TW201333499A - 待測發光元件之光檢測裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明係一種待測發光元件之光檢測裝置及其方法，該光檢測裝置包括一積分球、一支撐治具及一點測針，其中該積分球係一中空球體，其壁面開設有至少一收光孔及一出光孔，該收光孔及出光孔係分別與該積分球內之空間相連通，該積分球之內壁均勻塗佈或形成有一反射面；該支撐治具包括一支撐框體及一透光板，該支撐框體與該透光板係相互結合成一體，當該支撐框體被裝設至該積分球上，能使該透光板之一側貼靠至對應於該收光孔之位置，該透光板之另一側係供支撐及放置一待測發光元件；該點測針係設置在對應於該待測發光元件之位置，且能相對於該待測發光元件往復位移，以在接觸該待測發光元件的狀態下，對該待測發光元件施加電流，以使該待測發光元件所發出的光線，能透過該透光板進入該積分球，再經由該出光孔射出該積分球外，進而使設置於該出光孔外之一量測儀器能量測該待測發光元件所發出的光線。

Description

待測發光元件之光檢測裝置及其方法

本發明係一種待測發光元件之光檢測裝置及其方法，尤指一 種將一支撐治具裝設至對應於一積分球之一收光孔的位置，且藉由一點測針之往復運動，對該支撐治具上之一待測發光元件進行檢測，據此擴大該積分球之收光角度，進而提高該積分球之收光量的檢測裝置及其方法。

按，發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)係一種於通電後能產生光亮的半導體電子元件，相較於傳統的照明用具，發光二極體具有效率高、成本低、反應速度快且使用壽命長等優點，故近年來開始被大量應用在交通號誌、照明器具、顯示面板甚至光通訊等領域上，成為經濟發展及科技研發上極具影響力的關鍵技術之一。

發光二極體中主要發光的元件為晶粒(crystal grain)，其一般係由晶圓(wafer)切割而成。由於晶粒的發光亮度、波長、色溫及操作電壓等特性，會因製程條件上的些微差異而有所不同，且即便係由同一片晶圓所切割而成的晶粒，其發光特性亦並不盡相同。因此，當業者將晶圓切割成複數個晶粒後，灰針對各別晶粒的主波長、發光強度、光通量、色溫、工作電壓、反向擊穿電壓等特性參數進行進行檢測程序，以根據各該晶粒之前述之各種參數將各該晶粒分級，以便能將不同等級的晶粒，分別應用至其所適合的領域。

傳統上，在檢測晶粒的發光特性時，多係使用一積分球(Integrating Sphere)收集晶粒所發出的光線，再藉由一量測裝置，量測由該積分球射出的光線。積分球係一種理想的光學擴散器，其構形為一中空球體，以在其內部形成一無光害的空間，進而能確保光線投射至該積分球內後，不會受到其他光源之光害影響；此外，積分球內部通常塗佈有高穩 定度、高反射率之一反射層(如：硫酸鋇)，以藉該反射層，使射入該積分球之光線在該積分球內被均勻地反射及漫射，進而能在該積分球內形成均勻的光強分佈，據此降低因光線形狀、發散角度及不同檢測位置之響應度所造成的檢測誤差，使得檢測結果更為可靠。

請參閱第1圖所示，係一種習知檢測裝置1之結構，該檢測裝置1包括一積分球11及一點測針12，該積分球11上設有一收光柱111及二出光柱112，該收光柱111及出光柱112分別開設有開孔，以連通至該積分球11內之空間，該出光柱112分別與一光纖13及一量測儀器14相連接；該點測針12係經由一點測裝置(圖中未示)定位於對應該收光柱111之位置，且該點測針12下方放置有發光二極體之一晶粒10。在進行檢測時，該積分球11與該點測針12會共同向下位移，以在該點測針12電氣連接至該晶粒10之接腳時，令該晶粒10投射出的光線，能被投射至該積分球11內部，嗣，藉由該光纖13與量測儀器14量測該晶粒10所投射出的光線，進而能分析出該晶粒10之特性參數。

雖然，由於該晶粒10所投射出的光線會在該積分球11內反射與漫射，以形成均勻的光束，有效降低許多可能造成誤差之干擾因素，惟，受限於習知檢測裝置之配置方式，實際上在進行檢測時，習知檢測裝置1所檢測出的光線數據，仍無法理想地完全反應出該晶粒10之實際特性參數。茲分別詳述其理由及該檢測裝置1之缺陷如下：

(1)晶粒10與收光柱111間之距離：由於該點測針12係介於該晶粒10與該積分球11之間，該晶粒10與該收光柱111間必然存在著一間隔距離D1，因此，該晶粒10投射出之光線並無法在不受外界干擾的情況下，理想地投射至該積分球11中，且該晶粒10在投射出光線時，尚具有一預定之投射角度A，若該投射角度A較大或該間隔距離D1過長，則該光線在經過該間隔距離D1後，必然會有部份的光線無法順利被該收光柱111收集，而影響在測量上的精準度。

(2)收光柱111上開孔的孔徑大小：如前所述，由於該收光柱111與該晶粒10間具有該間隔距離D1，故在進行檢測時，該收光柱111上之開孔必然需設計成遠較該晶粒10為大，如此，始能儘可能地避免光線 經該投射角度A擴散後，無法全部進入該積分球11的問題，然而，在該收光柱111之開孔與該晶粒10並不匹配的情況下，該晶粒10投射出之光線於該積分球11內反射與漫射後，尚可能會由該收光柱111射出，造成該積分球內原應完全密閉的檢測環境被破壞，進而影響到檢測上的精準性。

因此，如何對習知的檢測裝置進行改良，以解決過去在進行檢測程序時，晶粒10產生之光線無法完全地進入該積分球11，且該積分球11中經反射及漫射後的光線，尚可能由該收光柱111散漏至外界的問題，即成為本發明在此亟欲解決的重要問題。

有鑑於習知檢測裝置受限其配置方式，以致在進行檢測程序時會產生諸多問題，發明人乃根據其多年的實務經驗，在不斷地研究、測試及改良後，終於設計出一種待測發光元件之光檢測裝置及其方法，期能透過本發明，解決習知檢測裝置之諸多問題。

本發明之一目的，係提供一種待測發光元件之光檢測裝置及其方法，該光檢測裝置包括一積分球、一支撐治具及一點測針，其中該積分球係一中空球體，其壁面開設有至少一收光孔及一出光孔，該收光孔及出光孔係分別與該積分球內之空間相連通，該積分球之內壁均勻塗佈或形成有一反射面，該積分球的基本工作原理係一待測發光元件(如：發光二極體之晶粒)所產生之光線，能經由該收光孔，射入該積分球內，嗣，光線會在該積分球內被該反射面均勻地反射及漫射，以在該積分球內形成均勻的光強分佈，再經由該出光孔，射出該積分球外，因此，一量測儀器能由該出光孔，量測到非常均勻的漫射光束，並據以對該待測發光元件進行檢測；該支撐治具包括一支撐框體及一透光板，該支撐框體與該透光板係相互結合成一體，當該支撐框體被裝設至該積分球上，能使該透光板之一側貼靠至對應於該收光孔之位置，該透光板之另一側係供支撐及放置一待測發光元件；該點測針係設置在對應於該待測發光元件之位置，且能相對於該待測發光元件往復位移，以在接觸該待測發光元件的狀態下，對該待測發光元件施加電流，以使該待測發光元件所發出的光線，能透過該透光 板進入該積分球，再經由該出光孔射出該積分球外，進而使設置於該出光孔外之一量測儀器能量測該待測發光元件所發出的光線。如此，由於該透光板之該一側係貼靠至該收光孔，且該待測發光元件係直接被置放在該透光板之該另一側，因此，當該點測針對該待測發光元件施加電流，進行點測時，該待測發光元件在收光角度範圍內所產生之所有光線，均能經由該收光孔，射入該積分球，且在該積分球內被該反射面均勻地反射及漫射，形成均勻光束後，再經由該出光孔，射出該積分球外，故能大幅增加該積分球之收光角度，且大幅提高該量測儀器對該待測發光元件的量測準確度。

為便 貴審查委員能對本發明之技術、結構特徵及其目的有更進一步的認識與理解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

〔習知〕

1‧‧‧檢測裝置

10‧‧‧晶粒

11‧‧‧積分球

111‧‧‧收光柱

112‧‧‧出光柱

12‧‧‧點測針

13‧‧‧光纖

14‧‧‧量測儀器

A‧‧‧投射角度

D1‧‧‧間隔距離

〔本發明〕

2‧‧‧檢測裝置

21‧‧‧積分球

210‧‧‧反射面

211‧‧‧收光柱

211a‧‧‧收光孔

212‧‧‧出光柱

212a‧‧‧出光孔

22‧‧‧支撐治具

221‧‧‧支撐框體

221a‧‧‧定位空間

221b‧‧‧迫緊元件

222‧‧‧透光板

30‧‧‧點測針

L‧‧‧待測發光元件

F1‧‧‧透光檢測區

F2‧‧‧不透光反射區

θ‧‧‧收光角度

M‧‧‧密封元件

D2‧‧‧厚度

第1圖係習知檢測裝置之示意圖；第2圖係本發明較佳實施例之檢測裝置立體示意圖；第3A圖係本發明之收光裝置之作動示意圖；及第3B圖係本發明之收光裝置之作動示意圖。

本發明係一種待測發光元件之光檢測裝置及其方法，請參閱第2及3A圖所示，在本發明之較佳實施例中，該檢測裝置2包括一積分球21及一支撐治具22，該積分球21之構形為一中空球體，其內壁面上均勻塗佈或形成有一反射面210。在此一較佳實施例中，該積分球21之外壁上凸設有一收光柱211及至少一出光柱212，該收光柱211之中央開設有一收光孔211a，各該出光柱212之中央則分別開設有一出光孔212a，且該收光孔211a及出光孔212a係與該積分球21內部之空間相連通，惟，本發明並不以此為限，實際施作時，亦可省略該收光柱211及出光柱212，並將該收光孔211a及出光孔212a直接開設於該積分球21之壁面，合先敘明。在此特別一提者，該出光柱212之數量可依業者實際的檢測方式調整，且能藉 一密封元件M將非處於使用狀態之該出光孔212a封閉。

承上，該支撐治具22包括一支撐框體221及一透光板222，該支撐框體221面向該積分球21之底側內緣開設有一定位空間221a，該定位空間221a之構形係與該收光柱211之構形相匹配，以令該支撐框體221之底側能被套接於該收光柱211上。該支撐框體221尚設有複數個迫緊元件221b，該等迫緊元件221b係設置於該支撐框體221上對應於該定位空間221a之位置，以在該支撐框體221被套接至該收光柱211的狀態下，令該支撐框體221與該收光柱211能緊密地結合成一體。在此一較佳實施例中，該等迫緊元件221b係複數個螺絲，其一端係對應於該定位空間221a之位置，且該等迫緊元件221b係活動地設置於該支撐框體221上，且使用者能由各該迫緊元件221b之另一端轉動各該迫緊元件221b，以令該迫緊元件221b之該一端能迫緊至該收光柱211之周緣，進而使該支撐框體221與該收光柱211結合成一體，或轉動各該迫緊元件221b，以令各該迫緊元件221b之該一端不會抵靠至該收光柱211之周緣，進而能將該支撐框體221自該收光柱211上卸下。該透光板222係固設於該支撐框體221上，當該支撐框體221被裝設至該積分球21上，能使該透光板222之一側貼靠至對應於該收光孔211a之位置，以令外界之光線，能依序通過該透光板222及該收光孔211a，進入該積分球21中。該透光板222之另一側係供支撐及放置一待測發光元件L。

在此特別一提者，該支撐框體221及該透光板222之定位方式並不以前述之方法為限，舉例而言，在本發明之其他實施例中，該迫緊元件221b亦可為一彈性體，且設置於該支撐框體221上對應於該定位空間221a之位置，以在以在該支撐框體221被套接至該收光柱211的狀態下，藉由該迫緊元件221b之彈性，使該支撐框體221與該收光柱211彈性緊迫為一體，如此，亦可達到均等之功效，或者，該支撐框體221亦可透過嵌卡、螺合等方式，與該收光柱211結合成一體，業者得視需要自由變化。此外，在此一較佳實施例中，該透光板222係直接固設(如：以黏膠固定)於該支撐框體221之頂面，惟，在本發明之其他較佳實施例中，該透光板222亦能以套合或嵌卡的方式，固設於該支撐框體221上，合先陳明。

發明人根據多年來的實務經驗，發現習知的檢測裝置之所以難以降低檢測誤差，其主要原因係習知檢測裝置之配置方式，使得在執行檢測程序時，發光二極體之晶粒與收光孔間的距離過大，以致於在檢測的過程中常有漏光的問題，而成為檢測誤差的主要來源，因此，請參閱第3A圖所示，本發明之檢測裝置2的一設計重點，係在於該透光板222不僅能直接作為承載一待測發光元件L(如：發光二極體之晶粒)之支撐面，且由於該透光板222係緊貼在對應於該收光孔211a之位置，因此，該待測發光元件L所發出的光線，便能透過該透光板222直接進入該積分球21中。據此，不僅能確保該待測發光元件L所發出之大部份光線均能投射至該積分球21中，且能有效避免外界之其他光源所造成的影響。在進行前述之檢測程序時，業者能在各該出光柱212上分別連接裝設一量測儀器(圖中未示)；或在各該出光柱212上裝設一密封元件M(如：密封蓋或反射板)，以將非處於使用狀態之該出光孔212a封閉，合先陳明。

請參閱第2~3B圖所示，在本實施例中，該檢測裝置2係配合一點測裝置(圖中未示)，對該待測發光元件L進行檢測，該點測裝置之一點測針30係定位於該檢測裝置2之上方，且能活動地進行往復位移，由於該點測針30並非介在該積分球21與該待測發光元件L之間，因此，該點測針30的佔用空間並不會影響該檢測裝置2於檢測上的精確度。在該點測針30電氣連接至該待測發光元件L之接腳時，該待測發光元件L將能被通電驅動，並產生出光線，且該光線能經由該收光孔211a，射入該積分球21內，嗣，光線會在該積分球21內被該反射面均勻地反射及漫射，以在該積分球21內形成均勻的光強分佈，再經由該出光孔212a，射出該積分球21外，使得量測儀器能由該出光孔212a，量測到非常均勻的漫射光束，並據以對該待測發光元件L進行檢測。

承上，在此一較佳實施例中，該透光板222之該一側尚塗佈有一反光層，以藉塗佈有該反光層之區域，形成一不透光反射區F2，且使該透光板上未途佈該反光層之區域，形成一透光檢測區F1，該透光檢測區F1係對應於放置該待測發光元件L之位置，且其構形係對應於該待測發光元件L之大小。如此，除了該透光檢測區F1能供該待測發光元件L所產生 之光線通過外，對應於該收光孔211a之其他位置均會被該不透光反射區F2所遮蔽，因此，在該點測針30當對該待測發光元件L施加電流，進行點測時，該待測發光元件L所產生之光線，在射入該積分球21後，將不會由該收光孔211a之其他位置射出該積分球21外，而會被該不透光反射區F2反射回該積分球21內，繼續被該積分球21內之該反射面反射及漫射，直到形成均勻光強，經由該出光孔212a，射出該積分球21外為止，故能避免已進入該積分球21內之光線由該收光孔211a散失。

請參閱第1、2及3B圖所示，比較習知檢測裝置1與本發明之檢測裝置2後可明顯看出，利用該檢測裝置2進行檢測時，該待測發光元件L與該積分球21間之距離僅為該透光板222之厚度D2，該厚度D2不僅遠較第1圖中的間隔距離D1為短，且由於該透光板222係貼設於該收光柱211上，故該待測發光元件L產生之光線並無需先穿過外界空氣，再進入該積分球21，據此，即能確保光線不會受到外界的干擾，並提昇檢測上的精準度與穩定度，此外，該待測發光元件L產生之光線雖具有一收光角度θ，然而，由於該透光板222係緊鄰該收光孔211a及該透光檢測區F1，故該待測發光元件L產生之光線係在進入積分球21後，始會隨著該收光角度θ擴散，意即，本發明之檢測裝置2能確保該待測發光元件L產生之光線完全地投射至該積分球21中，令該積分球21的收光量能遠較習知檢測裝置來的理想，同時，亦能完善地解決收光角度的問題。

在此特別一提者，第2圖中所繪製之積分球21，其收光孔211a係開設於該收光柱211上，惟，如同前述，該收光孔211a亦能直接開設於該積分球21之壁面上，而無須於該積分球21上設置該收光柱211。業者僅需將該支撐框體221之底側設計成與該積分球21上對應於該收光孔211a之部位相匹配(如：一弧狀凹面，以貼合至該積分球21上，或使該支撐框體221能嵌設於該積分球21上之一嵌卡槽中)，如此，亦能使該透光板222密閉地固設於該積分球21上對應於該收光孔211a之位置。

又，在前述實施例中，該透光板222係透過反射層，區分為該透光檢測區F1及不透光反射區F2，惟，業者亦能直接使用不同材料製作該透光板222，意即，業者能使用透光材料製成該透光板222上透光檢測區 F1，並使用整塊的不透光反射材料製作該不透光反射區F2，如此，亦能達成相同之效果。此外，在前述實施例中，該反射層之材質係與該積分球21中反射面210之材質相同，以達成較佳的檢測效果，惟，實際施作上，該反射層之材質仍可依業者之需求進行調整。

復請參閱第1、2及3B圖所示，相較於習知檢測裝置1，透過本發明之檢測裝置2對該待測發光元件L進行檢測時，其檢測方法尚具備下列特點：(1)該透光板222之一側係緊貼至該積分球21上對應於該收光孔211a之位置，且該待測發光元件係放置於該透光板之該另一側；(2)在該積分球21、支撐治具22及待測發光元件L間之相對位置固定的狀態下，該點測針30會相對於該待測發光元件L往復位移；(3)在該點測針30接觸該待測發光元件L的狀態下，該點測針30會對該待測發光元件L施加電流，以使該待測發光元件L所發出的光線，能透過該透光板222進入該積分球21，再經由該出光孔212a射出該積分球21外，進而使設置於該出光孔212a外之一量測儀器(如第1圖所示)能量測該待測發光元件L所發出的光線。在本發明之檢測方法中，僅需使該點測針30往復位移，即可針對該待測發光元件L進行檢測，較習知檢測裝置1須使該積分球11與該點測針12共同位移，本發明之方法顯然簡便許多。

按，以上所述，僅為本發明之若干較佳實施例，惟，本發明之技術特徵並不侷限於此，凡相關技術領域之人士，在參酌本發明之技術內容後所能輕易思及之等效變化，均應不脫離本發明之保護範疇。

2‧‧‧檢測裝置

21‧‧‧積分球

210‧‧‧反射面

211‧‧‧收光柱

211a‧‧‧收光孔

212‧‧‧出光柱

212a‧‧‧出光孔

22‧‧‧支撐治具

221‧‧‧支撐框體

222‧‧‧透光板

30‧‧‧點測針

L‧‧‧待測發光元件

θ‧‧‧收光角度

M‧‧‧密封元件

D2‧‧‧厚度

Claims (7)

1. 一種待測發光元件之光檢測裝置，包括：一積分球，係一中空球體，其壁面開設有至少一收光孔及一出光孔，該收光孔及出光孔係分別與該積分球內之空間相連通，該積分球之內壁均勻塗佈或形成有一反射面；一支撐治具，其包括一支撐框體及一透光板，該支撐框體與該透光板係相互結合成一體，當該支撐框體被裝設至該積分球上，能使該透光板之一側貼靠至對應於該收光孔之位置，該透光板之另一側係供支撐及放置一待測發光元件；及一點測針，係設置在對應於放置該待測發光元件之位置，且能相對於該待測發光元件往復位移，以在接觸該待測發光元件的狀態下，對該待測發光元件施加電流。
2. 如請求項1所述之裝置，其中該透光板之一側尚塗佈有一反光層，以藉塗佈有該反光層之區域，形成一不透光反射區，且使該透光板上未途佈該反光層之區域，形成一透光檢測區，該透光檢測區係對應於放置該待測發光元件之位置，且其構形係對應於該待測發光元件之大小，該不透光反射區係用以將該積分球內反射來之光線再次反射回該積分球內。
3. 如請求項2所述之裝置，其中該積分球尚設有一收光柱，該收光孔係開設於該收光柱之中央部位。
4. 如請求項3所述之裝置，其中該支撐框體之底側開設有一定位空間，該定位空間之構形係與該收光柱相匹配，以令 該支撐框體之底側能被套接至該收光柱。
5. 如請求項4所述之裝置，其中該支撐框體尚設有複數個迫緊元件，該等迫緊元件係設置於該支撐框體上對應於該定位空間之位置，以在該支撐框體被套接至該收光柱的狀態下，令該支撐框體與該收光柱能緊密地結合成一體。
6. 如請求項2、3、4或5所述之裝置，其中該透光板上反光層之材質係與該積分球內壁上之反射面的材質相同。
7. 一種待測發光元件之光檢測方法，係應用至一光檢測裝置，該光檢測裝置包括一積分球、一支撐治具及一點測針，其中該積分球係一中空球體，其壁面開設有至少一收光孔及一出光孔，該收光孔及出光孔係分別與該積分球內之空間相連通，該積分球之內壁均勻塗佈或形成有一反射面該支撐治具包括一支撐框體及一透光板，該支撐框體與該透光板係相互結合成一體，當該支撐框體被裝設至該積分球上，能使該透光板之一側貼靠至對應於該收光孔之位置，該透光板之另一側係供支撐及放置一待測發光元件，該點測針係設置在對應於放置該待測發光元件之位置，該方法係包括下列步驟：將該待測發光元件放置於該透光板之該另一側；在該積分球、支撐治具及待測發光元件間之相對位置固定的狀態下，令該點測針相對於該待測發光元件往復位移；及在該點測針接觸該待測發光元件的狀態下，透過該點測針對該待測發光元件施加電流，以使該待測發光元件所發出 的光線，能透過該透光板進入該積分球，再經由該出光孔射出該積分球外，進而使設置於該出光孔外之一量測儀器能量測該待測發光元件所發出的光線。