KR20100035773A - 백색ｌｅｄ용 스트론튬 보레이트계 신규 황색 형광체 및 제조방법 - Google Patents

백색ｌｅｄ용 스트론튬 보레이트계 신규 황색 형광체 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기의 화학식1로 표시되는 스트론튬 보레이트계 황색 발광 형광체, 그 제조방법 및 이를 포함하는 백색 발광 다이오드를 제공한다.
[화학식1] Sr2-xB2O5:Eu2+ x (0.01≤x≤0.1)
본 발명에 의한 Eu2+를 활성제로 하는 스트론튬 보레이트계 형광체를 백색 발광 다이오드에 적용하는 경우, 상기 형광체가 황색 발광의 넓은 밴드 폭을 가지는 우수한 발광 특성을 가지며, YAG:Ce3+황색 형광체 이상의 높은 연색지수를 가질 수 있어, 좀 더 자연광에 가까운 우수한 발광특성을 가지는 백색 발광 다이오드를 제작할 수 있다.
스트론튬 보레이트, 황색 발광 형광체, 백색 발광 다이오드, 연색지수

Description

백색ＬＥＤ용 스트론튬 보레이트계 신규 황색 형광체 및 제조방법{NOVEL YELLOW EMITTING PHOSPHOR OF STRONTIUM BORATE FOR APPLICATION TO WHITE LIGHT-EMITTING DIODES AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 우수한 연색 특성을 갖는 백색 LED에 적용 가능한 스트론튬 보레이트계의 신규 황색 형광체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
백색 발광 다이오드(White LED) 분야는 주로 조명 분야뿐 만 아니라 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트(backlight) 분야를 대상으로 하여 급격하게 성장하고 있다. 발광 다이오드의 백색광을 구현하기 위해 가장 많이 알려진 방법은 청색LED와 녹색 및 적색 형광체를 조합하거나, 또는 청색LED와 황색 형광체를 조합하는 방법으로서, 청색LED로는 InGaN계의 LED가 많이 사용되고 있다.
일반적으로, 적용분야에 따라 형광체의 발광 스펙트럼 특성은 활성제(activator)와 모체(host lattice)를 적절하게 선택함으로써 조절될 수 있다. 형광체의 모체(host lattice)와 유러피움 2가(Eu2+)이온의 5d - 4f 전이(transition)의 강한 상호작용으로 인하여, 유러피움 2가(Eu2+)의 발광 스펙트럼(emission spectrum)은 밴드(band) 형태를 나타내며, 모체 내에서의 다양한 환경 속에서 근자외선 파장 영역으로부터 적색 파장 영역까지 다양한 파장을 갖는 빛이 구현될 수 있다. 유러피움2가(Eu2+)를 활성제로 하는 형광체 중에서 유망한 것으로는 알칼리 토류 실리케이트(alkali earth silicate)를 모체로 하는 형광체(예를 들면, M2SiO4:Eu2+와 M3SiO5: Eu2+ 등, M = Ba, Sr, Ca)가 있다. 상기와 같은 형광체의 모체 조성을 조절함으로써, 가시광(visible light)의 녹색 파장 영역에서부터 황색-주황색 파장 영역까지 상대적으로 넓은 범위에서 발광 스펙트럼을 조절할 수 있으며, 이는 일반적으로 모체 조성의 변화에 의해 활성제 이온 주위의 환경 변화가 야기되고, 이에 의해 결정장 강도(crystal field strength)와 공유원자가(covalence)가 변하는 것에 기인하는 것으로 생각된다.
청색 LED (lem = 450~460nm)에 의해 작동되는 백색 발광 다이오드에 많이 이용되는 YAG:Ce3+ 황색 발광 형광체는 450 ~ 470nm 에서의 강한 여기 밴드와 530 ~ 550 nm에서의 넓은 발광 밴드를 갖는 등 우수한 스펙트럼 특성을 갖는다.
한편, 백색 발광 다이오드용 비YAG(non-YAG)계 황색 발광 형광체로서, Sr2SiO4:Eu2+ 와Sr3SiO5:Eu2+ 등의 형광체가 연구되기도 하였다. 그러나, 백색광 조명에 응용하기 위해 청색 LED 칩(chip)에 Sr2SiO4:Eu2+ 또는Sr3SiO5:Eu2+ 등의 황색 형광체를 조합한 백색 발광 다이오드를 제작할 경우, 적색 파장 영역대가 약하고, 황 색 파장 영역대의 밴드 폭이 비교적 좁기 때문에, 낮은 연색지수(CRI, color rendering index)값을 나타내는 문제점이 있다. YAG:Ce3+와 Sr2SiO4:Eu2+가 사용되는 백색 발광 다이오드의 전형적인 연색지수 값은 각각 71과 68 이다.
본 발명자들은 우수한 성능의 백색 발광 다이오드를 제조하기 위해 YAG:Ce3+황색 형광체를 대체할 수 있는, 연색지수 값이 70이상인 신규의 황색 발광 형광체에 대한 여러 후보 물질을 시험하였으며, 그 중 Eu2+를 활성제로 하는 스트론튬 보레이트계 형광체가 황색 발광의 넓은 밴드 폭을 가지는 우수한 발광 특성을 갖고, YAG:Ce3+황색 형광체 이상의 높은 연색지수를 갖는 것을 알아내었다.
본 발명은 이에 기초한 것이다.
본 발명은 하기의 화학식1로 표시되는 스트론튬 보레이트계 황색 발광 형광체를 제공한다.
[화학식1]
Sr2-xB2O5:Eu2+ x (0.01≤x≤0.1)
또한, 본 발명은 a) 스트론튬 나이트레이트(Sr(NO3)2), 붕산(H3BO3), 및 유러피움 나이트레이트(Eu(NO3)3)를 용매에 용해하여 균일하게 반응시킨 용액을 제조한 후, 상기 용액을 건조하여 반응물을 수득하는 단계; 및 b) 상기 반응물을 환원분위기에서 1000 ~ 1300℃ 온도로 열처리하는 단계;를 포함하는 것이 특징인 상기 화학 식 1로 표시되는 스트론튬 보레이트계 황색 발광 형광체의 제조방법을 제공한다.
그리고, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 스트론튬 보레이트계의 황색 발광 형광체를 포함하는 것이 특징인 백색 발광 다이오드를 제공한다.
본 발명에 의한 Eu2+를 활성제로 하는 스트론튬 보레이트계 형광체를 백색 발광 다이오드에 적용하는 경우, 상기 형광체가 황색 발광의 넓은 밴드 폭을 가지는 우수한 발광 특성을 가지며, YAG:Ce3+황색 형광체 이상의 높은 연색지수를 가질 수 있어, 좀 더 자연광에 가까운 우수한 발광특성을 가지는 백색 발광 다이오드를 제작할 수 있다.
본 발명은 근자외선(near UV) 또는 청색광에 의해 여기되어 황색 영역의 넓은 파장에서 발광하는 스트론튬 보레이트(Strontium Borate)계 황색 발광 형광체인 것이 특징이며, 구체적으로 상기 스트론튬 보레이트계 황색 발광 형광체는 하기의 화학식1로 표시될 수 있다.
[화학식1]
Sr2-xB2O5:Eu2+ x (0.01≤x≤0.1)
본 명세서에서 근자외선이란, 자외선 중 가시광선과 가까운 영역의 파장을 갖는 것을 의미하며, 구체적으로는 290nm ~ 400mn 범위의 파장을 갖는 빛을 의미하 고, 청색광이란, 가시광선 중 청색 영역의 파장을 갖는 빛을 의미하며, 구체적으로는 400nm ~ 500nm 범위의 파장을 갖는 빛을 의미하나, 상기에 기재된 파장 범위는 대략적인 범위일 뿐이며, 일반적으로 그 경계가 명확한 것은 아니다.
일반적으로 형광체는 모체(host)를 구성하는 물질과, 상기 모체에 소량 첨가된 활성제(activatior) 이온 등을 포함하며, 자외선, 전자선 등의 외부 에너지 원을 흡수하여 상기 활성제 이온이 기저준위에서 여기준위로 들떴다가 다시 기저준위로 떨어지는 과정에서 빛의 형태로 에너지를 발산하게 되며, 상기 기저준위와 여기준위 간의 차이에 의해 발산되는 빛의 파장이 결정되어 특정한 색을 띄게 된다. 이 때, 모체 조성과 활성제 이온 종류 등의 여러가지 요인에 의해 발광 스펙트럼의 형태 및 강도 등이 변화하게 되므로, 형광체의 모체 조성은 형광체의 물성에 큰 영향을 주는 인자이다.
본 발명에서는 종래에 형광체의 모체 조성으로는 사용되지 않았던 Sr2B2O5 물질을 형광체의 모체로 하고, 유러피움 2가(Eu2+) 이온을 활성제로 함으로써, 근자외선 또는 청색광에 의해 여기되어 황색 발광을 하는 형광체를 구현할 수 있다.
Sr2B2O5 는 결정구조 상 단사정계(monoclinic)에 해당하는 결정구조를 가지고 있다.
한편, 활성제로 포함되는 Eu2+ 이온의 첨가량 역시 형광체의 발광 스펙트럼 및 발광 강도 등의 물성에 큰 영향을 주는 인자로서, 본 발명의 형광체에서 Eu2+ 이 온의 첨가량은 0.01 mol 내지 0.1mol 범위가 바람직하다. 상기 범위 미만이거나 초과하는 범위에서는 스트론튬 보레이트계 황색 발광 형광체의 발광강도가 너무 낮은 문제점이 있다.
본 발명의 스트론튬 보레이트계 황색 발광 형광체는 근자외선 또는 청색광에 의해 여기될 수 있으며, 바람직하게는 300 ~ 500nm 범위의 여기파장(excitation wavelength)을 갖는 것일 수 있다.
상기의 여기파장은 본 발명의 형광체에 활성제로 포함되는 Eu2+ 이온의 바닥상태인 4f에서 여기상태인 5d로의 전이에 의한 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 스트론튬 보레이트계 황색 발광 형광체는 황색 파장 영역에서 넓은 밴드 형태의 발광 스펙트럼을 나타낼 수 있으며, 바람직하게는 560 ~ 590nm 범위의 최대 발광 파장(maximum emission wavelength)을 갖는 것일 수 있다.
이러한 발광 스펙트럼은 가장 낮은 릴랙스드(relaxed) 5d 레벨로부터 8S7/2 레벨로의 전이인 Eu2+의 5d-4f allowed transition으로 설명될 수 있다.
특히, 본 발명의 스트론튬 보레이트계 황색 발광 형광체는 넓은 밴드 형태의 발광 스펙트럼을 보이며, 바람직하게는 발광 스펙트럼의 반치폭(FWHM, full-width-at-half-maximum)이 120nm 이상인 것일 수 있다.
상기의 발광 스펙트럼의 반치폭이란, 발광 스펙트럼 상의 최고 발광 강도의 1/2에 해당하는 발광 강도 값을 갖는 파장 간의 차이를 의미하며, 상용화된 백색 발광 다이오드용 YAG:Ce 형광체의 반치폭이 119nm 정도인데 반해, 본 발명의 스트 론튬 보레이트계 황색 발광 형광체는 120nm 이상의 넓은 반치폭을 나타내며, 이는 백색 발광 다이오드에 본 발명의 형광체를 적용시 높은 연색 지수(CRI) 값을 보일 수 있음을 의미한다.
본 발명에 의한 스트론튬 보레이트(Strontium Borate) 황색 발광 형광체는 고순도의 스트론튬 나이트레이트(Sr(NO3)2), 붕산(H3BO3), 유러피움 나이트레이트(Eu(NO3)3)를 출발 물질로 하여 합성될 수 있으며, 구체적으로는
a) Sr(NO3)2, H3BO3, Eu(NO3)3를 용매에 용해하고 균일하게 반응시킨 용액을 제조한 후, 상기 용액을 건조하여 반응물을 수득하는 단계; 및
b) 상기 반응물을 환원분위기에서 1000 ~ 1300℃ 온도로 열처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서는 스트론튬과 유러피움을 제공하는 출발물질로서, 나이트레이트(nitrate, 질산화물)를 사용할 수 있다. 일반적으로 알려진 금속산화물의 고상합성에 있어 그 출발물질은 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 그 비제한적인 예는 나이트레이트, 옥사이드, 카보네이트, 하이드록사이드, 설페이트, 할라이드, 옥살레이트 등이 있으나, 본 발명의 황색 발광 형광체를 제조하기 위해서는 나이트레이트를 사용하는 것이 바람직하다.
스트론튬 나이트레이트, 붕산, 유러피움 나이트레이트를 출발물질로 하여 이를 원하는 조성의 산화물 모체가 합성되도록 화학양론에 맞게 칭량한 후, 이를 용매에 용해시키는 단계를 거친다.
이 때 사용되는 용매는 당업자에게 알려진 용매를 사용할 수 있으며, 그 비제한적인 예로는 물, 알코올, 아세톤 등이 있다.
상기 출발물질을 용매에 완전히 용해시킨 용액을 제조한 후, 상기 용액을 건조하여 용매를 완전히 제거한 후, 반응물을 수득하는 단계를 거친다. 건조는 용매의 종류에 따라서, 용매가 완전히 제거될 수 있도록 온도 및 시간을 조절할 수 있으며, 예를 들어, 물을 용매로 사용할 경우에는 80 ~ 100℃의 온도에서 수 시간 ~ 수 일 간 건조를 행할 수 있다.
상기 건조되어 수득된 반응물이 분말이 응집된 케이크 상태의 것인 경우에는 상기 반응물을 분쇄하여 입도를 작게 하는 단계를 거칠 수도 있으며, 이 때 분쇄방법은 당업자에게 알려진 건식 혹은 습식 방법을 사용할 수 있고, 그 비제한적인 예로는 모르타르 분쇄, 볼밀, 제트밀, 어트리션밀 등이 있다.
상기의 건조되고, 선택적으로 분쇄를 거친 반응물은 환원 분위기에서 열처리하는 단계를 거친다. 최초 출발물질에서 사용된 유러피움 나이트레이트에서 유러피움은 3가의 산화수를 가지므로, 본 발명의 형광체 내에서 유러피움이 2가의 산화수를 갖도록 하기 위해서는 환원 분위기 하에서 열처리하는 것이 바람직하다. 열처리시의 환원분위기는 당업자에게 알려진 방법에 의해 만들어 질 수 있으며, 열처리시 활성탄 등의 카본 물질을 이용하거나, 또는 환원 가스로서 수소를 질소 또는 아르곤 등과 함께 혼합된 가스를 열처리로(furnace)내에 흘려줄 수도 있다.
상기의 열처리 온도는 1000℃ 내지 1300℃ 범위인 것이 바람직하다. 상기 범위 미만의 온도에서는 형광체의 발광 강도가 낮은 문제가 있고, 상기 범위를 초과 하는 온도에서는 형광체의 모체인 스트론튬 보레이트가 유리상으로 용융되어 분말 형태의 형광체를 얻을 수 없는 문제점이 있다.
열처리 후 얻어진 형광체는 원하는 입도를 얻기 위해 선택적으로, 전술한 바와 동일 또는 유사한 분쇄 단계를 거칠 수도 있다.
본 발명에 의한 스트론튬계 황색 발광 형광체는 백색 발광 다이오드에 적용할 수 있다. 구체적으로는 청색 발광 다이오드의 발광면 상에 본 발명의 황색 발광 형광체를 도포함으로써, 청색광에 의해 본 발명의 형광체가 황색 발광을 하게 되고, 부분적으로 형광체 면을 통과하여 발산되는 청색광과 조합되어 백색광을 발광할 수 있다.
상기의 백색 발광 다이오드는 당업자에게 알려진 방법에 의해 제작될 수 있으며, 그 비제한적인 예로는 본 발명의 황색 발광 형광체를 에폭시 수지와 혼합한 후, 인듐-갈륨-질소(InGaN)계 청색 발광 다이오드 상에 코팅함으로써 제조될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 스트론튬 보레이트계 황색 발광 형광체는 넓은 밴드 형태의 황색 발광 스펙트럼을 가지고 있으며, 상용의 YAG:Ce 황색 형광체보다 넓은 반치폭을 가지고 있기 때문에, 백색 발광 다이오드에 적용시 높은 연색지수(CRI)를 가질 수 있으며, 바람직하게는 75 내지 77 범위의 연색지수를 가질 수 있다. 이는 상용의 YAG:Ce 황색 형광체의 연색지수인 71보다 높은 값이므로, 좀 더 자연광에 가까운 백색광을 구현할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실 시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
고순도의 스트론튬 나이트레이트(Sr(NO3)2), 붕산(H3BO3), 및 유러피움 나이트레이트(Eu(NO3)3)를 출발 물질로 하여 Sr1.93B2O5:Eu2+ 0.07 의 조성을 갖는 황색 발광 형광체가 합성되었다.
상기 출발 물질들을 화학양론에 맞도록 칭량하여 증류수(DI water)에 완전히 용해한 수용액을 제조한 후, 상기 수용액을 3일동안 100℃의 온도에서 건조하여, 하얀색의 반응물을 얻을 수 있었다. 상기 건조된 반응물을 분쇄한 후, 환원 분위기(수소 25%, 질소 75%)에서 4시간 동안 1300℃의 온도로 열처리하였다. 열처리 후, 형광체의 바디컬러(body color)는 노란색을 띄었으며, 이로써 스트론튬 보레이트의 모체 내에 2가의 유러피움 이온(Eu2+)이 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 1에서 제조된 Sr1.93B2O5:Eu2+ 0.07 의 조성을 갖는 황색 발광 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼은 도 1에 나타내었다. 넓은 여기 밴드는 4f 바닥상태로부터 5d여기 상태까지 Eu2+이온의 전이로 설명된다. 그리고, 578nm의 피크(peak)를 갖는 황색 발광(emission) 스펙트럼은 Sr1-xBax-silicate:Eu2+ 형광체에서 관찰되는 것과 마찬가지의, 가장 낮은 릴랙스드(relaxed) 5d 레벨로부터 8S7/2 레벨로의 전이인 Eu2+의 5d-4f allowed transition으로부터 발생된다(도1의 삽입도 참조). 상기 실시예1에서 제조된 황색 발광 형광체는 최대 450nm까지의 넓은 여기 파장을 보이므로, 청색 혹은 근자외선 발광 다이오드를 여기원으로 사용하는 백색 발광 다이오드에 응용 될 수 있다.
백색광의 측면에서 볼 때, 상기 실시예1에서 제조된 황색 발광 형광체는 넓은 발광 밴드(band emission)를 보이므로, 백색 발광 다이오드에 적용시 높은 연색지수(CRI)를 보임을 알 수 있다. 상기 실시예1에서 제조된 Sr1.93B2O5:Eu2+ 0.07 의 조성을 갖는 황색 발광 형광체의 발광 밴드(band emission)의 반치폭(FWHM, full-width-at-half-maximum)은 126 nm이며, 이는 YAG:Ce 형광체의 반치폭(FWHM)인 119nm보다 약간 더 넓은 값을 보인다. 따라서, 상기 실시예1에서 제조된 Sr1.93B2O5:Eu2+ 0.07 의 조성을 갖는 황색 발광 형광체를 백색 발광 다이오드에 적용하면, YAG:Ce 형광체를 사용한 백색 발광 다이오드와 대등하거나 더 뛰어난 백색광을 발생시킬 수 있다.
한편, 366nm의 자외선 조사 하에서 황색 발광을 하는 상기 실시예1에서 제조된 Sr1.93B2O5:Eu2+ 0.07 의 조성을 갖는 황색 발광 형광체의 사진을 도1의 삽입도에 나타내었다.
[실시예 2]
열처리 온도만 각각 1000℃, 1100℃, 1200℃로 변화시킨 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일한 방법으로 Sr1.93B2O5:Eu2+ 0.07 의 조성을 갖는 황색 발광 형광체를 제조하였다.
도 2(a)에 나타난 것처럼 열처리 온도가 증가할수록 형광체 모체의 결정도가 증가하여, 실시예 1에서와 같은 1300℃에서 발광 강도(PL emission)가 가장 높은 것을 알 수 있었다. 한편, 1300℃이상의 열처리 온도에서는 용융 유리상으로 형성되어 분말 형태의 형광체를 얻을 수 없었다.
다른 열처리 온도에서 제조된 상기 실시예1 및 실시예2의 형광체의 X선 회절 분석(XRD)을 행한 결과, 모두 동일한 단사정계(monoclinic)의 Sr2B2O5 의 단일상임을 확인할 수 있었으며, 대표적으로 실시예1에서 제조된 형광체의 XRD 패턴을 도2(b)에 나타내었다.
[실시예3]
활성제인 Eu2+의 농도를 각각 0.01 mol, 0.04mol, 0.1mol로 변화시킨 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일한 방법으로 Sr2-xB2O5:Eu2+ x 의 조성을 갖는 황색 발광 형광체를 제조하였다.
일반적으로 알려진 Sr2SiO4:Eu2+와 Sr3SiO5:Ce3+ 형광체에서는 활성제의 농도가 더 높을수록 적색으로 시프트된(red-shift) 발광(emission) 스펙트럼을 나타내는 것으로 보고되어 있으나, 도 3(a)에서 나타나 듯이, 1300℃로 열처리 된 Sr2-xB2O5:Eu2+ x 의 조성을 갖는 황색 발광 형광체의 발광 스펙트럼은 활성제인 Eu2+의 농도에 의해 최대 발광 파장이 변화하지 않는 것을 알 수 있으며, 다만, Eu2+의 농도 증가에 의해, 발광강도가 증가하여, Eu2+의 농도가 0.07mol일 때, 최대값을 보였고, 0.1mol 에서는 농도 소광(concentration quenching) 현상으로 인해 발광강도가 감소하는 것을 알 수 있었다.
[비교예1]
활성제인 Eu2+의 농도는 0.07mol로, 열처리 온도는 1100℃로 고정시킨채, 모체인 스트론튬 보레이트를 각각 SrB2O4, Sr3B2O6, Sr3B4O9로 변화시켜, 상기 실시예1과 동일한 방법으로 스트론튬 보레이트 황색 발광 형광체를 제조하였다.
이에 따른 발광 스펙트럼(PL emission)은 도 3(b)에 나타내었다. 모체의 조성변화는 황색 발광에 관계되는 Eu2+의 스펙트럼의 형태 및 최대 발광 파장에 영향을 주지 않았지만, 발광 강도는 모체의 조성 변화에 민감하게 변화하였으며, Sr2B2O5 모체인 경우에 발광 강도가 가장 높은 것을 알 수 있었다. 또한 Sr1B4O7 과 Sr2B6O11 같은 다른 모체 조성들도 실험하였지만, 1100℃의 비교적 낮은 열처리 온도 에서도 용융된 유리상으로 형성되어, 형광체로서의 특성 분석이 불가능하였다.
[실시예4]
실시예1에서 제조된 형광체를 에폭시 수지와 혼합한 후, 인듐갈륨질소(InGaN) 청색 발광 다이오드(blue LED, 발광파장=450nm) 위에 코팅함으로써 백색 발광 다이오드를 제조하였다.
도 4에, 인가된 정방향 전류에 따른 블루 펌프된(blue-pumped) 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼과 CIE 색좌표(color coordinate)값을 나타내었다. 발광 스펙트럼은 LED 칩(chip)에서 나온 청색 발광(blue emission)과, 상기 청색광에 의해 여기된 상기 실시예 1의 Sr1.93B2O5:Eu0.07 형광체에서 나온 황색 발광(yellow emission)의, 두 개의 발광 밴드로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 450nm의 청색 발광 스펙트럼과, 넓은 밴드의 황색 발광 스펙트럼과의 부분적인 스펙트럼 겹침 현상으로 인해, 좌측의 청색 영역에서 쌍봉 형태의 스펙트럼이 관찰되었다.
제조된 백색발광 다이오드는 5 ~ 40 mA로 인가된 전류에서 (x = 0.340 ~ 0.372, y = 0.287 ~ 0.314)의 CIE 색좌표(color coordinate)값과, 3664 ~ 4905 K의 색온도를 나타내었다. YAG:Ce 황색 형광체를 적용한 백색 발광 다이오드의 CIE값과 비교했을 때, 상기 실시예 1의 Sr1.93B2O5:Eu0.07 형광체를 적용한 백색 발광 다이오드의 CIE 값은 흑체 괘적(black body locus) 밑에 위치하고 오른쪽으로 기울어져 있으며, 상대적으로 따뜻한 백색(warm white)를 나타내었다. 그 이유는Sr1.93B2O5:Eu0.07 형광체의 발광 피크(emission peak)는 575nm로서, YAG:Ce 형광체의 535nm보다 더 긴 파장 영역에 위치하고 있기 때문이다.
Sr1.93B2O5:Eu0.07 형광체를 적용한 백색 발광 다이오드의 연색지수(CRI) 값은 75 ~ 77로서 정방향 구동 전류에 따라 약간 변화하였으며, 이와 같은 CRI 값은YAG:Ce 형광체를 적용한 백색 발광 다이오드의 CRI값인 71 보다 높은 값이다. 전술한 바와 같이, Sr1.93B2O5:Eu0.07 의 밴드 폭이 YAG:Ce의 밴드 폭보다 약간 넓기 때문에 더 큰 CRI 값을 가지는 백색 발광 다이오드가 가능한 것이다.
도1은 실시예 1에서 제조된 Sr1.93B2O5:Eu0.07형광체의 PL (photo-luminescence) 여기 및 발광 스펙트럼, Eu2+ 의 5d-4f 전이(transition)모식도, 및 UV조사 하에서의 황색 발광의 형광체 분말사진이다.
도2는 (a)각기 다른 온도(1000-1300℃)에서 열처리된 Sr1.93B2O5:Eu0.07형광체의 PL 발광 강도 비교 및 (b)Sr2B2O5의 단사정계(monoclinic)상을 보이는 1300℃ 열처리된 Sr1.93B2O5:Eu0.07형광체의 XRD 패턴이다.
도3은 (a)1300℃ 열처리된 Sr2-xB2O5:Eux (x = 0.01 ~ 0.1)형광체의 PL 발광 스펙트럼 및 (b)1100℃ 열처리온도와 0.07mol Eu 농도 하에서, 각기 다른 모체 조성을 가지는 스트론튬 보레이트계 형광체의 PL 발광 스펙트럼이다.
도4는 1300℃ 열처리된 Sr1.93B2O5:Eu0.07형광체를 적용한 블루LED 펌프된(blue LED pumped) 백색 발광 다이오드의 5 ~ 40mA 인가전류 하에서의 스펙트럼 및 CIE 색좌표(color coordinate)이다.

Claims (9)

  1. 하기의 화학식1로 표시되는 스트론튬 보레이트계 황색 발광 형광체.
    [화학식1]
    Sr2-xB2O5:Eu2+ x (0.01≤x≤0.1)
  2. 제1항에 있어서, 상기 Eu2+의 함량 x는 0.07mol인 것이 특징인 황색 발광 형광체.
  3. 제1항에 있어서, 300 ~ 500nm 범위의 여기파장(excitation wavelength)을 갖는 것이 특징인 황색 발광 형광체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 여기파장은 Eu2+ 이온의 4f에서 5d로의 전이에 의한 것이 특징인 황색 발광 형광체.
  5. 제1항에 있어서, 560 ~ 590nm 범위의 최대 발광 파장(maximum emission wavelength)을 갖는 것이 특징인 황색 발광 형광체.
  6. 제1항에 있어서, 발광 스펙트럼의 반치폭(FWHM, full-width-at-half-maximum)이 120nm 이상인 것이 특징인 황색 발광 형광체.
  7. a) 스트론튬 나이트레이트(Sr(NO3)2), 붕산(H3BO3), 및 유러피움 나이트레이트(Eu(NO3)3)를 용매에 용해하여 균일하게 반응시킨 용액을 제조한 후, 상기 용액을 건조하여 반응물을 수득하는 단계; 및
    b) 상기 반응물을 환원분위기에서 1000 ~ 1300℃ 온도로 열처리하는 단계;
    를 포함하는 것이 특징인 하기 화학식 1로 표시되는 스트론튬 보레이트계 황색 발광 형광체의 제조방법.
    [화학식1]
    Sr2-xB2O5:Eu2+ x (0.01≤x≤0.1)
  8. 하기 화학식 1로 표시되는 스트론튬 보레이트계의 황색 발광 형광체를 포함하는 것이 특징인 백색 발광 다이오드.
    [화학식1]
    Sr2-xB2O5:Eu2+ x (0.01≤x≤0.1)
  9. 제8항에 있어서, 75 ~ 77 의 연색지수(CRI)를 갖는 것이 특징인 백색 발광 다이오드.
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