TW201348683A - 全光通量檢測系統及全光通量之檢測方法 - Google Patents
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Abstract
一種全光通量檢測系統及全光通量之檢測方法，係用以檢測一發光元件之全光通量，檢測系統包含一收光模組、一第一光偵測器及一處理模組。收光模組係設於發光元件之中心法線上，並將投射光場分為一正向光場及一側向光場，且收光模組係接收正向光場內之光束而產生一正向光通量。第一光偵測器係設置於收光模組之一側，以接收側向光場內之光束，並產生一第一側向光通量。處理模組係電性連結於收光模組及第一光偵測器，藉以計算出發光元件之全光通量。
Description
本發明係關於一種全光通量檢測系統及全光通量之檢測方法，特別是指一種針對發光元件的場型進行校正計算，以增加全光通量的檢測準確度。
由於LED(Light emitting diode)具備有耗電量小、壽命長以及反應速度快等特性，因極具發展潛力而被喻為下一個世代的照明元件。在LED的產業鏈中，首先是將原料製成磊晶片後，再將磊晶片整合成LED晶圓，接著將LED晶圓切割成多個LED晶粒(LED chip die)，最後才將LED晶粒封裝成各種型態。其中，LED的發光效率一直是各家廠商爭相競逐的指標之一，因此在LED各階段的製造過程中，都需要利用檢測裝置來量測LED的光通量，以確認ED的發光效率是否合乎標準。
一般來說，現有的LED全光通量量測系統中，主要是利用積分球或太陽能板來覆蓋住LED的發光方向，並依其所量得之電流值換算成LED的全光通量。這些方法雖然十分方便，但是卻存在著許多問題。例如，積分球的開口大小有限，若太大會導致量測的光電流過小並使精度下降。而為了使收進積分球的光盡量包含所有自LED發出的光，必須使積分球非常靠近LED，甚至需要利用治具將LED晶粒送入積分球體內進行量測，因此雖然積分球量測系統的
量測精確度高，但量測時間較長且不適合對LED晶圓上尚未切割的LED晶粒進行快速量測。
而太陽能板量測系統是利用太陽能電池(Photovoltaic cell,PV cell)當做收光元件，藉由其大面積收光、單晶矽材料性質穩定性高、輸出電流重複性佳以及反應時間快等特性，可以有效降低現今業界使用顯微鏡點測系統會因機構變異所帶來的收光比例造成量測誤差。然而，雖然太陽能板量測系統可以藉由加大太陽能板面積以增加收光量，但其效率對於光入射角度之依存性卻使得量測出現誤差。
請參閱第一圖，第一圖係顯示光線的入射角度與吸收效率之間的關係示意圖。如圖所示，圖中的入射角度是表示光線與太陽能板的法線之間的傾角。在入射角度為0時，是代表光線是垂直的入射到太陽能板，因此具有最高的吸收效率，然而當光線的入射角度越大時，效率會隨之降低，這是因為光線的傾角越大時，越容易產生反射，導致太陽能板的吸收效率降低，因此當利用太陽能板作為吸光元件來檢測LED全光通量時，會容易產生誤差，且不同投射場型的LED之間的誤差亦不同。
緣此，本案發明人認為實有必要開發出一種新的全光通量檢測系統及全光通量之檢測方法，可以有效的提高發光元件全光通量的檢測準確度。
有鑒於習知技術中，以積分球對LED進行檢測的方式僅適合於單一的LED晶粒，並不適合用於檢測LED晶圓，且積分球的檢測時間較長，無法有效支援忙碌的生產線；另外，以太陽能板做為收光元件時，雖然有反應時間快且穩定的優點，但由於太陽能面板會有角度依存性的問題產生，導致檢測結果產生誤差。
綜上所述，本發明主要目的係提供一種全光通量檢測系統及全光通量之檢測方法，以快速的對發光元件進行全光通量的檢測，並有效的提高發光元件全光通量的檢測準確度。
一種全光通量檢測系統，係用以檢測一發光元件之全光通量，發光元件具有一投射光場與一中心法線，全光通量檢測系統包含一收光模組、一第一光偵測器以及一處理模組。
收光模組係對應地設置於中心法線上，並將投射光場分為一正向光場以及一側向光場，且收光模組係用以接收發光元件於正向光場內所投射之光束，並據以產生一正向光通量。
第一光偵測器係設置於收光模組之一側，用以接收發光元件於側向光場內所投射之光束，並據以產生一第一側向光通量。
處理模組係電性連結於收光模組以及第一光偵測器，
用以依據正向光通量以及第一側向光通量判斷投射光場之場型，藉以計算出發光元件之全光通量。
如上所述之全光通量檢測系統，其更包含一第二光偵測器，係設置於收光模組相對於第一光偵測器之另一側，第二光偵測器用以接收發光元件於側向光場內所投射之光束，並據以產生一第二側向光通量。較佳者，上述之處理模組包含一儲存單元與一處理單元，儲存單元儲存有一正向基準量、一第一側向基準量、一第二側向基準量以及複數個場型校正係數。處理單元係將正向光通量、第一側向光通量以及第二側向光通量分別與正向基準量、第一側向基準量以及第二側向基準量進行比較，以判斷投射光場之場型，並於該些場型校正係數中選出相對應者，藉以計算出發光元件之全光通量。
此外，上述之全光通量檢測系統更包含二聚光元件，其係分別設置於收光模組之兩側，並將發光元件於側向光場內所投射之光束分別聚焦於第一偵測器與第二偵測器。
本發明更提供一種全光通量之檢測方法，首先是將一收光模組對應地設置於一發光元件之中心法線上，使發光元件之投射光場被分為一正向光場以及一側向光場；然後，利用收光模組接收發光元件於正向光場內所投射之光束，並據以產生一正向光通量；接著，利用一第一光偵測器接收發光元件於側向光場內所投射之光束，並據以產生一第一側向光通量；最後，利用一處理模組依據正向光通量以及第一側向光通量判斷出投射光場之場型，藉以計算
出發光元件之全光通量。
如上所述之全光通量檢測方法，更包含一步驟，其係對一標準發光元件進行檢測，藉以使收光模組產生一正向基準量，並使第一光偵測器產生一第一側向基準量。
較佳者，當正向光通量與第一側向光通量之比值相當於正向基準量與第一側向基準量之比值時，判斷投射光場之場型趨近於標準發光元件之投射場型；當正向光通量與第一側向光通量之比值大於正向基準量與第一側向基準量之比值時，判斷投射光場之場型係集中於中心法線；當正向光通量與第一側向光通量之比值小於正向基準量與第一側向基準量之比值時，判斷投射光場之場型係分散於兩側。
如上所述之全光通量檢測方法，更包含一步驟，其係利用一第二光偵測器接收發光元件於側向光場內所投射之光束，並據以產生一第二側向光通量，當第一側向光通量大於第二側向光通量時，判斷投射光場之場型分布係偏向其中一側。
相較於習知之LED全光通量檢測系統，由於本發明之全光通量檢測系統及全光通量之檢測方法是利用收光模組與光偵測器來吸收發光元件投射光場內的光束，再將所產生的正向光通量以及第一側向光通量與標準發光元件的光通量相比，可得知發光元件投射光場的場型，最後再依據與場型相對應之校正係數來校正發光元件的光通量，進而
獲得更為精準的發光元件全光通量。
本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。
本發明係關於一種全光通量檢測系統及全光通量之檢測方法，其係利用收光模組與光偵測器來吸收發光元件投射光場內的光束，並與標準發光元件的光通量相比而判斷出發光元件投射光場的場型，以校正得出發光元件的全光通量。由於發光元件具有各式各樣的投射光場場型，且發光元件在製造過程中具有多種型態，故以下茲列舉較佳之實施例以說明本發明，然熟習此項技藝者皆知此僅為舉例，而並非用以限定發明本身。有關此較佳實施例之內容詳述如下。
請參閱第二圖至第四圖，第二圖係為本發明之全光通量檢測系統之平面示意圖；第三圖係顯示於本發明之全光通量檢測系統中，收光模組區分發光元件之投射光場的平面示意圖；第四圖係為本發明之全光通量檢測系統之系統結構示意圖。如圖所示，一發光模組200具有複數個未切割之發光元件201，在本實施例中，發光模組200係為LED晶圓，發光元件201為LED晶粒。一全光通量檢測系統100係用以檢測發光元件201之全光通量，而此全光通量檢測系統100包含一收光模組1、一第一光偵測器2、一第二光偵測器3、一處理模組4、一聚光元件5以及一聚光元件6。
收光模組1係對應地設置於發光元件201之一中心法線n上，且收光模組1將發光元件201之投射光場F分為一正向光場F1、一側向光場F2以及一側向光場F3。其中，收光模組1係用以接收發光元件201於正向光場F1內所投射之光束，並據以產生一正向光通量F11。在本實施例中，收光模組1可以是太陽能面板或積分球。
第一光偵測器2係設置於收光模組1之一側，用以接收發光元件201於側向光場F2內所投射之光束，並據以產生一側向光通量F21。其中，聚光元件5係設置於第一光偵測器2與發光元件201之間，藉以使發光元件201於側向光場F2內所投射之光束可聚焦於第一光偵測器2上，使發光元件201於側向光場F2內所投射之光束幾乎都能被第一光偵測器2所接收。
第二光偵測器3係設置於收光模組1相對於第一光偵測器2之另一側，用以接收發光元件201於側向光場F3內所投射之光束，並據以產生一第二側向光通量F31。其中，聚光元件6係設置於第二偵測器3與發光元件201之間，藉以使發光元件201於側向光場F3內所投射之光束可聚焦於第二光偵測器3上，使發光元件201於側向光場F3內所投射之光束幾乎都能被第二光偵測器3所接收。在本實施例中，第一光偵測器2與第二光偵測器3例如是感光二極體(photodiode)或太陽能電池等半導體元件，而聚光元件5、6例如是透鏡。
請參閱第三圖至第七圖，第五圖係為標準發光元件之
場型分布示意圖；第六圖係為發光元件之投射光場的場型集中於中心法線之示意圖；第七圖係為發光元件之投射光場的場型分散於兩側之示意圖。如圖所示，處理模組4係電性連結於收光模組1、第一光偵測器2以及第二光偵測器3，且處理模組4包含一儲存單元41以及一處理單元42。儲存單元41內建有一正向基準量S1、一第一側向基準量S2、一第二側向基準量S3以及複數個場型校正係數k。處理單元42係將正向光通量F11、第一側向光通量F21以及第二側向光通量F31分別與正向基準量S1、第一側向基準量S2以及第二側向基準量S3比較，以判斷投射光場之場型，並於該些場型校正係數k中選出相對應者，藉以計算出發光元件201之全光通量。如第五圖所示，本實施例是利用投射場型呈圓形的發光元件作為一標準發光元件201a，其具有一中心法線n’，而標準發光元件201a的場型係以中心法線n’為基準而在中心法線n’的正負90度內呈現圓形；其中，正向基準量S1、第一側向基準量S2以及第二側向基準量S3係為利用全光通量檢測系統100量測標準發光元件201a後所儲存於儲存單元41內之數據。
承上所述，當正向光通量F11與第一側向光通量F21之比值(F11/F21)接近於正向基準量S1與第一側向基準量S2之比值(S1/S2)，發光元件201之投射場型相當於標準發光元件201a之場型，意即在本實施例中發光元件201之投射光場F的場型趨近於圓形。其中，由於發光元件201通常是呈對稱分布，因此利用上述之比值(F11/F21)與
(S1/S2)即可有效的判斷出發光元件201之投射場型。此外，當正向光通量F11與第二側向光通量F31之比值(F11/F31)接近於正向基準量S1與第二側向基準量S3之比值(S1/S3)時，更可提升投射光場F的場型趨近於圓形的判斷準確度。
當正向光通量F11與第一側向光通量F21之比值(F11/F21)大於正向基準量S1與第一側向基準量S2之比值(S1/S2)時，發光元件201的投射光場F之場型係如第六圖所示的集中於中心法線n。
當正向光通量F11與第一側向光通量F21之比值(F11/F21)小於正向基準量S1與第一側向基準量S2之比值(S1/S2)時，發光元件201的投射光場F之場型係如第七圖所示的分散於兩側。
以此類推，當第一側向光通量F21大於第二側向光通量F31(F21>F31)時，在本發明技術領域中具有通常知識者應可理解，投射光場F之場型分布係偏向側向光場F2。
如上所述，當處理單元42判斷完發光元件201之投射光場F之場型時，便以適當的校正係數去修正正向光通量F11、第一側向光通量F21以及第二側向光通量F31，藉以使發光元件201的全光通量量測數據更為精準。
請參閱第三、四、五、八圖，第八圖係為本發明所提供之全光通量之檢測方法。如圖所示，本發明所提供之全光通量之檢測方法之步驟S110係將收光模組1對應地設置於發光元件201之中心法線n上，發光元件201之投射光
場F被分為正向光場F1以及側向光場F2、F3。
然後，步驟S120是利用收光模組1接收發光元件201於正向光場F1內所投射之光束，並據以產生正向光通量F11。
接著，步驟S130是利用第一光偵測器2以及一第二光偵測器3分別接收發光元件201於側向光場F2、F3內所投射之光束，並據以產生第一側向光通量F21以及第二側向光通量F31。
之後，步驟S140是對標準發光元件201a進行檢測，藉以使收光模組1產生正向基準量S1，並使第一光偵測器2與第二光偵測器3分別產生第一側向基準量S2與第二側向基準量S3。然後正向基準量S1、第一側向基準量S2與第二側向基準量S3是儲存於儲存單元41內。在本實施例中，標準發光元件201a係為一Lambertian光源，其具有均勻的場型分布，致使投射場型呈圓形。此外，在其他實施例中，步驟S140亦可在步驟S110之前實施，並不限定於步驟S130之後。
最後，步驟S150是利用處理模組4依據正向光通量F11、第一側向光通量F21以及第二側向光通量F31判斷出投射光場F之場型，藉以計算出發光元件201之全光通量。
綜上所述，相較於習知技術之LED全光通量檢測系統，由於本發明之全光通量檢測系統及全光通量之檢測方法是利用收光模組與光偵測器來吸收發光元件投射光場內的光束，再將所產生的正向光通量、第一側向光通量以及
第二側向光通量與標準的光通量相比，因此可判斷出投射光場的場型。在判斷出投射光場的場型後，即可利用與場型相對應的校正係數來校正得出發光元件的全光通量，有效的提高檢測的準確度。
在其他實施例中，如上所述之第一/第二光偵測器亦可直接對準發光元件而吸收第一/第二側向光場內之光束，而不需要另外設置聚光元件，此時處理單元是依據第一/第二光偵測器的收光角度來計算發光元件的全光通量。
此外，由於一般發光元件的場型通常是對稱的設計，因此本發明之全光通量檢測系統即使只有收光模組與第一光偵測器亦可以對稱的計算測得發光元件的大致場型，並據以計算出全光通量；而同時利用第一光偵測器與第二光偵測器則可以更準確的測定發光元件的場型，並據以校正計算出全光通量。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
100‧‧‧全光通量檢測系統
200‧‧‧發光模組
201‧‧‧發光元件
201a‧‧‧標準發光元件
1‧‧‧收光模組
2‧‧‧第一光偵測器
3‧‧‧第二光偵測器
4‧‧‧處理模組
41‧‧‧儲存單元
42‧‧‧處理單元
5‧‧‧聚光元件
6‧‧‧聚光元件
n、n’‧‧‧中心法線
F‧‧‧投射光場
F1‧‧‧正向光場
F11‧‧‧正向光通量
F2‧‧‧側向光場
F21‧‧‧第一側向光通量
F3‧‧‧側向光場
F31‧‧‧第二側向光通量
k‧‧‧場型校正係數
S1‧‧‧正向基準量
S2‧‧‧第一側向基準量
S3‧‧‧第二側向基準量
第一圖係顯示光線的入射角度與吸收效率之間的關係示意圖；第二圖係為本發明之全光通量檢測系統之平面示意圖；
第三圖係顯示於本發明之全光通量檢測系統中，收光模組區分發光元件之投射光場的平面示意圖；第四圖係為本發明之全光通量檢測系統之系統結構示意圖；第五圖係為標準發光元件之場型分布示意圖；第六圖係為發光元件之投射光場的場型集中於中心法線之示意圖；第七圖係為發光元件之投射光場的場型分散於兩側之示意圖；以及第八圖係為本發明所提供之全光通量之檢測方法。
100‧‧‧全光通量檢測系統
200‧‧‧發光模組
201‧‧‧發光元件
1‧‧‧收光模組
2‧‧‧第一光偵測器
3‧‧‧第二光偵測器
4‧‧‧處理模組
5‧‧‧聚光元件
6‧‧‧聚光元件
F‧‧‧投射光場
F1‧‧‧正向光場
F2‧‧‧側向光場
F3‧‧‧側向光場
Claims (10)
- 一種全光通量檢測系統，係用以檢測一發光元件之全光通量，該發光元件具有一投射光場與一中心法線，該全光通量檢測系統包含：一收光模組，係對應地設置於該中心法線上，並將該投射光場分為一正向光場以及一側向光場，該收光模組係用以接收該發光元件於該正向光場內所投射之光束，並據以產生一正向光通量；一第一光偵測器，係設置於該收光模組之一側，該第一光偵測器用以接收該發光元件於該側向光場內所投射之光束，並據以產生一第一側向光通量；以及一處理模組，係電性連結於該收光模組以及該第一光偵測器，該處理模組係用以依據該正向光通量以及該第一側向光通量判斷該投射光場之場型，藉以計算出該發光元件之全光通量。
- 如申請專利範圍第1項所述之全光通量檢測系統，更包含：一第二光偵測器，係設置於該收光模組相對於該第一光偵測器之另一側，該第二光偵測器用以接收該發光元件於該側向光場內所投射之光束，並據以產生一第二側向光通量。
- 如申請專利範圍第2項所述之全光通量檢測系統，其中該處理模組包含：一儲存單元，儲存有一正向基準量、一第一側向基準量、 一第二側向基準量以及複數個場型校正係數；以及一處理單元，係將該正向光通量、該第一側向光通量以及該第二側向光通量分別與該正向基準量、該第一側向基準量以及該第二側向基準量進行比較，以判斷該投射光場之場型，並於該些場型校正係數中選出相對應者，藉以計算出該發光元件之全光通量。
- 如申請專利範圍第2項所述之全光通量檢測系統，更包含：二聚光元件，其係分別設置於該收光模組之兩側，並將該發光元件於該側向光場內所投射之光束分別聚集於該第一光偵測器與該第二光偵測器。
- 一種全光通量之檢測方法，包含：(a)將一收光模組對應地設置於一發光元件之中心法線上，使該發光元件之投射光場被分為一正向光場以及一側向光場；(b)利用該收光模組接收該發光元件於該正向光場內所投射之光束，並據以產生一正向光通量；(c)利用一第一光偵測器接收該發光元件於該側向光場內所投射之光束，並據以產生一第一側向光通量；以及(d)利用一處理模組依據該正向光通量以及該第一側向光通量判斷出該投射光場之場型，藉以計算出該發光元件之全光通量。
- 如申請專利範圍第5項所述之檢測方法，更包含： (e)對一標準發光元件進行檢測，藉以使該收光模組產生一正向基準量，並使該第一光偵測器產生一第一側向基準量。
- 如申請專利範圍第6項所述之檢測方法，其中於步驟(d)，當該正向光通量與該第一側向光通量之比值相當於該正向基準量與該第一側向基準量之比值時，判斷該投射光場之場型趨近於該標準發光元件之投射場型。
- 如申請專利範圍第6項所述之檢測方法，其中於步驟(d)，當該正向光通量與該第一側向光通量之比值大於該正向基準量與該第一側向基準量之比值時，判斷該投射光場之場型係集中於該中心法線。
- 如申請專利範圍第6項所述之檢測方法，其中於步驟(d)，當該正向光通量與該第一側向光通量之比值小於該正向基準量與該第一側向基準量之比值時，判斷該投射光場之場型係分散於兩側。
- 如申請專利範圍第5項所述之檢測方法，更包含：(f)，利用一第二光偵測器接收該發光元件於該側向光場內所投射之光束，並據以產生一第二側向光通量，當該第一側向光通量與該第二側向光通量大小不同時，判斷該投射光場之場型分布係偏向其中一側。
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