폐유리를 이용한 자동차 조명용 유리형광체 제조

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4456(2023) 이 기사 인용

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이 기사에 대한 저자 수정 사항은 2023년 5월 9일에 게시되었습니다.

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기술이 발전함에 따라 발광소자에 대한 요구사항도 늘어나고 있습니다. 발광다이오드(LED)의 성능을 향상시키기 위해 다양한 형태의 패키징 기술이 제안되어 왔다. 그 중 유리형광체(PiG)는 제조 설비와 조정이 용이한 특성으로 인해 주목받고 있다. PiG가 주목을 받으면서 유리 소재에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 그러나 형광체 분야에서 유리에 관한 연구는 주로 제조 분야에서 이루어지고 있다. 재활용에 관한 연구는 소수에 불과합니다. 따라서 본 연구의 목적은 파손 및 불량으로 인해 타 분야에서 버려지는 폐유리를 재활용하여 이를 유리용 형광체 제조에 활용하는 것이었다. 원통형 폐유리를 평균 12μm 크기의 분말로 분쇄한 후 형광체와 혼합한 후 소결하여 유리 속에서 형광체로 재탄생시켜 폐유리의 재활용 경로를 넓혔습니다.

Net-Zero 시대를 맞이하여 백색 발광 다이오드(WLED)는 전 세계 고출력 LED 시장에서 큰 주목을 받고 있습니다1,2,3. 백라이트, 식물 성장 및 자동차 조명4,5,6 분야에서 고휘도 빛을 출력하는 기술에 주로 사용됩니다. 현재 상용화되고 있는 WLED는 청색 InGaN 블루 칩과 노란색 세륨 도핑 이트륨 알루미네이트 가넷(YAG: Ce3+) 형광체를 실리콘 수지와 혼합해 보색관계를 이용한 기술을 구현하고 있다. 그러나 일반적으로 YAG:Ce3+ 형광체 포장에 사용되는 실리콘 수지는 이러한 폴리머가 열에 의해 쉽게 손상되거나 시간 및 UV 조사에 따라 어두워지기 시작할 수 있기 때문에 고출력 LED 응용 분야에는 적합하지 않습니다1. 이를 대체하기 위해 단결정(SC), 세라믹 인광체(CP), 유리 인광체(PiG) 등 다양한 유형의 패키징 기술이 개발되었습니다7,8,9. 그 중 SC와 CP는 다른 유형에 비해 열적, 광학적 특성이 더 우수할 수 있습니다. 그러나 제조 공정이 복잡하여 매우 높은 온도 조건이 필요합니다. 따라서 PiG는 높은 발광 성능, 낮은 제조 비용 등의 조건을 만족할 수 있는 기술로 많은 주목을 받고 있다12,13. 또한, 다른 유형에 비해 PiG는 여러 개의 PiG 부품을 결합하여 제조할 수 있으며 PiG14,15,16의 방출을 쉽게 제어할 수 있다는 장점이 있습니다.

유리는 우수한 광학적 특성, 화학적 안정성, 저렴한 비용 등의 장점으로 인해 일상생활에서 판유리, 병유리, LCD 유리, 형광등 유리 등 다양한 제품에 다양한 분야에서 사용되고 있습니다17,18,19. 유리 재활용은 자원 절약, 에너지 절약, 폐기물 처리 측면에서 매우 중요합니다. 폐기물 재활용은 원자재 생산을 줄임으로써 인간 산업 활동이 환경에 미치는 부정적인 영향을 제한합니다20,21,22. 일반적으로 폐유리는 목적에 따라 종류를 분류하여 재활용하고 있습니다. 그러나 대부분의 재활용 폐유리는 병 제조 및 건축 골재를 제외하고는 사용 기록이 없습니다23,24. 파손으로 인해 재활용이 어려운 폐유리를 다른 용도의 원료로 사용하려면 많은 에너지를 사용하는 고온 공정이 필요하므로 지속적인 기술 개발이 필요하다25.

본 연구에서는 파손 및 결함으로 인해 사용할 수 없는 폐유리를 이용한 PiG 제작에 대해 보고합니다. 초기에 원통형이었던 폐유리를 조분쇄/미분쇄 공정을 거쳐 분말형태로 제조하였다. 그런 다음 형광체와 혼합하여 PiG를 제조했습니다. 결과는 폐유리로 제조된 PiG가 상용 제품보다 우수한 품질을 달성할 수 있음을 보여주었습니다. 본 연구에서 수행된 폐유리를 이용하여 제조된 황색 및 황색 PiG는 헤드라이트 및 측면 방향지시등에 ​​적용 가능하며, 탄소저감 정책을 준수하고 자원낭비를 줄일 수 있다.