AMOLED（精选4篇）
AMOLED 篇1
引言
现代战争对战机的要求越来越高,不仅要保证机载武器性能强大,机动性好,攻击性强,还要有全天候作战的能力,并且夜战作战的水平和质量不亚于白天作战。随着夜视成像技术的发展,许多夜视设备将大量装备军队。目前,夜战能力成为夺取战争胜利的关键因素之一。所以,许多国家在飞机夜视成像系统的改进上花了很大的人力、物力和财力,以解决技术层面的短板。
显示器件作为飞机航电系统的终端显示设备,也要符合夜视兼容要求。但是,OLED显示技术作为未来新一代显示技术,某些产品已经陆续装备在军队上,但仍然没有很好的夜视问题解决方案。基于此,文章提出一种可行的夜视兼容解决方案。
1 夜视兼容原理
飞机在夜间航行时,飞行员需要佩戴微光夜视仪,来执行飞行、侦查等任务,将夜视兼容技术应用在飞机照明系统中,就可以防止照明系统发射出来的光和能量干扰微光夜视仪。一般情况下,微光夜视仪的工作光谱范围在630~940nm。传统光源均会发出该光谱范围的光,它们在红外和近红外区域有较高光谱能量辐射,而这个区域正好是夜视仪的光谱响应区域。所以,当飞行员佩戴上夜视仪后,这些高光谱能量辐射将对夜视仪产生较大的干扰,使其无法接收和识别机外景物的微光,使飞行员观察不到机外目标,导致飞行员视野不清和眩晕,造成飞行危险,无法满足夜间作战和飞行要求。研究并提升夜视兼容技术,可使光谱能量辐射区域与夜视仪的光谱能量响应区域不重叠,微光夜视仪就可以正常工作,飞机在夜间作战能力得以保证,不再受夜间环境的限制,为飞行员顺利完成任务提供有力的保障。
目前,航空夜视镜在国外军事航空领域应用广泛,并表现出明显优势。首先,佩带夜视镜可赢得有效的夜战时间;其次,有助于确立夜战的军事地位;第三,夜视镜等夜视装备与武器装备相结合,能够提高武器效能。
夜视成像系统(NVIS)即一种利用图像增强管产生增强景象图像的系统,它应用于夜间光线极弱以至于用目视无法正常导航和飞行的条件下。衡量一个发光体是否满足夜视兼容性的两个主要指标是NVIS的辐亮度(NR)和色度,其标准可参照GJB1394-92《与夜视成像系统兼容的飞机内部照明》。在该国军标中,与NVIS兼容的飞机内部照明的分类如表1所示[1]。
根据GJB1394-92,目前,OLED显示器件应用基本上归类为Ⅱ型B类照明,NVIS辐亮度要求、色度要求如表2、表3所示,响应函数曲线如图1所示。
2 AMOLED显示器件特性分析
OLED即有机发光二极管,是电流驱动的一种固态光源。根据驱动方式不同,OLED可以分为无源矩阵驱动(PMOLED)和有源矩阵驱动(AMOLED)。PMOLED因其成本低,工艺简单,主要用在如MP3手机等小尺寸显示屏、低附加值的产品中。AMOLED制作工艺则相对复杂,开口率低、成本高,但具有不串线、高亮度、低功耗、高像素等优势,适合制作大中尺寸显示器,主要用于高附加值电子产品的显示屏,是目前主要的发展方向。
由于AMOLED的各项指标特性都优于无源驱动的OLED,因此AMOLED显示器件必将越来越多地应用在军事领域的终端显示产品中。
2.1 AMOLED显示器件的光谱特性分析
采用分光光谱仪对某尺寸AMOLED显示器件的R、G、B、W各纯色场波长从380~930nm的光谱进行测试。测试数据曲线图如图2所示。
根据图2分析,AMOLED显示器件在红光光谱的半高宽为40nm,主波长为620nm,在650~700nm近红外部分的分量较大。在该波长范围内与B类设备NVIS相对光谱响应曲线(650~930nm)的交叠区域较大,不易实现夜视兼容。
2.2 AMOLED器件辐亮度、色度特性分析
根据夜视兼容理论,用白光光谱与夜视响应函数乘积,可得出夜视辐亮度曲线,曲线如下图3所示。
如图3所示,红色曲线为白场的辐亮度曲线,从630nm处开始,光谱辐亮度明显增大,660nm处达到最大,为2.3×10-8W/cm2·sr·nm。根据GJB1394-92,NVIS Class II型B类夜视标准要求NRb<2.2×10-9W/cm2·sr·nm。在夜视兼容模式下,AMOLED显示器件显示彩色画面,夜视辐亮度无法满足要求。
3 AMOLED显示产品测试分析
3.1 辐亮度特性分析
以11cm的AMOLED显示器件为例,针对AMOLED显示器件制成的显示产品,测试了其在不同亮度下的夜视辐亮度值[2]。其测试数据如表4所示。
由表4所示,随着亮度降低,绿场、白场的夜视辐亮度值都在上升。当白场亮度大于1.92cd/m2时,绿场亮度小于1×10-8W/cm2·sr·nm。参照GJB1394-92要求,满足对于彩色显示器最大夜视辐亮度的要求。当亮度继续减小时,夜视辐亮度值继续增大,无法满足要求。
3.2 色度特性分析
对11cm的AMOLED显示产品进行白场色偏测试,其测试数据见表5所示。
由表5所示,11cm的AMOLED显示产品的色坐标随着视角变化较大。同时,随着亮度的变化,同一视角下的色坐标也存在漂移现象。
导致AMOLED显示器件色坐标变化的可能原因有两个:第一,AMOLED屏红、绿、蓝三色子像素发出的光谱发生了变化。原因在于由于11cm AMOLED显示产品绿色像素发出的光谱峰值波长正常应为517nm,若波长变小,则颜色发青,若波长变大,则颜色变黄。第二,红、绿、蓝三色子像素发出的光谱没有变化,但是各自发出的光通量发生了相对变化。因此,测试AMOLED显示产品在不同视角下的色坐标和光谱,以及不同亮度下的色坐标和光谱,可用于研究色坐标随视角及亮度的变化情况。
4 AMOLED显示器件夜视解决方案
因此,归纳目前可实现OLED显示介质满足夜视兼容要求的手段,主要有以下四种。
第一,传统的加固型液晶显示模块。这种模块可以通过改变夜视状态下的发光源,将普通白色LED光源改变为可以满足NVIS的LED光源,通过两种状态LED光源的切换,实现夜视兼容[3]。由于AMOLED显示器件为有机材料主动发光器件,目前受技术和成本因素的制约,调整AMOLED显示器件的发光材料特性,可行性较小。
第二,通过加固型AMOLED前端贴膜方式。目前美国公司生产的夜视膜可贴敷在显示产品的前端,使其满足夜视指标要求,但透过率小于50%;国内也在研制同类型产品,但目前尺寸较小,只能贴敷在按键导光板上,没有大尺寸货架产品。
第三,通过对前端滤光片进行处理,采用吸收型滤光片,对红色波段光谱进行强制吸收,使之能满足夜视兼容要求,但红光光谱650~700nm吸收较大,对色坐标影响较大,容易造成夜视状态下颜色偏色严重。
第四,在夜视兼容模式下采用AMOLED显示器件,可以显示绿色画面,夜视辐亮度可以满足指标要求。“图像信息”的载体是亮度可控的像素点阵。一个像素由RGB三个子像素组成,通过独立寻址,控制RGB子像素,从而实现图像显示。
具体操作方式是在夜视兼容模式下,关闭红、蓝信号通道,图像画面显示为绿色信息,即关闭R、B像素,控制G像素。此方案是目前较为可行的方案,当然,这种方法在一定程度上会影响人眼视觉特性,但不影响信息显示内容。
综上所述,采用第四种方案是实现夜视兼容可行而简单的方案。但是,关闭红、蓝信号通道会对图像显示质量产生何种影响,需要进一步讨论。
5 结论
针对用于军用机载显示的AMOLED显示器件,分析其夜视兼容的若干手段,并测试了某尺寸系列的AMOLED显示器件的辐亮度特性和色度特性。通过理论分析和实测数据,得出AMOLED显示器件实现夜视兼容的解决方案,即选择关闭红、蓝信号通道,显示画面为绿色信息,可较为简便的实现AMOLED显示器件的夜视兼容。试验证明,采用夜视仪进行观察,由于夜视仪视野的背景色为绿色,响应波段为650~930nm不可见光部分,不会造成人眼误读、误判信息,此方案具有一定的实用价值。
参考文献
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AMOLED 篇2
AMOLED， short for Active Matrix/Organic Light Emitting Diode， is considered to be the next-generation display technology with its spontaneous light emitting， brilliant colors and flexibility. In recent years， an investment fever into AMOLED rose in China alon with the maturation of market and technologies.
However， when 90% of the global AMOLED market is under the control of Samsung， what can Chinese do to break away from the grasp？ This is a worthy question.
The Investment Fever
Presently， the TFT-LCD still stands for the mainstream display technologies in the world. The AMOLED is not matured enough when it comes to the big display screens. However， in recent years， the popularity of Samsungs Galaxy smartphones in the world gradually made AMOLED accepted by the market of small- and medium-sized display screens.
Years ago， Chinese companies like Visionox， Rainbow and CCOLED tried to seek breakthroughs in the AMOLED technologies in vain. But in the recent investment fever， it seems that positive results are very close. According to the data from Sigmaintell Consulting， there are three 5.5th-generation AMOLED production lines and two 4.5th-generation AMOLED lines， all of which target the small- and medium-sized display screens.
The Erdos project costs BOE Technology 22 billion yuan and is said to realize the mass production in this year. The data from Sigmaintell Consulting said that this plant could produce 54 thousand LTPS LED panels and 18 thousand AMOLED panels every month. Zhang Yu， vice president of BOE Technology， said that the LTPS panels will be put into mass production at first and the AMOLED is going to see that in this year as well.
Tianma Group is not skimpy in that matter either. The registered capital of its AMOLED project in Shanghai was increased to 1 billion yuan. Liu Changqing， secretary to board chairman of Tianma Group， said that the matured market， consummate technological reserve and improved corporate business are the reasons to initiate the 5.5th-generation AMOLED production line at this moment. The construction period would usually last 18 months. ZTE， Huawei， Coolpad and Lenovo would be the main clients.
In addition to BOE Technology， Truly International Holdings （Truly） also announced last December the investment of 6.3 billion yuan into a 4.5th-generation AMOLED production line in Huizhou， Guangdong. A source said that Truly planned to expand this production line if the initial project go well， and the expansion is likely to consist of a 5.5th-generation AMOLED production line.
Moreover， OurLCD is building a 5.5th-generation AMOLED line in Kunshan and Shanghai Ever Display is also working on a 4.5th-generation AMOLED line in Shanghai， with the follow-up investment right on their heels. Shenzhen Textiles also announced on the evening of March 10 that they had changed the purpose of raised funds to combine the construction of a TFT-LCD and AMOLED production lines.
Wu Rongbing， a researcher with Display Search， said that the application of AMOLED technologies is quite matured in the present time. The popularity of high-end smartphones， tablets and wearable technologies form the important background of the new AMOLED investment fever.
Is the Stride Too Big？
The domestic AMOLED production seems to be quite promising， but the fast expanding market actually hides a lot of risks.
Only half of the production capacity of AMOLED production can be used， said Zhang Bing， Research Director of Display Search in China. Last year， the production capacity of AMOLED panel was 3.3 million square meters per quarter while the demand only reaches 1.5 million square meters. This year， the quarterly output is 4.6 million square meters while the demand is only increased to 2.4 square meters. The situation wont be better in the next year whose supply-demand ration was slightly lower than 2：1.
Now， Samsung takes 90% of the supply of AMOLED panels in the world. Most of them are consumed by Samsung itself with only a small part sold out. Nokia and HTC used to be clients of Samsung but by now the chain has been broken. Therefore， Zhang Xingang， editor-in-chief of China Display Network， thought that this was a“supply-driven market” and technological level determines the acceptability of products in the market.
Li Yan， research director of Sigmaintell Consulting， believed the mass production of AMOLED screens in China was going to end the monopoly of Samsung in the world. However， Chinese companies are two years later than the Korean company in this matter and are apparently behind Samsung in upstream supporting facilities and experiences in mass production. “The facilities of Samsungs AMOLED are most tailored for certain products and the engineers are very experienced.”
Zhang Bing also admitted that the production of AMOLED panels needs the procedures of LTPS panel and OLED panels. Thus it is very difficult and easy to result in the bad quality， low production utilization rate and high cost. Samsung has been the champion in the small- and medium-sized AMOLED panels for years， which helped to form the brand effect. Chinese companies， as the newcomers， have not proven to be reliable in the technology， and may face unfavorable demand in the market.
The status quo of big AMOLED panels might be a solid proof. According to Zhang Bing， only LG is producing big AMOLED panels. But the unqualified products come out more often than ordinary LED panels， and the cost is unbearable. A 55-inch OLED TV is sold at US$8，999 while a 4K LED TV is worth only US$1，000 in the market. The eight-fold price gap renders the sales of OLED TVs dearly poor.
In order to lower the risk， most of the AMOLED production lines in Chi- na also accomodate the production of LTPS panels. In Zhang Bings opinion， the LTPS panels could easily reach 400 PPI in the resolution， enough for the requirements of high-end smartphone screens.
Li Yaqin also admitted that the AMOLED production was just started in China. BOE Technologys AMOLED production line in Erdos could produce 18 thousand AMOLED panels per month， accounting one tenth of the production capacity – 160 thousand per month – of each of the two 5.5thgeneration production lined Samsung has. “Without the technologies of mass production， Chinese companies are likely to produce the LTPS in a large scale at first and then move to the AMOLED panels. This is a realistic choice.”
In the global panel industry， South Korea， mainland China， Japan and Taiwan are the hosts of major suppliers. According to Li Yaqin， since Taiwan has no 5.5th-generation AMOLED production lines for the mass production and most of the LTPS panel production lines are outdated， they will no longer meet the demand of high-end smartphones. Sharp from Japan does have AMOLED projects but acts very cautiously in the investment. Sony and Panasonic also stopped their combined project of AMOLED.
T herefore， even though mainland China still has a long way to catch up with South Korea， it is very possible to surpass Taiwan and Japan in the next few years.
However， Wu Rongbing warned that “it is too early to talk about the competitiveness of mainland China since the AMOLED panels have not seen mass production by now”. Zhang Yu also admitted that less than a half of the raw materials for the production of AMOLED panels in China were from local suppliers.
AMOLED 篇3
目前在平板显示领域液晶显示独占鳌头,大有将等离子体显示挤出市场的趋势。而有机EL因其高对比度、快速响应速度和宽视角等特点,将是下一代最有希望的显示器[1]。
经历了近30年的发展,各种类型的OLED已经大量生产,但产品主要集中在中小尺寸,且无源产品多于有源产品。目前产品主要用于MP3、手机屏、数码相机屏以及汽车显示等方面,其产量与LCD等相比微乎其微。因此,OLED要想在平板显示领域占据一席之地,必须生产出具有竞争力的大尺寸家用彩色显示器。然而大尺寸显示器对器件的性能和生产等方面有很高的要求,例如高亮度、长使用寿命、较低的功耗和生产成本以及易于加工等。目前OLED要实现大尺寸化,仍存在许多关键性的问题,如TFT性能、大尺寸玻璃基板加工能力、显示器性能和封装等等。下面就主要问题进行论述,并介绍新的进展。
1 发光材料
从发光材料的角度看,大尺寸AMOLED要求材料具有较中小尺寸更高的发光效率、量子转换效率和更长的寿命。发光材料的发光效率和寿命都是影响OLEDs寿命的关键因素,只有开发出高效且与LCD和PDP相近寿命的大尺寸OLEDs,才能增加OLED市场的竞争力。目前,LCD和PDP的寿命均已达100 000 h,而满足TV应用长寿命有机材料正在研发中。
有机材料的分类有几种,根据材料的发光机制来分,有机发光材料可分为荧光材料和磷光材料。荧光材料的发光特点是利用单重态激子发光,组件内部量子效率最高只有25%。磷光材料则利用三重态激子发光,组件内部量子效率最高可达100%[2]。因而选用磷光材料可以获得较高的亮度,但是与荧光材料相比,磷光材料组件的寿命低,远不能满足电视长寿命的要求。如果选用荧光材料,要获得电视图像显示所需要的亮度,必须提高驱动电压,而高电压带来高功耗。因而功耗过高也是限制其发展的原因之一。在实际OLEDs中,荧光发射材料是主要的选择。
鉴于以上叙述可以看出,充分利用磷光材料的高效率,开发出长寿命的磷光材料是解决大尺寸OLED器件寿命的途径之一。今年5月在美国召开的全球SID大会上,日本发表了新的高效和长寿命绿色和红色OLED磷光材料,其开发的红光材料PRH-01,电流效率为20.2 cd/A,初始亮度为1 000 cd/m2时,寿命为150 000 h;同时开发的绿色材料PRH-01,也得到了非常高的性能, 电流效率71.9 cd/A,初始亮度为1 000 cd/m2时,寿命达到150 000 h。并通过模拟证明了材料具有巨大的潜能可以降低全彩色OLED显示器的功耗[3]。
选择既符合显示器性能又具有长寿命的有机材料是较为困难的。为此也有公司结合两种材料的特性制作性能出色的OLED。今年日本开发出了层叠的最新深蓝荧光材料与上述磷光材料混合的白光OLEDs。成功得到了没有光输出耦合结构30 lm/W的高亮度效率和初始亮度为1 000 cd/m2时的超过200 000 h长寿命的OLED[3]。
当然,有机材料发光的稳定性和材料的劣化也是影响器件寿命的因素,已有许多公司正在作这方面的研究工作,相信假以时日,问题会得到解决。
2 TFT基板特性
大尺寸必然是有源的,且要求TFT具有较高的迁移率和稳定性,以及较低的驱动电压和宽色域范围。OLEDs是电流驱动型器件,TFT性能如高的迁移率和稳定性至关重要。目前用于AM-OLED的TFT基板主要有三种:非晶硅(a-Si)TFT、多晶硅(p-Si)TFT和微晶硅(mc-Si)TFT。
a-Si TFT由于成熟的LCD生产设施,可用于OLED。但是 a-Si TFT的迁移率较低,且随着工作时间的增长,屏的温度升高,阈值电压会产生漂移。工作400 h以后,阈值漂移量Vth=2.5 V[4]。故a-Si TFT的稳定性尚需解决,虽然提出了几种驱动设计补偿TFT漂移的方案,但仍然没有适合量产的方法。
低温多晶硅(LITPS)具有高的迁移率和稳定的TFT,这在中小尺寸的OLEDs是非常有效的。但随着基板尺寸的增加,晶化方法变得重要起来。一般地,制造p-Si TFT有两种工艺,一种是激光处理的p-Si TFT,另一种是非激光处理的p-Si TFT。在激光方式中,受激准分子激光退火技术(ELA)以其出色的结晶性,快速的晶化和高可靠性被广泛地使用,晶化示意图见图1。然而,ELA方式的缺陷是加工窗口窄,初期的高投资和高维护成本,尤其激光束长度和光束不稳定性的限制,成为大尺寸玻璃应用ELA技术的主要障碍。另外,ELA LTPS表面没有加工的部分会降低绝缘栅的击穿电压,造成工作中TFT装置的失败。另一可供选择的激光是连续激光固化(SLS),但仍有OLED屏亮度不均匀的问题。
在非激光的方法中,最简单的方法是固相晶化法(SPC),但SPC需要600℃激光退火10 h,这使得该方法不适于大尺寸玻璃基板。其他非激光方法采用金属籽进行晶化,这种方法在沟道内产生大的泄漏电流。由于激光光束不稳定性的限制和老练时间较长,LITPS并非大尺寸AMOLED好的选择方法。事实上,因为晶界的存在,所有LTPS TFTs都会遇到不均匀问题[5]。
最近微晶硅取代LTPS吸引了人们的注意。微晶硅有较高的电子迁移率和较低的Vth,比较适合大尺寸AMOLED的制作,但问题是如何制作。2007年SONY公司提出用二极管激光热退火(dLTA)工艺制作底栅结构的微晶硅TFTs,得到了较好的特性。在温度为50℃,10-6 A时,寿命为100 000 h。与D-Si,LTPS相比,相同的栅压、耗尽偏压和10-6 A条件下,工作105 s后,观察到微晶硅的Δγth有飘移现象。工作3.6×108 s后,推算出微晶硅的Δγth=1.77 V,这个数值比a-Si∶H TFT的107.7 V小两个数量级,是LTPS(0.52 V)的3倍[6]。这说明采用dLTA工艺制作的微晶硅TFTs的稳定性完全满足大尺寸TV的要求。其结合绿色EL材料制作的屏,在没有像素补偿的情况下,没有发现Mura现象,表明TFTs的均匀性很好。现将几种TFT基板的综合性能列于表1[4]。
该公司还开发了利用800 nm高能二极管激光退火制成微晶硅TFT。其制作的49.4 cm全彩色HD(1 080×1 920 RGB)OLED,采用顶发射结构,结合微腔效应制作的样机,获得了优异的高对比度(在暗室环境下1 000 000∶1)和非常宽的色域范围(>100% NTSC)[7],为微晶硅TFTs大尺寸基板开辟了一条道路。
作为一种新技术,氧化物TFTs避免了迁移率和阈值电压的不均匀性,且氧化物TFTs还可以在室温下进行沉积,因此,氧化物TFTs是最有可能大尺寸化的方法之一。去年,韩国三星SDI报道了具有一个阻挡层的非晶铟-镓-锌氧化物(a-IGZO)TFT。a-IGZO TFT的迁移率为8.0 cm2/V·s,Vth,sat=2.4 V,ION/IOFF>2.0×107,表明整个非晶氧化物TFT的性能好于微晶硅TFT和a-Si TFT[5]。
3 OLED的彩色化技术
OLED的目标之一是制作出大尺寸、彩色范围宽的全彩色显示器。目前OLED实现彩色化的方式有三种:采用三种发光材料的RGB型,白光加滤色膜(W+CF)型以及蓝光材料加色转换介质(CCM)型。
第一种方式由于三种有机发光材料的发光效率和寿命不同,而发光效率的差异导致图像的显示质量受到影响,出现所谓的Mura现象,这在大尺寸OLED上显得尤为明显。要消除这种现象,可以从改善材料的性能或开发新型发光材料着手,也可以通过增加像素的补偿电路来解决。还有一个最主要的问题是利用金属掩模版制作大尺寸OLEDs时,掩模版的对位精度和加热时掩模版的变形都严重影响了器件的性能。另外,利用蒸发工艺制作子像素时,材料的浪费很严重,所以开发出高效和节省光材料的蒸发设备很有必要。故对大尺寸OLEDs而言,三基色法不是最好的。
第二种方法的优点是既避免了第一种方法带来的问题,又可以利用LCD成熟的制膜工艺。从制造成本的角度看,白光加滤色片方式也是比较经济的,是目前最常用的最被专家看好的一种方法。但由于滤光片对光的吸收很强,会使屏的亮度大大降低,如要提高器件亮度则必须提高功耗,这对大尺寸而言是不经济的。另外,W+CF型的色域范围较小(>73%,利用空腔效应只可提高到84%)[7]。因而,开发新型的适合AMOLED性能的,满足电视要求的滤光片不失为一种好的方法。2007年美国Eastman Kodak Company开发出了一组新型彩色滤光片,用于层叠白光OLED时,其色域范围超过了100% NYSC,且色域范围好于LCD彩色滤光片[8]。除了滤光片的性能以外,白光的稳定性也是制约其大尺寸化的障碍之一。
第三种方法是蓝光的发光效率问题,因颜色转换介质的吸收和反射,发光效率会大打折扣。虽然近年来问题已逐步解决,但其器件的稳定性仍然存在问题。
4 其他技术
为了提高器件的性能,各国生产和研究机构都在积极地进行工作,除传统的结构和技术外,还不断开发出新器件结构和加工技术。例如去年韩国LCD商行、三星电子与Kyungpook国家大学共同推出的在白光OLED结构中加入IZO/ITO涂层作为折射层,不但提高了光的发射性能,还使彩色显示范围从75%提高到100%～110%,滤光片的转换效率从27%提高到40%,同时避免了色彩的漂移[9]。据称这种设计具有较宽的材料选择范围、易于加工、适用于大尺寸基板制作、功耗小等特点。图2为其制作的样机照片。
同年,韩国设计并制造出了用于第4代生产线的OLEDs蒸发设备[9]。该设备的特点是带阀的有机蒸发源,阀可以在空载期间遮断而仅在加工时间打开。与传统的设备中线源比基板的宽度要长的特点相比,该设备中带开关的源比基板宽度要小,避免了材料不必要的流出,节省了材料。该设备由5个独立的喷嘴组成,喷嘴上有许多的孔以便达到均匀性的要求。结果显示,对于730 mm宽的基板,使用该设备的材料利用率达到30%,且基板的不均匀性为5%,可见这种源能提高性能和降低COO(Cost of operation)[10]。
5 结束语
尽管业界普遍看好OLED,但是OLED的市场在整个FPD领域所占的份额仍然很小。对于大尺寸AMOLED而言,驱动方式、封装、器件的效率和制作工艺等都是走向市场所要考虑的问题。因此,要占领平板显示的主要市场,AMOLED还要解决许多困难。可喜的是OLED的产业化已经开始,今后3～5年是OLED技术走向成熟和市场高速增长的阶段。随着材料、结构和工艺等方面的进展,相信大尺寸有源OLED终会走向市场。
参考文献
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AMOLED 篇4
有源驱动方式AMOLED是在基板上用TFT做开关控制像素发光。TFT的制造工艺在AMLCD已成熟,但在AMOLED显示器件上遇到了困难,其均匀性和稳定性受到了挑战。因为TFT LCD中TFT作为开关是电压控制,而TFT OLED中TFT是电流驱动,其技术难度大。目前,AMOLED的TFT基板多采用非晶硅(α-Si)和多晶硅(p-Si)。采用α-Si TFT,具有TFT的均匀性好,TFT加工工序少,成本低等优点;但存在TFT的稳定性差,迁移率小的缺点。而采用p-Si TFT,则具有迁移率高,输出电流稳定性好等优点,但也存在加工工序多、成本高等缺点。表1对两种TFT的性能进行了比较[2]。
不管采用何种方式,都要采用像素补偿电路来解决其不足。下面对各种像素电路进行分析。
1 α-Si TFT像素电路
虽然α-Si TFT具有较p-Si TFT低得多的迁移率,但α-Si TFT其较好的均匀性和大尺寸成本低的特点还是吸引了众多厂商对其进行研究。然而α-Si TFT的不稳定性可能会因寿命的差异而导致严重的图像灼伤[3]。解决这些问题可通过对非晶硅TFT质量进行改进和采用Vth补偿电路的方法。
两晶体管传统的α-Si OLED像素电路,如图1所示,其输出电流会因阈值电压持续而不可逆的源移而随时间衰减。为了解决这一问题,许多研究小组提出了多个TFT的像素电路以弥补这一缺点。图2所示即为Casio、IBM和IGNIS提出的多管TFT像素电路图。
2008年韩国Kyung Hee大学和日本柯尼卡美能达技术中心联合提出了如图3所示的一种像素补偿电路[4],该电路有5个开关TFT,一个驱动TFT和一个存储电容。器件采用这种补偿电路并结合高效的磷光材料制成的AMOLED,不仅提高了α-Si TFT的稳定性,而且器件寿命也提高了。用上述方法制成的2.2 in AMOLED样机,其寿命达70 000 h,白光亮度为300 cd/m2,图4即为样机屏。
2 p-Si TFT像素电路
由于p-Si TFT具有较α-Si TFT高2～3个数量级的迁移率,这就意味着p-Si TFT不但具有高的开态电流,还可以缩小宽长比,提高开口率[5]。通常p-Si TFT由α-Si TFT晶化得到,晶化方法既可以采用用激光方法也可以用非激光方法制作。LTPS-TFTs使用准分子激光退火(ELA)技术被看作是最有希望的,因为其极好的电流驱动能力和电的可靠性,被认为是一种可商业化的p-Si TFT技术。但在ELA加工时,仍需要使用高重复比,使ELA加工的生产率减小。
另一种激光方法—连续侧向固化(SLS)技术可以控制多晶硅的微观结构,此法的具体做法为在预先确定的区域完全融化硅薄膜,控制侧面好的生长结果。然后基板作微小的平移,重复激光照射控制侧向晶粒生长的范围。实验室中采用2步激光照射的SLS技术(TS-SLS),用6个TFT,1个电容作为像素补偿电路的顶发射结构制成的分辨率为1 280×RGB×768的14 in AMOLED。样机所进行的实验表明[6],即使是在持续脉冲的作用下,也没有发现Mura现象,器件的峰值亮度超过600 cd/m2,NTSC坐标范围超过110%。图5为TS-SLS加工过程,图6为14 in AMOLED样机。
采用SLS技术不但清除了基板的不均匀性而且具有高生产效率,可用于4代线以上的大尺寸AMOLED。
虽然激光方法有很多种,但受激光光束尺寸的影响,很难用于大尺寸基板的制作,因而非激光方法受到人们重视。2008年韩国LG Display R&D Center采用固相晶化(α-SPC)方法的非激光处理的方法。α-SPCTFT的均匀性和稳定性较好,但由功率线的影响使I×R电压下降产生的不均匀性仍是不可避免的。为此在像素电路采用了如图7所示的Vdd补偿电路[7]。
像素工作非常简单,当扫描信号工作时,T1和T3工作,T2和T4关闭,Vdd-Vdata为C1充电。当发射信号工作时,T1和T3关闭,T2和T4工作,T4的漏电流如式(1)所示。
由式(1)知T4的漏电流与T4有关,这意味着OLED每个像素不受Vdd线上I×R电压下降的影响。
由于TFT驱动的滞后也会产生短暂的残像,为了减小这种短暂的残像,采用“对称的黑色数据插入(SBDI)”驱动。即在半帧的时间倒置了二极管的黑色数据,如图8所示,这样的结果使残像减小。其采用α-SPCTFT和S-BDI驱动方法制作的分辨率为1 024×RGB×768的15 in AMOLED屏,在整个灰度范围内,样机亮点的不均匀性是9.5%。由于Vdd电压下降造成的不均匀性几乎识别不出来。
另外,韩国三星报道了采用超晶硅晶化方法(SGS)的低温多晶硅TFT基板技术和取消功率线IR-下降像素电路开发出了一款40 FHD AMOLED显示器[8]。对于采用普通的电压驱动的2个TFT的像素电路不能满足灰度级别的要求和存在IR下降造成严重的不均匀性。为此三星提出了如图9所示的由5TFT和2个电容组成的像素补偿电路,驱动周期分为3个时期:初始期,Vth检测期,写周期和显示期。为了补偿驱动TFT(T1)的Vth的变化,T1的Vth存储在Cvth中。这里,Cvth的其他节点与Vsus连接以补偿ELVDD IR下降。在显示期,OLED电流流动如式(2)所示
由式(2)可见,OLED 电流不受Vth和ELVDD的影响,只与Vsus电压和数据电压有关。因为没有电流流到Vsus,因此能够补偿Vth和ELVDD IR下降。
当然,在电路设计使用SGS TFT,高TFT泄漏电流是个问题,因为这会使对比度降低,但可以通过屏的设计得到解决。图10所示为三星利用SGS法制作的一款40 FHD AM-OLED样机。
3 结束语
不管是α-Si TFT还是p-Si TFT都需要采用多管TFT的像素补偿电路,这样不但提高了制作工艺复杂性,增加了加工成本,而且会降低单元像素的开口率[9]。为此,可以从材料和设计等方面进行研究。2006年中科院通过实验优化栅绝缘材料SiN的 N/Si比,以减少栅偏应力造成的电荷注入。经测试分析,稍富氮的氮化硅样品长时间老化下C-V曲线偏移不明显,说明其缺陷态密度低,有利于减小TFT在栅应力下电荷注入导致的阈值电压漂移[10]。并设计了驱动OLED的2-α-Si∶H TF T单元像素电路及其阵列版图,优化了电路中的重要参数,采用7 PEP生产工艺制备了TFT阵列,TFT的开关电流比为106∶1,但屏的亮度稍低,有待进一步优化。
摘要：有机发光二极管显示器(OLED)正越来越多地用于中小尺寸的显示,但在大尺寸方面进展缓慢,因为在有源大尺寸方面对OLED的稳定性和均匀性要求较高,需要设计像素补偿电路。各研究机构提出了像素补偿电路用于改善OLED的均匀性和稳定性等问题,文中对目前采用有源OLED的α-SiTFT和p-SiTFT的各种像素补偿电路进行了分析。分析结果表明,文中设计方案取得了一定的效果,但尚存不足。
关键词：α-SiTFT,p-SiTFT,像素补偿电路
参考文献
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[3]Ho Kyoon Chung.大尺寸AMOLED HDTV的可选方案[J].刘转果,译.显示器件技术,2008(2):5-12.
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[5]邵喜斌.多晶硅薄膜的激光晶化技术[J].光机电信息,2008,25(4):7-10.
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[7]Sang Hoon Jung,Hong Koo Lee,Chang Yeon Kim et al.15in AMOLED Display with SPC TFTs and a SymmetricDring Method[C].SID,2008:101-104.
[8]Yang Wan Kim,Won Kyu Kwak,Jae Yong Lee et al.40inch FHD AMOLED Display with IR Drop CompensationPixel Circuit[C].SID,2009:85-87.
[9]Dawson R M A,Shen Z,Furst D A,et a1.Design of anImproved Pixel for A Poly Silicon Active-Matrix OrganicLED Display[C].California:SID Digest,l998:11-14.
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