一種發光元件測試系統及其方法
2023-05-03 18:00:26
專利名稱：一種發光元件測試系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種發光元件測試系統，特別地，涉及一種利用過濾裝置以同時對多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的發光元件測試系統。
背景技術：
由於發光元件的產能提高，發光元件的檢測需求也隨之增加。請參閱圖1，圖I為繪述了現有技術的系統示意圖。現存的技術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、色坐標、演色係數等光學特性。
公知積分球為具有高反射性內表面的空心球體，其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。公知光譜儀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，光譜儀通過光柵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，現有技術也有發展出利用太陽能發電板為感測元件的相關技術，然而其只能對光強度進行分析，尚未能分析發光元件的色溫以及其他的光學特性。有鑑於現有的技術中存在上述的問題，因此，如何研發出一種便宜、效率高且可全自動測量發光元件的光強度、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的目標及方向。
發明內容
有鑑於此，本發明的一範疇在於提供一種發光元件測試系統，用於對一待測物的光學特性進行測量，該待測物接收一電能並輸出一具有一第一波長區間的初始光線，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的第一過濾後光線；另外，感光裝置用以接收由該第一過濾部輸出的該第一過濾後光線並據以產生一第一數據。其中，於實際應用時，其進一步包含一光學裝置，該光學裝置設置於該待測物及該過濾裝置之間，用以調整該初始光線的焦距使之聚焦在該感光裝置上。再者，該光學裝置也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的焦距使之聚焦在該感光裝置上。其中，於實際應用時，過濾裝置進一步包含有一第二過濾部，該第二過濾部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的第二過濾後光線，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的位置。其中，該感光裝置用以接收由該第二過濾部輸出的該第二過濾後光線並據以產生一第二數據。再者，本發明可進一步包含一運算裝置，用以根據該第一數據及該第二數據產生該初始光線的相對強度-波長圖；濾除該初始光線的一第三波長區間並輸出一具有一第二波長區間的第一過濾後光線；對該第一過濾後光線進行測量以產生一第一數據；濾除該初始光線的一第五波長區間並輸出一具有一第四波長區間的第二過濾後光線；對該第二過濾後光線進行測量以產生一第二數據；以及根據該第一數據以及該第二數據以產生該初始光線的相對強度-波長圖。
於實際應用中，其進一步包含根據該初始光線的相對強度-波長圖計算該待測物的照度、光通量、色溫、演色係數或色坐標。再者，於實際應用時，感光裝置包含一黑白型電荷率禹合模塊(Charge-coupled Device module)或一黑白互補型金屬氧化物半導體模塊(Complementary Metal-Oxide-Semiconductormodule)。另外，本發明的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的初始光線；濾除該初始光線的一第三波長區間並輸出一具有一第二波長區間的第一過濾後光線；對該第一過濾後光線進行測量以產生一第一數據；濾除該初始光線的一第五波長區間並輸出一具有一第四波長區間的第二過濾後光線；對該第二過濾後光線進行測量以產生一第二數據；以及根據該第一數據以及該第二數據以產生該初始光線的相對強度-波長圖。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的焦距。相對於現有技術，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，本發明也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。關於本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及附圖得到進一步的了解。
圖I為繪述了現有技術的系統示意圖。圖2A為繪述了本發明發光元件測試系統的一具體實施例的示意圖。圖2B為繪述了本發明的一具體實施例的初始光線的相對強度-波長圖。圖2C為繪述了本發明的一具體實施例的第一過濾後光線的相對強度-波長圖。圖3A為繪述了本發明發光元件測試系統的一具體實施例的示意圖。圖3B為繪述了本發明的一具體實施例的初始光線的相對強度-波長圖。
圖3C為繪述了本發明的一具體實施例的第一過濾後光線的相對強度-波長圖。圖3D為繪述了本發明的一具體實施例的過濾裝置的俯視圖。圖4為繪述了本發明系統的另一具體實施例的示意圖。圖5為繪述了本發明系統的另一具體實施例的示意圖。圖6為繪述了本發明系統的另一具體實施例的示意圖。圖7為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8為繪述了本發明的一具體實施例的分析數據的示意圖。上述附圖中的附圖標記說明如下
I: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SI S6 :流程步驟2242 :第一數據2282 :第二數據90 :積分球92:光譜儀94:亮度計
具體實施例方式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的實例，以更容易地理解本發明。本說明書僅對本發明的必要元件作出陳述，且僅用於說明本發明其中的可能的實施例，然而說明書的記述應不局限本發明所主張的技術本質的權利範圍。除非於說明書有明確地排除其可能，否則本發明並不局限於特定方法、流程、功能或手段。也應了解的是，目前所述僅本發明可能的實施例，在本發明的實施或測試中，可使用與本說明書所述裝置或系統相類似或等效的任何方法、流程、功能或手段。除非有另外定義，否則本說明書所用的所有技術及科學術語，都具有與本領域技術人員通常所了解的意義相同的意義。儘管在本發明的實施或測試中，可使用與本說明書所述方法及材料相類似或等效的任何方法及手段，但本說明書目前所述者僅實例方法、流程及其相關數據。再者，本說明書中所提及的一數目以上或以下，包含數目本身。且應了解的是，本說明書揭示執行所揭示功能的某些方法、流程，存在多種可執行相同功能的與所揭示結構有關的結構，且上述的結構通常可實現相同結果。另外，本說明書中所記敘的附圖旨在表達本發明的技術內容的大綱。附圖中各個元件間的大小、比例或數量僅供參考，其未必與實際使用時相同。如附圖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準。再者，本說明書與記述的測試一詞，泛指對待測物的電性、光學、外觀或機械特性的測量、測試或分析行為。
請參閱圖2A及圖3A，圖2A及圖3A為繪述了本發明發光元件測試系統的一具體實施例的示意圖。發光元件測試系統I用於同時對多個待測物2的光學特性進行測量。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I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被設置於一載體並設置於發光元件測試系統I中，接著對多顆待測物2分別提供電能；多顆待測物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2A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的第一數據並傳送予運算裝置18以對上述的第一數據進行分析後，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3A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的第一過濾部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塊所接收；各個感光模塊分別產生一相對應於上述各待測物2的第二數據並傳送予運算裝置18以對上述的第二數據進行分析後，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通過對各個待測物的第一數據及第二數據以曲線擬合法(curve fitting)多階演算法進行分析及運算,可得知各顆待測物2的初始光線22的各個波長區的光學特性並匯整為一分析數據，上述的分析數據可包含待測物的照度、光通量、色溫、演色係數、色坐標(CIEx，y)、峰波長Up)、主波長Ud)與半高寬(FWHM)等數據。上述的待測物2泛指任何將電能轉換成光能的發光元件。於本較佳實施例中，待測物2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(wafer)完成分割且整齊排列的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，其也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的半導體元件。上述的待測物2的光學特性指待測物2通電後產生光線的特性，例如光線的光通量、波長區間、相對強度、色溫或色坐標等。上述的初始光線22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設置於這些待測物2及該過濾裝置14之間，用以同時調整這些待測物2所發出的各道初始光線22的焦距，使各道初始光線22的焦距一致的落在上述的感光裝置16的相對應的表面上。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其也可為一微型透鏡組或其他可同時將多個待測物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之間的相對應的位置上。過濾裝置14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的光線通過，非處於指定波長區間內的光線將被過濾裝置14反射或吸收。於本具體實施例中，過濾裝置14為一色輪(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圖像的分色及成像，最後經由其它光機元件合成並投射出全彩圖像。於本具體實施例中，上述的旋轉裝置為高速馬達。有別於現有技術的色輪被應用於彩色投影機、大尺寸的彩色投射電視或光學投射裝置中，本發明的色輪用於過濾待測物2所發出的光線，並將待測物2射出的光線中不需要的波長區間予以過濾以提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2A及圖3A，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的大小及數值相對應於第一過濾部142所使用的材料的特性。此外，第二過濾部144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，按其設計者的需要，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3D，圖3D為繪述了本發明的一具體實施例的過濾裝置的俯視圖。本發明的過濾裝置包含了第一過濾部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，過濾部的數量不以六個為限，按測試的需要，過濾裝置也可包含六個以上或以下不同的過濾部，其中，各個過濾部所過濾的波長大致上為相異。再者，本發明的過濾裝置14不以色輪為限，按其設計的需要，其也可利用多張具有不同波長的濾光片及公知的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2B及圖2C，圖2B為繪述了本發明的一具體實施例的初始光線的相對強度-波長圖；而圖2C則為繪述了本發明的一具體實施例的第一過濾後光線的相對強度-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介於390nm及510nm間；該第二波長區間224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具有的波長區間為第一波長區間222減去第三波長區間226所餘下的波長區間，也即為第二波長區間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3B及圖3C，圖3B為繪述了本發明的一具體實施例的初始光線22的相對強度-波長圖；而圖3C則為繪述了本發明的一具體實施例的第一過濾後光線的相對強度-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介於390nm及510nm間；該第四波長區間228介於460nm至465nm間，而第五波長區間229則介於390nm至459nm以及466至5IOnm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具有的波長區間為第一波長區間222減去第五波長區間229所餘下的波長區間，也即為第四波長區間228。感光裝置16用以接收這些第一過濾後光線24並據以產生多個相對的光學數據。於本具體實施例中，感光裝置16包含一感光模塊，而感光模塊為黑白型電荷耦合模塊(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塊，其中，各個感光模塊以矩陣方式排列。另外，上述的感光模塊不以電荷耦合模塊為限，其也可為互補型金屬氧化物半導體模塊。同時，上述的電荷耦合模塊及互補型金屬氧化物半導體模塊不以黑白型為限，按設計的需要，其也可利用彩色型代替。然而，考慮彩色型的感光模塊由紅、綠、籃三種顏色的像素所組成，若像素數量為固定時，其解析度將只有黑白型感光模塊的三分之一。請見圖4，圖4為繪述了本發明系統的另一具體實施例的示意圖。於本具體實施例中，光學元件12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5，圖5為繪述了本發明系統的另一具體實施例的示意圖。於本具體實施例中，光學元件12設置於過濾裝置14的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，光學元件12也可與過濾裝置14整合為一體以進一步減少其元件的數量。請見圖6，圖6為繪述了本發明系統的另一具體實施例的示意圖。於本具體實施例中，本發明的發光元件測試系統I應用於單顆待測物2的測試中，而且其光學元件選擇性的被省略。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的距離為固定時，待測物2所損失的光的比例為相同，故此，通過對測試結果進行校正便可計算得知待測物2的出射光的光學性質。據此，於本具體實施例中，光學元件實非為必要。另外，請參閱圖7，圖7為繪述了本發明的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，其用於同時對多個待測物的光學特性進行測量，方法包含步驟SI至步驟S7，其中，步驟SI為提供多個待測物，待測物接收一電能並輸出一具有一第一波長的初始光線；步驟S2為濾除初始光線的一第三波長區間並輸出一具有一第二波長區間的第一過濾後光線；步驟S3為對第一過濾後光線進行測量以產生一第一數據；步驟S4為濾除初始光線的一第五波長區間並輸出一具有一第四波長區間的第二過濾後光線；步驟S5為對第二過濾後光線進行測量以產生一第二數據；步驟S6為根據第一數據以及第二數據以產生初始光線的相對強度-波長圖；步驟S7為根據初始光線的相對強度-波長圖計算待測物的照度、光通量、色溫、演色係數或色坐標。上述的對該多個第一過濾後光線進行測量以產生多個相對應的第一數據，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數據。上述的對該多個第二過濾後光線進行測量以產生多個相對應的第二數據，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數據。上述的第一數據及第二數據得包含一坐標、數值或其他文字數據。於本具體實施例中，第一數據及第二數據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的坐標。然而，第一數據及第二數據不以上述的坐標值為限，按使用者的需求，其也可通過取最小值、平均值或通過其他計算方式得出的坐標或相對應的數值為第一數據及第二數據。請參閱圖8，圖8為繪述了本發明的一具體實施例的分析數據的示意圖。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數據2242及第二數據2282的坐標值後，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數據，以對使用者顯示各個待測物的光學特性。分析數據泛指第一過濾後光線的第一數據2242或該第二過濾後光線的第二數據2282所含數據進行分析後所得的數據。於本具體實施例中，本發明利用曲線擬合法(curve fitting)多階演算法對通過對各個待測物的第一數據2242及第二數據2282進行分析及運算，以得知各顆待測物的初始光線的各個波長區的光學特性並匯整為一分析數據，上述的分析數據可包含待測物的色坐標(CIEx，y)、峰波長(Ap)、主波長(Ad)與半高寬(FWHM)等數據。於本具體實施例中，其分析數據為一相對強度-波長圖，然而其不以相對強度-波長圖為限，其也可為一包含照度、光通量、色溫、演色係數或色坐標的文字或圖像數據。
相對於現有技術，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，本發明也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。通過以上較佳具體實施例的詳述，希望能更加清楚描述本發明的特徵與精神，而並非以上述所揭示的較佳具體實施例來對本發明的範疇加以限制。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的專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請的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。
權利要求
1.一種發光元件的測試系統，用於對一待測物的光學特性進行測量，該待測物接收一電能並輸出一具有一第一波長區間的初始光線，該測試系統包含 一過濾裝置，包含一第一過濾部，該第一過濾部用以濾除該初始光線的一第三波長區間並輸出一具有一第二波長區間的第一過濾後光線；以及 一感光裝置，用以接收由該第一過濾部輸出的該第一過濾後光線並據以產生一第一數據。
2.如權利要求I所述的測試系統，其進一步包含一光學裝置，該光學裝置設置於該待測物及該過濾裝置之間，用以調整該初始光線的焦距使之聚焦在該感光裝置上。
3.如權利要求I所述的測試系統，其進一步包含一光學裝置，該光學裝置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的焦距使之聚焦在該感光裝置上。
4.如權利要求I所述的測試系統，其中該過濾裝置進一步包含有一第二過濾部，該第二過濾部用以濾除該初始光線的一第五波長區間並輸出一具有一第四波長區間的第二過濾後光線，該第四波長區間與該第二波長區間相異。
5.如權利要求4所述的測試系統，其中該過濾裝置包含有一旋轉裝置，該旋轉裝置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的位置。
6.如權利要求4所述的測試系統，其中該感光裝置用以接收由該第二過濾部輸出的該第二過濾後光線並據以產生一第二數據。
7.如權利要求6所述的測試系統，其進一步包含一運算裝置，用以根據該第一數據及該第二數據產生該初始光線的相對強度-波長圖。
8.如權利要求I的測試系統，其中該感光裝置包含一黑白型電荷耦合模塊或一黑白互補型金屬氧化物半導體模塊。
9.一種測試發光元件的方法，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的初始光線； 濾除該初始光線的一第三波長區間並輸出一具有一第二波長區間的第一過濾後光線. 對該第一過濾後光線進行測量以產生一第一數據； 濾除該初始光線的一第五波長區間並輸出一具有一第四波長區間的第二過濾後光線. 對該第二過濾後光線進行測量以產生一第二數據；以及 根據該第一數據以及該第二數據以產生該初始光線的相對強度-波長圖。
10.如權利要求9所述的方法，其進一步包含以下步驟根據該初始光線的相對強度-波長圖計算該待測物的照度、光通量、色溫、演色係數或色坐標。
全文摘要
本發明揭示一種發光元件測試系統及其方法，該系統用於同時對多個待測物的光學特性進行測量，各個待測物分別接收一電能並輸出一初始光線，各個初始光線具有一第一波長區間，該系統包含一過濾裝置以及一感光裝置。上述的過濾裝置包含一第一過濾部，第一過濾部用以同時濾除這些初始光線的一第三波長區間並輸出多個第一過濾後光線，這些第一過濾後光線分別具有一第二波長區間；而上述的感光裝置則用以接收由過濾裝置輸出的光線並據以產生一相對應的光學數據。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。
文檔編號G01M11/02GK102749182SQ201110101179
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月20日 優先權日2011年4月20日
發明者曾一士, 王遵義, 鄭勗廷 申請人:致茂電子股份有限公司