CN110337712B - 发光二极管(led)测试设备和制造方法 - Google Patents

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Abstract

实施例涉及用于制造包含发光二极管(LED)结构的产品的功能测试方法。具体地，通过使用场板，经由位移电流耦合装置注入电流来功能地测试LED阵列，该场板包括靠近LED阵列放置的电极和绝缘体。然后将受控电压波形施加到场板电极以并联激励LED装置得到高通量。相机记录由电激发产生的各个光发射，以产生多个LED装置的功能测试。改变电压条件可在不同的电流密度水平激励LED，以在功能上测量外部量子效率和其他重要的装置功能参数。

Description

发光二极管(LED)测试设备和制造方法
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)装置。更具体地，本发明的实施例涉及技术，包括在制造工艺期间功能测试发光二极管(LED)阵列结构的方法和设备。在一个实例中，该方法在一般的LED装置功能测试中是有用的，并且对于功能上测试一侧可小到几微米的微型LED(uLED)装置特别有用。利用诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)等技术在支撑衬底上生长微型LED。在将各个装置用于其最终照明或显示应用之前，需要测试LED装置以实现以下一个或多个：产量评估、入箱、装置修复/校正和收集数据以用于制造工艺反馈/前馈。
背景技术
发光二极管(LED)已被用作传统光源的替代技术。例如，LED可用于标牌、交通信号灯、汽车尾灯、移动电子显示器和电视机。与传统光源相比，LED的各种益处可包括提高效率、延长寿命、可变发射光谱以及与各种形状因子集成的能力。
尽管非常成功，但非常需要用于制造LED的改进技术。
发明内容
在LED制造工艺期间，使用诸如半导体工业所使用的批量生产工艺在衬底上形成LED结构。诸如清洁、沉积、光刻、蚀刻和金属化的工艺步骤用于形成基本LED结构。为了实现批量生产规模制造和更低成本，使用这些工艺在衬底上同时形成许多装置。根据所需的LED类型，使用不同的衬底和材料。例如，UV发射LED通常由氮化镓(GaN)材料制成，其通常是蓝宝石上的异质外延层或使用氢化物气相外延(HVPE)或氨热法制备的独立式GaN衬底。对于其他颜色，可使用GaAs或GaP衬底。最近，层状转移到支撑衬底上的GaN、GaAs或其他III-V半导体材料已经可用作另一种起始衬底类型。
在LED结构形成制造工艺中，进行各种光学和其他计量测试以确认质量和可重复性。一旦LED结构形成完成，就希望在安装装置之前对每个LED装置进行功能测试，以用作封装内的LED发光器或显示器内的LED发光器。即使存在与所有装置的共同接触(即，所有阴极连接在一起)，每个装置的每个单独的阳极仍然需要单独接触，以便在功能上测试其光电特性。衬底上各个LED装置的装置尺寸和绝对体积使其成为一项具有挑战性的任务。例如，具有一侧测量250μm的LED装置(典型的普通照明型LED)的6”衬底将包含超过250,000个装置，每个装置都需要接触探针/测量周期。如果6”衬底在一侧包含20μm的微型LED装置结构，则需要接触衬底上存在的超过4000万个装置中的每一个。因此需要开发允许功能性LED装置测试而无需单独接触的方法。
本发明的实施例利用非直接电接触方法，其中通过使用由合适的电压波形源驱动的电介质涂覆的场板形成的电容器注入电流。靠近各个LED触点的平面的后触点/电容器板和特定电压波形在场板电极和公共LED触点之间被驱动。在优选实施例中，电压斜升驱动电极以使位于这些电极之间的LED正向偏置，产生位移电流，该电流以并行方式将电流流入大的多个LED装置中的每一个。然后，根据实施例，使用设置在场板上方或LED支撑衬底下方的集成相机测量功能响应(发光)。然后，图像捕获和处理可并行提取许多功能装置测试。以这种方式，少至两个电触点可在功能上测试数百万的LED装置。
在每次测量之后，必须以不会通过过度反向偏压损坏LED装置的方式复位电容场板。适当缓慢的负电压斜升将允许LED装置的最小漏电流安全地对场板电容器放电，而不会产生破坏性的反向偏置条件。然后可重复另一个测量循环。
改变正向偏置驱动电压斜升将驱动不同的正向偏置电流密度(A/cm2)进入LED装置，从而允许进行更复杂的功能测试评估。通过选择不同的驱动电压波形使得作为正向偏置电流密度的函数的外部量子效率的装置表征数据是本发明的另一个特征。通过修改场板电介质设计和电压斜升值，可在大约0.001到10或更多A/cm2的大电流密度下检测大量装置的精确电流注入发射响应。
该功能测试方法提供的其他益处是其对小型和大型LED装置两者的普遍适用性以及对大型衬底的可扩展性。场板是与面积成比例地施加电容的结构，并且因此，具有更大面积的更大LED装置以更大的有效电容被激发，而诸如微型LED装置的小LED装置被相应更小的电容激励。因此，可通过对设备的少量修改来测试一侧上的毫米尺寸的大型LED到一侧上小到10μm或更小的微型LED。使用较大场板或使用具有较小场板的步进/重复方法的衬底可扩展性是实用的并且易于实现。对于最高吞吐量，在大型场板上以阵列布置的多个相机的并行处理将能够在功能上测试具有少至两个电触点的支撑衬底上的所有LED装置。避免在衬底上接触可能数千至数千万的每个单独的LED装置是本发明的关键益处。
将本发明中描述的方法描述为电容电流注入(C2I)功能测试。
附图说明
图1显示了LED结构的简化横截面。
图2示出了在LED批量生产工艺中包含LED装置结构的LED支撑衬底。
图3A至图3B示出了LED支撑衬底的俯视图(A)和横截面图(B)，其中单个LED装置被街道(street)隔离。
图4示出了具有非单个LED装置结构的LED支撑衬底，其中顶部接触层具有足够高的薄层电阻，以允许在存在相邻短路时进行电流注入功能测试。
图5A示出了靠近包含支撑衬底上的4个LED装置的LED装置层的一部分的场板的实施例。
图5B示出了图5A的实施例的对应等效电路。
图6A示出了主电容电流注入(C2I)测量序列：电流注入/测量(I)、保持(II)、放电/复位(III)阶段。
图6B示出了由图6A的电容电流注入(C2I)测量序列注入的相应LED电流。
图7A至图7B示出了场板的两个实施例，其中相机透过场板(A)和穿过LED装置支撑衬底(B)。
图8示出了优选实施例的预期电流密度(A/cm2)与dV/dT电压斜升的关系。
图9示出了使用在场板和支撑衬底之间的空间中产生的真空将场板附接到包含LED装置结构的支撑衬底上的衬底刻度方法。
图10示出了步进/重复机械配置中的较小场板和相机光学系统。
图11示出了用于模拟根据实施例的C2I功能测试方法的电路模型。
图12A至图12D是实施例的电流注入/测量阶段I的详细序列。
图13A至图13D是实施例的电流注入/测量阶段III的详细序列。
图14A至图14D示出了较长的时间轴(200毫秒)，其示出了实施例的4个测量序列。
图15A示出了靠近LED装置层的一部分的场板的实施例，该LED装置层包含在支撑衬底上的4个LED装置，其具有掩埋的公共触点和可选的介电层(即，“泄漏的”介电层)和耦合间隙介质以允许直流偏置功能测试。
图15B示出了图15A的实施例的对应等效电路。
图16示出了没有电介质的场板的实施例，该场板紧邻LED装置层的一部分，该LED装置层在支撑衬底上包含4个LED装置，LED装置具有掩埋的公共触点。使用外部负载电阻和耦合电容器以及DI水隙介质的配置允许DC偏置和AC脉冲功能测试。
图17A示出了靠近LED装置层的一部分的场板的实施例，该LED装置层在支撑衬底上包含4个LED装置，该LED装置具有掩埋的公共触点和介电层。
图17B示出了图17A的实施例的对应等效电路。
图18示出了靠近LED装置层的一部分的场板的实施例，该LED装置层在支撑衬底上包含4个LED装置，该支撑衬底用作电容耦合第二电极的介电层。
图19示出了在垂直标度上落入Datan值的小范围(称为通道或箱)内的若干LED装置的直方图，其作为水平标度中的Datan的函数。
具体实施方式
在整个本说明书中并且更具体地在下文中发现了对LED的进一步说明。在实例中，一种类型的LED是有机发光二极管(OLED)，其中二极管的发光层由有机化合物形成。OLED的一个优点是能够在柔性衬底上印刷有机发光层。OLED已经集成到薄的柔性显示器中，并且通常用于制造便携式电子设备(诸如手机和数码相机)的显示器。
另一种类型的LED是基于半导体的LED，其中二极管的发光层包括夹在较厚的基于半导体的包层之间的一个或多个基于半导体的量子阱层。与OLED相比，基于半导体的LED的一些优点可包括提高效率和延长寿命。以每瓦流明(lm/W)表示的高发光效率是基于半导体的LED照明的主要优点之一，与其他光源相比允许更低的能量或功率使用。照明度(亮度)是在给定方向上每单位面积光源发出的光量，以坎德拉每平方米(cd/m2)测量，并且通常也称为Nit(nt)。亮度随着工作电流的增加而增加，但发光效率取决于电流密度(A/cm2)，最初随电流密度增加而增加，达到最大值并且然后由于称为“效率下垂”的现象而减小。许多因素有助于LED装置的发光效率，包括内部生成光子的能力，称为内部量子效率(IQE)。内部量子效率是LED装置的质量和结构的函数。外量子效率(EQE)定义为发射的光子数除以注入的电子数。EQE是IQE和LED装置的光提取效率的函数。在低工作电流密度(也称为注入电流密度或正向电流密度)下，LED装置的IQE和EQE最初随着工作电流密度的增加而增加，然后，在已知为效率下垂的现象下，随着工作电流密度增加而开始减速。在低电流密度下，由于缺陷或电子和空穴重新结合而不生成光的其他过程的强烈影响，效率下降，称为非辐射复合。随着这些缺陷变得饱和，辐射复合占主导地位并且效率提高。随着注入电流密度超过低值，通常在1.0和10A/cm2之间，“效率下垂”或效率逐渐降低开始。
基于半导体的LED通常存在于各种应用中，包括用作指示器和标牌的低功率LED，用于诸如光板和汽车尾灯的中功率LED，以及用于诸如固体照明的高功率LED和液晶显示器(LCD)背光。在一个应用中，基于高功率半导体的LED照明装置通常可在400-1,500mA下操作，并且可表现出大于1,000,000cd/m2的亮度。基于高功率半导体的LED照明设备通常在LED装置的效率曲线特性的峰值效率右边的电流密度下操作。基于低功率半导体的LED指示器和标牌应用在大约20-100mA的工作电流下通常表现出大约100cd/m2的亮度。基于低功率半导体的LED照明装置通常在LED装置的效率曲线特征处的峰值效率处或其右边的电流密度下操作。为了提供更多的光发射，LED管芯尺寸已经增加，具有1mm2芯片成为相当普通的尺寸。较大的LED管芯尺寸可导致电流密度降低，这反过来可允许使用从数百mA到大于安培的更高电流，从而减小在这些更高电流下与LED管芯相关的效率下降的影响。
LED已经用于诸如手表、智能手机和膝上型计算机的便携式设备以及计算机监视器和TV显示器多年，然而间接地仅作为液晶显示器(LCD)显示技术的替代白光源。这些被称为“LED”电视机等，但实际的LED主要是基于GaN的白色LED，以照亮背光而不是之前使用的冷荧光灯(CFL)背光源。彩色像素生成继续基于通过光减法工艺工作的LCD技术，其中通过使用插入的滤色器阻挡其他颜色来生成颜色。例如，红色像素将由红色滤色器产生，该红色滤色器阻挡背光LED白色光谱的绿色和蓝色部分。通过沿着光路放置在两个交叉偏振器之间的液晶单元调制光偏振，发生灰度(像素的光强度)。
尽管LED背光驱动的LCD显示技术比CFL背光版本更高效和可靠，但该技术仍然没有高电源效率。原因很简单：尽管LED白色背光装置在外部量子效率(每个注入LED装置的电载流子发射的光子)方面可相当有效，但是在该LCD显示技术的其余部分中存在许多低效率。第一偏振器将切割一半非偏振白色背光，然后通过减去剩余光的2/3(没有GB的R用于红色，没有RB的G用于绿色，并且没有RG的B用于蓝色)来着色每个像素。其他损耗包括像素填充因子和胶片/LCD单元吸收和散射。因此，总光输出小于白色LED背光强度的约1/6。
趋势是更节能和更明亮的显示技术，尤其是对于电池寿命是关键因素的便携式电池供电设备。微型LED是一种用于实现更高功率效率的有前景的技术。在微型LED显示器中，放置在像素区域内的小型LED装置被直接驱动以直接发射方式生成光。颜色可通过以下方式产生：(i)利用具有彩色磷光体的UV-LED(即基于GaN)通过光子向下转换生成像素颜色和/或(ii)通过使用直接生成颜色的LED(即针对红色AlGaAs、GaAsP、AlGaInP、GaP，针对绿色的GaP、AlGaInP、AlGaP和针对蓝色的ZnSe、InGaN、SiC)。在任何一种情况下，微型LED显示器的直接发射/直接视图都可使功率效率提高六倍或更多。
尽管实现基于微型LED的显示器的基本技术是众所周知的，但是存在许多制造和质量控制挑战。其中之一是在像素承诺使用之前以成本有效且高效的方式在制造工艺中功能性地测试数百万个微型LED装置。因此，期望能够在没有直接电接触的情况下以与微型LED大规模制造工艺兼容的方式实现功能测试。在整个本说明书中可找到本发明的进一步细节，并且更具体地在下面。
本发明的实施例描述了LED装置制造工艺和功能测试LED装置而没有直接电接触的方式。具体地，本发明的一些实施例可涉及功能测试高亮度LED、中功率LED、低功率LED和微型LED装置的方式。
在各种实施例中，参考附图进行描述。然而，某些实施例可在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下实施，或者与其他已知方法和配置组合实施。在以下描述中，阐述了许多具体细节，诸如具体配置、尺寸和工艺等，以便提供对本发明的透彻理解。在其他情况下，没有具体详细地描述公知的半导体工艺和制造技术，以免不必要地模糊本发明。贯穿本说明书对“一个实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特征、结构、配置或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定是指本发明的相同实施例。此外，特征、结构、配置或特性可在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。
本文中使用的术语“跨越”、“在……上”、“到”、“在……之间”和“在……之上”可指一个层相对于其他层的相对位置。一层“跨越”，“在……上”或在另一层之“上”或与另一层“粘合”或“接触”可与另一层直接接触，或者可具有一个或多个中间层。一层在几层“之间”可直接与层接触，或者可具有一个或多个中间层。
本发明的某些实施例描述了一种LED装置组件，其中LED装置结构层从支撑衬底转移并在进一步处理之前粘合到拾取板组件。根据本发明的实施例，C2I功能测试步骤可在转移之前或在一次或多次转移之后应用。为了简化各种可能的配置，其中多个LED结构被转移并可能粘合到不同的衬底上，目标衬底在每种情况下都应称为支撑衬底。例如，在MOCVD生长期间支撑LED结构的衬底也称为支撑衬底，然而在释放并附接到拾取板之后，这种板和用于机械支撑LED装置层的任何其他衬底或板也将是称为支撑衬底。如果使用拾取板，则可使用转移的LED装置结构和拾取板的其余部分之间的导电材料膜来实现共同的电接触。如下面进一步描述的，也可使用第二介电层和可选的电压波形源来实现公共触点。在一些情况下，拾取板材料还具有一定程度的可控粘性，以允许LED装置在生产中拾取和转移。术语支撑衬底通常用于暗示其作为机械支撑的作用，并且在整个说明书中将是描述为(C2I)功能测试设备的一部分的衬底。
取决于本发明的具体实施例和制造工艺中的点，进行C2I功能测试，支撑衬底可以是透明的并且具有另外的涂层。这些直接支持测试过程或作为特定LED制造工艺步骤的要求的一部分存在，如下面将更详细描述的。
参考图1，代表性LED 104包括形成n型阴极层100的沉积层、有源层(通常是多量子阱或MQW系列子层)101和p型层102以及p触点103。该LED结构被简化，并且为简单起见，未示出许多附加层，诸如缓冲层、阻挡层、n接触层等。在电学上，LED将通过作为阳极的层103(或触点106)和通过作为阴极的n型阴极层100(或触点105)接触。使用从阳极到阴极的正向(正电压)偏置使电流通过LED装置将从流过有源区的载流子的辐射复合过程生成光。有源层101的设计被优化以最大化发光的辐射复合过程。反向偏置LED结构不会生成光。限制反向偏置电压对LED很重要，以避免通过称为击穿的过程损坏或破坏装置。在安全的反向偏置区域内，小漏电流流过装置。
在LED制造中，LED装置使用类似于半导体工业中常见的基于衬底的大规模生产工艺的方法大规模生产。参照图2，将图1中描述的LED结构沉积到合适的生长或支撑衬底201上以制造LED衬底200。根据所需LED的类型、质量和颜色，可使用不同的衬底材料类型。实例是GaP、GaAs、GaN衬底或异质外延生长衬底，例如蓝宝石和碳化硅(SiC)也是可能的。层转移的半导体分层模板衬底是另一种类型的生长衬底。然后LED结构生长以形成下触点202(在该实例中为n型或阴极)、有源区203和上触点204(在该实例中为p型或阳极)。
图2的LED衬底包含多个非单一化LED结构。可使用诸如蚀刻、光刻、钝化和沉积的工艺步骤在LED制造顺序内进行所需尺寸和功能的各个LED装置的隔离。参照图3A和图3B，可使用诸如蚀刻的工艺将所需的LED装置隔离在支撑衬底301上，以形成例如沟槽308。如果在衬底上制造这些蚀刻结构(有时称为“街道”)以形成单独隔离的结构，例如方形装置，大量LED装置309是电隔离的并且可用于释放和封装。在该实例中，沟槽308不蚀刻穿过底部公共接触层302并且因此可连接到公共电位310。因此，每个LED装置309可使用电压源306单独地接触到p层304和p接触层305。然后可从接触的装置测量光307以评估其功能。在该实例中，示出了顶部发光LED结构，其中p接触层305可以是透明电极，例如氧化铟锡(ITO)。其他结构也是可能的，例如底部发射结构。在这种情况下，支撑结构优选地是透明的，并且p接触层可以是光反射层，例如金属层。因此，通过测量从支撑衬底逸出的光来测试LED。尽管以上被描述为使光捕获最大化的优选实施例，但是即使在例如在底部发光LED结构中的LED上方进行光测量，也可测量来自LED的间接散射或反射光。当然，可有其他变化、修改和替代方案。
图4示出了支撑衬底401，其中LED装置仍未被隔离。如果顶部接触层405具有有限的导电性(例如具有相对高的薄膜片电阻率的ITO层)，尽管附近存在短路408，仍然可实现功能测试。使用电压源406接触表面上的点将产生通过顶部接触层405、p层404、n层403到公共触点402的电流。对相邻短路408的相对高的电阻可允许发光407发生。使用场板代替根据本发明实施例的该直接接触实例将允许非单一化LED层测试。在LED制造过程的早期阶段，暗(非发光)或弱发光区域将是LED层功能产率的指示符。该替代实施例的效率和空间分辨率将是顶层薄层电阻率的函数。
因此需要注入电流以便以可支持大规模制造的方式激励诸如图3和图4中所述的各个LED装置或LED区域。
本发明的电流注入装置具有包括3个元件的场板：机械支撑板、电极和介电层。参照图5A，场板501包括场板支撑(顶部)、电极层502，电极层502连接到电压源503并且邻近介电层504的一个面。机械支撑板也可以是导电的并且仅需要介电层。当然，可有其他变化、修改和替代方案。
场板电极将连接到电压源503，并且介电层504的开口面将形成每单位面积的电容：
C’FP ＝ εo × εr / td (1)
其中，
C’FP是场板每单位面积的电容(F/cm2)
εo是真空介电常数(8.854×10-14F/cm)
εr是介电层的相对介电常数(无量纲)
td是介电层厚度(cm)
在实例中，介电层材料的重要材料特性包括介电常数、介电击穿强度、电阻率和光透射率。对于电容耦合配置，易于沉积的电介质，如二氧化硅、氮化硅和氧化铝(Al2O3)是特别令人感兴趣的。如果需要DC测试配置，则具有有限电流泄漏的电介质将允许DC偏置，如果使用也具有有限电阻率的适当间隙介质耦合到装置。在这样的配置中，场板电介质可以是可选的，其中场板电压现在可通过间隙介质直接耦合到LED装置。当然，可有其他变化、修改和替代方案。
再次参考图5A，场板501将被充分放置在LED支撑结构505附近，其中n接触底部电极506连接到公共触点507和多个p接触顶部电极508。尽管每个LED装置上的电压在本说明书中示出是使用电压源503和公共触点507产生的，但是电压源可交替地连接到底部，或者可连接两个电压源，一个电压源连接到503和507中的每一个。对于所有电压源配置，有效的LED装置驱动电压将是503和507之间的电压差。对于本发明，术语“紧密接近”是指场板介电层504的开口面放置在足够靠近p接触顶部电极508的开口面的位置，以允许电压源503到p接触顶部电极508之间的所需电耦合。在图5A中，该间隙显示为509，并且可以是最小的，具有有限的很小或没有间隙。间隙509应足够小以允许足够的电容耦合(用于优化电流注入效率)并最小化电流注入效应的空间散焦。对于本说明书的其余部分，假设间隙509为零，并且因此C’EFF将等于C’FP。
由组件500制成的结构的电模拟在图5B中示出。电压源510(图5A中的503)连接到有效电容器CEFF 511，有源电容器CEFF 511连接到具有顶表面面积AEFF的LED装置512。电压变化将电流ILED施加到LED装置512上。对于该实例，假设具有共同底部触点的LED装置隔离。有效电容CEFF简单地是具有间隙509的电容的场板介电层的串联电容，两者的面积均为AEFF：
C’gap＝εo×εr/tgap (2)
其中，
C’gap是间隙的每单位面积的电容(F/cm2)
εo是真空介电常数(8.854×10-14F/cm)
εr是间隙介质的相对介电常数(无量纲)
tgap是间隙厚度(cm)
和
CEFF＝AEFF×(C’FP×C’gap)/(C’FP+C’gap) (3)
C’EFF＝(C’FP×C’gap)/(C’FP+C’gap) (4)
其中，
CEFF是有效的LED装置耦合电容(F)
C’EFF是每单位面积有效的LED装置耦合电容(F/cm2)
AEFF是有效的LED装置面积(cm2)
对于本说明书的其余部分，假设间隙509为零，并且因此C’EFF将等于C’FP。
电流ILED 513和电流密度JLED容易计算为：
ILED ＝ CEFF × dV/dt (5)
JLED ＝ C’EFF × dV/dt (6)
其中，dV/dt是图5A中的电压源503和触点507(电极)之间的电压变化率(或图5B中的阴极触点)。对于该具体实施例，LED 512将阳极连接到阴极，但是通过反转所有电压极性，阴极到阳极注入是可能的。
图6A和图6B示出了根据本发明优选实施例的将形成测量序列的电压和电流波形。在测量序列中存在至少两个阶段，即电流注入阶段I(在时间t0到t1)和放电阶段III(在时间t2到t3)。已经添加了电压保持阶段II以允许足够的时间使相机集成窗口在阶段III开始之前关闭，但是这可能非常短并且可能不是必需的。下面更详细地描述这些阶段并且在t0之前的所有点处假设零电压。
参考图6A，电压源-时间曲线图600示出了电压源波形。在时间t0，阶段I以从时间t0到t1的从0到V1的正斜升dV/dt|1开始。该斜升将根据等式(5)将电流ILED注入到面积为AEFF的LED中，并且根据等式6将相应的电流密度JLED注入。在时间t1，电压保持在该电压V1直到时间t2。从时间t2到t3，使用负斜升dV/dt|2将电压降低回零电压状态。在时间t3，然后可开始另一个测量序列。
图6B示出了来自图6A的驱动波形的测量序列期间的相应电流ILED波形。在阶段I期间，根据等式(5)，接近恒定的ILED电流将流过LED装置。在阶段I期间将发射光602。在阶段II期间，ILED和光发射将下降到0。为了测量同时被场板激发的多个装置中的特定LED装置的光输出，可使用集成相机捕获来自一个或多个LED装置的光。图像处理可生成与位于相机视野内的特定LED装置成比例的值。该值又将与在阶段I上集成的光能成比例。因此，期望启动图像传感器，集成从稍微在t0之前的点到稍微在t1之后的结束点之间的时间段。这将确保相位集成传感器将捕获在阶段I期间从LED结构发出的完整光脉冲。
图7A和图7B示出了本发明的两个实施例。附图示出了顶部和底部相机放置，其可截取通过场板的测量序列激发的多个LED装置的至少一部分。参照图7A，示出了具有透明场板组件702的测试配置700，透明场板组件702包括场板电极703和介电层704。电极703连接到电压源705。该组件紧邻LED装置支撑衬底701放置，支撑衬底701支撑连接到公共触点706的多个LED装置707。相机708放置在场板组件702上方以执行功能测试。图7B示出了替代测试配置709，其中相机放置在支撑衬底下方。在这种配置中，支撑衬底和到LED装置结构的中间层必须是透明的，以允许光到达相机。
由LED产生的光功率与通过外部量子效率ηEXT或Popt＝ηEXT×Pelec流过LED的电功率相关。参数ηEXT又对电流密度和其他装置特性(例如光提取效率)非常敏感。因此，LED装置的光功率与电功率相关：
Popt ＝ ηEXT × Pelec ＝ ηEXT × ILED × VF ＝ ηEXT × CEFF × dV/dt × VF(7)
其中，
Popt＝LED光功率(W)
ηEXT＝LED外部量子效率
VF＝LED正向压降(V)
在一段时间内Δt＝t1-t0(阶段I)：
Eopt ＝ ηEXT × CEFF × dV/dt × VF × Δt (8)
其中，
Eopt＝阶段1期间发出的LED光能(J)
根据等式8，集成相机将测量与每个测量的LED的外部量子效率成比例的值。改变电压斜升值将具有根据等式6选择不同电流密度的效果。通过将Eopt作为斜升值的函数绘制到V1，可生成作为JLED的函数的光能(与ηEXT相关)的图。这种能力对于测量微型LED装置的低电流密度性能特别有用。微型LED装置通常以非常低的0.001-1A/cm2的值驱动，并且由于非辐射复合过程而对这些低水平的外部量子效率下降更敏感。
在阶段III期间，负dV/dt斜升允许电压返回到零以重置系统以进行另一次测量。在此阶段，LED将反向偏置，并使用反向偏置漏电流对CEFF放电。为了不将LED反向偏置到可能导致损坏的电压电平，负电压斜升必须足够慢以使所有装置保持在安全的反向偏置电压范围内。可根据要测试的LED的类型和设计来选择这样的范围。仅作为实例，可使用以下文献来估计GaInN LED的反向偏置漏电流密度：Q.Shan等人的题为“GaInN发光二极管中的反向漏电流的传输机制分析”的论文，Applied Physics Letter 99,253506(2011)。图2显示了室温下1mm2 LED装置的约为1.5×10-7A的-5V反向偏置漏电流。这相当于15μA/cm2。该反向偏置漏电流密度将用于计算下面描述的特定C2I实例的值和参数。
合适的集成相机必须满足以下标准：
a.像素灵敏度和动态范围(允许在感兴趣的操作范围内精确测量LED，而不会产生过多的暗噪声和信号饱和)。
b.高像素密度和帧速率(增加吞吐量和并行LED测量)。
c.全局快门和灵活触发(所有像素必须在同一时间段内触发并集成)。
满足这些标准的工业相机的一个实例是来自加拿大不列颠哥伦比亚省里士满的PointGrey研究公司的型号GS3-U3-23S6M-C。该相机是一款230万像素(1920×1200)单色相机，具有全局快门，5μs至31.9s曝光范围，超过160帧/秒的速率，1/1.2”传感器格式，12位数字化，5.86μm像素大小，72dB动态范围，76％量子效率(525nm)，约32,000电子的电子饱和容量和约7e-的时间暗噪声。单独使用或以可使用nxm相机同时测量更大的场板面积的矩阵布置方式，相机将能够以必要的精度测量多个LED装置。
对于以下实例，假设具有3μm二氧化硅介电层的场板(εr＝3.9)。通常使用该介电材料并且可在许多材料上溅射、生长或沉积。选择的厚度足够薄，以允许测试低至10μm×10μm或更小的微型LED装置，并且可在击穿之前支持超过约1500伏的电压。C’FP为1.15nF/cm2。
假设V1的值为500V(参见图6A)。通过这些假设和参数选择，每个LED的光脉冲能量可简化为：
Eopt ＝ ηEXT × CEFF × ΔV × VF (9)
对于所选择的参数，图8示出了针对电压斜升时间段选择的电流密度。例如，如果场板电压在大约60μs(阶段I)中从零驱动到+500伏，则LED将以0.01A/cm2驱动。稍微在斜升开始之前打开相机快门(例如，在t0之前10-50μs)并且稍微在阶段I结束之后打开相机快门(例如，在t1之后10-50μs)。除了确保阶段I LED光脉冲完全集成在相机快门时间窗口内之外，应避免过度集成时间，因为这会增加相机的本底噪声。可选择阶段II，以便在集成快门关闭时结束。
为了在阶段III期间安全地恢复，使用等式6，其中选择的电流密度近似等于泄漏电流密度。例如，利用10μA/cm 2的目标漏电流密度(略低于15μA/cm2的预期泄漏)和ΔV＝500V，等式6预测最小Δt约为60ms。这对应于0.0005A/cm2或更高的注入电流密度的约16帧/秒的测量重复率。
为了估计利用该测量方法可获得的信号和由一个相机覆盖的区域，假设以下附加参数：
a.GaN LED(约410nm发射和65％相机量子效率)
b.VF约3V
c.Eopt＝170nJ/cm2(ηEXT约10％)
在每个光子约3eV时，在阶段I期间发射约3.5×1011光子/cm2。在相机内可产生的相应光电子的数量将为0.65×3.5×1011光子/cm2或2.3×1011光电子/cm2(假设传感器到场板1：1放大倍数)。在此放大倍率下，5.86μm像素尺寸仍将捕获超过78,000个电子，是像素饱和容量的两倍多。如果需要每个相机像素的较低的集成光电子数，则可选择较低的V1电压。
因此，场板到相机传感器区域的成像不是可用信号的函数，而是每个LED装置分配的像素的数量。对于尺寸为250μm的较大LED装置，需要较小的放大倍率。假设2×2像素区域覆盖每个LED装置以进行精确计量，一台相机可测量960×600LED装置，240mm×150mm场板面积或超过6”支撑衬底的面积。在这个实例中，V1可降低到低于100V并且可能更低，同时仍然保持优异的信噪比。如果光脉冲能量太高，可在发射表面和相机之间放置中性密度滤光器或其他吸收滤光器，以避免相机饱和。
对于具有10μm×10μm LED装置尺寸的微型LED应用，将测量每个传感器相同的960×600LED装置或约9.6mm×6mm的场板面积。具有大约16×25步的步进和重复系统将允许测试包含超过1.7亿个装置的6”微型LED衬底。如果每个LED装置的单次测量足够，则使用移动的相机或多个相机进行同步图像捕获可将测试时间减少到不到1分钟甚至几秒钟。例如，每秒16帧的捕获率将允许在大约25秒内对完整的6”衬底进行功能测试。这对应于每秒测试的900多万个LED装置，远远快于探针卡和各种测试方法。
在优选实施例中，图9示出了衬底尺寸的场板可使用真空附接到支撑衬底以制造适合于功能测试的组件900。场板901放置在LED装置支撑衬底902上，其中柔性真空密封件903放置在外部的外围区域上，以保持场板和LED装置支撑衬底之间的真空水平。然后使用真空端口904在板之间的空间中抽空空气。板在高达大气压力下被压在一起以最均匀的方式使间隙最小化，从而优化有效场板耦合电容CEFF。支撑衬底交换机构可通过在真空和通风条件之间循环真空端口904来在场板下交换待测试的衬底。在该实施例中示出了在场板上方测量的相机905。当然，可有其他变化、修改和替代方案。
在另一个实施例中，图10示出了包括较小的场板1000和放置在LED装置支撑衬底1002上方的相机1001的组件。场板/相机组件在连续的移动/测量步骤1003中移动以测量完整的衬底1002。当然，可有其他变化、修改和替代方案。
显示主要阶段1和3波形的测量序列的电模拟显示在图11至图14中。被模拟的系统如下：
1.场板：3μm二氧化硅，C’EFF＝1.15nF/cm2
2.10μm×10μm LED装置尺寸：1.15fF CEFF，15pA反向漏电流
3.0.01A/cm2电流密度测试点
4.V1＝500V(60μs斜升时间，以实现0.01A/cm2电流密度注入)
5.60ms测量重复率
6.LED装置是标准二极管，能够支持反向漏电流约为10pA
使用的程序是来自Spectrum Software(Sunnyvale，California)的称为Micro-Cap版本11的SPICE电路模拟器。在上述条件下模拟一个10μm×10μm的LED装置。图11示出了由电压发生器V2驱动的CEFF＝1.15fF的电路图。将该发生器编程为在60μs内从0升至+500V，然后从+500V向下降低60ms至0V。电压源V3未连接但被编程为显示所需的相机快门窗口的实例。在此实例中，快门在阶段I之前打开10μs，并且在阶段I之后关闭10μs。
图12A至图12D示出了具有电压源V2(图12A)、LED装置正向偏置(图12B)、LED装置正向电流(图12C)和来自电压源V3(图12D)的相机快门控制信号的阶段I波形。参考图12D，相机集成器快门在电压开始之前10μs打开(时间轴上的时间+10μs)。在时间轴上+20μs时，电压源开始向+500V(时间t0)斜升上升。在该阶段I期间直到+80μs的时间，LED装置在大约+250mV(图12B)的正向偏置下偏置在+10nA(图12C)。这根据需要对应于0.01A/cm2的电流密度。经过+80μs的时间后，电压斜升停止，并且LED电流降至零。在时间+90μs时，相机快门关闭，完成其在阶段I期间生成的光脉冲的集成。电压源现在将以-10pA的目标泄漏电流开始缓慢放电。图13A至图13D示出了在III期间相同电压和电流点持续放电约60ms。图13C示出了-10pA放电电流，其允许CEFF安全地从+500V到0V放电超过60ms。在电压源在约+60ms处返回到零之后，启动新的测量序列。图14A至图14D显示了较长的时间轴(200ms)，显示了4个测量序列。
直接公共触点还允许DC偏置和功能测试配置。图15示出了一个实施例，其中LED装置可仅以DC模式偏置或者与时变AC模式组合。参照图15A，场板1501包括场板支撑(顶部)、电极层1502，其连接到电压源1503并且邻近可选的“泄漏”介电层1504的一个面。机械支撑板也可以是导电且仅需要可选的“泄漏”介电层1504。当然，可存在其他变型、修改和替代。
场板电极连接到电压源1503，并且可选的“泄漏”介电层1504的开口面形成每单位面积的电容：
C’FP ＝ εo × εr / td (10)
其中，
C’FP是场板每单位面积的电容(F/cm2)
εo是真空介电常数(8.854×10-14F/cm)
εr是介电层的相对介电常数(无量纲)
td是介电层厚度(cm)
电介质的电阻率为ρd，选择该电阻率以允许LED装置在DC偏置配置中的所需偏置。驱动偏置响应时间的时间常数是εo×εr×ρd。有效阻力可按下式计算：
R’FP ＝ ρd × td (Ω-cm2) (11)
其中，
R’FP是场板单位面积的电阻(Ω-cm2)
ρd是场板介电层的电阻率(Ω-cm)
td是介电层厚度(cm)
在一个实例中，泄漏介电层通常可描述为具有相当高的相对介电常数，近似1MΩ-cm或更高的电阻率和足够高的介电击穿场强度的层。II型DI(去离子)水符合这些标准，介电常数为81，电阻率为1MΩ-cm，并且击穿场强超过13MV/cm。在其他实例中，该层可以是略微导电的掺杂玻璃/陶瓷、塑料等。如果约为1的小的相对介电常数是可接受的，则具有间隙内的电压的空气层可通过弱电离而变得稍微导电，以实现“泄漏”介电层的功能。
再次参考图15A，场板1501将被充分靠近LED支撑结构1505放置，其中n接触底部电极1506连接到公共电压源1507和多个p接触顶部电极1508。尽管每个LED装置上的电压在本说明书中示出为使用电压源1503和公共电压源1507产生，但是电压源可替代地连接到电极层1502或n接触底部电极1506。对于所有的电压源配置，有效LED装置驱动电压将是电压源1503和公共电压源1507之间的电压差。对于这种配置，场板介电层1504的开口面或电极层1502放置在足够靠近p接触顶部电极1508的开口面的位置，以允许电压源1503与p接触顶部电极1508之间的所需电耦合。在图15A中，该间隙显示为1509，并且在有限间隙的情况下可以是最小的。间隙1509应足够小以允许足够的电容和电阻耦合(用于优化电流注入效率)并最小化所选间隙介质的电流注入效应的空间散焦。
由组件1500制成的结构的电模拟在图15B中示出。电压源1510(图15A中的1503)通过两个有效电容器连接到具有顶表面面积AEFF的每个LED装置1512，这两个有效电容器一个代表可选的“泄漏”场板电介质1504(CFP 1511)，并且一个代表间隙电介质1509(CGAP1513)。每个电容器由代表通过场板电介质RFP 1514和间隙介质RGAP 1515的泄漏路径的电阻器分流。连接到n接触底部电极1506的电压源1516(图15A中的1507)完成电路。电压变化和电平将电流ILED 1517施加到LED装置1512上。有效电容CEFF简单地是具有间隙1509的电容的场板介电层的串联电容，两者面积都是AEFF：
C’gap ＝ εo × εr / tgap (12)
其中，
C’gap是间隙的每单位面积的电容(F/cm2)
εo是真空介电常数(8.854×10-14F/cm)
εr是间隙介质的相对介电常数(无量纲)
tgap是间隙厚度(cm)
并且
CEFF ＝ AEFF×(C’FP × C’gap) / (C’FP + C’gap) (13)
C’EFF ＝ (C’FP × C’gap) / (C’FP + C’gap) (14)
其中，
CEFF是有效的LED装置耦合电容(F)
C’EFF是每单位面积有效的LED装置耦合电容(F/cm2)
AEFF是有效LED装置面积(cm2)
间隙介质分流电阻计算如下：
R’GAP ＝ ρgap × tgap (Ω-cm2) (15)
其中，
R’GAP是间隙介质单位面积的电阻(Ω-cm2)
ρgap是间隙层的电阻率(Ω-cm)
tgap是间隙层厚度(cm)
并且，有效分流电阻器计算如下：
REFF ＝ (R’FP + R’GAP) / AEFF (16)
其中，
REFF是有效耦合分流电阻(Ω)
这里使用图16的结构解释DC注入功能测试模式的实例。测试配置如下：
1.装置尺寸：25μm×25μm
2.场板没有介电层
3.间隙为25μm，具有II型DI水(>1MΩ-cm)
4.由底部电极电压源和偏置负载电阻器RL设定的10mA/cm2的目标DC偏置
5.AC(脉冲)操作由顶部场板电压源通过外部耦合电容器CC驱动
6.测试面积5cm2
场板1601充分靠近LED支撑结构1602放置，其中n接触底部电极1603连接到公共接地触点1604和多个p接触顶部电极1605。对于每个LED装置，间隙介质耦合电容是18fF并且其分流电阻为400MΩ。使用间隙1606中的DI水可实现相对大的耦合电容，间隙1606具有81的高相对介电常数。每个LED装置内的注入电流的AC和DC分量由电流1617表示。
通过将电压源1607调节到预设的正电位Vpos来设置DC偏置，以通过负载电阻器RL1608、场板触点1609、间隙1606、通过LED装置偏置LED装置到底部触点1604。为实现10mA/cm2的DC偏置点，50mA的总电流必须流过RL。如果选择RL为100kΩ以允许通过耦合电容器CC1610有效耦合AC脉冲，则需要大约5kV的正偏置Vpos。通过DI水的电压降约为25V，而LED需要2.5-3.5V才能开启。注意，通过改变偏置电平，可测量输出光电平与DC电流密度偏置的关系图。与相机捕获时间同步地脉冲DC偏置将允许测量信号平均和多个装置偏置设定点。
脉冲信号响应可经由通过耦合电容器1610脉冲源1611来组合。假设CL为1nF，快速脉冲可在RL×CC弛豫可降低电荷耦合效率之前将电荷耦合到LED装置中。对于100kΩ和1nF装置值，系统弛豫时间常数为100μs，该值足够长以确保电荷可转移到LED装置并转换成可测量的光脉冲。在该实例中，总DI水耦合电容约为14nF。如果注入100mA/cm2偏置5μs，则必须递送每个LED装置约为3pC的总电荷或2.4μC的测试区域。由于DI耦合电容约为14nF，因此有效耦合电容仍约为1nF。源1611所需的电压脉冲幅度将是在5μs内斜升上升的2400伏特。这样，DC偏置和AC脉冲功能测试都可由具有底部公共触点的LED装置衬底制成。当然，可存在其他偏置和脉冲配置、变化、修改和替代。
尽管已经利用LED装置下存在的共同触点描述了本发明，但是用于注入电流的其他配置也是可能的。图17A示出了另一实施例1700，其中场板1701的类似物存在于诸如LED装置1703的多个LED装置结构下方的支撑衬底1702内。在最低LED装置结构层下方(在本发明描述的实例中的n层)，介电层1704和电极1705完成了支撑衬底电容耦合装置。电极1705连接到电压源1706。场板连接到单独的电压源1707和场板电极1708。在该实例中，相机1709放置在场板上方以捕获正在测试的多个LED装置的发光响应。在该实例中，装置之间的隔离显示是完整的，但是这种方法仍然可在有或没有完全隔离n层的情况下起作用。图17B示出了该电容耦合支撑衬底配置的等效电路1711。唯一的变化是在每个LED装置阴极下面插入第二耦合电容器CEFF2。可使得到的电路等效地操作并且有效地执行C2I功能测试。例如，假设介电层1704与场板内的介电层1710相同，电压源1706与电压源1707相同但负向驱动(对于电压源1706为0至-500V，并且对于电压源1707为0至+500V)，测量系统1700将基本上与公共触点支撑衬底配置相同地执行。
在又一个实施例中，C2I功能测试也可应用于图17A的测试配置的修改，其消除了对支撑衬底内的掩埋电极的需要。在该实施例中，支撑衬底本身的介电特性用于通过LED装置注入电流。例如，石英、蓝宝石或塑料支撑衬底可用作图17A中的介电层1704。图18示出了该配置的具体实施例1800。具有足够介电特性和厚度在其表面上包含诸如LED装置1802的多个LED装置的支撑衬底1801放置在连接到电压源1806的电极1803的顶部。具有连接到第二电压源1807的介电层1805和电极1809的场板1804完成C2I功能测试电路。在该实施例中示出了放置在场板1804上方的相机1808。等效电路类似于图17B，除了由于支撑衬底的厚度值CEFF2可能显著更小。例如，由厚度为500μm的蓝宝石(εr约10)制成的支撑衬底，C’EFF2将约为18pF/cm2，比CEFF1小约65倍。V1的更快的电压斜升和/或更大的电压值可补偿耦合效率的这种损失。例如，场板电压源1807可从0驱动到+500V，而支撑衬底电压源1806可在0到-32.5kV(-500V×65＝-32.5kV)下驱动。蓝宝石支撑衬底内的电场强度为0.65MV/cm，远低于其约1MV/cm的击穿强度。以这种方式驱动，LED装置将基本上等效地驱动并且允许C2I功能测试而在LED装置支撑衬底内没有掩埋接触。可使用IGBT、MOSFET或晶闸管装置来实现驱动电极1803的高压波形发生器。能够切换至36kV的高压开关型号为HTS-361-01-C(36kV，最大电流为12A)，并且型号为HTS-361-200-FI(36kV，最大电流为2000A)，来自BelkeElectronic GMBH(克朗伯格，德国)。可编程波形成型电路可将快速电压变化减慢到满足所需C2I功能测试特性的电压斜升。对于6”衬底，总电容约为3.2nF，并且每秒16次测量，1/2CV2f功率约为27瓦，并且平均电流为830μA，安全地符合市售高压开关的正常工作规范。对于支持HTS-361-200-FI 2000A的开关，可执行高达11A/cm2的电流密度C2I测量。当然，可有其他变化、修改和替代方案。
某些图像处理方法可用于提高对应于每个测量中的LED装置的测量数据的准确度。传感器上的每个成像LED装置将成像到相机传感器阵列内的特定区域上。一种图像处理方法使用来自目标图像的空间信息来为测量的相机输出数据图像内的每个LED装置生成物理质心(x，y)位置。可使用相机放大率、光学畸变校正、图像捕获来感测和定位LED装置矩阵等来开发并且可能校正支撑衬底上的LED装置质心位置与相应传感器上的相应质心位置的对应关系。因此，所得到的质心矩阵将是每个LED装置的传感器图像内的(x，y)位置的集合。例如，参考前面的实例，成像到1920×1200数字传感器矩阵上的960×600LED装置组将具有如下的质心矩阵：
LED的质心(i，j)＝相机数据位置(x.y)
其中i，j是每个测量LED的整数(i＝1到960，j＝1到600)，而相机位置(x，y)是传感器像素区域内的浮点数(0<x<1920，0<y<1200)。一旦开发了该质心矩阵，使用加权函数的图像处理方法可获取数字化图像并开发一组数据值，这些数据值使用加权函数提取，其中对于最接近物理LED质心位置成像的传感器数据给予更多权重。图像处理系统可并行地并且通常以帧速率速度完成该卷积功能。因此，LED数据值包括在优选实施例中使用应用于数字化相机数据的质心加权函数计算的数据值的输出LED装置(i，j)矩阵。
应用于数字化相机输出的附加图像处理方法(与在阶段I期间成像到相机传感器上的LED装置发射的总集成光成比例)可用于产生指示LED装置功能的结果。该功能数据将采用矩阵的形式，该矩阵包含从测量得出的一个或多个值。对于位置(i，j)处的每个LED，将存在一组n个数据点Datan(i，j)＝Valuen(其中n是大于或等于1的整数)。例如，每个测量中的LED的多个独立的Datan(i，j)值可以是使用用不同的阶段I电压斜升值取得的n个测量序列测量的不同电流密度值下的光输出值。每个Datan(i，j)测量数据值又可以是多次测量的平均值，以改善信噪比。信号平均是众所周知的方法，其中表现出随机噪声的信号的标准偏差将减小sqrt(m)，其中m是平均的测量点的数量。例如，如果数据点表现出z的随机噪声标准偏差，则使用100个数据点的平均值的平均数据点将具有z/sqrt(100)或低10倍的标准偏差。
一旦收集了LED装置(i，j)数据值，就可应用阈值或一组测试标准来开发功能的确定，可能为每个被测量的LED添加Datan(i，j)值为0或1(0＝坏设备)，1＝良好的设备)。例如，如果将期望的最小阈值应用于数据，则非发射或弱发射装置可被标记为坏装置。当然，应用于该组数据值或通过/未通过标准的多个阈值和其他标准也可用于功能测试、修复策略和过程产量分析(原因和校正)。仅作为实例，可将多个阈值应用于LED装置Datan(i，j)数据以生成每个LED装置的箱号标签以匹配功能中的LED并且根据标准或一套标准驱动释放具有类似特性的装置的策略。随机访问激光器剥离或其他单独的LED装置释放方法可基于每个(i，j)LED装置的箱标签矩阵值来聚合具有相似的箱号的LED装置。这对于限制由使用具有过度不同功能特性的LED装置引起的显示不均匀性是有用的。还可利用多个阈值来开发对产量和过程控制有用的统计数据。例如，应用于箱数据的标准偏差和其他统计分析可以是产量和过程稳定性的指标。这些衍生数量的突然变化可表示过程偏移。图19示出了几个LED装置的直方图1900，其在垂直标度上属于Datan值的小范围(称为通道或箱)，作为水平标度中的Datan的函数。大多数LED装置落在功能上可接受的范围1901内，而低于阈值1902或高于阈值1903的LED装置被认为是不合格的。LED装置入箱功能的宽度1904可用于产量和工艺控制。落入类似箱1905范围内的LED装置可稍后聚集并用于它们的类似功能测试结果以改善显示均匀性。
如果根据本发明的功能测试装置成像小于期望区域并且需要步进和重复功能，则可能需要针对每个待测量的新LED装置区域重新计算质心矩阵。然而，如果步进系统足够精确以对准待测量的下一组LED装置，则可重复使用质心矩阵。当然，可有其他变化、修改和替代方案。
通常，场板允许通过相对于场板固定或移动的一个或多个相机进行包含LED装置的衬底的功能测试。测试设备成本、复杂性、目标LED装置大小和测试吞吐量能力是在选择具体配置之前必须评估的一些标准。还必须解决其他设计限制和标准，以确保测量功能符合所需规格。一个这样的设计标准是确保被测试的每个LED装置上的阶段I电压波形不会由于接触电阻和寄生电容而显著失真。例如，期望测量更高电流密度操作的阶段I的快速电压斜升可能导致由位于场板中间的LED装置的RC低通滤波引起的显著波形失真和电压降。如果场板电极或公共接触电阻太高，则可能发生这种情况。通过降低有效接触片电阻率或在测试之前附着较低电阻率层，可减轻这些影响。最后，大的场板将需要一些功率以便以测量重复率对场板电容CFP充电和放电，并且可在接触层内产生电阻加热。例如，使用3μm二氧化硅介电层的6”衬底场板将具有约200nF的总电容CFP。如果假设16Hz捕获速率和500V斜升，则1/2CV2f功率约为0.5W。在此建议的工作点，即使采用完整的6”场板配置，也会产生小且可管理的测试功率水平。
虽然以上是具体实施例的完整描述，但是可使用各种修改、替代构造和等同物。尽管已经使用所选择的步骤序列描述了上述内容，但是可使用所描述的步骤的任何元素的任何组合以及其他步骤。另外，取决于实施例，可组合和/或消除某些步骤。此外，尽管描述和实例针对平面表面上的GaN LED装置，但是可使用C2I方法对包含光子发射装置的任何平面或曲面进行功能测试。例如，可使用本发明测试垂直腔面发射激光器(VCSEL)、有机LED(OLED)、硅光子装置和其他表面发射装置。另外，在另一个实例中，也可使用II-VI半导体材料和相关装置。在实例中，LED或其他装置可具有各种应用，诸如普通或专用照明、显示器、无论是大面板、移动设备还是投影、化学处理、车辆照明、医疗等。在实例中，该方法还可包括选择一个良好的装置，将所述LED装置释放到构件衬底上并封装该装置。构件衬底可包括最终产品衬底或临时衬底以接收释放的LED装置。封装可以是标准封装、板上芯片或子安装或模块装置。装置封装后，可在各种应用中的一个进行配置。当然，可有其他变化、修改和替代方案。因此，以上描述和说明不应被视为限制由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (36)

1.一种用于观察来自发光装置结构的发光的设备，所述发光装置结构设置在支撑衬底上，所述发光装置结构具有能够从表面到达的第一接触层和位于所述发光装置结构下面的第二接触层，所述设备包括：
场板装置，所述场板装置具有场板支撑、第一面和与所述第一面相对的第二面，所述第二面包括横跨所述场板支撑的导电层，所述第二面紧密接近所述发光装置结构的第一接触层的至少一部分，电压源用于产生电压，所述电压源具有第一端子和第二端子，所述第一端子电耦接至所述场板装置的所述导电层，所述第二端子电耦接到地电位，所述电压源能够生成时变电压波形，以在所述场板装置的所述第二面和发光装置结构之间形成电压电位，以将电流注入到所述发光装置结构中，以使所述发光装置结构以一模式发射光；和
检测器装置，耦接到所述发光装置结构，以形成源自所述发光装置结构的以所述模式的所述光的图像。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测器装置包括对所述光成像以根据所述支撑衬底的所述发光装置结构上方的位置产生光的可观察模式图。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，检测器装置包括相机；并且还包括使用电接触或使用电容耦合耦接到所述发光装置结构的所述第二接触层的电接入。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述时变电压波形是从第一电压电位到第二电压电位的电压斜升，以在测量阶段期间以选定的电流密度正向偏置所述发光装置结构。
5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述相机在所述时变电压波形上对所述光进行积分，以产生在所述发光装置结构上产生的总光的空间图。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，使用图像处理装置处理积分的光的空间图以执行以下功能中的一个或多个：信号平均、阈值处理和装箱以得到所述发光装置结构的空间相关功能测试结果。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，使用材料去除工艺隔离所述发光装置结构的所述第一接触层，以实现多个能够单独寻址的发光装置。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，使用材料去除工艺隔离所述发光装置结构的所述第一接触层和所述第二接触层，以实现多个能够单独寻址的发光装置。
9.根据权利要求4所述的设备，其中，测量阶段之后的时变电压波形在被称为复位阶段的时间段内从所述第二电压电位返回到所述第一电压电位，所述复位阶段被选择以使用所述发光装置结构反向偏置泄漏电流密度，并避免超过潜在的破坏性反向偏置电压。
10.根据权利要求3所述的设备，其中，所述相机是多个相机中的一个相机，每个相机被定位成对所述发光装置结构的单独区域成像。
11.根据权利要求3所述的设备，其中，所述相机和较小的场板装置是能够对较小的测试区域成像并以步进和重复的方式机械索引以实现更完整的测试覆盖的组件。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述场板装置与所述支撑衬底的面积尺寸大致相同，并且被放置在所述支撑衬底上，以允许对所述支撑衬底进行大致完整的功能测试，而无需对所述场板装置进行步进和重复索引。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，使用靠近所述场板装置周边的密封件将所述场板装置放置在紧密接近所述支撑衬底的位置，并使用真空口从空隙中抽空空气。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述场板装置和支撑衬底之间的紧密接近是实际接触。
15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述场板装置和支撑衬底之间的紧密接近为气体、真空、液体或固体的间隙。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述间隙内的真空、气体、液体或固体具有足够的介电特性，以耦合所需的位移电流以激发所述发光装置结构。
17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述间隙内的气体、液体或固体具有介电特性和有限的电阻率，以耦合所需的偏置电流以激发所述发光装置结构。
18.根据权利要求15所述的设备，其中，所述间隙内的真空、气体、液体或固体具有足够介电特性以耦合所需的位移和DC偏置电流，以激发所述发光装置结构。
19.根据权利要求17所述的设备，其中，间隙材料是去离子水，具有在0.01和18兆欧-厘米之间的电阻率。
20.根据权利要求1所述的设备，其中，所述场板装置的所述第二面为选自二氧化硅、氮化硅或氧化铝的电介质。
21.一种制造光学装置的方法，该方法包括：
提供发光装置结构，所述发光装置结构具有待形成的多个LED装置，设置在支撑衬底上，所述发光装置结构具有能够从表面到达的第一接触层和位于发光装置结构下面的第二接触层；
将场板装置耦接到所述发光装置结构，所述场板装置具有场板支撑、第一面和与所述第一面相对的第二面，所述第二面包括横跨所述场板支撑的导电层，所述第二面被定位为紧密接近所述发光装置结构的第一接触层的至少一部分，使得在所述第二面的表面区域和所述发光装置结构的所述第一接触层之间形成空间间隙；
从电压源生成时变电压波形，以在所述场板装置的所述第二面和所述发光装置结构之间形成电压电位，以将电流注入所述发光装置结构中的每个LED装置，以使得所述发光装置结构以一模式发射光；和
使用耦接到所述发光装置结构的检测器装置捕获从所述发光装置结构得到的以所述模式的所述光的图像。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述检测器装置包括对所述光成像以根据所述支撑衬底的所述发光装置结构上方的位置产生光的可观察模式图。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，检测器装置包括相机。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述时变电压波形是从第一电压电位到第二电压电位的电压斜升，以在测量阶段期间以选定的电流密度正向偏置所述发光装置结构。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述相机在所述时变电压波形上对所述光积分，以产生在所述发光装置结构上产生的总光的空间图。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，使用图像处理装置处理积分的光的空间图以执行以下功能中的一个或多个：信号平均、阈值处理和装箱以得到所述发光装置结构的空间相关功能测试结果。
27.根据权利要求21所述的方法，其中，测量阶段之后的时变电压波形从第二电压电位返回到第一电压电位，被选择以使用所述发光装置结构反向偏置泄漏电流密度，并避免超过潜在的破坏性反向偏置电压。
28.根据权利要求21所述的方法，其中，使用材料去除工艺隔离所述发光装置结构的所述第一接触层，以实现多个能够单独寻址的发光装置。
29.根据权利要求21所述的方法，其中，使用材料去除工艺隔离所述发光装置结构的所述第一接触层和所述第二接触层，以实现多个能够单独寻址的发光装置。
30.根据权利要求21所述的方法，其中，所述场板装置和支撑衬底之间的紧密接近是实际接触。
31.根据权利要求21所述的方法，其中，所述场板装置和支撑衬底之间的紧密接近为气体、真空、液体或固体的间隙。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述间隙内的真空、气体、液体或固体具有足够的介电特性，以耦合所需的位移电流以激发所述发光装置结构。
33.根据权利要求31所述的方法，其中，所述间隙内的气体、液体或固体具有介电特性和有限的电阻率，以耦合所需的偏置电流以激发所述发光装置结构。
34.根据权利要求31所述的方法，其中，所述间隙内的真空、气体、液体或固体具有足够介电特性以耦合所需的位移和DC偏置电流，以激发所述发光装置结构。
35.根据权利要求21所述的方法，还包括选择所述LED装置中的至少一个LED装置，以及封装所述LED装置。
36.根据权利要求21所述的方法，还包括选择所述LED装置中的至少一个LED装置，将所述LED装置释放到构件衬底上。
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