JP2014500514A - 発光性フィルムを検査するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

発光性フィルムを検査するための構成は、ランバート光源と、入力ポートを持つ積分球と、測定装置とを含む。前記ランバート光源は、入力ポート及び出力ポートを持つ混合チャンバと、前記入力ポートに結合される発光体とを含む。検査中、前記発光性フィルムは、前記混合チャンバの前記出力ポートと、前記積分球の前記入力ポートとの間に配置される。前記測定装置は、前記積分球に光学的に結合される。

Description

本発明は、発光性フィルムによって発せられ、伝送される光を検査するための装置及び方法に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直空洞レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）及び端面発光レーザを含む半導体発光装置は、現在利用可能な最も効率的な光源である。可視スペクトルにわたって動作可能な高輝度発光装置の製造において現在興味深い材料系は、III-V族半導体、とりわけ、III族窒化物材料とも呼ばれる、ガリウム、アルミニウム、インジウム及び窒素の二元、三元及び四元合金を含む。一般に、III族窒化物発光装置は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）又は他のエピタキシャル技術によって、サファイア、炭化ケイ素、III族窒化物又は他の適切な基板上に、様々な組成及びドーパント濃度の半導体層のスタックをエピタキシャルに成長させることによって製造される。前記スタックは、多くの場合、基板の上に形成される例えばSiがドーピングされている１つ以上のｎ型層、１つ以上のｎ型層の上に形成される活性領域内の１つ以上の発光層、及び活性領域の上に形成される例えばMgがドーピングされている１つ以上のｐ型層を含む。ｎ型領域及びｐ型領域上には電気接点が形成される。

発光装置は、多くの場合、白色光を作成するために蛍光体などの１つ以上の波長変換材料と組み合わされる。ＬＥＤによって発せられる光の全て又は一部だけが、波長変換材料によって変換され得る。ＬＥＤによって発せられる、変換されていない光は、たとえ必要なくても、光の最終スペクトルの一部であってもよい。一般的な組み合わせの例は、黄色発光蛍光体と組み合わされる青色発光ＬＥＤ、緑色及び赤色発光蛍光体と組み合わされる青色発光ＬＥＤ、青色及び黄色発光蛍光体と組み合わされるＵＶ発光ＬＥＤ、並びに青色、緑色及び赤色発光蛍光体と組み合わされるＵＶ発光ＬＥＤを含む。スペクトルを調整するために他の波長変換材料が付加されてもよい。

本発明の目的は、発光性フィルムを検査するための装置及び方法を提供することである。

本発明の実施例においては、発光性フィルムを検査するための構成は、ランバート光源と、入力ポートを持つ積分球と、測定装置とを含む。前記ランバート光源は、入力ポート及び出力ポートを持つ混合チャンバと、前記入力ポートに結合される発光体とを含む。検査中、前記発光性フィルムは、前記混合チャンバの前記出力ポートと、前記積分球の前記入力ポートとの間に配置される。前記測定装置は、前記積分球に光学的に結合される。

本発明の実施例による方法は、発光性フィルムの第１面のすぐ近くにランバート光源を配置するステップと、前記発光性フィルムの第２面のすぐ近くに積分球の開口部を配置するステップと、前記ランバート光源で前記フィルムの一部を照明するステップと、前記積分球によって集光される前記発光性フィルムからの光の特性を測定するステップとを含む。幾つかの実施例においては、前記発光性フィルムからの光の特性の測定後に、前記発光性フィルムの一部の特性が、それに応じて変えられる。

本発明の実施例においては、発光性フィルムを検査するための構成は、光源と、集光装置と、測定装置とを含む。検査中、前記発光性フィルムは、前記光源と前記集光装置との間に配置される。前記測定装置は、前記集光装置に光学的に結合される。

発光性フィルムの特性を検査するための装置の一例を図示する。 案内ローラー及びイオン化バーを含む図１の装置を図示する。 混合チャンバ及び集光光学系を含む、発光性フィルムの特性を検査するための装置の例を図示する。 結像光学系及び集光光学系を含む、発光性フィルムの特性を検査するための装置の例を図示する。 発光性フィルムを作成するための生産ラインを図示する。

本発明の実施例によれば、発光性フィルムからの光の特性を検査するための装置及び方法が提供される。発光性フィルムの一例は、以下のように形成される。１つ以上の従来の粉末蛍光体が、目標蛍光体密度を達成するよう、アクリル樹脂又はシリコーンなどの接着剤と混ぜ合わされる。前記蛍光体／接着剤のシートが、例えば、この混合物を平坦な面上で回転させる、又は蛍光体シートを成形することによって、目標厚さを持つよう形成される。蛍光体は、液状の接着剤と混ぜ合わされてもよく、これは、次いで、可撓性発光性フィルムを形成するよう硬化又は乾燥される。発光性フィルムの別の例は、セラミックに焼結される粉末蛍光体又は他の波長変換材料である。このようなフィルムは、所望の厚さで焼結されてもよく、又はより厚いセラミック蛍光体から鋸で切られてもよい。発光性フィルムは、蛍光体／接着剤フィルムの場合のように可撓性であってもよく、又は伸縮自在であってもよく、又はセラミック蛍光体の場合のように剛体であってもよい。例えば、色素、量子ドット、又はIII-V族若しくはII-VI族材料などの光励起半導体材料のような、蛍光体以外の他の波長変換材料が用いられてもよい。

検査後、発光性フィルムは、例えばディスプレイの一部として、適切な光源にじかに取り付けられてもよく、若しくは積層されてもよく、又は光源から間隔をおいて配置されてもよい。適切な光源の例は、青色又はＵＶ発光III族窒化物ＬＥＤ及びレーザダイオードを含むが、これらに限定されない。任意の他の適切な光源が、本願明細書に記載されている装置及び方法によって検査される発光性フィルムと共に用いられ得る。

図１は、発光性フィルムからの光の特性を検査するための第１の装置を図示している。図１に図示されている装置においては、発光性フィルム２の小さな領域が、フィルム２の一方の側に、フィルム２に極めて接近して配置されるランバート光源１４によって照明される。例えば、光源１４のポート１３と、発光性フィルム２との間の距離は、幾つかの実施例においては、500μm未満であり、幾つかの実施例においては、100μm未満である。ランバート光源１４は、混合チャンバ１２の開口部に配置される発光体３を含む。ポート１３において混合チャンバを出る光が、発光性フィルム２を照明する。発光体３は、例えば、発光性フィルム２が検査後に対にされるべきであるＬＥＤと同様の青色ＬＥＤ、又は任意の他の適切な光源であり得る。発光体３のピーク波長は、幾つかの実施例においては、発光性フィルム２が検査後に対にされるべきである光源のピーク波長と合わされ得る。本願明細書に記載されている装置のいずれにおいても、発光体３又は光源１４全体が、温度制御され得る。混合チャンバ１２は、例えば、中空球体であって、前記中空球体の内部が、高反射性散乱材料でコーティングされる中空球体であってもよい。ポート１３は、随意に、ガラス、サファイア、石英又はプラスチックなどの透明な窓で覆われ得る。

光を測定するための装置は、発光性フィルム２の他方の側に配置される。測定される光は、光源１４によって発せられ、発光性フィルム２によって同じ波長で散乱される光と、発光性フィルム２によって吸収され、異なる波長範囲にわたって再放出される光とを含む。

発光性フィルム２は、混合チャンバ１２のポート１３と、積分球１６のポート１７との間に配置される。積分球は、一様な散乱をもたらすよう高拡散反射材料でコーティングされた内部を持つ中空キャビティである。積分球は、当業界では知られている。幾つかの実施例においては、ポート１３及び１７の一方又は両方が、ナイフのように鋭いポート（knife-edge port）であり得る。幾つかの実施例においては、ポート１７は、ポート１３より大きくてもよいが、それらは、同じ大きさであってもよく、又はポート１７は、ポート１３より小さくてもよい。幾つかの実施例においては、ポート１７とポート１３との間の間隔は、1mm以下である。幾つかの実施例においては、部分１７と部分１３との間の間隔は、発光性フィルム２が一方又は両方のポートと摺動係合するような間隔である。発光性フィルム２と摺動係合するポート１７及び／又は１３の表面は、導電性であってもよい。

積分球１６によって捕らえられた光は、例えばファイバ束などの適切な光伝送構成１０によって適切な測定装置に結合され得る。他の例においては、測定装置１１は、積分球１６にじかに結合され得る。測定装置１１は、例えば、分光計又は光色彩計であり得る。測定装置１１は、捕らえられた光の、例えば、色、ピーク波長、スペクトルの半値全幅、全放射束及び／又は光束などの特性を測定し得る。測定装置１１は、散乱され、変換されない光子と、変換される光子の比も測定し得る。幾つかの実施例においては、光源又は基準光源は、発光性フィルム２によって波長変換されていない長波長光（幾つかの実施例においては、例えば、ピーク波長において650nmより大きい光）を発してもよく、測定装置１１は、発光性フィルム２による散乱の特徴を記述するために、発光性フィルム２を通った光を測定する。

図２に図示されている装置は、図１に図示されている装置のように、ランバート光源１４と、積分球１６と、光伝送構成１０と、測定装置１１とを含む。光源１４は、計器の安定性を監視するために用いられる基準白色光源２２を含み得る。発光性フィルム２を検査する前に、光源３及び基準光源２２の一方又は両方のスペクトルが、測定され、既知の値と比較される。図２に図示されている装置においては、発光性フィルム２を移動させ、ポート１３及び１７の間に配置するために、１つ以上の案内ローラー１９が用いられる。摩擦帯電を減らし、周囲の塵の量を減らすために、測定装置１１及び／又は積分球１６のすぐ近くに帯電防止イオン化バー１８が配置されてもよい。積分球１６及び／又は混合チャンバ１２は、各チャンバにおける光混合を改善するために、各々、随意のバッフル２１及び２０を含み得る。図２の装置は、積分球１６に光学的に結合される随意の目盛り付き光源２９を含み得る。目盛り付き光源２９は、測定装置１１を調整するのに用いられる。

幾つかの実施例においては、積分球１６は、位置合わせに影響を及ぼさない除去及び交換を可能にする機構の上に配置される。例えば、積分球１６は、積分球１６を生産工程の開始位置に持ち上げること可能にするヒンジ上に取り付けられ得る。発光性フィルム２のロールの一方の端部が、ポート１３の上に配置され、次いで、積分球１６が、発光性フィルム２がポート１７とポート１３との間に配置されるその元の位置に戻される。幾つかの実施例においては、積分球１６は、除去及び復元可能な交換を容易にするために、運動学的又は磁性取り付け台の上に配置される。幾つかの実施例においては、積分球１６及び混合チャンバ１２の一方又は両方が、ポート１３とポート１７とを、両方のポートと発光性フィルム２の摺動接触を維持するために、押し合わせるバネの上に取り付けられる。バネの使用の利点は、ポート１３及び１７が、発光性フィルム２の厚さに関係なく発光性フィルム２と摺動接触して配置されることができることである。

図１及び２に図示されている装置は、図３及び４に図示されている装置より有利であり得る。図１及び２の装置においては、発光性フィルム２は、それが検査後に光源としての従来のＬＥＤと組み合わされるように、ランバート光源によって照明される。発光性フィルム２の検査される領域から発せられるほぼ全ての光が、積分球１６によって集光される。このことは、測定の精度を高め得る。更に、発光性フィルム２の垂直及びねじれ変位は、ポート１３及び１７、並びに随意の案内ローラー１９によって供給される機械的制約によって最小限に抑えられ得る。例えば、幾つかの実施例においては、ポート１３及び１７の一方又は両方が、幾つかの実施例においては直径が25mmより広い、大面積フランジである。フランジは、発光性フィルム２を平らにし、それによって、照明の幾何学的配置における望ましくない変化に関連する光測定におけるあらゆるアーチファクトを除去する。更に、図１及び２の装置は、図３及び４に図示されている装置より周囲光に影響されにくいだろう。

図３に図示されている装置においては、発光性フィルム２は、図１及び２の装置のように、透明な窓によって覆われ得るポート１３を持つ光混合チャンバ１２に結合される発光体３を含むランバート光源１４によって照明される。発光性フィルム２の、ポート１３からの光によって照明される部分からの光の全て又は一部が、集光光学系７によって視野開口部８に集光される。サンプリングされるスポットの大きさは、視野開口部８の大きさによって決定される。光は、視野開口部８を通過して測定ヘッド８に入り、ここで、光は、次いで、上で図１及び２を参照して記載されているように、光伝送構成１０によって測定装置１１に向けられる。

図４に図示されている装置においては、発光体３からの光は、例えばダブレットのペアなどの結像光学系４によって、発光性フィルム２のスポット５上に再結像される。スポット５は、幾つかの実施例においては、1mm²と3mm²との間である。スポット５から発せられる、波長変換された及び変換されていない散乱された光は、集光光学系７によって集光され、視野開口部８に向けられる。結像光学系４及び集光光学系７の各々は、例えば、例えば、溶融シリカ又は別のＵＶ透過材料で作成されるシングレットであってもよい。視野開口部８の大きさは、照明されるスポット５によって発せられる光だけが、視野開口部８、測定ヘッド９の開口部に集光されるように選択される。測定ヘッド９によって集光された光は、上で図１及び２を参照して記載されているように、光伝送構成１０によって測定装置１１に向けられる。

発光体３による発光性フィルム２の照明の軸は、幾つかの実施例においては、発光性フィルム２の面に対して垂直又はほぼ垂直である。照明されるビームは、幾つかの実施例においては、0.2未満の開口数（N.A.）でほぼ平行にされる。 同様に、集光光学系７の軸は、幾つかの実施例においては、発光性フィルム２の面に対して垂直又はほぼ垂直である。幾つかの実施例においては、集光光学系７によって作成される受光錘は、集光N.A.が、幾つかの実施例においては0.2未満であり、幾つかの実施例においては0.05と0.15との間であるように細い。

幾つかの実施例においては、結像光学系４、発光体３、集光光学系７、開口部８及び測定ヘッド９は、フレーム１に取り付けられる。フレーム１は、フレーム１が、静止している発光性フィルム２の様々な部分をサンプリングするよう動かされることができるように、平行移動段に取り付けられる。幾つかの実施例においては、フレーム１は静止しており、発光性フィルム２が、例えば図２に図示されているようなローラーによって、動かされる。幾つかの実施例においては、図１乃至４に図示されている構成のうちの１つのような検査装置が、発光性フィルム生産ラインの一部である。前記装置は、発光性フィルムが生産ラインを進む間、発光性フィルムに対して幅方向に移動し得る。

図４に図示されている装置は、より大きな照明されるスポット５用に変更され得る。このような装置においては、集光光学系７は、テレセントリック構成の一対のレンズを含む。前記一対のレンズは、それらの後焦点面が一致し、後焦点面内に位置する開口角が受光錘を規定するような距離だけ隔てられる。

測定中に発光性フィルム２が静止している実施例においては、発光性フィルム２の調査領域は、スポットの大きさと等しい。図１、２及び３の装置においては、スポットの大きさは、ポート１３の大きさであり、図４の装置においては、スポット５の大きさは、結像光学系４によって決定される。幾つかの実施例においては、例えば、上で図４を参照して記載されているように、測定装置（積分球１６又は集光光学系７）が発光性フィルム２に対して動いているときに測定することによって、調査領域は大きくなる。有効調査領域は、ほぼA = svτであり、ここで、sは、スポットの直径であり、vは、発光性フィルム２の相対運動の速度であり、τは、測定又は積分時間である。有効調査領域は、速度及び積分時間を選択することによって変更され得る。

図５は、例えば色点などの光変換特性の特定の値を目標にした発光性フィルムを生産するための装置を図示している。図５に図示されている生産ラインにおいては、発光性フィルムは、例えば、図５に図示されているようなブレードコーター２５による、又は噴霧プロセスによる塗布などの当業界で既知の様々な方法のいずれかによって、発光層２４でコーティングされる基板フィルム２３を含む。コーティングされたフィルムは、例えば、乾燥、部分硬化、保護フィルムの塗布、及び／又はバーコード・マーキングを含み得る１つ以上の随意のコーティング後ステップ２７を通過し得る図１乃至４に図示されている装置のうちの１つであり得る本発明の実施例による検査装置２８は、図５に図示されている発光性フィルム生産ラインの最後に配置される。検査装置２８は、完成した発光性フィルムからの光の、色点などの１つ以上の特性を測定する。発光性フィルムの特性は、適切なプロセス制御を確実にするための監視しかされなくてもよく、又は既に検査した発光性フィルム及び／若しくは生産工程中に残っている発光性フィルムの特性が、発光性フィルムにおける所望の特性を達成するために、検査装置２８（及び／又は下記の随意の検査装置２６）からの測定に基づいて調節されてもよい。例えば、発光性材料の厚さ、発光性フィルムにおける発光性材料の量、又はコーティングパラメータは、検査装置２８及び／又は検査装置２６からの測定値に基づいて調節され得る。

幾つかの実施例においては、図１乃至４に図示されている装置のうちの１つであり得る本発明の実施例による付加的な随意の検査装置２６は、コーター２５から下流に配置される。検査装置２８によって測定されるような最終的なフィルムのための色の目標を、検査装置２６のための対応する色の目標に変換するために、検査装置２６及び２８の測定値の間の実験的に予め決定される関係が用いられる。発光性フィルム生産工程の開始時に、又は発光性フィルム生産工程中に、コーティングプロセスの適切なパラメータを調節することによって、検査装置２６による読み取り値は、目標値に持っていかれる。検査装置２６は、本発明の実施例による検査装置であってもよく、又は異なるタイプの検査装置であって、前記検査装置の目標読み取り値が、検査装置２８による完成した発光性フィルムのスペクトル測定値に対するその予め決定された関係から計算される検査装置であってもよい。検査装置２６によって測定される特性の例は、透過若しくは反射モードにおける特定の波長の吸収率、光散乱特性、フィルムの厚さ、光干渉プロフィール、及び／又は電気的インピーダンスを含むが、これらに限定されない。

本発明を詳細に説明したが、当業者には、本開示を鑑みて、ここに記載されている本発明の思想の趣旨から外れない修正が本発明に対してなされ得ることは分かるであろう。それ故、本発明の範囲を、図示及び記載されている特定の実施例に限定する意図はない。

Claims (18)

1. 発光性フィルムを検査するための構成であって、前記構成が、
   入力ポート及び出力ポートを持つ混合チャンバ、並びに前記入力ポートに結合される発光体を含むランバート光源と、
   入力ポートを持つ積分球と、
   測定装置とを有し、
   検査中、前記発光性フィルムが、前記混合チャンバの前記出力ポートと、前記積分球の前記入力ポートとの間に配置され、
   前記測定装置が、前記積分球に光学的に結合される構成。
2. 検査中、前記混合チャンバの前記出力ポートが、前記発光性フィルムから500μm未満の間隔をおいて配置される請求項１に記載の構成。
3. 検査中、前記混合チャンバの前記出力ポートが、前記積分球の前記入力ポートから1mm未満の間隔をおいて配置される請求項１に記載の構成。
4. 前記発光体が、青色光を発するよう構成されるＬＥＤである請求項１に記載の構成。
5. 検査中、前記発光性フィルムが、前記積分球の前記入力ポート及び前記混合チャンバの前記出力ポートの少なくとも一方と摺動係合する請求項１に記載の構成。
6. 前記積分球の前記入力ポート及び前記混合チャンバの前記出力ポートの少なくとも一方が、ナイフのように鋭いポートである請求項１に記載の構成。
7. 前記発光性フィルムを案内するよう配置されるローラーを更に有する請求項１に記載の構成。
8. 前記発光性フィルムが、可撓性材料中に配置される蛍光体を有する請求項１に記載の構成。
9. 前記測定装置が、分光計及び光色彩計のうちの１つである請求項１に記載の構成。
10. 発光性フィルムの第１面のすぐ近くにランバート光源を配置するステップと、
    前記発光性フィルムの第２面のすぐ近くに積分球の開口部を配置するステップと、
    前記ランバート光源で前記フィルムの一部を照明するステップと、
    前記積分球によって集光される前記発光性フィルムからの光の特性を測定するステップとを有する方法。
11. 前記発光性フィルムからの光が、同じ波長で前記発光性フィルムを通して伝達される前記ランバート光源からの光と、前記発光性フィルムによって吸収され、前記発光性フィルムによって異なる波長で発せられる前記ランバート光源からの光とを含む請求項１０に記載の方法。
12. 前記発光性フィルムからの光の特性の測定後に、測定値に応じて前記発光性フィルムの一部の特性を変えるステップを更に有する請求項１０に記載の方法。
13. 前記発光性フィルムの一部の特性を変えるステップが、前記発光性フィルム中の発光性材料の量を変えるステップを有する請求項１２に記載の方法。
14. 発光性フィルムを検査するための構成であって、前記構成が、
    光源と、
    集光装置と、
    測定装置とを有し、
    検査中、前記発光性フィルムが、前記光源と前記集光装置との間に配置され、
    前記測定装置が、前記集光装置に光学的に結合される構成。
15. 前記光源が、発光体と、前記発光体からの光の焦点を前記発光性フィルムの一部に合わせるよう構成される結像光学系とを有する請求項１４に記載の構成。
16. 前記集光装置が、集光光学系と、開口部を含む測定ヘッドとを有し、
    前記集光光学系が、前記発光性フィルムの一部からの光の焦点を前記開口部に合わせるよう構成され、
    前記測定ヘッドが、前記測定装置に光学的に結合される請求項１４に記載の構成。
17. 前記光源が、青色光を発するよう構成されるＬＥＤを有する請求項１４に記載の構成。
18. 前記発光性フィルムが、可撓性材料中に配置される蛍光体を有する請求項１４に記載の構成。

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