온도에 따른 형광 세기 측정에 앞서 Heating Block과 Precision Cell의 열전도 과정에서의 온도 차이가 예상되어, 시료가 포함된 Precision Cell은 적외선 온도계로 시료의 온도를 측정하여 둘 간의 온도 선형선을 확인하였다.

그림 4. Heating Block의 세팅 온도(가로)와 Precision Cell의
측정 온도(세로) 간의 상관 관계

그림 4와 같이 Heating Block과 Precision Cell은 열손실에 의한 온도차이가 다소 존재하지만, 그 차이 정도가 선형적이기 때문에 데이터간의 상관관계를 확인할 수 있었다.

이후 실험에서 시료의 온도는 적외선 온도계를 사용하여 측정한 값을 기준으로 표시하였다.

다음으로 온도에 따른 형광 세기 변화를 확인해 보았다. 그림 5 (a)와 같이 온도가 상승하며 형광 방출 (Emission) 세기가 감소하는 온도 소광 현상을 확인 할 수 있다. 또한 그림 5 (b)와 같이 형광 들뜸 (Excitation) 스펙트럼에서도 온도 상승에 따라 형광 세기가 감소함을 볼 수 있었다.

그림 5. 온도에 따른 형광 방출 및 들뜸 스펙트럼의 변화
( (a) Emission Spectra, (b) Excitation Spectra)

측정된 데이터의 봉우리 파장에서 형광 세기 값을 온도에 따라 정리하고, 20℃를 기준으로 각 온도의 상대 형광 세기 비율을 계산하여 그림 6으로 나타내었다. 온도 소광 현상도 측정 온도 범위 안에서 온도에 따라 선형적으로 형광 세기가 감소함을 확인 할 수 있었다.

온도에 따른 형광 세기의 변화율은 형광 방출의 경우 - 0.166 %/℃, 형광 들뜸의 경우 - 0.137 %/℃ 였다.

그림 6. 온도에 따른 상대 형광 세기 변화
((a) Emission Spectrum, (b) Excitation Spectrum)

본 실험에서는 ㈜신코의 광섬유 액세서리를 연결한 형광 분광광도계 FS-2와 Heating Block을 이용하여 LED 형광체 분말의 온도에 따른 소광 현상을 확인하였다. 이를 통하여 광섬유를 사용한 측정법 검증과 더불어 온도 소광의 선형성을 직접 확인 할 수 있었다.

1. E.f. Schubert, Light-emitting diodes, pp 63,Cambridge University Press, (2006).