CN110749425A - 一种led多角度光学测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种LED多角度光学测试装置及测试方法，涉及光学测试领域，包括三轴调节样品台、CCD光学显微镜、探针、光纤探头、光纤探头旋转驱动装置、光纤探头三轴调节装置、Y型光纤、定位激光导入端、定位用半导体激光器模组、光学测试仪器；三轴调节样品台用于放置待测试的样品LED芯片；CCD光学显微镜安装在三轴调节样品台的正上方；探针为LED芯片供电；光纤探头旋转驱动装置用于旋转光纤探头；光纤探头三轴调节装置用于调节光纤探头旋转驱动装置的位置；Y型光纤的合并端与光纤探头连接，Y型光纤的一个分叉端与定位激光导入端连接，定位用半导体激光器模组通过定位激光导入端将定位激光耦合导入光纤探头；Y型光纤的另一个分叉端与光学测试仪器连接。

Description

一种LED多角度光学测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及光学测试领域，尤其涉及一种LED多角度光学测试装置及测试方法。

背景技术

LED光源具有体积小、寿命长、能耗低、无污染等优点，现已广泛应用于照明、显示、光通信等多个领域。众所周知，LED发光光谱和发光强度等光学参数随出射光角度变化具有不均匀分布的特点，深入了解LED光学参数的角度分布规律，对于设计LED新结构、改善LED发光性能至关重要。目前市面上已有多种用于LED多角度的光学测试装置，但是多数适用于已封装好LED器件的测试，而对于未封装LED芯片的测试较为困难，这对芯片制造过程中的性能检测带来不便。

中国专利申请文件CN 105806597 B公开了一种多角度多方位光学测试平台，采用两个十字激光来定位光源测试件和光纤探头的位置，通过旋转光源测试件实现对光源各个角度光学参数的测量，可调性好，但这种测试平台无法测试未封装LED芯片的光学参数。中国专利申请文件CN 106291304 B公开了一种LED测试装置及测试方法，通过调节积分球的位置完全罩住被测试的LED芯片来测试芯片的发光强度，测试结果精度高，但是采用这个装置不能进行LED多角度的出光性能测试。

现有的光学测试平台装置不足之处在于：测试装置结构复杂，用途较为单一，对LED芯片进行多角度多方位测试时精确度较差，不能很好的定位，同时也少有针对未封装LED芯片的多角度光学测试装置。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种LED多角度光学测试装置及测试方法，该测试装置不仅结构简单紧凑、调谐使用方便，还能实现对未封装LED芯片多角度的光学参数测试，测试结果准确可靠。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种LED多角度光学测试装置，包括三轴调节样品台、CCD光学显微镜、探针、探针座、光纤探头、光纤探头旋转驱动装置、光纤探头三轴调节装置、Y型光纤、定位激光导入端、定位用半导体激光器模组、光学测试仪器和计算机；

所述三轴调节样品台用于放置待测试的样品LED芯片，三轴调节样品台可在XYZ三轴方向移动；

所述CCD光学显微镜安装在三轴调节样品台的正上方，CCD光学显微镜用于放大观察微型LED芯片表面，以找到LED芯片的电极；

所述探针安装于探针座上，探针用于扎到LED芯片的电极上作为电流输入端为LED芯片供电；

所述光纤探头通过连接杆与光纤探头旋转驱动装置固定连接，所述光纤探头旋转驱动装置垂直安装于光纤探头三轴调节装置的顶端，光纤探头旋转驱动装置用于在LED芯片多角度出光性能测试中旋转光纤探头，以收集LED芯片不同角度的出射光；所述光纤探头三轴调节装置可在XYZ三轴方向移动，用于调节光纤探头旋转驱动装置的位置；

所述Y型光纤的合并端与光纤探头连接，Y型光纤的一个分叉端与定位激光导入端连接，所述定位用半导体激光器模组与定位激光导入端相对设置，定位用半导体激光器模组用作LED芯片的定位光源，通过定位激光导入端将定位激光耦合导入光纤探头，照射在LED芯片上；Y型光纤的另一个分叉端作为LED芯片的出光收集端与光学测试仪器连接，光学测试仪器连接计算机，所述光学测试仪器和计算机分别用于光学参数测试和数据采集分析。

所述三轴调节样品台包括铜板和散热器，所述铜板位于散热器的上端，且与散热器连接，铜板用于放置LED芯片。

所述三轴调节样品台包括样品上下升降台、样品前后平移台和样品左右平移台，所述样品左右平移台固定设于样品前后平移台的上端，所述样品上下升降台固定设于样品左右平移台的上端；所述散热器固定于样品上下升降台的上端。

所述光纤探头旋转驱动装置包括光学旋转盘，所述光学旋转盘垂直安装在光纤探头三轴调节装置上且光学旋转盘的转轴与三轴调节样品台相对设置，其中光纤探头通过连接杆固定于光学旋转盘上，通过手动或电动旋转光学旋转盘实现对光纤探头的旋转调节。

所述光纤探头三轴调节装置包括探头上下升降台、探头前后平移台和探头左右平移台，所述探头左右平移台固定设于探头前后平移台的上端，所述探头上下升降台固定设于探头左右平移台的上端。

本发明还包括导入端调整装置，所述导入端调整装置固定设于定位激光导入端的底部，导入端调整装置用于调整定位激光导入端的位置，以使定位用半导体激光器模组的激光耦合导入Y型光纤。

所述导入端调整装置包括导入端上下升降台、导入端前后平移台、倾斜调整台，所述导入端上下升降台固定设于导入端前后平移台的上端，所述倾斜调整台固定设于导入端上下升降台的上端。

一种LED多角度光学测试方法，包括以下步骤：

步骤1：将未封装的LED芯片放置在三轴调节样品台上，利用CCD光学显微镜观察LED芯片表面，调节探针座和三轴调节样品台的相对位置使探针针尖扎到LED芯片的电极上使其发光；

步骤2：开启定位用半导体激光器模组的激光电源，调节定位用半导体激光器模组和定位激光导入端的相对位置，将定位激光耦合导入Y型光纤，通过光纤探头输出照射在LED芯片表面；

步骤3：通过调整光纤探头旋转驱动装置和光纤探头三轴调节装置，保证当光纤探头旋转至任一角度时，定位激光出射光均与LED芯片出光点重合，此时，LED芯片位于光纤探头旋转驱动装置的转轴线上，然后关闭定位用半导体激光器模组的激光电源；

步骤4：旋转光纤探头旋转驱动装置使光纤探头旋转，通过光学测试仪器测试LED芯片不同出光角度的发光光谱、发光强度和光功率分布，并用计算机对采集的数据进行分析。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

1、本发明结构提供一种简单实用、高精度的LED多角度光学测试装置及测试方法，可实现对未封装LED芯片多角度的光谱、光强等光学参数的测试，测试结果准确可靠。

2、铜板为具有优良导电导热性能的紫铜，与散热器连在一起，不仅可作为一个供电电极，还可以起到散热的作用；所述散热器在LED芯片测试过程中，可及时将铜板上积聚的热量带走以保护测试器件。

3、所述Y型光纤的作用为：一是将待测试LED芯片的发光导入光谱仪等光学测试仪器；二是起到定位的作用，将定位激光耦合导入光纤并照射在待测试LED芯片样品上，当定位激光从任一角度照射在LED芯片上，LED在该角度发出的光即可沿着定位激光的光路返回再耦合导入Y型光纤。Y型光纤的合并端既是LED芯片的发光耦合输入端，也是定位激光的输出端，分叉的其中一端为LED发光的输出端，其与光学测试仪器连接，另一端为定位激光的输入端。

4、本发明测试装置和方法可用于测试不同尺寸大小、不同电极结构的LED芯片。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为测试微型蓝光LED芯片0度的光谱图；

图3为测试微型蓝光LED芯片35度的光谱图；

图4为测试微型蓝光LED芯片70度的光谱图。

附图标注：基座1，CCD光学显微镜2，显示屏3，探针4，探针座5，LED芯片6，铜板7，散热器8，样品上下升降台9、样品左右平移台10，样品前后平移台11，Y型光纤12，光纤探头13，探头上下升降台14，探头左右平移台15，探头前后平移台16，光纤探头旋转驱动装置17，定位激光导入端18，导入端调整装置19，定位用半导体激光器模组20，光学测试仪器21，计算机22。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明实施例包括安装基座1、三轴调节样品台、CCD光学显微镜2、显示屏3、探针4、探针座5、光纤探头13、光纤探头旋转驱动装置17、光纤探头三轴调节装置、Y型光纤12、定位激光导入端18、导入端调整装置19、定位用半导体激光器模组20、光学测试仪器21和计算机22。

所述基座1，所有元器件都是基于基座1安装。

所述三轴调节样品台，用于放置待测试的样品LED芯片6，三轴调节样品台可在XYZ三轴方向移动；具体地，所述三轴调节样品台由上至下依次包括铜板7、散热器8、样品上下升降台9、样品前后平移台11和样品左右平移台10；所述铜板7位于散热器8的上端，且与散热器8连接，铜板7采用具有优良导电导热性能的紫铜，用于放置LED芯片6，对于负极位置在芯片背面的LED芯片6，铜板7可直接作为供电负极；所述散热器8包含散热片和制冷片，在LED芯片6测试过程中，可及时将铜板7上积聚的热量带走以保护测试器件；

所述样品左右平移台10固定设于样品前后平移台11的上端，所述样品上下升降台9固定设于样品左右平移台10的上端；所述散热器8固定于样品上下升降台9的上端。

所述CCD光学显微镜2连接显示屏3，并安装在三轴调节样品台的正上方，CCD光学显微镜2用于放大观察微型LED芯片6表面，以找到LED芯片6的电极。

所述探针座5通过承接台安装在基座1上，所述探针4安装于探针座5上，探针4用于扎到LED芯片6的电极上作为电流输入端为LED芯片6供电。

所述光纤探头13通过夹持装置固定，再通过连接杆与光纤探头旋转驱动装置17固定连接，所述光纤探头旋转驱动装置17垂直安装于光纤探头三轴调节装置的顶端，光纤探头旋转驱动装置17用于在LED芯片6多角度出光性能测试中旋转光纤探头13，以收集LED芯片6不同角度的出射光；

具体地，所述光纤探头旋转驱动装置17包括光学旋转盘，所述光学旋转盘垂直安装在光纤探头三轴调节装置上且光学旋转盘的转轴与三轴调节样品台相对设置，其中光纤探头13通过连接杆固定于光学旋转盘上，通过手动或电动旋转光学旋转盘实现对光纤探头13的旋转调节。

所述光纤探头三轴调节装置可在XYZ三轴方向移动，用于调节光纤探头旋转驱动装置17的位置；具体地，所述光纤探头三轴调节装置包括探头上下升降台14、探头前后平移台16和探头左右平移台15，所述探头左右平移台15固定设于探头前后平移台16的上端，所述探头上下升降台14固定设于探头左右平移台15的上端。

所述Y型光纤12的合并端与光纤探头13连接，Y型光纤12的一个分叉端与定位激光导入端18连接，所述定位用半导体激光器模组20与定位激光导入端18(包含准直透镜)相对设置，定位用半导体激光器模组20用作LED芯片6的定位光源，通过定位激光导入端18将定位激光耦合导入光纤探头13，照射在LED芯片6上；Y型光纤12的另一个分叉端作为LED芯片的出光收集端与光学测试仪器21连接，光学测试仪器21连接计算机22，所述光学测试仪器21和计算机22分别用于光学参数测试和数据采集分析；其中，光学测试仪器21包含但不限于光谱仪、探测器和光功率计等。

所述导入端调整装置19固定设于定位激光导入端18的底部，导入端调整装置19用于调整定位激光导入端18的位置，以使定位用半导体激光器模组20的激光耦合导入Y型光纤12；

具体地，所述导入端调整装置19为五维(X、Z、θX、θY、θZ)调整，包括导入端上下升降台、导入端前后平移台、倾斜调整台，所述导入端上下升降台固定设于导入端前后平移台的上端，所述倾斜调整台固定设于导入端上下升降台的上端。

一种LED多角度光学测试方法，包括以下步骤：

步骤1：将未封装的LED芯片6放置在三轴调节样品台上，利用CCD光学显微镜2和显示屏3观察LED芯片6表面，先调整三轴调节样品台的样品上下升降台9、样品前后平移台11和样品左右平移台10使探针4针尖大概接近LED芯片6的电极位置，再精细调节探针座5使探针4针尖前后、左右移动直至探针4针尖正好在LED芯片6电极的正上方，然后向下调节探针4针尖使其扎到LED芯片6的电极上使LED芯片6发光；

步骤2：开启定位用半导体激光器模组20的激光电源，通过调整导入端调整装置19，调节定位用半导体激光器模组20和定位激光导入端18的相对位置，将定位激光耦合导入Y型光纤12，通过光纤探头13输出照射在LED芯片6表面；

步骤3：驱动光纤探头旋转驱动装置17至任意角度，通过调整光纤探头三轴调节装置，微调光纤探头13的上下、前后和左右位置，保证当光纤探头13旋转至任一角度时，定位激光出射光均与LED芯片6出光点重合，此时，LED芯片6位于光纤探头旋转驱动装置17的转轴线上，然后关闭定位用半导体激光器模组20的激光电源；

步骤4：旋转光纤探头旋转驱动装置17使光纤探头13旋转，通过光学测试仪器21测试LED芯片6不同出光角度的发光光谱、发光强度和光功率分布等性能，并用计算机22对采集的数据进行分析。

用本发明测试装置和测试方法可以测试微型蓝光LED芯片正负90°范围内的任一角度，如图2～4所示，为测试微型蓝光LED芯片不同角度的光谱图，分别为0度、35度和70度。

Claims (8)

1.一种LED多角度光学测试装置，其特征在于：包括三轴调节样品台、CCD光学显微镜、探针、探针座、光纤探头、光纤探头旋转驱动装置、光纤探头三轴调节装置、Y型光纤、定位激光导入端、定位用半导体激光器模组、光学测试仪器和计算机；

所述三轴调节样品台用于放置待测试的样品LED芯片，三轴调节样品台可在XYZ三轴方向移动；

所述CCD光学显微镜安装在三轴调节样品台的正上方，CCD光学显微镜用于放大观察微型LED芯片表面，以找到LED芯片的电极；

所述探针安装于探针座上，探针用于扎到LED芯片的电极上作为电流输入端为LED芯片供电；

所述光纤探头通过连接杆与光纤探头旋转驱动装置固定连接，所述光纤探头旋转驱动装置垂直安装于光纤探头三轴调节装置的顶端，光纤探头旋转驱动装置用于在LED芯片多角度出光性能测试中旋转光纤探头，以收集LED芯片不同角度的出射光；所述光纤探头三轴调节装置可在XYZ三轴方向移动，用于调节光纤探头旋转驱动装置的位置；

所述Y型光纤的合并端与光纤探头连接，Y型光纤的一个分叉端与定位激光导入端连接，所述定位用半导体激光器模组与定位激光导入端相对设置，定位用半导体激光器模组用作LED芯片的定位光源，通过定位激光导入端将定位激光耦合导入光纤探头，照射在LED芯片上；Y型光纤的另一个分叉端作为LED芯片的出光收集端与光学测试仪器连接，光学测试仪器连接计算机，所述光学测试仪器和计算机分别用于光学参数测试和数据采集分析。

2.如权利要求1所述的一种LED多角度光学测试装置，其特征在于：所述三轴调节样品台包括铜板和散热器，所述铜板位于散热器的上端，且与散热器连接，铜板用于放置LED芯片。

3.如权利要求2所述的一种LED多角度光学测试装置，其特征在于：所述三轴调节样品台包括样品上下升降台、样品前后平移台和样品左右平移台，所述样品左右平移台固定设于样品前后平移台的上端，所述样品上下升降台固定设于样品左右平移台的上端；所述散热器固定于样品上下升降台的上端。

4.如权利要求1所述的一种LED多角度光学测试装置，其特征在于：所述光纤探头旋转驱动装置包括光学旋转盘，所述光学旋转盘垂直安装在光纤探头三轴调节装置上且光学旋转盘的转轴与三轴调节样品台相对设置，其中光纤探头通过连接杆固定于光学旋转盘上，通过手动或电动旋转光学旋转盘实现对光纤探头的旋转调节。

5.如权利要求1所述的一种LED多角度光学测试装置，其特征在于：所述光纤探头三轴调节装置包括探头上下升降台、探头前后平移台和探头左右平移台，所述探头左右平移台固定设于探头前后平移台的上端，所述探头上下升降台固定设于探头左右平移台的上端。

6.如权利要求1所述的一种LED多角度光学测试装置，其特征在于：还包括导入端调整装置，所述导入端调整装置固定设于定位激光导入端的底部，导入端调整装置用于调整定位激光导入端的位置，以使定位用半导体激光器模组的激光耦合导入Y型光纤。

7.如权利要求6所述的一种LED多角度光学测试装置，其特征在于：所述导入端调整装置包括导入端上下升降台、导入端前后平移台、倾斜调整台，所述导入端上下升降台固定设于导入端前后平移台的上端，所述倾斜调整台固定设于导入端上下升降台的上端。

8.一种LED多角度光学测试方法，其特征在于采用如权利要求1～7中任一项所述的一种LED多角度光学测试装置，包括以下步骤：

步骤1：将未封装的LED芯片放置在三轴调节样品台上，利用CCD光学显微镜观察LED芯片表面，调节探针座和三轴调节样品台的相对位置使探针针尖扎到LED芯片的电极上使其发光；

步骤2：开启定位用半导体激光器模组的激光电源，调节定位用半导体激光器模组和定位激光导入端的相对位置，将定位激光耦合导入Y型光纤，通过光纤探头输出照射在LED芯片表面；

步骤3：通过调整光纤探头旋转驱动装置和光纤探头三轴调节装置，保证当光纤探头旋转至任一角度时，定位激光出射光均与LED芯片出光点重合，此时，LED芯片位于光纤探头旋转驱动装置的转轴线上，然后关闭定位用半导体激光器模组的激光电源；

步骤4：旋转光纤探头旋转驱动装置使光纤探头旋转，通过光学测试仪器测试LED芯片不同出光角度的发光光谱、发光强度和光功率分布，并用计算机对采集的数据进行分析。

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