KR20000059658A

KR20000059658A - Ｚｎ₂ＳｉＯ₄계 녹색 형광체와 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20000059658A
Application number: KR1019990007434A
Authority: KR
Inventors: 박희동; 손기선; 조봉현
Original assignee: 김충섭; 한국화학연구소
Priority date: 1999-03-06
Filing date: 1999-03-06
Publication date: 2000-10-05
Also published as: KR100285273B1

Abstract

본 발명은 Zn₂SiO₄계 녹색 형광체와 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광체 모체인 규화아연에 부활제로서 산화망간이 소정의 농도범위로 도핑되어 있어 진공자외선 영역에서의 발광 효율이 뛰어나고, 고진공에서도 안정한 물성을 가지게되므로 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel, PDP)에 적합한 다음 화학식 1로 표시되는 PDP용 Zn₂SiO₄계 녹색 형광체와 이의 제조방법에 관한 것이다.

상기 화학식 1에서 0 ＜ a ＜ 0.05 이다.

Description

Ｚｎ₂ＳｉＯ₄계 녹색 형광체와 이의 제조방법{A green fluorescent body based Zn2SiO4and process for preparing them}

화학식 1

상기 화학식 1에서 0 ＜ a ＜ 0.05 이다.

정보표시용 디스플레이로서 음극선관(CRT)이 가장 많이 사용되고 있으며, 이러한 음극선관(CRT)의 단점을 보완 및 대체할 수 있는 차세대 평판 디스플레이의 하나로 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)이 각광받고 있다. 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel, PDP)은 진공에서 불활성 가스들의 방전에 의해 생성되는 자외선에 의해 형광체가 빛을 내는 형태의 디스플레이로서, 이는 진공자외선 여기를 기본으로 한다.

지금까지 알려진 바에 의하면, PDP용 녹색 형광체로서는 주로 망간이 도핑된 Zn₂SiO₄가 사용되고 있으며 이와 관련된 종래 특허들은 모두 진공자외선 영역이 아닌 보통의 자외선 영역(254 ㎚)의 여기광을 이용하여 실험하였다. 그 결과로 인하여 상기 화학식 1에서의 a 값의 영역이 0.05 이상인 Zn₂SiO₄형광체가 최적 조건인 것으로 알려져 있다.

그러나, 상기한 a 값의 영역을 가지는 종래 PDP용 녹색 형광체는 잔광시간이 길고 발광휘도가 낮은 단점이 지적되고 있으며, 이에 단점을 개선시킨 새로운 PDP용 녹색 형광체가 요구된다.

본 발명자들은 종래 PDP용 녹색 형광체의 단점을 개선하기 위하여 실제 PDP용 디스플레이의 구동조건과 같은 147 ㎚의 여기원을 사용하여 발광실험을 반복 수행하였고, 그 결과 규화아연 모체에 도핑되는 부활제 농도(a 값)가 0 ＜ a ＜ 0.05 영역에서 최적인 것으로 판명됨으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 진공자외선에서 발광 효율이 뛰어난 Zn₂SiO₄계 녹색 형광체와 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 10^-4∼10^-5의 진공상태에서 147 ㎚의 파장으로 여기시켰을 때, 녹색형광체에 도핑되는 망간의 도핑량에 따른 빛 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.

도 2는 147 ㎚와 254 ㎚의 파장으로 각각 여기시켰을 때, 녹색형광체에 도핑되는 망간의 도핑량에 따른 최고 발광치를 나타낸 그래프이다.

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

화학식 1

상기 화학식 1에서 0 ＜ a ＜ 0.05 이다.

또한, 본 발명은 산화아연(ZnO) 및 실리카(SiO₂)를 형광체 원료로 사용하여 제조한 규화아연(Zn₂SiO₄)을 모체에 사용하고, 여기에 산화망간을 혼합하여 1,100 ∼ 1,350℃에서 소성하고 다시 환원 분위기에서 열처리를 한 다음, 분쇄 및 여기시켜 상기 화학식 1로 표시되는 녹색 형광체를 제조하는 방법을 포함한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 녹색 형광체는 규화아연 모체에 부활제로 도핑되는 산화망간의 도핑량을 조절함으로써 진공자외선 영역에서의 발광 효율이 우수하고, 고진공에서도 안정한 물성을 가지게 되는 PDP용 녹색 형광체에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 녹색 형광체를 그 제조방법에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 산화아연(ZnO) 및 실리카(SiO₂)를 형광체 원료로 사용하여 제조한 규화아연(Zn₂SiO₄) 모체를 제조하고, 여기에 부활제로서 산화망간(MnO)를 첨가하고 혼합한다. 이때, 모체를 구성하는 산화아연(ZnO) 및 실리카(SiO₂)의 함량은 형광체의 Zn/Si 몰비가 화학양론적으로 2 : 1이 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 부활제로서 사용되는 산화망간의 도핑량 조절이 매우 중요한 바, 산화망간(a)은 형광체 원료물질중의 산화아연에 대하여 0 ＜ a ＜ 0.05 몰비 범위로 첨가하도록 한다. 만약, 산화망간이 전혀 첨가되지 않으면 전혀 발광을 하지 않는 문제가 있고, 산화망간의 첨가량이 0.05 몰비 이상이면 잔광시간이 길고 발광휘도가 낮아지는 등 발광효율이 매우 감소하는 문제가 있다.

상기와 같은 함량비 범위내에서 형광체 원료물질과 부활제를 원하는 조성에 따른 각각의 소정비가 되도록 평량하고, 또한 보다 효과적인 혼합을 위하여 아세톤 용매 하에서 볼밀링(ball milling) 또는 마노 유발과 같은 혼합기를 이용하여 균일한 조성이 되도록 충분히 혼합한다. 그리고, 혼합물을 고순도 알루미나 도가니에 넣은 후, 뚜껑을 덮은 상태로 공기중에서 1,100 ∼ 1,350℃ 온도로 2 ∼ 24 시간동안 소성한다. 이때, 소성 온도가 매우 중요한 바, 만일 소성 온도가 1,100℃ 미만이면 규화아연이 충분하게 형성되지 않으며, 1,350℃를 초과하면 휘발에 의한 무게 감소가 생긴다. 소성이 완료되면 발광효율이 높은 형광체를 얻기 위하여 환원분위기에서 900 ∼ 1,200℃ 온도로 2 ∼ 24 시간동안 환원시키는데, 여기서 환원분위기라함은 수소 또는 탄소 분위기를 일컫는다. 그런 다음, 1 ∼ 5 ㎛ 정도로 충분히 분쇄한다.

이상에서 설명한 바와 같은 제조방법으로 제조된 본 발명의 형광체는 발광 광도계(luminescence spectrometer, LS)를 이용하여 10^-4∼ 10^-5torr의 진공상태에서 147 ㎚의 파장으로 여기시킨다. 여기 과정을 수행한 후에 본 발명의 형광체에 대하여 빛 발광(photoluminescence, PL)을 측정한 결과, 500 ∼ 550 ㎚ 영역에서 강한 발광 스펙트럼을 나타냄을 확인하였다.

또한, 본 발명에서 제조한 상기 화학식 1로 표시되는 녹색 형광체는 망간 도핑량에 따라서 빛 발광 스펙트럼이 달리 나타나는데, 망간의 도핑량(a)이 0 ＜ a ＜ 0.05 몰비 범위내에서 최대의 발광 휘도를 보이며, 상기 범위를 벗어난 경우 발광 휘도가 크게 감소하는 결과를 초래하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 녹색 형광체는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 녹색 형광체로 유용함을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 : 녹색형광체의 제조

산화아연 3.6186 g(1.98 ㏖)과 이산화규소 1.3495 g(1.0 ㏖)을 칭량하고, 여기에 산화망간 0.0319 g(0.02 mol)를 칭량하여 마노 유발을 사용하여 고르게 혼합하였다. 이때, 비산 방지와 보다 효과적인 혼합을 위해 아세톤 50 ㎖를 첨가하며 융제(flux)는 따로 사용하지 않았다. 혼합한 시료를 고순도 알루미나 도가니에 넣은 후, 뚜껑을 덮은 상태로 전기로를 사용하여 대기하에서 1,300℃ 온도로 4 시간동안 소성하였다. 소성 후 시간당 50℃ 정도로 냉각시킨 다음 1 ∼ 5 ㎛ 정도로 충분히 분쇄하고, 다시 이 형광체를 수소 또는 탄소의 환원분위기에서 900℃ 온도로 2 시간동안 환원시킨 후에 다시 분쇄하여 화학식 1로 표시되는 녹색 형광체를 얻었다.

실험예 1 :

상기 실시예의 제조방법에 의해 제조하되, 망간(Mn)의 사용량을 달리하여 녹색 형광체를 제조하였다. 그리고, 10^-4∼10^-5의 진공상태에서 147 ㎚의 파장으로 여기시켰을 때, 녹색형광체에 함유된 망간(Mn)의 도핑량에 따른 빛 발광을 측정하였으며, 그 결과는 첨부도면 도 1에 나타내었다. 도 1에 의하면, 500 ∼ 550 ㎚ 영역에서 강한 발광 스펙트럼을 나타내고 있으며, 망간(Mn)의 도핑량이 증가함에 따라 빛의 세기가 감소하는 경향을 보인다.

실험예 2 :

상기 실시예의 제조방법에 의해 제조하되, 망간(Mn)의 도핑량을 달리하여 녹색 형광체를 제조하였다. 그리고, 10^-4~ 10^-5torr의 진공하에서의 147 ㎚와 대기중의 254 ㎚의 파장으로 각각 여기시켰을 때, 녹색형광체에 함유된 망간(Mn)의 첨가량에 따른 최고 발광치를 측정하였으며, 그 결과는 첨부도면 도 2에 나타내었다. 도 2에 의하면, 망간의 도핑량(a)이 0 ＜ a ＜ 0.05 몰비일 때 최대의 발광 휘도를 보이며, 상기 범위를 벗어난 경우 발광 휘도가 크게 감소하는 경향을 보인다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 Zn₂SiO₄계 녹색 형광체는 Zn₂SiO₄에 Mn을 소정의 함량비로 도핑함으로써, 진공자외선(10^-4∼10^-5의 진공 및 147 ㎚의 파장) 여기하에서 500 ∼ 550 ㎚ 영역의 색순도가 우수한 녹색 발광을 나타내었다. 한편 부활제로 첨가되는 망간(Mn)의 최대 발광농도에 있어, 진공자외선(10^-4∼10^-5의 진공 및 147 ㎚의 파장) 여기하에서는 기존의 254 ㎚ 여기하에서 측정한 최대 발광 농도보다 현격히 낮은 농도에서 최고의 발광휘도를 보였다. 따라서, 본 발명에서 제시한 부활제 농도 범위가 앞으로 PDP에 적용할 수 있는 가능성이 매우 크다.

Claims

다음 화학식 1로 표시되는 것임을 특징으로 하는 Zn₂SiO₄계 녹색 형광체.

화학식 1

상기 화학식 1에서 0 ＜ a ＜ 0.05 이다.
산화아연(ZnO) 및 이산화규소(SiO₂)를 형광체 원료로 사용하여 제조한 규화아연(Zn₂SiO₄)모체에 산화망간(MnO)을 혼합하되, 산화망간(a)은 산화아연에 대하여 0 ＜ a ＜ 0.05 몰비 범위로 첨가하여 1,100 ∼ 1,350℃ 온도에서 2 ∼ 24 시간동안 소성하고 분쇄한 다음, 수소 또는 탄소에 의한 환원분위기 하에서 900 ∼ 1,200℃ 온도로 2 ∼ 24 시간동안 환원시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 다음 화학식 1로 표시되는 Zn₂SiO₄계 녹색 형광체의 제조방법.

화학식 1

상기 화학식 1에서 0 ＜ a ＜ 0.05 이다.