KR20000050854A

KR20000050854A - 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체와 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20000050854A
Application number: KR1019990000982A
Authority: KR
Inventors: 박희동; 류호진; 이승권
Original assignee: 김충섭; 한국화학연구소
Priority date: 1999-01-15
Filing date: 1999-01-15
Publication date: 2000-08-05
Also published as: KR100285274B1

Abstract

본 발명은 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체와 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광체 모체인 가돌리늄알루미네이트(Gd₄Al₂O₉)에 부활제로 테르븀(Tb)을 도핑함으로써 저속전자선에서 발광휘도와 색순도가 우수하고 고진공에서도 안정한 물성을 가지며 저전압 전자선 여기에 의해 구동하는 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display, FED)에 적합하도록 고휘도를 갖는 다음 화학식 1로 표시되는 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체와 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체와 이의 제조방법{A green fluorescent body based gadolinium aluminate and process for preparing them}

화학식 1

(Gd_1-aTb_a)₄Al₂O₉

상기 화학식 1에서 0.005≤a≤0.10 이다.

전계 방출 디스플레이(이하, "FED"라 함)는 정보표시용 디스플레이로 가장 많이 사용되어온 음극선관(CRT)의 단점을 보완, 대체할 수 있는 차세대 평판 디스플레이의 하나이다. FED는 진공 평판 음극선 튜브를 사용한 새로운 형태의 디스플레이이며, 이는 1 ㎸ 이하의 저전압 음극선 여기를 기본으로 한다. 그러나, 약 1 kV 이하의 양극 구동전압을 갖는 FED를 구동시키기 위해서는 FED용 형광체로서 저속 전자선 여기용 형광체가 필요하다.

현재 사용되고 있는 FED용 형광체로서 대표되는 ZnO:Zn 녹색 형광체는 발광영역이 매우 넓어서 천연색 디스플레이로서 적용하기에는 부적합한 문제가 있다.

또다른 녹색 형광체로서 ZnGa₂O₄:Mn 및 Zn₂SiO₄:Mn이 알려져 있으나, 이들은 발광휘도 및 잔광시간에 문제가 있으며, ZnS:Al,Cu 등과 같은 황화물 형광체는 황이 함유되어 있어서 이를 사용하는 경우 음극으로부터 방출된 전자가 가속되어 황화물 형광체층에 충돌할 때 형광체층을 발광시키는 작용 외에 형광체층 표면을 분해하는 작용 및 형광체 자체의 분해로 인한 디바이스의 여기원에 악영향을 주는 것으로 알려져 있다.

이에 본 발명자들은 산화가돌리늄(Gd₂O₃) 및 알루미나(Al₂O₃)를 형광체 원료로 사용한 가돌리늄알루미네이트(Gd₄Al₂O₉)를 모체로 사용하고 여기에 부활제로 산화테루븀(Tb₄O₇)을 도핑함으로써 FED용으로 적합한 녹색 형광체를 제조할 수 있음을 알게 됨으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 저속전자관에서 발광휘도와 색순도가 우수하고, 고진공에서도 안정한 물성을 가지며, 전계 방출 디스플레이(FED)에 적합한 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체와 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 (Gd_1-aTb_a)₄Al₂O₉로 표시되는 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체에 있어서 Tb의 도핑량에 따른 상대휘도를 나타낸 그래프이고,

도 2은 (Gd_1-aTb_a)₄Al₂O₉로 표시되는 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체에 대한 음극선 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이고,

도 3는 Gd₄Al₂O₉:0.06Tb로 표시되는 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체에 대한 색좌표를 나타낸 것이다.

본 발명은 다음 화학식 1로 표시되는 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체를 그 특징으로 한다.

화학식 1

(Gd_1-aTb_a)₄Al₂O₉

상기 화학식 1에서 0.005≤a≤0.10 이다.

또한, 본 발명은 가돌리늄알루미네이트(Gd₄Al₂O₉)를 모체로 사용하고 여기에 부활제로 산화테루븀(Tb₄O₇)을 첨가 혼합한 다음 건조하고, 이를 50 ∼ 150 MPa의 압력을 가하여 성형한 후 대기 중에서 1,000 ∼ 1,600℃에서 소성하고 분쇄하여 상기 화학식 1로 표시되는 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체를 제조하는 방법을 포함한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체는 모체로 Gd₄Al₂O₉를 사용함으로써 종래의 형광체에서 가질 수 없었던 저전압 구동영역에서의 발광 효율이 높고, 산화물계 형광체이기 때문에 고진공에서도 안정한 물성을 가짐으로써 전계 방출 디스플레이(FED)에 적합한 효과를 가진다. 특히, 본 발명에서는 모체인 Gd₄Al₂O₉에 부활제로 테루븀(Tb)을 도핑함으로써 녹색 발광휘도 및 색순도가 우수한 효과를 얻을 수 있는 특징이 있다.

이와 같은 본 발명의 가돌리늄알루미네이트(Gd₄Al₂O₉)계 녹색 형광체를 그 제조방법에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 산화가돌리늄(Gd₂O₃) 및 알루미나(Al₂O₃)에 부활제로서 산화테루븀(Tb₄O₇)을 첨가하여 혼합한다. 이때 부활제로서 사용되는 산화테루븀(Tb₄O₇)은 형광체 원료물질 중 산화가돌리늄(Gd₂O₃)에 대하여 각각 0.005 ∼ 0.12 몰비, 바람직하기로는 0.03 ∼ 0.08 몰비로 첨가하는데, 만일 그 사용량이 0.005 몰비 미만이면 부활제로서의 기능을 하기에 충분한 양이 되지 못하며, 0.06 몰을 초과하면 농도 퀸칭효과에 따른 휘도 저하가 일어난다.

상기와 같은 형광체 원료물질과 부활제를 원하는 조성에 따른 각각의 소정비가 되도록 평량하고 보다 효과적인 혼합을 위해 아세톤 용매 하에서 볼밀링(ball milling) 또는 마노 유발과 같은 혼합기를 이용하여 균일한 조성이 되도록 충분히 혼합한다. 그 후, 혼합물을 오븐에 넣고 130℃에서 24시간 동안 건조한다. 건조된 혼합물에 50 ∼ 150 MPa의 압력을 가하여 두께가 2 ∼ 10 mm이며 직경이 10 mm인 펠렛으로 성형한 후, 이를 고순도 알루미나 보트에 넣고 전기로를 사용하여 1,000 ∼ 1,600℃에서 3 ∼ 24시간 동안 소성 한다. 이때, 전기로의 분위기는 대기 중에서 행한다. 또한, 소성 온도는 본 발명의 제조방법에서 주요인자로 작용하는 바, 소성 온도가 1,000℃ 미만이면 가돌리늄알루미네이트의 상 이외의 불순물상이 많이 생성되어 발광을 잘 일어나지 못하는 문제가 있고, 1,600℃를 초과하면 입자크기가 증가하여 발광효율을 떨어뜨리는 문제가 있다. 소성이 완료되면 시간당 200℃의 온도로 낮추어 냉각시킨 다음, 3 ∼ 5 ㎛ 정도로 충분히 분쇄한다.

이상에서 설명한 바와 같은 제조방법으로 제조된 본 발명의 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체에 대해서는 1 kV 이하의 저전압 전자선 여기에 의한 음극선 발광(Cathodoluminescence, CL)을 측정한 결과, Tb를 도핑한 시료는 525 ∼ 575 ㎚의 영역에서 강한 발광 스펙트럼을 나타내고, 고휘도를 가지며 색순도가 매우 우수하였다.

이와 같은 본 발명을 실시 예에 의거하여 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 : Gd₄Al₂O₉:0.06Tb형광체의 제조

산화가돌리늄(Gd₂O₃) 0.94 ㏖, 알루미나(Al₂O₃) 1 ㏖, 산화테루븀(Tb₄O₇) 0.06 ㏖의 비율로 평량하고 이것을 마노 유발을 사용하여 아세톤 중에서 충분히 고르게 혼합하였다. 혼합한 시료를 오븐을 사용하여 130℃에서 24시간 동안 건조하였다. 이때 얻어진 혼합물을 100 MPa의 압력으로 두께가 10 mm이며 직경이 10 mm인 펠렛으로 성형한 후, 이를 고순도 알루미나 보트에 넣고 전기로를 사용하여 대기 중의 1,600℃에서 8시간 동안 소성 하였다. 소성 후에 얻어진 소성물을 충분히 분쇄 처리하여 Gd₄Al₂O₉:0.06Tb로 표시되는 녹색 형광체를 얻었다.

실험예 1 : Tb 도핑량에 따른 녹색 형광체의 상대휘도 측정

상기 실시예의 제조방법에 의해 제조하되, 테르븀(Tb)의 도핑량을 달리하여 (Gd_1-aTb_a)₄Al₂O₉녹색 형광체를 제조하였다. 첨부도면 도 1은 테르븀(Tb)의 도핑량에 따른 녹색 형광체의 상대휘도를 나타낸 것이다. 특히, 매우 우수한 휘도를 나타낼 수 있는 테르븀의 도핑범위가 0.04 ∼ 0.06 몰비임을 알 수 있다.

실험예 2 : 녹색 형광체의 음극선 발광 스펙트럼 측정

상기 실시예와 동일한 방법으로 수행하되, 다만 부활제인 산화테루븀의 도핑량을 0.06 몰비로하여 Gd₄Al₂O₉:0.06Tb로 표시되는 녹색 형광체를 얻었다. 그런 다음 얻어진 녹색 형광체의 음극선 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 첨부도면 도 2에 나타내었다.

실험예 3 : Gd₄Al₂O₉계 녹색 형광체의 색좌표

상기 실시 예에의 제조방법으로 제조한 Gd₄Al₂O₉:0.06Tb로 표시되는 녹색 형광체의 색도를 CIE 색좌표에 의하여 표시하여, 그 결과를 첨부도면 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 형광체의 색좌표는 x=0.3581, y=0.5944의 녹색 형광체로서 색순도도 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 가돌리늄알루미네이트(Gd₄Al₂O₉)에 테루븀(Tb)이 도핑되어 있는 본 발명의 녹색 형광체는 1 kV 이하의 저전압 전자선 여기 하에서 고휘도를 갖으며 색순도가 매우 우수한 녹색발광을 나타냄은 물론이고, 황(S), 카드늄(Cd)을 포함하지 않는 산화물 형광체이므로 종래의 형광체에서 발생하는 황화물에 의한 음극선의 오염 및 공해에 대한 문제점이 해결할 수 있는 효과가 있으므로 전계 방출 디스플레이(FED)에 매우 적합하다.

Claims

다음 화학식 1로 표시되는 것임을 특징으로 하는 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체.

화학식 1

(Gd_1-aTb_a)₄Al₂O₉

상기 화학식 1에서 0.005≤a≤0.10 이다.
가돌리늄알루미네이트(Gd₄Al₂O₉)를 모체로 하고 여기에 0.005 ∼ 0.10 몰비의 산화테루븀(Tb₄O₇)을 첨가하고 혼합한 다음 이를 건조하고 성형한 후, 1,000 ∼ 1,600℃ 및 대기압 조건에서 소성한 후 분쇄하여 제조하는 것을 특징으로 하는 다음 화학식 1로 표시되는 가돌리늄알루미네이트계 녹색 형광체의 제조방법.

화학식 1

(Gd_1-aTb_a)₄Al₂O₉

상기 화학식 1에서 0.005≤a≤0.10 이다.