淺析從AMOLED到MicroLED自發(fā)光顯示技術(shù)

OLED工作原理及結(jié)構(gòu)

OLED最典型的結(jié)構(gòu)就是“類三明治”型，由一薄而透明具半導(dǎo)體特性之銦錫氧化物（ITO），與電力之正極相連，再加上另一個(gè)金屬陰極組成，來(lái)構(gòu)建成電洞傳輸層（HTL）、發(fā)光層（EL）與電子傳輸層（ETL）三個(gè)結(jié)構(gòu)。

當(dāng)給到一定電壓的時(shí)候，陽(yáng)極與陰極的電子就會(huì)在發(fā)光層中相遇、結(jié)合，產(chǎn)生光子。發(fā)光層中帶有特殊的有機(jī)材料（OLED中的O），來(lái)與光子一起變成紅綠藍(lán)三原色。

OLED基本結(jié)構(gòu)：1. 陰極 (?)；2. 發(fā)光層（Emissive Layer, EL）；3. 陽(yáng)極空穴與陰極電子在發(fā)光層中結(jié)合，產(chǎn)生光子；4. 導(dǎo)電層（Conductive Layer）；5. 陽(yáng)極 (+)，來(lái)自維基百科。

用一個(gè)通俗易懂的比喻來(lái)說(shuō)，OLED的原理就好像給有機(jī)材料做“電刑”，陰極陽(yáng)極一通電，有機(jī)材料就被“電得發(fā)光”。由于每個(gè)像素中的紅綠藍(lán)三原色點(diǎn)都可以被單獨(dú)的電壓所控制來(lái)發(fā)光，不需要大面積的背光作為屏幕的“亮源”，故這種技術(shù)也被稱為自發(fā)光技術(shù)。

1.主流顯示面板技術(shù)：LCD，OLED，MicroLED

典型的LCD

典型的OLED

LCD與OLED

2.主流顯示屏的發(fā)展趨勢(shì)

3.OLED堆疊結(jié)構(gòu)：相比LCD，OLED沒了背光和下偏光片

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4.OLED發(fā)光原理：外界電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)-->載流子的注入（電子和空穴分別由陰極和陽(yáng)極注入到有機(jī)電子傳輸層和空穴層）-->載流子傳輸（在各自的傳輸層傳輸，向發(fā)光層靠近）-->產(chǎn)生激子（在有機(jī)發(fā)光層，電子和空穴復(fù)合生成激子）-->輻射發(fā)光（激子輻射躍遷回到基態(tài)并發(fā)光，光從透明陽(yáng)極和襯底發(fā)出）

5.OLED像素電路工作原理：相比LCD，OLED除了開關(guān)管T1之外，還多了控制管T2

尋址信號(hào)Gate，加載到SW_TFT(T1)的柵極，控制它的導(dǎo)通/開關(guān)管T1；

數(shù)據(jù)信號(hào)Source，通過(guò)T1，加載到DRV_TFT(T2)的柵極，控制流過(guò)OLED的電流，實(shí)現(xiàn)不同灰階度/控制管T2；

儲(chǔ)存電容Cst：Source信號(hào)將保持在T2柵極持續(xù)到下一次尋址。

6.驅(qū)動(dòng)框圖：相比LCD，OLED多了由電源直接供給TFT2的正負(fù)電壓，即ELVDD，ELVSS；

Micro-OLED原理

半導(dǎo)體器件很多是結(jié)構(gòu)決定特性，MicroOLED是一種在單晶硅片上制備主動(dòng)發(fā)光型OLED器件的新型顯示技術(shù)，又稱硅基OLED。

我們來(lái)看一下Micro-OLED的結(jié)構(gòu)，通常采用頂發(fā)射方式，由白光發(fā)光層加有機(jī)濾色片實(shí)現(xiàn)全彩顯示，并將各像素的陰極共同連接，光線通過(guò)頂部透明陰極電極層發(fā)出：

圖4-Micro-OLED的結(jié)構(gòu)

由于Micro-OLED像素都只有亮或暗兩種狀態(tài)，背板可參考存儲(chǔ)器（如SRAM）來(lái)設(shè)計(jì)像素驅(qū)動(dòng)電路，這樣可以利用成熟CMOS工藝，將行列驅(qū)動(dòng)電路、像素陣列和DC-DC轉(zhuǎn)換器等電路集成在單個(gè)芯片上，像素尺寸可達(dá)微米級(jí)別：

圖5-Micro-OLED pitch尺寸，對(duì)比左側(cè)是傳統(tǒng)基于TFT背板的AMOLED

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Micro-OLED微顯示器件采用單晶硅晶圓（Wafer）為背板，具有自發(fā)光、厚度薄、質(zhì)量輕、視角大、響應(yīng)時(shí)間短、發(fā)光效率高等特性，而且更容易實(shí)現(xiàn)高PPI（像素密度）、體積小、易于攜帶、功耗低等優(yōu)異特性，特別適合應(yīng)用于近眼顯示設(shè)備。隨著市場(chǎng)應(yīng)用的持續(xù)擴(kuò)大，對(duì)Micro-OLED微顯示產(chǎn)品的關(guān)注程度日漸提升。

Micro-OLED優(yōu)勢(shì)：

自發(fā)光，色彩效果更豐富、可實(shí)現(xiàn)高分辨率、采用全固態(tài)器件，工作溫度范圍寬、抗震性好

響應(yīng)速度快、發(fā)光效率高，能耗低、集成度高、體積小，便于攜帶。

Micro-OLED產(chǎn)品特性：色域高、對(duì)比度高達(dá)10,000:1、電池重量輕、耗電低，比LCD功能耗小20%、響應(yīng)速度快，像素更新所需時(shí)間小于1μs。

走向微顯示？

發(fā)展成為Micro LED？

Micro LED屏幕技術(shù)采用無(wú)機(jī)氮化鎵材料作為發(fā)光材料，為了實(shí)現(xiàn)像素級(jí)別控光效果，Micro LED采用的是比頭發(fā)絲還要窄的1-10微米LED晶體，其具有RGB三色自發(fā)光的特性，因此并不需要背光模組也不需要色彩過(guò)濾層，具有與OLED相近的高度色彩飽和度，且耗電量也僅為傳統(tǒng)面板的十分之一，其無(wú)機(jī)材料特性也避免了燒屏問題的發(fā)生。

Micro LED技術(shù)示意

并且Micro LED屏幕和OLED屏幕技術(shù)一樣具有可彎曲、體積輕薄等特性。不過(guò)Micro LED屏幕在擁有如此多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，其也具有生產(chǎn)和研發(fā)初期技術(shù)難度高的問題，想要生產(chǎn)微米級(jí)的LED晶體并將其精準(zhǔn)貼合在基材上自然需要極為精準(zhǔn)的生產(chǎn)工藝，并且意味著生產(chǎn)初期較低的良品率。同時(shí)Micro LED屏幕超高的LED晶體密度也會(huì)帶來(lái)較高的成本，特別是高端顯示器所需要的精準(zhǔn)光線控制對(duì)于LED晶體本身的質(zhì)量也提出了極高的要求。

影響MicroLED顯示屏良率的主要因素

直接轉(zhuǎn)移 vs． 中介層

混合鍵合工藝案例

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審核編輯：劉清