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AMOLED的色彩设计与画质提升解决方法剖析

编辑:liuchang 2017-12-26 09:02:02 浏览:4548  来源:未知

AMOLED发光原理

发光器件设计原则

AMOLED成像要素

显示面板的功能就是图像显示,所以谈到面板的技术参数,成像是绕不过去的一关。

视觉世界里最重要的属性是亮度和色彩。显示器可以发出红色、绿色、蓝色三种波长的光,并控制这三种光的比例,屏幕上的所有颜色都由这三种光按照不同比例混合而成的。对于人眼来说,视锥细胞主要分布在视网膜上最敏感的黄斑上,人眼使用红色、绿色、蓝色三种视锥细胞来解析光线,不同颜色的光激发起的电流不同,大脑接收到电刺激后,将这些信息还原成颜色。

AMOLED中的光学微腔

有机电致发光F-P光学微腔,使发光材料在特定波长处实现辐射,实现强度的增大和谱线的压窄。其中,发光光谱受x、L影响较大。

HTL通常为光学调整层,EML材料的本征光谱固定时,可通过HTL厚度调整腔长,从而调整光色。不同发光材料对膜厚敏感性不同,为保证颜色的稳定性,有机层膜厚的控制尤为重要。

色彩设计与光学模拟软件

选定效率高、波长范围合适、寿命较好的EML材料后,考虑到量产稳定性,需做光学调整层的DOE,验证光色随腔长(L)的变化趋势。此过程中,光学模拟软件可起到辅助收敛的作用。

举例说明:

应用模拟软件,分析发光材料的光色变化趋势及大致window:

其他器件参数固定,调整光学调整(共通)层,对RGB色标影响如下。腔长越长,光色越向长波长方向偏移。其中光色对腔长的敏感度,是按GBR排序,G CIE的变化轨迹,在CIE1931色品图拐角处,其变动幅度远大于B&R。

#p#分页标题#e#*注:GBR膜厚变动范围相同,为突出趋势差异,膜厚变动值较大,已超出正常制程水平,仅供参考。

色彩设计过程中,绿光的特殊性:

根据视觉理论,杨氏三色学说,锥状细胞对380-780纳米内不同波长的光具有不同敏感程度,明视觉(5nit以上),眼睛对550nm的黄绿色部分感受性最高,对紫光、相对不敏感。

从模拟及实践结果均可知,随膜厚(腔长)的变化,绿光色标在CIE1931中有较大变动,且人眼对绿色较为敏感,故在设计中需选用window较大的材料,生产过程中,需重点管控有机层膜厚均一性。

由于CIE1931的色品图不均匀性,根据麦克亚当椭圆在1931的分布,对G光色的规格设定,可考虑色彩宽容度等概念,或采用1976等更均匀的色彩空间。

色彩设计中的光谱

下图为某支绿光材料发光光谱。

设计过程中首先需考虑发光材料的波峰与半波宽是否合适。

选定材料体系后,需进行视角光谱验证。因为不同视角下,光程出现变化,腔长L改变,所以跟正视相比,大视角下光谱有偏移。

材料体系固定时,视角由0°→60°变化,偏移的规律性较强。

所以在色彩设计过程中,除了CIE中值,及膜厚均一性的考虑外,还需注意视角光谱的波动与本征光谱的关系。

AMOLED光学画质

目前应用AMOLED屏幕的电子产品越来越多,预定及销售均出现了火爆情况。很多电子产品官网给出了两周以上的发货等待期。其中包含终端商的营销策略,也体现了AMOLED供不应求的局面。

终端公司对显示器的光学要求,已不仅仅是亮度、色域等基础规格,而是OLED屏幕的整体画质。用户对视觉效果的高要求,决定了提升画质的必要性。

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​图:应用OLED屏幕的智能手机

随着应用OLED屏幕的电视、智能手机、VR Phone等产品的层出不穷, OLED的缺陷也逐渐被用户所察觉,从消费者的投诉页面上可发现,大部分用户口中的“画质差”是色彩不均伴有区域性亮度不均的,即mura。

AMOLED面板的mura,多为电性不均、面板内外高低差等引起,多数出现于Array/OLED制程中。随着更高分辨率,更大尺寸发展趋势,即便持续提升制程均一性,mura问题仍然根深蒂固。亮度的不均,也令观察者很容易注意到色彩不均,易有脏屏、花屏等感受,从而影响到画质。

画质问题之------色彩不均

跟AMOLED色彩相关的主要问题为混色、色彩均一性差等。

混色:因与FMM、张网均有关,且随着分辨率越来越高,边框越来越窄,对FMM的精细度有很高的要求,混色的良率很难控制。

色彩均一性差:受限于蒸镀机台及管控程度,其良率受panel尺寸等影响。

单色的色彩不均,是因为OLED蒸镀制程不均一,导致发光器件的光学微腔被影响,从而影响到光色。白光的高灰阶不均,有IR-drop之影响。低灰阶的色彩不均,另有VGH/VgammaH设计问题等原因。

以上色彩问题,均为OLED段难关,很难在后端进行弥补。目前已可将yield loss降至较低水平。

画质问题之------亮度不均

以下是OLED TV连续运行一小时后,使用仪器分析的亮度分布图:

成因分析:与设计及制程均有关。IR drop、电路设计、成膜均一性等原因,区域性或整面屏均可见。低灰阶时工艺上的偏差,将体现的尤为明显。 且Vdata电压、ELVDD、ELVSS、GIP驱动信号压降造成高灰阶向低灰阶过渡,亮度均匀性亦会呈现固定的规律性。

解决方式:改造电路、提升制程稳定性,可在一定程度上改善。

画质问题之------Mura

AMOLED面板中,区域性的亮度、色彩不均,均可称为mura。改造电路等方式可改善亮度均一性,但几乎无法解决mura。Mura的随机性、顽固性,是影响光学画质的最大杀手之一。

国内AMOLED面板已从无到有,技术难题攻克的同时 ,面板商间将进入拼良率的阶段。在良率爬坡过程中,产生的mura形态累计有上百种。改善的同时,也在逐渐产生新型的mura。各家面板商机台、制程均有差异性,所以mura的分类收敛也各有不同。#p#分页标题#e#

常见的有牛顿环、条状mura、带状mura、S mura、沙状mura等等,后续随着柔性屏批量,LTPS/IGZO、LLO过程中可能产生更多不可预测的mura形态。除明显的paticle和固定位置的规律性mura外,根据mura形态,很难分析成因,也很易造成漏检。

图:mura示意

AMOLED画质提升途径

终端商与消费者希望看到绚丽漂亮的屏幕,而高标准的画质直接拖动良率。

在画质上,除了在OLED厂端做艰难的色彩提升,也可以在亮度均一性、mura补偿的方式去均衡。

画质提升方法

目前已在探索多种补偿方式,以提升屏幕光学画质。如内部像素电路补偿、外部电讯号补偿,及外部光学式补偿等。

在AMOLED的面板设计、Array 制程等多处可技术切入。其中电路设计的修改,时程较长,专利风险较大;在制程中进行电讯号补偿,可弥补电性不均,但在之后的制程中,可能出现其他的不均,叠加后,补偿结果并未体现在FOG/Full MDL之上。

而外部光学式补偿,由于其不需更改电路设计,不需大改制程,且补偿效果灵活可控,目前占有很大的优势。

多家主流IC厂商已将含De-mura功能的 IC列入开发及验证时程,如Raydium、Focal、Himax等。设备方面, IIX、cybernet等公司已积极投入资源,国内亦有多家公司开始布局,着重进行相关技术的自主研发,如先导智能等自动化设备龙头企业。

外部光学式补偿相关厂商

   

类别

厂商

支持领域

Driver   IC

Raydium

含De-mura功能 IC

Himax

   

……

……

 

De-mura相关设备

IIX

检测&De-mura设备、算法

Cybernet

   

先导智能

   

……

……

 

表:外部光学式补偿相关厂商

画质提升效果预估

依目前面板商对mura的大致分类,能利用De-mura技术消除的,大致为:ELA等固定方向性mura、黑斑、黑色带状mura等。以上mura也是目前影响良率较多的。

很难用De-mura技术消除的,一般为颜色类的彩斑、混色、色彩不均等,补偿亮度后会有轻微改善,但色彩的问题仍会被人眼察觉,色彩问题仅能改善,很难补偿至人眼不可见。

De-mura可针对面板厂、终端客户的需求,实现多个灰阶下的识别补偿。实际效果可由AOI设备商、IC商、面板商的合作下,进行持续验证。保守估计,可提升模组段10%左右的良率。

后续待柔性产品量产,由于3D Lamination、LLO等制程原因,在良率爬坡阶段中,越后端,成本将越高。而后端的检测、补偿不仅能提升光学画质,更能提升良率、大幅降低成本,有机会成为性价比最高的对策。

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