KR100420144B1 - 형광물질 광특성 측정장치 - Google Patents

형광물질 광특성 측정장치 Download PDF

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Abstract

형광물질 광특성 측정장치가 개시된다. 개시된 형광물질 광특성 측정장치는, 광원과, 상기 광원으로부터 출사되는 광 중 형광물질을 여기시키기 위한 형광물질 여기용 광을 추출하는 광추출부와, 상기 광추출부로부터 출사되는 형광물질 여기용 광이 입사되는 광입사구와, 시료가 배치되는 시료배치구와, 상기 시료로부터 방사되는 광을 검출하기 위한 광검출구가 마련된 중공을 가지는 적분구와, 상기 적분구에 마련된 광검출구를 통하여 입사되는 광을 측정하기 위한 광측정수단과, 상기 적분구에 마련된 시료배치구에 상기 시료를 배치시키기 위한 시료장착부 및 상기 적분구 및 시료장착부의 내부를 진공상태로 형성하기 위한 진공수단을 포함한다.

Description

형광물질 광특성 측정장치
본 발명은 형광물질 광특성 측정장치에 관한 것으로서, 상세하게는 진공자외방사에 의해 여기되는 형광물질에 대한 광특성, 특히 양자효율을 측정하는 형광물질 광특성 측정장치에 관한 것이다.
통상적으로, 약 120~180nm 대역의 파장을 가지는 자외선은 대기중에서 산소에 흡수되는 성질이 있으므로 진공상태하에서만 이용이 가능하다. 상술한 약 120~180nm 대역의 파장을 가지는 자외선이 진공상태에서 방사되는 것을 이하, 진공자외방사라 약칭하기로 한다.
각종 디스플레이 장치 예컨대, 플라즈마 표시장치(PDP), 형광표시관(VFD), 전자 방출 소자(FED) 등에 이용되는 형광물질은, 입사되는 전자나 소정 광에 의해 여기되어 가시광선 영역의 빛을 발생함으로써 소정 화상을 구현한다. 따라서 이러한 형광물질을 이용하는 각종 디스플레이 장치는, 형광물질의 광특성에 따라 구현되는 화상의 선명도, 휘도 등에 영향을 받게 된다. 따라서, 고품질의 디스플레이 장치를 개발하기 위해 형광물질의 각종 광특성을 파악하여 디스플레이 장치에 적합한 형광물질을 개발하고자 노력하고 있다.
상기 디스플레이 장치중 예컨대, PDP 에 이용되는 형광물질은 진공자외방사에 의해 여기되는 것으로, 예컨대, 147nm 또는 171nm 파장을 가지는 자외선에 의해 여기되는 형광물질이 이용된다. 따라서, 이러한 진공자외방사에 의해 여기되는 형광물질의 광특성 특히, 양자효율을 측정하기 위해서는 진공상태에서 형광물질을 배치하여 소정 측정이 이루어져야 한다.
하지만, 종래의 기술에서는 진공자외방사에 의해 여기되는 형광물질의 광특성 특히, 양자효율을 측정하기 위한 진공장치가 없었기 때문에, 대기중에서 측정이 가능한 예컨대, 254nm 파장을 가지는 자외선을 이용하여 형광물질에 대한 양자효율을 측정한 후, 이를 이용하여 진공자외방사에 의해 여기되는 형광물질의 양자효율을 유추하였다. 따라서, 이러한 방식에 의해 유추된 진공자외방사에 의해 여기되는 형광물질의 광특성 특히, 양자효율은 그 신뢰성이 떨어진다는 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인해 진공자외방사에 의해 여기되는 형광물질의 광특성 특히, 양자효율을 정확하게 측정할 수 없으므로 형광물질의 광특성 특히, 양자효율을 개선키기기 위한 개발이 제대로 이루어지지 못한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 형광물질의 광특성 특히, 진공자외방사에 의해 여기되는 형광물질의 양자효율을 측정할 수 있는 신규한 형광물질 광특성 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 형광물질 광특성 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 적분구에 마련된 광검출구와 광측정수단을 설명하기 위한 도면,
그리고, 도 3은 도 1의 시료설치대의 일 실시예를 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110.광원 120.광추출부
130.적분구 131.광유입구
132.시료배치구 133.광검출구
133a.제1검출구 133b.제2검출구
133c.제3검출구 140.시료
141.반사용 시료 142.측정용 시료
150.광측정수단 150a.제1 광측정수단
150b.제2 광측정수단 150c.제3 광측정수단
160.시료장착부 161.진공챔버
162.시료설치대 163.구동수단
170.진공수단 180.광집속부
181.케이스 182.오목반사경
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 형광물질 광특성 측정장치는, 광원과, 상기 광원으로부터 출사되는 광 중 형광물질을 여기시키기 위한 형광물질 여기용 광을 추출하는 광추출부와, 상기 광추출부로부터 출사되는 형광물질 여기용 광이 입사되는 광입사구와, 시료가 배치되는 시료배치구와, 상기 시료로부터 방사되는 광을 검출하기 위한 광검출구가 마련된 중공을 가지는 적분구와, 상기 적분구에 마련된 광검출구를 통하여 입사되는 광을 측정하기 위한 광측정수단과, 상기 적분구에 마련된 시료배치구에 상기 시료를 배치시키기 위한 시료장착부 및 상기 적분구 및 시료장착부의 내부를 진공상태로 형성하기 위한 진공수단을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 광추출부는, 상기 광원으로부터 출사되는 광 중 100nm 내지 400nm 파장을 가지는 단색광을 선택적으로 추출하는 진공모노크로메타인 것이 바람직하며, 상기 적분구에 마련된 광검출구는, 상기 형광물질 여기용 광을 검출하기 위한 제1검출구와, 상기 형광물질로부터 발광하는 광을 검출하기 위한 제2검출구를 포함하며, 상기 광측정수단은, 상기 제1검출구를 통하여 입사되는 형광물질 여기용 광을 측정하는 제1 광측정수단과, 상기 제2검출구를 통하여 입사되는 상기 형광물질로부터 발광하는 광을 측정하는 제2 광측정수단을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 시료는 상기 광입사구를 통하여 입사되는 형광물질 여기용 광을 전반사시키기 위한 반사용 시료와, 측정대상인 형광물질이 마련된 복수개의 측정용 시료를 포함하며, 상기 제1 광측정수단은, 상기 반사용 시료가 상기 적분구에 마련된 시료배치구에 배치될 때, 상기 제1검출구를 통하여 입사되는 형광물질 여기용 광을 측정하며, 상기 제2 광측정수단은, 상기 측정용 시료가 상기 적분구에 마련된 시료배치구에 배치될 때, 상기 제2검출구를 통하여 입사되는 상기 형광물질로부터 발광하는 광을 측정하는 것을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 형광물질 광특성 측정장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도면을 참조하면, 이 형광물질 광특성 측정장치는, 소정 광을 출사하는 광원(110)과, 이 광원(110)으로부터 출사되는 광 중 형광물질을 여기시키기 위한 형광물질 여기용 광을 추출하는 광추출부(120)와, 이 광추출부(120)로부터 출사되는 형광물질 여기용 광이 입사되는 광입사구(131)와, 시료(140)가 배치되는 시료배치구(132)와, 시료(140)로부터 방사되는 광을 검출하기 위한 광검출구(133)가 마련된 중공(134)을 가지는 적분구(130)와, 이 적분구(130)에 마련된 광검출구(133)를 통하여 입사되는 광을 측정하기 위한 광측정수단(150)과, 적분구(130)에 마련된 시료배치구(132)에 시료(140)를 배치시키기 위한 시료장착부(160) 및 적분구(130) 및 시료장착부(160)의 내부를 진공상태로 형성하기 위한 진공수단(170)을 포함한다.
그리고, 광추출부(120)로부터 출사되는 형광물질 여기용 광을 적분구(130)의 시료배치구(132)에 배치되는 시료(140)에 대하여 집속시키기 위한 광집속부(180)가 광추출부(120)의 출구측과 적분구(130)의 광유입구(131) 사이에 설치된다. 이 광집속부(180)는 예컨대, 광추출부(120)의 출구측과 적분구(130)의 광유입구(131) 사이에 설치되어 광경로를 형성하는 케이스(181)와, 이 케이스(181) 내부에 마련된 형광물질 여기용 광의 경로상에 광추출부(120)로부터 출사되는 형광물질 여기용 광을 적분구(130)의 시료배치구(132)에 배치되는 시료(140)에 대하여 집속시키기 위해 마련된 오목반사경(182)을 구비한다.
상기 광원(100)은 예컨대, 수냉식 중수소 램프(150W)를 이용할 수 있다. 그리고, 상기 광추출부(120)는 예컨대, 진공모노크로메타(monochrometer)가 이용되며, 이 진공모노크로메타는 광원(100)으로부터 출사되는 광 중 약 100nm 내지 400nm 파장을 가지는 단색광을 선택적으로 추출한다.
상기 적분구(130)는 통상적인 적분구(integrating sphere)와 같이 광유입구(131), 시료배치구(132) 및 광검출구(133)가 마련된 중공(134)을 가진다. 그리고, 약 120nm 내지 180nm 파장을 가지는 자외선에 의한 진공자외방사가 이루어질 수 있도록 적분구(130)의 내부는 적어도 10-5Torr 의 진공상태가 유지되며, 반사효율을 향상시키기 위하여 상기 중공(134)의 내벽에는 예컨대, Al+ MgF2로 이루어진 반사층이 형성된다. 그리고, 적분구(130)에 마련된 광검출구(133)는 시료배치구(132)에 배치된 시료(140)에 대하여 광유입구(131)를 통하여 입사되는 형광물질 여기용 광의 반사각도가 동일한 위치에 복수개 마련된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 광유입구(131)를 통하여 입사하는 형광물질 여기용 광의 광축을 중심으로 하는 소정 원주 상에 예컨대, 제1검출구(133a), 제2검출구(133b) 및 제3검출구(133c)가 함께 마련됨이 바람직하다.
상술한 광검출구(133)는 형광물질 여기용 광을 검출하기 위한 제1검출구(133a)와, 상기 형광물질로부터 발광하는 광을 검출하기 위한 제2검출구(133b) 및 형광물질에 대하여 반사하는 반사광을 검출하기 위한 제3검출구(133c)를 포함한다.
그리고, 상기 광측정수단(150)은 광검출구(133)를 통하여 입사되는 광을 측정하기 위한 것으로, 예컨대, 상기 제1검출구(133a)를 통하여 입사되는 형광물질 여기용 광을 측정하는 제1 광측정수단(150a)과, 상기 제2검출구(133b)를 통하여 입사되는 상기 형광물질로부터 발광하는 광을 측정하는 제2 광측정수단(150b) 및 제3검출구(133c)를 통하여 입사되는 상기 형광물질에 대하여 반사하는 반사광을 측정하는 제3 광측정수단(150c)을 포함한다. 상술한 광측정수단(150)은 예컨대, 광자 수, 광에너지, 휘도, 파장 등의 광특성을 측정할 수 있다.
그리고, 상기 시료장착(160)부는 적분구(130)에 마련된 시료배치구(132)에 소정 시료(140)를 배치시키기 위한 것으로, 예컨대, 적분구(130)에 마련된 시료배치구(132)와 연결되도록 설치된 진공챔버(161)와, 이 진공챔버(161) 내부에 설치되며, 복수개의 시료(140)가 장착되는 시료설치대(162)를 포함한다. 그리고, 시료설치대(162)에 장착되는 복수개의 시료(140) 중 측정 대상인 시료(140)를 시료배치구(132)에 배치시키기 위해 시료설치대(162)를 시료배치구(132)에 대하여 회전 및 상하 운동시키기 위한 구동수단(163)이 마련된다. 여기서, 상기 진공챔버(161)에는 시료설치대(162)에 대하여 소정 시료(140)를 교체하여 장, 탈착할 수 있도록 도어부(미도시)가 마련된다. 그리고, 상기 구동수단(163)은 상기 시료설치대(162)의 회전축(162a)을 회전시키고, 상하로 이동시킬 수 있도록 구동모터를 포함하는 통상적인 구동장치를 이용할 수 있다.
도 3은 상기 시료설치대(162)의 일예를 도시한 것으로서, 이 시료설치대(162)는 복수개의 시료(140)가 장,탈착 가능하게 설치되는 장착부가 마련된 원판형으로서, 다양한 형상으로 변형 가능함은 물론이다. 그리고, 시료설치대(162)에 장착되는 시료(140)는 적분구(130)의 광입사구(131)를 통하여 입사되는 형광물질 여기용 광을 전반사시키기 위한 반사용 시료(141)와, 측정대상인 형광물질이 마련된 복수개의 측정용 시료(142)를 포함한다. 즉, 시료설치대(162)에 배치되는 복수개의 시료(140)중 적어도 하나는 형광물질 여기용 광을 전반사시키기 위한 반사용 시료(141)가 이용된다. 이 반사용 시료(141)는 반사효율이 향상되도록 그 상면에 예컨대, Al+ MgF2로 이루어진 반사층이 형성된 평면반사경이 이용된다.
그리고, 상기 진공수단(170)은 광집속부(180), 적분구(130) 및 시료장착부(160)의 내부를 진공상태로 형성하기 위한 것으로, 예컨대, 진공펌프가 이용될 수 있다. 이를 상세히 설명하면, 광집속부(180), 적분구(130) 및 시료장착부(160)의 내부는 연통된 상태로, 시료장착부(160)의 진공챔버(161) 일측에 제1진공펌프(171)를 설치함으로써 그 내부를 진공상태로 형성할 수 있다. 이때, 진공효율을 향상시키기 위해서 광집속부(180)측에 별도의 제2진공펌프(172)를 설치할 수도 있다. 그리고, 이러한 진공수단(170)에 의해 형성된 진공상태는, 약 120nm 내지 180nm 파장을 가지는 자외선에 의한 진공자외방사가 이루어질 수 있도록 적어도 10-5Torr 의 진공상태가 유지됨이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 형광물질 광특성 측정장치를 작용을 설명하면 다음과 같다.
우선, 시료설치대(162)에 반사용 시료(141)를 포함하여 측정대상인 형광물질이 마련된 복수개의 측정용 시료(142)를 설치한 후 진공수단(170)을 이용하여 광집속부(180), 적분구(130) 및 진공챔버(161) 내부를 진공상태로 형성한다. 그리고, 광추출부(120)는 광원(110)으로부터 출사되는 광으로부터 측정대상인 형광물질에 이용되는 소정 광을 추출한다. 이때, 진공모노크로메터를 이용함으로써, 약 100nm 내지 400nm 파장을 가지는 단색광을 선택적으로 추출할 수 있다. 그리고, 광추출부(120)로부터 출사되는 광은 광집속부(180)에 의해 집속되며 적분구(130)의 광입사구(131)를 통하여 시료배치구(132)에 배치된 소정 시료(140)에 입사된다.
그리고, 광검출수단(150)을 이용하여 시료(140)로부터 방사되는 광을 광검출구(133)를 통하여 측정함으로써 형광물질에 대한 광특성을 측정할 수 있다. 특히, 약 120nm 내지 180nm 파장을 가지는 자외선을 이용하는 진공자외방사에 의해 여기되는 형광물질에 대한 광특성 측정이 가능하다. 이러한 진공자외방사에 의해 여기되는 형광물질의 광특성 중 양자효율의 측정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
우선, 광추출부(120)는 진공자외방사에 의해 여기되는 형광물질을 여기시키는데 적합한 형광물질 여기용 광을 추출한다. 예를 들어, PDP에 이용되는 형광물질의 경우, 147nm 또는 171nm의 파장을 가지는 광을 추출한다. 그리고, 적분구(130)에 마련된 시료배치구(132)에는 광입사구(131)를 통하여 입사되는 형광물질 여기용 광을 전반사시키는 반사용 시료(141)가 배치된다. 이때, 제1 광측정수단(150a)은, 반사용 시료(141)에 의해 반사되어 적분구(130)에 마련된 제1검출구(133a)를 통하여 입사되는 형광물질 여기용 광을 측정한다. 그리고, 형광물질 여기용 광에 대한 측정이 완료되면, 시료배치구(132)에는 측정대상인 형광물질이 마련된 측정용 시료(142)가 배치된다. 그리고, 제2 광측정수단(150b)은, 측정용 시료(142)의 형광물질로부터 발광하는 광이 적분구(130)에 마련된 제2검출구(133b)를 통하여 입사될 때 형광물질로부터 발광하는 광을 측정할 수 있다. 이러한 제1,2광측정수단(150a)(150b)은 예컨대, 광에너지, 휘도, 파장 등의 광특성을 측정할 수 있다. 따라서, 제1 광측정수단(150a)에 의해 측정된 형광물질 여기용 광과, 제2 광측정수단(150b)에 의해 측정된 형광물질로부터 발광하는 광의 광특성을 비교함으로써, 진공자외방사에 의해 여기되는 형광물질의 양자효율을 측정할 수 있다.
또한, 형광물질에 대하여 반사하는 반사광을 검출하기 위하여 적분구(130)에 마련된 제3검출구(133c)와, 이 제3검출구(133c)를 통하여 입사되는 반사광을 측정하는 제3 광측정수단(150b)을 이용함으로써, 형광물질의 반사율에 대한 측정이 가능하다.
본 발명에 따른 형광물질 광특성 측정장치는, 소정 광으로부터 약 100nm 내지 400nm 파장을 가지는 단색광을 선택적으로 추출할 수 있는 광추출부와, 내부가 진공상태로 형성된 적분구를 구비함으로써, 측정대상인 형광물질을 여기시키기 위한 소정 광을 선택적으로 추출하여 형광물질의 광특성을 용이하게 측정할 수 있다. 특히, 약 120nm 내지 180nm 파장을 가지는 자외선을 이용하는 진공자외방사에 의해 여기되는 형광물질에 대한 광특성 특히, 양자효율에 대한 측정이 가능하며, 그 신뢰성이 향상된다는 장점이 있다.

Claims (11)

  1. 광원과,
    상기 광원으로부터 출사되는 광 중 형광물질을 여기시키기 위한 형광물질 여기용 광을 추출하는 광추출부와,
    상기 광추출부로부터 출사되는 형광물질 여기용 광이 입사되는 광입사구와, 시료가 배치되는 시료배치구와, 상기 시료로부터 방사되는 광을 검출하기 위한 광검출구가 마련된 중공을 가지는 적분구와,
    상기 적분구에 마련된 광검출구를 통하여 입사되는 광을 측정하기 위한 광측정수단과,
    상기 적분구에 마련된 시료배치구에 상기 시료를 배치시키기 위한 시료장착부 및
    상기 적분구 및 시료장착부의 내부를 진공상태로 형성하기 위한 진공수단을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 형광물질 광특성 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광추출부는, 상기 광원으로부터 출사되는 광 중 100nm 내지 400nm 파장을 가지는 단색광을 선택적으로 추출하는 진공모노크로메타인 것을 특징으로 하는 형광물질 광특성 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적분구에 마련된 광검출구는,
    상기 형광물질 여기용 광을 검출하기 위한 제1검출구와, 상기 형광물질로부터 발광하는 광을 검출하기 위한 제2검출구를 포함하며,
    상기 광측정수단은,
    상기 제1검출구를 통하여 입사되는 형광물질 여기용 광을 측정하는 제1 광측정수단과, 상기 제2검출구를 통하여 입사되는 상기 형광물질로부터 발광하는 광을 측정하는 제2 광측정수단을 포함하여 된 것을 특징으로 형광물질 광특성 측정장치.
  4. 제1항 및 제3항에 있어서,
    상기 시료는,
    상기 광입사구를 통하여 입사되는 형광물질 여기용 광을 전반사시키기 위한 반사용 시료와, 측정대상인 형광물질이 마련된 복수개의 측정용 시료를 포함하며,
    상기 제1 광측정수단은, 상기 반사용 시료가 상기 적분구에 마련된 시료배치구에 배치될 때, 상기 제1검출구를 통하여 입사되는 형광물질 여기용 광을 측정하며,
    상기 제2 광측정수단은, 상기 측정용 시료가 상기 적분구에 마련된 시료배치구에 배치될 때, 상기 제2검출구를 통하여 입사되는 상기 형광물질로부터 발광하는 광을 측정하는 것을 특징으로 하는 형광물질 광특성 측정장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 광검출구는 형광물질에 대하여 반사하는 반사광을 검출하기 위한 제3검출구를 더 포함하며,
    상기 광측정수단은, 상기 제3검출구를 통하여 입사되는 상기 형광물질에 대하여 반사하는 반사광을 측정하는 제3 광측정수단을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 형광물질 광특성 측정장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 적분구의 내벽에는 Al+ MgF2로 이루어진 반사층이 형성된 것을 특징으로 하는 형광물질 광특성 측정장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 적분구의 내부는 적어도 10-5Torr 의 진공상태인 것을 특징으로 하는 형광물질 광특성 측정장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 적분구에 마련된 광검출구는,
    상기 시료배치구에 배치된 시료에 대한 상기 광유입구를 통하여 입사되는 형광물질 여기용 광의 반사각도가 동일한 위치에 복수개 마련된 것을 특징으로 하는 형광물질 광특성 측정장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시료장착부는,
    상기 적분구에 마련된 시료배치구와 연결되도록 설치된 진공챔버와,
    상기 진공챔버 내부에 설치되며, 복수개의 시료가 장착되는 시료설치대와,
    상기 시료설치대에 장착되는 복수개의 시료 중 측정 대상인 시료를 상기 시료배치구에 배치시키기 위해 상기 시료설치대를 상기 시료배치구에 대하여 회전 및 상하 운동시키기 위한 구동수단을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 형광물질 광특성 측정장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광추출부의 출구측과 상기 적분구의 광유입구 사이에 설치되며, 상기 광추출부로부터 출사되는 형광물질 여기용 광을 상기 적분구의 시료배치구에 배치되는 시료에 대하여 집속시키기 위한 광집속부를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 형광물질 광특성 측정장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광집속부는, 상기 형광물질 여기용 광의 경로상에 마련된 오목반사경을 구비하여 상기 형광물질 여기용 광을 집속하는 것을 특징으로 하는 형광물질 광특성 측정장치.
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