CN102183718A - 测试发光二极管晶粒的方法 - Google Patents

Abstract

一种测试发光二极管晶粒的方法，利用量测该发光二极管晶粒与邻近的发光二极管晶粒的电性差异，再根据邻近的发光二极管晶粒的光学数值来估算该发光二极管晶粒的光学数值。可以有效提升测试发光二极管晶粒的效率。该方法包含量测第一发光二极管晶粒的光学数值，分别量测该第一发光二极管晶粒与一第二发光二极管晶粒的电性以计算出一内阻差值，以及根据该内阻差值及该第一发光二极管晶粒的光学数值估算出第二发光二极管晶粒的光学数值。该方法还可以根据一预设电流建立电压值与波长的关系函数，利用该预设电流驱动待测发光二极管晶粒，量测该晶粒的电压值并根据该电压值与波长的关系函数估算该待测晶粒所产生的光线的波长。

Description

测试发光二极管晶粒的方法

技术领域

本发明相关于一种测试发光二极管晶粒的方法，尤指一种利用发光二极管晶粒的电性差异来估算光学数值的测试发光二极管晶粒的方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)由P-N接合半导体构成，当电流从P侧流向N侧随即发光，可高效率的将电能转换成光源。发光二极管的制造流程为先制备发光二极管晶片(wafer)，将晶片切割为发光二极管晶粒(die)之后，重新排列在输送带上，以两端探针接触单一发光二极管晶粒的P型电极与N型电极，测试其是否发光之后，再移动探针并测试下一颗发光二极管晶粒，故测试时是以逐一点测方式测试每一发光二极管晶粒，测试时间冗长。接下来将每一发光二极管晶粒个别放置在基板(或导线架)上，打线电性连接发光二极管晶粒与基板(或导线架)，再以透明树脂或玻璃盖密封发光二极管晶粒，最后再测试一次已封装后的发光二极管晶粒。

关于发光二极管的光学特性的测试方法，根据国际照明协会(CIE)公布的「CIE-127 Measurements of LEDs」规定，在量测发光二极管的光强度(mcd)时，须将发光二极管的几何轴中心对准感测器，并使发光二极管与感测器之间保持100mm的距离，并且感测器接受光的直径为11.3mm，量测全光通量(total luminous flux)时为所发光角度的能量总和，在这些限制条件下，为了能够准确量测光度学参数CIE(x，y)、主波长λD、峰值波长λp、纯度(purity)、半峰全宽(full width at half maximum，FWHM)和光强度IV等等，通常发光二极管的光学特性的测试方法包含步骤：第一，当发光二极管输送至第一测试点后，会被点亮发光，使发光二极管光束射出；第二，发光二极管光束射入第一测试点所设置的第一测试装置内，以进行第一项测试，待测试完毕后，发光二极管会被熄灭，并送往第二测试点；第三，当发光二极管输送至第二测试点后，会再度被点亮发光，以使发光二极管光束射出；第四，当发光二极管光束射入第二测试点所设置的第二测试装置后，便进行第二项测试，待测试完毕后，发光二极管会被熄灭，并送往下一个测试点。

发光二极管晶粒在做点测时需量测电性以及光学特性，由于量测电性时反应速度较快，且不需使用任何演算法就可以获得正确与稳定的量测数值，但量测光学特性时就需根据发光二极管晶粒的特性来设定晶粒稳定时间、光学量测系统的曝光时间以及运算校正的系统函数演算法来取得稳定的量测数值，故发光二极管晶粒的量测光学特性的时间约占总量测时间的1/3～1/2时间。然而，目前发光二极管磊晶厂的磊晶机已由4英寸进展成6英寸，若以10x24密耳(mil)的晶粒为例，一片晶片所需点测的数量也由5万多颗晶粒变成10万多颗晶粒，因此发光二极管晶粒测试机台的点测效率实为急需改善的首要问题。

发明内容

因此，本发明的一目的在于提供一种测试发光二极管晶粒的方法，其可以有效提升测试发光二极管晶粒的效率。

本发明提供一种测试发光二极管晶粒的方法，包含：量测一第一发光二极管晶粒所产生的光线，并记录一第一光学数值；量测该第一发光二极管晶粒的电性，以计算出一第一内阻值；量测一第二发光二极管晶粒的电性，以计算出一第二内阻值；比较该第一内阻值与该第二内阻值，以计算出一内阻差值；以及根据该内阻差值以及该第一光学数值计算出一第二光学数值，并记录该第二光学数值作为该第二发光二极管晶粒所产生的光线的光学数值。

其中，测该第一发光二极管晶粒的电性，以计算出该第一内阻值包含：量测该第一发光二极管晶粒以一第一预设电流驱动时的电压值；量测该第一发光二极管晶粒以一第二预设电流驱动时的电压值；以及根据该第一发光二极管晶粒以该第一预设电流驱动以及该第二预设电流驱动时的电压差值，计算该第一内阻值。

测该第二发光二极管晶粒的电性，以计算出该第二内阻值包含：量测该第二发光二极管晶粒以该第一预设电流驱动时的电压值；量测该第二发光二极管晶粒以该第二预设电流驱动时的电压值；以及根据该第二发光二极管晶粒以该第一预设电流驱动以及该第二预设电流驱动时的电压差值，计算该第二内阻值。

优选的，第一预设电流小于等于10微安培，该第二预设电流大于等于10毫安培。

其中，第一发光二极管晶粒为一最佳样品的发光二极管晶粒或者邻近于该第二发光二极管晶粒。

其中，第一光学数值以及该第二光学数值分别包含波长值。

其中，第一光学数值以及该第二光学数值分别包含亮度值。

本发明另提供一种测试发光二极管晶粒的方法，包含：根据一预设电流建立一电压值与波长的关系函数；利用该预设电流驱动一待测晶片的发光二极管晶粒；量测该待测晶片的发光二极管晶粒的电压值；以及根据该电压值与波长的关系函数估算该待测晶片的发光二极管晶粒所产生的光线的波长。

其中，据该预设电流建立该电压值与波长的关系函数包含：提供该预设电流以使该发光二极管晶粒的内阻值所造成的压降是可被忽略的。

优选的，该预设电流小于等于10微安培。

其中，据该预设电流建立该电压值与波长的关系函数包含：利用该预设电流驱动一最佳样品的发光二极管晶粒；以及量测该最佳样品的发光二极管晶粒所产生的光线的波长以及电压值，以建立该电压值与波长的关系函数。

其中，据该电压值与波长的关系函数估算该待测晶片的发光二极管晶粒所产生的光线的波长包含：量测该最佳样品的发光二极管晶粒所产生的光线的波长以产生一波长校正函数；根据该电压值与波长的关系函数获得该待测晶片的发光二极管晶粒的波长估计值；以及根据该波长校正函数以及该波长估计值估算该待测晶片的发光二极管晶粒所产生的光线的波长。

本发明测试发光二极管晶粒的方法，其有益效果在于：本发明利用量测待测发光二极管晶粒与邻近或最佳样品的发光二极管晶粒的电性差异，再根据邻近或最佳样品的发光二极管晶粒的光学数值来估算待测发光二极管晶粒的光学数值。在第一实施例中，先量测第一发光二极管晶粒的光学数值，再分别量测第一发光二极管晶粒与第二发光二极管晶粒的电性以计算出二者的内阻差值，如此可根据内阻差值及第一发光二极管晶粒的光学数值估算出第二发光二极管晶粒的光学数值。在第二实施例中，先根据预设电流以及最佳样品建立一电压值与波长的关系函数，再量测以预设电流驱动待测晶片的发光二极管晶粒的电压值，如此可根据电压值与波长的关系函数估算待测晶片的发光二极管晶粒的波长。因此，本发明测试发光二极管晶粒的方法，可较原本点测方式节省许多点测时间进而有效提升测试发光二极管晶粒的效率。

附图说明

图1为发光二极管晶粒于磊晶片上的波长分布的示意图。

图2为本发明测试发光二极管晶粒的方法的第一实施例的流程图。

图3为发光二极管晶粒于磊晶片上的内阻差值的示意图。

图4为本发明测试发光二极管晶粒的方法的第二实施例的流程图。

图5为发光二极管晶粒的电压值与波长的关系图。

图6为发光二极管晶粒的波长估计值与波长校正值的关系图。

具体实施方式

请参考图1，图1为发光二极管晶粒于磊晶片上的波长分布的示意图。根据光谱量测的结果，磊晶片上邻近的发光二极管晶粒的波长并不会有剧烈的变化，而是呈现渐渐的递增或递减分布。例如，区域A的波长介于457nm至458.5nm，区域B的波长介于455.5nm至457nm，区域C的波长介于454nm至455.5nm，区域D的波长介于452.5nm至454nm，区域E的波长介于451nm至452.5nm，区域F的波长介于449.5nm至451nm。因此，本发明测试发光二极管晶粒的方法利用邻近发光二极管晶粒的电性差异来估算发光二极管晶粒的光学数值，此方式可较原本点测方式节省许多点测时间进而提升整个系统的点测效率。在本发明实施例中，以Y轴上的发光二极管晶粒作说明，其中发光二极管晶粒B1、B2为位于区域B的邻近发光二极管晶粒。

发光二极管是利用电能直接转化为光能的原理，在半导体内正负极二个端子施加电压，当电流通过使电子与空穴相结合时，剩余能量便以光的形式释放，依其使用的材料的不同，其能阶高低使光子能量Eg产生不同波长λ的光，如式(1)所示，此时发光二极管的电压值V可表示为式(2)，其中h为浦朗克常数，c为光速，e为电子所带的电量。

$\mathrm{Eg}=\frac{\mathrm{hc}}{\mathrm{\λ}}$ 式(1)

$V=\frac{\mathrm{Eg}}{e}$ 式(2)

然而，发光二极管的电压值V会受到内阻值Rs(如串联阻、量测接触阻值)的影响造成压降，此外电子以及空穴的能量损失分别为ΔEc-Eo、ΔEv-Eo，所以发光二极管的电压值V可表示为式(3)，其中Ec为传导带，Ev为价电带，Eo为最低能量状态，I为输入电流。

$V=\frac{\mathrm{Eg}}{e}+I*\mathrm{Rs}+\frac{\mathrm{\ΔEc}-\mathrm{Eo}}{e}+\frac{\mathrm{\ΔEv}-\mathrm{Eo}}{e}$ 式(3)

请参考图2，图2为本发明测试发光二极管晶粒的方法的第一实施例的流程图。通常测试发光二极管晶粒时会分别量测输入电流I为1μA、10μA、20mA、120mA的电压值，当输入电流I为10μA或更小的电流值时，内阻值Rs所造成的压降I*Rs可忽略不计。因此，利用大电流及小电流分别量测发光二极管晶粒的电压值，再根据式(3)可估算出发光二极管晶粒的内阻值。例如，以10μA的输入电流I1测得电压值V1可表示为式(4)，以20mA的输入电流I2测得电压值V2可表示为式(5)：

$V1=\frac{\mathrm{Eg}}{e}+\frac{\mathrm{\ΔEc}-\mathrm{Eo}}{e}+\frac{\mathrm{\ΔEv}-\mathrm{Eo}}{e}$ 式(4)

$V2=\frac{\mathrm{Eg}}{e}+I2*\mathrm{Rs}+\frac{\mathrm{\ΔEc}-\mathrm{Eo}}{e}+\frac{\mathrm{\ΔEv}-\mathrm{Eo}}{e}$ 式(5)

根据式(4)、式(5)可计算出发光二极管晶粒的内阻值Rs如式(6)所示：

$\mathrm{Rs}=\frac{V2-V1}{I2}$ 式(6)

比较发光二极管晶粒的内阻值与最佳样品(golden sample)或邻近的发光二极管晶粒的内阻值产生内阻差值，再根据内阻差值可估算发光二极管晶粒的光学数值，其中光学数值包含波长值及亮度值，根据光通量Φ及亮度值L的定义可知，亮度值L与波长值λ为一函数关系，所以藉由波长值λ可计算出亮度值L。

$\mathrm{\Φ}=K*\∫\frac{\mathrm{d\Φ}\left(\mathrm{\λ}\right)}{\mathrm{d\λ}}*V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

$L=\frac{\mathrm{d\Φ}}{\mathrm{d\Ω}*\mathrm{ds}\cos \mathrm{\θ}}$

其中K为光敏度，V(λ)为视见函数，Ω为立体角，θ为给定方向与单位面积ds法线方向的夹角。

因此，本发明测试发光二极管晶粒的方法的第一实施例包含下列步骤：

步骤210：量测一第一发光二极管晶粒(例如图1的发光二极管晶粒B1)的光学特性以及电性。

步骤211：量测该第一发光二极管晶粒所产生的光线，并记录一第一光学数值。

步骤212：量测该第一发光二极管晶粒的电性，以计算出一第一内阻值。

步骤220：量测一第二发光二极管晶粒(例如图1的发光二极管晶粒B2)的电性。

步骤221：量测该第二发光二极管晶粒的电性，以计算出一第二内阻值。

步骤222：比较该第一内阻值与该第二内阻值，以计算出一内阻差值。

步骤223：根据该内阻差值以及该第一光学数值计算出一第二光学数值。

步骤224：估算该第二发光二极管晶粒所产生的光线的光学数值等于该第二光学数值。

请参考图3，图3为发光二极管晶粒于磊晶片上的内阻差值的示意图。根据磊晶片的特性，同一种产品所量测到的光学特性非常接近，尤其是同一产品的待测晶片上，相邻二晶粒的光学数值为渐渐的递增或递减的变化。由上述式(4)、式(5)与式(6)可计算出发光二极管晶粒的内阻值，再比较邻近的发光二极管晶粒的内阻值可产生图3的内阻差值的示意图，图3的横坐标表示图1的Y轴上的发光二极管晶粒颗数，纵坐标为发光二极管晶粒的内阻差值。例如，以20mA的输入电流I量测发光二极管晶粒B1、B2的电压值VB1、VB2可分别表示为式(7)、式(8)：

$\mathrm{VB}1=\frac{\mathrm{Eg}1}{e}+I*\mathrm{Rs}1+\frac{\mathrm{\ΔEc}-\mathrm{Eo}}{e}+\frac{\mathrm{\ΔEv}-\mathrm{Eo}}{e}$ 式(7)

$\mathrm{VB}2=\frac{\mathrm{Eg}2}{e}+I*\mathrm{Rs}2+\frac{\mathrm{\ΔEc}-\mathrm{Eo}}{e}+\frac{\mathrm{\ΔEv}-\mathrm{Eo}}{e}$ 式(8)

其中Eg1、Eg2分别为发光二极管晶粒B1、B2的能量值。根据式(7)、式(8)及式(1)，可得到式(9)：

$\mathrm{VB}2-\mathrm{VB}1=\frac{\mathrm{hc}}{e}(\frac{1}{\mathrm{\λ}2}-\frac{1}{\mathrm{\λ}1})+I*(\mathrm{Rs}2-\mathrm{Rs}1)$ 式(9)

其中发光二极管晶粒B1的波长值λ1以及发光二极管晶粒B1、B2的内阻差值(Rs2-Rs1)为已知，因此可估算出发光二极管晶粒B2的波长值λ2，如此可节省量测发光二极管晶粒B2的光学特性的时间。

请参考图4，图4为本发明测试发光二极管晶粒的方法的第二实施例的流程图。由于发光二极管晶粒的内阻值为波长函数，因此可利用最佳样品来取得发光二极管晶粒的电性与光学数值的关系函数，日后点测只需测试发光二极管晶粒的电性就可估算出光学数值，提升点测效率。本发明测试发光二极管晶粒的方法的第二实施例包含下列步骤：

步骤410：根据一预设电流建立一电压值与波长的关系函数。

步骤420：利用该预设电流驱动一待测晶片的发光二极管晶粒。

步骤430：量测该待测晶片的发光二极管晶粒的电压值。

步骤440：根据该电压值与波长的关系函数估算该待测晶片的发光二极管晶粒所产生的光线的波长。

根据式(3)，当输入电流I为10μA或更小的电流值时，内阻值Rs所造成的压降I*Rs可忽略不计，因此预设电流为小于等于10μA的电流值。

请参考图5，图5为发光二极管晶粒的电压值与波长的关系图。根据预设电流建立电压值与波长的关系函数时，利用预设电流驱动最佳样品的发光二极管晶粒，当输入电流I为10μA或更小的电流值时，发光二极管晶粒的电压值V可表示为式(2)，将式(1)代入式(2)，则发光二极管晶粒的电压值V与波长为一关系函数如图5所示，横坐标表示1μA的输入电流测得电压值，纵坐标为发光二极管晶粒所产生的光线的波长。此外，由图5的趋势线也可看出当发光二极管晶粒以预设电流驱动时，电压值与波长具有反比关系，也就是当电压值愈大时波长愈短。

请参考图6，图6为发光二极管晶粒的波长估计值与波长校正值的关系图。根据图5的电压值与波长的关系函数所估算的发光二极管晶粒的波长值，可再根据量测最佳样品的发光二极管晶粒所产生的波长校正函数进行调整，如图6所示，以获得更准确光学数值。图6的横坐标为利用图5的关系函数所获得的波长估计值，纵坐标为校正后的波长值。所述的波长校正函数可以通过量测该最佳样品的发光二极管晶粒所产生的光线的波长作为校正后的波长值来产生。由于每一种产品的发光二极管晶粒的特性不同，所以测试仪器需根据不同产品使用不同的波长校正函数，也就是波长校正函数是根据每一种产品的发光二极管晶粒的特性来进行设定的。因此，藉由量测最佳样品所建立的发光二极管晶粒的电性与光学数值的关系函数(图5)，以及根据发光二极管晶粒的特性所建立的波长校正函数(图6)，日后点测只需测试发光二极管晶粒的电性就可估算出光学数值。

综上所述，本发明测试发光二极管晶粒的方法利用量测待测发光二极管晶粒与邻近或最佳样品的发光二极管晶粒的电性差异，再根据邻近或最佳样品的发光二极管晶粒的光学数值来估算待测发光二极管晶粒的光学数值。在第一实施例中，先量测第一发光二极管晶粒的光学数值，再分别量测第一发光二极管晶粒与第二发光二极管晶粒的电性以计算出二者的内阻差值，如此可根据内阻差值及第一发光二极管晶粒的光学数值估算出第二发光二极管晶粒的光学数值。在第二实施例中，先根据预设电流以及最佳样品建立一电压值与波长的关系函数，再量测以预设电流驱动待测晶片的发光二极管晶粒的电压值，如此可根据电压值与波长的关系函数估算待测晶片的发光二极管晶粒的波长。因此，本发明测试发光二极管晶粒的方法有效提升测试发光二极管晶粒的效率。

Claims (13)

1.一种测试发光二极管晶粒的方法，其特征在于，包含：

量测一第一发光二极管晶粒所产生的光线，并记录一第一光学数值；

量测该第一发光二极管晶粒的电性，以计算出一第一内阻值；

量测一第二发光二极管晶粒的电性，以计算出一第二内阻值；

比较该第一内阻值与该第二内阻值，以计算出一内阻差值；以及

根据该内阻差值以及该第一光学数值计算出一第二光学数值，并记录该第二光学数值作为该第二发光二极管晶粒所产生的光线的光学数值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，测该第一发光二极管晶粒的电性，以计算出该第一内阻值包含：

量测该第一发光二极管晶粒以一第一预设电流驱动时的电压值；

量测该第一发光二极管晶粒以一第二预设电流驱动时的电压值；以及

根据该第一发光二极管晶粒以该第一预设电流驱动以及该第二预设电流驱动时的电压差值，计算该第一内阻值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，测该第二发光二极管晶粒的电性，以计算出该第二内阻值包含：

量测该第二发光二极管晶粒以该第一预设电流驱动时的电压值；

量测该第二发光二极管晶粒以该第二预设电流驱动时的电压值；以及

根据该第二发光二极管晶粒以该第一预设电流驱动以及该第二预设电流驱动时的电压差值，计算该第二内阻值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，第一预设电流小于等于10微安培，该第二预设电流大于等于10毫安培。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一发光二极管晶粒为一最佳样品的发光二极管晶粒。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一发光二极管晶粒邻近于该第二发光二极管晶粒。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一光学数值以及该第二光学数值分别包含波长值。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一光学数值以及该第二光学数值分别包含亮度值。

9.一种测试发光二极管晶粒的方法，其特征在于，包含：

根据一预设电流建立一电压值与波长的关系函数；

利用该预设电流驱动一待测晶片的发光二极管晶粒；

量测该待测晶片的发光二极管晶粒的电压值；以及

根据该电压值与波长的关系函数估算该待测晶片的发光二极管晶粒所产生的光线的波长。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，据该预设电流建立该电压值与波长的关系函数包含：

提供该预设电流以使该发光二极管晶粒的内阻值所造成的压降是可被忽略的。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，预设电流小于等于10微安培。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，据该预设电流建立该电压值与波长的关系函数包含：

利用该预设电流驱动一最佳样品的发光二极管晶粒；以及

量测该最佳样品的发光二极管晶粒所产生的光线的波长以及电压值，以建立该电压值与波长的关系函数。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，据该电压值与波长的关系函数估算该待测晶片的发光二极管晶粒所产生的光线的波长包含：

量测该最佳样品的发光二极管晶粒所产生的光线的波长以产生一波长校正函数；

根据该电压值与波长的关系函数获得该待测晶片的发光二极管晶粒的波长估计值；以及

根据该波长校正函数以及该波长估计值估算该待测晶片的发光二极管晶粒所产生的光线的波长。

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