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WO2012144686A1

White light emitting diode having single phase phosphor

Abstract

The present invention relates to a white light emitting diode having a single phase phosphor. The white light emitting diode having the single phase phosphor is characterized by including phosphor as a single phase compound based on gadolinium (Gd) of the rare-earth metal ions corresponding to a kind of garnet activated by cerium (Ce), wherein the ions included in the phosphor are composed of materials from Groups ?, ?, and ? of the periodic table of elements and are expressed in the following chemical formula. A(Al1-xMe?x/2Me?x/2)2[AlO4-xFy/2Ny/2]3, wherein SLn=Gd, Y, Lu, ?b, Ce, Pr, and Sm, constants A, x, and y are molar ratios, 0.25=A=3.5, 0.001=x=0.1, Me?= Li or Na or K, 0.001=y=0.05, Me?= V or Nb or Ta. The present invention can emit white light having a high color-rendering index through the single phase phosphor based on gadolinium of the rare-earth metal ions corresponding to garnet.

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  1. 1
    단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드에 있어서, 세륨(Ce)으로 활성화시킨 석류석 종류의 희토류금속이온 가돌리늄(Gd)을 기초로 한 단일상 화합물인 형광체를 포함하며, 상기 형광체에 포함된 이온은 주기율표의 1. 3. 7족에 속하는 물질로 구현되며, 다음의 화학식으로 표시되는 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드. (ΣLn) A (Al 1-x MeⅠ x/2 MeⅤ x/2 ) 2 [AlO 4-y F y/2 N y/2 ] 3 상기 화학식에서 ΣLn=Gd, Y, Lu, Тb, Ce, Sm, Pr 이고, 상수 A, x, y는 몰비율(molar ratios)이며, 0.25≤A≤3.5이고, 0.001≤ X ≤0.1, MeⅠ= Li 또는 Na 또는 K이며, 0.001≤y≤0.05, MeⅤ= V 또는 Nb 또는 Ta이다.
  2. 2
    제1항에 있어서, 상기 형광체에 포함되는 희토류 금속은 그 농도가 70%＜Gd≤90%, 1%＜Y≤2%, 1%＜Lu≤2%, 0.01%≤Tb≤2%, 0.1%＜Ce≤6.5%, 0.001%＜Sm≤0.01%, 0.001%＜Pr≤0.2% 인 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드.
  3. 3
    제2항에 있어서, 상기 형광체는 단파장과 장파장이 발생하며, 상기 단파장에 의한 여기파장에 의해 상기 장파장이 발생하며, 상기 장파장은 적어도 2개의 최대 피크를 가지며, 상기 최대 피크 간의 거리는 Δλ> 25nm인 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드.
  4. 4
    제3항에 있어서, 상기 형광체에 포함된 사면체 구조의 AlO 4 에서 산소 O -2 의 이온을 F -1 또는 N -3 와 치환시켜, 복사파장의 세기를 증가시키는 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드.
  5. 5
    제4항에 있어서, 상기 형광체 입자의 형태는 사각형의 팔면체 구조로 중 직경이 d 50 =2~4μm이고, 변수 d 90 ≤20μm인 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드.
  6. 6
    제5항에 있어서, 상기 형광체는 활성화 이온으로 Ce +3 , Pr +3 , Sm +3 중 적어도 하나를 첨가하며, 상기 Ce +3 를 첨가하여 d-f 오비탈의 전자 전이를 보충하고, 상기 Ce +3 및 Pr +3 를 첨가하여 상기 복사파장의 최대 장파장의 세기를 증가시키고, 상기 Ce +3 , Pr +3 및 Sm +3 을 첨가하여 상기 복사파장의 스펙트럼 띠가 λ=620~630nm으로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드.
  7. 7
    제6항에 있어서, 상기 형광체의 기초 형광물질은 Y+Lu+Tb/Gd이며, 상기 기초 형광물질에 5족 원소 Nb, Ta 또는 1족의 Li, Na, K 이온 중 적어도 하나의 이온을 혼합하여 스펙트럼의 반치폭을 증가시키는 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드.
  8. 8
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형광체가 도포된 투명 고분자를 더 포함하고, 상기 투명 고분자의 측면 및 방사기판은 동일한 두께를 가지며, 상기 투명 고분자의 축방향의 광도는 20~35cd이고, 복사파장 공경(aperture)의 반각(half-angle)은 2Θ=120 °이며, 상기 형광체와 상기 투명 고분자 사이의 굴절지수의 비율은 1.85:1.55인 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드
  9. 9
    제8항에 있어서, 상기 투명 고분자는 실리콘 그룹인 Si-O-C-C-O-Si 와 분자량 M=150000~250000의 카본 유닛의 실리콘 유기 고분자를 포함하며, 상기 투명 고분자에 분포된 형광체 입자는 질량농도가 6%~18%로 분산된 고분자와의 결합에 의해 빛을 재방사하는 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드.
  10. 10
    제9항에 있어서, 상기 백색 발광 다이오드의 연색평가지수는 75<Ra≤86인 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드.
  11. 11
    제10항에 있어서, 상기 백색 발광 다이오드에 인가되는 직류전압이 i=50~350mA인 경우 광효율η=115~95lm/W이며, 상기 직류전압이 i=200~400mA이면 연색평가지수가 81 이상으로 증가하는 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드.
  12. 12
    제11항에 있어서, 상기 복사파장의 피크(peak)의 이동(shift)에 의해 상기 연색평가지수가 증가되어 상기 복사파장의 장파장의 최대 피크 간의 거리가 증가하는 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드.
  13. 13
    제12항에 있어서, 상기 복사파장의 색좌표의 합은 ΣX+Y≤0.85이며, X좌표와 Y좌표가 인접해 있는 것을 특징으로 하는 단일상 형광체를 포함하는 백색 발광 다이오드.
Independent claims13