CN115615673A - 一种角度分辨光学测试系统及角度分辨光学测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角度分辨光学测试系统及角度分辨光学测试方法，角度分辨光学测试系统包括样品承载模块、检测模块和翻转驱动模块。样品承载模块包括样品台，样品台用于承载半导体样品。检测模块用于收集半导体样品发出的光。翻转驱动模块包括翻转组件，翻转组件具有第二旋转轴线，翻转组件用于驱动样品台或检测模块绕第二旋转轴线旋转以改变检测模块收集半导体样品发出的光的角度。通过翻转驱动模块驱动样品台或检测模块翻转，进而改变半导体样品与检测模块之间的方向和位置，检测模块可以从不同角度收集半导体样品发出的光，实现角度分辨光学测试，不需要移动半导体样品，从而方便操作，避免了损坏半导体样品。

Description

一种角度分辨光学测试系统及角度分辨光学测试方法

技术领域

本发明涉及光学测试系统技术领域，尤其涉及一种角度分辨光学测试系统及角度分辨光学测试方法。

背景技术

半导体发光器件在消费、通信系统、医疗仪器等领域有广泛应用。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体发光器件都具有广阔的应用前景，受到广泛的关注和研究。随着半导体发光器件尺寸越来越小，甚至低于10μm，半导体发光器件的侧壁出光效率严重影响半导体发光器件整体的出光效果，对半导体发光器件侧壁出光性能进行研究尤为重要，通过优化出光角度、改善侧壁出光或制作表面透镜等手段，可以对发光器件的光提取效率进行大幅度的改善和提高。在生产和研发的过程中，通常使用半导体发光器件检测系统对半导体发光器件进行出光性能的分析和测试。以Micro-LED器件为例，先将半导体样品放置到样品台上，再通过检测模块对半导体样品进行分析和测试。目前的半导体发光器件检测系统中，检测模块通常正对样品台，只能对半导体发光器件的顶面出光性能进行分析和测试，无法对半导体发光器件的侧壁出光或侧壁上的透镜的性能进行分析和测试。受限于测试设备的欠缺，侧壁出光性能往往只能使用模拟计算或者传统LED测试设备进行测试，模拟计算的精度和准确度缺乏实验验证，而传统LED测试设备是为大尺寸LED灯珠（面板）所设计，无法进行精确的角度分辨测试。因此，现有的半导体发光器件检测系统需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种角度分辨光学测试系统及角度分辨光学测试方法，可以从不同角度对半导体样品进行测试和分析，实现角度分辨光学测试，从而方便操作，也避免了损坏半导体样品。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种角度分辨光学测试系统，包括：

样品承载模块，包括样品台，所述样品台用于承载半导体样品；

检测模块，用于收集所述半导体样品发出的光；

翻转驱动模块，包括翻转组件，所述翻转组件具有第二旋转轴线，所述翻转组件用于驱动所述样品台或所述检测模块绕所述第二旋转轴线旋转以改变所述检测模块收集所述半导体样品发出的光的角度。

优选地，所述样品台或所述检测模块绕第二旋转轴线旋转时，所述半导体样品的待测区域位于所述第二旋转轴线上。

优选地，所述样品承载模块还包括XYZ三轴移动基座，所述XYZ三轴移动基座设置在所述翻转驱动模块上，所述样品台设置在所述XYZ三轴移动基座上。

优选地，所述翻转组件至少包括第二旋转轴；

所述第二旋转轴用于驱动所述样品台或所述检测模块绕所述第二旋转轴线旋转；

和/或，所述翻转组件还包括旋转板，所述样品承载模块或所述检测模块设置在所述旋转板上，所述第二旋转轴通过旋转板驱动所述样品台或所述检测模块绕所述第二旋转轴线旋转；

其中，所述旋转板与所述第二旋转轴一体成型或固定连接。

优选地，所述样品承载模块还包括旋转组件，所述旋转组件具有第一旋转轴线，所述旋转组件用于驱动所述样品台绕所述第一旋转轴线旋转，所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线非平行。

优选地，所述旋转组件还包括第一旋转轴，所述第一旋转轴支撑所述样品台并用于驱动所述样品台绕第一旋转轴线旋转，所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线垂直。

优选地，所述检测模块包括成像组件和测试组件，所述成像组件用于获取所述样品台上的所述半导体样品的图像，所述测试组件用于收集所述半导体样品发出的光；

其中，至少所述测试组件的位置可调，以实现多种测试模式。

优选地，所述测试组件包括物镜和光收集构件，所述物镜可移除地设置在第一安装位置，所述光收集构件用于收集半导体样品发出的光，所述光收集构件可拆卸地设置在第一安装位置或第二安装位置，所述第一安装位置与样品台的距离小于所述第二安装位置与所述样品台的距离。

优选地，所述多种测试模式包括：微区角度分辨测试模式、远场角度分辨测试模式和普通光学特性测试模式。

优选地，所述微区角度分辨测试模式包括：当所述物镜位于第一安装位置、所述光收集构件位于第二安装位置时，所述光收集构件通过所述物镜收集所述半导体样品的部分区域发出的光；

所述远场角度分辨测试模式包括：当所述物镜从第一安装位置移除、所述光收集构件位于第二安装位置时，所述光收集构件收集所述半导体样品的部分区域发出的光；

所述普通光学特性测试模式包括：当所述光收集构件位于第一安装位置时，所述光收集构件能够罩设在所述半导体样品上并用于收集所述半导体样品发出的光。

优选地，所述成像组件包括光源、光学组件和相机，所述光源发出的光通过光学组件和所述物镜到达所述半导体样品上并形成第一光路，所述光源的光用于照亮所述半导体样品，所述半导体样品反射的光经过所述物镜和所述光学组件到达所述相机上并形成第二光路，所述相机用于获取所述半导体样品的图像。

优选地，所述光源、所述光学组件可拆卸地设置或可移除地设置，所述物镜可移除地设置在第一安装位置的导轨上，所述光收集构件可拆卸地设置在第一安装位置的导轨上或第二安装位置的导轨上。

优选地，所述样品承载模块还包括探针组件，所述探针组件包括探针和探针底座，所述探针的一端设置在所述探针底座上，所述探针的另一端用于为所述半导体样品供电；

所述探针组件沿所述样品台的周向可旋转和可锁定地设置在样品台上；或者，所述探针组件通过连接件沿所述样品台的周向可旋转和可锁定地设置在样品承载模块上。

优选地，所述探针底座用于驱动所述探针沿第二X方向、第二Y方向和第二Z方向中的至少一个方向移动或摆动，所述第二X方向、所述第二Y方向与第二Z方向相互垂直。

一种角度分辨光学测试方法，使用上述任意一项所述的角度分辨光学测试系统，包括：

控制所述翻转驱动模块的翻转组件驱动所述样品台或所述检测模块绕所述第二旋转轴线旋转以改变所述检测模块收集所述半导体样品发出的光的角度；

点亮所述半导体样品并通过所述检测模块收集所述半导体样品发出的光。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

通过翻转驱动模块驱动样品台或检测模块翻转，进而改变半导体样品与检测模块之间的方向和位置，检测模块可以从不同角度收集半导体样品发出的光，实现角度分辨光学测试，不需要单独移动半导体样品，从而方便操作，避免了损坏半导体样品。

通过改变物镜和光收集构件的位置，实现多种测试模式，当光收集构件安装在第二安装位置时，光收集构件通过物镜对半导体样品进行微区角度分辨测试，或者将物镜移除，光收集构件对半导体样品进行远场角度分辨测试；当光收集构件安装第二安装位置时，光收集构件罩在半导体样品上，对半导体进行普通光学特性测试，满足了多种测试场景的需求，实现了多种应用场景切换，从而方便操作。

附图说明

图1是本发明实施例的一种角度分辨光学测试系统的结构示意图。

图2是本发明实施例的一种角度分辨光学测试系统的样品承载模块旋转时的结构示意图。

图3是本发明实施例的样品台旋转不同角度时与检测模块配合的结构示意图。

图4是本发明实施例的样品承载模块的结构示意图。

图5是本发明实施例的角度分辨光学测试系统进行微区角度分辨时的局部结构示意图。

图6是本发明实施例的角度分辨光学测试系统进行远场角度分辨时的局部结构示意图。

图7是本发明实施例的角度分辨光学测试系统进行普通光学特性测试时的局部结构示意图。

图8是本发明实施例的另一种角度分辨光学测试系统的结构示意图。

图9是本发明实施例的另一种角度分辨光学测试系统的检测模块旋转时的结构示意图。

图10是本发明实施例的检测模块旋转不同角度时与样品台配合的结构示意图。

图11A是本发明实施例的角度分辨光学测试系统进行2π立体角内的角度分辨测试时一种测试过程的原理示意图。

图11B是图11A的测试过程的俯视示意图。

图12A是本发明实施例的角度分辨光学测试系统进行2π立体角内的角度分辨测试时一种测试过程的原理示意图。

图12B是图11A的测试过程的俯视示意图。

图中：10、样品承载模块；11、样品台；12、第一旋转轴；13、XYZ三轴移动基座；14、探针组件；141、探针；142、探针底座；15、连接件；20、成像组件；21、光源；22、光学组件；23、相机；30、测试组件；31、物镜；311、物镜转换器；32、光收集构件；40、翻转驱动模块；41、第二旋转轴；42、旋转板；421、第一旋转板；422、第二旋转板；43、第二旋转驱动机构；44、第三旋转板；45、第三旋转轴；46、第三旋转驱动机构；50、半导体样品。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。

参照图1至图10，本发明提供一种角度分辨光学测试系统，包括样品承载模块10、检测模块（未示出）和翻转驱动模块40，还可以包括分析模块和电源表。

参照图1，样品承载模块10包括样品台11，样品台11用于承载半导体样品50，半导体样品50包括但不限于是Micro-LED器件。样品台11可以采用现有的设计，样品台11的形状可以是圆形、方形或者其他形状，作为优选方式，样品台11的形状是圆形。

检测模块用于收集半导体样品50发出的光，还可以用于获取半导体样品50的图像，通过获取的半导体样品50的图像可以确定半导体样品50上的感兴趣区域，进而实现微区角度分辨测试，半导体样品50可以包括一个或多个发光单元，半导体样品50上的感兴趣区域例如是半导体样品50的一个发光单元所在区域，也可以是多个发光单元所在区域。

翻转驱动模块40可以驱动样品台11或检测模块翻转以改变检测模块收集半导体样品50发出的光的角度。参照图1至图2和图8至图9，翻转驱动模块40驱动样品台11或检测模块翻转后，检测模块收集半导体样品50发出的光的角度发生变化，参照图3，检测模块可以从不同角度获取样品台11上的半导体样品50的图像和收集半导体样品50发出的光。

具体地，翻转驱动模块40可以包括翻转组件（未示出），翻转组件具有第二旋转轴线，翻转组件可以驱动样品台11或检测模块绕第二旋转轴线旋转。作为优选方式，当样品台11或检测模块绕第二旋转轴线旋转时，半导体样品50的待测区域位于第二旋转轴线上。参照图3，样品台11绕第二旋转轴线旋转翻转前和翻转后，半导体样品50上的待测试区域到物镜31的距离不变，如图3中虚线所示，从而在测试过程中，无需单独操作将半导体样品50调整至物镜31的采集区域，半导体样品50的待测试区域始终处于检测模块的物镜31的焦面上，从而有效保证焦面稳定，避免因焦距变化而增加调整焦距的次数。参照图10，检测模块绕第二旋转轴线旋转翻转前和翻转后，半导体样品50上待测试区到物镜31的距离不变，如图10中虚线所示，从而在测试过程中，无需单独操作将半导体样品50调整至物镜31的采集区域，半导体样品50的待测试区域始终处于检测模块的物镜31的焦面上，从而有效保证焦面稳定，避免因焦距变化而增加调整焦距的次数。

翻转组件至少包括第二旋转轴41，第二旋转轴41用于驱动样品台11或检测模块绕第二旋转轴线旋转。作为优选方式，翻转组件还可以包括旋转板42，样品承载模块10或检测模块设置在旋转板42上，第二旋转轴41通过旋转板42驱动样品台11或检测模块绕第二旋转轴线旋转，旋转板42与第二旋转轴41可以是一体成型，一体成型时，旋转板42与第二旋转轴41为一体制作的结构，旋转板42与第二旋转轴41也可以是固定连接，固定连接时，旋转板42与第二旋转轴41可以分别制作，然后可以通过紧固件固定连接在一起。

作为优选方式，翻转驱动模块40还包括第二旋转驱动机构43，第二旋转驱动机构43可以是电机，第二旋转驱动机构43可以通过皮带、齿轮啮合等方式驱动第二旋转轴41旋转，第二旋转轴41可以带动旋转板42绕第二旋转轴线转动，旋转板42带动样品承载模块10或检测模块绕第二旋转轴线转动，第二旋转轴41的旋转角度范围为-90°~90°，第二旋转驱动机构43停止后，旋转板42停止旋转，且位置固定，从而实现样品台11上的半导体样品50或检测模块的位置调整。采用电机控制第二旋转轴41转动，实现了自动化控制，操作简单。由此，通过将样品承载模块10或检测模块设置在翻转驱动模块40上，样品承载模块10或检测模块可以绕第二旋转轴线转动。

在一具体实施方式中，样品承载模块10还可以包括XYZ三轴移动基座13，XYZ三轴移动基座13设置在翻转驱动模块40上，样品台11设置在XYZ三轴移动基座13上。XYZ三轴移动基座13可以驱动样品台11沿第一X方向、第一Y方向和第一Z方向中的至少一个方向移动，第一Z方向可以与第一旋转轴线平行，第一X方向与第一Z方向垂直，第一Y方向与第一Z方向垂直。

具体地，XYZ三轴移动基座13可以包括第一X方向驱动机构（未示出）、第一Y方向驱动机构（未示出）和第一Z方向驱动机构（未示出），第一X方向驱动机构、第一Y方向驱动机构和第一Z方向驱动机构例如分别包括电机。第一X方向驱动机构用于驱动样品台11沿第一X方向移动。第一Y方向驱动机构用于驱动样品台11沿第一Y方向移动。第一Z方向驱动机构用于驱动样品台11沿第一Z方向移动。通过设置第一X方向驱动机构、第一Y方向驱动机构和第一Z方向驱动机构，使得XYZ三轴移动基座13能够在三个方向移动，提高样品台11的自由度，使得样品台11能够适用于更多尺寸的半导体样品50的测试，以及其他更多的应用场景。此外，通过XYZ三轴移动基座13在三个方向移动调整样品台11的位置，在测试前，可以将半导体样品50的待测试区域调整至处于检测模块的物镜31的焦面上，以及调整样品台11的高度，在样品承载模块10或检测模块绕第二旋转轴线转动时，避免样品台11及其上的半导体样品50与检测模块的物镜31产生干涉，从而避免损坏设备。

需要说明的是，第一X方向驱动机构、第一Y方向驱动机构和第一Z方向驱动机构可以从下至上依次叠放，样品台11可以仅安装在最上层的第一Z方向驱动机构上，第一X方向驱动机构通过第一Y方向驱动机构和第一Z方向驱动机构间接驱动样品台11沿第一X方向移动，第一Y方向驱动机构通过第一Z方向驱动机构间接驱动样品台11沿第一Y方向移动。在其他变形实施方式，第一X方向驱动机构、第一Y方向驱动机构和第一Z方向驱动机构还可以采用其他的堆叠方式，只要能够实现能够在三个方向上调整样品台11的位置即可。

作为优选方式，样品承载模块10还可以包括旋转组件（未示出），旋转组件具有第一旋转轴线，旋转组件可以驱动样品台11绕第一旋转轴线旋转。作为优选方式，第一旋转轴线与第二旋转轴线非平行。

旋转组件可以包括第一旋转轴12，第一旋转轴12的数量可以是1个或多个，本实施例中，第一旋转轴12的数量是1个，第一旋转轴12的形状可以是圆柱形、方柱形或者其他形状，作为优选方式，第一旋转轴12的形状是圆柱形。第一旋转轴12设置在样品台11的下方，第一旋转轴12可以部分嵌入样品台11并与样品台11连接，作为优选方式，第一旋转轴12与样品台11固定连接，第一旋转轴12的轴线与样品台11的圆心在同一条直线上，也就是说，第一旋转轴12的一端设置在样品台11的中心位置。第一旋转轴12一方面用于支撑样品台11，第一旋转轴12另一方面用于带动样品台11绕第一旋转轴线旋转，使半导体样品50绕第一旋转轴线旋转，通过设置第一旋转轴12，能够实现2π立体角内的角度分辨。作为优选方式，第一旋转轴线与第二旋转轴线垂直。

第一旋转轴12可以设置在XYZ三轴移动基座13上，当第一旋转轴12安装在XYZ三轴移动基座13上时，XYZ三轴移动基座13能够在三个方向上调整第一旋转轴12的位置，进而调整样品台11及样品台11上半导体样品50的位置，提高样品台11的自由度，使得样品台11能够适用于更多尺寸的半导体样品50的测试，以及其他更多的应用场景。

作为优选方式，样品承载模块10还可以包括第一旋转驱动机构（未示出），第一旋转驱动机构可以是电机，第一旋转驱动机构可以通过皮带、齿轮啮合等方式驱动第一旋转轴12旋转，第一旋转轴12可以带动样品台11绕第二旋转轴线360°转动，步进范围可在1°~360°内自定义，第一旋转驱动机构停止后，样品台11停止旋转，且位置固定，从而实现样品台11上半导体样品50的旋转位置调整。采用电机控制第一旋转轴12转动，实现了自动化控制，操作简单。

参照图2，当半导体样品50放置在样品台11上时，通过旋转第一旋转轴12和第二旋转轴41，可以将半导体样品50旋转至预期角度和位置，并通过检测模块进行角度分辨光学测试，具体地，旋转第二旋转轴41时，半导体样品50可以在绕第二旋转轴线-90°~90°旋转。作为优选方式，样品台11上的半导体样品50的待测试区在第二旋转轴线上，参照图3，样品承载模块10绕第二旋转轴线翻转前和翻转后，样品台11上的半导体样品50的待测试区与检测模块的距离可以保持不变，半导体样品50的待测试区始终处于检测模块的收集镜头的焦面上，从而有效保证焦面稳定，如图3中的虚线所示，在测试过程中，无需单独操作将半导体样品50的待测试区调整至检测模块的采集区域，避免因焦距变化而增加调整焦距的次数。旋转第一旋转轴12时，半导体样品50可以绕第一旋转轴12旋转轴线360°旋转，通过旋转第一旋转轴12和旋转第二旋转轴41，样品台11带动半导体样品50可以在2π立体角范围内旋转，进而改变半导体样品50的方向和位置，检测模块可以从不同角度对半导体样品50进行测试，实现角度分辨光学测试，不需要移动半导体样品50，从而方便操作，避免了损坏半导体样品50，以及提高了旋转精度，使测试数据更加准确。

参照图9，当半导体样品50放置在样品台11上时，通过旋转第一旋转轴12和第二旋转轴41，可以将检测模块旋转至预期角度和位置，并通过检测模块进行角度分辨光学测试，具体地，旋转第二旋转轴41时，检测模块可以在绕第二旋转轴线-90°~90°旋转。作为优选方式，样品台11上的半导体样品50的待测试区在第二旋转轴线上，检测模块的采集端的旋转中心与半导体样品50的待测试区重叠，检测模块的采集端可以是检测模块的物镜31，换言之，旋转时，采集端的弧形移动轨迹的圆心与半导体样品50重叠，参照图10，检测模块绕第二旋转轴线翻转前和翻转后，物镜31到样品台11上的半导体样品50的距离可以保持不变，且物镜31的焦面始终与半导体样品50的待测试区重叠，从而有效保证焦面稳定，如图10中的虚线所示，在测试过程中，无需单独操作将半导体样品50的待测试区调整至检测模块的采集区域，避免因焦距变化而增加调整焦距的次数。此时旋转第二旋转轴41，检测模块靠近半导体样品50的一端与样品台11上的半导体样品50的待测试区的距离可以保持不变，也就是说，物镜31与样品台11上的半导体样品50的待测试区的距离可以保持不变，避免因焦距变化而增加调整焦距的次数。旋转第一旋转轴12时，半导体样品50可以绕第一旋转轴12旋转轴线360°旋转，通过旋转第一旋转轴12，进而改变半导体样品50的方向和位置，通过旋转第二旋转轴41，进而改变检测模块的方向和位置，以使检测模块与半导体样品50的相对方向和位置在2π立体角范围内变化，检测模块可以从不同角度对半导体样品50进行测试，实现角度分辨光学测试，不需要移动半导体样品50，从而方便操作，避免了损坏半导体样品50，以及提高了旋转精度，使测试数据更加准确。

本申请的角度分辨光学测试系统能够实现2π立体角的角度分辨，参照图11A-图11B，通过翻转驱动模块40驱动样品台11或检测模块翻转以改变检测模块收集半导体样品50发出的光的角度，沿A半圆进行多个角度测试，例如在1至5等多个位置进行测试，测试完成后，参照图12A-图12B，样品台11水平旋转，然后再次通过翻转驱动模块40驱动样品台11或检测模块翻转以改变检测模块收集半导体样品50发出的光的角度，沿B半圆进行多个角度测试，例如在6至10等多个位置进行测试，最终通过样品台11水平旋转，能够实现2π立体角度分辨测试，能够在半球范围内的各个角度进行光学测试。

在一具体实施方式中，参照图4，旋转板42包括第一旋转板421和第二旋转板422，第一旋转轴12设置在第一旋转板421上，第二旋转轴41与第二旋转板422连接，第二旋转轴线可以是第二旋转轴41的轴线，且第二旋转轴线与第二旋转板422的所在平面垂直，也就是说，第二旋转轴41与第二旋转板422垂直设置。第一旋转板421与第二旋转板422垂直设置并连接，且第二旋转轴线与第一旋转板421的所在平面非共平面设置，由此，方便设置样品承载模块10以及方便设进行旋转角度的控制。

作为优选方式，第二旋转轴41和第一旋转板421分别位于第二旋转板422的两侧，第二旋转轴41靠近第二旋转板422的一端，第一旋转板421靠近第二旋转板422的另一端，第一旋转轴12设置在第一旋转板421的朝向第二旋转轴线一侧的表面上，第一旋转轴线与第二旋转轴线垂直。由此，不仅方便调整样品台11上的半导体样品50的旋转角度或翻转角度，而且第一旋转轴12在第一旋转板421上的设置位置，使得样品承载模块10的整体结构紧凑。

在一具体实施方式中，参照图4，翻转驱动模块40还包括第三旋转板44和第三旋转轴45，第三旋转轴45与第三旋转板44连接，且第三旋转轴45的旋转轴线与第三旋转板44的所在平面垂直，第三旋转板44与第一旋转板421垂直设置并连接，且第三旋转轴45的旋转轴线与第一旋转板421的所在平面非共平面设置。在第二旋转驱动机构43的驱动下，第二旋转轴41带动第二旋转板422绕第二旋转轴线旋转，第三旋转板44与第二旋转板422相对设置，具有平衡作用，可以使半导体承载装置在工作时更加稳定。作为优选方式，第三旋转轴45和第一旋转板421分别位于第三旋转板44的两侧，第三旋转轴45靠近第三旋转板44的一端，第一旋转板421靠近第三旋转板44的另一端，第三旋转轴45的旋转轴线和第二旋转轴线在同一条直线上，第三旋转轴45与第二旋转轴41可以同步转动，使半导体承载装置绕第二旋转轴线转动更加稳定。作为优选方式，第二旋转组件还包括第三旋转驱动机构46，第三旋转驱动机构46可以是电机，第三旋转驱动机构46用于驱动第三旋转轴45转动，第三旋转轴45的旋转角度范围为-90°~90°。需要说明的是，第三旋转驱动机构46与第二旋转驱动机构43可以同步转动，根据需要也可以只使用第三旋转驱动机构46与第二旋转驱动机构43中的一个驱动机构。

在一具体实施方式中，检测模块包括成像组件20和测试组件30，成像组件20用于获取样品台11上的半导体样品50的图像，测试组件30用于收集半导体样品50发出的光；其中，至少测试组件30的位置可调，以实现多种测试模式。

测试组件30包括光收集构件32和物镜31，光收集构件32用于收集半导体样品50发出的光，光收集构件32包括但不限于是积分球，物镜31可移除地设置在第一安装位置，光收集构件32可拆卸地设置在第一安装位置或第二安装位置，第一安装位置与样品台11的距离小于第二安装位置与样品台11的距离。通过改变光收集构件32和物镜31的位置，以实现多种测试模式，多种测试模式比如是：微区角度分辨测试模式、远场角度分辨测试模式和普通光学特性测试模式。

具体地，物镜31可移除地设置在第一安装位置的导轨上，光收集构件32可移动地设置在第一安装位置的导轨上或第二安装位置的导轨上。参照图5，物镜31设置在第一安装位置，光收集构件32设置在第二安装位置。参照图6，物镜31从第一安装位置移除，光收集构件32设置在第二安装位置。参照图7，物镜31从第一安装位置移除，光收集构件32设置在第一安装位置。第一安装位置和第二安装位置可以分别是一个安装区域，第一安装位置与样品台（11）的距离小于第二安装位置与样品台11的距离。物镜31可以是变焦镜头，也可以是多个不同倍率的镜头。当物镜31采用多个不同倍率的镜头时，多个不同倍率的物镜31安装在物镜转换器311上，通过旋转物镜转换器311，从而切换不同倍率的物镜31，实现对半导体样品50不同倍率的放大，满足不同实验的要求。物镜31采用变焦镜头时，同样能够实现对半导体样品50不同倍率的放大，满足不同实验的要求。

参照图5，微区角度分辨测试模式包括：当物镜31位于第一安装位置、光收集构件32位于第二安装位置时，光收集构件32通过物镜31收集半导体样品50的部分区域发出的光，可以对微小尺寸的半导体样品50的部分区域的光进行精准的收集和分析，例如是，半导体样品50发出的光的波长、色度、强度等光学参数分析，助力于半导体发光器件的光提取效率、量子效率、光分布均匀性等性能的优化和提升。此时还可以将光学组件22从物镜31和光收集构件32之间移除，这样半导体样品50发出的光通过物镜31后进入光收集构件32，可以避免光学组件22造成光信号的损失。

参照图6，远场角度分辨测试模式包括：当物镜31从第一安装位置移除、光收集构件32位于第二安装位置时，光收集构件32收集半导体样品50的部分区域发出的光，半导体样品50发出的光直接进入光收集构件32，此时可以从远场对半导体样品50进行光学测试，远场状态下进行翻转，采集到的信息可以是半导体样品50的光空间分布或测试光束角，例如是，半导体样品50的出光角度，光空间分布均匀性等。

参照图7，普通光学特性测试模式包括：当光收集构件32位于第一安装位置时，光收集构件32能够罩设在半导体样品50上并用于收集半导体样品50发出的光，可以对半导体样品50进行普通光学特性测试，例如是，半导体样品50的辐射通量、光强、光谱、色度、量子效率等。

成像组件20包括光源21、光学组件22和相机23，光源21和光学组件22可拆卸地设置或可移除地设置，例如可拆卸地设置或可移除地设置在导轨上。光源21发出的光依次经过光学组件22和物镜31到达半导体样品50上并形成第一光路。光源21可以是一个或多个，本实施例中采用一个光源21，光源21的光用于照亮半导体样品50，光源21优选白光光源，白光光源是一种高亮度光源，白光光源适用于成像应用和测量诸如微芯片等小型物体的应用。半导体样品50反射的光依次经过物镜31和光学组件22到达相机23上并形成第二光路，相机23用于获取半导体样品50的图像。通过成像组件20中各部件的配合，方便成像组件20定位到半导体样品50上的感兴趣区域，可对Micro-LED器件等进行几微米到几百微米的微区成像和发光抓取，分辨率可达0.5-1μm，实现微区角度分辨测试，此外，还可以通过成像组件20判断焦面是否稳定，成像清晰为焦面稳定，成像模糊则为脱焦，验证无误后，关闭成像组件20，开始采集信号和翻转。光学组件22例如是两个分光镜和一个聚焦透镜的组合，分光镜用于折射光，聚焦透镜可以使半导体样品50的图像更清楚的成像在相机23上，当然也可以使用其他光学透镜组合而成，只要可以形成第一光路和第二光路即可。

角度分辨光学测试系统还可以包括分析模块，分析模块连接成像组件20和测试组件30，并用于显示成像组件20获取的图像和测试组件30获取的数据。

在一具体实施方式中，样品承载模块10还包括探针组件14和连接件15，探针组件14包括探针141、探针底座142，探针141的一端设置在探针底座142上，探针141的另一端用于为半导体样品50供电，电源表可以通过导线为探针141供电，探针底座142沿样品台11的周向可旋转和可锁定地设置在样品台11上。探针底座142可以通过紧固件设置在样品台11上，紧固件可以是螺钉、螺栓或螺母中的一种或多种。当探针底座142通过紧固件设置在样品台11上时，样品台11上设置有环形导轨（未示出），环形导轨可以位于样品台11的上表面或者下表面，环形导轨也可以位于样品台11的周侧，探针底座142可移动和可锁定位置地设置在环形导轨上。当紧固件将探针底座142锁定在样品台11上时，探针底座142与样品台11相对静止；当紧固件松开时，探针底座142与样品台11处于非锁定状态时，探针底座142带动探针141沿样品台11的周向旋转，通过旋转探针底座142，可以调整探针141的位置，可以使探针141对准半导体样品50。

样品承载模块10还可以包括连接件15，连接件15可以是连接板，探针底座142设置连接件15上，连接件15沿样品台11的周向可旋转和可锁定地设置在样品台11上或第一旋转轴12上，通过旋转连接件15，从而使探针组件14沿样品台11的周向旋转。

连接件15可以通过紧固件设置在第一旋转轴12上或样品台11上，紧固件可以是螺钉、螺栓或螺母中的一种或多种。当连接件15通过紧固件设置在第一旋转轴12上时，连接件15上可以设置供紧固件穿过的螺孔，第一旋转轴12上可以设置环形凹槽，紧固件穿过连接件15上的螺孔并压在环形凹槽内，此时紧固件可以将连接件15锁定在支撑轴上，通过紧固件实现连接件15与第一旋转轴12的锁定状态和非锁定状态的变换。

当连接件15通过紧固件设置在样品台11上时，样品台11上设置有环形导轨（未示出），环形导轨可以位于样品台11的上表面或者下表面，环形导轨也可以位于样品台11的周侧，连接件15的一端可移动和可锁定位置地设置在环形导轨上。当紧固件将连接件15锁定在样品台11上时，连接件15与样品台11相对静止；当紧固件松开时，连接件15与样品台11处于非锁定状态时，连接件15带动探针组件14沿样品台11的周向旋转，通过旋转连接件15，可以调整探针141的位置，可以使探针141对准半导体样品50。

当连接件15或探针底座142处于锁定状态时，连接件15或探针底座142可以随着样品台11旋转，探针组件14与样品台11同步转动；当连接件15或探针底座142处于非锁定状态时，连接件15或探针底座142可以围绕样品台11旋转，探针组件14可以相对样品台11自由转动。由此，通过将样品台11和探针组件14一体化集成设置，且探针组件14沿样品台11的周向可旋转和可锁定位置地设置，当探针组件14处于非锁定状态时，可以调整探针141位置并使其电连接半导体样品50，待连接完成并锁定后，探针组件14与样品台11相对静止，探针141随半导体样品50的移动而移动，在对半导体样品50进行不同角度的测试时，只需调整样品台11的方向，进而改变半导体样品50的方向和位置，即可进行不同角度的测试，无需对探针141进行抬针、落针操作，不仅操作方便，而且避免频繁抬针、落针损坏探针141和半导体样品50的情况，以及避免产生接触误差，检测结果更加准确可靠。

此外，因探针底座142通常位于样品台11的边缘，在对半导体样品50进行不同角度的测试时，探针底座142容易与物镜31产生干涉，进而损坏设备，通过采用上述结构，在非锁定状态下，通过将探针组件14调整至样品台11的合适位置，可以在对半导体样品50进行不同角度的测试时，使探针组件14始终避开物镜31，从而避免探针底座142与物镜31产生干涉，进而避免损坏设备。

作为优选方式，探针组件14的数量是两个，两个探针组件14均可沿样品台11的周向旋转和锁定。以半导体样品50是Micro-LED器件为例，一个探针组件14的探针141可以用于电连接Micro-LED器件的一个电极（例如N电极），另一个探针组件14的探针141可以用于电连接Micro-LED器件的另一个电极（例如P电极）。使用时，可以同时调节两个探针组件14，这样可以加快调整速度；也可以先调整其中一个探针组件14并锁定，使探针141对准半导体样品50的一个电极，再调整另一个探针组件14的探针141并锁定，使其可以快速对准半导体样品50的另一个电极。探针组件14可以360°围绕样品台11的旋转，这样不管半导体样品50在样品台11上处于哪个位置，均可通过旋转探针组件14使探针141对准半导体样品50的电极。

探针底座142可以驱动探针141沿第二X方向、第二Y方向和第二Z方向中的至少一个方向移动或摆动，第二Z方向可以与第一旋转轴线平行，第二X方向、第二Y方向与第二Z方向相互垂直。作为示例，探针141摆动时，探针141可以是在上下方向摆动或左右方向摆动，摆动时，探针141的背向探针底座142的一端可以沿弧形轨迹移动。其中，上下方向摆动的弧形轨迹可以垂直于样品台11的上表面，摆动时，探针141的背向探针底座142的一端朝向或背向半导体样品50方向运动；左右方向摆动的弧形轨迹可以平行于样品台11的上表面，摆动时，探针141的背向探针底座142的一端朝向或背向半导体样品50方向运动。

探针底座142还可以包括第二X方向驱动机构（未示出）、第二Y方向驱动机构（未示出）和第二Z方向驱动机构（未示出），第二X方向驱动机构、第二Y方向驱动机构和第二Z方向驱动机构例如分别包括电机。第二X方向驱动机构用于驱动探针141沿第二X方向移动或摆动，第二Y方向驱动机构用于驱动探针141沿第二Y方向移动或摆动，第二Z方向驱动机构用于驱动探针141沿第二Z方向移动或摆动。

通过设置第二X方向驱动机构、第二Y方向驱动机构和第二Z方向驱动机构，使得探针底座142成为一种能够在三个方向移动的XYZ三轴移动探针底座142，探针141安装在探针底座142上，使得探针底座142能够在三个方向上调整探针141的位置，进而调整探针141的针尖的位置，提高探针141移动的自由度，使得探针组件14能够匹配连接更多尺寸的半导体样品50，以及其他更多的应用场景。

尤其是，探针141沿着样品台11方向移动时，可以适配不同宽度的半导体样品50；探针141沿着垂直于样品台11高度移动时，可以适配不同高度的半导体样品50。且在上述驱动结构的作用下，当探针141沿着样品台11方向移动时，可以实现半导体样品50的平扫。

需要说明的是，第二X方向驱动机构、第二Y方向驱动机构和第二Z方向驱动机构可以从下至上依次叠放，探针141仅安装在最上层的第二Z方向驱动机构上，第二X方向驱动机构通过第二Y方向驱动机构和第二Z方向驱动机构间接驱动探针141沿第二X方向移动，第二Y方向驱动机构通过第二Z方向驱动机构间接驱动探针141沿第二Y方向移动。在其他变形实施方式，第二X方向驱动机构、第二Y方向驱动机构和第二Z方向驱动机构还可以采用其他的堆叠方式，只要能够实现能够在三个方向上调整探针141的位置即可。

本发明还提供了一种角度分辨光学测试方法包括步骤S1-S2，还可以包括步骤S0，该方法可以使用上述的角度分辨光学测试系统。

步骤S0：通过检测模块获取样品台11上的半导体样品50的图像。

具体地，先打开光源21，光源21的光经过光学组件22和物镜31到达半导体样品50形成第一光路，此时半导体样品50被照亮，同时半导体样品50可以将光源21的光反射出去；半导体样品50反射的光经过物镜31和光学组件22到达相机23形成第二光路，此时相机23可以获取半导体样品50的图像，确定半导体样品50上的待测区域或感兴趣区域。

步骤S1：控制翻转驱动模块40的翻转组件驱动用于承载半导体样品50的样品台11或检测模块绕所述第二旋转轴线旋转以改变检测模块收集半导体样品50发出的光的角度。

具体地，控制翻转驱动模块40的第二旋转轴41驱动样品台11或检测模块绕第二旋转轴线旋转，以改变检测模块收集半导体样品50发出的光的角度。在其他方式中，还可以通过相机23再次获取半导体样品50的图像，再次确定半导体样品50上的感兴趣区域处于测试范围内。

作为示例，根据获取的半导体样品50的图像，通过第一旋转轴12带动样品台11绕第一旋转轴线旋转，和/或，通过第二旋转轴41驱动样品台11或检测模块绕第二旋转轴线旋转，确定半导体样品50上的感兴趣区域，第一旋转轴线与第二旋转轴线非平行。

更具体地，根据获取的半导体样品50的图像，通过第一旋转轴12带动样品台11绕第一旋转轴线旋转，和/或，通过第二旋转轴41驱动样品台11或检测模块绕第二旋转轴线旋转，可以改变检测模块收集半导体样品50发出的光的角度，通过旋转第一旋转轴12和第二旋转轴41，检测模块可以实现从不同角度收集半导体样品50发出的光；通过相机23再次获取半导体样品50的图像，确定半导体样品50上的感兴趣区域，可以通过多次旋转第一旋转轴12和第二旋转轴41，同时根据获取的半导体的图像，最终确定半导体样品50上的感兴趣区域。

步骤S2：点亮半导体样品50并通过检测模块收集半导体样品50发出的光。

具体地，示例1：关闭光源21并将光学组件22从检测模块的光收集构件32和物镜31之间移开，移除光学组件22，可以避免光学组件22造成光信号的损失；将半导体样品50点亮，光收集构件32通过物镜31收集半导体样品50发出的光，此时，可以对半导体样品50的部分区域的光进行精准的收集。

示例2：关闭光源21并将光学组件22和物镜31从检测模块的光收集构件32和半导体样品50之间移开；将半导体样品50点亮，通过光收集构件32直接收集半导体样品50发出的光，此时，可以从远场对半导体样品50的光进行收集。

示例3：关闭光源21并将物镜31从第一安装位置移除，将光收集构件32安装在第一安装位置并罩设在半导体样品50上；将半导体样品50点亮，通过光收集构件32收集半导体样品50发出的光，此时，可以将半导体样品50的光全部收集。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，在发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，所有的这些改变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种角度分辨光学测试系统，其特征在于，包括：

样品承载模块（10），包括样品台（11），所述样品台（11）用于承载半导体样品（50）；

检测模块，用于收集所述半导体样品（50）发出的光；

翻转驱动模块（40），包括翻转组件，所述翻转组件具有第二旋转轴线，所述翻转组件用于驱动所述样品台（11）或所述检测模块绕所述第二旋转轴线旋转以改变所述检测模块收集所述半导体样品（50）发出的光的角度。

2.根据权利要求1所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，所述样品台（11）或所述检测模块绕第二旋转轴线旋转时，所述半导体样品（50）的待测区域位于所述第二旋转轴线上。

3.根据权利要求2所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，所述样品承载模块（10）还包括XYZ三轴移动基座（13），所述XYZ三轴移动基座（13）设置在所述翻转驱动模块（40）上，所述样品台（11）设置在所述XYZ三轴移动基座（13）上。

4.根据权利要求1所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，所述翻转组件至少包括第二旋转轴（41）；

所述第二旋转轴（41）用于驱动所述样品台（11）或所述检测模块绕所述第二旋转轴线旋转；

和/或，所述翻转组件还包括旋转板（42），所述样品承载模块（10）或所述检测模块设置在所述旋转板（42）上，所述第二旋转轴（41）通过旋转板（42）驱动所述样品台（11）或所述检测模块绕所述第二旋转轴线旋转；

其中，所述旋转板（42）与所述第二旋转轴（41）一体成型或固定连接。

5.根据权利要求1所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，所述样品承载模块（10）还包括旋转组件，所述旋转组件具有第一旋转轴线，所述旋转组件用于驱动所述样品台（11）绕所述第一旋转轴线旋转，所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线非平行。

6.根据权利要求5所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，所述旋转组件还包括第一旋转轴（12），所述第一旋转轴（12）支撑所述样品台（11）并用于驱动所述样品台（11）绕第一旋转轴线旋转，所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线垂直。

7.根据权利要求1所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，所述检测模块包括成像组件（20）和测试组件（30），所述成像组件（20）用于获取所述样品台（11）上的所述半导体样品（50）的图像，所述测试组件（30）用于收集所述半导体样品（50）发出的光；

其中，至少所述测试组件（30）的位置可调，以实现多种测试模式。

8.根据权利要求7所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，所述测试组件（30）包括物镜（31）和光收集构件（32），所述物镜（31）可移除地设置在第一安装位置，所述光收集构件（32）用于收集半导体样品（50）发出的光，所述光收集构件（32）可拆卸地设置在第一安装位置或第二安装位置，所述第一安装位置与样品台（11）的距离小于所述第二安装位置与所述样品台（11）的距离。

9.根据权利要求8所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，所述多种测试模式包括：微区角度分辨测试模式、远场角度分辨测试模式和普通光学特性测试模式。

10.根据权利要求9所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，

所述微区角度分辨测试模式包括：当所述物镜（31）位于第一安装位置、所述光收集构件（32）位于第二安装位置时，所述光收集构件（32）通过所述物镜（31）收集所述半导体样品（50）的部分区域发出的光；

所述远场角度分辨测试模式包括：当所述物镜（31）从第一安装位置移除、所述光收集构件（32）位于第二安装位置时，所述光收集构件（32）收集所述半导体样品（50）的部分区域发出的光；

所述普通光学特性测试模式包括：当所述光收集构件（32）位于第一安装位置时，所述光收集构件（32）能够罩设在所述半导体样品（50）上并用于收集所述半导体样品（50）发出的光。

11.根据权利要求8所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，所述成像组件（20）包括光源（21）、光学组件（22）和相机（23），所述光源（21）发出的光通过光学组件（22）和所述物镜（31）到达所述半导体样品（50）上并形成第一光路，所述光源（21）的光用于照亮所述半导体样品（50），所述半导体样品（50）反射的光经过所述物镜（31）和所述光学组件（22）到达所述相机（23）上并形成第二光路，所述相机（23）用于获取所述半导体样品（50）的图像。

12.根据权利要求11所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，所述光源（21）、所述光学组件（22）可拆卸地设置或可移除地设置，所述物镜（31）可移除地设置在第一安装位置的导轨上，所述光收集构件（32）可拆卸地设置在第一安装位置的导轨上或第二安装位置的导轨上。

13.根据权利要求1所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，所述样品承载模块（10）还包括探针组件（14），所述探针组件（14）包括探针（141）和探针底座（142），所述探针（141）的一端设置在所述探针底座（142）上，所述探针（141）的另一端用于为所述半导体样品（50）供电；

所述探针组件（14）沿所述样品台（11）的周向可旋转和可锁定地设置在样品台（11）上；或者，所述探针组件（14）通过连接件（15）沿所述样品台（11）的周向可旋转和可锁定地设置在样品承载模块（10）上。

14.根据权利要求13所述的角度分辨光学测试系统，其特征在于，所述探针底座（142）用于驱动所述探针（141）沿第二X方向、第二Y方向和第二Z方向中的至少一个方向移动或摆动，所述第二X方向、所述第二Y方向与第二Z方向相互垂直。

15.一种角度分辨光学测试方法，其特征在于，使用权利要求1-14任意一项所述的角度分辨光学测试系统，包括：

控制所述翻转驱动模块（40）的翻转组件驱动所述样品台（11）或所述检测模块绕所述第二旋转轴线旋转以改变所述检测模块收集所述半导体样品（50）发出的光的角度；

点亮所述半导体样品（50）并通过所述检测模块收集所述半导体样品（50）发出的光。

Images