KR100794438B1

KR100794438B1 - 효율을 증가시킨 전기발광 인광물질의 생산방법

Info

Publication number: KR100794438B1
Application number: KR1020010046236A
Authority: KR
Inventors: 바디부치레디; 노쓰롭셀리케이.
Original assignee: 오스람 실바니아 인코포레이티드
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2008-01-16
Also published as: EP1178100A2; CA2351745A1; CN1193085C; KR20020011881A; EP1178100A3; JP2002114975A; DE60136677D1; US6387299B1; EP1178100B1; CN1336412A

Abstract

효율을 증가시킨 전기발광 형광물질은 클로라이드 플럭스, 구리 공급원 및 아연 설파이드를 블렌딩하여 혼합물을 형성한 다음 혼합물을 일정 시간동안 가열하고, 혼합물을 냉각하여 탈이온수로 세척함으로써 생성된다. 혼합물을 건조시키고 분쇄하여 육각형의 ZnS로부터 입방체의 ZnS를 형성하여, 코팅되지 않은 초기 ZnS:Cu,Cl 전기발광 형광물질을 형성한다. 이 초기 형광물질을 Ga₂O₃를 포함하는, 다른 물질에 첨가하여 제2단계 물질(SSM)을 형성한다. SSM을 플라스틱병과 같은 제1 용기에 두고, 블렌딩하며, 체질한 다음 제2 불활성 반응 용기에 두고, 이어서 이를 일정 시간동안 가열한다. 냉각시킨 후에, SSM을 탈이온수로 세척하고, 아세트산으로 세척하며, 탈이온수로 다시 세척하여 잔류 산을 제거하고, KCN으로 세척한 다음 탈이온수로 다시 세척하여 잔류 KCN을 제거한다. 이어서 소성시키고 세척한 SSM을 건조시키고, 여과한 다음 체질하여, 효율을 증가시킨 신규의 형광물질을 생산한다.

전기발광 형광물질, Ga2O3

Description

효율을 증가시킨 전기발광 인광물질의 생산방법{PROCESS FOR PRODUCING ELECTROLUMINESCENT PHOSPHOR WITH INCREASED EFFICIENCY}

기술분야

본 출원은 전기발광 인광물질의 생산방법, 특히 효율을 증가시킨 전기발광 인광물질의 생산방법에 관한 것이다.

배경기술

전기발광 인광물질은 LCD 및 복사기의 백라이트(backlinghting), 백라이트 막 스위치, 자동차 계기판 및 제어 스위치 조명, 자동차 내부 조명, 항공기 유형 정보 페인(pane), 항공기 정보 조명 및 비상구 조명용으로 사용된다. U.S. 특허 제3,014,873호; 제3,076,767호; 제4,859,361호; 제5,009,808호 및 제5,100,499호는 전기발광 인광물질의 생산방법에 관한 것이다. 이들 특허에 설명되어 있는 방법은 일반적인 상업적 성공을 이룬 전기발광 인광물질을 생산하였지만; 이러한 인광물질의 효율은 다소 개선될 여지가 남아있다. 본 발명의 방법은 전력을 덜 요구되어 전력 소비를 고려해야 하는 더욱 소형의 장치에 사용될 수 있는 인광물질을 생산한다. 따라서, 효율을 증가시킨 인광물질을 제공하는 것은 당해 분야에서 진보가 될 것이다. 효율성은 전력 소비 단위당 광 출력으로 정의되고 본원에서 사용되는 것처럼 용어는 와트당 루멘 또는 LPW를 포함해야 한다.

발명의 설명

따라서, 본 발명의 목적은 선행기술의 단점을 제거하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 지금까지 생산된 것들보다 더욱 효율적인 전기발광 인광물질을 생산하는 것이다.

본 발명의 일면에서, 이러한 목적은 Ga₂O₃로 인광물질을 합성함으로써 달성된다. 반응은 다음 조건하에서 일어난다; 활성제 및 할라이드 플럭스의 존재하에 아연 설파이드를 노에서 가열하여 인광물질을 생산한다. 이 물질을 냉각시키고 세척한다. 이 물질은 제1 단계에서 소성된 물질(FSF)로 알려져 있다. 이 단계에서 인광물질은 전기발광 출력 면에서 거의 불활성이다. 이어서 FSF 물질을 Ga₂O₃를 포함하는, 다른 물질과 블렌딩한 다음 제1 단계 소성 온도보다 낮은 온도로 가열한다. 이어서 생성 물질을 냉각시키고, 다시 세척한 다음 체질하여 원래의 인광물질보다 큰 효율을 가지는 신규 전기발광 인광물질을 생성한다.

발명을 실행하기 위한 최상의 모드

다른 목적과 추가의 목적, 장점 및 성능과 함께 본 발명의 더욱 확실한 이해를 위해, 하기 특허기술과 첨부된 청구범위를 참조로 한다.

본 방법의 실행으로 달성되는 전기발광 인광물질의 효율 증가는 하기의 실시예로 나타난다:

샘플	Ga₂O₃ 몰	색좌표	2.0 Hr 광도(풋(foot) 람베르트)	24 Hr 광도(풋 람베르트)	반감기 시간	효율성 LPW
323-81-1 대조	0.00	0.176 0.421	35.4	34.9	897	4.148
323-81-2	0.001	0.175 0.419	34.9	34.1	863	4.985
323-81-3	0.002	0.176 0.423	34.2	33.5	898	5.226
323-81-4	0.005	0.177 0.431	30.7	30.2	979	5.185

표 1에서, 인광물질의 색좌표는 표준 C.I.E. 색도도에 의해 제시되고; 광도는 램프 작동 2시간과 24시간에서의 광도이며 효율은, 언급한 바와 같이 와트당 루멘이다.

표 1로부터 알 수 있는 것처럼, 본원에 기재된 방법으로 제조된, Ga₂O₃로 합성된 전기발광 인광물질은, Ga₂O₃로 합성되지 않은 인광물질과 비교하였을 때, 색좌표(color coordinate)에는 실질적인 변화없이 없이 효율이 증가한다.

더 자세히 설명하면, 이 방법은 아연 설파이드, 구리 활성화된 인광물질 또는 구리가 보조-활성제인 다른 아연 설파이드 인광물질을 위해 특히 적당하다.

이 방법은 구리 활성제와 할라이드 플럭스의 존재하에 승온(예, 1205℃)까지 노에서 아연 설파이드(대략 1% 클로라이드 함유)를 가열하여(당해 분야에 공지) 전기발광 활성 면에서 실질적으로 불활성인 인광물질을 제공하는 단계를 포함한다. 이어서 이 인광물질을 주위온도로 냉각시키고 세척하여 플럭스를 제거한다. 이어서 생성된 ZnS:Cu,Cl 인광물질을 분쇄하고, Cu 화합물 및 ZnSO₄와 재혼합한 다음 다시 소성시킨다. 이어서 재소성된 물질을 세척하고 건조시킨 다음 체질한다. 이 방법에 의해 생성되는 인광물질은 알려져 있다. 이러한 인광물질은 Osram Sylvania Inc., Towanda, PA로부터 시판되고 있는 Type 723 전기발광 인광물질이다.

본 발명의 방법은 FSF ZnS:Cu,Cl 인광물질을 Ga₂O₃를 포함하는, 다른 물질과 블렌딩함으로써 실행된다. 바람직한 양태에서, 다른 물질은 CuSO₄, ZnSO₄ㆍ7H₂O 및 황을 포함하지만; 당해 분야에 공지된 다른 물질이 사용될 수도 있다. 이 혼합물을 플라스틱병과 같은 제1 불활성 용기에 둔다. 혼합물을 기계적 진탕 또는 다른 유사 방법으로 일정 시간동안, 예를 들면 20분 내지 30분간 블렌딩한다. 이어서 블렌딩된 혼합물을 제2 불활성 반응 용기, 예를 들면 100 ㎖ 알루미나 도가니에 로딩한다. 이어서 제2 반응 용기를 제2 시기동안 소성시킨다. 제2 단계에서 소성된 케이크를 이어서 냉각시키고 탈이온수로 세척한다. 바람직하게는, 물 1.242 리터가 제2 단계에서 블렌딩된 혼합물에 사용된 FSF 물질 75 그램당 사용된다. 이어서 혼합물을 아세트산으로 세척하여 일부 과량의 구리와 아연 화합물 및 기타 불순물을 제거한다. 바람직한 양태에서, 소성된 SSM 75 그램마다 고온의 탈이온수 0.777 리터 + 빙초산 148.8 ㎖가 사용되지만 다른 농도도 사용가능하다. 이어서 물질을 탈이온수로 다시 세척하여 잔류 산을 세척해낸다. 이어서 산-부재 물질을 KCN 용액으로 세척하여 잔류하는 원하지 않는 구리를 제거한다. 바람직한 양태에서, SSM 75 그램마다 고온의 탈이온수 0.777 리터 + KCN 37.54 그램이 이용된다. 이 물질을 냉각시키고 탈이온수로 세척하여 잔류 KCN을 제거한다. 이어서 생성 인광물질을 건조시키고 냉각시킨 다음 -325 메쉬 스테인리스강 시이브로 체질한다.

본 발명을 더욱 자세히 설명하기 위해, 하기의 비-제한 실시예가 제시되었다.

실시예 1

1차 활성제로 1% 클로라이드, 구리 설페이트를 함유하는 ZnS, 황 및 아연 옥사이드의 적당량을 ZnS 물질의 중량을 기준으로 3% BaCl₂, 3% MgCl₂ 및 2% NaCl을 포함하는 플럭스 물질과 블렌딩한 다음 뚜껑을 닫은 도가니에 둔다. 도가니를 약 3시간 내지 5시간 15분 동안 약 1205℃ 온도의 노에서 소성시킨다. 소성된 케이크를 도가니로부터 취하여, 냉각시킨 다음 탈이온수로 세척하여 플럭스를 제거하고, 이어서 건조시킨다.

이어서 생성 물질을 약 1½시간 동안 분쇄하여 육각형 ZnS를 입방형의 ZnS로 변형시킨다. 이 단계에서 생성 물질은 전기발광 인광물질로서 완전히 활성인 것은 아닌 ZnS:Cu,Cl 인광물질이다. 이러한 물질은 "초기 인광물질" 또는 제1 단계에서 소성된(FSF) 물질이라고 언급된다.

FSF 물질 75 그램에 CuSO₄ 1.86 그램, ZnSO₄ㆍ7H₂O 19.17 그램, Ga₂O₃ 0.289 그램(0.002몰/ZnS) 및 황 0.296 그램(0.012 몰/ZnS)을 첨가하여 제2 단계의 물질(SSM)이라고 언급되는 것을 형성한다. SSM을 플라스틱병에서 20분간 기계적 진탕기에서 블렌딩한다. 이제 블렌딩된 SSM을 병으로부터 제거하여 덩어리를 분쇄한다. 이어서 물질을 알루미나 뚜껑으로 덮인 100 ㎖ 알루미나 도가니에 로딩하고 전기로에서 2시간 15분 동안 700℃에서 소성시킨다. 소성된 도가니를 노에서 꺼내어 이들이 접촉하기에 따뜻할 때까지 냉각시킨다. 이어서 SSM을 물에 떨어뜨리고 소성된 SSM 인광물질 75 그램마다 탈이온수 1.242 리터로 2회 세척한다. 이 후에, 물질을 아세트산으로 세척하여 과량의 구리 및 다른 화합물과 플럭스 첨가제 및 불순물을 제거한다(소성된 SSM 75 그램마다 고온의 탈이온수 0.777 리터 + 빙초산 148.8 ㎖). 이어서 SSM을 고온의 탈이온수로 다시 적어도 2회 세척하여 잔류 산을 세척해낸다(산이 부재할 때까지 - pH는 약 6.0이다).

이어서 SSM을 KCN 용액으로 세척하고(소성된 SSM 75 그램마다 고온의 탈이온수 0.777 리터 + KCN 37.54 그램) 20-30분간 정치한 다음 따라서 KCN 용액을 추가의 처리를 위해 적당한 KCN 컨테이너에 둔다. 이어서 SSM을 고온의 탈이온수로 적어도 2회 세척하여 잔류 KCN을 제거한다. SSM은 진한 녹색빛의 회색 체색으로부터 거의 무색으로 변한다.

이어서 SSM을 여과하고, 약 120℃에서 4-16시간 동안 건조시킨 다음 냉각시킨다. 이어서 SSM을 -325 메쉬 스테인리스강 시이브를 통해 체질하면 효율이 증가한 신규 인광물질이 생성된다.

이 방법으로 생성된 신규 전기발광 인광물질(표 1에서 샘플 323-81-3)은 이 방법으로 생성되었지만 효율이 5.23 LPW이며, 이에 비하여 제2 단계에서 Ga₂O₃와 황으로 합성되지 않은 대조물(표 1에서 샘플 323-81-1)은 효율이 4.15 LPW이다. 이로서 대략 25%의 목적하는 개선을 달성하였음을 알 수 있다.

표 1로부터 알 수 있는 것처럼, 개선 정도와 초기 인광물질과 반응하는 Ga₂O₃의 몰간에는 명확히 상관관계가 있다. 따라서 효율을 증가시킨 전기발광 인광물질의 생산방법이 제공된다.

여기에 본 발명의 바람직한 양태라고 고려되는 것이 보여지고 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 본원에 대해 변화 및 수정을 할 수 있음이 당해 분야의 숙련인에게 자명할 것이다.

본 발명에 따라서, Ga₂O₃와 황으로 합성된 전기발광 인광물질은 기존의 전기발광 인광물질보다 약 25%의 효율을 개선시킬 수 있다.

Claims

(a) 코팅되지 않은 ZnS:Cu,Cl 전기발광 인광물질인 초기 인광물질; Ga₂O₃; 및 CuSO₄, ZnSO₄ㆍ7H₂O 및 황을 포함하는 기타 물질을 합하여, 제2 단계 물질(SSM)을 형성하고,

(b) 제2 단계 물질(SSM)을 제1 불활성 반응 용기에 두며,

(c) 제2 단계 물질(SSM)을 일정 시간 동안 블렌딩하며,

(d) 블렌딩된 제2 단계 물질(SSM)을 제2 불활성 반응 용기에 두며,

(e) 제2 불활성 반응 용기를 일정 시간 동안 가열하고, 이를 열로부터 제거한 다음 냉각시키며,

(f) 제2 단계 물질(SSM)을 탈이온수로 세척하며,

(g) 제2 단계 물질(SSM)을 탈이온수 및 아세트산의 혼합물로 세척한 후, 탈이온수로 세척하며,

(h) 제2 단계 물질(SSM)을 KCN으로 세척하며,

(i) 제2 단계 물질(SSM)을 탈이온수로 세척하며,

(j) 제2 단계 물질(SSM)을 여과하며,

(k) 제2 단계 물질(SSM)을 건조시키며,

(l) 제2 단계 물질(SSM)을 체질하는 단계를 포함하는 전기발광 인광물질의 생산방법.
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제1 항에 있어서, 블렌딩이 기계적 진탕으로 달성되는 방법.
제1 항에 있어서, 제2 불활성 반응 용기가 알루미나 도가니인 방법.
제1 항에 있어서, 제2 불활성 반응 용기가 2시간 15분동안 700℃의 전기로에서 가열되는 방법.
제1 항에 있어서, 아세트산이, 소성된 제2 단계 물질(SSM) 75 그램마다 고온의 탈이온수 0.777 리터와 빙초산 148.8 ㎖를 혼합함으로써 제조되는 방법.
제1 항에 있어서, KCN이, 소성된 제2 단계 물질(SSM) 75 그램마다 고온의 탈이온수 0.777 리터와 KCN 37.54 그램을 혼합함으로써 제조되는 방법.
제1 항에 있어서, 제2 단계 물질(SSM)이 4 내지 16시간 동안 120℃에서 건조되는 방법.
제1 항에 있어서, 제2 단계 물질(SSM)이 -325 메쉬 스테인리스강 시이브를 통해 체질되는 방법.
갈륨을 함유하는 ZnS:Cu,Cl 전기발광 인광물질.