20 集成电路应用
NEW TECHNOLOGY新技术聚焦
倍，OLED的显示画面更流畅从而
减小视疲劳。
下面，我们将重点介绍硅基
OLED微显示技术，从它的应用、
国内外生产研发状况等出发对现有
OLED微显示技术做一详细阐述。
OLED微显示的应用领域
硅基AMOLED微显示器具有
广阔的市场应用空间，特别适合应
用于头盔显示器、立体显示镜以及
眼睛式显示器等。如与移动通讯网
络、卫星定位等系统联在一起则可
在任何地方、任何时间获得精确
的图像信息，这在国防、航空、
航天乃至单兵作战等军事应用上
具有非常重要的军事价值。硅基
AMOLED微显示器能够为便携式
计算机、无线互联网浏览器、便携
式DVD、游戏平台及可戴式计算
机等移动信息产品提供高画质的视
频显示。可以说，硅基AMOLED
微显示无论是对于民用消费领域
还是工业应用乃至军事用途都提
供了一个极佳的近眼应用(如头盔
显示)解决途径。但由于目前硅基
AMOLED微显示头盔显示器价格
较高，主要应用于高端产品，其价
格还不能为广大消费者接受，所以
大高于目前主流的LTPS技术。2)
采用单晶硅，迁移率高、性能稳
定，寿命高于AMOLED显示器。3)
200mm×200mm的OLED蒸镀封装
设备就可满足制造要求(与8英寸晶
圆尺寸兼容)，而不像AMOLED需
要追求高世代产线。4) OLED微显
示器体积小，非常便于携带，并且
其依借小身材提供的近眼显示效果
可以与大尺寸AMOLED显示器相
媲美。
与其他微显示技术相比，
OLED微显示技术亦具有不少优
点：1 ) 低功耗，比L C D功耗小
20%，电池重量可以更轻。2) 工作
温度宽，LCD不能在极端温度如
0℃下工作，必须额外加热元件，
而在高温下又必须使用冷却系统，
所有这些解决方案都会增加整个
显示器的重量、体积和功耗。而
OLED为全固态器件，不需要加热
和冷却就可以工作在-46℃~+70℃
的温度范围内。3 ) 高对比度，
LCD使用内置背光源，其对比度
为60:1，而OLED微显示器的对比
度可以达到10,000:1。4) 响应速
度快，OLED像素更新所需时间
小于1μs，而LCD的更新时间通常
为10~15ms，相差了1,000到1,500
硅 基 OLED微 显 示 技 术 的 优 势 与
发 展 现 状
硅 基 OLED微 显 示 器 件 以 单 晶 硅 芯 片 为 基 底 ， 像 素 尺 寸 为 传 统 显 示 器 件 的 1/10。 基 于 其 技 术 优 势
和广阔的应用市场，它有望在军事以及消费类电子领域掀起近眼显示的新浪潮。
硅基OLED微显示器件区别
于常规利用非晶硅、微晶硅或低
温多晶硅薄膜晶体管为背板的
AMOLED器件，它以单晶硅芯片
为基底，像素尺寸为传统显示器
件的1/10，精细度远远高于传统器
件。单晶硅芯片采用现有成熟的集
成电路CMOS工艺，不但实现了显
示屏像素的有源寻址矩阵，还在
硅芯片上实现了如SRAM存储器、
T-CON等多种功能的驱动控制电
路，大大减少了器件的外部连线，
增加了可靠性，实现了轻量化。
与传统的AMOLED显示技术
相比，OLED微显示技术有以下
突出特点：1) 基底芯片采用成熟
的集成电路工艺，可通过集成电
路代工厂制造，制造良率更是大
■ 张积梅，吴玉琦，刘畅
维达力实业(深圳)有限公司，上海平板显示中心
图1：硅基OLED微显示器件结构示意图。
DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2012.09.008
集成电路应用 21
NEW TECHNOLOGY 新技术聚焦
目前的市场应用主要是面向军事领
域。头盔显示器将是21世纪数字化
战场下一代步兵的得力工具，是实
现单兵作战系统中军事信息化的重
要组成部分。硅基AMOLED头盔
显示器可用于海、陆、空三军军械
的战场装备，基于虚拟现实军事训
练、战事模拟训练等。
现阶段国内外研发生产状况
目前全球从事开发、生
产O L E D微显示器的厂商并不
多，主要集中在欧美国家，包
括美国eMagin公司、英国Micro
Emissive Displays(MED)公司、德
国Fraunhofer IPMS研究机构、法国
MicroOLED公司、日本索尼以及
中国云南北方奥雷德。其中eMagin
是全球首家进入OLED微显示领域
的厂商，也是目前为止推出产品最
多、规模最大、技术最为先进的一
家厂商。尽管国内厂商在微显示方
面做出了一定的努力，并获得了相
应的成果，但欧美厂商在OLED微
显示的专利与创意等领域内仍然保
持了相当的优势。
eMagin公司：成立于2000
年6月，是全球首家AMOLED微
显示器制造商。2001年，eMagin
公司首个SVGA+OLED微显示器
开始商业化供样，至今该公司
已经推出了三代OLED微显示产
品。其第三代产品分辨率达到了
1920×(3)×1200，像素尺寸缩至
9.6μm，产品中还加入了最新的
设计用以提高对比度、色域等光
学性能。图1是eMagin公司的硅基
OLED微显示器件结构示意图。该
器件采用了顶发射OLED技术，以
白光透过彩色滤光片的方式实现全
彩，配合薄膜封装技术在制作彩色
滤光片时对OLED器件形成保护。
到目前为止，硅基OLED微显示器
基本都采用这种工艺技术制造。从
文中表格可以看到微显示产品是朝
着高分辨率、数字化方向发展。
为了获得高分辨率，需要进一
步缩小像素尺寸，为此eMagin将像
素驱动方式从第一代产品的电流方
式换成了电压方式(如图2所示)。
电流驱动方式中，电流源IDATA通
过行线对像素进行写入，存于驱动
管QP1的电流用于驱动OLED。程
序电流通过位于背板的简单的电压
电流转换实现，最终实现灰度显
示。这种方式的优点是背板设计简
单，特别适用于模拟视频界面；缺
点是像素存储电容的面积较大，限
制了像素变小。驱动像素的电流对
存储电容的信号变化很敏感，所以
需要电容足够大以降低硅寄生漏电
流造成的亮度干扰。在电压驱动
模式中，电压源VDATA用来对像
素进行写入。OLED通过QN1管上
存储的栅压相应信号来驱动，由
于OLED亮度与偏压是非线性的，
写入电压VDATA必须进行伽玛校
正。这种模式的优点是信号对存储
电容的干扰不敏感，电容缩小自由
度大，可以减小像素尺寸。
eMagin除推出OLED微显示模
组外，还推出了集OLED技术、头
盔技术和3D立体视像技术于一体
的个人显示系统Z800 3D Visor。尽
管仅有0.59英寸的对角尺寸，但它
却能提供相当于3米处105英寸电影
屏幕大小的宽大画面。
Micro Emissive Displays(MED)
公司： 1999年成立，致力于P-OLED
微显示器技术的开发。2005年11
月，MED公司发布第一款商业化
微显示器eyescreen，并商业出货。
2007年5月，该公司位于德国德累斯
顿的批量制造工厂正式投入运营。
公司主要用户有美国Vuzix公司的
iWear系列头戴式眼镜。
MED公司推出的eyescreen技
术是在CMOS衬底上将P-OLED和
显示驱动电路整合在一起，从而在
同一芯片上实现图像大小调整等更
多功能。eyescreen可提供一流的图
像质量(QVGA分辨率(320×240，
230k像素点))和超低功耗，对角
线像素数组的间距仅为0.24英寸
(6mm)；集成了显示驱动电子电路
和数字视频接口，可直接无缝集成
多系统，使得产品设计师能够开发
更小、更轻的产品。
MicroOLED公司：成立于
2007年，与法国原子能机构CEA-
Leti合作开发出了世界上最高效的
OLED微显示器。其开发的OLED
技术基于特殊的有机薄膜结构和改
进的制造工艺，开启电压低、制造
eMagin公司推出的OLED微显示器产品规格
产品规格 分辨率 视频接口
像素尺寸
(μm)
像素驱动
模式
有效显示面积
(mm
2
)
SVGA+ 852×3×600 Analog RGB 15 电流 12.78×9
SVGA-3D 800×3×600 Analog RGB 15 电流 12×9
SVGA-3DS 800×3×600
Analog
RGB+8b
Digital RGB
11.1 电压 8.88×6.66
SXGA 1280×3×1024
10b Digital
RGB
12 电压 15.5×12.43
WUXGA 1920×3×1200
8b Digital
LVDS
9.6 电压 18.66×11.75
22 集成电路应用
NEW TECHNOLOGY新技术聚焦
工艺稳定、温度稳定性高、散热低
而且高效。
2008年MicroOLED开发了
0.38英寸WVGA硅基OLED微显
示器，2012年该公司接着推出了
0.61英寸硅基OLED微显示器，采
用了四点像素设计，拥有彩色、
黑白两个型号，其中彩色型号
分辨率为1280×1024，黑白的是
2560×2048。
Fraunhofer IPMS研究机构：
2009年6月，Fraunhofer IPMS发布
了OLED微型投影产品的研究新
成果，该显示器的硅基芯片采用
0.35μm高压集成电路工艺，分辨率
为320×240(QV GA)，基于P-O LED
技术。
2 0 1 0年该机构参与研发成
功H Y P O L E D O L E D微型显示
器(如图3(b)所示)，显示区有效
面积为7 . 6 8×5 . 7 6 m m
2
，具有
VGA(640x480)分辨率。整个芯片
采用0.18μm制程CMOS工艺制造，
核心电压与数字I/O电压为1.8V，
OLED负向偏压值最大为-5.5V，
可提供10,000cd/m
2
的单色以及
1,000cd/m
2
的全彩画面。该显示器
基于顶发光(Top-emitting)PIN结构
的OLED技术。
2011年，IPMS还开发展示了
双向OLED微显示器，有效显示
面积达11.52×8.64mm
2
，解析度
为QVGA(320×240，单色)，如
果内嵌影像感测器，其解析度则
为QQVGA(160×120)。硅芯片采
用0.35μm 3.3V/12V CMOS工艺。
OLED通过Shadow Mask直接制作
在硅芯片上，封装采用薄膜封装以
及玻璃复合封装技术。
索尼： 2011年，索尼发布了
0.5英寸及0.7英寸OLED微显示
屏产品。0 . 5英寸屏的分辨率达
1024×768，像素尺寸为9.9μm；
0.7英寸屏分辨率为1024×720。这
两款OLED微显示屏色域可达90%
NTSC，对比度高达10,000:1，响
应时间为0.01ms。这种全新超高显
示密度OLED微显示屏是专门设计
用于数码相机电子取景器等领域使
用的，它可以提供97%的NSTC色
域，采用了白色OLED以及彩色滤
光片结构。
北方奥雷德：成立于2008年5
月12日，致力于为全球用户提供优
秀的AMOLED微型显示器产品及技
术支持。其在短短两年时间实现了
OLED微型显示技术的突破和产业
化，其产品技术性能指标达到或超
过了国外水平，填补了国内OLED
微型显示器批量生产的空白。
奥雷德开发了0.5英寸、0.6英
寸、0.97英寸SVGA(800×600)硅
基AMOLED微型显示器，具有全
彩色、单色白光、单色绿光、单色
红光等规格型号。其硅基衬底采用
0.18μm CMOS技术，集成了全数
字视频信号处理及804×3×604个
驱动单元等电路。0.5英寸的像素
尺寸达到了12.6μm×12.6μm，与
eMagin公司第二代产品接近。全彩
微显示像素采用垂直RGB条状排
列，可广泛应用于各种近眼显示系
统中。2010年，该公司的0.5英寸
产品开始批量生产。
结论
硅基OLED微显示器凭借具有
传统AMOLED显示屏不具备的超
高分辨率、体积小易携带、可制作
成媲美大屏显示的近眼显示产品，
以及具有优于其他微显示技术的特
点，得到了广泛关注。基于其技术
优势和广阔的市场，在军事以及消
费电子领域，硅基OLED微显示都
将掀起近眼显示的新浪潮，为用户
带来前所未有的视觉体验。现今全
球制造硅基OLED微显示器的厂商
有6家，eMagin目前仍是推出产品
最多、技术最为先进的厂商。■
图 3： 0.61英 寸 SXGA OLED微 显 示 器
(a)； HYPOLED OLED微 显 示 器 (b)； 索
尼 0.5英 寸 、 0.7英 寸 OLED显 示 屏 可 提 供
90%以 上 的 NSTC色 域 (c)； 奥 雷 德 0.5英
寸OLED微显示器(d)。
图2：电流方式像素驱动电路(a)与电压方式像素驱动电路(b)的比较。
(a) (b)
(c) (d)
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