МИКРОДИСПЛЕЙ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СВЕТОДИОДОВ Российский патент 2024 года по МПК H10K59/12 H10K59/80 

Изобретение относится к изделиям микроэлектроники, оптоэлектроники и фотоники, а именно миниатюрным дисплеям со светоизлучающей матрицей на основе органических светодиодов (organic light emitting diode - OLED). OLED микродисплеи предназначены для построения средств отображения информации в оптико-электронных приборах, таких как приборы инфракрасного и мультиспектального наблюдения и прицеливания, нашлемные и наголовные видеомодули, очки виртуальной, дополненной и смешанной реальности, проекционные системы отображения информации. Данные приборы с использованием OLED микродисплеев могут иметь функции акцентирования наблюдаемых объектов или псевдоцветного изображения. Большинство указанных приборов являются портативной техникой, работающей от аккумуляторных батарей.

Ранее использовались OLED микродисплеи с кремниевой СБИС АМСУ, имеющие в своем составе встроенные блоки обработки входящего видеосигнала только для настройки яркости, контраста и гаммы изображения для вывода его на экран микродисплея после внутреннего преобразования (Микродисплей SONY ECX337AF - https://www.panelook.com/ECX337AF_Sony_0.50_OLED_overview_41067.html). Для иной настройки и обработки изображения применялись внешние электронные блоки на основе процессоров или программируемых интегральных схем (ПЛИС) с заложенными алгоритмами. Недостатком такого решения является необходимость разработки и использования дополнительных сложных электронных блоков на основе микропроцессоров и ПЛИС, с увеличенной производительностью, и дополнительных электронных схем их обвязки, что приводит к повышенному энергопотреблению оптико-электронных приборов и низкому ресурсу непрерывной работы от аккумуляторной батареи.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству является светоизлучающая матрица микродисплея на органических светодиодах (Патент RU 2601771 С1 от 10.11.2016 «Светоизлучающая матрица микродисплея на органических светодиодах и способ ее изготовления»). Светоизлучающая матрица, использующая в качестве элементов матрицы пиксели на основе светоизлучающих органических диодов белого цвета свечения для применения в составе микродисплея, содержит кремниевую подложку со СБИС АМСУ и слоем анода из нитрида титана, р+-легированный дырочно-инжекционный слой, дырочно-инжекционный слой, дырочно-транспортный слой, инжекционный слой голубого цвета свечения, разделительный слой, красно-зеленый инжекционный слой, дырочно-блокирующий слой, электронно-транспортный слой, электронно-инжекционный слой, слой катода из серебряно-магниевого сплава, слой тонкопленочной герметизации AlxOy, нанесенный методом магнетронного напыления, слой тонкопленочной герметизации AlxOy, нанесенный методом атомно-слоевого осаждения, герметизирующий слой (филлер), стеклянную крышку.

Недостатком данного устройства является, что в кремниевой подложке со СБИС АМСУ отсутствуют встроенные блоки обработки входящего видеосигнала, что ограничивает функциональные возможности OLED микродисплеев, изготовленных на их основе, например вывода бинаризованного или псевдоцветного изображения, без преобразования исходного изображения во внешнем электронном блоке.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в создании OLED микродисплеев, которые позволяют осуществлять, как вывод обычного монохромного или полноцветного изображения, так и бинаризованного или псевдоцветного изображения с помощью встроенных в кремниевую СБИС АМСУ микродисплея специализированных блоков обработки входящего видеосигнала.

Технический результат заключается в расширении информационных и функциональных возможностей OLED микродисплеев, простоты разработки приборов на их основе и снижения энергопотребления и увеличения рабочего ресурса портативной техники, работающей от аккумуляторных батарей.

Технический результат достигается тем, что светоизлучающие матрицы OLED микродисплеев изготавливаются на основе кремниевых СБИС АМСУ, предназначенных для приема видеосигнала с внешнего источника и преобразование его в управляющие сигналы пиксельной матрицы СБИС АМСУ. Пиксельная матрица СБИС АМСУ управляет яркостью свечения пикселей, а каждый пиксель матрицы состоит из не менее трех субпикселей для возможности изготовления полноцветных RGB OLED микродисплеев. Верхняя топология пиксельной матрицы СБИС АМСУ является массивом открытых электродов субпиксельных ячеек для нанесения полупроводниковой OLED структуры, включающей инжекционные, транспортные и блокирующие слои для носителей заряда обоих знаков (электронов и дырок), не менее одного рекомбинационного излучающего слоя и полупрозрачного верхнего электрода, имеющего общий контакт со СБИС АМСУ. СБИС АМСУ имеет в своем составе не менее трех независимых видеовходов полноцветного RGB изображения, встроенные независимо активизируемые блоки обработки входящего видеосигнала, включая специализированные блоки псевдоцветной визуализации видеосигнала и бинаризации видеосигнала.

С помощью предлагаемых OLED микродисплеев возможен, как вывод обычного монохромного или полноцветного изображения, так и бинаризованного или псевдоцветного изображения с помощью встроенных в кремниевую СБИС АМСУ микродисплея специализированных блоков обработки входящего видеосигнала.

Полноцветные OLED микродисплеи могут иметь все субпиксели белого цвета свечения и матрицу красных (R), зеленых (G) и синих (В) светофильтров для цветоделения, сформированной на верхней стеклянной крышке или непосредственно на светоизлучающей OLED структуре. Возможно изготовление полноцветных OLED микродисплеев прямого формирования цветного изображения, субпиксели которого имеют красный (R), зеленый (G) и синий (В) цвет свечения. Краткое описание чертежей:

На фиг.1 изображена известная схема OLED микродисплея, состоящий из печатной платы основания 1 с разъемом для подключения в аппаратуре с периферией микросхемы 2, светоизлучающей матрицы микродисплея на основе кремниевой СБИС АМСУ 3 со светоизлучающей OLED структурой 4 (А×Б - активная светоизлучающая зона, В - фрагмент экрана), стеклянной крышки 5, разводкой проволочными соединениями 6 на печатную плату основание 1 и герметизацией проволочных соединений полимерным компаундом 7.

На фиг.2 изображен фрагмент экрана OLED микродисплея каждый пиксель которой состоит из трех RGB субпикселей для полноцветного изображения. На фиг.3 изображена блок-схема кремниевой СБИС АМСУ микродисплея с блоком обработки входящего RGB видеосигнала - псевдоцветной визуализации видеосигнала и блоком бинаризации, где: I - блок псевдоцветной визуализации видеосигнала с матрицей преобразования тар, II - блок бинаризации с глобальным порогом видеосигнала, III - Демультиплексор, IV - головной блок управления, V - интерфейс I²C, VI - блок управления пиксельными ячейками, VII - матрица пиксельных ячеек. На фиг.4 изображено исходное изображение (а) и результат обработки блоком псевдоцветной визуализации видеосигнала с различными настройками преобразования цветовой палитры (б) и (в). На фиг.5 изображено исходное изображение (а) и результат обработки блоком бинаризации с различными настройками глобального порога видеосигнала (б) и (в).

В общем виде заявленный OLED микродисплей, схема которого изображена на фиг.1, состоит из печатной платы основания 1 с разъемом для подключения в аппаратуре с периферией микросхемы 2, светоизлучающей матрицы микродисплея на основе кремниевой СБИС АМСУ 3 со светоизлучающей OLED структурой 4, стеклянной крышки 5, разводкой проволочными соединениями 6 на печатную плату основание 1 и герметизацией проволочных соединений полимерным компаундом 7. Экран OLED микродисплея, фрагмент которого изображен на фиг.2, имеет матрицу пикселей, каждый из которых состоит из трех RGB субпикселей для полноцветного изображения. Полноцветные OLED микродисплеи могут иметь все субпиксели белого цвета свечения и матрицу красных (R), зеленых (G) и синих (В) светофильтров для цветоделения, сформированной на верхней стеклянной крышке или непосредственно на светоизлучающей OLED структуре. Возможно изготовление полноцветных OLED микродисплеев прямого формирования цветного изображения, субпиксели которого изначально имеют красный (R), зеленый (G) и синий (В) цвет свечения и матрица светофильтров не требуется.

Кремниевая СБИС АМСУ микродисплея, блок-схема которой изображена на фиг.3, отличается тем, что в своем составе имеет встроенные специализированные блоки обработки входящего RGB видеосигнала - блок псевдоцветной визуализации (I) и блок бинаризации (II). Режимы работы микродисплея программируются по интерфейсу I²C (V) с внешней периферии микросхемы через разъем (2) печатной платы основания (1). Входящий RGB видеосигнал может поступать напрямую через демультиплексор (III) и с помощью системных синхросигналов SCLK, HSYNC, VSYNC, DE через головной блок управления (IV) поступать в блок управления пиксельными ячейками (VI), которая программирует матрицу пиксельных ячеек (VII) и определяющую яркость свечения всех пикселей (RGB субпикселей) матрицы экрана.

При активации по интерфейсу I²C (V) блока псевдоцветной визуализации (I) монохромный видеосигнал, поступающий по одному из R, G, или В каналу с внешнего устройства, преобразуется в псевдоцветное изображение. Например, при подаче внешнего монохромного сигнала на канал G, происходит преобразование с функцией F(G, map) = (R;G;B), где G - уровень градации яркости входящего монохромного изображения G, тар -программируемые по интерфейсу I²C параметры преобразования монохромных видеосигнала в полноцветную палитру R;G;B псевдоцветного изображения. На фиг.4 изображено исходное изображение (а) и результат обработки блоком псевдоцветной визуализации видеосигнала с различными настройками преобразования цветовой палитры тар (б) и (в). При активации по интерфейсу I²C (V) блока бинаризации (II) и программирования порога р по которому будет проводится преобразование внешнего RGB сигнала с функцией F(R,G,B)={1;R,G,B≥p or 0;R,G,B<p}, где преобразованный сигнал R, G, В принимает максимальную яркость когда уровень градации яркости входящего видеосигнала выше или равен глобальному порогу р или нулевую яркость если ниже глобального порога р. На фиг.5 изображено исходное изображение (а) и результат обработки блоком бинаризации видеосигнала с различными настройками глобального порога р (б) и (в).

Предлагаемое устройство может найти применение, например:

- в системах промышленного контроля (приборы теплового контроля оборудования и живых организмов, контроля утечек рабочих жидкостей и газов, системы визуального контроля качества сырья и материалов и правильности сборки сложного оборудования);

- в военной и специальной технике (приборов наблюдения и прицеливания инфракрасного и мультиспектрального виденья, нашлемных видеомодулях, бортовых систем индикации, навигации и вождения);

- в бытовой электронике (охотничьи тепловизионные прицелы и приборы наблюдения, очки и шлемы виртуальной, дополненной и смешанной реальности).

Изобретение относится к изделиям микроэлектроники, оптоэлектроники и фотоники, а именно к миниатюрным дисплеям со светоизлучающей матрицей на основе органических светодиодов (OLED). Светоизлучающие матрицы OLED микродисплеев изготавливаются на основе кремниевых сверхбольших интегральных схем (СБИС) с активно-матричной схемой управления (АМСУ), предназначенных для приема видеосигнала с внешнего источника и преобразования его в управляющие сигналы пиксельной матрицы СБИС АМСУ. Пиксельная матрица СБИС АМСУ управляет яркостью свечения пикселей, а каждый пиксель матрицы состоит из не менее трех субпикселей для возможности изготовления полноцветных RGB OLED микродисплеев. СБИС АМСУ имеет в своем составе не менее трех независимых видеовходов полноцветного RGB изображения, встроенные независимо активизируемые блоки обработки входящего видеосигнала, включая блоки бинаризации изображения и псевдоцветного изображения. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей OLED микродисплеев. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Микродисплей на органических светоизлучающих диодах (organic light emitting diode - OLED) на основе кремниевой подложки со СБИС активно-матричной схемой управления (АМСУ), имеющий не менее трех независимых видеовходов полноцветного RGB изображения, блоки обработки входящего видеосигнала и блоки преобразования обработанного видеосигнала в управляющие сигналы, подающиеся на матрицу пиксельных ячеек экрана микродисплея, которые управляют яркостью свечения пикселей, каждый из которых в своем составе имеет не менее трех независимых субпикселей для отображения полноцветного RGB изображения, отличающийся наличием в СБИС АМСУ встроенных независимо активизируемых блоков обработки входящего видеосигнала, включая блоки псевдоцветной визуализации видеосигнала и бинаризации видеосигнала, которые позволяют преобразовывать изображение перед выводом на экран микродисплея.

2. Микродисплей по п. 1, отличающийся тем, что блок псевдоцветной визуализации позволяет преобразовывать монохромное изображение одного из видеовходов, имеющее множество градаций яркости, в псевдоцветное изображение с переходом цветовой RGB палитры на экране микродисплея.

3. Микродисплей по п. 1, отличающийся тем, блок бинаризации видеосигнала позволяет преобразовывать изображение, имеющее множество градаций яркости, в изображение с двумя градациями, имеющими только максимальную и минимальную яркость изображения на экране микродисплея.

4. Микродисплей по п. 2, отличающийся тем, что блок обработки видеосигнала имеет возможность программирования уровней диапазонов градаций монохромного изображения одного из видеовходов в диапазоны яркости цветовых RGB каналов полноцветного изображения.

5. Микродисплей по п. 3, отличающийся тем, что блок обработки видеосигнала имеет возможность программирования уровня, по которому градации яркости ниже запрограммированного уровня преобразуются в минимальную яркость, а градации яркости выше запрограммированного уровня преобразуются в максимальную яркость.