KR200475471Y1 - 형광체 재료 및 발광장치 - Google Patents

Abstract

내수성이나 자외선 저항 등을 향상시킴으로써 수명의 장기화를 도모할 수 있는 형광체 재료 및 발광장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 고안은, 형광체 입자(11)와, 이 형광체 입자(11)의 표면 전체를 피복한 피복층(12)을 구비하고, 피복층(12)은, 희토류산화물, 산화알루미늄, 이트륨과 알루미늄의 복합 산화물, 산화마그네슘 및 알루미늄과 마그네슘의 복합 산화물로 이루어지는 군 중에서 적어도 1종의 금속산화물을 포함하고 있다. 이에 따라 내수성이나 자외선 저항 등이 개선되어 수명의 장기화를 도모할 수 있게 된다.

Description

형광체 재료 및 발광장치{FLUORESCENT MATERIAL AND LUMINESCENT DEVICE}

본 고안은, 형광체 입자(螢光體 粒子)의 표면에 피복층(被覆層)을 구비하는 형광체 재료(螢光體材料) 및 그것을 사용한 발광장치(發光裝置)에 관한 것이다.

LED램프는, 휴대기기, PC주변기기, OA기기, 각종 스위치 혹은 백라이트용 광원(backlight用光源) 등의 각종 표시장치에 사용되고 있다. 이러한 LED램프에는 각종 색을 발광시키기 위해서 형광체가 사용되고 있어, 다양한 형광체가 개발되고 있다(예를 들면 특허문헌1 참조).

일본국 공개특허 특개2002-105449호 공보

그러나 이들 형광체는, 수분을 흡착해서 가수분해 됨으로써 표면이 열화(劣化)되어 버리거나 또는 자외선에 의해 표면이 분해되어서 열화되어 버린다. 따라서 휘도(輝度) 등의 특성이 저하하여 충분한 수명을 얻을 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 고안은, 이러한 문제에 기초하여 이루어진 것으로서, 내수성(耐水性)이나 자외선 저항성(耐紫外線; ultraviolet light resistance) 등을 향상시킴으로써 수명의 장기화를 도모할 수 있는 형광체 재료 및 발광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안의 형광체 재료는, 형광체 입자와, 이 형광체 입자의 표면 전체를 피복한 피복층을 구비하고, 피복층은, 희토류산화물(稀土類酸化物), 산화알루미늄, 이트륨과 알루미늄의 복합 산화물, 산화마그네슘 및 알루미늄과 마그네슘의 복합 산화물로 이루어지는 군(群) 중에서 적어도 1종의 금속산화물을 포함하는 것이다.

본 고안의 발광장치는, 본 고안의 형광체 재료를 포함하는 것이다.

본 고안의 형광체 재료에 의하면, 희토류산화물, 산화알루미늄, 이트륨과 알루미늄의 복합 산화물, 산화마그네슘, 알루미늄과 마그네슘의 복합 산화물로 이루어지는 군 중에서 적어도 1종의 금속산화물로 이루어지는 피복층을 형광체 입자의 표면 전체에 형성하도록 했으므로, 내수성이나 자외선 저항 등의 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 고안의 형광체 재료를 사용한 발광장치에 의하면, 수명의 장기화를 도모할 수 있다.

특히, 이트륨(yttrium)(Y), 가돌리늄(gadolinium)(Gd) 및 이테르븀(ytterbium)(Yb)으로 이루어지는 군 중에서 적어도 1종의 원소를 포함하는 희토류산화물에 의해 피복층을 형성하도록 하면, 더 높은 특성을 얻을 수 있고 또한 비용을 줄일 수 있다.

또한 피복층의 두께를 5nm 이상 1μm 이하로 하면, 우수한 내수성을 얻을 수 있는 동시에 높은 투과성을 얻을 수 있다.

도1은, 본 고안의 하나의 실시형태에 관한 형광체 재료의 구성을 나타내는 모식도이다.
도2는, 본 고안의 하나의 실시형태 이외의 형광체 재료의 구성을 나타내는 모식도이다.
도3도은, 도1의 형광체 재료를 사용한 발광장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도4는, 실시예1의 형광체 재료의 TEM사진이다.
도5는, 도4의 형광체 재료의 확대 사진이다.
도6은, 비교예2의 형광체 재료의 TEM사진이다.
도7은, 실시예1의 발광장치의 휘도 유지율을 나타내는 특성도이다.

이하에서, 본 고안의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도1은, 본 고안의 하나의 실시형태에 관한 형광체 재료(10)를 모식적으로 나타낸 것이다. 이 형광체 재료(10)는, 형광체 입자(11)와 피복층(12)을 구비하고 있다.

형광체 입자(11)로서는, 예를 들면 BaMgAl₁₀O₁₇ : Eu 혹은 CaMgSi₂O₆ : Eu 등의 청색계 형광체, Zn₂SiO₄ : Mn, (Y, Gd)BO₃ : Tb 혹은 (Ba, Sr, Mg)O·aAl₂O₃ : Mn 등의 녹색계 형광체, (Y, Gd)BO₃ : Eu 혹은 YPVO₄ : Eu 등의 적색계 형광체를 들 수 있다.

피복층(12)은, 희토류산화물, 산화알루미늄, 이트륨·알루미늄·가넷 등의 이트륨과 알루미늄의 복합 산화물, 산화마그네슘, 및 MgAl₂O₄ 등의 알루미늄과 마그네슘의 복합 산화물로 이루어지는 군 중에서 적어도 1종을 주성분으로 하여 형성되어 있다. 이에 따라 자외선에 대한 시간에 따른 열화를 억제할 수 있음과 아울러 내수성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 그 중에서도 희토류산화물이 바람직하고, 이트륨, 가돌리늄 및 이테르븀으로 이루어지는 군 중에서 적어도 1종의 원소를 포함하는 희토류산화물이 더 바람직하고, 특히 Y₂O₃가 바람직하다. 더 높은 효과를 얻을 수 있고, 또한 비용을 줄일 수 있기 때문에다. 피복층(12)은, 이들의 단층(單層)이어도 좋고 복수층을 포갠 것이어도 좋다.

또 피복층(12)에는, 제조의 과정에 있어서 다른 성분이 혼입되는 경우도 있는데, 그 경우에는 다른 성분의 비율을 0.1질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 자외선에 대한 시간에 따른 열화를 더 억제할 수 있고 또 내수성을 더 향상시킬 수 있기 때문이다. 또한 다른 성분은, 피복층(12)의 특성에 대하여 악영향을 끼치지 않는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 규소(Si), 나트륨(Na), 철(Fe), 아연(Zn), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 칼슘(Ca), 망간(Mn), 티탄(Ti) 혹은 칼륨(K) 등이 있다.

녹색계 형광체는 자외선에 의한 열화가 크지만, Y₂O₃에 의해 피복층(12)을 형성하면 열화를 비약적으로 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.

피복층(12)은 형광체 입자(11)의 표면 전체를 피복하고 있다. 이에 따라 형광체 입자(11)에 있어서 수분과의 접촉에 의한 가수분해를 억제할 수 있고, 내수성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 또한 형광체 입자(11)에는 피복층(12)을 통과하여 자외선이 닿으므로, 열화를 방지하는 효과를 향상시킬 수 있기 때문이다. 도2는, 형광체 입자(111)의 표면의 일부를 피복층(112)으로 피복한 형광체 재료(110)를 모식적으로 나타낸 것인데, 피복층(112)의 사이로 형광체 입자(111)가 노출되고 있으므로, 충분한 효과를 얻을 수 없다. 또 본 고안에 있어서, 피복층(12)이 형광체 입자(11)의 표면 전체를 피복하고 있다고 하는 것은, 홀(hole(空孔)) 등의 결함이 존재하는 경우까지도 배제하는 것은 아니고, 실질적으로 100%에 가까운 피복률인 것을 뜻하고 있다.

피복층(12)의 두께는 5nm 이상 1μm 이하인 것이 바람직하다. 두께가 얇으면 형성하기 어렵고 또한 내수성 향상의 효과가 적어지고, 두께가 두꺼우면 투과성이 저하하고 또한 비용이 많이 들게 되기 때문이다.

이 형광체 재료(10)는, 예를 들면 졸겔법(sol-gel method)을 사용해서 형광체 입자(11)의 표면에 피복층(12)을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 용매에 금속염을 용해시킨 용액에 형광체 입자(11)를 침지(浸漬)시킨 뒤에, 용액이 부착된 형광체 입자(11)를 꺼내서 건조 등에 의해 겔화(gel化)하여 소성(燒成)함으로써 피복층(12)을 형성하는 것이 바람직하다. 용매에 금속염을 용해시킨 용액에 형광체 입자(11)를 침지시켜서 형광체 입자(11)의 표면에 용액을 부착시킴으로써, 형광체 입자(11)의 표면 전체에 피복층(12)을 형성할 수 있기 때문이다. 용매로는 유기용매나 물 등을 사용할 수 있고, 금속염으로서는 탄산염, 질산염, 알콕시드 등을 사용할 수 있다. 소성 온도는 300℃ 이상 1000℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 300℃ 미만이면 피복층(12)을 형성하기 어렵고, 1000℃를 넘으면 형광체 입자(11)의 재료에 따라서는 열적 열화(Thermal Degradation)가 발생하는 경우가 있기 때문이다.

도3은, 이 형광체 재료(10)를 사용한 발광장치(20)의 하나의 구성예를 나타내는 것이다. 이 발광장치(20)는, 기판(21) 위에 발광소자(22)가 탑재 되어 있고, 발광소자(22)는 기판(21) 상에 형성된 배선(23)에 와이어(24)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다. 또한 발광소자(22)의 둘레에는 예를 들면 리플렉터 프레임(reflector frame)(25)이 형성되어 있고, 발광소자(22) 위에는, 발광소자(22)를 덮도록 실링층(26)이 형성되어 있다. 실링층(26)은, 예를 들면 형광체 재료(10)를 분산시킨 수지에 의해 구성되어 있다.

발광소자(22)에는, 예를 들면 여기광(勵起光)으로서 자외선, 청색광, 또는 녹색광을 발하는 것이 사용된다. 형광체 재료(10)로서는, 예를 들면 발광소자(22)로부터 발광된 여기광을 흡수해서 적색광을 발하는 것, 청색광을 발하는 것, 황색광을 발하는 것 등이 1종류 또는 필요에 따라 혼합해서 사용된다. 그 중에서도, 발광소자(22)에 자외선을 발하는 것을 사용하는 경우에, 본 고안의 형광체 재료(10)를 사용하는 것이 바람직하다. 본 고안의 형광체 재료(10)는 우수한 자외선 저항 특성을 구비하고 있기 때문이다.

이와 같이 본 실시형태에 의하면, 형광체 입자(11)의 표면 전체에 희토류산화물, 산화알루미늄, 이트륨과 알루미늄의 복합 산화물, 산화마그네슘, 알루미늄과 마그네슘의 복합 산화물로 이루어지는 군 중에서 적어도 1종의 금속산화물로 이루어지는 피복층(12)을 형성하도록 했으므로, 내수성이나 자외선 저항 등의 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서 이 형광체 재료(10)를 사용한 발광장치(20)에 의하면, 수명의 장기화를 도모할 수 있다.

특히, 이트륨, 가돌리늄 및 이테르븀으로 이루어지는 군 중에서 적어도 1종의 원소를 포함하는 희토류산화물에 의해 피복층(12)을 형성하면, 더 높은 특성을 얻을 수 있고 또한 비용을 줄일 수 있다.

또한 피복층(12)의 두께를 5nm 이상 1μm 이하로 하면, 우수한 내수성을 얻을 수 있고 또한 높은 투과성을 얻을 수 있다.

실시예

(실시예1)

형광체 입자(11)로서 청색계, 녹색계, 적색계의 것을 각각 준비하고, 용매에 이트륨염을 용해한 용액에 침지시켰다. 다음에, 용액을 부착시킨 형광체 입자(11)를 꺼내 건조시켜서 겔화한 뒤에 500℃에서 2시간 소성했다.

도4는, 얻어진 형광체 재료(10)의 표면 부근에 있어서 TEM(Transmission Electron Microscope : 투과형 전자현미경)사진의 일례를 나타낸 것이며, 도5는, 도4의 TEM사진의 일부를 확대한 것이다. 도4 및 도5에 있어서, 「11」로 나타낸 부분이 형광체 입자이며, 「12」로 나타낸 부분이 피복층이다. 또, 피복층(12) 위의 백색의 부분은 분석시에 사용하는 카본막(carbon膜)이다.

도4 및 도5에 나타나 있는 바와 같이, 이 형광체 재료(10)는 형광체 입자(11)의 표면 전체에 피복층(12)이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

다음에, 얻어진 형광체 재료(10)를 사용하여 도3에 나타나 있는 바와 같은 발광장치(20)를 제작했다. 발광소자(22)로는 자외선을 발하는 것을 사용하고, 형광체 재료(10)에는 청색을 발하는 것과 녹색을 발하는 것과 적색을 발하는 것을 혼합해서 사용함으로써 백색의 발광을 얻도록 조정했다. 또한 형광체 재료(10)에 녹색을 발하는 것만을 사용함으로써 녹색의 발광장치(20)도 제작했다.

(비교예1)

형광체 입자에 피복층을 형성하지 않고 그대로 형광체 재료로서 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 마찬가지로 하여 발광장치를 제작했다.

(비교예2)

형광체 입자(111)의 표면에 이트륨염을 용매에 용해시킨 용액을 분무해서 부착시킴으로써 피복층(112)을 형성한 것을 제외하고는, 실시예1과 마찬가지로 하여 형광체 재료(110)를 제작하여 발광장치를 제작했다. 도6은, 얻어진 형광체 재료의 표면 부근에 있어서 TEM사진의 일례를 나타낸 것이다. 도6에 있어서, 「111」로 나타낸 부분이 형광체 입자이며, 「112」로 나타낸 부분이 피복층이다. 또, 형광체 입자(111) 및 피복층(112) 위의 백색의 부분은 분석시에 사용하는 카본막이다. 도6에 나타나 있는 바와 같이, 이 형광체 재료(110)는 형광체 입자(111)의 표면의 일부에 부분적으로 피복층(112)의 입자가 부착되어 있는 것을 알 수 있다.

(열화 시험)

실시예1 및 비교예1, 2의 각 발광장치(20)에 대해서, 발광시험을 하고, 시간에 따른 휘도 유지율의 변화를 조사했다. 도7에 실시예1과 비교예1의 결과를 비교해서 나타낸다. 도7에 나타나 있는 바와 같이, 피복층(12)을 형성한 실시예1에 의하면, 피복층을 형성하고 있지 않은 비교예1에 비하여 휘도 유지율의 저하를 대폭적으로 억제할 수 있었다. 또한 비교예2에서는, 비교예1에 비하여 휘도 유지율의 저하는 약간 억제되었지만, 실시예1과 같이 대폭적인 개선은 이루어지지 않았다. 즉 형광체 입자(11)의 표면 전체를 피복층(12)으로 피복하면, 열화를 큰 폭으로 개선할 수 있다는 것을 알았다.

(실시예2)

이트륨염을 용해시킨 용액에 있어서 형광체 입자(11)의 농도를 변화시키고 피복층(12)의 두께를 5nm∼1μm의 범위에서 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예1과 마찬가지로 하여 형광체 재료(10) 및 발광장치(20)를 제작했다. 이때에 형광체 입자(11)에는 녹색계의 것을 사용했다.

다음에, 실시예1과 마찬가지로 하여 열화 시험을 하였다. 그 결과, 피복층(12)의 두께가 5nm 이상 1μm 이하의 범위에서 양호한 휘도 유지율이 얻어졌다. 즉, 피복층(12)의 두께는 5nm 이상 1μm 이하의 범위 내가 바람직하다는 것을 알았다.

이상, 실시형태를 들어서 본 고안에 관하여 설명했지만, 본 고안은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라 여러 가지로 변형 가능하다. 예를 들면 상기 실시형태에서는, 피복층(12)은 희토류산화물, 산화알루미늄, 이트륨과 알루미늄의 복합 산화물, 산화마그네슘, 알루미늄과 마그네슘의 복합 산화물로 이루어지는 군 중에서 적어도 1종을 주성분으로 하여 형성된 단층, 혹은 복수층을 포갠 것에 대해서 설명했지만, 이들에 부가하여, 형광체 입자에 악영향을 끼치지 않는 다른 물질을 포함하는 층이 형성되어 있어도 좋다.

LED 등의 발광장치에 사용할 수 있다.

10…형광체 재료
11…형광체 입자
12…피복층
20…발광장치
21…기판
22…발광소자
23…배선
24…와이어
25…리플렉터 프레임
26…실링층
110…형광체 재료
111…형광체 입자
112…피복층

Claims (5)

1. 형광체 재료를 포함하는 LED로 이루어지는 발광장치(發光裝置)로서,
   상기 형광체 재료는, 녹색계 형광체로 이루어지는 형광체 입자와, 이 형광체 입자의 표면 전체를 피복한 피복층을 구비하고,
   상기 피복층은, 희토류산화물, 산화알루미늄, 이트륨과 알루미늄의 복합 산화물, 산화마그네슘, 알루미늄과 마그네슘의 복합 산화물로 이루어지는 군 중에서 적어도 1종의 금속산화물을 포함하는
   것을 특징으로 하는 LED로 이루어지는 발광장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 희토류산화물은, 이트륨(Y), 가돌리늄(Gd) 및 이테르븀(Yb)으로 이루어지는 군 중에서 적어도 1종의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 피복층의 두께는 5nm 이상 1μm 이하인 것을 특징으로 하는 발광장치.
4. 삭제
5. 삭제

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