KR101018121B1 - Inspection method of uneven pattern on the surface of light emitting diode - 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.The present invention relates to a method of inspecting an uneven pattern on a surface of a light emitting diode, extracting intensity data through reflectance distribution in a scanned image reflected by irradiating a laser beam onto a surface of a light emitting diode on which an uneven pattern is formed, and comparing the image with a threshold value. It can be seen that the light emitting diode surface has a flat surface when the brightness spot on the image has a brightness level greater than or equal to the threshold value, and an uneven pattern exists when the brightness surface of the light emitting diode has a brightness level less than or equal to the threshold value.
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.Accordingly, the present invention provides a method of inspecting an uneven pattern of a light emitting diode surface capable of measuring the quality of the uneven pattern formed on the surface of the sample without destroying the measured sample by scanning the entire area of the measured sample in a short time.
Description
본 발명은 발광다이오드(Light Emitting Diode)의 광추출 효율에 영향을 주는 발광다이오드의 표면에 형성된 요철패턴의 품질을 효과적으로 검사하여 제품의 양부를 결정할 수 있는 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of inspecting an uneven pattern on the surface of a light emitting diode that can determine the quality of a product by effectively inspecting the quality of the uneven pattern formed on the surface of the light emitting diode, which affects the light extraction efficiency of the light emitting diode. .
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.A light emitting diode (LED) refers to a semiconductor device capable of realizing various colors of light by forming a light emitting source by changing compound semiconductor materials such as GaAs, AlGaAs, GaN, and InGaInP.
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.In general, the criteria for determining the characteristics of the light emitting diode device include color, luminance, and luminance intensity range. The characteristics of such a light emitting diode element are primarily determined by the compound semiconductor material used in the light emitting diode element, but also greatly influenced by the structure of the package for mounting the chip as a secondary element.
특히, 사파이어가 제거된 형태의 발광다이오드에서는 광추출 효율을 향상시키기 위해서 표면에 요철 패턴을 형성한다.In particular, in the light emitting diode in which the sapphire is removed, an uneven pattern is formed on the surface to improve light extraction efficiency.
요철 패턴이 없을 경우 빛이 생성되는 발광다이오드 부분이 몰딩물질 혹은 공기의 굴절률보다 높기때문에 경계면에서 내부로 재반사되어 빛이 소멸하므로 광추출 효율이 크게 저하된다.In the absence of the uneven pattern, the portion of the light emitting diode where light is generated is higher than the refractive index of the molding material or air, and thus the light extraction efficiency is greatly reduced since the light is re-reflected to the inside at the interface and the light disappears.
이러한 발광다이오드의 표면에 요철패턴을 형성하는 방법으로는 수산화칼륨(KOH) 등의 용액을 이용하여 습식 식각을 통해 형성하는 방법이 있다.As a method of forming the concave-convex pattern on the surface of the light emitting diode, there is a method of forming through wet etching using a solution such as potassium hydroxide (KOH).
질화갈륨 발광다이오드의 경우 습식 식각을 진행하면 그 표면에 원뿔 또는 다각뿔 형태의 요철이 생성되며, 이러한 요철패턴을 통해 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.In the case of gallium nitride light emitting diodes, when the wet etching proceeds, concave or convex concavities and convexities are formed on the surface thereof, and light extraction efficiency can be improved through the concave-convex pattern.
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.As such, the uneven pattern formed by the wet etching method has various sizes and densities according to various conditions such as concentration, temperature, and etching time of the solution. Is formed.
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.The same occurs in the case of forming the uneven pattern through other methods such as dry etching, and the flat portion without the uneven pattern causes the internal reflection effect described above to decrease the light extraction efficiency, so it is preferable to minimize the pattern.
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.Therefore, it is important to measure the quality of the formed convex-concave pattern. Currently, the surface shape is observed by using the scanning electron microscope of FIG. 1A, or the cross-section is made by using the focused ion beam of FIG. 1B. A method of directly observing the surface morphology, such as morphology, has been used.
그러나, 이와 같은 방법은 시간 및 비용의 소요가 크고, 측정 샘플이 파괴되는 등의 문제가 있다.However, such a method takes a long time and a cost, and there is a problem such that the measurement sample is destroyed.
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.The present invention is to solve the above problems of the prior art, the purpose of which does not require expensive equipment, scanning the entire area of the measurement sample in a short time to improve the quality of the uneven pattern formed on the surface without destroying the measurement sample The present invention provides a method for inspecting an uneven pattern of a light emitting diode surface that can be measured.
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, 상기 명암도 데이터에서 최대 빈도수의 밝기 스팟(bright spot)이 가지는 명암도를 임계치로 설정하는 단계; 및 상기 설정된 임계치를 기준으로 상기 명암도 데이터를 이진화하여 상기 이진화된 값을 갖는 각 밝기 스팟의 갯수를 각 이진값별로 카운트하고, 상기 이진값별 상기 밝기 스팟의 개수비로 상기 발광다이오드 표면의 양부를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method of inspecting an uneven pattern on a surface of a light emitting diode may include scanning a laser beam by irradiating the surface of the light emitting diode; Receiving a laser beam reflected from the surface of the light emitting diode to obtain a scanned image; Image processing the obtained scanned image into a black and white image; Extracting brightness data from the black and white image, and setting the brightness intensity of the bright spot of the maximum frequency in the brightness data as a threshold; And binarizing the intensity data based on the set threshold value to count the number of brightness spots having the binarized value for each binary value, and determine the quality of the light emitting diode surface based on the number ratio of the brightness spots for each binary value. It may include;
또한, 상기 양부를 결정하는 단계는 상기 이진값 중 어느 하나의 이진값을 갖는 밝기 스팟의 개수를 상기 카운트된 전체 명암도 데이터에 대한 밝기 스팟의 개수로 나누어 수치화하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the quantity may include dividing the number of brightness spots having any one of the binary values by the number of brightness spots for the counted total intensity data.
또한, 상기 밝기 스팟이 임계치 이상의 명암도를 가지면 발광다이오드 표면이 평면이고, 임계치 이하의 명암도를 가지면 발광다이오드 표면이 요철패턴일 수 있다.In addition, when the brightness spot has a brightness level greater than or equal to a threshold value, the surface of the light emitting diode may be flat, and when the brightness spot is less than or equal to the threshold value, the light emitting diode surface may be an uneven pattern.
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.The uneven pattern inspection method of the surface of the light emitting diode according to an embodiment of the present invention is expensive because it does not require expensive equipment, and the measurement time is short, so that the measurement sample is not damaged and the entire area can be scanned, thereby enabling more efficient measurement. .
먼저, 본 발명의 기술적 원리를 간략하게 설명하면, 측정 샘플의 표면에 조사된 레이저빔의 반사율 분포를 통해 요철패턴이 형성된 표면의 양부(良否)를 결정하는 것이다.First, the technical principle of the present invention will be briefly described to determine the quality of the surface on which the uneven pattern is formed through the reflectance distribution of the laser beam irradiated onto the surface of the measurement sample.
즉, 요철패턴이 존재하는 부분에서는 요철에 의해 레이저빔이 산란되어 반사율이 낮게 나타나고, 요철패턴이 존재하지 않는 평탄한 부분에서는 반사율이 높게 나타난다.That is, the laser beam is scattered by the unevenness in the portion where the uneven pattern exists, and the reflectance is low, and the reflectance is high in the flat portion where the uneven pattern is not present.
따라서, 반사율 분포에 따른 반사영역에서의 밝은 영역과 어두운 영역의 면적비를 수치화하여 표면의 양부를 결정하는 것이다.Therefore, the area ratio between the light and dark areas in the reflecting area according to the reflectance distribution is numerically determined to determine the quality of the surface.
이하에서는 본 발명에 따른 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법에 관한 구체적인 사항을 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, specific details regarding a method of inspecting an uneven pattern on a surface of a light emitting diode according to the present invention will be described with reference to the drawings.
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.2 is a schematic view showing a state of inspecting the uneven pattern of the light emitting diode surface according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a flow chart schematically showing a method of inspecting the uneven pattern of the surface of the light emitting diode according to the present invention.
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).2 and 3, when the
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.The
상기 레이저 조사장치(20)는 별도의 제어장치(25)를 통해 조사되는 레이저빔(L)의 강도, 조사 시간, 조사 각도 및 범위 등이 제어된다.The
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).On the other hand, the laser beam (L) irradiated from the
그리고, 이와 같이 획득된 상기 스캔이미지는 중앙처리장치(35)에서 이미지 프로세싱을 거쳐 흑백이미지로 변환되며, 다시 상기 변환된 흑백이미지에서 명암도 데이터를 추출한다(S3).The scanned image obtained as described above is converted into a black and white image through image processing by the
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.The black and white image is divided into light and dark areas according to the reflectance of the laser beam L reflected from the surface of the
이러한 어두운 영역과 밝은 영역은 픽셀단위의 다양한 밝기 스팟(bright spot)이 모여서 형성되는 것이며, 각 밝기 스팟은 해당 밝기에 상당하는 명암도 수치를 가진다.These dark areas and bright areas are formed by gathering various bright spots in pixels, and each brightness spot has a brightness value corresponding to the corresponding brightness.
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.The intensity data has a numerical range between "0" and "255" according to brightness, has a value of "0" in the case of black, and has a value of "255" in the case of white.
그리고, 상기 밝은 영역에서의 각 밝기 스팟에 대한 상기 명암도 수치중에서 최대 빈도수로 나타나는 밝기 스팟이 가지는 명암도 수치를 임계치로 설정한다(S4). In addition, the intensity value of the brightness spot that is represented by the maximum frequency among the brightness intensity values for each brightness spot in the bright area is set as a threshold (S4).
다음으로, 상기 설정된 임계치를 기준으로 상기 명암도 데이터를 이진화(binarization)하여, 상기 밝기 스팟의 상대 갯수로 발광다이오드 표면의 양부를 결정한다(S5).Next, the intensity data is binarized based on the set threshold value, and the quality of the light emitting diode surface is determined based on the relative number of the brightness spots (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 양부를 결정하는 것이다.That is, when the value of the intensity data is less than the threshold value based on the threshold value, it has a value of "0", and when it is above the threshold value, it has a value of "1" so that the brightness spot having the value of "1" The number of parts is relatively compared to determine the quality of the light emitting diode surface.
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.In this case, when the intensity data has a value of "0", the laser beam L is scattered by the
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.Therefore, the higher the distribution of contrast data having a value of "1", that is, the greater the number of brightness spots, the greater the number of portions where the
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 양부를 결정한다.On the other hand, as shown in Figure 4 in the uneven pattern inspection method of the surface of the light emitting diode according to an embodiment of the present invention after binarizing the intensity data on the basis of the threshold, the number of the binarized brightness spot is converted to the area ratio of the total intensity data Further comprising the step (S6) to determine the quality of the light emitting diode surface.
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 양부를 결정하는 것이다.That is, through the binarization, the number of numerical values having a value of "0" and the number of numerical values having a value of "1" are respectively counted from the intensity data, and the number of numerical values having a value of "1" is counted. By dividing each number by the total number and determining the quality of the light emitting diode surface.
이와 같이 밝기 스팟의 갯수를 면적비로 환산하여 수치화하는 경우 양부판단에 대한 보다 객관적인 판정기준을 제시하는 것이 가능하여 제품의 불량판별 등 품질 측정이 보다 용이하다는 장점이 있다.As described above, when the number of brightness spots is converted into an area ratio, it is possible to present a more objective judgment criterion for judging the quality of the product.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법은 레이저빔에 의해 스캔된 이미지에서 반사된 레이저빔의 반사율 분포를 통해 요철패턴의 유무를 파악하여 발광다이오드 표면의 양부를 결정하는 것이며, 이미지 상에서의 밝기 스팟이 임계치 이상의 명암도를 가지면 발광다이오드 표면이 평면이고, 임계치 이하의 명암도를 가지면 요철패턴이 존재하는 것임을 알 수 있다.As described above, the method of inspecting the uneven pattern on the surface of the light emitting diode according to the present invention determines whether the uneven pattern is determined by determining the presence or absence of the uneven pattern through the reflectance distribution of the laser beam reflected from the image scanned by the laser beam. If the brightness spot on the image has a brightness level greater than or equal to the threshold value, the surface of the light emitting diode is flat, and if the brightness level is less than the threshold value, it can be seen that an uneven pattern exists.
따라서, 기존의 고가의 측정장비에 비해 저가의 장비로도 요철패턴의 분포에 따른 양부판단이 가능하며, 측정시간이 짧을 뿐만 아니라 측정 샘플에 대한 손상이 발생하지 않는다.Therefore, it is possible to determine the quality of the uneven pattern according to the distribution of the uneven pattern even with the low-cost equipment compared to the existing expensive measurement equipment, and the measurement time is short and damage to the measurement sample does not occur.
도 1a는 주사 전자 현미경으로 측정된 발광다이오드 표면의 요철패턴을 나타내는 사진이다.FIG. 1A is a photograph showing an uneven pattern of a light emitting diode surface measured by a scanning electron microscope. FIG.
도 1b는 집속 이온 빔을 이용하여 측정된 발광다이오드 표면의 요철패턴을 나타내는 사진이다.FIG. 1B is a photograph showing an uneven pattern of a light emitting diode surface measured using a focused ion beam.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 표면의 요철패턴을 검사하는 상태를 개략적으로 나타내는 개략도이다.2 is a schematic diagram schematically illustrating a state of inspecting an uneven pattern of a light emitting diode surface according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.3 is a flowchart schematically illustrating a method of inspecting an uneven pattern on a surface of a light emitting diode according to the present invention.
도 4는 도 3에서 도시하는 발광다이오드 표면의 요철패턴 검사방법의 다른 실시예를 나타내는 순서도이다.FIG. 4 is a flow chart showing another embodiment of the uneven pattern inspection method of the light emitting diode surface shown in FIG.
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