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,精細度遠遠高于傳統(tǒng)器件。
單晶硅芯片采用現(xiàn)有成熟的集成電路CMOS工藝,不但實現(xiàn)了顯示屏像素的有源尋址矩陣,還在硅芯片上實現(xiàn)了如SRAM存儲器、T-CON等多種功能的驅動控制電路,大大減少了器件的外部連線,增加里可靠性,實現(xiàn)了輕量化。
與傳統(tǒng)的AMOLED顯示技術相比,OLED微顯示技術有以下突出特點:
1. 基底芯片采用成熟的集成電路工藝,可通過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;
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需要追求高世代產線;
4. 響應速度快,OLED像素更新所需時間小于1μs,而LCD的更新時間通常為10~15ms,相差了1000到1500倍,OLED的顯示畫面更流暢從而減小視疲勞。
OLED微顯示的應用領域
硅基AMOLED微顯示器具適合應用于頭盔顯示器、立體顯示鏡以及眼睛式顯示器等。如與移動通訊網(wǎng)絡、衛(wèi)星定位等系統(tǒng)連在一起則可以在任何地方、任何時間獲得精確的圖像信息。
硅基AMOLED微顯示器能夠為便攜式計算機、無線互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器、便攜式DVD、游戲平臺機可戴式計算機等移動信息產品提供高畫質的視頻顯示。
硅基AMOLED微顯示無論是對于民用消費領域還是工業(yè)應用乃至軍事用途都提供了一個極佳的近眼應用(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格較高,主要應用于高端產品,其價格還不能為廣大消費者接受,所以目前的市場主要應用是面向軍事領域。
硅基AMOLED頭盔顯示器可用于海、陸、空三軍軍械的戰(zhàn)場裝備,基于虛擬現(xiàn)實軍事訓練,戰(zhàn)事模擬訓練等。
研發(fā)生產狀況
目前全球從事開發(fā)、生產OLED微顯示器的廠商并不多,主要集中在歐美國家,包括美國eMagin公司,英國MicroEmissive Displays(MED)公司,德國Fraunhofer IPMS研究機構,法國MicroOLED公司,日本索尼以及中國云南北方奧雷德。
其中eMagin公司是全球首家進入OLED微顯示領域的廠商,也是目前為止推出產品最多、規(guī)模最大、技術最為先進的一家廠商,盡管國內廠商在微顯示方面做出了一定的努力,并獲得了相應的成果,但歐美廠商在OLED微顯示的專利與創(chuàng)意等領域內仍然保持了相當?shù)膬?yōu)勢。
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SVGA+OLED微顯示器開始商業(yè)化供樣,至今該公司已經推出了三代OLED微顯示產品。其第三代產品分辨率達到了1920x(3)x1200,像素尺寸縮至9.6μs,產品中還加入了最新的設計用以提高對比度、色域等光學性能。該器件采用了頂發(fā)射OLED技術,以白光透過彩色濾光片的方式實現(xiàn)全彩,配合薄膜封裝技術在制作彩色濾光片時對OLED器件形成保護。
到目前為止,硅基OLED微顯示器基本都是采用這種工藝技術制造。從文中表格可以看到微顯示產品是朝著高分辨率、數(shù)字化方向發(fā)展。為了獲得高分辨率,需要進一步縮小像素尺寸,為此eMagin將像素驅動方式從第一代產品的電流方式換成了電壓方式。電流驅動方式中,電流源IDATA通過行線對像素進行寫入,存于驅動管QP1的電流用于驅動OLED。
程序電流通過位于背板的簡單的電壓電流轉換實現(xiàn),最終實現(xiàn)灰度顯示。這種方式的優(yōu)點是背板設計簡單,特別適用于模擬視頻界面;缺點是像素存儲電容的面積較大,限制了像素變小。驅動像素的電流對存儲電容的信號變化很敏感,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。在電壓驅動模式中,電壓源VDATA用來對像素進行寫入。
OLED通過QN1管上存儲的柵壓相應信號來驅動,由于OLED亮度與偏壓是非線性的,寫入電壓VDATA必須進行伽馬校正。這種模式的優(yōu)點是信號對存儲電容的干擾不敏感,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、頭盔技術和3D立體視像技術一體的個人顯示系統(tǒng)Z800 3D Visor。盡管僅有0.59英寸的對角尺寸,但它卻能提供相當于3米處105英寸電影屏幕大小的寬大畫面。
MicroEmissive Displays(MED)公司
1999年成立,致力于P-OLED微顯示器技術的開發(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,該公司位于德國德累斯頓的批量制造工廠正式投入運營。公司主要用戶有美國Vuzix公司的iWear系列頭戴式眼鏡。MED公司推出eyescreen技術是在CMOS襯底上將P-OLED和顯示驅動電路整合在一起,從而在同一芯片上實現(xiàn)圖像大小調整等更多功能。
eyescreen可提供一流的圖像質量(QVGA分辨率(320Cx240,230k像素點))和超低功耗,對角線像素數(shù)組的間距僅為0.24英寸(6mm);集成了顯示驅動電子電路和數(shù)字視頻接口,可直接無縫集成多系統(tǒng),是的產品設計師能夠開發(fā)更小、更輕的產品。
MicroOLED公司
成立于2007年,于法國原子能機構CEALeti合作開發(fā)除了世界上最高效的OLED的微顯示器。其開發(fā)的OLED技術基于特殊的有機薄膜結構和改進的制造工藝,開啟電壓低、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,采用了四點像素設計,擁有彩色、黑白兩個型號,其中彩色型號分辨率為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。
2010年該機構參與厭煩成功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的全彩畫面。該顯示器基于頂發(fā)光(Top-emitting)PIN結構的OLED技術。
2011年,IPMS還開發(fā)展示了雙向OLED微顯示器,有效顯示面積達11.52x8.64mm2,解析度為QVGA(320x240,單色),如果內嵌影像感測器,其解析度則為QQVGA(160x120)。硅芯片采用0.35μs3.3V/12V CMOS工藝。OLED通過Shadow Mask直接制作在硅芯片上,封裝采用薄膜封裝以及玻璃復合封裝技術。
索尼
2011年,索尼發(fā)布可0.5英寸及0.7英寸OLED微顯示屏產品。0.5英寸屏的分辨率達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90%NTSC,對比度高達10000:1,響應時間為0.01ms。這種全新超高顯示密度OLED微顯示屏是專門設計用于數(shù)碼相機電子取景器等領域使用的,它可以提供97%的NSTC色域,采用了白色OLED以及彩色濾光片結構。
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