AMOLED 之 Mura及改善方法!

BOE知识酷 2021-05-10 00:00

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第1025篇推文


OLED作为一种电流型发光器件,已越来越多地被应用于高性能显示中。与LCD相比,OLED为自发光材料,它具有高对比度、超轻薄、可弯曲等诸多优点。同时,OLED也面临着亮度的高度均匀性残像等难题。



1

什么是mura


由于设备工艺的局限性,在大面积玻璃基板上制作的LTPS TFT,不同位置的TFT常常在诸如阈值电压、迁移率等电学参数上具有非均匀性,这种非均匀性会转化为OLED显示器件的电流差异和亮度差异,并被人眼所感知,即Mura现象









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辞典





M



U



R



A



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释义:Mura 本来是一个日本字,是指显示器亮度不均匀, 后扩展至面板上任何人眼可识别的颜色差异Mura 会通过点,线,面等规则或者不规则的形式体现出来。

众所周知,OLED屏的Mura是一个最让人头疼的问题,在技术开发过程中,工程师们花了大量的时间和精力想要将这些Mura去除。


而实际生产中,造成Mura的原因多种多样,几乎每一道工艺制程都对Mura的形成有贡献,但不同工序对最终显示mura形态和严重程度的影响又有差别。



2

Mura的成因

成膜不均

对于成膜设备,比如PECVD沉积的绝缘膜(SiO2,SiNx,a-Si等),其面内膜厚分布受到真空腔室的物理制约,气体流场、上下电极的电场及下电极的热场分布都不可能做到在玻璃表面均匀分布,因此会造成薄膜厚度的面内不均

除了膜厚之外,薄膜的物理性质在面内也会有一定的差异,这些有可能造成TFT性能的电学差异,从而导致显示像素的光学差异

同样用于金属薄膜或透明电极薄膜沉积的PVD设备,也受到设备电场、流场、磁场和热场不均的限制,不可能做到完美的均匀。

晶化不均

LTPS背板的工艺中,ELA工艺是采用准分子激光对CVD沉积的a-Si膜进行照射,使其转变为多晶硅薄膜。


目前广泛采用的准分子激光器是Coherent公司提供的XeCl气体激光器,波长为308nm。

激光束的宽度一般为400um,而长度一般和玻璃的大小去进行匹配,所以为一个线激光


这样的线激光扫过玻璃表面的时候,由于激光脉冲,光学元件和基板运动速度的不均匀性,不可避免地会是多晶硅薄膜产生垂直方向和水平方向的线性不均


如下为对LTPS薄膜进行光学和电学拍照可以看到的mura情况。

▲ELA光学Mura

▲ELA电学Mura

对位差异

在制作LTPS-TFT及OLED过程中,不同层间的对准差异也可能会产生mura,这与机台的对位及光刻设备的位置精准度有关系。

刻蚀不均

刻蚀制程的不均,如干刻的emboss造成的mura,及干刻中电场、流场等的分布造成的mura。

▲干刻Emboss mura

其他成因

清洗等湿制程中,风刀,药液浓度分布等也可能造成Mura。


OLED蒸镀过程,OLED蒸镀膜厚不均,FMM在热的作用下的变化等等,也可能在最终产生显示Mura。

总而言之,Mura产生的原因在每一道制程中存在,绝对的均匀制程是不存在的。


附录各种Mura示意图



3

Mura 的判定

Mura的判定通常于百分之五十Gary Pattern书面判定,其Judge的方式可采用Limit Sample or ND Filter.


ND Filter:

ND为在可见光波长范围下能提供相当稳定的响应,主要功能在于降低光源之透过率。



4

Mura的改善方法


如果对这些mura不加以改善或者消除,那在最终显示的时候就会呈现到人眼中,影响显示画面的质量。


Mura的改善大致可以分为如下三种方法:

1.工艺改善

如果显示屏内所有地方的TFT、OLED器件的结构和性能完全保持一致,那不均的根源就消除掉了。

因此在生产的每一道工序中,面内均匀性始终是工程师们关注的一个重点,包括 薄膜的膜厚、物理特性均匀性,刻蚀的均匀性,曝光的面内均匀性等等,对于mura来说真的是“ 不患寡而患不均”。

但是受到工艺设备的影响,没有任何一道工序可以做到完全的面内均匀,因此最终mura可以通过工艺优化,但是不可能通过工艺调试就完全消除的。

2.设计补偿

既然工艺上难以完全避免mura,这个时候工程师们分析这些不均发现对于OLED这样的恒流驱动器件,像素TFT的阈值电压Vth对流过OLED的电流影响很大,因此 Vth的面内不均是导致mura产生的主要因素之一。

如果了解晶体管的原理,大家可以知道Vth与半导体层的质量,TFT的栅极绝缘层质量以及TFT的结构都有关系,如果我们能想办法消除Vth不均的影响,在很大的程度上能够弥补不同工艺步骤中不均的影响。

于是聪明的工程师们在设计上面作文章, 设计出能够对阈值电压进行补偿的电路,这个方法称为内部补偿

(具体的内部补偿基本步骤和原理,我们后面再分篇讲解)

前面的两个方法是重要的,但是却不能解决所有的问题。

工艺没有办法完全做到面内均匀,而内部补偿只在一定的范围的有效
在Vth偏移超过一定的范围,补偿的效果将大打折扣,并且不均的产生还有其他很多的原因,也并非只是靠阈值电压的补偿就能够解决的。

那怎么办呢?
别急,还有个办法!

3.外部补偿

既然mura客观存在,给不同的像素相同的信号,像素的显示情况存在差异而产生Mura;
那我们是不是可以 根据不同像素的实际显示情况,给它们输入不同的信号,使它们的最终显示效果能够趋于一致而消除mura呢?

这就是我们今天所讨论到的 Demura技术。

基本思路:
首先 测试出mura区域的补偿的定量数值,称之为mura数据提取;
然后 将补偿值烧录进存储器,供实际显示的时候使用。


▲Demura的OLED屏

▲Demura的OLED屏



部分资料来源显示工程师,AIOT数据。


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