$SrGa_2S_4$:Eu는 녹색을 발광하는 형광체로 전계 방출 디스플레이, 음극선 발광 분야에 널리 응용되고 있다. 일반적으로 $SrGa_2S_4$:Eu의 합성은 $SrCO_3$,$Ga_2O_3$, 그리고 $Eu_2O_3$를 $H_2S$ 와 Ar 가스를 흘려주면서 고온에서 소송하는 고상반응법으로 합성하였다. 본 연구에서는 SrS, Eu 착물, 그리고 Ga 착물의 분해 반응을 통해서 $SrGa_2S_4$:Eu 형광체를 합성하였다. 이 방법의 장점은 Ar 가스 뿐 만 아니라 독성의 $H_2S$를 사용하지 않는 것이다. $SrGa_2S_4$:Eu 형광체의 합성 조건과 발광 특성을 검토하였다.
We report the cathodoluminescence and aging properties of a series of green phosphors of formula $Sr_{1-x}M_xGa_2S_4$:Eu (x = 0.0-1.0, M = Ba or Ca) that have potential applications in field emission displays (FEDs). The series of phosphors was synthesized via NaBr-aided solid-state reactions in a flowing $H_2S$ stream. A low level ($\sim$20%) of Ba or Ca substitution for Sr in $SrGa_2S_4$:Eu maintains the orthorhombic phase of pure $SrGa_2S_4$:Eu phosphors. Further, a low level ($\sim$20%) of Ba or Ca substitution for Sr in $SrGa_2S_4$:Eu provides various green colors and sufficient brightness for FED applications. Substitution of Ba or Ca for Sr in $SrGa_2S_4$:Eu also improved the stability of the phosphor when it was operated under electron-beam irradiation of 5 kV.
기존의 $SrGa_2S_4:Eu^{2+}$ 녹색 발광 형광체는 주로 CRT (Cathode Ray Tube)용이나 FED (Field Emission Display), 그리고 EL (Electroluminescence)용 발광소자로 많이 연구되어졌다. 현재는 장파장 영역의 여기 특성을 이용한 LED (Light Emitting Diode)용 형광체로 주목 되어지고 있다. $SrGa_2S_4:Eu^{2+}$ 형광체의 일반적 합성 방법은 Flux를 이용하여 인체에 유해한 $H_2S$나 $CS_2$ 기체를 사용할 뿐만 아니라 높은 합성온도, 긴 반응시간 및 공정이 복잡한 단점을 지니고 있다. 따라서 본 실험은 황화물계 원료인 SrS, $Ga_2S_3$ 그리고 EuS를 출발 물질로 하여 $H_2S$ 기체를 사용하지 않고 혼합 기체$(5% H_2/95% N_2)$를 사용해 환원 분위기 하에서 $SrGa_2S_4:Eu^{2+}$을 합성하였다. 그리고 다양한 합성 조건과 LED용으로 사용되기 위해 수세처리와 Sieving 과정을 거친 형광체의 발광특성을 검토하였다.
보라색 발광 다이오드에 의해 여기되어 청색, 녹색, 적색을 발광하는 형광체로 각각 $BaMg_2Al_16O_27:Eu,\SrGa_2S_4:Eu$, ZnCdS:Ag,Cl 형광체를 선택하였다. 보라색 발광 다이오드의 발광에서 형광체에 의해서 완전히 흡수되지 않고 나오는 보라색 발광과 $BaMg_2Al_16O_27:Eu,\SrGa_2S_4:Eu$, ZnCdS:Ag,Cl 형광체에서 나오는 청색, 녹색, 적색 발광을 조합하여 사파장 백색 발광 다이오드를 만들었다. 사파장 백색 발광 다이오드의 발광 특성을 확인하였다.
The photoluminescence and cathodoluminescence of $SrGa_2S_4:EU$ phosphor were optimized with the process and chemical variables (activators, fluxes and reaction temperature) used in solid state reaction. Firing the powder with flux at $800^{\circ}C$ for 2hr gave the highest photoluminescence efficiency under near-UV excitation and the highest cathodoluminescence efficiency of 20.1 lm/W at 2 kV and 33.3 lm/W at 10 kV. The suitability of $SrGa_2S_4:EU$ for application as a phosphor in LCDs and FEDs is discussed.
LED는 고휘도 청색 칩의 개발로 인해 단순표시소자로만 이용되던 것이 다양한 분야의 발광소자로 적용되기 시작하였다. 특히, 최근에 InGaN 칩과 황색 형광체(YAG:Ce3+)를 이용한 방법이 많이 연구되어지고 있다. 하지만 이 방법은 2 파장을 이용한 것으로 색연지수가 낮은 단점을 지니며, 황색의 YAG:Ce3+ 형광체 이외에 450~470 nm의 여기 영역에서 효율적으로 발광하는 형광체가 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 장파장 영역의 여기 특징을 지닌 thiogallate 형광체의 합성을 시도하였다. 그 중에 가장 잘 알려진 SrGa2S4:Eu2+ 형광체의 모체를 변화시켜 Sr2Ga2S5:Eu2+ 형광체를 합성하였으며, 발광특성을 조사하였다. 그리고 무해성과 제조 공정의 단순화를 위하여, 황화물질과 5 % H2/95 % N2 혼합 기체를 CS2와 H2S 가스 대신에 사용하였다. 이렇게 합성되어진 형광체는 550 nm의 발광 중심을 가지는 황색 형광체로서 300~500 nm에 이르는 넓은 여기원을 통한 발광이 가능하다. 그리고 YAG:Ce3+ 형광체와 비교해 볼 때 강도 면에서 110 % 이상을 보이며, UV 영역의 여기적 특성을 이용해 UV LED에도 응용이 가능하다.
[ $II-III_2-(S,Se)_4$ ] structured of phosphor has been used at various field because those have high luminescent efficiency and broad emission band. Among these phosphors, the europium doped $BaGa_2S_4$ was prepared by solid-state method and had high potential application due to an emissive property of UV region. Also, the common sulfide phosphors were synthesized by using injurious $H_2S\;or\;CS_2$ gas. However, in this study $BaGa_2S_4:Eu^{2+}$ phosphor in addition to excess sulfur was prepared under at 5% $H_2/95%\;N_2$ reduction atmosphere. Thus, this process could be considered as large scale synthesis because of non-harmfulness and simplification. The photoluminescence efficiency of the prepared $BaGa_2S_4:Eu^{2+}$ phosphor increased 20% than that of commercial $SrGa_2S_4:Eu^{2+}$ phosphor. The prepared $BaGa_2S_4:Eu^{2+}$ could be applied to green phosphor for white LED of three wavelengths.
한국정보디스플레이학회 2002년도 International Meeting on Information Display
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pp.1015-1019
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2002
The deposition of $SrGa_2S_4$ thin film phosphors doped with Ce or Eu aiming at application for FEDs has been carried out by a multi-source deposition technique. A $SrGa_2S_4$ phase was formed by annealing process and $SrGa_2S_4$ thin films which were deposited using a $Ga_2S_3/Sr$ flux ratio larger than 50 and annealed in $H_2$S showed luminance and luminous efficiency of about 1700 cd/$m^2$ and 2.95 lm/W, respectively, with (0.13, 0.10) chromaticity in the activation with Ce, and about 4000 cd/$m^2$ and 7.05 lm/W, respectively, with (0.36, 0.60) under excitation with 3 kV and 60A/$cm^2$. The results obtained this experiment demonstrate the potential of $SrGa_2S_4$ thin film phosphors for FED screens.
An improvement for the efficiency of the $Sr_{2}SiO_{4}:Eu$ yellow phosphor under the $450{\sim}470\;nm$ excitation range have been achieved by adding the co-doping element ($Mg^{2+}\;and\;Ba^{2+}$) in the host. White LEDs were fabricated through an integration of an blue (InGaN) chip (${\lambda}_{cm}=450\;nm$) and a blend of two phosphors ($Mg^{2+},\;Ba^{2+}\;co-doped\;Sr_{2}SiO_{4}:Eu$ yellow phosphor+CaS:Eu red phosphor) in a single package. The InGaN-based two phosphor blends ($Mg^{2+},\;Ba^{2+}\;co-doped\;Sr_{2}SiO_{4}:Eu$ yellow phosphor+CaS:Eu red phosphor) LEDs showed three bands at 450 nm, 550 nm and 640 nm, respectively. The 450 nm emission band was due to a radiative recombination from an InGaN active layer. This 450 nm emission was used as an optical transition of the $Mg^{2+},\;Ba^{2+}\;co-doped\;Sr_{2}SiO_{4}:Eu$ yellow phosphor+CaS:Eu red phosphor. As a consequence of a preparation of white LEDs using the $Mg^{2+},\;Ba^{2+}\;co-doped\;Sr_{2}SiO_{4}:Eu$ yellow phosphor+CaS:Eu red phosphor yellow phosphor and CaS:Eu red phosphor, the highest luminescence efficiency was obtained at the 0.03 mol $Ba^{2+}$ concentration. At this time, the white LEDs showed the CCT (5300 K), CRI (89.9) and luminous efficacy (17.34 lm/W).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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