Luminescence study of fluorescence probe in silicate polymer and coated phosphor using sol-gel process

Abstract

The applications of the sol-gel technique to the organically modified ceramics(ORMOCERS) and other materials suitable for preparation of different materials in various (i.e., bulk, polymer, powder, wire, thin film, coating, ete) forms were studied. We applied this sol-gel technique to embed organic molecule in amorphous silica glass and to coat the phosphor. The steady state emission spectra and the fluorescence decay parameters of the excimer-forming probe molecules, pyrene, alpha,omega-di(l-pyrenyl)alkanes (PnP, n=3, 10) had been determined in the aqueous silicate sol-gel and organically, modified Methyl-Phenyl, resin. Excimer formation processes were explained with the fluorescence decay parameters and the rate constants of excimer formation were calculated. Different excimer formation dynamics were found through the usage of probe molecules and the matrixes, which were strongly influenced by the microenvironment including microviscosity. The microviscosity data were obtained from the bimolecular quenching rate constants in silicate sol-gel mitrix and the decay experiments of the emission anisotropy in organically modified Methyl-Phenyl resin. In another application of sol-gel technique, ZnS:Ag, Cl phoshor coated with IN₂O₃was prepared by sol-gel method to study the prevention of charge build up and decomposition by irradiation with electron beam generates harmful gases such as SO₂of ZnS:Ag, Cl phospho.The preparation process, cathodoluminescence propeuties including brightness, aging effect and Ⅰ-Ⅴcurve were studied. The electric conductivity and aging effect of IN₂O₃-coated phosphor were improved than those of the uncoated one. The cathodoluminescence brightness were varied with thickness of screened phosphors and size of the usage of phosphors. Optimum thickness for cathodoluminescence brightness of screened phosphor was 7mu m. The smaller the particle size is, the brighter the cathodoluminescenece brightness becomes. ; 무기 세라믹과 다양한 조성의 유리를 만드는 방법으로써의 졸-겔 과정은 metal alkoxide에 여려 유기 작용기를 치환하여 organically modified ceramics (ORMOCERS)를 만들거나 졸-겔 과정 중 유기,무기 물질을 도핑시킴으로써 형성되는 무기-유기 혼성 초분자를 만드는데 이용되며, 그 밖의 다양한 형태(고분자, 가루, 선, 얇은 필름, 표면 코팅)의 물질을 만드는데 널리 응용되고 있다. 본 연구에서는 졸-겔 방법을 이용하여 만들어진 무기-유기 혼성 초분자에 발광 물질(luminescent materials)을 혼입시켜 그들의 방출(emission) 현상을 보았으며 형광체 표면에 전동성 물질을 코팅하는 과정에서 졸-겔 방법을 이용하여 코팅된 발광 물질들의 방출 현상을 연구하였다. 제 1 장에서는 졸-겔 방법으로 제조되는 실리카 매질과 organically modified ceramics 의 한 종류인 Methy-Phenyl resin 매질에 형광 표지 물질로 사용되는 pyrene, 1,3-dipyrenylpropane, 1,10-dipyrenldecane을 혼입하여 그들의 엑시머 형성 동력학 및 표지 물질 주위의 미세 구조 특성을 분광학적인 실험을 통하여 알아보았다. 엑시머 형성 과정은 매질의 미시적 환경, 특히 미시적 점성도에 영향을 받는데 실리카 졸-겔 매질에서의 미시적 점성도는 이 분자 소광 속도 상수 실험으로부터 계산하였으며, Methyl-Phenyl resen 매질에서의 미시적 정성도는 미시적 점성도 변화에 따른 엑시머 수명 시간 변화로부터 규명하였으며 사용한 형광 표지 물질과 매질의 상호 장용의 정도에 의해 결정된다. 엑시머 형성 동력학을 기본으로 매질의 미시적 변화를 이해 할 수 있었으며 새로운 무기-유기 혼성 형태의 신소재를 개발하는데 유용하게 이용되리라고 본다. 제 2 장에서는 청색 형광체인 ZnS:Ag,CI의 전하 축적 현상과 전자 빔에 의한 황의 해리를 방지하기 위해 졸-겔 방법으로 Indium을 코팅하여 발광 현상을 규명하였다. Indium을 코팅함을써 ZnS:Ag,CI의 전기 전도성이 좋아졌으며 황의 해리 정도가 완화되어 aging 효과가 향상되었다. 또한 이렇게 코팅된 형광체를 양극에 입힐때 형광체의 입자의 크기가 작을수록, 입힌 형광체의 두께가 7㎛가 되었을때 최대 발광휘도를 나타내었다. 이러한 형광체의 개발로 평판 디스플레이 중 주목을 받고 있는 FED를 실용화하는데 한발 다가 설 수 있으리라 본다.