KR100250858B1 - 형광체의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

형광체의 제조 방법에 관한 것으로서, 순수와 함께 형광체를 교반하면서 젤라틴을 첨가하여 젤라틴이 흡착된 형광체를 제조하는 공정, 상기 젤라틴이 흡착된 형광체에 계면활성제를 첨가하여 혼합물을 제조하는 공정, 상기 혼합물에 계면활성제를 포함하는 안료 분산 용액을 첨가하여 안료를 형광체에 부착하는 공정 및 상기 안료가 부착된 형광체를 순수로 세정한 후 건조하는 공정을 포함하는 형광체의 제조 방법을 제공한다.
상기한 방법은 공정 중 안료가 형광체로부터 분리되는 현상이 전혀 없고 안료가 형광체 표면에 균일하게 부착됨으로써 안료 자체의 응집이 없는 형광체를 제조할 수 있다. 상기한 방법으로 제조된 형광체는 안료가 형광체 표면에 균일하게 부착됨으로써 안료 사용량을 종래에 비하여 2∼3% 감소하여도 동일한 반사율을 얻을 수 있다. 따라서, 휘도를 5∼7% 상승시키는 효과가 있다.

Description

형광체의 제조 방법
[산업상 이용 분야]
본 발명은 형광체의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 색선명도 및 휘도가 우수한 형광체를 제조할 수 있는 안료 부착 형광체의 제조 방법에 관한 것이다.
[종래 기술]
일반적으로 물질을 고온으로 가열하면 가시광선을 낼 수 있다. 그러나 어떠한 물질은 전자 빔 또는 자외선을 조사하면 상온에서도 가시광선을 낸다. 이와 같은 현상을 형광(luminescene)이라고 하고 이러한 현상을 일으키는 물질을 형광체라고 한다. 현재 브라운관(braun tube)에 사용되고 있는 형광체는 외부로부터 에너지를 흡수하여 부활제에 전달하는 모체와 이 모체로부터 에너지를 받아서 발광하는 부활제를 혼합한 후 700∼1300℃로 30분∼수시간 소성하여 만들어진다. 상기한 모체로는 칼슘, 스트론튬, 바륨, 베릴륨, 마그네슘, 아연, 카드뮴 등의 산화물(oxide), 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide), 불화물(fluoride), 규산염(silicate), 인산염(phosphate), 비산염(arsenate), 텅스텐산염(tungstate, wolframate) 등이 사용되며, 부활제로는 망간, 마그네슘, 구리, 비스무드, 안티몬, 납, 티타늄 및 각종 희토류 원소 등이 사용된다.
상기 형광체 중 ZnS계 형광체는 모체 조성 및 부활제 변화에 의해 가시광선 전 영역에 걸쳐 발광할 수 있어 음극선관용 형광체로 많이 사용되고 있는 형광체군이다. 상기한 ZnS계 형광체는 지금까지 알려진 음극선관용 형광체중에서 가장 효율이 좋으나 가장 큰 단점은 발광이 나타나기 시작한 때의 전압인 Vd(dead voltage)가 크고 휘도포화 현상이 발생한다는 점으로서 TV보다 더 큰 전류 밀도가 소요되는 곳에의 사용은 불리하다는 점이다. 상기 ZnS계 형광체의 예로는 녹색 발광 형광체로 사용되는 ZnS:Cu,Au,Al와 청색 발광 형광체로 사용되는 ZnS:Ag,Cl이 있다.
또한, 희토류계 형광체는 YVO4:Eu가 칼라 TV용 적색 형광체로 등장하면서 활발하게 연구되어 오던 것인데 그 모체는 Y2O2S, La2O2S, GdO2S등이며, 부활제로는 희토류로서 유로피움(Eu), 텔비움(Tb), 사마리움(Sm), 셀리움(Ce), 프라세오미디움(Pr)이 많이 사용된다. 이 군의 특징으로는 에너지 효율은 ZnS군에 비해 낮지만, 휘도포화에는 강하다. 상기의 군에 속하는 형광체로서 적색을 띠는 형광체는 Y2O3:Eu3+, Zn3(PO4)2:Mn이 있으며, 최근에 희토류계 적색 형광체로서 Y2O2S:Eu3+이 개발되어 사용되고 있다.
상기한 형광체는 다음과 같은 공정으로 제조된다. 형광체의 모체, 부활제를 혼합하고, 소성하여 형광체를 제조한다. 이어서 이 형광체를 세정하고 볼밀 공정을 실시한다. 볼밀 공정을 실시한 형광체에 색선명도(contrast)를 향상시키고 패널과의 접착력을 향상시키기 위하여 안료를 코팅하고 세정한다. 세정된 형광체의 수분을 제거하고 일정 함수율 이하를 유지하기 위하여 수분리하고 건조한 후 시이브(sieve)로 체분리하여 형광체를 제조한다.
상기한 공정 중 안료를 코팅하는 종래의 공정은 안료와 아라비아 고무를 혼합한 후 젤라틴을 첨가하는 방법으로 젤라틴-아라비아 고무계를 이용하여 안료를 형광체에 부착하여왔다. 상기한 방법은 아라비아 고무의 (-) 전하와 젤라틴의 (+) 전하를 이용하여 정전기적 결합으로 안료를 형광체의 표면에 부착하고 이를 곧바로 110℃에서 20시간 이상 열경화하거나, 5℃ 이하에서 경화제를 투입하여 경화시키는 냉동경화방법을 사용하여 안료를 부착하는 방법이다.
그러나 상기한 방법은 부착된 안료가 형광체로부터 분리되어 색선명도가 감소되는 문제점이 있다. 또한 안료와 아라비아 검을 혼합하는 공정에서 안료의 응집이 발생할 수 있어 안료가 형광체 표면에 균일하게 부착되지 않아 휘도가 감소되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 첫째, 형광체로부터 안료가 분리되는 것을 방지할 수 있어 색선명도가 우수한 형광체의 제조 방법을 제공하는 것이고, 둘째, 안료를 형광체에 부착하는 공정에서 안료의 응집을 방지하여 형광체 표면에 안료를 균일하게 부착시킴으로써 휘도를 증가시킬 수 있는 고휘도의 형광체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 순수와 함께 형광체를 교반하면서 결합제를 첨가하여 결합제가 흡착된 형광체를 제조하는 공정; 상기 젤라틴이 흡착된 형광체에 계면활성제를 첨가하여 혼합물을 제조하는 공정; 상기 혼합물에 계면활성제를 포함하는 안료 분산 용액을 첨가하여 안료를 형광체에 부착하는 공정; 및 상기 안료가 부착된 형광체를 순수로 세정한 후 건조하는 공정을 포함하는 형광체의 제조 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 형광체를 제조하는 대표적인 방법은 다음과 같다.
순수와 함께 형광체를 교반하면서 결합제를 서서히 첨가하여 결합제가 흡착된 형광체를 제조한다. 상기한 형광체로는 적색 및 청색 형광체로 사용할 수 있는 어떠한 형광체도 사용할 수 있으나 특히, Y2O2S:Eu, Y2O3:Eu 및 ZnS:Ag,Cl을 사용할 수 있다. 또한 상기 결합제로는 젤라틴, 폴리메틸메타크릴레이트, 카세인 및 포타슘 실리케이트, 수산화아연 및 마그네슘 포스페이트를 사용할 수 있다. 상기 결합제가 흡착된 형광체에 형광체의 표면 접착력을 증가시키기 위하여 상기 형광체 중량 대비 0.2∼0.8 중량%의 계면활성제를 첨가하여 혼합물을 제조한다. 이어서 안료에 안료 중량 대비 0.02∼0.08 중량%의 계면활성제를 첨가한 후 순수에서 볼밀을 사용하여 48시간 이상 충분히 분산시켜 안료 분산 용액을 제조한다. 상기한 안료로는 형광체에서 사용할 수 있는 어떠한 안료도 사용할 수 있으나 특히, α-Fe2O3및CoO·nAl2O3를 사용할 수 있다. 상기 혼합물에 계면활성제를 포함하는 안료 분산 용액을 첨가하여 안료를 형광체에 부착한다. 상기 안료가 부착된 형광체를 순수로 세정한 후 100∼120℃에서 24시간 이상 충분히 건조하여 형광체를 제조한다.
상기한 본 발명에 있어서, 상기 형광체에 첨가하는 계면활성제의 양이 상기한 범위를 벗어나면 안료를 코팅하는 공정에서 안료가 떨어지는 문제가 발생하므로 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 디나프틸 m-디설폰산 소다, 아크릴 에멀젼 및 아라비아 고무로 이루어진 그룹 중에서 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 형광체에 젤라틴을 첨가한 후 pH를 등전점 4.0 이하로 조절하는 공정을 더욱 포함하여 형광체 표면에 젤라틴을 균일하게 흡착되도록 하는 것이 바람직하다.
[실시예]
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
순수와 함께 형광체 Y2O2S:Eu를 교반하면서 젤라틴을 서서히 첨가하고 pH를 등전점 3.4 이하로 조절하여 젤라틴을 형광체에 부착하였다. 젤라틴이 부착된 형광체 100 중량부에 디나프틸 m-디설폰산 계면활성제 0.6 중량부를 첨가하였다.
안료 α-Fe2O30.2 중량부에 이 안료 중량 대비 디나프틸 m-디설폰산 계면활성제 0.04 중량부를 첨가한 후 48시간 이상 분산시켜 안료 분산 용액을 제조하였다.
이어서 얻어진 형광체에 상기 안료 분산 용액 0.2 중량부를 투입하고 다시 pH를 등전점 4.0 이하로 조절하여 안료 부착 형광체를 제조하였다. 이 안료 부착 형광체를 순수로 수회 세정한 후 수분리를 실시하고 110℃에서 25시간 충분히 건조하여 형광체를 제조하였다.
(실시예 2)
순수와 함께 형광체 ZnS:Ag,Cl를 교반하면서 젤라틴을 서서히 첨가하고 pH를 등전점 4.0 이하로 조절하여 젤라틴을 형광체에 부착였다. 젤라틴이 부착된 형광체 100 중량부에 디나프틸 m-디설폰산 계면활성제 0.6 중량부를 첨가하였다.
안료 CoO·nAl2O32 중량부에 이 안료 중량 대비 디나프틸 m-디설폰산 계면활성제 0.04 중량부를 첨가한 후 48시간 이상 분산시켜 안료 분산 용액을 제조하였다.
이어서 얻어진 형광체에 상기 안료 분산 용액 2 중량부를 투입하고 다시 pH를 등전점 4.0 이하로 조절하여 안료 부착 형광체를 제조하였다. 이 안료 부착 형광체를 순수로 수회 세정한 후 수분리를 실시하고 110℃에서 25시간 충분히 건조하여 형광체를 제조하였다.
(비교예 1)
형광체 Y2O2S:Eu 100 중량부에 안료 α-Fe2O30.12 중량부와 아라비아검 0.03 중량부를 첨가하였다. 이어서 이 혼합물에 젤라틴을 첨가하고 아세트산으로 pH를 4.0으로 조절하여 안료를 형광체에 부착하였다. 안료가 부착된 형광체를 5℃로 냉각하고 경화제로 글루타르알데하이드를 첨가하였다. 이어서 생성물을 순수로 수회 세정한 후 수분리를 실시하고 120℃에서 36시간 동안 건조한 후 체분리하여 형광체를 제조하였다.
(비교예 2)
수용액 중에 형광체 ZnS:Ag,Cl 100 중량부, 안료 CoO·nAl2O31.2 중량부 및 아라비아검 0,3 중량부를 첨가하고 분산하였다. 이어서 이 혼합물에 젤라틴 0.3 중량부를 투입한 후 아세트산으로 pH를 4.0으로 조절하여 안료를 형광체에 부착하였다. 안료가 부착된 형광체를 냉각하여 온도가 8℃가 되면 경화제인 글루타르알데하이드를 첨가하고 5℃에서 1시간을 유지한 후 탄산나트륨을 첨가하였다. 생성물을 순수로 수회 세정한 후 수분리를 실시하고 120℃에서 36시간 동안 충분히 건조하여 형광체를 제조하였다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 공정 중 안료가 형광체로부터 분리되는 현상이 전혀 없고 안료가 형광체 표면에 균일하게 부착됨으로써 안료 자체의 응집이 없는 형광체를 제조할 수 있다. 상기한 본 발명의 방법으로 제조된 형광체는 안료가 형광체 표면에 균일하게 부착됨으로써 안료 사용량을 종래의 방법인 비교예에 비하여 2∼3% 감소하여도 동일한 반사율을 얻을 수 있다. 따라서, 휘도를 비교예에 비하여 5∼7% 상승시키는 효과가 있다. 또한 본 발명의 안료 부착 형광체를 형광막에 적용했을 때 형광막의 구멍뚫림이 현저히 줄어들어 고품위 형광막을 제조할 수 있고 이에 따라 튜브(tube)의 휘도가 6∼8% 향상되었다.

Claims (6)

  1. 순수와 함께 형광체를 교반하면서 결합제를 첨가하여 젤라틴이 흡착된 형광체를 제조하는 공정;
    상기 결합제가 흡착된 형광체에 계면활성제를 첨가하여 혼합물을 제조하는 공정;
    상기 혼합물에 계면활성제를 포함하는 안료 분산 용액을 첨가하여 안료를 형광체에 부착하는 공정; 및
    상기 안료가 부착된 형광체를 순수로 세정한 후 건조하는 공정을;
    포함하는 형광체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 계면활성제는 디나프틸 m-디설폰산 소다, 아크릴 에멀젼 및 아라비아 고무로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것인 형광체의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 형광체에 계면활성제 첨가량은 형광체 중량의 0.2∼0.8 중량%인 형광체의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 안료 분산 용액은 안료에 계면활성제를 첨가한 후 48시간 이상 교반하여 제조되는 것인 형광체의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 안료에 계면활성제 첨가량은 안료 중량의 1∼20 중량%인 형광체의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 형광체에 젤라틴을 첨가한 후 pH를 등전점 4.0 이하로 조절하는 공정을 더욱 포함하는 형광체의 제조 방법.
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