KR20180108327A - 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

Lu, La, Al, Ga, 및 Ce 각각의 산화물 또는 La의 질화물을 포함하는 전구체 혼합물을 수득하는 단계; 및 상기 전구체 혼합물에 압력을 인가한 상태에서 열처리하여 형광체를 수득하는 단계를 포함하는 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 제조 방법, 및 이에 따라 제조된 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체에 관한 것이다.

Description

란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체 및 이의 제조 방법 {GARNET PHOSPHOR SUBSTITUTED BY LANTHANUM AND PREPARING METHOD OF THE SAME}
본원은, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 제조 방법, 및 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체를 포함하는 발광 디바이스에 관한 것이다.
백색 발광다이오드(light emitting diode, LED) 기술은 에너지 절약 및 환경에 대한 높은 관심과 함께 높은 효율과 친환경적이라는 장점으로 인하여 활발히 개발되고 있다. 일반적으로 백색 발광 다이오드를 구현하는 기술은 크게 세 가지로 구분된다.
첫 번째 기술로서, 청색, 녹색, 및 적색의 LED chip을 사용하여 백색광을 구현하는 기술은 다수의 LED chip의 사용으로 인하여 가격이 비싸고, 또한 제작이 복잡해져 LED chip의 손상이 발생할 경우 문제가 발생할 수 있다. 두 번째 기술로서, UV(ultraviolet)를 방출하는 UV-LED chip 위에 적색, 녹색, 및 청색의 형광체를 조합하는 방법은 UV-LED chip 자체의 가격이 고가이며 에너지 효율 측면에서도 다소 떨어지면 단점이 있어 특수 산업 영역에서 점차 사용되고 있지만, 일반적인 백색 발광다이오드 시장에서 활발히 사용되지 않는다. 세 번째 기술은, 청색 LED chip 위에 황색 형광체 또는 녹색과 적색 형광체 등을 사용하여 백색 발광다이오드를 구현하는 방법으로서, 여기 효율이 높고 비교적 넓은 발광 파장을 갖기 때문에 현재 산업에서 주로 채택되어 사용되고 있는 방법이다. 특히, 청색 LED chip 위에 녹색과 적색 형광체를 사용하는 방법은, 색연색지수 값을 80 이상 유지하면서 여기 효율도 비교적 높을 값을 유지할 수 있으므로 최근 백색 발광다이오드를 제작하는데 주로 사용되고 있다. 여기서 사용되는 녹색 형광체의 휘도 및 신뢰성을 향샹시켜 보다 높은 여기 효율성과 신뢰성을 갖는 것이 매우 중요한 기술적 사항이다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제2014-0122034호에서는, 알루미네이트계 형광체에 활성제로서 세륨과 부활성제로 툴리움을 첨가하고 청색광의 여기 하에서 녹색발광을 나타내는, 백색 발광다이오드용 형광체에 관하여 개시하고 있다.
본원은, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 제조 방법, 및 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체를 포함하는 발광장치를 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 하기 화학식 1로 표시되는, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체를 제공한다:
[화학식 1]
(Lu1-x- y La x )3Al5(O1-zNz)12:Ce y
상기 화학식 1에 있어서, 0<x≤0.1, 0<y<0.1, 0≤z<0.1임.
본원의 제 2 측면은, Lu, La, Al, Ga, 및 Ce 각각의 산화물 또는 La의 질화물을 포함하는 전구체 혼합물을 수득하는 단계; 및 상기 전구체 혼합물에 압력을 인가한 상태에서 열처리하여 하기 화학식 1로 표시되는 형광체를 수득하는 단계를 포함하는, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 제조 방법을 제공한다:
[화학식 1]
(Lu1-x- y La x )3Al5(O1-zNz)12:Ce y
상기 화학식 1에 있어서, 0<x≤0.1, 0<y<0.1, 0≤z<0.1임.
본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체, 및 청색 LED 또는 UV LED 여기원을 포함하는, 백색 발광 장치를 제공한다.
본원의 구현예들에 의하여, 란탄넘(La)의 산화물 및 질화물을 이용하여 란탄넘 및 질소로 치환된 가넷계 형광체를 제공한다. 구체적으로, Lu, La, Al, Ga, 및 Ce 각각의 산화물 및 La의 질화물을 포함하는 전구체 혼합물을, 압력을 인가한 상태에서 열처리하여, (Lu1-x- y La x )3Al5(O1-zNz)12:Ce y (0<x≤0.1, 0<y<0.1, 0≤z<0.1)으로서 표시되는 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체를 제조할 수 있다.
본원의 구현예들에 의하여, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 란탄넘 원소에 의해 치환됨으로써 상기 형광체의 휘도를 향상시킬 수 있고, 산소 이온 조성 자리를 질소에 의해 치환함으로써 열적 신뢰성 값을 향상시킬 수 있다.
일반적으로 고출력 청색 LED를 사용할 경우, 고열로 인해 형광체 특성이 저하되어 고연색 조명을 재현하는데 많은 어려움이 있으나, 본원의 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 상기 질소에 의해 치환함으로써, 발생되는 열에 의한 발광 특성 저하의 열적 신뢰성 값을 향상시킬 수 있다.
본원의 구현예들에 의하여, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 압력을 인가한 상태에서 열처리함으로써, 상기 형광체 형성을 위한 전구체들의 열처리 반응성을 높일 수 있다.
본원의 구현예들에 의하여, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 백색 발광다이오드용 형광체에 응용될 수 있고, 가넷 구조를 갖는 신규 조성의 형광체로서 휘도 및 신뢰성이 우수한 녹색 형광체를 제공할 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 있어서, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 란탄넘 첨가량에 따른 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 있어서, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 LaN 첨가량에 따른 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 있어서, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 LaN 첨가량에 따른 열적 신뢰성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 있어서, 실시예 6의 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 SEM 이미지이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "형광체(phosphor)"는 다양한 형태의 에너지를 흡수하여 그 자체 물질이 가지는 고유한 에너지 차이에 의해 가시광선의 에너지를 방출하는 물질을 의미하는 것으로서, 일반적인 무기물 형광체는 모체(host lattice)와 적절한 위치에 불순물이 혼입된 활성체(activator)로 구성되며, 상기 활성체는 발광 과정에 관여하는 에너지 준위를 결정함으로써 발광 색을 결정하는 역할을 한다.
본원 명세서 전체에서, "가넷계 또는 가넷구조(garnet structure)"는 일반적으로 X3Y2Z3O12의 구조식으로서 구성되어 있는 구조를 의미하는 것으로서, 여기서 X는 십이면체(dodecahedral site), Y는 팔면체(octahedral site), Z는 사면체(tetrahedral site)이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 하기 화학식 1로 표시되는, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체를 제공한다:
[화학식 1]
(Lu1-x- y La x )3Al5(O1-zNz)12:Ce y
상기 화학식 1에 있어서, 0<x≤0.1, 0<y<0.1, 0≤z<0.1임.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 란탄넘(La) 전구체로서 란탄넘(La)의 산화물 및 질화물을 이용하여 란탄넘 및 질소로 치환된 가넷계 산질화물 형광체를 제공할 수 있고, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 란탄넘 원소에 의해 치환되면서 휘도를 향상시킬 수 있고, 산소를 질소에 의해 치환함으로써 열적 신뢰성 값을 향상시킬 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 약 250 nm 내지 약 550 nm 범위의 피크 파장을 갖는 여기 광에 대하여 약 515 nm 내지 약 560 nm 범위의 발광 피크를 나타내는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 여기 광은 약 250 nm 내지 약 550 nm, 약 250 nm 내지 약 500 nm, 약 250 nm 내지 약 450 nm, 약 250 nm 내지 약 400 nm, 약 250 nm 내지 약 350 nm, 약 250 nm 내지 약 300 nm, 약 300 nm 내지 약 550 nm, 약 350 nm 내지 약 550 nm, 약 400 nm 내지 약 550 nm, 약 450 nm 내지 약 550 nm, 또는 약 500 nm 내지 약 550 nm 범위의 피크 파장을 갖는 여기 광일 수 있고, 상기 여기 광에 대하여 약 515 nm 내지 약 560 nm, 약 515 nm 내지 약 545 nm, 약 515 nm 내지 약 530 nm, 약 530 nm 내지 약 560 nm, 또는 약 545 nm 내지 약 560 nm 범위의 발광 피크를 나타내는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 녹색 발광을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 압력을 인가한 상태에서 열처리함으로써, 상기 형광체 형성을 위한 전구체들의 열처리 반응성을 높일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 백색 발광다이오드용 형광체에 응용될 수 있고, 가넷 구조를 갖는 신규 조성의 형광체로서 휘도 및 신뢰성이 우수한 녹색 형광체를 제공할 수 있다.
본원의 제 2 측면은, Lu, La, Al, Ga, 및 Ce 각각의 산화물 또는 La의 질화물을 포함하는 전구체 혼합물을 수득하는 단계; 및 상기 전구체 혼합물에 압력을 인가한 상태에서 열처리하여 하기 화학식 1로 표시되는 형광체를 수득하는 단계를 포함하는, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 제조 방법을 제공한다:
[화학식 1]
(Lu1-x- y La x )3Al5(O1-zNz)12:Ce y
상기 화학식 1에 있어서, 0<x≤0.1, 0<y<0.1, 0≤z<0.1임.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전구체 혼합물은 Lu, La, Al, Ga, 및 Ce 각각의 산화물 및 La의 질화물을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 Lu, La, Al, Ga, 및 Ce 각각의 산화물은 Lu2O3, La2O3, Al2O3, 및 CeO2를 포함하는 것일 수 있고, 상기 La의 질화물은 LaN을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 루테늄이 란탄넘에 의해 치환되어 휘도를 향상시킬 수 있고, 산소가 질소로 치환되어 신뢰성 값을 향상시킬 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전구체 혼합물은 건식 또는 습식 방법으로 혼합된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 건식 방법은 파우더 형태의 전구체를 혼합하여 파우더 또는 펠렛 형태의 전구체 혼합물을 형성하는 것일 수 있고, 상기 파우더 형태의 전구체에 미량의 용매를 첨가하여 혼합하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 에탄올, 아세톤, 증류수, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 습식 방법은 전구체를 스터링(stirring) 혼합기에 상기 용매와 함께 넣어 2 시간 이상 혼합한 후 건조시키고, 건조 후 혼합물이 파우더 형태로 잘 분산되어 있는 것이 유리하므로 채로 분산시켜 전구체 혼합물을 혼합할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전구체 혼합물은 BaF2, NaF, AlF4, SrF2, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 플럭스(flux)를 추가 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플럭스는 상기 전구체 혼합물을 수득한 후 상기 전구체 혼합물에 추가하여 혼합하는 것일 수 있다. 상기 플럭스는 상기 Lu, La, Al, Ga, 및 Ce 각각의 산화물 또는 질화물을 포함하는 전구체들간의 반응성을 높이기 위해 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플럭스의 사용양은 상기 전구체 혼합물의 약 100 중량부에 대하여 약 1 중량부 내지 약 10 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 플럭스가 약 1 중량부 이하인 경우, 상기 전구체들간의 반응성을 높이기 위한 효과를 얻기 어렵고, 상기 플럭스의 사용량이 약 10 중량부 이상인 경우, 과도한 플럭스 사용으로 인해 입자 조대화 및 용융 현상이 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 플럭스의 사용량은 상기 전구체 혼합물의 약 100 중량부에 대하여 약 1 중량부 내지 약 10 중량부, 약 1 중량부 내지 약 8 중량부, 약 1 중량부 내지 약 6 중량부, 약 1 중량부 내지 약 5 중량부, 약 1 중량부 내지 약 4 중량부, 약 1 중량부 내지 약 2 중량부, 약 2 중량부 내지 약 10 중량부, 약 4 중량부 내지 약 10 중량부, 약 5 중량부 내지 약 10 중량부, 약 6 중량부 내지 약 10 중량부, 또는 약 8 중량부 내지 약 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 열처리는 환원 분위기에서 수행되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원 분위기는 수소와 질소의 혼합가스를 사용하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합 가스의 약 100 중량부에 대하여 상기 수소가 약 1 중량부 내지 약 10 중량부 및 상기 질소가 약 90 중량부 내지 약 99 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 열처리는 약 1,400℃ 내지 약 1,600℃에서 수행되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리는 약 1,400℃ 내지 약 1,600℃, 약 1,400℃ 내지 약 1,550℃, 약 1,400℃ 내지 약 1,500℃, 약 1,400℃ 내지 약 1,450℃, 약 1,450℃ 내지 약 1,600℃, 약 1,500℃ 내지 약 1,600℃, 또는 약 1,550℃ 내지 약 1,600℃에서 수행되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 인가되는 압력은 약 5 MPa 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 인가되는 압력은 약 0 MPa 내지 약 5 MPa, 약 0 MPa 내지 약 4 MPa, 약 0 MPa 내지 약 3 MPa, 약 0 MPa 내지 약 2 MPa, 또는 약 0 MPa 내지 약 1 MPa인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 압력을 인가한 상태에서 열처리함으로써, 상기 전구체들간의 열처리 반응성을 높일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수득된 형광체를 분쇄하는 단계, 및 상기 분쇄된 형광체를 용매로 세척한 후, 건조 및 분급하는 단계를 추가 포함할 수 있다. 상기 수득된 형광체는 열처리로 인하여 응집되어 있으므로, 바람직한 휘도와 크기를 갖는 형광체 분말을 제조하기 위하여 분쇄 또는 분급하는 공정이 필요하고, 상기 세척 공정에 의해 미반응 물질 또는 불순물을 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 증류수, 에탄올, 또는 아세톤을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 구현예들에 의하여, 상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 백색 발광다이오드용 형광체에 응용될 수 있고, 가넷 구조를 갖는 신규 조성의 형광체로서 휘도 및 신뢰성이 우수한 녹색 형광체를 제공할 수 있다.
본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체, 및 청색 LED 또는 UV LED 여기원을 포함하는, 백색 발광 장치를 제공한다.
본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 제 3 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
이하, 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
[ 실시예 ]
< La 2 O 3 첨가량에 따른 (Lu 1-x- y La x ) 3 Al 5 (O 1-z N z ) 12 :Ce y 형광체의 제조>
우선, (Lu1-x- y La x )3Al5(O1-zNz)12:Ce y (0<x≤0.1, 0<y<0.1, z=0)의 형광체를 제조하기 위해서 각각의 전구체(원재료) Lu2O3, La2O3, Al2O3, 및 CeO2를 준비했으며, 순도는 99.99% 급 이상의 시약과 분말 사이즈가 5 ㎛ 이하인 전구체를 사용하였다. 이후 수득하고자 하는 형광체의 형상에 따라 건식 혼합 또는 습식 혼합을 결정하여 진행하였다.
하기 표 1은 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 및 비교예 1의 전구체 및 플럭스의 혼합 중량을 나타낸 것으로서, 하기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1은 습식 혼합으로 진행하였으며, 증류수와 정량 전구체의 비율을 1:1로 하였고, 스터링 혼합기에 넣어 2 시간 이상 혼합하여 원재료 간 혼합이 잘 될 수 있도록 유지한 후 건조하였다. 상기 건조 후 혼합물이 파우더 형태로 잘 분산되어 있는 것이 유리하므로 채로 분산시켜 전구체 혼합물을 준비하였다.
Figure pat00001
상기 수득된 전구체 혼합물에 플럭스 SrF2 및 BaF2를 상기 표 1에서와 같이 정량하여 첨가했으며, 순도는 98% 이상의 시약을 사용하였다.
이후, 상기 플럭스가 혼합된 전구체 혼합물을 준비된 알루미나 도가니에 담아 퍼니스에 넣고 열처리를 진행했으며, 이때 열처리는 진공 퍼니스로 준비된 10% 수소와 90% 질소 혼합가스를 이용하였고, 상기 퍼니스의 온도를 상승시켜 형광체 합성이 원활하게 이루어질 수 있도록 했다.
상기 합성이 완료된 형광체를 볼밀링기에 넣고 느리게 분쇄하여 증류수로 세척한 후 형광체를 수득하였으며, 수득된 형광체에 대하여 하기 표 2와 같은 발광 특성 결과값을 얻었다. 본 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 휘도를 측정한 그래프는 도 1에 나타내었다. 발광 특성을 측정하기 위해 사용된 측정 장비는 DARSA PRO-5200을 이용하였다.
Figure pat00002
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 은 La2O3를 첨가한 결과이고, 비교예 1 은 La2O3를 첨가하지 않은 형광체의 발광 특성 결과를 나타낸 것이다. 상기 표 2 에서 La2O3를 넣은 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3의 경우, La2O3를 첨가하지 않은 비교예 1에 비해 최대 12%의 휘도 상승의 결과가 발휘되었다.
< LaN 첨가량에 따른 (Lu 1-x- y La x ) 3 Al 5 (O 1-z N z ) 12 :Ce y 형광체의 제조>
우선, (Lu1-x- y La x )3Al5(O1-zNz)12:Ce y (0<x≤0.1, 0<y<0.1, 0<z<0.1)의 형광체를 제조하기 위해서 각각의 전구체(원재료) Lu2O3, LaN, Al2O3, 및 CeO2를 준비했으며, 순도는 99.99% 급 이상의 시약과 분말 사이즈가 5 ㎛ 이하인 전구체를 사용하였다. 이후 수득하고자 하는 형광체의 형상에 따라 건식 혼합 또는 습식 혼합을 결정하여 진행하였다.
하기 표 3은 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6, 및 비교예 2의 전구체 및 플럭스의 혼합 중량을 나타낸 것으로서, 하기 표 3을 참조하면, 실시예 4 내지 6 및 비교예 2는 건식 혼합으로 진행하였으며, 하기 표 3과 같이 정량하여, 브이믹스 혼합기에서 3 시간 동안 혼합하였고, 플럭스를 추가로 첨가하여 1 시간 더 혼합하였다.
Figure pat00003
상기 수득된 전구체 혼합물에 플럭스 SrF2 및 NaF를 상기 표 3에서와 같이 정량하여 첨가했으며, 순도는 98% 이상의 시약을 사용하였다.
이후, 상기 플럭스가 혼합된 전구체 혼합물을 준비된 알루미나 도가니에 담아 퍼니스에 넣고 열처리를 진행했으며, 이때 열처리는 진공 압력 퍼니스로 준비된 3% 수소와 97% 질소 혼합가스를 이용하였고, 전구체에 3 MPa의 가스 압력를 가하면서 상기 퍼니스의 온도를 상승시켜 형광체 합성이 원활하게 이루어질 수 있도록 했다.
상기 합성이 완료된 형광체를 볼밀링기에 넣고 느리게 분쇄하여 증류수로 세척한 후 형광체를 수득하였으며, 상기 수득된 실시예 6의 형광체의 SEM 이미지를 도 4에 나타내었고, 수득된 형광체에 대하여 하기 표 4와 같은 발광 특성 결과값을 얻었다. 본 실시예 4 내지 6 및 비교예 2의 휘도를 측정한 그래프는 도 2에 나타내었다. 발광 특성을 측정하기 위해 사용된 측정 장비는 DARSA PRO-5200을 이용하였다.
Figure pat00004
하기 표 5 및 도 3은 상기 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6, 및 비교예 2의 형광체에 각각 25℃, 50℃, 100℃, 150℃, 및 200℃에서 각각 휘도를 측정하여 열적 신뢰성을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
Figure pat00005
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6의 순서대로 LaN의 첨가량이 증가함에 따라 LaN를 첨가하지 않은 비교예 2에 비해 휘도가 소폭 증가하는데 그쳤지만, 상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 4 내지 6의 열적 신뢰성 값은 상기 비교예 2에 비해 최대 0.8% 상승했다.
이는, 고열로 인해 형광체의 광특성이 저하되는 단점을 보안함으로써 형광체의 광특성이 크게 개선된 것으로 볼 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체:
    [화학식 1]
    (Lu1-x- y La x )3Al5(O1-zNz)12:Ce y
    상기 화학식 1에 있어서,
    0<x≤0.1, 0<y<0.1, 0≤z<0.1임.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체는 250 nm 내지 550 nm 범위의 피크 파장을 갖는 여기 광에 대하여 515 nm 내지 560 nm 범위의 발광 피크를 나타내는 것인, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체.
  3. Lu, La, Al, Ga, 및 Ce 각각의 산화물 또는 La의 질화물을 포함하는 전구체 혼합물을 수득하는 단계; 및
    상기 전구체 혼합물에 압력을 인가한 상태에서 열처리하여 하기 화학식 1로 표시되는 형광체를 수득하는 단계
    를 포함하는, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 제조 방법:
    [화학식 1]
    (Lu1-x- y La x )3Al5(O1-zNz)12:Ce y
    상기 화학식 1에 있어서,
    0<x≤0.1, 0<y<0.1, 0≤z<0.1임.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전구체 혼합물은 건식 또는 습식 방법으로 혼합된 것인, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전구체 혼합물은 BaF2, NaF, AlF4, SrF2, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 플럭스(flux)를 추가 포함하는 것인, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 제조 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 열처리는 환원 분위기에서 수행되는 것인, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 제조 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 열처리는 1,400℃ 내지 1,600℃에서 수행되는 것인, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 제조 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 인가되는 압력은 5 MPa 이하인 것인, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 제조 방법.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 수득된 형광체를 분쇄하는 단계, 및 상기 분쇄된 형광체를 용매로 세척한 후, 건조 및 분급하는 단계를 추가 포함하는, 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체의 제조 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 란탄넘에 의해 치환된 가넷계 형광체, 및 청색 LED 또는 UV LED 여기원을 포함하는, 백색 발광 장치.


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