[논문]CaWO4-Li2WO4-Eu2O3계 형광체의 PL 특성과 결정구조

김정석; 최진호; 정봉만; 강현주

doi:10.4191/kcers.2006.43.1.010

CaWO4-Li2WO4-Eu2O3계 형광체의 PL 특성과 결정구조
Luminescence Characteristics and Crystal Structure of CaWO4-Li2WO4-Eu2O3 Phosphors 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.43 no.1 = no.284, 2006년, pp.10 - 15

김정석 (호서대학교 디스플레이공학과 신소재공학과) , 최진호 (호서대학교 디스플레이공학과 신소재공학과) , 정봉만 (한국에너지기술연구원 전기조명연구센터) , 강현주 (삼척대학교 화학공학과 부설연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Photoluminescence (PL) and crystal structures of the $(l-x)CaWO_4-xLi_2WO_4$ binary system added with $Eu_2O_3$ activator have been characterized. The $CaWO_4\;and\;Li_2WO_4$ have the scheelite and phenakite structures respectively. The $CaWO_4-Li_2WO_4-Eu_2O_3$ phosphors show the red luminescence of 613 nm peak wavelength. The wavelength range of excitation spectral band is $380\~470$ nm with the peak wavelength of 397 nm. The $0.88(0.5CaWO_4-0.5Li_2WO_4)-0.12Eu_2O_3$ showed the most superior luminescence characteristics. The effect of co-doping elements such as $Al_2O_3$ and rare-earth oxides on PL has been characterized. The co-doping elements deteriorated the luminescence intensity except the $Al_2O_3$ and $Gd_2O_3$. The PL characteristics of $CaWO_4-Li_2WO_4-Eu_2O_3$ phosphors have been compared to those of the alkali europium double molybdates (tungstates) of scheelite-related structure such as $LiEu(MoO_4)_2$ and $CsEu(MoO_4)_2$. The crystal structures of $(l-y)[(l-x)CaWO_4-xLi_2WO_4]-yEu_2O_3$ phosphors have been characterized using XRD data and rietveld refinement.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 CaWQ와 LEWQi를 조합한 (l-x)CaWO₄- xLi2WO₄ 2원계 모체에 활성제 EU2O₃를 첨가하여 적색 발광 특성을 개선하였다. (l-x)CaWO₄-xLi2WC)4:Eu2O₃계 형광체들은 모두 흡수파장이 380-470 nm, 적색 발광 파장이 613 nm이었다.
본 연구에서는 CaWQ와 LizWQi을 혼합한(l-x)CaWCk xLi2WO₄ 2원계에 EuQ3를 활성제로 첨가하여 제조한 형광체의 적색발광특성을 분석하였으며, 여러 희토류의 부활성제 및 조성변화에 따라 적색발광특성의 개선을 이루고자 하였다. 또한, 기존에 보고된 적색발광 형광체인 alkali europium double molybdate, LiEu(MoC)4)2 오+ CsEu (MoC)4)2의 발광특성을 비교 분석하였다.
본 연구에서는 UV-LED(300~410nm)에 적합한 형광체를 개발하기 위하여 scheelite 구조의 CaWOq와 phenakite 구조의 Li2WO₄^- 구성된 CaWO₄-Li2WO₄ 2원계에 Eu2O₃ 를 활성제로 첨가한 형광체의 발광특성과 결정구조를 분석하였다. Scheelite나 wolframite형 구조를 갖는 화합물은 scintillator detector, photoanode, 고체 레이저 hosts, 광섬유 응용, 무기형광체 들에 응용할 수 있는 재료로 알려져 있다.

제안 방법

(l-x)CaWO₄-xLi2WO₄:Eu2O₃ 형광체의 PL 특성을 기존에 보고 된 바 있는 alkali europium double molybdates 및 tungstates를 동일한 공정으로 제조하여 적색발광특성을 비교하였다. 이때 각각 시료들은 기존 문헌들에서 가장 발광 특성이 우수하게 나타나는 형광체 제조 조건과 조성을 바탕으로 하여 시료를 제조하였다.
하였다. 또한, 기존에 보고된 적색발광 형광체인 alkali europium double molybdate, LiEu(MoC)4)2 오+ CsEu (MoC)4)2의 발광특성을 비교 분석하였다.
본 연구에서는 활성제의 고용여부 및 형광체의 결정구조를 분석하기 위해 활성제를 첨가하지 않은 모상 (0.5CaWC)4-0.5Li2W04)과 활성제를 첨가한 시료 [0.88 (0.5CaW04-0.5Li2WO₄)-0.12Eu2O₃]^ XRD 회절데이타를 이용하여 rietveld 정밀화 분석을 하였다. 이때 CaWt%상은 I4Ja의 tetragonal 구조모델을, LizWQ】상은 R-3의 hexagonal 구조모델을 택하여 정밀화 하였다.
로냉된 형광체 시료를 다시 분쇄 혼합한 후 2차 열처리 온도인 900~1000℃까지 승온 한 후 대기중에서 4시간 유지하였다. 열처리 후 분쇄하여 얻어진 형광체의 발광 특성 (PL)은 Photoluminescence Spectrometer Perkin Elmer LS55를 이용하였고 측정하였다. 형광체의 상분석은 XRD 를 사용하여 회절 데이터를 얻은 후 rietveld 정밀화(Version 3.
이때 각각 시료들은 기존 문헌들에서 가장 발광 특성이 우수하게 나타나는 형광체 제조 조건과 조성을 바탕으로 하여 시료를 제조하였다. 0.
부활성제로는 A12O₃, Gd2O₃, Sm2O₃, CeO₂, Pr6OH 와 Ga2O₃ 원료분말을 사용하였다. 형광체는 (l-y)[(l-x) CaWO₄-xLi2WO₄]-yRe2O₃ (Re = Eu, Gd, Sm, Ce, Pr) 의 화학식에 따라 모체의 조성과 활성제 EU2O₃의 첨가량에 변화를 주었다. 본 논문에서는 형광체 및 활성제의 농도는 별도 명기가 없는 경우 모두 mole로 표기하였다.
열처리 후 분쇄하여 얻어진 형광체의 발광 특성 (PL)은 Photoluminescence Spectrometer Perkin Elmer LS55를 이용하였고 측정하였다. 형광체의 상분석은 XRD 를 사용하여 회절 데이터를 얻은 후 rietveld 정밀화(Version 3.2 of the program Fullprot Pseudo-Voigt profile function for pattern fitting)에 의해 형광체의 결정상들의 결정구조를 분석하였다.

대상 데이터

적색 형광체의 모상은 CaCQ, Li2CO₃ 및 WO₃ 원료분말을 이용하였고, 활성제로는 EU2O₃를 채택하였다. 부활성제로는 A12O₃, Gd2O₃, Sm2O₃, CeO₂, Pr6OH 와 Ga2O₃ 원료분말을 사용하였다. 형광체는 (l-y)[(l-x) CaWO₄-xLi2WO₄]-yRe2O₃ (Re = Eu, Gd, Sm, Ce, Pr) 의 화학식에 따라 모체의 조성과 활성제 EU2O₃의 첨가량에 변화를 주었다.
적색 형광체의 모상은 CaCQ, Li2CO₃ 및 WO₃ 원료분말을 이용하였고, 활성제로는 EU2O₃를 채택하였다. 부활성제로는 A12O₃, Gd2O₃, Sm2O₃, CeO₂, Pr6OH 와 Ga2O₃ 원료분말을 사용하였다.

이론/모형

본 연구에서는 통상적인 고상반응법에 의해 형광체를 제조하였다. 적색 형광체의 모상은 CaCQ, Li2CO₃ 및 WO₃ 원료분말을 이용하였고, 활성제로는 EU2O₃를 채택하였다.

성능/효과

및 tungstates 인 LiEiKMoOQ?, LiEu(WO₄)2, CsEu(MoC)4)2에서와 같이 5D0-7F2 전하 전이에 의한 적색 발광(613 nm)을 일으킬 수 있음을 확인할 수 있다. Rietveld 분석결과에서 Li 자리의 thermal parameter가 비정상적으로 작은(-) 것으로부터 미량의 +가 U2WO₄상의 Li" 자리에 치환될 가능성도 있을 것으로 생각된다.
Figs. 1과 2의 PL 스펙트럼에서 공통적인 결과는 X (Li2WC)4의 몰비) = 0.5 부근에서 적색발광 피크의 강도가 가장 크고 그 이상에서는 감소하였다. 본 논문에는 생략하였으나, 동일한 모체조성 x = 0.
4에 나타내었다. XRD 패턴을 분석한 결과 단일상이 아닌 scheelite구조를 갖는 CaWQ상과 phenakite 구조를 갖는 Li2WC)4 상이 공존하는 것으로 나타났다. EU2O₃로부터의 회절피크는 관찰되지 않았다.
(l-x)CaWO₄-xLi2WC)4:Eu2O₃계 형광체들은 모두 흡수파장이 380-470 nm, 적색 발광 파장이 613 nm이었다. 발광특성이 가장 우수한 조성은 0.88(0.5 CaW04-0・5Li2WC)4)-0.12EuQ3 와 0.88(0.5CaW04-0.5Li2 WO₄)-0.12Eu203-0・024Gd2O₃(0.025AI2O₃) 이 었다. 이들 형광체는 CaWC)4(scheelite)오* LizWQCphenakite)의 두 가지 상으로 구성되어 있다.
5 부근에서 적색발광 피크의 강도가 가장 크고 그 이상에서는 감소하였다. 본 논문에는 생략하였으나, 동일한 모체조성 x = 0.5에 활성제(Euq)의 양을 0.12 mole 이 상으로 증가시 키 는 경우 적 색 발광피 크의강도는 오히려 감소하였다. 일반적으로 형광체 조성물들에서 활성제가 일정 농도 이상이 될 때 발광강도가 감소가 나타난다.
본 연구에서는 (l-x)CaWO₄-xLi2WO₄:Eu2C)3계에 유로 피움 첨가량을 O.I2EU2O₃까지 증가시킴으로써 적색 발광 특성을 현저히 개선시킬 수 있었다. 기존의 연구보고와는 다르게 0.

후속연구

일반적으로 형광체 조성물들에서 활성제가 일정 농도 이상이 될 때 발광강도가 감소가 나타난다. 감소 원인으로는 활성원소의 농도 quenching, Eu 활성원소간의 에너지 전이 현상 등을 고려할 수 있으나 본 연구에서는 이에 관한 구체적 분석은 수행하지 못하였다. 한편, Eu2O₃ 농도 차이에 의한 결정구조 변화의 가능성도 있으나 다음 장에서 고찰한 바와 같이 Eu2O₃ 농도 차이에 의한 결정구조 변화는 거의 나타나지 않았다.
XRD에서 검출될 수 있는 결정상의 최소량은 XRD의 정밀도에 따라 다르나 대략 5% 이내이다. 본 연구에서 시료 분석에 사용한 XRD가 검출할 수 있는 정밀도 한계 내에서는 Eu2O₃ 상으로 부터의 회절피크가 전혀 관찰되지 않았다. 따라서 첨가한 대부분의 EU2O₃는 모두 CaWQ;상이나 phenakite에고용된 것으로 판단된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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