KR20150019329A - 적분구를 탑재한 투과율 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 투과율 측정 장치는, 비임 관통공을 포함하며 시료가 놓이게 되는 스테이지 상기 스테이지의 상측에 배치되는 광원 유닛 광유입구와 광유출구를 각각 구비하고, 상기 스테이지의하측면에 설치되되, 상기 광유입구가 상기 비임 관통공에 정렬되어 배치되는 적분구 및 상기 광유출구와연결되는 광검출부를 포함한다.

Description

투과율 측정 장치 {APPARATUS FOR MEASURING TRANSPARENCY}

본 발명은 목적물, 즉 시료(sample)의 투과율을 측정하는 장치로서, 보다 자세하게는, 휴대폰의 윈도우 패널에 형성된 아이콘의 투과율을 측정하는 장치에 대한 것이다.

최근 스마트폰을 비롯한 복합 모바일 통신기기는 통신 기기의 전면에 부착되는 윈도우 패널에 종래의 실물 버튼에 대응되는 평평한 형태의 감 지형 아이콘들이 배치되게 되어, 이러한 아이콘을 사용자가 터치함으로써 아이콘에 대응되는 작동이 행해지게 된다.

이를 위하여, 아이콘은 백라이트가 작용시에 그 고유의 형상이 사용자에게 시각적으로 전달되도록 스마트폰의 전면 기판의 주변과 다른 광투과성의 차이를 가지도록 코팅되어 형성된다. 구체적으로 아이콘에 해당되는 부분은 높은 광투과율을 가지고 아이콘 주변의 부분은 상대적으로 낮은 광투과율을 가지도록 코팅됨으로써 백라이트가 아이콘이 형성된 스마트폰의 전면 기판을 광을 조사하면 아이콘이 주변보다 밝게 보이게 된다.

이때, 아이콘은 소정의 이미지를 가져서 사용자가 그 이미지를 통하여 해당 아이콘이 스마트폰에 대하여 어떠한 작용을 하게 되는지 직관적으로 알 수 있도록 형성된다.

이러한 스마트폰의 전면 윈도우 패널 제조업체 코팅한 전면 패널의 품질 검사를 위해 작은 크기의 아이콘 부위에 대해 가시광선 및 근적외선 영역의 투과도를 상용화된 자외선-가시광선 분광광도계 (UV-Vis Spectrophotometer)를 사용하여 측정하고 있으나, 이러한 장비로는 아이콘에 정확히 빛을 통과시키기 힘들어 재현성 있는 투과도 측정이 힘들다.

또한 근래에는 스마트 모바일 기기의 생산량 증가에 따른윈도우 패널의 불량 사례 증가와 인건비 상승문제로 인해 업계에서는 표본시료 측정보다는 자동화에 따른 전수검사의 필요성이 대두 되고 있다.

하지만 기존 시스템은 시판 되는 UV/VIS 분광기를 사용한 관계로 측정을 위한 예비단계가 복잡하고 자동화가 불가능하며, 측정할 부위를 광 경로에 정확히 일치시키는데 시간이 많이 소요되어 현재 시장 요구 사항인 단시간에 다량의 시료에 대한 측정이 불가능하다. 또한 기존 장비는 시판 현미경의 스테이지 크기 제한으로 태블릿 컴퓨터와 같은 크기가 큰 모바일 기기의 윈도우 패널에 형성된 아이콘의 측정에는 어려움이 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하여, 스마트폰 을 포함하는 핸드폰 또는 태블릿 컴퓨터 등의 모바일 기기의 전면 윈도우 패널에 형성된 아이콘의 불량 여부를 신속하고 효과적으로 그리고 정확하게 대량으로 분석할 수 있는 투과율 측정 장치를 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적을 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 투과율 측정 장치는, 비임 관통공을 포함하며 시료가 놓이게 되는 스테이지상기 스테이지의 상측에 배치되는 광원 유닛 광유입구와 광유출구를 각각 구비하고, 상기 스테이지의 하측면에 설치되되, 상기 광유입구가 상기 비임 관통공에 정렬되어 배치되는 적분구 및 상기 광유출구와 연결되는 광검출부를 포함한다.

여기서, 상기 비임 관통공의 직경은 상기 적분구의 광유입구의 직경보다 작게 형성된다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 투과율 측정 장치는 상기 스테이지 상에 배치되는 시료 위치 조절자를 추가로 포함한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 투과율 측정 장치의 상기 광원 유닛은 상기 광원 유닛과 상기 스테이지간의 수직 거리를 조절하는 수직 위치 조절부를 추가로 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 투과율 측정 장치는 상기 광원 유닛에서 상하로 슬라이드할 수 있으며 상기 스테이지를 향하는 방향으로 개방되어 있으며, 소정의 낮은 광투과율을 가지는 눈부심 방지부를 추가로 포함한다.

여기서, 상기 적분구에 형성된 상기 광유입구와 상기 광유출구는 상기 적분구의 중심에 대하여 오정렬(mis-align)된다. 한편, 광원 유닛의 광원은 광도가 조절될 수 있다.

또한, 상기 스테이지는 상기 비임 관통공에서 서로 교차하도록 직교하여 연장되는 표시 라인을 추가로 구비한다. 상기 적분구의 내측면은 황산바륨으로 코팅된다. 상기 광유입구와상기 광유출구의 단면적의 합은 상기 적분구의 내측면의 전체 면적의 10% 보다 작게 형성된다.

본 발명의 실시예에 따른 투과율 측정 장치에 의하면 다음과 같은 효과가 구현된다.

첫째, 휴대폰 윈도우 패널의 아이콘의 투과율을 신속하게 측정하여 양품과 불량품을 구별할 수 있게 된다.

둘째, 다양한 크기의 휴대폰 윈도우 패널도 측정할 수 있게 된다.

셋째, 측정될 시료인 휴대폰 윈도우 패널의 아이콘이 배치된 부분을 광원과 신속하게 정렬할 수 있게 된다.

넷째, 적분구의 광유입구와 광유출구가 적분구의 중심에 대하여 오정렬되어 있으므로 적분구에서의 전반사가 충분하게 이루어져서 광의 균일한 분포가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투과율 측정 장치의 조립된 상태에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 투과율 측정 장치의 투과율 측정원리를 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 3은 도 2에서 스테이지와 적분구의 결합 부위에 대한 부분 확대 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 투과율 측정 장치를 설명한다.

도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 투과율 측정 장치는 비임 관통공(117)을 포함하며 시료(S)가 놓이게 되는 스테이지(116); 상기 스테이지의 상측에 이격되어 배치되는 광원 유닛(120); 광유입구(132)와 광유출구(134)를 각각 구비하고, 상기 스테이지(116)의 하측면에 설치되되, 상기 광유입구(132)가 상기 비임 관통공(117)에 정렬되어 배치되는 적분구(130); 및 상기 광유출구(134)와 연결되는 광검출부(140);를 포함한다.

상기 스테이지(116) 상에 형성된 비임 관통공(117)와 상기 광원 유닛(120)의 광원(121) 및 적분구(130)의 광유입구(132)는 동축관계로 정렬된다.

상기 스페이지(116)상에 높이게 되는 시료(S)의 검사 부위는 상기 광원(121), 비임 관통공(117) 및 광유입구(132)와 수직방향으로 정렬되도록 배치되는데, 작업자는 시료(S)를 상기 스테이지(116)상에서 측정을 위한 위치에 신속하게 배치하기 위하여 시료(S)의 일측 모서리를 접촉시켰을 때 비임관통공(117)에 시료(S)의 검사 부위, 즉 아이콘 형성 부위가 배치되도록 상기 투과율 측정 장치(100)는 스테이지 상에 배치되는 시료 위치 조절자를 구비하는데, 상기 시료 위치 조절자는 가이드 바(118)와 상기 가이드 바(118)를 스테이지(116) 상에서 소정의 위치에 고정시키는 위치 고정부(119)를 포함한다.

한편, 광원 유닛(120)은 광원 유닛(120)과 스테이지(116)간의 수직 거리를 조절하는 수직 위치 조절부(122)를 추가로 포함하게 되는데, 상기 수직 위치 조절부(122)의 노브를 회전시킴으로써 예를 들어 랙과 피니언 기어의 맞물림으로 광원 유닛(120)의 높이가 조절되게 된다.

한편, 상기 광원 유닛(120)에는 작업자가 강한 광원 유닛(120)의 광에 지속적으로 노출될 때 시각적인 손상을 입을 수 있을 가능성을 배제하고 작업을 편리하게 하기 위하여, 눈부심 방지부(124)가 구비된다. 상기 눈부심 방지부(124)는 광원 유닛(120)에서 상하로 슬라이드할 수 있는 구조로 된다. 또한, 상기 눈부심 방지부(124)는 상기 스테이지를 향하는 방향으로는 개방되어 있어서 광원(121)의 광이 스테이지(116)상의 시료(S)를 조사하는 것을 간섭하지 않는다.

또한, 상기 눈부심 방지부(124)는 작업자의 육안에 강한 광이 비쳐지게 되는 것을 방지하고자 선글래스와 동일한 역할을 수행할 수 있도록 소정의 낮은 광투과율을 가지도록 형성된다.

도 2를 참고하면, 광원 유닛(120)의 광원(121)은 적분구(130)의 내부로 광을 조사하는 역할을 한다. 광원 유닛(120)의 일실시예로서, 광원(121) 이외에 다수의 미러(미도시)와 렌즈(미도시)를 구비할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 예시적으로 광원(121)은 예를 들어 약 200nm ~ 2000nm 파장 범위(약 200nm ~ 1000nm 의 측정 파장 범위를 가지는 검출기를 고려하면 약 200nm ~ 1100nm의 파장범위)의 빛을 방사하는 제논 램프가 사용될 수 있다. 그럼으로써 가시광 영역뿐만 아니라 자외선 영역까지 파장 범위를 넓혀 분광 측정 성능을 향상시킬 수 있다.

특히, 자외선 파장 범위의 광도 방출하고 이 파장 범위의 광의 세기를 측정할 수 있으므로 측정 대상물의 범위가 넓어지는 효과가 있다. 예를 들면, 웨이퍼에 대한 자외선의 투과율도 측정할 수 있다. 한편, 광원(121)로서, 자외선 및 가시광선의 전 파장 빛을 낼 수 있는 광원 또는 다수의 광원들의 조합이면 어느 것이든 포함될 수 있다.

이 실시예에서, 광원 유닛(120)에 구비되는 렌즈(미도시)는 예를 들어 제논 램프로 되는 광원(121)에서 나온 광을 모아서 적분구(130)의 광유입구(132)로 향하도록 한다.

적분구(130)에서는 광원 유닛(120)에서 나온 광 시료(S)를 통과하여 비임 관통공(117)을 지나서 입사되어 포집된다. 일실시예에 따른 적분구(130)은 광유입구(132), 광유출구(134)를 구비하되, 상기 적분구(130)의 내부에는 필요에 따라 광의 진행 경로를 차폐하기 위한 차폐부(미도시)가 구비될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 적분구(130)는 중공의 실질적으로 구형 물체이며, 중공의 구형의 내부표면은 고효율 반사 물질, 예를 들어 황산바륨으로 코팅되어 있다. 따라서, 적분구(130) 내부로 들어온 광은 적분구의 내부표면에서 전반사된다.

본 발명의 일실시예에서, 적분구(130)의 광유입구(132)와 광유출구(134)는 적분구의 중심에 대하여 서로 일직선상에 놓여지지 않도록 오정렬(mas-align)된다. 따라서, 광유입구(132)를 통하여 입사한 광이 내부 전반사 없이 바로 광유출구(134)를 통하여 적분구를 빠져나가지 않고 내부에서 전반사 과정을 거친 후 광유출구(134)를 통하여 빠져나가게 된다.

적분구(130) 내부의 전반사 성능을 유지하기 위하여 광유입구(132)와 광유출구(134)의 단면의 합은 적분구(130)의 내부 표면적의 10% 미만이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 광유입구와 상기 광유출구의 단면은 전반사면의 역할을 하지 못하게 되는 면적이므로 상기 광유입구와 광유출구의 단면의 합이 적분구 내부 전체 표면적의 10% 이상이면 전반사 효과가 상쇄되는 문제가 있다.

도 3을 참고하면, 상기 시료(S)를 통과한 광이 발상될 경우 스테이지에 형성된 비임 관통공(117)과 적분구(130)이 광유입구(132)를 통과하는 광의 일부가 소실될 수 있으므로 이를 방지하기 위하여, 상기 비임 관통공(117)의 직경(d1)은 상기 적분구(130)의 광유입구(132)의 직경(d2)보다 작게 형성된다.

다시 도 2 를 참고하면, 적분구(130)의 광유출구(134)의 외부측에는 광검출부(140)가 설치된다.

한편, 시료(S)가 스테이지상에 제대로 정렬되었는지 확인하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 투과율 측정장치에는 CCD 카메라가 구비될 수 있다.

상기 광검출부(140)는 광유출구(134)에 직접 설치될 수도 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 별도의 광섬유 케이블이 광유출구(134)와 광검출부(140) 사이에 개재될 수 있다. 광섬유는 유연성이 좋아서 장치내의 설계 자유도를 향상시키게 된다.

또한, 상기 광유출구(134)와 광섬유 케이블 사이에는 포커싱 렌즈가 구비될 수 있는데, 이러한 포커싱 렌즈를 사용하여 광을 모으고 집광된 광을 광섬유 케이블을 통해 광검출부(140)으로 전달하기 때문에 집광이 용이할 뿐만 아니라 확산 광손실을 최소화할 수 있다.

또한, 도면에는도시되어 있지 않지만 상기 광유출구(134)와 상기 광검출부(140) 사이에는 광을 선택적으로 반사하거나 흡수하도록 제어하기 위한 카메라의 셔터와 같은 역할을 수행할 수 있는 광학 부재로서 차폐부(미도시)가 선택적으로 설치될 수 있다.

또한, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 필요에 따라 상기 적분구(130)에서 상기 광검출부(140)로 유출되는 광의 일부를 예를 들어 상기 광유출구(143)와 상기 광검출부(140) 사이에 배치된 비임 스프리터(미도시)로 추출하여 광을 분석하는 분광계(미도시)가 구비될 수 있다.

이와 같은 구성에 의한 적분구(130)은 다음과 같이 작동된다. 즉, 광원 유닛(210)에서 방출된 광은 시료(S)를 통과하고 시료를 통과한 후 스테이지(116)에 형성된 비임 관통공(117)을 통과하여 광유입구(132)를 통하여 적분구(130) 내부로 들어오고, 적분구(130) 내부의 표면에서 전반사된 후에 광유출구(134)를 통하여 적분구(130)를 빠져나온 후에 광검출부(140)에 포집된다. 상기 광검출부(140)는 포집된 영상을 컴퓨터 분석 시스템(150)으로 송출하게 되며, 상기 적분구(130)의 광유출구(134)를 빠져나온 광의 일부는 분광계(미도시)를 통하여 광 분석된 후 분석 정보가 컴퓨터 분석 시스템(150)으로 역시 전달되게 된다. 선택적으로, 상기 광검출부(140)는 CCD 카메라와 분광계를 모두 포함하여 일체로 구성될 수도 있다. 물론 광검출부(140)는 분광계만을 포함하고 CCD 카메라가 별도로 구비되는 구성 역시 이 사건 발명의 사상의 범위에 속한다.

이하, 분광계의구성을 예시적으로 설명한다.

상기 분광계(미도시)는 다채널 측정 유닛일 수 있다. 다채널 측정 유닛은 광섬유 케이블 등 광전달 수단을 통해 전달된 광의 전 파장에서의 세기를 측정한다. 상기 다채널 측정 유닛은 그레이팅, 다채널 어레이 센서, 차수 제거 필터 및 구동 회로부를 구비한다.

그레이팅(grating)은 적분구(130)로부터 유출된 후에 광전달 수단을 통해 전달된 광을 각 파장별로 분광시킨다. 상기 그레이팅은 반사 미러에 1mm 간격당 600~3600개 정도의 등간격으로 미세 홈이 형성된 것으로서, 백색광이 조사되면 회절이 발생되고 각 파장마다 회절 각이 달라져서 모든 파장대역의 다색광이 분리 반사되면서 파장 별로 분광 스펙트럼을 얻을 수 있다. 분광된 광들은 차수 제거 필터를 거쳐 다채널 어레이 센서로 입사된다.

또한, 차수 제거 필터는 그레이팅에서 나온 각 파장별 광 중 분광되지 않고 반사되어 나온 다른 차수의 광들을 제거한다. 엄밀하게는, 차수 제거 필터는 2차 분산광을 제거하는 2차 분산광 제거 필터이다. 다채널 어레이 센서는, 차수 제거 필터에서 걸러진 각 파장별 광들이 다채널 어레이 센서의 입사면에 입사되도록, 배치된다.

다채널 어레이 센서는 광 다이오드 어레이(Photodiode array, PDA) 센서일 수도 있고 CCD 타입의 어레이 센서일 수도 있다. PDA 센서의 경우, 광 다이오드와 커패시터(capacitor)가 픽셀 수만큼 일렬로 집적되어 있는 형태로서, 광 다이오드가 집적된 개수는 16개부터 2048개까지 다양할 수 있다. 각 광 다이오드에 입사된 입사광량에 비례하여 초기 충전 전류의 크기가 변화하는 성질을 이용하여 입사광에 비례한 전압이나 전류를 출력신호로 내보낸다. 다채널 어레이 센서를 사용하면 그레이팅에서 분산되어 분리된 전 파장, 예를 들면 190~1100nm에서의 투과 스펙트럼 또는 반사 스펙트럼을 획득할 수 있다.

따라서 품질 관리 공정에서뿐만 아니라 전 파장에서의 데이터가 필요한 연구용으로서 분광 데이터 분석에 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 분광 스펙트럼을 얻기 위한 별도의 구동부가 불필요하므로 구성이 간단해질 수 있다. 그리고 적분구(130)로부터 유출된 후 광전달 수단을 통하여 전달된 광의 세기를 측정함에 있어 그레이팅을 사용하고 별도의 소프트웨어를 통한 연산을 수행하지 않음으로써 측정 시간을 현저히 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 다채널 어레이 센서에 입사되는 광을 차수 제거 필터로 통과하도록 하여 그레이팅에서 나온 각 파장별 광 중 분광되지 않고 반사되어 나온 다른 차수의 광들을 제거함으로써 더욱 정밀한 측정이 가능하다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 적분구(130) 및 광검출부(140) 그리고 분광계는 스테이지(117) 하측에 배치된 지지대(112)에 의해 형성되는 공간에 수납되며, 상기 공간은 커버 플레이트(114)에 의해 외부로부터 차폐되어 이물질 또는 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다.

전술한 일실시예에는 다채널 측정 유닛이 예시되어 있으나, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 단채널 측정 유닛을 구비하는 적분구 탑재형 분광계도 본 발명의 보호범위에 포함되며, 이 경우 단채널 측정 유닛은 단채널 측정 센서 및 이 센서에 각 파장별 광을 순차적으로 입사시키도록 구동되는 스캐닝 미러를 구비할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 투과율 측정 장치를 통하여 시료의 투과율을 측정하는 과정을 설명한다.

제품의 투과율을 측정하기 위하여, 일 실시예에 따른 적분구 탑재형 투과율 측정 장치는 먼저 스테이지(116)상에 시료 샘플을 배치하지 않은 채로 두고 광원(121)에서 적분구(130)로 광을 입사시키고, 이러한 광을 광검출부(140)에서 검출하여 기준되는 투과광의 세기(T1)을 얻는다. 이후, 실제 측정하고자 하는 시료를 스테이지(116)상에 배치하고 시료(S)에 광을 투과시켜서 적분구(130)를 거쳐서 광검출부(140)에서 검출된 광을 분석하여 기준 투과율에 비교한 시료 특유의 투과광의 세기(T2)를 측정하게 된다. 이 경우, 시료의 전 투과율(total transmittance)은 T2/T1×100(%)식으로부터 구할 수 있다.

본 발명의 특정의 실시예에 대한 전술한 사항은 예시 및 설명의 목적을 위한 것이지 기술내용을 한정하는 것을 의도한 것이 아니다. 그리고 전술한 사항에 비추어 많은 개량과 변화가 가능하다. 실시예는 본 발명의 원리 및 그 실제의 적용을 가장 잘 설명해 거기에 따라서 다른 당업자가 본 발명을 가장 잘 실시할 수 있도록 하기 위해서 선택되어 설명되었다. 그리고 특정의 용도에 적절한 다수의 개량을 수반한 여러가지 실시예가 고려될 수 있다. 본 발명의 범위는 여기에 첨부된 특허청구범위 및 그 균등물에 의해서 규정되는 것을 포함한다.

100: 투과율 측정 장치 112: 지지대
114: 커버 플레이트 116: 스테이지
117: 비임 관통공 118: 가이드 바
119: 위치 고정부 120: 광원 유닛
121: 광원 122: 수직 높이 조절부
124: 눈부심 방지부 130: 적분구
132: 광유입구 134: 광유출구
140: 광검출부 150: 컴퓨터 분석 시스템

Claims (6)

1. 비임 관통공을 포함하며 시료가 놓이게 되는 스테이지
   상기 스테이지의 상측에 배치되는 광원 유닛
   광유입구와 광유출구를 각각 구비하고, 상기 스테이지의하측면에 설치되되, 상기 광유입구가 상기 비임 관통공에 정렬되어 배치되는 적분구 및
   상기 광유출구와 연결되는 광검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 비임 관통공의 직경은 상기 적분구의 광유입구의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 스테이지 상에 배치되는 시료 위치 조절자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 광원 유닛은 상기 광원 유닛과 상기 스테이지간의 수직 거리를 조절하는 수직 위치 조절부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 광원 유닛에서 상하로 슬라이드할 수 있으며 상기 스테이지를 향하는방향으로는 개방되어 있으며, 소정의 광투과율을 가지는 눈부심방지부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 광유입구와 상기 광유출구는 상기 적분구의 중심에 대하여 오정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
   

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