KR100370396B1

KR100370396B1 - 저전압 구동용 ＳｒＴｉＯ₃:Ｐｒ,Ａｌ계 형광체

Info

Publication number: KR100370396B1
Application number: KR10-2000-0022163A
Authority: KR
Inventors: 곽지혜; 박상현; 브이.에이.보로비요프
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2003-02-05
Also published as: KR20010097786A; US6440329B1; JP2001303044A

Abstract

본 발명은 저전압 구동용 형광체에 관한 것으로, 특히 황화물계 형광체를 대체할 산화물계로 이루어지는 저전압 구동용 SrTiO₃:Pr,Al계 형광체를 기재한다. 본 발명에 따른 저전압 구동용 SrTiO₃:Pr,Al계 형광체는, Me^I를 Mg, Ca, Sr, Ba 중 어느 한 금속이라 하고, Me^Ⅱ를 Zn과 Cd 중 어느한 금속이라 하며, (0.05~5 mol %)의 Me^Ⅲ를 Pr, Eu, Tb, Er, Ce, Tm 중 어느 한 금속이라 하며, (0.5~80 mol %)의 A를 Al, Ga, In, Tl 중 어느 한 금속이라 할 때, (Me^IMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃로 이루어진 형광체에 Me^Ⅱ를 첨가하여 (Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃의 조성을 갖도록 함으로써, 색좌표에 지장없이(CIE x = 0.67, y = 0.33) 휘도가 크게 향상되고, 결정성 향상으로 안정성이 증대되며, 저전압 CL device 및 다른 display에 응용이 가능하게 된다.

Description

저전압 구동용 ＳｒＴｉＯ₃:Ｐｒ,Ａｌ계 형광체{SrTiO3:Pr,Al phosphors for driving of low voltage}

본 발명은 저전압 구동용 형광체에 관한 것으로, 특히 황화물계 형광체를 대체할 산화물계로 이루어지는 저전압 구동용 SrTiO₃:Pr,Al계 형광체에 관한 것이다.

전계 방출 소자(FED)를 1kV 이하의 저전압에서 구동시키기 위해서는 저전압 영역에서도 높은 발광효율을 가진 형광체가 요구된다. 기존의 황화물(sulfide) 형광체는 FED에 도포하여 구동시 화학적 안정성과 표면 전하 축적(charge build-up) 등의 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 개선하고자 산화물계 형광체가 연구되고 있다.

그런데 산화물계 형광체는 황화물계의 30~40% 정도의 휘도를 나타낸다. 현재사용하고 있는 FED의 황화물계 형광체는 고전압 (5∼10kV)에서는 사용이 용이하나, 저전압(1kV이하)에서 구동할 경우에는 낮은 휘도와 표면 전하 축적으로 인한 문제점들을 가지고 있다. 따라서, 저전압에서 발광효율 좋은 형광체가 요구되며, 황화물계 형광체를 대체할 고효율 산화물계 형광체의 개발이 필요하다고 할 수 있다.

이러한 산화물계 형광체로 SrTiO₃:Pr 형광체가 개발되었으나 저전압 구동에서 저휘도를 나타내는 문제점이 있었다. 이를 개선하기 위하여 US patent 5,619,098호에서는 SrTiO₃:Pr,Al계 형광체 개발하여 휘도 증대를 가져왔음을 제시하고 있다. 그러나, 여전히 저전압(1kV 이하) FED에의 응용을 위해 더 큰 휘도 증대와 안정성 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안한 것으로, FED에서와 같이 1kV 이하의 저전압에서는 고휘도를 나타내는 저전압 구동용 SrTiO₃:Pr,Al계 형광체를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1c는 각각 SrTiO₃매트릭스(matrix)에, Pr³⁺0.125 mol %, Ga₂O₃60 mol %, SrCl₂1~30 mol %를 합성하여 제조된 본 발명에 따른 형광체의 제1실시예에 각기 다른 양극 전압이 인가되었을 경우에 발광하는 휘도를 측정한 그래프로서,

도 1a는 300V의 양극 전압을 인가한 경우 SrCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프,

도 1b는 500V의 양극 전압을 인가한 경우 SrCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프,

도 1c는 1000V의 양극 전압을 인가한 경우 SrCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프,

도 2a 내지 도 2c는 각각 SrTiO₃매트릭스(matrix)에, Pr³⁺0.125 mol %, Ga₂O₃60 mol %, ZnCl₂1~60 mol %를 합성하여 제조된 본 발명에 따른 형광체의 제2실시예에 각기 다른 양극 전압이 인가되었을 경우에 발광하는 휘도를 측정한 그래프로서,

도 2a는 300V의 양극 전압을 인가한 경우 ZnCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프,

도 2b는 500V의 양극 전압을 인가한 경우 ZnCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프,

도 2c는 1000V의 양극 전압을 인가한 경우 ZnCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프,

도 3a 내지 도 3c는 각각 SrTiO₃matrix에, Pr³⁺0.125 mol %, Al(OH)₃20 mol %, Zn(OH)₂1~10 mol % 를 합성하여 제조된 본 발명에 따른 형광체의 제3실시예에 각기 다른 양극 전압이 인가되었을 경우에 발광하는 휘도를 측정한 그래프로서,

도 3a는 300V의 양극 전압을 인가한 경우 Zn(OH)₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프,

도 3b는 500V의 양극 전압을 인가한 경우 Zn(OH)₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프,

도 3c는 1000V의 양극 전압을 인가한 경우 Zn(OH)₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프,

도 4는 SrTiO₃matrix에, Pr³⁺0.3 mol %, Ga₂O₃60 mol %, flux 1~20 mol % 를 합성하여 제조된 본 발명에 따른 형광체의 제4실시예에 양극 전압이 인가되었을 경우에 발광하는 휘도를 측정한 그래프,

그리고 도 5는 SrTiO₃매트릭스(matrix)에, Pr³⁺0.3 mol %, Al(OH)₃17 mol %, Zn(OH)₂10 mol %, SrCl₂4 mol %를 합성하여 제조된 본 발명에 따른 형광체의 제5실시예에 300V의 양극 전압이 인가되었을 경우에 발광하는 상대 휘도를 측정한 그래프이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 저전압 구동용 SrTiO₃:Pr,Al계 형광체는, Me^I를 Mg, Ca, Sr, Ba 중 어느 한 금속이라 하고, Me^Ⅱ를 Zn과 Cd 중 어느한 금속이라 하며, (0.05~5 mol %)의 Me^Ⅲ를 Pr, Eu, Tb, Er, Ce, Tm 중 어느 한 금속이라 하며, (0.5~80 mol %)의 A를 Al, Ga, In, Tl 중 어느 한금속이라 할 때, (Me^IMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃로 이루어진 형광체에 Me^Ⅱ를 첨가하여 (Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃의 조성을 갖도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 (Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃의 조성에서 Me^Ⅱ는 Zn이고, A는 Al인 것이 바람직하며, 상기 (Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃의 조성에서 Me^Ⅱ는 0.01~15 mol %이고, 플럭스로서 SrCl₂, ZnCl₂, CdCl₂, SrI₂, ZnI₂, CdI₂중 적어도 어느 한 화합물을 사용하며, 이 때 사용된 상기 플럭스(flux)의 총농도가 0.5~60 mol % 이며, 상기 (Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃의 조성에서 Me^Ⅲ는 0.05~5 mol % 첨가되며, 상기 (Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃의 조성에서 A는 0.5~80 mol % 첨가된 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 저전압 구동용 SrTiO₃:Pr,Al계 형광체 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 저전압 구동용 SrTiO₃:Pr,Al계 형광체는 (Me^IMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃로 이루어진 종래의 형광체에 Me^Ⅱ를 0.01~15 mol % 첨가한 것, 즉, (Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃의 조성을 갖는 것을 특징으로 한다. 여기서, Me^I는 Mg, Ca,Sr, Ba 중 어느 한 금속이고, Me^Ⅱ는 Zn과 Cd 중 어느한 금속이며, Me^Ⅲ(0.05~5 mol %)는 Pr, Eu, Tb, Er, Ce, Tm 중 어느 한 금속이며, A(0.5~80 mol %)는 Al, Ga, In, Tl 중 어느 한 금속이다.

특히, 상기 조성에서 Me^Ⅱ는 Zn이고, A는 Al인 것이 바람직하다.

또한, (Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃A₂O₃의 Me^Ⅱ가 0~15 mol %인 형광체에 플럭스(flux)로 SrCl₂, ZnCl₂, CdCl₂, SrI₂, ZnI₂, CdI₂중 적어도 어느 한 화합물을 사용하며, 사용된 flux의 총농도가 0.5~60 mol % 인 것이 바람직하다.

이러한 저전압 구동용 SrTiO₃:Pr,Al계 형광체는 다양한 고체 물질들의 특성 향상을 위해 첨가물에 의한 구조전환이나 융제(flux)법에 의한 결정성 증대가 합성에 응용된다. 즉, 알려진 SrTiO₃:Pr,Al계 형광체 합성에 Zn계열 첨가물(Zn(OH)₂, Cd(OH)₂)을 이용하는 구조적 접근으로 특성 증대를 꾀한다. 합성에는 ZnCl₂나 SrCl₂등의 할라이드(halide)계 융제를 사용함으로써, 소성반응을 원활히 도와 결정성을 향상시켜 특성 증대를 꾀한다.

<실시예 1>

SrTiO₃매트릭스(matrix)에, Pr³⁺0.125 mol %, Ga₂O₃60 mol %, SrCl₂1~30 mol %를 합성하여 형광체를 제조한 경우이다. 이 경우에 제조된 형광체에 각기 다른 양극 전압이 인가되었을 경우에 발광하는 휘도를 조사한 것이 도 1a 내지 도 1c에 각각 도시되는데, 형광체에 첨가된 SrCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도들이 도시된다. 즉, 도 1a 내지 도 1c에서 각각 가로축은 SrCl₂의 농도(mol %)이고, 세로축은 상대 휘도(a.u.)를 각각 나타낸다. 도 1a는 300V의 양극 전압을 인가한 경우 SrCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프이며, 도 1b는 500V의 양극 전압을 인가한 경우 SrCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프이며, 도 1c는 1000V의 양극 전압을 인가한 경우 SrCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 300V의 저전압에서도 500V나 1000V에서 만큼의 높은 휘도를 나타냄을 알 수 있다.

<실시예 2>

SrTiO₃매트릭스(matrix)에, Pr³⁺0.125 mol %, Ga₂O₃60 mol %, ZnCl₂1~60 mol %를 합성하여 형광체를 제조한 경우이다. 이 경우에 제조된 형광체에 각기 다른 양극 전압이 인가되었을 경우에 발광하는 휘도를 조사한 것이 도 2a 내지 도 2c에 각각 도시되는데, 형광체에 첨가된 ZnCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도들이 도시된다. 즉, 도 2a 내지 도 2c에서 각각 가로축은 ZnCl₂의 농도(mol %)이고, 세로축은 상대 휘도(a.u.)를 각각 나타낸다. 도 2a는 300V의 양극 전압을 인가한 경우 ZnCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프이며, 도 2b는 500V의 양극 전압을 인가한 경우 ZnCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프이며, 도 2c는 1000V의 양극 전압을 인가한 경우 ZnCl₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프이다. 도 2a에 도시된 바와 같이,300V의 저전압에서도 500V나 1000V에서 만큼의 높은 휘도를 나타냄을 알 수 있다.

<실시예 3>

SrTiO₃matrix에, Pr³⁺0.125 mol %, Al(OH)₃20 mol %, Zn(OH)₂1~10 mol % 를 합성하여 형광체를 제조한 경우이다. 이 경우에 제조된 형광체에 각기 다른 양극 전압이 인가되었을 경우에 발광하는 휘도를 조사한 것이 도 3a 내지 도 3c에 각각 도시되는데, 형광체에 첨가된 Zn(OH)₂의 농도(mol %)에 따른 휘도들이 도시된다. 즉, 도 3a 내지 도 3c에서 각각 가로축은 Zn(OH)₂의 농도(mol %)이고, 세로축은 상대 휘도(a.u.)를 각각 나타낸다. 도 3a는 300V의 양극 전압을 인가한 경우 Zn(OH)₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프이며, 도 3b는 500V의 양극 전압을 인가한 경우 Zn(OH)₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프이며, 도 3c는 1000V의 양극 전압을 인가한 경우 Zn(OH)₂의 농도(mol %)에 따른 휘도 그래프이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 300V의 저전압에서도 500V나 1000V에서 만큼의 높은 휘도를 나타냄을 알 수 있다.

<실시예 4>

SrTiO₃matrix에, Pr³⁺0.3 mol %, Ga₂O₃60 mol %, flux 1~20 mol % 를 합성하여 형광체를 제조한 경우이다. 이 경우에 제조된 형광체에 양극 전압이 인가되었을 경우에 발광하는 휘도를 조사한 것이 도 4에 도시되는데, 형광체에 첨가된플럭스(flux)의 농도(mol %)에 따른 휘도들이 도시된다. 즉, 도 4에서 가로축은 플럭스의 농도(mol %)이고, 세로축은 상대 휘도(a.u.)를 각각 나타내며, ■로 표시된 그래프는 플럭스로 ZnCl₂를 첨가한 형광체에 대한 휘도 그래프이고, ○로 표시된 그래프는 플럭스로 SrCl₂를 첨가한 형광체에 대한 휘도 그래프이다.

<실시예 5>

SrTiO₃매트릭스(matrix)에, Pr³⁺0.3 mol %, Al(OH)₃17 mol %, Zn(OH)₂10 mol %, SrCl₂4 mol %를 합성하여 형광체를 제조한 경우이다. 이 경우에 제조된 형광체에 300V의 양극 전압이 인가되었을 경우에 발광하는 상대 휘도를 조사한 것이 도 5에 도시된다. 도 5에서 가로축은 상대 휘도(a.u.)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 플럭스로 SrCl₂가 첨가된 형광체들이 상대적으로 높은 휘도를 나타냄을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 저전압 구동용 SrTiO₃:Pr,Al계 형광체는, Me^I를 Mg, Ca, Sr, Ba 중 어느 한 금속이라 하고, Me^Ⅱ를 Zn과 Cd 중 어느한 금속이라 하며, (0.05~5 mol %)의 Me^Ⅲ를 Pr, Eu, Tb, Er, Ce, Tm 중 어느 한 금속이라 하며, (0.5~80 mol %)의 A를 Al, Ga, In, Tl 중 어느 한 금속이라 할 때,(Me^IMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃로 이루어진 형광체에 Me^Ⅱ를 첨가하여 (Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃의 조성을 갖도록 함으로써, 색좌표에 지장없이(CIE x = 0.67, y = 0.33) 휘도가 크게 향상되고, 결정성 향상으로 안정성이 증대되며, 저전압 CL device 및 다른 display에 응용이 가능하게 된다.

Claims

Me^I를 Mg, Ca, Sr, Ba 중 어느 한 금속이라 하고,(0.01~15 mol %)의Me^Ⅱ를 Zn과 Cd 중 어느 한 금속이라 하며, (0.05~5 mol %)의 Me^Ⅲ를 Pr, Eu, Tb, Er, Ce, Tm 중 어느 한 금속이라 하며, (0.5~80 mol %)의 A를 Al, Ga, In, Tl 중 어느 한 금속이라 할 때,

(Me^IMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃로 이루어진 형광체에 Me^Ⅱ를 첨가하고,플럭스로서 SrCl ₂ , ZnCl ₂ , CdCl ₂ , SrI ₂ , ZnI ₂ , CdI ₂ 중 적어도 어느 한 화합물을 사용하여(Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃의 조성을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 저전압 구동용SrTiO ₃ :Pr,Al,Zn계 형광체.
제1항에 있어서,

상기 (Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃의 조성에서 Me^Ⅱ는 Zn이고, A는 Al인 것을 특징으로 하는 저전압 구동용SrTiO ₃ :Pr,Al,Zn계형광체.
삭제
제3항에 있어서,

상기 사용된 상기 플럭스(flux)의 총농도가 0.5~60 mol % 인 것을 특징으로 하는 저전압 구동용SrTiO ₃ :Pr,Al,Zn계형광체.
제1항에 있어서,

상기 (Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃의 조성에서 Me^Ⅲ는 0.05~5 mol % 첨가된 것을 특 ` 징으로 하는 저전압 구동용SrTiO ₃ :Pr,Al,Zn계형광체.
제1항에 있어서,

상기 (Me^IMe^ⅡMe^Ⅲ)TiO₃˙A₂O₃의 조성에서 A는 0.5~80 mol % 첨가된 것을 특징으로 하는 저전압 구동용SrTiO ₃ :Pr,Al,Zn계형광체.