(57)【要約】  実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を含む製品を製造するのに有用な機能テスト方法に関する。特に、ＬＥＤアレイは、ＬＥＤアレイに近接して置かれた電極および絶縁体を備えるフィールドプレートを使用して、変位電流結合デバイスを介して電流を注入することにより機能テストされる。次に、制御された電圧波形がフィールドプレート電極に印加され、高スループットのためにＬＥＤデバイスが並列に励起される。電気的な励起から生じた個々の発光をカメラが記録して、複数のＬＥＤデバイスの機能テストを行う。電圧条件を変更することにより、様々な電流密度レベルでＬＥＤが励起されて、外部量子効率、および他の重要なデバイス機能パラメータを機能測定できる。スペクトルフィルタを使用して、測定コントラストおよびＬＥＤ欠陥検出が改善される。外部光照射を使用して、ＬＥＤアレイを励起し、電荷注入用の発光の開始、およびスループットを改善する。【選択図】図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に配置された発光デバイス構造からの発光を観察するための装置であって、前記装置は、表面からアクセス可能な第１のコンタクト層、および前記発光デバイス構造上に含まれる第２のコンタクト層を有し、前記発光デバイス構造は、縦型発光デバイス構造、または横型発光デバイス構造のいずれかから選択され、前記装置は、
第１の面、および前記第１の面とは反対側の第２の面を有するフィールドプレートデバイスであって、前記第２の面は導電層を備え、前記導電層は、介在する界面領域を伴って、前記発光デバイス構造の前記第１のコンタクト層の少なくとも一部に近接している、フィールドプレートデバイスと、
電圧を生成するための電圧源であって、前記電圧源は時間変化する電圧波形を生成することができ、前記電圧源は、第１の端子および第２の端子を有し、前記第１の端子は第１の電位を有し、前記フィールドプレートデバイスの前記導電層に結合され、前記第２の端子は第２の電位にあり、前記電圧源は、容量結合電流を前記発光デバイス構造に注入して、前記発光デバイス構造の少なくとも一部が電磁放射を一定パターンにて放射するようにさせることができる、電圧源と、
前記発光デバイス構造に結合されて、前記発光デバイス構造に由来するパターンで、前記電磁放射の画像を形成する、検出器デバイスと、
を備える、装置。
【請求項２】
前記第２の端子は、前記支持基板の裏側に電気的に結合され、前記第２の電位は、接地電位にあるか、または前記接地電位に対して負電位もしくは正電位にあって、前記時間変化する電圧波形を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の端子は、前記フィールドプレートデバイスの前記導電層に電気的に接続され、接地電位にあるか、または前記接地電位に対して負電位もしくは正電位にあって、前記第１の電位を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
界面層はギャップ媒体である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ギャップ媒体は、気体または真空を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ギャップ媒体は液体を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記液体は、水、脱イオン水、アルコール、メタノール、およびエチレングリコールからなる群から選択される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
界面層は、誘電体層およびギャップ媒体を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ギャップ媒体が気体または真空を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ギャップ媒体が液体を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記液体は、水、脱イオン水、アルコール、メタノール、およびエチレングリコールからなる群から選択される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記誘電体層は、前記導電層と、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス、石英、およびプラスチックからなる群から選択されるギャップ媒体との間に存在する層である、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記横型発光デバイス構造は、第１のコンタクト層および第２のコンタクト層を備え、前記第１のコンタクト層および前記第２のコンタクト層は、前記横型発光デバイス構造の少なくとも一方の面において電気的にアクセス可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記画像は、容量結合による時間変化する電圧波形の印加の結果生じる、発光ダイオード構造の発光面の光出力に由来する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記導電層は、パターン形成されており、前記第１のコンタクト層の近傍にある第１の部分と、前記第２のコンタクト層の近傍にある第２の部分とを備え、前記第１の部分は、前記第２の部分から電気的にかつ物理的に切り離されており、前記第１の部分は前記電圧源の前記第１の端子に接続されており、前記第２の部分は別の電圧源または接地電位に接続されている、請求項３に記載の装置。
【請求項１６】
前記導電層は、前記第１のコンタクト層の近傍に第１の部分を備え、前記第２のコンタクト層の近傍に導電層がない、請求項３に記載の装置。
【請求項１７】
前記縦型発光デバイス構造は、前記第１のコンタクト層と、前記発光デバイス構造の下にある前記第２のコンタクト層とを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記検出器デバイスに供給される前記電磁放射を集束させるために、前記検出器デバイスに結合されたレンズを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記フィールドプレートデバイスは前記電磁放射に対して透過性であり、前記電磁放射は前記フィールドプレートデバイスを通過する、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記支持基板は前記電磁放射に対して透過性であり、前記電磁放射は前記支持基板を通過する、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記検出器デバイスは、前記電磁放射を画像化して、前記支持基板の前記発光デバイス構造上の位置に応じて、電磁放射のパターンの観察可能なマップを生成することを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記検出器デバイスがカメラを備え、電気コンタクトを使用して、または容量結合を使用して、前記発光デバイス構造の前記第２のコンタクト層に結合された電気的アクセスを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記フィールドプレートデバイスは透過性であり、前記カメラが取り付けられて、前記発光デバイス構造を画像化して、前記フィールドプレートデバイスを通して前記電磁放射を収集する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記支持基板は透過性であり、前記カメラが取り付けられて、前記発光デバイス構造を画像化して、前記支持基板を通して前記電磁放射を収集する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記時間変化する電圧波形は、測定フェーズ中に、前記発光デバイス構造を選択された電流密度で順方向にバイアスするための、第１の電位から第２の電位への電圧ランプである、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記カメラは、前記電磁放射を前記時間変化する電圧波形にわたって積分して、前記発光デバイス構造にわたって生成された総電磁放射の空間マップを生成する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２７】
積分された電磁放射の前記空間マップは、画像処理デバイスを使用して処理されて、信号平均化、閾値化、およびビニングの機能のうちの１つ以上を実行して、前記発光デバイス構造の空間に依存する機能テスト結果を生成する、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記発光デバイス構造の前記第１のコンタクト層は、材料除去プロセスを使用して分離されて、複数の個々にアドレス可能な発光デバイスを実現する、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
前記発光デバイス構造の前記第１のコンタクト層および前記第２のコンタクト層は、材料除去プロセスを使用して分離されて、複数の個々にアドレス可能な発光デバイスを実現する、請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
前記時間変化する電圧波形は、前記測定フェーズ後に、リセットフェーズと呼ばれる時間間隔にわたって、前記第２の電位から前記第１の電位に戻され、前記リセットフェーズは、前記発光デバイスの逆バイアスリーク電流密度を使用して、損傷を与える可能性のある逆バイアス電圧を超えることを避けるように選択される、請求項２５に記載の装置。
【請求項３１】
外部光源を使用して、前記発光デバイス構造を照射して光電流を誘起させる、請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
前記外部光源の波長が、前記発光デバイス構造の発光波長よりも短い、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記光電流は、前記時間変化する電圧波形の前に前記発光デバイス構造を順方向にバイアスする、請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
前記光電流は、測定フェーズの後に前記発光デバイス構造のリーク電流を増加させて、リセットフェーズ時間間隔を短縮する、請求項３１に記載の装置。
【請求項３５】
ブロッキングフィルタからなるスペクトルフィルタリングが、前記検出器デバイスと前記発光デバイス構造との間に挟み込まれ、不要な光をブロックし、前記発光デバイス構造から放出される光を通過させる、請求項１に記載の装置。
【請求項３６】
検出器は、光積分時間の開始および持続時間を有し、前記発光デバイス構造の発光効率は、外部光源の照射の変調に対応する特定の時間ウィンドウにて測定される、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
時間変化する電圧波形が外部光照射と組み合わされて、発光デバイス構造の機能が決定される、請求項３５に記載の装置。
【請求項３８】
前記カメラは複数のカメラのうちの１つであり、前記カメラの各々が、前記発光デバイス構造の別々の領域を画像化するように配置されている、請求項２２に記載の装置。
【請求項３９】
前記カメラおよびより小さなフィールドプレートデバイスは、より完全なテストカバレッジのために、より小さなテスト領域を画像化し、ステップアンドリピート方式で機械的にインデックス付けされ得るアセンブリである、請求項２２に記載の装置。
【請求項４０】
前記フィールドプレートデバイスは、前記支持基板とほぼ同じ領域寸法を有し、前記支持基板上に置かれて、前記フィールドプレートデバイスのステップアンドリピート方式によるインデックス付けなしで、前記支持基板の実質的に完全な機能テストが可能になる、請求項１に記載の装置。
【請求項４１】
フィールドプレートは、前記フィールドプレートの周囲付近のシールを使用して前記支持基板に近接して置かれ、真空ポートを使用してギャップから空気が排出される、請求項１に記載の装置。
【請求項４２】
フィールドプレートは、前記フィールドプレートの周囲付近のシールを使用して前記支持基板に近接して置かれ、充填用の入力ポートおよび出力ポートを使用して液体がギャップの中に導入される、請求項１に記載の装置。
【請求項４３】
フィールドプレートと支持基板デバイスとの間の近接は実際の接触である、請求項１に記載の装置。
【請求項４４】
光学デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
発光ダイオード構造を準備することであって、前記発光ダイオード構造は、形成される複数のＬＥＤデバイスを有し、表面からアクセス可能な第１のコンタクト層、および発光デバイス構造上に設けられた第２のコンタクト層を有する支持基板上に配置されている、ことと、前記発光ダイオード構造は、縦型発光ダイオード構造または横型発光ダイオード構造のいずれかであり、
前記発光ダイオード構造にフィールドプレートデバイスを結合させることであって、前記フィールドプレートデバイスは第１の面、および前記第１の面とは反対側の第２の面を有し、前記第２の面は導電層を備え、前記導電層は、介在する界面領域を伴って、前記発光デバイス構造の前記第１のコンタクト層の少なくとも一部に近接している、ことと、
電圧源から時間変化する電圧波形を生成させて、前記フィールドプレートデバイスの誘電体層と前記発光デバイス構造との間に電位を形成させて、前記発光デバイス構造内の少なくとも複数のＬＥＤデバイスに電流を注入して、前記発光デバイス構造に電磁放射をあるパターンで放出させることと、
前記発光デバイス構造に結合された検出器デバイスを用いて、前記発光デバイス構造に由来する前記パターンで、前記電磁放射の画像をキャプチャすることと、
を含む、方法。
【請求項４５】
前記フィールドプレートデバイスは前記電磁放射に対して透過性であり、前記電磁放射は前記フィールドプレートデバイスを通過する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
支持基板の前記表面は前記電磁放射に対して透過性であり、前記電磁放射は前記支持基板を通過する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記検出器デバイスは、前記電磁放射を画像化して、前記支持基板の前記発光デバイス構造上の位置に応じて、電磁放射のパターンの観察可能なマップを生成することを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
検出器デバイスがカメラを備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記フィールドプレートデバイスは透過性であり、カメラが取り付けられて、前記発光デバイス構造を画像化して、前記フィールドプレートデバイスを通して前記電磁放射を収集する、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記支持基板は透過性であり、カメラが取り付けられて、前記発光デバイス構造を画像化して、前記支持基板を通して前記電磁放射を収集する、請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記時間変化する電圧波形は、測定フェーズ中に、前記発光デバイス構造を選択された電流密度で順方向にバイアスするための、第１の電位から第２の電位への電圧ランプである、請求項４４に記載の方法。
【請求項５２】
カメラは、前記電磁放射を前記時間変化する電圧波形にわたって積分して、前記発光デバイス構造にわたって生成された総電磁放射の空間マップを生成する、請求項４７に記載の装置。
【請求項５３】
積分された電磁放射の前記空間マップは、画像処理デバイスを使用して処理されて、信号平均化、閾値化、およびビニングの機能のうちの１つ以上を実行して、前記発光デバイス構造の空間に依存する機能テスト結果を生成する、請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
前記時間変化する電圧波形は、前記測定フェーズ後に、第２の電位から第１の電位に戻され、前記第１の電位は、前記発光デバイスの逆バイアスリーク電流密度を使用して、損傷を与える可能性のある逆バイアス電圧を超えることを避けるように選択される、請求項４４に記載の方法。
【請求項５５】
外部光源を使用して、前記発光デバイス構造内に光電流を誘起させて、前記時間変化する電圧波形が第２の電位から第１の電位に戻る時間間隔を短縮させ、損傷を与える可能性のある逆バイアス電圧を超えることを避ける、請求項４４に記載の方法。
【請求項５６】
前記光電流は、前記時間変化する電圧波形の印加前に前記発光デバイス構造を順方向にバイアスする、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記発光デバイス構造の前記第１のコンタクト層は、材料除去プロセスを使用して分離されて、複数の個々にアドレス可能な発光デバイスを実現する、請求項４４に記載の方法。
【請求項５８】
前記発光デバイス構造の前記第１のコンタクト層および前記第２のコンタクト層は、材料除去プロセスを使用して分離されて、複数の個々にアドレス可能な発光デバイスを実現する、請求項４４に記載の方法。
【請求項５９】
光学デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
発光ダイオード構造を準備することであって、前記発光ダイオード構造は、表面からアクセス可能な第１のコンタクト層、および前記発光デバイス構造の下にある第２のコンタクト層を有する支持基板上に配置されている、ことと、
前記発光ダイオード構造にフィールドプレートデバイスを結合させることであって、前記フィールドプレートデバイスは第１の面、および前記第１の面とは反対側の第２の面を有し、前記第２の面は導電層を備え、前記導電層は、介在する界面領域を伴って、前記発光デバイス構造の前記第１のコンタクト層の少なくとも一部に近接している、ことと、
電圧源から時間変化する電圧波形を生成させて、前記フィールドプレートデバイスの前記誘電体層と前記発光デバイス構造との間に電位を形成させて、前記発光デバイス構造内の複数のＬＥＤデバイスに電流を注入して、前記発光デバイス構造に電磁放射をあるパターンで放出させることと、
前記発光デバイス構造に結合された検出器デバイスを用いて、前記発光デバイス構造に由来する前記パターンで、前記電磁放射の画像をキャプチャすることと、
を含む、方法。
【請求項６０】
前記フィールドプレートデバイスは前記電磁放射に対して透過性であり、前記電磁放射は前記フィールドプレートデバイスを通過する、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
テスト中の支持基板の前記表面は前記電磁放射に対して透過性であり、前記電磁放射は前記支持基板を通過する、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記検出器デバイスは、前記電磁放射を画像化して、前記支持基板の前記発光デバイス構造上の位置に応じて、電磁放射のパターンの観察可能なマップを生成することを含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６３】
検出器デバイスがカメラを備える、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記フィールドプレートデバイスは透過性であり、前記カメラが取り付けられて、前記発光デバイス構造を画像化して、前記フィールドプレートデバイスを通して前記電磁放射を収集する、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記支持基板は透過性であり、前記カメラが取り付けられて、前記発光デバイス構造を画像化して、前記支持基板を通して前記電磁放射を収集する、請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
前記時間変化する電圧波形は、測定フェーズ中に、前記発光デバイス構造を選択された電流密度で順方向にバイアスするための、第１の電位から第２の電位への電圧ランプである、請求項５９に記載の方法。
【請求項６７】
前記時間変化する電圧波形は、前記測定フェーズ後に、第２の電位から第１の電位に戻され、前記第１の電位は、発光デバイスの逆バイアスリーク電流密度を使用して、損傷を与える可能性のある逆バイアス電圧を超えることを避けるように選択される、請求項５９に記載の方法。
【請求項６８】
外部光源を使用して、前記発光デバイス構造内に光電流を誘起させて、前記時間変化する電圧波形が第２の電位から第１の電位に戻る時間間隔を短縮させ、損傷を与える可能性のある逆バイアス電圧を超えることを避ける、請求項５９に記載の方法。
【請求項６９】
前記光電流は、前記時間変化する電圧波形の印加前に前記発光デバイス構造を順方向にバイアスする、請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記カメラは、前記電磁放射を前記時間変化する電圧波形にわたって積分して、前記発光デバイス構造にわたって生成された総電磁放射の空間マップを生成する、請求項６３に記載の装置。
【請求項７１】
積分された電磁放射の前記空間マップは、画像処理デバイスを使用して処理されて、信号平均化、閾値化、およびビニングの機能のうちの１つ以上を実行して、前記発光デバイス構造の空間に依存する機能テスト結果を生成する、請求項７０に記載の装置。
【請求項７２】
前記発光デバイス構造の前記第１のコンタクト層は、材料除去プロセスを使用して分離されて、複数の個々にアドレス可能な発光デバイスを実現する、請求項５９に記載の方法。
【請求項７３】
前記発光デバイス構造の前記第１のコンタクト層および前記第２のコンタクト層は、材料除去プロセスを使用して分離されて、複数の個々にアドレス可能な発光デバイスを実現する、請求項５９に記載の方法。
【請求項７４】
光学デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
基板部材の上を覆う発光ダイオード構造を準備することであって、前記発光ダイオード構造は、表面からアクセス可能な第１のコンタクト層、および前記発光デバイス構造の下にある第２のコンタクト層を有する支持基板上に配置されている、ことと、
前記発光ダイオード構造にフィールドプレートデバイスを結合させることであって、前記フィールドプレートデバイスは第１の面、および前記第１の面とは反対側の第２の面を有し、前記第２の面は導電層を備え、前記導電層は、介在する界面領域を伴って、前記発光デバイス構造の前記第１のコンタクト層の少なくとも一部に近接している、ことと、
電圧源から時間変化する電圧波形を生成させて、前記フィールドプレートデバイスの誘電体層と前記発光デバイス構造との間に電位を形成させて、前記発光デバイス構造内の複数のＬＥＤデバイスに電流を注入して、前記発光デバイス構造に電磁放射をあるパターンで放出させることと、
前記発光デバイス構造に結合された検出器デバイスを用いて、前記発光デバイス構造に由来する前記パターンで、前記電磁放射の画像をキャプチャすることと、
基板の上を覆う発光デバイス構造を処理して、前記発光デバイス構造を個片化するか、または前記発光デバイス構造に対して別のプロセスを実行するかの、いずれかを行うことと、
前記発光デバイス構造に、少なくとも一対の相互接続部材を結合させることと、
前記発光デバイス構造をアプリケーションに組み込むことであって、前記アプリケーションは、一般照明デバイス、照明器具、ディスプレイ、プロジェクタ、車両用ランプ、ビームライト、または特殊照明デバイスから選択される、ことと、を含む方法。
【請求項７５】
前記発光デバイス構造内の前記ＬＥＤデバイスは、プローブマークまたは他のテストマークを持たない、請求項７４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年６月２０日に出願された米国非仮特許出願第６２／５２２，５７６号であり、その内容が本明細書に参照により組み込まれる。
【０００２】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、製造工程中に発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ構造を機能的にテストする方法および装置を含む技術に関する。一例では、本方法は一般的なＬＥＤデバイスの機能テストに役立ち、特に、一辺が数ミクロンの大きさであり得るマイクロＬＥＤ（μＬＥＤ）デバイスの機能テストに役立つ。マイクロＬＥＤは、とりわけ金属有機化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）などの技術を利用して、支持基板上に成長される。個々のデバイスを最終的に照明またはディスプレイ用途で使用する前に、ＬＥＤデバイスをテストして、歩留まり評価、ビニング、デバイス修復／補正、および製造プロセスフィードバック／フィードフォワードにおいて使用するためのデータ収集のうちの１つ以上を実現することが望ましい。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、従来の光源の代替技術として使用されてきた。例えば、ＬＥＤは、サイネージ、交通信号、自動車尾灯、携帯電子機器ディスプレイ、およびテレビに見出される。従来の照明源と比較したＬＥＤの様々な利点には、効率の増加、長寿命、可変発光スペクトル、および様々なフォームファクタに組み込む能力、が挙げられる。
【０００４】
非常に成功しているが、ＬＥＤを製造するための改善された技術が大いに望まれている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｒｅｖｅｒｓｅ  ｌｅａｋａｇｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎ  ＧａＩｎＮ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅｓ”，Ｑ．  Ｓｈａｎ  ＆  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ  ９９，２５３５０６（２０１１）
【発明の概要】
【０００６】
ＬＥＤ製造プロセス中、半導体産業で使用されるような大量生産プロセスを使用して、ＬＥＤ構造が基板上に形成される。基本的なＬＥＤ構造を形成するために、洗浄、堆積、リソグラフィ、エッチング、およびメタライゼーションなどのプロセスステップが使用される。量産規模の製造および低コストを実現するために、これらのプロセスを使用して多数のデバイスが基板上に同時に形成される。所望のＬＥＤのタイプに応じて、様々な基板および材料が使用される。例えば、ＵＶ放出ＬＥＤは典型的には窒化ガリウム（ＧａＮ）から作製され、窒化ガリウム（ＧａＮ）は、通常は、サファイア上のヘテロエピタキシャル層、または水素化物気相成長（ＨＶＰＥ）もしくはアモノサーマル法のいずれかを使用して作製された自立ＧａＮ基板から作製されてきた。他の色については、ＧａＡｓまたはＧａＰ基板を使用できる。近年、別の出発基板タイプとして、支持基板上に層トランスファーされたＧａＮ、ＧａＡｓまたは他のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料が利用可能になっている。本発明で開示される方法を使用してテストできる他の可能なＬＥＤ構造は、プラスチック、ガラスまたは他の好適な基板上に製造される有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）デバイス構造である。
【０００７】
ＬＥＤ構造形成の製造プロセスでは、品質および再現性を確認するために、様々な光学および他の計測テストが行われる。いったんＬＥＤ構造の形成が完了したら、デバイスを、パッケージ内のＬＥＤエミッタとして、またはディスプレイ内のＬＥＤエミッタとして使用するために取り付ける前に、各ＬＥＤデバイスの機能テストを実行することが望ましい。たとえ全てのデバイスに共通コンタクトがある場合（すなわち、全てのカソードがつながれている場合）でも、各デバイスの各個別のアノードは、その光電子特性を機能的にテストするために個別のコンタクトを必要とする。基板上の個々のＬＥＤデバイスのデバイスサイズおよび莫大な量により、これは困難な課題になる。例えば、一辺が２５０μｍのＬＥＤデバイス（一般的な照明タイプのＬＥＤでは典型的）を有する６インチ基板は、２５０，０００個を超えるデバイスを含み、その各々がコンタクトプローブ／測定サイクルを必要とする。６インチ基板が一辺２０μｍのマイクロＬＥＤデバイス構造を含む場合は、基板上に存在する４千万個を超えるデバイスの各々にコンタクトする必要があるだろう。したがって、個々のコンタクトがなしで、機能的なＬＥＤデバイスのテストを可能にする方法を開発する必要がある。
【０００８】
本発明の実施形態は、非直接的な電気接触の手法を利用し、このアプローチでは、適切な電圧波形源によって駆動される誘電体被覆フィールドプレートを使用して形成されたコンデンサを通して電流が注入される。誘電体表面の反対側は、個々のＬＥＤコンタクトの平面に近接して配置されたコンデンサを形成し、フィールドプレート電極と、共通ＬＥＤコンタクトまたは第２の容量結合ＬＥＤコンタクトとの間で特定の電圧波形が駆動される。好ましい実施形態では、電圧ランプが電極を駆動して、これら電極間に位置するＬＥＤを順方向にバイアスし、それにより多数のＬＥＤデバイスの各々の中に並列の形態で電流を流す変位電流を発生させる。次に、実施形態に応じて、フィールドプレートの上方、またはＬＥＤ支持基板の下方のいずれかに配置された積分カメラ（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ  ｃａｍｅｒａ）を使用して、機能的応答（発光）が測定される。次に、画像のキャプチャと処理により、多くの機能デバイステストを並列に抽出できる。このようにして、わずか２つの電気コンタクトにより、数百万に上るＬＥＤデバイスを機能テストできる。
【０００９】
各測定後、容量性フィールドプレートおよびその他の結合容量素子を、過度の逆バイアス電圧によってＬＥＤデバイスに損傷を与えないようにリセットする必要がある。適度に低い負の電圧ランプにより、ＬＥＤデバイスの最小リーク電流が、損傷を与える逆バイアス状態を発生させることなく、フィールドプレートコンデンサを安全に放電させることが可能になる。次に、別の測定サイクルを繰り返すことができる。
【００１０】
順方向バイアス駆動電圧ランプを変更することにより、様々な順方向バイアス電流密度（Ａ／ｃｍ2）がＬＥＤデバイスの中に流れ込むことになり、それにより、より複雑な機能テスト評価を実施することが可能になる。様々な駆動電圧波形を選択することにより可能になる、順方向バイアス電流密度の関数としての、外部量子効率などのデバイス特性評価データは、本発明の別の特徴である。フィールドプレートの誘電体設計、および電圧ランプ値を修正することにより、約０．００１〜１０Ａ／ｃｍ2以上の広い電流密度にわたって、多数のデバイスの電流注入による発光応答を正確に検出できる。
【００１１】
この機能テスト方法によって与えられる利点の１つは、アドレス可能なテスト中のＬＥＤデバイスの各々に接触する多ピン数プローブカードおよびプローブ針が排除されることである。このようなプローブカードが使用される場合、各ＬＥＤデバイスは１つ以上のニードルプローブピンを使用して接触され、ニードルプローブピンは、鋭利な金属ピンの圧力および横方向の動きによって、接触領域での電気接触を実現する。このプロセスでは、大抵の場合、ＬＥＤデバイスの歩留まり、および信頼性を低下させ得る接触パッドのひっかき傷が発生する。数百または更に数千のプローブピンを有するプローブピンカードを使用する場合のテスト信頼性、製造、および保守コストも重要である。プローブカードのひっかき傷または痕跡を排除し、ＬＥＤデバイスの歩留まりおよび信頼性を高め、高価で故障し易い多ピン数プローブカードの使用を避けることが本発明の重要な利点である。
【００１２】
この機能テスト方法によって得られる更なる別の利点は、直接的な電気接触が排除されることに起因して、ＬＥＤ製造プロセス中に機能テストする能力である。クリーンルームに適合し、ひっかき傷を発生させない、ＬＥＤデバイスの工程中でのテストは、他の方法では実行が困難または非実用的であったであろう能力である。その理由は、従来のテスト方法では、高密度のパーティクルを発生させるピンカードの使用が必要だからである。
【００１３】
この機能テスト方法によって与えられる他の利点は、小型および大型の両方のＬＥＤデバイスへの一般的な適用可能性、および大型基板への拡張性である。フィールドプレートは、面積に比例して静電容量を適用する構造である、したがって、より大きな面積を有するより大きなＬＥＤデバイスは、より大きな実効静電容量で励起され、一方で、マイクロＬＥＤデバイスなどの小型ＬＥＤデバイスは、それに対応して、より小さな静電容量で励起される。したがって、一辺がミリメートルのサイズの大型ＬＥＤから、一辺がわずか１０μｍ以下の大きさのマイクロＬＥＤまでを、装置のわずかな修正でテストできる。より大きなフィールドプレートを使用する、または、より小さなフィールドプレートを用いるステップ／リピート方式を使用する、基板のスケーラビリティは実用的であり、容易に実現可能である。最大のスループットを得るには、大きなフィールドプレート上にアレイ状に構成された複数のカメラを並列処理することにより、わずか２つの電気コンタクトを用いて、および、いくつかの実施形態では直接的な電気コンタクトを用いずに、支持基板上の全てのＬＥＤデバイスを機能的にテストできるであろう。基板上で数千から数千万の個数に達し得る各個別のＬＥＤデバイスへの接触を避けることが、本発明の重要な利点である。
【００１４】
本発明に記載される方法は、容量性電流注入（Ｃ2Ｉ）機能テストとして記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＬＥＤ構造の簡略化した断面を示す。
【図２】ＬＥＤ量産工程中の、ＬＥＤデバイス構造を含むＬＥＤ支持基板を示す。
【図３Ａ−３Ｂ】図３Ａは、ストリートによって分離された個片化されたＬＥＤデバイスを有するＬＥＤ支持基板の上面図（Ａ）を示す。  図３Ｂは、ストリートによって分離された個片化されたＬＥＤデバイスを有するＬＥＤ支持基板の断面図（Ｂ）を示す。
【図４】隣接する短絡が存在しても電流注入機能テストを可能にする十分に高いシート抵抗を有する上部コンタクト層を有する、個片化されていないＬＥＤデバイス構造を有するＬＥＤ支持基板を示す。
【図５Ａ】支持基板上の４つのＬＥＤデバイスを含むＬＥＤデバイス層の一部に近接したフィールドプレートの実施形態を示す。
【図５Ｂ】図５Ａの実施形態の対応する等価電気回路を示す。
【図６Ａ】メインの容量性電流注入（Ｃ2Ｉ）測定シーケンス：電流注入／測定（Ｉ）、保持（ＩＩ）、放電／リセット（ＩＩＩ）フェーズ、を示す。
【図６Ｂ】図６Ａの容量性電流注入（Ｃ2Ｉ）測定シーケンスによって注入された、対応するＬＥＤ電流を示す。
【図７Ａ−７Ｂ】図７Ａは、カメラがフィールドプレート（Ａ）を通して見ている、フィールドプレートの実施形態を示す。  図７Ｂは、カメラがＬＥＤデバイス支持基板（Ｂ）を通して見ている、フィールドプレートの実施形態を示す。
【図８】好ましい実施形態の予想電流密度（Ａ／ｃｍ２）対ｄＶ／ｄＴ電圧ランプを示す。
【図９Ａ】フィールドプレートと支持基板との間の空間内に発生する真空を用いて、ＬＥＤデバイス構造を含む支持基板上にフィールドプレートを取り付けるための基板スケール方法を示す。
【図９Ｂ】フィールドプレートと支持基板との間の空間内に存在する液体ギャップを用いて、ＬＥＤデバイス構造を含む支持基板上にフィールドプレートを取り付けるための基板スケール方法を示す。
【図１０】ステップ／リピート式の機械的構成にある、より小さいフィールドプレートおよびカメラ光学システムを示す。
【図１１】一実施形態によるＣ2Ｉ機能テスト方法をシミュレートするために使用される回路モデルを示す。
【図１２Ａ−１２Ｄ】一実施形態の電流注入／測定フェーズＩの詳細なシーケンスを示す。
【図１３Ａ−１３Ｄ】一実施形態の電流注入／測定フェーズＩＩＩの詳細なシーケンスを示す。
【図１４Ａ−１４Ｄ】一実施形態の４つの測定シーケンスを示す、より長い時間軸（２００ｍ秒）を示す。
【図１５Ａ】埋め込み共通コンタクトおよび誘電体層を有する、支持基板上の４つのＬＥＤデバイスを含むＬＥＤデバイス層の一部に近接したフィールドプレートの一実施形態を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ａの実施形態の対応する等価電気回路を示す。
【図１６】第２の電極を容量結合するための誘電体層として使用される、支持基板上の４つのＬＥＤデバイスを含むＬＥＤデバイス層の一部に近接したフィールドプレートの実施形態を示す。
【図１７】３つのＬＥＤ構造Ａ、Ｂ、Ｃを示し、構造Ａは、上部容量結合によって上部コンタクトにアクセスする上部表面領域と、下部容量結合によって下部コンタクトにアクセスする下部表面領域とを有する縦型ＬＥＤ構造であり、構造Ｂは、上部容量結合により上部コンタクトと下部コンタクトとの両方にアクセスする上部領域と、下部容量結合により下部コンタクトにアクセスする下部表面領域とを有する横型ＭＥＳＡタイプＬＥＤ構造であり、構造Ｃは、下部コンタクトへの小さな上部ビア開口部を有する横型ＭＥＳＡタイプＬＥＤ構造である。相対静電容量値が異なることを除いて、構造Ｃは構造Ｂと電気的に同様である。
【図１８】３つの容量結合構成Ａ、Ｂ、およびＣを示し、構成Ａは共通の上部フィールドプレート電極を使用し、構成Ｂは上部（アノード）コンタクトのみに結合するパターン形成された上部フィールドプレート電極を使用し、構成Ｃは、別々の上部（アノード）コンタクトおよび下部（カソード）コンタクトを有するパターン形成された上部フィールドプレート電極を使用している。
【図１９】Ｃ2Ｉ電荷注入前に外部光源照射を使用したＬＥＤバイアスプリチャージ効果を示す、電荷注入応答伝達関数を示す。
【図２０Ａ】特定の実施形態で使用される、代表的なＵＶ−ＩＲカットオフイメージングフィルタ透過曲線を示す。
【図２０Ｂ】特定の実施形態で使用される、代表的なバンドパスイメージングフィルタ透過曲線を示す。
【図２１】いくつかのＬＥＤデバイスのヒストグラムプロットを示し、垂直軸におけるＤａｔａn値（チャネルまたはビンと呼ばれる）が、水平軸におけるＤａｔａnの関数として狭い範囲に収まっている。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ＬＥＤの更なる説明は、本明細書の全体にわたって、より具体的には以下に示される。一例では、ＬＥＤの１つのタイプは、ダイオードの発光層が有機化合物で形成される有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）である。ＯＬＥＤの長所の１つは、有機発光層をフレキシブル基板上に印刷する能力である。ＯＬＥＤは薄くフレキシブルなディスプレイに組み込まれており、携帯電話およびデジタルカメラなどのポータブル電子デバイスのディスプレイを作製するために多くの場合使用される。
【００１７】
別のタイプのＬＥＤは半導体ベースのＬＥＤであり、ダイオードの発光層は、より厚い半導体ベースのクラッド層の間に挟まれた１つ以上の半導体ベースの量子井戸層を含む。ＯＬＥＤと比較した半導体ベースのＬＥＤの長所は、効率増加と長寿命を含み得る。ワットあたりのルーメン（ｌｍ／Ｗ）で表される発光効率が高いことは、半導体ベースのＬＥＤ照明の主な長所の１つであり、よって他の光源と比較してエネルギーまたは電力使用量を低減できる。輝度（明るさ）は、所与の方向に対して光源の単位面積あたりに放出される光量であり、平方メートルあたりのカンデラ（ｃｄ／ｍ2）で測定され、一般にＮｉｔ（ｎｉｔ）とも呼ばれる。輝度は動作電流の増加と共に増加するが、発光効率は電流密度（Ａ／ｃｍ2）に依存し、最初は電流密度が増加するにつれて増加し、最大値に達し、次に、「効率低下」として知られる現象に起因して減少する。内部量子効率（ＩＱＥ）として知られる、光子を内部で生成する能力など、多くの要因がＬＥＤデバイスの発光効率に寄与する。内部量子効率は、ＬＥＤデバイスの品質と構造の関数である。外部量子効率（ＥＱＥ）は、放出された光子の数を注入された電子の数で割ったものとして定義される。ＥＱＥは、ＩＱＥとＬＥＤデバイスの光抽出効率の関数である。ＬＥＤデバイスのＩＱＥおよびＥＱＥは、動作電流密度（注入電流密度、または順方向電流密度とも称される）が低い場合は、動作電流密度が増加するにつれて最初は増加し、その後、動作電流密度が増加するにつれて、効率低下として知られる現象で次第に弱まり始める。電流密度が低い場合は、非放射再結合と呼ばれる、光の発生を伴わずに電子と正孔が再結合する、欠陥または他のプロセスの強い影響に起因して、効率は低い。これら欠陥が飽和するにつれて、放射再結合が支配的になり、効率が増加する。注入電流密度が低い値、典型的には１．０〜１０Ａ／ｃｍ2、を超えると、「効率低下」または効率の緩やかな減少が始まる。
【００１８】
半導体ベースのＬＥＤは、標識およびサイネージとして使用される低電力ＬＥＤ、光パネルおよび自動車尾灯などの中電力ＬＥＤ、固体照明および液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）バックライトなどの高電力ＬＥＤを含む、多用なアプリケーションで一般的に使用されている。ある用途では、高出力の半導体ベースのＬＥＤ照明デバイスは、一般に、４００〜１，５００ｍＡで動作する場合があり、１，０００，０００ｃｄ／ｍ2を超える輝度を示す場合がある。高出力の半導体ベースのＬＥＤ照明デバイスは、典型的には、ＬＥＤデバイスの効率曲線特性のピーク効率のかなり右側の電流密度で動作する。低電力の半導体ベースのＬＥＤの標識およびサイネージ用途では、多くの場合、約２０〜１００ｍＡの動作電流で約１００ｃｄ／ｍ2の輝度を呈する。低出力の半導体ベースのＬＥＤ照明デバイスは、典型的には、ＬＥＤデバイスの効率曲線特性のピーク効率における電流密度で、またはその右側の電流密度で動作する。発光を増加させるために、ＬＥＤダイのサイズが拡大されてきており、１ｍｍ2のダイがかなり一般的なサイズになっている。ＬＥＤダイのサイズをより大きくすると、その結果、電流密度が低下する可能性があり、それにより、数百ｍＡから１アンペア以上のより大きい電流の使用が可能になり、それにより、このようなより大きい電流でのＬＥＤダイに関連する効率低下の影響が軽減される。
【００１９】
ＬＥＤは、時計、スマートフォンおよびラップトップ、ならびにコンピュータモニタおよびＴＶディスプレイなどのポータブルデバイスで長年にわたって使用されてきたが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のディスプレイ技術向けの代替白色光源としては間接的にのみ使用されてきた。これらは「ＬＥＤ」テレビなどと呼ばれているが、実際のＬＥＤは、主として、以前使用されていた冷蛍光ランプ（ＣＦＬ）のバックライト光源の代わりにバックライトを照らすＧａＮベースの白色ＬＥＤであった。カラー画素の生成は、介在するカラーフィルタを使用して他の色をブロックすることによって色が生成される光減算処理によって機能するＬＣＤ技術に引き続き基づいている。例えば、赤色画素は、バックライトＬＥＤの白色スペクトルの緑色および青色の部分をブロックする赤色フィルタによって生成される。グレースケール（画素の光強度）は、２つの交差する偏光子の間に光路に沿って置かれた液晶セルを通して偏光を変調することにより生成される。
【００２０】
ＬＥＤバックライト駆動のＬＣＤディスプレイ技術は、ＣＦＬでバックライト照射したものよりも、効率および信頼性がより高いが、この技術は依然として電力効率がよくない。その理由は単純であり、ＬＥＤ白色バックライトデバイスは、外部量子効率（ＬＥＤデバイスに注入された電気的キャリアあたりに放出される光子）の点では、かなり効率的であり得るが、このＬＣＤディスプレイ技術の残りの部分には多くの非効率性がある。最初の偏光子は、偏光されていない白色バックライトの半分弱をカットし、次に、残りの光の２／３を差し引くことにより各画素が色付けされる（ＧＢなしのＲは赤色、ＲＢなしのＧは緑色、ＲＧなしのＢは青色）。その他の損失には、画素フィルファクタ、およびフィルム／ＬＣＤセルの吸収ならびに散乱が含まれる。したがって、総光出力は白色ＬＥＤバックライト強度の約１／６未満である。
【００２１】
特に、バッテリ寿命が重要な要素である携帯型のバッテリ駆動デバイスでは、電力効率がより良く、より明るいディスプレイ技術を求める傾向がある。マイクロＬＥＤは、より高い電力効率を実現するための有望な技術である。マイクロＬＥＤディスプレイでは、画素領域内に置かれた小型ＬＥＤデバイスが直接駆動されて、直接発光する形態で光が生成される。（ｉ）青色からＵＶのＬＥＤ（すなわち、ＧａＮベース）を、カラー蛍光体または量子ドットカラー変換層と共に使用した光子ダウンコンバージョンによる画素カラーの生成、および／または、（ｉｉ）色を直接生成するＬＥＤの使用（すなわち、赤色用のＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＰ、緑色用のＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、および青色用のＺｎＳｅ、ＩｎＧａＮ、ＳｉＣ）、のいずれかによって色を生成できる。
いずれの場合も、マイクロＬＥＤディスプレイの直接発光／直視により、電力効率が６倍以上に改善される。
【００２２】
マイクロＬＥＤベースのディスプレイを実現するための基本技術はよく知られているが、製造および品質管理には多数の課題が存在する。課題の１つは、画素の使用を確定する前に、製造プロセス中に数百万個のマイクロＬＥＤデバイスを費用効果が高く効率的な形態で機能テストすることである。したがって、直接的な電気コンタクトなしで、かつマイクロＬＥＤの大規模製造プロセスと互換性のある形態で機能テストを可能にすることが望まれる。本発明の更なる詳細は、本明細書の全体にわたって、より具体的には以下に見出すことができる。
【００２３】
本発明の実施形態は、ＬＥＤデバイス製造プロセス、および直接的な電気コンタクトなしにＬＥＤデバイスを機能的にテストする方法について記載する。具体的には、本発明のいくつかの実施形態は、高輝度ＬＥＤ、中出力ＬＥＤ、低出力ＬＥＤ、およびマイクロＬＥＤデバイスを機能テストする方法に関し得る。
【００２４】
様々な実施形態では、図面を参照して説明される。しかし、特定の実施形態は、これらの具体的な詳細のうちの１つ以上を伴うことなく、または他の既知の方法および構成と組み合わせて実施してもよい。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、具体的な構成、寸法、およびプロセスなど、多数の具体的な詳細が述べられている。その他の場合、本発明を不必要に曖昧にしないように、周知の半導体プロセスおよび製造技術は特に詳細には記載されていない。本明細書の全体にわたって、「一実施形態」を参照することは、実施形態に関連して記載される特徴、構造、構成、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体にわたって、様々な場所における「一実施形態では」という語句の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態を指すわけではない。更には、特徴、構造、構成、または特性を、１つ以上の実施形態において任意の好適な形で組み合わせてもよい。
【００２５】
本明細書で使用される、「わたる（ｓｐａｎｎｉｎｇ）」、「上方に（ｏｖｅｒ）」、「へと（ｔｏ）」、「の間に（ｂｅｔｗｅｅｎ）」、および「上に（ｏｎ）」という用語は、他の層に対する１つの層の相対位置を指し得る。ある層が、別の層「わたる（ｓｐａｎｎｉｎｇ）」、「上方に（ｏｖｅｒ）」、もしくは「上に（ｏｎ）」、または別の層「に結合された（ｂｏｎｄｅｄ  ｔｏ）」もしくは「と接触している（ｉｎ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｗｉｔｈ）」場合、他の層と直接接触していてもよく、または１つ以上の介在層を有していてもよい。ある層が、層の「間にある」場合、層と直接接触していてもよく、または１つ以上の介在層を有していてもよい。 
【００２６】
本発明の特定の実施形態は、更なる処理の前に、ＬＥＤデバイス構造層が支持基板からピックアッププレートアセンブリにトランスファーされる、ＬＥＤデバイスアセンブリについて記載する。本発明の実施形態によると、Ｃ2Ｉ機能テストステップは、トランスファーの前に、または１つ以上のトランスファーの後に適用できる。複数のＬＥＤ構造が異なる基板にトランスファーされ、場合によっては接合される、様々な可能な構成を簡素化するために、ターゲット基板をその都度、支持基板と称するものとする。例えば、ＭＯＣＶＤ成長中にＬＥＤ構造を支持する基板もまた支持基板とも呼ばれるが、取り外し、およびピックアッププレートへの取り付け後に、このようなプレート、およびＬＥＤデバイス層を機械的に支持するために使用される任意の他の基板またはプレートも、支持基板と称される。ピックアッププレートが使用される場合、トランスファーされたＬＥＤデバイス構造とピックアッププレートの残りの部分との間の導電性材料フィルムを使用して、共通電気コンタクトを実現できる。以下で更に記載するように、共通コンタクトは、第２の誘電体層と任意選択の電圧波形ソースを使用して実現することもできる。場合によっては、ピックアッププレートの材料も、ある程度の制御可能な粘着度を有して、生産時にＬＥＤデバイスをピックアップしてトランスファーさせることが可能になり得る。加えて、支持基板はプラスチックフィルムなどのフレキシブルなシートにすることができ、Ｃ2Ｉは、個々のシート上のデバイス構造をテストするために、またはロールツーロール製造プロセス（例えば、有機ＬＥＤ、すなわちＯＬＥＤの製造プロセス）の一部として使用できる。支持基板という用語は、一般に、機械的支持体としての役割を暗示するために使用され、本明細書の全体にわたって、（Ｃ2Ｉ）機能テスト装置の一部として記載される基板である。
【００２７】
本発明の実施形態は、個片化された、および個片化されていないＬＥＤデバイス構造について記載しているが、アクティブマトリックスアドレス指定回路およびサポート電子機器などの追加の電子機器が存在し得る。テスト容易化設計手法を適用し、かつＣ2Ｉ機能テスト法の一般的な能力を使用することにより、相互接続された複雑なＬＥＤ構造を良好にテストできる。本発明の目的のために、ＬＥＤ構造の具体的な記載は単なる実施例と見なすものとし、テスト方法は、統合アドレッシング電子機器および他のサポート電子機器の有無に関わらず、個片化された、個片化されていない、横型および縦型ＬＥＤ構造のテストに一般的に適用可能であると理解すべきである。
【００２８】
本発明の具体的な実施形態、およびＣ2Ｉ機能テストが行われる製造プロセスの時点に応じて、支持基板は透明であって付加的なコーティングを有し得る。これらは、以下でより詳細に記載するように、テストプロセスを直接サポートするか、または特定のＬＥＤ製造プロセスステップの要件の一部として存在するかの、いずれかである。
【００２９】
図１を参照すると、代表的なＬＥＤ１０４は、ｎ型カソード層１００、活性層（通常は、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）、または一連のＭＱＷサブ層）１０１、ｐ型層１０２、およびｐ型コンタクト１０３を形成する堆積層を備える。このＬＥＤ構造は簡略化されており、バッファ層、ブロッキング層、ｎ型コンタクト層などの多くの追加層は簡略化のために示されていない。電気的には、ＬＥＤは、アノードとしての層１０３（またはコンタクト１０６）を通して、およびカソードとしての層１００（またはコンタクト１０５）を通して接触することになる。いくつかのＬＥＤ構造では、ｎ型層およびｐ型層もコンタクト層とすることができ、したがって、具体的に別途記載しない限り、本発明の目的のために互換的に命名できる。アノードからカソードへの順方向（正電圧）バイアスを使用してＬＥＤデバイスに電流を流すことにより、アクティブ領域を通って流れるキャリアからの放射再結合プロセスから光が生成される。光を放出する放射再結合プロセスを最大限にするために、活性層１０１の設計は最適化されている。ＬＥＤ構造を逆バイアスすると、光が生成されることはない。絶縁破壊と呼ばれる過程によりデバイスが損傷を受ける、または破壊されることを避けるために、ＬＥＤでは逆バイアス電圧を限定することが重要である。安全な逆バイアス領域内では、わずかなリーク電流がデバイスを流れる。
【００３０】
ＬＥＤの製造では、ＬＥＤデバイスは、半導体業界で一般的な、基板ベースの大量生産プロセスと同様の方法を使用して大量生産で作製されている。図２を参照すると、図１に記載されたＬＥＤ構造が、好適な成長基板または支持基板２０１上に堆積されて、ＬＥＤ基板２００が作製される。所望のＬＥＤのタイプ、品質、および色に応じて、様々な基板材料タイプを使用できる。例は、ＧａＰ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板であり、またはサファイアおよび炭化ケイ素（ＳｉＣ）などのヘテロエピタキシャル成長基板も可能である。層がトランスファーされた半導体の層状テンプレート基板が、更なる別のタイプの成長基板である。次に、ＬＥＤ構造を成長させて、下側コンタクト２０２（この例ではｎ型またはカソード）、活性領域２０３、および上側コンタクト２０４（この例ではｐ型またはアノード）を形成する。
【００３１】
図２のＬＥＤ基板は、複数の個片化されていないＬＥＤ構造を含む。エッチング、リソグラフィ、パッシベーション、および堆積などのプロセスステップを使用して、ＬＥＤ製造シーケンス内で、所望のサイズおよび機能を有する個々のＬＥＤデバイスを分離できる。図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、例えばトレンチ３０８を形成するためのプロセス、例えばエッチングを使用して、所望のＬＥＤデバイスを支持基板３０１上に置いたままで分離できる。これらのエッチング構造（「ストリート」と呼ばれることもある）を基板上に作製して、正方形デバイスなどの個々に分離された構造を形成する場合、多数のＬＥＤデバイス３０９が電気的に分離され、取り外しおよびパッケージングに利用できる。この例では、トレンチ３０８は下部共通コンタクト層３０２を貫通してエッチングされることはなく、したがって共通電位３１０に接続され得る。したがって、各ＬＥＤデバイス３０９を、電圧源３０６を使用してｐ型層３０４およびｐ型コンタクト層３０５に個々に接触させることができる。次に、接触されたデバイスから光３０７が測定されて、その機能を評価できる。この例では、上部発光ＬＥＤ構造が示されており、上部コンタクト３０５は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明電極である。下部発光構造などの他の構造も可能である。この場合、支持構造は好ましくは透明な場合があり、ｐ型コンタクト層は金属層などの光反射層である場合がある。したがって、ＬＥＤは、支持基板から漏れ出る光を測定することによってテストされ得る。上記は、光のキャプチャを最大化するための好ましい実施形態として記載されたが、光測定が、例えば、底面発光ＬＥＤ構造においてＬＥＤの上方で行われた場合であっても、ＬＥＤから間接的に散乱または反射された光を測定することが可能であろう。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００３２】
図４は、ＬＥＤデバイスがまだ分離されていない支持基板４０１を示す。上部コンタクト層４０５が限定された導電性を有する場合（例えば、比較的高いフィルムシート抵抗率を有するＩＴＯ層の場合）、近くに短絡４０８が存在するにも関わらず、依然として、機能テストを完了できる。電圧源４０６を使用して表面上の点に接触すると、上部コンタクト４０５、ｐ型層４０４、活性層４０３、ｎ型層４０３を通り共通コンタクト４０２に至る電流が発生し得る。隣接する短絡４０８に至る抵抗が比較的高いことにより、発光４０７が発生し得る。この直接接触の例の代わりに、本発明の一実施形態によるフィールドプレートを用いることにより、個片化されていないＬＥＤ層のテストが可能になり得る。ダーク（非発光）領域または弱発光領域は、ＬＥＤ製造プロセスの初期段階において、ＬＥＤ層の機能的な歩留まりの指標になるであろう。この代替的実施形態の有効性および空間分解能は、最上層のシート抵抗率の関数になるであろう。
【００３３】
したがって、大規模製造をサポートできる形態で、図３および図４で説明したような個々のＬＥＤデバイスまたはＬＥＤ領域を励起するために電流を注入する必要がある。
【００３４】
好ましい実施形態では、本発明は、電流注入デバイスとして３つの要素、すなわち機械的支持プレート、電極、および誘電体層を備える、フィールドプレートを有する。図５Ａを参照すると、フィールドプレート５０１は、フィールドプレート支持体（上部）、電圧源５０３に接続され誘電体層５０４の一面に隣接する電極層５０２を備える。機械的支持プレートもまた導電性であり、誘電体層のみを必要とし得る。
【００３５】
本発明は、酸化物などの物理的誘電体層１０４、またはポリマーもしくはプラスチックなどの他の絶縁体が、電極層５０２を覆っているように主として記載されるが、これは必須ではない。電極層５０２とデバイスコンタクト層５０８との間に適切なギャップ媒体を選択した場合にも、所望の電荷注入を行うことができる。そのような実施形態では、ギャップ媒体内での望ましくない抵抗性短絡または絶縁破壊を避けるために、バイアスに配慮する必要がある。後続の多数の実施例では、フィールドプレート誘電体およびギャップ誘電体について記載するが、ギャップ層が十分に大きな静電容量を有して、実効的なシステム結合静電容量への影響は無視できると想定する場合がある。フィールドプレート導電層と発光ダイオード構造との間に介在する領域の組み合わせは、界面領域とも称される。実効的なフィールドプレート結合容量は更に、フィールドプレート誘電体層を伴って、または伴わずに、ギャップ媒体で構成され得ることを理解されたい。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００３６】
フィールドプレート電極は、電圧源５０３に接続され、誘電体層５０４の開口面は、以下の単位面積あたりの静電容量を形成するであろう。
Ｃ’FP＝ε0×εr／ｔd        （１）
式中、
Ｃ’FPは、フィールドプレートの単位面積あたりの静電容量（Ｆ／ｃｍ2）であり、
ε0は真空誘電率（８．８５４×１０-14Ｆ／ｃｍ）であり、
εrは誘電体層の比誘電率（無次元）であり、
ｔdは誘電体層の厚さ（ｃｍ）である。例では、誘電体層材料の重要な材料特性には、誘電率、絶縁破壊強度、抵抗率、および光透過率が含まれる。容量性結合構成については、堆積が容易な誘電体、例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）が特に重要である。ＤＣテスト構成が望まれる場合は、限定された抵抗率を有する適切なギャップ媒体を用いてデバイスに結合されるならば、限定された電流リークを有する誘電体によってＤＣバイアスが可能になる。そのような構成では、フィールドプレート電圧がギャップ媒体を通してＬＥＤデバイスに直接結合できる場合、フィールドプレート誘電体は任意選択であり得る。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００３７】
再び図５Ａを参照すると、フィールドプレート５０１は、共通コンタクト５０７に接続されたｎ型コンタクト下部電極５０６と、複数のｐ型コンタクト上部電極５０８とを有するＬＥＤ支持構造５０５の十分近くに配置されることになる。本明細書では、各ＬＥＤデバイスにわたる電圧は、電圧源５０３および共通コンタクト５０７を使用して生成されるものとして示されているが、電圧源を、代わりに下部に接続することができ、または、２つの電圧源を電極５０２および５０６のそれぞれに接続できる。ＬＥＤデバイスの実効的な駆動電圧は、全ての電圧源構成にとって、コンタクト５０３と５０７との間の電圧差になるであろう。本発明に関して、用語「近接」とは、フィールドプレート誘電体層５０４の開放面が、ＬＥＤ構造のコンタクト面５０８の開放面に十分に接近して配置されて、電圧源５０３と上部ＬＥＤ電極表面５０８との間に所望の電気的結合が可能になることを意味する。図５Ａでは、このギャップは５０９として示され、限定したギャップを有して極小であるか、またはギャップを持たない場合がある。（電流注入効率の最適化のために）十分な容量結合を可能にし、電流注入効果が空間的にぼけることを最小限に抑えるために、ギャップ５０９は十分に小さくなければならない。比較的厚い誘電体層５０４と、電圧源５０３のより高い電圧レベルとを有する上部プレート５０１については、カップリング効率を大幅に低下させずに（ＣEFF’≒ＣFP’）非接触テストを可能にする、限定されたギャップ５０９が可能である。
【００３８】
アセンブリ５００によって作製された構造の電気的類似物を図５Ｂに示す。電圧源５１０（図５Ａでは５０３）が、上部面積ＡEFFを有するＬＥＤデバイス５１２に接続された実効的なコンデンサＣEFF５１１に接続されている。電圧変化が、ＬＥＤデバイス５１２に電流ＩLEDを印加する。この例では、共通の下部コンタクトを持つＬＥＤデバイスの分離が想定されている。実効静電容量ＣEFFは、単に、フィールドプレート誘電体層と、ギャップ５０９の静電容量との直列静電容量であり、両方とも面積はＡEFFである。
Ｃ’gap＝ε0×εr／ｔgap        （２）
式中、
Ｃ’gapは、ギャップの単位面積あたりの静電容量（Ｆ／ｃｍ2）である。
ε0は真空誘電率（８．８５４×１０-14Ｆ／ｃｍ）であり、
εrはギャップ媒体の比誘電率（無次元）である。
ｔgapはギャップの厚さ（ｃｍ）、
および、
ＣEFF＝ＡEFF×（Ｃ’FP×Ｃ’gap）／（Ｃ’FP＋Ｃ’gap）        （３）
Ｃ’EFF＝（Ｃ’FP×Ｃ’gap）／（Ｃ’FP＋Ｃ’gap）        （４）
式中、
ＣEFFは、ＬＥＤデバイスの実効的な結合容量（Ｆ）、
Ｃ’EFFは、単位面積あたりの実効的なＬＥＤデバイス結合容量（Ｆ／ｃｍ2）、
ＡEFFは実効的なＬＥＤデバイス面積（ｃｍ2）、である。
【００３９】
更に他の実施形態では、フィールドプレートは、フィールドプレート電極５０２と、テスト中のＬＥＤデバイスの上部コンタクト５０８との間に、フィールドプレート誘電体層５０４を持たない。ギャップ材料は誘電体材料として機能する。真空またはエアギャップは液体ほど扱いにくくはないが、これら媒体のより低い比誘電率（およそ１）により、容量結合の効率が低くなり、十分に高いバイアス条件下においてイオン化が弱くなるか、または更に絶縁破壊する可能性がある。ギャップ材料が適切に高い誘電率、絶縁体力、および抵抗率のものである場合、フィールドプレート電位の効率的な結合は、容量結合効率の改善を手助けし得る。例えば、脱イオン（ＤＩ）水は、ギャップ誘電体として機能する液体材料の優れた候補であってもよい。ＤＩ水の高い比誘電率（εr≒８１）、および約１３ＭＶ／ｍの絶縁破壊電界により、ＤＩ水で充填されたギャップ層は、絶縁破壊することなく単位面積あたりの電荷を効率的に注入できる。純水から超純水までのバルク抵抗率は約１〜１８メガオーム・ｃｍに及ぶ。タイプＩＩのＤＩ水（＞１メガオーム・ｃｍ）は、ギャップパラメータ（すなわち、厚さ）と、注入および測定のタイミングとが適切に選択されている場合、注入バイアスの過度の緩和がなくてもギャップ誘電体として機能するのに十分であり得る。ギャップ媒体として液体が選択される場合、ＤＩ水は、メタノールおよびエチレングリコールなどの他の可能な液体と比較して、その低コスト、広範な入手可能性、材料の適合性、および清浄度ゆえに、工業的に望ましくもある。次の実施形態では、十分に小さいギャップ５０９を介して、および／または高い比誘電率を有するギャップ媒体を使用して、ＬＥＤデバイスに結合されたフィールドプレート誘電体層により、Ｃ’EFFはＣ’FPと等しくなるであろう。
【００４０】
電流ＩLED５１３、および電流密度ＪLEDは、次のように容易に計算される。
ＩLED＝ＣEFF×ｄＶ／ｄｔ        （５）
ＪLED＝Ｃ’EFF×ｄＶ／ｄｔ        （６）
式中、ｄＶ／ｄｔは、図５Ａの電圧源５１０と共通電極５０７（または図５Ｂのカソードコンタクト）との間の電圧変化率である。この特定の実施形態では、ＬＥＤ５１２はアノードからカソードに接続されているが、全ての電圧極性を逆にすることによりカソードからアノードへの注入が可能である。
【００４１】
図６Ａおよび６Ｂは、本発明の好ましい実施形態による、測定シーケンスを形成する電圧波形および電流波形を示す。測定シーケンスには、電流注入フェーズＩ（時間ｔ0からｔ1における）、および放電フェーズＩＩＩ（時間ｔ2からｔ3における）の、少なくとも２つのフェーズがある。フェーズＩＩＩが始まる前に、カメラ積分ウィンドウが閉じるのに十分な時間を確保できるように電圧保持フェーズＩＩが追加されているが、これは非常に短く、必要ない場合がある。フェーズについては以下でより詳細に記載され、ｔ0より前の全てのポイントでは電圧が存在しないと想定している。
【００４２】
図６Ａを参照すると、電圧源−時間プロット６００は電圧源波形を示す。時間ｔ0にて、フェーズＩが、正のランプｄＶ／ｄｔ｜1で始まり、時間ｔ0〜ｔ1において０〜Ｖ1になる。このランプは、面積ＡEFFのＬＥＤの中に、式（５）に従う電流ＩLED、および、式６に従う対応する電流密度ＪLEDを注入する。時間ｔ1にて、電圧はこの電圧Ｖ1に保持され、時間ｔ2まで続く。時刻ｔ2〜ｔ3において、負のランプｄＶ／ｄｔ｜2を使用して電圧は低下しゼロ電圧状態に戻る。時間ｔ3にて、別の測定シーケンスが次に始まり得る。
【００４３】
図６Ｂは、図６Ａの駆動波形からの測定シーケンス中の対応する電流ＩLED波形を示す。フェーズＩでは、式（５）に従う、ほぼ一定のＩLED電流がＬＥＤデバイスを流れる。フェーズＩの間に光６０２が放出される。フェーズＩＩの間に、ＩLEDおよび発光は０に低下する。フィールドプレートによって同時に励起された複数のデバイスの中で特定のＬＥＤデバイスの光出力を測定するために、１つ以上のＬＥＤデバイスから光をキャプチャできる積分カメラが使用される。画像処理により、カメラの視野内にある特定のＬＥＤデバイスに比例した値が生成され得る。この値は、よって、フェーズＩにわたって積分された光エネルギーに比例し得る。したがって、イメージセンサーの積分時間間隔を、ｔ0の少し前から開始し、ｔ1のわずか後の終点まで行うことが望ましい。これにより、カメラ積分センサーが、フェーズＩの間にＬＥＤ構造から発せられる光パルスを完全にキャプチャすることになる。
【００４４】
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の２つの実施形態を示す。図は、測定シーケンスによって励起されている複数のＬＥＤデバイスの少なくとも一部を、フィールドプレートを通してインターセプトできる上部および下部のカメラ配置を示す。図７Ａを参照すると、フィールドプレート電極７０３および誘電体層７０４を含む透明フィールドプレートアセンブリ７０２を有するテスト構成７００が示される。電極７０３は、電圧源７０５に接続されている。このアセンブリは、共通コンタクト７０６に接続された複数のＬＥＤデバイス７０７を支持するＬＥＤデバイス支持基板７０１に近接して配置されている。機能テストを実行するために、カメラ７０８がフィールドプレートアセンブリ７０２の上方に置かれている。図７Ｂは、カメラが支持基板の下方に置かれた代替テスト構成７０９を示す。この構成では、ＬＥＤデバイス構造への支持基板と中間層とは、光がカメラに届くことが可能なように透明でなければならない。
【００４５】
ＬＥＤによって生成される光強度は、外部量子効率ηEXT、またはＰopt＝ηEXT×Ｐelecによって、ＬＥＤを流れる電力に関連する。パラメータηEXTは、同様に、電流密度、および光抽出効率などの他のデバイス特性に非常に敏感である。したがって、ＬＥＤデバイスの光強度は、次のように電力に関連する。
Ｐopt＝ηEXT×Ｐelec＝ηEXT×ＩLED×ＶF＝ηEXT×ＣEFF×ｄＶ／ｄｔ×ＶF  （７）
式中、
Ｐopt＝ＬＥＤ光強度（Ｗ）
ηEXT＝ＬＥＤの外部量子効率
ＶF＝ＬＥＤの順方向電圧降下（Ｖ）
時間間隔Δｔ＝ｔ1−ｔ0（フェーズＩ）にわたって、
Ｅopt＝ηEXT×ＣEFF×ｄＶ／ｄｔ×ＶF×Δｔ＝ηEXT×ＣEFF×ΔＶ×ＶF＝ηEXT×Ｑinj×ＶF        （８）
式中、
Ｅopt＝フェーズＩの間に放出されるＬＥＤの光学エネルギー（Ｊ）
ΔＶ＝Δｔにわたる総電圧変化（Ｖ）
Ｑinj＝注入電荷（クーロン）
【００４６】
式８に従って、積分カメラは、測定された各ＬＥＤの外部量子効率に比例した値を測定する。電圧ランプ値を変更することは、式６に従って異なる電流密度を選択する効果がある。Ｅoptを、Ｖ1へのランプ値の関数としてプロットすることにより、ＪLEDに応じて光エネルギー（ηEXTに関連する）のプロットを生成できる。この能力は、マイクロＬＥＤデバイスの低電流密度性能を測定するのに特に役立ち得る。マイクロＬＥＤデバイスは、典型的には、０．００１〜１Ａ／ｃｍ2の非常に低い値で駆動され、非放射再結合プロセスに起因して、このような低レベルでの外部量子効率の低下に対してより敏感である。
【００４７】
フェーズＩＩＩの間、負のｄＶ／ｄｔランプにより、電圧をゼロに戻して、別の測定のためにシステムをリセットできる。このフェーズ中、ＬＥＤは逆バイアスされることになり、逆バイアスリーク電流を使用してＣEFFを放電することになる。損傷を与える可能性のある電圧レベルにＬＥＤを逆バイアスしないように、全てのデバイスを安全な逆バイアス電圧範囲内に維持するために、負の電圧ランプを十分に遅くする必要がある。このような範囲は、テストされるＬＥＤのタイプおよび設計に応じて選択できる。単なる例として、ＧａｌｎＮ  ＬＥＤの逆バイアスリーク電流密度は、以下の論文、題名「Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｒｅｖｅｒｓｅ  ｌｅａｋａｇｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎ  ＧａＩｎＮ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅｓ」、Ｑ．Ｓｈａｎ  ＆  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ  ９９，２５３５０６（２０１１）、を使用して推定できる。
図２は、１ｍｍ2のＬＥＤデバイスの、室温、−５Ｖでの、約１．５×１０-7Ａの逆バイアスリーク電流を示す。これは１５μＡ／ｃｍ2に相当する。この逆バイアスリーク電流密度は、以下の第１の例で説明する特定のＣ2Ｉの例の値およびパラメータを計算するために使用されることになる。本発明において後述される更に他の実施形態では、外部から適用される光源は、利用可能なリーク電流を増加させて、放電時間を安全に短縮し、システムのスループットを改善することができる。
【００４８】
適切な積分カメラは、次の基準を満たす必要がある。
ａ．画素感度およびダイナミックレンジ（過度のダークノイズおよび信号飽和なしに、対象とする動作範囲にわたって、ＬＥＤを正確に測定することを可能にする）。
ｂ．高い画素密度およびフレームレート（スループットおよびＬＥＤの並列測定を増加させる）。
ｃ．グローバルシャッターおよびフレキシブルなトリガー（全ての画素を同じ時間間隔にわたってトリガーして積分する必要がある）。
これらの基準を満たす産業用カメラの一例は、カナダブリティッシュコロンビア州リッチモンドにあるＰｏｉｎｔＧｒｅｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｃ．製のｍｏｄｅｌ  ＧＳ３−Ｕ３−２３Ｓ６Ｍ−Ｃである。このカメラは、グローバルシャッターを有する２．３メガ画素（１９２０×１２００）モノクロカメラであり、５μ秒から３１．９秒の露出範囲、毎秒１６０フレームレート、１／１．２インチセンサーフォーマット、１２ビットデジタル化、５．８６μｍの画素サイズ、７２ｄＢのダイナミックレンジ、７６％の量子効率（５２５ｎｍ）、約３２，０００電子のｅ飽和性能、および約７ｅ−の時間的ダークノイズを有する。カメラを、単独で使用しても、またはｎ×ｍ個のカメラを使用してより大きなフィールドプレート領域を同時に測定するマトリックス構成で使用しても、カメラは必要な精度で多数のＬＥＤデバイスを測定する能力を有する。
【００４９】
以下の例では、３μｍの二酸化ケイ素誘電体層を有するフィールドプレートを想定している（εr＝３．９）。この誘電体材料は一般に使用されており、多数の材料上にスパッタ、成長、または堆積させることができる。厚さは、絶縁破壊せずに約１５００ボルトを超える電圧をサポートするのに十分な薄さとなるように選択された。Ｃ’FPは１．１５ｎＦ／ｃｍ2となる。
【００５０】
Ｖ1の値として５００Ｖを想定する（図６Ａを参照）。これら想定とパラメータの選択により、ＬＥＤごとの光パルスエネルギーは次のように簡略化できる。
Ｅopt＝ηEXT×ＣEFF×ΔＶ×ＶF        （９）
【００５１】
選択されたパラメータについて、図８は、電圧ランプ時間間隔に対して選択された電流密度を示す。例えば、フィールドプレート電圧が、約６０μ秒でゼロから＋５００ボルトに駆動される場合、ＬＥＤは０．０１Ａ／ｃｍ2で駆動されるであろう（フェーズＩ）。カメラのシャッターは、ランプが開始するわずかか前に開き（例えば、ｔ0の前、１０〜５０μ秒）、フェーズＩの終了のわずか後まで開いていることになる（例えば、ｔ1の後、１０〜５０μ秒）。フェーズＩのＬＥＤ光パルスがカメラシャッターの時間ウィンドウ内で完全に積分されることを確実にすること以外に、過度の積分時間避ける必要がある。その理由は、そうすることにより、カメラのノイズフロアが上昇する傾向があるからである。フェーズＩＩは、積分シャッターが閉じるのと同時に終了するように選択できる。
【００５２】
フェーズＩＩＩ中に安全に回復させるために、リーク電流密度にほぼ等しくなるように選択された電流密度を用いて式６が使用される。例えば、１０μＡ／ｃｍ2の目標リーク電流密度（予想されるリークの１５μＡ／ｃｍ2よりも少し低い）、およびΔＶ＝５００Ｖを利用して、式６は最小Δｔがほぼ６０ｍ秒になると予測する。これは、０．０００５Ａ／ｃｍ2以上の注入電流密度に対して、毎秒約１６フレームの測定繰り返しレートに相当する。
【００５３】
この測定手法で実現可能な信号、および１台のカメラでカバーされる領域を推定するために、次の追加パラメータを想定する。
ａ．ＧａＮ  ＬＥＤ（約４１０ｎｍの発光、および６５％のカメラ量子効率）
ｂ．約３ＶのＶF
ｃ．Ｅopt＝１７０ｎＪ／ｃｍ2（ηEXT≒約１０％）
光子あたり約３ｅＶにて、フェーズＩ中に、約３．５×１０11光子／ｃｍ2が放出される。カメラ内で生成できる、対応する光電子の数は、０．６５×３．５×１０11光子／ｃｍ2、または２．３×１０11光電子／ｃｍ2となるであろう（センサー対フィールドプレートは１：１の倍率、および１００％の収集効率を想定）。この倍率では、５．８６μｍの画素サイズが依然として、画素飽和能力の２倍以上である７８，０００を超える電子をキャプチャするであろう。カメラ画素あたりの積分光電子計数をより小さくすることが望まれる場合は、より低いＶ1電圧を選択できる。
【００５４】
例として、０．５倍の集光レンズ（アメリカ合衆国ニュージャージー州バーリントンのＥｄｍｕｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓ製のｍｏｄｅｌ  ＃６２−９１１  ＴＥＣＨＳＰＥＣ（商標）ラージフォーマット対応テレセントリックレンズ）を使用すると、約２１ｍｍ×１６ｍｍのＬＥＤ基板領域がイメージセンサーに画像化されるが、変動が存在し得る。作動距離は１７５ｍｍであり、入射口は約９０ｍｍであり、その結果、４πｓｒと比較して約１．７％の総収集効率が得られる。予想される収集される光電子は、２．３×１０11光電子／ｃｍ2×（５．８６μｍ×２）2×０．０１７＝５．３ｋｅ-／画素になる。これは十分にセンサーのダイナミックレンジ内であり、所望であれば、信号の平均化またはＶ1の増加により、信号品質を更に改善させることができる。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００５５】
したがって、カメラセンサー領域へのフィールドプレートの画像化は、利用可能な信号の関数であるというよりも、ＬＥＤデバイスごとに割り当てられた画素数の関数である。一辺が２５０μｍの大型ＬＥＤデバイスの場合、必要な倍率は小さくなる。正確な計測のために各ＬＥＤデバイスをカバーするために２×２画素領域を想定すると、１台のカメラで９６０×６００個のＬＥＤデバイス、２４０ｍｍ×１５０ｍｍのフィールドプレート領域、または６インチの支持基板を超える領域を測定できる。この例では、依然として優れた信号対雑音比を維持しながら、Ｖ1を１００Ｖ未満に、おそらく更に低くすることができる。光パルスエネルギーが高すぎる場合は、カメラの飽和を避けるために、発光面とカメラとの間に減光フィルタまたは他の吸収フィルタを置くことができる。
【００５６】
１０μｍ×１０μｍのＬＥＤデバイスサイズを有するマイクロＬＥＤ用途の場合、センサーあたり同じ９６０×６００個のＬＥＤデバイス、または約９．６ｍｍ×６ｍｍのフィールドプレート領域が測定される。約１６×２５ステップのステップアンドリピートシステムにより、１億７０００万個以上のデバイスを含む６インチのマイクロＬＥＤ基板のテストが可能になるであろう。ＬＥＤデバイスごとに１回の測定で十分な場合、移動カメラを用いた同期画像キャプチャにより、テスト時間が１分未満に、または更に数秒に減少する可能性がある。例えば、毎秒１６フレームのキャプチャレートでは、６インチ基板全体を、約２５秒で機能テストすることが可能になる。これは、毎秒９００万個以上のＬＥＤデバイスをテストすることに相当し、プローブカード、および個々のテスト方法よりもはるかに速い。
【００５７】
好ましい実施形態では、図９は、基板サイズのフィールドプレートを、真空（図９Ａ）、またはＤＩ水などの液体（図９Ｂ）を使用して支持基板に取り付けて、アセンブリ９００または９１０を機能テストに適するようにできることを示す。図９Ａは、ギャップ媒体として真空が使用される例を示す。フィールドプレート９０１は、外側周辺領域上に置かれた柔軟な真空シール９０３を用いて、ＬＥＤデバイス支持基板９０２上に置かれて、フィールドプレートとＬＥＤデバイス支持基板との間で一定レベルの真空が維持される。次いで、真空ポート９０４を使用して、プレート間の空間内の空気が排出される。プレートは、最大で大気圧にて一緒に押し付けられて、ギャップは均一に最小化され、よって実効的なフィールドプレート結合容量ＣEFFは最適化される。支持基板交換メカニズムが、ポート９０４を真空と通気条件との間でサイクルさせることにより、フィールドプレート下のテストされる基板を交換できる。この実施形態では、フィールドプレートの上方で測定するカメラ９０５が示されている。図９Ｂは、ギャップ媒体として液体を使用する例を示す。フィールドプレート９１１は、外側周辺領域上に置かれた柔軟なシール９１３を用いて、ＬＥＤデバイス支持基板９１２上に置かれて、フィールドプレートとＬＥＤデバイス支持基板との間で一定レベルのシーリングが維持される。次いで、プレート間の空間内の空気が排出され、ギャップ液体充填入力ポート９１４およびギャップ液体充填出力ポート９１５を使用して液体媒体に置換される。負圧は、入力および出力充填ポートのパラメータを調節することにより維持できる。ギャップを液体媒体で充填した後、プレートは、最大で大気圧にて一緒に押し付けられた状態が維持され、ギャップは均一に最小化され、よって実効的なフィールドプレート結合容量ＣEFFは最適化される。バックフィルガスでプロセスを逆転させることにより、液体は大部分が排出される。支持基板交換メカニズムが、ガス／液体ポートを、通気／交換状態と、所望のギャップ媒体を有する測定可能な状態との間で切り替えることにより、フィールドプレートの下のテストされる基板を交換できる。これら実施形態は、フィールドプレートの上方で測定するカメラ９０５または９１６を示す。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００５８】
別の実施形態では、図１０は、より小さなフィールドプレート１０００と、ＬＥＤデバイス支持基板１００２の上方に置かれたカメラ１００１とを備えるアセンブリを示す。フィールドプレート／カメラアセンブリは、連続的な移動／測定ステップ１００３にて移動して、基板１００２の全体を測定する。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００５９】
主なフェーズ１および３の波形を示す測定シーケンスの電気的シミュレーション結果を図１１〜図１４に示す。シミュレートされるシステムは次の通りである。
１．フィールドプレート：３μｍの二酸化ケイ素、Ｃ’EFF＝１．１５ｎＦ／ｃｍ2
２．ＬＥＤデバイスサイズは１０μｍ×１０μｍ：ＣEFFは１．１５ｆＦ、逆リーク電流は１５ｐＡ
３．電流密度テストポイントは０．０１Ａ／ｃｍ2
４．Ｖ1＝５００Ｖ（６０μ秒のランプ時間で、０．０１Ａ／ｃｍ2の電流密度での注入を実現する）
５．測定繰り返しレートは６０ｍ秒
６．ＬＥＤデバイスは約１０ｐＡの逆リーク電流が可能な標準ダイオードである。
使用したプログラムは、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ（カリフォルニア州サニーベール）のＭｉｃｒｏ−Ｃａｐ  ｖｅｒｓｉｏｎ  １１と呼ばれるＳＰＩＣＥ回路シミュレータである。上記の条件下で、１個の１０μｍ×１０μｍのＬＥＤデバイスをシミュレートした。図１１は、ＣEFF＝１．１５ｆＦが電圧発生器Ｖ２によって駆動される回路図を示す。この発生器は、６０μ秒で０から＋５００Ｖまでランプアップし、その後、＋５００Ｖから０Ｖまで６０ｍ秒でランプダウンするようにプログラムされた。電圧源Ｖ３は接続されていないが、所望のカメラシャッターウィンドウの例を示すようにプログラムされている。この例では、シャッターはフェーズＩの１０μ秒前に開かれ、フェーズＩの１０μ秒後に閉じられる。
【００６０】
図１２Ａ〜図１２ＤはフェーズＩの波形を示し、電圧源Ｖ２（図１２Ａ）、ＬＥＤデバイスの順方向バイアス（図１２Ｂ）、ＬＥＤデバイスの順方向電流（図１２Ｃ）、および電圧源Ｖ３からのカメラシャッター制御信号（図１２Ｄ）である。図１２Ｄを参照すると、カメラ積分器シャッターは、電圧の開始の１０μ秒前に開く（時間軸で時間＋１０μ秒）。時間軸の時間＋２０μ秒で、電圧源は＋５００Ｖに向かってランプし始める（時間ｔ0）。このフェーズＩの間、時間＋８０μ秒まで、ＬＥＤデバイスは、約＋２５０ｍＶ（図１２Ｂ）の順方向バイアスで＋１０ｎＡ（図１２Ｃ）にバイアスされる。これは、所望の通り、０．０１Ａ／ｃｍ2の電流密度に対応する。時間＋８０μ秒の後、電圧ランプは停止し、ＬＥＤ電流はゼロに低下する。時間＋９０μ秒で、カメラのシャッターが閉じ、フェーズＩで生成された光パルスの積分が完了する。ここで、電圧源は、ターゲットリーク電流−１０ｐＡにて、ゆっくりとした放電を開始する。図１３Ａ〜図１３Ｄは、約６０ｍ秒続くフェーズＩＩＩの放電中の同じ電圧および電流ポイントを示す。図１３Ｃは、ＣEFFが６０ｍ秒にわたって＋５００Ｖから０Ｖまで安全に放電することが可能な−１０ｐＡの放電電流を示す。約＋６０ｍ秒にて電圧源がゼロに戻った後、新しい測定シーケンスが開始される。図１４Ａ〜図１４Ｄは、４つの測定シーケンスを示す、より長い時間軸（２００ｍ秒）を示す。
【００６１】
フィールドプレート電極は、電圧源５０３に接続され、任意選択の「リークが大きい」誘電体層５０４の開口面は、以下の単位面積あたりの静電容量を形成する。
Ｃ’FP＝εo×εr／ｔd        （１０）
式中、
Ｃ’FPは、フィールドプレートの単位面積あたりの静電容量（Ｆ／ｃｍ2）であり、
ε0は真空誘電率（８．８５４×１０-14Ｆ／ｃｍ）であり、
εrは誘電体層の比誘電率（無次元）であり、
ｔdは誘電体層の厚さ（ｃｍ）である。誘電体は抵抗率ρdを有し、ＤＣバイアス構成において、ＬＥＤデバイスの所望のバイアスを可能にするために選択される。バイアス応答時間を駆動する時定数は、ε0×εr×ρdである。実効抵抗は次のように計算できる。
Ｒ’FP＝ρd×ｔd（オーム・ｃｍ2）        （１１）
式中、
Ｒ’FPは、フィールドプレートの単位面積あたりの抵抗（オーム・ｃｍ2）であり、
ρdは、フィールドプレート誘電体層の抵抗率（オーム・ｃｍ）であり、
ｔdは誘電体層の厚さ（ｃｍ）である。
一例では、リークが大きい誘電体層は、一般に、適度に高い比誘電率、１メガオーム・ｃｍ以上の抵抗率、および十分に高い絶縁破壊電界強度を有する層として説明され得る。タイプＩＩ  ＤＩ（脱イオン）水が、８１の誘電率、１メガオーム・ｃｍの抵抗率、および１３ＭＶ／ｃｍを超える絶縁破壊電界強度を有して、これら基準を満たす。他の例では、層は、わずかに導電性のドープされたガラス／セラミック、プラスチックなどであり得る。約１の小さな比誘電率が許容される場合、ギャップ内に電圧を有する空気層は、弱いイオン化によってわずかに導電性になり、「リークが大きい」誘電体層の機能が実現できる。
【００６２】
本発明は、ＬＥＤデバイスの下に存在する共通コンタクトを用いて記載してきたが、他の電流注入構成も可能である。図１５Ａは、フィールドプレート１５０１の類似物が、ＬＥＤデバイス１５０３などの複数のＬＥＤデバイス構造の下方の支持基板１５０２内に存在する別の実施形態１５００を示す。最下層のＬＥＤデバイス構造層（本発明に記載の例ではｎ型層）の下で、誘電体層１５０４および電極１５０５が支持基板の容量結合デバイスを完成させる。電極１５０５は、電圧源１５０６に接続されている。フィールドプレートは、別々の電圧源１５０７と、フィールドプレート電極１５０８とに接続されている。この例では、カメラ１５０９がフィールドプレートの上方に配置されて、テスト中の複数のＬＥＤデバイスの発光応答をキャプチャする。この例では、デバイス間の分離が完全であるように示されているが、本方法はｎ型層の完全な分離が有っても無くても機能する。図１５Ｂは、この容量結合支持基板構成の等価回路１５１１を示す。唯一の変更点は、各ＬＥＤデバイスのカソードの下方に第２の結合コンデンサＣEFF2が挿入されていることである。結果として得られる回路は、同等に動作し、Ｃ2Ｉ機能テストを実施するのに効果的なようにできる。例えば、支持基板誘電体層１５０４が、フィールドプレート内の誘電体層１５１０と同一であり、電圧源１５０６が、電圧源１５０７と同一であるが負に駆動される（電圧源１５０６に対して０〜−５００Ｖ、電圧源１５０７に対して０〜＋５００Ｖ）と想定すると、測定システム１５００は、共通コンタクト支持基板構成と本質的に同一に機能する。
【００６３】
更なる別の実施形態では、Ｃ2Ｉ機能テストを、図１５Ａのテスト構成の修正形態に適用することもでき、そこでは、支持基板内の埋め込み電極は必要なくなる。この実施形態では、支持基板自体の誘電特性を使用して、ＬＥＤデバイスに電流を注入する。例えば、石英、サファイア、ガラス、またはプラスチックの支持基板が、図１５Ａの誘電体１５０４として機能し得る。図１６は、この構成の具体的な実施形態１６００を示す。適切な誘電特性と厚さを有し、ＬＥＤデバイス１６０２などの複数のＬＥＤデバイスをその表面に含む支持基板１６０１が、電圧源１６０６に接続された電極１６０３の上部に配置される。具体的には示されていないが、所望に応じて、電極１６０３と支持基板１６０１との間にギャップが存在することができて、支持基板の裏面の非接触動作が可能になる。具体的には示されていないが、追加の誘電体を電極１６０３と支持基板１６０１との間に挟み込むこともできる。ギャップ（および任意選択の誘電体被覆電極１６０３）は、式２〜４を使用して、デバイスギャップ５０９の上部フィールドプレートがＣEFFとＣEFF'を変更させたのと同様の方法でＣEFF2を変更させる。誘電体層１６０５と、第２の電圧源１６０７に接続された電極１６０６とを有するフィールドプレート１６０４が、Ｃ2Ｉ機能テスト回路を完成させる。この実施形態では、フィールドプレート１６０４の上方に置かれたカメラ１６０８が示されている。等価電気回路は、支持基板の厚さに起因して、値ＣEFF2が実質的に、より小さい可能性があることを除き、図１５Ｂと同様である。例えば、厚さ５００μｍのサファイア（εr≒１０）で作製された支持基板では、Ｃ’EFF2は約１８ｐＦ／ｃｍ2であり、ＣEFF1の約６５分の一に大きさである。より速いの電圧ランプ、および／またはより大きなＶ1の電圧値により、結合効率のこの損失を補うことができる。例えば、フィールドプレート電圧源１６０７は、０から＋３００Ｖまで駆動でき、一方、支持基板電圧源１６０４は、０から−１９．５ｋＶ（−３００Ｖ×６５＝−１９．５ｋＶ）で駆動できる。サファイア支持基板内の電界強度は、サファイアの絶縁破壊強度よりも低い０．４ＭＶ／ｃｍである。選択されたバイアス条件により、誘電体領域のうちのいずれかの領域内の電界強度が、絶縁破壊を避けるのに必要な安全な動作条件に近付くか、または超える場合、材料またはバイアス条件を修正する必要がある。このように駆動されると、ＬＥＤデバイスは実質的に同等に駆動され、ＬＥＤデバイス支持基板内に埋め込みコンタクトを有することなく、Ｃ2Ｉ機能テストが可能になる。電極１６０３を駆動する高電圧波形発生器は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、またはサイリスタデバイスを使用して実現できる。最大３６ｋＶのスイッチングが可能な高電圧スイッチは、Ｂｅｌｋｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ＧＭＢＨ（ドイツ、クロンベルク）製のモデル番号ＨＴＳ−３６１−０１−Ｃ（３６ｋＶ、最大電流１２Ａ）、およびモデル番号ＨＴＳ−３６１−２００−ＦＩ（３６ｋＶ、最大電流２０００Ａ）である。プログラム可能な波形整形回路が、高速電圧変化を、所望のＣ2Ｉ機能テスト特性を満足する電圧ランプに遅らせ得る。６インチ基板の場合、総静電容量は約３．２ｎＦであり��毎秒１６回の測定で、１／２×ＣＶ2ｆの電力は約１０ワットであり、平均電流は約５００μＡであり、市販の高電圧スイッチにとっては、通常動作仕様内にあり安全である。２０００Ａ対応スイッチであるＨＴＳ−３６１−２００−ＦＩの場合、最大１１Ａ／ｃｍ2の電流密度Ｃ2Ｉ測定を実施できる。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００６４】
図１７は、容量性電流注入の変形例Ａ、Ｂ、およびＣを示し、ＬＥＤ構造１７００に通電するための最大３つの電圧源を含んでもよい。変形例Ａは縦型ＬＥＤ構造であり、上部ＬＥＤ構造領域が上部電極（アノード）に対応し、下部ＬＥＤ構造領域が下部電極（カソード）に対応する。したがって、Ｃtop-aはＣEFF1に等しく、Ｃbotは図１５ＢのＣEFF2に等しい。ＬＥＤデバイス１７０１などの横型ＬＥＤ構造は、ｎ型層１７０２（カソード）をエッチングして露出させた小さな上部領域を有し、領域の残部は活性層、上部ｐ型層、およびｐ型層コンタクト１７０３（アノード）を含む。変形例Ｂでは、上部アノードコンタクトは実効静電容量Ｃtop-bによりアクセス可能であり、カソードコンタクト領域１７０２は実効静電容量Ｃbot-bによりアクセス可能である。カソード領域はまた、静電容量Ｃbotおよび下部電極１７０５を介して、支持基板１７０４を通じてアクセス可能である。ＬＥＤデバイスが、変形例Ａに等しい総上部表面領域を有する場合、Ｃtop-b＋Ｃbot-bはＣtop-aに等しく、各容量値はその表面積に比例する。例えば、上部アノード面積が総面積の７５％である場合（および上部カソード面積が総面積の２５％である場合）、Ｃtop-b＝０．７５×Ｃtop-a、およびＣbot-b＝０．２５×Ｃtop-aである。下部総面積は修正されていないので、Ｃbotに変化はないが、ＭＥＳＡ型エッチングにおける接触方法ゆえに、作用面積はより小さい（この例では７５％）。実効電流密度の注入値の計算には、作用面積の総面積に対する比の補正が必要である。変形例Ｃには、ビアコンタクトを使用して上部カソードコンタクトが小さくなっている。静電容量と、作用面積の総面積に対する比の値とが異なることを除いて、変形例Ｃは変形例Ｂと同様である。
【００６５】
ＬＥＤ構造の例として変形例Ｂの横型ＬＥＤ  ＭＥＳＡ構造を使用すると、図１８は、下部電極１８０４を有する支持基板１８０３上のデバイスの上に上部フィールドプレート１８０２を使用する、３つの別個のＬＥＤデバイス１８０１の３つの可能な接触オプションを有するテストアセンブリ１８００を示す。電極１８０４は、上を覆う誘電体を含む電極アセンブリとすることができ、支持基板１８０３に近接して置いてもよいことに留意されたい。このような追加の誘電体層およびギャップを含むようにＣbotが修正され得る。
【００６６】
図１８の変形例Ａは、ＬＥＤデバイスを完全に覆い、電圧Ｖ1への電圧ランプで駆動される、上部フィールドプレート電極１８０５を有する。下部電極１８０４は、電圧Ｖ2への負の電圧ランプによって駆動される。上部フィールドプレート電極１８０５は、図６ＡのフェーズＩに従って正の勾配を用いて駆動されると想定され、下部電極１８０４は、負の勾配によって駆動されると想定され、以下に更に記載するように、Ｖ2は静電容量によって適切にスケーリングされる。変形例Ｂは、アノード電極１８０６のみが存在するようにパターン形成されたフィールドプレート電極を有し、静電容量Ｃt-bを通してＬＥＤデバイスに電流が注入される。上部カソードのコンタクト領域の上方に電極がないので、上部カソードの静電容量は無視できると想定される。変形例Ｃは、パターン形成されたフィールドプレート電極構造を有し、上部アノードコンタクトは電圧Ｖ1への正のランプを使用してフィールドプレート電極１８０７に容量結合され、上部カソードコンタクトは電圧Ｖ3への負のランプを使用してフィールドプレート電極１８０８に容量結合されている。
【００６７】
更なる別の実施形態では、図１８の変形例Ｃは、下部電極１８０４を必要とせずに、容量モードおよび／またはＤＣモードで、上部プレート電極１８０７および１８０８の下方のデバイス１８０１に電流を注入できる。ＡＣ（容量結合）モードでは、電極１８０７および１８０８に印加される時間変化する電圧波形を使用して電流が生成されて、ＬＥＤデバイス内の変位電流に容量結合する。ＤＣモードでは、電極１８０７および１８０８と、選択された抵抗率を有し得る界面領域との間に生成される電圧により印加される電流によりデバイスは通電される。
【００６８】
ＤＣバイアスモードでは、図１８の変形例Ｃ電極は、電極１８０７と１８０８との間の界面領域に沿って電圧勾配を発生させる。これは横方向の勾配であり、十分に高い差動電極電圧が印加された場合に、複数のＬＥＤデバイスをバイアスするために使用できる。例えば、電極１８０７が除去され、電極１８０６から１８０８にわたるＤＣバイアスが発生した場合、変形例ＢおよびＣのＬＥＤデバイスにわたって、ほぼ線形の横方向電圧勾配が発生する。この横方向バイアスモードを使用して各ＬＥＤデバイスをオンにするには、各ＬＥＤデバイスには最小のデバイス閾値電圧差が必要である。ＧａＮ  ＬＥＤデバイスに対して３Ｖ、および５０μｍのＬＥＤデバイスのコンタクト間隔を想定すると、ＬＥＤデバイスの横方向コンタクトを横断する約６０Ｖ／ｍｍの電圧勾配が必要である。複数のデバイスを横方向にバイアスする場合、デバイスの構造と間隔により、実際の勾配は幾分高いであろう。このモードは、図１８におけるように、一連のＬＥＤデバイスをバイアスするために使用できる。ＬＥＤデバイス２００個のデバイスストリング、および５０μｍのデバイスピッチを使用すると、バイアス電圧は、約６０Ｖ／ｍｍ×２００デバイス×０．０５ｍｍ、すなわち６００Ｖになる。このバイアスを１０ｍｍにわたって印加すると、２００個のＬＥＤデバイスのそれぞれに通電するのに十分な強度の電圧勾配が発生する。この横方向バイアスモードを縦方向容量性バイアスと併せて使用することにより、基板上のＬＥＤデバイスを機能テストできる。ＬＥＤデバイスの極性が交互に並んでいるか、またはより少ないＬＥＤデバイス数が望まれる場合、各ＬＥＤデバイスを適切にバイアスできる、適切にパターン形成された上部フィールドプレート電極構造を製造できる。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００６９】
他の記載がない限り、デバイスの正味電荷蓄積はゼロ（アノード電荷入力＝カソード電荷出力）であり、電圧ランプ期間は等しいことを想定している。これらバイアス条件をフェーズＩに対して図１８の構造に適用すると、様々な関係が次のようになる。
１．変形例Ａ（横型ＬＥＤデバイス、連続フィールドプレート）
注入電流＝Ｃt-a×ｄＶ1／ｄｔ
Ｖ2＝−Ｖ1×（Ｃt-a＋Ｃb-a）／Ｃbot
２．変形例Ｂ（横型ＬＥＤデバイス、アノード上にのみフィールドプレート電極）
注入電流＝Ｃt-b×ｄＶ1／ｄｔ
Ｖ2＝−Ｖ1×Ｃt-b／Ｃbot
３．変形例Ｃ（横型ＬＥＤデバイス、アノードおよびカソード上に別個のフィールドプレート電極）
注入電流＝Ｃt-c×ｄＶ1／ｄｔ
Ｖ1×Ｃt-c＝−Ｖ2×Ｃbot−Ｖ3×Ｃb-c
３つの構造全てについて、ＪLED＝注入された電流／作用面積であり、ここで、作用面積は、デバイスが接触しているＭＱＷ構造の面積である。
【００７０】
横型デバイス構造でのＣ2Ｉ測定の使用を示す単なる例として、図１８の変形例Ａ〜ＣのＬＥＤ構造では、以下の共通パラメータと画像収集構成を想定している。
ａ．２５μｍ×５０μｍデバイスサイズ
ｂ．横型ＬＥＤデバイスに対して、７５％（アノード面積および作用面積）、および２５％（カソード）の面積分割
ｃ．ターゲットＪLED＝０．０１Ａ／ｃｍ2
ｄ．サファイア支持基板の厚さ１ｍｍ（εr≒１０）
ｅ．２５μ秒のフェーズＩ電圧ランプ時間
ｆ．フィールドプレート誘電体：２μｍの窒化ケイ素（εr＝７．５）
ｇ．Ｃt-a＝Ｃt-b＝Ｃt-c＝３１ｆＦ
ｈ．Ｃb-a＝Ｃb-c＝１０．３ｆＦ
ｉ．Ｃbot＝０．１１ｆＦ
ｊ．注入電流＝９３．７ｎＡ
ｋ．Ｅopt＝７５ｎＪ／ｃｍ2
ｌ．放出される光子／ＬＥＤデバイス≒１．５×１０6光子
ｍ．ＬＥＤデバイスごとに検出される光電子（量子効率６５％、レンズ口径９０ｍｍ、作動距離１７５ｍｍ）≒Ｃ2Ｉ測定サイクルあたり１６，０００個の光電子
【００７１】
変形例Ａ  例１：
ａ．Ｖ1＝＋７５Ｖ
ｂ．Ｖ2＝−２８．２ｋＶ
【００７２】
変形例Ａ  例２（上部フィールドプレート設置状態）：
ａ．Ｖ1＝０Ｖ
ｂ．Ｖ2＝−２８．２７５ｋＶ
【００７３】
変形例Ｂ  例１：
ａ．Ｖ1＝＋７５Ｖ
ｂ．Ｖ2＝−２１．３ｋＶ
【００７４】
変形例Ｂ  例２（上部フィールドプレート設置状態）：
ａ．Ｖ1＝０Ｖ
ｂ．Ｖ2＝−２１．３７５ｋＶ
【００７５】
変形例Ｃ  例１：
ａ．Ｖ1＝＋７５Ｖ
ｂ．Ｖ3＝−７５Ｖ，Ｖ2＝−１４．１ｋＶ
【００７６】
変形例Ｃ  例２：
ａ．Ｖ1＝＋７５Ｖ
ｂ．Ｖ3＝−２２６Ｖ，Ｖ2＝０Ｖ
【００７７】
図１８の変形例Ａの例２が使用される場合、ある程度のコモンモード充電が起こり、より高い下部電極電圧Ｖ2が必要とされる場合があるが、この実施形態は、大部分の横型ＬＥＤ構造用にとって、接地された、パターン形成されていないフィールドプレートがあるだけでよいので、特に有用であり得る。
【００７８】
更なる別の実施形態では、上部フィールドプレートは、より厚い誘電体を有し、より高い電圧Ｖ1を必要とすることができる。これは、上部デバイス構造のトポロジー効果を軽減するという長所を有し、非接触テストを容易にし、ひっかき傷などのわずかな誘電体欠陥からの上部フィールドプレートの堅牢性を改善させることができる。例えば、図１８の変形例Ａにとっては、２００μｍの石英フィールドプレート誘電体（前の例の要素（ｆ））、および１０μｍのエアギャップは、次の電圧を必要とする。
ａ．Ｖ1＝＋１７．４ｋＶ
ｂ．Ｖ2＝−２８．５ｋＶ
これらの電圧は、デバイスへの正味電荷の移動を避けるために選ばれ、基本的にＬＥＤデバイス構造を接地電位に接近させたままにする。電界強度が十分に高い場合は、エアギャップが絶縁破壊しイオン化されることになることを認識することが重要である。標準の圧力および温度にある空気に関するパッシェンの法則によると、１０μｍのエアギャップは約３５０Ｖで絶縁破壊することになるが、一方、上記の例は、エアギャップにわたって２．８ｋＶ超を維持できると想定している。代わりに、この例では、約＋２．２ｋＶを超えるＶ1電圧の場合、エアギャップがイオン化され、エアギャップにわたる電圧降下は低下することになる。したがって、必要なＶ1は、イオン化されたエアギャップにおいて電圧降下がないと想定すると、＋１４．５ｋＶにより近くなる。もちろん、所望の電流注入条件を実現するために、他の電圧波形および値が可能である。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００７９】
図１８の変形例ＢおよびＣのようなパターン形成されたフィールドプレート電極パターンを使用する場合、全ての横型デバイス構造に対して特定の電極パターンが必要であり、上部フィールドプレートの誘電体厚さは、過度の電界クロスカップリングを避けるために、デバイスピッチ以下であるか、またはデバイスピッチと同じでなければならない。その上、結合効率を最大化し、寄生容量を最小化するために（例えば、電極１８０７とｎ層カソード接触領域の間）、フィールドプレート１８０２と支持基板との間のパターン形成された上部フィールドプレートの正確な位置合わせが重要である。電極とＬＥＤ構造との間における、デバイスサイズの±５％以内の位置合わせは、効率的な結合および再現性のあるＣ2Ｉ測定を可能にするのに十分であると考えられている。図１８の変形例Ｃなどの複数の電極構造については、テスト中にデバイスを損傷することを避けるためにも位置合わせは重要である。例えば、フィールドプレートをデバイス構造に誤って位置合わせすることで、電流注入が無効になり、または実質的に逆バイアス電圧を注入することによりＬＥＤデバイスを損傷させる可能性がある。
【００８０】
更なる別の例では、上部フィールドプレート誘電体を１０μｍのＤＩ水層で構成し、および下部電極を２μｍの二酸化ケイ素の埋め込み電極構造にすることで、ＬＥＤデバイスを同等にバイアスできる。この下部構造は、図１５Ａの要素１５０４および１５０５に同様である。この例では、同等のＬＥＤバイアスを生成するために必要な電圧ランプレベルは次の通りである。
ａ．Ｖ1＝＋３５Ｖ
ｂ．Ｖ2＝−１４５Ｖ
【００８１】
前述の例では、７５％のＭＥＳＡ構造の横型デバイスが使用された。図１７の変形例Ａに示すような縦型ＬＥＤ構造を使用する場合、実効発光面積は約１００％であるが、電流を閉じ込めるために、または周囲に依存するリークの影響を管理するために、デバイスの一部を修正することにより、この実効面積が１００％未満に低下する場合がある。１００％のアノード作用面積の縦型構造を想定すると、方程式およびバイアス条件は、Ｃtop-a＝Ｃtop＝Ｃbot、およびＣbot-b＝０、と設定することで計算できる。
【００８２】
前述の式では、光の生成は、注入された電流に対して瞬時にかつ同時に発生すると想定されている。実際のＬＥＤデバイスには有限の接合容量が存在し、それにより、発光が発生し始める前に、デバイスを最初の状態から順方向電圧状態ＶFにバイアスするための電荷が必要である。この接合容量はＬＥＤ電位の関数であるが、大部分のＧａＮベースのＭＱＷ構造では、接合容量Ｃ’jctは、６０〜２００ｎＦ／ｃｍ2のオーダーである。１００ｎＦ／ｃｍ2の一定の接合容量、ゼロボルトの初期状態、および２．５Ｖの最小順方向電圧ＶFを想定すると、光出力が開始するまでに、２５０ｎＣ／ｃｍ2の実効電荷Ｑ’jctがＬＥＤ構造に供給されなければならない。これにより、Ｃ2Ｉ法の電荷注入の下限を制限し得る電荷オフセットが導入される。式８は、この充電効果（単位面積あたり）を考慮して次のように修正できる：
Ｅ’opt＝ηEXT×（Ｃ’EFF×ΔＶ−Ｃ’inj×Ｖ’）×ＶF        （１０）
式中、Ｖ’は、発光閾値までＬＥＤを充電するのに必要な実効電圧値である。ＬＥＤが０Ｖまで完全に放電された場合に、ＬＥＤがＶFまで完全にプリチャージされた場合は、この値はゼロであり得る。電荷注入イベントが発生する前に、何らかの方法でＬＥＤがＶFにプリチャージされない限り、発光が発生し始める前に、ＬＥＤをＶFに近いレベルまで充電させる必要性は、次のような最小ΔＶ条件を課す。
ΔＶmin＝（Ｃ’inj×ＶF）／Ｃ’EFF        （１１）
バイアスがゼロの初期状態を想定すると、ΔＶmin未満の電圧変化に対しては、殆どまたは全く発光しない。
【００８３】
本発明は、外部光源を使用してＶF程度の開回路電圧を光電誘起することにより、ΔＶminを低下させるか、またはなくすことができる方法で、ＬＥＤデバイスを事前充電する能力を含む。特定の特性を満たす外部光源が、電荷注入イベントの直前にキャリアを励起してＬＥＤデバイスを充電できる。その特性は、
１．バンドギャップ全体でキャリアを効率的に励起するための、ＬＥＤデバイスの発光波長よりも短い、またはそれとほぼ同じ波長を有する光
２．許容時間間隔内での充電を可能にし、かつ再結合プロセスに打ち勝つ十分な強度の光
この効果は、フォトダイオード方程式をＬＥＤデバイス用に次のように記述することでモデル化できる。
ＩLED＝Ｉ0×（ｅqV/kT−１）−Ｉph        （１２）
式中、
ＩLED＝ＬＥＤデバイスを流れる電流（アンペア）
Ｉo＝暗飽和電流（アンペア）
Ｖ＝ＬＥＤ電圧（ボルト）
ｋＴ／ｑ＝熱電圧（室温で約２５ｍＶ）
Ｉph＝光電誘起電流（アンペア）
【００８４】
光により誘起される光電流Ｉphは、外部光源が生成できる量である。このレベルは、Ａ／Ｖ単位での応答性（特定の光源波長における）に、ワット単位でのＬＥＤ  ＭＱＷ活性層に入射する入射光強度を掛けたものにほぼ等しい。開回路（ＩLED＝０）状態下のＬＥＤ電圧は、式１２を書き直してＶLEDについて解くことで導出できる。
ＶLED（開回路）＝ｋＴ／ｑ×ｌｎ（Ｉph／Ｉo）        （１３）
【００８５】
Ｉphが十分に大きい場合、ＶLEDがＶFに近付く可能性があり、したがってΔＶminは比較的小さな値に低下する可能性がある。この効果を証明するために、１ｍｍ2の発光面積、４５５ｎｍの発光波長、および約１．３ｎＦの接合容量（Ｖ＝０にて測定）を有する、ＧａＮベースのＬＥＤ（アメリカ合衆国ニュージャージー州ニュートンにあるＴｈｏｒｌａｂｓ、Ｉｎｃ．製のＭｏｄｅｌ  ４５５Ｄ２  ＰＣＢ搭載ＬＥＤ）をテストＬＥＤとして使用した。現在、フォトダイオードとして動作および測定されているＬＥＤは、４５５ｎｍの発光波長を有する、同様のＧａＮベースのＬＥＤ（両方とも、アメリカ合衆国ニュージャージー州ニュートンにあるＴｈｏｒｌａｂｓ，Ｉｎｃ．製の、Ｍｏｄｅｌ  ＬＥＤＤ１Ｂ  ＬＥＤ  ｄｒｉｖｅｒで駆動された、Ｍｏｄｅｌ  ４５５Ｌ３に取り付けられたＬＥＤ）を使用して照らされた。ソースＬＥＤを１０００ｍＡの順方向電流で駆動した。２００ｍｍの距離での放射照度を、約３０μＷ／ｍｍ2で指定した。測定されたＩph（短絡電流条件）は約５μＡ、開回路電圧ＶLEDは約２．２Ｖであった。これは、予想された光電流の約３０μＷ／ｍｍ2×１ｍｍ2×０．１５Ａ／Ｗ＝４．５μＡに近く、ここで、０．１５Ａ／Ｗは、同様のデバイスとタイプに基づいて、このデバイスに対して想定された応答速度である。これにより、ΔＶminを減らすかまたは無くすために、電荷注入フェーズ（フェーズＩ）の前に、外部光源を使用して、ＬＥＤをＶFに近いレベルにプリチャージすることの可能性が確認された。
【００８６】
特定の実施形態では、外部光源は、テスト中のＬＥＤをプリチャージするために起動され使用されるが、フェーズＩ中のカメラ積分フェーズの開始直前に消灯される。これは、このプリチャージフェーズでの光源からの光が、ＬＥＤ発光測定を実質的に干渉する場合に望ましい。例えば、同じく４５５ｎｍで発光するＬＥＤデバイスをプリチャージするための４５５ｎｍの外部光源は測定値に付加されることになり、測定精度を低下させ、場合によってはカメラセンサーを飽和させる。この実施形態では、外部光源の遮断からフェーズＩの電圧ランプ開始までの遅延により、ＬＥＤダイオードのリーク電流、および低ＬＥＤ発光などのその他の損失メカニズムを通じて、プリチャージ状態の電圧が下がる可能性がある。使用された外部光源の遮断時間、およびカメラ積分から電気的ランプへの時間遅延は、遅延時間に下限を課す一方で、プリチャージＬＥＤ電圧状態の緩和を最小限に維持することは、遅延に上限を課す。上記の例では、４５５ｎｍのＬＥＤ光源を消灯させるのに約５００μ秒が必要である一方で、数ミリ秒の遅延後に過度のプリチャージ緩和が発生した。
【００８７】
図１９は、外部光源で照らされた後の、電圧ランプで駆動されたテストＬＥＤの測定された応答を示す。テストＬＥＤは４５５Ｄ２  ＰＣＢに取り付けられたＬＥＤであり、絶縁破壊せずに電圧波形に耐えることができる１００ｐＦのコンデンサにわたって、３μ秒の持続時間の電圧ランプによって駆動された。光学測定システムは、０．９Ｘ集光レンズ（アメリカ合衆国ニュージャージー州バーリントンにあるＥｄｍｕｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓ製の＃６２−９０１  ＴＥＣＨＳＰＥＣ（商標）ラージフォーマット対応テレセントリックレンズ）を有する、カメラ（カナダブリティッシュコロンビア州リッチモンドにあるＰｏｉｎｔＧｒｅｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｃ．製のＧＳ３−Ｕ３−２３Ｓ６Ｍ−Ｃ）で構成されている。カメラは、ゲイン＝０ｄＢ、５００μ秒の積分ウィンドウ、および外部トリガーで設定された。カメラ積分ウィンドウを調整して、カメラ応答に対する外部ソースの残留効果を最小限に抑えた。積分ウィンドウの開始時間を、外部光源の消灯から２００μ秒の遅延で設定し、パルスランプの開始時間を、積分ウィンドウ内で３００μ秒となるように設定した。外部光源は、両方ともアメリカ合衆国ニュージャージー州ニュートンのＴｈｏｒｌａｂｓ，Ｉｎｃ．製の、ＬＥＤＤ１Ｂ  ＬＥＤドライバにより駆動される４５５Ｌ３搭載ＬＥＤである。外部光源を、テストＬＥＤから約２００ｍｍに配置し、１０００ｍＡの電流で駆動した。テストＬＥＤを照射する外部光源の予想される光束は約３０μＷである。外部光源のプリチャージを使用した場合と使用しない場合の応答は、式１０の蓄積電荷オフセットの明らかな改善を示す。外部光源から注入までの遅延を減少させることにより、発光オフセットが改善されることが示され、外部光源の消灯とＬＥＤ電流注入との間で、ＬＥＤ電圧の緩和が生じていることが確認される。図１９は、外部光源から注入までの遅延が５００μ秒の場合の、プリチャージ効果の結果を示すグラフ１９００である。水平軸はボルト単位の電圧値Ｖ1であり、一方、垂直軸はテストＬＥＤ内の画像領域を受信したカメラ画素が測定したＡＤＵ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｕｎｉｔｓ）計数である。曲線１９００は、外部光源による光電流の注入がない場合に測定された応答である。応答は式１０に従い、電圧注入レベルに対して線形であり、約８０Ｖの電圧オフセット１９０２を有する。これは、ほぼ、８０Ｖ×１００ｐＦ＝８ｎＣのＱjctに対応する。面積１ｍｍ2の特定のデバイスに対して式１０を参照すると、このクロスオーバーはＣEFF×ΔＶ＝Ｃinj×Ｖ’＝８ｎＣで発生することになる。これらの、より低い注入条件において、約２．５ＶのＶ’＝ＶFを想定すると、Ｃinjは約３．２ｎＦ、またはＣ’injは約３２０ｎＦ／ｃｍ2である。予測よりも大きいこの静電容量は、使用される特定のテストＬＥＤデバイスの、接合静電容量がより大きいプロセスと、インターコネクトおよび配線の静電容量とによって説明され得る。
【００８８】
外部光源を有効にした場合は、曲線１９０３は電荷オフセットの明らかな減少を示す。外部光源とＬＥＤ電流注入との間のタイミング遅延を更に削減することにより、応答をゼロオフセット曲線１９０４に近付けることができる。
【００８９】
更なる最適化は、高出力ＬＥＤ光源をより高速な消灯特性に置換すること、より高速な光源ドライバ回路、およびカメラの積分開始から電気注入開始までの遅延を減らすことが含み得る。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００９０】
注入された光電流を利用してフェーズ３の放電時間を安全に短縮させることにより、外部光源は測定システム全体のスループットを大幅に改善できる。図１１のテストＬＥＤ構成を使用した最初の例として、安全な逆バイアスリーク電流を１０μＡ／ｃｍ2または１０ｐＡと想定すると、最小安全放電時間Δｔは約６０ｍ秒より大きいと推定された。例として、３０μＷ／ｍｍ2の照明、および０．１５Ａ／Ｗの応答速度を使用すると、実効リーク電流は３ｎＷ×０．１５Ａ／Ｗ＝４５０ｐＡ増加することになる。フェーズ３の最小放電時間は１．３ｍ秒に短縮されることになる。これにより、キャプチャフレームレートが改善して、毎秒のフレーム数（ＦＰＳ：ｆｒａｍｅｓ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄ）が５００を超える。図１９のテストＬＥＤ構成を使用して、逆方向リーク電流は約２０ｎＡまたは２μＡ／ｃｍ2と測定された。１００ｐＦの結合容量、および６００Ｖの注入レベルの場合、フェーズ３のダークの最小放電時間は約３秒または０．３３ＦＰＳになるであろう。約５μＡの光電流を注入する外部照明を使用して、このとき、フェーズ３の放電時間は約１２ｍ秒まで減少し、８０ＦＰＳを超えるスループット測定速度が支持される。フェーズ３期間中に外部光源の光束を増加させることにより、より高いスループットが可能である。したがって、大量製造の要件は、この外部光誘起光電流注入法を使用して満たすことができる。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００９１】
更なる別の実施形態では、外部光源は、テスト中のＬＥＤ内に光電流を誘起できる波長で発光するが、ＬＥＤ放出波長範囲とは十分に異なる波長で発光するように選択されて、外部光源からの放出が測定カメラによって実質的に検出されることをブロックする光フィルタリングが可能となる。より短い波長の光源は、テストＬＥＤ内の光キャリアをより効率的に誘起することにより、応答性を改善する傾向がある。
【００９２】
一例として、３６５ｎｍの外部光源（例えば、アメリカ合衆国ニュージャージー州ニュートンにあるＴｈｏｒｌａｂｓ，Ｉｎｃ．製のＭ３６５ＬＰ１−Ｃ１）を使用して、より長い波長で発光するＬＥＤデバイスを励起できる。例えば、カラーＬＥＤデバイス（約６２０ｎｍの赤色、約５２０ｎｍの緑色、約４６０ｎｍの青色）は、ＵＶ−ＩＲブロッキングフィルタおよびカラーフィルタなどのフィルタを使用して、外部光源から効果的にフィルタリングできる。例えば、緑色ＬＥＤデバイステストの場合、モデル＃６２９０１  ０．９Ｘラージフォーマット対応テレセントリックレンズなどの互換性のあるカメラレンズに取り付けられたＵＶ−ＩＲブロッキングフィルタ（ｍｏｄｅｌ＃８９−８０２）および緑色フィルタ（ｍｏｄｅｌ＃８９−７９２）が使用され、これら全てはアメリカ合衆国ニュージャージー州バーリントンのＥｄｍｕｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓから入手可能である。図２０Ａおよび２０Ｂは、これらフィルタの光透過曲線を示す。図２０Ａは、３６５ｎｍの外部光源２００１、および約５２０ｎｍを中心とするＬＥＤデバイスの発光ライン２００２と共に、ＵＶ−ＩＲブロッキングフィルタ２０００の透過曲線を示す。図２０Ｂは、３６５ｎｍの外部光源２００４、および約５２０ｎｍを中心とするＬＥＤデバイスの発光ライン２００５と共に、緑色帯域フィルタ２００３の透過曲線を示す。ＵＶ−ＩＲブロッキングフィルタと緑色帯域フィルタはそれぞれ、３６５ｎｍの光に対して約４．５の光学密度を追加し、一方でＬＥＤデバイス発光の大部分を通過させる。コントラストおよび測定性能を最適化するために、これらフィルタおよび他のフィルタを単独でまたはスタック構成で使用できる。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００９３】
特定の画像処理方法を利用して、テスト中の各ＬＥＤデバイスに対応する測定データの精度を改善させることができる。センサーに画像化された各ＬＥＤデバイスは、カメラセンサーアレイ内の特定の領域に画像化される。画像処理方法の１つは、ターゲット画像からの空間情報を用いて、測定されたカメラ出力データ画像内の各ＬＥＤデバイスの物理的な重心（ｘ，ｙ）位置を生成する。支持基板上のＬＥＤデバイスの重心位置とカメラセンサー上の対応する重心位置との、この対応を生成することができ、場合によっては、カメラ倍率、光学歪み補正、ＬＥＤデバイスマトリックスを検知して位置を特定するための画像キャプチャ等を使用して補正できる。したがって、結果として得られる重心マトリックスは、各ＬＥＤデバイスのセンサー画像内の（ｘ、ｙ）位置のセットになる。例えば、前の例を参照すると、１９２０×１２００個のデジタルセンサーマトリックス上に画像化された９６０×６００個のＬＥＤデバイスセットは、次の重心マトリックスを有することになる。
ＬＥＤの重心（ｉ，ｊ）＝カメラデータの場所（ｘ．ｙ）
ここで、ｉ，ｊは測定された各ＬＥＤに対する整数（ｉ＝１〜９６０、ｊ＝１〜６００）であり、一方、カメラ位置（ｘ，ｙ）はセンサー画素領域内の浮動小数点数（０＜ｘ＜１９２０，０＜ｙ＜１２００）である。いったんこの重心マトリックスが生成されると、重み関数を使用する画像処理方法が、デジタル化された画像を取得し、物理的なＬＥＤ重心位置に最も近い画像データに、より大きな重みを付与する重み関数を使用して、抽出されるデータ値のセットを生成できる。画像処理システムは、この畳み込み関数を、並行して、かつ通常はフレームレートの速度で実現できる。したがって、ＬＥＤデータ値は、好ましい実施形態では、デジタル化されたカメラデータに適用された重心重み関数を使用して計算されたデータ値の出力ＬＥＤデバイス（ｉ，ｊ）マトリックスを備える。
【００９４】
上記は、出力ＬＥＤデバイス（ｉ，ｊ）データポイントを生成するためのＣ2Ｉデータ画像キャプチャの主要な手順について記載しているが、オフセットおよびスケーリング／正規化操作も適用できる。例えば、電圧波形なしでキャプチャされた「ダーク」画像は、現在の画像取得パラメータで各カメラ画素のダーク信号を測定することになる。これらのダーク画像は、オフセットおよびドリフトキャンセルの形態として、各Ｃ2Ｉデータキャプチャと共に取得できる。上記の重心加重関数を使用してデータとリファレンスの両方を処理した後に、リファレンスを画像データから差し引いて、オフセット補正されたＬＥＤデバイス（ｉ，ｊ）データマトリックスを生成できる。スケーリングおよび正規化操作もまた可能である。
【００９５】
デジタル化されたカメラ出力（フェーズＩの間に、ＬＥＤデバイスから放出され、カメラセンサー上で画像化された総積分光に比例する）に適用される追加の画像処理方法を利用して、ＬＥＤデバイスの機能を示す結果を生成することができる。この機能データは、測定から取得された１つ以上の値を含むマトリックスの形式になる。場所（ｉ，ｊ）にある各ＬＥＤには、ｎ個のデータポイントのセットＤａｔａn（ｉ，ｊ）＝Ｖａｌｕｅn（ｎは１以上の整数）が存在することになる。例えば、テスト中の各ＬＥＤの複数の独立したＤａｔａn（ｉ，ｊ）値は、ｎ個の測定シーケンスを使用して測定し、異なるフェーズＩ電圧ランプ値で取得した異なる電流密度値での光出力の値である。各Ｄａｔａn（ｉ，ｊ）測定データ値は同様に、複数の測定値の平均となり、信号対雑音比が改善し得る。信号の平均値算出は周知の方法であり、確率論的ノイズを示す信号の標準偏差はｓｑｒｔ（ｍ）よって減少し、ここでｍは平均化される測定ポイント数である。例えば、データポイントの確率論的ノイズの標準偏差がｚである場合、１００個のデータポイントの平均を使用して平均化されたデータポイントの標準偏差はｚ／ｓｑｒｔ（１００）となり、すなわち１０分の１に小さくなる。
【００９６】
いったんＬＥＤデバイス（ｉ，ｊ）のデータ値が収集されると、閾値またはテスト基準のセットを適用して、おそらく、測定されている各ＬＥＤに対して、０または１のＤａｔａn（ｉ，ｊ）値（０＝不良デバイス、１＝正常デバイス）を追加して、機能の決定を生成できる。例えば、所望の最小閾値がデータに適用される場合、発光しないまたは弱く発光するデバイスは不良デバイスとしてラベル付けされる得る。もちろん、複数の閾値、およびデータ値のセットに適用される他の基準または合否基準が、機能テスト、修復戦略、およびプロセス歩留まり分析（原因および補正）においても役立ち得る。単なる例として、ＬＥＤデバイスのＤａｔａn（ｉ，ｊ）データに複数の閾値を適用して、各ＬＥＤデバイスに対してビン番号ラベルを生成させて、ＬＥＤを機能性で合致させ、同様の特性を持つデバイスを基準または基準セットに従ってリリースする戦略を推進できる。ランダムアクセスレーザーリフトオフ、または他の個々のＬＥＤデバイスのリリース方法により、各（ｉ，ｊ）ＬＥＤデバイスに対するビンラベルマトリックス値に基づいて、同様のビン番号を有するＬＥＤデバイスを集約できる。これは、過度に異なる機能特性を有するＬＥＤデバイスを使用することによって生じる表示の不均一性を限定するのに役立つ。複数の閾値を利用して、歩留まりおよびプロセス制御に役立つ統計値を生成することもできる。例えば、ビンデータに適用される標準偏差および他の統計分析は、歩留まりおよびプロセス安定性の指標となり得る。これら取得された量の突然の変化は、プロセスの逸脱を示す可能性がある。図２１は、いくつかのＬＥＤデバイスのヒストグラムプロット２１００を示し、垂直軸におけるＤａｔａn値（チャネルまたはビンと呼ばれる）が、水平軸におけるＤａｔａnの関数として狭い範囲に収まっている。ＬＥＤデバイスの大部分は機能的に許容可能な範囲２１０１内に収まっているが、閾値２１０２を下回る、または閾値２１０３を超えるＬＥＤデバイスは不合格と見なされる。ＬＥＤデバイスのビニング機能の幅２１０４は、歩留まり、およびプロセス制御に役立ち得る。同様のビン２１０５に収まるＬＥＤデバイスを後で集約し、同様の機能テスト結果に対して使用して、ディスプレイの均一性を改善させることができる。
【００９７】
本発明による機能テスト装置が所望の領域よりも小さい領域を画像化し、ステップアンドリピート機能を必要とする場合、測定される新しいＬＥＤデバイス領域ごとに重心マトリックスを再計算する必要があり得る。しかし、ステップシステムが、測定されるＬＥＤデバイスの次のセットを位置合わせするのに十分に正確な場合は、重心マトリックスを再利用できる。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【００９８】
一般に、フィールドプレートにより、フィールドプレートに対して固定された、または移動された１つ以上のカメラによって、ＬＥＤデバイスを含む基板の機能テストの実施が可能になる。テスト機器のコスト、複雑さ、ターゲットＬＥＤデバイスのサイズ、およびテストスループット能力が、特定の構成を選択する前に評価する必要がある基準の一部である。所望の仕様に対する測定機能を確保するために、他の設計上の制限および基準にも対処する必要がある。そのような設計基準の１つは、テストされる各ＬＥＤデバイスのフェーズＩでの電圧波形が、接触抵抗および寄生容量によって大きく歪まないことを確保することである。例えば、より高い電流密度での動作を測定するために望まれる、フェーズＩでの高速電圧ランプは、大幅な波形歪みと、フィールドプレートの中央に位置するＬＥＤデバイスに対するＲＣローパスフィルタリングによって引き起こされる電圧降下とを引き起こし得る。これは、フィールドプレート電極または共通コンタクトの抵抗が高すぎる場合に生じ得る。これらの影響の緩和は、テスト前に、実効的な接触シート抵抗率を下げるか、または抵抗率の低い層を付着させることにより行うことができる。最後に、大きなフィールドプレートでは、測定繰り返しレートにてフィールドプレートの静電容量ＣFPを充電および放電するための電力が必要となり、コンタクト層内で抵抗性の加熱が発生する場合がある。例えば、３μｍの二酸化ケイ素誘電体層を使用した６インチ基板のフィールドプレートは、約２００ｎＦの総静電容量ＣFPを有することになる。１６Ｈｚのキャプチャレートと５００Ｖのランプを想定すると、電力１／２×ＣＶ2ｆは約０．５Ｗとなる。この提案された動作点では、フル６インチのフィールドプレート構成であっても、発生するテスト電力レベルは小さく管理可能である。
【００９９】
更に他の実施形態では、ＬＥＤデバイスを励起させる方法として、外部光源を単独でまたはＣ2Ｉ注入と組み合わせて使用して、カメラ時間積分ウィンドウのタイミングおよび幅によって制御される特定の時間間隔の発光レベルを測定することができる。例えば、カメラによる検出が前述のスペクトルフィルタリング手段によってブロックされた外部光源による照射を使用して、ＬＥＤリーク、応答性、および放射率を、コントラストおよび信号対雑音比の改善を伴って測定できる。例えば、ＬＥＤアレイのリークマップは、外部光源の消灯時間の前から外部光源の消灯時間より後のポイント（例えば、０〜１ｍｓｅｃ）まで、カメラ積分ウィンドウをスキャンすることによりキャプチャできる。外部光束が十分に大きい場合、テスト中の各ＬＥＤによる残留発光および減衰特性を、この遅延の関数として測定できる。欠陥のあるＬＥＤは通常、ＬＥＤ発光を減少させる顕著な非放射性リークおよび他のメカニズムを呈する。結果のマップを使用して、測定された全てのＬＥＤの欠陥ファイルを生成し、外部光源によって照射された後に発光能力が低いＬＥＤを特定できる。Ｃ2Ｉ方法を外部光源の励起に追加して、ＬＥＤを機能テストして機能性を判断する能力を更に高める注入レベルを追加できる。
【０１００】
オフセットキャンセル（例えば、「ダーク画像」減算）の信号処理の使用と、外部光源の使用とを組み合わせて、様々なテストモードを開発できる。処理されたデータが第１の測定値「Ａ」から第２の測定値「Ｂ」の減算である場合、データアレイ内の各画像処理データポイントは（Ａ−Ｂ）であり、オフセット補正されたデータアレイまたは画像が形成される。Ａが電圧波形を有する機能画像であり、一方、Ｂが電圧波形のない画像である場合、（Ａ−Ｂ）機能画像は「ダーク画像」オフセット補正される。この例では、電流注入用の「ＥＬ」すなわちエレクトロルミネセント入力は差動モード（ＤＭ）にあると称される。電圧波形がＡ画像内とＢ画像内の両方に存在する場合、ＥＬ入力は「コモンモード」すなわちＣＭにあると称される。ＣＭモードでは、データは本質的に減算され、（Ａ−Ｂ）フレームは空の画像になる。同様に、外部光源がＡ画像内には存在するが、Ｂ画像には存在しない場合、「ＰＬ」すなわちフォトルミネッセント光バイアスは、差動モードすなわちＤＭモードになる。最後に、外部光源入力がＡ画像内とＢ画像内の両方に存在する場合、ＰＬ入力はコモンモードすなわちＣＭモードにあると称される。これをリファレンスとして用いて、ＥＬおよびＰＬの動作モードを次のように説明できる。
１．ＥＬ＝ＤＭ、ＰＬ＝ライトなし：外部光源なしのＥＬ機能テスト
２．ＥＬ＝ＤＭ、ＰＬ＝ＣＭ：コモンモード外部光バイアスを用いるＥＬ機能テスト
３．ＥＬ＝電圧入力なし、ＰＬ＝ＤＭ：ＰＬテスト
４．ＥＬ＝ＤＭ、ＰＬ＝ＤＭ：差動モード外部光バイアスを用いるＥＬ機能テスト
他の可能なモードは限定された用途のものである。例えば、ＥＬ＝ＣＭ、ＰＬ＝ＣＭは結果が空になる。
【０１０１】
ＰＬテスト（上記３）、および光バイアス有りまたは無し（上記１、２、または４）のＥＬ機能テストの測定モードを迅速に連続測定し、ＬＥＤデバイスに関する有用な情報を得ることができる。図１９におけるように、外部光を使用してデバイスをバイアスする場合、対応するＥＬ機能テストはモード２（ＥＬ＝ＤＭ、ＰＬ＝ＣＭ）となり、一方、ＰＬテストはモード３（ＥＬ＝電圧入力なし、ＰＬ＝ＤＭ）となる。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。
【０１０２】
上記は特定の実施形態の完全な説明であるが、様々な修正形態、代替構成、および等価物が使用されてもよい。上記は選択されたステップのシーケンスを使用して記載されたが、記載されたステップの任意の要素および他の要素の任意の組み合わせを使用してもよい。加えて、実施形態に応じて、特定のステップを組み合わせ、および／または削除してもよい。更には、記載および例は平坦面上のＧａＮ  ＬＥＤデバイスに関するが、光子放出デバイスを含む任意の平面または曲面を、Ｃ2Ｉ法を使用して機能テストできる。例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、シリコンフォトニクスデバイス、および他の面発光デバイスを、本発明を使用してテストできる。加えて、別の例では、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料および関連するデバイスも使用できる。もちろん、他の変形形態、修正形態、および代替形態が存在し得る。したがって、上記の説明および図面は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ−１２Ｄ】
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【図１３Ａ−１３Ｄ】
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【図１４Ａ−１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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