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플라즈마 소수성 코팅을 이용한 실리케이트계 황색형광체의 내구성 개선에 관한 연구
Plasma-mediated Hydrophobic Coating on a Silicate-based Yellow Phosphor for the Enhancement of Durability 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.51 no.2, 2013년, pp.214 - 220  

장두일 (제주대학교 생명화학공학과) ,  조진오 (제주대학교 생명화학공학과) ,  고란영 (제주대학교 생명화학공학과) ,  이상백 (제주대학교 생명화학공학과) ,  목영선 (제주대학교 생명화학공학과)

초록
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본 연구에서는 실리케이트계 황색 형광체($Sr_2SiO_4:Eu^{2+}$)의 신뢰성 향상을 위하여 대기압 유전체장벽방전 플라즈마를 이용하여 hexamethyldisiloxane (HMDSO, $C_6H_{18}OSi_2$)을 형광체 분말에 코팅하였다. 플라즈마 코팅 후의 형광체 분말특성은 주사전자현미경(scanning electron microscope), 투과전자현미경(transmission electron microscope), 형광분광광도계(fluorescence spectrophotometer) 및 접촉각측정기(contact angle analyzer)를 이용하여 조사되었다. 형광체 분말의 플라즈마 코팅 후 접촉각이 $133.0^{\circ}$(물)와 $140.5^{\circ}$(글리세롤)로 증가하여 표면이 소수성으로 변화되었음을 확인하였으며, 광발광(photoluminescence)은 최대 7.8%의 향상을 나타냄을 알 수 있었다. 플라즈마 코팅 후 형광체 표면의 주사전자현미경투과전자현미경 사진을 통해 낟알형상의 표면조직박막 코팅 층으로 덮여 있고, 코팅 층은 31~46 nm 가량의 두께로 형성되어 있음을 확인하였다. 발광다이오드(3528 1 칩 LED)에 형광체를 실장한 후 $85^{\circ}C$와 85% 상대습도에서 1,000시간 동안 신뢰성 테스트(85-85 Test)를 수행한 결과 코팅이 되지 않은 경우와 비교하여 코팅후의 형광체가 광도 저하율에서도 개선 효과를 보이는 것으로 나타났다. 본 연구의 유전체장벽방전 플라즈마 코팅 방법은 불규칙한 입자 형태의 형광체 분말 표면을 입체적으로 코팅하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방법으로 판단된다.

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Hydrophobic coating on a silicate-based yellow phosphor ($Sr_2SiO_4:Eu^{2+}$) was carried out by using hexamethyldisiloxane (HMDSO) precursor in an atmospheric pressure dielectric barrier discharge plasma reactor, eventually to improve the long-term stability and reliability of the phosph...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 플라즈마 코팅에 의한 Sr2SiO4:Eu2+ 상용 형광체의 신뢰성 향상에 대해 살펴보았다. 유전체장벽방전 플라즈마 코팅 방법은 불규칙한 입자 형태의 분말에 대한 새로운 소수성 코팅방법이며, 본 연구를 통하여 얻어진 주요 결과는 다음과 같다.
  • 본 연구의 목적은 대기압 및 상온 조건에서 플라즈마를 이용하여 유러퓸-활성화 스트론튬 오쏘실리케이트 형광체 분말 표면에 안정적인 소수성 코팅 층을 형성하는 것이다. 본 연구에서는 플라즈마 생성을 위하여 실린더 형상의 DBD 반응기를 이용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
플라즈마 코팅 전후 표면조직은 어떻게 변화하였는가? (2) 플라즈마 코팅전보다 코팅후의 형광체가 더 높은 광도를 보여주었으며, 이는 형광체 표면의 결함이 줄어들어 표면 자유에너지가 감소되었기 때문이다. 코팅전의 형광체는 낟알형상의 표면조직을 보여주었으나, 코팅 후에는 31~45.5 nm 두께의 피막 형성으로 표면이 매끈해졌다.
유러퓸-활성화스트론튬오쏘실리케이트는 어떤 물질을 대체할 수 있다고 기대되는가? 유러퓸-활성화스트론튬오쏘실리케이트 (Sr2SiO4:Eu2+)는고효율의 황색 발광 형광체로서 가장 일반적으로 사용되고 있는 상용 Y3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce3+) 형광체를 대체할 수 있는 유망한 후보군의 하나이다. Sr2SiO4:Eu2+형광체는넓은파장범위의스펙트럼과우수한 광전송 특성 등의 장점이 있으며, 발광다이오드(light emitting diode, LED) 제작에 널리 사용될 수 있다.
소수성 코팅 방법은 어떤 것이 있는가? 최근 LED의 응용 영역이 확장됨에 따라 소수성(발수성) 코팅을 통한 내구성 향상에 많은 관심이 일고 있다. 형광체의 소수성 코팅은 안정적인 빛의 방출, 발수성 개선, 장시간안정성등 많은이점들이있으며, 현재화학기상증착(chemical vapor deposition), 솔젤법(sol-gel process), 원자층 증착(atomic layer deposition), 플라즈마 공정(plasma process) 등 많은 방법들이 소수성 코팅에 이용되고 있다. 이중 플라즈마 공정은 벌크 성질은 변화시키지 않으면서 다양한 물질에 소수성 층을 생성시킬 수 있는 방법으로[1-3], 발수성, 광학 특성, 층의 두께와 같은 특정 성질들이 전구 기체 종류나 플라즈마 변수 등에 의해 쉽게 조절될 수 있는 장점이 있다.
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참고문헌 (15)

  1. Lee, K. H., Cho, S. C., Jo, S. Y. and Uhm, H. S., "Hydrophobic Coating of $Y_2O_3:Eu$ Phosphors by Using HMDSO/Toluene Plasma at Low Pressure and Their Wettability," J. Korean Phys. Soc., 53(2), 631-635(2008). 

  2. Jo, S. Y., Cho, S. C., Lee, K. H. and Uhm, H. S., "Hydrophobic Coating of Multi-Walled Carbon Nanotubes by Using a HMDSO Glow Plasma under Low Pressure," J. Korean Phys. Soc., 53(2), 641-645(2008). 

  3. Topala, I., Asandulesa, M., Spridon, D. and Dumitrascu, N., "Hydrophobic Coatings Obtained in Atmospheric Pressure Plasma," IEEE Trans. Plasma Sci., 37(6), 946-950(2009). 

  4. J.-H. Kim, W.-Y. Yang, and Y.-B. Hahn, "Structrul, Optical and Electrical Properities of N-doped ZnO nanofilms by Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition," Korean Chem. Eng. Res.(HWAHAK KONGHAK), 49(3) 357-360(2011). 

  5. Kakiuchi, H., Ohmi, H., Yamada, T., Yokoyama, K., Okamura, K. and Yasutake, K., "Silicon Oxide Coatings with Very High Rates (>10 nm/s) by Hexamethyldisiloxane-Oxygen Fed Atmospheric- Pressure VHF Plasma: Film-Forming Behavior Using Cylindrical Rotary Electrode," Plasma Chem. Plasma Proc., 32, 533-545(2012). 

  6. Fang, J., Huang, Y., Li, X. and Dou, X., "Aggregation and Surface-enhanced Raman Activity Study of Dye-coated Mixed Silver- gold Colloids," J. Raman Spectrosc., 35, 914-920(2004). 

  7. Vogelsang, A., Ohl, A., Foest, R., Schrder K. and Weltmann, K.- D., "Hydrophobic Coatings Deposited with an Atmospheric Pressure Microplasma Jet," J. Phys. D: Appl. Phys., 43, 485201(2010). 

  8. Mok, Y. S., Jo, J.-O. and Whitehead, J. C., "Degradation of an Azo Dye Orange II Using a Gas Phase Dielectric Barrier Discharge Reactor Submerged in Water," Chem. Eng. J., 142, 56-64 (2008). 

  9. Qiao, Y., Zhang, X., Ye, X., Chen, Y. and Guo, H., "Photoluminescent Properties of $Sr_2SiO4:Eu^{3+}$ and $Sr_2SiO_4:Eu^{2+}$ Phosphors Prepared by Solid-state Reaction Method," J. Rare Earths, 27(2), 323-326(2009). 

  10. Garbassi, F., Morra M. and Occhiello, E., Polymer Surface from Physics to Technology, John Willey & Sons, 301-328(1994). 

  11. Kim, J. M., Park, J. K., Kim, K. N., Lee, S. J., Kim, C. H. and Jang, H. G., "Synthesis and Luminescent Characteristics of $Sr_2Ga_2S_5:Eu^{2+}$ Yellow Phosphor for LEDs," J. Korea Chem. Soc., 50(3), 237-242(2006). 

  12. Seo, J.-H., "The Surface Modification of Phosphors by Coating with Nano-oxide," Thesis, Kyungpook Nat'l. Univ., Daegu, Korea (2009). 

  13. Ko, R. Y., "Synthesis of $Sr_2SiO_4:Eu^{2+}$ Phosphors with Nonthermal Plasma Discharge," Thesis, Jeju Nat'l. Univ., Jeju, Korea(2013). 

  14. Huang, N. K., Xiong, Q., Liu, Y. G. and Wang, D. Z., "Study in Mechanism of Hydrogen Retention by C-SiC Films with IR," J. Korean Vacc. Sci. & Tech. JKVST, 6(1), 46-50(2002). 

  15. http://srdata.nist.gov/xps/selEnergyType.aspx. 

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