AMOLED 显示原理详解

AMOLED 显示原理详解
2016/05/25

Agenda
什么是AMOLED AMOLED vs LCD PMOLED AMOLED vs Retina AMOLED 工艺流程 MICRO-OLED
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什么是AMOLED？
AMOLED是Active Matrix Organic Light Emitting Diode的缩写，即主动矩阵有机发光二极体，核心还是在 Light Emitting Diode，即LED。屏幕中，每个LED的尺寸都非常小，并且被分成了红、绿、蓝三个子像素群，然后再组合成不一样的颜色，子像素的排列方式也会影响到显示效果。
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OLED 发光原理
两片玻璃之间夹有阴极、阳极以及电子传输层、空穴传输层和发光层。有偏压时，阴极注入电子，阳极注入空穴, 被注入的电子和空穴在有机层内以碰撞波的形式传输，并在发光层内复合，从而激发发光层分子产生单态激子，单态激子辐射衰减而发光。
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AMOLED 驱动等效电路
AMOLED的驱动电路类似LCD 屏幕，都是行、列扫描的阵列式结构。驱动电路完成两个功能，一是提供电流以驱动OLED；二是在寻址期之后继续提供电流以保证各像素持续发光。
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AMOLED 像素等效电路
当扫描线被选中时，开关管T1开启，数据电压通过T1管对存储电容CS 充电，CS的电压控制驱动管T2的漏极电流；当扫描线未被选中时，T1 截止，储存在CS上的电荷继续维持T2的栅极电压，T2保持导通状态，故在整个帧周期中，OLED处于恒流控制。左图和右图被分别称为恒流源结构与源极跟随结构，前者OLED处于驱动管T2的漏端，克服了OLED开启电压的变化对T2管电流的影响；后者在工艺上更容易实现。
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OLED 半导体材料
AMOLED是给每个像素配备具有开关功能的低温多晶硅薄膜晶体管（(Low Temperature Poly-silicon;简称LTPS TFT）或者氧化物半导体(In-Ga-ZnO)，每个像素配备一个电荷储存电容，外围驱动电路和显示阵列都集成在同一玻璃基板上。由于AMOLED依赖电流发光，其亮度与电流大小成正比，单个COMS 提供不了足以驱动LED的电流，因此除了进行ON/OFF切换的选址TFT 之外，还需要能让电流通过的导通阻抗低的小型驱动TFT，这就是为什么AMOLED使用的半导体材料是LTPS （电子迁移率100cm2/vs ）或者IGZO（10-25cm2/vs ），这两种材料的电子迁移率大大超过a-si （1cm2/vs ），晶体管体积更小。LTPS和IGZO具有更好的导电性能，支持更大的电流，是当前AMOLED必用的半导体材料，IGZO工艺难度及成本要比LTPS低，IGZO面板产线可在TFT-LCD面板产线改造而来。
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AMOLED 结构
AMOLED阴极为整面电极，通过驱动电路驱动阳极发光，大幅度减少了控制线路的数量，使其拥有低耗电，高解析，快响应等特色，AMOLED也因此逐渐成为OLED显示器的主流。 AMOLED各个像素是同时发光的，这样单个像素发光亮度的要求就降低了。
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AMOLED 结构
AMOLED拥有底发光与顶发光两种结构。顶发光结构中，光线不会受到驱动电路的遮挡，相比底发光结构拥有更高的开口率，从而在高解析度的应用中具有更大的优势，因此逐渐成为了AMOLED的主流。
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AMOLED的彩色化
小分子OLED实现彩色化的方法主要有三种：
独立发光材料法：分别制备红、绿、蓝三原色的发光单元，然后调节三种颜色的不同程度的组合，产生彩色。彩色滤光膜法：原理类似于TFT-LCD。首先制备出发白光的器件，然后通过彩色滤光膜得到三原色，重新组合三原色从而实现彩色显示。光色转换法：首先制备发蓝关的器件，然后通过蓝光激发其他层材料分别得到红光和绿光，从而进一步得到彩色显示。
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OLED 与 LCD
LCD和OLED最根本的区别是，OLED是自发光，而 LCD需要通过背光板照射才能显示。
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OLED 与 LCD
AMOLED的与LCD在驱动电路的结构基本相同，但由于是自发光结构，故不需要背光源和液晶层，因此体积更轻薄。同时，也由于自发光的特性，使得 AMOLED 在暗画面时的功耗远低于LCD的恒定背光功耗，拥有节能的特性。
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AMOLED的优缺点
优点：
缺点：
对比传统LCD，AMOLED屏幕更轻薄，并且可以在屏幕中集成触摸层，做超薄机更有优势。自发光，单个像素在显示黑色时不工作，显示深色时低功耗。可作成柔性屏，比起玻璃基板的LCD屏幕不易损坏。色域广，可以达到110% NTSC。对比度高，而且不会漏光。响应速度极快，响应时间只有LCD的1/1000到1/100。可视角度大。为固态器件，无类似液晶之类的物质，抗压和抗震能力强，能经受振动、加速度，高低温冲击。早期的OLED 存在烧屏，色彩不真实等问题。现在，低温多晶硅(LTPS TFT）技术存在尺寸增大时良品率低导致价格过高，是主要问题。 Super AMOLED 技术基本被三星垄断。
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OLED 屏是否还需要偏光片？
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OLED 圆偏光片
OLED因为是自发光，其实是可以不需要类似 LCD 一样的偏光片的。但由于外界光照射到屏幕上后，会被阴极（一般是金属）反射回来，影响对比度。要解决这个问题，就使用到偏光片+1/4λ波片（这个合起来称为圆偏光片）。 1/4波长相位膜是关键材料，原因在于环境光的波长范围广，能涵盖可見光的宽波域1/4波长的相位膜才是首选。所以，OLED只需要一片上偏光片解决反射问题。
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OLED偏光板
如下图，当外界光先经过偏光片时已经有一半光无法通过，另一半光经过1/4λ波片和反射之后与原来的光已经偏90度，反射回来的光无法通过偏光片，从而解决了反射问题。
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PMOLED
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PMOLED
与AMOLED（Active Matrix OLED）此相对的就是 PMOLED （Passive Matrix OLED主动驱动式 OLED），即被动驱动式OLED ，两者都属于OLED，区别在于驱动方式不同。
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PMOLED
PMOLED具有阴极带、阳极带以及有机层。阳极带与阴极带相互垂直构成矩阵状，阴极与阳极的交叉点形成像素。以扫描方式点亮阵列中的像素，也就是发光的部位。外部电路向选取的阴极带与阳极带施加电流，从而决定哪些像素发光，哪些不发光。每个像素的亮度与施加电流的大小成正比，每个像素都是操作在短脉冲模式下，为瞬间高亮度发光。
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PMOLED
优点是结构简单，易于生产，可以有效降低成本。缺点是驱动电压高，寿命短，使PMOLED不适合应用在大尺寸与高分辨率面板上，与现在的发展有所出入。我们现在所接触的OLED屏幕，无论是智能手机还是 OLED电视所使用的面板也都是AMOLED屏幕。
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