硅基OLED微顯示器件區(qū)別于常規(guī)利用非晶硅、微晶硅或低溫多晶硅薄膜晶體管為背板的AMOLED器件,它以單晶硅芯片為基底,像素尺寸為傳統(tǒng)顯示器件的1/10,精細(xì)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)器件。
單晶硅芯片采用現(xiàn)有成熟的集成電路CMOS工藝,不但實(shí)現(xiàn)了顯示屏像素的有源尋址矩陣,還在硅芯片上實(shí)現(xiàn)了如SRAM存儲(chǔ)器、T-CON等多種功能的驅(qū)動(dòng)控制電路,大大減少了器件的外部連線,增加里可靠性,實(shí)現(xiàn)了輕量化。
與傳統(tǒng)的AMOLED顯示技術(shù)相比,OLED微顯示技術(shù)有以下突出特點(diǎn):
1. 基底芯片采用成熟的集成電路工藝,可通過(guò)集成電路代工廠制造,制造良率更是大大高于目前主流的LTPS技術(shù);
2. 采用單晶硅,遷移率高、性能穩(wěn)定,壽命高于AMOLED顯示器;
3. 200mmx200mm的OLED蒸鍍封裝設(shè)備就可滿足制造要求(與8英寸晶圓尺寸兼容),而不像AMOLED需要追求高世代產(chǎn)線;
4. 響應(yīng)速度快,OLED像素更新所需時(shí)間小于1μs,而LCD的更新時(shí)間通常為10~15ms,相差了1000到1500倍,OLED的顯示畫(huà)面更流暢從而減小視疲勞。
OLED微顯示的應(yīng)用領(lǐng)域
硅基AMOLED微顯示器具適合應(yīng)用于頭盔顯示器、立體顯示鏡以及眼睛式顯示器等。如與移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星定位等系統(tǒng)連在一起則可以在任何地方、任何時(shí)間獲得精確的圖像信息。
硅基AMOLED微顯示器能夠?yàn)楸銛y式計(jì)算機(jī)、無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器、便攜式DVD、游戲平臺(tái)機(jī)可戴式計(jì)算機(jī)等移動(dòng)信息產(chǎn)品提供高畫(huà)質(zhì)的視頻顯示。
硅基AMOLED微顯示無(wú)論是對(duì)于民用消費(fèi)領(lǐng)域還是工業(yè)應(yīng)用乃至軍事用途都提供了一個(gè)極佳的近眼應(yīng)用(如頭盔顯示)解決途徑。
但由于目前硅基AMOLED微顯示頭盔顯示器價(jià)格較高,主要應(yīng)用于高端產(chǎn)品,其價(jià)格還不能為廣大消費(fèi)者接受,所以目前的市場(chǎng)主要應(yīng)用是面向軍事領(lǐng)域。
硅基AMOLED頭盔顯示器可用于海、陸、空三軍軍械的戰(zhàn)場(chǎng)裝備,基于虛擬現(xiàn)實(shí)軍事訓(xùn)練,戰(zhàn)事模擬訓(xùn)練等。
研發(fā)生產(chǎn)狀況
目前全球從事開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)OLED微顯示器的廠商并不多,主要集中在歐美國(guó)家,包括美國(guó)eMagin公司,英國(guó)MicroEmissive Displays(MED)公司,德國(guó)Fraunhofer IPMS研究機(jī)構(gòu),法國(guó)MicroOLED公司,日本索尼以及中國(guó)云南北方奧雷德。
其中eMagin公司是全球首家進(jìn)入OLED微顯示領(lǐng)域的廠商,也是目前為止推出產(chǎn)品最多、規(guī)模最大、技術(shù)最為先進(jìn)的一家廠商,盡管國(guó)內(nèi)廠商在微顯示方面做出了一定的努力,并獲得了相應(yīng)的成果,但歐美廠商在OLED微顯示的專利與創(chuàng)意等領(lǐng)域內(nèi)仍然保持了相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。
eMagin公司
成立于2000年6月,是全球首家AMOLED微顯示器制造商。2001年,eMagin公司首個(gè)SVGA+OLED微顯示器開(kāi)始商業(yè)化供樣,至今該公司已經(jīng)推出了三代OLED微顯示產(chǎn)品。其第三代產(chǎn)品分辨率達(dá)到了1920x(3)x1200,像素尺寸縮至9.6μs,產(chǎn)品中還加入了最新的設(shè)計(jì)用以提高對(duì)比度、色域等光學(xué)性能。該器件采用了頂發(fā)射OLED技術(shù),以白光透過(guò)彩色濾光片的方式實(shí)現(xiàn)全彩,配合薄膜封裝技術(shù)在制作彩色濾光片時(shí)對(duì)OLED器件形成保護(hù)。
到目前為止,硅基OLED微顯示器基本都是采用這種工藝技術(shù)制造。從文中表格可以看到微顯示產(chǎn)品是朝著高分辨率、數(shù)字化方向發(fā)展。為了獲得高分辨率,需要進(jìn)一步縮小像素尺寸,為此eMagin將像素驅(qū)動(dòng)方式從第一代產(chǎn)品的電流方式換成了電壓方式。電流驅(qū)動(dòng)方式中,電流源IDATA通過(guò)行線對(duì)像素進(jìn)行寫入,存于驅(qū)動(dòng)管QP1的電流用于驅(qū)動(dòng)OLED。
程序電流通過(guò)位于背板的簡(jiǎn)單的電壓電流轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn),最終實(shí)現(xiàn)灰度顯示。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是背板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,特別適用于模擬視頻界面;缺點(diǎn)是像素存儲(chǔ)電容的面積較大,限制了像素變小。驅(qū)動(dòng)像素的電流對(duì)存儲(chǔ)電容的信號(hào)變化很敏感,所以需要電容足夠大以降低硅寄生漏電流造成的亮度干擾。在電壓驅(qū)動(dòng)模式中,電壓源VDATA用來(lái)對(duì)像素進(jìn)行寫入。
OLED通過(guò)QN1管上存儲(chǔ)的柵壓相應(yīng)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng),由于OLED亮度與偏壓是非線性的,寫入電壓VDATA必須進(jìn)行伽馬校正。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)對(duì)存儲(chǔ)電容的干擾不敏感,電容縮小自由度大,可以減小像素尺寸。
eMagin除推出OLED微顯示模組外,還推出了集OLED技術(shù)、頭盔技術(shù)和3D立體視像技術(shù)一體的個(gè)人顯示系統(tǒng)Z800 3D Visor。盡管僅有0.59英寸的對(duì)角尺寸,但它卻能提供相當(dāng)于3米處105英寸電影屏幕大小的寬大畫(huà)面。
MicroEmissive Displays(MED)公司
1999年成立,致力于P-OLED微顯示器技術(shù)的開(kāi)發(fā)。2005年11月,MED公司發(fā)布第一款商業(yè)化微顯示器eyescreen,并商業(yè)出貨。2007年5月,該公司位于德國(guó)德累斯頓的批量制造工廠正式投入運(yùn)營(yíng)。公司主要用戶有美國(guó)Vuzix公司的iWear系列頭戴式眼鏡。MED公司推出eyescreen技術(shù)是在CMOS襯底上將P-OLED和顯示驅(qū)動(dòng)電路整合在一起,從而在同一芯片上實(shí)現(xiàn)圖像大小調(diào)整等更多功能。
eyescreen可提供一流的圖像質(zhì)量(QVGA分辨率(320Cx240,230k像素點(diǎn)))和超低功耗,對(duì)角線像素?cái)?shù)組的間距僅為0.24英寸(6mm);集成了顯示驅(qū)動(dòng)電子電路和數(shù)字視頻接口,可直接無(wú)縫集成多系統(tǒng),是的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師能夠開(kāi)發(fā)更小、更輕的產(chǎn)品。
MicroOLED公司
成立于2007年,于法國(guó)原子能機(jī)構(gòu)CEALeti合作開(kāi)發(fā)除了世界上最高效的OLED的微顯示器。其開(kāi)發(fā)的OLED技術(shù)基于特殊的有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的制造工藝,開(kāi)啟電壓低、制造工藝穩(wěn)定、溫度穩(wěn)定性高、散熱低而且高效。
2008年MicroOLED開(kāi)發(fā)了0.38英寸WVGA硅基OLED微顯示器,2012年該公司接著推出了0.61英寸硅基OLED微顯示器,采用了四點(diǎn)像素設(shè)計(jì),擁有彩色、黑白兩個(gè)型號(hào),其中彩色型號(hào)分辨率為1280x1024,黑白的是2560x2048。
Fraunhofer IPMS公司
2009年6月,F(xiàn)raunhofer IPMS發(fā)布了OLED微型投影產(chǎn)品的研究新成果,該顯示器的硅基芯片采用0.35μs高壓集成電路工藝,分辨率為320x240(QVGA),基于P-OLED技術(shù)。
2010年該機(jī)構(gòu)參與厭煩成功HYPOLED OLED微型顯示器。顯示區(qū)有效面積為7.68x5.76mm2,具有VGA(640x480)分辨率。
整個(gè)芯片采用0.18μs制程CMOS的工藝制造,核心電壓與數(shù)字I/O電壓為1.8V,OLED負(fù)向偏壓值最大為-5.5v,可提供10000cd/m2的單色以及1000cd/m2的全彩畫(huà)面。該顯示器基于頂發(fā)光(Top-emitting)PIN結(jié)構(gòu)的OLED技術(shù)。
2011年,IPMS還開(kāi)發(fā)展示了雙向OLED微顯示器,有效顯示面積達(dá)11.52x8.64mm2,解析度為QVGA(320x240,單色),如果內(nèi)嵌影像感測(cè)器,其解析度則為QQVGA(160x120)。硅芯片采用0.35μs3.3V/12V CMOS工藝。OLED通過(guò)Shadow Mask直接制作在硅芯片上,封裝采用薄膜封裝以及玻璃復(fù)合封裝技術(shù)。
索尼
2011年,索尼發(fā)布可0.5英寸及0.7英寸OLED微顯示屏產(chǎn)品。0.5英寸屏的分辨率達(dá)1024x768,像素尺寸為9.9μs;0.7英寸屏分辨率為1024x720。這兩款OLED微顯示屏色域可達(dá)90%NTSC,對(duì)比度高達(dá)10000:1,響應(yīng)時(shí)間為0.01ms。這種全新超高顯示密度OLED微顯示屏是專門設(shè)計(jì)用于數(shù)碼相機(jī)電子取景器等領(lǐng)域使用的,它可以提供97%的NSTC色域,采用了白色OLED以及彩色濾光片結(jié)構(gòu)。
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