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작성일 : 19-03-08 09:18
(조명산업 밝힐 신기술) (6)조명용 형광체 신뢰성 개선 위한 광학 소재 코팅 기술
 글쓴이 : 금강에너텍
조회 : 32  
   http://www.electimes.com/article.php?aid=1551229519174340008 [4]

적색형광체 표면코팅 전 ・후 내수분성 비교 사진.
LED는 반도체 발광소자로, 백열등보다 수명이 10~30배 길고, 백열등과 비교해 발열량이 적어 광전환효율이 90%에 달한다. 그만큼 에너지 절감 효과가 우수하며, 수은을 사용하지 않아 환경친화적이다.
그동안 LED의 백색 구현을 위해 청색 LED와 황색 이트륨 알루미늄 가넷(YAG) 형광체를 조합했다. 화이트 LED는 일반·융합 조명 산업에서 널리 상용중이며, 최근 스마트폰, 노트북, 모니터, TV 백라이트 등 디스플레이 분야에서도 각광을 받고 있다.

◆ KSF 형광체의 내수분성 향상
그러나 백색 LED는 청색 LED칩 위에 황색 형광체를 도포한 것이 대부분이며, 이는 고휘도지만 적색 영역이 부족해 연색지수가 낮다는 단점이 있다.
색재현성을 높이기 위해 백색 LED의 부족한 광영역대를 채워줄 수 있는 적색 형광체의 적용이 필수적이다.

최근 각광받고 있는 할라이드계 KSF(K2SiF6: Mn4+) 적색형광체는 광학적 특성 및 색재현성이 우수하다는 장점이 있으나, 다습한 환경에 매우 취약한 고질적인 문제가 있다.
LED PKG 제작공정에서 형광체와 혼합해 사용하는 실리콘계 봉지재는 흡습성이 강해 형광체 효율하락을 가속화시킨다.
응용 디바이스의 장기 신뢰성을 높이기 위해 KSF 형광체의 내수분성을 향상할 수 있는 기술개발이 필요한 이유다.
연구팀은 LED PKG의 장기신뢰성을 개선하기 위해서는 형광체를 수분으로부터 보호할 수 있는 코팅기술 적용이 필수라고 밝혔다.
형광체의 취약점 개선을 위해 널리 사용되는 솔-젤 코팅법은 습식 공정으로 진행되는데, 수분에 취약한 KSF 형광체에는 습식코팅 공정 적용이 어렵다. 이 때문에 연구팀은 코팅물질을 기화시킨 뒤 플라스마 처리를 이용해 건식으로 형광체 표면을 코팅하는 기술을 개발했다.
건식코팅 공정은 형광체 용매를 사용하지 않고, 별도의 세척과 열처리 공정을 포함하지 않기 때문에 효율하락 억제, 공정비용 절감, 공정시간 단축 등의 장점을 갖는다.
표면코팅 공정은 표면코팅 물질의 투입과 플라스마 방전이 동시에 진행된다.
표면개질 물질인 탄소체인을 갖는 실란을 기화시키고 이동가스와 함께 주입해 플라스마를 생성시킨다. 기화된 실란이 형광체 표면을 감싸고 있는 상태에서 플라스마를 생성함으로써 균일하게 코팅할 수 있는 것이다.
주입된 실란 기체가 형광체 표면에서 화학반응을 통해 SiO2 무기층을 형성하고, 실란에 결합돼 있는 탄소체인이 수분을 밀어내는 유기층을 형성하게 된다. 형성된 유·무기 하이브리드 이중층을 통해 형광체 표면에 침투하는 수분을 원천 차단함으로써 형광체의 수분취약성을 개선할 수 있다. 이를 통해 LED PKG의 장기신뢰성을 5% 향상시킬 수 있다고 연구팀은 설명했다.

◆ 형광소재의 고질적인 난제 해결
국내 대기업 조명·디스플레이 관련 업체들과 중국, 일본 등의 기업들은 현재 적색형광체의 특허분쟁과 가격 부담에 노출돼 있다.
반면 국외 메이저 기업들은 불화물계 형광체를 개발, 시제품과 특허제품을 시장에 선보이고 있다. 국내 광학 소재개발이 정체돼 있다는 얘기다.
연구팀의 기술은 형광소재의 고질적인 난제를 해결하는 대표 기술로, 공동연구기업인 포스포와 함께 국가 과제인 핵심소재원천기술개발사업을 통해 국내 형광소재의 기술적 수준을 한층 업그레이드할 것으로 기대된다.
개발된 장기신뢰성 및 색재연성이 우수한 적색형광체는 기업의 사업화 증진과 매출 증대, 기술 발전에도 크게 기여할 것이다.
연구팀은 해외 기업들에 대한 의존도가 높은 적색 형광체의 취약점을 보완하고 국산화를 실현해 기술경쟁력을 확보하면 2020년 적색형광체 세계시장 점유율 5% 이상을 확보할 것으로 기대했다.
또 다양한 형광체의 성능 및 장기신뢰성을 개선해 세계 조명시장과 디스플레이 산업을 주도할 수 있을 것으로 전망했다.
작성 : 2019년 02월 27일(수) 10:05
게시 : 2019년 02월 28일(목) 08:53


윤정일 기자 yunji@electimes.com

 
   
 

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