浅析从AMOLED到MicroLED自发光显示技术

OLED工作原理及结构

OLED最典型的结构就是“类三明治”型，由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物（ITO），与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极组成，来构建成电洞传输层（HTL）、发光层（EL）与电子传输层（ETL）三个结构。

当给到一定电压的时候，阳极与阴极的电子就会在发光层中相遇、结合，产生光子。发光层中带有特殊的有机材料（OLED中的O），来与光子一起变成红绿蓝三原色。

OLED基本结构：1. 阴极 (−)；2. 发光层（Emissive Layer, EL）；3. 阳极空穴与阴极电子在发光层中结合，产生光子；4. 导电层（Conductive Layer）；5. 阳极 (+)，来自维基百科。

用一个通俗易懂的比喻来说，OLED的原理就好像给有机材料做“电刑”，阴极阳极一通电，有机材料就被“电得发光”。由于每个像素中的红绿蓝三原色点都可以被单独的电压所控制来发光，不需要大面积的背光作为屏幕的“亮源”，故这种技术也被称为自发光技术。

1.主流显示面板技术：LCD，OLED，MicroLED

典型的LCD

典型的OLED

LCD与OLED

2.主流显示屏的发展趋势

3.OLED堆叠结构：相比LCD，OLED没了背光和下偏光片

   

4.OLED发光原理：外界电场驱动-->载流子的注入（电子和空穴分别由阴极和阳极注入到有机电子传输层和空穴层）-->载流子传输（在各自的传输层传输，向发光层靠近）-->产生激子（在有机发光层，电子和空穴复合生成激子）-->辐射发光（激子辐射跃迁回到基态并发光，光从透明阳极和衬底发出）

5.OLED像素电路工作原理：相比LCD，OLED除了开关管T1之外，还多了控制管T2

寻址信号Gate，加载到SW_TFT(T1)的栅极，控制它的导通/开关管T1；

数据信号Source，通过T1，加载到DRV_TFT(T2)的栅极，控制流过OLED的电流，实现不同灰阶度/控制管T2；

储存电容Cst：Source信号将保持在T2栅极持续到下一次寻址。

6.驱动框图：相比LCD，OLED多了由电源直接供给TFT2的正负电压，即ELVDD，ELVSS；

Micro-OLED原理

半导体器件很多是结构决定特性，MicroOLED是一种在单晶硅片上制备主动发光型OLED器件的新型显示技术，又称硅基OLED。

我们来看一下Micro-OLED的结构，通常采用顶发射方式，由白光发光层加有机滤色片实现全彩显示，并将各像素的阴极共同连接，光线通过顶部透明阴极电极层发出：

图4-Micro-OLED的结构

由于Micro-OLED像素都只有亮或暗两种状态，背板可参考存储器（如SRAM）来设计像素驱动电路，这样可以利用成熟CMOS工艺，将行列驱动电路、像素阵列和DC-DC转换器等电路集成在单个芯片上，像素尺寸可达微米级别：

图5-Micro-OLED pitch尺寸，对比左侧是传统基于TFT背板的AMOLED

   

   

Micro-OLED微显示器件采用单晶硅晶圆（Wafer）为背板，具有自发光、厚度薄、质量轻、视角大、响应时间短、发光效率高等特性，而且更容易实现高PPI（像素密度）、体积小、易于携带、功耗低等优异特性，特别适合应用于近眼显示设备。随着市场应用的持续扩大，对Micro-OLED微显示产品的关注程度日渐提升。

Micro-OLED优势：

自发光，色彩效果更丰富、可实现高分辨率、采用全固态器件，工作温度范围宽、抗震性好

响应速度快、发光效率高，能耗低、集成度高、体积小，便于携带。

Micro-OLED产品特性：色域高、对比度高达10,000:1、电池重量轻、耗电低，比LCD功能耗小20%、响应速度快，像素更新所需时间小于1μs。

走向微显示？

发展成为Micro LED？

Micro LED屏幕技术采用无机氮化镓材料作为发光材料，为了实现像素级别控光效果，Micro LED采用的是比头发丝还要窄的1-10微米LED晶体，其具有RGB三色自发光的特性，因此并不需要背光模组也不需要色彩过滤层，具有与OLED相近的高度色彩饱和度，且耗电量也仅为传统面板的十分之一，其无机材料特性也避免了烧屏问题的发生。

Micro LED技术示意

并且Micro LED屏幕和OLED屏幕技术一样具有可弯曲、体积轻薄等特性。不过Micro LED屏幕在拥有如此多优势的同时，其也具有生产和研发初期技术难度高的问题，想要生产微米级的LED晶体并将其精准贴合在基材上自然需要极为精准的生产工艺，并且意味着生产初期较低的良品率。同时Micro LED屏幕超高的LED晶体密度也会带来较高的成本，特别是高端显示器所需要的精准光线控制对于LED晶体本身的质量也提出了极高的要求。

影响MicroLED显示屏良率的主要因素

直接转移 vs． 中介层

混合键合工艺案例

   

审核编辑：刘清