KR20220072495A - 축광성 형광체의 제조방법 - Google Patents

축광성 형광체의 제조방법 Download PDF

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KR20220072495A KR1020200160168A KR20200160168A KR20220072495A KR 20220072495 A KR20220072495 A KR 20220072495A KR 1020200160168 A KR1020200160168 A KR 1020200160168A KR 20200160168 A KR20200160168 A KR 20200160168A KR 20220072495 A KR20220072495 A KR 20220072495A
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Abstract

본 발명은 스트론튬 축광 형광체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은, 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체를 제조하는데 있어서, 융제로서 산화붕소(B2O3)를 사용하지 않고, 수용성 스트론튬 물질을 사용하는 것을 기술적 특징으로 한다. 상기 스트론튬 물질로서는 수용성 염화스트론튬(SrCl2)을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 수용성 염화스트론튬은 소성 과정에서 염소 성분을 완전히 휘발하여 없어지고, 스트론튬(Sr2+) 성분을 잔존시키고, 잔존하는 스트론튬(Sr2+) 성분이 스트론튬-알루미나 결정조직에 부가적이고 추가적인 결정조직을 형성하여 형광성능에 기여하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조방법을 수행하는데 있어서, 볼밀에서 초기 반응물질의 혼련과정을 종래의 12시간에서 현행의 6시간 내지 8시간으로 단축할 수 있는 장점도 있다.

Description

축광성 형광체의 제조방법{Method of producing phosphorescent phosphor}
본 발명은 축광 형광체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안정성이 뛰어나고, 휘도가 우수한 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 형광체는 빛 에너지를 흡수한 후, 낮은 준위의 가시광으로 환원하여 발광하는 성질을 갖는다.
일반적으로 축광성 형광체는 외부에서 빛을 받을 경우, 일정량의 빛에너지를 흡수하여 형광체 내부의 화학물질이 여기되었다가, 여기된 에너지가 원래의 위치로 되돌아오면서 외부로 빛에너지를 발산하는 것으로 설명되고 있다. 형광체의 이러한 작용은 외부로 방출되는 빛에너지의 수명을 길게 해주는 것 만큼 양호한 형광체로서 평가를 받게 되고, 사회 각 분야에 더욱 유용한 물질로 사용되어지는 경향을 가지고 있다. 따라서, 형광체의 잔광 특성이 좋을수록 고품질의 축광형광체로 평가받을 수 있는 것이다.
축광성 형광체로서는 종래 황화물계 형광체가 주류를 이루고 있었으나, 황화물계 형광체는 수분과의 반응, 자외선에 의한 분해 등과 같은 화학적인 불안정성을 가지고 있었으므로, 사용에 일정한 제한을 받는 단점이 있었다.
이러한 단점을 극복하고 등장한 형광체가 스트론튬-알루미늄계 산화물을 이용한 형광체이다. 스트론튬-알루미늄계 형광체는 화학적으로 안정성을 보유하고 있을 뿐만 아니라, 그 축광성능 및 잔광특성이 양호한 것이어서, 오늘날 가장 상용화되어 사용되고 있을 정도이다.
스트론튬-알루미늄계 형광체는 모체로서 탄산스트론튬 및 알루미나를 사용하고, 활성제 내지 부활제로 희토류 물질(예컨대, Eu2+)을 사용하며, 공부활제로 디스프로슘(예컨대, Dy3+)을 사용하고 있으며, 융제로서 산화붕소(B2O3)를 사용하고 있는 것인데, 이러한 방식은 오늘날 가장 일반적이고 가장 상용화된 방식으로 통용되고있다.
형광체의 모체 성분으로 탄산스트론튬 및 알루미나를 사용하는 것은 이 기술분야에서 통상적인 것이고, 양호한 형광 특성을 가지고 있기 때문인 것으로 잘 알려져 있다. 상기 스트론튬 대신에 칼슘 또는 바륨을 사용할 수 있는 것으로 알려져 있기도 하지만, 스트론튬 성분이 가장 많이 사용되고 있는 것으로 여겨진다.
스트론튬-알루미늄계 축광 형광체에 있어서, 부활제인 유로퓸 성분(Eu2+)은 축광 형광체를 사용할 경우, 유로퓸 고유의 여기 특성에 따라 520 나노미터 파장대의 녹색 내지 노란색을 발산함으로써 인간의 눈에 가장 선명한 빛을 보여주고 있으며, 공부활제인 디스프로슘(Dy3+) 성분은 상기 유로퓸 성분과 반응하여 장잔광특성을 발현하는 것으로 알려져 있다.
이러한 현상을 좀더 화학적인 측면을 고려하여 설명하면, 부활제인 유로퓸 성분(Eu2+)은 형광체의 모체 내부에서 4f7 ↔ 4f65d1 천이에 의해 여기 및 발광 현상을 일으키는 반면에, 공부활제인 디스프로슘(Dy3+) 성분은 상기 유로퓸 성분(Eu2+)에 의해 여기된 정공 혹은 전자의 에너지를 열적으로 포획한 다음, 다시 Eu2+ 에 되돌려 줌으로써, 장잔광 특성을 일으키는 것으로 이해할 수 있다.
이러한 현상은 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체에 모두 적용될 수 있는 바, Sr-Al-O계 모체의 결정상의 종류는 SrAl2O4 (SrO-Al2O3), Sr2Al6O11 (2SrO-3Al2O3), Sr4Al14O25 (4SrO-7Al2O3), SrAl12O19 (SrO-6Al2O3) 등을 예시할 수 있다.
한편, 융제 내지 반응촉진제로서는 오늘날 산화붕소(B2O3)를 필수적인 성분으로 사용하고 있다. 이는 형광체의 초기 반응물질들의 균일한 혼합을 유도함과 동시에, 고온에서의 균일하고 적정한 결정구조를 이루게 하는데 가장 적정한 물질로 알려져 있기 때문이다.
이를 좀더 구체적으로 설명하면, 초기의 반응물질들이 모두 분말상으로 되어 있으므로, 초기의 반응물질들을 균일하게 혼합시키고, 그 상태에서 고온으로 소성할 경우, 상기 산화붕소의 융점이 낮아서, 소성 작업이 진행됨에 따라, 붕소성분이 녹아지게 되고, 그에 따라 다른 성분들이 각자의 위치로 결정구조를 찾아가게 됨으로써, 그 이후에 계속되는 소성과정에서 안정적인 형광체 물질로 전환될 수 있도록 해주는 것이다.
한편, 최근에는 상기 산화붕소(B2O3)가 단순히 융제로서 작용할 뿐만 아니라, 알루미늄의 결합구조를 변경시키는 작용을 하고 있다는 사실을 밝혀내고, 이러한 현상을 이용한 기술로서 특허등록을 받기도 하였다.(특허등록 제 10-1339102호 참조)
상기 선행기술에 의하면, 상기 산화붕소(B2O3)는 융제로서 작용을 하고 있지만, 그에 그치지 않고, 산화붕소(B2O3)에 의해 형성된 BO4 그룹이 SrAl2O4 형광체 모체를 구성하는 AlO4 구조단위에 치환되어 O-Al-O 구조를 붕괴시키고, Al-O-B 구조를 형성하며, 형광체 모체의 내부에는 O-Al-O 구조 및 Al-O-B의 구조가 혼합된 [Al,B]O4 구조를 만들게 된다. 다시 말해서, 알루미늄(Al) 격자 위치에 붕소(B)가 치환되어 들어가고, [Al,B]O4 사면체 중의 붕소산화물(borate) 성분은 구조채널 중의 디스프로슘(Dy)에 인력을 작용하여 Dy-borate 결함 복합체(defect complex)를 만들고, 이것이 장잔광 특성을 나타낸다는 것이다.
결과적으로, 종래의 가장 일반적이고 상용화된 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조시에는, 부활제로서 유로퓸(Eu2+) 성분과, 공부활제로서 디스프로슘(Dy3+) 성분과, 융제로서 산화붕소(B2O3)를 사용하고 있으며, 이들은 축광 형광체의 제조시 필수적인 성분으로 사용되어지고, 이들의 상호 작용에 의해 안정적이고 유용한 형광특성 및 잔광특성을 발휘할 수 있는 것으로 정리될 수 있다.
그런데, 이러한 반응촉진제 내지 융제로서 널리 사용되고 있는 산화붕소(B2O3)는 용해도가 낮아서, 반응물질들을 수용액에서 혼련과정을 수행할 수 없고, 균일한 혼련작업을 위하여 물 대신에 알코올을 사용하여야 하는 단점이 있다.
이는 종래의 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조방법이 알코올을 사용함으로 인하여, 작업자들의 인체에 간접적으로 영향을 미칠 수 있고(예컨대, 알콜 성분이 작업자에게 접촉될 상태에서, 작업자는 알콜 성분에 의한 평상심을 잃어버릴 가능성이 있음), 설혹 작업자들에게 직접적인 해로움을 끼지치지 않을지라도, 화학공정에서 주로 사용되는 불에 매우 민감한 단점이 있으므로, 안전사고에 매우 취약한 단점이 있다.
이러한 점들은 형광체 물질을 제조하기 위하여 고온(예컨대, 1200 ℃ 이상의 고온)에서 반응 물질들을 소성해야 한다는 점을 감안할 때, 작업자의 안전 및 작업환경을 위하여, 반드시 해결해야 할 과제라고 할 것이다.
그러나, 여태까지 종래의 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조방법에 있어서는, 반응촉진제 내지 융제로서 산화붕소를 사용하지 않는 기술이 소개된 바 없는 것으로 보인다.
대한민국 특허등록 제10-145,246호 (1998. 4. 28.); 대한민국 특허등록 제10-935,108호 (2010. 1. 6.); 대한민국 특허등록 제10-1,635,773호 (2016. 7. 4.); 대한민국 특허등록 제10-1,339,102호 (2013. 12. 9.).
본 발명은, 종래의 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체를 제조하는데 있어서, 산화붕소(B2O3)를 사용하지 않으면서 축광 형광체를 제조할 수 있고, 작업자의 신체적인 안전과 작업 환경을 획기적으로 개선한 새로운 형태의 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체를 제조하는데 있어서, 융제로서 산화붕소(B2O3)를 사용하지 않고, 수용성 스트론튬 물질을 사용하는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 스트론튬 물질로서는 수용성 염화스트론튬을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 수용성 염화스트론튬은 물에 녹아서 용해되어지고, 다른 초기 반응물질들과의 균일한 혼련을 도와주며, 초기 반응물질들의 균일한 혼련시간을 획기적으로 단축될 수 있도록 유도하는 반면에, 소성과정에서 다른 반응물질들에 대하여 영향을 미치지 않고, 오히려 스트론튬-알루미늄 결정구조에 스트론튬 성분을 부가하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스트론튬 물질로서 사용되는 수용성 염화스트론튬은 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체에 적용될 수 있는 바, Sr-Al-O계 모체의 결정상의 종류는 SrAl2O4 (SrO-Al2O3), Sr2Al6O11 (2SrO-3Al2O3), Sr4Al14O25 (4SrO-7Al2O3), SrAl12O19 (SrO-6Al2O3) 등을 예시하여 사용할 수 있다.
본 발명에 의한 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조방법은, 반응촉진제로서 수용성 염화스트론튬(SrCl2)을 사용함으로써, 종래기술에서 사용되고 있었던 산화붕소(B2O3)를 대체할 수 있는 기술을 확보하였고, 이로 인하여 축광형광체에 대한 불용성의 문제를 해결한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 산화붕소를 사용하고, 이로 인하여 용제로서 알코올 성분을 사용하지 않고 순수한 물을 사용하게 됨으로써, 알콜 성분으로 인한 작업자의 주의력 산만 현상을 방지하고, 고온 작업환경에서 알코올 발화로 인한 작업환경을 원천적으로 개선한 장점이 있는 것이다.
또한, 본 발명은 산화붕소(B2O3)의 사용시에 얻을 수 있는 최종 제품의 휘도 및 잔광특성을, 새로운 반응촉진제로서 수용성 염화스트론튬(SrCl2)을 사용함으로써, 최종 제품에 종래의 제품과 동일한 수준의 품질을 달성할 수 있는 효과를 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 6에 의한 축광 형광체의 발광파장의 변화를 시간의 경과에 따라 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 더욱 구체적이고 상세하게 설명한다. 본 발명에서 제공되는 구체적인 수치 또는 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 실시 양태로서, 본 발명의 기술사상을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 명백하다.
또한, 본 발명의 명세서에 있어서, 이 기술분야에서 공지된 것으로서 통상의 기술을 가진 자에 의해 용이하게 창작될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은, 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체를 제조하는데 있어서, 융제로서 산화붕소(B2O3)를 사용하지 않고, 수용성 스트론튬 물질을 사용하는 것을 기술적 특징으로 한다. 상기 스트론튬 물질로서는 수용성 염화스트론튬(SrCl2)을 사용하는 것이 바람직하다.
일반적으로 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체는 탄산스트론튬(SrCO3)과 알루미나(Al2O3)를 주원료로 사용하고, 여기에 부활제로서 산화유로퓸(Eu2O3)과 공부활제로서 산화디스프로슘(Dy2O3)과 산화이트리움(Y2O3)을 사용하며, 반응촉진제로서 산화붕소(B2O3)를 사용하되, 용제로서 에탄올을 사용한다.
상기 탄산스트론튬(SrCO3)과 알루미나(Al2O3)는 고온에서 스트론튬-알루미늄 형광체의 모체로서 작용한다.
통상적으로 탄산스트론튬(SrCO3) 100 몰% 와 알루미나(Al2O3) 100 몰%를 기준으로 하여, 부활제로서 산화유로퓸(Eu2O3) 0.1 내지 0.5 몰%를 사용한다. 상기 부활제로서 산화유로퓸(Eu2O3)은 형광체의 내부에서 빛 에너지를 공급받을 경우 여기되어 520 나노미터 내외의 발광 파장을 나타낸다.
공부활제로서 상기 산화디스프로슘(Dy2O3)은 탄산스트론튬(SrCO3) 100 몰% 와 알루미나(Al2O3) 100 몰%를 기준으로 하여, 0.1 내지 0.5 몰%를 사용하고, 바람직하기로는 0.2 내지 0.3 몰%를 사용한다. 또한, 상기 산화이트리움(Y2O3)의 경우에는 탄산스트론튬(SrCO3) 100 몰% 와 알루미나(Al2O3) 100 몰%를 기준으로 하여, 0.1 내지 0.5 몰%를 사용하고, 바람직하기로는 역시 0.2 내지 0.3 몰%를 사용한다. 상기 공부활제로서 산화디스프로슘(Dy2O3) 및 산화이트리움(Y2O3)은 상기 유로퓸(Eu2+)에 의해 여기된 정공 또는 전자 에너지를 열적으로 포획한 ,후 다시 유로퓸(Eu2+)으로 되돌려 줌으로써, 형광체에서 장잔광 특성을 나타나도록 해주며, 이는 이미 위에서 설명한 바와 같다.
통상적으로, 상기 탄산스트론튬(SrCO3) 100 몰% 와 알루미나(Al2O3) 100 몰%을 칭량하고, 여기에 상기 산화유로퓸(Eu2O3) 0.1 내지 0.5 몰%과 상기 수용액을 상기 산화디스프로슘(Dy2O3) 0.1 내지 0.5 몰% 및 상기 산화이트리움(Y2O3) 0.1 내지 0.5 몰%을 칭량하고, 여기에 반응촉진제로서 산화붕소(B2O3) 3 내지 8 몰%를 칭량한 이후, 용제로서 에탄올 40 내지 60 몰%를 넣고 고르게 교반한다.
교반작업은 볼밀을 이용하여 진행하고, 12시간 동안 습식혼합을 진행한다. 교반 및 볼밀 작업을 소홀히 할 경우, 최종 제품으로 얻어지는 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 내부 성분의 불균일한 혼련으로 인하여 외부로 발산되는 형광체의 휘도 및 발광성능에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 고르고 균일한 혼련작업이 엄격하게 준수되어야 하고, 평균 12시간 이상을 교반하는 것이 작업 표준으로 정해져 있을 정도이다.
통상적으로, 위와 같은 조성을 이루고 있는 형광체 원료들을 상기 볼밀에서최소한 12시간 내지 13시간 동안 균일하게 혼련한 이후, 혼련된 반죽원료를 잘 건조시키고, 소성로에 넣고 고온 (1300 내지 1400 ℃)에서 소성한다.
이 경우, 상기 반응촉진제로서 사용되었던 상기 산화붕소(B2O3)는 고온에서 소성작업을 진행할 경우, 가장 낮은 융점을 가지고 있는 것이어서, 대략 1300 ℃ 내지 1400 ℃ 정도에서 용융되기 시작하여 다른 형광체 성분들이 상호 결합되는 것을 보조해주게 되는 것으로 알려져 있다. 이것을 좀더 구체적으로 살펴보면, 상기 산화붕소(B2O3)는 SrAl2O4 형광체 모체를 구성하는 AlO4 구조단위에 치환되어, O-Al-O 구조를 붕괴시키고, Al-O-B 구조를 형성함으로써, 형광체 모체의 내부에 [Al,B]O4 구조를 만들게 되는 것으로 알려져 있다.
상기 소성작업이 완료되어지면, 소성장치에서 소성된 형광체를 냉각시키고, 분쇄하여, 축광형광체의 유효 성분으로 얻게 된다.
본 발명은 위와 같은 공정으로 진행되는 과정에서, 상기 반응촉진제로서 사용되는 산화붕소(B2O3) 대신에, 수용성 염화스트론튬(SrCl2)을 2 내지 7 몰%를 사용한다. 상기 수용성 염화스트론튬을 2 몰% 이하로 사용하거나, 7 몰% 이상으로 사용할 경우, 휘도 내지 잔광특성이 종래의 축광형광체에 비하여 떨어지기 때문이다.
본 발명에 있어서, 상기 산화붕소(B2O3) 대신에, 수용성 염화스트론튬(SrCl2)을 사용하는 이유는, 상기 산화붕소(B2O3)를 사용할 경우, 산화붕소(B2O3)의 물에 대한 불용성으로 인하여 용제로서 물을 사용할 수 없고, 물 대신에 알콜성분을 사용해야 하는 단점을 제거하기 위함이다.
이는 물 대신에 알콜성분을 사용할 경우, 작업자들의 안전상의 문제를 야기할 가능성이 있다. 알콜성분은 메틸알콜을 사용할 수 없고, 필연적으로 에틸알콜을 사용해야 한다. 에틸알콜은 그 자체로서 작업자에게 어떠한 위해를 직접적으로 가하는 것은 아니지만, 작업자의 신체, 특히 이를 음용하거나 이에 노출되었을 경우, 작업자의 주의력을 산만하게 할 가능성이 존재한다.
또한, 알콜성분을 작업장에서 사용함으로 인한 발화 가능성이 존재한다. 이는 소성작업에서 고온의 온도하에서 작업이 이루어지는 점을 고려할 때, 충분한 안전성을 확보하는 것이 무엇보다 중요하기 때문이다. 따라서, 본 발명은 상기 산화붕소(B2O3) 대신에, 수용성 반응촉진제를 사용함으로써, 작업자의 안전상의 위협을 현실적이고 실질적으로 해결하게 되는 쾌거를 이룬 것으로 평가될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 반응촉진제를 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 모체와 동일한 물질을 사용함으로써, 소성작업시 상기 반응촉진제의 스트론튬이 스트론튬-알루미늄 결정 조직에 직접적으로 기여를 행할 수 있는 장점이 있다.
이는 종래의 반응촉진제로 사용되었던 산화붕소(B2O3)가 알루미나 결정조직에 들어가서 형광체 모체에 대해 간접적인 영향을 미친 것이고, 그로 인하여 오히려 스트론튬-알루미나의 결정조직에 부작용을 일으켰을 가능성이 존재하는 것인데 반하여, 본 발명은 상기 수용성 염화스트론튬(SrCl2) 중의 염소 성분이 소성 과정에서 완전히 휘발하여 없어지고, 순수한 스트론튬(Sr2+) 성분이 존재하고, 그 순수 스트론튬(Sr2+) 성분이 스트론튬-알루미나 결정조직에 부가적이고 추가적인 결정조직을 형성하여 기여할 것으로 여겨진다. 이러한 발명자들의 추정은 아래의 실험 결과에 의해 뒷받침되는 것으로 여겨졌다. 만약, 종래의 반응촉진제인 산화붕소를 사용하지 않고, 이건 특허출원발명의 염화스트론튬(SrCl2)을 사용했을 경우, 종래의 축광형광체의 성능에 비하여 더 낮은 성능을 나타냈었다면, 이건 특허출원발명의 염화스트론튬(SrCl2)이 최종 제품인 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체에 대해 역기능적인 성분으로 작용하였을 것이지만, 실제 실험결과는 전혀 그러하지 않았기 때문이다.
이러한 점들을 고려할 때, 상기 반응촉진제로 사용된 수용성 염화스트론튬은 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체에 적용될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 Sr-Al-O계 모체의 결정상의 종류는 SrAl2O4 (SrO-Al2O3), Sr2Al6O11 (2SrO-3Al2O3), Sr4Al14O25 (4SrO-7Al2O3), SrAl12O19 (SrO-6Al2O3) 등을 예시할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명한다.
<< 실시예 1 >>
탄산스트론튬(SrCO3) 98.5몰%에 알루미나(Al2O3) 100몰%, 부활제로 산화유로퓸(Eu2O3) 0.25몰%을 첨가하고, 공부활제로 산화디스프로슘(Dy2O3) 0.25몰% 및 산화이트리움(Y2O3)을 0.25몰%를 첨가한 혼합물을 기본 조성으로 하였다. 그리고, 산화붕소 대신에 수용성 염화스트론튬 1 몰%를 칭량하고, 물 30 몰%를 투입하여, 물에 녹여서 수용액으로 만들고, 이 수용액을 상기 기본조성에 혼합하여 수용성 혼합물을 만들었다.
상기 수용성 혼합물을 지르코니아 볼밀에 넣고, 그곳에서 12시간 동안 습식혼합을 행하였다.
이어서, 상기 지르코니아 볼밀에서 균질하게 혼련된 혼합분말 반죽을 잘 건조시킨 후, 관상형 전기로를 사용하여 질소-수소 혼합가스(95:5) 기류 중(유량: 60㏄/분)에서 1,350℃ 온도로 3시간 동안 열처리하였다.
이와 같이 하여 얻어진 소성체 화합물을 알루미나질 유발에서 분쇄하여, 100메시의 체를 통과한 것을 시료로 사용하였다.
이와 같이 얻어진 시료분말 0.5g을 내경 5㎜의 시료접시에 취하여, 어두운 곳에 보관하여 잔광을 소거한 후에, 200룩스의 광원으로부터 10분간 자극하여 광원이 제거된 후의 잔광을 측정하였다. 측정된 잔광 데이터는 시간의 경과에 따른 휘도에 관한 것이었고, 그 측정 데이터를 정리하여 아래의 표 1에 나타내었다.
<< 실시예 2 >>
상기 실시예 1에 있어서,
상기 반응촉진제인 수용성 염화스트론튬 1 몰% 대신에 3 몰% 를 사용한 것을 제외하고, 나머지는 모두 동일한 방식으로 진행하였다.
이와 같은 방식으로 진행하여 얻은 것을 시료로 사용하였고, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 잔광을 측정하였다. 그 측정된 데이터를 아래의 표 1에 나타내었다.
<< 실시예 3 >>
상기 실시예 1에 있어서,
상기 반응촉진제인 수용성 염화스트론튬 1 몰% 대신에 5 몰% 를 사용한 것을 제외하고, 나머지는 모두 동일한 방식으로 진행하였다.
이와 같은 방식으로 진행하여 얻은 것을 시료로 사용하였고, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 잔광을 측정하였다. 그 측정된 데이터를 아래의 표 1에 나타내었다.
<< 실시예 4 >>
상기 실시예 1에 있어서,
상기 반응촉진제인 수용성 염화스트론튬 1 몰% 대신에 7 몰% 를 사용한 것을 제외하고, 나머지는 모두 동일한 방식으로 진행하였다.
이와 같은 방식으로 진행하여 얻은 것을 시료로 사용하였고, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 잔광을 측정하였다. 그 측정된 데이터를 아래의 표 1에 나타내었다.
<< 실시예 5 >>
상기 실시예 1에 있어서,
상기 반응촉진제인 수용성 염화스트론튬 1 몰% 대신에 10 몰% 를 사용한 것을 제외하고, 나머지는 모두 동일한 방식으로 진행하였다.
이와 같은 방식으로 진행하여 얻은 것을 시료로 사용하였고, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 잔광을 측정하였다. 그 측정된 데이터를 아래의 표 1에 나타내었다.
<< 실시예 6 >>
상기 실시예 1에 있어서,
상기 반응촉진제인 수용성 염화스트론튬을 전혀 사용하지 않고, 단지 물을 수용액으로 사용한 것을 제외하고, 나머지는 모두 동일한 방식으로 진행하였다.
이와 같은 방식으로 진행하여 얻은 것을 시료로 사용하였고, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 잔광을 측정하였다. 그 측정된 데이터를 아래의 표 1에 나타내었다.
실시예 조성(몰%) 잔광특성(mCd/m2)
염화스트론튬 90초후 240초후 500초후 1000초후
6 0 240 130 75 35
1 1 580 290 210 130
2 3 2200 895 460 298
3 5 1400 570 320 205
4 7 1300 490 280 180
5 10 1310 495 270 185
상기 실시예 1 내지 실시예 6의 결과를 살펴보면,
반응촉진제로서 염화스트론튬을 전혀 사용하지 않았을 경우(실시예 6의 경우)에 최종 형광체의 잔광특성이 가장 낮은 것으로 확인되었고, 상기 염화스트론튬의 첨가량이 증가됨에 따라 형광체의 휘도가 증가되다가, 3 몰%의 경우(실시예 2의 경우)에 가장 양호한 수준을 나타내고 있으며, 그 이후에는 상기 염화스트론튬의 첨가량이 증가됨에 따라 오히려 휘도가 감소되었다. 이는 모체에 비해 반응촉진제가 고용한계를 넘도록 과다하게 첨가되어, 제 2상으로 석출됨으로 인해, 휘도가 저하되었던 것으로 추측된다.
첨부된 도 1은 상기 실시예 1 내지 실시예 6에 의한 데이터를 근거로 하여, 그 잔광특성 값을 시각적으로 나타낸 그래프이고, 그 데이터의 기준은 1000초를 경과하였을 경우를 보여주고 있다.
<< 비교 실시예 1 >>
상기 실시예 1에 있어서,
상기 반응촉진제인 수용성 염화스트론튬 대신에, 산화붕소(B2O3) 3 몰%를 사용하였고, 그 이외 나머지는 모두 동일한 방식으로 진행하였다.
이와 같은 방식으로 진행하여 얻은 것을 시료로 사용하였고, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 잔광을 측정하였다. 그 측정된 데이터를 아래의 표 2에 나타내었다.
항목 조성(몰%) 잔광특성(mCd/m2)
산화붕소 90초후 240초후 500초후 1000초후
1 3 2115 850 455 280
상기 비교실시예 1에 의한 실시예는 현재 통상적 일반적으로 진행되고 있는 방식으로, 반응촉진제로서 산화붕소(B2O3)를 사용한 것이며, 종래의 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조방법임을 알 수 있다.
본 발명과 종래 기술에 의한 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 성능 비교
본 발명에 의한 상기 실시예 1 내지 실시예 6의 결과를 살펴보면, 상기 실시예 2의 결과가 가장 양호하다.
이때, 상기 실시예 2의 결과를 종래의 방법에 의한 상기 비교실시예1의 결과와 상호 비교해 보면, 아래의 표 3과 같다.
구 분 잔광특성(mCd/m2)
90초후 240초후 500초후 1000초후
본 발명 2200 895 460 298
종래기술 2115 850 455 280
위의 표 3의 데이터를 살펴보면, 본 발명에 의한 축광 형광체의 발광 성능 내지 잔광 성능이 종래기술에 의한 축광 형광체의 성능에 비하여, 비록 미미한 정도로 관측되고 있지만, 더 향상된 것임을 실험결과로서 확인할 수 있다.
이는 본 발명자들이 추측하였던 바와 같이, 반응촉진제로 사용된 스트론튬 성분이 종래의 붕소성분에 비하여, 소성작업시 스트론튬-알루미늄 결정 조직에 직접적으로 기여한 결과임을 알 수 있다.
이하, 본 발명의 제조방법을 실시할 경우, 볼 밀에서의 혼련시간을 어느 정도까지 단축할 수 있는지의 여부를 확인하기 위하여, 아래와 같이 실시예 7 내지 실시예 10을 진행하였다.
<< 실시예 7 >>
상기 실시예 1에 있어서,
상기 반응촉진제인 수용성 염화스트론튬 3 몰%를 투입하고, 상기 지르코니아 볼밀에서 10 시간 동안 습식혼합을 행한 것을 제외하고, 그 나머지 사항은 상기 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
이와 같은 방식으로 진행하여 얻은 것을 시료로 사용하였고, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 잔광을 측정하였다. 그 측정된 데이터를 아래의 표 4에 나타내었다.
<< 실시예 8 >>
상기 실시예 7에 있어서,
상기 지르코니아 볼밀에서 8 시간 동안 습식혼합을 행한 것을 제외하고, 그 나머지 사항은 상기 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
이와 같은 방식으로 진행하여 얻은 것을 시료로 사용하였고, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 잔광을 측정하였다. 그 측정된 데이터를 아래의 표 4에 나타내었다.
<< 실시예 9 >>
상기 실시예 7에 있어서,
상기 지르코니아 볼밀에서 6 시간 동안 습식혼합을 행한 것을 제외하고, 그 나머지 사항은 상기 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
이와 같은 방식으로 진행하여 얻은 것을 시료로 사용하였고, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 잔광을 측정하였다. 그 측정된 데이터를 아래의 표 4에 나타내었다.
<< 실시예 10 >>
상기 실시예 7에 있어서,
상기 지르코니아 볼밀에서 4 시간 동안 습식혼합을 행한 것을 제외하고, 그 나머지 사항은 상기 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
이와 같은 방식으로 진행하여 얻은 것을 시료로 사용하였고, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 잔광을 측정하였다. 그 측정된 데이터를 아래의 표 4에 나타내었다.
실시예 볼밀
교반시간		 잔광특성(mCd/m2)
90초후 240초후 500초후 1000초후
7 10 2180 850 440 280
8 8 2165 830 430 265
9 6 2120 790 415 250
10 4 1700 570 350 195
2 12 2200 895 460 298
본 발명에 의한 초기 반응물질의 혼련 시간 비교
위의 표 4에 의한 데이터에 의하면, 본 발명의 제조방법에 의할 경우, 수용성 염화스트론튬을 사용할 경우, 축광 형광체를 제조하기 위하여 혼련시간을 종래의 12시간에서 6시간 내지 8시간 정도로 대폭적으로 단축시킬 수 있음을 알 수 있다. 이것은 상기 반응촉진제로서 염화스트론튬이 분말상의 최초 반응물질들을 비교적 짧은 시간 동안 혼련시킬 수 있고, 그 경우에도, 매우 양호하고 균질한 반죽물 내지 반죽슬러리를 얻을 수 있다는 점을 뒷받침해주고 있다.
본 발명이 상기 반응촉진제를 교체함으로 인하여 반응시간 내지 혼련시간을 대폭적으로 단축시켰다는 사실은, 경제성 및 효율성을 생명으로 하고 있는 기업체의 측면에서는 제품에 관한 생산성의 향상으로 직결되고 있다는 점을 보여주고 있는 것이다.
이상에서 본 발명에 축광형광체 및 그 제조방법을 구체적으로 제시하였으나, 이는 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 구체화된 것일 뿐, 본 발명의 모든 특징이 위에서 언급한 항목에만 적용되는 것이라고 한정하여 해석되어서는 아니될 것이다.
또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.

Claims (5)

  1. 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체를 제조하는데 있어서,
    융제로서 산화붕소(B2O3)를 사용하지 않고,
    수용성 스트론튬 물질을 사용하며,
    상기 수용성 스트론튬 물질은 수용성 염화스트론튬(SrCl2)을 사용하는 것을 특징으로 하는, 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응촉진제로 사용된 수용성 염화스트론튬은 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체에 적용될 수 있고,
    Sr-Al-O계 모체의 결정상의 종류는 SrAl2O4 (SrO-Al2O3), Sr2Al6O11 (2SrO-3Al2O3), Sr4Al14O25 (4SrO-7Al2O3), SrAl12O19 (SrO-6Al2O3) 으로 구성된 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한, 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    탄산스트론튬(SrCO3) 100 몰% 와 알루미나(Al2O3) 100 몰%을 칭량하고, 부활제로 산화유로퓸(Eu2O3) 0.1 내지 0.5 몰%와, 공부활제로 산화디스프로슘(Dy2O3) 0.1 내지 0.5 몰% 및 산화이트리움(Y2O3) 0.1 내지 0.5 몰%를 칭량하고, 반응촉진제로서 수용성 염화스트론튬(SrCl2)을 2 내지 7 몰%를 사용하고, 용제로서 물을 사용하여 진행되는 것을 특징으로 한, 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수용성 염화스트론튬은 소성 과정에서 염소 성분을 완전히 휘발하여 없어지고, 스트론튬(Sr2+) 성분을 잔존시키고,
    잔존하는 스트론튬(Sr2+) 성분이 스트론튬-알루미나 결정조직에 부가적이고 추가적인 결정조직을 형성하여 형광성능에 기여하는 것을 특징으로 한, 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수용성 염화스트론튬은 볼밀에서 초기 반응물질의 혼련과정을 단축시키고, 그 단축시간은 종래의 12시간에서 6시간 내지 8시간을 이루는 것을 특징으로 한, 스트론튬-알루미늄계 축광 형광체의 제조방법.
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