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显微光分布测试系统发布时间:2017-06-05 19:26:42




显微光分布测试系统

 

随着半导体照明的进一步快速和深入发展,LED在道路照明、室内照明、汽车灯、手提灯具等多个领域等到了越来越广泛的应用同时,业界对LED灯具的二次光学设计以及利用LED灯具的空间光度数据进行照明设计的要求也越来越高。作为LED产品的心脏,LED光源的光品质就显得尤为重要!LED光源的主要功能是把电能转化成光能而当前,芯片厂和灯珠厂在LED光源设计过程中,仅仅是针对光源进行相对简单的测量,获得整体的亮度、波长和电压等参数。而实际上,由于电极设计、芯片结构、封装方式等方面的影响,光源表面的亮度和颜色并不是均匀分布的,传统的光源测量方式并不能精确地描述光源表面这种空间光分布的特点,这样容易导致光源出现色度和亮度不均匀、光源整体效率低等问题,甚至导致光源失效。因此很有必要利用显微光分布测试系统对光源进行发光均匀度测试来优化光源设计,同时也LED光源的二次光学设计提供更为准确、详尽的数据。

针对以上情况,金鉴实验室联合英国GMATG公司联合推出显微光分布测试系统,主要用于测试光源的发光均匀性,帮助提高光品质。现已演化到第代,而且价格从150万降到几十万!

金鉴显微光分布测试系统针对LED及其他光电器件产业打造,可用于观察微米级发光器件的光分布,测试波长范围190nm 1100nm,包含了紫外和红外不可见光的测试,可用于测量光源的光强分布、直径、发散角等参数。通过CCD测量光强分布,通过算法计算出光源直径等参数测量光强的相对强度,不需要使用标准灯进行校准。适合光电器件及照明相关领域的来料检验、研发设计和客诉处理等过程,以达到企业节省研发和品质支出的目的。

金鉴实验室自主研发的主要设备有显微红外热分布测试系统、显微红外热点定位系统和激光开封系统。产品获得中科院、暨南大学、南昌大学、华南理工大学、华中科技大学、士兰明芯、清华同方、华灿光电、三安光电、三安集成、天电光电、瑞丰光电等高校科研院所和上市公司的广泛使用,广受老师和科研人员普遍赞誉。性能卓著,值得信赖。

应用领域:适用于LED芯片、LED灯珠灯具、面板灯、汽车照明灯、LCD显示屏、激光器及其他光电器件的来料检验、研发设计和客诉处理等过程,助力LED芯片设计优化、光源的光线追迹及发光均匀性测量


与近场光学测试设备相比,金鉴显微光分布测试系统优点显著:

 

 

近场光学设备与金鉴显微光分布探头对光敏感度差异对比:

金鉴显微光分布探头对光敏感度较高,能分辨细小的光强差异,因此成像也更细腻。



金鉴显微光分布与传统设备大PK

金鉴显微光分布测试系统可模拟工作温度进行测试,分辨率可达1微米,其具有3D功能,可观测芯片出光效果。



金鉴显微光分布测试系统特点:

1. 探测器感应波长为190nm-1100nm,覆盖深紫外到近红外光。


不同波长光源的光分布图

 

2. 与光学显微镜搭配,可观察微米级发光器件图像具备2D3D显示功能,表现效果更加强烈

金鉴显微光分布测试系统的分辨率取决于与之搭配的光学显微镜的分辨率,即如果显微镜能1000倍放大,金鉴显微光分布测试系统也可以观测到1000倍率下的光分布细节与可见光类似,像素越高画面越清晰越细腻像素越多同时获取的温度数据越多金鉴GMATG 传感器像素640×595


 

3. 独特的遮光设计,杜绝背景光影响,测量更加精准

光分布探头接收的是视野内所有的光信号,包括被测样品发射的光以及环境反射光。光分布软件虽然具有背景光扣除功能,但是在测试过程中,环境的变化会导致环境反射光强度的变化,造成测试不准确。金鉴显微光分布测试系统,具备独特的遮光罩设计,隔绝了环境光的影响,大大增加了测试的准确性。如下图所示,在不使用遮光罩的情况下,受环境光变化的影响,芯片光分布图部分区域异常偏暗;在使用遮光罩后,彻底屏蔽了环境光的影响,光分布图异常偏暗区域消失。

 

4. 高精度控温系统,可实现光源在不同温度下光分布的测试

光电器件性能受温度的影响较大,脱离实际环境所测试的结果准确性较差,甚至毫无意义。金鉴自主研发的显微光分布测试系统配备高低温数显精密控温平台,控温范围:室温~200℃,能有效稳定环境温度,实现光源在不同温度下光分布的测试,对定位光源最适宜的工作温度可提供最直观有效的数据。配备的水冷降温系统,在100s内可将平台温度由100℃降到室温,有效解决了样品台降温困难的问题。


       如下图所示不同工作温度下的LED芯片发光均匀度对比同一芯片,工作状态温度越高,亮度越低!温度越高,光衰趋势越大。支架引脚温度由80℃升高到120℃LED芯片发光强度衰减30.6%


 

LED芯片发光强度随温度上升而下降


5. 定制化的分析软件

金鉴定制分析软件GM LED NF Analyzer,具有自动影像采集控制、实时影像、对位过程屏上显示、设置多重帧自动采集、灰阶与色彩数值显示、记录环境影像提供校正等多重功能,方便做各个维度的光强分布数据分析和图像效果处理为科研及分析提供更专业的数据支持。


(1)提供2D3D光束分布显示和轮廓分析。 

 

2通过CCD测量光强分布,通过算法计算出光源直径等参数。测量光强的相对强度,不需要使用标准灯进行校准

 

 

 3OSI彩虹及不同灰阶调色板,满足客户个性化的显示需求

 

 

4)扣除背景光干扰,增加测试精准度

 

 

5)可导出光分图全部像素点的光强数据值,为专业仿真软件分析提供原始建模数据。

           

6)自定义报告模式,测试报告一键展现;测试结果即时分享,高效协同。

 

测试案例:

案例一:芯片电极设计对光分布的影响

对某LED芯片电极图案进行评估,如下图所示,芯片的发光不均匀,区域1的亮度明显过高;相反地,区域2LED量子阱却未被充分激活,降低了芯片的发光效率。对此,金鉴建议,可以适当增加区域1及其对称位置的电极间距离或减小电极厚度来降低区域1亮度,也可以减少区域2金手指间距离或增加正中间正极金手指的厚度来增加区域2亮度,以达到使芯片整体发光更加均匀的目的


 LED芯片发光效果图


案例二:芯片金道设计对光分布的影响

下图中芯片左边为两个负电极,右边为两个正电极,其中,区域12亮度较低,电流扩展性不够,需提高其电流密度,建议延长最近的正电极金手指以提升发光均匀度。区域3金手指位置的亮度稍微超出平均亮度,可减少金手指厚度来改善电流密度,或者改善金手指的MESA边缘聚积现象,另外,也可以增加区域3外的金手指厚度,使区域3外金手指附近的电流密度增加,提升区域3外各金手指的电流密度,以上建议可作为发光均匀度方面的改善,以达到使芯片整体发光更加均匀的目的。在达到或超过了芯片整体发光均匀度要求的前提下,可考虑减小金手指厚度来减少非金属电极的遮光面积,以提升亮度。甚至,可以为了更高的光效牺牲一定的金手指长度和宽度。


 LED芯片发光效果图

 

案例三:光分布3D模块测试评估芯片光提取效率

金鉴显微光分布3D测试模块可以观察芯片各区域的出光强度,填补芯片的光提取效率测试空白。下图垂直结构芯片采用了多刀隐切工艺,芯片侧面非常粗糙,粗糙界面可以反射芯片侧面出射的光,提高芯片的光提取效率。从该芯片的3D光分布图中可以直观的看到,该芯片边缘出光较多,说明多刀隐切工艺对芯片出光效率的提升显著。



案例显微光分布测试帮助定位最高效率的电流电压

金鉴显微光热分布系统,帮助客户避免过度超电流,准确定位最高效率下的电流电压!如下案例中,芯片额定电流为60mA,超额定电流90mA下点亮时,芯片温度大大提高,亮度反而出现衰减。过度的超电流,LED芯片产热严重,光产出并不会增加,甚至出现光衰。


 

案例显微光分布测试系统应用于LED芯片失效分析

失效的LED芯片必然在光热分布上漏出蛛丝马迹!某灯珠厂家把芯片封装成灯珠后,老化出现电压升高的现象。金鉴通过显微光分布测试系统发现芯片主要在正极附近区域发光。因此,定位芯片正极做氩离子截面抛光,发现正极底部SiO2层边缘倾角过大,ITO层在台阶位置出现断裂、虚接现象,ITO层电阻过大,电流扩散受阻,出现电压升高异常现象。


案例:倒装芯片光热分布分析

      失效分析案例中,CSP灯珠出现胶裂异常,使用热分布测试系统对芯片进行测试,由于红外测温是通过物体表面的红外热辐射测量温度对于倒装芯片表面的蓝宝石也不能穿透,故无法对芯片内部电极等结构进行进一步的分析。此时,使用金鉴显微光分布测试系统可以清晰地观察到芯片电极图案,从光分布图可以看出,芯片负电极位置发光较强,因此推断负电极位置电流密度较大,导致此处发热量也较大,从而局部热膨胀差异过大引起芯片上方封装胶开裂异常。


 

案例:多芯片封装的光分布监测

金鉴显微光分布系统,高效精准分析灯珠内各芯片电流密度,品质把控的好帮手!例如某灯珠采用两颗芯片并联的方式封装,该灯珠点亮时,金鉴显微光分布测试系统测得B芯片发光强度较A芯片的大,显微热分布测试系统测得B芯片表面温度高于A芯片。分析其原因,LED芯片较小的电压波动都会产生较大的电流变化,该灯珠两颗芯片采用并联方式工作,两颗芯片两端的电压一样,芯片电阻之间的差异会造成流过两颗芯片的电流存在较大差异,从而出现一个灯珠内两颗芯片亮度不一的现象,影响灯珠性能。

                               光学图                             光分布图                                       热分布图

 

案例COB光源发光均匀度测试

对于LED光源,特别是白光光源,由于电极设计、芯片结构以及荧光粉涂敷方式等影响,其表面的亮度和颜色并不是均匀分布的。如图所示,COB右半边灯珠亮度明显比左半边低,由标尺计算出,右半边亮度为左半边的三分之二,导致这一失效原因也许是COBPCB板材左右边铜箔电阻不一致导致灯珠左右两边的芯片所加载的电压不一致,造成两边芯片的发光强度出现差异。



案例OLED光分布测试

有机发光二极管(OLED)作为一种电流型发光器件,因其所具有的自发光、快速响应、宽视角和可制作在柔性衬底上等特点而越来越多地被应用于高性能显示领域当中。使用金鉴显微红外热分布测试系统OLED显示屏进行测试,可以直观的了解显示屏各区域光强分布情况,对于缺陷点也能及时发现,有助于检测和改善OLED发光品质。如下案例中,OLED电流输入端亮度较大,远离输入端亮度逐渐减小,在此情况下,损失的亮度转换为热能,因此温度的分布会变得不均匀,进而导致OLED显示面板中各处的薄膜晶体管(TFT)的阈值电压和迁移率的变化也分布不均,进一步导致整个显示面板的发光亮度不均匀。



 案例激光器光束形貌及热场分布

金鉴显微光热分布测试系统,配备专用光衰片及水冷散热系统,可测试大功率超亮激光灯的光热分布!


激光器样品图 

激光器热分布图

              激光器的光束形貌为一字线型,一字形光束边缘光强约为中心光强的60%。



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