AMOLED. Управление OLED c активной матрицей.

AMOLED. Управление OLED c активной матрицей. 

Одним из важных элементов схемы управления матрицей AMOLED являются ключевые элементы, коммутирующие ток через OLED-светодиод. Они должны обеспечивать достаточное быстродействие, пропускать большие токи (несколько мА), иметь малые токи уточки, а технология их формирования должна обеспечивать высокую однородность параметров по всей площади экрана (см. рис. 1).

 Рис. 1. Типовая схема ячейки адресации AMOLED

 Технология их формирования должна быть простой, недорогой и обеспечивать стабильную воспроизводимость параметров транзисторов. В настоящее время используются транзисторные ключи на аморфном кремнии a-Si и на поликремнии p-Si. Поликремниевый слой получают методом лазерного отжига пленки аморфного кремния. Пока этот процесс довольно сложен, трудоемок и недешев. Технология формирования матрицы транзисторов на аморфном кремнии в настоящее время хорошо отлажена и обеспечивает стабильные и однородные по площади параметры транзисторов. Поликремний обеспечивает лучшие токовые передаточные характеристики, чем аморфный кремний, однако в процессе производства очень трудно обеспечить высокую однородность характеристик, что приводит к заметной разнояркостности элементов и зон экрана. Для решения этой проблемы были опробованы различные альтернативные решения. В качестве одного из вариантов реализации ключевых токовых элементов были предложены даже MEMS-ключи. Для хорошо отлаженного в настоящее время формирования MEMS-компонентов используются те же технологические процессы, что и для обычных микросхем. Главное преимущество предложенной концепции управления — высокая однородность и стабильность параметров MEMS-ключей. Они имеют малое сопротивление во включенном состоянии и могут коммутировать большие токи. Разброс сопротивлений пренебрежительно мал. Время переключения ключей вполне достаточное для обеспечения коммутации в заданном временном интервале (см. рис. 2).

 Рис. 2. Принцип работы MEMS-ключа

 На рис. 3 схематично изображены фазы управления OLED-пикселом на основе MEMS-ключа. Рассмотрим их подробнее.

T1 — фаза записи данных в элемент памяти (конденсатор) в процессе выборки строки. Ключ SW1 открыт, MEMS-ключ SW2 разомкнут.
Т2 — фаза хранения данных и управление током OLED-светодиода. Ключ SW1 закрыт, SW2 — замкнут.
T3 — фаза разряда. Конденсатор разряжается и размыкает ключ SW2.
Т4 — фаза сохранения выключенного состояния. Прохождение тока через светодиод блокируется. Ключ SW1 закрыт и SW2 разомкнут.

 Рис. 3. Фазы управления OLED-пикселом на основе MEMS-ключа (режим ШИМ-модуляции)

 Для управления яркостью используется метод ШИМ. Сопротивление замкнутого MEMS-ключа около 20 Ом. Ключ способен пропускать токи до 15 мА. Время переключения ключа около 5 мкс. Потребление тока происходит только в режиме переключения, и оно незначительно по сравнению с остальной схемой управления и матрицей OLED. У этой технологии только один недостаток — для электростатического управления MEMS-ключом требуются высокие уровни напряжений 30…50 В, однако в серийно производимых MEMS-приборах также используется электростатическое управление с амплитудами сигналов в диапазоне 30…70 В (пока эта технология по стоимости реализации еще недозрела для использования в серийном производстве).

Дисплейные технологии продолжают развиваться и совершенствоваться. Основные векторы их развития - снижение потребления дисплеев, увеличение уровня интеграции и широкое использование гибридных технологий. Продолжается внедрение технологий объемного изображения и проекционных технологий в секторе мобильных устройств. Доминирующие позиции на рынке пока по-прежнему удерживают ЖК-дисплеи. Последние достижения демонстрируют высокий потенциал этой технологии как в секторе большеформатных дисплеев, так и в секторе мобильных устройств. Проекционные технологии на основе MEMS имеют хорошие перспективы.

За последние годы удалось достичь несомненного прогресса в области дисплейной технологии OLED. Расширяется рынок, растет объем продаж изделий с OLED-дисплеями. Однако пока еще стабильность цветокорректирующих добавок, а также долговечность самих органических материалов недостаточна для уровня массового производства. При создании OLED с большими экранами актуальной задачей является трассировка и рассеяние большой энергии. Суммарные токи на OLED c экраном 15–17 дюймов достигают несколько ампер, а выделяемая тепловая мощность - десятков ватт (у ЖК-дисплеев таких проблем нет - в нем свет формируется отдельно от управления модуляцией).

Преимущество схемы OLED - объединение модуляции и светоизлучения – пока вызывает дополнительные проблемы, при решении которых приносятся в жертву достоинства OLED. В то же время широкое внедрение сверхмощных светодиодов в качестве излучателей для задней подсветки расширяет возможности ЖК-дисплеев и значительно увеличивает эффективность энергии за счет отказа от применения цветных фильтров (цветные фильтры, как известно, поглощают до 70% световой энергии). Именно для  этого требовалось повысить быстродействие ЖК-ячеек до уровня 1–2 мс и использовать раздельную модуляцию по трем цветовым компонентам светового потока. Данная схема последовательной по кадровой цветовой модуляции уже используется в некоторых военных дисплейных системах США. Бурно развивающейся технологии OLED предстоит трудная борьба со своим очень сильным конкурентом - ЖК-дисплеями.