Sr 3 SiO 5 :Eu 2+ s t LED Ó Þ Ä Z Ø o ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

(1)

w

; c .U ÷ { Ú õ m ÇÂ S Ë U ê s0 n É ù p § T Ó Þ X ¢

Sr ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ s t LED Ó Þ Ä Z Ø o ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

è

¡g ` @# Ü · + ä ^ ï Bg ` @

Â

Ò â @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , Â Òí ß 608-737

»* × < ¸ · . > £ · " k: c * > · L |¬ £4 w H · < * > · ) o) ç * > · ÷ 7 B6 0

K

î r @ / ¦1 p x < Æ §, Â Òí ß 608-737

(2012¸ 5 Z 4 3{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2012¸ 5 Z 4 23{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2012¸ 7 Z 4 2{ 9 > F S X & ñ )

Sr

3

SiO

5

:Eu

²⁺

ì r ´ ú + þ AF g ^ H ¦\ -t ^ ¦ x 9 a A ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # ½ + Ë$ í % i Ü ¼ 9, è : r ¸\ É r

³

ð ½ ¨ ¸ü < & ñ $ í Õ ªo ¦ + þ AF g: £ ¤$ í ` ¦ ¸ % i . X- r] X ` ¦ : x # è : r ¸\ É r & ñ ½ ¨ ¸ x 9

© o\ ¦ ì r$ 3 % i . è : r ¸ 1100, 1200, 1300 Õ ªo ¦ 1400

^◦

C Ð 7 £ x < Ê\ ì r ´ ú { 9 _ ß

¼l 7 £ x % i Ü ¼ 9, & ñ o ¸ ú ÷ &% 3 . ¢ ¸ô Ç, è : r ¸ 1300

^◦

C s © \ " f Sr

2

SiO

4

\ " f Sr

3

SiO

5

Ð

© o { 9 # Qz ` ¦ S X % i . + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f 200 ∼ 500 nm_ V , É r % ò % i _ PLE Û ¼& 7 à Ô! 3 õ 566 nm _ S ! Ò o PL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ S X % i . è : r ¸ 1300

^◦

C \ " f 1400

^◦

C Ð 7 £ x ½ + É M :, + þ AF g [ j l

2.5C 7 £ x % i .

Ù þ

d # Q: Sr

3

SiO

5

:Eu

³⁺

, + þ AF g ^ , Ñ þ Ò o LED

Luminescence Properties of Sr ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ Powder Phosphors Fabricated for White LEDs by Using the High-energy Ball-milling Method

Hyun Kyoung Yang · Jung Hyun Jeong ^∗

Department of Physics, Pukyong National University, Busan 608-737

Youn Sik Kim · Jin Woo Park · Seimin Seo · Soo Won Choi · Jae Min Ha · Seong Min Heo · Yong Dae Park

Haeundae High School, Busan 612-818

(Received 3 May 2012 : revised 23 May 2012 : accepted 2 July 2012)

Sr

3

SiO

5

:Eu

²⁺

powder phosphors were synthesized by using the high-energy ball-milling method.

The surface morphology, crystallinity, and luminecence of the Sr

3

SiO

5

:Eu

²⁺

powder phosphors were investigated for changing sintering temperature. The crystalline phases and the phase transitions were examined with X-ray diffraction (XRD) for various sintering temperatures. As the sintering temperature was increased (1100, 1200, 1300 and 1400

^◦

C) the particle size increased, and the crystallinity improved. In addition, the phase transition from Sr

2

SiO

4

to Sr

3

SiO

5

was examined at sintering temperatures above 1300

^◦

C. The sample showed a broad excitation band from 200 to 500 nm and a broad band emission peak at 566 nm. The Photoluminescence from the powder sintered at 1400

^◦

C was 2.5 times brighter than that from the samples sintered at 1300

^◦

C. PACS numbers: 78.55.-m, 78.55.Hx, 78.66.-w Keywords: Sr

3

SiO

5

:Eu

³⁺

, Phosphors, White LED

∗

E-mail: [email protected]

-730-

(2)

I. " e Â ] Ø

Light Emitting Diode (LED) H É r 7 á x À Ó_ F g " é ¶ \ q

# \ -t ¨ 8 ´ òÖ ¦ s Z } ¦ Ã º" î s 10ë ß r ç ß t

¸² ú 9, 2 ;¨ 8 â & h s # Q" f l > r _ ¸" î © u Ñ þ \ P 1

p

x õ + þ AF g1 p x` ¦ @ /^ ½ + É Ã º e H D h Ðî r ¸" î © u s [1, 2]. & ³F @ /Â Òì r _ Ñ þ Ò o LED H GaN ' õ AÒ o LED\ ¦ # l

"

é

¶ Ü ¼ Ð 6 x H Y 3 Al ₅ O ₁₂ :Ce ³⁺ + þ AF g ^ @ /Â Òì r` ¦ t

¦ e Ü ¼ 9, $ § 4 ô Ç q 6 x Ü ¼ Ð ~ 1 > ] j ¸½ + É Ã º e ¦, Z

} É r µ 1 ßl \ ¦ t ¦ e # Q Ñ þ Ò o ¸" î 6 x LED Ð ´ ú § É r Å Ò3 l q

`

¦ ~ Ã Î ¦ e [3–6]. © 6 x o÷ &# Q e H Ñ þ Ò o LED × æ \ " f Y 3 Al 5 O 12 :Ce ³⁺ + þ AF g ^ _ â Ä º ´ òÖ ¦ É r © Z } Ü ¼ & h Ò

o % ò % i _ + þ AF g s Â Ò7 á ¤ # Ò o : r ¸ Z } ¦ Ò ot Ã º

± ú

É r î r Ñ þ Ò o` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ ô Ç [7–9]. î r Ñ þ Ò o LED

H Ð1 p x õ ° ú É r z ´ü @1 p x \ H & h ½ + Ë Ò ot Ã º ± ú

z ´? / ¸" î Ü ¼ Ð 6 x ÷ & ¦ e H Ñ þ \ P 1 p x` ¦ @ /^ l \

H Â Ò& h ½ + Ë .

Silicate > H î ß & ñ ) a & ñ ½ ¨ ¸ x 9 Z } É r \ P & h î ß & ñ $ í ` ¦

t 9 í ß oÓ ü t > + þ AF g ^ \ Ä ºÃ ºô Ç ¸^ Ð 6 x| ¨ c Ã º e

. Silicate> Å Ò S ! Ò o + þ AF g ^ H Eu ²⁺ \ ¦ Ö ¸$ í s : r Ü ¼ Ð í

< Ê ¦ e Ü ¼ 9, Ba o \ Sr, Mg, Zn 1 p x +2 o½ + ËÓ ü t

`

¦ u ¨ 8 ô Ç # Q t Ó ü t| 9 s > r F ô Ç [10,11]. Eu ²⁺ ü <

Ce ³⁺ s : r É r 5d ï r 0 A\ " f 4f ï r 0 A Ð ;s " f V , É r

© % ò % i _ + þ AF g` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ Ù ¼ Ð + þ AF g Ö ¸$ í s : r Ü ¼ Ð ´ ú §s 6

x ÷ &# Q M ® o . Sr ³ SiO 5 :Eu ²⁺ + þ AF g ^ H Å Ò S ! Ò o % ò % i _ + þ A F

g` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ Ù ¼ Ð YAG:Ce> Ð Ò ot Ã º Z } É r Ñ þ Ò o LED\ ¦ ë ß [ þ t Ã º e [12].

: r ½ ¨\ " f H Sr 3 SiO ₅ \ Eu ²⁺ \ ¦ ' # + þ AF g ^ ì r

´ ú

` ¦ ] j ¸ # + þ AF g: £ ¤$ í ` ¦ ¸ ¸ % i . ³ ð ½ ¨ ¸ ü

< & ñ $ í Õ ªo ¦ + þ AF g: £ ¤$ í s # Qb G> H t \ ¦ ¸

l 0 AK ì r ´ ú _ & ñ x 9 ³ ð ½ ¨ ¸ ì r$ 3 , + þ AF g Û ¼& 7 à

Ô! 3 Õ ªo ¦ + þ AF g Ã º" î ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .

II. ÷ m Ç ] M ö

Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú r « Ñ H SrCO 3 (99.9 %), SiO 2 (99.9

%), ü < Eu 2 O 3 (99.99 %, molar ration of Eu ²⁺ =0.005) _

o < Æ& h | ¾ ÓÜ ¼ ÐÂ Ò' ï r q ÷ &% 3 . Sr 3 SiO ₅ :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ ] j

¸ H Ä º ¦\ -t ^ ¦ x 9 a A(Ball milling)` ¦ l 0 A

#

e ¦ Û ¼h Ë : ÐÖ ¦(Bowl) \ ï r q ô Ç r « Ñü < ZnO ^ ¦(10 ml 25)` ¦ ° ú s V , # Q 350 rpmÜ ¼ Ð 50 ì r 1 l x î ß D ¥ ½ + Ëô Ç Ê ê 10 ì

r 1 l x î ß @ /l r ç ß ` ¦ ° ú H כ ` ¦ 10 r ì ø Í4 ¤ % i . ^ ¦ x 9 a As = å Q è ß ì r ´ ú É r Ö ¸$ í ] j_ ¨ 8 " é ¶ õ & ñ ` ¦ 0 A # Ã º è 5

Fig. 1. (Color online) XRD patterns of Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺

powder phosphors sintered at 1100, 1200, 1300 and 1400

◦ C.

%, | 9 è 95 %_ D ¥ ½ + ËÛ ¼ ì r 0 Al \ " f 1100, 1200, 1300 Õ

ªo ¦ 1400 ^◦ C \ " f y y 4r ç ß 1 l x î ß è % i .

Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ ½ ¨ ¸ü < & ñ $ í ` ¦ ¸ l 0 A K

X- r] X (Philips, X’Pert) z ´+ « >` ¦ % i Ü ¼ 9, X- _

í ß ê ø Íy (2θ) É r 10 ^◦ ∼ 80 ^◦ % ò % i \ " f ì r { © 0.02 ^◦ _ Û ¼

± p 5 Å q ¸ Ð 8 £ ¤& ñ % i . ³ ð p [ j½ ¨ ¸ H > ~ ½ Ó + þ A Å Ò

& ³p â (FE-SEM, JSM-6700F, JEOL)` ¦ s 6 x

#

8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9. + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 É r 60 W _ Xe-arc Ï þ á Ô

\

¦ F g " é ¶ Ü ¼ Ð H + þ AF g F g ¸> (PTI, Photon Technology International)\ ¦ 6 x # z ´ : r \ " f 8 £ ¤& ñ % i . Õ ªo ¦ + þ

AF g Ã º" î É r Nd:YAG Y Us $ _ 3 ¸ o µ 1 Ï ` ¦ s 6 x ô

Ç ` O Û ¼; ¤ s 5 ns 355 nm © ` ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ % i

.

III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý õ m Í w ² o

Õ

ªa Ë > 1 É r è : r ¸ 1100, 1200, 1300 Õ ªo ¦ 1400 ^◦ C \

É r Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ X- r] X J s . X- r ] X

© É r JCPDS × ¼ ñ 18-1282_ Sr 3 SiO ₅ & ñ © x 9 , JCPDS × ¼ ñ 76-1494_ Sr ² SiO 4 & ñ © ` ¦ q § #

? /% 3 . è : r ¸ 1100 Õ ªo ¦ 1200 ^◦ C \ " f H @ / Â

Òì r _ ì r ´ ú & ñ s ~ ½ Ó & ñ > ½ ¨ ¸_ P mnb / B N ç ß Õ ªÒ ¨ _

& ñ $ í ` ¦ t H Sr 2 SiO ₄ & ñ © Ü ¼ Ð s À Ò# Q4 Re 6 £ §

`

¦ · ú Ã º e . è : r ¸ 1300 Õ ªo ¦ 1400 ^◦ C Ð 7 £ x

" f @ /Â Òì r _ ì r ´ ú & ñ s & ñ ~ ½ Ó & ñ > ½ ¨ ¸_ P4/mcc /

B

N ç ß Õ ªÒ ¨ _ & ñ $ í ` ¦ t H Sr 3 SiO 5 & ñ © Ü ¼ Ð $ í ©

÷

&% 3 6 £ §` ¦ S X % i . è : r ¸ 1300 ^◦ C s © \ " f Sr 2 Si ₄

& ñ © \ " f Sr 3 SiO 5 & ñ © Ü ¼ Ð_ © o { 9 # Qz ` ¦

(3)

Fig. 2. FE-SEM images of Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺ powder phos- phors sintered at (a)1100, (b)1200, (c)1300 and (d)1400

◦ C.

S X

% i Ü ¼ 9, 1400 ^◦ C \ " f è ô Ç Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _

Å Ò x ß ¼ H (202) s 9, (211), (220), (213) r] X x ß ¼ Ð s

À Ò# Q & ñ © ` ¦ + þ A$ í % i . ¦ © ì ø Í6 £ xZ O ` ¦ s 6 x ô

Ç Sr 2 SiO 4 _ â Ä º 1200 ^◦ C s \ " f & ñ o ÷ & 9 [13, 14], Sr 3 SiO 5 _ â Ä º 1300 ^◦ C s © \ " f & ñ o ) a [15].

s

Qô Ç & ñ © _ o H \ P % o õ & ñ \ " f 1300 ^◦ C s © _

Z } É r è : r ¸ { 9 [ þ t _ Ö ¸$ í o \ -t (activation energy)\ ¦ 7 £ x r & { 9 [ þ t ç ß _ S X í ß o \ ¦ V , ) º ¡ § Ü ¼

Ð+ Sr 3 SiO ₅ & ñ © s $ í © H כ ` ¦ 8 ú ¤ H % i ½ + É` ¦

H כ Ü ¼ Ð Æ Ò& ñ ½ + É Ã º e .

Õ

ªa Ë > 2 H Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ è : r ¸\ É r & ñ

$ í

` ¦ ¸ l 0 A # : r ¸ (a)1100, (b)1200, (c)1300 Õ ª o

¦ (d)1400 ^◦ C _ FE-SEM s . Õ ªa Ë > 2(a), (b)_

è : r ¸ 1100 ^◦ C â Ä º { 9 _ ß ¼l 200 nm_ ß

¼l Ð s À Ò# Q & ñ { 9 [ þ t Ð + þ A$ í ÷ &% 3 ¦, Õ ªa Ë > 2(c) H 1300 ^◦ C \ " f è ô Ç ì r ´ ú _ ³ ð p [ j½ ¨ ¸ X <, { 9 _ ß

¼l 300 ∼ 500 nm Ð 1100, 1200 ^◦ C â Ä º Ð 8

¹

¡

¤ 7 £ x % i Ü ¼ 9, ç H{ 9 ô Ç { 9 [ þ t Ð + þ A$ í ÷ &% 3 6 £ §` ¦ · ú Ã º e

. Õ ªa Ë > 1\ " f è ß © o_ õ ü < ° ú s 1300 ^◦ C s

© \ " f è ô Ç Sr ₃ SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ ¨ î ç H { 9 8 ß

¼> z ¤ . 7 £ ¤ ì r ´ ú _ è : r ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ { 9 [

þ

t _ ì ø Í6 £ x s 8 Ö ¸ µ 1 Ï > { 9 # Qz ¤Ü ¼ 9, Sr ³ SiO 5 :Eu ²⁺ Ð _

& ñ o ¸ ú { 9 # Qz ¤6 £ §` ¦ · ú Ã º e .

Õ

ªa Ë > 3(a) H z ´ : r \ " f µ 1 Ï F g Û ¼& 7 à Ô! 3 566 nm\ " f 8 £ ¤& ñ ô

Ç Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ PLE (photoluminescence exci- tation) Û ¼& 7 à Ô! 3 s . Õ ªa Ë > 3(a)_ 566 nm\ " f 8 £ ¤& ñ ô Ç PLE Û ¼& 7 à Ô! 3 É r Eu ²⁺ _ 4f − 5d ;s \ _ ô Ç 200 ∼ 500 nm _ V , É r % ò % i _ PLE Û ¼& 7 à Ô! 3 s è ß . è : r ¸ 1100, 1200 ^◦ C \ " f è ô Ç ì r ´ ú \ " f ô Ç # l { 9 # Qz

Fig. 3. (Color online) (a) Photoluminescence excita- tion (PLE) and (b) photoluminescene (PL) spectra of Sr ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ powder phosphors sintered at 1100, 1200, 1300 and 1400 ^◦ C.

`

¦ · ú Ã º e Ü ¼ 9, è : r ¸ 1300, 1400 ^◦ C Ð 7 £ x ½ + É M :, PLE Û ¼& 7 à Ô! 3 _ [ jl & ³$ y 7 £ x < Ê` ¦ · ú Ã º e . s

Qô Ç s Ä » H Õ ªa Ë > 1_ X- r] X Û ¼& 7 à Ô! 3 _ õ ü < ° ú s

è : r ¸_ 7 £ x \ É r Sr 2 Si ₄ ( ~ ½ Ó & ñ > ) & ñ © \ " f Sr ₃ SiO ₅ (& ñ ~ ½ Ó & ñ > ) & ñ © Ü ¼ Ð_ © o\ _ ô Ç õ s

. PLE Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f 355, 395 nm ¿ º > h_ y © ô Ç x ß ¼

\

¦ S X ½ + É Ã º e Ü ¼ 9, ¿ º > h_ y © ô Ç PLE Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f

¿

º > h_ y © ô Ç PL (photoluminescence) Û ¼& 7 à Ô! 3 s µ 1 ÏÒ q t

½

+ É Ã º e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e [16]. Õ ªa Ë > 3(b) H 395 nm \ " f

#

l ) a Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ PL Û ¼& 7 à Ô! 3 s . è : r

¸ 1100, 1200 ^◦ C \ " f è ô Ç ì r ´ ú \ " f H 488 nm _ y © ô

Ç PL Û ¼& 7 à Ô! 3 s z ¤Ü ¼ 9, è : r ¸ 1300, 1400

◦ C Ð 7 £ x ½ + É M : PL Û ¼& 7 à Ô! 3 s 566 nm Ð s 1 l x % i 6 £ §` ¦

· ú

Ã º e . ¢ ¸ô Ç, è : r ¸ 1300 ^◦ C \ " f 1400 ^◦ C Ð 7 £ x

½ + É M :, + þ AF g [ jl 2.5C 7 £ x % i . Eu ²⁺ _ â Ä º Å Ò

_ & ñ © \ _ ô Ç ´ ú § É r % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã ÎÜ ¼ 9, Û ¼& 7 à Ô! 3 _ s 1

l

x É r X- r] X Û ¼& 7 à Ô! 3 _ õ ü < ° ú s & ñ © _ ©

(4)

Fig. 4. (Color online) Luminescence decay time of Sr ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ powsder phosphors sintered at 1100, and 1400 ^◦ C.

o\ _ ô Ç õ Ð Eus : r Å Ò0 A_ & ñ @ /g A$ í s Ø ÔÙ ¼

Ð Å Ò# Q s : r[ þ t _ F g < Æ& h ;s \ É r © _ y n C

`

¦ ~ ½ ÓØ ¦ ½ + É Ã º e l M :ë H s [17–19]. è : r ¸ 7 £ x < Ê

\

+ þ AF g [ jl ß ¼> 7 £ x % i Ü ¼ 9, s Ä » H è : r

¸ 7 £ x < Ê\ F g < Æ& h ;s S X Ò ¦` ¦ Z } # Å Ò H & ñ

$ í

_ 7 £ x [20]÷ r ë ß m ³ ð \ " f_ í ß ê ø Ís y è÷ &l M

:ë H s [21]. + þ AF g _ ´ òÖ ¦` ¦ & ñ H × æ כ ¹ô Ç כ ¹ Ü ¼

Ð o < Æ& h ½ ¨$ í , { 9 ß ¼l ü < C \ P Õ ªo ¦ { 9 ¸ ª _ þ j

&

h o\ ¦ [ þ t Ã º e [22]. " f Õ ªa Ë > 2\ " f % ! 3 , è : r

¸ 7 £ x < Ê\ { 9 & t ¦ { 9 & ñ ô Ç ½ ¨ ¸\ ¦ t

H + þ AI 9 ß ¼ ¦ { 9 & ñ ô Ç ½ ¨ ¸\ ¦ t H { 9

8 Z } É r { 9 Ø æ x 9 ¸ ü @\ ¸ ³ ð \ " f_ í ß ê ø Ís y è

÷

& H כ \ @ / # × æ כ ¹ô Ç כ ¹ Ü ¼ Ð 6 x ô Ç [23]. Õ ª Q Ù

¼ Ð { 9 _ ß ¼l 7 £ x " f { 9 s _ â > x 9 ¸

± ú t H X <, { 9 â > H \ ¦ í S \ ¦ + þ AF g Û ¼& 7 à

Ô! 3 _ µ 1 ßl \ ¦ y èr ( Ü ¼ Ð+ ì r ´ ú ? /\ " f Ò q t$ í ) a y n C

`

¦ < Hz ´ H " é ¶ { 9 Ã º e l M :ë H \ ± ú É r { 9 â > \ ¦ ° ú

H ì r ´ ú { 9 Ã º2 ¤ Ä ºÃ ºô Ç + þ AF g : £ ¤$ í ` ¦ · p H כ ` ¦ · ú Ã

º e .

Õ

ªa Ë > 4 H 1100, 1400 ^◦ C \ " f è ô Ç Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺

ì

r ´ ú [ þ t \ @ / # z ´ : r \ " f 8 £ ¤& ñ ô Ç Eu ²⁺ s : r _ + þ AF g Ã

º" î \ @ /ô Ç õ s . + þ AF g Ã º" î É r t Ã º < ÊÃ º[I = I o exp(−t/τ )] Ð K $ 3 ÷ &# Qt 9, # l " f I(+ þ AF g [ jl ), I o ( © Ã º), τ (+ þ AF g Ã º" î ) Õ ªo ¦ t(r ç ß ) s . è : r ¸ 1100 ^◦ C Õ ªo ¦ 1400 ^◦ C \ " f è ô Ç Sr ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ ì r ´ ú

\

" f + þ AF g Ã º" î É r y y 0.78 µs Õ ªo ¦ 0.64 µs Ð z ¤ Ü

¼ 9, q ~ ½ Ó s \ O ` ¦ M : + þ AF g Ã º" î É r + þ AF g 1 l x _ [

jl (oscillator strength)\ ì ø Íq Y V < Ê` ¦ y î ß è

)

IV. + s Ç Â ] Ø

: r ½ ¨\ " f H ¦\ -t ^ ¦ x 9 a A ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú + þ AF g ^ \ ¦ ½ + Ë$ í % i Ü ¼ 9, è : r ¸\

É r ³ ð ½ ¨ ¸ü < & ñ $ í Õ ªo ¦ + þ AF g: £ ¤$ í ` ¦ ¸ % i .

X- r] X J ` ¦ : x # è : r ¸ 1100 Õ ªo ¦ 1200

◦ C \ " f H @ /Â Òì r _ ì r ´ ú & ñ s ~ ½ Ó & ñ > ½ ¨ ¸_ Sr ² Si 4

` ¦ S X % i . ¢ ¸ô Ç è : r ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ è ^ _

p [ j½ ¨ ¸\ " f { 9 _ ß ¼l 7 £ x % i ¦ ç H{ 9 ô Ç ì r ´ ú [

þ

t Ð o H d` ¦ · ú Ã º e % 3 . PLE Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f Eu ²⁺ _ 4f −5d ;s \ _ ô Ç 200 ∼ 500 nm_ V , É r % ò % i _ PLE Û ¼

&

7 à Ô! 3 ` ¦ S X % i Ü ¼ 9, PL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ : x # è : r

Ç PL Û ¼& 7 à Ô! 3 s z ¤Ü ¼ 9, è : r ¸ 1300, 1400

◦ C Ð 7 £ x ½ + É M : PL Û ¼& 7 à Ô! 3 s 566 nm Ð s 1 l x % i 6 £ §` ¦

· ú

Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç, è : r ¸ 1300 ^◦ C \ " f 1400 ^◦ C Ð 7

£

x ½ + É M :, + þ AF g [ jl 2.5C 7 £ x % i . " f è

& ñ $ í _ > h õ { 9 _ ß ¼l 7 £ x < Ê\ _ ô Ç כ Ü ¼ Ð

^

¦ Ã º e . { 9 _ ß ¼l & f \ + þ AF g ~ ½ ÓØ ¦ & h s

7 £ x 9 { 9 [ þ t ç ß _ â > x 9 ¸ ± ú t H X <, { 9

â

> ± ú f Ü ¼ Ð ? /Â Ò ì ø Í \ _ ô Ç y n C_ < Hz ´s y è

½

¨ õ ÐÂ Ò' Sr ³ SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú + þ AF g ^ H GaN ' õ AÒ o LED\ ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð ô Ç > p w ô Ç Ñ þ Ò o LED_ ½ ¨ & ³s 0 p x ½ + É

כ s .

P

c p 8 ý ò k >

s

½ ¨ H Â Ò â @ / < Æ §ü < K î r @ / ¦1 p x < Æ §_ R&E á Ô Ð Õ

ªÏ þ t " é ¶ Ü ¼ Ð s À Ò# Q & 6 £ §.

Y

c p w Ã U Ø ô

[1] H. S. Jang, W. B. Im, D. C. Lee, D. Y. Jeon and S.

S. Kim, J. Lumin. 126, 371 (2007).

[2] J. H. Yum, S. S. Kim and Y. E. S, Colloids Surf., A 251, 203 (2004).

[3] Y. X. Pan, M. M. Wu and Q. Su, J. Phys. Sol. 65,

845 (2004).

(5)

[4] X. Li, Z. P. Yang, L. Guan, Q. L. Guo, S. F. Huai and P. L. Li, J. Rare Earths 25, 706 (2007).

[5] T. Tokumatsu, Y. Masaru, H. Ken, I. Takayasu and Y. Osamu, Solid State Commun. 119, 603 (2001).

[6] N. Mihail and Y. Chulsoo, J. Solid State Chem. 179, 2529 (2006).

[7] M. Kottaisamy, P. Thiyagarajan, J. Mishra and M.

S. Ramachandra Rao, Mater. Res. Bull. 43, 1657 (2008).

[8] C. C. Chiang, M. S. Tsai and M. H. Hon, J. Alloy Compd. 431, 298 (2007).

[9] Y. Chen, J. Wang, M. Gong and Q. Su, J. Solid State Chem. 180, 1170 (2007).

[10] S. H. Kim, H. J. Lee, K. P. Kim and J. S. Yoo, Korean J. Chem. Eng. 23, 669 (2006).

[11] S. D. Jee, J. K. Park and S. H. Lee, J. Mater. Sci.

41, 3139 (2006).

[12] D. Haranath, H. Chander, P. Sharma and S. Singh, Appl. Phys. Lett. 89, 173118 (2007).

[13] Y. Qiao, X. Zhang, X. Ye, Y. Chen and H. Guo, J.

Rare Earth 27, 323 (2009).

[14] X. Sun, J. Zhang, X. Zhang, Y. Luo and X. Wang, J. Rare Earth 26, 421 (2008).

[15] P. Li, Z. Yang, Z. Wang, Q. Guo and X. Li, Chinese Science Bull. 53, 974 (2008).

[16] J. S. Kim, K. T. Lim, Y. J. Jeong, E. Pyung, J. C.

Choi and H. L. Park, Solid State Commun. 135, 21 (2005).

[17] P. L. Li, Z. P. Yang, Z. J. Wang, Q. L. Guo and X.

Li, Chin. Sci. Bull. 53, 974 (2008).

[18] J. K. Park, K. J. Choi, J. H. Yeon, S. J. Lee and C.

H. Kim, Appl. Phys. Lett. 88, 043511 (2006).

[19] G. Blasse and B. C. Grabmaier, Luminescent Mate- rials (Springer, Berlin, 1994).

[20] T. Minami, Y. Kobayashi, T. Miyata and M. Ya- mazaki, Thin Solid Films 443, 91 (2003).

[21] H. K. Yang, J. W. Chung, B. K. Moon, B. C. Choi, J. H. Jeong, J. S. Bae and K. H. Kim, Solid State Sci. 13, 1420 (2011).

[22] J. C. Park, H. K. Moon, D. K. Kim, S. H. Byeon, B. C. Kim and K. S. Suh, Appl Phys Lett. 77, 14 (2000).

[23] Y. C. Kang, S. B. Park, I. W. Lenggoro and K.

Okuyama, J. Phys. Chem. Solids 60, 379 (1999).

Sr 3 SiO 5 :Eu 2+ s  t  LED Ó Þ Ä Z Ø­ o ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ  ¤V R Ë

w

; c .U  ÷ { Ú õ m ÇÂ S Ë U ê s0 n É ù p § T  Ó Þ X ¢

Sr 3 SiO 5 :Eu 2+ s  t   LED Ó Þ Ä Z Ø­  o ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ  ¤V R Ë

è

¡g ` @# Ü  · + ä ^ ï Bg ` @

Â

Ò â @ / < Æ § Ó ü t o  < Æõ , Â Òí ß  608-737

 »* × <   ¸ ·    . > ­ £ · " k: c * > · L |¬ £4 w H · <  * > · ) o) ç  * > ·    ÷ 7 B6 0

K

î  r @ / ¦1 p x  < Æ §, Â Òí ß  608-737

(2012¸  5 Z 4 3{ 9  ~ Ã Î6 £ §, 2012¸  5 Z 4 23{ 9  Ã º& ñ  : r ~ Ã Î6 £ §, 2012¸  7 Z 4 2{ 9  > F  S X & ñ )

Sr

SiO

:Eu

ì  r ´ ú  + þ AF g ^   H  ¦\  -t  ^  ¦ x 9 a A ~ ½ ÓZ O `  ¦ s 6 x #  ½ + Ë$ í % i Ü ¼ 9,  è   : r  ¸\    É r

³

ð  ½ ¨ ¸ü <   & ñ $ í Õ ªo  ¦ + þ AF g: £ ¤$ í `  ¦  ¸  % i  . X-  r] X `  ¦ :  x #   è   : r  ¸\    É r   & ñ ½ ¨ ¸ x 9

 ©   o\  ¦ ì  r$ 3 % i  .  è   : r  ¸ 1100, 1200, 1300 Õ ªo  ¦ 1400

C  Ð 7 £ x  < Ê\     ì  r ´ ú { 9  _  ß

¼l  7 £ x  % i Ü ¼ 9,   & ñ o ¸ ú  ÷ &% 3  . ¢ ¸ô  Ç,  è   : r  ¸ 1300

C s  © \ " f Sr

SiO

\ " f Sr

SiO

 Ð



©   o { 9 # Qz  `  ¦ S X    % i  . + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f 200 ∼ 500 nm_  V ,  É r % ò % i _  PLE Û ¼& 7 à Ô! 3 õ  566 nm _  S ! Ò  o PL Û ¼& 7 à Ô! 3 `  ¦ S X    % i  .  è   : r  ¸ 1300

C \ " f 1400

C  Ð 7 £ x ½ + É M :, + þ AF g [ j l

 2.5C  7 £ x  % i  .

Ù þ

d  # Q: Sr

SiO

:Eu

, + þ AF g ^ , Ñ þ Ò  o LED

Luminescence Properties of Sr 3 SiO 5 :Eu 2+ Powder Phosphors Fabricated for White LEDs by Using the High-energy Ball-milling Method

Hyun Kyoung Yang · Jung Hyun Jeong ∗

Department of Physics, Pukyong National University, Busan 608-737

Youn Sik Kim · Jin Woo Park · Seimin Seo · Soo Won Choi · Jae Min Ha · Seong Min Heo · Yong Dae Park

Haeundae High School, Busan 612-818

(Received 3 May 2012 : revised 23 May 2012 : accepted 2 July 2012)

Sr

SiO

:Eu

powder phosphors were synthesized by using the high-energy ball-milling method.

The surface morphology, crystallinity, and luminecence of the Sr

SiO

:Eu

powder phosphors were investigated for changing sintering temperature. The crystalline phases and the phase transitions were examined with X-ray diffraction (XRD) for various sintering temperatures. As the sintering temperature was increased (1100, 1200, 1300 and 1400

C) the particle size increased, and the crystallinity improved. In addition, the phase transition from Sr

SiO

to Sr

SiO

was examined at sintering temperatures above 1300

C. The sample showed a broad excitation band from 200 to 500 nm and a broad band emission peak at 566 nm. The Photoluminescence from the powder sintered at 1400

C was 2.5 times brighter than that from the samples sintered at 1300

C.

PACS numbers: 78.55.-m, 78.55.Hx, 78.66.-w Keywords: Sr

SiO

:Eu

, Phosphors, White LED

E-mail: [email protected]

-730-

I. " e Â ] Ø

Light Emitting Diode (LED)  H  É r 7 á x À Ó_  F g " é ¶ \  q

 #  \  -t    ¨ 8  ´ òÖ  ¦ s  Z  }  ¦ Ã º" î s     10ë ß  r ç ß   t

  ¸² ú   9,  2 ;¨ 8  â & h s # Q" f l  > r _   ¸" î  © u   Ñ þ \ P  1

p

x õ  + þ AF g1 p x`  ¦ @ /^ ½ + É Ã º e    H D h Ðî  r  ¸" î  © u s   [1, 2].  & ³F  @ /Â Òì  r _  Ñ þ Ò  o LED  H GaN ' õ AÒ  o LED\  ¦ # l 

"

é

¶ Ü ¼ Ð  6 x   H Y 3 Al 5 O 12 :Ce 3+ + þ AF g ^  @ /Â Òì  r`  ¦  t

  ¦ e  Ü ¼ 9, $ § 4 ô  Ç q 6 x Ü ¼ Ð ~ 1 >  ] j ¸½ + É Ã º e   ¦, Z

 } É r µ 1 ßl \  ¦ t  ¦ e  # Q Ñ þ Ò  o  ¸" î 6 x LED  Ð ´ ú § É r Å Ò3 l q

`

 ¦ ~ Ã Î ¦ e    [3–6].  © 6 x o÷ &# Q e    H Ñ þ Ò  o LED ×  æ \ " f Y 3 Al 5 O 12 :Ce 3+ + þ AF g ^ _   â Ä º ´ òÖ  ¦ É r  ©  Z  } Ü ¼  & h Ò 

o % ò % i _  + þ AF g s  Â Ò7 á ¤ #  Ò  o : r  ¸ Z  }  ¦   Ò  ot Ã º

± ú

 É r î  r Ñ þ Ò  o`  ¦ ~ ½ ÓØ  ¦ ô  Ç  [7–9]. î  r Ñ þ Ò  o LED

Sr 3 SiO 5 :Eu 2+ s t LED Ó Þ Ä Z Ø o ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

; c .U ÷ { Ú õ m ÇÂ S Ë U ê s0 n É ù p § T Ó Þ X ¢

Sr ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ s t LED Ó Þ Ä Z Ø o ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

¡g ` @# Ü · + ä ^ ï Bg ` @

Ò â @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , Â Òí ß 608-737

»* × < ¸ · . > £ · " k: c * > · L |¬ £4 w H · < * > · ) o) ç * > · ÷ 7 B6 0

î r @ / ¦1 p x < Æ §, Â Òí ß 608-737

(2012¸ 5 Z 4 3{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2012¸ 5 Z 4 23{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2012¸ 7 Z 4 2{ 9 > F S X & ñ )

ì r ´ ú + þ AF g ^ H ¦\ -t ^ ¦ x 9 a A ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # ½ + Ë$ í % i Ü ¼ 9, è : r ¸\ É r

ð ½ ¨ ¸ü < & ñ $ í Õ ªo ¦ + þ AF g: £ ¤$ í ` ¦ ¸ % i . X- r] X ` ¦ : x # è : r ¸\ É r & ñ ½ ¨ ¸ x 9

© o\ ¦ ì r$ 3 % i . è : r ¸ 1100, 1200, 1300 Õ ªo ¦ 1400

C Ð 7 £ x < Ê\ ì r ´ ú { 9 _ ß

¼l 7 £ x % i Ü ¼ 9, & ñ o ¸ ú ÷ &% 3 . ¢ ¸ô Ç, è : r ¸ 1300

C s © \ " f Sr

\ " f Sr

Ð

© o { 9 # Qz ` ¦ S X % i . + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f 200 ∼ 500 nm_ V , É r % ò % i _ PLE Û ¼& 7 à Ô! 3 õ 566 nm _ S ! Ò o PL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ S X % i . è : r ¸ 1300

C \ " f 1400

C Ð 7 £ x ½ + É M :, + þ AF g [ j l

2.5C 7 £ x % i .

d # Q: Sr

, + þ AF g ^ , Ñ þ Ò o LED

Luminescence Properties of Sr ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ Powder Phosphors Fabricated for White LEDs by Using the High-energy Ball-milling Method

Hyun Kyoung Yang · Jung Hyun Jeong ^∗

Light Emitting Diode (LED) H É r 7 á x À Ó_ F g " é ¶ \ q

# \ -t ¨ 8 ´ òÖ ¦ s Z } ¦ Ã º" î s 10ë ß r ç ß t

¸² ú 9, 2 ;¨ 8 â & h s # Q" f l > r _ ¸" î © u Ñ þ \ P 1

x õ + þ AF g1 p x` ¦ @ /^ ½ + É Ã º e H D h Ðî r ¸" î © u s [1, 2]. & ³F @ /Â Òì r _ Ñ þ Ò o LED H GaN ' õ AÒ o LED\ ¦ # l

¶ Ü ¼ Ð 6 x H Y 3 Al ₅ O ₁₂ :Ce ³⁺ + þ AF g ^ @ /Â Òì r` ¦ t

¦ e Ü ¼ 9, $ § 4 ô Ç q 6 x Ü ¼ Ð ~ 1 > ] j ¸½ + É Ã º e ¦, Z

} É r µ 1 ßl \ ¦ t ¦ e # Q Ñ þ Ò o ¸" î 6 x LED Ð ´ ú § É r Å Ò3 l q

¦ ~ Ã Î ¦ e [3–6]. © 6 x o÷ &# Q e H Ñ þ Ò o LED × æ \ " f Y 3 Al 5 O 12 :Ce ³⁺ + þ AF g ^ _ â Ä º ´ òÖ ¦ É r © Z } Ü ¼ & h Ò

o % ò % i _ + þ AF g s Â Ò7 á ¤ # Ò o : r ¸ Z } ¦ Ò ot Ã º

É r î r Ñ þ Ò o` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ ô Ç [7–9]. î r Ñ þ Ò o LED

H Ð1 p x õ ° ú É r z ´ü @1 p x \ H & h ½ + Ë Ò ot Ã º ± ú

z ´? / ¸" î Ü ¼ Ð 6 x ÷ & ¦ e H Ñ þ \ P 1 p x` ¦ @ /^ l \

H Â Ò& h ½ + Ë .

Silicate > H î ß & ñ ) a & ñ ½ ¨ ¸ x 9 Z } É r \ P & h î ß & ñ $ í ` ¦

t 9 í ß oÓ ü t > + þ AF g ^ \ Ä ºÃ ºô Ç ¸^ Ð 6 x| ¨ c Ã º e

. Silicate> Å Ò S ! Ò o + þ AF g ^ H Eu ²⁺ \ ¦ Ö ¸$ í s : r Ü ¼ Ð í

< Ê ¦ e Ü ¼ 9, Ba o \ Sr, Mg, Zn 1 p x +2 o½ + ËÓ ü t

¦ u ¨ 8 ô Ç # Q t Ó ü t| 9 s > r F ô Ç [10,11]. Eu ²⁺ ü <

Ce ³⁺ s : r É r 5d ï r 0 A\ " f 4f ï r 0 A Ð ;s " f V , É r

© % ò % i _ + þ AF g` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ Ù ¼ Ð + þ AF g Ö ¸$ í s : r Ü ¼ Ð ´ ú §s 6

x ÷ &# Q M ® o . Sr ³ SiO 5 :Eu ²⁺ + þ AF g ^ H Å Ò S ! Ò o % ò % i _ + þ A F

g` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ Ù ¼ Ð YAG:Ce> Ð Ò ot Ã º Z } É r Ñ þ Ò o LED\ ¦ ë ß [ þ t Ã º e [12].

: r ½ ¨\ " f H Sr 3 SiO ₅ \ Eu ²⁺ \ ¦ ' # + þ AF g ^ ì r

` ¦ ] j ¸ # + þ AF g: £ ¤$ í ` ¦ ¸ ¸ % i . ³ ð ½ ¨ ¸ ü

< & ñ $ í Õ ªo ¦ + þ AF g: £ ¤$ í s # Qb G> H t \ ¦ ¸

l 0 AK ì r ´ ú _ & ñ x 9 ³ ð ½ ¨ ¸ ì r$ 3 , + þ AF g Û ¼& 7 à

Ô! 3 Õ ªo ¦ + þ AF g Ã º" î ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .

Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú r « Ñ H SrCO 3 (99.9 %), SiO 2 (99.9

%), ü < Eu 2 O 3 (99.99 %, molar ration of Eu ²⁺ =0.005) _

o < Æ& h | ¾ ÓÜ ¼ ÐÂ Ò' ï r q ÷ &% 3 . Sr 3 SiO ₅ :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ ] j

¸ H Ä º ¦\ -t ^ ¦ x 9 a A(Ball milling)` ¦ l 0 A

e ¦ Û ¼h Ë : ÐÖ ¦(Bowl) \ ï r q ô Ç r « Ñü < ZnO ^ ¦(10 ml 25)` ¦ ° ú s V , # Q 350 rpmÜ ¼ Ð 50 ì r 1 l x î ß D ¥ ½ + Ëô Ç Ê ê 10 ì

r 1 l x î ß @ /l r ç ß ` ¦ ° ú H כ ` ¦ 10 r ì ø Í4 ¤ % i . ^ ¦ x 9 a As = å Q è ß ì r ´ ú É r Ö ¸$ í ] j_ ¨ 8 " é ¶ õ & ñ ` ¦ 0 A # Ã º è 5

Fig. 1. (Color online) XRD patterns of Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺

%, | 9 è 95 %_ D ¥ ½ + ËÛ ¼ ì r 0 Al \ " f 1100, 1200, 1300 Õ

ªo ¦ 1400 ^◦ C \ " f y y 4r ç ß 1 l x î ß è % i .

Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ ½ ¨ ¸ü < & ñ $ í ` ¦ ¸ l 0 A K

X- r] X (Philips, X’Pert) z ´+ « >` ¦ % i Ü ¼ 9, X- _

í ß ê ø Íy (2θ) É r 10 ^◦ ∼ 80 ^◦ % ò % i \ " f ì r { © 0.02 ^◦ _ Û ¼

± p 5 Å q ¸ Ð 8 £ ¤& ñ % i . ³ ð p [ j½ ¨ ¸ H > ~ ½ Ó + þ A Å Ò

& ³p â (FE-SEM, JSM-6700F, JEOL)` ¦ s 6 x

8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9. + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 É r 60 W _ Xe-arc Ï þ á Ô

¦ F g " é ¶ Ü ¼ Ð H + þ AF g F g ¸> (PTI, Photon Technology International)\ ¦ 6 x # z ´ : r \ " f 8 £ ¤& ñ % i . Õ ªo ¦ + þ

AF g Ã º" î É r Nd:YAG Y Us $ _ 3 ¸ o µ 1 Ï ` ¦ s 6 x ô

Ç ` O Û ¼; ¤ s 5 ns 355 nm © ` ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ % i

.

III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý õ m Í w ² o

ªa Ë > 1 É r è : r ¸ 1100, 1200, 1300 Õ ªo ¦ 1400 ^◦ C \

É r Sr 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ X- r] X J s . X- r ] X

© É r JCPDS × ¼ ñ 18-1282_ Sr 3 SiO ₅ & ñ © x 9 , JCPDS × ¼ ñ 76-1494_ Sr ² SiO 4 & ñ © ` ¦ q § #

? /% 3 . è : r ¸ 1100 Õ ªo ¦ 1200 ^◦ C \ " f H @ / Â

Òì r _ ì r ´ ú & ñ s ~ ½ Ó & ñ > ½ ¨ ¸_ P mnb / B N ç ß Õ ªÒ ¨ _

& ñ $ í ` ¦ t H Sr 2 SiO ₄ & ñ © Ü ¼ Ð s À Ò# Q4 Re 6 £ §

¦ · ú Ã º e . è : r ¸ 1300 Õ ªo ¦ 1400 ^◦ C Ð 7 £ x