KR102085601B1 - 발광 소자의 지향 각 측정 장치 - Google Patents

발광 소자의 지향 각 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광 소자의 지향 각 측정 장치에 관한 것이다. 발광 소자의 지향 각 측정 장치는 발광 소자로부터 방출된 광을 유도하는 적어도 하나의 렌즈 유닛(17a, 17b, 17c)가 배치된 제1 유도 모듈(11); 제1 유도 모듈(11)에서 형성된 광 이미지를 정해진 초점으로 유도하는 제2 유도 모듈(12); 제2 유도 모듈(12)에서 유도된 광을 정해진 영역으로 유도하는 제4 유도 모듈(14); 및 정해진 영역에서 서로 다른 방향으로 유입되는 광을 감지하는 카메라 유닛(16)을 포함하고, 광 이미지는 서로 다른 굴절각을 가지는 광에 대한 평면 이미지가 된다.

Description

발광 소자의 지향 각 측정 장치{An Apparatus for Investigating an Angle of Beam Spread of a Light Emitting Element}
본 발명은 발광 소자의 지향 각 측정 장치에 관한 것이고, 구체적으로 엘이디 소자와 같은 발광 소자의 지향 각을 측정하는 발광 소자의 지향 각 측정 장치에 관한 것이다.
엘이디 소자 또는 이와 유사한 발광 소자의 발광 특성이 고니오미터 또는 이와 유사한 광학 탐지 장치에 의하여 측정될 수 있다. 예를 들어 발광 소자의 지향 각(an angel of beam spread), 입사 평면에 대한 강도(intensity), 휘도, 스펙트럼 분포가 다양한 광학 탐지 장치에 의하여 탐지될 수 있다. 엘이디 소자를 비롯한 다양한 발광 소자의 발광 특성을 탐지하기 위한 장치는 요구되는 특성을 탐지가 가능한 광학 구조를 가지면서 구조적으로 간단하고, 측정 결과에 대한 신뢰성이 높아야 한다. 특허공개번호 10-2011-0129238은 어레이가 된 엘이디 리드프레임의 반제품 상태에서 플러스 단자만을 절단한 후 엘이디의 광학적 특성 및 전기적 특성 값을 측정하는 방법에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 10-2008-0066206은 다색상 엘이디 패키지의 광특성 분석 방법 및 분석 장치에 대하여 개시한다. 선행기술에서 개시된 방법 또는 장치는 하나의 발광 소자에 대한 특성 검사가 어렵고, 각각의 발광 소자에 대하여 정해진 용도에서 요구되는 정밀한 특성 분석이 어렵다는 단점을 가진다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: 특허공개번호 10-2011-0129238(엘지이노텍 주식회사, 2011.12.01. 공개) 엘이디의 광학적 및 전기적 특성을 측정하는 방법 선행기술 2: 특허공개번호 10-2008-0066206(광전자정밀주식회사, 2008.07.16. 공개) 다색상 LED 패키지의 광 특성 분석방법 및 분석 장치
본 발명의 목적은 엘이디 소자로부터 방출되는 광을 다수 개의 렌즈를 통하여 카메라 유닛으로 유도하여 엘이디 소자의 지향 각 및 서로 다른 방출 각에서 강도(intensity) 분포와 같은 광 특성의 검사가 가능한 발광 소자의 지향 각 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 발광 소자로부터 방출된 광을 유도하는 적어도 하나의 렌즈 유닛이 배치된 제1 유도 모듈; 제1 유도 모듈에서 형성된 광 이미지를 정해진 초점으로 유도하는 제2 유도 모듈; 제2 유도 모듈에서 유도된 광을 정해진 영역으로 유도하는 제4 유도 모듈; 및 정해진 영역에서 서로 다른 방향으로 유입되는 광을 감지하는 카메라 유닛을 포함하고, 광 이미지는 서로 다른 굴절각을 가지는 광에 대한 평면 이미지가 된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 카메라 유닛에서 감지되는 지향 각(angle of beam spread)은 중심선에 대하여 80도가 되어 전체 160도의 범위가 된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 발광 소자는 입사되는 최초의 렌즈에 대하여 4 ㎜ 이상의 거리(Work Distance)에 위치한다.
본 발명에 따른 발광 소자의 지향 각 측정 장치는 엘이디 소자와 같은 발광 소자의 발광 특성이 정확하게 측정될 수 있도록 한다. 발광 소자로부터 발광된 광이 렌즈로 유도되어 상을 형성하고 이후 다시 측정 렌즈로 유도되어 CCD(charge-coupled device) 카메라 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 카메라에 의하여 감지하는 것에 의하여 지향 각 또는 강도가 정확하게 측정될 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 측정 장치는 구조적으로 간단하면서 검사 시간이 감소되도록 하는 것에 의하여 검사 효율이 향상되도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 소자의 지향 각 측정 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 측정 장치에서 지향 각 또는 강도가 측정되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 측정 장치에 적용되는 카메라 유닛으로 광을 유도하는 유도 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 측정 장치에 적용되는 카메라 유닛으로 광을 유도하는 유도 모듈의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 측정 장치에서 지향 각에 따른 감지 이미지 프로파일의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 소자의 지향 각 측정 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 발광 소자의 지향 각 측정 장치는 발광 소자로부터 방출된 광을 유도하는 적어도 하나의 렌즈 유닛(17a, 17b, 17c)가 배치된 제1 유도 모듈(11); 제1 유도 모듈(11)에서 형성된 광 이미지를 정해진 초점으로 유도하는 제2 유도 모듈(12); 제2 유도 모듈(12)에서 유도된 광을 정해진 영역으로 유도하는 제4 유도 모듈(14); 및 정해진 영역에서 서로 다른 방향으로 유입되는 광을 감지하는 카메라 유닛(16)을 포함하고, 광 이미지는 서로 다른 굴절각을 가지는 광에 대한 평면 이미지가 된다.
발광 소자는 예를 들어 엘이디 소자와 같은 발광 소자가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 발광 소자는 조명 수단 또는 표시 수단에 적용될 수 있고, 발광 소자로부터 발광이 되는 광의 각 분포(angle distribution of light) 또는 공간 분포(spatial distribution of light)가 미리 측정되는 것이 유리하다. 본 명세서에서 지향 각(an Angle of Beam Spread)은 이와 같은 각 분포 또는 공간 분포를 포함하고, 또한 각 분포 또는 공간 분포에 따른 강도(intensity)를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 발광 소자는 지향 각 측정 장치의 앞쪽에 위치할 수 있고, 지향 각 측정 장치와 발광 소자 사이의 작업 거리(Working Distance)는 예를 들어 4 ㎜ 이상의 거리, 1 내지 15 ㎜ 또는 8 내지 12 ㎜가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 발광 소자로부터 방출된 광이 제1 유도 모듈(11)로 유도될 수 있고, 제1 유도 모듈(11)에 적어도 하나의 렌즈 유닛(17a, 17b, 17c)이 배치될 수 있다. 제1 유도 모듈(11)은 경통 형상이 될 수 있고, 적어도 하나의 렌즈(17a, 17b, 17c)가 배럴(barred) 또는 경통에 고정될 수 있다. 제1 렌즈(17a)로 광이 유입되어 제2 및 3 렌즈(17b, 17c) 또는 다른 렌즈를 통과하면서 제1 유도 모듈(11)의 끝 부분에서 가상 이미지(IM)를 형성할 수 있다. 가상 이미지(IM)는 전체적으로 원판 형상이 될 수 있고, 가상 이미지(IM)는 발광 소자로부터 다양한 각도로 방출되는 분산 광의 각도를 거리로 변환한 형태의 이미지가 될 수 있다. 제1 유도 모듈(11)에 의하여 발광 소자에서 방출된 다양한 각도를 가지는 분산 광이 중심으로부터 거리로 변환된 가상 이미지(IM)로 만들어질 수 있다. 이와 같이 제1 유도 모듈(11)은 코노스코프 렌즈(conoscope lens)와 동일 또는 유사한 기능을 할 수 있다. 제1 유도 모듈(11)에 의하여 발광 소자로부터 발광되는 다양한 분산 광에 대한 평면 가상 이미지가 만들어지면 이후 평면 이미지를 형성하는 광은 공간 분포를 감지하는 카메라 유닛(16)으로 유도될 수 있다.
제1 유도 모듈(11)에서 공간적으로 분포된 광은 제2 유도 모듈(12)로 유도될 수 있다. 제2 유도 모듈(12)은 예를 들어 볼록 메니스커스 렌즈 또는 이와 유사한 렌즈를 포함할 수 있고, 이에 의하여 가상 이미지(IM)를 형성하는 광이 수렴하는 형태로 유도될 수 있다. 제2 유도 모듈(12)에 배치된 집광 메니스커스 렌즈(18)에 의하여 가상 이미지(M)가 집속이 될 수 있고, 제2 유도 모듈(12)은 가상 이미지(IM)가 적절한 거리에서 하나의 초점으로 유도되도록 한다. 제2 유도 모듈(12)에 제3 유도 모듈(13)이 연결될 수 있고, 제3 유도 모돌(13)은 제2 유도 모듈(12)에 비하여 작은 직경을 가지는 경통 또는 배럴을 형성할 수 있다. 예를 들어 제3 유도 모듈(13)은 서로 다른 직경을 가지면서 상대적으로 이동 가능하고 그에 따라 유도 경로의 길이 조절이 가능한 적어도 두 개의 경통으로 이루어질 수 있다. 제1, 2 유도 모듈(11, 12)은 서로 연결된 하나의 경통 또는 배럴을 형성하고, 제3 유도 모듈(13)은 결합 브래킷(121)에 의하여 제2 유도 모듈(12)에 결합될 수 있다. 그리고 제3 유도 모듈(13)은 제2 유도 모듈(12)에서 집속된 광의 경로를 조절하는 기능을 가질 수 있다. 제3 유도 모듈(13)에 의하여 경로가 조절된 광은 제4 유도 모듈(14)에서 초점을 형성하도록 경로가 조절될 수 있다. 제4 유도 모듈(14)은 다수 개의 렌즈로 이루어진 감지 렌즈 모듈(19)을 포함할 수 있다. 감지 렌즈 모듈(19)에 의하여 제2 유도 모듈(12)에서 집속된 광은 하나의 초점으로 유도되고, 이후 카메라 유닛(16)으로 유도되어 정해진 위치에서 감지되도록 한다. 이와 같이 제4 유도 모듈(14)은 가상 이미지(IM)가 각각의 위치에 대응되도록 카메라 유닛(16)으로 유도하는 기능을 가질 수 있다. 카메라 유닛(16)은 예를 들어 CCD(charge-coupled device) 카메라 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 카메라를 포함할 수 있다. 카메라 유닛(16)에서 가상 이미지(IM)가 유도되기 전 필터 유닛(15)에 의하여 노이즈가 제거될 수 있다. 카메라 유닛(16)에서 가상 이미지(IM)에 대한 원형의 이미지가 감지되면서 이와 동시에 각각의 위치에서 강도가 탐지될 수 있다.
제1, 2 유도 모듈(11, 12) 또는 제4 유도 모듈(14)은 다양한 렌즈 배치 구조를 가질 수 있고, 각각의 유도 모듈(11, 12, 14)에 배치되는 렌즈 구조에 의하여 발광 소자의 지향 각 이미지가 카메라 유닛(16)에서 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 측정 장치에서 지향 각 또는 강도가 측정되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 발광 소자(21)가 제1 렌즈 모듈(17)의 앞쪽에 위치할 수 있고, 예를 들어 제1 렌즈 모듈(17)의 앞쪽으로부터 4 ㎜ 이상의 거리, 바람직하게 8 내지 12 ㎜의 거리, 가장 바람직하게 10 ㎜가 되는 거리가 되는 위치(Working Distance)에 위치할 수 있다. 발광 소자(21)로부터 발광되는 광은 원형 단면을 가지면서 분산될 수 있고, 예를 들어 입체각이 중심선을 기준으로 80도가 되는 광이 제1 렌즈 모듈(17)로 입사될 수 있다. 지향 각 또는 작업 거리는 발광 소자의 특성 또는 측정 방식에 따라 설정될 수 있다. 발광 소자는 측정 지그에 고정될 수 있고, 측정 지그가 미리 결정된 위치 또는 작업 거리(WD)에 위치할 수 있다. 미리 설정된 작업 거리(WD) 및 지향 각에 기초하여 제1 렌즈 모듈(17)이 구조가 설계될 수 있고, 예를 들어 작업 거리 10 ㎜가 되면서 지향 각 범위가 160가 되도록 제1 렌즈 모듈(17)이 설계될 수 있다. 제1 렌즈 모듈(17)은 중심선에 대한 광의 분산 각을 가상 이미지(IM)에 대한 평면 거리에 대응되도록 유도할 수 있다. 이에 따라 가상 이미지(IM)는 예를 들어 피시아이(fisheye) 렌즈에 의하여 형성되는 이미지와 유사한 이미지가 될 수 있다. 이와 같이 제1 렌즈 모듈(17)은 코노스코프 렌즈(conoscope lens)와 유사한 기능을 가질 수 있다. 제1 렌즈 모듈(17)에 의하여 형성된 가상 이미지(IM)는 집광 렌즈(18)에 의하여 집광이 될 수 있다. 그리고 광 거리가 조절되어 제1 감지 렌즈(19a)에 의하여 하나의 초점에 수렴이 될 수 있다. 그리고 제2 감지 렌즈(19a)에 의하여 카메라 유닛(16)으로 유도되어 감지될 수 있다. 이와 같이 제1,2 감지 렌즈(19a, 19b)은 가상 이미지(IM)에 대한 이미지가 정해진 크기를 가지면서 카메라 유닛(16)에 상이 형성되도록 하는 기능을 가질 수 있다. 제1, 2 감지 렌즈(19a, 19b)에 의한 가상 이미지(IM)에 대한 이미지의 형성은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 측정 장치에 적용되는 카메라 유닛으로 광을 유도하는 유도 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 결합 브래킷(121)에 의하여 가상 이미지를 형성하는 렌즈 모듈이 배치된 제1, 2 배럴 어셈블리에 분리 가능하도록 결합될 수 있다. 가상 이미지에 대한 탐지 이미지가 되도록 광을 유도하는 제3 배럴 어셈블리는 동일한 직경을 가지는 각각 동일한 직경을 가지도록 연장되는 제1 서브 어셈블리(31) 및 제2 서브 어셈블리(32)로 이루어질 수 있고, 제2 서브 어셈블리(32)는 제1 서브 어셈블리(31)에 대하여 이동 가능한 구조를 가질 수 있다. 제2 서브 어셈블리(32)에 의하여 정해진 크기로 만들어진 초점을 형성한 광은 필터 유닛(15)으로 유도될 수 있다. 필터 유닛(15)은 제2 서브 어셈블리(32)를 통하여 형성된 카메라 유닛(16)에서 감지되는 분산 광을 유도하는 실린더 형상을 가지는 필터 몸체(151); 필터 몸체(151)를 제2 서브 어셈블리(32)에 결합시키는 체결 브래킷152); 및 필터 몸체(151)의 정해진 위치에 필터를 고정시키는 고정 핀(153)으로 이루어질 수 있다. 필터 몸체(151)의 내부에 필터는 분리 부재(spacer) 또는 고정 링에 의하여 정해진 방향 또는 위치를 가지도록 배치될 수 있다. 필터 몸체(151)가 제2 서브 어셈블리(32)에 결합되면, 고정 핀(153)이 필터 몸체(151)에 형성된 고정 홈(154)을 따라 회전되면서 필터가 정해진 위치에 안정적으로 고정될 수 있다. 필터는 편광 필터, 파장 필터 또는 이와 유사한 노이즈 성분의 제거를 위한 다양한 형태의 필터가 될 수 있고 교체 가능한 구조가 될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 측정 장치에 적용되는 카메라 유닛으로 광을 유도하는 유도 모듈의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 결합 브래킷(121)의 앞쪽에 렌즈 푸셔(441)가 배치되어 가상 이미지를 초점으로 유도하는 집광 렌즈가 안정적으로 고정되도록 한다. 제1 서브 어셈블리(31) 및 제2 어셈블리(32)의 내부에 제3 배럴(41)이 배치되고, 제3 배럴(41)의 뒤쪽에 제4 배럴(42)이 배치되어 필터 유닛(15)와 연결될 수 있다. 제3 배럴(41)에 적어도 하나의 렌즈 푸셔(442) 및 분리 부재(451, 452, 453)에 의하여 다수 개의 렌즈(431, 432, 433)가 배치될 수 있다. 제4 배럴(42)에 초점을 통과한 광이 카메라 유닛(16)에 수렴되도록 경로를 조절하는 조절 공간(421)이 형성될 수 있다. 제3 및 제4 배럴(41, 42)에 배치된 다수 개의 렌즈(431, 432, 433) 및 조절 공간(421)을 통하여 유도된 광은 카메라 유닛(16)에 배치된 센서(sensor)에 초점을 형성할 수 있다. 카메라 유닛(16)은 서로 다른 위치에 배치된 센서에서 감지된 광에 의하여 생성된 광 신호에 의하여 발광 소자의 지향 각, 강도 또는 이와 유사한 광 특성을 조사할 수 있다. 카메라 유닛(16)은 분석 소프트웨어가 설치된 컴퓨터와 연결될 수 있고, 그에 의하여 다양한 특성 분석이 이루어질 수 있고, 예를 들어 도 5에 도시된 발광 소자의 발광 프로파일이 만들어질 수 있다.
도 5를 참조하면, 발광 소자에 대한 제1 축의 지향 각-강도(intensity) 및 제2 축의 지향 각-강도 곡선이 카메라 유닛(16)에서 감지된 광에 기초하여 생성될 수 있다. 그리고 이와 같은 지향 각-강도 곡선에 기초하여 3D 광 특성 프로파일이 생성되어 적절한 디스플레이 수단에 표시될 수 있다.
본 발명에 따른 발광 소자의 지향 각 측정 장치는 엘이디 소자와 같은 발광 소자의 발광 특성이 정확하게 측정될 수 있도록 한다. 발광 소자로부터 발광된 광이 렌즈로 유도되어 상을 형성하고 이후 다시 측정 렌즈로 유도되어 CCD(charge-coupled device) 카메라 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 카메라에 의하여 감지하는 것에 의하여 지향 각 또는 강도가 정확하게 측정될 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 측정 장치는 구조적으로 간단하면서 검사 시간이 감소되도록 하는 것에 의하여 검사 효율이 향상되도록 한다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11, 12, 13, 14: 유도 모듈 15: 필터 유닛
16: 카메라 유닛 17: 제1 렌즈 모듈
17a, 17b, 17c: 렌즈 유닛 18: 집광 메니스커스 렌즈
19: 감지 렌즈 모듈 21: 발광 소자
31, 32: 제1, 2 서브 어셈블리
41, 42: 배럴
121: 결합 브래킷 151: 필터 몸체
152: 체결 브래킷 153: 고정 핀
441: 렌즈 푸셔

Claims (3)

  1. 발광 소자로부터 방출된 광을 유도하는 적어도 하나의 렌즈 유닛(17a, 17b, 17c)가 배치된 제1 유도 모듈(11);
    제1 유도 모듈(11)에서 공간적으로 분포된 광으로부터 가상 이미지(M)를 집속시키고 상기 가상 이미지가 하나의 초점으로 유도되도록 하는 제2 유도 모듈(12);
    제2 유도 모듈(12)에 비하여 작은 직경을 가지며 서로 다른 직경을 가지면서 상대적으로 이동 가능한 두 개의 경통으로 이루어지고 제2 유도 모듈(12)에서 집속된 광의 경로를 조절하는 제3 유도 모듈(13);
    제3 유도 모듈(13)에 의해 경로가 조절된 광을 정해진 영역으로 유도하는 제4 유도 모듈(14); 및
    정해진 영역에서 서로 다른 방향으로 유입되는 광을 감지하는 카메라 유닛(16)을 포함하고,
    광 이미지는 서로 다른 굴절각을 가지는 광에 대한 평면 이미지가 되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 지향 각 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 카메라 유닛(16)에서 감지되는 지향 각(angle of beam spread)은 중심선에 대하여 80도가 되어 전체 160도의 범위가 되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 지향 각 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 발광 소자는 입사되는 최초의 렌즈에 대하여 4 ㎜ 이상의 거리(Work Distance)에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 지향 각 측정 장치.
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