KR100724308B1 - Preparation of long persistent blue emitting phosphor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고 휘도, 장 잔광을 갖는 칼슘 알루미늄산염 계 파랑색 축광재료의 합성에 관한 것이다. 유로퓸을 활성제로 하고 네오디뮴을 부 활성제로 하는 장 잔광 재료는 이미 알려져 있지만 축광의 특성상 형광과 달리 축광분말의 고 휘도와 장 잔광은 실용화에 지대한 영향을 미친다고 할 수 있다. 칼슘 알루미늄산염 계 축광분말의 파랑색 휘도는 활성제인 유로퓸 금속이온이 결정체 안에서 받는 결정 장과 대칭성에 영향을 받는다. 본 발명은 칼슘 알루미늄산염 계 파랑색 축광분말의 결정구조를 일부 불순물로 치환하여 변형해 줌으로써 활성제인 유로퓸의 에너지 전이확률을 높이고 그 결과로 고 휘도와 장 잔광을 갖는 분말을 합성하는 것이다. The present invention relates to the synthesis of calcium aluminate-based blue photoluminescent material having high brightness and long afterglow. Although long afterglow materials using europium as an activator and neodymium as an activator have been known, high luminance and long afterglow of photoluminescent powders have a great effect on practical use unlike fluorescence due to the characteristics of photoluminescence. The blue brightness of the calcium aluminate-based photoluminescent powder is affected by the crystal field and symmetry of the europium metal ion, which is an active agent, in the crystal. The present invention improves the energy transfer probability of europium, an activator, by replacing and modifying the crystal structure of calcium aluminate-based blue photoluminescent powder with some impurities, thereby synthesizing a powder having high luminance and long afterglow.

축광, 축광물질, 잔광시간, 칼슘 알루미늄산염, 파랑색 축광분말, 활성제, 부 활성제, 에너지 전이, 전이확률 Photoluminescent, photoluminescent material, afterglow time, calcium aluminate, blue photoluminescent powder, active agent, active agent, energy transfer, transition probability

Description

파랑색 장 잔광의 축광 재료 제조방법 {Preparation of long persistent blue emitting phosphor}Manufacturing method of photoluminescent material of blue long afterglow {Preparation of long persistent blue emitting phosphor}

도 1은 Eu 함량에 따른 CaAl2O4:Eu,Nd의 축광 Decay curve를 나타낸 그림이고, 1 is a diagram showing the photoluminescent Decay curve of CaAl 2 O 4 : Eu, Nd according to the Eu content,

도 2는 SiO2 함량에 따른 CaAl2O4:Eu,Nd의 축광 Decay curve를 나타낸 그림이고, 2 is a diagram showing the photoluminescent Decay curve of CaAl 2 O 4 : Eu, Nd according to the SiO 2 content,

도 3은 알칼리토금속이온의 함량에 따른 CaAl2O4:Eu,Nd의 축광 Decay curve를 나타낸 그림이고, 3 is a diagram showing the photoluminescent Decay curve of CaAl 2 O 4 : Eu, Nd according to the content of alkaline earth metal ions,

도 4는 Sr 이온의 함량에 따른 CaAl2O4:Eu,Nd의 축광 Decay curve를 나타낸 그림이고, 4 is a view showing a photoluminescent Decay curve of CaAl 2 O 4 : Eu, Nd according to the content of Sr ions,

도 5는 알칼리금속이온의 함량에 따른 CaAl2O4:Eu,Nd의 축광 Decay curve를 나타낸 그림이고, 5 is a diagram showing the photoluminescent Decay curve of CaAl 2 O 4 : Eu, Nd according to the content of alkali metal ions,

도 6은 Li 이온의 함량에 따른 CaAl2O4:Eu,Nd의 축광 Decay curve를 나타낸 그림이고, 6 is a diagram showing the photoluminescent Decay curve of CaAl 2 O 4 : Eu, Nd according to the content of Li ions,

도 7은 CaAl2O4:Eu,Nd 축광재료의 Emission spectrum를 나타낸 그림이다.7 is a diagram showing the emission spectrum of CaAl 2 O 4 : Eu, Nd photoluminescent material.

본 발명은 축광재료의 제조에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유로퓸과 네오디뮴으로 물들인 칼슘 알루미늄산염 축광재료를 미량의 불순물로 치환함으로써 결정격자를 약간 수정하여 축광기능을 개선 시키는 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to the manufacture of a photoluminescent material, and more particularly, to a method of improving the photoluminescence function by slightly modifying the crystal lattice by substituting a trace amount of calcium aluminate photoluminescent material dyed with europium and neodymium.

1990년대 중반 희토류원소를 들뜨게 하는 스트론튬 알루미늄산염이라는 재료가 합성되었고 이는 축광세기와 잔광시간이 기존의 인광재료보다 10배 이상 개선된 획기적 발명으로서 실용화에 대한 연구가 활발히 진행되기 시작하였다.(T. Matsuzawa, Y. Aoki, N. Takeuchi, and Y. Murayama, J. Electrochem. Soc., vol. 143, No. 8, 2670, 1996. Nemoto & Co., Ltd., European Patent, Phosphorescent Phosphor, 0622440B1, 1996) 그 동안의 연구는 주로 활성제와 부 활성제에 대한 연구에 관한 것이었다. In the mid-1990s, a material called strontium aluminate, which excites rare earth elements, was synthesized, and the research on the practical use was actively undertaken as a groundbreaking invention in which the phosphorescence intensity and the afterglow time were improved by 10 times or more than the existing phosphorescent materials. Matsuzawa, Y. Aoki, N. Takeuchi, and Y. Murayama, J. Electrochem.Soc., Vol. 143, No. 8, 2670, 1996.Nemoto & Co., Ltd., European Patent, Phosphorescent Phosphor, 0622440B1, 1996) In the past, research has mainly focused on active agents and active agents.

본 발명은 바탕질의 칼슘 이온보다 크거나 작은 알칼리금속, 알칼리토금속 양이온을 일부 칼슘 이온과 치환함으로써 칼슘 격자자리가 팽창 또는 수축하거나 전하 수의 차이로 빈 격자자리가 생성되어 활성제인 유로퓸 양이온의 중심대칭을 깨고 그 결과로 유로퓸 이온의 전자전이 확률을 높임으로써 밝기가 한층 강한 축광재료를 제조하는 것이다.According to the present invention, the calcium lattice is expanded or shrunk by replacing some of the alkali metal and alkaline earth cations with or less than the calcium ions in the matrix, and the empty lattice is created due to the difference in the number of charges. The result is an increase in the probability of electron transfer of europium ions, thereby producing a light-emitting material with a stronger brightness.

칼슘 알루미늄산염 바탕결정에서 활성제인 유로퓸 양이온의 이온 반지름은 칼슘 양이온의 반지름보다 약간 크며(Ca+2 114pm, Eu+2 131pm) 유로퓸은 칼슘과 거의 같은 대칭성을 가지고 있어 바탕결정 내 결정격자의 변형은 크지 않다(R. D. Shannon, Acta Crystallogr., 1976, A32, 751). 분광학적 이론에 의하면 유로퓸이온의 대칭성은 유로퓸(II) 이온의 전자에너지의 전이확률에 크게 영향을 미친다. 따라서 이 대칭성을 깨 줌으로써 활성제인 유로퓸의 축광세기를 증가시킬 수 있다. 유로퓸이온의 대칭성을 깨기 위하여 바탕결정이 수용할 수 있는 범위 안에서 칼슘 이온 반지름보다 월등히 크거나 작은 금속이온으로 일부 칼슘을 치환해 주거나 일부 알루미늄 이온 대신 실리콘 이온으로 치환하여 빈 결정격자 자리를 생성시키는 것이 본 발명의 주된 기술적 과제라고 할 수 있다. 칼슘과 치환하는 불순물 금속 이온으로 알칼리금속 이온, 알칼리토금속이온, 알루미늄과 치환하는 이온으로 실리콘 이온을 사용할 수 있다. The ion radius of the active europium cation in the calcium aluminate base crystal is slightly larger than the radius of the calcium cation (Ca +2 114pm, Eu +2 131pm) and the europium has almost the same symmetry as calcium. Not large (RD Shannon, Acta Crystallogr., 1976, A32, 751). According to spectroscopic theory, the symmetry of europium ions greatly affects the transfer probability of electron energy of europium (II) ions. Therefore, by breaking this symmetry, the photoluminescence intensity of the active agent europium can be increased. In order to break the symmetry of europium ions, it is necessary to replace some calcium with metal ions that are much larger or smaller than the radius of calcium ions within the range that the background crystal can accommodate, or to replace the silicon ions with silicon ions instead of some aluminum ions to create empty crystal lattice sites. It can be said to be the main technical subject of this invention. As an impurity metal ion to be substituted with calcium, an alkali metal ion, an alkaline earth metal ion, or a silicon ion can be used as an ion to be substituted with aluminum.

이상에서 말한 바와 같이 본 발명의 기술적 핵심은 축광재료 결정을 불순물로 치환함으로써 활성제인 유로퓸 이온이 바탕결정 안에서 갖는 분광학적 성질과 결정구조 변형을 고려한 칼슘 알루미늄산염 계 축광재료의 축광세기와 잔광시간을 극대화함으로써 보다 실용성이 높은 축광재료를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다. As mentioned above, the technical core of the present invention is to replace the photoluminescent material crystals with impurities to determine the photoluminescence intensity and afterglow time of the calcium aluminate-based photoluminescent material in consideration of spectroscopic properties and crystal structure modification of the europium ion as an activator in the background crystal. It is to provide a method of manufacturing a more practical photoluminescent material by maximizing.

본 발명에서 합성하려고 하는 축광재료의 화학식(formula)을 Ca1-a-b-c-dEuaNdbPcQdAleSifO4 와 같은 일반식으로 나타내기로 한다. 여기서 P, Q는 각각 알칼리금속이온, 알칼리토 금속이온을 나타내며 아래 첨자 a, b, c, d, e, f는 해당금속이온이 축광재료에서 치환되는 원자 수를 나타낸다. Formula of the photoluminescent material to be synthesized in the present invention will be represented by a general formula such as Ca 1-abcd Eu a Nd b P c Q d Al e Si f O 4 . Where P and Q represent alkali metal ions and alkaline earth metal ions, respectively, and the subscripts a, b, c, d, e and f represent the number of atoms in which the corresponding metal ions are substituted in the photoluminescent material.

바탕결정 합성에서 주원료인 CaCO3 와 Al2O3, Eu2O3, Nd2O3, SiO2는 고 순도 급(luminescent 급)을 사용하며 순도에 미치지 않으면 재정제하여 사용한다. 특히 Al2O3는 입자크기가 적은 것일수록 바람직하며 일반으로 1 μ이하의 미립자를 사용한다. Li, Na, K 등의 alkali 금속과 Mg, Sr, Ba 등의 알칼리토금속은 주로 탄산염을 원료로 취하며 사정에 따라서는 산화물을 취할 수도 있다. 융제로는 H3BO3 또는 B2O3를 사용한다. CaCO 3 , Al 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , and SiO 2, which are the main raw materials in the synthesis of base crystals, use high purity grade (luminescent grade). In particular, the smaller the particle size of Al 2 O 3 is preferable, and in general, fine particles of 1 μ or less are used. Alkali metals such as Li, Na, K, and alkaline earth metals such as Mg, Sr, and Ba mainly take carbonates as raw materials, and oxides may be used depending on circumstances. As the flux, H 3 BO 3 or B 2 O 3 is used.

융제 H3BO3 또는 B2O3는 합성 축광재료에 대하여 0.1-0.3 몰(mole)이 적합하다. The flux H 3 BO 3 or B 2 O 3 is suitably 0.1-0.3 mole relative to the synthetic photoluminescent material.

부 활성제 네오디뮴은 기존의 발명과 같이 활성제인 유로퓸과 원자 비가 b/a = 1에서 가장 좋은 축광을 보임을 발견하였으나 b/a=1을 유지하면서 유로퓸의 값을 변화시키면 유로퓸은 a = 0.004-0.008(0.002-0.004 몰)의 낮은 농도에서도 강한 축광을 나타냄을 발견하였다(도 1 참조). Neodymium as an active agent was found to exhibit the best photoluminescence at b / a = 1 as the active agent europium, as in the conventional invention, but when the value of europium was changed while maintaining b / a = 1, europium was a = 0.004-0.008 It was found to exhibit strong photoluminescence even at low concentrations (0.002-0.004 moles) (see FIG. 1).

일부 Al+3을 Si+4으로 치환할 경우 이온반경과 전하 수의 차이에 따른 두 가지 효과를 기대할 수 있다. 문헌에 의하면(R. D. Shannon, Acta Crystallogr., 1976, A32, 751) Al+3 와 Si+4의 이온반경은 4배위수 결정에서 53pm(1pm = 10-9m)와 40pm 인데 일부 Al+3의 결정격자를 Si+4 로 치환함에 따라 약간 결정격자의 크기감소와 Al+3에서 Si+4 로 전하의 증가에 따른 빈 결정격자 자리 생성으로 약간의 격자팽창을 가져온다. 이로 말미암은 유로퓸의 축광효율의 증가가 예상된다. SiO2의 함량(f) 증가는 0.001~0.03에서 축광효율의 증가를 나타내며 특히 0.01~0.02에서 최고의 축광효율을 나타낸다(도 2참조). When some Al +3 is replaced with Si +4 , two effects can be expected due to the difference in the ion radius and the number of charges. According to the literature (RD Shannon, Acta Crystallogr., 1976, A32, 751) the ionic radii of Al +3 and Si +4 are 53 pm (1 pm = 10-9 m) and 40 pm in the fourth coordination crystal, with some Al +3 crystals. Substitution of the lattice with Si +4 results in a slight lattice expansion due to a slight decrease in the size of the crystal lattice and the formation of empty crystal lattice sites with increasing charge from Al +3 to Si +4 . This is expected to increase the photoluminescence efficiency of europium. Increasing the content (f) of SiO 2 indicates an increase in the photoluminescent efficiency at 0.001 to 0.03, and in particular, the highest photoluminescent efficiency at 0.01 to 0.02 (see FIG. 2).

일부 Ca+2 을 알칼리토금속이온으로 치환할 경우 이온의 전하수 변화는 없으나 이온반경의 변화는 기대할 수 있다. Ca 이온의 이온반경은 6배위수 결정에서 114pm(1pm = 10-9m)이며 같은 족의 알칼리토금속이온의 반경은 Mg 86pm, Sr 132pm, Ba 149pm 이다. 따라서 일부 칼슘 이온을 알칼리토금속이온 Mg, Sr, Ba 등으로 치환하였을 때 결정 속에서 유로퓸 이온은 치환된 알칼리토금속이온반지름의 크기에 따라 수축 또는 팽창하게 되며 이에 따라 유로퓸 격자의 대칭성이 나빠지는데 그 결과로 도 3에 보인 바와 같이 Sr과 Ba 금속이온의 치환은 축광세기가 증가하나 Mg이온으로 치환된 경우는 증가가 가장 낮게 나타난다. 이는 칼슘 격자가 Mg이온으로 치환됨에 따라 격자변형이 크지 않음을 보여주며 이는 다시 전자전이 확률에 큰 변화를 주지 않음을 보여준다. Sr금속의 함량은 축광재료 1몰에 대하여 d = 0.005-0.02에서 축광세기가 증가하며 d > 0.03에서 축광세기는 감소한다(도 4 참조). When some Ca +2 is replaced with alkaline earth metal ions, there is no change in the number of charges, but a change in the radius of the ion can be expected. The ion radius of Ca ions is 114pm (1pm = 10-9m) in the 6th coordination crystal and the radius of alkaline earth metal ions of the same group is Mg 86pm, Sr 132pm, Ba 149pm. Therefore, when some calcium ions are substituted with alkaline earth metal ions Mg, Sr, Ba, etc., the europium ions in the crystal shrink or expand according to the size of the substituted alkaline earth metal ion radius, resulting in poor symmetry of the europium lattice. As shown in FIG. 3, the substitution of Sr and Ba metal ions increases the photoluminescence intensity but the lowest increase occurs when Mg ions are substituted. This shows that the lattice strain is not large as the calcium lattice is replaced with Mg ions, which in turn does not change the electron transfer probability. The content of Sr metal is increased at d = 0.005-0.02 with respect to 1 mol of photoluminescent material, and decreased at d> 0.03 (see FIG. 4).

일부 Ca+2 를 알칼리금속이온으로 치환할 경우 전하변화와 이온반경크기의 변화 등 두 가지 인자에 의한 축광효과가 기대된다. 전하 수 변화는 격자의 빈자리를 만드는 효과를 일으키며 이온반경의 변화는 격자의 수축 또는 팽창효과를 기대할 수 있다. 참고로 알칼리 금속이온의 반경은 Li 이 90pm, Na 가 116pm, K 는 152pm 이며 이들 알칼리 금속이온으로 치환된 축광재료의 축광세기는 도 5에 보인 바와 같이 이온반경이 Ca 금속이온의 반경보다 작은 Li 이온에서 가장 밝은 축광을 나타내며 Ca 금속이온의 반경보다 같거나 큰 Na, K 이온에서는 모두 낮은 축광을 보이고 있다. Li 이온의 경우 함량은 c = 0.002-0.04에서 비교적 높은 축광세기를 보이며 c값이 ~0.02에서 축광세기의 최대를 나타낸다(도 6참조). When some Ca +2 is substituted with alkali metal ions, photoluminescence effect is expected due to two factors such as change of charge and change of ion radius size. The change of the charge number causes the lattice vacancies, and the change in the ion radius can be expected to cause the lattice contraction or expansion. For reference, the radius of alkali metal ions is Li at 90pm, Na at 116pm, and K at 152pm. The photoluminescent intensity of the photoluminescent material substituted with these alkali metal ions is smaller than that of Ca metal ions as shown in FIG. It shows the brightest photoluminescence in ions and shows lower photoluminescence in both Na and K ions. In the case of Li ions, the content shows a relatively high photoluminescent intensity at c = 0.002-0.04, and the c value represents a maximum of photoluminescent intensity at ~ 0.02 (see FIG. 6).

축광재료의 합성반응은 반응원료를 잘 혼합하여 반응용기인 큰 도가니에 넣는다. 환원제로 활성탄을 넣은 작은 도가니를 큰 원료 도가니에 넣은 다음 도가니 뚜껑을 덮고 전기로에서 1300℃까지 고온으로 가열한다. ~1300 ℃에서 3 ~ 5시간 계속 가열하여 반응을 완결시킨다. 환원제로 환원기체를 사용할 경우 3%H2-N2 혼합기체를 반응시간 동안 흘려주면서 반응을 진행시킬 수도 있다. Synthesis reaction of photoluminescent material is well mixed with reaction materials and placed in a large crucible which is a reaction vessel. A small crucible with activated carbon as a reducing agent is placed in a large raw crucible and then covered with a crucible lid and heated to a high temperature of 1300 ° C. in an electric furnace. Continue heating at ˜1300 ° C. for 3-5 hours to complete the reaction. In the case of using a reducing gas as a reducing agent, the reaction may be performed while flowing a 3% H 2 -N 2 mixed gas during the reaction time.

이하, 본 발명을 하기 실시 예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시 예로만 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited only to the following examples.

실시 예 1 Example 1

반응원료 CaCO3, Eu2O3, Nd2O3, Al2O3, SiO2, H3BO3 를 화학저울을 사용하여 표 1과 같이 각각 정확히 무게를 잰 다음 마노 모올타르에 넣어 잘 섞는다. Weigh the reactants CaCO 3 , Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 , and H 3 BO 3 using chemical scales exactly as shown in Table 1, and mix them in agate mortar. .

Figure 112005016826215-pat00001
Figure 112005016826215-pat00001

잘 섞인 반응물은 도가니에 넣고 약간 다진다. 별도의 작은 도가니에 1-2g의 활성탄분말을 넣은 다음 이를 큰 도가니의 반응원료 위에 약간 다져 넣고 큰 도가니 뚜껑을 닫는다. 큰 도가니는 전기로에서 1300℃까지 가열하고 1300 ℃에서 3시간 계속하여 가열 반응시킨다. 반응이 끝난 도가니는 실온까지 식힌 다음 꺼내고 반응생성물을 분쇄하여 축광분말을 얻는다. 표 1에 보인 원료의 조성은 Nd/Eu 의 원자 비를 1로 고정하고 Eu2O3 함량에 따른 반응물의 원료조성을 나타내었다. 4개의 조성물을 반응시켜 얻은 축광시료에 대하여 시간에 따른 축광변화를 측정하고 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 Eu2O3 가 축광재료 1 mole에 대하여 Eu2O3 0.003mole에서 최고 축광세기를 갖고 0.003mole 이상에서는 농도 소광현상이 나타난다. Mix well the reactants in the crucible and chop slightly. Put 1-2g of activated carbon powder in a separate small crucible and chop it slightly over the reaction material of the large crucible and close the lid of the large crucible. The large crucible is heated to 1300 ° C. in an electric furnace and continued to react at 1300 ° C. for 3 hours. After the reaction, the crucible is cooled to room temperature, taken out, and the reaction product is pulverized to obtain a photoluminescent powder. The composition of the raw materials shown in Table 1 shows the raw material composition of the reactants according to the Eu 2 O 3 content by fixing the atomic ratio of Nd / Eu to 1. The photoluminescence change with time was measured for the photoluminescent sample obtained by reacting four compositions, and the results are shown in FIG. 1. As shown in FIG. 1, Eu 2 O 3 has the highest photoluminescent intensity at 0.003 mole of Eu 2 O 3 with respect to 1 mole of photoluminescent material, and concentration quenching phenomenon occurs at 0.003 mole or more.

실시 예 2 Example 2

반응원료로 CaCO3, Eu2O3, Nd2O3, Al2O3, SiO2, H3BO3 를 표 2에 나타낸바와 같은 조성으로 섞어서 실시 예 1과 같은 방법으로 도가니에 넣고 활성탄을 추가한 다음 전기로에서 같은 조건에서 반응시킨다. CaCO 3 , Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 , H 3 BO 3 as a reaction raw material were mixed in the composition as shown in Table 2, and the activated carbon was added to the crucible in the same manner as in Example 1. Add and react under the same conditions in an electric furnace.

Figure 112005016826215-pat00002
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반응생성물의 잔광특성은 도 2에 나타난바와 같이 Si 치환으로 축광세기의 증가를 관찰할 수 있고 CaAl2O4:Eu,Nd 1몰에 대하여 SiO2 0.01~0.02 몰에서 최대값을 나타내고 있다. As shown in FIG. 2, the afterglow property of the reaction product can be observed to increase the photoluminescence intensity by Si substitution and exhibits a maximum value at 0.01 to 0.02 mol of SiO 2 with respect to 1 mol of CaAl 2 O 4 : Eu and Nd.

실시 예 3 Example 3

반응원료로 CaCO3, Eu2O3, Nd2O3, Al2O3, SiO2,Li2CO3, H3BO3와 알칼리토금속화합물인 MgO, SrCO3 및 BaCO3를 표 3에 명시된 바와 같이 취하고 실시 예 1과 같은 방법으로 도가니에 넣고 활성탄을 추가한 다음 전기로에서 같은 조건에서 반응시킨다. In reaction raw materials stated CaCO 3, Eu 2 O 3, Nd 2 O 3, Al 2 O 3, SiO 2, Li 2 CO 3, H 3 BO 3 and an alkaline earth metal compound, MgO, SrCO 3 and BaCO 3 are shown in Table 3 It is taken as described in Example 1 and placed in the crucible in the same manner as in Example 1, activated carbon is added, and reacted under the same conditions in an electric furnace.

Figure 112005016826215-pat00003
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알칼리토금속으로 Ca의 일부를 Mg, Sr, Ba 로 치환함에 따른 축광의 잔광특성을 측정한 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 보인 바와 같이 Ca 결정격자를 Ca와 이온반지름 크기 차이가 큰 Sr 또는 Ba로 치환하면 축광특성이 향상됨을 알 수 있다. 그러나 Mg로 치환될 경우 Sr, Ba의 경우보다 축광세기의 증가가 크지 않음을 보이고 있다. 3 shows the afterglow characteristics of the photoluminescence obtained by replacing part of Ca with Mg, Sr, and Ba as an alkaline earth metal. As shown in FIG. 3, it can be seen that when the Ca crystal lattice is replaced with Sr or Ba having a large difference in size between Ca and the ion radius, photoluminescence characteristics are improved. However, when substituted with Mg it is shown that the increase in the photoluminescence intensity is less than the case of Sr, Ba.

실시 예 3 Example 3

Sr 함량에 따른 반응원료 CaCO3, SrCO3, Eu2O3, Nd2O3, Al2O3, SiO2, H3BO3의 조성비를 표 4에 명시된 바와 같이 취하고 실시 예 1과 같은 방법으로 도가니에 넣고 활성탄을 추가한 다음 전기로에서 같은 조건에서 반응시킨다. The composition ratio of the reaction raw materials CaCO 3 , SrCO 3 , Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 , H 3 BO 3 according to the Sr content is taken as described in Table 4 and the same method as in Example 1 Into the crucible, add activated carbon, and react in the same conditions in an electric furnace.

Figure 112006078645819-pat00004
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Ca 결정격자와 치환된 Sr의 양에 따라 합성된 축광재료의 축광세기와 잔광특성을 측정한 결과 도 4를 얻는다. 도 4에서 보인 바와 같이 Sr의 함량이 증가할수록 축광세기는 축광재료에 대하여 0.005 ~ 0.02 mole 까지는 증가하고 그 이상에서는 감소하는 경향을 나타낸다. As a result of measuring the photoluminescence intensity and the afterglow property of the synthesized photoluminescent material according to the Ca crystal lattice and the amount of substituted Sr, FIG. 4 is obtained. As shown in FIG. 4, as the content of Sr increases, the photoluminescence intensity increases from 0.005 to 0.02 mole and decreases over the photoluminescent material.

실시 예 4Example 4

반응원료로 CaCO3, SrCO3, Eu2O3, Nd2O3, Al2O3, SiO2, H3BO3와 알칼리금속화합물인 Li2CO3, Na2CO3 및 K2CO3를 표 5에 명시된 바와 같이 취하고 실시 예 1과 같은 방법으로 도가니에 넣고 활성탄을 추가한 다음 전기로에서 같은 조건으로 반응시킨다. Reaction materials include CaCO 3 , SrCO 3 , Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 , H 3 BO 3 and alkali metal compounds Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 and K 2 CO 3 Take the as shown in Table 5, put into the crucible in the same manner as in Example 1, add the activated carbon and react under the same conditions in an electric furnace.

Figure 112005016826215-pat00005
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Ca의 일부를 Li, Na, K로 치환함에 따라 얻어진 축광재료의 축광세기와 잔광특성을 측정한 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 보인 바와 같이 Ca 결정 격자를 Ca 이온 반지름보다 작은 Li 이온의 경우 최대 축광세기를 보이고 Ca 이온 반지름보다 같거나 큰 Na, K 이온의 경우 서로 비슷한 축광세기를 보이고 있다. 5 shows the results of measuring the photoluminescence intensity and the afterglow property of the photoluminescent material obtained by substituting a part of Ca with Li, Na, and K. As shown in FIG. 5, the Ca crystal lattice shows maximum photoluminescence intensity for Li ions smaller than the Ca ion radius, and similar photoluminescence intensities for Na and K ions equal to or larger than the Ca ion radius.

실시 예 5 Example 5

Li 함량에 따른 반응원료 CaCO3, SrCO3, Eu2O3, Nd2O3, Al2O3, SiO2, H3BO3의 조성비를 표 6에 명시된 바와 같이 취하고 실시 예 1과 같은 방법으로 도가니에 넣고 활성탄을 추가한 다음 전기로에서 같은 조건에서 반응시킨다. According to Li content, the composition ratio of CaCO 3 , SrCO 3 , Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 , H 3 BO 3 was taken as specified in Table 6 and the same method as in Example 1 Into the crucible, add activated carbon, and react in the same conditions in an electric furnace.

Figure 112005016826215-pat00006
Figure 112005016826215-pat00006

Ca 결정격자와 치환된 Li 이온의 양에 따라 합성된 축광재료의 축광세기와 잔광특성을 측정한 결과 도 6을 얻는다. 도 6에서 보인 바와 같이 Li의 함량이 증가할수록 축광세기는 축광재료에 대하여 0.002 ~0.04mole 까지는 증가하고 그 이상에서는 감소하는 경향을 나타낸다. 참고로 얻은 축광재료의 축광spectrum은 도 7에 보인바와 같이 보라색을 띤 파랑색 축광을 나타내고 있다. The photoluminescence intensity and the afterglow property of the synthesized photoluminescent material were measured according to the Ca crystal lattice and the amount of Li ions substituted. As shown in FIG. 6, as the Li content is increased, the photoluminescence intensity increases from 0.002 to 0.04 mole with respect to the photoluminescent material and decreases thereafter. The photoluminescent spectrum of the photoluminescent material obtained as a reference shows a violet-luminescent blue photoluminescence as shown in FIG. 7.

활성제와 부 활성제로 물들인 칼슘 알루미늄산염 계 축광재료에 추가로 칼슘이온보다 이온반경이 크거나 작은 알칼리 금속, 알칼리토금속이온, 알루미늄 대신 실리콘으로 치환하여 축광재료의 결정구조를 변형해주면 활성제 유로퓸 이온의 대칭성을 낮추고 전자의 에너지 전이 확률을 높여 그 결과로 활성제와 부 활성제로 물들인 칼슘 알루미늄산염 계 축광재료의 축광세기와 잔광시간이 개선되는 효과를 나타낸다. In addition to calcium aluminate-based photoluminescent materials dyed with activators and deactivators, the crystal structure of the photoluminescent material is modified by replacing alkali metals, alkaline earth metal ions, or silicon with larger or smaller ionic radii than calcium ions. Lowering the efficiency of electrons and increasing the probability of energy transfer, the result is that the luminous intensity and afterglow time of the calcium aluminate-based photoluminescent material stained with activator and deactivator are improved.

Claims (9)

유로퓸과 네오드뮴으로 물들인 칼슘 알루미늄산염 축광재료에 저농도의 유로퓸과 네오디뮴을 1:1(몰 비)로 물들이고 일부 알루미늄 대신 실리콘이온, 일부 칼슘 대신 이온반경이 칼슘보다 크거나 작은 알칼리금속 및 일부 칼슘 대신 이온반경이 칼슘보다 크거나 작은 알칼리토금속을 포함하는 금속이온으로 치환함으로써 축광세기와 잔광시간이 개선된 칼슘 알루미늄산염 계 파랑색 장 잔광의 축광 재료를 제조하는 방법Low concentrations of europium and neodymium in a 1: 1 (molar ratio) of calcium aluminate photoluminescent materials stained with europium and neodymium, and silicon ions instead of some aluminum, alkali metals with some ions larger or smaller than calcium and some calcium Instead, a method of manufacturing a photoluminescent material of calcium aluminate-based blue long afterglow with improved photoluminescence intensity and afterglow time by substituting a metal ion containing an alkaline earth metal whose ion radius is larger or smaller than calcium. 청구 항 1에서 유로퓸과 네오드뮴의 조성은 축광재료 1 mole에 대하여 각각 0.001 ~ 0.01 mole 비의 저농도로 물들임으로써 축광세기와 잔광시간이 개선된 칼슘 알루미늄산염 축광재료를 제조하는 방법. The method of claim 1, wherein the composition of europium and neodymium is colored at a low concentration of 0.001 to 0.01 mole ratio with respect to 1 mole of the photoluminescent material, thereby producing a calcium aluminate photoluminescent material having improved photoluminescence intensity and afterglow time. 청구 항 1에서 알칼리금속으로 Li, Na, K를 사용함으로써 축광세기와 잔광시간이 개선된 칼슘 알루미늄산염 축광재료를 제조하는 방법. A method for producing a calcium aluminate photoluminescent material having improved photoluminescence intensity and afterglow time by using Li, Na and K as alkali metals in claim 1. 청구 항 3에서 알칼리금속이온의 바람직한 조성은 축광재료 1 몰에 대하여 0.003 ~ 0.03 몰 범위이며 0.01 ~ 0.03에서 최대 축광세기를 갖는 칼슘 알루미늄산염 축광재료의 제조방법. The preferred composition of the alkali metal ion in claim 3 is 0.003 to 0.03 moles with respect to 1 mole of the photoluminescent material and has a maximum photoluminescent intensity at 0.01 to 0.03. 청구 항 1에서 알칼리토금속이온으로 Mg, Sr, Ba 등을 사용함으로써 축광세기와 잔광시간이 개선된 칼슘 알루미늄산염 축광재료를 제조하는 방법. A method for producing a calcium aluminate photoluminescent material having improved photoluminescence intensity and afterglow time by using Mg, Sr, Ba, etc. as alkaline earth metal ions in claim 1. 청구 항 5에서 알칼리토금속이온의 조성이 축광재료 1 몰에 대하여 0.01 ~ 0.02 몰인 칼슘 알루미늄산염 축광재료를 제조하는 방법.A method for producing a calcium aluminate photoluminescent material having a composition of alkaline earth metal ions of claim 5 in an amount of 0.01 to 0.02 mol per mol of the photoluminescent material. 청구 항 1에서 치환될 실리콘이온은 축광재료 1 몰에 대하여 2산화실리콘 0.001~ 0.03 몰 범위의 조성을 갖는 칼슘 알루미늄산염 축광재료 제조방법. Claim 1 claim that the silicon ion to be substituted is a calcium aluminate photoluminescent material manufacturing method having a composition in the range of 0.001 to 0.03 mol of silicon dioxide per 1 mol of the photoluminescent material. 삭제delete 삭제delete
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