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KR100315226B1 - 고휘도 저전압용 청색 형광체 - Google Patents

고휘도 저전압용 청색 형광체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 0.5∼3 중량의 P로 도핑된 저전압 청색 형광체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 상기 청색 형광체는 아연 산화물(ZnO)과 갈륨 산화물(Ga2O3)의 혼합물에 융제로서 인계 화합물을 혼합하고, 1200∼1300 ℃에서 1차 소성시키고, 볼밀 과정을 거친 후 세정하고, 900∼1100 ℃에서 2차 소성한 후 분급하여 제조된다. 본 발명의 청색 형광체인 ZnGa2O4는 종래의 청색 형광체에 비하여 휘도가 20이상 증가된다.

Description

고휘도 저전압용 청색 형광체{A BLUE PHOSPHOR WITH HIGH BRIGHTNESS FOR LOW-VOLTAGE APPLICATIONS}
[산업상 이용 분야]
본 발명은 저전압 청색 형광체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휘도가 개선된 VFD 또는 FED용 저전압 청색 형광체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
[종래 기술]
주로 1㎸ 이하의 저전압 디스플레이에는 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display : FED), 진공 형광 디스플레이(Vacuum Fluorescent Display : VFD) 등이 있다. FED는 차세대 소형 평판 표시 소자로 활발히 연구되고, VFD는 주로 가전, AV, 자동차 등의 각종 표시 소자로 사용된다. 이들 저전압용 표시 장치는 열선 등과 같은 전자 방출 장치(emitter)로부터 방출된 전자가 형광체를 발광시켜 원하는 화상을 재현하는 구조로 되어 있다.
FED, VFD 등의 저전압 구동 장치용 형광체는 저저항이고, 발광 개시 전압이 낮아야 하고, 저가속 전압에서의 발광 효율이 높고 휘도 포화가 없으며, 형광체 입자 표면에 결함이 적고, 저속전자 여기 발광상태가 안정하고 분해가 일어나지 않아야 한다. 현재 저전압 구동 장치용 형광체로는 황화물계(sulfide) 형광체가 광범위하게 사용되고 있다. 황화물계 형광체는 모체(host material)의 저항이 높아서 저속 전자선 여기 발광을 행하기 때문에 저항을 낮추기 위한 방법으로 도전물질을 첨가하여 사용하고 있다. 그러나 전자선 여기시 황화물계 가스 방출과 형광체 물질이 분해비산에 의해 산화물 필라민트의 오염과 형광체 효율을 저하시키는 문제점이 있기 때문에 비황화물계 형광체의 개발이 활발하게 진행되고 있다.
그 중에서도 ZnGa2O4형광체는 상대적으로 휘도가 우수하고, 안정된 청색을 나타내므로 주목받는 형광체이다. ZnGa2O4는 ZnO와 Ga2O3의 복합산화물로 광학적으로 밴드 갭(band gap)이 약 4.4 eV이다. 전자선 여기의 경우 전자는 형광체중의 발광 중심을 직접 여기시키지 않고 우선 형광체 모체를 여기시키고 이 에너지가 발광 중심으로 전달되어 발광된다.
저전압 청색 형광체는 원료물질과 융제를 혼합하고 1차 소성한 후, 볼밀(ball-mill)을 실시하고 세정한 다음 2차 소성하여 분급하는 공정을 거쳐 제조된다. 소성시에는 입경을 성장시키기 위하여 융제(flux)를 첨가할 수 있다. 황화물계 형광체의 경우 휘도를 향상시키기 위하여 융제를 첨가하는 것이 필요하지만 그 외의 형광체의 경우에는 오히려 휘도를 악화시키는 것으로 알려져 있다.
미국특허 제5,478,499호는 100V 이하에서 발광하며, Li가 800 내지 2300 ppm으로 도핑되고 P가 100 ppm 이하로 도핑된 ZnO·Ga2O3청색 형광체를 기재하고 있으나 휘도개선 정도가 미미하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 형광체 표면에 P를 적정량 함유시킴으로써 휘도 개선 효과가 우수한 저전압 청색 형광체 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 저전압 청색 형광체의 제조 공정도.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 청색 형광체에 잔존하는 P의 양이 0.5∼3 중량가 되도록 제조한다.
이하 본 발명을 도 1의 제조 공정도를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 청색 형광체의 제조 공정중 첫 번째 단계로 아연 산화물(ZnO)과 갈륨 산화물(Ga2O3)의 혼합물에 융제로서 인계화합물 첨가하여 유발로 잘 혼합한다. 이때 ZnO : Ga2O3의 몰비는 1: 1인 것이 바람직하다. 상기 융제로 사용되는 인계화합물로서는 Li3PO4, Na3PO4등이 사용될 수 있다. 상기 융제로 사용되는 인계화합물은 입경을 성장시키거나 입형을 조절하며 P의 일부는 형광체에 잔존하여 부활제로 작용한다. 인계화합물은 산화물 매트릭스에 대하여 10∼60 몰로 사용되며, 30몰로 첨가되는 것이 바람직하다.
두 번째 단계로 상기 혼합물을 1200∼1300 ℃에서 2∼3시간 1차 소성시킨다.상기 소성 공정은 대기분위기 하에서 1200℃의 온도에서 약 3시간 정도 실시하는 것이 바람직하다. 1차 소성 공정을 거쳐 ZnO·Ga2O3매트릭스가 형성된다.
그런 다음 응집된 입자를 제거하고 분산성 및 입도 분포를 향상시키기 위하여 1차 소성물에 대하여 약 3∼4시간, 바람직하게는 3시간 밀링(milling) 공정을 실시한다.
밀링 공정을 거친 물질에 대하여 질산 또는 염산으로 0.5∼1시간 세정한다. 질산의 농도는 0.5N인 것이 바람직하고 염산은 1정도인 것이 바람직하다. 이 공정을 통하여 과다한 양의 융제를 제거함으로써 2차 소성시 모체에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
상기 세정된 물질에 대하여 900∼1100 ℃에서 1∼3시간 2차 소성을 실시한다. 이때의 소성공정은 약 1100 ℃에서 2시간 실시하는 것이 바람직하며 산소가 결핍된 분위기를 만들어 전도도가 향상되도록 환원분위기 하에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 환원분위기는 H2가스와 N2가스가 5:95의 비율로 존재하도록 조절한다.
이와 같이 2차 소성된 물질을 시브(sieve)를 사용하여 분급함으로써 저전압 청색 형광체를 제조한다. 이 2차 소성 공정을 통하여 형광체의 결정성과 자가 부활(self-activation)을 증가시켜 발광효율을 향상시킬 수 있다. 제조된 청색 형광체에 잔존하는 P의 양은 0.5∼3 중량인 것이 바람직하며, 이 범위를 초과하는 경우에는 휘도개선 정도가 미미하다.
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
실시예 1∼3
ZnO와 Ga2O3를 1:1의 몰비로 혼합하고 30몰의 Li3PO4를 첨가하여 유발로 잘 혼합하고, 1200℃에서 3시간 1차 소성시켰다. 그런 다음 볼밀 과정을 거치고, 이를 1염산으로 세정한 후 1100℃에서 2시간동안 2차 소성시켜 청색 형광체인 ZnGa2O4를 제조하였다.
비교예 1
5의 염산으로 세정한 것을 제외하고 상기 실시예에서와 동일한 방법으로 청색 형광체 ZnGa2O4를 제조하였다. 또한 비교예 2로 시판되고 있는 후다바(Futaba)사의 형광체 ZnGa2O4를 구입하였다. 상기 실시예 1∼3 및 비교예 1∼2의 청색 형광체인 ZnGa2O4에 잔존하는 P의 양을 ICP-AES 방법으로 측정하여 하기 표 1에 기재하였다. 실시예 1∼3 및 비교예 1∼2의 형광체에 대하여 27V의 구동전압에서 CIE 색좌표와 상대휘도를 측정하여 하기 표 1에 함께 기재하였다.
형광체에 잔존하는 P의 양 색좌표 상대휘도()
x y
실시예 1 1.3 중량 0.180 0.170 120
2 2 중량 0.180 0.170 120
3 2.5 중량 0.180 0.170 120
비교예 1 0.005 중량 0.180 0.170 90
2 0.01 중량 0.180 0.170 100
본 발명에 따른 저전압 청색 형광체는 잔존하는 P의 양을 0.5∼3 중량로 조절함으로써 기존의 형광체에 비하여 상대휘도가 20이상 증가하는 것으로 나타났다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (3)

  1. (정정) 아연 산화물과 갈륨 산화물로 이루어진 형광체에 P가 0.5∼3 중량%의 양으로 도핑된 저전압용 청색 형광체.
  2. (정정) 제1항에 있어서, 상기 아연 산화물은 ZnO이고 갈륨 산화물은 Ga2O3이며, 아연 산화물 : 갈륨 산화물의 몰비는 1:1의 범위에 있는 저전압용 청색 형광체.
  3. (삭제)
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