Chapter 4 WB-ACLED 製程之量測與實驗結果
4.2 WB-ACLED 之電性與光性量測分析
下完製程並做完 WB-ACLED 晶片後，還要將晶片放於置具中並固晶打 線完即為完整的元件。接下來先簡單介紹 ACLED 的量測設備，設備示意圖 如圖 4.2.1 所示，我們利用電腦來控制 AC 電流源來驅動元件，並將元件放置 於 12 吋之積分球內。但是在 AC 電流源與積分球的線路之間，會再加上一個 可變的限流電阻，其電阻值範圍為約 0Ω~10KΩ。
45
圖 4.2.1 ACLED 量測設備系統示意圖與限流電阻電路
4.2.1 WB-ACLED 變顆數比值之電性與光性量測分析 固定半波整流微晶粒 LED 顆數為 5 顆
第三章的小節中，已有說明過此組 WB-ACLED 均是固定晶片 總 面 積為 1.24mm2 且 面 積比值 為 1，在固 定半波整流微晶粒 LED(SLN)為 5 的條件下，全波整流微晶粒 LED 顆數(CLN)由 5 每 顆晶片遞增 5 顆直到 25 顆，交流下的 IV 曲線如圖 4.2.2 所示。顆 數愈多則 WB-ACLED 的切入電壓愈高。
Spectrum Analyser Computer
6720 AC source
12” integrating sphere
R
ext= 0 Ω~ 10kΩ
46
圖 4.2.2 固定 r=1、SLN=5、CLN=5~25 之 WB-ACLED 的 IV 曲線
圖 4.2.3 為固定 r=1、SLN=5、CLN=5~25 之 WB-ACLED 的 PL 曲線，X 軸為座落在 WB-ACLED 上的輸入功率，Y 軸為光 輸出功率，不同顏色(符號)的曲線代表不同顆數條件的 WB-ACLED 晶片，由圖中可觀察到隨著微晶粒 LED 顆數的增加，光輸出功率 會愈來愈高。
圖 4.2.3 固定 r=1、SLN=5、CLN=5~25 之 WB-ACLED 的 PL 曲線
下圖 4.2.4 固定 r=1、SLN=5、CLN=5~25 之 WB-ACLED 模擬
40 60 80 100 120
Light output power (W)
Power (W)
47
與量測的光輸出功率比較圖，固定輸入功率為 1W，X 軸代表不同 微晶粒 LED 顆數的 WB-ACLED 晶片(共有五顆)，Y 軸代表光輸出 功率，黑色曲線為模擬數據，紅色曲線為實際量測數據，模擬與量 測的趨勢均一致，隨著微晶粒 LED 顆數的增加光輸出功率會愈高。
圖 4.2.4 固定 r=1、SLN=5、CLN=5~25 之 WB-ACLED 模擬與量測 的光輸出功率比較圖
下表格為這五顆 WB-ACLED 晶片量測數據，隨著微晶粒 LED 顆數的增加功率因數(Power factor, PF)均可保持在 90 以上，已符合 美國能源之星規範，住安應用功率因數大於 70，商業應用功率因 數大於 90 [29]，而 SLN=5、CLN=25 的光輸出功率較 SLN=5、
CLN=25 的提升了 70%。
表 4.2.1 固定 r=1、SLN=5、CLN=5~25 之 WB-ACLED 量測數據 5:5 5:10 5:15 5:20 5:25
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Light output power (a.u.)
SLN:CLN
Simulation Measurement
SLN：CLN 5:5 5:10 5:15 5:20 5:25
Voltage 64 V 73.14 V 90.1V 106.1 V 110.4 V Wavelength 453 nm 456 nm 455 nm 456 nm 454 nm
Input Power 1 W 1 W 1W 1W 1 W
PF 98.6 98 97.2 96 95
Light output power 58.2mW 71.4mW 82.5 mW 90.4mW 98.7mW
48
固定 WB-ACLED 總顆數為 45 顆微晶粒 LED
此組 WB-ACLED 固定晶片總面積為 1.24mm2、面積比值為 1、
微晶粒 LED 總顆數為 45 下，分別有四種 WB-ACLED 晶片為別為 SLN=6、CLN=21，SLN=7、CLN=17，SLN=8、CLN=13，SLN=9、
CLN=9。圖 4.2.5 為該四種 WB-ACLED 之 IV 曲線，雖然微晶粒 LED 的總顆數相同，但是在一個半週下導通的顆數是不同的，
SLN=6、CLN=21 單次導通 33 顆，SLN=7、CLN=17 單次導通 31 顆，SLN=8、CLN=13 單次導通 29 顆，SLN=9、CLN=9 單次導通 27 顆。因為 SLN=6、CLN=21 這組切入電壓最高，而 SLN=9、CLN=9 的切入電壓最低。
圖 4.2.5 固定 r=1、SLN=6~9、CLN=9~21，總顆數為 45 之 WB-ACLED 的 IV 曲線
圖 4.2.6 為固定 r=1、SLN=6~9、CLN=9~21，總顆數為 45 之 WB-ACLED 的 PL 曲線，X 軸為座落於晶片上的輸入功率，Y 軸為 光輸出功率，不同顏色的線(符號)代表不同條件的 WB-ACLED 共
60 80 100 120
0.000 0.004 0.008 0.012
Current (A)
Voltage (V) 6:21
7:17 8:13 9:9
49
有四顆，由圖中我們可發現 SLN=6、CLN=21 這顆 WB-ACLED 之 光輸出功率是高於其它三顆。在固定總顆數與總面積的條件下，每 顆的微晶粒 LED 之面積都是相同的，因此串聯電阻與電流分佈十 分接近，而在交流源半個週期下 SLN=6、CLN=21 這顆 WB-ACLED 晶片導通的微晶粒 LED 顆數是 33 顆高於其它三顆，因此光輸出功 率高於其它三顆 WB-ACLED。
圖 4.2.6 固定 r=1、SLN=6~9、CLN=9~21，總顆數為 45 之 WB-ACLED 的 PL 曲線
圖 4.2.7 為固定 r=1、SLN=6~9、CLN=9~21，總顆數為 45 之 WB-ACLED 模擬與量測的光輸出功率比較圖，固定輸入功率為 1W，
X 軸代表不同微晶粒 LED 顆數的 WB-ACLED 晶片(共有四顆)，Y 軸代表光輸出功率，黑色曲線為模擬數據，紅色曲線為實際量測數 據，模擬與量測的趨勢均一致，隨著全波整流微晶粒 LED 顆數的 增加與半波整流微晶粒 LED 顆數的減少，則 WB-ACLED 的光輸 出功率愈高。
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6
0.00 0.04 0.08 0.12 0.16
Light output power (a.u.)
Power (W) 6:21
7:17 8:13 9:9
50
圖 4.2.7 固定 r=1、SLN=6~9、CLN=9~21，總顆數為 45 之 WB-ACLED 模擬與量測的光輸出功率比較圖
下表 4.2.2 為固定 r=1、SLN=6~9、CLN=9~21，總顆數為 45 之 WB-ACLED 的細詳量測數據，固定輸入功率為 1W，四種 WB-ACLED 的功率因數皆在 90 以上符合美國能源之星的規範。而 SLN=6、CLN=21 這顆晶片的光輸出功率較 SLN=9、CLN=9 來的 提高 13%。
表 4.2.2 固定 r=1、SLN=6~9、CLN=9~21，總顆數為 45 之 WB-ACLED 量測數據
4.2.2 WB-ACLED 變面積比值之電性與光性量測分析 固定 WB-ACLED 總顆數為 65
9:9 8:13 7:17 6:21
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
Input power 1W
Light output power (a.u.)
SLN:CLN Simulation Measurement
SLN：CLN 9:9 8:13 7:17 6:21
Voltage 94.11 V 97.7 V 106.8 V 108.4
Wavelength 454 nm 454 nm 454 nm 454 nm
Input Power 1 W 1 W 1 W 1 W
PF 95 96 95 95.6
Light output power 85.1mW 88.6 mW 92.2mW 96.2 mW
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此組 WB-ACLED 固定晶片總面積為 1.24mm2、微晶粒 LED 總 顆數為 65 顆(SLN=10、CLN=25)，面積比值為 1、2、5。圖 4.2.8 為該組 WB-ACLED 的 IV 曲線，黑線之面積比值為 1 的 WB-ACLED，
紅線之面積比值為 2 的 WB-ACLED，藍線之面積比值為 5 的 WB-ACLED，在相同導通的微晶粒 LED 顆數下其切入電壓非常接 近，但面積比值為 2 的切入電壓較其它面積比值來得低，且 IV 曲 線斜率較陡串聯電阻較小。
圖 4.2.8 固定總顆數為 65(SLN=10、CLN=25)，面積比值為 1、2、5 之 WB-ACLED 的 IV 曲線
圖 4.2.9 為固定總顆數為 65(SLN=10、CLN=25)，面積比值為 1、
2、5 之 WB-ACLED 的 PL 曲線，X 軸為座落於晶片上的輸入功率，
Y 軸 為 光 輸 出 功 率 ， 不 同 顏 色 的 線 ( 符 號 ) 代 表 不 同 條 件 的 WB-ACLED 共有三顆，黑線之面積比值為 1 的 WB-ACLED，紅線 之 面 積 比 值 為 2 的 WB-ACLED ， 藍 線 之 面 積 比 值 為 5 的 WB-ACLED，從圖中可發現到面積比值為 2 的 WB-ACLED 晶片其 光輸出功率高於面積比值為 1 與 5 的 WB-ACLED。
100 120 140 160
0.000 0.003 0.006 0.009
Current (A)
Voltage (V) r=1_10:25
r=2_10:25 r=5_10:25
52
圖 4.2.9 固定總顆數為 65(SLN=10、CLN=25)，面積比值為 1、2、5 之 WB-ACLED 的 PL 曲線
圖 4.2.10 為固定總顆數為 65(SLN=10、CLN=25)，面積比值為 1、2、5 之 WB-ACLED 模擬與量測的光輸出功率比較圖，固定輸 入功率為 1W，X 軸代表不同面積比值的 WB-ACLED 晶片(共有三 顆)，Y 軸代表光輸出功率，黑色曲線為模擬數據，紅色曲線為實 際量測數據，模擬與量測的趨勢均一致，模擬於面積比值為 20.5時 擁有最高的光輸出功率，而實際元件於面積比值為 2 時也較其它面 積比值的光輸出功率還來得高。
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6
0.00 0.04 0.08 0.12 0.16
Light output power (a.u.)
Power (W) r=1_10:25
r=2_10:25 r=5_10:25
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圖 4.2.10 固定總顆數為 65(SLN=10、CLN=25)，面積比值為 1、2、
5 之 WB-ACLED 模擬與量測的光輸出功率比較圖
表 4.2.3 為 固定總顆數為 65(SLN=10、CLN=25)，面積比值為 1、2、5 之 WB-ACLED 詳細量測數據，固定輸入功率為 1W，三 種 WB-ACLED 的功率因數皆在 90 以上符合美國能源之星的規範。
面積比值為 2 的 WB-ACLED 之光輸出功率較面積比值為 1 的光輸 出功率提高了 9%。
表 4.2.3 固定總顆數為 65(SLN=10、CLN=25)，面積比值為 1、2、
5 之 WB-ACLED 量測數據
固定 WB-ACLED 總顆數為 67
0 2 4 6 8
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Light output power (a.u.)
Ratio of area (cm2/cm2) Simulation
Measurment
SLN：CLN 10:25
r = 1 r = 2 r = 5 Voltage(V) 156.4 V 140.9 V 149.2 V Wavelength 454nm 454nm 455nm
Input Power(W) 1 W 1W 1 W
PF 94 93.9 93.8
Light output power 89.2 mW 97.3 mW 81.8 mW
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表 4.2.4 為 固定總顆數為 67(SLN=10、CLN=25)，面積比值為 1 、2 、 5 之 WB-ACLED 量測數據，其 中 因面積比值為 1 的 WB-ACLED 晶片損壞無實際量測數據，但當面積比值為 2 時光輸 出功率的確也較面積比值為 5 時來的高。這組 WB-ACLED 主要是 預防變面積比值中有其中一組因晶片損壞無法比較才設計，就不再 補上 IV 曲線、PL 量測與模擬分析。
表 4.2.4 固定總顆數為 67(SLN=10、CLN=25)，面積比值為 1、2、
5 之 WB-ACLED 量測數據
SLN：CLN 10:27
r = 1 r = 2 r = 5
Voltage(V) X 144.9 V 156.5 V
Wavelength X 454nm 454nm
Input Power(W) X 1 W 1 W
PF X 93.8 93.9
Light output power X 99.7mW 89mW
55