廈門大學(xué)與臺(tái)灣新竹交通大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì) (郭浩中，吳挺竹，佘慶威) 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(cè)系統(tǒng)，可以快速測(cè)量micro-LED陣列在工作時(shí)任意位置的絕對(duì)亮度值。
LED作為一種主動(dòng)的自發(fā)光裝置已經(jīng)存在了半個(gè)多世紀(jì)。由于其低功耗，低工作電壓，高照度，長(zhǎng)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(duì)微集成的不斷增長(zhǎng)的應(yīng)用需求，micro-LED陣列器件應(yīng)運(yùn)而生。通過進(jìn)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(gè)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(duì)比度高，響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。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(cè)是必要的。但目前的檢測(cè)測(cè)量仍保持在宏觀水平，不能用于精確測(cè)量微LED陣列，而且用于評(píng)估m(xù)icro-LED陣列亮度的方法集中在總亮度的測(cè)量上，未能快速檢測(cè)微LED陣列中的壞像素。因此尋找一種快速、精確的方法來(lái)檢查micro-LED的表面亮度是非常有必要的。
目前市面上有多種測(cè)試儀器可以測(cè)試待測(cè)物的亮度，其中數(shù)碼相機(jī)亮度測(cè)試技術(shù)已然成為一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)。數(shù)碼相機(jī)是通過圖像傳感器將包含著目標(biāo)物亮度信息的電信號(hào)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(jī)與顯微結(jié)合，利用標(biāo)準(zhǔn)亮度計(jì)檢測(cè)統(tǒng)一待測(cè)物的亮度，獲得灰度與亮度的關(guān)系，便可以通過曝光時(shí)間和拍攝到的圖片快速得到待測(cè)物的亮度。
圖1. Micro-LED陣列的亮度測(cè)量示意圖
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(hào)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(hào)芯片的工作異常。因此，該亮度測(cè)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(cè)micro-LED陣列的壞點(diǎn)。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(dòng)電流的情況下，更多的點(diǎn)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。
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。
圖2. （a）micro-LED陣列上的部分區(qū)域圖片
和（b）這些芯片在不同的電壓下的平均亮度
圖3. 單顆micro-LED芯片的亮度偽彩色圖和3D分布
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