KR101046057B1 - 발광소자 검사장치 및 이를 이용한 발광소자 검사방법 - Google Patents
발광소자 검사장치 및 이를 이용한 발광소자 검사방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 발광소자 검사장치는 발광소자에 UV를 조사하는 UV 조사부; 상기 UV 조사부의 UV의 세기를 조절하기 위한 UV 조절부; 상기 발광소자로부터 발광된 광의 세기 또는 색상을 측정하여 광의 특성에 대한 정보를 생성하는 정보 생성부; 및 상기 정보 생성부로부터 전달된 정보를 이용하여 상기 발광소자의 불량여부를 판단하는 판단부;를 포함한다.
또한, 본 발명의 발광소자 검사방법은 발광소자에 따라 UV의 세기를 조절하는 단계; 상기 조절된 세기로 UV를 상기 발광소자에 조사하는 단계; 정보 생성부를 통해 상기 UV에 의해 상기 발광소자로부터 발광되는 광의 세기 또는 색상을 측정하는 단계; 및 상기 발광소자로부터 발광되는 상기 광의 세기 또는 색상에 따라 상기 발광 소자의 불량 여부를 판단하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 발광소자 검사장치 및 이를 이용한 발광소자 검사방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 검사대상 발광소자에 대한 물리적 접촉 없이 누설전류 유무와 같은 불량여부를 판단할 수 있는 발광소자 검사장치 및 이를 이용한 발광소자 검사방법에 관한 것이다.
발광소자인 LED(Light Emitting Diode)는 최근 발광 효율의 향상으로 그 응용범위가 초기의 신호 표시용에서 휴대폰용 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)이나 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)와 같은 대형 표시장치의 광원 및 조명용으로 더욱 넓어지고 있다. 그 이유는 LED가 종래의 조명인 전구나 형광등에 비해 소모 전력이 적고 수명이 길기 때문이다.
이러한 발광소자는 통상, 기판 상에 서로 다른 도전형의 반도체층과 그 사이에 발광을 활성화하는 활성층을 성장시킨 후 각 반도체층에 전극을 형성하여 제조한다.
제조된 발광소자는 발광효율과 같은 성능을 검사하게 되는데, 성능 검사 중 특히 내부에서 발생하는 누설 전류는 소자의 안정성, 수명, 열화 등과 밀접한 연관이 있기 때문에 발광소자 제품의 신뢰성에 영향을 미치는 요인으로 평가된다.
일반적으로 발광소자의 제조 공정 자체에 칩 상태의 발광소자의 성능을 검사하기 위한 공정이 삽입되는데 이 과정을 통하여 누설 전류의 유무를 판단할 수 있다.
이때 사용되는 장비는 프루버(prober)인데, 발광소자에 투명전극과 본딩패드와 같은 전기적인 접촉이 형성된 상태에서 전압을 인가한 후 나타나는 특성을 측정할 수 있는 장치이다. 즉, 프루버를 사용하여 전압이 인가된 발광소자의 동작전류 및 전압을 측정하여 발광소자의 전기적 특성을 검사한다.
발광소자 상측에는 현미경(microscope)을 구비하고, 프로브(probe)는 발광소자에 전류/전압을 인가하는 전극으로서 기능한다. 발광소자는 인가전압이 증가하면 동작전류도 증가하는데, 발광소자가 불량품인 경우 누설전류로 인하여 동작전류값이 소정값을 초과하게 된다. 따라서, 기준이 되는 발광소자의 전압/전류곡선을 참조하여 불량품인 발광소자를 확인할 수 있다.
그러나, 이러한 방법에서 발광소자는 전극으로서 기능하는 프로부가 물리적으로 접촉을 형성한 후 검사를 진행하여야 한다. 따라서, 접촉 형성 과정에서 해당 소자에 충격이 가해져 손상을 발생시킬 수도 있다.
또한, 다수의 샘플을 측정할 경우 이동, 접촉, 및 측정을 반복해야 하므로 장시간이 소요되며 샘플마다 프로브 위치에 맞도록 이동하여야 하므로 정밀도가 높 아야 한다는 단점이 있다.
따라서, 보다 간단하고 발광소자의 성능에 불리한 영향을 미치지 않으면서 발광소자의 불량유무를 높은 효율로 검사할 수 있는 장치에 대한 요청이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 검사 중, 검사대상 발광소자에 대한 물리적 접촉 없이 누설전류유무와 같은 불량여부를 판단할 수 있는 발광소자 검사장치 및 이를 이용한 발광소자 검사방법을 제공하는데 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 발광소자 검사장치는 발광소자에 UV를 조사하는 UV 조사부; 상기 UV 조사부의 UV의 세기를 조절하기 위한 UV 조절부; 상기 발광소자로부터 발광된 광의 세기 또는 색상을 측정하여 광의 특성에 대한 정보를 생성하는 정보 생성부; 및 상기 정보 생성부로부터 전달된 정보를 이용하여 상기 발광소자의 불량 여부를 판단하는 판단부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자 검사장치의 상기 UV 조절부는 상기 UV 조사부에서 투과되는 면적을 조절하는 조리개를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자 검사장치의 상기 UV 조절부는 상기 UV 조사부에서 UV의 양을 선택적으로 차단하여 조절하는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자 검사장치의 상기 UV조사부는, 자외선 레이저 (UV laser) 또는 제논 아크 램프(xenon arc lamp)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자 검사장치의 상기 정보 생성부는 상기 UV가 조사된 발광소자의 이미지를 생성하는 이미지 생성부를 포함하고, 상기 판단부는 상기 발광소자의 이미지로부터 발광소자의 색상정보를 획득하고, 상기 색상정보에 기초하여 상기 발광소자의 불량여부를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자 검사장치의 상기 이미지 생성부는, CCD 카메라인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자 검사장치는 상기 UV 조사부와 소정거리 이격되어 상기 발광소자를 지지하는 발광소자 지지대;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자 검사장치의 상기 발광소자 지지대는 이동가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자 검사방법은 발광소자에 따라 UV의 세기를 조절하는 단계; 상기 조절된 세기로 UV를 상기 발광소자에 조사하는 단계; 정보 생성부를 통해 상기 발광소자에 조사된 UV에 의해 상기 발광소자로부터 발광되는 UV의 세기를 측정하는 단계; 및 상기 발광소자로부터 발광되는 상기 UV의 세기에 따라 상기 발광 소자의 불량 여부를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자 검사방법은 상기 UV로부터 상기 발광소자의 이미지를 생성하는 단계; 및 상기 이미지로부터 상기 발광소자의 색상정보를 산출하여 상기 발광소자의 불량여부를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자 검사방법은 상기 발광소자는 청색인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자 검사방법에서 상기 발광소자의 불량여부를 판단하는 단계는 상기 색상정보에 기초하여 상기 발광소자의 색상이 황색인 경우 불량인 것으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 검사대상 발광소자에 대한 물리적 접촉 없이 누설전류유무와 같은 불량여부를 판단할 수 있어서, 발광소자에 대한 외부충격을 방지하고, 보다 단시간에 검사가 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 검사방법은 전압인가 없이 UV만을 조사하여 검사가능하므로 전기적 접촉을 형성하기 위한 금속단자 등이 형성되지 않은 발광소자에 대하여도 수행할 수 있어, 발광소자 제작공정 중 보다 다양한 공정단계에서 검사를 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 검사장치는 UV의 세기를 조절하여 발광다이오드에서 나오는 UV를 측정하여 발광소자의 상태에 따라 기존 프루버에서 측정되었던 IV 특성을 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 발광소자 검사장치 및 발광소자 검사방법에 관하여 도 1 내지 도 5b를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되 는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 검사장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 발광소자 검사장치(100)는 UV 조사부(110), UV 조절부(120), 정보 생성부(130) 및 판단부(140)를 포함한다.
UV 조사부(110)는 발광소자(10)에 UV를 조사한다. 그리고, UV 조사부(110)는, 자외선 레이저(UV laser) 또는 제논 아크 램프(xenon arc lamp)와 같이 UV를 발광하여 조사할 수 있는 광원을 포함한다.
발광소자(10)에 UV를 조사하는 이유는, 광발광(photoluminescence) 효과를 이용하기 위한 것이다. 즉, 발광소자(10)에 UV를 조사하면, UV광선의 에너지로 인하여 발광소자(10)내에 광여기 캐리어(pho-generated carrier)가 생성된다. 광여기 캐리어는 활성층(active layer) 및 n형 반도체층내에서 광발광 효과를 일으킨다.
이 때, 만약 발광소자(10)가 누설전류가 있는 불량인 경우에는 n형 반도체층내에서의 광발광효과로 인한 발광이 주도적으로 발생하게 되고 이는 소정 파장의 빛을 발생시켜 발광소자(10)의 불량여부를 확인할 수 있게 한다.
발광소자(10)가 양품인 경우에는 활성층 및 n형 반도체층내에서 함께 광발광효과가 발생하고, 활성층에서의 광발광효과에 따른 발광이 주도적이 되어, 발광소자(10)가 불량인 경우와 다른 색상의 빛을 발광하게 된다.
UV 조절부(120)는 UV 조사부(110)에서 UV의 세기를 조절하는 기능을 하며, UV 조사부(110)의 입구에 형성되어 UV 조사부(110)에서 투과되는 면적을 조절하는 조리개(미도시)를 포함한다.
그러나, UV 조절부(120)는 이에 한정되는 것은 아니며 상기 UV 조사부(110)에서 UV의 양을 선택적으로 차단하여 조절하는 필터부를 포함할 수 있다.
이때, UV 조절부(120)에서 입사된 UV의 세기에 따라서 발광소자(10)에서 발광되는 광의 세기가 달라진다. 따라서, 정보 생성부(130)는 발광소자(10)로부터 발광된 광의 세기 또는 색상을 측정하여, 발광소자(10)의 불량 여부를 판단할 수 있도록 광의 특성 정보를 생성한다.
또한, 정보 생성부(130)는 이미지 생성부를 포함할 수 있다.
이미지 생성부는 CCD 카메라이고, 발광소자(10)의 이미지는 CCD 카메라에서 촬상된 후, 디지털 데이터로 생성될 수 있다. 이때, 디지털 데이터에서 발광된 UV의 세기 및 색상 등을 확인할 수 있다.
판단부(140)는 정보 생성부(130)에서 생성된 정보로부터 상기 발광소자(10)의 불량 여부를 판단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 검사장치의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2를 참조하면, UV 조사부(110)에서 입사되는 UV의 세기를 조절함에 따라 발광소자(10)에서 발광되는 광의 세기가 다르다는 것을 알 수 있다.
특히, UV의 세기를 보다 크게 조절하면, 발광되는 세기도 발광소자(10)의 상태에 따라서 서로 다르게 측정된다. 구체적으로 소정의 입사광의 세기를 1로 기준 으로할 때, 입사광의 세기가 0.5 이하일 경우에는 발광소자(10)가 양품인 상태와 불량인 경우가 비슷한 수치를 나타내지만 입사광의 세기가 1에 가까울수록 발광소자(10)가 양품인 상태와 불량인 상태의 경우가 큰 차이를 보이므로 쉽게 불량의 발광소자(10)를 판단할 수 있다.
또한, 입사광의 세기가 0.7 정도인 경우에는 발광소자(10)가 매우 좋은 양품과 보통의 양품도 서로 수치에서 비교 가능할 정도의 차이가 나므로 발광소자(10)의 상태를 쉽게 판단할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 검사장치는 UV의 세기를 조절하므로 발광소자(10)에서 나오는 광을 측정할 수 있어서, 발광소자(10)의 상태에 따라 기존 프루버에서 측정되었던 IV 특성을 측정할 수 있는 효과가 있다.
이때, UV 조사부(110)와 소정거리 이격되어 발광소자(10)를 지지하는 발광소자 지지대(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 발광소자 지지대(150)는 이동가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, UV 조사부(110)에서 입사되는 UV를 정확하게 발광소자(10)에 입사시키도록 발광소자 지지대(150)가 이동하여 보다 정확한 실험을 할 수 있다.
도 3은 청색 발광소자에 UV광을 조사한 경우의 발광을 나타내는 도면이다. 광발광 (photoluminescence) 효과는 반도체 등의 물질에 빛을 조사하였을 경우 발광이 일어나는 효과이다. 도 3의 발광소자는 기판(210), n형 반도체층(220), 활성층(230), 및 p형 반도체층(240)을 포함한다. 본 도면에서 청색 발광소자는 활성 층(230)으로부터 발광된 광은 기판(210)을 통하여 외부로 추출된다.
활성층(230)은 다중양자우물구조(Multi-Quantum Well, MQW)을 포함할 수 있다. 도 2에서, 발광소자에 UV가 조사되는 경우, 2개의 광이 발광한다. 이는 UV로 인하여 광여기 캐리어가 형성되는데, 광여기 캐리어가 활성층(230) 및 n형 반도체층(210)에서 광발광효과를 일으킨다. 발광소자가 청색 발광소자인 경우, 활성층(230)에서 발광된 광은 청색이고, n형 반도체층(220)에서 발광된 광은 황색을 나타낸다.
즉, 청색발광소자에 UV를 조사하는 경우, 발광을 의도하였던 활성층(230)에서는 청색이 발광되나, 그 이외에 n형 반도체층(220)에서는 청색이 아닌 황색이 발광된다. 결국 청색발광소자가 정상인 경우, 활성층(230) 또는 n형 반도체층(220)에서 발광된 광이 혼합된 백색을 나타낸다. 이에 대하여는 이하 도 3내지 도 4를 참조하여 더 설명하기로 한다.
도 4a는 정상인 발광소자의 에너지 다이어그램을 나타내는 도면이고, 도 4b는 도 4a의 발광소자로부터의 발광광의 스펙스트럼을 나타내는 도면이다. 도 4a에서, e와 h는 UV 조사에 의하여 여기된 전자정공쌍이다. 생성된 전자정공쌍(e-h)은 공간전하영역(space charge region)의 전계(electric field)를 감소시킨다.
이는 광기전력(photo voltage)에 해당하는 전압을 걸어주는 효과를 일으켜, 활성층에서 발생하는 광발광은 증가한다.
따라서, 도 4b를 참조하면, 450nm의 청색광 및 550nm의 황색광이 발광되어 발광소자는 청색 및 황색이 혼합된 백색을 나타내게 된다. 363nm에서 보이는 피크 는 GaN에 대한 것이다.
도 5a는 도 4a와 달리, 정상이 아닌 불량품으로서, 누설전류있는 발광소자의 에너지 다이어그램을 나타내는 도면이고, 도 5b는 도 5a의 발광소자로부터의 발광광의 스펙스트럼을 나타내는 도면이다. 도 5a에서, e와 h는 UV 조사에 의하여 여기된 전자정공쌍(e-h)이다. 생성된 전자정공쌍(e-h)은 도 4a에서와 같이 공간전하영역의 전계를 감소시키지 못한다.
이유는, 도 4a에서 전자(e) 및 정공(h)은 화살표로 표시된 누설통로(leakage channel)로 이동하여 누설전류로 흐르고, 서로 상쇄되기 때문이다. 따라서, 광기전력에 해당하는 전압을 걸어주지 못하여 활성층에서 발생하는 광발광은 그대로 증가하지 않는다.
따라서, 도 5b를 참조하면, 550nm의 황색광 및 450nm의 청색광이 함께 발광되나, 황색광이 청색광도가 강도면에서 우세하여 발광소자는 전체적으로 황색을 나타내게 된다. 도 4b에서와 같이 363nm에서 보이는 피크는 GaN에 대한 것이다.
이와 관련하여 다시 도 3을 참조하면, 판단부(140)는, 발광소자(10)의 색상이 황색인 경우 불량인 것으로 판단할 수 있다. 즉, 청색 발광소자의 경우, 양질의 발광소자는 청색 및 황색의 빛을 동시에, 불량인 경우 황색의 빛만 발광한다. 따라서, 상기 정보 생성부(130)에서는 이러한 발광소자(10)의 이미지를 생성하여 상기 판단부(140)에 전달하게 되고, 상기 판단부(140)는 상기 정보 생성부(130)로부터 전달받은 정보를 통해 상기 발광소자(10)의 불량 여부를 판단하게 된다. 상기 ㅍ판단부(140)는 이미지 프로세서일 수 있어서, 이미지를 처리한다.
판단부(140)는 획득한 색상정보가 황색인 경우, 그 발광소자는 불량으로, 색상정보가 백색인 경우, 그 발광소자는 양품으로 판단할 수 있다. 발광소자(10)의 불량여부판단 기준은 UV의 세기를 변화시켜 조절될 수 있고, 이미지 프로세서를 이용하여 구분 가능한 색상 및 세기의 수준을 다양하게 조절함으로써 여러 종류의 발광소자에 광범위하게 적용할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광소자 검사방법은 발광소자(10)에 따라 UV의 세기를 조절하는 단계를 포함한다. 이때, UV의 입사 세기는 설계자가 발광소자(10)의 상태를 확인하고자 하는 것에 따라서 다양하게 설정할 수 있다.
그리고, 상기 조절된 세기로 UV를 조사하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 UV에 의해 상기 발광소자로부터 발광되는 UV의 세기를 측정하는 단계를 포함한다. 이때, 입사광의 세기가 클수록 발광소자(10)에 누설전류가 있는불량 여부를 쉽게 판단할 수 있으며, 더불어 발광소자(10)의 상태가 매우 양호한지 보통 정도인지도 발광되는 UV의 세기에 따라서 쉽게 판단할 수 있다.
또한, 상기 UV로부터 상기 발광소자의 이미지를 생성하며, 상기 이미지로부터 상기 발광소자의 색상정보를 산출하여 상기 발광소자의 불량여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
따라서, 발광소자의 색상정보만으로도 발광소자의 불량여부를 쉽게 판단할 수 있으므로 사용자가 상황에 따라 발광소자의 불량여부 만을 빨리 확인하고자 할 때 사용하면 보다 유용하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 검사장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 검사장치의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 청색 발광소자에 UV광을 조사한 경우의 발광을 나타내는 도면이다.
도 4a는 정상인 발광소자의 에너지 다이어그램을 나타내는 도면이고, 도 4b는 도 4a의 발광소자로부터의 발광광의 스펙스트럼을 나타내는 도면이다.
도 5a는 누설전류있는 발광소자의 에너지 다이어그램을 나타내는 도면이고, 도 5b는 도 5a의 발광소자로부터의 발광광의 스펙스트럼을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 발광소자 검사장치 110 UV 조사부
120 UV 조절부 130 정보 생성부
140 판단부 150 발광소자 지지부
Claims (12)
- 발광소자에 UV를 조사하는 UV 조사부;상기 UV 조사부의 UV의 세기를 조절하기 위한 UV 조절부;상기 발광소자로부터 발광된 광의 세기 또는 색상을 측정하여 광의 특성에 대한 정보를 생성하기 위한 정보 생성부; 및상기 정보 생성부로부터 전달된 정보를 이용하여 상기 발광소자의 불량여부를 판단하는 판단부;를 포함하는 발광소자 검사장치.
- 제1항에 있어서,상기 UV 조절부는 상기 UV 조사부에서 투과되는 면적을 조절하는 조리개를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 검사장치.
- 제1항에 있어서,상기 UV 조절부는 상기 UV 조사부에서 UV의 양을 선택적으로 차단하여 조절하는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 검사장치.
- 제1항에 있어서,상기 UV조사부는, 자외선 레이저 (UV laser) 또는 제논 아크 램프(xenon arc lamp)인 것을 특징으로 하는 발광소자 검사장치.
- 제1항에 있어서,상기 정보 생성부는 상기 UV가 조사된 발광소자의 이미지를 생성하는 이미지 생성부를 포함하고, 상기 판단부는 상기 발광소자의 이미지로부터 발광소자의 색상정보를 획득하고, 상기 색상정보에 기초하여 상기 발광소자의 불량여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 발광소자 검사 장치.
- 제5항에 있어서,상기 이미지 생성부는, CCD 카메라인 것을 특징으로 하는 발광소자 검사장치.
- 제1항에 있어서,상기 UV 조사부와 소정거리 이격되어 상기 발광소자를 지지하는 발광소자 지지대;를 더 포함하는 발광소자 검사장치.
- 제7항에 있어서,상기 발광소자 지지대는 이동가능한 것을 특징으로 하는 발광소자 검사장치.
- 발광소자에 따라 UV의 세기를 조절하는 단계;상기 조절된 세기로 UV를 상기 발광소자에 조사하는 단계;정보 생성부를 통해 상기 발광소자에 조사된 상기 UV에 의해 상기 발광소자로부터 발광되는 광의 세기 또는 색상을 측정하는 단계; 및상기 발광소자로부터 발광되는 상기 광의 세기 또는 색상에 따라 상기 발광 소자의 불량 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 발광소자 검사방법.
- 제9항에 있어서,상기 UV로부터 상기 발광소자의 이미지를 생성하는 단계; 및상기 이미지로부터 상기 발광소자의 색상정보를 산출하여 상기 발광소자의 불량여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 검사방법.
- 제10항에 있어서,상기 발광소자는 청색인 것을 특징으로 하는 발광소자 검사방법.
- 제11항에 있어서,상기 발광소자의 불량여부를 판단하는 단계는 상기 색상정보에 기초하여 상기 발광소자의 색상이 황색인 경우 불량인 것으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 발광소자 검사방법.
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