KR102464841B1 - METHOD FOR PREPARING LANTHANIDE DOPED SiAlON POWDER WITH DOWNSHIFTING LUMINESCENCE PROPERTY - Google Patents

METHOD FOR PREPARING LANTHANIDE DOPED SiAlON POWDER WITH DOWNSHIFTING LUMINESCENCE PROPERTY Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 규소(Si) 전구체, 알루미늄(Al) 전구체 및 질소(N) 전구체를 포함하는 제1 수용액과, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb 및 Dy으로부터 선택되는 1종 이상의 란타넘족 원소 전구체를 포함하는 제2 수용액을 혼합 및 교반하고 혼합 수용액의 pH를 조절하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 얻어진 혼합 수용액을 마이크로파(miclrowave)로 가열해 150 ~ 250℃의 온도에서 수열 반응시켜 란타넘족 도핑 사이알론을 합성하는 단계; 및 (c) 상기 란타넘족 도핑 사이알론을 건조시키는 단계;를 포함하는 다운시프팅 발광 특성을 갖는 란타넘족 도핑 사이알론 분말의 제조방법에 대한 것으로서, 본 발명에 의하면, 1500℃ 이상의 고온에서 원료 물질들을 소결시켜 벌크 형태의 세라믹스 소결체를 제조하고 이를 분쇄해 분말 형태의 형광체를 얻는 종래 기술과 달리, 마이크로파를 가열 수단으로 이용하는 수열 합성법을 이용해 저온(150 ~ 250℃)에서 빠르고 저렴하며 친환경적으로 란타넘족 원소(Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy 등)가 도핑된 SiAlON계 다운시프팅 형광체 재료를 분말 형태로 곧바로 제조할 수 있다. The present invention relates to (a) a first aqueous solution comprising a silicon (Si) precursor, an aluminum (Al) precursor and a nitrogen (N) precursor, and selected from Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb and Dy. mixing and stirring a second aqueous solution containing one or more lanthanum group element precursors to be used, and adjusting the pH of the mixed aqueous solution; (b) synthesizing the lanthanum-doped sialon by heating the mixed aqueous solution obtained in step (a) with a microwave and performing a hydrothermal reaction at a temperature of 150 to 250° C.; And (c) drying the lanthanum-doped sialon; as a method for producing a lanthanum-doped sialon powder having downshifting light-emitting properties comprising; according to the present invention, a raw material at a high temperature of 1500°C or higher Unlike the conventional technique of producing a bulk ceramic sintered compact by sintering it and pulverizing it to obtain a powdery phosphor, a hydrothermal synthesis method using microwaves as a heating means is used to quickly, inexpensively and environmentally friendly lanthanum compounds at low temperature (150 ~ 250℃). The SiAlON-based downshifting phosphor material doped with elements (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, etc.) can be directly manufactured in powder form.

Description

다운시프팅 발광 특성을 갖는 란타넘족 도핑 사이알론 분말의 제조방법{METHOD FOR PREPARING LANTHANIDE DOPED SiAlON POWDER WITH DOWNSHIFTING LUMINESCENCE PROPERTY}Method for producing lanthanum-doped sialon powder having downshifting luminescent properties

본 발명은 SiAlON계 다운시프팅 형광체 재료를 분말 형태로 제조하는 방법에 대한 것이다. The present invention relates to a method for producing a SiAlON-based downshifting phosphor material in powder form.

사이알론(SiAlON) 형광체는 조성 범위가 넓고, 조성의 제어에 의해 녹색에서 적색까지의 넓은 발광 파장을 나타내는 소재로서 최근 각광받고 있는 소재이다. SiAlON phosphor has a wide composition range and is a material that has recently been spotlighted as a material that exhibits a wide emission wavelength from green to red by controlling the composition.

일반적으로 고휘도의 사이알론 형광체를 합성하기 위해서는 고온 공정이 요구된다. 특히, 대부분의 질화물은 산화물과 비교하여 공유 결합성이 크기 때문에, 고온의 공정을 통하더라도 확산은 형광체 합성을 위한 물질이동 메커니즘으로서 속도론적으로 불리한 것으로 알려져 있다. 따라서, 소량의 소결 조제를 첨가함으로써 공융액상을 생성시켜 용해-재석출 메커니즘에 의해 물질이동을 촉진시켜 형광체를 합성하는 것이 일반적인데, 이에 의할 경우 고온합성 공정 후 냉각 시 입자 사이에 잔류하는 비정질 입계상에 의해 합성된 형광체 입자는 소결 효과에 의해 강도를 가지는 괴상의 형태로 얻어진다. 따라서, 적당한 크기의 형광체 분말을 제조하기 위해 후처리 공정으로서 분쇄 공정이 반드시 필요하다. In general, a high-temperature process is required to synthesize a high-brightness sialon phosphor. In particular, since most nitrides have greater covalent bonding properties compared to oxides, diffusion is known to be kinetically disadvantageous as a mass transfer mechanism for phosphor synthesis even through a high-temperature process. Therefore, it is common to synthesize a phosphor by generating a eutectic phase by adding a small amount of a sintering aid and promoting material movement by a dissolution-reprecipitation mechanism. The phosphor particles synthesized by the grain boundary phase are obtained in the form of a block having strength by the sintering effect. Therefore, in order to prepare a phosphor powder having an appropriate size, a pulverization process is absolutely necessary as a post-treatment process.

하지만, 상기와 같이 소성된 형광체를 적정한 입도를 얻기 위해 분쇄하는 공정에서 형광체 입자 표면에 결함이 생성되어 휘도를 저하시켜 발광 특성에 악영향을 미치는 것이 문제점으로 지적되고 있다. However, it is pointed out as a problem that defects are generated on the surface of the phosphor particles in the process of pulverizing the fired phosphor to obtain an appropriate particle size, thereby lowering the luminance and adversely affecting the luminescence properties.

상기한 문제점을 해결하기 위해 일본 등록특허 제3914987호에서는 분쇄 후 표면 결함을 치유하기 위해 열처리 공정을 도입하는 방식을 제안했으며, 일본 공개특허 제2005-255885호는 자연 낙하 충진에 의한 무가압 성형 및 가스압 소결 후 산세정 공정을 적용하여 분쇄 공정 없이 형광체를 제조하는 방법을 제안한 바 있으나, 여전히 1500℃ 이상의 고온에서 이루어지는 소결 공정이 필요하다는 단점을 가진다. In order to solve the above problems, Japanese Patent No. 3914987 proposes a method of introducing a heat treatment process to heal surface defects after pulverization, and Japanese Patent Laid-Open No. 2005-255885 discloses pressure-free molding by natural drop filling and Although a method of manufacturing a phosphor without a pulverization process by applying an acid washing process after gas pressure sintering has been proposed, it still has a disadvantage that a sintering process performed at a high temperature of 1500° C. or higher is required.

한국 등록특허 제10-1923273호 (등록일 : 2018.11.22.)Korean Patent Registration No. 10-1923273 (Registration Date: 2018.11.22.) 일본 등록특허 제3914987호 (등록일 : 2007.02.16.)Japanese Patent No. 3914987 (Registration Date: 2007.02.16.) 일본 공개특허 제2005-255885호 (공개일 : 2005.09.22.)Japanese Patent Laid-Open No. 2005-255885 (published on: September 22, 2005)

본 발명은 종래 기술이 가지는 고온 소결 후 분쇄 공정에 따른 형광체 발광 특성 열화의 문제점을 해소하고, 종래 기술에 비해 사이알론 합성 온도가 현저히 감소된 저온 합성 공정을 통해 분쇄 공정없이 비교적 균일한 입도를 가지며 높은 휘도를 나타내는 사이알론 형광체 분말을 제조할 수 있는 방법의 제공을 그 목적으로 한다.The present invention solves the problem of deterioration of phosphor luminescence properties due to the pulverization process after high-temperature sintering of the prior art, and has a relatively uniform particle size without a pulverization process through a low-temperature synthesis process in which the sialon synthesis temperature is significantly reduced compared to the prior art. An object of the present invention is to provide a method capable of producing a sialon phosphor powder exhibiting high luminance.

본 발명은, (a) 규소(Si) 전구체, 알루미늄(Al) 전구체 및 질소(N) 전구체를 포함하는 제1 수용액과, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb 및 Dy으로부터 선택되는 1종 이상의 란타넘족 원소 전구체를 포함하는 제2 수용액을 혼합 및 교반하고 혼합 수용액의 pH를 조절하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 얻어진 혼합 수용액을 마이크로파(miclrowave)로 가열해 150 ~ 250℃의 온도에서 수열 반응시켜 란타넘족 도핑 사이알론을 합성하는 단계; 및 (c) 상기 란타넘족 도핑 사이알론을 건조시키는 단계;를 포함하는 다운시프팅 발광 특성을 갖는 란타넘족 도핑 사이알론 분말의 제조방법을 제공한다. The present invention relates to (a) a first aqueous solution containing a silicon (Si) precursor, an aluminum (Al) precursor and a nitrogen (N) precursor, and from Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb and Dy. mixing and stirring a second aqueous solution containing one or more selected lanthanum group element precursors and adjusting the pH of the mixed aqueous solution; (b) synthesizing the lanthanum-doped sialon by heating the mixed aqueous solution obtained in step (a) with a microwave and performing a hydrothermal reaction at a temperature of 150 to 250° C.; and (c) drying the lanthanum-group-doped sialon.

이때, 상기 단계 (a)에서 혼합되는 제1 수용액과 제2 수용액 각각에 용해되어 포함되는 상기 규소(Si) 전구체, 알루미늄(Al) 전구체, 질소(N) 전구체 및 란타넘족 원소 전구체 각각은 상호 독립적으로 나이트레이트계(nitrate based) 전구체, 아세테이트계(acetate based) 전구체, 알콕시드계(alkoxide based) 전구체, 할로겐화물계(halide based) 전구체, 옥시할로겐화물계(oxyhalide based) 전구체, 카보네이트계(cabornate based) 전구체 및 설페이트계(sulfate based) 전구체로부터 선택되는 것을 특징으로 한다. At this time, the silicon (Si) precursor, the aluminum (Al) precursor, the nitrogen (N) precursor, and the lanthanum group element precursor each dissolved in each of the first aqueous solution and the second aqueous solution mixed in step (a) are mutually independent Nitrate based precursor, acetate based precursor, alkoxide based precursor, halide based precursor, oxyhalide based precursor, carbonate based precursor and sulfate based precursors.

그리고, 상기 단계 (b)에서 마이크로파 수열 합성 공정을 통해 합성되는 란타넘족 도핑 사이알론은 하기 화학식으로 표시되는 것을 특징으로 한다. And, the lanthanide-doped sialon synthesized through the microwave hydrothermal synthesis process in step (b) is characterized in that it is represented by the following formula.

[화학식][Formula]

Mx v+Si12-m-nAlm+nOnN16-n M x v+ Si 12-mn Al m+n O n N 16-n

(상기 화학식에서, (In the above formula,

x = m/v이고, M은 Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb 및 Dy으로부터 선택되는 1종 이상임)x = m/v, and M is at least one selected from Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb and Dy)

한편, 본 발명에 따른 다운시프팅 발광 특성을 갖는 란타넘족 도핑 사이알론 분말의 제조방법은, 상기 단계 (c)에서 건조 공정을 통해 얻어진 란타넘족 도핑 사이알론 분말의 결정성 및 발광 특성 향상을 위해 란타넘족 도핑 사이알론 분말을 950 ~ 1100℃의 온도에서 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. On the other hand, in the method for producing a lanthanum-doped sialon powder having downshifting luminescence properties according to the present invention, the crystallinity and luminescence properties of the lanthanum-doped sialon powder obtained through the drying process in step (c) are improved. The method may further include heat-treating the lanthanum-doped sialon powder at a temperature of 950 to 1100°C.

그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서 상기 제조방법에 의해 제조된 다운시프팅 발광 특성을 갖는 란타넘족 도핑 사이알론 분말을 제공한다. Further, in another aspect of the present invention, there is provided a lanthanum-doped sialon powder having a downshifting luminescence property manufactured by the above manufacturing method.

본 발명에 의하면, 1500℃ 이상의 고온에서 원료 물질들을 소결시켜 벌크 형태의 세라믹스 소결체를 제조하고 이를 분쇄해 분말 형태의 형광체를 얻는 종래 기술과 달리, 마이크로파를 가열 수단으로 이용하는 수열 합성법을 이용해 저온(150 ~ 250℃)에서 빠르고 저렴하며 친환경적으로 란타넘족 원소(Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy 등)가 도핑된 SiAlON계 다운시프팅 형광체 재료를 분말 형태로 곧바로 제조할 수 있다. According to the present invention, unlike the prior art in which raw materials are sintered at a high temperature of 1500° C. or higher to produce a bulk ceramic sintered body and pulverized to obtain a powder-type phosphor, the low temperature (150) ~ 250℃), it is a fast, inexpensive and environmentally friendly SiAlON-based downshifting phosphor material doped with lanthanide elements (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, etc.) in powder form. can

도 1은 본원 실시예에서 마이크로파 수열 합성법을 통해 다운시프팅 발광 특성을 갖는 희토류 도핑 사이알론 분말을 제조하는 공정을 각 단계별로 나타낸 개념도이다. 1 is a conceptual diagram illustrating a process for producing a rare-earth-doped sialon powder having downshifting luminescence properties through microwave hydrothermal synthesis in an embodiment of the present application in each step.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiment according to the concept of the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiment according to the concept of the present invention with respect to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, and includes one or more other features or numbers. , it is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은, 마이크로파를 가열 수단으로 이용하는 수열 합성법을 통해 빠르고 저렴하며 친환경적으로, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy 등의 란타넘족 원소가 도핑된 SiAlON계 다운시프팅 형광체 재료를 분말 형태로 제조하는 방법에 대한 것이다. The present invention provides SiAlON-based downshifting doped with lanthanide elements such as Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, etc. through hydrothermal synthesis method using microwave as a heating means, fast, inexpensive and environmentally friendly. It relates to a method for producing a phosphor material in powder form.

나노 크기 분말을 만드는 방법은 공침법, 수열 합성법, 수열 합성법, 역-마이셀법, 졸-겔법 등 다양한 방법이 있는데, 이 중에서 수열 합성법은 간단한 공정으로 타원소 도핑 화합물을 합성하는데 적합한 공정이며, 반응 온도, 반응 시간, pH, 전구체의 종류와 같은 공정 변수 제어를 통하여 결정성을 가지는 나노 분말을 합성하기에 유리한 방법으로 잘 알려져 있다. There are various methods such as co-precipitation method, hydrothermal synthesis method, hydrothermal synthesis method, reverse-micelle method, sol-gel method, etc. to make nano-sized powder. Among them, the hydrothermal synthesis method is a simple process suitable for synthesizing other element-doped compounds. It is well known as an advantageous method for synthesizing nanopowders having crystallinity by controlling process parameters such as temperature, reaction time, pH, and the type of precursor.

수열 합성법에 적용되는 가열 방법으로는 가스로나 전열로, 마이크로파 등을 이용하는 방법이 있다. 그 중에서 마이크로파를 이용한 합성법은 진동하는 극성 분자를 이용하여 에너지를 전달하는 것으로 마이크로파 에너지는 분자구조의 결합 에너지보다 낮기 때문에 구조에는 영향을 미치지 않고 생성물 입자 형성을 촉진한다는 장점이 있다. As a heating method applied to the hydrothermal synthesis method, there is a method using a gas furnace, an electric heating furnace, a microwave, or the like. Among them, the synthesis method using microwaves transfers energy using vibrating polar molecules, and since the microwave energy is lower than the binding energy of the molecular structure, it has the advantage of promoting product particle formation without affecting the structure.

참고로, 마이크로파의 원리는 마이크로파 영역에서 극성분극화(dipolar polarization)와 계면분극화(interfacial polarization)가 발생되며, 쌍극자가 마이크로파 전기장의 변화에 시간 지연을 가지며 변화하고 이때 발생된 열은 일종의 마찰열이라 할 수 있으며 극성을 띄는 액체의 가열이 주로 이 메커니즘에 따른다. 극성 분자들은 마이크로파의 전기적 성분에 의해 회전을 하게 되는데 이들 극성 분자들은 이웃한 다른 분자와 충돌하게 되면 운동에너지를 얻게 되어 온도가 상승하게 된다.For reference, the principle of microwaves is that dipolar polarization and interfacial polarization occur in the microwave region, and the dipole changes with a time delay in the change of the microwave electric field. and the heating of polar liquids mainly follows this mechanism. Polar molecules rotate by the electric component of microwaves, and when these polar molecules collide with other neighboring molecules, they gain kinetic energy and the temperature rises.

마이크로파의 장점으로는 시간과 에너지 비용의 절감과 속성제조, 짧은 시간 내의 온도조절로 인한 선택적인 결정물질의 합성, 전체적으로 균일한 가열과 개선된 물질의 특성이 있으며 나노촉매 제조에 적용될 경우 새로운 성능의 촉매 개발과 선택적인 부분에 마이크로파 도입을 통하여 개선된 나노 물질의 합성이 가능하다. Advantages of microwaves include reduction of time and energy costs, rapid manufacturing, selective crystalline material synthesis due to temperature control within a short time, uniform heating throughout and improved material properties. It is possible to synthesize improved nanomaterials through catalyst development and selective introduction of microwaves.

기존의 촉매 제조 방법인 수열 합성의 경우 반응시간이 길고 과량의 유기 주형물질과 반응 후의 세척 공정 때문에 과량의 환경오염물질을 유발시킨데 반해 마이크로파는 에너지 소비량이 200분의 1 정도 밖에 되지 않으며 마이크로파의 선택적인 가열에 의해 사용되는 유기 주형물질을 비롯한 세척제 등의 오염 물질을 저감시킬 수 있어 친환경적이라는 장점 또한 가진다.In the case of hydrothermal synthesis, which is a conventional catalyst manufacturing method, the reaction time is long and excessive amounts of organic template materials and the washing process after reaction cause excessive environmental pollutants. It also has the advantage of being environmentally friendly because it can reduce pollutants such as cleaning agents and organic mold materials used by selective heating.

구체적으로, 본 발명에 따른 마이크로파 수열 합성법을 이용한 다운시프팅 발광 특성을 갖는 란타넘족 도핑 사이알론 분말의 제조방법은, (a) 규소(Si) 전구체, 알루미늄(Al) 전구체 및 질소(N) 전구체를 포함하는 제1 수용액과, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb 및 Dy으로부터 선택되는 1종 이상의 란타넘족 원소 전구체를 포함하는 제2 수용액을 혼합 및 교반하고 혼합 수용액의 pH를 조절하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 얻어진 혼합 수용액을 마이크로파(miclrowave)로 가열해 150 ~ 250℃의 온도에서 수열 반응시켜 란타넘족 도핑 사이알론을 합성하는 단계; 및 (c) 상기 란타넘족 도핑 사이알론을 건조시키는 단계를 포함한다.Specifically, the method for producing a lanthanum-doped sialon powder having downshifting luminescence properties using a microwave hydrothermal synthesis method according to the present invention includes (a) a silicon (Si) precursor, an aluminum (Al) precursor, and a nitrogen (N) precursor. A first aqueous solution containing adjusting; (b) synthesizing the lanthanum-doped sialon by heating the mixed aqueous solution obtained in step (a) with a microwave and performing a hydrothermal reaction at a temperature of 150 to 250° C.; and (c) drying the lanthanide-doped sialon.

상기 단계 (a)에서는 규소(Si) 전구체, 알루미늄(Al) 전구체 및 질소(N) 전구체를 포함하는 제1 수용액과 란타넘족 원소(Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb 및 Dy으로부터 선택되는 1종 이상) 전구체를 포함하는 제2 수용액을 각각 준비하고, 제1 수용액과 2 수용액을 혼합 및 교반해 혼합 수용액을 얻은 후 여기에 염기성 물질을 가해 pH를 7 내지 11로 조절한다. In the step (a), a first aqueous solution containing a silicon (Si) precursor, an aluminum (Al) precursor, and a nitrogen (N) precursor, and lanthanide elements (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb and At least one selected from Dy) a second aqueous solution containing a precursor is prepared, respectively, and the first aqueous solution and the second aqueous solution are mixed and stirred to obtain a mixed aqueous solution, and then a basic substance is added thereto to adjust the pH to 7 to 11 .

이때, 상기 제1 수용액에 포함되는 규소(Si) 전구체, 알루미늄(Al) 전구체 및 질소(N) 전구체는, 서로 독립적으로 나이트레이트계(nitrate based) 전구체, 아세테이트계(acetate based) 전구체, 알콕시드계(alkoxide based) 전구체, 할로겐화물계(halide based) 전구체, 옥시할로겐화물계(oxyhalide based) 전구체, 카보네이트계(cabornate based) 전구체 또는 설페이트계(sulfate based) 전구체 중에서 제한 없이 선택해 사용할 수 있다. In this case, the silicon (Si) precursor, the aluminum (Al) precursor, and the nitrogen (N) precursor included in the first aqueous solution are each independently a nitrate-based precursor, an acetate-based precursor, and an alkoxide-based precursor. An (alkoxide based) precursor, a halide based precursor, an oxyhalide based precursor, a carbonate based precursor, or a sulfate based precursor may be used without limitation.

또한, 상기 제2 수용액에 포함되는 란타넘족 원소 전구체 종류는 사이알론에 도핑하고자 하는 란타넘 원소(Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb 및 Dy 중 1종 이상)에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들면, 도핑하고자 하는 란타넘족 이온을 포함하는 나이트레이트계(nitrate based) 전구체, 아세테이트계(acetate based) 전구체, 알콕시드계(alkoxide based) 전구체, 할로겐화물계(halide based) 전구체, 옥시할로겐화물계(oxyhalide based) 전구체, 카보네이트계(cabornate based) 전구체 또는 설페이트계(sulfate based) 전구체일 수 있다.In addition, the type of the lanthanum group element precursor included in the second aqueous solution is appropriately selected according to the lanthanum element (at least one of Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb and Dy) to be doped into the sialon. It can be selected, for example, a nitrate-based precursor, an acetate-based precursor, an alkoxide-based precursor, a halide-based precursor, containing a lanthanide ion to be doped, It may be an oxyhalide based precursor, a carbonate based precursor or a sulfate based precursor.

한편, 상기 단계 (a)에서 혼합 수용액의 pH 조절을 위해 첨가되는 염기는 그 종류가 특별히 제한되지 않으며, 예들 들어, 수산화암모늄(NH4OH), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH) 등을 사용할 수 있다. On the other hand, the type of the base added to adjust the pH of the mixed aqueous solution in step (a) is not particularly limited, for example, ammonium hydroxide (NH 4 OH), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), etc. can be used

다음으로, 상기 단계 (b)에서는 상기 단계 (a)에서 얻어진 규소(Si) 전구체, 알루미늄(Al) 전구체, 질소(N) 전구체 및 란타넘족 원소 전구체를 포함하는 혼합 수용액을 마이크로파(miclrowave)로 가열해 150 ~ 250℃의 온도에서 수열 반응시켜 란타넘족 도핑 사이알론을 합성한다.Next, in step (b), the mixed aqueous solution containing the silicon (Si) precursor, the aluminum (Al) precursor, the nitrogen (N) precursor, and the lanthanum group element precursor obtained in the step (a) is heated with a microwave (microwave). A lanthanide-doped sialon is synthesized by hydrothermal reaction at a temperature of 150 to 250 °C.

본 단계 (b)에서 이루어지는 수열 합성의 반응 온도가 150℃ 미만인 경우에는 수열 반응이 원활하게 일어나기 어려운 문제가 있으며, 250℃를 초과하는 경우에는 과도한 열로 인해 수열 반응속도가 급격히 증가하여 합성되는 사이알론 입자의 안정성이 저하되는 문제가 있다.When the reaction temperature of the hydrothermal synthesis performed in this step (b) is less than 150 ° C, there is a problem that the hydrothermal reaction does not occur smoothly, and when it exceeds 250 ° C, the hydrothermal reaction rate is rapidly increased due to excessive heat, and sialon synthesized There is a problem in that the stability of the particles is lowered.

또한, 본 단계 (b)에서 이루어지는 수열 합성시 가열에 사용되는 마이크로파의 주파수는 300 ~ 30000 MHz의 범위에 있을 수 있으며, 그 중에서도 4 가지 주파수 (915, 2450, 5800, 22125MHz)가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2450 MHz의 주파수를 가지는 마이크로파를 사용할 수 있다. 참고로, 전형적인 마이크로파 시스템의 에너지 출력은 600 ~ 700 W로서 5분 내에 약 43,000 cal의 열량이 반응물의 가열에 적용된다. In addition, the frequency of the microwave used for heating in the hydrothermal synthesis made in this step (b) may be in the range of 300 to 30000 MHz, and among them, four frequencies (915, 2450, 5800, 22125 MHz) are preferable, and more Preferably, a microwave having a frequency of 2450 MHz may be used. For reference, the energy output of a typical microwave system is 600 ~ 700 W, and about 43,000 cal of heat is applied to heating the reactant within 5 minutes.

다음으로, 상기 단계 (c)에서는 전 단계에서 합성된 란타넘족 도핑 사이알론을 건조시키는 공정을 실시하면, 건조에 앞서 합성 반응물의 원심 분리 및 수제 과정을 실시할 수 있다. 본 단계의 건조 공정을 통해 분말 형태의 란타넘족 도핑 사이알론을 얻게 된다. Next, in step (c), if a process of drying the lanthanum-doped sialon synthesized in the previous step is performed, centrifugal separation of the synthesis reactant and a homemade process may be performed prior to drying. Through the drying process of this step, a lanthanide-doped sialon in powder form is obtained.

나아가, 본 발명에 따른 다운시프팅 발광 특성을 갖는 란타넘족 도핑 사이알론 분말의 제조방법은, 상기 단계 (c)에서 건조 공정을 거쳐 얻어진 분말에 대해 950 ~ 1100℃의 온도에서 열처리하는 공정을 포함할 수 있다. Furthermore, the method for producing a lanthanum-doped sialon powder having downshifting luminescence properties according to the present invention includes a process of heat-treating the powder obtained through the drying process in step (c) at a temperature of 950 to 1100° C. can do.

형광체의 휘도에 영향을 주는 중요 인자로 결정구조, 결정성, 입자 크기, 활성제의 농도 등이 있는데, 형광체의 열처리는 상기 인자 중 결정구조, 결정성, 입자 크기에 큰 영향을 주며, 일반적으로 열처리 온도가 높아질수록 높은 결정성을 유도하여 휘도 증대를 가져온다. Crystal structure, crystallinity, particle size, concentration of an activator, etc. are important factors affecting the luminance of the phosphor. As the temperature increases, higher crystallinity is induced, resulting in an increase in luminance.

본 발명에서는 마이크로파 수열 합성법을 통해 제조된 란타넘족 도핑 사이알론 분말의 결정성 및 입도를 제어하여 발광 특성을 향상시키기 위해 필요에 따라 950 ~ 1100℃의 온도에서 열처리하는 공정을 수행할 수 있다. In the present invention, if necessary, heat treatment at a temperature of 950 to 1100° C. may be performed in order to control the crystallinity and particle size of the lanthanum-doped sialon powder prepared through microwave hydrothermal synthesis to improve luminescent properties.

전술한 본 발명에 따른 다운시프팅 발광 특성을 갖는 란타넘족 도핑 사이알론 분말의 제조방법에 의하면, 1500℃ 이상의 고온에서 원료 물질들을 소결시켜 벌크 형태의 세라믹스 소결체를 제조하고 이를 분쇄해 분말 형태의 형광체를 얻는 종래 기술과 달리, 마이크로파를 가열 수단으로 이용하는 수열 합성법을 이용해 저온(150 ~ 250℃)에서 빠르고 저렴하며 친환경적으로 란타넘족 원소(Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy 등)가 도핑된 SiAlON계 다운시프팅 형광체 재료를 분말 형태로 곧바로 제조할 수 있다. According to the method for manufacturing the lanthanum-doped sialon powder having downshifting luminescence properties according to the present invention described above, raw materials are sintered at a high temperature of 1500° C. or higher to prepare a bulk ceramic sintered body and pulverized to obtain a powder-type phosphor Unlike the prior art of obtaining lanthanide elements (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, etc.) doped SiAlON-based downshifting phosphor material can be directly produced in powder form.

Claims (5)

(a) 규소(Si) 전구체, 알루미늄(Al) 전구체 및 질소(N) 전구체를 포함하는 제1 수용액과, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb 및 Dy으로부터 선택되는 1종 이상의 란타넘족 원소 전구체를 포함하는 제2 수용액을 혼합 및 교반하고 혼합 수용액의 pH를 조절하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 얻어진 혼합 수용액을 2450 MHz의 주파수를 가지는 마이크로파(miclrowave)로 가열해 150 ~ 250℃의 온도에서 수열 반응시켜 하기 화학식으로 표시되는 란타넘족 도핑 사이알론을 합성하는 단계; 및
(c) 상기 란타넘족 도핑 사이알론을 건조시키는 단계;를 포함하는 다운시프팅 발광 특성을 갖는 란타넘족 도핑 사이알론 분말의 제조방법:
[화학식]
Mx v+Si12-m-nAlm+nOnN16-n
(상기 화학식에서,
x = m/v이고, M은 Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb 및 Dy으로부터 선택되는 1종 이상임).
(a) a first aqueous solution containing a silicon (Si) precursor, an aluminum (Al) precursor, and a nitrogen (N) precursor, and one selected from Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb and Dy mixing and stirring a second aqueous solution containing the above lanthanum group element precursor and adjusting the pH of the mixed aqueous solution;
(b) heating the mixed aqueous solution obtained in step (a) with a microwave having a frequency of 2450 MHz and performing a hydrothermal reaction at a temperature of 150 to 250° C. to synthesize a lanthanum-doped sialon represented by the following formula ; and
(c) drying the lanthanum-doped sialon; a method for producing a lanthanum-doped sialon powder having downshifting luminescent properties comprising:
[Formula]
M x v+ Si 12-mn Al m+n O n N 16-n
(In the above formula,
x = m/v, and M is at least one selected from Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb and Dy).
제1항에 있어서,
상기 규소(Si) 전구체, 알루미늄(Al) 전구체, 질소(N) 전구체 및 란타넘족 원소 전구체 각각은,
나이트레이트계(nitrate based) 전구체, 아세테이트계(acetate based) 전구체, 알콕시드계(alkoxide based) 전구체, 할로겐화물계(halide based) 전구체, 옥시할로겐화물계(oxyhalide based) 전구체, 카보네이트계(cabornate based) 전구체 및 설페이트계(sulfate based) 전구체로부터 선택되는 것을 특징으로 하는,
다운시프팅 발광 특성을 갖는 란타넘족 도핑 사이알론 분말의 제조방법.
According to claim 1,
Each of the silicon (Si) precursor, the aluminum (Al) precursor, the nitrogen (N) precursor, and the lanthanum group element precursor,
Nitrate based precursor, acetate based precursor, alkoxide based precursor, halide based precursor, oxyhalide based precursor, carbonate based precursor and characterized in that it is selected from sulfate based precursors,
A method for producing a lanthanide-doped sialon powder having downshifting luminescence properties.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단계 (c)에서 건조시켜 얻어진 란타넘족 도핑 사이알론 분말을 950 ~ 1100℃의 온도에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 다운시프팅 발광 특성을 갖는 란타넘족 도핑 사이알론 분말의 제조방법.
According to claim 1,
Preparation of lanthanum-doped sialon powder having downshifting light-emitting properties, characterized in that it further comprises the step of heat-treating the lanthanum-doped sialon powder obtained by drying in step (c) at a temperature of 950 to 1100 °C Way.
삭제delete
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