KR100574627B1 - 백색 발광다이오드 소자용 실리케이트계 형광체, 그의제조 방법 및 그를 이용한 백색 발광다이오드 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 형광체를 이용한 광변환 발광다이오드 소자의 제조, 구체적으로는 백색 발광다이오드 소자의 제조에 사용되는 실리케이트 계열 형광체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 260에서 470nm 파장 영역의 광원을 여기원으로 하여 가시광을 방출하는 고효율 형광체 및 그의 제조방법을 제공하는 효과가 있다. 또한 상기 형광체의 응용을 위한 360nm 내지 470nm 파장영역에서 광자를 방출시키는 발광 다이오드 칩과, 발광다이오드 칩으로부터 방출된 광을 흡수하여 광스펙트럼을 변환시키는 형광체가 산재된 혼합물 경화부를 포함한다.
LED, 형광체, 백색 발광소자, 실리케이트 화합물
Description
도 1은 본 발명에 따라 합성된 실리케이트계 형광체의 하나인 (Sr0.95Mg)SiO4:Eu
0.04 에 대한 여기 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명에 따라 합성된 실리케이트계 형광체의 하나인 (Sr0.97Ca)SiO4
:Eu0.03에 대한 여기 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명에 따라 합성된 실리케이트계 형광체의 하나인 (Sr1.91MgaCabBa0.05)SiO4:Eu0.04 에 대한 여기 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명에 따라 제조된 실리케이트계 형광체의 화학식 (Sr2-x-a-b-c MgaCabBac)SiO4:Eux 2+ 에서 c=0 이고 a,b의 변화에 따른 발광스펙트럼의 변화를 나타내는 그래프이고,
a: (Sr0.97Mg0.5Ca0.5)SiO4:Eu0.03,
b: (Sr0.97Mg0.3Ca0.7)SiO4:Eu0.03,
c: (Sr0.97Mg0.7Ca0.3)SiO4:Eu0.03,
d: (Sr0.47Ca1.5)SiO4:Eu0.03 및
e: (Sr0.97Ca1.0)SiO4:Eu0.03
도 5는 본 발명의 제조방법으로 제조된 실리케이트계 형광체 입자를 주사전자현미경으로 관찰한 결과이고,
도 6a는 본 발명의 실리케이트 형광체를 이용한 UV 발광다이오드 소자의 개략적인 구성도이고,
도 6b는 본 발명의 실리케이트 형광체가 도포된 UV 발광다이오드 소자의 발광스펙트럼을 나타낸 것이고,
도 7은 본 발명의 UV 발광다이오드 소자에서 실리케이트 형광체의 첨가량에 따른 발광스펙트럼의 변화를 나타낸 것이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1: 백색 발광다이오드 소자 10: 실리케이트계 형광체
11: 발광다이오드 칩 12: 경화부
13: 반사기 14: 리드프레임
15: 애노드 전극 16: 캐소드 전극
17: 기판
본 발명은 형광체를 이용한 광변환 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 "LED"라 약칭함) 소자의 제조, 구체적으로는 백색 발광다이오드 소자용 실리케이트계 형광체, 그의 제조방법, 상기 형광체를 이용한 광변환 발광다이오드 소자에 관한 것으로서, 본 발명의 실리케이트계 형광체는 260 내지 470 nm 파장 영역의 광원을 여기원으로 하여 가시광을 방출하는 고효율의 형광체이며, 상기 실리케이트계 형광체를 이용하여 제조된 LED 소자에 관한 것이다.
형광체는 각각의 여기원의 에너지를 가시광의 에너지로 전환시키는 매개체 역할을 하며, 여러 디스플레이의 구동에 필수적인 요소인 동시에, 형광체의 효율이 디스플레이 제품의 효율과 직접 연관되는 주요 변수이다. 최근에는 CIE(Commission International de I'Eclarge, 국제조명위원회) 색조표에서 정의된 자연광에 가까운 백색광을 구현하는 기술이 진행되고 있으며, 이러한 백색광을 방출하기 위한 백색 발광다이오드 소자는 두 가지 유형으로 구분된다.
첫 번째 유형으로 Blue LED 소자가 있으며, 청색광을 가지는 소자에 그 청색광을 여기원으로 하는 황색광을 방출하는 형광체를 도포시킴으로써, 소자에서 나오는 청색과 형광체에서 방출되는 황색광을 혼합하여 백색을 구현하고 있다. 이의 일례로 미합중국 특허 제5,998,525호에서는 백색광을 방출하는 조명유닛으로서 대략 465 nm의 파장영역에서 청색광을 방출하는 GaN 발광다이오드 소자에 상기 청색광을 여기광원으로 하여 황색광을 방출하는 형광체인 YAG(Yttrium Aluminium Garnet)를 도포시켜 우수한 효율의 백색광을 방출한다고 게시하고 있다. 그러나, 이러한 경우, 매우 높은 수준의 백색광의 효율이 구현되지만 단일 황색 형광체의 발광색으로 인하여 색의 연속성이 저하되는 문제점이 지적되고 있다.
이때, 여기 에너지원으로서 청색의 450 nm는 장파장으로서 에너지가 낮기 때문에 에너지가 높은 UV를 활용하여 보다 우수한 효율의 백색 발광다이오드를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 노력으로 개발된 백색 발광다이오드 소자의 두 번째 유형은 UV 발광다이오드(UV LED) 소자이다. 즉, 자외선(ultraviolet) 광원을 가지는 소자 상에 적색, 청색 및 녹색의 발광 스펙트럼을 가지는 형광체를 도포시켜 제조되는 것으로서, 삼원색의 형광체 발광효율이 상기 백색 발광다이오드 소자의 효율에 중요한 역할을 한다.
이러한 소자의 일례로서, 대략 405 nm의 자외선이 방출되는 InGaN 등의 UV 발광다이오드 소자 상에 자외선을 여기광원으로 하는 적색, 청색 및 녹색을 방출하는 형광체를 도포시켜 제조되는 UV 발광다이오드 소자가 공지되어 있다. 그러나, 상기 UV 발광다이오드 소자는 색의 연속성은 탁월하지만 상대적으로 방출되는 백색광의 효율이 낮다는 단점이 있다. 이러한 UV 발광다이오드 소자의 낮은 광효율은 삼원색의 색을 방출하는 형광체의 낮은 발광 효율에 기인한다.
그러므로, 백색 발광다이오드 소자의 낮은 발광효율을 보충하기 위해서, 소자 상에 도포되는 형광체의 양을 증가시키는 방법이 현재 고려되고 있으나, 형광체의 양의 증가는 백색 발광다이오드 소자의 전체 효율의 향상에 큰 걸림돌이 되고 있는 실정이다.
따라서, 높은 효율의 백색 발광다이오드 소자를 얻기 위해서는 광원의 세기가 큰 형광체의 개발이 선행되어야 한다.
본 발명자들은 자외선 영역을 여기원으로 하고 상기 여기원을 가시광으로 광전환하는 높은 효율의 형광체를 제조하고, 상기 여기원의 빛 및 상기 형광체를 통하여 변환되는 빛을 서로 결합하여 자연광에 가까운 백색 발광다이오드 소자를 제조함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 발광효율이 개선된 광변환 발광다이오드 소자용의 실리케이트계 형광체 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발광효율이 개선된 광변환 발광다이오드 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 광변환 발광다이오드 소자용의 실리케이트계 형광체를 제공한다.
상기 x, a, b, c는 0.001< x < 0.2, 0 < a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 1.8, 0 ≤ c ≤ 1.8의 범위로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 형광체는 Sr 이온에 Mg, Ca 또는 Ba의 이온종이 단독 또는 2 종 이상이 동시에 첨가되며 보다 바람직하게는 상기 첨가 이온종의 첨가량이 0.05 ≤ a, b, c ≤ 1 인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 백색 발광다이오드 소자용의 실리케이트계 형광체의 제조방법을 제공한다. 보다 상세하게는 1) Sr, Si 및 Eu의 이온을 포함하고 있는 각각의 수용성 금속 염 또는 이들 금속을 포함하는 산화물 및 Mg, Ba, 및 Ca 이온으로 구성된 군에서 Mg를 포함하여 선택된 단독 또는 2 종 이상의 이온을 포함하고 있는 금속염을 각각 정량 한 후, 혼합하여 시료를 준비하는 단계; 및 2) 상기 시료를 환원분위기 하에서 1000 내지 1800℃의 반응로에서 30분 내지 10시간동안 열처리하는 단계로 이루어진다.
또한 상기 제조방법은 반응온도를 낮추고 반응시간을 단축하기 위해, 상기 원료염에 대하여 플럭스 0.001 ∼ 10 중량%를 첨가하여 재혼합하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 실리케이트계 형광체를 에폭시 수지에 균일하게 분산시켜 경화부를 제조하고, 상기 경화부를 자외선 파장 영역에서 광자를 방출시키는 발광다이오드 칩 상에 도포 한 후, 100 내지 160℃에서 1 시간동안 경화시켜 제조되는 광변환 발광다이오드 소자를 제공한다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 화학식 1로 표시되는 광변환 발광다이오드 소자용의 실리케이트계 형광체를 제공한다.
화학식 1
(Sr2-x-a-b-c MgaCabBac)SiO4:Eux
2+
상기 x, a, b, c는 0.001< x < 0.2, 0 < a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 1.8, 0 ≤ c ≤ 1.8의 범위로 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실리케이트계 형광체는 중심원소인 Si 이온의 첨가량을 1 몰로 고정하고, 상기 형광체가 전하 2가의 유로퓸이온 (Eu2+)에 의해 활성화되며, 이때, Eu의 바람직한 첨가량을 0.001 몰 내지 0.2 몰이고, 보다 바람직하게는 0.01 몰 내지 0.07 몰이다. Eu의 첨가량이 0.001 이하이면 충분한 여기에너지에도 불구하고 광전이가 용이하지 않으며, 0.2 이상이면 농도소광 현상으로 휘도가 낮아지는 문제점이 있다.
또한, Sr 이온에 Mg, Ca 또는 Ba의 이온종이 단독 또는 2 종 이상이 동시에 첨가되어 제조된 것으로, 상기 첨가 이온종의 바람직한 첨가량은 0 < a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 1.8, 0 ≤ c ≤ 1.8이다. 보다 바람직하게는 0.05 ≤ a, b 또는 c ≤ 1 이다.
도 1은 본 발명의 실리케이트계 형광체의 Sr 0.96, Mg 이온이 1의 비율로 합성된 (Sr0.96Mg1.0)SiO4:Eu0.04에 대한 여기 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것으로서, 여기 스펙트럼은 전체적으로 300 nm 내지 430 nm까지 매우 넓게 분포되어 있고, 특히 360 nm 내지 410 nm의 영역에서 에너지 흡수가 매우 용이하다는 것이 관찰된다. 또한 이러한 여기광의 에너지를 가시광의 발광스펙트럼으로 전이하여 구현되는 발광스펙트럼은 470 nm에서 2500∼3000 a.u.의 세기를 갖는 높은 효율의 청색의 스펙트럼을 보여주고 있다.
도2는 실리케이트계 형광체의 일례인 (Sr0.97Ca1.0)SiO4:Eu0.03에 대한 여기 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 상기 도 1에서 보는 바와 같이, Sr 이온에 대한 Ca 이온이 첨가된 경우 300∼500 nm까지 매우 넓게 분포되어 있고, 특히 350∼410 nm의 영역에서 에너지 흡수대가 관찰되며, 상기 여기광이 전이된 발광스펙트럼은 520 nm에서 300∼350 a.u.의 세기를 갖는 녹색의 스펙트럼이 관찰된다.
도 3은 실리케이트계 형광체의 다른 예인 (Sr1.91Ba0.05)SiO4:Eu0.04에 대한 여기 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. Ba 이온종이 첨가된 경우 자외선 영역인 350∼450 nm의 영역에서 1000∼1100 a.u.의 세기를 갖는 여기 스팩트럼이 가시광 영역인 545∼600 nm의 영역으로 전이되는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실리케이트계 형광체의 Sr 이온의 농도 1 몰에 대하여, Ca 이온 및 Mg 이온이 동시에 첨가된 경우이며, 이때, 첨가된 Ca 이온 및 Mg 이온의 농도에 따른 발광스펙트럼을 나타낸 것이다. 상기 도 4에서 나타난 바와 같이, Sr 이온의 농도 1 몰에 대하여, Ca 이온만 첨가되고, Mg 이온이 첨가되지 않은 경우는 청색광이 방출되지 않고, 녹색광의 낮은 빛의 세기로 관찰된다. 그러나, Ca 이온 및 Mg 이온이 동시에 첨가된 경우, 1200∼1400 a.u.의 빛의 세기를 갖는 동시에 청색의 발광스펙트럼을 얻을 수 있다. 이때, Ca 이온 및 Mg 이온의 첨가량이 1.0 이하로 첨가되고, Ca 이온보다 Mg 이온의 첨가량을 보다 많이 한 경우 바람직한 청색광을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 실리케이트계 형광체는 상기 화학식 1의 구조에서 Sr 이온의 자리에 Mg 이온이 첨가될 경우, 특히 Mg 이온의 첨가량이 1 몰일 때, 가장 높은 효율의 청색광을 방출하는 형광체로서 바람직하다.
또한, Ca 이온 또는 Ba 이온이 첨가된 경우, 실리케이트계 형광체는 각각 녹색과 황색의 가시광을 방출하는 발광스펙트럼을 보이며, Mg, Ca 또는 Ba 이온 종에서 2 종 이상이 동시에 첨가될 경우, 역시 높은 빛의 세기를 갖는 가시광을 방출하는 고효율의 형광체이다.
그러므로, 본 발명의 실리케이트계 형광체는 260∼470 nm 파장 영역의 광선을 여기원으로 하고, 상기 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 높은 효율의 형광체로서, 광변환 백색 발광다이오드 소자에 활용될 수 있다.
본 발명은 광변환 발광다이오드 소자용 실리케이트계 형광체의 제조방법을 제공한다.
보다 구체적으로는 상기 제조방법이,
1) Sr, Si 및 Eu의 이온을 포함하고 있는 각각의 수용성 금속 염 또는 이들 금속을 포함하는 산화물 및 Mg, Ba, 및 Ca 이온으로 구성된 군에서 Mg를 포함하여 선택된 단독 또는 2 종 이상의 이온을 포함하고 있는 금속염을 각각 정량 한 후, 혼합하여 시료를 준비하는 단계; 및
2) 상기 시료를 환원분위기 하에서 1000 내지 1800℃의 반응로에서 30분 내지 10시간동안 열처리하는 단계로 이루어진다.
상기 단계 1의 수용성 금속 염 또는 이들 금속을 포함하는 산화물은 Sr, Si, Eu, Mg, Ca 및 Ba을 중심금속으로 포함하고, 그들의 질산염, 산화염, 황산염, 탄산염, 및 아세테이트염으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다. 또한, 각각의 수용성 금속 염에 따라, 혼합과정을 액상법, 고상법 또는 기상법으로 수행할 수 있으며, 바람직하게는 고상법을 사용한다.
단계 2에서 환원분위기는 형광체의 활성이온인 Eu3+를 Eu2+로 활성화하기 위해 수행하며, 환원의 분위기를 만들기 위해서는 통상적으로 고체 탄소가루, 수소(H2)가스 또는 수소가스를 포함하는 질소 또는 아르곤(Ar) 가스를 이용하는 방법을 사용한다.
또한, 단계 2의 열처리는 1000 내지 1800℃의 반응로에서 30분 내지 10시간동안 실 시되는 것이고, 더욱 바람직하게는 1100 내지 1500℃에서 30분 내지 6시간동안 실시되는 것이다. 결정성을 향상시키기 위해, 열처리를 2 회 이상 반복적으로 수행할 수 있다.
이러한 열처리 단계의 온도를 낮추거나 시간을 단축시키기 위하여, 단계 1의 원료염에 대하여, 플럭스(Flux) 0.001 중량 내지 10 중량%를 첨가하여 재혼합하는 단계를 추가로 포함하여 할 수 있다.
이때, 사용될 수 있는 플럭스의 일례로는 붕소화합물, 불화물 및 염화물로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나 이상인 것을 사용할 수 있다. 바람직하게는 붕산(H3B03), 플로로화암모늄(NH4F) 또는 염화암모늄(NH4Cl)을 사용하는 것이고, 더욱 바람직하게는 염화암모늄(NH4Cl)을 사용한다.
도 5는 본 발명의 제조방법으로 제조된 실리케이트계 형광체 입자를 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)으로 관찰한 결과이고, 형광체 입자는 약 2 ㎛ 이상의 크기로 관찰된다.
또한 본 발명은 상기 실리케이트계 형광체를 에폭시 수지에 균일하게 분산시켜 경화부를 제조하고, 상기 경화부를 발광다이오드 칩 상에 도포 한 후, 100 내지 160℃에서 1 시간 동안 경화시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 광변환 백색 발광다이오드 소자를 제공한다.
도 6a는 본 발명의 실리케이트 형광체를 이용한 UV 발광다이오드 소자의 개략적인 구성도로서, 자외선 파장 영역에서 광자를 방출시키는 발광다이오드 칩(11), 경화부(12), 반사기(13), 애노드 전극(15), 캐소드 전극(16) 및 리드 프레임(14)으로 이루어진다. 여기서, 상기 경화부(12)에는 본 발명의 실리케이트계 형광체(10)가 산재되어 있다.
상기 발광다이오드 칩(11)은 기판(17) 상에 자외선 파장 영역에서 광자를 방출시키는 칩 LED를 은 페이스트 등으로 리드 프레임 전극(애노드, 캐소드)에 접착 고정시킨다. 상기 기판으로는 Al2O3, SiC 등을 사용할 수 있다.
상기 경화부(12)는 에폭시 수지에 실리케이트계 형광체(10)를 균일하게 분산시켜 제작되고, 제작된 경화부(12)를 발광 다이오드 칩(11) 상에 도포 한 후, 100 내지 160℃에서 1 시간 동안 경화시켜 고정시킴으로써, 발광 다이오드 칩(11)에서 방출되는 빛과 경화부(12) 내부의 실리케이트계 형광체(10)를 통하여 변환되는 빛을 직접 결합하게 된다. 따라서, 광의 경로 차가 감소되어 광변환 백색 발광다이오드 소자의 광효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 에폭시 수지에 대하여, 본 발명의 실리케이트계 형광체의 바람직한 첨가량은 0.1∼50 중량%이고, 바람직하게는 1∼30 중량%이다. 이때, 사용되는 형광체의 중량%는 원하는 색좌표에 따라 조정된다.
도 6b는 본 발명의 실리케이트 형광체가 도포된 UV 발광다이오드 소자의 발광스펙트럼을 나타낸 것으로서, 상기 소자는 실리케이트 형광체는 Sr 이온에 대한 Mg 이 온이 첨가된 (Sr0.96Mg1)SiO4:Eu0.04가 사용되고, 360 nm 내지 410 nm 파장영역의 자외선을 방출시키는 발광 다이오드 칩으로 이루어진다.
도 6b에서 보이는 바와 같이, 발광 다이오드 칩에서 방출하는 405 nm 영역의 빛이 본 발명의 청색광을 방출하는 형광체로 도포된 UV 발광다이오드 소자의 경우, 405 nm 파장에서의 광의 세기가 현저히 줄어들면서 470 nm의 청색광으로 광변환되어 발광된다.
도 7은 본 발명의 UV 발광다이오드 소자에서 실리케이트 형광체의 첨가량에 따른 발광스펙트럼을 변화를 나타낸 것으로, 상기 형광체가 10 중량% 첨가할 경우, 자외선 영역의 빛의 세기가 크게 나타나지만 청색광이 500 a.u.의 광세기로 방출되었으며, 바람직하게는 1 ∼ 30 중량% 첨가되면, 자외선 영역의 빛이 현저히 줄고, 470 nm의 청색광의 빛의 세기가 750∼800 a.u.로 증가한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1. 실리케이트계 형광체의 제조
<실시예 1>
백색 발광 소자용 청색 형광체를 제조하기 위해서 시료로 0.97 몰의 SrCO3, 1 몰의 MgO, 0.03 몰의 Eu2O3 및 1 몰의 SiO2을 정량하여 혼합하였다. 반응을 촉진하여 반응온도를 낮추고, 시간을 단축하기 위하여, 상기 혼합된 전체 염에 대하여, 0.3 중량%의 염화암모늄을 정량하여 마노사발로 균일하게 재혼합하였다. 상기 혼합된 원료염을 환원분위기 하에서 700℃온도로 1 시간동안 1차 열처리하였다. 1차 열처리로 얻어진 형광체 분말을 다시 마노사발로 균일하게 재혼합 한 후, 1200℃에서 5 시간동안 2차 열처리하여, (Sr0.96Mg)SiO4:Eu0.04의 형광체를 얻었다. 상기 (Sr0.96Mg)SiO4:Eu0.04 형광체에 대한 여기 및 발광 스펙트럼을 도 1에 나타내었으며, 형광체 입자를 주사전자현미경으로 관찰하여 도 5에 나타내었다. 제조된 (Sr0.96Mg)SiO4:Eu0.04 형광체는 360∼410 nm의 영역에서 높은 광의 세기를 갖는 여기광을 보이고, 상기 여기광의 에너지가 470 nm의 청색광으로 전이되는 청색 형광체이며, 형광체의 입자는 약 2 ㎛ 이상이다.
<실시예 2>
(Sr2-x-a-b-c MgaCabBac)SiO4:Eux 2+에서 Sr 이온의 자리에 Ca 이온을 첨가시키기 위하여, CaCO3 첨가량을 0.2 몰 내지 1.5 몰로 변화시켜 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행되었다.
도 2는 상기 화학식에서, Sr 이온에 대한 Ca 이온의 농도의 몰농도가 1.0 몰로 첨 가되어 제조된 (Sr0.97Ca1.0)SiO4:Eu0.03에 대하여, 여기 및 발광 스펙트럼을 관찰한 것이다. 이때, 350∼410 nm의 영역에서 여기광이 관찰되며, 상기 여기광이 가시광으로 전이되어, 520 nm에서 피크 파장을 갖는 녹색광이 방출하는 것으로 관찰되었다.
<실시예 3>
(Sr2-x-a-b-c MgaCabBac)SiO4:Eux 2+에서 Sr 이온의 자리에 Ba 이온을 첨가시키기 위하여, BaCO3 첨가량을 0.2 몰 내지 1.5 몰로 변화시켜 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행되었다.
도 3은 상기 화학식에서, Sr 이온에 대한 Ba 이온의 몰농도가 0.05 몰로 첨가된, (Sr1.91Ba0.05)SiO4:Eu0.04에 대하여, 여기 및 발광 스펙트럼을 관찰한 것이다. 이때, 자외선 영역인 350nm 내지 450 nm의 영역에서 1000 내지 1100 a.u.의 세기를 갖는 여기 스팩트럼이 가시광 영역인 550 nm 내지 600 nm의 영역으로 전이되는 것을 확인하였다.
<실시예 4>
(Sr2-x-a-b-c MgaCabBac)SiO4:Eux 2+에서 Sr 이온의 자리에 Ca 이온 및 Mg 이온을 동시에 첨가시키기 위하여, CaCO3 첨가량을 0.3 몰 내지 1.5 몰로, MgO 첨가량을 0.3 몰 내지 0.7 몰로 변화시켜 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행되었다.
도 4는 본 발명의 실리케이트계 형광체의 Sr 이온의 농도 1 몰에 대하여, Ca 이온 및 Mg 이온이 동시에 첨가된 경우이며, 이때, 첨가된 Ca 이온 및 Mg 이온의 농도에 따른 발광스펙트럼을 나타낸 것이다.
이때, (Sr0.97Ca0.3Mg0.7)SiO4:Eu0.03의 경우, 상대적으로 높은 효율을 갖는 청색 형광체가 제조되었다.
2. UV 발광다이오드 소자의 제조
<실시예 5>
상기 실시예 1에 제조된 (Sr0.96Mg)SiO4:Eu0.04의 청색광을 방출하는 실리케이트 형광체를 에폭시 수지에 균일하게 분산시켜, 경화부를 제조하였다. 이때, 실리케이트 형광체는 에폭시 수지에 대하여, 10 중량%, 20 중량%, 및 40 중량%로 첨가량을 변화시켜 경화부를 제조하였다.
발광다이오드 칩(11)은 Al2O3 소재의 기판(17) 상에 자외선 파장 영역에서 광자를 방출시키는 칩 LED를 은 페이스트로 리드 프레임 전극(애노드, 캐소드)에 접착 고정시켰다. 이후, 발광다이오드 칩(11) 상에 실리케이트 형광체가 산재된 경화부를 도포하여 150℃에서 1 시간 동안 경화시켜, UV 발광다이오드 소자를 제작하였다.
도 7의 결과에서 보이는 바와 같이, 에폭시 수지에 대한 실리케이트 형광체의 첨가 량, 10 중량%, 20 중량% 및 40 중량%에 대해서, 20 중량% 이상 첨가되면, 자외선 영역의 빛이 현저히 줄고, 470 nm의 청색광의 빛의 세기가 증가하였다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은
첫째, 자외선 영역을 여기원으로 하고 상기 여기원을 가시광 즉, 청색광으로 광전환하는 높은 효율의 광변환 발광다이오드 소자용의 실리케이트계 형광체를 제조하였고,
둘째, 상기 여기원의 빛과 본 발명의 높은 광효율의 형광체를 통하여 변환되는 빛을 서로 결합하는 백색 발광다이오드 소자를 제작하여, 국제조명위원회(CIE)의 색조표에서 정의된 자연광에 가까운 백색광을 구현하였다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (7)
- 하기 <화학식 1>로 표시되고,<화학식 1>(Sr2-x-a-b-c MgaCabBac)SiO4:Eux 2+상기 x, a, b, c는 0.001< x < 0.2, 0 < a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 1.8, 0 ≤ c ≤ 1.8의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 광변환 발광다이오드 소자용의 실리케이트계 형광체.
- 제 1항에 있어서, 상기 형광체는 Sr 이온에 Mg, Ca 또는 Ba의 이온종이 단독 또는 2 종 이상이 동시에 첨가되고, 상기 첨가 이온종의 첨가량이 0.05 ≤ a, b, c ≤ 1 인 것을 특징으로 하는 상기 실리케이트계 형광체.
- 1) Sr, Si 및 Eu의 이온을 포함하고 있는 각각의 수용성 금속 염 또는 이들 금속을 포함하는 산화물 및 Mg, Ba, 및 Ca 이온으로 구성된 군에서 Mg를 포함하여 선택된 단독 또는 2 종 이상의 이온을 포함하고 있는 금속염을 각각 정량한 후, 혼합하여 시료를 준비하는 단계; 및2) 상기 시료를 환원분위기 하에서 1000 내지 1800℃의 반응로에서 30분 내지 10시간동안 열처리하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광변환 발광다이오드 소자용 실리케이트계 형광체의 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 원료염에 대하여 플럭스 0.001 내지 10 중량%를 첨가하여 재혼합하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 실리케이트계 형광체의 제조방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 플럭스가 붕산, 플로로화암모늄 및 염화암모늄으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 실리케이트계 형광체의 제조방법.
- 제 1항의 실리케이트계 형광체를 에폭시 수지에 균일하게 분산시켜 경화부를 제조하고, 상기 경화부를 광자를 방출시키는 발광다이오드 칩 상에 도포한 후, 100 내지 160℃에서 1 시간 동안 경화시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 광변환 발광다이오드 소자.
- 제 6항에 있어서, 상기 실리케이트계 형광체의 첨가량이 에폭시 수지에 대하여 0.1 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 상기 광변환 발광다이오드 소자.
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| O064 | Revocation of registration by opposition: final registration of opposition [patent] |