[논문]고상법에 의한 Sr3Al2O6 형광체의 분말합성 및 발광특성

김수진; 원형일; 원창환

doi:10.4191/kcers.2011.48.3.241

고상법에 의한 Sr3Al2O6 형광체의 분말합성 및 발광특성
Synthesis of Sr3Al2O6 Phosphors by Solid State Reaction and Its Luminescent Properties 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.48 no.3, 2011년, pp.241 - 245

김수진 (충남대학교 신소재공학과) , 원형일 (급속응고신소재연구소) , 원창환 (충남대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A red strontium aluminate phosphor ($Sr_3Al_2O_6:Eu^{3+},Eu^{2+}$) is synthesized using a solid state reaction method in air and reducing atmosphere. The investigation of firing temperature indicates that a single phase of $Sr_3Al_2O_6$ is formed when the firing temperature is higher than $1300^{\circ}C$. The effect of firing temperature and doping concentration on luminescent properties are investigated. $Sr_3Al_2O_6$ phosphor exhibits the typical red luminescent properties of $Eu^{3+}$ and $Eu^{2+}$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 Europium을 도펀트로 하여 산화분위기와 환원분위기 아래에서 Sr₃Al₂O₆ 적색 형광체를 고상법으로 합성하고 특성을 연구하였다. 1400℃에서 Sr₃Al₂O₆단일상이 생성되었으며 결정성이 제일 높은 것을 확인할 수 있었다.
^12-15) 상온에서 합성된 Sr₃Al₂O₆: Eu²⁺, Dy³⁺ 형광체가 612 nm의 파장을 갖는 red 발광한다는 연구결과가^16,17) 있는 반면 655 nm나¹⁸⁾ 510 nm에서^14,15) 발광한다는 연구결과도 있다. 본 연구에서는 적색 또는 백색 LED를 구현하기 위해 Eu³⁺와 Eu²⁺를 활성화시킨 Sr₃Al₂O₆ 형광체를 고상법으로 제조하고 그 발광 특성을 분석하였다.

제안 방법

일정한 몰 비율의 원료를 Ball mill에 넣고 24 h 혼합하였으며 효과적인 혼합을 위해 에탄올 중에서 실시하였다. 에탄올을 제거한 분말 원료는 알루미나 관상로를 사용하여 1200℃-1500℃의 온도에서 일정 시간 동안 고상 반응시켜 Sr₃Al₂O₆:Eu³⁺와 Sr₃Al₂O₆:Eu²⁺를 합성하였다. 합성온도와 시간, 도펀트의 농도, 환원분위기 등의 제반 반응 조건이 Sr₃Al₂O₆:Eu²⁺와 Sr₃Al₂O₆:Eu³⁺에 미치는 영향과 이에 따른 형광체의 발광특성을 검토하기 위해 X-ray diffraction (XRD, model Siemens, German)와 Scanning electron microscopy (SEM, model JSM-5410, JEOL Co.
에탄올을 제거한 분말 원료는 알루미나 관상로를 사용하여 1200℃-1500℃의 온도에서 일정 시간 동안 고상 반응시켜 Sr₃Al₂O₆:Eu³⁺와 Sr₃Al₂O₆:Eu²⁺를 합성하였다. 합성온도와 시간, 도펀트의 농도, 환원분위기 등의 제반 반응 조건이 Sr₃Al₂O₆:Eu²⁺와 Sr₃Al₂O₆:Eu³⁺에 미치는 영향과 이에 따른 형광체의 발광특성을 검토하기 위해 X-ray diffraction (XRD, model Siemens, German)와 Scanning electron microscopy (SEM, model JSM-5410, JEOL Co.), Fluorescence spectrophotometer(F-7000, Hitachi, Japan)을 이용하여 특성평가를 실시하였다.

대상 데이터

출발원료로서 98% 이상되는 순도급의 SrCO₃(대정화금, Korea), Al₂O₃(Junsei, Japan)와 Eu₂O₃의 분말을 사용하였다. 일정한 몰 비율의 원료를 Ball mill에 넣고 24 h 혼합하였으며 효과적인 혼합을 위해 에탄올 중에서 실시하였다.

성능/효과

적색 영역에서 발광 밴드가 나타나는 이유는 도펀트인 Eu²⁺의 에너지 준위가 5d→4f 상태로 전이^10,24) 되었기 때문이다. 1300℃ 이상의 온도조건에서 발광특성이 나타나기 시작해 1500℃로 열처리한 분말에서 가장 높은 발광 효율을 보였다. 불순물 상이 발생함에도 불구하고 온도가 증가할수록 발광 효율이 증가하는 이유는 온도가 높아질수록 Eu³⁺→Eu²⁺로 환원이 더 활발하게 일어나기 때문인 것으로 생각된다.
1400℃에서 Sr3Al2O6 단일상이 생성되었으며 결정성이 제일 높은 것을 확인할 수 있었다.
Sr₃Al₂O₆:Eu³⁺형광체는 결정성의 영향으로 1400℃에서 최대 발광 효율을, Sr₃Al₂O₆: Eu²⁺ 형광체는 1500℃에서 최대 발광 효율을 보였다. Sr₃Al₂O₆: Eu²⁺ 형광체는 Eu²⁺의 도핑농도가 0.2 mol까지 발광 효율이 증가함을 보이다가 0.2 mol의 경우에는 발광효율이 감소하는 경향을 보였다.
Sr₃Al₂O₆: Eu³⁺형광체의 발광스펙트럼은 570 nm~730 nm의 영역에서 620 nm 중심파장을 나타내며 Sr₃Al₂O₆: Eu²⁺ 형광체는 550 nm~700 nm의 영역에서 612 nm 중심파장을 나타냈다. Sr₃Al₂O₆:Eu³⁺형광체는 결정성의 영향으로 1400℃에서 최대 발광 효율을, Sr₃Al₂O₆: Eu²⁺ 형광체는 1500℃에서 최대 발광 효율을 보였다. Sr₃Al₂O₆: Eu²⁺ 형광체는 Eu²⁺의 도핑농도가 0.
5 mol로 변화시키면서 실험하였다. 발광스펙트럼을 보면 Eu²⁺의 농도가 0.2 mol일 때 발광강도가 가장 우수했으며, 0.2 mol 이상일 때에 발광효율이 낮아지는 것을 관찰할 수 있었다. Leverenz 등의 보고에 의하면 적당량 이상의 도펀트가 첨가될 경우 형광체의 구조적 불균일성이 증가하여 발광세기가 떨어지게 된다.
그러나 열처리 온도가 1500℃ 이상인 경우부터는 Sr₃Al₂O₆ 외에 Sr₄Al₂O₇상이 생성되었다. 위의 결과로부터 낮은 온도일 때는 Sr₃Al₂O₆상이 안정하여 단일상으로 나타나며 1400℃ 이상의 높은 온도에서는 Sr₄Al₂O₇의 상이 안정하여¹⁹⁾ 두 가지 상이 생성되는 것을 알 수 있었다.
428 nm에서 피크의 강도는 열처리 온도가 증가하면서 같이 증가한다. 즉 1500℃에서 Sr₃Al₂O₆: Eu²⁺적색형광체는 1300℃나 1400℃에 비하여 더 넓은 여기 스펙트럼과 더 강한 intensity를 가지는 것을 확인 할 수 있었다. 발광 스펙트럼은 550 nm~700 nm까지 나타나고 중심발광 피크는 612 nm이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	발광 다이오드란?	발광 다이오드(LED, light emitting diode)는 전기 에너지를 적외선 또는 가시광선으로 전환시키는 소자로서 가전제품, 리모컨, 대형전광판, 자동차 램프, 교통 신호등, 휴대폰 등에 널리 사용되고 있다. 발광 다이오드의 수명은 100,000시간이며 사용 소비 전력이 백열전구의 20%정도이므로 초절전용 광원으로 주목을 받고 있다.
	백색 발광 다이오드를 구현 하는 방법은?	따라서 백색 발광 다이오드는 기존의 형광등이나 백열전구를 대체할 수 있는 가장 좋은 광원이다.1-3) 백색 발광 다이오드를 구현 하는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데 첫 번째 방법은 InGaN계의 청색(~460 nm) LED칩 위에 황색 형광체 YAG: Ce을 도포하여 백색 LED를 구현하는 방법과 장파장 UV LED칩에 적색, 녹색, 청색의 형광체를 조합하여 백색 LED 칩을 구현하는 두 번째 방법으로 나눌 수 있다. 첫번째 방법의 경우 청색 발광 다이오드 칩 위에 YAG:Ce 형광체를 도포하면 청색광의 여기에 의해서 YAG:Ce 형광체는 황색을 발광하게 된다.
	AG:Ce 형광체를 도포하여 만들어진 백색 발광 다이오드의 단점은?	따라서 청색 발광다이오드의 청색광과 형광체에서 나오는 황색광이 혼합되면서 백색광이 만들어진다.4,5) 그러나 YAG:Ce 형광체를 사용하여 만든 백색 발광 다이오드는 청색과 황색으로 구성된 2파장의 백색 발광 다이오드이므로 색 순도가 낮아 태양광과 같은 자연의 광원을 만들 수 없다. 이러한 단점을 해결하기 위해서는 청색, 녹색, 적색으로 구성된 3파장의 백색 발광다이오드를 개발해야만 한다.

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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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