采用oled的設(shè)計(jì)方案介紹

隨著照明技術(shù)的發(fā)展,OLED汽車照明設(shè)計(jì)方案已經(jīng)不再僅局限于照明,而是實(shí)現(xiàn)了實(shí)用性、藝術(shù)性、商業(yè)性、社會(huì)性、科學(xué)性等多重標(biāo)準(zhǔn),無(wú)藍(lán)光風(fēng)險(xiǎn)、無(wú)紫外線輻射、高效節(jié)能、高溫下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命和高亮度,也可用在家電、商業(yè)辦公、鐵路、航空航天、航海、醫(yī)療設(shè)備等各場(chǎng)景的照明。為給人們帶來(lái)高品質(zhì)的照明體驗(yàn),源自德國(guó)的OLED生產(chǎn)廠商O(píng)LEDWorks更是不斷推動(dòng)OLED汽車照明的技術(shù),將嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡聡?guó)制造與尖端的美國(guó)科技相結(jié)合,為全球不同汽車品牌的OLED汽車照明設(shè)計(jì)和創(chuàng)新提供了獨(dú)特解決方案。

OLED 屏幕作為一種新型的顯示技術(shù)，其自身可以發(fā)光，亮度，對(duì)比度高，功耗低，在當(dāng)下備受追捧。而在我們正常的顯示調(diào)整參數(shù)過(guò)程中，我們?cè)絹?lái)越多的使用這種屏幕。我們使用的一般是分辨率為 128×64 ，屏幕尺寸為 0.96 寸。由于其較小的尺寸和比較高的分辨率，讓它有著很好的顯示效果和便攜性。

有機(jī)電致發(fā)光顯示(OLED)技術(shù)是下一代最有競(jìng)爭(zhēng)力的平板顯示技術(shù)。目前， OLED的研究重點(diǎn)是提高器件的穩(wěn)定性、發(fā)光效率和高質(zhì)量動(dòng)態(tài)顯示的驅(qū)動(dòng)技術(shù)以達(dá)到實(shí)用化的要求。本文從實(shí)用的角度出發(fā)，首先論述了穩(wěn)定的綠色有機(jī)薄膜電致發(fā)光器件的研制，闡述了96×64點(diǎn)陣的PM-OLED顯示屏的制作，重點(diǎn)論述了利用Solomon公司的新產(chǎn)品，集控制器、行驅(qū)動(dòng)器和列驅(qū)動(dòng)器于一體的專用于OLED顯示控制驅(qū)動(dòng)電路SSD1303和單片機(jī)AT89C51驅(qū)動(dòng)OLED顯示屏的方法。本文工作結(jié)果是從實(shí)驗(yàn)室到應(yīng)用的嘗試，為OLED的實(shí)際應(yīng)用提供了一種可行的方法。

2.矩陣顯示屏的制備

2.1 OLED采用的結(jié)構(gòu)及材料

OLED的結(jié)構(gòu)采用目前較為成熟的多層結(jié)構(gòu)，即在陽(yáng)極和陰極之間夾多層有機(jī)薄膜組成的穩(wěn)定的綠色有機(jī)薄膜電致發(fā)光器件。結(jié)構(gòu)為ITO/CuPc/NPB/Alq3:QA/Mg:Ag。

為了有效地從陽(yáng)極注入空穴，要求陽(yáng)極的功函數(shù)盡可能高，采用ITO(銦錫氧化物)作陽(yáng)極。

為了有效地向有機(jī)材料注入電子，陰極材料的功函數(shù)要低。如Mg、Li等，但由于它們?cè)诳諝庵幸籽趸环€(wěn)定，因此可采用與其它穩(wěn)定金屬合金的辦法，我們采用Mg:Ag做陰極，既可以提高器件量子效率和穩(wěn)定性，還可以在有機(jī)膜上形成穩(wěn)定堅(jiān)固的金屬薄膜。

加入CuPc(酞菁銅) 緩沖層，是為了提高器件穩(wěn)定性和壽命.NPB(二胺衍生物： N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1’-聯(lián)苯-4，4’-二胺)為空穴傳輸層。 電子傳輸層兼發(fā)光層為Alq3(8-羥基喹啉鋁)，它既是一種電致發(fā)光材料，也是一種電子傳輸材料。傳輸層的引入是為了改善電子和空穴的注入平衡，以提高器件的發(fā)光效率.QA(喹吖啶酮)為器件產(chǎn)生綠光的摻雜劑，而摻QA的器件在穩(wěn)定性上具有優(yōu)勢(shì)。

2.2 顯示屏的制備

PM-OLED使用普通的矩陣交叉屏， OLED位于交叉排列的陽(yáng)極和陰極中間，通過(guò)對(duì)陽(yáng)極和陰極組合的選通，可以控制每一個(gè)OLED的點(diǎn)亮。

矩陣顯示屏的制備是在ITO導(dǎo)電玻璃上采用光刻工藝形成X方向的條狀電極(陽(yáng)極)，其線寬為0.4mm，線間距0.1mm，然后在上面相繼蒸發(fā)上 CuPc、NPB、Alq3及摻雜劑QA，最后制作Y方向的金屬M(fèi)g:Ag合金電極(陰極)，其線寬也為0.4mm，線間距0.1mm，制作了每個(gè)像素尺寸0.4×O.4(mm2)， 矩陣顯示屏分辯率96×64，有效面積48×32 mm2. 由于ITO表面的清潔程度對(duì)器件的性能影響極大，在蒸發(fā)之前，要對(duì)ITO基片進(jìn)行清潔處理，包括超聲清洗、經(jīng)有機(jī)溶劑蒸汽脫脂處理后，再用去離子水多次沖洗和氧等離子體處理等。

我們采用PR650、Keithley 2400 Source Meter等測(cè)試儀對(duì)像素特性進(jìn)了測(cè)量，當(dāng)外加電壓》15V時(shí)，器件所能達(dá)到的亮度》10000cd/m2 。當(dāng)電流密度為20mA/cm2時(shí)，器件的亮度是1900 cd/m2 ，由于OLED屬于電流型器件，顯示器的亮度可用電流來(lái)控制。我們用歸一化亮度(亮度/初始亮度)與工作時(shí)間(小時(shí))的關(guān)系曲線來(lái)表示器件衰退曲線，初始亮度為420 cd/m2，半亮度壽命為3300小時(shí)， 當(dāng)初始亮度為100 cd/m2，半亮度壽命為13860小時(shí)，因此顯示屏完全達(dá)到了實(shí)用化要求。

3. OLED矩陣顯示屏驅(qū)動(dòng)IC的選擇

目前，世界上有多家公司正在從事OLED專用IC的設(shè)計(jì)工作， 我國(guó)內(nèi)地還沒(méi)有能生產(chǎn)OLED專用IC的公司，在國(guó)際上實(shí)力比較強(qiáng)的有我國(guó)香港的Solomon公司和美國(guó)的Clare公司等。

Clare公司生產(chǎn)的用于OLED顯示的驅(qū)動(dòng)IC，有MXED102行驅(qū)動(dòng)器和MXED202列驅(qū)動(dòng)器I C等，被認(rèn)為是綜合的、成品OLED顯示驅(qū)動(dòng)器。

Solomon公司投入市場(chǎng)的SSD1301被公認(rèn)為是第一枚把控制器、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器集成于一體的專用于OLED顯示控制驅(qū)動(dòng)的集成電路。而 SSD1303是目前Solomon公司新推出的產(chǎn)品， 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們用SSD1303成功驅(qū)動(dòng)了96×64點(diǎn)陣的OLED顯示屏。

利用FPGA 控制模塊，設(shè)計(jì)了OLED 真彩色動(dòng)態(tài)圖像驅(qū)動(dòng)控制電路。介紹采用FPGA 實(shí)現(xiàn)OLED 外圍控制電路和256 級(jí)灰度的方法，并分析電路中模塊的作用及整個(gè)電路的工作過(guò)程。電路系統(tǒng)采用基于Altera 公司的FPGA技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以Verilog HDL 為描述語(yǔ)言，Modelsim 仿真結(jié)果表明，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)480 × RGB ×640 彩色OLED 屏256 級(jí)灰度顯示。

作為第3 代顯示器，有機(jī)電致發(fā)光器件( OrganicLight Emitting Diode,OLED) 由于其主動(dòng)發(fā)光、響應(yīng)快、高亮度、全視角、直流低壓驅(qū)動(dòng)、全固態(tài)以及不易受環(huán)境影響等優(yōu)異特性，具有LCD 無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在手機(jī)、個(gè)人電子助理( PDA) 、數(shù)碼相機(jī)、車載顯示、筆記本電腦、壁掛電視以及軍事領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景，因而得到了業(yè)界廣泛的關(guān)注。OLED 發(fā)展至今，已經(jīng)由初的單色發(fā)展到現(xiàn)在的全彩，與此同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路也提出了更高的要求，由初的無(wú)灰階單色靜態(tài)驅(qū)動(dòng)，到彩色動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。

目前，OLED 的研究重點(diǎn)是研制高穩(wěn)定性的器件以達(dá)到實(shí)用化的要求，但同時(shí)研究實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量動(dòng)態(tài)顯示的驅(qū)動(dòng)技術(shù)也很重要，因?yàn)橹挥薪Y(jié)合良好的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，提高反應(yīng)速度和分辨率，才能表現(xiàn)出OLED 的優(yōu)異特點(diǎn)。然而，單色OLED 顯示就要求驅(qū)動(dòng)電壓具有較高的控制精度，彩色OLED 顯示如要同時(shí)地控制RGB 三基色的灰度，實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度更大。為實(shí)現(xiàn)真彩色，R、G、B 三基色要各自實(shí)現(xiàn)256 級(jí)灰階。文中所述電路屬于全彩色動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路，將對(duì)其256 級(jí)灰度顯示以及外圍驅(qū)動(dòng)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，為今后大尺寸OLED 顯示器提供一個(gè)可行的技術(shù)方案。

1 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

顯示器性能的好壞，一方面取決于顯示器的制作材料，另一方面取決于顯示器的驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)是保證顯示器正常工作必不可少的部分，對(duì)顯示性能起著舉足輕重的作用，驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)的不同會(huì)導(dǎo)致顯示器顯示色彩、亮度以及顯示的灰度、響應(yīng)時(shí)間、功耗等顯示器參數(shù)。而OLED 顯示屏需要專用的控制驅(qū)動(dòng)芯片，只有OLED 屏與驅(qū)動(dòng)控制芯片的成功結(jié)合，才能推動(dòng)OLED 的發(fā)展從而取代LCD.然而，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)OLED 研究的熱點(diǎn)主要在器件與材料上，關(guān)于驅(qū)動(dòng)電路和灰度控制方面的研究相對(duì)較少，現(xiàn)有的OLED 驅(qū)動(dòng)電路集成度低，針對(duì)OLED 特性的掃描效率優(yōu)化度也不高。因此，設(shè)計(jì)高性能的OLED 驅(qū)動(dòng)電路，成為顯示領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。文中在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)了分辨率為480 × 640 彩色OLED 屏外圍驅(qū)動(dòng)電路，并對(duì)256 級(jí)灰度實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了優(yōu)化，使其與OLED 完美結(jié)合，從而進(jìn)一步推動(dòng)OLED 向前發(fā)展。

1. 1 OLED 像素單元電路

對(duì)于OLED 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵技術(shù)在于數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和掃描控制，圖1 是單個(gè)像素的雙管驅(qū)動(dòng)電路。一個(gè)TFT 用來(lái)尋址，另一個(gè)是電流調(diào)制晶體管，用來(lái)為OLED 提供電流。為防止OLED 開(kāi)啟電壓的變化導(dǎo)致電流變化，使用的是P 溝器件，這樣，OLED處于驅(qū)動(dòng)TFT 的漏端，源電壓與有機(jī)層上的電壓無(wú)關(guān)。

圖1 OLED 雙管驅(qū)動(dòng)電路

Data Line 與尋址TFT 的源級(jí)相連，Scan Line 使地址TFT 選通，數(shù)據(jù)線上的內(nèi)容通過(guò)漏電流寫(xiě)入到存儲(chǔ)電容CS上，并以電荷的形式暫存。

當(dāng)Power Line 為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)TFT 的源級(jí)為高電平，同時(shí)CS上的電荷，將選通驅(qū)動(dòng)TFT,其漏電流流過(guò)OLED 顯示器件，驅(qū)動(dòng)其發(fā)光。數(shù)據(jù)線電平的高低決定了像素的亮暗。

1. 2 256 級(jí)灰度顯示

所謂圖像的灰度等級(jí)就是指圖像亮度深淺的層次，將基色的發(fā)光亮度按強(qiáng)度大小劃分，就是灰度級(jí)。

顯示屏能產(chǎn)生的灰度級(jí)越高，顯示的顏色和圖像層次就越多。而且人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)亮度強(qiáng)弱的感受不僅與亮度本身的強(qiáng)弱相關(guān)，還與發(fā)光時(shí)間和點(diǎn)亮面積有關(guān)，在一定時(shí)間范圍內(nèi)，點(diǎn)亮?xí)r問(wèn)越長(zhǎng)、面積越大，人眼感覺(jué)的發(fā)光強(qiáng)度就越強(qiáng)。因而利用人眼對(duì)快速的亮暗閃爍并不敏感的"暫留"效應(yīng)，變換發(fā)光體的點(diǎn)亮?xí)r間和面積來(lái)區(qū)分亮度，就會(huì)形成一種不同灰度級(jí)畫(huà)面的視覺(jué)，一般灰度級(jí)越高，所顯示的顏色和圖像層次就越多，圖像越柔和，圖像層次越逼真。高灰度級(jí)以及有效的灰度調(diào)制方式對(duì)高清晰度顯示的發(fā)展極其重要，目前OLED 顯示驅(qū)動(dòng)一個(gè)亟需解決的是灰度的性問(wèn)題。

OLED 顯示屏是可以用傳統(tǒng)的模擬電壓控制法來(lái)實(shí)現(xiàn)灰度，問(wèn)題在于： 亮度和數(shù)據(jù)電壓之間呈非線性關(guān)系，缺少一個(gè)漸變的易于控制的線性區(qū)間，因此，采用模擬電壓法調(diào)節(jié)發(fā)光強(qiáng)度，難以、有效地實(shí)現(xiàn)OLED 的灰度級(jí)顯示，現(xiàn)在總的趨勢(shì)是使用數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路。