概述

索尼半导体解决方案公司(下称SSS) 的OLED微型显示器产品,通过采用独创的前面板设计和背板设计技术,在亮度均匀性和可视角等特性不降低的前提下实现了高清晰度。
在前面板上采用了OCCF(On Chip Color Filter:芯载彩色滤光片)结构和新的彩色滤光片排列方式,而在背板上导入了独创的像素校正电路和新的驱动电路。

技术说明

实现高清晰化的课题和对策

如果通过缩小像素间距来提高清晰度,则需要减小晶体管的尺寸,这样就会引起特性不均匀和耐压性能降低的问题,从而产生亮度均匀性下降等影响。SSS除了采用独创的校正电路之外,还通过对每个晶体管的配置布局和工艺流程进行优化,不仅确保了高清晰度,同时还成功实现了兼具亮度均匀性高、响应速度快、广色域等特性的高画质。此外,通过导入新的驱动方式,还兼备实现了高清晰化和高帧率显示。而且,还通过在硅基板上直接形成彩色滤光片缩短与发光层之间的距离,同时还在彩色滤光片的颜色配置方面采取相应对策,从而将高清晰化所伴随的可视角特性劣化问题控制在最小程度。

高清面板

OLED微型显示器的图像比较 高清面板

以前的产品

OLED微型显示器的图像比较 以前的产品

OLED微型显示器的图像比较
高清晰面板(0.5英寸UXGA)(左)和以往产品(0.5英寸QVGA)(右)

兼具窄像素间距化和亮度均匀化的特性

为了抑制窄像素间距化所伴随的显示区域亮度不均匀的问题,在底板上采用了SSS独创的可对亮度不均匀现象进行校正的像素电路,该电路由4个P沟道晶体管(T1、T2、T3、TD)和两个电容(C1、C2)组成*1。另外,还匹配该电路中4个晶体管的各自功能,对设计方法和工艺流程进行了优化,尽管像素间距很窄(6.3um),但亮度均匀性却达到了像素间距7.8um的以往产品的同等或以上水平。

*1)在0.5英寸UXGA类型的情况下。

对亮度不均匀进行校正以实现高清晰的像素电路

对亮度不均匀进行校正以实现高清晰的像素电路

无补偿的显示图像

无补偿的显示图像

带补偿的显示图像

带补偿的显示图像

可抑制分辨率劣化的独创高帧驱动技术

通过在底板中导入全新设计的驱动电路,可支持240fps的高帧率,是传统结构的两倍*2。除了通常的120fps驱动之外,还通过对每一帧的两条垂直线同时扫描及其组合进行错开处理,从而实现了特殊的240fps驱动。在单纯的两条垂直线同时扫描中,由于同一图像被显示在两条垂直线上,会导致垂直方向上的分辨率减半。但是,在SSS的OLED微型显示器中所采用的驱动方法,可以对每一帧同时扫描的两条垂直线的组合进行错开处理,在时间方向上对显示的图像进行补偿,使得垂直方面的分辨率劣化现象得到控制,从而实现了倍速驱动。

这种高帧驱动非常适合相机的EVF(Electronic Viewfinder:电子取景器)等需要通过取景器对快速移动的被摄体进行准确捕捉的用途领域。此外,对于头戴式显示设备来说,有助于改善AR中与现实世界重叠的虚拟影像的偏移,也有助于减轻VR眩晕等现象。

*2)与SSS的OLED微型显示器『ECX337A』(0.5英寸QVGA(1280×960)进行比较。

可抑制分辨率劣化的独创高帧驱动技术
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芯载彩色滤光片的结构和独创的颜色排列结构

一般情况下,进行像素间距窄型化处理时,由于相邻的彩色滤光片之间的干扰,会使得色彩可视角出现劣化。其中一个主要原因,就是彩色滤光片与硅基板的发光像素的位置精度。为了提高这一位置精度,在SSS的OLED微型显示器中,对传统结构进行了变更,直接在硅基板上搭载了彩色滤光片。通过这种变更方式,消除了背板与彩色滤光片之间贴合精度的影响,实现了较高的位置精度。

芯载彩色滤光片的结构和独创的颜色排列结构1
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芯载彩色滤光片的结构和独创的颜色排列结构1

像素间距窄型化导致色彩可视角劣化的第二个因素,就在于彩色滤光片的排列结构。因此,在SSS的OLED微型显示器中,通过将彩色滤光片的排列结构从传统产品的非对称颜色排列变更为对称型颜色排列,使得相邻的彩色滤光片之间的混色影响降至最低。

芯载彩色滤光片的结构和独创的颜色排列结构2
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芯载彩色滤光片的结构和独创的颜色排列结构2

通过导入这两种技术,如下图所示可以看出,即使从斜向进行观看,三刺激值也能恰当重叠,偏色现象得以改善。通过采用该技术,可同时实现高清晰化和大的可视角。

芯载彩色滤光片的结构和独创的颜色排列结构3
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芯载彩色滤光片的结构和独创的颜色排列结构3

■参考文献
Takuma Fujii 等 SID 2018 Distinguished Paper
4032ppi High-Resolution OLED Microdisplay

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