KR101879518B1 - 휘도가 개선된 리간드 합성 형광체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 무기물 형광체에 유기물인 리간드(Ligand)를 결합하여 형광체의 휘도를 향상시킬 수 있는 방법이다.
본 발명의 휘도가 개선된 리간드 합성 형광체는 기존의 방법으로 합성된 무기물 형광체를 일정한 농도의 유기 용매와 유기물인 리간드를 혼합하여 약 150 내지 250℃의 온도 범위 하에서 약 20 내지 40h동안 용매 열합성 방법(Solvothermal)으로 제조한다.

Description

휘도가 개선된 리간드 합성 형광체의 제조방법{Method for preparing ligand synthetic phosphor having improved brightness}

본 발명은 휘도가 개선된 리간드 합성 형광체의 제조방법인 것이다. 더욱 상세하게 기존의 무기물 형광체에 유기물인 리간드(Ligand)를 결합하여 형광체의 휘도를 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.

형광체는 진공 형광 디스플레이 (VFD), 전계 발광 디스플레이 (FED), 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP), 음극선 관 (CRT), 백색 발광 다이오드 (LED) 등을 위해 이용된다. 모든 이들 애플리케이션에서, 형광체로부터의 발광을 초래하기 위해 형광체를 여기하는 에너지를 공급할 필요가 있다. 형광체는 진공 자외선, 자외선, 전자 빔, 또는 청색광과 같은 고 에너지를 갖는 여기원에 의해 여기되어 가시광을 발광한다. 그러나, 형광체를 상기 여기원에 노출시킨 결과, 형광체의 휘도 저하의 문제가 발생하고, 따라서 휘도 감소를 나타내지 않는 형광 체가 소망되고 있다

현재 사용되고 있는 무기물 형광체의 경우 휘도의 개선 방법으로 국제공개공보 WO2005/052087(형광체의 제조방법)에서와 같이 소성 조건 변경, 소결 조제 첨가 및 변경 등과 같은 방법을 적용하고 있지만, 소성 이후에 장기간의 분쇄 공정이 요구되고 있기 때문에 형광체의 휘도를 저하시키는 경향이 있으므로 새롭게 휘도 개선을 위해서는 새로운 방향의 실험 방법이 필요하였다.

이에 본 발명은 이와 같은 새로운 방향의 실험 방법의 개발을 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 기존의 무기물 형광체에 유기물의 리간드를 결합하면 형광체의 휘도를 향상시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

이에 따라 본 발명은 기존 형광체의 휘도를 크게 개선시킬 수 있는 리간드 합성 형광체의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 리간드 합성 형광체의 제조방법은 기존의 방법으로 합성된 무기물 형광체를 일정한 농도의 유기 용매와 유기물인 리간드를 혼합하여 용매 열합성 방법으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리간드 합성 형광체의 제조방법은 리간드를 통한 흡수영역의 확대로 인하여 형광체의 발광 강도를 증가시킴으로써 기존의 형광체의 휘도를 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 안테나 임펙트의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들의 형광체의 발광특성 그래프이다.
도 3은 기존의 일반적인 무기물 형광체의 XRD와 본 발명의 리간드 합성 형광체의 XRD 데이터를 비교한 그래프이다.

이와 같은 본 발명을 다음에서 상세하게 설명하기로 하며, 다음의 실시예는 단지 예시하기 위한 것으로 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 리간드 합성 형광체의 제조방법은 기존의 방법으로 합성된 무기물 형광체를 일정한 농도, 예를 들면 0 내지 4mmol의 유기 용매와 유기물인 리간드를 혼합하여 약 150 내지 250℃의 온도 범위 하에서 약 20 내지 40h동안 용매 열합성 방법(Solvothermal)으로 제조하는 것이다.

본 발명에서 사용하는 용어 '용매 열합성 방법'은 내열 및 내압성 용기인 오토클레이브에 형광체와 유기 용매, 리간드를 일정 비율로 첨가한 후 일정한 온도로 상승시켜 유지함으로써 반응시키는 방법을 말한다.

본 발명에서 기존의 방법으로 합성된 무기물 형광체로는 이에 한정하는 것은 아니지만, (Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu^{2 +}를 예로 들 수 있다.

유기 용매로는 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMA), 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세토니트릴(acetonitrile), 테트라히드로퓨란(THF: tetrahydrofuran) 및 헥사메틸포스포라미드(HMPA: hexamethylphosphoramide)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.

유기물 리간드(배위자)로는 착물 중에서 중심원자를 둘러싸고 있는 배위결합하고 있는 이온 또는 분자를 말하며, 여기서는 옥살산 디하이드레이트(oxalic acid dihydrate), 1,10-페난트롤린(phenanthroline), 트리페닐포스핀 옥사이드(TPPO: Triphenylphosphine oxide) 및 1,3-디페닐-1,3-프로판디온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.

본 발명의 방법에서, 무기물 형광체와 유기물 리간드의 혼합 비율은 1: 1 내지 1: 4 mmol로 혼합하는 것이 바람직하다. 만일 이 범위를 벗어날 경우에는 발광특성이 개선되지 않기 때문에 휘도가 향상되지 않는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명의 리간드 합성 형광체의 제조방법은 무기물의 흡수 영역에서 흡수하는 에너지를 추가적으로 리간드가 흡수 함으로 인하여 휘도 개선 효과를 나타내는 것으로 도 1과 같은 무기물의 흡수 영역에서 흡수하는 에너지를 추가적으로 리간드가 흡수 함으로 인하여 휘도 개선 효과를 나타내는 안네타 임펙트로부터 알 수 있다.

결과적으로, 리간드를 통한 흡수영역의 확대로 인하여 형광체의 발광 강도를 증가시킴으로써 기존의 형광체의 휘도를 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

(Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu^{2 +}의 무기물 형광체 1mmol(0.477g)을 유기물 리간드로서 옥살산 디하이드레이트 1mmol(0.126g)와 유기 용매로서 10ml의 물과 10ml의 DMF의 혼합 용매와 180℃의 온도에서 30h 동안 용매 열합성 방법으로 혼합하여 리간드 합성 형광체를 제조하였다.

이렇게 제조된 리간드 합성 형광체의 발광 강도(PL Intensity)를 측정한 결과 약 4%가 향상되었다.

실시예 2

(Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu^{2 +}의 무기물 형광체 1mmol(0.477g)을 유기물 리간드로서 옥살산 디하이드레이트 2mmol(0.252g)와 유기 용매로서 10ml의 물과 10ml의 DMF의 혼합 용매와 180℃의 온도에서 30h 동안 용매 열합성 방법으로 혼합하여 리간드 합성 형광체를 제조하였다.

이렇게 제조된 리간드 합성 형광체의 발광 강도(PL Intensity)를 측정한 결과 약 5%가 향상되었다.

실시예 3

(Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu^{2 +}의 무기물 형광체 1mmol(0.477g)을 유기물 리간드로서 옥살산 디하이드레이트 4mmol(0.504g)와 유기 용매로서 10ml의 물과 10ml의 DMF의 혼합 용매와 180℃의 온도에서 30h 동안 용매 열합성 방법으로 혼합하여 리간드 합성 형광체를 제조하였다.

이렇게 제조된 리간드 합성 형광체의 발광 강도(PL Intensity)를 측정한 결과 약 7%가 향상되었다.

실시예 1 내지 실시예 3에 대한 발광 강도를 함께 그래프로 나타내면 도 2와 같다.

첨부 도면 중에서 도 3은 본 발명의 실시예 1의 리간드 합성 형광체와 리간드와 혼합하지 않은 무기물 형광체(Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu^{2 +})(비교예 1)의 XRD (X 레이 회절분석법) 데이터를 비교한 그래프이다. 도 3a는 비교예 1의 XRD이고, 도 3b는 실시예 1의 XRD으로서, Sr₂Si₅N₈ 상이 생성되었으며, 유기물 영향으로 무정형 할로(amorphous halo: 무정형 물질의 X선 회절 도형에 나타나는 폭이 넓은 흐릿한 회절 고리) 형태로 백그라운드가 다소 높아졌음을 알 수 있다.

또한, 다음 표 1은 비교예 1의 일반 형광체((Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu^{2 +}), 표 2는 실시예 1의 리간드 합성 형광체로서 이들의 XPS(전자분광 화학분석법) 분석 데이터에 의하면, 리간드 결합에 따른 하이브리드 샘플의 표면에 산소 증가 및 그래프 형상 변형을 확인할 수 있었다.

이상에서 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 무기물 형광체 (Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu²⁺를 유기 용매 및 유기물 리간드인 옥살산 디하이드레이트(oxalic acid dihydrate)와 혼합하여 150 내지 250℃의 온도 범위하에서 20 내지 40h동안 용매 열합성 방법(Solvothermal)으로 제조하는 것을 특징으로 하는 휘도가 개선된 리간드 합성 형광체의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 유기 용매로는 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMA), 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세토니트릴(acetonitrile), 테트라히드로퓨란(THF: tetrahydrofuran) 및 헥사메틸포스포라미드(HMPA: hexamethylphosphoramide)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 휘도가 개선된 리간드 합성 형광체의 제조방법.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 무기물 형광체와 유기물 리간드의 혼합 비율은 1: 1 내지 1: 4 mmol로 혼합하는 것을 특징으로 하는 휘도가 개선된 리간드 합성 형광체의 제조방법.
   

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