KR20180107721A - 질화물 발광재료 및 이를 포함한 발광장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화물 발광재료 및 이를 포함한 발광장치를 제공한다. 상기 발광재료는 화학식이 MmAbXyDz인 무기화합물을 포함하고, 여기서, M은 Ce와 La, Lu, Gd 및 Y 중의 1종 또는 2종 이상의 조합이고 A는 Si와 Ge 중의 1종 또는 2종이고, X는 N 또는 N과 O이고, D는 Pr, Nd, Er, Tm, Yb, Ho 중의 1종 또는 2종 이상의 조합이고, 2≤m≤4이고, 5≤b≤7이고, 10.5≤y≤11.5이고, 0＜z≤0.5이다. 본 발명의 질화물 발광재료는 근적외선 구역에서 방출 효율이 높고 이상적인 근적외선 발광재료이며 상기 발광재료를 포함한 발광장치는 조명 및 디스플레이 시스템, 광섬유통신, 레이저 시스템, 생물분석 감지시스템 및 생물 이미징 시스템 등 분야에서 광범위하게 적용될 수 있다.
Description
본 발명은 발광재료 분야에 속하며 구체적으로 질화물 발광재료 및 이를 포함한 발광장치에 관한 것이다.
최근에 들어서, 근적외선 재료가 플라즈마 디스플레이, 무수은 형광램프 튜브, 광섬유 통신, 레이저 시스템, 생물분석 센서 및 생물 이미징등 면에서의 활용가치가 점차 돌출해지고 있으며 특히, 희토류 근적외선 발광 재료가 이미 신흥 형광표기 재료로 발전하였고 유기 염료 및 양자점을 대체하여 생물분석 및 의학 이미징에 적용할 것으로 보이며 근적외선 재료에 대한 연구는 점차 국내외에서 주목하는 관심분야가 되었다. Pr, Nd, Sm, Er, Tm, Yb를 단독으로 도핑하는 전형적이고 전통적인 근적외선 발광재료는 비록 넓은 스토우크스 이동 등 장점이 있으나 f-f 금지전이(forbidden transition)로 그 양자의 효율이 낮아 방출 강도가 원하는 요구에 도달할 수 없어 응용이 제한적이다.
2008년에 일본 물질 재료 연구소 및 미쯔비시 화학에서 공동으로 신형 질화물 발광재료 CexMIII 3 - xMIV yX- III z（JP2008088362A, JP2010070773A）를 공개하였다. 이러한 질화물은 300~530nm 정도의 빛에 의해 여기되어 노랑색 빛을 얻을 수 있으며 그 열안정성이 높은 편이다. 또한 300~450nm의 자외선 빛에 의해 여기될 수 있으며 응용 전망이 넓은 신형 발광재료에 속한다.
한편, JinDeng Chen 등 사람이 바나듐산염에 희토류 활성제 이온을 첨가하여 근적외선 발광재료를 제조하는 과정을 보도하였다（WeiXian Tao, Shan Huang, YongHu Chen. Energy transfer mechanisms in Yb3 + doped YVO4 near-infrared downconversion phosphor. Journal of Applied Physics. 10(2010):344.）. 그리고 WeiXian Tao 등 사람은 공진 에너지의 전달을 통해 붕산염을 기질로 하는 근적외선 발광재료를 개선하여 양자효율 및 밝기를 향상시킨다는 내용을 보도하였다（JinDeng , HaiGuo, ZhengQuan Li. Near-infrared quantum cutting in Ce3 +, Yb3 + co-doped YBO3 phosphorsby cooperative energy transfer[J]. Optical Materials. 32(2010): 998-1001.）. 이는 적외선 발광재료의 연구에 아주 큰 계시적 의미를 가지고 있다.
하지만, 현재의 근적외선 발광재료가 공동으로 직면한 문제는 재료의 발광효율이 낮은 것이다.
상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 한 목적은 발광효율이 높은 질화물 발광재료를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명이 사용한 기술방안은 다음과 같다.
화학식이 아래 식[I]인 무기화합물을 포함하는 질화물 발광재료를 제공한다.
MmAbXyDz … [I]
여기서,
M은 Ce와 La, Lu, Gd 및 Y 중의 1종 또는 2종 이상의 조합이고, Ce는 반드시 함유해야 하고, A는 Si와 Ge 중의 1종 또는 2종이고,
X는 N 또는 N과 O이고,
D는 Pr, Nd, Er, Tm, Yb, Ho 중의 1종 또는 2종 이상의 조합이고,
또한
2≤m≤4이고, 예를 들면, 2.3, 2.7, 2.9, 3.2, 3.4, 3.8 등이고
5≤b≤7이고, 예를 들면, 5.3, 5.7, 5.9, 6.1, 6.3, 6.4, 6.8 등이고，
10.5≤y≤11.5이고, 예를 들면, 10.7, 11, 11.2, 11.4 등이고
0＜z≤0.5이고, 예를 들면, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 등이다.
바람직하게는 M 중 Ce의 몰수와 M의 총 몰수의 비 n은 0＜n≤0.2를 만족하고;
예를 들면, 0.02, 0.06, 0.1, 0.14, 0.17, 0.19 등이다.
바람직하게는 0.005≤n≤0.15, 5.5≤b≤6.5, 0.01≤z≤0.3, 2.8≤m+z≤3.2이고； 상기 조건을 만족하는 발광재료는 근적외선 영역에서 더욱 높은 방출효과가 있다.
바람직하게는 X는 N이다.
바람직하게는 M은 La를 포함한다.
바람직하게는 상기 발광재료는 La3Si6N11와 동일한 결정 구조를 가진다.
바람직하게는 상기 발광재료가 방출한 적외선의 파장이 780~2500 nm이다.
바람직하게는 M이 La와 Ce이고, D가 Er일 경우, 메인 방출 피크의 피크 값의 파장이 1500~1575 nm이다.
바람직하게는 M이 La와 Ce이고, D가 Nd일 경우, 메인 방출 피크의 피크 값의 파장이 1050~1100 nm이다.
바람직하게는 M이 La와 Ce이고, D가 Tm일 경우, 메인 방출 피크의 피크 값의 파장이 1950~2050 nm이다.
바람직하게는 M이 La와 Ce이고, D가 Yb일 경우, 메인 방출 피크의 피크 값의 파장이 950~1050 nm이다.
바람직하게는 M이 La와 Ce이고, D가 Ho일 경우, 메인 방출 피크의 피크 값의 파장이 1950~2050 nm이다.
바람직하게는 상기 발광재료는 분체, 세라믹 또는 결정 중의 1종 또는 2종 이상의 조합일 수 있다.
본 발명의 다른 한 목적은, 복사원 및 본 발명의 상기 발광재료를 포함하는 발광장치를 제공하는 것이다.
바람직하게는 상기 발광장치는 레이저 장치이다.
바람직하게는 상기 복사원은 레이저 광원 또는 반도체 광원이다.
본 발명은 La：Si：Ce의 비율을 조절하여 Pr, Nd, Er, Tm, Yb, Ho를 발광중심으로 하는 (La, Ce)Si6N11 결정 구조를 형성할 수 있다. 이는 활성제 중심이 Ce이온의 감작작용 및 Si-N 사면체 필드의 작용하에 더욱 높은 천이 에너지(transition energy)를 얻을 수 있게 함으로써, 고효율의 방출이 가능하다. 또한 La3Si6N11결정 구조를 기질로 할 경우, 고온에 안정적인 발광재료를 제조할 수 있으므로 고에너지 밀도에서 여기하는 장치에 사용하기 적합하다.
본 출원의 일부를 구성하는 첨부도면은 본 발명을 더 잘 이해하도록 도우며, 본 발명의 개략적인 실시예 및 설명은 본 발명을 해석하기 위한 것으로 본 발명에 대한 한정이 아니다.
첨부도면에서,
도 1은 견본의 XRD 회절피크(diffraction peak)와 La3Si6N11표준카드를 비교한 도면이다.
도 2는 Nd만 단독으로 도핑하는 경우 및 Ce와 Nd를 함께 도핑하는 경우에 발광재료가 460 nm 광여기하에서의 적외선 방출 스펙트럼이다.
도 3은 Er만 단독으로 도핑하는 경우 및 Ce와 Er를 함께 도핑하는 경우에 발광재료가 460 nm 광여기하에서의 적외선 방출 스펙트럼이다.
첨부도면에서,
도 1은 견본의 XRD 회절피크(diffraction peak)와 La3Si6N11표준카드를 비교한 도면이다.
도 2는 Nd만 단독으로 도핑하는 경우 및 Ce와 Nd를 함께 도핑하는 경우에 발광재료가 460 nm 광여기하에서의 적외선 방출 스펙트럼이다.
도 3은 Er만 단독으로 도핑하는 경우 및 Ce와 Er를 함께 도핑하는 경우에 발광재료가 460 nm 광여기하에서의 적외선 방출 스펙트럼이다.
이해를 돕기 위하여 본 발명은 아래 실시예를 예로 들어 설명한다. 본 기술분야의 당업자는 상기 실시예가 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이고 본 발명에 대한 구체적인 한정으로 간주해서는 안된다는 것을 이해해야 한다.
질화물 발광재료는, 무기화합물을 포함하고, 상기 무기화학물의 화학식은MmAbXyDz이다. M원소는 La, Ce, Lu, Gd 및 Y 중의 1종 또는 2종 이상의 조합이며 그 중에 Ce를 꼭 포함한다. A원소는 Si 및 Ge 중의 1종 또는 2종이며, X원소는 N이거나 N과 O이며, D원소는 Pr, Nd, Er, Tm, Yb, Ho 중의 1종 또는 2종 이상의 조합이며
2≤m≤4,
5≤b≤7,
10.5≤y≤11.5,
0＜z≤0.5이다.
배경기술에서 설명한 바와 같이, Pr, Nd, Sm, Er, Tm, Yb를 단독으로 도핑하는 전형적이고 전통적인 근적외선 발광재료의 양자 효율이 낮으므로 응용이 제한적이다. 이를 극복하는 효과적인 방법으로, 상기 근적외선 발광재료에 Ce3 + 등 광대역 방출 희토류 원소를 함께 도핑하여 Ce3 +와 Pr, Nd, Sm, Er, Tm, Yb사이의 공진 에너지 전달을 통해 양자효율 및 방출 강도를 향상시킬 수 있다. 본 발명의 기술방안을 응용하여, La:Si:Ce 및 활성제 이온의 비율을 조절하여 Pr, Nd, Sm, Er, Tm, Yb를 발광주심으로 하는 (La, Ce)Si6N11 결정 구조를 형성할 수 있어 활성제 중심이 3가 희토류 이온 및 Si-N 사면체 필드의 작용하에서 더욱 높은 transition energy를 얻을 수 있게 함으로써 현재 질화물 적외선 발광재료의 광효율이 낮은 문제를 해결할 수 있어 광효율이 높은 방출을 얻게 된다. 또한 La3Si6N11 결정 구조를 기질로 하므로 고열에 안정적인 발광재료를 제조 가능하므로 고에너지 밀도에서 여기하는 장치에 사용하기 적합하다.
본 발명의 상기 질화물 발광재료에서, 그 결정 구조는 M-A 다면체로 이루어지며 M과 A-N 사면체를 앵글-앵글 또는 변-변을 결합하여 서로 다른 구조의 발광재료를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 질화물 발광재료가 La3Si6N11와 동일한 결정 구조를 갖고 기타 불순물상(impurity phase)이 유입되지 않게 하기 위하여, 본 발명의 질화물 발광재료에서, M원소가 3가 희토류 원소 La, Ce, Lu, Y, Gd 중의 1종 또는 2종일 경우, 발광재료의 결정격자가 엄격하게 성장하는 것을 보장할 수 있어 높은 안정성을 갖는 발광재료를 얻을 수 있으나, 상기 원소의 유입량이 적절해야 한다. m＜2일 때, 배소과정에 원소의 배합비율이 다르면 순상을 생성할 수 없으므로 발광재료의 성능이 나쁘게 된다. m＞4일 경우, 원료가 지나치게 많아 남을 경우 역시 발광재료의 순상 형성에 영향을 미치게 되고, 발광재료의 온도특성도 나빠지게 된다. 바람직하게는 2.8≤m+z≤3.2일 때, 불순물상이 가능한 적거나 심지어 존재하지 않도록 제어가 가능하므로 질화물 발광재료의 결정 구조가 더욱 순수하여 발광재료에 더 우수한 발광 성능을 부여하게 된다.
X가 N원소일 때, 선택한 원소가 합성한 발광재료는 La3Si6N11와 동일한 결정 구조를 갖게 된다. y＜10.5 또는 y＞11.5인 조건이 되면, 원소 배합비율이 상이하여 결정 내부의 원자가 결합이 불평형하여 구조의 불안정성을 초래함으로써 이상적인 발광재료를 쉽게 얻을 수 없다.
본 발명의 상기 질화물 발광재료에서, Pr, Nd, Er, Tm, Yb, Ho가 활성제 이온으로 사용할 경우, 여러 차례의 실험을 거쳐, 활성제 농도의 범위가 0＜z≤0.5일 때, 효과가 가장 우수하다는 것을 발견했다. z함량이 0.5보다 클 경우, 한편으로 결정 격자에 진입한 후 이온 반경이 서로 맞지 않아 구조의 불안정성을 증대시키고 심지어 불순물상을 생성하게 되고, 다른 한 편으로, 지나치게 많은 z이온이 이온 사이의 거리가 너무 작아 농도 소광 효과가 발생하며 z가 증가하면 발광 휘도가 도리어 낮아진다. 0.01＜z≤0.3인 것이 더욱 바람직하며, 구조의 안정성을 고려할 경우 2.8≤m+z≤3.2인 것이 바람직하다.
상기 종류의 원소 및 그 용량을 사용할 경우 형성된 상기 질화물 발광재료는 발광 강도가 높고 안정성이 우수한 유익한 효과를 갖게 된다. 더욱 높은 발광 강도를 얻기 위하여, 본 발명의 일 바람직한 실시예에서, M은 적어도 원소 La와 Ce를 포함하고, 원소Ce의 몰수와 M원소 중의 총 몰수의 비는 0.2보다 크지 않으며 상기 질화물 발광재료가 La3Si6N11와 동일한 결정 구조를 갖도록 한다. La와 Ce의 몰수를 상기 범위로 제한하면 Ce와 활성제 이온 사이에 에너지 전달이 일어나게 되어 Ce가 흡수한 에너지는 활성제 이온에 전달할 수 있으므로, 활성제의 발광 강도가 더욱 높게 된다. 더 나아가, 원소Ce의 몰수와 M원소 중 총 몰수의 비가 0.005~0.15사이에 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 질화물 발광재료는, 선택한 구체적인 원소의 종류 및 용량배합비율에 따라 그 레이저 파장의 피크 값 위치 및 방출 파장의 피크 값의 파장이 상이하다.
본 발명의 질화물 발광재료의 제조방법은 본 기술분야에서 이미 알려진 방법을 사용할 수 있는데, 만약 고온 고상법으로 제조할 경우, 본 발명의 일 바람직한 실시예에서, 상기 질화물 발광재료를 합성하는 일반식에 필요한 각 원소의 원료 및 그 비율에 따라 균일하게 혼합할 경우, 각 원소의 원료는 각종 금속 및 비금속 원소의 단체(單體) 또는 화합물을 사용하는 것이 바람직하며 그 중 화합물은 질화물인 것이 바람직하다. 그런 다음 하소를 진행하는데, 하소환경은 질소, 수소 또는 CO 가스가 보호하는 고압 또는 상압 노체(爐體)에서 진행하여, 저 산소 환경을 보장하는 것이 바람직하다. 하소한 후, 1600℃에서 20min~24h 동안 유지한다. 만약 해당 온도에서 유지하는 시간이 너무 짧으면 반응이 충분히 이루어지지 않으며 시간이 너무 길면 결정립의 이상성장(abnormal grain growth)을 초래하게 된다. 더욱 바람직하게는 온도 유지 시간이 6~15h이다. 마지막으로 노 내부의 온도를 100℃ 이하로 낮춘 후 꺼내어 분체에 대해 연마, 산세척, 체질 및 건조 등 후처리과정을 진행한다.
본 발명은 발광장치를 더 제공한다. 상기 발광장치는 복사원 및 본 발명의 상기 발광재료를 포함한다. 발광재료는 상기 임의의 질화물 발광재료이며, 여기서 복사원은 진공 자외선 이미터(emitter), 자외선 이미터, 자색광 이미터 또는 청색광 이미터 등 레이저 광원 또는 자외선 LED, 자색광 LED, 청색광 LED 등과 같은 반도체 광원을 포함하지만, 이에 한정하지 않는다.
아래 구체적인 실시예를 결부하여 본 발명의 유익한 효과를 추가 설명한다.
실시예1
(La2.93, Ce0.04)Si6N11:Nd0 .03 화학계량비에 따라 취한 LaN, CeN, Si3N4, NdN 분말을 모르타프에서 균일하게 혼합하고 1600℃의 환원성 분위기에서 3시간 동안 유지한 후, 얻은 제품을 파쇄, 물세척을 통한 불순물 제거, 체질, 건조하여 산물을 얻는다. 그 XRD스펙트럼은 도 1과 같으며, 적외선 방출 스펙트럼은 도 2와 같다.
도 1에서 알 수 있듯이, 상기 발광재료와 La3Si6N11는 동일한 결정 구조를 가진다. 그 적외선 방출 스펙트럼은 도 2와 같다.
비교예1
La2 . 97Si6N11Nd0 .03 화학계량비에 따라 취한 LaN, CeN, Si3N4, NdN 분말을 모르타프에서 균일하게 혼합하고 1600℃의 환원성 분위기에서 3시간 동안 유지한 후, 얻은 제품을 파쇄, 물세척을 통한 불순물 제거, 체질, 건조하여 산물을 얻는다. 그 적외선 방출 스펙트럼은 도 2와 같다.
도 2의 실시예1과 비교예1을 통해 제작된 스펙트럼 및 발광 강도를 비교하여 알 수 있듯이, 비교를 통해 상기 실시예1은 다음과 같은 기술효과를 달성했다. 즉, Ce원소를 첨가함에 따라 상기 발광재료의 근적외선 방출 강도는 약 15배 증가하였다.
실시예2
(La2 .93, Ce0 . 04)Si6N11Er0 .03 화학계량비에 따라 취한 LaN, CeN, Si3N4, ErN 분말을 모르타프에서 균일하게 혼합하고 1600℃의 환원성 분위기에서 3시간 동안 유지한 후, 얻은 제품을 파쇄, 물세척을 통한 불순물 제거, 체질, 건조하여 산물을 얻는다. 그 적외선 방출 스펙트럼은 도 3과 같다.
비교예2
La2 . 97Si6N11Er0 .03 화학계량비에 따라 취한 LaN, CeN, Si3N4, ErN 분말을 모르타프에서 균일하게 혼합하고, 1600℃의 환원성 분위기에서 3시간 동안 유지한 후, 얻은 제품을 파쇄, 물세척을 통한 불순물 제거, 체질, 건조하여 산물을 얻는다. 그 적외선 방출 스펙트럼은 도 3과 같다.
도 3의 실시예2와 비교예2를 통해 제작된 스팩트럼 및 발광 강도를 비교하여 알 수 있듯이, 상기 실시예2는 다음과 같은 기술효과를 달성했다. 즉, Ce원소를 첨가함에 따라, 상기 발광재료의 근적외선 방출 강도는 약 15배 증가하였다.
비교예 및 실시예를 비교한 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명에서, Ce원소를 첨감함에 따라, 모든 실시예 중의 발광재료의 방출 강도는 모두 어느 정도 증가하였다.
실시예3
~21
모든 상기 실시예의 XRD스팩트럼은 모두 도 1에 도시한 바와 같다. 모든 Nd를 메인 발광 중심으로 하는 발광재료의 적외선 방출 스팩트럼은 도 2에 도시한 바와 같다. 그리고 모든 Er를 메인 발광 중심으로 하는 발광재료의 적외선 방출 스팩트럼은 도 3에 도시한 바와 같다. 실시예3~21은 실시예1와 유사한 합성 방법을 가지며 실시예3~21의 화학식 및 그 피크 값의 파장의 위치는 표 1에 나타낸 바와 같다.
| 명칭 | 화학조성 | 메인피크파장[nm] |
| 실시예3 | Ce0.2La1.8Nd0.01Si6.242N10.5 | 1090 |
| 실시예4 | Ce0.01Nd0.01Gd2.7Si5Ge0.835N10.5 | 1091 |
| 실시예5 | Ce0.08Nd0.07La2.85Si6N11 | 1090 |
| 실시예6 | Ce0.15Er0.066Y1.95Si7N11.5 | 1565 |
| 실시예7 | Ce0.15Yb0.15La1.85Si6.41N10.7 | 986 |
| 실시예8 | Ce0.08Er0.07La2.85Si6N11 | 1565 |
| 실시예9 | Ce0.2Ho0.386Gd2.8Si4.5Ge1.46N11O0.5 | 2140 |
| 실시예10 | Ce0.08Yb0.07La2.85Si6N11 | 985 |
| 실시예11 | Ce0.17Tm0.06La3.73Si5N10.5O0.2 | 2060 |
| 실시예12 | Ce0.1Pr0.5Sc2.23Si6.5N11.5 | 666 |
| 실시예13 | Ce0.3Tm0.04La3Si5.24N10O0.5 | 2060 |
| 실시예14 | Ce0.1Lu3.9Nd0.33Si4.5Ge0.5N11 | 1090 |
| 실시예15 | Ce0.1Nd0.07La2.83Si6N11 | 1092 |
| 실시예16 | Ce0.05Er0.5Lu3.95Ge5.25N11.5 | 1537 |
| 실시예17 | Ce0.05Yb0.4La3.88Si5N11 | 986 |
| 실시예18 | Ce0.03Ho0.33Lu1.97Ge6N10O0.5 | 2141 |
| 실시예19 | Ce0.18Er0.02Nd0.07La2.85Si5.91N11 | 1090 |
| 실시예20 | Ce0.05Tm0.016Er0.1Lu2Ge7N11.5 | 1537 |
상기 실시예는 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것으로 실시방식에 대한 한정이 아니다. 당업자에게 있어서 위에서 설명한 기초 위에 다른 형식의 변화 및 변경도 가능하다. 여기서 모든 실시방식을 일일이 나열할 필요가 없을 뿐만 아니라 나열할 수도 없다. 여기서 파생된 현저한 변화 및 변경도 모두 본 창작의 보호범위에 속한다.
Claims (10)
- 화학식이 아래 식[I]인 무기화합물을 포함하고,
MmAbXyDz … [I]
상기 식 [I]에서,
M은 Ce와 La, Lu, Gd 및 Y 중의 1종 또는 2종 이상의 조합이고;
A는 Si와 Ge 중의 1종 또는 2종이고;
X는 N, 또는 N 및 O이고;
D는 Pr, Nd, Er, Tm, Yb, Ho 중의 1종 또는 2종 이상의 조합이고;
2≤m≤4이고;
5≤b≤7이고;
10.5≤y≤11.5이고;
0＜z≤0.5인, 질화물 발광재료. - 제1항에 있어서,
M 중 Ce의 몰수와 M의 총 몰수의 비 n은 0＜n≤0.2를 만족하고；
바람직하게는 0.005≤n≤0.15, 5.5≤b≤6.5, 0.01≤z≤0.3, 2.8≤m+z≤3.2이고；
바람직하게는 X는 N이고；
바람직하게는 M은 La를 포함하고；
바람직하게는 상기 발광재료는 La3Si6N11와 동일한 결정 구조를 가지며；
바람직하게는 상기 발광재료가 방출한 적외선의 파장이 780~2500 nm인, 질화물 발광재료. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
M이 La 및 Ce이고, D가 Er일 경우, 메인 방출 피크의 피크 값의 파장이1500~1575 nm인, 질화물 발광재료. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
M이 La 및 Ce이고, D가 Nd일 경우, 메인 방출 피크의 피크 값의 파장이 1050~1100 nm인, 질화물 발광재료. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
M이 La 및 Ce이고, D가 Tm일 경우, 메인 방출 피크의 피크 값의 파장이 1950~2050 nm인, 질화물 발광재료. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
M이 La 및 Ce이고, D가 Yb일 경우, 메인 방출 피크의 피크 값의 파장이 950~1050 nm인, 질화물 발광재료. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
M이 La 및 Ce이고, D가 Ho일 경우, 메인 방출 피크의 피크 값의 파장이 1950~2050 nm인, 질화물 발광재료. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 발광재료는 분체, 세라믹 또는 결정 중의 1종 또는 2종 이상의 조합인,질화물 발광재료. - 복사원, 및 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 발광재료를 포함하는, 발광장치.
- 제9항에 있어서,
상기 발광장치는 레이저 장치이고；
상기 복사원은 레이저 광원 또는 반도체 광원인, 발광장치.
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| JP2008088362A (ja) * | 2006-10-04 | 2008-04-17 | Mitsubishi Chemicals Corp | 蛍光体及びその製造方法、並びに、蛍光体含有組成物、発光装置、画像表示装置及び照明装置 |
| JP2010070773A (ja) * | 2009-12-28 | 2010-04-02 | Mitsubishi Chemicals Corp | 蛍光体 |
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