KR100278174B1 - 붕소산화물을 베이스로 하는 적색형광체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 붕소산화물과 이에 포함되는 원소들을 졸-갤법에 의하여 선행적으로 반응시키고, 저온소결하여 적색형광체를 제조함으로써 종래의 고온소결에 의한 고상 반응법에 비하여 형광체의 휘도와 색순도가 개선되고, 저온소결이 가능한 붕소산화물을 베이스로 하는 적색형광체의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 붕소산화물을 베이스로 하는 적색형광체의 제조방법은, 형광체를 구성하는 원소의 산화물들에 아세트산과 물을 부가하여 액화시키는 금속산화물의 액화단계; 베이스로서의 붕산(Boric acid ; H₃BO₃)을 상기 금속산화물의 액화단계에서 수득된 금속산화물의 용액에 부가하고, 120 내지 140℃의 온도범위에서 환류시키는 환류단계; 상기 환류단계에서 수득된 용액을 냉각시킨 후, 염기를 가하여 겔화시키는 겔화단계; 상기 겔화단계에서 수득된 겔화물을 용액과 분리한 다음 세정하고, 건조시키는 건조단계; 및 상기 건조단계에서 수득된 고형물을 1,200℃ 미만의 온도에서 저온소결시키는 저온소결단계;를 포함하여 이루어진다.

따라서, 휘도와 색순도가 우수하고, 고른 입도를 가져 즉시 상용화가 가능한 적색형광체를 수득할 수 있는 효과가 있다.

Description

붕소산화물을 베이스로 하는 적색형광체의 제조방법 {Manufacturing method of red color lighting luminescence based on boron oxide}

본 발명은 붕소산화물을 베이스로 하는 적색형광체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 붕소산화물과 이에 포함되는 원소들을 졸-겔법에 의하여 선행적으로 반응시키고, 저온소결하여 적색형광체를 제조함으로써 종래의 고온소결에 의한 고상반응법에 비하여 형광체의 휘도와 색순도가 개선되고, 저온소결이 가능한 붕소산화물을 베이스로 하는 적색형광체의 제조방법에 관한 것이다.

최근 휴대용 정보장치의 개발이 활발하게 진행되고, 그 응용범위가 넓어지면서 이들 휴대용 개인정보장치의 인식수단으로서 플라스마표시장치 등 경량, 소형의 표시 장치의 개발이 더욱 요구되고 있다. 표시장치들은 일반적으로 육안으로 문자나 도형을 인식할 수 있도록 전기신호들을 가시대역의 광으로 변환시키는 역할을 하며, 대부분 전기신호에 의하여 자극된 형광체가 가시대역의 발광현상을 일으켜, 이 발광현상에 의하여 사용자가 표시된 문자나 도형을 육안으로 인식하게 된다.

따라서, 보다 작고, 가벼운 표시장치의 개발을 위하여는 보다 우수한 발광특성을 갖는 형광체의 개발을 요구하고 있다.

형광체의 개발에 있어서, 발광특성을 개선하기 위한 방법으로는 크게 형광체를 구성하는 원소들의 종류 및 배합비를 달리하여 조성을 변화시키는 방법과 형광체를 구성하는 원소들의 종류와 배합비는 그대로 두면서 반응조건 등 제조방법을 달리하는 방법을 들 수 있다.

한편, 미합중국 특허 제 4,128674 호에는 색소로 착색된 형광체를 제조하는 방법이 기술되어 있으며, 이 특허는 이미 통상의 방법에 따라 소결에 의하여 제조된 형광체의 표면에 색소를 포함하는 현탁액을 준비하여, 이를 도포시키는 것을 내용으로 하는 것으로서, 형광체에 의하여 방출되는 빛이 형광체의 표면에 도포된 색소층을 통과하면서 색상을 나타내도록 하였다.

또한, 국내 특허공보 공고번호 제 1995-6081 호에도 역시 안료 부착 적색 발광 형광체 및 이의 제조방법이 기술되어 있으며, 이 공보 역시 이미 통상의 방법에 따라 소결에 의하여 제조된 형광체의 표면에 안료를 부착시키는 것을 내용으로 하는 것으로서, 역시 형광체에 의하여 방출되는 빛이 형광체의 표면에 도포된 안료층을 통과하면서 더욱 적색의 발현이 유리하도록 하였다.

그러나, 이들 특허들은 모두 이미 제조된 형광체의 표면에 색소 또는 안료의 층을 형성시켜 빛의 색상을 조절하는 것을 내용으로 하는 것으로서, 본 발명에서와 같이 졸-겔법에 의하여 선행적으로 반응시키고, 저온소결하여 형광체의 휘도와 색순도가 개선되고, 저온소결이 가능하도록 하는 기술과는 서로 상이하다 할 것이다. 이에 본 발명자들은 특히 이트륨(Y)과 가돌리늄(Gd) 등의 금속원소들을 베이스로서의 붕소산화물에 포함시키고, 유로퓸(Eu) 등을 부활제로 사용한 적색형광체의 제조방법에 있어서, 종래의 고온소결을 필요로 하는 고상반응법에 비하여 저온소결이 가능하며, 비교적 균일한 입도와 특히 수득되는 적색형광체의 휘도와 색순도가 개선된 적색형광체를 수득할 수 있는 적색형광체의 제조방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은. 졸-겔법에 의하여 비교적 균일한 입도, 특히 수득되는 형광체의 휘도와 색순도가 개선된 적색형광체를 수득할 수 있는 붕소산화물을 베이스로 하는 적색형광체의 제조방법을 제공하는 데 있다.

제1도는 본 발명에 따른 방법과 종래의 고온소결법에 의한 방법에 의하여 수득된 적색형광체의 광의 파장에 대한 상대세기를 도시한 그래프이다.

제2도는 본 발명에 따른 방법에 의하여 수득된 적색형광체의 전자현미경사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(가) : 본 발명의 방법에 따라 수득된 적색형광체의 발광곡선

(나) : 종래의 고온소결법에 따라 수득된 적색형광체의 발광곡선

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 붕소산화물을 베이스로 하는 적색형광체의 제조방법은, 형광체를 구성하는 원소의 산화물들에 아세트산과 물을 부가하여 액화시키는 금속산화물의 액화단계; 베이스로서의 붕산(Boric acid ; H₃BO₃)을 상기 금속산화물의 액화단계에서 수득된 금속산화물의 용액에 부가하고, 120 내지 140℃의 온도범위에서 환류시키는 환류단계; 상기 환류단계에서 수득된 용액을 냉각시킨 후 염기를 가하여 겔화시키는 겔화단계; 상기 겔화단계에서 수득된 겔화물을 용액과 분리한 다음 세정하고, 건조시키는 건조단계; 및 상기 건조단계에서 수득된 고형물을 1,200℃ 미만의 온도에서 저온소결시키는 저온소결단계;를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 붕소산화물을 베이스로 하는 적색형광체의 제조방법은, 형광체를 구성하는 원소의 산화물들에 아세트산과 물을 부가하여 액화시키는 금속산화물의 액화단계; 베이스로서의 붕산을 상기 금속산화물의 액화단계에서 수득된 금속산화물의 용액에 부가하고, 120 내지 140℃의 온도범위에서 환류시키는 환류단계; 상기 환류단계에서 수득된 용액을 냉각시킨 후, 염기를 가하여 겔화시키는 겔화단계; 상기 겔화단계에서 수득된 겔화물을 용액과 분리한 다음 세정하고, 건조시키는 건조단계; 및 상기 건조단계에서 수득된 고형물을 1,200℃ 미만의 온도에서 저온소결시키는 저온소결단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이를 상술하면 다음과 같다.

우선, 액화단계는 형광체를 구성하는 원소, 특히 적색형광체의 수득을 위하여 이트륨, 가돌리늄 등 베이스로서의 붕소산화물에 포함되는 금속산화물들과 산화유로퓸등과 같이 형광체에서 부활제로 사용되는 원소의 산화물들에 아세트산과 물을 부가하여 액화시키는 단계로서, 이들 산화물들은 아세트산과의 반응에 의하여 물에 가용될 수 있다. 계속해서, 상기 환류단계에서는 부활제의 베이스로서의 붕산을 상기 금속산화물의 액화단계에서 수득된 금속산화물의 용액에 부가하고, 120 내지 140℃의 온도범위에서 환류시키는 것으로 이루어지는 단계로서, 환류는 상기 붕산이 완전히 용해될 때까지 계속된다. 계속해서, 붕산이 완전히 용해된 후, 환류를 종료시키고, 겔환단계가 수행된다. 상기 겔화단계는 상기 환류단계에서 수득된 용액을 냉각시킨 후, 염기를 가하는 것만으로 달성될 수 있다. 특히, 상기 겔화에 사용되는 염기는 수산화암모늄과 같은 강염기의 염이 사용될 수 있다. 특히 상기 겔화는 염기를 상기 겔화가 완료된 용액의 pH가 8 내지 12, 바람직하게는 9 내지 11이 되도록 조절할 수 있다.

계속해서, 상기 겔화단계에서 수득된 겔화물은 원심분리 또는 여과(Filtering) 등의 방법에 의하여 용액과 분리한 다음 세정하고, 건조시켜 소결이 가능한 상태로 한다. 특히, 상기 건조는 바람직하게는 진공하에서 적어도 12시간 이상, 바람직하게는 24시간 이상 건조시키는 것에 의하여 수행될 수 있다.

그 후, 상기 건조단계에서 수득된 고형물은 후속되는 저온소결단계에서 1,200℃ 미만, 바람직하게는 1,100℃ 미만의 온도에서 소결되어 소정의 형광체를 수득할 수 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.

[실시예]

적색형광체를 수득하기 위하여, 산화이트륨(Y₂O₃; 분자량 225.80) 0.01mol, 산화가돌리늄(Gd₂O₃; 분자량 362.50) 0.01mol, 부활제로서 산화유로퓸(EU₂O₃; 분자량 351.94) 0.01mol을 플라스크에 넣고, 아세트산 46.51ml을 가하였다. 계속해서, 증류수 46.5ml을 더 가하여 희석시킨 후, 다시 증류수를 더 첨가하여 용액의 총량이 150ml이 되도록 조절하였다. 그 후, 붕산(H₃BO₃; 분자량 61.83) 0.02mol을 가하고, 붕산이 완전히 용해될 때 까지 130℃의 온도에서 환류시켰다. 붕산이 완전히 용해된 후, 그 용액을 실온으로 냉각시키고, 수산화암모늄을 가하여 pH가 10이 되도록 조절하였다. 수산화암모늄을 가하면서 겔화된 고형분을 여과하고, 아세톤으로 세척한 후, 진공건조기에서 24시간 건조시키고, 1,100℃에서 2시간 소결시켜 적색형광체를 수득하였으며, 수득된 적색형광체에서 발광되는 광의 파장에 대한 상대세기(relative intensity)를 측정하여 도 1에 (가)로 표시된 곡선으로 나타내었으며, 또한, 그 입자들의 상태를 관찰하기 위하여 실시된 전자현미경사진을 도 2에 사진으로 나타내었다.

[비교예]

실시예 1과 동일한 원료들을 사용하여 종래의 고온소결법으로 직접 1,400℃에서 고상반응시켜 적색형광체를 수득하였으며, 수득된 적색형광체에서 발광되는 광의 파장에 대한 상대세기를 측정하여 역시 도 1에 (나)로 표시된 곡선으로 나타내었다.

상기한 실시예와 비교예를 대비한 결과, 도 1에서 (가)의 곡선으로 나타나는 본 발명에 따라 수득된 적색형광체의 발광특성 곡선이 (나)의 곡선으로 나타나는 종래의 고온소결에 의한 형광체의 발광특성 곡선에 비하여 장파장 쪽에서 휘도와 색순도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 2에 도시한 전자현미경사진에서 나타난 바와 같이, 그 입도 역시 비교적 균일하게 나타남을 확인할 수 있어, 별도의 후처리 없이도 즉시 사용이 가능함을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 의하면 휘도와 색순도가 우수하고, 고른 입도를 가져 즉시 상용화가 가능한 적색형광체를 수득할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

1. 형광체를 구성하는 원소의 산화물들에 아세트산과 물을 부가하여 액화시키는 금속 산화물의 액화단계; 베이스로서의 붕산을 상기 금속산화물의 액화단계에서 수득된 금속산화물의 용액에 부가하고, 120 내지 140℃의 온도범위에서 환류시키는 환류단계; 상기 환류단계에서 수득된 용액을 냉각시킨 후 염기를 가하여 겔화시키는 겔환단계; 상기 겔화단계에서 수득된 겔화물을 용액과 분리한 다음 세정하고, 건조시키는 건조단계; 및 상기 건조단계에서 수득된 고형물을 1,200℃ 미만의 온도에서 저온소결시키는 저온소결단계; 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 붕소산화물을 베이스로 하는 적색형광체의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 환류단계에서 환류가 120 내지 140℃의 온도범위에서 수행됨을 특징으로 하는 상기 적색형광체의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 겔화에 사용되는 염기는 용액의 pH가 8 내지 12, 바람직하게는 9 내지 11이 되도록 부가됨을 특징으로 하는 상기 적색형광체의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 염기로서 바람직하게는 수산화암모늄이 사용됨을 특징으로 하는 상기 적색형광체의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 저온소결단계에서 소결이 바람직하게는 1,100℃ 미만의 온도에서 소결됨을 특징으로 하는 상기 적색형광체의 제조방법.