KR20110053601A - 알파 사이알론 형광체의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
일반식 M0.5m-xSi12-1.5mAl1.5mO0.5mN16-0.5m :Lnx (식 중, 0<m<4, 0<x<0.4 이고, M은 Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi 및 란탄족 금속(La, Ce을 제외)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, Ln은 Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb 및 Er로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소)으로 표시되는 알파 사이알론 형광체의 합성에 필요한 형광체 원료 분말을 칭량하여 카본 몰드에 투입하는 단계, 상기 형광체 원료 분말이 투입된 상기 카본 몰드를 방전 플라즈마 소결 장치의 챔버 내에 설치하고 상기 챔버 내부의 산소를 제거하는 단계, 상기 형광체 원료 분말을 가압 및 승온하여 소결을 수행하는 단계, 및 상기 소결에 의해 얻어진 소결체를 분쇄하여 상기 일반식의 조성을 갖는 형광체 분말을 얻는 단계를 포함하는 알파 사이알론 형광체의 제조방법이 제공된다.
Description
본 명세서에 개시된 기술은 알파 사이알론 형광체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면 결함이 적고 발광 특성이 우수한 알파 사이알론 형광체를 저온에서 빠른 속도로 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
InGaN를 기반으로 한 흰색 발광 다이오드는 높은 효율, 긴 수명, 높은 내구성 등으로 차세대 조명으로 주목 받고 있다. 발광 다이오드를 기반으로 한 흰색 발현은 파란색을 방출하는 다이오드에 노란색 빛을 방출하는 Y3Al5O12:Ce3+ (YAG:Ce) 형광체가 조합되어 사용되고 있다. 이러한 방식으로 얻어지는 흰색광은 휘도가 높으나 발현되는 흰색의 붉은 색 부분이 결핍되어 따뜻한 느낌의 흰색을 발현하는 데 있어서 색온도 제한을 갖고 있다. 따라서 최근 붉은 색 성분이 부족한 YAG 형광체를 대체할 질화물 또는 산질화물 형광체가 많은 주목을 받고 있다. 질화물 또는 산질화물 형광체의 경우 산화물 형광체에 비해 높은 공유도를 갖고 있어 발광 효율이 뛰어날 뿐 아니라 산화, 황화물 형광체에 비해 열적, 화학적 안정성이 뛰어나서 고 출력 조명으로 쓰이는 발광 다이오드용 형광체로써 뛰어난 특성을 나타낸다고 알려져 있다. 특히 산질화물인 사이알론 형광체는 조성범위가 넓고 조성제어에 의해 녹색에서 적색까지의 넓은 발광파장을 나타내는 소재로 주목받고 있다.
α형 질화규소의 고용체인 알파 사이알론(α-SiAlON)은, 경도가 높고 내마모성이 우수하며, 고온 강도나 내산화성이 우수하기 때문에, 슬라이딩 부재나 고온 구조 부재 등의 용도에 사용되고 있다. 이러한 알파 사이알론은, 결정 격자 사이에 특정한 원소(Li, Ca, Mg, Y, 또는 La와 Ce를 제외한 란탄족 금속)이 침입 고용되고, 전기적 중성을 유지하기 위하여, Si-N 결합이 부분적으로 Al-N 결합(일부는, Al-O 결합으로도 치환됨)으로 치환되어 있는 구조이다. 근래, 이렇게 침입 고용되는 원소를 적절하게 선택함으로써, 흰색 발광 다이오드에 유용한 형광 특성이 발현되는 것을 발견하여, 그 실용화가 검토되고 있다.
알파 사이알론 형광체의 합성법으로서 가스압 소결법(GPS), 탄소환원질화법(CRN), 가스환원질화법(GRN) 등이 보고되고 있다. 하지만 이와 같은 합성법을 사용할 경우, 높은 온도와 높은 N2 압력 조건이 필요하고 복잡한 공정을 요하여 형광체 합성시 제조 단가의 상승과 많은 시간이 걸리게 된다. 따라서 알파 사이알론 형광체의 개선된 합성법 개발이 요구된다.
일 측면에 따르면, 일반식 M0.5m-xSi12-1.5mAl1.5mO0.5mN16-0.5m :Lnx (식 중, 0<m<4, 0<x<0.4 이고, M은 Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi 및 란탄족 금속(La, Ce을 제외)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, Ln은 Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb 및 Er로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소)으로 표시되는 알파 사이알론 형광체의 합성에 필요한 형광체 원료 분말을 칭량하여 카본 몰드에 투입하는 단계, 상기 형광체 원료 분말이 투입된 상기 카본 몰드를 방전 플라즈마 소결 장치의 챔버 내에 설치하고 상기 챔버 내부의 산소를 제거하는 단계, 상기 형광체 원료 분말을 가압 및 승온하여 소결을 수행하는 단계, 및 상기 소결에 의해 얻어진 소결체를 분쇄하여 상기 일반식의 조성을 갖는 형광체 분말을 얻는 단계를 포함하는 알파 사이알론 형광체의 제조방법이 제공된다.
다른 측면에 따르면, 일반식 Ca0.5m-xSi12-1.5mAl1.5mO0.5mN16-0.5m :Eux (식 중, 0<m<4, 0<x<0.4)으로 표시되는 알파 사이알론 형광체의 합성에 필요한 형광체 원료 분말을 방전 플라즈마 소결 장치로 소결하는 단계, 상기 소결 후 얻어진 소결체를 분쇄하여 상기 일반식의 조성을 갖는 형광체 분말을 얻는 단계, 및 상기 분쇄 후 환원 분위기에서 상기 형광체 분말을 후열처리하는 단계를 포함하는 알파 사이알론 형광체의 제조방법이 제공된다.
또 다른 측면에 따르면, 상술한 제조방법들에 의해 제조되는 알파 사이알론 형광체가 제공된다.
본 개시의 알파 사이알론 형광체의 제조방법에 따르면, 하기의 일반식을 갖는 형광체가 방전 플라즈마 소결법(spark plasma sintering, SPS)에 의해 제조될 수 있다.
M0.5m-xSi12-1.5mAl1.5mO0.5mN16-0.5m :Lnx
(식 중, 0<m<4, 0<x<0.4)
상기 형광체는 Si, Al, O, N의 조성을 갖는 화합물에 금속 M이 일정량 고용된 것으로, 이중 금속 M의 적어도 일부가 란탄족 금속 Ln으로 치환된 형태를 가질 수 있다.
상기 금속 M은 Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi 및 란탄족 금속(La, Ce을 제외)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소일 수 있으며, 상기 란탄족 금속 Ln은 Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb 및 Er로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소일 수 있다. 특히, 상기 금속 M 중 Ca을 사용하고, 상기 란탄족 금속 Ln 중 Eu을 사용한 형광체의 경우, 약 560 내지 590 nm의 파장범위를 갖는 황색 발광을 하므로, 흰색 발광 다이오드를 얻는 데 바람직하다.
SPS 장치를 이용하여 알파 사이알론 형광체를 제조할 경우, 실질적으로 단일상을 가지며 발광 강도가 매우 높은 알파 사이알론 형광체를 얻을 수 있다. 구체적으로 상기 알파 사이알론 형광체는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.
도 1은 방전 플라즈마 소결법을 이용한 알파 사이알론 형광체의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다. 도 1을 참조하면, S1 단계에서, 일반식 M0.5m-xSi12-1.5mAl1.5mO0.5mN16-0.5m :Lnx (식 중, 0<m<4, 0<x<0.4)으로 표시되는 알파 사이알론 형광체의 합성에 필요한 형광체 원료 분말을 칭량하여 카본 몰드에 투입한다. 이때 소결시 사용되는 카본 몰드와 카본 펀치 등 원료 분말과 접촉하는 부분을 보론질화물(BN)과 같은 질화물의 슬러리로 코팅함으로써 소결시 발생할 수 있는 탄소에 의한 오염을 최소화할 수 있다.
상기 형광체 원료 분말로서 상기 금속 M의 전구체 물질, 알루미늄(Al)의 전구체 물질, 질화규소 및 상기 란탄족 금속 Ln의 전구체 물질이 사용될 수 있다. 상기 금속 M의 전구체 물질은 상기 금속 M의 질화물, 산질화물, 산화물 또는 열분해에 의해 산화물이 되는 전구체 물질일 수 있다. 여기서 상기 금속 M은 Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi 및 란탄족 금속(La, Ce을 제외)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소일 수 있다.
상기 알루미늄의 전구체 물질은 질화알루미늄 및 산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 란탄족 금속 Ln의 전구체 물질은 상기 란탄족 금속 Ln의 질화물, 산질화물,산화물 또는 열분해에 의해 산화물이 되는 전구체 물질일 수 있다. 여기서, 상기 란탄족 금속 Ln은 Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb 및 Er로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소일 수 있다.
예를 들어 상기 알파 사이알론 형광체가 유로퓸(Eu)으로 도핑된 Ca-α- SiAlON일 경우, 상기 형광체 분말 원료로서 질화칼슘 분말, 산질화칼슘 분말 또는 산화칼슘 분말 중에서 선택된 Ca 전구체 물질에, 질화규소 분말, 질화알루미늄 분말, 및 산화유로퓸 분말이 함께 사용될 수 있다.
S2 단계에서, 상기 형광체 원료 분말이 투입된 상기 카본 몰드를 방전 플라즈마 소결 장치의 챔버 내에 설치하고 상기 챔버 내부의 산소를 제거한다. 산소를 제거하기 위해 진공을 걸어 상기 챔버 내의 압력을 50 내지 150 mbar로 유지할 수 있으며, 필요에 따라 질소 가스를 주입하여 분위기 제어할 수 있다.
S3 단계에서, 상기 형광체 원료 분말을 가압 및 승온하여 소결을 수행한다. 이때 승온 속도는 50 내지 200℃/분의 속도로 조절할 수 있으며, 도달 온도는 1400 내지 2000℃, 바람직하게는 1500 내지 1800℃, 더욱 바람직하게는 1500 내지 1600℃로 제어할 수 있다. 상기 온도 미만에서는 합성이 이루어지지 않고 상기 온도를 초과하면 탄소 침투에 의한 오염이 증가하여 형광 특성의 저하를 가져올 수 있다. 압력은 10 내지 50 MPa이 바람직하다. 상기 일정 온도에 도달한 후에는 1 내지 10분간 온도 및 압력 조건을 유지한 후 상기 챔버 내부의 압력을 제거하고 냉각하여 소결체를 얻는다.
S4 단계에서, 상기 소결 후 얻어진 소결체를 분쇄하여 상기 일반식의 조성을 갖는 형광체 분말을 얻는다. 상기 소결체를 분쇄하기 전에, 상기 소결체 표면의 카본 잔여물들을 없애기 위해 연마기를 이용하여 상기 소결체를 연마할 수 있다. 상기 소결체의 연마 후 알루미나 유발과 막자를 이용하여 분쇄를 수행할 수 있다.
S5 단계에서, 상기 분쇄 후 환원 분위기에서 상기 형광체 분말을 후열처리한 다. 상기 환원 분위기는 예를 들어, H2/N2 혼합 가스 또는 NH3/CH4 혼합 가스 분위기일 수 있다. 상기 후열처리는 상기 분쇄 공정으로부터 나타날 수 있는 상기 형광체 분말 입자의 결함 및 잔존 탄소를 제거하기 위한 것으로 방전 플라즈마 소결과 유사한 온도에서 수행될 수 있다. 상기 후열처리는 환원 분위기의 가스를 제어할 수 있는 장치, 예를 들어 알루미나 튜브 노와 같은 곳에서 수행될 수 있다. 상기 후열처리를 환원 분위기에서 하는 이유는 공기 중에서 열처리를 할 경우 활성제의 산화수가 높아지게 되어 발광효율이 떨어질 수 있기 때문이다. 예를 들어 활성제로 Eu를 사용할 경우, Eu2+로 존재하는 것이 공기 중에서 가열하면 Eu3+로 산화되어 발광효율이 떨어질 수 있다. 상기 후열처리는 1300 내지 1600℃의 온도, 바람직하게는 1400 내지 1600℃의 온도에서 1 내지 10 시간 동안, 바람직하게는 1 내지 5 시간, 더욱 바람직하게는 3 내지 5 시간 동안 유지함으로써 수행될 수 있다. 상기 온도 미만에서는 기존의 입자의 결함이 회복되지 않을 수 있고, 상기 온도를 초과하면 원하는 상 이외의 2차상이 발생할 수 있다. 상기 온도 및 시간에서 발광 특성이 우수할 수 있다.
상기 S5 단계는 생략될 수도 있으나, 상기 S5 단계를 방전 플라즈마 소결 공정과 결합하여 제조한 형광체는 더욱 우수한 발광효율을 가질 수 있다. 또한 상기 알파 사이알론 형광체가 높은 발광 효율을 갖도록 하는 m 및 x의 범위는 상술한 범위에서 적절하게 선택될 수 있다. 상술한 방법에 의해 제조된 단일상의 알파 사이알론 형광체는 표면 결함 및 잔존 탄소를 제어함에 따라 종래의 방법으로 제조된 알 파 사이알론 형광체에 비해 발광 특성이 뛰어나다.
이하, 상기 알파 사이알론 형광체의 조성, 소결온도, 후열처리 공정 등에 따른 광발광 특성을 다양한 실시예를 통해 살펴보기로 한다.
도 2는 m 값의 변화에 따른 본 개시의 알파 사이알론 형광체의 흡수 스펙트럼을나타낸 그래프이고, 도 3은 m 값의 변화에 따른 본 개시의 알파 사이알론 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. SPS를 이용하여 1600℃에서 5분간 유지하여 소결 및 분쇄하여 단일상의 Ca-α-SiAlON을 제조하였으며, 제조된 알파 사이알론 형광체는 상기 식에서 x = 0.05으로 하고 m = 1, 2, 3일 경우의 흡수 또는 발광 특성을 나타내고 있다. 일반적으로 Ca가 Ca-α-SiAlON 결정 격자 내에 도핑될 경우 약 1Å 크기의 침입형 자리(interstitial site)에 들어가게 되므로 고용 한계가 존재한다. 이러한 고용 한계에 따라 m의 범위가 정해질 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, m = 2인 경우, 알파 사이알론 형광체가 450nm 정도의 여기 파장에서 강한 흡수를 하고 있으며, 가장 좋은 광발광(PL) 세기를 나타낼 수 있다.
본 개시의 알파 사이알론 형광체는 방전 플라즈마 소결시의 온도에 따라 Ca-α-SiAlON 단일상의 형성패턴이 다르게 나타날 수 있다.
도 4는 방전 플라즈마 소결 온도에 따른 X선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, m=2, x=0.05인 알파 사이알론 형광체, 즉 Ca0.95Si9Al3ON15:Eu0.05 시료의 바람직한 소결온도는 1500 내지 1600℃이다. 칼슘 알파 사이알론 격자의 크기와 그 결정 구조가 확인된 표준참조물질의 값과 비교해보면 온도에 따른 단일상의 형성 유무를 확인 할 수 있다. 일반적으로 표준참조물질과 피크의 위치가 일치하면 단일상이 형성되었다고 할 수 있다. 이 경우 원하는 결정 구조가 형성되었다는 것을 의미하며 출발 원료 분말이 남아있거나 이차상이 형성된다면 도핑된 원소들이 발광하지 못하고 오히려 발광하는데 있어서 저해요소로 작용할 수 있다. 1500도 미만의 온도에서 소결할 경우, 출발 원료 분말이 남아 있어 완전한 단일상이 형성되지 않는다. 또한, 1600℃ 초과의 온도에서 소결할 경우, 출발 원료 물질의 증발 혹은 분해로 단일상이 나타나지 않는다.
도 5는 소결온도에 따른 알파 사이알론 형광체의 광발광 세기를 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 단일상을 나타내는 1500℃ 및 1600℃에서 높은 휘도를 가지며, 단일상이 형성되지 못하는 1400℃ 및 1700℃에서는 낮은 휘도를 가진다.
도 6은 Eu 도핑 농도에 따른 알파 사이알론 형광체의 X선 회절 분석 결과이다. 도 6을 참조하면, 1600℃에서 5분간 소결한 알파 사이알론 형광체(m=2)에 대해 Eu 도핑 농도 x를 0.01에서 0.4까지 변화시켜도 표준참조물질의 피크의 위치와 동일하여 상의 변화는 없는 것으로 나타난다.
도 7은 Eu 도핑 농도에 따른 알파 사이알론 형광체의 광발광 세기를 나타낸 그래프이다. 도 7을 참조하면, 450nm의 여기 파장에서, x = 0.01 내지 0.05 구간에서 도핑 농도가 증가함에 따라 광발광 세기가 급격하게 증가하는 것이 관찰되며, 0.1 이상의 구간에서는 도핑농도가 증가함에 따라 광발광 세기가 오히려 감소하는 것이 관찰된다. 특정한 이론에 구속되는 것은 아니지만 이러한 현상은 도핑 농도의 증가에 따라 격자 내의 도핑된 이온들 간의 거리가 임계 거리 이하가 될 경우 나타 나는 도핑 농도 퀘엔칭(doping concentration quenching)과 관련될 수 있다.
상술한 도 1 내지 도 7의 결과로부터, 방전 플라즈마 소결 장치를 이용할 경우 단일상의 Ca-α-SiAlON 형광체를 합성할 수 있으며, 최적의 발광 특성을 보이는 조성 및 조건의 일례는 다음과 같다.
[방전 플라즈마 소결: 1600℃에서 5분간 유지, 조성 Ca (m=2), Eu (x=0.05)]
이하, 형광체 분말 소결 후, 후열처리 공정의 효과에 대해 상세히 설명하고자 한다.
일 실시예로 1600℃에서 방전 플라즈마 소결한 Ca-α-SiAlON 형광체 분말에 대해 5% H2와 95% N2 혼합 가스의 환원분위기 하에서 1500℃로 후열처리할 수 있다. 상기 실시예의 조건에서 시간에 따른 발광 특성을 보기 위해 1500℃에서 1 시간 내지 10 시간 후처리하였다. 그 결과, 도면에 도시하지 않았지만, 1 시간부터 5 시간까지의 구간에서는 발광 특성이 증가하지만 그 이후에는 거의 같은 수준을 유지한다.
도 8은 후열처리 공정 유무에 따른 결정상 변화를 나타낸 X선 회절 결과이다. 도 8을 참조하면, 1600℃에서 방전 플라즈마 소결한 형광체 분말에 대해 5% H2와 95% N2 혼합 가스의 환원분위기 하에서 1500℃로 3시간 동안 후열처리한 결과 표준참조물질과 비교하면, 열처리 전의 단일상이 변화하지 않고 그대로 있음이 관찰된다. 따라서 후열처리 공정은 이미 만들어진 결정상에 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다. 상기 후열처리 공정은 방전 플라즈마 소결 공정과 결합하여 사용할 경 우 발광 특성이 크게 향상될 수 있다.
도 9는 가스압 소결법(비교예), 가스압 소결 후 열처리법(비교예 2), 방전 플라즈마 소결법(실시예 1), 및 방전 플라즈마 소결 후 열처리법(실시예 2)으로 제조된 형광체의 발광 특성을 나타낸 그래프이다. 형광체의 합성은 아래 표 1과 같은 조건에서 수행하였다.
표 1: Ca-α-SiAlON 형광체의 합성 조건
| 비교예 1 | 비교예 2 | 실시예 1 | 실시예 2 | |
| 소결 방식 | 가스압 소결(GPS) | 가스압 소결(GPS) | 방전 플라즈마 소결(SPS) | 방전 플라즈마 소결(SPS) |
| 소결 조건 | 1800℃, 2시간 유지 (0.9MPa N2) |
1800℃, 2시간 유지 (0.9MPa N2) |
1600℃, 5분 유지 (승온속도 100℃/분, 공냉) |
1600℃, 5분 유지 (승온속도 100℃/분, 공냉) |
| 후열처리 | 1500℃, 3시간 (환원분위기 5%H2/95%N2) |
1500℃, 3시간 (환원분위기 5%H2/95%N2) |
도 9를 참조하면, 실시예 1의 경우 비교예에 비해 발광 세기가 10% 향상된 값을 나타내었으며 실시예 2의 경우 비교예에 비해 발광 세기가 70% 향상된 값을 나타내었다. 따라서 방전 플라즈마 소결법이 종래 가스압 소결법에 비해 발광 효율이 높은 Ca-α-SiAlON 형광체를 제조하는 데 적합하며, 후열처리를 부가할 경우 발광 효율이 극대화될 수 있다.
도 10은 종래 상용 LED용 YAG:Ce3+ 형광체와 방전 플라즈마 소결 후 열처리 법으로 제조된 알파 사이알론 형광체의 발광 특성을 나타낸 그래프이다. 방전 플라즈마 소결법 (및 후열처리 방법)으로 제조된 형광체는 흰색 발광 다이오드를 구 현하는 데 사용되는 상용 YAG:Ce 형광체와도 비교하여 발광세기가 동일한 수준 혹은 약간 이상의 값 을 나타내며 오히려 색연출에 있어서 상용 YAG:Ce 형광체에 비해 적색부분 발광이 포함되어 보다 따뜻한 느낌의 조명용 흰색 발광 다이오드를 구현할 수 있다.
상기로부터, 본 개시의 다양한 실시예들이 예시를 위해 기술되었으며 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 개시된 상기 다양한 실시예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것은 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.
도 1은 방전 플라즈마 소결법을 이용한 알파 사이알론 형광체의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 2는 m 값의 변화에 따른 본 개시의 알파 사이알론 형광체의 여기 파장을 나타낸 그래프이다.
도 3은 m 값의 변화에 따른 본 개시의 알파 사이알론 형광체의 발광 세기를 나타낸 그래프이다.
도 4는 방전 플라즈마 소결 온도에 따른 X선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 5는 소결온도에 따른 알파 사이알론 형광체의 광발광 세기를 나타낸 그래프이다.
도 6은 Eu 도핑 농도에 따른 알파 사이알론 형광체의 X선 회절 분석 결과이다.
도 7은 Eu 도핑 농도에 따른 알파 사이알론 형광체의 광발광 세기를 나타낸 그래프이다.
도 8은 후열처리 공정 유무에 따른 결정상 변화를 나타낸 X선 회절 결과이다.
도 9는 가스압 소결법(비교예), 가스압 소결 후 열처리법(비교예 2), 방전 플라즈마 소결법(실시예 1), 및 방전 플라즈마 소결 후 열처리법(실시예 2)으로 제조된 형광체의 발광 특성을 나타낸 그래프이다.
도 10은 종래 상용 LED용 형광체 YAG:Ce3+와 방전 플라즈마 소결 후 열처리 법으로 제조된 알파 사이알론 형광체의 발광 특성을 나타낸 그래프이다.
Claims (12)
- 일반식 M0.5m-xSi12-1.5mAl1.5mO0.5mN16-0.5m :Lnx (식 중, 0<m<4, 0<x<0.4 이고, M은 Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi 및 란탄족 금속(La, Ce을 제외)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, Ln은 Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb 및 Er로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소)으로 표시되는 알파 사이알론 형광체의 합성에 필요한 형광체 원료 분말을 칭량하여 카본 몰드에 투입하는 단계;상기 형광체 원료 분말이 투입된 상기 카본 몰드를 방전 플라즈마 소결 장치의 챔버 내에 설치하고 상기 챔버 내부의 산소를 제거하는 단계;상기 형광체 원료 분말을 가압 및 승온하여 소결을 수행하는 단계; 및상기 소결에 의해 얻어진 소결체를 분쇄하여 상기 일반식의 조성을 갖는 형광체 분말을 얻는 단계를 포함하는 알파 사이알론 형광체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 분쇄 후 환원 분위기에서 상기 형광체 분말을 후열처리하는 단계를 더 포함하는 알파 사이알론 형광체의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 형광체 원료 분말은 상기 M의 전구체 물질, 알루미늄(Al)의 전구체 물질, 질화규소 및 상기 Ln의 전구체 물질을 포함하는 알파 사이알론 형광체의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 M은 Ca이고, 상기 Ln은 Eu로 표시되는 알파 사이알론 형광체의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 소결을 수행하는 단계는 50 내지 200℃/분의 승온 속도로 승온한 후 1400 내지 2000℃의 유지 온도에서 10 내지 50 MPa의 압력으로 가압하여 수행하는 알파 사이알론 형광체의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 환원 분위기는 H2/N2 혼합 가스 또는 NH3/CH4 혼합 가스인 알파 사이알론 형광체의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 후열처리는 1300 내지 1600℃의 온도에서 1 내지 10 시간 동안 유지하 여 수행되는 알파 사이알론 형광체의 제조방법.
- 일반식 Ca0.5m-xSi12-1.5mAl1.5mO0.5mN16-0.5m :Eux (식 중, 0<m<4, 0<x<0.4)으로 표시되는 알파 사이알론 형광체의 합성에 필요한 형광체 원료 분말을 방전 플라즈마 소결 장치로 소결하는 단계;상기 소결 후 상기 얻어진 소결체를 분쇄하여 상기 일반식의 조성을 갖는 형광체 분말을 얻는 단계; 및상기 분쇄 후 환원 분위기에서 상기 형광체 분말을 후열처리하는 단계를 포함하는 알파 사이알론 형광체의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 소결은 상기 형광체 원료 분말을 50 내지 200℃/분의 승온 속도로 승온한 후 1400 내지 2000℃의 유지 온도에서 10 내지 50 Mpa의 압력으로 가압하여 수행하는 알파 사이알론 형광체의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 환원 분위기는 H2/N2 혼합 가스 또는 NH3/CH4 혼합 가스인 알파 사이알론 형광체의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 후열처리는 1300 내지 1600℃의 온도에서 1 내지 10 시간 동안 유지하여 수행되는 알파 사이알론 형광체의 제조방법.
- 제 1 항, 제 2 항 또는 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 알파 사이알론 형광체.
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