KR100924376B1 - 다색상 엘이디 패키지의 광특성 분석방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다색상 LED 패키지의 광특성 분석방법에 관한 것으로, 다색상 LED 패키지를 구성하는 LED를 동시에 모두 발광시킨 후 발광된 광을 분광기를 이용하여 분광시킨 후 측정하여 각 색상에 따라 파장별로 분리된 광스펙트럼을 얻고, 각 색상별로 분리된 광스펙트럼에 따라 각 LED의 색상별 광특성과 혼합된 전체 광특성을 동시에 분석하는 것을 특징으로 하며, 종래에 각 색상별로 차례로 분석하는데에 걸리는 시간과 비용을 절감함과 동시에 측정조건을 동일하게 하여 정확한 분석결과를 얻을 수 있다.

LED 측정, 광특성, 다색상, LED 패키지, 분광기

Description

다색상 엘이디 패키지의 광특성 분석방법{METHOD TO MEASURE OPTICAL PROPERTIES OF LED PACKAGE}

본 발명은 다색상 LED 패키지의 광특성 분석방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두 가지 이상의 색상을 갖는 LED 패키지를 동시에 모두 발광시킨 후 발광된 광을 분광시킨 후 측정하여 각 색상에 따라 파장별로 분리된 광스펙트럼에 따라 각 LED의 색상별 및 전체 광특성을 동시에 분석할 수 있는 분석방법에 관한 것이다.

현대에는 기존의 발광장치 또는 전자총을 이용하여 디스플레이하는 방법이 주로 사용되어 오고 있다.

그러나 LED 관련 기술이 발달함에 따라 지속적인 신기술 개발과 함께 대다수의 디스플레이 영역에 LED기술이 채용됨에 따라 그 시장성이 커지고 있는 시점에 있으며, 이러한 기술 발달은 다양한 종류의 LED 관련 계측장비를 요구하고 있는 실정이다.

현재까지 사용되고 있는 LED 특성을 측정하기 위한 장비로 LED 지향각을 측정하는 장비가 있고, 근래에는 LED 광특성 중 휘도, 색좌표, 최고파장, 주파장, 광도, 복사도, 반측폭, 색온도, 연색지수, 색재현성 등을 측정할 필요가 발생하게 되 었다.

그러나 현재까지 사용하고 있는 장치 및 방법은, 각각의 패키지에 포함된 각각의 색상의 LED를 별도로 측정하는 방법을 사용하여 왔다. 예를 들어 하나의 LED 패키지에 2가지의 색상을 갖는 LED가 부착되어 있을 경우에, 한 가지 색상의 LED에 전원을 인가하여 발광하도록 한 후 광특성을 측정하고, 나머지 색상의 LED에 전원을 다시 인가하여 발광하도록 한 후 광특성을 측정하는 단계로 이루어지게 된다.

그러나 이러한 방법은 기본적으로 LED의 광특성이 정확하게 반영되지 못하고 있는데, 그 원인으로는 LED는 전원을 인가한 후 일정시간이 경과하여야만 LED의 광특성 분포가 일정하게 나오기 때문에 그 시간만큼 시간을 기다려야 하는 문제점이 있으며, 현재 많이 사용되고 있는 LED는 적색, 녹색, 청색과 같이 세가지 색상을 이용하고 있기 때문에 LED제품을 평가하기 위해서는 그만큼 많은 시간이 소요되어야만 한다.

그런데 대략 500개에서 1000개 정도가 부착되고 각각의 LED 패키지에 4개, 즉, 적색 1개, 녹색 2개, 청색 1개로 3가지 색상이 들어있는 LED 패키지를 보면, 각각의 색상대비 1500개에서 3000개의 LED를 측정하여야 하기 때문에 동시에 측정하는 것에 비하여 최소 3배 이상의 시간이 소요되며 그에 따른 제반 비용의 증가라는 문제점이 있다.

따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 2가지 이상의 색상을 동시에 측정하여 분석함으로써 각각의 색상에 대한 특성을 분석할 수 있는 방법 및 이를 달성하기 위한 장치를 제안하는 것이다.

본 발명은 LED 조명기기를 위한 광 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 2가지 이상의 색상을 갖는 LED 패키지에 대하여 한 번에 모든 색상별로 광특성을 측정하기 위하여 분광을 수행함으로써, 2가지 이상의 색상을 갖는 LED 패키지에 대하여 전체적인 광특성 및 각 색상별 광 특성을 동시에 분석해 내는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 2가지 이상의 색상을 갖는 LED 패키지를 한 번의 측정으로 전체의 광특성 및 각각의 색상별 광특성, 즉, 최고파장, 주파장, 광도, 복사도, 반측폭, 색온도, 연색지수, 색재현성, 휘도, 색좌표 값 등을 추출해 낼 수 있도록 하여 기존의 장치가 갖는 문제점을 해소하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다색상 LED 패키지의 광특성 분석방법은 둘 이상의 색상으로 이루어진 복수의 LED로 구성되는 다색상 LED 패키지의 광특성 분석방법에 있어서, 상기 다색상 LED 패키지를 구성하는 모든 LED를 동시에 발광시키는 단계와; 광스펙트럼을 측정하는 분광기를 이용하여 상기 다색상 LED 패키지로부터 나오는 상기 다색상이 모두 포함된 광스펙트럼을 얻어서, 광스펙트럼 분리 알고리즘을 이용하여 상기 다색상이 모두 포함된 광스펙트럼으로부터 상기 각 색상에 해당하는 분리된 광스펙트럼을 얻는 단계와; 상기 각 색상별로 분리된 광스펙트럼으로부터 광특성을 계산하기 위한 수식에 따라 그 결과를 제시해주는 프로그램이 내장된 컴퓨터에 의하여 상기 각 색상별 광특성이 계산되어 분석되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다색상 LED 패키지의 광특성 분석방법은 상기 각 색상별로 분리된 광스펙트럼으로부터 각 색상별 광특성을 분석하는 단계를 수행함과 동시에, 각 색상이 모두 포함된 광스펙트럼으로부터 혼합된 색상의 광특성을 분석하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다색상 LED 패키지의 광특성 분석방법에서 분석하는 광특성은 최고파장, 주파장, 광도, 복사도, 반측폭, 색온도, 연색지수, 색재현성, 휘도, 색좌표 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 2가지 이상의 색상을 갖는 다색상 LED 패키지를 한 번의 측정만으로 LED 패키지의 전체 및 각 색상별 광특성, 즉, 최고파장, 주파장, 광도, 복사도, 반측폭, 색온도, 연색지수, 색재현성, 휘도, 색좌표 값을 추출해 낼 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 구성 및 작용효과에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 특징을 설명하기 위해 나타내고 있는 도면으로서, 적색(RED) 1개, 녹색(GREEN) 2개, 청색(BLUE) 1개로써 총 4개의 LED가 하나의 패키지를 구성하고 있는 예를 도시한 것이다. 이하에서는, 하나의 LED 패키지에 둘 이상의 서로 다른 색상을 갖는 LED를 포함하고 있는 것을 '다색상 LED 패키지'라고 한 다.

이 3가지 색상(R, G, B)의 LED 패키지의 특성을 분석하기 위해서는, 기존에는 각각의 색상에 대하여 별도로 광특성을 측정하였으나, 본 발명에서는 3가지 색상의 LED에 동시에 전원을 인가하고, 한 번에 전체의 광을 측정한 후 분광 분석을 통해서 전체의 광특성 및 각 색상별로 파장에 따라 나누어진 광스펙트럼에 따라 각 색상에 대한 특성을 계산하는 과정으로 이루어지게 된다.

3가지 색상의 LED는 도 1에서 보듯이 각각의 색상에 따라 파장에 따라 분리된 광스펙트럼 분포를 나타내게 된다.

3가지 색상의 LED를 동시에 발광시켜 측정하면 각 광스펙트럼들이 분리되어 측정되고, 이 분리된 각 광스펙트럼에 대한 분석을 하여 색상별로 여러 가지 광 특성을 계산하게 된다.

일반적으로 적(R), 녹(G), 청(B)로 구성된 LED의 광스펙트럼들은 단순히 파장영역만 분할함으로써 각 색상별 광스펙트럼을 분리할 수 있다.

즉, 여러 가지 색상을 갖는 LED 패키지에 동시에 전원을 인가하여 발광시키고, 발광된 LED 패키지에서 방출되는 빛을 측정하여 분광분석을 수행하면 각각의 색상별 특징을 추출할 수 있는 것이다.

도 2는 본 발명을 통해 안출된 다색상 LED 패키지의 광특성 분석방법 및 분석장치를 통해서 측정되는 각각의 광특성의 특징을 설명하고 있는 것으로, 휘도의 경우 정확도는 오차범위 5%수준이며, 색 재현성은 오차범위 0.1%, 그리고 색좌표의 오차범위는 0.002% 정도를 나타내고 있다.

이러한 정확도와 분해능 및 측정 범위 등은 기성품의 특성을 측정하고 품질을 검사하며 그 LED의 능력을 테스트하는데 있어서 패키지 단위로 측정하고 분광 분석을 이용하여 각각의 LED 단품별 신뢰성을 테스트하는 것이 충분히 안정적인 측정 결과치를 보여줄 수 있음을 의미한다 하겠다.

도 3은 본 발명을 통해 안출된 다색상 LED 패키지의 광특성 분석장치로서, 기능별로 분류하여 보면 크게 세 가지로 분류할 수 있다.

다색상 LED 패키지(40)의 광을 분광하기 위한 분광기(10), 분광기를 평면상에서 이동할 수 있도록 구성된 X축 슬라이드(20) 및 Y축 슬라이드(30), 분광기를 통해 분광된 광스펙트럼에 따라 LED 패키지의 전체 광특성 및 각 색상별 광특성을 일정 수식에 따라 계산하여 그 결과를 제시하여 주는 프로그램이 내장된 컴퓨터로 분류할 수 있다.

또한 상기 측정된 각의 색상의 광특성은 장치 사용자의 요구에 따라 여러 형태로 프린트하는 기능을 수행하게 되는데 보고서 제출용 또는 프리젠테이션 발표용등의 포맷으로 제공하는 기능이 포함되어 있다.

상기 장치의 작동 관계를 살펴보면, 예를 들어 LCD TV에는 LED BLU (LED BACK LIGHT UNIT)가 사용되는데, 이 LED BLU를 상기 장치에 설치한 후, 상기 LED BLU 모듈에 장착된 LED 패키지들과 분광기와의 거리를 조정하여 광특성 측정 시작위치에 상기 분광기를 위치하게 하고, 상기 LED 패키지에 전원을 인가해 모두 발광하도록 하여 광특성 분석장치를 작동하게 되면, 상기 분광기가 이동하면서 각 패키지별로 측정을 수행하게 되는데 여기에서 LED BLU를 예로 설명한 것은 본 발명의 방법 및 장치가 여러 발광체에 적용될 수 있음을 의미하는 것이다.

여기에서 분광된 결과치는 디지털 값으로 컴퓨터에 전송되어 분석이 수행되게 되는데, 기본적으로 휘도를 측정하는 수식을 살펴보면 다음과 같다.

휘도를 측정하는 수식의 특성을 보면 적분을 위한 영역에 따라 각 색상별로 그 특성을 측정할 수 있음을 의미하는 것으로, 상기 수식에서 제시하고 있는 수치의 설정 영역에 따라 각 색상별로 휘도를 계산하게 되는 것이다.

상기 수식의 λs는 적분 시작 영역을 λe 는 적분 종료 영역을 나타내는 것으로, 예를 들어 λs를 360, λe를 500으로 할 경우 청색에 대하여 광스펙트럼 분석을 하게 되는 것이고, λs를 500, λe를 580으로 할 경우 녹색에 대하여 광스펙트럼 분석을, 그리고 λs를 580, λe를 830로 할 경우 적색에 대하여 광스펙트럼 분석을 하게 되는 것이며, 여기에서 k는 최고분광시감 효율을 의미하는 상수이며, I(λ)는 측정된 광스펙트럼을, 그리고 y(λ)는 분광시감 함수를 의미하는 것이다.

상기와 같은 수식을 적용하여 광스펙트럼 분석하게 될 경우 다양한 색상에 대하여 동시측정 및 전체분석과 각 색상별 개별분석이 가능함을 의미한다.

상기의 수식을 사용하기 위해서는 각 색상별 파장이 중첩되지 않아서 광스펙트럼이 분리가능한 2가지 이상의 색상을 갖는 LED 패키지에 대하여 수행하는 것이 가장 바람직 하지만, 때에 따라서는 서로 일부 중첩되어 있다고 하더라도 분리 알고리즘을 이용하여 분리가능하다 하겠다.

또한 상기한 방법은 휘도뿐만 아니라 다른 특성을 측정하는 경우에 있어서도 다양하게 적용되어 계산될 수 있음을 의미한다.

상기 장치를 통해서 각 패키지별로 측정하는데 소요되는 시간은 0.1초 미만으로 측정 가능하여 다량의 패키지를 측정한다고 하더라도 패키지들이 연속적으로 측정할 수 있도록 배열되어 있다면 모든 패키지의 광 측정은 자동화하여 빠르게 측정할 수 있으며, 비젼을 이용하여 패키지들의 위치를 알 수 있다면 비젼을 이용하여 패키지의 위치를 확보한 후 해당 위치로 자동으로 이동하여 광특성을 특정할 수 있는 것이다.

상기 장치 및 방법을 통해 측정가능한 영역으로는 한 가지 색을 갖는 LED 패키지의 광특성을 측정할 수 있는 기존 장비로 측정 가능한 모든 영역에 대하여 가능한데, 2가지 색상이 있다고 하더라도 광스펙트럼 분석을 통하여 각각의 색상으로 분리하여 측정하기 때문으로, 최고파장, 주파장, 광도, 복사도, 반측폭, 물체가 가시광선을 내며 빛나고 있을 때 그 색이 어떤 온도의 흑체가 복사하는 색과 같이 보일 경우, 그 흑체의 온도와 물체의 온도가 같다고 보고 그 온도를 물체의 온도라고 정의하는 색온도, 연색지수, 색재현성, 휘도, 색좌표 값을 측정할 수 있는데, 여기에서 색재현성은 RGB 색좌표가 구성하는 삼각형의 면적을 의미하는 것으로, 일반적으로 색재현성이 좋다는 말은 CIE(국제조명위원회) 색좌표계에서 더 많은 색을 표현하고 있음을 의미한다고 하겠다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구 범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 다색상 LED 패키지의 구조 및 광스펙트럼 분포도.

도 2는 본 발명에 따른 측정항목 및 정확도 관련 도표.

도 3은 본 발명에 따른 광특성 분석장치의 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 분광기

20: X축 슬라이드

30: Y축 슬라이드

40: LED 패키지

Claims (3)

1. 둘 이상의 색상으로 이루어진 복수의 LED로 구성되는 다색상 LED 패키지의 광특성 분석방법에 있어서,

   상기 다색상 LED 패키지를 구성하는 모든 LED를 동시에 발광시키는 단계와;

   광스펙트럼을 측정하는 분광기를 이용하여 상기 다색상 LED 패키지로부터 나오는 상기 다색상이 모두 포함된 광스펙트럼을 얻어서, 광스펙트럼 분리 알고리즘을 이용하여 상기 다색상이 모두 포함된 광스펙트럼으로부터 상기 각 색상에 해당하는 분리된 광스펙트럼을 얻는 단계와;

   상기 각 색상별로 분리된 광스펙트럼으로부터 광특성을 계산하기 위한 수식에 따라 그 결과를 제시해주는 프로그램이 내장된 컴퓨터에 의하여 상기 각 색상별 광특성이 계산되어 분석되는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 다색상 LED 패키지의 광특성 분석방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 각 색상별로 분리된 광스펙트럼으로부터 각 색상별 광특성을 분석하는 단계를 수행함과 동시에, 각 색상이 모두 포함된 광스펙트럼으로부터 혼합된 색상의 광특성을 분석하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다색상 LED 패키지의 광특성 분석방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광특성은 최고파장, 주파장, 광도, 복사도, 반측폭, 색온도, 연색지수, 색재현성, 휘도, 색좌표 중 하나 이상인 것을 특징 으로 하는 다색상 LED 패키지의 광특성 분석방법.

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