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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 전계발광소자의 표면 SEM 사진을 2진화(binary code)의 디지털 영상 정보로 변환시킨 후, 프랙탈 이론으로 프랙탈 차원 및 grain boundary 분석을 통하여 발광소자의 발광 특성과의 관계를 검토하고자 한다.
제안 방법
- 또한 전자현미경(JSM-5400, JEOL, 일본)으로 형광층 표면을 측정하고, 이렇게 측정한 형광체의 SEM 사진을 비트맵 이미지로 변환시키고, bmp 이미지로 변환된 영상은 히스토그램으로 명암 값을 추출하였다. 추출된 명암 값에 의해 영상신호를 이진화하여 1차 미분과 2차 미분하였다.
- 추출된 명암 값에 의해 영상신호를 이진화하여 1차 미분과 2차 미분하였다. 미분과 필터링에 의하여 윤곽선과 잡음 처리를 하고, 입자와 grain boundary의 특성을 분석하였다.
- 하였다. 수평방향의 미분은 어느 한 점을 기준으로 할 때, , 좌표는 같고, > 좌표만 중심 화소의 상하에 해당하는 화소들의 차이 값으로 구하였다. 수직방향의 미분은 어느 한 점을 기준으로 할 때, y 좌표는 같고, X 좌표만 중심 화소의 상하에 해당하는 화소들의 차이 값으로 구하였다.
- 그러므로, 2차 미분은 입자의 형상을 구할 수 있다. 얻어진 이미지를 2진화하여 블록의 정의역을 패턴거리 z■과 입방체의 수 N3로 정량화 하였다. 정량화된 데이터는 최소 자승 오차법에 의해 오차를 최소화하여 프랙탈 차원을 구하였다.
- 이러한 발광특성을 프랙탈 이론을 적용하여 분석하기 위하여 CaS:EuC13, CaS:EuF& CaS:EuS 발광소자의 전자 현미경 사진을 256X256 화소(pixel)의 비E맵 이미지로 변환하고, 2진화 코¥로 처리하여 -z 결과를 각각 二림 6, 7, 8에 나타내었다.
- 얻어진 이미지를 2진화하여 블록의 정의역을 패턴거리 z■과 입방체의 수 N3로 정량화 하였다. 정량화된 데이터는 최소 자승 오차법에 의해 오차를 최소화하여 프랙탈 차원을 구하였다.
- 제작된 소자의 결정성을 알아보기 위하여 X-ray 회절분석(D/Max-1200, Rigaku, 일본)을 하였으며, 발광특성을 분석하기 위하여 EL 스펙트럼을 측정하였다. 또한 전자현미경(JSM-5400, JEOL, 일본)으로 형광층 표면을 측정하고, 이렇게 측정한 형광체의 SEM 사진을 비트맵 이미지로 변환시키고, bmp 이미지로 변환된 영상은 히스토그램으로 명암 값을 추출하였다.
- 제작된 발광소자는 이중 절연구조를 가지며, 형광 층을 감싸는 절연층은 YjOstCerac, 4N, 미국)를 사용하였으며, 증착시 기판온도는 150°C, 증착 두께는 3, 000 A으로 형광층을 증착할 때와 똑같이 전자빔 증착기 내에서 증착을 하였다. 증착시 초기 진공도는 2x10 ° Torr로 유지하였으며, 형광층 증착시 S vacancy를 보충하기 위하여 S co-evaporation을 하였다. 소자의 하부 전극으로는 A1 을 저항가열로 3, 000 A 형성하여 전계발광소자를 제작하였다.
- 또한 전자현미경(JSM-5400, JEOL, 일본)으로 형광층 표면을 측정하고, 이렇게 측정한 형광체의 SEM 사진을 비트맵 이미지로 변환시키고, bmp 이미지로 변환된 영상은 히스토그램으로 명암 값을 추출하였다. 추출된 명암 값에 의해 영상신호를 이진화하여 1차 미분과 2차 미분하였다. 미분과 필터링에 의하여 윤곽선과 잡음 처리를 하고, 입자와 grain boundary의 특성을 분석하였다.
대상 데이터
- 기판 전극으로는 IT0(Corning 7059, 13 Q/ 匚])를 사용하였고, 형광층의 모재료는 CaS(Cerac사, 4N, 미국) 분말을 사용하였으며, 발광중심으로 EuCkKCerac사, 3N, 미국), EuF:XCerac사, 3N, 미국), EuS(Cerac사, 3N, 미국) 분말을 각각 0.6 mol% 혼합한 후, 200 kg/cm?의 압력으로 성형하여 펠렛을 제?]■方]■고, 이-를 전:자■빔 증착기 (e-beam evaporator) 로 증착하여 발광층을 형성하였다. 이때, 기판 온도는 55(TC로 하였고, 증착두께는 8, 000 A으로 하였다.
- 증착시 초기 진공도는 2x10 ° Torr로 유지하였으며, 형광층 증착시 S vacancy를 보충하기 위하여 S co-evaporation을 하였다. 소자의 하부 전극으로는 A1 을 저항가열로 3, 000 A 형성하여 전계발광소자를 제작하였다.
- 프랙탈 수학에 의한 시료 표면의 구조를 정량적으로 분석하기 위하여 CaS:Eu 전계발광소자를 제작하였다. 기판 전극으로는 IT0(Corning 7059, 13 Q/ 匚])를 사용하였고, 형광층의 모재료는 CaS(Cerac사, 4N, 미국) 분말을 사용하였으며, 발광중심으로 EuCkKCerac사, 3N, 미국), EuF:XCerac사, 3N, 미국), EuS(Cerac사, 3N, 미국) 분말을 각각 0.
데이터처리
- 나타낸다. 각 영상의 명암값 정보를 얻는 방법으로는 히스토그램(histrogram)을 이용하여 경계값을 구하였다.
이론/모형
- 프랙탈(fractal) 이론은 1975년 Mandelbrot의 해 자기 상사성(s이f-similarity)을 이용하여 지형의 고찰에 이용되었다.[2, 3] 프랙탈의 응용은 부호화하고자 하는 입 력영상을 고정크기 또는 가변 크기의 블럭으로 분할한 후, 분할된 영상에서 가장 유사한 블럭을 찾아 블럭 영역을 원래의 영상과 가장 잘 근사화시키는 축소 매핑 함수를 찾는 것이다.
성능/효과
- 본 연구에서는 CaS:Eu 전계발광소자를 제작하고, 소자 표면 SEM 사진을 디지털 영상 정보로 변환시킨 후, 프랙탈 이론을 이용하여 형광체 표면에서 프랙탈 차원 및 입자 밀도 분석을 통하여 발광 특성과의 관계를 살펴본 결과, 제작된 EL 소자의 EL 스펙트럼은 640-650 nm의 적색 발광피크를 가짐을 알 수 있었다. 프랙탈 이론과 관련지었을 때, 프랙탈 차원이 1.
- 이상의 고찰로부터 본 실험에서 사용한 세 가지 종류의 발광소자 중 CaS:EuF3 소자가 threshold voltage나 발광 휘도 모두 다른 소자보다 우수한 것으로 나타났으며, 이는 프랙탈 이론과 비교할 때이 소자의 프랙탈 차원 및 grain boundary area가 높게 나타나기 때문이라고 할 수 있 나.
- 수 있었다. 프랙탈 이론과 관련지었을 때, 프랙탈 차원이 1.82, grain boundary area가 19%를 나타낸 CaS:EuF3 EL 소자의 휘도가 261 cd/m2, threshold voltage가 90 V로 가장 좋아 프랙탈 차원 및 grain boundary area7]- 높을 수록 발광특성의 향상이 이루어질 수 있음을 알 수 있었다.
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