KR100643209B1 - 발광다이오드의 열특성 측정장치 및 접합부 온도 측정방법 - Google Patents

발광다이오드의 열특성 측정장치 및 접합부 온도 측정방법 Download PDF

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박병재
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본 발명은 발광다이오드의 열특성 측정장치 및 접합부 온도 측정방법에 관한 것으로서, 발광다이오드의 열특성 측정장치는 측정대상 발광다이오드를 전기적으로 접속할 수 있도록 된 장착스테이지와, 장착스테이지에 장착된 발광다이오드에 전류를 가변시켜 인가할 수 있는 전류공급부와, 발광다이오드에 인가된 전류에 대응되는 전압을 측정하여 출력하는 전압측정부와, 장착스테이지와 결합되어 발광다이오드 주위를 가열할 수 있도록 히터가 내장된 가열챔버와, 가열챔버 내부의 온도를 검출하는 온도센서와, 가열챔버와 전류공급부를 제어하면서 온도센서의 출력신호와, 전압측정부의 출력신호를 이용하여 발광다이오드의 접합부의 온도를 산출하는 산출부를 구비한다. 이러한 발광다이오드의 열특성 측정장치 및 접합부 온도측정 방법에 의하면, 비접촉에 의해 접합부의 온도를 정밀하게 측정할 수 있고, 접합부의 온도 변화에 따른 발광다이오드의 분광 특성을 함께 측정할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

발광다이오드의 열특성 측정장치 및 접합부 온도 측정방법{apparatus of calculating thermal property of light emitting diode and method of measuring junction temperature thereof}
도 1은 본 발명에 따른 발광다이오드의 열특성 측정장치를 나타내보인 도면이고,
도 2는 도 1의 측정본체의 구성예를 나타내 보인 평면도이고,
도 3은 도 2의 장착스테이지를 일부 발췌하여 개략적으로 나타내 보인 사시도이고,
도 4는 도 3의 제1스테이지와 제2스테이지의 개략적인 단면도이고,
도 5는 도 1의 전류공급부와 전압측정부의 측정대상 발광다이오드와의 접속관계를 나타내 보인 회로도이고,
도 6은 본 발명에 따른 발광다이오드의 접합부의 온도를 산출하는 과정을 나타내 보인 플로우도이고,
도 7은 일반적인 발광다이오드의 주변온도 변화에 따른 순방향 전류와 전압과의 관계를 나타내 보인 그래프이고,
도 8은 도 1의 발광다이오드에 테스트전류를 인가하는 패턴을 나타내 보인 파형도이고,
도 9는 도 7의 테스트 전류를 상호 다른 주위 온도에 대해 인가하였을 때 측정한 발광다이오드의 순방향 전압과 온도와의 관계를 나타내 보인 그래프이고,
도 10은 발광다이오드의 접합부의 온도를 측정할 때의 구동 전류 인가 파형의 일 예를 나타내 보인 파형도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
110: 측정본체 120: 장착 스테이지
150: 온도제어부 152: 전류공급부
154: 전압측정부 156: 모터구동부
160: 스펙트로미터 180: 산출부
본 발명은 발광다이오드의 열특성 측정장치 및 접합부 온도 측정방법에 관한 것으로서, 상세하게는 비접촉식으로 발광다이오드의 접합부의 발열온도를 측정할 수 있도록 된 발광다이오드의 열특성 측정장치 및 접합부 온도 측정방법에 관한 것이다.
발광다이오드는 접합부(junction)의 온도에 따라 분광특성이 가변되어 색상, 주파장 등의 광학적 특성이 가변될 뿐만아니라 순방향 전압을 변화시킨다.
특히, 발광다이오드 구동시 접합부의 온도가 높아질 수록 수명이 짧아지고, 접합부의 온도가 허용 한계값 이상으로 상승하게 되면 소자가 파손된다. 따라서, 발광다이오드의 방열구조 설계, 구동조건, 온도에 따른 파장 특성 정보를 제공하기 위해서는 접합부의 온도를 정밀하게 측정할 수 있는 장치가 요구된다.
발광다이오드의 접합부를 측정하는 종래의 방식으로서 열전쌍(thermocouple)을 발광다이오드에 접촉시킨 상태에서 발열온도를 측정하는 방식이 있으나 이 경우 열전쌍의 접촉상태에 의한 영향에 의해 접합부의 발열온도 측정 정밀도가 떨어질 수 있고, 발광다이오드칩을 패키징화한 이후에는 열전쌍을 발광다이오드의 접합부를 중심으로 접촉시키기 어려운 문제점이 있다.
또한, 적외선 온도계를 이용하여 발광다이오드의 접합부의 온도를 비접촉식으로 측정하는 방법이 있고, 이 방법은 검사시간이 빠르고 공간분해능이 우수한 장점이 있는 반면, 표면에서 방사되는 방사에너지를 이용하기 때문에 접합부의 표면이 개방되어진 상태에서만 측정이 가능함으로써 측정방법에 대한 제약이 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서 발광다이오드가 패키징화된 상태에서도 비접촉식으로 발광다이오드의 접합부의 발열온도를 측정할 수 있는 발광다이오드의 열특성 측정장치 및 접합부 온도 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 발광다이오드의 접합부의 온도와 발광다이오드의 광학적 및 전기적 특성을 함께 측정할 수 있는 발광다이오드의 열특성 측정장치 및 접합부 온도 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발광다이오드의 열특성 측정장치는 측정대상 발광다이오드를 전기적으로 접속할 수 있도록 된 장착스테이지와; 상기 장착스테이지에 장착된 발광다이오드에 전류를 가변시켜 인가할 수 있는 전류공급부와; 상기 발광다이오드에 인가된 전류에 대응되는 전압을 측정하여 출력하는 전압측정부와; 상기 장착스테이지와 결합되어 상기 발광다이오드 주위를 가열할 수 있도록 히터가 내장된 가열챔버와; 상기 가열챔버 내부의 온도를 검출하는 온도센서와; 상기 가열챔버와 상기 전류공급부를 제어하면서 상기 온도센서의 출력신호와, 상기 전압측정부의 출력신호를 이용하여 상기 발광다이오드의 접합부의 온도를 산출하는 산출부;를 구비한다.
바람직하게는 상기 가열챔버는 삽입구를 통해 상기 장착스테이지에 끼움결합될 수 있고 상기 발광다이오드에서 출사된 광을 외부로 투사시킬 수 있는 투광개구가 상기 삽입구 맞은편에 형성되어 있으며, 상기 가열챔버의 상기 투광개구를 통해 출사된 광을 검출하고, 검출결과를 상기 산출부에 출력하는 광검출부;를 더 구비한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 상기 광검출부는 상기 가열챔버의 상기 투광개구를 통해 출사된 광을 입사개구를 통해 내부 공동내로 입사받을 수 있도록 설치된 적분구와; 상기 적분구에 입사된 광의 분광 특성을 측정하여 상기 산출기에 출력하는 스펙트로미터;를 포함한다.
바람직하게는 상기 적분구와 상기 가열챔버 사이에는 상기 가열챔버를 투과 한 광 중 상기 적분구의 입사개구를 벗어난 위치로 확산되는 광의 상기 입사개구로의 진입을 차단할 수 있도록 광가이드경로가 형성된 광경로가이드부재;가 더 구비된다.
또한, 상기 장착스테이지는 제1베이스와, 상기 제1베이스에 장착된 제1모터에 의해 상기 제1베이스에 대해 회전가능하게 설치된 제1회전테이블 및 상기 제1회전테이블에 상기 제1회전테이블의 회전중심선을 일정길이 연장되게 표시할 수 있게 설치된 원점가이드부재가 마련된 제1스테이지와; 상기 제1회전테이블에 장착된 제2베이스와, 상기 제2베이스에 설치된 제2모터에 의해 상기 제1회전테이블의 회전중심에 대해 직교하는 방향을 중심으로 회전될 수 있게 설치된 제2회전테이블과, 상기 제2회전테이블상에 발광다이오드를 장착할 수 있게 마련된 접속단자부를 갖는 제2스테이지;를 구비한다.
상기 원점가이드부재는 상기 제1회전테이블에 대해 진퇴될 수 있게 장착되되 그 선단부의 외주면 중 일부분이 상기 제1회전테이블의 회전중심선과 일치되게 설치된 원점가이드봉과, 상기 제1회전테이블의 회전중심에서 회전중심선을 따라 광을 출사하는 레이저 광원 중 어느 하나가 적용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1회전테이블상에는 상기 원점가이드봉을 상기 제1회전테이블상으로 후퇴되는 방향으로 자력을 인가할 수 있게 설치된 적어도 하나의 제1자석부재와; 상기 가열챔버와 대향되는 상기 제2회전테이블에는 상기 가열챔버의 접촉력을 강화시키기위해 자력을 인가할 수 있게 설치된 적어도 하나의 제2자석부재;가 더 구비된다.
상기 산출부는 상호 다르게 적용된 주위 온도에서 상기 발광다이오드의 접합부의 발열을 야기시키지 않는 테스트 전류 인가시 상기 발광다이오드의 출력전압과 상기 주위온도의 비례관계로부터 온도계수를 구하고, 상기 온도계수에 근거하여 설정된 구동전류 인가 후 상기 테스트 전류인가시의 상기 발광다이오드의 출력전압으로부터 상기 발광다이오드의 접합부의 온도를 산출하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발광다이오드의 접합부의 온도를 측정하는 방법은 가. 상기 발광다이오드의 접합부의 발열을 야기시키지 않는 테스트전류를 인가시 상기 발광다이오드의 순방향 전압을 상호 다른 주위 온도에 대해 측정하는 단계와; 나. 상기 가 단계에서 측정된 데이터로부터 온도계수를 산출하는 단계와; 다. 상기 발광다이오드에 선택된 구동전류를 인가 후 상기 테스트 전류인가시의 상기 발광다이오드의 순방향 전압을 측정하는 단계와; 라. 상기 온도계수를 근거로 상기 다 단계에서 산출된 상기 발광다이오드의 순방향 전압과 상기 테스트 전류만을 인가하였을 때 산출된 주위온도 및 상기 발광다이오드의 순방향 전압값으로부터 상기 발광다이오드의 접합부의 온도를 산출하는 단계;를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광다이오드의 열특성 측정장치 및 접합부 온도 측정방법을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 발광다이오드의 열특성 측정장치를 나타내보인 도면이다.
도면을 참조하면, 열특성 측정장치(100)는 측정본체(110), 온도제어부(150), 전류공급부(152), 전압측정부(154), 모터구동부(156), 스펙트로미터(160), 산출부(180)를 구비한다.
측정본체(110)에는 장착스테이지(120), 가열챔버(142), 광경로 가이드부재(145), 적분구(147)가 마련되어 있다.
측정본체(110)에 대한 상세 구조는 도 2 내지 도 4를 함께 참조하여 설명한다.
측정본체(110)는 하우징(111)과, 하우징(111)의 내부공간 내로 서랍식으로 입출될 수 있게 설치된 수납함(112)을 갖는 구조로 되어 있다.
장착스테이지(120)는 수납함(112)에 설치되어 있다.
장착스테이지(120)는 측정대상 발광다이오드의 광축을 중심으로 각도별 광도를 측정할 수 있도록 발광다이오드를 회전시킬 수 있는 구조가 적용되었다.
장착스테이지(120)는 발광다이오드(200)의 광축이 되는 제2축(115)에 대해 수직한 제1축(113)을 중심으로 제1모터(M1)(157)에 의해 회전될 수 있게 설치된 제1스테이지(121)와, 제1스테이지(121)와 결합되어 제1축(113)과 수직한 제2축(115)에 대해 제2모터(M2)(158)에 의해 회전될 수 있게 된 제2스테이지(131)로 되어 있다.
제1스테이지(121)에는 제1베이스(122), 제1회전테이블(123), 제1모터(157), 원점가이드봉(124)이 설치되어 있다.
제1베이스(122)는 수납함(112)에 고정되게 결합되어 있다.
제1회전테이블(123)은 제1베이스(122)에 설치된 제1모터(157)에 의해 회전가 능하게 설치되어 있다.
제1회전테이블(123)의 중공 부분에는 원점가이드봉(124)이 직선상으로 입출될 수 있게 가이드 하는 선형이동 가이드부재(125)가 장착되어 있다.
제1모터(157)의 회전축(157a)과 제1회전테이블(123)의 외주면(123a)에는 회전방향을 직교하는 방향으로 전환시킬 수 있게 워엄과 워엄기어가 각각 형성되어 있다.
원점 가이드봉(124)은 제1회전테이블(123)의 회전중심선을 일정길이 연장되게 표시할 수 있는 원점가이드부재의 일 예로서 적용된 것으로서 선단의 머리부(124a)의 외주면이 제1회전테이블(123)의 회전중심 즉 제1축(113)과 일치하도록 제1회전테이블(123)의 회전중심과 나란한 방향을 따라 진퇴될 수 있게 설치되어 있다. 원점가이드봉(124)은 자력에 감응할 수 있는 금속소재로 형성된다.
제1자석부재(126)는 원점가이드봉(124)이 자력에 의해 제1회전테이블(123)에 밀착될 수 있게 선형 이동 가이드부재(125)상에 설치되어 있다.
도시된 예와 다르게 원점가이드부재로서 레이저 광원(미도시)이 적용될 수 있다. 레이저 광원의 경우 가시광선을 출사하는 것이 적용되면 되고, 출사광이 제1회전 테이블(123)의 회전중심과 일치되게 광을 출사하도록 제1회전테이블(123)에 설치되면 된다.
제2회전스테이지(131)는 제2베이스(132), 제2회전테이블(133), 제2모터(M2)(158), 접속단자부(134) 및 진퇴길이 조정부(136)가 마련되어 있다.
제2베이스(132)는 제1회전테이블(123)에 고정되어 있다.
제2회전테이블(133)은 제2모터(158)에 의해 제2베이스(132)에 대해 회전가능하게 설치되어 있다.
접속단자부(134)는 제2회전테이블(133)의 중공을 통해 진퇴될 수 있게 설치되어 있고, 선단부에는 발광다이오드(200)의 전극을 삽입에 의해 접속시킬 수 있는 복수의 단자(134a)가 마련되어 있다.
단자(134a)는 리드핀 타입의 발광다이오드 또는 칩타입의 경우 리드핀이 형성된 별도의 보조회로기판에 실장한 후 삽입에 의해 전기적으로 접속할 수 있도록 다수개 형성되어 있다.
진퇴길이 조정부(136)는 제2회전테이블(133)에 고정되게 설치되어 접속단자부(134)의 외측면을 밀착 고정 및 분리시킬 수 있게 형성되어 있다. 도시된 예에서는 진퇴길이 조정부(136)는 접속단자부의 외주면을 감쌀수 있게 형성된 U자형 파지부(136a)와, 파지부(136a)의 이격된 간극 사이를 진퇴에 의해 조절하여 접속단자부(134)를 제2회전테이블(133)에 고정 및 분리 시킬 수 있는 조정나사(136b)로 된 구조가 적용되었다.
이러한 구조의 장착스테이지(120)는 발광다이오드(200)의 접합부의 온도측정과 함께 제1회전테이블(123)과 제2회전테이블(133)을 각각 선택적으로 회전 구동시켜 발광다이오드(200)의 각도변화에 따른 분광특성도 함께 측정할 수 있다.
이러한 분광특성 측정시 발광다이오드(200)의 원점조정은 측정대상 발광다이오드(200)의 전극을 접속단자부(134)의 단자(134a)에 삽입시켜 결합하고 나서, 원점가이드 부재로서 원점가이드봉(124)이 적용되는 경우 원점가이드봉(124)을 적어 도 제2축(115)까지 인출시킨 다음 발광다이오드(200)의 선단이 원점가이드봉(124)에 밀착되게 접속단자부(134)를 이동시킨 다음 진퇴길이 조정부(136)의 조정나사(136b)를 조이고 원점가이드봉(124)을 원위치 시키면 발광다이오드(200)의 원점셋팅이 완료된다. 또한, 원점가이드 부재로서 레이저 광원이 적용되는 경우 레이저 광원이 켜진상태에서 발광다이오드(200)의 선단이 레이저광원에서 출사되는 광과 접촉되는 거리 만큼 접속단자부(134)를 이동시킨 다음 진퇴길이 조정부(136)의 조정나사(136b)를 조이면 발광다이오드(200)의 원점셋팅이 완료된다.
가열챔버(142)는 제2스테이지(131)의 제2회전테이블(133)에 장착된 발광다이오드(200)를 에워쌀 수 있게 컵형태의 내부공간을 갖는 구조로 형성되어 있다.
참조부호 142a는 접속단자부(134)에 끼움결합될 수 있게 형성된 삽입구이고, 142b는 투광개구이다.
가열챔버(142)는 온도제어부(150)에 의해 제어되는 히터(143)가 내장되어 있다.
온도센서(144)는 가열챔버(142)내에 설치되어 있다.
가열챔버(142)는 다양한 소재로 형성될 수 있고, 본 실시예에서는 내측면이 구리로 형성된 내부층(142c)과 내부층(142c) 외측에 단열소재로된 피막층(142d)을 갖고, 내부층(142c)과 피막층(142d) 사이에 히터(143)가 삽입된 구조가 적용되었다.
바람직하게는 가열챔버(142)가 접속단자부(134)를 통해 끼움결합된 상태에서 가열챔버(142)의 접합력을 강화시켜 이탈을 억제할 수 있도록 제2자석부재(137)가 가열챔버(142)와 대향되는 위치에 설치되어 있다.
온도제어부(150)는 산출부(180)에 제어되어 가열챔버(142)의 히터(143)를 설정된 온도가 되도록 제어한다.
전류공급부(152)는 접속단자부(134)의 단자(134a)를 통해 발광다이오드(200)에 전류를 공급할 수 있도록 접속되어 있다.
전압측정부(154)는 발광다이오드(200)의 순방향 전압을 측정할 수 있도록 접속되어 있다.
전류공급부(152)와 전압측정부(154)는 도 5에 도시된 바와 같이 발광다이오드(200)와 접속된다.
적분구(147) 및 스펙트로미터(160)는 광검출부로서 적용된 것이다.
적분구(147)는 발광다이오드(200)에서 가열챔버(142)의 투광개구(142b)를 통해 출사된 광을 입사개구(147a)를 통해 입사받을 수 있도록 설치되어 있다.
적분구(147)의 내부 공동은 고반사물질로 코팅되어 있다.
적분구(147)는 내부로 입사된 광을 검출할 수 있도록 스펙트로미터(160)와 연결되어 있다.
적분구(147)내에 스펙트로미터와는 별도록 광을 검출할 수 있는 광검출기(미도시)를 추가로 더 설치할 수 있음은 물론이다.
광경로가이드부재(145)는 발광다이오드(200)에서 출사된 광 중 적분구(147)의 입사개구(147a)를 벗어난 각도로 확산되는 광이 적분구(147)내로 입사되는 것을 억제할 수 있도록 광가이드경로가 형성되어 적분구(147)와 결합되어 있다.
광경로 가이드부재(145)의 광가이드경로는 발광다이오드(200)의 광축인 제2축(115)을 중심으로 적분구(147)의 입사개구(147a)의 폭에 대응되는 폭의 개구 및 출구가 형성되어 있고, 개구와 출구 사이에 내부 공동이 확장되게 복수개의 공동이 형성된 구조로 되어 있다. 광경로 가이드부재(145)의 내부 공동은 입사된 광이 광경로 가이드부재(145)의 표면에 도달하면 소멸될 수 있는 소재로 코팅된 것이 바람직하다.
적분구(147)와 광경로가이드부재(145)는 일체로 결합되어 발광다이오드(200)와 적분구(147)와의 이격거리를 조정할 수 있도록 제2축(115)과 나란한 방향을 따라 하우징(111)에 설치된 가이드레일(148)상에 제3모터(M3)(159)의 구동에 따라 이동될 수 있게 설치되어 있다.
적분구(147)를 이동시키기 위한 구조는 다양하게 적용될 수 있고 도시된 예에서는 제3모터(159)의 회전축에 구동휠이 형성되어 있고, 구동휠과 종동휠 사이에 설치된 벨트에 적분구(147)와 광경로 가이드부재(145)가 결합되어 이동될 수 있는 구조가 적용되었다.
도시된 예와는 다르게 광검출부는 가열챔버(142)의 투광개구(142b)를 통해 출사된 광을 입사받을 수 있도록 광검출기 또는 조도계가 대향되는 위치에 설치된 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.
모터구동부(156)는 산출부(180)에 제어되어 제1 내지 제3 모터(157)(158)(159))의 구동을 제어한다.
산출부(180)는 가열챔버(142)와 전류공급부(152)를 제어하면서 온도센서 (144)의 출력신호와, 전압측정부(154)의 출력신호를 이용하여 발광다이오드(200)의 접합부의 온도를 산출한다.
또한, 산출부(180)는 모터구동부(156)를 제어하여 스펙트로미터(160)를 통해 수신된 데이터로부터 분광특성을 산출한다.
이러한 산출부(180)는 컴퓨터가 적용될 수 있다.
즉, 산출부(180)는 입력장치(181a)(181b), 중앙처리장치와 기억장치가 설치된 본체(183) 및 표시장치(185)를 구비하고, 기억장치에는 열특성 측정을 수행하는 프로그램이 설치되어 있다.
기억장치에 열특성을 측정하기 위해 설치된 프로그램은 표시장치(185)를 통해 메뉴 및 측정결과를 표시해주고, 측정조건 등을 입력장치를 이용하여 조작할 수 있도록 되어 있다.
이하에서는 산출부(180)의 접합부 온도 산출과정을 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
먼저, 발광다이오드(200)의 접합부의 발열을 야기시키지 않는 미소의 테스트전류(IM)를 인가시 발광다이오드의 순방향 전압(VM)을 상호 다른 주위 온도에 대해 측정한다(단계 310).
여기서 테스트 전류(IM)는 발광다이오드에 인가할때 발광다이오드(200)의 접합부의 발열을 야기시키지 않으면서도 발광다이오드(200)의 순방향 전압(VM)을 검출할 수 있는 정도로 결정된다.
이러한 테스트 전류는 초기에 임의의 시도값에서부터 시작하여 발광다이오드의 접합부의 온도변화가 발생하지 않는 전류값을 찾아 결정하면 된다.
바람직하게는 테스트전류를 찾기 위한 시행 에러를 줄이기 위해 발광다이오드의 주위 온도 변화에 따른 전류-전압관계가 도시된 도 7에서 A로 표기된 부분 즉, 전류-전압 관계 곡선의 굴곡이 급격하게 변하는 부분에서 테스트전류값을 적용하면 되고, 통상적으로 정격 구동전류의 1% 미만 정도의 전류로 결정하면 된다.
테스트 전류를 결정하기 위한 시도값이 선택되면 시도 전류를 설정된 듀티로 반복적으로 펄스형태로 인가하면서 테스트 전류 인가시 마다 측정된 발광다이오드의 순방향 전압이 변동되지 않고 일정하게 유지되는지를 확인한다. 이러한 테스트 전류 인가 패턴의 일 예가 도 8에 도시 되어 있다. 도시된 테스트전류 인가 패턴에서 테스트전류(IM)의 듀티(tM/(tM + tH))는 0.3% 이하 주기(T)는 수초 예를 들면 3초 정도 적용하면 된다. 도면에서 Ioff는 전류공급차단을 의미한다.
발광다이오드(200)의 순방향전압이 변동되지 않으면 인가된 시도 전류에 의해 접합부의 발열이 야기되지 않은 것이고 이러한 조건을 만족하는 시도전류를 테스트 전류로 설정하면 되고 이때에 발광다이오드에 대해 측정된 순방향 전압(VM)을 기억장치에 온도센서(144)에 의해 검출된 주위온도 정보와 함께 기록한다.
이러한 측정과정은 상호 다른 주위온도에 대해 각각 수행한다. 여기서 상호 다른 주위온도는 미리 설정되거나 사용자가 입력하여 설정할 수 있다.
다음은 산출된 데이터로부터 온도계수(K)를 구한다(단계 320).
온도계수는 테스트 전류를 상호 다른 주위온도 조건에서 인가할 때 발광다이오드의 순방향 전압(VM)값과 주위온도와의 비례관계로부터 구하면 된다.
즉, 앞서 설명된 측정과정을 거쳐 상호 다른 온도에서 테스트전류 인가시 산출된 순방향 전압(VM)과 주위온도와의 관계가 도 9에 도시된 형태로 구하여지면 산출된 데이터로부터 비례관계를 구하면 되고, 도 9에 도시된 그래프의 경우 이하의 수학식 1에 의해 구하면 된다.
Figure 112005027867896-pat00001
여기서 VM(high)는 가열챔버(142)의 온도를 Thigh로 유지한 상태에서 테스트전류 인가시 측정된 발광다이오드의 순방향 전압(VM)이고, VM(low)는 가열챔버(142)의 온도를 Thigh 보다 낮은 Tlow로 유지하였을 때 측정된 발광다이오드의 순방향 전압(VM)이다.
온도계수가 구해지면 임의의 구동전류를 인가하여 발광다이오드의 접합부의 온도를 산출할 수 있다. 여기서 구동전류는 테스트 전류 보다 큰 것으로 발광다이오드의 접합부의 발열을 야기시킬 수 있는 전류를 말한다.
발광다이오드의 접합부의 온도산출은 먼저 발광다이오드에 선택된 구동전류를 인가 후 테스트 전류를 인가시 발광다이오드의 순방향 전압을 측정한다(단계 330). 여기서 구동전류는 측정자가 임의로 설정할 수 있다.
발광다이오드의 접합부의 온도 측정시 인가하는 구동 전류인가 패턴은 도 10에 도시된 바와 같이 발광다이오드(200)에 설정된 구동전류(IH)와 테스트전류(IM)를 설정된 듀티로 교대로 인가하고, 구동전류(IH)인가 후 테스트 전류(IM)를 인가할 때 순방향 전압(VHM)을 측정한다. 즉, 도 10의 구동패턴에서 테스트 전류인가 시간(tM)에서 순방향 전압(VHM)을 측정한다.
여기서 테스트 전류인가 시간(tM)은 구동전류 인가 시간(tH)의 0.3% 이하로 적용되는 것이 바람직하다.
구동전류(IH)인가 시간(tH)에 대한 테스트 전류 인가 시간(tM)을 0.3% 이하로 적용하는 이유는 테스트 전류 인가시 발광다이오드(200)의 접합부 온도의 하강이 있을 수 있어 이를 최소화하여 보다 정밀하게 접합부 온도를 측정하기 위한 것이다.
이후에는 앞서 산출된 온도계수(k)를 근거로 단계330에서 산출된 발광다이오드의 순방향 전압(VHM) 값으로부터 발광다이오드의 접합부의 온도(Tj)를 아래의 수학식 2에 의해 계산한다(단계 340).
Figure 112005027867896-pat00002
여기서 TMO는 발광다이오드에 접합부의 발열을 야기시킬 수 있는 전력이 공급되지 않으면서 테스트 전류 인가시 측정된 발광다이오드 접합부의 초기 온도로서 주위온도와 동일하고, VMO는 발광다이오드에 접합부의 발열을 야기시키지 않는 테스트 전류 인가시 측정된 순방향 전압이다. 또한, VHM은 발광다이오드에 접합부의 발열을 야기시킬 수 있는 구동전류가 공급되었을 때 구동전류 이후 테스트 전류(IM) 인가시 발광다이오드의 순방향 전압이다.
즉, VMO는 도 8에 도시된 구동패턴으로 발광다이오드에 테스트 전류를 짧은 시간(tM)동안 인가하고, 이때의 순방향 전압을 측정한 값을 적용하면 되고, VHM은 도 10에 도시된 구동패턴으로 발광다이오드에 구동전류(IH)를 공급하여 발광다이오드의 구동을 시작하고, 일정 주기(tM + tH)마다 짧은시간(tM) 동안 테스트전류(IM)를 인가할 때 이때의 순방향 전압을 측정한 값을 적용하면 된다.
한편, 접합부 온도를 알면 열저항을 구할 수 있다.
즉, 발광다이오드의 접합부로부터 외부까지의 열저항(RΘj-a)은 아래의 수학식 3에 의해 구할 수 있다.
Figure 112005027867896-pat00003
여기서, IfH는 발광다이오드에 인가된 구동전류이고, VfH는 구동전류 인가시의 순방향 전압이고, Ta는 주위온도이다.
또한, 접합부로부터 발광다이오드(200)의 임의의 위치(x) 까지의 열저항(
Figure 112005027867896-pat00004
) 은 측정대상 위치(x)에 온도센서를 추가로 설치하여 온도를 측정하면 산출할 수 있다. 일 예로서, 접합부로부터 케이스까지의 열저항(
Figure 112005027867896-pat00005
)은 케이스의 온도를 측정할 수 있게 온도센서를 추가로 설치하면 산출할 수 있다.
한편, 본 장치는 발광다이오드에 인가한 구동전류에 대응하는 접합부의 온도를 측정할 수 있기 때문에 구동전류 인가 후 취득된 발광다이오드의 접합부의 온도에 대응하는 발광특성을 적분구(147) 및 스펙트로미터(160)를 이용하여 산출부(180)에서 산출할 수 있다.
즉, 산출부(180)는 발광다이오드의 접합부의 온도, 열저항 및 주변온도와 접합부온도에 따른 광학적 특성 즉, 광도, 복사도, 최고파장 색좌표 등을 산출할 수 있다.
지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 발광다이오드의 열특성 측정장치 및 접합부 온도측정 방법에 의하면, 비접촉에 의해 접합부의 온도를 정밀하게 측정할 수 있고, 접합부의 온도 변화에 따른 발광다이오드의 분광 특성 및 접합부로부터 발광소자의 임의의 지점까지의 열저항값을 함께 측정할 수 있는 장점을 제공한 다.

Claims (9)

  1. 측정대상 발광다이오드를 전기적으로 접속할 수 있도록 된 장착스테이지와;
    상기 장착스테이지에 장착된 발광다이오드에 전류를 가변시켜 인가할 수 있는 전류공급부와;
    상기 발광다이오드에 인가된 전류에 대응되는 전압을 측정하여 출력하는 전압측정부와;
    상기 장착스테이지와 결합되어 상기 발광다이오드 주위를 가열할 수 있도록 히터가 내장된 가열챔버와;
    상기 가열챔버 내부의 온도를 검출하는 온도센서와;
    상기 가열챔버와 상기 전류공급부를 제어하면서 상기 온도센서의 출력신호와, 상기 전압측정부의 출력신호를 이용하여 상기 발광다이오드의 접합부의 온도를 산출하는 산출부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 열특성 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열챔버는 삽입구를 통해 상기 장착스테이지에 끼움결합될 수 있고 상기 발광다이오드에서 출사된 광을 외부로 투사시킬 수 있는 투광개구가 상기 삽입구 맞은편에 형성되어 있으며,
    상기 가열챔버의 상기 투광개구를 통해 출사된 광을 검출하고, 검출결과를 상기 산출부에 출력하는 광검출부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 열특성 측정장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광검출부는
    상기 가열챔버의 상기 투광개구를 통해 출사된 광을 입사개구를 통해 내부 공동내로 입사받을 수 있도록 설치된 적분구와;
    상기 적분구에 입사된 광의 분광 특성을 측정하여 상기 산출기에 출력하는 스펙트로미터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 열특성 측정장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적분구와 상기 가열챔버 사이에는 상기 가열챔버를 투과한 광 중 상기 적분구의 입사개구를 벗어난 위치로 확산되는 광의 상기 입사개구로의 진입을 차단할 수 있도록 광가이드경로가 형성된 광경로가이드부재;가 더 구비된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 열특성 측정장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 장착스테이지는
    제1베이스와, 상기 제1베이스에 장착된 제1모터에 의해 상기 제1베이스에 대해 회전가능하게 설치된 제1회전테이블 및 상기 제1회전테이블에 상기 제1회전테이블의 회전중심선을 일정길이 연장되게 표시할 수 있게 설치된 원점가이드부재가 마련된 제1스테이지와;
    상기 제1회전테이블에 장착된 제2베이스와, 상기 제2베이스에 설치된 제2모터에 의해 상기 제1회전테이블의 회전중심에 대해 직교하는 방향을 중심으로 회전될 수 있게 설치된 제2회전테이블과, 상기 제2회전테이블상에 발광다이오드를 장착 할 수 있게 마련된 접속단자부를 갖는 제2스테이지;를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 열특성 측정장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 원점가이드부재는 상기 제1회전테이블에 대해 진퇴될 수 있게 장착되되 그 선단부의 외주면 중 일부분이 상기 제1회전테이블의 회전중심선과 일치되게 설치된 원점가이드봉과, 상기 제1회전테이블의 회전중심에서 회전중심선을 따라 광을 출사하는 레이저 광원 중 어느 하나가 적용된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 열특성 측정장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1회전테이블상에는 상기 원점가이드봉을 상기 제1회전테이블상으로 후퇴되는 방향으로 자력을 인가할 수 있게 설치된 적어도 하나의 제1자석부재와;
    상기 가열챔버와 대향되는 상기 제2회전테이블에는 상기 가열챔버의 접촉력을 강화시키기위해 자력을 인가할 수 있게 설치된 적어도 하나의 제2자석부재;가 더 구비된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 열특성 측정장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 산출부는 상호 다르게 적용된 주위 온도에서 상기 발광다이오드의 접합부의 발열을 야기시키지 않는 테스트 전류 인가시 상기 발광다이오드의 출력전압과 상기 주위온도의 비례관계로부터 온도계수를 구하고, 상기 온도계수에 근거하여 설정된 구동전류 인가 후 상기 테스트 전류인가시의 상기 발광다이오드의 출력전압으로부터 상기 발광다이오드의 접합부의 온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 열특성 측정장치.
  9. 발광다이오드의 접합부의 온도를 측정하는 방법에 있어서,
    가. 상기 발광다이오드의 접합부의 발열을 야기시키지 않는 테스트전류를 인가시 상기 발광다이오드의 순방향 전압을 상호 다른 주위 온도에 대해 측정하는 단계와;
    나. 상기 가 단계에서 측정된 데이터로부터 온도계수를 산출하는 단계와;
    다. 상기 발광다이오드에 선택된 구동전류를 인가 후 상기 테스트 전류인가시의 상기 발광다이오드의 순방향 전압을 측정하는 단계와;
    라. 상기 온도계수를 근거로 상기 다 단계에서 산출된 상기 발광다이오드의 순방향 전압과 상기 테스트 전류만을 인가하였을 때 산출된 주위온도 및 상기 발광다이오드의 순방향 전압값으로부터 상기 발광다이오드의 접합부의 온도를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 접합부 온도측정 방법.
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