KR20060131524A - Preparation method of red phosphors based on sulfide - Google Patents

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Abstract

Provided is a method for preparing red phosphor based on sulfide of alkali earth metal having improved luminous property at the condition excluding solvent and noxious ingredient for decreasing a temperature, in which heating is achieved at lower temperature than conventional method. The method comprises the steps of (1) dispersing an acid solution containing 0.5-0.9999 mole of alkali earth metal precursor and 0.0001-0.5 mole of europium precursor dissolved therein, into distilled water to prepare an aqueous solution of metal mixture, (2) adding an aqueous solution of sulfate and sulfide of metal of period 3 in elements periodic table to the aqueous solution of metal mixture, adjusting a pH of the solution to 5-10, and filtrating and drying the solution to prepare a precursor of phosphor based on sulfide alkali earth metal sulfide, and (3) heating the precursor at 600-1000 deg.C at the atmosphere of mixture of nitrogen and hydrogen gases.

Description

알칼리 토금속 황화물계 적색 형광체의 제조 방법{Preparation method of red phosphors based on sulfide}Preparation method of alkaline earth metal sulfide-based red phosphors {Preparation method of red phosphors based on sulfide}

도 1은 본 발명에 따라 실시예 1 및 2에서 알칼리 토금속 황화물계 적색 형광체의 X-선 회절도를 나타낸 것이다.1 shows X-ray diffraction diagrams of alkaline earth metal sulfide-based red phosphors in Examples 1 and 2 according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따라 실시예 1 및 2에서 알칼리 토금속 황화물계 적색 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.Figure 2 shows the emission spectrum of the alkaline earth metal sulfide-based red phosphor in Examples 1 and 2 in accordance with the present invention.

도 3는 본 발명에 따라 실시예 1 및 2에서 알칼리 토금속 황화물계 적색 형광체의 여기 스펙트럼을 나타낸 것이다.3 shows excitation spectra of alkaline earth metal sulfide-based red phosphors in Examples 1 and 2 according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따라 실시예 1, 3 및 4와 비교예 1에서 제조된 알칼리 토금속 황화물계 적색 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.Figure 4 shows the emission spectrum of the alkaline earth metal sulfide-based red phosphor prepared in Examples 1, 3 and 4 and Comparative Example 1 according to the present invention.

본 발명은 알칼리 토금속 황화물계 적색 형광체의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알칼리 토금속과 활성제를 용해시킨 금속 복합 수용액과, 3주 기 금속 황화물 및 황산염 수용액의 침전제를 특정의 pH하에서 공침하여 알칼리 토금속 황화물계 형광체 전구체를 제조하고, 상기에서 제조된 전구체를 질소와 수소의 혼합가스 분위기 하에서 열처리하는 신규 공정의 도입으로, 종래에 비해 낮은 온도에서 열처리가 가능하여 온도저하를 위한 융제의 사용 및 독성 성분의 사용이 배제된 조건에서 우수한 발광성을 갖는 알칼리 토금속 황화물계 적색 형광체의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an alkaline earth metal sulfide-based red phosphor, and more particularly, an alkali metal complex solution in which an alkaline earth metal and an activator are dissolved, and a precipitant of a 3-week metal sulfide and an aqueous sulfate solution are co-precipitated at a specific pH to give an alkali. The introduction of a novel process for preparing an earth metal sulfide-based phosphor precursor and heat-treating the prepared precursor under a mixed gas atmosphere of nitrogen and hydrogen enables heat treatment at a lower temperature than in the prior art, thereby using flux and toxicity for lowering the temperature. A method for producing an alkaline earth metal sulfide-based red phosphor having excellent luminescence under conditions in which the use of the component is excluded.

일반적으로 황화물계 형광체는 발광 효율이 우수하여 음극선관(CRT) 및 저전압 디스플레이(LED 또는 VFD)등의 디스플레이 산업 소재로 널리 알려져 있다.In general, sulfide-based phosphors are well known for display industry materials such as cathode ray tube (CRT) and low voltage display (LED or VFD) because of their excellent luminous efficiency.

이중 ZnS:Cu, Al과 Y2O2S:Eu 등은 잘 알려진 녹색 및 적색 형광체이며, 특히 알칼리 토금속 황화물계 형광체는 1980년대와 1990년대에 인광성 형광체이다. 이는 활성제 이외의 부활제를 이용하여 트랩을 만들어 장잔광 특성을 지닌 것으로 형광체로써 이에 대한 많은 연구가 수행되었다.Among them, ZnS: Cu, Al, and Y 2 O 2 S: Eu are well known green and red phosphors, and in particular, alkaline earth metal sulfide-based phosphors are phosphorescent phosphors in the 1980s and 1990s. It has a long afterglow property by making a trap by using an activator other than the active agent, and many studies have been conducted on it as a phosphor.

최근 발광다이오드(LED)를 이용한 조명기구 및 디스플레이에 대한 관심이 증대되고 있어, 장파장 영역에서 여기 되는 형광체가 요구되고 있으며, 이러한 조건을 충족하는 형광체로써 알칼리 토금속 황화물계 형광체가 매우 적합하다.Recently, there is a growing interest in luminaires and displays using light emitting diodes (LEDs), and there is a demand for phosphors excited in the long wavelength region, and alkaline earth metal sulfide-based phosphors are very suitable as phosphors satisfying such conditions.

현재까지 알칼리 토금속 황화물계 형광체를 제조하는 방법으로는 산화물이나 탄산염과, 유독성 가스인 H2S나 CS2 가스를 사용하는 방법과, 황산염을 이용하여 알칼리 토금속 황화물을 제조한 다음 활성제를 함침시켜 전구체를 제조한 후, 유독성 가스인 H2S나 CS2 가스 및 탄화수소 가스와 다량의 황을 함께 이용하여 열처리하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, 알칼리 토금속 황화물에 활성제를 잘 혼합한 후 질소와 수소 가스가 혼합된 분위기하에서 열처리하여 제조하였다. To date, alkaline earth metal sulfide-based phosphors are prepared by using oxides or carbonates, H 2 S or CS 2 gases, which are toxic gases, and alkaline earth metal sulfides using sulfates, and then impregnating an activator with precursors. After the preparation, a method of heat treatment using a toxic gas H 2 S or CS 2 gas and hydrocarbon gas and a large amount of sulfur together is widely used. In addition, the active agent was mixed well with the alkaline earth metal sulfide, and then prepared by heat treatment in an atmosphere where nitrogen and hydrogen gas were mixed.

이러한 방법은 유독성인 H2S나 CS2 가스를 사용하여 제조하며, 열처리할 때 소성온도가 1,000 ℃ 이상의 고온이기 때문에 소성 온도를 낮추기 위하여 별도의 융제를 사용하여 왔다.This method is prepared using toxic H 2 S or CS 2 gas, and has been using a separate flux to lower the firing temperature because the firing temperature is higher than 1,000 ℃ when the heat treatment.

또한, 유독성 가스를 사용하지 않기 위하여 고안된 금속복합체를 이용한 방법을 도입하는 경우도 제안되었다. 그러나, 유독성 가스는 배제하나 활성탄과 유황을 많이 사용할 뿐만 아니라 소성 온도를 낮추기 위하여 고상 반응법과 같이 융제를 사용하는 단점이 있었다. In addition, it has been proposed to introduce a method using a metal complex designed to use no toxic gas. However, it excludes toxic gases but uses a lot of activated carbon and sulfur as well as using a flux such as a solid phase reaction method to lower the firing temperature.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 종래 황화물계 형광체 제조 공정상의 유독 가스, 유황 사용으로 인한 경제적 및 환경적 문제, 소성온도 등의 반응조건상의 문제를 해결하기 위하여 연구 노력하였다. 그 결과, 산에 용해된 알칼리 토금속과 활성제를 증류수에 분산시킨 금속 복합 수용액에, 3주기 금속 황화물 및 황산염 수용액의 침전제를 투입하여 특정 범위의 pH를 유지한 다음, 여과 건조하여 형광체 전구체를 제조하고, 상기 제조된 전구체를 질소와 수소가 일정 성분비로 혼합된 반응가스 하에서 열처리하여, 종래의 소성온도 저하를 위한 별도의 융제 사용 없이 낮은 온도 범위에서 황화물계 형광체의 제조가 가능하고, H2S나 CS2 가스, 유황 등 의 유독성 성분의 사용이 배제될 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have tried to solve the problem of the reaction conditions such as the toxic gas in the conventional sulfide-based phosphor manufacturing process, economic and environmental problems due to the use of sulfur, firing temperature. As a result, a precipitating agent of 3-cycle metal sulfide and sulfate solution was added to a metal complex solution in which the alkaline earth metal dissolved in the acid and the activator were dispersed in distilled water to maintain a pH in a specific range, and then filtered and dried to prepare a phosphor precursor. By heat-treating the prepared precursor under a reaction gas in which nitrogen and hydrogen are mixed in a certain component ratio, it is possible to manufacture sulfide-based phosphors in a low temperature range without using a separate flux for reducing the conventional firing temperature, and H 2 S or The present invention has been completed by knowing that the use of toxic components such as CS 2 gas, sulfur and the like can be eliminated.

따라서, 본 발명은 유독 성분 및 반응 융제의 사용 없이 저온의 반응온도에서 반응물의 공침법에 의해 황화물계 형광체를 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a sulfide-based phosphor by coprecipitation of the reactants at a low temperature reaction temperature without the use of toxic components and reaction flux.

본 발명은 알칼리 토금속 전구체 0.5 ∼ 0.9999몰과 유로피움 전구체 0.0001 ∼ 0.5 몰이 용해된 산(acid)용액을 증류수에 분산시켜 금속 혼합 수용액을 제조하는 1단계;The present invention comprises the steps of preparing an aqueous metal mixed solution by dispersing an acid solution in which 0.5 to 0.9999 mol of alkaline earth metal precursor and 0.0001 to 0.5 mol of europium precursor are dissolved in distilled water;

상기 금속 혼합 수용액에, 3주기 금속의 황화물 및 황산염 수용액을 투입하고 pH 5 ∼ 10 범위로 조절한 후, 여과 건조하여 알칼리 토금속 황화물계 형광체 전구체를 제조하는 2단계; 및In step 2 to prepare an alkaline earth metal sulfide-based phosphor precursor by adding a three-cycle metal sulfide and sulfate solution to the metal mixed aqueous solution, adjusted to a pH range of 5 to 10, and filtered and dried; And

상기 알칼리 토금속 황화물계 형광체 전구체를 질소와 수소 혼합 가스 분위기 하에서 600 ∼ 1000 ℃ 온도 범위로 열처리하는 3단계를 Three steps of heat-treating the alkaline earth metal sulfide-based phosphor precursor in a temperature range of 600 ~ 1000 ℃ under a nitrogen and hydrogen mixed gas atmosphere

포함하여 이루어진 알칼리 토금속 황화물계 형광체의 제조방법에 그 특징이 있다.There is a feature in the method for producing an alkaline earth metal sulfide-based phosphor comprising.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 산(acid)에 일정비의 알칼리 토금속과 활성제를 용해시킨 후 증류수에 분산시킨 금속 복합 수용액에, 금속 황화물 및 황산염 수용액을 투입하여 특 정의 pH 범위로 유지하여 형광체 전구체를 제조하고, 상기 제조된 형광체의 전구체를 질소와 수소가 일정 성분비로 혼합된 반응 가스하에서 열처리를 수행하여 알칼리 토금속 황화물계 형광체를 제조하는 신규의 방법에 관한 것이다.The present invention prepares a phosphor precursor by dissolving a predetermined ratio of alkaline earth metal and activator in an acid and then dispersing it in a metal complex aqueous solution dispersed in distilled water to maintain a specific pH range by adding a metal sulfide and a sulfate solution. The present invention relates to a novel method for producing alkaline earth metal sulfide-based phosphors by performing heat treatment on the precursor of the prepared phosphors under a reaction gas in which nitrogen and hydrogen are mixed at a constant component ratio.

일반적으로 황화물계 형광체는 대부분 고상 반응법에 의하여 합성되나, H2S나 CS2 등의 유독성 가스의 사용과 소성 온도가 높아 이를 저하시키기 위한 융제가 반드시 요구되었다. 상기 고상 반응법의 대안으로 도입된 금속복합체를 이용한 방법은 유해가스 대신에 활성탄과 유황이 다량 사용되나, 소성온도 저하를 위한 융제는 변함없이 요구되는 단점이 있었다.In general, sulfide-based phosphors are mostly synthesized by a solid phase reaction method, but the use of toxic gases such as H 2 S or CS 2 and a high firing temperature have required a flux to lower them. The method using the metal complex introduced as an alternative to the solid phase reaction method uses a large amount of activated carbon and sulfur instead of the harmful gas, but the flux for lowering the firing temperature has the disadvantage that it is invariably required.

이에 반하여, 본 발명은 습식 화합 합성법 즉, 용액 중에 녹아 있는 양이온을 동시에 침전시키는 공침법을 도입하여, 전구체의 각 성분이 균일하게 분포하고 미세한 입자의 크기를 형성하므로 종래의 고상 반응법에서 실제 소성온도인 1200 ℃ 이상의 온도에서 열처리 하는 것에 비해 비교적 낮은 온도 범위에서도 반응이 가능하고, 반응온도를 낮추기 위한 별도의 융제가 요구되지 않는다. 통상적으로 형광체 제조공정 시, 소성온도의 미세한 차이에 의해서 형광체의 종류 및 이들의 물성이 크게 달라지므로 이러한 소성온도는 중요한 인자로 작용하게 될 뿐만 아니라, 이러한 소성온도 범위를 저하시킨다는 것은 획기적인 방법이라 할 수 있다. 또한, 본 발명은 반응온도를 낮추기 위한 별도의 융제가 요구되지 않으며, 전구체 열처리 과정 중 수소가스와 반응하여 황산염계의 전구체가 분해 되어 황화물과 수증기를 형성하고, 상기 형성된 수증기는 열처리 도중 기화하여 황화물만이 형성되 므로 종래에 반드시 요구되던 H2S나 CS2 가스 및 유황 등의 유독성 성분의 배제가 가능하다.In contrast, the present invention introduces a wet compounding method, that is, a coprecipitation method of simultaneously precipitating dissolved cations in a solution, so that each component of the precursor is uniformly distributed and forms fine particles. Compared with heat treatment at a temperature of 1200 ° C. or higher, the reaction can be performed at a relatively low temperature range, and a separate flux for lowering the reaction temperature is not required. In general, during the phosphor manufacturing process, the type of phosphors and their physical properties vary greatly depending on the slight difference in firing temperature. Thus, the firing temperature not only acts as an important factor, but it is an innovative method to lower the firing temperature range. Can be. In addition, the present invention does not require a separate flux for lowering the reaction temperature, and reacts with hydrogen gas during precursor heat treatment to decompose a precursor of sulfate to form sulfide and water vapor, and the formed water vapor is vaporized during heat treatment to sulfide. Since only the formation of the toxic components such as H 2 S or CS 2 gas and sulfur, which is required in the prior art is possible.

본 발명에 따른 알칼리 토금속 황화물계 형광체를 제조하는 방법을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at the method for producing an alkaline earth metal sulfide-based phosphor according to the present invention in more detail.

먼저, 산(acid)에 알칼리 토금속 전구체와 유로피움 전구체를 용해시킨 후, 증류수에 분산시켜 금속 혼합 수용액을 제조한다. 이때, 산에 각각의 금속을 완전히 용해시킨 후, 증류수에 분산시키는 것이 바람직하며, 상기 용해가 완전히 이루어지지 않을 경우 상기 금속이 침전되어 침전제와 반응하는 부가적인 반응이 수행되어 황산염을 형성하지 못하는 문제가 발생하므로 반드시 산에 완전 용해시키는 과정이 요구된다. First, an alkaline earth metal precursor and a europium precursor are dissolved in an acid, and then dispersed in distilled water to prepare a metal mixed aqueous solution. In this case, it is preferable to dissolve each metal in an acid completely, and then to disperse it in distilled water. If the dissolution is not completely performed, an additional reaction in which the metal precipitates and reacts with a precipitant is not performed to form sulfate. Is generated, so a complete dissolution in acid is required.

상기 산(acid)은 pH 2 ∼ 4 범위, 구체적으로 예를 들면 질산, 염산 등이 사용될 수 있으며, 황산의 경우 황산의 경우 알칼리 토금속들이 용해되기 전에 침전상을 형성하여 완전히 용해되는 금속 이온을 얻지 못하며, 활성제 용액과 상분리가 일어나는 현상을 보이며 균일한 침전이 이루어지지 않는 이유로 사용하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 산은 상기 알칼리 토금속과 유로피움을 충분히 용해시킬 수 있는 적당량을 사용한다.The acid may be in the range of pH 2 to 4, specifically, for example nitric acid, hydrochloric acid, and the like. In the case of sulfuric acid, in the case of sulfuric acid, a precipitated phase is formed before alkaline earth metals are dissolved to obtain metal ions that are completely dissolved. It is not preferable to use it because it shows a phenomenon in which phase separation with the activator solution and uniform precipitation does not occur. Such acid is used in an appropriate amount to sufficiently dissolve the alkaline earth metal and europium.

또한, 상기 알칼리 토금속은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 구체적으로 예를 들면 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba) 등이 사용될 수 있으며, 이러한 알칼리 토금속은 탄산염, 질산염, 수산화물 및 염화물 형태의 화합물을 사용 할 수 있다. 이러한 알칼리 토금속은 0.5 ∼ 0.9999 몰 사용되며, 사용량이 0.5 몰 미만이면 활성제가 주 결정을 이루게 되어 발광이 잘 일어나지 않고, 또한 제조 단가도 급격히 상승되며, 0.9999 몰을 초과하는 경우에는 상대적으로 활성제의 양이 매우 적게 되어 발광이 잘 일어나지 않는 문제가 있다.In addition, the alkaline earth metal is generally used in the art and specifically, for example, calcium (Ca), strontium (Sr) and barium (Ba) may be used, and such alkaline earth metal may be carbonate, nitrate, hydroxide and chloride. Form compounds can be used. The alkaline earth metal is used in an amount of 0.5 to 0.9999 moles, and when the amount is less than 0.5 moles, the activator forms a main crystal, and thus the luminescence does not occur well, and the manufacturing cost also increases rapidly. This is very small and there is a problem that light emission does not occur easily.

활성제인 유로피움은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 구체적으로 예를 들면 탄산염, 질산염, 초산염, 수산화물 및 염화물 형태의 화합물을 사용할 수 있으며, 0.0001 ∼ 0.5 몰 사용된다. 상기 사용량이 0.0001몰 미만이면 발광이 거의 일어나지 않고 0.5 몰을 초과하는 경우에는 제조 단가가 높아지며, 농도 퀀칭 현상 때문에 발광이 현저하게 저하되는 문제가 발생한다.Europium, an active agent, is generally used in the art, and specifically, for example, carbonate, nitrate, acetate, hydroxide, and chloride compounds may be used, and 0.0001 to 0.5 mole are used. If the amount of use is less than 0.0001 mole, light emission hardly occurs, and if the amount exceeds 0.5 mole, the manufacturing cost increases, and the light emission decreases significantly due to the concentration quenching phenomenon.

상기와 같이 산에 용해시킨 후, 증류수에 분산시키는 데 이는 증류수에 의해 금속 용액의 몰수를 조절하여 완전히 용해시키며 침전 시 침전물의 입자 크기 및 겔화 현상을 줄이기 위한 과정이다. 이때, 당 분야에서 사용되는 모든 알칼리 토금속을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 증류수에 대한 용해도가 보다 좋은 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba)을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 증류수는 산(acid)에 대하여 500 ∼ 3000 중량% 사용하며, 상기 사용량이 500 중량% 미만이면 용해 시 미세하게 침전물이 남게 되며 침전 입자가 거칠고 조대해지게 되고, 3000 중량%를 초과하는 경우에는 용액이 너무 묽어 생산성이 떨어지는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. After dissolving in acid as described above, it is dispersed in distilled water, which is a process for completely dissolving by controlling the number of moles of the metal solution by distilled water and reducing the particle size and gelation of the precipitate during precipitation. In this case, all alkaline earth metals used in the art may be used, but in the present invention, it is preferable to use strontium (Sr) and barium (Ba) having better solubility in distilled water. The distilled water is used in an amount of 500 to 3000% by weight, and when the amount of the distilled water is less than 500% by weight, fine precipitates remain upon dissolution and the precipitated particles become coarse and coarse. It is preferable to maintain the above range because the solution is too thin to cause a problem of low productivity.

상기와 별도로, 3주기 금속 황화물 및 황산염 수용액을 제조하여 침전제로 사용한다.Apart from the above, a 3-cycle metal sulfide and sulfate aqueous solution is prepared and used as a precipitant.

상기 금속 황화물 및 황산염은 원소 주기율표의 3주기 원소들이 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 황화암모늄((NH4)2S), 황화나트륨(Na2S), 황산암모늄((NH4)2SO4) 및 황산나트륨(Na2SO4)을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 침전제는 알칼리 토금속 전구체와 유로피움 전구체의 혼합 금속 1 몰에 대하여 1 ∼ 2 몰비로 사용하며, 상기 사용량이 1 몰비 미만이면 완전한 침전이 이루어지지 못하고 2 몰비를 초과하는 경우에는 다량의 침전제 사용으로 제조 단가가 급격히 상승하고, 침전물과 함께 침전제 자체가 동시에 침전되는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. The metal sulfide and sulfate may be used as the three cycle elements of the periodic table of the elements, in the present invention ammonium sulfide ((NH 4 ) 2 S), sodium sulfide (Na 2 S), ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) And sodium sulfate (Na 2 SO 4 ). The precipitant may be used in a 1 to 2 molar ratio with respect to 1 mole of the mixed metal of the alkaline earth metal precursor and the europium precursor. When the amount is less than 1 molar ratio, complete precipitation does not occur and when the molar ratio exceeds 2 molar ratio, a large amount of precipitant may be used. It is preferable to maintain the above range because the manufacturing cost rises sharply and the problem of precipitation of the precipitant itself together with the precipitate occurs.

다음으로 상기 금속 혼합 용액에, 상기 침전제 수용액을 투입하여 pH 5 ∼ 10 범위를 유지하면서 1 ∼ 3 시간 교반하여 공침과정을 수행한다. 상기 pH가 5 미만이면 완벽한 침전을 얻지 못하고, pH 10을 초과하는 경우에는 침전물의 응집현상이 강하여 형광체의 발광효율이 상대적으로 감소하는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 공침으로 침전된 침전물을 회수하기 위하여 당 분야에서 통상적으로 사용되는 필터 또는 원심분리를 이용하여 여과하는데, 필터보다는 원심 분리를 이용하는 것이 바람직하다.Next, the precipitating process is performed by adding the precipitant aqueous solution to the metal mixed solution and stirring for 1 to 3 hours while maintaining the pH 5 to 10 range. If the pH is less than 5, the perfect precipitation is not obtained. If the pH is more than 10, it is preferable to maintain the above range because the aggregation phenomenon of the precipitate is strong and the luminous efficiency of the phosphor is relatively decreased. In order to recover the precipitate precipitated by the co-precipitation, it is filtered using a filter or centrifugation commonly used in the art, preferably centrifugation rather than a filter.

상기 여과 분리된 침전물은 통상적인 건조기를 이용하여 건조를 수행하는 바, 공기 분위기에서 건조하는 것보다 진공분위기 하에서 건조하는 것이 산소의 함량을 좀더 감소시킬 수 있어 보다 바람직하다.The filtered precipitate is dried using a conventional dryer, and drying in a vacuum atmosphere is more preferable than drying in an air atmosphere, since the content of oxygen may be further reduced.

다음으로, 상기 알칼리 토금속 황화물계 형광체 전구체를 질소와 수소 혼합 가스 분위기 하에서 열처리하여 알칼리 토금속 황화물계 형광체를 제조한다.Next, the alkaline earth metal sulfide-based phosphor precursor is heat-treated under a nitrogen and hydrogen mixed gas atmosphere to prepare an alkaline earth metal sulfide-based phosphor.

상기 혼합가스는 전구체와 수소가스와 반응하여 활성제를 환원시키고, 황화물계 상을 형성시키기 위한 역할을 수행하기 위하여 도입되는 것으로, 질소와 수소는 60 ∼ 95 : 5 ∼ 40 부피비를 유지하는 것이 좋으며, 상기 질소의 부피가 범위를 초과하는 경우에는 활성제가 환원이 잘 되지 않아 원하는 색의 빛이 잘나지 않고 수소의 부피가 범위를 초과하는 경우에는 수소가스가 외부 산소와 반응하여 폭발하는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The mixed gas is introduced to react with the precursor and hydrogen gas to reduce the activator and form a sulfide-based phase, and nitrogen and hydrogen are preferably maintained at a volume ratio of 60 to 95: 5 to 40, If the volume of the nitrogen exceeds the range, the activator is not reduced well, the light of the desired color is not good and if the volume of the hydrogen exceeds the range, the hydrogen gas reacts with the outside oxygen, causing a problem of explosion It is preferable to maintain the above range.

상기 열처리 시 온도는 600 ∼ 1000 ℃, 바람직하기로는 700 ∼ 1000 ℃, 보다 바람직하기로는 850 ∼ 950 ℃를 유지하는 것이 좋다. 상기 온도가 600 ℃ 미만이면 황화물 결정상을 얻지 못하여 발광이 일어나지 않고 1000 ℃를 초과하는 경우에는 입자가 조대해지고 발광효율이 감소하는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The temperature during the heat treatment is preferably 600 to 1000 ° C, preferably 700 to 1000 ° C, more preferably 850 to 950 ° C. If the temperature is less than 600 ℃ it is not possible to obtain a sulfide crystal phase, the light emission does not occur and if it exceeds 1000 ℃ it is preferable to maintain the above range because the problem of coarse particles and decrease the luminous efficiency occurs.

또한, 상기 열처리 시 일부 수산화기 및 산소를 황으로 치환하기 위하여 황(S)을 알칼리 토금속 황화물계 형광체 전구체에 대하여 0 ∼ 200 중량%, 바람직하기로는 25 ∼ 150 중량%, 더욱 바람직하기로는 50 ∼ 100 중량% 혼합 사용한다.In addition, in order to replace some hydroxyl groups and oxygen with sulfur during the heat treatment, sulfur (S) is 0 to 200% by weight, preferably 25 to 150% by weight, more preferably 50 to 100%, based on the alkaline earth metal sulfide-based phosphor precursor. Use by weight mix.

상기와 같이 제조된 알칼리 토금속 황화물계 형광체는 낮은 온도에서 열처리가 가능하여 온도저하를 위해 사용되는 융제 및 독성성분의 사용이 배제된 조건하에서도 우수한 발광 특성을 갖는 형광체의 제조가 가능하다. Since the alkaline earth metal sulfide-based phosphor prepared as described above can be heat treated at a low temperature, it is possible to prepare a phosphor having excellent luminescence properties even under conditions in which the use of flux and toxic components used for temperature reduction is excluded.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the Examples.

실시예 1Example 1

질산 3 mL에, SrCO3 2.8050 g과 Eu2O3 0.1760 g을 용해시킨 후, 증류수 100 mL에 분산시켜 금속 혼합 용액을 제조하였다. 이후에 상기 금속 혼합 용액에 황의 함량이 1%인 황화암모늄((NH4)2S) 수용액 16 mL를 투입하였다. 이때, 수소이온농도가 7.5 ∼ 8.0 사이가 되도록 황산으로 조절하였다. 상기 두 용액이 완전히 섞인 후에 2시간 동안 약 400 rpm의 완속 교반을 수행하여 완벽한 침전을 유발시켰다. 상기에서 제조된 침전물을 필터하고, 70 ℃의 온도에서 2시간 동안 건조하여 전구체를 제조하였다. 상기에서 제조된 전구체에 황 2.45 g을 혼합한 후 알루미나 도가니에 넣고 900 ℃에서 2시간 열처리하였다. 이때 95 cc/min의 질소가스와 5 cc/min의 수소가스가 공급되는 혼합가스 분위기 하에서 소성하여 황화스트론툼 적색 형광체를 제조하였다.2.8050 g of SrCO 3 and 0.1760 g of Eu 2 O 3 were dissolved in 3 mL of nitric acid, and then dispersed in 100 mL of distilled water to prepare a metal mixed solution. Thereafter, 16 mL of an aqueous ammonium sulfide ((NH 4 ) 2 S) solution having a sulfur content of 1% was added to the metal mixed solution. At this time, it was adjusted with sulfuric acid so that the hydrogen ion concentration is between 7.5 and 8.0. After the two solutions were thoroughly mixed, slow stirring at about 400 rpm was performed for 2 hours, resulting in complete precipitation. The precipitate prepared above was filtered and dried at a temperature of 70 ° C. for 2 hours to prepare a precursor. 2.45 g of sulfur was mixed with the precursor prepared above, placed in an alumina crucible and heat-treated at 900 ° C. for 2 hours. At this time, the strontium sulfide red phosphor was manufactured by firing in a mixed gas atmosphere supplied with 95 cc / min of nitrogen gas and 5 cc / min of hydrogen gas.

상기에서 제조된 황화스트론튬의 결정성(X-선 회절 패턴)와 발광(465 nm) 및 여기 스펙트럼을 측정하여 다음 도 1, 도 2 및 도 3에 나타내었다.Crystallinity (X-ray diffraction pattern), emission (465 nm), and excitation spectrum of the strontium sulfide prepared above were measured and shown in FIGS. 1, 2, and 3.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 1.9017 g의 CaCO3과 0.1760 g의 Eu2O3을 사용하여 황화칼슘 적색 형광체를 제조하였다.Calcium sulfide red phosphor was prepared in the same manner as in Example 1, using 1.9017 g of CaCO 3 and 0.1760 g of Eu 2 O 3 .

상기에서 제조된 황화칼슘 적색 형광체의 결정성(X-선 회절 패턴)와 발광(465 nm) 및 여기 스펙트럼을 측정하여 다음 도 1, 도 2 및 도 3에 나타내었다.Crystallinity (X-ray diffraction pattern), emission (465 nm), and excitation spectrum of the calcium sulfide red phosphor prepared above were measured and shown in FIGS. 1, 2, and 3.

실시예 3Example 3

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 황화암모늄((NH4)2S) 수용액 대신에 1.2009 g의 황화나트륨(Na2S·H2O) 수용액 16 mL를 사용하여 황화스트론툼 적색 형광체를 제조하였다. 이때, 열처리 시 850 ℃ 온도에서 2시간 동안 열처리하였다.The same procedure as in Example 1, except that instead of an aqueous solution of ammonium sulfide ((NH 4 ) 2 S) using 16 mL of 1.2009 g of sodium sulfide (Na 2 S.H 2 O) aqueous solution to strontium sulfide red phosphor Prepared. At this time, the heat treatment for 2 hours at a temperature of 850 ℃.

상기에서 제조된 황화스트론튬의 발광(465 nm) 스펙트럼을 측정하여 다음 도 4에 나타내었다.The emission (465 nm) spectrum of the strontium sulfide prepared above was measured and shown in FIG. 4.

실시예 4Example 4

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 황화암모늄((NH4)2S) 수용액 대신에 황의 함량이 1%인 황화암모늄((NH4)2S) 16 mL에, 황산염 암모늄((NH4)2SO4) 3.96 g을 용해시킨 후, 이를 사용하여 황화스트론튬 적색 형광체를 제조하였다.In the same manner as in Example 1, in place of the ammonium sulfide ((NH 4 ) 2 S) aqueous solution of 16% ammonium sulfide ((NH 4 ) 2 S) of sulfur content, ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4) 3.96 g was prepared was dissolved, with this, strontium sulfide red phosphor.

상기에서 제조된 황화스트론튬 적색 형광체의 발광(465 nm) 스펙트럼을 측정하여 다음 도 4에 나타내었다.The emission (465 nm) spectrum of the strontium sulfide red phosphor prepared above was measured and shown in FIG. 4.

비교예 1Comparative Example 1

종래의 고상반응법으로 알칼리 토금속 황화물계 형광체인 SrS:Eu 형광체를 제조하고, 발광스펙트럼을 측정하여 그 결과를 다음 도 4에 나타내었다.       SrS: Eu phosphor, which is an alkaline earth metal sulfide-based phosphor, was prepared by a conventional solid-phase reaction method, and the emission spectrum thereof was measured. The results are shown in FIG. 4.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 공침법에 의해 제조된 알칼리 토금속 황화물계 형광체는 종래 보다 낮은 온도에서 열처리가 가능하여, 온도 저하를 위한 별도의 융제의 사용이 배제되고, H2S나 CS2 등의 독성 가스 대신에 수소와 질소를 혼합 사용하여 환경적, 경제적인 면에서 그 우수성이 기대된다.As described above, the alkaline earth metal sulfide-based phosphor prepared by the coprecipitation method according to the present invention can be heat treated at a lower temperature than the conventional one, thereby eliminating the use of a separate flux for reducing the temperature, and H 2 S or CS. Instead of toxic gases such as 2 , hydrogen and nitrogen are used in combination, which is expected to be excellent in terms of environment and economy.

Claims (7)

알칼리 토금속 전구체 0.5 ∼ 0.9999몰과 유로피움 전구체 0.0001 ∼ 0.5 몰이 용해된 산(acid)용액을 증류수에 분산시켜 금속 혼합 수용액을 제조하는 1단계;1 step of dispersing an acid solution in which 0.5 to 0.9999 mol of alkaline earth metal precursor and 0.0001 to 0.5 mol of europium precursor are dissolved in distilled water to prepare a metal mixed aqueous solution; 상기 금속 혼합 수용액에, 3주기 금속의 황화물 및 황산염 수용액을 투입하고 pH 5 ∼ 10 범위로 조절한 후, 여과 건조하여 알칼리 토금속 황화물계 형광체 전구체를 제조하는 2단계; 및In step 2 to prepare an alkaline earth metal sulfide-based phosphor precursor by adding a three-cycle metal sulfide and sulfate solution to the metal mixed aqueous solution, adjusted to a pH range of 5 to 10, and filtered and dried; And 상기 알칼리 토금속 황화물계 형광체 전구체를 질소와 수소 혼합 가스 분위기 하에서 600 ∼ 1000 ℃ 온도 범위로 열처리하는 3단계를 Three steps of heat-treating the alkaline earth metal sulfide-based phosphor precursor in a temperature range of 600 ~ 1000 ℃ under a nitrogen and hydrogen mixed gas atmosphere 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 알칼리 토금속 황화물계 형광체의 제조방법.Method for producing an alkaline earth metal sulfide-based phosphor comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 토금속 전구체는 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba) 중에서 선택된 금속의 화합물인 것을 특징으로 하는 알칼리 토금속 황화물계 형광체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the alkaline earth metal precursor is a compound of a metal selected from calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba). 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 토금속 전구체는 탄산염, 질산염, 수산화물 및 염화물 형태의 화합물인 것을 특징으로 하는 알칼리 토금속 황화물계 형광체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the alkaline earth metal precursor is a compound of the form of carbonate, nitrate, hydroxide and chloride. 제 1 항에 있어서, 상기 유로피움 전구체는 탄산염, 질산염, 초산염, 수산화물 및 염화물 형태의 화합물인 것을 특징으로 하는 알칼리 토금속 황화물계 형광체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the europium precursor is a compound of the form of carbonate, nitrate, acetate, hydroxide and chloride. 제 1 항에 있어서, 상기 3주기 금속의 황화물 및 황산염은 황화암모늄((NH4)2S), 황화나트륨(Na2S), 황산암모늄((NH4)2SO4) 및 황산나트륨(Na2SO4) 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 알칼리 토금속 황화물계 형광체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the sulfides and sulfates of the tricycle metal are ammonium sulfide ((NH 4 ) 2 S), sodium sulfide (Na 2 S), ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) and sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) A process for producing an alkaline earth metal sulfide-based phosphor, characterized in that selected from. 제 1 항에 있어서, 상기 3주기 금속의 황화물 및 황산염은 According to claim 1, wherein the sulfide and sulfate of the three-cycle metal 알칼리 토금속 전구체와 유로피움 전구체의 혼합물 1 몰에 대하여 1 ∼ 2 몰비로 공침하는 것을 특징으로 하는 알칼리 토금속 황화물계 형광체의 제조방법.A method for producing an alkaline earth metal sulfide-based phosphor, characterized by coprecipitation at a molar ratio of 1 to 2 per mole of a mixture of an alkaline earth metal precursor and a europium precursor. 제 1 항에 있어서, 상기 질소와 수소는 60 ∼ 95 : 5 ∼ 40 부피비로 혼합 사용하는 것을 특징으로 하는 알칼리 토금속 황화물계 형광체의 제조방법.The method for producing an alkaline earth metal sulfide-based phosphor according to claim 1, wherein the nitrogen and hydrogen are mixed and used in a volume ratio of 60 to 95: 5 to 40.
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KR101436876B1 (en) * 2011-05-30 2014-09-02 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 Method for porducing coated alkaline earth metal silicate phosphor particles

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