KR20120063585A - Silicon nitride phosphor, method of fabricating the same and light device - Google Patents

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KR20120063585A KR1020100124606A KR20100124606A KR20120063585A KR 20120063585 A KR20120063585 A KR 20120063585A KR 1020100124606 A KR1020100124606 A KR 1020100124606A KR 20100124606 A KR20100124606 A KR 20100124606A KR 20120063585 A KR20120063585 A KR 20120063585A
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Abstract

PURPOSE: A silicon nitride phosphor, a manufacturing method thereof, and an optical device using thereof are provided to reduce variation of luminous intensity according to temperature and to provide high purity and high brightness red light. CONSTITUTION: A silicon nitride phosphor includes a compound which is represented by following chemical formula 1: Sr_(2-x)A_xSiN_4. The compound is excited by a first light and emits light. In the chemical formula 1, A is an activator which is a combination of more than one or two selected from Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb, and Er. X is greater than 0 and less than 2. A manufacturing method of the silicon nitride fluorescent substance comprises the following steps: a step of mixing carbonate precursor of metal M, nitride precursor of Si, and oxide precursor of an activator A; and a step of forming the silicon nitride fluorescent substance by sintering the mixed outcome.

Description

실리콘 질화물 형광체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 광 소자{Silicon nitride phosphor, method of fabricating the same and light device}Silicon nitride phosphor, method for manufacturing same, and optical device using the same {Silicon nitride phosphor, method of fabricating the same and light device}

본 발명은 실리콘 화합물을 주체로 하는 형광체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 실리콘 질화물 형광체, 및 이의 제조 방법과 이를 이용한 광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a phosphor mainly composed of a silicon compound, and more particularly, to a silicon nitride phosphor, a method for producing the same, and an optical device using the same.

최근 반도체 발광 다이오드와 같은 고상 발광 소자를 이용한 조명 장치 또는 화상 표시 장치에 대한 연구가 광범위하게 수행되고 있다. 상기 조명 장치 중 백색 발광 다이오드 램프는 종래의 백열 전구나 형광등을 대체하는 차세대 고효율 조명 장치로서 주목을 받고 있다. 상기 백색 발광 다이오드 램프는 그 효율에 기한 에너지 절감 효과뿐만 아니라 수은과 같은 환경 부담이 높은 물질의 사용을 배제할 수 있으며, 램프의 소형화가 가능하여 그 응용 범위가 다양하다.Recently, researches on lighting devices or image display devices using solid state light emitting devices such as semiconductor light emitting diodes have been widely conducted. Among the lighting devices, the white light emitting diode lamp is attracting attention as a next-generation high efficiency lighting device replacing a conventional incandescent light bulb or a fluorescent lamp. The white light emitting diode lamp can exclude the use of a material having a high environmental burden such as mercury as well as an energy saving effect due to its efficiency.

종래의 백색 발광 다이오드 램프는 청색 영역의 단파장 광을 발생하는 발광 다이오드 소자와 이 광의 일부 또는 전부를 흡수하여 여기됨으로써 장파장의 황색 광을 방출하는 형광체로 이루어진다. 이 경우, 백색 광은 상기 청색광 발광 다이오드가 발하는 청색광과 여기된 상기 형광체가 발생시키는 황색광이 혼합되어 얻어진다. 종래의 황색 발광 형광체에는, 세륨으로 활성화된 이트륨 및 알루미늄 으로 이루어진 가넷계 형광체가 있다. 그러나, 이들을 통하여 얻어지는 백색 광은 적색 성분이 부족하여 조명의 연색성 개선이 어렵다. 또한, 적색 성분의 부족으로 인하여, 종래의 황색 발광 형광체만으로는 전구와 유사한 수준의 낮은 색온도를 갖는 백색 조명 장치를 얻기 어려운 문제점이 있다.A conventional white light emitting diode lamp is composed of a light emitting diode element that generates short wavelength light in a blue region and a phosphor that absorbs some or all of the light to emit long wavelength yellow light. In this case, the white light is obtained by mixing the blue light emitted by the blue light emitting diode and the yellow light generated by the excited phosphor. Conventional yellow light emitting phosphors include garnet-based phosphors composed of yttrium and aluminum activated with cerium. However, the white light obtained through them lacks a red component, making it difficult to improve the color rendering of illumination. In addition, due to the lack of a red component, there is a problem that it is difficult to obtain a white lighting device having a low color temperature similar to that of a light bulb using only a conventional yellow light emitting phosphor.

전술한 바와 같이 연색성을 개선하고 낮은 색온도를 갖는 조명 장치를 얻기 위하여는 황색 형광체에 소량의 적색 형광체를 혼합하거나 황색 형광체 대신에 녹색 형광체와 적색 형광체를 사용할 수 있다. 이 경우, 우수한 색 순도를 갖는 적색 발광 형광체의 개발이 요구된다. 또한, 조명 소자 및 디스플레이 소자와 같은 광 소자에 긴 수명과 고출력을 보장하기 위해서는, 이에 적용될 적색 발광 형광체는 우수한 온도 안정성을 가질 필요가 있다.As described above, in order to improve the color rendering and obtain a lighting device having a low color temperature, a small amount of red phosphor may be mixed with the yellow phosphor, or a green phosphor and a red phosphor may be used instead of the yellow phosphor. In this case, development of a red light emitting phosphor having excellent color purity is required. In addition, in order to ensure long life and high power in optical devices such as lighting devices and display devices, the red light-emitting phosphor to be applied thereto needs to have excellent temperature stability.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 신규한 조성을 가지며, 온도에 따른 발광 강도 변화가 작아 고출력의 광소자에 응용가능한 실리콘 질화물계 형광체를 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a silicon nitride-based phosphor having a novel composition and small change in the emission intensity with temperature, which can be applied to high power optical devices.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 실리콘 질화물계 형광체로서 연색성의 개선을 위하여 고순도 및 고휘도의 적색광을 제공할 수 있는 적색 발광 형광체를 제공하는 것이다.In addition, another technical problem to be solved by the present invention is to provide a red light emitting phosphor capable of providing high purity and high luminance red light to improve color rendering as a silicon nitride phosphor.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 이점을 갖는 실리콘 질화물 형광체를 경제적으로 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a manufacturing method capable of economically manufacturing a silicon nitride phosphor having the aforementioned advantages.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 이점을 갖는 실리콘 질화물 형광체를 적용한 다양한 광 소자를 제공하는 것이다.In addition, another technical problem to be solved by the present invention is to provide various optical devices to which the silicon nitride phosphor having the above-described advantages is applied.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 질화물 형광체는, 제 1 광에 의해 여기되어 광을 방출하는 하기 화학식 1을 갖는 화합물을 포함하는 실리콘 질화물 형광체이다. Silicon nitride phosphor according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem is a silicon nitride phosphor comprising a compound having the formula (1) to be excited by the first light to emit light.

[화학식 1][Formula 1]

Sr2 - xAxSiN4 Sr 2 - x A x SiN 4

상기 A는 Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb 및 Er로 구성되어 있는 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합의 활성제이고, 0 < x < 2이다. A is an active agent of any one or two or more combinations selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb and Er, and 0 <x <2.

일부 실시예에서, 상기 A는 Eu 일 수 있다. 이 경우, 상기 실리콘 질화물 형광체는 적색 발광 형광체일 수 있다. 또한, 상기 적색 발광 형광체의 발광 피크는 623nm의 발광 피크를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 광은 근자외선 대역 및 청색광 대역 중 어느 하나 및 이들의 조합에 속하는 파장을 가질 수 있다.In some embodiments, A can be Eu. In this case, the silicon nitride phosphor may be a red light emitting phosphor. In addition, the emission peak of the red light-emitting phosphor may include an emission peak of 623nm. In addition, the first light may have a wavelength belonging to any one of a near ultraviolet band and a blue light band and a combination thereof.

본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 질화물 형광체는, 제 1 광에 의해 여기되어 광을 방출하는 하기 화학식 2를 갖는 화합물을 포함할 수 있다.Silicon nitride phosphor according to another embodiment of the present invention may include a compound having the formula (2) to be excited by the first light to emit light.

[화학식 2][Formula 2]

M2 - xAxSiN4 M 2 - x A x SiN 4

상기 M은 Sr, Ca, Ba 및 Mg로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합이고, 상기 A는 Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb 및 Er로 구성되어 있는 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합의 활성제이며, 0 < x < 2일 수 있다. 상기 실리콘 질화물 형광체는 탈산소된 것일 수 있다.M is any one or a combination of two or more selected from the group consisting of Sr, Ca, Ba and Mg, and A is any one or two selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb and Er It is an active agent of the above combination, and can be 0 <x <2. The silicon nitride phosphor may be deoxygenated.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 질화물 형광체의 제조 방법은, 금속 M의 탄산화물 전구체, Si의 질화물 전구체 및 활성화제 A의 산화물 전구체를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 결과물을 소결하여 하기 화학식 1의 화합물을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a silicon nitride phosphor, including: mixing a carbonate precursor of metal M, a nitride precursor of Si, and an oxide precursor of activator A; And sintering the mixed result to form a compound of Formula 1 below.

[화학식 3](3)

M2 - xAxSiN4 M 2 - x A x SiN 4

상기 M은 Sr, Ca, Ba 및 Mg로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합이며, 상기 A는 Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb 및 Er로 구성되어 있는 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합의 활성제이고, 0 < x < 2일 수 있다.M is any one or a combination of two or more selected from the group consisting of Sr, Ca, Ba and Mg, and A is any one or two selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb and Er It is an active agent of the above combination, and can be 0 <x <2.

일부 실시예에서, 상기 소결은 질소 분위기에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 소결은 1700 ℃ 내지 1800 ℃에서 수행될 수 있다.In some embodiments, the sintering can be performed in a nitrogen atmosphere. In addition, the sintering may be performed at 1700 ℃ to 1800 ℃.

일부 실시예에서, 상기 Sr의 탄산화물 전구체는 SrCO3을 포함하고, 상기 Si의 질화물 전구체는 Si3N4을 포함하며, 상기 Eu의 산화물 전구체는 Eu2O3를 포함한다.In some embodiments, the carbonate precursor of Sr comprises SrCO 3 , the nitride precursor of Si comprises Si 3 N 4 , and the oxide precursor of Eu comprises Eu 2 O 3 .

상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광 소자는, 근자외선 영역 및 청색 영역 중 적어도 어느 하나에 속하는 광을 방출하는 광원과 상기 광원의 광 경로 상에 배치되어 상기 광에 의해 여기되어 발광하는 전술한 형광체 화합물을 포함할 수 있다. 상기 광 소자는, 조명 소자 또는 디스플레이 소자일 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an optical device including a light source emitting light belonging to at least one of a near ultraviolet region and a blue region, and disposed on an optical path of the light source. It may include the above-described phosphor compound which is excited by and emits light. The optical device may be an illumination device or a display device.

본 발명의 실시예에 따른 실리콘 질화물 형광체는, 실리콘 질화물 결정의 강한 공유 결합 때문에, 온도에 따른 발광 강도 변화(themal quenching)가 작다. 또한, 상기 질화물 형광체는 N 리간드와 Eu2+ 와 같은 활성제 사이의 특징적인 공유 결합성 때문에 근자외선 영역과 청색 가시광선 영역에 걸친 넓은 여기 파장 범위를 갖게 되며, 고강도의 발광 효율을 갖는다. 이러한 작은 발광 강도 변화와 고강도의 발광 효율로부터 고출력의 광소자에 응용가능한 형광체가 제공될 수 있다. The silicon nitride phosphor according to the embodiment of the present invention has a small emission quenching with temperature due to strong covalent bonding of silicon nitride crystals. In addition, the nitride phosphor has a wide excitation wavelength range over the near ultraviolet region and the blue visible region because of the characteristic covalent bonding between the N ligand and the activator such as Eu2 +, and has high luminous efficiency. From such a small change in luminous intensity and high luminous efficiency, a phosphor applicable to a high output optical device can be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 질화물 형광체는, 결정 호스트의 금속 원소 및 이에 도핑되는 활성 원소를 적절히 선택함으로써, 620 nm 보다 큰 중심 파장을 갖는 발광 특성을 나타내기 때문에, 연색성을 개선하고 고효율 및 고휘도의 발광 특성을 갖는 형광체가 제공될 수 있다.In addition, the silicon nitride phosphor according to the embodiment of the present invention exhibits light emission characteristics having a center wavelength of greater than 620 nm by appropriately selecting the metal element of the crystal host and the active element doped thereto, thereby improving color rendering properties and improving efficiency. And a phosphor having high luminance emission characteristics.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 적색 발광 형광체의 제조 방법은, 고상법에 의해 전술한 실리콘 질화물 형광체를 경제적으로 제조 수 있다.In addition, according to the method of manufacturing a red light-emitting phosphor according to an embodiment of the present invention, the above-mentioned silicon nitride phosphor can be economically produced by a solid phase method.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광 소자는, 623 nm 영역에서 중심 파장을 갖는 적색 발광 형광체를 이용하여 백색 조명의 경우 낮은 색온도를 실현할 뿐만 아니라 연색성을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명의 적색 발광 형광체는 온도 의존성이 작아, 이를 이용함으로써 긴 수명을 가지면서도 고출력을 갖는 광 소자를 제공될 수 있다.
In addition, the optical device according to the embodiment of the present invention, by using a red light emitting phosphor having a center wavelength in the 623 nm region can realize a low color temperature in the case of white illumination as well as improve the color rendering. In addition, the red light-emitting phosphor of the present invention has a low temperature dependency, and by using the same, an optical device having a long lifetime and high output can be provided.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 β-Sr2SiN4 및 α'-Sr2SiN4의 X선 회절 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 β-Sr2SiN4:Eu 및 α'-Sr2SiN4:Eu의 여기(photoluminescence excitation; PLE) 스펙트럼이다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 320 nm, 377 nm 및 466 nm의 파장을 갖는 전자기파에 의해 여기된 시료들의 발광 스펙트럼들이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 β-Sr2SiN4:Eu의 열적 켄칭(thermal quenching) 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치인 캡슐형 조명 소자를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
1 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of β-Sr 2 SiN 4 and α′-Sr 2 SiN 4 according to Example 1 of the present invention.
2 is a photoluminescence excitation (PLE) spectrum of β-Sr 2 SiN 4 : Eu and α′-Sr 2 SiN 4 : Eu according to Example 1 of the present invention.
3A to 3C are emission spectra of samples excited by electromagnetic waves having wavelengths of 320 nm, 377 nm and 466 nm, respectively.
4 is a graph illustrating thermal quenching characteristics of β-Sr 2 SiN 4 : Eu according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view schematically showing an encapsulated lighting element that is an optical device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the inventive concept to those skilled in the art.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.In addition, in the following drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of description, the same reference numerals in the drawings refer to the same elements. As used herein, the term “and / or” includes any and all combinations of one or more of the listed items.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" may include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. Also, as used herein, "comprise" and / or "comprising" specifies the presence of the mentioned shapes, numbers, steps, actions, members, elements and / or groups of these. It is not intended to exclude the presence or the addition of one or more other shapes, numbers, acts, members, elements and / or groups.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Thus, the first member, part, region, layer or portion, which will be discussed below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.

본 발명의 적색 발광 형광체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.The red light-emitting phosphor of the present invention includes a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Sr2 - xAxSiN4 Sr 2 - x A x SiN 4

상기 A는 모체인 Sr2SiN4에 도핑된 Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb 및 Er로 구성되어 있는 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합의 활성제이며, 바람직하게는, 상기 활성제는 Eu이다. 또한, 0 < x < 2 이다. 본 명세서에서, 화학식 Sr2 -xAxSiN4은 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 또 다른 표현인 Sr2SiN4:Eu와 상호 호환적으로 사용된다.A is an active agent of any one or two or more combinations selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb, and Er doped with a parent Sr 2 SiN 4 , preferably, the active agent is Eu to be. In addition, 0 <x <2. In the present specification, the formula Sr 2 -x A x SiN 4 is used interchangeably with Sr 2 SiN 4 : Eu, which is another expression generally used in the art.

본 발명의 다른 실시예에 따른 형광체 화합물은, 전술한 형광체 화합물의 Sr 의 일부 또는 전부를 알칼리 금속, 즉, Ca, Ba, Mg 으로 치환한 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.The phosphor compound according to another embodiment of the present invention may include a compound represented by the following Chemical Formula 2 in which part or all of Sr of the above-described phosphor compound is substituted with an alkali metal, that is, Ca, Ba, or Mg.

[화학식 2][Formula 2]

M2 - xAxSiN4 M 2 - x A x SiN 4

상기 M은 Sr, Ca, Ba 및 Mg로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합이고, 상기 A는 Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb 및 Er로 구성되어 있는 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합의 활성제일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 활성제는 Eu 이다. 또한, 0 < x < 2 이다. 본 명세서에서, 화학식 M2 - xAxSiN4은 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 또 다른 표현인 M2SiN4:Eu와 상호 호환적으로 사용된다.
M is any one or a combination of two or more selected from the group consisting of Sr, Ca, Ba and Mg, and A is any one or two selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb and Er The active agent may be a combination of any of the above, and preferably, the active agent is Eu. In addition, 0 <x <2. In this specification, the formula M 2 - x A x SiN 4 is another expression of M 2 SiN 4 is generally used in the art, used as Eu and interchangeably.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 시료에 대한 분석 결과를 참조하여 본 발명의 특징들 및 이점들에 관하여 개시한다. 다만, 하기의 실시예들은 오직 예시적일 뿐, 본 발명을 한정하기 위함이 아니다.
Hereinafter, the features and advantages of the present invention will be described with reference to the analysis results for the samples prepared according to the embodiments of the present invention. However, the following examples are only illustrative and are not intended to limit the present invention.

실시예Example 1:  One: SrSr 22 SiNSiN 44 :: EuEu 의 제조Manufacture

본 발명의 실시예에 따른 실리콘 질화물 형광체 Sr2SiN4:Eu는 고상법에 의해 용이하게 제조될 수 있다. 고상법에 의해 위 실리콘 질화물 형광체를 제조하기 위해서, 상기 화학식 1에 포함된 각 원소들의 전구체를 준비한다. 상기 전구체는 각 원소의 산화물, 탄산화물, 질산화물, 수산화물 및 염화물일 수 있다. 바람직하게는, 상기 전구체는, Sr의 탄산화물, Si의 질화물 및 Eu의 산화물이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 Sr의 탄산염은 SrCO3이고, 상기 Si의 질화물은 Si3N4이며, 상기 Eu의 산화물은 Eu2O3일 수 있다. 상기 전구체들은 분말 형태로 제공될 수 있으며, 이들 분말의 혼합비는, 중심 원소인 Si의 첨가량을 1몰로 고정하였을 때, N이 4 몰이 되도록 선택될 수 있다. The silicon nitride phosphor Sr 2 SiN 4 : Eu according to the embodiment of the present invention can be easily produced by the solid phase method. In order to manufacture the silicon nitride phosphor by the solid phase method, a precursor of each element included in Chemical Formula 1 is prepared. The precursor may be an oxide, carbonate, nitrate, hydroxide and chloride of each element. Preferably, the precursor may be a carbonate of Sr, a nitride of Si and an oxide of Eu. For example, the carbonate of Sr may be SrCO 3 , the nitride of Si may be Si 3 N 4 , and the oxide of Eu may be Eu 2 O 3 . The precursors may be provided in powder form, and the mixing ratio of these powders may be selected such that N is 4 mol when the addition amount of Si, which is a central element, is fixed at 1 mol.

종래의 형광체 질화물의 제조시 일반적으로 금속 질화물이 사용되었지만, 본 발명에서는 금속 탄산화물 및 금속 산화물을 사용하여 중간 형광체 화합물을 제조하고, 이후 탈산소 공정을 통해 실리콘 질화물 형광체를 제조한다. 일반적으로 금속 질화물의 경우 원료가 고가이며, 원료 특성이 안정되지 못할 뿐만 아니라, 제조 공정이 복잡하다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 금속 질화물을 대체하여 금속 탄산화물 또는 금속 산화물을 전구체로 사용하기 때문에, 제조 비용이 감소될 뿐만 아니라, 안정된 원료 특성을 가지므로 단순한 공정에 의해 제조가 가능할 뿐만 아니라, 산화물을 이용하기 때문에 상압에서 형광체의 합성 공정이 수행될 수 있다.Although metal nitrides have generally been used in the manufacture of conventional phosphor nitrides, in the present invention, intermediate phosphor compounds are prepared using metal carbonates and metal oxides, and then silicon nitride phosphors are manufactured through a deoxygenation process. In general, in the case of metal nitride, the raw material is expensive, raw material properties are not stable, and the manufacturing process is complicated. However, according to the embodiment of the present invention, since metal carbonate or metal oxide is used as a precursor in place of metal nitride, not only the manufacturing cost is reduced but also the stable raw material property allows manufacturing by a simple process. In addition, since the oxide is used, the synthesis process of the phosphor at atmospheric pressure can be performed.

Sr2SiN4는 2가의 Eu 이온에 의해 활성화될 수 있다. Eu는 Sr을 치환하여 도핑될 수 있으며, 1몰의 Si에 대한 Eu의 첨가량은 0.0001몰 내지 0.5 몰이고, 바람직하게는, 0.01 몰 내지 0.2 몰일 수 있다. Eu의 첨가량이 0.0001몰 보다 작으면, 광전이가 용이하지 않으며, 0.5 몰 이상이면 농도 소광 현상으로 휘도가 낮아질 수 있다. 또한, Sr과 Eu의 비율을 조절함으로써 피크의 강도를 조절할 수 있다.Sr 2 SiN 4 can be activated by divalent Eu ions. Eu may be doped by substituting Sr, and the amount of Eu added to 1 mol of Si may be 0.0001 mol to 0.5 mol, and preferably 0.01 mol to 0.2 mol. When the amount of Eu added is less than 0.0001 mol, photoelectric transfer is not easy, and when the amount of Eu is 0.5 mol or more, the luminance may be lowered due to the concentration quenching phenomenon. In addition, the intensity of the peak can be adjusted by adjusting the ratio of Sr and Eu.

적합한 비율로 혼합된 혼합 분말이 준비되면, 이를 약 1700 ℃ 내지 1800 ℃, 바람직하게는, 1750 ℃에서 1 시간 내지 20 시간 동안 소결한다. 상기 소결 공정은 완전히 탈산소되도록 환원 분위기, 예를 들면, N2 분위기에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 소결 공정은 상압에서 수행될 수 있다. 선택적으로는, 상기 혼합 분말에 포함된 수분, 유기물 또는 일부 염의 착화합물과 같은 불순물을 제거시키면서 결정 성장을 촉진하기 위하여, 상기 소결 공정 전에, 상기 혼합 분할에 대하여, 비교적 낮은 온도, 예를 들면, 500 ℃ 내지 1000 ℃에서 1 시간 내지 10 시간 동안 소성 공정을 수행할 수도 있다. 상기 소성 공정, 또한, 환원 분위기에서 수행될 수 있다. Once the mixed powder has been prepared in a suitable proportion, it is sintered at about 1700 ° C. to 1800 ° C., preferably at 1750 ° C. for 1 to 20 hours. The sintering process may be performed in a reducing atmosphere, for example N 2 atmosphere, to be completely deoxygenated. In addition, the sintering process may be performed at normal pressure. Optionally, in order to promote crystal growth while removing impurities such as complexes of water, organics or some salts contained in the mixed powder, a relatively low temperature, e. The firing process may be performed at 1 ° C. to 1000 ° C. for 1 to 10 hours. The firing process may also be carried out in a reducing atmosphere.

상기 소결 공정에서 얻어진 소결체를 필요에 따라 분말 형태로 분쇄되고 세척 공정을 거칠 수 있다. 이와 같이, 얻어진 적색 발광 형광체 Sr2SiN4:Eu는 도 1을 참조하여 후술하는 바와 같이, β상 또는 α상의 결정 구조를 가질 수 있다.
The sintered body obtained in the sintering process may be pulverized into powder form and subjected to a washing process as necessary. Thus, the obtained red light emitting phosphor Sr 2 SiN 4 : Eu may have a crystal structure of β or α phase, as described later with reference to FIG. 1.

실시예Example 2:  2: MM 22 SiNSiN 44 :A의 제조Manufacture of A

전술한 실시예 1은 Sr2SiN4:Eu에 관한 것이지만, Sr의 전구체와 함께, 또는 이의 전부를 대체하여 다른 알카리 금속의 전구체, 예를 들면, Ca, Ba 및 Mg의 전구체들 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 사용하여, 화학식 M2SiN4:A (상기 M은 Sr, Ca, Ba 및 Mg로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 2 이상의 조합임, 상기 A는 Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb 및 Er로 구성되어 있는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 2 이상의 조합의 활성제임)을 갖는 적색 발광 형광체를 제조할 수 있다.Example 1 described above relates to Sr 2 SiN 4 : Eu, but with, or in place of, all of the precursors of other alkali metals, for example any of the precursors of Ca, Ba and Mg or Using these combinations, the formula M 2 SiN 4 : A (wherein M is one or two or more combinations selected from the group consisting of Sr, Ca, Ba and Mg, wherein A is Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Red luminescent phosphors having one or two or more combinations of activators selected from the group consisting of Yb and Er.

상기 화학식에 포함된 각 원소들의 전구체는 각 원소의 산화물, 탄산화물, 질산화물, 수산화물 및 염화물일 수 있다. 예를 들면, 각 원소들의 전구체로서, 상기 M의 탄산화물, Si의 질화물 및 Eu의 산화물이 사용될 수 있다. Precursors of the elements included in the chemical formula may be oxides, carbonates, nitrates, hydroxides and chlorides of each element. For example, as the precursors of the respective elements, the carbonate of M, the nitride of Si and the oxide of Eu may be used.

상기 전구체들은 분말 형태로 제공될 수 있으며, 이들 분말의 혼합비는, 중심 원소인 Si의 첨가량을 1몰로 고정하였을 때, N이 4 몰이 되도록 선택될 수 있다. 또한, 이들 전구체들은 분말 형태로 제공될 수 있으며, 이들 분말의 혼합비는, 중심 원소인 Si의 첨가량을 1몰로 고정하였을 때, N이 4 몰이 되도록 선택될 수 있다. The precursors may be provided in powder form, and the mixing ratio of these powders may be selected such that N is 4 mol when the addition amount of Si, which is a central element, is fixed at 1 mol. In addition, these precursors may be provided in powder form, and the mixing ratio of these powders may be selected such that N is 4 mol when the addition amount of Si, which is a central element, is fixed at 1 mol.

전술한 실시예 1에서 설명한 소결 공정과, 선택적으로는 소결 전 소성 공정을 통하여, 상기 실시예 2에 따른 형광체 화합물이 제조될 수 있다. 또한, 상기 소결 공정 및/또는 소성 공정은 상압에서 수행될 수 있다.The phosphor compound according to Example 2 may be prepared through the sintering process described in Example 1 and optionally, a sintering process before sintering. In addition, the sintering process and / or the firing process may be performed at normal pressure.

전술한 실시예들은 고상법에 관한 것이지만, 이는 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 당업자라면, 공지의 액상법 또는 기상법에 의해 본 발명의 적색 발광 형광체가 제조될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Although the above-described embodiments relate to the solid state method, this is exemplary and the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art will appreciate that the red light emitting phosphor of the present invention can be produced by known liquid phase or vapor phase methods.

비교예Comparative example 1:  One: SrSr 22 SiOSiO 44 :: EuEu 의 제조Manufacture

본 발명의 실시예에 따른 질화물 형광체인 적색 발광 형광체의 특성 분석을 위하여, 비교 샘플로서 중심 원소 Si에 대하여 4 몰의 O를 갖는 실리케이트계 형광체인 Sr2SiO4:Eu 형광체(비교예 1)를 고상법에 의해 제조하였다.
For the characterization of the red light emitting phosphor, which is a nitride phosphor according to an embodiment of the present invention, Sr 2 SiO 4 : Eu phosphor (Comparative Example 1), which is a silicate-based phosphor having 4 mol of O relative to the center element Si, was used as a comparative sample. It prepared by the solid state method.

비교예Comparative example 2:  2: SrSr 22 SiSi (( ONON )) 44 :: EuEu 의 제조Manufacture

본 발명의 실시예에 따른 질화물 형광체인 적색 발광 형광체의 특성 분석을 위하여, 또 다른 비교 샘플로서 일부의 N가 O로 치환된 산소질화물계 형광체인 Sr2Si(ON)4:Eu 형광체(비교예 2)를 고상법에 의해 제조하였다.
For the characterization of the red light emitting phosphor, which is a nitride phosphor according to an embodiment of the present invention, as another comparative sample, Sr 2 Si (ON) 4 : Eu phosphor, an oxynitride-based phosphor in which a portion of N is substituted with O (Comparative Example) 2) was prepared by the solid phase method.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 β-Sr2SiN4(곡선 L1) 및 α'-Sr2SiN4(곡선 L2)의 X선 회절 분석 결과를 나타내는 그래프이다. 도 1에서, 곡선 L1과 L2에 대비되는 곡선 R1 및 R2는 각각 비교예 1인 α'-Sr2SiO4과 비교예 2인 (α'+β)-Sr2Si(ON)4:Eu의 X선 회절 분석 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에, JCPDS(Joint Committee on Power Diffraction Standards) 카드 상의 β-Sr2SiO4(#38-0271) 및 α'-Sr2SiO4(#39-1256)의 X 선 회절 분석 결과를 추가하였다.1 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of β-Sr 2 SiN 4 (curve L1) and α′-Sr 2 SiN 4 (curve L2) according to Example 1 of the present invention. In FIG. 1, the curves R1 and R2 compared to the curves L1 and L2 are the values of α′-Sr 2 SiO 4 of Comparative Example 1 and (α ′ + β) -Sr 2 Si (ON) 4 : Eu of Comparative Example 2, respectively. X-ray diffraction analysis results are shown. In addition, Fig. 1 shows the results of X-ray diffraction analysis of β-Sr 2 SiO 4 (# 38-0271) and α'-Sr 2 SiO 4 (# 39-1256) on a Joint Committee on Power Diffraction Standards (JCPDS) card. Added.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단일상의 β-Sr2SiN4(곡선 L1) 및 α'-Sr2SiN4(곡선 L2) 각각 JCPDS 카드 상의 β-Sr2SiO4(#38-0271) 및 α'-Sr2SiO4(#39-1256)과 거의 동일한 회절 패턴을 갖는 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1에 따른 β-Sr2SiN4 및 α'-Sr2SiN4는 실리케이트계 형광체인 β-Sr2SiO4 및 α'-Sr2SiO4과 각각 동일한 결정 구조를 갖는 것으로 예측된다. Referring to FIG. 1, β-Sr 2 SiN 4 (curve L1) and α'-Sr 2 SiN 4 (curve L2) of a single phase according to an embodiment of the present invention, respectively, β-Sr 2 SiO 4 (# 38) on a JCPDS card. -0271) and α'-Sr 2 SiO 4 (# 39-1256). Therefore, β-Sr 2 SiN 4 and α'-Sr 2 SiN 4 according to Example 1 are expected to have the same crystal structures as β-Sr 2 SiO 4 and α'-Sr 2 SiO 4 , respectively, which are silicate-based phosphors. .

도 1에서, 곡선 R1을 참조하면, 제조된 Sr2SiO4:Eu(비교예 1)는 JSPDS 상의 패턴으로부터 α' 상을 가짐을 알 수 있다. 마찬가지로, 곡선 R2를 참조하면, 제조된 Sr2Si(ON)4:Eu(비교예 2)에는 α' 상과 β 상이 공존함을 알 수 있다.In FIG. 1, referring to the curve R1, it can be seen that the manufactured Sr 2 SiO 4 : Eu (Comparative Example 1) has an α ′ phase from the pattern on the JSPDS. Similarly, referring to the curve R2, it can be seen that the α 'phase and the β phase coexist in the manufactured Sr 2 Si (ON) 4 : Eu (Comparative Example 2).

실시예 1에 따른 질화물계 형광체는 비교예 1의 실리케이트계 형광체와 동일한 결정 구조를 갖지만, 후술하는 바와 같이 실시예 1에 따른 질화물계 형광체는 상기 실리케이트계 형광체의 발광 특성과 현저하게 구별되는 발광 특성을 갖는다. 이하에서는, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 시료에 대한 광학 특성에 대하여 개시한다.
The nitride phosphor according to Example 1 has the same crystal structure as that of the silicate phosphor of Comparative Example 1, but the nitride phosphor according to Example 1 has a luminescent property that is remarkably distinguished from the light emitting characteristics of the silicate phosphor as described below. Has Below, the optical characteristic with respect to the sample of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 is disclosed.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 β-Sr2SiN4:Eu(곡선 L1) 및 α'-Sr2SiN4:Eu (곡선 L2)의 여기(photoluminescence excitation; PLE) 스펙트럼이다. 도 2에서, 곡선 R1 및 R2는 각각 비교예 1의 α'-Sr2SiO4:Eu과 비교예 2의 Sr2Si(ON)4:Eu의 여기 스펙트럼이다. 이들 여기 스펙트럼은 자외선 영역인 200 nm와 500 nm 사이의 파장 범위에서 측정되었다.2 is a photoluminescence excitation (PLE) spectrum of β-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L1) and α′-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L2) according to Example 1 of the present invention. In FIG. 2, curves R1 and R2 are excitation spectra of α′-Sr 2 SiO 4 : Eu of Comparative Example 1 and Sr 2 Si (ON) 4 : Eu of Comparative Example 2, respectively. These excitation spectra were measured in the wavelength range between 200 nm and 500 nm in the ultraviolet region.

도 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 적색 발광 형광체, β-Sr2SiN4:Eu(곡선 L1) 및 α'-Sr2SiN4:Eu (곡선 L2)의 경우, 근자외선 영역은, 물론, 단파장 가시광선 영역(청색 가시광선 영역)에서, 장파장으로 갈수록 점차로 여기 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, β상의 Sr2SiN4:Eu(곡선 L1)가 α' 상의 Sr2SiN4:Eu (곡선 L2) 보다 다소 높은 강도를 갖는 것이 관찰되었다. Referring to FIG. 2, in the case of the red light-emitting phosphor according to Example 1, β-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L1) and α′-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L2), as well as the near ultraviolet region, In the short wavelength visible light region (blue visible light region), the excitation intensity gradually increases toward the longer wavelength. It was also observed that the Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L1) on β had a somewhat higher intensity than the Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L2) on α '.

최근, 근자외선 영역과 단파장 가시 광선 영역에서 고휘도 발광이 가능한 InGaN계 다이오드가 주목을 받고 있다. 본 발명의 실시예에 따른 β-Sr2SiN4:Eu 및 α'-Sr2SiN4:Eu 경우, 근자외선 영역 뿐만 아니라 단파장 가시광선 영역에서도 높은 흡수 강도를 갖기 때문에, 이를 이용하면 고효율을 가지면서 고휘도 발광이 가능한 광 소자를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.Recently, InGaN-based diodes capable of high luminance emission in the near ultraviolet region and the short wavelength visible light region have attracted attention. In the case of β-Sr 2 SiN 4 : Eu and α'-Sr 2 SiN 4 : Eu according to the embodiment of the present invention, since it has high absorption intensity not only in the near ultraviolet region but also in the short wavelength visible region, it has high efficiency. It is expected that an optical device capable of high luminance light emission can be obtained.

비교예 1인 α'-Sr2SiO4:Eu의 스펙트럼(곡선 R1)을 참조하면, 322 nm와 377 nm에서 각각 피크가 발생된다. 320 nm에서의 피크는 Sr(I) 자리에 의한 것이며, 377 nm는 Sr(II) 자리에 의한 것이다. 곡선 R1는, 곡선 L1 및 L2와 달리, 370 nm 근처에서 장파장 쪽으로 갈수록 여기 강도가 급격히 감소한다. 이것은 α'-Sr2SiO4:Eu의 전자쌍의 여기 에너지에 대응하는 파장이 자외선 영역에 있기 때문인 것으로 예측된다. 그에 따라, 비교예 1의 α'-Sr2SiO4:Eu(곡선 R1)의 흡수 강도는, 400 nm 이상에서, 파장이 길어짐에 따라 급격히 감소된다.Referring to the spectrum (curve R1) of α'-Sr 2 SiO 4 : Eu of Comparative Example 1, peaks are generated at 322 nm and 377 nm, respectively. The peak at 320 nm is due to the Sr (I) site and 377 nm is due to the Sr (II) site. The curve R1, unlike the curves L1 and L2, rapidly decreases the excitation intensity toward the long wavelength near 370 nm. This is predicted because the wavelength corresponding to the excitation energy of the electron pair of α'-Sr 2 SiO 4 : Eu is in the ultraviolet region. Thus, Comparative Example 1 of the α'-Sr 2 SiO 4: absorption intensity of Eu (curve R1) is, and is rapidly decreased in accordance with the above 400 nm, the wavelength becomes longer.

비교예 2의 산소질화물계 형광체인 Sr2Si(ON)4:Eu의 스펙트럼(곡선 R2)을 참조하면, 370 nm 이후에서도 여기 강도가 감소되지 않고 평탄한 형태를 갖는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 비교예 2의 Sr2Si(ON)4:Eu(곡선 R2)의 경우, 여기 강도는 β-Sr2SiN4:Eu(곡선 L1) 및 α'-Sr2SiN4:Eu (곡선 L2)보다 50 % 미만으로 현저히 작다.
Referring to the spectrum (curve R2) of Sr 2 Si (ON) 4 : Eu, which is an oxynitride-based phosphor of Comparative Example 2, it can be confirmed that even after 370 nm, the excitation intensity does not decrease and has a flat form. However, in the case of Sr 2 Si (ON) 4 : Eu (curve R2) of Comparative Example 2, the excitation strengths are β-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L1) and α′-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L2 Significantly less than 50%).

도 3a 내지 도 3c는 각각 320 nm, 377 nm 및 466 nm의 파장을 갖는 전자기파에 의해 여기된 시료들의 발광 스펙트럼들이다.3A to 3C are emission spectra of samples excited by electromagnetic waves having wavelengths of 320 nm, 377 nm and 466 nm, respectively.

도 3a를 참조하면, 실시예 1에 따른 적색 형광체, β-Sr2SiN4:Eu(곡선 L1)는 320 nm의 파장의 광에 의한 여기시 623 nm에서 단일 피크를 갖는 스펙트럼을 갖는다. 마찬가지로, α'-Sr2SiN4:Eu (곡선 L2)도 623 nm에서만 피크가 관찰된다. 종래의 LDE 조명 소자에서, 백색 광의 연색 지수를 향상시키기 위하여, 적색 발광 형광체의 발광 파장이 620 nm 내지 630 nm이 될 때, 가장 유효한 것으로 알려져 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 발광 파장이 623 nm이기 때문에 우수한 색순도를 확보할 수 있다.Referring to FIG. 3A, the red phosphor, β-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L1) according to Example 1, has a spectrum having a single peak at 623 nm upon excitation by light having a wavelength of 320 nm. Similarly, a peak is observed only at 623 nm in α'-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L2). In the conventional LDE lighting element, in order to improve the color rendering index of white light, it is known that it is most effective when the emission wavelength of the red light emitting phosphor becomes 620 nm to 630 nm. According to the embodiment of the present invention, since the emission wavelength is 623 nm, excellent color purity can be ensured.

비교예 1에 따른 α'-Sr2SiO4:Eu(곡선 R1)의 경우, 623 nm에서는 피크가 관찰되지 않으며, 황색 가시광선 영역인 477 nm와 534 nm에서만 피크가 관찰된다. 이들 피크들 중 477 nm의 피크는 Sr(I) 자리에 의한 것이며, 534 nm의 피크는 Sr(II) 자리에 의한 발광 파장이다. 본 발명의 실시예에 따른 적색 발광 형광체인 β-Sr2SiN4:Eu(곡선 L1) 및 α'-Sr2SiN4:Eu (곡선 L2)와 비교예 1의 실리케이트 화합물은 결정 구조는 동일하지만, 상기 적색 발광 형광체는 상기 실리케이트 형광체에서 나타나는 477 nm 및 534 nm의 특징적인 피크를 갖지 않으며, 상기 실리케이트 형광체는 상기 적색 발광 형광체가 갖는 623 nm의 특징적인 피크를 갖니 않음을 주목하여야 한다.In the case of α'-Sr 2 SiO 4 : Eu (curve R1) according to Comparative Example 1, no peak is observed at 623 nm, and only a peak is observed at 477 nm and 534 nm, which are yellow visible light regions. Of these peaks, the peak at 477 nm is due to the Sr (I) site and the peak at 534 nm is the emission wavelength due to the Sr (II) site. Although the silicate compounds of β-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L1) and α'-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L2), which are red light emitting phosphors according to an embodiment of the present invention, have the same crystal structure, It should be noted that the red light emitting phosphor does not have characteristic peaks of 477 nm and 534 nm appearing in the silicate phosphor, and the silicate phosphor does not have a characteristic peak of 623 nm that the red light emitting phosphor has.

질소가 산소로 일부 치환된 구조를 갖는 비교예 2인 산소질화물계 형광체 Sr2Si(ON)4:Eu(곡선 R2)의 경우, Sr(I)에 의한 477 nm의 파장에서 발광 피크가 관찰되고 Sr(II)에 의한 발광 피크는 605 nm의 파장에서 관찰된다. 비교예 2의 스펙트럼(곡선 R2)으로부터, 질소의 일부가 산소로 치환되면, 본 발명의 실시예에 따른 형광체가 갖는 특징적인 623 nm의 중심 파장을 갖는 스펙트럼을 얻지 못하는 것을 알 수 있다. In the case of the oxynitride-based phosphor Sr 2 Si (ON) 4 : Eu (curve R2) of Comparative Example 2 having a structure in which nitrogen was partially substituted with oxygen, an emission peak was observed at a wavelength of 477 nm by Sr (I). The luminescence peak by Sr (II) is observed at a wavelength of 605 nm. From the spectrum of the comparative example 2 (curve R2), it can be seen that when a part of nitrogen is replaced with oxygen, a spectrum having a characteristic 623 nm center wavelength of the phosphor according to the embodiment of the present invention cannot be obtained.

도 3b를 참조하면, 실시예 1의 β-Sr2SiN4:Eu(곡선 L1) 및 α'-Sr2SiN4:Eu (곡선 L2)는 모두 377 nm의 여기 파장에서도, 623 nm의 단일 피크를 갖는 발광 특성을 갖는다. 마찬가지로, 477 nm 및 534 nm 에서는 피크가 나타나지 않는다.Referring to FIG. 3B, the β-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L1) and α′-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L2) of Example 1 were both single peaks of 623 nm, even at an excitation wavelength of 377 nm. It has a light emission characteristic having. Likewise, no peaks appear at 477 nm and 534 nm.

이와 대조적으로, 비교예 1의 α'-Sr2SiO4:Eu(곡선 R1)의 경우, Sr(I) 자리에 의한 477 nm의 피크와 Sr(II) 자리에 의한 534 nm에서 발광 피크가 여전히 나타난다. 도 3a에 도시된 320 nm의 여기 파장 특성과 비교시, α'-Sr2SiO4:Eu(곡선 R1)는 477 nm 파장의 발광 강도보다 533 nm 파장의 발광 강도가 더 큼을 알 수 있다. 비교예 2의 산소질화물계 형광체 Sr2Si(ON)4:Eu(곡선 R2)의 경우, Sr(I)에 의한 477 nm의 발광 파장의 강도는 감소되며, Sr(II)에 의한 발광 파장은 605 nm에서 비교적 강하게 관찰된다. 그러나, 605 nm의 발강 강도는 실시예 1의 발강 강도보다 작다. In contrast, for α′-Sr 2 SiO 4 : Eu (curve R1) of Comparative Example 1, the peak at 477 nm by the Sr (I) site and the emission peak at 534 nm by the Sr (II) site are still present. appear. Compared with the excitation wavelength characteristic of 320 nm shown in FIG. 3A, it can be seen that α′-Sr 2 SiO 4 : Eu (curve R1) has a larger emission intensity at a wavelength of 533 nm than an emission intensity of 477 nm. In the case of the oxygen nitride phosphor Sr 2 Si (ON) 4 : Eu (curve R2) of Comparative Example 2, the intensity of the emission wavelength of 477 nm by Sr (I) is decreased, and the emission wavelength by Sr (II) is It is observed relatively strongly at 605 nm. However, the luminescence intensity of 605 nm is smaller than that of Example 1.

도 3c를 참조하면, 실시예 1에 따른 적색 형광체인 β-Sr2SiN4:Eu(곡선 L1) 및 α'-Sr2SiN4:Eu (곡선 L2)의 경우, 466 nm의 여기 파장에서도 여전히 623 nm의 단일 피크가 관찰되었다. 비교예 1의 α'-Sr2SiO4:Eu(곡선 R1)의 경우, Sr(I) 자리에 의한 477 nm의 피크는 사라지고, Sr(II) 자리에 의한 발광 파장만이 540 nm로 이동되어 나타났다. 비교예 2의 산소질화물계 형광체 Sr2Si(ON)4:Eu(곡선 R2)의 경우에는, Sr(I)에 의한 477 nm의 발광 파장은 사라지고, Sr(II)에 의한 발광 파장이 605 nm로 이동되어 관찰되었다. Referring to FIG. 3C, for the red phosphors β-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L1) and α′-Sr 2 SiN 4 : Eu (curve L2) according to Example 1, still at an excitation wavelength of 466 nm A single peak of 623 nm was observed. In the case of α'-Sr 2 SiO 4 : Eu (curve R1) of Comparative Example 1, the peak at 477 nm due to the Sr (I) site disappears, and only the emission wavelength due to the Sr (II) site is shifted to 540 nm. appear. In the case of the oxygen nitride phosphor Sr 2 Si (ON) 4 : Eu (curve R2) of Comparative Example 2, the emission wavelength of 477 nm by Sr (I) disappears, and the emission wavelength by Sr (II) is 605 nm. It was moved to and observed.

도 3a 내지 도 3c로부터, 상기 산소질화물계 형광체의 경우 여기 전자기파의 파장을 자외선 영역으로부터 청색 영역으로 증가시킬 경우, 장파장의 발광 특성을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 그러나, 상기 산소질화물계 형광체의 발광 파장은 여전히 620 nm 이하의 황색 가시광선 영역에 존재하며, 본 발명의 실시예에 따른 적색 발광 형광체와 비교시, 620 nm 이상에서 상기 산소질화물계 형광체의 발광 강도는 50 % 이하이다.3A to 3C, it can be seen that in the case of the oxynitride-based fluorescent material, when the wavelength of the excitation electromagnetic wave is increased from the ultraviolet region to the blue region, the light emission characteristics of the long wavelength can be obtained. However, the emission wavelength of the oxynitride-based phosphor is still present in the yellow visible light region of 620 nm or less, compared with the red luminescent phosphor according to the embodiment of the present invention, the emission intensity of the oxynitride-based phosphor at 620 nm or more Is less than 50%.

도 3a 내지 도 3c로부터, 본 발명의 실시예에 따른 적색 형광체인 β-Sr2SiN4:Eu 및 α'-Sr2SiN4:Eu는, 320 nm 및 377 nm가 속하는 근자외선 영역과 450 nm 및 466 nm가 속하는 청색 가시광선 영역의 여기 광에서, 모두 623 nm에서 발광 중심 파장을 가지며, 620 nm와 630 nm 영역에서 90% 이상의 높은 발광 강도를 얻을 수 있다. 3A to 3C, β-Sr 2 SiN 4 : Eu and α′-Sr 2 SiN 4 : Eu, which are red phosphors according to the exemplary embodiment of the present invention, are near-ultraviolet region belonging to 320 nm and 377 nm, and 450 nm. And the excitation light in the blue visible light region to which 466 nm belongs, all have an emission center wavelength at 623 nm, and high emission intensity of 90% or more can be obtained in the 620 nm and 630 nm regions.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 질화물 형광체는 고순도의 적색 발광이 가능하여, 이를 이용하여 연색성이 개선되고 낮은 색온도를 갖는 백색 조명 장치가 제공될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 질화물 형광체는, 산소질화물계 형광체인 Sr2Si(ON)4:Eu와 비교시, 더 높은 발광 강도를 가지기 때문에, 색순도와 함께 휘도의 향상도 얻을 수 있는 이점이 있다.Therefore, the silicon nitride phosphor according to the embodiment of the present invention is capable of high purity red light emission, thereby improving color rendering and providing a white lighting device having a low color temperature. In addition, the silicon nitride phosphor according to the embodiment of the present invention has higher emission intensity as compared with Sr 2 Si (ON) 4 : Eu, which is an oxynitride-based phosphor, so that the luminance can be improved along with the color purity. There is an advantage.

일반적으로, 형광체는 일정 비율의 고상 원료들을 혼합하여, 고온에서 장시간 열처리를 거치는 고상법이 사용된다. 상기 고상법에서는 미반응상이나 부가적인 2 차상이 존재하지 않는 순수한 단일상 형광체를 수득하기 위하여 알카리계 염화물, 알칼리계 불화물과 같은 용제(flux)가 사용된다. 본 발명의 실시예에 따른 적색 발광 형광체인 β-Sr2SiN4:Eu 및 α'-Sr2SiN4:Eu 는 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 결정상이 서로 상이함에도 불구하고, 동일하게 623 nm의 중심 파장을 갖는 발광 특성을 가지므로, 이들 형광체를 제조하는 동안 단일 상을 얻기 위한 공정 부담이 감소되거나 제거될 수 있다.In general, a solid phase method in which a phosphor is mixed with a predetermined ratio of solid phase raw materials and subjected to a long heat treatment at a high temperature is used. In the solid phase method, fluxes such as alkali chlorides and alkali fluorides are used to obtain pure single-phase phosphors in which unreacted or additional secondary phases do not exist. Β-Sr 2 SiN 4 : Eu and α′-Sr 2 SiN 4 : Eu, which are red light emitting phosphors according to an embodiment of the present invention, are the same, although the crystal phases are different from each other, as shown in FIGS. 3A to 3C. Since it has light emission characteristics with a center wavelength of 623 nm, the process burden for obtaining a single phase can be reduced or eliminated during the production of these phosphors.

도 3a 내지 도 3c에서는 Sr2SiN4:Eu에 관한 것이지만, Sr 대신에, 또는 이와 함께 Ca, Ba 및 Mg 중 적어도 어느 하나가 치환된 실리콘 질화물 형광체인 M2SiN4:Eu에서도 동일한 결정성으로 인하여 고순도 및 고휘도의 적색 발광 특성을 가질 수 있다.In FIGS. 3A to 3C, Sr 2 SiN 4 : Eu is related, but M 2 SiN 4 : Eu, which is a silicon nitride phosphor in which at least one of Ca, Ba, and Mg is substituted instead or with Sr, has the same crystallinity. Due to this, it may have a red light emitting property of high purity and high brightness.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 β-Sr2SiN4:Eu의 열적 켄칭(thermal quenching) 특성을 나타내는 그래프이다. 여기 전자기파의 파장은 450 nm이며, 상온에서 150 ℃까지 온도를 상승시키면서 623 nm 파장을 갖는 발광 파장의 강도 변화를 측정하였다. 4 is a graph illustrating thermal quenching characteristics of β-Sr 2 SiN 4 : Eu according to an embodiment of the present invention. The wavelength of the excitation electromagnetic wave was 450 nm, and the intensity change of the light emission wavelength having a wavelength of 623 nm was measured while increasing the temperature from room temperature to 150 ° C.

도 4를 참조하면, 상온을 기준(기준 값=1)으로 150 ℃까지 온도가 상승되는 동안 발광 파장의 강도 변화는 10 % 미만이었다. 측정된 CIE(Commission International de I' Eclarge, 국제조명위원회) 색좌표는 (0.6433, 0.3510)이다. 도 4의 결과로부터, 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 질화물 형광체는 고출력의 광소자에 적합함을 알 수 있다.
Referring to FIG. 4, the intensity change of the emission wavelength was less than 10% while the temperature was raised to 150 ° C. based on room temperature (reference value = 1). The measured CIE (Commission International de I 'Eclarge) color coordinate is (0.6433, 0.3510). From the results of FIG. 4, it can be seen that the silicon nitride phosphor according to the embodiment of the present invention is suitable for a high output optical device.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치인 캡슐형 조명 소자를 개략적으로 도시하는 단면도이다.5 is a cross-sectional view schematically showing an encapsulated lighting element that is an optical device according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 조명 소자(100)는 광을 방출하는 광원(10)과 광원(10)의 광 경로 상에 배치되어 광으로부터 여기되어 광 방출을 하는 형광층(20)을 포함한다. 광원(10)은 반도체의 PN 접합에서 일어나는 재결합 과정에서 광 방출이 가능한 반도체 다이오드일 수 있다. 상기 반도체 다이오드는, 근자외선 영역의 광 방출이 가능한 UV 발광 다이오드, 또는 청색 가시광선 영역의 광방출이 가능한 청색 발광 다이오드일 수 있다. 형광층(20)은 전술한 본 발명의 실시예에 따른 적색 발광 형광체를 포함할 수 있다. 상기 적색 발광 형광체는 형광층(20) 내에 소정의 입도 분포를 갖도록 분급되어 적용될 수 있다.Referring to FIG. 5, the lighting device 100 includes a light source 10 emitting light and a fluorescent layer 20 disposed on an optical path of the light source 10 and excited from the light to emit light. The light source 10 may be a semiconductor diode capable of emitting light during a recombination process occurring at the PN junction of the semiconductor. The semiconductor diode may be a UV light emitting diode capable of emitting light in the near ultraviolet region, or a blue light emitting diode capable of emitting light in the blue visible region. The fluorescent layer 20 may include a red light emitting phosphor according to the embodiment of the present invention described above. The red light-emitting phosphor may be classified and applied to have a predetermined particle size distribution in the phosphor layer 20.

조명 소자(100)는 광원(10)에 전력 공급을 위한 리드들(11, 12) 및 리드(12)와 광원(10)을 전기적으로 접속하는 와이어(13)를 더 포함할 수 있다. 광원(10), 리드들(11, 12) 및 와이어(13)는 투광성 수지, 고무 및 유리와 같은 적합한 밀봉재(30)에 의해 포탄형으로 밀봉될 수 있다. The lighting device 100 may further include leads 11 and 12 for supplying power to the light source 10 and wires 13 electrically connecting the leads 12 and the light source 10. The light source 10, the leads 11, 12 and the wire 13 may be sealed in shell form by a suitable sealant 30 such as translucent resin, rubber and glass.

도 5에 도시된 포탄형 조명 소자(100)는 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 조명 소자는 상면이 개방된 리세스부를 갖는 기판 상에 조명 소자를 형성한 공지의 칩형으로 제공될 수 있다. 또는, 광원과 형광층을 이격 배치하고, 상기 형광층으로부터 방출된 광을 반사판으로 전달하는 반사형 조명 장치도 가능하다. 또 다른 예로서, 밀봉재 상에 형광층을 배치하고 상기 형광층을 더 밀봉하는 것도 가능하다.The shell type lighting element 100 shown in FIG. 5 is exemplary, and the present invention is not limited thereto. For example, the lighting element can be provided in the form of a known chip in which the lighting element is formed on a substrate having a recessed portion with an open top. Alternatively, a reflective lighting device may be disposed to be spaced apart from the light source and to transmit the light emitted from the fluorescent layer to the reflecting plate. As another example, it is also possible to arrange the fluorescent layer on the sealing material and further seal the fluorescent layer.

조명 소자(100)는, 예를 들면, 백색 다이오드 램프일 수 있다. 백색 광은 광원(10)으로부터의 방출된 광의 일부와 형광층(20) 내에 여기된 적색 발광 형광체에 의해 방출되는 파장 변환된 광이 혼색되어 백색을 구현할 수 있다. 선택적으로는, 형광층(20) 내에 상기 적색 발광 형광체와 함께 녹색 발광 형광체가 더 포함될 수도 있다. 백색 광을 구현하기 위하여, 광원(10)은 청색 발광 다이오드일 수 있다. 상기 청색 발광 다이오드는, 예를 들면, InGaN계 다이오드일 수 있다.The lighting device 100 may be, for example, a white diode lamp. As the white light, a part of the light emitted from the light source 10 and the wavelength-converted light emitted by the red light-emitting phosphor excited in the fluorescent layer 20 may be mixed to implement white color. Optionally, a green light emitting phosphor may be further included in the fluorescent layer 20 together with the red light emitting phosphor. In order to implement white light, the light source 10 may be a blue light emitting diode. The blue light emitting diode may be, for example, an InGaN based diode.

상기 백색 광을 구현하기 위한 다른 구성으로서, 근자외선 영역의 여기 광 배출이 가능한 UV 발광 다이오드가 적용될 수 있다. 이 경우, 가시 광 발광체로서 적색 형광체뿐만 아니라 다른 색상의 발광 형광체, 예를 들면, 녹색 형광체 및 청색 형광체가 소정의 비율로 혼합되어 사용될 수도 있다.As another configuration for realizing the white light, a UV light emitting diode capable of emitting excitation light in the near ultraviolet region may be applied. In this case, as the visible light emitter, not only red phosphor but also light emitting phosphors of different colors, for example, green phosphor and blue phosphor may be mixed and used in a predetermined ratio.

전술한 조명 소자(100)는 자체로 조명 소자 또는 디스플레이 소자로 사용딜 수 있다. 또는, 조명 소자(100)는 액정 표시 소자와 같은 디스플레이 소자의 후면 광원(back light unit)에 응용될 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
The lighting device 100 described above may be used as a lighting device or a display device by itself. Alternatively, the lighting device 100 may be applied to a back light unit of a display device such as a liquid crystal display device, but the present invention is not limited thereto.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and alterations are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention, which are common in the art. It will be apparent to those who have knowledge.

Claims (14)

제 1 광에 의해 여기되어 광을 방출하는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 실리콘 질화물 형광체:
[화학식 1]
Sr2-xAxSiN4
상기 A는 Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb 및 Er로 구성되어 있는 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합의 활성제이고, 0 < x < 2임.
Silicon nitride phosphor comprising a compound represented by the formula (1) to be excited by the first light to emit light:
[Formula 1]
Sr 2-x A x SiN 4
A is an active agent of any one or two or more combinations selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb and Er, wherein 0 <x <2.
제 1 항에 있어서,
상기 A는 Eu 이며, 상기 실리콘 질화물 형광체는 적색 발광 형광체인 것을 특징으로 하는 실리콘 질화물 형광체.
The method of claim 1,
A is Eu, and the silicon nitride phosphor is a red light emitting phosphor.
제 2 항에 있어서,
상기 적색 발광 형광체의 발광 피크는 623nm의 발광 피크를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 질화물 형광체.
The method of claim 2,
The light emitting peak of the red light emitting phosphor comprises a light emitting peak of 623nm silicon nitride phosphor.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광은 근자외선 대역 및 청색광 대역 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 속하는 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 질화물 형광체.
The method of claim 1,
And the first light has a wavelength belonging to any one or a combination of the near ultraviolet band and the blue light band.
제 1 광에 의해 여기되어 광을 방출하는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 실리콘 질화물 형광체:
[화학식 2]
M2 - xAxSiN4
상기 M은 Sr, Ca, Ba 및 Mg로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합이고,
상기 A는 Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb 및 Er로 구성되어 있는 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합의 활성제이며, 0 < x < 2임.
Silicon nitride phosphor comprising a compound represented by the formula (2) to be excited by the first light to emit light:
(2)
M 2 - x A x SiN 4
M is any one or a combination of two or more selected from the group consisting of Sr, Ca, Ba and Mg,
A is an active agent of any one or two or more combinations selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb and Er, wherein 0 <x <2.
제 5 항에 있어서,
상기 형광체 화합물은 탈산소된 것을 특징으로 하는 실리콘 질화물 형광체.
The method of claim 5, wherein
And the phosphor compound is deoxygenated.
제 5 항에 있어서,
상기 A는 Eu 이며, 상기 실리콘 질화물 형광체는 적색 발광 형광체인 것을 특징으로 하는 실리콘 질화물 형광체.
The method of claim 5, wherein
A is Eu, and the silicon nitride phosphor is a red light emitting phosphor.
금속 M의 탄산화물 전구체, Si의 질화물 전구체 및 활성화제 A의 산화물 전구체를 혼합하는 단계; 및
상기 혼합된 결과물을 소결하여 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 형성하는 단계를 포함하는 실리콘 질화물 형광체의 제조 방법:
[화학식 3]
M2 - xAxSiN4
상기 M은 Sr, Ca, Ba 및 Mg로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합이고,
상기 A는 Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb 및 Er로 구성되어 있는 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합의 활성제이며, 0 < x < 2임.
Mixing the carbonate precursor of metal M, the nitride precursor of Si and the oxide precursor of activator A; And
Method of manufacturing a silicon nitride phosphor comprising the step of sintering the mixed product to form a compound represented by the formula
(3)
M 2 - x A x SiN 4
M is any one or a combination of two or more selected from the group consisting of Sr, Ca, Ba and Mg,
A is an active agent of any one or two or more combinations selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Tb, Tm, Yb and Er, wherein 0 <x <2.
제 8 항에 있어서,
상기 소결은 질소 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 질화물 형광체의 제조 방법.
The method of claim 8,
The sintering method of producing a silicon nitride phosphor, characterized in that carried out in a nitrogen atmosphere.
제 8 항에 있어서,
상기 소결은 상압에서 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 질화물 형광체의 제조 방법.
The method of claim 8,
The sintering method of producing a silicon nitride phosphor, characterized in that carried out at normal pressure.
제 8 항에 있어서,
상기 소결은 1700 ℃ 내지 1800 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 질화물 형광체의 제조 방법.
The method of claim 8,
The sintering method of the silicon nitride phosphor, characterized in that performed at 1700 ℃ to 1800 ℃.
제 8 항에 있어서,
상기 Sr의 탄산화물 전구체는 SrCO3을 포함하고,
상기 Si의 질화물 전구체는 Si3N4을 포함하며,
상기 Eu의 산화물 전구체는 Eu2O3를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 질화물 형광체의 제조 방법.
The method of claim 8,
The carbonate precursor of Sr comprises SrCO 3 ,
The nitride precursor of Si includes Si 3 N 4 ,
The oxide precursor of Eu comprises a Eu 2 O 3 Method for producing a silicon nitride phosphor.
근자외선 영역 및 청색 영역 중 적어도 어느 하나에 속하는 광을 방출하는 광원과 상기 광원의 광 경로 상에 배치되어 상기 광에 의해 여기되어 발광하는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나의 항에 기재된 실리콘 질화물 형광체를 포함하는 광 소자.The light source which emits light which belongs to at least one of a near-ultraviolet region and a blue region, and the silicon of any one of Claims 1-12 which are arrange | positioned on the optical path of the said light source, are excited by the said light, and emit light. An optical device comprising a nitride phosphor. 제 13 항에 있어서,
상기 광 소자는, 조명 소자 또는 디스플레이 소자인 것을 특징으로 하는 광 소자.
The method of claim 13,
The optical element is an optical element or a display element.
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