KR100445908B1 - 형광 디스플레이용 청색 형광체 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

높은 발광 효율을 갖는 형광 디스플레이용 청색 형광체 및 그 제조 방법에 관하여 개시한다.

본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체는 스트론튬 탄산염(SrCO₃)으로 이루어지는 모체(host)와, 세리움(Ce) 화합물로 이루어지는 활성제(activator)로부터 얻어진다. 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체의 제조 방법에서는 스트론튬 탄산염(SrCO₃)과 세리움 산화물(CeO₂)을 다음의 일반식으로 표현되는 조성에 따라 균일하게 혼합한다. 그 후, 얻어진 혼합물을 800 ∼ 900℃로 열처리한다.

SrCO₃+ xCeO₂

식중, 0.01 ≤ x < 0.5이다.

Description

형광 디스플레이용 청색 형광체 및 그 제조 방법{Blue phosphor for fluorescent display and method for synthesizing the same}

본 발명은 디스플레이 소자 기술에 관한 것으로, 특히 형광 디스플레이(fluorescent display)용 청색 형광체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

형광 디스플레이, 특히 전계 방출 디스플레이(FED; Field Emission Display)는 브라운관과 동일한 원리로 작동되는 평판 디스플레이로서, 열전자 대신에 전계에 의해 전자를 방출하는 전계 방출 소자 어레이 패널인 음극판(cathode plate)과, 전자를 받아 빛을 방출하는 형광판 패널인 양극판(anode plate)이 일정한 간격을 두고 고진공으로 패키징되어 구성된다.

기존의 브라운관에는 일반적으로 색순도가 좋고 발광 효율이 높은 황화물계 형광체가 주로 사용되고 있다. 그러나, 전계 방출 디스플레이는 음극판과 양극판의 거리가 짧아, 브라운관에서와 같이 10 kV 이상의 고전압을 사용할 경우에는 방전이 일어난다. 따라서, 전계 방출 디스플레이에서는 5 kV 이하의 저전압을 사용하며, 특히 1 kV 이하의 전압에서 작동 가능한 FED를 개발하기 위해 전세계적으로 다양한 연구가 이루어지고 있다.

한편, 전자의 에너지가 1 kV 이하로 낮은 경우에는 전자는 형광체 표면으로부터 20 nm이하의 깊이에만 주사가 가능하다. 따라서, 저전압 동작 FED용 형광체의 효율, 특히 휘도(luminescence)가 고전압을 사용하는 브라운관의 경우에 비해 크게 떨어지며, 형광체의 표면 상태가 형광체 발광 효율에 크게 영향을 미친다는 문제점이 있었다.

특히, 브라운관에서 널리 사용되는 기존의 황화물계 청색 형광체인 ZnS : Ag, Al은 FED용 형광체로 사용할 경우에 저전압에서의 발광 효율이 낮고 색순도가 나쁘다. 또한, 장시간 동안의 전자빔 주사에 의해 황화물계 형광체로부터 소량의 황이 탈착되어, FED 패널에서와 같이 음극판과 양극판의 간격이 1 mm 정도인 경우,작은 용적의 내부 진공도를 떨어뜨리거나 전계 방출 어레이 (FEA: Field Emitter Array)를 손상시켜 디스플레이의 성능을 저하시킨다는 문제점이 있었다. 최근, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 황의 탈착 위험이 없는 산화물계 형광체가 많이 연구되고 있다.

또한, 형광체의 다양한 응용을 위해서는 제조 가격이 낮으면서도 고휘도를 나타낼 수 있는 형광체가 필요하다. 형광체의 제조 가격을 낮추기 위해서는 원재료로 사용되는 물질의 가격이 낮아야 할 뿐 만 아니라 제조에 소요되는 공정 가격도 낮아야 한다. 현재 공정 가격에서 가장 큰 비중을 차지하는 것은 합성 단계에서의 열처리 온도이다. 즉, 합성시의 열처리 온도를 낮추는 것이 공정 가격을 낮출 수 있는 가장 중요한 요소이다. 이와 같은 현실을 감안할 때, 낮은 열처리 온도에서 합성이 가능한 고휘도의 형광체를 합성하는 것이 저가격 형광체를 얻기 위한 필수 요소이다.

본 발명의 목적은, 장시간의 전자 주사에 대해서도 탈착이 일어나지 않고, 저전압에서도 높은 발광 효율을 가지며, 낮은 열처리 온도에서 합성이 가능한 형광 디스플레이용 청색 형광체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 장시간의 전자 주사에 대해서도 탈착이 일어나지 않고, 저전압에서도 높은 발광 효율을 가지며, 낮은 열처리 온도에서 합성이 가능한 형광 디스플레이용 청색 형광체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.

도 2는 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체의 광루미네슨스(photoluminescence) 방출 스펙트럼이다.

도 3은 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체의 광루미네슨스의 여기 스펙트럼이다.

도 4는 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체의 여기 스펙트럼(방출 파장 = 470nm)의 광루미네슨스 크기를 x값의 변화에 따라 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체의 열처리 온도에 따른 X선 회절 스펙트럼이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체는 스트론튬 탄산염(SrCO₃)으로 이루어지는 모체(host)와, 세리움(Ce) 화합물로 이루어지는 활성제(activator)로부터 얻어진다.

상기 세리움 화합물은 세리움 산화물(CeO₂)이며, 상기 모체와 상기 활성제의 몰 비가 1:0.01 ∼ 1:0.5이다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체의 제조 방법에서는 스트론튬 탄산염(SrCO₃)과 세리움 산화물(CeO₂)이 균일하게 혼합된 혼합물을 제조한다. 그 후, 상기 혼합물을 열처리한다.

스트론튬 탄산염(SrCO₃)과 세리움 산화물(CeO₂)의 혼합물을 제조하기 위하여 스트론튬 탄산염(SrCO₃)과 세리움 산화물(CeO₂)은 다음의 일반식으로 표현되는 조성에 따라 혼합된다.

SrCO₃+ xCeO₂

식중, 0.01 ≤ x < 0.5이다.

바람직하게는, 스트론튬 탄산염(SrCO₃)과 세리움 산화물(CeO₂)은 1:0.05의 몰 비로 혼합된다.

상기 혼합물을 열처리하는 단계는 800 ∼ 900℃의 온도하에서 행한다. 바람직하게는, 상기 열처리는 12 ∼ 36시간 동안 행한다.

본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체는 형광 디스플레이에 적용하거나 FED 형광체의 양극판으로 사용할 때 장시간의 전자 주사에 의한 형광체의 파괴를 방지할 수 있어 음극판과 양극판 공간의 진공도를 깨뜨리지 않으므로 패널의 성능을 장시간 유지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 형광체는 제조 공정에 필요한 합성 온도가 기존의 형광체에 비해 매우 낮으므로 고휘도를 나타낼 수 있는 형광체의 제조 원가를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 형광체를 형광 디스플레이에 적용하여 고휘도, 고선명도 등과 같은 우수한 특성을 발휘할 수 있으며, 저전압 FED 상용화에도 크게 기여할 수 있다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.

도 1을 참조하면, 먼저 모체(host)인 스트론튬 탄산염(SrCO₃)과 활성제(activator)인 세리움 산화물(CeO₂)이 균일하게 혼합된 혼합물을 제조한다 (단계 10). 이를 위하여, 다음의 일반식으로 표현되는 조성에 따라 스트론튬 탄산염(SrCO₃)과 세리움 산화물(CeO₂)을 용매인 알코올이 담긴 막자 사발에 투입하고, 1시간 이상 균일하게 혼합한 후, 건조시킨다.

SrCO₃+ xCeO₂

식중, 0.01 ≤ x < 0.5이다.

바람직하게는, 스트론튬 탄산염(SrCO₃)과 세리움 산화물(CeO₂)은 1:0.05의 몰 비로 혼합된다.

그 후, 단계 10에서 얻어진 건조된 혼합물을 알루미나관에 넣고, 약 800 ∼ 900℃의 온도로 유지되는 전기로에서 약 12 ∼ 36시간 동안 열처리하여 원하는 형광체를 합성한다 (단계 20).

일반적으로, 열처리 온도가 1000℃ 이상인 경우에는 다른 상의 형광체가 합성되는 데, 특히 1000℃에서 열처리한 시료는 화학적으로 안정하지 못하여 공기 중에서 CO₂또는 H₂O 등과 쉽게 반응하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 본 발명에 따른 청색 형광체의 제조 방법에서는 약 800 ∼ 900℃의 비교적 낮은 온도하에서 청색 형광체를 합성한다. 따라서, 고휘도를 나타낼 수 있는 형광체의 제조 원가를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체의 광루미네슨스(photoluminescence) 방출 스펙트럼이다. 구체적으로 설명하면, 화학식이 SrCO₃+ xCeO₂(x = 0.01, 0.05, 0.1, 0.33, 0.4 및 0.5)인 시료를 대기중에서 800℃로 12시간 동안 열처리하여 얻은 본 발명에 따른 형광체 분말의 광루미네슨스 (photoluminescence) 특성을 평가하여 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서, x 값이 0.05인 경우에 가장 휘도가 뛰어난 것으로 나타났다. 최대 발광 강도(intensity)를 나타내는 파장은 470 nm로 청색을 띠었다.

도 3은 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체의 광루미네슨스의 여기 스펙트럼이다. 구체적으로 설명하면, 화학식이 SrCO₃+ xCeO₂(x = 0.01, 0.05, 0.1, 0.33, 0.4 및 0.5)인 시료를 대기중에서 800℃로 12시간 동안 열처리하여 얻은 형광체 분말의 광루미네슨스의 여기 스펙트럼을 도 3에 나타내었다. 도 3에서, x 값에 따라 두개의 밴드가 나타나고 있으며, x 값이 0.05인 경우에 휘도가 가장 뛰어난 것으로 나타났다.

도 4는 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체의 여기 스펙트럼의 광루미네슨스 크기를 x값의 변화에 따라 나타낸 그래프이다. 구체적으로 설명하면, 화학식이 SrCO₃+ xCeO₂(x = 0.01, 0.05, 0.1, 0.33, 0.4 및 0.5)인 시료를 대기중에서 800℃로 12시간 동안 열처리하여 얻은 형광체 분말에 대하여 방출 파장(emission wavelength) 470 nm에서 얻어진 광루미네슨스 크기를 x 값의 변화에 따라 나타내었다. 도 4에서, x 값이 0.05인 경우에 휘도가 가장 뛰어난 것으로 나타났다.

도 5는 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체의 열처리 온도에 따른 X선 회절 스펙트럼이다. 구체적으로 설명하면, 화학식이 SrCO₃+ xCeO₂(x = 0.01, 0.05, 0.1, 0.33, 0.4 및 0.5)인 시료를 대기중에서 800℃ 및 900℃의 온도로 각각 12시간 동안 열처리하여 얻은 형광체 분말의 X선 회절 스펙트럼을 나타내었다. 도 5에서, 800℃의 주 피크들은 SrCO₃로부터 나타나는 피크들이며 약간의 Sr(OH)₂의 피크들이 나타나고 있다. 900℃에서 합성한 시료에서는 SrCO₃피크에 일부 Sr₂CeO₄피크들이 나타나고 있다.

본 발명에 따른 형광 디스플레이용 청색 형광체는 스트론튬 탄산염(SrCO₃)으로 이루어지는 모체와, 세리움 산화물(CeO₂)로 이루어지는 활성제로부터 얻어지며, 약 800 ∼ 900℃의 비교적 낮은 온도하에서 합성된다. 본 발명에 따른 디스플레이용 청색 형광체는 열적 자극이나 전자 주사 등의 기타 외부 자극에 대해 안전한 산화물계 형광체이므로, 본 발명에 따른 SrCO₃+ xCeO₂산화물 형광체를 형광 디스플레이에 적용하거나 FED 형광체의 양극판으로 사용하게 되면, 장시간의 전자 주사에 의한 형광체의 파괴를 방지할 수 있어 음극판과 양극판 공간의 진공도를 깨뜨리지 않으므로 패널의 성능을 장시간 유지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 형광 디스플레이용 형광체는 제조 공정에 필요한 합성 온도가 기존의 형광체에 비해 매우 낮으므로 고휘도를 나타낼 수 있는 형광체의 제조 원가를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 형광체를 형광 디스플레이에 적용하여 고휘도, 고선명도 등과 같은 우수한 특성을 발휘할 수 있으며, 저전압 FED 상용화에도 크게 기여할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (8)

1. 스트론튬 탄산염(SrCO₃)으로 이루어지는 모체(host)와, 세리움(Ce) 화합물로 이루어지는 활성제(activator)가 1:0.01 ∼ 1:0.5의 몰 비로 혼합된 혼합물을 800 ∼ 900℃에서 열처리하여 얻어진 것을 특징으로 하는 형광 디스플레이용 청색 형광체.
2. 제1항에 있어서, 상기 세리움 화합물은 세리움 산화물(CeO₂)인 것을 특징으로 하는 형광 디스플레이용 청색 형광체.
3. 삭제
4. (a) 스트론튬 탄산염(SrCO₃)과 세리움 산화물(CeO₂)이 균일하게 혼합된 혼합물을 제조하는 단계와,

   (b) 상기 혼합물을 800 ∼ 900℃로 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 디스플레이용 청색 형광체의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 단계 (a)에서, 스트론튬 탄산염(SrCO₃)과 세리움 산화물(CeO₂)은 다음의 일반식으로 표현되는 조성에 따라 혼합되는 것을 특징으로 하는 형광 디스플레이용 청색 형광체의 제조 방법.

   SrCO₃+ xCeO₂

   식중, 0.01 ≤ x < 0.5임.
6. 제5항에 있어서, 스트론튬 탄산염(SrCO₃)과 세리움 산화물(CeO₂)은 1:0.05의 몰 비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 형광 디스플레이용 청색 형광체의 제조 방법.
7. 삭제
8. 제4항에 있어서, 상기 단계 (b)에서는 12 ∼ 36시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 형광 디스플레이용 청색 형광체의 제조 방법.