KR20010103846A - 저전압용 적색 형광체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 저전압용 적색 형광체는 알칼리 토금속과 티타늄의 산화물로 이루어진 형광체 매트릭스에 희토류 원소, 3A족 원소 및 5A족 원소를 첨가하여 제조한다. 상기 알칼리 토금속은 Mg, Sr, Ca 또는 Ba이고, 희토류 원소는 Ce, Eu, Tb, Er, Tm, Pr 또는 Dy이고, 3A족 원소는 Al, Ga, In 또는 Tl이고, 5A족 원소는 P, As, Sb 또는 Bi이다. 상기 형광체에 대하여 희토류 원소의 첨가량은 0.05∼5 몰이고, 3A족 원소의 첨가량은 0.05∼80 몰이고, 5A족 원소의 첨가량은 0.05∼80 몰이다. 본 발명의 적색 형광체는 5A족 원소가 첨가됨으로써 종래의 형광체에 비하여 휘도가 10∼30증가되었으며 구동 전압이 낮아 VFD 또는 FED와 같은 저전압 표시장치에 적용된다.

Description

저전압용 적색 형광체 및 그 제조방법{A RED EMITTING PHOSPHOR FOR LOW-VOLTAGE APPLICATIONS AND A METHOD OF PREPARING THE SAME}
[산업상 이용 분야]
본 발명은 저전압 적색 형광체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휘도가 개선된 VFD 또는 FED용 저전압 적색 형광체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
[종래 기술]
주로 1㎸ 이하의 저전압 디스플레이에는 진공 형광 디스플레이(Vacuum Fluorescent Display : VFD), 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display : FED) 등이 있다. VFD는 주로 가전, AV, 자동차 등의 각종 표시 소자로 사용되고 있으며 FED는 차세대 소형 평판 표시 소자로 활발히 연구되고 있다. 이들 저전압용 표시 장치는 열선 등과 같은 전자 방출 장치(emitter)로부터 방출된 전자가 형광체를 발광시켜 원하는 화상을 재현하는 구조로 되어 있다.
FED, VFD 등의 저전압 구동 장치용 형광체는 저저항이고, 발광 개시 전압이 낮아야 하고, 저가속 전압에서의 발광 효율이 높고 휘도 포화가 없으며, 형광체 입자 표면에 결함이 적고, 저속전자 여기 발광상태가 안정하고 분해가 일어나지 않아야 한다. 현재 저전압 구동 장치용 형광체로는 황화물계(sulfide) 형광체가 광범위하게 사용되고 있다. 황화물계 형광체는 모체(host material)의 저항이 높아서 저속 전자선 여기 발광을 행하기 때문에 저항을 낮추기 위한 방법으로 도전물질을 첨가하여 사용하고 있다. 널리 사용되고 있는 황화물계 형광체 매트릭스의 예로는 ZnS, (ZnCd)S 등을 들 수 있다. 그러나 전자선 여기시 황화물계 가스 방출과 형광체 물질의 분해비산에 의한 캐소드 필라민트의 오염과 형광체 효율을 저하시키는 문제점이 있고, 특히 (ZnCd)S의 경우에는 환경 오염을 야기시키기 때문에 비황화물계 형광체의 개발이 활발하게 진행되고 있다.
또한 적색 형광체로서 SnO2:Eu, Y2O3:Eu 등이 널리 사용되고 있다. 그러나 SnO2:Eu는 휘도가 낮은 문제점이 있으며, Y2O3:Eu의 경우 구동전압이 80V 이상으로 높고, 도전성이 부족하여 다량의 In2O3를 첨가하게 되는데 이것은 형광체의 발광 효율을 감소시키는 문제점이 있다. 최근에 미국특허 제5,619,098호에는 저전압 적색 형광체로서 SrTiO3:Pr,Al이 기재되어 있으나, 이 형광체도 휘도가 만족할만한 수준에 도달하지는 못하고 있다.
본 발명의 목적은 알칼리 토금속과 티타늄의 옥사이드로 이루어진 형광체 매트릭스에 희토류 원소, 3A족 원소 및 5A족 원소를 첨가함으로써 휘도 개선 효과가 우수한 저전압용 적색 형광체 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 캐소드 필라민트를 오염시키지 않는 산화물계 저전압용 적색 형광체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 환경오염이 없는 저전압용 적색 형광체 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 SrTiO3:Pr,Al,P 형광체에 첨가된 P의 함량에 따른 상대 휘도를 나타낸 그래프.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 알칼리 토금속과 티타늄의 옥사이드로 이루어진 형광체 매트릭스에 희토류 원소, 주기율표상의 3A족 원소와 5A족 원소를 첨가시켜 적색 형광체를 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 적색 형광체는 알칼리 토금속과 티타늄 옥사이드의 매트릭스에 부활제로서 희토류 원소, 주기율표상의 3A족 원소 및 5A족 원소를 첨가시킨 것으로, MTiO3:R,A,B의 조성을 가진다. 상기 식에서 M은 Mg, Sr, Ca 또는 Ba의 알칼리 토금속이고, R은 Ce, Eu, Tb, Er, Tm, Pr 또는 Dy의 희토류 원소이고, A는 Al, Ga, In 또는 Tl의 3A족 원소이고, B는 P, As, Sb 또는 Bi의 5A족 원소를 의미한다. 상기 희토류 원소의 첨가량은 0.05∼5 몰이고, 3A족 원소의 첨가량은 0.05∼80 몰이고,5A족 원소의 첨가량은 0.05∼80 몰이다.
본 발명의 저전압용 청색 형광체는 알칼리 토금속 염과 TiO2를 0.7 내지 1 : 1의 몰비로 혼합한 다음 희토류 원소 화합물, 3A족 원소 화합물 및 5A족 원소 화합물을 첨가한다. 알칼리 토금속 염과 TiO2의 혼합 비율이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 제조되는 형광체의 휘도가 저하될 수 있어 바람직하지 않다. 상기 알카리 토금속 염은 알칼리 토금속의 탄산염 또는 질산염을 사용할 수 있으며, 그 예로 SrCO3와 Sr(NO3)2를 들 수 있다. 상기 혼합물을 1100∼1400℃에서 1∼6시간동안 소성시켜 저전압용 적색 형광체를 제조한다. 상기 소성은 원료 물질에 따라 공기 분위기 하에서 이루어지거나 환원 분위기 하에서 이루어질 수도 있다. 상기 희토류 원소와 3A족 원소를 포함하는 화합물로는 할로겐화물 또는 수산화물 등이 사용될 수 있으며, 그 예로는 PrCl3또는 Al(OH)3를 들 수 있다. 5A족 원소 함유 화합물로는 Li3PO4, Na3PO4, K2HPO4또는 KF 등이 사용될 수 있다. 5A족 원소 함유 화합물은 모두 소성시에 입경을 성장시키기거나 입형을 조절하는 융제(flux) 역할을 하기도 한다. 따라서, 5A족 원소 함유 화합물은 소성 공정에서 일부가 휘발될 수 있으므로, 첨가량보다 적은 양이 최종 제조되는 형광체에 잔존하게 된다.
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1-3 및 비교예 1
SrCO3과 TiO2를 혼합하고, PrCl3, Al(OH)3및 Li3PO4를 하기 표 1에 기재된 양으로 첨가하여 잘 혼합하고 소성시켰다. SrCO3과 TiO2의 몰비, 상기 사용된 화합물의 첨가량 및 소성조건은 하기 표 1에 기재된 바와 같다. 제조된 적색 형광체 매트릭스인 SrTiO3에 잔존하는 P의 양을 ICP(inductive coupled plasma) 방법으로 측정하여 하기 표 1에 함께 기재하였다.
SrCO3:TiO2의 몰비 PrCl3[몰] Al(OH)3[몰] Li3PO4[몰] 소성조건 SrTiO3내의 P의 함량 [몰]
온도(℃) 시간(h)
실시예 1 1 : 1 0.1 23 5 1300 6 1
2 1 : 1 0.1 23 10 1300 6 2
3 1 : 1 0.1 23 15 1300 6 3
비교예 1 1 : 1 0.1 23 0 1300 6 0
상기 실시예 1-3 및 비교예 1의 형광체에 대하여 CIE 색좌표와 상대 휘도를 측정하여 하기 표 2에 기재하였다. 하기 표 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예 1-3의 형광체는 적색을 발광하며 5A족 원소를 포함하지 않은 비교예 1의 형광체보다 상대 휘도가 높음을 알 수 있다. 하기 표 2에서, 상대 휘도는 비교예 1의 형광체 휘도를 100으로 환산하였을 때, 비교예 1의 형광체 휘도에 대한 휘도값을 로 나타낸 것이다.
실시예 비교예
1 2 3 1
색좌표 x 0.38 0.39 0.37 0.38
y 0.64 0.65 0.63 0.64
상대휘도() 110 120 90 100
도 1은 형광체에 첨가된 P의 양을 달리한 것을 제외하고 상기 실시예 1-3과 동일한 방법으로 제조된 형광체에 대하여 30V의 구동전압에서 상대 휘도를 측정하여 도시한 그래프이다. P의 첨가량이 1∼2몰일 때 상대 휘도가 우수함을 알 수 있다.
본 발명에 따른 저전압용 적색 형광체는 알칼리 토금속과 티타늄의 매트릭스에 희토류 원소 및 3A족 원소를 첨가한 기존의 형광체에 5A족 원소를 첨가함으로써 상대 휘도가 10∼30증가하였다. 본 발명의 적색 형광체는 구동 전압이 낮아 저속 전자선에 의하여 발광되는 VFD, FED 등과 같은 저전압 표시 장치에 사용된다.

Claims (9)

  1. 알칼리 토금속 및 티타늄의 산화물로 이루어진 형광체 매트릭스; 및
    상기 형광체 매트릭스에 첨가된 희토류 원소, 주기율표의 3A족 원소 및 5A족 원소를 포함하는 저전압용 적색 형광체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 토금속은 Mg, Sr, Ca 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 저전압용 적색 형광체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 희토류 원소는 Ce, Eu, Tb, Er, Tm, Pr 및 Dy으로 이루어진 군으로부터 선택되는 저전압용 적색 형광체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 희토류 원소의 첨가량은 0.05∼5 몰인 저전압용 적색 형광체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 3A족 원소는 Al, Ga, In 및 Tl으로 이루어진 군으로부터 선택되는 저전압용 적색 형광체.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 3A족 원소의 첨가량은 0.05∼80 몰인 저전압용 적색 형광체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 5A족 원소는 P, As, Sb 및 Bi로 이루어진 군으로부터 선택된 저전압용 적색 형광체.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 5A족 원소의 첨가량은 0.05∼80 몰인 저전압용 적색 형광체.
  9. 알칼리 토금속의 염과 티타늄 산화물을 혼합하는 공정;
    상기 혼합물에 희토류 원소, 3A족 원소 및 5A족 원소를 함유하는 화합물을 첨가하는 공정; 및
    상기 혼합물을 1100∼1400℃에서 1∼6 시간동안 소성하는 공정;
    을 포함하는 저전압용 적색 형광체를 제조하는 방법.
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