KR101482765B1 - 자외선 발광재료 및 자외선 광원 - Google Patents

Abstract

인체에 영향을 미치지 않고, 살균 성능의 향상, 수명 특성의 향상 및 발광효율의 향상이 도모되는 자외선 발광재료 및 이 자외선 발광재료를 이용한 자외선 광원을 제공하기 위해, 모체로 되는 Al₂O₃에 도프제로서 Sc가 첨가되는 하기 조성식 (A)로 나타나는 자외선 발광재료.
조성식(A): (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃
또한, 상기 조성식(A)에 있어서, x는 0<x<1의 범위를 만족시키고, 바람직하게는 x=0.00078∼0.040의 범위이면 좋다.

Description

자외선 발광재료 및 자외선 광원{Ultraviolet Light-emitting Material and Ultraviolet Light Source}

본 발명은 자외선(특히, 파장 280㎚미만의 UV-C)을 발광하는 자외선 발광재료 및 자외선 광원에 관한 것이다.

자외선은 세균 세포내에 흡수되면 세포내의 핵 단백 구조가 화학 변화되어 세균 생명의 유지나 신진대사에 장해를 초래하고, 증식 능력의 소실이나 원형질의 파괴가 일어남으로써 사멸한다고 고려되어 있고, 특히 UV-C영역인 254㎚의 근자외선(살균선이라고도 함)은 가장 살균력이 높다고 되어 있다. 그리고, 이러한 세균의 살균원리를 응용한 병원/식품가공/상하수도의 살균용 광원이나 광촉매에 의한 환경 오염 물질의 분해 처리법의 광원 등, 폭 넓은 분야에서의 이용을 기대할 수 있다.

그런데, 근자외선을 발광하는 근자외선 광원으로서, 살균선의 유래이기도 한 수은을 이용한 저압 수은 램프(피크 파장: 254㎚)를 이용한 살균장치가 널리 보급되어 있지만, 누설시에 환경이나 인체에 미치는 영향에 의해, 수은의 사용은 RoHS 명령 등으로 규제되어 있다.

이 때문에, 저압 수은 램프에서 사용되는 수은 대신에 화학적으로 안정/무해한 새로운 발광원으로서, 예를 들면 하기 특허문헌 1에 개시되는 바와 같은 육방정 질화 붕소(hBN)를 이용한 자외선 발광재료의 개발이 실행되고 있다.

JP 2007-009095 A

여기서, 저압 수은 램프와 특허문헌 1에 개시되는 hBN을 발광원으로 하는 CL(Cathode luminescence) 방식의 자외선 광원(이하, 「hBN 자외선 광원」이라 함)과의 비교 결과(출력 스펙트럼의 파장, 살균 성능, 수명 특성)에 대해 설명한다.

(A. 출력 스펙트럼의 파장 비교에 대해)

도 7(a)는 저압 수은 램프와 특허문헌 1에 개시되는 hBN 자외선 광원의 자외선 스펙트럼 및 살균 효과의 파장 의존성을 비교한 그래프이다.

도시한 바와 같이, 저압 수은 램프에 있어서의 출력 스펙트럼의 피크 파장은 소위, 살균선의 출력 스펙트럼이 254㎚인 것에 대해, hBN 자외선 광원에 있어서의 출력 스펙트럼의 피크 파장은 223㎚이며, 저압 수은 램프의 피크 파장에 비해 30㎚정도 단파장측으로 시프트한 스펙트럼 특성을 나타내고 있다. 그리고, 각 광원에 있어서의 자외선 스펙트럼의 피크 파장과, JIS-Z-8811에서 규정되는 살균효과 상대값을 비교하면, hBN 자외선 광원에서는 살균 용도로서 파장이 너무 짧기 때문에, 저압 수은 램프와 같은 살균효과를 얻을 수 없었다.

(B. 살균성능의 비교에 대해)

도 7(b)는 저압 수은 램프와 hBN 자외선 광원의 발광 강도 및 살균능력의 비교를 나타낸 표이다.

도시한 바와 같이, 저압 수은 램프의 발광강도는 10.0㎽/㎠인 것에 반해, hBN 자외선 광원의 발광강도는 0.9㎽/㎠로, 저압 수은 램프에 비해 1/10 정도의 발광강도 밖에 얻어지고 있지 않은 것을 알 수 있다.

또, 하기 (수순 1)∼(수순 3)에 나타내는 산출 수순에 따라, 저압 수은 램프와 hBN 자외선 광원의 살균 효율 및 살균 능력을 산출하였다.

(수순 1) 발광 스펙트럼의 전체 적분값이 1로 되도록, (∫f(λ)dλ=1) 규격화한 스펙트럼 f(λ)을 산출한다.

(수순 2) 각 파장의 살균 효과 상대값을 X(λ)로 해서, ∫X(λ)f(λ)dλ를 「살균 효율」로 정한다.

(수순 3) 「발광 강도」와 산출한 「살균 효율」의 곱을 「살균 능력」으로 정한다.

상기 방법에 의해 산출된 각 광원의 살균 효율 및 살균 능력을 비교하면, 살균 효율 및 살균 모두 저압 수은 램프 쪽이 hBN 자외선 광원보다 우수한 것이 확인되었다.

이상과 같이, hBN 자외선 광원의 경우, 저압 수은 램프와 같이 인체에 영향을 미치는 바와 같은 물질(수은)을 사용하고 있지 않기 때문에, 환경면에서는 매우 우수하고, 더 나아가서는 면발광에 의한 발광면의 대면적화가 도모되지만, 발광강도, 자외선 스펙트럼의 피크 파장, 수명 특성 등을 감안하면, 저압 수은 램프에 비해 뒤떨어진다는 문제가 있었다,

본원 발명자들은 상기 2종류의 자외선 발광재료의 문제점을 개선하면서, 양 발광재료의 장점을 겸비한 새로운 자외선 발광재료 및 자외선 광원의 개발에 몰두하고, 예의연구한 결과, 저압 수은 램프의 피크 파장에 가까운 파장과 발광강도를 갖고, 또한 hBN 자외선 광원와 같은 면발광에 의한 발광 효율의 향상이 도모되는 자외선 발광재료 및 이것을 이용한 자외선 광원의 개발에 성공하였다.

그래서, 본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위해, 인체에 악영향을 미치는 일 없이, 살균 성능의 향상 및 발광효율의 향상이 도모되는 자외선 발광재료 및 자외선 광원을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 자외선 발광재료는 모체로 하는 Al₂O₃에 도프제로서 Sc가 첨가되는 하기 조성식 (A)로 나타나는 것을 특징으로 한다.

(Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃ …(A)

(단, 상기 식(A) 중의 x는 0<x<1을 만족시킨다)

청구항 2에 기재된 자외선 발광재료는 청구항 1에 기재된 자외선 발광재료에 있어서, 상기 조성식(A) 중의 x가 0.00078∼0.040의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 자외선 발광재료는 청구항 1 또는 2에 기재된 자외선 발광재료에 있어서, Al(OH)₃ 분말에 도프제로서 ScCl₃ 분말을 혼합하고, 소성해서 얻어지는 분말형상 발광재료인 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 기재된 자외선 발광재료는 청구항 1 내지 3 중의 어느 한 항에 기재된 자외선 발광재료를 정해진 발광패턴 형상으로 형성한 형광체층을 갖는 양극과, 전자를 방출하는 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 마련되고, 상기 음극으로부터 전자를 인출하여 가속 제어하는 가속 제어 전극을 외위기내에 진공 밀봉해서 구비하고, 상기 음극으로부터 방출된 상기 전자를 상기 가속 제어 전극으로 가속 제어하고, 상기 양극에 고전압을 인가하여 상기 형광체층에 상기 전자를 사돌(射突)시켜 해당 형광체층을 발광시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자외선 발광재료에 따르면, 저압 수은 램프와 같이 수은을 사용하고 있지 않기 때문에 인체에 영향을 미치는 일이 없고, 또 hBN 자외선 발광재료로서 살균 성능의 향상 및 발광효율의 향상을 도모할 수 있다.

또, 자외선 발광재료를 합성할 때에, Al(OH)₃ 분말과 ScCl₃ 분말을 혼합한 후에 소성함으로써, 발광 성능이 안정되는 동시에, 자외선 광원에 적용하기 쉬운 분말형상의 자외선 발광재료를 합성할 수 있다.

또한, 상기 자외선 발광재료를 이용한 자외선 광원에 의하면, 면발광에 의한 발광효율이 높은 수은 프리(mercury-free)의 자외선 발광재료를 이용하고 있기 때문에, 반도체 분야(포토리소그래피의 고세밀화), 정보분야(차세대 대용량 광디스크), 의료, 생체분야(안과치료, DNA 절단, 표면 개질, 살균처리 등) 등의 다방면에 걸치는 산업분야에 있어서 다대한 이익을 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 자외선 발광재료를 이용한 자외선 광원의 개략 단면도이다.
도 2는 합성한 자외선 발광재료의 SEM 사진이다.
도 3은 제작한 분말형상 합성물을 X선 회절 스펙트럼(XRD)으로 분석했을 때의 분석결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 예의 자외선 발광재료에 있어서의 (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃의 x의 값과 발광강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 예의 (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃ 자외선 광원의 출력 스펙트럼 및 발광강도의 관계와, 살균 효과의 파장 의존성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 예의 (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃ 자외선 광원과, 비교 대상으로 되는 hBN 자외선 광원의 발광강도, 출력 스펙트럼의 피크 파장, 살균 효율, 살균 능력, 살균 능력 상대값을 비교한 표이다.
도 7(a)는 저압 수은 램프와 특허문헌 1에 개시되는 hBN 자외선 광원의 자외선 스펙트럼 및 살균 효과의 파장 의존성을 비교한 그래프이고, (b)는 저압 수은 램프와 hBN 자외선 광원의 자외선 강도 및 살균 능력의 비교를 나타낸 표이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해, 첨부한 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 이 형태에 의거하여 당업자 등에 의해 이루어지는 실시 가능한 다른 형태, 실시예 및 운용기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.

우선, 본 발명의 자외선 발광재료를 이용한 자외선 광원에 대해 설명한다. 본 예의 자외선 광원은 자외선 발광재료에 고전압(수 ㎸ 이상)으로 발광시키는 면형상 광원이며, 발광의 안정화, 소형화, 발광의 균일성의 개선을 도모한 것이다.

[자외선 광원의 구성]

도 1에 나타내는 자외선 광원(1)은 내부가 진공상태로 기밀 유지된 상자형상(직방체 형상)의 외위기(2)내에 양극(3), 실드전극(4)(제2그리드). 가속제어 전극(제1그리드)(5), 음극(6)이 정해진 간격을 두고 배치된 극관 구조를 이루고 있다.

외위기(2)는 투광성을 갖는 석영 유리 혹은 YAG(Yttrium Aluminum Garnet)로 이루어지는 직사각형형상의 제1기판(양극 기판)(7)과, 소다 라임 유리로 이루어지는 직사각형형상의 제2기판(배면 기판)(8)을 정해진 간격을 두고 대향 배치하고, 이들 기판(7, 8)의 외주 부분에, 소다 라임 유리 등의 절연재료로 이루어지는 틀형상의 측면판(9)을 플릿 유리에 의해 기밀 봉지해서 조립한 것이다. 외위기(2) 안은 도시하지 않은 배기관으로부터 진공 배기되고, 내부에 마련되는 각종 전극(양극(3), 실드전극(4), 가속 제어 전극(5), 음극(6))이 고진공 분위기로 유지된다.

도 1의 예에 있어서의 양극(3)은 예를 들면 Al 박막 등으로 이루어지는 틀형상의 도체 부분에 있어서의 개구 부분에 형광체층(3a)이 정해진 형상(직사각형형상 등)을 이루어 피착 형성되어 있다. 양극(3)에는 도시하지 않은 리드단자를 통해 상시 수 ㎸ 이상의 고전압이 인가되어 있고, 음극(6)으로부터 방출되는 전자가 형광체층(3a)의 표면에 사돌하는 것에 의해 형광체층(3a)이 발광한다.

실드전극(4)은 예를 들면 426 합금 등의 도전성 금속으로 이루어지고, 외위기(2)내에 있어서의 가속 제어 전극(5)의 위쪽에 정해진 거리를 두고 병설된다. 실드전극(4)은 일반적으로 가속 제어 전극(5)과 대향하는 표면에 가속 제어 전극(5)보다도 눈이 작은 메시형상 또는 슬릿형상의 개구부(4a)를 갖고 있다. 실드전극(4)은 도시하지 않은 리드단자에 의해서 외위기(2)의 봉착부분을 기밀하게 관통하여 외부에 도출되고, 가속 제어 전극(5)보다도 높은 전압, 예를 들면 20∼30V의 전압이 상시 인가된다.

가속 제어 전극(5)은 예를 들면 426합금 등의 도전성 금속으로 이루어진다. 가속 제어 전극(5)은 양극(3)과 음극(6) 사이에 정해진 간격을 두고 외위기(2)내에 마련되어 있고, 표면에는 눈이 미세한 메시형상 또는 슬릿형상의 개구부(5a)를 갖고 있다. 이 개구부(5a)가 형성된 가속 제어 전극(5)의 표면의 면적은 형광체층(3a)의 형광체 패턴(발광 패턴)의 면적보다 작게 되어 있다. 이것에 의해, 발광부 이외로의 무효 전류를 줄이고 있다. 또, 가속 제어 전극(5)은 도시하지 않은 리드 단자에 의해서 외위기(2)의 봉착 부분을 기밀하게 관통하여 외부에 도출되어 있다.

음극(6)은 외위기(2)내의 가속 제어 전극(5)과 배면 기판(8)의 사이에 양극(3)의 긴쪽방향을 따라 팽팽하게 걸어 마련된다. 본 예의 음극(6)은 가열에 의해 전자를 방출하는 필라멘트형상의 선형상 음극으로서, 일반적으로 직열형 음극으로 불리는 것이 사용된다. 또, 음극(6)은 도시하지 않은 리드단자에 의해서 외위기(2)의 봉착 부분을 기밀하게 관통해서 외부에 도출된다.

음극(6)은 자외선 광원(1)과 자외선 조사 대상물을 상대 이동시키는 경우, 짧은쪽 방향으로 음극(6)을 팽팽하게 걸면, 주방향(긴쪽방향)에 주기적인 휘도 불균일이 발생하기 때문에, 긴쪽방향으로 팽팽하게 거는 것이 바람직하며, 이것에 의해서 주방향(긴쪽방향)으로 균일 발광시킬 수 있다. 음극(6)으로서는 상기 선형상의 직열형 음극 이외에, 필드 에미션(전계 방출 소자), 카본 나노 튜브 등의 전자원이라도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또, 외위기(2)내에 있어서의 음극(6)을 사이에 두고 가속 제어 전극(5)과 대면하는 배면 기판(8) 주위에는 예를 들면 426합금 등의 도전성 금속으로 이루어지는 배면 전극(10)이 마련되어 있다.

배면 전극(10)은 가속 제어 전극(5)의 구성과 공통으로 되어 있고, 음극(6)으로부터의 거리가 가속 제어 전극(5)과 음극(6) 사이의 거리와 동등하거나 그 이상 떨어져 배치되어 있다. 즉, 배면 전극(10)은 음극(6)과 배면 전극(10)의 사이이 거리와, 음극(6)과 가속 제어 전극(5) 사이의 거리에 있어서의 비가, 음극(6)과 배면 전극(10)의 사이의 거리≥음극(6)과 가속 제어 전극(5)의 사이의 거리로 되도록 배치된다. 그리고, 배면 전극(10)은 플러스의 전위가 되는 것에 의해, 음극(6)으로부터 나오는 전자류를 넓히는 효과가 있다.

또한, 배면 전극(10)과 가속 제어 전극(5)의 구성이 공통으로 되어 있는 것은 제조상 만들기 쉽기 때문이지만, 배면 전극(10)과 가속 제어 전극(5)을 분리한 구성으로 하는 것도 가능하다. 그 경우에는 배면 전극(10)과 가속 제어 전극(5)은 따로따로 제조된다. 이것에 의해, 또한 전자류의 실드상태가 양호한 조건을 만들어내는 것도 가능하다. 또한, 상기 배면 전극(10)의 구성을 생략할 수도 있다.

[자외선 발광재료]

다음에, 형광체층(3a)에 형성되는 자외선 발광재료에 대해 설명한다.

본 예의 자외선 발광재료는 모체로 되는 Al₂O₃에 도프제로서 Sc가 첨가되고, 그 조성은 하기 조성식(A)로 나타난다.

조성식(A): (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃

또한, 상기 조성식(A)에 있어서, x는 0<x<1의 범위이며, 바람직하게는 x=0.00078∼0.040이 좋다.

본 예의 자외선 발광재료는 원료로 되는 Al(OH)₃이 소성시의 온도 상승에 수반하여 Al₂O₃가 생성되면, 이 생성 과정에 있어서 모체로 되는 Al₂O₃에 있어서의 일부의 Al이 Sc로 치환하는 반응(소위, 고상반응)이 일어남으로써, 상기 조성식(A)에서 나타나는 합성물(커런덤(corundum))이 생성된다. 또한, 생성물의 ㏖수는 중량으로부터 환산함으로써 얻어진다.

또, 본 예의 자외선 발광재료를 제작함에 있어서, 단결정의 것보다도 분말형상 쪽이 디바이스 제작을 실행하는데 있어서 가공하기 쉽고, 또 단결정을 분쇄해서 분말로 하면 결정이 파괴되므로, 원하는 효율의 발광이 나타나지 않을 우려가 있다.

따라서, 본 예의 자외선 발광재료의 원료로 되는 Al(OH)₃ 및 ScCl₃을 모두 분말재료를 이용해서 합성함으로써, 자외선 발광재료의 입경이 약 1∼10㎛정도의 분말형상 재료로서 합성할 수 있다.

도 2는 합성한 자외선 발광재료의 SEC 사진이다. 도시한 바와 같이, 합성된 자외선 발광재료는 단결정을 분쇄했을 때와 같은 각진 왜곡의 형상이 아니라, 표면이 매끄러운 알갱이형을 이루고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 조성식(A)의 조성으로 이루어지는 자외선 발광재료에 있어서, 도프제로서 첨가되는 스칸듐의 비율을 높게 함으로써 스칸듐의 농도가 증가하고, 이것에 수반해서 스칸듐 원자끼리의 상호 작용이 일어나는 소위 농도 소광(消光)이 생겨 버리는 경우가 있다. 그 때문에, 상기 조성식(A)에서는 x가 0<x<1의 범위, 바람직하게는 x가 0.00078∼0.040의 범위로 되도록 규정하고 있다.

[실시예]

다음에, 본 발명에 관한 자외선 발광재료의 합성 공정 및 이 자외선 발광재료를 이용한 자외선 광원의 제조 공정에 대해 구체적인 실시예를 따라 설명한다. 또한, 하기에 나타내는 제조 방법은 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 전후기의 취지에 비추어 보아 설계나 수순 등을 적절히 변경하는 것은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.

[자외선 발광재료의 제조 방법]

본 예의 자외선 발광재료의 제조 방법에서는 하기의 원료를 이용하였다.

·Al(OH)₃분말 : 1.54g

·ScCl₃분말 : 29.8mg

우선, 원료를 혼합해서 알루미나 도가니로 옮기고, 전기로에 세트해서 1500℃에서 2시간 소성하여 합성물을 얻었다. 가열중의 분위기는 대기중이라도 좋다. 다음에, 실온까지 되돌린 합성물을 유반에 옮기고, 양극기판(7)상의 양극(3)에 인쇄 형성할 때에 적합한 크기로 될 때까지 풀어 분말형상으로 하였다.

도 3은 이 분말형상 합성물을 X선 회절 스펙트럼(XRD)으로 분석했을 때의 분석결과를 나타내는 도면이다. 상기 제작 공정에 있어서, 단지, Al₂O₃ 분말과 Sc₂O₃ 분말이 섞여 있는 상태이면, 예를 들면 Sc₂O₃가 0.5% 혼합된 Al₂O₃와 Sc₂O₃의 단순한 혼합물인 경우에는 31.5°에 Sc₂O₃의 최강선이 보이지만, 합성한 합성물에서는 (Al_{1 -x}Sc_x)₂O₃의 x가 0.0079임에도 불구하고 Sc₂O₃의 최강선이 검출되지 않고, Al₂O₃의 커런덤만의 스펙트럼이 검출되었다. 따라서, 분말 합성물 중에는 Sc₂O₃의 결정이 함유되어 있지 않고, Al₂O₃의 커런덤만으로 일어지는 결정상인 것을 확인할 수 있었다.

또, 얻어진 분말형상 합성물을 X선 형광 스펙트럼(XRF)으로 분석한 결과, 분말에 Sc원자가 함유되어 있는 것이 확인되었다.

이상으로부터, 합성된 Al₂O₃의 커런덤 결정에는 Sc원자가 포함되어 있고, 또 작성한 분말형상 합성물에 육방정 Sc₂O₃ 결정은 포함되어 있지 않고, 합성한 분말형상 합성물은 상기 조성식(A)로 나타나는 커런덤 구조를 가진 합성물인 것이 확인되었다.

[자외선 광원의 제조 방법]

우선, 상기 분말형상 합성물을 자외선 발광재료와, 형광표시관(VFD) 제조시에 사용되는 일반적인 유기용제 및 바인더를 혼합해서 자외선 광원에 사용가능한 형광체 페이스트를 제작하였다. 다음에, 제작한 형광체 페이스트를 양극 기판에 대해 스크린 인쇄법에 의해서 정해진 발광 패턴을 형성한 후에 소성하고, 형광체 페이스트에 함유되는 바인더 및 유기 용제를 분해 소실시켰다.

다음에, 일반적인 형광표시관의 제조방법에 따라, 제작한 형광체 페이스트를 정해진 형광패턴으로 인쇄한 양극(3)을 내면측에 형성한 양극기판(7)과, 배면전극(10)을 내면측에 형성한 배면 기판(8)의 사이에 실드전극(4), 가속 제어 전극(5), 음극(6)을 정해진 간격으로 배치한 상태에서 기밀 밀봉하고, 면발광 가능한 자외선 광원을 제조하였다.

[성능 검증]

다음에, 상기와 같이 제작한 자외선 광원의 성능을 검증하였다. 본 예의 자외선 발광재료의 비교 대상으로서 일본국 특허공개공보 제2007-9095호에 개시되는 육방정 질화 붕소 단결정(hBN) 분말을 자외선 발광재료로서 사용하였다. 그리고, 이 hBN 분말을 본 예의 자외선 발광재료와 마찬가지로 형광체 페이스트로 하고, 본 예의 자외선 광원과 동일 제법으로 제작한 자외선 광원을 사용하였다.

또한, 각 광원의 측정조건은 애노드를 5㎸-0.15㎃로 구동하고, 발광면적을 1㎠, 측정거리를 10㎜로 하였다. 또, 대비되는 살균 효율 및 살균 능력의 산출 방법은 종래 기술에서도 설명한 바와 같이, JIS-Z-8811에서 규정되는 살균 효과 상대값을 이용해서 산출방법(수순 1∼수순 3)을 사용하였다.

(Sc 조성비에 대한 발광 강도)

도 4는 본 예의 자외선 발광재료에 있어서의 (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃의 x의 값과 발광 강도로서의 관계를 나타낸 그래프이다. 또한, 금회의 실험 범위에서는 (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃의 x의 범위를 0.00078∼0.040으로서 규정하고, 각 점에 있어서의 방사조도는 이하와 같다.

·A점(x=0.00078)의 발광강도: 2.64㎽/㎠

·B점(x=0.0016)의 발광강도: 3.03㎽/㎠

·C점(x=0.0041)의 발광강도: 4.68㎽/㎠

·D점(x=0.0079)의 발광강도: 4.98㎽/㎠

·E점(x=0.020)의 발광강도: 5.02㎽/㎠

·F점(x=0.040)의 발광강도: 2.91㎽/㎠

도시한 바와 같이, 동일 조건에 의해서 제작한 hBN 자외선 광원의 방사 조도가 0.38㎽/㎠이었다. 이것에 의해, 본 예의 (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃ 자외선 광원은 hBN 자외선 광원에 비해 약 10∼15배 정도의 발광강도가 얻어지고 있는 것을 확인할 수 있었다.

(출력 스펙트럼의 피크 파장 및 발광 강도의 대비)

도 5는 본 예의 (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃ 자외선 발광재료를 이용한 자외선 광원의 출력 스펙트럼 및 발광 강도의 관계와, 살균 효과의 파장 의존성의 관계를 나타내는 그래프이다. 또, 도 6은 본 예의 (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃ 자외선 광원과, 배교대상으로 되는 hBN 자외선 광원의 발광 강도, 출력 스펙트럼의 피크 파장, 살균 효율, 살균 능력, 살균 능력 상대값을 비교한 표이다,

도 5, 도 6에 나타내는 바와 같이, 비교대상인 hBN 자외선 광원에 있어서의 출력 스펙트럼의 피크 파장은 221㎚, 발광강도가 0.38㎽/㎠인 것에 대해, 본 예의 (Al_1-xSc_x)₂O₃ 자외선 광원에 있어서이 출력 스펙트럼의 피크 파장이 233㎚, 발광강도가 5.7㎽/㎠이었다. 이것에 의해, 본 예의 (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃ 자외선 광원의 피크 파장은 hBN 자외선 광원의 피크 파장보다 살균선(254㎚)에 근접해 있는 것이 확인되었다.

(살균 효율, 살균 능력 및 살균 능력 상대값의 대비)

도 6에 나타내는 바와 같이, 비교대상인 hBN 자외선 광원에 있어서의 살균 효율이 0.36, 살균 능력이 0.14인 것에 반해, 본 예의 (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃ 자외선 광원에서는 살균 효율이 0.54, 살균 능력이 3.1인 것이 확인되었다. 또한, 살균 능력이 「1」 높아지면, 동일 조건에 의한 세균의 사멸수가 2배(즉, 살균 시간이 1/2)로 된다. 또, 살균 능력 상대값으로서는 hBN 자외선 광원을 「1」로 했을 때, 본 예의 (Al_1-xSc_x)₂O₃ 자외선 광원은 「23」으로 되는 것이 확인되었다. 따라서, 본 예의 (Al_1-xSc_x)₂O₃ 자외선 광원은 hBN 자외선 광원보다 현격히 살균 효율 및 살균 능력이 높은 것이 확인되었다.

이상과 같이, 본 예의 (Al_{1 - x}Sc_x)₂O₃ 자외선 광원은 hBN 자외선 광원에 비해 피크 파장 및 발광 강도가 모두 저압 수은램프에 가깝고, 또 살균 효율 및 살균 능력이 hBN 자외선 광원에 비해 우수한 것이 확인되었다.

본 발명에 의하면, 인체에 영향을 미치지 않고, 살균 성능의 향상 및 발광효율의 향상이 도모되는 자외선 발광재료를 제공할 수 있기 때문에, 이 자외선 발광재료를 이용해서 제작한 자외선 광원이 이용 가능한 각종 장치(TA 방식 프린터, UV 수지 경화 장치, 살균 장치, 오존 세정 장치, 표면 개질 장치, 탈취 장치, 형광 분석 장치, 지폐 식별 장치, 검사 식별기, 포충용 장치 등)에 대해 매우 유용하다.

1: 자외선 광원 2: 외위기
3: 양극 3a: 형광체층
4: 실드 전극 4a: 개구부
5: 가속 제어 전극 5a: 개구부
6: 음극 7: 제 1 기판(양극 기판)
8: 제 2 기판(배면 기판) 9: 측면판
10: 배면 전극

Claims (4)

1. 모체로 되는 Al₂O₃에 도프제로서 Sc가 첨가되는 하기 조성식 (A)로 나타나는 것이고, 상기 조성식(A) 중의 x가 0.00078∼0.040의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 자외선 발광재료.
   (Al_1-xSc_x)₂O₃ …(A)
   (단, 상기 식(A) 중의 x는 0<x<1을 만족시킨다)
2. 제 1 항에 있어서,
   Al(OH)₃ 분말에 도프제로서 ScCl₃ 분말을 혼합하고, 소성해서 얻어지는 분말형상 발광재료인 것을 특징으로 하는 자외선 발광재료.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 자외선 발광재료를 정해진 발광패턴 형상으로 형성한 형광체층을 갖는 양극과,
   전자를 방출하는 음극과,
   상기 양극과 상기 음극 사이에 마련되고, 상기 음극으로부터 전자를 인출하여 가속 제어하는 가속 제어 전극을 외위기내에 진공 밀봉해서 구비하고,
   상기 음극으로부터 방출된 상기 전자를 상기 가속 제어 전극으로 가속 제어하고, 상기 양극에 고전압을 인가하여 상기 형광체층에 상기 전자를 사돌(射突)시켜 해당 형광체층을 발광시키는 것을 특징으로 하는 자외선 광원.
4. 삭제

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