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[국내논문] Mn4+ 도핑된 형광체, Sr1-xBaxGe4O9:MnMn4+0.005 (0.00 ≤ x ≤ 1.00)의 Color Tuning
Color Tuning of a Mn4+ Doped Phosphor : Sr1-xBaxGe4O9:MnMn4+0.005 (0.00 ≤ x ≤ 1.00) 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.61 no.4, 2017년, pp.163 - 167  

박운배 (세종대학교 나노신소재공학과)

초록
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백색 LED 기술이 발달함에 따라 적색 형광체는 산업 및 학계에서 점차 중요성이 커지고 있으며, 시장에서 수요는 꾸준히 증가했다. 적색 형광체는 고효율 및 고연색의 LED 조명에 사용된다. 그러나 $Eu^{2+}$ 활성제를 사용한 적색 형광체는 4f-5d 전이로 발생하는 녹색 또는 황색 스펙트럼 영역에서의 강한 재흡수로 인해 백색 LED 칩에서 색상 변경 및 발광 강도의 저하를 유발했다. 이러한 단점이 없고 연색성 지수(CRI)를 더 향상할 수 있는 $Mn^{4+}$ 도핑된 형광체가 현재 매우 중요하다. 그러나 $Mn^{4+}$ 도핑된 형광체는 $^2E_g{\rightarrow}^4A_2$ 전이로 인하여 발광 파장이 모체에 따라 결정된다는 단점이 있다. 본 연구는 동일구조의 $SrGe_4O_9$$BaGe_4O_9$ 모체를 합성하여 $Sr_{1-x}B_axGe_4O_9:Mn^{4+}{_{0.005}}$ (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1)를 얻었다. 이로 인해 LED 기술의 다양한 색상 조정이 가능해졌다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Along with the progress of white LED technology, red phosphors have become increasingly important in industry and academia, and a more specific demand has steadily increased in the market. Red phosphors are used in high efficiency and high rendering LED lightings. However, using red phosphors with <...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 밀도 함수 이론(DFT)에 기반을 둔 ab inito 계산은 산화물 형광체인 SrGe4O9 및 BaGe4O9의 모체 구조를 검증하기 위해 수행되었다. DFT 계산을 위한 입력 모델 구조는 ICSD에서 검색한 결정구조 정보를 사용하여 구성하였다.
  • 본 연구는 Mn4+ 도핑된 형광체의 color tuning을 위해 수행되었다. 그 이유는 잘 알려진 Mn4+ 도핑된 짙은 적색 발광의 형광체가 Mn4+ 활성제 특성인 2Eg4A2 전환으로 인해 모체를 고정시킨 상태에서는 발광 파장 변화에 어렵기 때문이다.
  • 75 and 1)에서 Ba 양을 나타내는 x 값에 따라 모체 구조의 격자 사이즈를 변화시킴으로써 발광 파장을 바꿀 수 있다. 본 연구에서 실험한 5개 샘플의 발광 특성을 분석하기 위해 450 nm에서 여기시켜 측정한 발광 파장에 대해 분석 하였다. 또한, 앞서 설명한대로 Mn4+ 도핑 농도가 발광 강도에 영향을 미치지만 잘 알려진 SrGe4O9:Mn4+ 및 BaGe4O9:Mn4+ 형광체의 경우 최적 도핑 농도가 잘 알려져 있으므로 본실험은 문헌을 참고하여 Mn4+ 양을 0.
  • 이러한 Mn4+ 도핑된 형광체의 color tuning 방법은 오직 다른 모체를 사용하거나 조성을 변경하여 격자 사이즈를 변화시키는 방법밖에는 보고 되어있지 않다. 이에 본 연구는 모체 조성이 다르지만, 결정구조가 동일하며, 발광 파장이 서로 다른 SrGe4O9, BaGe4O9모체에 고정된 Mn4+ 도핑하여 color tuning을 시도하기 위해 연구되었다. 서로 동일한 결정구조에 다른 조성인 SrGe4O9 과 BaGe4O9 모체를 조성식 Sr1-xBaxGe4O9:Mn4+0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Mn4+ 도핑된 형광체의 color tuning 방법으로 알려진 것은? 특정 모체에서 고정된 발광 파장은 모체를 바꾸기 전에는 Mn4+ 형광체의 color tuning이 힘들다는 단점으로 작용한다. 이러한 Mn4+ 도핑된 형광체의 color tuning 방법은 오직 다른 모체를 사용하거나 조성을 변경하여 격자 사이즈를 변화시키는 방법밖에는 보고 되어있지 않다. 이에 본 연구는 모체 조성이 다르지만, 결정구조가 동일하며, 발광 파장이 서로 다른 SrGe4O9, BaGe4O9모체에 고정된 Mn4+ 도핑하여 color tuning을 시도하기 위해 연구되었다.
적색 영역에서 발광하는 형광체에 대한 중요성과 수요가 늘어나고 있는 이유는? 최근 형광체 및 LED 업계에서는 적색 영역에서 발광하는 형광체에 대한 중요성과 수요가 증가하고 있다. 이러한 이유는 적색 형광체가 일반 조명용 백색 발광 다이오드(LED)의 연색성 지수(CRI)를 향상하는데 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 디스플레이 애플리케이션에서 LED 후면 조명의 색 영역을 증가시켜주기 때문이다.1-6 특히 확대 된 색상 범위를 갖는 ITU-R BT.
상업적으로 사용되고 있는 Eu2+가 도핑 된 몇몇 적색 형광체의 문제점은? 2020-2의 권장 사항을 충족할 수 있는 650 nm 이상의 짙은 적색 발광 형광체를 찾는데 큰 관심을 끌고 있다.7 현재 상업적으로 사용되고 있는 Eu2+ 도핑 된 CaAlSiN3:Eu2+, Sr2Si5N8:Eu2+, Sr[LiAl3N4]:Eu2+ 적색 형광체는 실용화를 위한 실제 요구 사항을 충족 시켜주지만 극단적이고 가혹한(고온 및 고압) 합성 조건과 4f-5d 전이로 발생하는 녹색 또는 황색 파장 영역에서의 강한 재흡수로 인해 백색 LED 칩에서 색상 변경 및 발광 강도의 저하를 유발한다.8-10 이러한 점에서 Mn4+ 도핑된 형광체는 우수한 적색 발광뿐만 아니라 여기 영역이 녹색 또는 황색 파장 영역에서의 재흡수가 없으므로 백색 LED칩 제작에 장점으로 작용한다.
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참고문헌 (25)

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  25. Vydrov, O. A.; Heyd, J.; Krukau, A. V.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 2006, 125, 074106. 

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