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보고서 초록
요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 기술개발과제의 개요 15
제1절 기술개발의 목적 15
제2절 기술개발의 필요성 15
제3절 기술개발 범위 18
제2장 국내외 기술개발 현황 20
제1절 재료탐색 기술 동향 20
제2절 PDP 형광체의 기술 현황 23
제3절 LED 형광체의 기술 현황 28
제4절 형광체 합성 기술 41
제3장 기술개발 수행 내용 및 결과 45
제1절 고효율 탐색기법 45
제2절 진공자외선 여기용 신조성 후보 형광물질 탐색 73
제3절 장파장 자외선 여기용 신조성 후보 형광물질 탐색 139
제4절 고효율 형광체 합성기술 201
제5절 신조성 후보 형광물질의 실장평가 267
제4장 목표의 달성도 및 관련분야에의 기여도 277
제1절 목표 달성도 278
제2절 관련분야 기여도 280
제5장 기술개발결과의 활용계획 281
제6장 기술개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보 282
제7장 참고문헌 298
핵심기술개발사업 기술개발성과 활용계획서 305
[첨부1] 기술개발결과 활용계획서 306
[첨부2] 기술개발요약서[개인신상정보 삭제] 316
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I. 제목
고효율 탐색기법에 의한 신 조성 형광체 개발
II. 기술개발의 목적 및 필요성
평판디스플레이 기술은 시각적 정보전달 매체로서 21세기 정보화 사회의 중심에 있다. 또한 시장성이 크고 고부가가치 산업으로 반도체산업 이후를 책임질 국가 성장동력 산업의 하나이다. 평판디스플레이 중에서도 PDP는 대형의 Wide TV 및 벽걸이용 HDTV로 실용화하기에 가장 유망한 디스플레이로서 자리를 굳혀가고 있다. 현재 우리나라가 점유하고 있는 CRT 분야의 세계최고의 시장 점유율을 지속적으로 유지 확대시켜가기 위해서는 이러한 차세대 평판 디스플레이인 PDP 관련 기술의 국산화 개발이 절대적으로 필요하며, 더구나 디스플레이의 얼굴인 화면을 자연색과 같은 색상으로 나타내기 위하여 필수적인 형광물질의 개발은 21세기의 산업으로 부상되고 있는 평판디스플레이의 핵심물질로서 디스플레이 산업의 성공여부를 좌우하게 된다. 플라즈마 디스플레이 패널이 경쟁력을 가지려면 현재의 높은 제조원가를 낮추기 위한 제반사항을 해결해야 한다. 또한 플라즈마 표시장치의 주된 단점은 높은 구동전압, 낮은 발광효율과 긴 잔광시간이므로 이런 문제점을 중점적으로 해결하여 국내 디스플레이 산업이 국제 경쟁력을 갖도록 산학연이 공동으로 노력하여야만 한다. 특히 형광체는 표시장치의 천연색을 구현하는데 필수적인 핵심재료로서, 국내에서 우수한 성능의 형광체가 개발되면 물질 및 제법 특허를 획득할 수 있을 뿐만 아니라 라이센싱도 가능할 수 있다. 또한 지금까지 대부분 수입에 의존해온 형광체를 자체적으로 생산하여 공급할 수 있을 뿐만 아니라 외국으로 수출하여 외화획득과 세계시장에서의 주도권을 장악할 수도 있다. 무엇보다도 고화질 TV용 초고효율 디스플레이 개발에 필요한 핵심 소재인 형광체에 대한 고효율 탐색 및 합성기술의 개발은 국내의 디스플레이 업체들이 국제시장에서 우수한 제품으로 경쟁력을 발휘할 수 있게 하고 나아가 국가경제 선진화에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 판단된다.
III. 기술개발의 내용 및 범위
본 기술개발에서는 형광물질 설계 및 고효율 탐색기법을 개발하여 광발광(Photoluminescence)용 신조성의 형광체 도출 및 형광체의 고효율화 기술 확립하는 것이 개발 목표로서, 이에 대한 기술개발 내용 및 범위는 다음과 같다.
1) Computerized Optimization과 조합화학을 이용한 고효율 탐색전략 개발
- 유전알고리즘/조합화학을 활용한 탐색 기법 개발
- 스크리닝 및 인공신경망을 이용한 refine 수행
2) 신조성 형광체 탐색에 적합한 고속 평가시스템 확보
- 조합화학 합성법을 활용한 3성분계/4성분계 모체 후보물질 라이브러리, codoping 라이브러리 구현
- HTS 스크리닝 시스템 구축
- 발광특성 고속 평가 시스템 구축
3) PL용 신조성의 고효율 적색, 녹색 및 청색 형광체 도출
- 진공자외선 및 360~400 nm의 장파장 자외선을 효율적으로 흡수하는 신조성의 RGB 후보 형광체 조성 탐색
4) 후보형광체에 대한 휘도 최적화를 위한 합성기술 개발
- 고상, 액상, 기상 합성기술을 이용한 산화물계 형광물질 합성
5) 실장테스트: 기존의 형광체 조성 대비 광 전환 효율 개선
- PDP 패널테스트, LED 광소자 실장 평가
IV. 기술개발결과
1) Computerized Optimization 과 조합화학을 이용한 고효율 탐색기법 개발 및 고속평가시스템을 구축
o 형광체의 효율적 탐색을 위한 Computerized Optimization 프로그램과 조합화학을 연계시킨 탐색기법을 개발하였다.
- GACC, EDNCC, QSAR modeling
- GACC-ANN, GA/EDNCC
o 조합화학 합성을 위한 용액 조제용 자동화 시스템과 발광특성을 고속으로 측정할 수 있는 PL 및 VUV PL 조합화학 평가시스템을 구축하였다.
2) PL용 신조성의 고효율 RGB 형광체를 도출
o (Y0.8Gd0.2)1-y-Ga₃(BO₃)₄:Tby 녹색형광체 조성을 도출
- 147nm 파장 여기 시에 상용 녹색형광체의 80% 휘도
o MgGa₂O₄:Mn2+ 녹색형광체
- 147 nm 파장에 의한 여기로 503 nm의 중심 파장을 갖는 녹색 발광
o Li₂ZnSiO₄:Mn2+ 녹색형광체
- 147 nm 파장에 의한 여기로 525 nm의 중심 파장을 갖는 녹색 발광
- 상용 형광체와 비교할 때 약 90%의 휘도 및 잔광시간(5 ms) 우수
o Ca5-2xTbxNax(PO₄)₃Z (Z = F, Cl) 녹색형광체
- Z= F일 때, 147 nm 여기 시 Zn₂SiO₄:Mn의 95%, 172 nm 여기 시 110%의 상대 휘도
- Z= Cl일 때, 147 nm 여기 시 70%, 172 nm 여기 시 95%의 상대 휘도
o (Y0.7Gd0.2Eu0.1)(V0.6P0.4)O₄ 조성
- 휘도는 상용 적색의 75% 휘도
- 상용보다 짧은 잔광시간과 618 nm의 발광 중심파장
- 색좌표 (0.65, 0.33)로 색순도 개선
o (Sr0.6Zn0.4)(Al1.98B0.02)O₄ 녹색형광체
- 400 nm 여기시 YAG:Ce 황색형광체의 93% 상대휘도
o M(La1-x-yGdyEux)₄Si₃O13 (M=Ca, Sr, Ba, Na₂) 적색 형광체
- Ca(La1-x-yGdyEux)₄Si₃O13의 경우 x=0.4, y=0.3에서 최적 조성이고, 618 nm의 발광 중심파장과 색좌표 (0.654,0.345)를 가지며 394 nm의 여기로 상용 형광체(Y₂O₃:Eu, λex=254 nm) 대비 260%의 상대 휘도
- Na₂(La1-x-yGdyEux)₄Si₃O13의 경우는 x=0.4, y=0,3에서 394 nm 여기시 상용 적색형광체 대비 370%이고 465 nm 여기시 상용 형광체 대비 220% 휘도
o 새로운 장파장 자외선 여기용 적색 형광물질 후보군 제시
- BaLa₂WO7:Eu, Ca₃Sr₃(VO₄)₄:EU 등
3) 후보물질의 특성 개선을 위한 형광체 합성기술을 개발
o 고비점 배위성 용매를 사용하는 용액법으로 LnPO₄:Eu(Tb)(Ln=La, Gd, Y) 및 core/shell형 나노형광체를 합성
o 분무열분해법을 이용하여 장파장 UV용 (Sr,Zn) Al₂O₄:Eu,B 녹색 형광체 및 VUV용 (Y,Gd)Al₃ (BO₃)₄:Eu3+ 적색 형광체를 합성하고, 제조 조건을 최적화하여 휘도를 개선
o 고상반응으로 황화물계 SrS:Eu2+, CaS:Eu2+, (Ca,Sr)S:Eu2+ 등 황화물계 형광체를 합성하여 상용 대비 120%의 상대 휘도 달성
4) 후보물질의 실장테스트
o 도출된 후보물질에 대해 광전환 효율 측정을 위한 실장평가 수행
- 패널 테스트: 4"급 PDP 패널 테스트 수행
- 백색광소자 실장평가: (Sr,Zn)(Al,B)O₄ 녹색 형광체에 대하여 수행
V. 기술개발결과의 활용계획
o GACC와 EDNCC의 고효율 탐색기법을 이용하여 형광체 개발뿐 아니라 특히 연료전지 촉매, superconductive materials, dielectrics 등의 신기능성 재료의 개발에도 효율적인 탐색기술로 활용할 수 있다.
o 제시된 PL용 형광체(진공자외선, 장파장 자외선 여기용)들의 실장 평가 결과를 토대로 실제 대형 패널로의 적용 가능성 면에서 기존의 황화물계 형광체를 대체할 산화물계 후보 물질이 우선적으로 실용화 가능 대상이다.
o 고상법을 이용한 형광체 양산공정에 대체가능한 본 과제에서 제시된 액상, 기상법의 형광체 합성기술도 발광소재 외에 유전체 등 다른 기능성 세라믹 분말의 제조 및 물성 개선을 목적으로 활용이 가능하다.
o 50인치 이상의 대형 패널 뿐 아니라 32인치 규모에 대한 시장도 형성될 전망이므로, 소재분야에서의 기술의존성을 본 과제의 신조성 형광체 개발로 인해 선진국의 원천특허 등을 회피할 수 있는 고유 핵심기술로 활용이 가능하다.
o 장파장 자외선 여기용 형광체 조성은 차세대 UV LED와의 조합에 의한 백색 광원소자 제조에 활용되는 원천기술로 응용 시장 확대 및 신기능성 아이템 창출 효과도 기대된다.
o cathodo-, electro-luminescence, X-ray 검색용 형광체 등 특성화된 조건별 형광체 개발을 위한 고속합성기술 구축 및 연구 전문 인력 양성 효과가 있다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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