(57)【要約】  実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造体を含む製品の作製に有用な機能検査方法に関する。特に、ＬＥＤアレイは、フィールド・プレートを使用する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って、機能的に検査され、フィールド・プレートは、ＬＥＤアレイに極めて近接して置いた電極及び絶縁体から構成される。次に、制御された電圧波形は、フィールド・プレート電極に印加され、ＬＥＤデバイスを並行して高い処理量で励起する。カメラは、電気励起から得られた個々の発光を記録し、複数のＬＥＤデバイスの機能検査をもたらす。電圧条件の変化により、異なる電流密度レベルでＬＥＤを励起し、外部量子効率及び他の重要なデバイス機能パラメータを機能的に測定することができる。【選択図】図５Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板の上に配設した発光デバイス構造体からの発光を観察する装置であって、前記支持基板は、表面からアクセス可能な第１の接点層、及び前記発光デバイス構造体の下にある第２の接点層を有し、前記装置は、
フィールド・プレート・デバイス、及び電圧を生成する電圧源並びに
検出器デバイス
を備え、前記フィールド・プレート・デバイスは、第１の面、及び前記第１の面に対向し、導電層を備える第２の面、並びに重なる誘電体層を有し、前記誘電体層は、前記発光デバイス構造体の前記第１の接点層の少なくとも一部分に極めて近接して配置し、前記電圧源は、第１の端子及び第２の端子を有し、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結合し、前記第２の端子は、接地電位に結合し、前記電圧源は、経時変化する電圧波形を生成し、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体との間に電圧電位を生成し、前記発光デバイス構造体に電流を注入し、前記発光デバイス構造体に、ある電磁放射パターンで放出させることができ、
前記検出器デバイスは、前記発光デバイス構造体から得た前記電磁放射パターンの画像を形成するため、前記発光デバイス構造体に結合する、装置。
【請求項２】
前記検出器デバイスは、前記支持基板の前記発光デバイス構造体上の位置に応じて、前記電磁放射パターンの観察可能なマップを生成するため、電磁放射を撮像することを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記検出器デバイスは、カメラを備え、電気接点又は静電容量結合を使用して前記発光デバイス構造体の前記第２の接点層に結合する電気アクセスを更に備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記経時変化する電圧波形は、測定段階の間、選択した電流密度で前記発光デバイス構造体に順方向バイアスをかける、第１の電圧電位から第２の電圧電位までの電圧傾斜である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記カメラは、前記発光デバイス構造体にわたり生成した全電磁放射の空間マップを生成するため、前記経時変化する電圧波形にわたる電磁放射を統合する、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記全電磁放射の空間マップは、以下の機能：信号平均化、閾値処理、ビン化のうち１つ又は複数を実施し、前記発光デバイス構造体の空間に依存する機能検査結果を展開するため、画像処理デバイスを使用して処理する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記発光デバイス構造体の前記第１の接点層は、複数の個々に対処可能な発光デバイスを実現する材料除去方法を使用して分離する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記発光デバイス構造体の前記第１の接点層及び前記第２の接点層は、複数の個々に対処可能な発光デバイスを実現する材料除去方法を使用して分離する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記測定段階の後の前記経時変化する電圧波形は、リセット段階と呼ぶ期間にわたり前記第２の電圧電位から前記第１の電圧電位に戻り、前記リセット段階は、前記発光デバイス構造体の逆方向バイアス漏れ電流密度を使用し、損害を与える可能性がある過度の逆方向バイアス電圧を回避するように選択する、請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
前記カメラは、複数のカメラの１つであり、前記カメラのそれぞれは、前記発光デバイス構造体の個別領域を撮像するように配置する、請求項３に記載の装置。
【請求項１１】
前記カメラ及びより小型のフィールド・プレートは、組立体であり、前記組立体は、より小さい検査領域を撮像し、より完全な検査範囲のためステップ・アンド・リピート式に機械的に割り送ることができる、請求項３に記載の装置。
【請求項１２】
前記フィールド・プレートは、前記支持基板とほぼ同じ面積寸法であり、前記フィールド・プレートのステップ・アンド・リピート式割り送りを伴わずに前記支持基板の実質的に完全な機能検査を可能にするように、前記支持基板の上に置かれる、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記フィールド・プレートは、封止体を使用して、前記フィールド・プレートの周辺付近に前記支持基板に極めて近接して置き、真空ポートを使用して間隙から空気を排気する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記フィールド・プレートと前記支持基板との間の極めて近接する部分は、実際の接点である、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記フィールド・プレートと前記支持基板の間の極めて近接する部分に関し、気体、真空、液体又は固体のわずかな間隙が選択され、前記わずかな間隙は、前記発光デバイス構造体から形成するＬＥＤデバイスの側方距離ほど大きくはない、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記フィールド・プレートと前記支持基板との間の極めて近接する部分に関し、気体、真空、液体又は固体のわずかな間隙が選択され、前記わずかな間隙は、前記発光デバイス構造体から形成するＬＥＤデバイスの側方距離の１０分の１未満の大きさである、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記わずかな間隙内の真空、気体、液体又は固体は、所望の変位電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起するのに十分な誘電特性を呈する、請求項１５又は１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記フィールド・プレート誘電体は、存在せず、十分な誘電体特性を呈する前記わずかな間隙内の真空、気体、液体又は固体は、所望の変位電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起するように選択する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記わずかな間隙内の気体、液体又は固体は、所望のバイアス電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起する誘電特性及び限定された抵抗率を呈する、請求項１５又は１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記フィールド・プレート誘電体は、存在せず、十分な誘電特性及び限定された抵抗率を呈する前記わずかな間隙内の真空、気体、液体又は固体は、所望の変位電流及びＤＣバイアス電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起するように選択する、請求項１５又は１６に記載の装置。
【請求項２１】
前記わずかな間隙の材料は、０．０１から１８メグオームｃｍの間の抵抗率を有する脱イオン水である、請求項１９又は２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記フィールド・プレート誘電体は、シリコン二酸化物、シリコン窒化物又はアルミナから選択する、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
光デバイスの製造方法であって、前記製造方法は、
複数のＬＥＤデバイスを有する発光デバイス構造体を準備することであって、前記複数のＬＥＤデバイスは、表面からアクセス可能な第１の面接点層及び前記発光デバイス構造体の下にある第２の接点層を有する支持基板の上に形成、配設する、準備すること；
フィールド・プレート・デバイスを前記発光デバイス構造体に結合することであって、前記フィールド・プレート・デバイスは、第１の面、及び前記第１の面に対向し、導電層を備える第２の面、並びに重なる誘電体層を有し、前記誘電体層は、前記発光デバイス構造体の前記第１の接点層の少なくとも一部分に極めて近接して配置し、前記誘電体層の表面領域と前記発光デバイス構造体の前記第１の接点層との間に空間間隙を形成するようにする、結合すること；
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体との間に電圧電位を生成し、前記発光デバイス構造体内の前記ＬＥＤデバイスのそれぞれに電流を注入し、前記発光デバイス構造体が電磁放射パターンを放出するようにするため、電圧源から経時変化する電圧波形を生成すること；並びに
前記発光デバイス構造体に結合した検出器デバイスを使用して、前記発光デバイス構造体から得た前記電磁放射パターンの画像を捕捉すること
を含む方法。
【請求項２４】
前記検出器デバイスは、前記支持基板の前記発光デバイス構造体上の位置に応じて、電磁放射パターンの観察可能なマップを生成するため、電磁放射を撮像することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
検出器デバイスは、カメラを備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記経時変化する電圧波形は、測定段階の間、選択した電流密度で前記発光デバイス構造体に順方向バイアスをかける第１の電圧電位から第２の電圧電位までの電圧傾斜である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記カメラは、前記発光デバイス構造体にわたり生成した全電磁放射の空間マップを生成するため、前記経時変化する電圧波形にわたる電磁放射を統合する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記全電磁放射の空間マップは、以下の機能：信号平均化、閾値処理、ビン化のうち１つ又は複数を実施し、前記発光デバイス構造体の空間に依存する機能検査結果を展開するため、画像処理デバイスを使用して処理する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記測定段階後の前記経時変化する電圧波形は、前記第２の電圧電位から前記第１の電圧電位に戻り、前記第２の電圧電位から前記第１の電圧電位への戻りは、前記発光デバイス構造体の逆方向バイアス漏れ電流密度を使用し、損害を与える可能性がある過度の逆方向バイアス電圧を回避するように選択する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記発光デバイス構造体の前記第１の接点層は、複数の個々に対処可能な発光デバイスを実現する材料除去方法を使用して分離する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記発光デバイス構造体の前記第１の接点層及び前記第２の接点層は、複数の個々に対処可能な発光デバイスを実現する材料除去方法を使用して分離する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記フィールド・プレートと前記支持基板との間の極めて近接する部分は、実際の接点である、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記フィールド・プレートと前記支持基板との間の極めて近接する部分に関し、気体、真空、液体又は固体のわずかな間隙が選択され、前記わずかな間隙は、前記発光デバイス構造体から形成するＬＥＤデバイスの側方距離ほど大きくはない、請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
前記フィールド・プレートと前記支持基板との間の極めて近接する部分に関し、気体、真空、液体又は固体のわずかな間隙が選択され、前記わずかな間隙は、前記発光デバイス構造体から形成するＬＥＤデバイスの側方距離の１０分の１未満の大きさである、請求項２３に記載の方法。
【請求項３５】
前記わずかな間隙内の真空、気体、液体又は固体は、所望の変位電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起するのに十分な誘電特性を呈する、請求項３３又は３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記フィールド・プレート誘電体は、存在せず、十分な誘電体特性を呈する前記わずかな間隙内の真空、気体、液体又は固体は、所望の変位電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起するように選択する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記わずかな間隙内の気体、液体又は固体は、所望のバイアス電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起する誘電特性及び限定された抵抗率を呈する、請求項３３又は３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記フィールド・プレート誘電体は、存在せず、十分な誘電特性及び限定された抵抗率を呈する前記わずかな間隙内の真空、気体、液体又は固体は、所望の変位電流及びＤＣバイアス電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起するように選択する、請求項３３又は３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記ＬＥＤデバイスの少なくとも１つを選択すること、及び前記ＬＥＤデバイスをパッケージングすることを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項４０】
前記ＬＥＤデバイスの少なくとも１つを選択すること、及び前記ＬＥＤデバイスを部材基板上に解放することを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、製造工程の間、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ構造体を機能的に検査する方法及び装置を含む技法に関する。一例では、方法は、一般的なＬＥＤデバイス機能検査に有用であり、特に、一辺が数ミクロンほどの小型であり得るマイクロＬＥＤ（μＬＥＤ）デバイスの機能検査に有用である。マイクロＬＥＤは、とりわけ、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等の技法を利用して支持基板上で成長させる。個々のデバイスをデバイスの最終照明又は表示用途で使用する前、以下：収率評価、ビン化、デバイス修理／修正及びデータ収集のうち１つ又は複数を達成し、製造工程フィードバック／フィードフォワードで使用するため、ＬＥＤデバイスを検査することが望ましい。
【背景技術】
【０００２】
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いる。例えば、ＬＥＤは、標識、交通信号灯、自動車の尾灯、携帯電子機器の表示器、及びテレビで見いだされる。従来の照明源と比較したＬＥＤの様々な利点は、効率の増大、より長い寿命、可変発光スペクトル及び様々な形状因子と統合できることを含み得る。
【０００３】
かなり成功しているとはいえ、ＬＥＤの製造技術の改善がかなり望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤ製造工程の間、ＬＥＤ構造体は、半導体産業で利用されるもの等の大量生産方法を使用して、基板上に形成される。洗浄、成膜、リソグラフィ、エッチング及び金属被覆等の工程ステップを使用し、基本的なＬＥＤ構造体を形成する。大量生産規模の製造及びより安価な費用を達成するため、多くのデバイスを、これらの方法を使用して基板上に同時に形成する。所望のＬＥＤの種類に応じて、異なる基板及び材料が使用される。例えば、ＵＶ発光ＬＥＤは、典型的には、ガリウム窒化物（ＧａＮ）材料から作製され、ガリウム窒化物（ＧａＮ）材料は、通常は、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）又はアモノサーマル法を使用して作製される、サファイア基板上のヘテロエピタキシャル層又は自立型ＧａＮ基板である。他の色の場合、ＧａＡｓ又はＧａＰ基板を使用することができる。近年、別の出発基板種として、支持基板上に転写するＧａＮ、ＧａＡｓ又は他のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料層が利用可能になっている。
【０００５】
ＬＥＤ構造体生成製造方法において、様々な光学検査及び他の測定検査を行い、品質及び反復性を確認する。ＬＥＤ構造体の形成が終了した後、パッケージ内にデバイスを組み付け、ＬＥＤ発光体として使用するか又は表示器内のＬＥＤ発光体として使用する前に、各ＬＥＤデバイスに対し機能検査を実施することが望ましい。全てのデバイスに共通接点がある（即ち、全ての陰極が一緒に接続されている）場合でさえ、各デバイスの各個の陽極は、光電子特性を機能的に検査するため、依然として個々の接点を必要とする。基板上の個々のＬＥＤデバイスのデバイス・サイズ及び莫大な量は、このことを困難な作業にしている。例えば、（一般的な照明型ＬＥＤの典型である）一辺が２５０μｍの寸法があるＬＥＤデバイスを有する６インチ基板は、２５０，０００超のデバイスを含み、それぞれ、接点探査／測定サイクルを必要とする。６インチの基板が、一辺が２０μｍのマイクロＬＥＤデバイス構造体を含んだ場合、基板上に存在する４千万を超えるデバイスのそれぞれを接触させる必要がある。したがって、個々の接触を伴わずにＬＥＤデバイス機能検査を可能にする方法を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、非直接電気接触手法を利用し、誘電体被覆フィールド・プレートを使用して形成した蓄電器を通じて電流を注入するものであり、誘電体被覆フィールド・プレートは、適切な電圧波形源によって駆動される。個々のＬＥＤ接点の平面の近傍の背面接点／蓄電器プレート、及び特定の電圧波形は、フィールド・プレート電極と共通のＬＥＤ接点との間で駆動する。好ましい実施形態では、電圧傾斜は、電極を駆動し、これらの電極の間に位置するＬＥＤに順方向バイアスをかけ、電流が多数のＬＥＤデバイスのそれぞれに並行して流れる変位電流を生じさせる。次に、実施形態に応じて、フィールド・プレートの上又はＬＥＤ支持基板の下のいずれかに配設した統合カメラを使用して、機能反応（発光）を測定する。次に、画像捕捉及び処理により、多くの機能デバイス検査を並行して抽出することができる。このようにして、わずか２つの電気接点により、合計数百万に達するＬＥＤデバイスを機能的に検査することができる。
【０００７】
各測定の後、静電容量フィールド・プレートは、過剰な逆方向バイアス電圧を通じてＬＥＤデバイスを損傷しないように、リセットしなければならない。適切で緩やかな負の電圧傾斜は、ＬＥＤデバイスの最小漏れ電流をフィールド・プレート蓄電器から安全に放電することを可能にし、損傷を与える逆方向バイアス条件を生じさせない。次に、別の測定サイクルを繰り返すことができる。
【０００８】
順方向バイアス駆動電圧傾斜を変更すると、様々な順方向バイアス電流密度（Ａ／ｃｍ2）をＬＥＤデバイス内で駆動し、これにより、より複雑な機能検査評価の実施を可能にする。異なる駆動電圧波形の選択によって可能になる順方向バイアス電流密度の関数として、外部量子効率等のデバイス特性決定データは、本発明の別の特徴である。フィールド・プレート誘電体設計及び電圧傾斜値を修正することによって、約０．００１から１０Ａ／ｃｍ2以上の大きな電流密度にわたり多数のデバイスの正確な電流注入放出反応を検出することができる。
【０００９】
この機能検査方法によってもたらされる他の利益は、小型及び大型ＬＥＤデバイスの両方に対する本発明の汎用性、並びに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印加する構造体であり、したがって、より大きな面積を有するより大型のＬＥＤデバイスは、より大きな実効静電容量で励起される一方で、マイクロＬＥＤデバイス等の小型ＬＥＤデバイスは、それに応じてより小さい静電容量で励起される。したがって、一辺がミリメートル・サイズの大型ＬＥＤから、一辺をわずか１０μｍ以下まで減らしたマイクロＬＥＤまで、装置のいくつかの修正で検査することができる。より大型のフィールド・プレート、又はより小型のフィールド・プレートに対しステップ／リピート方法を使用する基板の拡張性は、実用的であり、容易に達成可能である。最高の処理量のため、大型フィールド・プレートにわたり配置した多数のカメラ・アレイの並行処理は、支持基板上で、わずか２つの電気接点により全てのＬＥＤデバイスを機能的に検査することができる。基板上で合計数千から数千万になる各個のＬＥＤデバイスへの接触を回避することは、本発明の主要な利益である。
【００１０】
本発明で説明する方法は、静電容量電流注入（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ、Ｃ2Ｉ）機能検査として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＬＥＤ構造体の簡略断面図である。
【図２】ＬＥＤ大量生産工程内でＬＥＤデバイス構造体を含有するＬＥＤ支持基板の図である。
【図３Ａ】ストリートによって分離した単一化ＬＥＤデバイスを有するＬＥＤ支持基板の上面図である。
【図３Ｂ】ストリートによって分離した単一化ＬＥＤデバイスを有するＬＥＤ支持基板の断面図である。
【図４】非単一化ＬＥＤデバイス構造体を有するＬＥＤ支持基板の図であり、上部接点層は、十分に高いシート抵抗を有し、隣接する短絡の存在下、電流注入機能検査を可能にする。
【図５Ａ】支持基板上で４つのＬＥＤデバイスを含有するＬＥＤデバイス層の一部分に極めて近接するフィールド・プレートの一実施形態の図である。
【図５Ｂ】図５Ａの実施形態に対応する等価な電気回路図である。
【図６Ａ】主な静電容量電流注入（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）段階の図である。
【図６Ｂ】対応するＬＥＤ電流の図であり、電流は、図６Ａの静電容量電流注入（Ｃ2Ｉ）測定シーケンスによって注入される。
【図７Ａ】フィールド・プレートの実施形態の図であり、カメラは、フィールド・プレートを通して見る。
【図７Ｂ】フィールド・プレートの実施形態の図であり、カメラは、ＬＥＤデバイス支持基板を通して見る。
【図８】好ましい実施形態の、予想される電流密度（Ａ／ｃｍ２）対ｄＶ／ｄＴ電圧傾斜のグラフである。
【図９】基板規模の図であり、フィールド・プレートと支持基板との間の空間内に生じさせた真空を使用して、フィールド・プレートを支持基板上に取り付ける方法を示し、支持基板は、ＬＥＤデバイス構造体を含有する。
【図１０】ステップ／リピート機械構成における、より小型のフィールド・プレート及びカメラ光学システムの図である。
【図１１】一実施形態によるＣ2Ｉ機能検査方法のシミュレーションに使用する回路モデルの図である。
【図１２Ａ−１２Ｄ】一実施形態の電流注入／測定段階Ｉの詳細なシーケンスの図である。
【図１３Ａ−１３Ｄ】一実施形態の電流注入／測定段階ＩＩＩの詳細なシーケンスの図である。
【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）の図である。
【図１５Ａ】支持基板上に４つのＬＥＤデバイスを含有するＬＥＤデバイス層の一部分に極めて近接するフィールド・プレートの一実施形態の図であり、埋込共通接点及び光学誘電体層（即ち、「漏れ」誘電体層）及び結合間隙媒体を有し、ＤＣバイアス機能検査を可能にする。
【図１５Ｂ】図１５Ａの実施形態に対応する等価な電気回路図である。
【図１６】埋込共通接点を有する支持基板上で４つのＬＥＤデバイスを含有するＬＥＤデバイス層の一部分に極めて近接する、誘電体を有さないフィールド・プレートの一実施形態の図である。外部負荷抵抗器及び結合蓄電器及びＤＩ水間隙媒体を使用する構成は、ＤＣバイアス及びＡＣパルス機能検査を可能にする。
【図１７Ａ】埋込共通接点及び誘電体層を有する支持基板上で４つのＬＥＤデバイスを含有するＬＥＤデバイス層の一部分に極めて近接するフィールド・プレートの一実施形態の図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａの実施形態に対応する等価な電気回路図である。
【図１８】支持基板上で４つのＬＥＤデバイスを含有するＬＥＤデバイス層の一部分に極めて近接するフィールド・プレートの一実施形態の図であり、支持基板は、第２の電極を静電容量結合する誘電体層として使用される。
【図１９】いくつかのＬＥＤデバイスのヒストグラム・プロットであり、横軸のデータｎの関数として、縦軸上のデータｎ値（チャンネル又はビンと呼ぶ）のわずかな範囲内にある。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ＬＥＤの更なる説明は、本明細書全体を通して、より詳細には以下で見いだされる。一例では、ＬＥＤの一種は、ダイオード発光層を有機化合物から形成する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）である。ＯＬＥＤの１つの利点は、可撓性基板上に有機発光層を印刷できることである。ＯＬＥＤは、薄型可撓性表示器に統合されており、携帯電話及びデジタル・カメラ等の可搬電子デバイスの表示器の作製に使用されることが多い。
【００１３】
別の種類のＬＥＤは、ダイオード発光層が、より厚い半導体ベースのクラッド層の間に挟まれた１つ又は複数の半導体ベースの量子井戸層を含む半導体ベースのＬＥＤである。ＯＬＥＤと比較した半導体ベースのＬＥＤのいくつかの利点は、効率の増大及びより長い寿命を含むことができる。１ワットあたりのルーメン（ｌｍ／Ｗ）で表される高い発光効率は、半導体ベースのＬＥＤ照明の主な利点の１つであり、他の光源と比較してエネルギー又は電力の使用をより低下させることを可能にする。輝度（明るさ）は、所与の方向において光源の単位面積あたりで放出される光の量であり、平方メートルあたりカンデラ（ｃｄ／ｍ2）で測定され、一般に、Ｎｉｔ（ｎｔ）とも呼ばれる。輝度は、動作電流の増大につれて増加するが、発光効率は、電流密度（Ａ／ｃｍ2）に依存し、最初に、電流密度が増大するにつれて増大し、最大値に達し、次に、「効率ドループ」として公知である現象のために減少する。多くの要因は、ＬＥＤデバイスの発光効率に起因し、この発光効率には、内部量子効率（ＩＱＥ）として公知である、光子を内部に生成する能力を含む。内部量子効率は、ＬＥＤデバイスの質及び構造によって変わる。外部量子効率（ＥＱＥ）は、注入電子の数によって分割した、放出光子の数として定義される。ＥＱＥは、ＬＥＤデバイスのＩＱＥ及び光抽出効率によって変わる。低動作電流密度（注入電流密度又は順方向電流密度とも呼ばれる）において、ＬＥＤデバイスのＩＱＥ及びＥＱＥは、最初、動作電流密度が増大するにつれて増大し、次に、動作電流が増大するにつれて、効率ドループとして公知である現象で減少する。低電流密度において、効率は、欠陥の強い影響、又は電子及び正孔が光を生成せずに再結合する他の過程のために低く、この再結合は、非放射再結合と呼ばれる。こうした欠陥が飽和するにつれて、非放射再結合が優位に立ち、効率が増大する。「効率ドループ」又は効率の漸減は、注入電流密度が、典型的には１．０から１０Ａ／ｃｍ2の間の低い値を越えると始まる。
【００１４】
半導体ベースのＬＥＤは、一般に、指示器及び標識として使用される低電力ＬＥＤ、照明パネル及び自動車尾灯等の中電力ＬＥＤ、並びに固体素子照明及び液晶表示器（ＬＣＤ）バックライト等のための高電力ＬＥＤを含む様々な用途で見いだされる。１つの用途では、半導体ベースの高電力ＬＥＤ照明デバイスは、一般に、４００〜１，５００ｍＡで動作することができ、１，０００，０００ｃｄ／ｍ2を超える輝度を呈することができる。高電力半導体ベースの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上のピーク効率の右側に対し電流密度で良好に動作する。低電力半導体ベースのＬＥＤ表示器及び標識の適用例は、約２０〜１００ｍＡの動作電流で約１００ｃｄ／ｍ2の輝度を呈することが多い。低電力半導体ベースの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上のピーク効率の右側又は右側までの電流密度で良好に動作する。発光の増大を実現するため、ＬＥＤダイのサイズは増大し、１ｍｍ2のダイは、かなり一般的なサイズである。より大きなＬＥＤダイのサイズにより、数百ｍＡから１アンペアを超えるより高い電流の使用を可能にする電流密度が低減することになり、これにより、より高い電流におけるＬＥＤダイに関連する効率ドループの影響を減らす。
【００１５】
ＬＥＤは、長年、時計、スマートフォン及びラップトップ並びにコンピュータ・モニタ及びＴＶ表示器等の可搬デバイス内で使用されているが、液晶表示器（ＬＣＤ）の表示技術の代替白色光源として間接的に使用されるにすぎない。これらは、「ＬＥＤ」ＴＶ等と呼ばれるが、実際のＬＥＤは、主にＧａＮベースの白色ＬＥＤであり、以前使用された冷蛍光ランプ（ＣＦＬ）バックライト源の代わりにバックライトを照明するものであった。色画素世代は、光減算方法によって作用するＬＣＤ技術に基づくように継続しており、色は、介在する色フィルタを使用して他の色を遮断することによって生成される。例えば、赤色画素は、バックライトＬＥＤ白色スペクトルの緑色及び青色部分を遮断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、光路に沿って２つの交差する偏光子の間に置いた液晶セルを通じて偏光を変調することによって生じた。
【００１６】
ＬＥＤバックライトによって駆動されるＬＣＤ表示技術は、ＣＦＬバックライトのバージョンよりも効率的で確実であるが、この技術は依然として電力効率の良いものではない。理由は単純である。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る電気キャリアごとに放出される光子）の点ではかなり効率的であり得るが、残りのこのＬＣＤ表示技術には多くの非効率さがある。第１の偏光子は、非偏光白色バックライトをわずか半分に縮小し、次に、残っている光の２／３を取り去ることによって、各画素を色分けする（赤色の場合、ＧＢのないＲ、緑色の場合、ＲＢのないＧ、青色の場合、ＲＧのないＢ）。他の損失は、ピクセルフィルファクタ及び膜／ＬＣＤセルの吸収及び散乱を含む。したがって、合計光出力は、白色ＬＥＤバックライト強度の約１／６未満である。
【００１７】
より多い電力効率及びより明るい表示技術を求める傾向が、特に電池寿命が重要な要因である可搬電池駆動デバイスに対してある。マイクロＬＥＤは、より高い電力効率を達成する有望な技術である。マイクロＬＥＤ表示器において、画素領域内に置いた小型ＬＥＤデバイスは、直接駆動され、直接発光する様式で光を生成する。色は、（ｉ）光子下方変換によって画素色を生成するため、色蛍光体を有するＵＶ−ＬＥＤ（即ち、ＧａＮベースのＬＥＤ）を利用することによって、及び／又は（ｉｉ）色を直接生成するＬＥＤ（即ち、赤色の場合、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＰ、緑色の場合、ＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、及び青色の場合、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＮ、ＳｉＣ）を使用することによって、生成することができる。いずれの場合も、マイクロＬＥＤ表示器の直接発光／直接視野は、６倍以上の電力効率の向上を約束するものである。
【００１８】
マイクロＬＥＤベースの表示器を実現する基本技術は周知であるが、製造及び品質管理に対する多くの課題が存在する。こうした問題の１つは、画素を使用に回す前に、製造工程内で数百万のマイクロＬＥＤデバイスの機能を、費用対効果が高く、効率的に検査することである。したがって、直接的な電気接触を伴わずに、マイクロＬＥＤ大量生産製造工程に適合する様式で機能検査を可能にすることが望ましい。本発明の更なる詳細は、本明細書全体を通じて、より詳細には以下で見いだすことができる。
【００１９】
本発明の実施形態は、ＬＥＤデバイスの作製方法、及び直接的な電気接触を伴わずにデバイスを機能的に検査する様式を説明する。特に、本発明のいくつかの実施形態は、高輝度ＬＥＤ、中電力ＬＥＤ、低電力ＬＥＤ及びマイクロＬＥＤデバイスを機能的に検査する様式に関連させることができる。
【００２０】
様々な実施形態では、説明は図を参照して行う。しかし、いくつかの実施形態は、これらの特定の詳細のうちの１つ又は複数を伴わずに実行するか、又は他の公知の方法及び構成と組み合わせて実行することができる。以下の説明では、本発明の完全な理解をもたらすため、特定の構成、寸法及び工程等、多数の特定の詳細を説明する。他の例では、周知の半導体工程及び製造技法は、本発明を不必要に不明瞭にしないように、特に詳細に説明しない。本明細書全体を通じ、「一実施形態」に対する言及は、この実施形態に関して説明する特徴、構造、構成又は特性を本発明の少なくとも１つの実施形態に含めることを意味する。したがって、本明細書全体を通じた様々な場所における句「一実施形態における」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、特徴、構造、構成又は特性は、１つ又は複数の実施形態においてあらゆる適切な様式で組み合わせることができる。
【００２１】
本明細書で使用する用語「に広がる」、「にわたる」、「まで」、「の間」及び「の上の」は、他の層に対する１つの層の相対的な位置を指すことができる。別の層「に広がる」、「にわたる」若しくは「の上の」、又は別の層「に」接合するか若しくは別の層と「接触する」１つの層は、他の層と直接接触するか、又は１つ若しくは複数の介在層を含むことができる。層「の間の」１つの層は、これらの層と直接接触するか又は１つ又は複数の介在層を有することができる。
【００２２】
本発明の特定の実施形態は、ＬＥＤデバイス組立体を説明し、ＬＥＤデバイス組立体において、ＬＥＤデバイス構造体層は、支持基板から転写され、更なる処理前にピックアップ・プレート組立体に接合される。本発明の実施形態によれば、Ｃ2Ｉ機能検査ステップは、１回若しくは複数の転写前又は転写後のいずれかで適用することができる。複数のＬＥＤ構造体を転写し、可能性としては異なる基板上に接合する様々な可能な構成を単純化する目的で、各場合において、標的基板を支持基板と呼ぶものとする。例えば、ＭＯＣＶＤ成長の間にＬＥＤ構造体を支持した基板も支持基板と呼ぶが、解放し、ピックアップ・プレートに取り付けた後、そのようなプレート、及びＬＥＤデバイス層の機械的支持に使用するあらゆる他の基板又はプレートも支持基板と呼ぶ。ピックアップ・プレートを使用する場合、共通電気接点は、転写するＬＥＤデバイス構造体とピックアップ・プレートの残りの部分との間に導電性材料膜を使用して達成することができる。更に以下で説明するように、共通接点は、第２の誘電体層及び任意選択の電圧波形源を使用して達成することもできる。場合によっては、ピックアップ・プレート材料は、製造時、ＬＥＤデバイスのピックアップ及び移送を可能にする制御可能な粘着度も有する。用語支持基板は、一般に、機械的支持体としてその役割を意味するのに使用され、本明細書全体を通して、（Ｃ2Ｉ）機能検査装置の一部として説明する基板である。
【００２３】
本発明の特定の実施形態、及び製造工程においてＣ2Ｉ機能検査を行う点に応じて、支持基板は、透過性であり、更なる被覆物を有することができる。支持基板は、以下でより詳細に説明するように、検査工程を直接支持するか、又は特定のＬＥＤ製造工程ステップの要件の一部として存在する。
【００２４】
図１を参照すると、典型的なＬＥＤ１０４は、成膜層から構成され、これらの成膜層は、ｎ型陰極層１００、活性層（通常、一連の多重量子井戸即ち、ＭＱＷ副層）１０１、及びｐ型層１０２、及びｐ接点１０３を形成する。このＬＥＤ構造体は、単純化され、緩衝層、ブロッキング層、ｎ接点層（複数可）等の多くの更なる層は、簡単にするために図示しない。電気的に、ＬＥＤは、陽極として層１０３（又は接点１０６）を通じて接触し、陰極として層１００（又は接点１０５）を通じて接触する。順方向（正電圧）バイアスを使用し、ＬＥＤデバイスを通じて陽極から陰極に電流を通すと、活性領域に流れるキャリアからの放射再結合過程から光が生成される。活性層１０１の設計は、発光する放射再結合過程を最大化するように最適化される。ＬＥＤ構造体に逆方向バイアスをかけると、光は生成されない。ＬＥＤに対し逆方向バイアス電圧を制限することは、降伏と呼ばれる過程を通じたデバイスの損傷又は破壊を回避するために重要である。安全な逆方向バイアス領域の範囲内では、わずかな漏れ電流がデバイスに流れる。
【００２５】
ＬＥＤ製造において、ＬＥＤデバイスは、半導体産業では一般的な基板ベースの大量生産方法と同様の方法を使用して、大量生産される。図２を参照すると、図１で説明したＬＥＤ構造体は、適切な成長又は支持基板２０１上に成膜され、ＬＥＤ基板２００を作製する。所望のＬＥＤの種類、品質及び色に応じて、異なる基板材料種を使用することができる。例は、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ基板であるか、又はサファイア及びシリコン炭化物（ＳｉＣ）等のヘテロエピタキシャル成長基板も可能である。層転写半導体積層テンプレート基板もまた別の種類の成長基板である。次に、ＬＥＤ構造体を成長させ、下側接点２０２（本例ではｎ型又は陰極）、活性領域２０３及び上側接点２０４（本例ではｐ型又は陽極）を形成する。
【００２６】
図２のＬＥＤ基板は、複数の非単一化ＬＥＤ構造体を含む。所望のサイズ及び機能をもつ個々のＬＥＤデバイスの分離は、エッチング、リソグラフィ、不動態化及び成膜等の方法ステップを使用して、ＬＥＤ製造シーケンス内で行うことができる。図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、所望のＬＥＤデバイスは、支持基板３０１上にある間に、例えば溝３０８を形成するエッチング等の方法を使用して分離することができる。これらのエッチング構造（「ストリート」と呼ぶこともある）を基板上に作製し、正方形デバイス等の個々に分離した構造体を形成する場合、多数のＬＥＤデバイス３０９は、絶縁され、解放及びパッケージングのために利用可能である。本例では、溝３０８は、底部共通接点層３０２を通じてエッチングせず、したがって、共通電位３１０に接続することができる。したがって、各ＬＥＤデバイス３０９は、電圧源３０６を使用して、ｐ層３０４及びｐ接点層３０５に個々に接触することができる。次に、接触したデバイスから光３０７を測定し、デバイスの機能を評価することができる。本例では、上部発光ＬＥＤ構造体を図示し、上部接点３０５は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透過性電極とすることができる。底部発光構造体等、他の構造体が可能である。この場合、支持構造体は、好ましくは、透過性であり、ｐ接点層は、金属層等の光反射層である。したがって、ＬＥＤは、支持基板から流出した光を測定することによって検査される。上記は、光の捕捉を最大化する好ましい実施形態として説明したが、例えば底部発光ＬＥＤ構造体内のＬＥＤの上で光測定を行った場合でも、ＬＥＤから散乱又は反射した光を間接的に測定することが可能である。当然、他の変形形態、修正形態及び代替形態があってもよい。
【００２７】
図４は、ＬＥＤデバイスを依然として分離していない支持基板４０１を示す。上部接点層４０５が制限された導電率を有する場合（比較的高い膜シート抵抗率を有するＩＴＯ層等）、機能検査は、近くに短絡４０８が存在するにもかかわらず、依然として達成することができる。電圧源４０６を使用して表面上の点と接触すると、上部接点４０５、ｐ層４０４、活性層４０３、ｎ層４０３を通る電流が共通接点４０２に発生する。近接する短絡４０８に対する比較的高い抵抗は、発光４０７を生じさせることを可能にする。本発明の一実施形態によるこの直接接触例の代わりにフィールド・プレートを使用すると、非単一化ＬＥＤ層検査を可能にする。暗い（非放射）又は弱い発光領域は、ＬＥＤ製造工程の早期段階におけるＬＥＤ層機能収率の指標である。この代替実施形態の効率及び空間解像度は、上部層シート抵抗率に応じる。
【００２８】
したがって、電流を注入し、図３及び図４で説明したもの等の大規模製造を支持し得る個々のＬＥＤデバイス、又はＬＥＤ領域を励起する必要がある。
【００２９】
本発明は、本発明の電流注入デバイスとして、３つの要素：機械的支持プレート、電極及び誘電体層から構成されるフィールド・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）、電極層５０２から構成され、電極層５０２は、電圧源５０３に接続され、誘電体層５０４の一面に隣接する。機械的支持プレートは、導電性であってもよく、誘電体層のみを必要とする。当然、他の変形形態、修正形態及び代替形態があってもよい。
【００３０】
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の開放面は、単位面積当たり、
Ｃ’FP＝εo×εr／ｔd  （１）
の静電容量を形成し、式中、
Ｃ’FPは、フィールド・プレートの単位面積当たりの静電容量（Ｆ／ｃｍ2）であり、
εo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。
【００３１】
一例では、誘電体層材料の重要な材料特性は、誘電率、誘電破壊強度、抵抗率及び光透過率を含む。静電容量性結合構成のため、シリコン二酸化物、シリコン窒化物又はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の容易に成膜される誘電体は、特に関心を集めている。ＤＣ検査構成が望ましい場合、電流の漏れが制限された誘電体は、同様に抵抗率が制限された適切な間隙媒体を使用してデバイスに結合される場合、ＤＣバイアスを可能にする。そのような構成において、フィールド・プレート誘電体は、任意選択とすることができ、ここで、フィールド・プレート電圧は、ＬＥＤデバイスに間隙媒体を通じて直接結合することができる。当然、他の変形形態、修正形態及び代替形態があってもよい。
【００３２】
再度図５Ａを参照すると、フィールド・プレート５０１は、ＬＥＤ支持構造体５０５の十分近くに置かれ、ｎ接点底電極５０６は、共通接点５０７及び複数のｐ接点上部電極５０８に接続される。各ＬＥＤデバイスにわたる電圧は、本明細書では電圧源５０３及び共通接点５０７を使用して発生させるものとして示すが、代替的に、電圧源は、底部に接続するか、又は２つの電圧源を接続することができ、一方を接点５０３及び５０７のそれぞれに接続する。実効ＬＥＤデバイス駆動電圧は、全電圧源構成に対する接点５０３と５０７との間の電圧差である。本発明では、用語「極めて近接する」は、フィールド・プレート誘電体層５０４の開放面が、ＬＥＤ構造接触表面５０８の開放面に十分に近接して置かれ、電圧源５０３と上部ＬＥＤ電極表面５０８との間に所望の電気結合を可能にすることを意味するものとする。図５Ａでは、この間隙は、５０９として示され、最小とすることができ、間隙はわずかなものに制限されるか又は間隙はない。間隙５０９は、（電流注入効率を最適化する）十分な静電容量結合、及び電流注入効果の空間的脱焦の最小化を可能にするように十分に小さいものとすべきである。本明細書の残りでは、間隙５０９はゼロであり、したがって、Ｃ’EFFはＣ’FPに等しくすると仮定する。
【００３３】
組立体５００によって作製した構造体の電気アナログ図を図５Ｂに示す。電圧源５１０（図５Ａの５０３）は、実効蓄電器ＣEFF５１１に接続され、蓄電器ＣEFF５１１は、上部表面積ＡEFFを有するＬＥＤデバイス５１２に接続される。電圧変化により、電流ＩLEDがＬＥＤデバイス５１２上に印加される。この例では、ＬＥＤデバイスと共通底接点との分離を仮定する。実効静電容量ＣEFFは、単純に、フィールド・プレート誘電体層の直列静電容量であり、間隙５０９の静電容量は、面積ＡEFFの両方で、
Ｃ’間隙＝εo×εr／ｔ間隙  （２）
であり、式中、
Ｃ’間隙は、間隙の単位面積当たりの静電容量（Ｆ／ｃｍ2）であり、
εoは、真空誘電率（８．８５４×１０-14Ｆ／ｃｍ）であり、
εrは、間隙媒体の比誘電率（無次元）であり、
ｔ間隙は、間隙の厚さ（ｃｍ）であり、
ＣEFF＝ＡEFF×（Ｃ’FP×Ｃ’間隙）／（Ｃ’FP＋Ｃ’間隙）  （３）、
Ｃ’EFF＝（Ｃ’FP×Ｃ’間隙）／（Ｃ’FP＋Ｃ’間隙）  （４）
であり、式中、
ＣEFFは、ＬＥＤデバイス実効結合静電容量（Ｆ）であり、
Ｃ’EFFは、単位面積当たりのＬＥＤデバイス実効結合静電容量（Ｆ／ｃｍ2）であり、
ＡEFFは、ＬＥＤデバイス実効面積（ｃｍ2）である。
【００３４】
この明細書の残りでは、間隙５０９はゼロであり、したがって、Ｃ’EFFはＣ’FPに等しくすると仮定する。
【００３５】
電流ＩLED５１３及び電流密度ＪLEDは、
ＩLED＝ＣEFF×ｄＶ／ｄｔ  （５）、
ＪLED＝Ｃ’EFF×ｄＶ／ｄｔ  （６）
として容易に計算され、ｄＶ／ｄｔは、電圧源５１０と図５Ａの共通電極５０７（又は図５Ｂの陰極接点）との間の電圧変化率である。この特定の実施形態に関し、ＬＥＤ５１２は、陽極から陰極に接続されるが、陰極から陽極への注入は、全ての電圧極性を逆にすることによって可能である。
【００３６】
図６Ａ及び図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及び電流波形を示す。測定シーケンスには少なくとも２つの段階、即ち、電流注入段階Ｉ（時間ｔ0からｔ1）及び放電段階ＩＩＩ（時間ｔ2からｔ3）がある。電圧保持段階ＩＩは、段階ＩＩＩを開始する前にカメラ統合ウィンドウを閉鎖するのに十分な時間を可能にするように加えられるが、電圧保持段階ＩＩは、かなり短くてもよく、必要ではない場合もある。これらの段階は、以下でより詳細に説明し、ｔ0の前、全ての点でゼロ電圧であると仮定する。
【００３７】
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において、段階Ｉは、時間ｔ0からｔ1まで、０からＶ1までの正の傾斜ｄＶ／ｄｔ｜1で開始する。この傾斜は、電流ＩLEDを、式（５）、及び式（６）による、対応する電流密度ＪLEDに従って面積ＡEFFのＬＥＤに注入する。時間ｔ1において、電圧は、時間ｔ2までこの電圧Ｖ1で保持される。時間ｔ2からｔ3まで、負の傾斜ｄＶ／ｄｔ｜2を使用して電圧を低下させ、ゼロ電圧状態に戻す。次に、時間ｔ3において、別の測定シーケンスを開始することができる。
【００３８】
図６Ｂは、図６Ａの駆動波形からの、測定シーケンスの間の対応する電流ＩLED波形を示す。段階Ｉの間、定数ＩLED付近で、電流は、式（５）に従ってＬＥＤデバイスを通じて流れる。光６０２は、段階Ｉの間発光する。段階ＩＩの間、ＩLED及び発光は、０まで降下する。フィールド・プレートによって同時に励起した複数のデバイスのうち、特定のＬＥＤデバイスの光出力を測定するため、１つ又は複数のＬＥＤデバイスから光を捕捉することができる統合カメラを使用する。画像処理は、カメラ視野内に位置する特定のＬＥＤデバイスに比例する値を生成することができる。この値は、段階Ｉにわたり統合される光エネルギーに比例する。したがって、ｔ0のわずかに前の点からｔ1のわずかに後の終了点まで画像センサ統合期間を開始することが望ましい。このことは、カメラ統合センサが、段階Ｉの間にＬＥＤ構造体から生じる完全な光パルスを捕捉することを保証する。
【００３９】
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の２つの実施形態を示す。図は、上部カメラ配置及び底部カメラ配置を示し、これらの配置は、測定シーケンスによってフィールド・プレートを通じて励起した複数のＬＥＤデバイスの少なくとも一部分を遮断することができる。図７Ａを参照すると、透過性フィールド・プレート組立体７０２を有する検査構成７００を示し、透過性フィールド・プレート組立体７０２は、フィールド・プレート電極７０３及び誘電体層７０４を含む。電極７０３は、電圧源７０５に接続される。この組立体は、ＬＥＤデバイス支持基板７０１に極めて近接して配置され、ＬＥＤデバイス支持基板７０１は、共通接点７０６に接続した複数のＬＥＤデバイス７０７を支持する。カメラ７０８は、機能検査を実施するため、フィールド・プレート組立体７０２の上に置く。図７Ｂは、カメラを支持基板の下に置いた代替検査構成７０９を示す。この構成では、ＬＥＤデバイス構造体に対する支持基板及び中間層は、光がカメラに到達可能であるように透過性でなければならない。
【００４０】
ＬＥＤが生成した光出力は、外部量子効率ηEXT又は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、電流密度、及び光抽出効率等の他のデバイス特性にかなり高感度である。したがって、ＬＥＤデバイスの光出力は、
Ｐopt＝ηEXT×Ｐelec＝ηEXT×ＩLED×ＶF＝ηEXT×ＣEFF×ｄＶ／ｄｔ×ＶF  （７）
として電力に関連し、式中、
Ｐopt＝ＬＥＤ光出力（Ｗ）であり、
ηEXT＝ＬＥＤ外部量子効率であり、
ＶF＝ＬＥＤ順方向電圧降下（Ｖ）であり、
期間Δｔ＝ｔ1−ｔ0（段階Ｉ）にわたり：
Ｅopt＝ηEXT×ＣEFF×ｄＶ／ｄｔ×ＶF×Δｔ  （８）
であり、式中、
Ｅopt＝段階１の間に放出されたＬＥＤ光エネルギー（Ｊ）
である。
【００４１】
式８に従って、統合カメラは、それぞれ測定したＬＥＤの外部量子効率に比例する値を測定する。電圧傾斜値を変更すると、式６に従った異なる電流密度を選択する効果を有する。Ｖ1までの傾斜値の関数として、Ｅｏｐｔのプロットを作製することによって、ＪLEDの関数として（ηEXTに関連する）光エネルギーのグラフを生成することができる。この能力は、マイクロＬＥＤデバイスの低電流密度性能の測定に特に有用であり得る。マイクロＬＥＤデバイスは、典型的には、０．００１〜１Ａ／ｃｍ2というかなり低い値で駆動され、これらの低いレベルにおいて、非放射再結合過程による外部量子効率の落下に対しより高感度である。
【００４２】
段階ＩＩＩの間、負のｄＶ／ｄｔ傾斜は、電圧をゼロに戻し、別の測定のためシステムをリセットすることを可能にする。この段階の間、ＬＥＤに逆方向バイアスがかけられ、逆方向バイアス漏れ電流を使用してＣEFFを放電する。ＬＥＤに対し、損傷を生じさせ得る電圧レベルまで逆方向バイアスをかけないように、負電圧傾斜は、全てのデバイスを安全な逆方向バイアス電圧範囲内に保つように十分に緩やかでなければならない。そのような範囲は、検査するＬＥＤの種類及び設計に応じて選択することができる。単に一例として、ＧａＩｎＮ  ＬＥＤの逆方向バイアス漏れ電流密度は、論文、名称「Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｒｅｖｅｒｓｅ  ｌｅａｋａｇｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎ  ＧａＩｎＮ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅｓ」、Ｑ．Ｓｈａｎ等、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ  ９９、２５３５０６（２０１１年）を使用して推定することができる。図２は、室温における１ｍｍ2ＬＥＤデバイス上の約１．５×１０-7Ａの−５Ｖ逆方向バイアス漏れ電流を示す。このことは、１５μＡ／ｃｍ2に対応する。この逆方向バイアス漏れ電流密度を使用し、以下で説明する特定のＣ2Ｉ例の値及びパラメータを計算する。
【００４３】
適切な統合カメラは、以下の基準：
ａ．（過剰な暗騒音及び信号飽和を伴わずに、対象とする動作範囲を通じてＬＥＤを正確に測定することを可能にする）画素感度及び動作範囲。
ｂ．（処理量及びＬＥＤ並行測定を向上させる）高画素密度及びフレーム率。
ｃ．グローバル・シャッタ及び柔軟な作動（全ての画素を同じ期間にわたり作動し、統合させなければならない）
を満たさなければならない。これらの基準に合致する産業用カメラの一例は、ＰｏｉｎｔＧｒｅｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｃ．、カナダ、ブリティッシュコロンビア州、リッチモンド製のモデルＧＳ３−Ｕ３−２３Ｓ６Ｍ−Ｃである。このカメラは、２．３メガピクセル（１９２０×１２００）の単色カメラであり、グローバル・シャッタ、５μ秒から３１．９秒の露光範囲、毎秒１６０超のフレーム・レート、１／１．２インチのセンサ・フォーマット、１２ビットのデジタル化、５．８６μｍの画素サイズ、７２ｄＢの動作範囲、７６％の量子効率（５２５ｎｍ）、約３２，０００個の電子のｅ飽和力、及び約７ｅ−の一時的暗騒音を有する。カメラは、単独で使用しても、ｎｘｍカメラを使用してより大型のフィールド・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、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。
【００４４】
以下の例に関し、３μｍシリコン二酸化物誘電体層を有するフィールド・プレートを仮定する（εr＝３．９）。この誘電材料は、一般に使用され、多数の材料上にスパッタリング、成長又は成膜させることができる。厚さは、マイクロＬＥＤデバイスの検査を可能にするように、１０μｍ×１０μｍ以下に至るまで十分に薄いように選択した。この厚さは、降伏前に約１５００ボルト超の電圧を支持することができる。Ｃ’FPは１．１５ｎＦ／ｃｍ2となる。
【００４５】
５００ＶのＶ1の値を仮定する（図６Ａを参照）。これらの仮定及びパラメータを選択すると、ＬＥＤごとの光パルス・エネルギーは、
Ｅopt＝ηEXT×ＣEFF×ΔＶ×ＶF  （９）
として単純化することができる。
【００４６】
パラメータの選択のため、図８は、電圧傾斜期間の間に選択する電流密度を示す。例えば、ＬＥＤは、フィールド・プレート電圧を約６０μ秒（段階Ｉ）でゼロから＋５００ボルトまでで駆動した場合、０．０１Ａ／ｃｍ2で駆動される。カメラ・シャッタは、傾斜を開始するわずか前に開放し（例えば、ｔ0前の１０〜５０μ秒）、段階Ｉの終了後わずかに開放する（例えば、ｔ1の後の１０〜５０μ秒）。段階ＩのＬＥＤ光パルスをカメラ・シャッタ時間ウィンドウ内に完全に統合することを保証することとは別に、過剰な統合時間は回避すべきである。というのは、このことは、カメラのノイズ・フロアを高める傾向があるためである。段階ＩＩは、統合シャッタが閉鎖するのと同時に終了するように選択することができる。
【００４７】
段階ＩＩＩの間、安全に回復させるため、式６を利用し、電流密度を漏れ電流密度とほぼ等しいように選択する。例えば、（予想される漏れ電流密度１５μＡ／ｃｍ2よりもわずかに低い）１０μＡ／ｃｍ2の標的漏れ電流密度及びΔＶ＝５００Ｖを利用すると、式６は、約６０ｍ秒の最小Δｔを予測する。このことは、０．０００５Ａ／ｃｍ2以上の注入電流密度に対し、毎秒約１６フレームの測定繰返し速度に対応する。
【００４８】
この測定手法で達成可能な信号、及び１つのカメラが及ぶ面積を推定するため、以下の更なるパラメータ：
ａ．ＧａＮ  ＬＥＤ（約４１０ｎｍの発光及び６５％のカメラ量子効率）
ｂ．ＶF  約３Ｖ
ｃ．Ｅopt＝１７０ｎＪ／ｃｍ2（ηEXT約１０％）
を仮定する。段階Ｉの間、光子あたり約３ｅＶで、約３．５×１０11光子／ｃｍ2を放出する。カメラ内で生成し得る、対応する光電子の数は、０．６５×３．５×１０11光子／ｃｍ2又は２．３×１０11光電子／ｃｍ2となる（センサ対フィールド・プレートは１：１の倍率と仮定する）。この倍率において、５．８６μｍ画素サイズは、７８，０００個超の電子を依然として捕捉し、画素飽和容量の２倍を超える。カメラごとにより低い統合光電子数が望ましい場合、より低いＶ1電圧を選択することができる。
【００４９】
したがって、カメラ・センサ面積に対するフィールド・プレートの撮像は、ＬＥＤデバイスごとに割り当てる画素数ほど、利用可能信号に左右されない。一辺で２５０μｍを測定するより大型のＬＥＤデバイスの場合、より小さな倍率が必要である。正確な計量のため、２×２画素面積が各ＬＥＤデバイスを含むと仮定すると、１つのカメラは、９６０×６００個のＬＥＤデバイス、即ち、６インチ支持基板の面積よりも多い２４０ｍｍ×１５０ｍｍのフィールド・プレート面積又はそれ以上を測定することができる。この例では、Ｖ1は、優れた信号対ノイズ比を維持しながら、１００Ｖ未満、おそらくはそれよりも低く低減することができる。光パルス・エネルギーが高すぎる場合、減光フィルタ又は他の吸光フィルタを発光表面とカメラとの間に置き、カメラ飽和を回避することができる。
【００５０】
１０μｍ×１０μｍのＬＥＤデバイス・サイズを有するマイクロＬＥＤ適用例の場合、センサごとに同じ９６０×６００個のＬＥＤデバイス、即ち約９．６ｍｍ×６ｍｍのフィールド・プレート面積が測定される。約１６×２５のステップを有するステップ・アンド・リピート・システムは、１億７０００万個超のデバイスを含む６インチのマイクロＬＥＤ基板の検査を可能にする。ＬＥＤデバイスごとの単一測定が十分である場合、１つ又は複数の移動カメラと同期した画像捕捉により、検査時間を１分未満又は数秒にさえ減少させることができる。例えば、毎秒１６フレームの捕捉速度は、約２５秒で６インチ基板全ての機能的な検査を可能にする。このことは、毎秒９００万個超のＬＥＤデバイスを検査することに相当し、プローブ・カード及び個々の検査方法よりもかなり速い。
【００５１】
好ましい実施形態では、図９は、真空を使用して、基板サイズのフィールド・プレートを支持基板に取り付け、機能検査に適した組立体９００を作製し得ることを示す。フィールド・プレート９０１は、ＬＥＤデバイス支持基板９０２上に置かれ、準拠する真空封止体９０３を外側周辺領域に置き、フィールド・プレートとＬＥＤデバイス支持基板との間の真空レベルを維持する。次に、真空ポート９０４を使用して板の間の空間内の空気を排気する。プレートは、大気圧まで一緒に押下され、間隙を均一に最小化し、したがって、実効フィールド・プレート結合静電容量ＣEFFを最適化する。支持基板交換機構は、フィールド・プレートの下で、ポート９０４を真空条件と通気条件との間で循環させることによって検査基板を交換することができる。本実施形態では、フィールド・プレートの上で測定するカメラ９０５を示す。当然、他の変形形態、修正形態及び代替形態があってもよい。
【００５２】
別の実施形態では、図１０は、より小型のフィールド・プレート１０００及びカメラ１００１から構成される組立体を示し、カメラ１００１は、ＬＥＤデバイス支持基板１００２の上に置かれる。フィールド・プレート／カメラ組立体は、連続移動／測定ステップ１００３で移動し、完全な基板１００２を測定する。当然、他の変形形態、修正形態及び代替形態があってもよい。
【００５３】
主な段階１及び３の波形を示す測定シーケンスの電気シミュレーションを図１１〜図１４に示す。シミュレーションするシステムは、以下の通りである：
１．フィールド・プレート：３μｍシリコン二酸化物、Ｃ’EFF＝１．１５ｎＦ／ｃｍ2
２．１０μｍ×１０μｍのＬＥＤデバイス・サイズ：１．１５ｆＦ  ＣEFF、１５ｐＡ逆方向漏れ電流
３．０．０１Ａ／ｃｍ2  電流密度検査点
４．Ｖ1＝５００Ｖ（０．０１Ａ／ｃｍ2電流密度注入を達成する６０μ秒の傾斜時間）
５．６０ｍ秒の測定繰返し速度
６．ＬＥＤデバイスは、約１０ｐＡの逆方向漏れ電流が可能な標準的なダイオードである。
【００５４】
使用するプログラムは、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ（カリフォルニア州サニーベール）製Ｍｉｃｒｏ−Ｃａｐバージョン１１と呼ばれるＳＰＩＣＥ回路シミュレータである。１つの１０μｍ×１０μｍＬＥＤデバイスを上記の条件下でシミュレーションした。図１１は、ＣEFF＝１．１５ｆＦである、電圧生成器Ｖ２によって駆動される回路図を示す。この生成器は、６０μ秒で０から＋５００Ｖに傾斜し、その後、６０ｍ秒で＋５００Ｖから０Ｖの傾斜で下がるようにプログラムした。電圧源Ｖ３は、接続していないが、所望のカメラ・シャッタ・ウィンドウの一例を示すようにプログラムした。この例では、シャッタは、段階Ｉの前に１０μ秒開放し、段階Ｉ後の１０μ秒後に閉鎖した。
【００５５】
図１２Ａ〜図１２Ｄは、電圧源Ｖ２（図１２Ａ）、ＬＥＤデバイス順方向バイアス（図１２Ｂ）、ＬＥＤデバイス順方向電流（図１２Ｃ）及び電圧源Ｖ３からのカメラ・シャッタ制御信号（図１２Ｄ）に対する段階１の波形を示す。図１２Ｄを参照すると、カメラ統合シャッタは、（時間軸上で＋１０μ秒の時間に）電圧開始前に１０μ秒開放される。時間軸上の時間＋２０μ秒において、電圧源は、＋５００Ｖに向かって傾斜を開始する（時間ｔ0）。この段階Ｉの間、＋８０μ秒まで、ＬＥＤデバイスに＋１０ｎＡ（図１２Ｃ）で、約＋２５０ｍＶの順方向バイアスがかけられる（図１２Ｂ）。このことは、必要に応じて０．０１Ａ／ｃｍ2電流密度に対応する。時間＋８０μ秒の後、電圧傾斜は停止し、ＬＥＤ電流はゼロに降下する。時間＋９０μ秒において、カメラ・シャッタは閉鎖し、段階Ｉの間に生成した光パルスの統合を完了する。ここで、電圧源は、−１０ｐＡの標的漏れ電流で緩やかな放電を開始する。図１３Ａ〜図１３Ｄは、段階ＩＩＩの間の同じ電圧及び電流点を示し、放電は、約６０ｍ秒続く。図１３Ｃは、−１０ｐＡで放電される電流を示し、ＣEFFが＋５００Ｖから０Ｖまで６０ｍ秒にわたり安全に放電することを可能にする。電圧源が約＋６０ｍ秒でゼロに戻った後、新たな測定シーケンスを開始する。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。
【００５６】
直接共通接点は、ＤＣバイアス及び機能検査構成も可能にする。図１５は、ＬＥＤデバイスにＤＣモードのみでバイアスをかけるか又は経時変化するＡＣモードと組み合わせてバイアスをかけることができる一実施形態を示す。図１５Ａを参照すると、フィールド・プレート１５０１は、フィールド・プレート支持体（上部）、電極層１５０２から構成され、電極層１５０２は、電圧源１５０３に接続され、任意選択の「漏れ」誘電体層１５０４の一面に隣接する。機械的支持プレートは、導電性であってもよく、任意選択の「漏れ」誘電体層１５０４のみを必要としてもよい。当然、他の変形形態、修正形態及び代替形態があってもよい。
【００５７】
フィールド・プレート電極は、電圧源１５０３に接続され、任意選択の「漏れ」誘電体層１５０４の開放面は、単位面積当たりの静電容量：
Ｃ’FP＝εo×εr／ｔd  （１０）
を形成し、式中、
Ｃ’FPは、フィールド・プレートの単位面積当たりの静電容量（Ｆ／ｃｍ2）であり、
εo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。
【００５８】
誘電体は、ＤＣバイアス構成でＬＥＤデバイスに対し所望のバイアスをかけることを可能にするように選択したρdの抵抗率を有する。バイアス応答時間を駆動する時間定数は、εo×εr×ρdである。実効抵抗は、以下：
Ｒ’ＦＰ＝ρd×ｔd（オームｃｍ2）  （１１）
の通りに計算することができ、式中、
Ｒ’FPは、フィールド・プレートの単位面積当たりの抵抗（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。
【００５９】
一例では、漏れ誘電体層は、一般に、合理的に高い比誘電率、約１Ｍオームｃｍ以上の抵抗率、及び十分に高い誘電破壊電界強度を有する層として説明することができる。ＩＩ型ＤＩ（脱イオン）水は、これらの基準に合致し、８１の誘電率、１Ｍオームｃｍの抵抗率、及び１３ＭＶ／ｃｍを超える破壊電界強度を有する。他の例では、層は、わずかに導電性のドープ・ガラス／セラミック、プラスチック等とすることができる。約１というわずかな比誘電率が許容可能である場合、間隙内の電圧を有する空気層は、弱イオン化によってわずかに導電性になり、「漏れ」誘電体層の機能を達成することができる。
【００６０】
再度図１５Ａを参照すると、フィールド・プレート１５０１は、ＬＥＤ支持構造体１５０５の十分近くに置かれ、ｎ接点底電極１５０６は、共通電圧源１５０７及び複数のｐ接点上部電極１５０８に接続される。各ＬＥＤデバイスにわたる電圧は、本明細書では電圧源１５０３及び共通電圧源１５０７を使用して発生させるものとして示すが、代替的に、電圧源は、接点１５０２又は１５０６のいずれかに接続することができる。実効ＬＥＤデバイス駆動電圧は、全電圧源構成に対する接点１５０３と１５０７との間の電圧差である。この構成のため、フィールド・プレート誘電体層１５０４の開放面又は電極接点１５０２は、ＬＥＤ構造接触表面１５０８の開放面に十分近接して置かれ、電圧源１５０３と上部ＬＥＤ電極表面１５０８との間の所望の電気結合を可能にする。図１５Ａでは、この間隙は、１５０９として示され、最小とすることができ、間隙は制限される。間隙１５０９は、（電流注入効率を最適化する）十分な静電容量結合及び抵抗結合、並びに選択する間隙媒体に対する電流注入効果の空間的脱焦の最小化を可能にするように十分に小さいものとすべきである。
【００６１】
組立体１５００によって作製した構造体の電気アナログ図を図１５Ｂに示す。電圧源１５１０（図１５Ａの１５０３）は、２つの実効蓄電器を通じて、上部表面積ＡEFFを有する各ＬＥＤデバイス１５１２に接続される。１つの実効蓄電器は、任意選択の「漏れ」フィールド・プレート誘電体１５０４（ＣFP１５１１）を表し、１つは、間隙誘電性媒体１５０９（Ｃ間隙１５１３）を表す。各蓄電器は、フィールド・プレート誘電体ＲFP１５１４及び間隙媒体Ｒ間隙１５１５を通る漏出経路を表す抵抗器によって分岐される。底部共通接点１５０６に接続した電圧源１５１６（図１５Ａの１５０７）は、電気回路を完成させる。電圧変化及びレベルは、電流ＩLED１５１７をＬＥＤデバイス１５１２上に加えられる。実効静電容量ＣEFFは、単純に、フィールド・プレート誘電体層の直列静電容量であり、間隙１５０９の静電容量は、面積ＡEFFの両方で、
Ｃ’間隙＝εo×εr／ｔ間隙  （１２）
であり、式中、
Ｃ’間隙は、間隙の単位面積当たりの静電容量（Ｆ／ｃｍ2）であり、
εoは、真空誘電率（８．８５４×１０-14Ｆ／ｃｍ）であり、
εrは、間隙媒体の比誘電率（無次元）であり、
ｔ間隙は、間隙の厚さ（ｃｍ）であり、
ＣEFF＝ＡEFF×（Ｃ’FP×Ｃ’間隙）／（Ｃ’FP＋Ｃ’間隙）  （１３）
Ｃ’EFF＝（Ｃ’FP×Ｃ’間隙）／（Ｃ’FP＋Ｃ’間隙）  （１４）
であり、式中、
ＣEFFは、実効ＬＥＤデバイス結合静電容量（Ｆ）であり、
Ｃ’EFFは、単位面積当たりの実効ＬＥＤデバイス結合静電容量（Ｆ／ｃｍ2）であり、
ＡEFFは、実効ＬＥＤデバイス面積（ｃｍ2）であり、
間隙媒体分流抵抗器は、
Ｒ’間隙＝ρ間隙×ｔ間隙（オームｃｍ2）  （１５）
であり、式中、
Ｒ’間隙は、間隙媒体の単位面積当たりの抵抗（オームｃｍ2）であり、
ρ間隙は、間隙層の抵抗率（オームｃｍ）であり、
ｔ間隙は、間隙層の厚さ（ｃｍ）であり、
実効分流抵抗器は、
ＲEFF＝（Ｒ’FP＋Ｒ’間隙）／ＡEFF  （１６）
として計算され、式中、
ＲEFFは、実効結合分流抵抗（オーム）である。
【００６２】
ここで、ＤＣ注入機能検査モードの一例を図１６の構造体を使用して説明する。検査構成は以下の通りである：
１．デバイス・サイズ：２５μｍ×２５μｍ
２．フィールド・プレートは誘電体層を有さない。
３．間隙は、ＩＩ型ＤＩ水（＞１Ｍオームｃｍ）を有する２５μｍである。
４．底部電極電圧源及びバイアス負荷抵抗器ＲLによって設定した１０ｍＡ／ｃｍ2の標的ＤＣバイアス
５．外部結合蓄電器ＣCを通じて上部フィールド・プレート電圧源によって駆動するＡＣ（パルス）動作
６．検査面積５ｃｍ2。
【００６３】
フィールド・プレート１６０１は、ＬＥＤ支持構造体１６０２の十分近くに置かれ、ｎ接点底電極１６０３は、共通接地接点１６０４及び複数のｐ接点上部電極１６０５に接続される。各ＬＥＤデバイスについて、間隙媒体結合静電容量は、１８ｆＦであり、その分流抵抗は、４００Ｍオームである。比較的大きな結合静電容量は、間隙１６０６内にＤＩ水を使用することで可能であり、ＤＩ水は、８１という高い比誘電率を有する。各ＬＥＤデバイス内の注入電流のＡＣ及びＤＣ成分を電流１６１７によって示す。
【００６４】
ＤＣバイアスは、電圧源１６０７を調節することによって事前設定正電位Ｖposに設定し、負荷抵抗器ＲL１６０８、フィールド・プレート接点１６０９、間隙媒体１６０６を通じてＬＥＤデバイスにバイアスをかけ、ＬＥＤデバイスを通じて底部接点１６０４にバイアスをかける。１０ｍＡ／ｃｍ2というＤＣバイアス点を達成するため、合計５０ｍＡの電流をＲLを通じて流さなければならない。１００ｋオームとしてＲLを選択した場合、結合蓄電器ＣC１６１０を通じたＡＣパルスの実効結合を可能にするため、約５ｋＶの正バイアスＶposが必要である。ＤＩ水を通じた電圧降下は、約２５Ｖである一方で、ＬＥＤは、オンにするために２．５〜３．５Ｖを必要とする。バイアス・レベルを変化させることによって、出力光レベル対ＤＣ電流密度バイアスのグラフを測定し得ることに留意されたい。ＤＣバイアスと、カメラ捕捉時間とを同期してパルス化することにより、信号の平均化、及び多数のデバイスのバイアス設定点の測定を可能にする。
【００６５】
パルス信号の応答は、結合蓄電器１６１０を通じて、パルス源１６１１によって結合することができる。１ｎＦのＣLを仮定すると、高速パルスは、ＲL×ＣC緩和が電荷結合効率を低下させ得る前に、電荷をＬＥＤデバイス内に結合させることができる。１００ｋオーム及び１ｎＦデバイス値の場合、システム緩和時間定数は、１００μ秒であり、電荷をＬＥＤデバイスに移送し、測定可能な光パルスに変換できることを保証するのに十分に長い値である。この例では、合計ＤＩ水結合静電容量は、約１４ｎＦである。１００ｍＡ／ｃｍ2バイアスを５μ秒間注入する場合、１ＬＥＤデバイスにつき合計約３ｐＣ又は２．４μＣの電荷を検査領域のために送出しなければならない。ＤＩ結合蓄電器は、約１４ｎＦであるため、実効結合静電容量は、依然として約１ｎＦである。パルス源１６１１に必要な電圧パルスの大きさは、２４００ボルトであり、５μ秒で傾斜する。このように、ＤＣバイアス及びＡＣパルス機能検査の両方は、底部共通接点を有するＬＥＤデバイス基板から行うことができる。当然、他のバイアス及びパルス構成、変形形態、修正形態及び代替形態があってもよい。
【００６６】
本発明を共通接点がＬＥＤデバイスの下に存在する状態で説明してあるが、他の電流注入構成が可能である。図１７Ａは、別の実施形態１７００を示し、フィールド・プレート１７０１に対する相似体が、ＬＥＤデバイス１７０３等の複数のＬＥＤデバイス構造体の下で、支持基板１７０２内に存在する。ＬＥＤデバイス構造体最下層（本発明で説明する例ではｎ層）の下で、誘電体層１７０４及び電極１７０５が支持基板静電容量結合デバイスを完成させる。電極１７０５は、電圧源１７０６に接続される。フィールド・プレートは、個別の電圧源１７０７及びフィールド・プレート電極１７０８に接続される。本例では、カメラ１７０９をフィールド・プレートの上に置き、検査下、複数のＬＥＤデバイスの発光反応を捕捉する。本例では、デバイス間の分離を完全であるように示すが、本方法は、ｎ層の完全な分離の有無にかかわらず、依然として機能する。図１７Ｂは、この静電容量結合支持基板構成に対する同等の回路１７１１を示す。唯一の変化は、各ＬＥＤデバイスの陰極の下に第２の結合蓄電器ＣEFF2を挿入することである。得られる回路は、同等に動作し、Ｃ2Ｉ機能検査を実施する際に効果的であるようにすることができる。例えば、支持基板誘電体層１７０４がフィールド・プレート内の誘電体層１７１０と同一であり、電圧源１７０６が、電圧源１７０７に対し負ではあるが同一に駆動される（電圧源１７０７では０から−５００Ｖであり、電圧源１７０７では０から＋５００Ｖである）と仮定すると、測定システム１７００は、共通接点支持基板構成と本質的に同一に機能する。
【００６７】
更に別の実施形態では、Ｃ2Ｉ機能検査を図１７Ａの検査構成の修正に適用することもでき、これにより、支持基板内の埋込電極の必要性をなくす。本実施形態では、支持基板の誘電特性自体を使用し、ＬＥＤデバイスに電流を注入する。例えば、石英、サファイア又はプラスチック支持基板は、図１７Ａの誘電体１７０４として働くことができる。図１８は、この構成の特定の実施形態１８００を示す。支持基板１８０１は、十分な誘電特性及び厚さを有し、ＬＥＤデバイス１８０２等の複数のＬＥＤデバイスをその表面上に含み、電圧源１８０６に接続した電極１８０３の上部に置かれる。フィールド・プレート１８０４は、誘電体層１８０５及び電極１８０６を有し、第２の電圧源１８０７に接続され、Ｃ2Ｉ機能検査回路を完成させる。フィールド・プレート１８０４上に置いたカメラ１８０８を本実施形態で示す。同等の電気回路は、値ＣEFF2が支持基板の厚さのため実質的により小さい可能性があることを除き、図１７Ｂと同様である。例えば、厚さ５００μｍのサファイア（εr約１０）製支持基板の場合、Ｃ’EFF2は、約１８ｐＦ／ｃｍ2であり、ＣEFF1の約６５分の１の小ささである。Ｖ1のより速い電圧傾斜及び／又はより大きな電圧値は、結合効率のこの損失を補償することができる。例えば、フィールド・プレート電圧源１８０７は、０から＋５００Ｖまで駆動することができる一方で、支持基板電圧源１８０４は、０から−３２．５ｋＶまでで駆動することができる（−５００Ｖ×６５＝−３２．５ｋＶ）。サファイア支持基板内の電界強度は、０．６５ＭＶ／ｃｍであり、約１ＭＶ／ｃｍであるサファイアの破壊強度を十分に下回るものである。このように駆動すると、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の埋込接点を伴わずにＣ2Ｉ機能検査を可能にする。電極１８０３を駆動する高電圧波形生成器は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ又はサイリスタ・デバイスを使用して実現することができる。３６ｋＶまで切り替え可能な高電圧スイッチは、モデル番号ＨＴＳ−３６１−０１−Ｃ（３６ｋＶ、最大電流１２Ａ）、及びモデル番号ＨＴＳ−３６１−２００−ＦＩ（３６ｋＶ、最大電流２０００Ａ）Ｂｅｌｋｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ＧＭＢＨ（ドイツ、クロンベルク）製である。プログラム可能な波形整形回路は、高速の電圧変化を緩やかにし、所望のＣ2Ｉ機能検査特性に合致する電圧傾斜にすることができる。６インチ基板の場合、合計静電容量は、約３．２ｎＦであり、毎秒１６回の測定で、１／２ＣＶ2ｆ電力は、約２７ワットであり、平均電流は、８３０μＡであり、市販の高電圧スイッチの通常動作規格内で安全である。ＨＴＳ−３６１−２００−ＦＩの２０００Ａ切り替え可能スイッチの場合、１１Ａ／ｃｍ2もの高さである電流密度Ｃ2Ｉ測定を実施することができる。当然、他の変形形態、修正形態及び代替形態があってもよい。
【００６８】
特定の画像処理方法を利用し、検査下、各ＬＥＤデバイスに対応する測定データの精度を改善することができる。センサ上で撮像した各ＬＥＤデバイスは、カメラ・センサアレイ内の特定領域上で撮像される。１つの画像処理方法は、標的画像からの空間情報を使用し、測定したカメラ出力データ画像内で各ＬＥＤデバイスに対する物理的質量中心（ｘ，ｙ）位置を生成する。支持基板上のＬＥＤデバイス質量中心位置と、カメラ・センサ上の対応する質量中心位置との相関関係を展開し、可能性としては、カメラ倍率、光歪み修正、画像捕捉を使用して修正し、ＬＥＤデバイス・マトリックス等を検知、位置特定することができる。したがって、得られる質量中心マトリックスは、各ＬＥＤデバイスに対するセンサ画像内の（ｘ，ｙ）位置のセットである。例えば、上記の例を参照すると、１９２０×１２００個のデジタル・センサ・マトリックス上で撮像した９６０×６００個のＬＥＤデバイス・セットは、以下の質量中心マトリックス：
ＬＥＤ（ｉ，ｊ）の質量中心＝カメラ・データ位置（ｘ．ｙ）
を有し、式中、ｉ、ｊは、各測定ＬＥＤに対する整数（ｉ＝１から９６０、ｊ＝１から６００）である一方で、カメラ位置（ｘ，ｙ）は、センサ画素領域内の浮動小数点数（０＜ｘ＜１９２０、０＜ｙ＜１２００）である。この質量中心マトリックスを展開した後、重み付き関数を使用する画像処理方法は、デジタル画像を利用し、重み付き関数を使用して抽出したデータ値セットを展開することができ、より多い重みが、物理的なＬＥＤ質量中心位置に最も近いセンサ・データに与えられる。画像処理システムは、並行して、通常、フレーム率速度でこの重畳関数を達成することができる。したがって、好ましい実施形態では、ＬＥＤデータ値は、出力ＬＥＤデバイス（ｉ，ｊ）のマトリックス・データ値から構成され、このデータ値は、デジタル・カメラ・データに適用した質量中心重み付き関数を使用して計算される。
【００６９】
デジタル・カメラ出力（段階Ｉの間、カメラ・センサ（複数可）上で撮像したＬＥＤデバイスが発光した合計統合光に比例する）に適用する更なる画像処理方法を利用し、ＬＥＤデバイス機能を示す結果を展開することができる。この機能データは、測定値から得た１つ又は複数の値を含むマトリックスの形態である。位置（ｉ，ｊ）における各ＬＥＤに関し、ｎ個のデータ点セット、データn（ｉ，ｊ）＝値nがある（ｎは１以上の整数である）。検査下の各ＬＥＤに関する複数の独立データn（ｉ，ｊ）値は、例えば、異なる段階Ｉの電圧傾斜値と合わせたｎ個の測定シーケンスを使用して測定した、異なる電流密度値における光の出力値とすることができる。各データn（ｉ，ｊ）測定データ値は、複数の測定値の平均とし、信号対ノイズ比を改善することができる。信号平均化は、周知の方法であり、確率ノイズを呈する信号の標準偏差は、ｓｑｒｔ（ｍ）によって低減し、ｍは、平均化した測定点の数である。例えば、データ点が確率ノイズ標準偏差ｚを呈する場合、１００データ点の平均を使用する平均化データ点は、ｚ／ｓｑｒｔ（１００）の標準偏差を有し、即ち１０分の１の低さである。
【００７０】
ＬＥＤデバイス（ｉ，ｊ）データ値を収集した後、閾値又は検査基準セットを適用し、測定した各ＬＥＤに対し、おそらくは０又は１のデータn（ｉ，ｊ）値を追加することによって、機能の決定を展開することができる（０＝不良デバイス、１＝良好デバイス）。例えば、発光しない又は発光が弱いデバイスは、所望の最小閾値をデータに適用する際、不良デバイスと標示することができる。当然、データ値セット又は合格／不合格基準に適用する複数の閾値及び他の基準は、機能検査、修理対策及び工程収率分析（原因及び修正）でも有用であり得る。単に一例として、複数の閾値をＬＥＤデバイスのデータn（ｉ，ｊ）データに適用し、各ＬＥＤデバイスに対するビン数標示を生成し、ＬＥＤ機能を一致させ、基準又は基準セットに従って、同様の特性を有するデバイスを解放する対策を目指すことができる。ランダム・アクセス・レーザー・リフトオフ又は他の個々のＬＥＤデバイス解放方法は、各（ｉ，ｊ）ＬＥＤデバイスに対するビン標示マトリックス値に基づき、同様のビン数を有するＬＥＤデバイスを集合させることができる。このことは、過度に異なる機能特性を有するＬＥＤデバイスの使用によって生じる表示の不均一性を制限するのに有用であり得る。複数の閾値を利用し、収率及び工程管理に有用な統計を展開することもできる。例えば、ビン・データに適用した標準偏差及び他の統計分析は、収率及び工程安定度の指標とすることができる。これらから得られた量の急激な変化は、工程逸脱の証拠となり得る。図１９は、いくつかのＬＥＤデバイスのヒストグラム・プロット１９００を示し、これらのＬＥＤデバイスは、横軸のデータnの関数として、縦軸上のデータn値（チャンネル又はビンと呼ぶ）のわずかな範囲内にある。ＬＥＤデバイスの多くは、機能的に許容可能な範囲１９０１内にある一方で、閾値１９０２を下回る又は閾値１９０３を上回るＬＥＤデバイスは、不良品とみなされる。ＬＥＤデバイスのビン関数の幅１９０４は、収率及び工程管理に有用であり得る。同じビン１９０５内にあるＬＥＤデバイスは、後で集合させ、ＬＥＤデバイスの同様の機能検査で使用し、表示均一性を改善することができる。
【００７１】
本発明による機能検査装置が撮像した面積が所望の面積よりも少なく、ステップ・アンド・リピート機能を必要とする場合、新たな各ＬＥＤデバイス面積を測定するため、質量中心マトリックスを再計算する必要があることがある。しかし、ステップ・システムが、次のセットの測定すべきＬＥＤデバイスの位置合わせに十分に正確である場合、質量中心マトリックスを再利用することができる。当然、他の変形形態、修正形態及び代替形態があってもよい。
【００７２】
一般的に、フィールド・プレートは、ＬＥＤデバイスを含有する基板の機能検査を、フィールド・プレートに対して固定されるか又は移動する１つ又は複数のカメラによって行うことを可能にする。検査機器費用、複雑さ、標的ＬＥＤデバイスのサイズ及び検査処理量能力は、特定の構成を選択する前に評価しなければならない基準の一部である。他の設計の制限及び基準にも対処し、所望の仕様への測定機能を保証しなければならない。１つのそのような基準は、接点抵抗及び寄生静電容量のために、検査する各ＬＥＤデバイスにわたる段階Ｉの電圧波形が著しく歪まないようにすることを保証することである。例えば、より高い電流密度動作の測定に望ましい段階Ｉの高速電圧傾斜は、フィールド・プレートの中間に位置するＬＥＤデバイスのＲＣ低域フィルタによって生じる著しい波形歪み及び電圧降下を生じさせることがある。このことは、フィールド・プレート電極又は共通接点抵抗が高すぎる場合に生じることがある。これらの影響の軽減は、実効接点シート抵抗率を低下させるか又は検査前により低い抵抗層を取り付けることによって起こすことができる。最後に、大型のフィールド・プレートは、測定繰返し速度において、フィールド・プレート静電容量ＣFPの帯放電にいくらかの電力を必要とし、接点層内に抵抗加熱を生じさせることがある。例えば、３μｍシリコン二酸化物誘電体層を使用する６インチ基板フィールド・プレートは、約２００ｎＦの合計静電容量ＣFPを有する。１６Ｈｚの捕捉率及び５００Ｖの傾斜を仮定すると、１／２ＣＶ2ｆ電力は、約０．５Ｗである。この提案する動作点において、完全６インチフィールド・プレート構成の場合でさえ、わずかな管理可能な検査電力レベルが生成される。
【００７３】
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、代替構成及び等価物を使用することができる。上記は、選択したステップ・シーケンスを使用して説明してきたが、説明したあらゆる要素又はステップのあらゆる組合せ及びその他を使用することができる。更に、実施形態に応じて、特定のステップを組み合わせる及び／又はなくすことができる。更に、説明及び例は、平坦表面上のＧａＮ  ＬＥＤデバイスを対象として説明したが、Ｃ2Ｉ方法を使用して、光子発光デバイスを含有するあらゆる平面又は湾曲表面を機能的に検査することができる。例えば、本発明を使用して、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、シリコン・フォトニクス・デバイス及び他の面発光デバイスを検査することができる。更に、別の例では、ＩＩ−ＶＩ半導体材料及び関連するデバイスを使用することもできる。一例では、ＬＥＤ又は他のデバイスは、汎用又は特殊照明、表示器等、大型パネル、携帯デバイス又は投影器、化学処理、車両照明、医療等にかかわらず、様々な用途を有することができる。一例では、方法は、良好なデバイスの１つを選択し、前記デバイスを部材基板上に解放し、デバイスをパッケージングすることを含むこともできる。部材基板は、解放したＬＥＤデバイスを受け取る最終製品基板又は一時的基板を含むことができる。パッケージは、標準カン、チップ・オン・ボード又はサブマウント又はモジュール・デバイスとすることができる。デバイスをパッケージングした後、パッケージを様々な用途の１つに構成することができる。当然、他の変形形態、修正形態及び代替形態があってもよい。したがって、上記の説明及び例示は、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の限定として解釈すべきではない。
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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