KR20020048879A - 알루미네이트 형광체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

더 적은 함량의 형광체를 가져 저렴한 형광성 입자를 제공하는 것이 요망된다. 표면에 형광체로 이루어진 형광체 층을 함유하며, 내부에는 비형광성 무기물질을 함유하는 형광성 입자가 제공된다. 또한, 상기 형광성 입자는 형광체 층이 M¹, Al, 및 O (M¹은 Ba, Sr, Mg 및 Ca 로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 원소이다)로 된 화합물을 매트릭스(matrix)로 하고, Eu 및/또는 Mn 을 활성제로서 함유하도록 추가로 배열된다. 또한, 상기 형광성 입자는 형광체 층이 Zn, Si 및 O 로 된 화합물을 매트릭스로 하고, 활성제로서 Tb 및/또는 Mn 을 함유하도록 추가로 배열된다. 또한, 상기 형광성 입자는 형광체 층이 M⁴및 O(M⁴는 Y, Gd 및 B 로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 원소이다)로 된 화합물을 매트릭스로 하며, 활성제로서 Eu 를 함유하도록 추가로 배열된다.

Description

알루미네이트 형광체의 제조 방법{METHOD OF PRODUCING ALUMINATE PHOSPHOR}

본 발명은 표면 상에 형광체로 이루어진 형광체 층을 가진 형광성 입자에 관한 것이다. 본 발명은 특히 진공자외선 여기 발광 소자, 예컨대 플라즈마 디스플레이 판넬(이하 "PDP" 로 약칭) 및 희가스 램프에 적합하게 사용되는 형광성 입자에 관한 것이다.

최근, 형광체가 희가스(rare gas) 방전에 의해 방사되는 진공자외선에 의해 여기되어 발광시키는 시스템을 갖는 진공자외선 여기 발광 소자가 활발히 개발되었다. 그의 대표적인 예가 PDP의 개발이다. 음극선관(CRT) 또는 칼라액정 디스플레이에 있어서는 화면을 대형화하는데 어려움이 있는 반면, PDP는 그것이 가능한 평면 판넬 디스플레이로서, 공공장소에서의 표시용 및 대형 스크린 텔레비젼용으로 유용할 것으로 기대된다. PDP는, 다수의 미소 방전 공간(이하, "표시 셀"로 약칭)을 매트릭스 모양으로 배치시켜 구성된 표시소자이다. 방전전극이 각 표시 셀 내에 설치되고, 형광체는 표시 셀의 내벽에 도포된다. 각 표시 셀 내의 공간에는, He-Xe, Ne-Xe 또는 Ar 과 같은 희가스가 캡슐화되어, 방전전극에 전압을 가했을 때, 희가스 내에서 방전이 일어나 진공자외선이 방사된다. 형광체는 이진공자외선으로 여기되어, 가시광선을 방출하게 된다. 발광하는 표시 셀의 위치를 지정함으로써 화상이 표시된다. 또한, 빛의 삼원색인 청색, 녹색 및 적색으로 발광하는 형광체를 사용함으로써, 모든 색상의 표시가 수행될 수 있다.

PDP 외에, 진공자외선 여기 발광 소자의 예는 조명용 희가스 램프(rare gas lamp)이다. 희가스 램프는, 희가스에서의 방전에 의해 진공자외선이 발생하고시스템에 의해 발광하는 램프이고, 진공자외선은 형광체를 통해 가시광선으로 전환된다. 형광 램프와는 달리, 희가스 램프는 수은을 사용하지 않기 때문에 환경 보존의 관점에서 주목을 받는다.

희가스에서의 방전으로 방사되는 진공자외선으로 여기된 형광체는 이미 제안되었다. 청색발광 형광체의 대표적인 예는, BaMgAl₁₀O₁₇: Eu, BaMgAl₁₄O₂₃: Eu 등이다. 녹색발광 형광체의 대표적인 예는, BaAl₁₂O₁₉: Mn, BaMgAl₁₄O₂₃: Mn 등이다. 적색발광 형광체의 대표적인 예는, Y₂O₃: Eu, (Y,Gd) BO₃: Eu 등이다.

형광체는 고가인 희토류가 사용되기 때문에 고가이며, 저렴한 형광성 입자의 개발이 요망된다.

본 발명의 목적은 형광체의 함량이 적어서 저렴한 형광성 입자를 제공하는 것이다.

상기와 같은 상황에서, 본 발명의 발명가들은 예의 연구한 결과 단지 표면만이 형광체로 이루어진 입자를 고안하게 되었으며, 표면 상에 형광체로 이루어진 형광체 층을 가지며, 내부에는 비형광성 무기물질을 함유하는 형광성 입자에 의해 상기 문제가 해결될 수 있음을 발견했다. 이에 따라, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 표면에 형광체로 이루어진 형광체 층을 가지며, 형광체 층 내부에는 비형광성 무기물질을 함유하는 형광성 입자를 제공한다.

하기 명세서는 본 발명을 더욱 자세하게 설명할 것이다.

본 발명의 발명가들은 입자가 그의 표면 상에 형광체로 이루어진 형광체 층을 가지는 한, 내부에 무기물질을 함유한다고 해도, 그 입자는 형광성 입자로서 작동할 수 있다는 것을 발견하였고, 그러한 입자는 전적으로 형광체로 이루어진 입자와 비교시, 전자가 더 적은 형광체 함량을 가지므로 저렴할 것이라는 기대를 갖고 연구했다. 더욱이, 본 발명자들은 형광성 입자에서 감소된 형광체의 함량의 장점에 더하여, 더 높은 발광 휘도의 장점이 뜻하지 않게 수득될 수 있음을 발견했다.

본 발명의 형광성 입자는 표면 상에 형광체로 이루어진 형광체 층을 가지며, 내부에는 비형광성 무기물질을 함유하는 어떠한 입자도 가능하다. 더욱이, 형광체 층은 임의의 두께를 가진다. 그러나, 형광체 층이 100 nm을 초과하는 두께를 가지면, 형광체의 발광 중심을 구성하는 다량의 고가의 희토류 금속, 예컨대 Eu 가 필요할 수 있다. 그러므로, 비용의 관점에서, 형광체 층은 바람직하게는 100 nm 이하의 두께를 가진다. 형광체 층이 지나치게 얇으면, 형광 발광의 감소가 일어날 수 있다. 따라서, 형광체 층은 바람직하게는 10 nm 이상의 두께를 가지며, 더욱 바람직하게는 20 nm 이상의 두께를 가진다.

본 발명의 형광성 입자 중의 비형광성 무기물질은 특별히 제한되지는 않으나, 비용의 관점에서 바람직하게는 알루미나, 실리카 등이다.

M¹, Al 및 O (M¹은 Ba, Sr, Mg 및 Ca 로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속이다)로 이루어진 화합물을 매트릭스(matrix)로 하며, Eu 및/또는 Mn 을 활성제로서 함유하는 형광체 중, M¹이 Ba 및 Mg 이고 활성제가 Eu 인 Ba-Mg-Al-Eu-O-계 화합물은 청색 발광 형광체의 예들 중 하나이다. 특히, BaMgAl₁₀O₁₇: Eu 가 또다른 예이다.

M¹, Al 및 O(M¹은 Ba, Sr, Mg 및 Ca 로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 원소이다)로 이루어진 화합물을 매트릭스로 하며, Eu 및/또는 Mn 을 활성제로서 함유하는 형광체 중, M¹이 Ba 이며, 활성제가 Mn 인 Ba-Al-Mn-O-계 화합물은 녹색 발광 형광체의 예들 중 하나이다. 특히, BaAl₁₂O₁₉: Mn 이 또다른 예이다. 이들과는 별도로, Zn-Si-Mn-O-계 화합물이 또한 녹색 발광 형광체의 예들 중 하나이며, 특히 Zn₂SiO₄: Mn 이 또다른 예이다.

M⁴및 O(M⁴는 Y, Gd 및 B 로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속이다)로 이루어진 화합물을 매트릭스로 하며, Eu 을 활성제로서 함유하는 형광체 중 특히, M⁴가 Y 이며, 활성제가 Eu 인 Y-Eu-O-계 화합물은 적색 발광 형광체의 예들 중 하나이다. 특히, Y₂O₃: Eu 가 또다른 예이며, (Gd, Y)BO₃: Eu 가 또한 또하나의 예이다.

본 발명의 형광성 입자의 제조 방법은, 형광체를 구성하는 원소들 중, 금속 원소를 함유하는 화합물과 비형광성 무기물질을 혼합 및 소성하는 한, 임의의 방법일 수 있다. 예를 들어, 이는 고체인 비형광성 무기물질의 입자가 분산된 물, 및 형광체 층의 형광체를 구성하는 원소들 중 금속 원소를 함유하는 화합물의 수용액을 혼합하고, 침전제를 사용하여 형광체의 전구 물질을 무기물질 주변에 침착시킨 후, 건조 및 소성하는 방법일 수 있다.

본 발명의 형광성 입자는 내부에 저렴한 비형광성 물질을 함유함에도 불구하고 높은 휘도를 가져, PDP 및 희가스 램프와 같은 진공자외선 여기 발광 소자용으로 특히 적합하다.

더욱이, 본 발명의 형광성 입자는 진공 자외선에 의해 여기될 때 뿐 아니라, 자외선, 음극선 또는 X 선에 의해 여기될 때에도 뛰어난 발광 특성을 나타낸다. 다시 말하면, 본 발명은 진공자외선, 자외선, 음극선 및 X-선을 포함하는 각종 에너지에 의해 여기될 수 있으며, 뛰어난 발광 특성을 나타내는 형광성 입자를 제공한다.

[실시예]

이하 본 발명은 실시예를 참고로 하여 자세히 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 실시예에 의해 한정되지 않는다. 실시예에서, Sumitomo Chemical 에 의해 개발된 상표명 "SUMICORAUDOM" 의 α-알루미나 분말의 시리즈 중 하나는 비형광성물질로서 사용되었다.

실시예 1

평균 1차 입자 지름이 1.5 ㎛인 α-알루미나 10 g 을, 바륨 니트레이트, 마그네슘 니트레이트 및 유로피움 니트레이트가 Ba:Mg:Al:Eu 의 몰비가 0.27:0.3:10:0.03 이 되도록 용해된 수용액 200 ml에 분산시켜, 슬러리를 제조했다. 슬러리를 교반하면서, 1 g의 암모늄 카르보네이트가 용해된 암모니아 수용액 50 ml을 슬러리에 첨가했다. 슬러리를 60 분 동안 더 교반하여, 침전물을 수득했다. 수득한 침전물을 여과로서 회수한 후, 건조하여 분쇄했다. 수득된 전구물질을 알루미늄 보우트에 채워, 1400℃에서 1 시간 동안 수소 2 부피% 및 아르곤 98 부피%를 함유하는 환원 분위기에서 소성시킴으로써, 형광성 입자를 수득했다. 주사 전자 현미경을 이용하여 형광체 층이 대략 80 nm 의 두께를 가짐이 관찰되었다. X-선 회절(Rigaku/MSC 사에 의해 제조된 Rigaku RU-200 회전 음극 X-선 발생기를 이용한 상 확인)로 측정한 결과, 입자는 BaMgAl₁₀O₁₇: Eu 및 α-알루미나의 혼합된 상을 가졌다.

6.7 Pa(5 ×10^-2Torr) 이하의 진공의 진공챔버에서 EXCIMER 146 nm LAMP(Ushio Inc. 사 제)를 이용하여 자외선으로 조사했을 때, 형광성 입자는 청색을 강하게 발광했다. 발광 휘도는 42.7 cd/㎡ 였다. 254 nm 또는 365 nm 의 자외선으로 여기했을 때, 형광체는 또한 높은 휘도를 가진 청색 발광을 나타냈다. Ba:Mg:Al:Eu 의 초기 몰비로부터 계산하면, BaMgAl₁₀O₁₇: Eu 는 7.9 몰%이고, α-알루미나는 92.1 몰%였다.

실시예 2

Ba:Mg:Al:Eu 의 몰비를 0.18:0.2:10:0.02 로 설정한 것을 제외하고, 형광성 입자를 실시예 1 과 동일한 방법으로 제조하였다. Ba:Mg:Al:Eu 의 몰비로부터 계산하면, BaMgAl₁₀O₁₇: Eu 는 4.8 몰%이고, α-알루미나는 95.2 몰%였다. 실시예 1 에서와 같은 방법으로 자외선을 조사했을 때, 형광성 입자는 강한 청색 발광을 나타냈으며, 발광 휘도는 40.1 cd/㎡ 였다.

비교예 1

BaMgAl₁₀O₁₇: Eu 의 분말을 6.7 Pa(5 ×10^-2Torr) 이하의 진공의 진공챔버에서 EXCIMER 146 nm LAMP(Ushio Inc. 사 제)를 이용하여 자외선으로 조사했을 때, 발광 휘도는 36.8 cd/㎡ 였다.

본 발명의 형광성 입자는, 고가의 형광체의 함량이 적어서 저렴하며, PDP 및 희가스 램프와 같은 진공자외선 여기 발광소자에 특히 적합하게 사용되므로, 큰 산업적 장점을 가진다.

Claims (8)

1. 표면에 형광체로 이루어진 형광체 층을 함유하고, 내부에 비형광성 무기물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 형광성 입자.
2. 제 1 항에 있어서, 형광체 층이 100 nm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 형광성 입자.
3. 제 1 항에 있어서, 비형광성 무기물질이 알루미나인 것을 특징으로 하는 형광성 입자.
4. 제 1 항에 있어서, 비형광성 무기물질이 실리카인 것을 특징으로 하는 형광성 입자.
5. 제 1 항에 있어서, 형광체 층이 M¹, Al 및 O (M¹은 Ba, Sr, Mg 및 Ca 로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 원소이다)을 포함하는 화합물을 매트릭스로 하고, Eu 및 Mn 중 하나 이상을 활성제로서 함유하는 것을 특징으로 하는 형광성 입자.
6. 제 1 항에 있어서, 형광체 층이 매트릭스로서 Zn, Si 및 O 로 이루어진 화합물, 및 활성제로서 Tb 및 Mn 중 하나 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 형광성 입자.
7. 제 1 항에 있어서, 형광체 층이 매트릭스로서 M⁴및 O (M⁴는 Y, Gd 및 B 로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속이다)를 포함하는 화합물, 및 활성제로서 Eu 를 함유하는 것을 특징으로 하는 형광성 입자.
8. 제 1 항에 따른 형광성 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 진공 자외선 여기 발광소자.