UV 기반의 백색 LED 구현 및 특성 분석에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 UV용 청색 형광체 (Ca,Mg)Si2O6:Eu2+를 환원 분위기 속에서 고상반응법(Solid-state reaction)으로 합성하였다. 합성된 형광체의 결정성을 확인하기 위해 XRD(X-ray diffraction) pattern을 측정하여 C2/c(15) 공간군을 가지는 Monoclinic (단사정계) 구조를 확인하였다.
광 여기 및 발광 스펙트럼을 통하여 350nm 부근에서 최대 흡수치가 나타나며, 450 nm 부근의 청색 발광이 보이며, 이는 Eu2+의 4f7-4f65d의 천이에 기인한다.
온도에 따른 형광체의 발광 스펙트럼을 확인한 결과 100℃ 부근에서 50%의 휘도 유지율을 보이며, 온도 상승에 따른 발광 스펙트럼의 파장 변화와 반치폭의 변화는 각각 5 nm와 20 nm 이하로 안정적인 발광색을 유지하였다. 상기 합성된 (Ca,Mg)Si2O6:Eu2+ 와 400 nm의 Ultra Violet 발광 다이오드를 이용하여 Green, Red 형광체와 혼합하여 백색 LED를 구현 하였다. 상기의 백색 LED는 구동 전류 350mA, 전압 3.45V에서 색좌표 x=0.3936, y=0.3605, 색온도(CCT) 3500K, 연색성(CRI) 87.7, 전광선속 18.83 lm의 결과 값으로 확인 하였다.
따라서 본 연구를 통한 청색 형광체는 UV LED를 이용한 white 조명으로서의 가치가 있는 형광체가 될 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• <제목 차례>
• 국문 요약 ⅵ
• ABSTRACT ⅶ
• 제 Ⅰ장 서 론 1
• 제 Ⅱ장 이 론 4
• 제 1절 형광체(Phosphor) 4
• 1.1 발광 원리 4
• 1.2 농도 소광 현상(Concentration Quenching) 7
• 1.3 온도 소광 현상(Thermal Quenching) 8
• 제 2절 Activator의 에너지 준위 10
• 2.1 Eu2+ 이온의 에너지 준위 10
• 제 3절 Light Emitting Diode 12
• 3.1 LED 구조 및 발광 원리 12
• 3.2 White LED의 구현 방법 14
• 3.3 White LED용 형광체 16
• 제 4절 LED 빛의 특성 17
• 4.1 색온도 17
• 4.2 연색성 20
• 4.3 색좌표 23
• 제 Ⅲ장 실 험 26
• 제 1절 형광체의 시료 합성 26
• 1.1 고상반응법에 의한 형광체의 합성 27
• 1.2 형광체의 특성 평가 30
• 제 2절 White-LED 제작 32
• 2.1 형광체를 이용한 백색 LED 제작 및 광 특성 평가 33
• 제 Ⅳ장 결과 및 고찰 35
• 제 1절 형광체의 구조적 특성 35
• 1.1 (Ca,Mg)Si2O6:Eu2+ 형광체의 XRD 분석 35
• 1.2 (Ca,Mg)Si2O6:Eu2+ 형광체의 SEM 분석 36
• 제 2절 (Ca,Mg)Si2O6:Eu2+ 형광체의 광학적 특성 38
• 2.1 (Ca,Mg)Si2O6:Eu2+ 형광체의 발광/여기 스펙트럼 분석 38
• 2.2 (Ca,Mg)Si2O6:Eu2+ 형광체의 온도 의존 발광 스펙트럼 분석 40
• 제 3절 (Ca,Mg)Si2O6:Eu2+ 형광체를 이용한 White-LED의 특성 43
• 3.1 UV LED를 이용한 (Ca,Mg)Si2O6:Eu2+ 형광체의 특성 43
• 3.2 (Ca,Mg)Si2O6:Eu2+와 혼합 형광체를 이용한 White-LED의 특성 44
• 3.3 (Ca,Mg)Si2O6:Eu2+와 혼합 형광체를 이용한 White-LED의 주변 온도 변화
• 에 따른 광 특성 47
• 3.4 (Ca,Mg)Si2O6:Eu2+와 혼합 형광체를 이용한 White-LED의 수명 시험 51
• 제 Ⅴ 장 결 론 53
• 제 Ⅵ 장 참고 문헌 54