TWI447361B - 一種發光元件測試系統及其方法 - Google Patents

Description

一種發光元件測試系統及其方法

本發明係一種發光元件測試系統，特別地，其係一種利用過濾裝置以同時對複數個發光元件所發出的光線進行過濾及分析，藉以得知發光元件的光學特性之發光元件測試系統。

因應發光元件的產能提高，發光元件的檢測需求亦隨之增加。請參閱圖一，圖一繪述了先前技術的系統示意圖。現存的技藝對發光元件進行光學測試時需利用積分球90配合光譜儀92以及亮度計94來測試其總光通量以及其他如色溫、色座標、演色系數等光學特性。

習知積分球係具有高反射性內表面的空心球體，其係用於對球體內部或置放於球體外並靠近某個視窗處的待測物，對光的散射或發射進行收集的一種高效率器件。其原理為讓光源在一個反射率接近100%的球體內作反射，在進行多次反射後，得假設在球體表面上的每一個區域所受到的光亮度是一樣的，據此再測量其中一指定面積的亮度，再乘上該面積與積分球90內部的面積比，便可得知發光元件的總發光量。

再者，光譜儀92以是在特定波長範圍來測量來源光線的設備。習知光譜儀92包括一個色散元件，色散元件用來改變通過系統的光強度。色散元件如光柵、稜鏡。其原理為利用當一束複合光線進入光譜儀的入射狹縫，首先由光學準直鏡使其調成平行光，再通過衍射光柵色散為分開的波長。簡而言之，光譜儀係藉由光栅分光以進行後續的分析效果。

故此，理論上每個積分球每次只能對一顆發光元件進行測試。另外，光譜儀價格高昂且必需配搭積分球使用，因而造成測試單位的成本大幅增加。

據此，先前技藝亦有發展出利用太陽能發電板為感測元件之相關技術，然而其只能對光強度進行分析，尚未能分析發光元件之色溫以及其他的光學特性。

有鑑於現有的技藝中係存在上述的問題，因此，如何研發出一種便宜、效率高且可全自動量測發光元件的光強度、色溫以及其他光學特性的測試裝置及方法，實為相關業界再加以思索並為突破之目標及方向。

有鑑於此，本發明之一範疇在於提供一種發光元件測試系統，係用於對一待測物之光學特性進行量測，該待測物接收一電能並輸出一具有一第一波長區間之初始光線，本發明發光元件測試系統包含過濾裝置以及感光裝置。過濾裝置係包含一第一過濾部，該第一過濾部用以濾除該初始光線的第三波長區間並輸出一具有一第二波長區間之第一過濾後光線；另外，感光裝置係用以接收由該第一過濾部輸出之該第一過濾後光線並據以產生一第一資料。

其中，於實際應用時，其進一步包含一光學裝置，該光學裝置係設置於該待測物及該過濾裝置之間，用以調整該初始光線之焦距使之聚焦在該感光裝置上。再者，該光學裝置亦得設置於該過濾裝置及該感光裝置之間，用以調整該初始光線之焦距使之聚焦在該感光裝置上。

其中，於實際應用時，過濾裝置係進一步包含有一第二過濾部，該第二過濾部係用以濾除該初始光線的一第五波長區間並輸出一相對應的具有一第四波長區間之第二過濾後光線，該第四波長區間與該第二波長區間相異。此外，過濾裝置包含有一旋轉裝置，該旋轉裝置係用於旋轉該過濾裝置以切換該第一過濾部及該第二過濾部之位置。其中，該感光裝置係用以接收由該第二過濾部輸出之該第二過濾後光線並據以產生一第二資料。

再者，本發明可進一步包含一運算裝置，用以根據該第一資料及該第二資料產生該初始光線之相對強度-波長圖；濾除該初始光線之一第三波長區間並輸出一具有一第二波長區間之第一過濾後光線；對該第一過濾後光線進行量測以產生一第一資料；濾除該初始光線之一第五波長區間並輸出一具有一第四波長區間之第二過濾後光線；對該第二過濾後光線進行量測以產生一第二資料；以及根據該第一資料以及該第二資料以產生該初始光線之相對強度-波長圖。

於實際應用中，其進一步包含根據該初始光線之相對強度-波長圖計算該待測物之照度、光通量、色溫、演色系數或色座標。再者，於實際應用時，感光裝置包含一黑白型電荷耦合模組(Charge-coupled Device module)或一黑白互補型金屬氧化物半導體模組(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor module)。

另外，本發明之另一範疇在於提供另一種發光元件測試方法其包含：準備一待測物，該待測物接收一電能並輸出一具有一第一波長之初始光線； 再者，於實際應用時，上述的方法進一步包含以下步驟：調整該初始光線、該第一過濾後光線或該第二過濾後光線之焦距。

相對於先前技藝，本發明提出了一種可同時對多顆發光元件進行測試的系統與方法。另外，本發明亦開創性的在測試系統中整合了一過濾裝置，用以利用不同的過濾條件對待測物所發出的光線進行過濾處理後，整合各種過濾所得的光線進行分析處理以得一測試結果。本發明讓以往每測試所能支持的測試上限，由一顆提升至數十甚至數百顆，讓發光元件的測試系統的效率提升數十至數百倍。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

為使本發明能更清楚的被說明，請參照以下本發明詳細說明及其中所包括之實例，以更容易地理解本發明。

本說明書僅對本發明之必要元件作出陳述，且僅係用於說明本發明其中之可能之實施例，然而說明書之記述應不侷限本發明所主張之技術本質的權利範圍。除非於說明書有明確地排除其可能，否則本發明並不侷限於特定方法、流程、功能或手段。亦應瞭解的是，目前所述僅係本發明可能之實施例，在本發明之實施或測試中，可使用與本說明書所述裝置或系統相類似或等效之任何方法、流程、功能或手段。

除非有另外定義，否則本說明書所用之所有技術及科學術語，皆具有與熟習本發明所屬技術者通常所瞭解的意義相同之意義。儘管在本發明之實施或測試中，可使用與本說明書所述方法及材料相類似或等效之任何方法及手段，但本說明書目前 所述者僅係實例方法、流程及其相關資料。

再者，本說明書中所提及之一數目以上或以下，係包含數目本身。且應瞭解的是，本說明書揭示執行所揭示功能之某些方法、流程，存在多種可執行相同功能之與所揭示結構有關之結構，且上述之結構通常可達成相同結果。

另外，本說明書中所記敘之圖式係旨在表達本發明之技術內容之大鋼。圖式中各個元件間之大小、比例或數量僅供參考，其未必與實際使用時相同。如圖式與說明書中所記敘內容，於大小、比例或數量上有所衝突，則以說明書中的記載為准。再者，本說明書與記述之測試一詞，係泛指對待測物之電性、光學、外觀或機械特性之量測、測試或分析行為。

請參閱圖二A及圖三A，圖二A及圖三A繪述了本發明發光元件測試系統之一具體實施例之示意圖。發光元件測試系統1係用於同時對複數個待測物2之光學特性進行量測。各個待測物2分別接收一電能並輸出一初始光線22，各個初始光線22具有一第一波長區間222。於本較佳實施例中，發光元件測試系統1包含了光學裝置12、過濾裝置14以及感光裝置16。

於本具體實施例中，待測物2係被設置於一載體並設置於發光元件測試系統1中，接著對複數顆待測物2分別提供電能；複數顆待測物2接收電能後將產分別產生一初始光線22；各道初始光線22分別的經過光學裝置12以調整其焦距使之聚焦在感光裝置16上；如圖二A所示，各道初始光線22分別經過過濾裝置14的第一過濾部142並過濾成第一過濾後光線24；接著，各顆待測物2所相對的第一過濾後光線24分別的被感光裝置16中的各個相對應的感光裝置16所接收；各個感光裝置16分別產生一相對應於上述各待測物2的第一資料並 傳送予運算裝置18以對上述的第一資料進行分析後，便可得知初始光線22的第二波長區間224的光線特性；其後，如圖三A所示，過濾裝置14將進行切換以使第二過濾部144位於待測物2的上方，各道初始光線22分別經過過濾裝置14的第二過濾部144並被過濾成第二過濾後光線26；接著，各顆待測物2所相對的第二過濾後光線26分別的被感光裝置16中的各個相對應的感光模組所接收；各個感光模組分別產生一相對應於上述各待測物2的第二資料並傳送予運算裝置18以對上述的第二資料進行分析後，便可得知初始光線22的第四波長區間228的光學特性。運算裝置18透過對各個待測物的第一資料及第二資料以曲線擬合法(curve fitting)多階演算法進行分析及運算，可得知各顆待測物2之初始光線22的各個波長區的光學特性並匯整為一分析資料，上述的分析資料可包含待測物的照度、光通量、色溫、演色系數、色座標(CIE_x,y )、峰波長(λ_p )、主波長(λ_d )與半高寬(FWHM)等資料。

上述的待測物2係泛指任何將電能轉換成光能之發光元件。於本較佳實施例中，待測物2係指一發光二極體裸晶晶片(LED bare die)。更明確的說，待測物2是從晶圓完成分割且整齊排列之發光二極體裸晶晶片。然而，該發光元件不以發光二極體裸晶晶片為限，其亦可為其他如雷射二極體晶片、紫外線二極體晶片、或其他接收電能以輸出光能之半導體元件。

上述的待測物2之光學特性係指待測物2通電後產生光線之特性，例如光線之光通量、波長區間、相對強度、色溫或色座標等。上述的初始光線22係指各個待測物2通電後分別產生的光線，且初始光線22具有第一波長區間222。

光學裝置12係設置於該待測物2及該過濾裝置14之間， 用以調整系統中各道光線的焦距。於本具體實施例中，光學裝置12係設置於該些待測物2及該過濾裝置14之間，用以同時調整該些待測物2所發出的各道初始光線22之焦距，使各道初始光線22的焦距一致的落在上述的感光裝置16之相對應的表面上。

於本具體實施例中，光學裝置12為一弧型透鏡，然而其不以弧型透鏡為限，上述的光學裝置12其亦可為一微型透鏡組或其他可同時將複數個待測物2進行調整焦距功能的光學裝置12。當標的為初始光線、第一過濾後光線或第二過濾後光線時，光學裝置12得設置於該待測物2及該過濾裝置14之間之相對應的位置上。

過濾裝置14係用於對入射的光線進行過濾並輸出一經處理的光線，過濾裝置14僅容許一指定波長區間之光線通過，非處於指定波長區間內之光線將被過濾裝置14反射或吸收。

於本具體實施例中，過濾裝置14係一色輪(COLOR WHEEL)。一般來說，色輪是不同波長區間的分色濾光片的組合，可將入射穿透的光源進行分色，並通過旋轉裝置(未顯於圖)使其轉動以順序分出不同單色光於指定的光路上以進行彩色影像之分色及成像，最後經由其它光機元件合成並投射出全彩影像。於本具體實施例中，上述的旋轉裝置為高速馬達。

有別於先前技術的色輪被應用於彩色投影機、大尺吋的彩色投射電視或光學投射裝置中，本發明的色輪係用於過濾待測物2所發出的光線，並將待測物2射出的光線中不需要之波長區間予以過濾以擷取標的波長區間作測試及分析之用，其將不用於成像。

請再參閱圖二A及圖三A，於本具體實施例中，過濾裝置14包含第一過濾部142以及第二過濾部144。第一過濾部 142係用以濾除各道初始光線22的第一波長區間222中的第三波長區間226，並輸出具有第二波長區間224的第一過濾後光線24。第二波長區間224之大小及數值係相對應於第一過濾部142所使用之材料之特性。此外，第二過濾部144係用以濾除初始光線22的第一波長區間222中的第五波長區間229，並輸出具有第四波長區間228的第二過濾後光線26，其中第四波長區間228與第二波長區間224相異。其中，本發明的過濾裝置14不以具有兩個過濾部為限，按其設計者之需要，過濾裝置14得具有兩個以上不同波長區間的過濾部。

請參閱圖三D，圖三D繪述了本發明之一具體實施例之過濾裝置的上側視圖。本發明的過濾裝置係包含了第一過濾部142以及第二過濾部144。於本具體實施例中，其包含六個過濾部，然而，過濾部之數量不以六個為限，按測試之需要，過濾裝置亦可包含六個以上或以下不同的過濾部，其中，各個過濾部所過濾之波長大致上為相異。

再者，本發明之過濾裝置14不以色輪為限，按其設計之需要，其亦可利用複數張具有不同波長的濾光片及習知之切換機構來按序切換指定波長的濾光片以使其過濾相對應波長的光線。

請一併參閱圖二B及圖二C，圖二B繪述了本發明之一具體實施例之初始光線之相對強度-波長圖；而圖二C則繪述了本發明之一具體實施例之第一過濾後光線之相對強度-波長圖。

於本具體實施例中，於本具體實施例中，第一波長區間222係介於390nm及510nm間；該第二波長區間224係介於455nm至460nm間，而第三波長區間226則介於390nm至454nm以及461至510nm之間。初始光線22經過第一過濾部142時，其處於第三區間內的波長將被過濾並去除以產生 第一過濾後光線24，第一過濾後光線24具有的波長區間係第一波長區間222減去第三波長區間226所餘下之波長區間，亦即為第二波長區間224。然而，各個波長區間的單位大小不以5nm為限，波長區間的單位大小得自由調整。

請一併參閱圖三B及圖三C，圖三B繪述了本發明之一具體實施例之初始光線22之相對強度-波長圖；而圖三C則繪述了本發明之一具體實施例之第一過濾後光線之相對強度-波長圖。

於本具體實施例中，於本具體實施例中，第一波長區間222係介於390nm及510nm間；該第四波長區間228係介於460nm至465nm間，而第五波長區間229則介於390nm至459nm以及466至510nm之間。初始光線22經過第二過濾部144時，波長處於第五波長區間229內的光線將被過濾及去除以產生第二過濾後光線26，第二過濾後光線26具有的波長區間係第一波長區間222減去第五波長區間229所餘下之波長區間，亦即為第四波長區間228。

感光裝置16係用以接收該些第一過濾後光線24並據以產生複數個相對的光學資料。於本具體實施例中，感光裝置16包含一感光模組，而感光模組為黑白型電荷耦合模組(Charge-coupled Device module)。於本具體實施例中，各個待測物2分別的相對應有一感光模組，其中，各個感光模組係以矩陣方式排列。另外，上述的感光模組不以電荷耦合模組為限，其亦可為互補型金屬氧化物半導體模組。同時，上述的電荷耦合模組及互補型金屬氧化物半導體模組不以黑白型為限，按設計之需要，其亦可利用彩色型代替。然而，考量彩色型的感光模組係由紅、綠、籃三種顏色的像素所組成，若像素數量為固定時，其解像度將只有黑白型感光模組之三分之一。

請見圖四，圖四繪述了本發明系統之另一具體實施例之示 意圖。於本具體實施例中，光學裝置12係設置於過濾裝置14以及感光裝置16之間，用於調整輸出自過濾裝置14的光線的焦距。

請見圖五，圖五繪述了本發明系統之另一具體實施例之示意圖。於本具體實施例中，光學裝置12係設置於過濾裝置14之上方表面或下方表面，用於調整進入、輸出自過濾裝置14的光線的焦距。其中，光學裝置12亦可與過濾裝置14整合為一體以進一步減少其元件之數量。

請見圖六，圖六繪述了本發明系統之另一具體實施例之示意圖。於本具體實施例中，本發明之發光元件測試系統1應用於單顆待測物2之測試中，而且其光學裝置係選擇性的被省略。由於待測物2的初始光線22發散的方式為相同，當感光裝置16與待測物2之距離為固定時，待測物2所損失的光的比例為相同，故此，透過對測試結果進行校正便可計算得知待測物2的出射光之光學性質。據此，於本具體實施例中，光學裝置實非為必要。

另外，請參閱圖七，圖七繪述了本發明之發光元件測試方法的具體實施例的流程圖。本發明另提供一種發光元件測試方法，其係用於同時對複數個待測物之光學特性進行量測，方法包含步驟S1至步驟S7，其中，步驟S1為提供複數個待測物，待測物接收一電能並輸出一具有一第一波長之初始光線；步驟S2為濾除初始光線之一第三波長區間並輸出一具有一第二波長區間之第一過濾後光線；步驟S3為對第一過濾後光線進行量測以產生一第一資料；步驟S4為濾除初始光線之一第五波長區間並輸出一具有一第四波長區間之第二過濾後光線；步驟S5為對第二過濾後光線進行量測以產生一第二資料；步驟S6為根據第一資料以及第二資料以產生初始光線之相對強度-波長圖；步驟S7為根據初始光線之相對強度-波長圖計算待測物 之照度、光通量、色溫、演色系數或色座標。

上述的對該複數個第一過濾後光線進行量測以產生複數個相對應的第一資料，係指利用上述系統的感光裝置對第一過濾光線進行測量，以使該感光裝置產生一第一資料。上述的對該複數個第二過濾後光線進行量測以產生複數個相對應的第二資料，係指利用上述系統的感光裝置對第二過濾光線進行測量，以使該感光裝置產生一第二資料。上述的第一資料及第二資料得包含一座標、數值或其他文字資料。

於本具體實施例中，第一資料及第二資料係指第一過濾後光線及第二過濾後光線所屬的第二區間及第四區間中的相對強度最大值之座標。然而，第一資料及第二資料不以上述之座標值為限，按使用者之需求，其亦可藉由取最小值、平均值或藉由其他計算方式得出的座標或相對應的數值為第一資料及第二資料。

請參閱圖八，圖八繪述了本發明之一具體實施例之分析資料的示意圖。於本具體實施例中，根據第一過濾後光線或第二過濾後光線計算得第一資料2242及第二資料2282的座標值後，便得排列、整理成相對應於第一過濾後光線或第二過濾後光線的分析資料，以對使用者顯示各個待測物的光學特性。分析資料係泛指第一過濾後光線之第一資料2242或該第二過濾後光線之第二資料2282所含資料進行分析後所得之資料。

於本具體實施例中，本發明係利用曲線擬合法(curve fitting)多階演算法對透過對各個待測物的第一資料2242及第二資料2282進行分析及運算，以得知各顆待測物之初始光線的各個波長區的光學特性並匯整為一分析資料，上述的分析資 料可包含待測物的色座標(CIE_x,y )、峰波長(λ_p )、主波長(λ_d )與半高寬(FWHM)等資料。於本具體實施例中，其分析資料為一相對強度-波長圖，然而其不以相對強度-波長圖為限，其亦可為一包含照度、光通量、色溫、演色系數或色座標的文字或圖像資料。

相對於先前技藝，本發明提出了一種可同時對多顆發光元件進行測試的系統與方法。另外，本發明亦開創性的在測試系統中整合了一過濾裝置，用以利用不同的過濾條件對待測物所發出的光線進行過濾處理後，整合各種過濾所得的光線進行分析處理以得一測試結果。本發明讓以往每測試所能支持的測試上限，由一顆提升至數十甚至數百顆，讓發光元件的測試系統的效率提升數十至數百倍。

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。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1‧‧‧發光元件測試系統

12‧‧‧光學裝置

14‧‧‧過濾裝置

142‧‧‧第一過濾部

144‧‧‧第二過濾部

16‧‧‧感光裝置

18‧‧‧運算裝置

2‧‧‧待測物

22‧‧‧初始光線

222‧‧‧第一波長區間

224‧‧‧第二波長區間

226‧‧‧第三波長區間

228‧‧‧第四波長區間

229‧‧‧第五波長區間

24‧‧‧第一過濾後光線

26‧‧‧第二過濾後光線

S1~S6‧‧‧流程步驟

2242‧‧‧第一資料

2282‧‧‧第二資料

90‧‧‧積分球

92‧‧‧光譜儀

94‧‧‧亮度計

圖一繪述了先前技術的系統示意圖。

圖二A繪述了本發明發光元件測試系統之一具體實施例之示意圖。

圖二B繪述了本發明之一具體實施例之初始光線之相對強度-波長圖。

圖二C繪述了本發明之一具體實施例之第一過濾後光線之相對強度-波長圖。

圖三A繪述了本發明發光元件測試系統之一具體實施例之示意圖。

圖三B繪述了本發明之一具體實施例之初始光線之相對強度-波長圖。

圖三C繪述了本發明之一具體實施例之第一過濾後光線之相對強度-波長圖。

圖三D繪述了本發明之一具體實施例之過濾裝置的上側視圖。

圖四繪述了本發明系統之另一具體實施例之示意圖。

圖五繪述了本發明系統之另一具體實施例之示意圖。

圖六繪述了本發明系統之另一具體實施例之示意圖。

圖七繪述了本發明發光元件測試方法的具體實施例的流程圖。

圖八繪述了本發明之一具體實施例之分析資料的示意圖。

1‧‧‧發光元件測試系統

12‧‧‧光學裝置

14‧‧‧過濾裝置

142‧‧‧第一過濾部

144‧‧‧第二過濾部

16‧‧‧感光裝置

2‧‧‧待測物

22‧‧‧初始光線

24‧‧‧第一過濾後光線

Claims (7)

1. 一種發光元件之測試系統，係用於對一待測物之光學特性進行量測，該待測物接收一電能並輸出一具有一第一波長區間之初始光線，該測試系統包含：一過濾裝置，包含一第一過濾部及一第二過濾部，該第一過濾部用以濾除該初始光線之一第三波長區間並輸出一具有一第二波長區間之第一過濾後光線，該第二過濾部用以濾除該初始光線之一第五波長區間並輸出一具有一第四波長區間之第二過濾後光線，該第四波長區間與該第二波長區間相異；一感光裝置，用以接收由該第一過濾部輸出之該第一過濾後光線並據以產生一第一資料，該感光裝置係用以接收由該第二過濾部輸出之該第二過濾後光線並據以產生一第二資料；以及一運算裝置，用以根據該第一資料及該第二資料產生該初始光線之相對強度-波長圖。
2. 如申請專利範圍1之測試系統，其進一步包含一光學裝置，該光學裝置係設置於該待測物及該過濾裝置之間，用以調整該初始光線之焦距使之聚焦在該感光裝置上。
3. 如申請專利範圍1之測試系統，其進一步包含一光學裝置，該光學裝置係設置於該過濾裝置及該感光裝置之間，用以調整該初始光線之焦距使之聚焦在該感光裝置上。
4. 如申請專利範圍1之測試系統，其中該過濾裝置包含有一旋轉裝置，該旋轉裝置係用於旋轉該過濾裝置以切換該第一過濾部及該第二過濾部之位置。
5. 如申請專利範圍1之測試系統，其中該感光裝置包含一黑白型 電荷耦合模組(Charge-coupled Device module)或一黑白互補型金屬氧化物半導體模組(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor module)。
6. 一種測試發光元件之方法，包含：準備一待測物，該待測物接收一電能並輸出一具有一第一波長之初始光線；濾除該初始光線之一第三波長區間並輸出一具有一第二波長區間之第一過濾後光線；對該第一過濾後光線進行量測以產生一第一資料；濾除該初始光線之一第五波長區間並輸出一具有一第四波長區間之第二過濾後光線；對該第二過濾後光線進行量測以產生一第二資料；以及根據該第一資料以及該第二資料以產生該初始光線之相對強度-波長圖。
7. 如申請專利範圍6之方法，其進一步包含以下步驟：根據該初始光線之相對強度-波長圖計算該待測物之照度、光通量、色溫、演色系數或色座標。