졸겔법에 의한 규산염 형광체의 합성에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

규산염 화합물은 지구의 대부분을 이루는 구성 성분일뿐더러 광범위한 영역에 걸쳐 폭넓게 사용되고 있다. 그 중 디스플레이 외 여러 영역에서 응용 가능한 형광체에서도 적용되고 있다. CaMgSi₂O_(6)은 지구맨틀을 구성하는 광물로서 diopside라 불리는데 CaMgSi₂O_(6)에 Eu^(2+) 이온이 도핑이 되어 블루형광체로 사용되고 있다. CaMgSi₂O_(6):Eu^(2+) 형광체는 Eu^(2+) 이온이 Ca에 치환되면서 구조적인 특성상 강하게 결합하고 있어 강한 열적 안정성을 가지는 장점을 가지고 있고, 음극선 자극과 빛에 의한 자극에 의한 광학적 특성이 좋아 PDP(Plasma display panel)과 FED(Field emission diode)등에 널리 응용되고 있다.[1-4]
최근에는 널리 응용되고 있는 파우더 형광체뿐만 아니라 박막 형광체에 대한 관심이 커지고 연구가 활발히 진행되고 있다. 박막 형광체는 파우더 형광체에 비하여 열적 안정성이 좋으며, 기판과의 우수한 접착력, 수명과 해상도가 우수한 장점을 가지고 있기 때문이다.[5-7] 이러한 장점을 가지지만 CaMgSi₂O_(6):Eu^(2+)형광체를 박막 형광체로 합성하기 위한 분위기가 까다로워 단일 상을 가지는 박막 형광체를 합성하기 위한 목적을 두고 실험을 수행하였다. 또한 박막 형광체가 위와 같은 여러 장점을 가지지만 외부 발광 양자효율이 매우 적다는 단점이 있어 실질적으로 디스플레이에 응용이 되기 어려운 점이 있기 때문에 외부 발광 효율을 증가시키는데 목적을 두고 실험을 수행하였다.
Sol-gel 방법은 재료를 합성에 있어 광범위 하게 사용되는 화학적 합성법이다. Sol-gel 방법은 물리적인 방법이 가지는 단점에 반하여 낮은 온도에서의 결정화가 가능하고 고순 도의 물질 합성이 가능하여 입자 조절이 용이한 장점을 가지고 있어 형광체 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 또한 합성 과정에 의하여 최종 생성물의 형태를 변화 시킬 수 있기 때문에 최근 파우더뿐만 아니라 박막 형광체를 합성하는 데에도 많이 사용되고 있다.[8] 이러한 장점을 가지고 있는 Sol-gel방법을 통하여 단일상을 가지는 파우더 및 박막 형광체를 제조 하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Silicate materials can be applied to various techniques such as display and so on. Silicate phosphor is one of the important thing among the rest. CaMgSi₂O_(6) is a mineral that is found in mantle and apply to blue phosphor with doped Eu. CaMgSi₂O_(6):Eu^(2+) blue-emitting phosphor has known for good thermal stability because of structural property and good photoluminescence(PL) and cathodoluminescence(CL) properties. For that reason CaMgSi₂O_(6):Eu^(2+) blue-emitting phosphor is applied to PDP(Plasma display pane), FED(Field emission diode). Recently, increases in concern about thin-film phosphors because they have good thermal stability, good adhesion to substrate, reduced out gassing. Sol-gel method is popular chemical process to prepare ceramics. And that can be obtained variety of formation through different processing routes. Therefore, we selected sol-gel process for making silicate phosphors.
In sol-gel synthesis, powder and thin-film phosphors were obtained metal alkoxide and metal nitrate precursors. Metal alkoxide is usually used as precursor in general sol-gel process and metal nitrate precursor is usually used as precursor in Pechini-type sol-gel process. We used hybrid type sol-gel method, so we studied that mechanism. TGA-DTA, TF-IR and element analysis are discussed.
CaMgSi₂O_(6):Eu^(2+) blue-emitting powder and thin-film phosphors were prepared by hybrid type sol-gel method. CaMgSi₂O_(6):Eu^(2+) powder phosphors were sintered at various temperatures with 5%H₂+95%N₂reduction atmosphere. The optical properties, crystallinity and morphology of CaMgSi₂O_(6):Eu^(2+) phosphors are characterized and discussed.
Thin-film phosphors have many advantages, but there is disadvantage that is bad external efficiency. So we fabricated 2D photonic crystal layer inserted thin-film phosphors in order to improve external efficiency. The optical property is characterized and discussed.

목차 (Table of Contents)

• 요약 = 1
• List of Tables = 4
• List of Figures = 5
• 1. 이론적 배경 = 7
• 1-1. Sol-gel method = 7
• 1-2. 형광체 = 13
• 1-3. Spin coating 공정 = 15
• 2. Sol-gel 방법을 통한 형광체 = 합성
• 2-1. 형광체의 특성 평가 = 17
• 2-2. Sol-gel 방법에 의한 silicate 형광체 합성의 Mechanism 연구 = 19
• 2-3. CaMgSi₂O_(6):Eu^(2+) 파우더 형광체 제조 및 특성 연구 = 26
• 2-4. CaMgSi₂O_(6):Eu^(2+) 박막 형광체 제조 및 특성 연구 = 33
• 2-5. 구조체가 첨가된 CaMgSi₂O_(6):Eu^(2+) 박막 형광체의 제조 및 특성 연구 = 48
• 3. 결론 = 54
• Abstract = 56
• 참고문헌 = 58
• 감사의 글 = 61