有(you)機發光(guang)顯示二(er)極管(guan)(OLED)作為一種電流(liu)型發光(guang)器(qi)件已越來越多地(di)被應用(yong)于(yu)高(gao)性能顯示中。由于(yu)它(ta)自發光(guang)的特性，與LCD相比(bi)，AMOLED具(ju)有(you)高(gao)對(dui)比(bi)度(du)、超輕薄、可彎曲等諸(zhu)多優點。但是，亮(liang)度(du)均勻性和殘像仍然是它(ta)目前(qian)面臨的兩個(ge)主要難題(ti)，要解決這(zhe)兩個(ge)問題(ti)，除了工藝的改善，就不(bu)得不(bu)提到補償技術。
介紹補償技術之前(qian)，首先我們來(lai)看(kan)看(kan)AMOLED為(wei)什(shen)么需要補償。下圖所示為(wei)一個最(zui)簡(jian)單的AMOLED像(xiang)素電路(lu)，它由兩個薄膜晶體(ti)管(TFT)構建像(xiang)素電路(lu)為(wei)OLED器件提供相應的電流(liu)。
與(yu)一般的(de)(de)(de)非晶硅薄(bo)膜晶體(ti)管(amorphous-Si TFT)相比，LTPS TFT和(he)Oxide TFT具有更(geng)(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)遷移率和(he)更(geng)(geng)穩(wen)定的(de)(de)(de)特性，更(geng)(geng)適合應用于(yu)AMOLED顯(xian)(xian)示中(zhong)。在(zai)中(zhong)小尺(chi)寸應用中(zhong)多(duo)(duo)采(cai)用低溫(wen)多(duo)(duo)晶硅薄(bo)膜晶體(ti)管(LTPS TFT)，而在(zai)大尺(chi)寸應用中(zhong)多(duo)(duo)采(cai)用氧(yang)化物薄(bo)膜晶體(ti)管(Oxide TFT)。這是(shi)因為LTPS TFT遷移率更(geng)(geng)大，器件所占面(mian)積更(geng)(geng)小，更(geng)(geng)適合于(yu)高(gao)(gao)PPI的(de)(de)(de)應用。而Oxide TFT均(jun)勻(yun)性更(geng)(geng)好(hao)，工(gong)藝(yi)與(yu)a-Si兼容，更(geng)(geng)適合在(zai)高(gao)(gao)世(shi)代線上生產大尺(chi)寸AMOLED面(mian)板(ban)(ban)。然后它們又(you)各(ge)有缺點，由于(yu)晶化工(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)局限性，在(zai)大面(mian)積玻璃基板(ban)(ban)上制作的(de)(de)(de)LTPS TFT，不(bu)同(tong)位置的(de)(de)(de)TFT常(chang)常(chang)在(zai)諸如閾(yu)值電(dian)(dian)壓(ya)、遷移率等電(dian)(dian)學參數上具有非均(jun)勻(yun)性，這種非均(jun)勻(yun)性會轉化為OLED顯(xian)(xian)示器件的(de)(de)(de)電(dian)(dian)流差異和(he)亮度(du)差異，并被人眼所感知(zhi)，即mura現象。Oxide TFT 雖(sui)然工(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)均(jun)勻(yun)性較好(hao)，但是(shi)與(yu)a-Si TFT類似(si)，在(zai)長時(shi)間加壓(ya)和(he)高(gao)(gao)溫(wen)下，其(qi)閾(yu)值電(dian)(dian)壓(ya)會出現漂移，由于(yu)顯(xian)(xian)示畫面(mian)不(bu)同(tong)，面(mian)板(ban)(ban)各(ge)部分(fen)TFT的(de)(de)(de)閾(yu)值漂移量不(bu)同(tong)，會造成顯(xian)(xian)示亮度(du)差異，由于(yu)這種差異與(yu)之(zhi)前顯(xian)(xian)示的(de)(de)(de)圖像(xiang)有關，因此常(chang)呈(cheng)現為殘影現象，也就是(shi)通常(chang)所說的(de)(de)(de)殘像(xiang)。
因此，在當前的工藝制作(zuo)中，不管是LTPS還是Oxide都存(cun)在均勻性或穩定性的問(wen)題(ti)，而(er)(er)且OLED本(ben)身也會隨著點亮時間的增加亮度(du)逐漸(jian)衰減。既(ji)然這些問(wen)題(ti)難以在工藝上(shang)完(wan)全(quan)克服，就必(bi)須(xu)要在設計上(shang)通過各種(zhong)補償技術來解決(jue)。通常(chang)OLED的發(fa)光亮度(du)和電流成正比，而(er)(er)電流是由(you)TFT提供的，與TFT的特性參數相關。電流通常(chang)表示為
,k是(shi)和(he)(he)TFT遷移(yi)率有(you)(you)關(guan)的(de)參數(shu)，Vgs和(he)(he)Vds又和(he)(he)電(dian)(dian)源(yuan)電(dian)(dian)壓(ya)與OLED驅(qu)動電(dian)(dian)壓(ya)有(you)(you)關(guan)。可知影(ying)響(xiang)電(dian)(dian)流大小的(de)參數(shu)有(you)(you)TFT遷移(yi)率、閾值電(dian)(dian)壓(ya)，OLED的(de)驅(qu)動電(dian)(dian)壓(ya)以及(ji)電(dian)(dian)源(yuan)電(dian)(dian)壓(ya)的(de)大小。補償技術(shu)的(de)主要目的(de)就是(shi)要消除這些因(yin)素(su)的(de)影(ying)響(xiang)，最(zui)終讓所有(you)(you)像素(su)的(de)亮(liang)度達到理想(xiang)值。因(yin)為變量太(tai)多，技術(shu)難(nan)度很大，補償技術(shu)已(yi)成為AMOLED顯示的(de)核心技術(shu)之一。
補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)方(fang)法(fa)(fa)可以(yi)分為(wei)(wei)內(nei)(nei)部(bu)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)和(he)外(wai)(wai)(wai)部(bu)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)兩(liang)大類。內(nei)(nei)部(bu)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)是(shi)指在像(xiang)素(su)內(nei)(nei)部(bu)利用(yong)(yong)TFT構建的(de)(de)子電(dian)路進行補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)的(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)。外(wai)(wai)(wai)部(bu)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)是(shi)指通(tong)過(guo)外(wai)(wai)(wai)部(bu)的(de)(de)驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)路或設(she)備感知(zhi)像(xiang)素(su)的(de)(de)電(dian)學(xue)(xue)或光學(xue)(xue)特(te)性然(ran)后進行補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)的(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)。通(tong)常內(nei)(nei)部(bu)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)的(de)(de)像(xiang)素(su)結構和(he)驅(qu)動(dong)(dong)方(fang)式(shi)(shi)都較(jiao)復雜，且補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)效果(guo)僅限于TFT 閾(yu)值電(dian)壓(ya)和(he)IR Drop，補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)范圍偏小(xiao)，難以(yi)解決殘像(xiang)問題。這種補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)方(fang)式(shi)(shi)在TV產品(pin)(pin)中(zhong)應用(yong)(yong)不多，但(dan)是(shi)在手機/平板這些使(shi)用(yong)(yong)頻率(lv)不高，產品(pin)(pin)生命周期短的(de)(de)應用(yong)(yong)中(zhong)，也足以(yi)滿足需求。而外(wai)(wai)(wai)部(bu)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)的(de)(de)方(fang)式(shi)(shi)具有像(xiang)素(su)結構簡單，驅(qu)動(dong)(dong)速(su)度快和(he)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)范圍大的(de)(de)優(you)點，但(dan)缺(que)點是(shi)外(wai)(wai)(wai)圍驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)路設(she)計復雜度高，在大尺寸(cun)AMOLED TV顯示應用(yong)(yong)中(zhong)，外(wai)(wai)(wai)部(bu)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)被認為(wei)(wei)是(shi)較(jiao)佳的(de)(de)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)方(fang)案。但(dan)是(shi)最近隨著用(yong)(yong)戶對(dui)產品(pin)(pin)特(te)性的(de)(de)要(yao)求提高，外(wai)(wai)(wai)部(bu)補(bu)(bu)(bu)(bu)償(chang)(chang)也在逐漸向中(zhong)小(xiao)尺寸(cun)應用(yong)(yong)中(zhong)發展。
下圖是(shi)(shi)一(yi)(yi)個(ge)典型的內部補償(chang)型電(dian)(dian)路，它(ta)由7個(ge)TFT和(he)1個(ge)存儲電(dian)(dian)容組成(cheng)，因(yin)此(ci)被簡(jian)稱為(wei)7T1C結構(gou)(gou)，類(lei)似還有(you)(you)6T1C，5T2C等很(hen)多類(lei)似電(dian)(dian)路結構(gou)(gou)，經(jing)(jing)過近幾年的不斷研究和(he)發(fa)(fa)展，內部補償(chang)電(dian)(dian)路的拓撲(pu)結構(gou)(gou)幾乎已被窮盡(jin)，很(hen)難(nan)再有(you)(you)實(shi)用性(xing)的結構(gou)(gou)創新。這種像素(su)電(dian)(dian)路工作時一(yi)(yi)般(ban)都會(hui)(hui)有(you)(you)三個(ge)工作階(jie)(jie)段(duan)，會(hui)(hui)經(jing)(jing)歷復(fu)位、補償(chang)、發(fa)(fa)光，即一(yi)(yi)個(ge)驅動周期(qi)至少要干(gan)2到3件事，因(yin)此(ci)對電(dian)(dian)路驅動能力和(he)面板(ban)上的負(fu)載都有(you)(you)一(yi)(yi)定(ding)要求。它(ta)的一(yi)(yi)般(ban)工作思路是(shi)(shi)在(zai)補償(chang)階(jie)(jie)段(duan)把TFT的閾值電(dian)(dian)壓Vth先儲存在(zai)它(ta)的柵(zha)源電(dian)(dian)壓Vgs內，在(zai)最后發(fa)(fa)光時，是(shi)(shi)把Vgs-Vth轉(zhuan)(zhuan)化為(wei)電(dian)(dian)流(liu)，因(yin)為(wei)Vgs已經(jing)(jing)含有(you)(you)了(le)Vth，在(zai)轉(zhuan)(zhuan)化成(cheng)電(dian)(dian)流(liu)時就(jiu)把Vth的影響(xiang)抵(di)(di)消(xiao)了(le)，從而(er)實(shi)現了(le)電(dian)(dian)流(liu)的一(yi)(yi)致(zhi)性(xing)。但是(shi)(shi)實(shi)際因(yin)為(wei)寄(ji)生參數和(he)驅動速(su)度等影響(xiang)，Vth并不能完全抵(di)(di)消(xiao)，也(ye)即當Vth偏差(cha)超(chao)過一(yi)(yi)定(ding)范(fan)圍(wei)時(通常嘢琀梔≥0.5V)，電(dian)(dian)流(liu)的一(yi)(yi)致(zhi)性(xing)就(jiu)不能確保了(le)，因(yin)此(ci)說它(ta)的補償(chang)范(fan)圍(wei)是(shi)(shi)有(you)(you)限的。
外部補償(chang)根據(ju)數(shu)據(ju)抽取方法(fa)的不(bu)同(tong)又可以分為光學(xue)(xue)(xue)抽取式(shi)(shi)和(he)(he)電學(xue)(xue)(xue)抽取式(shi)(shi)。光學(xue)(xue)(xue)抽取式(shi)(shi)是指將背(bei)板點亮后通過光學(xue)(xue)(xue)CCD照相的方法(fa)將亮度信號(hao)抽取出來，電學(xue)(xue)(xue)抽取式(shi)(shi)是指通過驅動(dong)芯片(pian)的感應(ying)電路(lu)將TFT和(he)(he)OLED的電學(xue)(xue)(xue)信號(hao)抽取出來。兩(liang)種方法(fa)抽取的信號(hao)種類(lei)不(bu)同(tong)，因(yin)此數(shu)據(ju)處理的方式(shi)(shi)也不(bu)同(tong)。光學(xue)(xue)(xue)抽取的方式(shi)(shi)具(ju)有結(jie)構簡單，方法(fa)靈活的優(you)點，因(yin)此在現(xian)階(jie)段(duan)被廣泛采用(yong)。
下圖是外部光學補償原(yuan)理圖。Optical sensor通常是高分辨率和(he)高精度(du)的(de)CCD照(zhao)相機(ji)。
外部光學補償原理圖
其補(bu)(bu)償(chang)過程是(shi)用(yong)CCD對(dui)(dui)整個(ge)面板拍照，得到(dao)每(mei)個(ge)像(xiang)素在(zai)(zai)幾個(ge)特(te)征灰階下的(de)(de)(de)亮(liang)度(du)(du)(du)值(zhi)，然(ran)后對(dui)(dui)子(zi)(zi)像(xiang)素進(jin)(jin)(jin)行建模，得到(dao)每(mei)個(ge)像(xiang)素的(de)(de)(de)灰階-亮(liang)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)特(te)性曲(qu)線(xian)。在(zai)(zai)對(dui)(dui)某一顯示圖像(xiang)進(jin)(jin)(jin)行補(bu)(bu)償(chang)時，我(wo)們(men)根(gen)據輸入灰階相對(dui)(dui)應的(de)(de)(de)理(li)想(xiang)亮(liang)度(du)(du)(du)，從該(gai)子(zi)(zi)像(xiang)素的(de)(de)(de)灰階-亮(liang)度(du)(du)(du)特(te)征曲(qu)線(xian)中(zhong)可以(yi)反(fan)推出為了使(shi)該(gai)子(zi)(zi)像(xiang)素達到(dao)相同的(de)(de)(de)亮(liang)度(du)(du)(du)，所對(dui)(dui)應的(de)(de)(de)補(bu)(bu)償(chang)灰階，對(dui)(dui)所有的(de)(de)(de)子(zi)(zi)像(xiang)素都(dou)進(jin)(jin)(jin)行類似操(cao)作(zuo)，我(wo)們(men)就可以(yi)得到(dao)一個(ge)所謂的(de)(de)(de)補(bu)(bu)償(chang)圖像(xiang)，使(shi)用(yong)這個(ge)補(bu)(bu)償(chang)圖像(xiang)驅動背板，就可以(yi)達到(dao)我(wo)們(men)想(xiang)要(yao)的(de)(de)(de)理(li)想(xiang)亮(liang)度(du)(du)(du)值(zhi)。這一技術(shu)的(de)(de)(de)難點是(shi)如何(he)用(yong)CCD準確(que)抓(zhua)到(dao)每(mei)個(ge)像(xiang)素的(de)(de)(de)正確(que)亮(liang)度(du)(du)(du)并建立正確(que)的(de)(de)(de)模型(xing)，要(yao)通過算(suan)法(fa)克服子(zi)(zi)像(xiang)素準確(que)定(ding)位(wei)、摩(mo)爾紋(wen)等(deng)問題。因為光學(xue)補(bu)(bu)償(chang)要(yao)借助(zhu)專業化的(de)(de)(de)設備(bei)，只能在(zai)(zai)出廠(chang)前(qian)做初始化校準，無法(fa)在(zai)(zai)產品(pin)使(shi)用(yong)中(zhong)進(jin)(jin)(jin)行補(bu)(bu)償(chang)，因此只能補(bu)(bu)償(chang)顯示非均(jun)勻性，無法(fa)補(bu)(bu)償(chang)使(shi)用(yong)中(zhong)產生(sheng)的(de)(de)(de)殘(can)像(xiang)。
光學外部補償方案
外部補(bu)(bu)償(chang)的(de)(de)(de)另一種方式是(shi)電學(xue)補(bu)(bu)償(chang)，即通(tong)過(guo)像素內部的(de)(de)(de)TFT將(jiang)驅(qu)動管的(de)(de)(de)I-V特(te)性以及OLED器件的(de)(de)(de)I-V特(te)性讀取(qu)到外部感應(ying)電路，計算需(xu)要補(bu)(bu)償(chang)的(de)(de)(de)驅(qu)動電壓值并(bing)反饋給驅(qu)動面板的(de)(de)(de)芯片從而實(shi)現補(bu)(bu)償(chang)。它需(xu)要開發具有(you)信號提取(qu)功(gong)能的(de)(de)(de)新(xin)型IC。
圖中(zhong)Column readout作用是(shi)監(jian)測 TFT I-V 特(te)性變(bian)化(hua)和均勻性，監(jian)測OLED均勻性和老化(hua);Image processing LSI作用是(shi)根據監(jian)測結果計算(suan)補償量，并將補償量和初始數據整(zheng)合輸出給Data Driver
外部補償像素電路比較簡單，通常是3T1C結構如(ru)下圖，除了傳統的數據線以外，它有(you)一(yi)個感(gan)應線(SENSE)可以將TFT和OLED的電流抽取到驅動IC中。
外部補償像素結構
它有兩種(zhong)抽(chou)取(qu)電信號方式(shi)，一種(zhong)是(shi)抽(chou)取(qu)TFT電流(liu)，被稱(cheng)作(zuo)(zuo)TFT sensing，一種(zhong)是(shi)抽(chou)取(qu)OLED電流(liu)，被稱(cheng)作(zuo)(zuo)OLED sensing。基本原理(li)都(dou)是(shi)給定(ding)TFT或OLED的(de)驅動(dong)電壓(ya)，把電流(liu)從感(gan)應線傳抽(chou)取(qu)到驅動(dong)IC，如下圖所(suo)示
TFT和(he)OLED感應方式
讀出電(dian)(dian)(dian)信號(hao)后，外(wai)部(bu)補(bu)償(chang)(chang)方式可(ke)借助外(wai)部(bu)的(de)(de)(de)集(ji)成(cheng)電(dian)(dian)(dian)路芯片實施較復雜(za)的(de)(de)(de)算法(fa)，對TFT閾(yu)值電(dian)(dian)(dian)壓和遷移率(lv)的(de)(de)(de)非均(jun)勻性以及OLED 老(lao)化等實施補(bu)償(chang)(chang)。外(wai)部(bu)電(dian)(dian)(dian)學補(bu)償(chang)(chang)的(de)(de)(de)技(ji)術難點在(zai)于實現高(gao)精度(du)和高(gao)速(su)的(de)(de)(de)TFT&OLED電(dian)(dian)(dian)學參(can)數讀取，感(gan)應(ying)線(xian)上的(de)(de)(de)寄生(sheng)(sheng)效(xiao)應(ying)會影(ying)響讀取速(su)度(du)并造成(cheng)信號(hao)衰減(jian)，感(gan)應(ying)電(dian)(dian)(dian)路的(de)(de)(de)誤差會造成(cheng)輸出失真，相鄰感(gan)應(ying)線(xian)或外(wai)界環(huan)境的(de)(de)(de)噪聲會干擾感(gan)應(ying)信號(hao)的(de)(de)(de)準確性。外(wai)部(bu)補(bu)償(chang)(chang)技(ji)術是(shi)一(yi)個包含面(mian)板設(she)計(ji)，IC設(she)計(ji)，驅動(dong)電(dian)(dian)(dian)路設(she)計(ji)，算法(fa)設(she)計(ji)的(de)(de)(de)系(xi)統級(ji)方案，任何一(yi)個環(huan)節做不好都(dou)有可(ke)能影(ying)響補(bu)償(chang)(chang)效(xiao)果(guo)，但是(shi)一(yi)旦實現精準設(she)計(ji)，它的(de)(de)(de)補(bu)償(chang)(chang)效(xiao)果(guo)是(shi)最好的(de)(de)(de)，可(ke)以實現實時(shi)補(bu)償(chang)(chang)，即在(zai)產品生(sheng)(sheng)命周期(qi)內，在(zai)使用過程中持續進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)(chang)，可(ke)有效(xiao)提升產品壽命。
由于補(bu)(bu)(bu)償技術(shu)非常關鍵，很多公司(si)都在(zai)(zai)積極開(kai)(kai)發具(ju)有自(zi)主(zhu)知(zhi)識產(chan)權(quan)的(de)(de)補(bu)(bu)(bu)償技術(shu)。目(mu)前內部補(bu)(bu)(bu)償技術(shu)積累較深(shen)厚的(de)(de)公司(si)是三星，外(wai)部補(bu)(bu)(bu)償業內只(zhi)有LG率先(xian)實現了量產(chan)。其他面板(ban)廠或(huo)(huo)公司(si)都在(zai)(zai)大(da)力(li)投入(ru)、針對(dui)這一(yi)技術(shu)積極進行研發，BOE目(mu)前也(ye)開(kai)(kai)發完(wan)成了具(ju)有自(zi)主(zhu)知(zhi)識產(chan)權(quan)的(de)(de)內部補(bu)(bu)(bu)償和外(wai)部補(bu)(bu)(bu)償技術(shu)，并(bing)已完(wan)成了在(zai)(zai)產(chan)品端(duan)的(de)(de)驗證，在(zai)(zai)國內處于領先(xian)地位。但即使是三星或(huo)(huo)LG，現在(zai)(zai)的(de)(de)補(bu)(bu)(bu)償技術(shu)并(bing)不能(neng)說是毫(hao)無瑕疵，還需要繼續創新和改進，伴(ban)隨著工(gong)藝水平和能(neng)力(li)的(de)(de)進步，相信(xin)未來的(de)(de)AMOLED產(chan)品會更加完(wan)美。
關注我們
公(gong)眾號：china_tp
微信名稱：亞威資訊
顯示行業頂級新媒體
掃一掃即可關注我們
