OLED Demura的破解方法

正文

 

先從補(bǔ)償開始

 

OLED作為一種電流型發(fā)光器件已越來越多地被應(yīng)用于高性能顯示中剥悟。由于它自發(fā)光的特性，與LCD相比曼库，AMOLED具有高對(duì)比度区岗、超輕薄、可彎曲等諸多優(yōu)點(diǎn)毁枯。

 

但是慈缔，亮度均勻性和殘像仍然是它目前面臨的兩個(gè)主要難題，要解決這兩個(gè)問題种玛，除了工藝的改善藐鹤，就不得不提到補(bǔ)償技術(shù)颅拦。

 

補(bǔ)償方法可以分為內(nèi)部補(bǔ)償和外部補(bǔ)償兩大類。內(nèi)部補(bǔ)償是指在像素內(nèi)部利用TFT構(gòu)建的子電路進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ń淘濉Ｍ獠垦a(bǔ)償是指通過外部的驅(qū)動(dòng)電路或設(shè)備感知像素的電學(xué)或光學(xué)特性然后進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/span>

 

為何要對(duì)OLED進(jìn)行補(bǔ)償？

 

介紹補(bǔ)償技術(shù)之前右锨，首先我們來看看AMOLED為什么需要補(bǔ)償括堤。下圖所示為一個(gè)最簡(jiǎn)單的AMOLED像素電路，它由兩個(gè)薄膜晶體管（TFT）構(gòu)建像素電路為OLED器件提供相應(yīng)的電流绍移。

 

與一般的非晶硅薄膜晶體管（amorphous-Si TFT）相比悄窃，LTPS TFT和Oxide TFT具有更高的遷移率和更穩(wěn)定的特性，更適合應(yīng)用于AMOLED顯示中蹂窖。

 

在中小尺寸應(yīng)用中多采用低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPS TFT)轧抗，而在大尺寸應(yīng)用中多采用氧化物薄膜晶體管（Oxide TFT）。

 

這是因?yàn)長(zhǎng)TPS TFT遷移率更大瞬测，器件所占面積更小横媚，更適合于高PPI的應(yīng)用。

 

而Oxide TFT均勻性更好月趟，工藝與a-Si兼容灯蝴，更適合在高世代線上生產(chǎn)大尺寸AMOLED面板。

 

它們各有缺點(diǎn)孝宗。

 

由于晶化工藝的局限性穷躁，在大面積玻璃基板上制作的LTPS TFT，不同位置的TFT常常在諸如閾值電壓因妇、遷移率等電學(xué)參數(shù)上具有非均勻性问潭，這種非均勻性會(huì)轉(zhuǎn)化為OLED顯示器件的電流差異和亮度差異，并被人眼所感知婚被，即mura現(xiàn)象狡忙。

 

OXIDE TFT 雖然工藝的均勻性較好，但是與A-SI TFT類似址芯，在長(zhǎng)時(shí)間加壓和高溫下去枷，其閾值電壓會(huì)出現(xiàn)漂移，由于顯示畫面不同是复，面板各部分TFT的閾值漂移量不同删顶，會(huì)造成顯示亮度差異，由于這種差異與之前顯示的圖像有關(guān)淑廊，因此常呈現(xiàn)為殘影現(xiàn)象逗余，也就是通常所說的殘像。

 

OLED補(bǔ)償分類

 

既然這些問題難以在工藝上完全克服季惩，就必須要在設(shè)計(jì)上通過各種補(bǔ)償技術(shù)來解決录粱。通常OLED的發(fā)光亮度和電流成正比腻格，而電流是由TFT提供的，與TFT的特性參數(shù)相關(guān)啥繁。電流通常表示為：

 

I=kCox(Vgs-Vth)2(1+λVds)

 

k是和TFT遷移率有關(guān)的參數(shù)菜职，Vgs和Vds又和電源電壓與OLED驅(qū)動(dòng)電壓有關(guān)。

 

可知影響電流大小的參數(shù)有TFT遷移率旗闽、閾值電壓酬核，OLED的驅(qū)動(dòng)電壓以及電源電壓的大小。

 

補(bǔ)償技術(shù)的主要目的就是要消除這些因素的影響适室，最終讓所有像素的亮度達(dá)到理想值嫡意。

 

內(nèi)部補(bǔ)償

 

下圖是一個(gè)典型的內(nèi)部補(bǔ)償型電路，它由7個(gè)TFT和1個(gè)存儲(chǔ)電容組成捣辆，因此被簡(jiǎn)稱為7T1C結(jié)構(gòu)蔬螟。

 

類似還有6T1C，5T2C等很多類似電路結(jié)構(gòu)汽畴，經(jīng)過近幾年的不斷研究和發(fā)展旧巾，內(nèi)部補(bǔ)償電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)幾乎已被窮盡，很難再有實(shí)用性的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新忍些。

 

這種像素電路工作時(shí)一般都會(huì)有三個(gè)工作階段菠齿，會(huì)經(jīng)歷復(fù)位、補(bǔ)償坐昙、發(fā)光绳匀，即一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期至少要干2到3件事，因此對(duì)電路驅(qū)動(dòng)能力和面板上的負(fù)載都有一定要求炸客。

 

它的一般工作思路是在補(bǔ)償階段把TFT的閾值電壓Vth先儲(chǔ)存在它的柵源電壓Vgs內(nèi)疾棵，在最后發(fā)光時(shí)，是把Vgs-Vth轉(zhuǎn)化為電流痹仙，因?yàn)閂gs已經(jīng)含有了Vth是尔，在轉(zhuǎn)化成電流時(shí)就把Vth的影響抵消了，從而實(shí)現(xiàn)了電流的一致性开仰。

 

但是實(shí)際因?yàn)榧纳鷧?shù)和驅(qū)動(dòng)速度等影響拟枚，Vth并不能完全抵消，也即當(dāng)Vth偏差超過一定范圍時(shí)（通常?Vth≥0.5V）众弓，電流的一致性就不能確保了恩溅，因此說它的補(bǔ)償范圍是有限的。

 

外部補(bǔ)償之Demura

 

外部補(bǔ)償根據(jù)數(shù)據(jù)抽取方法的不同又可以分為光學(xué)抽取式和電學(xué)抽取式谓娃。光學(xué)抽取式是指將背板點(diǎn)亮后通過光學(xué)ccd照相的方法將亮度信號(hào)抽取出來脚乡，電學(xué)抽取式是指通過驅(qū)動(dòng)芯片的感應(yīng)電路將TFT和OLED的電學(xué)信號(hào)抽取出來。

 

兩種方法抽取的信號(hào)種類不同滨达，因此數(shù)據(jù)處理的方式也不同奶稠。光學(xué)抽取的方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單俯艰，方法靈活的優(yōu)點(diǎn)，因此在現(xiàn)階段被廣泛采用锌订，即為我們平時(shí)所說的Demura竹握。

 

Mura一詞源于日本，原意指亮暗不均辆飘，后擴(kuò)展至面板上任何人眼可識(shí)別的顏色差異啦辐。

 

對(duì)于面板廠而言，需要進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控劈猪，因此在產(chǎn)線上均有技術(shù)員去檢測(cè)判定mura，但是這種方法很主觀良拼，不同人的判定有差異战得，給品質(zhì)管控帶來很大的困擾。

 

因此技術(shù)人員開發(fā)出AOI(automatic optical inspection)設(shè)備進(jìn)行mura的檢測(cè)庸推，以及檢測(cè)到Mura后進(jìn)行補(bǔ)償消除Mura常侦，即Demura，本文將重點(diǎn)介紹Demura贬媒。

 

Demura一般步驟

 

Drive IC點(diǎn)亮面板（TV/mobile/Tablet）,并顯示數(shù)個(gè)畫面（一般是灰階或者RGB）聋亡。

 

1使用高分辨率和高精度的CCD照相機(jī)拍攝上述畫面。

 

2根據(jù)相機(jī)采集數(shù)據(jù)分析pixel顏色分布特征际乘，并根據(jù)相關(guān)算法識(shí)別出Mura坡倔。

 

3根據(jù)mura數(shù)據(jù)及相應(yīng)的Demura補(bǔ)償算法產(chǎn)生Demura數(shù)據(jù)。

 

4將Demura數(shù)據(jù)燒錄到Flash ROM中脖含，重新拍攝補(bǔ)償后畫面罪塔，確認(rèn)Mura已消除。

 

5檢測(cè)畫面养葵。點(diǎn)亮面板后需要被檢測(cè)的畫面根據(jù)不同面板廠的要求征堪，一般是不同的。

 

有些面板廠的Demura只對(duì)亮度差異進(jìn)行補(bǔ)償关拒，不對(duì)色彩差異進(jìn)行補(bǔ)償佃蚜，這種Luminance Demura一般只需要檢測(cè)灰階畫面，而且由于不同灰階時(shí)呈現(xiàn)的Mura不同着绊，一般會(huì)檢測(cè)高中低灰階的Mura谐算，最后Demura數(shù)據(jù)平均，當(dāng)然具體的設(shè)定不同面板廠會(huì)根據(jù)自己的實(shí)際需求進(jìn)行選擇归露。

 

有些面板廠進(jìn)行的是比較全面的Color Demura,即不僅對(duì)亮度同時(shí)對(duì)色度差異也進(jìn)行補(bǔ)償氯夷。

 

此類型的color Demura的檢測(cè)畫面，有些采用灰階畫面靶擦，有些采用RGBW畫面腮考，不同面板廠根據(jù)技術(shù)和需求選擇不同雇毫。

 

相機(jī)拍照

 

為了達(dá)到代替技術(shù)員的目標(biāo)，以下兩點(diǎn)時(shí)必須的：

 

1踩蔚、相機(jī)符合CIE1931人眼匹配函數(shù)棚放，

 

2、相機(jī)能達(dá)到人眼的分辨率馅闽。

 

拍攝檢測(cè)畫面時(shí)一般采用高精度高分別率的CCD相機(jī)飘蚯，相機(jī)分辨率的選擇取決于被檢測(cè)面板的分辨率，大小福也，拍攝距離以及Demura補(bǔ)償?shù)木取?/span>

 

為了達(dá)到最佳的檢測(cè)和補(bǔ)償效果局骤。相機(jī)最終得到的數(shù)據(jù)一定要是XYZ，且后續(xù)的計(jì)算均是基于相機(jī)拍照得到的XYZ數(shù)據(jù)暴凑。

 

Mura識(shí)別

 

得到面板XYZ的分布數(shù)據(jù)后就可以根據(jù)不同的算法檢測(cè)不同的Mura,關(guān)于Mura檢測(cè)目前有二個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：

 

1.German Flat Panel DISPlay Forum

 

2.IDMS(former VESA)

 

當(dāng)然Mura檢測(cè)異常復(fù)雜峦甩，各個(gè)廠家都有開發(fā)自己的Mura檢測(cè)算法，也算是自己的核心技術(shù)现喳。Mura識(shí)別的內(nèi)容太多凯傲，本文舉幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子作為說明。

 

上圖是科學(xué)家做實(shí)驗(yàn)得出的人眼對(duì)比敏感性函數(shù)嗦篱，黃色曲線以上部分冰单，人眼基本無法識(shí)別出Mura,可以看出兩個(gè)因素可以明顯影響對(duì)Mura嚴(yán)重程度的判定:

 

1、亮暗對(duì)比程度的差異

 

2灸促、亮暗差異的周期分布

 

Mura檢測(cè)之傅里葉變換

任意一個(gè)圖像均可以分解為不同頻率诫欠，強(qiáng)度，相位浴栽，方位的sin函數(shù)呕诉。

 

Mura檢測(cè)之邊緣識(shí)別

 

經(jīng)過傅里葉變換后，高頻部分可以用來識(shí)別圖像邊緣吃度。

 

Mura檢測(cè)之邊緣識(shí)別

 

經(jīng)過對(duì)比增強(qiáng)后甩挫，原本很微弱不易識(shí)別的Mura可以明顯被識(shí)別，當(dāng)然還有很多其它的方法椿每，例如比較Pixel與周圍pixel的亮度差異伊者，計(jì)算亮度梯度，計(jì)算色差等方法间护。

 

Demura算法

 

為了更好的理解Demura補(bǔ)償算法亦渗，可以觀看以下視頻和圖片：可以看出Demura算法原理其實(shí)很簡(jiǎn)單：

 

只是把它認(rèn)為偏暗的區(qū)域變亮埠巨，或者偏亮的區(qū)域變暗颠焦，或者將有色偏的區(qū)域消除，最終的目標(biāo)是使得面板不同區(qū)域有大體相同的顏色系馆，當(dāng)然需要平滑的算法來消除Mura邊界。

 

燒錄

 

OLED Demura數(shù)據(jù)確定后搂蜓，就需要將其燒錄到EEPROM中以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償效果狼荞，最后再拍照確認(rèn)Mura已消除，Demura數(shù)據(jù)占用ROM空間的大小取決于屏幕分辨率以及補(bǔ)償精度（pixel級(jí)帮碰，3*3相味，5*5…..）。

 

Demura 前：

 

Demura 后：

 

OLED Demura總結(jié)

 

OLED Demura技術(shù)殉挽，目前三星和LG處于領(lǐng)先的位置丰涉，但是Demura技術(shù)很復(fù)雜，均不能算成熟完美斯碌，國(guó)內(nèi)各個(gè)廠家也在積極開發(fā)子自己的Demura技術(shù)一死，希望能夠提升良率。

 

Demura 難點(diǎn)總結(jié)如下：

 

1傻唾、如何使用CCD相機(jī)快速準(zhǔn)確的抓取每個(gè)pixel的顏色投慈？

 

2、如何識(shí)別不同類型的Mura,有些Mura正視不可見策吠，側(cè)視可見逛裤？

 

3瘩绒、如何進(jìn)行快速高效的補(bǔ)償猴抹，以免速度太慢對(duì)產(chǎn)能造成損失？

 

以上問題锁荔，期待大家的共同努力蟀给，早日突破解決。