은 두 물질 간 회절피크각을 비교하기 위해 그은 보조 선이다. 1 is a graph comparing the X-ray diffraction pattern of the conventional YAG and the cubic YAlO 3 of the present invention. (a) is JCPDS 33-0040 of conventional YAG, (b) is diffraction pattern of YAG nanopowder, (c) is JCPDS 38-0222 of cubic YAlO 3 , and (d) is YAlO 3 nano of the present invention X-ray diffraction pattern of the powder. The lattice constant of YAG is 12.00 GPa, and the lattice constant of cubic YAlO 3 is 12.10 GPa. As shown, the x-ray diffraction patterns of the two nanopowders with the lattice constants similar to those of the same crystal structure look almost similar, but as the diffraction angle increases, the diffraction peaks of the two materials are greatly shifted. The red dotted line is the auxiliary line drawn to compare the diffraction peak angle between the two materials.

도 2는 종래의 YAG와 본 발명의 입방정계 YAlO3를 SEM으로 측정한 EDS 분석스펙트럼이다. 도2의 그래프는 종래의 YAG와 본 발명의 YAlO3의 성분비에 따른 비교 를 보인 것인데, 정확한 화학 조성에 의하면 Y3Al5O12에서 Y와 Al의 비는 3:5 = 1:1.67이며, YAlO3에서 Y와 Al의 비는 1:1이다. (a)는 YAG의 EDS 스펙트럼이며, (b)는 YAlO3의 EDS 스펙트럼이다. 그림에서는 Al의 Kα방출선과 Y의 Lα,Lβ방출선이 각각 측정되었으며 Al과 Y의 화학적 양의 비는 AlKα와 YLα, YLβ 신호의 면적비에 비례한다. 2 is an EDS analysis spectrum measured by SEM of the conventional YAG and the cubic YAlO 3 of the present invention. The graph of Figure 2 shows a comparison according to the component ratio of the conventional YAG and YAlO 3 of the present invention, according to the exact chemical composition, the ratio of Y and Al in Y 3 Al 5 O 12 is 3: 5 = 1: 1.67, The ratio of Y and Al in YAlO 3 is 1: 1. (a) is the EDS spectrum of YAG, and (b) is the EDS spectrum of YAlO 3 . In the figure, the Kα emission line of Al and the Lα, Lβ emission line of Y were measured, respectively, and the ratio of chemical amounts of Al and Y was proportional to the area ratio of AlKα, YLα, and YLβ signals.

도 3은 본 발명에 따른 YAlO3 계 나노분말의 전자현미경(FESEM) 사진이다. (a)는 YAlO3:Ce 나노분말의 FESEM 사진이고, (b)는 Y0 .95Gd0 .05AlO3:Ce 나노분말의 사진이며, (c)는 Y0 .95Sm0 .05AlO3:Ce 나노분말의 사진이다. 각각의 YAlO3 입자는 거의 구형이며, 입자의 크기는 20~70 nm 범위이며 평균적인 크기는 약 40 nm로서 크기의 분산이 작은 균일한 입자인 것을 알 수 있다. 3 is an electron microscope (FESEM) photograph of the YAlO 3- based nanopowder according to the present invention. (a) is a YAlO 3: Ce is a FESEM picture of the nano powder, (b) Y is 0 .95 0 .05 AlO Gd 3: a photograph of the nano-Ce powder, (c) is Y 0 .95 0 .05 Sm AlO 3 : Photograph of Ce nanopowder. Each YAlO 3 particle is almost spherical, the particle size ranges from 20 to 70 nm, and the average size is about 40 nm, indicating that it is a uniform particle with a small dispersion in size.

도 4는 본 발명에 따른 YAlO3:Ce의 형광여기(흡수)스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 그래프에서 340 nm와 470 nm 에서 피크는 Ce3 + 이온의 흡수에 의한 것이며, 모체인 YAlO3에 의한 흡수는 그림에서 생략하였다. 470 nm에서 피크를 가지는 흡수 밴드의 반치폭(FWHM)이 약 50 nm에 이른다. 4 is a graph showing the fluorescence excitation (absorption) spectrum of YAlO 3 : Ce according to the present invention. The peaks at 340 nm and 470 nm are due to the absorption of Ce 3 + ions, and the absorption by the parent YAlO 3 is omitted in the figure. The full width at half maximum (FWHM) of the absorption band with a peak at 470 nm reaches about 50 nm.

도 5는 종래의 YAG:Ce와 본 발명의 YAlO3:Ce의 형광스펙트럼을 비교한 그래프이다. 470 nm의 청색 LED 발광으로 여기(excite)하였으며, 배열 CCD 센서가 장착된 분광계로 측정하였다. (a)YAlO3:Ce의 형광은 563 nm 부근에서 피크를 가지며 형 광 피크가 553 nm인 종래의 (b)YAG:Ce 보다 적색파장영역에서 형광이 강한 것을 볼 수 있다. 따라서, 본 발명의 YAlO3:Ce 형광체를 사용하여 백색 LED를 제작하면 종래의 백색 LED보다 색지수를 높이고 색온도는 낮출 수 있다. 형광스펙트럼에서 면적은 형광의 상대적 세기에 비례하는데, 면적으로 계산한 YAlO3:Ce의 형광 세기는 YAG:Ce의 약 1.07 배로 형광이 증가하였다. 5 is a graph comparing the fluorescence spectrum of the conventional YAG: Ce and YAlO 3 : Ce of the present invention. Excited with 470 nm blue LED emission and measured with a spectrometer equipped with an array CCD sensor. The fluorescence of (a) YAlO 3 : Ce has a peak around 563 nm and the fluorescence is stronger in the red wavelength region than the conventional (b) YAG: Ce having a fluorescence peak of 553 nm. Therefore, when the white LED is manufactured using the YAlO 3 : Ce phosphor of the present invention, the color index may be increased and the color temperature may be lower than that of the conventional white LED. In the fluorescence spectrum, the area is proportional to the relative intensity of fluorescence, and the fluorescence intensity of YAlO 3 : Ce calculated by area is about 1.07 times that of YAG: Ce.

도 6은 본 발명에 따른 Y1 - xGdxAlO3:Ce 계 나노분말의 x 선 회절패턴 그래프이다. (a)는 Y0 .95Gd0 .05AlO3:Ce이고, (b)는 Y0 .8Gd0 .2AO3:Ce이며, (c)는 Y0 .6Gd0 .4AlO3:Ce이며, (d)는 Y0 .2Gd0 .8AlO3:Ce이며, (e)는 GdAlO3:Ce 이다. 5개 물질의 화학적 조성은 페로브스카이트(ABO3)와 같으며 각각의 결정구조를 살펴보면 (a),(b),(c),(d)는 입방정계이고, (e)의 대부분은 직방정계이며, 일부만이 입방정계이다. 화살표는 직방정계의 페로브스카이트의 회절피크를 나타낸 것이다. 그래프에 나타난 바와 같이, 치환한 Gd의 양이 증가할수록 입방정계의 회절각은 작아지며 이는 YAlO3의 Y 자리에 이온반경이 큰 Gd을 치환한 결과이다. 격자상수는 각각 (a) 12.041Å,(b)12.044Å,(c)12.068Å, (d)12.098Å이다. 직방정계 페로브스카이트 (e)의 격자상수는 a=5.24Å, b=5.281Å, c=7.442Å이며, JCPDS 71-1597과 거의 같다. 6 is a graph illustrating x-ray diffraction patterns of Y 1 - x Gd x AlO 3 : Ce-based nanopowders according to the present invention. (a) Y is 0 .95 0 .05 Gd 3 AlO: and Ce, (b) is Y 0 .8 Gd 0 .2 AO 3 : is Ce, (c) is Y 0 .6 Gd 0 .4 AlO 3 : is Ce, (d) is Y 0 .2 Gd 0 .8 AlO 3 : is Ce, (e) is a GdAlO 3: is Ce. The chemical composition of the five substances is the same as that of perovskite (ABO 3 ), and each of the crystal structures shows that (a), (b), (c), and (d) are cubic, and most of (e) It is a cubic system and only a part is a cubic system. Arrows show the diffraction peaks of rectangular perovskite. As shown in the graph, as the amount of substituted Gd increases, the diffraction angle of the cubic system decreases, which is the result of replacing Gd having a large ion radius at the Y-position of YAlO 3 . The lattice constants are (a) 12.041 Å, (b) 12.044 Å, (c) 12.068 Å, and (d) 12.098 각각, respectively. The lattice constants of the rectangular perovskite (e) are a = 5.24 Å, b = 5.281 Å, c = 7.442 Å, and are almost the same as in JCPDS 71-1597.

도 7은 본 발명에 따른 Y1 - xGdxAlO3:Ce 계 형광체의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 첨가한 Gd의 양이 증가하면 Ce의 형광이 긴 파장영역으로 이동하며, 620nm 근처의 형광이 증가하는 것을 알 수 있다. 기존의 YAG:Ce 형광체에서 Gd을 Y 자리에 치환하면 형광의 파장이 적색영역으로 이동하나, 형광효율은 감소한다. 본 발명의 입방정계 Y1-xGdxAlO3:Ce의 형광체에서는 Gd을 25%까지 치환하여도 형광효율의 감소는 거의 나타나지 않으면서도 형광피크가 620nm 쪽으로 이동하였다. 이러한 형광특성은 기존의 YAG:Ce 형광체에서는 나타나지 않으며 본 발명의 입방정계 페로브스카이트 Y1 - xGdxAlO3:Ce 만의 특성이다. YAG:Ce에서는 Ce 이온 주위에 산소가 8개 배위한 CeO8 12면체(dedecahedron)의 작은 구조를 형성하나 YAlO3:Ce 형광체에서는 Ce 이온 주위에 산소원자 12개가 배위한 CeO12의 작은 구조를 형성한다. 이런 형광특성을 가진 Y1-xGdxAlO3:Ce 형광체를 이용하면 색지수가 높은 백색 LED를 제작할 수 있으며 에너지변환효율은 감소하지 않게 된다. 형광스펙트럼에서 면적은 형광의 상대적 세기에 비례한다. 면적으로 계산한 (b)의 형광세기는 (a)의 약 1.04배이며, (c)는 (a)의 약 1.09배로 형광이 증가하였다. (b)와 (c)의 형광 피크의 파장은 각각 560nm, 565nm이다.Figure 7 is a graph showing the fluorescence spectrum of Y 1 - x Gd x AlO 3 : Ce-based phosphor according to the present invention. It can be seen that when the amount of Gd added increases, the fluorescence of Ce moves to a long wavelength region, and the fluorescence near 620 nm increases. In the existing YAG: Ce phosphor, when Gd is substituted at the Y site, the wavelength of fluorescence shifts to the red region, but the fluorescence efficiency decreases. In the phosphor of cubic Y 1-x Gd x AlO 3 : Ce of the present invention, the fluorescence peak shifted to 620 nm with little decrease in fluorescence efficiency even when Gd was substituted by 25%. This fluorescence is not shown in the existing YAG: Ce phosphors, but is a characteristic of the cubic perovskite Y 1 - x Gd x AlO 3 : Ce of the present invention. In YAG: Ce, a small structure of CeO 8 dedecahedron is formed with eight times the oxygen around Ce ions, whereas in YAlO 3 : Ce phosphor, a small structure of CeO 12 is formed with 12 oxygen atoms around Ce ions. do. By using Y 1-x Gd x AlO 3 : Ce phosphors having such fluorescence characteristics, white LEDs having a high color index can be manufactured and energy conversion efficiency is not reduced. The area in the fluorescence spectrum is proportional to the relative intensity of the fluorescence. The fluorescence intensity of (b) calculated by area was about 1.04 times that of (a), and (c) about 1.09 times that of (a). The wavelengths of the fluorescence peaks of (b) and (c) are 560 nm and 565 nm, respectively.

도 8은 본 발명에 따른 Y1 - xSmxAlO3 계 나노분말의 x 선 회절패턴 그래프이다. (a)는 YAlO3:Ce 이며, (b)는 Y0.95Sm0.05AlO3:Ce, (c)는 Y0.8Sm0.2AlO3:Ce 이고, (d)는 SmAlO3:Ce 이다. 4개 물질의 화학적 조성의 정량 비는 페로브스카이트(ABO3)와 같으며 각각의 결정구조는 (a), (b), (c)는 입방정계이며, (d)는 직방정계이다. 격자상수는 각각 (a)a=12.039Å, (b)a=12.039Å, (c)a=12.059Å, (d)a=5.293Å, b=5.290Å, c=13.006Å이며, JCPDS 46-0395와 거의 일치한다. 8 is an x-ray diffraction pattern graph of Y 1 - x Sm x AlO 3 -based nanopowders according to the present invention. (a) is YAlO 3 : Ce, (b) is Y 0.95 Sm 0.05 AlO 3 : Ce, (c) is Y 0.8 Sm 0.2 AlO 3 : Ce, and (d) is SmAlO 3 : Ce. The quantitative ratio of the chemical composition of the four substances is the same as that of perovskite (ABO 3 ), and each of the crystal structures (a), (b) and (c) is a cubic system and (d) is a cubic system. The lattice constants are (a) a = 12.039Å, (b) a = 12.039Å, (c) a = 12.059Å, (d) a = 5.293Å, b = 5.290Å, c = 13.006Å, respectively. JCPDS 46- Almost identical to 0395.

도 9는 본 발명의 일 실시예인 Y0 .95Sm0 .05AlO3:Ce 의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 470nm의 빛으로 여기하였으며 배열 CCD 분광계로 측정하였다. 625nm 부근의 피크는 Sm3 + 이온이 방출하는 형광이다. YAlO3:Ce에 Sm을 치환하여 붉은 색 영역의 형광을 증가시킬 수 있다. Figure 9 is one embodiment Y 0 .95 0 .05 Sm AlO 3 of the present invention: a graph showing the fluorescence spectra of Ce. It was excited with light of 470 nm and measured with an array CCD spectrometer. Peak around 625nm is a phosphor that Sm 3 + ions are released. Sm can be substituted for YAlO 3 : Ce to increase fluorescence in the red region.

도 10은 본 발명의 다른 실시예인 Y0 .97Tb0 .03AlO3:Ce의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프이다. YAlO3:Ce에 Tb를 소량 첨가하면 황색 형광이 증가한다.Figure 10 is another embodiment of the invention Y 0 .97 0 .03 Tb 3 AlO: a graph showing the fluorescence spectra of Ce. A small amount of Tb added to YAlO 3 : Ce increases yellow fluorescence.

도 11은 본 발명의 다른 실시예인 Y0 .97Dy0 .03AlO3:Ce의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프이다. YAlO3:Ce에 Dy를 소량 첨가하면 황색 형광이 감소한다.Figure 11 is another embodiment of the invention Y 0 .97 0 .03 AlO Dy 3: a graph showing the fluorescence spectra of Ce. When a small amount of Dy is added to YAlO 3 : Ce, yellow fluorescence is reduced.

도 12는 본 발명에 따른 YAlO3:Ce, Cr의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 700nm 부근의 피크는 Cr3 +이온에 의한것이며, 2E 에너지준위에서 4A2 에너지준위로의 천이에 의한 것이다.12 is a graph showing the fluorescence spectrum of YAlO 3 : Ce, Cr according to the present invention. The peak around 700 nm is due to Cr 3 + ions and the transition from the 2 E energy level to the 4 A 2 energy level.

도 13은 본 발명의 다른 실시예인 YAl0 .97Ga0 .03O3:Ce 의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프이다. YAlO3:Ce에 Ga을 소량 첨가하면 황색 형광이 증가한다. Figure 13 is another embodiment YAl 0 .97 Ga 0 .03 O 3 of the present invention: a graph showing the fluorescence spectra of Ce. When a small amount of Ga is added to YAlO 3 : Ce, yellow fluorescence increases.

도 14는 본 발명의 다른 실시예인 Y0 .95Gd0 .05AlO3:Ce, Tb의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프이다. YAlO3:Ce에 Gd를 치환하고, Tb을 첨가하였다.Figure 14 is another embodiment Y 0 .95 Gd 0 .05 AlO 3 of the present invention: a graph showing the fluorescence spectra of Ce, Tb. Gd was substituted for YAlO 3 : Ce and Tb was added.

도 15는 470nm 의 청색 LED와 본 발명의 입방정계 YAlO3:Ce 형광체를 SMD 방법으로 제작한 백색발광 LED의 색좌표인데, 색좌표의 값은 x=0.34, Y=0.36으로 나타났다. FIG. 15 is a color coordinate of a blue light emitting diode of 470 nm and a white light emitting LED manufactured by SMD using a cubic YAlO 3 : Ce phosphor of the present invention. The values of color coordinates are x = 0.34 and Y = 0.36.

전술한 도면들의 그래프를 살펴보면, 본 발명의 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체는 470 nm의 광으로 여기 하였을 때 형광의 발광영역이 470~700 nm 의 파장영역에 이르며, 형광의 발광영역의 피크가 500~650 nm 범위 내인 것을 알 수 있다. Looking at the graph of the above drawings, the yttrium aluminum perovskite-based phosphor of the present invention, when excited with light of 470 nm, the emission region of fluorescence reaches a wavelength region of 470 ~ 700 nm, the peak of the emission region of fluorescence is 500 It can be seen that it is in the range of 650 nm.

본 발명의 이트륨알루미늄페로브스카이드계 형광체는 백색 LED를 구현함에 있어서 종래의 가넷계 형광체보다 형광효율이 높고, 적색파장영역에서 발광특성이 특히 우수하여 색지수가 높고 색온도가 낮은 특성이 있으므로, 종래의 가넷계 형광체를 대체할 수 있으며, 종래의 조명기구 등을 대체하는 발광수단으로서 전기,전자기기분야 및 조명기구 등을 포함한 전 산업분야에서 매우 광범위하게 적용이 가능하다고 할 것이다. The yttrium aluminum perovskite-based phosphor of the present invention has a higher fluorescence efficiency than the conventional garnet-based phosphor in implementing a white LED, particularly excellent light emission characteristics in the red wavelength region, and thus has a high color index and low color temperature. It is possible to replace the garnet-based phosphor of, and as a light emitting means to replace the conventional lighting fixtures, it will be said that it is very widely applicable in all industrial fields including electric, electronic device field and lighting fixtures.

도 1은 종래의 YAG와 본 발명의 입방정계 YAlO3의 x 선 회절패턴을 비교한 그래프. 1 is a graph comparing the X-ray diffraction pattern of the conventional YAG and the cubic YAlO 3 of the present invention.

도 2는 종래의 YAG와 본 발명의 입방정계 YAlO3를 SEM으로 측정한 EDS 분석스펙트럼. 2 is an EDS analysis spectrum of a conventional YAG and the cubic system YAlO 3 of the present invention measured by SEM.

도 3은 본 발명에 따른 YAlO3 계 나노분말의 전자현미경(FESEM) 사진. Figure 3 is an electron microscope (FESEM) photograph of the YAlO 3- based nanopowder according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 YAlO3:Ce의 형광여기스펙트럼을 나타낸 그래프. Figure 4 is a graph showing the fluorescence excitation spectrum of YAlO 3 : Ce according to the present invention.

도 5는 종래의 YAG:Ce와 본 발명의 YAlO3:Ce의 형광스펙트럼을 비교한 그래프. 5 is a graph comparing the fluorescence spectrum of the conventional YAG: Ce and YAlO 3 : Ce of the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 Y1 - xGdxAlO3:Ce 계 나노분말의 x 선 회절패턴 그래프. 6 is a graph illustrating an x-ray diffraction pattern of Y 1 - x Gd x AlO 3 : Ce-based nanopowders according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 Y1 - xGdxAlO3:Ce 계 형광체의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프. 7 is a graph showing the fluorescence spectrum of Y 1 - x Gd x AlO 3 : Ce-based phosphors according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 Y1 - xSmxAlO3 계 나노분말의 x 선 회절패턴 그래프.8 is an X-ray diffraction pattern graph of Y 1 - x Sm x AlO 3 -based nanopowders according to the present invention.

도 9는 본 발명의 일 실시예인 Y0 .95Sm0 .05AlO3:Ce 의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프. Figure 9 is one embodiment Y 0 .95 0 .05 Sm AlO 3 of the present invention: a graph showing the fluorescence spectra of Ce.

도 10은 본 발명의 다른 실시예인 Y0 .97Tb0 .03AlO3:Ce의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프. Figure 10 is another embodiment Y 0 .97 Tb 0 .03 AlO 3 of the present invention: a graph showing the fluorescence spectra of Ce.

도 11은 본 발명의 다른 실시예인 Y0 .97Dy0 .03AlO3:Ce의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프. Figure 11 is another embodiment Y 0 .97 Dy 0 .03 AlO 3 of the present invention: a graph showing the fluorescence spectra of Ce.

도 12는 본 발명에 따른 YAlO3:Ce, Cr의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프. 12 is a graph showing the fluorescence spectrum of YAlO 3 : Ce, Cr according to the present invention.

도 13은 본 발명의 다른 실시예인 YAl0 .97Ga0 .03O3:Ce 의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프. Figure 13 is another embodiment YAl 0 .97 Ga 0 .03 O 3 of the present invention: a graph showing the fluorescence spectra of Ce.

도 14는 본 발명의 다른 실시예인 Y0 .95Gd0 .05AlO3:Ce, Tb의 형광스펙트럼을 나타낸 그래프. Figure 14 is another embodiment Y 0 .95 Gd 0 .05 AlO 3 of the present invention: a graph showing the fluorescence spectra of Ce, Tb.

도 15는 470nm 의 청색 LED와 본 발명의 입방정계 YAlO3:Ce 형광체를 SMD 방법으로 제작한 백색발광 LED의 색좌표. FIG. 15 is a color coordinate of a white LED having a 470 nm blue LED and a cubic YAlO 3 : Ce phosphor of the present invention prepared by the SMD method. FIG.

Claims (11)

황색 형광체로서 입방정계가 전체 화합물의 60% 이상을 차지하는 결정상을 가지는 것을 특징으로 하는 이트륨알루미늄페로브스카이트계(YAlO3,YAP)계 형광체. An yttrium aluminum perovskite-based (YAlO 3 , YAP) -based phosphor, wherein the yellow phosphor has a crystal phase in which the cubic system occupies 60% or more of the entire compound. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체는 하기의 <화학식 1>로 표시되는 물질인 것을 특징으로 하는 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체. The yttrium aluminum perovskite-based phosphor is a yttrium aluminum perovskite-based phosphor, characterized in that the material represented by the following formula (1). <화학식 1><Formula 1> (Y1 - xRex)(Al1 - yTry)O3 : Ce3 +, Mz (Y 1 - x Re x ) (Al 1 - y Tr y ) O 3 : Ce 3 + , M z (여기서, Re는 Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu 을 포함하여 구성되는 희토류 원소 그룹에서 선택된 어느 하나이고, Tr는 Ga, In, Sc, Cr을 포함하여 구성되는 천이원소 그룹에서 선택된 어느 하나이며, M은 노란색 영역과 적색영역에서 형광을 방출하는 희토류원소 또는 천이원소로서 Tb, Sm, Dy, Cr 을 포함하여 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나이며, 0<x<1, 0.001<y<0.2, 0.001<z<0.1 이다.)Where Re is any one selected from the group of rare earth elements comprising Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu, and Tr is selected from the group of transition elements comprising Ga, In, Sc, Cr M is any one selected from the group consisting of Tb, Sm, Dy and Cr as rare earth elements or transition elements emitting fluorescence in the yellow region and the red region, and 0 <x <1, 0.001 < y <0.2, 0.001 <z <0.1.) 제 1항 또는 제 2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 형광흡수파장이 420~500 nm 영역에 있고, 형광흡수의 피크파장이 430~495 nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체. An yttrium aluminum perovskite-based phosphor, wherein the fluorescence absorption wavelength is in the range of 420 to 500 nm and the peak wavelength of the fluorescence absorption is in the range of 430 to 495 nm. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 형광체 입자의 크기가 20~70 nm 인 것을 특징으로 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체. Yttrium aluminum perovskite-based phosphor, characterized in that the size of the phosphor particles is 20 ~ 70 nm. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 470 nm의 광으로 여기 하였을 때 형광의 발광영역이 470~700 nm 의 파장영역에 이르며, 형광의 발광영역의 피크가 500~650 nm 범위 내인 것을 특징으로 하는 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체. An yttrium aluminum perovskite-based phosphor, characterized in that the fluorescence emission region reaches a wavelength region of 470-700 nm when excited with light of 470 nm, and the peak of the fluorescence emission region is in the range of 500-650 nm. 제 1항 또는 제 2항의 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체와 청색 LED를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 LED. A white light emitting LED formed using the yttrium aluminum perovskite phosphor of claim 1 or 2 and a blue LED. 제 6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 청색 LED는 발광 피크의 파장이 450~470 nm 인 것을 특징으로 하는 백색 발광 LED. The blue LED is a white light emitting LED, characterized in that the wavelength of the emission peak is 450 ~ 470 nm. 이트륨알루미늄페로브스카이트(YAlO3:Ce, YAP)계 형광체를 제조하는 방법에 있어서, In the method for producing a yttrium aluminum perovskite (YAlO 3 : Ce, YAP) -based phosphor, (a) Y의 전구체, Al의 전구체 및 Ce의 전구체를 용매에 녹이고 150~250 ℃의 온도 범위에서 가열하여 반응 침전물을 형성한 후 침전물을 분리하여 건조하는 전구체의 반응단계;(a) a reaction step of dissolving a precursor of Y, a precursor of Al and a precursor of Ce in a solvent and heating at a temperature in a range of 150 to 250 ° C. to form a reaction precipitate, followed by separating and drying the precipitate; (b) 상기 건조된 반응물을 800~1100 ℃의 온도범위에서 열처리하여 결정화하는 열처리단계; 및 (b) a heat treatment step of crystallizing the dried reactant by heat treatment at a temperature in the range of 800 to 1100 ° C .; And (c) 상기 열처리단계에서 산화된 Ce4 + 이온을 800~1300 ℃의 온도범위에서 Ce3+ 이온으로 환원시키는 환원처리단계를 (c) a reduction treatment step of reducing the Ce 4 + ions oxidized in the heat treatment step to Ce 3+ ions in a temperature range of 800 to 1300 ° C. 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이트륨알루미늄페로브스카이트계(YAlO3:Ce, YAP)계 형광체의 제조방법. A method for producing a yttrium aluminum perovskite-based (YAlO 3 : Ce, YAP) -based phosphor, characterized in that it comprises a. 제 8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 Y의 전구체는 이트륨 무기염 또는 이트륨 유기염 중에서 선택되며, The precursor of Y is selected from yttrium inorganic salts or yttrium organic salts, 상기 Al의 전구체는 알루미늄알콕사이드 중에서 선택되며,The precursor of Al is selected from aluminum alkoxides, 상기 Ce의 전구체는 세륨 무기염 또는 세륨 유기염 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체의 제조방법. The precursor of Ce is a method for producing a yttrium aluminum perovskite-based phosphor, characterized in that selected from cerium inorganic salts or cerium organic salts. 화학식 (Y1 - xRex)(Al1 - yTry)O3 : Ce3 +, Mz 로 표시되는 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체의 제조방법으로서, Formula (Y 1 - x Re x ) (Al 1 - y Tr y ) O 3 A Ce + 3, the manufacturing method of yttrium aluminum perovskite teugye phosphor represented by M z,: (a) Y 및 Re의 전구체들 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 전구체와, Al 및 Tr의 전구체들 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 전구체와, Ce의 전구체를 용매에 녹이고 150~250 ℃의 온도 범위에서 가열하여 반응 침전물을 형성한 후 침전물을 분리하여 건조하는 전구체의 반응단계;(a) dissolving at least one precursor selected from precursors of Y and Re, at least one precursor selected from precursors of Al and Tr, and a precursor of Ce in a solvent and heating at a temperature ranging from 150 to 250 ° C. A reaction step of forming a reaction precipitate and then separating the precipitate and drying the precursor; (b) 상기 건조된 반응물을 800~1100 ℃의 온도범위에서 열처리하여 결정화하는 열처리단계; 및 (b) a heat treatment step of crystallizing the dried reactant by heat treatment at a temperature in the range of 800 to 1100 ° C .; And (c) 상기 열처리단계에서 산화된 Ce4 + 이온을 800~1300 ℃의 온도범위에서 Ce3+ 이온으로 환원시키는 환원처리단계를 포함하여 이루어지되, (c) jidoe comprises a reduction treatment step of reducing the Ce 3+ ions to the Ce + 4 ion oxidation in the thermal treatment step in a temperature range of 800 ~ 1300 ℃, 상기 화학식에서 Re는 Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu 을 포함하여 구성되는 희토류 원소 그룹에서 선택된 어느 하나이고, Tr는 Ga, In, Sc, Cr을 포함하여 구성 되는 천이원소 그룹에서 선택된 어느 하나이며, M은 노란색 영역과 적색영역에서 형광을 방출하는 희토류원소 또는 천이원소로서 Tb, Sm, Dy, Cr 을 포함하여 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나이며, 0<x<1, 0.001<y<0.2, 0.001<z<0.1 In the above formula, Re is any one selected from the group of rare earth elements including Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu, and Tr is selected from the group of transition elements including Ga, In, Sc, and Cr. M is any one selected from the group consisting of Tb, Sm, Dy and Cr as rare earth elements or transition elements emitting fluorescence in the yellow region and the red region, and 0 <x <1, 0.001 < y <0.2, 0.001 <z <0.1 인 것을 특징으로 하는 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체의 제조방법. A method for producing a yttrium aluminum perovskite phosphor, characterized in that the. 제 10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 Y의 전구체는 이트륨 무기염 또는 이트륨 유기염 중에서 선택되며, The precursor of Y is selected from yttrium inorganic salts or yttrium organic salts, 상기 Al의 전구체는 알루미늄알콕사이드 중에서 선택되며, The precursor of Al is selected from aluminum alkoxides, 상기 Ce의 전구체는 세륨 무기염 또는 세륨 유기염 중에서 선택되며, The precursor of Ce is selected from cerium inorganic salts or cerium organic salts, 상기 Re의 전구체는 Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu 을 포함하여 구성되는 희토류 원소 그룹에서 선택된 어느 하나의 무기염 또는 유기염 중에서 선택되며, The precursor of Re is selected from any one of inorganic or organic salts selected from the group of rare earth elements comprising Gd, La, Sm, Tb, Pr, Dy, Eu, 상기 Tr의 전구체는 Ga, In, Sc, Cr을 포함하여 구성되는 천이원소 그룹에서 선택된 어느 하나의 무기염 또는 유기염 중에서 선택되며, The precursor of Tr is selected from any one inorganic salt or organic salt selected from the group of transition elements including Ga, In, Sc, Cr, 상기 M의 전구체는 노란색 영역과 적색영역에서 형광을 방출하는 희토류원소 또는 천이원소 그룹에서 선택되는 어느 하나의 무기염 또는 유기염 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이트륨알루미늄페로브스카이트계 형광체의 제조방법. The precursor of M is yttrium aluminum perovskite-based phosphor manufacturing method characterized in that it is selected from any one of an inorganic salt or an organic salt selected from the rare earth element or transition element group that emits fluorescence in the yellow region and the red region.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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