SrS 형광체에 관한 연구

Abstract

불순물로서 Ce, Bi. 그리고 Eu을 첨가한 SrS 형광체(phosphor)의 특성을 조사하기 위하여, 자체 제작한 전기로에서 시료를 sulfurizing flux 방법으로 합성하고, 불순물 이온의 농도 변화, 산화 효과 등을 상온에서 photoluminescence 와 X선 회절 실험, 수분 함유량 및 적외선 분광 측정으로 연구하였다. SrS에 Ce. Bi. Eu을 각각 첨가했을 때, Ce과 Bi의 경우에는 농도가 증가함에 따라 발광색이 달라지면서 발광 효율이 떨어지는 농도 소광(concentration quenching) 현상이 관찰되고, Eu의 경우에는 발광색은 달라지지 않고 농도 소광 현상만 관찰되었다. SrS:Cex과 SrS:Bix는 각각 파장 488㎚, 532㎚ 부근과 파장 490㎚ 부근에서 방출 peak을 가지고 있었으며, 방출색의 재현성에 관련된 불순물의 고용 한계(solid solubility limit)는 각각 약 1 mole% 와 약 5 mole% 이었다. SrS:Eux 경우는 Eu＾(2+)에 의한 380㎚와 Eu＾(2+)에 의한 610㎚ 부근에서 방출 peak을 관찰하였는데, 이것은 Eu의 valence 상태가 Eu＾(2+) 와 Eu＾(3+) 모두 존재하기 때문으로 생각된다. 불순물이 Ce인 경우 산화시킨 시료의 포화 수분 함유율이 산화시키지 않은 시료보다 약 20 배 정도가 적었으며, 발광 세기는 약 수 배가 증가하였다. 불순물의 종류나 농도에 따라서 약간의 차이는 있으나 대체로 공기 중에서 열처리하여 산화시킨 시료는 조해성이 개선되었을 뿐만아니라, 발광 세기도 증가하였다. 증감제로서 Ce 또는 Bi, 활성제로서 Eu을 함께 첨가하였을 때 증감제에서 활성제로의 에너지 전달을 조사하였다. 농도 소광이 일어날 때의 Ce-Ce. Bi-Bi 그리고 Eu-Eu의 임계 거리 Rc는 각각 6.6Å. 3.9Å 그리고 3.9Å 이었다. 증감제 Ce에서 활성제 Eu으로의 에너지 전달은 Ce-Eu 사이 거리가 5.8Å 일 때 가장 효과적이었으며, Bi에서 Eu으로의 에너지 전달 현상은 관찰되지 않았다. 증감제의 농도가 작아서 증감제와 활성제 사이 거리 Rsa가 증감제의 임계 거리 Rc보다 매우 클 때에는 각각 독립적으로 빛을 방출하며 Rsa가 활성제의 임계 거리 Rc보다 작거나 같으면 농도 소광이 일어난다. 에너지 전달 효과를 얻기 위해서는 활성제보다 큰 임계 거리를 가진 증감제를 사용하여야 한다는 것을 알 수 있었다.;Strontium sulfide based phosphors were synthesized through suI-furizing flux method at 900℃ for six hours and their physical properties were inverstigated. Studied phosphors were SrS:Ce. SrS:Ei, SrS:Eu. SrS:Ce+Eu. and SrS:Ei+Eu. We also studied oxidized samples oxidized at 780℃ for three hours. Properties. i.e.. solid soulubility. hygroscopic properties. valence state, energy transfer. and photoluminescence properties were investigated through X-ray diffraction. IR spectroscopy and photoluminescence spectroscopy. The solid solubility of cerium is 1 mole %, whereas bismuth is 5 mole % in SrS host. The valence states of europium in SrS are 2^(+) and 3^(+) which are strongly dependent on the manufacturing process. Energy transfer was observed from Ce^(3+) to Eu^(3+) in SrS host which was electric dipole - electric dipole energy transfer. We also observed the enhancement of photoluminescene intensity in oxidized samples along with improvement of hygroscopic property.