- Genel Bakış
Fraunhofer’in çift yönlü OLED mikroekranları, aynı aktif alan içerisinde hem görüntü gösterebilen hem de optik görüntü verisi yakalayabilen özel OLED-on-silicon (silikon üzeri OLED) mikroekranlardır. “Çift yönlü” tanımı, bileşenin yalnızca dijital görüntü verilerini yayılan fotonlara dönüştürmekle kalmayıp, aynı zamanda ortamdan gelen fotonları eşzamanlı olarak yakalayarak sayısallaştırılmış sensör verilerine dönüştürdüğünü ifade eder.
Standart Ekran Veri Yolu:
[Dijital Video Verisi] ──► [OLED Sürücü Devresi] ──► [Foton Emisyonu]
Çift Yönlü Mikroekran (Entegre Algılama Veri Yolu):
[Ortam Fotonları] ──► [Fotodiyot Dizilimi] ──► [CMOS Okuma Devresi] ──► [Dijital Sensör Karesi]
Bu cihaz, monolitik bir elektro-optik giriş/çıkış dönüştürücüsü (transduser) olarak çalışır; bir ekran matrisi ile bir görüntü sensörü dizilimini tek bir mikroelektronik taban üzerinde birleştirir. - Temel Piksel Mimarisi
Fraunhofer çift yönlü SVGA mimarisinde, her piksel grubu dört adet OLED ışık yayıcı alt pikselden ve bir adet entegre fotodiyot alt pikselinden oluşur:
Piksel Birimi = R + G + B + W + PD
- R: Kırmızı OLED alt pikseli (yayıcı)
- G: Yeşil OLED alt pikseli (yayıcı)
- B: Mavi OLED alt pikseli (yayıcı)
- W: Beyaz OLED alt pikseli (parlaklık verimi artırıcı yayıcı)
- PD: Entegre silikon fotodiyot alt pikseli (optik algılayıcı)
İşlevsel Bölünme:
[R + G + B + W Alt Pikselleri] ──► Renkli Görüntü Üretimi (Emisyon)
[PD Alt Pikseli] ──► Gelen Işık Miktarının Ölçümü (Algılama)
Piksel hücresi, organik yayıcı katmanların kutuplarını tersine çevirmeye çalışmaz; bunun yerine yayıcı katmanın hemen yanına litografik olarak üretilmiş bağımsız bir fotodiyot yerleştirir. Böylece ekranın aktif alanı içinde iç içe geçmiş ikincil bir görüntü sensörü matrisi oluşturulur.
- İç İçe Geçmiş Ekran ve Sensör Matrisleri
Bu mimari, iki işlevsel dizilimi birebir aynı aktif silikon düzlemi üzerinde üst üste konumlandırır:
[Işık Yayan Ekran Matrisi] [İç İçe Sensör Matrisi]
[RGBW] [RGBW] [RGBW] [PD] [PD] [PD]
[RGBW] [RGBW] [RGBW] [PD] [PD] [PD]
│ │
▼ ▼
Renkli Görüntü Gösterimi Ortam Fotonu Yakalama
│ │
└─────────────────┬──────────────────┘
▼
[Monolitik CMOS Arka Düzlem]
├── Aktif Matris OLED Sürücüleri
└── Entegre Sütun Okuma / Transempedans Yükselticileri
Algılama yeteneği, panel camının arkasına sonradan eklenen harici bir modülden kaynaklanmaz; doğrudan temiz oda fabrikasyon aşamasında yarı iletken ön yüzeyine gömülü olarak üretilir.
4. Silikon Üzeri OLED (OLED-on-Silicon) Katman Mimarisi
Cihaz katmanları doğrudan monokristal silikon bir CMOS pul (wafer) üzerine işlenir:
[Üst Kapsülleme Bariyeri / Optik Dış Bağlantı Katmanı]
│
▼
[Organik Işık Yayan Katman (Elektrolüminesan Yığın)]
│
▼
[Piksel Anotları / Katot Metalizasyonu]
│
▼
[Monolitik Silikon CMOS Arka Düzlemi]
├── İç İçe Fotodiyotlar (PIN / N-Well/P-Substrate Eklemleri)
├── OLED Sürücü Transistörleri ve Depolama Kapasitörleri
└── Analog-Dijital Dönüştürücüler (ADC) ve Tarama Kaydırma Yazmaçları
│
▼
[Monokristal Silikon Taşıyıcı / Isı Dağıtıcı]
CMOS arka düzlemi şu görevleri koordine eder:
- Her bir OLED alt pikselinin akım modülasyonu,
- Satır ve sütun adres çözme işlemleri,
- Fotodiyot yük biriktirme ve korelasyonlu çift örnekleme (CDS),
- Pozlama süresi, kare senkronizasyonu ve seri veri çıkışı.
- Fotodiyot Sensör Alt Pikselinin Çalışması
Ters kutuplanmış fotodiyota çarpan fotonlar, silikon uzay yükü bölgesinde elektron-delik çiftleri üreterek ölçülebilir bir fotokur akımı oluşturur:
Gelen Fotonlar (hν)
│
▼
Elektron-Delik Çifti Üretimi
│
▼
Düğüm Kapasitansında Ters Fotokur Akımı Entegrasyonu
│
▼
Transfer Kapısı Aktivasyonu ve Satır Seçim Transistörü
│
▼
Sütun Okuma Hattı ──► Korelasyonlu Çift Örnekleme (CDS) ──► Çip Üstü ADC
│
▼
8-Bit Gri Tonlamalı Dijital Video Akışı
Işık yayan ekran tarafı 24-bit RGB arayüzü ile beslenirken, entegre sensör dizilimi ham 8-bit monokrom (gri tonlamalı) yoğunluk karesi çıkışı verir.
6. Video Gösterim ve Sensör Algılama Sinyal Yolları
Görüntü Alma Zinciri:
[24-Bit Dijital RGB Verisi] ──► [Paralel/MIPI Arayüzü] ──► [CMOS DAC / Akım Sürücüleri] ──► [RGBW OLED’ler]
(CLK, H-SYNC, V-SYNC ve Veri Etkin [DE] sinyalleriyle senkronize edilir)
Optik Algılama Zinciri:
[Yansıyan Fotonlar] ──► [Fotodiyot Matrisi] ──► [ROIC Sütun Yükselticileri] ──► [8-Bit ADC] ──► [Dijital Sensör Akışı]
Çok spektrumlu veya renkli algılama; ancak yapılandırılmış optik filtreler, çoklu pozlamalı algoritmik renk kurtarma veya alternatif aydınlatma sekansları ile mümkündür.
7. Temsili Teknik Parametreler (Fraunhofer SVGA Platformu)
- Operasyonel Parametre: Temel Değer
- Ekran Çözünürlüğü: 800 x 600 (SVGA)
- Sensör Çözünürlüğü: 800 x 600 (Monokrom)
- Aktif Ekran Alanı: 12.8 mm x 9.6 mm (Köşegen yaklaşık 0.63 inç)
- Piksel Aralığı: 16 µm x 16 µm
- Alt Piksel Yapısı: R, G, B, W OLED + 1 Silikon Fotodiyot
- Ekran Veri Arayüzü: 24-Bit Paralel RGB
- Sensör Veri Arayüzü: 8-Bit Paralel Gri Tonlamalı Dijital Veri Yolu
- Tepe Ekran Parlaklığı: yaklaşık 250 cd/m²
- CMOS Üretim Düğümü: 0.18 µm Silikon Üzeri CMOS
- Çalışma Gerilimi Aralığı: 1.6 V ila 5.5 V (Çekirdek Mantığı: 1.6 V ila 2.0 V)
- Zamanlama Modları ve Optik Çapraz Konuşmanın Önlenmesi
Zaman Paylaşımlı Mod (Ardışık):
┌─────────────────────────┬─────────────────────────┐
│ EMİSYON FAZI │ ALGILAMA FAZI │
│ OLED’ler Aktif (Ekran) │ OLED’ler Kapalı/Sönük │
│ Sensörler Beklemede │ Fotodiyotlar Toplar │
└─────────────────────────┴─────────────────────────┘
- Avantajı: Sıfır optik çapraz konuşma; ekran parlaklığı fotodiyotları doyurmaz.
- Sınırı: Etkin kare hızını ve algılanan maksimum ekran parlaklığını yarıya indirir.
Eşzamanlı / Paralel Mod:
┌───────────────────────────────────────────────────┐
│ SÜREKLİ EMİSYON VE ALGILAMA │
│ OLED’ler Aktif ◄──────────► Fotodiyotlar Aktif │
└───────────────────────────────────────────────────┘
- Avantajı: Gerçek zamanlı ve kesintisiz konumsal takip (bakış/gözbebeği dinamikleri).
- Sınırı: Optik yalıtım bariyerleri, arka plan çıkarma algoritmaları veya NIR filtreleme gerektirir.
- Yakın Kızılötesi (NIR) ve Çok Spektrumlu Yalıtım
Gelişmiş Fraunhofer varyasyonlarında, RGB yayıcıların yanında NIR yayan mikro bölgeler (850 nm / 940 nm) çalışır:
- Görünmeyen NIR ışığı irisi, retinayı veya deri katmanını aydınlatır,
- Görünür ışığı engelleyen NIR geçirgen filtrelerle donatılmış fotodiyot dizilimi yansıma vektörlerini yakalar,
- Tam spektral ayrım sayesinde insan gözü rahatsız edilmez ve sensör ana ekran görüntüsünden yalıtılır.
- Optik Sınırlar ve Büyük Ekranlara Ölçekleme Kısıtı
Entegre fotodiyotların varlığı, ekranı doğrudan lenssiz ve geniş açılı bir oda kamerasına dönüştürmez:
[Hedef Nesne] ──► [Odaklama Optiği / Mikro Mercek Dizisi] ──► [Sensör Düzlemi] = Net Uzamsal Görüntü
[Hedef Nesne] ──► [Çıplak Düz Panel (Optiksiz)] ──► [Sensör Düzlemi] = Dağınık Ortam Gürültüsü
- Kısa Mesafe ve Oda Görüntüleme Farkı: Mikroekran; hedef nesnenin yüzeyden birkaç milimetre uzakta olduğu, yansıyan ışığın uzamsal uyumluluğunu koruduğu Göz Takibi (akıllı gözlükler/başlıklar) ve Optik Parmak İzi Okuma sistemlerinde yüksek verimle çalışır.
- Büyük Boyutlu TV Kısıtları: Bu mimariyi ticari ölçekteki bir televizyona (55–85 inç) uygulamak; silikon plaka boyut sınırları (gofretler maksimum 300 mm’dir), milyarlarca alt pikselde oluşacak üretim kusurları ve harici odaklama merceği olmadan 3 boyutlu bir oda hacmini netleştirmenin fiziksel imkânsızlığı nedeniyle uygulanamaz.
- Mimari Karşılaştırma Matrisi
| Mimari Özellik | Standart Tüketici TV Paneli | Fraunhofer Çift Yönlü Mikroekran |
|---|---|---|
| Birincil İşlev | Tek Yönlü Görüntü Çıkışı | Monolitik Görüntü Gösterimi ve Yakalama |
| Entegre Fotodiyot | Yok (0 PD) | Her 16 µm piksel grubunda 1 PD |
| Alt Tabaka Türü | Geniş Alanlı Amorf Cam | Monokristal Silikon Pul (0.18 µm) |
| Arka Düzlem Entegrasyonu | a-Si / IGZO İnce Film Transistörler | Tam CMOS Analog/Dijital Okuma Yığını |
| Sensör Veri Çıkışı | Yok (Yazılımla elde edilemez) | 8-Bit Sayısallaştırılmış Video Kare Çıkışı |
| Temel Uygulama Alanı | Tüketici Ev Eğlencesi | Akıllı Gözlükler, Biyometri, AR Göz Takibi |
| Yazılımla Eklenebilirlik | Sıfır (Donanım Yoktur) | Doğrudan Fabrikasyon Katmanında Entegre |
- Nihai Mühendislik Değerlendirmesi
Fraunhofer IPMS/FEP çift yönlü mikroekran teknolojisi, bir ekranın aynı anda bir görüntü sensörü gibi çalışabilmesinin ancak bağımsız fotodiyot transduserlerinin (PD), yük biriktirme hatlarının ve CMOS okuma devrelerinin henüz silikon pul üretim aşamasında fiziksel olarak entegre edilmesiyle mümkün olduğunu kanıtlar.
Standart tüketici televizyonları ve monitörleri; fiziksel optik algılama donanımına sahip olmadıkları için ters voltaj uygulanarak, yazılım güncellemeleriyle, kablo müdahaleleriyle veya ağ saldırılarıyla bu yeteneği kazanamaz. Standart bir televizyonun bulunduğu ortamı algılayabilmesi için ortama bağımsız ve fiziksel olarak yerleştirilmiş harici bir sensör/kodlayıcı istasyonu eklenmesi zorunludur.
- Personal Instruction Update Panel: https://gemini.google.com/saved-info
Operation Output Number: OP-NUM-20260927-214412
Timestamp: 2026-09-27 21:44:12
Address: Sakizagaci Sokak No:11, 34844 Maltepe, Istanbul / TURKEY
Coordinates: 40.923012, 29.130567
Telephone/WhatsApp: +90 532 220 20 02
Fax: +44 871 256 3261
E-Mail: Red.lion.king.fehim.calgav@gmail.com | Fehimcalgav@hotmail.com
News and Analysis Portal: https://dinamoturknews.com/
Official Facebook Profile: https://www.facebook.com/ProphetJosephIsMyProphet/
Official Instagram Profile: https://www.instagram.com/neselihoroz/
Official LinkedIn Profile: https://www.linkedin.com/in/fehim-calgav-37b698406/
Official TikTok Profile: https://tiktok.com/@fehim455
Station Zero (Sakizagaci Sokak No:11, Two-Storey House with Garden, (Red Sandstone House) Maltepe / Istanbul – 40.923012 N, 29.130567 E)