｜影像式光學特性量測技術

摘要：隨著LED在顯示器及照明應用蓬勃地發展，對LED品質進行高速且精確地量測也有迫切之需求。本論文我們將基於影像式光譜技術提出幾種新的方法測試LED的光學性質。一是針對晶圓上LED量測設計，使用高解析度影像式光譜儀架構。另外一種形式是針對LED背光模組設計，採用光纖多通道光譜儀架構。符合CIE規範之LED光學特性量測系統，包含色度及發光強度量測，皆已經證實符合工業應用之需求。

Abstract: LEDs continue to become more and more popular in the display and lighting applications. Due to the rapid increase in LED mass production, we need much faster and more accurate inspection tools to monitor LED quality. In the paper, we propose some new methods by using imaging spectrograph to measure LED optical properties. For different LED applications such as LED light-bar for liquid-crystal display and high-brightness LED for lighting, we design different methods with the advantage of full-filed and multi-channels structures to reach high-speed measurement. We also make sure the measurement accuracy of LED optical parameters to meet the industrial requirements.

關鍵詞：發光二極體、影像式光譜、發光強度、色度

Keywords：Light-emitting diode(LED), Imaging spectrograph, luminous intensity, chromaticity

前言
近幾年，LED產業在不管在性能及價格上都有很顯著的進步，LED應用範圍亦因此大幅度拓展。根據市調機構Display Search最新發表的全球電視出貨與預測季報告顯示，全球液晶電視市場仍將保持成長，LED背光機種在2011的出貨滲透率將超過50%成為液晶電視的主流。在notebook背光模組方面，預估2010年LED滲透率將超過70%，2012將達90%以上。這是由於LED俱備省電、高演色性等特性，可以完全吻合目前世界追求節能減碳的趨勢，也較易設計出較輕薄之產品。LED燈泡目前發光效率已經可以在照明市場應用，市場研究機構表示高亮度LED的長期趨勢是向上成長[1]，在2014年可達190億美金的規模且年平均成長率可達29.5%，複合成長率可達45.4%。依據美國能源局的報告“Solid-State Lighting Research and Development：Manufacturing Roadmap”指出[2]，大功率GaN LED的基板，主要使用包含藍寶石基板、SiC基板等，目前主要研發方向為增加基板尺寸，藉由增加晶圓可用面積且增加少量的製程成本，因此可以有效地降低每顆LED晶粒之成本。依循量產趨勢之發展方向，LED晶粒的色度及發光強度檢測亦需要於晶圓上進行，以符合大產量之需求。在晶圓上檢測每顆晶粒之光學特性並且將不同等級之晶圓分流，以達到快速生產及檢驗之目的。

工業上對於LED光學特性量測，傳統為使用單通道光譜儀直接量測整個可見光頻段之光譜分布，再進行相關參數計算[3]。由於使用單通道光譜儀所以必須逐一對單顆LED量測速度較慢，對於目前高產能之應用是不足夠地，因此必須尋找依新的技術可以符合高速檢測之需求。本論文將提出兩種影像式光譜技術技術可以支援LED晶圓及LED背光模組之光學性質檢測，並且將證明此兩種技術可以符合工業應用之需求。