소개글
"white led"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적 및 이론적 배경
1.1. White LED용 형광체 합성
1.2. Dopant 물질인 CeO2의 몰% 변화에 따른 특성 분석
1.3. PL 및 XRD 분석을 통한 특성 확인
2. 실험 방법
2.1. YAG 합성을 위한 원료 물질 계산
2.2. 혼합 및 분쇄
2.3. 열처리
2.4. 분쇄 및 분석
3. 실험 결과
3.1. 반치폭 분석
3.2. 상대강도 분석
3.3. Peak Wavelength 분석
3.4. XRD 분석
4. 고찰
4.1. 반치폭, 상대강도, Peak Wavelength 변화
4.2. XRD 분석을 통한 결정구조 확인
4.3. 실험의 문제점 및 오차 원인
5. 결론
6. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적 및 이론적 배경
1.1. White LED용 형광체 합성
발광다이오드(LED)는 반도체의 특성을 이용하여 전기 에너지를 적외선 또는 가시광선과 같은 빛으로 변환해주는 장치이다. 이러한 LED 중에서도 백색 광원을 합성하는 방법은 다양하게 존재하며, 가장 일반적인 방법으로 빛의 3원색을 이용하는 것이다. 이를 위해 청색 LED에 황색 형광체를 함께 사용하여 백색 광원을 구현한다.
이러한 백색 광원용 청색흡수 및 황색발광의 형광체로는 Dopant물질로 세륨(Ce)이 첨가된 YAG(Y3Al5O12)가 주로 사용된다. YAG 형광체는 열안정성과 휘도가 매우 우수하여 청색 LED를 이용한 백색 LED 구현에 적합한 물질이다. 또한, 첨가하는 Dopant의 양에 따라 여러가지 특성의 변화가 나타나며 이를 PL 및 XRD 분석을 통해 확인할 수 있다.
PL 분석은 외부에너지를 가해 물질 내의 고유한 전자 상태 간 전이에 의해 빛이 방출되는 현상을 이용한 방법이다. 이때 가전자대에 있는 전자를 여기시켜 전도대로 이동시킨 후 다시 제자리로 돌아오면서 발생하는 에너지가 빛 형태로 방출된다. XRD 분석은 X선을 물질에 부딪혀 회절 패턴을 관찰함으로써 물질의 구조에 대한 정보를 얻는 방법이다.
이러한 분석을 통해 Dopant 물질인 CeO2의 몰% 변화에 따른 YAG 형광체의 특성을 확인할 수 있다. 즉, 반치폭, 상대강도, Peak Wavelength 등의 변화를 분석함으로써 CeO2 함량 변화에 따른 발광 특성의 차이를 규명할 수 있다. 또한 XRD 분석을 통해 결정구조와 미반응물질의 존재 여부 등을 확인할 수 있다.
이러한 형광체 합성 및 특성 분석 실험은 백색 LED 개발에 필수적인 과정이라 할 수 있다. 형광체의 조성과 공정 조건을 최적화함으로써 고효율의 백색 LED 구현이 가능할 것이다. 이를 통해 기존 광원 대비 월등한 에너지 효율과 수명을 가지는 차세대 백색 광원으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
1.2. Dopant 물질인 CeO2의 몰% 변화에 따른 특성 분석
CeO2의 몰%에 따른 YAG 형광체의 발광 특성을 분석하였다. 먼저 반치폭 분석을 통해 방출되는 빛의 파장 영역이 CeO2 몰%에 따라 변화함을 확인하였다. Emission 과정에서는 CeO2 몰%가 증가할수록 반치폭이 감소하여 원하는 색을 더 잘 구현할 수 있음을 알 수 있었다. 반면 Excitation 과정에서는 CeO2 몰%가 증가할수록 반치폭이 증가하여 원하는 색을 얻기 어려워지는 것으로 나타났다.
상대강도 분석 결과, CeO2 몰%가 감소할수록 Emission과 Excitation 과정 모두에서 상대강도가 줄어들어 발광 효율이 낮아짐을 확인하였다. 특히 CeO2 1.5%를 기준으로 할 때 0.5% 도핑의 경우 Emission과 Excitation 상대강도가 각각 와 수준에 불과했다.
Peak Wavelength 분석에서는 CeO2 몰%가 증가할수록 가장 강한 빛을 방출하는 파장이 장파장 쪽으로 이동하는 것으로 나타났다. 이를 통해 도핑 물질의 몰%에 따라 발광 색상을 제어할 수 있음을 알 수 있었다.
XRD 분석 결과, CeO2 몰%가 다르더라도 YAG의 결정 구조는 동일한 것으로 확인되었다. 이는 CeO2 도핑이 YAG의 결정구조에 큰 영향을 미치지 않음을 의미한다. 다만 미반응 물질인 CeO2의 Peak가 관찰되어 CeO2 첨가량이 많을수록 반응이 완전하게 일어나지 않았을 가능성이 있다.
이상의 분석을 통해 CeO2 몰%에 따라 YAG 형광체의 발광 특성이 변화함을 확인하였다. Emission 과정에서는 CeO2 몰%를 높이고, Excitation 과정에서는 CeO2 몰%를 낮추는 것이 원하는 빛의 색을 구현하는 데 효과적일 것으로 보인다. 또한 CeO2 첨가량이 증가할수록 발광 효율이 높아지는 것으로 나타났다. 이러한 특성을 고려하여 백색 LED 제작을 위한 최적의 CeO2 몰%를 선정할 수 있을 것이다.
1.3. PL 및 XRD 분석을 통한 특성 확인
PL 분석이란 원자, 분자, 고분자 및 결정체에 외부에너지를 가하여 그 물질 내의 고유한 전자 상태간의 전이에 의해 흡수된 에너지를 빛 형태로 방출하면서 원래의 상태로 되돌아가는 현상을 이용한 방법이다. 이 실험에서는 가전자대에 있는 전자를 여기 시켜 전도대로 올라간 후 다시 제자리로 돌아오게 하여 빛을 내는 원리를 이용한다.
XRD 분석이란 X선을 결정에 부딪히게 하면 그 중 일부는 회절을 일으키고, 그 회절각과 강도는 물질 구조상 고유한 것으로서 이 회절 X선을 이용하여 그 물질의 구조에 관한 정보를 얻는 것을 말한다.
그림 2)와 그림 3)을 통하여 파란색 빛(파장 : 450nm)을 쐈을 때 방출되는 빛의 파장은 525.7nm(1.5% Dopant일 때)이며, 이 빛을 가장 잘 방출 시키는 빛의 파장은 464.6nm임을 확인할 수 있다. 이를 통해 Dopant의 몰%...
참고 자료
LED, [네이버 지식백과] 발광다이오드 [luminescent diode] (두산백과)
발광원리,https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=ceg_tiny&logNo
다이오드 공핍층, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%8B%A4%EC%9D%B4%EC%98%A4%EB
에너지 갭과 파장관계,https://ywpop.tistory.com/4964 [좋은 습관]
LED장단점,https://www.maybugs.com/news/articleView.html?idxno=659632
LED구조,https://blog.naver.com/minitap12/40188447828
색깔별 LED 파장 범위, https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=lsj8182&logNo=1400257133
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=933077&cid=43667&categoryId=43667
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1098931&cid=40942&categoryId=32381
http://blog.naver.com/gauya/221004081023
http://blog.naver.com/namgoocha/220037471346
http://blog.naver.com/iotsensor/220299037751
