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
화학공학의 이론과 응용 제10권 제2호 2004년
Theories and Applications of Chem. Eng., 2004, Vol. 10, No. 2
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
화학공학의 이론과 응용 제10권 제2호 2004년
Theories and Applications of Chem. Eng., 2004, Vol. 10, No. 2
형광막형광막 연구방향연구방향
R
GB
RGB
격벽구조대화면화대화면화
고정세화고정세화고화질화고화질화
Screen printing Dispensing process형광막
형성공정
형광체
구형화구형화
미세화미세화고효율화고효율화
2542
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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
화학공학의 이론과 응용 제10권 제2호 2004년
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형광물질 합성-고상법
Zn2SiO4:Mn
- 형태의 구형화- 크기의 미세화- 크기 분포의 균일화- 발광특성 개선
- 융제- 원료- 합성조건- 형광체 조성
2544
화학공학의 이론과 응용 제10권 제2호 2004년
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합성기술 : 구형 형광체
Good phosphor slurry
High packing density
Smoother light intensity distribution
Optimize optical and geometricstructure of phosphor layer
SphericalPhosphor
2545
화학공학의 이론과 응용 제10권 제2호 2004년
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초음파 분무열분해 공정
Furnace( 900℃)
Coolingwater
Carrier gas45L/min
Flowmeter
Solution
Bag filterTrap
Peristaltic pump
Hood
Ultrasonicnebulizer
2546
화학공학의 이론과 응용 제10권 제2호 2004년
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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
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• 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
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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
화학공학의 이론과 응용 제10권 제2호 2004년
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Formation mechanism of dense particle
IDEA :Volume precipitation by GEL formation
HeatingGel
FormationDecomposition
Liquidsolution
PolymerizationDroplet
Volumeprecipitation Dense
particle
Polymerization : Increase of solution viscosity
2550
화학공학의 이론과 응용 제10권 제2호 2004년
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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
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Zn2SiO4:Mn
(YGd)BO3:Eu
BaMgAl10O17:Eu
분무열분해법 - PDP 형광물질
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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
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청색 형광체 - BaMgAl10O17:Eu
Commercial
General
Commercial like
2554
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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
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구형구형 형광체형광체 입도입도 분포분포 제어제어 특성특성
Carrier gas
FurnaceTrap
Peristaltic pump
Ultrasonic nebulizer
Coolingwater
water
Bag filter
2556
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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
화학공학의 이론과 응용 제10권 제2호 2004년
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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
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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
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Gd2O3 : Eu Y2O3 : Eu
SEM photographs of phosphor layer
2560
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SEM photographs of phosphor layer
Gd2O3 : Eu Y2O3 : Eu
2561
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SEM photographs of Zn2SiO4 : Mn phosphor layer
Zn2SiO4:Mn (Spherical) Zn2SiO4:Mn (Commercial)
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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
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Before posttreatment 700℃
900℃ 1050℃
Nano Phosphor Particles
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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)
Nano Phosphor Particles
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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…)