一种二维显微时间分辨电致发光寿命成像检测系统及方法技术方案

一种二维显微时间分辨电致发光寿命成像检测系统及方法，包括信号发生器、显微镜、波长调谐器、门控像增强相机、信号延迟器、计算机；LED样品固定于显微镜的载物台上，LED样品两侧的正负电极连接信号发生器，信号发生器发出电脉冲信号激发LED样品发光，信号发生器脉冲下降沿时间显著小于LED样品的寿命；显微镜的物镜正对着LED样品，用于接收LED样品发出的光并传送至波长调谐器；波长调谐器选择并控制单波长光通过，输出光信号至门控像增强相机；通过调节门控像增强相机的参数，配合信号延迟器，捕捉瞬态成像，储存至计算机中。本发明专利技术可高效实现荧光寿命二维成像检测，用途广泛，操作方便。便。便。

【技术实现步骤摘要】
202010773243.4)”涵盖了TRPL和TREL方法，时间尺度从微秒到皮秒级，可实现LED工作状态下原位分析。上述方法都聚焦于器件的荧光寿命的整体性能表征上，随着显示技术的迅速发展，作为新一代显示技术的微型LED器件对芯片光热均匀性一致性有更高要求，微型LED器件表征需要扩展到芯片的二维甚至三维特性，随着器件尺寸的缩小，其表面和内部缺陷造成的影响会越来越显著，同时伴随着器件使用过程中的老化，不同位置性能的退化也会进一步影响器件的发光均匀性表现，因此需要在微观尺度下探究器件不同位置的发光机制。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种通过二维显微时间分辨电致发光信号测量LED二维荧光寿命成像的方法，通过精确检测电驱动工作状态下的LED器件不同波长下的荧光寿命二维成像，研究器件中不同位置的载流子的分布和器件的发光机制。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种二维显微时间分辨电致发光寿命成像检测系统，包括信号发生器、显微镜、波长调谐器、门控像增强相机、信号延迟器、计算机；
[0008]待测LED样品固定于显微镜的载物台上，待测LED样品两侧的征服电极连接信号发生器，信号发生器发出电脉冲信号激发待测LED样品发光，信号发生器脉冲下降沿时间显著小于待测LED样品的寿命；显微镜的物镜正对着待测LED样品，用于接收待测LED样品发出的光并传送至波长调谐器；所述波长调谐器选择并控制单波长光通过，输出光信号至门控像增强相机；所述信号延迟器分别连接信号发生器和门控像增强相机，通过调节门控像增强相机的参数，配合信号延迟器，捕捉瞬态成像，储存至计算机中。
[0009]所述显微镜的载物台自带热沉和接口，与控温仪连接，以对待测LED样品进行控温。
[0010]所述门控像增强相机采用ICCD、ICMOS或sCMOS相机。
[0011]所述波长调谐器采用AOTF或LCTF波长调谐器。
[0012]所述信号发生器采用高精度脉冲信号发生器。
[0013]本专利技术还提供了一种基于上述二维显微时间分辨电致发光LED发光寿命检测系统的LED不同波长荧光寿命二维成像的检测与分析方法，包括以下步骤：
[0014]1)将待测的LED样品放置在显微镜的载物台上固定好，并控制LED样品的热沉温度；
[0015]2)待测LED样品的正负极连接信号发生器的通道CH1，CH1输出脉冲信号，点亮待测LED样品，脉冲下降沿时间要显著小于待测LED寿命；
[0016]3)信号发生器输出另一路信号至信号延迟器，与CH1输出的脉冲信号同步，信号延迟器输出触发信号至门控像增强相机的外触发端口；
[0017]4)调节显微镜的物镜至合适放大倍数，配合调整显微镜位移台，聚焦待测LED样品；
[0018]5)打开波长调谐器和门控像增强相机，选择特定的波长值，开启入光口阀门，单波长光信号通过波长调谐器进入门控像增强相机；
[0019]6)门控像增强相机选择外触发模式，调试参数至合适范围，选择大门宽，通过调节显微镜的细准焦螺旋对捕捉到的待测LED样品实时图像进行精确调焦；
[0020]7)根据需要，调整像增强相机合适的门宽、增益、帧率、曝光时间、累积次数等参数，直至可在小门宽下清晰捕捉到待测LED样品图像；
[0021]8)选择合适的时间范围和步径，时间范围要覆盖整个下降沿区间，拍摄整个下降沿过程中，不同时刻的待测LED样品瞬态发光二维图像，形成一系列图像数据存储于计算机内；
[0022]9)对一系列图像数据进行裁剪以及卷积求和，存储处理后的三维矩阵数据；
[0023]10)荧光寿命按如下公式拟合：
[0024][0025]其中，y代表随时间变化的荧光强度，y0为初始荧光强度，C为常数，τ代表发光强度下降到最大强度的1/e时所需的时间，即荧光寿命；
[0026]基于公式(1.1)，通过分别对图像上的每个像素点的光子数随时间变化的曲线进行指数拟合，计算出每个像素点的荧光寿命，形成荧光寿命二维分布矩阵τ(m,n)，并将矩阵τ(m,n)绘制成灰度/伪彩图，即可实现荧光寿命二维成像。
[0027]步骤1)中，采用控温仪连接显微镜的载物台进行控温。
[0028]相对于现有技术，本专利技术技术方案取得的有益效果是：
[0029]1.本专利技术可高效实现荧光寿命二维成像检测。传统单点测试方法需要逐点扫描才能实现二维分布检测，效率极低，需消耗更多时间。
[0030]2.用途广泛。本专利技术更适合封装好的成品的荧光寿命检测，只要显微镜能聚焦成像即可，不受样品封装形状、材料等条件的约束。
[0031]3.操作简便。本专利技术基于时间分辨电致发光技术，仅需在样品两端电极接入脉冲信号即可点亮样品进行测量，通过改变波长调谐器波长，即可测量样品不同波长下的荧光寿命二维成像。
[0032]4.可以扩展到在线监测不同工作条件下的样品的荧光寿命及其二维成像，而无需改变工作状态。
附图说明
[0033]图1为测试装置示意图。
[0034]图2为信号时序图。
[0035]图3为实施案例1中517nm下的绿光的下降沿拟合曲线。
[0036]图4为实施案例1中527nm下的绿光的下降沿拟合曲线。
[0037]图5为实施案例1中537nm下的绿光的下降沿拟合曲线。
[0038]图6为实施案例1中527nm下的绿光的荧光寿命二维分布图像。
[0039]图7为实施案例2中450nm下的蓝光的下降沿拟合曲线。
[0040]图8为实施案例2中560nm下的黄光的下降沿拟合曲线。
[0041]图9为实施案例2中450nm下的蓝光的荧光寿命二维分布图像。
[0042]图10为实施案例2中560nm下的黄光的荧光寿命二维分布图像。
具体实施方式
[0043]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术做进一步详细说明。
[0044]本专利技术的装置如图1所示：1为信号发生器，2为控温仪，3为LED样品，4为显微镜，4.1为显微镜的载物台和4.2为显微镜物镜，5为AOTF/LCTF波长调谐器，6为门控像增强相机，7为信号延迟器，8为计算机。
[0045]本实施例中，信号发生器采用高精度脉冲信号发生器，主要用于给LED器件提供脉冲信号，提供的脉冲信号下降沿时间要显著小于待测LED寿命。显微镜用于收集光信号。AOTF或LCTF波长调谐器能够快速进行波长转换，实现单波长下成像。门控像增强相机采用高量子效率低噪声的CCD、CMOS或高速高灵敏sCMOS相机等，可通过选择不同光学门宽，最高可实现皮秒精度瞬态现象捕捉，响应速度显著高于待测LED寿命，并大幅降低背景噪声，信号延迟器分别连接信号发生器和门控像增强相机，同时配合信号延迟器，可与外部设备实现同步。各信号的时序图如图2所示。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维显微时间分辨电致发光寿命成像检测系统，其特征在于：包括信号发生器、显微镜、波长调谐器、门控像增强相机、信号延迟器、计算机；待测LED样品固定于显微镜的载物台上，待测LED样品两侧的正负电极连接信号发生器，信号发生器发出电脉冲信号激发待测LED样品发光，信号发生器脉冲下降沿时间显著小于待测LED样品的寿命；显微镜的物镜正对着待测LED样品，用于接收待测LED样品发出的光并传送至波长调谐器；所述波长调谐器选择并控制单波长光通过，输出光信号至门控像增强相机；所述信号延迟器分别连接信号发生器和门控像增强相机，通过调节门控像增强相机的参数，配合信号延迟器，捕捉瞬态成像，储存至计算机中。2.如权利要求1所述的一种二维显微时间分辨电致发光寿命成像检测系统，其特征在于：所述显微镜的载物台自带热沉和接口，与控温仪连接，以对待测LED样品进行控温。3.如权利要求1所述的一种二维显微时间分辨电致发光寿命成像检测系统，其特征在于：所述门控像增强相机采用ICCD、ICMOS或sCMOS相机。4.如权利要求1所述的一种二维显微时间分辨电致发光寿命成像检测系统，其特征在于：所述波长调谐器采用AOTF或LCTF波长调谐器。5.一种二维显微时间分辨电致发光寿命成像检测方法，其特征在于包括以下步骤：1)将待测的LED样品放置在显微镜的载物台上固定好，并控制LED样品的热沉温度；2)待测LED样品的正负极连接信号发生器的通道CH1，CH1输出脉冲信号，点亮待测LED样品，脉冲下降沿时间要显著小于待测LED寿...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕毅军，林苡，邓静瑜，郭自泉，赵国堡，钟晨明，朱丽虹，郭伟杰，陈忠，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：