KR0174089B1 - 녹색 및 청녹색으로 발광하는 무기 인광체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일광, 형광등, 자외선등의 빛 에너지를 받아 녹색 또는 청색의 인광을 발하는 물질로서 야간 표지판, 비상구, 안내표지판등에 사용하면 장시간 발광이 지속되는 무기인광체의 발명에 관한 것이다. 종래의 인광을 발하는 칼슘, 아연계 황화물들은 발광시간이 짧고 습기가 많은 곳에서는 내광성이 약하여 실외부의 표지용으로는 부적당하였다. 이의 개선을 위해 Pm과 같은 방사성 물질을 혼합하면 발광지속 시간을 늘일 수 있으나 방사성 물질의 취급 규제로 사용에 상당한 제약이 따랐다.

본 발명은 방사성 물질을 사용하지 않고도 장시간 발광을 하며 휘도가 높고 내광성이 우수한 발광물질을 얻기 위하여 모체로서 (MO)n-Al₂O₃를 사용하고 활성제로서 희토류원소의 산화물을 소량 첨가하여 고휘도의 인광을 내는 물질을 제조한 것으로 발명의 1예를 요약하면 다음과 같다.

알루미나와 스트론튬 카보네이트에 활성제로서 희토류원소의 산화물을 소량 첨가하여 장시간 분산하여 여과 건조한 고형물에 용제로 붕산을 첨가 혼합 건조하고 이를 전기로에 넣어 수소와 질소 혼합 기체의 환류하에 1300℃로 가열한 후 반응함을 특징으로 한 것이다. 이와 같이 된 본 발명은 연녹색 고체이고 일광, 형광등, 자외선등의 빛에 의하여 발광되며 지속시간은 공지의 아연황화물에 비해 월등히 길다.

Description

녹색 및 청녹색으로 발광하는 무기 인광체의 제조방법

제1도는 실시예1에 의하여 제조된 녹색축광체의 온도변화에 따른 XRD변화 그래프.

제2도는 실시예1에서 1300℃로 소성되어 제조된 녹색축광체의 발광스펙트럼.

제3도는 실시예1에서 1300℃로 소성되어 제조된 녹색축광체와 종래의 ZnS:Cu축광체의 비교그래프.

제4도는 실시예2에 의하여 제조된 녹색축광체의 온도변호에 따른 XRD변화 그래프.

제5도는 실시예2에서 1300℃로 소성되어 제조된 녹색축광체의 발광스펙트럼.

제6도는 실시예2에서 1300℃로 소성되어 제조된 녹색축광체와 종래의 ZnS:Cu축광체의 비교그래프.

본 발명은 일광, 형광등, 자외선등과 같은 자연광원 또는 인조광원 등으로 부터 발생하는 광을 흡수하여, 보다 낮은 에너지인 녹색 또는 청녹색의 광으로 실온에서 장시간에 걸쳐 발산하는 흡광 및 발광을 하는 물질 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미나(Al₂O₃)와 스트론튬(Sr)으로 기본 구성성분으로 하고, 활성제로서 희토류원소의 산화물을 미량 함유하는 물질 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 인광을 발하는 물질, 특히, 녹색 또는 청녹색의 광을 발산하는 물질에 관한 것으로서 내광성이 우수하며, 발광 지속시간이 매우 길어서 야간표지판, 비상구 안내 표지판 등의 표지판에 사용되는 물질에 관한 것이다.

일반적으로 형광물질의 발광 지속시간은 매우 짧아서 여기할 수 있는 광의 제거와 동시에 형광을 발산하지 않게 된다.

일반 물질들은 자외선과 같은 광에너지를 흡수한 후, 수분 또는 수십분에 걸쳐서 낮은 준위의 광에너지를 발산하고 있음을 관찰할 수 있는데, 이러한 물질들을 통틀어서 인광을 발하는 물질이라고 한다.

특히, 무기화합물계통의 형광물질 중에는 자외선, 일광, 백열등, 형광등 등의 자연광원 및 인조광원으로 부터 발산되는 비교적 높은 준위의 광에너지를 흡수하여 그 물질자체가 축척하여 보다 낮은 준위의 광에너지로서 서서히 방출하는 성질을 가진 물질, 즉, 잔광을 장시간에 걸쳐서 발산하는 물질이 있으며, 이러한 물질들은 도료의 안료성분으로 많이 사용되고 이러한 물질을 축광재료라고 한다.

상기에서 설명한 바와 같은 축광물질로는 CaS:Bi, CaSrS:Bi, ZnS:Cu, ZnCdS:Cu 등의 황화물들이 있으나, 이러한 물질들은 내광성이 약하며, 특히 ZnS:Cu는 광을 조사하여 준 후 대략 30분에서 2시간 동안 녹색의 광을 발산하며, 비교적 많이 사용되고 있는 물질이나, 이 화합물의 경우에 있어서는 습기가 많은 장소에서는 내광성이 약하고, 실외 표지용으로 사용하기에는 부족함이 많아 개선의 여지가 있다.

최근에는 이러한 점을 보완하기 위하여 내광성 및 축광성이 우수하여 장시간에 걸쳐 발광을 할 수 있는 물질에 관하여 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다.

특히, 황화아연을 주성분으로 사용하는 화합물의 경우에는 발광지속시간을 연장시키기 위하여 프로메티움(Pm)과 같은 방사선 물질을 미량 혼합하여 방사선에 의한 여기로 장시간에 걸쳐서 발광하도록 하는 연구가 실용화되고 있으나, 방사선을 발산하는 물질의 첨가는 방사선 물질에 대한 취급규제로 인하여 원료의 수급 측면에서 많은 제약이 따르고 있다.

본 발명자들은 방사선 물질을 사용하지 않으면서 장시간에 걸쳐서 발광을 하며, 휘도가 높고 내광성이 우수한 물질에 관하여 연구를 거듭한 결과, 희토류원소의 산화물을 사용하면서 높은 휘도와 장시간동안 발광을 하는 물질을 개발하게 된 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하기의 화학식으로 정의되는 산화스트론튬과 산화알루미늄을 기본 구성요소로 하고 활성제로서 희토류원소를 소량 사용하는 무기인광체를 제조함에 있어서, 알루미나와 산화스트론튬의 비율이 1:0.1 내지 1의 몰비가 되도록 스트론튬카보네이트를 첨가하고, 희토류원소를 0.005몰이하로 첨가하여 분쇄혼합한 다음, 붕산을 상기혼합물에 대하여 1% 내지 8%의 비율로 첨가하여 불활성가스 또는 환원성가스의 분위기에서 1300℃ 이상의 온도로 소성함으로서 달성될 수 있다.

(SrO)n·Al₂O₃

상기식에서 n은 0.1 내지 1.0의 숫자이다.

상기의 화학식으로 정의되는 화합물과 함께 첨가되는 희토류원소의 산화물로는 이트리움(Y), 란타니움(La), 세륨(Ce), 프라시오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마리움(Sm), 유로피움(Eu), 가돌리니움(Gd), 테르비움(Tb), 디스프로시움(Dy), 홀뮴(Ho), 툴리움(Tm), 이터비움(Yb) 등의 산화물이 있으며, 이들 산화물은 축광제 전체 중량에 대하여 0.01중량% 내지 10.0중량%의 범위로 첨가하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에서 목적하는 고휘도의 발산광 및 장시간의 발광효과를 위하여 붕산을 1% 내지 8% 첨가하며, 소성도중 산화를 방지하기 위하여 불활성 또는 환원성 가스인 수소가스를 함유하는 분위기하에서 1300℃로 소성하며, 이때 수소가스는 환원성가스 전체에 대하여 1.5% 내지 5%혼합하는 것이 좋다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

[실시예 1]

시약급의 알루미나(Al₂O₃) 50.98g(0.5mol)과 스트론튬카보네이트(SrCO₃) 73.815g(0.5mol), 산화유로피움(Eu₂O₃) 0.71g(0.002mol) 산화디스프로시움(Dy₂O₃) 1.194g(0.0032mol), 산화이트리움(Y₂O₃) 0.5g(0.0022mol)을 첨가한 혼합물을 볼밀을 사용하여 미분쇄하면서 12시간동안 혼합한다.

충분히 혼합된 혼합물을 여과한 다음 얻어진 케이크를 건조하고 용제로서 붕산 2.524g(전체무게에 대한 2%에 해당됨)을 첨가 혼합하고 건조분말을 전기로에서 2%의 수소를 함유하는 수소 질소 혼합가스를 흘려보내면서 700℃,800℃,900℃,1000℃,1140℃,1200℃,1300℃,1400℃까지 각각 승온시킨 다음, 3시간동안 소성한 후 서서히 냉각시켜 연녹색의 축광화합물을 얻었다.

상기와 같은 방법에 의하여 제조된 축광화합물을 X-선 회절격자 시험기를 이용하여 그 결정구조를 확인하여 본 결과 제1도와 같은 결과를 얻을 수 있었으며, 제1도로 부터 확인할 수 있는 바와 같이 1300℃에서 소성된 축광화합물과 1400℃에서 소성된 축광화합물이 거의 유사한 피크를 나타내고 있는 점으로 보아 결정구조가 같은 것임을 확인할 수 있었다.

또, 1300℃에서 소성된 축광화합물은 분쇄가 용이하였으며, 씨에스-5 크로마센서를 이용하여 측정을 한 결과 제2도에 나타나 있는 바와 같이 최고파장이 녹색의 파장대인 520㎚임을 확인할 수 있었다.

또, 본 발명의 축광화합물과 종래의 황화아연과 구리를 주요 구성성분으로 하는 축광화합물의 발광지속시간을 비교하기 위하여 50㎜×50㎜×10㎜의 크리스탈용기에 각각 채우고, 상기의 축광화합물이 채워진 각각의 시료를 20시간이상 광을 차단하여 보관한 다음 25Watt의 등을 이용하여 20㎝의 거리에서 15분간 광을 투사한 후, 빛을 차단하고 시간경과에 따른 잔광휘도를 토폰 비엠-5(TOPON BM-5) 렌즈의 시도 2°로 측정한 결과 육안에 의하여 인식이 가능한 빛의 세기인 0.3mCd/㎡ 이하로 떨어지는데 소요되는 시간이 제3도로 부터 확인되는 바와 같이 종래의 축광화합물은 대략 3시간에 불과한데 대하여 본 발명에 의한 축광화합물은 15시간 이상 소요됨을 확인할 수 있었다.

[실시예 2]

시약급의 알루미나(Al₂O₃) 40.784g(0.4mol)과 스트론튬카보네이트(SrCO₃) 44.289g(0.3mol) 산화유로피움(Eu₂O₃) 0.493g(0.0014mol), 산화디스프로시움(Dy₂O₃) 0.97g(0.0026mol), 산화이트리움(Y₂O₃) 0.452g(0.002mol)을 실시예1과 동일한 방법으로 혼합하여 슬러리 혼합물을 제조하고, 충분히 혼합된 슬러리 혼합물을 여과한 다음 얻어진 케이크를 건조하고 용제로서 붕산 2.524g(전체무게에 대한 2%에 해당됨)을 첨가 혼합하고 건조분말을 전기로에서 2%의 수소를 함유하는 수소 질소 혼합가스를 흘려보내면서 700℃, 800℃, 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃, 1300℃, 1400℃까지 각각 승온시키고, 3시간동안 소성한 후 서서히 냉각시켜 연녹색의 축광화합물을 얻었다.

상기와 같은 방법에 의하여 제조된 축광화합물을 X-선 회절격자 시험기를 이용하여 그 결정구조를 확인하여 본 결과 제4도와 같은 결과를 얻을 수 있었으며, 제4도로 부터 확인할 수 있는 바와 같이 1300℃에서 소성된 축광화합물과 1400℃에서 소성된 축광화합물이 거의 유사한 피크를 나타내고 있는 점으로 보아 결정구조가 같은 것임을 확인할 수 있었다.

또, 1300℃에서 소성된 축광화합물은 분쇄가 용이하였으며, 씨에스-5 크로마센서를 이용하여 측정을 한 결과 제5도에 나타나 있는 바와 같이 최고파장이 청색과 녹색의 경계 파장대인 490㎚임을 확인할 수 있었다.

또, 본 발명의 축광화합물과 종래의 황화아연과 구리를 주요 구성성분으로 하는 축광화합물의 발광지속시간을 비교하기 위하여 50㎜×50㎜×10㎜의 크리스탈용기에 각각 채우고, 상기의 축광화합물이 채워진 각각의 시료를 20시간이상 광을 차단하여 보관한 다음 25Watt의 등을 이용하여 20㎝의 거리에서 15분간 광을 투사한 후, 빛을 차단하고 시간경과에 따른 잔광휘도를 토폰 비엠-5(TOPON BM-5) 렌즈의 시도 2°로 측정한 결과 육안에 의하여 인식이 가능한 빛의 세기인 0.3mCd/㎡ 이하로 떨어지는데 소요되는 시간이 제6도로 부터 확인되는 바와 같이 종래의 축광화합물은 대략 3시간에 불과한데 대하여 본 발명에 의한 축광화합물은 15시간 이상 소요됨을 확인할 수 있었다.

상기 실시예1 및 실시예2로부터 확인되는 바와 같이 본 발명의 방법에 의하여 제조된 축광화합물은 제2도 및 제4도로 부터 확인되는 바와같이 청색 및 녹색의 광을 발산하는 화합물로서 기존의 황화아연계 축광화합물에 비하여 월등히 오랜시간동안 발광을 하고 있으며, 분쇄가 용이하여 가공상에 상업적인 이익을 가져다 주는 효과를 가져오는 발명인 것이다.

Claims (1)

1. 하기의 화학식으로 표기되고, 희토류원소를 활성화제로 함유하는 축광화합물의 제조방법에 있어서, 알루미나와 산화스트론튬의 비율이 1:0.1 내지 1의 몰비가 되도록 스트론튬카보네이트를 첨가하고, 희토류원소를 0.005몰이하로 첨가하여 분쇄혼합한 다음, 붕산을 상기 혼합물에 대하여 1% 내지 8%의 비율로 첨가하여 불활성가스 또는 환원성가스의 분위기에서 1300℃ 이상의 온도로 소성함을 특징으로 하는 녹색 및 청녹색으로 발광하는 무기인광체의 제조방법.

   (SrO)n·Al₂O₃

   상기 식에서 n은 0.1 내지 1.0사이의 숫자이다.