KR102652590B1 - Phosphor for laser lightsource and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 형광체의 전체 중량을 기준으로, 30 내지 60의 중량%의 (A3-X-Cex)Al5O12, 5 내지 40 중량%의 (B)3Al5O12 및 5 내지 30 중량%의 Al2O3로 구성되고, 상기 A는 Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이고, 상기 B는 상기 A와 다른 원소이고, Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이며, 상기 X는 0.0005 내지 0.05이고, 상기 (B)3Al5O12 입자의 일부는 Ce이 치환된 상태인 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체를 제공한다.The present invention is based on the total weight of the phosphor , 30 to 60% by weight of ( A 3 -X -Ce It is composed of Al 2 O 3 in weight%, where A is any one of Y, Gd, La, and Lu, and B is an element different from A, and is any one of Y, Gd, La, and Lu, and is 0.0005 to 0.05, and (B) provides a phosphor for a laser light source, wherein some of the 3 Al 5 O 12 particles are in a Ce-substituted state.
Description
본 발명은 레이저 광원용 형광체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a phosphor for a laser light source and a method of manufacturing the same.
정보화시대가 급속히 발전함에 따라 대화면을 구현하는 디스플레이 기기의 중요성이 강조되고 있다. 이러한 대화면을 구현하는 기기의 일 예로서 영상을 확대 투사하는 기능을 갖춘 영상투사장치가 있다.As the information age rapidly develops, the importance of display devices that implement large screens is emphasized. An example of a device that implements such a large screen is an image projection device with the function of enlarging and projecting an image.
영상투사장치는 광원에서 발생한 광을 이용하여 영상을 구현하고, 구현된 영상을 투사하는 장치를 말하며, 대표적인 예로 프로젝터, 프로젝션 텔레비전 등을 있다.An image projection device refers to a device that implements an image using light generated from a light source and projects the realized image. Representative examples include projectors and projection televisions.
최근에는 영상투사장치의 휴대 기능이 중요시됨에 따라, 하드웨어 또는 소프트웨어의 면에서 새로운 다양한 시도들이 적용되고 있다. 최근에는, 영상투사장치에서 에너지 효율이 좋은 레이저 광원이 사용되는 추세이다. 특히, 레이저 다이오드에서 발광된 빛은 직진성이 우수하기 때문에, 영상투사장치에 적합하다. Recently, as the portable function of image projection devices has become more important, various new attempts in terms of hardware or software have been applied. Recently, there is a trend toward using energy-efficient laser light sources in image projection devices. In particular, the light emitted from a laser diode has excellent straightness and is therefore suitable for image projection devices.
한편, 레이저 다이오드를 통해 영상투사장치를 구현하기 위해서는, 빛의 3원색이 모두 구현되어야 한다. 레이저 다이오드를 이용하여 빛의 3원색을 구현 위해 크게 두 가지 방법이 활용될 수 있다. Meanwhile, in order to implement an image projection device using a laser diode, all three primary colors of light must be implemented. Two major methods can be used to implement the three primary colors of light using a laser diode.
첫 번째, 서로 다른 빛을 발광하는 세 종류의 레이저 다이오드를 통해 빛의 3원색을 구현할 수 있다.First, three primary colors of light can be realized through three types of laser diodes that emit different light.
두 번째, 블루 레이저 다이오드에서 발광된 빛을 레드 및 그림으로 변환시켜 빛의 3원색을 구현할 수 있다. 이 경우, 한 종류의 레이저 다이오드로 빛의 3원색을 구현하는 것이 가능하다.Second, the three primary colors of light can be realized by converting the light emitted from the blue laser diode into red and green. In this case, it is possible to implement the three primary colors of light with one type of laser diode.
상술한 두 번째 방법은 레이저 다이오드에서 발광된 블루 광을 광변환 시키기 위한 형광체를 필요로 한다. 레이저 다이오드는 매우 높은 출력의 빛을 발광하는데, 레이저 다이오드에서 발광된 빛을 광 변환 시키는 경우, 형광체의 온도는 150℃ 이상으로 상승한다. The second method described above requires a phosphor to photoconvert the blue light emitted from the laser diode. Laser diodes emit light of very high output, and when the light emitted from the laser diode is converted into light, the temperature of the phosphor rises to over 150°C.
종래 LED 광원에 활용되어 왔던 레진 형광체, PIG(phosphor-in-glass, 이하, "글래스 형광체")의 경우, 레이저광의 광 변환 과정에서 열 소염(Thermal Quenching)이 일어난다는 문제가 있다.In the case of PIG (phosphor-in-glass), a resin phosphor that has been used in conventional LED light sources, there is a problem that thermal quenching occurs during the optical conversion process of laser light.
본 발명은 레이저 다이오드에서 발광된 빛을 열 소염 현상없이 광변환 할 수 있는 형광체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a phosphor that can photoconvert light emitted from a laser diode without thermal quenching phenomenon and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 광원의 휘도를 증가시키기 위한 형광체 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Additionally, the purpose of the present invention is to provide a phosphor for increasing the luminance of a light source and a method for manufacturing the same.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 형광체의 전체 중량을 기준으로, 30 내지 60의 중량%의 (A3-X-Cex)Al5O12, 5 내지 40 중량%의 (B)3Al5O12 및 5 내지 30 중량%의 Al2O3로 구성되고, 상기 A는 Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이고, 상기 B는 상기 A와 다른 원소이고, Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이며, 상기 X는 0.0005 내지 0.05이고, 상기 (B)3Al5O12 입자의 일부는 Ce이 치환된 상태인 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체를 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is based on the total weight of the phosphor, 30 to 60% by weight of (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 , 5 to 40% by weight of (B) 3 It consists of Al 5 O 12 and 5 to 30% by weight of Al 2 O 3 , A is any one of Y, Gd, La, Lu, and B is an element different from A, Y, Gd, La, Lu, X is 0.0005 to 0.05, and some of the (B) 3 Al 5 O 12 particles are in a Ce-substituted state.
일 실시 예에 있어서, 상기 형광체는 소결을 통해 제조되고, 소결 시 (A3-X-Cex)Al5O12에 포함된 Ce 일부가 (B)3Al5O12로 치환될 수 있다.In one embodiment, the phosphor is manufactured through sintering, and during sintering, some of the Ce contained in (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 may be replaced with (B) 3 Al 5 O 12 .
일 실시 예에 있어서, 상기 A는 Lu이고, 상기 B는 Y일 수 있다.In one embodiment, A may be Lu and B may be Y.
일 실시 예에 있어서, 상기 형광체는 빛을 흡수하여 중심파장이 510 내지 540nm대역에 위치하는 빛을 발광할 수 있다.In one embodiment, the phosphor may absorb light and emit light with a central wavelength in the 510 to 540 nm range.
일 실시 예에 있어서, 상기 (B)3Al5O12 입자 중 Ce이 치환된 입자에서만 빛이 발광될 수 있다.In one embodiment, light may be emitted only from Ce-substituted particles among the (B) 3 Al 5 O 12 particles.
또한, 본 발명은 30 내지 60의 중량%의 (A3-X-Cex)Al5O12, 5 내지 40 중량%의 (B)3Al5O12 및 5 내지 30 중량%의 Al2O3가 혼합된 혼합분말을 제조하는 단계, 진공 조건에서 1600 내지 1800℃의 온도로 1차 열처리를 수행하는 단계 및 산화 조건에서 1100 내지 1450℃의 온도로 2차 열처리를 수행하는 단계를 포함하고, 상기 A는 Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이고, 상기 B는 상기 A와 다른 원소이고, Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이며, 상기 X는 0.001 내지 0.05이고, 상기 1차 및 2차 열처리 중 적어도 하나는 (A3-X-Cex)Al5O12에 포함된 Ce가 (B)3Al5O12로 치환되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저용 형광체의 제조 방법을 제공한다.Additionally, the present invention provides 30 to 60% by weight of (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 , 5 to 40% by weight of (B) 3 Al 5 O 12 and 5 to 30% by weight of Al 2 O Comprising the steps of preparing a mixed powder mixed with 3 , performing primary heat treatment at a temperature of 1600 to 1800°C under vacuum conditions, and performing secondary heat treatment at a temperature of 1100 to 1450°C under oxidizing conditions, A is any one of Y, Gd, La, and Lu, B is an element different from A, and is any one of Y, Gd, La, and Lu, X is 0.001 to 0.05, and the first and second At least one of the secondary heat treatments is performed so that Ce contained in (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 is replaced with (B) 3 Al 5 O 12 . .
일 실시 예에 있어서, 상기 혼합 분말에서 (A3-X-Cex)Al5O12의 평균 입경은 100 내지 800nm이고, (B)3Al5O12의 평균 입경은100 내지 800nm이고, Al2O3의 평균 입경은 0.5 내지 4μm일 수 있다.In one embodiment , in the mixed powder , the average particle diameter of (A 3 -X -Ce The average particle diameter of 2 O 3 may be 0.5 to 4 μm.
일 실시 예에 있어서, 상기 2차 열처리 후, 상기 (B)3Al5O12 입자의 일부는 Ce이 치환된 상태일 수 있다.In one embodiment, after the secondary heat treatment, some of the (B) 3 Al 5 O 12 particles may be in a Ce-substituted state.
일 실시 예에 있어서, 상기 혼합분말에 포함된 상기 (A3-X-Cex)Al5O12 입자 및 (B)3Al5O12 입자 중 적어도 일부는 졸겔 법을 통해 제조되고, 상기 졸겔 법을 통해 제조된 입자의 평균 종횡비는 1.2이상일 수 있다.In one embodiment, at least some of the (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 particles and (B) 3 Al 5 O 12 particles contained in the mixed powder are manufactured through a sol-gel method, and The average aspect ratio of particles manufactured through this method may be 1.2 or more.
일 실시 예에 있어서, 상기 형광체의 소결 밀도는 97%이상일 수 있다.In one embodiment, the sintered density of the phosphor may be 97% or more.
본 발명에 따르면, 추가적인 세륨 첨가 없이도, 형광체의 중심파장을 장파장 쪽으로 변환시킬 수 있게 된다. 이를 통해, 본 발명은 형광체의 휘도를 향상시킨다.According to the present invention, the central wavelength of the phosphor can be converted to a longer wavelength without additional addition of cerium. Through this, the present invention improves the luminance of the phosphor.
또한, 본 발명에 따르면, 형광체가 일정 농도 이하의 세륨을 포함하기 때문에, 형광체의 열특성을 향상시킬 수 있다.Additionally, according to the present invention, since the phosphor contains cerium at a certain concentration or less, the thermal characteristics of the phosphor can be improved.
또한, 본 발명에 따르면, 알루미나가 형광체 내부 빛의 산란을 유도하기 때문에 블루 레이저 광에 대한 흡수율을 높일 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 형광체의 휘도를 향상시킨다. Additionally, according to the present invention, the absorption rate of blue laser light can be increased because alumina induces scattering of light inside the phosphor. Through this, the present invention improves the luminance of the phosphor.
도 1은 본 발명과 관련한 영상투사장치(100)를 전면에서 바라본 사시도이다.
도 2는 도 1의 영상투사장치(100)를 후면에서 바라본 사시도이다.
도 3은 도 1의 영상투사장치(100)의 분해도이다.
도 4은 도 3의 광학계(130)에서 광의 진행을 보여주는 개념도이다.
도 5는 시감도 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 6은 세륨 함량에 따른 형광체의 열특성 저하를 나타내는 그래프이다.
도 7은 알루미나 함량에 따른 형광체의 블루 광 흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 졸겔법을 이용한 형광체 제조방법을 나타내는 개념도이다.
도 9는 구형 입자들로 소결체를 제조할 때 발생되는 기공을 나타내는 개념도이다.
도 10은 타원형 입자들로 소결체를 제조할 때 발생되는 기공을 나타내는 개념도이다.
도 11은 종래 형광물질 입자의 전자현미경 사진이다.
도 12 내지 14는 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 형광물질 입자의 전자현미경 사진다.
도 15는 LuAG를 포함하는 세라믹 형광체 및 본 발명에 따른 형광체에 대한 스펙트럼이다.Figure 1 is a perspective view of the
FIG. 2 is a perspective view of the
FIG. 3 is an exploded view of the
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the progression of light in the optical system 130 of FIG. 3.
Figure 5 is a graph showing a visibility curve.
Figure 6 is a graph showing the decrease in thermal characteristics of phosphor according to cerium content.
Figure 7 is a graph showing the blue light absorption rate of the phosphor depending on the alumina content.
Figure 8 is a conceptual diagram showing a phosphor manufacturing method using the sol-gel method.
Figure 9 is a conceptual diagram showing pores generated when manufacturing a sintered body with spherical particles.
Figure 10 is a conceptual diagram showing pores generated when manufacturing a sintered body with oval particles.
Figure 11 is an electron microscope photograph of conventional fluorescent material particles.
Figures 12 to 14 are electron micrographs of fluorescent material particles manufactured by the manufacturing method according to the present invention.
15 is a spectrum for a ceramic phosphor containing LuAG and a phosphor according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. However, identical or similar components will be assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted. Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms containing ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 본 발명에 관련된 영상투사장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, the image projection device related to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. In this specification, the same or similar reference numbers are assigned to the same or similar components even in different embodiments, and the description is replaced with the first description. As used herein, singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 발명에 따른 레이저 광원용 형광체는 본 명세서에서 설명되는 영상투사장치에 활용될 수 있다. 영상투사장치에는 프로젝터(projector), 프로젝션 텔레비젼(projection TV)뿐만 아니라, 프로젝터 기능을 구비한 휴대 단말기(mobile termianl), 노트북 컴퓨터(laptop computer), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 등이 포함될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 본 발명에 따른 레이저 광원용 형광체는 차량의 헤드 램프, 디스플레이 장치 등에 활용될 수 있다.The phosphor for a laser light source according to the present invention can be used in the image projection device described herein. Image projection devices include not only projectors and projection TVs, but also mobile terminals with projector functions, laptop computers, PDAs (Personal Digital Assistants), and PMPs (Portable Multimedia Players). , navigation, etc. may be included. However, it is not limited to this, and the phosphor for a laser light source according to the present invention can be used in vehicle headlamps, display devices, etc.
이하, 본 발명과 관련된 영상투사장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, an image projection device related to the present invention will be described.
도 1은 본 발명과 관련한 영상투사장치(100)를 전면에서 바라본 사시도이다.Figure 1 is a perspective view of the
도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 영상투사장치(100)가 구현될 수도 있다.Since the components shown in FIG. 1 are not essential, the
영상투사장치(100)의 외관은 상부 및 하부 케이스(111, 112)에 의해 형성된다. 상부 및 하부 케이스(111, 112)에 의해 형성된 공간에는 각종 광학부품 및 전자부품들이 내장된다. 상부 및 하부 케이스(111, 112)의 사이에는 적어도 하나의 중간 케이스들이 추가로 배치될 수도 있다. The exterior of the
상부 케이스(111)에는 조작부(113)가 배치될 수 있다. 조작부(113)는 사용자가 촉각적인 느낌을 가지면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. A
조작부(113)는 영상투사장치(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력받는다. 기능적인 면에서, 조작부(113)는 시작, 종료 등과 같은 메뉴 등을 입력하기 위해 사용될 수 있다. The
또한 조작부(113)는 영상투사장치(100)에서 투사되는 영상을 줌인(Zoom -In) 또는 줌아웃(Zoom-Out) 동작을 하기 위하여 조작될 수 있다. 조작부(113)는 영상투사장치(100)에서 투사되는 영상의 포커싱(Focusing)을 하기 위하여 조작될 수 있다.Additionally, the
하부 케이스(112)에는 투사 렌즈부(114), 제1 공기 유동부(115a) 등이 배치될 수 있다. A
투사 렌즈부(114)는 영상투사장치(100)에서 투사되는 영상을 확대하도록 형성된다. 투사 렌즈부(114)는, 예를 들어 각각의 확대 투사용 렌즈들이 소정 간격으로 배치된 렌즈군으로 이루어질 수 있다. 투사 렌즈부(114)는 조작부(113)의 조작에 의하여 상기 확대 투사용 렌즈들의 간격이 조절되게 형성될 수 있다. 이를 통하여 영상투사장치(100)의 줌 또는 포커싱 기능이 구현될 수 있다.The
제1 공기 유동부(115a)는 복수의 관통공들로 이루어져 영상투사장치(100)의 내부로 공기가 유동될 수 있도록 한다. 이를 통하여 강제 대류를 이용한 영상투사장치(100)의 냉각이 가능하게 된다.The first
도 2는 도 1의 영상투사장치(100)를 후면에서 바라본 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view of the
하부 케이스(112)에는 제2 공기 유동부(115b), 인터페이스(116), 전원 공급부(117) 등이 배치될 수 있다. A second air flow unit 115b, an interface 116, a power supply unit 117, etc. may be disposed in the
제2 공기 유동부(115b)는 상기 제1 공기 유동부(116a, 도 1 참조)와 같이 복수의 관통공들로 이루어져 영상투사장치(100)의 내부로 공기가 유동될 수 있도록 한다.The second air flow unit 115b, like the first air flow unit 116a (see FIG. 1), is made up of a plurality of through holes to allow air to flow into the
인터페이스(116)는 영상투사장치(100)가 외부 기기와 데이터 교환 등을 할 수 있게 하는 통로가 된다. 상기 인터페이스(116)를 통하여 영상투사장치(100)에서 투사할 영상에 해당하는 영상 데이터는 외부로부터 입력받을 수 있다. 본 도면을 참조하면, 인터페이스(116)는 영상 또는 음성 데이터를 공급가능한 전자기기, 예를 들어 컴퓨터, 디브디(DVD) 플레이어 등과 전기적으로 연결될 수 있는 연결단자를 포함한다. The interface 116 serves as a passage through which the
전원 공급부(117)는 상기 영상투사장치(100)에 전원을 공급하기 위한 하부 케이스(112)에 장착된다. 상기 전원 공급부(117)는, 예를 들어 교류인 가정용 전원을 공급받아 직류 전원으로 변환하도록 형성될 수 있다. 다만, 전원공급부(117)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니며, 충전 가능한 배터리로서 충전 등을 위하여 착탈 가능하게 결합될 수도 있다.The power supply unit 117 is mounted on the
상부 및 하부 케이스(111, 112) 중 어느 하나에는 음향 출력부가 스피커(speaker)의 형태로 구현될 수 있고, 방송신호 수신용 안테나 등이 추가로 배치될 수도 있다.An audio output unit may be implemented in the form of a speaker in one of the upper and
도 3은 도 1의 영상투사장치(100)의 분해도이고, 도 4은 도 3의 광학계(130)에서 광의 진행을 보여주는 개념도이다.FIG. 3 is an exploded view of the
하부 케이스(112)에는 제어 회로기판(121)이 장착될 수 있다.A control circuit board 121 may be mounted on the
제어 회로기판(121)은 영상투사장치(100)의 각종 기능을 동작시키기 위한 제어부의 일 예로서 구성될 수 있다. The control circuit board 121 may be configured as an example of a control unit for operating various functions of the
하부 케이스(112)에는 광학계(130)가 장착될 수 있다. 광학계(130)는 영상투사장치(100)에서 광의 반사나 굴절을 이용하여 물체의 영상을 구현하기 위하여 반사경이나 렌즈 등을 적당히 배열한 광학부품들의 체계를 의미한다. 상기 광학계(130)와 하부 케이스(112) 사이에는 광학계(130)가 조립될 수 있는 구조물(미도시)이 추가로 배치될 수 있다.The optical system 130 may be mounted on the
광학계(130)는 광원부(140), 광변환부(150), 광합성부(160) 및 렌즈 어레이부(170)를 포함한다.The optical system 130 includes a light source unit 140, a light conversion unit 150, a photosynthesis unit 160, and a lens array unit 170.
광원부(140)는 복수의 광원들(141, 142, 143)로 이루어진다. 광원들(141, 142, 143)은 전기 에너지를 공급받아 빛 에너지로 변환시키도록 형성된다. 광원들(141, 142, 143)은 각각 광의 삼원색 중 어느 하나를 발생하도록 형성될 수 있다. 광원들(141, 142, 143)은, 예를 들어 발광다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD) 등이 될 수 있다.The light source unit 140 consists of a plurality of light sources 141, 142, and 143. The light sources 141, 142, and 143 are configured to receive electrical energy and convert it into light energy. The light sources 141, 142, and 143 may each be formed to generate one of three primary colors of light. The light sources 141, 142, and 143 may be, for example, a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), or the like.
본 도면들을 참조하면, 광원들(141, 142, 143)은 세 개로 이루어질 수 있다. 광원들(141, 142, 143)은 중 둘(141, 142)은 서로 마주보고, 다른 하나(143)는 마주보는 광원들(141, 142)의 사이를 바라보도록 배치된다.Referring to these drawings, there may be three light sources 141, 142, and 143. Two of the light sources 141, 142, and 143 face each other, and the other one 143 faces between the opposing light sources 141 and 142.
광원들(141, 142, 143)은 각각 레드(red), 블루(blue), 그린(green)의 광을 발생하는 레드, 블루 및 그린 발광다이오드 이거나, 특정 색을 발광하는 광원과 광변환을 수행하는 형광체의 조합으로 이루어질 수 있다.The light sources 141, 142, and 143 are red, blue, and green light emitting diodes that generate red, blue, and green light, respectively, or perform light conversion with a light source that emits a specific color. It can be made of a combination of phosphors.
일 실시 예에 있어서, 광원들(141, 142, 143)은 각각 블루(blue)의 광을 발생하는 레이저 다이오드를 포함하고, 광원들(141, 142, 143) 중 어느 하나는 블루의 광을 흡수하여 레드를 발광하는 형광체, 다른 하나는 블루의 광을 흡수하여 그린을 발광하는 형광체를 포함할 수 있다.In one embodiment, the light sources 141, 142, and 143 each include a laser diode that generates blue light, and one of the light sources 141, 142, and 143 absorbs blue light. One may include a phosphor that emits red light, and the other may include a phosphor that absorbs blue light and emits green light.
이를 통하여 광원들(141, 142, 143)은 각각 광의 삼원색에 해당하는 발산광을 형성한다. 본 도면들과 이하의 설명에서는 광원들(141, 142, 143)은 각각 하나인 것을 기준으로 하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 광원들(141, 142, 143)들은 각각 레드, 블루 및 그린 발광다이오드가 공통된 발광면을 가지도록 복수로 배열된 레드, 블루 및 그린 발광다이오드 어레이가 될 수 있다.Through this, the light sources 141, 142, and 143 each form divergent light corresponding to the three primary colors of light. In these drawings and the following description, it is assumed that each of the light sources 141, 142, and 143 is one, but the present invention is not limited thereto. For example, the light sources 141, 142, and 143 may be an array of red, blue, and green light emitting diodes in which a plurality of red, blue, and green light emitting diodes are arranged to have a common light emitting diode, respectively.
광원들(141, 142, 143)의 동작을 돕기 위하여 안정기(미도시) 및 냉각 팬(122) 등이 하부 케이스(112)에 장착될 수 있다.To assist the operation of the light sources 141, 142, and 143, a stabilizer (not shown) and a cooling fan 122 may be mounted on the
광변환부(150)는 광원들(141, 142, 143)에서 발생하는 광을 평행광으로 변환시키도록, 광원들(141, 142, 143)과 각각 인접하게 배치되는 복수의 콜리메이터 렌즈들(151, 152, 153)로 이루어진다. 이를 통하여 발광다이오드에서 발생한 발산광들이 평행광으로 변환되어 일 방향으로 진행하게 된다.The light conversion unit 150 includes a plurality of collimator lenses 151 disposed adjacent to the light sources 141, 142, and 143, respectively, to convert the light generated from the light sources 141, 142, and 143 into parallel light. , 152, 153). Through this, the divergent light generated from the light emitting diode is converted into parallel light and travels in one direction.
콜리메이터 렌즈들(151, 152, 153)은 각각의 광원들(141, 142, 143)과 마주보도록 배치되어, 광원들(141, 142, 143)에서 발생한 광을 광원들(141, 142, 143)의 사이로 진행시킨다. The collimator lenses 151, 152, and 153 are arranged to face each of the light sources 141, 142, and 143, and direct the light generated from the light sources 141, 142, and 143 to the light sources 141, 142, and 143. Proceed between .
광원들(141, 142, 143)의 사이에는 광합성부(160)가 배치된다.A photosynthesis unit 160 is disposed between the light sources 141, 142, and 143.
광합성부(160)는 상기 평행광들이 동일한 광 경로로 진행될 수 있도록 상기 평행광들을 합성한다. 광합성부(160)는 제1 및 제2 다이크로익 미러(dichroic mirror, 161, 162)로 이루어질 수 있다.The photosynthesis unit 160 synthesizes the parallel lights so that they proceed through the same optical path. The photosynthesis unit 160 may be composed of first and second dichroic mirrors (161, 162).
제1 다이크로익 미러(161)는 광의 삼원색 중 제1 색은 투과하고, 제2 색은 반사하도록 형성된다. 제2 다이크로익 미러(162)는 제1 다이크로익 미러(161)와 교차하도록 배치되고, 제1 색은 투과하며, 삼원색 중 제3 색은 반사하도록 형성된다. The first dichroic mirror 161 is formed to transmit the first color of the three primary colors of light and reflect the second color. The second dichroic mirror 162 is arranged to intersect the first dichroic mirror 161 and is formed to transmit the first color and reflect the third color among the three primary colors.
본 도면들을 참조하면, 제1 내지 제3 색은 각각 레드, 그린 및 블루가 될 수 있다. 그린 발광다이오드에서 발생한 그린 광은 제1 및 제2 다이크로익 미러(161, 162)를 투과한다. 레드 및 블루 발광다이오드에서 발생한 레드 및 블루 광은 제1 및 제2 다이크로익 미러(161, 162)에서 각각 상기 그린 광의 투과 방향으로 반사된다. 이를 통하여, 광원들(141, 142, 143)에서 발생한 각각의 광들은 합성광으로 합성되고, 합성광은 그린 광의 투과방향을 향하여 진행하게 된다.Referring to the drawings, the first to third colors may be red, green, and blue, respectively. Green light generated from the green light emitting diode passes through the first and second dichroic mirrors 161 and 162. Red and blue lights generated from the red and blue light emitting diodes are reflected in the transmission direction of the green light by the first and second dichroic mirrors 161 and 162, respectively. Through this, each light generated from the light sources 141, 142, and 143 is synthesized into synthetic light, and the synthetic light proceeds toward the transmission direction of the green light.
상기와 같이, 레드, 그린 및 블루광을 평행광으로 변환하고, 서로 교차하도록 배치된 제1 및 제2 다이크로익 미러(161, 162)를 통하여 광경로를 합쳐줌으로서, 광의 합성공간이 보다 콤팩트해지고, 밝기와 같은 광학 성능이 보다 우수해질 수 있다.As described above, by converting red, green and blue light into parallel light and combining the optical paths through the first and second dichroic mirrors 161 and 162 arranged to intersect each other, the light synthesis space is more It can become more compact, and optical performance such as brightness can be improved.
합성광은 렌즈 어레이부(170)를 통과하여, 영상을 구현하는 디스플레이 패널(180)에 조명된다.The synthetic light passes through the lens array unit 170 and is illuminated on the display panel 180 that implements an image.
디스플레이 패널(180)은 입사면(181)에 조명되는 합성광을 반사하여 영상을 구현하는 반사형 디스플레이 패널이 될 수 있다. 본 도면들을 참조하면, 디스플레이 패널(180)의 입사면(181)은 사각형이 될 수 있다.The display panel 180 may be a reflective display panel that implements an image by reflecting synthetic light illuminated on the incident surface 181. Referring to these drawings, the incident surface 181 of the display panel 180 may be square.
디스플레이 패널(180)은 디지털로 제어되는 전자소자가 될 수 있다. 전자소자는 각각 구동가능한 복수의 마이크로 미러를 포함할 수 있다. 상기 복수의 마이크로 미러는 구현할 영상에 대응되게 합성광을 독립적으로 반사시킨다. 상기 전자소자는, 예를 들어 제어 신호에 따라 경사각이 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태로 변화하는 마이크러 미러를 평면상에 격자로 배열한 DMD(Digital Micromirror Device)가 될 수 있다. 또한 전자소자는 액정 디스플레이소자 중 합성광을 반사하여 영상을 구현할 수 있는 LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 패널이 될 수 있다.The display panel 180 may be a digitally controlled electronic device. The electronic device may include a plurality of micro mirrors, each of which can be driven. The plurality of micro mirrors independently reflect synthesized light corresponding to the image to be implemented. For example, the electronic device may be a DMD (Digital Micromirror Device) in which micromirrors whose tilt angle changes between ON and OFF states are arranged in a grid on a plane. Additionally, the electronic device may be a LCOS (Liquid Crystal on Silicon) panel that can display images by reflecting synthetic light among liquid crystal display devices.
렌즈 어레이부(170)는 영상을 구현하는 디스플레이 패널(180)의 입사면(181)과 동일한 형상으로 상기 합성광을 집광하도록 입사면(181)과 동일한 형상의 단위렌즈(170a)가 평면상으로 배열된다.The lens array unit 170 has a unit lens 170a of the same shape as the entrance surface 181 arranged on a plane to collect the synthesized light in the same shape as the entrance surface 181 of the display panel 180 that implements the image. are arranged.
렌즈 어레이부(170)는 서로 마주보도록 배치되는 복수의 플라이아이 렌즈들(fly eye lens, FEL, 171, 172)을 포함할 수 있다. 플라이아이 렌즈들(171, 172)은 서로에 대해 평행하도록 배치되며, 영상투사장치(100)에서 광의 적분기가 될 수 있다. 영상투사장치(100)에서 적분기는 조명의 형상을 만들고, 조명의 균일도를 확보해준다. The lens array unit 170 may include a plurality of fly eye lenses (FEL) 171 and 172 arranged to face each other. The fly-eye lenses 171 and 172 are arranged parallel to each other and can serve as integrators of light in the
본 발명에 따른 레이저 광원용 형광체는 상술한 광원들(141, 142, 143) 중 적어도 하나에 활용될 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 형광체는 상술한 구조의 영상투사장치(100)에 한정되지 않고, 레이저 다이오드의 광변환이 필요한 모든 장치에서 활용될 수 있다.The phosphor for a laser light source according to the present invention can be used in at least one of the light sources 141, 142, and 143 described above. However, the phosphor according to the present invention is not limited to the
본 발명은 레이저 다이오드에서 발광된 블루 광을 그린 광으로 변환시키는 형광체에 관한 것이다. 레이저 다이오드의 경우, 그 출력이 매우 크기 때문에 광변환시 형광체의 열 소염(thermal quenching)이 문제가 된다. 이를 방지하기 위해, 열특성이 좋은 세라믹 형광체가 활용된다.The present invention relates to a phosphor that converts blue light emitted from a laser diode into green light. In the case of a laser diode, since its output is very large, thermal quenching of the phosphor becomes a problem during light conversion. To prevent this, ceramic phosphors with good thermal properties are used.
한편, LuAG는 블루 광을 그린 광으로 변환시키는 형광물질로 많이 활용된다. 하지만, LuAG는 결정성이 약하고, 입도가 작아 양자효율이 떨어진다. 이 때문, LuAG을 단독으로 세라믹 형광체로 사용할 경우, 휘도를 증가시키는데 한계가 있다. Meanwhile, LuAG is widely used as a fluorescent substance that converts blue light into green light. However, LuAG has weak crystallinity and small particle size, resulting in low quantum efficiency. For this reason, when LuAG is used alone as a ceramic phosphor, there is a limit to increasing luminance.
형광체의 휘도 증가를 위해서는 도 5에 도시된 시감도 곡선과 같이, 형광체에서 발광되는 빛의 주파장을 장파장 쪽으로 변경시켜야 한다. 그린 형광체의 주파장을 장파장 쪽으로 변경시키기 위해서는, 형광체에 포함된 Ce의 함량을 증가시키거나, 형광체에 Gd를 첨가하여야 한다.In order to increase the luminance of the phosphor, the dominant wavelength of light emitted from the phosphor must be changed to a longer wavelength, as shown in the visibility curve shown in FIG. 5. In order to change the dominant wavelength of the green phosphor to a longer wavelength, the content of Ce contained in the phosphor must be increased or Gd must be added to the phosphor.
하지만, Ce의 함량을 증가시키거나, Gd를 첨가하는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 농도 소강(concentration quenching) 열 특성이 저하되어, 고출력 광원에 형광체를 적용시 휘도 저하의 문제가 발생하게 된다. 이에, 본 발명은 형광체의 Ce 함량 증가 또는 Gd 첨가 없이, 형광체의 휘도를 증가시키기 위한 발명이다.However, when increasing the content of Ce or adding Gd, as shown in Figure 6, the concentration quenching thermal characteristics are reduced, causing the problem of reduced luminance when applying the phosphor to a high-output light source. do. Accordingly, the present invention is intended to increase the luminance of a phosphor without increasing the Ce content of the phosphor or adding Gd.
이하, 본 발명에 따른 레이저 광원용 형광체 및 그 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 먼저, 본 발명에 따른 레이저 광원용 형광체의 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, the phosphor for a laser light source and its manufacturing method according to the present invention will be described in detail. First, a method for manufacturing a phosphor for a laser light source according to the present invention will be described.
레이저 광원용 형광체 제조를 위해, 30 내지 67 중량%의 (A3-X-Cex)Al5O12, 5 내지 40 중량%의 (B)3Al5O12 및 5 내지 30 중량%의 Al2O3가 혼합된 혼합분말을 제조하는 단계가 진행된다.For the production of phosphors for laser light sources, 30 to 67% by weight of (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 , 5 to 40% by weight of (B) 3 Al 5 O 12 and 5 to 30% by weight of Al The step of manufacturing a mixed powder in which 2 O 3 is mixed proceeds.
여기서, 상기 A는 Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이고, 상기 B는 상기 A와 다른 원소이고, Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이며, 상기 X는 0.001 내지 0.05이다.Here, A is any one of Y, Gd, La, and Lu, B is an element different from A, is any one of Y, Gd, La, and Lu, and X is 0.001 to 0.05.
여기서, (A3-X-Cex)Al5O12는 본 발명에 따른 형광체의 핵심 발광물질이다. (A3-X-Cex)Al5O12만으로 세라믹 형광체를 구성할 경우, 휘도를 증가시키는데 한계가 있다.Here, (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 is the core light-emitting material of the phosphor according to the present invention. When a ceramic phosphor is composed of only (A 3 -X -Ce
한편, 형광체 휘도의 향상을 위해 Ce 함량을 증가시킬 경우, 형광체의 농도 소강 (concentration quenching) 열특성이 저하된다. 특히, 고출력 광원인 레이저 다이오드를 사용할 경우, Ce가 과량 포함된 형광체는 열 소염 현상으로 인하여, 일정 수준 이상으로 휘도를 증가시킬 수 없다.Meanwhile, when the Ce content is increased to improve the luminance of the phosphor, the concentration quenching thermal characteristics of the phosphor deteriorate. In particular, when using a laser diode, which is a high-output light source, the phosphor containing an excessive amount of Ce cannot increase the luminance beyond a certain level due to the thermal quenching phenomenon.
이를 해결하기 위해, 본 발명은 Ce을 포함하지 않는 (B)3Al5O12를 (A3-X-Cex)Al5O12와 함께 소결한다. 이 경우, (A3-X-Cex)Al5O12에 포함된 Ce의 일부가 (B)3Al5O12로 치환된다. 이에 따라 형광체 층에서 발광되는 빛이 장파장 쪽으로 변경되는데 도 5의 시감도 곡선에 따라 형광체층의 휘도가 증가할 수 있다. To solve this problem, in the present invention, (B) 3 Al 5 O 12 that does not contain Ce is sintered with (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 . In this case, part of Ce contained in (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 is replaced with (B) 3 Al 5 O 12 . Accordingly, the light emitted from the phosphor layer changes to a longer wavelength, and the luminance of the phosphor layer may increase according to the visibility curve in FIG. 5.
상술한 바와 같이, 본 발명은 형광체 전체의 Ce 함량은 증가시키지 않으면서, 형광체의 발광 파장을 장파장쪽으로 변경시킨다. 이를 통해, 본 발명은 그린 형광체의 휘도를 증가시킨다.As described above, the present invention changes the emission wavelength of the phosphor toward a longer wavelength without increasing the Ce content of the entire phosphor. Through this, the present invention increases the luminance of the green phosphor.
일 실시 예에 있어서, 상기 혼합분말은 30 내지 60의 중량%의 (Lu-Cex)3Al5O12, 5 내지 40 중량%의 Y3Al5O12 및 5 내지 30 중량%의 Al2O3의 혼합물로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 혼합분말의 소결 시 (Lu-Cex)3Al5O12에 포함된 Ce이 Y3Al5O12로 치환됨에 따라, 형광체의 중심파장이 510 내지 540nm로 변환된다. In one embodiment , the mixed powder contains 30 to 60 % by weight of ( Lu - Ce It may be made of a mixture of O 3 . In this case , when the mixed powder is sintered, the central wavelength of the phosphor is converted to 510 to 540 nm as Ce contained in (Lu- Ce
한편, 상기 혼합분말의 전체 중량을 기준으로 (A3-X-Cex)Al5O12의 함량이 30 중량% 미만일 경우, 광변환 효율이 낮아져 형광체로 사용되기 어렵다. 또한, (A3-X-Cex)Al5O12의 함량이 67중량%를 초과하는 경우, 형광체의 열특성이 저하되어 레이저 다이오드에 의해 형광체가 열 소염될 가능성이 높아진다.On the other hand, if the content of (A 3 -X -Ce In addition, when the content of (A 3 - X -Ce
한편, (B)3Al5O12는 광변환을 수행하는 원소인 Ce가 포함되지 않는다. 상기 혼합분말의 전체 중량을 기준으로 (B)3Al5O12의 함량이 5 중량% 미만일 경우, Ce 치환에 의한 효과가 미비하고, 30 중량%를 초과할 경우, 형광체의 광변환 효율이 낮아져 형광체로 사용되기 어렵다.Meanwhile, (B) 3 Al 5 O 12 does not contain Ce, an element that performs photoconversion. If the content of (B) 3 Al 5 O 12 is less than 5% by weight based on the total weight of the mixed powder, the effect of Ce substitution is minimal, and if it exceeds 30% by weight, the light conversion efficiency of the phosphor is lowered. It is difficult to use as a phosphor.
한편, 상기 혼합분말에 첨가된 Al2O3는 형광체 내부 광산란을 증가시켜 도 7과 같이 블루 광의 흡수율을 증가시킨다. 이를 통해, 본 발명은 형광체의 휘도를 향상시킨다. 또한, Al2O3는 광변환시 발생되는 열에 대한 방열기능을 수행하여, 형광체가 열 소염되는 것을 방지한다.Meanwhile, Al 2 O 3 added to the mixed powder increases light scattering inside the phosphor and increases the absorption rate of blue light, as shown in FIG. 7. Through this, the present invention improves the luminance of the phosphor. In addition, Al 2 O 3 performs a heat dissipation function for heat generated during light conversion and prevents the phosphor from being quenched by heat.
상기 혼합분말의 전체 중량을 기준으로 Al2O3의 함량이 5 중량% 미만일 경우, 형광체 내 광산란 효과가 미비하고, 열 소염 방지효과가 거의 발생되지 않는다. 한편, Al2O3의 함량이 30 중량%를 초과하는 경우, 형광체의 광변환 효율이 낮아져 형광체로 사용되기 어렵다.When the content of Al 2 O 3 is less than 5% by weight based on the total weight of the mixed powder, the light scattering effect in the phosphor is insignificant and the heat anti-flammability prevention effect is hardly generated. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 exceeds 30% by weight, the light conversion efficiency of the phosphor is lowered, making it difficult to use as a phosphor.
한편, (A3-X-Cex)Al5O12에서 x값이 0.001 미만인 경우, 형광체에 포함된 Ce의 총량이 너무 적기 때문에 형광체로 사용되기 어렵다. 또한, x값이 0.05를 초과하는 경우, 열 특성이 저하되어, 형광체를 레이저 다이오드와 함께 사용 시 열 소염 될 수 있다. On the other hand, when the x value in (A 3 -X -Ce In addition, when the x value exceeds 0.05, thermal characteristics deteriorate, and the phosphor may be thermally quenched when used with a laser diode.
한편, (A3-X-Cex)Al5O12분말의 평균 입경은 100 내지 800nm일 수 있다. 한편, (B)3Al5O12 분말의 평균 입경은 100 내지 800nm일 수 있다. 한편, Al2O3 분말의 평균 입경은 0.5 내지 4㎛일 수 있다. 상기 입경를 벗어나는 분말로 소결을 수행할 경우, 소결 밀도가 저하됨에 따라 광변환 효율이 낮아질 수 있다. 구체적으로, 형광물질의 평균 입경이 지나치게 작은 경우, 소결체 제조에는 유리하나, 형광체 제조 후 발광특성이 좋지 않다. 한편, 형광물질의 평균 입경이 지나치게 큰 경우, 소결체 제조가 어려우며 소결체의 내구성이 떨어진다.Meanwhile, the average particle diameter of (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 powder may be 100 to 800 nm. Meanwhile, the average particle diameter of (B) 3 Al 5 O 12 powder may be 100 to 800 nm. Meanwhile, the average particle diameter of Al 2 O 3 powder may be 0.5 to 4 μm. When sintering is performed with powder outside the above particle size, the light conversion efficiency may be lowered as the sintering density decreases. Specifically, if the average particle diameter of the phosphor is too small, it is advantageous for manufacturing the sintered body, but the luminescence characteristics after manufacturing the phosphor are poor. On the other hand, if the average particle diameter of the fluorescent material is too large, it is difficult to manufacture the sintered body and the durability of the sintered body is reduced.
한편, 상기 혼합 분말에 첨가되는 (A3-X-Cex)Al5O12분말 및 (B)3Al5O12 분말 중 적어도 일부는 졸겔법을 통해 제조될 수 있다. Meanwhile , at least some of the ( A 3 - X -Ce
도 8과 같이, 졸겔법으로 형광물질 입자를 제조하는 경우, 입자의 종횡비가 증가하게 된다. 형광물질 입자의 종횡비가 증가할수록, 소결체 제조 시 발생되는 기공의 크기가 작아진다. As shown in Figure 8, when producing fluorescent material particles using the sol-gel method, the aspect ratio of the particles increases. As the aspect ratio of the fluorescent material particles increases, the size of the pores generated during the production of the sintered body becomes smaller.
졸겔법으로 형광물질 입자를 제조할 경우, 입자의 평균 종횡비가 최소 1.2일 수 있다. 이러한 입자들로 소결체를 제조할 경우, 소결 밀도를 높일 수 있다. When producing fluorescent material particles using the sol-gel method, the average aspect ratio of the particles may be at least 1.2. When a sintered body is manufactured using these particles, the sintering density can be increased.
도 9을 참조하면, 종횡비가 1인 구형 입자들로 소결체를 제조할 경우, 구형 입자들 사이에 큰 기공들이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이와 달리, 도 10을 참조하면, 종횡비가 1보다 큰 타원형 입자들로 소결체를 제조하는 경우, 구형 입자들로 소결체를 제조할 때보다 기공의 크기가 감소하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, when a sintered body is manufactured using spherical particles with an aspect ratio of 1, it can be seen that large pores are formed between the spherical particles. In contrast, referring to FIG. 10, it can be seen that when the sintered body is manufactured with oval particles with an aspect ratio greater than 1, the pore size is reduced compared to when the sintered body is manufactured with spherical particles.
하기 표 1은 구형 입자로 소결할 경우 소결 밀도와 졸겔법으로 제조된 입자를 소결할 때 소결 밀도를 비교한 표이다. 하기 표 1과 같이, 졸겔법으로 입자를 제조한 후 소결체를 형성할 경우, 보다 높은 소결 밀도를 가지는 소결체를 얻을 수 있다. Table 1 below is a table comparing the sintering density when sintering with spherical particles and the sintering density when sintering particles manufactured by the sol-gel method. As shown in Table 1 below, when a sintered body is formed after producing particles by the sol-gel method, a sintered body with a higher sintering density can be obtained.
한편, 하기 표2는 3000nm 내지 5000nm의 입자 크기를 가지는 형광물질을 통해 제조된 소결체와 본 발명에 따른 소결체를 비교한 결과이다.Meanwhile, Table 2 below shows the results of comparing the sintered body manufactured using a fluorescent material having a particle size of 3000 nm to 5000 nm and the sintered body according to the present invention.
상기 표 2를 참조하면, 150 내지 500nm의 평균 입경을 가지는 입자가 높은 소결 밀도를 가지는 소결체를 제조하기에 적합한 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 2, it can be seen that particles having an average particle diameter of 150 to 500 nm are suitable for producing a sintered body with a high sintering density.
다음으로, 상기 혼합 분말을 형성한 후, 진공 조건에서 1600 내지 1800℃의 온도로 1차 열처리를 수행하는 단계가 진행된다.Next, after forming the mixed powder, a first heat treatment is performed at a temperature of 1600 to 1800° C. under vacuum conditions.
상기 1차 열처리 과정에서 소결체의 치밀도를 확보한다. 상기 1차 열처리 과정에서 (A3-X-Cex)Al5O12에 포함된 Ce의 일부가 (B)3Al5O12로 치환된다. The density of the sintered body is secured during the first heat treatment process. In the first heat treatment process, part of Ce contained in (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 is replaced with (B) 3 Al 5 O 12 .
상기 1차 열처리 이후, 소결체에 대한 polishing 및 dicing 작업이 수행될 수 있다. 이를 통해, 상기 소결체는 최종 산물 형태로 가공된다.After the first heat treatment, polishing and dicing operations on the sintered body may be performed. Through this, the sintered body is processed into the final product form.
마지막으로, 산화 조건에서 1100 내지 1450℃의 온도로 2차 열처리를 수행하는 단계가 진행된다.Finally, a second heat treatment is performed at a temperature of 1100 to 1450° C. under oxidizing conditions.
상기 소결체에 포함된 불순물을 제거하기 위해, 상기 2차 열처리는 산화 조건에서 수행된다. 이를 통해, 세라믹 형광체의 발광특성이 향상될 수 있다.In order to remove impurities contained in the sintered body, the secondary heat treatment is performed under oxidizing conditions. Through this, the luminescence characteristics of the ceramic phosphor can be improved.
한편, 상기 2차 열처리 과정에서도 (A3-X-Cex)Al5O12에 포함된 Ce의 일부가 (B)3Al5O12로 치환될 수 있다. 결과적으로, (A3-X-Cex)Al5O12에 포함된 Ce은 최대 절반까지 (B)3Al5O12로 치환될 수 있다.Meanwhile, even in the secondary heat treatment process, part of Ce contained in (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 may be replaced with (B) 3 Al 5 O 12 . As a result, up to half of the Ce contained in (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 can be replaced with (B) 3 Al 5 O 12 .
상술한 제조 방법에 따라 제조된 형광체는, 형광체의 전체 중량을 기준으로, 30 내지 60의 중량%의 (A3-X-Cex)Al5O12, 5 내지 40 중량%의 (B)3Al5O12 및 5 내지 30 중량%의 Al2O3로 구성된다. The phosphor manufactured according to the above-described manufacturing method contains 30 to 60% by weight of (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 and 5 to 40% by weight of (B) 3, based on the total weight of the phosphor. It consists of Al 5 O 12 and 5 to 30% by weight of Al 2 O 3 .
여기서, 상기 A는 Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이고, 상기 B는 상기 A와 다른 원소이고, Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이며, 상기 X는 0.0005 내지 0.05이고, 상기 (B)3Al5O12 입자의 일부는 Ce이 치환된 상태이다.Here, A is any one of Y, Gd, La, and Lu, B is an element different from A, is any one of Y, Gd, La, and Lu, X is 0.0005 to 0.05, and (B ) Some of the 3 Al 5 O 12 particles have Ce substituted.
일 실시 예에 있어서, 상기 A는 Lu이고, 상기 B는 Y일 수 있다. In one embodiment, A may be Lu and B may be Y.
도 15는 LuAG를 포함하는 세라믹 형광체 및 본 발명에 따른 형광체에 대한 스펙트럼이다.15 is a spectrum for a ceramic phosphor containing LuAG and a phosphor according to the present invention.
하기 표 1은 LuAG를 포함하는 세라믹 형광체 및 본 발명에 따른 형광체의 발광 특성을 비교한 표이다.Table 1 below is a table comparing the emission characteristics of a ceramic phosphor containing LuAG and a phosphor according to the present invention.
도 14및 표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 형광체는 LuAG을 포함하는 세라믹 형광체보다 큰 중심 파장 값 및 큰 휘도 값을 가지는 것을 확인할 수 있다. Referring to Figure 14 and Table 3, it can be seen that the phosphor according to the present invention has a larger center wavelength value and a larger luminance value than the ceramic phosphor containing LuAG.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, (A3-X-Cex)Al5O12에 포함된 Ce의 일부가 (B)3Al5O12로 치환됨에 따라, 중심 파장이 장파장으로 이동하며, 형광체의 휘도가 증가한다. 또한, Al2O3에 의한 내부 산란의 영향으로 blue conversion이 증가한다. 이에 따라, 형광체의 휘도가 증가한다.As described above, according to the present invention, as part of Ce contained in ( A 3 -X -Ce , the luminance of the phosphor increases. Additionally, blue conversion increases due to the influence of internal scattering by Al 2 O 3 . Accordingly, the luminance of the phosphor increases.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. It is obvious to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.Additionally, the above detailed description should not be construed as limiting in any respect and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.
Claims (10)
30 내지 67의 중량%의 (A3-X-Cex)Al5O12, 5 내지 40 중량%의 (B)3Al5O12 및 5 내지 30 중량%의 Al2O3의 혼합분말로 구성되고,
상기 혼합분말은,
진공 조건에서 1600 내지 1800℃의 온도로 1차 열처리가 수행되고,
산화 조건에서 1100 내지 1450℃의 온도로 2차 열처리가 수행되고,
상기 A는 Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이고,
상기 B는 상기 A와 다른 원소이고, Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이며,
상기 X는 0.0005 내지 0.05이고,
상기 1차 및 2차 열처리 중 적어도 하나는 (A3-X-Cex)Al5O12에 포함된 Ce가 (B)3Al5O12로 치환되도록 수행되고,
상기 (B)3Al5O12 입자의 일부는 Ce이 치환된 상태인 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체.Based on the total weight of the phosphor,
A mixed powder of 30 to 67 % by weight of ( A 3 - X -Ce composed,
The mixed powder is,
Primary heat treatment is performed at a temperature of 1600 to 1800°C under vacuum conditions,
Secondary heat treatment is performed at a temperature of 1100 to 1450°C under oxidizing conditions,
A is any one of Y, Gd, La, Lu,
B is an element different from A and is any one of Y, Gd, La, and Lu,
The X is 0.0005 to 0.05,
At least one of the primary and secondary heat treatments is performed so that Ce contained in (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 is replaced with (B) 3 Al 5 O 12 ,
(B) A phosphor for a laser light source, wherein some of the 3 Al 5 O 12 particles are in a Ce-substituted state.
상기 형광체는 소결을 통해 제조되고, 소결 시 (A3-X-Cex)Al5O12에 포함된 Ce 일부가 (B)3Al5O12로 치환되는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체.According to paragraph 1,
The phosphor is manufactured through sintering, and during sintering, a portion of Ce contained in (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 is replaced with (B) 3 Al 5 O 12. A phosphor for a laser light source.
상기 A는 Lu이고, 상기 B는 Y인 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체.According to paragraph 1,
A phosphor for a laser light source, wherein A is Lu and B is Y.
상기 형광체는 빛을 흡수하여 중심파장이 510 내지 540nm대역에 위치하는 빛을 발광하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체.According to paragraph 3,
A phosphor for a laser light source, characterized in that the phosphor absorbs light and emits light with a central wavelength in the 510 to 540 nm range.
상기 (B)3Al5O12 입자 중 Ce이 치환된 입자에서만 빛이 발광되는 것을 특징으로 하는 레이저 광원용 형광체.According to paragraph 1,
(B) A phosphor for a laser light source, characterized in that light is emitted only from Ce-substituted particles among the 3 Al 5 O 12 particles.
진공 조건에서 1600 내지 1800℃의 온도로 1차 열처리를 수행하는 단계; 및
산화 조건에서 1100 내지 1450℃의 온도로 2차 열처리를 수행하는 단계를 포함하고,
상기 A는 Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이고,
상기 B는 상기 A와 다른 원소이고, Y, Gd, La, Lu 중 어느 하나이며,
상기 X는 0.001 내지 0.05이고,
상기 1차 및 2차 열처리 중 적어도 하나는 (A3-X-Cex)Al5O12에 포함된 Ce가 (B)3Al5O12로 치환되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저용 형광체의 제조 방법.A mixture of 30 to 67% by weight of (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 , 5 to 40% by weight of (B) 3 Al 5 O 12 and 5 to 30% by weight of Al 2 O 3 Preparing powder;
Performing primary heat treatment at a temperature of 1600 to 1800° C. under vacuum conditions; and
It includes performing secondary heat treatment at a temperature of 1100 to 1450°C under oxidizing conditions,
A is any one of Y, Gd, La, Lu,
B is an element different from A, and is any one of Y, Gd, La, and Lu,
The X is 0.001 to 0.05,
At least one of the first and second heat treatments is performed so that Ce contained in (A 3-X -Ce x )Al 5 O 12 is replaced with (B) 3 Al 5 O 12 Manufacturing method.
상기 혼합 분말에서 (A3-X-Cex)Al5O12의 평균 입경은 100 내지 800nm이고, (B)3Al5O12의 평균 입경은 100 내지 800nm이고, Al2O3의 평균 입경은 0.5 내지 4μm인 것을 특징으로 하는 레이저용 형광체의 제조 방법.According to clause 6,
In the mixed powder , the average particle diameter of ( A 3 - X -Ce A method of manufacturing a phosphor for a laser, characterized in that the silver is 0.5 to 4 μm.
상기 2차 열처리 후, 상기 (B)3Al5O12 입자의 일부는 Ce이 치환된 상태인 것을 특징으로 하는 레이저용 형광체의 제조 방법.According to clause 6,
After the secondary heat treatment, a portion of the (B) 3 Al 5 O 12 particles is in a Ce-substituted state.
상기 혼합분말에 포함된 상기 (A3-X-Cex)Al5O12 입자 및 (B)3Al5O12 입자 중 적어도 일부는 졸겔 법을 통해 제조되고,
상기 졸겔 법을 통해 제조된 입자의 평균 종횡비는 1.2이상인 것을 특징으로 하는 레이저용 형광체의 제조 방법.According to clause 6,
At least some of the ( A 3 -X -Ce
A method of manufacturing a phosphor for a laser, characterized in that the average aspect ratio of the particles manufactured through the sol-gel method is 1.2 or more.
상기 형광체의 소결 밀도는 97%이상인 것을 특징으로 하는 레이저용 형광체의 제조 방법.According to clause 8,
A method of manufacturing a phosphor for a laser, characterized in that the sintering density of the phosphor is 97% or more.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |