JP4983355B2

JP4983355B2 - 温度測定方法又は電子デバイスの温度測定装置

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Publication number: JP4983355B2
Application number: JP2007103071A
Authority: JP
Inventors: 久喜藤川; 敏一佐藤; 正道猪飼; 和重小島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-04-10
Also published as: JP2008261665A

Description

電子デバイスなどの被測定物質の表面温度を非接触で精度良くかつ高速に測定する方法、装置に関する。

従来より被測定対象の表面温度を非接触で測定する技術が提案されており、例えば下記特許文献１では、蛍光強度が温度依存性を備える無機蛍光体を感温材料として用い、この感温材料を被測定物質の表面に被覆形成し、照射する励起光に対する無機蛍光体の蛍光発光強度を測定し、温度を求めている。

また、特許文献２でも、被測定物質を蛍光体で被覆し、パルス光を照射し、照射後、蛍光強度を測定することを開示している。特許文献２では、さらに蛍光の減衰期の第１測定時刻、蛍光が存在（残存）している第２測定時刻に蛍光測定を実行し、第１測定時刻と第２測定時刻の蛍光強度の比率から表面温度を算出している。

特許文献３では、測定対象物に付着させる感温蛍光材料として、蛍光の発光効率の温度依存性が異なる２種類を混合する。この感温蛍光材料の付着された測定対象物に励起光源からの光を照射し、得られる蛍光像をＣＣＤカメラで撮像する。そして、この撮像データから検出してその強度比から温度を算出する。特許文献３のように温度依存性の異なる２種類の蛍光材料を感温蛍光材料に採用することで、低温における２次元の温度分布をリアルタイムで画像化することを提案している。

特開２００１−２７２２７７号公報特開２０００−２８３８５９号公報特開２００６−１２６０１４号公報

ディスプレイや半導体装置などの電子デバイスにおいては、電気信号によって高速駆動が行われており、その信頼性評価の一環として熱解析が必要とされる。しかし、上記特許文献１，２，３等に示されるような温度測定装置では、温度測定精度を向上させたり、２次元画像による温度分布の測定等の空間分解能の向上を目的としており、被測定対象の温度変化について、その時間分解能についての認識がなかった。

例えば、上記特許文献１では、被計測対象の表面温度を測定することしか記載がない。また、特許文献２では、パルス光の照射から１０μｓｅｃ経過した後に第１測定を実行し、パルス光照射から３１０μｓｅｃ経過した後に第２測定を実行している。ところが、被計測対象を動作させるという認識も、被計測対象の動作タイミングとの相関関係を考慮することについての認識もない。

さらに、特許文献３では、カラーＣＣＤカメラを用いて発光強度を測定するため、１スキャン数十ｍｓｅｃ以上の測定時間が必要であり、時間分解はできない。

一方、高速な温度計測として、レーザ励起によるラマン散乱や蛍光を用いる方法が知られている。しかし、これらレーザ励起によるラマン散乱などを用いる測定装置は、非常に大がかりである。

このように、従来、簡便な装置構成で、ｍｓｅｃ程度の時間分解能を有し、また、経時的な温度変化についても観察容易な温度計測手法（装置）は存在しない。よって、パルス信号などによって駆動される電子デバイスに対しては、パルス駆動中ならびに駆動後の熱の過渡応答を簡便かつ高速応答可能な手法で測定することができず、熱電対などの応答性の悪い手法で定常状態の温度を計測するにとどまっていた。

本発明は、非接触で高い時間分解能の温度測定を実行する手段を提供する。

本発明は、温度測定方法であり、被測定物体の表面を、発光特性が温度依存性を有する発光物質を含有する感温材料で被覆し、前記感温材料で被覆された前記被測定物体の動作タイミングに同期して、前記発光物質にパルス光を照射するためのタイミング制御を行い、前記被測定物体の動作タイミングから所定時間経過後にパルス光を照射し、前記被測定物体の動作タイミングに同期して、前記パルス光照射による前記発光物質の発光光を検知するためのタイミング制御を行い、前記パルス光照射によって前記感温材料から放出された光を受光し、受光光と、前記感温材料の発光特性の温度との関係に基づいて、前記被測定物体のパルス動作から所定タイミング経過時の前記被測定物体の表面温度を求める。

本発明の他の態様では、上記温度測定方法において、前記被測定物体は、電気的に駆動される電気デバイスであり、前記発光物質は蛍光物質を含み、該電気デバイスをパルス駆動し、該パルス駆動から所定時間が経過した後に、前記パルス光を照射し、前記電子デバイスのパルス駆動に同期して前記表面温度を計測するタイミングを制御し、前記電子デバイスのパルス駆動から所定時間経過後における前記電子デバイス温度を求める。

本発明の他の態様では、上記温度測定方法において、前記電子デバイスに対する所定周波数での駆動と、該駆動から一定時間後の前記感温材料へのパルス光の照射と、前記感温材料から放出された光の計測と、を繰り返し実行し、計測結果の平均値に基づいて発光スペクトルからピーク波長を求め、表面温度を求める。

本発明の他の態様では、電気信号により駆動可能な電子デバイスの表面に形成され、発光特性が温度依存性を有する発光物質を含有する感温材料層に対し、パルス光を照射して得られる発光光と、前記温度依存性とに基づいて、前記電子デバイスの表面温度を測定する装置であり、前記感温材料層で被覆した前記電子デバイスの表面に対してパルス光を照射する光源と、前記電子デバイスの電気的な駆動と同期させて、前記光源の発光タイミングの制御を実行し、前記電子デバイスの駆動タイミングから所定時間経過後に前記光源を発光させる光源制御部と、前記パルス光によって励起された感温材料層の発光光を検出する光検出部であって、前記電子デバイスの電気的な駆動と同期させて、光検出動作タイミングの制御を実行し、所定タイミングで光検出を行う光検出部と、を備え、前記電子デバイスの所定の駆動タイミングから所定時間経過後に、前記パルス光の照射に応じて前記感温材料層から得られた光と、前記発光物質の温度依存性とから前記電子デバイスの表面温度を算出する演算部と、を備える。

本発明の他の態様では、上記電子デバイスの温度測定装置において、前記光源制御部は、前記電子デバイスに印加される駆動パルス信号に同期した信号を一定期間遅延させる遅延回路を備え、該遅延回路によって遅延された前記駆動パルス信号に同期した信号に応じたタイミングで前記光源を発光させ、前記光検出部は、前記電子デバイスに印加される駆動パルス信号に同期した信号を一定期間遅延させる遅延回路を備え、該遅延回路によって遅延された前記駆動パルス信号に同期した信号に応じたタイミングで前記感温材料層から得た光の検出を実行する。

本発明の他の態様では、上記装置において、前記光源は、紫外発光ダイオードを備えるパルス励起光源であり、前記光検出部は、複数の波長域を検出するマルチチャンネル検出器を備える。

本発明の他の態様では、上記方法又は装置において、前記発光物質は、無機発光体又は有機発光体である。また、前記発光物質は、酸化物又は硫化物又は硫化酸化物に、希土類又は貴金属が添加された無機蛍光体、または、ルテニウムビピリジン錯体、アミノ基を有するアミノベンゼン誘導体、アミノナフタレン誘導体、アミノフタレイン誘導体のいずれかの有機蛍光体を採用することも可能である。

本発明は、感温材料に採用する発光物質として、その発光スペクトルのピーク波長やピーク強度等のいわゆる発光特性が、温度依存性を有する材料を用い、被測定物体の動作タイミングに基づいて、発光物質を含む感温材料を被覆した被測定物体へのパルス光照射タイミングを制御する。よって、被測定物体の動作タイミングから所定時間経過後の光の検知結果を得ることができる。このため、被測定物体の動作からその表面温度の過渡的な変化を測定することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態）について説明する。

図１は、本実施形態に係る温度計測装置の概略構成図を示している。この装置では、発光特性が温度依存性を有する発光物質を含有する感温材料層１１０が、被測定物体１００の表面に形成されている。この被測定物体１００に対し、光源制御部３１０によって発光タイミングが制御される光源３１２からパルス光が照射され、パルス光照射によって得られる発光を受光部３３２を介して光検出部３３０が検出する。演算部３５０は、受光結果とその発光物質の温度依存性とに基づいて、被測定物体の表面温度を求める。

制御部３７０は、被測定物体１００の駆動タイミングに応じて、発光タイミングの制御及び光検出タイミングを制御するために、この被測定物体の駆動信号に同期した制御信号を光源制御部３１０、光検出部３３０に供給する。また演算部３５０に対してもこの制御信号を供給し、演算結果（温度測定結果）と被測定物体の動作タイミングとの対応付けをこの制御信号を利用して行っても良い。

被測定物体１００は、本実施形態において、半導体装置や、ディスプレイなど、電気信号によって様々な動作をする電子デバイスであり、配線などにはパルス状の電気等がデバイス駆動部２００から出力され、その電気信号に応じ、発光や光変調等を実行したり、導通して電流等を流したりする。このような電子デバイスは、その電気信号などに応じて配線や、ディスプレイの場合には画素部などにおいて、短時間で熱負荷がかかる。

したがって、この熱負荷による熱現象の解析にあたり、制御部３７０は、電子デバイスに対するパルス信号と同期した制御信号を光源制御部３１０に供給し、光源制御部３１０は、この制御信号を内蔵する遅延回路によって定まる時刻だけ遅延させて光源駆動用パルス信号を発生し、光源３１２に供給する。

光源制御部３１０の遅延回路は、被測定物体の駆動から、例えばμｓｅｃ〜ｓｅｃ程度の範囲で最低限測定する必要のある少なくとも１回のタイミングで光源駆動用パルス信号が出力されるように、少なくとも１種類の遅延時間（μｓｅｃ〜ｓｅｃ）が設定される。また、温度の経時変化を観察する用途に対応する場合には、被駆動物体の動作からμｓｅｃ〜ｓｅｃの範囲で複数時間設定できることが望ましい。なお、この遅延時間は、光源駆動用パルス信号に対する光源３１２の応答速度及び感温材料層１１０の発光応答速度等を考慮して決定することができる。

光源３１２は、光検出部３３０での検出が可能な程度に感温材料層１１０を励起することのできる波長、エネルギのパルス光を射出する光源（パルス励起光源）を備え、例えば高速応答の可能な紫外発光ダイオードが採用できる。また、この光源３１２は、光源制御部３１０から光源駆動用パルス信号が供給されたタイミングで発光する。さらに、光源３１２からのパルス光を局部的に照射し、その部分における温度を測定する場合には、図１に示すように、集光系レンズ３１４を採用し、光源３１２からの光をこの集光系レンズ３１４で集光し、測定目的領域に選択的に照射する。

受光部３３２は、感温材料層１１０の励起光を受光できる位置に配置され、光ファイバーを通じて受光信号を光検出部３３０へ伝える。光検出部３３０は、上記電子デバイスのパルス信号に同期して制御部３７０から供給される制御信号を、内蔵する遅延回路によって所定時刻だけ遅延させたタイミングから受光信号の検出を実行する。この遅延時間は、電子デバイス１００を駆動するパルス信号に同期した制御信号に対する上記光源駆動用パルス信号の遅延時間と同じに設定することで、パルス光の照射と同時に光検出を実行することができる。

なお、この光検出部３３０での光検出タイミングの制御信号に対する遅延時間についても、光源駆動用パルス信号に対する光源３１２の応答速度及び感温材料層１１０の発光応答速度を考慮することができる。

ここで、上記光源３１２の発光タイミングと光検出タイミングを精度良く同期させるためには、光源制御部３１０の遅延回路と、光検出部３３０の遅延回路とを共用することが好適である。

また、光検出部３３０において、常時、光検出処理を実行してもよく、その場合には、演算部３５０又はこの光検出部３３０において、電子デバイスへのパルス信号の印加タイミング又はパルス光の照射タイミングに基づいて、パルス光の照射タイミングからの検出信号を演算部３５０での演算対象にするように制御する（パルス光照射によって得られた光を正確に検出するためである）。

なお、光検出部３３０としては、マルチチャンネル検出器を採用することができ、これにより、感温材料層１１０の励起光の強度を複数の波長域について検出することができ、より正確にピーク強度を検出することができる。例えば、励起光として４００ｎｍ以下の紫外線を発光させることのできる紫外ＬＥＤを上記光源３１２に採用し、ＣＣＤアレイ等を用いたマルチチャネル検出器を採用することで高速かつ正確なピーク波長又はピーク強度を測定することができる。

ここで、発光物質（例えば蛍光物質）の発光の減衰時間ｔｄは、ｔｄ＜１ｍｓｅｃ、光源３１２として用いる紫外発光ダイオードの応答速度Ｖｒは、Ｖｒ＜１ｍｓｅｃである。このように、感温材料として光の減衰時間が十分短く、かつ光源として応答速度が十分速いものを採用することで、ｍｓｅｃ単位の温度測定が可能となる。また、光源制御部３１０の発生する光源駆動用パルス信号の遅延時間Δｔをμｓｅｃ〜ｓｅｃの範囲で任意に設定することで、被測定物体１００の駆動開始からｍｓｅｃ単位の熱の過渡現象を測定することが可能となる。ここで、遅延時間は、この光源制御部３１０に採用する遅延回路によって容易に設定することができる。このような構成の採用により、被測定物体の動作タイミングからｍｓｅｃ単位の温度の過渡現象を測定できる。

得られる蛍光の強度が弱い場合には、電子デバイスの駆動と同期している紫外発光ダイオードの駆動を電子デバイスの駆動と共に繰り返し実行し、光検出器による検出も対応して繰り返し実行し、各電子デバイス駆動時に得られた光検出信号を積算し、積算値から平均を演算して、精度の高い温度情報を得ることができる。

なお、予め以上のような温度測定方法により得られる光検出信号と表面温度との関係を求めて検量線を作成して格納しておくことが好適である。実測定時には、得られた光検出信号又はその積算・平均値から上記検量線データを参照して、表面温度を求めることができ、正確、迅速に測定結果を得ることができる。上述のように、本実施形態では、数ｍｓｅｃの時間分解能で表面の温度変化を発光物質のピーク波長から算出することができる。なお、ピーク強度が温度依存性を有する発光材料を感温材料に用いる場合には、光の強度（ピーク強度）を測定し、予め求めたピーク強度と温度との検量線を用いて温度を算出する。

図２は、被測定物体１００として採用される電子デバイスの具体的な構成例を示している。この例では、電子デバイスとして有機ＥＬ素子１０を採用している。有機ＥＬ素子１０は、ガラスなどの基板１２の上に、第１電極１４，第２電極１６が形成され、この第１電極１４と第２電極１６の間に有機発光材料を含む有機層２０が形成されている。図２の例では、基板１２側の第１電極１４に、透明金属酸化物であるＩＴＯ（Indium tin Oxide）等を用いた透明電極層を採用し、第２電極１６としては、Ａｌ、Ａｇ、ＭｇＡｇ等の金属層を採用している。有機層２０は、採用する発光材料等の特性に応じ、単層でも多層でも良く、例えば、陽極側（本実施形態では、第１電極１４）から、正孔輸送層、発光層の２層構造を採用している。なお、本実施形態では第２電極１６を陰極として用いており、上記金属層と有機層２０との間には電子注入層としてＬｉＦ等からなる薄い層が設けられている（上記金属層と電子注入層を一体的に第２電極１６と表現することも可能である）。

このようなＥＬ素子は、有機層２０に対し、陽極から正孔を、陰極から電子を注入し、有機層２０中で正孔と電子が再結合し、その再結合エネルギにより有機発光材料が励起され、基底状態に戻る際に得られる光を表示や光源などに用いる。

図２の有機ＥＬ素子１０では、基板１２側の透明な第１電極１４から基板１２を介して外部に光が射出される。本実施形態に係る感温材料層１１０は、不透明な金属層からなる第２電極１６を覆うように形成している。感温材料層１１０の形成された有機ＥＬ素子は、外来の水分や酸素による劣化を防止するために、封止部材３０を基板１２に接着することで、有機ＥＬ素子の形成領域をこの基板１２と封止部３０とによって外界から遮蔽している。有機ＥＬ素子の形成領域は、このような封止部材３０によってその側方及び上方が取り囲まれ、封止空間３２には、Ｎ₂、Ａｒ等の不活性気体（非酸化性気体）が封入されている。

封止部材３０として透明なガラスを採用することで、本実施形態に係る感温材料層１１０の形成された有機ＥＬ素子に対し、このＥＬ素子を駆動し、これと同期して所定タイミングで、素子封止状態で封止部材３０側から、パルス光を照射し、かつ、感温材料層１１０の発光を検知することができる。

次に感温材料層１１０に採用する発光物質について説明する。

本実施形態において、発光物質に採用可能な物質としては、以下に示すような蛍光波長や蛍光強度の温度依存性の大きい無機物質や有機物質の蛍光物質が挙げられる。

無機材料の例としては、酸化物や硫化物又は硫化酸化物に希土類や貴金属が添加された蛍光体を用いることができ、一例として、
Ｌａ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ、ＹＶＯ₄:Ｅｕ、（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｃｌ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌ、Ｙ₂Ｏ₃Ｓ：Ｅｕ
などを用いることができる。

有機材料の例としては、重金属の錯体であるルテニウムビピリジン錯体（Ｒｕ（ｂｐｙ）₃）やアミノ基を有するアミノベンゼン誘導体、アミノナフタレン誘導体、アミノフタレイン誘導体などを用いることができる。

なお、感温材料層１１０の厚さについては、特に制限はないが、層として安定して存在するために必要な厚さがあり、十分な励起エネルギーを光源３１２からの光から得るのに十分な厚さとすれば良く、一例として１００ｎｍ程度とすることができる。なお、図２に示す有機ＥＬ素子において、上部側の第２電極１６を透明電極とし、封止部材３０側からＥＬ素子の光を外部に取り出す構成の場合、感温材料層１１０は、通常のＥＬ素子発光時において、その発光光を透過可能な材料を用いる。また、ＥＬ素子の通常動作時（発光時）にこのＥＬ発光光によって感温材料層１１０が発光しないよう、感温材料としては、ＥＬ素子からの光では励起せず、光源３１２からの光によって選択的に励起されて発光する材料を採用することが好適である。

以上本実施形態では、電子デバイス１００の駆動をパルス信号で実行し、また光源３１２についてもパルス信号で駆動してパルス波を発生させている。このようにパルス駆動としているのは、測定タイミングを明確化し、測定の精度を向上させる上で望ましい。但し、連続波（アナログ波）による電子デバイスの駆動、光源からの光が連続波である場合でも、デバイス駆動開始タイミング、発光開始タイミングを正確に制御することで温度測定の精度を維持することができる。

［実施例１］
（電子デバイスの作製）
電子デバイスとして上述の図２に示すような有機ＥＬ素子を用い、その素子の温度計測を実施した。

ガラス基板１２上にＩＴＯ（インジュウム錫酸化物）の透明電極１４を１００ｎｍの膜厚で形成しパターニング後、有機洗浄、純水洗浄、乾燥、ＵＶオゾン処理を行った。その基板１２を直ちに真空チャンバへ導入後、ＡｒとＯ₂のプラズマ処理を行った。

次に、真空蒸着（真空度７×１０^-5Ｐａ）により、下記式（１）

に示されるトリフェニルアミンの４量体であるＴＰＴＥを６０ｎｍ堆積して、正孔輸送層を形成した。

その後、発光層として、下記式（２）

に示すＡｌｑ₃を６０ｎｍ形成した。さらにこの後、電子注入層としてＬｉＦ層を０．５ｎｍ、金属電極としてＡｌを１００ｎｍ蒸着した。

このようにして有機ＥＬ素子を作製した後、Ａｌの金属電極１６上に蛍光ピークの温度依存性があることが知られている下記式（３）

に示す白金ポルフィリン（Ｐｔ（ＯＥＰ））を濃度消光しないようにＡｌｑ₃をホストとして、５：９５の割合で真空蒸着して感温材料層を１００ｎｍ形成した。

このような素子部の形成された基板１２を高純度の窒素ガスが循環しているグローブボックス内に搬送し、透明なガラスを封止部材３０として用い、有機ＥＬ素子と感温材料層とを、紫外線硬化樹脂を用いて基板１２上において封止した。

（電子デバイスの時間分解温度測定）
図１で示した光学式温度計測装置を用いて、電子デバイスとして上述の図２に例示する有機ＥＬ素子１０の温度測定を実施した。作製した有機ＥＬ素子１０の電極１８（第１電極１４及び第２電極１６）に対し、３０Ｈｚ、パルス幅０．５ｍｓｅｃ、電圧２０Ｖのパルス信号を供給してパルス駆動した。このときの有機ＥＬ素子の平均輝度は、１６００ｃｄ／ｍ²であった。なお、この図１に例示するパルス波が定常レベルより高いパルス信号を、本実施例では、第１電極１４とこれと有機層２０を挟んで対向する第２電極１６の陽極として機能する電極に印加し、他方の電極は一定電位に固定することで、有機層２０に対し、上記パルス信号に応じた電流を流し、有機層２０中に含まれる有機発光材料を発光させる。なお、有機層２０を同様に発光させることができる他の方法としては、図１に示すパルス信号とは逆極性のパルス信号を陰極として機能する電極に印加しても良いし、陽極と陰極に対し、互いに逆極性で、かつ電圧の絶対値が上記２０Ｖの半分のパルス信号をさせてもよい。

この有機ＥＬ素子１０への駆動パルス信号の印加から、任意の遅れ時間経過後、紫外発光ダイオードを０．５ｍｓｅｃの間パルス駆動し、感温材料層１１０から射出される蛍光のスペクトルをマルチチャンネル検出器３３０により検出した。

検出は、暗箱内で実施しており、発光ダイオードからの紫外パルス光の照射によって感温材料が励起されている時間領域のみの蛍光スペクトルが得られる。光検出器３３０の感度に応じて、このようなＥＬ素子の駆動、パルス光照射、及び測定を繰り返し、温度演算が容易にできるノイズの少ない信号を得るようにした。

得られた蛍光スペクトルを図３に示す。なお、予め、恒温槽を用いて作成した蛍光ピーク波長と温度との関係を利用し、図４に示すような検量線を作成した。この検量線を用いて蛍光スペクトルのピーク波長から温度を算出した。

有機ＥＬ駆動から紫外の発光ダイオードの駆動時間との差である遅れ時間を変え、上記の測定を繰り返すことで、有機ＥＬ素子の温度の時間分解測定が可能になる。図５に、その結果を示す。

図５において、その横軸の０ｍｓｅｃは、有機ＥＬ素子へのパルス信号印加タイミングを示し、有機ＥＬ素子の駆動開始直後に、表面温度が５〜６℃上昇していることがわかる。また、それから数十ｍｓｅｃの間に、温度が急激に下がって、定常温度に近づいている。このように本実施例１では、簡単な装置で、数ｍｓｅｃと非常に短い時間領域の温度測定を実際に行うことが可能であることが明らかになった。なお、図５において、黒塗り菱形（測定１）及び黒塗り四角（測定２）で示す特性線は、それぞれ有機ＥＬ素子を１回駆動し、駆動から同じタイミングで、複数回パルス光照射と光検出を実行して求めた温度変化を示しており、測定１及び測定２のいずれも温度変化はほぼ一致している。よって、この実施例１の測定方法には再現性があり、また測定を繰り返して各測定での平均値を求めることで、温度変化をより正確に求めることが可能となる。

（比較例１）
有機ＥＬ素子のガラス表面上に熱電対を貼り付け、温度測定を実施した。実施例１と同様の条件で有機ＥＬ素子を駆動をした。そのときの温度上昇として計測できた値は、トータルで１．２℃であり、図５に示す実施例１のようなパルス駆動時の瞬間的な温度上昇を把握することは、できなかった。

［実施例２］
（ディスプレイの配線上への感温材料の成膜）
ディスプレイの配線部分の温度上昇を測定するため、図６に示すようなディスプレイ配線を作成した。具体的には、ガラス基板４２上に既にストライプ状に形成されているＩＴＯ透明電極４４をディスプレイ配線として用い、この透明電極４４を覆って、上記化学式（３）に示したＰｔ（ＯＥＰ）と、化学式（２）に示したＡｌｑ₃とが５：９５になるように共蒸着し、１００ｎｍの厚さの感温材料層１１０を形成した。

さらに、上記のような有機材料を含む感温材料層１１０の劣化を防止するために、基板１２を高純度の窒素ガスが循環しているグローブボックス内に搬送し、封止部材３０として透明なガラスを用い、紫外線硬化樹脂を用いて、封止部材３０をガラス基板１２の感温材料層１１０の形成面に接着し、ディスプレイ配線と感温材料層１１０を封止した。

（ディスプレイの配線の時間分解温度測定）
次に、図１で示した光学式温度計測装置を用いて、ディスプレイの配線部分の温度測定を実施した。ディスプレイの配線を、０．２Ｈｚ、パルス幅０．５ｍｓｅｃ、電圧５Ｖでパルス印加し、そのときの温度上昇を測定した。実施例２では、紫外の発光ダイオード３１２からの励起光を集光系レンズ３１４で１ｍｍφ程度に絞り、測定が必要な部分のみの感温材料層の蛍光が得られるようにした。この配線４４へのパルス印加から、任意の遅れ時間後に、紫外の発光ダイオードを０．５ｍｓｅｃの間パルス駆動させ、感温材料からの蛍光スペクトルをマルチチャンネル検出器を用いた光検出部３３０で検出した。測定は、暗箱内で実施し、発光ダイオードにより感温材料が励起されている時間領域のみの蛍光スペクトルが得られる。光検出器３３０の感度に応じて、この測定を繰り返し、温度演算が容易にできるノイズの少ない信号を得るようにした。

配線４４へのパルス印加から紫外の発光ダイオードの駆動時間との差である遅れ時間を変えて、上記の測定を繰り返すことで、配線の温度の時間分解測定を実行する。図７に、その結果を示す。この結果から、パルス電圧印加中とその直後には、温度が１０〜１１℃上昇しており、それから数十ｍｓｅｃの間に、温度が急激に下がって、定常温度に近づいていることが理解できる。つまり、本実施例の結果からも、本実施形態に係る温度測定装置を用いることで、簡単な装置構成により、数ｍｓｅｃと非常に短い時間領域の温度測定が可能であることが明らかになった。また、そのような短時間の温度測定を電子デバイスの駆動時からタイミングを変えて経時的に実行することで、温度の時間分解測定が実行でき、温度変化を正確に把握することができる。

（比較例２）
ディスプレイの配線のガラス表面上に熱電対を貼り付け、温度測定を実施した。実施例２と同様に配線にパルス電圧を印加した。そのときの温度上昇は、２．８℃であり、実施例２のようなパルス駆動時における瞬間的な温度上昇を把握することは、できなかった。

［実施例３］
（ディスプレイの配線上への感温材料の成膜）
実施例３では、実施例２と同様なディスプレイの配線部分の温度上昇を測定するために、既にストライプ状に形成されているＩＴＯ透明電極上に、実施例２とは異なる感温材料（発光材料）を用いて感温材料層１１２を形成した。この感温材料層１１２は、発光材料としてＺｎＳ：Ａｇのナノ粒子を用い、この粒子を体積比で３０％含むポリカーボネート樹脂を、２００ｎｍの厚さに、ディップコート法で形成した。ＺｎＳ：Ａｇ蛍光体は、ポリカーボネートで覆われているため、大気中でも十分安定なため、実施例１、２に示すような封止は実施しなかった（図８）。

（ディスプレイの配線の時間分解温度測定）
次に、図８に示すディスプレイ配線の配線部分の温度を、図１で示した光学式温度計測装置を用いて測定した。ディスプレイの配線を、０．２Ｈｚ、パルス幅１ｍｓｅｃ、電圧８Ｖでパルス印加し、そのときの温度上昇を測定した。実施例３では、紫外の発光ダイオードからの励起光をレンズで０．５ｍｍφ程度に絞り、測定が必要な部分のみの感温材料層の蛍光が得られるようにした。この配線へのパルス印加から、任意の遅れ時間後に、紫外の発光ダイオードを０．５ｍｓｅｃの間パルス駆動させ、感温材料からの蛍光スペクトルをマルチチャンネル検出器により測定した。測定は、暗箱内で実施しており、発光ダイオードにより感温材料が励起されている時間領域のみの蛍光スペクトルが得られる。光検出器の感度に応じて、この測定を繰り返して温度演算が容易にできるノイズの少ない信号を得るようにした。また、あらかじめ測定しておいたＺｎＳ：Ａｇのナノ粒子の蛍光ピーク波長と温度との関係から温度を算出した。

このように、配線のパルス印加から紫外の発光ダイオードの駆動時間との差である遅れ時間を変えて、上記の測定を繰り返すことで、配線の温度の時間分解測定が可能になる。図９に、その結果を示す。パルス電圧印加中（時間０）とその直後には、温度が１５〜１７℃上昇しており、それから数十ｍｓｅｃの間に、温度が急激に下がって、定常温度に近づいている。

本実施例３の結果から明らかなように、感温材料として上述の実施例１，２のような有機発光材料に限らず、無機蛍光材料を用いた場合にも、１回当たり数ｍｓｅｃと非常に短い時間内での温度測定が可能であることが明らかになった。よって、感温材料に限定されることなく本実施形態に係る温度測定装置により、時間分解の温度測定が可能であることがわかる。

（比較例３）
比較例３として、図８に示すディスプレイの配線４４を形成したガラス表面上に熱電対を貼り付け、温度測定を実施した。実施例３と同様に配線にパルス電圧を印加し時の温度上昇は、４．３℃であった。実施例３のようなパルス駆動時のような瞬間的な温度上昇を把握することは、できなかった。

本発明の実施形態に係る温度測定装置の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る感温材料層を備える被測定物体の構成例を示す図である。本発明の実施形態において採用可能な感温材料の蛍光スペクトルを示す図である。本発明の実施形態に係る検量線の一例を示す図である。電子デバイスとして有機ＥＬ素子を採用しこれをパルス駆動したときの温度変化を示す図である。実施例２に係るディスプレイ配線を示す概略図である。実施例２に係るディスプレイ配線の温度測定結果を示す図である。実施例３に係るディスプレイ配線を示す概略図である。実施例３に係るディスプレイ配線の温度測定結果を示す図である。

符号の説明

１０有機ＥＬ素子、１２基板、１４第１電極、１６第２電極、１８電極、２０有機層、３０封止部材、３２封止空間、４４ディスプレイ配線、１００被測定物体（電子デバイス）、１１０，１１２感温材料層、２００電子デバイスの駆動部、３１０光源制御部、３１２光源、３１４集光系レンズ、３３０光検出部、３３２受光部、３５０演算部、３７０制御部。

Claims

被測定物体の表面を、発光特性が温度依存性を有する発光物質を含有する感温材料で被覆し、
前記感温材料で被覆された前記被測定物体の動作タイミングに同期して、前記発光物質にパルス光を照射するためのタイミング制御を行い、前記被測定物体の動作タイミングから所定時間経過後にパルス光を照射し、
前記被測定物体の動作タイミングに同期して、前記パルス光照射による前記発光物質の発光光を検知するためのタイミング制御を行い、前記パルス光照射によって前記感温材料から放出された光を受光し、
受光光と、前記感温材料の発光特性の温度との関係に基づいて、前記被測定物体のパルス動作から所定タイミング経過時の前記被測定物体の表面温度を求める温度測定方法において、
前記被測定物体は、電気的に駆動される電気デバイスであり、
前記発光物質は蛍光物質を含み、
該電気デバイスをパルス駆動し、該パルス駆動から所定時間が経過した後に、前記パルス光を照射し、前記電子デバイスのパルス駆動に同期して前記表面温度を計測するタイミングを制御し、前記電子デバイスのパルス駆動から所定時間経過後における前記電子デバイス温度を計測することを特徴とする温度測定方法。
請求項１に記載の温度測定方法において、
前記電子デバイスに対する所定周波数での駆動と、該駆動から一定時間後の前記感温材料へのパルス光の照射と、前記感温材料から放出された光の計測と、を繰り返し実行し、
計測結果の平均値に基づいて発光スペクトルからピーク波長を求め、表面温度を求めることを特徴とする温度測定方法。
電気信号により駆動可能な電子デバイスの表面に形成され、発光特性が温度依存性を有する発光物質を含有する感温材料層に対し、パルス光を照射して得られる発光光と、前記温度依存性とに基づいて、前記電子デバイスの表面温度を測定する装置であり、
前記感温材料層で被覆した前記電子デバイスの表面に対してパルス光を照射する光源と、
前記電子デバイスの電気的な駆動と同期させて、前記光源の発光タイミングの制御を実行し、前記電子デバイスの駆動タイミングから所定時間経過後に前記光源を発光させる光源制御部と、
前記パルス光によって励起された感温材料層の発光光を検出する光検出部であって、前記電子デバイスの電気的な駆動と同期させて、光検出動作タイミングの制御を実行し、所定タイミングで光検出を行う光検出部と、を備え、
前記電子デバイスの所定の駆動タイミングから所定時間経過後に、前記パルス光の照射に応じて前記感温材料層から得られた光と、前記発光物質の温度依存性とから前記電子デバイスの表面温度を算出する演算部と、
を備える電子デバイスの温度測定装置。
請求項３に記載の電子デバイスの温度測定装置において、
前記光源制御部は、前記電子デバイスに印加される駆動パルス信号に同期した信号を一定期間遅延させる遅延回路を備え、該遅延回路によって遅延された前記駆動パルス信号に同期した信号に応じたタイミングで前記光源を発光させ、
前記光検出部は、前記電子デバイスに印加される駆動パルス信号に同期した信号を一定期間遅延させる遅延回路を備え、該遅延回路によって遅延された前記駆動パルス信号に同期した信号に応じたタイミングで前記感温材料層から得た光の検出を実行することを特徴とする温度測定装置。
請求項３又は請求項４のいずれかに記載の電子デバイスの温度測定装置において、
前記光源は、紫外発光ダイオードを備えるパルス励起光源であり、
前記光検出部は、複数の波長域を検出するマルチチャンネル検出器を備えることを特徴とする温度測定装置。
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の温度測定方法又は電子デバイスの温度測定装置において、
前記発光物質は、無機発光体又は有機発光体であることを特徴とする温度測定方法又は電子デバイスの温度測定装置。
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の方法又は装置において、
前記発光物質は、
酸化物又は硫化物又は硫化酸化物に、希土類又は貴金属が添加された無機蛍光体、
または、ルテニウムビピリジン錯体、アミノ基を有するアミノベンゼン誘導体、アミノナフタレン誘導体、アミノフタレイン誘導体のいずれかの有機蛍光体であることを特徴とする温度測定方法又は電子デバイスの温度測定装置。