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共封装 microLED 与有机光电探测器(OPD)架构:为显示屏集成光学传感开辟新途
CEA - Leti 展示了一种 microLED 与有机光电探测器(OPD)的共封装架构。这两个器件均针对与生物传感相关的绿光波长进行了优化,尤其适用于光电容积脉搏波(PPG)信号的提取。PPG 作为一种非侵入式的光学手段,可用于检测血容量变化,诸如测量血液氧饱和度以及监测静息状态下的心率。
此项研究成果发表于 Photonics West 会议论文《用于多功能显示生物应用的有机光电探测器与 MicroLED 矩阵的共封装》。该研究验证了一种融合器件设计、电子学与建模的系统级方法,旨在应用于多功能显示领域。
MicroLED 仅需利用像素表面的一小部分,便能提供高辐射度,从而为增添其他功能预留了空间。在本案例中,这一功能由专门设计的 OPD 来实现。研究人员精心设计了一个专用的电子平台,能够对完整的信号链进行端到端的表征,其过程涵盖从 microLED 驱动、经过被测器件,直至光电检测和读出电路。为提升信噪比并抑制静态寄生分量,系统采用了锁相检测技术(Lock - in detection)。
共封装的 microLED 器件在 525 nm 波长下实现了高达 12 mW 的光功率。在检测端,通过对 ZnPc(酞菁锌)活性层厚度的调整,将 OPD 的响应度调谐至与 microLED 发射峰值相匹配,在目标波长下实现了 0.083 A/W 的响应度。
研究结果显示,microLED 显示屏能够在像素级别支持集成光学传感,且无需在亮度、分辨率和传感面积之间进行权衡。与 OLED 方法不同(在 OLED 中,显示和传感功能会争夺同一表面),这种架构允许两个功能在同一前平面中和谐共存。此方法不再依赖通常位于显示屏边框(bezel)中的传感器,而是能够直接将传感功能融入显示屏内部,实现更广泛的传感覆盖。
CEA - Leti 的论文主要作者 Michaël Pelissier 表示:“这项工作彰显了 CEA - Leti 的系统技术协同设计方法,其范畴涵盖从概念定义、microLED 技术、光电探测器协同设计、电子开发,直至现实条件下的实验验证。通过将硬件开发与分析建模和仿真相结合,我们为评估和拓展传感集成显示架构构建了一个切实可行的框架。”
CEA - Leti 称,该架构可依据不同的像素间距和分辨率进行调整,以适配不同的目标应用,从智能手机和可穿戴设备等中型显示屏,到显示器等
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