KR101419522B1

KR101419522B1 - 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치

Info

Publication number: KR101419522B1
Application number: KR1020120150465A
Authority: KR
Inventors: 최영수; 박경호
Original assignee: (재)한국나노기술원
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-07-14
Also published as: KR20140081096A

Abstract

본 발명은 반도체 발광 소자의 광특성을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 반도체 발광 소자의 광특성을 측정하는 장치에 있어서, 내부가 빈 원통형으로 형성되어 회전하는 본체와, 상기 본체 내부에 장착되어 반도체 발광 소자의 광특성을 측정하는 광특성측정부와, 상기 본체의 중심부로 상기 광특성측정부 위치까지 상기 반도체 발광 소자를 인입 및 인출시키는 측정스테이지 및 상기 본체 하부에 결합되어 상기 본체를 지지하는 지지대를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치를 기술적 요지로 한다. 360° 회전가능한 광특성측정부를 이용하여 웨이퍼의 크기에 상관없이 반도체 발광 소자의 단속적 또는 연속적인 광특성 측정이 용이하며, 다양한 종류의 발광다이오드의 광특성 측정이 가능한 효과가 있다.

Description

반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치{Measuring Apparatus for Light Properties of LED}

본 발명은 반도체 발광 소자의 광특성을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 360° 회전가능한 광특성측정부를 이용하여 웨이퍼 상태의 반도체 발광 소자의 광특성 측정이 용이한 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치에 관한 것이다.

최근 발광 효율이 좋고, 소비전력이 적으며, 램프 수명이 긴 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)에 대한 관심이 증가하고 있으며, 특히, 반도체를 이용한 발광 다이오드 소자는 디스플레이의 백라이트 유닛, 일반 조명 등 여러 분야에 사용되고 있다.

이러한 반도체 발광 다이오드 소자는 일반적으로 기판 상층에 p형 반도체 및 n형 반도체층의 접합으로 이루어져, 전압을 가하면 전자-정공 쌍의 결합에 의해 그 밴드 갭(band gap)에 해당하는 에너지를 빛으로 방출하는 발광 소자이다.

이와 같은 발광 소자의 반도체층으로는 질화갈륨(GaN)과 같은 질화물계 화합물 반도체를 이용하는 청색 발광 다이오드가 개발되면서 다양한 색상의 연출이 가능하게 되었고, 이에 의해 본격적으로 디스플레이 분야에 사용되기 시작하면서, 다른 분야에까지 광범위하게 확대되어 사용되기 시작하였다.

한편, 미세 공정을 통해서 제작되는 반도체 발광 소자는 작은 공정 상의 차이에 의해서도 제품 성능의 변화 특히, 광특성의 차이를 가져올 여지를 내포하고 있기 때문에 필수적으로 발광 소자의 광특성을 중요하게 확인함으로써 제품의 품질을 일정하게 유지하여야 한다.

일반적으로, 발광 소자의 광특성을 측정할 경우 빛이 발생되는 영역의 중앙 부분을 포토 다이오드 등의 검출기로 측정하여 광특성을 확인하고 제품의 성능을 판단하게 된다. 일부 장치의 경우 검출기를 여러 개 사용하여 측정하는 방법을 사용하기도 한다.

반도체 발광 소자에서 빛이 발생할 때 그 빛의 공간적인 분포 상태를 측정하기 위해 주로 사용해 온 방법으로는 발광 소자를 웨이퍼 상태에서 잘라서 분리시켜 개별 칩으로 만든 후 리드 프레임 등에 부착하고 와이어 본딩을 하여 전원을 인가할 수 있도록 패키지 형태로 만들어서 전기적 특성 및 광특성 등의 테스트를 하게 된다.

그러나 이러한 방법은 발광 소자 상태에서 패키지 형태로의 작업 과정을 통해 제품의 광특성을 측정하여야 하므로, 측정을 하기 위해 소요되는 시간이 과도하게 발생하고, 성능이 확인되지 않은 발광 소자를 패키지 형태로 제작하는 과정을 거쳐야 하기 때문에 시간과 비용이 비효율적으로 낭비되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로써, 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 10-2011-0102633호 "발광다이오드의 광특성 측정장치"가 있다.

상기 종래 기술은 발광다이오드가 장착되는 안착부를 구비하는 장치본체와, 상기 장치본체에 구비되며, 상기 발광다이오드의 크기에 따라 상기 안착부에 인접 또는 이격되도록 승강되어 상기 발광다이오드로부터 방출되는 광의 광특성을 측정하는 광특성 측정수단 및 상기 안착부의 회전과 상기 광특성 측정수단의 회동 및 승강을 위해 구동력을 발생시키는 구동부로 구성되어, 발광다이오드 샘플의 크기에 관계없이 발광다이오드로부터 방출되는 광의 광도를 측정할 수 있도록 하는 것이다.

상기 종래 기술은, 광특성 측정수단 및 안착부의 회전과, 광특성 측정수단의 회동 및 승강에 의해 발광다이오드 샘플의 크기에 관계없이 발광다이오드로부터 방출되는 광의 광도를 측정할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 점은 발광다이오드를 패키지 형태로 제작하여야 하는 문제점은 어느 정도 해소하였으나, 발광다이오드 샘플의 크기가 큰 경우에는 광특성 측정수단을 상승시켜 광도를 측정하고자 하나 발광다이오드 샘플로부터 광특성 측정수단의 거리가 멀어지게 되어 민감도가 떨어져 정밀한 광도 측정이 어려울 뿐만 아니라, 광특성 측정수단을 회전시킨 경우에는 발광다이오드 샘플의 표면과 광특성 측정수단의 거리가 일정하지 않아 광도 측정이 정확하게 되지 않는 문제점이 있다.

또한, 상기 종래 기술은 발광다이오드 샘플의 위쪽에서만 측정이 이루어질 수 있도록 형성된 것으로서, 샘플의 아래쪽에서는 측정이 불가능하여, 다양한 종류의 발광다이오드의 광도 측정은 곤란한 단점이 있다.

또한, 상기 종래 기술은 광특성 측정수단 및 안착부의 회전과, 광특성 측정수단의 회동 및 승강 등의 구현으로, 장치가 복잡하여 제작 단가가 상승하는 문제점이 있다.

또한, 상기 종래 기술은 발광다이오드 샘플의 어느 한 지점을 측정하고, 다른 지점을 측정하고자 하는 경우에는 광특성 측정수단 등의 위치를 다시 셋팅하여 광특성을 측정하게 되어, 발광다이오드 샘플의 연속적인 광분포나 배광각 데이타는 얻기 힘든 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 웨이퍼 상태의 발광 소자의 광특성 측정을 통해 일반적인 광특성과 빛의 분포 상태를 정확하게 측정할 수 있는 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 반도체 발광 소자의 광특성을 측정하는 장치에 있어서, 내부가 빈 원통형으로 형성되어 회전하는 본체와, 상기 본체 내부에 장착되어 반도체 발광 소자의 광특성을 측정하는 광특성측정부와, 상기 본체의 중심부로 상기 광특성측정부 위치까지 상기 반도체 발광 소자를 인입 및 인출시키는 측정스테이지 및 상기 본체 하부에 결합되어 상기 본체를 지지하는 지지대를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치를 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 본체의 외주면에는 둘레를 따라 슬라이딩 레일이 더 형성되어 상기 지지대와 결합되는 것이 바람직하며, 상기 지지대는, 상기 슬라이딩 레일에 끼움결합되도록 형성되며, 상기 본체의 형태에 대응되어 원호 형상으로 형성되며, 하단부에는 지지 받침부가 더 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 본체는, 모터와 결합되어 360°회전가능하며, 상기 모터의 기어비에 따라 상기 본체의 단위 회전 각도 및 회전 속도가 조절되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 본체의 내부면에는 반사방지막이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광특성측정부는, 포토다이오드를 사용하며, 상기 측정스테이지는, 상기 반도체 발광 소자를 고정시켜 광특성 측정시 상기 본체 내부로 자동 인입되고, 광특성 측정이 완료되면 상기 본체에서 자동 인출되는 것이 바람직하다.

상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 360° 회전가능한 광특성측정부를 이용하여 웨이퍼의 크기에 상관없이 반도체 발광 소자의 단속적 또는 연속적인 광특성 측정이 용이하며, 다양한 종류의 발광다이오드의 광특성 측정이 가능한 효과가 있다.

또한, 간단한 구성에 의해 광특성측정부가 360° 회전가능하도록 하여, 장치가 단순하여, 데이타의 획득이 용이하고 제작 단가가 저렴한 효과가 있다.

도 1 - 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치의 주요부에 대한 측면도.
도 2 - 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치의 주요부에 대한 단면도.
도 3 - 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광 소자의 광특성을 측정한 데이타를 나타낸 도.

본 발명은 반도체 발광 소자의 광특성을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 360° 회전가능한 광특성측정부를 이용하여 웨이퍼 상태의 반도체 발광 소자의 광특성을 측정하고자 하는 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치의 주요부에 대한 측면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치의 주요부에 대한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광 소자의 광특성을 측정한 데이타를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 발광 소자(10)의 광특성 측정 장치는, 내부가 빈 원통형으로 형성되어 회전하는 본체(100)와, 상기 본체(100) 내부에 장착되어 반도체 발광 소자(10)의 광특성을 측정하는 광특성측정부(200)와, 상기 본체(100)의 중심부로 상기 광특성측정부(200) 위치까지 상기 반도체 발광 소자(10)를 인입시키는 측정스테이지(300) 및 상기 본체(100) 하부에 결합되어 상기 본체(100)를 지지하는 지지대(400)로 크게 구성된다.

먼저, 상기 본체(100)는 내부가 빈 원통형으로 형성된 것이다.

상세하게는, 양측이 개구되거나 일측만 개구되어도 무방하며, 개구된 일측으로는 후술할 측정스테이지(300)가 인입, 인출되게 된다. 상기 본체(100)의 크기는 웨이퍼 형태의 발광 소자(10)와 발광 소자(10)가 안착되는 측정스테이지(300)가 충분히 인입, 인출될 수 있을 정도의 지름으로 형성되며, 발광 소자(10)의 광특성 측정시 외부 광에 방해받지 않을 정도의 길이로 형성된다.

상기 본체(100)의 내부면에는 반사방지막이 더 형성되어, 상기 발광 소자(10)의 빛이 상기 본체(100) 내부면에서 반사 또는 산란되어 광특성측정부(200)로 입력되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 반사방지막으로는 TiO₂가 일반적으로 사용된다.

그리고, 상기 본체(100)는 360° 회전이 가능하도록 형성되어, 상기 본체(100)에 결합된 광특성측정부(200)도 함께 회전이 가능하게 된다.

상기 본체(100)의 회전은 상기 본체(100)의 일단에 결합된 스텝 모터(120)에 의해 구동되며, 360 ° 회전가능하도록 형성된다. 또한, 상기 본체(100)는 모터(120)의 기어비에 따라 상기 본체(100)의 단위 회전 각도 및 회전 속도가 조절할 수 있다.

즉, 발광 소자(10)의 특정 지점에서 광특성 측정도 가능하며, 단위 회전 각도에 따른 연속적인 광분포 특성도 측정이 가능하게 된다. 바람직한 실시예로서 모터(120)의 기어비를 조절하여 약 5° 간격으로 5초 정도 측정하여 배광각 분포 곡선을 얻을 수 있다.

한편, 상기 본체(100)의 외주면에는 둘레를 따라 슬라이딩 레일(110)이 더 형성되어 후술할 지지대(400)와 결합되게 된다. 즉, 상기 본체(100)는 모터(120)에 의해 구동되면서 회전되게 되는데, 슬라이딩 레일(110)과 지지대(400)에 의해 안정적인 회전이 이루어지도록 하고, 특정 위치에서 본체(100)가 멈추게 되더라도 흔들리지 않게 고정시키는 역할을 하게 된다.

그리고, 상기 광특성측정부(200)는 상기 본체(100) 내부에 장착되어 반도체 발광 소자(10)의 광특성을 측정하게 되며, 일반적인 감광기인 포토다이오드를 사용한다.

상기 광특성측정부(200)는 상기 본체(100)와 결합되어, 상기 본체(100)의 회전에 대응하여 함께 회전하면서 상기 반도체 발광 소자(10)의 광특성을 측정하게 된다. 상기 광특성측정부(200)는 본체(100)와 함께 360° 범위 내에서 회전하면서 측정이 이루어지게 되므로, 반도체 발광 소자(10)의 특정 지점 뿐만 아니라, 미리 설정해둔 회전 속도 및 회전 각도에 대응하여 연속적인 데이타 값으로 측정이 가능하여 광분포 곡선을 얻을 수 있게 되는 것이다.

또한, 이러한 광특성측정부(200)의 360° 회전이 가능한 부분에 의해 상기 본체(100)에 인입될 수 있을 정도만 되면, 어떠한 크기의 웨이퍼 상의 발광 소자(10)의 경우에도 광특성을 충분히 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 수평형 발광 소자 및 수직형 발광 소자 등 다양한 빛 발광 태양을 가진 어떠한 발광 소자에도 적용이 가능하게 된다.

또한, 필요에 의해 반도체 발광 소자(10)의 파장에 따른 광 분포를 측정하기 위해서 특정 파장을 필터링하기 위한 필터를 더 장착할 수도 있다.

그리고, 상기 측정스테이지(300)는 상기 본체(100)의 중심부로 상기 광특성측정부(200) 위치까지 상기 반도체 발광 소자(10)를 인입 및 인출시키는 것이다.

상세하게는, 상기 측정스테이지(300)는 상기 반도체 발광 소자(10)를 고정시키며, 광특성 측정을 위해서 자동으로 상기 본체(100)의 중심부로 상기 광특성측정부(200) 아래 위치까지 상기 반도체 발광 소자(10)를 인입시키고, 광특성 측정이 완료되면 상기 본체(100)에서 인출시키도록 한다.

즉, 상기 측정스테이지(300)로 상기 본체(100) 및 광특성측정부(200)의 회전 범위 내에서 회전 속도 및 단위 회전 각도에 따른 광특성 측정 완료 신호가 입력되게 되면, 상기 측정스테이지(300)가 상기 본체(100) 외부로 인출되고, 새로운 광특성 측정을 위한 반도체 발광 소자(10)의 인입 준비가 이루어지게 된다.

한편, 상기 측정스테이지(300) 상에 위치되는 반도체 발광 소자(10)는 진공 흡착되어 고정된다.

그리고, 상기 지지대(400)는 상기 본체(100) 하부에 결합되어 상기 본체(100)를 지지하게 된다. 상세하게는 상기 지지대(400)는 상측으로 돌출된 걸림구(410)가 형성되어 상기 본체(100)의 외주면에 형성된 슬라이딩 레일(110)에 끼움결합되고, 상기 본체(100)의 형태에 대응되어 원호 형상으로 형성된다.

즉, 상기 본체(100)는 상기 가이드레일 및 지지대(400)를 결합축으로 하여 회전되게 되는 것으로, 상기 본체(100)의 연속적인 회전 및 멈춤 작동에 의하여도 흔들리지 않고 스무딩하게 회전가능하여, 광특성 측정에 오차가 없도록 한 것이다.

또한, 상기 지지대(400)는 하단부에 지지 받침부(420)를 더 구비하여, 상기 본체(100)를 안정적으로 받쳐주고, 전체 장비의 설치 및 관리가 편리하도록 한 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 측정된 반도체 발광 소자(GaN/Al₂O₃, 웨이퍼 크기 10cm X 10cm)에 대한 광분포 특성을 측정한 데이타로서, 광특성측정부의 회전 범위는 180°, 단위 회전 각도는 5°, 측정시간은 2초간 측정하였다.

이와 같이, 웨이퍼의 크기에 상관없이 발광 소자의 측면 끝에서 끝까지 광분포 특성을 용이하게 측정할 수 있었다.

본 발명은 반도체 발광 소자의 검품을 위한 광특성을 측정하여, 고품질의 반도체 발광 소자를 제공하는 반도체 발광 소자 생산 산업에 이용가능성이 있다.

10 : 발광 소자 100 : 본체
110 : 슬라이딩 레일 120 : 모터
200 : 광특성측정부 300 : 측정스테이지
400 : 지지대 410 : 걸림구
420 : 지지 받침부

Claims

반도체 발광 소자의 광특성을 측정하는 장치에 있어서,
내부가 빈 원통형으로 형성되어 회전하는 본체;
상기 본체 내부에 장착되어 반도체 발광 소자의 광특성을 측정하는 광특성측정부;
상기 본체의 중심부로 상기 광특성측정부 위치까지 상기 반도체 발광 소자를 인입 및 인출시키는 측정스테이지; 및
상기 본체 하부에 결합되어 상기 본체를 지지하는 지지대;를 포함하여 구성되되,
상기 본체의 외주면에는 둘레를 따라 슬라이딩 레일이 더 형성되어 상기 지지대와 결합되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 지지대는,
상측으로 돌출된 걸림구가 형성되어 상기 슬라이딩 레일에 끼움결합되도록 형성되며, 상기 본체의 형태에 대응되어 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치.
제 3항에 있어서, 상기 지지대는,
하단부에는 지지 받침부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 본체는,
모터에 의해 360°회전가능한 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치.
제 5항에 있어서, 상기 본체는,
상기 모터의 기어비에 따라 상기 본체의 단위 회전 각도 및 회전 속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 본체의 내부면에는 반사방지막이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 광특성측정부는,
포토다이오드인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 측정스테이지는,
상기 반도체 발광 소자를 고정시켜 광특성 측정시 상기 본체 내부로 자동 인입되고, 광특성 측정이 완료되면 상기 본체에서 자동 인출되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 광특성 측정 장치.