KR101683479B1

KR101683479B1 - 녹색 형광체 및 그 제조 방법과 상기 녹색 형광체를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널

Info

Publication number: KR101683479B1
Application number: KR1020090134346A
Authority: KR
Inventors: 최승덕; 이영주
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; 주식회사 케이알엠; 주식회사 미래세라텍
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2016-12-20
Also published as: KR20110077700A

Abstract

화학식 1로 표현되는 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)을 함유하는 아연실리케이트계 화합물을 포함하는 녹색 형광체 및 그 제조 방법과 상기 녹색 형광체를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다.

녹색 형광체, 잔광 시간, 알루미늄, 플라즈마 디스플레이 패널

Description

녹색 형광체 및 그 제조 방법과 상기 녹색 형광체를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널{GREEN PHOSPHOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND PLASMA DISPLAY PANEL INCLUDING THE GREEN PHOSPHOR}

본 발명은 녹색 형광체 및 그 제조 방법과 상기 녹색 형광체를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널에 관한 것이다.

형광체는 외부로부터 빛 또는 전자 형태의 에너지를 받아서 인간의 눈으로 인식할 수 있는 가시 광 영역의 빛을 내는 물질이다. 이러한 형광체는 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel, PDP), 전계 방출 디스플레이(field emission display, FED) 및 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 등의 전자 소자에 사용될 수 있으며, 이들 전자 소자의 발광 특성 및 색 특성에 결정적인 영향을 미칠 수 있다.

플라즈마 디스플레이 패널은 기체 방전에 의해 형성된 플라즈마로부터 방사되는 진공 자외선(vacuum ultraviolet, VUV)이 형광체 층을 여기시킴으로써 발생되 는 가시광을 이용하여 영상을 구현하는 디스플레이 소자이다.

플라즈마 디스플레이 패널의 형광체 층은 적색, 녹색 및 청색 형광체를 포함하는데, 이 중 녹색 형광체로 Zn₂SiO₄:Mn, BaAl₁₂O₁₉:Mn, BaMgAl₁₄O₂₃:Mn, SrAl₁₂O₁₉:Mn, CaAl₁₂O₁₉:Mn, YBO₃:Tb, LuBO₃:Tb, GdBO₃:Tb, ScBO₃:Tb, Sr₄Si₃O₈Cl₄:Eu 가 사용되고 있다.

그러나 상기 녹색 형광체들은 잔광 시간이 길어 표시 특성이 불량해질 수 있다.

본 발명의 일 측면은 잔광 시간을 줄일 수 있는 녹색 형광체를 제공한다.

본 발명의 다른 측면은 상기 녹색 형광체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 녹색 형광체를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다.

본 발명의 일 구현예는 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)을 함유하는 아연실리케이트계 화합물을 포함하는 녹색 형광체를 제공한다.

상기 녹색 형광체는 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.

[화학식 1]

Zn_xSiO₄:Mn_yAl_z

상기 화학식 1에서, 1.7≤x≤2.0, 0.02≤y≤0.08 및 0.02≤z≤0.2를 만족한다.

상기 녹색 형광체는 약 6 내지 8 ms의 잔광 시간을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 구현예는 망간 전구체, 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 규 소 전구체를 혼합하는 단계, 그리고 상기 혼합물을 1000 내지 1500℃에서 1 내지 10시간 동안 열처리하는 단계를 포함하는 녹색 형광체의 제조 방법을 제공한다.

상기 망간 전구체, 상기 알루미늄 전구체, 상기 아연 전구체 및 상기 규소 전구체는 각각 산화망간(MnO), 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO) 및 산화규소(SiO₂)일 수 있고, 상기 산화망간, 상기 산화알루미늄, 상기 산화아연 및 상기 산화규소는 각각 분말 형태로 혼합될 수 있다.

상기 망간 전구체, 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 규소 전구체를 혼합하는 단계는 용매 중에서 지르코니아(ZrO₂) 볼을 사용한 볼밀링 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 열처리하는 단계는 약 1100 내지 1400℃에서 약 1 내지 4시간 동안 수행할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 녹색 형광체를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다.

녹색 형광체의 잔광 시간을 줄여 표시 특성을 개선할 수 있다.

이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지 식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.

이하 본 발명의 일 구현예에 따른 녹색 형광체에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 녹색 형광체는 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)을 함유하는 아연실리케이트계 화합물을 포함한다.

상기 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)은 녹색 형광체에 도핑되어 전체적으로 균일하게 분포될 수도 있고 일부분에 분포되어 있을 수도 있다.

상기 녹색 형광체는 하기 화학식 1로 표현된다.

[화학식 1]

Zn_xSiO₄:Mn_yAl_z

상기 화학식 1에서, Zn, Si, Mn, Al은 각각 아연 원소, 규소 원소, 망간 원소 및 알루미늄 원소이고, 1.7≤x≤2.0, 0.02≤y≤0.08 및 0.02≤z≤0.2를 만족한다.

상기 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)은 부활제(activator)로서 포함될 수 있다.

상기 녹색 형광체는 발광 세기가 우수하고 짧은 잔광 시간을 가진다. 여기서 잔광 시간은 여기를 멈춘 직후부터 형광체에서 발현하는 광량이 초기 대비 1/10으로 감소하기까지 걸리는 시간으로, 본 구현예에 따른 녹색 형광체는 약 6 내지 8 ms의 잔광 시간을 가진다.

이하 본 발명의 일 구현예에 따라 상기 녹색 형광체를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 녹색 형광체의 제조 방법은 망간 전구체, 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 규소 전구체를 혼합하는 단계, 그리고 상기 혼합물을 1000 내지 1500℃에서 1 내지 10시간 동안 열처리하는 단계를 포함한다.

상기 망간 전구체, 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 규소 전구체는 산화물 형태일 수 있으며, 예컨대 각각 산화망간(MnO), 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO) 및 산화규소(SiO₂)일 수 있다.

상기 산화망간(MnO), 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO) 및 산화규소(SiO₂)는 각각 분말 형태로 혼합될 수 있으며, Zn:Si:Mn:Al의 몰비가 상기 화학식 1에서 x, y 및 z 값을 만족하는 양으로 혼합될 수 있다.

상기 혼합물은 충분한 양의 용매 속에서 지르코리아(ZrO₂) 볼을 사용한 볼밀링(ball milling) 방법으로 기계적으로 분쇄될 수 있다. 이 때 사용할 수 있는 용매로는 예컨대 에탄올과 같은 알코올류를 사용할 수 있다.

이어서 상기 분쇄된 혼합물에서 용매를 제거한다. 용매 제거는 예컨대 약 80 내지 120℃ 오븐 속에서 건조할 수 있으며, 상기 건조에 의해 혼합물은 분말 형태가 된다.

이어서 상기 혼합물을 열처리하여 화학 반응에 의해 산소 원자들을 제거함으로써 단일상의 아연실리케이트계 화합물이 생성된다. 이 때 열처리는 약 1000 내 지 1500℃에서 약 1 내지 10시간 수행할 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 1100 내지 1400℃에서 약 1 내지 4시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.

이어서 아연실리케이트계 화합물은 기계적 볼밀링 분쇄과정을 거쳐서 약 1 내지 5㎛ 의 미세 분말의 녹색 형광체가 생성된다.

상기 녹색 형광체는 플라즈마 디스플레이 패널, 전계 방출 디스플레이 및 발광 다이오드 등 녹색을 표시하는 형광체가 포함될 수 있는 모든 전자 소자에 적용될 수 있다.

이하 상기 녹색 형광체가 플라즈마 디스플레이 패널에 사용되는 경우에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널을 도시한 부분 분해 사시도이다.

도 3을 참고하면, 플라즈마 디스플레이 패널은 임의의 간격을 두고 실질적으로 평행하게 배치되는 제1 기판(1)과 제2 기판(11)을 포함한다.

제1 기판(1) 위에는 일 방향(도면의 Y 방향)을 따라 형성되어 있는 복수의 어드레스 전극(3), 어드레스 전극(3) 위에 형성되어 있으며 어드레스 전극(3)을 덮고 있는 제1 유전체 층(5), 제1 유전체 층(5) 위에서 각 어드레스 전극(3) 사이에 배치되도록 소정의 높이로 제공되는 복수의 격벽(7)을 포함한다. 격벽(7)은 복수의 방전 공간을 형성한다.

격벽(7)은 방전 공간을 구획하는 형상이라면 어느 형태도 가능하며, 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 예컨대 격벽(7)은 스트라이프 등과 같은 개방형 격벽은 물론, 와플, 매트릭스, 델타 등과 같은 폐쇄형 격벽으로 형성될 수도 있다. 또한 폐쇄형 격벽은 방전 공간의 횡단면이 사각형, 삼각형, 오각형 등의 다각형, 또는 원형, 타원형 등으로 되도록 형성될 수도 있다.

각각의 격벽(7) 사이에 복수의 방전 셀이 형성되고, 상기 방전 셀 내에는 적(R), 녹(G), 청(B)색의 형광체층(9)이 위치한다. 이 때 상기 녹색 형광체층은 상술한 녹색 형광체를 포함한다.

그리고, 제1 기판(1)에 대향하는 제2 기판(11)의 일면에는 어드레스 전극(3)과 교차하는 방향(도면의 X축 방향)을 따라 형성되어 있는 표시 전극(13) 및 상기 표시 전극(13) 위에 형성되어 있으며 표시 전극(13)을 덮고 있는 유전체 층(15)이 형성되어 있다. 표시 전극(13)은 한 쌍의 투명 전극(13a)과 버스 전극(13b)을 포함한다.

어드레스 전극(3)과 표시 전극(13)이 교차하는 부분은 방전 셀을 형성한다.

상기 플라즈마 디스플레이 패널은 어드레스 전극(3)과 표시 전극(13) 사이에 어드레스 전압(Va)을 인가하여 어드레스 방전을 행하고 다시 한 쌍의 표시 전극 사 이에 유지 전압(Vs)을 인가하여 유지 방전시켜 구동한다. 이 때 발생하는 여기원 이 해당 형광체를 여기시켜 투명한 제2 기판(11)을 통하여 가시광을 방출하면서 플라즈마 디스플레이 패널의 화면을 구현하게 된다. 상기 여기원으로는 진공 자외선(Vacuum Ultraviolet)이 주로 이용될 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시에는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

산화아연(ZnO), 산화규소(SiO₂), 산화망간(MnO) 및 산화알루미늄(Al₂O₃) 분말을 화학 당량에 맞추어 혼합하였다. 이 혼합 분말을 200ml 에탄올에서 지르코니아 볼을 이용한 볼밀링 방법으로 12시간 동안 기계적으로 분쇄하였다. 분쇄된 액체 혼합물을 90℃의 오븐에서 12시간 동안 건조하여 분말 형태의 혼합물 전구체를 형성하였다. 건조된 혼합물 전구체를 알루미나 도가니에 담아 1300℃에서 3시간 동안 열처리하였다.

열처리된 고체 화합물을 기계적 볼밀링 분쇄를 통해 녹색 형광체 분말을 제조하였다. 본 실시예에 따른 녹색 형광체 분말은 Zn₁ _.87SiO₄Mn₀ _.08Al₀ _. ₀₅로 표현된다.

실시예 2

산화아연(ZnO), 산화규소(SiO₂), 산화망간(MnO) 및 산화알루미늄(Al₂O₃) 분말의 화학 당량을 바꾸어 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1와 동일한 방법으로 녹색 형광체 분말을 제조하였다. 본 실시예에 따른 녹색 형광체 분말은 Zn_1.76SiO₄Mn_0.08Al_0.16으로 표현된다.

실시예 3

산화아연(ZnO), 산화규소(SiO₂), 산화망간(MnO) 및 산화알루미늄(Al₂O₃) 분말의 화학 당량을 바꾸어 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1와 동일한 방법으로 녹색 형광체 분말을 제조하였다. 본 실시예에 따른 녹색 형광체 분말은 Zn_1.84SiO₄Mn_0.08Al_0.08으로 표현된다.

비교예

PDP용으로 시판되는 상용 아연실리케이트계 녹색 형광체를 사용하였다.

결정 구조 확인

실시예 1 내지 3에서 제조된 녹색 형광체 분말을 x선 회절 분석기를 사용하여 구조를 확인하였다. 그 결과 실시예 1 내지 3에서 제조된 녹색 형광체 분말은 모두 단일상 윌레마이트(willemite) 구조를 가지는 아연실리케이트계 화합물로 확인 되었다.

도 1은 실시예 1에서 제조된 녹색 형광체 분말의 XRD 그래프이다.

평가: 잔광 시간 측정

실시예 1 내지 3에 따른 녹색 형광체 분말과 비교예에 따른 녹색 형광체 분말을 자외선으로 여기시킨 후 528nm 파장의 잔광 시간을 측정하였다. 잔광 시간은 여기를 멈춘 직후부터 형광체에서 발현하는 광량이 초기 대비 1/10으로 감소하기까지 걸리는 시간으로 측정하였다.

그 결과는 표 1과 같다.

[표 1]

	잔광 시간(msec)
실시예 1	6.2
실시예 2	7.6
실시예 3	6.7
비교예	11.6

표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 3에 따른 녹색 형광체가 비교예에 따른 녹색 형광체보다 잔광 시간이 짧으며, 약 6 내지 8ms 범위의 잔광 시간을 가지는 것을 알 수 있다.

도 2는 실시예 1에 따른 녹색 형광체와 비교예에 따른 녹색 형광체의 잔광 시간을 보여주는 그래프이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

도 1은 실시예 1에서 제조된 녹색 형광체 분말의 XRD 그래프이고,

Claims

망간(Mn) 및 알루미늄(Al)을 함유하는 아연실리케이트계 화합물을 포함하고,

상기 화합물이 하기 화학식 1로 표현되는 것인,

녹색 형광체:

[화학식 1]

Zn_xSiO₄:Mn_yAl_z

상기 화학식 1에서, 1.7≤x≤2.0, 0.02≤y≤0.08 및 0.05≤z≤0.16를 만족한다.
삭제
제1항에서,

상기 녹색 형광체는 6 내지 8 ms의 잔광 시간을 가지는 녹색 형광체.
망간 전구체, 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 규소 전구체를 혼합하는 단계, 그리고

혼합물을 1000 내지 1500℃에서 1 내지 10시간 동안 열처리하는 단계

를 포함하고,

혼합물을 1000 내지 1500℃에서 1 내지 10시간 동안 열처리하는 단계에서, 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)을 함유하는 아연실리케이트계 화합물인 녹색 형광체가 수득되고,

상기 화합물이 하기 화학식 1로 표현되는 것인,

녹색 형광체의 제조 방법:

[화학식 1]

Zn_xSiO₄:Mn_yAl_z

상기 화학식 1에서, 1.7≤x≤2.0, 0.02≤y≤0.08 및 0.05≤z≤0.16를 만족한다.
제4항에서,

상기 망간 전구체, 상기 알루미늄 전구체, 상기 아연 전구체 및 상기 규소 전구체는 각각 산화망간(MnO), 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화아연(ZnO) 및 산화규소(SiO₂)이고,

상기 산화망간, 상기 산화알루미늄, 상기 산화아연 및 상기 산화규소는 각각 분말 형태로 혼합되는

녹색 형광체의 제조 방법.
제4항에서,

상기 망간 전구체, 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 규소 전구체를 혼합하는 단계는 용매 중에서 지르코니아(ZrO₂) 볼을 사용한 볼밀링 분쇄하는 단계를 포함하는 녹색 형광체의 제조 방법.
제4항에서,

상기 열처리하는 단계는 1100 내지 1400℃에서 1 내지 4시간 동안 수행하는 녹색 형광체의 제조 방법.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 따른 녹색 형광체를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널.