KR20130087193A - 형광체 및 발광 장치 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 형광체 및 발광 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 형광체 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.
실시 예에 따른 형광체는 녹색(Green) 파장 대역과 황색(Yellow) 파장 대역 사이에서 피크(peak) 파장을 갖는 광을 방출하고, 삼사정계(Triclinic) 결정 구조를 갖는다.
실시 예에 따른 형광체는 녹색(Green) 파장 대역과 황색(Yellow) 파장 대역 사이에서 피크(peak) 파장을 갖는 광을 방출하고, 삼사정계(Triclinic) 결정 구조를 갖는다.
Description
실시 예는 형광체 및 발광 장치에 관한 것이다.
형광체(Phosphor)는 특정 파장의 광에 의해 여기(excitation)되어 상기 파장과 다른 파장을 갖는 광을 방사한다. 이러한 형광체는 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)와 함께 많이 사용되고 있다.
종래의 형광체들은 몇 가지 문제점들을 갖고 있다. 첫 째, 자외선(UV)과 가시광선 영역(청색 파장 포함)에서 약한 방사 강도(emission intensity)를 갖는다. 둘 째, 방사되는 광의 파장이 이상적인 피크(peak) 파장과 매치(match)되지 않는다. 셋 째, 방사 강도는 온도의 증가에 따라 감소한다. 예를 들어 온도 상승에 따라 형광체의 휘도가 감소한다(Thermal Quenching).
한편, 종래의 여러 형광체들 중 희토류 원소를 이용한 산화물계 형광체가 있다. 상기 산화물계 형광체는 종래부터 널리 알려져 있으며 일부는 실용화되어 사용되고 있다. 그러나, PDP, CRT, LCD용 CCFL에 사용되던 산화물계 형광체와 달리 LED용 산화물계 형광체는 자외선과 청색 파장의 광에 의해 효율적으로 발광해야 한다.
실시 예는 자외선과 청색 가시광선에 의해 여기되는 형광체 및 이를 포함하는 발광 장치를 제공한다.
또한, 실시 예는 방출되는 광의 강도와 휘도가 향상된 형광체 및 이를 포함하는 발광 장치를 제공한다.
또한, 실시 예는 온도에 영향을 덜 받는 형광체 및 이를 포함하는 발광 장치를 제공한다.
실시 예에 따른 형광체는, 녹색(Green) 파장 대역과 황색(Yellow) 파장 대역 사이에서 피크(peak) 파장을 갖는 광을 방출하고, 삼사정계의(Triclinic) 결정 구조를 갖는다.
여기서, 상기 피크 파장은 540nm 이상 580nm 이하일 수 있다.
실시 예에 따른 형광체는, 일반식 (SrxCa1 -x)ySizOtNs:Euv (0.25≤x≤0.5, 0.5≤y+v≤1.5, 1.5≤z≤2.5, 1.5≤t≤2.5, 1.5≤s≤2.5)으로 표시되고, 상기 (SrxCa1 -x)와 상기 Eu의 혼합양과 상기 Eu의 양의 몰비는 1:0.001-0.15이고, 삼사정계 결정 구조를 갖는다.
여기서, 상기 y+v는 1이고, 상기 z는 2, 상기 t는 2, 상기 s는 2일 수 있다.
여기서, 상기 삼사정계 결정 구조는 SrSi2N2O2의 결정 구조와 다를 수 있다.
여기서, 상기 삼사정계 결정 구조의 단위 격자 부피는 700Å3 이상일 수 있다.
실시 예에 따른 발광 장치는, 발광 소자; 및 상기 발광 소자로부터 방출된 광 중 일부 광에 의해 여기되고, 상기 발광 소자에서 방출된 광의 파장과 다른 파장을 갖는 광을 방출하는 형광체;를 포함하고, 상기 형광체는 녹색(Green) 파장 대역과 황색(Yellow) 파장 대역 사이에서 피크(peak) 파장을 갖는 광을 방출하고, 삼사정계(Triclinic) 결정 구조를 갖는다.
여기서, 상기 형광체의 피크 파장은 540nm 이상 580nm 이하일 수 있다.
실시 예에 따른 발광 장치는, 발광 소자; 및 상기 발광 소자로부터 방출된 광 중 일부 광에 의해 여기되고, 상기 발광 소자에서 방출된 광의 파장과 다른 파장을 갖는 광을 방출하는 형광체;를 포함하고, 상기 형광체는 일반식 (SrxCa1-x)ySizOtNs:Euv (0.25≤x≤0.5, 0.5≤y+v≤1.5, 1.5≤z≤2.5, 1.5≤t≤2.5, 1.5≤s≤2.5)으로 표시되고, 상기 (SrxCa1-x)와 상기 Eu의 혼합양과 상기 Eu의 양의 몰비는 1:0.001-0.15이고, 삼사정계 결정 구조를 갖는다.
여기서, 상기 y+v는 1이고, 상기 z는 2, 상기 t는 2, 상기 s는 2일 수 있다.
여기서, 상기 형광체의 삼사정계 결정 구조는 SrSi2N2O2의 결정 구조와 다를 수 있다.
여기서, 상기 형광체의 삼사정계 결정 구조의 단위 격자 부피는 700Å3 이상일 수 있다.
여기서, 상기 발광 소자는 발광 다이오드, 레이저 다이오드, 측면 발광 레이저 다이오드, 무기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자 중 어느 하나일 수 있다.
여기서, 상기 발광 소자는 인듐(In)을 포함하는 발광층을 갖는 발광 다이오드일 수 있다.
여기서, 상기 형광체는 황색, 녹색 및 적색 형광체 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발광 소자는 자외선 및 청색 가시광선 대역에서 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
여기서, 상기 발광 소자는 400nm 이상 480nm 이하의 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
실시 예에 따른 형광체 및 이를 포함하는 발광 장치를 사용하면, 자외선과 청색 가시광선을 광원으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
또한, 방출되는 광의 강도와 휘도가 향상되는 이점이 있다.
또한, 주위 온도에 영향을 덜 받는 이점이 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 장치의 단면도.
도 2는 다른 실시 예에 따른 발광 장치의 단면도.
도 3은 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들 각각의 여기 스펙트럼.
도 4는 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들 각각의 발광 스펙트럼.
도 5는 제1 내지 제4 실시 예들과 제1 내지 제5 비교 예들의 스트론튬 비율에 따른 양자 효율(Quantum Efficiency)을 나타내는 그래프
도 6은 제1 내지 제4 실시 예들과 제1 내지 제5 비교 예들의 X선 회절 패턴을 보여주는 그래프.
도 2는 다른 실시 예에 따른 발광 장치의 단면도.
도 3은 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들 각각의 여기 스펙트럼.
도 4는 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들 각각의 발광 스펙트럼.
도 5는 제1 내지 제4 실시 예들과 제1 내지 제5 비교 예들의 스트론튬 비율에 따른 양자 효율(Quantum Efficiency)을 나타내는 그래프
도 6은 제1 내지 제4 실시 예들과 제1 내지 제5 비교 예들의 X선 회절 패턴을 보여주는 그래프.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 형광체와 이를 포함하는 발광 장치를 설명한다. 설명의 편의를 위해, 발광 장치를 먼저 설명하도록 한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 장치의 단면도이다. 도 1에 도시된 발광 장치는 표면 실장 타입의 발광 장치이다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 발광 장치는, 바디(body, 100), 제1 및 제2 리드 프레임(110a, 110b), 발광 소자(120), 와이어(wire, 130) 및 광투과 수지(140)를 포함할 수 있다.
바디(100)에는 제1 및 제2 리드 프레임(110a, 110b)이 배치되고, 바디(100)는 발광 소자(120), 와이어(wire, 130) 및 광투과 수지(140)를 수납하는 리세스(recess)를 갖는다.
제1 및 제2 리드 프레임(110a, 110b)는 서로 이격되어 바디(100)의 리세스의 바닥에 배치된다. 제1 리드 프레임(110a) 위에는 발광 소자(120)가 배치된다. 제1 리드 프레임(110a)은 발광 소자(120)의 일 전극과 와이어(130)를 통해 전기적으로 연결된다. 제2 리드 프레임(110b)은 발광 소자(120)의 다른 일 전극과 와이어(130)를 통해 전기적으로 연결된다.
발광 소자(120)는 바디(100)의 리세스에 배치되고, 제1 리드 프레임(110a) 상에 배치된다. 발광 소자(120)는 제1 및 제2 리드 프레임(110a, 110b)에 인가되는 전압에 의해 광을 발생한다.
발광 소자(120)는 발광 다이오드일 수 있다. 구체적으로 수평형 칩, 플립 칩 및 수직형 칩 중 어느 하나로 구현된 발광 다이오드일 수 있다.
발광 소자(120)에 전압이 인가되면, 발광 소자(120)는 400 ~ 480nm 대역에서 피크(peak) 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 여기서, 발광 소자(120)는 자외선 또는 자외선에 가까운 청색 파장의 광을 방출하는 InGaN 발광 다이오드 칩일 수 있다.
발광 소자(120)는 발광 다이오드 대신, 동일한 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 레이저 다이오드, 측면 발광 레이저 다이오드, 무기 전계 발광 소자, 유기 전계 발광 소자일 수 있다.
와이어(130)는 바디(100)의 리세스에 배치되고, 제1 및 제2 리드 프레임(110a, 110b)과 발광 소자(120)를 전기적으로 연결시킨다.
광투과 수지(140)는 바디(100)의 리세스에 배치된다. 광투과 수지(140)는 발광 소자(120)와 와이어(130)를 몰딩한다. 광투과 수지(140)는 발광 소자(120)로부터 방출되는 광을 투과시킨다. 광투과 수지(140)는 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이 미드 수지, 요소 수지 및 아크릴 수지일 수 있다.
광투과 수지(140)는, 도면에 도시된 바와 같이, 발광 소자(120) 주위를 전체적으로 몰딩할 수 있지만, 필요에 따라 발광 소자(120)의 소정의 발광 부위에 부분적으로 몰딩할 수 있다. 일 예로, 발광 소자(120)가 소출력 발광 소자인 경우에는 발광 소자(120)를 전체적으로 몰딩하는 것이 좋지만, 고출력 발광 소자인 경우에는 형광체(141)의 균일 분산을 위해 발광 소자(120)를 부분적으로 몰딩하는 것이 좋다.
광투과 수지(140)는 형광체(141)를 갖는다. 형광체(141)는 발광 소자(120)에서 방출된 광 중 일부 광에 의해 여기되어, 발광 소자(120)에서 방출된 광의 파장과 다른 파장을 갖는 광을 방출한다. 형광체(141)는 단일의 형광체일 수도 있고, 여러 종류의 형광체들일 수 있다. 예를 들면, 형광체는(141)는 황색, 녹색 및 적색 형광체 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 황색 형광체는 청색광(430nm ~ 480nm)에 응답하여 540nm부터 585nm 범위에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 녹색 형광체는 청색광(430nm ~ 480nm)에 응답하여 510nm부터 535nm 범위에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 적색 형광체는 청색광(430nm ~ 480nm)에 응답하여 600nm부터 650nm 범위에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 황색 형광체는 실리케이트계 또는 야그계의 형광체일 수 있고, 상기 녹색 형광체는 실리케이트계, 나이트라이드계 또는 설파이드계 형광체일 수 있고, 상기 적색 형광체는 나이트라이드계 또는 설파이드계 형광체일 수 있다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 발광 장치의 단면도이다. 도 2에 도시된 발광 장치는 버티컬 램프 타입의 발광 소자이다.
도 2에 도시된 발광 장치는 제1 및 제2 리드 프레임(210a, 210b), 발광 소자(220), 와이어(230), 광투과 수지(240) 및 외장재(250)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 리드 프레임(210a, 210b)이 서로 이격되어 배치된다. 제1 리드 프레임(210a) 위에 발광 소자(220)가 배치된다. 제1 리드 프레임(210a)은 발광 소자(220)의 일 전극과 와이어(230)를 통해 전기적으로 연결된다. 제2 리드 프레임(210b)은 발광 소자(220)의 다른 전극과 와이어(230)를 통해 전기적으로 연결된다.
발광 소자(220)는 제1 리드 프레임(210a) 상에 배치되고, 발광 소자(220)는 제1 및 제2 리드 프레임(210a, 210b)에 인가되는 전압에 의해 광을 발생한다.
발광 소자(220)는 발광 다이오드일 수 있다. 구체적으로 수평형 칩, 플립 칩 및 수직형 칩 중 어느 하나로 구현된 발광 다이오드일 수 있다.
발광 소자(220)에 전압이 인가되면, 발광 소자(220)는 400 ~ 480nm 대역에서 피크(peak) 파장을 갖는 광을 방출한다. 발광 소자(220)는 자외선과 자외선에 가까운 청색 파장의 광을 방출하는 InGaN 발광 다이오드 칩일 수 있다.
발광 소자(220)는 발광 다이오드 대신, 동일한 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 레이저 다이오드, 측면 발광 레이저 다이오드, 무기 전계 발광 소자, 유기 전계 발광 소자일 수 있다.
와이어(230)는 제1 및 제2 리드 프레임(210a, 210b)과 발광 소자(220)를 전기적으로 연결시킨다.
광투과 수지(240)는 제1 리드 프레임(210a) 상에 배치되고, 발광 소자(220)를 몰딩한다. 또한, 광투과 수지(240)는 발광 소자(220)와 연결된 와이어(230)의 일 부분도 함께 몰딩한다. 광투과 수지(240)는 발광 소자(220)로부터 방출되는 광을 투과시킨다. 광투과 수지(240)는 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이 미드 수지, 요소 수지 및 아크릴 수지일 수 있다.
광투과 수지(240)는 발광 소자(220) 주위를 전체적으로 몰딩할 수 있지만, 필요에 따라 발광 소자(220)의 소정의 발광 부위에 부분적으로 몰딩할 수 있다.
광투과 수지(240)는 형광체(241)를 갖는다. 형광체(241)는 발광 소자(220)에서 방출된 광 중 일부 광에 의해 여기되어, 발광 소자(220)에서 방출된 광의 파장과 다른 파장을 갖는 광을 방출한다. 형광체(241)는 단일의 형광체일 수도 있고, 여러 종류의 형광체들일 수 있다. 예를 들면, 형광체는(241)는 황색, 녹색 및 적색 형광체 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 황색 형광체는 청색광(430nm ~ 480nm)에 응답하여 540nm부터 585nm 범위에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 녹색 형광체는 청색광(430nm ~ 480nm)에 응답하여 510nm부터 535nm 범위에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 적색 형광체는 청색광(430nm ~ 480nm)에 응답하여 600nm부터 650nm 범위에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 황색 형광체는 실리케이트계 또는 야그계의 형광체일 수 있고, 상기 녹색 형광체는 실리케이트계, 나이트라이드계 또는 설파이드계 형광체일 수 있고, 상기 적색 형광체는 나이트라이드계 또는 설파이드계 형광체일 수 있다.
외장재(250)는 제1 및 제2 리드 프레임(210a, 210b)의 일 부분과 발광 소자(220), 와이어(230) 및 광투과 수지(240)의 전체를 몰딩한다. 따라서, 외장재(250)의 바깥으로는 제1 및 제2 리드 프레임(210a, 210b)의 나머지 부분이 빠져나온다.
이하에서는, 도 1 및 도 2의 발광 장치들에서 사용된 형광체(141, 241)를 구체적으로 설명하도록 한다.
형광체(141, 241)는 자외선 및 자외선에 가까운 청색 파장 대역에서 피크(peak) 파장을 갖는 광에 의해 여기되어, 녹색 파장 대역과 황색 파장 대역 사이에서 피크(peak) 파장을 갖는 광을 방출한다.
형광체(141, 241)는 발광 소자(120, 220)에서 방출되는 400 ~ 480nm 파장 대역 내에서 피크 파장을 갖는 광에 의해 여기되어, 500 ~ 600nm 파장 대역 내에서 피크 파장을 갖는 광을 방출한다.
형광체(141, 241)는 옥시-나이트라이드(Oxy-nitride) 형광체일 수 있다.
상기 옥시-나이트라이드 형광체(141, 241)의 화학식은 (SrxCa1 -x)ySizOtNs:Euv 일 수 있다. 여기서, x는 0.25 이상 0.50 이하(0.25≤x≤0.5)이고, y+v는 0.5 이상 1.5 이하(0.5≤y+v≤1.5)이며, z는 1.5 이상 2.5 이하(1.5≤z≤2.5)이며, t는 1.5 이상 2.5 이하(1.5≤t≤2.5)이며, s는 1.5 이상 2.5 이하(1.5≤s≤2.5)이다. 또한, 상기 화학식으로 표시되는 옥시-나이트라이드 형광체(141, 241)에 있어서, (SrxCa1 -x)와 Eu의 혼합양과 Eu의 양의 몰비는 1:0.001-0.15일 수 있다.
상기 옥시-나이트라이드 형광체(141, 241)는, 도 5에 도시된 그래프와 같이, 양자 효율이 크다. 여기서, y+v는 0.5 이상 1.5 이하일 수 있다. y+v가 0.5 미만이면 Eu 이온의 양이 적으므로 발광 강도가 일정 수준이상 올라가지 않고, y+v가 1.5를 초과하면 Eu의 양이 너무 많아 발광 강도가 떨어질 수 있다.
상기 옥시-나이트라이드 형광체(141, 241)는 삼사정계의(Triclinic) 결정 구조를 갖는다. 여기서, 삼사정계란 결정학에서 3개의 벡터로 묘사되는 7 결정계 중의 하나로서, 3개의 벡터는 길이가 모두 다르고, 3개의 벡터가 이루는 각도도 서로 다르다. 또한, 상기 3개의 벡터가 이루는 각도는 직각이 아니다.상기 옥시-나이트라이드 형광체(141, 241)는 아래와 같은 유사한 방법에 의해 제조될 수 있다. 여기서, 상기 옥시-나이트라이드 형광체(141, 241)의 제조 방법이 아래에서 설명하는 방법으로 제한되지 않는다.
알칼리 토류(alkali earths) 금속 M의 탄산염, 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 및 유로퓸(Eu2O3)을 소정 비율로 혼합하고, 균일하게 될 때까지 섞어 혼합물을 준비한다. 원료로서는 Ca, Sr, Si, Eu 금속, 산화물, 질화물 및 각종 염류 등을 이용해도 좋다. 또한 원료의 전부 또는 일부를 액체, 예를 들어 수용액으로 혼합해도 좋다. 또한 플럭스(flux)로 작용하는 SrF2, BaF, H3BO4, NaCl 등을 함께 혼합해도 좋다.
상기 혼합물을 질화 붕소(boron nitride) 도가니에 넣어 환원 분위기 또는 불활성 분위기에서 소성하여 소성물을 생성한다. 질화 붕소 도가니 외에도 알루미나(Alumina) 도가니를 사용할 수도 있다. 소성 온도는 1400 ~ 1700℃이고, 더욱 바람직하게는 소성 온도는 1450 ~ 1600℃일 수 있다. 여기서, 소성 온도가 1400℃보다 낮으면 여러 원료들이 서로 반응하지 않을 수 있고, 또는 삼사정계 결정 구조를 갖는 형광체를 얻을 수 없는 문제가 있고, 소성 온도가 1700℃보다 높으면 여러 원료들 자체가 분해되거나 용융되는 문제가 있다. 소성 온도가 1450℃ ~ 1600℃ 사이이면, 여러 성분들의 미반응 또는 분해의 확률을 낮출 수 있다.
환원 분위기는 수소-질소(H2-N2) 분위기, 암모니아 분위기 및 질소-암모니아 분위기 중 어느 하나일 수 있다. 불활성 분위기는 질소 분위기 또는 아르곤(Ar) 분위기 중 어느 하나일 수 있다. 불활성 분위기에서 Eu3 +가 Eu2 +로 환원될 수 있다.
제조과정의 구체적인 일 예로서, SrCO3, SiO2 및 Eu2O3를 반응시켜 Sr2SiO4:Eu를 얻고, Sr2SiO4:Eu을 분쇄한다. 분쇄된 Sr2SiO4:Eu와 Si3N4와 반응시켜 SrSi2O2N2:Eu를 얻는다. SrSi2O2N2:Eu을 분쇄한다. 그리고 분쇄된 SrSi2O2N2:Eu을 pH가 8보다 작고 불순물이 최대한 제거된 증류수 또는 정제수에 세척한다.
아래의 제1 내지 제4 실시 예는, 스트론튬(Sr)의 비율에 따른 옥시-나이트라이드 형광체의 구체적인 제조 방법이다. 여기서, 스트론튬(Sr)의 비율은 제조된 옥시-나이트라이드 형광체(141, 241) 내의 칼슘(Ca)과 스트론튬(Sr)의 합을 1로 하였을 때의 스트론튬(Sr)이 차지하는 비율이다.
<제1 실시 예>
16.35g의 SrCO3, 12.04g의 SiO2, 34.25g의 Si3N4, 4.10g의 Eu2O3 및 33.26g의 CaCO3를 혼합하여 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣고, H2-N2 혼합 가스를 이용한 환원 분위기와 약 1500℃에서 약 6시간 소성하였다. 결과물인 형광체에 포함된 스트론튬의 비율은 0.25이였다.
<제2 실시 예>
21.43g의 SrCO3, 11.83g의 SiO2, 33.65g의 Si3N4, 4.03g의 Eu2O3 및 29.05g의 CaCO3를 혼합하여 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣고, H2-N2 혼합 가스를 이용한 환원 분위기와 약 1500℃에서 약 6시간 소성하였다. 결과물인 형광체에 포함된 스트론튬의 비율은 0.33이였다.
<제3 실시 예>
26.33g의 SrCO3, 11.63g의 SiO2, 33.08g의 Si3N4, 3.96g의 Eu2O3 및 24.99g의 CaCO3를 혼합하여 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣고, H2-N2 혼합 가스를 이용한 환원 분위기와 약 1500 ℃에서 약 6시간 소성하였다. 결과물인 형광체에 포함된 스트론튬의 비율은 0.42이였다.
<제4 실시 예>
31.07g의 SrCO3, 11.44g의 SiO2, 32.53g의 Si3N4, 3.90g의 Eu2O3, 21.06g의 CaCO3를 혼합하여 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣고, H2-N2 혼합 가스를 이용한 환원 분위기와 약 1500℃에서 약 6시간 소성하였다. 결과물인 형광체에 포함된 스트론튬의 비율은 0.50이였다.
아래의 제1 내지 제5 비교 예는 상기 제1 내지 제4 실시 예와 비교하기 위한 것이다.
<제1 비교 예>
10.44g의 SiO2, 33.72g의 Si3N4, 3.94g의 Eu2O3, 42.55g의 CaCO3를 혼합하여 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣고, H2-N2 혼합 가스를 이용한 환원 분위기와 약 1500℃에서 약 6시간 소성하였다. 결과물인 형광체에 포함된 스트론튬의 비율은 0이였다.
<제2 비교 예>
35.65g의 SrCO3, 11.25g의 SiO2, 32.00g의 Si3N4, 3.83g의 Eu2O3, 17.26g의 CaCO3를 혼합하여 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣고, H2-N2 혼합 가스를 이용한 환원 분위기와 약 1500℃에서 약 6시간 소성하였다. 결과물인 형광체에 포함된 스트론튬의 비율은 0.58이였다.
<제3 비교 예>
40.09g의 SrCO3, 11.07g의 SiO2, 31.48g의 Si3N4, 3.77g의 Eu2O3, 13.59g의 CaCO3를 혼합하여 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣고, H2-N2 혼합 가스를 이용한 환원 분위기와 약 1500℃에서 약 6시간 소성하였다. 결과물인 형광체에 포함된 스트론튬의 비율은 0.67이였다.
<제4 비교 예>
44.38g의 SrCO3, 10.89g의 SiO2, 30.98g의 Si3N4, 3.71g의 Eu2O3, 10.03g의 CaCO3를 혼합하여 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣고, H2-N2 혼합 가스를 이용한 환원 분위기와 약 1500℃에서 약 6시간 소성하였다. 결과물인 형광체에 포함된 스트론튬의 비율은 0.75였다.
<제5 비교 예>
62.75g의 SrCO3, 10.44g의 SiO2, 33.72g의 Si3N4, 3.94g의 Eu2O3를 혼합하여 얻어진 혼합물을 질화 붕소 도가니에 넣고, H2-N2 혼합 가스를 이용한 환원 분위기와 약 1500℃에서 약 6시간 소성하였다. 결과물인 형광체에 포함된 스트론튬의 비율은 1이였다.
상기 제1 내지 제4 실시 예와 상기 제1 내지 제5 비교 예를 통해, 총 9가지의 형광체들을 제조할 수 있었다.
도 3은 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들 각각의 여기 스펙트럼이고, 도 4는 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들 각각의 발광 스펙트럼이다. 도 4의 발광 스펙트럼은 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들이 460nm의 광에 의해 여기된 경우의 발광 스펙트럼이다. 도 3 및 도 4에서, 가로축은 파장(nm)이고, 세로축은 1로 표준화된 강도(intensity)이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들은 자외선과 자외선 대역에 가까운 청색 가시광선 대역의 광에 의해 여기될 수 있고, 녹색(green)에서 황색(yellow)의 가시광선 대역의 광을 방출할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 제1 내지 제4 실시 예들과 제1 내지 제5 비교 예들의 스트론튬 비율에 따른 내부 양자 효율(Internal Quantum Efficiency)을 나타내는 그래프이다. 내부 양자 효율은 흡수되는 광 대비 방출되는 광의 비율을 의미한다.
도 5에서 가로축은 스트론튬의 비율을 나타내고, 세로축의 양자 효율 값들은 제3 실시 예를 기준으로 한 상대적인 값이다. 도 5를 참조하면, 스트론튬의 비율이 0.25보다 크거나 같고, 0.5보다 작거나 같은 범위에서 양자 효율이 높음을 알 수 있다.
도 6은 제1 내지 제4 실시 예들과 제1 내지 제5 비교 예들의 X선 회절 패턴을 보여주는 그래프이다. 도 6의 그래프에서, x축은 X선의 입사각도를 나타내고, y축은 회절성의 강도(intensity)를 나타낸다. 여기서, X선은 0.05 ~ 0.25nm 파장을 갖는 전자파이다.
도 6의 x축의 2θ를 참조하면, 제1 내지 제4 실시 예의 형광체들의 결정 구조는 삼사정계(β)로서, 제2 내지 제5 비교 예의 형광체들의 결정 구조인 삼사정계(α)와 다름을 알 수 있다.
더불어 아래의 <표 1>은 제1 내지 제4 실시 예들과 제1 내지 제5 실시 예들의 결정 구조와 격자 상수를 보여주는 표이다.
도 5, 도 6 및 <표 1>을 참조하면, 스트론튬(Sr)의 비율이 25 ~ 50 %일 때, 즉, 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들이 삼사정계(β)에 해당됨을 알 수 있다.
그리고, 격자 상수의 차이를 통해, 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들의 삼사정계(β)는 제2 내지 제5 비교 예에 따른 형광체들의 삼사정계(α)와 다름을 알 수 있다. 일반적으로 잘 알려진 SrSi2N2O2의 결정 구조는 삼사정계(α) 이다. 따라서, 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들의 결정 구조는 SrSi2N2O2의 결정 구조와 다름을 알 수 있다.
또한, <표 1>을 참조하면, 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들의 삼사정계(β) 결정 구조의 단위 격자 부피는 700Å3 이상이다. 즉, 삼사정계(β)의 단위 격자 부피는 삼사정계(α)의 단위 격자 부피의 2배 이상인 특징을 갖는다.
또한, 제1 내지 제4 실시 예에 따른 형광체들은 CaSi2N2O2:Eu 및 SrSi2N2O2:Eu보다 높은 발광 휘도를 갖는다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 바디
110a, 210a: 제1 리드 프레임
110b, 210b: 제2 리드 프레임
120, 220: 발광 소자
130, 230: 와이어
140, 240: 광투과 수지
141, 241: 형광체
250: 외장재
110a, 210a: 제1 리드 프레임
110b, 210b: 제2 리드 프레임
120, 220: 발광 소자
130, 230: 와이어
140, 240: 광투과 수지
141, 241: 형광체
250: 외장재
Claims (17)
- 녹색(Green) 파장 대역과 황색(Yellow) 파장 대역 사이에서 피크(peak) 파장을 갖는 광을 방출하고, 삼사정계(Triclinic) 결정 구조를 갖는 형광체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 피크 파장은 540nm 이상 580nm 이하인, 형광체. - 일반식 (SrxCa1 -x)ySizOtNs:Euv (0.25≤x≤0.5, 0.5≤y+v≤1.5, 1.5≤z≤2.5, 1.5≤t≤2.5, 1.5≤s≤2.5)으로 표시되고,
상기 (SrxCa1 -x)와 상기 Eu의 혼합양과 상기 Eu의 양의 몰비는 1:0.001-0.15이고,
삼사정계 결정 구조를 갖는 형광체. - 제 3 항에 있어서,
상기 y+v는 1이고, 상기 z는 2, 상기 t는 2, 상기 s는 2인 형광체. - 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 삼사정계 결정 구조는 SrSi2N2O2의 결정 구조와 다른, 형광체. - 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 삼사정계 결정 구조의 단위 격자 부피는 700Å3 이상인, 형광체. - 발광 소자; 및
상기 발광 소자로부터 방출된 광 중 일부 광에 의해 여기되고, 상기 발광 소자에서 방출된 광의 파장과 다른 파장을 갖는 광을 방출하는 형광체;를 포함하고,
상기 형광체는 녹색(Green) 파장 대역과 황색(Yellow) 파장 대역 사이에서 피크(peak) 파장을 갖는 광을 방출하고, 삼사정계의(Triclinic) 결정 구조를 갖는, 발광 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 형광체의 피크 파장은 540nm 이상 580nm 이하인, 발광 장치. - 발광 소자; 및
상기 발광 소자로부터 방출된 광 중 일부 광에 의해 여기되고, 상기 발광 소자에서 방출된 광의 파장과 다른 파장을 갖는 광을 방출하는 형광체;를 포함하고,
상기 형광체는 일반식 (SrxCa1 -x)ySizOtNs:Euv (0.25≤x≤0.5, 0.5≤y+v≤1.5, 1.5≤z≤2.5, 1.5≤t≤2.5, 1.5≤s≤2.5)으로 표시되고, 상기 (SrxCa1 -x)와 상기 Eu의 혼합양과 상기 Eu의 양의 몰비는 1:0.001-0.15이고, 삼사정계 결정 구조를 갖는, 발광 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 y+v는 1이고, 상기 z는 2, 상기 t는 2, 상기 s는 2인, 발광 장치. - 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 형광체의 삼사정계 결정 구조는 SrSi2N2O2의 결정 구조와 다른, 발광 장치. - 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 형광체의 삼사정계 결정 구조의 단위 격자 부피는 700Å3 이상인, 발광 장치. - 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 발광 소자는 발광 다이오드, 레이저 다이오드, 측면 발광 레이저 다이오드, 무기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자 중 어느 하나인, 발광 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 발광 소자는 인듐(In)을 포함하는 발광층을 갖는 발광 다이오드인, 발광 장치. - 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 형광체는 황색, 녹색 및 적색 형광체 중 하나 이상을 더 포함하는, 발광 장치. - 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 발광 소자는 자외선 및 청색 가시광선 대역에서 피크 파장을 갖는 광을 방출하는, 발광 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 발광 소자는 400nm 이상 480nm 이하의 파장 대역에서 피크 파장을 갖는 광을 방출하는, 발광 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020120008287A KR101890185B1 (ko) | 2012-01-27 | 2012-01-27 | 형광체 및 발광 장치 |
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2012
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Patent Citations (5)
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