KR20120030571A - 코어/쉘 유형의, 세륨 및/또는 테르븀 포스페이트 및 나트륨을 포함하는 조성물, 상기 조성물로부터 생성된 인광체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 조성물은 미네랄 코어 및 미네랄 코어를 균일하게 덮는 쉘에 의해 형성된 입자를 포함하는 유형의 조성물이이고, 상기 쉘은 임의로 란타넘과 조합된, 세륨 및/또는 테르븀의 포스페이트를 기재로 한다. 조성물은 나트륨을 7000 ppm 이하의 농도로 함유하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 인광체는 1000℃ 이상에서 조성물의 하소에 의해 수득된다.

Description

코어/쉘 유형의, 세륨 및/또는 테르븀 포스페이트 및 나트륨을 포함하는 조성물, 상기 조성물로부터 생성된 인광체 및 그의 제조 방법{COMPOSITION COMPRISING A CERIUM AND/OR TERBIUM PHOSPHATE AND SODIUM, OF CORE/SHELL TYPE, PHOSPHOR RESULTING FROM THIS COMPOSITION AND METHODS FOR PREPARING SAME}

본 발명은 세륨 및/또는 테르븀 포스페이트 및 나트륨을, 임의로 란타넘과 조합하여 포함하는 코어/쉘 유형의 조성물, 이 조성물로부터 수득된 인광체, 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

이후 LaCeTb 포스페이트로 나타내어지는, 혼합된 란타넘 세륨 테르븀 포스페이트는 그의 발광 특성에 대해 잘 알려져 있다. 이들이 가시 범위의 파장보다 더 짧은 파장을 갖는 특정 고-에너지 방사선 (조명 또는 디스플레이 시스템용 UV 또는 VUV 방사선)에 의해 조사될 때 이들은 밝은 녹색광을 방출한다. 이러한 특성을 이용한 인광체는 통상적으로 산업적 규모로, 예를 들어 삼색 형광등, 액정 디스플레이용 백라이트 시스템 또는 플라즈마 시스템에 사용된다.

이들 인광체는 비용이 높고 또한 그 변동이 큰 희토류를 함유한다. 따라서 이러한 인광체의 비용을 줄이는 것이 주요한 과제이다.

또한, 특정 희토류, 예컨대 테르븀의 희소성으로 인해, 인광체 중에서 그의 양을 감소시키는 것이 요구된다.

인광체의 비용을 줄이는 것 이외에, 그의 제조 방법을 개선시키는 것이 또한 요구된다.

특히, 특허 출원 EP 0 581 621에 기재된 바와 같은 습식 가공 방법이 LaCeTb 포스페이트를 제조하기 위한 것으로 공지되어 있다. 이 방법은, 좁은 입자 크기 분포로 포스페이트의 입자 크기를 개선시켜 특히 효율적인 인광체를 초래하는 것을 가능하게 한다. 기재된 방법에서는 보다 특히 니트레이트, 예컨대 희토류 염을 사용하고, 염기로서 수산화암모늄을 사용하는 것을 추천하지만, 이는 질소함유 생성물이 배출된다는 단점을 갖는다. 따라서, 방법이 효율적 생성물을 초래할지라도, 그의 실행은 이러한 배출을 금지하거나 제한하는 훨씬 더 엄중한 환경 법을 따르기 위해서 보다 복잡해질 수 있다.

인정하건대, 특히, 수산화암모늄, 예컨대 알칼리 금속 수산화물 이외에 강염기를 사용하는 것이 가능하지만, 이들은 알칼리 금속이 포스페이트 중에 존재하도록 하고, 그의 존재는 인광체의 발광 특성을 저하시키기 쉬운 것으로 간주된다.

따라서, 현재, 니트레이트 또는 수산화암모늄을 거의 사용하지 않거나 전혀 사용하지 않으면서 그렇게 하여 수득된 생성물의 발광 특성에는 부정적인 영향을 미치지 않는 제조 방법에 대한 필요가 있다.

상기에 언급된 과제 및 요구사항을 만족시키기 위해, 본 발명의 제1 목적은 저비용의 인광체를 제공하는 것이다.

또 다른 본 발명의 목적은 질소함유 생성물의 배출을 제한하거나 또는 심지어 이러한 생성물을 배출하지 않는 포스페이트의 제조 방법을 창안하는 것이다.

이 목적을 위해, 본 발명의 조성물은 미네랄 코어 및 상기 미네랄 코어를 균일하게 덮는 쉘로 이루어진 입자를 포함하는 유형의 조성물이고, 상기 쉘은 희토류 (Ln)의 포스페이트를 기재로 하고, Ln은 세륨 및 테르븀으로부터 선택된 하나 이상의 희토류, 또는 상기 언급된 두 희토류 중 적어도 하나와 조합된 란타넘을 나타내며, 이 조성물은 나트륨을 7000 ppm 이하의 함량으로 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징, 세부 사항 및 장점은 이하의 상세한 설명을 통해 보다 더 명확하게 파악할 수 있을 것이며, 다양한 구체적인 실시예는 예시적인 것이며 제한하려는 의도는 아니다.

또한, 이후 상세한 설명에서, 달리 나타내지 않는 한 주어진 모든 값의 범위 또는 한계에 경계에 있는 값들이 포함되며, 따라서 정의된 값들의 범위 또는 한계는 하한치보다 크거나 같고/거나 상한치보다 작거나 같은 임의의 값들을 포함하는 것을 인지해야 한다.

전체 설명과 관련하여, 나트륨 함량이 두가지 기술을 이용하여 측정된다는 것이 또한 여기서 언급된다. 첫번째는 약 100 ppm 이상의 나트륨 함량이 측정가능한 X선 형광 기술이다. 이 기술은 보다 특히 나트륨 함량이 가장 높은 포스페이트 또는 전구체 또는 인광체에 사용될 것이다. 두번째 기술은 ICP-AES (유도 결합 플라즈마 - 원자 방출 분광분석법) 또는 ICP-OES (유도 결합 플라즈마 - 광학 방출 분광분석법) 기술이다. 이 기술은 보다 특히 나트륨 함량이 가장 낮은, 특히 약 100 ppm 미만의 함량인 전구체 또는 인광체에 사용될 것이다.

용어 "희토류"는 이후 상세한 설명에서, 스칸듐, 이트륨에 의해 형성된 족의 원소 및 57 내지 71의 원자 번호를 갖는 주기율표의 원소를 의미하는 것으로 이해한다.

용어 "비표면적"은 크립톤 흡착에 의해 측정된 BET 비표면적을 의미하는 것으로 이해한다. 본 명세서에서 주어진 표면적은 분말을 200℃에서 8 시간 동안 탈기시킨 후 ASAP2010 기기로 측정한 것이다.

상기 언급된 바와 같이, 본 발명은 두가지 유형의 생성물: 포스페이트-함유 조성물 (이후 조성물 또는 전구체로 또한 불림); 및 이러한 전구체로부터 수득된 인광체에 관한 것이다. 인광체는 그 자체로 원하는 응용에서 그들을 직접적으로 사용할 수 있기에 충분한 발광 특성을 갖는다. 전구체는 발광 특성을 가지고 있지 않거나, 발광 특성을 가지고 있을 수 있지만 일반적으로 이러한 동일한 응용에 사용하기에는 너무 낮다.

이제 생성물의 이러한 2가지 유형을 보다 상세하게 기재할 것이다.

포스페이트-함유 조성물 또는 전구체

본 발명의 포스페이트-함유 조성물은 첫째로 이후 기재되는 그의 특정 코어/쉘 구조를 특징으로 한다.

미네랄 코어는 특히 미네랄 옥시드 또는 포스페이트일 수 있는 물질을 기재로 한다.

산화물 중, 특히 산화지르코늄, 산화아연, 산화티타늄, 산화마그네슘, 산화알루미늄 (알루미나) 및 희토류의 산화물을 언급할 수 있다. 희토류 산화물로서, 보다 더 특히 산화가돌리늄, 산화이트륨 및 산화세륨을 언급할 수 있다.

선택된 산화물은 바람직하게는 산화이트륨, 산화가돌리늄 및 알루미나일 수 있다.

포스페이트 중, 하나 이상의 희토류의 오르토포스페이트 (이들 중 하나는 도펀트로서 작용할 수 있음), 예컨대 란타넘 오르토포스페이트 (LaPO₄), 란타넘 세륨 오르토포스페이트 ((LaCe)PO₄), 이트륨 오르토포스페이트 (YPO₄) 및 희토류 또는 알루미늄 폴리포스페이트를 언급할 수 있다.

한 특정한 실시양태에 따라, 코어의 물질은 란타넘 오르토포스페이트, 가돌리늄 오르토포스페이트 또는 이트륨 오르토포스페이트이다.

알칼리-토류 포스페이트, 예컨대 Ca₂P₂O₇, 지르코늄 포스페이트 ZrP₂O₇ 및 알칼리-토류 히드록시아파타이트를 언급할 수 있다.

다른 미네랄 화합물, 예컨대 바나데이트, 특히 희토류 바나데이트 (YVO₄), 게르마네이트, 실리카, 실리케이트, 특히 아연 또는 지르코늄 실리케이트, 텅스테이트, 몰리브데이트, 술페이트 (BaSO₄), 보레이트 (YBO₃, GdBO₃), 카르보네이트 및 티타네이트 (예컨대 BaTiO₃), 지르코네이트, 및 임의로 희토류에 의해 도핑된 알칼리-토류 금속 알루미네이트, 예컨대 바륨 및/또는 마그네슘 알루미네이트, 예를 들어 MgAl₂O₄, BaAl₂O₄ 또는 BaMgAl₁₀O₁₇이 또한 적합하다.

최종적으로, 상기 화합물로부터 유래된 화합물, 예컨대 혼합된 산화물, 특히 희토류 산화물, 예를 들어 혼합된 지르코늄 세륨 옥시드, 혼합된 포스페이트, 특히 혼합된 희토류 포스페이트, 및 포스포 바나데이트가 적합할 수 있다.

또한, 코어의 물질은 특별한 광학 특성, 특히 UV 반사 특성을 가지고 있을 수 있다.

표현 "미네랄 코어를 기재로 한다"는 50 중량% 이상, 바람직하게는 70 중량% 이상, 보다 바람직하게는 80 중량% 또는 심지어 90 중량%의 해당 물질을 포함하는 어셈블리를 나타내는 것으로 이해한다. 한 특정한 실시양태에 따르면, 코어는 본질적으로 상기 물질로 이루어지거나 (즉, 95 중량%, 예를 들어 98 중량% 이상 또는 심지어 99 중량% 이상의 함량임) 또는 심지어 전적으로 이 물질로 이루어질 수 있다.

이제 본 발명의 몇몇 유리한 실시양태를 기재할 것이다.

제1 실시양태에 따르면, 코어는 사실상 일반적으로 잘 결정화된 물질 또는 낮은 비표면적을 갖는 물질에 상응하는, 치밀한 물질로 만들어진다.

표현 "낮은 비표면적"은 5 m²/g 이하, 보다 특히 2 m²/g 이하, 보다 더 특히 1 m²/g 이하, 특별히 0.6 m²/g 이하의 비표면적을 의미하는 것으로 이해한다.

또 다른 실시양태에 따르면, 코어는 온도에 안정한 물질을 기재로 한다. 이는 고온에서 융점을 갖음으로써, 동일한 온도에서 인광체로서의 응용에 문제를 일으키는 부산물로 열화되지 않고, 결정질로 남아 있고, 따라서 이 동일한 온도에서 다시 무정형 물질로 변환되지 않는다.

여기서 의도되는 고온은 적어도 900℃ 초과, 바람직하게는 적어도 1000℃ 초과, 보다 더 바람직하게는 1200℃ 이상의 온도이다.

제3 실시양태는 상기 두 실시양태의 특징을 조합시킨 물질을 코어로 사용하여, 낮은 비표면적을 가지며 온도에 안정한 물질로 구성된다.

상기 기재된 실시양태 중 적어도 하나에 따른 코어를 사용한다는 것은 수많은 이점을 갖는다. 첫째로, 전구체의 코어/쉘 구조는 그로부터 생성된 인광체에서 특히 잘 유지되어, 최대 비용 이점을 달성될 수 있다.

또한, 상기 언급된 실시양태 중 적어도 하나에 따르는 코어를 제조에서 사용하여 본 발명의 전구체로부터 수득된 인광체는, 동일한 조성이지만 코어/쉘 구조를 가지고 있지 않은 인광체의 광발광 효율과 동일한 광발광 효율을 가질 뿐만 아니라, 특정 경우에 월등하다는 것을 발견하였다.

코어의 물질은 특히 공지된 용융 염 기술을 사용하여 치밀화할 수 있다. 이 기술은 임의로 환원 분위기, 예를 들어 아르곤/수소 혼합물 중에서, 클로라이드 (예를 들어, 염화나트륨 또는 염화나트륨), 플루오라이드 (예를 들어, 플루오린화리튬), 보레이트 (리튬 보레이트), 카르보네이트 및 붕산으로부터 선택될 수 있는 플럭싱 작용제의 존재 하에, 물질을 고온으로, 예를 들어 900℃ 이상에서 치밀화 하는 것으로 이루어진다.

코어는 특히 1 내지 10 μm의 평균 직경을 가지고 있을 수 있다.

이들 직경은 SEM (주사 전자 현미경검사)을 사용하여 150개 이상의 입자를 통계적으로 계산하여 결정할 수 있다.

코어의 치수, 및 마찬가지로 아래 기재될 쉘의 치수가 또한 특히 본 발명의 포스페이트/전구체의 부분의 투과 전자 현미경사진으로 측정될 수 있다.

본 발명의 조성물/전구체의 다른 구조적 특징은 쉘이다.

본 발명의 한 특정한 실시양태에 따라, 이 쉘은 300 nm 이상의 주어진 두께로 균일하게 코어를 덮는다. 용어 "균일 층"은 완전히 코어를 덮고 바람직하게는, 예를 들어 상기 언급된 특정한 실시양태에 따른 쉘의 경우에 300 nm라는 주어진 값보다 작은 두께를 결코 갖지 않는 연속 층을 의미하는 것으로 이해한다. 이러한 균일성은 특히 주사 전자 현미경사진에서 볼 수 있다. X선 회절 (XRD) 측정은 또한 두 별도의 조성물의 존재, 즉 코어의 존재 및 쉘의 존재를 증명한다.

쉘의 두께는 보다 특히 500 nm 이상일 수 있다. 이는 또한 2000 nm (2 μm) 이하, 보다 특히 1000 nm 이하일 수 있다.

쉘은 아래 보다 상세하게 기재될 특정 희토류 (Ln) 포스페이트를 기재로 한다.

쉘의 포스페이트는, 본질적으로 (다른 나머지 포스페이트-함유 종의 존재가 가능함), 바람직하게는 완전히 오르토포스페이트 유형이다.

쉘의 포스페이트는 세륨 또는 테르븀, 또는 이들 두 희토류의 조합의 포스페이트이다. 이는 또한 이러한 두 상기 언급된 희토류 중 적어도 하나와 조합된 란타넘 포스페이트일 수 있고, 이는 또한 특히 란타넘 세륨 테르븀 포스페이트일 수 있다.

이러한 다양한 희토류의 각각 비율은 폭넓게, 보다 특히 하기 주어진 값 내에서 다양할 수 있다. 따라서, 쉘의 포스페이트는 하기 화학식 1을 만족시킬 수 있는 생성물을 본질적으로 포함한다:

<화학식 1>

상기 식에서, 합 x+y+z는 1과 같고, y 및 z 중 적어도 하나는 0이 아니다.

상기 화학식 1에서, x는 보다 특히 0.2 내지 0.98, 보다 더 특히 0.4 내지 0.95일 수 있다.

화학식 1에서 x 및 y 중 적어도 하나가 0이 아닌 경우에, 바람직하게는 z는 0.5 이하이고, z는 0.05 내지 0.2, 보다 특히 0.1 내지 0.2일 수 있다.

y 및 z가 둘 다 0이 아닌 경우에, x는 0.2 내지 0.7, 보다 특히 0.3 내지 0.6일 수 있다.

z가 0이 아닌 경우에, y는 보다 특히 0.02 내지 0.5, 보다 더 특히 0.05 내지 0.25일 수 있다.

y가 0과 같은 경우에, z는 보다 특히 0.05 내지 0.6, 보다 더 특히 0.08 내지 0.3일 수 있다.

x가 0과 같은 경우에, z는 보다 특히 0.1 내지 0.4일 수 있다.

보다 특히 하기 조성물을 순수하게 예로서 언급할 수 있다:

상기 언급된 다른 나머지 포스페이트-함유 종의 존재는 Ln (모든 희토류)/PO₄ 몰비가 쉘의 전체 포스페이트에 대해 1 미만일 수 있다는 것을 의미할 수 있다.

쉘의 포스페이트는 통상적으로, 특히 발광 특성에 대한 촉진제로서 또는 원소 세륨 및 테르븀의 산화 상태를 안정화시키기 위한 안정화제로서 작용하는 다른 원소를 포함할 수 있다. 다른 이러한 원소의 예로서, 보다 특히 붕소 및 다른 희토류, 예컨대 스칸듐, 이트륨, 루테튬 및 가돌리늄을 언급할 수 있다. 란타넘이 존재하는 경우에, 상기 언급된 희토류는 보다 특히 이 원소에 대한 치환체로서 존재할 수 있다. 이러한 촉진제 또는 안정화제 원소는 붕소의 경우에 쉘의 포스페이트의 총 중량에 대하여 일반적으로 1 중량% 이하의 원소의 양, 상기에 언급된 다른 원소의 경우에 일반적으로 30 중량% 이하의 양으로 존재한다.

쉘의 포스페이트는 본 발명의 실시양태에 따라 3가지 유형의 결정 구조를 가질 수 있다. 이러한 결정 구조는 XRD에 의해 측정될 수 있다.

제1 실시양태에 따르면, 쉘의 포스페이트는 첫째로 모나자이트 결정 구조를 가지고 있을 수 있다.

또 다른 실시양태에 따르면, 포스페이트는 랍도판 구조를 가지고 있을 수 있다.

마지막으로, 제3 실시양태에 따르면, 쉘의 포스페이트는 혼합된 랍도판/모나자이트 구조를 가지고 있을 수 있다.

모나자이트 구조는, 그의 제조 후, 일반적으로 600℃ 이상의 온도에서 열 처리를 거친 조성물에 상응한다.

랍도판 구조는, 그의 제조 후, 열 처리를 거치지 않았거나, 일반적으로 400℃를 초과하지 않는 온도에서 열 처리를 거친 조성물에 상응한다.

열 처리를 거치지 않은 조성물을 위한 쉘의 포스페이트는 일반적으로 수화된다. 그러나, 예를 들어 60 내지 100℃에서 수행되는 단순 건조 작업은 대부분의 이러한 잔류수를 제거하기에 충분하여 실질적으로 무수 희토류 포스페이트를 생성하고, 잔류하는 소량의 물은 약 400℃ 초과의 보다 높은 온도에서 하소에 의해 제거된다.

혼합된 랍도판/모나자이트 구조는 400℃ 이상의 온도 (600℃ 미만의 온도까지 가능하며, 400℃ 내지 500℃의 온도일 수 있음)에서 열처리를 거친 조성물에 상응한다.

바람직한 실시양태에 따르면, 쉘의 포스페이트는 순수한 상이고, 즉 XRD 회절도가 실시양태에 따라 단지 단일 모나자이트 상 또는 랍도판 상을 나타낸다. 그러나, 포스페이트는 또한 순수한 상이 아닐 수 있으며, 이 경우에 생성물의 XRD 회절도는 매우 소량의 잔류 상의 존재를 보여준다.

본 발명의 조성물의 한 중요한 특징은 그들이 나트륨을 함유한다는 사실이다.

본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 이 나트륨은 쉘에 대부분 (이는 50% 이상의 나트륨을 의미함), 바람직하게는 쉘에 본질적으로 (이는 80% 이상의 나트륨을 의미함) 또는 심지어 쉘에 전부 존재한다.

나트륨이 쉘에 있는 경우에, 나트륨은 단순히 쉘의 포스페이트의 다른 구성성분과의 혼합물로서 쉘에 존재할 뿐만 아니라, 포스페이트의 하나 이상의 구성성분 화학 원소와 화학 결합을 형성하는 것으로 생각할 수 있다. 이 결합의 화학적 특성은 대기압에서 정제수로의 단순 세척이 쉘의 포스페이트에 존재하는 나트륨을 제거할 수 없다는 사실에 의해 증명될 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 최대 나트륨 함량은 7000 ppm 이하, 보다 특히 6000 ppm 이하, 보다 더 특히 5000 ppm 이하이다. 여기서 및 본원 전체에 걸쳐, 이 함량은 조성물의 총 질량에 대한 나트륨 원소의 질량으로서 나타낸다.

보다 더 특히, 조성물 중 이러한 나트륨 함량은 상기 기재된 실시양태에 따라, 즉 쉘의 포스페이트의 결정 구조에 따라 좌우될 수 있다.

따라서, 쉘의 포스페이트가 모나자이트 구조를 갖는 경우에, 이 함량은 보다 특히 4000 ppm 이하일 수 있다.

랍도판 또는 혼합된 랍도판/모나자이트 구조를 갖는 쉘의 포스페이트의 경우에, 나트륨 함량은 상기 경우에서의 함량보다 높을 수 있다. 이는 보다 더 특히 5000 ppm 이하일 수 있다.

최소 나트륨 함량은 중요하지 않다. 이는 나트륨 함량을 측정하는데 사용되는 분석 기술에 의해 검출 가능한 최소 값에 상응할 수 있다. 그러나, 일반적으로 이 최소 함량은 특히 쉘의 포스페이트의 어떤 결정 구조라도 300 ppm 이상이다

이 함량은 보다 특히 1000 ppm 이상일 수 있고, 보다 더 특히 1200 ppm 이상일 수 있다.

한 특정한 실시양태에 따르면, 나트륨 함량은 1400 내지 2500 ppm일 수 있다.

본 발명의 한 특정한 실시양태에 따르면, 조성물은 알칼리 금속 원소로서 나트륨만을 포함한다.

본 발명의 조성물/전구체는 바람직하게는 1.5 μm 내지 15 μm의 평균 직경을 갖는 입자로 이루어진다. 이 직경은 보다 특히 3 μm 내지 10 μm, 보다 더 특히 4 μm 내지 8 μm일 수 있다.

언급된 평균 직경은 입자의 집합의 직경들의 부피 평균이다.

여기서 및 이후 기재에서 주어진 입자 크기는 레이저 입자 크기 분석 기술에 의해, 예를 들어 1분 30초 동안 초음파 (130 W)를 가하여 물 중에 분산된 입자의 샘플 상에서 맬번 레이저 입자 크기 분석기를 사용하여 측정한 것이다.

또한, 입자는 바람직하게는 낮은 분산 지수, 전형적으로 0.7 이하, 보다 특히 0.6 이하, 보다 더 특히 0.5 이하를 갖는다.

입자의 집합에 대한 용어 "분산 지수"는 본 명세서의 문맥에서, 아래 정의된 바와 같은 비 I을 의미하는 것으로 이해한다:

상기 식에서: D₈₄는 입자의 84%가 D₈₄ 미만의 직경을 갖는 입자의 직경이고;

D₁₆은 입자의 16%가 D₁₆ 미만의 직경을 갖는 입자의 직경이고;

D₅₀은 입자의 50% 직경이 D₅₀ 미만의 직경을 갖는, 입자의 평균 직경이다.

본 발명에 따른 조성물 또는 전구체가 주어진 파장에서의 방사선에 노출 후에, 생성물의 조성에 따라 다양한 파장에서 (예를 들어 란타넘 세륨 테르븀 포스페이트의 경우에 254 nm 파장의 방사선에 대한 노출 후, 약 540 nm, 즉 녹색의 파장에서) 발광 특성을 가지고 있을지라도, 목적하는 응용에서 직접적으로 그 자체로 사용될 수 있는 실제 인광체를 수득하기 위해 생성물에 후-처리를 수행함으로써 이러한 발광 특성을 더욱 개선시키는 것이 또한 가능하며, 심지어 필요하다.

단순한 희토류 포스페이트와 실제적 인광체 사이의 경계는 임의적인 것으로 남아 있고, 발광 역치 (이를 초과할 때 생성물은 사용자가 직접적으로 및 허용가능하게 사용할 수 있는 것으로 여겨짐)에만 좌우된다는 것을 이해할 것이다.

본 발명의 경우에, 및 상당히 일반적으로, 약 900℃ 초과에서 열 처리를 거치지 않은 본 발명에 따른 조성물은 인광체 전구체로서 간주되고 식별될 수 있는데, 이는 이들 생성물이 일반적으로 어떠한 후속 변형 없이 그 자체로 직접적으로 사용될 수 있는 상업적 인광체에 대한 최소 휘도 기준을 만족시키지 못하는 것으로서 판단될 수 있는 발광 특성을 가지고 있기 때문이다. 반대로, 임의의 적절한 처리를 거친 후 적용자에 의해 직접적으로, 예를 들어 램프, 텔레비전 스크린 또는 발광 다이오드에서 사용되기에 충분한 적합한 휘도를 발생시키는 조성물은 인광체로 정의될 수 있다.

본 발명에 따른 인광체를 아래 기재한다.

인광체

본 발명에 따른 인광체는 미네랄 코어 및 미네랄 코어를 균일하게 덮는 쉘로 이루어지는 입자를 포함하는 유형의 인광체이고, 상기 쉘은 희토류 (Ln)의 포스페이트를 기재로 하고, Ln은 세륨 및 테르븀으로부터 선택된 하나 이상의 희토류, 또는 상기 언급한 두 희토류 중 적어도 하나와 조합된 란타넘을 나타내며, 쉘의 희토류 포스페이트가 모나자이트 결정 구조를 갖고 이들이 나트륨을 350 ppm 이하의 함량으로 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 인광체는 바로 전에 기재된 조성물 또는 전구체의 특성과 공통적인 특징을 갖는다.

따라서, 이들 전구체에 대해 상기 기재된 모든 것은, 여기서 미네랄 코어 및 균일한 쉘로 이루어진 구조, 미네랄 코어의 특성, 및 여기서 또한 300 nm 이상일 수 있는 쉘의 두께에 관한 특성, 및 입자 크기 특징, 즉 인광체의 입자는 1.5 μm 내지 15 μm의 평균 직경을 가질 수 있다는 것과 관련한 본 발명에 따른 인광체의 기재에서와 마찬가지로 적용된다.

쉘의 희토류 (Ln) 포스페이트는 또한 오르토포스페이트 형태에서, 전구체의 쉘의 포스페이트의 조성과 실질적으로 동일한 조성을 갖는다. 전구체에 대해 상기에 주어진 란타넘, 세륨 및 테르븀의 상대 비율이 여기에 또한 적용된다. 마찬가지로, 쉘의 포스페이트는 상기에 언급된 촉진제 또는 안정화제 성분을 제시된 비율로 포함할 수 있다.

인광체의 쉘의 포스페이트는 모나자이트 결정 구조를 갖는다. 인광체의 경우에서도 마찬가지로, 이 결정 구조는 또한 XRD에 의해 증명될 수 있다. 바람직한 실시양태에 따르면, 이 쉘 포스페이트는 순수한 상일 수 있고, 즉 XRD 회절도가 단일 모나자이트 상만을 나타낸다. 그러나, 이 포스페이트는 또한 순수한 상이 아닐 수 있으며, 이 경우에 생성물의 XRD 회절도는 매우 소량의 나머지 상의 존재를 나타낸다.

본 발명의 인광체는 상기에 주어진 최대 함량으로 나트륨을 함유한다. 이 함량은 여기서 또한, 인광체의 총 중량에 대한 나트륨 원소 중량으로 나타내진다. 나트륨 함량이 보다 특히 250 ppm 이하, 보다 더 특히 100 ppm 이하일 수 있다는 것을 또한 인지할 것이다.

본 발명의 바람직한 실시양태에 따라, 및 상기 기재된 조성물/전구체의 경우에서와 같이, 이 나트륨은 쉘에 대부분 (이는 50% 이상의 나트륨을 의미함), 바람직하게는 쉘에 본질적으로 (80% 이상의 나트륨을 의미함), 또는 심지어 쉘에 전부 존재한다.

최소 나트륨 함량은 중요하지 않다. 여기서 또한, 조성물의 경우와 마찬가지로, 이는 나트륨 함량을 측정하는데 사용되는 분석 기술에 의해 검출 가능한 최소 값에 상응할 수 있다. 그러나, 일반적으로 이 최소 함량은 10 ppm 이상, 보다 특히 40 ppm 이상, 보다 더 특히 50 ppm 이상이다.

한 특정한 실시양태에 따르면, 인광체는 알칼리 금속 원소로서 나트륨 이외의 어떠한 원소도 함유하지 않는다.

본 발명의 인광체를 구성하는 입자는 실질적으로 구형의 형상을 가지고 있을 수 있다. 이러한 입자는 치밀하다.

이제 본 발명의 전구체 및 인광체를 제조하는 방법을 기재할 것이다.

조성물 또는 전구체의 제조 방법

조성물/전구체의 제조 방법은 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:

- 하나 이상의 희토류 (Ln)의 클로라이드를 함유하는 제1 용액을, 미네랄 코어의 입자 및 포스페이트 이온을 함유하고 2 미만의 초기 pH를 갖는 제2 용액에 연속적으로 도입하는 단계;

- 제1 용액을 제2 용액에 도입하는 동안, 이에 따라 수득된 혼합물의 pH를 2 미만의 일정한 값으로 유지시켜 침전물을 수득하며, 제1 단계에 대하여 제2 용액의 pH를 2 미만으로 만드는 작업 또는 제2 단계에 대하여 pH를 유지하는 작업 또는 이들 작업 둘 다를 적어도 부분적으로 수산화나트륨을 사용하여 수행하는 단계;

- 이에 따라 수득된 침전물을,

쉘의 희토류 포스페이트가 모나자이트 결정 구조를 갖는 조성물을 제조하는 경우에, 상기 포스페이트를 600℃ 이상의 온도에서 하소시키거나; 또는

쉘의 희토류 포스페이트가 랍도판 또는 혼합된 랍도판/모나자이트 결정 구조를 갖는 조성물을 제조하는 경우에, 상기 포스페이트를, 가능하게는 600℃ 미만의 온도에서 하소시켜

회수하는 단계; 및

- 수득된 생성물을 고온수에 재분산시키고, 이어서 액체 매질로부터 분리시키는 단계.

이제 방법의 다양한 단계를 상술할 것이다.

본 발명에 따르면, 희토류 (Ln) 포스페이트는, 유지된 pH에서, 하나 이상의 희토류 (Ln) (이들 원소는 목적하는 조성을 갖는 생성물을 수득하기 위해 요구되는 비율로 존재함)의 클로라이드를 함유하는 제1 용액과 포스페이트 이온 및 미네랄 코어의 입자를 함유하는 제2 용액 (입자는 상기 용액 중에 분산된 상태로 유지됨)의 반응에 의해 직접적으로 침전된다.

코어는 제조하고자 의도하는 조성물의 입자 크기에 적절한 입자 크기를 갖는 입자의 형태로 선택된다. 따라서, 특히 1 내지 10 μm의 평균 직경을 가지고, 0.7 이하, 또는 0.6 이하의 분산 지수를 갖는 코어가 특히 사용될 수 있다. 바람직하게는, 입자는 등방성, 유리하게는 실질적으로 구형의 형태학을 갖는다.

방법의 첫번째 중요한 특징에 따르면, 반응물을 도입하는 특정 순서를 준수해야 하며, 보다 더 정확히, 하나 이상의 희토류의 클로라이드의 용액은 포스페이트 이온을 함유하는 용액으로 점진적으로 및 지속적으로 도입되어야 한다.

본 발명에 의한 방법의 두번째 중요한 특징에 의하면, 포스페이트 이온을 함유하는 용액의 초기 pH는 2 미만, 바람직하게는 1 내지 2이어야 한다.

세번째 특징에 의하면, 침전 매질의 pH는 2 미만의 pH 값, 바람직하게는 1 내지 2로 유지되어야 한다.

용어 "유지된 pH"는 포스페이트 이온을 함유하는 용액에 염기성 화합물을 첨가함과 동시에 상기 용액으로 희토류 금속 클로라이드를 함유하는 용액을 도입함으로써 침전 매질의 pH를 특정한, 일정한, 또는 대략 일정한 값으로 유지시키는 것을 의미하는 것으로 이해한다. 따라서 혼합물의 pH는 고정된 설정값에 대하여 0.5 pH 단위 이하만큼, 보다 바람직하게는 이 값에 대하여 0.1 pH 단위 이하만큼 변화할 것이다. 고정된 설정값은 포스페이트 이온을 함유하는 용액의 초기 pH (2 미만)에 해당하는 것이 유리할 것이다.

침전은 바람직하게는, 중요한 것은 아니지만 유리하게는 실온 (15℃ 내지 25℃) 내지 100℃의 온도에서 수성 매질 중에서 수행한다. 침전은 반응 혼합물이 교반되고 있는 동안 일어난다.

제1 용액 중 희토류 클로라이드의 농도는 폭넓게 다양할 수 있다. 따라서, 총 희토류 농도는 0.01 mol/리터 내지 3 mol/리터일 수 있다.

최종적으로, 희토류 클로라이드 용액이 다른 금속 염, 특히 클로라이드, 예컨대, 예를 들어 상기 기재된 촉진제 또는 안정화제 원소, 즉, 붕소 및 다른 희토류의 염을 추가로 함유할 수 있다는 것을 인지하여야 한다.

희토류 금속 클로라이드의 용액과 반응시키고자 의도된 포스페이트 이온은 순수하거나 용해된 화합물, 예컨대, 예를 들어 인산, 알칼리 금속 포스페이트, 또는 희토류와 회합된 음이온과 함께 가용성 화합물을 제공하는 다른 금속 원소의 포스페이트에 의해서 제공될 수 있다.

포스페이트 이온은, 두 용액 사이에 1 초과, 유리하게는 1.1 내지 3의 PO₄/Ln 몰비가 존재할 수 있도록 하는 양으로 존재한다.

앞서 강조한 바와 같이, 포스페이트 이온 및 미네랄 코어의 입자를 함유하는 용액은 초기에 (즉, 희토류 금속 클로라이드 용액의 도입을 개시하기 전에) 2 미만, 바람직하게는 1 내지 2의 pH를 가져야 한다. 따라서, 사용된 용액이 자연적으로 이와 같은 pH를 갖지 않을 경우에는, 염기성 화합물을 첨가하거나 산 (예를 들어 너무 높은 pH를 갖는 초기 용액의 경우에는 염산)을 첨가함으로써 목적하는 적합한 pH 값을 만든다.

그 후에, 희토류 클로라이드 또는 클로라이드들을 함유하는 용액을 도입할 때, 침전 매질의 pH는 점진적으로 감소한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법의 본질적 특징 중 하나에 따르면, 침전 매질의 pH를 2 미만, 바람직하게는 1 내지 2의 값이어야 하는 목적하는 일정한 유효값으로 유지시키기 위해 염기성 화합물을 상기 매질에 동시에 도입한다.

본 발명의 방법의 또 다른 특징에 따르면, 포스페이트 이온을 함유하는 제2 용액의 초기 pH를 2 미만의 값이 되도록 하기 위해 또는 침전 동안 pH를 유지시키기 위해 사용된 염기성 화합물은 적어도 부분적으로 수산화나트륨이다. 표현 "적어도 부분적으로"는 염기성 화합물의 혼합물을 사용하는 것이 가능하며, 그 중 적어도 하나는 수산화나트륨인 것을 의미하는 것으로 이해한다. 다른 염기성 화합물은 예를 들어 수산화암모늄일 수 있다. 바람직한 실시양태에 따르면 염기성 화합물은 수산화나트륨만으로 사용하고, 보다 더 바람직한 또 다른 실시양태에 따르면 상기 언급된 두 작업을 위해, 즉 제2 용액의 pH를 적합한 값으로 만들고 침전 pH를 유지하는 것 둘 다에서, 수산화나트륨을 단독으로 사용한다. 이들 두 바람직한 실시양태에서는, 수산화암모늄과 같은 염기성 화합물로부터 생성될 수 있는 질소함유 생성물의 배출이 감소되거나 제거되었다.

침전 단계 직후 수득되는 것은, 가능하게는 첨가된 다른 성분과 함께, 미네랄 코어 입자 상의 쉘로서 침착된 희토류 (Ln) 포스페이트이다. 최종 침전 매질 중 희토류의 전체적인 농도는 유리하게는 0.25 mol/리터 초과이다.

침전 후에, 성숙 작업은 임의로 침전이 일어나는 동일한 온도 범위 내에 있는 온도에서 및 예를 들어 15분 내지 1시간일 수 있는 시간 동안 상기 수득된 반응 혼합물을 유지함으로써 수행할 수 있다.

침전은 그 자체로 공지된 임의의 수단, 특히 단순한 여과에 의해 회수할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 방법의 조건 하에서, 여과가능한 비(非)겔형 희토류 포스페이트를 포함하는 화합물이 침전된다.

이어서, 회수된 생성물을 예를 들어 물로 세척하고, 이어서 건조시킨다.

이어서 생성물은 하소 또는 열 처리를 거칠 수 있다.

이 하소는 수득하고자 의도하는 포스페이트의 구조에 따라 다양한 온도에서 임의로 수행할 수 있다.

일반적으로 하소의 지속시간이 보다 짧을 수록 온도는 보다 높다. 단지 예로서, 이 지속시간은 1 내지 3시간일 수 있다.

열 처리는 일반적으로 공기 중에서 수행한다.

일반적으로, 하소 온도는 쉘의 포스페이트가 랍도판 구조를 갖는 생성물인 경우에 약 400℃ 이하이고, 이 구조는 또한 침전으로부터 생성되는 하소되지 않은 생성물의 구조이다. 쉘의 포스페이트가 혼합된 랍도판/모나자이트 구조를 갖는 생성물인 경우에, 하소 온도는 일반적으로 400℃ 이상이나, 600℃ 미만까지일 수 있다. 이는 400℃ 내지 500℃일 수 있다.

쉘의 포스페이트가 모나자이트 구조를 갖는 전구체를 수득하기 위해, 하소 온도는 600℃ 이상이고, 약 700℃ 내지 1000℃ 미만의 온도, 보다 특히 약 900℃ 이하일 수 있다.

본 발명의 또 다른 중요한 특징에 따르면, 하소 또는 심지어 열 처리가 없는 경우의 침전 후의 생성물은 이어서 고온수에 재분산시킨다.

이 재분산 작업은 고체 생성물을 교반하면서 물에 도입함으로써 수행한다. 이에 따라 수득된 현탁액은 약 1 내지 6시간, 보다 특히 약 1 내지 3시간일 수 있는 시간 동안 교반을 유지한다.

물의 온도는 대기압에서 30℃ 이상, 보다 특히 60℃ 이상일 수 있고, 약 30℃ 내지 90℃, 바람직하게는 60℃ 내지 90℃일 수 있다. 이 작업을 압력 하에, 예를 들어 오토클레이브에서, 100℃ 내지 200℃, 보다 특히 100℃ 내지 150℃일 수 있는 온도에서 수행할 수 있다.

최종 단계에서, 고체는 그 자체로 공지된 임의의 방식으로, 예를 들어 단순한 여과에 의해 액체 매질로부터 분리된다. 재분산 단계는 임의로, 상기 기재된 조건 하에, 가능하게는 첫번째 재분산 단계가 수행되었던 온도와 상이한 온도에서 1회 이상 반복할 수 있다.

분리된 생성물은 예를 들어 물로 세척될 수 있고, 건조될 수 있다.

인광체의 제조 방법

본 발명의 인광체는 상기 기재된 바와 같은 조성물 또는 전구체, 상기 기재된 방법에 의해 수득된 조성물 또는 전구체를 1000℃ 이상의 온도에서 하소시킴으로써 수득된다. 이 온도는 약 1000℃ 내지 1300℃일 수 있다.

조성물 또는 전구체는 이 처리에 의해 효과적 인광체로 전환된다.

상기에 기재된 바와 같이, 전구체는 그 자체가 고유 발광 특성을 가지고 있을 수 있지만, 이러한 특성은 일반적으로 의도된 응용에는 불충분하고, 하소 처리에 의해 크게 향상된다.

하소는 공기 중에서 또는 불활성 기체 중에서, 뿐만 아니라 바람직하게는 환원 분위기 (예를 들어, H₂, N₂/H₂ 또는 Ar/H₂) 중에서 수행할 수 있으며, 후자의 경우에 이는 모든 Ce 및 Tb 종을 그의 +III 산화 상태로 전환시키기 위한 것이다.

공지된 바와 같이, 하소는 플럭스 또는 플럭싱 작용제 예컨대, 예를 들어 플루오린화리튬, 사붕산리튬, 염화리튬, 탄산리튬, 인산리튬, 염화암모늄, 산화붕소, 붕산 및 인산암모늄, 뿐만 아니라 그의 혼합물의 존재 하에 수행할 수 있다.

플럭스를 사용하는 경우, 일반적으로, 공지된 인광체의 발광 특성과 적어도 동등한 발광 특성을 갖는 인광체가 수득된다. 여기서 본 발명의 가장 중요한 이점은 인광체가 공지된 방법보다 더 적은 질소함유 생성물을 배출하거나 또는 심지어 이러한 생성물을 전혀 배출하지 않는 방법으로부터 생성된 전구체 자체로부터 유래한다는 점이다.

임의의 플럭스의 부재 하에, 따라서 포스페이트와 플럭싱 작용제를 미리 혼합하지 않고 하소를 수행하는 것이 또한 가능하며, 이에 따라 방법을 단순화하고 인광체에 존재하는 불순물 함량을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 또한, 따라서 이는 질소를 함유할 수 있거나 또는 그의 가능한 독성으로 인해 엄격한 안전성 기준에 따라 처리되어야 하는 생성물 (이는 수많은 상기 언급된 플럭싱 작용제의 경우에 해당함)을 사용하는 것을 방지한다.

처리 후에, 입자는 유리하게는 세척되어, 가능한 순수하고 탈응집되거나 다소 응집된 상태로 인광체를 수득한다.

후자의 경우에, 온화한 탈응집 처리를 수행함으로써 인광체를 탈응집시키는 것이 가능하다.

플럭스를 사용하지 않는 하소로부터 생성된 본 발명의 인광체는 동일한 하소 조건 하에서 수득되는 종래 기술의 인광체에 비해서 향상된 발광 수율을 가질 수 있다는 것을 발견하였다. 특정 이론에 얽매이고자 함 없이, 이러한 보다 우수한 수율은 본 발명의 인광체의 보다 우수한 결정화의 결과로 생각될 수 있으며, 이러한 보다 우수한 결정화는 또한 조성물/전구체의 보다 우수한 결정화로부터의 결과이다.

상기 언급된 열처리는 코어/쉘 구조 및 입자 크기 분포를 전구체의 입자의 것과 매우 근접하게 유지하는 인광체를 수득하는 것을 가능하게 한다.

또한, 열 처리는 외부 인광체 층으로부터 코어로 Ce 및 Tb 종의 실질적인 확산을 유도하는 것 없이 수행될 수 있다.

본 발명의 가능한 구체적 실시양태에 따르면, 하나의 동일한 단계에서 전구체를 제조하기 위한 기재된 열 처리 및 전구체를 인광체로 전환시키기 위한 하소를 수행하는 것이 가능하다. 이 경우에, 인광체는 전구체 단계에서 멈추는 것 없이 직접적으로 수득된다.

본 발명의 인광체는 생성물의 다양한 흡수 장에 상응하는 전자기 여기에 대하여 강한 발광 특성을 갖는다.

따라서, 세륨 및 테르븀을 기재로 하는 본 발명의 인광체는 UV (200-280 nm) 범위, 예를 들어 약 254 nm의 여기원을 갖는 조명 또는 디스플레이 시스템, 특히, 특히 관형 유형의 3파장 수은 증기 램프 및 관형 또는 평면 형태의 액정 시스템의 백라이트용 램프 (LCD 백라이트)에 사용될 수 있다. 이들은 UV 여기 하에 높은 휘도를 갖고, 열적 후-처리 이후에 발광 손실이 없다. 그의 발광은 UV 하에 실온 내지 300℃의 상대적으로 고온에서 특히 안정적이다.

테르븀 및 란타넘, 또는 란타넘, 세륨 및 테르븀을 기재로 하는 본 발명의 인광체는 또한 VUV (또는 "플라즈마") 여기 시스템, 예컨대, 예를 들어 플라즈마 디스플레이 및 수은-비함유 3파장 램프, 특히 크세논 여기 램프 (관형 또는 평면)을 위한 녹색 인광체로서의 우수한 후보이다. 본 발명의 인광체는 VUV 여기 (예를 들어, 약 147 nm 및 172 nm) 하에 강한 녹색 발광을 갖는다. 인광체는 VUV 여기 하에 안정적이다.

본 발명의 인광체는 또한 LED (발광 다이오드) 여기 장치에서 녹색 인광체로서 사용될 수 있다. 이들은 특히 UV 근처에서 여기될 수 있는 시스템에 사용될 수 있다.

이들은 또한 UV 여기 마킹 시스템에 사용될 수 있다.

본 발명의 인광체는 잘 알려진 기술, 예를 들어 스크린 인쇄, 분무, 전기영동 또는 침강을 사용하여 램프 및 디스플레이 시스템에 적용될 수 있다.

이들은 또한 유기 매트릭스 (예를 들어, UV 하에 투명한 플라스틱 또는 중합체로 만들어진 매트릭스 등), 무기 (예를 들어, 실리카) 매트릭스 또는 유기-무기 하이브리드 매트릭스에 분산될 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 또한 상기 기재된 바와 같은 인광체 또는 상기 기재된 바와 같은 방법으로부터 수득된 인광체를 녹색 발광 공급원으로서 포함하는 상기 언급된 유형의 발광 소자에 관한 것이다.

이제 실시예를 기재할 것이다.

하기 실시예에서, 제조된 생성물을 하기 방법을 사용하여 입자 크기, 형태학, 조성 및 특성에 대하여 특징화하였다.

나트륨 함량

2가지 측정 기술에 의해, 상기에 나타낸 바와 같이, 나트륨 함량을 측정하였다. X선 형광 기술에 있어서, 이는 생성물 자체의 분말에서 수행되는 반정량적 분석을 포함하였다. 사용된 기기는 패널리티컬 매직스 Pro-PW 2540엑스레이(PANalytical MagiX Pro-PW 2540Xray) 형광 분광측정계이었다. ICP-AES (또는 ICP-OES) 기술은 조빈 이본 울티마(Jobin Yvon ULTIMA) 기기를 사용하여 투입 첨가에 의한 정량적 투입으로 수행하였다. 시료는 밀폐된 반응기 (MARS-CEM 시스템)에서 마이크로웨이브를 사용하는 질산/과염소산 매질에서 무기화 (또는 소화)로 미리 처리하였다.

발광

광발광 (PL) 수율은, 분말 형태의 생성물에 대하여 254 nm 여기 하에 분광광도계에 의해 기록된 450 nm 내지 750 nm에서의 발광 스펙트럼 곡선 아래 면적을 비교 생성물에 대해 얻은 면적 (100% 값으로 할당됨)과 비교함으로써 측정하였다.

입자 크기 측정

입자 직경은 1분 30초 동안 초음파 (130 W)를 가하여 물에 분산시킨 입자의 샘플에 대하여 쿨터(Coulter) 레이저 입자 크기 분석기 (맬번(Malvern) 2000)를 사용하여 측정하였다.

전자 현미경검사

현미경사진은 고해상도 JEOL 2010 FEG TEM 현미경을 사용하여 입자의 마이크로톰 절편 상의 투과 전자 현미경검사를 사용하여 얻었다. EDS (에너지 분산 분광분석법)에 의한 화학적 조성 측정을 위한 기기의 공간 해상도는 < 2 nm이었다. 관찰된 형태학 및 측정된 화학적 조성을 상관시킴으로써, 코어/쉘 구조를 입증하고 현미경사진에서 쉘의 두께를 측정하는 것이 가능하였다.

화학적 조성 측정은 또한 HAADF-STEM에 의해 얻은 현미경사진에서 EDS에 의해 수행하였다. 측정은 2개 이상의 스펙트럼에서 취해진 평균에 해당되었다.

X선 회절

X선 회절도는 브래그-브렌타노(Bragg-Brentano) 방법에 따라 대음극로서 구리의 Kα 선을 사용하여 얻었다. 해상도는 LaPO₄ 선으로부터 LaPO₄:Ce,Tb 선을 분리하기에 충분하도록 선택하였으며, 바람직하게는 이 해상도는 Δ(2θ) < 0.02˚이었다.

비교 실시예 1

본 실시예는 선행 기술에 따른 희토류 포스페이트를 기재로 하는 전구체의 제조에 관한 것이다.

수산화암모늄을 첨가하여 pH 1.4로 미리 조정되고 60℃로 가열된 인산 (H₃PO₄) 용액 500 ml에, 1.5 mol/l의 전체 농도를 갖고 란타넘 니트레이트 0.855 mol/l; 세륨 니트레이트 0.435 mol/l; 및 테르븀 니트레이트 0.21 mol/l로 이루어진 희토류 니트레이트의 용액 500 ml를 1시간에 걸쳐 첨가하였다. 포스페이트/희토류 몰비는 1.15이었다. 침전 동안 pH를 수산화암모늄을 첨가하여 1.3으로 조정하였다.

침전 단계 후에, 혼합물을 다시 60℃에서 1 시간 동안 정치시켰다. 이어서, 생성된 침전물을 여과하여 회수하고, 물로 세척하고, 이어서 공기 중에서 60℃에서 건조시키고, 2시간 동안 공기 중에서 900℃에서 열 처리하였다. 이 단계의 마지막에, (La_{0 .57}Ce_{0 .29}Tb_{0 .14}) PO₄의 조성을 갖는 전구체를 수득하였다.

입자 크기 (D₅₀)는 0.4의 분산 지수에서 6.7 μm이었다.

실시예 2

본 실시예는 LaPO₄ 코어 및 (LaCeTb)PO₄ 유형의 포스페이트를 기재로 하는 쉘을 포함하는 본 발명에 따른 전구체를 기술한다.

코어의 합성

수산화암모늄을 첨가하여 pH 1.9로 미리 조정되고 60℃로 가열된 인산 (H₃PO₄) 용액 (1.725 mol/l) 500 ml에, 란타넘 니트레이트 용액 (1.5 mol/l) 500 ml를 1시간에 걸쳐 첨가하였다. 침전 동안 pH를 수산화암모늄를 첨가하여 1.9로 조정하였다.

침전 단계 후에, 반응 혼합물을 다시 60℃에서 1시간 동안 정치시켰다. 이어서, 침전물을 여과에 의해 회수하고, 물로 세척하고, 이어서 공기 중에서 60℃에서 건조시켰다. 이어서, 수득된 분말을 공기 중에서 900℃에서 열 처리하였다.

최종적으로, 분말을 용융 염 기술을 사용하여 치밀화하였다. 이어서 분말을 1100℃에서 및 환원 분위기 (Ar/H₂)에서, 1 중량%의 LiF의 존재 하에 2시간 동안 하소시켰다. 이어서 0.5 m²/g의 비표면적을 갖는 모나자이트 구조의 희토류 포스페이트를 수득하였다. 이에 따라 수득된 코어의 평균 직경은 SEM에 의해 측정하였을 때 3.2 μm이었다.

LaPO₄/LaCeTbPO₄ 코어/쉘 조성물/전구체의 합성

1-리터 비커에서 1.387 mol/l LaCl₃ 용액 446.4 ml, 1.551 mol/l CeCl₃ 용액 185.9 ml, 2.177 mol/l TbCl₃ 용액 73.6 ml 및 탈이온수 115.6 ml, 즉 희토류 클로라이드 총 1.07 mol로부터, (La_{0 .58}Ce_{0 .27}Tb_{0 .15})Cl₃의 조성을 갖는 1.3 mol/l의 희토류 클로라이드 용액을 제조하였다.

2.5-리터 반응기에 탈이온수 0.41 l를 도입하고, 거기에 노르마푸르(Normapur) 85% H₃PO₄ 83 g를 첨가하고 이어서 수산화나트륨 NaOH 약 6 mol/l를 첨가하여 pH를 1.5로 조정하였다. 용액을 60℃로 가열하였다.

다음, 상기에서 제조된 란타넘-포스페이트-기재 코어 93.6 g을 상기에서 제조된 원액에 첨가하였다. 수산화나트륨 6 mol/l를 사용하여 pH를 1.5로 조정하였다. 미리 제조된 희토류 클로라이드 용액 461 ml를 혼합물에 1시간에 걸쳐 60℃의 온도에서 교반과 함께 pH 1.5로 조정하면서 첨가하였다. 수득된 혼합물을 60℃에서 1시간 동안 숙성시켰다.

숙성 단계의 마지막에, 용액을 30℃로 냉각되도록 하고, 생성물을 회수하였다. 이어서 이를 소결 유리 상에서 여과하고, 물 2 부피로 세척하고, 이어서 건조시키고 공기 중에서 700℃에서 2시간 동안 하소시켰다.

하소 후에, 수득된 생성물을 3 시간 동안 80℃ 물 중에 재분산시키고, 이어서 세척하고 여과하고 최종적으로 건조시켰다.

이에 따라, 상이한 조성, 즉 LaPO₄ 및 (La, Ce, Tb)PO₄의 두 모나자이트 결정 상을 갖는 모나자이트 구조의 희토류 포스페이트를 수득하였다.

본 발명에 따른 이 전구체는 나트륨 1450 ppm을 포함하였다.

평균 입자 크기 (D₅₀)는 0.3의 분산 지수에서 7.3 μm이었다.

초박편제작술에 의해 제조되어 (두께 ~100 nm) 홀이 있는 막에 올려진 수지-코팅된 생성물로 TEM 현미경사진을 얻었다. 입자를 단면으로 보았다. 입자의 단면 (입자의 코어는 구형이고 0.8 μm의 평균 두께를 갖는 쉘에 둘러싸여 있음)이 이 현미경사진에서 관찰되었다.

비교 실시예 3

본 실시예는 비교 실시예 1의 전구체로부터 수득된 인광체에 관한 것이다.

본 실시예에서 수득된 전구체 분말을 1100℃에서 Ar/H₂ (5% 수소) 분위기 중에서 2시간 동안 하소시켰다. 이 단계 후에, LAP 인광체를 수득하였다. 평균 입자 크기 (D₅₀)는 0.4의 분산 지수에서 6.8 μm이었다.

생성물의 조성은 (La_{0 .57}Ce_{0 .29}Tb_{0 .14})PO₄, 즉 희토류 옥시드의 합에 대하여 테르븀 옥시드 (Tb₄O₇) 15.5 중량%이었다.

이에 따라 수득된 인광체의 효율 (PL)을 상기 기재된 바와 같이 측정하였으며, 100%로 정규화하였다.

실시예 4

본 실시예는 본 발명에 따른 LaPO₄/(LaCeTb)PO₄ 코어/쉘 인광체에 관한 것이다.

실시예 2에서 수득된 전구체 분말을 Ar/H₂ (5% 수소) 분위기 중에서 1100℃에서 2시간 동안 하소시켰다. 이 단계 후에, 코어/쉘 인광체를 수득하였다. 평균 입자 크기 (D₅₀)는 0.4의 분산 지수에서 7.3 μm이었다.

인광체는 90 ppm의 나트륨을 포함하였다.

하기 표에 수득된 생성물의 광발광 (PL) 수율을 나타내었다.

이 표는 본 발명의 인광체가 실질적으로 비교 생성물의 광발광과 동일한 광발광을 갖는다는 것을 보여준다. 대조적으로, 본 발명의 생성물 중 테르븀 함량은 대략 34%만큼 명백하게 감소되었다. 광발광의 1% 차이는 나타난 테르븀의 절약과 비교하면 생성물의 발광 응용에서 그다지 중요하지 않다.

Claims (15)

1. 미네랄 코어 및 상기 미네랄 코어를 균일하게 덮는 쉘로 이루어지는 입자를 포함하고, 상기 쉘이 희토류 (Ln)의 포스페이트를 기재로 하고, Ln이 세륨 및 테르븀으로부터 선택된 하나 이상의 희토류, 또는 상기 언급한 두 희토류 중 적어도 하나와 조합된 란타넘을 나타내며, 나트륨을 7000 ppm 이하의 함량으로 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
2. 제1항에 있어서, 입자의 미네랄 코어가 포스페이트 또는 미네랄 옥시드, 보다 특히 희토류 포스페이트 또는 산화알루미늄을 기재로 하는 것을 특징으로 하는 조성물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 쉘이 300 nm 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 입자가 1.5 μm 내지 15 μm의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘의 희토류 포스페이트가
   - 랍도판 또는 혼합된 랍도판/모나자이트 결정 구조; 또는
   - 모나자이트 결정 구조 (이 경우에, 조성물은 4000 ppm 이하의 나트륨 함량을 가짐)
   인 것을 특징으로 하는 조성물.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 나트륨 함량이 300 ppm 이상, 보다 특히 1000 ppm 이상인 것을 특징으로 하는 조성물.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서, 하기 화학식 1의 생성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
   <화학식 1>
   

   

   
   상기 식에서, 합 x+y+z는 1과 같고, y 및 z 중 적어도 하나는 0이 아니며, 여기서 x는 0.2 내지 0.98, 보다 특히 0.4 내지 0.95일 수 있다.
8. 미네랄 코어 및 미네랄 코어를 균일하게 덮는 쉘로 이루어지는 입자를 포함하고, 상기 쉘이 희토류 (Ln)의 포스페이트를 기재로 하고, Ln이 세륨 및 테르븀으로부터 선택된 하나 이상의 희토류, 또는 상기 언급한 두 희토류 중 적어도 하나와 조합된 란타넘을 나타내며, 쉘의 희토류 포스페이트가 모나자이트 결정 구조를 갖고, 나트륨을 350 ppm 이하의 함량으로 함유하는 것을 특징으로 하는 인광체.
9. 제8항에 있어서, 10 ppm 이상, 보다 특히 50 ppm 이상의 나트륨 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 인광체.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 쉘이 300 nm 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 인광체.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 입자가 1.5 μm 내지 15 μm의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 인광체.
12. - 하나 이상의 희토류 (Ln)의 클로라이드를 함유하는 제1 용액을, 미네랄 코어의 입자 및 포스페이트 이온을 함유하고 2 미만의 초기 pH를 갖는 제2 용액에 연속적으로 도입하는 단계;
    - 제1 용액을 제2 용액에 도입하는 동안, 이에 따라 수득된 혼합물의 pH를 2 미만의 일정한 값으로 유지시켜 침전물을 수득하며, 제1 단계에 대하여 제2 용액의 pH를 2 미만으로 만드는 작업 또는 제2 단계에 대하여 pH를 유지하는 작업, 또는 이들 작업 둘 다를 적어도 부분적으로 수산화나트륨을 사용하여 수행하는 단계;
    - 이에 따라 수득된 침전물을,
    

    

    쉘의 희토류 포스페이트가 모나자이트 결정 구조를 갖는 조성물을 제조하는 경우에, 상기 포스페이트를 600℃ 이상의 온도에서 하소시키거나; 또는
    

    

    쉘의 희토류 포스페이트가 랍도판 또는 혼합된 랍도판/모나자이트 결정 구조를 갖는 조성물을 제조하는 경우에, 상기 포스페이트를, 가능하게는 600℃ 미만의 온도에서 하소시켜
    회수하는 단계; 및
    - 수득된 생성물을 고온수에 재분산시키고, 이어서 액체 매질로부터 분리시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 조성물의 제조 방법.
13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 조성물 또는 제12항에 따른 방법에 의해 수득된 조성물을 1000℃ 이상의 온도에서 하소시키는 것을 특징으로 하는, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 인광체의 제조 방법.
14. 제13항에 있어서, 하소를 환원 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 인광체 또는 제13항 또는 제14항에 따른 방법에 의해 수득된 인광체를 포함하거나, 이를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 시스템, 수은 증기 램프, 액정 시스템의 백라이트용 램프, 수은-비함유 삼색 램프, LED 여기 장치 또는 UV 여기 마킹 시스템 유형의 장치.