KR20100066806A - 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법에 관한 것으로 요철패턴이 형성된 발광다이오드 표면에 레이저빔을 조사하여 반사된 스캔이미지에서의 반사율 분포를 통해 명암도 데이터를 추출하고, 임계치와의 비교를 통해 이미지 상에서의 밝기 스팟이 임계치 이상의 명암도를 가지면 발광다이오드 표면이 평면이고, 임계치 이하의 명암도를 가지면 요철패턴이 존재하는 것임을 알 수 있다.
따라서, 고가의 장비가 필요없으며, 단시간에 측정 샘플의 전체영역을 스캐닝하여 측정 샘플을 파괴함 없이 그 표면에 형성된 요철패턴의 품질을 측정할 수 있는 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법을 제공한다.

Description

발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법{Method for Inspecting Concave and Convex Patterns of LED}
본 발명은 발광다이오드(Light Emitting Diode)의 광추출 효율에 영향을 주는 발광다이오드의 표면에 형성된 요철패턴의 품질을 효과적으로 검사하여 제품의 양불을 결정할 수 있는 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법에 관한 것이다.
발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로서, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다.
일반적으로 발광다이오드 소자의 특성을 결정하는 기준으로는 색(color) 및 휘도, 휘도 세기의 범위 등이 있다. 이러한 발광다이오드 소자의 특성은 1차적으로는 발광다이오드 소자에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료에 의해 결정되지만, 2차적인 요소로 칩을 실장하기 위한 패키지의 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다.
특히, 사파이어가 제거된 형태의 발광다이오드에서는 광추출 효율을 향상시키기 위해서 표면에 요철 패턴을 형성한다.
요철 패턴이 없을 경우 빛이 생성되는 발광다이오드 부분이 몰딩물질 혹은 공기의 굴절률보다 높기때문에 경계면에서 내부로 재반사되어 빛이 소멸하므로 광추출 효율이 크게 저하된다.
이러한 발광다이오드의 표면에 요철패턴을 형성하는 방법으로는 수산화칼륨(KOH) 등의 용액을 이용하여 습식 식각을 통해 형성하는 방법이 있다.
질화갈륨 발광다이오드의 경우 습식 식각을 진행하면 그 표면에 원뿔 또는 다각뿔 형태의 요철이 생성되며, 이러한 요철패턴을 통해 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 습식 식각 방법을 통해 형성되는 요철패턴은 용액의 농도 및 온도, 식각시간 등의 여러가지 조건변화에 따라 다양한 크기와 밀도를 가지게 되며, 경우에 따라서 요철패턴이 형성되지 않아 편평한 형태를 가지는 부분도 형성된다.
이는 건식 식각 등의 다른 방법을 통해서 요철패턴을 형성하는 경우에서도 동일하게 발생하며, 요철패턴이 없는 편평한 형태의 부분은 앞서 설명한 내부반사 효과를 일으켜 광추출 효율을 저하시키므로 최소화될수록 바람직하다.
따라서, 형성된 요철패턴의 품질을 측정하는 것이 중요한데, 현재는 도 1a의 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 표면형태를 관찰하거나, 도 1b의 집속 이온 빔(Focused Ion Beam)을 이용하여 단면형태를 관찰하는 등 직접적으로 표면형태를 관찰하는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 이와 같은 방법은 시간 및 비용의 소요가 크고, 측정 샘플이 파괴되는 등의 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 고가의 장비가 필요없으며, 단시간에 측정 샘플의 전체영역을 스캐닝하여 측정 샘플을 파괴함 없이 그 표면에 형성된 요철패턴의 품질을 측정할 수 있는 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법은 발광다이오드 표면에 레이저빔을 조사하여 스캐닝하는 단계; 상기 발광다이오드 표면에서 반사되는 레이저빔을 수광하여 스캔이미지를 획득하는 단계; 획득된 상기 스캔이미지를 이미지 프로세싱하여 흑백이미지로 변환하는 단계; 상기 흑백이미지에서 명암도 데이터를 추출하고, 최대 빈도수의 밝기 스팟(bright spot)이 가지는 명암도를 임계치로 설정하는 단계; 및 상기 설정된 임계치를 기준으로 상기 명암도 데이터를 이진화하여, 상기 밝기 스팟의 상대 개수로 발광다이오드 표면의 양불을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이진화된 밝기 스팟의 개수를 전체 명암도 데이터에 대한 면적비로 환산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 밝기 스팟이 임계치 이상의 명암도를 가지면 발광다이오드 표면이 평면이고, 임계치 이하의 명암도를 가지면 발광다이오드 표면이 요철패턴일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법은 고가의 장비가 필요없어 저렴하며, 측정시간이 짧아 측정 샘플이 파손되지 않을 뿐 아니라 전체영역을 스캐닝할 수 있어 보다 효율적인 측정이 가능하다.
먼저, 본 발명의 기술적 원리를 간략하게 설명하면, 측정 샘플의 표면에 조사된 레이저빔의 반사율 분포를 통해 요철패턴이 형성된 표면의 양불을 결정하는 것이다.
즉, 요철패턴이 존재하는 부분에서는 요철에 의해 레이저빔이 산란되어 반사율이 낮게 나타나고, 요철패턴이 존재하지 않는 평탄한 부분에서는 반사율이 높게 나타난다.
따라서, 반사율 분포에 따른 반사영역에서의 밝은 영역과 어두운 영역의 면적비를 수치화하여 표면의 양불을 결정하는 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법에 관한 구체적인 사항을 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 표면의 요철패턴을 검사하는 상태를 개략적으로 나타내는 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 발광다이오드 표 면의 요철패턴 검사방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2 및 도 3에서와 같이, 측정 샘플인 발광다이오드(10)가 측정장치(미도시) 상에 배치되면, 레이저 조사장치(혹은 스캐닝 장치)(20)를 통해 상기 발광다이오드(10)의 표면에 레이저빔(L)을 조사하여 표면에 대한 스캐닝을 수행한다(S1).
이러한 레이저 조사장치(20)로는 고속으로 회전하는 스캐닝 미러를 이용하여 레이저빔을 측정 샘플에 스캐닝하고, 레이저빔에 의해 발광된 반사광선(reflected primary beam)을 이용하여 영상을 관찰하는 공초점 현미경(Confocal Laser Scanning Microscope, CLSM)인 것이 바람직하다.
상기 레이저 조사장치(20)는 별도의 제어장치(25)를 통해 조사되는 레이저빔(L)의 강도, 조사 시간, 조사 각도 및 범위 등이 제어된다.
한편, 상기 레이저 조사장치(20)에서 조사된 레이저빔(L)은 상기 발광다이오드(10)의 표면에서 반사되어 레이저 수광장치(혹은 센서)(30)를 통해 수광함으로써 상기 발광다이오드(10)의 표면에 대한 스캔이미지를 획득한다(S2).
그리고, 이와 같이 획득된 상기 스캔이미지는 중앙처리장치(35)에서 이미지 프로세싱을 거쳐 흑백이미지로 변환되며, 다시 상기 변환된 흑백이미지에서 명암도 데이터를 추출한다(S3).
상기 흑백이미지는 발광다이오드(10) 표면에서 반사되는 레이저빔(L)의 반사율에 따라 밝은 영역과 어두운 영역이 구분되어 분포하며, 요철패턴(11)이 존재하는 부분은 레이저빔(L)의 산란에 의해 상기 레이저 수광장치(30)로 수광되는 빛의 양이 줄어들어 어두운 영역으로 나타나고, 요철패턴(11)이 존재하지 않는 부분은 레이저빔(L)이 그대로 반사되어 밝은 영역으로 나타난다.
이러한 어두운 영역과 밝은 영역은 픽셀단위의 다양한 밝기 스팟(bright spot)이 모여서 형성되는 것이며, 각 밝기 스팟은 해당 밝기에 상당하는 명암도 수치를 가진다.
상기 명암도(intensity) 데이터는 밝기에 따라서 "0" 내지 "255" 사이의 수치범위를 가지는 것으로, 흑색의 경우 "0"의 수치를 가지며, 백색의 경우 "255"의 수치를 가진다.
그리고, 상기 밝은 영역에서의 각 밝기 스팟에 대한 상기 명암도 수치중에서 최대 빈도수로 나타나는 밝기 스팟이 가지는 명암도 수치를 임계치로 설정한다(S4).
다음으로, 상기 설정된 임계치를 기준으로 상기 명암도 데이터를 이진화(binarization)하여, 상기 밝기 스팟의 상대 갯수로 발광다이오드 표면의 양불을 결정한다(S5).
즉, 상기 임계치를 기준으로 명암도 데이터의 수치가 상기 임계치 이하인 경우에는 "0"의 값을 가지며, 상기 임계치 이상인 경우에는 "1"의 값을 가지도록 하여, "1"의 값을 가지는 밝기 스팟의 갯수를 상대적으로 비교하여 발광다이오드 표면의 양불을 결정하는 것이다.
여기서, 명암도 데이터가 "0"의 값을 가지는 경우는 표면에 형성된 요철패턴(11)에 의해 레이저빔(L)이 산란되어 반사율이 낮게 나타난 것으로 명암도가 낮은 수치를 가지며, 명암도 데이터가 "1"의 값을 가지는 경우는 요철패턴(11)이 없 는 평탄면에서 레이저빔(L)이 그대로 반사되어 반사율이 높게 나타난 것으로 명암도가 높은 수치를 가지는 것을 의미한다.
따라서, "1"의 값을 가지는 명암도 데이터의 분포가 높을수록, 다시말해 밝기 스팟의 갯수가 많을 수록 발광다이오드의 표면에는 요철패턴(11)이 형성되어 있지 않은 부분이 많다는 것을 의미하며, 이를 통해 제품의 불량을 판별할 수 있다.
한편, 도 4에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법은 임계치를 기준으로 명암도 데이터를 이진화한 다음, 상기 이진화된 밝기 스팟의 개수를 전체 명암도 데이터에 대한 면적비로 환산하는 단계(S6)를 더 포함하여 발광다이오드 표면의 양불을 결정한다.
즉, 이진화를 통해 상기 명암도 데이터에서 "0"의 값을 가지는 수치의 갯수와 "1"의 값을 가지는 수치의 갯수를 각각 카운트하고, 상기 "1"의 값을 가지는 수치의 갯수를 상기 카운트된 각각의 갯수를 합한 전체갯수로 나누어 수치화함으로써 상기 발광다이오드 표면의 양불을 결정하는 것이다.
이와 같이 밝기 스팟의 갯수를 면적비로 환산하여 수치화하는 경우 양불판단에 대한 보다 객관적인 판정기준을 제시하는 것이 가능하여 제품의 불량판별 등 품질 측정이 보다 용이하다는 장점이 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법은 레이저빔에 의해 스캔된 이미지에서 반사된 레이저빔의 반사율 분포를 통해 요철패턴의 유무를 파악하여 발광다이오드 표면의 양불을 결정하는 것이며, 이미지 상에서의 밝기 스팟이 임계치 이상의 명암도를 가지면 발광다이오드 표면이 평면이고, 임계치 이하의 명암도를 가지면 요철패턴이 존재하는 것임을 알 수 있다.
따라서, 기존의 고가의 측정장비에 비해 저가의 장비로도 요철패턴의 분포에 따른 양불판단이 가능하며, 측정시간이 짧을 뿐만 아니라 측정 샘플에 대한 손상이 발생하지 않는다.
도 1a는 주사 전자 현미경으로 측정된 발광다이오드 표면의 요철패턴을 나타내는 사진이다.
도 1b는 집속 이온 빔을 이용하여 측정된 발광다이오드 표면의 요철패턴을 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 표면의 요철패턴을 검사하는 상태를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 4는 도 3에서 도시하는 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법의 다른 실시예를 나타내는 순서도이다.

Claims (3)

  1. 발광다이오드 표면에 레이저빔을 조사하여 스캐닝하는 단계;
    상기 발광다이오드 표면에서 반사되는 레이저빔을 수광하여 스캔이미지를 획득하는 단계;
    획득된 상기 스캔이미지를 이미지 프로세싱하여 흑백이미지로 변환하는 단계;
    상기 흑백이미지에서 명암도 데이터를 추출하고, 최대 빈도수의 밝기 스팟(bright spot)이 가지는 명암도를 임계치로 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 임계치를 기준으로 상기 명암도 데이터를 이진화하여, 상기 밝기 스팟의 상대 개수로 발광다이오드 표면의 양불을 결정하는 단계;
    를 포함하는 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이진화된 밝기 스팟의 개수를 전체 명암도 데이터에 대한 면적비로 환산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밝기 스팟이 임계치 이상의 명암도를 가지면 발광다이오드 표면이 평면이고, 임계치 이하의 명암도를 가지면 발광다이오드 표면이 요철패턴인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법.
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