KR20060012778A - 형광체, 이를 포함하는 형광 램프 및 플라즈마 디스플레이패널 - Google Patents

형광체, 이를 포함하는 형광 램프 및 플라즈마 디스플레이패널 Download PDF

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KR20060012778A
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쳉샤오칭
박형빈
김영모
김기영
장상훈
하타나카히데카주
이성의
손승현
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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1을 갖는 보레이트계 형광체에 관한 것이다:
<화학식 1>
(Y1-x-y-zGdxQyBiz)BO3
상기 화학식 중, Q는 Eu 또는 Tb이고; 0≤x<1이고; 0<y≤0.2이고; 0≤z≤0.1이다. 상기 보레이트계 형광체는 우수한 발광 특성 및 색순도를 가지는 바, 이를 이용하면 휘도 및 색재현율이 향상된 형광 램프 및 플라즈마 디스플레이 패널을 얻을 수 있다.

Description

형광체, 이를 포함하는 형광 램프 및 플라즈마 디스플레이 패널{An phosphor, a fluorescent lamp and a plasma display pannel comprising the same}
도 1은 본 발명을 따르는 형광 램프의 일 구현예를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명을 따르는 플라즈마 디스플레이 패널의 일 구현예를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 3은 본 발명을 따르는 보레이트계 형광체의 XRD 패턴 그래프를 나타낸 것이고,
도 4, 5 및 6은 본 발명을 따르는 보레이트계 형광체의 일 실시예의 여기 특성을 나타낸 그래프이고,
도 7, 8, 9 및 10은 본 발명을 따르는 보레이트계 형광체의 일 실시예의 발광 특성을 나타낸 그래프이고,
도 11은 본 발명을 따르는 보레이트계 형광체의 일 실시예의 색순도 특성을 나타내는 색좌표 그래프이고,
도 12는 본 발명을 따르는 보레이트계 형광체를 구비한 형광 램프의 색재현율을 나타낸 색좌표 그래프이다.
<도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>
10b: 제 1 형광체층 20b:배면 유전층
20c: 제 2 형광체층 20d, 20e:방전 전극
22: 스페이서 24:방전 공간
121: 배면기판 122: 어드레스 전극
123: 후방 유전체층 124: 격벽
125a, 125b, 125c: 형광체층 126: 발광 셀
111: 전면 기판 114: 유지전극
115: 전방 유전체층
본 발명은 형광체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 우수한 발광 특성 및 색순도를 갖는 적색 및 녹색 형광체에 관한 것이다. 본 발명의 형광체는 형광 램프 및 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Pannel : 이하, "PDP"라고도 함)에 사용될 수 있다.
형광체란 에너지 자극에 의하여 발광하는 물질로서, 일반적으로 수은 형광 램프, 무수은 형광 램프 등과 같은 광원; 및 전자 방출 소자 및 플라즈마 디스플레이 패널 등과 같은 각종 소자에 사용되고 있으며, 새로운 멀티미디어 기기의 개발과 더불어 향후에도 다양한 용도로 이용될 전망이다.
상기 광원 또는 소자와 같은 기기에 구비되는 형광체는 상기 기기로부터 발 생가능한 파장대의 여기광을 흡수하여 여기할 수 있는 것으로 선택되어야 하며, 각 기기의 용도에 적합한 전류 포화 특성, 열화 특성, 발광 특성, 색순도 등과 같은 물성을 바람직하게 갖추어야 한다.
무수은 형광 램프 또는 PDP는 예를 들면, 크세논(Xe) 등을 방전 가스로 이용하여 약 147nm 내지 200nm의 진공자외선(VUV) 파장대의 여기광(172nm에서 피크임)으로 형광체를 여기시킨다. 이러한 형광체의 예로는 대한민국 특허 공개공보 제2001-0017535호에 개시되어 있는 (Y,Gd)BO3:Eu의 화학식으로 표시되는 보레이트계 형광체, 대한민국 특허 공개공보 제2001-0010166호에 개시되어 있는 (Y,Tb):BO3의 화학식으로 표시되는 보레이트계 형광체 등을 들 수 있다.
그러나, 상기 보레이트계 형광체는 약 147nm 내지 172nm의 파장대의 여기광에서는 우수한 여기 특성을 나타내나, 약 147nm 내지 200nm의 파장대의 여기광에서는 상대적으로 불량한 여기 특성을 나타내는 것으로 알려져 있어, 이를 개선할 필요성이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 우수한 발광 특성 및 색순도를 갖는 형광체 및 이를 구비한 형광 램프 및 플라즈마 디스플레이 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제1태양은 하기 화 학식 1을 갖는 보레이트계 형광체를 제공한다:
<화학식 1>
(Y1-x-y-zGdxQyBiz)BO3
상기 화학식 1 중, Q는 Eu 또는 Tb이고; 0≤x<1이고; 0<y≤0.2이고; 0≤z≤0.1이다.
상기 본 발명의 다른 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제2태양은,
전면 기판;
다수 개의 방전 전극이 형성되고, 상기 방전 전극을 덮는 유전체층이 형성된 배면 기판;
상기 전면 기판과 상기 배면 기판 사이의 간격을 유지하고 방전 공간을 형성하는 스페이서;
상기 방전 공간 상에 위치한 방전 가스; 및
상기 전면 기판 및 상기 배면 기판 중 적어도 어느 한 면에 구비된 형광체층;
을 구비하는 형광 램프로서, 상기 형광체층이 하기 화학식 1을 갖는 보레이트계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 램프를 제공한다:
<화학식 1>
(Y1-x-y-zGdxQyBiz)BO3
상기 화학식 1 중, Q는 Eu 또는 Tb이고; 0≤x<1이고; 0<y≤0.2이고; 0≤z≤ 0.1이다.
상기 본 발명의 또 다른 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 제3태양은,
전면 기판;
상기 전면 기판에 대해 평형하게 배치된 배면 기판;
상기 전면 기판과 상기 배면 기판 사이에 배치되어 발광 셀들을 구획하는 격벽;
일방향으로 배치된 발광 셀들에 걸쳐서 연장되며 후방 유전체층에 의하여 매립된 어드레스 전극들;
상기 어드레스 전극이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 전방 유전체층에 의하여 매립된 유지전극쌍들;
상기 격벽 내측면에 도포된 형광체층; 및
상기 발광 셀 내에 있는 방전가스;
를 구비하며, 상기 형광체층이 하기 화학식 1을 갖는 보레이트계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다:
<화학식 1>
(Y1-x-y-zGdxQyBiz)BO3
상기 화학식 1 중, Q는 Eu 또는 Tb이고; 0≤x<1이고; 0<y≤0.2이고; 0≤z≤0.1이다.
본 발명을 따르는 보레이트계 형광체는 전술한 바와 같은 Bi를 함유하였는 바, 무-수은 방전(mercury-free discharge)으로 발생한 여기광의 파장대 뿐만 아니라, 수은 방전의 파장대의 여기광에 대하여 우수한 발광 특성 및 향상된 색순도를 갖는다. 본 발명의 보레이트계 형광체를 이용하면 휘도 및/또는 색재현율이 향상된 형광 램프 또는 플라즈마 디스플레이 패널을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 보레이트계 형광체는 하기 화학식 1을 가질 수 있다:
<화학식 1>
(Y1-x-y-zGdxQyBiz)BO3
상기 화학식 1 중, Q는 Eu 또는 Tb이고; 0≤x<1이고; 0<y≤0.2이고; 0≤z≤0.1이다.
상기 화학식 1 중, Q는 부활제(activator)로서 실제 발광을 일으키는 역할을 할 수 있는 원소이다. 발광 메카니즘에 따르면, 상기 Q로 표시된 원소 이온(예를 들면, Eu3+ 이온, Tb3+ 이온 등)의 기저 준위와 여기 준위 사이의 전이에 의하여 에너지를 흡수 또는 방출함으로써 발광이 이루어지게 된다. 상기 Q의 구체적인 예에는 Eu 또는 Tb가 있다. 상기 Q에 따라, 형광체의 발광 파장대가 조절되어 적, 녹, 청 등의 다양한 색상으로 발광할 수 있다.
상기 화학식 1 중, Bi은 감광제(sensitizer)로서 작용하는 원소이다. 감광제란, 그 자체로는 빛을 흡수하거나 방출하지는 않지만, 전술한 바와 같은 부활제의 발광 효율을 증가시키는 물질을 가리킨다. 특정 이론을 따르는 것은 아니나, 상기 감광제는 형광체 중 호스트(host)의 결정성을 증가시키거나 호스트의 전도성을 향상시켜, 호스트에서 부활제로의 에너지 전이 효율을 높이거나, 부활제의 도핑(doping) 효율을 증가시킴으로써, 발광 효율을 증가시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 특정 이론을 따르는 것은 아니나, 상기 감광제인 Bi은 그 자체가 소망하지 않는 파장대에서 발광하는 경우, 발광 킬러(luminescence killer)로 작용할 수 있으므로 소량 첨가되는 것이 바람직하다. 이러한 점을 고려하여, 본 발명의 보레이트계 형광체 중, Bi은 0.1몰% 이하로 함유되는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 1의 보레이트계 형광체는 하기 화학식 2를 가질 수 있다:
<화학식 2>
(Y1-x-y-zGdxEuyBiz)BO3
상기 화학식 2 중, 0≤x≤0.4이고; 0<y≤0.1이고; 0≤z≤0.1이다.
상기 화학식 2를 갖는 보레이트계 형광체는 적색 형광체로서 이용할 수 있다. 상기 화학식 2를 갖는 보레이트계 형광체의 구체적인 예에는, (Y0.935Eu0.05Bi0.015)BO3 형광체, (Y0.645Gd 0.3Eu0.05Bi0.005)BO3 형광체 및 (Y0.64Gd0.3Eu0.05Bi0.01)BO3 형광체 등이 있다.
또한, 상기 화학식 1의 보레이트계 형광체는 하기 화학식 3을 가질 수 있다:
<화학식 3>
(Y1-x-y-zGdxTbyBiz)BO3
상기 화학식 3 중, 0≤x<1이고; 0<y≤0.2이고; 0≤z≤0.1이다.
상기 화학식 3을 갖는 보레이트계 형광체는 녹색 형광체로서 이용할 수 있다. 상기 화학식 3을 갖는 보레이트계 형광체의 구체적인 예에는, (Y0.93Tb0.06Bi0.01)BO3 형광체, (Y0.514Gd 0.4Tb0.08Bi0.006)BO3 형광체 및 (Y0.51Gd0.4Tb0.08Bi0.01)BO3 형광체 등이 있다.
이와 같은 본 발명의 보레이트계 형광체는 진공자외선 파장대의 여기광에 대하여 우수한 발광 특성 및 색순도를 갖는다. 이는 하기 실시예를 통하여 보다 상세히 설명될 것이다.
상기 보레이트계 형광체는 형광체를 이루는 원소의 몰조성비를 조절하기 위하여 각 원소의 공급원을 화학량론적으로 조절된 함량으로 혼합한 다음 열처리 단계를 거쳐 제조될 수 있다. 필요한 경우, BO3 공급원을 상기 화학량론적으로 조절된 함량보다 초과량으로 사용할 수도 있다. 각 원소의 공급원이 되는 물질은 예를 들면, 형광체를 이루는 각종 원소의 산화물을 이용할 수 있다. 보다 구체적으로, Y 공급원으로서는 Y2O3를, Gd 공급원으로서는 Gd2O3를, Tb 공급원으로서는 Tb4O7, Tb2(CO3)3.xH2O 또는 TbCl3.xH2O를, Eu 공급원으로서는 Eu2O3를, Bi 공급원으로서는 Bi2O3를 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, BO3 공급원으로는 B2O3 또는 H3BO3 등을 이용할 수 있다.
상기 예시한 바와 같은 원소의 공급원을 혼합한 다음, 혼합물을 열처리하여 형광체를 형성한다. 형광체 형성을 위한 열처리 방법은 단일 단계로 이루어지거나 2 단계와 같은 다단계로 이루어질 수 있다. 형광체 형성을 위한 열처리 방법에 사용되는 온도는 예를 들면, 형광체를 이루는 원소의 공급원에 대한 열중량분석법 및/또는 시차열분석법 등과 같은 온도 분석법을 통하여 결정할 수 있다.
본 발명을 따르는 형광체는 일반적인 형광 램프에 사용가능하다. 상기 형광 램프 중 특히, 평판형 형광 램프는 액정 표시 장치(LCD:liguid crystal display)의 백라이트로 사용된다. 본 발명의 형광체가 구비된 평판형 형광 램프는 전면 기판; 다수 개의 방전 전극이 형성되고, 상기 방전 전극을 덮는 유전체층이 형성된 배면 기판; 상기 전면 기판과 배면 기판 사이의 간격을 유지하고 방전 공간을 형성하는 스페이서; 상기 방전 공간 상에 위치한 방전 가스; 및 상기 전면 기판 및 상기 배면 기판 중 적어도 어느 한 면에 구비된 형광체층;을 구비한다. 상기 형광체층은 상기 화학식 1을 갖는 형광체를 포함한다. 보다 상세하게, 본 발명을 따르는 평판평 형광 램프의 일 구현예는 도 1을 참조한다.
도 1을 참조하면, 전면 기판(10a)의 일면에는 제 1 형광체층(10b)이 구비되며, 배면 기판(20a) 일면에는 배면 유전층(20b) 및 제 2 형광체층(20c)이 순차적으로 구비되어 있다. 배면 기판(20a)과 배면 유전층(20b) 사이에는 스트라이프 형태로 배열된 다수 개의 방전 전극(20d, 20e)이 구비되어 있다. 전면 기판(10a)과 배면 기판(20a) 사이는 스페이서(22)에 의하여 방전 공간(24)이 마련되어 있다. 방전 공간에는 수소, 아르곤, 네온, 크세논 또는 수은 등과 같은 방전 가스가 구비되어 있다. 이들 중 2 이상의 가스를 조합하여 사용할 수도 있다.
방전 전극들(20d, 20e)에 방전개시전압 이상의 구동전압이 인가되는 경우, 상기 전극 쌍을 이루는 두 전극들사이에 방전이 일어나게 되는데, 이러한 방전에 의해 방전 공간(24)에 고온의 전자들이 발생된다. 상기 고온의 전자들에 의해 방전 공간(24)에 존재하는 방전 가스가 여기한다. 이 때, 예를 들면 Xe 등과 같은 비-수은(non-Hg) 방전 가스는 약 147nm 내지 200nm의 파장대를 갖는 여기광을 생성하고, Hg 방전 가스는 약 254nm의 파장대를 갖는 여기광을 형성하는데, 본 발명의 보레이트계 형광체는 약 147nm 내지 200nm 범위의 파장대 및 약 254nm의 파장대에서 우수한 여기 특성을 나타내므로, 수은 형광 램프는 물론 무수은 형광 램프 모두에 효과적으로 적용할 수 있다.
상기 제 1 형광체층(10b) 및 제 2 형광체층(20c) 중 적어도 하나는 상기 화학식 1로 표시되는 형광체를 포함한다. 제 1 형광체층(10b) 및 제 2 형광체층(20c)에 포함된 형광체는 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 형광 램프의 형광체층에 사용되는 형광체 조합의 일 구현예에 따르면, 제 1 형광체층(10b) 및 제 2 형광체층(20c)는, 적색 형광체로서 상기 화학식 2를 갖는 보레이트계 형광체를, 녹색 형광체로서 상기 화학식 3을 갖는 보레이트계 형광체, LaPO4:Ce,Tb 형광체, ZnGa2O4:Mn 형광체 및 Zn2SiO 4:Mn 형광체 중 하나 이상의 형광체를, 청색 형광체로서 BaMgAl10O17:Eu 형광체, BaMgAl14O 23:Eu 형광체 및 BaMg2Al16O27:Eu 형광체 중 하나 이상의 형광체를 사용할 수 있다. 상기 형광체 조합을 이용한 형광 램프는 높은 발광 효율을 갖는다.
본 발명의 형광 램프의 형광체층에 사용되는 형광체 조합의 다른 일 구현예에 따르면, 제 1 형광체층(10b)에는 적색 형광체로서 Y(PV)O4:Eu 형광체, 녹색 형광체로서 BaMgAl10O17:Eu,Mn, 또는 BaMg2Al16O27:Eu,Mn 청색 형광체로서 BaMgAl10O17:Eu 형광체를 사용할 수 있는데, 상기 형광체 들은 약 320nm의 여기광에서 우수한 발광 특성을 갖는다. 이와 함께, 제 2 형광체층(20c)에는 적색 형광체로서 상기 화학식 2를 갖는 보레이트계 형광체, 녹색 형광체로서 상기 화학식 3을 갖는 보레이트계 형광체, 청색 형광체로서 BaMgAl10O17:Eu 형광체를 사용할 수 있는데, 이 중, 적색 형광체와 녹색 형광체는 적색광 및 녹색광 각각을 약 320nm 파장대의 자외선과 함께 방출한다. 이와 같은 형광체 조합을 갖는 형광체층을 갖는 형광 램프는 우수한 발광 효율을 가짐을 물론, 색재현율도 향상된다.
본 발명을 따르는 형광체는 플라즈마 디스플레이 패널에 사용가능하다. 플라즈마 디스플레이 패널의 일 구현예는 도 2를 참조한다. 도 2를 참조하여, 전면 패널은 전면 기판(111), 상기 전면 기판(111)에 형성된 Y전극(112)과 X전극(113)을 구비한 유지전극쌍(114)들, 상기 유지전극쌍들을 덮는 전방유전체층(115), 및 상기 전방유전체층을 덮는 보호막(116)을 구비한다. 상기 Y전극(112)과 X전극(113) 각각은 ITO 등으로 형성된 투명전극(112b, 113b)과 도전성 좋은 금속으로 형성된 버스전극(112a, 113a)을 구비한다.
상기 후방패널은 배면기판(121), 배면기판의 전면에 상기 유지전극쌍과 교차하도록 형성된 어드레스전극(122)들, 상기 어드레스 전극들을 덮는 후방유전체층 (123), 상기 후방유전체층 상에 형성되어 발광셀(126)들을 구획하는 격벽(124), 및 상기 발광셀 내에 배치된 적색, 녹색 및 청색 형광체층(125a)(125b)(125c)을 구비한다. 상기 적색 및 녹색 형광체층을 이루는 형광체 중 적어도 하나는 상기 화학식 1을 갖는 보레이트계 형광체를 포함한다. 화학식 1을 갖는 보레이트계 형광체에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 같으므로 생략한다. 상술한 격벽에 의하여 구획된 방전공간내에는 방전가스가 봉입된다.
이 밖에도, 플라즈마 디스플레이 패널은 구동방법에 따라 직류형 또는 교류형 또는 혼합형(Hybrid type)이 있으며, 전극구조에 따라 방전에 필요한 최소 2개의 전극을 갖는 것과, 3개의 전극을 갖는 플라즈마 디스플레이 패널도 있다. 직류형의 경우에는 보조방전을 유도하기 위하여 보조전극이 추가되고, 교류형의 경우에는 어드레스방전과 유지방전을 분리하여 어드레스 속도를 향상시키기 위하여 어드레스전극이 도입된다. 또한, 교류형은 방전을 이루는 전극의 배치에 따라 대향 방전형 전극구조와 면 방전형 전극구조로 분류될 수 있는데, 상기 대향 방전형 전극구조의 경우에는 방전을 형성하는 2개의 유지전극이 기판들에 각각 위치하여 패널의 수직축으로 방전이 형성되는 구조이며, 면 방전형 전극구조는 방전을 형성하는 2개의 유지전극이 동일한 기판상에 위치하여 기판의 한 평면상에 방전이 형성되는 구조이다. 이들 모두 본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널에 포함됨은 물론이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
[실시예]
실시예 1 - 화학식 (Y 0.935 Eu 0.05 Bi 0.015 )BO 3 형광체의 제조
형광체 물질 중 각 성분의 몰조성비가 Y:Eu:Bi=0.935:0.05:0.15를 갖도록 보레이트계 형광체를 제조하였다. 상기 몰조성비를 맞출 수 있도록 Y 공급원으로서, Y2O3 7.92g, Eu 공급원으로서 Eu2O3 0.66g, Bi 공급원으로서 Bi2O3 0.262g를 혼합하여 분쇄한 다음 H3BO3 5.12g를 첨가하여 5 시간 동안 교반하였다. 상기 혼합물을 1100℃의 온도 및 공기 분위기 하에서 4 시간 동안 열처리한 다음 탈이온수로 세척하고, 건조시켰다. 이로부터 얻은 물질을 XRD 분석 장치(PHILIPS pro-MPD)를 이용하여 분석하였더니, YBO3와 같은 결과를 나타내었다. 상기 XRD 패턴을 도 3에 나타내었다. 상기 물질을 샘플 R1이라고 한다.
실시예 2 - 화학식 (Y 0.645 Gd 0.3 Eu 0.05 Bi 0.005 )BO 3 형광체의 제조
형광체 물질 중 각 성분의 몰조성비가 Y:Gd:Eu:Bi=0.645:0.3:0.05:0.005를 갖도록 보레이트계 형광체를 제조하였다. Y2O3 5.45g, Gd2O3 4.08g, Eu2O3 0.66g, Bi2O3 0.087g, H3BO3 5.56g을 포함하는 혼합물을 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1의 제조 방법과 동일한 방법에 따라 제조하였다. 이로부터 얻은 물질을 XRD 분석 장치(PHILIPS pro-MPD)를 이용하여 분석하였다. 분석 결과는 도 3을 참조한다. 상기 물질을 샘플 R2라고 한다.
실시예 3 - 화학식 (Y 0.64 Gd 0.3 Eu 0.05 Bi 0.01 )BO 3 형광체의 제조
형광체 물질 중 각 성분의 몰조성비가 Y:Gd:Eu:Bi=0.64:0.3:0.05:0.01을 갖 도록 보레이트계 형광체를 제조하였다. Y2O3 5.41g, Gd2O3 4.08g, Eu2O3 0.66g, Bi2O3 0.175g, H3BO3 5.56g을 포함하는 혼합물을 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1의 제조 방법과 동일한 방법에 따라 제조하였다. 이로부터 얻은 물질을 XRD 분석 장치(PHILIPS pro-MPD)를 이용하여 분석하였다. 분석 결과는 도 3을 참조한다. 상기 물질을 샘플 R3라고 한다.
실시예 4 - 화학식 (Y 0.93 Tb 0.06 Bi 0.01 )BO 3 형광체의 제조
형광체 물질 중 각 성분의 몰조성비가 Y:Tb:Bi=0.93:0.06:0.01을 갖도록 보레이트계 형광체를 제조하였다. 상기 몰조성비를 맞출 수 있도록 Y 공급원으로서, Y2O3 7.88g, Tb 공급원으로서 Tb2(CO3)3.4H 2O 1.28g, Bi 공급원으로서 Bi2O3 0.175g를 혼합하여 분쇄한 다음 H3BO3 5.56g를 첨가하여 5 시간 동안 교반하였다. 상기 혼합물을 1100℃의 온도 및 질소 분위기 하에서 4 시간 동안 열처리한 다음 탈이온수로 세척하고, 건조시켰다. 이로부터 얻은 물질을 XRD 분석 장치(PHILIPS pro-MPD)를 이용하여 분석하였다. 분석 결과는 도 3을 참조한다. 상기 물질을 샘플 G1이라고 한다.
실시예 5 - 화학식 (Y 0.514 Gd 0.4 Tb 0.08 Bi 0.006 )BO 3 형광체의 제조
형광체 물질 중 각 성분의 몰조성비가 Y:Gd:Tb:Bi=0.514:0.4:0.08:0.006을 갖도록 보레이트계 형광체를 제조하였다. Y2O3 4.355g, Gd2O3 5.44g, Tb2(CO3)3.4H2O 1.6g, Bi2O3 0.105g, H3BO3 5.56g을 포함하는 혼합물을 사용하였다는 점을 제외하고 는 상기 실시예 4의 제조 방법과 동일한 방법에 따라 제조하였다. 이로부터 얻은 물질을 XRD 분석 장치(PHILIPS pro-MPD)를 이용하여 분석하였다. 분석 결과는 도 3을 참조한다. 상기 물질을 샘플 G2라고 한다.
실시예 6 - 화학식 (Y 0.51 Gd 0.4 Tb 0.08 Bi 0.01 )BO 3 형광체의 제조
형광체 물질 중 각 성분의 몰조성비가 Y:Gd:Tb:Bi=0.51:0.4:0.08:0.01을 갖도록 보레이트계 형광체를 제조하였다. Y2O3 4.32g, Gd2O3 5.44g, Tb2(CO3)3.4H2O 1.6g, Bi2O3 0.175g, H3BO3 5.56g을 포함하는 혼합물을 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 4의 제조 방법과 동일한 방법에 따라 제조하였다. 이로부터 얻은 물질을 XRD 분석 장치(PHILIPS pro-MPD)를 이용하여 분석하였다. 분석 결과는 도 3을 참조한다. 상기 물질을 샘플 G3이라고 한다.
상기 실시예 1 내지 6의 샘플들의 화학식 및 이하 평가예에서 사용할 비교 샘플 A 내지 E의 화학식을 요약하여 하기 표 1에 기재하였다:
샘플명 화학식
샘플 R1 (Y0.935Eu0.05Bi0.015)BO3
샘플 R2 (Y0.645Gd0.3Eu0.05Bi0.005)BO3
샘플 R3 (Y0.64Gd0.3Eu0.05Bi0.01)BO3
샘플 G1 (Y0.93Tb0.06Bi0.01)BO3
샘플 G2 (Y0.514Gd0.4Tb0.08Bi0.006)BO3
샘플 G3 (Y0.51Gd0.4Tb0.08Bi0.01)BO3
비교 샘플 A KASEI사로부터 입수가능한 (Y,Gd)BO3:Eu 형광체
비교 샘플 B (Y0.65Gd0.3Eu0.05)BO3 형광체
비교 샘플 C (Y0.52Gd0.4Tb0.08)BO3 형광체
비교 샘플 D (Y0.94Tb0.06)BO3 형광체
비교 샘플 E KASEI사로부터 입수가능한 LaPO4:Ce,Tb 형광체
평가예 1 - 여기 특성 평가
상기 샘플 R1, R2, R3, G2 및 G3에 대한 여기 특성을 평가하여, 도 4, 5 및 6에 각각 나타내었다. 여기 특성 평가는 VUV 스펙트로포토메터(Home made VUV spectrophotometer) 장치를 1.5x10-5 torr의 진공 수준에서 작동시켜 측정하였으며, 여기 세기는 소듐 살리실레이트(sodium salicylate)의 여기 특성에 기초하여 눈금을 정하였다(calibrate).
도 4는 샘플 R1의 여기 특성을 비교 샘플 A의 여기 특성과 함께 나타낸 것이고, 도 5는 샘플 R2 및 R3의 여기 특성을 비교 샘플 B의 여기 특성과 함께 나타낸 것이다. 도 4 및 5에 따르면, 샘플 R1, R2 및 R3는 약 170nm 내지 200nm의 파장대와 약 240nm 내지 270nm의 파장대에서 비교 샘플 A 및 비교 샘플 B 각각에 비하여 월등히 높은 흡광도를 가짐을 알 수 있다. 상기 샘플 R1, R2 및 R3는 약 140nm 내지 170nm의 파장대에서도 비교 샘플들의 흡광도와 필적할 만한 흡광도를 나타내었다.
한편, 도 6은 샘플 G2 및 G3의 여기 특성을 비교 샘플 C의 여기 특성과 함께 나타낸 것이다. 도 6에 따르면, 샘플 G2 및 G3는 약 170nm 내지 200nm의 파장대과 약 240nm 내지 270nm의 파장대에서 비교 샘플 C에 비하여 월등히 높은 흡광도를 가짐을 알 수 있다. 상기 샘플 G2 및 G3는 약 140nm 내지 170nm의 파장대에서도 비교 샘플의 흡광도와 필적할 만한 흡광도를 나타내었다.
이로써, 본 발명을 따르는 보레이트계 형광체는 형광 램프 및 플라즈마 디스 플레이 패널에 구비가능한 방전 가스에 의한 여기광에 적합한 여기 특성을 갖고 있음을 확인할 수 있다.
평가예 2 - 발광 특성 평가
상기 샘플 R1, R2, G1 및 G2에 대한 발광 특성을 평가하여, 도 7, 8, 9 및 10에 나타내었다. 상기 발광 특성은 광원으로서 Xe 엑시머 램프가 구비된 스펙트로포토메터(Home made spectrophotometer) 장치를 이용하였으며, 30mtorr의 압력 및 172nm의 여기광 조건에서의 발광을 평가한 것이다.
도 7은 샘플 R1의 발광 특성을 비교 샘플 A의 발광 특성과 함께 나타낸 것이다. 도 7에 따르면, 샘플 R1의 경우, 비교 샘플 A와는 달리 약 320 nm의 파장대에서 Bi3+의 발광이 존재함을 알 수 있다. Eu3+에 의한 발광은 약 593 nm, 약 611 nm, 약 625 nm의 파장대의 피크로서 관찰되었다.
도 8은 샘플 R2의 발광 특성을 비교 샘플 B의 발광 특성과 함께 나타낸 것이다. 도 8에 따르면, 약 593 nm, 약 611 nm, 약 625 nm의 파장대의 피크가 관찰되었다. Gd3+ 이온의 첨가로 인하여, 320에서의 Bi3+ 방출이 사라졌음을 관찰할 수 있다. 포톤수 측정은 스펙트로포토메터를 이용하여 측정하였다.
도 9는 샘플 G1의 발광 특성을 비교 샘플 D의 발광 특성과 함께 나타낸 것이다. 도 9에 따르면, 샘플 G1의 경우, 비교 샘플 D와는 달리 약 320 nm의 파장대에서 Bi3+의 발광이 존재함을 알 수 있다. Tb3+에 의한 발광은 약 550nm 파장대에서의 최대 피크로서 관찰되었다.
도 10은 샘플 G2의 발광 특성을 비교 샘플 C 및 E의 발광 특성과 함께 나타낸 것이다. 도 10에 따르면, 샘플 G2는 약 550nm의 파장대에서 최대 발광 피크를 가짐을 알 수 있다.
이로써, 본 발명을 따르는 보레이트계 형광체는 형광 램프 및 플라즈마 디스플레이 패널에 구비가능한 방전 가스에 의한 여기광에 대하여 적합한 우수한 발광 특성을 갖고 있음을 확인할 수 있다.
평가예 3 - 휘도 및 색순도 평가
샘플 R2 및 G2의 휘도 및 색순도를 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다. 각 비교 샘플에 대한 샘플 R2 및 샘플 G2 휘도비로서, 샘플 R2와 G2의 휘도 증가량도 기재하였다. 휘도 및 색순도 평가는 172nm 파장의 VUV 램프와 스펙트로포토메터(spectrophotometer) 장치를 30 mtorr의 진공 조건 하에서 작동시켜 수행되었다.
휘도 색순도 휘도비(%)
적색 형광체 샘플 R2 70 (0.64, 0.358) 샘플 R2/비교 샘플 B=104.5%
비교 샘플 B 67 (0.64, 0.359)
녹색 형광체 샘플 G2 105 (0.327, 0.612) 샘플 G2/비교 샘플 C=106%
비교 샘플 C 99.9 (0.323, 0.615)
비교 샘플 E 116.4 (0.346, 0.58)
상기 표 2로부터, 샘플 R2의 휘도 및 색순도는 모두 비교 샘플 B보다 향상되었음을 알 수 있다. 또한, 샘플 G2의 휘도 및 색순도는 비교 샘플 C보다 우수하고, 샘플 G2의 색순도는 비교 샘플 E보다 우수하다는 것을 알 수 있다. 특히, 샘플 G2의 색순도는 비교 샘플 E의 색순도보다 월등히 향상되었는데, 이는 도 11의 색좌표 그래프에 의하여 추가로 확인할 수 있다.
제조예 1
본 제조예는 본 발명의 형광체를 이용한 평판형 형광 램프의 제조를 예시한 것이다. 먼저, 글라스재의 투명 전면 기판 및 유전체층, 방전 전극 및 스페이서를 구비한 배면 기판을 준비하였다. 이 후, 적색 형광체로서 KASEI OPTONIX 사로부터 입수가능한 Y(PV)O4:Eu 형광체, 녹색 형광체로서 KASEI OPTONIX 사로부터 입수가능한 BaMgAl10O17:Eu,Mn 또는 BaMg2Al16O27:Eu,Mn 형광체, 청색 형광체로서 KASEI OPTONIX 사로부터 입수가능한 BaMgAl10O17:Eu 형광체를 포함하는 형광체 페이스트 조성물을 제조하여, 상기 전면 기판의 일면에 도포한 후, 500℃의 온도 및 공기 분위기 하에서 15 분 동안 소성하였다. 한편, 적색 형광체로서 상기 샘플 R1, 녹색 형광체로서 상기 샘플 G1 및 청색 형광체로서 KASEI OPTONIX 사로부터 입수가능한 BaMgAl10O17:Eu 형광체를 포함하는 형광체 페이스트 조성물을 제조하여 상기 배면 기판 중 유전체층 상부에 도포한 후, 500℃의 온도 및 공기 분위기 하에서 15 분 동안 소성하였다. 상기 전면 기판과 배면 기판 사이에 스페이서를 배치하여 생성된 공간에 5%H2/95%Xe 가스를 주입하고, 상기 두 기판을 밀봉하여 평판형 형광 램프를 완성하였다.
상기 형광 램프의 색재현율을 평가하여 도 12에 나타내었다. 색재현율 평가는 상기 평가예 3의 색순도 평가 방법을 따랐다. 도 12에 따르면, 본 발명의 형광 램프의 색재현율이 종래의 램프의 색재현율보다 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
제조예 2
본 제조예는 본 발명을 따르는 형광체를 이용한 플라즈마 디스플레이 패널의 제조를 예시한 것이다. 먼저, 어드레스 전극, 유전체층 및 격벽을 구비한 배면 기판을 준비하였다. 상기 배면 기판에 샘플 R1을 포함하는 형광체 페이스트 조성물, 샘플 G1을 포함하는 형광체 페이트스 조성물 및 KASEI OPTONIX 사로부터 입수가능한 BaMgAl10O17:Eu 형광체를 포함하는 형광체 페이스트 조성물을 각각 도포하여, 적, 녹 및 청색의 형광체층을 형성하였다. 이 후, 유지전극을 구비한 전면 기판을 준비하여 상기 배면 기판과 밀봉하고 이로부터 생성된 공간에 5%H2/95%Xe 가스를 주입하였다. 본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널은 우수한 휘도 및 색재현율을 나타내었다.
본 발명을 따르는 형광체는 형광 램프 및 플라즈마 디스플레이 패널에 구비된 방전 가스에 의한 여기광에 대하여 우수한 여기 특성을 가지는 바, 향상된 발광 특성을 갖는다. 특히, 녹색 형광체의 경우에는 색순도도 우수하였다. 상기 본 발명의 형광체를 이용하면 휘도 및/또는 색재현율이 향상된 형광 램프 및 플라즈마 디스플레이 패널을 얻을 수 있다.
본 발명은 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 하기 화학식 1을 갖는 보레이트계 형광체:
    <화학식 1>
    (Y1-x-y-zGdxQyBiz)BO3
    상기 화학식 중, Q는 Eu 또는 Tb이고; 0≤x<1이고; 0<y≤0.2이고; 0≤z≤0.1이다.
  2. 제1항에 있어서, 적색 형광체로 이용되며, 하기 화학식 2를 갖는 것을 특징으로 하는 보레이트계 형광체:
    <화학식 2>
    (Y1-x-y-zGdxEuyBiz)BO3
    상기 화학식 중, 0≤x≤0.4이고; 0<y≤0.1이고; 0≤z≤0.1이다.
  3. 제1항에 있어서, 녹색 형광체로 이용되며, 하기 화학식 3을 갖는 것을 특징으로 하는 보레이트계 형광체:
    <화학식 3>
    (Y1-x-y-zGdxTbyBiz)BO3
    상기 화학식 중, 0≤x<1이고; 0<y≤0.2이고; 0≤z≤0.1이다.
  4. 제1항에 있어서, (Y0.935Eu0.05Bi0.015)BO3, (Y0.645 Gd0.3Eu0.05Bi0.005)BO3 및 (Y0.64Gd0.3Eu0.05Bi0.01)BO3 의 화학식을 갖는 것을 특징으로 하는 보레이트계 형광체.
  5. 제1항에 있어서, (Y0.93Tb0.06Bi0.01)BO3, (Y0.514 Gd0.4Tb0.08Bi0.006)BO3 및 (Y0.51Gd0.4Tb0.08Bi0.01)BO3 의 화학식을 갖는 것을 특징으로 하는 보레이트계 형광체.
  6. 전면 기판;
    다수 개의 방전 전극이 형성되고, 상기 방전 전극을 덮는 유전체층이 형성된 배면 기판;
    상기 전면 기판과 상기 배면 기판 사이의 간격을 유지하고 방전 공간을 형성하는 스페이서;
    상기 방전 공간 상에 위치한 방전 가스; 및
    상기 전면 기판 및 상기 배면 기판 중 적어도 하나에 구비된 형광체층;
    을 구비하는 형광 램프로서, 상기 형광체층이 하기 화학식 1을 갖는 보레이트계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 램프:
    <화학식 1>
    (Y1-x-y-zGdxQyBiz)BO3
    상기 화학식 중, Q는 Eu 또는 Tb이고; 0≤x<1이고; 0<y≤0.2이고; 0≤z≤0.1이다.
  7. 제6항에 있어서, 상기 형광체층이 하기 화학식 2를 갖는 보레이트계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 램프:
    <화학식 2>
    (Y1-x-y-zGdxEuyBiz)BO3
    상기 화학식 중, 0≤x≤0.4이고; 0<y≤0.1이고; 0≤z≤0.1이다.
  8. 제6항에 있어서, 상기 형광체층이 하기 화학식 3을 갖는 보레이트계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 램프:
    <화학식 3>
    (Y1-x-y-zGdxTbyBiz)BO3
    상기 화학식 중, 0≤x<1이고; 0<y≤0.2이고; 0≤z≤0.1이다.
  9. 제6항에 있어서, 상기 형광체층이 녹색 형광체로서 LaPO4:Ce,Tb 형광체, ZnGa2O4:Mn 형광체 및 Zn2SiO4:Mn 형광체 중 하나 이상의 형광체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 램프.
  10. 제6항에 있어서, 상기 형광체층이 청색 형광체로서 BaMgAl10O17:Eu 형광체, BaMgAl14O23:Eu 형광체 및 BaMg2Al16O27:Eu 형광체 중 하나 이상의 형광체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 램프.
  11. 제6항에 있어서, 상기 방전 가스가 수소, 네온, 아르곤, 크세논, 수은 및 이들의 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 형광 램프.
  12. 전면 기판;
    상기 전면 기판에 대하여 평행하게 배치된 배면 기판;
    상기 전면 기판과 상기 배면 기판 사이에 배치되어 발광 셀들을 구획하는 격벽;
    일방향으로 배치된 발광 셀들에 걸쳐서 연장되며 후방유전체층에 의하여 매립된 어드레스 전극들;
    상기 어드레스 전극이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 전방유전체층에 의하여 매립된 유지전극쌍들;
    상기 격벽 내측면에 도포된 형광체층; 및
    상기 발광셀 내에 있는 방전가스;
    를 구비하며, 상기 형광체가 하기 화학식 1을 갖는 보레이트계 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널:
    <화학식 1>
    (Y1-x-y-zGdxQyBiz)BO3
    상기 화학식 중, Q는 Eu 또는 Tb이고; 0≤x<1이고; 0<y≤0.2이고; 0≤z≤0.1이다.
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