KR20180069303A - 좁은 반치폭을 갖는 리튬-알루미늄 함유 적색발광 형광체 및 이를 포함하는 발광장치 - Google Patents

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윤호신
이경주
이나름
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Abstract

본 발명은 좁은 반치폭을 갖는 리튬-알루미늄 함유 적색발광 형광체 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것으로, 본 발명의 형광체는 화학식 MaLibAlcOd: Re, Qf로 표시될 수 있고, 여기서 a는 0<a≤10이며, b는 0<b≤10이며, c는 0<c≤10이며, d는 0<d≤30이며, e는 0<e<a이며, a＋b＋c≤30이며, f는 0≤f≤e이고, M은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Y, 및 Lu으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이며, R은 알칼리 금속 및 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이고, Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 3가 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이다. 본 발명에 따른 형광체는 45㎚이하의 좁은 반치폭을 가짐으로써 색재현율을 향상시킬 수 있음과 동시에 650㎚ 이상의 중심파장을 갖는 빛을 발광할 수 있고, 고온에서도 우수한 열적 특성을 갖는다.

Description

좁은 반치폭을 갖는 리튬-알루미늄 함유 적색발광 형광체 및 이를 포함하는 발광장치 {RED LUMINESCENT PHOSPHOR CONTAINING LITHIUM AND ALUMINIUM AND HAVING NARROW FULL WIDTH AT HALF MAXIMUM AND THE LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 좁은 반치폭을 갖는 리튬-알루미늄 함유 적색발광 형광체 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 좁은 반치폭을 가짐으로써 색재현율을 향상시킬 수 있음과 동시에 650㎚ 이상의 중심파장을 갖는 빛을 발광할 수 있고, 고온에서도 우수한 열적 특성을 보이는 신규한 적색발광 형광체 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
TV, 노트북, 휴대폰 등과 같은 멀티미디어 기기의 발전 및 평판 디스플레이의 수요 증가와 함께 액정화면 (LCD, Liquid Crystal Display)의 보급이 활성화되면서 고품질의 LCD에 대한 요구가 계속 이어지고 있다.
LCD 디스플레이의 백라이트 광원으로 기존의 냉음극관 (CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamp) 대신 휘도가 높고 수명이 길며, 열을 발산하지 않는 백색 발광다이오드 (LED, Light Emitting Diode) 장치가 주목 받고 있다.
백색 LED를 구현하는 방법으로는 기존에는 일반적으로 백라이트 유닛 (Back light unit, BLU)용 백색 광원으로 청색(B) LED 칩, 녹색(G) LED 칩 및 적색(R) LED 칩을 배열하여 구현하였다.
이처럼 R, G, B 3원색 칩을 사용하는 백색 LED 소자는 연색지수가 비교적 우수하고 청, 녹 및 적색 LED의 광량 조절에 의해 전체적인 출력광 제어가 가능하다는 장점을 가지고 있으나, 이는 개별 색상의 LED를 구동하고 제어하기 위해 서로 상이한 전기적 특성을 지니기 때문에 회로 구동이 복잡해지며, 이에 따라 제작 비용이 높아지는 단점을 갖는다.
또한, 상기 LED 소자의 경우 R, G, B 3원색 LED를 사용할 때 생기는 색온도 조절의 어려움과 온도에 따른 편차가 발생하는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위한 방법으로 청색 LED를 여기원으로 사용하여 형광체를 발광시키는 형광체 전환 LED (Phosphor-Converted LED, PC-LED)의 개발이 제안되었다.
종래에 백색 발광 장치를 구현하는 방법으로 청색 발광다이오드에서 방출되는 에너지를 YAG (Y3Al5O12:Ce3+)계 황색 형광체에 여기시켜 백색으로 전환하는 방법을 이용하였다.
그러나 이러한 방법은 적색 영역의 발광이 부족하고 청색 영역의 발광이 우세함에 따라, 색온도가 높고 이에 따라 쿨 화이트 (cool white)의 백색광을 방출하게 되며, 연색성 및 색조절 능력이 떨어진다는 단점이 있다.
따라서 이러한 조합을 통하여 백색을 구현하는 방법은 디스플레이의 광원과 조명용 광원으로 이용하기에 한계가 있었다. 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 녹색에 적색 형광체를 혼합하여 사용하는 방법이 적용되었다. 기존에 CASN(CaAlSiN3:Eu2+) 이 혼합 적색 형광체로써 널리 이용되고 있으나 CASN 형광체의 경우 발광 스펙트럼의 영역이 넓고 이로 인해 색재현율을 높이는데 한계가 있ㅇ었으며, CASN 형광체는 고온, 고압의 제조 공정이 요구되기 때문에 공정상의 어려움이 있으며 이로 인해 단가가 비싸진다는 단점이 있다.
CASN의 이러한 단점을 보안하기 위하여 최근에 좁은 반치폭을 갖는 KSF (K2SiF6:Mn4+) 형광체가 개발되어 사용되고 있으나, KSF의 경우 제조 공정에서 용매로 불산 (HF)을 사용함으로써 공정상에 위험성을 내포하고 있었다.
또한 KSF의 경우 중심파장이 630㎚로 한정되어 이동이 어렵기 때문에 필요한 중심파장을 구현하는데 어려움이 있었다.
따라서 색재현율의 향상을 위해 650㎚ 이상의 중심파장을 가짐과 동시에 반치폭이 좁은 형광체의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
특허문헌 1: 국제특허공개 제WO2009/099211호 특허문헌 2: 미국특허공개 제US2015/0008463호 특허문헌 3: 국제특허공개 제WO2012/128837호 특허문헌 4: 미국특허공개 제US2015/0041843A1호 특허문헌 5: 미국특허등록 제US08178000B2호 특허문헌 6: 미국특허공개 제US2013/0001628A1호
본 발명의 목적은 650㎚ 이상의 중심파장을 갖는 빛을 발광함과 동시에 약 45㎚ 이하의 좁은 반치폭을 가짐으로써 색재현율이 현저하게 향상된 신규한 적색 형광체 및 이러한 형광체를 포함하는 발광장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 적색발광 형광체는 하기 화학식 1로 표시되며,
[화학식 1]
MaLibAlcOd: Re, Qf
상기 화학식 1에서,
a는 0<a≤10이며, b는 0<b≤10이며, c는 0<c≤10이며, d는 0<d≤30이며, e는 0<e<a이며, a＋b＋c≤30이며, f는 0≤f≤e이고,
M은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Y, 및 Lu으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이며, R은 알칼리 금속 및 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이고, Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 3가 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이며, 좁은 반치폭을 갖는 특징이 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 적색발광 형광체는 발광 중심파장이 650 내지 690㎚의 파장범위 내에서 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 적색발광 형광체에 있어서, 상기 형광체는 200 내지 600㎚의 파장을 갖는 자외선 또는 가시광선을 여기광으로 흡수하여 발광하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 적색발광 형광체에 있어서, 상기 형광체는 45㎚이하의 반치폭을 갖는 빛을 발광하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 발광장치는 상기 다양한 구현예에 따른 형광체를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 발광장치에 있어서, 상기 발광장치는 레이저다이오드, 면 발광 레이저다이오드, 무기 일렉트로루미네센스 소자 또는 유기 일렉트로루미네센스 소자일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 발광장치에 있어서, 상기 발광장치는 형광체 및 발광다이오드 칩을 포함하는 백색 발광다이오드이며, 상기 발광다이오드 칩은 청색 발광다이오드 칩일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 발광장치에 있어서, 상기 백색 발광다이오드에 포함된 형광체 및 발광다이오드 칩은 투광성 수지에 의해 몰딩된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 형광체는 약 45㎚ 이하의 좁은 반치폭을 가짐으로써 색재현율을 현저하게 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 형광체는 650㎚ 이상의 중심파장을 갖는 빛을 발광할 수 있고, 고온에서도 우수한 열적 특성을 나타내어 매우 안정적인 장점 또한 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 실장형 형태인 백색 발광다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1에 의한 형광체와 종래의 CASN 형광체에 대한 광 방출 스펙트럼을 비교하여 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 형광체의 X선 회절 패턴을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 의해 제조된 형광체의 Mn4+ 농도에 따른 형광체의 광방출 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 3에 의해 제조된 형광체의 플럭스 종류에 따른 형광체의 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1에 의한 형광체와 종래에 사용되고 있는 CASN, KSF 형광체의 CIE 1931 색좌표계를 나타낸 것이다.
본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예의 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 좁은 반치폭을 갖는 리튬-알루미늄 함유 적색발광 형광체 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 좁은 반치폭을 가짐으로써 색재현율을 향상시킬 수 있음과 동시에 650㎚ 이상의 중심파장을 갖는 빛을 발광할 수 있고, 고온에서도 우수한 열적 특성을 보이는 신규한 적색발광 형광체 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
본 명세서에 기재되는 발광다이오드는 발광다이오드 소자 또는 발광소자를 포함하는 것을 의미한다.
이하, 도 1을 참고하여 본 발명의 구체적인 구현예에 따른 백색 LED 소자에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 표면 실장형 형태인 백색 발광다이오드의 구조를 나타낸 도면이며, 이를 참조하여 본 발명의 발광 소자를 구체적으로 설명하면, 상기 백색 발광다이오드는 InGaN계의 발광다이오드 칩(110)과, 상기 발광다이오드 칩(110)의 발광을 백색 발광다이오드 상방으로 반사시키는 반사경으로서의 역할을 담당하는 반사컵(120), 상기 발광다이오드 칩(110)과 양극 및 음극의 리드프레임(130)의 전기적 연결을 위한 본딩 와이어(140), 상기 발광다이오드 칩(110) 주위 전체를 몰딩하는 무색 또는 착색된 광 투과 수지로 이루어진 외장재(150), 및 상기 외장재(150)에 전체 또는 부분적으로 분산되는 형광체(160)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 형광체는 높은 색재현율을 갖도록 하기 위하여 발광 빛의 스펙트럼 그래프가 좁은 반치폭을 갖도록 구성되는 점을 특징으로 한다.
반치폭 (FWHM, full width at half maximum)은 상대분광분포 상에서 최대값의 1/2 값을 갖는 위치의 파장 값 한 쌍의 차이의 1/2이며, 단위는 ㎚인 것을 의미하는 것으로 좁은 반치폭을 갖는 형광체는 색재현율의 향상에 중요한 요인으로 작용한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 적색발광 형광체는 하기 화학식 1로 표시될 수 있으며, 특히 리튬 및 알루미늄을 포함하는 점에 특징이 있다.
[화학식 1]
MaLibAlcOd: Re, Qf
한편, 상기 화학식 1에서 a는 0<a≤10이며, b는 0<b≤10이며, c는 0<c≤10이며, d는 0<d≤30이며, e는 0<e<a이며, a＋b＋c≤30이며, f는 0≤f≤e이고,
M은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Y, 및 Lu으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 것이고, R은 알칼리 금속 및 전이 금속으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 것이고, Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 3가 전이 금속으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 것이다.
상기 화학식 1에서 사용되는 주 활성제는 R이며, Q는 보조 활성제 (co-activator)로서 기능한다.
특히, 본 발명의 적색발광 형광체는 이로부터 발광되는 빛의 중심파장이 650㎚ 이상, 예를 들어 650 내지 690㎚ 범위 내에서 형성될 수 있는 매우 우수한 효과를 갖는다.
특히, 적색형광체의 경우 650㎚ 이상의 중심파장을 갖는 빛을 발광하는 것이 바람직한 경우가 있으며, 본 발명의 형광체는 예를 들어 650 내지 690㎚ 범위와 같이 650㎚ 이상의 파장범위에서 중심 발광파장을 형성하는 점에 특징이 있다.
한편, 본 발명에 따른 형광체는 청색 LED 등으로부터 발광되는 빛에 의하여 여기될 수 있으며, 이와 같은 여기광은 200 내지 600㎚의 파장을 갖는 자외선 또는 가시광선일 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 형광체에서 발광되는 빛의 스펙트럼을 분석하면 매우 좁은 반치폭을 갖는 것을 확인할 수 있으며, 종래에 청색 LED에 도포하여 사용하던 형광체의 반치폭인 50 내지 90㎚보다 좁은 약 45㎚ 이하의 반치폭을 갖는 점에 특징이 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 형광체는 650 내지 690㎚의 파장범위에서 중심 발광파장을 형성하고, 약 45㎚ 이하의 반치폭을 가짐으로써 청색 또는 근자외광에 대한 색변환 효율이 우수하고 색순도를 현저하게 증가시킬 수 있는 장점을 갖게 된다.
본 발명의 형광체는 전술한 바와 같이, 종래에 사용되던 CASN (CaAlSiN3:Eu2+) 형광체 및 KSF (K2SiF6:Mn4+) 형광체의 단점을 보완하여 이를 대체하기 위하여 개발된 것이며, 본 발명의 형광체는 특히 고온에서 매우 우수한 열적 특성을 갖는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 형광체의 제조시 기존의 고온 (약 1,700 내지 2,000℃) 및 고압의 형광체 합성 조건과 비교하여 비교적 저온인 1,500℃ 정도의 온도에서 합성이 가능하여 공정이 상대적으로 용이한 장점 또한 갖는다.
본 발명에 따른 형광체는 산화물계 형광체일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 형광체를 제조할 수 있는 예시적인 방법에 대하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 형광체는 예를 들어,
(a) (ⅰ) Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Y, 및 Lu으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 산화물, 금속 탄산염, 및 염화물 군에서 선택된 어느 하나 이상의 물질; (ⅱ) Li 산화물, 금속산화물, 염화물, 및 불화물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 물질; (ⅲ) Al 산화물, 염화물, 및 불화물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 물질; (ⅳ) 알칼리 금속 및 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 활성화제; (ⅴ) 금속의 할로겐화물 및 금속 산화물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 플럭스를 용매하에서 혼합하는 단계,
(b) 상기 (a) 단계를 통하여 얻어진 혼합물을 건조 및 소성하여 형광체를 제조하는 단계,
(c) 상기 형광체를 분쇄 및 분급하는 단계 및
(d) 상기 분급을 거친 형광체를 용매로 세척하여 미반응 물질을 제거하는 단계;를 통하여 제조될 수 있다.
한편, 상기 (a) 단계에서의 혼합은 습식 혼합을 통하여 수행될 수 있으며, 상기 혼합시 용매로는 에탄올, 아세톤, 이소프로필알코올, 및 증류수로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
한편, 상기 (b) 단계에서 건조는 30 내지 80℃의 온도에서 30분 내지 24시간 동안 진행하고, 소성은 1,300 내지 1,700℃의 산화 분위기에서 1시간 내지 48시간 동안 1차 열처리를 진행하고 500 내지 900℃의 산화 분위기에서 1시간 내지 10시간 동안 열처리를 2회 반복하는 단계를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1,500℃의 산화 분위기에서 2시간 내지 8시간 동안 1차 열처리를 진행하고 600℃의 산화 분위기에서 3시간 내지 10시간 동안 2차 열처리를 진행하며 800℃의 산화 분위기에서 3시간 내지 10시간 동안 3차 열처리를 하는 것이 바람직하다.
이때, 산화 분위기하에서 열처리 온도가 1,200℃ 미만일 경우 본 발명에 의한 형광체의 결정이 완전하게 생성되지 못하게 되어 발광 효율이 감소하게 되고, 1,700℃를 초과하게 되면 과 반응에 의해 효율이 저하되거나 고체상의 분말을 생성하지 못하고 분쇄가 어렵게 되는 문제가 발생한다.
본 발명에 따른 형광체를 제조하는 열처리 분위기는 대기 상태 및 산소 혼합가스를 사용할 수 있으며, 예를 들어 산소가 10% 부피로 혼합된 질소가스를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 (c) 단계는 산화 분위기에서 열처리하여 얻어진 형광체를 분쇄 및 분급하여 일정한 크기의 형광체 분말을 얻는 단계이다.
상기 열처리 공정으로 인하여 응집되어 있는 형광체를 바람직한 휘도와 크기를 가진 분말로 얻기 위해서, 상기 분쇄 및 분급 공정이 수행된다.
이 경우 상기 분쇄 및 분급 공정은 통상의 방법에 따라 진행 할 수 있고, 그 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 열처리가 완료된 형광체의 평균 입자 크기가 20㎛ 이하로 분쇄하고 25 내지 32㎛의 통과 직경을 갖는 분체를 이용하여 형광체의 분급을 수행할 수 있다.
또한, 상기 산화 분위기에서 열처리하여 얻어진 형광체는 미량의 할로겐화합물을 포함할 수 있다.
이와 같은 할로겐 화합물을 제거해 주지 않을 경우, 상기 형광체를 이용하여 발광소자를 제조시 내습성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 형광체를 제조하기 위하여 상기 (C) 단계에서 얻어진 형광체를 세척함으로써 미반응물질을 제거하는 (d) 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
상기 미반응물질을 제거하는 단계는 알코올, 아세톤, 또는 증류수 등의 미반응 물질이 용해되는 용매를 한 가지 이상 사용하여 수행할 수 있다.
세척은 예를 들어, 상기 언급된 용매에 형광체를 넣고 혼합 후 건조하는 방법을 통하여 수행될 수 있으나, 이와 같은 세척 방법에 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따른 형광체를 제조하기 위한 방법은 전술한 방법에 특별히 한정되는 것은 아니며, 형광체의 합성 공정의 용이성에 따라 공정의 순서가 변경 될 수도 있고, 이와 같이 변경된 순서에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것도 아니다.
이하, 본 발명에 따른 발광장치를 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 발광장치는 본 발명의 다양한 구현예에 따른 형광체를 이용하여 제조된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 발광소자는 광을 방출하는 광원과, 상기 광원을 지지하는 기판, 상기 광원 주위에 몰딩되는 몰딩부재와 형광체를 포함한다.
상기 몰딩부재는 광투과 수지로서, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 요소 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
또한, 상기 몰딩부재는 단일 구조 또는 다중 구조로 형성될 수 있으며, 외장재의 기능을 할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 상기 형광체가 이용되는 발광소자는 전원이 제공되는 발광다이오드 칩(110)과 상기 발광다이오드 칩(110)을 포위하는 형광체(160)가 포함되어 구성되며, 상기 발광다이오드 칩(110)에서 방출된 1차 광이 상기 형광체에 의해 여기되어 2차 광을 발생하게 된다.
예를 들어, 상기 발광다이오드 칩은 380 내지 500㎚의 파장 범위에서 발광 피크를 갖는 광을 방출하는 InGaN계의 발광다이오드 칩이 사용될 수 있으나, 레이저다이오드 또는 면 발광 레이저 다이오드와 같은 다른 종류의 발광다이오드 칩이 사용되는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에서 형광체를 발광다이오드에 사용하여 발광소자를 제작한 것이 예시되어 있으나, 광원으로써 발광다이오드 대신에 무기 일렉트로루미네센스 소자 또는 유기 일렉트로루미네센스 소자 등이 사용되는 것도 가능하다.
따라서, 상기 발광장치는 발광다이오드를 포함한 레이저 다이오드, 면 발광 레이저 다이오드, 무기 일렉트로루미네센스 소자 또는 유기 일렉트로루미네센스 소자일 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 백색 발광다이오드의 구성은 상기 구성예에 한정되지 않고 종래 기술에 따른 구성 요소의 부가, 변경, 삭제는 얼마든지 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 형광체의 구체적인 실시예를 살펴보기로 한다.
한편, 본 발명에 따른 형광체의 특성은 발광세기 (photoluminescence (PL) intensity) 측정, XRD (X-ray Diffraction)분석 및 색좌표계분석을 통하여 이루어졌으며, 상기 발광세기측정은 Hitachi사의 F-7000 장비를 사용하여 450nm 파장에서의 여기를 통하여 발광 휘도를 측정하였다.
실시예 1 - 적색 형광체의 제조
MgO 10.63g, Li2CO3 5.04g, Al2O3 6.89g, MnCO3 0.78g를 아세톤에 넣어 볼밀을 이용하여 3시간 동안 혼합하였다. 혼합물을 80℃ 건조기에 넣어 6hr 동안 건조하여 용매를 완전히 휘발시켰다. 혼합된 재료를 알루미나 도가니에 넣어 1,500℃에서 4hr 동안 1차 열처리 하였다. 1차 열처리가 종료 된 후 유발을 이용하여 가볍게 분쇄를 진행하고 600℃에서 5hr 동안 2차 열처리 하였다. 이후 2차 열처리와 동일한 분쇄 과정을 반복한 후 800℃에서 5hr 동안 3차 열처리를 진행하였다. 이때 열처리 분위기는 모두 대기로 상태로 소결을 진행하였다. 열처리가 완료된 형광체를 분쇄하고 분급하여 약 10 내지 20㎛ 크기의 형광체를 얻었다. 분급이 완료된 형광체는 미반응물이 함유되어 있기에, 증류수에 넣어 약 30분간 세척을 진행한 후 건조하여 MaLibAlcOd:Re (단, 상기 식에서 M은 Mg이며, a=1.95, b=1, c=1, d=4, e=0.05)의 화학식을 갖는 산화물계 적색 형광체를 제조하였다.
도 2는 본 발명을 통한 실시예 1에 의해 합성된 형광체의 스펙트럼 및 반치폭을 비교한 그래프이다.
도 2를 살펴보면, 종래에 사용되고 있는 CASN 형광체에 비해 반치폭이 현저하게 좁음을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의해 합성 된 형광체의 X선 회절 패턴을 도시한 것이다.
도 3을 살펴보면, 1차 열처리에 비하여 3차 열처리가 완료 된 후 결정성을 반영할 수 있는 강도 (intensity)가 크게 증가하였음을 확인 할 수 있다.
도 6은 상기 실시예 1에 의해 제조 된 형광체와 종래에 사용되고 있는 CASN, KSF 형광체의 CIE 1931 색좌표계를 나타낸 그래프이다.
도 6을 살펴보면, 종래에 사용되고 있는 CASN, KSF 형광체에 비하여 본 발명에 따른 실시예 1의 형광체의 경우 중심파장이 장파장으로 나타나고 있으며, 색순도 또한 매우 우수함을 확인 할 수 있다.
다음으로, 활성제인 Mn4＋의 농도에 따라 본 발명의 형광체 (실시예 2-1 내지 실시예 2-4)를 다양하게 제조하였으며, 그에 따른 광방출 스펙트럼의 변화를 분석하는 실험을 수행하였다.
실시예 2-1 내지 실시예 2-4: Mn4+ 농도에 따른 형광체 제조
각각의 원재료를 하기 표 1과 같이 칭량하고 아세톤에 넣어 볼밀을 이용하여 3시간 동안 혼합함으로써 실시예 2-1 내지 실시예 2-4에 따른 형광체를 제조하였으며, 그 이외의 제조방법은 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
구분 MgO Li2CO3 Al2O3 MnCO3
실시예 2-1 10.86g 5.07g 6.93g 0.31g
실시예 2-2 10.63g 5.04g 6.89g 0.78g
실시예 2-3 10.48g 5.02g 6.86g 1.08g
실시예 2-4 10.25g 4.99g 6.82g 1.54g
도 4는 본 발명의 실시예 2-1 내지 실시예 2-4에 따라 합성된 형광체의 광 방출 스펙트럼의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4를 살펴보면, Mn4+의 농도를 변화시켜 형광체를 제조하는 경우에도 중심파장의 변화 없이 효율의 증가를 확인할 수 있다.
특히, 특히 실시예 2-2의 경우 가장 높은 광방출 스펙트럼을 보임을 확인할 수 있다.
다음으로, 다양한 플럭스를 종류별로 추가하여 제조한 본 발명의 형광체 (실시예 3-1 내지 실시예 3-5를 다양하게 제조하였으며, 그에 따른 광방출 스펙트럼의 변화를 분석하는 실험을 수행하였다.
실시예 3-1 내지 실시예 3-5: 플럭스를 이용한 형광체의 제조
플럭스를 추가로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학식 1의 형광체를 제조하였다. 플럭스로 각각 LiF, AlF3, MgCl2, MgF2를 0.23g씩 사용하여 순서대로 실시예 3-2 내지 3-5의 형광체를 제조하였다.
참고로, 실시예 3-1은 플럭스를 사용하지 않았으며, 실시예 1과 동일한 방법으로 형광체를 제조하였다.
도 5는 상기 플럭스의 종류에 따른 형광체의 광방출 스펙트럼의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5를 살펴보면, AlF3을 첨가하였을 때 가장 높은 광방출 스펙트럼을 나타냄을 확인할 수 있다.
110: 발광다이오드 칩 120 : 반사컵
121: 반사 기판 130: 리드 프레임
131: 전극층 140: 본딩 와이어
150: 외장재 151: 몰딩 부재
160: 형광체

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표시되며,
    [화학식 1]
    MaLibAlcOd: Re, Qf
    상기 화학식 1에서,
    a는 0<a≤10이며,
    b는 0<b≤10이며,
    c는 0<c≤10이며,
    d는 0<d≤30이며,
    e는 0<e<a이며,
    a＋b＋c≤30이며,
    f는 0≤f≤e이고,
    M은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Y, 및 Lu으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이며,
    R은 알칼리 금속 및 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이고,
    Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 3가 전이 금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 좁은 반치폭을 갖는 적색발광 형광체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 형광체는 발광 중심파장이 650 내지 690㎚의 파장범위 내에서 형성되는 것인 좁은 반치폭을 갖는 적색발광 형광체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 형광체는
    200 내지 600㎚의 파장을 갖는 자외선 또는 가시광선을 여기광으로 흡수하여 발광하는 것인 좁은 반치폭을 갖는 적색발광 형광체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 형광체는 45㎚이하의 반치폭을 갖는 빛을 발광하는 것인 좁은 반치폭을 갖는 적색발광 형광체.
  5. 청구항 1 내지 4의 어느 한 항에 따른 형광체를 포함하는 발광장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 발광장치는 레이저다이오드, 면 발광 레이저다이오드, 무기 일렉트로루미네센스 소자 또는 유기 일렉트로루미네센스 소자인 발광장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 발광장치는 형광체 및 발광다이오드 칩을 포함하는 백색 발광다이오드이며,
    상기 발광다이오드 칩은 청색 발광다이오드 칩인 발광장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 백색 발광다이오드에 포함된 형광체 및 발광다이오드 칩은 투광성 수지에 의해 몰딩되는 발광장치.











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