KR20100094169A - Ｙｖｏ계 형광체 분말 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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부용순
박우정
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 YVO계 형광체 분말의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 디스플레이용 YVO계 형광체 분말에 관한 것이다. 상기 나노 형광체 분말은 디스플레이용 고휘도의 형광체 분말로서, 입도 분포가 균일하고, 발광 효율이 우수하다. 뿐만 아니라, 단시간에 제조될 수 있고, 생산성 및 경제성이 우수하여, 브라운관(CRT), FED(Field Emission Display), PDP(Plasma Display Panel)를 비롯한 디스플레이용 장치, 각종 조명장치 및 발광기구에 사용될 수 있다.
YVO계 형광체 분말, 이트륨(Y), 바나듐(V), 함침, 소성, 재열처리

Description

ＹＶＯ계 형광체 분말 및 이의 제조 방법{YVO based fluorescent powder and preparation thereof}
본 발명은 YVO계 형광체 분말의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 디스플레이용 YVO계 형광체 분말에 관한 것이다.
발전된 형광체 제조를 위해서는 균일한 입자크기, 고휘도화, 다성분계합성, 입자 간 분산성, 작은 입자크기 및 입자크기 조절, 경제성 등의 요건들을 가지는 제조 방법이 절실히 필요하다. 이에 따라, 최근 기존의 형광체 제조 방법에 따라 발생하는 문제들을 해결한 형광체의 제조 방법들이 연구되고 있고, 이러한 방법으로는 고상법(solid state reaction), 액상법(liquid state reaction), 기상법(gas state reaction) 등이 대표적이다.
고상법으로는, 산화 이트륨(yttrium), 산화 유로퓸, 산화 바나듐을 화학량론적으로 혼합 및 분쇄하고, 소성하는 방법, 또는 이트륨과 유로퓸을 수화염으로서 침전시킨 후 산화 바나듐과 혼합 및 분쇄, 소성하는 방법이 공지되어 있다(일본공개특허제1999-073138호, 공개일:1997.8.29.). 그러나, 상기 방법에서는 각 구성 원소를 자동 유발 등으로 물리적으로 혼합하는 것이어서, 혼합 상태에 얼룩이 생기 고, 제조된 형광체 역시 균일 조성으로는 되기 어려워 1 내지 20㎛ 사이의 불균일한 입자를 수득하게 된다. 그 결과, 제조한 형광체의 발광효율이 저하되고 입자크기를 제어하기가 어렵다.
액상법에는 공침법 및 수열 합성법이 있는데, 공침법은 낮은 온도에서 균일한 크기의 형광체 제조할 수 있는 방법이나 다성분계 화합물일 경우 상분리 및 합성공정 복잡하고, 수열 합성법에 의하면 전구체 용액과 여러 실험 조건을 조절하여 비교적 균일한 크기의 구형입자를 제조할 수 있으나, 고효율화가 어렵고 입자의 응집력이 강하다는 문제점이 있다. 또한, 기상법으로는 분무열분해법(spray pyrolysis)이 있다. 이에 따르면, 구형의 입자와 분산이 우수한 형광체 입자를 수득할 수 있으나 입자의 속이 비어있고 디스플레이에 실장 했을 때 효율이 감소하며, 장치구성이 복잡하여 양산이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하여 형광체 분말의 입도 분포가 균일하고, 발광 효율이 우수하며, 단시간에 제조가 가능하여 생산성 및 경제성이 우수한 YVO계 나노 형광체 분말을 제조하였다.
본 발명은 YVO계 형광체 분말의 제조 방법을 제공하고, 이에 따라 제조된 입도 분포가 균일하고, 발광 효율이 우수하며, 단시간에 제조되어 생산성 및 경제성이 우수한 디스플레이용 YVO계 나노 형광체 분말을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은,
(a) 이트륨(Y) 및 바나듐(V)을 포함하는 금속염수용액을 고분자 물질에 함침시키는 단계;
(b) 단계 (a)의 함침물을 500 내지 1000℃의 온도로 가열된 로 안에 넣어 소성(calcination)하는 단계;
(c) 단계 (b)의 생성물을 1000 내지 1300 ℃까지 가열시켜 재열처리(sintering)시키는 단계; 및
(d) 단계 (c)의 생성물을 염기성 수용액으로 용액처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 YVO계 형광체 분말 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양태는,
(a) 이트륨(Y) 및 바나듐(V)을 포함하는 금속염수용액을 고분자 물질에 함침시키는 단계;
(b) 단계 (a)의 함침물을 500 내지 1000℃의 온도로 가열시켜 소성(calcination)하는 단계;
(c) 단계 (b)의 생성물을 1000 내지 1300 ℃까지 가열시켜 재열처리(sintering)시키는 단계; 및
(d) 단계 (c)의 생성물을 염기성 수용액으로 용액처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법이다.
상기 제조 방법에 있어서, 단계 (b) 이후 실온, 또는 15 내지 30℃의 온도로 냉각되는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제조 방법에 있어서, 단계 (c)가 30분 내지 5시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태는,
(a) 이트륨(Y) 및 바나듐(V)을 포함하는 금속염수용액을 고분자 물질에 함침시키는 단계;
(b) 단계 (a)의 함침물을 1000 내지 1300 ℃의 온도로 가열된 로 안에 넣어 소성(calcination)하는 단계;
(c) 단계 (b)의 생성물을 염기성 수용액으로 용액처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 YVO계 형광체 분말 제조 방법이다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말 제조 방법에 있어서, 단계(b)에서 30분 내지 5시간 동안 소성하는 것이 바람직하고, 30분 내지 2시간 동안 소성하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말 제조 방법에 있어서, 단계 (a) 이후 10분 이내에 단계 (b)가 이루어지는 것이 바람직하고, 단계 (a) 이후 30초 이내에 단계 (b) 가 이루어지는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말 제조 방법에 있어서, 단계 (a)에서 금속염수용액과 고분자 물질을 1:0.5 내지 1:3의 중량비로 함침시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말 제조 방법에 있어서, 용액 처리 단계의 염기성 수용액이 KOH 수용액인 것이 바람직하다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말 제조 방법에 있어서, 상기 금속염이 염 화합물, 질 화합물 또는 황 화합물인 것이 바람직하고, 염 화합물 또는 질 화합물인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말 제조 방법에 있어서, 금속염 수용액의 농도가 10 내지 70 중량%인 것이 바람직하고, 금속염 수용액의 농도가 25 내지 50 중량%인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말 제조 방법에 있어서, 고분자 물질이 셀룰로오스, 펄프 또는 레이온인 것이 바람직하다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말 제조 방법에 의해 제조되는 디스플레이용 형광체 분말은, 입자크기가 50 내지 800nm인 것이 바람직하고, 100 내지 300nm인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태는,
하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말이다.
(Y1-a-b-c Ma Lnb)(V1-d-e Pd)O4
상기 화학식 1에서, M은 Sc, Gd, Lu, La 및 Zn로 이루어진 그룹에서 선택되는 1개 이상의 원소이고, Ln는 Eu, Sm, Dy, Er, Ce 및 Bi로 이루어진 그룹에서 선택되는 1개 이상의 원소이고, 0≤a<1, 0≤b≤0.6, 0≤d<0.85, -0.3≤C≤0, -0.3≤e≤0이다.
상기 화학식 1에서, 0.05≤b≤0.15, 0.5≤d≤0.7, -0.3≤c≤-0.1, -0.3≤e≤-0.1인 것이 바람직하다.
상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 YVO계 형광체 분말의 입자크기는 50 내지 800nm인 것이 바람직하고, 100 내지 300nm인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태는 상기 YVO계 형광체 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 장치이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에서는 고분자 물질에 금속염 수용액을 함침하는 공정 및 소성(calcination) 공정을 통해 최소한의 결정핵을 제조함으로써 YVO계 형광체 분말을 제조한다. 상기 소성 공정에서는 고분자물질에 함침된 금속염수용액을 500 내지 1000 ℃의 온도로 가열된 로 안에 단시간에 넣어 가열시킨다. 소성 온도가 500 ℃ 이하인 경우, 하소 온도가 낮아 고분자물이 제거되지 못하고 불순물로 남고, 1000 ℃ 이상인 경우, 결정핵의 생성보다 결정 성장이 빠르게 진행된다. 따라서, 상기 소성 온도는 700 내지 900℃인 것이 바람직하다. 또한, 고분자물질이 함침 된 금속염수용액을 공기 중에서 5초에서 10분 사이의 빠른 시간 내에, 바람직하게는 30초 이내에 가열시킨 로의 안에 넣고 고속으로 하소함으로써 공정시간이 단축되고 생산성이 향상된다. 또한, 상기 소성 공정은 고분자물질이 산화되어 제거되기 충분하도록 30분 내지 5시간동안 이루어지며, 가열 온도 및 제조량에 따라 소성 시간을 다르게 하여 고결정성 형광체의 입자 크기를 조절할 수 있고, 이에 따라, 기존의 소성방식에 비해 짧은 시간 내에 형광체를 수득할 수 있다. 소성 시간이 30분 이하인 경우, 고결정성 입자를 수득하기 어려워 고분자물질이 불순물로 남게 되고, 5시간 이상인 경우, 고분자물질이 충분히 제거되어 결정 성장이 과도하게 진행되어 형광체 형성이 어렵다. 따라서, 바람직한 소성 시간은 30분 내지 2시간, 보다 바람직하게는 1 내지 2시간이며, 이를 통해 고분자물 및 불순물이 제거되고 고분자물의 구조(수 Åm)에 침입되어 있는 금속염수용액이 사이즈의 결정핵과 매우 약하게 응집된 미세한 분말 형태를 띈다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말의 제조방법에 있어서, 열처리 공정은 공기 중에서 50~200℃/h의 가열속도로 1000 내지 1300℃의 온도로 가열하여 재열처리하는 것이 바람직하고, 이에 따라 고결정성 YVO계 형광체 분말을 수득할 수 있다. 1000℃ 이하로 가열하는 경우, 형광체의 고결정성 형성이 어려워 발광효율이 저하 되고, 1300℃ 이상으로 가열하는 경우, 결정 성장 및 분말응집이 급격하게 진행되어 형광체 분말의 제조가 어렵다. 따라서, 바람직한 온도는 1100 내지 1200℃이다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말의 제조방법에 있어서, 분쇄공정은 형광체 분말 을 볼밀(ball mill), 롤러 제분기(rollermill), 진동 볼밀(ball mill), 아토라이타밀, 유성 볼밀(ball mill), 샌드밀(sand mill) 장치 내의 충돌(crush) 및 전단력에 의한 미립화에 의해, 또는 커터밀(cutter mill), 해머밀(hammer mill). 제트밀(jet mill) 등의 건식형 분산기, 초음파 분산기, 고압 균질기(homogenizer)등으로 처리함으로서 이루어진다. 바람직하게는, 볼밀(ball mill)로 분쇄한다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말의 제조방법에 있어서, 상기 열처리공정과 고분자물질 함침공정을 통해 50 내지 800nm, 바람직하게는 50 내지 500nm, 보다 바람직하게는 100 내지 300nm 크기의 균일한 입자를 수득한다. 본 발명의 YVO계 형광체 분말 입자는 상기와 같이 작은 입자 크기를 가지므로, 충진 밀도가 크다. 따라서, 반사도가 크고 증가 휘도가 향상되어, 발광 효율이 우수하다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말의 제조방법에 있어서, 수용성 금속 염으로는 염화물, 질화물 또는 황화물, 바람직하게는 염화물 또는 질화물을 사용하여 저온에서의 합성이 용이하도록 한다. 상기 금속염수용액은 10 내지 70 중량%, 바람직하게는 25 내지 50중량%이며, 10중량% 미만인 경우 고분자물질 전체에 함침되는 시간이 길어지고 생산성이 저하된다. 70중량% 이상인 경우, 금속염수용액의 유동성이 저하되어 함침공정에 장애를 주고 고분자물질의 표면으로부터 다량의 미함침 금속염수용액이 고분자물질의 내부까지 흡수되기 어렵다. 따라서, 25 내지 50중량%로 미세한 입자가 고분자물질의 매트릭스 안으로 균일하게 함침되는 것이 바람직하다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말의 제조방법에 있어서, 고분자물질은 결정형 셀룰로오즈(순도99.99%), 고순도 펄프(99.8%) 또는 레이온이고, 바람직하게는 고순도 펄프이다. 고순도 펄프의 미세한 결정(40 내지 250Am) 내에 금속염수용액을 흡수시키고, 고순도 펄프는 약 200℃ 이상의 소성 공정에서 완전히 산화되어 대기 중으로 사라지고 불순물이 거의 남지 않는다(도 1). 한편, 결정형 셀룰로오즈는 소성온도가 높고 반응이 느리기 때문에 고순도 펄프에 비해 적절하지 않다.
또한, 금속염수용액과 고분자물질의 중량비율이 1:0.5 내지 1:3인 것이 바람직하다. 중량비율이 1:0.5이하인 경우, 고분자물질보다 미함침의 금속염수용액이 다량 존재하고 열처리공정에서 입자 크기가 큰 물질이 생성되므로 부적합하다. 또한, 고분자물의 중량비율이 1:3 이상이면 금속염수용액보다 고분자물질의 양이 많아 생산성이 저하되고, 금속염수용액의 흡수 시간이 길어져고 경제성도 저하되어 적절하지 않았다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말은 하기 화학식 1에 의해 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
(Y1-a-b-c Ma Lnb)(V1-d-e Pd)O4
상기 화학식 1에서, M는 Sc, Gd, Lu, La, Zn로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, Ln는 Eu, Sm, Dy, Er, Ce, Bi로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0≤a<1, 0≤b≤0.6 0≤d<0.85, -0.4≤c≤0, -0.4≤e≤0이다.
상기 화학식 1에 있어서, 0.05≤b≤0.15, 0.5≤d≤0.7, -0.3≤c≤-0.1, -0.3≤e≤-0.1의 범위인 것이 바람직하다. 상기 화학식에서, b의 값이 너무 작으면 활성제로서 발광효율이 낮고, b의 값이 클 경우 활성제의 농도소광현상으로 인해 발 광효율이 낮아진다. d의 값이 너무 작거나 클 경우 진공 자외선에 의한 발광 휘도가 낮아지기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말 제조 방법에 있어서, 소성 단계에서 분위기 가스로 질소/수소 혼합가스, 질소, 암모니아 또는 희가스(noble gas) 등에서 선택된 어느 하나 이상을 사용한다. 상기 분위기 가스와 화학식 1에 따르는 조성을 조절함으로서, 100nm 내지 500nm 범위의 광으로 여기할 수 있고, 발광 스펙트럼에 있어서의 피크파장이 청색(450nm)에서부터 적색(700nm)의 사이에 나타나게 된다. 또한, 상기 화학식 1은 화학 양론적 조성식 또는 비 화학 양론적 조성식에 해당되며, c와 e는 비 화학 양론적 조성식의 보정 값이다. 본 발명의 형광체 중 YVO계의 YPV 적색 형광체는 자외선 여기에서 254nm 의한 발광효율이 향상된다(도 2).
본 발명의 YVO계 형광체 분말은 Eu, Sm, Dy, Er, Ce, Bi로부터 LED(light-emitting diode), PDP(plasma display panel), 램프 등의 디스플레이용 형광체로 응용될 수 있다.
본 발명의 YVO계 형광체 분말에 대한 XRD 회절의 결과, 소성 후 YVO계 산화물 이외에 황색 분말인 V산화물계 화합물도 검출되었다.
또한, 본 발명의 YVO계 형광체 분말은, 용액처리시의 온도, 시간, PH, 농도에 의해 입자크기가 30 내지 300 %로 재결정된다.
본 발명에 따라 제조된 YVO계 형광체 분말은 디스플레이용 고휘도의 형광체 분말이다. 본 발명의 YVO계 형광체 분말은 입도 분포가 균일하고, 입자의 크기가 작아, 충진 밀도가 증가한다. 이에 따라 반사도가 증가하므로 휘도가 향상되어, 발광 효율이 향상된다. 뿐만 아니라, 본 발명의 YVO계 형광체 분말의 제조 방법에 따르면, YVO계 형광체 분말이 단시간에 제조될 수 있고, 생산성 및 경제성이 우수하여, 브라운관(CRT), FED(Field Emission Display), PDP(Plasma Display Panel)를 비롯한 디스플레이용 장치, 각종 조명장치 및 발광기구에 사용될 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
하기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1은 YVO계의 YPVO:Eu3+ 적색 형광체 분말의 제조방법에 관한 것이다.
실시예 1-YPVO:Eu 3+ 의 제조방법
금속염을 물(D.I water)에 녹인 YCl3·H2O/물(D.I water) 50wt%, H3PO4/물(D.I water) 85wt%, VO(SO4)·5H2O/물(D.I water) 30wt%, EuCl3·H2O/물(D.I water) 23wt%를 사용하여 YPVO:Eu3+를 제조하였다.
하기 표 1에 나타난 시료 1의 조성에 따라, 소성 후 총 시료의 중량이 5g이 되도록 각 원소를 칭량하였다. 교반기(100r/min)로 30분 동안 혼합하여 균일한 금 속염수용액을 수득하였다. 고순도펄프와 금속염수용액을 1:1의 중량비로 1시간 이상 함침하였다. 함침된 금속염수용액을 다공질 알루미나 도가니에 넣고, 전기로를 800℃로 가열한 후 전기로의 안으로 10초 이내로 넣고 공기중에서 1시간 열처리하여 형광체 분말을 수득하였다. 이어서, 실온에서부터 가열속도 200℃/h으로 각 1100℃, 1150℃, 1200℃, 1250℃, 1300℃의 온도에서 1시간 유지하여 YPVO:Eu3+ 적색 형광체 분말을 수득하였다. 용액처리 전후의 FE-SEM사진에 의해 입자 성장을 관찰한 결과, 온도가 상승할수록 입자의 크기가 증가하였으며 1150℃ 이하 일 때 300nm 이하의 구형(sphere shape)에 가까운 미세한 입자를 수득할 수 있었고, 1150℃ 이상에서는 입자 크기가 현저하게 증가하여 막대(rod shape) 형태의 입자모양을 나타내었다(도 3 및 4).
시료 조성(mole)
Y P V Eu
시료 1 0.96 0.7 0.45 0.1
시료 2 0.94 0.7 0.5 0.1
시료 3 0.96 0.7 0.5 0.1
시료 4 0.99 0.7 0.5 0.1
시료 5 1.05 0.7 0.5 0.1
하기 표 2에 여기광 254nm에서의 상기 각각의 온도에서의 시료 1의 PL측정결과의 피크파장, 상대발광강도 및 색도(x, y)를 나타내었다. 1150℃, 1시간 동안 유지한 시료 1의 용액처리 전과 후, 상용품 YPV와 XRD패턴을 비교한 결과 거의 일치하는 것을 확인하였다. 하기 표 2에서, 상용품(YPV) 형광체를 상대발광강도 및 상대휘도 100%로 나타내었고, 이 때, 상용품(YPV)의 발광스펙트럼은 피크파장 620nm, 색도(x, y)는 x= 0.642, y=0.338 로 나타났다.
시료 소성온도(℃) 색점도 상대발광강도 피크파장 평균입자크기
X Y % nm nm
상용품(YPV) 0.642 0.336 100 620 5000
시료 1-1 1050 0.644 0.348 73.5 620 50
시료 1-1 용액처리 1050 0.644 0.348 86.5 620 70
시료 1-2 1100 0.647 0.348 86.6 620 100
시료 1-2용액처리 1100 0.647 0.348 91.2 620 120
시료 1-3 1150 0.65 0.345 98.8 620 200
시료 1-3용액처리 1150 0.65 0.345 105.1 620 300
시료 1-4 1200 0.653 0.343 102.9 620 3000
시료 1-4 용액처리 1200 0.653 0.343 108.2 620 3500
실시예 2
실시예 1에 따른 제조 결과, 1150℃일 때 생성된 입자가 구형에 가까운 형태를 유지하면서 고효율의 발광특성을 보였다. 이에 따라, 실시예 2에서는 표 1의 시료 2 조성으로 상기 실시예 1의 동일한 공정 및 소성온도 1150℃에서 YPVO:Eu3+를 제조하였다.
용액처리 전후의 FE-SEM사진으로 용액처리 후 입자가 성장하는 것을 확인하였고(도 5), 여기광 254nm 하에서의 용액처리 전후의 시료 2의 PL측정 결과의 피크파장, 상대발광강도 및 색도(x, y)를 표 3에 나타내었다.
상기 시료 2를 UV:254nm 하에서 여기시킨 발광 스펙트럼을 상용품(YPV), 용액처리 전, 후 형광체와 함께 그래프로 나타내었고(도 9), 1150℃로 1시간 유지한 시료 2의 용액 처리 전과 후, 상용품 YPV와 비교한 결과 XRD패턴은 거의 일치하는 것으로 나타났다(도 13).
실시예 3
표 1의 시료 3의 조성으로 상기 실시예 1의 동일한 공정 및 소성온도 1150℃에서 YPVO:Eu3+를 제조하였다.
용액처리 전후의 FE-SEM사진으로 용액처리 후 입자가 성장하는 것을 확인하였고(도 6), 여기광 254nm 하에서의 용액처리 전후의 시료 3의 PL측정 결과의 피크파장, 상대발광강도 및 색도(x, y)를 표 3에 나타내었다.
상기 시료 3을 UV:254nm 하에서 여기시킨 발광 스펙트럼을 상용품(YPV), 용액처리 전, 후 형광체와 함께 그래프로 나타내었고(도 10), 1150℃로 1시간 유지한 시료 3의 용액 처리 전과 후, 상용품 YPV와 비교한 결과 XRD패턴은 거의 일치하는 것으로 나타났다(도 14).
실시예 4
표 1의 시료 4의 조성으로 상기 실시예 1의 동일한 공정 및 소성온도 1150℃에서 YPVO:Eu3+를 제조하였다.
용액처리 전후의 FE-SEM사진으로 용액처리 후 입자가 성장하는 것을 확인하였고(도 7), 여기광 254nm 하에서의 용액처리 전후의 시료 4의 PL측정 결과의 피크파장, 상대발광강도 및 색도(x, y)를 표 3에 나타내었다.
상기 시료 4을 UV:254nm 하에서 여기시킨 발광 스펙트럼을 상용품(YPV), 용액처리 전, 후 형광체와 함께 그래프로 나타내었고(도 11), 1150℃로 1시간 유지한 시료 4의 용액 처리 전과 후, 상용품 YPV와 비교한 결과 XRD패턴은 거의 일치하는 것으로 나타났다(도 15).
실시예 5
표 1의 시료 5의 조성으로 상기 실시예 1의 동일한 공정 및 소성온도 1150℃에서 YPVO:Eu3+를 제조하였다.
용액처리 전후의 FE-SEM사진으로 용액처리 후 입자가 성장하는 것을 확인하였고(도 8), 여기광 254nm 하에서의 용액처리 전후의 시료 5의 PL측정 결과의 피크파장, 상대발광강도 및 색도(x, y)를 표 3에 나타내었다.
상기 시료 5를 UV:254nm 하에서 여기시킨 발광 스펙트럼을 상용품(YPV), 용액처리 전, 후 형광체와 함께 그래프로 나타내었고(도 12), 1150℃로 1시간 유지한 시료 5의 용액 처리 전과 후, 상용품 YPV와 비교한 결과 XRD패턴은 거의 일치하는 것으로 나타났다(도 16).
비교예 1
실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 조성의 물질을 대상으로, 공지된 고상법(일본공개특허제1999-073138호, 공개일:1997.8.29.)을 통해 YPVO:Eu3+를 제조하였다.
이 때, Y2O3(99.9%), (NH4)H2PO4(99.9%), V2O5(99.0%), Eu2O3(99.9%)의 산화물 분말을 사용하였다. 전기로를 800℃로 가열한 후 전기로의 안으로 30초 이내에 넣고 공기 중에서 1시간 열처리하였고, 이어서, 가열속도 200℃/h으로 각각 1150℃의 온도에서 1시간 유지하여 형광체 분말을 수득하였다. 수득한 형광체 분말을 기존의 상용품(YPV)와 비교하여 FE-SEM사진, PL분석을 실시한 결과, 실시예 1에 비해 휘도 및 발광강도가 현저히 저하되었음을 확인하였다.
시료 소성온도 색점도
 상대발광강도 피크파장 평균입자크기
(℃) X Y % nm nm
시료 2 1150℃ 0.655 0.333 94.1 620 600
시료 2용액처리 1150℃ 0.654 0.334 108.2 620 1000
시료 3 1150 0.655 0.331 73.8 620 100
시료 3 용액처리 1150 0.655 0.331 78.8 620 300
시료 4 1150℃ 0.655 0.333 78.2 620 150
시료 4 용액처리 1150℃ 0.655 0.333 101.9 620 250
시료 5 1150℃ 0.655 0.333 92.4 620 200
시료 5 용액처리 1150℃ 0.655 0.333 102.1 620 250
도 1은 본 발명의 고분자물질로 사용하는 고순도펄프의 x155000 TEM사진이다.
도 2는 상용품 YPV형광체의 FE-SEM사진이다.
도 3은 표 1의 시료1의 용액처리 전 온도 1100 내지 1300℃에서의 FE-SEM 사진이다.
도 4는 표 1의 시료 1의 용액처리 후 온도 1100 내지 1300℃에서의 FE-SEM 사진이다.
도 5는 표 1의 시료 2의 용액처리 전, 후 온도 1150℃의 FE-SEM 사진이다.
도 6은 표 1의 시료 3의 용액처리 전, 후 온도 1150℃의 FE-SEM 사진이다.
도 7은 표 1의 시료 4의 용액처리 전, 후 온도 1150℃의 FE-SEM 사진이다.
도 8은 표 1의 시료 5의 용액처리 전, 후 온도 1150℃의 FE-SEM 사진이다.
도 9는 표 2의 상용품과 시료 2의 용액처리 전, 후 여기파장 254nm 아래의 PL(Photoluminescence) 그래프이다.
도 10은 표 2의 상용품과 시료 3의 용액처리 전, 후 여기파장 254nm 아래의 PL(Photoluminescence) 그래프이다.
도 11은 표 2의 상용품과 시료 4의 용액처리 전, 후 여기파장 254nm 아래의 PL(Photoluminescence) 그래프이다.
도 12는 표 2의 상용품과 시료 5의 용액처리 전, 후 여기파장 254nm 아래의 PL(Photoluminescence) 그래프이다.
도 13은 표 1의 상용품과 시료 2의 용액처리 전, 후 온도 1150℃의 XRD 패턴이다.
도 14는 표 1의 상용품과 시료 3의 용액처리 전, 후 온도 1150℃의 XRD 패턴이다.
도 15는 표 1의 상용품과 시료 4의 용액처리 전, 후 온도 1150℃의 XRD 패턴이다.
도 16은 표 1의 상용품과 시료 5의 용액처리 전, 후 온도 1150℃의 XRD 패턴이다.

Claims (26)

  1. YVO계 형광체 분말의 제조 방법에 있어서,
    (a) 이트륨(Y) 및 바나듐(V)을 포함하는 금속염수용액을 고분자 물질에 함침시키는 단계;
    (b) 단계 (a)의 함침물을 500 내지 1000℃의 온도로 가열된 로 안에 넣어 소성(calcination)하는 단계;
    (c) 단계 (b)의 생성물을 1000 내지 1300 ℃까지 가열시켜 재열처리(sintering)시키는 단계; 및
    (d) 단계 (c)의 생성물을 염기성 수용액으로 용액처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  2. 형광체 분말의 제조 방법에 있어서,
    (a) 이트륨(Y) 및 바나듐(V)을 포함하는 금속염수용액을 고분자 물질에 함침시키는 단계;
    (b) 단계 (a)의 함침물을 500 내지 1000℃의 온도로 가열시켜 소성(calcination)하는 단계;
    (c) 단계 (b)의 생성물을 1000 내지 1300 ℃까지 가열시켜 재열처리(sintering)시키는 단계; 및
    (d) 단계 (c)의 생성물을 염기성 수용액으로 용액처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  3. 형광체 분말의 제조 방법에 있어서,
    (a) 이트륨(Y) 및 바나듐(V)을 포함하는 금속염수용액을 고분자 물질에 함침시키는 단계;
    (b) 단계 (a)의 함침물을 1000 내지 1300 ℃의 온도로 가열된 로 안에 넣어 소성(calcination)하는 단계;
    (c) 단계 (b)의 생성물을 염기성 수용액으로 용액처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    단계 (b) 이후 15 내지 30℃의 온도로 냉각되는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    단계 (c)가 30분 내지 5시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계(b)에서 30분 내지 5시간 동안 소성하는 것을 특징으로 하는, YVO계 형 광체 분말 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    단계(b)에서 30분 내지 2시간 동안 소성하는 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    단계 (a) 이후 10분 이내에 단계 (b)가 이루어지는 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    단계 (a) 이후 30초 이내에 단계 (b)가 이루어지는 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (a)에서 금속염수용액과 고분자 물질을 1:0.5 내지 1:3의 중량비로 함침시키는 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    단계 (d)의 염기성 수용액이 KOH 수용액인 것을 특징으로 하는, YVO계 형광 체 분말 제조 방법.
  12. 제3항에 있어서,
    단계 (c)의 염기성 수용액이 KOH 수용액인 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속염이 염 화합물, 질 화합물 또는 황 화합물인 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  14. 제14항에 있어서,
    상기 금속염이 염 화합물 또는 질 화합물인 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속염 수용액의 농도가 10 내지 70 중량%인 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 금속염 수용액의 농도가 25 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는, YVO 계 형광체 분말 제조 방법.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 물질이 셀룰로오스, 펄프 또는 레이온인 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    형광체 분말이 디스플레이용 나노 형광체 분말인 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말 제조 방법.
  19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 제조 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말.
  20. 제19항에 있어서,
    형광체 분말의 입자크기가 50 내지 800nm인 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말.
  21. 제20항에 있어서,
    형광체 분말의 입자크기가 100 내지 300nm인 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말.
  22. 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말.
    [화학식 1]
    (Y1-a-b-c Ma Lnb)(V1-d-e Pd)O4
    상기 화학식 1에서, M은 Sc, Gd, Lu, La 및 Zn로 이루어진 그룹에서 선택되는 1개 이상의 원소이고, Ln는 Eu, Sm, Dy, Er, Ce 및 Bi로 이루어진 그룹에서 선택되는 1개 이상의 원소이고, 0≤a<1, 0≤b≤0.6, 0≤d<0.85, -0.3≤C≤0, -0.3≤e≤0이다.
  23. 제22항에 있어서,
    화학식 1에서 0.05≤b≤0.15, 0.5≤d≤0.7, -0.3≤c≤-0.1, -0.3≤e≤-0.1인 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말.
  24. 제22항에 있어서,
    형광체 분말의 입자크기가 50 내지 800nm인 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말.
  25. 제24항에 있어서,
    형광체 분말의 입자크기가 100 내지 300nm인 것을 특징으로 하는, YVO계 형광체 분말.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항의 YVO계 형광체 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 장치.
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