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KR101087032B1 - Method for producing MAS phosphor - Google Patents

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KR101087032B1
KR101087032B1 KR1020100112512A KR20100112512A KR101087032B1 KR 101087032 B1 KR101087032 B1 KR 101087032B1 KR 1020100112512 A KR1020100112512 A KR 1020100112512A KR 20100112512 A KR20100112512 A KR 20100112512A KR 101087032 B1 KR101087032 B1 KR 101087032B1
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KR
South Korea
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phosphor
raw material
masn
powder
sintering
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KR1020100112512A
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Korean (ko)
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김신경
정기정
김병기
은 복
박정환
홍성현
최성우
김이슬
Original Assignee
재단법인서울대학교산학협력재단
신한다이아몬드공업 주식회사
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    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7728Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing europium
    • C09K11/7734Aluminates
    • H01L33/502

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Abstract

일반식 M1-XAlSiN3:LnX (식 중, 0<x<0.4 이고, M은 Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi 및 란탄족 금속(La, Ce을 제외) 으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, Ln은 Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb 및 Er로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소)으로 표시되는 MASN 형광체의 합성에 필요한 형광체 원료 분말을 칭량하여 카본 몰드에 투입하는 단계, 상기 형광체 원료 분말이 투입된 상기 카본 몰드를 방전 플라즈마 소결 장치의 챔버 내에 설치하고 상기 챔버 내부의 산소를 제거하는 단계, 상기 형광체 원료 분말을 가압 및 승온하여 소결을 수행하는 단계, 및 상기 소결에 의해 얻어진 소결체를 분쇄하여 상기 일반식의 조성을 갖는 형광체 분말을 얻는 단계를 포함하는 MASN 형광체의 제조방법이 제공된다.General formula M 1-X AlSiN 3 : Ln X (wherein 0 <x <0.4, M is Li, Ca, Ba.Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi, and lanthanide metal ( At least one element selected from the group consisting of La, Ce), and Ln is at least one element selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb, and Er). Weighing phosphor raw material powder necessary for synthesizing the MASN phosphor to be injected into a carbon mold, installing the carbon mold into which the phosphor raw material powder is injected into a chamber of a discharge plasma sintering apparatus, and removing oxygen in the chamber; Pressing and heating the phosphor raw material powder to perform sintering, and pulverizing the sintered body obtained by the sintering to obtain a phosphor powder having a composition of the general formula is provided.

Description

MASN 형광체의 제조 방법{Fabrication method for MASN phosphor}Fabrication method for MASN phosphor

본 발명은 M-AlSiN계열의 형광체(이하, 'MASN 형광체'라 함)의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면 결함이 적고 발광 특성이 우수한 MASN 형광체를 저온에서 짧은 시간에 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an M-AlSiN-based phosphor (hereinafter referred to as 'MASN phosphor'), and more particularly, to produce a MASN phosphor having low surface defects and excellent luminescence properties at a low temperature for a short time. It is about a method.

InGaN를 기반으로 한 백색 발광 다이오드는 높은 효율, 긴 수명, 높은 내구성 등으로 차세대 조명으로 주목받고 있다. 발광 다이오드를 기반으로 한 백색 발현은 청색 발광 다이오드에 노란색 빛을 방출하는 Y3Al5O12:Ce3+ (YAG:Ce) 형광체가 조합되어 사용되고 있다. 이러한 방식으로 얻어지는 백색광은 휘도가 높으나 적색 성분이 결핍되어 따뜻한 느낌의 백색광, 또는 웜 화이트광을 발현하는 데 있어서 색온도의 제한을 갖고 있다. 따라서 최근 적색 성분이 부족한 YAG 형광체를 대체할 질화물 또는 산질화물 형광체가 많은 주목을 받고 있다. 질화물 또는 산질화물 형광체의 경우 산화물 형광체에 비해 강한 공유 결합성을 가져 발광 효율이 뛰어날 뿐 아니라 산화물 형광체나 황화물 형광체에 비해 열적, 화학적 안정성이 뛰어나서 고출력 조명에 쓰이는 발광 다이오드용 형광체로써 뛰어난 특성을 나타낸다고 알려져 있다. 특히 MASN 형광체는 열화 특성이 좋고 조성제어에 의해 황색에서 적색까지의 넓은 발광 파장 범위를 가져 특히 주목받고 있다.InGaN-based white light emitting diodes are attracting attention as next-generation lighting for their high efficiency, long life and high durability. White expression based on light emitting diodes is used in combination with Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ (YAG: Ce) phosphor that emits yellow light to a blue light emitting diode. White light obtained in this manner has a high luminance but lacks a red component and has a limitation of color temperature in expressing warm white light or warm white light. Accordingly, nitride or oxynitride phosphors, which replace the YAG phosphors lacking red components, have recently attracted much attention. Nitride or oxynitride phosphors are known to exhibit excellent properties as light emitting diode phosphors used in high-power illumination due to their excellent covalent bonds compared to oxide phosphors, resulting in excellent luminous efficiency and superior thermal and chemical stability compared to oxide phosphors and sulfide phosphors. have. In particular, the MASN phosphor has a deterioration characteristic and has a wide light emission wavelength range from yellow to red by composition control, and has attracted particular attention.

MASN 형광체의 합성법으로서 현재 열간등가압소결(HIP) 이 보고된 바 있다. 하지만 이와 같은 합성법을 사용할 경우, 1900도 이상의 높은 온도뿐만 아니라 1900기압의 높은 N2 압력 조건이 필요하며 복잡한 공정을 요하여 형광체 합성시 제조 단가의 상승과 긴 소요시간의 단점이 있다. 따라서 MASN 형광체의 개선된 합성법 개발이 요구된다.As a method for synthesizing MASN phosphors, hot equivalent pressure sintering (HIP) has been reported. However, when using such a synthesis method, a high N 2 pressure condition of 1900 atm as well as a high temperature of 1900 degrees or more is required, and there is a disadvantage of an increase in manufacturing cost and a long time required for the synthesis of phosphors. Therefore, there is a need for development of improved synthesis of MASN phosphors.

따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 표면 결함이 적고 발광 특성이 우수한 MASN 형광체를 저온에서 짧은 시간에 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a MASN phosphor having a low surface defects and excellent luminescent properties at a low temperature for a short time.

본 발명의 일 측면에 따라 MASN 형광체 제조방법이 제공되며, 이 MASN 형광체 제조방법은, 일반식 M1-XAlSiN3:LnX (0<x<0.4 이고, M은 Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi 및 란탄족 금속(La, Ce을 제외)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, Ln은 Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb 및 Er로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소)으로 표시되는 MASN 형광체의 합성에 필요한 형광체 원료 분말을 칭량하여 카본 몰드에 투입하는 단계와; 상기 형광체 원료 분말이 투입된 상기 카본 몰드를 방전 플라즈마 소결 장치의 챔버 내에 설치하고 상기 챔버 내부의 산소를 제거하는 단계와; 상기 형광체 원료 분말을 가압 및 승온하여 소결을 수행하는 단계와; 상기 소결 후 상기 얻어진 소결체를 분쇄하여 상기 일반식의 조성을 갖는 형광체 분말을 얻는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for producing a MASN phosphor, wherein the method for producing a MASN phosphor is a general formula M 1-X AlSiN 3 : Ln X (0 <x <0.4, and M is Li, Ca, Ba.Sr). , Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi, and at least one element selected from the group consisting of lanthanide metals (excluding La and Ce), and Ln is Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho Weighing the phosphor raw material powder required for the synthesis of the MASN phosphor represented by one or more elements selected from the group consisting of Sm, Yb, and Er, and inputting the same into a carbon mold; Installing the carbon mold into which the phosphor raw material powder is injected into a chamber of a discharge plasma sintering apparatus and removing oxygen in the chamber; Pressurizing and heating the phosphor raw material powder to perform sintering; And grinding the obtained sintered body after the sintering to obtain a phosphor powder having the composition of the general formula.

일 실시예에 따라, 상기 형광체 원료 분말은 상기 M의 전구체 물질, 알루미늄(Al)의 전구체 물질, 질화규소 및 상기 Ln의 전구체 물질을 포함한다.According to an embodiment, the phosphor raw material powder includes the precursor material of M, the precursor material of aluminum (Al), silicon nitride, and the precursor material of Ln.

일 실시예에 따라, 상기 M은 Ca이거나 Ca와 Sr을 포함하며, 상기 Ln은 Eu로 표시된다.According to one embodiment, M is Ca or comprises Ca and Sr, where Ln is represented by Eu.

일 실시예에 따라, 상기 소결을 수행하는 단계는 50 내지 200℃/분의 승온 속도로 승온한 후 1400 내지 2000℃의 유지 온도에서 1 내지 50 Mpa의 압력으로 가압하여 수행한다.According to one embodiment, the step of performing the sintering is carried out by increasing the temperature at a temperature increase rate of 50 to 200 ℃ / min and pressurized to a pressure of 1 to 50 Mpa at a holding temperature of 1400 to 2000 ℃.

본 발명의 다른 측면에 따른 MASN 형광체 제조방법은, Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi 및 란탄족 금속(La, Ce을 제외)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 금속 전구체 물질, 질화규소 및 Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb 및 Er로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상 원소를 포함하는 금속 전구체 물질, Al 전구체 물질 및 질화규소를 포함하는 형광체 원료 분말을 준비하는 단계와; 상기 형광체 원료 분말을 칭량하여 카본 펀치를 갖춘 카본 몰드에 투입하는 단계와; 상기 형광체 원료 분말이 투입된 상기 카본 몰드를 방전 플라즈마 소결 장치의 챔버 내에 설치하고 상기 챔버 내부의 산소를 제거하는 단계; 상기 형광체 원료 분말을 가압 및 승온하여 소결을 수행하는 단계와; 상기 소결 후 상기 얻어진 소결체를 분쇄하여 MASN 형광체를 얻는 단계를 포함한다.MASN phosphor manufacturing method according to another aspect of the present invention, Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi and metal precursor materials comprising at least one element selected from the group consisting of lanthanide metals (except La and Ce), silicon nitride and Ce, Pr, Eu Preparing a phosphor raw material powder comprising a metal precursor material, an Al precursor material, and silicon nitride including at least one element selected from the group consisting of Tb, Dy, Ho, Sm, Yb, and Er; Weighing the phosphor raw material powder into a carbon mold with a carbon punch; Installing the carbon mold into which the phosphor raw material powder is injected into a chamber of a discharge plasma sintering apparatus and removing oxygen in the chamber; Pressurizing and heating the phosphor raw material powder to perform sintering; And pulverizing the obtained sintered body after the sintering to obtain a MASN phosphor.

일 실시예에 따라, 상기 카본 펀치와 상기 카본 몰드는 상기 형광체 원료 분말과 접촉하는 부분에 보론 질화물(BN과 같은 질화물의 슬러리)이 코팅된 것을 이용한다.According to an embodiment, the carbon punch and the carbon mold may be coated with boron nitride (a slurry of nitride such as BN) in a portion in contact with the phosphor raw material powder.

본 발명에 따르면 표면 결함이 적고 발광 특성이 우수한 MASN 형광체를 저온에서 짧은 시간에 제조할 수 있다. 본 발명은, 일반식 M1-XAlSiN3:LnX (0<x<0.4 이고, M은 Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi 및 란탄족 금속(La, Ce을 제외) 으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, Ln은 Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb 및 Er로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소)으로 표시되는 품질좋은 MASN 형광체를 방전 플라즈마 소결법을 이용하여 상대적으로 낮은 온도에서 간단하게 제조할 수 있도록 해준다. 또한, 상기 형광체 원료 분말과 접하는 카본 몰드 및/또는 카본 펀치의 일부분에 보론 질화물을 코팅하여 이용함으로써, 소결시 발생할 수 있는 탄소에 의한 오염을 최소화할 수 있다. 또한, 최적의 온도 범위 내에서 이루어지는 소결을 통하여서도 오염을 최소한으로 억제할 수 있다.According to the present invention, the MASN phosphor having less surface defects and excellent luminescence properties can be manufactured at a low temperature in a short time. In the present invention, general formula M 1-X AlSiN 3 : Ln X (0 <x <0.4, M is Li, Ca, Ba.Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi, and lanthanide metal) (Except La, Ce) is one or more elements selected from the group consisting of, Ln is at least one element selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb and Er) The displayed quality MASN phosphors can be easily produced at relatively low temperatures using discharge plasma sintering. In addition, by coating boron nitride on a portion of the carbon mold and / or the carbon punch in contact with the phosphor raw material powder, it is possible to minimize contamination by carbon that may occur during sintering. In addition, contamination can be minimized through sintering made within an optimum temperature range.

도 1은 방전 플라즈마 소결법을 이용한 MASN 형광체의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 2는 방전 플라즈마 소결 온도에 따른 X선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 (Sr0.2Ca0.8)0.995AlSiN3:Eu0.005 형광체의 광 발광 세기를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 SCASN 형광체의 금속 M의 종류 및 비율에 따른 SCASN 형광체의 X선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 SCASN 형광체의 금속 M의 비율에 따른 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 SCASN 형광체의 Eu 도핑 농도에 따른 X선 회절 분석 결과이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 SCAN 형광체의 Eu 도핑 농도에 따른 광발광 세기를 나타낸 그래프이다.
1 is a process flow chart showing a method of manufacturing a MASN phosphor using a discharge plasma sintering method.
2 is a graph showing an X-ray diffraction pattern according to the discharge plasma sintering temperature.
Figure 3 is manufactured according to one embodiment of the present invention (2 Ca 0 Sr 0 8. .) 0.995 AlSiN 3: Eu 0. 005 is a graph showing the light emission intensity of the phosphor.
4 is a graph showing the X-ray diffraction pattern of the SCASN phosphor according to the type and ratio of the metal M of the SCASN phosphor prepared according to the present invention.
5 is a graph showing the emission spectrum according to the ratio of the metal M of the SCASN phosphor prepared according to the present invention.
6 is an X-ray diffraction analysis result according to the Eu doping concentration of the SCASN phosphor prepared according to the present invention.
7 is a graph showing the photoluminescence intensity according to the Eu doping concentration of the SCAN phosphor prepared according to the present invention.

본 개시의 MASN 형광체의 제조방법에 따르면, 하기의 일반식을 갖는 형광체가 방전 플라즈마 소결법(spark plasma sintering, SPS)에 의해 제조될 수 있다.According to the manufacturing method of the MASN phosphor of the present disclosure, a phosphor having the following general formula can be produced by spark plasma sintering (SPS).

M1-XAlSiN3:LnX M 1-X AlSiN 3 : Ln X

상기 금속 M은 Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi 및 란탄족 금속(La, Ce을 제외)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소일 수 있으며, 상기 란탄족 금속 Ln은 Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb 및 Er로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소일 수 있다. 특히, 상기 금속 M이 Sr과 Ca을 포함하고, 상기 란탄족 금속 Ln으로 Eu을 이용하는 형광체의 경우, 약 600 내지 650 nm의 파장범위를 갖는 황-적색 발광을 하므로, 백색 발광 다이오드를 얻는 데 바람직하다.The metal M is Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi and lanthanide metal (except La, Ce) may be at least one element selected from the group, the lanthanide metal Ln is Ce, Pr, It may be one or more elements selected from the group consisting of Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb and Er. Particularly, in the case where the metal M includes Sr and Ca, and the phosphor using Eu as the lanthanide metal Ln, sulfur-red light emission having a wavelength range of about 600 to 650 nm is preferable, thus obtaining a white light emitting diode. Do.

SPS 장치를 이용하여 MASN 형광체를 제조할 경우, 대체로 단일상을 형성하며 발광 강도가 매우 높은 MASN 형광체를 얻을 수 있다. 구체적으로 상기 MASN 형광체는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.When manufacturing a MASN phosphor by using an SPS device, it is possible to obtain a MASN phosphor, which generally forms a single phase and has a very high emission intensity. Specifically, the MASN phosphor may be prepared by the following method.

도 1은 방전 플라즈마 소결법을 이용한 MASN 형광체의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다. 도 1을 참조하면, S1 단계에서, 일반식 M1-XAlSiN3:LnX (식 중, 0<x<0.4 이고, M은 Li, Ca, Ba. Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi 및 란탄족 금속(La, Ce을 제외) 으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, Ln은 Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb 및 Er로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소)으로 으로 표시되는 MASN 형광체의 합성에 필요한 형광체 원료 분말을 칭량하여 카본 몰드에 투입한다. 이때 소결시 사용되는 카본 몰드와 카본 펀치 등 원료 분말과 접촉하는 부분을 보론 질화물(BN과 같은 질화물의 슬러리)로 코팅함으로써 소결 시 발생할 수 있는 탄소에 의한 오염을 최소화할 수 있다.1 is a process flow chart showing a method of manufacturing a MASN phosphor using a discharge plasma sintering method. 1, in the step S1, the general formula M 1-X AlSiN 3 : Ln X (wherein, 0 <x <0.4, M is Li, Ca, Ba.Sr, Mg, Y, La, Ga, Zn, Zr, Bi and at least one element selected from the group consisting of lanthanide metals (excluding La and Ce), and Ln is a group consisting of Ce, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho, Sm, Yb and Er Phosphor raw material powder required for the synthesis of the MASN phosphor represented by (at least one element selected from)) is weighed and put into the carbon mold. At this time, by coating a portion of the carbon mold used in the sintering contact with the raw powder, such as carbon punch with boron nitride (slurry of nitride such as BN) it can minimize the contamination by carbon that may occur during sintering.

상기 형광체 원료 분말로서 상기 금속 M의 전구체 물질, 알루미늄(Al)의 전구체 물질, 질화규소 및 상기 Eu의 전구체 물질이 사용될 수 있다. As the phosphor raw material powder, a precursor material of metal M, a precursor material of aluminum (Al), silicon nitride, and a precursor material of Eu may be used.

상기 금속 M의 전구체 물질은 상기 금속의 산화물이나 질화물일 수 있다. The precursor material of the metal M may be an oxide or nitride of the metal.

상기 알루미늄의 전구체 물질은 질화알루미늄 및 산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The precursor material of aluminum may be at least one selected from the group consisting of aluminum nitride and aluminum oxide.

상기 Eu의 전구체 물질은 Eu의 질화물, 산질화물, 산화물 또는 열분해에 의해 산화물이 되는 전구체 물질일 수 있다. The precursor material of Eu may be a nitride material, an oxynitride, an oxide of Eu, or a precursor material which becomes an oxide by pyrolysis.

예를 들어 상기 MASN 형광체가 금속 M으로 칼슘과 스트론튬을 사용하고 유로퓸(Eu)으로 도핑된 Sr0.2Ca0.8AlSiN3일 경우, 상기 형광체 분말 원료로서 산화/질화스트론튬 분말에, 산화/질화칼슘 분말, 질화규소 분말, 질화알루미늄 분말, 및 산화유로퓸 분말이 함께 사용될 수 있다.For example, the MASN phosphor is Sr 0 doped with europium (Eu) using calcium and strontium as metal M. 2 Ca 0 . In the case of 8 AlSiN 3 , the phosphor powder may be used together with strontium oxide powder, calcium oxide powder, silicon nitride powder, aluminum nitride powder, and europium oxide powder.

S2 단계에서, 상기 형광체 원료 분말이 투입된 상기 카본 몰드를 방전 플라즈마 소결 장치의 챔버 내에 설치하고 상기 챔버 내부의 산소를 제거한다. 산소를 제거하기 위해 진공을 걸어 상기 챔버 내의 압력을 50 내지 200 mTorr로 유지할 수 있으며, 필요에 따라 질소 가스를 주입하여 분위기 제어할 수 있다.In step S2, the carbon mold into which the phosphor raw material powder is injected is installed in a chamber of a discharge plasma sintering apparatus, and oxygen in the chamber is removed. Vacuum may be applied to remove oxygen to maintain the pressure in the chamber at 50 to 200 mTorr, and if necessary, nitrogen gas may be injected to control the atmosphere.

S3 단계에서, 상기 형광체 원료 분말을 가압 및 승온하여 소결을 수행한다. 이때 승온 속도는 50 내지 200℃/분의 속도로 조절할 수 있으며, 도달 온도는 1400 내지 2000℃, 바람직하게는 1600 내지 1700℃, 더욱 바람직하게는 1700℃로 제어할 수 있다. 상기 도달 온도가 1400℃ 온도 미만에서는 합성이 이루어지지 않고 2000℃를 초과하면 탄소 침투에 의한 오염이 증가하여 형광 특성의 저하를 가져올 수 있다. 압력은 1 내지 50 MPa이 바람직하다. 상기 일정 온도에 도달한 후에는 1 내지 10분간 온도 및 압력 조건을 유지한 후 상기 챔버 내부의 압력을 제거하고 냉각하여 소결체를 얻는다. In step S3, the phosphor raw material powder is pressed and heated to perform sintering. At this time, the temperature increase rate can be adjusted at a rate of 50 to 200 ℃ / min, the temperature reached can be controlled to 1400 to 2000 ℃, preferably 1600 to 1700 ℃, more preferably 1700 ℃. If the attained temperature is less than 1400 ° C., the synthesis is not performed, but if the temperature exceeds 2000 ° C., contamination by carbon infiltration may increase, resulting in deterioration of fluorescence properties. The pressure is preferably 1 to 50 MPa. After reaching the predetermined temperature, the temperature and pressure conditions are maintained for 1 to 10 minutes, and then the pressure inside the chamber is removed and cooled to obtain a sintered body.

S4 단계에서, 상기 소결 후 얻어진 소결체를 분쇄하여 상기 일반식의 조성을 갖는 형광체 분말을 얻는다. 상기 소결체를 분쇄하기 전에, 상기 소결체 표면의 카본 잔여물들을 없애기 위해 연마기를 이용하여 상기 소결체를 연마할 수 있다. 상기 소결체의 연마 후 알루미나 유발과 막자를 이용하여 분쇄를 수행할 수 있다.In step S4, the sintered body obtained after the sintering is pulverized to obtain a phosphor powder having the composition of the general formula. Prior to grinding the sintered compact, the sintered compact may be polished using a polishing machine to remove carbon residues on the surface of the sintered compact. After polishing of the sintered body, grinding may be performed using alumina induction and a pestle.

상기 MASN 형광체가 높은 발광 효율을 갖도록 하는 금속 M의 종류와 x의 범위는 상술한 범위에서 적절하게 선택될 수 있다.The kind of metal M and the range of x which allow the MASN phosphor to have a high luminous efficiency can be appropriately selected from the above ranges.

이하, 상기 MASN 형광체의 조성, 소결 온도 등에 따른 발광 특성을 다양한 실시 예를 통해 살펴보기로 한다.Hereinafter, the light emission characteristics according to the composition, the sintering temperature, etc. of the MASN phosphor will be described through various embodiments.

도 2는 방전 플라즈마 소결 온도에 따른 X선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 금속 M으로 스트론튬과 칼슘을 사용하며 그 비율은 2:8, y=0.005인 MASN 형광체, 즉 (Sr0.2Ca0.8)0.995AlSiN3:Eu0.005 (이하 SCASN이라 명명) 시료의 가장 바람직한 소결 온도는 1700℃이다. 1700℃ 미만의 온도에서 소결할 경우, 소결체의 결정성이 떨어진다. 2 is a graph showing an X-ray diffraction pattern according to the discharge plasma sintering temperature. 2, the use of strontium and calcium as the metal M, and the ratio is 2: 8, y = 0.005 MASN the phosphor, i.e., (Sr 0 2 Ca 0 8. .) 0.995 AlSiN 3: Eu 0. The most preferred sintering temperature of 005 (hereinafter referred to as SCASN) sample is 1700 ° C. When sintering at a temperature below 1700 ° C, the crystallinity of the sintered body is inferior.

도 3은 소결 온도에 따른 SCASN 형광체의 광 발광 세기를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 좋은 결정성을 보이는 1700℃에서 높은 휘도를 가지며, 비교적 결정성이 낮은 1600℃ 에서는 낮은 휘도를 가진다.3 is a graph showing the light emission intensity of the SCASN phosphor according to the sintering temperature. Referring to FIG. 3, it has high luminance at 1700 ° C. showing good crystallinity and low luminance at 1600 ° C. with relatively low crystallinity.

본 개시의 SCASN 형광체는 스트론튬과 칼슘 비율의 변화에 따라 SCASN 상의 형성패턴이 다르게 나타날 수 있다.In the SCASN phosphor of the present disclosure, the formation pattern on the SCASN may be different according to the change in the strontium and calcium ratio.

도 4는 금속 M의 종류 및 비율에 따른 본 개시의 SCASN 형광체의 X선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다. SPS를 이용하여 1700℃에서 5분간 유지하여 소결 및 분쇄하여 SCASN을 제조하였으며, 제조된 SCASN 형광체는 상기 식에서 금속 M에 스트론튬과 칼슘을 사용하였으며 스트론튬의 비율과 칼슘의 비율을 조절 하였고 x = 0.005일 경우의 X선 회절 패턴을 나타내고 있다. 도 4를 참조하면, 스트론튬이 0%, 20%일 때와 50%, 80% 인 경우 상의 변화가 관찰된다. 4 is a graph showing the X-ray diffraction pattern of the SCASN phosphor of the present disclosure according to the type and ratio of the metal M. SCASN was prepared by sintering and pulverizing at 1700 ° C. for 5 minutes using SPS. The prepared SCASN phosphor used strontium and calcium as the metal M in the above formula, and controlled the ratio of strontium and calcium and x = 0.005 days. The X-ray diffraction pattern in the case is shown. Referring to FIG. 4, a change in phase when strontium is at 0%, 20% and at 50% and 80% is observed.

도 5는 금속 M의 비율에 따른 본 개시의 SCASN 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, SCASN 형광체가 460nm 의 여기 파장에서 가장 좋은 광발광(PL) 세기를 나타낼 수있다.5 is a graph showing the emission spectrum of the SCASN phosphor of the present disclosure according to the ratio of the metal M. Referring to FIG. 5, the SCASN phosphor may exhibit the best photoluminescence (PL) intensity at an excitation wavelength of 460 nm.

도 6은 Eu 도핑 농도에 따른 SCASN 형광체의 X선 회절 분석 결과이다. 도 6을 참조하면, 1700℃에서 5분간 소결한 SCASN 형광체(스트론튬이 80%, 칼슘이 20%)에 대해 Eu 도핑 농도 x를 0.003에서 0.015까지 변화시켜도 상의 변화는 없는 것으로 나타난다.6 is an X-ray diffraction analysis of SCASN phosphors according to the Eu doping concentration. Referring to FIG. 6, there is no change in phase even if the Eu doping concentration x is changed from 0.003 to 0.015 for SCASN phosphors (80% strontium and 20% calcium) sintered at 1700 ° C. for 5 minutes.

도 7은 Eu 도핑 농도에 따른 SCASN 형광체의 광발광 세기를 나타낸 그래프이다. 도 7을 참조하면, 460nm의 여기 파장에서, x = 0.003 내지 0.008 구간에서 도핑 농도가 증가함에 따라 광발광 세기가 급격하게 증가하는 것이 관찰되며, 0.008 이상의 구간에서는 도핑농도가 증가함에 따라 광발광 세기가 오히려 감소하는 것이 관찰된다. 특정한 이론에 구속되는 것은 아니지만 이러한 현상은 도핑 농도의 증가에 따라 격자 내의 도핑된 이온들 간의 거리가 임계 거리 이하가 될 경우 나타나는 도핑 농도 ◎칭(doping concentration quenching)과 관련될 수 있다.7 is a graph showing the photoluminescence intensity of the SCASN phosphor according to the Eu doping concentration. Referring to FIG. 7, at an excitation wavelength of 460 nm, it is observed that the photoluminescence intensity increases rapidly as the doping concentration increases in the range of x = 0.003 to 0.008. Rather decrease is observed. While not being bound by a particular theory, this phenomenon may be related to doping concentration quenching that occurs when the distance between the doped ions in the lattice with the increase of the doping concentration falls below a critical distance.

상술한 도 1 내지 도 7의 결과로부터, 방전 플라즈마 소결 장치를 이용할 경우 SCASN 형광체를 합성할 수 있으며, 최적의 발광 특성을 보이는 조성 및 조건의 일례는 다음과 같다.1 to 7, the SCASN phosphor can be synthesized in the case of using the discharge plasma sintering apparatus, and an example of the composition and conditions showing the optimal luminescence properties is as follows.

[방전 플라즈마 소결: 1700℃에서 5분간 유지, 금속 M은 스트론튬 80%, 칼슘 20%, Eu (x=0.008)]
[Discharge plasma sintering: hold at 1700 ° C. for 5 minutes, metal M is strontium 80%, calcium 20%, Eu (x = 0.008)]

상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 개시된 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것은 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.From the above, it will be appreciated that various embodiments of the present disclosure have been described for purposes of illustration and that there are various modifications possible without departing from the scope and spirit of the present disclosure. And, the various disclosed embodiments are not intended to limit the present disclosure, and the true spirit and scope will be set forth in the claims below.

S1: 카본 몰드에 형광체 원료 투입
S2: 카본 몰드를 플라즈마 소결 장치 내 투입
S3: 소결
S4: 소결체 분쇄, 형광체 획득
S1: Injecting phosphor raw material into carbon mold
S2: Injecting the carbon mold into the plasma sintering apparatus
S3: Sintered
S4: sintered compact, phosphor acquisition

Claims (8)

일반식 M1-XAlSiN3:LnX (0<x<0.4 이고, M은 Ca와 Sr을 포함하고, Ln은 Eu)으로 표시되는 MASN 형광체의 합성에 필요한 형광체 원료 분말을 칭량하여 카본 몰드에 투입하는 단계;
상기 형광체 원료 분말이 투입된 상기 카본 몰드를 방전 플라즈마 소결 장치의 챔버 내에 설치하고 상기 챔버 내부의 산소를 제거하는 단계;
상기 형광체 원료 분말을 가압 및 승온하여 소결을 수행하는 단계; 및
상기 소결 후 얻어진 소결체를 분쇄하여 상기 일반식의 조성을 갖는 형광체 분말을 얻는 단계를 포함하며,
상기 형광체 원료 분말을 칭량하여 카본 몰드에 투입하는 단계에서, 상기 형광체 원료 분말은 질화스트론튬 분말, 산화/질화칼슘 분말, 질화규소 분말, 질화알루미늄 분말 및 산화유로퓸 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 MASN 형광체 제조방법.
Weighing the phosphor raw material powder required for the synthesis of the MASN phosphor represented by the general formula M 1-X AlSiN 3 : Ln X (0 <x <0.4, M contains Ca and Sr, and Ln is Eu), Injecting;
Installing the carbon mold into which the phosphor raw material powder is injected into a chamber of a discharge plasma sintering apparatus and removing oxygen in the chamber;
Pressing and raising the phosphor raw material powder to perform sintering; And
Grinding the sintered body obtained after the sintering to obtain a phosphor powder having the composition of the general formula,
In the step of weighing and injecting the phosphor raw material powder into the carbon mold, the phosphor raw material powder is prepared MASN phosphor, characterized in that it comprises a strontium nitride powder, silicon oxide powder, silicon nitride powder, aluminum nitride powder and europium oxide powder Way.
청구항 1에 있어서,
상기 MASN 형광체는 유로퓸(Eu)으로 도핑된 SryCa1-yAlSiN3(0.1<y<0.9)인 것을 특징으로 하는 MASN 형광체 제조방법.
The method according to claim 1,
The MASN phosphor is Sr y Ca 1-y AlSiN 3 (0.1 <y <0.9) doped with europium (Eu).
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 소결을 수행하는 단계는 50 내지 200℃/분의 승온 속도로 승온한 후 1400 내지 2000℃의 유지 온도에서 1 내지 50 Mpa의 압력으로 가압하여 수행하는 MASN형광체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of performing the sintering is a method for producing a MASN phosphor is carried out by pressing at a pressure of 1 to 50 Mpa at a holding temperature of 1400 to 2000 ℃ after raising the temperature at a heating rate of 50 to 200 ℃ / min.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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