Bi3+, Eu3+ 치환된 옥시플로라이드 합성 및 광학특성 연구 노민희, 나용채, 박빛나 Department of Engineering in Energy and Applied Chemistry, Silla University, Busan, 617-736, Korea Abstract1 Structure2 Bi³⁺와 Eu³⁺가 치환된 Sr₃AlO₄F 합성을 위해서 고상법을 이용하였다. X선 회절방법으로 Sr₃AlO₄F의 단일상(tetragonal구조)을 확인하였으며, excitation과 emission photoluminescence (PL) 스펙트럼으로 Bi3+ 그리고 Bi3+와 Eu3+ 공동으로 치환된 옥시플로라이드의 광학적 특성을 비교 연구하였으며, Bi3+ 활성체의 농도에 따른 농도 소광 현상을 모니터링 하였다. Bi³⁺가 치환된 옥시플로라이드는 푸른색 발광을 보였으며, Eu³⁺가 공동 치환되면서 보라색과 오렌지색으로 다양한 발광 변화를 보였다. Bi³⁺와 Eu³⁺를 옥시플로라이드에 공동 치환하여 색좌표(Commission Internationale de l’Eclairage (CIE) )를 계산 하였으며 energy transfer등의 광학 특성을 비교 분석하였다. Previous study of oxyfluoride phosphors2-5 Figure 1. Crystallographic structure of Sr3AlO4F oxyfluoride host lattice . Synthesis of Sr3AlO4F : Bi, Eu phosphors1 X-ray Diffraction patterns Figure 2. Excitation and emission spectra of the Sr3AlO4F containing Eu3+ , Tb3+, Er3+ and Tm3+activators. Figure 3. Excitation and emission spectra of the commercial YAG :Ce and Sr2.4985Ca0.5Ce0.005AlO4F. Figure 4. Excitation and emission (Black and red lines mean emission spectra excited at 254 and 408nm, respectively) spectra of Sr2.5-3x/2 Ba0.5 SmxAlO4F (A) x=0.001, (B) x=0.01 (C) x=0.05, (D) x=0.1 and Sr2.5-3x/2 Ba0.5SmxAlO4-aF1-d . Figure 6. XRD patterns of (a) calculated Sr3AlO4F host lattice, experimentally observed (b) Sr2.9985Bi0.001AlO4F, (c) Sr2.985Bi0.01AlO4F (d) Sr2.925Bi0.05AlO4F (e) Sr2.85Bi0.1AlO4F , and (f) Sr2.835Bi0.01Eu0.1AlO4F oxyfluoride phosphors [4]. Figure 5. The excitation (EX) and emission (EM) spectra of (a) Sr2.4985 Ca0.5Pr0.001AlO4F (bottom), Sr2.4985Ca0.5Pr0.001AlO4-aF1-d (top) and (b) Sr2.485Ca0.5Pr0.05AlO4F (bottom), Sr2.485Ca0.5Pr0.05AlO4-aF1-d (top). Optical Study of Sr3AlO4F: Bi, Eu phosphors1 Excitation and Emission PL Spectra of Sr3AlO4F: Bi phosphors Excitation and Emission PL Spectra of Sr3AlO4F: Bi, Eu phosphors CIE coordinates Figure 13. The corresponding chromaticity Commission Internationale de l’Eclairage (CIE) coordinates of (A) Sr2.985Bi0.01AlO4F, (B) Sr2.985Bi0.005Eu0.005AlO4F, (C) Sr2.925Bi0.01Eu0.05AlO4F, (D) Sr2.8425Bi0.005Eu0.1AlO4F, (E) Sr2.85Eu0.1AlO4F oxyfluoride phosphors. Figure 7. The excitation and emission spectra of (a) Sr2.9985Bi0.001AlO4F, (b) Sr2.9925Bi0.005AlO4F, (c) Sr2.985Bi0.01AlO4F, (d) Sr2.925Bi0.05AlO4F, (e) Sr2.85Bi0.1AlO4F Figure 10.The excitation and emission spectra of (a) Sr2.985Bi0.01AlO4F, (b) Sr2.9975Bi0.01Eu0.005AlO4F, (c) Sr2.925Bi0.01Eu0.05AlO4F, (d) Sr2.835Bi0.01Eu0.1AlO4F Conclusion Bi³⁺와 Eu³⁺가 치환된 Sr₃AlO₄F 가 1100oC 공기중에서 간단히 합성되었다. X선 회절방법으로 Sr3-3(x+y)/2BixEuyAlO4F (x = 0.001 – 0.1, y = 0.1) 단일상을 확인하였으며, x = 0.1 일 때 Bi2O3를 포함한 약간의 불순물이 관찰되었다. 여기와 발광 PL 스펙트럼으로 Bi3+ 가 치환된 옥시플로라이드에서 넓은 밴드의 여기와 푸른색 발광 스펙트럼이 관찰되었고 Sr3-3x/2BixAlO4F (x = 0.01) 에서 최대의 발광세기를 보였다. Sodium salicylate와 QE를 비교 측정하였다. 그리고 Bi3+와 Eu3+가 공동으로 치환된 옥시플로라이드에서 낮은 농도의 Eu3+ 이온과 공동 치환 시 두 활성체 발광현상이 동시에 보이는 반면에 높은 농도 Eu3+ 이온에서는 Bi3+의 발광 전이가 급속히 감소하였다. Bi3+와 Eu³⁺가 옥시플로라이드에 공동 치환되면서 밝은 푸른색에서 오렌지색으로 다양한 발광 변화를 보였다. 각 형광체의 CIE 좌표를 계산 하여 광학 특성을 비교 분석하였다. Figure 8.The relative luminescent intensity of Sr3-3x/2BixAlO4F (EMEX=318nm) phosphors by changing the Bi3+ content (x = 0.001–0.1) Figure 11.The excitation (EX) and emission (EM) spectra of Sr2.9925Eu0.005AlO4F, (b) Sr2.991Bi0.001Eu0.005AlO4F, (c) Sr2.985Bi0.005Eu0.005AlO4F, (d) Sr2.9975Bi0.01Eu0.005AlO4F, (e) Sr2.9175Bi0.05Eu0.005AlO4F References [1] M. Noh, S. Park, for publication in preparation. [2] S. park , Journal of Solid State Chemistry 186 (2012) 204-207. [3] H.-M. Choi, S. Park , Journal of Luminescence 132 (2012) 2213-2216. [4] S. Park , Journal of Luminescence 132 (2012) 875-878. [5] S. Park, Optical Materials 35 (2013) 516–519. Figure 9. Excitation and emission spectra of sodium salicylate (bottom) excited by 355nm UV light and Sr2.985Bi0.01AlO4F (top) excited by 318nm UV-light. Figure 12.The excitation (EX) and emission (EM) spectra of (a) Sr2.85Eu0.1AlO4F, (b) Sr2.8485Bi0.001Eu0.1AlO4F, (c) Sr2.8425Bi0.005Eu0.1AlO4F, (d) Sr2.835Bi0.01Eu0.1AlO4F, (e) Sr2.775Bi0.05Eu0.1AlO4F. Department of Engineering in Energy and Applied Chemistry, Silla University, Busan, 617-736, Korea