KR100754010B1 - System for measuring optical and thermal properties of light emitting diode array and Control method useing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광다이오드 어레이(LED array)의 광학 및 열 특성을 측정하는 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명의 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템은 발광다이오드 어레이에 전원을 공급하는 전원공급부, 상기 발광다이오드 어레이에서 방출되는 광의 광도를 검출하는 광 측정부, 상기 발광다이오드 어레이의 온도를 측정하는 온도 측정부, 및 상기 발광다이오드 어레이로의 전원공급을 제어하는 제어부를 포함하여, 공급되는 전원의 변화 및 전원공급시간에 따라 상기 발광다이오드 어레이 모듈의 광학 및 열 특성 변화를 실시간으로 측정할 수 있어 발광다이오드 어레이 모듈의 광학 및 열 특성을 보다 정확하게 측정할 수 있다. The present invention relates to a system for measuring the optical and thermal properties of a light emitting diode array. More specifically, the optical and thermal characteristics measurement system of the light emitting diode array of the present invention includes a power supply unit for supplying power to the light emitting diode array, an optical measuring unit for detecting the intensity of light emitted from the light emitting diode array, the light emitting diode array Including a temperature measuring unit for measuring the temperature, and a control unit for controlling the power supply to the light emitting diode array, the optical and thermal characteristics of the light emitting diode array module changes in real time according to the change in the power supply and the power supply time Measurements can be made to more accurately measure the optical and thermal characteristics of the LED array module.
발광다이오드 어레이, 에이징, 광학 특성, 열 특성, 광도 LED Array, Aging, Optical Properties, Thermal Properties, Luminance
Description
도 1은 본 발명의 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템의 일 예를 나타낸 것이다. 1 shows an example of an optical and thermal characteristic measurement system of a light emitting diode array of the present invention.
도 2는 본 발명의 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템을 이용해 발광다이오드의 광도변화 및 파장변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다. Figure 2 shows the results of measuring the light intensity change and the wavelength change of the light emitting diode using the optical and thermal characteristics measurement system of the light emitting diode array of the present invention.
도 3은 본 발명의 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템을 이용해 발광다이오드의 광도변화를 에이징 방법별로 측정한 결과를 나타낸 것이다. Figure 3 shows the results of measuring the light intensity change of the light emitting diode by the aging method using the optical and thermal characteristics measurement system of the light emitting diode array of the present invention.
도 4는 본 발명의 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템을 이용해 발광다이오드의 온도변화를 전원전류의 크기별로 측정한 결과를 나타낸 것이다. Figure 4 shows the results of measuring the temperature change of the light emitting diode by the size of the power supply current using the optical and thermal characteristics measurement system of the light emitting diode array of the present invention.
{도면의 주요부분에 대한 설명}{Description of main parts of the drawing}
11 : 발광다이오드 어레이 모듈 12 : 전원공급부11: light emitting diode array module 12: power supply
13 : 광 검출기 14 : 분광계13: light detector 14: spectrometer
15 : 온도 검출기 16 : 리니어 모터15
17 : 제어부 18 : 측정박스17
본 발명은 발광다이오드 어레이(LED array)의 광학 및 열 특성을 측정하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광다이오드 어레이 모듈에 공급되는 전원의 변화 및 전원공급시간에 따른 상기 발광다이오드 어레이 모듈의 광학특성 및 열특성 변화를 실시간으로 측정할 수 있는 발광다이오드 어레이 모듈의 광학 및 열 특성 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for measuring the optical and thermal characteristics of a light emitting diode array (LED array), and more particularly, the optical of the light emitting diode array module according to the power supply time and the change of power supplied to the light emitting diode array module. The present invention relates to an optical and thermal characteristic measuring apparatus of a light emitting diode array module capable of measuring changes in characteristics and thermal characteristics in real time.
발광다이오드는 전자와 홀의 재결합에 기초하여 발광하는 반도체를 이용한 광학소자로서, 반응속도, 전력소모, 발열 등의 제반특성이 종래의 광원에 비해 매우 우수하여 광통신, 전자기기에서 여러 형태의 광원으로 널리 사용되고 있다. A light emitting diode is an optical device using a semiconductor that emits light based on recombination of electrons and holes. The light emitting diode has excellent characteristics such as reaction speed, power consumption, and heat generation, and is widely used in various types of light sources in optical communication and electronic devices. It is used.
상기 발광다이오드는 반도체의 p-n 접합구조를 이용한 것으로, 전원전류가 지속적으로 공급되어 장시간 사용되는 경우, 물리적, 화학적 변화로 인해 광학 특성 등이 변화한다. The light emitting diode uses a p-n junction structure of a semiconductor, and when a power current is continuously supplied and used for a long time, optical characteristics and the like change due to physical and chemical changes.
발광다이오드에 전원을 장시간 인가하여 물리적, 화학적 변화가 일으키는 에이징(aging) 과정을 통해 발광다이오드의 광학 특성, 열 특성을 모니터링하면 전원공급과 시간의 경과에 따른 발광다이오드 광원의 성능저하를 측정할 수 있다. By monitoring the optical and thermal characteristics of the light emitting diode through an aging process caused by physical and chemical changes by applying power to the light emitting diode for a long time, it is possible to measure the performance degradation of the light emitting diode light source over time. have.
발광다이오드 어레이는 하나의 발광다이오드 또는 서로 다른 파장의 빛을 발광하는 적어도 둘 이상의 발광다이오드로 구성된 광원장치로, 상기 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성을 측정하는 시스템은 통상적으로 그것을 에이징하는 시스템과 분리되어 있다. A light emitting diode array is a light source device composed of one light emitting diode or at least two light emitting diodes emitting light of different wavelengths, and a system for measuring optical and thermal characteristics of the light emitting diode array is typically separated from a system for aging it. It is.
상기 발광다이오드 어레이를 에이징한 후에 그 특성 등을 측정하기 위해서는 광학 특성 등을 측정할 수 있는 별도의 시스템으로 이동시킬 필요가 있는데, 이때 상기 발광다이오드가 시스템 간에 이동하는 동안 그 특성이 변화될 수 있어 정확한 측정이 곤란한 문제점이 있다. After aging the light emitting diode array, it is necessary to move the light emitting diode array to a separate system capable of measuring optical properties, etc. At this time, the characteristics may be changed while the light emitting diode moves between systems. There is a problem that accurate measurement is difficult.
따라서 발광다이오드 어레이를 에이징함과 동시에 특성 변화를 측정할 수 있는 시스템이 요구된다. Therefore, there is a need for a system capable of measuring a characteristic change while aging an LED array.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 발광다이오드 어레이를 에이징함과 동시에 실시간으로 광학 및 열 특성의 변화를 측정하는 측정 시스템을 제공하는 데 있다. An object of the present invention devised to solve the above problems is to provide a measurement system for measuring the change in optical and thermal characteristics in real time while aging the light emitting diode array.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템은 발광다이오드 어레이에 전원을 공급하는 전원공급부; 상기 발광다이오드 어레이에서 방출되는 광의 광도를 검출하는 광 측정부; 상기 발광다이오드 어레이의 온도를 측정하는 온도 측정부; 및 상기 발광다이오드 어레이로의 전원공급을 제어하는 제어부를 포함한다. In order to solve the above problems, the optical and thermal characteristics measurement system of the light emitting diode array of the present invention includes a power supply for supplying power to the light emitting diode array; An optical measuring unit detecting a luminance of light emitted from the light emitting diode array; A temperature measuring unit measuring a temperature of the light emitting diode array; And a control unit controlling power supply to the light emitting diode array.
본 발명에서, 상기 광 측정부는 상기 발광다이오드 어레이에서 방출되는 광을 수광하는 수광수단 및 상기 수광수단에 수광된 광을 파장 별로 분광하여 광도를 검출하는 분광수단을 포함하는 것이 바람직하다. In the present invention, the light measuring unit preferably includes a light receiving means for receiving the light emitted from the light emitting diode array and spectroscopic means for detecting the light intensity by spectroscopy the light received by the light receiving means for each wavelength.
본 발명에서, 상기 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템은 상기 발광다이오드 어레이가 부착되어 상기 발광다이오드 어레이의 위치를 조절하는 구동수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. In the present invention, the optical and thermal characteristics measurement system of the light emitting diode array is preferably attached to the light emitting diode array further comprises a driving means for adjusting the position of the light emitting diode array.
본 발명에서, 상기 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템은 상기 발광다이오드 어레이의 온도를 제어하고 상기 제어부에 의해 제어되는 온도 제어수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the optical and thermal characteristic measurement system of the light emitting diode array further includes temperature control means for controlling the temperature of the light emitting diode array and controlled by the controller.
본 발명에서, 상기 제어부는 상기 광 측정부에서 측정된 광도 및 상기 온도 측정부에서 측정된 온도를 전송받는 것이 바람직하다. In the present invention, the control unit preferably receives the light intensity measured by the light measuring unit and the temperature measured by the temperature measuring unit.
본 발명의 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 방법은 발광다이오드 어레이를 에이징하는 제1 단계; 및 상기 발광다이오드 어레이에서 방출되는 광의 광도 및 상기 발광다이오드 어레이의 온도를 측정하는 제2 단계를 포함하고, 상기 제2 단계는 상기 제1 단계가 수행되기 시작한 직후부터 수행되기 시작하여 상기 제1 단계가 수행되는 동안 함께 진행되는 것을 특징으로 한다. The optical and thermal characteristics measuring method of the light emitting diode array of the present invention includes a first step of aging the light emitting diode array; And a second step of measuring the intensity of light emitted from the light emitting diode array and the temperature of the light emitting diode array, wherein the second step starts to be performed immediately after the first step begins to be performed. It is characterized in that it proceeds together while performing.
본 발명에서, 상기 제2 단계 이후에는 상기 측정된 광의 광도를 파장 별로 구분하는 제3 단계를 더 포함하고, 상기 제3 단계는 상기 제2 단계와 동시에 수행되는 것이 바람직하다. In the present invention, after the second step further comprises a third step of dividing the intensity of the measured light for each wavelength, the third step is preferably performed at the same time as the second step.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of the following drawings, it is determined that the same components have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings, and it is determined that they may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Detailed descriptions of well-known functions and configurations will be omitted.
도 1은 본 발명의 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템의 일 예를 나타낸 것이다. 1 shows an example of an optical and thermal characteristic measurement system of a light emitting diode array of the present invention.
상기 실시예에서, 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템은 발광다이오드 어레이 모듈(11)에 전원을 공급하는 전원공급부(12), 상기 발광다이오드 어레이 모듈에서 방출되는 광을 검출하는 광 검출기(13), 상기 발광다이오드 어레이 모듈의 온도를 측정, 제어하는 온도 제어기(15), 상기 광 검출기(13)에서 검출된 광을 분광하여 파장 별로 분석하는 분광계(spectrometer, 14), 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11)의 위치를 조정하는 리니어 모터(16) 및 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11)로의 전원공급을 제어하고 상기 광 검출기(13) 및 상기 온도 검출기(15)에서 측정된 데이터를 전송받는 제어부(17)를 포함한다. In the above embodiment, the optical and thermal characteristic measurement system of the light emitting diode array includes a
상기 실시예에서, 발광다이오드 어레이는 적어도 하나 이상의 발광다이오드를 구비하여 모듈화되어 있으며, 전원공급부(12)는 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11) 전체에 일괄적으로 전류를 인가하여 전원을 공급한다. 상기 전원공급부(12)는 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11) 내의 발광다이오드를 각각 구분하여 전원을 공급할 수도 있다. In the above embodiment, the light emitting diode array is modularized with at least one light emitting diode, and the
상기 전원공급부(12)에서 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11)로 공급되는 전류전원의 세기, 전류전원의 공급시간 등을 달리함으로써 상기 발광다이오드 어레이의 에이징을 조절할 수 있으며, 상기 전원공급부(12)에 의한 전류전원의 공급은 제어부(17)에 의해 제어된다. By varying the intensity of the current power supplied from the
광 검출기(13)는 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11)에서 방출되는 광을 검출하고, 온도 제어기(15)는 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11)의 온도를 검출 및 제어한다. 상기 광 및 온도의 검출은 발광다이오드 어레이 모듈(11)이 외부의 요인에 의해 광학 및 열 특성이 영향을 받지 않도록 측정환경을 격리한 측정박스(18) 내에서 이루어지는 것이 바람직하다. The
상기 실시예에서 광 검출기(13)에 의해서 검출된 광은 분광계(14)로 전송된다. 상기 광 검출기(13)는 상기 측정박스(18) 내에서 광을 수광하고, 상기 수광된 광은 광섬유에 의해 상기 분광계(14)로 전송되는 것이 바람직하다. 상기 분광계(14)에서 전송된 광을 파장 별로 분광하여 측정값을 획득할 수 있으며, 특히 상기 측정값은 광도(광의 세기) 데이터이다. In this embodiment, the light detected by the
상기 발광다이오드 어레이 모듈(11)에 서로 파장이 다른 광을 방출하는 발광다이오드가 둘 이상 포함된 경우, 상기 분광계(14)에서 파장 별로 광의 데이터를 구분하여 파장 별 광도 값을 구함으로써, 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11) 내의 발광다이오드 각각의 광학 특성 변화를 측정할 수 있다. When the light emitting
온도 제어기(14)는 상기 측정박스(18) 내에서 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11)의 온도를 측정하며, 상기 온도 측정값으로부터 발광다이오드의 열 특성 변화를 측정할 수 있다. The
상기 온도 제어기(14)는 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11)의 온도를 제어하는 것으로 사용될 수도 있으며, 이 경우 발광다이오드 어레이를 특정한 열 특성의 상태로 두면서 다른 특성의 변화를 관찰할 수 있다. 특히 상기 온도 제어기(14)는 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11)이 부착되는 리니어모터(16)의 온도를 25~120℃로 조절하여 발광다이오드 어레이의 온도를 제어하는 것이 바람직하다. The
상기 실시예에서, 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11)은 리니어모터(16)에 부착되어 구동되며, 상기 리니어모터(16)는 상기 발광다이오드 어레이 모듈(11)을 특정 위치로 이동시킨다. In the above embodiment, the light emitting
상기 실시예에서, 제어부(17)는 상기 전원공급부(12)로부터 발광다이오드 어레이로의 전원공급을 조절하여 발광다이오드 어레이의 에이징을 제어하며, 상기 제어부(17)는 상기 분광계(14)로부터는 발광다이오드 어레이의 광학 특성 측정결과 를, 상기 온도 제어기(15)로부터는 발광다이오드 어레이의 열 특성 측정결과를 각각 전송받는다. In this embodiment, the
상기 제어부(17)는 상기 전송받은 광학 및 열 특성 측정결과에 따라 에이징 방식을 달리하여, 또는 측정박스(18) 내의 온도 등 환경조건을 달리하여 발광다이오드 어레이의 성능을 측정할 수도 있다. The
도 2는 본 발명의 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템을 이용한 측정결과를 나타낸 것으로, 에이징 시간에 따른 발광다이오드의 광도변화(좌측 그래프) 및 파장변화(우측)를 측정한 그래프이다. 2 is a graph illustrating measurement results using an optical and thermal characteristic measurement system of a light emitting diode array according to the present invention. FIG. 2 is a graph measuring light intensity change (left graph) and wavelength change (right) of a light emitting diode according to an aging time.
좌측의 그래프에서는 특히 방출하는 빛이 다른 각각의 발광다이오드에 대해서 광도변화가 도시되었다. 우측의 그래프에서는 발광다이오드 어레이에서 방출되는 빛의 스펙트럼 분포의 변화추세가 에이징 시간에 따라 도시되었다. In the graph on the left, the light intensity change is shown for each light emitting diode having different light emitted. In the graph on the right, the trend of the spectral distribution of light emitted from the LED array is shown according to the aging time.
도 3은 본 발명의 광학 및 열 특성 측정 시스템을 이용한 측정결과를 나타낸 것으로, 에이징 시간에 따른 발광다이오드 어레이의 광도변화를 에이징 방법을 달리하여 측정한 그래프이다. 전원전류를 연속적으로 공급한 경우(좌측) 및 주기적으로 공급한 경우(우측) 각각에 대해서 에이징 시간에 따른 각각의 빛의 광도변화를 나타낸 것이다. Figure 3 shows the measurement results using the optical and thermal characteristics measurement system of the present invention, it is a graph measured by varying the aging method of the light intensity of the light emitting diode array according to the aging time. The intensity change of each light according to the aging time is shown for the case where the supply current is continuously supplied (left side) and periodically (right side).
도 4는 본 발명의 광학 및 열 특성 측정 시스템을 이용한 측정결과를 나타낸 것으로, 에이징 시간에 따른 발광다이오드 어레이의 온도변화를 전원으로 공급되는 전류의 크기를 달리하여 측정한 그래프이다. Figure 4 shows the measurement results using the optical and thermal characteristics measurement system of the present invention, it is a graph measured by varying the magnitude of the current supplied to the power supply temperature change of the LED array according to the aging time.
상기와 같은 실험결과에서도 볼 수 있듯이, 본 발명의 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템을 이용할 경우, 에이징에 따른 발광다이오드의 온도 변화 및 어레이 내 각각의 발광다이오드의 광도변화를 실시간으로 연속적으로 측정할 수 있어, 에이징에 따른 발광다이오드 어레이의 성능변화를 보다 정확하게 측정할 수 있다. As can be seen from the above experimental results, when using the optical and thermal characteristics measurement system of the light emitting diode array of the present invention, the temperature change of the light emitting diode and the light intensity change of each light emitting diode in the array in real time continuously In this case, the performance change of the light emitting diode array due to aging can be measured more accurately.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, it has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below I can understand that you can.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 변화를 에이징에 대해서 실시간으로 측정할 수 있어, 발광다이오드 어레이의 성능을 보다 정확하게 측정할 수 있다. As described above, according to the present invention, changes in optical and thermal characteristics of the light emitting diode array can be measured in real time with respect to aging, so that the performance of the light emitting diode array can be measured more accurately.
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