淺析從AMOLED到MicroLED自發光顯示技術

OLED工作原理及結構

OLED最典型的結構就是“類三明治”型，由一薄而透明具半導體特性之銦錫氧化物（ITO），與電力之正極相連，再加上另一個金屬陰極組成，來構建成電洞傳輸層（HTL）、發光層（EL）與電子傳輸層（ETL）三個結構。

當給到一定電壓的時候，陽極與陰極的電子就會在發光層中相遇、結合，產生光子。發光層中帶有特殊的有機材料（OLED中的O），來與光子一起變成紅綠藍三原色。

OLED基本結構：1. 陰極 (?)；2. 發光層（Emissive Layer, EL）；3. 陽極空穴與陰極電子在發光層中結合，產生光子；4. 導電層（Conductive Layer）；5. 陽極 (+)，來自維基百科。

用一個通俗易懂的比喻來說，OLED的原理就好像給有機材料做“電刑”，陰極陽極一通電，有機材料就被“電得發光”。由于每個像素中的紅綠藍三原色點都可以被單獨的電壓所控制來發光，不需要大面積的背光作為屏幕的“亮源”，故這種技術也被稱為自發光技術。

1.主流顯示面板技術：LCD，OLED，MicroLED

典型的LCD

典型的OLED

LCD與OLED

2.主流顯示屏的發展趨勢

3.OLED堆疊結構：相比LCD，OLED沒了背光和下偏光片

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4.OLED發光原理：外界電場驅動-->載流子的注入（電子和空穴分別由陰極和陽極注入到有機電子傳輸層和空穴層）-->載流子傳輸（在各自的傳輸層傳輸，向發光層靠近）-->產生激子（在有機發光層，電子和空穴復合生成激子）-->輻射發光（激子輻射躍遷回到基態并發光，光從透明陽極和襯底發出）

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

尋址信號Gate，加載到SW_TFT(T1)的柵極，控制它的導通/開關管T1；

數據信號Source，通過T1，加載到DRV_TFT(T2)的柵極，控制流過OLED的電流，實現不同灰階度/控制管T2；

儲存電容Cst：Source信號將保持在T2柵極持續到下一次尋址。

6.驅動框圖：相比LCD，OLED多了由電源直接供給TFT2的正負電壓，即ELVDD，ELVSS；

Micro-OLED原理

半導體器件很多是結構決定特性，MicroOLED是一種在單晶硅片上制備主動發光型OLED器件的新型顯示技術，又稱硅基OLED。

我們來看一下Micro-OLED的結構，通常采用頂發射方式，由白光發光層加有機濾色片實現全彩顯示，并將各像素的陰極共同連接，光線通過頂部透明陰極電極層發出：

圖4-Micro-OLED的結構

由于Micro-OLED像素都只有亮或暗兩種狀態，背板可參考存儲器（如SRAM）來設計像素驅動電路，這樣可以利用成熟CMOS工藝，將行列驅動電路、像素陣列和DC-DC轉換器等電路集成在單個芯片上，像素尺寸可達微米級別：

圖5-Micro-OLED pitch尺寸，對比左側是傳統基于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，具有自發光、厚度薄、質量輕、視角大、響應時間短、發光效率高等特性，而且更容易實現高PPI（像素密度）、體積小、易于攜帶、功耗低等優異特性，特別適合應用于近眼顯示設備。隨著市場應用的持續擴大，對Micro-OLED微顯示產品的關注程度日漸提升。

Micro-OLED優勢：

自發光，色彩效果更豐富、可實現高分辨率、采用全固態器件，工作溫度范圍寬、抗震性好

響應速度快、發光效率高，能耗低、集成度高、體積小，便于攜帶。

Micro-OLED產品特性：色域高、對比度高達10,000:1、電池重量輕、耗電低，比LCD功能耗小20%、響應速度快，像素更新所需時間小于1μs。

走向微顯示？

發展成為Micro LED？

Micro LED屏幕技術采用無機氮化鎵材料作為發光材料，為了實現像素級別控光效果，Micro LED采用的是比頭發絲還要窄的1-10微米LED晶體，其具有RGB三色自發光的特性，因此并不需要背光模組也不需要色彩過濾層，具有與OLED相近的高度色彩飽和度，且耗電量也僅為傳統面板的十分之一，其無機材料特性也避免了燒屏問題的發生。

Micro LED技術示意

并且Micro LED屏幕和OLED屏幕技術一樣具有可彎曲、體積輕薄等特性。不過Micro LED屏幕在擁有如此多優勢的同時，其也具有生產和研發初期技術難度高的問題，想要生產微米級的LED晶體并將其精準貼合在基材上自然需要極為精準的生產工藝，并且意味著生產初期較低的良品率。同時Micro LED屏幕超高的LED晶體密度也會帶來較高的成本，特別是高端顯示器所需要的精準光線控制對于LED晶體本身的質量也提出了極高的要求。

影響MicroLED顯示屏良率的主要因素

直接轉移 vs． 中介層

混合鍵合工藝案例

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審核編輯：劉清