CN110462387A

CN110462387A - 发光二极管(led)测试设备和制造方法

Info

Publication number: CN110462387A
Application number: CN201880019926.1A
Authority: CN
Inventors: 弗兰乔斯·J·亨利
Original assignee: Tesolo Technology Co Ltd
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2019-11-15
Also published as: US10962586B2; US20180259570A1; TW201841278A; WO2018136970A1; JP2020506541A; KR20190112294A; EP3571494A1; EP3571494A4

Abstract

实施例涉及用于制造包含发光二极管(LED)结构的产品的功能性测试方法。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性地测试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发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装置的功能性测试。改变电压条件可以在不同的电流密度水平激发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

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年1月23日提交的美国临时申请第62/449,554号的优先权，该申请出于所有目的共同转让并通过引用并入本文。

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性测试发光二极管(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装置功能性测试中是有用的，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、装箱、装置修复/校正以及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、移动电子显示器以及电视机。与传统光源相比，LED的各种优点可包括提高的效率、更长的寿命、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、蚀刻以及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，可以使用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。可以使用本发明公开的方法来测试的其他可行的LED结构是在塑料、玻璃或其他合适的衬底上制造的有机LED(OLED)装置结构。

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装置进行功能性测试，以用作封装内的LED发光器或显示器内的LED发光器。即使所有装置存在共同的触点(contact)(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的触点，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这成为一项具有挑战性的任务。例如，具有一侧测量为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触点的方法。

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。电介质表面的另一侧形成放置在各个LED触点的平面附近的电容器，并且在场板电极和公共LED触点或第二电容耦合LED触点之间驱动特定电压波形。在优选实施例中，电压斜升(voltage ramp)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，图像捕获和处理可以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，电容场板和其他耦合电容元件必须复位，或以不会通过过度反向偏置电压损坏LED装置的方式复位。适当缓慢的负电压斜升将允许LED装置的最小泄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。然后可以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性测试评估。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或更大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。

该功能性测试方法提供的一个优点是消除了接触被测试的每个可寻址LED装置的高针数探针卡和探针。当使用这样的探针卡时，每个LED装置使用一个或多个针探针被接触，该针探针通过尖锐金属针的压力和横向运动在接触区域上实现电接触。这种工艺几乎总是会产生接触垫划痕，该划痕会降低LED装置的产量和可靠性。使用具有数百甚至数千个探针的探针卡的测试可靠性、制造以及维护成本也令人关注。本发明的一个关键优点是消除探针卡划痕或标记，提高LED装置的产量和可靠性，以及避免使用昂贵且易于发生故障的高针数探针卡。

该功能性测试方法提供的另一个优点是，由于消除了直接电接触，所以能够在LED制造工艺中进行功能性测试。LED装置的洁净室兼容、无划痕的工艺中测试是由于常规测试方法所使用的高密度粒子产生针卡的必要性而难以或不切实际地执行的能力。

该功能性测试方法提供的其他优点是其对小型和大型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发。因此，可以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并且在一些实施例中没有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从数千至数千万数量的每个单独的LED装置是本发明的关键优点。

将本发明中描述的方法描述为电容电流注入(C²I)功能性测试。

附图说明

图1示出了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片电阻(sheet resistance)，以允许在存在相邻短路时进行电流注入功能性测试。

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)和透过LED装置支撑衬底(B)拍摄。

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功能性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示出了紧邻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性测试。

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装置层包含在支撑衬底上的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水间隙介质的配置允许DC偏置和AC脉冲功能性测试。

图17A示出了紧邻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，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示出了紧邻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，该支撑衬底用作电容耦合第二电极的介电层。

图19A示出了垂直LED结构，其顶部表面区域通过顶部电容耦合接近顶部触点，而底部表面区域通过底部电容耦合接近底部触点。

图19B示出了横向MESA型LED结构，其顶部表面区域通过顶部电容耦合接近顶部触点和底部触点两者，而底部表面区域通过底部电容耦合接近底部触点。

图19C示出了横向MESA型LED结构，其具有通向底部触点的小顶部通孔。除了不同的相对电容值外，它在电学上类似于图19B。

图20A示出了使用公共顶部场板电极的电容耦合配置。

图20B示出了使用仅耦合到顶部(阳极)触点的图形化顶部场板电极的电容耦合配置。

图20C示出了使用具有单独的顶部(阳极)和底部(阴极)触点的图形化顶部场板电极的电容耦合配置。

图21示出了在垂直标度上落入Data_n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Data_n的函数。

图22示出了在滚装连续制造工艺中C²I功能性测试方法的应用，其中，传感器与LED结构/膜同步移动。多个传感器组件用于消除测量间隙。

图23示出了在滚装连续制造工艺中C²I功能性测试方法的应用，其中，传感器是固定的，并且放电场板组件用于安全地放电LED结构。

图24A示出了具有空间递减电压的放电场板组件的实施例，作为在测量阶段之后安全地放电LED结构的装置。

图24B示出了具有空间递增的介电厚度的放电场板组件的实施例，作为在测量阶段之后安全地放电LED结构的装置。

具体实施方式

在整个本说明书中并且更具体地在下文中对LED进行进一步说明。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的一些优点可以包括提高的效率和更长的寿命。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，但是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。许多因素对LED装置的发光效率有贡献，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。外部量子效率(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下降。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”或效率的逐渐降低开始。

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和液晶显示器(LCD)背光的高功率LED。在一个应用中，基于半导体的高功率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。基于半导体的高功率LED照明装置通常在LED装置的效率曲线特性的峰值效率右边的电流密度下很好地操作。基于半导体的低功率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。基于半导体的低功率LED照明装置通常在LED装置的效率曲线特性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管芯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，这进而可以允许使用从数百mA到大于1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、智能手机以及笔记本电脑的便携式装置以及计算机监视器和TV显示器多年，然而仅间接地作为液晶显示器(LCD)显示技术的替代白光源。这些被称为“LED”电视机等，但是实际的LED主要是发出背光的基于GaN的白色LED，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操作的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背光形式更高效和可靠，但是该技术仍然不是高能效的。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)方面可以相当有效，但是在该LCD显示技术的其余部分中存在相当大的低效率。第一偏振器将切割一小半非偏振白色背光，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装置。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生成：(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(即用于红色的AlGaAs、GaAsP、AlGaInP、GaP，用于绿色的GaP、AlGaInP、AlGaP和用于蓝色的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。其中之一是在像素允许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性测试。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装置制造工艺和在没有直接电接触的情况下功能性测试LED装置的方式。具体地，本发明的一些实施例可涉及功能性测试高亮度LED、中功率LED、低功率LED以及微型LED装置的方式。

在各种实施例中，参考附图进行描述。然而，某些实施例可以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、尺寸以及工艺等，以便提供对本发明的透彻理解。在其他情况下，没有特别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”的引用是指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……上方”、“到”、“在……之间”和“在……上”可以指一个层相对于其他层的相对位置。“跨越”另一层、“在另一层上方”或在另一层“上”或与另一层“接合”或“接触”的一个层可以与另一层直接接触，或者可以具有一个或多个中间层。在多层“之间”的一个层可以直接与层接触，或者可以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接合到拾取板组件。根据本发明的实施例，C²I功能性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结构被转移并可能接合到不同的衬底上，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称为支撑衬底。如果使用拾取板，则可以使用转移的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，也可以使用第二介电层和可选的电压波形源来实现共同接触。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。另外，支撑衬底可以是柔性板，诸如塑料膜，并且C²I可以用于测试单个板上的装置结构或者作为滚装制造工艺(例如，在有机LED或OLED制造工艺中)的一部分。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描述为(C²I)功能性测试设备的一部分的衬底。

尽管本发明的实施例描述了单个LED装置结构和非单个LED装置结构，但是可以存在诸如有源矩阵寻址电路和支撑电子产品的附加电子产品。应用可测试性方法的设计和利用C²I功能性测试方法的一般能力，可以成功地测试复杂的互连LED结构。为了本发明的目的，LED结构的具体描述应仅作为示例，并且测试方法应理解为通常适用于测试具有或不具有集成寻址和其他支撑电子产品的单个、非单个、横向以及垂直LED结构。

取决于本发明的具体实施例和在制造工艺中进行C²I功能性测试的点，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、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的沉积层。该LED结构被简化，并且为了简单起见，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)和作为阴极的穿透层100(或触点105)接触。在一些LED结构中，n层和p层也可以是接触层，并且因此除非另外特别说明，否则可以为本发明的目的互换地命名。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，小的泄漏电流流过装置。

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。参考图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、质量以及颜色，可以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，诸如蓝宝石和碳化硅(SiC)也是可行的。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以及上触点204(在该实例中为p型或阳极)。

图2的LED衬底包含多个非单个LED结构。可以使用诸如蚀刻、光刻、钝化以及沉积的工艺步骤在LED制造顺序内进行所需尺寸和功能的各个LED装置的隔离。参考图3A和图3B，可使用诸如蚀刻的工艺在驻留在支撑衬底301上的同时将所需的LED装置隔离，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，诸如方形装置，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没有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。然后可以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，顶部触点305可以是透明电极，诸如氧化铟锡(ITO)。其他结构也是可行的，诸如底部发射结构。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，诸如金属层。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，也可以测量来自LED的间接散射或反射的光。当然，可以有其他变化、修改以及替代方案。

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(诸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，仍然可以实现功能性测试。使用电压源406接触表面上的点将产生通过顶部触点405、p层404、有源层403、n层403到公共触点402的电流。对相邻短路408的相对高的电阻可以允许发光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个LED层测试。在LED制造工艺的早期阶段，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片电阻率的函数。

因此需要注入电流以便可以以支持大规模制造的方式激发诸如图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、电极以及介电层。参考图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，可以有其他变化、修改以及替代方案。

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＝ε_o×ε_r/t_d (1)

其中，

C’_FP是场板每单位面积的电容(F/cm²)

ε_o是真空介电常数(8.854×10^-14F/cm)

ε_r是介电层的相对介电常数(无量纲)

t_d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、电阻率以及光透射率。对于电容耦合配置，易于沉积的电介质，诸如二氧化硅、氮化硅以及氧化铝(Al₂O₃)是特别受关注的。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，场板电压现在可以通过间隙介质直接耦合到LED装置。当然，可以有其他变化、修改以及替代方案。

再次参考图5A，场板501将被充分靠近LED支撑结构505放置，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，但是电压源可以可选地连接到底部，或者可以连接两个电压源，一个电压源连接到触点503和507中的每一个。对于所有电压源配置，有效的LED装置驱动电压将是触点503和507之间的电压差。对于本发明，术语“紧邻”是指场板介电层504的开口面放置在足够靠近LED结构接触表面508的开口面，以允许电压源503到顶部LED电极表面508之间的期望的电耦合。在图5A中，该间隙显示为509，并且可以是最小的，具有很小的有限间隙或没有间隙。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。对于具有相对厚的介电层504和电压源503上的较高电压电平的顶板501，有限间隙509可以允许非接触测试而不会显着降低耦合效率(C_EFF’～C_FP’)。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制成的结构的电学模拟在图5B中示出。电压源510(图5A中的503)连接到有效电容器C_EFF 511，有效电容器C_EFF 511连接到具有顶部表面面积A_EFF的LED装置512。电压变化将电流I_LED施加到LED装置512上。对于该实例，假设具有公共底部触点的LED装置隔离。有效电容C_EFF仅是具有间隙509的电容的场板介电层的串联电容，两者的面积为A_EFF：

C’_gap＝ε_o×ε_r/t_gap (2)

其中，

C’_gap是间隙的每单位面积的电容(F/cm²)

ε_o是真空介电常数(8.854×10^-14F/cm)

ε_r是间隙介质的相对介电常数(无量纲)

t_gap是间隙厚度(cm)

以及

C_EFF＝A_EFF×(C’_FP×C’_gap)/(C’_FP+C’_gap) (3)

C’_EFF＝(C’_FP×C’_gap)/(C’_FP+C’_gap) (4)

其中，

C_EFF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)

A_EFF是有效的LED装置面积(cm²)

对于本说明书的其余部分，将假设间隙509为零，并且因此C’_EFF将等于C’_FP。

电流I_LED 513和电流密度J_LED容易计算为：

I_LED＝C_EFF×dV/dt (5)

J_LED＝C’_EFF×dV/dt (6)

其中，dV/dt是电压源510和图5A中的公共电极507(或图5B中的阴极触点)之间的电压变化率。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，阴极到阳极的注入是可行的。

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2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之前假设所有点处为零电压。

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I_LED注入到面积为A_EFF的LED中，并且根据等式6将相应的电流密度J_LED注入。在时间t₁，电压保持该电压V₁直到时间t₂。从时间t₂到t₃，使用负斜升dV/dt|₂将电压降回零电压状态。在时间t₃，然后可以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I_LED波形。在阶段I期间，根据等式(5)，接近恒定的I_LED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，I_LED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，可以使用集成相机捕获来自一个或多个LED装置的光。图像处理可以生成与位于相机视野内的特定LED装置成比例的值。该值进而将与在阶段I上集成的光能成比例。因此，期望启动图像传感器，对从稍微在t₀之前的点到稍微在t₁之后的结束点之间的时间段积分。这将确保相机积分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，其可以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以及介电层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上方以执行功能性测试。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η_EXT或P_opt＝ηEXT×P_elec流过LED的电功率相关。参数η_EXT又对电流密度和其他装置特性(诸如光提取效率)非常敏感。因此，LED装置的光功率与电功率相关：

P_opt＝η_EXT×P_elec＝η_EXT×I_LED×V_F＝η_EXT×C_EFF×dV/dt×V_F (7)

其中，

P_opt＝LED光功率(W)

η_EXT＝LED外部量子效率

V_F＝LED正向压降(V)

在一段时间内Δt＝t₁-t₀(阶段I)：

E_opt＝η_EXT×C_EFF×dV/dt×V_F×Δt (8)

其中，

E_opt＝阶段1期间发出的LED光能(J)

根据等式8，积分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E_opt作为斜升值的函数绘制到V₁，可以生成作为J_LED的函数的光能(与η_EXT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，并使用反向偏置泄漏电流对C_EFF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。可以根据要测试的LED的类型和设计来选择这样的范围。仅作为实例，可以使用应用物理学快报99,253506(2011)中Q.Shan等人的题为“Transport mechanism analysisof the reverse leakage current in GaInN light-emitting diodes”的文章来估计GaInN LED的反向偏置泄漏电流密度。图2示出了室温下1mm² LED装置的约为1.5×10^-7A的-5V反向偏置泄漏电流。这相当于15μA/cm²。该反向偏置泄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。

合适的积分相机必须满足以下标准：

a.像素灵敏度和动态范围(允许在所关注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积分)。

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以及约7e-的时间暗噪声。单独使用或以可使用n×m个相机同时测量更大的场板面积的矩阵布置使用，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(ε_r＝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，并且可以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：

E_opt＝η_EXT×C_EFF×ΔV×V_F (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0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之前的10至50μs)并且稍微在阶段I结束之后打开相机快门(例如，在t₁之后的10至50μs)。除了确保阶段I的LED光脉冲完全集成在相机快门时间窗口内之外，还应避免过度集成时间，因为这将倾向于增加相机的本底噪声。可以选择阶段II，以便在积分快门关闭时结束。

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/cm²的目标泄漏电流密度(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。

使用以足够短的波长照射LED装置区域以激发LED装置结内的载流子的外部光源，可以实现更快的恢复速率。增强的光电流泄漏将允许更快的阶段III恢复，而不会产生高反向偏置条件。

为了估计利用该测量方法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.V_F约3V

c.E_opt＝170nJ/cm²(η_EXT～10％)

在每个光子约3eV时，在阶段I期间发射约3.5×10¹¹光子/cm²。可在相机内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(假设传感器到场板为1：1放大率和100％收集效率)。在此放大率下，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，则可以选择较低的V₁电压。

使用0.5X收集透镜(型号#62-911TECHSPEC^TM大尺寸格式远心透镜，由美国新泽西州巴林顿的Edmund Optics制造)作为示例，将大约21mm×16mm的LED衬底区域成像到图像传感器上，尽管可能有变化。工作距离为175mm，入口孔径约为90mm，与4πsr相比，产生的收集效率约为1.7％。收集的预期光电子为2.3×10¹¹光电子/cm²×(5.86μm×2)²×0.017＝5.3ke^-/像素。这完全在传感器的动态范围内，并且如果需要，信号平均或增加V₁可以进一步改善信号质量。当然，可以有其他变化、修改以及替代方案。

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的函数。对于在一侧测量为250μm的较大LED装置，需要较小的放大率。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960×600个LED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可以降低到低于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，则可以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960×600个LED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以将测试时间减少到不到1分钟甚至几秒钟。例如，每秒16帧的捕获速率将允许在大约25秒内对完整的6”衬底进行功能性测试。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以使用真空附接到支撑衬底以制造适合于功能性测试的组件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(compliant vacuum seal)903放置在外围区域外部上，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抽空在板之间的空间中的空气。板在高达大气压力下被压在一起以均匀的方式使间隙最小化，从而优化有效场板耦合电容C_EFF。支撑衬底交换机构可以通过在真空和通风条件之间循环端口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。填充和抽空端口可以在间隙内提供合适的液体耦合介质，而不是真空。当然，可以有其他变化、修改以及替代方案。

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，可以有其他变化、修改以及替代方案。

在图11至图14中示出了显示主要阶段1和主要阶段3波形的测量序列的电模拟。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 C_EFF，15pA反向泄漏电流

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，能够支持约10pA的反向泄漏电流

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C_EFF＝1.15fF的电路图。将该发生器编程为在60μs内从0上升至+500V，然后在60ms内从+500V向下降低至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之前的10μs打开，并且在阶段I之后的10μs关闭。

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)以及来自电压源V3(图12D)的相机快门控制信号的阶段I波形。参考图12D，相机积分器快门在电压开始之前的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示出了在阶段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C_EFF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示出了显示4个测量序列的较长时间轴(200ms)。

直接公共触点还允许DC偏置和功能性测试配置。图15示出了一个实施例，其中，LED装置可以仅以DC模式或者与时变AC模式组合偏置。参考图15A，场板1501包括场板支撑(顶部)、电极层1502，电极层1502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的且仅需要可选的“泄漏”介电层1504。当然，可以存在其他变型、修改以及替代方案。

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＝ε_o×ε_r/t_d (10)

其中，

C’_FP是场板每单位面积的电容(F/cm²)

ε_o是真空介电常数(8.854×10^-14F/cm)

ε_r是介电层的相对介电常数(无量纲)

t_d是介电层厚度(cm)

电介质的电阻率为ρ_d，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ε_o×ε_r×ρ_d。有效电阻可以按下式计算：

R’_FP＝ρ_d×t_d(Ω-cm²) (11)

其中，

R’_FP是场板单位面积的电阻(Ω-cm²)

ρ_d是场板介电层的电阻率(Ω-cm)

t_d是介电层厚度(cm)

在一个实例中，泄漏介电层通常可以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的层。II型DI(去离子)水符合这些标准，其中，介电常数为81，电阻率为1MΩ-cm，以及击穿场强超过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略微导电，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，但是电压源可以替代地连接到触点1502或1506。对于所有的电压源配置，有效LED装置驱动电压将是触点1503和1507之间的电压差。对于这种配置，场板介电层1504的开口面或电极触点1502放置在足够靠近LED结构接触表面1508的开口面处，以允许电压源1503与顶部LED电极表面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制成的结构的电学模拟在图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部表面面积A_EFF的每个LED装置1512，这两个有效电容器的一个代表可选的“泄漏”场板电介质1504(C_FP 1511)，而一个代表间隙电介质1509(C_GAP1513)。每个电容器由代表通过场板电介质R_FP 1514和间隙介质R_GAP 1515的泄漏路径的电阻器分流。连接到底部公共触点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I_LED 1517施加到LED装置1512上。有效电容C_EFF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A_EFF：

C’_gap＝ε_o×ε_r/t_gap (12)

其中，

C’_gap是间隙每单位面积的电容(F/cm²)

ε_o是真空介电常数(8.854×10^-14F/cm)

ε_r是间隙介质的相对介电常数(无量纲)

t_gap是间隙厚度(cm)

并且

C_EFF＝A_EFF×(C’_FP×C’gap)/(C’_FP+C’_gap) (13)

C’_EFF＝(C’_FP×C’_gap)/(C’_FP+C’_gap) (14)

其中，

C_EFF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)

A_EFF是有效LED装置面积(cm²)

间隙介质分流电阻计算如下：

R’_GAP＝ρ_gap×t_gap(Ω-cm²) (15)

其中，

R’_GAP是间隙介质单位面积的电阻(Ω-cm²)

ρ_gap是间隙层的电阻率(Ω-cm)

t_gap是间隙层厚度(cm)

并且，有效分流电阻器计算如下：

R_EFF＝(R’_FP+R’_GAP)/A_EFF (16)

其中，

R_EFF是有效耦合分流电阻(Ω)

这里使用图16的结构解释DC注入功能性测试图形的实例。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R_L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C_C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的高的相对介电常数。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V_pos来设置DC偏置，以通过负载电阻器R_L1608、场板触点1609、间隙介质1606、通过LED装置使LED装置偏置到底部触点1604。为实现10mA/cm²的DC偏置点，50mA的总电流必须流过R_L。如果选择R_L为100kΩ以允许AC脉冲的有效耦合通过耦合电容器C_C 1610，则需要大约5kV的正偏置V_pos。通过DI水的电压降约为25V，而LED需要2.5-3.5V就能开启。注意，通过改变偏置电平，可以测量输出光电平与DC电流密度偏置的关系。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。

脉冲信号响应可以经由脉冲源1611通过耦合电容器1610来组合。假设C_L为1nF，快速脉冲可以在R_L×C_C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以转移到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，则必须为每个LED装置递送约为3pC的总电荷或为测试区域递送2.4μC。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2400V。这样，DC偏置和AC脉冲功能性测试都可以由具有底部公共触点的LED装置衬底进行。当然，可以存在其他偏置和脉冲配置、变化、修改以及替代方案。

尽管已经利用LED装置下存在的共同触点描述了本发明，但是注入电流的其他配置也是可行的。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。在最低的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C_EFF2。可以使得到的电路等效地操作并且有效地执行C²I功能性测试。例如，假设支撑衬底介电层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(对于源1706为0至-500V，而对于源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功能性测试也可以应用于图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、玻璃或塑料支撑衬底可以用作图17A中的电介质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。尽管没有具体示出，但是在电极1803和支撑衬底1801之间可以存在间隙，如果需要，允许支撑衬底的背面的非接触操作。尽管没有具体示出，但是也可以在电极1803和支撑衬底1801之间插入附加电介质。间隙(和可选的电介质覆盖电极1803)将以类似于顶部场板到装置间隙509使用等式2至等式4修改C_EFF和C_EFF’的方式修改C_EFF2。具有介电层1805和连接到第二电压源1807的电极1806的场板1804完成C²I功能性测试电路。在该实施例中示出了放置在场板1804上方的相机1808。除了由于支撑衬底的厚度，值C_EFF2可能显著更小之外，等效电路将类似于图17B。例如，由厚度为500μm的蓝宝石(ε_r约为10)制成的支撑衬底，C’_EFF2将约为18pF/cm²，比C_EFF1小约65倍。V₁的更快的电压斜升和/或更大的电压值可以补偿耦合效率的这种损失。例如，场板电压源1807可以从0驱动到+500V，而支撑衬底电压源1804可以从0驱动到-32.5kV(-500V×65＝-32.5kV)。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功能性测试而在LED装置支撑衬底内没有掩埋触点。可以使用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)和型号为HTS-361-200-FI(36kV，最大电流为2000A)，来自BelkeElectronic GMBH(克朗伯格，德国)。可编程波形整形电路可以将快速电压变化减慢到满足所需C²I功能性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，安全地在市售高压开关的正常工作规范内。对于HTS-361-200-FI 2000A的可用开关，可以执行高达11A/cm²的电流密度C²I测量。当然，可以有其他变化、修改以及替代方案。

图19A至图19C示出了电容性电流注入变体，其可以包括多达3个电压源以对LED结构1900供能。图19A示出了垂直LED结构，其中，顶部LED结构区域对应于顶部电极(阳极)，以及底部LED结构区域对应于底部电极(阴极)。因此，C_top-a等于C_EFF1，并且C_bot等于图15B的C_EFF2。诸如LED装置1901的横向LED结构具有蚀刻的小的顶部区域以暴露n层1902(阴极)，而区域的平衡包含有源层、顶部p层以及p层触点1903(阳极)。图19B示出了简化的横截面，其中，顶部阳极触点可通过有效电容C_top-b接近，而阴极接触区域1902可通过有效电容C_bot-b接近。阴极区域也可经由电容C_bot和底部电极1905通过支撑衬底1904接近。如果LED装置具有与图19A中的装置相等的总顶部表面积，则C_top-b+C_bot-b将等于C_top-a，并且每个电容值将与其表面积成比例。例如，如果顶部阳极面积是总面积的75％(并且顶部阴极面积是总面积的25％)，则C_top-b＝0.75×C_top-a，以及C_bot-b＝0.25×C_top-a。由于未修改总底部面积，所以C_bot没有变化，然而，由于MESA蚀刻接触方法，有源面积较小(在该实例中为75％)。有效电流密度注入值的计算将需要有效面积与总面积比的校正。

图19C示出了使用通孔触点的较小的顶部阴极触点。除了电容和有效面积与总面积的比值不同外，该变体类似于图19B。

使用图19B的横向LED MESA结构作为实例LED结构，图20A至图20C示出了具有三个单独的LED装置2001的三种可能的接触选项的测试组件2000，该测试组件2000使用在具有底部电极2004的支撑衬底2003上的装置的顶上的顶部场板2002。注意，电极2004可以是包括上覆的电介质的电极组件，并且可以放置在支撑衬底2003附近。C_bot将被修改为包括这样的附加介电层和间隙。

图20A示出了顶部场板电极2005，该顶部场板电极2005覆盖整个LED装置并且以电压斜升驱动到电压V₁。底部电极2004通过负电压斜升驱动到电压V₂。假设使用根据图6A的阶段I的正斜升来驱动顶部场板电极2005，而假设通过负斜升来驱动底部电极2004，其中，V₂通过电容适当地缩放，如下面进一步说明。图20B示出了仅存在阳极电极2006并且通过电容C_t-b将电流注入LED装置的图形化场板电极。由于在顶部阴极接触区域上方没有电极，所以假设顶部阴极电容可以忽略不计。图20C示出了图形化场板电极结构，其中，顶部阳极触点使用到电压V₁的正斜升电容地耦合到场板电极2007，并且顶部阴极触点使用到电压V₃的负斜升电容地耦合到场板电极2008。

除非另有说明，否则假设装置中的净电荷累积为零(阳极电荷输入＝阴极电荷输出)，并且电压斜升周期相等。将这些偏置条件应用于图20A至图20C的阶段I的结构，各种关系如下：

1.图20A(横向LED装置，连续场板)

注入电流＝C_t-a×dV₁/dt

V₂＝–V₁×(C_t-a+C_b-a)/C_bot

2.图20B(横向LED装置，仅阳极上的场板电极)

注入电流＝C_t-b×dV₁/dt

V₂＝–V₁×C_t-b/C_bot

3.图20C(横向LED装置，阳极和阴极上的独立场板电极)

注入电流＝C_t-c×dV₁/dt

V₁×C_t-c＝–V₂×C_bot–V₃×C_b-c

对于所有三种结构，J_LED＝注入电流/有效面积，其中，有效面积是装置接触的MQW结构的面积。

仅作为说明在横向装置结构上使用C²I测量的实例，假设图20A至图20C的LED结构具有以下通用参数和光收集配置：

a.25μm×50μm装置尺寸

b.横向LED装置的75％(阳极面积和有源面积)和25％(阴极)的分割面积

c.目标J_LED＝0.01A/cm²

d.蓝宝石支撑衬底厚度为1mm(ε_r＝10)

e.阶段I电压斜升时间为25μs

f.场板介电质：2μm氮化硅(ε_r＝7.5)

g.C_t-a＝C_t-b＝C_t-c＝31fF

h.C_b-a＝C_b-c＝10.3fF

i.C_bot＝0.11fF

j注入电流＝93.7nA

k.E_opt＝75nJ/cm²

l.光子/LED装置发射约1.5×10⁶个光子

m.每个LED装置检测到的光电子(65％量子效率，90mm透镜孔径，175mm工作距离)每个C²I测量周期约16,000个光电子

图20A实例1：

a.V₁＝+75V

b.V₂＝–28.2kV

图20A实例2(顶部场板接地条件)：

a.V₁＝0V

b.V₂＝–28.275kV

图20B实例1：

a.V₁＝+75V

b.V₂＝–21.3kV

图20B实例2(顶部场板接地条件)：

a.V₁＝0V

b.V₂＝–21.375kV

图20C实例1：

a.V₁＝+75V

b.V₃＝–75V，V₂＝–14.1kV

图20C实例2：

a.V₁＝+75V

b.V₃＝–226V，V₂＝0V

尽管当使用图20A实例2时将发生一些共模充电，并且可能需要更高的底部电极电压V₂，但是该实施例对于大多数横向LED结构仅需要接地的、非图形化的场板可以是特别有用的。

在又一个实施例中，顶部场板可以具有更厚的电介质并且需要更高的电压V₁。这可以具有减小顶部装置结构拓扑效应、便于非接触测试以及从轻微介电缺陷(诸如刮痕等)改善顶部场板的稳健性的优点。例如，对于图20A配置，200μm石英场板电介质(先前实例中的元件(f))和10um气隙将需要以下电压：

a.V₁＝+17.4kV

b.V₂＝–28.5kV

选择这些电压是为了避免净电荷转移到装置，基本上使LED装置结构接近地电位。重要的是要认识到，如果电场强度足够高，气隙将会击穿并被电离。根据空气在标准压力和温度下的Paschen定律，10μm的气隙将在约350V时击穿，而上面的实例假设在整个气隙中可以保持超过2.8kV。相反，在本实例中，对于超过约+2.2kV的V₁电压，气隙将被电离，并降低整个气隙的电压降。因此，假设电离气隙上没有电压降，则所需的V₁将更接近+14.5kV。当然，其他电压波形和值可以实现所需的电流注入条件。当然，可以有其他变化、修改以及替代方案。

当使用如图20B至图20C中的图形化场板电极图形时，每个横向装置结构都需要特定的电极图形，并且顶部场板介电厚度必须小于或与装置间距相同的数量级，以避免过度的电场交叉耦合。此外，在场板2002和支撑衬底之间图形化顶部场板的精确位置配准对于最大化耦合效率和最小化寄生电容(例如在电极2007和n层阴极接触区域之间)是重要的。在装置尺寸的+/–5％内的电极和LED结构之间的位置配准被认为足以允许有效耦合和可再现的C²I测量。对于多个电极结构，诸如图20C，配准对于避免损坏测试的装置也很重要。例如，将场板错配到装置结构可以通过注入大量的反向偏置电压来抵消电流注入或者甚至损坏LED装置。

某些图像处理方法可用于提高对应于测量中的每个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。可以使用相机放大率、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装置质心位置与相机传感器上的其相应质心位置的对应关系。因此，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(0<x<1920，0<y<1200)内的浮点数。一旦形成了该质心矩阵，则使用加权函数的图像处理方法可以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。图像处理系统可以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。

虽然上面描述了C²I数据图像捕获以产生输出LED装置(i，j)数据点的关键步骤，但是也可以应用偏移和缩放/归一化操作。例如，在没有电压波形的情况下捕获的“暗”图像将在当前图像采集参数下测量每个相机像素的暗信号。这些暗图像可以与每个C²I数据捕获一起获取，作为偏移和漂移消除的一种形式。可以从图像数据中减去基准或者在使用上述质心加权函数处理数据和基准两者之后，产生偏移校正LED装置(i，j)数据矩阵。缩放和归一化操作也是可行的。

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装置功能性的结果。该功能性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Data_n(i，j)＝Value_n(其中，n是大于或等于1的整数)。例如，每个被测试的LED的多个独立的Data_n(i，j)值可以是使用具有不同的阶段I电压斜升值取得的n个测量序列来测量的不同电流密度值下的光输出值。每个Data_n(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是被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，就可以应用阈值或一组测试标准来形成功能的确定，可能为每个被测量的LED添加0或1(0＝坏装置，1＝好装置)的Data_n(i，j)值。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符合/未符合标准的多个阈值和其他标准也可用于功能性测试、修复策略以及过程产量分析(原因和校正)。仅作为实例，可以将多个阈值应用于LED装置Data_n(i，j)数据以生成每个LED装置的箱号标签以匹配LED的功能并且根据标准或一组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极其不同功能特性的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以表示过程偏移。图21示出了多个LED装置的直方图2100，其在垂直标度上落在Data_n值(称为通道或箱)的小范围内，作为水平标度中的Data_n的函数。大多数LED装置落在功能上可接受的范围2101内，而低于阈值2102或高于阈值2103的LED装置被认为是不合格的。LED装置入箱功能的宽度2104可以用于产量和工艺控制。落入类似箱2105范围内的LED装置可稍后聚集并用于它们的类似功能性测试结果以改善显示均匀性。

如果根据本发明的功能性测试设备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，可以有其他变化、修改以及替代方案。

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装置的衬底的功能性测试。测试设备成本、复杂性、目标LED装置尺寸以及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。通过降低有效接触薄片电阻率或在测试之前附着较低电阻率层，可以减轻这些影响。最后，大的场板将需要功率以便以测量重复率对场板电容C_FP充电和放电，并且可以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C_FP。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，即使具有完整的6”场板配置，也会产生小且可管理的测试功率水平。

在诸如OLED制造线的滚装膜环境中应用C²I方法可能需要附加元件，诸如机械平台和多个传感器组件。例如，通过简单地以与薄膜相同的速度移动测试组件，可以实现在滚装连续薄膜环境中在薄膜的每一侧上使用场板进行C²I测试。图22示出了具有C²I测试2200的滚装，其中，C²I测量组件2201和C²I测量组件2202使用运动2203和运动2204移动，以沿着薄膜向右移动，以便在测试期间相对于薄膜静止(测量和放电阶段)。滚装制造工艺由进料辊2205组成，进料辊2205具有支撑待测试LED结构2207的薄膜2206。薄膜以速度2209移动到卷绕辊2208。该图示出了完全非接触测量配置，其中，顶部场板2210和底部场板2211紧邻薄膜2206放置。顶部场板2210由电极2212、电介质2213以及间隙2214组成。底部场板2211包括至少一个电极2215和可选的电介质2216以及LED结构和支撑衬底/膜下方的间隙2217。相机或相机阵列2218和2219完成C²I系统。仅作为示例，如果总测试时间(通过放电阶段的测量)为60ms并且薄膜以1m/s前进，则在返回以启动另一个循环之前测量场板组件必须与薄膜一起移动60mm的距离。为了避免由将测量系统移回其起始位置的有限时间引起的测量间隙，使用第二C²I系统2202来重叠并覆盖测试区域。场板2210和场板2211的宽度也应该是大约60mm，以最小化间隙并最大化C²I测量系统之间的重叠。当然，对于在连续制造工艺中移动场板的实施例，可以有其他变型、修改以及替代方案。

C²I系统在滚装制造工艺中静止的实施例可以是期望的。图23示出了支撑薄膜制造工艺2300上的类似的滚装LED结构，其中，辊2301和辊2302滚动以使薄膜2303以速度2304移动。固定的C²I系统2305，其包括相机2306以及使用根据本发明的测量和放电相位波形通电的顶部场板2307和底部场板2308。在该实例中，假设测量阶段与薄膜速度2304相比较短，因此在测量阶段期间发生有限的模糊。作为一个实例，当薄膜传输速度为500mm/s时，25μs测量阶段将仅使图像模糊12.5μm。这种有限的图像涂片将是可接受的，并且不太可能对总光电计数测量产生不利影响。由于C²I系统是静止的(并且假设场板宽度是测试和放电时间乘以薄膜速度)，所以在场板左侧内侧的薄膜将经历完整的测试和放电循环，因为它将在放电循环结束时从右侧退出。然而，对于其他薄膜区域，薄膜将在放电阶段完成之前离开场板区域。这种从电场区域突然的退出可能损坏LED装置。因此，需要二次板系统来安全地放电由固定的C²I系统2305测试的每个区域。由特殊场板2310和特殊场板2311组成的该附加放电板系统2309将LED装置结构和薄膜2303的电场强度复位到已知状态，以便以可重复和均匀的方式安全地放电薄膜。在以下实例中，假设初始介电厚度和其他板参数等于C²I系统场板和工作偏置条件。诸如电压偏置、板介电厚度以及交互宽度的其他参数组合可以执行放电阶段。

在放电状态期间，存储在场板、间隙、LED结构以及支撑衬底内的电荷密度Q'(库仑/cm²)必须以将LED反向偏置电平限制为安全值的方式放电。假设恒定的反向偏置泄漏电流密度为-I_L'。图24A至图24B示出了放电板系统的两个实施例2400和2401。当薄膜2402在位置2403处进入右侧放电板组件时，充电状态通过施加到放电板组件的至少最左侧区域的电压电位V₁和V₂而升高。选择这些电压作为在测量阶段分别到顶板和底板的全电压。在该状态下，电荷密度与电压V₁和电压V₂相关如下：

Q'＝C'_EFF×V (17)

Q'＝放电板组件中的总初始电荷密度(库仑/cm²)

C'_EFF＝测量系统单位面积的有效电容(F/cm²)

V＝V₁+V₂，最大测试电压(假设V₁与V₂极性相反)

在恒定放电速率(dQ′/dt＝–I_L′)下：

–I_L′＝C'_EFF×dV/dt+V×dC'_EFF/dt (18)

如果上述等式18的时间导数又与薄膜速度相关，则在满足等式18的放电板组件的宽度上dV/dt或dC'_EFF/dt的空间变化将使LED结构安全地放电。图24A示出了放电板组件2400中使用从顶部场板上的V₁到0和底部场板上的V₂到0的线性递减电压的安全放电。选择放电板的宽度以在薄膜速度下满足方程18。

如果顶部和底部放电场板的介电厚度替代地以空间方式在放电板的宽度上增加，以满足等式18的第二项，则LED结构的安全放电也将发生。图24B示出了在放电板组件2401的宽度上使用常数V₁和常数V₂的第二实施例。可选地，也可以使用图24A和图24B中描述的实施例的组合来产生期望的放电阶段。当然，对于在连续制造工艺中具有固定场板的实施例，可以有其他变化、修改以及替代方案。

虽然以上是具体实施例的完整描述，但是可以使用各种修改、替代构造以及等同物。尽管已经使用所选择的步骤序列描述了上述内容，但是可以使用所描述的步骤以及其他步骤的任何元素的任何组合。另外，取决于实施例，可以组合和/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，但是可以使用C²I方法对包含光子发射装置的任何平面或曲面进行功能性测试。例如，可以使用本发明测试垂直腔面发射激光器(VCSEL)、有机LED(OLED)、硅光子装置以及其他表面发射装置。另外，在另一个实例中，也可以使用II-VI半导体材料和相关装置。在实例中，LED或其他装置可以具有各种应用，诸如普通或专用照明、显示器、无论是大面板、移动装置还是投影仪、化学处理、车辆照明、医疗等。在实例中，该方法还可以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。构件衬底可以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。在装置被封装后，可以在各种应用的一个中进行配置。当然，可以有其他变化、修改以及替代方案。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

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，所述支撑衬底具有能够从表面接近的第一接触层和包括在所述发光装置结构上的第二接触层，所述发光装置结构选自垂直发光装置结构或横向发光装置结构，所述设备包括：

场板装置，所述场板装置具有第一面和与所述第一面相对的第二面，所述第二面包括导电层和上覆的介电层，所述介电层位于紧邻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，所述电压源能够生成时变电压波形，所述电压源具有第一端子和第二端子，所述第一端子具有耦接到所述场板装置的所述导电层的第一电位，所述第二端子处于第二电位，所述电压源能够向所述发光装置结构注入电容耦合电流，以使所述发光装置结构的至少一部分以一模式发射电磁辐射；以及

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电磁辐射的图像。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二端子电耦接到所述支撑衬底的背面，所述第二电位处于接地电位或相对于接地电位处于负电位或正电位以产生所述时变电压波形。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一端子电连接到所述场板装置的所述导电层，并且处于接地电位或相对于所述接地电位处于负电位或正电位以产生所述第一电位。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，包括所述介电层的所述场板装置的所述第二面位于所述第一接触层的部分上并与所述部分接触。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，包括所述介电层的所述场板装置的所述第二面被定位为紧邻所述第一接触层的所述部分，以在所述第二面和所述第一接触层的所述部分之间形成空间间隙。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述横向发光装置结构包括所述第一接触层和所述第二接触层，所述第一接触层和所述第二接触层在所述横向发光装置结构的至少一个面上能够被电接触。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述图像源自发光二极管结构的发射表面的光输出，所述发光二极管结构的发射表面的光输出是由施加电容耦合的时变电压波形产生的。

8.根据权利要求3所述的设备，其中，所述导电层被图形化，并且包括在所述第一接触层附近的第一部分和在所述第二接触层附近的第二部分，所述第一部分与所述第二部分在电分离和物理上分离，所述第一部分连接到所述电压源的所述第一端子，并且所述第二部分连接到另一电压源或接地电位。

9.根据权利要求3所述的设备，其中，所述导电层包括在所述第一接触层附近的第一部分并且在所述第二接触层附近不存在导电层。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述垂直发光装置结构包括所述第一接触层和位于所述发光装置结构下方的所述第二接触层。

11.根据权利要求1所述的设备，还包括耦接到所述检测器装置以用于聚焦设置在所述检测器装置上的电磁辐射的透镜。

12.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电磁辐射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所述电磁辐射的能观察的模式图。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测器装置包括相机；并且所述设备还包括使用电触点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。

14.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。

15.根据权利要求13所述的设备，其中，所述相机将所述电磁辐射在所述时变电压波形上积分，以产生在所述发光装置结构上产生的总电磁辐射的空间图。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，使用图像处理装置处理积分的电磁辐射的空间图，以执行以下功能中的一个或多个：信号平均、阈值化以及装箱以得到所述发光装置结构的空间相关功能性测试结果。

17.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，以实现多个能单独寻址的发光装置。

18.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，以实现多个能单独寻址的发光装置。

19.根据权利要求14所述的设备，其中，所述测量阶段之后的所述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，所述第一电压电位被选择以使用发光装置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。

20.根据权利要求13所述的设备，其中，所述相机是多个相机中的一个相机，每个相机被定位为对所述发光装置结构的单独区域成像。

21.根据权利要求13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。

22.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性测试，而无需对所述场板装置进行步进和重复索引。

23.根据权利要求1所述的设备，其中，使用靠近所述场板周边的密封件将所述场板放置在紧邻所述支撑衬底的位置，并使用真空端口从空隙中抽空空气。

24.根据权利要求1所述的设备，其中，所述场板和支撑衬底装置之间的紧邻是实际接触。

25.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装置之间的紧邻的特征在于，包括气体、真空、液体或固体中的一种或多种的小间隙，所述小间隙不大于要由所述发光二极管结构形成的LED装置的横向距离的5倍。

26.一种制造光学装置的方法，所述方法包括：

设置发光二极管结构，所述发光二极管结构具有待形成的多个LED装置，设置在支撑衬底上，所述支撑衬底具有能够从表面接近的第一接触层和设置在发光装置结构上的第二接触层，所述发光二极管结构是垂直发光二极管结构或横向发光二极管结构；

将场板装置耦接到所述发光二极管结构，所述场板装置具有第一面和与所述第一面相对的第二面，所述第二面包括导电层和上覆的介电层，所述介电层位于紧邻所述发光装置结构的第一接触层的至少一部分，使得在所述介电层的表面区域和所述发光装置结构的第一面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介电层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至少多个LED装置，以使得所述发光装置结构以一模式发射电磁辐射；以及

使用耦接到所述发光装置结构的检测器装置捕获源自所述发光装置结构的以所述模式的所述电磁辐射的图像。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述检测器装置包括对所述电磁辐射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所述电磁辐射的能观察的模式图。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述检测器装置包括相机。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述场板装置是透射性的，并且所述相机被安装为对所述发光装置结构成像，以收集通过所述场板装置的电磁辐射。

30.根据权利要求28所述的方法，其中，所述支撑衬底是透射性的，并且所述相机被安装为对所述发光装置结构成像，以收集通过所述支撑衬底的电磁辐射。

31.根据权利要求26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。

32.根据权利要求28所述的设备，其中，所述相机将所述电磁辐射在所述时变电压波形上积分，以产生在所述发光装置结构上产生的总电磁辐射的空间图。

33.根据权利要求32所述的设备，其中，使用图像处理装置处理积分的电磁辐射的空间图以执行以下功能中的一个或多个：信号平均、阈值化以及装箱以得到所述发光装置结构的空间相关功能性测试结果。

34.根据权利要求26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选择的第一电压电位，所述第一电压电位被选择以使用发光装置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。

35.根据权利要求26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，以实现多个能单独寻址的发光装置。

36.根据权利要求26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，以实现多个能单独寻址的发光装置。

37.一种制造光学装置的方法，所述方法包括：

设置发光二极管结构，所述发光二极管结构设置在支撑衬底上，所述支撑衬底具有能构从表面接近的第一面接触层和位于发光装置结构下方的第二接触层；

将场板装置耦接到所述发光二极管结构，所述场板装置具有第一面和与所述第一面相对的第二面，所述第二面包括导电层和上覆的介电层，所述介电层位于紧邻所述发光装置结构的第一接触层的至少一部分；

从电压源生成时变电压波形，以在所述场板装置的所述介电层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多个LED装置，以使得所述发光装置结构以一模式发射电磁辐射；以及

38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述检测器装置包括对所述电磁辐射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所述电磁辐射的能观察的模式图。

39.根据权利要求37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。

40.根据权利要求37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，以实现多个能单独寻址的发光装置。

41.根据权利要求37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，以实现多个能单独寻址的发光装置。

42.根据权利要求37所述的方法，还包括选择所述LED装置中的至少一个LED装置，并封装所述LED装置。

43.根据权利要求37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。

44.一种制造光学装置的方法，所述方法包括：

设置覆盖衬底构件的发光二极管结构，所述发光二极管结构设置在支撑衬底上，所述支撑衬底具有能构从表面接近的第一面接触层和位于发光装置结构下方的第二接触层；

使用耦接到所述发光装置结构的检测器装置捕获源自所述发光装置结构的以所述模式的所述电磁辐射的图像；

处理覆盖衬底的发光装置结构以使所述发光装置结构单个化或在所述发光装置结构上执行另一处理；

将至少一对互连构件耦接到所述发光装置结构；并且将所述发光装置结构集成到应用中，所述应用选自通用光装置、灯具、显示器、投影仪、车辆用灯、或光束灯、或专用光装置。

45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述发光装置结构中的LED装置没有探针标记或其他测试标记。