mura問題這樣破！一文看透破解方法中的OLED Demura

斜杠青年 | 2017-3-27

mura很讓人頭疼

今天我們一起來聊一聊Demura

先從補償開始

OLED作為一種電流型發(fā)光器件已越來越多地被應(yīng)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。

但是，亮度均勻性和殘像仍然是它目前面臨的兩個主要難題，要解決這兩個問題，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(nèi)部補償和外部補償兩大類。內(nèi)部補償是指在像素內(nèi)部利用TFT構(gòu)建的子電路進行補償?shù)姆椒āＭ獠垦a償是指通過外部的驅(qū)動電路或設(shè)備感知像素的電學(xué)或光學(xué)特性然后進行補償?shù)姆椒ā?/span>

為何要對OLED進行補償？

介紹補償技術(shù)之前，首先我們來看看AMOLED為什么需要補償。下圖所示為一個簡單的AMOLED像素電路，它由兩個薄膜晶體管（TFT）構(gòu)建像素電路為OLED器件提供相應(yīng)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(wěn)定的特性，更適合應(yīng)用于AMOLED顯示中。

在中小尺寸應(yīng)用中多采用低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPS TFT)，而在大尺寸應(yīng)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(yīng)用。

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

它們各有缺點。

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(shù)上具有非均勻性，這種非均勻性會轉(zhuǎn)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(xiàn)象。

Oxide TFT 雖然工藝的均勻性較好，但是與a-Si TFT類似，在長時間加壓和高溫下，其閾值電壓會出現(xiàn)漂移，由于顯示畫面不同，面板各部分TFT的閾值漂移量不同，會造成顯示亮度差異，由于這種差異與之前顯示的圖像有關(guān)，因此常呈現(xiàn)為殘影現(xiàn)象，也就是通常所說的殘像。

OLED補償分類

既然這些問題難以在工藝上克服，就必須要在設(shè)計上通過各種補償技術(shù)來解決。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(shù)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(shù)，Vgs和Vds又和電源電壓與OLED驅(qū)動電壓有關(guān)。

可知影響電流大小的參數(shù)有TFT遷移率、閾值電壓，OLED的驅(qū)動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(nèi)部補償

下圖是一個典型的內(nèi)部補償型電路，它由7個TFT和1個存儲電容組成，因此被簡稱為7T1C結(jié)構(gòu)。

類似還有6T1C，5T2C等很多類似電路結(jié)構(gòu)，經(jīng)過近幾年的不斷研究和發(fā)展，內(nèi)部補償電路的拓撲結(jié)構(gòu)幾乎已被窮盡，很難再有實用性的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。

這種像素電路工作時一般都會有三個工作階段，會經(jīng)歷復(fù)位、補償、發(fā)光，即一個驅(qū)動周期至少要干2到3件事，因此對電路驅(qū)動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(nèi)，在最后發(fā)光時，是把Vgs-Vth轉(zhuǎn)化為電流，因為Vgs已經(jīng)含有了Vth，在轉(zhuǎn)化成電流時就把Vth的影響抵消了，從而實現(xiàn)了電流的一致性。

但是實際因為寄生參數(shù)和驅(qū)動速度等影響，Vth并不能全部抵消，也即當Vth偏差超過一定范圍時（通常?Vth≥0.5V），電流的一致性就不能確保了，因此說它的補償范圍是有限的。

外部補償之Demura

外部補償根據(jù)數(shù)據(jù)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亮后通過光學(xué)CCD照相的方法將亮度信號抽取出來，電學(xué)抽取式是指通過驅(qū)動芯片的感應(yīng)電路將TFT和OLED的電學(xué)信號抽取出來。

兩種方法抽取的信號種類不同，因此數(shù)據(jù)處理的方式也不同。光學(xué)抽取的方式具有結(jié)構(gòu)簡單，方法靈活的優(yōu)點，因此在現(xiàn)階段被廣泛采用，即為我們平時所說的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。

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

因此技術(shù)人員開發(fā)出AOI(automatic optical inspection)設(shè)備進行mura的檢測，以及檢測到Mura后進行補償消除Mura，即Demura，本文將重點介紹Demura。

Demura一般步驟

Drive IC點亮面板（TV/mobile/Tablet）,并顯示數(shù)個畫面（一般是灰階或者RGB）。

1使用高分辨率和高精度的CCD照相機拍攝上述畫面。

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

3根據(jù)mura數(shù)據(jù)及相應(yīng)的Demura補償算法產(chǎn)生Demura數(shù)據(jù)。

4將Demura數(shù)據(jù)燒錄到Flash ROM中，重新拍攝補償后畫面，確認Mura已消除。

5檢測畫面

點亮面板后需要被檢測的畫面根據(jù)不同面板廠的要求，一般是不同的。

有些面板廠的Demura只對亮度差異進行補償，不對色彩差異進行補償，這種Luminance Demura一般只需要檢測灰階畫面，而且由于不同灰階時呈現(xiàn)的Mura不同，一般會檢測高中低灰階的Mura，最后Demura數(shù)據(jù)平均，當然具體的設(shè)定不同面板廠會根據(jù)自己的實際需求進行選擇。

有些面板廠進行的是比較全面的Color Demura,即不僅對亮度同時對色度差異也進行補償。

此類型的color Demura的檢測畫面，有些采用灰階畫面，有些采用RGBW畫面，不同面板廠根據(jù)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，以下兩點時必須的：

1、相機符合CIE1931人眼匹配函數(shù)，

2、相機能達到人眼的分辨率。

拍攝檢測畫面時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?shù)木取?/span>

為了達到最佳的檢測和補償效果。相機最終得到的數(shù)據(jù)一定要是XYZ，且后續(xù)的計算均是基于相機拍照得到的XYZ數(shù)據(jù)。

Mura識別

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

1.German Flat Panel Display Forum

2.IDMS(former VESA)

當然Mura檢測異常復(fù)雜，各個廠家都有開發(fā)自己的Mura檢測算法，admesy也在做相關(guān)努力。Mura識別的內(nèi)容太多，本文舉幾個簡單的例子作為說明。

上圖是科學(xué)家做實驗得出的人眼對比敏感性函數(shù)，黃色曲線以上部分，人眼基本無法識別出Mura,可以看出兩個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

任意一個圖像均可以分解為不同頻率，強度，相位，方位的sin函數(shù)。

Mura檢測之邊緣識別

經(jīng)過傅里葉變換后，高頻部分可以用來識別圖像邊緣。

Mura檢測之邊緣識別

經(jīng)過對比增強后，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與周圍pixel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，可以觀看以下視頻和圖片：可以看出Demura算法原理其實很簡單：

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

燒錄

OLED Demura數(shù)據(jù)確定后，就需要將其燒錄到EEPROM中以實現(xiàn)補償效果，最后再拍照確認Mura已消除，Demura數(shù)據(jù)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(jié)

OLED Demura技術(shù)目前三星和LG處于的位置，但是Demura技術(shù)很復(fù)雜，均不能算成熟，國內(nèi)各個廠家也在積極開發(fā)子自己的Demura技術(shù)，希望能夠提升良率。

Demura 難點總結(jié)如下：

1、如何使用CCD相機快速準確的抓取每個pixel的顏色？

2、如何識別不同類型的Mura,有些Mura正視不可見，側(cè)視可見？

3、如何進行快速高效的補償，以免速度太慢對產(chǎn)能造成損失？

以上問題，期待大家的共同努力，早日突破解決。