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AMOLED發(fā)光原理

發(fā)光器件設(shè)計原則

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)，成像是繞不過去的一關(guān)。

視覺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、藍色三種波長的光，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。對于人眼來說，視錐細胞主要分布在視網(wǎng)膜上最敏感的黃斑上，人眼使用紅色、綠色、藍色三種視錐細胞來解析光線，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中的光學微腔

有機電致發(fā)光F-P光學微腔，使發(fā)光材料在特定波長處實現(xiàn)輻射，實現(xiàn)強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通常為光學調(diào)整層，EML材料的本征光譜固定時，可通過HTL厚度調(diào)整腔長，從而調(diào)整光色。不同發(fā)光材料對膜厚敏感性不同，為保證顏色的穩(wěn)定性，有機層膜厚的控制尤為重要。

色彩設(shè)計與光學模擬軟件

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

舉例說明：

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

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

#p#分頁標題#e#*注：GBR膜厚變動范圍相同，為突出趨勢差異，膜厚變動值較大，已超出正常制程水平，僅供參考。

色彩設(shè)計過程中，綠光的特殊性：

根據(jù)視覺理論，楊氏三色學說，錐狀細胞對380-780納米內(nèi)不同波長的光具有不同敏感程度，明視覺（5nit以上），眼睛對550nm的黃綠色部分感受性最高，對紫光、相對不敏感。

從模擬及實踐結(jié)果均可知，隨膜厚（腔長）的變化，綠光色標在CIE1931中有較大變動，且人眼對綠色較為敏感，故在設(shè)計中需選用window較大的材料，生產(chǎn)過程中，需重點管控有機層膜厚均一性。

由于CIE1931的色品圖不均勻性，根據(jù)麥克亞當橢圓在1931的分布，對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)計中的光譜

下圖為某支綠光材料發(fā)光光譜。

設(shè)計過程中首先需考慮發(fā)光材料的波峰與半波寬是否合適。

選定材料體系后，需進行視角光譜驗證。因為不同視角下，光程出現(xiàn)變化，腔長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，視角由0°→60°變化，偏移的規(guī)律性較強。

所以在色彩設(shè)計過程中，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與本征光譜的關(guān)系。

AMOLED光學畫質(zhì)

目前應(yīng)用AMOLED屏幕的電子產(chǎn)品越來越多，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銷策略，也體現(xiàn)了AMOLED供不應(yīng)求的局面。

終端公司對顯示器的光學要求，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)。用戶對視覺效果的高要求，決定了提升畫質(zhì)的必要性。

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​圖：應(yīng)用OLED屏幕的智能手機

隨著應(yīng)用OLED屏幕的電視、智能手機、VR Phone等產(chǎn)品的層出不窮， OLED的缺陷也逐漸被用戶所察覺，從消費者的投訴頁面上可發(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，即便持續(xù)提升制程均一性，mura問題仍然根深蒂固。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)問題之------色彩不均

跟AMOLED色彩相關(guān)的主要問題為混色、色彩均一性差等。

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

色彩均一性差：受限于蒸鍍機臺及管控程度，其良率受panel尺寸等影響。

單色的色彩不均，是因為OLED蒸鍍制程不均一，導致發(fā)光器件的光學微腔被影響，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)計問題等原因。

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

畫質(zhì)問題之------亮度不均

以下是OLED TV連續(xù)運行一小時后，使用儀器分析的亮度分布圖：

成因分析：與設(shè)計及制程均有關(guān)。IR drop、電路設(shè)計、成膜均一性等原因，區(qū)域性或整面屏均可見。低灰階時工藝上的偏差，將體現(xiàn)的尤為明顯。 且Vdata電壓、ELVDD、ELVSS、GIP驅(qū)動信號壓降造成高灰階向低灰階過渡，亮度均勻性亦會呈現(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，但幾乎無法解決mura。Mura的隨機性、頑固性，是影響光學畫質(zhì)的最大殺手之一。

國內(nèi)AMOLED面板已從無到有，技術(shù)難題攻克的同時 ，面板商間將進入拼良率的階段。在良率爬坡過程中，產(chǎn)生的mura形態(tài)累計有上百種。改善的同時，也在逐漸產(chǎn)生新型的mura。各家面板商機臺、制程均有差異性，所以mura的分類收斂也各有不同。#p#分頁標題#e#

常見的有牛頓環(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過程中可能產(chǎn)生更多不可預(yù)測的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

終端商與消費者希望看到絢麗漂亮的屏幕，而高標準的畫質(zhì)直接拖動良率。

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補償?shù)姆绞饺ゾ狻?/p>

畫質(zhì)提升方法

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

在AMOLED的面板設(shè)計、Array 制程等多處可技術(shù)切入。其中電路設(shè)計的修改，時程較長，專利風險較大；在制程中進行電訊號補償，可彌補電性不均，但在之后的制程中，可能出現(xiàn)其他的不均，疊加后，補償結(jié)果并未體現(xiàn)在FOG/Full MDL之上。

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

多家主流IC廠商已將含De-mura功能的 IC列入開發(fā)及驗證時程，如Raydium、Focal、Himax等。設(shè)備方面， IIX、cybernet等公司已積極投入資源，國內(nèi)亦有多家公司開始布局，著重進行相關(guān)技術(shù)的自主研發(fā)，如先導智能等自動化設(shè)備龍頭企業(yè)。

表：外部光學式補償相關(guān)廠商

畫質(zhì)提升效果預(yù)估

依目前面板商對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，補償亮度后會有輕微改善，但色彩的問題仍會被人眼察覺，色彩問題僅能改善，很難補償至人眼不可見。

De-mura可針對面板廠、終端客戶的需求，實現(xiàn)多個灰階下的識別補償。實際效果可由AOI設(shè)備商、IC商、面板商的合作下，進行持續(xù)驗證。保守估計，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、補償不僅能提升光學畫質(zhì)，更能提升良率、大幅降低成本，有機會成為性價比最高的對策。