KR20020084922A - 화염 분무열분해법에 의한 스트론튬 티타네이트 형광체의제조방법 - Google Patents

화염 분무열분해법에 의한 스트론튬 티타네이트 형광체의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화염 분무열분해법에 의한 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광체의 모체 및 모체를 도핑하는 활성제를 증류수에 용해시켜 전구체 용액을 제조한 다음, 분무장치를 이용하여 상기 용액을 액적으로 분무시키고, 분무된 액적을 확산화염에 둘러싸이게 하여 형광체로 전환시킴으로써, 기존의 일반적인 분무열분해법에 의해 제조된 스트론튬 티타네이트 형광체가 속이 빈 형태를 가지기 때문에 고온의 후열처리 과정에서 구형의 형상이 깨지고 불규칙한 형태를 가지며 매우 다공성이어서 발광 특성도 좋지 않은 것과 달리, 보다 구형에 가깝고 분포가 균일할 뿐만 아니라 구의 내부가 충전된 상태이고 형광체간에 응집이 없으며, 후열처리 공정이 없이도 완벽한 결정성을 가지고 종래 보다 월등히 우수한 발광 휘도를 가지는 형광체를 단시간에 제조할 수 있는 획기적인 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

화염 분무열분해법에 의한 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법{Preparation method of strontium titanate phosphor particles by flame spray pyrolysis}
본 발명은 화염 분무열분해법에 의한 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광체의 모체 및 모체를 도핑하는 활성제를 증류수에 용해시켜 전구체 용액을 제조한 다음, 분무장치를 이용하여 상기 용액을 액적으로 분무시키고, 분무된 액적을 확산화염에 둘러싸이게 하여 형광체로 전환시킴으로써, 기존의 일반적인 분무열분해법에 의해 제조된 스트론튬 티타네이트 형광체가 속이 빈 형태를 가지기 때문에 고온의 후열처리 과정에서 구형의 형상이 깨지고 불규칙한 형태를 가지며 매우 다공성이어서 발광 특성도 좋지 않은 것과 달리, 보다 구형에 가깝고 분포가 균일할 뿐만 아니라 구의 내부가 충전된 상태이고 형광체간에 응집이 없으며, 후열처리 공정이 없이도 완벽한 결정성을 가지고 종래 보다 월등히 우수한 발광 휘도를 가지는 형광체를 단시간에 제조할 수 있는 획기적인 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법에 관한 것이다.
형광체는 전자의 충돌에 의하여 여기되어 빛을 발광하는 물질로서, 각종 디스플레이 장치에서 화상을 재현하기 위한 수단으로 사용된다. 이러한 디스플레이 장치는 사용되는 전압에 따라 고전압용 디스플레이 장치인 음극선관(Cathode Ray Tube : CRT) 등과, 저전압용 디스플레이 장치인 전계방출형 디스플레이(Field Emission Display : FED), 진공형광 디스플레이(Vacuum Fluorescent Display : VFD), 페닝 가스의 방전 자외선으로 여기 발광하는 플라즈마 디스플레이(Plasma Display Panel : PDP) 등으로 분류한다. 형광체는 이러한 디스플레이 장치의 전자 방출 수단인 전자빔(electron beam), 열선, 이미터(emitter) 등에서 방출된 전자가 표면에 부딪힐 경우, 또는 가스의 방전 자외선에 의해 여기하여 빛을 발하며, 사용 용도에 따라 여러 가지 색상을 재현할 수 있다.
이와 같은 디스플레이 및 램프용 형광체로는 주로 ZnS, CdS, ZnCdS 등과 같은 모체에 귀금속이 도핑된 황화물 형광체들이 사용되어 왔다. 이들 황화물 형광체는 수십 년 동안 연구되면서 발전을 거듭하여, 현재는 더 이상의 효율 증가를 얻기 힘든 수준에까지 효율 향상이 이루어졌다. 따라서, 몇 년 전까지만 해도 이들 형광체에 대한 연구는 극히 일부의 연구 집단에 의해 이루어져 왔다.
그러나, 최근 들어 고화질 TV(HDTV: high definition television)에 대한 관심이 높아지면서 이에 따라 디스플레이 장치의 개발도 활기를 띄고 있다. 그중 대표적인 것이 최근에 각광받는 평판디스플레이인 플라즈마 디스플레이(PDP) 및 전계방출형 디스플레이(FED)이다. 이들 디스플레이 장치는 종래와 달리 가볍고 두께가 얇은 특성으로 인하여 벽걸이형 TV, 컴퓨터, 캠코더 및 자동항법장치 등 여러 분야에서의 응용 가능성을 가지고 있어 많은 관심의 대상이 되고 있다.
한편, 종래의 음극선관(CRT) 디스플레이에서는 황화물 형광체가 우수한 발광특성을 가지고 있어 문제가 없었으나, 평판디스플레이 및 전계방출형 디스플레이에서는 종래의 황화물 형광체를 사용하는데 어려움이 있다. 즉, 평판디스플레이 및 전계방출형 디스플레이는 고진공하에서 형광체들이 발광을 하기 때문에, 종래의 황화물 형광체를 사용하는 경우에는 황화물의 분해에 의한 진공도 저하 및 성능저하의 문제점이 발생한다.
따라서, 상기 황화물 형광체에 대한 문제 해결을 위해 최근 들어서는 산화물 형광체에 대한 연구가 진행되고 있다.
상기 산화물 형광체는 황화물 형광체와 달리 디스플레이에서 발광을 위한 에너지원인 자외선이나 전자빔에 매우 안정하기 때문에, 평판디스플레이용 형광체로 사용되고 있다. 그 대표적인 예가 알루미늄산염(aluminate), 규산염(silicate), 티탄산염(titanate) 및 붕산염(borate) 등이다.
현재, 이러한 물질들을 이용한 다성분의 산화물 형광체는 대부분 고상법에 의해 제조되고 있다. 고상법에서는 각각의 구성 성분들의 산화물을 혼합하고 반복되는 고온열처리 및 분쇄공정을 거쳐 최종적으로 원하는 다성분 산화물 형광체를 제조하므로, 고상법으로 순수한 조성을 얻기 위해서는 고온과 장시간의 공정을 거쳐야 한다. 또한, 반복되는 열처리 및 분쇄과정을 거치면서 형광체에 불순물이 함유될 수 있으며, 이 방법으로 제조되는 형광체는 일반적으로 크기가 수 마이크론에 해당되며 표면이 거칠고 형태가 불균일하다.
고상법의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 액상법을 이용한 제조방법이 연구되고 있다. 고상법과 달리 공침법이나 졸-겔(sol-gel)법과 같은 액상법은 매우 낮은 온도에서 원하는 다성분의 형광체를 제조할 수 있다. 또한, 분자수준에서 도핑물질의 혼합이 가능하기 때문에, 보다 낮은 열처리 온도에서 좋은 형광특성을 기대할 수 있다. 그러나, 액상법에 의하여 제조되는 다성분계 산화물 형광체들은 형태가 매우 불균일하기 때문에, 평판디스플레이용으로 사용되기 어렵다.
따라서, 보다 간단한 공정으로 플라즈마 디스플레이, 전계방출형 디스플레이 및 종래의 음극선관(CRT)과 램프용으로 널리 사용될 수 있도록 크기와 형태가 균일하며 우수한 발광특성을 가지는 산화물 형광체의 제조방법을 개발해야 할 필요성이 대두되어 왔다.
이에, 본 발명자들은 균일한 크기와 형태를 가지며 발광 특성이 우수한 형광체를 간편하게 제조할 수 있는 방법을 개발하고자 연구한 결과, 초음파와 같은 액적 분무 장치를 사용하여 스트론튬 티타네이트의 전구체 혼합 용액을 미세한 액적으로 분무시키고, 화염 내부에서 건조, 열분해 및 용융에 의해 미립자를 제조하면, 후열처리 공정이 별도로 필요치 않고, 응집이 없는 균일한 구형의 형태이면서 구의 내부가 충전된 형광체를 제조할 수 있음을 확인하게 되어 본 발명을 완성하였다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 확산화염을 발생시키는 노즐을 이용하는 화염 분무열분해법에 의해 구형이면서 내부가 충전된 스트론튬 티타네이트 형광체를 제공하는 것이다.
도 1은 화염 분무열분해 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 상기 도 1의 장치에서 노즐의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 확산화염 반응기 내에서의 형광체 생성 과정을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 화염 분무열분해법에 의해 제조된 SrTiO3:Pr,Al 형광체의 주사 전자현미경 사진이다.
도 5는 기존의 통상적인 분무열분해법에 의해 제조된 SrTiO3:Pr,Al 형광체의 주사 전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 화염 분무열분해법과 기존의 통상적인 분무열분해법에 의해 제조된 형광체의 X선 회절 패턴을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 화염 분무열분해법과 기존의 통상적인 분무열분해법에 의해 제조된 형광체의 빛 발광 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
10 : 분무장치20 : 노즐
30 : 반응기40 : 백 필터
50 : 펌프
본 발명은 분무열분해법으로 형광체를 제조함에 있어서,
ⅰ) 형광체 모체로서 스트론튬(Sr) 및 티타늄(Ti)과, 모체를 도핑하는 활성제로서 프라세오디뮴(Pr), 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)의 전구체 물질을 증류수에 용해시켜 0.02 ∼ 3 M의 전구체 용액을 제조하는 공정;
ⅱ) 상기 전구체 용액을 분무장치에 투입하여 직경 1 ∼ 100 ㎛의 액적을 발생시키는 공정; 그리고
ⅲ) 상기 액적을 확산화염 내부에서 건조, 분해, 반응 및 결정화시켜 다음 화학식 1로 표시되는 형광체 분말을 얻는 공정;
을 포함하는 화염 분무열분해법에 의한 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법을 그 특징으로 한다.
화학식 1
SrTiO3:PrxAlyGaz
상기 화학식 1에서 : 0.0001 ≤x ≤0.5 이고, 0 ≤y ≤0.5 이고, 0 ≤z ≤0.5 이다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 화염 분무열분해 공정에서는 전구체 용액으로부터 생성된 액적이 화염 내부에서 체류하는 시간이 매우 짧더라도 화염의 온도가 1500 ∼ 4000 ℃ 정도로 높기 때문에 후열처리 공정이 없어도 완벽한 결정성을 가지며, 기존의 통상적인 분무열분해 공정에 의해 제조된 형광체 보다 4.5 배 정도 우수한 발광 휘도를 가진다.
본 발명의 화염 분무열분해법에 의하여 스트론튬 티타네이트 형광체를 제조하는 방법을 공정별로 나누어 보다 구체화하여 설명하면 다음과 같다.
제 1 공정: 전구체 용액의 제조
형광체 모체 및 모체를 도핑하는 활성제를 증류수에 용해시켜 형광체의 전구체 용액을 제조한다.
본 발명에서 형광체 모체는 스트론튬(Sr)과 티타늄(Ti)으로 이루어지는데, 스트론튬의 전구체 물질로는 질산염, 초산염 및 염화물 등의 수용성 염이 사용될 수 있으며, 티타늄(Ti)의 전구체 물질로는 알콕사이드인 티타늄테트라이소프로폭사이드(titanium(Ⅳ) isopropoxide, TTIP) 또는 나노미터 크기의 티타니아(TiO2) 분말이 사용될 수 있다. 상기 나노미터 크기의 티타니아 분말로는 에어로졸법에 의해 상용품으로 공급되는 티타니아 분말(Fumed titania) 또는 알콕사이드를 이용하여 액상법에 의해 제조되는 제품을 사용할 수 있다. 만일 상기 티타늄이소프로폭사이드를 티타늄 전구체 물질로 사용하는 경우, 이를 양론비에 맞게 증류수에 첨가한 다음 소량의 질산을 첨가하여 깨끗한 용액을 얻고, 여기에 스트론튬 및 도핑물질인 프라세오디뮴, 알루미늄 및 갈륨의 전구체 물질들을 첨가하여 전구체 용액을 제조한다. 상기 모체를 도핑하는 활성제로서 프라세오디뮴(Pr), 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)의 전구체 물질로서는 각각의 질산염, 초산염, 황화물, 및 염화물 등의 수용성 염들이 사용될 수 있다. 여기서, 알루미늄 및 갈륨은 각각 혹은 혼합된 형태로 사용될 수 있으며, 스트론튬 티타네이트 형광체의 발광 세기를 수십배 내지 수백배 증가시켜주는 역할을 한다.
또한, 전구체 용액의 농도에 따라 제조되는 형광체 분말의 크기가 결정되기 때문에 원하는 크기의 입자를 제조하기 위해서는 전구체 용액의 농도가 적절해야 하는 바, 전구체 용액의 총농도는 0.02 ∼ 3 M 범위가 바람직하다. 이때, 전구체 용액의 총농도가 0.02 M에 이르지 못한 경우 분말의 생산성이 떨어지는 문제점이 있고, 전구체 물질의 용해도 때문에 3 M을 초과하는 농도를 갖는 전구체 용액을 얻기에는 증류수에 녹이는데 어려움이 따를 뿐 아니라 농도가 너무 높으면 액적으로의 분무가 어려운 문제가 있다.
제 2 공정: 액적의 분무
상기 분무장치로는 초음파 분무장치, 공기 노즐 분무장치, 정전 분무장치, 초음파 노즐 분무장치 및 필터 팽창 액적 발생장치(filter expansion aerosol generator, FEAG) 등이 사용될 수 있다. 초음파 분무장치 및 필터 팽창 액적 발생장치는 고농도에서 서브마이크론 크기의 미세한 형광체의 제조가 가능하고, 공기노즐과 초음파노즐 분무장치는 마이크론에서 서브마이크론 크기의 형광체를 대량으로 생산이 가능하다. 특히, 본 발명에서는 초음파 분무장치의 경우에 액적을 발생시키는 부위인 진동자를 6개 이상 나란히 연결하여 액적을 대량으로 발생시키며, 이러한 분무장치들을 병렬로 연결하여 시간당 수백 리터의 액적을 발생하도록 하여 분무열분해법에 의해 형광체의 상업 생산을 가능하게 하였다.
제 3 공정: 형광체의 생성
상기 액적을 확산화염 내부에서 건조, 분해, 반응, 용융 및 결정화시킨다. 즉, 확산화염을 발생시키는 노즐에 액적을 투입하여, 확산화염 내부에서 형광체를 생성시킨다. 이때, 확산화염은 연료와 산소가 노즐을 나와서 확산되면서 생성되는데, 연료 공급원으로는 프로판 가스 또는 수소 가스 등을 사용할 수 있으며, 산소 공급원으로는 산소 또는 공기를 사용할 수 있다. 여기서, 연료 가스의 종류 및 유량, 산소 또는 공기의 유량 및 연료 가스와의 비율 등을 조절함으로써 화염의 온도조절이 가능한 바, 확산화염의 온도는 1500 ∼ 4000 ℃ 범위가 바람직하다. 만일, 화염의 온도가 1500 ℃에 이르지 못할 경우, 반응 후 형광체가 용융되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
도 1은 확산화염 분무열분해 장치의 구성을 나타내는 모식도이고, 도 2는 상기 장치 중 노즐의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1을 보면, 분무장치(10)에 의하여 발생된 액적이 노즐(20)로 공급되고, 노즐을 통과한 액적이 반응기(30) 안에서 확산화염에 둘러싸인 상태로 처리됨을 알 수 있다. 그밖에는 백 필터(40) 및 펌프(50)가 차례로 연결되어 있다. 도 2에서 보듯이, 상기 노즐(20)은 액적이 공급되는 중심관과, 그 외부에 위치하면서 연료가스, 산소, 연료가스, 산소가 각각 별도로 공급되는 4개의 동심관으로 구성되어 있다. 따라서, 확산화염은 상기 동심관들로 공급된 연료 가스 및 산소가 노즐을 나와서 점화되어 발생하는 것이다.
도 3은 확산화염 반응기 내에서의 형광체 생성 과정을 나타내는 모식도인바, 여기서 건조는 액적에 포함된 수분이 증발되어 고체의 형광체로 변환되는 과정이고, 분해는 고체로 상변이된 형광체 내부에 존재하는 질소나 탄소 성분들이 이산화질소(NO2)나 이산화탄소(CO2) 등의 가스로 방출되는 과정이다. 반응은 금속성분들인 스트론튬, 티타늄, 프라세오디뮴, 알루미늄 및 갈륨 등이 산소와 결합하여 산화물로 전환되는 과정이고, 용융은 반응에 의해 생성된 형광체가 고온의 화염 내부에서 녹아 내부가 충전된 구형을 이루는 과정이다. 그리고, 반응과 용융이 완료된 산화물들은 규칙적으로 재배열되는 결정화를 통하여 형광체로 전환된다. 화염 분무열분해장치의 경우 화염내에서 이 모든 과정이 완료되며, 처리시간도 밀리초 이하로서 종래에 비하여 매우 신속하게 처리된다. 또한, 융점 근처의 고온으로 형광체를 제조하기 때문에 프라세오디뮴, 알루미늄 및 갈륨 등의 활성제가 형광체 격자 내부로 들어오는 활성화 과정도 화염 내에서 진행되므로, 후처리 없이도 발광이 가능한 형광체가 제조된다.
이렇게 제조된 형광체는 결정화가 완전히 이루어져 후처리 공정이 필요없지만, 800 ∼ 1500 ℃의 온도에서 1 ∼ 5시간 동안 후처리하는 공정을 추가로 포함시켜 발광 휘도를 증가시키거나 분말의 표면을 더욱 매끄럽게 할 수도 있다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 보다 구체적으로 설명하겠는바, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게서 자명할 것이다.
실시예 1: 화염 분무열분해법에 의한 SrTiO 3 : Pr,Al 형광체의 제조(스트론튬 질산염 사용)
전구체 용액은 다음과 같은 성분들을 사용하여 제조하였다. 출발 물질 중에서 티타늄의 전구체 물질로는 티타늄테트라이소프로폭사이드를 사용하고 소량의 질산을 이용하여 증류수에 용해시켰다. 이 티타늄 용액에 스트론튬, 프라세오디뮴 및 알루미늄의 질산염들을 용해시켜 전구체 용액을 제조하였다. 이때, 전구체 용액의 총 농도는 0.4 M로 하였으며, 프라세오디뮴 및 알루미늄의 도핑 농도는 스트론튬 금속 1 M을 기준으로 각각 0.002 M 및 0.1 M로 하였다.
이렇게 준비된 전구체 용액들을 초음파 분무장치를 이용하여 수마이크론 크기의 액적으로 발생시켰으며, 유속 5.0 ℓ/min인 산소가스를 운반기체(carrier gas)로 하여 액적을 도 2과 같은 구조를 가진 노즐을 통하여 확산화염 내부로 들어가게 하여 형광체를 제조하였다. 이때, 연료가스로는 프로판 가스를 사용하였고, 계산에 의해서 얻어진 단열 확산화염의 온도는 3500 ℃로 조절하였다.
실시예 2: 화염 분무열분해법에 의한 SrTiO 3 : Pr,Al 형광체의 제조(스트론튬 초산염 사용)
스트론튬 전구체 물질로서 초산염을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 형광체를 제조하였다.
실시예 3: 화염 분무열분해법에 의한 SrTiO 3 : Pr,Al 형광체의 제조(스트론튬 염화물 사용)
스트론튬 전구체 물질로서 염화물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 형광체를 제조하였다.
비교예: 통상의 분무열분해법에 의한 SrTiO 3 : Pr,Al 형광체의 제조
분무 용액의 조성 및 농도는 상기 실시예 1과 동일하게 하고, 관형 전기로의 온도가 900 ℃ 인 분무열분해 공정에 의해 형광체를 제조하였다. 분무열분해법에 의해 제조된 형광체는 반응기의 온도가 900 ℃ 로 낮아 결정화가 이루어지지 않았기 때문에 1200 ℃에서 3시간 후열처리 공정을 거쳤다.
시험예: 결정화도, 형광체의 크기 및 발광 특성 측정
주사 전자현미경(scanning electron microscopy, SEM) 및 X선 회절장치(X-ray diffractometer, XRD)를 이용하여 상기 제조된 형광체의 형태와 결정화도를 관찰하였고, 그 결과를 도 4 내지 도 6에 각각 나타내었다. 형광체의 광학적인 성질로는 분광광도계(spectrophotometer)를 이용하여 발광(PL: photoluminescence) 특성을 측정하였으며, 형광체를 여기시키기 위하여 크세논 램프(Xenon lamp)를 사용하여 UV를 발생시켜 사용하였다. 그리고, 발광 특성 측정 결과를 도 7에 나타내었다.
도 4는 스트론튬의 원료로써 초산염을 사용한 경우 화염 분무열분해법으로 제조된 SrTiO3:Pr,Al 형광체(실시예 2)의 주사 전자현미경 사진이고, 도 5는 기존의 통상적인 분무열분해법에 의해 제조된 SrTiO3:Pr,Al 형광체(비교예)의 주사 전자현미경 사진이다. 화염 분무열분해법으로 제조된 도 4의 형광체는 통상적인 분무열분해법으로 제조된 도 5의 형광체와 비교하여 형태에 있어서 더욱 완전한 구형에 가까움을 확인할 수 있다. 또한, 구 내부의 충전 상태에서도, 종래의 분무열분해법에 의한 형광체는 충전 상태가 완전하지 않은 형광체가 다수 발견되고 열처리 과정에서 구형의 형상이 깨어지는 반면, 본 발명의 화염 분무열분해법에 의한 형광체의 경우에는 내부가 비어있는 형광체가 발견되지 않았다. 이는 화염 분무열분해법으로 형광체를 제조할 경우, 융점 근처의 고온인 확산화염의 내부에서 모든 반응이 일어나므로 형성된 형광체가 용융되면서 내부가 완전히 충전된 구형의 형광체가 생성되기 때문이다. 그리고, 형광체 사이의 응집상태에서도, 종래의 분무열분해법에 의한 형광체의 경우는 형광체 사이의 응집이 심한 반면, 본 발명의 화염 분무열분해법에 의한 형광체의 경우에는 열처리 과정을 거치지 않기 때문에 형광체 사이의 응집이 전혀 발생하지 않았다.
도 6은 본 발명의 화염 분무열분해법과 기존의 통상적인 분무열분해법에 의해 제조된 형광체의 X선 회절 패턴을 비교하여 나타낸 그래프이다. 비교예 1의 일반적인 분무열분해 공정에 의해 제조된 형광체는 후열처리 공정을 거친 형광체이고 실시예 1의 화염 분무열분해 공정에서 얻어진 형광체는 후열처리 공정을 거치지 않았다. 도 6에서 보듯이 화염 분무열분해 공정에 의해 제조된 형광체는 후열처리 공정을 거치지 않더라도 완벽한 결정을 가지고 있다. 또한 고온에서 장시간 열처리를 거친 일반적인 분무열분해 공정에서 얻어진 형광체와 비교해도 좋은 결정성을 가지고 있다. 이처럼 화염 분무열분해 공정에 의해 제조된 형광체가 후열처리 공정이 없이도 좋은 결정성을 가지는 이유는 화염의 온도가 2000 ℃ 이상으로 매우 높기 때문이다.
도 7은 본 발명의 화염 분무열분해법에 의해 스트론튬의 전구체 종류의 변화에 따라 제조된 형광체와 기존의 통상적인 분무열분해법에 의해 제조된 형광체의 빛 발광 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다. 본 발명에 따른 화염 분무열분해법으로 제조된 형광체는 종래의 분무열분해법으로 제조된 형광체 보다 좋은 발광 특성을 나타내었으며 최대 4.7배의 높은 발광 세기를 가졌다. 화염 분무열분해 공정에서 스트론튬 전구체 물질의 영향에서는 스트론튬 초산염 및 질산염을 사용하여 제조된 형광체가 좋은 발광 세기를 가졌으며, 스트론튬 염화물을 사용한 경우에있어서는 발광 세기가 좋지 않았다. 그 이유는 스트론튬 염화물의 높은 휘발성 때문에 제조된 형광체의 조성이 일정하지 않아서이다.
그 밖에, 상기 SrTiO3:Pr,Al 형광체의 제조시 티타늄 전구체 물질로서 티타니아 분말(데구사, P25)을 사용하여도 형태 및 발광 특성면에서 티타늄 이소프로폭사이드를 사용한 경우와 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 활성제로서 알루미늄의 일부 또는 전부를 갈륨으로 대체하여 제조한 경우, 제조된 형광체는 알루미늄만을 사용한 경우와 유사한 형태 및 발광 특성을 가졌다.
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명에 따른 화염 분무열분해법에 의한 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법은 형광체의 모체 및 모체를 도핑하는 활성제를 증류수에 용해시켜 전구체 용액을 제조한 다음, 분무장치를 이용하여 상기 전구체 용액을 액적으로 분무시키고, 이 액적을 확산화염 내부에서 형광체로 전환시킴으로써, 종래의 분무열분해법에 의해 제조된 형광체에 비해 구형의 형태에 가깝고, 분포가 균일할 뿐만 아니라 구의 내부가 충전된 상태이면서 형광체 사이의 응집이 없는 구형의 형광체를 단시간에 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 분무열분해법으로 형광체를 제조함에 있어서,
    ⅰ) 형광체 모체로서 스트론튬(Sr) 및 티타늄(Ti)과, 모체를 도핑하는 활성제로서 프라세오디뮴(Pr), 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)의 전구체 물질을 증류수에 용해시켜 0.02 ∼ 3 M의 전구체 용액을 제조하는 공정;
    ⅱ) 상기 전구체 용액을 분무장치에 투입하여 직경 1 ∼ 100 ㎛의 액적을 발생시키는 공정; 그리고
    ⅲ) 상기 액적을 확산화염 내부에서 건조, 분해, 반응 및 결정화시켜 다음 화학식 1로 표시되는 형광체 분말을 얻는 공정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 화염 분무열분해법에 의한 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법.
    화학식 1
    SrTiO3:PrxAlyGaz
    상기 화학식 1에서 : 0.0001 ≤x ≤0.5 이고, 0 ≤y ≤0.5 이고, 0 ≤z ≤0.5 이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 확산화염의 온도는 1500 ∼ 4000 ℃ 범위인 것을 특징으로 하는 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 확산화염을 발생시키기 위한 연료 공급원은 프로판 및 수소 가스이고, 산소 공급원은 산소 또는 공기인 것을 특징으로 하는 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 티타늄(Ti)의 전구체 물질로는 티타늄테트라이소포로폭사이드(TTIP) 또는 나노미터 크기의 티타니아(TiO2) 분말이고, 스트론튬(Sr)의 전구체 물질로는 스트론튬의 질산염, 초산염 및 염화물 중에서 선택된 수용성 염인 것을 특징으로 하는 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 프라세오디뮴(Pr)의 전구체 물질로는 프라세오디뮴의 질산염, 염화물 및 초산염 중에서 선택된 수용성 염이고, 상기 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)의 전구체 물질로는 이들의 질산염, 염화물, 초산염 및 황산염 중에서 선택된 수용성 염인 것을 특징으로 하는 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 분무장치는 초음파 분무장치, 공기 노즐 분무장치, 정전 분무장치 또는 초음파 노즐 분무장치인 것을 특징으로 하는 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제조된 형광체를 800 ∼ 1500 ℃에서 1 ∼ 5시간 동안 후처리하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스트론튬 티타네이트 형광체의 제조방법.
  8. 상기 청구항 1의 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 다음 화학식 1로 표시되는 스트론튬 티타네이트 형광체.
    화학식 1
    SrTiO3:PrxAlyGaz
    상기 화학식 1에서 : 0.0001 ≤x ≤0.5 이고, 0 ≤y ≤0.5 이고, 0 ≤z ≤0.5 이다.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100488148B1 (ko) * 2002-10-10 2005-05-06 엘지전자 주식회사 플라즈마 디스플레이 패널의 형광체 제조방법
CN100422287C (zh) * 2004-07-14 2008-10-01 湖南师范大学 一种红色长余辉发光材料及其合成方法和应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2729190B2 (ja) * 1994-09-16 1998-03-18 双葉電子工業株式会社 蛍光体
KR100393678B1 (ko) * 1999-08-13 2003-08-06 주식회사 포스코 슬래그 포밍레벨 측정장치 및 그 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100488148B1 (ko) * 2002-10-10 2005-05-06 엘지전자 주식회사 플라즈마 디스플레이 패널의 형광체 제조방법
CN100422287C (zh) * 2004-07-14 2008-10-01 湖南师范大学 一种红色长余辉发光材料及其合成方法和应用

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