일본산업뉴스요약

기술로 미래 개척: 산총연의 도전
형광 유리
유리가 조명으로? / 생활공간 큰 변화

-- 파장 변환 기능 --
유리는 광투과성과 내후성을 모두 갖추고 있는 재료로 창문, 기판, 커버유리 등 생활 속에서 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 빛을 통과시키는 수동적인 역할만을 담당하고 있을 뿐, 빛의 파장을 변환하는 형광물질과 같은 능동적인 기능은 없다. 파장을 변환하는 기능이 있으면 불필요한 자외선 등을 가시광-근적외선으로 변환하여 태양전지의 효율을 높이거나 발광다이오드(LED)와 조합하여 시스루형의 광원으로 하는 등 부가가치가 높은 제품으로 이어질 것으로 기대할 수 있다.

-- 내부에 나노 구조 --
무기산화물재료 중에서 희토류 이온을 고효율로 형광을 발광시키기 위해서는 이온 주위에 적절한 구조로 산소가 배위(配位)할 필요가 있다. 그러나 일반적으로 유리는 결정과 달리 산소와 희토류 이온이 무질서하게 배치되기 쉽고, 형광에 적합한 배위 구조를 갖기 어렵기 때문에 변환 효율은 낮다. 그 때문에 최근에 보고되고 있는 고휘도 형광유리는 열처리를 하여 내부에 나노 결정을 석출시킨 것이 많다. 그러나 결정이 될 원소를 다량으로 유리에 첨가하기 때문에 착색이나 용접 온도의 상승 등의 과제가 있다. 우리들은 나노미터 사이즈의 작은 구멍을 갖는 투명한 다공질 유리의 내부에 희토류 이온을 도입하여 1,000℃ 정도로 소결∙치밀화하는, 투명한 고휘도 형광유리의 제작법을 개발하여 실용화를 검토해 왔다. 처음에는 조명, 디스플레이용의 튜브나 판재(板材)에 대한 응용개발을 시행하였다. 그러나 점차 유리 파우더로서 사용하면 우위성이 있다는 것을 알게 되었다.

입자 크기가 수 마이크로미터에서 수십 마이크로미터의 시판 형광체 결정 분말은, 분말 내부의 입계(Grain Boundary)나 굴절률 차이가 있는 수지와의 계면에서 빛이 산란하기 때문에 투명한 수지와의 복합체를 얻는 것이 어렵다. 한편, 유리를 베이스로 하면 입계가 없고 굴절률도 1.46정도로 수지와 비슷하기 때문에 빛이 산란하기 어려워 투명한 복합체를 얻을 수 있다. 현재, 고휘도 형광유리 파우더와 수지와의 복합체를 실용화하기 위해 용도를 검증하고 있다.

-- 장기적인 대응 --
고휘도 형광유리의 용도는 아직 많지 않다. 그러나 장기적으로 보면 창문 재료에 적용하여 태양광을 원하는 파장으로 제어하거나 창문 그 자체가 조명이나 표시 기능을 갖게 된다면 우리들의 생활공간은 크게 변할 것이다.

이를 실현하기 위해서는 제조방법, 변환 파장역의 확대 등 해결해야 하는 어려운 과제는 있다. 그러나 생활공간을 변화시키는 유리를 목표로 장기적으로 대응해 나가고 싶다.

▶한마디 메시지
아카이 도모코(赤井智子) / 산총연 무기기능재료연구부문 고기능유리그룹 그룹장

구(舊) 오사카공업시험소에 입사하여 유리 연구를 시작하였고, 용접∙성형 양산기술의 발전과 그것이 세상에 미친 임팩트를 알게 되면서 감동하였다. 한편으로 새로운 기능성 유리를 만들어내기 위해서는 용접법과는 다른 혁신적인 제조법이 필요하다는 생각도 갖고 있다.

  -- 끝 --