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희토류 프리 형광체의 개발

전문가 제언: ○ 희토류 원소는 디스플레이, 반도체, 자동차 등의 대부분 전기전자, 유리, 세라믹스 생산에 광범위하게 사용되고 있다. 특히 각종 고기능성 재료에 희토류 원소가 첨가되어 성능을 높이는데 핵심적인 역할을 한다. 희토류 원소의 응용제품 중에서 형광체는 희토류 관련 소재 중에서 단위 중량당 단가가 가장 비싼 제품이다. 중국의 희토류 원소에 대한 수출규제는 2010년부터 시작하였으나, 수출범위가 철폐된 것으로 밝혀지고 있어 새로운 국면을 맞이하고 있다.

○ 형광체는 무기물질의 모체와 활성제 이온으로 구성된다. 모체의 구성성분에 따라서 산화물, 황화물, 질화물계 등이 있으며, 모체에 흡수되 에너지가 활성제에 전달되어 특정한 빛을 내게 된다. 형광체 내에 사용되는 활성제는 Eu, Tb, Gd 등의 중희토류 원소가, 모재소제로는 Y, La, Ce 등이 사용된다. 전체 희토류 사용량 중에서 형광체는 약 7%를 차지하나, 금액으로는 약 30%를 점유한다. 따라서 형광체가 희토류 산업에서 중요하며, 안정적인 산업기반을 확보하기 위해 사용량의 저감, 재활용기술에 대한 연구가 필요하며, 궁극적으로는 완전한 대체가 요구된다.

○ 이 문헌에서는 산업에 있어서 희토류 원소의 위치설정을 재확인 하고, 근년 연구 성과 및 청색 LED용 형광체의 가능성에 대해 간단하게 소개했다. 희토류 프리 형광체 개발에 대해서는 바나듐산염화합물 형광체의 발광색 다양성과 Mn4+나 Fe3+를 발광중심으로 하는 적색 형광체의 청색 LED 응용에 대해 기술하였다. 또한 최근에 개발한 은 담지 제올라이트 형광체에 대해 설명하고 있다.

○ 일본은 이미 NEDO를 중심으로 희토류 대체 재료개발 과제를 통하여 형광체 저감기술 개발을 실시하였다. 국내에서도 디스플레이 등의 관련 산업이 지속적으로 성장하고 있어 희토류에 대한 대책마련이 중요하다. 그러나 희토류 프리 형광체에 대한 연구는 매우 귀한 편이다. 향후 희토류의 저감, 재활용, 완전 대체에 대한 연구를 복합적으로 실시하여 희토류 원소의 안정적인 공급을 위해 노력하여야 할 것이다.

저자: Yuta MATSUSHIMA
자료유형: 니즈학술정보