Mini-Micro LED测量解决方案

Mini LED的是芯片尺寸介于50-200微米的LED器件，其由成数千个单独的LED灯珠组成，其中多个LED灯珠组成LED背光矩阵，每个背光矩阵都可以化成单独的控光区域；Mini LED可以实现让屏幕拥有超高对比度以及精细化、可调的局部亮度；其独立的区域灯珠可以在短时间内激发出较大的亮度。

Micro LED的晶片尺寸则小于50微米，其每一个像素都含有可以自发光、独立控制的RGB三个LED子像素。Micro LED芯片有尺寸小、集成度高和自发光等特点，在显示方面与LCD、OLED相比，在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有更大的优势。

目前Micro LED的研究尤为重要，未来随着生产工艺成熟及产品价格下移，有望在智能电视、大屏显示、户外显示等多领域对 OLED 与 LCD 形成替代；在VR/AR 设备、车载显示等交互式媒体产业内也有望能够得到快速应用。莱森光学的Mini-Mirco LED解决方案，能够为有需求的客户提供帮助。

LED点间距已经可以做到1mm以下的小间距产品。Micro LED要求间距小于0.01mm，且芯片尺寸小于0.05mm；Mini LED的间距要求介于小间距LED与Micro LED之间。

技术相关原理

所有的电磁辐射都是光，可见光是光谱中人眼能看到的唯一部分。通常，人眼可以检测到380~700nm的可见光波长。在人的一生中，我们的眼睛一直依赖于这一窄波段的电磁辐射来收集关于世界的信息。

辐射度学（radiology）是一门以整个电磁波段的电磁辐射能测量为研究对象的科学。辐射度测量的主要测量单位：辐射通量，辐射通量又称辐射功率，指单位时间内通过某一截面的辐射能，是以辐射形式发射、传播或接收的功率，单位为W；辐照度是指入射到单位接收表面积上的辐射功率，单位是W·m-2；辐亮度代表的是扩散源在某方向上单位投影面积和单位立体角内发射的辐射功率，单位为W·m-1·sr-1。

光度量

辐射度量是用能量单位描述辐射能的客观物理量。光度量是光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小的度量，即光度量是具有平均人眼视觉响应特性的人眼所接收到的辐射量的度量。

光通量定义为单位时间内的光流量。以流体作为比方，它类似于每分钟流过多少升水。光的流量是指光源所产生的总的光能，没有指定方向、距离或强度。表示从此光源中放射出来的光的量的用语叫光通量。单位是lm。

光照度是指光源照射到物体表面一个面元上的光通量除以该面元的面积，即单位面积上所接收的光通量大小。单位是lx（lm/m²）。

光亮度光亮度又称发光率，是指一个表面的明亮程度，以L表示，即从一个表面反射出来的光通量。或者说是指在某方向上单位投影面积的面光源沿该方向的发光强度。单位是c/m²或lm（m²*sr）。

光通量、光强、照度、亮度之间的关系示意图

色度学

物理学里面研究的是光的客观属性及其规律，色度学里面研究的是人眼感知的主观属性及其规律，所以色度学是建立在人眼的基础之上的。人类有三种锥细胞，红色光刺激红细胞，蓝色光刺激蓝细胞，绿色光刺激绿细胞，而黄色光既可以刺激绿细胞，也可以刺激红细胞。

色光三原色

颜色是外来的光刺激作用于人的视觉器官而产生的主观感觉。因而物体的颜色不仅取决于物体本身，还与光源、周围环境的颜色，以及观察者的视觉系统有关系。一般来说可见光谱上的各种颜色随光强度的增加而有所变化(向红色或蓝色变化)。这种颜色随光强度而变化的现象﹐叫做贝楚德-朴尔克效应。但在光谱上黄(527nm)﹑绿(503nm)﹑蓝(478nm)三点基本上不随光强而变。

如果被测定的有色物质的每个三刺激值被三个总和除，则每种原色在总刺激部分中所占的比例就极易得到，因为它们的总数为1，0000。两个系数就足可说明色性了。这种比例数值就叫色性坐标，或色性系数，也叫三色系数。显然，所谓色性系数，就是指某原色的刺激量在三种原色的总刺激量中所占的比例。

 

CIE 1931光谱三刺激值曲线 色度图

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：归一化系数

φ(λ)：色刺激函数

x(λ)、y(λ)、z(λ)：色匹配函数

Δλ：积分步距，通常5nm或1nm

LED灯光谱

测量方案

光通量的测量方案

积分球进行光采集是最常用的LED辐射测量方式，可根据测试产品的发光面大小选择2π积分球测量或4π积分球测量、或根据测试方式不同来进行积分球的选择。

光源在外：

 

测试原理图

测量装置：

iSpecRad-UV100-CAL光谱辐射仪测量原理图

iSpecRad-UV100-CAL光谱辐射仪系统实物连接图

软件界面

光源在内：

测试原理图

通常可用于灯具等较大的发光物体，积分球在理想条件下，能将待测光源辐射出来的光散射成积分球内壁单位面积照度一致，且创造一个暗室环境，避免杂散光的影响。一般，为了避免被测光源直接辐射到探头，一般会增加挡板，挡板带来的误差，与第二步一起校准。

LED辐射测量积分球选择：

4π测量：主要应用于灯具、灯带等发光面积较大的产品测试。

2π测量：主要应用于LED灯珠、二极管等单一小发光源的产品测试。

晶圆测量方案

晶圆加工之后、封装之前，需要对晶圆芯片上的所有小晶片进行光度量的测试。利用探针接触晶圆上的晶粒使其发光，光透过高透光石英盘后进入积分球。

光照度测量

利用余弦辐射探头进行光信号采集，进行待测光源光照度测量。针对不同的光源可采用不同直径的余弦探头。

采集示意图

光亮度测量

利用镜头进行光信号采集，进行待测光源的辐射亮度，光谱辐射亮度，发光强度，光亮度等与接收角度有关的辐射参数测量。

采集示意图

低流明的测量方案

Micro LED的体积小且为嵌入式结构，导致光信号采集困难。有些器件的光是从100×10-9流明到1×10-1流明，因此需要使用拥有高灵敏度和宽动态范围的测量系统进行测量。

通过以下两种低流明测试方案，可对miro LED进行光通量和颜色的测试。

亚微级别流明测量系统：

亚微级别流明测量系统由五个部分组成：

①高灵敏度光谱仪；②定制的集成积分球；③测试样品；④电脑测试软件；⑤电流源。

可测量低至10-7流明，积分球能够收集Mini-Micro LED发出的不同角度发散角的光源。

 

测量示意图 LED光源光谱分布图

纳流明测量系统：

纳流明测量系统由七个部分组成：

①高灵敏度光谱仪；②定制的集成积分球；③用于纳流明校准标准的光源；④；电脑测试软件⑤光电倍增管；⑥光度计；⑦电流源。测量范围相较于亚微级别流明测量系统更低，能够在非常低的光水平调整任何颜色和光谱，同时保持准确性与稳定性。

在本套解决方案中，我们可以根据不同的需求配置不同的配件，以下将对这些配件进行详细分析。

光谱仪：

使用时可根据待测光源的发光强度强弱配置LiSpec-UV100、LiSpec-HS400、LiSpec-HSR-TEC系列的光谱仪，莱森光学的光谱仪拥有独有降噪低噪声电路控制技术，光谱仪暗噪声极低，具有优良的稳定性和高信噪比。

 

LiSpec-UV100 LiSpec-HS400

LiSpec-HSR-TEC

积分球：

根据测试产品的发光面大小、测试方式来进行积分球的选择。莱森光学可根据测试需求定制集成积分球。

镜头：

LS-FOL 光纤准直聚焦镜头。用镜头进行光信号采集，可根据需求选择镜头的角度，可用来测量积分球无法测量的需要经过角度换算的一些参数。

余弦辐射探头：

使用余弦辐射探头进行光信号采集的优点是系统搭建方便，采集模块体积小，性价比高；缺点是对环境要求较高，需全暗环境，且测试精度较积分球测试差，受外界影响波动比较大。

审核编辑 黄宇