ОАО «ЦНИИ «ЦИКЛОН»ОАО «ЦНИИ «ЦИКЛОН»

ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТпо опытно-конструкторской по опытно-конструкторской

работеработе«Разработка базовой «Разработка базовой

технологии создания активно-технологии создания активно-матричных унифицированных матричных унифицированных

микродисплеев на основе микродисплеев на основе органических органических

светоизлучающих диодов»,светоизлучающих диодов»,шшифр «Рассвет-МД»ифр «Рассвет-МД»,,

этапэтап 1 1

Цель работы:Цель работы:

Разработка базовой технологии Разработка базовой технологии создания активно-матричных создания активно-матричных унифицированных унифицированных микродисплеев на основе микродисплеев на основе органических светоизлучающих органических светоизлучающих диодовдиодов

Задачи работы:Задачи работы: разработка базовой технология создания разработка базовой технология создания

активно-матричных унифицированных активно-матричных унифицированных микродисплеев на основе органических микродисплеев на основе органических светоизлучающих диодов;светоизлучающих диодов;

разработразработкака техническ техническогоого проект проектаа;; разработана КД и ТД с литерой «О1»;разработана КД и ТД с литерой «О1»; изготовление опытных образцов изготовление опытных образцов

микродисплеев в количестве не менее 20 микродисплеев в количестве не менее 20 комплектов, в том числе монохромных комплектов, в том числе монохромных (белого цвета свечения) микродисплеев и (белого цвета свечения) микродисплеев и полноцветных микродисплеев в полноцветных микродисплеев в количестве 10 комплектов каждого типа;количестве 10 комплектов каждого типа;

проведение предварительных и проведение предварительных и приемочных испытаний опытных образцов приемочных испытаний опытных образцов микродисплеев.микродисплеев.

Преимущества ОСИД Преимущества ОСИД МД:МД:

быстрый отклик (менее 1 мкс);быстрый отклик (менее 1 мкс); широкий угол обзора (более 160широкий угол обзора (более 160оо);); широкая цветовая гамма в видимой области широкая цветовая гамма в видимой области

спектра спектра высокая яркость (до 100 000 кд/м2 при высокая яркость (до 100 000 кд/м2 при

отсутствии дополнительных источников отсутствии дополнительных источников света (как в случае ЖК);света (как в случае ЖК);

высокий контраст (более 300:1);высокий контраст (более 300:1); большой диапазон рабочих температур большой диапазон рабочих температур

(минус 40 до + 70 °C);(минус 40 до + 70 °C); низкое энергопотребление (до 10 мВт на 1 низкое энергопотребление (до 10 мВт на 1

см2 излучаемой поверхности);см2 излучаемой поверхности); высокое разрешение (размер пиксела высокое разрешение (размер пиксела

может быть меньше10х10 мкм)может быть меньше10х10 мкм)..

Области применения:Области применения: нашлемные и наголовные дисплеи;нашлемные и наголовные дисплеи; стереодисплеистереодисплеи, стереоочки;, стереоочки; тепловизионные системы;тепловизионные системы; видеоискатели цифровых фото- и видеоискатели цифровых фото- и

видеокамер;видеокамер; дисплеи портативных дисплеи портативных DVDDVD

проигрывателей и портативных проигрывателей и портативных видеоигр;видеоигр;

системы машинного зрения;системы машинного зрения; проекционные телевизоры и проекционные телевизоры и

мониторы;мониторы; фотонаборные устройствафотонаборные устройства..

Микродисплей eMagin в нашлемных системах

Внешний вид видеомодуляProView S035-A

Экипировка пехотинцевфранцузской армии FELINE

Тепловизионная системаUTAC-32 фирмы Nivisys

Industries

Тепловизионная система Сыч-4

Тепловизионная система Шахин

Наголовный 3D дисплей HMZ-T1 фирмы Sony

Комплект стереоочков Z800 3D Visor фирмы eMagin

Технические Технические характеристикихарактеристики

Наименование параметраНаименование параметра ЗначениеЗначение Максимальная яркость в белом цвете, кд/м2Максимальная яркость в белом цвете, кд/м2 не менее 70не менее 70

Неравномерность яркости, %Неравномерность яркости, % не более 15не более 15

Контраст, отн.ед.Контраст, отн.ед. не менее 100:1не менее 100:1

Уровни серого, отн. ед.Уровни серого, отн. ед. не менее 256не менее 256

Напряжение выходного сигнала по выходам Напряжение выходного сигнала по выходам RGBRGB, В , В

0…0,70…0,7

Наряжение выходного сигнала по Наряжение выходного сигнала по монохромному выходумонохромному выходу

0…1,00…1,0

Напряжение сигналов управления и Напряжение сигналов управления и последовательного интерфейса, Впоследовательного интерфейса, В

3,33,3

Напряжение питания, ВНапряжение питания, В не более 4,0не более 4,0

Потребляемый ток по шине питания, мА Потребляемый ток по шине питания, мА не более 150не более 150

Частота смены кадров, ГцЧастота смены кадров, Гц не менее 25не менее 25

Микродисплей серииSVGA+OLED фирмы eMagin

Микродисплей фирмы MicroOLED

Микродисплей фирмы MED

Микродисплей SVGA 060фирмы OLiGHTEK

Образец изображения на экране микродисплея

ОСИД микродисплей

Чертеж общего вида микродисплея

Фрагмент топологического чертёжа цветных фильтровполноцветной светоизлучающей матрицы

Типовая ОСИД структура

Структура органического светодиода микродисплея

Al2O3

Катод MgAg

EIL

ETL

LB Host+LB Dopant

HTL+Orange Dopant

HIL

Анод

К токозадающему транзистору пиксельной ячейки

преобразов ательнапряжение-ток

умножающий8 разрядный ЦАП

с токов ым выходом

8 разрядный ЦАПс токов ым выходом

источник опорных токов

внешнийинтерфейс блок у прав ления

му

льт

ипл

екс

ор

матрицапиксельных ячеек

матрицатоковых зеркалсо схемами ВХ

региструправляющих драйверов

столбцов

региструправляющих драйверов

столбцов

реги

стр

упра

вляю

щих

дра

йве

ров

стр

ок

селекторсинхроимпульсов

R

G

B

формирователь тактовой частотыпиксельных драйверов

буф

кр т

око

вого

зер

кал

асо

схе

мой

пред

вари

тел

ьног

о за

ряд

а

входной каналпреобразов ания

входной каналпреобразов ания

входной каналпреобразов ания

входной каналпреобразов ания

Управляющиеданные

Вертикальнаясинхронизация

Вх

од к

омп

онен

тног

о ви

део

сиг

нал

а

Горизонтальнаясинхронизация

Вход композитноговидеосигнала

управлениеконтрасностью

управлениеярк остью

500

мкА

500

мкА

500

мкА

500

мкА

500

мкА

166

мкА

166

мкА

166

мкА

166

мкА

166

мкА

166

мкА

166

мкА

166

мкА

166

мкА

5 м кА

I2

C

матрицатоковых зеркалсо схемами ВХ

формировательопорных масштабирующих

уровней

Структурная схема СБИС АМСУ микродисплея

Схема управления пиксельной ячейки микродисплея

Последовательныйинтерфейс

Преобразовательнапряжение/ток

Формировательзадающих

токов

Генераторопорного

тока и напряжения

Схема

упрвления

Схемасмещ ения

тока

Умножающ ий8-разрядный

ЦАПСхема

предварительного заряда

СхемаВ/Х строки

Матрица

драйверов

ПЯ

Формировательмасштабирующ его

напряжения

Генераторлинейно

изменяющ егося напряжения

Кольцевойгенератор

ТестовыйPMOS

транзистор

Тестовыйдрайвер ПЯ

потенциальноготипа

Тестовыйдрайвер ПЯ с

модернизированныммасштабированием

WRI

E

D

C

Uвх

Rпреоб

Iсм

80 мкА

120 мкА

Iпреоб

500 мкА

500 мкА

100 мкА

100 мкА

Nупр цап

Вы

х IB

Вых IA

Iвых

Вх В/Х строки

Uоп

Rопор

на OLED1

на OLED2

на OLED3

на OLED4

на OLED5

на OLED6

на OLED7

на OLED8

Cp

Cf

Csh

COsh

RS

Cp/256

G

D

Uкг

Uлг

Uh

Ul

Uвх

на OLED

на OLED

Iвх

выборка Uвх

выборка Iвх

Iоп

Структурная схема макетной СБИС

Топологический чертеж общего вида макетной СБИС

ВАХ и ВЯХ структуры ITO/CuPc/NPD/Da-BuTAZ/Ca:Al

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 2 4 6 8 10 12U, V

I, m

A/c

m2

0

100

200

300

400

500

600

700

800

L,c

d/m

2

ВАХ

ВЯХ

Логарифмический масштаб

1,E-06

1,E-05

1,E-04

1,E-03

1,E-02

1,E-01

1,E+00

1,E+01

1,E+02

0 2 4 6 8 10 12

U, V

I, m

A/c

m2

1,E-01

1,E+00

1,E+01

1,E+02

1,E+03

L, c

d/m

2

ВАХ и ВЯХ макетного образца белого цвета свеченияс рабочей структурой ITO/CuPc/NPD/DPVBi/Alq3+DCM2/DPVBi/Alq3/ LiF/Ca/Al

Спектр излучения ОСИД структуры белого цвета свечения

Спектры излучения макетных образцов с цветными фильтрами

Белый ОСИДБелый ОСИД WW CIExCIEx 0,33350,3335

CIEyCIEy 0,41680,4168

Белый ОСИД Белый ОСИД с цветными с цветными фильтрами фильтрами

WW CIExCIEx 0,34100,3410

CIEyCIEy 0,41620,4162

RR CIExCIEx 0,60920,6092

CIEyCIEy 0,37950,3795

GG CIExCIEx 0,32190,3219

CIEyCIEy 0,55150,5515

BB CIExCIEx 0,11590,1159

CIEyCIEy 0,18710,1871

Координаты цветности макетных образцов

Наименование параметраНаименование параметра Единица Единица измеренияизмерения

Режим измеренияРежим измерения

Начальное входное Начальное входное напряжениенапряжение,, Uзн Uзн

ВВ Iсн=250 нА, Uс=3,3 Iсн=250 нА, Uс=3,3 ВВ

Конечное входное Конечное входное напряжениенапряжение,, Uзк Uзк

ВВ Iск=25 мкА, Uс=3,3 Iск=25 мкА, Uс=3,3 ВВ

Фоновый ток стокаФоновый ток стока,, Iо Iо нАнА Uз=0 В, Uс=3,3 ВUз=0 В, Uс=3,3 В

Уровень шумовУровень шумов,, Uш Uш нВнВ Uз= Uзн, Uс=3,3 ВUз= Uзн, Uс=3,3 В

Коэффициент Коэффициент преобразования преобразования «напряжение–ток», «напряжение–ток», GG

В/АВ/А UUвхо=0,7 В,вхо=0,7 В,

UUвх=0,1 В, вх=0,1 В, ffс=1 кГц с=1 кГц

Средний ток матрицыСредний ток матрицы,, Iмс Iмс мАмА Uп+=3,3 В, Uп-=0 ВUп+=3,3 В, Uп-=0 В

Перечень измеряемых критических параметровтестовой СБИС управления

0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.6510

-8

10-7

10-6

10-5

10-4

Gate-Source Voltage, Volt

Dra

in C

urr

ent,

Am

p

Comparison of calculated and measured test PMOS drain current

calculated

measured

W=2400u L=0.4u Drainvoltage=3.0V

График зависимости тока (выходного) стока токозадающего МОП транзисторапиксельной ячейки от напряжения на его затворе (входе)

0 50 100 150 200 250 300 350 40010

-7

10-6

10-5

10-4

Frequency, Hz

W=2400u L=0.4u Id=0.1uA/1uA RD=1Meg

Nois

e v

oltade a

t dra

in,

V/s

qrt

(Hz)

Measured noise voltage of test PMOS

Id-1uA

Id=0.1uA

График зависимости спектральной плотности эффективногонапряжения шумов на стоке токозадающего МОП транзистора

пиксельной ячейки для двух значений тока стока

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.60

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8x 10

-3 Transfer curve of the voltage to current converter

Input voltage, Volts

Outp

ut

curr

ent,

Am

ps

Передаточная характеристика преобразователя входного RGB сигналав выходной ток, подаваемый на вход драйвера OLED матрицы

2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 41.2725

1.273

1.2735

1.274

1.2745

1.275Bandgap reference voltase versus power supply

Power supply voltage, Volts

Vre

f, V

olts

График зависимости напряжения источника опорного напряженияот напряжения электропитания тестовой СБИС

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 110

-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2 Output current of the active matrix

Input voltage, Volts

Outp

ut

curr

ent,

Am

ps

VL/VH = 2.62/2.70

VL/VH = 2.62/2.85

VL/VH = 2.62/3.0

Графики зависимости выходного тока матрицы от напряжения входного RGBсигнала при трех значениях напряжения масштабирования

Проведенные исследования Проведенные исследования макетных образцов, показали, макетных образцов, показали,

что выбранные конструкторские, что выбранные конструкторские, технологические и технологические и

схемотехнические решения для схемотехнические решения для создания ОСИД микродисплеев создания ОСИД микродисплеев соответствуют поставленным соответствуют поставленным

задачам и могут быть задачам и могут быть использованы для разработки использованы для разработки

КД и ТД микродисплеев, КД и ТД микродисплеев, отвечающих требованиям ТЗ.отвечающих требованиям ТЗ.

Многокамерная высоковакуумная кластерная система HELISYSкомпании ANS Inc. (Корея)

БлагодарюБлагодарюза вниманиеза внимание