基于顯微成像系統(tǒng)的Micro-LED表面亮度檢測

廈門大學(xué)與***新竹交通大學(xué)的科研團隊近期合作開發(fā)了一種基于顯微成像系統(tǒng)的Micro-LED表面亮度檢測系統(tǒng)，可以快速測量Micro-LED陣列在工作時任意位置的絕對亮度值。

LED作為一種主動的自發(fā)光裝置已經(jīng)存在了半個多世紀(jì)。由于其低功耗，低工作電壓，高照度，長工作壽命和穩(wěn)定的性能，使其成為一種非常流行的應(yīng)用。隨著LED技術(shù)的發(fā)展和各種行業(yè)對微集成的不斷增長的應(yīng)用需求，Micro-LED陣列器件應(yīng)運而生。通過進一步減小LED芯片的尺寸，在毫米的范圍內(nèi)，可以制備數(shù)百或數(shù)千個Micro-LED以形成Micro-LED陣列。Micro-LED在許多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用，包括Micro-LED顯示器，高速并行可見光通信，高壓照明芯片等。

在顯示領(lǐng)域，與LCD和OLED顯示技術(shù)相比，Micro-LED顯示器具有發(fā)光效率高，亮度高，對比度高，響應(yīng)時間短的優(yōu)點。但由于散熱，老化等問題，導(dǎo)致顯示器成像缺陷，影響其成像質(zhì)量，因此顯示器的缺陷檢測是必要的。但目前的檢測測量仍保持在宏觀水平，不能用于精確測量微LED陣列，而且用于評估Micro-LED陣列亮度的方法集中在總亮度的測量上，未能快速檢測微LED陣列中的壞像素。因此尋找一種快速、精確的方法來檢查Micro-LED的表面亮度是非常有必要的。

圖1. Micro-LED陣列的亮度測量示意圖

目前市面上有多種測試儀器可以測試待測物的亮度，其中數(shù)碼相機亮度測試技術(shù)已然成為一個重要的研究熱點。數(shù)碼相機是通過圖像傳感器將包含著目標(biāo)物亮度信息的電信號轉(zhuǎn)換成圖像的格式?？紤]到Micro-LED的尺寸微小，如圖1所示，通過將相機與顯微結(jié)合，利用標(biāo)準(zhǔn)亮度計檢測統(tǒng)一待測物的亮度，獲得灰度與亮度的關(guān)系，便可以通過曝光時間和拍攝到的圖片快速得到待測物的亮度。

圖2. （a）micro-LED陣列上的部分區(qū)域圖片

（b）這些芯片在不同的電壓下的平均亮度

如圖2所示，研究人員通過圖1的裝置拍攝工作狀態(tài)下Micro-LED陣列的圖片，經(jīng)過自主編寫的軟件便可快速得到不同芯片的平均亮度。從圖2(b)不難看出，8號芯片的亮度僅為相同電壓下其余芯片的三分之一，因此可以確定8號芯片的工作異常。因此，該亮度測量系統(tǒng)既可以定量檢Micro-LED陣列的工作狀態(tài)，也可以用于快速檢測Micro-LED陣列的壞點。

圖3列出了六種不同電流下單顆Micro-LED芯片的亮度偽彩圖和亮度3D分布圖。在3D圖中，我們可以清楚地看到，在1000 uA驅(qū)動電流的情況下，更多的點位于平均亮度附近，這意味著大電流可以增加Micro-LED芯片表面亮度的均勻性。

圖3. 單顆micro-LED芯片的亮度偽彩色圖和3D分布

上述工作已經(jīng)撰寫成論文《Research on a camera-based microscopic imaging system to inspect the surface luminance of the micro-LED array》，該論文也已被IEEE ACCESS雜志接收發(fā)表。