Mini-Micro LED測(cè)量解決方案

Mini LED的是芯片尺寸介于50-200微米的LED器件，其由成數(shù)千個(gè)單獨(dú)的LED燈珠組成，其中多個(gè)LED燈珠組成LED背光矩陣，每個(gè)背光矩陣都可以化成單獨(dú)的控光區(qū)域；Mini LED可以實(shí)現(xiàn)讓屏幕擁有超高對(duì)比度以及精細(xì)化、可調(diào)的局部亮度；其獨(dú)立的區(qū)域燈珠可以在短時(shí)間內(nèi)激發(fā)出較大的亮度。

Micro LED的晶片尺寸則小于50微米，其每一個(gè)像素都含有可以自發(fā)光、獨(dú)立控制的RGB三個(gè)LED子像素。Micro LED芯片有尺寸小、集成度高和自發(fā)光等特點(diǎn)，在顯示方面與LCD、OLED相比，在亮度、分辨率、對(duì)比度、能耗、使用壽命、響應(yīng)速度和熱穩(wěn)定性等方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。

目前Micro LED的研究尤為重要，未來(lái)隨著生產(chǎn)工藝成熟及產(chǎn)品價(jià)格下移，有望在智能電視、大屏顯示、戶(hù)外顯示等多領(lǐng)域?qū)?OLED 與 LCD 形成替代；在VR/AR 設(shè)備、車(chē)載顯示等交互式媒體產(chǎn)業(yè)內(nèi)也有望能夠得到快速應(yīng)用。萊森光學(xué)的Mini-Mirco LED解決方案，能夠?yàn)橛行枨蟮目蛻?hù)提供幫助。

LED點(diǎn)間距已經(jīng)可以做到1mm以下的小間距產(chǎn)品。Micro LED要求間距小于0.01mm，且芯片尺寸小于0.05mm；Mini LED的間距要求介于小間距LED與Micro LED之間。

技術(shù)相關(guān)原理

所有的電磁輻射都是光，可見(jiàn)光是光譜中人眼能看到的唯一部分。通常，人眼可以檢測(cè)到380~700nm的可見(jiàn)光波長(zhǎng)。在人的一生中，我們的眼睛一直依賴(lài)于這一窄波段的電磁輻射來(lái)收集關(guān)于世界的信息。

輻射度學(xué)（radiology）是一門(mén)以整個(gè)電磁波段的電磁輻射能測(cè)量為研究對(duì)象的科學(xué)。輻射度測(cè)量的主要測(cè)量單位：輻射通量，輻射通量又稱(chēng)輻射功率，指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一截面的輻射能，是以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的功率，單位為W；輻照度是指入射到單位接收表面積上的輻射功率，單位是W·m-2；輻亮度代表的是擴(kuò)散源在某方向上單位投影面積和單位立體角內(nèi)發(fā)射的輻射功率，單位為W·m-1·sr-1。

光度量

輻射度量是用能量單位描述輻射能的客觀物理量。光度量是光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺(jué)刺激大小的度量，即光度量是具有平均人眼視覺(jué)響應(yīng)特性的人眼所接收到的輻射量的度量。

光通量定義為單位時(shí)間內(nèi)的光流量。以流體作為比方，它類(lèi)似于每分鐘流過(guò)多少升水。光的流量是指光源所產(chǎn)生的總的光能，沒(méi)有指定方向、距離或強(qiáng)度。表示從此光源中放射出來(lái)的光的量的用語(yǔ)叫光通量。單位是lm。

光照度是指光源照射到物體表面一個(gè)面元上的光通量除以該面元的面積，即單位面積上所接收的光通量大小。單位是lx（lm/m2）。

光亮度光亮度又稱(chēng)發(fā)光率，是指一個(gè)表面的明亮程度，以L表示，即從一個(gè)表面反射出來(lái)的光通量?；蛘哒f(shuō)是指在某方向上單位投影面積的面光源沿該方向的發(fā)光強(qiáng)度。單位是c/m2或lm（m2*sr）。

光通量、光強(qiáng)、照度、亮度之間的關(guān)系示意圖

色度學(xué)

物理學(xué)里面研究的是光的客觀屬性及其規(guī)律，色度學(xué)里面研究的是人眼感知的主觀屬性及其規(guī)律，所以色度學(xué)是建立在人眼的基礎(chǔ)之上的。人類(lèi)有三種錐細(xì)胞，紅色光刺激紅細(xì)胞，藍(lán)色光刺激藍(lán)細(xì)胞，綠色光刺激綠細(xì)胞，而黃色光既可以刺激綠細(xì)胞，也可以刺激紅細(xì)胞。

色光三原色

顏色是外來(lái)的光刺激作用于人的視覺(jué)器官而產(chǎn)生的主觀感覺(jué)。因而物體的顏色不僅取決于物體本身，還與光源、周?chē)h(huán)境的顏色，以及觀察者的視覺(jué)系統(tǒng)有關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)可見(jiàn)光譜上的各種顏色隨光強(qiáng)度的增加而有所變化(向紅色或藍(lán)色變化)。這種顏色隨光強(qiáng)度而變化的現(xiàn)象﹐叫做貝楚德-樸爾克效應(yīng)。但在光譜上黃(527nm)﹑綠(503nm)﹑藍(lán)(478nm)三點(diǎn)基本上不隨光強(qiáng)而變。

如果被測(cè)定的有色物質(zhì)的每個(gè)三刺激值被三個(gè)總和除，則每種原色在總刺激部分中所占的比例就極易得到，因?yàn)樗鼈兊目倲?shù)為1，0000。兩個(gè)系數(shù)就足可說(shuō)明色性了。這種比例數(shù)值就叫色性坐標(biāo)，或色性系數(shù)，也叫三色系數(shù)。顯然，所謂色性系數(shù)，就是指某原色的刺激量在三種原色的總刺激量中所占的比例。

CIE 1931光譜三刺激值曲線 色度圖

三刺激值：

X = K * Σ ( φ(λ) * x(λ) * Δλ )

Y = K * Σ ( φ(λ) * y(λ) * Δλ )

Z = K * Σ ( φ(λ) * z(λ) * Δλ )

其中：

K：歸一化系數(shù)

φ(λ)：色刺激函數(shù)

x(λ)、y(λ)、z(λ)：色匹配函數(shù)

Δλ：積分步距，通常5nm或1nm

LED燈光譜

測(cè)量方案

光通量的測(cè)量方案

積分球進(jìn)行光采集是最常用的LED輻射測(cè)量方式，可根據(jù)測(cè)試產(chǎn)品的發(fā)光面大小選擇2π積分球測(cè)量或4π積分球測(cè)量、或根據(jù)測(cè)試方式不同來(lái)進(jìn)行積分球的選擇。

光源在外：

測(cè)試原理圖

測(cè)量裝置：

iSpecRad-UV100-CAL光譜輻射儀測(cè)量原理圖

iSpecRad-UV100-CAL光譜輻射儀系統(tǒng)實(shí)物連接圖

軟件界面

光源在內(nèi)：

測(cè)試原理圖

通?？捎糜跓艟叩容^大的發(fā)光物體，積分球在理想條件下，能將待測(cè)光源輻射出來(lái)的光散射成積分球內(nèi)壁單位面積照度一致，且創(chuàng)造一個(gè)暗室環(huán)境，避免雜散光的影響。一般，為了避免被測(cè)光源直接輻射到探頭，一般會(huì)增加擋板，擋板帶來(lái)的誤差，與第二步一起校準(zhǔn)。

LED輻射測(cè)量積分球選擇：

4π測(cè)量：主要應(yīng)用于燈具、燈帶等發(fā)光面積較大的產(chǎn)品測(cè)試。

2π測(cè)量：主要應(yīng)用于LED燈珠、二極管等單一小發(fā)光源的產(chǎn)品測(cè)試。

晶圓測(cè)量方案

晶圓加工之后、封裝之前，需要對(duì)晶圓芯片上的所有小晶片進(jìn)行光度量的測(cè)試。利用探針接觸晶圓上的晶粒使其發(fā)光，光透過(guò)高透光石英盤(pán)后進(jìn)入積分球。

光照度測(cè)量

利用余弦輻射探頭進(jìn)行光信號(hào)采集，進(jìn)行待測(cè)光源光照度測(cè)量。針對(duì)不同的光源可采用不同直徑的余弦探頭。

采集示意圖

光亮度測(cè)量

利用鏡頭進(jìn)行光信號(hào)采集，進(jìn)行待測(cè)光源的輻射亮度，光譜輻射亮度，發(fā)光強(qiáng)度，光亮度等與接收角度有關(guān)的輻射參數(shù)測(cè)量。

采集示意圖

低流明的測(cè)量方案

Micro LED的體積小且為嵌入式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致光信號(hào)采集困難。有些器件的光是從100×10-9流明到1×10-1流明，因此需要使用擁有高靈敏度和寬動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。

通過(guò)以下兩種低流明測(cè)試方案，可對(duì)miro LED進(jìn)行光通量和顏色的測(cè)試。

亞微級(jí)別流明測(cè)量系統(tǒng)：

亞微級(jí)別流明測(cè)量系統(tǒng)由五個(gè)部分組成：

①高靈敏度光譜儀；②定制的集成積分球；③測(cè)試樣品；④電腦測(cè)試軟件；⑤電流源。

可測(cè)量低至10-7流明，積分球能夠收集Mini-Micro LED發(fā)出的不同角度發(fā)散角的光源。

測(cè)量示意圖 LED光源光譜分布圖

納流明測(cè)量系統(tǒng)：

納流明測(cè)量系統(tǒng)由七個(gè)部分組成：

①高靈敏度光譜儀；②定制的集成積分球；③用于納流明校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的光源；④；電腦測(cè)試軟件⑤光電倍增管；⑥光度計(jì)；⑦電流源。測(cè)量范圍相較于亞微級(jí)別流明測(cè)量系統(tǒng)更低，能夠在非常低的光水平調(diào)整任何顏色和光譜，同時(shí)保持準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。

在本套解決方案中，我們可以根據(jù)不同的需求配置不同的配件，以下將對(duì)這些配件進(jìn)行詳細(xì)分析。

光譜儀：

使用時(shí)可根據(jù)待測(cè)光源的發(fā)光強(qiáng)度強(qiáng)弱配置LiSpec-UV100、LiSpec-HS400、LiSpec-HSR-TEC系列的光譜儀，萊森光學(xué)的光譜儀擁有獨(dú)有降噪低噪聲電路控制技術(shù)，光譜儀暗噪聲極低，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和高信噪比。

LiSpec-UV100 LiSpec-HS400

LiSpec-HSR-TEC

積分球：

根據(jù)測(cè)試產(chǎn)品的發(fā)光面大小、測(cè)試方式來(lái)進(jìn)行積分球的選擇。萊森光學(xué)可根據(jù)測(cè)試需求定制集成積分球。

鏡頭：

LS-FOL 光纖準(zhǔn)直聚焦鏡頭。用鏡頭進(jìn)行光信號(hào)采集，可根據(jù)需求選擇鏡頭的角度，可用來(lái)測(cè)量積分球無(wú)法測(cè)量的需要經(jīng)過(guò)角度換算的一些參數(shù)。

余弦輻射探頭：

使用余弦輻射探頭進(jìn)行光信號(hào)采集的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)搭建方便，采集模塊體積小，性?xún)r(jià)比高；缺點(diǎn)是對(duì)環(huán)境要求較高，需全暗環(huán)境，且測(cè)試精度較積分球測(cè)試差，受外界影響波動(dòng)比較大。

審核編輯黃宇