Research on Luminescence Properties of Rare Earth and Transition Metal Doped Phosphors

Abstract

Mn2+ 이온이 도핑된 산화물 형광체를 연구하였다. 5d 전자구조에서 Mn2+ 의 4T1 → 6A1 전이에 의한 방출 형광은 결정장 영향을 많이 받는다. 약한 결정장 아래에서는 녹색 형광을, 강한 결정장 아래에서는 적색 형광을 방출한다. 따라서Mn2+는 분광학적 탐침으로 사용되며 형광과 결정의 미세구조 사이의 관계를 조사할 수 있다. 본 논문에서는 고온고상 소결 방법을 이용하여 Mn2+를 혼합한 두 종류의 새로운 형광체를 합성하였다. 그리고 희토류 이온 La3+，Eu3+，Gd3+，Dy，Er3+，Y3+，Yb3+을 도핑한 탄탈산염 Li8CaRE2Ta2O13 형광체를 합성하였다. Mn2+의 이온이 0에서 100 % 까지 도핑된 (Mg1-xMnx)2Al4Si5O18(x = 0 - 1.0)에서 저 농도에서 고 농도로 도핑농도를 조절하면 β-상 (x = 0 - 0.2), α-상 (x = 0.3 - 0.9), β-cordierite (x = 0.95 - 1.0) 로의 구조 변화를 보였다. (Mg1-xMnx)2Al4Si5O18 (x = 0.01 - 1.0) 시료는 530 과 650 nm에 위치한 두 개의 발광센터에 의한 녹색 Mn2+(A)와 적색Mn2+(B) 형광 밴드를 나타내었다. Mn2+(A)는 결정 구조에서 육각형 통로를 채우는 중심이며, 반면에 Mn2+(B)는 Mg2+ 자리를 차지한 형광 중심이다. 고온 고상 법으로 제조된 KMg1-xMnx(PO3)3 (x=0.01-1.0) 고용체는 적색 영역에 단일 발광 밴드를 형성하고 결정 격자 안에 Mn2+의 발광 센터가 하나만 존재함을 나타낸다. Inokuti-Hirayama 모델과 Yokota-Tanimoto 모델을 각각 사용하여 감쇠곡선을 분석한 결과, 발광 과정에서 에너지 전달이 있음을 확인하였다. 그리고 이 형광체는 높은 양자 효율과 양호한 열 안정성을 나타내 조명과 모니터에 잘 응용할 수 있다. Li8CaRE2Ta2O13 (RE =La3+，Eu3+，Gd3+，Dy，Er3+，Y3+，Yb3+) 형광체는 도핑된 희토류 이온의 종류에 따라 서로 다른 색상의 발광 특성을 보이며, Ca2+ 이온의 도입에도 형광소멸 현상은 보이지 않았다. Li8CaRE2Ta2O13 (RE=La3+，Gd3+，Y3+，Yb3+) 형광체를 자외선으로 여기하여 435 nm에서 형과 밴드를 관찰하였다. 이는 자체 발광 중심에서 방출되는 형광으로 상온에서도 관찰되었다. Li8CaRE2Ta2O13 (RE = Eu3+，Dy3+，Er3+，Yb3+)에서는 TaO6 센터에서 에너지 전달로 인해 RE의 f-f 에 의한 형광이 방출하였다. Li8CaRE2Ta2O13 (RE=Er3+)는 980 nm 근 적외선 여기에 의해 강한 녹색 상방 변환 발광이 발생하였다.