淺談LED全光通量量測方法-ChromaATEInc.-Home.PDFVIP

淺談 LED 全光通量量測方法 鄭家麟 摘要 LED(Light emitting diode)為新一世代的照明元件 ，其發光效率關係到 LED 的 各種設計與品質優劣，因此產業鏈中 LED 的光學量測便是很重要的一環。當中 全 光 通 量 代 表 發 光 元 件 的 光 能 ， 在 這 裡 我 們 提 出 一 創 新 的 方 法 為 使 用 Photovoltaic cell(簡稱 PV cell)當做收光元件，利用其大面積收光、單晶矽材料性 質穩定性高、輸出電流重複性佳、反應時間快的特性，可以有效降低於現今業界 使用顯微鏡點測系統會因為機構變異所帶來的收光比例造成的量測誤差缺點 。對 於使用積分球量測系統，其優點為量測精確度高，但量測時間較長且需要治具將 待測物送入積分球體內的量測方式，並不適用產線上對 LED 晶圓的全光通量 (total power)快速量測之要求 。 1. 前言 LED 因具耗電量小、壽命長、反應速度快的特性，在近幾年被譽為下一個世 代的照明元件，其產業結構分為上、中、下游，上游將原料製作成磊晶片後，中 游負責整合成 LED 晶圓，再將進行晶粒切割成單一晶粒(LED chip die) ，最後在 下游將晶粒封裝成各式不同型態的 LED 如 SMD 、Lamp 式的 LED 。當中 LED 的 發光效率 lm/Watt 一直是各家廠商競爭的指標之一，即表示給予多少的電能可以 轉換成多少光能的能力 。LED 在每一階段的製程，都需要由量測儀器來對產品 做光學參數上的量測 ，在 LED 產線上不論是在裸晶段與封裝段的全光通量與色 度(chromaticity)[5]的量測標準與設備將會扮演重要的角色。其中在封裝段的光學 量測有 CIE-127 [3][4]將封裝型態的 LED 制定出統一的標準量測方法與規範。由 於裸晶段 LED 的架構與封裝型態的 LED 大不相同，LED 晶圓需以探針對晶粒上 的電極進行接觸驅動，晶粒的大小約 0.3mm*0.3mm 到 1.4mm*1.4mm 且在晶圓 片上晶粒與晶粒的間距很小，所以在驅動方式與外形幾何結構上的差異，對於 LED 晶圓的光學參數量測並無法適用於 CIE-127 的規範，且 目前並無國際標準 規則可依循。 2.LED 全光通量量測方法 一般傳統上，常見的量測 LED 全光通量的方法為使用 Goniophotometer 法與 積分球法[2] 。 (a) Goniophotometer 法即使用雙軸旋臂法，可由下圖 1 所示偵測器將光源在空間 的 光 場 分 佈 的 強 度 I θ, ϕ 經 由 球 座 標 各 點 疊 加 計 算 ， 即 2π π Φ ＝ I θ, ϕ sin θ dθdϕ ，其中θ 、ϕ為球座標參數。此方法的優點為可以 ϕ＝0 θ ＝0 得到絕對的全光通量數值和光源在空間中的光場強度分佈，但缺點是量測時間冗 長， 且設備昂貴體積較為 龐大 。其代表性廠商有 Radiant imaging 、Hoffman Engineering,等 。 (a) (b) 圖 1 ：Goniophotometer [8] 。 (b) 積分球法為將 LED 置於一個內部塗佈高漫射率塗料的球體以內，光藉由塗 料漫射後均勻分佈在球體內，再由光纖導入光譜儀 [2][6]後計算光通量。 積分球 LED與載具 偵測器 擋版 光譜儀