KR20170125218A - Garnet phosphor and light emitting diodes comprising the garnet phosphor for solid-state lighting applications - Google Patents

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KR20170125218A
KR20170125218A KR1020160055288A KR20160055288A KR20170125218A KR 20170125218 A KR20170125218 A KR 20170125218A KR 1020160055288 A KR1020160055288 A KR 1020160055288A KR 20160055288 A KR20160055288 A KR 20160055288A KR 20170125218 A KR20170125218 A KR 20170125218A
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임원빈
김윤화
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전남대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a phosphor capable of being used for an LED lamp. More specifically, the present invention relates to a garnet-based phosphor having a new composition with improved light-emitting properties while having a reduced rare earth element content, and to a light-emitting device to which the phosphor is applied. The garnet-based phosphor has chemical formula 1, (A_(3-y-x)B_x)(C_(2-2x)D_(2x))(E_(3-3x)F_(3x))O_(12):Ce_y^(3+).

Description

가넷계 형광체 및 상기 형광체가 적용된 발광소자{Garnet phosphor and light emitting diodes comprising the garnet phosphor for solid-state lighting applications}[0001] The present invention relates to a garnet phosphor and a light emitting element using the phosphor,

본 발명은 LED 조명에 사용될 수 있는 형광체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 희토류함량을 감소시키면서도 발광특성은 개선된 새로운 조성의 가넷계 형광체 및 상기 형광체가 적용된 발광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a phosphor that can be used for LED illumination, and more specifically, to a garnet fluorescent material having a novel composition with improved light emission characteristics while reducing rare earth content and a light emitting device using the phosphor.

전 세계적으로 공지된 형광체는 진공 형광 디스플레이(VFD), 전계 발광 디스플레이(FED), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 음극선관(CRT), 백색 발광 다이오드(WLED) 등에서 진공 자외선, 자외선, 전자빔 또는 근자외선 및 청색광과 같은 고 에너지를 갖는 여기원에서 에너지를 받아 가시광을 발광하는 물질이다. 이러한 어플리케이션들 중 특히 최근 전 세계적인 에너지 위기 및 지구 온난화 등 환경에 대한 세계적인 높은 관심과 함께 기존 방식과 비교하여 고효율, 친환경적인 장점을 가진 light emitting diodes (LEDs)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. BACKGROUND ART Globally known phosphors are widely used in vacuum fluorescent display (VFD), electroluminescence display (FED), plasma display panel (PDP), cathode ray tube (CRT), white light emitting diode (WLED) and the like in vacuum ultraviolet, And blue light and emits visible light by receiving energy from an excitation source having high energy. Among these applications, researches on light emitting diodes (LEDs) having high efficiency and environment-friendly advantages compared with the existing methods are being actively pursued with a worldwide interest in environment such as recent global energy crisis and global warming.

우수한 장점을 가지고 있는 LED가 기존의 광원을 대체할 고체광원으로 쓰이기 위해서는 고품질의 백색광을 구현하는 것이 가장 중요하며, 이와 관련해서 좋은 특성을 갖는 형광체가 요구되고 있다. LED와 형광체를 이용하여 백색광을 구현하는 방법은 크게 3가지로 나누어진다. 첫째, 청색 LED를 광원으로 황색 형광체를 여기 시킴으로써 백색을 구현하는 방법이다. 이 방법은 1칩 2단자의 단순한 구조이기 때문에 제조단가를 절감할 수 있고 발광 효율이 우수하지만, 적색 영역의 발광 부족으로 인해 색연색지수가 낮아 고품질의 고체광원으로 적용되기는 어렵다는 한계가 있다. 둘째, 청색 LED를 광원으로 녹색 및 적색형광체 등의 무기 발광물질을 2종 이상 혼합하여 여기 시킴으로써 백색을 구현하는 방법이다. 이 방법은 2종 이상의 형광체를 혼합하여 넓은 발광 스펙트럼으로 높은 색연색지수를 갖는 고품질의 고체광원을 제작할 수 있지만, 적용되는 형광체의 종류가 많아짐에 따라 원가 상승의 문제가 있다. 셋째, 근자외선 LED(near-UV LED)를 광원으로 청색, 녹색 또는 황색, 적색 형광체를 함께 혼합하여 백색을 구현하는 방법이다. 이 방법은 자외선으로 형광등 램프를 구현하는 방법과 매우 비슷한 것으로 백열전구와 같은 아주 넓은 파장 스펙트럼을 가질 뿐만 아니라 우수한 색 안정성을 확보할 수 있으며, 상관색온도와 색연색지수를 조절하기 쉽다는 장점이 있으나 근자외선 LED의 효율 증대 및 형광체 혼합에 따른 고체 조명의 효율 감소의 문제점이 있다. In order to use a LED having excellent advantages as a solid light source to replace an existing light source, it is most important to realize a high-quality white light, and a phosphor having good characteristics is required in this respect. There are three main ways to implement white light using LEDs and phosphors. First, it is a method of realizing white color by exciting a yellow phosphor as a light source of a blue LED. This method has a simple structure of one chip and two terminals, so it can reduce manufacturing cost and has excellent luminous efficiency. However, it has a limitation that it is difficult to apply it as a high quality solid light source because of low color rendering index due to insufficient light emission in the red region. Second, white light is realized by mixing two or more kinds of inorganic luminescent materials such as green and red phosphors with a blue LED as a light source and exciting them. In this method, a high quality solid light source having a high color rendering index can be produced by mixing two or more kinds of phosphors with a wide emission spectrum, but there is a problem of cost increase as the number of kinds of phosphors applied increases. Third, white light is realized by mixing near-UV LEDs with blue, green or yellow and red phosphors as a light source. This method is very similar to the method of embodying a fluorescent lamp with ultraviolet rays. It has a wide wavelength spectrum such as an incandescent lamp, has excellent color stability, and has a merit that it is easy to control correlated color temperature and color rendering index, There is a problem that the efficiency of the ultraviolet LED is increased and the efficiency of the solid-state lighting is decreased due to the phosphor blending.

가장 많이 알려진 방식은 첫 번째 방식이나 일본 nichia社의 특허로 인해 기술 개발 및 활용이 여의치 않다는 어려움이 있다. 또한 세 번째 방식의 경우 근자외선 LED의 효율이 청색 LED에 미치지 못한다는 어려움이 있다. 따라서 청색 LED와 녹색 및 적색의 형광체를 혼합하는 두 번째 방식이 현재 LED를 이용한 고체조명에 널리 이용되고 있다. 이 때 사용되는 Lu3Al5O12:Ce3+ 녹색 형광체는 발광효율은 좋으나 모체에 들어가는 Lu2O3의 단가가 매우 높아 고체조명의 원가 상승의 어려움이 있었다. 따라서 lutetium 양을 줄이면서 좋은 발광효율 및 열적 안정성을 갖는 녹색 형광체 개발이 무엇보다 필요하다. 뿐만 아니라 LED 사업의 경쟁력을 확보하기 위해서는 좋은 광 특성을 보이며 낮은 단가의 물질을 기본으로 하는 조성의 새로운 형광체를 개발하는 것이 필수이다. The most popular method is the first method, but it is difficult to develop and utilize the technology because of the patent of nichia Japan. In the third method, it is difficult that the efficiency of the near ultraviolet LED does not reach the blue LED. Therefore, a second method of mixing a blue LED with a green phosphor and a red phosphor is now widely used for solid state lighting using LEDs. The luminescent efficiency of Lu 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ green phosphor used at this time is good, but the unit price of Lu 2 O 3 entering the matrix is very high, which makes it difficult to raise the cost of solid-state lighting. Therefore, it is necessary to develop a green phosphor having good luminescence efficiency and thermal stability while reducing the amount of lutetium. In addition, in order to secure competitiveness of the LED business, it is essential to develop a new phosphor having a good optical characteristic and a composition based on a low cost material.

본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과 Lu3Al5O12:Ce3+에 Lu2CaMg2Si3O12:Ce3+ 고용시키면 루테늄 함량은 감소되고 발광효율은 향상된 가넷계 형광체가 만들어지는데 착안하여 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have found that Lu 2 CaMg 2 Si 3 O 12 : Ce 3+ is added to Lu 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ The ruthenium content is reduced and the luminescent efficiency is improved. The present invention has been completed based on this finding.

따라서, 본 발명의 목적은 고용체(solid solution)방법을 이용해 최대한 희토류 금속 사용량이 감소되도록 형광체의 조성을 변화시킴으로써 원가가 절감되는 새로운 조성을 갖는 가넷계 형광체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a garnet fluorescent material having a new composition which is cost-reduced by changing the composition of the phosphor so that the amount of rare earth metals used is reduced as much as possible by using a solid solution method.

본 발명의 다른 목적은 고용체(solid solution)방법을 이용해 활성제가 치환되는 사이트의 환경을 변경시켜 형광체 발광 특성을 제어함으로써 고효율을 갖는 가넷계형광체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a garnet fluorescent material having a high efficiency by controlling the emission characteristics of phosphors by changing the environment of a site where an active agent is substituted using a solid solution method, and a method for producing the same.

본 발명의 또 다른 목적은 새로운 조성의 가넷계 형광체를 적용함으로써 발광휘도가 증가할 뿐만 아니라 우수한 소비전력을 나타내는 발광소자를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a light emitting device which not only increases emission brightness but also exhibits excellent power consumption by applying a garnet fluorescent material having a novel composition.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하기 화학식 1을 갖는 가넷계 형광체를 제공한다. In order to achieve the object of the present invention described above, the present invention provides a garnet fluorescent material having the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

(A3-y-xBx)(C2-2xD2x)(E3-3xF3x)O12:Cey 3+ (A 3-y x B x ) (C 2-2x D 2x ) (E 3-3x F 3x ) O 12 : Ce y 3+

상기 화학식1에서 A는 Lu, Y, La, Tb을 포함하는 3가 희토류 금속그룹에서 선택된 1종 원소이고, B는 Ca, Ba, Sr, Mg을 포함하는 2가 알칼리금속그룹에서 선택된 1종 원소이며, C는 Al, Sc, Ga, Gd을 포함하는 3가 금속이온그룹에서 선택된 1종 원소이고, D는 Ca, Ba, Sr, Mg을 포함하는 2가 알칼리 금속그룹에서 선택된 1종 원소이며, E는 Al, Sc, Ga, Gd을 포함하는 3가 금속이온그룹에서 선택된 1종 원소이고, F는 Si, Ge, Zr, Ti을 포함하는 4가 금속이온그룹에서 선택된 1종 원소이다. 또한, 0 < x < 1, 0 < y < 0.3 이다. Wherein A is an element selected from the group consisting of Lu, Y, La and Tb and B is an element selected from the group consisting of Ca, Ba, Sr and Mg, C is an element selected from the group consisting of Al, Sc, Ga and Gd; D is an element selected from divalent alkali metal groups including Ca, Ba, Sr and Mg; E is one kind of element selected from the group consisting of ternary metal ions including Al, Sc, Ga and Gd, and F is one kind of element selected from the group consisting of Si, Ge, Zr and Ti. 0 < x < 1, 0 < y < 0.3.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 화학식 1은 A3C5O12와 A2BD2F3O12의 고용체와 동일한 조성을 갖는다. In a preferred embodiment, Formula 1 has the same composition as the solid solution of A 3 C 5 O 12 and A 2 BD 2 F 3 O 12 .

바람직한 실시예에 있어서, 상기 화학식 1의 x 및 y는 A3C5O12와 A2BD2F3O12가 고용되는 비율에 따라 결정된다. In a preferred embodiment, x and y in formula (1) are determined according to the ratio of A 3 C 5 O 12 and A 2 BD 2 F 3 O 12 solubilized.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 화학식 1에서 x 값 및 y 값에 의한 조성변화에 따라 형광체의 발광 파장 및 발광 휘도가 변화한다. In a preferred embodiment, the emission wavelength and the emission luminance of the phosphor vary according to the compositional change according to the x value and the y value in the formula (1).

바람직한 실시예에 있어서, 상기 화학식 1에서 B 및 D 중 하나 이상에 의해 활성제가 치환되는 사이트의 환경이 변화되어 형광체의 발광특성이 제어된다. In a preferred embodiment, the environment of the site where the activator is substituted by at least one of B and D in the formula (1) is changed to control the luminescent properties of the phosphor.

또한, 본 발명은 상술된 화학식 1에 의한 형광체 조성에 따라 원료물질을 준비하는 단계; 상기 원료물질을 상기 화학식 1의 형광체 조성비로 칭량하여 균일하게 혼합하는 단계; 및 상기 균일하게 혼합된 원료물질을 환원분위기 하에서 소성하는 단계를 포함하는 가넷계 형광체 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a phosphor according to the present invention, Weighing the raw materials at a phosphor composition ratio of Formula 1 and uniformly mixing them; And firing the uniformly mixed raw material in a reducing atmosphere.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 소성하는 단계는 질소와 수소가 75 ~95 : 25 ~ 5의 부피%로 혼합된 가스 분위기에서 1000 ~ 1600 ℃ 온도 조건으로 1 내지 12시간 동안 열처리하여 수행된다. In a preferred embodiment, the firing is performed by heat-treating at a temperature of 1000 to 1600 ° C for 1 to 12 hours under a gas atmosphere in which nitrogen and hydrogen are mixed at a volume percentage of 75 to 95: 25 to 5 at a volume ratio.

또한, 본 발명은 발광광원 및 형광체를 포함하는 발광소자에서, 상기 형광체는 제 1 항의 가넷계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자를 제공한다. The present invention also provides a light emitting device comprising a luminescent light source and a phosphor, wherein the phosphor comprises the garnet fluorescent material of claim 1.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 발광광원이 100 nm ~ 470 nm 범위의 파장을 갖는 자외선, 가시광선 또는 전자선이면, 상기 형광체는 500nm ~ 600 nm 범위 파장의 녹색 또는 황색을 발광하는 형광특성을 나타낸다. In a preferred embodiment, when the luminescent light source is an ultraviolet ray, a visible ray or an electron ray having a wavelength in the range of 100 nm to 470 nm, the phosphor exhibits fluorescence characteristic of emitting green or yellow light having a wavelength in the range of 500 nm to 600 nm.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 발광광원이 450 ~ 470nm의 여기광원이면, 상기 발광소자는 백색발광소자이다.In a preferred embodiment, if the luminescent light source is an excitation light source of 450 to 470 nm, the luminescent element is a white luminescent element.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 형광체는 실리콘레진과 1:5 내지 15의 중량비로 혼합되어 사용된다. In a preferred embodiment, the phosphor is mixed with silicone resin in a weight ratio of 1: 5 to 15.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 발광소자는 발광다이오드, 레이저다이오드, 면발광 레이저다이오드, 무기 일렉트로루미네선스 소자, 또는 유기 일렉트로루미네센스 소자를 포함한다. In a preferred embodiment, the light emitting device includes a light emitting diode, a laser diode, a surface emitting laser diode, an inorganic electroluminescence device, or an organic electroluminescence device.

본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.The present invention has the following effects.

먼저, 본 발명의 가넷계형광체는 고용체(solid solution)방법을 이용해 최대한 희토류 금속 사용량이 감소되도록 형광체의 조성을 변화시킴으로써 원가가 절감되는 새로운 조성을 갖는다. First, the garnet fluorescent material of the present invention has a new composition in which the cost is reduced by changing the composition of the phosphor so that the amount of rare earth metal used is reduced as much as possible by using a solid solution method.

또한 본 발명의 가넷계형광체는 고용체(solid solution)방법을 이용해 활성제가 치환되는 사이트의 환경을 변경시켜 형광체 발광 특성을 제어함으로써 고효율을 갖는다.In addition, the garnet fluorescent material of the present invention has high efficiency by controlling the luminescent property of the phosphor by changing the environment of the site where the activator is substituted using a solid solution method.

또한 본 발명의 발광소자는 새로운 조성의 가넷계 형광체를 적용함으로써 발광휘도가 증가할 뿐만 아니라 우수한 소비전력을 나타낸다. Further, the light emitting device of the present invention not only increases emission luminance but also exhibits excellent power consumption by applying a garnet fluorescent material having a novel composition.

본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.These technical advantages of the present invention are not limited to the above-mentioned technical scope, and even if not explicitly mentioned, the effect of the invention which can be recognized by a person skilled in the art from the description of the concrete contents for carrying out the invention Of course.

도 1은 (a)Lu3Al5O12와 (b)Lu2CaMg2Si3O12 형광체의 결정 구조이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가넷형광체의 X-ray 회절 패턴 그래프이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 가넷형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가넷형광체를 포함하는 LED 조명기구의 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가넷형광체를 포함하는 LED 조명기구의 CIE 좌표를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가넷형광체의 X-ray 회절 패턴 그래프이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가넷형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가넷형광체의 X-ray 회절 패던 그래프이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가넷형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
1 is a crystal structure of (a) Lu 3 Al 5 O 12 and (b) Lu 2 CaMg 2 Si 3 O 12 phosphors.
2 is an X-ray diffraction pattern graph of a garnet fluorescent material according to an embodiment of the present invention.
3 shows excitation and emission spectra of a garnet fluorescent material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a spectrum of an LED lighting apparatus including a garnet fluorescent material according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows CIE coordinates of an LED lighting fixture including a garnet fluorescent material according to another embodiment of the present invention.
6 is an X-ray diffraction pattern graph of a garnet fluorescent material according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows emission spectra of a garnet fluorescent material according to another embodiment of the present invention.
8 is an X-ray diffraction pattern of a garnet fluorescent material according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows the emission spectrum of a garnet fluorescent material according to another embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals used to describe the present invention throughout the specification denote like elements.

본 발명의 기술적 특징은 가넷구조를 갖는 A3C5O12와 A2BD2F3O12의 고용체(여기서, A는 Lu, Y, La, Tb을 포함하는 3가 희토류 금속그룹에서 선택된 1종 원소이고, B는 Ca, Ba, Sr, Mg을 포함하는 2가 알칼리금속그룹에서 선택된 1종 원소이며, C는 Al, Sc, Ga, Gd을 포함하는 3가 금속이온그룹에서 선택된 1종 원소이고, D는 Ca, Ba, Sr, Mg을 포함하는 2가 알칼리 금속그룹에서 선택된 1종 원소이며, F는 Si, Ge, Zr, Ti을 포함하는 4가 금속이온그룹에서 선택된 1종 원소이다.)가 희토류금속인 A의 양을 감소시켜 원가를 낮출 수 있고 발광 파장과 같은 형광체 발광 특성을 제어함으로써 고효율을 갖는 새로운 형광체 개발할 수 있다는 고용시 새로 도입되는 원소에 따라 활성제가 치환되는 사이트의 환경이 변화되어 형광체의 발광특성이 제어되는 새로운 조성의 가넷계 형광체 및 그 제조방법에 있다. A technical feature of the present invention is to provide a solid solution of A 3 C 5 O 12 and A 2 BD 2 F 3 O 12 having a garnet structure, wherein A is selected from the group consisting of Lu, Y, La, Tb B is an element selected from a divalent alkali metal group including Ca, Ba, Sr and Mg, and C is an element selected from the group consisting of Al, Sc, Ga, Gd, D is an element selected from divalent alkali metal groups including Ca, Ba, Sr and Mg, and F is an element selected from a tetravalent metal ion group including Si, Ge, Zr and Ti. ) Can reduce the amount of rare earth metal A to lower the cost, A new phosphor having high efficiency can be developed by controlling the luminescence characteristic of the phosphor, and the environment of the site where the activator is substituted is changed according to the newly introduced element when the phosphor is employed. have.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 가넷구조를 갖는 (a)Lu3Al5O12 (b)Lu2CaMg2Si3O12 의 결정구조를 살펴보면, 두 물질은 매우 유사한 결정구조를 가지고 있기 때문에 완전고용체가 형성될 수 있기 때문이다. 일 구현예로서 Lu3Al5O12 모체에 Lu2CaMg2Si3O12을 고용시켜 형성된 Lu3Al5O12 ?? Lu2CaMg2Si3O12의 고용체는 희토류 금속인 lutetium 양을 줄여 형광체 원가를 낮출 수 있고 발광 파장과 같은 형광체 발광 특성을 제어함으로써 고효율을 갖는 새로운 조성의 형광체이다. That is, as shown in FIG. 1, (a) Lu 3 Al 5 O 12 (b) As to the crystal structure of Lu 2 CaMg 2 Si 3 O 12 , since the two materials have very similar crystal structures, complete solid solution can be formed. In one embodiment, Lu 3 Al 5 O 12 matrix Lu 2 CaMg 2 Si 3 O 12 to form Lu 3 Al 5 O 12 ?? The solid solution of Lu 2 CaMg 2 Si 3 O 12 can reduce the amount of lutetium, which is a rare earth metal, to lower the phosphor cost, And is a phosphor of a new composition having a high efficiency by controlling the luminescence characteristics of the phosphor.

따라서 본 발명의 garnet 형광체는 하기 화학식 1과 같은 조성을 갖는다.Accordingly, the garnet phosphor of the present invention has a composition represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

(A3-y-xBx)(C2-2xD2x)(E3-3xF3x)O12:Cey 3+ (A 3-y x B x ) (C 2-2x D 2x ) (E 3-3x F 3x ) O 12 : Ce y 3+

상기 화학식1에서 A는 Lu, Y, La, Tb을 포함하는 3가 희토류 금속그룹에서 선택된 1종 원소이고, B는 Ca, Ba, Sr, Mg을 포함하는 2가 알칼리금속그룹에서 선택된 1종 원소이며, C는 Al, Sc, Ga, Gd을 포함하는 3가 금속이온그룹에서 선택된 1종 원소이고, D는 Ca, Ba, Sr, Mg을 포함하는 2가 알칼리 금속그룹에서 선택된 1종 원소이며, E는 Al, Sc, Ga, Gd을 포함하는 3가 금속이온그룹에서 선택된 1종 원소이고, F는 Si, Ge, Zr, Ti을 포함하는 4가 금속이온그룹에서 선택된 1종 원소이다. 또한, 0 < x < 1, 0 < y < 0.3 이다. Wherein A is an element selected from the group consisting of Lu, Y, La and Tb and B is an element selected from the group consisting of Ca, Ba, Sr and Mg, C is an element selected from the group consisting of Al, Sc, Ga and Gd; D is an element selected from divalent alkali metal groups including Ca, Ba, Sr and Mg; E is one kind of element selected from the group consisting of ternary metal ions including Al, Sc, Ga and Gd, and F is one kind of element selected from the group consisting of Si, Ge, Zr and Ti. 0 < x < 1, 0 < y < 0.3.

이와 같은 화학식 1에 따른 본 발명의 가넷계 형광체에서, 활성제인 Ce의 함량은 실험적으로 결정된 것인데 0.0005 보다 적으면 활성제로서의 역할을 하기에 충분하지 못하며, 0.3 보다 많으면, 농도 소광 현상(concentration quenching effect)에 따른 휘도 저하가 커지는 문제가 있었다. 따라서 화학식 1 에서 활성제인 Ce의 양은 0 < y < 0.3 범위일 수 있다. In the garnet fluorescent material according to the present invention, the content of Ce is determined experimentally. If it is less than 0.0005, it is not enough to act as an activator. If it is more than 0.3, the concentration quenching effect There is a problem in that the luminance degradation becomes large. Therefore, the amount of Ce as an activator in the formula (1) may be in the range of 0 < y < 0.3.

또한, 화학식 1은 A3C5O12와 A2BD2F3O12의 고용체와 동일한 조성을 갖게 되므로, 본 발명의 가넷계 형광체 제조시 화학식 1의 x 및 y는 A3C5O12와 A2BD2F3O12가 고용되는 비율에 따라 결정될 수 있다. Since the formula 1 has the same composition as the solid solution of A 3 C 5 O 12 and A 2 BD 2 F 3 O 12 , x and y in the formula (1) for producing the garnet fluorescent material of the present invention are A 3 C 5 O 12 A 2 BD 2 F 3 O 12 is employed.

또한, 화학식 1에서 x 값 및 y 값에 의한 조성변화에 따라 가넷계 형광체의 발광 파장 및 발광 휘도가 변화하는데, 후술하는 실험예에서 입증되는 바와 같이 특히 x 값에 따른 가넷계 형광체를 이루는 이온의 조성의 변화 및/또는 화학식 1에서 B 및 D 중 하나 이상에 의해 활성제가 치환되는 사이트의 환경이 변화되어 형광체의 발광 파장 같은 발광특성을 제어하여 발광휘도를 증가하게 만든다.In addition, the emission wavelength and the emission luminance of the garnet fluorescent material change according to the compositional change depending on the x value and the y value in the formula (1). As evidenced by experimental examples to be described later, The environment of the site where the active agent is substituted is changed by at least one of the composition and / or one or more of B and D in the formula (1), thereby controlling the luminescence characteristics such as the emission wavelength of the phosphor, thereby increasing the luminescence brightness.

따라서, 본 발명의 가넷계 형광체는 발광다이오드, 레이저다이오드, 면발광 레이저다이오드, 무기 일렉트로루미네선스 소자, 또는 유기 일렉트로루미네센스 소자를 포함하는 발광소자 특히 백색발광소자의 재료로 유용하다. Accordingly, the garnet fluorescent material of the present invention is useful as a material for a light emitting element, particularly a white light emitting element, including a light emitting diode, a laser diode, a surface emitting laser diode, an inorganic electroluminescence element, or an organic electroluminescence element.

다음으로, 본 발명에 따른 가넷계 형광체 제조방법은 화학식 1의 형광체 원료물질을 상기 형광체 조성에 따라 원료물질을 준비하는 단계; 상기 화학식 1 의 형광체 조성비로 칭량하여 균일하게 혼합하는 단계; 및 상기 균일하게 혼합된 원료물질을 환원분위기 하에서 소성하는 단계를 포함한다. Next, a method for manufacturing a garnet fluorescent material according to the present invention comprises the steps of: preparing a raw material of the phosphor of Formula 1 according to the phosphor composition; Uniformly mixing the phosphor powder with the phosphor composition of Formula 1; And firing the uniformly mixed raw material under a reducing atmosphere.

소성하는 단계는 질소와 수소가 75 ~ 95 : 25 ~ 5의 부피%로 혼합된 가스 분위기에서 1000-1600℃ 온도 조건으로 1 내지 12시간 동안 열처리 하여 수행되는 것이 바람직하다. 소성온도가 1000℃ 미만이면 단일상의 결정이 완전히 형성되지 못하고 미반응물이나 부반응물이 생기게 되고, 1600℃ 이상에서는 입자 모양이 불규칙하며 형광체를 구성하는 구성원소가 휘발하여 형광체의 결정성의 저하를 가져와 휘도가 급격히 저하되기 때문이다.The firing step is preferably performed by heat-treating at 1000-1600 ° C for 1 to 12 hours in a gas atmosphere in which nitrogen and hydrogen are mixed at a volume percentage of 75 to 95: 25 to 5. If the calcination temperature is less than 1000 ° C, the single-phase crystals can not be completely formed and unreacted materials and by-products are formed. At 1600 ° C or higher, the grain shape is irregular and the constituent elements constituting the phosphor are volatilized, Is rapidly decreased.

한편, 소성하는 단계가 1회 이상 더 수행될 수 있는데, 소성단계가 수차례 실시되면 형광체의 발광강도가 증가할 수도 있기 때문이다.On the other hand, the firing step may be performed one or more times, since the emission intensity of the phosphor may increase when the firing step is repeated several times.

마지막으로, 본 발명에 따른 발광소자는 발광광원 및 형광체를 포함하는 발광소자로서, 특히 형광체로서 제 1 항의 가넷계 형광체를 포함할 수 있다. 여기서, 발광광원이 100 nm ~ 470 nm 범위의 파장을 갖는 자외선, 가시광선 또는 전자선이면, 가넷계 형광체는 500nm ~ 600 nm 범위 파장의 녹색 또는 황색을 발광하는 형광특성을 나타내고, 발광광원이 450 ~ 470nm의 여기광원이면, 발광소자는 백색발광소일 수 있다. 이 때, 가넷계 형광체는 실리콘레진과 1:5 내지 15의 중량비로 혼합되어 사용될 수 있는데, 1:10의 중량비로 혼합되어 사용되는 것이 보다 우수한 특성을 나타낼 수 있다. Finally, the light emitting device according to the present invention is a light emitting device including a luminescent light source and a phosphor, and in particular, may include the garnet fluorescent material of claim 1 as the phosphor. When the luminescent light source is an ultraviolet ray, a visible ray or an electron ray having a wavelength in the range of 100 nm to 470 nm, the garnet fluorescent material exhibits fluorescence characteristics of emitting green or yellow light having a wavelength in the range of 500 nm to 600 nm, If it is an excitation light source of 470 nm, the light emitting element may be a white light emitting element. At this time, the garnet fluorescent material can be mixed with the silicone resin in a weight ratio of 1: 5 to 15, and it is possible to exhibit more excellent properties when used in a weight ratio of 1:10.

실시예 1Example 1

상기 화학식 1을 갖는 garnet 형광체의 각 성분의 몰조성비가 Lu:Ca:Al:Mg:Si:O:Ce=2.85:0.1:4.5:0.2:0.3:12:0.05를 갖도록 다음과 같이 garnet 형광체를 제조하였다.The garnet phosphor was prepared as follows so that the molar composition ratio of each component of the garnet phosphor having the formula (1) had Lu: Ca: Al: Mg: Si: O: Ce = 2.85: Respectively.

즉, 상기 몰조성비를 갖도록 Lu2O3(1.3560g), Al2O3(0.5486g), CaCO3(0.0239g), MgO(0.0193g), SiO2(0.0431g), CeO2(0.0206g)를 습식혼합 및 분쇄하였다. 상기 혼합물을 충분히 건조한 후, 1600도 환원분위기에서 4시간 동안 열처리 한 후 Lu2.85Ca0.1Ce0.05Al4.5Mg0.2Si0.3O12(가넷형광체1)를 제조하였다.That is, Lu 2 O 3 (1.3560 g), Al 2 O 3 (0.5486 g), CaCO 3 (0.0239 g), MgO (0.0193 g), SiO 2 (0.0431 g), CeO 2 ) Were wet-mixed and pulverized. The mixture was sufficiently dried and heat-treated for 4 hours in a reducing atmosphere of 1600 ° C. to prepare Lu 2.85 Ca 0.1 Ce 0.05 Al 4.5 Mg 0.2 Si 0.3 O 12 (garnet phosphor 1).

실시예 2Example 2

상기 화학식 1을 갖는 garnet 형광체의 각 성분의 몰조성비가 Lu:Ca:Al:Mg:Si:O:Ce=2.65:0.3:3.5:0.6:0.9:12:0.05를 갖도록 다음과 같이 garnet 형광체를 제조하였다.The garnet fluorescent material was prepared as follows so that the molar composition ratio of each component of the garnet fluorescent material having the formula 1 was such that Lu: Ca: Al: Mg: Si: O: Ce = 2.65: 0.3: 3.5: 0.6: 0.9: Respectively.

즉, 상기 몰조성비를 갖도록 Lu2O3(1.3035g), Al2O3(0.4411g), CaCO3(0.0742g), MgO(0.0598g), SiO2(0.1337g), CeO2(0.0213g)를 습식혼합 및 분쇄하였다. 상기 혼합물을 충분히 건조한 후, 1600도 환원분위기에서 4시간 동안 열처리 한 후 Lu2.65Ca0.3Ce0.05Al3.5Mg0.6Si0.9O12(가넷형광체2)를 제조하였다.Specifically, Lu 2 O 3 (1.3035 g), Al 2 O 3 (0.4411 g), CaCO 3 (0.0742 g), MgO (0.0598 g), SiO 2 (0.1337 g), CeO 2 ) Were wet-mixed and pulverized. The mixture was sufficiently dried and heat-treated for 4 hours in a reducing atmosphere of 1600 ° C. to prepare Lu 2.65 Ca 0.3 Ce 0.05 Al 3.5 Mg 0.6 Si 0.9 O 12 (garnet phosphor 2).

실시예 3Example 3

상기 화학식 1을 갖는 garnet 형광체의 각 성분의 몰조성비가 Lu:Ca:Al:Mg:Si:O:Ce=2.45:0.5:2.5:1.0:1.5:12:0.05를 갖도록 다음과 같이 garnet 형광체를 제조하였다.The garnet fluorescent material was prepared as follows so that the molar composition ratio of each component of the garnet fluorescent material having the formula 1 was such that Lu: Ca: Al: Mg: Si: O: Ce = 2.45: 0.5: Respectively.

즉, 상기 몰조성비를 갖도록 Lu2O3(1.2474g), Al2O3(0.3261g), CaCO3(0.1281g), MgO(0.1031g), SiO2(0.2306g), CeO2(0.0220g)를 습식혼합 및 분쇄하였다. 상기 혼합물을 충분히 건조한 후, 1500도 환원분위기에서 4시간 동안 열처리 한 후 Lu2.45Ca0.5Ce0.05Al2.5Mg1.0Si1.5O12(가넷형광체3)를 제조하였다.Specifically, Lu 2 O 3 (1.2474 g), Al 2 O 3 (0.3261 g), CaCO 3 (0.1281 g), MgO (0.1031 g), SiO 2 (0.2306 g), CeO 2 ) Were wet-mixed and pulverized. The mixture was sufficiently dried and then heat-treated for 4 hours in a reducing atmosphere of 1500 degrees to prepare Lu 2.45 Ca 0.5 Ce 0.05 Al 2.5 Mg 1.0 Si 1.5 O 12 (Garnet Phosphor 3).

실시예 4Example 4

상기 화학식 1을 갖는 garnet 형광체의 각 성분의 몰조성비가 Lu:Ca:Al:Mg:Si:O:Ce=2.25:0.7:1.5:1.4:2.1:12:0.05를 갖도록 다음과 같이 garnet 형광체를 제조하였다.The garnet phosphor was manufactured as follows so that the molar composition ratio of each component of the garnet phosphor having the formula (1) was Lu: Ca: Al: Mg: Si: O: Ce = 2.25: 0.7: 1.5: Respectively.

즉, 상기 몰조성비를 갖도록 Lu2O3(1.1871g), Al2O3(0.2028g), CaCO3(0.1858g), MgO(0.1496g), SiO2(0.3346g), CeO2(0.0228g)를 습식혼합 및 분쇄하였다. 상기 혼합물을 충분히 건조한 후, 1450도 환원분위기에서 4시간 동안 열처리 한 후 Lu2.25Ca0.7Ce0.05Al1.5Mg1.4Si2.1O12(가넷형광체4)를 제조하였다.That is, Lu 2 O 3 (1.1871 g), Al 2 O 3 (0.2028 g), CaCO 3 (0.1858 g), MgO (0.1496 g), SiO 2 (0.3346 g), CeO 2 ) Were wet-mixed and pulverized. The mixture was sufficiently dried and then heat treated in a 1450 ° C reducing atmosphere for 4 hours to produce Lu 2.25 Ca 0.7 Ce 0.05 Al 1.5 Mg 1.4 Si 2.1 O 12 (Garnet Phosphor 4).

실시예 5Example 5

상기 화학식 1을 갖는 garnet 형광체의 각 성분의 몰조성비가 Lu:Ba:Al:Si:O:Ce=2.85:0.3:4.5:0.3:12:0.05를 갖도록 다음과 같이 garnet 형광체를 제조하였다.The garnet phosphor was prepared as follows so that the molar composition ratio of each component of the garnet phosphor having the formula (1) was Lu: Ba: Al: Si: O: Ce = 2.85: 0.3: 4.5: 0.3: 12:

즉, 상기 몰조성비를 갖도록 Lu2O3(1.3055g), Al2O3(0.5282g), BaCO3(0.1363g), SiO2(0.0415g), CeO2(0.0198g)를 습식혼합 및 분쇄하였다. 상기 혼합물을 충분히 건조한 후, 1600도 환원분위기에서 4시간 동안 열처리 한 후 Lu2.85Ba0.3Ce0.05Al4.5Si0.3O12(가넷형광체5)를 제조하였다.That is, to have the molar composition ratio of Lu 2 O 3 (1.3055g), Al 2 O 3 (0.5282g), BaCO 3 (0.1363g), SiO 2 (0.0415g), wet mixing and grinding the CeO 2 (0.0198g) Respectively. The mixture was thoroughly dried and then heat treated in a 1600 degree reduction atmosphere for 4 hours to prepare Lu 2.85 Ba 0.3 Ce 0.05 Al 4.5 Si 0.3 O 12 (garnet phosphor 5).

실시예 6Example 6

상기 화학식 1을 갖는 garnet 형광체의 각 성분의 몰조성비가 Lu:Ba:Al:Si:O:Ce=2.65:0.9:3.5:0.9:12:0.05를 갖도록 다음과 같이 garnet 형광체를 제조하였다.The garnet phosphor was prepared as follows so that the molar composition ratio of each component of the garnet phosphor having the formula (1) was Lu: Ba: Al: Si: O: Ce = 2.65: 0.9: 3.5: 0.9: 12:

즉, 상기 몰조성비를 갖도록 Lu2O3(0.8730g), Al2O3(0.2954g), BaCO3(0.2941g), SiO2(0.0895g), CeO2(0.0142g)를 습식혼합 및 분쇄하였다. 상기 혼합물을 충분히 건조한 후, 1600도 환원분위기에서 4시간 동안 열처리 한 후 Lu2.65Ba0.9Ce0.05Al3.5Si0.9O12(가넷형광체6)를 제조하였다.Namely, Lu 2 O 3 (0.8730 g), Al 2 O 3 (0.2954 g), BaCO 3 (0.2941 g), SiO 2 (0.0895 g) and CeO 2 (0.0142 g) were wet-mixed and pulverized Respectively. The mixture was sufficiently dried and heat-treated for 4 hours in a reducing atmosphere of 1600 ° C. to prepare Lu 2.65 Ba 0.9 Ce 0.05 Al 3.5 Si 0.9 O 12 (garnet phosphor 6).

비교예 1Comparative Example 1

상용의 Lu3Al5O12:Ce0.05 3+(비교예형광체1)를 준비하였다.A commercially available Lu 3 Al 5 O 12 : Ce 0.05 3+ (Comparative Example 1) was prepared.

비교예2Comparative Example 2

실시예1의 방법을 이용하여 Lu2CaMg2Si3O12:Ce0.05 3+(비교예형광체2)를 제조하였다.Lu 2 CaMg 2 Si 3 O 12 : Ce 0.05 3+ (Comparative Example 2) was prepared using the method of Example 1.

실험예 1Experimental Example 1

실시예 1 내지 4에서 얻어진 가넷형광체1 내지 4 및 비교예형광체 1 및 2를 XRD 분석하고 그 결과를 도 2에 나타내었다. 또한, 가넷형광체1 내지 4 및 비교예형광체 1 및 2의 PL 결과(발광중심파장) 및 양자효율을 도 3과 표 1에 나타내었다.XRD analyzes of the garnet fluorescent materials 1 to 4 and the comparative fluorescent materials 1 and 2 obtained in Examples 1 to 4 were carried out, and the results are shown in Fig. PL results (luminescent center wavelengths) and quantum efficiencies of Garnet Phosphors 1 to 4 and Comparative Phosphors 1 and 2 are shown in Fig. 3 and Table 1. Fig.

λex (nm)λ ex (nm) λem (nm)? em (nm) 양자효율 (%)Quantum efficiency (%) 비교예형광체 1Comparative Example Phosphor 1 450450 526526 9696 가넷형광체 1Garnet Phosphor 1 450450 521521 9090 가넷형광체 2Garnet Phosphor 2 450450 530530 9292 가넷형광체 3Garnet Phosphor 3 450450 541541 9090 가넷형광체 4Garnet Phosphor 4 450450 553553 8989 비교예형광체 2Comparative Example Phosphor 2 450450 578578 9090

도 2로부터 가넷형광체1 내지 가넷형광체4 및 비교예형광체1 및 2가 동일한 결정구조를 갖고 있음을 알 수 있다. It can be seen from FIG. 2 that the garnet fluorescent material 1 to the garnet fluorescent material 4 and the comparative fluorescent materials 1 and 2 have the same crystal structure.

표 1로부터 Lu3Al5O12 모체에 Lu2CaMg2Si3O12의 양을 늘려 고용하여도 양자효율 89 % 이상의 높은 효율을 갖는 형광체를 합성할 수 있음을 알 수 있다.From Table 1, it can be seen that in Lu 3 Al 5 O 12 matrix It can be seen that even when the amount of Lu 2 CaMg 2 Si 3 O 12 is increased, a phosphor having a high efficiency of quantum efficiency of 89% or more can be synthesized.

또한, 도 3은 본 발명에서 얻어진 가넷형광체1 내지 가넷형광체4가 비교예형광체1 및 2 사이의 파장 내에서 파장 조절이 가능함을 보여준다. 3 shows that the garnet fluorescent material 1 to the garnet fluorescent material 4 obtained in the present invention can control the wavelength within the wavelength range between the fluorescent materials 1 and 2 of the comparative examples.

실시예 7Example 7

실시예 1에서 얻어진 가넷형광체1, 비교예 2에서 얻어진 비교예형광체2, 상용화된 적색의 형광체 및 실리콘 레진을 혼합하여 (a)혼합물을 준비하였다. 또한, 실시예 1에서 얻어진 가넷형광체1, 비교예 2에서 얻어진 비교예형광체2 및 실리콘 레진을 혼합하여 (b)혼합물을 준비하였다. 이 혼합물들을 각각 surface-mount device (SMD) type의 청색LED에 주입하여 150℃에서 1시간 경화시켜 여기 파장 450 nm LED 기반의 WLED를 제작하였다. The garnet fluorescent material 1 obtained in Example 1, the comparative fluorescent material 2 obtained in Comparative Example 2, the red fluorescent material and the commercialized red fluorescent material were mixed to prepare a mixture (a). Further, the garnet fluorescent material 1 obtained in Example 1, the comparative fluorescent substance 2 obtained in Comparative Example 2, and the silicone resin were mixed to prepare a mixture (b). These mixtures were injected into surface-mount device (SMD) type blue LEDs and cured at 150 ° C for 1 hour to fabricate LED-based WLEDs with excitation wavelengths of 450 nm.

실험예 2Experimental Example 2

실시예 7 에서 제조된 백색 LED에 20 mA를 인가하였을 때의 발광 스펙트럼을 관찰하고 그 결과를 도 4에 도시하였다.The emission spectrum when 20 mA was applied to the white LED prepared in Example 7 was observed and the results are shown in FIG.

도 4로부터 본 개발을 통한 형광체를 청색 LED에 도포하였을 때의 상용 가능성을 확인할 수 있다.FIG. 4 shows the applicability of the present invention when the phosphor is applied to the blue LED.

실험예 3Experimental Example 3

실시예 7에서 제작된 WLED를 대상으로 20 mA에 따른 CIE 좌표 변화를 측정하고, 그 결과를 도 5에 도시하였다. 20 mA 인가 시 (a)는 89의 색연색지수(CRI)의 색온도 3473K (b)는 89의 색연색지수(CRI)의 색온도 6140K를 보였다. 상용의 LED 조명이 85 내외의 CRI를 갖는 것으로 비추어 볼 때, WLED로의 응용에 있어서 가능성이 있음을 보여준다.The CIE coordinate change according to 20 mA was measured for the WLED fabricated in Example 7, and the result is shown in FIG. (A) shows the color temperature of CRI of 89, and the color temperature of 3473K (b) of 89 showed the color temperature of CRI of 89 at 6140K. In light of the fact that commercial LED lighting has a CRI of around 85, it shows the possibility of application to WLED.

실험예 4Experimental Example 4

실시예 5에서 얻어진 가넷형광체5를 XRD 분석하고 그 결과를 도 6에 나타내었다. 또한, 실시예 5의 가넷형광체5를 상용 Lu3Al5O12:Ce3+ 형광체와 실시예 1에서 얻어진 가넷형광체1과 비교한 PL 결과(발광중심파장 및 상대효율)와 양자효율을 도 7과 표 2에 나타내었다.The Garnet Phosphor 5 obtained in Example 5 was subjected to XRD analysis and the results are shown in Fig. PL results (luminescence center wavelength and relative efficiency) and quantum efficiency obtained by comparing the garnet fluorescent material 5 of Example 5 with the commercial Lu 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ fluorescent material and the garnet fluorescent material 1 obtained in Example 1 are shown in FIG. 7 And Table 2.

λex (nm)λ ex (nm) λem (nm)? em (nm) 상대 발광강도 (%)Relative light emission intensity (%) 양자효율 (%)Quantum efficiency (%) 상용 형광체Commercial phosphor 450450 513513 100100 9090 가넷형광체 1Garnet Phosphor 1 450450 521521 9595 9090 가넷형광체 5Garnet Phosphor 5 450450 513513 107107 9393

도 6으로부터, 가넷형광체5 또한 가넷형광체1 내지 가넷형광체4와 동일하게 비교예형광체1과 동일한 결정구조를 갖고 있음을 알 수 있다. From FIG. 6, it can be seen that Garnet Phosphor 5 has the same crystal structure as Comparative Garnet 1 as Garnet Phosphor 1 to Garnet Phosphor 4.

도 7 및 표 2로부터, 본 발명을 통하여 개발된 가넷형광체5는 고용체 방법을 통하여 lutetium의 양도 줄이며 상용형광체보다 더 높은 발광광도와 양자효율을 가짐을 알 수 있다.7 and Table 2, it can be seen that the garnet fluorescent material 5 developed through the present invention has a higher luminescence intensity and quantum efficiency than the commercial fluorescent material by reducing the amount of lutetium through the solid solution method.

실험예 5Experimental Example 5

실시예 6에서 얻어진 가넷형광체6을 XRD 분석하고 그 결과를 도 8에 나타내었다. 또한, 실시예 6의 가넷형광체6을 실시예 2에서 얻어진 가넷형광체2와 비교한 PL 결과(발광중심파장 및 상대효율)를 도 9에 나타내었다.The garnet fluorescent material 6 obtained in Example 6 was subjected to XRD analysis and the results are shown in Fig. The PL result (luminescent center wavelength and relative efficiency) of the Garnet Phosphor 6 of Example 6 compared with the Garnet Phosphor 2 obtained in Example 2 is shown in Fig.

도 8로부터, 가넷형광체6 또한 가넷형광체1 내지 가넷형광체5와 동일하게 비교예형광체1과 동일한 결정구조를 갖고 있음을 알 수 있다. It can be seen from FIG. 8 that the garnet fluorescent material 6 has the same crystal structure as the comparative example fluorescent material 1, like the garnet fluorescent material 1 to the garnet fluorescent material 5.

도 9로부터 가넷형광체6은 가넷형광체3보다 더 우수한 발광강도를 보이는 것을 알 수 있으며 이로써 동일한 고용체 형광체 방법을 이용하더라도 선택되는 이온에 따라 다른 발광 특성을 가짐을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 9 that the garnet fluorescent material 6 exhibits a better light emission intensity than the garnet fluorescent material 3, and thus it has different light emission characteristics depending on the selected ions even when the same solid solution fluorescent material method is used.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.

Claims (12)

하기 화학식 1을 갖는 가넷계 형광체.
[화학식 1]
(A3-y-xBx)(C2-2xD2x)(E3-3xF3x)O12:Cey 3+
상기 화학식1에서 A는 Lu, Y, La, Tb을 포함하는 3가 희토류 금속그룹에서 선택된 1종 원소이고, B는 Ca, Ba, Sr, Mg을 포함하는 2가 알칼리금속그룹에서 선택된 1종 원소이며, C는 Al, Sc, Ga, Gd을 포함하는 3가 금속이온그룹에서 선택된 1종 원소이고, D는 Ca, Ba, Sr, Mg을 포함하는 2가 알칼리 금속그룹에서 선택된 1종 원소이며, E는 Al, Sc, Ga, Gd을 포함하는 3가 금속이온그룹에서 선택된 1종 원소이고, F는 Si, Ge, Zr, Ti을 포함하는 4가 금속이온그룹에서 선택된 1종 원소이다. 또한, 0 < x < 1, 0 < y < 0.3 이다.
A garnet fluorescent material having the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
(A 3-y x B x ) (C 2-2x D 2x ) (E 3-3x F 3x ) O 12 : Ce y 3+
Wherein A is an element selected from the group consisting of Lu, Y, La and Tb and B is an element selected from the group consisting of Ca, Ba, Sr and Mg, C is an element selected from the group consisting of Al, Sc, Ga and Gd; D is an element selected from divalent alkali metal groups including Ca, Ba, Sr and Mg; E is one kind of element selected from the group consisting of ternary metal ions including Al, Sc, Ga and Gd, and F is one kind of element selected from the group consisting of Si, Ge, Zr and Ti. 0 < x < 1, 0 < y < 0.3.
제 1 항에 있어서,
상기 화학식 1은 A3C5O12와 A2BD2F3O12의 고용체와 동일한 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 가넷계 형광체.
The method according to claim 1,
Wherein the formula (1) has the same composition as the solid solution of A 3 C 5 O 12 and A 2 BD 2 F 3 O 12 .
제 2 항에 있어서,
상기 화학식 1의 x 및 y는 A3C5O12와 A2BD2F3O12가 고용되는 비율에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 가넷계 형광체.
3. The method of claim 2,
Wherein x and y in the formula (1) are determined according to the ratio of A 3 C 5 O 12 and A 2 BD 2 F 3 O 12 solubilized.
제 1 항에 있어서,
상기 화학식 1에서 x 값 및 y 값에 의한 조성변화에 따라 형광체의 발광 파장 및 발광 휘도가 변화하는 것을 특징으로 가넷계 형광체.
The method according to claim 1,
Wherein the emission wavelength and the emission luminance of the phosphor are changed according to the compositional change according to x value and y value in the above formula (1).
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화학식 1에서 B 및 D 중 하나 이상에 의해 활성제가 치환되는 사이트의 환경이 변화되어 형광체의 발광특성이 제어되는 것을 특징으로 하는 가넷계 형광체.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the environment of the site where the activator is substituted by at least one of B and D in the formula (1) is changed to control the luminescence properties of the phosphor.
제 1 항의 화학식 1에 의한 형광체 조성에 따라 원료물질을 준비하는 단계;
상기 원료물질을 상기 화학식 1의 형광체 조성비로 칭량하여 균일하게 혼합하는 단계; 및
상기 균일하게 혼합된 원료물질을 환원분위기 하에서 소성하는 단계를 포함하는 가넷계 형광체 제조방법.
Preparing a raw material according to the phosphor composition according to claim 1;
Weighing the raw materials at a phosphor composition ratio of Formula 1 and uniformly mixing them; And
And firing the uniformly mixed raw material in a reducing atmosphere.
제 6 항에 있어서,
상기 소성하는 단계는 질소와 수소가 75 ~95 : 25 ~ 5의 부피%로 혼합된 가스 분위기에서 1000 ~ 1600 ℃ 온도 조건으로 1 내지 12시간 동안 열처리하여 수행되는 것을 특징으로 하는 가넷계 형광체 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the calcining step is performed by performing a heat treatment at a temperature of 1000 to 1600 캜 for 1 to 12 hours in a gas atmosphere in which nitrogen and hydrogen are mixed at a volume ratio of 75 to 95: 25 to 5 .
발광광원 및 형광체를 포함하는 발광소자에서,
상기 형광체는 제 1 항의 가넷계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
In a light-emitting device including a luminescent light source and a phosphor,
Wherein the phosphor comprises the garnet fluorescent material according to any one of claims 1 to 5. The light emitting device according to claim 1,
제 8 항에 있어서,
상기 발광광원이 100 nm ~ 470 nm 범위의 파장을 갖는 자외선, 가시광선 또는 전자선이면, 상기 형광체는 500nm ~ 600 nm 범위 파장의 녹색 또는 황색을 발광하는 형광특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 발광소자.
9. The method of claim 8,
Wherein the phosphor emits green or yellow light having a wavelength in the range of 500 nm to 600 nm when the luminescent light source is an ultraviolet ray, a visible ray or an electron ray having a wavelength in the range of 100 nm to 470 nm.
제 8 항에 있어서,
상기 발광광원이 450 ~ 470nm의 여기광원이면, 상기 발광소자는 백색발광소자인 것을 특징으로 하는 발광소자.
9. The method of claim 8,
Wherein the light emitting device is a white light emitting device if the light emitting source is an excitation light source of 450 to 470 nm.
제 8 항에 있어서,
상기 형광체는 실리콘레진과 1:5 내지 15의 중량비로 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
9. The method of claim 8,
Wherein the phosphor is mixed with the silicone resin in a weight ratio of 1: 5-15.
제 8 항에 있어서,
상기 발광소자는 발광다이오드, 레이저다이오드, 면발광 레이저다이오드, 무기 일렉트로루미네선스 소자, 또는 유기 일렉트로루미네센스 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
9. The method of claim 8,
Wherein the light emitting element comprises a light emitting diode, a laser diode, a surface emitting laser diode, an inorganic electroluminescence element, or an organic electroluminescence element.
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