斜杠青年 | 2017-3-27

mura很讓人頭疼

今天我們一起來(lái)聊一聊Demura

先從補償開(kāi)始

OLED作為一種電流型發(fā)光器件已越來(lái)越多地被應用于高性能顯示中。由于它自發(fā)光的特性，與LCD相比，AMOLED具有高對比度、超輕薄、可彎曲等諸多優(yōu)點(diǎn)。

但是，亮度均勻性和殘像仍然是它目前面臨的兩個(gè)主要難題，要解決這兩個(gè)問(wèn)題，除了工藝的改善，就不得不提到補償技術(shù)。

補償方法可以分為內部補償和外部補償兩大類(lèi)。內部補償是指在像素內部利用TFT構建的子電路進(jìn)行補償的方法。外部補償是指通過(guò)外部的驅動(dòng)電路或設備感知像素的電學(xué)或光學(xué)特性然后進(jìn)行補償的方法。

為何要對OLED進(jìn)行補償？

介紹補償技術(shù)之前，首先我們來(lái)看看AMOLED為什么需要補償。下圖所示為一個(gè)簡(jiǎn)單的AMOLED像素電路，它由兩個(gè)薄膜晶體管（TFT）構建像素電路為OLED器件提供相應的電流。

與一般的非晶硅薄膜晶體管（amorphous-Si TFT）相比，LTPS TFT和Oxide TFT具有更高的遷移率和更穩定的特性，更適合應用于A(yíng)MOLED顯示中。

在中小尺寸應用中多采用低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPS TFT)，而在大尺寸應用中多采用氧化物薄膜晶體管（Oxide TFT）。

這是因為LTPS TFT遷移率更大，器件所占面積更小，更適合于高PPI的應用。

而Oxide TFT均勻性更好，工藝與a-Si兼容，更適合在高世代線(xiàn)上生產(chǎn)大尺寸AMOLED面板。

它們各有缺點(diǎn)。

由于晶化工藝的局限性，在大面積玻璃基板上制作的LTPS TFT，不同位置的TFT常常在諸如閾值電壓、遷移率等電學(xué)參數上具有非均勻性，這種非均勻性會(huì )轉化為OLED顯示器件的電流差異和亮度差異，并被人眼所感知，即mura現象。

Oxide TFT 雖然工藝的均勻性較好，但是與a-Si TFT類(lèi)似，在長(cháng)時(shí)間加壓和高溫下，其閾值電壓會(huì )出現漂移，由于顯示畫(huà)面不同，面板各部分TFT的閾值漂移量不同，會(huì )造成顯示亮度差異，由于這種差異與之前顯示的圖像有關(guān)，因此常呈現為殘影現象，也就是通常所說(shuō)的殘像。

OLED補償分類(lèi)

既然這些問(wèn)題難以在工藝上克服，就必須要在設計上通過(guò)各種補償技術(shù)來(lái)解決。通常OLED的發(fā)光亮度和電流成正比，而電流是由TFT提供的，與TFT的特性參數相關(guān)。電流通常表示為：

I=kCox(Vgs-Vth)2(1+λVds)

k是和TFT遷移率有關(guān)的參數，Vgs和Vds又和電源電壓與OLED驅動(dòng)電壓有關(guān)。

可知影響電流大小的參數有TFT遷移率、閾值電壓，OLED的驅動(dòng)電壓以及電源電壓的大小。

補償技術(shù)的主要目的就是要消除這些因素的影響，最終讓所有像素的亮度達到理想值。

內部補償

下圖是一個(gè)典型的內部補償型電路，它由7個(gè)TFT和1個(gè)存儲電容組成，因此被簡(jiǎn)稱(chēng)為7T1C結構。

類(lèi)似還有6T1C，5T2C等很多類(lèi)似電路結構，經(jīng)過(guò)近幾年的不斷研究和發(fā)展，內部補償電路的拓撲結構幾乎已被窮盡，很難再有實(shí)用性的結構創(chuàng )新。

這種像素電路工作時(shí)一般都會(huì )有三個(gè)工作階段，會(huì )經(jīng)歷復位、補償、發(fā)光，即一個(gè)驅動(dòng)周期至少要干2到3件事，因此對電路驅動(dòng)能力和面板上的負載都有一定要求。

它的一般工作思路是在補償階段把TFT的閾值電壓Vth先儲存在它的柵源電壓Vgs內，在最后發(fā)光時(shí)，是把Vgs-Vth轉化為電流，因為Vgs已經(jīng)含有了Vth，在轉化成電流時(shí)就把Vth的影響抵消了，從而實(shí)現了電流的一致性。

但是實(shí)際因為寄生參數和驅動(dòng)速度等影響，Vth并不能全部抵消，也即當Vth偏差超過(guò)一定范圍時(shí)（通常?Vth≥0.5V），電流的一致性就不能確保了，因此說(shuō)它的補償范圍是有限的。

外部補償之Demura

外部補償根據數據抽取方法的不同又可以分為光學(xué)抽取式和電學(xué)抽取式。光學(xué)抽取式是指將背板點(diǎn)亮后通過(guò)光學(xué)CCD照相的方法將亮度信號抽取出來(lái)，電學(xué)抽取式是指通過(guò)驅動(dòng)芯片的感應電路將TFT和OLED的電學(xué)信號抽取出來(lái)。

兩種方法抽取的信號種類(lèi)不同，因此數據處理的方式也不同。光學(xué)抽取的方式具有結構簡(jiǎn)單，方法靈活的優(yōu)點(diǎn)，因此在現階段被廣泛采用，即為我們平時(shí)所說(shuō)的Demura。

Mura一詞源于日本，原意指亮暗不均，后擴展至面板上任何人眼可識別的顏色差異。

對于面板廠(chǎng)而言，需要進(jìn)行質(zhì)量監控，因此在產(chǎn)線(xiàn)上均有技術(shù)員去檢測判定mura，但是這種方法很主觀(guān)，不同人的判定有差異，給品質(zhì)管控帶來(lái)很大的困擾。

因此技術(shù)人員開(kāi)發(fā)出AOI(automatic optical inspection)設備進(jìn)行mura的檢測，以及檢測到Mura后進(jìn)行補償消除Mura，即Demura，本文將重點(diǎn)介紹Demura。

Demura一般步驟

Drive IC點(diǎn)亮面板（TV/mobile/Tablet）,并顯示數個(gè)畫(huà)面（一般是灰階或者RGB）。

1使用高分辨率和高精度的CCD照相機拍攝上述畫(huà)面。

2根據相機采集數據分析pixel顏色分布特征，并根據相關(guān)算法識別出Mura。

3根據mura數據及相應的Demura補償算法產(chǎn)生Demura數據。

4將Demura數據燒錄到Flash ROM中，重新拍攝補償后畫(huà)面，確認Mura已消除。

5檢測畫(huà)面

點(diǎn)亮面板后需要被檢測的畫(huà)面根據不同面板廠(chǎng)的要求，一般是不同的。

有些面板廠(chǎng)的Demura只對亮度差異進(jìn)行補償，不對色彩差異進(jìn)行補償，這種Luminance Demura一般只需要檢測灰階畫(huà)面，而且由于不同灰階時(shí)呈現的Mura不同，一般會(huì )檢測高中低灰階的Mura，最后Demura數據平均，當然具體的設定不同面板廠(chǎng)會(huì )根據自己的實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

有些面板廠(chǎng)進(jìn)行的是比較全面的Color Demura,即不僅對亮度同時(shí)對色度差異也進(jìn)行補償。

此類(lèi)型的color Demura的檢測畫(huà)面，有些采用灰階畫(huà)面，有些采用RGBW畫(huà)面，不同面板廠(chǎng)根據技術(shù)和需求選擇不同。

相機拍照

為了達到代替技術(shù)員的目標，以下兩點(diǎn)時(shí)必須的：

1、相機符合CIE1931人眼匹配函數，

2、相機能達到人眼的分辨率。

拍攝檢測畫(huà)面時(shí)一般采用高精度高分別率的CCD相機，相機分辨率的選擇取決于被檢測面板的分辨率，大小，拍攝距離以及Demura補償的精度。

為了達到最佳的檢測和補償效果。相機最終得到的數據一定要是XYZ，且后續的計算均是基于相機拍照得到的XYZ數據。

Mura識別

得到面板XYZ的分布數據后就可以根據不同的算法檢測不同的Mura,關(guān)于Mura檢測目前有二個(gè)國際標準：

1.German Flat Panel Display Forum

2.IDMS(former VESA)

當然Mura檢測異常復雜，各個(gè)廠(chǎng)家都有開(kāi)發(fā)自己的Mura檢測算法，admesy也在做相關(guān)努力。Mura識別的內容太多，本文舉幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子作為說(shuō)明。

上圖是科學(xué)家做實(shí)驗得出的人眼對比敏感性函數，黃色曲線(xiàn)以上部分，人眼基本無(wú)法識別出Mura,可以看出兩個(gè)因素可以明顯影響對Mura嚴重程度的判定:

1、亮暗對比程度的差異

2、亮暗差異的周期分布

Mura檢測之傅里葉變換

任意一個(gè)圖像均可以分解為不同頻率，強度，相位，方位的sin函數。

Mura檢測之邊緣識別

經(jīng)過(guò)傅里葉變換后，高頻部分可以用來(lái)識別圖像邊緣。

Mura檢測之邊緣識別

經(jīng)過(guò)對比增強后，原本很微弱不易識別的Mura可以明顯被識別，當然還有很多其它的方法，例如比較Pixel與周?chē)鷓ixel的亮度差異，計算亮度梯度，計算色差等方法。

Demura算法

為了更好的理解Demura補償算法，可以觀(guān)看以下視頻和圖片：可以看出Demura算法原理其實(shí)很簡(jiǎn)單：

只是把它認為偏暗的區域變亮，或者偏亮的區域變暗，或者將有色偏的區域消除，最終的目標是使得面板不同區域有大體相同的顏色，當然需要平滑的算法來(lái)消除Mura邊界。

燒錄

OLED Demura數據確定后，就需要將其燒錄到EEPROM中以實(shí)現補償效果，最后再拍照確認Mura已消除，Demura數據占用ROM空間的大小取決于屏幕分辨率以及補償精度（pixel級，3*3，5*5…..）。

Demura 前：

Demura 后：

OLED Demura總結

OLED Demura技術(shù)目前三星和LG處于的位置，但是Demura技術(shù)很復雜，均不能算成熟，國內各個(gè)廠(chǎng)家也在積極開(kāi)發(fā)子自己的Demura技術(shù)，希望能夠提升良率。

Demura 難點(diǎn)總結如下：

1、如何使用CCD相機快速準確的抓取每個(gè)pixel的顏色？

2、如何識別不同類(lèi)型的Mura,有些Mura正視不可見(jiàn)，側視可見(jiàn)？

3、如何進(jìn)行快速高效的補償，以免速度太慢對產(chǎn)能造成損失？

以上問(wèn)題，期待大家的共同努力，早日突破解決。