나노형광체합성기술 - cheric · 2004. 11. 5. · 2539...

2539

화학공학의 이론과 응용 제10권 제2호 2004년

Theories and Applications of Chem. Eng., 2004, Vol. 10, No. 2

나노 형광체 합성 기술

강 윤 찬

건국대학교 화학공학과

[email protected], 017-409-2751

2540



형광체 연구방향

형광물질 활용 분야(PDP, FED, LED, LCD, LAMP)

형광체 업체 동향

신규 형광물질 개발

형광물질 합성기술

초음파 분무열분해 공정 기술

형광막 형성 기술

나노 형광물질 합성 및 활용 기술

2541



형광막형광막 연구방향연구방향

R

GB

RGB

격벽구조대화면화대화면화

고정세화고정세화고화질화고화질화

Screen printing Dispensing process형광막

형성공정

형광체

구형화구형화

미세화미세화고효율화고효율화

2542



형광물질 합성기술

고상법– 장점:

• 대량생산 기술

– 단점• 분말 형태 및 크기 등의 제

어에 어려움

액상법– 장점

• 저온합성• 구형 형광체• 미분/나노 형광체

– 단점• 대량생산• 과다 용매 사용

기상법– 장점:

• 구형 형상

• 저온 합성

• 미분 형광체

• 다양성(대부분 형광체에 적용 가능)

• 연속 공정(제품의 균일성)• 대량생산

– 단점• 개발 단계

형광물질 요구사항

- 1-3 µm의 구형

- 고 발광 휘도

- 비응집성

2543



형광물질 합성-고상법

Zn2SiO4:Mn

- 형태의 구형화- 크기의 미세화- 크기 분포의 균일화- 발광특성 개선

- 융제- 원료- 합성조건- 형광체 조성

2544



합성기술 : 구형 형광체

Good phosphor slurry

High packing density

Smoother light intensity distribution

Optimize optical and geometricstructure of phosphor layer

SphericalPhosphor

2545



초음파 분무열분해 공정

Furnace( 900℃)

Coolingwater

Carrier gas45L/min

Flowmeter

Solution

Bag filterTrap

Peristaltic pump

Hood

Ultrasonicnebulizer

2546



Reaction of components

- Low annealing temperature- Short annealing time- No milling process- High purity

(b) Spray pyrolysis

(a) Solid state reaction method

A B CC

2547



• Spherical morphology• Non-agglomeration• Fine size (Submicron - Several micron)• Narrow size distribution• Versatility(모든 종류의 세라믹 및 금속 분말 제조 가능)• Continuous process(대량 생산)

Liquid aerosol generator

분무열분해법의 장점

2548



Droplet Solvent Evaporationand Precipitation

Further Precipetaionand Solvent Evaporation

CrustFormation

Bursting

IntraparticleReaction

DryParticle

IntraparticleReaction

Porous andHollow Particle

Further Precipitationand Solvent Evaporation

Solid ParticleFormationDry

Particle

PorousParticle

SOLIDPARTICLE

Densification

Reaction

BIMODAL PARTICLESIZE DISTRIBUTION

Particle formation mechanisms in the Spray Pyrolysis

(Volume precipitation)

(Surface precipitation)

2549



Formation mechanism of dense particle

IDEA :Volume precipitation by GEL formation

HeatingGel

FormationDecomposition

Liquidsolution

PolymerizationDroplet

Volumeprecipitation Dense

particle

Polymerization : Increase of solution viscosity

2550



Colloid-Assisted Spray Pyrolysis

ColloidalSeeds

• Heterogeneous Solution

Dense Particle

• Colloid in droplet ==> Nucleation seeds

• Heterogeneous precipitation on the colloidal seeds.

• Uniform precipitation in droplet ==> Formation of filled particles

2551



Zn2SiO4:Mn

(YGd)BO3:Eu

BaMgAl10O17:Eu

분무열분해법 - PDP 형광물질

2552



입자형상입자형상 조절을조절을 위한위한 용용 분무분무 용액용액제조제조 공정도공정도((청색청색))

CC--HNO HNO 44

CC--NH NH 44OHOH + H+ H22OO

Al polymer : Al polymer : AlAl22(OH)(OH)66--xx(NO(NO33) ) xx

BaBa, Mg, , Mg, EuEu PrecursorsPrecursors

Spray solutionSpray solution

Al(NOAl(NO22))33 9H9H22O + HO + H22OO

Slurry : Al (OH)Slurry : Al (OH)3 3 x Hx H22OO

2553



청색 형광체 - BaMgAl10O17:Eu

Commercial

General

Commercial like

2554



대량대량 합성합성 공정에서공정에서 제조된제조된 형광체형광체형태형태 및및 형광형광 특성특성

녹색: Zn2SiO4:Mn

상용상용::KASEIKASEI

400 450 500 550 600 650 7000

100

200

300

400

0.08M

2.0 M1.0 M

commercial

0.5 M

PL In

tens

ity [a

.u.]

Wavelength[nm]

2555



구형구형 형광체형광체 입도입도 분포분포 제어제어 특성특성

Carrier gas

FurnaceTrap

Peristaltic pump

Ultrasonic nebulizer

Coolingwater

water

Bag filter

2556



400 450 500 550 600 650 7000

2000

4000

6000

8000

0.01M

0.08M

2M0.2M0.5M1M

PL In

tens

ity[a

.u.]

Wavelength[nm]

구형구형 형광체형광체 입도입도 분포분포 제어제어 특성특성

2557



500 550 600 650 7000

100

200

300

400

500

600

700

800

Y2O3 : Eu commercial Gd2O3 : Eu spray pyrolysis

Inte

nsity

Wavelength (nm)

PL spectra of Y2O3 : Eu and Gd2O3 : Eu

2558



0.1 1 10 100 1000

%CHAN

Size (microns)0.1 1 10 100 1000

0

2

4

6

8

10

0.1 1 10 100 1000

%CHAN

Size (microns)0.1 1 10 100 1000

0

2

4

6

8

10

Particles size distribution of phosphor powder

Gd2O3 : Eu Y2O3 : Eu

2559




SEM photographs of phosphor layer

2560



SEM photographs of phosphor layer


2561



SEM photographs of Zn2SiO4 : Mn phosphor layer

Zn2SiO4:Mn (Spherical) Zn2SiO4:Mn (Commercial)

2562



Advantage

• High packing density

• Phase purity

Disadvantage

• Decrease of luminescence efficiency

Nano Particle Formation Mechanism

DropletDrying

Pyrolysis Annealing

Dense Nano particles

Recrystallization

Nano Phosphor Particles

2563



Before posttreatment 700℃

900℃ 1050℃


2564



Li2CO3 contentPosttreatment temperature

500 550 600 650 7000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

Commercial

700oC

900oC

1150oC1000oC

Wavelength(nm)

Inte

nsity

500 550 600 650 7000

200

400

600

800

1000

Commercial7wt % Li2CO3

1wt % Li2CO3

5wt % Li2CO33wt % Li2CO3

In

tens

ity

Wavelength(nm)


2565



형광체 향후 연구방향

신규 고효율 형광체 개발

(열화, 잔광시간, 방전전압, 잔상, 색좌표…)

합성기술 개발을 통한 형광체 특성 개선

(고효율화, 미세화, 구형화…)

새로운 형광막 형성기술(고정세, 저가격화…)

(잉크젯, 포토공정, Dry film…)

나노형광체합성기술 - cheric · 2004. 11. 5. · 2539...

Documents