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AMOLED發(fā)光原理

發(fā)光器件設(shè)計(jì)原則

AMOLED成像要素

顯示面板的功能就是圖像顯示，所以談到面板的技術(shù)參數(shù)，成像是繞不過(guò)去的一關(guān)。

視覺(jué)世界里最重要的屬性是亮度和色彩。顯示器可以發(fā)出紅色、綠色、藍(lán)色三種波長(zhǎng)的光，并控制這三種光的比例，屏幕上的所有顏色都由這三種光按照不同比例混合而成的。對(duì)于人眼來(lái)說(shuō)，視錐細(xì)胞主要分布在視網(wǎng)膜上最敏感的黃斑上，人眼使用紅色、綠色、藍(lán)色三種視錐細(xì)胞來(lái)解析光線，不同顏色的光激發(fā)起的電流不同，大腦接收到電刺激后，將這些信息還原成顏色。

AMOLED中的光學(xué)微腔

有機(jī)電致發(fā)光F-P光學(xué)微腔，使發(fā)光材料在特定波長(zhǎng)處實(shí)現(xiàn)輻射，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的增大和譜線的壓窄。其中，發(fā)光光譜受x、L影響較大。

HTL通常為光學(xué)調(diào)整層，EML材料的本征光譜固定時(shí)，可通過(guò)HTL厚度調(diào)整腔長(zhǎng)，從而調(diào)整光色。不同發(fā)光材料對(duì)膜厚敏感性不同，為保證顏色的穩(wěn)定性，有機(jī)層膜厚的控制尤為重要。

色彩設(shè)計(jì)與光學(xué)模擬軟件

選定效率高、波長(zhǎng)范圍合適、壽命較好的EML材料后，考慮到量產(chǎn)穩(wěn)定性，需做光學(xué)調(diào)整層的DOE，驗(yàn)證光色隨腔長(zhǎng)（L）的變化趨勢(shì)。此過(guò)程中，光學(xué)模擬軟件可起到輔助收斂的作用。

舉例說(shuō)明：

應(yīng)用模擬軟件，分析發(fā)光材料的光色變化趨勢(shì)及大致window：

其他器件參數(shù)固定，調(diào)整光學(xué)調(diào)整（共通）層,對(duì)RGB色標(biāo)影響如下。腔長(zhǎng)越長(zhǎng)，光色越向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向偏移。其中光色對(duì)腔長(zhǎng)的敏感度，是按GBR排序，G CIE的變化軌跡，在CIE1931色品圖拐角處，其變動(dòng)幅度遠(yuǎn)大于B&R。

#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#*注：GBR膜厚變動(dòng)范圍相同，為突出趨勢(shì)差異，膜厚變動(dòng)值較大，已超出正常制程水平，僅供參考。

色彩設(shè)計(jì)過(guò)程中，綠光的特殊性：

根據(jù)視覺(jué)理論，楊氏三色學(xué)說(shuō)，錐狀細(xì)胞對(duì)380-780納米內(nèi)不同波長(zhǎng)的光具有不同敏感程度，明視覺(jué)（5nit以上），眼睛對(duì)550nm的黃綠色部分感受性最高，對(duì)紫光、相對(duì)不敏感。

從模擬及實(shí)踐結(jié)果均可知，隨膜厚（腔長(zhǎng)）的變化，綠光色標(biāo)在CIE1931中有較大變動(dòng)，且人眼對(duì)綠色較為敏感，故在設(shè)計(jì)中需選用window較大的材料，生產(chǎn)過(guò)程中，需重點(diǎn)管控有機(jī)層膜厚均一性。

由于CIE1931的色品圖不均勻性，根據(jù)麥克亞當(dāng)橢圓在1931的分布，對(duì)G光色的規(guī)格設(shè)定，可考慮色彩寬容度等概念，或采用1976等更均勻的色彩空間。

色彩設(shè)計(jì)中的光譜

下圖為某支綠光材料發(fā)光光譜。

設(shè)計(jì)過(guò)程中首先需考慮發(fā)光材料的波峰與半波寬是否合適。

選定材料體系后，需進(jìn)行視角光譜驗(yàn)證。因?yàn)椴煌暯窍?，光程出現(xiàn)變化，腔長(zhǎng)L改變，所以跟正視相比，大視角下光譜有偏移。

材料體系固定時(shí)，視角由0°→60°變化，偏移的規(guī)律性較強(qiáng)。

所以在色彩設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了CIE中值，及膜厚均一性的考慮外，還需注意視角光譜的波動(dòng)與本征光譜的關(guān)系。

AMOLED光學(xué)畫質(zhì)

目前應(yīng)用AMOLED屏幕的電子產(chǎn)品越來(lái)越多，預(yù)定及銷售均出現(xiàn)了火爆情況。很多電子產(chǎn)品官網(wǎng)給出了兩周以上的發(fā)貨等待期。其中包含終端商的營(yíng)銷策略，也體現(xiàn)了AMOLED供不應(yīng)求的局面。

終端公司對(duì)顯示器的光學(xué)要求，已不僅僅是亮度、色域等基礎(chǔ)規(guī)格，而是OLED屏幕的整體畫質(zhì)。用戶對(duì)視覺(jué)效果的高要求，決定了提升畫質(zhì)的必要性。

#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

​圖：應(yīng)用OLED屏幕的智能手機(jī)

隨著應(yīng)用OLED屏幕的電視、智能手機(jī)、VR Phone等產(chǎn)品的層出不窮， OLED的缺陷也逐漸被用戶所察覺(jué)，從消費(fèi)者的投訴頁(yè)面上可發(fā)現(xiàn)，大部分用戶口中的“畫質(zhì)差”是色彩不均伴有區(qū)域性亮度不均的，即mura。

AMOLED面板的mura，多為電性不均、面板內(nèi)外高低差等引起，多數(shù)出現(xiàn)于Array/OLED制程中。隨著更高分辨率，更大尺寸發(fā)展趨勢(shì)，即便持續(xù)提升制程均一性，mura問(wèn)題仍然根深蒂固。亮度的不均，也令觀察者很容易注意到色彩不均，易有臟屏、花屏等感受，從而影響到畫質(zhì)。

畫質(zhì)問(wèn)題之------色彩不均

跟AMOLED色彩相關(guān)的主要問(wèn)題為混色、色彩均一性差等。

混色：因與FMM、張網(wǎng)均有關(guān)，且隨著分辨率越來(lái)越高，邊框越來(lái)越窄，對(duì)FMM的精細(xì)度有很高的要求，混色的良率很難控制。

色彩均一性差：受限于蒸鍍機(jī)臺(tái)及管控程度，其良率受panel尺寸等影響。

單色的色彩不均，是因?yàn)镺LED蒸鍍制程不均一，導(dǎo)致發(fā)光器件的光學(xué)微腔被影響，從而影響到光色。白光的高灰階不均，有IR-drop之影響。低灰階的色彩不均，另有VGH/VgammaH設(shè)計(jì)問(wèn)題等原因。

以上色彩問(wèn)題，均為OLED段難關(guān)，很難在后端進(jìn)行彌補(bǔ)。目前已可將yield loss降至較低水平。

畫質(zhì)問(wèn)題之------亮度不均

以下是OLED TV連續(xù)運(yùn)行一小時(shí)后，使用儀器分析的亮度分布圖：

成因分析：與設(shè)計(jì)及制程均有關(guān)。IR drop、電路設(shè)計(jì)、成膜均一性等原因，區(qū)域性或整面屏均可見(jiàn)。低灰階時(shí)工藝上的偏差，將體現(xiàn)的尤為明顯。 且Vdata電壓、ELVDD、ELVSS、GIP驅(qū)動(dòng)信號(hào)壓降造成高灰階向低灰階過(guò)渡，亮度均勻性亦會(huì)呈現(xiàn)固定的規(guī)律性。

解決方式：改造電路、提升制程穩(wěn)定性，可在一定程度上改善。

畫質(zhì)問(wèn)題之------Mura

AMOLED面板中，區(qū)域性的亮度、色彩不均，均可稱為mura。改造電路等方式可改善亮度均一性，但幾乎無(wú)法解決mura。Mura的隨機(jī)性、頑固性，是影響光學(xué)畫質(zhì)的最大殺手之一。

國(guó)內(nèi)AMOLED面板已從無(wú)到有，技術(shù)難題攻克的同時(shí) ，面板商間將進(jìn)入拼良率的階段。在良率爬坡過(guò)程中，產(chǎn)生的mura形態(tài)累計(jì)有上百種。改善的同時(shí)，也在逐漸產(chǎn)生新型的mura。各家面板商機(jī)臺(tái)、制程均有差異性，所以mura的分類收斂也各有不同。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

常見(jiàn)的有牛頓環(huán)、條狀mura、帶狀mura、S mura、沙狀mura等等，后續(xù)隨著柔性屏批量，LTPS/IGZO、LLO過(guò)程中可能產(chǎn)生更多不可預(yù)測(cè)的mura形態(tài)。除明顯的paticle和固定位置的規(guī)律性mura外，根據(jù)mura形態(tài)，很難分析成因，也很易造成漏檢。

​圖：mura示意

AMOLED畫質(zhì)提升途徑

終端商與消費(fèi)者希望看到絢麗漂亮的屏幕，而高標(biāo)準(zhǔn)的畫質(zhì)直接拖動(dòng)良率。

在畫質(zhì)上，除了在OLED廠端做艱難的色彩提升，也可以在亮度均一性、mura補(bǔ)償?shù)姆绞饺ゾ狻?/p>

畫質(zhì)提升方法

目前已在探索多種補(bǔ)償方式，以提升屏幕光學(xué)畫質(zhì)。如內(nèi)部像素電路補(bǔ)償、外部電訊號(hào)補(bǔ)償，及外部光學(xué)式補(bǔ)償?shù)取?/p>

在AMOLED的面板設(shè)計(jì)、Array 制程等多處可技術(shù)切入。其中電路設(shè)計(jì)的修改，時(shí)程較長(zhǎng)，專利風(fēng)險(xiǎn)較大；在制程中進(jìn)行電訊號(hào)補(bǔ)償，可彌補(bǔ)電性不均，但在之后的制程中，可能出現(xiàn)其他的不均，疊加后，補(bǔ)償結(jié)果并未體現(xiàn)在FOG/Full MDL之上。

而外部光學(xué)式補(bǔ)償，由于其不需更改電路設(shè)計(jì)，不需大改制程，且補(bǔ)償效果靈活可控，目前占有很大的優(yōu)勢(shì)。

多家主流IC廠商已將含De-mura功能的 IC列入開(kāi)發(fā)及驗(yàn)證時(shí)程，如Raydium、Focal、Himax等。設(shè)備方面， IIX、cybernet等公司已積極投入資源，國(guó)內(nèi)亦有多家公司開(kāi)始布局，著重進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的自主研發(fā)，如先導(dǎo)智能等自動(dòng)化設(shè)備龍頭企業(yè)。

表：外部光學(xué)式補(bǔ)償相關(guān)廠商

畫質(zhì)提升效果預(yù)估

依目前面板商對(duì)mura的大致分類，能利用De-mura技術(shù)消除的，大致為：ELA等固定方向性mura、黑斑、黑色帶狀mura等。以上mura也是目前影響良率較多的。

很難用De-mura技術(shù)消除的，一般為顏色類的彩斑、混色、色彩不均等，補(bǔ)償亮度后會(huì)有輕微改善，但色彩的問(wèn)題仍會(huì)被人眼察覺(jué)，色彩問(wèn)題僅能改善，很難補(bǔ)償至人眼不可見(jiàn)。

De-mura可針對(duì)面板廠、終端客戶的需求，實(shí)現(xiàn)多個(gè)灰階下的識(shí)別補(bǔ)償。實(shí)際效果可由AOI設(shè)備商、IC商、面板商的合作下，進(jìn)行持續(xù)驗(yàn)證。保守估計(jì)，可提升模組段10%左右的良率。

后續(xù)待柔性產(chǎn)品量產(chǎn)，由于3D Lamination、LLO等制程原因，在良率爬坡階段中，越后端，成本將越高。而后端的檢測(cè)、補(bǔ)償不僅能提升光學(xué)畫質(zhì)，更能提升良率、大幅降低成本，有機(jī)會(huì)成為性價(jià)比最高的對(duì)策。