형광체는 Display, 조명같은 가전기기 제품부터 표백세제까지 매우 많은 곳에 쓰인다. 하지만 형광체의 종류에 따라 발광원리와 광학적 특성이 각각 다르다. 이러한 형광체 중 자외선을 여기원으로 하여 가시광의 빛을 내는 형광체는 조명용램프나 혹은 LCD BLU(Back Light ...
형광체는 Display, 조명같은 가전기기 제품부터 표백세제까지 매우 많은 곳에 쓰인다. 하지만 형광체의 종류에 따라 발광원리와 광학적 특성이 각각 다르다. 이러한 형광체 중 자외선을 여기원으로 하여 가시광의 빛을 내는 형광체는 조명용램프나 혹은 LCD BLU(Back LightUnit)나 PDP와 같은 Display분야에 이르기까지 그 사용처가 다양하나, 자외선에서 가시광으로 에너지 전환의 과정에서 휘도나 효율 등 아직 많은 개선의 여지가 남아 있다. 이를 위해 새로운 형광체의 개발이 필요하다. 최근 연구에서는 나노 크기의 형광체 개발에 관한 논문들이 많이 발표되고 있다. 나노 크기로 가면서 효율을 높이겠다는 목적이 크지만, 실제 나노크기의 형광체가 기존의 형광체 보다 고효율을 보여준 연구는 별로 없다. 또한 새로운 형광체에 대한 논문도 나오지만 실제 산업에 적용되기까지는 시일이 걸리고, 설사 새로운 형광체의 특성이 좋다고 할지라도 산업의 기반시설이나 생산라인은 기존 형광체에 적합하도록 표준화 되어있다. 나노형광체는 연구소나 대기업 정도의 시설 수준에서 연구개발을 할 수 있는 수준이고, 실용이 가능한 형광체의 개발은 대기업이나 국가단위에서 추진해야 실용 가능한 형광체를 개발할 수 있다. 실제로 과거 일본에서는 ‘국립재료연구소(NIMS)’를 중심으로 8개 대학이 컨소시엄을 구성, 새로운 형광체 개발에 매진한 바 있다. 그 결과 2002년 YAG 형광체보다 발광 특성이 뛰어난 ‘알파 사이알론(α-sialon)’은 물론이고 2004년 순질화물인 카즌(CaAlSiN3) 적색 형광체 개발에도 성공했다. 이처럼 새로운 형광체를 개발하기 위해서는 시간과 노력이 매우 많이 든다. 하지만 기존 형광체를 이용하여 특성을 향상시키거나 문제를 해결하는 경우는 노력과 시간을 아끼고, 실제 적용도 용이해진다. 기존 형광체를 개질하는 연구는 주로 화학적인 방법을 통해 많이 이루어져 왔다. 기존의 화학적 처리를 할 경우 공정 과정이 복잡해지고 소성온도 또한 높아지는 경향이 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 형광체의 광학적 특성 개선을 위하여 산화물 콜로이달 용액을 사용하여 변형된 sol-gel법으로 적색, 녹색, 청색의 형광체 표면에 나노 산화물을 부착하여 표면의 상태를 개질하였다. 이 방법은 공정이 매우 간단하고 비교적 저온인 100℃이하에서 모든 공정들이 이루어졌다. 그리고 광학적 특성 분석을 위하여 형광체 표면에 산화물을 나노 코팅 하여 표면 코팅하지 않은 형광체와 비교 분석하였다. 먼저 분말(powder)의 형태와 표면의 개질 상태를 조사하기 위하여 장방출형 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Micriscopy; HITACHI, S-4200)을 사용하였다. 그리고 분말의 성분을 분석하기 위해서 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)를 사용하였다. 또한, 형광체 표면의 성분을 분석하기 위하여 XPS (X-ray Photoelectron Spectrometer - ESCALAB 250 XPS Spectrometer, VG Scientifics)를 사용하였다. XPS는 시료의 표면으로부터 100Å(10층 이내의 단원자 층)의 깊이에 관한 정보를 얻을 수 있는 표면민감성 분석장비이다. 또한, 실사 적용에 있어서 표면 처리 유무에 따른 형광체의 광학적 특성을 알아보기 위해 테스트소자를 제작하여 Ne와 Xe을 방전시켜 실제 구동에서의 형광체의 발광특성과 휘도를 조사하였다.
형광체는 Display, 조명같은 가전기기 제품부터 표백세제까지 매우 많은 곳에 쓰인다. 하지만 형광체의 종류에 따라 발광원리와 광학적 특성이 각각 다르다. 이러한 형광체 중 자외선을 여기원으로 하여 가시광의 빛을 내는 형광체는 조명용램프나 혹은 LCD BLU(Back Light Unit)나 PDP와 같은 Display분야에 이르기까지 그 사용처가 다양하나, 자외선에서 가시광으로 에너지 전환의 과정에서 휘도나 효율 등 아직 많은 개선의 여지가 남아 있다. 이를 위해 새로운 형광체의 개발이 필요하다. 최근 연구에서는 나노 크기의 형광체 개발에 관한 논문들이 많이 발표되고 있다. 나노 크기로 가면서 효율을 높이겠다는 목적이 크지만, 실제 나노크기의 형광체가 기존의 형광체 보다 고효율을 보여준 연구는 별로 없다. 또한 새로운 형광체에 대한 논문도 나오지만 실제 산업에 적용되기까지는 시일이 걸리고, 설사 새로운 형광체의 특성이 좋다고 할지라도 산업의 기반시설이나 생산라인은 기존 형광체에 적합하도록 표준화 되어있다. 나노형광체는 연구소나 대기업 정도의 시설 수준에서 연구개발을 할 수 있는 수준이고, 실용이 가능한 형광체의 개발은 대기업이나 국가단위에서 추진해야 실용 가능한 형광체를 개발할 수 있다. 실제로 과거 일본에서는 ‘국립재료연구소(NIMS)’를 중심으로 8개 대학이 컨소시엄을 구성, 새로운 형광체 개발에 매진한 바 있다. 그 결과 2002년 YAG 형광체보다 발광 특성이 뛰어난 ‘알파 사이알론(α-sialon)’은 물론이고 2004년 순질화물인 카즌(CaAlSiN3) 적색 형광체 개발에도 성공했다. 이처럼 새로운 형광체를 개발하기 위해서는 시간과 노력이 매우 많이 든다. 하지만 기존 형광체를 이용하여 특성을 향상시키거나 문제를 해결하는 경우는 노력과 시간을 아끼고, 실제 적용도 용이해진다. 기존 형광체를 개질하는 연구는 주로 화학적인 방법을 통해 많이 이루어져 왔다. 기존의 화학적 처리를 할 경우 공정 과정이 복잡해지고 소성온도 또한 높아지는 경향이 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 형광체의 광학적 특성 개선을 위하여 산화물 콜로이달 용액을 사용하여 변형된 sol-gel법으로 적색, 녹색, 청색의 형광체 표면에 나노 산화물을 부착하여 표면의 상태를 개질하였다. 이 방법은 공정이 매우 간단하고 비교적 저온인 100℃이하에서 모든 공정들이 이루어졌다. 그리고 광학적 특성 분석을 위하여 형광체 표면에 산화물을 나노 코팅 하여 표면 코팅하지 않은 형광체와 비교 분석하였다. 먼저 분말(powder)의 형태와 표면의 개질 상태를 조사하기 위하여 장방출형 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Micriscopy; HITACHI, S-4200)을 사용하였다. 그리고 분말의 성분을 분석하기 위해서 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)를 사용하였다. 또한, 형광체 표면의 성분을 분석하기 위하여 XPS (X-ray Photoelectron Spectrometer - ESCALAB 250 XPS Spectrometer, VG Scientifics)를 사용하였다. XPS는 시료의 표면으로부터 100Å(10층 이내의 단원자 층)의 깊이에 관한 정보를 얻을 수 있는 표면민감성 분석장비이다. 또한, 실사 적용에 있어서 표면 처리 유무에 따른 형광체의 광학적 특성을 알아보기 위해 테스트소자를 제작하여 Ne와 Xe을 방전시켜 실제 구동에서의 형광체의 발광특성과 휘도를 조사하였다.
The sol-gel method is known as a simple and low temperature process. In this study, I coated the phosphors with nano-oxides by sol-gel process in order to improve the luminance of emission of the red, green and blue VUV-phosphors. ZnO, Al2O3 and SiO2 colloidals were used as the coating materials in ...
The sol-gel method is known as a simple and low temperature process. In this study, I coated the phosphors with nano-oxides by sol-gel process in order to improve the luminance of emission of the red, green and blue VUV-phosphors. ZnO, Al2O3 and SiO2 colloidals were used as the coating materials in this study. we studyed the charicteristics of ZnO, Al2O3 and SiO2 colloidal to determine the optimum conditions such as pH and concentration in the coating process. I studied effects of the nano-oxide coating on the surface of the phosphors, based on the result of the SEM, EDS and XPS. In addition, I investigated the optical properties of the phosphors in the test panel. The results of the test panel showed that nano-oxide coating of the phosphors leads to an increase in the luminance properties. This may be due to the increase of the excitation light which is transmitted into the phosphor, i.e, an effective vacuum ultraviolet absorption of the phosphor via Al2O3 or SiO2. Thus Al2O3-coated green phosphor was much better luminance properties than non-coated one. The change in the color coordinate of Al2O3-coated green phosphor indicates that the energy level of emission moves to different energy levels after coating. It seems to be due to change of the crystal field near the luminescence center(Mn). However it is not completely understood about this phenomenon. The studied results suggest that oxide coating on phosphors is a good way for improving the optical properties of phosphors such as luminance and color coordinates.
The sol-gel method is known as a simple and low temperature process. In this study, I coated the phosphors with nano-oxides by sol-gel process in order to improve the luminance of emission of the red, green and blue VUV-phosphors. ZnO, Al2O3 and SiO2 colloidals were used as the coating materials in this study. we studyed the charicteristics of ZnO, Al2O3 and SiO2 colloidal to determine the optimum conditions such as pH and concentration in the coating process. I studied effects of the nano-oxide coating on the surface of the phosphors, based on the result of the SEM, EDS and XPS. In addition, I investigated the optical properties of the phosphors in the test panel. The results of the test panel showed that nano-oxide coating of the phosphors leads to an increase in the luminance properties. This may be due to the increase of the excitation light which is transmitted into the phosphor, i.e, an effective vacuum ultraviolet absorption of the phosphor via Al2O3 or SiO2. Thus Al2O3-coated green phosphor was much better luminance properties than non-coated one. The change in the color coordinate of Al2O3-coated green phosphor indicates that the energy level of emission moves to different energy levels after coating. It seems to be due to change of the crystal field near the luminescence center(Mn). However it is not completely understood about this phenomenon. The studied results suggest that oxide coating on phosphors is a good way for improving the optical properties of phosphors such as luminance and color coordinates.
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