방전 플라즈마 소결법에 의해 합성된 La2Si6O3N8:Eu2+ 형광체의 특성 연구

Abstract

최근 LED(Light emitting diode)를 이용한 친환경 조명이 기존의 형광등을 대체할 차세대 백색광원으로 부상하고 있다. 현재 구현되고 있는 LED의 경우 청색 LED 칩 위에 황색 형광체를 도포하여 백색을 얻는 방법이 가장 널리 쓰이고 있다. 하지만 이 방식으로는 색 온도가 높고 고연색성의 백색을 얻기가 힘든 단점이 있다. 이러한 문제의 개선을 위해 UV LED 칩 위에 청색, 녹색, 적색 형광체를 함께 사용하여 백색을 얻는 방법 등으로 연색지수를 높이는 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 고효율, 고연색성 및 좋은 열적, 화학적 안정성을 가진 새로운 청색 형광체의 개발이 요구되는 가운데, 최근에 보고된 Lanthanum silicon oxynitride 계 형광체는 3가 Ce 이온이 도핑되었을 때 근자외선 영역에서 여기 파장을 흡수하여 청색 발광을 한다. Lanthanum silicon oxynitride 계열의 구조 중에서도 치밀한 구조와 높은 질소 비율을 가지는 La2Si6O3N8 의 경우, 열적 안정성이 가장 뛰어나다고 보고되어 있다. 그러나 현재까지 2가 Eu 이온이 도핑된 La2Si6O3N8 형광체에 대한 보고가 이루어지지 않은 실정이며, (산)질화물 기반의 형광체의 경우 높은 합성온도, 긴 합성시간이 요구된다. 또한 중간 반응 중 산소에 의한 오염 가능성이 높기 때문에 단일상 합성이 어렵다. 본 연구에서는 방전 플라즈마 소결법 (Spark Plasma Sintering, SPS) 을 통해 단일상 합성에 초점을 맞추었다. 열처리 온도를 달리하며 합성된 분말은 특정 조건에서 단일상이 형성된 것을 XRD 분석을 통해 확인하였고 Eu 농도에 따른 PL 특성을 분석하였다. 더 나아가, SPS로 합성된 형광체의 결정성 및 발광 특성을 향상시키기 위해 후열처리와 추가 산처리를 실행하였다. SEM 을 이용하여 합성된 분말 및 pellet 의 형상을 관찰하였다. 발광 중심 파장을 이동시키기 위해 Ca 이온을 농도를 달리하며 La 자리에 치환 시켜 특성 변화를 관찰하였으며, 성분 분석을 하여 La 과 Ca 이온의 원자 비율을 확인하였다. 마지막으로, 실제 LED에 적용하였을 때 중요한 변수인 열적 안정성 측정하였고 추가적으로 저온에서의 발광 특성을 관찰하였다.