KR100496046B1 - Silicate phosphor and a preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분무열분해 공정에 따라 제조된 하기 화학식 1 및 2로 각각 표시되는 아연 실리케이트계 및 이트륨 실리케이트계 형광체, 및 이들의 제조방법에 관한 것으로, 규소 전구체 물질로서 테트라에틸 오르토실리케이트 (TEOS)를 일부 또는 전체로 포함하는 화합물을 사용하고, 적정량의 카르복실산을 첨가함에 따라 제조된 본 발명의 실리케이트계 형광체는 응집이 없고 구형의 형상을 가지며 우수한 발광 특성을 나타낸다:The present invention relates to zinc silicate-based and yttrium silicate-based phosphors represented by the following Chemical Formulas 1 and 2, respectively, and to a method for preparing the same, wherein tetraethyl orthosilicate (TEOS) is used as a silicon precursor material. Alternatively, the silicate-based phosphor of the present invention prepared by using the compound as a whole and adding an appropriate amount of carboxylic acid has no aggregation, has a spherical shape, and exhibits excellent luminescence properties:

상기 식에서,Where

D는 Ba, Mg, Gd 및 Al 중에서 선택된 1종 이상이며, 0.001≤x<0.2, 0≤y<0.008, 0≤z<0.008 이고, D가 Ba 또는 Mg인 경우에 z=0이다.D is one or more selected from Ba, Mg, Gd and Al, and 0.001 ≦ x <0.2, 0 ≦ y <0.008, 0 ≦ z <0.008, and z = 0 when D is Ba or Mg.

상기 식에서, Where

M은 Tb, Ce 및 Eu 중에서 선택된 1종 이상이며, 0<x<0.8 이다.M is at least one selected from Tb, Ce, and Eu, and 0 <x <0.8.

Description

실리케이트계 형광체 및 그의 제조방법{SILICATE PHOSPHOR AND A PREPARATION METHOD THEREOF} Silicate Phosphor and Method for Manufacturing the Same {SILICATE PHOSPHOR AND A PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 아연 또는 이트륨 실리케이트계 형광체의 제조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 대용량의 분무열분해 공정을 이용한 실리케이트계 형광체의 제조에 있어, 규소 전구체 물질로서 TEOS를 사용하고, 첨가제로서 구연산 등 카르복실산을 첨가함에 따라 제조된, 입자 특성 및 발광 특성이 우수한 실리케이트계 형광체에 관한 것이다. The present invention relates to the production of zinc or yttrium silicate-based phosphors, and more specifically, in the production of silicate-based phosphors using a large-capacity spray pyrolysis process, TEOS is used as the silicon precursor material, and carboxylic acid such as citric acid is used as an additive. The present invention relates to a silicate-based fluorescent material having excellent particle characteristics and luminescent properties prepared by addition.

최근 고화질 TV (HDTV: high definition television)에 대한 관심이 높아지면서 디스플레이의 개발도 활발해졌는데, 그중 각광받는 대표적인 디스플레이가 평판 디스플레이인 플라즈마 디스플레이 패널(PDP: plasma display panel) 및 전계방출형 디스플레이(FED: field emission display)이다. 이들 디스플레이는 종래의 디스플레이와 달리 가볍고 두께가 얇은 특성으로 인하여, 벽걸이형 TV, 컴퓨터, 캠코더 및 자동항법장치 등 여러 분야에서의 응용 가능성을 가지고 있어 많은 관심의 대상이 되고 있다. 이러한 평판 디스플레이에 사용되는 형광체로는 음극선관이나 램프 등에 사용되던 종래의 형광체 보다 우수한 발광 특성이 요구되는데, 발광 휘도 뿐만 아니라 특히 형광체의 형태나 크기도 중요 변수로서 인식되고 있다. Recently, as the interest in high definition television (HDTV) increased, the development of displays has been active. Among them, the most popular displays are plasma display panel (PDP) and field emission display (FED), which are flat panel displays. field emission display). Unlike conventional displays, due to their lightness and thinness, these displays have many applications, such as wall-mounted TVs, computers, camcorders, and auto navigation devices. Phosphors used in such flat panel displays are required to have better light emission characteristics than conventional phosphors used in cathode ray tubes, lamps, and the like. In addition, the shape and size of the phosphors are recognized as important variables.

일반적으로 형광체는 구형의 형상을 가지면서 직경의 범위가 1 내지 5 마이크론인 것이 우수한 형광체로 알려져 있으나, 고온에서 장시간의 열처리 과정 및 반복되는 밀링(milling) 공정을 거치는 고상법에 의해 제조된 형광체는 형태나 크기 조절이 어렵고 구형을 얻기가 어렵다. 또한, 분무열분해법을 이용하여 형광체를 제조할 경우, 대용량의 장치에서의 반응 조건이 열악함에 따라 구형이 아닌 불규칙한 형상의 응집된 입자가 얻어지는 문제점이 발생한다. In general, the phosphor is known to have a spherical shape and excellent in the range of 1 to 5 microns in diameter, but the phosphor prepared by the solid-state method through a long heat treatment process and a repeated milling process at high temperature Difficult to shape or size and difficult to get spherical shape. In addition, when the phosphor is manufactured by spray pyrolysis, a problem arises in that aggregated particles having irregular shapes other than spherical shape are obtained due to poor reaction conditions in a large-capacity apparatus.

본 발명자들은 분무열분해법을 이용한 형광물질의 제조에 있어, 규소 전구체 물질로서 TEOS와 나노사이즈의 실리카 콜로이드 입자를 사용하여 이들의 비율을 조정함으로써 대용량 분무열분해 장치에서도 구형의 형상을 가지는 녹색 발광 형광체를 개발하였으며, 이를 대한민국 특허출원 제2001-24669호로 출원한 바 있다. 그러나, 여기에 개시된 녹색 발광 형광체의 제조 공정에서는, TEOS에 상기 나노사이즈의 실리카 콜로이드 입자를 혼합하여 사용할 경우, 생성된 형광체에 응집이 발생하지 않도록 상기 콜로이드 입자를 용액에 분산시킨 다음 잘게 부수어주는 공정을 필요로 한다. 한편, 규산 전구체로 TEOS를 사용하는 분무열분해 공정에서는 규소 성분의 상분리 특성으로 인해 원하는 결정상을 얻기 위해서는 고온에서 장시간의 열처리 공정이 필수적이다. 그러나 이러한 고온의 열처리 공정은 형광체의 구형의 형태를 유지하지 못하는 단점을 갖는다.The inventors of the present invention, in the production of a fluorescent material using the spray pyrolysis method, by adjusting the ratio using TEOS and nano-sized silica colloidal particles as a silicon precursor material to produce a green light emitting phosphor having a spherical shape even in a large-capacity spray pyrolysis device It was developed and filed with Korean Patent Application No. 2001-24669. However, in the manufacturing process of the green light emitting phosphor disclosed herein, when mixing the nano-sized silica colloidal particles in TEOS, the process of dispersing the colloidal particles in a solution and then crushing finely so that the resulting phosphor does not aggregate need. On the other hand, in the spray pyrolysis process using TEOS as a silicic acid precursor, a long heat treatment process at a high temperature is essential to obtain a desired crystal phase due to the phase separation characteristics of silicon components. However, this high temperature heat treatment process has a disadvantage in that it cannot maintain the spherical shape of the phosphor.

이에 본 발명자들은 종래의 분무열분해 공정 보다 단순한 공정에 의해서도 입자내 응집이 없고 발광 특성이 우수한 실리케이트계 형광체를 제조하기에 이른 것이다.Accordingly, the present inventors have come to produce a silicate-based phosphor which is excellent in luminescence properties without particle aggregation by a simpler process than the conventional spray pyrolysis process.

이에 따라, 본 발명의 목적은 아연 실리케이트계 형광체에 제2의 활성제로 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 가돌리늄(Gd) 및 알루미늄(Al), 또는 리튬(Li)을 첨가하여 제조된, 응집이 없고 구형의 녹색 형광체를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is agglomeration, prepared by adding barium (Ba), magnesium (Mg), gadolinium (Gd) and aluminum (Al), or lithium (Li) as a second activator to a zinc silicate-based phosphor. To provide a spherical green phosphor.

본 발명의 다른 목적은 이트륨 실리케이트계 형광체에 활성제로 유로피움(Eu), 테르븀(Tb) 또는 세륨(Ce)을 첨가하여 제조된, 입자 결정이 균일하고 발광 특성이 우수한 구형의 형광체를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide spherical phosphors having uniform particle crystals and excellent luminescent properties, prepared by adding europium (Eu), terbium (Tb), or cerium (Ce) as active agents to the yttrium silicate-based phosphor. .

본 발명의 또 다른 목적은 분무열분해 공정에 의해 실리케이트계 형광체를 제조함에 있어서, 규소 전구체 물질로서 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS)를 일부 또는 전체로 사용하고 또한 분무 용액 제조시 적정량의 카르복실산을 첨가함으로써, 응집이 없고 발광 특성이 우수한 구형의 형광체를 제조하기 위한 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to use tetraethyl orthosilicate (TEOS) as part or all of silicon precursor material in preparing silicate-based phosphors by spray pyrolysis, and to add an appropriate amount of carboxylic acid in preparing spray solution. The present invention provides a method for producing a spherical phosphor having no aggregation and excellent luminescence properties.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시되는 아연 실리케이트계 녹색 형광체 및 이의 제조방법을 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a zinc silicate-based green phosphor represented by the following formula (1) and a method for preparing the same:

화학식 1Formula 1

상기 식에서,Where

D는 Ba, Mg, Gd 및 Al 중에서 선택된 1종 이상이며, 0.001≤x<0.2, 0≤y<0.008, 0≤z<0.008 이고, D가 Ba, Mg인 경우에 z=0이다.D is at least one selected from Ba, Mg, Gd, and Al, and 0.001 ≦ x <0.2, 0 ≦ y <0.008, 0 ≦ z <0.008, and z = 0 when D is Ba, Mg.

본 발명은 또한 하기 화학식 2로 표시되는 이트륨 실리케이트계 형광체 및 이의 제조방법을 제공한다:The present invention also provides a yttrium silicate-based phosphor represented by the following formula (2) and a method for preparing the same:

화학식 2Formula 2

상기 식에서, Where

M은 Tb, Ce 및 Eu 중에서 선택된 1종 이상이며, 0<x<0.8 이다.M is at least one selected from Tb, Ce, and Eu, and 0 <x <0.8.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 아연 실리케이트계 녹색 형광체는, 아연 화합물; 테트라에틸 오르토실리케이트 (TEOS)를 포함하는 규소 화합물; 망간 화합물; 바륨, 마그네슘, 가돌리늄 또는 알루미늄 화합물 및 임의의 리튬 화합물; 및 구연산 등을 용매에 용해시켜 농도가 0.02 내지 4M인 전구체 분무 용액을 제조하고, 생성된 분무 용액을 액적 발생 장치를 이용하여 직경이 0.1 내지 100㎛인 미세 액적으로 분무하면서 반응기 온도 200 내지 1500℃에서 건조 및 열처리하여 형광체 분말을 합성하고, 합성된 형광체 분말을 1000 내지 1500℃에서 1 내지 10 시간 동안 열처리함으로써 제조될 수 있다.Zinc silicate-based green phosphor represented by the formula (1) according to the present invention, a zinc compound; Silicon compounds including tetraethyl orthosilicate (TEOS); Manganese compounds; Barium, magnesium, gadolinium or aluminum compounds and optional lithium compounds; And a precursor spray solution having a concentration of 0.02 to 4 M by dissolving citric acid and the like in a solvent, and using the droplet generating apparatus, spraying the resulting spray solution into fine droplets having a diameter of 0.1 to 100 μm with a reactor temperature of 200 to 1500 ° C. The phosphor powder is synthesized by drying and heat-treating at, and the synthesized phosphor powder may be prepared by heat treatment at 1000 to 1500 ° C. for 1 to 10 hours.

본 발명에 따른 상기 화학식 2로 표시되는 이트륨 실리케이트계 형광체는, 이트륨 화합물; 테트라에틸 오르토실리케이트 (TEOS)를 포함하는 규소 화합물; 유로피움, 테르븀 또는 세륨 화합물; 및 구연산 등을 용매에 용해시켜 농도가 0.02 내지 4M인 전구체 분무 용액을 제조하고, 생성된 분무 용액을 액적 발생 장치를 이용하여 직경이 0.1 내지 100㎛인 미세 액적으로 분무하면서 반응기 온도 200 내지 1500℃에서 건조 및 열처리하여 형광체 분말을 합성하고, 합성된 형광체 분말을 1000 내지 1500℃에서 1 내지 10 시간 동안 열처리함으로써 제조될 수 있다.The yttrium silicate-based phosphor represented by Chemical Formula 2 according to the present invention includes an yttrium compound; Silicon compounds including tetraethyl orthosilicate (TEOS); Europium, terbium or cerium compounds; And a precursor spray solution having a concentration of 0.02 to 4 M by dissolving citric acid and the like in a solvent, and using the droplet generating apparatus, spraying the resulting spray solution into fine droplets having a diameter of 0.1 to 100 μm with a reactor temperature of 200 to 1500 ° C. The phosphor powder is synthesized by drying and heat-treating at, and the synthesized phosphor powder may be prepared by heat treatment at 1000 to 1500 ° C. for 1 to 10 hours.

<형광체 입자 전구체 용액의 조제><Preparation of phosphor particle precursor solution>

본 발명의 아연 실리케이트계 형광체 입자를 제조하기 위한 전구체 용액의 제조공정에 있어서, 형광체 분말의 모체로서 아연 화합물과 규소 화합물이 사용되고, 상기 모체를 도핑하기 위한 활성제로서 망간(Mn)이 사용되며, 제2의 모체 도핑성분인 부활제로서 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 가돌리늄(Gd) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 1종 이상의 금속의 화합물과, 임의로 리튬(Li) 화합물이 사용된다.In the process for producing a precursor solution for producing zinc silicate-based phosphor particles of the present invention, a zinc compound and a silicon compound are used as a matrix of the phosphor powder, and manganese (Mn) is used as an activator for doping the matrix. As the activator which is the parent doping component of 2, a compound of at least one metal selected from barium (Ba), magnesium (Mg), gadolinium (Gd), and aluminum (Al), and optionally a lithium (Li) compound is used.

또한 이트륨 실리케이트계 형광체 분말의 모체로서는 이트륨 화합물과 규소 화합물이 사용되고, 상기 모체를 도핑하기 위한 활성제로서 유로퓸(Eu), 테르븀(Tb) 및 세륨(Ce) 중에서 선택된 1종의 금속화합물이 사용될 수 있다.As a matrix of the yttrium silicate-based phosphor powder, an yttrium compound and a silicon compound are used, and one metal compound selected from europium (Eu), terbium (Tb), and cerium (Ce) may be used as an activator for doping the matrix. .

상기 전구체 물질 및 구연산 등의 첨가제는 물 또는 알코올에 용해시켜 사용되며, 쉽게 용해되도록 각각의 질산염, 초산염, 염화물, 산화물, 탄산염 또는 황화물의 형태가 바람직하다. 보다 구체적으로, 아연 전구체 물질로 아연 초산염, 아연 질산염 또는 아연 염화물이 바람직하며, 이중에서 아연 질산염 또는 아연 초산염이 더욱 바람직하다. 망간 전구체 물질로는 망간의 황화물, 염화물, 초산염 또는 질산염이 바람직하다. 이트륨 전구체로는 질산염 또는 초산염이 바람직하며, 또한 유로피움, 테르븀 및 세륨 전구체로는 이들의 질산염 또는 초산염이 바람직하다. 이들 전구체 물질의 사용량은 상기 화학식 1 또는 2의 조건을 만족하도록 적절히 조절될 수 있다.The precursor materials and additives such as citric acid are used by dissolving in water or alcohol, preferably in the form of respective nitrates, acetates, chlorides, oxides, carbonates or sulfides so as to dissolve easily. More specifically, zinc acetate, zinc nitrate or zinc chloride is preferred as zinc precursor material, of which zinc nitrate or zinc acetate is more preferred. As the manganese precursor material, sulfides, chlorides, acetates or nitrates of manganese are preferable. Yttrium precursors are preferably nitrates or acetates, and europium, terbium and cerium precursors are preferably nitrates or acetates. The amount of these precursor materials used may be appropriately adjusted to satisfy the conditions of Formula 1 or 2 above.

본 발명의 실리케이트 형광체 제조시에 사용되는 규소 전구체 물질로는 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS)를 일부 또는 전체로 포함하는 화합물을 사용하며, 상기 TEOS는 산 용액에서 수화 반응을 일으켜 용해된 상태로 첨가되며, 상기 TEOS 화합물과 함께 나노미터 크기의 실리카 분말을 용액에 분산시킨 상태로 사용할 수도 있다. 이의 함량은 상기 화학식 1의 양론비보다 과량 첨가하며, 상기 양론비에 대하여 1.05 ∼ 1.50 배가 바람직하다. 상기 나노미터 크기의 실리카 분말은 크기가 특별히 제한되지는 않으나, 3 ㎚의 미세한 콜로이드부터 600 ㎚의 분말들이 다양하게 사용될 수 있으며, 기상법이나 액상법에 의해 제조된 것을 모두 사용할 수 있다. 즉, 상용품의 콜로이달 실리카나 에어로졸 방법에 의해 생산된 발연 실리카(fumed silica)를 모두 사용할 수 있다. As a silicon precursor material used in the preparation of the silicate phosphor of the present invention, a compound containing tetraethyl orthosilicate (TEOS) as part or all is used, and the TEOS is added in a dissolved state by causing a hydration reaction in an acid solution. , Together with the TEOS compound may be used in a state in which nanometer-sized silica powder is dispersed in a solution. Its content is added in excess of the stoichiometric ratio of the formula (1), preferably 1.05 to 1.50 times the stoichiometric ratio. The nanometer-sized silica powder is not particularly limited in size, but 3 nm fine colloids to 600 nm powders may be used in various ways, and any one produced by a gas phase method or a liquid phase method may be used. That is, both commercial colloidal silica or fumed silica produced by the aerosol method can be used.

본 발명에서 사용되는 유기 첨가물로는 카르복시기(-COOH)를 갖는 카르복실산, 예를 들면, 구연산, 사과산, 메소 주석산, 포도산 및 메콘산 중에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있으며, 이의 첨가량은 TEOS 중량을 기준으로 0 내지 100 중량%의 함량으로 첨가된다.As the organic additive used in the present invention, one or more selected from carboxylic acids having a carboxyl group (-COOH), for example, citric acid, malic acid, meso tartaric acid, grape acid, and meconic acid, may be used. It is added in an amount of 0 to 100% by weight based on the weight.

본 발명에 따른 실리케이트계 형광체 제조에 있어서, 구연산 등 상기 카르복실산을 사용하는 것이 매우 중요하며, 그 이유는 다음과 같다:In the preparation of silicate-based phosphors according to the invention, it is very important to use such carboxylic acids as citric acid, for the following reasons:

실험실 규모의 분무열분해 장치에서, TEOS는 균일한 조성의 전구체 분무 용액의 제조를 가능하게 할 뿐만 아니라, 액적이 고온의 반응기를 통과할 때 수화 및 축합의 졸-겔 반응을 통해 실리케이트 무기 고분자겔을 형성하고, 이러한 고점성의 무기 고분자겔이 액적의 내부를 채움으로써 전구체 석출에 의한 액적 표면에서의 쉘(shell)의 형성을 방지할 수 있고, 다른 성분의 석출속도를 조절함으로써 액적내에서의 석출을 유도하여, 내부가 충진된 완벽한 구형의 형상을 갖도록 하는 역할을 수행한다. In laboratory-scale spray pyrolysis equipment, TEOS not only enables the preparation of precursor spray solutions of uniform composition, but also allows the formation of silicate inorganic polymer gels through sol-gel reactions of hydration and condensation as the droplets pass through high temperature reactors. By forming the highly viscous inorganic polymer gel inside the droplets, it is possible to prevent the formation of shells on the surface of the droplets due to precursor precipitation, and to prevent precipitation in the droplets by controlling the deposition rate of other components. Inducing, it serves to have a perfect spherical shape filled inside.

그러나, 대량 생산을 위한 파일럿 스케일(pilot-scale)에서는, 반응기내에서의 짧은 체류시간으로 인해 졸-겔반응이 충분히 일어나지 않으므로 실리케이트 고분자 겔이 충분히 성장하지 않아 속이 빈 형태의 형광체가 생성되기 때문에 고온의 열처리 과정에서 구형의 형태가 일그러지는 문제점이 발생한다. 또한 열처리 없이 분무 건조 공정을 거쳐 얻어진 아연 실리케이트 입자의 경우, 반응기내에서 액적의 짧은 체류시간으로 인해 아연 성분과 실리콘 성분이 반응하여 형성하는 규산화 아연상을 제대로 형성하지 못하고, 비결정의 산화아연상과 산화규소상이 입자내에서 분리된 상태로 존재하기 쉽다. 이렇게 분리된 상을 가지는 입자는, 산화 아연상의 연성 특성으로 인해 결정성장 및 활성제의 활성화를 위한 고온 열처리 공정에서 구형의 형상을 유지하지 못하고 불규칙한 형상의 응집 특성을 나타낸다.However, in the pilot scale for mass production, since the sol-gel reaction does not occur sufficiently due to the short residence time in the reactor, the silicate polymer gel does not grow sufficiently, so that the hollow phosphor is produced. The problem that the shape of the sphere is distorted during the heat treatment process. In addition, in the case of zinc silicate particles obtained by spray drying without heat treatment, the zinc silicate phase formed by reacting the zinc component and the silicon component due to the short residence time of the droplets in the reactor does not form properly, and the amorphous zinc oxide phase The silicon peroxide phase is likely to exist in the separated state in the particles. The particles having the separated phase thus do not maintain the spherical shape in the high temperature heat treatment process for crystal growth and activation of the activator due to the ductile nature of the zinc oxide phase, and exhibit irregularly aggregated properties.

한편, 이트륨계 실리케이트 형광체의 경우, 전구체의 특성에 따라 형광체 입자의 발광 특성이 크게 영향을 받는데, 이는 이트륨 실리케이트의 결정상과 관련된다. 규산화 이트륨 결정(Y2SiO5)은 X1상과 X2상으로 구성된다. TEOS를 규소 전구체로 사용하는 통상의 분무열분해 공정에서는 규소 성분의 상분리 성질로 인해, 뛰어난 발광 특성을 가지는 X2상을 얻기 위해서는 고온 및 장시간의 열처리 공정이 요구되는 문제점이 있다.On the other hand, in the case of the yttrium-based silicate phosphor, the luminescence properties of the phosphor particles are greatly affected by the properties of the precursor, which is related to the crystal phase of yttrium silicate. Yttrium silicate crystal (Y 2 SiO 5 ) is composed of an X1 phase and an X2 phase. In the conventional spray pyrolysis process using TEOS as a silicon precursor, due to the phase separation property of the silicon component, there is a problem that a high temperature and a long heat treatment process are required to obtain an X 2 phase having excellent luminescence properties.

본 발명에서 사용되는 카르복실산, 구체적으로 구연산, 사과산, 메소 주석산, 포도산, 메콘산 등은 분무 액적내에서 수화된 TEOS와 에스테르화 반응을 통해 형성되는 고분자 겔의 성장을 촉진시키는 고분자 겔 형성 촉진제로서의 역할뿐만 아니라, 구연산 등에 존재하는 카르복실기는 다른 금속성분과 결합하여 금속염을 형성하므로, 이러한 금속염이 실리케이트 고분자 사슬에 연결됨으로써, 다른 금속성분, 특히 모체인 아연 또는 이트륨과 실리케이트와의 상분리를 방지하여, 상분리에 의한 응집성 입자의 형성을 제어하는 역할을 한다. 또한, 구연산 등 카르복실산을 첨가함으로써 구성 성분을 균일하게 혼합할 수 있어, 낮은 열처리 온도에서도 원하는 조성의 높은 결정성을 가지는 형광체 입자를 형성할 수 있다.Carboxylic acids, in particular citric acid, malic acid, meso tartaric acid, grape acid, meconic acid, etc. used in the present invention is a polymer gel formation to promote the growth of the polymer gel formed through esterification reaction with hydrated TEOS in the spray droplets In addition to acting as an accelerator, the carboxyl groups present in citric acid and the like bind to other metal components to form metal salts, and thus the metal salts are linked to the silicate polymer chains, thereby preventing phase separation between other metal components, particularly the parent zinc or yttrium and silicates. Thereby controlling the formation of coherent particles by phase separation. In addition, by adding carboxylic acid such as citric acid, the constituent components can be mixed uniformly, and even at low heat treatment temperature, phosphor particles having high crystallinity having a desired composition can be formed.

그러나, 과도한 구연산(그외 사과산, 메소 주석산, 포도산 및 메콘산)의 첨가는 입자내에서 미반응 탄소 성분의 함량을 증가시키고, 이러한 미반응 탄소 성분이 형광체 입자의 결정 성장 및 활성제의 활성화를 위한 열처리 공정에서 이산화탄소 등의 기체로 방출됨에 따라 입자 내부에 존재하던 과도한 탄소성분이 제거되며 불규칙한 다공성 입자를 형성시킨다. 또한 입자 내부에 존재하는 과도한 탄소 성분은 모체 및 활성제를 이루는 구성 성분들의 접촉을 막음으로써 입자의 결정 성장을 저해하기도 한다. However, excessive addition of citric acid (other malic acid, meso tartaric acid, grape acid, and meconic acid) increases the content of unreacted carbon components in the particles, which are used for crystal growth of phosphor particles and activation of active agents. As the carbon dioxide or the like is released in the heat treatment process, excessive carbon components present in the particles are removed and irregular porous particles are formed. In addition, excessive carbon components present inside the particles may inhibit crystal growth of the particles by preventing contact between the constituents of the parent and the active agent.

본 발명에 따른 실리케이트 형광체의 제조에 있어서, 카르복실산, 즉 구연산, 사과산, 메소 주석산, 포도산 또는 메콘산의 함량을 조절함으로써, 수득되는 형광체 입자의 형상, 응집정도, 결정상, 결정성 및 발광특성을 최적화할 수 있다.In the preparation of the silicate phosphor according to the present invention, by controlling the content of carboxylic acid, ie citric acid, malic acid, meso tartaric acid, grape acid or meconic acid, the shape, degree of aggregation, crystal phase, crystallinity and luminescence of the phosphor particles obtained You can optimize the characteristics.

하나의 구체예로서, 아연 실리케이트계 형광체 제조시 형광체 모체로서의 아연 화합물과 규소 화합물; 활성제로서 망간 화합물; 및 부활제로서 Ba, Gd, Mg 및 Al 중에서 선택된 1종 이상의 금속 화합물과 임의의 리튬 화합물을 포함하는, 아연 실리케이트계 전구체 용액의 총 농도는 0.02 내지 4.0M의 범위가 바람직하며, 이 농도에 따라 형광체 입자의 크기가 결정된다. 상기 농도가 0.02M 미만인 경우에는 수득되는 형광체 분말의 양이 적고, 4.0M 보다 높은 경우에는 용액의 점도가 높아져 분무하기가 어렵다. In one embodiment, a zinc compound and a silicon compound as a phosphor matrix in the production of zinc silicate-based phosphors; Manganese compounds as active agents; And a total concentration of the zinc silicate-based precursor solution comprising at least one metal compound selected from Ba, Gd, Mg, and Al as an activator and an optional lithium compound, preferably in the range of 0.02 to 4.0 M, depending on the concentration. The size of the phosphor particles is determined. When the concentration is less than 0.02M, the amount of phosphor powder obtained is small, and when the concentration is higher than 4.0M, the viscosity of the solution becomes high and it is difficult to spray.

다른 구체예로서, 이트륨 실리케이트계 형광체 제조시 형광체 모체로서의 이트륨 화합물과 규소 화합물; 활성제로서 유로피움, 테르븀 및/또는 세륨 화합물; 및 첨가제로서 구연산 (그외 사과산, 메소 주석산, 포도산 및 메콘산등)을 포함하는 상기 전구체 용액의 총 농도는 0.02 내지 4.0M의 범위가 바람직하며, 이 농도에 따라 형광체 입자의 크기가 결정된다. 또한, 상기 활성제의 종류에 따라 형광체의 발광 색이 달라지며, 즉, 활성제로서 유로피움(Eu)이 사용되는 경우에는 적색 발광을, 테르븀(Tb)이 사용되는 경우에는 녹색 발광을, 그리고 세륨(Ce)이 사용되는 경우에는 청색 발광을 할 수 있다.As another embodiment, the yttrium compound and the silicon compound as a phosphor matrix in the production of yttrium silicate-based phosphor; Europium, terbium and / or cerium compounds as active agents; And the total concentration of the precursor solution including citric acid (other malic acid, meso tartaric acid, grape acid, meconic acid, etc.) as an additive is preferably in the range of 0.02 to 4.0 M, and the size of the phosphor particles is determined according to this concentration. In addition, the emission color of the phosphor varies according to the type of the active agent, that is, red light emission when the europium (Eu) is used as the active agent, green light emission when the terbium (Tb) is used, and cerium ( When Ce) is used, blue light can be emitted.

도 1은 분무열분해 공정 장치의 모식도이다. 상기 분무열분해 공정 장치는 초음파 액적 발생기(1), 발생된 액적을 건조 및 열분해시키기 위한 관형 반응기(2), 형성된 형광체 입자를 회수하기 위한 필터(3) 등으로 구성된다. 초음파 액적 발생기(1)에서 생성되는 수 마이크론 크기의 액적들은 운반기체에 의해 상기 반응기(2) 내부로 운반되고, 여기에서 건조 및 열분해 과정을 거쳐 구형의 전구체 분말이 수득된다.1 is a schematic view of a spray pyrolysis process apparatus. The spray pyrolysis processing apparatus includes an ultrasonic droplet generator 1, a tubular reactor 2 for drying and pyrolyzing the generated droplets, a filter 3 for recovering formed phosphor particles, and the like. Droplets of several micron size produced in the ultrasonic droplet generator 1 are conveyed into the reactor 2 by a carrier gas, where spherical precursor powder is obtained by drying and pyrolysis.

<액적의 분무><Spray of droplets>

상기에서 수득된 전구체 용액은 분무장치를 이용하여 액적으로 분무되며, 상기 액적의 직경은 0.1∼100 ㎛ 범위를 가지는 것이 바람직하다. 액적의 직경이 0.1㎛ 미만인 경우에는 생성되는 형광체 입자의 크기가 너무 작고, 100㎛ 보다 큰 경우에는 형광체 입자의 크기가 너무 크다. The precursor solution obtained above is sprayed onto the droplets using a spray apparatus, and the diameter of the droplets preferably ranges from 0.1 to 100 µm. If the diameter of the droplet is less than 0.1 mu m, the size of the resulting phosphor particles is too small, and if larger than 100 mu m, the size of the phosphor particles is too large.

상기 분무장치로는 초음파 분무장치, 공기노즐 분무장치, 초음파노즐 분무장치, 필터 팽창 액적 발생장치(filter expansion aerosol generator, FEAG), 정전 분무장치 등이 사용될 수 있다. 상기 초음파 분무장치와 FEAG는 고농도에서 서브(sub) 마이크론 크기의 미세한 형광체 분말의 제조가 가능하고, 공기노즐과 초음파노즐은 마이크론에서 서브마이크론 크기의 입자들을 대량으로 생산할 수 있다. 상기 초음파 분무장치를 사용하는 경우에 있어서는 과량의 액적을 발생시키기 위해 초음파 진동자가 6개 이상 연결된 산업용 초음파 분무기를 사용할 수 있으며, 이에 따라 진동자의 개수를 수백개 이상으로 증가시킴으로써 발생되는 액적의 양을 용이하게 증가시키므로 상업적 대량 생산이 가능하다.The spray apparatus may be an ultrasonic spray apparatus, an air nozzle spray apparatus, an ultrasonic nozzle spray apparatus, a filter expansion aerosol generator (FEAG), an electrostatic spray apparatus, or the like. The ultrasonic nebulizer and the FEAG can produce fine phosphor powder having a sub-micron size at a high concentration, and the air nozzle and the ultrasonic nozzle can produce a large amount of submicron-sized particles at the micron. In the case of using the ultrasonic nebulizer, an industrial ultrasonic nebulizer, in which six or more ultrasonic vibrators are connected, may be used to generate an excessive amount of liquid droplets, thereby increasing the amount of droplets generated by increasing the number of vibrators to hundreds or more. Easily increased, commercial mass production is possible.

<구형 형광체 분말의 생성><Generation of Spherical Phosphor Powder>

상기 액적 발생장치로부터 생성된 미세 액적은 고온의 관형 반응기에서 형광체 입자의 전구 물질로 전환된다. 이때, 반응 전기로의 온도는 전구체 물질들을 건조시킬 수 있는 범위인 200 내지 1500℃가 바람직하다. 또한, 열원으로서, 상기 고온의 관형 반응기 외에 고온을 유지할 수 있고 그 비용이 저렴한 화염이나 플라즈마 반응기도 사용될 수 있다. Fine droplets generated from the droplet generator are converted into precursors of phosphor particles in a hot tubular reactor. At this time, the temperature of the reaction furnace is preferably 200 to 1500 ℃ range that can dry the precursor materials. In addition, as a heat source, a flame or plasma reactor capable of maintaining a high temperature in addition to the high temperature tubular reactor and having a low cost may also be used.

이렇게 건조 열처리된 형광체 입자는 충분한 결정 성장 및 구형의 형상을 유지할 수 있도록 2차 열처리될 수 있으며, 이러한 후처리 공정으로는 직접 산화 열처리 공정, 또는 우선 산화분위기에서 열처리된 후 환원분위기에서 재열처리되는 산화/환원 복합공정이 있다. 직접 산화 열처리 공정은 1000 내지 1500℃에서 1 내지 10시간 동안 공기중에서 수행되는 것이 바람직하며, 이때, 출발 전구체 물질의 종류에 따라 생성되는 형광체의 특성이 좌우된다. 산화/환원 복합공정은 1000 내지 1500℃에서 1 내지 10시간 동안 공기중에서 수행된 후에, 700 내지 1200℃에서 2 ∼ 10% 수소/질소 혼합가스를 이용하여 10분 내지 5시간 동안 환원처리 과정을 거치는 것이 바람직하나, 수소/질소 분위기하에서 1000 내지 1500℃에서 직접 열처리하는 것도 가능하다. 이때, 수소/질소 혼합가스의 유량은 열처리하는 형광체의 양에 따라서 조절될 수 있다. 본 발명의 실리케이트계 형광체 제조에 있어서는 산화/환원 열처리 공정이 더욱 바람직하다. The phosphor particles thus dried and heat-treated may be subjected to secondary heat treatment to maintain sufficient crystal growth and spherical shape. Such post-treatment may be a direct oxidation heat treatment process, or first heat treatment in an oxidizing atmosphere and then reheat treatment in a reducing atmosphere. There is an oxidation / reduction complex process. The direct oxidation heat treatment process is preferably performed in the air at 1000 to 1500 ° C. for 1 to 10 hours, in which the characteristics of the resulting phosphor depend on the type of starting precursor material. The oxidation / reduction complex process is performed in air at 1000 to 1500 ° C. for 1 to 10 hours, and then undergoes a reduction process for 10 minutes to 5 hours using 2 to 10% hydrogen / nitrogen mixed gas at 700 to 1200 ° C. It is preferable, but it is also possible to heat-treat directly at 1000-1500 degreeC under hydrogen / nitrogen atmosphere. At this time, the flow rate of the hydrogen / nitrogen mixed gas may be adjusted according to the amount of the phosphor to be heat-treated. In the production of the silicate-based phosphor of the present invention, an oxidation / reduction heat treatment step is more preferable.

본 발명의 방법에 따라, 모체로서 아연 화합물 및 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS) 또는 TEOS와 나노 실리카 분말로 구성된 규소 화합물; 활성제로서의 망간 화합물; 부활제로서의 금속(바륨, 가돌리늄, 마그네슘 및 알루미늄) 화합물과 첨가제인 구연산 (그외 사과산, 메소 주석산, 포도산 및 메콘산)을 포함하는 전구체 용액을 분무 액적 장치를 이용하여 액적으로 발생시킨 후 건조 열처리되어 제조된 본 발명의 Zn2-xSi1-y-zO4:Mnx,Dy,Liz 녹색 형광체는, 고온의 열처리 공정에서도 안정하여 응집이 없는 구형의 형상을 유지할 수 있고, 진공자외선 및 자외선 영역하에서 우수한 발광 휘도를 나타냄에 따라 고휘도의 형광체를 요구하는 플라즈마 디스플레이 및 전계방출 디스플레이의 고발광 녹색 형광체로서 적용될 수 있다.According to the method of the present invention, a parent compound, a zinc compound and tetraethyl orthosilicate (TEOS) or a silicon compound composed of TEOS and nano silica powder; Manganese compounds as active agents; A precursor solution containing a metal (barium, gadolinium, magnesium, and aluminum) compound as an activator and citric acid (other malic acid, meso tartaric acid, grape acid, and meconic acid) as additives was generated as a droplet using a spray droplet apparatus, followed by dry heat treatment. The Zn 2-x Si 1-yz O 4 : Mn x , D y , Li z green phosphor of the present invention is stable even in a high temperature heat treatment process and can maintain a spherical shape without aggregation. It can be applied as a high luminescence green phosphor of plasma displays and field emission displays requiring high luminescence phosphors by exhibiting excellent luminescence brightness in the ultraviolet region.

또한 본 발명의 방법에 따라, 모체로서 이트륨 화합물 및 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS) 또는 TEOS와 나노실리카 분말로 구성된 규소 화합물; 활성제로서의 유로피움, 테르븀 또는 세륨 화합물과 첨가제인 구연산(그외 사과산, 메소 주석산, 포도산 및 메콘산)을 포함하는 전구체 용액을 분무 액적 장치를 이용하여 액적으로 발생시킨 후 건조 열처리되어 제조된 본 발명의 Y2-xSiO5:Mx 형광체는 고온의 열처리 공정에서도 안정하여 응집이 없는 구형의 형상을 유지할 수 있고, 자외선 영역하에서 우수한 발광 휘도를 나타냄에 따라 고휘도의 형광체를 요구하는 전계방출 디스플레이의 고발광 형광체로서 적용될 수 있다.Also according to the method of the present invention, a yttrium compound and tetraethyl orthosilicate (TEOS) or a silicon compound composed of TEOS and nanosilica powder as a parent; The present invention is prepared by generating a precursor solution containing europium, terbium or cerium compounds as an active agent and citric acid (other malic acid, meso tartaric acid, grape acid, and meconic acid) as droplets using a spray droplet apparatus, followed by dry heat treatment. Y 2-x SiO 5 : M x phosphors are stable even in high temperature heat treatment process and can maintain spherical shape without aggregation and exhibit excellent luminescence brightness in the ultraviolet region. It can be applied as a high light emitting phosphor.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시 예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. The invention can be better understood by the following examples, which are intended for the purpose of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.

실시예 1: Zn1.9Si1-yO4:Mn0.1 형광체의 제조Example 1: Preparation of Zn 1.9 Si 1-y O 4 : Mn 0.1 Phosphor

원료물질로서, 아연 질산염, 망간 초산염, 테트라에틸 오르토실리케이트 (TEOS) 및 구연산을 사용하여 용액의 총 농도가 2M이 되도록 분무용액을 제조하였으며, 이때 첨가되는 규산 및 망간의 농도는 양론비에 대하여 각각 1.17 몰 및 0.1 몰이고, 첨가제인 구연산의 함량은 TEOS 함량을 기준으로 10 내지 70 중량%의 함량으로 첨가하였다. 생성된 분무 용액을 초음파 분무장치에 넣고 5 마이크론 정도의 미세한 액적으로 발생시켰다. 발생된 액적들을 반응기 온도 800℃에서 건조 및 열분해시켜 미세한 분말로 변환시키고, 이렇게 수득된 형광체 입자를 공기 분위기하에서 1120℃에서 5시간 동안 열처리한 후, 5% 수소/질소 혼합가스를 이용하여 775℃에서 1시간 동안 환원처리하여 결정화시킴에 따라, 표제 화합물을 수득하였다. 구연산의 첨가량이 TEOS 함량의 33%일 때의 Zn1.9SiO4:Mn0.1 형광체 입자의 전자현미경 사진을 도 2에 도시하였다.As a raw material, a spray solution was prepared using zinc nitrate, manganese acetate, tetraethyl orthosilicate (TEOS) and citric acid so that the total concentration of the solution was 2M. 1.17 mol and 0.1 mol, and the content of citric acid as an additive was added in the amount of 10 to 70% by weight based on the TEOS content. The resulting spray solution was placed in an ultrasonic nebulizer and generated as fine droplets on the order of 5 microns. The generated droplets were dried and pyrolyzed at a reactor temperature of 800 ° C. to be converted into fine powders, and the phosphor particles thus obtained were heat-treated at 1120 ° C. for 5 hours under an air atmosphere, and then 775 ° C. using 5% hydrogen / nitrogen mixed gas. Crystallization was carried out by reduction for 1 hour at to give the title compound. An electron micrograph of Zn 1.9 SiO 4 : Mn 0.1 phosphor particles when the amount of citric acid added was 33% of the TEOS content is shown in FIG. 2.

실시예 2: Zn1.9-xSiO4:Mn0.1Mgz (0.0001≤z≤0.008) 형광체의 제조Example 2 Preparation of Zn 1.9-x SiO 4 : Mn 0.1 Mg z (0.0001 ≦ z ≦ 0.008) Phosphor

원료물질로서, 마그네슘 질산염을 더 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 마그네슘의 농도(z)를 0.0001 에서 0.008까지 변화시키면서 표제 화합물을 제조하였으며, 분무용액에 첨가하는 구연산의 함량을 TEOS 함량의 33%로 첨가하고, 상기 마그네슘의 농도(z)가 0.001인 경우, 즉 Zn1.9-0.001SiO4:Mn0.1,Mg0.001 형광체 입자의 전자현미경 사진을 도 3에 도시하였다.The title compound was prepared by changing the concentration of magnesium (z) from 0.0001 to 0.008 in the same manner as in Example 1, except that magnesium nitrate was further added as a starting material, and the content of citric acid added to the spray solution Is added at 33% of the TEOS content, and when the concentration (z) of the magnesium is 0.001, that is, electron micrographs of Zn 1.9-0.001 SiO 4 : Mn 0.1 , Mg 0.001 phosphor particles are shown in FIG. 3.

비교예 1: 구연산의 첨가 없이 Zn1.9SiO4:Mn0.1 형광체의 제조Comparative Example 1: Preparation of Zn 1.9 SiO 4 : Mn 0.1 Phosphor without Addition of Citric Acid

유기 첨가물인 구연산을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 표제 화합물을 제조하였으며, 이 입자의 전자현미경 사진을 도 4에 도시하였다.The title compound was prepared in the same manner as in Example 1, except that citric acid, an organic additive, was not added. An electron micrograph of this particle is shown in FIG. 4.

비교예 2: 과량의 구연산을 첨가한 Zn1.9SiO4:Mn0.1 형광체의 제조Comparative Example 2: Preparation of Zn 1.9 SiO 4 : Mn 0.1 Phosphor Added Excess Citric Acid

유기 첨가물인 구연산을 TEOS 함량의 100%의 함량으로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 표제 화합물을 제조하였으며, 이 입자의 전자현미경 사진을 도 5에 도시하였다.The title compound was prepared in the same manner as in Example 1, except that citric acid, an organic additive, was used as a content of 100% of the TEOS content, and an electron micrograph of the particle is shown in FIG. 5.

상기 도 2 내지 도 5로부터, 규소의 원료로서 TEOS를 사용하는 분무 열분해법에 있어, 구연산의 첨가는 액적내에서 고분자겔의 성장을 촉진하여 구성 성분의 염이 입자 전체적으로 석출되면서 형광체가 치밀한 형태를 가지게 되어 형광체 분말들이 내부가 충진된 형태를 가지며, 표면이 매끈한 형광체가 수득됨을 알 수 있다. 또한 금속-구연산염이 에스테르화 반응에 의해 수화된 규산 고분자와 결합함으로써 산화규소 성분과 산화아연 성분의 상분리를 억제함으로써, 고온의 열처리 과정을 거친 후에도 응집이 없는 완벽한 구형의 형상의 형광체가 수득됨을 확인할 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 부활제 성분(마그네슘)이 첨가된 경우(실시예 2)에는 구연산을 첨가하더라도 입자간 응집이 없는 구형의 형상을 유지하고 있다. 즉, 본 발명에 따라 실시예 1 및 2에서 제조된 형광체는 모두 속이 찬 구형을 유지하는 반면, 구연산을 전혀 첨가하지 않은 경우(비교예 1)에는 입자가 구형을 유지하지 못하고 일그러진 형태를 띄며, 구연산을 과량으로 첨가한 경우(비교예 2)에는 입자간 응집이 심함을 알 수 있다. 2 to 5, in the spray pyrolysis method using TEOS as a raw material of silicon, the addition of citric acid promotes the growth of the polymer gel in the droplets to form a compact form of the phosphor as the salt of the component precipitates as a whole. It can be seen that the phosphor powder has a form filled with the inside, and a phosphor having a smooth surface is obtained. In addition, the metal-citrate is combined with the silicate polymer hydrated by the esterification reaction to suppress the phase separation of the silicon oxide component and the zinc oxide component, thereby confirming that a perfect spherical phosphor without aggregation is obtained even after a high temperature heat treatment process. Can be. In addition, as shown in FIG. 3, when the activator component (magnesium) is added (Example 2), even when citric acid is added, the spherical shape without particle aggregation is maintained. That is, the phosphors prepared in Examples 1 and 2 according to the present invention both maintain a full spherical shape, whereas when no citric acid is added (Comparative Example 1), the particles do not maintain the spherical shape and have a distorted shape. In the case where citric acid is added in an excessive amount (Comparative Example 2), it can be seen that aggregation between particles is severe.

시험예 1: 발광 특성Test Example 1: Luminescent Properties

실시예 1-3 및 비교예 1-2에서 각각 제조된 형광 물질들을 이용하여, 파장이 147nm인 진공 자외선 영역하에서의 발광 스펙트럼을 도 6에 도시하였으며, 또한 실시예 1 및 2에서 제조된 형광 물질들의 발광 스펙트럼을 도 7에 도시하였다.Using the fluorescent materials prepared in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2, the emission spectrum under the vacuum ultraviolet region having a wavelength of 147 nm is shown in FIG. 6, and also the fluorescent materials prepared in Examples 1 and 2 were used. The emission spectrum is shown in FIG.

도 6에서, 적정량의 구연산을 첨가하여 제조된 형광체(실시예 1, 2 및 3)는 구연산을 첨가하지 않고 제조하거나(비교예 1) 구연산을 과도한 함량으로 첨가하여 제조된 것(비교예 2)에 비해 진공자외선 영역하에서 우수한 발광 특성을 나타낸다. 이는 적절한 함량의 구연산의 첨가하여 제조된 입자의 응집이 없는 완벽한 구형의 형상과, 높은 결정성, 불순물이 없는 순수한 결정상으로부터 기인된 것으로 여겨진다. In FIG. 6, phosphors prepared by adding an appropriate amount of citric acid (Examples 1, 2 and 3) were prepared without adding citric acid (Comparative Example 1) or prepared by adding citric acid in an excessive amount (Comparative Example 2). Compared with the above, it exhibits excellent light emission characteristics in the vacuum ultraviolet region. It is believed that this is due to the perfect spherical shape without aggregation of the particles produced by the addition of an appropriate amount of citric acid, and high crystallinity, pure crystalline phase free of impurities.

도 7에서, 부활제 성분으로 마그네슘이 도핑된 형광체(실시예 2)는 실시예 1의 부활제 성분이 도핑되지 않은 형광체 분말보다 진공자외선 영역하에서 우수한 발광 특성을 나타낸다. 이는 활성제로 사용된 망간과 상기 부활제 성분들과의 상호작용으로부터 기인된 것으로 여겨진다.In Fig. 7, the phosphor doped with magnesium as the activator component (Example 2) exhibits better luminescence properties under vacuum ultraviolet region than the phosphor powder not dope with the activator component of Example 1. This is believed to result from the interaction of manganese used as the activator with the activator components.

실시예 3: Y2-xSiO5:Cex (0.001≤x<0.5) 형광체의 제조Example 3 Preparation of Y 2-x SiO 5 : Ce x (0.001 ≦ x <0.5) Phosphor

원료물질로서, 모체를 구성하는 이트륨의 전구체 물질로서 이트륨 질산염을, 활성제인 세륨의 전구체 물질로서 세륨 질산염을, 규소의 원료로서 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS)를 사용하여 용액의 총 농도가 2M이 되도록 분무용액을 제조하였다. 이때 첨가되는 세륨의 농도(x)를 0.001에서 0.5의 범위로 변화시켰으며, 첨가제인 구연산의 함량은 상기 TEOS 함량을 기준으로 10 내지 150 중량%의 함량으로 변화시켰다. 생성 분무용액을 초음파 분무장치에 넣고 5 마이크론 정도의 미세한 액적으로 발생시킨 후, 발생된 액적들을 반응기 온도 900℃에서 건조 및 열분해시켜 미세한 분말로 변환시키고, 이렇게 수득된 형광체 입자를 공기 분위기하에서 1300℃에서 3시간 동안 열처리하여, 표제 화합물을 수득하였다. 구연산의 첨가량이 TEOS 함량의 75 중량% 일 때의 Y2-0.1SiO5:Ce0.1 형광체 입자의 전자현미경 사진을 도 8에 도시하였다.The total concentration of the solution was 2M by using yttrium nitrate as the precursor material of yttrium constituting the mother material, cerium nitrate as the precursor material of cerium as an activator, and tetraethyl orthosilicate (TEOS) as the raw material of silicon. A spray solution was prepared. In this case, the concentration (x) of cerium added was changed in the range of 0.001 to 0.5, and the content of citric acid as an additive was changed to 10 to 150% by weight based on the TEOS content. The resulting spray solution was placed in an ultrasonic nebulizer and generated as fine droplets of about 5 microns, and the resulting droplets were dried and pyrolyzed at a reactor temperature of 900 ° C. to be converted into fine powders, and the phosphor particles thus obtained were converted to 1300 ° C. in an air atmosphere. Heat treatment for 3 hours gave the title compound. An electron micrograph of Y 2-0.1 SiO 5 : Ce 0.1 phosphor particles when the amount of citric acid added was 75 wt% of the TEOS content is shown in FIG. 8.

비교예 3: 구연산의 첨가 없이 Y2-0.1SiO5:Ce0.1 형광체의 제조Comparative Example 3: Preparation of Y 2-0.1 SiO 5 : Ce 0.1 Phosphor without Addition of Citric Acid

유기 첨가물인 구연산을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법에 의해 표제 화합물을 제조하였으며, 수득된 형광체 입자의 전자현미경 사진을 도 9에 도시하였다.The title compound was prepared in the same manner as in Example 3, except that citric acid, an organic additive, was not added. An electron micrograph of the obtained phosphor particles is shown in FIG. 9.

도 8 및 도 9에서 보는 바와 같이, 적정 함량의 구연산을 첨가함에 따라 제조된 이트륨 실리케이트계 형광체는 비교적 순수한 Y2SiO5 결정을 가진다. 즉, 구연산을 첨가하지 않고 제조된 형광체(비교예 3)의 경우에는 1300℃에서 후열처리한 후에 X1상과 X2상의 혼상이 존재한 반면, 적절한 구연산을 첨가하여 제조된 형광체(실시예 3)는 순수한 X2상을 가짐을 알 수 있다. 이로부터, 구연산의 첨가가 구성 성분의 상분리를 억제하고 성분간의 혼합을 균일하게 함으로써 비교적 낮은 열처리 온도에서도 결정의 성장을 촉진시킬 수 있음을 예측할 수 있다. 또한, 적정한 함량의 구연산을 첨가하여 제조된 형광체(실시예 3)는 구연산을 첨가하지 않은 형광체(비교예 3) 분말보다 자외선 영역하에서 탁월하게 우수한 발광 특성을 나타낸다. 이는 적절한 함량의 구연산의 첨가함에 따라, 입자가 구형의 형상을 가지며 높은 결정성 및 불순물이 없는 순수한 결정상을 가질 수 있음을 알 수 있다.As shown in FIGS. 8 and 9, the yttrium silicate-based phosphor prepared by adding an appropriate amount of citric acid has relatively pure Y 2 SiO 5 crystals. That is, in the case of the phosphor prepared without the addition of citric acid (Comparative Example 3), the mixed phase of the X1 and X2 phases after the post-heat treatment at 1300 ℃, while the phosphor prepared by adding the appropriate citric acid (Example 3) It can be seen that it has a pure X2 phase. From this, it can be predicted that addition of citric acid can promote the growth of crystals even at relatively low heat treatment temperatures by suppressing phase separation of the constituent components and making the mixing between the components uniform. In addition, the phosphor prepared by adding an appropriate amount of citric acid (Example 3) exhibits excellent luminescent properties in the ultraviolet region than the phosphor (Comparative Example 3) powder without citric acid added. It can be seen that with the addition of an appropriate amount of citric acid, the particles may have a spherical shape and have a pure crystalline phase free of high crystallinity and impurities.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 구상의 아연 실리케이트계 형광체는 응집이 없고 내부가 충진된 형상을 유지하면서, 진공 자외선 및 자외선 영역하에서 발광특성이 우수하여 플라즈마 디스플레이 또는 발광 램프에 적용될 수 있으며, 또한 이트륨 실리케이트계 형광체는 내부가 충진된 구형의 형상을 유지하면서, 자외선 영역하에서의 탁월하게 개선된 발광특성으로 인하여 전계발광형 디스플레이 및 발광램프에 적용될 수 있다. As described above, the spherical zinc silicate-based phosphor according to the present invention can be applied to a plasma display or a light emitting lamp because the spherical zinc silicate-based phosphor is excellent in light emission characteristics under vacuum ultraviolet rays and ultraviolet rays, while maintaining a shape in which there is no aggregation and the inside is filled. Yttrium silicate-based phosphors can be applied to electroluminescent displays and light emitting lamps because of their excellently improved luminescent properties in the ultraviolet region, while maintaining the spherical shape of which they are filled.

도 1은 통상의 분무열분해 공정 장치의 모식도이고;1 is a schematic diagram of a conventional spray pyrolysis process apparatus;

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른, 적당한 함량의 구연산을 첨가하여 제조된 부활제가 도핑되지 않은 아연 실리케이트계 형광체(Zn2SiO4:Mn) 분말의 전자현미경 사진이고;FIG. 2 is an electron micrograph of an activator-doped zinc silicate-based phosphor (Zn 2 SiO 4 : Mn) powder prepared by adding an appropriate amount of citric acid according to Example 1 of the present invention; FIG.

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른, 적당한 함량의 구연산을 첨가하고 부활제 성분으로 마그네슘이 도핑된 아연 실리케이트계 형광체 분말의 전자현미경 사진이고;3 is an electron micrograph of a zinc silicate-based phosphor powder doped with magnesium as an activator component by adding citric acid in an appropriate amount according to Example 2 of the present invention;

도 4는 본 발명의 비교예 1에 따른, 구연산을 전혀 첨가하지 않고 제조된 아연 실리케이트계 형광체 분말의 전자현미경 사진이고;4 is an electron micrograph of a zinc silicate-based phosphor powder prepared without adding citric acid according to Comparative Example 1 of the present invention;

도 5는 본 발명의 비교예 2에 따른, 과도한 양(100%)의 구연산을 첨가하여 제조된 아연 실리케이트계 형광체 분말의 전자현미경 사진이고;5 is an electron micrograph of zinc silicate-based phosphor powder prepared by adding an excessive amount (100%) of citric acid according to Comparative Example 2 of the present invention;

도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 형광체 분말의 진공 자외선 하에서의 발광스펙트럼이고;6 is a light emission spectrum under vacuum ultraviolet rays of phosphor powders prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, respectively;

도 7은 본 발명의 실시예 1 및 2에서 각각 제조된 형광체 분말의 진공 자외선 하에서의 발광스펙트럼이고;7 is a light emission spectrum under vacuum ultraviolet rays of the phosphor powders prepared in Examples 1 and 2, respectively;

도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른, 적절한 함량의 구연산을 첨가하여 제조된 이트륨 실리케이트계(Y2SiO5:Ce) 형광체 분말의 전자현미경 사진이고;8 is an electron micrograph of a yttrium silicate-based (Y 2 SiO 5 : Ce) phosphor powder prepared by adding an appropriate amount of citric acid according to Example 3 of the present invention;

도 9는 본 발명의 비교예 3에 따른, 구연산을 전혀 첨가하지 않고 제조된 이트륨 실리케이트계 형광체 분말의 전자현미경 사진이다.9 is an electron micrograph of the yttrium silicate-based phosphor powder prepared without adding citric acid according to Comparative Example 3 of the present invention.

Claims (17)

하기 화학식 1a로 표시되는 구형의 녹색 발광 형광체:A spherical green light emitting phosphor represented by Formula 1a: ZnZn 2-x2-x SiSi 1-y1-y OO 44 :Mn: Mn xx ,Mg, Mg yy 상기 식에서,Where 0.001≤x<0.2 및 0≤y<0.008 이다.0.001 ≦ x <0.2 and 0 ≦ y <0.008. 아연(Zn) 화합물; 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS)를 일부 또는 전체로 포함하는 규소 화합물; 망간(Mn) 화합물; 바륨(Ba), 가돌리늄(Gd), 마그네슘(Mg) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 1종 이상의 금속 화합물; 금속 화합물이 가돌리늄 또는 알루미늄 화합물인 경우에는 리튬 화합물; 및 카르복실산을 용매에 용해시킨 후, 생성된 전구체 혼합 용액을 액적 발생 장치를 이용하여 미세 액적으로 분무하면서 반응기 온도 200 내지 1500℃에서 건조 및 열처리하여 형광체 분말을 합성하고, 합성된 형광체 분말을 1000 내지 1500℃에서 1 내지 10시간 동안 열처리하는 것을 포함하는, 하기 화학식 1의 아연 실리케이트계 형광체의 제조방법:Zinc (Zn) compounds; Silicon compounds comprising some or all of tetraethyl orthosilicate (TEOS); Manganese (Mn) compounds; At least one metal compound selected from barium (Ba), gadolinium (Gd), magnesium (Mg), and aluminum (Al); Lithium compound when the metal compound is gadolinium or an aluminum compound; And dissolving the carboxylic acid in a solvent, and then spraying the resulting precursor mixed solution into fine droplets using a droplet generating apparatus to dry and heat treatment at a reactor temperature of 200 to 1500 ° C. to synthesize phosphor powder, and synthesize the phosphor powder. Method for producing a zinc silicate-based phosphor of the general formula (1) comprising a heat treatment for 1 to 10 hours at 1000 to 1500 ℃: 화학식 1Formula 1 상기 식에서,Where D는 Ba, Mg, Gd 및 Al 중에서 선택된 1종 이상이며, 0.001≤x<0.2, 0≤y<0.008, 0≤z<0.008 이고, D가 Ba 또는 Mg인 경우에 z=0이다.D is one or more selected from Ba, Mg, Gd and Al, and 0.001 ≦ x <0.2, 0 ≦ y <0.008, 0 ≦ z <0.008, and z = 0 when D is Ba or Mg. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 아연 화합물, 규소 화합물, 망간 화합물, 또는 금속(D) 화합물이 그의 질산염, 초산염, 염화물, 산화물, 탄산염 또는 황화물 형태임을 특징으로 하는 방법.Wherein the zinc compound, silicon compound, manganese compound, or metal (D) compound is in the form of its nitrate, acetate, chloride, oxide, carbonate or sulfide. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 카르복실산이 구연산, 사과산, 메소 주석산, 포도산 및 메콘산 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.Wherein the carboxylic acid is selected from citric acid, malic acid, meso tartaric acid, vitric acid and meconic acid. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 전구체 혼합 용액의 총 농도가 0.02 내지 4M임을 특징으로 하는 방법.Characterized in that the total concentration of the precursor mixed solution is from 0.02 to 4M. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 미세 액적의 직경이 0.1 내지 100㎛임을 특징으로 하는 방법.The diameter of the fine droplets is characterized in that 0.1 to 100㎛. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 액적 발생 장치가 초음파, 공기노즐, 초음파노즐, 정전 분무장치 및 필터팽창 액적 발생 장치 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법. Wherein the droplet generating device is selected from ultrasonic waves, air nozzles, ultrasonic nozzles, electrostatic spraying devices, and filter expanding droplet generating devices. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 열처리 공정 이후에 700 내지1000℃에서 1 ∼ 10 % 수소/질소 혼합가스를 이용하여 환원 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.After the heat treatment process further comprising the step of reducing heat treatment using a 1 to 10% hydrogen / nitrogen mixed gas at 700 to 1000 ℃. 제1항의 아연 실리케이트계 형광체를 발광층에 포함하는, 플라즈마 디스플레이 또는 발광 램프. A plasma display or light emitting lamp comprising the zinc silicate-based phosphor of claim 1 in a light emitting layer. 하기 화학식 2로 표시되는 구형의 이트륨 실리케이트계 형광체:A spherical yttrium silicate-based phosphor represented by Formula 2 below: 화학식 2Formula 2 상기 식에서, Where M은 Tb, Ce 및 Eu 중에서 선택된 1종 이상이며, 0<x<0.8 이다.M is at least one selected from Tb, Ce, and Eu, and 0 <x <0.8. 이트륨 화합물; 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS)를 일부 또는 전체로 포함하는 규소 화합물; 유로피움(Eu), 테르븀(Tb) 및 세륨(Ce) 중에서 선택된 1종 이상의 금속 화합물; 및 카르복실산을 용매에 용해시킨 후, 생성된 전구체 혼합 용액을 액적 발생 장치를 이용하여 미세 액적으로 분무하면서 반응기 온도 200 내지 1500℃에서 건조 및 열처리하여 형광체 분말을 합성하고, 합성된 형광체 분말을 1000 내지 1500℃에서 1 내지 10시간 동안 열처리하는 것을 포함하는, 하기 화학식 2의 이트륨 실리케이트계 발광 형광체의 제조방법:Yttrium compounds; Silicon compounds comprising some or all of tetraethyl orthosilicate (TEOS); At least one metal compound selected from europium (Eu), terbium (Tb), and cerium (Ce); And dissolving the carboxylic acid in a solvent, and then spraying the resulting precursor mixed solution into fine droplets using a droplet generating apparatus to dry and heat treatment at a reactor temperature of 200 to 1500 ° C. to synthesize phosphor powder, and synthesize the phosphor powder. Method for producing a yttrium silicate-based light emitting phosphor of formula 2 comprising the heat treatment for 1 to 10 hours at 1000 to 1500 ℃: 화학식 2Formula 2 상기 식에서, Where M은 Tb, Ce 및 Eu 중에서 선택된 1종 이상이며, 0<x<0.8 이다.M is at least one selected from Tb, Ce, and Eu, and 0 <x <0.8. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 이트륨 화합물, 규소 화합물 또는 금속(D) 화합물이 그의 질산염, 초산염, 염화물, 산화물, 탄산염 또는 황화물 형태임을 특징으로 하는 방법.Wherein the yttrium compound, silicon compound or metal (D) compound is in the form of its nitrate, acetate, chloride, oxide, carbonate or sulfide. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 카르복실산이 구연산, 사과산, 메소 주석산, 포도산 및 메콘산 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.Wherein the carboxylic acid is selected from citric acid, malic acid, meso tartaric acid, vitric acid and meconic acid. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 전구체 혼합 용액의 총 농도가 0.02 내지 4M임을 특징으로 하는 방법.Characterized in that the total concentration of the precursor mixed solution is from 0.02 to 4M. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 미세 액적의 직경이 0.1 내지 100㎛임을 특징으로 하는 방법.The diameter of the fine droplets is characterized in that 0.1 to 100㎛. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 액적 발생 장치가 초음파, 공기노즐, 초음파노즐, 정전 분무장치 및 필터팽창 액적 발생 장치로 이루어진 군중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법. And wherein the droplet generating device is selected from the group consisting of an ultrasonic wave, an air nozzle, an ultrasonic nozzle, an electrostatic spraying device, and a filter expanding droplet generating device. 제10항의 이트륨 실리케이트계 형광체를 발광층에 포함하는, 전계발광 디스플레이 또는 발광 램프. An electroluminescent display or light emitting lamp comprising the yttrium silicate-based phosphor of claim 10 in a light emitting layer.
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