Luminescence Properties of Ba 3 SiO 5 :Eu 2+ Powder Phosphors Prepared by Using Solid-state Reaction

(1)

Luminescence Properties of Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ Powder Phosphors Prepared by Using Solid-state Reaction

Hyeong Il Jang · Hyun Kyoung Yang ^∗

Department of LED Convergence Engineering, Pukyong National University, Busan 608-739, Korea (Received 14 April 2015 : revised 2 June 2015 : accepted 4 June 2015)

Ba

3

SiO

5

:Eu

²⁺

powder phosphors were synthesized by using the solid-state reaction method. The surface morphology, crystallinity and luminescence properties of the powder samples were analyzed as a function of the sintering temperature. The particle size of the powder increased with increasing sintering temperature. A phase transition occurred from Ba

2

SiO

4

to Ba

3

SiO

5

when the sintering temperature exceeded 1100

^◦

C. The photoluminescence (PL) and the PL excitation (PLE) spectra showed a broad excitation band from 200 to 500 nm with two strong emission peaks, one each at 506 and 570 nm. The PL intensity of the 506 nm peak of the powders sintered at 1300

^◦

C was 6 times higher than that of the samples sintered at 1100

^◦

C. The results confirm that the Ba

3

SiO

5

:Eu

²⁺

powder can be used as a phosphor material for the use in near-ultraviolet-based white-light-emitting diodes (LEDs).

PACS numbers: 78.20.-e, 78.55.-m

Keywords: Ba

3

SiO

5

:Eu

²⁺

, White LED, Phosphor

w

V ê s m Ö «0 n É ù p § T Ó Þ X ¢ s t LED Ó Þ Ba ³ SiO ₅ :Eu ²⁺ Ä Z Ø o ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

ç

¡0 ï F G B · è ¡g ` @# Ü ^∗

Â

Ò â @ / < Æ § õ < Æl Õ ü tÖ 6 x ½ + Ë ë H @ / < Æ" é ¶ LED Ö 6 x ½ + Ë/ B N < Æ / B N, Â Òí ß 608-739 (2015¸ 4 Z 4 14{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2015¸ 6 Z 4 2{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2015¸ 6 Z 4 4{ 9 > F S X & ñ )

Ba

3

SiO

5

:Eu

²⁺

ì r ´ ú + þ AF g ^ H ¦ © ì ø Í6 £ xZ 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 & ñ _ ©

o\ ¦ ì r$ 3 % i . FE-SEM` ¦ 8 £ ¤& ñ # è : r ¸ 1000\ " f 1300

^◦

C Ð 7 £ x < Ê\ ì r ´ ú { 9 _

ß ¼l 7 £ x % i . ¢ ¸ô Ç, è : r ¸ 1100

^◦

C s © \ " f Ba

2

SiO

4

\ " f Ba

3

SiO

5

Ð & ñ _ © o

{ 9

# Qz ` ¦ S X % i . + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 \ " f 200 ∼ 500 nm_ V , É r % ò % i _ # l Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ ' a ¹ 1 Ï % i ¦, 506 nm ü < 570 nmÂ Ò H ¿ º > h_ y © ô Ç µ 1 Ï F g Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ S X % i . è : r ¸ 1100

^◦

C \ " f 1300

^◦

C

Ð 7 £ x ½ + É M : 506 nmx ß ¼_ + þ AF g [ jl 6C 7 £ x % i . s Qô Ç ½ ¨ õ ÐÂ Ò' Ba

³

SiO

5

:Eu

²⁺

ì

r ´ ú + þ AF g ^ H H ü @ (near UV) LED\ ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð H Ñ þ Ò o LED ½ ¨ & ³\ 6 £ x6 x| ¨ c Ã º e ` ¦ כ s .

PACS numbers: 78.20.-e, 78.55.-m

Keywords: Ba

3

SiO

5

:Eu

²⁺

, Ñ þ Ò o LED, + þ AF g ^

∗

E-mail: [email protected]

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in

any medium, provided the original work is properly cited.

(2)

I. " e Â ] Ø

Light emitting diode (LED) H l > r _ F g " é ¶[ þ t \ q

# \ -t ¨ 8 ´ òÖ ¦ s Z } ¦ Ã º É r` ¦ 6 x t · ú § 2 ;

¨ 8

â & h s 9 Ã º" î s | : £ ¤f ç ` ¦ t ¦ e . ¢ ¸ô Ç ß ¼l

Ü ¼ 9 ] j# Q\ 6 x s ¦ $ : r \ " f ¸ É r ½ ¨1 l x0 p x§ 4 ` ¦ t m

l M :ë H \ { 9 ì ø Í ¸" î , ç ß ó ø Í, ñ © u , backlighting 1 p x

´ ú

§ É r 6 £ x6 xì r \ " f l > r _ ~ ½ Ód õ @ /^ ½ + É Ã º e H F g " é ¶ s

[1–3]. ' õ AÒ o LED} 9 õ YAG:Ce ³⁺ (Y 3 Al 5 O 12 :Ce ³⁺ ) + þ

AF g ^ _ ½ + ËÜ ¼ Ð % 3 # Qt H Ñ þ Ò o LED H $ § 4 ô Ç q 6 x õ

] j ¸_ 6 x s $ í , Z } É r ´ òÖ ¦ 1 p x` ¦ ½ ÓÜ ¼ Ð s p © \ O o

÷

&% 3 . Õ ª Q ' õ AÒ o GaN LEDü < YAG:Ce ³⁺ _ ½ + Ë É r

À Ó_ 7 £ x \ _ ô Ç ± ú É r Ò o î ß & ñ $ í , ± ú É r Ò ot Ã º 1 p x _

ë H ] j& h Ü ¼ Ð # î r Ñ þ Ò o` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ > ÷ & 9, s

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

½

¨÷ & H z ´? / ¸" î Ü ¼ Ð_ 6 £ x6 x É r & h ½ + Ë t · ú § [4–6].

s

ë H ] j& h [ þ t` ¦ F G4 ¤ ½ + É Ã º e H > p w ô Ç Ñ þ Ò o LED6 x D h

Ðî r + þ AF g ^ \ ¦ ¹ 1 Ôl 0 Aô Ç ½ ¨ ' ÷ &# Q M ® o Ü ¼ 9, z ´o H

s à Ô> _ + þ AF g ^ [ þ t s YAG:Ce ³⁺ \ ¦ @ /^ ½ + É Ã º e H Ó ü t

| 9

Ð ' a d ` ¦ ~ Ã Î ¦ e [7–14]. z ´o H s à Ô> H î ß & ñ ) a

& ñ ½ ¨ ¸ x 9 Z } É r \ P & h î ß & ñ $ í ` ¦ t 9 µ 1 Ï F g: £ ¤$ í _ ] j

#

Q 6 x s # Ñ þ Ò o LED_ Ò o : r ¸\ ¦ ¸] X ½ + É Ã º e H

© & h ` ¦ t ¦ e . Eu ²⁺ 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 [15,16]. ¢ ¸ô Ç Eu ²⁺ s : r _

o < Æ& h : £ ¤$ í É r · ú º ú o ÐF K5 Å q (II7 á ¤ " é ¶ è) s : r õ q 5

p

w 9, : £ ¤ y Ba ²⁺ ü < q 5 p w K " f s \ ¦ s 6 x ô Ç ½ ¨ '

÷ &# Q M ® o [17–20].

: r ½ ¨\ " f H > p w ô Ç Ñ þ Ò o LED\ 6 £ x6 x 0 p x ô Ç Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú + þ AF g ^ \ ¦ Eu ²⁺ _ 0 l x ¸\ ¦ 0.03 mol Ð

¦& ñ ¦ è : r ¸\ ¦ or & ½ + Ë$ í % i . ½ + Ë$ í ) a ì r

´ ú

_ & ñ ½ ¨ ¸ü < { 9 _ & ñ $ í x 9 ³ ð + þ A © ` ¦ X- r ] X

(X-ray diffraction, XRD)õ > ~ ½ Ó + þ A Å Ò & ³ p

â (field emission scanning electron microscopy, FE- SEM) s p t [ þ t` ¦ 8 £ ¤& ñ # q §ì r$ 3 % i . Õ ªo ¦ F g

< Æ& h # l ·µ 1 Ï F g Û ¼& 7 à Ô! 3 , Ã º" î r ç ß (life time)` ¦ 8 £ ¤& ñ

#

Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú + þ AF g ^ _ : £ ¤$ í ` ¦ ½ ¨ % i .

II. ÷ m Ç ] M ö

Ba ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ + þ AF g ^ \ ¦ ¦ © ì ø Í6 £ xZ O (Solid-state re- action method) Ü ¼ Ð ] j ¸ % i Ü ¼ 9, " é ¶ « ÑÓ ü t| 9 BaCO 3

(Sigma-Aldrich, 99%), SiO ₂ (Sigma-Aldrich, 99.5%), Eu 2 O 3 (Sigma-Aldrich, 99.99%) É r Z > ¸_ & ñ ] jõ & ñ ` ¦

u t · ú § ¦ o < Æ ª : r& h Ü ¼ Ð D ¥ ½ + Ë % i . + þ AF g ^ ì r ´ ú _

] j ¸ H Ä º ^ ¦ x 9 a A (ball milling)` ¦ l 0 A # x 9 a A6 x e ¦ Û ¼h Ë :6 x l \ ï r q ô Ç r « Ñü < f â s 3 mm t Ø

Ô ïm ^ ¦ (ZrO ball)` ¦ ° ú s V , ¦ 400 rpm_ Ø Ôl

Ð 10r ç ß 1 l x î ß D ¥ ½ + Ë % i . B ÐÀ Ó F K5 Å q s : r × æ _

Eu` ¦ ¸^ Ó ü t| 9 \ è| ¾ Ó ' H â Ä º, o < Æ& h î ß & ñ

$ í

M :ë H \ : £ ¤& ñ ¸^ \ ¦ ] jü @ ¦ @ /Â Òì r _ â Ä º Eu ³⁺ Ð '

÷ &Ù ¼ Ð ^ ¦ x 9 a As = å Q è ß ì r ´ ú É r Ã º è (H ² , 5%) ü < | 9

è (N 2 , 95%) _ D ¥ ½ + Ël ^ \ ¦ 6 x ô Ç ¨ 8 " é ¶ì r 0 Al \ " f è

# Eu ³⁺ \ ¦ Eu ²⁺ Ð ¨ 8 " é ¶ % i . 1000, 1100, 1200 Õ ª o

¦ 1300 ^◦ C _ : r ¸ Ð y y 5r ç ß 1 l x î ß Ä »t r & è

% i .

Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ & ñ ½ ¨ ¸ü < { 9 _ & ñ $ í ` ¦ ¸

l 0 AK 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 ± p5 Å q ¸ Ð 8 £ ¤& ñ % i . > ~ ½ Ó + þ A Å Ò

&

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

p [ j½ ¨ ¸\ ¦ 8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9, 60 W_ Xe-arcÏ þ á Ô\ ¦ F g

"

é

¶ Ü ¼ Ð 6 x H + þ AF g F g ¸> (photon technology inter- national, PTI)\ ¦ z ´ : r \ " f 6 x # # l ·µ 1 Ï F g Û ¼& 7 à Ô! 3

`

¦ 8 £ ¤& ñ ¦ 25 W_ Xe-flashÏ þ á Ô\ ¦ 6 x # Ã º" î r ç ß (life time)` ¦ 8 £ ¤& ñ % i . ¢ ¸ô Ç 8 £ ¤& ñ ô Ç Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ Ä º r

î ß < ÊÃ º Ð K $ 3 Ù þ ¡Ü ¼ 9, CIE 1 p xÒ o < ÊÃ º (colour match- ing function) Ð ì r$ 3 # CIE Ò o ¸ ¸ (commission inter- nationale de I’Eclairage chromaticity diagram) © _ Ò o_ ý a³ ð\ ¦ > í ß % i .

III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý õ m Í w ² o

Fig. 1 É r è : r ¸\ É r Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ X-

r] X J s . 1000, 1100, 1200 Õ ªo ¦ 1300 ^◦ C _

: r ¸\ " f y y è ô Ç ì r ´ ú _ X- r] X © É r JCPDS

× ¼ ñ 026-0180_ Ba 3 SiO 5 & ñ © õ JCPDS × ¼

ñ 026-1403_ Ba ² SiO 4 & ñ © ` ¦ q § # ? /% 3 .

1000 ^◦ C Ð è ô Ç ì r ´ ú \ " f H @ /Â Òì r _ & ñ s ~ ½ Ó& ñ

>

(orthorombic) ½ ¨ ¸\ ¦ t H Ba 2 SiO 4 _ & ñ © Ü ¼ Ð s

À Ò# Q4 Re 6 £ §` ¦ · ú Ã º e Ü ¼ 9 Å Ò & ñ ~ ½ Ó ¾ Ó É r (211) s 9 (121), (031), (220), (002) ~ ½ Ó ¾ Ó_ r] X x ß ¼ Ð s À Ò# Q

& ñ © ` ¦ + þ A$ í % i . è : r ¸ 1100 ^◦ C, 1200 ^◦ C

Ð 7 £ x " f r « Ñ_ & ñ © s Ba 2 SiO ₄ _ & ñ © \ " f Ba 3 SiO 5 _ & ñ © Ü ¼ Ð_ © o { 9 # Q " f ¿ º & ñ

© s D ¥ F H כ ` ¦ S X % i Ü ¼ 9 s \ Ba ³ SiO 5 _ Å

Ò & ñ ~ ½ Ó ¾ Ó (202), (211), (213) ~ ½ Ó ¾ Ó_ r] X x ß ¼ & h

7 £ x H כ ` ¦ ' a ¹ 1 Ï½ + É Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç 1300 ^◦ C Ð è

(3)

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

phosphors for various sintering temperatures from 1000 to 1300 ^◦ C.

Fig. 2. FE-SEM images of Ba ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ phosphors for sintering temperature at (a) 1000 ^◦ C, (b) 1100 ^◦ C, (c) 1200 ^◦ C and (d) 1300 ^◦ C.

ô Ç ì r ´ ú \ " f H @ /Â Òì r _ & ñ s & ñ ~ ½ Ó& ñ > (tetragonal)

½

¨ ¸_ & ñ $ í ` ¦ t H Ba 3 SiO 5 & ñ © Ü ¼ Ð $ í © ÷ &% 3 6

£

§` ¦ S X % i . 1300 ^◦ C \ " f è ô Ç Ba ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ ì r

´ ú

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

#

Q & ñ © ` ¦ + þ A$ í % i . s Qô Ç & ñ © _ o H

\ P

% o õ & ñ \ " f 1100 ^◦ C s © _ Z } É r è : r ¸ { 9 [

þ

t _ Ö ¸$ í o \ -t (activation energy)\ ¦ 7 £ x r v ¦ { 9

[ þ t ç ß _ S X í ß o \ ¦ V , ) º ¡ § Ü ¼ Ð+ Ba ³ SiO 5 & ñ © s

$ í

© H כ ` ¦ [ v H % i ½ + É` ¦ H כ Ü ¼ Ð Æ Ò& ñ ) a [15].

Fig. 2 H Ba 3 SiO ₅ :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ è : r ¸\ É r ³ ð + þ

A © x 9 p [ j½ ¨ ¸\ ¦ ' a ¹ 1 Ï l 0 Aô Ç FE-SEM Ü ¼ Ð, y

y (a) 1000 ^◦ C, (b) 1100 ^◦ C, (c) 1200 ^◦ C, (d) 1300 ^◦ C _

è : r ¸\ É r s . è : r ¸ 1000 ^◦ C{ 9 M : _

É r & ñ { 9 [ þ t s è : r ¸ & h 7 £ x < Ê\

¨ î

ç H ß ¼l ¢ ¸ô Ç 7 £ x H כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e . Fig. 1\ " f

Fig. 3. (Color online) PL excitation (a) and PL (b) spectra of Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ phosphors for different sinter- ing temperature.

è ß © o_ õ ü < ° ú s 1100 ^◦ C s © \ " f è ô Ç Ba ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ ¨ î ç H { 9 ß ¼l 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, Ba ³ SiO 5 :Eu ²⁺ Ð & ñ o

¸ ú

{ 9 # Qz ¤6 £ §` ¦ · ú Ã º e .

Fig. 3 É r è : r ¸ # l x 9 µ 1 Ï F g ´ òÖ ¦ \ p u H % ò ¾ Ó

`

¦ q § l 0 A # Eu ²⁺ _ 0 l x ¸\ ¦ 3 mol% Ð ¦& ñ ¦, Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ _ F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ · p # l , µ 1 Ï F g Û ¼& 7 à

Ô! 3 s . Fig. 3(a) H µ 1 Ï F g Û ¼& 7 à Ô! 3 506 nm\ " f 8 £ ¤& ñ ô

Ç Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ # l (photoluminescence exci- tation, PLE) Û ¼& 7 à Ô! 3 s . Eu ²⁺ _ 4f-5d ;s \ _ ô Ç 200 ∼ 500 nm # 3 0 A_ V , É r % ò % i _ # l Û ¼& 7 à Ô! 3 s è

ß . è : r ¸ 1100 ^◦ C s \ " f è ô Ç Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺

ì

r ´ ú \ " f # l > { 9 # Qz ` ¦ · ú Ã º e Ü ¼ 9, è

: r ¸ 1200 ^◦ C, 1300 ^◦ C Ü ¼ Ð 7 £ x ½ + É M : # l Û ¼& 7 à Ô! 3 _

[ jl / å L y 7 £ x < Ê` ¦ · ú Ã º e . s Qô Ç s Ä » H

Fig. 1 _ X- r] X Û ¼& 7 à Ô! 3 _ õ ü < ° ú s è : r ¸_

(4)

Fig. 4. (Color online) The logarithm fitting graph of room-temperature luminescence decay curves for Ba ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ phosphors as a function of sintering tem- perature.

7 £

x \ É r Ba 2 SiO ₄ ( ~ ½ Ó& ñ > ) & ñ © \ " f Ba 3 SiO ₅ (& ñ ~ ½ Ó& ñ > ) & ñ © Ü ¼ Ð_ © o\ _ ô Ç õ s . Õ ªa Ë >

3(b) H + þ AF g Û ¼& 7 à Ô! 3 _ # l Û ¼& 7 à Ô! 3 376 nm\ " f 8 £ ¤& ñ ô

Ç Ba ₃ SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ µ 1 Ï F g (photoluminescence emi- tion, PL) Û ¼& 7 à Ô! 3 s . Eu ²⁺ s : r _ 4f - 5d ;s \

É r 2 > h_ ;s õ & ñ ` ¦ ì r$ 3 l 0 AK s Õ ªA á Ô\ ¦ ¿ º> h _

x ß ¼ (peak)` ¦ t H Ä ºr î ß < ÊÃ º Ð x h Aô Ç õ , x

ß ¼_ _ u 506 nm, 570 nm Ð z ¤ [17]. ¢ ¸ô Ç,

è : r ¸ 1100 ^◦ C \ " f 1200 ^◦ C Ð 7 £ x ½ + É M : + þ AF g [ jl

3C 7 £ x 9, 1200 ^◦ C \ " f 1300 ^◦ C Ð 7 £ x ½ + É M : + þ A F

g [ jl 2C 7 £ x % i . è : r ¸ 7 £ x < Ê\ + þ A F

g [ jl ß ¼> 7 £ x ô Ç s Ä » H è : r ¸ 7 £ x < Ê\

F g < Æ& h ;s S X Ò ¦` ¦ Z } # Å Ò H & ñ $ í 7 £ x M :ë H s .

Fig. 2 \ " f, è : r ¸ 7 £ x < Ê\ + þ AF g ^ { 9 & t

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

AF g ^ { 9 \ > r F H + þ AF g ^ ì r _ Ã º 7 £ x >

÷

&# Q 8 ´ ú § É r ì r # l F g \ @ / # ì ø Í6 £ x # + þ AF g` ¦

`

(> ) a . Õ ª QÙ ¼ Ð è : r ¸ 7 £ x < Ê\ + þ AF g ^ { 9

_ ß ¼l ü < & ñ $ í s 7 £ x # + þ AF g [ jl 7 £ x < Ê` ¦

· ú

Ã º e [15].

Fig. 4 H 1000, 1100, 1200 Õ ªo ¦ 1300 ^◦ C \ " f è

ô Ç Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú [ þ t \ @ / # © : 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 8 £ ¤& ñ

\

¹

+ Be ^−t/τ

²

¦ t(r ç ß ) s . 1300 ^◦ C \ " f è ô Ç ì r ´ ú _ + þ AF g Ã º

Fig. 5. (Color online) CIE 1931 color coordinate of Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ phosphor sintered at 1300 ^◦ C. The in- set of figure 5 shows the photographs of green light emission from the combination of near UV LED and Ba ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ phosphor sintered at 1300 ^◦ C.

"

î É r y y τ ^a3 É r 3.68 µs Õ ªo ¦ τ ^b3 H 12.58 µs Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &

%

½

¨ç ß Ü ¼ Ð ¾ º# Q & Ü ¼ 9, s H Ba 3 SiO ₅ :Eu ²⁺ + þ AF g ^ ì r

´ ú

_ µ 1 Ï F g Û ¼& 7 à Ô! 3 s ¿ º > h_ \ -t ;s õ & ñ ` ¦ t

¦ e l M :ë H s .

Fig. 5 H Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ \ ¦ y : r ¸Z > Ð è ô Ç ì r ´ ú

×

g` ¦ CIE 1 p xÒ o < ÊÃ º (colour matching function) Ð K $ 3

#

· p Õ ªa Ë >s . Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú r « Ñ\ # l F g` ¦ Å Ò

% 3

` ¦ â Ä º S ! Ò oõ 0 l qÒ os D ¥ ½ + Ë ) a + þ AF g` ¦ ? / H כ ` ¦

^

¦ Ã º e Ü ¼ 9, Ò oý a³ ð_ 0 Au H X = 0.283, Y = 0.487 s

.

IV. + s Ç Â ] Ø

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 ¸ 1000 ^◦ C \ " f H @ /Â Òì r _ ì r

´ ú

#

Q4 R e % 3 Ü ¼ 9, è : r ¸ 1100, 1200 ^◦ C Ü ¼ Ð 7 £ x

(5)

1300 ^◦ C \ " f H @ /Â Òì r _ ì r ´ ú & ñ s & ñ ~ ½ Ó& ñ > ½ ¨ ¸_ Ba 3 SiO 5 _ & ñ © Ü ¼ Ð $ í © ÷ &% 3 6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç

è : r ¸ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ ì r ´ ú _ ¨ î ç H { 9 _ ß ¼l 7 £ x

H כ ` ¦ ' a ¹ 1 Ï % i . + þ AF g: £ ¤$ í ` ¦ ¸ # Eu ²⁺ _ 4f-5d ;s \ _ ô Ç 200 ∼ 500 nm_ V , É r % ò % i _ # l Û ¼

&

7 à Ô! 3 ` ¦ S X % i Ü ¼ 9, µ 1 Ï F g Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ Ä ºr î ß < ÊÃ º

ß ¼ z ` ¦ S X % i . è : r ¸ 1100 ^◦ C \ " f 1300 ^◦ C Ð 7 £ x ½ + É M : 506 nm_ x ß ¼_ + þ AF g [ jl 6C 7

£

x Ù þ ¡Ü ¼ 9, s H è : r ¸_ 7 £ x < Ê\ Ba 2 SiO ₄ \

"

¨ î ç H{ 9 _ ß ¼l 7 £ x < ÊÜ ¼ Ð K + þ AF g ´ òÖ ¦ s ¾ Ó

¾

º# Q4 R z ¤Ü ¼ 9 s H Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ _ \ -t ;s

2t _ õ & ñ ` ¦ t ¦ e l M :ë H Ü ¼ Ð ^ ¦ Ã º e .

Ð Í Ç x` ¦ â Ä º Ò oý a³ ð (X = 0.280, Y = 0.487)_ 0 l q Ò

oõ S ! Ò o s _ & h ` ¦ o v 9, # l F g` ¦ ~ Ã Î ¤` ¦ â Ä

º_ z ´] j Ðl Ò o ¸ S ! 2 ¤Ò o` ¦ ? / H כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e

. s Qô Ç ½ ¨ õ ÐÂ Ò' Ba 3 SiO ₅ :Eu ²⁺ ì r ´ ú + þ AF g ^

H H ü @ (near UV) LED\ ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð H Ñ þ Ò o LED

½

¨ & ³\ 6 £ x6 x| ¨ c Ã º e ` ¦ כ s .

P

c p 8 ý ò k >

s

7 Hë H É r 2014 < Æ¸ ¸ Â Ò â @ / < Æ §_ t " é ¶` ¦ ~ Ã Î Ã º '

) a ½ ¨{ 9 m (C-D-2014-0875).

REFERENCES

[1] H. K. Yang, H. Y. Choi, B. K. Moon, B. C. Choi and J. H. Jeong et al., Solid State Sci. 12, 8 (2010).

[2] H. K. Yang, H. M. Noh, B. K. Moon, J. H. Jeong and S. S. Yi, Ceram. Int. 40, 8 (2014).

[3] R. Haitz and J. Y. Tsao, Phys. Status Solidi A 208, 1 (2011).

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

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

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

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

[7] W. B. Im, N. N. Fellows, S. P. DenBaars, R. Seshadri and Y. I. Kim, J. Chem. Mater. 21, 2957 (2009).

[8] C. H. Hsu, R. Jagannathan and C. Lu, Mater. Sci.

Eng. B 167, 136 (2010).

[9] J. K. Park, K. J. Choi, J. H. Yeon, J. H. Yeon and S. J. Lee et al., Appl. Phys. Lett. 88, 043511 (2006).

[10] L. Smith, J. Electrochem. Soc. 96, (1949).

[11] G. Blasse and A. Bril, Philips Tech. Rev. 31, 304 (1970).

[12] H. S. Jang and D. Y. Jeon, Opt. Lett. 32, 3444 (2007).

[13] G. Blasse and W. L. Wanmaker, Philips. Res. Rep.

23, 189 (1968).

[14] J. S. Kim, K. T. Lim, Y. J. Jeong, E. Pyung and J.

C. Choi et al., Solid State Commun. 135, 21 (2005).

[15] H. K. Yang and J. H. Jeong, New Phys.: Sae Mulli 62, 7 (2012).

[16] P. Dorenbos, J. Lumin. 104, 4 (2003).

[17] J. K. Park, M. A. Lim, K. J. Choi and C. H. Kim, J. Mater. Sci. 40, 8 (2005).

[18] Y. Mitsuo, M. Yuki, S. Shu, K. Nobuhiro and K.

Keiko, Phys. Rev. B 71, 20 (2005).

[19] Y. Mitsuo, M. Yuki and K. Nobuhiro, Opt. Mater.

36, 11 (2014).

[20] Z. Mei, W. Jing, Z. Qiuhong, W. Ding and S. Qiang,

Mater. Res. Bull. 42, 1 (2007).

Luminescence Properties of Ba 3 SiO 5 :Eu 2+ Powder Phosphors Prepared by Using Solid-state Reaction

Luminescence Properties of Ba 3 SiO 5 :Eu 2+ Powder Phosphors Prepared by Using Solid-state Reaction

Hyeong Il Jang · Hyun Kyoung Yang ∗

Department of LED Convergence Engineering, Pukyong National University, Busan 608-739, Korea (Received 14 April 2015 : revised 2 June 2015 : accepted 4 June 2015)

Ba

SiO

:Eu

SiO

to Ba

SiO

when the sintering temperature exceeded 1100

C. The photoluminescence (PL) and the PL excitation (PLE) spectra showed a broad excitation band from 200 to 500 nm with two strong emission peaks, one each at 506 and 570 nm. The PL intensity of the 506 nm peak of the powders sintered at 1300

C was 6 times higher than that of the samples sintered at 1100

C. The results confirm that the Ba

SiO

:Eu

powder can be used as a phosphor material for the use in near-ultraviolet-based white-light-emitting diodes (LEDs).

PACS numbers: 78.20.-e, 78.55.-m

Keywords: Ba

SiO

:Eu

, White LED, Phosphor

w

V ê s  m  Ö «0 n É ù p § T  Ó Þ X ¢ s  t   LED Ó Þ Ba 3 SiO 5 :Eu 2+ Ä Z Ø­  o ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

 ç

¡0 ï F G  B · è ¡g ` @# Ü  ∗

Â

Ò â @ / < Æ § õ  < Æl Õ ü tÖ 6 x ½ + Ë  ë  H @ / < Æ" é ¶ LED Ö 6 x ½ + Ë/ B N  < Æ  / B N, Â Òí ß  608-739 (2015¸  4 Z 4 14{ 9  ~ Ã Î6 £ §, 2015¸  6 Z 4 2{ 9  Ã º& ñ  : r ~ Ã Î6 £ §, 2015¸  6 Z 4 4{ 9  > F  S X & ñ )

Ba

SiO

:Eu

ì  r ´ ú  + þ AF g ^   H  ¦ © ì ø Í6 £ xZ 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   & ñ _   © 



 o\  ¦ ì  r$ 3 % i  . FE-SEM`  ¦ 8 £ ¤& ñ #   è   : r  ¸ 1000\ " f 1300

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

 ß ¼l  7 £ x  % i  . ¢ ¸ô  Ç,  è   : r  ¸ 1100

C s  © \ " f Ba

SiO

\ " f Ba

SiO

 Ð   & ñ _   ©   o

{ 9

C \ " f 1300

C



Ð 7 £ x ½ + É M : 506 nmx ß ¼_  + þ AF g [ jl     6C  7 £ x  % i  . s  Qô  Ç   ½ ¨  õ  ÐÂ Ò'  Ba

SiO

:Eu

ì

 r ´ ú  + þ AF g ^   H   H  ü @  (near UV) LED\  ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð   H Ñ þ Ò  o LED ½ ¨ & ³\  6 £ x6 x| ¨ c Ã º e  `  ¦  כ s  .

PACS numbers: 78.20.-e, 78.55.-m

Keywords: Ba

SiO

:Eu

, Ñ þ Ò  o LED, + þ AF g ^ 

E-mail: [email protected]

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in

any medium, provided the original work is properly cited.

I. " e Â ] Ø

Light emitting diode (LED)  H l  > r _   F g " é ¶[ þ t \  q 

#  \  -t    ¨ 8  ´ òÖ  ¦ s  Z  }  ¦ Ã º É r`  ¦  6 x t  · ú §   2 ;

¨ 8

 â & h s  9 Ã º" î s  |  : £ ¤f ç `  ¦ t  ¦ e   . ¢ ¸ô  Ç ß ¼l 





Ü ¼ 9 ] j# Q\  6 x s   ¦ $  : r \ " f ¸   É r ½ ¨1 l x0 p x§ 4 `  ¦ t  m

l  M :ë  H \  { 9 ì ø Í ¸" î , ç ß ó ø Í,   ñ © u , backlighting 1 p x

´ ú

§ É r 6 £ x6 xì  r  \ " f l  > r _  ~ ½ Ód  õ  @ /^ ½ + É Ã º e    H F g " é ¶ s

  [1–3]. ' õ AÒ  o LED} 9 õ  YAG:Ce 3+ (Y 3 Al 5 O 12 :Ce 3+ ) + þ

AF g ^ _    ½ + ËÜ ¼ Ð % 3 # Qt   H Ñ þ Ò  o LED  H $ § 4 ô  Ç q 6 x õ

 ] j ¸_  6 x s $ í , Z  } É r ´ òÖ  ¦ 1 p x`  ¦   ½ ÓÜ ¼ Ð s p   © \ O  o

÷

&% 3  . Õ ª Q  ' õ AÒ  o GaN LEDü < YAG:Ce 3+ _    ½ + Ë É r



 À Ó_  7 £ x \  _ ô  Ç ± ú  É r Ò  o î ß & ñ $ í , ± ú  É r   Ò  ot Ã º 1 p x _

 ë  H ] j& h Ü ¼ Ð   #  î  r Ñ þ Ò  o`  ¦ ~ ½ ÓØ  ¦ >  ÷ & 9, s 

Luminescence Properties of Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ Powder Phosphors Prepared by Using Solid-state Reaction

Hyeong Il Jang · Hyun Kyoung Yang ^∗

V ê s m Ö «0 n É ù p § T Ó Þ X ¢ s t LED Ó Þ Ba ³ SiO ₅ :Eu ²⁺ Ä Z Ø o ] k ù° Ë Ñ= k8 ý ] k ù° Ë Ñ ¤V R Ë

ç

¡0 ï F G B · è ¡g ` @# Ü ^∗

Ò â @ / < Æ § õ < Æl Õ ü tÖ 6 x ½ + Ë ë H @ / < Æ" é ¶ LED Ö 6 x ½ + Ë/ B N < Æ / B N, Â Òí ß 608-739 (2015¸ 4 Z 4 14{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2015¸ 6 Z 4 2{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2015¸ 6 Z 4 4{ 9 > F S X & ñ )

ì r ´ ú + þ AF g ^ H ¦ © ì ø Í6 £ xZ 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 & ñ _ ©

o\ ¦ ì r$ 3 % i . FE-SEM` ¦ 8 £ ¤& ñ # è : r ¸ 1000\ " f 1300

C Ð 7 £ x < Ê\ ì r ´ ú { 9 _

ß ¼l 7 £ x % i . ¢ ¸ô Ç, è : r ¸ 1100

C s © \ " f Ba

\ " f Ba

Ð & ñ _ © o

C \ " f 1300

Ð 7 £ x ½ + É M : 506 nmx ß ¼_ + þ AF g [ jl 6C 7 £ x % i . s Qô Ç ½ ¨ õ ÐÂ Ò' Ba

r ´ ú + þ AF g ^ H H ü @ (near UV) LED\ ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð H Ñ þ Ò o LED ½ ¨ & ³\ 6 £ x6 x| ¨ c Ã º e ` ¦ כ s .

, Ñ þ Ò o LED, + þ AF g ^

Light emitting diode (LED) H l > r _ F g " é ¶[ þ t \ q

# \ -t ¨ 8 ´ òÖ ¦ s Z } ¦ Ã º É r` ¦ 6 x t · ú § 2 ;

â & h s 9 Ã º" î s | : £ ¤f ç ` ¦ t ¦ e . ¢ ¸ô Ç ß ¼l

Ü ¼ 9 ] j# Q\ 6 x s ¦ $ : r \ " f ¸ É r ½ ¨1 l x0 p x§ 4 ` ¦ t m

l M :ë H \ { 9 ì ø Í ¸" î , ç ß ó ø Í, ñ © u , backlighting 1 p x

§ É r 6 £ x6 xì r \ " f l > r _ ~ ½ Ód õ @ /^ ½ + É Ã º e H F g " é ¶ s

[1–3]. ' õ AÒ o LED} 9 õ YAG:Ce ³⁺ (Y 3 Al 5 O 12 :Ce ³⁺ ) + þ

AF g ^ _ ½ + ËÜ ¼ Ð % 3 # Qt H Ñ þ Ò o LED H $ § 4 ô Ç q 6 x õ

] j ¸_ 6 x s $ í , Z } É r ´ òÖ ¦ 1 p x` ¦ ½ ÓÜ ¼ Ð s p © \ O o

&% 3 . Õ ª Q ' õ AÒ o GaN LEDü < YAG:Ce ³⁺ _ ½ + Ë É r

À Ó_ 7 £ x \ _ ô Ç ± ú É r Ò o î ß & ñ $ í , ± ú É r Ò ot Ã º 1 p x _

ë H ] j& h Ü ¼ Ð # î r Ñ þ Ò o` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ > ÷ & 9, s

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

¨÷ & H z ´? / ¸" î Ü ¼ Ð_ 6 £ x6 x É r & h ½ + Ë t · ú § [4–6].

ë H ] j& h [ þ t` ¦ F G4 ¤ ½ + É Ã º e H > p w ô Ç Ñ þ Ò o LED6 x D h

Ðî r + þ AF g ^ \ ¦ ¹ 1 Ôl 0 Aô Ç ½ ¨ ' ÷ &# Q M ® o Ü ¼ 9, z ´o H

s à Ô> _ + þ AF g ^ [ þ t s YAG:Ce ³⁺ \ ¦ @ /^ ½ + É Ã º e H Ó ü t

Ð ' a d ` ¦ ~ Ã Î ¦ e [7–14]. z ´o H s à Ô> H î ß & ñ ) a

& ñ ½ ¨ ¸ x 9 Z } É r \ P & h î ß & ñ $ í ` ¦ t 9 µ 1 Ï F g: £ ¤$ í _ ] j

Q 6 x s # Ñ þ Ò o LED_ Ò o : r ¸\ ¦ ¸] X ½ + É Ã º e H

© & h ` ¦ t ¦ e . Eu ²⁺ 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 ¸

s : r Ü ¼ Ð ´ ú §s 6 x ÷ &# Q M ® o [15,16]. ¢ ¸ô Ç Eu ²⁺ s : r _

o < Æ& h : £ ¤$ í É r · ú º ú o ÐF K5 Å q (II7 á ¤ " é ¶ è) s : r õ q 5

w 9, : £ ¤ y Ba ²⁺ ü < q 5 p w K " f s \ ¦ s 6 x ô Ç ½ ¨ '

÷ &# Q M ® o [17–20].

: r ½ ¨\ " f H > p w ô Ç Ñ þ Ò o LED\ 6 £ x6 x 0 p x ô Ç Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú + þ AF g ^ \ ¦ Eu ²⁺ _ 0 l x ¸\ ¦ 0.03 mol Ð

¦& ñ ¦ è : r ¸\ ¦ or & ½ + Ë$ í % i . ½ + Ë$ í ) a ì r

_ & ñ ½ ¨ ¸ü < { 9 _ & ñ $ í x 9 ³ ð + þ A © ` ¦ X- r ] X

(X-ray diffraction, XRD)õ > ~ ½ Ó + þ A Å Ò & ³ p

â (field emission scanning electron microscopy, FE- SEM) s p t [ þ t` ¦ 8 £ ¤& ñ # q §ì r$ 3 % i . Õ ªo ¦ F g

< Æ& h # l ·µ 1 Ï F g Û ¼& 7 à Ô! 3 , Ã º" î r ç ß (life time)` ¦ 8 £ ¤& ñ

Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú + þ AF g ^ _ : £ ¤$ í ` ¦ ½ ¨ % i .

Ba ₃ SiO ₅ :Eu ²⁺ + þ AF g ^ \ ¦ ¦ © ì ø Í6 £ xZ O (Solid-state re- action method) Ü ¼ Ð ] j ¸ % i Ü ¼ 9, " é ¶ « ÑÓ ü t| 9 BaCO 3

(Sigma-Aldrich, 99%), SiO ₂ (Sigma-Aldrich, 99.5%), Eu 2 O 3 (Sigma-Aldrich, 99.99%) É r Z > ¸_ & ñ ] jõ & ñ ` ¦

u t · ú § ¦ o < Æ ª : r& h Ü ¼ Ð D ¥ ½ + Ë % i . + þ AF g ^ ì r ´ ú _

] j ¸ H Ä º ^ ¦ x 9 a A (ball milling)` ¦ l 0 A # x 9 a A6 x e ¦ Û ¼h Ë :6 x l \ ï r q ô Ç r « Ñü < f â s 3 mm t Ø

Ô ïm ^ ¦ (ZrO ball)` ¦ ° ú s V , ¦ 400 rpm_ Ø Ôl

Ð 10r ç ß 1 l x î ß D ¥ ½ + Ë % i . B ÐÀ Ó F K5 Å q s : r × æ _

Eu` ¦ ¸^ Ó ü t| 9 \ è| ¾ Ó ' H â Ä º, o < Æ& h î ß & ñ

M :ë H \ : £ ¤& ñ ¸^ \ ¦ ] jü @ ¦ @ /Â Òì r _ â Ä º Eu ³⁺ Ð '

÷ &Ù ¼ Ð ^ ¦ x 9 a As = å Q è ß ì r ´ ú É r Ã º è (H ² , 5%) ü < | 9

è (N 2 , 95%) _ D ¥ ½ + Ël ^ \ ¦ 6 x ô Ç ¨ 8 " é ¶ì r 0 Al \ " f è

# Eu ³⁺ \ ¦ Eu ²⁺ Ð ¨ 8 " é ¶ % i . 1000, 1100, 1200 Õ ª o

¦ 1300 ^◦ C _ : r ¸ Ð y y 5r ç ß 1 l x î ß Ä »t r & è

% i .

Ba 3 SiO 5 :Eu ²⁺ ì r ´ ú _ & ñ ½ ¨ ¸ü < { 9 _ & ñ $ í ` ¦ ¸

l 0 AK 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 ± p5 Å q ¸ Ð 8 £ ¤& ñ % i . > ~ ½ Ó + þ A Å Ò

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

p [ j½ ¨ ¸\ ¦ 8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9, 60 W_ Xe-arcÏ þ á Ô\ ¦ F g

¶ Ü ¼ Ð 6 x H + þ AF g F g ¸> (photon technology inter- national, PTI)\ ¦ z ´ : r \ " f 6 x # # l ·µ 1 Ï F g Û ¼& 7 à Ô! 3