KR102130910B1 - 인광 입자 코팅 방법 - Google Patents

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부산대학교 산학협력단
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Abstract

다양한 실시예들에 따른 인광 입자 코팅 방법은 객체의 표면에 접착층을 형성하고, 접착층에 인광 입자들을 부착하고, 접착층을 경화시키도록 구성될 수 있으며, 인광 입자들은 조사되는 빛이 소멸된 시점으로부터 방출되는 인광이 감소되는 수명 붕괴 특성을 가질 수 있다.

Description

인광 입자 코팅 방법{COATING METHOD OF PHOSPHOR}
다양한 실시예들은 객체의 표면에 인광 입자를 코팅하기 위한 방법에 관한 것이다.
일반적으로 물질의 발광 원리는 크게 화학발광(Chemi-luminescence), 전기발광 (Electro-luminescence), 광발광(Photoluminescence)으로 나뉠 수 있다. 이 때 광발광은 빛에 의해 여기된 물질이 형광(Fluorescence) 또는 인광(Phosphorescence)을 방출하는 현상을 나타낼 수 있다. 형광은 빛이 존재하는 동안에 방출될 뿐 빛이 소멸되면 방출되지 않는 데 반해, 인광은 빛을 소멸되더라도 일정 시간 동안 방출될 수 있다. 이와 같은 인광의 특성은 온도와 관련될 수 있다. 따라서, 객체의 표면에 코팅되는 인광 입자들의 온도에 따른 특성 변화를 이미징함으로써, 객체 표면의 온도장이 획득될 수 있다.
그런데, 상기와 같은 인광 입자들은 접착력이 없다. 따라서, 객체의 표면에 인광 입자들을 코팅하기 위한 방안이 요구된다.
다양한 실시예들에 따른 인광 입자 코팅 방법은, 객체의 표면에 접착층을 형성하는 단계, 상기 접착층에 인광 입자들을 부착하는 단계, 및 상기 접착층을 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 인광 입자들이 접착층을 통하여 객체의 표면에 코팅될 수 있다. 이 때 접착층이 수용성이 아니기 때문에, 흐르는 혹은 정지해 있는 액체 하부에 위치한 객체의 표면으로부터 쉽게 제거되지 않을 수 있다. 또한, 객체가 복잡한 형상을 갖더라도, 접착층이 전단 담화 특성을 가지기 때문에 객체의 표면에 균일하게 코팅되어 유지될 수 있다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4는 인광 입자의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 5는 일반적인 인광 입자 코팅 방법을 도시하는 순서도이다.
도 6은 일반적인 인광 입자 코팅 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른 인광 입자 코팅 방법을 도시하는 순서도이다.
도 8은 제 1 실시예에 따른 인광 입자 코팅 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9, 도 10 및 도 11은 제 2 실시예에 따른 인광 입자 코팅 방법을 설명하기 위한 예시도들이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
물질의 발광 원리는 크게 화학발광(Chemi-luminescence), 전기발광 (Electro-luminescence), 광발광(Photoluminescence)으로 나뉠 수 있다. 이 때 광발광은 빛에 의해 여기된 물질이 형광(Fluorescence) 또는 인광(Phosphorescence)을 방출하는 현상을 나타낼 수 있다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4는 인광 입자의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다. 도 1은 자블론스키 다이어그램(Jabronski’s diagram)이라 불리는 그래프로서, 물질의 광흡수와 형광 및 인광의 원리를 나타내고 있다. 도 2는 형광과 인광의 발광 수명을 나타내고 있다. 도 3 및 도 4는 인광 입자들의 수명 붕괴를 나타내고 있다.
도 1을 참조하면, 빛이 물질로 흡수됨에 따라, 전자가 에너지를 받아 바닥상태에서 여기상태(혹은 들뜬상태)로 전이될 수 있다. 이러한 전자는 다시 바닥상태로 도달하기 위하여, 자발적으로 복사선 방출을 발생할 수 있다. 예를 들면, 전자의 하향전이가 S1에서 S0로 발생함에 따라, 형광이 방출될 수 있다. 여기서, S1에서 T1으로 전자의 계간전이(Intersystem crossing)가 발생될 수 있다. 그리고 T1에서 S0로 전자의 하향전이가 발생함에 따라, 인광이 방출될 수 있다. S와 T는 전자의 스핀을 얘기하는 Singlet 및 Triplet을 의미할 수 있다. Singlet은 어떤 에너지 준위에 있는 한 쌍의 전자가 서로 스핀이 반대인 경우를 의미하고, Triplet은 한 쌍의 전자가 스핀이 서로 같은 경우를 의미할 수 있다.
이 때 빛이 흡수되는 시간부터 형광이 방출되는 시간은 나노세크 단위로 극히 짧아, 빛이 존재할 때 형광이 방출된다고 할 수 있다. 한편, 인광은 밀리세크 이상으로 긴 시간 동안 방출될 수 있다. 예를 들면, 물질에 레이저를 펄스 트레인으로 조사함에 따라, 형광과 인광의 발광 수명이 도 2에 도시된 바와 같이 나타날 수 있다. 여기서, 레이저가 제거되면, 형광은 즉시 사라지며, 인광만이 일정한 시간 동안 방출될 수 있다.
상술한 바와 같이, 인광 입자들은 조사되는 빛이 소멸된 시점으로부터 방출되는 인광이 감소되는 수명 붕괴(Lifetime decay) 특성을 가질 수 있다. 이 때 인광 입자들의 수명 붕괴 특성은, 도 3에 도시된 바와 같이 온도에 따라 변할 수 있다. 여기서, 인광 입자들의 수명 붕괴 특성은, 도 4에 도시된 바와 같이 인광 입자들의 구성 성분에 따라 다를 수 있다. 따라서, 객체의 표면에 코팅된 인광 입자들에 대해 인광 입자 온도 측정(phosphor thermometry) 기법을 수행함으로써, 인광 입자들의 수명 붕괴 특성 변화를 이미징하여 객체 표면의 온도장을 획득할 수 있다. 인광 입자 온도 측정 기법은, 인광 입자들의 수명 붕괴 특성은 온도 이외의 다른 요인에 크게 영향을 받지 않기 때문에, 사용 가능할 수 있다. 이로 인하여, 인광 입자 온도 측정 기법을 사용할 때 마다 칼리브레이션이 요구되지 않은, 높은 정확도가 제공될 수 있다. 더욱이, 인광 입자 온도 측정 기법은 넓은 온도 범위를 가지므로, 적용 범위가 넓을 수 있다. 아울러, 적외선을 이용한 열화상 카메라에 비해, 극저온이 측정될 수 있으며, 유리나 아크릴과 같은 객체도 투과 계측될 수 있다. 이러한 인광 입자 온도 측정 기법을 사용하기 위하여, 객체의 표면에 인광 입자들이 코팅되어야 한다. 이 때 인광 입자들은 접착력이 없다.
도 5는 일반적인 인광 입자 코팅 방법을 도시하는 순서도이다. 도 6은 일반적인 인광 입자 코팅 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5를 참조하면, 510 단계에서 인광 입자들을 포함하는 혼합물이 준비될 수 있다. 이 때 분말 형태의 인광 입자들과 접착제가 준비될 수 있다. 여기서, 접착제는, 유동성이 있으며, 반투명할 수 있다. 그리고 접착제는 고형물과 유체 성분을 포함할 수 있다. 그리고 인광 입자들과 접착제가 혼합되어, 혼합물이 형성될 수 있다. 여기서, 인광 입자들이 접착제 내에서 균일하게 분포되도록, 혼합될 수 있다.
520 단계에서 객체에 혼합물이 도포될 수 있다. 이 때 객체의 표면에 혼합물이 코팅될 수 있다. 예를 들면, 에어브러쉬 등을 통하여, 혼합물이 객체의 표면에 분사됨으로써, 객체의 표면에 코팅될 수 있다.
530 단계에서 혼합물이 건조될 수 있다. 이 때 혼합물 중 접착제의 유체 성분이 증발될 수 있다. 이를 통해, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 객체(600)의 표면에 코팅층(610)으로서, 접착제의 고형물과 인광 입자들이 남을 수 있다. 이에 따라, 인광 입자들이 객체(600)의 표면에 코팅될 수 있다.
일반적인 인광 입자 코팅 방법에 따르면, 객체(600)의 표면으로부터 코팅층(610)이 쉽게 제거될 수 있다. 즉 객체(600)에 코팅된 인광 입자들이 객체의 표면으로부터 쉽게 제거될 수 있다. 일 예로, 인광 입자들이 Mg4FGeO6:Mn이고, 접착제는 하이드로옥시프로필셀룰로스(HPC)이며, 객체(600)는 스테인리스 스틸 플레이트일 수 있다. 여기서, 접착제는 수용성이다. 가벼운 접촉 만으로도, 접착제의 고형물이 인광 입자들과 함께, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 객체(600)의 표면으로부터 제거될 수 있다. 아울러, 객체(600)의 형상이 복잡한 경우, 혼합물을 분사하는 것으로, 객체(600)의 표면에 인광 입자들을 균일하게 분포시키는 것은 불가능하다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른 인광 입자 코팅 방법을 도시하는 순서도이다. 도 8은 제 1 실시예에 따른 인광 입자 코팅 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 도 9, 도 10 및 도 11은 제 2 실시예에 따른 인광 입자 코팅 방법을 설명하기 위한 예시도들이다.
도 7을 참조하면, 710 단계에서 객체에 접착층이 형성될 수 있다. 이 때 객체의 표면 중 적어도 일부 영역에 접착층이 형성될 수 있다. 그리고 열경화 및 열전도성 접착제에 기반하여, 접착층이 형성될 수 있다. 여기서, 접착제는 수용성이 아닐 수 있다. 뿐만 아니라, 접착제는 점도를 가질 수 있으며, 전단 속도(shear rate)에 따라 점도가 감소하는 전단 담화(shear-thinning) 특성을 가질 수 있다. 이를 위해, 객체의 적어도 일부가 접착제에 담길 수 있다. 예를 들면, 딥 코팅 기법을 통하여, 접착층이 형성될 수 있다. 딥 코팅 기법에 따르면, 객체의 적어도 일부가 접착제에 담김으로써, 접착제가 객체의 표면 중 적어도 일부 영역에 접착된 다음, 미리 정해진 온도에서 소성됨으로써, 접착층으로 형성될 수 있다.
720 단계에서 접착층에 인광 입자들이 부착될 수 있다. 이 때 인광 입자들은, 조사되는 빛이 소멸된 시점으로부터 방출되는 인광이 감소되는 수명 붕괴 특성을 가질 수 있다. 여기서, 수명 붕괴 특성은 온도에 따라 변할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 접착층이 형성된 객체의 적어도 일부가 다수 개의 인광 입자들에 묻힐 수 있다. 이를 통해, 접착층에 다수 개의 인광 입자들 중 일부가 부착될 수 있다.
730 단계에서 객체의 표면에서 접착층이 경화될 수 있다. 이 때 접착층은, 인광 입자들이 부착된 상태로, 경화될 수 있다. 그리고 접착층이 열경화 및 열전도성 접착제에 기반하여 형성되므로, 접착층이 열경화될 수 있다. 예를 들면, 오븐 또는 열풍 중 적어도 어느 하나를 통하여, 접착층이 열경화될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 진동 또는 외부 충격 등을 통하여, 객체의 표면에 잔류되고 있는 인광 입자들이 제거된 다음, 접착층이 경화될 수 있다. 이를 통해, 객체의 표면에 코팅층으로서, 접착층과 인광 입자들이 남을 수 있다. 이에 따라, 인광 입자들이 객체의 표면에 코팅될 수 있다.
어떤 실시예들에서, 740 단계에서 객체가 냉각 또는 세척될 수 있다. 이 때 객체는 접착층 및 접착층에 부착된 인광 입자들과 함께, 냉각될 수 있다. 이를 통해, 접착층이 열경화됨에 따라 상승된 온도를 하락시킬 수 있다. 또는 객체는 접착층 및 접착층에 부착된 인광 입자들과 함께, 물로 세척될 수 있다. 이를 통해, 객체에서 접착층 및 접착층에 부착된 인광 입자들을 제외한 물질들이 제거될 수 있다. 여기서, 접착층에 부착되지 않고 객체의 표면에 잔류되고 있는 인광 입자들이 제거될 수 있다. 또는 객체가 접착층 및 접착층에 부착된 인광 입자들과 함께, 냉각된 다음, 물로 세척될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 진동 또는 외부 충격 등을 통하여, 객체의 표면에 잔류되고 있는 인광 입자들이 제거된 다음, 객체가 냉각 또는 세척될 수 있다.
제 1 실시예에 따르면, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 일반적인 물체(800)에 대하여, 물체(800)의 표면에 인광 입자(830)들이 코팅될 수 있다. 이를 위해, 710 단계에서, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 객체(800)의 일부가 열경화 및 열전도성 접착제(810)에 담김으로써, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이 객체(800)의 일부 표면에 접착층(820)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 딥 코팅 기법을 통하여, 객체(800)의 일부 표면에 접착층(820)이 형성될 수 있다. 그리고 720 단계에서, 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이 접착층(820)이 형성된 객체의 일부가 인광 입자(830)들에 묻힘으로써, 접착층(820)에 인광 입자(830)들이 부착될 수 있다. 이 후 730 단계에서, 도 8의 (e)에 도시된 바와 같이 객체(800)의 일부 표면에서 접착층(820)에 인광 입체(830)들이 부착된 상태로 경화될 수 있다. 예를 들면, 오븐 또는 열풍 중 적어도 어느 하나를 통하여, 접착층(820)이 열경화될 수 있다. 이를 통해, 도 8의 (f)에 도시된 바와 같이 객체(800)의 일부 표면에 코팅층(840)으로서, 접착층(820)과 인광 입자(830)들이 남을 수 있다. 이 때 740 단계에서 객체(800)가 냉각 또는 세척될 수 있다.
제 2 실시예에 따르면, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 복잡한 형상의 물체(900)에 대하여, 물체(900)의 표면에 인광 입자(930)들이 코팅될 수 있다. 이를 위해, 710 단계에서, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 객체(900)가 전체적으로 열 경화 및 열전도성 접착제(910)에 담김으로써, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이 객체(900)의 전체 표면에 접착층(920)이 형성될 수 있다. 그리고 720 단계에서, 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이 접착층(920)이 형성된 객체(900)가 전체적으로 인광 입자(930)들에 묻힘으로써, 접착층(920)에 인광 입자(930)들이 부착될 수 있다. 이 때 도 9의 (e)에 도시된 바와 같이 진동 또는 외부 충격 등을 통하여, 객체(900)의 전체 표면에서 접착층(920)에 확실하게 부착되지 않고 잔류되어 있는 인광 입자들이 제거될 수 있다. 이 후 730 단계에서, 도 9의 (f)에 도시된 바와 같이 객체(900)의 전체 표면에서 접착층(920)에 인광 입자(930)들이 부착된 상태로 경화될 수 있다. 예를 들면, 오븐 또는 열풍 중 적어도 어느 하나를 통하여, 접착층(920)이 열경화될 수 있다. 이를 통해, 도 9의 (g)에 도시된 바와 같이 객체(900)의 전체 표면에 코팅층(940)으로서, 접착층(920)과 인광 입자(930)들이 남을 수 있다. 이 때 740 단계에서 객체(900)가 냉각 또는 세척될 수 있다.
예를 들면, 객체(900)는, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같은 복잡한 형상의 메탈폼을 포함할 수 있다. 제 2 실시예에 따르면, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 객체(900)의 전체 표면에 코팅층(940)이 형성될 수 있다. 즉 객체(900)의 전체 표면에 접착층(920)이 형성되고, 접착층(920)에 인광 입자(930)들이 부착될 수 있다. 객체(900)의 전체 표면에서, 인광 입자(930)들은 도 11에 도시된 바와 같이 화살표의 진행 방향을 따라, 시간에 따른 수명 붕괴를 나타낼 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 인광 입자 코팅 방법은, 객체(800, 900)의 표면에 접착층(820, 920)을 형성하는 단계, 상기 접착층(820, 920)에 인광 입자(830, 930)들을 부착하는 단계, 및 상기 접착층(820, 920)을 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 접착층(820, 920)을 형성하는 단계는, 열경화 및 열전도성 접착제(810, 910)에 기반하여, 상기 접착층(820, 920)을 형성할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 접착층(820, 920)을 형성하는 단계는, 상기 객체(800, 900)의 적어도 일부를 상기 접착제(810, 910)에 담그는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 접착층(820, 920)을 형성하는 단계는, 딥 코팅 기법을 통하여, 상기 접착층(820, 920)을 형성할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 접착제(810, 910)는 전단 속도(shear rate)에 따라 점도가 감소하는 전단 담화(shear-thinning) 특성을 가질 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 방법은, 상기 경화된 접착층(820, 920)을 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 방법은, 상기 경화된 접착층(820, 920)을 통하여 상기 인광 입자(830, 930)들이 부착된 상기 객체(800, 900)를 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 인광 입자(830, 930)를 부착하는 단계는, 상기 접착층(820, 920)이 형성된 상기 객체(800, 900)의 적어도 일부를 다수 개의 인광 입자(830, 930)들에 묻어, 상기 접착층(820, 920)에 상기 다수 개의 인광 입자(830, 930)들 중 일부를 부착할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 인광 입자(830, 930)들은 조사되는 빛이 소멸된 시점으로부터 방출되는 인광이 감소되는 수명 붕괴 특성을 가질 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 수명 붕괴 특성이 온도에 따라 변할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 인광 입자(830, 930)들이 접착층(820, 920)을 통하여 객체(800, 900)의 표면에 코팅될 수 있다. 이 때 접착층(820, 920)이 수용성이 아니기 때문에, 흐르는 혹은 정지해 있는 액체 하부에 위치한 객체(800, 900)의 표면으로부터 쉽게 제거되지 않을 수 있다. 또한, 객체(800, 900)가 복잡한 형상을 갖더라도, 접착층(820, 920)이 전단 담화 특성을 가지기 때문에 객체(800, 900)의 표면에 균일하게 코팅되어 유지될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 관해 설명되었으나, 본 문서의 다양한 실시예들의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 문서의 다양한 실시예들의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위 뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 인광 입자 코팅 방법에 있어서,
    열경화 및 열전도성이고 비수용성의 접착제를 이용하여, 메탈폼인 객체의 표면에 접착층을 형성하는 단계;
    상기 접착층이 형성된 상기 객체의 적어도 일부를 다수 개의 인광 입자들에 묻음으로써, 상기 접착층에 상기 다수 개의 인광 입자들 중 일부를 부착하는 단계;
    진동 또는 외부 충격을 통하여, 상기 접착층에 부착되지 않은 인광 입자들을 제거하는 단계;
    열을 기반으로, 상기 접착층을 경화시키는 단계; 및
    상기 경화된 접착층을 물로 냉각시키면서, 상기 경화된 접착층을 통하여 상기 인광 입자들이 부착된 상기 객체를 세척하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 접착층을 형성하는 단계는,
    상기 객체의 적어도 일부를 상기 접착제에 담그는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 접착층을 형성하는 단계는,
    딥 코팅 기법을 통하여, 상기 접착층을 형성하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제는 전단 속도(shear rate)에 따라 점도가 감소하는 전단 담화(shear-thinning) 특성을 갖는 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 인광 입자들은 조사되는 빛이 소멸된 시점으로부터 방출되는 인광이 감소되는 수명 붕괴 특성을 갖는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 수명 붕괴 특성이 온도에 따라 변하는 방법.
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