成像色度计:OLED和MicroLED商业化生产的一个关键要素

日期:  
2020年 3月 23日
作者: 
Anne Corning & Shaina Warner  | 
主题: 

有机发光二极管(OLED)和microLED(超微型LED)正在成为显示器市场上的新一波技术浪潮。由于这些发光层具有独立驱动的像素元素,因此与其他显示器技术相比,基于这些发光层的显示屏有望改进性能和视觉外观,并提高效率。

相比传统的LCD,OLED和microLED能提供卓越的对比度和更清晰的图像、更深的黑色和更鲜艳的色彩。由于每个像素都是自发光,因此这些显示器无需背光,从而使得显示器变得更薄、更轻且功耗更低。此外,OLED还能实现更快地响应速度,比现有技术快约1,000倍,几乎消除了快速移动和3D视频中产生的残影。MicroLED在响应时间和视角性能方面与OLED技术不相上下,但在亮度和使用寿命方面均超过OLED,并且功耗要低得多。

生产OLED和MicroLED所面临的挑战

然而,由于材料价格和制造良率问题导致的高成本阻碍了这些显示技术的广泛应用。因此迄今为止,OLED主要被用于小尺寸显示屏,比如智能手机和头戴式AR / VR设备,但是在大尺寸面板(比如电视机和大幅面屏幕)领域的使用一直受到限制(或者至少成本非常昂贵)。MicroLED目前仅以模块化面板的形式出售,用于制造非常高端的大尺寸显示屏幕,例如三星的“The Wall”显示屏(现可提供的最大尺寸为292英寸)或夏普的“The Canvas”显示屏(最大亮度为2,500 cd / m2)。

三星在2020年国际消费类电子产品展览会(CES 2020)上展示的292英寸的The Wall模块化microLED显示屏。(图片:CNET

迄今为止,由于将有机分子放置到基板上的沉积方法效率低下(最新的高效喷墨印刷方法除外),OLED屏幕的制造成本一直很高。MicroLED需要新的装配技术、芯片结构和制造设施。为了实现商业化生产,制造商们必须找到能产生高质量及微观精度的方法,并且达到大规模量产速度。

OLED和MicroLED质量检测方面的挑战

相比检测LCD,OLED和microLED显示屏的检测在许多方面都更具挑战性。使用LED背光的传统LCD显示器在整个显示屏上产生的照度(亮度)和色度输出几乎都是均匀的。制造商可以使用标准2D亮度测量成像系统测量任何变化或缺陷。 

然而,对于自发光类型而言,显示器中每个单独的像素都具有高度的可变性。举例来说,尽管从技术上讲microLED是LED的一种类型,但传统的封装工艺对于MicroLED来说几乎是不可能实施的,因为MicroLED的尺寸仅为传统LED的1/100。

与传统LED相比,microLED的比例示意图。MicroLED通常定义为小于100微米见方(µm),有些甚至小至3 µm。

如果这些问题没有被适当地控制, 将很难确保microLED显示屏的亮度和色度均匀性。制造商必须能够测量和量化这种自发光显示屏的每个像素和亚像素元素,以识别缺陷和确保均匀性,从而达到消费者期望的与这些显示器较高价格相匹配的质量水平。可能损害显示设备的性能和消费者体验的视觉质量问题包括Mura缺陷、亮度不均匀以及由于每个亚像素(红色、绿色或蓝色)的亮度输出不一致而导致的色度变化。

检测和校正自发光显示屏以提高良率

成像色度计系统提供了一种解决方案,可提高自发光显示屏的质量。通过将科学级成像技术应用于亮度和色度测量,这些自动化检测技术可以准确地测试显示屏的视觉性能,确保与人眼对亮度、色度和空间(或角度)关系的感知相匹配。瑞淀的ProMetric® I 系列 等高性能成像色度计可以准确地测量自发光显示屏中单个像素和亚像素的亮度,并评估显示屏的整体均匀性。

除了使用成像色度计简单地识别和量化OLED和microLED缺陷外,瑞淀还提供用于校正显示屏均匀性的完整解决方案,此过程称为Demura(指去除Mura的过程,简称“De-mura”)。瑞淀的Demura解决方案采用以下三个不同的步骤:

  1. 使用高分辨率成像色度计测量显示屏中的每个亚像素,以计算每个像素位置的亮度值(在不同的测试图像上执行,以测量每个相同颜色的亚像素系列)。
  2. 使用测试分析软件计算所需的校正因子 ,以校正显示屏中各亚像素之间的亮度差异。
  3. 使用外部控制集成电路(IC)系统将校正因子应用于显示屏信号,以调整每个亚像素的输出。

瑞淀已获得多项创新方法的专利,这些方法可提高测量分辨率和精度,用于对显示屏进行像素级测试和均匀性校正,确保有效地执行Demura过程的每个步骤(请参阅:US9135851B2WO2019040310A1)。 将瑞淀的Demura校正过程应用于OLED或microLED显示成品时,显示屏的视觉质量取得了显著改进。Demura方法的最终效果是,以往因未进行电子补偿而无法通过质量检测的显示屏现在可以通过质量检测,从而减少了制造浪费,提高了成本效率,并提升了生产良率。

进行Demura校正前后,OLED显示屏上蓝色测试屏幕的测量图像(在瑞淀的TrueTest™ 软件中以伪彩色标度显示,以描绘亮度水平)。

阅读瑞淀近期同时发表在OLED-InfoMicroLED-Info上的这篇文章,了解更多有关成像色度计系统如何帮助保障在OLED、microLED及其他自发光显示屏领域的制造业投资的信息。在这篇文章中,我们描述了使用成像色度计进行显示屏自动化视觉测量和校正的Demura方法,该方法使生产商能够在生产线上校正其生产的显示屏,并实现亮度和色度的精确均匀性。