KR100773949B1 - 청색 발광 형광체 및 이를 포함하는 냉음극 형광램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하기 화학식을 가지는 포스페이트계 형광체에 관한 것이다.

(K_{1 - y}C_y)(Ba_{1 -x- z}D_z)PO₄:Eu_x ^{2 +}, 여기서 C는 Li, Na으로부터 선택되는 1종 이상의 알칼리 금속이온이며, D는 Mg, Ca, Sr으로부터 선택되는1종이다. 상기 포스페이트계 형광체는 우수한 발광 특성 및 색순도를 가지며, 이를 이용하면 휘도 및 색재현율이 향상된 냉음극형 형광 램프를 얻을 수 있다.

Description

청색 발광 형광체 및 이를 포함하는 냉음극 형광램프{Blue emitting phosphor and Cold cathode fluorescence lamp comprising the Blue emitting phosphor}

도 1은 본 발명에 따른 실시예 중 KBa_0.99PO₄:Eu_0.01 ²⁺ 형광체의 XRD 결과

도 2는 본 발명에 따른 실시예1의 형광체와 상용 BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺(BAM) 청색형광체의 여기 특성 및 발광특성 비교 결과

도 3은 본 발명에 따른 실시예1의 형광체와 상용 BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺(BAM) 청색형광체와의 색좌표 결과 비교도

도 4는 본 발명에 따른 실시예1의 형광체와 상용 BAM 청색형광체를 혼합하였을 때 발광특성의 비교 결과

도 5는 본 발명의 실시예1에 따른 발광특성 비교 결과

도 6은 본 발명의 형광체를 이용한 냉음극형 형광램프의 일예시도

본 발명은 청색 발광 형광체 및 이를 이용한 냉음극 형광램프에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 우수한 발광 특성 및 색순도를 갖고 있으며, 냉음극형 형광램프에 사용할 수 있는 청색 발광 형광체 및 이를 포함하는 냉음극 형광램프에 관한 것이다.

최근 액정 디스플레이(LCD)나 PDP 등으로 대표되는 플랫 패널 디스플레이(FPD)의 보급은 현저하다. FPD는 PDP 등 패널상에서 화상을 구성하는 화소 자체가 발광하는 이른바 발광형 디스플레이와, LCD와 같이 패널상에서 화상을 구성하는 화소 자체는 발광하지 않고 백라이트와 조합시켜 사용되는 비 발광형 디스플레이가 있다.

LCD에서는 백라이트와 액정에 의한 조합에 의해 패널상에 화상을 구성하고, 또한 칼라 필터를 조합시키는 것에 의해 화상의 칼라 표시를 가능하게 하고 있다. 최근들어 영상물의 색을 충실하게 재현하는 것이 매우 중요하고, 적어도 칼라브라운관(CRT)과 동일한 정도의 색 재현 범위가 필요하게 되었다. 그런데 LCD에 주로 사용되고 있는 냉음극 형광램프 백라이트는 조명용으로 개발된 형광체를 사용하고 있기 때문에 LCD 백라이트로 사용할 경우 색재현 능력이 충분치 않은 문제점을 가지고 있다. 따라서 LCD 등의 백라이트에 이용했을 경우, 색재현 범위가 폭넓은 냉음극 형광램프의 개발이 요구되고 있다.

현재 LCD 백라이트용 청색 형광체로 자주 사용되는 BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺(BAM)은 1974년 A.L.N. Stevels에 의해 처음 개발되어 지금까지 PDP 및 형광 램프에 사용되고 있다. 하지만 BAM은 오랫동안 조명램프용 청색 형광체로 사용되어져 왔기 때문에 산업계에서 색재현 범위 및 color rendering 문제에 대해서 새로운 연구가 요구되지 않았다. 하지만 현재의 LCD 백라이트는 LCD의 보다 넓은 색재현 범위 및 강한 휘도 특성을 요구하고 있기 때문에 냉음극 형광램프용 새로운 청색 형광체의 개발이 무엇보다도 시급한 실정이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 우수한 발광 특성 및 색순도를 갖는 냉음극형 형광램프용 형광체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 이루기 위해서 본 발명의 형광체는 화학식 (K_1-yC_y)(Ba_1-x-zD_z)PO₄:xEu²⁺, 여기서 C는 Li, Na으로부터 선택되는 1종 이상의 알칼리 금속이온이며, D는 Mg, Ca, Sr으로부터 선택되는 1종을 갖는 포스페이트계 형광체를 포함한다.

상기 조성식에서 y 및 z는 각각 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.5을 만족하며 C, D의 조성비 값이 0.5를 넘으면 상기 형광체의 발광강도가 현저히 저하하며, 녹색 및 청녹색 발광을 나타내게 된다.

본 발명의 활성제인 Eu의 양은 0.0005보다 적으면 활성제로서의 역할을 하기에 충분하지 못하며, 0.3 보다 많으면, 농도 소광 현상(concentration quenching effect)에 따른 휘도 저하가 커져 바람직하지 못하다. 따라서 상기 조성식에서 활성제인 Eu의 양은 0.0005≤x≤0.3을 가지는 것이 바람직하다. 가장 바람직하기로는 약 0.01mol을 가지는 것이 가장 좋은 발광강도를 나타낸다.

또한, 본 발명은 BAM계 청색 형광체와 상기 본 발명의 포스페이트계 형광체를 포함하는 냉음극형 형광램프용 형광체 및 이를 포함하는 냉음극형 형광램프를 제공한다.

본 발명에 따른 형광체의 원료물질로는 예를 들어, BaCO₃, K₂CO₃,(NH₄)₂HPO₄, BaHPO₄ 및 Eu₂O₃이며, C, D를 위한 물질로는 예를 들어, LiCO₃, NaCO₃, MgCO₃, CaCO₃, SrCO₃을 사용할 수 있고, 산화물계의 물질을 사용할 수도 있다. 이들 원료 물질들을 몰비에 맞게 칭량한 후, 균일한 조성을 얻기 위하여 혼합기로 충분히 혼합한다. 혼합된 혼합물을 도가니에 담아 전기로에 넣어 900 내지 1300℃에서 1시간 내지 8시간 동안 가열하여 환원분위기 하에서 소성한다. 이러한 열처리를 수 차례 실시하면 형광체의 발강강도가 증가할 수도 있다. 이때 소성온도가 900℃ 미만이면 단일상의 결정이 완전히 형성되지 못하고 미반응물이나 부반응물이 생기게 된다. 또한 1300 ℃ 이상에서는 입자 모양이 불규칙하며 형광체를 구성하는 구성원소가 휘발하여 형광체의 결정성의 저하를 가져와 휘도가 급격히 저하된다. 더욱 바람직하기로는 1100℃에서 합성할 때 형광체는 가장 좋은 휘도를 나타낸다.

도 6은 냉음극형 형광램프의 일례를 도시하고 있다. 냉음극 형광램프는 유리관 내벽에 본 발명에 따른 형광체가 도포되어지며, 관 양단에 전극이 부착되어지고, 관내에는 수십 TORR의 혼합 가스와 정량의 수은이 봉입되어진다. 전극간에 고전압을 인가하면, 관내에 존재하는 전자가 전극(양극)에 이끌리어 고속으로 이동하고 전극에 충돌하여, 2차 전자가 방출되어 방전이 개시된다. 방전에 의해 유동하는 전자는 관내의 수은 원자와 충돌해서 자외선을 발생하고, 이 자외선이 형광물질을 여기시켜 가시광선을 발생시키게 된다.

이하에 본 발명의 바람직한 실시예들을 기술하였다. 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

<실시예 1>

형광체 물질 중 각 성분의 몰조성비가 K:Ba:Eu=1.0:0.99:0.01을 갖도록 포스페이트계 형광체를 제조하였다. 상기 몰조성비를 갖도록 K 공급원으로 K₂CO₃ 1.857g, Eu 공급원으로서 Eu₂O₃ 0.047g, Ba 공급원으로서 BaCO₃ 1.439g, P공급원으로서 (NH₄)₂HPO₄ 0.972g을 습식혼합 및 분쇄하였다. 상기 혼합물을 충분히 건조한 후, 1100도 환원분위기에서 4시간동안 열처리한 후 형광체를 제조하였다. 이로부터 얻은 물질의 XRD 결과를 도 1에 나타내었다. 본 발명의 제조방법에 따라 만들어진 KBa_0.99PO₄:Eu_0.01 ²⁺ 형광체는 우수한 결정성 및 단일상을 형성하고 있는 것을 알 수 있다.

도 2는 실시예1과 상용 BAM 형광체를 254 nm 여기하에서 비교한 여기 및 발광 결과이다. 실시예1에서 제조한 본 발명의 포스페이트계 형광체는 상용 청색형광체에 비해 우수한 흡수 및 발광 특성을 가지는 것을 알 수 있다.

도 3은 본 발명에서 제조한 포스페이트계 형광체와 상용 청색형광체를 비교한 색좌표를 보여준다. 본 발명에서 제조한 포스페이트계 형광체가 상용 청색형광체에 비해서 우수한 색좌표 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

<실시예 2>

실시예1과 동일한 합성방법으로 (K_1-yC_y)(Ba_1-x-zD_z)PO₄:xEu²⁺ 형광체를 제조하였다. 여기서 C는 Li, Na으로부터 선택되는 1종 이상의 알칼리 금속이온이며, D는 Mg, Ca, Sr으로부터 선택되는 1종을 갖는 포스페이트계 형광체이다. 이에 의해 제조된 형광체의 구체적인 조성은 (K_0.998Li_0.002)(Ba_0.99)PO₄:Eu_0.01 ²⁺이며 발광특성을 도 4에 나타내었다. 실시예1에 비해서 우수한 발광특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

<실시예 3>

실시예1과 동일한 합성방법으로 (K_1-yC_y)(Ba_1-x-zD_z)PO₄:xEu²⁺ 형광체를 제조하였다. 여기서 C는 Li, Na으로부터 선택되는 1종 이상의 알칼리 금속이온이며, D는 Mg, Ca, Sr으로부터 선택되는 1종을 갖는 포스페이트계 형광체이다. 이에 의해 제조된 형광체의 구체적인 조성은 K(Ba_0.97Sr_0.02)PO₄:Eu_0.01 ²⁺이며, 발광특성을 도 4에 나타내었다. 실시예1, 2와 비교하여 발광중심이 장파장쪽으로 이동한 발광특성을 확인 할 수 있었다.

<실시예 4>

실시예1에서 제조한 포스페이트계 형광체를 상용 BAM 형광체와 무게비 1:1로 혼합하여 혼합하지 않은 형광체와 발광특성을 비교하였다. 도 5는 상용 BAM 형광체와 실시예1의 형광체를 혼합한 형광체의 발광특성을 나타내었다. 실시예 4는 상용 BAM 형광체에 비해서 우수한 색좌표 특성 및 휘도 특성을 가지는 것을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르는 형광체는 냉음극형 램프에 구비된 방전가스에 의한 여기광에 대하여 우수한 발광특성 및 색좌표 특성을 갖는다. 상기 본 발명의 형광체를 이용하면 휘도 및 색재현율이 향상된 냉음극형 형광램프를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. BAM계 청색 형광체와 하기 화학식을 가지는 포스페이트계 형광체를 포함하는 냉음극형 형광램프용 형광체:

   (K_1-yC_y)(Ba_1-x-zD_z)PO₄:xEu²⁺

   여기서, C는 Li, Na으로부터 선택되는 1종 이상의 알칼리 금속이온을 가지며, D는 Mg, Ca, Sr으로부터 선택되는 1종을 가지고, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.5를 만족하며, x는 0.0005≤x≤0.3을 만족한다.
3. 제 2항에 의한 형광체를 포함하는 냉음극형 형광램프

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