新式AMOLED外部補償之Demura與Deburn-in補償機制及FPGA系統開發

一、研究目標

OLED相關顯示技術中,較受重視的為主動矩陣有機發光二極體(AMOLED),AMOLED具有輕薄、高對比度、廣視角等諸多優點,因此其應用廣泛,如圖一所示。但由於TFT、OLED元件會隨著操作而逐漸老化而造成的烙印(burn-in)現象或者因元件之間電特性之變異而造成不均勻(mura)現象,使得面板顯示品質下降。而AMOLED畫素補償電路雖具有補償上述現象之補償功能,然而補償功效有限,若可結合一外部補償機制將藉由外部相機所得出之亮度資訊與寫入之資料電壓做比對,再藉由外部IC產生之補償值回饋至畫素電路中,將可大幅提升面板之均勻性,以及解決OLED顯示器畫面烙印之問題。

(a)              

(b)            

圖一、(a)Benz車用OLED面板、(b)蘋果iPad和MacBook擬採用OLED螢幕

二、研究方法

近年來,高畫面品質之AMOLED顯示器已成為市場上的主流,然而AMOLED畫素補償電路所產生之驅動電流雖能對TFT和OLED特性老化以及元件之間的特性變異進行初步的補償,但補償效果有限,以現行常見的7T1C畫素補償電路(圖二)為例,將會遇到下述幾項問題:

  1. TFT出廠時因製程差異而產生之電特性變異,將使得各畫素之補償效果不同進而使得畫面產生mura現象。
  2. TFT隨著使用時間的推移而老化產生之臨界電壓飄移,使各畫素承受之偏壓時間、偏壓大小以及溫度的影響不同,使圖像產生burn-in現象。
  3. OLED隨著使用時間的上升而老化導致之開啟電壓增加以及發光效率下降,將會使得驅動電晶體對於驅動電流的控制能力下降,並造成各個像素點無法達到預期之亮度,使輸出圖像產生burn-in現象。

上述之7T1C畫素電路之驅動電流大小如下所式:

由公式(1)可知補償值(VTH_Comp)與實際之臨界電壓值(VTH_DRT)將會存在∆V之差異,導致OLED電流仍有變異,降低AMOLED顯示器之顯像品質。

因此本實驗室將
1. 建立AMOLED量測平台及外部補償機制

透過AMOLED量測平台及相機獲取圖像之亮度資料,試圖建立外部補償機制,使VDATA能夠在不同的灰階及操作時間下加上補償值(VComp1),以消除掉TFT臨界電壓變異及飄移對發光電流之影響。此外,也將評估OLED老化對畫面亮度造成之影響,並找出其發光效率及操作電壓退化之趨勢後,建立外部補償機制,使VDATA能夠根據OLED的老化情形,加上補償值(VComp2)以消除OLED老化之影響。最後將結合上述兩項技術所得出之補償值,給定每個畫素所需之資料電壓,如下式所示:VDATA’ = VDATA + VComp1 + VComp2

2. 以FPGA驗證數位IC外部補償之可行性

所建立之外部補償機制將透過FPGA來實現數位IC的功能,並整合面板之時序控制器(TCON)和資料電壓IC,將補償之VDATA’透過資料電壓IC輸入至畫素電路之驅動電晶體閘極端以補償mura及burn-in之問題。所開發之新式Demura與Deburn-in外部補償機制,將彌補TFT製程先天之缺陷,解決實際應用上所遇到之問題,最終使AMOLED畫素所產生之亮度不受TFT與OLED元件特性變異之影響,進而達到高畫面品質之AMOLED顯示器。

圖二、7T1C之畫素補償電路