KR20170024861A - 적색 발광 형광체 및 이를 이용한 발광 소자 패키지 - Google Patents

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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 형광체에 관한 것으로 특히, 적색 발광 형광체 및 이를 이용한 발광 소자 패키지에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 본 발명은, 적색 발광 형광체에 있어서, 청색 파장 대역에서 주 흡수 대역을 가지고, 적색 파장 대역에서 주 피크를 가지는 광을 발광하며, 하기의 화학식 1로 표시되며,
화학식 1: (Sr1 - xAx)Lu2O4:Euy
상기 A는 Ca, Ba 및 Mg 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체를 제공할 수 있다.

Description

적색 발광 형광체 및 이를 이용한 발광 소자 패키지 {Phophor emitting red-color band range and light emitting device package using the same}
본 발명은 형광체에 관한 것으로 특히, 적색 발광 형광체 및 이를 이용한 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
백색 광을 발광하는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 기존의 일반 조명 중 가장 대표적이라 할 수 있는 형광등을 대체 할 수 있는 차세대 발광 소자 후보 중 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 적색, 녹색, 청색 LED를 조합하여 백색 광을 구현하는 방법과, 청색 LED에 황색 형광체를 도포하여 백색광을 구현하는 방법, 그리고 자외선(UV) LED에 적색, 녹색, 청색 LED를 조합하여 백색광을 구현하는 방법이 그것이다.
이 중에서 청색 LED에 황색 형광체를 도포하여 백색광을 구현하는 방법은 발광 다이오드를 이용하여 백색광을 구현하는 가장 대표적인 방법이다.
이러한 방식에 의하여 발광되는 백색광은 고휘도지만 청색과 황색의 파장 간격이 넓어서 색 분리로 인한 섬광 효과를 일으키기 쉬워서 색 좌표가 동일한 백색 LED의 양산이 어렵다.
더구나, 조명용 광원에서 중요한 요소인 색 온도와 연색성 평가지수(color Rendering Index; CRI)의 조절도 용이하지 않다.
이에 따라 적색 광을 발광하는 형광체를 첨가하여 발광 스펙트럼을 넓혀서 이러한 단점을 보완하고자 하는 시도가 있어왔으나, 이러한 적색 광을 발광하는 형광체 물질의 개발 및 효율 개선 등에 더 많은 연구가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 근자외선 또는 청색 여기원을 이용하여 광 변환 효율이 높고 색 순도가 우수한 적색 형광체를 제공할 수 있는 적색 발광 형광체 및 이를 이용한 발광 소자 패키지를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 적색 발광 형광체에 있어서, 청색 파장 대역에서 주 흡수 대역을 가지고, 적색 파장 대역에서 주 피크를 가지는 광을 발광하며, 하기의 화학식 1로 표시되며,
화학식 1: (Sr1-xAx)Lu2O4:Euy
상기 A는 Ca, Ba 및 Mg 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 적색 파장 대역의 광은, 560 nm 내지 680 nm에서 중심 파장을 가질 수 있다.
여기서, 상기 적색 파장 대역은, 550 nm 내지 800 nm 대역 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 청색 파장 대역은, 350 nm 내지 500 nm 중 적어도 일부의 대역을 포함할 수 있다.
화학식 1에서 상기 x 및 y는, 각각 0 < x < 1 및 0.0001 ≤ y ≤ 0.2의 조건을 만족할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 적색 발광 형광체에 있어서, 청색 파장 대역에서 주 흡수 대역을 가지고, 적색 파장 대역에서 주 피크를 가지는 광을 발광하며, 하기의 화학식 2로 표시되며,
화학식 2: Sr(Lu1-zBz)2O4:Euy
상기 B는 Gd, Y, La, Sc, B, Al 및 Ga 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 적색 파장 대역의 광은, 560 nm 내지 680 nm에서 중심 파장을 가질 수 있다.
여기서, 상기 적색 파장 대역은, 550 nm 내지 800 nm 대역 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 청색 파장 대역은, 350 nm 내지 500 nm 중 적어도 일부의 대역을 포함할 수 있다.
화학식 2에서 상기 z 및 y는, 각각 0 < z < 1 및 0.0001 ≤ y ≤ 0.2의 조건을 만족할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제3관점으로서, 본 발명은, 상기 화학식 1로 표시되는 형광체 또는 상기 화학식 2로 표시되는 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지를 제공할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
본 발명을 400 nm 이상의 장파장에서 고효율을 가지며, 강하고 넓은 밴드 형태의 적색 발광하는 형광체를 제공할 수 있다.
이와 같은 본 발명을 통한 형광체는 청색 여기원을 광원으로 사용하는 발광 소자 중에서, 특히, 황색 형광체와 청색 LED를 이용하는 백색 LED와 같은 형광체를 이용하는 LED(phosphor converted LED) 및 400 nm 이상의 발광 파장을 가지는 발광 소자를 여기 광원으로 사용하는 조명 및 디스플레이 장치에서 효율을 크게 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명을 통하여 합성된 4f-5d 천이를 하는 SrLu2O4:Eu2 + 형광체는 활성이온을 환원시켜 Sr2 + 이온 자리에 치환함으로써 400 nm 이상의 장파장에서 여기 효율을 개선하였으며, 강하고 넓은 밴드 형태의 적색 발광하는 형광체를 제공할 수 있다.
또한, Sr 이온에 2가의 양이온을 치환하거나 Lu 이온에 3가의 양이온을 치환하여 형광체를 구현함으로써, 발광 파장을 다변화하면서 강하고 넓은 밴드 형태의 적색 발광하는 형광체를 제공할 수 있다.
즉, 발광 파장이 640 nm 이상인 장파장의 적색 형광체를 구현하여 고연색성을 재현할 수 있는 형광체를 제공할 수 있다.
또한, 발광 파장이 580 nm 내지 630 nm 대역인 적색 형광체를 구현하여 고광속의 조명용 형광체로 적용이 적합한 형광체를 제공할 수 있다.
이러한 본 발명의 적색 발광 형광체는 지금까지 존재하지 않았던 새로운 형광체로서, 발광 소자 또는 표시 소자에 이용될 수 있다.
도 1은 SrLu2O4:Eu3 +의 여기 스펙트럼을 나타내는 도이다.
도 2는 SrLu2O4:Eu3 +의 발광 스펙트럼을 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 적색 발광 형광체의 여기 스펙트럼을 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 적색 발광 형광체의 발광 스펙트럼을 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 적색 발광 형광체의 XRD 측정 스펙트럼을 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 적색 발광 형광체의 XRD 측정 스펙트럼의 피크 리스트(상측)를 SrLu2O4의 결정구조의 ICOD 데이터 베이스(레퍼런스 코드 00-032-1242; 하측)와 비교한 도이다.
도 7은 화학식 1로 표현되는 본 발명의 적색 발광 형광체의 각 실시예의 발광 스펙트럼을 나타내고 있다.
도 8은 화학식 2로 표현되는 본 발명의 적색 발광 형광체의 각 실시예의 발광 스펙트럼을 나타내고 있다.
도 9는 본 발명의 적색 발광 형광체가 이용된 발광 소자 패키지의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 적색 발광 형광체가 이용된 발광 소자 패키지의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명은 청색 파장 대역에서 주 흡수 대역을 가지고, 적색 파장 대역에서 주 피크를 가지는 광을 발광하며, 하기의 화학식 1로 표시되는 적색 발광 형광체를 제공한다.
Figure pat00001
화학식 1에서, A는 Ca, Ba 및 Mg 중 어느 하나일 수 있다. 즉, Ca, Ba 및 Mg 중 어느 하나의 원소는 Sr과 치환되어 형광체를 이룰 수 있다.
여기서, 적색 파장 대역의 광은, 560 nm 내지 680 nm에서 중심 파장을 가질 수 있다. 즉, 적색 파장 대역에 위치하는 주 피크는 560 nm 내지 680 nm의 파장 대역에 위치한다.
또한, 적색 파장 대역은, 550 nm 내지 800 nm 대역 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
여기서, 청색 파장 대역은, 350 nm 내지 500 nm 중 적어도 일부의 대역을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 청색 파장 대역에서 주 흡수 대역을 가지고, 적색 파장 대역에서 주 피크를 가지는 광을 발광하며, 하기의 화학식 2로 표시되는 적색 발광 형광체를 제공한다.
Figure pat00002
화학식 2에서, B는 Gd, Y, La, Sc, B, Al 및 Ga 중 어느 하나일 수 있다. 즉, Gd, Y, La, Sc, B, Al 및 Ga 중 어느 하나는 Lu와 치환되어 형광체를 이룰 수 있다.
여기서, 적색 파장 대역의 광은, 560 nm 내지 680 nm에서 중심 파장을 가질 수 있다. 즉, 적색 파장 대역에 위치하는 주 피크는 560 nm 내지 680 nm의 파장 대역에 위치한다.
또한, 적색 파장 대역은, 550 nm 내지 800 nm 대역 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
여기서, 청색 파장 대역은, 350 nm 내지 500 nm 중 적어도 일부의 대역을 포함할 수 있다.
따라서, 이러한 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 적색 발광 형광체는 발광 다이오드(LED) 및 레이저 다이오드(LD)를 비롯한 청색 발광 소자에서 방출되는 청색 광에 의하여 여기되어 적색 광을 발광할 수 있다.
또한, 이러한 적색 발광 형광체는 근자외선에 의하여 여기되어 적색 광을 발광할 수도 있다.
화학식 1에서 x 및 y는, 각각 0 < x < 1 및 0.0001 ≤ y ≤ 0.2의 조건을 만족할 수 있다.
즉, 화학식 1에서, A 원소는 형광체를 이루는 물질의 전체 원소 대비 0 초과 1 미만의 조성을 가질 수 있다. 또한, 유로퓸(Eu)은 형광체를 이루는 물질의 전체 원소 대비 0.0001 내지 0.2의 조성을 가질 수 있다.
이와 같은 A 원소 및 활성제인 유로퓸(Eu)은 위와 같은 조성을 가질 때, 적색 발광 형광체는 최적의 여기 파장 및 발광 파장, 그리고 발광 효율을 발휘할 수 있다.
즉, A 원소 및 활성제인 유로퓸(Eu)이 각각 형광체를 이루는 물질의 전체 원소 대비 0 초과 1 미만, 그리고 0.0001 내지 0.2의 조성을 가지는 경우에, 위에서 설명한 바와 같은, 청색 광에 의하여 여기되어 적색 광을 발광하는 형광체로서 최적의 발광 효율을 발휘할 수 있는 것이다.
또한, 화학식 2에서 z 및 y는, 각각 0 < z < 1 및 0.0001 ≤ y ≤ 0.2의 조건을 만족할 수 있다.
즉, 화학식 2에서, B 원소는 형광체를 이루는 물질의 전체 원소 대비 0 초과 1 미만의 조성을 가질 수 있다. 이때, 유로퓸(Eu)은 형광체를 이루는 물질의 전체 원소 대비 0.0001 내지 0.2의 조성을 가질 수 있다.
이와 같은 B 원소 및 활성제인 유로퓸(Eu)은 위와 같은 조성을 가질 때, 적색 발광 형광체는 최적의 여기 파장 및 발광 파장, 그리고 발광 효율을 발휘할 수 있다.
즉, B 원소 및 활성제인 유로퓸(Eu)이 각각 형광체를 이루는 물질의 전체 원소 대비 0 초과 1 미만, 그리고 0.0001 내지 0.2의 조성을 가지는 경우에, 위에서 설명한 바와 같은, 청색 광에 의하여 여기되어 적색 광을 발광하는 형광체로서 최적의 발광 효율을 발휘할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명은, 근자외선 및 청색 발광 소자를 여기원으로 이용하여 광 변환 효율이 높고 색 순도가 우수한 적색 형광체를 제공할 수 있다.
통상의 유로퓸(Eu)이 치환(도핑)된 스트론튬 루테튬 옥사이드(SrLu2O4) 형광체는 Eu3 +이온이 Lu3 + 이온 자리에 치환된 형태이다.
즉, 활성 이온인 유로퓸(Eu)이 SrLu2O4에 치환될 경우, 고온 합성에 의한 산화 반응으로 Eu이 산화되어 안정한 형태인 Eu3 +로 존재하게 되고, 이와 비슷한 이온 반경을 가지는 Lu3 +에 치환되어 SrLu2O4:Eu3 +과 같이 합성되는 것이 일반적인 경향이다.
참고로, Eu의 이온 반경은, 2가 이온(Eu2 +)일 경우에 117 pm이고, 3가 이온(Eu3 +)인 경우에 94.7 pm이다. 그리고 루테튬(Lu)의 이온 반경은 3가 이온(Lu3 +)인 경우에 86 pm이고, 스트론튬(Sr)의 이온 반경은 2가 이온(Sr2 +)인 경우에 118 pm이다.
따라서, SrLu2O4:Eu3 +과 같이 희토류 금속이 3가로 치환된 이온들은 대체로 4f 준위 간(4f-4f) 천이에 의해 발광한다. 대표적으로 Eu3 +, Tb3 +, Sm3 +, Gd3 +, Pr3 +, Dy3+ 등의 이온이 이에 해당한다.
이와 같이, 3가 이온에 의하여 활성 이온이 치환되는 경우, 5s, 5p 전자들에 의해 차폐된 4f 전자들은 주변 이온과 상호작용이 매우 적으므로 결정 장의 크기가 매우 작고 구성 배위 다이어그램(configuration coordinate diagram) 상에서 평형 위치로부터 벗어난 거리가 매우 작다.
따라서, 도 1 및 도 2와 같이, 모체의 조성에 따라 크게 변하지 않는 고유의 발광 스펙트럼을 나타내며, 발광 밴드는 대체로 폭이 좁다.
여기서, 도 1은 SrLu2O4:Eu3 +의 여기 스펙트럼을 나타내고, 도 2는 발광 스펙트럼을 나타내고 있다.
이와 같이 3가 활성이온 Eu3 +의 4f-4f 전이(transition)로 기인한 여러 봉의 침상 형태 발광을 보이기 때문에, 조명과 같은 연속형 발광 장치의 형광물질로는 적합하지 않다.
또한, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 여기 파장이 250 nm로 그 이상의 파장에서 여기 효율이 급격히 저하되는 특징이 있다. 그러므로, 파장이 400 nm 이상의 광원인 자외선(UV) 및 청색 광원에 적용이 용이하지 않다.
한편, 본 발명과 같이, 여기 파장이 400 nm 이상이며, 강하고 넓은 발광 밴드를 갖는 형광체를 설계하기 위해서는 4f-5d 천이를 일으키는 활성이온 설계가 필요하다. 대표적으로 Ce3 +, Eu2+, Sm2 +, Yb2 + 등을 예로 들 수 있다.
그러므로 본 발명에서는 3가(Eu3 +)로 존재하는 유로퓸(Eu) 활성이온을 2가 양이온(Eu2 +) 형태로 환원시켜 Sr2 + 이온위치에 치환시킴으로써 앞에서 설명한 Eu2 +의 4f-5d 천이를 통한 강하고 넓은 발광형태의 형광체를 구현할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 활성이온 유로퓸(Eu)이 SrLu2O4에 치환될 경우, 고온 합성에 의한 산화 반응으로 Eu이 산화되어 안정한 형태인 Eu3 +로 존재하게 되고, 비슷한 이온 반경인 Lu3 +에 치환되어 SrLu2O4:Eu3 +로 합성되는 것이 일반적인 경향이다.
그러나, 고온 합성시 산화물계 원료를 질화물계 원료로 대체하여 합성 중 원료를 통한 산화 발생을 최대한 막고 고압 하에 합성하여 산소(oxygen)의 유입을 차단할 수 있다.
그러므로 이와 같은 합성에 의하여 Eu 이온이 2가로 존재하게 되어, Eu가 이온반경이 비슷한 Sr 자리에 치환되어 SrLu2O4:Eu2 +의 형태로 합성될 수 있다.
이와 같이 합성된 형광체는, Sr 자리에 Eu가 치환된 형태로서, 위에서 설명한 바와 같은 화학식 1과 동일한 형광체를 의미한다.
도 3은 본 발명의 적색 발광 형광체의 여기 스펙트럼을 나타내고 있고, 도 4는 본 발명의 적색 발광 형광체의 발광 스펙트럼을 나타내고 있다.
이렇게 합성된 SrLu2O4:Eu2 + 형광체는, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 400 nm 이상의 파장에서 여기 효율이 증가하여 470 nm 파장에서 최대 흡수를 보이는 것을 알 수 있다.
또한, 도 4에서와 같이, 4f-5d 천이에 의한 넓은 밴드를 갖는 발광 형태를 볼 수 있다. 이는 도 2와 같은 4f 준위 간 천이에 의한 발광 스펙트럼과 명확히 구분된다.
도 5는 화학식 1로 표현되는 형광체의 XRD 측정 스펙트럼을 나타내는 도이다. 도 6에서는 이러한 XRD 측정 스펙트럼의 피크 리스트(상측)를 SrLu2O4의 결정구조의 ICOD 데이터 베이스(레퍼런스 코드 00-032-1242; 하측)와 비교한 도면이다.
즉, 도 5 및 도 6에서 도시하는 바와 같이, 본 발명에서 합성된 형광체는 SrLu2O4와 동일한 결정구조를 가지는 것으로 확인할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 화학식 1 또는 SrLu2O4:Eu2 +로 표현되는 본 발명의 적색 발광 형광체는 Eu 이온의 산화 발생을 막음으로써 합성할 수 있다.
이러한 Eu2 +의 산화를 방지하기 위한 방법은 아래와 같다.
먼저, 상대적으로 고압에서 합성을 진행한다. 9 기압 이상의 압력에서 합성이 이루어질 수 있다.
둘째, 형광체 합성을 위한 원료로서 질화물계(Nitride) 계열 원료를 사용한다. 이러한 질화물계 원료는 Sr3N2를 들 수 있다.
그 외에, 스트론튬 산화물, 루테튬 산화물 및 유로퓸 산화물 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.
또한, 1000 ℃ 이상의 온도 조건(1000 ℃ 내지 1600 ℃ 정도)에서 3시간 이상 합성하여 위에서 설명한 형광체를 합성할 수 있다.
이와 같은 SrLu2O4:Eu2 + 형광체에서, Sr 원소가 다른 원소로 치환된 화학식 1의 형태의 형광체의 경우에도 우수한 발광 특성을 보임을 확인할 수 있다.
또한, SrLu2O4:Eu2 + 형광체에서, Lu 원소가 다른 원소로 치환된 화학식 2의 형태의 형광체의 경우에도 우수한 발광 특성을 보임을 확인할 수 있다.
이와 같이, SrLu2O4:Eu2 + 형광체에서 호스트 금속(host metal) 자리에 동가(Sr2 +, Lu3 +)의 양이온을 치환하여 청색 또는 근자외선 광에 의하여 여기되어 다양한 발광 파장을 가지는 형광체를 구현할 수 있다. 이러한 형광체의 발광 파장은 560 nm 내지 680 nm로 구현할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 설명한다.
실시예
화학식 1 또는 화학식 2로 표현되는 적색 발광 형광체를 합성하기 위하여, 9 기압의 고압에서 합성을 진행하였다.
또한, 형광체 합성을 위한 원료로서 산화물계 및 질화물계(Nitride) 계열 원료를 사용할 수 있다. 이러한 원료는 Sr3N2, SrCO3, Lu2O3 및 Eu2O3를 주로 이용할 수 있다.
여기에, Sr과 치환될 수 있는 원료, 예를 들어, Ca, Ba 및 Mg를 포함한 산화물계 또는 질화물계 물질 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, Lu과 치환될 수 있는 원료, 예를 들어, Gd, Y, La, Sc, B, Al 및 Ga를 포함한 산화물계 또는 질화물계 물질 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 9 기압, 1450 ℃의 온도 조건에서 3시간 동안 합성하여 위에서 설명한 형광체를 합성할 수 있다.
도 5 및 도 6에서와 같이, 이와 같이 합성된 형광체는 결정구조 SrLu2O4와 동일한 결정구조를 가지는 것으로 확인할 수 있다.
이와 같이, 고효율의 적색 발광을 구현하여 형광체로서의 역할을 할 수 있는 새로운 조성의 형광체 물질을 제조할 수 있다.
표 1은 화학식 1로 표현되는 형광체의 각 실시예를 조성과 피크 파장과 함께 표시하고 있다.
또한, 도 7은 화학식 1로 표현되는 형광체의 각 실시예의 발광 스펙트럼을 나타내고 있다.
Figure pat00003
각 실시예에서 나타내는 바와 같이, 실시예 1은 SrLu2O4:Eu의 실시예를 나타내고, 실시예 2 내지 실시예 4는 각각 Sr 2가 이온을 Ca, Ba 및 Mg로 치환한 형광체의 발광 파장(peak wavelength) 및 스펙트럼을 나타내고 있다. 각 실시예에서 활성제인 Eu의 함량은 2가 이온(Sr)의 5 mol%로 동일한 조건으로 합성하였다.
실시예 2 및 실시예 4를 통하여 각각 피크 파장 650 nm 및 667 nm의 장파장의 적색 형광체 구현이 가능함을 알 수 있다.
한편, 실시예 3를 통하여 피크 파장이 582 nm로서 상대적으로 단파장이며 광속이 우수한 적색 형광체의 구현이 가능함을 알 수 있다.
표 2는 화학식 2로 표현되는 형광체의 각 실시예를 조성과 피크 파장과 함께 표시하고 있다.
또한, 도 8은 화학식 2로 표현되는 형광체의 각 실시예의 발광 스펙트럼을 나타내고 있다.
Figure pat00004
각 실시예에서 나타내는 바와 같이, 실시예 1은 SrLu2O4:Eu의 실시예를 나타내고, 실시예 5 내지 실시예 11은 각각 Lu 3가 이온을 Gd, Y, La, Sc, B, Al 및 Ga로 치환한 형광체의 발광 파장(peak wavelength) 및 스펙트럼을 나타내고 있다. 각 실시예에서 활성제인 Eu의 함량은 2가 이온(Sr)의 5 mol%로 동일한 조건으로 합성하였다.
실시예 5 및 실시예 7 내지 11을 통하여 각각 피크 파장 627 nm, 630 nm, 592 nm, 583 nm, 605 nm 및 603 nm의 상대적으로 단파장이며 광속이 우수한 적색 형광체의 구현이 가능함을 알 수 있다.
한편, 실시예 6을 통하여 피크 파장 640 nm의 장파장의 적색 형광체 구현이 가능함을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명을 통하여 합성된 4f-5d 천이를 하는 SrLu2O4:Eu2 + 형광체는 활성이온을 환원시켜 Sr2 + 이온 자리에 치환함으로써 400 nm 이상의 장파장에서 여기 효율을 개선하였으며, 강하고 넓은 밴드 형태의 적색 발광하는 형광체를 제공할 수 있다.
본 발명을 통한 형광체는 청색 또는 근자외선 여기원을 광원으로 사용하는 발광 소자 중에서, 특히, 황색 형광체와 청색 LED를 이용하는 백색 LED와 같은 형광체를 이용하는 LED(phosphor converted LED) 및 400 nm 이상의 발광 파장을 가지는 발광 소자를 여기 광원으로 사용하는 조명 및 디스플레이 장치에서 효율을 크게 증가시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 적색 발광 형광체는 지금까지 존재하지 않았던 새로운 형광체로서, 발광 소자 또는 표시 소자에 이용될 수 있다.
또한, Sr 이온에 2가의 양이온을 치환하거나 Lu 이온에 3가의 양이온을 치환하여 형광체를 구현함으로써, 발광 파장을 다변화하면서 강하고 넓은 밴드 형태의 적색 발광하는 형광체를 제공할 수 있다.
즉, 실시예 2, 실시예 4 및 실시예 6의 예와 같은 발광 파장이 640 nm 이상인 장파장의 적색 형광체를 구현하여 고연색성을 재현할 수 있는 형광체를 제공할 수 있다.
또한, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 7 내지 11과 같은 발광 파장이 580 nm 내지 630 nm 대역인 적색 형광체를 구현하여 고광속의 조명용 형광체로 적용이 적합한 형광체를 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 적색 발광 형광체가 이용된 발광 소자 패키지의 일례를 나타내고 있다.
패키지 몸체(10)에 형성된 반사컵(11) 내측에 발광 소자(20)가 장착되고, 이 발광 소자(20)의 상측에 위에서 설명한 적색 발광 형광체(41)가 구비된다.
이때, 반사컵(11) 내의 발광 소자(20) 상에는 충진재(30)가 위치하고, 형광체(41)는 이러한 충진재(30)에 고르게 혼합되어 구비될 수 있다.
또한, 이러한 충진재(30) 및 형광체(41) 상에는 발광 소자(20)에서 방출되는 빛을 집속할 수 있는 렌즈(50)가 구비될 수 있다.
도 10은 본 발명의 적색 발광 형광체가 이용된 발광 소자 패키지의 다른 예를 나타내고 있다.
도시하는 바와 같이, 본 발명의 적색 발광 형광체를 이용하여 별도의 형광체층(40)을 제작하여 발광 소자 패키지를 구성할 수 있다.
즉, 패키지 몸체(10)에 형성된 반사컵(11) 내측에 발광 소자(20)가 장착되고, 이 발광 소자(20)의 상측에는 충진재(30)가 위치한다.
이때, 이러한 충진재(30) 상에 발광 소자(20)와 이격된 형광체층(40)이 위치할 수 있는 것이다.
위에서는 본 발명의 적색 발광 형광체가 발광 소자 패키지에 이용되는 예를 나타내고 있으나, 다른 색상의 광을 발광하는 형광체가 함께 이용될 수 있으며, 이러한 적색 발광 형광체는 그 외에도 PDP, CRT, FED 등의 표시 장치에도 이용될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 패키지 몸체 11: 반사컵
20: 발광 소자 30: 충진재
40: 형광체층 41: 형광체
50: 렌즈

Claims (11)

  1. 적색 발광 형광체에 있어서,
    청색 파장 대역에서 주 흡수 대역을 가지고, 적색 파장 대역에서 주 피크를 가지는 광을 발광하며, 하기의 화학식 1로 표시되며,
    화학식 1: (Sr1-xAx)Lu2O4:Euy
    상기 A는 Ca, Ba 및 Mg 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적색 파장 대역의 광은, 560 nm 내지 680 nm에서 중심 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적색 파장 대역은, 550 nm 내지 800 nm 대역 중 적어도 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 청색 파장 대역은, 350 nm 내지 500 nm 중 적어도 일부의 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체.
  5. 제1항에 있어서, 화학식 1에서 상기 x 및 y는, 각각 0 < x < 1 및 0.0001 ≤ y ≤ 0.2의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체.
  6. 적색 발광 형광체에 있어서,
    청색 파장 대역에서 주 흡수 대역을 가지고, 적색 파장 대역에서 주 피크를 가지는 광을 발광하며, 하기의 화학식 2로 표시되며,
    화학식 2: Sr(Lu1-zBz)2O4:Euy
    상기 B는 Gd, Y, La, Sc, B, Al 및 Ga 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 적색 파장 대역의 광은, 560 nm 내지 680 nm에서 중심 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체.
  8. 제6항에 있어서, 상기 적색 파장 대역은, 550 nm 내지 800 nm 대역 중 적어도 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체.
  9. 제6항에 있어서, 상기 청색 파장 대역은, 350 nm 내지 500 nm 중 적어도 일부의 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체.
  10. 제6항에 있어서, 화학식 2에서 상기 z 및 y는, 각각 0 < z < 1 및 0.0001 ≤ y ≤ 0.2의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 적색 발광 형광체.
  11. 제1항의 화학식 1로 표시되는 형광체 또는 제6항의 화학식 2로 표시되는 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지.

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