백색 전계발광소자를 위한 Sr₃Al₂O_(5)Cl₂형광체의 광학적 특성 연구

Abstract

본 연구에서는 고상 반응법으로 Sr₃Al₂O_(5)Cl₂ : Eu^(2+), Ce^(3+) 형광체를 합성하고, 이를 색변환(color conversion)으로 응용하여 White Light-Emitting-Diode(White-LED) 소자를 제작하였다. X선 회절(X-ray diffraction; XRD) 패턴을 분석을 통하여 상기의 형광체는 P2₁2₁2₁의 공간구조군을 가지는 orthorhombic 구조의 단일상임을 확인하였다. 발광 스펙트럼(Photoluminescence; PL)을 통하여 활성제인 Eu^(2+) 이온과 Ce^(3+) 이온 각각의 광학적 최적 농도를 확인하였으며, 430 nm 및 620 nm 부근의 적색 발광과 청색발광 나타났고, 이는 Eu^(2+), Ce^(3+)이온의 5d-4f 전이로 기인한다. 또한 Ce^(3+) 이온과 Eu^(2+) 이온이 하나의 모체에 Co-doping 되었을 때 각각의 최적 농도를 확인하였으며, 발광 스펙트럼을 통하여 620 nm 부근의 적색 발광의 휘도가 증가함을 확인하였다. 그리고 광여기 스펙트럼(Photoluminescence excitation; PLE)을 측정함으로써 적외선영역에서 청색영역의(300 ~ 470 nm) 넓은 흡수영역이 있음을 확인하였다. 또한 Ce^(3+) 이온의 발광스펙트럼과 Eu^(2+) 이온의 흡수스펙트럼이 겹쳐져 있는 것과 시분해(Time-resolved) 스펙트럼 측정을 통한 소광시간(Decay time)의 감소 현상을 통하여 청색을 발광하는 Ce^(3+) 이온에서 적색을 발광하는 Eu^(2+) 이온으로의 에너지 전달 현상을 확인할 수 있고, 그 결과로 Co- doping시에 620 nm 부근의 적색 영역에서 휘도가 증가하였다는 것을 확인하였다. W-LED 구현을 위하여 녹색이 발광하는 (Ba, Sr)₂SiO₄:Eu^(2+) 형광체와 본 연구의 적색 형광체와 혼합하여 도포하여 백색을 구현하였고, 이 W-LED 소자의 CRI(Color Rendering Index) 와 CCT(Correlated Color Temperature )을 통하여 연색성, 색온도 그리고 색좌표를 확인하였다.

We synthesized red Sr₃Al₂O_(5)Cl₂:Eu^(2+),Ce^(3+) phosphors through two-steps solid-state reaction technique, and report its optical properties and its applicability to white LED. The phase purities of all the samples were characterized by powder x-ray diffraction. Compound Sr₃Al₂O_(5)Cl₂ crystallizes in an orthorhombic structure with space group P2₁2₁2₁ with unit cells of a=b=c=9.422 Å. Photoluminescence are 430 nm and 620 nm. The broad emission spectrum is situated at the maximum peak at 430 nm, 610 nm. The PL and PLE emission bands are ascribed to 5d- 4f transition of Eu^(2+) , Ce^(3+)ion. The PLE spectrum shows a broad band peaking at 400 nm ranged from ultraviolet to blue light (300 nm ~ 475 nm). Energy transfer can be identified by the time-resolved spectrum. White LED were fabricated using InGaN-based near-ultraviolet LED (the peak of 420 nm, the power of 60 mwatt) and blue LED (the peak of 464 nm, the power of 1 watt) with our phosphor, and its mixture of a commercial green-emissive (Ba,Sr)₂SiO₄:Eu phosphor synthesized at 1250 °C in a reducing atmosphere for 4 hours.