KR20220038217A - 인광체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

인광체 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220038217A
KR20220038217A KR1020200120643A KR20200120643A KR20220038217A KR 20220038217 A KR20220038217 A KR 20220038217A KR 1020200120643 A KR1020200120643 A KR 1020200120643A KR 20200120643 A KR20200120643 A KR 20200120643A KR 20220038217 A KR20220038217 A KR 20220038217A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phosphor
precursor
limited
present application
metal precursor
Prior art date
Application number
KR1020200120643A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102481535B1 (ko
Inventor
박상문
양성준
박창일
신승용
Original Assignee
신라대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신라대학교 산학협력단 filed Critical 신라대학교 산학협력단
Priority to KR1020200120643A priority Critical patent/KR102481535B1/ko
Publication of KR20220038217A publication Critical patent/KR20220038217A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102481535B1 publication Critical patent/KR102481535B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7715—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing cerium
    • C09K11/7716—Chalcogenides
    • C09K11/7718—Chalcogenides with alkaline earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

본 발명은 인광체에 대한 것으로, 호스트인 Ba9-xCaxAl2Si6O24에 Ce3+ 및/또는 Na+를 도핑함으로써 370 nm 내지 440 nm의 파장 범위에서 파란빛으로 발광하며, 상기 x가 증가할수록 발광 효율이 증가한다.

Description

인광체 및 이의 제조 방법{PHOSPHOR AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 인광체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, Ba9-xCax Al2Si6O24에 Ce3+ 및/또는 Na+를 도핑함으로써 370 nm 내지 440 nm의 파장 범위에서 파란 빛으로 발광하는 인광체에 관한 것이다.
LED 광원은 기존의 광원에 비해 극소형이며 소비전력이 적고 수명이 기존의 전구에 비해 10배 이상이며, 빠른 반응속도로 기존의 광원에 비해 매우 우수한 특성을 나타낸다. 이와 더불어 자외선과 같은 유해파 방출이 없고 수은 및 기타 방전용 가스를 사용하지 않는 환경친화적인 광원이다.
LED 광원을 일반 조명으로서 사용하기 위해서는 우선 LED를 이용한 백색광을 얻어야 한다. 백색광 LED를 구현하는 방법은 크게 3가지로 나뉘어 진다. 첫째로, 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색을 내는 3개의 LED를 조합하여 백색을 구현하는 방법이다. 이 방법은 하나의 백색 광원을 만드는데 3개의 LED를 사용해야 하며, 각각의 LED를 제어해야 하는 기술이 개발되어야 한다. 둘째는 청색 LED를 광원으로 사용하여 황색 형광체를 여기 시킴으로써 백색을 구현하는 방법이다. 이 방법은 발광 효율이 우수한 반면, CRI(color rendering index)가 낮으며, 전류밀도에 따라 CRI가 변하는 특징이 있기 때문에 태양광에 가까운 백색광을 얻기 위해서는 많은 연구가 필요하다. 마지막으로, 자외선 발광 LED를 광원으로 이용하여 삼원색 발광재료를 여기시켜 백색을 만드는 방법이다. 이 방법은 고전류 하에서 사용이 가능하며, 색감이 우수하여 가장 활발하게 연구가 진행되고 있다.
발광 재료는 발광원리에 따라 형광물질과 인광물질로 나뉜다. 기본적으로 전자는 음극(cathode)에서 주입되어 각 층의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 준위를 통하여 이동하고, 정공은 양극(anode)에서 주입되어 각 층의 HOMO(highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 준위를 통하여 이동하여 발광층에서 엑시톤(exciton)을 형성한다. 형성된 엑시톤이 바닥상태로 떨어지면서 각각의 에너지 차이에 따라 적색, 녹색, 청색 파장의 빛을 발광하게 된다. 디바이스에서 전자와 정공이 주입될 때 주입되는 전자의 스핀 방향에 따라 단일항 엑시톤과 삼중항 엑시톤으로 나뉘고, 이는 1:3 비율로 생성된다. 형광물질은 엑시톤의 25%인 단일항 엑시톤이 바닥상태로 안정해지면서 방출하는 에너지로 발광하는 물질이고, 인광물질은 엑시톤의 75%인 삼중항 엑시톤이 바닥상태로 안정해지면서 방출하는 에너지로 발광하는 물질을 말한다.
논문 Journal of Alloys and Compounds, Volume 777, 10 March 2019, Pages 572-577를 참고하면, 호스트로서 Ba6Ca3YAlSi6O24를 사용한 인광체를 개시하고 있으나, 이트륨 이온과 알루미늄 이온 간의 직경 차이(크기 차이)로 인해 고용해도가 감소하는 문제점이 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서, 고용해도의 감소 없이 파란빛으로 발광할 수 있는 신규한 인광체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 두 번째 목적은 상술한 신규한 인광체를 보다 간단한 방법으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 인광체는 하기 화학식 1로서 나타나는 것이다.
[화학식 1]
Ba9-x-yCaxMyAl2Si6O24
상기 M은 Ce, Na, Eu, Mn 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소이고, 상기 x는 2 내지 5이고, 상기 y는 0.01 내지 0.5인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 M은 Ce인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 M은 Na인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 M은 Ce 및 Na를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 인광체는 370 nm 내지 440 nm의 파장 범위에서 발광하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 화학식 1로서 나타나는 인광체의 제조 방법은 바륨 전구체, 칼슘 전구체, 알루미늄 전구체, 실리콘 전구체 및 금속 전구체를 반응시키는 단계를 포함하고, 상기 금속 전구체는 Ce, Na, Eu, Mn 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 전구체는 Ce를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 전구체는 Na를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 전구체는 Ce 및 Na를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반응은 700℃ 내지 1,500℃의 온도 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반응은 3 시간 내지 10 시간 동안 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 인광체는 고용해도(solid solubility)의 감소 없이, 완전한 고용체(solid solution)를 이룰 수 있으며, 370 nm 내지 440 nm의 파장 범위에서 파란빛으로 발광한다.
특히, 본원에 따른 인광체는 살리실산 나트륨의 표준 QE 대비 85% 정도 양자 효율이 증가하는 것으로 나타났다.
나아가, 본원에 따른 인광체는 파란색 인광체로서 LED에 응용될 수 있다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 인광체의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 인광체의 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 호스트물질의 XRD(X-Ray Diffraction) 그래프이다.
도 4는 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 XRD(X-Ray Diffraction) 그래프이다.
도 5는 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 인광체의 PL(photo luminescence) 그래프이다.
도 6은 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 PL(photo luminescence) 그래프고, 삽도는 인광체의 발광 사진이다.
도 7의 (a) 내지 (e)은 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 SEM(scanning electron microscope) 이미지이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 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 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 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. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"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.
이하에서는 본원의 인광체 및 이의 제조 방법에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
본원은, 하기 화학식 1로서 나타나는 인광체에 관한 것이다.
Figure pat00001
상기 M은 Ce, Na, Eu, Mn 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소이고, 상기 x는 2 내지 5이고, 상기 y는 0.01 내지 0.5인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 인광체의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1은 구체적으로, 호스트인 Ba6Ca3MyAl2Si6O24의 구조를 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, Ba6Ca3MyAl2Si6O24는 삼방정계 구조(trigonal)로서, 두 개의 Ba2+ 양이온 위치와 한 개의 Ca2+ 양이온 위치를 가지고 있고, 도 1의 Ba(1), Ca(2) 및 Ba(3)는 산소 원자와 각각 12, 9 및 11 배위를 이루고 있다. 상기 도 1에서, Ba2+ 양이온 위치에 상기 M이 치환되어 도핑될 수 있다. 이 때, 상기 Ba(1) 위치보다는 주로 Ba(3) 위치에 상기 M이 치환된다. 이는 상기 Ba(3) 위치는 Al-O6 및 Si-O4와 효과적으로 연결되어 있는 반면, Ba(1) 위치는 Al-O6와 Si-O4 사이의 갭에 존재하기 때문이다.
상기 인광체의 호스트인 Ba9-xCaxAl2Si6O24는 단일상이다.
상기 x가 2 미만, 5 초과일 경우, 상기 인광체의 호스트는 Ca2SiO4, CaSiO3, Ca2Al2SiO7 등의 다중상(multi phase)으로 존재하게 된다.
일반적으로, 고용체(solid solution)의 고용해도(solid solubility)는 크기 계수, 결정 구조, 전자 원자가, 전기 음성도 등에 의해 결정될 수 있다. 특히, 고용체의 금속 양이온이 동등한 원자가와 유사한 전기음성도를 갖는 경우 양이온의 이온 크기가 15% 이상 다르면, 금속 원래의 결정구조를 가진 고용체가 되기 어렵다. 인광체의 구조가 Ba9-xCaxY2Si6O24일 때, Y3+(반지름=0.9Å)이온과 Al3+(반지름=0.535Å)의 반지름 크기는 50% 이상 차이나기 때문에 고용체를 형성할 수 없지만, 크기 계수를 조정하기 위해 Ba2+의 크기보다 더 작은 Ca2+가 2개 이상 치환 될 때, 균일한 고용체가 형성될 수 있다. 즉, 호스트 구조인 Ba9-xCaxAl2Si6O24에서 상기 x가 2 내지 5일 때 완전한 고용체를 이루면서 단일상으로 존재하게 된다.
상기 인광체는 370 nm 내지 440 nm의 파장 범위에서 발광하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 인광체는 250 nm 내지 370 nm에서 여기(excitation)되고, 420 nm 내지 440 nm의 파장 범위에서 발광(emission)하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 M은 활성체(activator)로서, 상기에 언급한 물질에 한정되지 않으며, 상기 물질들 외에도 일반적으로 활성체로서 활용할 수 있는 물질이면 사용할 수 있다.
상기 M은 Ce인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 인광체에서 상기 Ce는 활성체로서 작용되는 것 일 수 있다.
상기 M은 Na인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 인광체에서 상기 Na는 전하 보상제(charge compensator)이다.
상기 Ce3+ 이온이 상기 Ba2+ 이온 자리에 치환되면서 발생하는 양이온 결함을 상기 Na+ 이온이 제거함으로써 인광체의 발광 효율이 증가할 수 있다.
상기 M은 Ce 및 Na를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 인광체는 상기 Ce 및/또는 상기 Na가 치환됨으로써 발광 효율이 증가한다.
상기 Na는 융제(flux)로서 작용하여 상기 인광체의 결정 크기를 성장시킬 수 있다. 상기 인광체에 상기 Na이 치환됨으로써 상기 인광체의 결정 크기가 증가하여 상기 인광체의 표면 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 동시에 발광 효율을 증가시킬 수있다.
상기 호스트 구조에 상기 M이 도핑되면서 인광체의 발광 효율이 높아지며, 발광하는 파장의 범위를 조절할 수 있다.
본원은 바륨 전구체, 칼슘 전구체, 알루미늄 전구체, 실리콘 전구체 및 금속 전구체를 반응시키는 단계를 포함하는 상기 화학식 1로서 나타나는 인광체의 제조 방법을 제공한다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 인광체의 제조 방법의 순서도이다.
먼저, 바륨 전구체, 칼슘 전구체, 알루미늄 전구체, 실리콘 전구체 및 금속 전구체를 반응시킨다(S100).
상기 금속 전구체는 Ce, Na, Eu, Mn 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반응은 고체상 반응(solid-state reaction)으로 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 바륨 전구체, 상기 칼슘 전구체, 상기 알루미늄 전구체, 상기 실리콘 전구체 및 금속 전구체를 혼합 및 분쇄한 후 고온에서 소성처리한다.
상기 바륨(Ba) 전구체는 BaCO3, Ba(OH)2, Ba(NO3)2, BaSO4, BaO, Ba(CHO2)2 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 칼슘(Ba) 전구체는 CaCO3, Ca(OH)2, Ca(NO3)2, CaSO4, CaO, CaC2O4 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 알루미늄 전구체는 Al2O3, Al(NO3)3, Al(OH)3, Al(C18H33O2)3, (NH4)3AlF6, Al2(SO4)3, Al(OH)2(C18H35O2) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 실리콘 전구체는 SiO2, (NH4)2SiF6, 실란올 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 전구체는 Ce를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 세륨(Ce) 전구체는 CeO2, Ce2O3, CeF4, Ce2(CO3)3, Ce(NO3)36H2O 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 전구체는 Na를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 나트륨(Na) 전구체는 Na2CO3, NaOH, NaNO3, NaNO2, Na2SO4, NaF, Na2HPO4 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 나트륨 전구체는 융제(flux)로서 작용하며, 반응 온도를 낮추고 결정성을 증가시킬 수 있다.
상기 금속 전구체는 Ce 및 Na를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 바륨 전구체, 상기 칼슘 전구체는 상기 x에 따른 중량비로 혼합되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반응은 700℃ 내지 1,500℃의 온도 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반응이 700℃ 미만의 온도에서 이루어질 경우, 인광체가 제대로 형성되지 않을 수 있다. 또한, 상기 반응이 1,500℃ 초과의 온도에서 이루어질 경우, 상기 인광체가 소결될 수 있다.
상기 반응은 3 시간 내지 10 시간 동안 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반응이 3 시간 미만으로 이루어질 경우, 인광체가 제대로 형성되지 않을 수 있다. 또한, 상기 반응이 10시간 초과로 이루어질 경우, 상기 인광체가 소결될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
먼저, BaCO3, CaCO3, Al2O3, SiO2, CeO2 및 Na2CO3를 화학양론적인 비율로 혼합하였다. 상기 혼합물을 4%H2/96%Ar의 분위기 하에서 1,150℃의 온도에서 6시간동안 반응시켜 인광체(Ba6.8Ca2Ce0.1Na0.1Al2Si6O24, x=2) 를 제조하였다.
BaCO3 및 CaCO3의 함량을 조절하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 인광체(Ba5.8Ca3Ce0.1Na0.1Al2Si6O24, x=3)를 제조하였다.
BaCO3 및 CaCO3의 함량을 조절하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 인광체(Ba4.8Ca4Ce0.1Na0.1Al2Si6O24, x=4)를 제조하였다.
BaCO3 및 CaCO3의 함량을 조절하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 인광체(Ba3.8Ca5Ce0.1Na0.1Al2Si6O24, x=5)를 제조하였다.
[비교예 1]
CaCO3를 추가하지 않으며, BaCO3의 함량을 조절하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 인광체(Ba8.8Ce0.1Na0.1Al2Si6O24, x=0)를 제조하였다.
[비교예 2]
BaCO3 및 CaCO3의 함량을 조절하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 인광체(Ba7.8Ca1Ce0.1Na0.1Al2Si6O24, x=1)를 제조하였다.
[비교예 3]
BaCO3 및 CaCO3의 함량을 조절하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 인광체(Ba2.8Ca6Ce0.1Na0.1Al2Si6O24, x=6)를 제조하였다.
[비교예 4]
BaCO3 및 CaCO3의 함량을 조절하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 인광체(Ba1.8Ca7Ce0.1Na0.1Al2Si6O24, x=7)를 제조하였다.
[비교예 5]
BaCO3 및 CaCO3의 함량을 조절하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 인광체(Ba0.8Ca8Ce0.1Na0.1Al2Si6O24, x=8)를 제조하였다.
[비교예 6]
상업적으로 판매하는 살리실산 나트륨(sodium salicylate)을 사용하였다.
1. 인광체의 구조
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에서 제조한 인광체의 구조를 관찰하였고 그 결과를 도 3 및 4 로서 나타내었다.
도 3은 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 호스트물질의 XRD(X-Ray Diffraction) 그래프이다.
구체적으로, 도 3은 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 5의 인광체의 호스트구조로서, 도 3의 (a)는 비교예 1의 호스트 구조인 Ba9Al2Si6O24, (b)는 비교예 2의 호스트 구조인 Ba8Ca1Al2Si6O24, (c)는 실시예 1의 호스트 구조인 Ba7Ca2Al2Si6O24, (d)는 실시예 2의 호스트 구조인 Ba6Ca3Al2Si6O24, (e)는 실시예 3의 호스트 구조인 Ba5Ca4Al2Si6O24, (f)는 실시예 4의 호스트 구조인 Ba4Ca5Al2Si6O24, (g)는 비교예 3의 호스트 구조인 Ba3Ca6Al2Si6O24, (h)는 비교예 4의 호스트 구조인 Ba2Ca7Al2Si6O24, (i)는 비교예 5의 호스트 구조인 Ba1Ca8Al2Si6O24, (j)는 Ca9Al2Si6O24의 XRD(X-Ray Diffraction) 그래프이다. 도 3은 본원의 인광체의 호스트 구조인 Ba9-xCaxAl2Si6O24의 x가 0 내지 9일때의 XRD 그래프이다.
하기 표 1은 도 3의 결과를 분석하여 성분을 나타낸 표이다.
도 3 x 화학식 상(phase)
(j) 9 Ca9Al2Si6O24 Ca2SiO4 (ICSD 39006) + CaSiO3 (ICSD 20571) + Ca2Al2SiO7 (ICSD 27427)
(i) 8 Ba1Ca8Al2Si6O24 Ca2SiO4 (ICSD 81097) + Ca2Al2SiO7 (ICSD 27427)
(h) 7 Ba2Ca7Al2Si6O24 Ca2SiO4 (ICSD 81097)
(g) 6 Ba3Ca6Al2Si6O24 (Ba(Ca))9Al2Si6O24 + Ca2SiO4 (ICSD 81097)
(f) 5 Ba4Ca5Al2Si6O24 Ba4Ca5Al2Si6O24
(e) 4 Ba5Ca4Al2Si6O2 Ba5Ca4Al2Si6O2
(d) 3 Ba6Ca3Al2Si6O24 Ba6Ca3Al2Si6O24
(c) 2 Ba7Ca2Al2Si6O24 Ba7Ca2Al2Si6O24
(b) 1 Ba8Ca1Al2Si6O24 Ba2SiO4 (ICSD 6246) + (Ba(Ca))9Al2Si6O24
(a) 0 Ba9Al2Si6O24 Ba2SiO4 (ICSD 6246)
도 3 및 표 1에 나타난 결과에 따르면, x가 2 내지 5일 때에는 상기 화학식으로 표시되는 단일상으로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 상기 x가 2 미만 5 초과일 경우, Ca2SiO4, CaSiO3, Ca2Al2SiO7, (Ba(Ca))9Al2Si6O24, Ba2SiO4 등 상기 화학식 외의 다른 물질을 포함하는 다중상으로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 x가 2 내지 5일 때에 상기 호스트의 구조가 완전한 고용체를 이루는 것으로 볼 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 XRD(X-Ray Diffraction) 그래프이다.
구체적으로 도 4는 실시예 1 내지 4의 인광체의 XRD(X-Ray Diffraction) 그래프이다.
도 4에 나타난 결과에 따르면, Ce 및 Na가 Ba 위치에 치환되었을 때, 호스트 구조를 가진 상기 도 3과 동일한 구조를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다.
2. 인광체의 발광 특성
상기 실시예 1 내지 4 에서 제조한 인광체의 발광 특성을 관찰하였고 그 결과를 도 5 내지 도8로서 나타내었다.
도 5는 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 인광체의 PL(photo luminescence) 그래프이다.
도 5에 나타난 결과에 따르면, x가 증가할수록, 즉, Ca이 더 많이 치환될수록 적색 전이(red shift)가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는, Ca이 치환될수록 Ce-O의 길이가 짧아지면서 적색 전이가 나타나는 것이다. 이 때의 발광 파장은 372 nm 내지 433 nm인 것으로 나타났다.
도 6은 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 PL(photo luminescence) 그래프고, 삽도는 인광체의 발광 사진이다.
도 6에 나타난 결과에 따르면, 실시예 1의 인광체는 297 nm 및 323 nm에서 여기(excitation)이 일어나고, 실시예 2 내지 4의 인광체는 287 nm, 323 nm 및 367 nm에서 여기가 일어나는 것을 확인할 수 있다. 실시예 1 내지 4의 인광체는 421 nm 내지 434 nm에서 발광(emission)이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 상기 290 nm 내지 340 nm 파장에서의 여기는 5d Ce3+ 전이에 의해 발생되는 것이다.
특히, 상기 x가 증가함에 따라 발광하는 빛의 강도(intensity)가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 Ca이 증가함에 따라 더 낮은 에너지 영역(높은 파장)에서 발광한다.
상기 비교예 6의 살리실산 나트륨을 표준으로서 사용했을 때의 상대적 양자 효율(Relative Quantum efficiency, RQE)를 하기 수학식 1을 이용하여 구할 수 있다.
Figure pat00002
상기 수학식 1에서, 표준 QE(standard QE)는 살리실산 나트륨의 QE로서 58%이다. 상기 I는 측정하고자 하는 샘플의 발광 영역의 적분 값이고, 상기 IS는 표준 샘플의 발광 영역의 적분 값이다.
상기 수학식 1을 이용하여 QE 값을 측정했을 때, 상기 실시예 1 내지 4의 QE는 각각 1%, 17%, 42%, 및 77%인 것으로 나타났다. 또한, 상기 실시예 4의 인광체를 크기가 25 μm인 체를 이용하여, 25 μm 이상의 인광체만을 분리하여 측정했을 때의 RQE는 105%인 것으로 나타났다.
도 7의 (a) 내지 (e)은 본 실시예에 따라 제조된 인광체의 SEM(scanning electron microscope) 이미지이다.
구체적으로, 도 7의 (a)는 실시예 1, (b)는 실시예 2, (c)는 실시예 3, (d)는 실시예 4, (e)는 실시예 4의 크기 25 μm 이상의 인광체의 SEM(scanning electron microscope) 이미지이다.
도 7에 나타난 결과에 따르면, Ca이 치환되는 양이 증가할수록 인광체의 입자 크기가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 5 내지 도 7에 나타난 결과에 따르면, 본 실시예에 따라 제조한 인광체는 290 nm 내지 340 nm 파장에서 여기되고 인광체는 421 nm 내지 434 nm에서 발광하며, Ca이 치환되는 양이 증가할수록 인광체의 입자 크기가 증가하고, 적색 전이가 나타나고 빛의 강도가 증가한다.
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 (11)

  1. 하기 화학식 1로서 나타나는 인광체:
    [화학식 1]
    Ba9-x-yCaxMyAl2Si6O24
    상기 화학식 1에서,
    상기 M은 Ce, Na, Eu, Mn 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소이고,
    상기 x는 2 내지 5이고, 상기 y는 0.01 내지 0.5인 것이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 M은 Ce인 것인, 인광체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 M은 Na인 것인, 인광체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 M은 Ce 및 Na를 포함하는 것인, 인광체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 인광체는 370 nm 내지 440 nm의 파장 범위에서 발광하는 것인, 인광체.
  6. 바륨 전구체, 칼슘 전구체, 알루미늄 전구체, 실리콘 전구체 및 금속 전구체를 반응시키는 단계를 포함하고,
    상기 금속 전구체는 Ce, Na, Eu, Mn 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하며,
    하기 화학식 1로서 나타나는 인광체의 제조 방법:
    [화학식 1]
    Ba9-x-yCaxMyAl2Si6O24
    상기 화학식 1에서,
    상기 M은 Ce, Na, Eu, Mn 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소이고,
    상기 x는 2 내지 5이고, 상기 y는 0.01 내지 0.5인 것이다.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 전구체는 Ce를 포함하는 것인, 인광체의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 전구체는 Na을 포함하는 것인, 인광체의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 전구체는 Ce 및 Na를 포함하는 것인, 인광체의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 반응은 700℃ 내지 1,500℃의 온도 하에서 이루어지는 것인, 인광체의 제조 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 반응은 3 시간 내지 10 시간 동안 이루어지는 것인, 인광체의 제조 방법.
KR1020200120643A 2020-09-18 2020-09-18 인광체 및 이의 제조 방법 KR102481535B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200120643A KR102481535B1 (ko) 2020-09-18 2020-09-18 인광체 및 이의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200120643A KR102481535B1 (ko) 2020-09-18 2020-09-18 인광체 및 이의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220038217A true KR20220038217A (ko) 2022-03-28
KR102481535B1 KR102481535B1 (ko) 2022-12-27

Family

ID=80997085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200120643A KR102481535B1 (ko) 2020-09-18 2020-09-18 인광체 및 이의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102481535B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102732251A (zh) * 2012-06-13 2012-10-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种适用于近紫外光激发的单一相白光荧光粉及其制备方法
CN102994086A (zh) * 2012-12-12 2013-03-27 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种适于紫外光激发的红色荧光粉及其制备方法
CN104327852A (zh) * 2014-10-15 2015-02-04 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 硅/锗酸盐荧光粉及其制备方法和应用
CN105238401A (zh) * 2015-11-13 2016-01-13 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 基于紫外光或近紫外光激发的白光荧光粉及其制备方法
KR20190038733A (ko) * 2017-09-29 2019-04-09 신라대학교 산학협력단 백색 led용 바륨-이트륨-오쏘실리케이트 형광체

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102732251A (zh) * 2012-06-13 2012-10-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种适用于近紫外光激发的单一相白光荧光粉及其制备方法
CN102994086A (zh) * 2012-12-12 2013-03-27 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种适于紫外光激发的红色荧光粉及其制备方法
CN104327852A (zh) * 2014-10-15 2015-02-04 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 硅/锗酸盐荧光粉及其制备方法和应用
CN105238401A (zh) * 2015-11-13 2016-01-13 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 基于紫外光或近紫外光激发的白光荧光粉及其制备方法
KR20190038733A (ko) * 2017-09-29 2019-04-09 신라대학교 산학협력단 백색 led용 바륨-이트륨-오쏘실리케이트 형광체

Also Published As

Publication number Publication date
KR102481535B1 (ko) 2022-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7390437B2 (en) Aluminate-based blue phosphors
EP1566426B1 (en) Phosphor converted light emitting device
US8414796B2 (en) Nano-YAG:Ce phosphor compositions and their methods of preparation
US7038370B2 (en) Phosphor converted light emitting device
TWI392829B (zh) 產生白光之螢光照明
TWI443854B (zh) 包含黃綠冷光材料的照明系統
JP4418758B2 (ja) 放射源と発光体を有する照射システム
JP4511885B2 (ja) 蛍光体及びｌｅｄ並びに光源
JP2008545048A6 (ja) アルミネート系青色蛍光体
JP2010518194A (ja) 赤色放射蛍光材料
JP2012509364A (ja) 蛍光体組成物
JP5355613B2 (ja) オキシアパタイト構造を有する黄色蛍光体、製造方法並びにその白色発光ダイオード装置
JP2006257385A (ja) 酸窒化物系蛍光体及びその製造法
Wu et al. Synthesis and luminescence characteristics of nitride Ca 1.4 Al 2.8 Si 9.2 N 16: Ce 3+, Li+ for light-emitting devices and field emission displays
JP2009535441A (ja) 放射線源及び発光材料を含む照明システム
JP2009503183A (ja) 黄色蛍光体及びこれを含む白色発光装置
JP4989454B2 (ja) 蛍光体及びそれを用いた発光装置
TWI424048B (zh) 氟硫化物黃光螢光材料、製備方法及其白光發光二極體
KR102481535B1 (ko) 인광체 및 이의 제조 방법
KR20050101151A (ko) 스트론튬-바륨 알루미네이트계 형광체 제조
KR102272127B1 (ko) 초록빛으로 발광하는 인광체 및 이의 제조 방법
JP5391065B2 (ja) 白色発光ダイオード用ツリウム含有黄色蛍光物質及びその製造方法
US9068117B2 (en) Phosphor material and light-emitting device
KR102645584B1 (ko) 푸른색 여기에 의한 초록-노란빛으로 발광하는 오소저머네이트류 인광체 및 이의 제조 방법
CN116622366A (zh) 高效稳定黄色荧光粉、制备方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant