KR20180051157A - 망간활성제를 포함하는 비희토류계 적색형광체 및 이를 포함하는 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 망간활성제를 포함하는 비희토류계 적색발광 형광체에 관한 것이며, 이는 (4－α－β－γ)MgO·αMgF2·βAMF2·(2/3)γANF3·(1-δ)GeO2:δMn4+의 기본 화학식을 갖는다. 상기 화학식에서, AM은 Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택된 원소 또는 이들의 혼합물이고, AN은 Sc, Y 및 La으로 이루어진 군으로부터 선택된 원소 또는 이들의 혼합물이고, α는 0<α≤1.5이고, β는 0≤α≤1.5이고, γ는 0≤γ≤1.5이고, δ는 0<δ≤0.2이고, α, β, γ는 α＋β＋γ≤2이며, 본 발명의 형광체는 휘도 등의 발광특성이 획기적으로 향상되고 특히 650 내지 670㎚ 파장 범위의 빛에 대한 휘도특성이 획기적으로 개선되는 장점이 있으며, 마그네슘, 저마늄 산화물과 2족 플루오르화 화합물의 비율을 조절하여 열적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 고휘도와 좁은 반치폭을 갖는 LED 조명 분야에 적합한 형광체를 합성할 수 있는 장점을 갖는다.
Description
본 발명은 망간활성제를 포함하는 비희토류계 적색형광체 및 이를 포함하는 발광소자에 관한 것으로, 열적 안정성 및 휘도 특성이 획기적으로 개선된 적색형광체에 관한 것이다.
발광 다이오드는 순방향으로 전압을 가하면 발광하는 반도체 소자이다. 발광 다이오드는 제조시 사용하는 재료에 따라 색을 다양하게 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 자외선, 가시광선 및 적외선 영역에서 발광할 수 있는 특징이 있다.
고휘도의 짙은 적색광 (deep red)을 발하는 적색 형광체는 발광다이오드 (Light Emitting Diode, LED)분야에서 고연색성과 NTSC 성능향상을 구현하기 위하여 그 중요성이 강조되고 있다.
적색계열의 빛을 내기 위하여, 일반적으로 S-CASN, SIALON 계열의 질화물 적색 형광체가 주로 적용되고 있으며, 하기 특허문헌 1 내지 3 등에는 K2SiF6:Mn4+, K2TiF6:Mn4+, K2GeF6:Mn4+ 구조를 갖는 6불화물 형광체들이 새로운 적색 형광체 후보로 제안되고 있다.
그러나, 상기 적색 형광체들은 합성시 고온-고압 수소 분위기를 요구하거나, 높은 독성을 가지는 불산 분위기 공정을 요구하므로 높은 생산 비용 및 공정의 까다로움을 수반하는 문제가 있다.
한편, 이러한 문제를 극복하기 위하여, 하기 특허문헌 4 및 특허문헌 5에서는 기본적으로 A1MgO·A2MgF2·A3GeO2:A4Mn4+ 구조를 가지며 짙은 적색광을 발휘하는 형광체를 개시하고 있으며, 하기 특허문헌 6에서는 A1MgO·A2MgF2·A3GeO2:A4Mn4+ 구조를 갖는 형광체를 녹색 또는 황색 발광하는 형광체와 조합하여 연색지수 (CRI), 광속 성능을 적절하게 구현할 수 있음을 개시하고 있다. 이와 같은 형광체는 LED 조명 등에 적용 가능한 열적 안정성을 가지고 있는 것으로 보고되고 있어, 발광 효율 개선을 통하여 상용화의 가능성이 있다.
그러나, 상기 특허문헌 4 및 5의 형광체의 경우, 휘도특성이 비교적 높지 못하며, 이에 따라 상기 특허문헌 4 및 5의 형광체에 포함되는 성분들의 최적 몰비를 조합하여, 휘도특성을 향상시켜야 하는 문제점이 있으며, 또한 상기 형광체를 기반으로 새로운 불화 물질을 치환하여 휘도특성을 더욱 개선할 필요성이 있다.
[관련 문헌]
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 열적 안정성 및 휘도 특성이 획기적으로 개선된 적색형광체 및 이를 이용한 발광소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 형광체는 망간활성제를 포함하는 비희토류계 형광체로서 적색 파장영역을 발광하며, 하기 화학식 1로 표시될 수 있고,
[화학식 1]
(4－α－β－γ)MgO·αMgF2·βAMF2·(2/3)γANF3·(1-δ)GeO2:δMn4+
상기 화학식 1에서,
AM은 Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택된 원소 또는 이들의 혼합물이고,
AN은 Sc, Y 및 La으로 이루어진 군으로부터 선택된 원소 또는 이들의 혼합물이고,
α는 0<α≤1.5이고, β는 0≤α≤1.5이고, γ는 0≤γ≤1.5이고, δ는 0<δ≤0.2이고, α, β, γ는 α＋β＋γ≤2이다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 형광체에 있어서, 상기 δ는 0.006≤δ≤0.014일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 형광체에 있어서, 상기 α는 0.5≤α≤1.5일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 형광체에 있어서, 상기 형광체는 400 내지 450㎚ 파장 범위의 빛을 흡수하여, 650 내지 670㎚ 파장 범위의 빛을 발산하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 형광체에 있어서, 상기 형광체는 대기분위기 또는 10 내지 50wt%의 산소를 포함하는 질소 분위기 하에서 소결을 통한 고상반응을 통하여 합성되며, 상기 소결은 1,000 내지 1,500℃의 온도를 3 내지 24시간동안 유지하면서 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 형광체에 있어서, 상기 형광체는 형광체의 휘도를 증가시키는 융제를 더욱 포함할 수 있으며, 상기 융제는 LiF, NaF, KF, NH4F, YF3, ScF3, 및 AlF3으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 발광소자는 발광파장이 600㎚ 내지 700㎚인 발광다이오드 칩; 상기 발광다이오드 칩을 지지하고 전기적으로 연결하는 기판; 상기 발광다이오드 칩을 몰딩하는 몰딩부재 및 상기 몰딩 부재에 분산되며, 상기 다양한 구현 예에 따른 형광체를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 형광체는 휘도 등의 발광특성이 획기적으로 향상되고 특히 650 내지 670㎚ 파장 범위의 빛에 대한 휘도특성이 획기적으로 개선되는 장점이 있으며, 마그네슘, 저마늄 산화물과 2족 플루오르화 화합물의 비율을 조절하여 열적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 고휘도와 좁은 반치폭을 갖는 LED 조명 분야에 적합한 형광체를 합성할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 형광체 분말의 전계주사현미경(SEM)사진이다.
도 2는 본 발명 및 비교예에 따른 형광체 분말의 발광 스펙트럼 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명 및 비교예에 따른 형광체 분말의 발광 스펙트럼 데이터를 나타내는 그래프이다.
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 망간활성제를 포함하는 비희토류계 적색형광체 및 이를 포함하는 발광소자에 관한 것으로, 열적 안정성 및 휘도 특성이 획기적으로 개선된 적색형광체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 형광체는 하기 화학식 1의 구조를 갖는다.
[화학식 1]
(4－α－β－γ)MgO·αMgF2·βAMF2·(2/3)γANF3·(1-δ)GeO2:δMn4+
한편, 상기 화학식 1에서, AM은 Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 2족 원소 또는 이들의 혼합물이고, AN은 Sc, Y 및 La으로 이루어진 군으로부터 선택된 3족 원소 또는 이들의 혼합물이다.
상기 화학식 1에서, MgO는 통상적인 대기 분위기 혹은 10~50wt% 산소를 포함하는 질소 분위기 하에서 같은 몰 수의 Mg, MgCO3, 및 (MgCO3)4·MgOH·5H2O로 대체될 수 있다.
상기 화학식 1에서, 상기 MgF2는 통상적인 대기 분위기 혹은 10~50wt% 산소를 포함하는 질소 분위기 하에서 같은 몰 수의 MgCl2 또는 MgBr2 원소로 대체될 수 있다.
상기 화학식 1에서, 상기 MnO2는 통상적인 대기 분위기 혹은 10 내지 50wt% 산소를 포함하는 질소 분위기 하에서 같은 몰 수의 MnO2, MnOH, MnCO3 또는 K2MnF6 원소로 대체 될 수 있으며, 바람직하게는 MnCO3 또는 K2MnF6로 대체될 수 있다.
한편, 상기 화학식 1에서 α는 0<α≤1.5이고, β는 0≤α≤1.5이고, γ는 0≤γ≤1.5이고, δ는 0<δ≤0.2이며, α, β, γ는 α＋β＋γ≤2이다.
한편, 바람직하게는 상기 δ는 0.006≤δ≤0.014일 수 있다.
한편, 바람직하게는 상기 α는 0.5≤α≤1.5일 수 있다.
본 발명에 따른 형광체 400 내지 450㎚ 파장 범위의 빛을 흡수하여 650 내지 670㎚ 파장 범위의 짙은 적색 (deep red) 광을 매우 효율적으로 발산할 수 있는 특징이 있다.
한편, 본 발명에 따른 형광체는 형광체의 휘도를 증가시키기 위하여 융제를 더욱 포함할 수 있으며, 상기 융제는 LiF, NaF, KF, NH4F, YF3, ScF3 및 AlF3으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 형광체를 제조하는 구체적인 방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 형광체는 대기분위기 또는 10 내지 50wt%의 산소를 포함하는 질소 분위기 하에서 소결을 통한 고상반응을 통하여 합성될 수 있으며, 상기 소결은 1,000 내지 1,500℃의 온도를 3 내지 24시간동안 유지하면서 수행될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 형광체를 제조하기 위한 소결공정은 1 내지 3회 반복수행될 수 있다.
상기 소결공정을 거친 고체 결과물은 분쇄 및 거름체를 이용한 물리적 분급을 통하여 수 내지 수십 마이크로미터의 직경을 갖는 입자로 분말화 될 수 있으며, 이와 같이 분말화된 형광체를 이용하여 다양한 발광소자를 제조하는 것이 가능하다.
더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 형광체는 원료를 혼합하여 도가니에 적하 후 고상 반응을 통하여 합성된다. 원료의 비표면적을 증가시켜 원료 입자 간 접촉을 증가시켜 고상 반응을 통한 형광체 결정화를 원할히 하기 위하여, 각 원료는 물리적 분쇄를 통하여 입경을 감소시킬 수 있다.
이때, 주로 밀링(milling) 공정을 사용하며 습식 밀링, 건식 밀링, 제트 밀 밀링 등을 사용할 수 있고, 특히, 습식 밀링을 통하여 원료의 혼합과 분쇄를 동시에 수행하는 것이 바람직하다.
습식 밀링의 용매로는 아세톤, 에탄올, 이소프로판올, 탈 이온수 등이 적합하며, 특히 분쇄 후 건조 공정에서 용매의 제거를 수월히 하기 위해 알코올계 용매를 사용하는 것이 바람직하다.
습식 밀링에 투입할 볼의 재질은 원료의 경도를 고려하여 지르코니아 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
혼합된 원료는 알루미나, BN, 석영 재질의 도가니에 적층되어 통상적인 대기 분위기 혹은 10~50wt% 산소를 포함하는 질소, 네온, 아르곤, 크세논 혹은 그 혼합 분위기의 불활성 기체 하에서 소결되는 것이 바람직하다.
특히, 질소 혹은 아르곤을 사용하는 것이 바람직하며, 불활성 기체를 사용하는 이유는 망간 원소의 환원을 방지하고, 부반응을 최소화 하기 위함이다.
도가니 또한 알루미나 재질을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
원료의 소결 온도는 1,000 내지 1,500℃가 적합하며, 특히 1,000 내지 1,200℃의 온도범위에서 소결하는 것이 바람직하다.
소결 온도가 충분히 높지 않을 경우, 형광체의 발광 특성이 감소하며, 소결 온도가 높을 경우, 부반응 및 결정의 강한 수축이 발생하여 분쇄가 어려워지고 휘도가 감소하게 된다.
반응 온도는 3 내지 24시간 동안 유지될 수 있으며, 특히, 5 내지 12시간을 유지하는 것이 바람직하다.
원료의 소결 시 형광체의 휘도를 증가시키기 위하여 불화염 계열의 융제 예를 들어, LiF, NaF, KF, NH4F, YF3, ScF3 및 AlF3를 단일 혹은 혼합으로 첨가 할 수 있으며, 특히 NH4F, ScF3, AlF3 를 사용하는 것이 바람직하다. 융제의 첨가량은 0~10wt% 가 바람직하며, 특히 3~5wt%가 바람직하다. 융제를 과하게 첨가할 경우, 결정의 과도한 수축이나 부반응을 발생시켜 휘도를 감소시킬 수 있다.
목표온도 조건 하 소결 이후, 합성된 형광체 결정은 물리적 분쇄 및 해리를 통하여 수득한다. 분쇄 시 발생하는 미세입자와 표면 미 반응물을 제거하여 휘도 및 광 특성을 개선하기 위하여, 에탄올, 물, 아세톤 용매 하 혹은 그 혼합 조건 하 에서 초음파 처리를 통한 분급 및 표면 세척을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 공정을 통하여 얻어진 형광체는 휘도를 증가시키기 위하여 통상적인 대기 분위기 혹은 10~50wt% 산소를 포함하는 질소 분위기 하에서 500 내지 1,500℃의 온도범위 조건에서 3 내지 24 시간동안 온도를 유지하는 산화 반응을 포함 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 형광체를 이용하여 다양한 발광소자를 제조하는 것이 가능하며, 이와 같은 발광소자는 발광파장이 약 600㎚ 내지 700㎚인 발광다이오드 칩, 상기 발광다이오드 칩을 지지하고 전기적으로 연결하는 기판, 상기 발광다이오드 칩을 몰딩하는 몰딩부재 및 전술한 바와 같은 본 발명의 다양한 구현 에에 따른 형광체를 포함할 수 있으며, 상기 형광체는 상기 몰딩부재에 분산되어 위치할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 형광체의 구체적인 실시예 및 본 발명의 효과를 명확하게 비교확인할 수 있는 다양한 비교예를 살펴보기로 한다.
한편, 본 발명에 따른 형광체의 특성은 발광세기 (photoluminescence (PL) intensity) 측정, 입자크기분석 (Particle size analysis (PSA)) 및 전계주사현미경 (SEM) 측정의 3가지 방법으로 이루어졌으며, 상기 발광세기측정은 Hitachi사의 F-7000 장비를 사용하여 420nm 파장에서의 여기를 통하여 발광 휘도를 측정하였으며, 후술하는 실시예 1의 형광체를 기준 값으로 삼았다. 한편, 입자크기분석 측정장비를 사용하여 D (volume) 50값을 측정함으로써 수행하였고, 전계주사현미경은 Geol사의 제품을 사용하였다.
실시예 1
3.5MgO·0.5MgF2·0.99GeO2·0.01Mn4+ 몰비 조성 구조를 가지도록 20.0326g의 MgO, 4.4235g의 MgF2, 14.7015g의 GeO2, 0.1632g의 MnCO3를 정량하였다. 정량 된 원료들은 지르코니아 볼과 이소프로판올 용매를 사용하여 [원료:Ball:용매 = 1:2:2] 비율로 250rpm으로, 3시간 동안 볼밀믹싱 (Ball mill mixing)을 진행하였다. 혼합이 끝난 원료 슬러리는 80도에서 1시간 건조 후 회수하여 알루미나 도가니에 적층 하였다. 이후 알루미나 튜브 전기로에서 대기 분위기를 유지하며 약 1,200℃에서 약 8시간동안 열처리를 진행하였다. 반응이 끝난 후 분쇄를 진행하였고 증류수 세척 및 거름체를 통한 분급 후 38.7113g의 형광체 분말을 얻었다.
실험예 1 내지 7
실험예 1 내지 7은 GeO2와 Mn4+의 몰비율을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 반응을 진행하였다. 세부적인 변화 내용과 PL, PSA 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | GeO2 (mol) | Mn4+ (mol) | PL (%) | Dv50(㎛) |
| 실시예 1 | 0.990 | 0.01 | 100 | 23.01 |
| 실험예 1 | 0.998 | 0.002 | 79 | 23.29 |
| 실험예 2 | 0.996 | 0.004 | 84 | 22.59 |
| 실험예 3 | 0.994 | 0.006 | 95 | 23.14 |
| 실험예 4 | 0.992 | 0.008 | 99 | 23.09 |
| 실험예 5 | 0.988 | 0.012 | 98 | 22.87 |
| 실험예 6 | 0.996 | 0.014 | 95 | 22.54 |
| 실험예 7 | 0.994 | 0.016 | 86 | 22.18 |
상기 표 1의 결과를 살펴보면, Mn4+ 활성제의 함량에 따른 발광 휘도는 0.006 내지 0.014몰 구간에서 높음을 알 수 있다. 특히, 0.01몰일 경우 발광 휘도가 가장 우수함을 확인할 수 있다.
실험예 8 내지 15
실험예 8 내지 15는 MgO와 MgF2의 몰비율을 제외하고, 실시예1과 동일하게 반응을 진행하였다. 세부적인 변화 내용과 PL, PSA 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | MgO (mol) | MgF2 (mol) | PL (%) | Dv50(㎛) |
| 실시예 1 | 3.5 | 0.5 | 100 | 23.01 |
| 실험예 8 | 3.9 | 0.1 | 65 | 23.09 |
| 실험예 9 | 3.7 | 0.3 | 96 | 22.08 |
| 실험예 10 | 3.3 | 0.7 | 102 | 23.19 |
| 실험예 11 | 3.1 | 0.9 | 103 | 22.75 |
| 실험예 12 | 2.9 | 1.1 | 106 | 23.35 |
| 실험예 13 | 2.7 | 1.3 | 115 | 24.87 |
| 실험예 14 | 2.5 | 1.5 | 112 | 25.14 |
상기 표 2의 결과를 살펴보면, 구조 내 불소 원소의 몰 비율이 산소 원소 대비하여 증가할 경우 발광 휘도가 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 MgF2 원소의 몰 비율이 0.5몰 내지 1.5몰일 때 발광휘도가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있다.
실시예 2
2.7MgO·1.1MgF2·0.2SrF2·0.99GeO2·0.01Mn4+ 몰비 조성 구조를 가지도록 15.4537g의 MgO, 9.7317g의 MgF2, 1.7836g의 SrF2, 14.7015g의 GeO2, 0.1632g의 MnCO3 를 정량 하였다. 정량 된 원료들은 지르코니아 볼과 이소프로판올 용매를 사용하여 [원료:Ball:용매 = 1:2:2] 비율로 250rpm으로, 3시간 동안 볼밀믹싱 (Ball mill mixing)을 진행하였다. 혼합이 끝난 원료 슬러리는 약 80℃에서 약 1시간동안 건조한 후 회수하여 알루미나 도가니에 적층하였다. 이후 알루미나 튜브 전기로에서 대기 분위기를 유지하며 1,200℃에서 8시간동안 열처리를 진행하였다. 반응이 끝난 후 분쇄를 진행하였고 증류수 세척 및 거름체를 통한 분급 후 37.6250g의 형광체 분말을 얻었다.
실험예 15 내지 28
실험예 15 내지 28은 MgF2와 SrF2 및 αMgF2 및 (2/3)γANF3 원소의 몰 비율을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 반응을 진행하였다. 세부적인 변화 내용과 PL, PSA 결과를 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다.
| 구분 | MgF2 (mol) | SrF2 (mol) | BaF2 (mol) | (2/3)ScF3 (mol) | PL (%) | Dv50(㎛) | |
| 실시예 2 | 1.1 | 0.2 | 124 | 24.09 | |||
| 실험예 15 | 0.8 | 0.5 | 123 | 25.11 | |||
| 실험예 16 | 0.6 | 0.7 | 89 | 26.00 | |||
| 실험예 17 | 1.1 | 0.2 | 101 | 25.13 | |||
| 실험예 18 | 0.8 | 0.5 | 76 | 25.19 | |||
| 실험예 19 | 1.1 | 0.2 | 126 | 23.01 | |||
| 실험예 20 | 0.8 | 0.5 | 108 | 25.44 | |||
| 실험예 21 | 0.9 | 0.2 | 0.2 | 138 | 25.59 | ||
| 구분 | MgF2 (mol) | SrF2 (mol) | BaF2 (mol) | (2/3)ScF3 (mol) | PL (%) | Dv50(㎛) |
| 실시예 2 | 1.1 | 0.2 | 124 | 24.09 | ||
| 실험예 22 | 1.1 | 0.2 | 106 | 24.19 | ||
| 실험예 23 | 0.8 | 0.5 | 88 | 25.47 | ||
| 실험예 24 | 1.1 | 0.2 | 105 | 26.10 | ||
| 실험예 25 | 0.8 | 0.5 | 104 | 25.78 | ||
| 실험예 26 | 0.9 | 0.5 | 105 | 25.79 | ||
| 실험예 27 | 0.9 | 0.2 | 0.2 | 110 | 23.67 | |
| 실험예 28 | 0.9 | 0.2 | 114 | 26.66 |
상기 표 3 및 표 4의 결과를 살펴보면, MgF2를 [화학식 1]에 따른 AMF2 및 ANF3에 해당하는 원소로 치환하는 경우, 원자반경이 작은 금속원자를 포함하는 원소로 치환하는 것이 발광휘도 측면에서 특히 유리한 것을 확인할 수 있다.
또한, 이와 같이 치환되는 원소는 하나 이상의 조합이 될 수도 있다.
실험예 29 내지 31
실험예 29 내지 31은 각각 실시예 1, 실시예 2, 및 실험예 21의 조건에서 NH4F 융제를 3wt%씩 첨가하여 제조하였다. 세부적인 변화 내용과 PL, PSA 결과를 표 5에 나타내었다.
| 구분 | 기본 제조조건 | NH4F 융제 첨가량 | PL (%) | Dv50(㎛) |
| 실험예 29 | 실시예 1 | 3wt% | 107 | 22.81 |
| 실험예 30 | 실시예 2 | 3wt% | 129 | 24.12 |
| 실험예 31 | 실험예 21 | 3wt% | 141 | 24.77 |
상기 표 5의 결과를 살펴보면, 불화물 융제를 더욱 첨가하는 경우 휘도가 증가함을 확인할 수 있다.
실험예 32 내지 34
실험예 32 내지 34는 각각 실험예 29, 실험예 30, 및 실험예 31에서 얻어진 형광체 분말을 5g씩 정량하여 알루미나 도가니에 적층하고 알루미나 튜브 전기로에서 대기 분위기를 유지하며 약 1,000℃에서 약 8시간동안 열처리를 수행함으로써 진행하였다. 세부적인 변화 내용과 PL, PSA 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
| 구분 | 기본 제조조건 | 열처리 온도/반응시간 | PL (%) | Dv50(㎛) |
| 실험예 32 | 실험예 29 | 1,000℃/8시간 | 114 | 23.89 |
| 실험예 33 | 실시예 30 | 1,000℃/8시간 | 131 | 25.91 |
| 실험예 34 | 실험예 31 | 1,000℃/8시간 | 103 | 25.16 |
상기 표 6의 결과를 살펴보면, 추가적인 열처리를 통하여 휘도를 상승시킬 수 있으며, 특히 주의할 점은 치환된 원소가 많은 실험예 34의 경우, 추가 열처리에 따른 부반응이 발생하여 휘도 감소가 유발될 수 있다.
도 1에는 실시예 1 및 실험예 31의 형광체 분말의 전계주사현미경 (SEM) 측정사진을 나타내었다.
도 1의 사진을 살펴보면, 본 발명에 따른 실시예 1 및 실험예 31의 경우 약 10 내지 30㎛ 크기의 형광체 입자들이 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 2는 실시예 2 및 실험예 31의 휘도 스펙트럼 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 2에 나타난 휘도 스펙트럼을 통하여 본 발명에 따른 형광체가 UV영역에서 흡수 파장을 가지고, 600 내지 700nm 파장범위에서 적색 발광하는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, LED 설계에 있어 적용 가능한 짙은 적색 (Deep red) 발광이 가능한 형광체가 합성 됨을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 형광체와 같이 구조적 치환 및 융제 첨가, 재열처리 공정을 통하여 획기적인 휘도 상승효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
Claims (7)
- 하기 화학식 1로 표시되며,
[화학식 1]
(4－α－β－γ)MgO·αMgF2·βAMF2·(2/3)γANF3·(1-δ)GeO2:δMn4+
상기 화학식 1에서,
AM은 Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택된 원소 또는 이들의 혼합물이고,
AN은 Sc, Y 및 La으로 이루어진 군으로부터 선택된 원소 또는 이들의 혼합물이고,
α는 0<α≤1.5이고,
β는 0≤α≤1.5이고,
γ는 0≤γ≤1.5이고,
δ는 0<δ≤0.2이고,
α, β, γ는 α＋β＋γ≤2인
망간활성제를 포함하는 비희토류계 적색발광 형광체. - 청구항 1에 있어서,
상기 δ는 0.006≤δ≤0.014인
망간활성제를 포함하는 비희토류계 적색발광 형광체. - 청구항 1에 있어서,
상기 α는 0.5≤α≤1.5인
망간활성제를 포함하는 비희토류계 적색발광 형광체. - 청구항 1에 있어서,
상기 형광체는 400 내지 450㎚ 파장 범위의 빛을 흡수하여, 650 내지 670㎚ 파장 범위의 빛을 발산하는 망간활성제를 포함하는 비희토류계 적색발광 형광체. - 청구항 1에 있어서,
상기 형광체는 대기분위기 또는 10 내지 50wt%의 산소를 포함하는 질소 분위기 하에서 소결을 통한 고상반응을 통하여 합성되며, 상기 소결은 1,000 내지 1,500℃의 온도를 3 내지 24시간동안 유지하면서 수행되는 것인 망간활성제를 포함하는 비희토류계 적색발광 형광체. - 청구항 1에 있어서,
형광체의 휘도를 증가시키는 융제를 더욱 포함하며,
상기 융제는 LiF, NaF, KF, NH4F, YF3, ScF3, 및 AlF3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 망간활성제를 포함하는 비희토류계 적색발광 형광체. - 발광파장이 600㎚ 내지 700㎚인 발광다이오드 칩;
상기 발광다이오드 칩을 지지하고 전기적으로 연결하는 기판;
상기 발광다이오드 칩을 몰딩하는 몰딩부재; 및
상기 몰딩 부재에 분산되며, 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 따른 형광체;를 포함하는 발광소자.
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|---|---|---|---|
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