Luminescent Properties and LED Application of Y2GeMoO8:Eu3+ Phosphors

Woo Tae Hong; Hyun Kyoung Yang

doi:10.3938/NPSM.74.996

Article

Research Paper

New Phys.: Sae Mulli 2024; 74: 996-1004

Published online October 31, 2024 https://doi.org/10.3938/NPSM.74.996

Luminescent Properties and LED Application of Y₂GeMoO₈:Eu³⁺ Phosphors

Y₂GeMoO₈:Eu³⁺ 적색 형광체의 형광특성 분석 및 LED 응용성 연구

Woo Tae Hong, Hyun Kyoung Yang*

Industry-University Cooperation Foundation, Pukyong National University, Busan 48513, Korea
Department of Electrical, Electronics and Software Engineering, Pukyong National University, Busan 48547, Korea

Correspondence to:*hkyang@pknu.ac.kr

Received: July 11, 2024; Revised: July 31, 2024; Accepted: August 4, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

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Abstract
I. 서 론
II. 실 험
III. 실험결과
IV. 결 론
감사의 글
References

A series of Eu³⁺- doped Y₂GeMoO₈ (YGMO:Eu³⁺) red-emitting phosphors were synthesized via solid-state reaction methods. Under 395 nm excitation, the YGMO:Eu³⁺ phosphor exhibits dominant emission at 614 nm owing to the ⁵D₀→ ⁷F₂ transition of Eu³⁺ ions. The luminescence intensity was maximized when the Eu³⁺ concentration was 50 mol% of Y³⁺ ions, which was caused by the energy transfer between the nearest-neighbor Eu³⁺ ions. Red-emitting light-emitting diodes (LEDs) were fabricated by encapsulating YGMO:Eu³⁺ phosphors on UV LEDs to determine the performance of the YGMO:Eu³⁺ phosphor. The CIE (International Commission on Illumination) 1931 coordinates of the fabricated LEDs were (0.453, 0.312). These results indicate that the YGMO:Eu³⁺ phosphor can be used as a red phosphor in phosphor-converted warm white LEDs.

Keywords: Phosphor, LED, Y₂GeMoO₈:Eu³⁺

Eu³⁺이온이 첨가된Y₂GeMoO₈ 형광체 (YGMO:Eu³⁺)를 고상반응법을 이용하여 합성하였다. YGMO:Eu³⁺ 형광체는 395 nm 광에 여기하여 Eu³⁺ 이온의 ⁵D₀→ ⁷F₂ 천이에 의하여 614 nm 광을 발광함을 확인하였다. 이러한 형광은 Eu³⁺ 이온의 농도가 50 mol%일 때, 형광세기가 최대가 됨을 확인하였으며, 이는 인접한 Eu³⁺ 이온 간의 에너지 천이에 의한 것임을 확인하였다. YGMO:Eu³⁺ 형광체의 LED용 형광체 응용에 대한 응용성을 평가하기 위하여 YGMO:Eu³⁺ 형광체를 근자외선 LED에 봉지하여 적색 LED를 제작하였으며, 제작한 적색 LED의 CIE(International Commission on Illumination) 1931 좌표계가 (0.453, 0.312)로 계산되어 적색광을 발광하는 것을 확인하였다. 이러한 결과들을 통하여 YGMO:Eu³⁺ 형광체가 백색 LED의 연색성을 개선하는 데에 응용될 수 있음을 확인하였다.

Keywords: 형광체, LED, Y₂GeMoO₈:Eu³⁺

I. 서 론

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Abstract
I. 서 론
II. 실 험
III. 실험결과
IV. 결 론
감사의 글
References

백색 LED는 높은 효율, 우수한 내구성, 작은 크기, 긴 작동수명, 빠른 동작속도 등의 장점을 가지기 때문에 기존의 광원인 형광등 및 전구를 대체하는 광원으로 이용되어지고 있다[1-4]. 이러한 장점으로 인하여 백색 LED는 실내조명, 디스플레이, 가전 등에 응용되어지고 있다[5, 6]. 일반적으로 상용 백색 LED는 청색 발광의 InGaN LED 칩과 황색 발광의 YAG:Ce³⁺ 형광체를 조합하여 백색 광을 구현한다. 이러한 백색 LED는 가격이 저렴하고, 효율이 우수하며, 제조가 간단한 장점을 가지고 있으나, 주광 대비 적색광의 세기가 상대적으로 부족함에 따라 색온도가 높고(≈7750 K), 연색지수(<80) 가 낮은 단점을 가지고 있다[7]. 이러한 단점을 보완하고자 청색 LED에 황색 및 적색 형광체를 조합하거나, 청색, 녹색, 적색 형광체들을 자외선 LED와 조합하거나, 적/녹/청색 LED들을 조합하여 고 연색성의 백색 LED를 구현하는 방법이 제시되었다[8-13]. 제시된 방법들 중에서 적색 형광체를 사용하는 것이 공통적으로 언급되어 있기 때문에, 효율이 높고, 열적 안정성이 높으며, 가격이 싸고 합성이 간단한 적색 형광체를 개발하는 것이 요구되고 있다. 이러한 형광체를 개발하고자 Y₂O₂S:Eu²⁺, CaAlSiN₃:Eu²⁺, Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺ 형광체 등이 연구되었으나, 화학적 안정성이 낮고, 합성온도가 높으며, 수율이 낮고, 친수성이 떨어지는 단점을 가지고 있다[14-16].

백색 LED의 연색성을 개선하기 위하여 무기 결정 형광체에 대하여 다양한 조성과 활성제 이온에 대한 연구가 진행되었다. 현재까지 무기 결정 형광체에 대하여 활성제 이온으로서 Eu³⁺, Sm³⁺, Pr³⁺, Dy³⁺, 그리고 Mn⁴⁺ 이온이 연구되었으며, 이 중 Eu³⁺ 이온은 f-f 천이에 의하여 자외선에 여기하여 적색광을 발광하는 특성을 가지고 있다[17-24]. Eu³⁺ 이온이 활성제로 사용된 형광체는 이러한 형광특성을 사용하여 조명, 위변조 방지, 바이오 이미징, 잠재 지문 현출, 온도 센싱 등의 분야에 대한 응용 연구가 진행되었다[25-29]. 이러한 형광특성을 최적화하기 위하여 다양한 조성에 대한 연구가 진행되었다. 최근 molybdate, tungstate, apatite, 그리고 vanadate 물질 등과 같은 charge transfer band의 에너지가 낮은 물질을 조성으로 한 형광체에 대한 연구가 진행되고 있다[30-34]. WOx 또는 MoOx 다면체 구조는 근자외선에서 자외선에 이르는 영역에 대하여 높은 흡수세기를 가지고, 모체에서 활성제로 전자가 천이하는 효율이 우수한 것으로 알려져 있다[35-37]. molybdate, tungstate 물질들 중 A₂BCO₈ (A: Y 또는 Gd, B: Si 또는 Ge 또는 Ti, C: Mo 또는 W) scheelite 물질을 모체로 하는 형광체에 대한 연구는 거의 이루어 지지 않았다[38]. Blasse의 연구진에서, Scheelite 구조의 모체를 사용한 형광체에 대한 구조적 특성에 대한 연구를 수행하였으며, 모체에서 SiO44- 와 WO42- 다면체 구조를 가짐으로써, Y³⁺ 이온 주변의 asymmetry를 감소시켜 f-f 천이가 더 활발하게 이루어지는 것을 확인하였다[39].

본 연구에서 Y2(1-x)GeMoO₈:2xEu³⁺ (YGMO:Eu³⁺, x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, and 0.6) 형광체를 고상반응법을 사용하여 합성하였다. Eu³⁺ 이온의 농도에 따른 표면형상, 구조적 특성 및 형광특성을 분석하여 형광세기가 최대가 되는 최적의 Eu³⁺ 이온의 농도를 구하고자 하였다. 또한 LED에 응용 시, 온도 증가에 따른 형광특성 변화를 확인하였으며, 근자외선 LED와 YGMO:Eu³⁺ 형광체를 조합하여 적색발광을 하는 LED를 제작하여 응용 가능성을 판단하였다.

II. 실 험

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Abstract
I. 서 론
II. 실 험
III. 실험결과
IV. 결 론
감사의 글
References

YGMO:Eu³⁺ 형광체는 고상반응법을 이용하여 합성되었으며, Y₂O₃ (99.0%, Aldrich), GeO₂ (99.99%, Aldrich), MoO₃ (99.5%, Daejung Chemical), and Eu₂O₃ (99.99%, Aldrich)를 전구체로 사용하였다. 전구체 물질들을 화학양론적 계산(Y2(1-x)GeMoO₈:2xEu³⁺, x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, and 0.6)으로 정량한 뒤, 알루미나 몰탈을 이용하여 20분간 분쇄 및 혼합을 진행하였다. 이 후, 전구체 혼합물을 알루미나 도가니에 옮겨 1300 °C에서 6시간동안 전기로에서 승온속도를 분당 3 °C로 설정하여 열처리를 진행하였다. 합성된 형광체의 LED 응용성을 확인하기 위하여 YGMO:Eu³⁺ 형광체를 실리콘 봉지제(SILGARD 184, Dow Corning)와 혼합한 뒤, 자외선 LED (λ = 365 nm, VF = 3 V, IF = 30 mA)에 봉지하여 적색 LED를 제작하였다.

YGMO:Eu³⁺ 형광체의 최적의 합성온도를 도출하기 위하여 전구체 혼합물질에 대한 열중량 분석 및 시차열 곡선을 열중량-시차열분석계(Shimadzu DTG-60H, TG-DTA 2020)를 사용하여 상온에서 1000 °C까지를 범위로 하여 측정하였다. Eu³⁺ 이온의 농도에 따른 YGMO:Eu³⁺ 형광체의 결정구조와 상변화를 조사하기 위해 X-선 회절계(Philips, X’pert)로 X-선 회절(XRD, X-Ray Diffraction)을 분석하였으며, 이 때 X-선의 산란각(2θ)은 10°–80°영역에서 분당 0.02°의 스캔속도로 측정하였다. 에너지 분산 X-선 분광계(EDX)가 부착된 전계 방사형 주사전자현미경(FE-SEM, JSM-6700F, JEOL)을 이용하여 형광체 입자 표면 형상과 원소 조성을 측정하였으며, 60 W의 Xe-arc램프를 광원으로 사용하는 형광 광도계(FP-8500, JASCO)를 이용하여 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼을 상온에서 측정하였다. 형광체의 온도에 따른 형광특성 변화를 200 W 출력의 Xenon 램프를 사용한 형광광도계(DARSA PRO-5200)를 사용하여 온도의존 형광스펙트럼을 측정하였다. YGMO:Eu³⁺ 형광체를 사용하여 제작한 LED의 전계발광스펙트럼을 측정하기 위하여 USB 분광계(SM245, Spectral products)를 사용하였다.

III. 실험결과

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I. 서 론
II. 실 험
III. 실험결과
IV. 결 론
감사의 글
References

Figure 1은 YGMO:Eu³⁺ 형광체의 전구체 혼합물의 열중량-시차열분석 곡선이다. 시차열분석 곡선에서 500 °C 이하의 온도에서 물의 유기물의 휘발에 의하여 흡열반응이 일어남에 따라 heat flow가 증가함을 확인하였다. 그리고, 800 °C 이상의 온도에서 molybdenum oxide의 산화에 의하여 중량이 증가함을 확인하였다.

Figure 1. (Color online) TG/DTA curves of the precursor mixture.

Figure 2는 YGMO:Eu³⁺ 형광체의 Eu³⁺ 농도에 따른 (a) X-선 회절 패턴, (b) (2 0 4) 방향에 대한 X-선 회절 피크의 위치변화 그래프이다. 합성된 YGMO:Eu³⁺ 형광체의 X-선 회절 패턴은 정방정계 구조의 YGe_0.5MoO₄ 상(JCPDS No. 49-0600, space group: I4/a, space number: 88)이 주로 이루어져 있고, Y₂Mo₂O₉ (JCPDS No. 30-1454) 와 GeO₂ (JCPDS No. 30-14)가 불순물로서 존재하는 것이 확인되었다. 이는 고온의 열처리 과정에서 Molybdenum oxide의 일부가 산화함에 따른 것으로 사료된다. YGMO:Eu³⁺ 형광체의 X-선 회절 패턴에서, YGe_0.5MoO₄ 상의 (2 0 4) 방향에 대한 피크가 48.54°에서 48.41°로 이동한 것을 확인하였다. 이는 Y³⁺ 이온의 결합길이(1.019 Å)와 Eu³⁺ 이온의 결합길이(1.066 Å)의 차에 의한 것이다.

Figure 2. (Color online) (a) The XRD patterns of the YGMO:Eu³⁺ phosphors for various Eu³⁺ concentration and shift of XRD peak with (2 0 4) direction.

LED에 사용되는 형광체는 표면형상과 크기 분포에 따라 형광체의 형광세기와 LED 적용 시의 응용성이 달라질 수 있는 것으로 알려져 있다[40-43]. 이러한 이유로 형광체의 형광특성 변화를 분석할 때, 형광체의 입자 분포 및 형상을 확인하는 것이 필수적이다. Figure 3은 x = (a) 0.10, (b) 0.20, (c) 0.30, (d) 0.40, (e) 0.50, (f) 0.60인 YGMO:Eu³⁺ 형광체의 주사전자현미경 사진이다. 합성한 형광체 표본은 Eu³⁺의 농도와 무관하게 입자의 크기가 1–10 μm 사이에 분포된 것을 확인하였으며, 불규칙한 형상을 띄는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 통해 Eu³⁺의 농도가 YGMO:Eu³⁺ 형광체의 표면형상 및 입자크기의 분포에 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다.

Figure 3. SEM images of YGMO:Eu³⁺ phosphors at (a) x=0.1, (b) 0.2, (c) 0.3, (d) 0.4, (e) 0.5, and (f) 0.6.

Figure 4는 YGMO:Eu³⁺ 형광체의 (a) 395 nm, (b) 465 nm 여기 하에서의 형광스펙트럼, (c) 614 nm 발광에 대한 여기스펙트럼, (d) Eu³⁺ 농도에 대한 발광스펙트럼-비등방성 비율 그래프, (e) 형광세기-Eu³⁺ 농도 그래프이다. 두 여기광 파장에 대한 형광스펙트럼을 비교한 결과, YGMO:Eu³⁺ 형광체는 395 nm 광에 여기하여 614 nm광을 주 발광파장으로 하는 적색광을 발광함을 확인하였다. 또한 두 개의 발광스펙트럼에서 YGMO:Eu³⁺ 형광체는 580, 592, 614, 654, 그리고 703 nm의 형광피크를 가지는 것을 확인하였으며, 이는 YGMO:Eu³⁺ 형광체 내에 존재하는Eu³⁺ 이온에 의한 ⁵D₀→ ⁷F₀, ⁵D₀→ ⁷F₁ (electric dipole moment), ⁵D₀→ ⁷F₂ (magnetic dipole moment), ⁵D₀→ ⁷F₃, 그리고 ⁵D₀→ ⁷F₄ 천이에 의한 것이다[35]. 또한 YGMO:Eu³⁺ 형광체가 614 nm광을 주 발광파장으로 하기 때문에, YGMO:Eu³⁺ 형광체내에 존재하는 Eu³⁺ 이온이 inversion symmetry를 가지는 위치에 치환되지 않음을 확인하였다. 또한 Y³⁺ 이온과 Eu³⁺ 이온 사이의 결합길이의 차이에 의하여 모체의 구조에 대한 대칭성이 Eu³⁺ 이온의 농도에 따라 변화할 수 있다. ⁵D₀→ ⁷F₁ and ⁵D₀→ ⁷F₂ 천이 간의 비율로 asymmetry ratio (R21)는 Eq. (1)에 의하여 다음과 같이 계산된다.

Figure 4. (Color online) PL of the YGMO:Eu³⁺ phosphors under (a) 395 nm excitation, (b) 465 nm excitation, PLE spectra under 619 nm emission, (d) difference of PL intensity and asymmetry ratio for various sintering temperature, (e) Dependence of 614 nm emission intensity on Eu³⁺ concentration (xEu) of YGMO:Eu³⁺ phosphor.

(1)R21=I7F2I7F1

이 때, I7F2와 I7F1는 각각 ⁵D₀→ ⁷F₁와 ⁵D₀→ ⁷F₂ 천이에 의한 형광피크의 적분값이다. Eu³⁺의 농도가 30 mol%까지 증가함에 따라 asymmetric ratio가 증가하지만, 40 mol% 이상이면 유지되는 경향성을 보이고 있다. 이러한 사실을 통해, Eu³⁺ 이온의 농도가 30 mol%를 초과하였을 경우, Eu³⁺의 국소적인 부분에 대한 구조에 영향을 끼치지 않음을 확인하였다[44]. 모든 시료의 R21 ratio가 3.75에서 4.2 사이에 분포하는 것을 확인하였으며, 이를 통해 Eu³⁺ 이온이 inversion symmetry를 가지지 않는 lattice site에 치환됨을 확인하였다. YGMO:Eu³⁺ 형광체의 여기 스펙트럼에서 200 nm에서 450 nm 영역에 이르는 넓은 여기 밴드를 가지고, 이는 산소 이온의 2p 궤도의 전자가 molybdenum의 5d 준위로 천이함에 따라 생성되는 여기 밴드이다. Eu³⁺ 이온의 농도가 10 mol%에서 60 mol%로 증가함에 따라 여기밴드의 중심이 334 nm에서 344 nm로 이동함을 확인하였다. Charge transfer band는 산소 이온 주위의 전자의 안정성에 영향을 받으며, charge transfer band의 천이는 중심이온과 리간드 이온 간의 결합에너지와 관련되어 있다. 산소 이온 주위의 potential field가 전하의 불균형이나 모체 구조의 왜곡을 감소시키는 요인이 된다. Eu³⁺ 이온의 결합길이가 Y³⁺ 이온의 원자크기가 더 크고, 결합길이는 더 짧기 때문에 Eu³⁺ 이온의 치환이 모체의 구조를 왜곡하는 요인이 된다. 그리고 Gd³⁺ 이온의 농도가 50 mol%일 때, 형광스펙트럼의 세기와 여기 스펙트럼의 세기가 최대가 된다. 이는 Eu³⁺ 이온이 과도하게 증가함에 따라 Eu³⁺ 이온 간의 거리가 감소함에 따라 Eu³⁺ 이온 간의 강한 상호작용으로 인하여 나타나는 concentration quenching에 의한 것이다[45]. YGMO:Eu³⁺ 형광체의 형광세기가 최대가 될 때의 Eu³⁺ 이온 간의 거리를 critical distance (RC)로 정의되며, 이는 Blasse의 근사식인 Eq. (2)에 의하여 다음과 같이 계산된다.

(2)RC≈23V4πxCN1/3

이 때, V는 YGMO:Eu³⁺ 형광체의 단위 셀에 대한 부피 (286.47 Å³)이고, xC는 형광세기가 최대일 때의 Eu³⁺ 농도(0.5)이며, N은 단위 셀에서 Eu³⁺ 이온이 치환될 수 있는 Y³⁺ 이온의 site의 수(4)이다[46]. 근사식에 의한 critical distance는 5 Å으로 계산되었으며, 이는 Eu³⁺ 이온의 concentration quenching에 대한 메커니즘이 다중극-다중극 간의 상호작용(multipole-multipole interaction)에 의한 것이다[47].

Figure 5의 Van Uitert의 모델을 이용한 분석에서 형광세기와 Eu³⁺ 농도 간의 관계를 Eq. (3)으로 계산된다.

Figure 5. (Color online) (a) Temperature dependent Photoluminescence spectra of the YGMO:Eu³⁺ phosphors under 395 nm excitation and (b) Relationship between ln(I0/IT-1) and 1/kT activation energy graph for thermal quenching.

(3)I(xEu)xEu=K[1+β×(xEu)Q/3]

이 때, xEu는 Eu³⁺ 이온의 농도, I(xEu)는 xEu에서의 발광세기, K와 β는 상수, Q는 다중극 간의 상호작용과 관련된 상수이다. Q값은 특정 값으로 계산될 수 있고, 에너지 천이 메커니즘이 가까운 이온 (Q=3), 쌍극자-쌍극자(Q=6), 쌍극자-사중극자(Q=8), 사중극자-사중극자(Q=10) 간의 에너지 천이로 분석될 수 있다. Equation (3)에서 βxQ/3 값은 1보다 크기 때문에 Eq. (3)은 Eq. (4)로 수정될 수 있다.

(4)logI(xEu)xEu=A-Q3logxEu

Equation (4)를 사용하여 Origin 프로그램을 이용하여 Fitting을 진행하였으며, 기울기(Q/3)가 1.01로 계산되었고, Q는 3.03으로 도출되었다. Q 값이 3에 근사하기 때문에, YGMO:Eu³⁺ 형광체의 에너지 천이가 주로 이웃한 Eu³⁺ 이온 간의 에너지 천이로 인하여 주로 일어남을 확인하였다.

형광체를 LED에 적용할 때, 형광스펙트럼의 열적 안정성은 중요한 요인 중 하나이기 때문에 필수적으로 연구되어야 할 부분이다. Figure 5는 YGMO:Eu³⁺ 형광체의 온도의존 형광스펙트럼, 형광세기와 온도에 대한 Arrhenius식 모델의 분석 그래프이다. YGMO:Eu³⁺ 형광체의 형광세기가 형광체의 온도가 증가함에 따라 감소함을 확인하였으며, 이는 열에 의한 형광세기 감소에 의한 것이다. 형광체의 온도가 증가함에 따라 전자와 포논 간의 상호작용이 증가한다. ⁵D₀준위에서 시작되는 f-f 천이의 열적 감소(thermal quenching)가 Eu³⁺-O^2- 이온 간의 charge transfer transition에 대하여 주로 나타난다. 형광체의 온도가 증가함에 따라 포논의 상호작용이 여기된 일부의 전자가 활성화 에너지보다 더 높은 에너지로 증가시키고, ⁷F_J 준위로의 천이가 비방사성 천이(non-radiative transition)를 유발하게 되어 형광세기가 감소한다. 형광체의 온도가 120 °C일 때, YGMO:Eu³⁺ 형광체의 형광세기가 상온일 때의 57%인 것으로 확인되었다. YGMO:Eu³⁺ 형광체의 형광세기의 열적 감소에 대한 메커니즘을 확인하기 위하여, 형광세기(I)와 온도(T)를 Arrhenius 식(Eq. (5))으로 표현될 수 있다.

(5)I(T)=I01+ce-Ea/kT

이 때, I0는 초기온도에서의 형광세기, I(T)는 온도 T에서의 형광세기, c는 상수, Ea는 열적 감소에 대한 활성화 에너지, k는 Boltzmann 상수이다[48]. 이러한 Arrhenius 식은 다음과 같이 변환될 수 있다.

(6)lnI(T)I0-1=A-EakT

이 때, A는 상수이다. Equation (6)에 의하여 열적 감소에 의한 활성화에너지는 0.686 eV로 계산되었다. 이러한 열적 감소에 대한 활성화 에너지는 바닥준위와 여기준위 간의 비방사성 천이 영역을 감소시켜 Stoke 편이를 감소시킨다. 본 연구에서의 YGMO:Eu³⁺ 형광체의 열적 감소에 의한 활성화에너지가 크기 때문에, 형광세기의 감소가 크게 일어난다.

YGMO:Eu³⁺ 형광체의 LED 응용성을 판단하기 위하여 YGMO:Eu³⁺ 형광체를 395 nm 파장의 근자외선 LED와 조합하여 LED표본을 제작하였다. Figure 6은 제작된 LED 표본의 (a) 전계발광스펙트럼과 이에 대한 (b) CIE(International Commission on Illumination) 1931 색좌표계이다. 제작된 LED는 395 nm 칩에서 나오는 자외선 광을 형광체가 흡수하여 여기된 뒤 형광체 내에 존재하는 Eu³⁺ 이온의 f-f 천이에 의하여 적색광을 발광한다. 전계발광스펙트럼을 CIE 1931 색좌표로 변환한 뒤, 색좌표계에 표현하였으며, 이를 Fig. 6(b)에 나타내었다. 자외선 LED의 칩과 형광체의 적색 형광이 혼합됨에 따라 LED의 전계발광스펙트럼의 색좌표가 (0.453, 0.312)로 계산되었으며, 이를 통해 YGMO:Eu³⁺ 형광체가 근자외선 LED 기반의 적색 형광체로 응용될 수 있음을 확인하였다.

Figure 6. (Color online) (a) Electroluminescence spectra of the fabricated LEDs and (b) CIE 1931 coordinates of the fabricated LEDs and luminescence of YGMO:Eu³⁺ phosphors and their photographs(inset).

IV. 결 론

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Abstract
I. 서 론
II. 실 험
III. 실험결과
IV. 결 론
감사의 글
References

YGMO:Eu³⁺ 형광체를 고상반응법으로 합성하였으며, YGMO:Eu³⁺ 형광체의 Eu³⁺ 농도에 따른 구조적 특성을 조사한 결과, YGe_0.5MoO₄ 상이 주로 존재하였으며, Y₂MoO₉와 GeO₂가 불순물로 존재함을 확인하였다. 또한 Eu³⁺ 이온의 농도가 증가함에 따라 모체의 결합길이의 변화가 일어남을 확인하였다. YGMO:Eu³⁺ 형광체의 형광스펙트럼을 조사한 결과, Eu³⁺ 이온의 f-f 천이에 의하여 395 nm광에 여기한 뒤, 614 nm 파장의 적색광을 발광하는 것을 확인하였다. YGMO:Eu³⁺ 형광체의 형광세기는 Eu³⁺ 이온의 농도가 50 mol%일 때 최대가 되며, 이는 인접한 Eu³⁺ 이온 간의 에너지 천이에 의한 것이다. YGMO:Eu³⁺ 형광체와 근자외선 LED를 조합하여, 보라색의 전계발광스펙트럼을 발광하는 것을 확인하였다. YGMO:Eu³⁺ 형광체의 형광스펙트럼과 제작한 LED의 전계발광스펙트럼을 CIE 1931 색좌표계로 변환한 결과, 각각 (0.453, 0.312)와 (0.657, 0.342)로 계산되었다. 이러한 결과를 통해 YGMO:Eu³⁺ 형광체가 자외선 기반 LED의 적색 형광체로 응용 가능함을 확인하였다.

감사의 글

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Abstract
I. 서 론
II. 실 험
III. 실험결과
IV. 결 론
감사의 글
References

이 논문은 국립부경대학교 자율창의학술연구비(2023년)에 의하여 연구되었습니다.

References

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Abstract
I. 서 론
II. 실 험
III. 실험결과
IV. 결 론
감사의 글
References

Z. Xia, Z. Xu, M. Chen and Q. Liu, Recent developments in the new inorganic solid-state LED phosphors, Dalton Trans. 45, 11214 (2016).
E. F. Schubert and J. K. Kim, Solid-State Light Sources Getting Smart, Science 308, 1274 (2005).
N. Narendran, et al., Solid-state lighting: failure analysis of white LEDs, J. Cryst. Growth 268, 449 (2004).
C. R. Ronda, T. Jüstel and H. Nikol, Rare earth phosphors: fundamentals and applications, J. Alloys Compd. 275, 669 (1998).
S-H. Jeong, J-Y. Kim, X. Xiao and Y-S. Kim, A phosphor converted RED light for automotive LED rear lamp and compliance with ECE light regulation, Optik 234, 166590 (2021).
Y. Zhang, et al., Green and red phosphor for LED backlight in wide color gamut LCD, J. Rare Earths 38, 1 (2020).
Z. Yang, et al., A novel green-emitting phosphor NaCaPO₄:Eu²⁺ for white LEDs, Mater. Lett. 62, 1884 (2008).
J-U. Kim, Y-S. Kim and H. Yang, Nanocrystalline Y₃Al₅O₁₂:Ce phosphor-based white light-emitting diodes embedded with CdS:Mn/ZnS core/shell quantum dots, Mater. Lett. 63, 614 (2009).
R-J. Xie, et al., Eu²⁺-doped Ca-α-SiAlON⁠: A yellow phosphor for white light-emitting diodes, Appl. Phys. Lett. 84, 5404 (2004).
T. Nishida, T. Ban and N. Kobayashi, High-color-rendering light sources consisting of a 350-nm ultraviolet light-emitting diode and three-basal-color phosphors, Appl. Phys. Lett. 82, 3817 (2003).
H. Liu, et al., A novel single-composition trichromatic white-emitting Sr_3.5Y_6.5O₂(PO₄)_1.5(SiO₄)_4.5 : Ce³⁺/Tb³⁺/Mn²⁺ phosphor: synthesis, luminescent properties and applications for white LEDs, J. Mater. Chem. C 2, 1619 (2014).
G. S. R. Rasu, E. Pavitra and J. S. Yu, Pechini synthesis of lanthanide (Eu³⁺/Tb³⁺ or Dy³⁺) ions activated BaGd₂O₄ nanostructured phosphors: an approach for tunable emissions, Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 18124 (2014).
Y. Uchida and T. Taguchi, Lighting theory and luminous characteristics of white light-emitting diodes, Opt. Eng. 44, 124003 (2005).
X. Luo, W. Cao and M. Xing, Preparation of Nano Y₂O₂S:Eu Phosphor by Ethanol Assisted Combustion Synthesis Method, J. Rare Earths 24, 20 (2006).
X. Piao, et al., Preparation of CaAlSiN₃:Eu²⁺ Phosphors by the Self-Propagating High-Temperature Synthesis and Their Luminescent Properties, Chem. Mater. 19, 4592 (2007).
R-J. Xie, et al., A Simple, Efficient Synthetic Route to Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺-Based Red Phosphors for White Light-Emitting Diodes, Chem. Mater. 18, 5578 (2006).
Y. Zhong, et al., Synthesis and optical properties of new red-emitting SrBi₂Ta₂O₉:Eu³⁺ phosphor application for w-LEDs commercially based on InGaN, J. Lumin. 212, 45 (2019).
S. Chen, et al., Luminescence properties of novel orange-red-emitting Gd₂InSbO₇:Sm³⁺ phosphor with high color purity for W-LEDs, J. Lumin. 237, 118148 (2021).
O. P. Golim, et al., Synthesis, neutron diffraction and photoluminescence properties of a whitlockite structured Ca₉MgLi(PO₄)₇:Pr³⁺ phosphor, Ceram. Int. 46, 27476 (2020).
K-S. Hong and I. H-S. Yang, Characterization of Sm3+-doped Calcium Pyrophosphate Prepared by Using the Solid-state Reaction Method, New Phys.: Sae Mulli 72, 100 (2022).
N. Zhou, et al., Engineering cation vacancies to improve the luminescence properties of Ca₁₄Al₁₀Zn₆O₃₅: Mn⁴⁺ phosphors for LED plant lamp, J. Am. Ceram. Soc. 103, 1798 (2020).
D. Y. Kim and G. B. Jung, Optical Properties of CaTiO₃: Eu³⁺ Perovskite Phosphorus Powders on Eu³⁺ Concentration and Annealing Temperature, New Phys.: Sae Mulli 72, 504 (2022).
G. Zhang, et al., Near UV-pumped yellow-emitting Ca₃TeO₆:Dy³⁺ phosphor for white light-emitting diodes, Spectrochim. Acta A 223, 117343 (2019).
M. J. Oh, H. J. Kim and S. Saha, Study of the luminescence Properties of Dy³⁺ or Sm³⁺ doped Lu₂Gd₁Ga₂Al₃O₁₂ Phosphors for X-ray Imaging, New Phys.: Sae Mulli 71, 915 (2021).
M. Xia, et al., Red-emitting enhancement by inducing lower crystal field symmetry of Eu³⁺ site in CaWO₄:Eu³⁺ phosphor for n-UV w-LEDs, J. Alloys Compd. 739, 439 (2018).
J. Y. Park, J. W. Chung and H. K. Yang, Versatile fluorescent Gd₂MoO₆:Eu³⁺ nanophosphor for latent fingerprints and anti-counterfeiting applications, Ceram. Int. 45, 11591 (2019).
Y. Xie, et al., Luminescence of a novel double-perovskite Sr₂InSbO₆:Eu³⁺ orange-red-emitting phosphor for white LEDs and visualization of latent fingerprints, Mater. Res. Bull. 146, 111574 (2022).
C. Zheng, et al., Fabrication of luminescent TiO₂:Eu³⁺ and ZrO₂:Tb³⁺ encapsulated PLGA microparticles for bioimaging application with enhanced biocompatibility, Mater. Sci. Eng. C 92, 1117 (2018).
X. Zhou, et al., Eu³⁺ activated LiSrVO₄ phosphors: Emission color tuning and potential application in temperature sensing, Dyes Pigm. 151, 219 (2018).
X. Huang and H. Guo, A novel highly efficient single-composition tunable white-light-emitting LiCa₃MgV₃O₁₂:Eu³⁺ phosphor, Dyes Pigm. 154, 82 (2018).
Q. Cheng, et al., High quantum efficiency red emitting α-phase La₂W₂O₉:Eu³⁺ phosphor, J. Alloys Compd. 772, 905 (2019).
M. Rajendran and S. Vaidyanathan, New red emitting phosphors NaSrLa(MO₄)₃:Eu³⁺ [M = Mo and W] for white LEDs: Synthesis, structural and optical study, J. Alloys Compd. 789, 919 (2019).
K. Nie, et al., Synthesis and luminescence properties of apatite-type red-emitting Ba₂La₈(GeO₄)₆O₂:Eu³⁺ phosphors, J. Rare Earth. 39, 1320 (2021).
Y. V. Baklanova, L. G. Maksimova, O. A. Lipina and A. P. Tyutyunnik, A red-emitting phosphor based on Eu³⁺-doped Li₆SrLa₂Ta₂O₁₂ garnets for solid state lighting applications, Mater. Res. Express 6, 066201 (2019).
F. Baur and T. Jüstel, (INVITED) Eu³⁺ activated molybdates - Structure property relations, Opt. Mater. 1, 100015 (2019).
Y. Chen, et al., Luminescence Properties and Crystallinity of Sm³⁺-doped NaGd(WO₄)₂ Powder Phosphors, J. Korean Phys. Soc. 57, 1760 (2010).
S. W. Park, et al., Enhanced Red Emission of LaVO₄:Eu³⁺ Phosphors by Li-doping, J. Korean Phys. Soc. 57, 1764 (2010).
S. Wang, C. Xu and X. Qiao, High thermal stability and color purity of red-emitting phosphor Y₂SiWO₈: Eu³⁺ for w-LEDs: Synthesis and photoluminescence properties, Ceram. Int. 47, 1063 (2021).
W. J. Schipper and G. Blasse, Spectroscopical Investigation of Order-disorder in Some Compounds with Scheelite Structure, Z. Naturforsch. B 29, 340 (1974).
N. T. Tran, J. P. You and F. G. Shi, Effect of Phosphor Particle Size on Luminous Efficacy of Phosphor-Converted White LED, J. Light. Technol. 27, 5145 (2009).
D. Yu, X. Wu, G. Yan and J. Cao, Crystal phase, morphology evolution and luminescence properties of Eu³⁺-doped BiPO₄ phosphor prepared using the hydrothermal method, Luminescence 36, 1143 (2021).
X. Yu, D. Yuan and X. Mi, Hydrothermal synthesis and luminescent properties of Ca₃(PO₄)₂: Dy³⁺ white-emitting phosphors, J. Alloys Compd. 857, 157585 (2021).
M. Zhu, et al., Li₃Na₃Ga₂F₁₂:Mn⁴⁺, for warm WLEDs, J. Mater. Chem. C 6, 491 (2018).
I. E. Kolesnikov, et al., Asymmetry ratio as a parameter of Eu³⁺ local environment in phosphors, J. Rare Earth 36, 474 (2018).
B. Xiao and M. Schmidt, Incorporation of Europium(III) into Scheelite-Related Host Matrixes ABO₄ (A = Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺; B = W⁶⁺, Mo⁶⁺): Role of A and B Sites on the Dopant Site Distribution and Photoluminescence, Inorg. Chem. 56, 14948 (2017).
G. Blasse, Energy transfer between inequivalent Eu²⁺ ions, J. Solid State Chem. 62, 207 (1986).
L. G. Van, Uitert, Characterization of Energy Transfer Interactions between Rare Earth Ions, J. Electrochem. Soc. 114, 1048 (1967).
W. H. Fonger and C. W. Struck, Eu⁺³ ⁵D Resonance Quenching to the Charge-Transfer States in Y₂O₂S, La₂O₂S, and LaOCl, J. Chem. Phys. 52, 6364 (1970).