顯微光分布測試系統

隨著半導體照明的進一步快速和深入發展，LED在道路照明、室內照明、汽車燈、手提燈具等多個領域等到了越來越廣泛的應用，同時，業界對LED燈具的二次光學設計以及利用LED燈具的空間光度數據進行照明設計的要求也越來越高。作為LED產品的心臟，LED光源的光品質就顯得尤為重要！LED光源的主要功能是把電能轉化成光能，而當前，芯片廠和燈珠廠在LED光源設計過程中，僅僅是針對光源進行相對簡單的測量，獲得整體的亮度、波長和電壓等參數。而實際上，由于電極設計、芯片結構、封裝方式等方面的影響，光源表面的亮度和顏色并不是均勻分布的，傳統的光源測量方式并不能精確地描述光源表面這種空間光分布的特點，這樣容易導致光源出現色度和亮度不均勻、光源整體效率低等問題，甚至導致光源失效。因此很有必要利用顯微光分布測試系統對光源進行發光均勻度測試來優化光源設計，同時也為LED光源的二次光學設計提供更為準確、詳盡的數據。

針對以上情況，金鑒實驗室推出顯微光分布測試系統，主要用于測試光源的發光均勻性，幫助提高光品質?，F已演化到第五代，而且價格從150萬降到幾十萬！

金鑒顯微光分布測試系統針對LED及其他光電器件產業打造，可用于觀察微米級發光器件的光分布，測試波長范圍190nm ～1100nm，包含了紫外和紅外不可見光的測試，可用于測量光源的光強分布、直徑、發散角等參數。通過CCD測量光強分布，通過算法計算出光源直徑等參數，測量光強的相對強度，不需要使用標準燈進行校準。適合光電器件及照明相關領域的來料檢驗、研發設計和客訴處理等過程，以達到企業節省研發和品質支出的目的。

金鑒實驗室自主研發的主要設備有顯微紅外熱分布測試系統、顯微紅外熱點定位系統和激光開封系統。產品獲得中科院、暨南大學、南昌大學、華南理工大學、華中科技大學、士蘭明芯、清華同方、華燦光電、三安光電、三安集成、天電光電、瑞豐光電等高?？蒲性核蜕鲜泄镜膹V泛使用，廣受老師和科研人員普遍贊譽。性能卓著，值得信賴。

 應用領域：適用于LED芯片、LED燈珠燈具、面板燈、汽車照明燈、LCD顯示屏、激光器及其他光電器件的來料檢驗、研發設計和客訴處理等過程，助力LED芯片設計優化、光源的光線追跡及發光均勻性測量。

與近場光學測試設備相比，金鑒顯微光分布測試系統優點顯著：

近場光學設備與金鑒顯微光分布探頭對光敏感度差異對比：

金鑒顯微光分布探頭對光敏感度較高，能分辨細小的光強差異，因此成像也更細膩。

金鑒顯微光分布與傳統設備大PK：

金鑒顯微光分布測試系統可模擬工作溫度進行測試，分辨率可達1微米，其具有3D功能，可觀測芯片出光效果。

金鑒顯微光分布測試系統特點：
1. 探測器感應波長為190nm-1100nm，覆蓋深紫外到近紅外光。

不同波長光源的光分布圖

2. 與光學顯微鏡搭配，可觀察微米級發光器件，圖像具備2D和3D顯示功能，表現效果更加強烈

金鑒顯微光分布測試系統的分辨率取決于與之搭配的光學顯微鏡的分辨率，即如果顯微鏡能1000倍放大，金鑒顯微光分布測試系統也可以觀測到1000倍率下的光分布細節。與可見光類似，像素越高畫面越清晰越細膩像素越多同時獲取的溫度數據越多。金鑒GMATG 傳感器像素640×595。

3. 獨特的遮光設計，杜絕背景光影響，測量更加精準
光分布探頭接收的是視野內所有的光信號，包括被測樣品發射的光以及環境反射光。光分布軟件雖然具有背景光扣除功能，但是在測試過程中，環境的變化會導致環境反射光強度的變化，造成測試不準確。金鑒顯微光分布測試系統，具備獨特的遮光罩設計，隔絕了環境光的影響，大大增加了測試的準確性。如下圖所示，在不使用遮光罩的情況下，受環境光變化的影響，芯片光分布圖部分區域異常偏暗；在使用遮光罩后，徹底屏蔽了環境光的影響，光分布圖異常偏暗區域消失。

4. 高精度控溫系統，可實現光源在不同溫度下光分布的測試

光電器件性能受溫度的影響較大，脫離實際環境所測試的結果準確性較差，甚至毫無意義。金鑒自主研發的顯微光分布測試系統配備高低溫數顯精密控溫平臺，控溫范圍：室溫~200℃，能有效穩定環境溫度，實現光源在不同溫度下光分布的測試，對定位光源最適宜的工作溫度可提供最直觀有效的數據。配備的水冷降溫系統，在100s內可將平臺溫度由100℃降到室溫，有效解決了樣品臺降溫困難的問題。

 如下圖所示不同工作溫度下的LED芯片發光均勻度對比，同一芯片，工作狀態溫度越高，亮度越低！溫度越高，光衰趨勢越大。支架引腳溫度由80℃升高到120℃，LED芯片發光強度衰減30.6%。

LED芯片發光強度隨溫度上升而下降

5. 定制化的光分析軟件
金鑒定制分析軟件GM LED NF Analyzer，具有自動影像采集控制、實時影像、對位過程屏上顯示、設置多重幀自動采集、灰階與色彩數值顯示、記錄環境影像提供校正等多重功能，方便做各個維度的光強分布數據分析和圖像效果處理，為科研及分析提供更專業的數據支持。

（1）提供2D、3D光束分布顯示和輪廓分析。

（2）通過CCD測量光強分布，通過算法計算出光源直徑等參數。測量光強的相對強度，不需要使用標準燈進行校準。

（3）OSI彩虹及不同灰階調色板，滿足客戶個性化的顯示需求。

（4）扣除背景光干擾，增加測試精準度。

（5）可導出光分布圖全部像素點的光強數據值，為專業仿真軟件分析提供原始建模數據。

（6）自定義報告模式，測試報告一鍵展現；測試結果即時分享，高效協同。

測試案例:

案例一：芯片電極設計對光分布的影響

對某LED芯片電極圖案進行評估，如下圖所示，芯片的發光不均勻，區域1的亮度明顯過高；相反地，區域2的LED量子阱卻未被充分激活，降低了芯片的發光效率。對此，金鑒建議，可以適當增加區域1及其對稱位置的電極間距離或減小電極厚度來降低區域1亮度，也可以減少區域2金手指間距離或增加正中間正極金手指的厚度來增加區域2亮度，以達到使芯片整體發光更加均勻的目的。

LED芯片發光效果圖

案例二：芯片金道設計對光分布的影響

下圖中芯片左邊為兩個負電極，右邊為兩個正電極，其中，區域1、2亮度較低，電流擴展性不夠，需提高其電流密度，建議延長最近的正電極金手指以提升發光均勻度。區域3金手指位置的亮度稍微超出平均亮度，可減少金手指厚度來改善電流密度，或者改善金手指的MESA邊緣聚積現象，另外，也可以增加區域3外的金手指厚度，使區域3外金手指附近的電流密度增加，提升區域3外各金手指的電流密度，以上建議可作為發光均勻度方面的改善，以達到使芯片整體發光更加均勻的目的。在達到或超過了芯片整體發光均勻度要求的前提下，可考慮減小金手指厚度來減少非金屬電極的遮光面積，以提升亮度。甚至，可以為了更高的光效犧牲一定的金手指長度和寬度。

LED芯片發光效果圖

案例三：光分布3D模塊測試評估芯片光提取效率
金鑒顯微光分布3D測試模塊可以觀察芯片各區域的出光強度，填補芯片的光提取效率測試空白。下圖垂直結構芯片采用了多刀隱切工藝，芯片側面非常粗糙，粗糙界面可以反射芯片側面出射的光，提高芯片的光提取效率。從該芯片的3D光分布圖中可以直觀的看到，該芯片邊緣出光較多，說明多刀隱切工藝對芯片出光效率的提升顯著。

案例四：顯微光分布測試幫助定位最高效率的電流電壓

 金鑒顯微光熱分布系統，可幫助客戶避免過度超電流，準確定位最高效率下的電流電壓！如下案例中，芯片額定電流為60mA，超額定電流90mA下點亮時，芯片溫度大大提高，亮度反而出現衰減。過度的超電流，LED芯片產熱嚴重，光產出并不會增加，甚至出現光衰。

案例五：顯微光分布測試系統應用于LED芯片失效分析

失效的LED芯片必然在光熱分布上漏出蛛絲馬跡！某燈珠廠家把芯片封裝成燈珠后，老化出現電壓升高的現象。金鑒通過顯微光分布測試系統發現芯片主要在正極附近區域發光。因此，定位芯片正極做氬離子截面拋光，發現正極底部SiO2層邊緣傾角過大，ITO層在臺階位置出現斷裂、虛接現象，ITO層電阻過大，電流擴散受阻，出現電壓升高異?，F象。

案例六：倒裝芯片光熱分布分析

失效分析案例中，CSP燈珠出現膠裂異常，使用熱分布測試系統對芯片進行測試，由于紅外測溫是通過物體表面的紅外熱輻射測量溫度，對于倒裝芯片表面的藍寶石也不能穿透，故無法對芯片內部電極等結構進行進一步的分析。此時，使用金鑒顯微光分布測試系統可以清晰地觀察到芯片電極圖案，從光分布圖可以看出，芯片負電極位置發光較強，因此推斷負電極位置電流密度較大，導致此處發熱量也較大，從而局部熱膨脹差異過大引起芯片上方封裝膠開裂異常。

案例七：多芯片封裝的光分布監測
金鑒顯微光分布系統，能高效精準分析燈珠內各芯片電流密度，是品質把控的好幫手！例如某燈珠采用兩顆芯片并聯的方式封裝，該燈珠點亮時，金鑒顯微光分布測試系統測得B芯片發光強度較A芯片的大，顯微熱分布測試系統測得B芯片表面溫度高于A芯片。分析其原因，LED芯片較小的電壓波動都會產生較大的電流變化，該燈珠兩顆芯片采用并聯方式工作，兩顆芯片兩端的電壓一樣，芯片電阻之間的差異會造成流過兩顆芯片的電流存在較大差異，從而出現一個燈珠內兩顆芯片亮度不一的現象，影響燈珠性能。

光學圖                                    光分布圖                                       熱分布圖

案例八：COB光源發光均勻度測試
 對于LED光源，特別是白光光源，由于電極設計、芯片結構以及熒光粉涂敷方式等影響，其表面的亮度和顏色并不是均勻分布的。如圖所示，COB右半邊燈珠亮度明顯比左半邊低，由標尺計算出，右半邊亮度為左半邊的三分之二，導致這一失效原因也許是COB的PCB板材左右邊銅箔電阻不一致，導致燈珠左右兩邊的芯片所加載的電壓不一致，造成兩邊芯片的發光強度出現差異。

案例九：OLED光分布測試
有機發光二極管(OLED)作為一種電流型發光器件，因其所具有的自發光、快速響應、寬視角和可制作在柔性襯底上等特點而越來越多地被應用于高性能顯示領域當中。使用金鑒顯微紅外熱分布測試系統對OLED顯示屏進行測試，可以直觀的了解顯示屏各區域光強分布情況，對于缺陷點也能及時發現，有助于檢測和改善OLED發光品質。如下案例中，OLED電流輸入端亮度較大，遠離輸入端亮度逐漸減小，在此情況下，損失的亮度轉換為熱能，因此溫度的分布會變得不均勻，進而導致OLED顯示面板中各處的薄膜晶體管(TFT)的閾值電壓和遷移率的變化也分布不均，進一步導致整個顯示面板的發光亮度不均勻。

案例十：激光器光束形貌及熱場分布

金鑒顯微光熱分布測試系統，配備專用光衰片及水冷散熱系統，可測試大功率超亮激光燈的光熱分布！

激光器樣品圖 

激光器熱分布圖

激光器的光束形貌為一字線型，一字形光束邊緣光強約為中心光強的60%。