KR20140025077A - The phosphor for emitting blue and red light, light emitting device containing the same and the manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 청색 및 적색 발광용 형광체와 이를 포함하는 발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a phosphor for emitting blue and red light, a light emitting device including the same, and a method of manufacturing the same.
근래 지구온난화에 기인하는 급격한 환경 변화로 인하여 이상 고온 현상, 가뭄, 홍수 등의 자연재해와 더불어 안전성과 품질이 우수한 농산물에 대한 소비자의 요구가 지속적으로 높아지고 있는 가운데 식물공장(plant factory)에 대한 관심이 날로 커지고 있다. 식물공장은 식물 생장에 최적화되도록 환경요소가 제어되므로 외부의 기후 변화에 관계없이 고성장, 친환경 작물의 체계적인 생산이 가능하다.
In recent years, due to rapid changes in the environment caused by global warming, consumers' demands for agricultural products with high safety and quality have been increasing along with natural disasters such as abnormal high temperature phenomena, drought and flood, It is getting bigger this day. Since plant elements are controlled by environmental elements to optimize for plant growth, it is possible to systematically produce high-growth, environment-friendly crops regardless of external climate change.
일반적으로 식물 생장에는 빛, 이산화탄소, 온도, 물이 필요한데 그중에서도 광합성산물(탄수화물)을 생산, 이를 식물 생장 에너지원으로 이용하는 광합성 반응에는 빛 에너지가 필수적이다.
In general, light, carbon dioxide, temperature and water are needed for plant growth. Light energy is essential for photosynthetic reaction, which uses photosynthetic products (carbohydrates) as a source of plant growth energy.
녹색 식물 세포에 의해 수행되는 광합성은 이산화탄소가 유기물 중에 고정되는 다양한 형식 중 하나로서, 클로로필(엽록소)을 가진 식물 또는 세포가 태양의 빛에너지를 이용하여 물과 이산화탄소로부터 유기물을 합성하는 과정을 일컬으며, 에너지 측면에서는 태양의 빛에너지가 당 또는 전분 등의 유기물에 화학에너지로서 저장되는 과정으로 정의되며, 보다 구체적으로는 빛의 흡수에 의해 물 분자로부터 발생된 전자가 광합성계를 거치는 동안 발생된 양성자 구배(proton gradient)에 의해 화학적 고에너지 화합물인 ATP(Adenosine triphosphate)와 NADPH(reduced Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate)를 합성하며, 이들 합성된 화합물이 당의 합성에 이용되는 과정이다.
Photosynthesis carried out by green plant cells is one of the various forms in which carbon dioxide is fixed in organic matter, and refers to the process in which plants or cells with chlorophyll synthesize organic matter from water and carbon dioxide using solar light energy In terms of energy, the sun's light energy is defined as the chemical energy stored in organic matter such as sugars or starches. More specifically, the electrons generated from the water molecules by the absorption of light, The synthesis of ATP (Adenosine triphosphate) and NADPH (reduced Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate) as chemical high energy compounds by proton gradient is a process used for the synthesis of sugars.
광합성 기관은 고등식물의 경우 표피 세포 아래의 책상 조직 세포 내에 다량 포함되어 있는 세포내 기관인 엽록체이다. 엽록체는 이중막 구조로서, 내막 내부에는 디스크 형상의 틸라코이드(thylakoid)가 적층된 그라나(grana)와 기질부인 스트로마(stroma)로 구성되며, 그라나는 명반응(Hill reaction)을, 그리고 스트로마는 암반응(dark reaction)을 수행한다.
Photosynthetic organs are chloroplasts, which are intracellular organs, which are abundant in the tissues of the tissues under the epidermal cells in the case of higher plants. The chloroplast consists of a double membrane structure, consisting of grana with lamellar thylakoids and stroma inside the intima, granule with Hill reaction, and stroma with dark (dark) reaction.
빛은 엽록체 중의 틸라코이드의 클로로필(엽록소)에 흡수되며, 엽록소가 흡수한 에너지에 의하여 물 분자가 수소와 산소로 분해되며 생성된 수소는 수소수용체인 NADP로 넘겨져 NADPH를 생성하고 산소를 방출함과 아울러, 광인산화(photophosphorylation) 과정을 통하여 고에너지 인산화합물인 ATP가 만들어진다.
The light is absorbed by the chlorophyll (chlorophyll) of the thylakoid in the chloroplast. The water molecules are decomposed into hydrogen and oxygen by the energy absorbed by the chlorophyll, and the generated hydrogen is transferred to the hydrogen acceptor NADP to generate NADPH and release oxygen. , And photophosphorylation (ATP), which is a high energy phosphate compound.
클로로필은 피롤 핵이 메틴기(-CH=)에 의해 서로 결합된 포르피린 고리의 중심에 Mg을 가지고 있고 피톨과 에스테르 결합을 하고 있는 화합물로써, 틸라코이드막의 소수성 영역 내에 소수성 피톨 측쇄가 앵커링(anchoring)되어 있는 구조로서, 클로로필 a와 b의 분자 구조적 차이는 클로로필 a의 특정한 메틸기 위치가 알데히드기로 치환된 것이 클로로필 b이다.
Chlorophyll is a compound in which the pyrrole nucleus has Mg at the center of a porphyrin ring bonded to each other by a methine group (-CH =) and has an ester bond with phytol, and anhydrophobic pyrrole side chain is anchored in the hydrophobic region of the thylakoid membrane , The molecular structural difference between chlorophyll a and b is chlorophyll b in which the specific methyl group position of chlorophyll-a is replaced by an aldehyde group.
광합성 과정에 대하여 더욱 부연하면, 광합성 단위인 250 분자의 클로로필과 동화 색소로 이루어지는 광합성 단위인 퀸타좀(quantasome)의 안테나 클로로필이 빛을 모아 반응 센터라 불리는 광합성계로 전달하면서 여기 에너지의 전달이 일어나며, 받아들인 빛에너지에 의한 여기 에너지는 2가지의 광화학 반응을 일으키는 데 사용된다.
In addition to the photosynthesis process, the chlorophyll of 250 molecules of photosynthesis units and the anatomic chlorophyll of the quaternary (quantasome), which is a photosynthesis unit composed of anabolic pigments, collects light and transfers it to the photosynthetic system called the reaction center, The excitation energy by the accepted light energy is used to cause two photochemical reactions.
물은 광반응계 II(photosystem II: P700)에 의해 분해되어 산소를 발생하며, 이 계에서는 녹색식물은 엽록소 b, 그리고 홍조식물과 남조류는 피코빌린 등의 보조색소가 주종을 이루며 망간 및 염소이온 등이 관여한다. 광화학계Ⅱ에서 물로부터 유래하는 전자는 플라스토퀴논, 플라스토시아닌, 시토크롬f, P-700 등의 전자전달계를 거쳐 광반응계 I(photosystem I: P680)에 전달된다. 광화학계Ⅰ에서는 엽록소 a가 주역을 이루며, 전달된 전자는 페레독신이라는 전자전달체로 전달되어 페레독신-NADP 환원효소를 거치면서 NADP에 이르게 되고 환원형 니코틴아미드아데닌디뉴클레오티드인산(NADPH)을 생성한다.
Water is decomposed by photosystem II (P700) and oxygen is generated. In this system, chlorophyll b is a green plant, and auxiliary pigment such as red pepper plants and cyanobacteria are povolenes. Manganese and chlorine ions . In photochemistry II, water-derived electrons are transferred to the photoreactor I (photosystem I: P680) via an electron transfer system such as plastoquinone, plastocyanine, cytochrome f, or P-700. In the photochemical system I, the chlorophyll a is the main part, and the transferred electrons are transferred to the electron transporting material of the ferredoxin, which leads to the NADP through the ferredoxin-NADP reductase and produces the reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) .
이어서, 엽록체 중의 스트로마에서는 틸라코이드에서 만들어진 NADPH와 ATP를 이용하여 캘빈 회로(Calvin cycle) 또는 펜토오스포스페이트 경로(pentose phosphate pathway)를 통하여 이산화탄소를 환원시켜 광합성 최종 산물로서의 유기화합물이 제조된다.
Subsequently, in stroma in chloroplasts, carbon dioxide is reduced through the Calvin cycle or the pentose phosphate pathway using NADPH and ATP produced in thylakoids to produce an organic compound as a photosynthetic final product.
모든 광합성 생물은 빛에너지를 흡수하는 동화색소로서 적어도 한 종류 이상의 클로로필을 가지고 있으며, 대부분의 고등식물, 양치식물, 선태류 및, 조류(藻類)에서는 엽록소 a와 b가 3:1~3:2의 비율로 포함되며, 광합성 세균에서는 박테리오클로로필을 주된 동화색소로서 가지고 있다. 또한 클로로필 c는 갈조류에, 클로로필 d는 홍조류에, 그리고 클로로필 e는 부등모조류에 다량 포함되어 있는 것으로 알려져 있다.
All photosynthetic organisms have at least one kind of chlorophyll that absorbs light energy. In most higher plants, ferns, algae and algae, chlorophyll a and b have a ratio of 3: 1 to 3: 2 , And photosynthetic bacteria have bacteriophilic chlorophyll as a major assimilation pigment. Chlorophyll c is known to be abundant in brown algae, chlorophyll d in red algae, and chlorophyll e in anhydrous algae.
한편, 광합성의 속도를 결정하는 주된 외적 요인으로서는 빛의 세기, 이산화탄소의 양, 온도, 물의 양 등을 들 수 있다. 잎에 빛을 가하면 광량에 비례하여 광합성 속도는 커지나, 광포화(光飽和)점부터는 그 이상 광량이 커져도 광합성 속도는 증가하지 않는다.
On the other hand, the main external factors that determine the rate of photosynthesis include light intensity, amount of carbon dioxide, temperature, and amount of water. When light is applied to the leaves, the rate of photosynthesis increases in proportion to the amount of light, but from the point of light saturation (light saturation), the rate of photosynthesis does not increase even when the amount of light is increased.
이산화탄소도 마찬가지로 이산화탄소의 양이 증가하면 광합성 속도는 커지지만, 어느 농도를 초과하면 그 이상 농도가 높아져도 광합성 속도는 커지지 않는다. 이산화탄소의 농도가 약 0.03％인 대기 중에서는 식물의 종류에 따라 다소의 차이는 있지만 약 1000㏅, 또는 그 이하의 빛에서 포화에 도달한다.
Similarly, the amount of carbon dioxide increases as the amount of carbon dioxide increases, but if the concentration exceeds a certain level, the rate of photosynthesis does not increase even if the concentration exceeds that. In the atmosphere with a concentration of carbon dioxide of about 0.03%, saturation is reached in the light of about 1000 ㏅ or less though there is some difference depending on the kind of plant.
이산화탄소량과 광량과의 관계에서 이산화탄소 농도가 낮을 때에는 광합성 속도가 이산화탄소의 양에 의해 지배되나, 그 양이 충분할 때에는 광합성 속도는 빛의 세기에 지배된다. 또한, 온도의 광합성 속도에 대한 영향은 약한 빛에서는 거의 나타나지 않으나 강한 빛에서는 온도에 의하여 광합성이 지배를 받으며, 온도의 상승에 따라서 광합성 속도가 증대한다.
When the carbon dioxide concentration is low, the rate of photosynthesis is governed by the amount of carbon dioxide. However, when the amount of carbon dioxide is sufficient, the rate of photosynthesis is governed by the intensity of light. Also, the effect of temperature on the photosynthetic rate hardly appears in weak light, but in strong light, photosynthesis is dominated by temperature, and the rate of photosynthesis increases with increasing temperature.
이러한 점으로부터, 광량이 반응속도를 결정하고 온도의 영향을 받지 않는 광화학적 반응단계(명반응)와, 광량과는 관계없는 효소반응의 단계(암반응)의 2가지이다. 또한 빛의 세기가 어느 정도 이상이 되면 아무리 세기를 증가시켜도 광합성 속도가 증대하지 않는 것은 빛의 세기가 지배를 받지 않는 암반응이 광합성 속도의 속도결정 단계로 되어 있기 때문이며, 약한 빛 아래서는 명반응이 속도결정 단계로 되어 있으므로 광합성량은 빛의 양에 비례하여 증대하고 이산화탄소의 양과 온도와는 관계가 없다.
From this point of view, there are two types of photochemical reaction steps (light reaction) in which the light amount determines the reaction rate and are not influenced by temperature, and a stage of enzyme reaction (dark reaction) independent of the light amount. In addition, if the light intensity is above a certain level, no matter how much the intensity increases, the photosynthesis rate does not increase because the dark reaction, which is not dominated by light intensity, is the rate determining step of photosynthesis rate, Since it is in the crystalline phase, the amount of photosynthesis increases in proportion to the amount of light and is independent of the amount and temperature of carbon dioxide.
따라서 빛에 의한 광합성 량은 온도와 이산화탄소의 농도에 의존적이기는 하지만, 물이 충분히 공급되는 조건하의 적당한 온도와 대기 중 통상의 이산화탄소 농도 하에서 빛은 광합성량을 증대시키는 결정적인 중요한 요소이다.
Therefore, although the amount of photosynthesis by light depends on the temperature and the concentration of carbon dioxide, light is a crucial factor for increasing photosynthesis under moderate temperatures under sufficient water supply and normal carbon dioxide concentrations in the atmosphere.
이에, 고전적인 식물 재배 방법에서는 무한, 일방적으로 제공되는 태양에너지를 이용하였으나, 최근에는 순수한 인공광 또는 태양광과의 복합 시스템 등을 이용하여 필요에 맞게끔 효율적으로 빛 에너지를 제어하는 시스템이 사용되고 있다.
Thus, in the conventional plant cultivation method, infinite and unilateral solar energy is used, but recently, a system for efficiently controlling light energy by using a complex system of pure artificial light or solar light has been used .
발광 다이오드 광원 (light emitting diode; LED)를 이용한 식물 재배 방식은 백열등이나 형광등에 비해 전력소모가 적고, 불필요한 파장 영역을 제외한 원하는 특정 영역의 파장을 선택적으로 조사할 수 있어 식물 재배에 효율적인 방법이다.
A plant cultivation method using a light emitting diode (LED) is an efficient method for plant cultivation because it consumes less electric power than an incandescent lamp or a fluorescent lamp and can selectively search a wavelength of a desired specific region except an unnecessary wavelength region.
최근에 사용되는 식물재배용 발광다이오드를 포함하는 조명장치의 식물 성·생장 육성장치에는 식물의 특성에 따라 그리고 제어하고자 하는 매개변수에 따라 최적의 파장대역 및 밝기의 광을 조사함으로써 식물의 성·생장을 위한 제어부를 구성하여 제어할 수 있는 발광다이오드를 이용한 식물 성·생장 육성장치가 사용된다.
Recently, planting and growing apparatuses of lighting apparatuses including light emitting diodes for plant cultivation have been used for planting and growing plants by irradiating light of optimal wavelength band and brightness according to the characteristics of plants and parameters to be controlled A plant-grown / growth-growing apparatus using a light-emitting diode which can be controlled by constituting a control unit for the plant.
색소식물을 재배하는데 있어서 좁은 공간에서 생산효율과 단시간에 재배가 가능하도록 만들어진 폐쇄형 LED 식물공장으로써 전력소비가 적고 광 효율이 높은 적색광 660nm, 청색광 460nm의 엘이디 램프를 광원으로 사용하고 광 폐쇄공간에서 고효율 식물재배 시스템에 대해서도 알려져 있다.
It is a closed-type LED plant plant that is able to cultivate pigment plants in a narrow space and can be cultivated in a short time. It uses LED light of 660nm and blue light of 460nm with low power consumption and high efficiency of light as a light source, High-efficiency plant cultivation systems are also known.
대한민국공개특허 제2004-0010426호에 따르면, 광효율이 높은 적외선광, 적색광, 청색광 개별적인 LED 램프를 광원으로 사용한 식물 재배 시스템에 대하여 기재하고 있다.
Korean Patent Laid-Open No. 2004-0010426 describes a plant cultivation system using an individual LED lamp as a light source for infrared light, red light, and blue light having high light efficiency.
대한민국 공개특허 제2003-0005023호에 따르면 다양한 파장을 갖는 여러 종류의 LED를 적절한 비율로 조합하여 보드 상에 다수 배치하고 식물의 종류나 생육 상황에 따라 교체하는 방식에 대하여 개시하고 있다. 더욱 상세하게는, 식물의 종류와 생육과정에 맞추어 최적 파장의 빛을 발산하는 여러 종류의 LED를 적당한 비율로 조합하는데 적색, 청색, 녹색, 백색, 적외선, 자외선 등의 LED 중에서 선택되는 1종류 또는 2종류 이상의 LED를 보드상에 적당한 비율로 다수 배치하여 식물의 종류나 생육상황에 따라 교체할 수 있도록 한 구성에 관한 것이다.
Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0005023 discloses a method of arranging a plurality of LEDs having various wavelengths at appropriate ratios and arranging them on a board in accordance with the type of plants and growth conditions. More particularly, the present invention relates to a light emitting diode (OLED), a light emitting diode (LED), a light emitting diode The present invention relates to a configuration in which two or more kinds of LEDs are arranged on a board at a suitable ratio so as to be able to be changed depending on kinds of plants and growth conditions.
그러나 상기 종래 기술에 의한 식물 생육장치 등은 다음과 같은 문제점이 발생하게 된다. 상술한 바와 같이, 종래에는 식물성장이나 발아, 개화에 필요한 파장의 광원을 생산하기 위하여 네트워크를 통한 제어부를 설치해야하고 그 제어부는 시스템과 결합되어 통합 운영되는 구성이다. 이러한 방식은 이론적으로는 가능하나 실제 적용이 되지 않을 뿐 아니라 비효율을 초래한다. 또한, 다양한 식물 생장에 효과적인 다양한 파장영역을 주사하기 어렵다. However, the plant growing apparatus according to the prior art has the following problems. As described above, in order to produce a light source having a wavelength necessary for plant growth, germination, and flowering, a control unit must be installed via a network, and the control unit is integrated with the system and operated. This method is theoretically possible, but it is not practical and it leads to inefficiency. In addition, it is difficult to inject various wavelength ranges effective for various plant growths.
일반적인 칩방식의 LED 램프의 특성상 발광 스펙트럼의 폭이 좁아서 식물의 광합성 효율을 극대화할 수 있는 조건에는 부적합하다.
Due to the characteristics of general chip type LED lamps, the width of the emission spectrum is narrow, which is unsuitable for maximizing the efficiency of photosynthesis of plants.
이에 본 발명의 발명자들은 AO-BO-P2O5(A 및 B는 각각 Mg, Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종)인 형광체 모체에 활성원소로 유로퓸(Eu) 및 망간(Mn)을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체를 청색 및 근자외선영역의 발광파장을 갖는 발광소자 내부의 발광 반도체칩에 도입하면 청색 및 적색광을 동시에 발광하는 발광소자를 제조할 수 있어 이를 식물 재배에 적용하면 식물의 성장속도를 높일 수 있다는 것을 알게되어 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the inventors of the present invention have found that when EuO and BO are used as active elements in a phosphor matrix of AO-BO-P 2 O 5 (A and B are each selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba) Mn) is introduced into a light emitting semiconductor chip inside a light emitting element having an emission wavelength in the blue and near ultraviolet region, it is possible to manufacture a light emitting element that simultaneously emits blue and red light, It is possible to increase the growth rate of the plant. Thus, the present invention has been completed.
본 발명의 목적은 청색 및 적색 발광용 형광체와 이를 포함하는 발광소자 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide a phosphor for emitting blue and red light, a light emitting device including the same, and a method of manufacturing the same.
이를 위하여 본 발명은 하기 화학식 1을 만족하는 형광체 모체에 활성원소로 유로퓸(Eu) 및 망간(Mn)을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체를 제공한다:To this end, the present invention provides a phosphor comprising europium (Eu) and manganese (Mn) as active elements in a phosphor matrix satisfying the following formula (1)
<화학식 1>≪ Formula 1 >
AO-BO-P2O5 AO-BO-P 2 O 5
(상기에서, A 및 B는 각각 Mg, Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이다).
(Wherein A and B are each one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba).
또한, 본 발명은 상기 형광체를 제조하는 방법을 제공하며, 나아가 본 발명은 발광소자 내부의 발광 반도체칩에 상기의 형광체를 포함하는 발광소자 및 이의 제조방법을 제공한다.
In addition, the present invention provides a method of manufacturing the phosphor, and further, the present invention provides a light emitting device including the phosphor in a light emitting semiconductor chip inside the light emitting device, and a method of manufacturing the same.
본 발명에 따르면, 단일 반도체 칩위에 단일 조성물의 형광체를 도포하므로서 형광체가 갖는 넓은 대역폭으로서 한 가지 종류의 발광 다이오드만으로도 다양한 식물 재배 환경을 구현할 수 있도록 하여, 식물 재배에 범용으로 사용될 수 있는 경제적인 효과를 가져오며, 대상 재배식물의 종류 및 생육 상태에 따라 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 상기 청색광과 상기 적색광의 광량비도 형광체 조성물의 활성원소들의 종류, 첨가농도, 열처리 온도 등에 따라서 충분히 조절 가능하므로 기존의 발광 반도체 칩 위에 도포되는 형광체 무게 비율을 조절하는 복잡한 공정을 피할 수 있다.
According to the present invention, by applying a single composition phosphor on a single semiconductor chip, it is possible to realize various plant cultivation environments with only one kind of light emitting diode as a wide bandwidth of the phosphor, And the light amount ratio of the blue light and the red light emitted from the light emitting diode according to the kind and growth state of the plant to be cultivated can be sufficiently controlled according to the kind of the active elements of the phosphor composition and the concentration of the phosphor composition and the heat treatment temperature, A complicated process of controlling the weight ratio of the phosphor to be applied on the semiconductor chip can be avoided.
도 1은 빛의 파장에 따른 식물의 평균 광합성 속도를 도시한 그래프이고;
도 2는 빛의 파장에 따른 식물에의 작용효과에 대한 표이고;
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 형광체의 자외선 여기하의 발광 스펙트럼이고;
도 4는 본 발명에 따른 실시예 2 내지 실시예 7에서 제조된 형광체의 농도비율에 따른 청색 및 적색 발광 스펙트럼이고;
도 5는 본 발명에 따른 실시예 8에서 제시된 대표 형광체를 적용한 발광광원의 발광 스펙트럼이고;
도 6은 본 발명에 따른 실시예 8에서 제조된 형광체를 적용한 발광광원의 이미지이다.1 is a graph showing the average photosynthetic rate of plants according to the wavelength of light;
FIG. 2 is a table for the effect of the action on plants according to the wavelength of light; FIG.
3 is an emission spectrum of ultraviolet-excited phosphors prepared in Examples 1 and 2 according to the present invention;
4 is a blue and red emission spectra according to the concentration ratios of the phosphors prepared in Examples 2 to 7 according to the present invention;
5 is an emission spectrum of a luminescent light source to which the representative fluorescent material of Example 8 according to the present invention is applied;
6 is an image of a luminescent light source to which the phosphor prepared in Example 8 according to the present invention is applied.
본 발명은 청색 및 적색 발광용 형광체와 이를 포함하는 발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 청색 및 근자외선 영역의 빛에 의해 여기되어 청색 및 적색의 혼합광을 발광할 수 있는 형광체와 이를 도입하여 식물의 성장을 촉진할 수 있는 발광소자 및 이의 제조방법을 제공한다.
The present invention relates to a phosphor for emitting blue and red light, a light emitting device including the same, and a method of manufacturing the same. The present invention provides a phosphor capable of emitting blue and red mixed light excited by light in a blue and near ultraviolet region, a light emitting device capable of promoting growth of a plant by introducing the phosphor, and a method of manufacturing the same.
본 발명은 하기 화학식 1을 만족하는 형광체 모체에 활성원소로 유로퓸(Eu) 및 망간(Mn)을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체를 제공한다:The present invention provides a phosphor which comprises europium (Eu) and manganese (Mn) as active elements in a phosphor matrix satisfying the following formula (1)
<화학식 1>≪
AO-BO-P2O5 AO-BO-P 2 O 5
(상기에서, A 및 B는 각각 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이다).(Wherein A and B are one kind selected from the group consisting of magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr) and barium (Ba)).
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 형광체에 있어서, 상기 유로퓸은 전체 형광체 물질에 대하여 0.05 내지 0.5의 몰 비로 포함되고 상기 망간은 전체 형광체 물질에 대하여 0.01 내지 0.3의 몰 비로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 유로퓸이 전체 형광체 물질에 대하여 0.05 몰 비 미만으로 포함되는 경우 청색 발광 및 망간으로의 에너지전달이 미약하여 형광체의 휘도 효율이 감소한다는 문제점이 있고, 0.5 몰 비를 초과하여 포함되는 경우 농도 소둔현상에 의해 휘도효율이 급격히 저하된다는 문제점이 있다. 또한, 상기 망간이 전체 형광체 물질에 대하여 0.01 몰 비 미만으로 포함되는 경우 적색 발광이 미약하여 형광체의 휘도 효율이 감소한다는 문제점이 있고, 0.3 몰 비를 초과하여 포함되는 경우 농도 소둔현상에 의해 휘도효율이 급격히 저하된다는 문제점이 있다.
In the phosphor according to the present invention, it is preferable that the europium is contained at a molar ratio of 0.05 to 0.5 with respect to the whole phosphor material, and the manganese is contained at a molar ratio of 0.01 to 0.3 with respect to the whole phosphor material. When the europium is contained in an amount less than 0.05 molar ratio with respect to the total phosphor material, the blue light emission and the energy transfer to manganese are weak and the luminance efficiency of the phosphor is decreased. When the europium is contained in excess of 0.5 molar ratio, There is a problem in that the luminance efficiency is rapidly lowered. When manganese is contained in an amount less than 0.01 molar ratio with respect to the total phosphor material, there is a problem that the red light emission is weak and the luminance efficiency of the phosphor is decreased. When the manganese is contained in excess of 0.3 molar ratio, Is rapidly reduced.
본 발명에 따른 형광체에 있어서, 상기 형광체는 청색 및 적색의 혼합광을 방출할 수 있다.In the phosphor according to the present invention, the phosphor may emit mixed light of blue and red.
형광체는 외부로부터 에너지를 흡수해 고유의 가시광선을 방출하는 물질로서, 발광 다이오드 광원에 도입되어 광원의 색을 변환하는 역할을 한다. 상기 형광체는 약 350 nm 내지 400 nm 범위의 근자외선 영역의 광에 의해 여기되어, 약 400 nm 내지 500 nm 및 600 nm 내지 700 nm 범위의 적색 및 청색광의 혼합광을 동시에 방출한다. 본 발명에 따라 제조된 형광체는 외부 에너지 여기원인 근자외선을 흡수하고, 유로퓸으로부터 망간원소로의 효율적인 에너지 전달 과정을 거치면서 청색과 적색광의 혼합광을 동시에 방출할 수 있다. 이러한 에너지 전달 현상을 통해 본 발명에 따른 모체 조성물과 유로퓸 및 망간 원소를 혼합하여 최적 조성비를 도출함으로써 식물생장에 최적화된 광원을 제공할 수 있다.
A phosphor is a material which absorbs energy from the outside and emits a visible light, and is introduced into a light emitting diode light source to convert the color of the light source. The phosphor is excited by light in the near ultraviolet region in the range of about 350 nm to 400 nm to simultaneously emit mixed light of red and blue light in the range of about 400 nm to 500 nm and 600 nm to 700 nm. The phosphor prepared according to the present invention absorbs near-ultraviolet rays caused by external energy excitation and can efficiently emit mixed light of blue and red light through efficient energy transfer from europium to manganese element. By this energy transfer phenomenon, it is possible to provide a light source optimized for plant growth by deriving the optimal composition ratio by mixing the matrix composition according to the present invention with europium and manganese elements.
또한, 본 발명은In addition,
하기 화학식 1의 양이온 금속원소 전구체 및 인화합물 전구체에 유로퓸(Eu) 망간(Mn)을 포함하는 활성원소 전구체를 혼합한 후 건조하는 단계(단계 1);(1) mixing an active element precursor containing europium (Eu) manganese (Mn) with a positive metal element precursor of the following
상기 건조된 전구체 혼합물을 산화분위기에서 500 ℃ 내지 700 ℃로 열처리하는 단계(단계 2); 및Heat treating the dried precursor mixture at 500 ° C to 700 ° C in an oxidizing atmosphere (step 2); And
상기 열처리된 전구체 혼합물을 환원분위기에서 1000 ℃ 내지 1200 ℃로 열처리하는 단계(단계 3); Heat treating the heat treated precursor mixture in a reducing atmosphere at 1000 ° C to 1200 ° C (step 3);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조방법을 제공한다: Wherein the phosphor is selected from the group consisting of:
<화학식 1>≪
AO-BO-P2O5 AO-BO-P 2 O 5
(상기에서, A 및 B는 각각 Mg, Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이다).
(Wherein A and B are each one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba).
이하 본 발명을 단계별로 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 형광체의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 하기 화학식 1의 양이온 금속원소 전구체 및 인화합물 전구체에 유로퓸(Eu) 망간(Mn)을 포함하는 활성원소 전구체를 혼합한 후 건조하는 단계이다. 상기 양이온 금속원소 전구체, 인화합물 전구체 및 유로퓸(Eu) 망간(Mn)을 포함하는 활성원소 전구체는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 구체적으로 각각의 질산염, 초산염, 염화물, 산화물 및 탄산염 중에서 선택된 1종 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 바람직하게는 양이온 금속원소 전구체는 산화물, 인화합물 전구체는 암모늄인산염 및 활성원소 전구체는 산화물을 사용할 수 있다.
In the method for producing a phosphor according to the present invention,
본 발명에 따른 형광체의 제조방법에 있어서, 상기 유로퓸은 전체 형광체 물질에 대하여 0.05 내지 0.5의 몰 비로 포함되고 상기 망간은 전체 형광체 물질에 대하여 0.01 내지 0.3의 몰 비로 포함되도록 칭량하여 활성원소 전구체를 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 유로퓸이 전체 형광체 물질에 대하여 0.05 몰 비 미만으로 포함되는 경우 청색 발광 및 망간으로의 에너지전달이 미약하여 형광체의 휘도 효율이 감소한다는 문제점이 있고, 0.5 몰 비를 초과하여 포함되는 경우 농도 소둔현상에 의해 휘도효율이 급격히 저하된다는 문제점이 있다. 또한, 상기 망간이 전체 형광체 물질에 대하여 0.01 몰 비 미만으로 포함되는 경우 적색 발광이 미약하여 형광체의 휘도 효율이 감소한다는 문제점이 있고, 0.3 몰 비를 초과하여 포함되는 경우 농도 소둔현상에 의해 휘도효율이 급격히 저하된다는 문제점이 있다.
In the method for producing a phosphor according to the present invention, the europium is contained in a molar ratio of 0.05 to 0.5 with respect to all the phosphor materials, and the manganese is weighed so as to be contained in a molar ratio of 0.01 to 0.3 with respect to the whole phosphor material, . When the europium is contained in an amount less than 0.05 molar ratio with respect to the total phosphor material, the blue light emission and the energy transfer to manganese are weak and the luminance efficiency of the phosphor is decreased. When the europium is contained in excess of 0.5 molar ratio, There is a problem in that the luminance efficiency is rapidly lowered. When manganese is contained in an amount less than 0.01 molar ratio with respect to the total phosphor material, there is a problem that the red light emission is weak and the luminance efficiency of the phosphor is decreased. When the manganese is contained in excess of 0.3 molar ratio, Is rapidly reduced.
상기 전구체들의 혼합물은 보다 효과적인 혼합을 위하여 아세톤, 알콜 및 물 중에서 선택된 용매를 사용하고 볼 밀링(ball milling) 또는 마노 유발과 같은 혼합기를 이용하여 균일한 조성이 되도록 충분히 혼합한다.
The mixture of precursors is mixed thoroughly using a solvent selected from acetone, alcohol and water for a more effective mixing and a homogeneous composition using a mixer such as ball milling or agate.
상기 혼합물은 100 내지 150 ℃ 범위에서 1 내지 24 시간 동안 건조시킨다. 이러한 건조는 혼합물 내의 용매를 건조시키고, 수분 및 유기용제를 완전히 제거하여 화학반응을 효과적으로 유도하기 위하여 수행되는바, 당 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 사용으로 수행되며, 본 발명에서는 건조오븐을 이용한다. 상기 건조온도가 100 ℃ 미만이면 사용된 용매의 완전한 제거가 어려우며 150 ℃를 초과하는 경우에는 사용된 용매의 비점 이상의 온도 범위에 포함되어 용매가 끓는 현상이 일어나 특정 원료 물질의 분해 또는 부가적인 반응을 유도할 수 있으므로, 이는 공정상 용이하지 못하기 때문에 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
The mixture is dried at 100 to 150 DEG C for 1 to 24 hours. This drying is carried out in order to dry the solvent in the mixture and completely remove the moisture and the organic solvent to effectively induce the chemical reaction. The drying is carried out using a method commonly used in the art, and a drying oven is used in the present invention . If the drying temperature is lower than 100 ° C., it is difficult to completely remove the used solvent. If the drying temperature is higher than 150 ° C., the solvent is contained in the temperature range higher than the boiling point of the used solvent, It is preferable to keep the above range because it is not easy in the process.
본 발명에 따른 형광체의 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 건조된 전구체 혼합물을 산화분위기에서 500 ℃ 내지 700 ℃로 열처리하는 단계이다. 더욱 바람직하기로는 형광체 입자의 응집 및 분쇄특성을 감안하여 600℃에서 1 시간 동안 열처리하는 것이 좋다. 상기 열처리는 반응시에 발생하는 부수적인 탄소화합물 등의 이물질을 제거하고, 모체의 결정화를 유도하기 위하여 수행되는바, 열처리 온도가 500 ℃ 미만인 경우 결정화되지않은 미반응 원료가 잔존하는 문제점이 있고, 700 ℃를 초과하는 경우 형광체 입자들 간에 응집이 일어날 수 있다는 문제점이 있다.
In the method for producing a phosphor according to the present invention, the step 2 is a step of heat-treating the dried precursor mixture at 500 to 700 ° C in an oxidizing atmosphere. More preferably, heat treatment is performed at 600 占 폚 for one hour in consideration of the agglomeration and pulverization characteristics of the phosphor particles. The heat treatment is performed in order to remove foreign substances such as carbon compounds generated during the reaction and to induce crystallization of the matrix. When the heat treatment temperature is less than 500 ° C, unreacted unreacted raw materials remain. If the temperature exceeds 700 ° C, coagulation may occur between the phosphor particles.
본 발명에 따른 형광체의 제조방법에 있어서, 상기 단계 3은 상기 열처리된 전구체 혼합물을 환원분위기에서 1000 ℃ 내지 1200 ℃로 열처리하는 단계이다. 산화 열처리 공정에서 얻어진 세라믹 분말들은 부활제인 유로퓸과 활성제인 망간의 환원을 위하여 수행되는 것으로, 환원가스의 존재하에서 더욱 바람직하기로는 1000 ℃ 내지 1150 ℃에서 4 내지 5 시간 동안 열처리하는 것이 좋다. 상기 열처리 온도가 1000 ℃ 미만인 경우 유로퓸 활성원소의 환원이 완성되지 못한다는 문제점 문제점이 있고, 1200 ℃를 초과하는 경우 형광체 입자들 간에 응집이 일어날 수 있다는 문제점이 있다.
In the method for producing a phosphor according to the present invention, the step 3 is a step of heat-treating the heat-treated precursor mixture at a temperature of 1000 ° C to 1200 ° C in a reducing atmosphere. The ceramic powders obtained in the oxidation heat treatment step are carried out for reduction of europium, which is an activator, and manganese, which is an activator, and it is preferable to carry out the heat treatment in the presence of a reducing gas, more preferably at 1000 ° C to 1150 ° C for 4 to 5 hours. If the annealing temperature is less than 1000 ° C., there is a problem that the reduction of the active element of europium is not completed. If the annealing temperature is more than 1200 ° C., there is a problem that cohesion may occur between the phosphor particles.
상기 환원분위기를 조성하기 위한 환원가스로는 수소와 질소의 혼합가스가 사용되며, 이때 혼합가스의 함유된 수소는 1 ∼ 20 부피%, 바람직하게는 5 ∼ 20 부피% 범위를 유지하는 것이 좋다. 상기 함유량이 1 부피% 미만이면 유로퓸과 망간의 환원이 완전히 이루어지지 않으며 20 부피%를 초과하는 경우에는 최종 반응 형성물의 색깔변화를 유도하여 발광 휘도 감소를 초래할 수 있으므로 상기범위를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 환원 열처리의 방법은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 방법으로 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어 고순도 알루미나 보트에 상기 건조된 혼합물을 첨가한 후, 전기로를 사용하여 수행할 수 있다.
As the reducing gas for forming the reducing atmosphere, a mixed gas of hydrogen and nitrogen is used. At this time, the hydrogen contained in the mixed gas preferably ranges from 1 to 20% by volume, preferably from 5 to 20% by volume. If the content is less than 1 vol%, the reduction of europium and manganese is not achieved completely. If the content is more than 20 vol%, the color of the final reaction product may be induced to decrease the luminescence brightness. . The reduction heat treatment method is not particularly limited as a method generally used in the art, but can be performed, for example, by adding the dried mixture to a high purity alumina boat and then using an electric furnace.
또한, 본 발명은 발광소자 내부의 발광 반도체칩에 상기의 형광체를 포함하는 발광소자를 제공한다. 형광체는 외부로부터 에너지를 흡수해 고유의 가시광선을 방출하는 물질로서, 발광 다이오드 광원에 도입되어 광원의 색을 변환하는 역할을 한다. 상기 형광체는 약 350 nm 내지 400 nm 범위의 근자외선 영역의 광에 의해 여기되어, 약 400 nm 내지 500 nm 및 600 nm 내지 700 nm 범위의 적색 및 청색광의 혼합광을 동시에 방출할 수 있다.
Further, the present invention provides a light emitting device including the above-described phosphor in a light emitting semiconductor chip inside a light emitting device. A phosphor is a material which absorbs energy from the outside and emits a visible light, and is introduced into a light emitting diode light source to convert the color of the light source. The phosphor may be excited by light in the near ultraviolet region in the range of about 350 nm to 400 nm to simultaneously emit mixed light of red and blue light in the range of about 400 nm to 500 nm and 600 nm to 700 nm.
본 발명에 따른 발광소자에 있어서, 상기 발광소자는 청색 및 적색의 혼합광을 방출할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 형광체는 약 350 nm 내지 400 nm 범위의 청색 및 근자외선 영역의 광을 방출하는 발광 반도체칩에 도포되어 약 400 nm 내지 500 nm 및 600 nm 내지 700 nm 범위의 적색 및 청색광의 혼합광을 동시에 방출한다.
In the light emitting device according to the present invention, the light emitting element may emit blue and red mixed light. The phosphors prepared according to the present invention are applied to a light emitting semiconductor chip emitting light in the blue and near ultraviolet regions in the range of about 350 nm to 400 nm to form red and blue light in the range of about 400 nm to 500 nm and 600 nm to 700 nm And simultaneously emits mixed light.
종래의 방식과 같이 식물 재배에 있어서 필요한 영역의 파장의 빛을 얻기 위해 여러 가지 발광 반도체 칩을 사용할 경우, 각각의 반도체 칩을 구동하기 위한 복잡한 제어시스템이 필요하며 구동전압이 달라 회로가 복잡해지고 장치가 커지는 문제가 있다. 그러나 본 발명에 따르면 단일 반도체 칩 위에 단일 조성물의 형광체를 도포함으로써 형광체가 갖는 넓은 대역폭으로 한 가지 종류의 발광 다이오드만으로도 다양한 식물 재배 환경을 구현할 수 있도록 하여, 식물 재배에 범용으로 사용될 수 있는 경제적인 효과가 있다.
When a variety of light emitting semiconductor chips are used in order to obtain light having a wavelength in a region required for plant cultivation as in the conventional method, a complicated control system for driving each semiconductor chip is required, . However, according to the present invention, by applying the phosphor of a single composition onto a single semiconductor chip, it is possible to realize various plant cultivation environments with only one kind of light emitting diode in a wide bandwidth possessed by the phosphor, .
또한, 대상 재배식물의 종류 및 생육 상태에 따라 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 상기 청색광과 상기 적색광의 광량비 및 색순도도 형광체 조성물의 모체조성물, 활성원소들의 종류, 첨가농도, 열처리 온도 등에 따라서 충분히 조절 가능하므로 기존의 발광 다이오드 칩위에 도포되는 형광체 무게 비율을 조절하는 복잡한 공정을 피할 수 있다.
Further, the light amount ratio and color purity of the blue light and the red light emitted from the light emitting diode depending on the kind and growth state of the plant to be cultivated can be adjusted sufficiently according to the matrix composition of the phosphor composition, kind of active elements, A complicated process of controlling the weight ratio of the phosphor applied on the conventional LED chip can be avoided.
본 발명에 따른 발광소자에 있어서, 상기 발광소자는 식물 재배용 광원으로 사용되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 발광소자는 근자외선 영역의 광을 방출하는 발광 반도체칩에 도포되어 적색 및 청색광의 혼합광을 동시에 방출할 수 있다. 도 1 및 도 2에 따르면, 약 400 nm 내지 450 nm 및 650 nm 내지 700 nm 범위의 파장에서 식물의 상대 광합성속도가 최대로, 광합성작용이 최대로 일어나므로 상기 발광소자는 식물 재배용 광원으로 사용되는 것이 바람직하다.
In the light emitting device according to the present invention, the light emitting device is preferably used as a light source for plant cultivation. The light emitting device according to the present invention is applied to a light emitting semiconductor chip that emits light in the near ultraviolet region, and can simultaneously emit mixed light of red and blue light. 1 and 2, since the relative photosynthesis rate of plants is maximized at a wavelength ranging from about 400 nm to 450 nm and 650 nm to 700 nm, and the photosynthesis action is maximized, the light emitting device is used as a light source for plant cultivation .
또한, 본 발명은In addition,
하기 화학식 1을 만족하는 형광체 모체에 활성원소로 유로퓸(Eu) 및 망간(Mn)을 포함하는 형광체를 분쇄 및 건조한 후 유기물과 함께 교반하여 페이스트 조성물을 제조하는 단계(단계 A); 및A step of grinding and drying a phosphor containing europium (Eu) and manganese (Mn) as active elements to a phosphor matrix satisfying the following formula (1), followed by stirring together with an organic material to prepare a paste composition (step A); And
상기 페이스트 조성물을 발광 반도체 칩에 도포한 후 건조시키는 단계(단계 B);Applying the paste composition to a light emitting semiconductor chip and drying (step B);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법을 제공한다:The method of manufacturing a light emitting device according to
<화학식 1>≪
AO-BO-P2O5 AO-BO-P 2 O 5
(상기에서, A 및 B는 각각 Mg, Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이다).
(Wherein A and B are each one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba).
이하 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 단계 A는 하기 화학식 1을 만족하는 형광체 모체에 활성원소로 유로퓸(Eu) 및 망간(Mn)을 포함하는 형광체를 분쇄 및 건조한 후 유기물과 함께 교반하여 페이스트 조성물을 제조하는 단계이다. 상기 단계에서 페이스트화 된 형광체는 이후의 단계에서 발광 반도체 칩에 도포될 수 있다.
In the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention, the step A may be performed by pulverizing and drying a phosphor including europium (Eu) and manganese (Mn) as active elements to a phosphor matrix satisfying the following formula (1) Thereby preparing a paste composition. The phosphated phosphor in the above step may be applied to the light emitting semiconductor chip in a subsequent step.
본 발명에 따른 발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 유로퓸은 전체 형광체 물질에 대하여 0.05 내지 0.5의 몰 비로 포함되고 상기 망간은 전체 형광체 물질에 대하여 0.01 내지 0.3의 몰 비로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 유로퓸이 전체 형광체 물질에 대하여 0.05 몰 비 미만으로 포함되는 경우 청색 발광 및 망간으로의 에너지전달이 미약하여 형광체의 휘도 효율이 감소한다는 문제점이 있고, 0.5 몰 비를 초과하여 포함되는 경우 농도 소둔현상에 의해 휘도효율이 급격히 저하된다는 문제점이 있다. 또한, 상기 망간이 전체 형광체 물질에 대하여 0.01 몰 비 미만으로 포함되는 경우 적색 발광이 미약하여 형광체의 휘도 효율이 감소한다는 문제점이 있고, 0.3 몰 비를 초과하여 포함되는 경우 농도 소둔현상에 의해 휘도효율이 급격히 저하된다는 문제점이 있다.
In the method of manufacturing a light emitting device according to the present invention, it is preferable that the europium is contained in a molar ratio of 0.05 to 0.5 with respect to the whole phosphor material, and the manganese is contained in a molar ratio of 0.01 to 0.3 with respect to the whole phosphor material. When the europium is contained in an amount less than 0.05 molar ratio with respect to the total phosphor material, the blue light emission and the energy transfer to manganese are weak and the luminance efficiency of the phosphor is decreased. When the europium is contained in excess of 0.5 molar ratio, There is a problem in that the luminance efficiency is rapidly lowered. When manganese is contained in an amount less than 0.01 molar ratio with respect to the total phosphor material, there is a problem that the red light emission is weak and the luminance efficiency of the phosphor is decreased. When the manganese is contained in excess of 0.3 molar ratio, Is rapidly reduced.
형광체를 분쇄 및 건조의 후처리 공정을 수행하는바, 상기 분쇄는 목적으로 하는 입자의 크기에 따라 다양한 크기로 분쇄한다. 상기 분쇄는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 방법으로 수행되며, 구체적으로 유발, 볼 밀 등을 사용할 수 있다.
The phosphor is subjected to a post-treatment process of pulverizing and drying, and the pulverization is pulverized into various sizes depending on the size of the target particles. The pulverization is carried out by a method commonly used in the art, and specifically, induction, ball mill, etc. may be used.
본 발명에 따른 발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 단계 B는 상기 페이스트 조성물을 발광 반도체 칩에 도포한 후 건조시키는 단계이다. 상기 페이스트 조성물에 함유된 형광체가 발광 반도체 칩에 도포된 후 건조됨으로써 적색 및 청색의 혼합광을 발하는 발광소자를 제조할 수 있다.
In the method of manufacturing a light emitting device according to the present invention, the step B is a step of applying the paste composition to a light emitting semiconductor chip and drying the paste composition. The phosphor contained in the paste composition is coated on the light-emitting semiconductor chip and then dried to produce a light-emitting device that emits mixed light of red and blue.
본 발명에 따른 형광체는 약 350 nm 내지 400 nm 범위의 근자외선 영역의 광에 의해 여기되어, 약 400 nm 내지 500 nm 및 600 nm 내지 700 nm 범위의 적색 및 청색광의 혼합광을 동시에 방출할 수 있다. 따라서, 청색 및 근자외선 영역의 광을 방출하는 발광 반도체칩에 도포되어 적색 및 청색광의 혼합광을 동시에 방출할 수 있다.
The phosphor according to the present invention can be excited by light in the near ultraviolet region in the range of about 350 nm to 400 nm to simultaneously emit mixed light of red and blue light in the range of about 400 nm to 500 nm and 600 nm to 700 nm . Therefore, it can be applied to a light emitting semiconductor chip that emits light in the blue and near ultraviolet ray regions, and can simultaneously emit mixed light of red and blue light.
종래의 방식과 같이 식물 재배에 있어서 필요한 영역의 파장의 빛을 얻기 위해 여러 가지 발광 반도체 칩을 사용할 경우, 각각의 반도체 칩을 구동하기 위한 복잡한 제어시스템이 필요하며 구동전압이 달라 회로가 복잡해지고 장치가 커지는 문제가 있다. 그러나 본 발명에 따르면 단일 반도체 칩 위에 단일 조성물의 형광체를 도포함으로써 형광체가 갖는 넓은 대역폭으로 한 가지 종류의 발광 다이오드만으로도 다양한 식물 재배 환경을 구현할 수 있도록 하여, 식물 재배에 범용으로 사용될 수 있는 경제적인 효과가 있다.
When a variety of light emitting semiconductor chips are used in order to obtain light having a wavelength in a region required for plant cultivation as in the conventional method, a complicated control system for driving each semiconductor chip is required, . However, according to the present invention, by applying the phosphor of a single composition onto a single semiconductor chip, it is possible to realize various plant cultivation environments with only one kind of light emitting diode in a wide bandwidth possessed by the phosphor, .
또한, 대상 재배식물의 종류 및 생육 상태에 따라 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 상기 청색광과 상기 적색광의 광량비 및 색순도도 형광체 조성물의 모체조성물, 활성원소들의 종류, 첨가농도, 열처리 온도 등에 따라서 충분히 조절 가능하므로 기존의 발광 다이오드 칩위에 도포되는 형광체 무게 비율을 조절하는 복잡한 공정을 피할 수 있다.
Further, the light amount ratio and color purity of the blue light and the red light emitted from the light emitting diode depending on the kind and growth state of the plant to be cultivated can be adjusted sufficiently according to the matrix composition of the phosphor composition, kind of active elements, A complicated process of controlling the weight ratio of the phosphor applied on the conventional LED chip can be avoided.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명한다. 단 하기 실시예들은 본 발명의 설명을 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.
<실시예 1> 형광체의 제조 1≪ Example 1 > Preparation of
단계 1: 0.2693 g의 산화마그네슘(MgO), 0.3589 g의 탄산스트론튬(SrCO3) 및 0.6986g의 인산암모늄(NH4H2PO4)에 0.0534 g의 산화유로퓸(Eu2O3), 0.0349 g의 탄산망간(MnCO3)을 정량한 후, 아세톤과 혼합하여 1시간동안 교반한 후 건조하여 전구체 혼합물을 제조하였다.Step 1: 0.2693 g of magnesium oxide (MgO), 0.3589 g of strontium carbonate (SrCO 3) and ammonium phosphate and europium oxide, 0.0534 g of a (NH 4 H 2 PO 4) of 0.6986g (Eu 2 O 3), 0.0349 g Manganese carbonate (MnCO 3 ) was quantitatively determined, and then mixed with acetone, stirred for 1 hour, and dried to prepare a precursor mixture.
단계 2: 상기 건조된 전구체 혼합물을 산화전기로에서 600 ℃ 로 1시간동안 열처리하였다.Step 2: The dried precursor mixture was heat treated in an oxidation furnace at 600 占 폚 for 1 hour.
단계 3: 상기 열처리된 전구체 혼합물을 고온전기로에 5% 수소 및 95 % 질소의 혼합가스를 주입한 환원분위기에서 1000 ℃로 5 시간 동안 열처리하여 MgO-SrO-P2O5 형광체 모체에 발광원소로 유로퓸(Eu) 및 망간(Mn)이 포함된 형광체를 제조하였다.
Step 3: The heat-treated precursor mixture at a high temperature electric furnace 5% hydrogen and 95% in a reducing atmosphere injecting a mixed gas of nitrogen for 5 hours at 1000 ℃ heat-treated MgO-SrO-P 2 O 5 the fluorescent substance matrix light-emitting element in the A phosphor containing europium (Eu) and manganese (Mn) was prepared.
<실시예 2> 형광체의 제조 2≪ Example 2 > Preparation of phosphor 2
단계 1: 0.4120 g의 산화마그네슘(MgO), 0.9823 g의 탄산칼슘(CaCO3) 및 1.5998 g의 인산암모늄(NH4H2PO4)에 0.0480 g의 산화유로퓸(Eu2O3), 0.0470 g의 탄산망간(MnCO3)를 아세톤에 첨가하여 마노유발을 사용하여 혼합한 후 건조하여 전구체 혼합물을 제조하였다.Step 1: 0.4120 g of magnesium oxide (MgO), calcium carbonate 0.9823 g (CaCO 3) and 1.5998 g ammonium phosphate europium oxide 0.0480 g in (NH 4 H 2 PO 4) of (Eu 2 O 3), 0.0470 g Manganese carbonate (MnCO 3 ) was added to acetone, mixed with agate, and dried to prepare a precursor mixture.
단계 2: 상기 건조된 전구체 혼합물을 고순도 알루미나 보트에 넣은 후 산화전기로에서 600 ℃ 로 1시간 동안 열처리하였다.Step 2: The dried precursor mixture was poured into a high purity alumina boat and then heat treated in an oxidation furnace at 600 ° C for 1 hour.
단계 3: 상기 열처리된 전구체 혼합물을 고순도 알루미나 보트에 넣은 후 환원전기로에 20 % 수소 및 80 % 질소의 혼합가스를 주입한 환원분위기에서 1150 ℃로 4시간 동안 열처리하여 MgO-CaO-P2O5 형광체 모체에 발광원소로 유로퓸(Eu) 및 망간(Mn)이 포함된 형광체를 제조하였다.
Step 3: The heat-treated precursor mixture was poured into a high purity alumina boat and then heat-treated at 1150 ° C for 4 hours in a reducing atmosphere where a mixed gas of 20% hydrogen and 80% nitrogen was injected into a reducing electric furnace to produce MgO-CaO-P 2 O 5 A phosphor containing europium (Eu) and manganese (Mn) as a light emitting element was prepared on a phosphor matrix.
<실시예 3-8> 형광체의 제조 3Example 3-8 Preparation of phosphor 3
본 발명에 따른 실시예 2의 단계 1에서 활성원소인 유로퓸 및 망간의 농도를 하기 표 1과 같이 투입한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 MgO-CaO-P2O5 형광체 모체에 발광원소로 유로퓸(Eu) 및 망간(Mn)이 포함된 형광체를 제조하였다. The MgO-CaO-P 2 O 5 phosphor matrix was prepared in the same manner as in Example 2, except that the concentrations of the active elements europium and manganese were added as shown in Table 1 in
<실시예 8> 발광소자의 제조 1≪ Example 8 > Production of light emitting
단계 1: 상기 실시예 1에서 제조된 형광체를 마노유발을 이용하여 분쇄하고, 각각 0.1 ml의 실리콘봉합제1(EG6301A-Dowhitech Co.) 및 실리콘봉합제2(EG6301B-Dowhitech Co.)와 함께 교반하여 페이스트 조성물을 제조하였다. Step 1: The phosphor prepared in Example 1 was pulverized using agate mortar and stirred with 0.1 ml of silicone sealant 1 (EG6301A-Dowhitech Co.) and silicone sealant 2 (EG6301B-Dowhitech Co.) To prepare a paste composition.
단계 2: 상기 페이스트 조성물을 발광 반도체 칩에 도포한 후 건조시켜 발광소자를 제조하였다.
Step 2: The paste composition was applied to a light emitting semiconductor chip and then dried to prepare a light emitting device.
<실험예 1> 형광체들의 자외선 여기하의 발광파장EXPERIMENTAL EXAMPLE 1 Emission wavelength of ultraviolet excited phosphor
본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 형광체들의 자외선 여기하의 발광파장에 대하여 알아보기 위하여, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 형광체에 370 nm 내지 377 nm의 파장 영역의 자외선을 투과하였고, 이때의 발광 스펙트럼을 제논 램프를 사용하는 PSI 광발광시스템(PSI photoluminescence system)을 이용하여 측정하여, 그 결과를 도 3에 나타내었다. In order to examine the emission wavelengths of ultraviolet-excited phosphors prepared according to Example 1 and Example 2 of the present invention, the phosphors prepared according to Example 1 and Example 2 of the present invention were irradiated with a wavelength of 370 nm to 377 nm The ultraviolet light of the region was transmitted through the substrate. The emission spectrum was measured using a PSI photoluminescence system using a xenon lamp. The results are shown in FIG.
도 3에 따르면, 실시예 1에서 제조된 형광체는 370 nm의 파장 영역의 자외선에 의해 여기되어, 400 nm 내지 450 nm 및 650 nm 내지 700 nm의 영역에서 최대 피크를 나타내며 적색 및 청색의 혼합광을 발하는 것을 확인할 수 있다. According to Fig. 3, the phosphor prepared in Example 1 is excited by ultraviolet rays in the wavelength region of 370 nm to exhibit the maximum peak in the range of 400 nm to 450 nm and 650 nm to 700 nm, and the mixed light of red and blue It can be confirmed that it is emitted.
또한, 실시예 2에서 제조된 형광체는 377 nm의 파장 영역의 자외선에 의해 여기되어, 450 nm 내지 500 nm 및 600 nm 내지 650 nm의 영역에서 최대 피크를 나타내며 적색 및 청색의 혼합광을 발하는 것을 확인할 수 있다. The phosphor prepared in Example 2 was excited by ultraviolet rays in a wavelength range of 377 nm to show maximum peaks in the range of 450 nm to 500 nm and 600 nm to 650 nm and confirmed to emit red and blue mixed light .
이를 통해, 본 발명에 따라 제조된 형광체는 형광체의 활성원소들의 종류에 따라 적색광 및 청색광의 발광 파장이 달라지는 것을 알 수 있다.
As a result, it can be seen that the phosphors produced according to the present invention have different emission wavelengths of red light and blue light depending on the kinds of active elements of the phosphor.
<실험예 2> 활성원소의 농도비율에 따른 청색 및 적색 발광 스펙트럼Experimental Example 2 Blue and red emission spectra according to the concentration ratio of active elements
본 발명의 실시예 2 내지 실시예 7에 따라 제조된 형광체들의 활성원소 농도비율에 따른 청색 및 적색 발광 스펙트럼의 변화에 대하여 알아보기 위하여, 본 발명의 실시예 2 내지 실시예 7에 따라 제조된 형광체에 377 nm의 파장 영역의 자외선을 투과하였고, 이때의 발광 스펙트럼을 PSI 광발광시스템(PSI photoluminescence system)을 이용하여 측정하여, 그 결과를 도 4에 나타내었다. In order to examine changes in blue and red emission spectra according to the active element concentration ratios of the phosphors prepared according to Examples 2 to 7 of the present invention, the phosphors prepared according to Examples 2 to 7 of the present invention Was irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 377 nm. The emission spectrum was measured using a PSI photoluminescence system. The results are shown in FIG.
도 4에 따르면, 본 발명의 실시예 2 내지 실시예 7에 따라 제조된 형광체 중 활성원소의 농도가 변화함에 따라 발광강도가 변화하는 것을 확인할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 활성원소의 농도가 증가함에 따라 적색광 영역(600 nm 내지 650 nm)의 발광강도는 증가하고, 청색광 영역(450 nm 내지 500 nm)의 발광강도는 감소하는 것을 확인할 수 있다. 4, it can be seen that the emission intensity changes as the concentration of the active element in the phosphor prepared according to Examples 2 to 7 of the present invention is changed. More specifically, as the concentration of the active element increases, the emission intensity of the red light region (600 nm to 650 nm) increases and the emission intensity of the blue light region (450 nm to 500 nm) decreases.
이를 통해, 본 발명에 따라 제조된 형광체의 첨가농도에 따라 청색광 및 적색광의 발광강도를 조절할 수 있는 것을 알 수 있다.
As a result, it can be seen that the emission intensity of the blue light and the red light can be controlled according to the added concentration of the phosphor prepared according to the present invention.
<실험예 3> 발광소자의 발광 스펙트럼Experimental Example 3: Emission spectrum of the light emitting device
본 발명의 실시예 8에 따라 제조된 발광소자의 발광 스펙트럼에 대하여 알아보기 위하여, 본 발명의 실시예 8에 따라 제조된 발광소자를 인가전류를 하기 표 2와 같이 변화시키며, 상기 발광소자가 발하는 광을 적분구를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 이때, 상기 발광소자의 광원의 이미지는 도 6과 같다.
In order to examine the emission spectrum of the light emitting device manufactured according to the eighth embodiment of the present invention, the applied current of the light emitting device manufactured according to the eighth embodiment of the present invention is changed as shown in Table 2, The light was measured using an integrating sphere, and the result is shown in Fig. An image of the light source of the light emitting device is shown in FIG.
도 5에 따르면, 본 발명의 실시예 8에서 제조된 발광소자(도 6 참조)에 인가전류를 증가시킴에 따라 발광강도가 비례하여 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따라 제조된 발광소자의 발광강도는 인가 전류를 통해 제어할 수 있음을 알 수 있다.
Referring to FIG. 5, it can be seen that the light emission intensity increases proportionally as the applied current is increased to the light emitting device manufactured in the eighth embodiment of the present invention (see FIG. 6). Thus, it can be seen that the light emission intensity of the light emitting device manufactured according to the present invention can be controlled through the applied current.
Claims (10)
<화학식 1>
AO-BO-P2O5
(상기에서, A 및 B는 각각 Mg, Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이다).
A phosphor characterized by comprising europium (Eu) and manganese (Mn) as active elements in a phosphor matrix satisfying Formula 1 below:
≪ Formula 1 >
AO-BO-P 2 O 5
(Wherein A and B are each one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba).
The phosphor of claim 1, wherein the europium is included in a molar ratio of 0.05 to 0.5 with respect to the whole phosphor material and the manganese is included in a molar ratio of 0.01 to 0.3 with respect to the whole phosphor material.
The phosphor according to claim 1, wherein the phosphor emits mixed light of blue and red.
상기 건조된 전구체 혼합물을 산화분위기에서 500 ℃ 내지 700 ℃로 열처리하는 단계(단계 2); 및
상기 열처리된 전구체 혼합물을 환원분위기에서 1000 ℃ 내지 1200 ℃로 열처리하는 단계(단계 3);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체의 제조방법:
<화학식 1>
AO-BO-P2O5
(상기에서, A 및 B는 각각 Mg, Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이다).
Mixing a precursor of a cationic metal element of Formula 1 and a precursor of a phosphorus compound with an active element precursor including europium (Eu) and manganese (Mn), followed by drying (Step 1);
Heat treating the dried precursor mixture at 500 ° C to 700 ° C in an oxidizing atmosphere (step 2); And
Heat treating the heat treated precursor mixture in a reducing atmosphere at 1000 ° C to 1200 ° C (step 3);
Method for producing a phosphor comprising a:
≪ Formula 1 >
AO-BO-P 2 O 5
(Wherein A and B are each one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba).
The method of claim 4, wherein the europium is contained in a molar ratio of 0.05 to 0.5 with respect to the total phosphor material and the manganese is weighed to be included in a molar ratio of 0.01 to 0.3 with respect to the entire phosphor material to mix the active element precursors Method for producing a phosphor.
A light emitting device comprising the phosphor of claim 1 in a light emitting semiconductor chip inside.
The light emitting device of claim 6, wherein the light emitting device emits mixed light of blue and red light.
The light emitting device according to claim 6, wherein the light emitting element is used as a light source for plant cultivation.
상기 페이스트 조성물을 발광 반도체 칩에 도포한 후 건조시키는 단계(단계 2);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 제조방법:
<화학식 1>
AO-BO-P2O5
(상기에서, A 및 B는 각각 Mg, Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이다).
Preparing a paste composition by pulverizing and drying a phosphor including europium (Eu) and manganese (Mn) as an active element in a phosphor matrix satisfying the following Chemical Formula 1, and then stirring the organic substance together (step 1); And
Applying the paste composition to a light emitting semiconductor chip and then drying (step 2);
Emitting device according to claim 1,
≪ Formula 1 >
AO-BO-P 2 O 5
(Wherein A and B are each one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba).
The method of claim 9, wherein the europium is included in a molar ratio of 0.05 to 0.5 with respect to the whole phosphor material and the manganese is included in a molar ratio of 0.01 to 0.3 with respect to the whole phosphor material.
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