KR20190038733A - Barium-yttrium-orthosilicate fluorescent material for white LED - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 백색 LED용 바륨-이트륨-오쏘실리케이트 형광체에 관한 것으로, 특히 보다 넓은 파장대역에서 광을 방출함으로써 발광특성이 향상된 백색 LED용 형광체에 관한 것이다.An embodiment according to the concept of the present invention relates to a barium-yttrium-orthosilicate phosphor for a white LED, and more particularly to a phosphor for a white LED in which light emission characteristics are improved by emitting light in a broader wavelength band.
파장 변환용 형광체는 다양한 광원의 파장대역을 특정 파장대역으로 변환시키는 물질로서, 조명산업에 있어서 중요성이 점차 증대되고 있다. 특히 발광다이오드(LED)를 광원으로 활용하는 경우, 형광체는 백색 발광장치를 제조하고 그 성능을 개선하는 데 있어서 결정적인 요소이므로 형광체에 대한 기술들은 핵심기술로서 중요하게 평가되고 있다.[0002] Phosphors for wavelength conversion are substances that convert wavelength bands of various light sources into specific wavelength bands, and their importance in the lighting industry is gradually increasing. Particularly, when a light emitting diode (LED) is used as a light source, phosphors are crucial elements for manufacturing a white light emitting device and improving the performance thereof, and thus technologies for phosphors have been appreciated as a core technology.
백색 LED의 제조 방식은 크게 세 부류로 나뉜다. 첫 번째는 가장 기초적인 방식으로서 고전적인 RGB 개념에 따라 적색, 청색, 녹색 LED를 조합한 Multi-chip 방식이다. 해당 방식은 각 발광 파장대역에 따라 LED chip의 열화속도가 상이하여 변색이 빈번하고, 온도에 따른 발광파장의 변화에도 취약하다는 치명적인 단점이 있다. 두 번째는 청색 LED 칩 위에 황록색 형광체를 도포하여 백색 LED 소자를 제조하는 방식이다. 이 방식으로 얻어지는 백색 LED는 휘도가 높다는 장점이 있으나, 색상의 조절이 용이하지 않고 온도 변화에 따른 색변환 현상에서 자유롭지 못하다는 단점이 있다. 청색과 황색 간의 파장 차이가 상당하여 색 좌표가 동일한 백색 LDE의 양산이 어렵다는 점도 문제이다. 근래, 적색 형광체를 추가로 첨가함으로써 상술한 문제점을 개선하려는 시도가 있었으나, 각 형광체의 반치폭이 낮은 경우에 충분한 연색지수(CRI)를 확보하기 어려우며, 백색광의 구현에도 여전히 한계가 있다.There are three main types of manufacturing methods for white LEDs. The first is the multi-chip method that combines the red, blue, and green LEDs according to the classic RGB concept. This method is disadvantageous in that the deterioration rate of the LED chip is different according to each light emitting wavelength band, so that discoloration frequently occurs and it is also vulnerable to a change in the light emitting wavelength depending on the temperature. The second is a method of manufacturing a white LED device by applying a yellow-green phosphor on a blue LED chip. The white LED obtained by this method has an advantage of high brightness, but it has a disadvantage that it is not easy to control the color and is free from the color conversion phenomenon according to the temperature change. It is also a problem that it is difficult to mass-produce white LDEs having the same color coordinates because of the difference in wavelength between blue and yellow. In recent years, attempts have been made to solve the above-mentioned problems by further adding a red phosphor, but it is difficult to ensure a sufficient CRI when each half-width of each phosphor is low, and the implementation of white light is still limited.
마지막으로 세 번째는 비교적 최근에 확립된 방식으로 자외선 및 근자외선 영역의 여기광원 위에 적, 녹, 청색의 형광체를 다중으로 도포하여 백색광을 얻는 방식이다. 태양광의 광 분포와 유사한 광을 방출한다는 점에서 연색 지수(Color rendering index)가 높다는 장점을 지닌다.Finally, the third is a method of obtaining white light by applying multiple red, green, and blue phosphors on the excitation light source in the ultraviolet and near ultraviolet regions in a relatively recently established manner. And has a high color rendering index in that it emits light similar to the light distribution of sunlight.
자외선 내지 근자외선 여기광원을 활용한 LED는 태양광에 가까운 광원 구현방식으로 각광 받고 있다. 그러나 근자외선을 여기광원인 경우, 발광효율이 좋지 못하며, 형광체의 다중 도포에 따른 생산비용 증가라는 고질적인 단점이 남아 있다. 게다가 여기광원의 파장대역이 제한되므로 백색광을 효율적으로 구현하는 것이 어려웠다.LEDs using ultraviolet to near ultraviolet excitation light sources are attracting attention as a method of realizing a light source close to sunlight. However, when the near ultraviolet light is used as the excitation light source, the efficiency of light emission is not good and there is a disadvantage that the production cost is increased due to multiple application of the phosphor. Moreover, since the wavelength band of the excitation light is limited, it is difficult to efficiently realize white light.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 백색 LED용 바륨-이트륨-오쏘실리케이트계 형광체는 여기광의 파장대역이 제한되더라도 넓은 파장대역의 방출광 발현하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a barium-yttrium-orthosilicate phosphor for a white LED which emits broad wavelength band emission light even if the wavelength band of the excitation light is limited.
본 발명의 두번째 목적은 단일 형광체만으로도 효율적으로 백색광을 구현하는 것을 목적으로 한다. A second object of the present invention is to realize white light efficiently with only a single phosphor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형광체는 모체가 삼방정계(Trigonal) 구조를 가지며, 조성식 Ba9-xMxY2Si6O24으로 표현되는 바륨-이트륨-오쏘실리케이트를 포함하며, 상기 조성식에서 M은 Bi, Eu, Ce, Mn, Tb, Na으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상이고, 0.0015 ≤ x ≤ 1.85 이다.In order to achieve the above object, the phosphor of the present invention comprises a barium-yttrium-orthosilicate having a trigonal structure and expressed by the composition formula Ba 9-x M x Y 2 Si 6 O 24 , In the above composition formula, M is at least one selected from the group consisting of Bi, Eu, Ce, Mn, Tb and Na, and 0.0015? X? 1.85.
상기 M은 상기 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 원소를 포함하며, 상기 2종 이상의 원소는 모두 상기 0.0015 ≤ x ≤ 1.85인 조건을 만족한다.Wherein M includes at least two elements selected from the group, and the two or more elements satisfy the condition that 0.0015? X? 1.85.
상기 모체에 12중 배위된 Ba(Ⅱ), 9중 배위된 Ba(Ⅱ) 및 10중 배위된 Ba(Ⅱ)가 모두 포함된다.Ba (Ⅱ), 9-coordinated Ba (Ⅱ) and 10-coordinated Ba (Ⅱ) are all included in the matrix.
또한, 상기 형광체는 하기 <화학식 1>을 만족한다.Further, the phosphor satisfies the following formula (1).
<화학식 1>≪ Formula 1 >
Ba9-3(m+n)/2BimEunY2Si6O24 Ba 9-3 (m + n) / 2 Bi m Eu n Y 2 Si 6 O 24
단, 0.001 ≤ m ≤ 0.1이고 0 ≤ n ≤ 0.1인 조건을 만족하고, 여기파장이 330nm 이상 내지 380nm 이하이다.Provided that 0.001? M? 0.1 and 0? N? 0.1, and the excitation wavelength is 330 nm or more and 380 nm or less.
또한, 상기 형광체는 하기 <화학식 2>을 만족한다.The phosphor preferably satisfies the following formula (2).
<화학식 2>(2)
Ba9-3(m/2)-n-3(p/2)CemMnnTbpY2Si6O24 Ba 9-3 (m / 2) -n-3 (p / 2) Ce m Mn n Tb p Y 2 Si 6 O 24
단, 0.005 ≤ m ≤ 0.4이고 0 ≤ n ≤ 0.5이며 0 ≤ p ≤ 0.5인 조건을 만족하고, 여기파장이 270nm 이상 내지 360nm 이하이다.Wherein 0.005? M? 0.4, 0? N? 0.5 and 0? P? 0.5, and the excitation wavelength is 270 nm or more and 360 nm or less.
또한, 상기 형광체는 하기 <화학식 3>을 만족한다.Further, the phosphor satisfies the following formula (3).
<화학식 3>(3)
Ba9-(1/2p)-qNapMqY2Si6O24 Ba 9- (1 / 2p) -q Na p M q Y 2 Si 6 O 24
단, 상기 <화학식 3> 에서 M은 Bi, Eu, Ce, Mn, Tb, Na으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상이며, 0 ≤ p ≤ 0.8이고 0.0015 ≤ q ≤ 1.05인 조건을 만족하고, 여기파장이 250nm 이상 내지 470nm 이하이다.In the
또한, 상기 형광체는 하기 <화학식 4>을 만족한다.The phosphor preferably satisfies the following formula (4).
<화학식 4>≪ Formula 4 >
Ba8.9-(1/2p)-qNapEu0.1MnqY2Si6O24 Ba 8.9 - (1 / 2p) -q Na p Eu 0.1 Mn q Y 2 Si 6 O 24
단, 0 ≤ p ≤ 0.8이고 0 ≤ q ≤ 0.8인 조건을 만족한다.However, the condition of 0? P? 0.8 and 0? Q? 0.8 is satisfied.
상기 두번째 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형광체는 모체가 삼방정계(Trigonal) 구조를 가지며, 조성식 Ba9MyY2-ySi6O24으로 표현되는 바륨-이트륨-오쏘실리케이트를 포함하며, 상기 조성식에서 M은 Bi, Eu으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이고 0.001 ≤ y ≤ 0.2 이다.In order to achieve the second object, the phosphor of the present invention comprises a barium-yttrium-orthosilicate having a trigonal structure and expressed by a composition formula Ba 9 M y Y 2 -y Si 6 O 24 , In the composition formula, M is at least one species selected from the group consisting of Bi and Eu, and 0.001? Y? 0.2.
상기 모체에 12중 배위된 Ba(Ⅱ), 9중 배위된 Ba(Ⅱ) 및 10중 배위된 Ba(Ⅱ)가 모두 포함된다.Ba (Ⅱ), 9-coordinated Ba (Ⅱ) and 10-coordinated Ba (Ⅱ) are all included in the matrix.
또한, 상기 형광체는 하기 <화학식 5>를 만족한다.Further, the phosphor satisfies the following formula (5).
<화학식 5>≪ Formula 5 >
Ba9Y2-m-nBimEunSi6O24단, 0.001 ≤ m ≤ 0.1이고 0≤ n ≤ 0.1인 조건을 만족하고, 여기파장이 330nm 이상 내지 380nm 이하이다. Ba 9 Y 2 -mn Bi m Eu n Si 6 O 24 wherein 0.001 ≤ m ≤ 0.1 and 0 ≤ n ≤ 0.1, and the excitation wavelength is 330 nm or more and 380 nm or less.
상기한 바와 같은 본 발명의 백색 LED용 바륨-이트륨-오쏘실리케이트 형광체는 모체에 적절한 비율로 금속이온이 치환됨으로써 자외선 내지 근자외선을 여기광원으로 하더라도 300nm 중반 이상 내지 700nm 중반 이하에 이르기까지 효율적으로 광을 방출할 수 있으며, 파장대역 및 발광강도가 향상되는 효과를 제공할 수 있다.The barium-yttrium-orthosilicate phosphor for a white LED of the present invention as described above can efficiently convert light of a wavelength ranging from about mid 300 nm to less than mid-700 nm even when ultraviolet light or near ultraviolet light is used as an excitation light source, And it is possible to provide an effect of improving the wavelength band and the light emission intensity.
또한, 상기 모체에 Bi(Ⅲ), Eu(Ⅲ)이 바륨 또는 이트륨을 적절한 비율로 치환되었을 때 얻을 수 있는 형광체는, 단일 형광체만으로도 효율적으로 백색광이 방출되는 효과를 제공할 수 있다. In addition, the phosphor that can be obtained when Bi (III) and Eu (III) are substituted with barium or yttrium at an appropriate ratio in the matrix can provide an effect of efficiently emitting white light even with a single phosphor alone.
또한, 상기 모체에 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), 및 Tb(Ⅲ)이 적절한 비율로 바륨과 치환되었을 때 얻을 수 있는 형광체는, 적색, 청색, 및 녹색의 광을 각각 또는 동시에 구현할 수 있으며 발광특성이 향상되는 효과를 제공할 수 있다. 특히 적색, 청색, 및 녹색의 광이 동시에 구현되는 경우에는 단일 형광체만으로도 효율적으로 백색광이 방출되는 효과를 제공할 수 있다. Further, the phosphors that can be obtained when Ce (III), Mn (II), and Tb (III) are substituted with barium in an appropriate ratio to the matrix can realize red, blue, and green light respectively or simultaneously It is possible to provide an effect of improving the luminescence characteristics. In particular, when red, blue, and green light are simultaneously realized, an effect that white light is efficiently emitted by a single phosphor alone can be provided.
또한, 상기 모체에 Eu(Ⅲ)과 Na(Ⅰ) 이 적절한 비율로 바륨과 치환되었을 때 얻을 수 있는 형광체는, 황색광 내지 단일 형광체만으로도 백색광을 효율적으로 방출하는 효과를 제공할 수 있다. In addition, the phosphor that can be obtained when Eu (III) and Na (I) are substituted with barium in an appropriate ratio to the mother body can provide an effect of efficiently emitting white light even with only yellow light or a single phosphor.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모체의 입체적인 구조를 도시한 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모체에 Bi(Ⅲ)를 치환한 형광체의 여기광의 파장대역, 방출광의 파장대역 및 강도에 대한 도시이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모체에 Bi(Ⅲ) 및 Eu(Ⅲ)를 치환한 형광체의 여기광의 파장대역과 방출광의 파장대역 및 강도에 대한 도시이다.
도 4는 발명의 실시예에 따른 모체에 Bi(Ⅲ) 및 Eu(Ⅲ)를 치환한 형광체의 CIE 색도분포에 대한 도시이다.
도 5는 발명의 실시예에 따른 모체에 Bi(Ⅲ) 및 Eu(Ⅲ)를 치환한 형광체의 에너지 전달 효율()의 변화에 대한 도시이다.
도 6는 발명의 실시예에 따른 모체에 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)를 각각 치환한 형광체의 여기광의 파장대역과 방출광의 파장대역 및 강도에 대한 도시이다.
도 7는 발명의 실시예에 따른 모체에 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)를 치환한 형광체의 여기광의 파장대역과 방출광의 파장대역 및 강도에 대한 도시이다.
도 8은 발명의 실시예에 따른 모체에 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)를 치환한 형광체의 에너지 전달 효율()의 변화에 대한 도시이다.
도 9는 발명의 실시예에 따른 모체에 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)를 치환한 형광체의 CIE 색도분포에 대한 도시이다.
도 10는 발명의 실시예에 따른 모체에 Na(Ⅰ), Eu(Ⅲ)을 치환한 형광체의 여기광의 파장대역과 방출광의 파장대역 및 강도에 대한 도시이다.
도 11는 발명의 실시예에 따른 모체에 Na(Ⅰ)의 치환비율에 따른 방출광의 개형 변화에 대한 도시이다.
도 12은 발명의 실시예에 따른 모체에 Na(Ⅰ), Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ)을 치환한 형광체의 여기광의 파장대역과 방출광의 파장대역 및 강도에 대한 도시이다.
도 13은 발명의 실시예에 따른 모체에 Na(Ⅰ), Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ)을 치환한 형광체의 Mn(Ⅱ) 치환비율 변화에 따른 방출광의 개형 변화에 대한 도시이다.
도 14는 발명의 실시예에 따른 모체에 Na(Ⅰ), Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ)을 치환한 형광체의 에너지 전달 효율()의 변화에 대한 도시이다.
도 15은 발명의 실시예에 따른 모체에 Na(Ⅰ), Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ)을 치환한 형광체의 연색지수(CRI) 및 색온도(CCT)에 대한 도시이다.1 is a structural view showing a three-dimensional structure of a matrix according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing the wavelength band of the excitation light, the wavelength band of the emitted light, and the intensity of the fluorescent material in which Bi (III) is substituted for the matrix according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the wavelength band of the excitation light and the wavelength band and intensity of the emitted light of the phosphor in which Bi (III) and Eu (III) are substituted for the matrix according to the embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a diagram showing the CIE chromaticity distribution of phosphors in which Bi (III) and Eu (III) are substituted for a matrix according to an embodiment of the present invention.
Fig. 5 is a graph showing the energy transfer efficiency (Fig. 5) of a phosphor substituted by Bi (III) and Eu (III) ). ≪ / RTI >
FIG. 6 is a diagram showing the wavelength band of the excitation light and the wavelength band and intensity of the emitted light of the phosphor in which Ce (III), Mn (II) and Tb (III) are substituted respectively in the matrix according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the wavelength band of the excitation light and the wavelength band and intensity of the emitted light of the phosphor in which Ce (III), Mn (II) and Tb (III) are substituted for the matrix according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the energy transfer efficiencies of phosphors substituted with Ce (III), Mn (II) and Tb (III) ). ≪ / RTI >
FIG. 9 is a diagram showing CIE chromaticity distributions of phosphors in which Ce (III), Mn (II), and Tb (III) are substituted for a matrix according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing the wavelength band of the excitation light and the wavelength band and intensity of the emitted light of the phosphor in which Na (I) and Eu (III) are substituted for the matrix according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an open-type change of emitted light according to the substitution ratio of Na (I) to a matrix according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing wavelength bands of excitation light and wavelength band and intensity of emitted light of phosphors in which Na (I), Eu (III) and Mn (II) are substituted for the matrix according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a change in the emission profile of the emitted light according to the Mn (II) substitution ratio of a phosphor substituted with Na (I), Eu (III), and Mn (II) in a mother according to an embodiment of the present invention.
Fig. 14 is a graph showing the energy transfer efficiencies of phosphors substituted with Na (I), Eu (III), and Mn (II) ). ≪ / RTI >
FIG. 15 is a graph showing the CRI and the color temperature (CCT) of a phosphor in which Na (I), Eu (III) and Mn (II) are substituted for the matrix according to the embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 도면을 구성하고 있는 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are also provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shapes and sizes of the elements constituting the drawings and the like can be exaggerated for clarity.
본 발명은 모체가 삼방정계(Trigonal) 구조를 가지며, 조성식 Ba9-xMxY2Si6O24으로 표현되는 바륨-이트륨-오쏘실리케이트를 포함하며, 상기 조성식에서 M은 Bi, Eu, Ce, Mn, Tb, Na으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상이고, 0.0015 ≤ x ≤ 1.85인 것을 특징으로 하는 형광체에 대한 것이다.The present invention the matrix that has a trigonal crystal system (Trigonal) structure, composition formula Ba 9-x M x Y 2 Ba, which is represented by Si 6 O 24-yttrium-comprises a ortho silicate, in the formula M is Bi, Eu, Ce , Mn, Tb, and Na, and 0.0015? X? 1.85.
실시 예에 따라 상기 M은 상기 Bi, Eu, Ce, Mn, Tb, Na으로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 원소를 포함하며, 상기 2종 이상의 원소는 모두 상기 0.0015 ≤ x ≤ 1.85인 조건을 만족할 수 있다.According to an embodiment, M includes at least two elements selected from the group consisting of Bi, Eu, Ce, Mn, Tb, and Na, and both of the two or more elements satisfy the condition that 0.0015? X? have.
본 발명의 모체는 삼방정계(Trigonal) 결정 구조를 가지고, 상기 모체의 조성식은 Ba9Y2Si6O24이며 단일상이다. 본 발명의 모체는 3가지 종류의 배위 결합을 갖는 Ba(II)를 포함하는 것으로, 삼방정계의 결정 구조를 갖는 것이 바람직하다. Matrix of the present invention has a trigonal crystal system (Trigonal) crystal structure, a composition formula of the matrix is Ba 9 Y 2 Si 6 O 24 is a single phase. The host of the present invention includes Ba (II) having three kinds of coordination bonds, and preferably has a three-system crystal structure.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모체의 입체적인 구조를 도시한 구조도이다. 도 1을 참조하면, Ba(1)은 산소가 12중 배위 결합된 Ba(Ⅱ)이며, 도 1에 표시된 Ba(2)는 산소가 9중 배위 결합된 Ba(Ⅱ)를 의미하며, 도 1에 표시된 Ba(3)는 산소가 10중 배위 결합된 Ba(Ⅱ)를 나타낸다. 1 is a structural view showing a three-dimensional structure of a matrix according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, Ba (1) is Ba (II) in which oxygen is 12 coordinated, Ba (2) in FIG. 1 means Ba , Ba (3) represents Ba (II) in which oxygen is coordinated to 10 carbon atoms.
또한, 도 1에서 YO6는 팔면체 구조를 보이며, SiO4-는 사면체 구조를 보인다. 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체들은 상기 모체의 결정 구조를 기초로 하여, 다양한 종류의 활성제 및 감광제 등을 하나 이상 첨가하여 얻어질 수 있다. In FIG. 1, YO 6 has an octahedral structure and SiO 4 - has a tetrahedral structure. The phosphors according to an embodiment of the present invention can be obtained by adding one or more kinds of activators and sensitizers based on the crystal structure of the host.
상기 모체에 산소가 12중 배위 결합된 Ba(Ⅱ)와 9중 배위 결합된 Ba(Ⅱ), 및 10중 배위 결합된 Ba(Ⅱ)가 모두 포함되어 있다는 점이 특히 중요하다. 도 11을 참조하여 설명할 바와 같이, Ba(1)을 치환한 금속이온과 Ba(2)를 치환한 금속이온, Ba(3)를 치환한 금속이온이 각각 경험하는 결정장 효과가 달라진다. 임의의 금속이온은 Ba(1),Ba(2) 및 Ba(3)에 모두 치환될 수 있으므로, 이는 결정장 갈라짐에 따른 에너지 세분화 정도가 모체의 독특한 구조에 의하여 더욱 증가하는 것을 의미한다.따라서 금속이온의 치환에 따라 넓은 파장대역에서 효율적으로 방출광이 발현된다는 점은 상기 모체의 독특한 구조 그 자체에서 기인하는 효과이다.It is particularly important that the matrix contains both Ba (II) in which the oxygen is coordinated to 12, Ba (II) in the 9-coordinate coordination, and Ba (II) in the 10 coordination. As will be described with reference to Fig. 11, the crystal field effect experienced by metal ions substituted with Ba (1), metal ions substituted with Ba (2), and metal ions substituted with Ba (3) are different. Since arbitrary metal ions can be substituted for Ba (1), Ba (2), and Ba (3), this means that the degree of energy fragmentation due to crystal cleavage is further increased by the unique structure of the matrix. The fact that the emitted light is efficiently expressed in a wide wavelength band according to the substitution of the metal ion is an effect due to the unique structure itself of the matrix.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 형광체들은 특히 Bi(Ⅲ), Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ), Na(Ⅰ)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속이온을 상기 모체에 도핑하여 얻어질 수 있으며, 상기 금속이온들은 조성식 상에서 M으로 표현된다. 모체를 포함한 형광체의 일반적인 조성식은 Ba9-xMxY2Si6O24이며, 상기 M의 조성식상 구성비 x는 0.0015 이상 내지 1.85 이하일 수 있다. The phosphors according to an embodiment of the present invention may include at least one metal ion selected from the group consisting of Bi (III), Eu (III), Mn (II), Tb (III) And the metal ions are represented by M in the composition formula. General composition formula of the phosphor containing matrix is Ba 9-x M x Y 2 Si 6 O 24, the composition fed ratio of the M x may be less than 0.0015 to 1.85.
특히, 이하에서 설명될 도 2 내지 도 5는 Bi(Ⅲ)가 도핑된 형광체와, Bi(Ⅲ)와 Eu(Ⅲ)가 함께 도핑된 형광체의 여기광 내지 방출광에 대한 상세한 정보를 제공하고 있다. 상기 형광체의 화학식은 Ba9-3(m+n)/2BimEunY2Si6O24이며, 0.001 ≤ m ≤ 0.1이고 0 ≤ n ≤ 0.1이다. In particular, Figs. 2 to 5, which will be described below, provide detailed information on excitation light or emitted light of a phosphor doped with Bi (III) and a phosphor doped with Bi (III) and Eu (III) . The formula of the phosphor is Ba 9-3 (m + n) / 2 Bi m Eu n Y 2 Si 6 O 24 , 0.001? M? 0.1 and 0? N? 0.1.
화학식이 Ba9-3(m+n)/2BimEunY2Si6O24인 형광체(단, 0.001 ≤ m ≤ 0.1이고 0 ≤ n ≤ 0.1을 만족한다.)와 화학식이 Ba9Y2-m-nBimEunSi6O24--인 형광체(단, 0.001 ≤ m ≤ 0.1이고 0 ≤ n ≤ 0.1을 만족한다.)는 각 실시예에 따른 구성비를 고려하여 적절한 화학량론적 양의 BaCO3(99.8%, Alfa), Y2O3(99.9%, Alfa), SiO2(99.5%, Alfa), Bi2O3(99.99%, Aldrich) 및 Eu2O3(99.9%, Alfa)를 섞은 뒤 플럭스(flux)로서 2.5wt%의 Li2CO3(99%, Alfa)를 첨가하여 대기 분위기에 1100까지 3시간 가열해줌으로써 간단하고 효율적이게 얻을 수 있다. 상술한 방식을 통하여 얻어진 실시예들에 관해서는 이하에서 자세히 부연한다.A phosphor represented by the formula Ba 9-3 (m + n) / 2 Bi m Eu n Y 2 Si 6 O 24 (with 0.001 ≤ m ≤ 0.1 and 0 ≤ n ≤ 0.1) and Ba 9 Y 2-mn Bi m Eu n Si 6 O 24 - (0.001 ≦ m ≦ 0.1 and 0 ≦ n ≦ 0.1 are satisfied) can be obtained by appropriately adjusting the stoichiometric amount of BaCO 3 (99.8%, Alfa), Y 2 O 3 (99.9%, Alfa), SiO 2 (99.5%, Alfa), Bi 2 O 3 (99.99%, Aldrich) and Eu 2 O 3 After mixing, 2.5wt% of Li 2 CO 3 (99%, Alfa) is added as a flux and heated to 1100 in air for 3 hours, so that it can be obtained easily and efficiently. Embodiments obtained through the above-described method are described in detail below.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모체에 Bi(Ⅲ)를 치환한 형광체의 여기광의 파장대역, 방출광의 파장대역 및 강도에 대한 도시이다.2 is a diagram showing the wavelength band of the excitation light, the wavelength band of the emitted light, and the intensity of the fluorescent material in which Bi (III) is substituted for the matrix according to the embodiment of the present invention.
도 2의 (a)는 Bi(Ⅲ)가 Ba(Ⅱ)를 치환하여 도핑된 형광체의 여기광원에 대한 정보와 방출광에 대한 정보를 제공한다. 여기파장의 대역이 대략 330 nm에서부터 대략 380 nm까지 나타나는 것을 확인할 수 있다. 중심파장이 대략 332 nm인 여기광원에 의하여 들뜨게 된 형광체는 스토크 전이에 따라 중심파장이 대략 490nm 광을 방출한다. 한편, 중심파장이 대략 373 nm인 여기광원에 의하여 들뜨게 된 형광체는 중심파장이 대략 409 nm인 광을 방출한다.FIG. 2 (a) shows information on the excitation light source of the doped phosphor by substituting Ba (II) for Bi (III) and information about the emitted light. It can be seen that the band of the excitation wavelength appears from approximately 330 nm to approximately 380 nm. The phosphor excited by an excitation light source having a center wavelength of approximately 332 nm emits light having a center wavelength of approximately 490 nm in accordance with the Stokes transition. On the other hand, a phosphor excited by an excitation light source having a center wavelength of approximately 373 nm emits light having a center wavelength of approximately 409 nm.
도 2의 (b)는 Bi(Ⅲ)가 Y(Ⅲ)를 치환하여 도핑된 형광체의 여기광원에 대한 정보와 방출광에 대한 정보를 제공한다. 중심파장이 대략 332 nm인 여기광원에 의하여 들뜨게 된 형광체는 스토크 전이에 따라 중심파장이 대략 490nm 광을 방출한다. 한편, 중심파장이 대략 373 nm인 여기광원에 의하여 들뜨게 된 형광체는 중심파장이 대략 409 nm인 광을 방출한다.FIG. 2 (b) shows information on the excitation light source of the doped phosphor and information on the emitted light by substituting Y (III) for Bi (III). The phosphor excited by an excitation light source having a center wavelength of approximately 332 nm emits light having a center wavelength of approximately 490 nm in accordance with the Stokes transition. On the other hand, a phosphor excited by an excitation light source having a center wavelength of approximately 373 nm emits light having a center wavelength of approximately 409 nm.
도 2의 (c)는 상기 형광체에 있어서, Bi(Ⅲ)의 구성비에 따른 발광 강도의 변화를 도시한 것이다. Bi(Ⅲ)가 Ba(Ⅱ)를 치환한 경우 및 Y()를 치환한 경우 모두에 있어서 상기 m이 0.025일 때 발광 강도가 최대화 되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 경향은 방출 광의 중심 파장이 대략 409 nm인 경우와 대략 490nm인 경우에 모두 동일하게 확인된다. 또한 Bi(Ⅲ)가 Ba(Ⅱ)를 치환하여 얻어진 형광체의 방출 광에 비하여 Bi(Ⅲ)가 Y()를 치환하여 얻어진 형광체의 방출 광의 강도가 더 강하다는 점을 확인할 수 있다.Fig. 2 (c) shows the change in luminescence intensity depending on the composition ratio of Bi (III) in the above-mentioned phosphor. It can be confirmed that the emission intensity is maximized when m is 0.025 in both cases where Bi (III) is substituted for Ba (II) and Y (). This tendency is confirmed both in the case where the central wavelength of the emitted light is approximately 409 nm and in the case of approximately 490 nm. It can also be seen that the emission intensity of the phosphor obtained by substituting Bi (III) with Y () is stronger than the emission light of the phosphor obtained by substituting Ba (II) for Bi (III).
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모체에 Bi(Ⅲ) 및 Eu(Ⅲ)를 치환한 형광체의 여기광의 파장대역과 방출광의 파장대역 및 강도에 대한 도시이다. 여기 광의 중심파장은 도 2와 마찬가지로 대략 332nm 및 대략 373 nm이다. FIG. 3 is a diagram showing the wavelength band of the excitation light and the wavelength band and intensity of the emitted light of the phosphor in which Bi (III) and Eu (III) are substituted for the matrix according to the embodiment of the present invention. The center wavelength of the excitation light is approximately 332 nm and approximately 373 nm as in Fig.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 Bi(Ⅲ)가 Ba(Ⅱ)를 치환한 경우의 방출 광에 대한 상세한 정보를 제공한다. Eu(Ⅲ)의 추가적인 도핑에 의하여 중심파장이 대략 615 nm인 방출 광이 추가로 발현되는 것을 확인할 수 있다. Figures 3 (a) and 3 (b) provide detailed information on emission light when Bi (III) is substituted for Ba (II). It can be confirmed that further emission of Eu (III) at about 615 nm is further expressed by the additional doping of Eu (III).
다만 Eu(Ⅲ)의 추가적인 도핑 시, 중심파장이 약 409nm인 방출 광과 중심파장이 약 490nm인 방출 광의 강도가 약해지는 것을 확인할 수 있다. 중심파장이 약 409nm인 방출 광과 중심파장이 약 490nm인 방출 광의 강도는 상기 n이 0.005일 때 최대였으며, 중심파장이 대략 615 nm인 방출 광의 강도는 n이 0.1일 때 최대였다.However, it can be confirmed that the intensity of the emitted light with a center wavelength of about 409 nm and the intensity of emitted light with a center wavelength of about 490 nm become weaker at the time of further doping of Eu (III). The intensity of the emitted light having a center wavelength of about 409 nm and the emitted light having a center wavelength of about 490 nm was the maximum when n was 0.005 and the intensity of emitted light having a center wavelength of about 615 nm was the maximum when n was 0.1.
도 3의 (c) 및 도 3의 (d)는 Bi(Ⅲ)가 Y(Ⅲ)를 치환한 경우의 방출 광에 대한 상세한 정보를 제공한다. 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)와 비교하였을 때, 도 2의 (c)에서 확인할 수 있었던 경향과 같이 금속이온이 Ba(Ⅱ)가 아닌 Y(Ⅲ)를 치환하여 전반적으로 강도가 향상된 방출 광을 관찰할 수 있다. 3 (c) and 3 (d) provide detailed information on emission light when Bi (III) is substituted for Y (III). 3 (a) and Fig. 3 (b), the metal ion substitutes Y (Ⅲ) instead of Ba (Ⅱ) as shown in Fig. 2 (c) Can observe the enhanced emitted light.
다만, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)의 경우와 마찬가지로 Eu(Ⅲ)의 추가적인 도핑 시, 중심파장이 약 409nm인 방출 광과 중심파장이 약 490nm인 방출 광의 강도가 약해지는 것을 확인할 수 있다. 중심파장이 약 409nm인 방출 광과 중심파장이 약 490nm인 방출 광의 강도는 상기 n이 0.005일 때 최대였으며, 중심파장이 대략 615 nm인 방출 광의 강도는 n이 0.1일 때 최대였다.3 (a) and 3 (b), the intensity of emitted light with a center wavelength of about 409 nm and emission light with a center wavelength of about 490 nm are weakened at the time of further doping of Eu (III) Can be confirmed. The intensity of the emitted light having a center wavelength of about 409 nm and the emitted light having a center wavelength of about 490 nm was the maximum when n was 0.005 and the intensity of emitted light having a center wavelength of about 615 nm was the maximum when n was 0.1.
도 4는 발명의 실시예에 따른 모체에 Bi(Ⅲ) 및 Eu(Ⅲ)를 치환한 형광체의 CIE 색도분포에 대한 도시이다. 도 4는 화학식이 Ba9-3(m+n)/2BimEunY2Si6O24이고 상기 m은 0.025일 때, 상기 n의 비율 변화에 방출 광의 색좌표 변화를 도시하고 있다. Bi(Ⅲ) 내지 Eu(Ⅲ)가 Ba(Ⅱ)를 치환한 경우, 특히 상기 n이 0.05일 때 (좌표 D) 백색광이 구현된 것을 확인할 수 있다. D의 CIE 좌표는 x=0.305, y=0.312이다. Bi(Ⅲ) 내지 Eu(Ⅲ)가 Y(Ⅲ)를 치환된 경우에도 백색광을 구현할 수 있다. 백색광을 구현하는 좌표 C의 x=0.280, y=0.319이다. 이 때, 상기 n은 0.01이다.Fig. 4 is a diagram showing the CIE chromaticity distribution of phosphors in which Bi (III) and Eu (III) are substituted for a matrix according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a color coordinate change of emission light at a change in the ratio of n when the formula is Ba 9-3 (m + n) / 2 Bi m Eu n Y 2 Si 6 O 24 and m is 0.025. It can be confirmed that when Ba (II) is substituted for Bi (III) to Eu (III), white light is realized especially when n is 0.05 (coordinate D). The CIE coordinates of D are x = 0.305 and y = 0.312. Even when Y (III) is substituted for Bi (III) to Eu (III), white light can be realized. X = 0.280 and y = 0.319 of the coordinate C that implements white light. At this time, n is 0.01.
도 5는 발명의 실시예에 따른 모체에 Bi(Ⅲ) 및 Eu(Ⅲ)를 치환한 형광체의 에너지 전달 효율()의 변화에 대한 도시이다. 에너지는 감광제인 Bi(Ⅲ)에서 활성제인 Eu(Ⅲ)로 전달된다. 도 5의 (a)는 Bi(Ⅲ)가 Ba(Ⅱ)을 치환하여 도핑되어 있고 상기 Bi(Ⅲ)의 구성비가 0.025로 고정되었을 때, Eu(Ⅲ)의 비율 변화에 따른 Bi(Ⅲ)에서 Eu(Ⅲ)로의 에너지 전달 효율의 변화를 나타낸다. Eu(Ⅲ)의 구성비가 증가할수록 에너지 전달 효율 또한 증가한다. 특히 Eu(Ⅲ)의 구성비가 0.1일 때 에너지 전달 효율은 0.8을 상회한다. 도 5의 (d)는 Bi(Ⅲ)가 Y()를 치환하여 도핑되어 있고 상기 Bi(Ⅲ)의 구성비가 0.025로 고정되었을 때, Eu(Ⅲ)의 비율 변화에 따른 에너지 전달 효율의 변화를 나타낸다. Eu(Ⅲ)의 구성비가 증가할수록 에너지 전달 효율이 증가한다. 특히 Eu(Ⅲ)의 구성비가 0.1일 때 에너지 전달 효율은 0.8을 상회한다.Fig. 5 is a graph showing the energy transfer efficiency (Fig. 5) of a phosphor substituted by Bi (III) and Eu (III) ). ≪ / RTI > The energy is transferred from the sensitizer Bi (Ⅲ) to the active Eu (Ⅲ). 5 (a) is a graph showing changes in the ratio of Eu (III) to Bi (III) when Bi (III) is doped with Ba (II) substituted and the composition ratio of Bi (III) And the energy transfer efficiency to Eu (III). As the composition ratio of Eu (III) increases, the energy transfer efficiency also increases. In particular, when the composition ratio of Eu (III) is 0.1, the energy transfer efficiency exceeds 0.8. 5 (d) shows a change in the energy transfer efficiency due to the change in the ratio of Eu (III) when Bi (III) is doped with Y () replaced and the composition ratio of Bi (III) is fixed at 0.025 . As the composition ratio of Eu (III) increases, energy transfer efficiency increases. In particular, when the composition ratio of Eu (III) is 0.1, the energy transfer efficiency exceeds 0.8.
에너지 전달 효율()에 대해서는 다음의 공식이 성립한다. 는 활성제의 존재 하에서 감광제의 발광 강도를 의미하며, 는 활성제의 부재 하에서 감광제의 발광강도를 의미한다.Energy transfer efficiency ), The following formula is established. Quot; means the light emission intensity of the photosensitizer in the presence of the activator, Quot; means the light emission intensity of the photosensitizer in the absence of an activator.
도 5의 (b)와 (c), 및 도 5의 (e)와 (f)는 에너지 전달 메커니즘에 대한 정보를 제공한다. 이 경우 덱스터 이론에 따라서 에너지 전달 메커니즘은 의 변화에 따른 값의 선형 함수로 표현될 수 있다. 은 Bi(Ⅲ)와 Eu(Ⅲ)의 농도이며, 값이 3일 때에는 에너지 전달이 교환 작용에 의한다는 것을 의미하고, 값이 6일 때에는 에너지 전달이 작용에 의한다는 것을 의미한다. 도 5의 (b)와 (c), 및 도 5의 (e)와 (f)를 종합하면, 감광제인 Bi(Ⅲ)에서 활성제인 Eu(Ⅲ)로의 에너지전달이 비방사성 교환작용에 의한 것임을 나타낸다.Figures 5 (b) and 5 (c) and Figures 5 (e) and 5 (f) provide information on energy transfer mechanisms. In this case, according to Dexter's theory, the energy transfer mechanism With changes in Can be expressed as a linear function of the value. Is the concentration of Bi (III) and Eu (III) When the value is 3, it means that the energy transfer is due to the exchange action, A value of 6 means that energy transfer is due to action. 5 (b) and 5 (c), and 5 (e) and 5 (f) show that energy transfer from Bi (III) as a sensitizer to Eu (III) as an activator is due to non- .
이하에서 설명될 도 6 내지 도 9는 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)가 각각 도핑된 형광체와, Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)가 모두 함께 도핑된 형광체의 여기광 내지 방출광에 대한 상세한 정보를 제공하고 있다. 상기 형광체의 화학식은 Ba9-3(m/2)-n-3(p/2)CemMnnTbpY2Si6O24이며, 단일상이고, 0.005 ≤ m ≤ 0.4, 0 ≤ n ≤ 0.5, 및 0 ≤ p ≤ 0.5 를 만족한다.6 to 9, which will be described below, show a phosphor doped with Ce (III), Mn (II) and Tb (III), and a phosphor doped with Ce (III), Mn (II) and Tb And provides detailed information on excitation light or emitted light of the phosphor. The formula of the phosphor is Ba 9-3 (m / 2) -n-3 (p / 2) Ce m Mn n Tb p Y 2 Si 6 O 24 and is a single phase, 0.005 ≤ m ≤ 0.4, 0 ≤ n ≤ 0.5, and 0? P? 0.5.
화학식이 Ba9-3m/2-n-3p/2CemMnnTbpY2Si6O24인 형광체(단, 0.005 ≤ m ≤ 0.4이고 0 ≤ n ≤ 0.5이며 0 ≤ p ≤ 0.5를 만족한다.)는 각 실시예에 따른 구성비를 고려하여 적절한 화학량론적 양의 BaCO3(99.8%, Alfa), Y2O3(99.9%, Alfa), SiO2(99.5%, Alfa), CeO2(99.9%, Alfa), MnO(99%, Aldrich) 및 Tb4O11(99.9%, Alfa)를 섞은 뒤 플럭스(flux)로서 2.5wt%의 Li2CO3(99%, Alfa)를 첨가하여 환원분위기(4% H2 gas/ 96% Ar gas)에서 950와 1100로 3시간씩 가열해줌으로써 간단하고 효율적이게 얻을 수 있다. 상술한 방식을 통하여 얻어진 실시예들에 관해서는 이하에서 자세히 부연한다.A phosphor of the formula Ba 9-3m / 2-n-3p / 2 Ce m Mn n Tb p Y 2 Si 6 O 24 (provided that 0.005 ≤ m ≤ 0.4, 0 ≤ n ≤ 0.5 and 0 ≤ p ≤ 0.5 and.) is appropriate stoichiometric amounts of BaCO 3 (99.8% in consideration of the composition according to the respective embodiments, Alfa), Y 2 O 3 (99.9%, Alfa), SiO 2 (99.5%, Alfa), CeO 2 ( 99.9%, Alfa), MnO ( 99%, Aldrich) , and Tb 4 O 11 (99.9%, Alfa) was added to the mixture after the reduction Li 2 CO 3 (99%, Alfa) of 2.5wt% as a flux (flux) It can be obtained easily and efficiently by heating for 3 hours at 950 and 1100 in the atmosphere (4% H 2 gas / 96% Ar gas). Embodiments obtained through the above-described method are described in detail below.
도 6는 발명의 실시예에 따른 모체에 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)를 각각 치환한 형광체의 여기광의 파장대역과 방출광의 파장대역 및 강도에 대한 도시이다.FIG. 6 is a diagram showing the wavelength band of the excitation light and the wavelength band and intensity of the emitted light of the phosphor in which Ce (III), Mn (II) and Tb (III) are substituted respectively in the matrix according to the embodiment of the present invention.
도 6의 (a)는 화학식이 Ba8.85Ce0.1Y2Si6O24, Ba8.25Tb0.5Y2Si6O24, Ba8.5Mn0.5Y2Si6O24인 형광체의 여기광 내지 방출광에 대한 상세한 정보를 제공하고 있다. 여기파장의 대역이 대략 270 nm에서부터 대략 360 nm까지 넓게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 화학식이 Ba8.85Ce0.1Y2Si6O24인 형광체는 청색광을 방출하며, 화학식이 Ba8.5Mn0.5Y2Si6O24인 형광체는 적색광을 방출하고, 화학식이 Ba8.25Tb0.5Y2Si6O24-인 형광체는 녹색광을 방출한다. 화학식이 Ba8.5Mn0.5Y2Si6O24인 형광체의 흡수, 방출 스펙트럼은 실제 측정된 강도의 50배로 도시되었다. 도 6의 (b)는 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)가 모두 함께 도핑된 형광체의 여기광 및 방출광의 특성을 자세히 나타내고 있다. 대략 360 nm에서 대략 650 nm에 이르기까지 넓은 파장 대역에서 방출광이 발현된다. Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)을 모두 함께 도핑함으로써 대략 610 nm 근방에서의 발광 강도가 증가하는 특성을 보이며 청광, 적광, 녹광이 모두 발현되는 것을 확인할 수 있다.FIG. 6 (a) is a graph showing that the chemical formula is Ba 8.85 Ce 0.1 Y 2 Si 6 O 24 , Ba 8.25 Tb 0.5 Y 2 Si 6 O 24 , and Ba 8.5 Mn 0.5 Y 2 Si 6 O 24 phosphors. It can be seen that the wavelength band of the excitation is wide from approximately 270 nm to approximately 360 nm. The phosphor having the formula Ba 8.85 Ce 0.1 Y 2 Si 6 O 24 emits blue light and the phosphor having the formula Ba 8.5 Mn 0.5 Y 2 Si 6 O 24 emits red light and has the formula Ba 8.25 Tb 0.5 Y 2 Si 6 O 24 -phosphor emits green light. The absorption and emission spectra of phosphors having the formula Ba 8.5 Mn 0.5 Y 2 Si 6 O 24 were shown to be 50 times the actual measured intensity. FIG. 6 (b) shows the characteristics of the excited and emitted light of phosphors doped together with Ce (III), Mn (II) and Tb (III). Emitted light is expressed in a broad wavelength band from approximately 360 nm to approximately 650 nm. The emission intensity at around 610 nm was increased by doping both Ce (III), Mn (II) and Tb (III), and it was confirmed that blue light, red light and green light were all expressed.
도 7는 발명의 실시예에 따른 모체에 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)를 치환한 형광체의 여기광의 파장대역과 방출광의 파장대역 및 강도에 대한 도시이다. 도 7의 (a)와 도 7의 (b)는 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)가 모두 함께 도핑된 형광체의 구성비의 변화에 따른 여기광 내지 방출광의 변화에 대한 상세한 정보를 제공하고 있다. FIG. 7 is a diagram showing the wavelength band of the excitation light and the wavelength band and intensity of the emitted light of the phosphor in which Ce (III), Mn (II) and Tb (III) are substituted for the matrix according to the embodiment of the present invention. 7 (a) and 7 (b) show detailed information on changes in excitation light or emitted light according to the composition ratio of phosphors doped together with Ce (III), Mn (II) and Tb .
도 6의 (b)에서 관찰할 수 있었던 바와 같이 삼색광의 영역에서 모두 방출 광의 발현되고 있다는 점이 일관된다. 대략 250nm에서부터 대략 370nm에 이르는 파장 대역에서 상기 형광체의 여기가 일어나는 점을 확인할 수 있다.As can be observed in Fig. 6 (b), it is consistent that the emitted light is all expressed in the region of the tricolor light. It can be seen that the excitation of the phosphor occurs in a wavelength band from approximately 250 nm to approximately 370 nm.
도 7의 (a)는 Ce(Ⅲ)의 구성비를 0.1로 고정하고 Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)의 구성비를 달리하였을 때 여기광 내지 방출광의 변화에 대한 상세한 정보를 제공하고 있다. 화학식은 Ba8.85-n-3(p/2)Ce0.1MnnTbpY2Si6O24이며, 상기 n은 0.1, 0.3, 0.5이고 상기 n과 독립적인 상기 p는 0.1, 0.3, 0.5이다. Tb(Ⅲ)의 비율이 증가할수록 Ce(Ⅲ)에 의한 청색광의 발현 정도가 낮아지는 것을 확인할 수 있다. Mn(Ⅱ)는 구성 비율이 증가할수록 적색광의 방출 비율이 증가하는 경향성을 보이고 있다.FIG. 7 (a) shows detailed information on changes in excitation light or emission light when the composition ratio of Ce (III) is fixed to 0.1 and the composition ratios of Mn (II) and Tb (III) are different. (P / 2) Ce 0.1 Mn n Tb p Y 2 Si 6 O 24 , where n is 0.1, 0.3, 0.5 and the p independent of n is 0.1, 0.3, 0.5 . As the ratio of Tb (III) increases, the degree of blue light emission by Ce (III) decreases. Mn (Ⅱ) shows a tendency that the emission ratio of red light increases as the composition ratio increases.
도 7의 (b)는 Ce(Ⅲ)의 구성비를 0.025로 고정하고 Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)의 구성비를 달리하였을 때 여기광 내지 방출광의 변화에 대한 상세한 정보를 제공하고 있다. 화학식은 Ba8.9625-n-3(p/2)Ce0.025MnnTbpY2Si6O24이며, 상기 n은 0.1, 0.3, 0.5이고 상기 n과 독립적인 상기 p는 0.1, 0.3, 0.5이다. 도 7(a)에서와 마찬가지로 Tb(Ⅲ)의 비율이 증가할수록 Ce(Ⅲ)에 의한 청색광의 발현 정도가 낮아지는 것을 확인할 수 있다. Mn(Ⅱ)는 구성 비율이 증가할수록 적색광의 방출 비율이 증가하는 경향성을 보이고 있다.FIG. 7 (b) provides detailed information on changes in the excitation light or emission light when the composition ratio of Ce (III) is fixed to 0.025 and the composition ratios of Mn (II) and Tb (III) are different. (P / 2) Ce 0.025 Mn n Tb p Y 2 Si 6 O 24 , where n is 0.1, 0.3, 0.5 and the p independent of n is 0.1, 0.3, 0.5 . As shown in FIG. 7 (a), as the ratio of Tb (III) increases, the degree of blue light emission by Ce (III) decreases. Mn (Ⅱ) shows a tendency that the emission ratio of red light increases as the composition ratio increases.
도 7의 (c)는 Tb(Ⅲ)의 구성비가 0.1일 때, Ce(Ⅲ)와 Mn(Ⅱ)를 함께 도핑함으로써 얻을 수 있는 방출광의 강도 변화를 도시하고 있다. Ce(Ⅲ)의 구성비가 0.1이고 Mn(Ⅱ)의 구성비가 0.3 일 때, 방출광의 강도가 최대화된다. 만일 Ce(Ⅲ)의 구성비가 0.025이면 Mn(Ⅱ)의 구성비가 0.5일 때, 방출광의 강도가 최대화된다. Mn(Ⅱ)의 구성비가 동일하다면 Ce(Ⅲ)의 구성비가 0.1일 때보다 Ce(Ⅲ)의 구성비가 0.025일 때 전반적으로 더 강한 방출광이 발현된다.FIG. 7 (c) shows the intensity variation of the emitted light obtained by doping Ce (III) and Mn (II) together when the composition ratio of Tb (III) is 0.1. When the composition ratio of Ce (III) is 0.1 and the composition ratio of Mn (II) is 0.3, the intensity of emitted light is maximized. If the composition ratio of Ce (III) is 0.025, the intensity of emitted light is maximized when the composition ratio of Mn (II) is 0.5. If Mn (Ⅱ) has the same composition ratio, Ce (Ⅲ) has a composition ratio of Ce (Ⅲ) of 0.025 as compared with that of Ce (Ⅲ) of 0.1.
도 7의 (d)는 Mn(Ⅱ)의 구성비가 0.1일 때, Ce(Ⅲ)와 Tb(Ⅲ)를 함께 도핑함으로써 얻을 수 있는 방출광의 강도 변화를 도시하고 있다. Ce(Ⅲ)의 구성비가 0.025이고 Tb(Ⅲ)의 구성비가 0.3 일 때, 방출광의 강도가 최대화된다. 만일 Ce(Ⅲ)의 구성비가 0.1이면 Tb(Ⅲ)의 구성비가 0.5일 때, 방출광의 강도가 최대화된다. FIG. 7 (d) shows a change in intensity of emitted light obtained by doping Ce (III) and Tb (III) together when the composition ratio of Mn (II) is 0.1. When the composition ratio of Ce (III) is 0.025 and the composition ratio of Tb (III) is 0.3, the intensity of emitted light is maximized. If the composition ratio of Ce (III) is 0.1, the intensity of emitted light is maximized when the composition ratio of Tb (III) is 0.5.
도 8은 발명의 실시예에 따른 모체에 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)를 치환한 형광체의 에너지 전달 효율()의 변화에 대한 도시이다. 에너지는 Ce(Ⅲ)에서 Mn(Ⅱ) 혹은 Tb(Ⅲ)으로 전달된다. 에너지 전달 효율()에 대해서는 다음의 공식이 성립한다. 는 활성제의 존재 하에서 감광제의 발광 강도를 의미하며, 는 활성제의 부재 하에서 감광제의 발광강도를 의미한다.FIG. 8 is a graph showing the energy transfer efficiencies of phosphors substituted with Ce (III), Mn (II) and Tb (III) ). ≪ / RTI > Energy is transferred from Ce (III) to Mn (II) or Tb (III). Energy transfer efficiency ), The following formula is established. Quot; means the light emission intensity of the photosensitizer in the presence of the activator, Quot; means the light emission intensity of the photosensitizer in the absence of an activator.
도 8의 (a)는 Tb(Ⅲ)의 구성비가 0.1로 고정되었을 때, Ce(Ⅲ)와 Mn(Ⅱ)의 비율 변화에 따른 에너지 전달 효율 변화를 나타낸다. Ce(Ⅲ)의 구성비가 0.1 혹은 0.025인 경우에 모두 Mn(Ⅱ)의 구성비가 증가할수록 에너지 전달 효율이 증가한다. 도 8의 (b) Mn(Ⅱ)의 구성비가 0.1로 고정되었을 때, Ce(Ⅲ)와 Tb(Ⅲ)의 비율 변화에 따른 에너지 전달 효율의 변화를 나타낸다. Ce(Ⅲ)의 구성비가 0.1 혹은 0.025인 경우에 모두 Tb(Ⅲ)의 구성비가 증가할수록 에너지 전달 효율이 증가한다.8 (a) shows the energy transfer efficiency change depending on the ratio of Ce (III) to Mn (II) when the composition ratio of Tb (III) is fixed at 0.1. When the composition ratio of Ce (III) is 0.1 or 0.025, the energy transfer efficiency increases as the composition ratio of Mn (II) increases. FIG. 8 (b) shows a change in energy transfer efficiency depending on the ratio of Ce (III) to Tb (III) when the composition ratio of Mn (II) is fixed at 0.1. When the composition ratio of Ce (III) is 0.1 or 0.025, the energy transfer efficiency increases as the composition ratio of Tb (III) increases.
도 8의 (c) 내지 도 8의 (e)는 에너지 전달 메커니즘에 대한 정보를 제공한다. 이 경우 덱스터 이론에 따라서 에너지 전달 메커니즘은 의 변화에 따른 값의 선형 함수로 표현될 수 있다. 은 Mn(Ⅱ)의 농도이며, 값이 6일 때에는 에너지 전달이 쌍극자-쌍극자 상호작용에 의한다는 것을 의미하고, 값이 8일 때에는 에너지 전달이 쌍극자-사중극자 상호작용에 의한다는 것을 의미하며, 값이 10일 때에는 에너지 전달이 사중극자-사중극자 상호작용에 의한다는 것을 의미한다. 도 8(c)는 감광제인 Ce(Ⅲ)에서 활성제인 Mn(Ⅱ)로의 에너지전달이 비방사성의 쌍극자-쌍극자 상호작용에 의한 것임을 나타낸다. 도 8(d)와 도 8(e)를 종합하면, 사중극자-사중극자 상호작용 보다는 쌍극자-사중극자 상호작용이 에너지 전달에 관여하고 있는 것을 확인할 수 있다.Figures 8 (c) through 8 (e) provide information on the energy transfer mechanism. In this case, according to Dexter's theory, the energy transfer mechanism With changes in Can be expressed as a linear function of the value. Is the concentration of Mn (II) A value of 6 means that energy transfer is due to dipole-dipole interactions, A value of 8 means that energy transfer is due to dipole-quadrupole interaction, A value of 10 means that energy transfer is due to quadrupole-quadrupole interaction. Figure 8 (c) shows that the energy transfer from the photosensitizer Ce (III) to the activator Mn (II) is due to the nonradiative dipole-dipole interactions. 8 (d) and 8 (e), it can be seen that dipole-quadrupole interaction is involved in energy transfer rather than quadrupole-quadrupole interaction.
도 9는 발명의 실시예에 따른 모체에 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)를 치환한 형광체의 CIE 색도분포에 대한 도시이다. Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)의 구성비를 조정함으로써 백색광을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다. 특히 Ce(Ⅲ)와 Mn(Ⅱ)의 구성비율을 모두 0.1, 0.1로 고정하고 Tb(Ⅲ)의 구성비를 증가시켰을 때, 점점 백색에 가까운 빛이 구현되는 경향성을 확인할 수 있다. 형광체의 화학식이 Ba8Ce0.1Mn0.1Tb0.5Y2Si6O24일 때, 백색광에 가까운 좌표 C(x=0.279, y=0.242)에 위치한 방출광을 확인할 수 있다.FIG. 9 is a graph showing CIE chromaticity distributions of phosphors in which Ce (III), Mn (II), and Tb (III) are substituted for a matrix according to an embodiment of the present invention. It can be confirmed that white light can be realized by adjusting the composition ratio of Ce (III), Mn (II) and Tb (III). Especially, when the composition ratios of Ce (Ⅲ) and Mn (Ⅱ) are fixed at 0.1 and 0.1 and the composition ratio of Tb (III) is increased, When the phosphor has a formula of Ba 8 Ce 0.1 Mn 0.1 Tb 0.5 Y 2 Si 6 O 24 , emission light located at coordinates C (x = 0.279, y = 0.242) close to white light can be confirmed.
한편, 이하에서 설명될 도 10 내지 도 15는 상기 모체를 기준으로 하여 Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ)와 함께 Na(Ⅰ)을 추가로 도핑하였을 때 얻을 수 있는 형광체의 특성에 대한 정보를 제공하고 있다. 감광제 내지 활성제 역할을 하는 Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ)와 달리 Na(Ⅰ)은 Ba(Ⅱ)의 자리에 치환되어 결정 구조를 변화시키는 역할을 한다.On the other hand, FIGS. 10 to 15, which will be described below, provide information on the characteristics of phosphors obtained by further doping Na (I) together with Eu (III) and Mn (II) . Unlike Eu (Ⅲ) and Mn (Ⅱ), which act as photosensitizers or activators, Na (Ⅰ) plays a role in changing the crystal structure by substituting Ba (Ⅱ).
화학식이 Ba8.9-(1/2)pNapEu0.1Y2Si6O24인 형광체와(단, 0 ≤ p ≤ 0.8을 만족한다.) 화학식이 Ba8.7-qNa0.4Eu0.1MnqY2Si6O24인 형광체(단, 0 ≤ q ≤ 0.4를 만족한다.)는 각 실시예에 따른 구성비를 고려하여 적절한 화학량론적 양의 BaCO3(99.8%, Alfa), Y2O3(99.9%, Alfa), SiO2(99.5%, Alfa), Eu2O3(99.9%, Alfa), MnO(99%, Aldrich) 및 Na2CO3(99.5%, Alfa)를 섞은 뒤 플럭스(flux)로서 2.5wt%의 Li2CO3(99%, Alfa)를 첨가하여 환원분위기(4% H2 gas/ 96% Ar gas)에서 950와 1100로 3시간씩 가열해줌으로써 간단하고 효율적이게 얻을 수 있다. 상술한 방식을 통하여 얻어진 실시예들에 관해서는 이하에서 자세히 부연한다.Ba 8.9- (1/2) p Na p Eu 0.1 Y 2 Si 6 O 24 (where 0 ≤ p ≤ 0.8) Ba 8.7-q Na 0.4 Eu 0.1 Mn q Y 2 Si 6 O 24 phosphor (where, satisfies 0 ≤ q ≤ 0.4.) is 3 (99.8%, Alfa) of the appropriate stoichiometric amount, taking into account the composition of the respective examples BaCO, Y 2 O 3 (99.9 %, Alfa), SiO 2 ( 99.5%, Alfa), Eu 2 O 3 (99.9%, Alfa), MnO (99%, Aldrich) and back flux (flux) mixture of Na 2 CO 3 (99.5%, Alfa) (99% Alfa) with 2.5 wt% of Li 2 CO 3 and heating it at 950 and 1100 for 3 hours in a reducing atmosphere (4% H 2 gas / 96% Ar gas) . Embodiments obtained through the above-described method are described in detail below.
도 10은 발명의 실시예에 따른 모체에 Na(Ⅰ), Eu(Ⅲ)을 치환한 형광체의 여기광의 파장대역과 방출광의 파장대역 및 강도에 대한 도시이다. 도 10은 상기 모체에 Eu(Ⅲ)과 Na(Ⅰ)을 함께 치환하였을 때 얻을 수 있는 형광체의 여기광과 방출광에 대한 상세한 정보를 제공하고 있다. 상기 형광체는 대략 240 nm 이상 내지 대략 460 nm 이하의 넓은 파장대역의 광에 의하여 여기될 수 있다. Na(Ⅰ)의 구성비가 증가할수록 방출광의 중심파장이 장파장으로 이동하는 경향성을 확인할 수 있다. Na(Ⅰ)의 구성비가 증가할수록 황색광이 점차 뚜렷해진다. 10 is a diagram showing the wavelength band of the excitation light and the wavelength band and intensity of the emitted light of the phosphor in which Na (I) and Eu (III) are substituted for the matrix according to the embodiment of the present invention. FIG. 10 provides detailed information on the excitation light and the emitted light of the phosphor that can be obtained when Eu (III) and Na (I) are substituted in the matrix. The phosphor may be excited by light in a broad wavelength band from about 240 nm or more to about 460 nm or less. As the composition ratio of Na (Ⅰ) increases, the center wavelength of emitted light shifts to a long wavelength. As the composition ratio of Na (Ⅰ) increases, the yellow light gradually becomes clear.
도 11은 발명의 실시예에 따른 모체에 Na(Ⅰ)의 치환비율에 따른 방출광의 개형 변화에 대한 도시이다. 도 11을 참조하여 Na(Ⅰ)의 구성비가 증가함에 따라 중심파장이 장파장으로 이동하는 이유를 설명할 수 있다. 도 11의 (a) 내지 도 11의 (c)는 측정된 방출광의 스펙트럼을 가우시안 비회선(Gaussian deconvolution)을 통하여 세 종류의 가우시안 프로파일(three Gaussian profiles)로 나눈 것이다. 도 11의 (a) 내지 도 11의 (c)에 Ba(1)이라 표시된 그래프는 산소가 12중 배위된 Ba(Ⅱ) 자리에 의한 영향을 나타낸다. 도 11의 (a) 내지 도 11의 (c)에 Ba(2)라 표시된 그래프는 산소가 9중 배위된 Ba(Ⅱ) 자리에 의한 영향을 나타낸다. 같은 맥락에서 도 11(a) 내지 도 11(c)에 Ba의 (3)라 표시된 그래프는 산소가 10중 배위된 Ba(Ⅱ) 자리에 의한 영향을 나타낸다. FIG. 11 is a view showing an open-type change of emitted light according to the substitution ratio of Na (I) to a matrix according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, the reason why the central wavelength shifts to a longer wavelength as the composition ratio of Na (I) increases can be explained. Figures 11 (a) to 11 (c) show the spectrum of the measured emission light divided by three Gaussian profiles through Gaussian deconvolution. The graphs indicated by Ba (1) in Figs. 11 (a) to 11 (c) show the effect of the Ba (II) site in which oxygen is 12 coordinated. The graphs indicated by Ba (2) in Figs. 11 (a) to 11 (c) show the effect of the 9 (Ba) (II) coordination site on oxygen. In the same vein, the graph shown by (3) in Fig. 11 (a) to Fig. 11 (c) shows the effect of oxygen on the position of Ba (Ⅱ) coordinated to 10 coordination.
형광체의 화학식이 Ba8.9-(1/2)pNapEu0.1Y2Si6O24일 때, 도 11의 (a)는 p가 0일때의 방출광에 대한 정보이고, 도 11의 (b)는 p가 0.4일 때의 방출광에 대한 정보이며, 도 11의 (c)는 p가 0.8일 때의 방출광에 대한 정보이다. Na(Ⅰ)의 구성비가 증가할수록 Ba(2) 및 Ba(3)의 방출 밴드가 Ba(1)의 방출 밴드보다 더 빠르게 증가한다. 이는 Na(Ⅰ)의 반지름이 상대적으로 작으므로 배위수가 낮은 Ba(Ⅱ)를 더 적절하게 치환할 수 있기 때문이다. 도 11(a)에서 Eu(Ⅲ)만이 도핑된 형광체 Ba8.9Eu0.1Y2Si6O24가 중심파장이 대략 500 nm인 광을 방출하는 까닭은 모체의 격자 안에서 활성제가 작은 결정장 효과를 보이기 때문이다. 그러나 Na(Ⅰ)의 구성비가 증가할수록 모체의 결정구조가 변화하며 Eu(Ⅲ)와 배위결합한 산소 사이의 길이가 줄어들게 된다. 그 결과 결정장의 영향력이 증가하여 도 11(c)에서와 같이 중심파장이 장파장의 영역으로 이동하게 된다.11 (a) is information on emission light when p is 0 when the formula of the phosphor is Ba 8.9- (1/2) p Na p Eu 0.1 Y 2 Si 6 O 24 , and FIG. 11 ) Is information on emitted light when p is 0.4, and FIG. 11 (c) is information on emitted light when p is 0.8. As the composition ratio of Na (Ⅰ) increases, the emission band of Ba (2) and Ba (3) increases faster than the emission band of Ba (1). This is because the radius of Na (Ⅰ) is relatively small and Ba (Ⅱ) with a low coordination number can be more appropriately substituted. 11 (a) emits light with a center wavelength of approximately 500 nm because of the fact that the activator of Ba 8.9 Eu 0.1 Y 2 Si 6 O 24 , which is doped only with Eu (III) Because. However, as the composition ratio of Na (Ⅰ) increases, the crystal structure of the mother changes and the length between Eu (Ⅲ) and coordination oxygen decreases. As a result, the influence of the crystal field increases, and the central wavelength shifts to the long wavelength region as shown in FIG. 11 (c).
도 12은 발명의 실시예에 따라 상기 모체에 Na(Ⅰ), Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ)을 치환한 형광체의 여기광의 파장대역과 방출광의 파장대역 및 강도에 대한 도시이다.FIG. 12 is a diagram showing the wavelength band of the excitation light and the wavelength band and intensity of the emitted light of the phosphor in which Na (I), Eu (III) and Mn (II) are substituted in the matrix according to the embodiment of the present invention.
도 12에는 Eu(Ⅲ)와 Mn(Ⅱ)가 함께 모체에 도핑된 형광체와 Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ) 및 Na(Ⅰ)이 함께 도핑된 형광체의 여기광 및 방출광에 대한 정보를 함께 도시한 스펙트럼이 개시되고 있다. 대략 250 nm 이상 내지 대략 460 nm 이하의 넓은 파장 대역에서 상기 형광체들이 모두 여기됐다. 상술한 두 경우에서 모두 Mn(Ⅱ)의 구성비가 증가할수록 Eu(Ⅲ)에 의한 방출광의 비중이 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 특히, Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ) 및 Na(Ⅰ)이 함께 도핑된 형광체에 있어서 q가 0.1일 때 발현된 빛의 CIE 색좌표는 x = 0.453, y = 0.445이였으며, q가 0.3일 때 발현된 빛의 CIE 색좌표는 x = 0.538, y = 0.414였다. Na(Ⅰ) 치환결과, Mn(Ⅱ)에 의해 발현되는 방출광의 영향이 커졌음을 확인할 수 있다.Fig. 12 shows the relationship between the excitation light and the emission light of phosphors doped together with Eu (III) and Mn (II) together with phosphors doped with Eu (III), Mn (II) and Na The illustrated spectra are disclosed. All of the phosphors were excited in a broad wavelength band from about 250 nm or more to about 460 nm or less. In both of the above cases, it can be seen that as the composition ratio of Mn (II) increases, the specific gravity of emitted light by Eu (III) decreases. Particularly, in the phosphors doped with Eu (III), Mn (II) and Na (I) together, the CIE color coordinates of light emitted when q was 0.1 were x = 0.453 and y = 0.445. The CIE color coordinates of the emitted light were x = 0.538, y = 0.414. As a result of Na (Ⅰ) substitution, it can be confirmed that the influence of emitted light expressed by Mn (Ⅱ) is increased.
도 13은 발명의 실시예에 따라 상기 모체에 Na(Ⅰ), Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ)을 치환한 형광체의 Mn(Ⅱ) 치환비율 변화에 따른 방출광의 개형 변화에 대한 도시이다. 상기 모체에 Eu(Ⅲ)와 Na(Ⅰ) 및 Mn(Ⅱ)이 함께 도핑된 형광체의 방출광에 대한 상세한 정보가 제공된다. Mn(Ⅱ)의 구성비율이 증가할수록 Eu(Ⅲ)에 의한 방출광의 강도가 약해지는 경향성을 확인할 수 있다. 한편, 중심파장이 대략 610 nm인 방출광은 화학식이 Ba8.4Na0.4Eu0.1Mn0.3Y2Si6O24인 형광체에서 발광 강도가 최대였다.FIG. 13 is a diagram showing an open-type change of emitted light according to the change of the Mn (II) substitution ratio of a phosphor in which Na (I), Eu (III), and Mn (II) are substituted in the matrix according to an embodiment of the present invention. Detailed information on the emitted light of the phosphor doped with Eu (III), Na (I) and Mn (II) is provided to the matrix. As the composition ratio of Mn (II) increases, the intensity of emission light due to Eu (III) becomes weaker. On the other hand, the emitted light having a center wavelength of approximately 610 nm had a maximum emission intensity in a phosphor having the formula Ba 8.4 Na 0.4 Eu 0.1 Mn 0.3 Y 2 Si 6 O 24 .
도 14는 발명의 실시예에 따라 상기 모체에 Na(Ⅰ), Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ)을 치환한 형광체의 에너지 전달 효율()의 변화에 대한 도시이다. 화학식이 Ba8.4Na0.4Eu0.1MnqY2Si6O24인 형광체에서 Mn(Ⅱ)의 구성비를 달리하여 에너지 전달 효율()을 측정한 결과가 개시되고 있다. 에너지는 Eu(Ⅲ)에서 Mn(Ⅱ)로 전달된다. q의 값이 증가할수록 전달 효율도 꾸준히 증가하는 경향성을 보였다. 특히 q가 0.4일 때, 에너지 전달 효율은 81%에 달하였다. 에너지 전달 효율()에 대해서는 다음의 공식이 성립한다. 는 활성제의 존재 하에서 감광제의 발광 강도를 의미하며, 는 활성제의 부재 하에서 감광제의 발광강도를 의미한다.Fig. 14 is a graph showing the energy transfer efficiency (Fig. 14) of a phosphor substituted with Na (I), Eu (III), and Mn ). ≪ / RTI > In the phosphors of formula Ba 8.4 Na 0.4 Eu 0.1 Mn q Y 2 Si 6 O 24 , Mn (Ⅱ) ) Are measured. Energy is transferred from Eu (III) to Mn (II). As the value of q increases, the transmission efficiency tends to increase steadily. In particular, when q was 0.4, the energy transfer efficiency reached 81%. Energy transfer efficiency ), The following formula is established. Quot; means the light emission intensity of the photosensitizer in the presence of the activator, Quot; means the light emission intensity of the photosensitizer in the absence of an activator.
도 14의 (b) 내지 도 14의 (c)는 에너지 전달 메커니즘에 대한 정보를 제공한다. 이 경우 덱스터 이론에 따라서 에너지 전달 메커니즘은 의 변화에 따른 값의 선형 함수로 표현될 수 있다. 은 Mn(Ⅱ)의 농도이며, 값이 6일 때에는 에너지 전달이 쌍극자-쌍극자 상호작용에 의한다는 것을 의미하고, 값이 8일 때에는 에너지 전달이 쌍극자-사중극자 상호작용에 의한다는 것을 의미한다. 도 14의 (b)와 도 14의 (c)를 종합하면, 감광제인 Eu(Ⅲ)에서 활성제인 Mn(Ⅱ)로의 에너지전달이 비방사성의 쌍극자-쌍극자 상호작용에 의한 것임을 나타낸다.Figs. 14 (b) to 14 (c) provide information on the energy transfer mechanism. In this case, according to Dexter's theory, the energy transfer mechanism With changes in Can be expressed as a linear function of the value. Is the concentration of Mn (II) A value of 6 means that energy transfer is due to dipole-dipole interactions, A value of 8 means that energy transfer is due to dipole-quadrupole interaction. 14 (b) and 14 (c) show that energy transfer from Eu (III) as a sensitizer to Mn (II) as an activator is due to nonradiative dipole-dipole interactions.
도 15은 발명의 실시예에 따라 상기 모체에 Na(Ⅰ), Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ)을 치환한 형광체의 연색지수(CRI) 및 색온도(CCT)에 대한 도시이다. 도 15는 근자외선에 의하여 각각의 형광체가 여기된 결과 발현된 방출광에 대한 정보를 상세하게 제공한다. 화학식이 Ba8.9Eu0.1Y2Si6O24인 형광체에 의하여 발현된 방출광의 연색지수(CRI)는 85.0이며 색온도(CCT)는 5312 K이고 CIE 색좌표는 x = 0.3086, y = 0.3974이다. 화학식이 Ba8.7Na0.4Eu0.1Y2Si6O24인 형광체에 의하여 발현된 방출광의 연색지수(CRI)는 86.1이며 색온도(CCT)는 4866 K이고 CIE 색좌표는 x = 0.3559, y = 0.4163이다. 화학식이 Ba8.6Na0.4Eu0.1Mn0.1Y2Si6O24인 형광체에 의하여 발현된 방출광의 연색지수(CRI)는 91.6이며 색온도(CCT)는 3274 K이고 CIE 색좌표는 x = 0.4137, y = 0.3852이다. 이는 Na(Ⅰ)가 치환된 형광체에 근자외선을 여기하여 효과적으로 웜-화이트(warm-white)의 방출광을 발현할 수 있음을 의미한다.FIG. 15 is a diagram showing the CRI and the color temperature (CCT) of a phosphor in which Na (I), Eu (III), and Mn (II) are substituted in the matrix according to an embodiment of the present invention. FIG. 15 provides details of emission light emitted as a result of excitation of each phosphor by near-ultraviolet rays. The color rendering index (CRI) of emitted light expressed by the phosphor represented by Ba 8.9 Eu 0.1 Y 2 Si 6 O 24 is 85.0, the color temperature (CCT) is 5312 K, and the CIE color coordinates are x = 0.3086 and y = 0.3974. The color rendering index (CRI) of the emitted light expressed by the phosphor represented by Ba 8.7 Na 0.4 Eu 0.1 Y 2 Si 6 O 24 is 86.1, the color temperature (CCT) is 4866 K and the CIE color coordinates are x = 0.3559 and y = 0.4163. (CRI) of 91.6, the color temperature (CCT) of 3274 K and the CIE color coordinates of x = 0.4137 and y = 0.3852, which are expressed by the phosphor represented by Ba 8.6 Na 0.4 Eu 0.1 Mn 0.1 Y 2 Si 6 O 24 , to be. This means that the near ultraviolet rays are excited in the phosphor substituted by Na (I) to effectively emit warm-white emission light.
{실시예} {Example}
이하에서는 백색광을 발현하는 LED용 형광체에 대하여 실시예를 통해 더욱 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the LED phosphors that emit white light will be described in more detail with reference to Examples.
실시예 1Example 1
적절한 화학량론적인 양의 BaCO3, Y2O3, SiO2, Bi2O3 및 Eu2O3를 혼합하여 시료를 준비하였다.Samples were prepared by mixing appropriate stoichiometric amounts of BaCO 3 , Y 2 O 3 , SiO 2 , Bi 2 O 3 and Eu 2 O 3 .
그런 다음, 2.5wt%의 Li2CO3를 첨가하고, 대기 분위기하에서 1100까지 3시간 가열하였다.Then, 2.5 wt% of Li 2 CO 3 was added, and the mixture was heated to 1100 in an air atmosphere for 3 hours.
이렇게 하여 화학식이 Ba8.8875Bi0.025Eu0.05Y2Si6O24인 형광체를 제조하였다. Thus, a phosphor having the formula Ba 8.8875 Bi 0.025 Eu 0.05 Y 2 Si 6 O 24 was prepared.
실시예 2Example 2
실시예 1에서, Bi2O3-와 Eu2O3를 첨가하는 대신에 적절한 화학량론적인 양의 CeO2, MnO 및 Tb4O11를 첨가하여 시료를 준비하고, 환원분위기(4% H2 gas/ 96% Ar gas)에서 950 및 1100로 3시간씩 가열하는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 화학식이 Ba8Ce0.1Mn0.1Tb0.5Y2Si6O24-인 형광체를 제조하였다. In Example 1, samples were prepared by adding appropriate stoichiometric amounts of CeO 2 , MnO and Tb 4 O 11 instead of Bi 2 O 3- and Eu 2 O 3 , and a reducing atmosphere (4% H 2 gas / 96% Ar gas) at 950 and 1100 for 3 hours to prepare a phosphor of the formula Ba 8 Ce 0.1 Mn 0.1 Tb 0.5 Y 2 Si 6 O 24- .
비교예 1Comparative Example 1
실시예 1에서, Eu2O-3를 첨가하지 않고 Bi2O3--가 첨가되는 양을 달리하는 것만을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 화학식이 Ba8.9625Bi0.025Y2Si6O24인 형광체를 제조하였다. In the same manner as in Example 1 except that Bi 2 O 3 - was added in the absence of Eu 2 O 3 , the same procedure as in Example 1 was repeated except that Ba 8.9625 Bi 0.025 Y 2 Si 6 O 24 To prepare a phosphor.
비교예 2Comparative Example 2
실시예 2에서, CeO2, MnO 및 Tb4O11를 첨가량을 달리하는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 화학식이 Ba8.6Ce0.1Mn0.1Tb0.1Y2Si6O24인 형광체를 제조하였다. In Example 2, phosphors of the formula Ba 8.6 Ce 0.1 Mn 0.1 Tb 0.1 Y 2 Si 6 O 24 were prepared by the same procedure except that CeO 2 , MnO and Tb 4 O 11 were added in different amounts.
하기 표 1은 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2의 형광체들을 정리한 표이다.Table 1 summarizes the phosphors of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
{평가}{evaluation}
1. 백색광의 발현 정도 1. The degree of expression of white light
백색광의 발현 정도를 평가하기 위해서 상기에서 제조된 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 형광체 색도분포를 이용하여 평가하였다. In order to evaluate the degree of expression of white light, the chromaticity distributions of the phosphors of Examples 1, 2, and 1 were used.
이 평가 결과를 도 4 및 도 9에 나타내었다. The evaluation results are shown in Fig. 4 and Fig.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1의 형광체에 대하여, CIE 색도분포를 바탕으로 방출광의 색을 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the color of emitted light based on the CIE chromaticity distribution for the phosphor of Example 1 and Comparative Example 1. Fig.
샘플 형광체 중에서, 실시예 1의 형광체가 가장 선명한 백색광을 방출하였으며 CIE 색도분포 좌표는 x = 0.305, y = 0.312였다. 반면 비교예 1의 형광체로부터 발현된 방출광의 색도좌표는 x = 0.185, y = 0.289로서 백색광과는 거리가 있었다.Among the sample phosphors, the phosphor of Example 1 emits the most clear white light, and the CIE chromaticity distribution coordinates were x = 0.305 and y = 0.312. On the other hand, the chromaticity coordinates of the emitted light emitted from the phosphor of Comparative Example 1 were x = 0.185 and y = 0.289, which were distant from the white light.
도 9는 실시예 2에서 제조된 형광체 및 비교예 2에서 제조된 형광체에 대하여, CIE 색도분포를 바탕으로 방출광의 색을 나타낸 그래프이다. 9 is a graph showing the color of emitted light based on the CIE chromaticity distribution for the phosphor prepared in Example 2 and the phosphor prepared in Comparative Example 2. FIG.
실시예 2의 형광체는 CIE 색도분포 상의 좌표가 x = 0.279, y = 0.242인 백색에 가까운 광을 발현한다. 반면에 비교예 2의 형광체는 CIE 색도분포 상의 좌표가 x = 0.202, y = 119인 자색광을 발현한다. The phosphor of Example 2 emits white light having coordinates of x = 0.279 and y = 0.242 on the CIE chromaticity distribution. On the other hand, the phosphor of Comparative Example 2 expresses a purple light having coordinates of x = 0.202 and y = 119 on the CIE chromaticity distribution.
상기 내용을 참고하면, 백색광의 발현 정도에서, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 형광체가 우수한 백색광의 발현을 나타냄을 확인할 수 있다. From the above description, it can be confirmed that the phosphors according to Examples 1 and 2 exhibit excellent white light in the degree of white light emission.
2. 에너지 전달 효율의 평가( ) 2. Evaluation of energy transfer efficiency )
활성제의 유무에 따른 감광제의 발광 강도 변화를 비교함으로써 에너지 전달 효율에 대한 평가를 실시하였다. The energy transfer efficiency was evaluated by comparing the change in the light emission intensity of the photosensitizer depending on the presence or absence of the activator.
도 5의 (a)를 참조하면, 실시예 1의 형광체의 에너지 전달 효율은 80%를 상회함을 알 수 있다. 또한, 도 8(b)를 참조하면, 실시예 2의 형광체의 에너지 전달 효율은 80%에 매우 근접한 값을 가지는 것을을 확인할 수 있다 . Referring to FIG. 5 (a), it can be seen that the energy transfer efficiency of the phosphor of Example 1 exceeds 80%. 8 (b), it can be confirmed that the energy transfer efficiency of the phosphor of Example 2 has a value very close to 80%.
반면, 도 5의 (a)를 참조하면, 비교예 1의 형광체의 에너지 전달 효율이 40%를 약간 상회하는 것을 확인할 수 있다. 도 8(b)를 참조하면, 비교예 2의 형광체의 에너지 전달 효율 또한 40%를 약간 상회하는 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 5 (a), it can be confirmed that the energy transfer efficiency of the phosphor of Comparative Example 1 is slightly higher than 40%. Referring to FIG. 8 (b), it is confirmed that the energy transfer efficiency of the phosphor of Comparative Example 2 is also slightly higher than 40%.
이상의 내용을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 2의 형광체들은 비교예 1,2의 형광체와 달리 백색광을 발현하며, 특히 실시예 1 및 실시예 2의 형광체는 백색광을 발현함에 있어서 에너지 전달 효율이 80%를 상회하는 것으로 나타났다. 이는 자외선 내지 근자외선을 활용한 LED용 형광체로서 매우 뛰어난 발광특성을 가진 것이라고 할 수 있다.The phosphors of Examples 1 and 2 exhibit white light unlike the phosphors of Comparative Examples 1 and 2. In particular, the phosphors of Examples 1 and 2 exhibit energy transfer efficiency And 80%, respectively. It can be said that the phosphor for LED utilizing ultraviolet ray to near ultraviolet ray has very excellent luminescence characteristics.
상술한 바와 같이 본 발명에서 개시하고 있는 새로운 구조의 모체는 Bi(Ⅲ), Eu(Ⅲ), Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ), Na(Ⅰ) 중 하나 이상의 금속이온이 치환되어 다양한 파장대역의 광을 방출할 수 있다. 뿐만 아니라 구성비를 적절히 조정함으로써 에너지 전달 효율이 80% 이상인 형광체를 얻을 수도 있다. As described above, the host of the novel structure disclosed in the present invention is a host having a structure of at least one of Bi (III), Eu (III), Ce (III), Mn (II), Tb (III) And can emit light of various wavelength bands. In addition, a phosphor having an energy transfer efficiency of 80% or more can be obtained by adjusting the composition ratio appropriately.
특히 본 발명의 일 실시예에서 살펴본 바와 같이 상기 모체에 Bi(Ⅲ), Eu(Ⅲ)를 함께 적절한 비율로 치환함으로써 단일 형광체만으로도 백색광을 구현할 수 있다(도 4참조). 또한 본 발명의 일 실시예에서 살펴본 바와 같이 상기 모체에 Ce(Ⅲ), Mn(Ⅱ), Tb(Ⅲ)를 함께 적절한 비율로 치환함으로써 단일 형광체만으로도 백색광을 구현할 수 있다(도 9참조). 게다가 본 발명의 일 실시예에서 살펴본 바와 같이 상기 모체에 Na(Ⅰ), Eu(Ⅲ), Mn(Ⅱ)을 함께 적절한 비율로 치환함으로써 근자외선을 여기광원으로 하는 형광체를 얻을 수 있으며, 상기 형광체 또한 효율적으로 백색광을 방출한다(도 15참조).In particular, as described in one embodiment of the present invention, by substituting Bi (III) and Eu (III) in the mother body at an appropriate ratio, white light can be realized by a single phosphor alone (see FIG. 4). In addition, as described in one embodiment of the present invention, white light can be realized by only a single phosphor by replacing Ce (III), Mn (II) and Tb (III) In addition, as described in one embodiment of the present invention, it is possible to obtain a phosphor having near ultraviolet rays as an excitation light source by substituting Na (I), Eu (III) and Mn (II) And emits white light efficiently (see Fig. 15).
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is intended to be limited only by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.
Claims (14)
상기 조성식에서 M은 Bi, Eu, Ce, Mn, Tb, Na으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상이고, 0.0015 ≤ x ≤ 1.85인 것을 특징으로 하는 형광체.
Yttrium-orthosilicate having a trigonal structure and expressed by the composition formula Ba 9-x M x Y 2 Si 6 O 24 ,
Wherein M is at least one selected from the group consisting of Bi, Eu, Ce, Mn, Tb, and Na, and 0.0015? X? 1.85.
상기 M은 상기 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 원소를 포함하며, 상기 2종 이상의 원소는 모두 상기 0.0015 ≤ x ≤ 1.85인 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 형광체.
The method according to claim 1,
Wherein M includes at least two elements selected from the group, and the two or more elements satisfy the condition that 0.0015? X? 1.85.
상기 모체에 12중 배위된 Ba(Ⅱ), 9중 배위된 Ba(Ⅱ) 및 10중 배위된 Ba(Ⅱ)가 모두 포함되는 것을 특징으로 하는 형광체.
The method according to claim 2,
(II), 9-coordinated Ba (II), and 10-coordinated Ba (II) in the matrix.
하기 <화학식 1>을 만족하는 것을 특징으로 하는 형광체.
<화학식 1>
Ba9-3(m+n)/2BimEunY2Si6O24
단, 0.001 ≤ m ≤ 0.1이고 0 ≤ n ≤ 0.1인 조건을 만족한다.
The method of claim 3,
(1) < / RTI >
≪ Formula 1 >
Ba 9-3 (m + n) / 2 Bi m Eu n Y 2 Si 6 O 24
However, the condition of 0.001? M? 0.1 and 0? N? 0.1 is satisfied.
여기파장이 330nm 이상 내지 380nm 이하인 것을 특징으로 하는 형광체.
5. The method of claim 4,
Wherein the excitation wavelength is 330 nm or more and 380 nm or less.
하기 <화학식 2>을 만족하는 것을 특징으로 하는 형광체.
<화학식 2>
Ba9-3(m/2)-n-3(p/2)CemMnnTbpY2Si6O24
단, 0.005 ≤ m ≤ 0.4이고 0 ≤ n ≤ 0.5이며 0 ≤ p ≤ 0.5인 조건을 만족한다.
The method of claim 3,
(2): " (2) "
(2)
Ba 9-3 (m / 2) -n-3 (p / 2) Ce m Mn n Tb p Y 2 Si 6 O 24
However, the condition of 0.005? M? 0.4, 0? N? 0.5, and 0? P? 0.5 is satisfied.
여기파장이 270nm 이상 내지 360nm 이하인 것을 특징으로 하는 형광체.
The method according to claim 6,
Wherein the excitation wavelength is from 270 nm or more to 360 nm or less.
하기 <화학식 3>을 만족하는 것을 특징으로 하는 형광체.
<화학식 3>
Ba9-(1/2p)-qNapMqY2Si6O24
단, 상기 <화학식 3> 에서 M은 Bi, Eu, Ce, Mn, Tb, Na으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상이며, 0 ≤ p ≤ 0.8이고 0.0015 ≤ q ≤ 1.05인 조건을 만족한다.
The method of claim 3,
(3). ≪ EMI ID = 3.0 >
(3)
Ba 9- (1 / 2p) -q Na p M q Y 2 Si 6 O 24
In the above formula (3), M is at least one selected from the group consisting of Bi, Eu, Ce, Mn, Tb and Na, and satisfies 0? P? 0.8 and 0.0015? Q? 1.05.
하기 <화학식 4>을 만족하는 것을 특징으로 하는 형광체.
<화학식 4>
Ba8.9-(1/2p)-qNapEu0.1MnqY2Si6O24
단, 0 ≤ p ≤ 0.8이고 0 ≤ q ≤ 0.8인 조건을 만족한다.
The method of claim 3,
(4): < EMI ID = 6.1 >
≪ Formula 4 >
Ba 8.9 - (1 / 2p) -q Na p Eu 0.1 Mn q Y 2 Si 6 O 24
However, the condition of 0? P? 0.8 and 0? Q? 0.8 is satisfied.
여기파장이 250nm 이상 내지 470nm 이하인 것을 특징으로 하는 형광체.
10. The method of claim 9,
Wherein the excitation wavelength is 250 nm or more and 470 nm or less.
상기 조성식에서 M은 Bi, Eu으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종이고 0.001 ≤ y ≤ 0.2인 것을 특징으로 하는 형광체.
Yttrium-orthosilicate having a trigonal structure and expressed by the composition formula Ba 9 M y Y 2 -y Si 6 O 24 ,
Wherein M is at least one species selected from the group consisting of Bi and Eu, and 0.001? Y? 0.2.
상기 모체에 12중 배위된 Ba(Ⅱ), 9중 배위된 Ba(Ⅱ) 및 10중 배위된 Ba(Ⅱ)가 모두 포함되는 것을 특징으로 하는 형광체.
12. The method of claim 11,
(II), 9-coordinated Ba (II), and 10-coordinated Ba (II) in the matrix.
하기 <화학식 5>를 만족하는 것을 특징으로 하는 형광체.
<화학식 5>
Ba9Y2-m-nBimEunSi6O24
단, 0.001 ≤ m ≤ 0.1이고 0≤ n ≤ 0.1인 조건을 만족한다.
13. The method of claim 12,
(5): < EMI ID = 6.0 >
≪ Formula 5 >
Ba 9 Y 2-m n Bi m Eu n Si 6 O 24
However, the condition of 0.001? M? 0.1 and 0? N? 0.1 is satisfied.
여기파장이 330nm 이상 내지 380nm 이하인 것을 특징으로 하는 형광체.
14. The method of claim 13,
Wherein the excitation wavelength is 330 nm or more and 380 nm or less.
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