BaO-ZnO-B2O3-SiO2계 유리의 굴절률이 색변환 소재의 광특성에 미치는 영향

Abstract

색변환 소재(color conversion glass)에서 유리와 형광체 사이의 굴절률 차이는 발광효율과 직접적으로 관련된 중요한 요소이다. 색변환 소재의 발광효율을 저하시키는 원인 중 하나가 유리와 형광체 사이의 굴절률 차이로 인한 계면 사이에서의 빛의 산란이기 때문이다. 본 연구에서는 유리의 굴절률을 향상시켜 색변환 소재 내에서의 빛의 산란으로 인한 광 손실을 줄이고자 하였다. 본 연구에서는 BaO, ZnO, SiO2 및 B2O3의 함량이 모두 25 mol%으로 동일한 유리를 기준 샘플로 사용하였으며, 유리의 굴절률을 향상시키기 위해 기준 유리의 BaO의 함량을 25 mol%에서 40 mol%으로 증가시켰다. 또한, BaO의 함량이 각각 25, 40 mol%인 두 모유리에 고굴절 성분인 TiO2 또는 ZrO2를 각각 1, 3, 5 mol%씩 첨가하였다. 그 결과, BaO 함량 및 첨가제 (TiO2 또는 ZrO2)의 함량이 증가함에 따라 유리의 굴절률이 증가하는 것을 확인 할 수 있었으며, 특히 BaO의 함량이 동일한 모유리에 TiO2를 첨가한 유리보다 ZrO2를 첨가한 유리가 더 높은 굴절률을 나타내는 것을 확인 할 수 있었다. 그리고 유리의 굴절률이 증가함에 따라 비례적으로 색변환 소재의 광효율 또한 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, BaO의 함량이 40 mol%이고, ZrO2를 5 mol% 함유한 샘플이 가장 우수한 굴절률 및 광효율을 나타내었으며, BaO, ZnO, SiO2 및 B2O3의 함량이 모두 25 mol%으로 동일한 기준 샘플이 가장 낮은 굴절률 및 광효율을 나타내었다. 결론적으로, 본 연구에서는 BaO-ZnO-SiO2-B2O3계 유리를 이용하여 유리와 형광체의 index matching을 통해 색변환 소재의 광효율이 향상 될 수 있음을 확인하였다.