KR100484098B1 - 금속분말 코팅 형광체 및 그 제조방법 - Google Patents

금속분말 코팅 형광체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속분말 코팅 형광체 및 그 제조방법을 개시한다. (a) 금속염을 물에 용해시킨 후 여기에 환원제 또는 환원성 가스를 투입함으로써 상기 금속염으로부터 금속을 환원시켜 금속분말이 콜로이드상으로 분산되어 있는 금속 콜로이드 용액을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 금속 콜로이드 용액을 교반하면서 여기에 형광체를 첨가함으로써 상기 형광체의 표면에 상기 금속을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 방법에 따라 제조된 금속분말 코팅 형광체는 종래의 금속산화물 코팅 형광체에 비하여 전도도가 향상되어 이를를 이용하여 형성된 형광막을 채용한 표시소자는 휘도가 향상된다.

Description

금속분말 코팅 형광체 및 그 제조방법
본 발명은 여기원으로서 전자선을 이용하는 표시소자에 이용되는 금속분말 코팅 형광체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자선을 이용하는 경우 전자에 의한 대전(charge up) 현상을 제거하기 위해서 그 표면에 금속분말을 코팅시킨 형광체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 표시소자에 사용되는 형광체는 부도체이다. 이러한 형광체에 전자선을 조사하면 공급된 에너지의 일부만이 형광체 발광에 관여하고 대부분의 에너지는 형광체의 대전에 의해 손실되기 때문에 표시소자의 휘도가 저하되는 문제점이 있다.
이러한 현상은 전계 방출 표시소자(field emission display: FED), 평면형 음극선관(flat cathode ray tube), 진공형광표시관(vacuum fluorescent display: VFD) 등과 같이 저전압에서 구동되는 표시소자의 경우에 특히 현저하다. 위와 같은 대전에 의한 표시소자의 휘도저하문제를 해결하기 위해서 형광막 상부에 알루미늄막과 같은 전도성증착막을 형성하여 대전을 방지하는 방법을 생각할 수 있으나, 위와 같이 저전압에서 구동되는 표시소자의 경우에는 전자선의 투과두께가 얇기 때문에 전도성증착막을 적층하는 방법은 실질적으로 적용하기 곤란하다.
따라서, 종래에는 저전압에서 구동되는 표시소자에 사용되는 형광체에 있어서 대전에 의한 휘도저하 문제를 해결하기 위해서 형광체의 표면에 인듐주석산화물(indium tin oxide : ITO)과 같은 전도성 금속산화물을 코팅시키거나 형광체 조성물내에 전도성 금속산화물을 첨가하는 방법을 사용하고 있다. 그러나, 이 방법에 의하면 전도성 금속산화물의 전도성이 낮고 입자의 크기가 커서 혼합이 불균일해지므로 고가의 전도성 산화물의 사용량이 많아진다. 따라서, 전도성 금속산화물을 사용하는 방법은 비경제적일 뿐만 아니라 표시소자의 휘도가 불량한 문제를 해결하기 어렵다.
이러한 문제점을 개선하기 위해서 형광체에 아연금속분말을 첨가하는 방법도 있으나, 아연금속분말은 입자가 크고 설파이드계 형광체의 표면에서 황과 반응하여 전도성을 크게 저하시키는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점은 아연금속분말 뿐만 아니라 전이금속분말의 경우에도 일반적으로 나타난다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위해서 부도체인 형광체에 충분한 전도성을 부여하여 형광체의 수전능력을 증대시킴으로써 표시소자화면의 휘도를 향상시킬 수 있는 형광체를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 조성물을 이용하여 안료 코팅 형광체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 전자선을 여기원으로 이용하는 형광체에 있어서, 상기 형광체는 그 표면이 은, 금, 백금, 및 팔라듐으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 금속분말로 코팅된 설파이드계 형광체인 것을 특징으로 하는 금속분말 코팅 형광체를 제공한다. 이때, 은, 금, 백금 또는 팔라듐 이외의 아연과 같은 다른 금속은 설파이드계 형광체 표면의 황(S)과 반응하여 전도성이 없는 금속 설파이드 화합물을 형성하기 때문에 본 발명의 효과를 달성할 수 없다.
본 발명에 따른 금속분말 코팅 형광체에 있어서, 상기 금속분말은 그 평균입경이 50nm ~ 3㎛인 것이 바람직하다. 상기 금속분말의 평균입경이 50nm 미만이면 전도성이 저하되는 문제점이 있고, 3㎛을 초과하면 형광체 표면으로 광이 방출되는 것이 방해되는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 금속분말 코팅 형광체에 있어서, 상기 금속분말의 코팅량은 상기 형광체 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 10중량부의 비율인 것이 바람직하다. 상기 금속콜로이드의 코팅량이 상기 형광체 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만의 비율이면 전도성 상승효과가 미미하며 10중량부 초과의 비율이면 광방출이 저하되는 문제점이 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명은 (a) 금속염을 물에 용해시킨 후 여기에 환원제 또는 환원성 가스를 투입함으로써 상기 금속염으로부터 금속을 환원시켜 금속분말이 콜로이드상으로 분산되어 있는 금속 콜로이드 용액을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 금속 콜로이드 용액을 교반하면서 여기에 설파이드계 형광체를 첨가함으로써 상기 형광체의 표면에 상기 금속을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 코팅 형광체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 금속분말 코팅 형광체의 제조방법에 있어서, 상기 금속염은 은, 금, 백금, 및 팔라듐으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 금속을 포함하는 화합물인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 금속분말 코팅 형광체의 제조방법에 있어서, 상기 금속분말은 그 평균입경이 50nm ~ 3㎛이 되도록 조절되는 것이 바람직하다. 이러한 금속분말의 조절은 농도, 온도, pH 등에 의해서 이루어진다.
본 발명에 따른 금속분말 코팅 형광체의 제조방법에 있어서, 상기 금속분말의 코팅량은 상기 형광체 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 20중량부의 비율이 되도록 조절되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 금속분말 코팅 형광체의 제조방법에 있어서, 상기 금속 콜로이드 용액에 수용성 바인더를 더 첨가할 수 있는데, 상기 수용성 바인더는 젤라틴, 아라비아 고무, 및 폴리비닐알콜수지로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 금속분말 코팅 형광체는 종래의 금속산화물 코팅 형광체에 비하여 전도도가 향상된다. 따라서, 본 발명에 따른 금속분말 코팅 형광체를 사용하여 형성된 형광막을 채용한 표시소자는 그 화면의 휘도가 향상된다.
이하, 본 발명에 따른 금속분말 코팅 형광체의 제조방법을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 염화금산(HAuCl4)와 같은 은, 금, 백금, 또는 팔라듐의 염(salt)을 적정량의 물에 용해시킨다. 이어서, 여기에 환원제 또는 환원성 가스를 투입함으로써 상기 금속염으로부터 금속을 환원시켜 금속분말이 콜로이드상으로 분산되어 있는 금속 콜로이드 용액을 형성한다. 이때 사용되는 환원제의 한 예로서는 포름알데히드와 pH를 약알카리성으로 조절하기 위한 탄산칼륨(K2CO3)의 조합을 들 수 있다. 한편, 금속 콜로이드의 입자크기에 따라서 금속분말이 형광체 표면에 코팅되지 않는 경우가 있다. 이 경우에는 금속 콜로이드 용액에 수용성 바인더를 적정량 더 첨가하면 된다. 이때 사용되는 상기 수용성 바인더로서는 젤라틴, 아라비아 고무, 또는 폴리비닐알콜수지가 바람직하다.
계속해서, 상기 금속 콜로이드 용액을 교반하면서 여기에 설파이드계 형광체를 서서히 첨가하면 설파이드계 형광체의 표면에 금속분말이 균일하게 코팅된다. 주의하여야 할 점은 여기에서 설명한 공정순서에 따르지 않으면 금속분말이 설파이드계 형광체의 표면에서 황과 반응하여 금속설파이드 화합물을 형성함으로써 전도성을 상실하게 된다는 점이다. 마지막으로, 상기 결과물을 여과 및 건조하면 본 발명에 따른 금속분말 코팅 형광체를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하고자 하는데, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 제조된 형광체의 각종 성능평가는 다음 방법에 의하여 실시하였다.
(1) 형광체 저항 측정
유리기판위에 20㎛ 두께의 형광막을 형성한 후, 0.2cm의 거리에 전극을 두고 Fluca사의 저항측정기를 사용하여 형광체의 저항을 측정하였다.
(2) 형광체 휘도 측정
유리기판위에 20㎛ 두께의 형광막을 형성한 후, 전류 1mA, 전압 100V의 조건에서 PSI사의 Darsa 시스템을 사용하여 형광체의 휘도를 측정하였다. 이때, 휘도는 교예의 형광체의 휘도를 100으로 하고 이에 대한 상대휘도로 평가하였다.
<실시예 1>
25℃의 물 200㎖에 HAuCl4 0.173g을 용해시킨 후 여기에 환원제로서 20% H2O2 5㎖를 투입함으로써 Au3+이온을 환원하여 Au 금속 분말이 콜로이드상으로 분산되어 있는 금속 콜로이드 용액을 형성하였다. 이어서, 상기 Au 콜로이드 용액을 교반하면서 여기에 ZnS:Ag 청색 발광 형광체 100g을 첨가함으로써 상기 형광체의 표면을 Au 분말로 코팅하였다. 이어서, 상기 형광체를 여과하고 건조하여 Au 분말이 코팅된 ZnS:Ag 형광체를 얻었다.
<실시예 2>
25℃의 물 200㎖에 PdCl2 16.7g을 용해시킨 후 여기에 환원가스로서 H2가스를 투입함으로써 Pd2+이온을 환원하여 Pd 금속 분말이 콜로이드상으로 분산되어 있는 금속 콜로이드 용액을 형성하였다. 이어서, 상기 Pd 콜로이드 용액을 교반하면서 여기에 (Zn, Cd)S:Ag 오렌지색 발광 형광체 100g을 첨가함으로써 상기 형광체의 표면을 Pd 분말로 코팅하였다. 이어서, 상기 형광체를 여과하고 건조하여 Pd 분말이 코팅된 (Zn, Cd)S:Ag 형광체를 얻었다.
<실시예 3>
25℃의 물 200㎖에 PtCl4 1. 73g을 용해시킨 후 여기에 환원가스로서 H2가스를 투입함으로써 Pd4+이온을 환원하여 Pt 금속 분말이 콜로이드상으로 분산되어 있는 금속 콜로이드 용액을 형성하였다. 이어서, 상기 Pt 콜로이드 용액을 교반하면서 여기에 (Zn, Cd)S:Ag 청색 발광 형광체 100g을 첨가함으로써 상기 형광체의 표면을 Pt 분말로 코팅하였다. 이어서, 상기 형광체를 여과하고 건조하여 Pt 분말이 코팅된 (Zn, Cd)S:Ag 형광체를 얻었다.
<실시예 4>
25℃의 물 400㎖에 AgNO3 15.7g을 용해시킨 후 여기에 환원가스로서 H2가스를 투입함으로써 Ag+이온을 환원하여 Ag 금속 분말이 콜로이드상으로 분산되어 있는 금속 콜로이드 용액을 형성하였다. 이어서, 여기에 젤라틴 0.5g을 물 50㎖에 용해시킨 것을 더 첨가하였다. 계속해서, 상기 Ag 콜로이드 용액을 교반하면서 여기에 ZnS:Cu, Al 녹색 발광 형광체 100g을 첨가함으로써 상기 형광체의 표면을 Ag 분말로 코팅하였다. 이어서, 상기 형광체를 여과하고 건조하여 Ag 분말이 코팅된 ZnS:Cu, Al 형광체를 얻었다.
<비교예 1>
ITO 분말 10g을 ZnS:Ag 형광체 100g을 단순혼합하여 얻은 형광체를 이용하여 형광막을 형성한 후 위에서 설명한 방법에 따라 저항과 휘도를 측정하였다.
<비교예 2>
ZnS:Ag 형광체 대신 (Zn, Cd)S:Ag 형광체 100g을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법에 따라 ITO 분말이 코팅된 (Zn, Cd)S:Ag 오렌지색 발광 형광체를 얻었다.
<비교예 3>
ZnS:Ag 형광체 대신 (Zn, Cd)S:Ag 형광체 100g을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법에 따라 ITO 분말이 코팅된 (Zn, Cd)S:Ag 청색 발광 형광체를 얻었다.
<비교예 4>
ZnS:Ag 형광체 대신 ZnS:Cu, Al 녹색 발광 형광체 100g을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법에 따라 ITO 분말이 코팅된 ZnS:Cu, Al 녹색 발광 형광체를 얻었다.
형광체의 저항(㏀) 상대휘도(%)
실시예 1 1 105
실시예 2 10 110
실시예 3 20 115
실시예 4 15 110
비교예 1 1,000 이하 100
비교예 2 1,000 이하 100
비교예 3 1,000 이하 100
비교예 4 1,000 이하 100
표 1을 참조하면, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 금속분말 코팅 형광체는 비교예 1 ~ 4에 따라 제조된 ITO 코팅 형광체에 비하여 저항이 약 50 ~ 1,000배 저하되어 그 만큼 전도도가 향상되었음을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1 ~ 4에 따른 금속분말 코팅 형광체를 사용하여 형성된 형광막을 채용한 표시소자의 화면의 휘도가 비교예 1의 경우보다 5 ∼ 15% 정도 향상되었다.
이는 본 발명에 따른 금속분말이 코팅된 형광체를 이용하면 공급된 전자선의 에너지의 이용률이 증가하여 형광체의 발광휘도가 높아지므로 결국 표시소자 화면의 휘도가 향상되기 때문이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속분말 코팅 형광체는 종래의 금속산화물 코팅 형광체에 비하여 전도도가 향상된다. 따라서, 본 발명에 따른 금속분말 코팅 형광체를 사용하여 형성된 형광막을 채용한 표시소자는 그 화면의 휘도가 향상된다.

Claims (9)

  1. 전자선을 여기원으로 이용하는 형광체에 있어서,
    상기 형광체는 그 표면이 은, 금, 백금, 및 팔라듐으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 금속분말로 코팅된 설파이드계 형광체인 것을 특징으로 하는 금속분말 코팅 형광체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속분말은 그 평균입경이 50nm ~ 3㎛인 것을 특징으로 하는 금속분말 코팅 형광체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속분말의 코팅량은 상기 형광체 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 10중량부의 비율인 것을 특징으로 하는 금속분말 코팅 형광체.
  4. (a) 금속염을 물에 용해시킨 후 여기에 환원제 또는 환원성 가스를 투입함으로써 상기 금속염으로부터 금속을 환원시켜 금속분말이 콜로이드상으로 분산되어 있는 금속 콜로이드 용액을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 금속 콜로이드 용액을 교반하면서 여기에 형광체를 첨가함으로써 상기 형광체의 표면에 상기 금속을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 코팅 형광체의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속염은 은, 금, 백금, 및 팔라듐으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 금속을 포함하는 화합물인 것을 특징으로 하는 금속분말 코팅 형광체의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 금속분말은 그 평균입경이 50nm ~ 3㎛인 것을 특징으로 하는 금속분말 코팅 형광체의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 금속분말의 코팅량은 상기 형광체 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 10중량부의 비율인 것을 특징으로 하는 금속분말 코팅 형광체의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 금속 콜로이드 용액에 수용성 바인더를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 금속분말 코팅 형광체의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 수용성 바인더는 젤라틴, 아라비아 고무, 및 폴리비닐알콜수지로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속분말 코팅 형광체의 제조방법.
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