基于显微成像系统的micro-LED表面亮度检测

厦门大学与台湾新竹交通大学的科研团队(郭浩中，吴挺竹，佘庆威)近期合作开发了一种基于显微成像系统的micro-LED表面亮度检测系统，可以快速测量micro-LED阵列在工作时任意位置的绝对亮度值。

LED作为一种主动的自发光装置已经存在了半个多世纪。由于其低功耗，低工作电压，高照度，长工作寿命和稳定的性能，使其成为一种非常流行的应用。随着LED技术的发展和各种行业对微集成的不断增长的应用需求，micro-LED阵列器件应运而生。通过进一步减小LED芯片的尺寸，在毫米的范围内，可以制备数百或数千个micro-LED以形成micro-LED阵列。micro-LED在许多领域具有潜在的应用，包括micro-LED显示器，高速并行可见光通信，高压照明芯片等。

在显示领域，与LCD和OLED显示技术相比，micro-LED显示器具有发光效率高，亮度高，对比度高，响应时间短的优点。但由于散热，老化等问题，导致显示器成像缺陷，影响其成像质量，因此显示器的缺陷检测是必要的。但目前的检测测量仍保持在宏观水平，不能用于精确测量微LED阵列，而且用于评估micro-LED阵列亮度的方法集中在总亮度的测量上，未能快速检测微LED阵列中的坏像素。因此寻找一种快速、精确的方法来检查micro-LED的表面亮度是非常有必要的。

目前市面上有多种测试仪器可以测试待测物的亮度，其中数码相机亮度测试技术已然成为一个重要的研究热点。数码相机是通过图像传感器将包含着目标物亮度信息的电信号转换成图像的格式。考虑到micro-LED的尺寸微小，如图1所示，通过将相机与显微结合，利用标准亮度计检测统一待测物的亮度，获得灰度与亮度的关系，便可以通过曝光时间和拍摄到的图片快速得到待测物的亮度。

图1. Micro-LED阵列的亮度测量示意图

如图2所示，研究人员通过图1的装置拍摄工作状态下micro-LED阵列的图片，经过自主编写的软件便可快速得到不同芯片的平均亮度。从图2(b)不难看出，8号芯片的亮度仅为相同电压下其余芯片的三分之一，因此可以确定8号芯片的工作异常。因此，该亮度测量系统既可以定量检micro-LED阵列的工作状态，也可以用于快速检测micro-LED阵列的坏点。图3列出了六种不同电流下单颗micro-LED芯片的亮度伪彩图和亮度3D分布图。在3D图中，我们可以清楚地看到，在1000 uA驱动电流的情况下，更多的点位于平均亮度附近，这意味着大电流可以增加micro-LED芯片表面亮度的均匀性。

上述工作已经撰写成论文《Research on a camera-based microscopic imaging system to inspect the surface luminance of the micro-LED array》，该论文也已被IEEE ACCESS杂志接收发表。

图2. （a）micro-LED阵列上的部分区域图片
和（b）这些芯片在不同的电压下的平均亮度

图3. 单颗micro-LED芯片的亮度伪彩色图和3D分布

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