专利名称：一种发光元件测试系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种发光元件测试系统，特别地，涉及一种利用过滤装置以同时对多个发光元件所发出的光线进行过滤及分析，借以得知发光元件的光学特性的发光元件测试系统。
背景技术：
由于发光元件的产能提高，发光元件的检测需求也随之增加。请参阅图1，图I为绘述了现有技术的系统示意图。现存的技术对发光元件进行光学测试时需利用积分球90配合光谱仪92以及亮度计94来测试其总光通量以及其他如色温、色坐标、演色系数等光学特性。
公知积分球为具有高反射性内表面的空心球体，其用于对球体内部或置放于球体外并靠近某个视窗处的待测物，对光的散射或发射进行收集的一种高效率器件。其原理为让光源在一个反射率接近100%的球体内作反射，在进行多次反射后，得假设在球体表面上的每一个区域所受到的光亮度是一样的，据此再测量其中一指定面积的亮度，再乘上该面积与积分球90内部的面积比，便可得知发光元件的总发光量。再者，光谱仪92以是在特定波长范围来测量来源光线的设备。公知光谱仪92包括一个色散元件，色散元件用来改变通过系统的光强度。色散元件如光栅、棱镜。其原理为利用当一束复合光线进入光谱仪的入射狭缝，首先由光学准直镜使其调成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长。简而言之，光谱仪通过光栅分光以进行后续的分析效果。故此，理论上每个积分球每次只能对一颗发光元件进行测试。另外，光谱仪价格高昂且必需配搭积分球使用，因而造成测试单位的成本大幅增加。据此，现有技术也有发展出利用太阳能发电板为感测元件的相关技术，然而其只能对光强度进行分析，尚未能分析发光元件的色温以及其他的光学特性。有鉴于现有的技术中存在上述的问题，因此，如何研发出一种便宜、效率高且可全自动测量发光元件的光强度、色温以及其他光学特性的测试装置及方法，实为相关业界再加以思索并为突破的目标及方向。
发明内容
有鉴于此，本发明的一范畴在于提供一种发光元件测试系统，用于对一待测物的光学特性进行测量，该待测物接收一电能并输出一具有一第一波长区间的初始光线，本发明发光元件测试系统包含过滤装置以及感光装置。过滤装置包含一第一过滤部，该第一过滤部用以滤除该初始光线的第三波长区间并输出一具有一第二波长区间的第一过滤后光线；另外，感光装置用以接收由该第一过滤部输出的该第一过滤后光线并据以产生一第一数据。其中，于实际应用时，其进一步包含一光学装置，该光学装置设置于该待测物及该过滤装置之间，用以调整该初始光线的焦距使之聚焦在该感光装置上。再者，该光学装置也得设置于该过滤装置及该感光装置之间，用以调整该初始光线的焦距使之聚焦在该感光装置上。其中，于实际应用时，过滤装置进一步包含有一第二过滤部，该第二过滤部用以滤除该初始光线的一第五波长区间并输出一相对应的具有一第四波长区间的第二过滤后光线，该第四波长区间与该第二波长区间相异。此外，过滤装置包含有一旋转装置，该旋转装置用于旋转该过滤装置以切换该第一过滤部及该第二过滤部的位置。其中，该感光装置用以接收由该第二过滤部输出的该第二过滤后光线并据以产生一第二数据。再者，本发明可进一步包含一运算装置，用以根据该第一数据及该第二数据产生该初始光线的相对强度-波长图；滤除该初始光线的一第三波长区间并输出一具有一第二波长区间的第一过滤后光线；对该第一过滤后光线进行测量以产生一第一数据；滤除该初始光线的一第五波长区间并输出一具有一第四波长区间的第二过滤后光线；对该第二过滤后光线进行测量以产生一第二数据；以及根据该第一数据以及该第二数据以产生该初始光线的相对强度-波长图。
于实际应用中，其进一步包含根据该初始光线的相对强度-波长图计算该待测物的照度、光通量、色温、演色系数或色坐标。再者，于实际应用时，感光装置包含一黑白型电荷率禹合模块(Charge-coupled Device module)或一黑白互补型金属氧化物半导体模块(Complementary Metal-Oxide-Semiconductormodule)。另外，本发明的另一范畴在于提供另一种发光元件测试方法，其包含准备一待测物，该待测物接收一电能并输出一具有一第一波长的初始光线；滤除该初始光线的一第三波长区间并输出一具有一第二波长区间的第一过滤后光线；对该第一过滤后光线进行测量以产生一第一数据；滤除该初始光线的一第五波长区间并输出一具有一第四波长区间的第二过滤后光线；对该第二过滤后光线进行测量以产生一第二数据；以及根据该第一数据以及该第二数据以产生该初始光线的相对强度-波长图。再者，于实际应用时，上述的方法进一步包含以下步骤调整该初始光线、该第一过滤后光线或该第二过滤后光线的焦距。相对于现有技术，本发明提出了一种可同时对多颗发光元件进行测试的系统与方法。另外，本发明也开创性的在测试系统中整合了一过滤装置，用以利用不同的过滤条件对待测物所发出的光线进行过滤处理后，整合各种过滤所得的光线进行分析处理以得一测试结果。本发明让以往每测试所能支持的测试上限，由一颗提升至数十甚至数百颗，让发光元件的测试系统的效率提升数十至数百倍。关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
图I为绘述了现有技术的系统示意图。图2A为绘述了本发明发光元件测试系统的一具体实施例的示意图。图2B为绘述了本发明的一具体实施例的初始光线的相对强度-波长图。图2C为绘述了本发明的一具体实施例的第一过滤后光线的相对强度-波长图。图3A为绘述了本发明发光元件测试系统的一具体实施例的示意图。图3B为绘述了本发明的一具体实施例的初始光线的相对强度-波长图。
图3C为绘述了本发明的一具体实施例的第一过滤后光线的相对强度-波长图。图3D为绘述了本发明的一具体实施例的过滤装置的俯视图。图4为绘述了本发明系统的另一具体实施例的示意图。图5为绘述了本发明系统的另一具体实施例的示意图。图6为绘述了本发明系统的另一具体实施例的示意图。图7为绘述了本发明发光元件测试方法的具体实施例的流程图。图8为绘述了本发明的一具体实施例的分析数据的示意图。上述附图中的附图标记说明如下
I:发光元件测试系统 12:光学装置14 :过滤装置142 :第一过滤部144 :第二过滤部16 :感光装置18 :运算装置2 :待测物22 :初始光线222 :第一波长区间224 :第二波长区间 226 :第三波长区间228:第四波长区间 229:第五波长区间24 :第一过滤后光线 26 :第二过滤后光线SI S6 :流程步骤2242 :第一数据2282 :第二数据90 :积分球92:光谱仪94:亮度计
具体实施例方式为使本发明能更清楚的被说明，请参照以下本发明详细说明及其中所包括的实例，以更容易地理解本发明。本说明书仅对本发明的必要元件作出陈述，且仅用于说明本发明其中的可能的实施例，然而说明书的记述应不局限本发明所主张的技术本质的权利范围。除非于说明书有明确地排除其可能，否则本发明并不局限于特定方法、流程、功能或手段。也应了解的是，目前所述仅本发明可能的实施例，在本发明的实施或测试中，可使用与本说明书所述装置或系统相类似或等效的任何方法、流程、功能或手段。除非有另外定义，否则本说明书所用的所有技术及科学术语，都具有与本领域技术人员通常所了解的意义相同的意义。尽管在本发明的实施或测试中，可使用与本说明书所述方法及材料相类似或等效的任何方法及手段，但本说明书目前所述者仅实例方法、流程及其相关数据。再者，本说明书中所提及的一数目以上或以下，包含数目本身。且应了解的是，本说明书揭示执行所揭示功能的某些方法、流程，存在多种可执行相同功能的与所揭示结构有关的结构，且上述的结构通常可实现相同结果。另外，本说明书中所记叙的附图旨在表达本发明的技术内容的大纲。附图中各个元件间的大小、比例或数量仅供参考，其未必与实际使用时相同。如附图与说明书中所记叙内容，于大小、比例或数量上有所冲突，则以说明书中的记载为准。再者，本说明书与记述的测试一词，泛指对待测物的电性、光学、外观或机械特性的测量、测试或分析行为。
请参阅图2A及图3A，图2A及图3A为绘述了本发明发光元件测试系统的一具体实施例的示意图。发光元件测试系统I用于同时对多个待测物2的光学特性进行测量。各个待测物2分别接收一电能并输出一初始光线22，各个初始光线22具有一第一波长区间222。于本较佳实施例中，发光元件测试系统I包含了光学装置12、过滤装置14以及感光装置16。于本具体实施例中，待测物2被设置于一载体并设置于发光元件测试系统I中，接着对多颗待测物2分别提供电能；多颗待测物2接收电能后将产分别产生一初始光线22 ；各道初始光线22分别的经过光学装置12以调整其焦距使之聚焦在感光装置16上；如图2A所示，各道初始光线22分别经过过滤装置14的第一过滤部142并过滤成第一过滤后光线24 ;接着，各颗待测物2所相对的第一过滤后光线24分别的被感光装置16中的各个相对应的感光装置16所接收；各个感光装置16分别产生一相对应于上述各待测物2的第一数据并传送予运算装置18以对上述的第一数据进行分析后，便可得知初始光线22的第二波长区间224的光线特性；其后，如图3A所示，过滤装置14将进行切换以使第二过滤部144位 于待测物2的上方，各道初始光线22分别经过过滤装置14的第一过滤部144并被过滤成第二过滤后光线26 ;接着，各颗待测物2所相对的第二过滤后光线26分别的被感光装置16中的各个相对应的感光模块所接收；各个感光模块分别产生一相对应于上述各待测物2的第二数据并传送予运算装置18以对上述的第二数据进行分析后，便可得知初始光线22的第四波长区间228的光学特性。运算装置18通过对各个待测物的第一数据及第二数据以曲线拟合法(curve fitting)多阶演算法进行分析及运算,可得知各颗待测物2的初始光线22的各个波长区的光学特性并汇整为一分析数据，上述的分析数据可包含待测物的照度、光通量、色温、演色系数、色坐标(CIEx，y)、峰波长Up)、主波长Ud)与半高宽(FWHM)等数据。上述的待测物2泛指任何将电能转换成光能的发光元件。于本较佳实施例中，待测物2指一发光二极管裸晶晶片(LED bare die)。更明确的说，待测物2是从晶圆(wafer)完成分割且整齐排列的发光二极管裸晶晶片。然而，该发光元件不以发光二极管裸晶晶片为限，其也可为其他如激光二极管晶片、紫外线二极管晶片、或其他接收电能以输出光能的半导体元件。上述的待测物2的光学特性指待测物2通电后产生光线的特性，例如光线的光通量、波长区间、相对强度、色温或色坐标等。上述的初始光线22指各个待测物2通电后分别产生的光线，且初始光线22具有第一波长区间222。光学装置12设置于该待测物2及该过滤装置14之间，用以调整系统中各道光线的焦距。于本具体实施例中，光学装置12设置于这些待测物2及该过滤装置14之间，用以同时调整这些待测物2所发出的各道初始光线22的焦距，使各道初始光线22的焦距一致的落在上述的感光装置16的相对应的表面上。于本具体实施例中，光学装置12为一弧型透镜，然而其不以弧型透镜为限，上述的光学装置12其也可为一微型透镜组或其他可同时将多个待测物2进行调整焦距功能的光学装置12。当标的为初始光线、第一过滤后光线或第二过滤后光线时，光学装置12得设置于该待测物2及该过滤装置14之间的相对应的位置上。过滤装置14用于对入射的光线进行过滤并输出一经处理的光线，过滤装置14仅容许一指定波长区间的光线通过，非处于指定波长区间内的光线将被过滤装置14反射或吸收。于本具体实施例中，过滤装置14为一色轮(COLOR WHEEL)。一般来说，色轮是不同波长区间的分色滤光片的组合，可将入射穿透的光源进行分色，并通过旋转装置(未显于图)使其转动以顺序分出不同单色光于指定的光路上以进行彩色图像的分色及成像，最后经由其它光机元件合成并投射出全彩图像。于本具体实施例中，上述的旋转装置为高速马达。有别于现有技术的色轮被应用于彩色投影机、大尺寸的彩色投射电视或光学投射装置中，本发明的色轮用于过滤待测物2所发出的光线，并将待测物2射出的光线中不需要的波长区间予以过滤以提取标的波长区间作测试及分析之用，其将不用于成像。请再参阅图2A及图3A，于本具体实施例中，过滤装置14包含第一过滤部142以及第二过滤部144。第一过滤部142用以滤除各道初始光线22的第一波长区间222中的第三 波长区间226，并输出具有第二波长区间224的第一过滤后光线24。第二波长区间224的大小及数值相对应于第一过滤部142所使用的材料的特性。此外，第二过滤部144用以滤除初始光线22的第一波长区间222中的第五波长区间229，并输出具有第四波长区间228的第二过滤后光线26，其中第四波长区间228与第二波长区间224相异。其中，本发明的过滤装置14不以具有两个过滤部为限，按其设计者的需要，过滤装置14得具有两个以上不同波长区间的过滤部。请参阅图3D，图3D为绘述了本发明的一具体实施例的过滤装置的俯视图。本发明的过滤装置包含了第一过滤部142以及第二过滤部144。于本具体实施例中，其包含六个过滤部，然而，过滤部的数量不以六个为限，按测试的需要，过滤装置也可包含六个以上或以下不同的过滤部，其中，各个过滤部所过滤的波长大致上为相异。再者，本发明的过滤装置14不以色轮为限，按其设计的需要，其也可利用多张具有不同波长的滤光片及公知的切换机构来按序切换指定波长的滤光片以使其过滤相对应波长的光线。请一并参阅图2B及图2C，图2B为绘述了本发明的一具体实施例的初始光线的相对强度-波长图；而图2C则为绘述了本发明的一具体实施例的第一过滤后光线的相对强度-波长图。于本具体实施例中，于本具体实施例中，第一波长区间222介于390nm及510nm间；该第二波长区间224介于455nm至460nm间，而第三波长区间226则介于390nm至454nm以及461至510nm之间。初始光线22经过第一过滤部142时，其处于第三区间内的波长将被过滤并去除以产生第一过滤后光线24，第一过滤后光线24具有的波长区间为第一波长区间222减去第三波长区间226所余下的波长区间，也即为第二波长区间224。然而，各个波长区间的单位大小不以5nm为限，波长区间的单位大小得自由调整。请一并参阅图3B及图3C，图3B为绘述了本发明的一具体实施例的初始光线22的相对强度-波长图；而图3C则为绘述了本发明的一具体实施例的第一过滤后光线的相对强度-波长图。于本具体实施例中，于本具体实施例中，第一波长区间222介于390nm及510nm间；该第四波长区间228介于460nm至465nm间，而第五波长区间229则介于390nm至459nm以及466至5IOnm之间。初始光线22经过第二过滤部144时，波长处于第五波长区间229内的光线将被过滤及去除以产生第二过滤后光线26，第二过滤后光线26具有的波长区间为第一波长区间222减去第五波长区间229所余下的波长区间，也即为第四波长区间228。感光装置16用以接收这些第一过滤后光线24并据以产生多个相对的光学数据。于本具体实施例中，感光装置16包含一感光模块，而感光模块为黑白型电荷耦合模块(Charge-coupled Device module)。于本具体实施例中，各个待测物2分别的相对应有一感光模块，其中，各个感光模块以矩阵方式排列。另外，上述的感光模块不以电荷耦合模块为限，其也可为互补型金属氧化物半导体模块。同时，上述的电荷耦合模块及互补型金属氧化物半导体模块不以黑白型为限，按设计的需要，其也可利用彩色型代替。然而，考虑彩色型的感光模块由红、绿、篮三种颜色的像素所组成，若像素数量为固定时，其解像度将只有黑白型感光模块的三分之一。请见图4，图4为绘述了本发明系统的另一具体实施例的示意图。于本具体实施例中，光学元件12设置于过滤装置14以及感光装置16之间，用于调整输出自过滤装置14的 光线的焦距。请见图5，图5为绘述了本发明系统的另一具体实施例的示意图。于本具体实施例中，光学元件12设置于过滤装置14的上方表面或下方表面，用于调整进入、输出自过滤装置14的光线的焦距。其中，光学元件12也可与过滤装置14整合为一体以进一步减少其元件的数量。请见图6，图6为绘述了本发明系统的另一具体实施例的示意图。于本具体实施例中，本发明的发光元件测试系统I应用于单颗待测物2的测试中，而且其光学元件选择性的被省略。由于待测物2的初始光线22发散的方式为相同，当感光装置16与待测物2的距离为固定时，待测物2所损失的光的比例为相同，故此，通过对测试结果进行校正便可计算得知待测物2的出射光的光学性质。据此，于本具体实施例中，光学元件实非为必要。另外，请参阅图7，图7为绘述了本发明的发光元件测试方法的具体实施例的流程图。本发明另提供一种发光元件测试方法，其用于同时对多个待测物的光学特性进行测量，方法包含步骤SI至步骤S7，其中，步骤SI为提供多个待测物，待测物接收一电能并输出一具有一第一波长的初始光线；步骤S2为滤除初始光线的一第三波长区间并输出一具有一第二波长区间的第一过滤后光线；步骤S3为对第一过滤后光线进行测量以产生一第一数据；步骤S4为滤除初始光线的一第五波长区间并输出一具有一第四波长区间的第二过滤后光线；步骤S5为对第二过滤后光线进行测量以产生一第二数据；步骤S6为根据第一数据以及第二数据以产生初始光线的相对强度-波长图；步骤S7为根据初始光线的相对强度-波长图计算待测物的照度、光通量、色温、演色系数或色坐标。上述的对该多个第一过滤后光线进行测量以产生多个相对应的第一数据，指利用上述系统的感光装置对第一过滤光线进行测量，以使该感光装置产生一第一数据。上述的对该多个第二过滤后光线进行测量以产生多个相对应的第二数据，指利用上述系统的感光装置对第二过滤光线进行测量，以使该感光装置产生一第二数据。上述的第一数据及第二数据得包含一坐标、数值或其他文字数据。于本具体实施例中，第一数据及第二数据指第一过滤后光线及第二过滤后光线所属的第二区间及第四区间中的相对强度最大值的坐标。然而，第一数据及第二数据不以上述的坐标值为限，按使用者的需求，其也可通过取最小值、平均值或通过其他计算方式得出的坐标或相对应的数值为第一数据及第二数据。请参阅图8，图8为绘述了本发明的一具体实施例的分析数据的示意图。于本具体实施例中，根据第一过滤后光线或第二过滤后光线计算得第一数据2242及第二数据2282的坐标值后，便得排列、整理成相对应于第一过滤后光线或第二过滤后光线的分析数据，以对使用者显示各个待测物的光学特性。分析数据泛指第一过滤后光线的第一数据2242或该第二过滤后光线的第二数据2282所含数据进行分析后所得的数据。于本具体实施例中，本发明利用曲线拟合法(curve fitting)多阶演算法对通过对各个待测物的第一数据2242及第二数据2282进行分析及运算，以得知各颗待测物的初始光线的各个波长区的光学特性并汇整为一分析数据，上述的分析数据可包含待测物的色坐标(CIEx，y)、峰波长(Ap)、主波长(Ad)与半高宽(FWHM)等数据。于本具体实施例中，其分析数据为一相对强度-波长图，然而其不以相对强度-波长图为限，其也可为一包含照度、光通量、色温、演色系数或色坐标的文字或图像数据。
相对于现有技术，本发明提出了一种可同时对多颗发光元件进行测试的系统与方法。另外，本发明也开创性的在测试系统中整合了一过滤装置，用以利用不同的过滤条件对待测物所发出的光线进行过滤处理后，整合各种过滤所得的光线进行分析处理以得一测试结果。本发明让以往每测试所能支持的测试上限，由一颗提升至数十甚至数百颗，让发光元件的测试系统的效率提升数十至数百倍。通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。
权利要求
1.一种发光元件的测试系统，用于对一待测物的光学特性进行测量，该待测物接收一电能并输出一具有一第一波长区间的初始光线，该测试系统包含 一过滤装置，包含一第一过滤部，该第一过滤部用以滤除该初始光线的一第三波长区间并输出一具有一第二波长区间的第一过滤后光线；以及 一感光装置，用以接收由该第一过滤部输出的该第一过滤后光线并据以产生一第一数据。
2.如权利要求I所述的测试系统，其进一步包含一光学装置，该光学装置设置于该待测物及该过滤装置之间，用以调整该初始光线的焦距使之聚焦在该感光装置上。
3.如权利要求I所述的测试系统，其进一步包含一光学装置，该光学装置设置于该过滤装置及该感光装置之间，用以调整该初始光线的焦距使之聚焦在该感光装置上。
4.如权利要求I所述的测试系统，其中该过滤装置进一步包含有一第二过滤部，该第二过滤部用以滤除该初始光线的一第五波长区间并输出一具有一第四波长区间的第二过滤后光线，该第四波长区间与该第二波长区间相异。
5.如权利要求4所述的测试系统，其中该过滤装置包含有一旋转装置，该旋转装置用于旋转该过滤装置以切换该第一过滤部及该第二过滤部的位置。
6.如权利要求4所述的测试系统，其中该感光装置用以接收由该第二过滤部输出的该第二过滤后光线并据以产生一第二数据。
7.如权利要求6所述的测试系统，其进一步包含一运算装置，用以根据该第一数据及该第二数据产生该初始光线的相对强度-波长图。
8.如权利要求I的测试系统，其中该感光装置包含一黑白型电荷耦合模块或一黑白互补型金属氧化物半导体模块。
9.一种测试发光元件的方法，包含 准备一待测物，该待测物接收一电能并输出一具有一第一波长的初始光线； 滤除该初始光线的一第三波长区间并输出一具有一第二波长区间的第一过滤后光线. 对该第一过滤后光线进行测量以产生一第一数据； 滤除该初始光线的一第五波长区间并输出一具有一第四波长区间的第二过滤后光线. 对该第二过滤后光线进行测量以产生一第二数据；以及 根据该第一数据以及该第二数据以产生该初始光线的相对强度-波长图。
10.如权利要求9所述的方法，其进一步包含以下步骤根据该初始光线的相对强度-波长图计算该待测物的照度、光通量、色温、演色系数或色坐标。
全文摘要
本发明揭示一种发光元件测试系统及其方法，该系统用于同时对多个待测物的光学特性进行测量，各个待测物分别接收一电能并输出一初始光线，各个初始光线具有一第一波长区间，该系统包含一过滤装置以及一感光装置。上述的过滤装置包含一第一过滤部，第一过滤部用以同时滤除这些初始光线的一第三波长区间并输出多个第一过滤后光线，这些第一过滤后光线分别具有一第二波长区间；而上述的感光装置则用以接收由过滤装置输出的光线并据以产生一相对应的光学数据。本发明让以往每测试所能支持的测试上限，由一颗提升至数十甚至数百颗，让发光元件的测试系统的效率提升数十至数百倍。
文档编号G01M11/02GK102749182SQ201110101179
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者曾一士, 王遵义, 郑勗廷 申请人:致茂电子股份有限公司