KR20000059998A - 저전압용 청색 형광체 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

저전압용 청색 형광체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 이 저전압용 청색 형광체는 ZnO·Ga₂O₃매트릭스 및 상기 매트릭스에 도핑된 Bi를 포함하며, ZnO, Ga₂O₃, Bi계 화합물 및 융제를 혼합하는 단계, 상기 혼합물을 1100-1300 ℃에서 1차 소성하는 단계, 상기 1차 소성된 물질을 밀링하는 단계, 상기 밀링한 물질을 산으로 세정하는 단계, 상기 세정한 물질을 800-1100 ℃에서 2차 소성하는 단계 및 상기 2차 소성된 물질을 분급하는 단계로 제조된다.

이러한 저전압용 청색 형광체는 종래의 자발광 형광체인 ZnGa2O4 에 부활제(activator)로 Bi계 화합물을 첨가한 것으로서, 종래의 형광체보다 휘도가 15% 이상 증가되어 발광 효율이 우수한 저전압 표시 장치를 제공할 수 있다.

Description

저전압용 청색 형광체 및 그 제조 방법{LOW-VOLTAGE BLUE PHOSPHOR AND METHOD OF PREPARING THE SAME}

산업상 이용 분야

본 발명은 저전압용 청색 형광체 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 향상된 휘도를 갖는 저전압용 청색 형광체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

종래 기술

진공 형광 디스플레이 장치, 필드 에미션 디스플레이 장치 등의 저전압 구동 장치용 청색 형광체로는 ZnS:Zn 형광체가 주로 사용되고 있다. 이 형광체는 초기 휘도는 우수하지만, 수명이 짧다는 문제점이 있으므로 이 형광체 대신 초기 휘도는 다소 낮으나 수명이 길고 휘도 잔존율이 우수한 산화물 계통의 형광체를 사용하는 것이 최근 추세이다.

그 중에서도 징크 갈레이트(zinc gallate) 형광체는 상대적으로 휘도가 우수하고, 안정된 청색을 나타내므로 주목받는 형광체이다. 상기 징크 갈레이트 형광체는 부활제(activator)를 사용하지 않아도 발광하는 자발광(self-activation) 형광체이다.

상기 징크 갈레이트 형광체를 제조하는 방법은 도 2를 참고로 설명하면, ZnO, Ga₂O₃및 융제(flux)인 Li₃PO₄를 혼합한다. 이어서, 이 혼합물을 대기 분위기하, 1200 ℃에서 3시간 가량 1차 소성한다. 1차 소성시킨 매트릭스를 밀링, 바람직하게는 볼밀함으로써 덩어리진 매트릭스의 입자를 골고루 분산시킨다. 과다한 Li₃PO₄를 제거하기 위하여 분산시킨 매트릭스의 입자를 질산으로 세정한다. 세정된 매트릭스를 환원 분위기하, 1100 ℃에서 1-3시간 동안 2차 소성한다. 2차 소성된 매트릭스를 시브(sieve)를 사용하여 분급하여 저전압용 청색 형광체를 제조한다.

본 발명의 목적은 휘도가 증가된 저전압용 청색 형광체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 저전압용 청색 형광체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압용 청색 형광체의 제조 공정을 나타낸 흐름도.

도 2는 본 발명의 비교예에 따른 저전압용 청색 형광체의 제조 공정을 나타낸 흐름도.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 ZnO·Ga₂O₃매트릭스; 및 상기 매트릭스에 도핑된 Bi를 포함하는 저전압용 청색 형광체를 제공한다.

본 발명은 또한 ZnO, Ga₂O₃, Bi계 화합물 및 융제를 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 1100-1300 ℃에서 1차 소성하는 단계; 상기 1차 소성된 물질을 밀링하는 단계; 상기 밀링한 물질을 산으로 세정하는 단계; 상기 세정한 물질을 800-1100 ℃에서 2차 소성하는 단계; 및 상기 2차 소성된 물질을 분급하는 단계를 포함하는 저전압용 청색 형광체의 제조 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 저전압용 청색 형광체는 ZnO·Ga₂O₃매트릭스와 부활제인 Bi로 구성된다. 이러한 본 발명의 저전압용 청색 형광체를 제조하는 방법을 도 1을 참조로 하여 상세히 설명한다.

ZnO, Ga₂O₃, Bi계 화합물 및 융제(flux)를 혼합한다. 이 때, ZnO 및 Ga₂O₃는 동몰량을 사용할 수 있다. 상기 Bi계 화합물로는 Bi₂O₃또는 BiCl₃를 사용할 수 있다. 사용되는 Bi계 화합물로는 후 공정에서 제조되는 ZnO·Ga₂O₃매트릭스 1몰 당 0.001∼0.1 몰%인 것이 바람직하다. 본 발명에서 ZnO와 Ga₂O₃의 반응은 동일한 몰량으로 반응되어 동일몰량의 ZnO·Ga₂O₃매트릭스가 생성되므로, Bi계 화합물은 ZnO의 1몰 당 0.001∼0.1 몰%를 사용할 수 있다.

상기 혼합물을 1100∼1300 ℃에서 1차 소성한다. 이때, 소성 공정을 대기 분위기하에서 약 1200 ℃의 온도로 실시하는 경우 약 3시간 가량 실시한다. 이 소성 공정으로 ZnO·Ga₂O₃매트릭스가 형성되며, 이 매트릭스 내에 Bi가 침투되어, 매트릭스 내에 Bi³⁺형태로 존재하게 된다.

이어서, 상기 1차 소성물을 밀링(milling)한다. 응집된 입자를 제거하고, 분산성 및 입도 분포를 향상시키기 위해 약 3시간 동안 볼밀(ball-mill)을 실시하는 것이 바람직하다.

밀링한 물질을 약 0.5N 농도의 질산 또는 약 1 % 농도의 염산으로 세정한다. 이 공정으로 과다한 양의 융제를 제거할 수 있다.

질산 또는 염산으로 세정한 물질을 800∼1100 ℃에서 2차 소성을 실시한다. 이 때, 소성 공정은 산소가 결핍된 분위기를 만들어 전도도에 기여하도록 환원 분위기하에서 약 1100 ℃에서 약 2시간 가량 실시하는 것이 바람직하다. 이 2차 소성 공정으로 인해 징크 갈레이트 형광체의 결정성이 증가되어 형광체의 발광 효율이 향상된다.

이와 같이 2차 소성된 물질을 시브(sieve)를 사용하여 분급함으로써 저전압용 청색 형광체를 제조한다.

제조된 저전압용 청색 형광체는 CIE 색좌표계 상에서 x=0.20±0.05, y=0.25±0.05를 나타낸다.

상기한 방법으로 제조된 저전압용 형광체는 ZnO·Ga₂O₃매트릭스와 부활제인 Bi로 구성된다. 부활제로 작용하는 Bi는, 상기 매트릭스 상에 Bi³⁺이온으로 존재하며, 상온에서 ³P₁⇒¹S 전이에 기인한 청색의 발광 영역을 가진다. 광학적 밴드폭(band gap)이 4.4 eV인 ZnGa2O4 형광체의 발광은 Bi³⁺가 첨가될 때 Bi³⁺는 ZnGa2O4내에 도핑되어 있어, 외부의 자극에 ZnGa2O4 형광체 발광과 모체에서 에너지 전달에 의한 Bi³⁺에 의한 발광으로 나타난다.

본 발명의 청색 형광체의 청색 발광 스펙트럼의 강도는 Bi³⁺의 ³P₁⇒¹S 전이에 기인하는 Bi³⁺농도 변화에 따라 변한다. 따라서, 청색 발광 스펙트럼의 강도 중에서 최대 발광 강도는 ZnGa2O4의 자체 천이의 확률과 Bi³⁺이온으로 에너지가 전달될 확률이 높을 때 얻을 수 있다.

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

ZnO 1몰, Ga2O3 1몰, Li3PO4 및 Bi₂O₃0.001몰을 혼합한 후, 대기 분위기하 1200 ℃에서 3시간동안 1차 소성하였다. 소성한 물질을 3시간 정도 볼밀을 실시한 후, 0.5 N 농도의 질산으로 세정하였다. 산으로 세정한 물질을 환원 분위기하 1100 ℃에서 2시간 동안 2차 소성하였다. 소성된 물질을 분급하여 저전압용 청색 형광체를 제조하였다.

실시예 2

Bi₂O₃를 0.005몰 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실시예 3

Bi₂O₃를 0.01몰 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

상기 실시예 1-3의 방법으로 제조된 저전압용 청색 형광체와 종래 ZnGa₂O₄형광체를 이용하여 VFD를 제조한 후, 50 V로 구동하여 휘도를 측정하였다. 측정된 종래 형광체 휘도를 100으로 환산했을 때의 상대 휘도를 하기 표 1에 나타내었다.

	상대 휘도	Bi계 화합물 양[몰]
실시예 1	104 %	0.001
실시예 2	108 %	0.005
실시예 3	115 %	0.01
ZnGa2O4	100 %	0

본 발명의 저전압용 청색 형광체는 종래의 자발광 형광체인 ZnGa2O4 에 부활제(activator)로 Bi계 화합물을 첨가한 것으로서, 종래의 형광체보다 휘도가 15% 이상 증가되어 발광 효율이 우수한 저전압 표시 장치를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. ZnO·Ga₂O₃; 매트릭스; 및

   상기 매트릭스에 도핑된 Bi

   를 포함하는 저전압용 청색 형광체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 청색 형광체는 CIE 색좌표계 상에서 x=0.20±0.005, y=0.25±0.005를 나타내는 것인 저전압용 청색 형광체.
3. ZnO, Ga₂O₃, Bi계 화합물 및 융제를 혼합하는 단계;

   상기 혼합물을 1100-1300 ℃에서 1차 소성하는 단계;

   상기 1차 소성된 물질을 밀링하는 단계;

   상기 밀링한 물질을 산으로 세정하는 단계;

   상기 세정한 물질을 800-1100 ℃에서 2차 소성하는 단계; 및

   상기 2차 소성된 물질을 분급하는 단계

   를 포함하는 저전압용 청색 형광체의 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 Bi계 화합물은 Bi₂O₃및 BiCl₃로 이루어진 군에서 선택되는 제조 방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 Bi계 화합물의 양은 ZnO 1몰당 0.001-0.1 몰인 제조 방법.