KR19990031608A - 축광성 형광물질 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 긴 잔광시간과 경시 안정성이 우수한 축광성 형광물질에 관한 것이다.
본 발명에 따른 축광성 형광물질은, (Sr1-xMx)Al2O4: R을 포함하는 것으로 구성되고, x가 0.1 내지 0.9의 범위 이내가 되며, M이 칼슘, 아연, 바륨, 칼슘 및 마그네슘으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 금속원소이며, R이 유로퓸, 란탄, 셀륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀 및 텔루륨으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 것이다.
따라서, 적어도 5시간 이상의 긴 축광시간을 가지고, 화학적으로도 안정하며, 제조과정 중에 포함되는 스트론튬의 함량의 조절로 잔광으로서의 빛의 강도를 쉽게 조절할 수 있는 축광성 형광물질을 제공하는 효과가 있다.

Description

축광성 형광물질
본 발명은 축광성 형광물질에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 긴 잔광시간과 경시 안정성이 우수한 축광성 형광물질에 관한 것이다.
물질의 광학현상 중 온도방사, 체렌코프 방사 이외의 발광현상을 총칭하여 루미네센스(Luminescence)라 하며, 흔히 형광(Fluorescence)과 인광(Phosphorescence)으로 대별된다.
형광체는 인광체와 대비되어 순간적으로 발광현상을 나타내며, 강도가 현저히 온도의존성을 가지지 않는 발광부분을 칭하며, 시간적 변화는 반드시 지수함수적으로 나타나며, 발광시간으로 볼 때, 비교적 단시간인 것으로 분류되나, 반드시 발광시간으로 구분되지는 않으나, 에너지원이 존재하는 동안 높은 휘도를 나타내는 것을 일컫는다.
인광체는 형광체와 대비되어 자극원을 제거하여도 발광이 잔존하는 것을 칭하며, 발광시간으로 형광체와 구별될 수 있으나, 그 한계는 불명확하며, 온도나 환경에 의한 강도와 감쇄시간의 변화가 크고 감쇄도 지수함수적이지 않은 경우가 많다.
이들 형광체와 인광체는 모두 안전표식용이나 시계문자판 등 야간이나 암중에서 육안으로 식별할 필요가 있는 곳에 도포되어 사용된다.
형광체와 인광체는 명확하지는 않으나, 주로 잔광시간으로 구별할 수 있으며, 에너지원이 제거되어도 긴 잔광시간으로 육안에 의한 식별가능시간이 지속될 수 있는 인광체가 보다 광범위한 용도를 가질 수 있다.
종래의 인광체로는 황화아연(ZnS) 계통의 물질(ZnS:Cu, Cl)이 사용되었으며, 특히 형광체를 플라스틱 등에 매립시키는 기술 등의 개발로 그 활용범위가 크게 증대되기는 하였으나, 자외선에 의한 분해 및 오염에 의하여, 또는 표면에의 원소상의 아연의 존재로 인한 체색의 어두워짐 등의 문제점으로 인하여 옥외에서의 사용에 한계가 있었다.
1994년 12월 27일 마틴 알. 로이스 등에 허여되어 니치아 케미칼 인더스트리스 리미티드에 양도된 미합중국 특허 제 5,376,303 호에는 MOa(Al1-bBb)2O3:cR로 표시되고, MO가 MgO, CaO, SrO 및 ZnO로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 희토류 원소를 나타내는, 긴 잔광성의 인광체에 대하여 기술하고 있으나, 이 인광체는 그 자체로서 방출되는 빛의 강도(Intensity)를 조절할 수 있는 방법이 없었다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제 96-19042 호에는 M1-xAl2O4로 표시되고, M이 Ca, Sr, Ba로 된 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상의 금속원소로 된 화합물을 모결정으로 하는 축광성 형광체를 기술하고 있으나, 역시 그 자체로서 방출되는 빛의 강도(Intensity)를 조절할 수 있는 방법이 없었다.
따라서, 긴 축광시간을 가지고, 화학적으로도 안정하며, 제조과정 중에 강도를 쉽게 조절할 수 있는 축광성 형광물질을 개발할 필요성이 있다.
본 발명의 목적은, 긴 축광시간을 가지고, 화학적으로도 안정하며, 제조과정 중에 강도를 쉽게 조절할 수 있는 축광성 형광물질을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 축광성 형광물질들 중 스트론튬의 함량의 증가에 따라 잔광으로서의 빛의 강도가 증가하는 것을 나타내는 형광분석스펙트럼이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 축광성 형광물질은, (Sr1-xMx)Al2O4: R을 포함하는 것으로 구성되고, x가 0.1 내지 0.9의 범위 이내가 되며, M이 칼슘, 아연, 바륨, 칼슘 및 마그네슘으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 금속원소이며, R이 유로퓸, 란탄, 셀륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀 및 텔루륨으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 것이다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 축광성 형광물질은, (Sr1-xMx)Al2O4: R을 포함하는 것으로 구성되고, x가 0.1 내지 0.9의 범위 이내가 되며, M이 칼슘, 아연, 바륨, 칼슘 및 마그네슘으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 금속원소이고, R이 유로퓸, 란탄, 셀륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀 및 텔루륨으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 금속원소임을 특징으로 한다.
상기에서 M을 포함하는 알루미나의 결정이 모결정이 되며, 여기에서 M은 칼슘, 아연, 바륨, 칼슘 및 마그네슘으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 금속원소가 될 수 있으나, 기타 다른 +2가의 금속원소들도 사용될 수 있다.
상기 모결정은 R로 표현되는 부활제(Activating agent) 또는 공부활제(Co-activating agent)에 의하여 긴 잔광시간을 갖는 형광체로서 기능할 수 있게 된다. 특히, 상기 R로 표현되는 부활제 또는 공부활제는 바람직하게는 부활제로서 유로퓸과 공부활제로서 란탄, 셀륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀 및 텔루륨으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 금속원소, 특히 바람직하게는 디스프로슘을 동시에 포함할 수 있다. 특히, 부활제로서의 유로퓸의 산화물은 텔레비젼 등에서도 부활제로 사용되고 있는 정도로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 용이하게 이해될 수 있을 정도로 공지된 것으로서, 본 발명에 따른 축광성 형광물질에서도 유로퓸의 부활제로서의 기능은 중요한 것으로 고려될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 축광성 형광물질을 구성하는 모결정의 소결시에 결정성장을 위한 플럭스(Flux)로서 붕소가 더 포함될 수 있다.
특히, 유로퓸은 EuCl2와 같이 +2가의 금속원소 형태로 공급될 수 있다.
유로퓸의 첨가를 +2가의 금속원소 형태로 공급하는 것은 축광성 형광물질의 제조시에 Eu2O3와 같이 +3가의 금속원소 형태의 유로퓸의 사용시 유로퓸의 환원을 위하여 필연적으로 요구되는 수소가스의 공급을 피할 수 있어 제조공정 및 장치를 단순화시킬 수 있으며, 그에 따라 생산성을 향상시킬 수 있고, 수소가스의 취급에 따른 폭발 등의 위험을 없앨 수 있다는 장점이 있다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.
이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.
실시예
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 각 원소들을 혼합하고, 1,300℃의 온도에서 고온소결시켜 스트론튬과 아연을 포함하는 알루미나로 된 모결정을 유로퓸과 디스프로슘을 부활제 및 공부활제로 하여 활성화시킨 본 발명에 따른 축광성 형광물질들을 수득하였다. 입도분포는 파티클사이즈아날라이저(Particle size analyzer(Aerosizer, Amherst Process Instrument)를 이용하였으며, 10 내지 100μm의 입자를 측정시료로 사용하였다.
축광성 형광물질의 제조를 위하여 요구되는 원소물질의 함량표
SrCO3 ZnO Al2O3 Eu2Cl2 Dy2O3 B2O3
실시예 1 0.8 0.2 1 0.03 0.06 0.05
실시예 2 0.6 0.4 1 0.03 0.06 0.05
실시예 3 0.5 0.5 1 0.03 0.06 0.05
실시예 4 0.4 0.6 1 0.03 0.06 0.05
실시예 5 0.2 0.8 1 0.03 0.06 0.05
단위 : mol
상기 표 1에 기재된 바대로 혼합하고, 소결하여 수득된 축광성 형광물질들의 광발광스펙트럼은 OSMA-1000(Optical scanning multichannel analyzer, Photodiode No. 1024)을 사용하였으며, 시료는 0.5mm의 두께로 압착한 디스크를 30W의 나트륨램프로 15분 조사하여 시간이 지남에 따라 발광파장 및 광도를 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 정리하여 나타내었다.
도 1에 따르면, 모결정에 포함되는 금속원소 중의 스트론튬의 비율이 증가될 수록 형광물질로부터 방출되는 빛의 강도가 증가하는 것으로 나타났으며, 그에 따라 모결정 중의 스트론튬의 함량의 조절로 소정의 강도를 갖는 빛을 잔광으로 방출할 수 있는 형광물질을 용이하게 수득할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 육안에 의한 잔광실험에 의하면 육안으로 식별할 수 있을 정도의 잔광을 나타내는 시간이 가시광선의 5분간의 조사 후, 5시간 이상 유지되는 것으로 실험결과 확인되었다.
따라서, 본 발명에 의하면 적어도 5시간 이상의 긴 축광시간을 가지고, 화학적으로도 안정하며, 제조과정 중에 포함되는 스트론튬의 함량의 조절로 잔광으로서의 빛의 강도를 쉽게 조절할 수 있는 축광성 형광물질을 제공하는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

  1. (Sr1-xMx)Al2O4: R을 포함하는 것으로 구성되고, x가 0.1 내지 0.9의 범위 이내가 되며, M이 칼슘, 아연, 바륨, 칼슘 및 마그네슘으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 금속원소이고, R이 유로퓸, 란탄, 셀륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀 및 텔루륨으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 금속원소임을 특징으로 하는 축광성 형광물질.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 R이 유로퓸과 디스프로슘을 동시에 포함함을 특징으로 하는 상기 축광성 형광물질.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유로퓸이 +2가의 금속원소 형태로 공급됨을 특징으로 하는 상기 축광성 형광물질.
  4. 재 3 항에 있어서,
    상기 유로퓸이 EuCl2의 형태로 공급됨을 특징으로 하는 상기 축광성 형광물질.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100418265B1 (ko) * 2001-03-15 2004-02-11 (주)루미텍 코포레이션 고휘도 장잔광성 축광시트 및 그의 제조방법
KR100457864B1 (ko) * 2002-02-23 2004-11-18 삼성전기주식회사 백색 발광 램프용 형광체.
KR100733009B1 (ko) * 2005-10-01 2007-06-27 서울시립대학교 산학협력단 스트론튬-바륨 알루미네이트계 형광체 제조

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