KR20130090127A - 알루미늄 실리케이트계 형광체 및 이의 제조방법 - Google Patents

알루미늄 실리케이트계 형광체 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 실리케이트계 형광체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 250∼500nm의 파장에서 여기하고 350∼800nm의 파장에서 발광 특성을 지니며, 하기 화학식(1)로 표시되는 알루미늄 실리케이트계 형광체, 이의 제조방법 및 상기의 알루미늄 실리케이트계 형광체를 포함하는 발광소자에 관한 것이다.
MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Qy......화학식(1)
상기 화학식(1)에서 M은 Li, Na, K, Rb, Cs 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리금속이고, N은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리토금속이고, Q는 유로피움(Eu), 망간(Mn), 철(Fe), 크롬(Cr), 칼슘(Ca), 아연(Zn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세듐(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 튤륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 인듐(In) 중에서 선택된 한 개 이상의 활성제 또는 부활성제이고, x는 0 < x < 1, y는 0 < y ≤ 0.5이다.

Description

알루미늄 실리케이트계 형광체 및 이의 제조방법{New composition of aluminum silicate phosphor and preparing method}
본 발명은 알루미늄 실리케이트계 형광체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 250∼500nm의 파장에서 여기하고 350∼800nm의 파장에서 발광 특성을 지니며, 하기 화학식(1)로 표시되는 알루미늄 실리케이트계 형광체, 이의 제조방법 및 상기의 알루미늄 실리케이트계 형광체를 포함하는 발광소자에 관한 것이다.
MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Qy......화학식(1)
상기 화학식(1)에서 M은 Li, Na, K, Rb, Cs 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리금속이고, N은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리토금속이고, Q는 유로피움(Eu), 망간(Mn), 철(Fe), 크롬(Cr), 칼슘(Ca), 아연(Zn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세듐(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 튤륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 인듐(In) 중에서 선택된 한 개 이상의 활성제 또는 부활성제이고, x는 0 < x < 1, y는 0 < y ≤ 0.5이다.
백색 발광 다이오드(white LED)는 기존의 일반 조명 중 가장 대표적이라 할 수 있는 형광등을 대체 할 수 있는 차세대 발광 소자 후보의 하나이다.
발광 다이오드는 기존의 광원보다 소비전력이 적으며, 형광등과 달리 수은을 포함하지 않아 친환경적이라 할 수 있다. 또한 기존의 광원과 비교하여 수명이 길며 응답속도가 빠르다는 장점을 갖는다.
백색 발광 다이오드를 제조하는 방법에는 크게 세 가지가 있는데 (1)적색, 녹색, 청색 LED 칩을 조합하여 백색광을 구현하는 방법, (2)청색 LED 칩에 황색 형광체를 도포하여 백색광을 구현하는 방법, (3)자외선(UV) LED 칩에 적색, 녹색, 청색 LED 칩을 조합하여 백색광을 구현하는 방법이 그것이다.
적색, 녹색, 청색 LED 칩을 조합하여 백색광을 구현하기 위해서는 InGaN,GaN, GaAs, ZnO 등의 서로 다른 막을 만들어야 하는데 이러한 제조 방법은 서로 다른 발광 다이오드를 제조해야 하므로 제조공정에 설비비가 많이 들고 생산비가 높아지는 단점이 있다. 또한 적색, 녹색, 청색 LED 칩을 조합하는 경우 각각의 LED 칩의 구동 전압이 달라 각각의 회로를 구성하는데 따른 제조 공정의 복잡성, 복잡한 구조로 인한 디자인의 제약 및 비용 상승이라는 문제점이 발생한다.
청색 LED 칩에 황색 형광체를 도포하여 백색광을 구현하는 방법은 현재 가장 널리 사용되며 발광 다이오드를 이용하여 백색광을 구현하는 가장 대표적인 방법이다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 백색 발광 다이오드는 청색 LED 칩에 황색 형광체인 YAG:Ce 형광체를 도포하여 제조되고 있다. 청색 LED 칩과 황색 형광체를 결합하여 백색광을 구현하는 방법의 경우 발광 다이오드의 여기원이 450nm의 파장으로 450nm 여기 파장을 갖는 형광체를 찾는데 그 어려움이 있어 청색 LED 칩과 형광체를 결합하는데 있어 그 제약이 따른다. 청색 LED 칩으로 여기되는 형광체로서 황색 형광체를 사용하는 경우 적색 영역의 약한 발광으로 인해 연색 지수(Color Rendering Index, CRI)가 낮아지는 단점이 있다. 또한 상기 방법의 경우 청색 광원이 구동 전압에 따라 변하게 되므로 색좌표가 불안정한 단점을 갖게 된다.
자외선 LED칩에 적색, 녹색, 청색 형광체를 조합하거나, 넓은 반치폭(Full Width Half Maximum, FWHM)의 발광 스펙트럼을 가지는 형광체를 이용하여 백색광을 구현하는 방법의 경우 상기의 문제점들을 해결할 수 있다. 장파장 자외선 발광 다이오드에 적색, 녹색, 청색 형광체를 도포하는 경우나, 넓은 반치폭을 가지는 황색의 형광체의 경우, 높은 연색지수를 갖는 태양광에 가까운 백색광을 만들어낼 수 있다. 따라서 이러한 자외선 및 청색 발광 다이오드에 의해 여기 되는 고연색 및 고효율의 형광체 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
본 발명과 관련된 선행기술로서 한국특허 제10-0621153호에 하기 화학식 1로 표시되는 백색 발광다이오드 소자용 실리케이트 형광체, 그의 제조방법 및 그를 이용한 백색 발광다이오드 소자에 관한 것이 있다.
SrXBa2-XSiO4:Eu...화학식 1
(상기에서, X는 1.00 ≤ X ≤ 1.96이다.)
그러나 본 발명과 상기 선행기술의 형광체는 각각의 주요 구성 성분 및 기술적 특징이 서로 상이하므로, 본 발명과 상기 선행기술들은 발명의 구성이 서로 다른 발명이다.
본 발명은 자외선 및 청색 발광 다이오드에 여기되는 기존의 형광체에서 나타나는 낮은 연색성 및 밝기 등의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자외선 및 청색 발광 다이오드가 나타내는 250∼500nm의 파장에 의해 여기되며, 350∼800nm 영역의 발광 파장 스펙트럼을 보이는 알루미늄 실리케이트계 형광체, 이의 제조방법, 상기의 알루미늄 실리케이트계 형광체를 포함하는 발광소자 및 상기의 알루미늄 실리케이트계 형광체를 포함하는 발광소자를 함유하는 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 자외선 및 청색 발광 다이오드가 나타내는 250∼500nm의 파장에서 여기하고 350∼800nm의 파장에서 발광 특성을 지니며, 하기 화학식(1)로 표시되는 알루미늄 실리케이트계 형광체, 이의 제조방법 및 상기의 알루미늄 실리케이트계 형광체를 포함하는 발광소자를 제공할 수 있다.
MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Qy......화학식(1)
상기 화학식(1)에서 M은 Li, Na, K, Rb, Cs 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리금속이고, N은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리토금속이고, Q는 유로피움(Eu), 망간(Mn), 철(Fe), 크롬(Cr), 칼슘(Ca), 아연(Zn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세듐(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 튤륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 인듐(In) 중에서 선택된 한 개 이상의 활성제 또는 부활성제이고, x는 0 < x < 1, y는 0 < y ≤ 0.5이다.
본 발명의 하기 화학식(1)로 나타내는 형광체는 MxN1-xAl2-xSi2+xO8를 모체로 하고 Q를 활성제 및/또는 부활성제로 첨가하여 1000℃ 이상의 온도에서 환원처리 공정을 거쳐 제조한 것으로써, 250∼500nm의 파장에서 여기하고 350∼800nm에 이르는 넓은 파장의 발광 스펙트럼을 나타낼 수 있다.
본 발명의 하기 화학식(1)로 나타내는 형광체는 Q를 활성제 및/또는 부활성제로 사용하는 알루미늄 실리케이트계 형광체를 제조할 수 있었으며, 자외선 및 청색 발광 다이오드를 여기 에너지원으로 사용하여 발광하는 형광체를 얻을 수 있다.
본 발명의 형광체는 자외선 및 청색 발광 다이오드에 결합되어 발광소자, 바람직하게는 백색 발광 다이오드에에 적용할 수 있다.
MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Qy......화학식(1)
상기 화학식(1)에서 M은 Li, Na, K, Rb, Cs 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리금속이고, N은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리토금속이고, Q는 유로피움(Eu), 망간(Mn), 철(Fe), 크롬(Cr), 칼슘(Ca), 아연(Zn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세듐(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 튤륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 인듐(In) 중에서 선택된 한 개 이상의 활성제 또는 부활성제이고, x는 0 < x < 1, y는 0 < y ≤ 0.5이다.
도 1은 본 발명의 알루미늄 실리케이트 형광체의 제조공정도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예 1에서 열처리 온도에 따라 제조한 알루미늄 실리케이트 형광체를 445nm의 자외선으로 여기 시켜 얻은 형광체의 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이고, 도 2b는 본 발명의 실시예 1에서 열처리 온도에 따라 제조한 알루미늄 실리케이트 형광체를 395nm의 자외선으로 여기 시켜 얻은 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명에서 얻은 Eu2+ 활성제의 1∼11몰％ 몰비 변화에 따른 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 형광체에서 있어서 활성제인 Eu2+의 1∼11몰％ 변화에 따른 형광체의 XRD 회절 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 5는 MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Eu2+ 0.07(x=0.1, 0.3, 0.34, 0.5)의 알루미늄 실리케이트 형광체에 대한 PL 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 6은 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.07 조성의 알루미늄 실리케이트 형광체 및 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Mn2+ 0.07 조성의 알루미늄 실리케이트 형광체에 대해 400∼750nm 파장에서의 발광 스펙트럼인 PL 스펙트럼(photoluminescence spectrum)을 나타낸 것이다.
도 7은 적용예 1에서 제조한 발광 다이오드를 3V, 20mA에서 구동하여 자외선 파장에서 여기 시켜 350∼750nm의 파장에서의 발광 스펙트럼(EL intensity)을 측정한 것이다.
본 발명은 알루미늄 실리케이트계 형광체를 나타낸다.
본 발명은 하기 화학식(1)로 표시되는 알루미늄 실리케이트계 형광체.
MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Qy......화학식(1)
상기 화학식(1)에서 M은 Li, Na, K, Rb, Cs 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리금속이고, N은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리토금속이고, Q는 유로피움(Eu), 망간(Mn), 철(Fe), 크롬(Cr), 칼슘(Ca), 아연(Zn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세듐(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 튤륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 인듐(In) 중에서 선택된 한 개 이상의 활성제 또는 부활성제이고, x는 0 < x < 1, y는 0 < y ≤ 0.5이다.
상기 화학식(1)로 표시되는 알루미늄 실리케이트계 형광체는 250∼500nm의 파장에서 여기하고 350∼800nm의 파장에서 발광 특성을 나타탠다.
상기 화학식(1)로 표시되는 알루미늄 실리케이트계 형광체의 크기는 0.5∼20㎛일 수 있다.
상기 화학식(1)로 표시되는 알루미늄 실리케이트계 형광체는 큐빅(cubic), 테트라고날(Tetragonal), 올소롬빅(Orthorhombic), 헥사고날(Hexagonal) 1개 이상의 결정상을 주상으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 알루미늄 실리케이트계 형광체의 제조방법을 나타낸다.
본 발명은 용매에 알루미늄(Al), 실리카(Si), 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 활성제를 첨가하고 혼합한 후 건조하는 단계; 상기의 건조한 혼합물을 환원 분위기하에서 열처리하는 단계; 및 상기 열처리 단계 후 상온으로 냉각시키고 분쇄하는 단계;를 포함하도록 하여 하기 화학식(1)로 표시되는 알루미늄 실리케이트계 형광체의 제조방법을 나타낸다.
MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Qy......화학식(1)
상기 화학식(1)에서 M은 Li, Na, K, Rb, Cs 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리금속이고, N은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리토금속이고, Q는 유로피움(Eu), 망간(Mn), 철(Fe), 크롬(Cr), 칼슘(Ca), 아연(Zn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세듐(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 튤륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 인듐(In) 중에서 선택된 한 개 이상의 활성제 또는 부활성제이고, x는 0 < x < 1, y는 0 < y ≤ 0.5이다.
상기에서 알루미늄(Al), 실리카(Si), 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및/또는 활성제는 산화물 형태인 화합물을 사용할 수 있다.
상기에서 알루미늄(Al), 실리카(Si), 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및/또는 활성제는 염화물 형태인 화합물을 사용할 수 있다.
상기에서 알루미늄(Al), 실리카(Si), 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및/또는 활성제는 수산화물 형태인 화합물을 사용할 수 있다.
상기에서 알루미늄(Al), 실리카(Si), 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및/또는 활성제는 질산화물 형태인 화합물을 사용할 수 있다.
상기에서 알루미늄(Al), 실리카(Si), 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및/또는 활성제는 탄산화물 형태인 화합물을 사용할 수 있다.
상기에서 알루미늄(Al), 실리카(Si), 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및/또는 활성제는 초산화물 형태인 화합물을 사용할 수 있다.
상기에서 형광체의 원료 성분 중에서 알루미늄의 일예로서 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 알루미늄 클로라이드(AlCl3) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 형광체의 원료 성분 중에서 실리카의 일예로서 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS), 메타-소듐 실리케이트(Na2SiO3) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 형광체의 원료 성분 중에서 알칼리 금속의 일예로서 소듐 나이트레이트(NaNO3), 소듐 클로라이드(NaCl), 리튬 나이트레이트(LiNO3), 리튬 클로라이드(LiCl), 포타슘 나이트레이트(KNO3), 포타슘 클로라이드(KCl) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 형광체의 원료 성분 중에서 알칼리 토금속의 일예로서 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 칼슘 클로라이드(CaCl2) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 형광체의 원료 성분 중에서 활성제는 유로피움 클로라이드(EuCl3), 유로피움 나이트레이트(Eu(NO3)3), 이트륨 나이트레이트(Y(NO3)3), 란타늄 나이트레이트(La(NO3)3), 망간 클로라이드(MnCl2), 망간 나이트레이트(Mn(NO3)2), 카파 나이트레이트(Cu(NO3)2) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 용매는 탄소수 1 내지 10개인 알코올 용매, 아세톤 및 물 중에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
상기 용매의 일예로 메탄올(methanol)을 사용할 수 있다.
상기 용매의 일예로 에탄올(ethanol)을 사용할 수 있다.
상기 용매의 일예로 아세톤(acetone)을 사용할 수 있다.
상기 용매의 일예로 물(water)을 사용할 수 있다.
상기에서 용매 및 용매에 혼합된 원료물질을 교반 및/또는 초음파 진동장치 (ultrasonic)를 이용하여 균일한 조성이 되도록 혼합할 수 있다.
상기에서 용매 및 용매에 혼합된 원료물질을 100∼500rpm으로 1∼24시간 동안 교반 및/또는 50∼100kHz의 주파수를 발산할 수 있는 초음파 진동장치 (ultrasonic)를 이용하여 균일한 조성이 되도록 혼합할 수 있다.
상기에서 건조는 50∼200℃에서 상기 용매가 없어질 때까지 완전히 건조할 수 있다.
상기에서 열처리는 800∼1600℃ 온도에서 질소, 네온 또는 아르곤 75∼95부피％ 및 수소 5∼25부피％가 혼합된 혼합 가스 환원 분위기하에서 1∼10시간 동안 실시할 수 있다.
상기에서 열처리시 환원 분위기를 형성하여 주지 않으면 활성제 원소가 +2가로 환원되지 못하고 산화되어 3가로 존재하여 원하는 발광 파장을 얻을 수 없으므로 열처리시 환원 분위기를 형성해 주는 것이 좋다. 이때 환원 분위기는 질소, 네온, 아르곤, 수소 중에서 선택된 어느 하나 이상의 가스 존재하에서 실시하는 것이 좋으며, 바람직하게는 질소, 네온 또는 아르곤 75∼95부피％ 및 수소 5∼25부피％가 혼합된 혼합 가스하의 환원 분위기에서 실시하는 것이 좋다.
상기에서 열처리는 건조한 혼합물을 알루미나 도가니에 넣고 800∼1600℃ 온도에서 질소, 네온 또는 아르곤 75∼95부피％ 및 수소 5∼25부피％가 혼합된 혼합 가스 환원 분위기하에서 1∼10시간 동안 실시할 수 있다.
상기에서 열처리 단계 후 상온까지 냉각시킨 후 분쇄(grinding)하여 분말 형광체를 얻을 수 있다. 이때 분쇄는 형광체의 크기가 0.5∼20㎛가 되도록 실시할 수 있다.
상기에서 상온은 20∼30℃, 바람직하게는 20∼25℃의 온도를 의미한다.
상기에서 제조된 화학식(1)로 표시되는 알루미늄 실리케이트계 형광체는 큐빅(cubic), 테트라고날(Tetragonal), 올소롬빅(Orthorhombic), 헥사고날(Hexagonal) 중 1개 이상의 결정상을 주상으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 화학식(1)로 표시되는 형광체 또는 상기에서 언급한 방법에 의해 제조하며 화학식(1)로 표시되는 형광체를 함유하는 발광소자를 포함한다.
상기에서 발광소자는 화학식(1)로 표시되는 형광체를 포함하는 발광층을 구비할 수 있다.
상기에서 발광소자는 화학식(1)로 표시되는 형광체가 에폭시에 분산된 형태의 발광층을 구비할 수 있다.
상기에서 발광소자는 화학식(1)로 표시되는 형광체를 스크린 프린팅(screen printing) 방법, 잉크젯 방법(inkjet) 혹은 그라비아 프린팅(gravure printing) 방법에 의해 제조한 막 형태의 발광층을 구비할 수 있다.
상기에서 발광소자는 화학식(1)로 표시되는 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드(white LED)일 수 있다.
상기에서 발광소자의 일예인 발광 다이오드는 광을 내는 광원, 상기 광원을 지지하는 기판 및 상기 광원 주위를 몰딩한 몰딩부재를 포함하는 발광 다이오드에 있어서, 본 발명의 화학식(1)로 표시되는 따른 알루미늄 실리케이트계 형광체 및 몰딩부재로써 에폭시를 포함하는 발광소자용 코팅 형광체 조성물을 상기 발광 다이오드 칩의 주위에 도포함으로써 발광 다이오드를 구성할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 화학식(1)로 표시되는 형광체를 포함하는 발광소자 또는 상기에서 언급한 방법에 의해 제조하며 화학식(1)로 표시되는 형광체를 포함하는 발광소자 함유된 표시장치를 포함한다.
상기에서 표시장치에 함유된 발광소자는 화학식(1)로 표시되는 형광체가 에폭시에 분산된 형태의 발광층을 구비할 수 있다.
상기에서 표시장치에 함유된 발광소자는 화학식(1)로 표시되는 형광체를 스크린 프린팅(screen printing) 방법, 잉크젯 방법(inkjet) 혹은 그라비아 프린팅(gravure printing) 방법에 의해 제조한 막 형태의 발광층을 구비할 수 있다.
상기에서 표시장치에 함유된 발광소자는 화학식(1)로 표시되는 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드(white LED)일 수 있다.
상기에서 표시장치는 조명(照明)일 수 있다.
상기에서 표시장치는 백라이트(back light) 및/또는 디스플레이(display)일 수 있다.
본 발명의 알루미늄 실리케이트계 형광체 및 이의 제조방법에 대해 다양한 조건으로 실시한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 알루미늄 실리케이트계 형광체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기에서 언급한 알루미늄 실리케이트계 형광체를 포함하는 발광소자를 포함한다.
본 발명은 상기에서 언급한 알루미늄 실리케이트계 형광체를 포함하는 발광소자를 함유하는 표시장치를 포함한다.
이하 본 발명의 내용을 실시예, 시험예 및 적용예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1-1> 열처리 온도에 따른 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.05 형광체 제조
도 1은 본 발명의 MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Eu2+ y 조성의 알루미늄 실리케이트계 형광체를 제조하기 위한 대략적인 순서도를 나타낸 것으로서 도 1의 방법을 이용하여 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.05 형광체를 제조하였다.
Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.05의 형광체를 제조하기 위해 (1)물 10ml에 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 나트륨 나이트레이트(NaNO3), 유로피움 클로라이드(EuCl3)를 각각 2-x:1-x:x:0.05 mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (2)에탄올 10ml에 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS)를 2+x mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (3)상기 (1)의 용액과 (2)의 용액을 울트라 소닉(ultrasonic)으로 교반하여 균일한 조성이 되도록 혼합한 혼합물을 얻었다.
상기의 혼합물을 120℃의 온도에서 용매가 없어질 때까지 완전 건조하고 1300℃의 온도에서 3시간 동안 수소 5부피％ 및 질소 95부피％가 혼합된 혼합가스의 환원 분위기하에서 열처리하였다.
열처리 후 25℃까지 냉각시킨 후 크기가 10±1㎛가 되도록 분쇄하여 분말 형태의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<실시예 1-2> 열처리 온도에 따른 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.05 형광체 제조
열처리 온도를 1400℃로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법을 이용하여 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.05의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<실시예 1-3> 열처리 온도에 따른 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.05 형광체 제조
열처리 온도를 1500℃로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법을 이용하여 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.05의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<시험예 1>
상기의 실시예 1-1 내지 실시예 1-3에서 열처리 온도를 각기 달리하여 제조한 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.05의 알루미늄 실리케이트 형광체의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 각각 395nm 파장의 여기 하에서 450nm 필터(filter)를 사용하여 410 ~ 800nm 범의에서 발광 파장을 측정하였고, 445nm 여기하에서 250∼430nm 영역의 여기파장을 측정하고 이들을 각각 도 2a와 도 2b에 나타내었다.
도 2a는 본 발명의 실시예 1-1 내지 실시예 1-3에서 열처리 온도에 따라 제조한 알루미늄 실리케이트 형광체를 445nm의 파장에서 여기 시켜 얻은 형광체의 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 2b는 본 발명의 실시예 1-1 내지 실시예 1-3에서 열처리 온도에 따라 제조한 알루미늄 실리케이트 형광체를 395nm의 파장에서 여기 시켜 얻은 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 2a, 도 2b에서와 같이 온도가 증가함에 따라 발광 강도가 변화하고, 열처리 온도가 1400℃에서 발광강도가 최적화된 것이 관찰되었다.
<실시예 2-1> Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ y(y=0.01)의 알루미늄 실리케이트 형광체 제조
Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.01의 형광체를 제조하기 위해 (1)물 10ml에 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 나트륨 나이트레이트(NaNO3), 유로피움 클로라이드(EuCl3)를 각각 2-x:1-x:x:0.01 mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (2)에탄올 10ml에 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS)를 2+x mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (3)상기 (1)의 용액과 (2)의 용액을 울트라 소닉(ultrasonic)으로 교반하여 균일한 조성이 되도록 혼합한 혼합물을 얻었다.
상기의 혼합물을 120℃의 온도에서 용매가 없어질 때까지 완전 건조하고 1400℃의 온도에서 3시간 동안 수소 5부피％ 및 질소 95부피％가 혼합된 혼합가스의 환원 분위기하에서 열처리하였다.
열처리 후 25℃까지 냉각시킨 후 크기가 10±1㎛가 되도록 분쇄하여 분말 형태의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<실시예 2-2> Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ y(y=0.03)의 알루미늄 실리케이트 형광체 제조
Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.03의 형광체를 제조하기 위해 (1)물 10ml에 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 나트륨 나이트레이트(NaNO3), 유로피움 클로라이드(EuCl3)를 각각 2-x:1-x:x:0.03 mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (2)에탄올 10ml에 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS)를 2+x mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (3)상기 (1)의 용액과 (2)의 용액을 울트라 소닉(ultrasonic)으로 교반하여 균일한 조성이 되도록 혼합한 혼합물을 얻었다.
상기의 혼합물을 120℃의 온도에서 용매가 없어질 때까지 완전 건조하고 1400℃의 온도에서 3시간 동안 수소 5부피％ 및 질소 95부피％가 혼합된 혼합가스의 환원 분위기하에서 열처리하였다.
열처리 후 25℃까지 냉각시킨 후 크기가 10±1㎛가 되도록 분쇄하여 분말 형태의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<실시예 2-3> Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ y(y=0.05)의 알루미늄 실리케이트 형광체 제조
Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.05의 형광체를 제조하기 위해 (1)물 10ml에 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 나트륨 나이트레이트(NaNO3), 유로피움 클로라이드(EuCl3)를 각각 2-x:1-x:x:0.05 mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (2)에탄올 10ml에 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS)를 2+x mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (3)상기 (1)의 용액과 (2)의 용액을 울트라 소닉(ultrasonic)으로 교반하여 균일한 조성이 되도록 혼합한 혼합물을 얻었다.
상기의 혼합물을 120℃의 온도에서 용매가 없어질 때까지 완전 건조하고 1400℃의 온도에서 3시간 동안 수소 5부피％ 및 질소 95부피％가 혼합된 혼합가스의 환원 분위기하에서 열처리하였다.
열처리 후 25℃까지 냉각시킨 후 크기가 10±1㎛가 되도록 분쇄하여 분말 형태의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<실시예 2-4> Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ y(y=0.07)의 알루미늄 실리케이트 형광체 제조
Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.07의 형광체를 제조하기 위해 (1)물 10ml에 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 나트륨 나이트레이트(NaNO3), 유로피움 클로라이드(EuCl3)를 각각 2-x:1-x:x:0.07 mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (2)에탄올 10ml에 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS)를 2+x mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (3)상기 (1)의 용액과 (2)의 용액을 울트라 소닉(ultrasonic)으로 교반하여 균일한 조성이 되도록 혼합한 혼합물을 얻었다.
상기의 혼합물을 120℃의 온도에서 용매가 없어질 때까지 완전 건조하고 1400℃의 온도에서 3시간 동안 수소 5부피％ 및 질소 95부피％가 혼합된 혼합가스의 환원 분위기하에서 열처리하였다.
열처리 후 25℃까지 냉각시킨 후 크기가 10±1㎛가 되도록 분쇄하여 분말 형태의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<실시예 2-5> Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ y(y=0.09)의 알루미늄 실리케이트 형광체 제조
Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.09의 형광체를 제조하기 위해 (1)물 10ml에 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 나트륨 나이트레이트(NaNO3), 유로피움 클로라이드(EuCl3)를 각각 2-x:1-x:x:0.09 mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (2)에탄올 10ml에 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS)를 2+x mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (3)상기 (1)의 용액과 (2)의 용액을 울트라 소닉(ultrasonic)으로 교반하여 균일한 조성이 되도록 혼합한 혼합물을 얻었다.
상기의 혼합물을 120℃의 온도에서 용매가 없어질 때까지 완전 건조하고 1400℃의 온도에서 3시간 동안 수소 5부피％ 및 질소 95부피％가 혼합된 혼합가스의 환원 분위기하에서 열처리하였다.
열처리 후 25℃까지 냉각시킨 후 크기가 10±1㎛가 되도록 분쇄하여 분말 형태의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<실시예 2-6> Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ y(y=0.11)의 알루미늄 실리케이트 형광체 제조
Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.11의 형광체를 제조하기 위해 (1)물 10ml에 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 나트륨 나이트레이트(NaNO3), 유로피움 클로라이드(EuCl3)를 각각 2-x:1-x:x:0.11 mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (2)에탄올 10ml에 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS)를 2+x mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (3)상기 (1)의 용액과 (2)의 용액을 울트라 소닉(ultrasonic)으로 교반하여 균일한 조성이 되도록 혼합한 혼합물을 얻었다.
상기의 혼합물을 120℃의 온도에서 용매가 없어질 때까지 완전 건조하고 1400℃의 온도에서 3시간 동안 수소 5부피％ 및 질소 95부피％가 혼합된 혼합가스의 환원 분위기하에서 열처리하였다.
열처리 후 25℃까지 냉각시킨 후 크기가 10±1㎛가 되도록 분쇄하여 분말 형태의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<시험예 2>
상기 실시예 2-1 내지 실시예 2-6에서 제조한 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ y(y=0.01∼0.11)의 알루미늄 실리케이트 형광체에서 활성제인 Eu2+ 농도가 1∼11몰％[Eu2+ y(y=0.01∼0.11)] 변화에 따른 PL 스펙트럼을 측정 395nm 파장의 여기 하에서 450nm 필터(filter)를 사용하여 410∼800nm 파장 범위에서 발광 파장을 측정하고 이를 도 3a, 도 3b에 나타내었다.
도 3a, 도 3b에서와 같이 도 Eu2+ 농도가 증가함에 따라 발광 강도가 변화하고, 440∼450nm 부근에서 파장에서 발광강도가 보다 우수함이 관찰되었다.
<시험예 3>
상기 실시예 2-1 내지 실시예 2-6에서 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ y(y=0.01∼0.11)의 알루미늄 실리케이트 형광체에서 활성제인 Eu2+ 농도가 1∼11몰％[Eu2+ y(y=0.01∼0.11)] 변화에 따른 XRD 회절 패턴을 측정하고 이를 도 4에 나타내었다.
도 4는 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ y(y=0.01∼0.11)의 알루미늄 실리케이트 형광체에서 활성제인 유로피움(Eu) 농도 변화에 따른 형광체의 XRD 패턴을 나타낸 것으로 Eu 7mol%(Eu2+ 0.07)에서 최적화 되었음을 확인할 수 있었다.
한편 도 4의 하단에 기재된 PDF#86-1650은 상기 실시예 2-1 내지 실시예 2-6에서 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ y(y=0.01∼0.11)의 알루미늄 실리케이트 형광체가 정확하게 합성되었는지 알려주는 기존의 참고 샘플(reference sample)의 XRD 패턴으로서 입니다. 실시예 2-1 내지 실시예 2-6에서 제조한 형광체와 기존의 reference의 패턴이 일치하므로 형광체 조성이 잘 합성되었음을 알 수 있었다.
<실시예 3-1> MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Eu2+ 0.07(x=0.1)의 알루미늄 실리케이트 형광체
Na0.1Ca0.9Al1.9Si2.1O8:Eu2+ 0.07의 형광체를 제조하기 위해 (1)물 10ml에 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 나트륨 나이트레이트(NaNO3), 유로피움 클로라이드(EuCl3)를 각각 2-x:1-x:x:0.07 mol 비율(x는 0.1)로 용해시켜 용액을 얻고, (2)에탄올 10ml에 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS)를 2+x mol 비율(x는 0.1)로 용해시켜 용액을 얻고, (3)상기 (1)의 용액과 (2)의 용액을 울트라 소닉(ultrasonic)으로 교반하여 균일한 조성이 되도록 혼합한 혼합물을 얻었다.
상기의 혼합물을 120℃의 온도에서 용매가 없어질 때까지 완전 건조하고 1400℃의 온도에서 3시간 동안 수소 5부피％ 및 질소 95부피％가 혼합된 혼합가스의 환원 분위기하에서 열처리하였다.
열처리 후 25℃까지 냉각시킨 후 크기가 10±1㎛가 되도록 분쇄하여 분말 형태의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<실시예 3-2> MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Eu2+ 0.07(x=0.3)의 알루미늄 실리케이트 형광체
Na0.3Ca0.7Al1.7Si2.3O8:Eu2+ 0.07의 형광체를 제조하기 위해 (1)물 10ml에 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 나트륨 나이트레이트(NaNO3), 유로피움 클로라이드(EuCl3)를 각각 2-x:1-x:x:0.07 mol 비율(x는 0.3)로 용해시켜 용액을 얻고, (2)에탄올 10ml에 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS)를 2+x mol 비율(x는 0.3)로 용해시켜 용액을 얻고, (3)상기 (1)의 용액과 (2)의 용액을 울트라 소닉(ultrasonic)으로 교반하여 균일한 조성이 되도록 혼합한 혼합물을 얻었다.
상기의 혼합물을 120℃의 온도에서 용매가 없어질 때까지 완전 건조하고 1400℃의 온도에서 3시간 동안 수소 5부피％ 및 질소 95부피％가 혼합된 혼합가스의 환원 분위기하에서 열처리하였다.
열처리 후 25℃까지 냉각시킨 후 크기가 10±1㎛가 되도록 분쇄하여 분말 형태의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<실시예 3-3> MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Eu2+ 0.07(x=0.34)의 알루미늄 실리케이트 형광체
Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.07의 형광체를 제조하기 위해 (1)물 10ml에 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 나트륨 나이트레이트(NaNO3), 유로피움 클로라이드(EuCl3)를 각각 2-x:1-x:x:0.07 mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (2)에탄올 10ml에 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS)를 2+x mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (3)상기 (1)의 용액과 (2)의 용액을 울트라 소닉(ultrasonic)으로 교반하여 균일한 조성이 되도록 혼합한 혼합물을 얻었다.
상기의 혼합물을 120℃의 온도에서 용매가 없어질 때까지 완전 건조하고 1400℃의 온도에서 3시간 동안 수소 5부피％ 및 질소 95부피％가 혼합된 혼합가스의 환원 분위기하에서 열처리하였다.
열처리 후 25℃까지 냉각시킨 후 크기가 10±1㎛가 되도록 분쇄하여 분말 형태의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<실시예 3-4> MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Eu2+ 0.07(x=0.5)의 알루미늄 실리케이트 형광체
Na0.5Ca0.5Al1.5Si2.5O8:Eu2+ 0.07의 형광체를 제조하기 위해 (1)물 10ml에 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 나트륨 나이트레이트(NaNO3), 유로피움 클로라이드(EuCl3)를 각각 2-x:1-x:x:0.07 mol 비율(x는 0.5)로 용해시켜 용액을 얻고, (2)에탄올 10ml에 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS)를 2+x mol 비율(x는 0.5)로 용해시켜 용액을 얻고, (3)상기 (1)의 용액과 (2)의 용액을 울트라 소닉(ultrasonic)으로 교반하여 균일한 조성이 되도록 혼합한 혼합물을 얻었다.
상기의 혼합물을 120℃의 온도에서 용매가 없어질 때까지 완전 건조하고 1400℃의 온도에서 3시간 동안 수소 5부피％ 및 질소 95부피％가 혼합된 혼합가스의 환원 분위기하에서 열처리하였다.
열처리 후 25℃까지 냉각시킨 후 크기가 10±1㎛가 되도록 분쇄하여 분말 형태의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<시험예 4>
상기 실시예 3-1 내지 실시예 3-4에서 제조한 각각의 MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Eu2+ 0.07(x=0.1, 0.3, 0.34, 0.5)의 알루미늄 실리케이트 형광체에 대해 PL 스펙트럼을 395nm 파장의 여기 하에서 450nm 필터(filter)를 사용하여 410∼800nm의 파장 범의에서 발광 파장을 측정하고 이들의 결과를 도 5a, 도 5b에 각각 나타내었다.
도 5에서처럼 본 발명의 MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Eu2+ 0.07(x=0.1, 0.3, 0.34, 0.5)의 알루미늄 실리케이트 형광체는 최대 발광 강도를 x=0.5에서 보였으며, 도 5a의 450nm 부근에서 관찰되는 주피크가 도 5b에서처럼 점점 442nm 부근의 단파장으로 이동됨을 알 수 있었다.
<실시예 4> Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Mn2+ 0.07의 알루미늄 실리케이트 형광체
Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Mn2+ 0.07의 형광체를 제조하기 위해 (1)물 10ml에 알루미늄 나이트레이트(Al(NO3)3), 칼슘 나이트레이트(Ca(NO3)2), 나트륨 나이트레이트(NaNO3), 망간 클로라이드(MnCl2)를 각각 2-x:1-x:x:0.07 mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (2)에탄올 10ml에 테트라올소실리케이트(Tetraorthosilicate, TEOS)를 2+x mol 비율(x는 0.34)로 용해시켜 용액을 얻고, (3)상기 (1)의 용액과 (2)의 용액을 울트라 소닉(ultrasonic)으로 교반하여 균일한 조성이 되도록 혼합한 혼합물을 얻었다.
상기의 혼합물을 120℃의 온도에서 용매가 없어질 때까지 완전 건조하고 1400℃의 온도에서 3시간 동안 수소 5부피％ 및 질소 95부피％가 혼합된 혼합가스의 환원 분위기하에서 열처리하였다.
열처리 후 25℃까지 냉각시킨 후 크기가 10±1㎛가 되도록 분쇄하여 분말 형태의 알루미늄 실리케이트 형광체를 제조하였다.
<시험예 5>
상기 실시예 4에서 활성제로 망간(Mn)을 이용하여 제조한 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Mn2+ 0.07 조성의 알루미늄 실리케이트 형광체 및 실시예 2-4에서 활성제로 유로피움(Eu)을 이용하여 제조한 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.07 조성의 알루미늄 실리케이트 형광체에 대해 400∼750nm 파장에서의 발광 스펙트럼인 PL 스펙트럼(photoluminescence spectrum)의 변화를 395nm 파장의 여기 하에서 450nm 필터(filter)를 사용하여 410∼800nm 파장 범위에서 발광 파장을 측정하고 이의 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에서처럼 모체가 동일하고 활성제로 망간(Mn)을 사용한 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Mn2+ 0.07 조성의 알루미늄 실리케이트 형광체 및 활성제로 유로피움(Eu)을 사용한 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.07 조성의 알루미늄 실리케이트 형광체는 활성제에 따라 다른 발광 스펙트럼을 나타내고 있음을 알 수 있었다.
<적용예 1>
상기 실시예 2-4에서 제조한 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.07 조성의 알루미늄 실리케이트계 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체를 에폭시 수지에 균일하게 분산시켜 경화부를 제조하였다.
발광 다이오드 칩은 Al2O3 소재의 기판상에 자외선 파장 영역에서 광자를 방출시키는 칩 LED를 은 페이스트(Ag paste)로 리드 프레임 전극(애노드, 캐소드)에 접착 고정시켰다. 이후 발광 다이오드 칩 상에 상기 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.07 조성의 알루미늄 실리케이트계 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체를 포함하는 경화부를 도포하여 150℃에서 1시간 동안 경화시켜 발광 다이오드(LED)를 제조하였다.
상기에서 녹색 형광체는 500nm∼570nm의 발광파장 영역을 가지는 것을 사용하였고, 적색 형광체는 570nm∼750nm의 발광파장 영역을 가지는 것을 사용하였다.
<시험예 6>
상기 적용예 1에서 제조한 발광 다이오드를 3V, 20mA에서 구동하여 자외선 파장에서 여기 시켜 350∼750nm의 파장에서의 발광 스펙트럼(EL intensity)을 측정하고 이의 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에서처럼 자외선 소스의 발광 스펙트럼 이외에 Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8:Eu2+ 0.07 조성의 알루미늄 실리케이트계 형광체의 발광 스펙트럼, 녹색 형광체의 발광 스펙트럼 및 적색 형광체의 발광 스펙트럼을 나타내고 있음을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예, 시험예 및 적용예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 하기 화학식(1)로 나타내는 형광체는 자외선 및 청색 발광 다이오드가 나타내는 250∼500nm의 파장에 의해 여기되며, 350∼800nm 영역의 발광 파장 스펙트럼을 보이는 알루미늄 실리케이트계 형광체 및 상기 형광체를 포함하는 발광소자를 나타낼 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.
MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Qy......화학식(1)
상기 화학식(1)에서 M은 Li, Na, K, Rb, Cs 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리금속이고, N은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리토금속이고, Q는 유로피움(Eu), 망간(Mn), 철(Fe), 크롬(Cr), 칼슘(Ca), 아연(Zn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세듐(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 튤륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 인듐(In) 중에서 선택된 한 개 이상의 활성제 또는 부활성제이고, x는 0 < x < 1, y는 0 < y ≤ 0.5이다.

Claims (9)

  1. 하기 화학식(1)로 표시되는 알루미늄 실리케이트계 형광체.
    MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Qy......화학식(1)
    상기 화학식(1)에서 M은 Li, Na, K, Rb, Cs 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리금속이고, N은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리토금속이고, Q는 유로피움(Eu), 망간(Mn), 철(Fe), 크롬(Cr), 칼슘(Ca), 아연(Zn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세듐(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 튤륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 인듐(In) 중에서 선택된 한 개 이상의 활성제 또는 부활성제이고, x는 0 < x < 1, y는 0 < y ≤ 0.5이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식(1)로 표시되는 알루미늄 실리케이트계 형광체는 250∼500nm의 파장에서 여기하고 350∼800nm의 파장에서 발광 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 알루미늄 실리케이트계 형광체.
  3. 용매에 알루미늄(Al), 실리카(Si) 및 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 활성제를 첨가하고 혼합한 후 건조하는 단계;
    상기의 건조한 혼합물을 환원 분위기하에서 열처리하는 단계;
    상기 열처리 단계 후 상온으로 냉각시킨 후 분쇄하는 단계;를 포함하도록 하여 하기 화학식(1)로 표시되는 형광체를 제조하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 실리케이트계 형광체의 제조방법.
    MxN1-xAl2-xSi2+xO8:Qy......화학식(1)
    상기 화학식(1)에서 M은 Li, Na, K, Rb, Cs 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리금속이고, N은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 중에서 선택된 어느 하나의 알칼리토금속이고, Q는 유로피움(Eu), 망간(Mn), 철(Fe), 크롬(Cr), 칼슘(Ca), 아연(Zn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세듐(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 튤륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 인듐(In) 중에서 선택된 한 개 이상의 활성제 또는 부활성제이고, x는 0 < x < 1, y는 0 < y ≤ 0.5이다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 알루미늄(Al), 실리카(Si) 및 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 활성제는 산화물, 염화물, 수산화물, 질산화물, 탄산화물 및 초산화물 중에서 선택된 어느 하나 이상의 형태인 것을 특징으로 하는 알루미늄 실리케이트계 형광체의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    용매는 탄소수 1 내지 10개인 알코올 용매, 아세톤 및 물 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 알루미늄 실리케이트계 형광체의 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    열처리는 800∼1600℃ 온도에서 질소, 네온 또는 아르곤 75∼95부피％ 및 수소 5∼25부피％가 혼합된 혼합 가스 환원 분위기하에서 1∼10 시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 실리케이트계 형광체의 제조방법.
  7. 청구항 제1항의 화학식(1)로 표시되는 형광체 또는 청구항 제3항의 방법에 의해 제조한 화학식(1)로 표시되는 형광체를 포함하는 발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    발광소자는 상기 형광체를 에폭시에 분산된 형태의 발광층을 구비하거나 또는 상기 형광체를 스크린 프린팅(screen printing) 방법, 잉크젯 방법(inkjet) 혹은 그라비아 프린팅(gravure printing) 방법에 의해 제조한 막 형태의 발광층을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자
  9. 제7항에 있어서,
    발광소자는 백색 발광 다이오드(white LED)인 것을 특징으로 하는 발광소자.
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