KR20190016250A - 내습성이 높은 고신뢰성 플루오라이드계 적색 형광체 및 이를 포함하는 발광 장치 - Google Patents

내습성이 높은 고신뢰성 플루오라이드계 적색 형광체 및 이를 포함하는 발광 장치 Download PDF

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권오성
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Abstract

본 발명은 고분자 코팅층을 포함하는 적색 형광체를 게시하며, 본 발명의 고분자 코팅된 적색형광체는 내습성 및 내열성이 높아서 신뢰성이 형상되어 형광특성을 유지할 수 있다.
또한 본 발명의 고신뢰성 플루오라이드계 적색 형광체를 포함하는 발광장치 또한 발광 강도가 감소되지 않는 장점이 있다.

Description

내습성이 높은 고신뢰성 플루오라이드계 적색 형광체 및 이를 포함하는 발광 장치{HIGHLY MOISTURE RESISTANT, HIGHLY RELIABLE FLUORIDE RED PHOSPHOR AND LIGHT EMITTING DEVICE CONTAINING THE SAME}
본 발명은 적색 형광체들 및 상기 형광체들을 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 소자로서, 예를 들어, LED(Light emitting diode)는 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
백색 발광 LED는 에너지를 절약하고 환경을 보호하는 동시에 수명이 긴 등 특징을 보유하고 있기 때문에 차세대 조명 장치로 평가받고 있다. 발광 장치 중에 적당한 적색 발광 형광체를 추가하여 적색 발광 구성 요소를 보충하고 색상 온도가 낮고 색상 표시 지수가 높은 온난한 백색 발광 LED 장치를 개발해야 한다. 현재 성능이 비교적 좋은 상용화 적색 발광 형광체는 주로 희토 도핑 질소(산소) 재료 화합물이다. 하지만 이런 유형의 형광체는 발사 밴드 폭이 너무 넓고, 제조 공법이 너무나 엄격한 등 단점을 보유하고 있기 때문에 루멘(Lumen) 효율이 너무 낮은 대신 가격이 너무 높은 상황을 발생시키게 된다.
친환경 광원으로 각광받는 LED는 다양한 조명 및 디스플레이 분야에 이용되고 있다. 대부분의 백색 LED 제품들은 Ce3+/Eu2+같은 희토류 원소를 도핑한 형광체를 청색 GaN LED소자에 도포되어 이용되고 있다. 청색 GaN LED소자에 의해 여기된 형광체는 더 긴 파장의 빛을 방출하고, 이를 조절하여 원하는 백색의 빛을 얻는다. GaN LED소자와 황색 형광체 (Y, Ce)3Al3O12 의 조합은 상용화 백색 LED 에 가장 널리 이용되고 있지만 연색성 (colour rendering index)과 색 재현성 (color reproducibility) 측면에서 단점을 가지고 있다. 이런 이유로, 청색 GaN LED 소자와 녹색 및 적색 형광체를 조합하여 연색성과 색 재현성을 높이는 연구가 활발히 진행 중이다. 백색 LED적용을 위한 형광체 소재를 개발 할 때 발광 효율, 환경 친화성 (Hg, Cd과 같은 중금속 물질을 함유하지 않는 화합물), 입자의 크기 및 균일도 등을 고려해야 한다. 무엇보다도 생산비용이 경제적이고 합성방법이 복잡하지 않아야 LED 형광체 시장에서 경쟁력 있는 소재가 될 것이다.
현재 KSF계 형광체는 습기에 민감하며, 습기와 반응시 급격한 발열반응 및 광특성 저하의 문제가 있다. 따라서 습기에 노출되었을때 형광특성을 유지하는 KSF계 형광체를 개발할 필요가 있다.
본 발명은 수분 및 습도에 노출되었을때 형광특성이 저하되지 않고 유지되는 고신뢰성 플루오라이드계 적색 형광체를 제조하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 적색 형광체들을 포함하는 신뢰도가 높은 발광장치를 제조하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 KSF계 형광체 내습성을 개선하기 위하여 고분자로 코팅하는 것을 특징으로 한다.
상기 적색형광체는 MGF, KSF, KTF로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
현재 상용으로 쓰이는 적색 질화물 형광체 대안으로 Mn4+ 활성제 형광체인 불화물 화합물 KSF(K2SiF6)이 새로운 대안으로 떠오르고 있다. KSF(K2SiF6) 형광체는 비희토류 적색 형광체로써 합성공정조건이 까다롭지만 빠른 합성과 낮은 단가로 생산성이 높으며, 또한 높은 발광효율로 따뜻한 백색 LED용 형광체로써 가능성이 매우 높다. 마그네슘플로라이드(MgF2)는 가시광 전 영역에서 1.5% 내외의 반사율 및 자외선 영역에서 근적외선 영역(115 ~ 1100 nm) 까지 높은 투과도 특성을 보이기 때문에 광학용 부품에 주로 이용된다. K2MF6 형광체 물질들은 환경친화적이고, 대량 생산이 가능하며, 비교적 쉬운 합성과정으로 만들어진다. 따라서, 디스플레이 및 조명분야에 사용될 유망한 형광체 소재가 된다.
상기 코팅에 사용되는 고분자는 내습성 및 내열성, 투명성이 좋은 고분자로서, PC(Polycarbonate), PMMA(Poly(methyl methacrylate), PTFE(polytetrafluoroethylene), PI(polyimid) 등이 있다.
PC(Polycarbonate)는 투명도 (가시광선 투과율 80-90%), 내충격성이 매우 뛰어나고 내후성이 뛰어나 옥외용으로도 많이 사용되며, 사용온도 범위는 40-120℃이다.
PMMA(Poly(methyl methacrylate))는 PMMA는 플라스틱 중 투명성, 내후성, 내스크래치성이 가장 우수하여, 자동차 및 광학 제품, 전기·전자의 부품 소재로 널리 사용되고 있다.
PTFE(polytetrafluoroethylene)는 고 결정성 고분자로서, 유리전이온도 -73℃, 융점 335℃ 이며, 주요용도는 부착방지용 표면 코팅(후라이판, 인공심장 밸브 코팅)이다.
PI(polyimid)는 Du pont에서 NASA의 요청으로 개발한 고분자로서, 초내열성 고분자이며, 유리전이 온도: 410℃, 분해온도: 480℃ 이다. 사진기 부품, 반도체용 실험용 소켓, 전자레인지 회전 부품 등의 성형품과, 자동차 및 공업용 모터부품, 반도체 IC의 기판 등의 필름, NASA의 궤도비행체, 다층배선 층간 절연막과 같은 복합체의 제조에 사용된다.
상기 적색형광체에 코팅되는 고분자의 함량은 고분자의 함량은 형광체에 대해 코팅하는 고분자는 0.01~100중량부인 것이 바람직하다.
따라서 상기 고분자는 발수성이 높으면서 내습성 및 내열성이 높기 때문에 KSF계 형광체 표면에 코팅할 경우 신뢰성이 향상되며 광특성 유지가 가능한 효과가 있어서, 형광특성이 우수한 발광장치를 제조할 수 있다.
본 발명의 고분자 코팅된 적색형광체는 내습성 및 내열성이 높아서 신뢰성이 형상되어 형광특성을 유지할 수 있다.
또한 본 발명의 고신뢰성 플루오라이드계 적색 형광체를 포함하는 발광장치 또한 발광 강도가 감소되지 않는 장점이 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다.
실시예 1 : 고분자 용액 제조
Toluene 100g 에 PC 10g을 넣고 투명하게 녹을때까지 서서히 교반을 행하여 고분자 용액을 제조하였다.
실시예 2
100ml 둥근 플라스크에 상기 실시예 1의 고분자 용액 20g과 Toluene 20g을 혼합 후 여기에 KSF 형광체 20g을 넣고 마개를 닫은 후 Sonication을 이용하여 5분간 균일하게 혼합 후 Evaporator를 이용하여 온도 50℃, 교반 속도 80rpm, 고진공을 통해 용제를 모두 제거하였다.
이에 내습성이 뛰어난 발수성을 띤　PC 고분자가 코팅된 KSF 형광체 분말을 얻었다.
비교예 1
고분자가 코팅되지 않은 일반 KSF 형광체를 준비하였다.
실시예 3
비교예 1과 실시예 2의 형광체로 발광 휘도를 측정한 결과 비교예 1의 경우 0h 100%(PL)에서 120 hr 후 42%로 시간이 경과할수록 발광 강도가 감소하였다.
실시예 2의 경우 0h 100%(PL)에서 120hr 후 98%로 시간 경과에 따른 발광 강도 감소가 현저히 줄어들었다.
이로써 본 발명의 고분자 코팅된 적색 형광체는 대기 중에 노출된 경우에도 발광강도가 감소하지 않고 유지되는 것을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 고분자 코팅층을 포함하는 적색 형광체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적색형광체는 MGF, KSF, KTF로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 적색 형광체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고분자는 PC(Polycarbonate), PMMA(Poly(methyl methacrylate), PTFE(polytetrafluoroethylene), PI(polyimid) 로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 적색 형광체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 형광체에 대해 코팅하는 고분자는 1~100중량부인 것을 특징으로 하는 적색 형광체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 적색 형광체를 포함하는 발광장치.
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