고출력 백색 레이저 조명용 Y3Al5O12:Ce3+,Pr3+ 단결정 및 투명 세라믹 형광체 연구

Abstract

본 연구에서는 플로팅존법과 고상반응법을 이용하여, Y3Al5O12:Ce3+,Pr3+ 단결정 및 투명 세라믹 형광체를 제작하였다. 모두 Cubic 구조의 Ia-3d (230) 공간군을 가진 상임을 확인하였고, 투명 세라믹 형광체는 내부 균열 및 기공이 있는 반면 단결정 형광체는 깨끗한 상태를 보였다. 또한 완벽한 결정구조와 대칭을 가질수록 열에 의한 격자진동이 적음을 라만 산란을 통해 확인하였다. 광학적 특성으로는 모두 여기광의 내부반사로 인하여 청색광 영역의 여기 스펙트럼이 넓어졌으며, 녹, 황색의 넓은 파장대역과 610 nm, 640 nm 적색 파장부근에서 발광하였다. 온도가 증가함에 따라 포논의 발생으로 휘도 유지율이 감소하였으나, 분말 형광체 보다 적은 포논의 발생으로 높은 휘도가 유지됨을 확인하였다. 그리고 단결정 및 투명 세라믹 형광체를 고출력 청색 레이저 다이오드에 적용하여, 백색의 고출력 고체상 레이저 광원을 구현하였다. 이에 시간에 따른 열 특성 확인 결과 완벽한 결정 구조에 의한 효과적인 열전달에 기인하여, 분말 형광체를 적용시킨 백색 레이저 다이오드보다 뛰어난 방열 특성을 확인하였다.