A Study on the Luminescence Properties of LiGd₉(SiO₄)₆O₂:Ce³⁺

LiGd₉(SiO₄)₆O₂:Ce³⁺ 형광 특성 연구

$LiGd_9(SiO_4)_6O_2:Ce^{3+}$ phosphors were synthesized by solid-state reaction method. The structural characteristic was investigated by X-ray powder diffraction analysis. The emission and excitation spectra of the $Ce^{3+}$ ions doped $LiGd_9(SiO_4)_6O_2$ phosphors were obtained under the UV excitation. The emission spectra of $LiGd_9(SiO_4)_6O_2:Ce^{3+}$ shows the band at 410 nm corresponding to the $^2F_{5/2}$ and $^2F_{7/2}$ states of $Ce^{3+}$. The red shift of $Ce^{3+}$ emission is found as the $Ce^{3+}$ concentration increases, which could be explained by the change in crystal-field symmetry and strength with increasing $Ce^{3+}$ concentration. Fluorescence decay time of $Ce^{3+}$ was about 20 ns. When the concentration of $Ce^{3+}$ increases life time was slightly reduced.

본 연구는 $LiGd_9(SiO_4)_6O_2:Ce^{3+}$ 형광체를 고상법으로 합성하여 X선 회절 실험으로 결정화 정도와 인회석 구조를 확인하였다. $LiGd_9(SiO_4)_6O_2:Ce^{3+}$ 형광체의 $Ce^{3+}$이온의 농도 변화에 따른 여기 및 방출 스펙트럼과 수명시간을 측정하였다. 여기 스펙트럼에서 $Ce^{3+}$ 이온의 농도 증가에 따라 276 nm ($Gd^{3+}$ $^8S_{7/2}{\rightarrow}^6I{_J}$ 전이) 형광 세기가 감소하는 에너지 전달을 확인하였다. 방출 스펙트럼에서 $Ce^{3+}$ 이온의 농도 증가에 따라 결정장의 변화에 의해 410 nm($Ce^{3+}$ $^2F_{5/2}$ and $^2F_{7/2}$) 방출 밴드의 파장이 장파장 쪽으로 이동하는 특성을 확인하였으며 314 nm에서 $Gd^{3+}$에서 $Ce^{3+}$로의 에너지 전달로 인해 $Gd^{3+}$ 형광 방출 세기가 감소하는 것을 확인하였다. $LiGd_9(SiO_4)_6O_2:Ce^{3+}$ 형광체의 $Ce^{3+}$의 수명시간은 약 20 ns로 짧은 특성을 나타내었고 $Ce^{3+}$의 농도가 증가하면 수명시간이 수 ns 감소하였다.