KR101229904B1

KR101229904B1 - 광학 측정 설비 및 이를 사용한 측정 방법

Info

Publication number: KR101229904B1
Application number: KR1020100028478A
Authority: KR
Inventors: 웨이-치 웬; 치 웨이 치앙; 타이 춘 왕
Original assignee: 후가 옵토테크 인크.
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2013-02-05
Also published as: TWI388023B; TW201112340A; KR20110033761A

Abstract

본 발명은 광학 검출 장치 및 하나 이상의 반도체 발광 소자를 탑재하는 탑재대를 포함하고 반도체 발광 소자의 각종 광 파라미터를 측정하는 광학 측정 설비 및 이를 사용한 측정 방법에 관한 것으로, 상기 반도체 발광 소자의 저부(底部)에 대응하는 상기 탑재대의 윗면에 반사 장치가 더 설치되어 상기 반도체 발광 소자의 저부(底部) 광선을 반사하여 일부 광선이 상기 광학 측정 장치로 조사되도록 함으로써 광 파라미터를 측정하는 정확도를 향상시킨다.

Description

광학 측정 설비 및 이를 사용한 측정 방법{APPARATUS FOR MEASURING OPTICAL PARAMETERS OF LIGHT-EMITTING ELEMENT AND MEASURING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 광학 측정 기술에 관한 것으로, 구체적으로 반도체 발광 소자의 광 파라미터를 측정하는 설비 및 방법에 관한 것이다.

일반적인 광원의 광 파라미터에 대한 측정은 적분구(Light Integrating Sphere)를 검출기에 탑재하여 진행된다. 적분구는 입력 구멍 및 출력 구멍이 개설된 구체(球體)로서 구체의 내벽에 높은 반사율을 갖는 황산바륨(Barium sulphate) 코팅층이 균일하게 도포되어 있고, 검출기는 출력 구멍에 설치된다. 따라서 측정 대상 광원으로부터 방출된 광선이 상기 입력 구멍으로부터 적분구에 입사된 다음 적분구 내에서 균일하게 반사 및 확산(diffusion)된다. 그러므로 상기 검출기에 의해 상기 광원이 광선을 발사하는 강도, 조도(illuminance) 등의 광 파라미터를 정확하게 측정할 수 있다.

종래의 반도체 발광 소자의 광 파라미터를 측정하는 설비 및 측정 방법으로, 예를 들면 미국특허 제6,734,959호는 다음 내용을 공개하고 있다. 반도체 발광 소자가 탑재대 위에 설치되고, 적분구가 상기 반도체 발광 소자의 상방에 대응되며, 2개의 프로브에 의해 상기 반도체 발광 소자의 각 발광 유닛이 전도되어 점등된 후 상기 적분구로 상기 발광 유닛이 방출한 일부 광선을 수집하여 광 파라미터에 대한 측정을 진행한다.

사실상 대부분의 반도체 발광 소자는 360도로 발광하지만 프로브가 존재하므로 반도체 발광 소자가 적분구 안에 장착될 수 없어 수광(收光)이 완벽하게 이루어지지 않는다. 종래의 광학 측정 설비를 볼 때, 적분구의 입력 구멍의 외주 가장자리와 상기 반도체 발광 소자의 중심으로 구성된 수광 각도는 단지 12˚ 내지 120˚이다. 다시 설명하면, 종래의 광학 측정 설비는 위에 설명한 각도 외의 광선을 수집할 수 없을 뿐만 아니라 상기 반도체 발광 소자의 윗부분에서 방출한 광선만을 측정하게 된다. 따라서 상기 반도체 발광 소자의 저부(底部)로부터 방출한 광선을 전혀 측정할 수 없으므로 측정 정확도가 많이 저하된다.

한편, 반도체 발광 소자의 제한을 받는 제조 공정의 수율에 있어서 서로 다른 발광 소자의 광 형상이 같지 않으므로 윗부분과 저부에서 발광하는 비율에도 차이가 존재하고 패키징된 후의 완제품은 저부에서 발광하는 광선에 적용하게 된다. 그러므로 반도체 발광 소자의 저부에서 발광하는 광선을 측정범위에 포함시키지 못하면 각종 광학 파라미터에 대한 측정에 오차가 발생하게 되므로 작업자가 품질을 관리하는데 어려움을 겪게 된다.

본 발명은 반도체 발광 소자의 윗면과 저부(底部)에서 방출하는 광선을 동시에 수집하고 측정하여 측정의 정확도를 향상시키는 광학 측정 설비 및 이를 사용한 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 기존의 측정 설비를 약간 개량하므로 전환 원가가 낮은 광학 측정 설비 및 이를 사용한 측정 방법을 제공하는 것을 다른 하나의 목적으로 한다.

상기 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 하나 이상의 반도체 발광 소자를 탑재하는 탑재대 및 광학 검출 장치를 포함하고, 반도체 발광 소자의 광 파라미터를 측정하고 상기 반도체 발광 소자의 저부(底部)에 대응한 상기 탑재대의 윗면에 반사 장치가 더 설치된 광학 측정 설비를 제공한다.

본 발명은 또한 반사 장치가 설치된 탑재대의 윗면에 하나 이상의 반도체 발광 소자를 설치하는 단계; 광학 검출 장치를 상기 반도체 발광 소자에 대응시키는 단계; 및 상기 광학 검출 장치가 대응하는 상기 반도체 발광 소자를 가동하고, 상기 반사 장치가 상기 반도체 발광 소자 저부의 광선을 반사 또는 산란(Scatter)시켜 일부 광선이 상기 광학 검출 장치에 조사되도록 한 후 상기 광학 검출 장치로 광 파라미터를 측정하는 단계를 포함하는 반도체 발광 소자의 광 파라미터를 측정하는 광학 측정 방법을 제공한다.

따라서 본 발명은 기존 측정 설비의 탑재대 위에 반사 장치를 설치하기만 하면 된다. 상기 반사 장치를 사용하여 반도체 발광 소자의 저부에서 방출한 광선을 반사 또는 산란시켜 측정의 정확도를 향상시키고 전환 원가를 저하시킴으로써 본 발명의 목적을 달성한다.

그 중, 상기 반사 장치는 황산바륨(Barium sulphate), 분산 브라그 반사층(Distributed Bragg Reflectors, DBR), 금속 반사층(Metallic Reflector) 또는 금속 반사층과 투광층, 보호층으로 이루어진 복합구조이다.

본 발명에 의하면, 반도체 발광 소자의 윗면과 저부(底部)에서 방출하는 광선을 동시에 수집하고 측정하여 측정의 정확도를 향상시키는 광학 측정 설비 및 이를 사용한 측정 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 기존의 측정 설비를 약간 개량하므로 전환 원가가 낮은 광학 측정 설비 및 이를 사용한 측정 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 사용된 설비의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탑재대의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탑재대에 반도체 발광 소자를 바로 탑재한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탑재대의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 탑재대의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 탑재대의 단면도이다.

본 발명의 특징을 더욱 잘 이해하기 위하여 아래 바람직한 실시예에 도면을 결부하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광학 측정 장치는 광학 검출 장치(20) 및 탑재대(30)를 포함한다. 여기서 상기 탑재대(30)에 하나 이상의 반도체 발광 소자(50)가 탑재되고, 상기 반도체 발광 소자의 저부에 대응하는 상기 탑재대(30)의 윗면에 반사 장치(31)가 더 설치된다. 그리고 상기 광학 검출 장치(20)는 상기 탑재대(30)로부터 상대적으로 멀리 떨어진 상기 반도체 발광 소자(50)의 일측에 위치한다. 게다가 상기 광학 검출 장치(20)는 2개의 프로브(21), 적분구(22) 및 검출기(23)를 포함한다. 여기서 상기 적분구에 입력 구멍(221)이 개설되고 상기 검출기(23)는 상기 입력 구멍(221)에 대응한 상기 적분구(22)의 일측에 장착되며 상기 검출기(23)는 광 파워메터(Optical Power Meter) 또는 광검출기(Photo Detector)와 같은 검출기를 사용할 수 있다. 여기서 설명해야 할 것은, 본 발명에 따른 상기 광학 검출 장치(20)는 상기 적분구(22)를 꼭 포함하지 않아도 된다. 상기 광학 검출 장치(20)의 세부 구조와 작동 원리는 종래 기술에 속하므로 여기서 상세하게 설명하지 않는다.

[제1 실시예]

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에서 상기 탑재대(30)의 윗면에 반사 장치(31)가 설치되어 상기 반도체 발광 소자(50)의 저부에서 방출한 광선을 반사하여 상기 광학 검출 장치(20)로 조사하므로 상기 적분구(22)가 수집하는 광선량이 증가하고 광 파라미터의 측정 정확도를 향상시킨다. 본 실시예에 따른 상기 반사 장치(31)는 분산 브라그 반사층(Distributed Bragg Reflectors, DBR)으로서 서로 다른 광학 매질이 교대로 적층되어 이루어진 다중 필름 재료이므로 고품질의 반사효과를 제공한다.

한편, 앞서 설명한 실시예에 따른 반사 장치(31)는 금속 반사층(Metallic Reflector)으로 교체할 수도 있다.

추가 설명하면, 본 실시예는 투광재질로 제조된 접착 필름(40)을 더 포함할 수 있으며 상기 접착 필름의 광 투과율은 적어도 40% 이상이며, 본 실시예에서는 80%이다. 상기 접착 필름(40)의 일면은 접착성이 있어 하나 이상의 반도체 발광 소자(50)를 접착 고정할 수 있다. 접착 고정된 상기 반도체 발광 소자(50)와 접착 필름(40)은 상기 탑재대(30)의 윗면에 다시 장착된다. 다만, 상기 탑재대(30)는 다수 반도체 발광 소자를 포함한 웨이퍼(wafer)가 바로 탑재될 수도 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 웨이퍼에는 다수의 발광 유닛(51)(즉, 분할 대상인 반도체 발광 소자)이 포함되어 있다. 이런 경우 상기 접착 필름(40)을 사용하지 않아도 된다.

[제2 실시예]

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 탑재대(30)의 윗면에도 반사 장치(31)가 설치되어 있지만 제1 실시예와의 다른 점이라면 상기 반사 장치(31)가 금속 반사층(32) 및 상기 금속 반사층(32) 위에 형성된 투광층(33)으로 구성되어 있다는 점이다.

본 실시예에 있어서, 상기 투광층(33)은 유리, 석영 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리비닐 클로라이드(PolyVinyl Chloride, PVC) 또는 에틸렌-비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA) 공중합체 등의 광을 투과할 수 있는 다분자 재료로 제조된다. 그리고 상기 금속 반사층(32)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 크롬(Cr), 금(Au) 또는, 로듐(Rh) 등의 광 반사율이 높은 금속으로 제조되며, 상기 금속 반사층(32)은 전기 도금 또는 스퍼터링(Sputtering), 증착 등의 물리 또는 화학적 방법으로 상기 탑재대((30) 직상면에 형성 가능하다. 그리고 그 위에 상기 투광층(33)이 피복되므로 상기 금속 반사층(32)이 공기와 접촉하여 산화, 가황(vulcanizing)되고 반사율이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.

또는 상기 금속 반사층(32)은 전기 도금 또는 스퍼터링(Sputtering), 증착 등의 물리 또는 화학적 방법으로 상기 투광층(33)의 일면에 형성된 후 상기 투광층(33)과 함께 상기 탑재대(30)의 윗면에 피복될 수도 있다.

[제3 실시예]

도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 탑재대(30)의 윗면에도 반사 장치(31)가 설치되어 있다. 상기 반사 장치(31)는 위로부터 아래 순서로 투광층(33), 금속 반사층(32) 및 보호층(34)으로 구성되며, 그 중 상기 금속 반사층(32)은 광반사율이 비교적 높은 금속으로 제조된다. 그리고 상기 보호층은 타이타늄(Ti), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 이산화규소(SiO₂) 또는, 질화규소(Si₃N₄) 등의 유전체 보호층 형성에 일반적으로 사용하는 물질로 제조된다.

여기서 본 실시예에 따른 반사 장치(31)의 제조 공정을 추가로 설명하고자 한다. 우선 상기 금속 반사층(32)을 상기 투광층(33)의 표면에 형성한 후, 전기 도금 또는 스퍼터링(Sputtering), 증착 등의 물리 또는 화학적 방법으로 상기 금속 반사층(32)의 표면에 상기 보호층(34)을 형성하여 상기 금속 반사층(32)이 산화되는 것을 방지한다. 반사 장치(31)가 제조된 후 상기 탑재대(30)의 표면에 장착하여 상기 반도체 발광 소자(50)의 저부로부터 방출된 광선을 반사하도록 한다.

[제4 실시예]

그 밖에, 도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 탑재대(30)의 윗면에 오목홈(35)이 더 개설되어 있어 반사 장치(31)를 수용하고 그 위치를 고정시킬 수 있다. 상기 반사 장치(31)의 제조 공정은 앞서 설명한 바와 같다.

상술한 제1 실시예 내지 제4 실시예에 있어서, 본 발명은, 반도체 발광 소자(50) 및 반도체 발광 소자의 웨이퍼 위의 다수의 발광 유닛(51)을 측정하는데 사용할 수 있다. 또한 접착 필름(40)과 하나 이상의 반도체 발광 소자(50)를 상기 반사 장치(31)에 대응된 위치에 탑재하여 본 발명의 목적 및 소정의 효과에 도달할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 반도체 발광 소자(50)의 주위에 하나 이상의 광 반사 소자를 설치하여 상기 반도체 발광 소자(50)가 주위로 방출한 광선을 반사하여 상기 광학 검출 장치(20)를 향하도록 함으로써 상기 광학 검출 장치(20)가 수집하는 광선량을 증가시킬 수 있다. 본 발명은 전술한 광학 측정 설비(10)를 사용한 광학 측정 방법을 더 제공한다. 상기 광학 측정 방법은,

a) 탑재대(30)의 반사 장치(31) 위에 하나 이상의 반도체 발광 소자(50)를 설치하는 단계;

b) 광학 검출 장치(20) 중 적분구(22)의 입력 구멍(221)을 상기 반도체 발광 소자(50)에 일치시키는 단계; 및

c) 상기 2개의 프로브(21)로 상기 반도체 발광 소자(50)를 전기적으로 연결하여 가동시키는 단계. 이때 상기 반도체 발광 소자(50)가 점등하는 동시에 반도체 발광 소자의 상부와 저부(底部)로부터 광선이 방출되고, 상기 반도체 발광 소자(50)의 저부에 위치한 반사 장치(31)는 상기 반도체 발광 소자(50)의 저부로부터의 광선을 받은 후 다시 상기 광학 검출 장치(20)의 적분구(22)로 광선이 향하도록 반사한다. 상기 광학 검출 장치(20)의 검출기(23)는 수집한 광선에 대해 광 파라미터를 측정한다.

이로부터 본 발명은 탑재대 위에 높은 반사품질을 갖는 반사 장치를 설치하므로 반도체 발광 소자의 저부로부터 방출한 광선을 위로 반사하여 광학 검출 장치가 반도체 발광 소자의 저부로부터의 광선을 수집하도록 하여 각종 광 파라미터를 측정하는 정확도를 향상시킬 뿐만 아니라 기존의 측정 설비를 교체할 필요가 없으며 약간의 개량을 진행하면 되므로 전환 원가가 낮다.

10: 광학 측정 설비
20: 광학 검출 장치 21: 프로브
22: 적분구 221: 입력 구멍
23: 검출기
30: 탑재대 31: 반사 장치
32: 금속 반사 장치 33: 투광층
34: 보호층 35: 오목홈
40: 접착 필름
50: 반도체 발광 소자 51: 발광 유닛

Claims

하나 이상의 반도체 발광 소자를 탑재하는 윗면을 구비한 탑재대 및 광학 검출 장치를 포함하고, 반도체 발광 소자의 광 파라미터를 측정하는 광학 측정 설비에 있어서,
상기 반도체 발광 소자의 저부(底部)에 대응하고 있는 상기 탑재대의 윗면에, 광을 투과할 수 있으며 접착성이 있는 접착 필름 및 연속된 평면 형상을 나타내는 반사 장치가 설치되고, 상기 반도체 발광 소자는 상기 접착 필름에 접착되며, 상기 반사 장치에 의해 상기 반도체 발광 소자의 저부에서 방출된 광선을 반사하여 상기 광학 검출 장치로 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제1항에 있어서,
상기 반사 장치는 분산 브라그 반사층(Distributed Bragg Reflectors)인 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제1항에 있어서,
상기 반사 장치는 황산바륨(Barium sulphate) 반사층인 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제1항에 있어서,
상기 반사 장치는 금속 반사층인 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제4항에 있어서,
상기 금속 반사층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 크롬(Cr), 금(Au), 또는 로듐(Rh) 중의 하나로 제조된 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제4항에 있어서,
상기 금속 반사층은 상기 탑재대 윗면에 설치되며, 또한 상기 금속 반사층의 윗면에는 투광층이 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제6항에 있어서,
상기 투광층은 유리, 석영, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl Chloride, PVC), 또는 에틸렌-비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate) 공중합체 중의 하나로 제조된 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 금속 반사층은 전기 도금 또는 물리기상증착의 방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 금속 반사층은 화학기상증착(chemical vapour deposition) 방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제4항 또는 제6항에 있어서,
상기 반사 장치는 상기 금속 반사층과 상기 탑재대 사이에 위치한 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 광학 측정 설비.
제10항에 있어서,
상기 보호층은 타이타늄(Ti), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 이산화규소(SiO₂), 또는 질화규소(Si₃N₄) 중 하나로 제조된 것을 특징으로 광학 측정 설비.
제11항에 있어서,
상기 보호층은 전기 도금 또는 물리기상증착의 방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제11항에 있어서,
상기 보호층은 화학기상증착(chemical vapour deposition) 방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제1항에 있어서,
상기 접착 필름의 광 투과율은 40% 이상인 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제14항에 있어서,
상기 접착 필름의 광 투과율은 80% 이상인 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
제1항에 있어서,
상기 반도체 발광 소자의 주위에 하나 이상의 광 반사 소자가 설치된 것을 특징으로 하는 광학 측정 설비.
반도체 발광 소자의 광 파라미터를 측정하는 광학 측정 방법에 있어서,
광을 투과할 수 있으며 접착성이 있는 접착 필름을 이용하여 하나 이상의 반도체 발광 소자를 탑재대의 윗면에 고정하며, 상기 반도체 발광 소자의 저부(底部)에 대응하고 있는 상기 탑재대의 윗면에 연속된 평면 형상을 나타내는 반사 장치를 설치하는 단계;
광학 검출 장치를 상기 반도체 발광 소자에 대향하여 설치하는 단계; 및
상기 광학 검출 장치가 대향하고 있는 상기 반도체 발광 소자를 가동하고, 상기 반사 장치가 상기 반도체 발광 소자 저부의 광선을 반사 또는 분산시켜 일부 광선이 상기 광학 검출 장치로 조사되도록 한 후 상기 광학 검출 장치로 광 파라미터를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 측정 방법.
제17항에 있어서,
상기 반사 장치는 분산 브라그 반사층(Distributed Bragg Reflectors)인 것을 특징으로 하는 광학 측정 방법.
제17항에 있어서,
상기 반사 장치는 황산바륨(Barium sulphate) 반사층인 것을 특징으로 하는 광학 측정 방법.
제17항에 있어서,
상기 반사 장치는 금속 반사층인 것을 특징으로 하는 광학 측정 방법.
제20항에 있어서,
상기 금속 반사층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 크롬(Cr), 금(Au), 또는 로듐(Rh) 중의 하나로 제조된 것을 특징으로 하는 광학 측정 방법.
제20항에 있어서,
상기 금속 반사층은 상기 탑재대 윗면에 설치되며, 또한 상기 금속 반사층의 윗면에는 투광층이 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 측정 방법.
제22항에 있어서,
상기 투광층은 유리, 석영, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 또는 에틸렌-비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate) 공중합체 중의 하나로 제조된 것을 특징으로 하는 광학 측정 방법.
제20항 또는 제22항에 있어서,
상기 반사 장치는 상기 금속 반사층과 상기 탑재대 사이에 위치한 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 광학 측정 방법.
제24항에 있어서,
상기 보호층은 타이타늄(Ti), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 이산화규소(SiO₂), 또는 질화규소(Si₃N₄) 중의 하나로 제조된 것을 특징으로 광학 측정 방법.
제17항에 있어서,
상기 광학 검출 장치는 적분구(Light Integrating Sphere) 및 검출기를 포함하여 광선을 수집하고 상기 적분구가 수집한 광선에 대해 측정하는 것을 특징으로 하는 광학 측정 방법.
제17항에 있어서,
상기 광학 검출 장치는 상기 반도체 발광 소자를 가동하여 발광하도록 하는 2개의 프로브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 측정 방법.
제17항에 있어서,
상기 접착 필름의 광 투과율은 40% 이상인 것을 특징으로 하는 광학 측정 방법.
제28항에 있어서,
상기 접착 필름의 광 투과율은 80% 이상인 것을 특징으로 하는 광학 측정 방법.
제17항에 있어서,
상기 반도체 발광 소자의 주위에 하나 이상의 광 반사 소자가 설치된 것을 특징으로 하는 광학 측정 방법.