| 1차년도 |
[성균관대학교]* 호스트와 doping 및 co-doping 연구를 통한 핵심 자체 발광형 소재 라이브러리 구축* 자체 발광형 소재의 합성 및 특성 평가[한국광기술원]* 형광소재의 광학적 시뮬레이션 및 평가* 적용분야에 따른 재료의 적합성 검토 및 적합한 안내판 선정
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[성균관대학교]* 호스트·Dopant·Co-dopant 상관관계와 이에 따른 광특성 변화 예측 - 형광체의 여기는 Dopant에서 흡수하는 직접 여기(고효율)와 호스트에서 흡수하여 dopant로 전이되는 간접 여기 두 가지 경우가 있음. 란탄족 원소 혹은 전이금속 등이 Dopant로 사용되며 여기 및 발광 파장에 직접적인 영향을 줌.* 자체 발광 특성은 Co-dopant의 전하균형 차이에 의하여 형성된 결함(defect level)에 전하가 trap 된 후 열적 자극에 의하여 호스트의 conduction band를 타고 다시 emission center로 이동 후 발광형 재결합에 의함. 따라서 Co-doping 및 호스트와 상관관계에 의하여 특성이 좌우됨.* 안내판에 적합한 광특성 보유한 핵심 형광 소재의 라이브러리 구축 및 이의 합성 - 자연광 및 자동차 헤드램프에 의하여 여기될 수 있는 형광 소재가 요구됨. (헤드램프 많이 사용되는 종류)* 450 nm 중심의 여기 및 가시광 영역의 발광이 가능한 형광소재 정보가 필수적임. ex) Eu2+는 NUV, Ce3+는 450 nm 중심 여기[한국광기술원]* 형광소재의 광학적 시뮬레이션 및 평가 - 주관기관 개발 형광소재 광특성 측정 및 평가 - 형광소재 광학시뮬레이션 기술 개발* 시작품 적용 범위 및 목표 안내 표지 설정 - 시장조사를 통한 목표 적용 범위 설정 및 시작품 종류 설정 - 재료별 광 효율, 비중, 안정성, 내화학성, 입도, 몰폴로지, 표면특성 등 적합 여부 검토
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
* 본 연구팀에서 개발한 새로운 조성의 자체 발광 소재의 원천 기술 및 특허를 확보하여 특허분쟁을 차단함.* 제조공정 개발에 따른 형광체 제조공정 단가 절감효과를 얻을 뿐만 아니라 자체 발광 소재의 품질 또한 개선되는 효과를 얻을 수 있음. 이러한 자체 발광 소재의 원천 기술을 기반으로 차세대 광학분야를 선점할 수 있을 것임.
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| 사회 경제적 파급효과 |
사회적 측면* 최근 국내외에서 대형사고 이후 정전 시 안전을 확보해줄 수 있는 빛을 발하는 소재에 대한 관심이 높아졌고, 안전등이 요구되는 장소를 중심으로 야광 또는 축광 소재의 적용 및 응용이 증가하는 추세임. 발광 도료를 첨가하여 표지판을 제작할 경우 뛰어난 자체적인 발광 특성과 내후성으로 교통 안정성에 매우 큰 기여를 할 것으로 생각됨. * 기이 소재에 대한 원천기술의 국산화에 대한 인식 및 정부의 체계적 지원이 확대될 경우, 에너지 절약, 친환경 등의 추세에 따라 더욱더 일자리 창출에 기여할 것이라고 예상됨.* 관련기술을 다루는 대부분의 국내업체들이 중소업체인 것으로 판단되는 바, 본 연구개발이 사업화 성공 시, 그에 따른 국내 시장 확대에 따른 일자리 창출효과 또한 기대할 수 있음.경제적 측면* 본 연구개발을 통하여 제조공정 기술과 이를 이용하여 제조된 최종 결과물을 상용화 할 경우, 원료 수입대체효과에 따른 원가절감 효과 및 관련 시장 확대효과를 기대할 수 있음.* 현재 자체 발광형 소재 시장을 크게 점유하고 있는 곳은 일본의 NEMOTO 특수화학이지만 대상 기술의 개발로 고부 가치를 창출할 수 있는 자체 발광형 소재 및 제품군의 국산화가 앞당겨 질 것으로 판단됨.* 국내에서 생산, 판매가 이루어지고 있는 제품군들과 다른 차별화된 제품으로 시장선점을 하고 시장의 경쟁력을 확보할 수 있음.* 자체 발광형 표지의 경우 추가 전력장치 또는 가로등 등의 광원 장치의 설치가 어려운 산간지역 등에 쉽게 설치가 가능해 안전 확보를 위한 초기 표지 설치 비용의 절감이 가능하며, 비교적 간단한 구조 및 설치 방법, 향상된 시인성 등은 현장 보수 및 시설 유지에 기존 안내 표지에 비하여 유리한 장점을 지녀 도로 관리 예산 절감 효과를 기대할 수 있음.* 국내에 자체 발광형 소재가 들어간 안내 표지판이 많이 보급 될 경우 가로등 설치 비중을 줄이고 친환경 대체 에너지로 사용할 수 있음.
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| 활용방안 |
가. 자체 발광형 페인트* 기존에 비상구 표지판, 피난 유도등, 비상구 안내 표시선 등 백라이트 기반으로 녹색 필터를 통하여 표시해주는 제품이 보편화되고 사용되고 있음. 이러한 제품군은 배터리 탈착 혹은 건물, 시설의 전기로 작동이 되기 때문에 에너지 소비에 문제가 있고 화재, 누전 등의 사고로 인해 작동이 정지 되었을 때 사람이 대피경로를 인지하지 못하는 위험 요소가 생기게 됨. 따라서 사용이 반영구적이며 추가적인 관리가 없고 어떠한 상황에서도 시인성을 가지고 위험요소로부터 벗어나게 해줄 수 있는 제품 및 기술이 필요함. * 건물 내벽에 페인트 시공 시 자체 발광형 소재와 페인트를 혼합한 것을 비상구, 대피소 등의 장소로 안내하는 표시문구, 표시화살표, 표시 선에 적용한다면 전력이나 에너지의 소비 없이 효율적으로 나타낼 수 있음. 자체 발광형 페인트는 첨가되는 안료에 따라 색상을 다양하게 나타낼 수 있고, 건물 내벽과 같은 색으로 제작하여 얇게 덧칠 할 수 있기 때문에 외관상 문제가 되지 않음. 나. 자체 발광형 필름* 본 연구팀에서 개발한 자체 발광형 소재는 입자의 크기 및 형태의 균일도 우수하기 때문에 필름으로 제작하였을 때 분산도가 매우 좋음. 고분자를 기반으로 한 자체 발광형 필름은 Flexible하기 때문에 사물에 부착하기 매우 용이함. 이러한 특성을 가지고 야간 중 태양빛이 존재 하지 않을 때 제작된 문구 혹은 모양으로 발광을 띄게 됨. 또한, 필름을 제작할 때 내구도와 발광 효율을 높여주기 위하여 추가적으로 유리 비드, 탄산칼슘 등 첨가제를 넣어 제작할 수 있음.다. 차선 표시용 도료* 기존에 사용되는 차선 표시용 도료의 경우 단순한 백색, 황색 도료 혹은 유리 구슬을 첨가한 도료로 사용되고 있고 차선에 직접 빛이 닿아야하지만 운전자의 시야에 확보되는 문제를 가지고 있음. 또한, 이러한 도료의 경우 환경적 요인 (비, 눈, 안개 등)에 따라서 운전자의 시인성을 저하시켜 차선 인식 문제로 사고를 유발시킬 수 있음. 반면에 개발되는 자체 발광형 형광체와 도료를 혼합하여 사용하게 되면 도료 안의 자체 발광형 소재가 낮 동안에 흡수한 빛에너지를 밤에도 꾸준히 발광을 유지하고 있기 때문에 운전자 시인성 증가에 도움을 줄 수 있음. 또한, 밤에도 어느 정도의 자외선이 자연에 의해 방출되고 자동차 헤드램프에서도 블루 라이트가 나오기 때문에 자체 발광형 소재가 꾸준히 발광을 할 수 있게 해줌. * 최근 자율주행차 시스템이 각광받고 있는 시기에 자동차에 특정 파장을 인식할 수 있는 센서를 부착시킨다면 이러한 자체 발광 물질을 인식함으로써 차선을 좀 더 쉽게 인식할 수 있는 장점을 가질 수 있음. 첨부된 사진은 자율주행 시스템 중 주변 환경요인을 인식하는 모습으로, 초록색 선과같이 차선을 인식하여 주행의 경로를 안내하게 되고 이를 보았을 때 차선의 인식률이 매우 중요하다는 것을 알 수 있음. 차선 인식의 오류가 발생할 시에 주행 경로 안내에 문제가 생기며 사고를 유발할 수 있으며, 이를 해결하기 위해서 차선의 시인성을 향상시키는 기술이 필요함.
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