KR100667923B1 - 저전압용 녹색 형광체의 제조 방법 - Google Patents

저전압용 녹색 형광체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

저전압용 녹색 형광체의 제조 방법에 관한 것으로서, 이 제조 방법은 ZnO, Ga2O3, Mn 화합물 및 BaHPO4, MgHPO4 및 CaHPO4로 이루어진 군에서 선택되는 융제를 혼합하고, 상기 혼합물을 1100 내지 1300℃에서 소성하는 공정을 포함한다.
상기한 방법으로 제조된 녹색 형광체는 휘도가 향상된 형광체이다.
저전압형광체,녹색형광체,BaHPO4, MgHPO4,CaHPO4,융제,징크갈레이트

Description

저전압용 녹색 형광체의 제조 방법{METHOD OF PREPARING LOW-VOLTAGE GREEN PHOSPHOR}
[발명이 속하는 기술 분야]
본 발명은 저전압용 녹색 형광체의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휘도가 우수한 저전압용 녹색 형광체를 제조할 수 있는 저전압용 녹색 형광체의 제조 방법에 관한 것이다.
[종래 기술]
주로 1kV 이하의 저전압 디스플레이에는 진공 형광 디스플레이(Vaccumm Fluoresent Display: VFD), 필드 에미션 디스플레이(Field Emission Display: FED) 등이 있다.
이러한 진공 형광 디스플레이 장치 및 필드 에미션 디스플레이 장치에 사용되는 녹색 형광체 중 한 예로 ZnO·Ga2O3 매트릭스로 이루어지고, 부활제로 Mn으로 구성된 징크 갈레이트 녹색 형광체가 있다.
상기 징크 갈레이트 녹색 형광체를 제조하기 위해서는 먼저, ZnO, Ga2O3, 부 활제로 Mn 화합물 및 융제(flux)인 Li3PO4를 혼합한다. 이어서, 이 혼합물을 대기 분위기 하에서 1200℃의 온도로 3시간 가량 1차 소성한다. 1차 소성시킨 매트릭스를 밀링, 바람직하게는 볼밀함으로써 덩어리진 매트릭스의 입자를 골고루 분산시킨다. 과다한 Li3PO4를 제거하기 위하여 분산시킨 매트릭스의 입자를 질산으로 세정한다. 세정된 매트릭스를 환원 분위기 하에서 1100℃에서 1 내지 3시간 동안 2차 소성한 다음, 소성된 매트릭스를 시브(sieve)를 사용하여 분급하여 저전압용 녹색 형광체를 제조한다.
그러나 상술한 방법으로 제조된 형광체는 휘도가 다소 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 휘도가 우수한 저전압용 녹색 형광체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 ZnO, Ga2O3, Mn 화합물 및 BaHPO4, MgHPO4 및 CaHPO4로 이루어진 군에서 선택되는 융제를 혼합하고; 상기 혼합물을 1100 내지 1300℃에서 소성하는 공정을 포함하는 저전압용 녹색 형광체의 제조 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 제조 방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 저전압용 형광체를 제조하기 위하여, 먼저 ZnO, Ga2O3, 부활제로 Mn 화합물 및 융제를 혼합한다. 상기 융제로는 BaHPO4, MgHPO4 또는 CaHPO4를 사용한다. 상기 Mn 화합물로는 MnSO4, Mn(NO3)2 또는 MnCl2를 사용할 수 있다.
이때, ZnO 및 Ga2O3는 동몰량으로 사용하는 것이 바람직하다. ZnO 및 Ga2O 3를 동몰량으로 사용하지 않으면, 제조된 형광체의 휘도가 바람직하지 않을 수 도 있다. 상기 Mn 화합물의 사용량은 ZnO 및 Ga2O3 전체 중량의 0.5 내지 1몰%로 사용할 수 있다. 본 발명에서 융제로 사용한 BaHPO4, MgHPO4 또는 CaHPO4의 사용량은 ZnO 및 Ga2O3 전체 중량의 0.5 내지 5 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 융제의 사용량이 5 중량%를 초과하는 경우에는 휘도가 저하되므로 바람직하지 않다. 융제(flux)란 형광체의 입경을 성장시키고, 입형을 조절하는 역할을 하는 것을 말한다.
이와 같은 비율로 혼합된 혼합물을 대기 분위기 하에서 1100 내지 1300℃의 온도로 소성한다. 이 소성 공정으로 ZnO·Ga2O3 매트릭스가 형성되며, 녹색 발광 영역을 갖는 Mn 이온(Mn2+)이 매트릭스 내로 도핑된다. 이때, 융제는 제거된다. 이 물질을 그대로 녹색 형광체로 사용할 수 도 있으나, 형광체의 물성을 더욱 향상시키기 위하여 다음 밀링 공정과 세정 공정을 더욱 실시하고, 소성 공정을 1회 더 실시할 수 도 있다.
제조된 매트릭스가 일부 덩어리져있을 수 있으므로 밀링(milling) 공정을 실 시하여 균일한 매트릭스를 제조할 수 있다. 밀링 공정은 볼밀(ball-mill)을 실시하는 것이 응집된 입자를 제거하고 분산성 및 입도 분포를 향상시킬 수 있어 바람직하다.
상기 소성 공정에서 융제가 모두 제거되어야 하나, 일부 융제가 남아있을 수 있다. 이러한 융제를 제거하기 위하여 산으로 밀링한 물질을 세정한다. 산으로는 일반적으로 융제를 제거하기 위해 사용되는 것은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 약 0.5N 농도의 질산 또는 약 1% 농도의 염산을 사용할 수 있다.
질산 또는 염산으로 세정한 물질을 H2 또는 N2 가스의 환원 분위기 하에서 800 내지 1100℃의 온도로 소성을 1회 더욱 실시한다. 이 소성 공정으로 인해 징크 갈레이트 형광체의 결정성이 증가되어 형광체의 발광 효율이 향상된다.
상기 2차 소성된 물질을 시브(sieve)를 사용하여 분급함으로써 저전압용 녹색 형광체를 제조한다.
본 발명에서와 같이 광학적 밴드폭(band gap)이 4.4eV인 ZnO·Ga2O3 형광체 제조시, 융제로 BaHPO4, MgHPO4 또는 CaHPO4를 사용하면 형광체의 결정성과 입형이 개선되어 휘도가 증가될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 대표적인 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
ZnO 1몰, Ga2O3 1몰, Mn 화합물로 MnSO4 0.6몰%, 융제로 CaHPO4를 혼합하였다. 이때 융제인 CaHPO4의 양은 ZnO와 Ga2O3 전체 중량의 2 중량%로 하였다. 이 혼합물을 대기 분위기 하에서 1200℃의 온도로 3시간동안 1차 소성하였다. 소성한 물질을 3시간 동안 볼밀을 실시한 후, 1% 농도의 염산으로 세정하였다. 산으로 세정한 물질을 1000℃에서 2시간 동안 2차 소성하였다. 소성된 물질을 분급하여 저전압용 녹색 형광체를 제조하였다.
(비교예 1)
ZnO 1몰, Ga2O3 1몰, 융제로서 Li3PO4을 혼합하였다. 이때 Li3PO4의 양은 ZnO와 Ga2O3 전체 몰의 30 중량%로 첨가하였다. 이 혼합물을 대기 분위기 하에서 1200℃의 온도로 3시간동안 1차 소성하였다. 소성한 물질을 3시간 동안 볼밀을 실시한 후, 0.5N의 질산으로 세정하였다. 세정된 물질을 환원 분위기 하에서 1100℃의 온도로 2시간 동안 2차 소성하였다. 소성된 물질을 분급하여 저전압용 녹색 형광체를 제조하였다.
(실시예 2)
융제의 사용량을 5 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(대조예 1)
융제의 사용량을 10 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동이 랗게 실시하였다.
(비교예 2-3)
융제의 사용량을 각각 5 및 10 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 1-2, 대조예 1 및 비교예 1-3의 방법으로 제조된 형광체의 휘도를 100V 구동 조건에서 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1에서 휘도값은 비교예 1의 형광체를 사용한 휘도를 100%로 환산하였을 때, 비교예 1의 형광체 휘도값에 대한 휘도를 %로 계산하여 나타낸 값이다.
융제 융제 사용량[중량%] 휘도[%]
실시예 1 CaHPO4 2 120
실시예 2 CaHPO4 5 115
대조예 1 CaHPO4 10 95
비교예 1 Li3PO4 30 100
비교예 2 Li3PO4 5 90
비교예 3 Li3PO4 10 90

상기 표 1 및 상술한 바와 같이, 비교예 1보다 융제를 더 적게 사용한 실시예 1의 형광체의 휘도가 비교예 1의 형광체 휘도보다 20% 증가되었으며, 실시예 2의 형광체도 비교예 1-3의 형광체에 비해 약 15 내지 25% 증가되었음을 알 수 있다. 아울러, 실시예와 동일한 융제인 CaHPO4를 과량(10 중량%) 사용한 대조예 1의 형광체의 경우에는 휘도가 저하되는 것으로 나타났으로, 융제인 인 화합물을 5 중량% 초과하는 양으로 사용하는 것은 바람직하지 않음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 형광체는 융제로 종래의 Li3PO4대신 BaHPO4, MgHPO4 또는 CaHPO4를 사용함으로써 휘도가 우수하여 발광 효율이 우수한 저전압 표시 장치를 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. ZnO, Ga2O3, Mn 화합물 및 BaHPO4, MgHPO4 및 CaHPO4로 이루어진 군에서 선택되는 융제를 혼합하고;
    상기 혼합물을 1100 내지 1300℃에서 소성하는
    공정을 포함하는 저전압용 녹색 형광체의 제조 방법으로서,
    상기 융제의 양은 ZnO와 Ga2O3 혼합 중량의 0.5 내지 5 중량%인 저전압용 녹색 형광체의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 Mn 화합물은 MnSO4, Mn(NO3)3 또는 MnCl2인 저전압용 녹색 형광체의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 Mn 화합물의 사용량은 ZnO 및 Ga2O3 전체 중량의 0.5 내지 1몰%인 저전압용 녹색 형광체의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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