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(bǔ)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(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(duì)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(bǔ)償技術(shù)。

補(bǔ)償方法可以分為內(nèi)部補(bǔ)償和外部補(bǔ)償兩大類。內(nèi)部補(bǔ)償是指在像素內(nèi)部利用TFT構(gòu)建的子電路進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒āＭ獠垦a(bǔ)償是指通過(guò)外部的驅(qū)動(dòng)電路或設(shè)備感知像素的電學(xué)或光學(xué)特性然后進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/span>

為何要對(duì)OLED進(jìn)行補(bǔ)償？

介紹補(bǔ)償技術(shù)之前，首先我們來(lái)看看AMOLED為什么需要補(bǔ)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(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?yàn)?/span>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(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(shù)上具有非均勻性，這種非均勻性會(huì)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(zhǎng)時(shí)間加壓和高溫下，其閾值電壓會(huì)出現(xiàn)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(xiàn)為殘影現(xiàn)象，也就是通常所說(shuō)的殘像。

OLED補(bǔ)償分類

既然這些問(wèn)題難以在工藝上克服，就必須要在設(shè)計(jì)上通過(guò)各種補(bǔ)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(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(dòng)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(dòng)電壓以及電源電壓的大小。

補(bǔ)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(dá)到理想值。

內(nèi)部補(bǔ)償

下圖是一個(gè)典型的內(nèi)部補(bǔ)償型電路，它由7個(gè)TFT和1個(gè)存儲(chǔ)電容組成，因此被簡(jiǎn)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(guò)近幾年的不斷研究和發(fā)展，內(nèi)部補(bǔ)償電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)幾乎已被窮盡，很難再有實(shí)用性的結(jié)構(gòu)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(fù)位、補(bǔ)償、發(fā)光，即一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期至少要干2到3件事，因此對(duì)電路驅(qū)動(dòng)能力和面板上的負(fù)載都有一定要求。

它的一般工作思路是在補(bǔ)償階段把TFT的閾值電壓Vth先儲(chǔ)存在它的柵源電壓Vgs內(nèi)，在最后發(fā)光時(shí)，是把Vgs-Vth轉(zhuǎn)化為電流，因?yàn)閂gs已經(jīng)含有了Vth，在轉(zhuǎn)化成電流時(shí)就把Vth的影響抵消了，從而實(shí)現(xiàn)了電流的一致性。

但是實(shí)際因?yàn)榧纳鷧?shù)和驅(qū)動(dòng)速度等影響，Vth并不能全部抵消，也即當(dāng)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(bǔ)償范圍是有限的。

外部補(bǔ)償之Demura

外部補(bǔ)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(diǎn)亮后通過(guò)光學(xué)CCD照相的方法將亮度信號(hào)抽取出來(lái)，電學(xué)抽取式是指通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片的感應(yīng)電路將TFT和OLED的電學(xué)信號(hào)抽取出來(lái)。

兩種方法抽取的信號(hào)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(jiǎn)單，方法靈活的優(yōu)點(diǎn)，因此在現(xiàn)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(kuò)展至面板上任何人眼可識(shí)別的顏色差異。

對(duì)于面板廠而言，需要進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，因此在產(chǎn)線上均有技術(shù)員去檢測(cè)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(lái)很大的困擾。

因此技術(shù)人員開(kāi)發(fā)出AOI(automatic optical inspection)設(shè)備進(jìn)行mura的檢測(cè)，以及檢測(cè)到Mura后進(jìn)行補(bǔ)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(shù)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(jī)拍攝上述畫(huà)面。

2根據(jù)相機(jī)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(shí)別出Mura。

3根據(jù)mura數(shù)據(jù)及相應(yīng)的Demura補(bǔ)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(bǔ)償后畫(huà)面，確認(rèn)Mura已消除。

5檢測(cè)畫(huà)面

點(diǎn)亮面板后需要被檢測(cè)的畫(huà)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(duì)亮度差異進(jìn)行補(bǔ)償，不對(duì)色彩差異進(jìn)行補(bǔ)償，這種Luminance Demura一般只需要檢測(cè)灰階畫(huà)面，而且由于不同灰階時(shí)呈現(xiàn)的Mura不同，一般會(huì)檢測(cè)高中低灰階的Mura，最后Demura數(shù)據(jù)平均，當(dāng)然具體的設(shè)定不同面板廠會(huì)根據(jù)自己的實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

有些面板廠進(jìn)行的是比較全面的Color Demura,即不僅對(duì)亮度同時(shí)對(duì)色度差異也進(jìn)行補(bǔ)償。

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

相機(jī)拍照

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

1、相機(jī)符合CIE1931人眼匹配函數(shù)，

2、相機(jī)能達(dá)到人眼的分辨率。

拍攝檢測(cè)畫(huà)面時(shí)一般采用高精度高分別率的CCD相機(jī)，相機(jī)分辨率的選擇取決于被檢測(cè)面板的分辨率，大小，拍攝距離以及Demura補(bǔ)償?shù)木取?/span>

為了達(dá)到最佳的檢測(cè)和補(bǔ)償效果。相機(jī)最終得到的數(shù)據(jù)一定要是XYZ，且后續(xù)的計(jì)算均是基于相機(jī)拍照得到的XYZ數(shù)據(jù)。

Mura識(shí)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(cè)不同的Mura,關(guān)于Mura檢測(cè)目前有二個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：

1.German Flat Panel Display Forum

2.IDMS(former VESA)

當(dāng)然Mura檢測(cè)異常復(fù)雜，各個(gè)廠家都有開(kāi)發(fā)自己的Mura檢測(cè)算法，admesy也在做相關(guān)努力。Mura識(shí)別的內(nèi)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(yàn)得出的人眼對(duì)比敏感性函數(shù)，黃色曲線以上部分，人眼基本無(wú)法識(shí)別出Mura,可以看出兩個(gè)因素可以明顯影響對(duì)Mura嚴(yán)重程度的判定:

1、亮暗對(duì)比程度的差異

2、亮暗差異的周期分布

Mura檢測(cè)之傅里葉變換

任意一個(gè)圖像均可以分解為不同頻率，強(qiáng)度，相位，方位的sin函數(shù)。

Mura檢測(cè)之邊緣識(shí)別

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

Mura檢測(cè)之邊緣識(shí)別

經(jīng)過(guò)對(duì)比增強(qiáng)后，原本很微弱不易識(shí)別的Mura可以明顯被識(shí)別，當(dāng)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(jì)算亮度梯度，計(jì)算色差等方法。

Demura算法

為了更好的理解Demura補(bǔ)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(shí)很簡(jiǎn)單：

只是把它認(rèn)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(biāo)是使得面板不同區(qū)域有大體相同的顏色，當(dāng)然需要平滑的算法來(lái)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(shí)現(xiàn)補(bǔ)償效果，最后再拍照確認(rèn)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(bǔ)償精度（pixel級(jí)，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(guó)內(nèi)各個(gè)廠家也在積極開(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(jié)如下：

1、如何使用CCD相機(jī)快速準(zhǔn)確的抓取每個(gè)pixel的顏色？

2、如何識(shí)別不同類型的Mura,有些Mura正視不可見(jiàn)，側(cè)視可見(jiàn)？

3、如何進(jìn)行快速高效的補(bǔ)償，以免速度太慢對(duì)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。