KR20030086117A - 진공자외선 여기용 테르븀 활성 녹색 형광물질 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 자외선 여기용 테르븀 활성 녹색 형광물질에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 ABC₃O₇을 모체로 하고 테르븀(Tb)을 활성제로 첨가시켜 형광물질을 제조함으로써, 진공자외선 조사에 의하여 여기되며, 기존의 녹색 형광체보다 잔광시간이 짧고, 발광휘도가 우수하여 플라즈마 디스플레이 패널에 사용될 경우 매우 적합한 진공자외선 여기용 테르븀 활성 녹색 형광물질에 관한 것이다.

Description

진공자외선 여기용 테르븀 활성 녹색 형광물질{Composition of Tb-activated green phosphor for vacuum ultraviolet excitation}

본 발명은 진공자외선 여기용 테르븀 활성 녹색 형광물질에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 ABC₃O₇을 모체로 하고 테르븀(Tb)을 활성제로 첨가시켜 형광물질을 제조함으로써, 진공자외선 조사에 의하여 여기되며 기존의 녹색 형광체보다 잔광시간이 짧고, 발광휘도가 우수하여 플라즈마 디스플레이 패널에 사용될 경우 매우 적합한 진공자외선 여기용 테르븀 활성 녹색 형광물질에 관한 것이다.

정보 표시용 디스플레이로 가장 많이 사용되어 온 음극선관(CRT)의 단점을 보완 및 대체할 수 있는 차세대 평판 디스플레이의 하나로서 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)이 각광받고 있다. 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)은 네온과 제논, 헬륨 등으로 이루어진 혼합 가스의 플라즈마 현상을 이용한 새로운 형태의 디스플레이이며, 147 nm의 진공자외선에 의한 여기를 기본으로 한다. 그런데, 200 nm 이하의 진공자외선에 의해 여기되는 형광체는 기존의 CRT 및 램프용 형광체와는 다른 여기원을 이용하므로, 이에 적합한 형광체가 필요하다.

현재 PDP용 녹색 형광체 중에서 대표적인 Zn₂SiO₄:Mn 형광체는 잔광시간이 길고, 패널내에서 유전성으로 인한 발광휘도가 감소된다는 문제점이 있다. 따라서, 진공자외선에 의하여 여기되며, 상기와 같은 기존의 녹색 형광체가 가지는 제반 문제점을 해결할 수 있는 새로운 형광체의 개발이 절실하다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 노력의 일환으로 "산화물계 형광물질의 조성비 탐색을 위한 착체 중합 조합화학 합성방법(대한민국특허: 출원번호 제2000-0062034호)"과 "형광물질의 탐색을 위한 조합화학 합성 장치 및 형광특성 측정장치(대한민국특허: 출원번호 제2000-0039701호)"을 이용하여 검색한 결과, ABC₃O₇을 모체로 하고 테르븀을 첨가할 경우 진공자외선영역에서 녹색 발광이 일어남을 관찰함으로써 PDP용으로 가능한 녹색 형광체를 제조할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 진공자외선 조사에 의하여 여기되며, 잔광시간이 짧고, 발광 휘도가 우수한 진공자외선 여기용 테르븀 활성 녹색 형광물질의 제공을 그 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 착체중합법을 이용하여 제조된 형광물질의 ABC₃O₇의 A, B, C 변화에 따른 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 착체중합법을 이용하여 제조된 형광물질의 ABC₃O₇의 A, B, C 변화에 따른 여기 스펙트럼을 나타낸 그래프이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 착체중합법을 이용하여 제조된 형광물질 중에서 CaGdAl₃O₇:Tb의 소성온도 변화에 따른 발광 휘도를 나타낸 그래프이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 착체중합법을 이용하여 제조된 형광물질 중에서 CaGdAl₃O₇:Tb의 소성온도 변화에 따른 및 X-선 회절 모양을 나타낸 그래프이고,

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 착체중합법을 이용하여 제조된 형광물질 중에서 CaGdAl₃O₇:Tb의 Tb 농도변화에 따른 상대 발광 휘도를 나타낸 그래프이고,

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 착체중합법을 이용하여 제조된 형광물질 중에서 CaGdAl₃O₇:Tb의 Tb 농도변화에 따른 잔광시간을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 다음 화학식 1로 표시되는 바와 같이 AB_1-xC₃O₇를 모체로 하고 테르븀(Tb)을 활성제로 첨가시킨 테르븀 활성 녹색 형광물질을 특징으로 한다.

AB_1-xC₃O₇: Tb_x

여기서, A는 Ca, Sr 또는 이의 혼합물이고, B는 Y, La, Gd 또는 이의 혼합물이며, C는 Al, Ga 또는 이의 혼합물이고, x 는 0.005 < x < 1 범위이다.

본 발명에 따른 테르븀 활성 녹색 형광물질은 진공자외선 조사에 의하여 여기되며, 기존의 녹색 형광체보다 잔광시간이 짧고, 발광휘도가 우수하여 플라즈마 디스플레이 패널에 사용될 경우 매우 적합하다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 테르븀 활성 녹색 형광물질은 AB_1-xC₃O₇: Tb_x를 모체로 하고, A는 Ca, Sr 또는 Ca와 Sr의 혼합물을 사용할 수 있고, B는 Y, La 및 Gd 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, C는 Al, Ga 또는 Al과 Ga의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, x 는 0.005 < x < 1 의 범위이다. 이때, 상기 x의 범위가 상기 범위를 벗어나면 효과적인 발광 특성을 얻을 수 없다.

본 발명의 테르븀 활성 녹색 형광물질의 제조방법에 따라 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 녹색 형광물질의 제조는 상기 화학식 1의 모체물질을 구성하는 성분의 화합물과 테르븀 활성제를 용해한 금속 이온 용액을 제조하여 혼합한 다음 구연산:에틸렌글리콜(1:4)를 첨가하여 금속착물을 형성시킨후, 95 ∼ 135 ℃에서 건조하여 고분자 전구체를 만든 후, 이를 500 ∼ 700 ℃에서 전열처리하고, 1000 ∼1300 ℃ 산화분위기에서 소성한 후 다시 900 ℃ 환원분위기(5% H₂/N₂)에서 재소성하는 과정을 포함한다.

먼저, 칼슘(Ca)원으로는 칼슘카보네이트(CaCO₃), 칼슘나이트레이트(Ca(NO₃)₂) 등을 사용할 수 있고, 스트론튬(Sr)원으로는 스트론튬카보네이트(SrCO₃),스트론튬나이트레이트(Sr(NO₃)₂) 등을 사용할 수 있으며, 가돌리늄(Gd)원으로는 가돌리늄옥사이드(Gd₂O₃), 가돌리늄나이트레이트(Gd(NO₃)₃) 등을 사용할 수 있고, 이트륨(Y)원으로는 이트륨옥사이드(Y₂O₃), 이트륨나이트레이트(Y(NO₃)₃) 등을 사용할 수 있으며, 란탄(La)원으로는 란타늄옥사이드(La₂O₃), 란타늄나이트레이트(La(NO₃)₃) 등을 사용할 수 있고, 테르븀(Tb)원으로는 테르븀옥사이드(Tb₄O₇), 테르븀나이트레이트(Tb(NO₃)₃) 등을 사용할 수 있는데, 제조하고자 하는 형광 물질에 따라서 적합한 물질을 선택하여 산에 녹인 후 증류수로 희석시킨 용액을 사용한다. 알루미늄(Al)원으로는 알루미늄나이트레이트[Al(NO₃)₃·7H₂O]를 사용할 수 있으며, 갈륨원(Ga)원으로는 갈륨나이트레이트[Ga(NO₃)₃·7H₂O]를 사용할 수 있는데, 상기 알루미늄원과 갈륨원은 증류수에 녹여 용액을 제조하여 이용한다. 각 용액의 농도는 목적하고자하는 형광체의 농도에 따라 조정할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 각 용액을 제조하고자 하는 형광물질의 조성비에 적합하도록 즉, 상기 화학식 1의 모체물질과 활성제를 구성하도록 금속 이온 용액을 선택하여 혼합한 다음 구연산:에틸렌글리콜(1:4)를 첨가하여 금속착물을 형성시킨후, 95 ∼ 135 ℃에서 건조하여 고분자 전구체를 만든 후, 이를 500 ∼ 700 ℃에서 전열처리하고, 1000 ∼ 1300 ℃ 산화분위기에서 소성한 후 다시 900 ℃ 환원분위기(5% H₂/N₂)에서 재소성하는 테르븀 활성 녹색 형광물질의 제조 방법을 포함한다.

상기와 같은 방법에 의하면, 147 nm의 진공자외선하에서 여기되어 녹색으로 발광하며, 상대 휘도가 우수하여 플라즈마 디스플레이용 패널에 적합한 녹색 형광물질을 제조할 수 있다.

이와 같은 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예: 착체중합법을 이용한 테르븀 활성 녹색 형광물질의 제조

AB_1-xC₃O₇:Tb_x에서 테르븀(Tb)의 함량인 x를 0.01로 고정하고, A, B, C의 조성을 달리하는 방법으로 형광 물질을 제조하였다. 즉, 칼슘카보네이트(CaCO₃), 스트론튬카보네이트(SrCO₃), 가돌리늄옥사이드(Gd₂O₃), 이트륨옥사이드(Y₂O₃), 란타늄옥사이드(La₂O₃), 테르븀옥사이드(Tb₄O₇)는 질산에 녹인 후 증류수를 첨가하여 용액을 제조하였고, 알루미늄나이트레이트[Al(NO₃)₃·7H₂O]와갈륨나이트레이트[Ga(NO₃)₃·7H₂O]는 증류수에 녹여 용액을 제조하여 이용하였다.

각 용액을 원하는 조성에 따른 조성비가 되도록 마이크로 피펫을 이용하여 6ml들이 시험관에 분취하여 혼합한 후, 구연산:에틸렌글리콜(1:4)은 전체 금속이온 몰수의 3배가 되는 조성비에 맞추어 첨가하였다. 이 혼합 용액들을 95 ∼ 135 ℃에서 건조하고 에스테르화 반응을 시켜 고분자 전구체를 만든 후, 이를 전기로를 이용하여 600 ℃에서 2시간 열처리하여 유기물을 태워버린 뒤, 꺼내어 조합화학 반응기에 옮겨 담고, 다시 박스로나 튜브로를 이용하여 1200 ℃ 산화분위기에서 소성한 후 900 ℃ 5% H₂/N₂환원분위기에서 재소성하여 본 발명의 형광물질을 얻었다.

실험예 1 : 여기 및 발광 스펙트럼 측정

상기 실시예에 따라 제조한 형광 물질들의 여기 및 발광 스펙트럼을 D₂램프가 장착된 VUV PL(Photoluminescence)장치를 사용하여 측정하였다. 그 결과를 첨부도면 도 1에 형광체의 발광 스펙트럼을 나타내었고, 도 2 에 여기 스펙트럼을 나타내었다. 상기 진공자외선으로 여기시켜 얻은 발광 스펙트럼 결과를 보면, 발광 파장이 545 ㎚에서 최대 발광피크를 나타내어 녹색 발광 스펙트럼을 보여주는 것을 확인할 수 있었다.

실험예 2: 소성 온도 변화에 따른 X-선 회절 모양 및 상대 발광 휘도

상기 실시예에 따라 제조한 CaGd_1-xAl₃O₇:Tb_x(x=0.01)의 온도 변화에 따른 X-선 회절 모양 및 상대 발광 휘도를 측정하였으며, 다음 첨부도면 도 3과 도 4에 상대 발광 휘도와 X-선 회절모양을 각각 나타내었다.

본 실험의 결과에 의하면, 형광 물질 제조시 소성 온도를 1000 ∼ 1300 ℃ 로 하는 경우 보다 바람직한 효과를 얻을 수 있다.

실험예 3: 테르븀 농도 변화에 따른 상대 발광 휘도 및 잔광효과

상기 실시예에 따라 제조한 CaGd_1-xAl₃O₇:Tb_x에서 x의 변화에 따른 상대 발광휘도와 잔광시간을 측정하였으며, 그 결과를 첨부도면 도 5와 도 6에 각각 나타내었으며, 테르븀의 농도에 따라 상대 발광 휘도는 테르븀의 농도 증가와 함께 증가하다가 약 0.1 몰 농도에서 최대의 발광휘도를 나타내고, 그 이상의 농도에서는 서서히 감소하는 농도소광 현상을 나타냄을 확인할 수 있었다. 잔광시간은 발광 휘도와 유사한 경향을 나타내어 테르븀의 발광 휘도가 우수한 몰농도의 영역에서 짧게 나타났으며, 특히, 0.05 몰 농도 이상에서의 잔광시간은 6 밀리초 이하로 짧게 나타났다.

상기의 결과는 상용 녹색 형광물질(Zn₂SiO₄:Mn ;NEMOTO)의 잔광시간이 7-8밀리초인 것과 비교할 경우 보다 짧아졌음을 알 수 있다.

본 실험의 결과를 바탕으로 테르븀의 농도 범위를 결정하였는데, 농도범위는 0.005 ∼ 1 몰농도일 경우 바람직한 효과를 나타내어, 잔광시간이 0.05 몰농도 이상에서 6 밀리초 이하로 나타났다.

상기한 실험결과에 의하면, 본 발명에 따른 테르븀 활성 형광물질은 진공자외선에 의해 여기되어 녹색을 나타내며, 기존의 형광물질보다 잔광 시간이 짧고, 우수한 발광 휘도를 나타냄을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 테르븀 활성 녹색 형광물질은 진공자외선 조사에 의하여 여기되며, 기존의 녹색 형광체보다 잔광시간이 짧고, 발광휘도가 우수하여 플라즈마 디스플레이 패널에 적용하기에 매우 적합하다.

Claims (1)

1. 다음 화학식 1로 표시되는 바와 같이 AB_1-xC₃O₇를 모체로 하고 테르븀(Tb)을 활성제로 첨가시킨 것을 특징으로 하는 테르븀 활성 녹색 형광물질;

   [화학식 1]

   AB_1-xC₃O₇: Tb_x

   여기서, A는 Ca, Sr 또는 이의 혼합조성이고, B는 Y, La, Gd 또는 이의 혼합조성이며, C는 Al, Ga 또는 이의 혼합조성이고, x 는 0.005 < x < 1 범위이다.