KR20050010614A - 형광체 잉크 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형광체 잉크 제조 방법에 관한 것으로서, 초음파 진동에 의해 형성되는 캐비테이션(cavitation)효과를 이용하여 형광체 입자를 균일하게 분산시키면서 그 분산 시간을 줄이고, 더불어 그 분산시에 형성되는 형광체 입자의 표면결함을 완화하도록 하여 이를 통해 우수한 형광체 잉크를 제조한다.

Description

형광체 잉크 제조 방법{Method for manufacturing ink that contains phosphor powder}

본 발명은, 초음파 진동에 의해 형성되는 캐비테이션(cavitation)효과를 이용하여 형광체 입자를 균일하게 분산시키면서 그 분산 시간을 줄이고, 더불어 그 분산시에 형광체 입자의 표면결함을 완화하도록 하는, 형광체 잉크 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 노즐로부터 잉크를 토출하여, 원하는 화상을 만들어내는 잉크젯 방식을 이용한 인쇄 기술은 불필요한 재료의 소모를 줄이고, 노즐의 간격을 조절함으로써 고해상도의 화상을 구현할 수 있어, 각종 표시장치의 표시 패널 특히, 플라즈마 디스플레이 패널 형성시 널리 사용되고 있다.

이러한 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)은 평균 입자의 지름이 1 ~ 10 마이크로 미터 정도인 무기 형광체를 발광재료로 사용함으로, 이러한 무기 형광체 입자들이 균일하게 분산된 형광체 잉크를 제조해야 하는 것이 중요한데, 일반적인 형광체 잉크 제조 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 소정의 혼합액(10) 내에 혼합되어 있는 무기 형광체(12, 13, 14)를 볼 밀(11)이나 분산제, 바인더 등의 다른 입자와 기계적으로 마찰시키거나, 또는 물리적으로 충돌시켜 무기 형광체(12)가 혼합액에 분산되도록 함으로써 형광체 잉크를 제조한다.

그 결과, 전술한 분산 방법으로 인해 무기 형광체의 크기가 줄어들어 노즐을 통한 무기 형광체 잉크의 분사특성이 향상된다.

하지만, 이러한 일반적인 형광체 잉크 제조 방법은 무기 형광체의 크기가 줄어들어 형광체 입자의 분사 특성이 향상되지만, 무기 형광체의 분산 공정시에 다른 입자와의 마찰에 의한 분쇄, 예컨대, 볼 밀의 볼 입자와의 분쇄가 필연적으로 이루어져, 도 2에 도시된 바와 같이, 그 무기 형광체 입자(12)의 표면에 표면결함층(20)이 유기된다.

이렇게 유기된 표면결함층은, 형광체에서 발생된 광을 감쇄시켜 그 형광체가 사용된 패널의 발광 효율을 현저히 저하시키게 되며, 이러한 현상은 분산 시간이 경과될수록 더욱 현저해진다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 분산 시간이 경과될수록, 형광체 입자의 크기가 줄어들어 분사특성은 향상되나, 형광체 입자에 표면결함층이 증대되어, 형광체에서 발생된 광이 그 표면결함층으로 인해 감쇄되어 휘도가 저하되는 문제점을 초래한다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, 초음파 진동에 의해 형성되는 캐비테이션(cavitation)효과를 이용하여 형광체 입자를 균일하게 분산시키면서 그 분산 시간을 줄이고, 더불어 그 분산시에 형성되는 형광체 입자의 표면결함을 완화하도록 하는, 형광체 잉크 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은, 용매가 수용된 제 1 반응 용기에 형광체 입자와 분산제를 투입하고 교반하여 형광체 잉크용의 슬러리(slurry)를 형성하는 제 1 단계;

상기 제 1 단계와는 별도로, 상기 용매가 수용된 제 2 반응 용기에 바인더를 투입하여 형광체 잉크용의 혼합액을 형성하는 제 2 단계;

상기 제 1 단계에서 형성한 슬러리를 압전 소자가 설치된 분산 용기에 투입하고, 상기 분산 용기에 저주파 대역의 제 1 초음파와, 고주파 대역의 제 2 초음파를 설정 분산 시간 동안 번갈아가며 주기적으로 인가하는 제 3 단계;

상기 제 3 단계에서 초음파를 인가하여 분산시킨 슬러리를 상기 제 2 단계에서 형성한 혼합액에 분산시키는 제 4 단계를 통해, 형광체 잉크를 제조하도록 한다.

도 1은 일반적인 형광체 잉크 제조 방법을 설명하기 위한 도면,

도 2는 일반적인 분산 공정시 형광체의 표면에 표면결함층이 유기되는 문제점을 설명하기 위한 도면,

도 3은 도 2의 표면결함층이 시간의 경과에 따라 휘도를 저하시키는 문제점을 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 형광체 잉크 제조 방법이 적용된 시스템의 일예가 도시된 도면,

도 5는 초음파 신호를 이용한 형광체 입자의 분산 양태에 대해 도시한 도면

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

40 : 초음파 발진기 50 : 초음파 발생기

51 : 초음파 진동자 52 : 초음파 프로브

53 : 팁(Tip) 60 : 분산용기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 형광체 잉크 제조 방법을 설명하기에 앞서 본 발명의 요부인 형광체 입자 분산 방법에 대해 설명하는데, 상기 도 4는 본 발명의 형광체 잉크 제조 방법이 적용된 시스템을 예로 들어 도시한 도면이다.

여기에서, 부호 40은 초음파 발생용 신호를 출력하는 초음파 발진기이고, 부호 50은 상기 초음파 발진기에서 출력하는 신호에 따라 초음파를 발생하고 방사하는 초음파 발생기이며, 부호 60은 발생한 초음파 진동을 이용해, 수용되어 있는 슬러리(slurry)내에 혼합된 형광체 입자의 분산을 진행하는 분산용기이다.

그리고, 부호 51은 상기 초음파 발진기(40)로부터 초음파를 발생시키는 초음파 진동자이고, 부호 52는 상기 초음파 진동자(51)에서 발생시킨 초음파를 증폭시키는 초음파 프로브이며, 부호 53은 상기 초음파 프로브(52)의 끝단에 장착되어 상기 분산 용기(60)로 초음파를 방사하는 팁이다.

이렇게 구성되어 본 발명에 적용되는 시스템에서, 먼저 초음파 발생기(50)의 일부인 초음파 진동자(51)가 초음파 발진기(40)에서 출력한 신호에 따라 초음파를발생하고, 발생한 초음파는 초음파 프로브(52)를 통해 소정의 증폭도만큼 증폭된 후, 초음파 발생기(50)의 끝단에 설치된 팁(Tip)(53)을 통해 분산용기(60)로 방사된다.

이 때, 초음파 발진기(40)를 통해 소정의 발진 신호가 인가되면, 초음파 발생기(50)를 통해 상기 인가된 발진 신호를 수십Hz ~ 수백Hz 사이에 속하는 저주파 대역의 초음파 신호와, 수백Hz ~ 수천KHz사이에 속하는 고주파 대역의 초음파 신호로 번갈아가며 주기적으로 변환하여 분산용기(60)로 방사하는 것이 바람직하다.

다음, 분산 용기(60)로 방사된 초음파 진동은 수용되어 있는 슬러리내에 혼합된 형광체 입자를 분산시킨다.

이 때, 수십Hz ~ 수십kHz 사이에 속하는 저주파 대역의 초음파 신호는 캐비테이션(cavitation)현상을 이용해, 통상의 분산 공정시, 기계적인 마모와 물리적 충격에 의해 유기되는 형광체 입자의 표면결함 발생을 완화하고, 수십kHz ~ 수천KHz사이에 속하는 고주파 대역의 초음파 신호는, 진동가속도를 이용해 슬러리내에 혼합되어 있는 형광체 입자의 분산 시간을 줄이고 더불어 그 형광체 입자가 균일하게 분산되도록 하는데, 이에 대해 도 5를 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.

먼저, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 초음파 발생기를 통해 수십Hz ~ 수십kHz 사이에 속하는 저주파 대역의 초음파 신호가 분산 용기(60)로 방사되어 해당 저주파 대역의 초음파 진동을 발생한다.

이렇게 발생된 초음파 진동은, 분산 용기(60)내의 액체로 전파되면서, 국부적으로 압력이 증가하는 부분과 감소하는 부분이 발생하며, 이에 따라 부의 압력시에 공동(cavitation)(61)이 발생하고, 이것이 다음 반주기동안 정의 압력이 가해질 때 일그러지며 결국에는 깨지게 되는데, 이 때 발생된 충격력을 이용해 응집되어 있던 형광체 입자가 표면 결함층이 많이 발생하지 않은 상태로 분산된다.

그리고, 초음파 발생기를 통해 수십kHz ~ 수천KHz 사이에 속하는 고주파 대역의 초음파 신호가 분산 용기(60)로 방사되면, 해당 고주파 대역의 초음파 진동이 발생한다.

이 때, 발생된 초음파 진동은 저주파 대역의 초음파 진동보다 진폭이 크고 진행 속도가 시간이 지날수록 빨라져 진동가속도가 증가하며 이를 통해 슬러리(62)에 혼합된 형광체 입자의 분산을 빠르게 진행시켜 형광체 입자의 분산 시간을 줄일 수 있고, 더불어 종래보다 상대적으로 형광체 입자가 골고루 분산된다.

이와 같이, 본 발명은 고주파 대역의 초음파 진동을 통해 슬러리내에 혼합된 형광체 입자의 분산을 촉진시키는 분산 동작과, 저주파 대역의 초음파 진동을 통해 슬러리내에 형성된 표면 결함층을 제거하는 형광체 입자의 표면 결함발생을 적게하면서 응집된 입자를 분산시키는 동작을 반복적으로 수행함으로써, 빠르게 형광체 입자의 분산을 수행하면서, 그 분산시에 형성되는 형광체 입자의 표면 결함도 최소화한다.

이하, 전술한 분산 방법을 참조하여 본 발명에 따른 형광체 잉크 제조 방법의 바람직한 실시예를 설명한다.

<실시예>

먼저, 본 발명에 따른 형광체 잉크제조방법의 바람직한 실시예는, PDP용 형광체인 ZnSiO₄:MnO²⁺,(Y,Ga)BO₃:Eu³⁺, BaMgAl10O17:Eu³⁺으로 이루어진 군(郡)중에서 선택된 어느 하나의 형광체 입자를 증류수, 케톤류, 글리콜류 및 알콜계 유기 용제 중에서 선택된 일종 또는 2종 이상의 용매에 분산제와 함께 투입하고 교반하여 슬러리(slurry)를 형성한다.

이 때, 사용되는 용매는 끊는점이 섭씨 90℃ ~ 200℃ 범위 내의 것을 선택하는 것이 바람직한데, 특히 섭씨 90℃ ~ 180℃정도로 하는 것이 가장 바람직하며, 그 이유는, 끊는점이 섭씨 90℃보다 낮으면 잉크 분사전에 노즐 주변에서 건조가 빠르게 진행되어 불량한 잉크가 제조되고, 끊는점이 섭씨 200℃보다 높으면 이러한 형광체 입자를 이용해 제조된 형광막의 건조 특성이 나쁘게 되기 때문이다.

한편, 형광체 입자와 분산제를 교반시켜 슬러리(slurry)를 형성하는 공정과는 별도로, PVA, 아크릴계, 셀룰로오스계 중에서 선택된 어느 하나를 증류수, 케톤류, 글리콜류 및 알콜계 유기 용제 중에서 선택된 일종 또는 2종 이상의 용매에 투입하고 교반한다.

그런 다음, 이러한 혼합액과 상기 슬러리를 내벽 또는 바닥에 압전 소자가 설치된 분산 용기에 넣고, 초음파 발생기를 통해 상기 인가된 수십Hz ~ 수백Hz 사이에 속하는 저주파 대역의 초음파 신호와, 수백Hz ~ 수천KHz사이에 속하는 고주파 대역의 초음파 신호를 번갈아가며 주기적으로 발생하여, 상기 분산용기로 방사한다.

분산 용기로 방사된 초음파는, 수용되어 있는 슬러리내에 혼합된 형광체 입자를 분산시킨다.

이 때, 수십Hz ~ 수백kHz 사이에 속하는 저주파 대역의 초음파 신호는 캐비테이션(cavitation)현상을 이용해, 통상의 분산 공정시, 기계적인 마모와 물리적 충격에 의해 유기되는 형광체 입자의 표면결함을 제거하고, 수십kHz ~ 수천kHz사이에 속하는 고주파 대역의 초음파 신호는, 진동가속도를 이용해 슬러리내에 혼합되어 있는 형광체 입자의 분산 시간을 줄이고 더불어 그 형광체 입자가 균일하게 분산되도록 한다.

그 결과, 상기 슬러리에 포함된 형광체 입자가 혼합액에 분산되면서, 형광체 잉크의 제조가 완료된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 형광체 잉크 제조 방법은, 초음파 진동에 의해 형성되는 캐비테이션(cavitation)효과를 이용하여, 형광체 입자의 분산 시간을 줄일 수 있고, 균일한 분산을 수행할 수 있으며, 더불어 그 분산시에 형성되는 형광체 입자의 표면결함도 제거할 수 있어 이를 통해 우수한 형광체 잉크를 제조할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. 용매가 수용된 제 1 반응 용기에 형광체 입자와 분산제를 투입하고 교반하여 형광체 잉크용의 슬러리(slurry)를 형성하는 제 1 단계;

   상기 제 1 단계와는 별도로, 상기 용매가 수용된 제 2 반응 용기에 바인더를 투입하여 형광체 잉크용의 혼합액을 형성하는 제 2 단계;

   상기 제 1 단계에서 형성한 슬러리를 압전 소자가 설치된 분산 용기에 투입하고, 상기 분산 용기에 저주파 대역의 제 1 초음파와, 고주파 대역의 제 2 초음파를 설정 분산 시간 동안 번갈아가며 주기적으로 인가하는 제 3 단계;

   상기 제 3 단계에서 초음파를 인가하여 분산시킨 슬러리를 상기 제 2 단계에서 형성한 혼합액에 분산시키는 제 4 단계로 이루어지는, 형광체 잉크 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 용매는;

   증류수, 케톤류, 글리콜류, 알콜계 유기 용제로 이루어진 군(郡)중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 혼합된 것을 특징으로 하는, 형광체 잉크 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 형광체는;

   ZnSiO₄:MnO²⁺,(Y,Ga)BO₃:Eu³⁺, BaMgAl10O17:Eu³⁺으로 이루어진 군(郡)중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는, 형광체 잉크 제조 방법.