KR101516522B1 - Lutetium garnet phosphor and light emitting diodes comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구조적 안정성과 연색성이 우수한 신규 조성의 루테튬 가넷계 형광체 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다. The present invention relates to a novel lutetium garnet fluorescent material having excellent structural stability and color rendering property and a light emitting device including the same.
Description
본 발명은 (Lu1- a- bZnaGdb)3-x(Al1- c- dMocGad)5O12:Rex의 조성식을 기본으로 하고, 향상된 구조적 안정성과 연색성이 우수한 신규 루테튬 가넷계 형광체 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
The present invention is based on the composition formula of (Lu 1- a- b Zn a Gd b ) 3-x (Al 1 -c- d Mo c Ga d ) 5 O 12 : Re x and has excellent structural stability and excellent color rendering To a novel lutetium garnet fluorescent material and a light emitting device comprising the same.
최근 조명, LCD 백라이트, 자동차 조명용 등으로 각광을 받고 있는 백색 LED 발광장치는, 통상 청색 또는 근자외선을 방출하는 LED 발광소자와 이 발광소자에서 방출되는 광을 여기원으로 하여 파장을 가시광선으로 변환시키는 형광체를 포함하여 이루어진다.BACKGROUND ART [0002] In recent years, white LED light emitting devices, which are widely used for illumination, LCD backlighting, automobile lighting, and the like, use an LED light emitting device that emits blue or near ultraviolet light and a light emitted from the light emitting device as excitation sources And a phosphor.
이러한 백색 LED를 구현하는 방법으로, 종래 발광 소자로서 파장이 450 ~ 550nm인 InGaN계 재료를 사용한 청색 발광 다이오드를 사용하고, 형광체로는 (Y,Gd)3(Al,Ga)5O12의 조성식으로 표현되는 황색 발광의 YAG계 형광체를 사용하는 것이 대표적이다. 이러한 백색 LED는 발광 소자로부터 방출된 청색광을 형광체층으로 입사시켜 형광체층 내에서 수 회의 흡수와 산란을 반복하며, 이 과정에서 형광체에 흡수된 청색광은 황색으로 파장변환이 이루어진 황색광과 입사된 청색광의 일부가 혼합되어 인간의 눈에는 백색으로 보이게 되는 것이다. These white as how to implement the LED, using a blue LED with the InGaN-based material having a wavelength of 450 ~ 550nm as a conventional light emitting device, the phosphor (Y, Gd) of 3 (Al, Ga) 5 O 12 composition formula The YAG-base phosphor of yellow light emission represented by the following formula is typically used. This white LED is repeatedly absorbed and scattered in the phosphor layer by causing the blue light emitted from the light emitting element to enter into the phosphor layer. In this process, the blue light absorbed by the phosphor is converted into yellow light, which is wavelength- Are mixed and appear white in the human eye.
그러나 상술한 구조의 백색 LED는 빛에 적색 성분이 적고, 색 온도가 높으며, 적색 및 녹색 성분이 부족하여 연색성이 떨어지는 조명광 밖에 얻지 못한다는 문제점이 있다.
However, the white LED of the above-described structure has a problem that only red light is less in red component, color temperature is high, and red and green components are insufficient to obtain only an illumination light with poor color rendering property.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 가넷계 구조를 지녀 구조적 안정성이 우수하고, 특히 활성제의 함량 조절에 따라 녹색이나 황색 대역에서 발광특성을 가지며, 발광 휘도의 개선에 용이한 결정구조를 가져, 특히 LED 분야에 적합하게 사용될 수 있는 루테튬 가넷계 형광체를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide an organic electroluminescent device which has a garnet system structure and is excellent in structural stability and has a luminescent property in green or yellow band, And a lutetium garnet fluorescent material which can be suitably used in the LED field in particular.
또한 본 발명은 전술한 루테튬 가넷계 형광체를 포함하는 발광장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
Another object of the present invention is to provide a luminescent device comprising the aforementioned lutetium garnet fluorescent substance.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 루테튬 가넷계 형광체를 제공한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a lutetium garnet fluorescent material characterized by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
(Lu1 -a- bZnaGdb)3-x(Al1 -c- dMocGad)5O12:Rex (Lu 1 -a- b Zn a Gd b) 3-x (Al 1 -c- d Mo c Ga d) 5 O 12: Re x
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
a는 0 ≤ a ≤ 0.05이며, a is 0? a? 0.05,
b는 0 ≤ b ≤ 0.08이며, b is 0? b? 0.08,
c는 0 ≤ c ≤ 0.05이며, c is 0? c? 0.05,
d는 0 ≤ d ≤ 0.15이며, d is 0? d? 0.15,
x는 0.01 ≤ x ≤ 0.1이며, 단 a+b > 0, c+d > 0이며,x is 0.01? x? 0.1, provided that a + b> 0, c + d> 0,
Re는 희토류 원소로서, Ce, Mn, Pr, Eu, Nd, Sm, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이다. Re is a rare earth element and at least one element selected from the group consisting of Ce, Mn, Pr, Eu, Nd, Sm, Dy, Ho, Er, Tm and Yb.
본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 화학식 1에서, a와 c는 각각 0.01 ≤ a ≤ 0.05; 0.01 ≤ c ≤ 0.05인 것이 바람직하다. According to a preferred embodiment of the present invention, in Formula 1, a and c are 0.01? A? 0.05; 0.01? C? 0.05.
본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 루테튬 가넷계 형광체는 250 ~ 550㎚의 피크 파장 범위를 갖는 여기 광에 대하여 515 ~ 560㎚의 발광 피크 파장을 나타낼 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the lutetium garnet fluorescent material may exhibit an emission peak wavelength of 515 to 560 nm with respect to excitation light having a peak wavelength range of 250 to 550 nm.
본 발명의 바람직한 다른 일례에 따르면, 상기 루테튬 가넷계 형광체의 평균 입도는 1 ~ 20㎛ 범위일 수 있으며, 발광 파장 영역의 반치폭 (FWHM, full-width-at-half-maximum)이 104 ㎚ 이상일 수 있다. According to another preferred embodiment of the present invention, the average particle size of the lutetium garnet fluorescent material may be in the range of 1 to 20 μm, and the full width-at-half-maximum (FWHM) have.
한편, 본 발명은 전술한 루테튬 가넷계 형광체를 포함하는 발광장치를 제공한다. On the other hand, the present invention provides a light emitting device comprising the aforementioned lutetium garnet fluorescent substance.
보다 구체적으로, 상기 발광장치는, 여기광을 방출하는 발광소자 및 상기 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장 변환부를 포함하며, 상기 파장 변환부는 전술한 루테튬 가넷계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 한다. More specifically, the light emitting device includes a light emitting device that emits excitation light and a wavelength converting unit that absorbs the excitation light to emit visible light, and the wavelength converting unit includes the above-described lutetium garnet fluorescent material .
본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 발광소자는 자외선 발광다이오드, 또는 청색 발광다이오드일 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the light emitting device may be an ultraviolet light emitting diode or a blue light emitting diode.
본 발명의 신규 루테튬 가넷계 형광체는 가넷계 구조를 바탕으로 하여 구조 안정성이 우수하고, 특히 활성제의 조절에 따라 녹색이나 황색에서 발광색 조절이 가능하다. 또한 발광 휘도의 개선이 용이하여, 특히 LED 분야에 유용하게 사용될 수 있다.
The novel lutetium garnet fluorescent material of the present invention is excellent in structural stability based on the garnet system structure and can control the luminescent color in green or yellow depending on the control of the activator. It is also easy to improve the luminescence brightness, and can be particularly useful in LED fields.
도 1은 실시예 1 에서 제조된 루테튬 가넷계 형광체와 YAG 형광체의 XRD 패턴을 각각 비교한 그래프이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 루테튬 가넷계 형광체와 YAG 형광체의 PL Emission 측정값을 각각 비교한 그래프이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 루테튬 가넷계 형광체의 PL Excitation 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 내지 3에서 제조된 루테튬 가넷계 형광체의 PL Emssion 측정값을 각각 비교한 그래프이다.
도 5는 활성제 Ce의 농도 조건에 따른 실시예 4~10의 루테튬 가넷계 형광체의 발광 피크의 이동을 보여주는 PL Emission 측정 결과 그래프이다.Fig. 1 is a graph comparing XRD patterns of the lutetium garnet fluorescent material and the YAG fluorescent material prepared in Example 1. Fig.
FIG. 2 is a graph comparing PL emission measurement values of the lutetium garnet fluorescent material and the YAG fluorescent material prepared in Example 1. FIG.
3 is a graph showing PL excitation measurement results of the lutetium garnet fluorescent material prepared in Example 1. Fig.
FIG. 4 is a graph comparing the measured PL emission values of the lutetium garnet phosphors prepared in Examples 1 to 3, respectively.
FIG. 5 is a graph showing a PL emission measurement result showing the movement of luminescence peaks of the lutetium garnet phosphors of Examples 4 to 10 according to the concentration conditions of the activator Ce.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<루테튬 가넷계 형광체><Lutetium garnet-based phosphor>
본 발명에 따른 루테튬 가넷계 형광체는, 모체 구성 원소로서 (i) Lu, Zn, 및 Gd 로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 원소; 및 (ⅱ) Al, Mo, 및 Ga로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 원소를 포함하여 모체를 형성하며, 여기에 희토류 원소를 활성제(activator)로 고용시킨 가넷(garnet) 구조의 형광체로서, 상기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 한다. The lutetium garnet fluorescent material according to the present invention comprises (i) at least two elements selected from the group consisting of Lu, Zn, and Gd; And (ii) a garnet structure in which at least two elements selected from the group consisting of Al, Mo and Ga are formed to form a matrix and a rare earth element is activated as an activator, 1 < / RTI >
종래 알려진 루테튬 가넷계 형광체(통칭 LuAG 형광체)와는 달리, 본 발명에서는 루테튬 가넷계 형광체 제조에 사용되는 ZnO와 MoO의 낮은 녹는점으로 인하여 반응 온도가 낮아지기 때문에, 루테튬 가넷계 형광체의 제조시 반응성을 향상시켜 구조적 안정성을 상승시킨다. Unlike a conventionally known lutetium garnet fluorescent material (commonly referred to as a LuAG fluorescent material), in the present invention, the reaction temperature is lowered due to the low melting point of ZnO and MoO used in the production of the lutetium garnet fluorescent material, Thereby increasing the structural stability.
또한 고용되는 활성제의 금속 원소로 Ce 등을 고용시키고, 이의 농도를 조절함으로써, 자외선 또는 가시광선이 여기 원으로 조사되었을 때 녹색에서 황색의 파장 대역까지 발광 피크 조절이 가능하므로, 파장 변환부로서 발광 다이오드 등과 같은 발광소자용 형광체로 적합하게 사용될 수 있다. 따라서 상기 루테튬 가넷계 형광체를 포함하는 발광소자 및 형광체 조성물을 이용하여 발광장치, 특히 백색 발광이 가능한 발광장치를 구현할 수 있다. Further, when Ce or the like is dissolved as a metal element of the active agent to be solved and the concentration thereof is adjusted, the emission peak can be adjusted from green to yellow when the ultraviolet ray or visible ray is irradiated with the excitation source, A phosphor for a light-emitting element such as a diode, and the like. Accordingly, a light emitting device, particularly a light emitting device capable of emitting white light, can be realized using the light emitting device and the phosphor composition including the lutetium garnet fluorescent material.
특히, 본 발명의 형광체는 가넷계 형광체에 Zn과 Mo를 조성에 추가하여 단파장 영역의 청색 파장의 발광강도를 향상시킴으로써, 적색 형광체와 백색 LED 구현시 LED 블루칩의 에너지 전달 효율이 우수하다. Particularly, the phosphor of the present invention improves the emission intensity of the blue wavelength in the short wavelength region by adding Zn and Mo to the composition of the garnet fluorescent material, and thereby the energy transfer efficiency of the LED blue chip is excellent when the red phosphor and the white LED are realized.
본 발명에서, 상기 루테튬 가넷계 형광체에 포함되는 희토류 원소는 당 업계에 알려진 통상적인 희토류 원소를 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로 Ce, Mn, Pr, Eu, Nd, Sm, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 또는 이들의 1종 이상 조합일 수 있으며, 바람직하게는 Mn, Ce, Pr, Eu, 또는 이들의 1종 이상 조합, 보다 바람직하게는 Ce이다.In the present invention, the rare earth element contained in the lutetium garnet fluorescent material may be used without limitation in a conventional rare earth element known in the art. Ce, Pr, Eu, Nd, Sm, Dy, Ho, Er, Tm, Yb or a combination of at least one of them. Or more, and more preferably Ce.
상기 활성제 성분으로 희토류 원소를 사용하는 경우 세륨(Ce)을 단독 사용하거나, 또는 Ce과 다른 희토류 원소를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이때, Ce과 다른 희토류 원소의 혼합 비율은 특별히 한정되지 않으나, 92 ~ 97 : 3 ~ 8 중량 비율일 경우, 발광효율이 더 향상될 수 있다.When a rare earth element is used as the activator component, it is preferable to use cerium (Ce) alone, or to mix Ce and other rare earth elements. At this time, the mixing ratio of Ce and other rare earth elements is not particularly limited, but in the case of 92 to 97: 3 to 8 weight ratio, the luminous efficiency can be further improved.
본 발명에 따른 루테튬 가넷계 형광체의 경우, 상술한 화학식 1의 조성 조건을 벗어나는 경우 가넷(garnet)계가 아닌 다른 결정 구조로 변화되어 의도하는 형광체의 특성을 얻을 수 없게 된다. 따라서 상기 화학식 1의 일반식과 조성 범위를 만족하여야만, 함유되는 Zn와 Mo의 첨가에 따라 결정성이 향상된 루테튬 가넷계 형광체를 얻을 수 있다. 일례로, 전술한 조성 범위를 벗어나는 Zn와 Mo를 함유할 경우, 형광체 형성 후 미반응물로서 비정질상 또는 기타 결정상을 구성하게 된다. 이러한 미반응물은 형광체 자체의 발광 강도를 저하시키는 요인이기 때문에, 본 발명에서는 상기 화학식 1로 표시되는 조성 범위 이내로 포함되어야 한다.In the case of the lutetium garnet fluorescent material according to the present invention, when the composition condition is out of the above-described formula (1), the crystal structure is changed to a crystal structure other than the garnet system, and the characteristics of the intended phosphor can not be obtained. Therefore, the lutetium garnet fluorescent material having improved crystallinity can be obtained by adding Zn and Mo contained therein only when the composition satisfies the general formula and the composition range of the formula (1). For example, when Zn and Mo exceeding the above-described composition range are contained, an amorphous phase or other crystalline phase is formed as an unreacted material after the phosphor is formed. Since such unreacted materials lower the emission intensity of the phosphor itself, the unreacted materials should be contained within the composition range represented by the above formula (1).
전술한 화학식 1의 조성식을 만족하는 루테튬 가넷계 형광체는 250 ~ 550 ㎚의 발광 피크 파장을 갖는 여기광에 대하여 515 ~ 560 ㎚, 바람직하게는 520~550nm 범위의 발광 피크 파장을 나타낸다. The lutetium garnet fluorescent material satisfying the composition formula of the above-mentioned formula (1) exhibits the luminescence peak wavelength in the range of 515 to 560 nm, preferably 520 to 550 nm, with respect to the excitation light having the luminescence peak wavelength of 250 to 550 nm.
또한, 상기 루테튬 가넷계 형광체는 모체 구성 원소로서 적어도 Lu, Zn, Gd 중 선택된 2종 이상의 원소, 및 Al, Mo, Ga 중 선택된 2종 이상의 원소를 포함하고, 활성제로 희토류 원소, 바람직하게는 세륨(Ce)를 사용함으로써, 발광 파장 영역의 반치폭(FWHM, full-width-at-half-maximum)이 104 ㎚ 이상 넓어지게 되고, 이로 인해 청색 영역이 증가되어 LED 블루칩의 에너지 전달 효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 휘도 및 열적 안정성이 향상될 수 있다.The lutetium garnet fluorescent material preferably contains at least two elements selected from among at least Lu, Zn and Gd and at least two elements selected from Al, Mo and Ga as a matrix constituent element, and is a rare earth element, (FWHM, full-width-at-half-maximum) of the emission wavelength range is widened by 104 nm or more, so that the blue region is increased and the energy transfer efficiency of the LED blue chip is improved And brightness and thermal stability can be improved.
본 발명에서, 상기 루테튬 가넷계 형광체의 평균 입도는 1 ~ 20㎛ 범위가 바람직하다. 상기 형광체의 평균 입도가 1㎛ 보다 작으면 산란에 의한 광 흡수율이 저하되고, LED를 밀봉하는 수지로의 균일한 분산이 용이하지 않을 수도 있다. 또한 상기 형광체의 평균 입도가 20㎛를 초과하면 발광 강도 및 색조의 불균일이 발생할 경우가 있기 때문이다.
In the present invention, the average particle size of the lutetium garnet fluorescent material is preferably in the range of 1 to 20 mu m. If the average particle size of the phosphor is smaller than 1 占 퐉, the light absorption rate due to scattering decreases, and uniform dispersion of the phosphor into the resin sealing the LED may not be easy. If the average particle size of the phosphor is more than 20 mu m, the emission intensity and color tone may be uneven.
<루테튬 가넷계 형광체의 제조방법>≪ Process for producing lutetium garnet fluorescent material &
이하, 본 발명에 따른 루테튬 가넷계 형광체의 제조방법에 대해 설명한다. 그러나 하기 제조방법에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 또는 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다. Hereinafter, a method for producing the lutetium garnet fluorescent material according to the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following production methods, and the steps of each process may be modified or optionally mixed as required.
상기 루테튬 가넷계 형광체의 제조방법의 바람직한 일 실시예를 들면, (a) Lu, Zn, 및 Gd 로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 원소를 함유하는 화합물; Al, Mo, 및 Ga로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 원소를 함유하는 화합물; 및 희토류 원소를 함유하는 화합물을 각각 질소 분위기 하에서 혼합하는 단계; 및 상기 단계에서 얻은 반응 혼합물을 질소-함유 분위기 하에서 소성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. A preferred example of the method for producing the lutetium garnet fluorescent material includes (a) a compound containing two or more elements selected from the group consisting of Lu, Zn, and Gd; A compound containing two or more elements selected from the group consisting of Al, Mo, and Ga; And a rare earth element, respectively, in a nitrogen atmosphere; And firing the reaction mixture obtained in the above step in a nitrogen-containing atmosphere.
이하, 상기 제조방법을 각 단계별로 나누어 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the manufacturing method will be described separately for each step.
먼저, (1) Lu, Zn, 및 Gd 로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 원소를 함유하는 화합물; Al, Mo, 및 Ga로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 원소를 함유하는 화합물; 및 희토류 원소를 함유하는 화합물을 각각 질소 분위기 하에서 혼합하여 반응 혼합물을 얻는다(이하 '제1단계'라 함). First, (1) a compound containing at least two elements selected from the group consisting of Lu, Zn, and Gd; A compound containing two or more elements selected from the group consisting of Al, Mo, and Ga; And a rare earth element are mixed in a nitrogen atmosphere to obtain a reaction mixture (hereinafter referred to as "first step").
상기 형광체를 제조하는 원료로는 주로 산화물(oxide)을 사용한다. 여기서, 형광체의 주요성분으로 Lu, Zn, Gd, Al, Mo, Ga 및 Ce를 사용하는 경우, 산화 루테튬(Lu2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 가돌리늄(Gd2O3), 산화 알루미늄(Al2O3)과 산화 몰리브덴 (MoO2), 산화 갈륨(Ga2O3), 산화 세륨 (CeO2) 또는 이들의 1종 이상의 혼합 분말을 사용할 수 있다. As a raw material for producing the phosphor, oxide is mainly used. When Lu, Zn, Gd, Al, Mo, Ga, and Ce are used as the main components of the phosphor, lutetium oxide (Lu 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ) Aluminum (Al 2 O 3 ), molybdenum oxide (MoO 2 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), or a mixed powder thereof may be used.
상기 제1단계에서는 원하는 조성의 형광체가 형성되도록 화학양론에 맞게 원료물질들, 예컨대 Lu2O3, ZnO, Al2O3, MoO2, CeO2를 칭량한 후 혼합한다. 이때 샘플당 혼합물의 양은 1g이 되도록 사용한다.In the first step, raw materials such as Lu 2 O 3 , ZnO, Al 2 O 3 , MoO 2 , CeO 2 Weigh and mix. The amount of mixture per sample should be 1 g.
여기서, 상기 희토류 원소의 산화물은 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm) 및 이테르븀(Yb)으로 이루어진 군에서 선택된 원소의 산화물이고, 바람직하게는 산화세륨일 수 있다.The oxide of the rare earth element may be at least one selected from the group consisting of Ce, Pr, Ne, Sm, Eu, Gd, Terbium, Dy, Ho), erbium (Er), thulium (Tm) and ytterbium (Yb), preferably cerium oxide.
또한 상기 제1단계에서는 상기 원료물질들을 분쇄하여 입도를 작게 조절할 수 있다. 상기 분쇄방법으로는 당 업계에 알려진 건식 또는 습식 방법을 사용할 수 있고, 예컨대 모르타르 분쇄, 볼밀, 제트밀, 어트리션밀, 막자사발 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다. In the first step, the raw materials may be pulverized to control the particle size to be small. As the pulverization method, a dry or wet method known in the art can be used, and examples thereof include, but are not limited to, mortar mill, ball mill, jet mill, impact mill, mortar and the like.
전술한 원료물질의 혼합 공정은 대기 분위기에서 수작업으로 진행될 수 있으며, 상기 원료물질들의 혼합 시간은 특별히 한정되지 않으나, 약 5분 내지 30분일 수 있다.The mixing process of the raw materials may be performed manually in an atmospheric environment. The mixing time of the raw materials is not particularly limited, but may be about 5 minutes to 30 minutes.
(2) 이후, 상기 제1단계에서 얻어진 반응 혼합물을 질소-함유 분위기 하에서 소성하여 형광체를 얻는다(이하, '제2단계'라 함).(2) Thereafter, the reaction mixture obtained in the first step is fired in a nitrogen-containing atmosphere to obtain a phosphor (hereinafter referred to as a 'second step').
상기 제2단계는 고온 소성 중에 합성되는 형광체의 분해를 방지하거나 또는 억제하기 위해서, 질소-함유 분위기에서 수행한다.The second step is performed in a nitrogen-containing atmosphere in order to prevent or suppress the decomposition of the phosphor synthesized during the high-temperature firing.
상기 질소-함유 분위기의 비제한적인 예로는 N2 가스 분위기, H2와 N2 혼합가스 분위기 등이 있고, 바람직하게는 H2와 N2 혼합가스 분위기가 있다. 상기 H2와 N2 혼합가스 분위기에서 수소와 질소의 혼합 비율은 특별히 한정되지 않으나, H2 : N2 = 5 ~ 25 : 75 ~ 95 부피 비율일 경우, 고온 소성 중에 합성되는 형광체의 분해를 방지 또는 억제할 수 있고, 생성되는 형광체의 조성 편차를 줄일 수 있어 성능이 우수한 형광체를 제조할 수 있다. 또한 상기 질소-함유 분위기의 압력은 특별히 한정되지 않으나, 대기압 이상, 20 기압 이하의 범위일 수 있다. Examples of the nitrogen-containing atmosphere include an N 2 gas atmosphere, an H 2 and N 2 mixed gas atmosphere, and preferably a H 2 and N 2 mixed gas atmosphere. Although the mixing ratio of hydrogen and nitrogen in the H 2 and N 2 mixed gas atmosphere is not particularly limited, when the ratio of H 2 : N 2 = 5 to 25: 75 to 95 volume, the phosphor synthesized during high-temperature firing is prevented from decomposing Or can be suppressed, and the compositional deviation of the generated phosphor can be reduced, and a phosphor excellent in performance can be produced. The pressure of the nitrogen-containing atmosphere is not particularly limited, but may be in the range of atmospheric pressure to 20 atmospheres.
상기 제2단계에서, 소성 온도는 특별히 제한되지 않으나, 1400~1700℃ 범위가 바람직하며, 고품질의 형광체를 얻기 위해서는 1500℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. In the second step, the baking temperature is not particularly limited, but is preferably in the range of 1400 to 1700 ° C, and more preferably 1500 ° C or more to obtain a high-quality phosphor.
또한, 상기 소성시간은 특별히 제한되지 않으나, 일례로 약 30분 ~ 48시간일 수 있으며, 형광체의 품질과 생산성 등을 고려할 때 3시간 ~ 8시간 정도가 바람직하다. The baking time is not particularly limited, but may be, for example, about 30 minutes to 48 hours, and preferably about 3 hours to 8 hours in consideration of the quality and productivity of the phosphor.
상기 제2단계의 바람직한 일 실시 형태를 들면, 상압 질소(75%)와 수소(25%)의 혼합 가스 분위기 하에서 1600℃의 소성 온도로 4시간 동안 소성을 실시하는 것일 수 있다. In one preferred embodiment of the second step, firing may be performed at a firing temperature of 1600 캜 for 4 hours in a mixed gas atmosphere of normal pressure nitrogen (75%) and hydrogen (25%).
상기 제2단계 이후, 상기 형광체를 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 형광체를 분쇄하여 상기 형광체의 평균입도를 약 1 내지 20 ㎛ 범위로 조절함으로써, 발광소자를 밀봉하는 밀봉 수지 내에 균일하게 분산될 수 있고, 산란에 의한 광 흡수율 저하를 방지할 수 있으며, 발광 강도 및 색조가 균일해질 수 있다.
After the second step, the phosphor may further be pulverized. By controlling the average particle size of the phosphor to be in the range of about 1 to 20 mu m by pulverizing the phosphor, the light emitting element can be uniformly dispersed in the sealing resin sealing the light emitting element, deterioration of the light absorption rate due to scattering can be prevented, And the color tone can be made uniform.
<루테튬 가넷계 형광체를 포함하는 발광장치>≪ Light emitting device including lutetium garnet fluorescent material &
본 발명은 전술한 화학식 1로 표시되는 산화물계 황색 형광체를 포함하는 발광장치를 제공한다. The present invention provides a light emitting device comprising an oxide-based yellow phosphor represented by the above-mentioned formula (1).
일례로, 상기 발광장치는 여기광을 방출(발광)하는 발광소자; 및 상기 발광소자의 광방출 측에 위치하며, 상기 화학식 1로 표시되는 루테튬 가넷계 형광체 및 밀봉 수지를 포함하는 파장 변환부를 포함한다.For example, the light emitting device includes a light emitting element that emits (emits) excitation light; And a wavelength converter disposed at a light emitting side of the light emitting device and including a lutetium garnet fluorescent material represented by
상기 발광 소자는 청색광 등의 여기광을 방출(발광)하는 광원으로서, 예컨대 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD), 기타 청색광을 방출(발광)하는 광원 등이 있다.The light emitting element is a light source that emits (emits) excitation light such as blue light. Examples of the light emitting element include a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), and a light source emitting (emitting) blue light.
상기 여기광의 발광 파장은 특별히 한정되지 않으나, 발광 파장이 250 ~ 550 ㎚일 경우, 상기 여기광과 상기 형광체에 의해 발광되는 황색광이 조합하여 자연스런 백색이 구현될 수 있다.The wavelength of the excitation light is not particularly limited, but when the wavelength is 250 to 550 nm, the excitation light and the yellow light emitted by the phosphor may be combined to form a natural white color.
상기 파장 변환부는 상기 화학식 1의 루테튬 가넷계 형광체와 밀봉 수지를 포함하고, 선택적으로 상기 화학식 1의 루테튬 가넷계 형광체 이외에, 당 업계에 알려진 다른 형광체를 포함할 수 있다. The wavelength converting part includes the lutetium garnet fluorescent material of the formula (1) and the sealing resin, and may alternatively include other luminescent materials known in the art, in addition to the lutetium garnet fluorescent material of the formula (1).
이러한 파장 변환부는 당업계에 알려진 바와 같이, 트랜스퍼 몰딩과 같은 몰딩 공정을 통해 발광소자 상에 몰딩된다.Such a wavelength converting portion is molded on the light emitting element through a molding process such as transfer molding, as is known in the art.
상기 밀봉 수지는 바인더 수지로서, 투명하면서 접착성을 갖는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
The sealing resin is a binder resin and can be used without particular limitation as long as it is transparent and has adhesiveness. For example, epoxy resin, silicone resin, urethane resin, acrylic resin, and the like, but are not limited thereto.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. However, the following examples serve to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
한편, 하기 실시예 1 은 본 발명의 루테튬 가넷계 형광체 대표 조성의 XRD 패턴을 확인하기 위한 것이며, 실시예 2~3은 본 발명의 조성식 범위에 해당되는 조성을 나타낸다. 또한 실시예 4~10은 실시예 1의 형광체 조성에 Ce의 농도 비율을 달리 조절하여 발광 피크의 변화를 보여주는 것이다. 이하, 본 도면의 PL 측정 조건의 λ값은 450nm로 측정되었다.
In the meantime, the following Example 1 is for confirming the XRD pattern of the typical composition of the lutetium garnet fluorescent material of the present invention, and Examples 2 to 3 show the composition corresponding to the composition formula range of the present invention. Further, Examples 4 to 10 show changes in the emission peak by controlling the concentration ratio of Ce to the phosphor composition of Example 1 differently. Hereinafter, the lambda value of the PL measurement condition in this figure was measured at 450 nm.
[실시예 1][Example 1]
원료분말로서 Lu2O3 0.6290g, ZnO 0.0083g, Gd2O3 0.0248g, Al2O3 0.2645g, MoO2 0.0222g, Ga2O3 0.0393g 및 CeO2 0.0119g을 각각 칭량한 후, 대기 분위기에서 유발을 사용하여 수작업으로 혼합하는 방식으로 1g의 원료 분말 혼합물을 얻었다. 이와 같이 혼합된 원료분말 혼합물 1g을 도가니에 충전하고, 소성로의 내부에 질소(75%)의 바탕에 수소 (25%)의 혼합 가스를 분당 500cc 흘러주어 1600℃에서 4시간 동안 가열하는 소성처리를 한 후 분쇄하여 실시예 1의 루테튬 가넷계 형광체를 얻었다. As the raw material powder, Lu 2 O 3 0.6290 g, ZnO 0.0083 g, Gd 2 O 3 0.0248g, Al 2 O 3 0.2645g, MoO 2 0.0222 g, Ga 2 O 3 0.0393g and CeO 2 Were weighed out, respectively, and were then mixed manually by induction in an air atmosphere to obtain 1 g of a raw material powder mixture. 1 g of the raw powder mixture thus mixed was charged into a crucible and fired by heating the mixture at a temperature of 1600 占 폚 for 4 hours by flowing 500cc of a mixed gas of hydrogen (25%) and nitrogen (75% And pulverized to obtain the lutetium garnet fluorescent material of Example 1.
상기 실시예 1의 루테튬 가넷계 형광체는 450nm 여기원을 사용하였을 때 536nm의 중심피크로 발광되는 것을 확인할 수 있었다(도 2 참고).
It was confirmed that the lutetium garnet fluorescent material of Example 1 emitted at a central peak of 536 nm when a 450 nm excitation source was used (see FIG. 2).
[실시예 2] [Example 2]
원료분말로서, Lu2O3 0.6375g, ZnO 0.0084g, Gd2O3 0.0252g, Al2O3 0.2770g, Ga2O3 0.0398g 및 CeO2 0.0121g을 각각 칭량한 후, 실시예 1과 동일한 소성 및 분쇄과정을 거쳐 실시예 2의 루테튬 가넷계 형광체를 얻었다. As the raw material powder, 0.6375 g of Lu 2 O 3 , , 0.0252 g of Gd 2 O 3, 0.2770 g of Al 2 O 3, 0.0398 g of Ga 2 O 3 and 0.0121 g of CeO 2 were respectively weighed and subjected to the same calcination and pulverization process as in Example 1 to obtain lutetium To obtain a garnet fluorescent material.
상기 실시예 2의 루테튬 가넷계 형광체는 450nm 여기원을 사용하였을 때 541nm의 중심피크로 발광이 되는 것으로 확인되었다(도 4 참고).
The lutetium garnet fluorescent material of Example 2 was found to emit light at a center peak of 541 nm when a 450 nm excitation source was used (see FIG. 4).
[실시예 3] [Example 3]
원료분말로서, Lu2O3 0.6162g, Gd2O3 0.0492g, Al2O3 0.2619g, MoO2 0.0220g, Ga2O3 0.0389g 및 CeO2 0.0118g을 각각 칭량한 후, 실시예 1과 동일한 소성 및 분쇄과정을 거쳐 실시예 3의 루테튬 가넷계 형광체를 얻었다. As the raw material powder, Lu 2 O 3 0.6162 g, Gd 2 O 3 0.0492g, Al 2 O 3 0.2619g, MoO 2 0.0220 g, 0.0389 g of Ga 2 O 3 and 0.0389 g of CeO 2 Were weighed and subjected to the same calcination and pulverization steps as in Example 1 to obtain the lutetium garnet fluorescent material of Example 3.
상기 실시예 3의 루테튬 가넷계 형광체는 450nm 여기원을 사용하였을 때 544nm의 중심피크로 발광이 되는 것으로 확인되었다(도 4 참고).
The lutetium garnet fluorescent material of Example 3 was found to emit light at a center peak of 544 nm when a 450 nm excitation source was used (see FIG. 4).
[실시예 4] [Example 4]
원료분말로서, Lu2O3 0.6349g, ZnO 0.0084g, Gd2O3 0.0251g, Al2O3 0.2643g, MoO2 0.0222g, Ga2O3 0.0392g 및 CeO2 0.0060g을 각각 칭량한 후, 실시예 1과 동일한 소성 및 분쇄과정을 거쳐 실시예 4의 루테튬 가넷계 형광체를 얻었다. As raw material powders, 0.6349 g of Lu 2 O 3, 0.0084 g of ZnO, 0.0251 g of Gd 2 O 3, 0.2643 g of Al 2 O 3, 0.0222 g of MoO 2 , Ga 2 O 3 0.0392g and CeO 2 Were weighed and subjected to the same calcination and pulverizing process as in Example 1 to obtain the lutetium garnet fluorescent material of Example 4.
상기 실시예 4의 루테튬 가넷계 형광체는 450nm 여기원을 사용하였을 때 517nm의 중심피크로 발광되는 것을 확인하였다(도 5 참고).
The lutetium garnet fluorescent material of Example 4 was found to emit at a center peak of 517 nm when a 450 nm excitation source was used (see FIG. 5).
[실시예 5] [Example 5]
원료분말로서, Lu2O3 0.6230g, ZnO 0.0082g, Gd2O3 0.0246g, Al2O3 0.2647g, MoO2 0.0222g, Ga2O3 0.0393g 및 CeO2 0.0179g을 각각 칭량한 후, 실시예 1과 동일한 소성 및 분쇄과정을 거쳐 실시예 5의 루테튬 가넷계 형광체를 얻었다. As raw material powders, 0.6230 g of Lu 2 O 3, 0.0082 g of ZnO, 0.0246 g of Gd 2 O 3, 0.2647 g of Al 2 O 3, 0.0222 g of MoO 2 , Ga 2 O 3 0.0393g and CeO 2 Were weighed and subjected to the same calcining and pulverizing process as in Example 1 to obtain the lutetium garnet fluorescent material of Example 5.
상기 실시예 5의 루테튬 가넷계 형광체는 450nm 여기원을 사용하였을 때 534nm의 중심피크로 발광되는 것을 확인하였다(도 5 참고).
The lutetium garnet fluorescent material of Example 5 emitted light with a center peak of 534 nm when a 450 nm excitation source was used (see FIG. 5).
[실시예 6] [Example 6]
원료분말로서, Lu2O3 0.6171g, ZnO 0.0081g, Gd2O3 0.0244g, Al2O3 0.2649g, MoO2 0.0222g, Ga2O3 0.0393g 및 CeO2 0.0239g을 각각 칭량한 후, 실시예 1과 동일한 소성 및 분쇄과정을 거쳐 실시예 6의 루테튬 가넷계 형광체를 얻었다. As raw material powders, 0.6171 g of Lu 2 O 3, 0.0081 g of ZnO, 0.0244 g of Gd 2 O 3, 0.2649 g of Al 2 O 3, 0.0222 g of MoO 2 , Ga 2 O 3 0.0393g and CeO 2 0.0239 g were weighed, respectively, and then subjected to the same calcination and pulverization as in Example 1 to obtain the lutetium garnet fluorescent material of Example 6.
상기 실시예 6의 루테튬 가넷계 형광체는 450nm 여기원을 사용하였을 때 535nm의 중심피크로 발광되는 것을 확인하였다(도 5 참고).
It was confirmed that the lutetium garnet fluorescent material of Example 6 emitted light with a center peak of 535 nm when a 450 nm excitation source was used (see FIG. 5).
[실시예 7] [Example 7]
원료분말로서, Lu2O3 0.6111g, ZnO 0.0081g, Gd2O3 0.0241g, Al2O3 0.2651g, MoO2 0.0222g, Ga2O3 0.0394g 및 CeO2 0.0299g을 각각 칭량한 후, 실시예 1과 동일한 소성 및 분쇄과정을 거쳐 실시예 7의 루테튬 가넷계 형광체를 얻었다. As raw material powders, 0.6111 g of Lu 2 O 3, 0.0081 g of ZnO, 0.0241 g of Gd 2 O 3, 0.2651 g of Al 2 O 3, 0.0222 g of MoO 2 , Ga 2 O 3 0.0394g and CeO 2 0.0299 g were weighed out, and then the same luting and grinding steps as in Example 1 were carried out to obtain the lutetium garnet fluorescent material of Example 7.
상기 실시예 7의 루테튬 가넷계 형광체는 450nm 여기원을 사용하였을 때 539nm의 중심피크로 발광되는 것을 확인하였다(도 5 참고).
It was confirmed that the lutetium garnet fluorescent material of Example 7 emitted light with a center peak of 539 nm when a 450 nm excitation source was used (see FIG. 5).
[실시예 8] [Example 8]
원료분말로서, Lu2O3 0.6052g, ZnO 0.0080g, Gd2O3 0.0239g, Al2O3 0.2653g, MoO2 0.0223g, Ga2O3 0.0394g 및 CeO2 0.0359g을 각각 칭량한 후, 실시예 1과 동일한 소성 및 분쇄과정을 거쳐 실시예 8의 루테튬 가넷계 형광체를 얻었다. As the raw material powder, 0.6052 g of Lu 2 O 3, 0.0080 g of ZnO, 0.0239 g of Gd 2 O 3, 0.2653 g of Al 2 O 3, 0.0223 g of MoO 2 , Ga 2 O 3 0.0394g and CeO 2 Were weighed and subjected to the same calcination and pulverizing process as in Example 1 to obtain the lutetium garnet fluorescent material of Example 8.
상기 실시예 8의 루테튬 가넷계 형광체는 450nm 여기원을 사용하였을 때 536nm의 중심피크로 발광되는 것을 확인하였다(도 5 참고).
The lutetium garnet fluorescent material of Example 8 emitted light with a center peak of 536 nm when a 450 nm excitation source was used (see FIG. 5).
[실시예 9] [Example 9]
원료분말로서, Lu2O3 0.5992g, ZnO 0.0079g, Gd2O3 0.0237g, Al2O3 0.2655g, MoO2 0.0223g, Ga2O3 0.0394g 및 CeO2 0.0420g을 각각 칭량한 후, 실시예 1과 동일한 소성 및 분쇄과정을 거쳐 실시예 9의 루테튬 가넷계 형광체를 얻었다. As raw material powders, 0.5992 g of Lu 2 O 3, 0.0079 g of ZnO, 0.0237 g of Gd 2 O 3, 0.2655 g of Al 2 O 3, 0.0223 g of MoO 2 , Ga 2 O 3 0.0394g and CeO 2 Were weighed and subjected to the same calcination and pulverizing process as in Example 1 to obtain the lutetium garnet fluorescent material of Example 9.
상기 실시예 9의 루테튬 가넷계 형광체는 450nm 여기원을 사용하였을 때 543nm의 중심피크로 발광되는 것을 확인하였다(도 5 참고).
It was confirmed that the lutetium garnet fluorescent material of Example 9 emitted light with a center peak of 543 nm when a 450 nm excitation source was used (see FIG. 5).
[실시예 10] [Example 10]
원료분말로서, Lu2O3 0.5933g, ZnO 0.0078g, Gd2O3 0.0234g, Al2O3 0.2657g, MoO2 0.0223 g, Ga2O3 0.0395g 및 CeO2 0.0480g을 각각 칭량한 후, 실시예 1과 동일한 소성 및 분쇄과정을 거쳐 실시예 10의 루테튬 가넷계 형광체를 얻었다. As raw material powders, 0.5933 g of Lu 2 O 3 , 0.0078 g of ZnO, 0.0234 g of Gd 2 O 3 , 0.2657 g of Al 2 O 3 , 0.0223 g of MoO 2 , 0.0395 g of Ga 2 O 3 and 0.0480 g of CeO 2 were respectively weighed and subjected to the same calcination and pulverization process as in Example 1 to obtain the lutetium garnet fluorescent material of Example 10.
상기 실시예 10의 루테튬 가넷계 형광체는 450nm 여기원을 사용하였을 때 549nm의 중심피크로 발광되는 것을 확인하였다(도 5 참고).The lutetium garnet fluorescent material of Example 10 emitted light with a center peak of 549 nm when a 450 nm excitation source was used (see FIG. 5).
파장
(nm)center
wavelength
(nm)
이상과 같이 제조된 루테튬 가넷계 형광체에 대해서, 실시예 1 의 경우 XRD 측정과 PL Emission과 Excitation 촬영을 실시하였다. 또한 실시예 4 내지 10은 발광 중심 피크의 이동을 나타내기 위해 PL 측정을 실시하여 중심 파장을 표에 나타내었고, 그에 따른 PL emission Graph는 도면으로 각각 나타내었다.The lutetium garnet fluorescent material thus prepared was subjected to XRD measurement, PL emission and excitation photography in the case of Example 1. In Examples 4 to 10, PL spectra were plotted to show the shift of the luminescence center peak, and the center wavelengths are shown in the table, and the PL emission graph corresponding thereto is shown in the figure.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 조성에 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 compositions, but is intended to be limited 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 (7)
[화학식 1]
(Lu1-a-bZnaGdb)3-x(Al1-c-dMocGad)5O12:Rex
상기 화학식 1에서,
a는 0 ≤ a ≤ 0.05이며,
b는 0 ≤ b ≤ 0.08이며,
c는 0 ≤ c ≤ 0.05이며,
d는 0 ≤ d ≤ 0.15이며,
x는 0.01 ≤ x ≤ 0.1이며, 단 a+b > 0, c+d > 0이며,
Re는 희토류 원소로서, Ce, Mn, Pr, Eu, Nd, Sm, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다. A lutetium garnet fluorescent material characterized by being represented by the following formula (1)
[Chemical Formula 1]
(Lu 1-ab Zn a Gd b ) 3-x (Al 1-cd Mo c Ga d ) 5 O 12 : Re x
In Formula 1,
a is 0? a? 0.05,
b is 0? b? 0.08,
c is 0? c? 0.05,
d is 0? d? 0.15,
x is 0.01? x? 0.1, provided that a + b> 0, c + d> 0,
Re is at least one rare earth element selected from the group consisting of Ce, Mn, Pr, Eu, Nd, Sm, Dy, Ho, Er, Tm and Yb.
상기 희토류 원소는 세륨(Ce)인 것을 특징으로 하는 루테튬 가넷계 형광체.The method according to claim 1,
Wherein the rare earth element is cerium (Ce).
250 ~ 550㎚의 피크 파장 범위를 갖는 여기 광에 대하여 515 ~ 560㎚의 발광 피크 파장을 나타내는 것을 특징으로 하는 루테튬 가넷계 형광체.The method according to claim 1,
And exhibits an emission peak wavelength of 515 to 560 nm with respect to excitation light having a peak wavelength range of 250 to 550 nm.
상기 여기광을 흡수하여 가시광을 방출하는 파장 변환부를 포함하며,
상기 파장 변환부는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 루테튬 가넷계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.A light emitting element that emits excitation light; And
And a wavelength conversion unit that absorbs the excitation light to emit visible light,
Wherein the wavelength converting portion comprises the lutetium garnet fluorescent material according to any one of claims 1 to 4.
상기 발광소자는 자외선 발광다이오드, 또는 청색 발광다이오드인 것을 특징으로 하는 발광장치.6. The method of claim 5,
Wherein the light emitting element is an ultraviolet light emitting diode or a blue light emitting diode.
상기 여기광의 발광 파장은 250~550㎚ 범위인 것을 특징으로 하는 발광장치.6. The method of claim 5,
Wherein the excitation light has an emission wavelength in the range of 250 to 550 nm.
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