Étude de l'effet de diaphonie électrique entre les pixels en haute résolution

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14070 (2023) Citer cet article

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Les microécrans à diodes électroluminescentes organiques (OLED) ont reçu une grande attention en raison de leurs excellentes performances pour les applications d'appareils de réalité augmentée/réalité virtuelle. Cependant, la densité élevée de pixels du micro-écran OLED provoque une diaphonie électrique, entraînant une distorsion des couleurs. Cette étude a examiné le taux de diaphonie actuel et les modifications de la gamme de couleurs provoquées par la diaphonie électrique entre les sous-pixels dans des microécrans OLED couleur haute résolution. Une structure de pixels de 3 147 pixels par pouce (PPI) avec quatre sous-pixels et une OLED blanche à pile unique avec des filtres de couleur rouge, vert et bleu ont été utilisées pour la simulation de diaphonie électrique. Les résultats ont montré que la résistance des feuilles des électrodes supérieure et inférieure des OLED affectait rarement la diaphonie électrique. Cependant, le taux de diaphonie actuel a augmenté considérablement et la gamme de couleurs a diminué à mesure que la résistance de la couche organique commune diminuait. De plus, la gamme de couleurs du micro-écran OLED a diminué à mesure que la densité de pixels du panneau augmentait de 200 à 5 000 PPI. De plus, nous avons fabriqué un circuit sous-pixel pour mesurer le courant de diaphonie électrique à l'aide d'une structure de pixel de type multi-doigts à l'échelle 3147 PPI et l'avons comparé au résultat de la simulation.

Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) sont utilisées dans divers appareils électroniques et véhicules en raison de leur temps de réponse rapide, de leur rapport de contraste élevé, de leur large gamme de couleurs, ainsi que de leurs facteurs de forme ultrafins et flexibles1,2,3,4,5. Les écrans OLED sont disponibles en différentes tailles et peuvent être appliqués à divers appareils, des téléphones mobiles aux téléviseurs6,7. Ces dernières années, des micro-écrans OLED d'une diagonale de 2 pouces ou moins ont été fabriqués et appliqués aux appareils de réalité augmentée (AR)/de réalité virtuelle (VR)8. Les pixels des microécrans OLED sont agrandis par les systèmes optiques des appareils AR/VR9,10. Par conséquent, les micro-écrans OLED doivent avoir une densité de pixels élevée. La plupart des micro-écrans OLED utilisent des fonds de panier en silicium avec des circuits complémentaires à base de métal-oxyde-semi-conducteur (CMOS) pour une haute résolution8. Par exemple, BOE en Chine a signalé un micro-écran OLED de 5 644 pixels par pouce (PPI) pour le verre AR11. Sony a également signalé un petit pas de pixel de 6,3 μm12.

Cependant, à mesure que la taille du pas de pixel diminue, la distance entre les pixels diminue également, ce qui entraîne des problèmes13,14 qui ne se produisent pas dans les écrans OLED conventionnels. Étant donné que la distance entre les sous-pixels dans l'écran OLED normal est grande, environ des dizaines de micromètres, les sous-pixels adjacents ne sont pas affectés par le courant de fuite latéral lorsqu'un sous-pixel est piloté électriquement en raison de la très haute résistance des feuilles de matériaux organiques. Cependant, la distance entre les sous-pixels dans le micro-écran OLED est d’environ plusieurs centaines de nanomètres15,16. Par conséquent, la tension de commande dans le sous-pixel vert (G) peut provoquer un courant de diaphonie dans les sous-pixels rouge (R) et bleu (B), appelé diaphonie électrique, comme le montre la Fig. 117,18.

Schéma du courant de diaphonie dans le micro-écran OLED couleur avec filtres de couleur R, V et B (C/Fs).

Bien que Liu et al. rapporté que le courant de diffusion des trous latéraux améliore l'efficacité et la stabilité de fonctionnement des OLED19, la plupart des diaphonies électriques causées par le courant de fuite latéral déforment généralement les couleurs des pixels et diminuent la gamme de couleurs des panneaux de micro-affichage OLED. Les OLED blanches avec des structures en tandem sont utilisées en raison de leur luminance, de leur efficacité et de leur durée de vie élevées dans les micro-écrans OLED20,21,22. La structure tandem nécessite des couches de génération de charges (CGL)23,24,25, qui ont une conductivité plus élevée que les matériaux organiques normaux, ce qui entraîne une diaphonie électrique26. La diaphonie électrique est un problème critique dans le domaine des micro-écrans OLED et doit être surmontée pour obtenir une large gamme de couleurs. Cependant, la mesure et l'analyse expérimentales du courant de diaphonie sont très difficiles étant donné que la taille du sous-pixel est très petite et que des panneaux de micro-affichage OLED pratiques sont nécessaires.