透明OLED顯示器導入人眼互動功能

old2009

基於有機發光二極體(OLED)的微型顯示器已可實現很高的光學性能，不僅擁有優異的對比度和更大動態範圍，而且可實現很低的功耗。它們採用直接發光機制，無需額外背光，因此外形尺寸可以做得很小且重量很輕，非常適合行動式近眼(NTE)應用，如電子取景器或頭戴式顯示器(HMD)。


在許多先進的應用中，微型顯示器一般作為純單向的輸出裝置。在整合額外的影像感測器後，微型顯示器的功能可擴展為雙向的光學輸入/輸出裝置。主要目標是在透明頭戴式顯示器應用中實現眼睛追蹤功能，從而提供基於凝視的「人－顯示器」互動效果。


雖然今天的行動資訊系統(如智慧型手機和平板電腦)通常都以觸控控制，但具有先進畫素數且幾何尺寸大幅縮小的微型顯示器在消費電子產品中已經找到用武之地，例如數位相機中的電子取景器。基於OLED的微型顯示器在視訊和資料顯示領域將會有很好的發展前景，特別是當它們還能用來作為輸入通道時。


現在，OLED技術已能將高效率的光源和光檢測器整合在CMOS基板上(即OLEDoS；OLED-on-CMOS)，因而可在矽晶片的基礎上實現完全整合的光電和智慧應用。我們可在同一晶片上實現微型發光器和接收器，例如以陣列類型的結構實現「雙向OLED微型顯示器」，從而使一款裝置可在同一地方甚至同一時間再現和擷取影像。


上述技術可成為用於個人資訊管理的全新一代裝置基礎：向使用者再現資訊，同時以光學方式辨識使用者的互動意圖。例如可攜式雙向微型顯示器的增強實境(AR)眼鏡，這一類裝置可有意或無意地饋送因應操作環境的視覺資訊，並透過單獨的眼球移動進行控制。


雙向OLED微型顯示器與光學元件


為了採用標準CMOS製程實現高性能的OLED特性，必須修改頂部金屬層。OLED相容的頂部金屬層通常要求在可見光(VIS)範圍內具有高的反射率、平滑的表面以防止OLED堆疊短路並避免氧化。頂部的發光OLED具有一個反射性底部電極和透明的頂部電極。在這些電極之間，帶摻雜傳輸層的OLED堆疊與三重發射器系統共同組成高效率且低壓的發光器。修改後的頂部金屬層用作底部電極，它決定了OLED畫素的形狀和尺寸。在底部電極下方留有空間可用於進一步整合驅動電路。光檢測元件是透過p基板中的n阱擴散而實現的。透過使用這種結構可在單個CMOS晶片上實現整合驅動電路的發光與光檢測元件。