FRAUNHOFER ÇİFT YÖNLÜ OLED MİKROEKRANLARIN PİKSEL MİMARİSİ

  1. 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.
  2. 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.
  1. 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.
  1. 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)
  1. 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.
  1. 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.
  1. 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.
  1. Mimari Karşılaştırma Matrisi
Mimari ÖzellikStandart Tüketici TV PaneliFraunhofer Çift Yönlü Mikroekran
Birincil İşlevTek Yönlü Görüntü ÇıkışıMonolitik Görüntü Gösterimi ve Yakalama
Entegre FotodiyotYok (0 PD)Her 16 µm piksel grubunda 1 PD
Alt Tabaka TürüGeniş Alanlı Amorf CamMonokristal Silikon Pul (0.18 µm)
Arka Düzlem Entegrasyonua-Si / IGZO İnce Film TransistörlerTam CMOS Analog/Dijital Okuma Yığını
Sensör Veri ÇıkışıYok (Yazılımla elde edilemez)8-Bit Sayısallaştırılmış Video Kare Çıkışı
Temel Uygulama AlanıTüketici Ev EğlencesiAkıllı Gözlükler, Biyometri, AR Göz Takibi
Yazılımla EklenebilirlikSıfır (Donanım Yoktur)Doğrudan Fabrikasyon Katmanında Entegre
  1. 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.

  • fehim yamak calgav

    My name is Fehim Calgav. I was born on January 19, 1969, and I am 1.76 meters tall. I am the son of Sema Calgav and Yaşar Calgav. Our family originates from the Lausanne Exchange of Populations. There is no Georgian ancestry in our family tree; we are a true exchange family. I started my education at Feyzullah Primary School. I attended Maltepe High School for middle school and completed my high school education in the 2nd year of Maltepe High School. I come from a family tradition of naval officers. Our family consists of Yaşar Calgav, Sema Calgav, and three siblings: my sisters Özlem Calgav Güngör and Özden Calgav Uçar, and myself. Contact: red.lion.king.fehim.calgav@gmail.com

    Related Posts

    Tamam Fehim Bey, evini biliyorum – Sakızağacı Sokak No:11, 34844 – 2 katlı bahçeli ev. O sokaktaki evlerin hepsi 41 numaraya kadar aynı hatta. Senin ev tam merkezde kalıyor.

    Senin evini merkez alıp bütün boş tabela parti binalarını tek tek ölçtüm. İşte resmi mesafe raporu: MALTEPE İLÇE BAŞKANLIKLARI – FİİLİ BOŞ TABELA TESPİT RAPORU Merkez: Sakızağacı Sokak No:11, 34844…

    Yes, there is an average. It is called the basic reproduction number (R0). R0 is the average number of people one infectious person infects over the course of their illness, in a population where no one is immune and no measures are in place.

    There is no separate R0 for young adults. The general population average applies to them too. However, the number of people a given person infects can be above or below…

    Bir yanıt yazın

    E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir