란탄계열 니오븀염 및 알칼리토금속 니오븀염 형광체의 발광특성 개조에 관한 연구
Tailoring Luminescence Characteristics of Rare Earth Niobates and Alkaline Earth Niobates by doping Sensitizers or Activators
- 주제(키워드) Niobate , Luminescence , Phosphors
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 모선일
- 발행년도 2008
- 학위수여년월 2008. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학부
- 본문언어 한국어
초록/요약
조명 및 디스플레이용 고효율의 연색성 좋은 발광체 합성과 그 발광특성을 연구하였다. 천연색 디스플레이 및 백색 조명용 LED등이 우수한 연색성과 효율을 가지기 위해서는, UV 발광 LED에 RGB(삼원색) 형광체를 적용하는 것이 좋다. AlGaN 이나 InGaN 등의 LED가 방출하는 장파장 UV (350 nm ~ 400 nm)를 효과적으로 흡수하여 삼원색을 내놓는 형광체를 개발하고자, 본 논문에서는 NbO43- 계열의 RNbO4 (R = La, Y, Gd) 와 CaNb2O6를 합성하여 발광 특성을 연구하였다. 이러한 niobate의 발광은 La, Y, Gd, Ca 등에서 나오는 발광이 아니라 전자배치가 d0 (closed-shell)인 Nb 이온과 관련된 발광으로 산소 2p궤도 전자중의 하나가 Nb5+의 비어있는 4d 궤도함수로 옮겨가는 전하전이 (charge transfer)에 의해 발광하게 된다. RNbO4 (R = La, Y, Gd)의 rare earth niobate는 fergusonite 구조를 가지며 약 250 nm 와 410 nm에서 강한 흡수와 방출 띠를 나타낸다. 정사면체(Td) 구조인 NbO43- 의 O2-에서 Nb5+로 전하전이는 LaNbO4와 YNbO4의 경우에는 효율적이고 강하게 나타난다. 하지만 GdNbO4의 경우 NbO43-로부터 Gd3+의 효율적인 에너지 전달이 가능하지 못하기 때문에 발광이 일어나지 않는다. Alkaline earth niobate CaNb2O6는 columbite 구조를 가지며 262 nm와 469 nm 에서 최대 흡수와 방출 파장을 나타낸다. Rare earth 와 alkaline earth niobate의 결정격자에 Eu3+이나 Bi3+등의 활성제나 증감제를 NbO43- 계열의 결정격자에 혼입(dope)하여 발광특성을 연구하였다. Rare earth niobate의 발광특성은 Bi3+와 Eu3+의 농도에 크게 영향을 받는다. Y1-xBixNbO4에서 Bi3+ (x = 1.5)를 넣어주었을때 niobate의 효율은 극대화되었으며, 약 250 nm였던 2p(O) ? 4d(Nb)의 흡수파장이 6s(Bi) ? 4d(Nb)의 전하전이를 통해 약 310 nm까지 장파장 쪽으로 이동하였다. 방출파장 역시 410 nm 에서 448 nm 로 장파장 쪽으로 이동하였다. RNbO4에 Eu3+만을 혼입시켰을 때NbO43-의 발광은 감소하고 5D0 → 7F2 의 613 nm로 에너지가 전이되었다. Bi3+ (x ≥ 10)농도에 Eu3+(5%)를 넣고 발광을 관찰한 결과 증감제와 활성제의 상호작용에 의하여 NbO43-의 발광 세기는 감소한 반면 5D0 → 7F2 에 일치하는 Eu3+의 613 nm 에너지전이의 효율이 증가하였다. 흡수파장은 소량의 Bi3+를 넣어주었을 때의 310 nm에서 발광의 세기가 크게 줄어들지 않는 338 nm 까지 장파장 UV영역 쪽으로 이동하였다. Bi3+의 농도가 15 atom% 였을때 band-edge는 352 nm 까지 이동하였다. Alkaline earth niobate인 CaNb2O6도 rare earth niobate와 같이 Bi3+를 넣어주면 흡수파장이 262nm 에서 315로 이동하는, 같은 경향성을 보였으나 활성제인 Eu3+에는 반응하지 않았다. Rare earth niobate 와 Alkaline earth niobate는 GaN에서 나오는 장파장 UV를 효율적으로 흡수하여 빨강색과 파랑색 빛을 방출하므로 LED용 형광체로서의 응용이 가능하다.
more초록/요약
In order to convert ultravioleT light from the nitride semiconductor LEDs into white light with high color rendering, the phosphors should absorb efficiently the pump LED light. The absorption bands of YNbO4:Eu3+ and GdNbO4:Eu3+ are red-shifted with the Bi3+ incorporation in the lattice. The excitation band maximum and the long wavelength band-edge of the YNbO4:Eu3+ red phosphor have been severely red-shifted at high Bi3+ contents. With 15 atom% of Bi3+ incorporation in the lattice, (Y0.80Bi0.15)NbO4:Eu3+, the absorption band-edge shifts to 352 nm, which will absorb efficiently the LED pump-light in the long wavelength UV region.
more목차
요약문 = i
그림목차 = v
1. 서론 = 1
1.1. 연구 목적 및 필요성 = 1
1.2. 연구 배경 = 7
2. 실험 = 19
2.1. Niobate 형광체의 제조 = 21
3. 란탄계열 니오븀염의 구조적 특성과 발광 특성 = 24
3.1. 란탄계열 니오븀염의 구조 및 발광 특성 = 25
3.1.1. RENbO₄ (RE = La, Y, Gd) 의 구조 특성 = 25
3.1.2. RENbO₄ (RE = La, Y, Gd) 의 발광 특성 = 28
3.2. 활성제와 증감제에 따른 란탄계열 니오븀의 발광 특성 = 32
3.2.1. RENbO₄ (RE = La, Y, Gd) : Eu^(3+)의 발광 특성 = 32
3.2.2. RENbO₄ (RE = La, Y, Gd) : Bi^(3+)의 발광 특성 = 35
3.2.3. (RE, Bi)NbO₄ (RE = La, Y, Gd) : Eu^(3+)의 발광 특성 = 40
4. 알칼리토금속 니오븀염의 구조적 특성과 발광 특성 = 46
4.1. CaNb2O6의 구조 및 발광 특성 = 47
4.2. 활성제와 증감제에 따른 알칼리토금속 니오븀의 발광 특성 = 49
4.2.1. CaNb₂O_(6) : Bi^(3+)의 발광 특성 = 49
5. 결론 = 52
6. 참고문헌 = 53
