Mini-Micro LED測量解決方案

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

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

目前Micro LED的研究尤為重要，未來隨著生產(chǎn)工藝成熟及產(chǎn)品價格下移，有望在智能電視、大屏顯示、戶外顯示等多領域對 OLED 與 LCD 形成替代；在VR/AR 設備、車載顯示等交互式媒體產(chǎn)業(yè)內也有望能夠得到快速應用。萊森光學的Mini-Mirco LED解決方案，能夠為有需求的客戶提供幫助。

LED點間距已經(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。

技術相關原理

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

輻射度學（radiology）是一門以整個電磁波段的電磁輻射能測量為研究對象的科學。輻射度測量的主要測量單位：輻射通量，輻射通量又稱輻射功率，指單位時間內通過某一截面的輻射能，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；輻亮度代表的是擴散源在某方向上單位投影面積和單位立體角內發(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刺激大小的度量，即光度量是具有平均人眼視覺響應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間內的光流量。以流體作為比方，它類似于每分鐘流過多少升水。光的流量是指光源所產(chǎn)生的總的光能，沒有指定方向、距離或強度。表示從此光源中放射出來的光的量的用語叫光通量。單位是lm。

光照度是指光源照射到物體表面一個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）。

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

光通量、光強、照度、亮度之間的關系示意圖

色度學

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

色光三原色

顏色是外來的光刺激作用于人的視覺器官而產(chǎn)生的主觀感覺。因而物體的顏色不僅取決于物體本身，還與光源、周圍環(huán)境的顏色，以及觀察者的視覺系統(tǒng)有關系。一般來說可見光譜上的各種顏色隨光強度的增加而有所變化(向紅色或藍色變化)。這種顏色隨光強度而變化的現(xiàn)象﹐叫做貝楚德-樸爾克效應。但在光譜上黃(527nm)﹑綠(503nm)﹑藍(478nm)三點基本上不隨光強而變。

如果被測定的有色物質的每個三刺激值被三個總和除，則每種原色在總刺激部分中所占的比例就極易得到，因為它們的總數(shù)為1，0000。兩個系數(shù)就足可說明色性了。這種比例數(shù)值就叫色性坐標，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

測量方案

光通量的測量方案

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

光源在外：

測試原理圖

測量裝置：

iSpecRad-UV100-CAL光譜輻射儀測量原理圖

iSpecRad-UV100-CAL光譜輻射儀系統(tǒng)實物連接圖

軟件界面

光源在內：

測試原理圖

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

LED輻射測量積分球選擇：

4π測量：主要應用于燈具、燈帶等發(fā)光面積較大的產(chǎn)品測試。

2π測量：主要應用于LED燈珠、二極管等單一小發(fā)光源的產(chǎn)品測試。

晶圓測量方案

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

光照度測量

利用余弦輻射探頭進行光信號采集，進行待測光源光照度測量。針對不同的光源可采用不同直徑的余弦探頭。

采集示意圖

光亮度測量

利用鏡頭進行光信號采集，進行待測光源的輻射亮度，光譜輻射亮度，發(fā)光強度，光亮度等與接收角度有關的輻射參數(shù)測量。

采集示意圖

低流明的測量方案

Micro LED的體積小且為嵌入式結構，導致光信號采集困難。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態(tài)范圍的測量系統(tǒng)進行測量。

通過以下兩種低流明測試方案，可對miro LED進行光通量和顏色的測試。

亞微級別流明測量系統(tǒng)：

亞微級別流明測量系統(tǒng)由五個部分組成：

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

可測量低至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。

測量示意圖 LED光源光譜分布圖

納流明測量系統(tǒng)：

納流明測量系統(tǒng)由七個部分組成：

①高靈敏度光譜儀；②定制的集成積分球；③用于納流明校準標準的光源；④；電腦測試軟件⑤光電倍增管；⑥光度計；⑦電流源。測量范圍相較于亞微級別流明測量系統(tǒng)更低，能夠在非常低的光水平調整任何顏色和光譜，同時保持準確性與穩(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，以下將對這些配件進行詳細分析。

光譜儀：

使用時可根據(jù)待測光源的發(fā)光強度強弱配置LiSpec-UV100、LiSpec-HS400、LiSpec-HSR-TEC系列的光譜儀，萊森光學的光譜儀擁有獨有降噪低噪聲電路控制技術，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)測試產(chǎn)品的發(fā)光面大小、測試方式來進行積分球的選擇。萊森光學可根據(jù)測試需求定制集成積分球。

鏡頭：

LS-FOL 光纖準直聚焦鏡頭。用鏡頭進行光信號采集，可根據(jù)需求選擇鏡頭的角度，可用來測量積分球無法測量的需要經(jīng)過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行光信號采集的優(yōu)點是系統(tǒng)搭建方便，采集模塊體積小，性價比高；缺點是對環(huán)境要求較高，需全暗環(huán)境，且測試精度較積分球測試差，受外界影響波動比較大。

審核編輯黃宇