[논문]고상법에 의한 BaSrSiO4 형광체의 분말합성 및 발광특성

강주영; 원형일; 원창환

doi:10.3740/mrsk.2013.23.12.727

고상법에 의한 BaSrSiO4 형광체의 분말합성 및 발광특성
Synthesis of BaSrSiO4 Phosphors by Solid State Reaction and Its Luminescent Properties 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.23 no.12, 2013년, pp.727 - 731

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

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, green barium strontium silicate phosphor ($BaSrSiO_4:Eu^{3+}$, $Eu^{2+}$) was synthesized using a solid-state reaction method in air and reducing atmosphere. Investigation of the firing temperature indicates that a single phase of $BaSrSiO_4$ is formed when the firing temperature is higher than $1400^{\circ}C$. The effect of firing temperature and doping concentration on luminescent properties are investigated. The light-emitting property was the best when the molar content of $Eu_2O_3$ was 0.025 mol. Also, the luminescent brightness of the $BaSrSiO_4$ fluorescent substance was the best when the particle size of the barium was $0.5{\mu}m$. $BaSrSiO_4$ phosphors exhibit the typical green luminescent properties of $Eu^{3+}$ and $Eu^{2+}$. The characteristics of the synthesized $BaSrSiO_4:Eu^{3+}$, $Eu^{2+}$ phosphor were investigated using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy. The maximum emission band of the $BaSrSiO_4:Eu^{3+}$, $Eu^{2+}$ was 520 nm.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 BaSrSiO₄:Eu 형광체를 고상법 공정을 이용해 합성하고, 광 특성을 확인 한 후, 현재 상용화된 녹색 실리케이트 형광체 대비 휘도 및 효율의 차이를 비교하고자 한다.
일반적으로 형광체의 합성에 있어서 몰수 또는 온도는 발광 휘도 개선 및 형태 특성 개선을 위해 활용되어진다. 본 논문에서는 고상공정에서 실리케이트계 형광체의 합성 조건에 따른 BaSrSiO₄:Eu 형광체의 발광 특성을 조사하였다. BaSrSiO₄:Eu 형광체의 발광스펙트럼은 520 nm에서 중심파장을 나타내며, 고상법을 이용한 BaSrSiO₄:Eu 녹색 실리케이트 형광체의 최적 합성 온도는 1400^oC이다.

제안 방법

BaCO₃와 NaCl의 합성으로 인해 모체가 되는 BaCO₃의 불순물이 들어가 있을 경우 발광특성에 문제를 야기시킬 것을 예상하여 EDS를 통해 불순물 성분분석을 진행 했다. Table 1은 NaCl과 합성한 BaCO₃ 분말로 입자의 크기를 늘리면서 불순물 제거가 이루어 졌는지를 확인한 EDS 데이터 이다.
이 도가니는 숯이 들어가 있는 1000 cc도가니 안에 넣어 박스로 안에서 합성하였다. 최종 처리된 분말의 결정상 변화 및 농도, 합성온도 등의 제반 반응 조건이 BaSrSiO₄:Eu에 미치는 영향을 관찰하기 위해 X-ray diffraction pattern(XRD, model smart lab Rigaku, JAPAN) 및 Photoluminescence(PL, model FP-6500 JAICO, JAPAN)을 이용하여 측정하였다. 표면 이미지는 Scanning electron microscopy(SEM, model HATACHI S-4800, Hitachi, JAPAN)을 사용하였으며, Energy Dispersive Spectroscopy (EDS, model EX-250, Horiba, JAPAN),를 사용하였다.

대상 데이터

고상법 공정을 이용하여 BaSrSiO₄:Eu 형광체를 합성하였다. 사용된 고상법 공정은 박스로에 구성되어 있는 열선을 통하여 온도를 제어한다.
사용된 고상법 공정은 박스로에 구성되어 있는 열선을 통하여 온도를 제어한다. 원료물질인 BaCO₃(Terio, 99+%), SrCo₃(대정화금, 99+%), SiO₂(대정화금, 99+%)와 Eu₂O₃을 전구체로 사용하였다. 박스로의 온도는 1300^oC, 1400^oC, 1500^oC 로 조건을 달리해 발광특성을 분석한 뒤에 최적의 온도를 찾았으며, Eu₂O₃의 양에 따른 효율 변화를 보기 위해, 0.

성능/효과

본 논문에서는 고상공정에서 실리케이트계 형광체의 합성 조건에 따른 BaSrSiO₄:Eu 형광체의 발광 특성을 조사하였다. BaSrSiO₄:Eu 형광체의 발광스펙트럼은 520 nm에서 중심파장을 나타내며, 고상법을 이용한 BaSrSiO₄:Eu 녹색 실리케이트 형광체의 최적 합성 온도는 1400^oC이다. Eu₂O₃은 0.
BaSrSiO₄:Eu 형광체의 발광스펙트럼은 520 nm에서 중심파장을 나타내며, 고상법을 이용한 BaSrSiO₄:Eu 녹색 실리케이트 형광체의 최적 합성 온도는 1400^oC이다. Eu₂O₃은 0.025 mol을 넣었을 때 가장 발광 특성이 좋 았다. 또한 BaCO₃의 입도 사이즈가 작아질수록 BaSrSiO₄:Eu 형광체의 발광휘도 개선에 많은 기여를 하며, 표면적의 증가 및 활성제인 Eu₂O₃와 반응이 더욱 활성화 되어 5 µm 사이즈의 전처리 공정이 없었는 BaCO₃를 이용한 시료 보다 더 좋은 발광 효율을 보여주었다.
고상공정에 의한 BaSrSiO₄:Eu 형광체 합성에 있어서 발광휘도 및 BaCO₃ 분말의 크기 등을 고려했을 때 최적의 BaCO₃ 입도 사이즈는 0.5 µm 였으며, 이는 현재 상용화 된 녹색 실리케이트 형광체 대비 약 75%의 효율 특성을 보여주었다.
025 mol을 넣었을 때 가장 발광 특성이 좋 았다. 또한 BaCO₃의 입도 사이즈가 작아질수록 BaSrSiO₄:Eu 형광체의 발광휘도 개선에 많은 기여를 하며, 표면적의 증가 및 활성제인 Eu₂O₃와 반응이 더욱 활성화 되어 5 µm 사이즈의 전처리 공정이 없었는 BaCO₃를 이용한 시료 보다 더 좋은 발광 효율을 보여주었다. 반면에 BaCO₃의 입도 사이즈가 커질수록 발광 휘도가 떨어지는 원인이 되었다.
또한 BaCO₃의 입도 사이즈가 작아질수록 BaSrSiO₄:Eu 형광체의 발광휘도 개선에 많은 기여를 하며, 표면적의 증가 및 활성제인 Eu₂O₃와 반응이 더욱 활성화 되어 5 µm 사이즈의 전처리 공정이 없었는 BaCO₃를 이용한 시료 보다 더 좋은 발광 효율을 보여주었다. 반면에 BaCO₃의 입도 사이즈가 커질수록 발광 휘도가 떨어지는 원인이 되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산화물계 형광체의 제조방법은 고상법 외에 어떤 방법이 제시되고 있는가?	5-7) 산화물계 형광체의 제조방법은 여러 가지가 있으나 현재 사용되는 산화물 입자는 대부분 고상법에 의해 제조되고 있다. 이 밖에도 형광체 제조 방법으로 졸-겔법을 비롯하여 공침법, 수열합성법 및 분무열분해법 등이 우수한 제조방법으로 제시되고 있으나 아직도 많은 개선이 필요한 실정이다.8-9) 고상법은 고체입자의 확산을 이용하여 원하는 입자를 제조하는 방법으로 산화물상태의 원료 입자들을 잘 섞은 다음 고온에서 장시간의 열처리와 반복되는 분쇄과정을 거쳐 산화물계 형광체를 제조한다.
	LED의 장점은?	형광체는 백색 발광다이오드, 램프 등 다양한 디스플레이 제조에 필요한 핵심 소재로써, 외부로부터 에너지를 흡수하여 가시광을 내는 물질이다. 지난 몇 년 동안, LED는 친환경적 제품으로 긴 수명과 저소비전력으로 기존의 백색 형광등을 대체할 수 있는 신조명으로 인식되며 액정표시소자의 후면광원으로 주목받고 있다.1) 백색 LED는 다양한 방법으로 제조 되고 있는데, 그중 청색 LED와 황색형광체를 조합하여 백색이 발광되는 방식으로 사용되고 있지만, 백라이트용으로서 색재현성, 연색성 등 색특성이 충분하지 않고 발광효율이 낮다.
	형광체란?	형광체는 백색 발광다이오드, 램프 등 다양한 디스플레이 제조에 필요한 핵심 소재로써, 외부로부터 에너지를 흡수하여 가시광을 내는 물질이다. 지난 몇 년 동안, LED는 친환경적 제품으로 긴 수명과 저소비전력으로 기존의 백색 형광등을 대체할 수 있는 신조명으로 인식되며 액정표시소자의 후면광원으로 주목받고 있다.

참고문헌 (10)

M. N. Kim and K. Y. Jung, Kor. Chem. Eng. Res., 49(5), 594 (2011).

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H. G. Kang and S. C. Choi, Ph. D. Thesis (in Korean) p. 76, Ajou university, Gyeonggi-do (2008).

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