Fluorescence Spectrometer, Variable Angle Solid Cell Holder, Light Emitting Diode (LED

발광다이오드는(Light Emitting Diode, 이하 LED라 칭함) 현재 전세계적 이슈인 탄소 배출량 절감에 기여할 고효율 광원 기술로 손꼽히고 있다. LED 개발에 있어 형광체의 높은 발광 효율은 매우 중요한 개발 핵심 기술로, 이러한 형광체에 대한 합성과 특성 연구가 엄청난 규모로 진행되고 있다. LED 형광체는 발광 파장에 따른 색상으로 분류하는데 붉은색부터 파란색까지 다양한 형광체가 존재한다.

LED의 광원은 현재 적, 녹, 청, 황, 네 가지 광원이 개발되어 있으나, 광원만으로 새로운 색상을 조합하기에는 기술적으로나 가격적으로 한계가 있다. 따라서 LED의 색상을 조합할 때는 그림 1과 같이 특정 광원과 여러 색상의 형광체를 조합하여 만든다. 여기서 사용되는 광원이 근 자외선과 청색 파장을 많이 사용하기 때문에, LED 형광체는 일반적으로 300 nm에서 500 nm의 넓은 흡광 특성을 갖는다.²

[그림 1. 형광체를 이용한 백색 LED 색상 조합 기술¹]

LED 형광체와 같은 분말 시료를 형광 분광광도계에서 측정할 때, 분말을 저장 할 수 있는 Precision Cell과 이 Cell을 장착하는 Solid Sample Cell Holder를 사용하여 그림 2-a와 같은 Front-Face Detection 방법으로 시료의 형광을 측정한다. 하지만 그림 2-a와 같은 고정형 Solid Sample Cell Holder는 입사광의 각도가 25˚로 고정되어 있어, 시료 특성에 따른 최적 형광을 검출하기 힘들거나 Rayleigh scattering에 의한 형광 측정의 방해를 초래 할 수 있다.

[그림 2. 고정 각도형 Solid Sample Cell Holder (a)와
Variable Angle Solid Cell Holder (b)의 비교 모식도.]

이번에 개발된 Variable Angle Solid Cell Holder(그림 3)는 그림 2 (b)와 같이 입사광의 각도를 미세하고 정확하게 하게 조절 할 수 있다. 이를 통해 손쉽게 형광 세기를 높이면서, Rayleigh scattering과 같은 원하지 않는 떠돌이 빛(stray light)의 유입도 막아 줄 수 있을 뿐만 아니라 측정 시 시료의 최적화 위치를 찾을 수 있는 장점이 있다.

본 실험에서는 새로이 개발된 Variable Angle Solid Cell Holder로 실험을 수행하였다. 노란색과 오렌지색 LED 형광체의 흡광 및 발광 스펙트럼을 얻어 그 특징을 확인하고, 입사광의 각도에 따른 형광 세기 변화와 떠돌이 빛의 증감을 관찰하였다.

[그림 3. Precision Cell이 장착된 Variable Angle Solid Cell Holder]