KR20210012674A - 형광체 필름 및 그의 제조방법과 이를 이용한 광 특성 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents

형광체 필름 및 그의 제조방법과 이를 이용한 광 특성 측정 장치 및 측정 방법 Download PDF

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Abstract

형광체 필름 및 그의 제조방법과 이를 이용한 광 특성 측정 장치 및 측정 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 형광체 필름으로 광원을 조사하여 상기 형광체 필름의 광 특성을 측정하는 광 특성 측정 장치에 있어서, 기 설정된 파장 대역의 광원을 조사하는 광원부; 상기 형광체 필름으로 조사된 광원을 전반사시키는 적분구; 상기 적분구 내측에 배치되고, 상기 형광체 필름을 안치시키는 홀더; 및 상기 적분구에 의해 전반사된 광원을 수신하여, 광원의 광 특성 스펙트럼을 검출하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 특성 측정 장치를 제공한다.

Description

형광체 필름 및 그의 제조방법과 이를 이용한 광 특성 측정 장치 및 측정 방법{Phosphor film and Method for Manufacturing the same, and Apparatus and Method for Measuring Optical Properties Using the same}
본 발명은 형광체의 광 특성을 정확하게 측정할 수 있는 형광체 필름 및 그의 제조방법과 이를 이용한 광 특성 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
형광체는 광원(여기원)으로부터 높은 에너지를 흡수하여 낮은 에너지를 갖는 가시광 영역의 빛을 발광하는 물질로써, 조명 및 디스플레이 분야에 활용되며, 제품의 효율 및 광 특성과 직접 연관되는 핵심소재이다. 형광체의 광 특성에 따라 형광체가 적용된 LED(Light Emitting Diode)의 발광 효율은 달라질 수 있으므로, 형광체의 광 특성을 측정하는 것은 매우 중요하다. 종래의 광 특성 측정 장치 및 이를 이용하여 형광체의 광 특성을 측정하는 방법에 대해서는 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1은 종래의 광 특성 측정 장치를 도시한 도면이다.
통상적으로, 광 특성 측정 장치는 휘도 및 양자 효율(Quamtum Efficiency)과 같은 형광체의 광 특성을 측정한다. 종래의 광 특성 측정 장치(100)를 이용하여 형광체의 광 특성을 측정하는 방법은 다음과 같다.
종래의 광 특성 측정 장치(100)는 광원부(120)를 이용하여 광원을 형광체(110)로 여기한다. 여기서, 광 특성 측정장치(100)의 측정 대상인 형광체(110)는 고상 분말 상태이며, 정량만큼 쿼츠 디쉬(Quartz Dish, 미도시)에 담겨진 채로 플레이트(140) 상면에 놓여진다.
여기서, 사용자 등은 형광체(110)의 광 특성을 측정하고자 형광체(110)를 쿼츠 디쉬(미도시)에 담거나 쿼츠 디쉬(미도시)에 담긴 형광체(110)를 비우는 등의 과정을 반복하게 된다. 이러한 과정에서 쿼츠 디쉬(미도시)에 묻어 있던 형광체(110) 분말이 플레이트(140)를 오염시킬 수 있는데, 플레이트(140)가 오염됨에 따라 형광체(110)의 광 특성은 왜곡될 수 있다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
도 2는 플레이트가 오염된 모습을 도시한 사진이다.
도 2를 참조하면, 플레이트(140)는 적분구(150) 내 구성요소로서, 플레이트(140)의 상면에는 쿼츠 디쉬(미도시)에 담겨진 형광체(110)가 놓여진다. 상술한 바와 같이, 사용자 등은 형광체(110)를 쿼츠 디쉬(미도시)에 담거나 비우는 과정을 반복하게 되는데, 이러한 과정에서 쿼츠 디쉬(미도시)의 외측에는 형광체(110) 분말이 잔존하게 된다. 형광체(110) 분말이 묻어 있는 쿼츠 디쉬(미도시)에 의해 플레이트(140)의 상면이 오염될 수 있으며, 쿼츠 디쉬(미도시) 자체가 플레이트(140)의 상면에 지속적으로 접촉됨으로써 플레이트(140)의 반사율이 저하될 수 있다. 특히, 플레이트(140)의 반사율이 저하됨에 따라 레퍼런스(즉, 참고치)의 광량이 감소하게 되며, 이러한 측정값을 토대로 양자효율을 계산할 경우, 양자효율이 100%를 초과하는 심각한 오류가 발생되기도 한다. 따라서, 플레이트(140)의 오염을 방지하기 위해 종래의 광 특성 측정 장치(100)는 필터 페이퍼(Filter Paper) 등과 같은 별도의 부재를 구비해야 하는 불편함이 있다.
그 뿐만 아니라, 플레이트(140) 상에 놓여있는 형광체(110)로 광원(여기광)이 조사됨에 따라 형광체(110) 내 입자 간에 광원을 재흡수하는 현상이 발생할 수 있다. 형광체(110) 내 입자 간 광원의 재흡수는 광 특성 데이터를 왜곡시킴으로써, 광 특성 측정 장치(100)의 신뢰도를 저하시킨다. 형광체(110) 내 입자 간 광원의 재흡수에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은 광원이 조사됨에 따라 형광체 내 입자가 광원을 재흡수하는 모습을 도시한 도면이다.
도 3(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 플레이트(140)에 도포된 형광체(110)는 고상 분말 상태로써, 입자(310)와 주변 입자(320) 간의 간격이 매우 좁다. 형광체(110)로 광원이 조사됨에 따라 형광체(110) 내 복수 개의 입자는 광원을 반사시키는데, 이때, 하나의 입자(310)가 반사한 광원이 주변 입자(320)로 흡수되는 재흡수 현상이 발생할 수 있다. 다른 입자(320)로 재흡수된 광원은 다시 발광되지만, 입자(320)의 발광 효율은 감소된다. 즉, 형광체(110) 내 입자(310, 320) 간 재흡수에 따른 발광 효율 저하로 인해 종래의 광 특성 측정 장치(100)는 형광체(110)의 광 특성을 정확하게 측정할 수 없다는 심각한 문제를 갖는다.
도 4는 형광체의 재흡수율을 도시한 그래프이다.
도 4(a)는 형광체 종류인 야그(YAG)의 흡수영역(Excitation) 및 발광영역(Emission)을 도시한 그래프이고, 도 4(b)는 형광체 종류인 실리케이트 옐로우(Silicate Yellow)의 흡수영역(Excitation) 및 발광영역(Emission)을 도시한 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 형광체(110)는 흡수영역(Excitation)과 발광영역(Emission)이 겹쳐지는 영역(Overlapped Region)을 포함하고 있으며, 이 영역에서는 형광체(110)의 재흡수 현상이 발생한다. 전술한 대로, 형광체(110) 내 입자(310)로부터 반사된 광원을 주변의 다른 입자(320)가 재흡수함에 따라 형광체(110)의 발광 효율은 저하된다. 특히, 형광체(110)가 분말 상태인 경우, 입자(310)와 입자(320) 사이의 간격이 매우 좁기 때문에, 형광체(110) 내 입자(310, 320) 간 재흡수 현상은 더욱 활발해지며, 이는 곧, 형광체의 발광 효율을 크게 감소시키는 원인으로 작용한다. 즉, 종래의 광 특성 측정 장치(100)는 분말 상태의 형광체(110)를 이용하여 형광체(110)의 광 특성을 측정하기 때문에, 형광체(110)의 광 특성을 정확하게 검출할 수 없다는 한계를 갖는다.
다시, 도 1을 참조하면, 종래의 광 특성 측정 장치(100)는 형광체(110)로부터 반사된 광원을 광섬유(160)를 이용하여 검출기(170)로 전송한다. 검출기(170)는 빛의 파장과 세기에 따라 광 신호를 전기적인 신호로 변환시킴으로써, 형광체(110)의 광 특성을 스펙트럼 형태로 출력한다. 서버(180)는 검출기(170)로부터 광 특성 스펙트럼을 수신하여, 이를 분석, 저장함으로써 사용자에게 알맞은 데이터를 제공한다.
전술한 대로, 종래의 광 특성 장치(100)에 의해 출력된 형광체(110)의 광 특성 데이터는 형광체(110) 내 입자(310, 320) 간의 광원 재흡수 및 적분구(150)의 오염에 따라 왜곡될 가능성이 매우 높다. 이러한 문제를 해결하고자, 형광체(110)의 광 특성을 보다 정확하게 측정할 수 있는 측정 장치 및 그 방법이 요구되는 바이다.
본 발명의 일 실시예는, 형광체의 광 특성 데이터의 오차를 감소시키고자 형광체 필름을 이용한 광 특성 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 형광체 필름으로 광원을 조사하여 상기 형광체 필름의 광 특성을 측정하는 광 특성 측정 장치에 있어서, 기 설정된 파장 대역의 광원을 조사하는 광원부; 상기 형광체 필름으로 조사된 광원을 전반사시키는 적분구; 상기 적분구 내측에 배치되고, 상기 형광체 필름을 안치시키는 홀더; 및 상기 적분구에 의해 전반사된 광원을 수신하여, 광원의 광 특성 스펙트럼을 검출하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 특성 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 적분구는, 상기 광원부로부터 조사된 광원이 유입되는 제1 관통공을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 적분구는, 상기 형광체 필름으로 조사된 광원을 전반사시키고, 전반사된 광원을 상기 검출기로 유출시키는 제2 관통공을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 형광체 필름이 안치된 홀더는, 상기 적분구 내 중공으로 삽입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 홀더는, 상기 형광체 필름이 통과되는 관통공 및 상기 형광체 필름이 안치되는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 형광체 필름을 이용한 광 특성 측정 장치가 상기 형광체 필름의 광 특성을 측정하는 과정에 있어서, 레퍼런스 값을 측정하는 측정과정; 홀더에 고정된 형광체 필름으로 광원을 조사하는 조사과정; 상기 홀더에 고정된 형광체 필름으로부터 반사된 빛을 전반사시키는 전반사과정; 전반사된 빛을 검출기로 전송하는 전송과정; 및 상기 형광체 필름의 광 특성을 스펙트럼으로 출력하는 검출과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 필름의 광 특성을 측정하는 과정을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 조사과정은, 상기 홀더에 고정된 형광체 필름으로 기 설정된 파장 대역의 광원을 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 형광체 필름의 광 특성을 측정하는 과정은, 상기 홀더에 고정된 형광체 필름으로 조사된 광원을 유입시키는 통로와 상기 검출기로 상기 전반사된 빛을 전송하는 통로가 일직선 상에 형성되어 있지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 광 특성 측정 장치의 측정 대상으로서, 실리콘 및 형광체 분말이 각각 기 설정된 비율로 함유되고, 상기 형광체 분말의 혼합 비율에 따라 단위 면적 당 형광체 입자의 수가 달라지며, 상기 단위 면적 당 형광체 입자의 수에 따라 형광체가 광원을 재흡수하는 확률을 조절할 수 있도록 제조된 형광체 필름을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 형광체 필름은, 형광체의 종류에 따라 혼입되는 형광체 분말의 함유량이 달라지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 형광체 필름은, 상기 광 특성 측정 장치로부터 조사된 광원을 반사시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 형광체 필름은, 상기 형광체 필름 내 상기 형광체 입자에 의해 반사된 광원을 주변의 다른 입자가 재흡수하여 반사시키는 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 광 특성 측정 장치 내 홀더에 안치되는 형광체 필름을 제조하는 과정에 있어서, 형광체의 종류에 따라 실리콘 및 형광체 분말의 혼합 비율을 설계하는 설계과정; 기 설정된 비율의 실리콘 및 형광체 분말을 교반 컵에 투입시키는 투입과정; 상기 기 설정된 비율의 실리콘 및 형광체 분말이 투입된 교반 컵을 교반하는 과정; 상기 기 설정된 비율의 실리콘 및 형광체 분말이 혼합됨에 따라 형성된 혼합액을 진공 탈포하는 탈포과정; 혼합액을 도포하는 도포과정; 상기 도포과정에 의해 도포된 혼합액을 박막 형태로 성형하는 성형과정; 상기 성형과정에 의해 박막 형태로 성형된 혼합액을 경화시키는 경화과정; 및 상기 경화과정에 의해 경화가 완료된 혼합액을 기 설정된 모양으로 가공하는 가공과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 필름 제조과정을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 모양은, 상기 형광체 필름이 상기 홀더 내에 안치될 수 있는 모양인 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 고상 분말 상태의 형광체를 필름 형태로 제조하여 이를 측정함으로써, 적분구 내 오염을 방지함과 동시에 형광체 내 입자 간 광원 재흡수 현상에 따라 발생할 수 있는 데이터 왜곡을 보정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 광 특성 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 플레이트가 오염된 모습을 도시한 사진이다.
도 3은 광원이 조사됨에 따라 형광체 내 입자가 광원을 재흡수하는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 형광체의 재흡수율을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 특성 측정 장치의 정면도 및 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 특성 측정 장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광특성 측정 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀더에 고정된 형광체 필름을 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 필름을 제조하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 필름을 도시한 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 분말의 혼합비율을 달리하였을 때 형광체 필름을 도시한 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 분말의 혼합비율을 달리하였을 때 각각 측정한 형광체 필름의 광 특성 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 13은 야그(YAG) 형광체를 분말 상태로 측정했을 때와 필름 상태로 측정했을 때의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 14는 실리케이트 옐로우(Silicate Yellow) 형광체를 분말 상태로 측정했을 때와 필름 상태로 측정했을 때의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 필름을 이용한 광 특성 측정 장치를 이용하여 형광체의 광 특성을 측정하는 과정을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 특성 측정 장치의 정면도 및 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 특성 측정 장치의 평면도이다. 그리고 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광특성 측정 장치의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 특성 측정 장치(500)는 필름 형태로 제조된 형광체(510)의 광 특성을 측정함으로써, 형광체의 양자효율(Quantum Yield) 및 발광 스펙트럼(Emission Spectrum) 등의 데이터를 사용자에게 제공한다. 종래의 광 특성 장치(100)는 분말 상태의 형광체(110)를 이용하여 광 특성을 측정하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 특성 측정 장치(500)는 형광체 필름(510)을 측정 대상으로 사용한다는 점에서 매우 큰 차이점이 있다.
배경기술에서 언급하였듯이, 사용자 등이 형광체(110)를 쿼츠 디쉬(미도시)에 옮겨 담거나 쿼츠 디쉬(미도시)로부터 형광체(110)를 제거하는 과정에서 쿼츠 디쉬(미도시)의 외측에는 분말 상태의 형광체(110)가 잔존하게 된다. 이러한 상태의 쿼츠 디쉬(미도시)가 플레이트(140)의 상면에 놓여질 경우, 플레이트(140)의 상면은 쿼츠 디쉬(미도시)의 외측에 묻어 있던 형광체(110) 분말에 의해 오염될 수 있다. 이에 따라, 플레이트(140)의 반사율이 저하됨으로써 형광체(110)의 광 특성 데이터가 왜곡될 우려가 존재한다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 광 특성 측정 장치(500)는 형광체 필름(510)을 사용함으로써 적분구 오염에 따른 데이터 왜곡 문제를 해결할 수 있다. 그 뿐만 아니라, 제조 장치 등은 형광체 필름(510) 내 형광체의 혼입 비율을 조절함으로써, 형광체 필름(510) 내 형광체 입자 간의 재흡수 현상을 최소화시킬 수 있다. 이에 따라, 형광체 필름(510)을 이용한 광 특성 측정 장치(500)는 레퍼런스 값과 비교하여 오차 범위가 현저히 작은 형광체의 광 특성 데이터를 도출할 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 광 특성 측정 장치(500)는 하우징(520), 광원부(530), 적분구(540), 홀더(550) 및 검출기(560)를 포함한다.
형광체 필름(510)은 필름(Film) 형태로 제조된 형광체로서, 광 특성 측정 장치(500)의 측정 대상으로 이용된다. 종래의 광 특성 측정 장치(100)는 고상 분말 상태의 형광체(110)를 이용하여 광 특성을 측정하였으나, 이 경우, 적분구(150)의 오염 및 형광체(110) 내 입자(310, 320) 간 광원 재흡수 등의 문제가 발생됨에 따라 광 특성 데이터가 왜곡될 수 있는 확률이 높아진다는 문제가 존재했다. 이러한 문제를 해결하고자, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 특성 측정 장치(500)는 형광체 필름(510)을 이용하여 광 특성을 측정함으로써 데이터를 보다 정확하게 도출할 수 있다.
형광체 필름(510)에 대한 구체적인 설명은 도 9 내지 도 13을 참조하여 후술하도록 한다.
하우징(520)은 광 특성 측정 장치(500)의 최외곽에 형성됨으로써, 광 특성 측정 장치(500) 내 구성요소를 보호하고 광 특성 측정 장치(500) 내 구성요소가 안정적으로 배치될 수 있도록 한다. 하우징(520)은 일 측면에 개폐용 도어(미도시)를 구비함으로써, 광 특성 측정 장치(500)가 형광체 필름(510)의 광 특성을 측정하는 과정에서 외부의 빛이 하우징(520) 내로 유입되지 않도록 한다. 또한, 하우징(520)은 외부의 빛을 차단하기 위해 흑색(黑色)으로 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 외부로부터 유입되는 빛을 차단할 수 있다면 다른 색상으로 구성되어도 무관하다.
광원부(530)는 형광체 필름(510)이 위치한 방향으로 광원을 조사한다.
광원부(530)는 하우징(520) 내측에 배치됨으로써, 형광체 필름(510)을 여기시키기 위한 광을 출력한다. 광원부(530)는 기 설정된 파장 대역의 광을 형광체 필름(510)으로 조사함으로써, 형광체 필름(510) 내 형광체 입자를 여기시킨다. 광원부(530)는 제논 램프(Xenon Lamp)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 고출력의 레이저 광을 발진시키는 레이저 다이오드(LD)로 구성될 수도 있다. 다만, 광원부(530)는 형광체 필름(510) 내 형광체 입자를 여기시킬 수 있는 파장 대역의 광을 출력할 수 있어야 한다.
적분구(540)는 형광체 필름(510)에 의해 반사된 빛을 전반사시킨다.
광원부(530)로부터 조사된 광원은 형광체 필름(510)에 의해 반사되며, 이에, 적분구(540)는 형광체 필름(510)으로부터 반사된 빛을 균일한 광도로 전반사시킨다. 일반적으로, 적분구(540)는 중공을 포함하는 구형(求刑)으로 구성될 수 있으며, 중공 내측은 황산바륨(Ba2SO4)과 같은 고효율 반사물질에 의해 코팅됨으로써, 형광체 필름(510)으로부터 반사된 빛을 균일한 광도로 전반사시킬 수 있다.
적분구(540)는 제1 관통공(542) 및 제2 관통공(544)을 포함한다.
제1 관통공(542)은 광원부(530)로부터 조사된 빛을 적분구(540) 내로 유입시킴으로써, 광원이 형광체 필름(510)으로 조사될 수 있도록 한다.
제2 관통공(544)은 형광체 필름(510)에 의해 반사된 후, 적분구(540)에 의해 전반사된 빛을 검출기(560)로 가이딩(Guiding)한다. 여기서, 제2 관통공(544)은 제1 관통공(542)과 일직선 상에 놓여있지 않도록 정렬됨으로써, 제1 관통공(542)으로 입사된 광이 적분구(540)에 의해 전반사되지 않고 제2 관통공(544)으로 빠져나가는 것을 방지한다.
홀더(550)는 광 특성 측정장치(500)의 측정 대상인 형광체 필름(510)을 고정시킨다.
홀더(550)에 대해서는 도 8을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀더에 고정된 형광체 필름을 촬영한 사진이다.
도 8(a)는 홀더(550)의 구조를 도시한 사진이고, 도8(b)는 홀더(550)에 고정된 형광체 필름(510)을 촬영한 사진이다.
도 8(a) 및 (b)를 참조하면, 홀더(550)는 박막 형태의 형광체 필름(510)을 고정시키는 광 특성 측정 장치(500)의 구성요소로서, 홀더(550)에 의해 형광체 필름(510)이 고정됨에 따라 형광체 필름(510)은 적분구(540) 내로 삽입될 수 있다.
홀더(550)는 관통공(810) 및 지지부(820)를 포함한다.
관통공(810)은 형광체 필름(510)의 일단이 통과되는 통로로서, 관통공(810)을 통과한 형광체 필름(510)은 지지부(820)에 안치될 수 있다.
지지부(820)는 형광체 필름(510)의 타단이 안치되는 일종의 받침대로서, 지지부(820)에 의해 형광체 필름(510)은 홀더(550)에 안정적으로 고정될 수 있다.
관통공(810)과 지지부(820)는 기 설정된 간격을 두고 서로 이격된 형태로 구성되며, 이에 따라, 홀더(550) 내에 고정된 형광체 필름(510)으로 광원이 충분히 조사될 수 있다.
다시, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 검출기(560)는 제2 관통공(544)으로부터 유출된 광원의 스펙트럼(Spectrum)을 측정한다.
검출기(560)는 제2 관통공(544)과 서로 마주보는 위치에 형성됨으로써, 제2 관통공(544)으로부터 유출된 광을 수신한다. 검출기(560)는 분광계를 구비함으로써, 유출된 광원의 반사율 및 투과율 등과 같은 광 특성을 스펙트럼 형태로 구현하고, 이를 별도의 서버(미도시)로 전송한다. 검출기(560)에 의해 검출된 형광체 필름(510)의 발광 스펙트럼은 도 14 및 도 15를 참조하여 후술하도록 한다.
도면에는 도시되지 않았지만, 제2 관통공(544)과 검출기(560)의 사이에는 제2 관통공(544)으로부터 유출되는 광을 가이딩할 수 있는 광섬유(미도시)와 같은 가이딩 부재가 구비될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 필름을 제조하는 과정을 도시한 순서도이다.
형광체 필름(510)은 제조장치 등에 의해 액체 상태의 실리콘(Silicone)과 형광체 분말이 기 설정된 비율로 혼합되고, 경화됨에 따라 제조된다.
제조장치 등이 형광체의 종류에 따라 실리콘과 형광체 분말의 혼합 비율을 설계한다(S910). 일반적으로, 형광체 분말의 비율은 0.5wt%, 2.5wt% 및 6.5wt%로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 형광체의 종류에 따라 형광체 필름(510) 내로 혼입되는 형광체 분말의 비율은 달라질 수 있다. 단, 100%를 기준으로 하였을 때, 실리콘은 형광체 분말의 함유량을 제외한 만큼 투입된다.
제조장치 등이 기 설정된 비율의 형광체 분말 및 실리콘을 교반 컵에 투입시킨다(S920).
제조장치 등이 기 설정된 비율의 형광체 분말 및 실리콘이 들어있는 교반 컵을 교반시킨다(S930).
제조장치 등이 형광체 분말 및 실리콘이 혼합됨에 따라 형성된 혼합액을 진공 탈포시킨다(S940).
제조장치 등이 진공 탈포된 혼합액을 도포한다(S950). 제조장치 등이 별도의 장소에 배치되어 있는 플레이트(Plate, 미도시)와 같이 평평한 지면을 갖는 물체로 혼합액을 도포한다.
제조장치 등이 도포된 혼합액을 성형한다(S960). 제조장치 등은 플레이트(미도시) 등에 도포된 혼합액을 기 설정된 두께를 갖는 박막 형태로 성형한다.
제조장치 등이 성형이 완료된 혼합액을 경화시킨다(S970).
제조장치 등이 경화가 완료된 혼합액을 기 설정된 모양으로 가공한다(S980). 형광체 필름(510)은 후술할 홀더(550)에 의해 고정된다. 따라서, 형광체 필름(510)이 홀더(550) 내에 고정될 수 있도록 제조장치 등은 기 설정된 모양을 갖는 형태로 경화된 혼합액을 가공한다.
이러한 과정에 의해 제조된 형광체 필름(510)은 도 10 및 도 11에 도시된 사진과 같은 형상으로 구현된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 필름을 도시한 사진이다.
도 10(a)는 형광체의 일종인 야그(YAG)를 형광체 필름으로 제조한 모습을 촬영한 사진이고, 도 10(b)는 형광체의 일종인 실리케이트 옐로우(Silicate Yellow)를 형광체 필름으로 제조한 모습을 촬영한 사진이다.
도 10(a) 및 (b)를 참조하면, 형광체 필름(510)은 기 설정된 두께를 갖는 박막 형태로 구현되며, 홀더(550)에 고정됨에 따라 제조장치 등에 의해 직사각형 모양으로 가공되는 것을 알 수 있다. 형광체 필름(510)은 형광체 분말의 함유량에 따라 색상의 농도가 다르게 나타나며, 이에 대해서는 도 11을 참조하여 후술하도록 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 분말의 혼합비율을 달리하였을 때 형광체 필름을 도시한 사진이다.
도 11(a) 내지 (c)는 형광체의 일종인 야그(YAG)를 형광체 필름(510)으로 제조한 모습을 촬영한 사진이다.
도 11(a)는 야그(YAG) 형광체 분말이 0.5wt%로 함량된 형광체 필름(510)이고, 도 11(b)는 야그(YAG) 형광체 분말이 2.5wt%로 함량된 형광체 필름(510)이다. 그리고 도 11(c)는 야그(YAG) 형광체 분말이 6.0wt%로 함량된 형광체 필름(510)이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 형광체 분말의 함량이 높아질수록 형광체 필름(510)의 색상 농도는 짙어지는 것을 알 수 있다. 형광체 분말 함량이 높아짐에 따라 형광체 필름(510)의 단위 면적 당 존재하는 형광체 입자의 갯수가 증가하게 되며, 이에, 형광체 입자와 입자 간의 간격은 줄어들게 된다. 전술한 대로, 입자와 입자 간의 간격이 좁아짐에 따라 형광체 입자 간에 광원을 재흡수하는 현상이 증가됨으로써, 광 특성 데이터의 왜곡이 발생할 수 있다. 이에 대해서는 도 12를 참조하여 설명하도록 한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 분말의 혼합비율을 달리하였을 때 각각 측정한 형광체 필름의 광 특성 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 12(a)는 형광체의 일종인 야그(YAG)의 광 특성 스펙트럼을 도시한 그래프이고, 도 12(b)는 형광체의 일종인 실리케이트 옐로우(Silicate Yellow)의 광 특성 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 12(a) 및 (b)를 참조하면, 형광체 필름(510)에 함유된 형광체 분말의 함량에 따라 데이터의 왜곡 정도가 다르다는 것을 알 수 있다.
종래의 광 특성 측정 장치(100)를 이용하여 쿼츠 플레이트(140)에 담긴 분말(Powder) 상태의 형광체(110)의 광 특성을 측정할 경우, 데이터의 왜곡이 가장 많이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 이는 형광체 분말(110) 내 입자(310)와 주변 입자(320) 간의 간격이 매우 좁아 형광체(110) 내 입자(310, 320) 간 광원 재흡수 현상이 활발하게 발생하기 때문이다. 한편, 형광체 필름(510)의 경우, 단위 면적 당 존재하는 형광체 입자의 갯수가 적기 때문에, 하나의 형광체 입자로부터 반사된 광원을 주변의 다른 입자가 재흡수하는 확률이 현저하게 감소한다. 이에 따라, 형광체 필름(510)의 발광 스펙트럼의 단파장 영역은 확장된다. 다만, 단파장 영역의 확장 정도는 형광체의 종류에 따라 상이하다. 도 4에서 언급하였듯이 발광영역(Excitation)과 흡수영역(Emission)이 중첩되는 구간(Overlapped Region)에서 다른 형광체에 비해 흡수율이 상대적으로 큰 야그(YAG) 형광체의 경우, 형광체 분말일 경우와 형광체 필름(510)일 경우의 차이가 8% 정도로 크게 나타난다. 반면, 발광영역(Excitation)과 흡수영역(Emission)이 중첩되는 구간(Overlapped Region)에서 다른 형광체에 비해 흡수율이 상대적으로 낮은 실리케이트 옐로우(Silicate Yellow) 형광체의 경우, 형광체 분말일 경우와 형광체 필름(510)일 경우의 차이가 3% 정도로 오차 범위가 크지 않은 수준에 속한다. 형광체의 종류에 따라 오차 범위는 다르게 나타나지만, 형광체를 형광체 필름(510)으로 제조하여 이를 측정하였을 경우의 광 특성 데이터가 더욱 정확하다는 것을 알 수 있다.
도 13은 야그(YAG) 형광체를 분말 상태로 측정했을 때와 필름 상태로 측정했을 때의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이고, 도 14는 실리케이트 옐로우(Silicate Yellow) 형광체를 분말 상태로 측정했을 때와 필름 상태로 측정했을 때의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 13(a)는 야그(YAG) 형광체를 분말 상태로 측정했을 때의 스펙트럼을 레퍼런스 값과 비교한 그래프이고, (b)는 야그(YAG) 형광체 분말이 0.5wt% 함유된 형광체 필름을 광 특성 측정 장치(500)로 측정했을 때의 스펙트럼과 레퍼런스 값을 비교한 그래프이다. 도 14(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 측정 값과 레퍼런스 값과의 차이는 야그(YAG) 형광체 분말이 0.5wt% 함유된 형광체 필름(510)을 이용하여 광 특성을 측정했을 때가 더 적은 차이가 나는 것을 알 수 있다. 전술한 대로, 형광체를 형광체 필름(510)으로 제조하고 이를 이용하여 광 특성을 측정하는 경우, 형광체 필름(510) 내 함유된 형광체 입자 간의 광원 재흡수가 발생할 확률이 낮아지므로, 사용자는 형광체의 광 특성에 대한 정확한 데이터를 제공받을 수 있다.
마찬가지로, 도 14(a)는 실리케이트 옐로우(Silicate Yellow) 형광체를 분말 상태로 측정했을 때의 스펙트럼과 레퍼런스 값을 비교한 그래프이고, (b)는 실리케이트 옐로우(Silicate Yellow) 형광체 분말이 0.5wt% 함유된 형광체 필름을 광 특성 측정 장치(500)로 측정했을 때의 스펙트럼을 레퍼런스 값과 비교한 그래프이다. 도 13과 비교하였을 때, 실리케이트 옐로우(Silicate Yellow) 형광체 분말이 0.5wt% 함유된 형광체 필름(510)의 광 특성 스펙트럼은 분말 상태인 경우와 크게 차이는 나지 않는 것을 알 수 있다. 그러나 실리케이트 옐로우(Silicate Yellow) 형광체 분말이 0.5wt% 함유된 형광체 필름(510)의 광 특성 스펙트럼이 레퍼런스 값과 더 유사하다는 것을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 필름을 이용한 광 특성 측정 장치를 이용하여 형광체의 광 특성을 측정하는 과정을 도시한 순서도이다.
광 특성 측정 장치(500)가 형광체 필름(510)을 이용하여 형광체의 광 특성을 측정하는 방법에 대해서는 도 5 내지 도 14를 참조하여 상세하게 설명하였으므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
광 특성 측정 장치(500)가 레퍼런스 값을 측정한다(S1510). 홀더(550)에 형광체가 포함되어 있지 않은 투명필름(미도시)이 고정됨에 따라, 광 특성 측정 장치(500)는 형광체가 포함되어 있지 않은 투명필름(미도시)으로 여기 광원을 조사한다. 여기 광원은 형광체가 포함되어 있지 않은 투명필름(미도시) 내로 흡수되는데, 이때, 흡수된 광량을 제외한 나머지 광량이 레퍼런스 값으로 설정된다. 단, 형광체가 포함되어 있지 않은 투명필름(미도시)의 두께는 150㎛ 정도로 매우 얇고 투과율이 높기 때문에 홀더(550)에 아무것도 고정되지 않은 상태에서 광원을 조사하여 측정한 값도 레퍼런스 값으로 설정될 수 있다. 여기서, 홀더(550)는 광 특성 측정 장치(500) 내 구성요소에 의해 직각 방향으로 움직일 수 있으며, 사용자 등은 광 특성 측정 장치(500) 내 구성요소를 조작함으로써 홀더(550) 내에 형광체 필름(510)이 고정된 상태에서도 레퍼런스 값을 측정할 수 있다.
광 특성 측정 장치(500)가 홀더(550)에 고정된 형광체 필름(510)으로 광원을 조사한다(S1520).
광 특성 측정 장치(500)가 형광체 필름(510)으로부터 반사된 빛을 전반사시킨다(S1530).
광 특성 측정 장치(500)가 전반사된 빛을 검출기(560)로 전송한다(S1540).
광 특성 측정 장치(500)가 검출기(560)를 이용하여 형광체 필름(510)의 광 특성을 스펙트럼으로 출력한다(S1550).
도 9 및 도 15에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각각의 도면에 기재된 과정의 순서를 변경하여 실행하거나 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 9 및 도 15는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 9 및 도 15에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 종래의 광 특성 측정 장치
110, 210: 형광체
120: 광원부
130: 모노크로메이터
140: 플레이트
150: 적분구
160: 광섬유
170: 검출기
180: 서버
310, 320: 형광체 입자
500: 광 특성 측정 장치
510: 형광체 필름
520: 하우징
530: 광원부
540: 적분구
542: 제1 관통공
544: 제2 관통공
550: 홀더
560: 검출기
810: 관통공
820: 지지부

Claims (14)

  1. 형광체 필름으로 광원을 조사하여 상기 형광체 필름의 광 특성을 측정하는 광 특성 측정 장치에 있어서,
    기 설정된 파장 대역의 광원을 조사하는 광원부;
    상기 형광체 필름으로 조사된 광원을 전반사시키는 적분구;
    상기 적분구 내측에 배치되고, 상기 형광체 필름을 안치시키는 홀더; 및
    상기 적분구에 의해 전반사된 광원을 수신하여, 광원의 광 특성 스펙트럼을 검출하는 검출기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 특성 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적분구는,
    상기 광원부로부터 조사된 광원이 유입되는 제1 관통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 특성 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적분구는,
    상기 형광체 필름으로 조사된 광원을 전반사시키고, 전반사된 광원을 상기 검출기로 유출시키는 제2 관통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 특성 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 필름이 안치된 홀더는,
    상기 적분구 내 중공으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 광 특성 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 홀더는,
    상기 형광체 필름이 통과되는 관통공 및 상기 형광체 필름이 안치되는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 특성 측정 장치.
  6. 형광체 필름을 이용한 광 특성 측정 장치가 상기 형광체 필름의 광 특성을 측정하는 과정에 있어서,
    레퍼런스 값을 측정하는 측정과정;
    홀더에 고정된 형광체 필름으로 광원을 조사하는 조사과정;
    상기 홀더에 고정된 형광체 필름으로부터 반사된 빛을 전반사시키는 전반사과정;
    전반사된 빛을 검출기로 전송하는 전송과정; 및
    상기 형광체 필름의 광 특성을 스펙트럼으로 출력하는 검출과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 필름의 광 특성을 측정하는 과정.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조사과정은,
    상기 홀더에 고정된 형광체 필름으로 기 설정된 파장 대역의 광원을 조사하는 것을 특징으로 하는 형광체 필름의 광 특성을 측정하는 과정.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 형광체 필름의 광 특성을 측정하는 과정은,
    상기 홀더에 고정된 형광체 필름으로 조사된 광원을 유입시키는 통로와 상기 검출기로 상기 전반사된 빛을 전송하는 통로가 일직선 상에 형성되어 있지 않는 것을 특징으로 하는 형광체 필름의 광 특성을 측정하는 과정.
  9. 광 특성 측정 장치의 측정 대상으로서, 실리콘 및 형광체 분말이 각각 기 설정된 비율로 함유되고, 상기 형광체 분말의 혼합 비율에 따라 단위 면적 당 형광체 입자의 수가 달라지며, 상기 단위 면적 당 형광체 입자의 수에 따라 형광체가 광원을 재흡수하는 확률을 조절할 수 있도록 제조된 형광체 필름.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 형광체 필름은,
    형광체의 종류에 따라 혼입되는 형광체 분말의 함유량이 달라지는 것을 특징으로 하는 형광체 필름.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 형광체 필름은,
    상기 광 특성 측정 장치로부터 조사된 광원을 반사시키는 것을 특징으로 하는 형광체 필름.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 형광체 필름은,
    상기 형광체 필름 내 상기 형광체 입자에 의해 반사된 광원을 주변의 다른 입자가 재흡수하여 반사시키는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 형광체 필름.
  13. 광 특성 측정 장치 내 홀더에 안치되는 형광체 필름을 제조하는 과정에 있어서,
    형광체의 종류에 따라 실리콘 및 형광체 분말의 혼합 비율을 설계하는 설계과정;
    기 설정된 비율의 실리콘 및 형광체 분말을 교반 컵에 투입시키는 투입과정;
    상기 기 설정된 비율의 실리콘 및 형광체 분말이 투입된 교반 컵을 교반하는 과정;
    상기 기 설정된 비율의 실리콘 및 형광체 분말이 혼합됨에 따라 형성된 혼합액을 진공 탈포하는 탈포과정;
    혼합액을 도포하는 도포과정;
    상기 도포과정에 의해 도포된 혼합액을 박막 형태로 성형하는 성형과정;
    상기 성형과정에 의해 박막 형태로 성형된 혼합액을 경화시키는 경화과정; 및
    상기 경화과정에 의해 경화가 완료된 혼합액을 기 설정된 모양으로 가공하는 가공과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 필름 제조과정.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기 설정된 모양은,
    상기 형광체 필름이 상기 홀더 내에 안치될 수 있는 모양인 것을 특징으로 하는 형광체 필름 제조과정.
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