基於顯微成像系統的 micro-LED 表面亮度檢測

廈門大學與新竹交通大學的科研團隊（郭浩中、吳挺竹、佘慶威）近期合作開發了一種基於顯微成像系統的 Micro-LED 表面亮度檢測系統，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光裝置已經存在了半個多世紀。由於其低功耗，低工作電壓，高照度，長工作壽命和穩定的性能，使其成為一種非常流行的應用。隨著 LED 技術的發展和各種行業對微集成的不斷增長的應用需求， Micro-LED 陣列器件應運而生。通過進一步減小 LED 晶片的尺寸，在毫米的範圍內，可以製備數百或數千個 Micro-LED 以形成 Micro-LED 陣列。 Micro-LED 在許多領域具有潛在的應用，包括 Micro-LED 顯示器，高速並行可見光通信，高壓照明晶片等。

在顯示領域，與 LCD 和 OLED 顯示技術相比， Micro-LED 顯示器具有發光效率高，亮度高，對比度高，回應時間短的優點。但由於散熱，老化等問題，導致顯示器成像缺陷，影響其成像品質，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準，不能用於精確測量微 LED 陣列，而且用於評估 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 陣列中的壞圖元。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。

目前市面上有多種測試儀器可以測試待測物的亮度，其中數碼相機亮度測試技術已然成為一個重要的研究熱點。數碼相機是通過圖像感測器將包含著目標物亮度資訊的電信號轉換成圖像的格式。考慮到 Micro-LED 的尺寸微小，如圖 1 所示，通過將相機與顯微結合，利用標準亮度計檢測統一待測物的亮度，獲得灰度與亮度的關係，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 1. Micro-LED 陣列的亮度測量示意圖。

如圖 2 所示，研究人員通過圖 1 的裝置拍攝工作狀態下 Micro-LED 陣列的圖片，經過自主編寫的軟體便可快速得到不同晶片的平均亮度。從圖 2（b）不難看出，8 號晶片的亮度僅為相同電壓下其餘晶片的三分之一，因此可以確定 8 號晶片的工作異常。因此，該亮度測量系統既可以定量檢 Micro-LED 陣列的工作狀態，也可以用於快速檢測 Micro-LED 陣列的壞點。圖 3 列出了六種不同電流下單顆 Micro-LED 晶片的亮度偽彩圖和亮度 3D 分佈圖。在 3D 圖中，我們可以清楚地看到，在 1000 uA 驅動電流的情況下，更多的點位於平均亮度附近，這意味著大電流可以增加 Micro-LED 晶片表面亮度的均勻性。

上述工作已經撰寫成論文《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 雜誌接收發表。