OLED顯示屏驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

1. 引言 
目前，在光電顯示領(lǐng)域，CRT已經(jīng)走向末路，LCD正處于發(fā)展的頂峰時(shí)期，與技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)鏈完善、規(guī)模龐大的LCD產(chǎn)業(yè)相比，OLED還處于發(fā)展的初級(jí)階段，它的優(yōu)勢(shì)可以從技術(shù)與產(chǎn)業(yè)兩方面來(lái)看，在技術(shù)上：OLED很薄、很輕，厚度可以做到比LCD??；由于是不需要背光源的主動(dòng)發(fā)光，所以O(shè)LED視角很廣，一般認(rèn)為接近180度；并且具有省電、耐低溫特性，在低溫下的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于LCD；響應(yīng)速度快，圖像刷新率幾乎是LCD的100至1000倍；除了圖像質(zhì)量的根本性改進(jìn)外，還具有抗震性好這一特性，這對(duì)于便攜式設(shè)備而言十分有利；不僅如此，由于可彎曲的塑料也可以用作基質(zhì)材料，所以OLED顯示屏的外形不受限制，可以是任何形狀，可以放到任意物體的表面。由于使用了新的基質(zhì)材料，OLED顯示屏比目前最薄的薄膜電晶體管（TFT）屏幕還要平整得多。但上述優(yōu)點(diǎn)在目前上市的采用OLED的電子產(chǎn)品中并沒(méi)有完全表現(xiàn)出來(lái)，許多產(chǎn)品選用OLED，并不是因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，而僅僅是覺(jué)得它清晰度高、色彩艷麗；OLED與LCD將有一個(gè)長(zhǎng)期共存的階段，但隨著OLED這些優(yōu)勢(shì)的逐步實(shí)現(xiàn)，OLED將來(lái)可以對(duì)LCD發(fā)起挑戰(zhàn)。 產(chǎn)業(yè)上：與TFT-LCD動(dòng)輒數(shù)億美元的投資相比，OLED的投資相對(duì)來(lái)說(shuō)則少得多，成本上更具優(yōu)勢(shì)。由于自身突出的性能優(yōu)勢(shì)，OLED在市場(chǎng)上大受歡迎，從目前的情況來(lái)看，一直處于上升趨勢(shì)。

2. OLED的發(fā)光機(jī)理
OLED屬載流子雙注入型發(fā)光器件，它利用了電子發(fā)光的特性：當(dāng)電流通過(guò)時(shí)，某些材料會(huì)發(fā)光，而且從每個(gè)角度看，都比液晶顯示器清晰；其發(fā)光機(jī)理為：在外界電壓的驅(qū)動(dòng)下，由電極注入的電子和空穴在有機(jī)材料中復(fù)合而釋放出能量，并將能量傳遞給有機(jī)發(fā)光物質(zhì)的分子，使其受到激發(fā)，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，當(dāng)受激分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)輻射躍遷而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象[1]。發(fā)光過(guò)程通常由以下五個(gè)階段完成：
1）載流子的注入：在外加電場(chǎng)的作用下，電子和空穴分別從陰極和陽(yáng)極向夾在電極之間的有機(jī)功能薄膜注入；
2）載流子的遷移：注入的電子和空穴分別從電子輸送層和空穴輸送層向發(fā)光層遷移；
3）載流子的復(fù)合：電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生激子；
4）激子的遷移：激子在電場(chǎng)作用下遷移，能量傳遞給發(fā)光分子，并激發(fā)電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)；
5）電致發(fā)光：激發(fā)態(tài)能量通過(guò)輻射失活，產(chǎn)生光子，釋放出能量。
光的顏色與材料有關(guān)：一種方法是用小分子層工作，例如鋁氧化物；另一種方法是將激活的色素嵌入聚合物長(zhǎng)鏈，這種聚合物非常容易溶化，可以制成涂層。電子流和載流子通常是不等量的，這意味著，占主導(dǎo)地位的載流子穿過(guò)整個(gè)結(jié)構(gòu)層時(shí)，不會(huì)遇到從相反方向來(lái)的電子，能耗投入大，效率低。

3. OLED無(wú)源驅(qū)動(dòng)技術(shù)
OLED以驅(qū)動(dòng)方式可分為無(wú)源驅(qū)動(dòng)(Passive Matrix，PMOLED)與有源驅(qū)動(dòng)(Active Matrix，AMOLED)兩種，OLED的驅(qū)動(dòng)方式是屬于電流驅(qū)動(dòng)。無(wú)源方式的構(gòu)造較簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)視電流決定灰階，主要應(yīng)用在小尺寸產(chǎn)品上，它的分辨率及畫(huà)質(zhì)表現(xiàn)不錯(cuò)，但若要往大尺寸應(yīng)用產(chǎn)品發(fā)展，存在消耗電量大、壽命短的問(wèn)題，最好采用有源驅(qū)動(dòng)方式，因?yàn)橛性吹碾娏髡餍员葻o(wú)源方式要好，不易產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，同時(shí)使用低溫多晶硅(Poly-Si)TFT技術(shù)時(shí)，電流可以產(chǎn)生阻抗較低的小型TFT，符合大尺寸、大畫(huà)面OLED顯示器的需求。下面就無(wú)源驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行詳細(xì)的描述。
OLED顯示器是由眾多的像素點(diǎn)組成，這些像素點(diǎn)按行、列排成矩陣；顯示圖像時(shí)，按行掃描或按列掃描。本文以行掃描為例，說(shuō)明無(wú)源單色n行m列OLED屏驅(qū)動(dòng)時(shí)序關(guān)系。若使第x行與第y列交叉的發(fā)光元件發(fā)光（導(dǎo)通），僅需使列驅(qū)動(dòng)電路的第y列選通開(kāi)關(guān)閉合，輸出高電平，并使行掃描電路的第x行輸出低電平，屏上的其它發(fā)光元件發(fā)光原理類(lèi)同，圖3.1是單色n行m列OLED屏掃描原理時(shí)序圖。
其中TFRM為幀周期，TLINE為行掃描周期，確定了幀頻率fFRM后也就確定了一幀的時(shí)間500)this.style.width=500;" border="0" />每一行的掃描時(shí)間TLINE在幀頻確定的情況下是確定的，即500)this.style.width=500;" border="0" />。

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對(duì)于以上所講的無(wú)源OLED顯示屏的驅(qū)動(dòng)，主要是采用現(xiàn)有的IC來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的。本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路是采用臺(tái)灣普誠(chéng)的PT6807、PT6808，其中PT6807為行驅(qū)動(dòng)IC，PT6808為列驅(qū)動(dòng)IC。以128X128點(diǎn)陣為例來(lái)說(shuō)明具體的操作，模塊接口如圖3.2所示：
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PT6807是點(diǎn)陣OLED圖形顯示系統(tǒng)64路行驅(qū)動(dòng)器[2]，它利用CMOS技術(shù)，提供64個(gè)移位寄存器和64路輸出驅(qū)動(dòng)，PT6807自己產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)控制PT6808列驅(qū)動(dòng)器。
功能描述：
PT6807可以設(shè)計(jì)為主，從兩種模式，為大塊OLED驅(qū)動(dòng)顯示提供方便；主/從模式選擇由控制腳MS來(lái)控制，在主模式下，選擇MS腳為高電平，輸入/輸出腳DIO1，DIO2，CL2只作為輸出腳來(lái)用；在從模式下，MS腳被置為低電平，輸入/輸出腳CL2作為輸入來(lái)用，而DIO1，DIO2的狀態(tài)由SHL腳來(lái)決定。
晶振電路：主模式下，可由R、C、CR端來(lái)決定時(shí)鐘頻率； 在從模式下，晶振電路的R，C端為懸空狀態(tài)，CR端接高電平。
顯示占空比選擇：顯示占空比靠輸入腳DS1，DS2的狀態(tài)來(lái)決定；在主模式下根據(jù)DS1，DS2腳的設(shè)置來(lái)選擇占空比，有四種占空比1/48，1/64，1/96，1/128可供選擇；在從模式下，DS1，DS2腳與電源VDD相連。
移位時(shí)鐘和相位選擇：PCLK2用來(lái)選擇移位數(shù)據(jù)是在CL2時(shí)鐘信號(hào)的上升沿，還是下降沿移出；數(shù)據(jù)移位方向的選擇由MS，SHL腳來(lái)控制。
PT6808是點(diǎn)陣OLED圖形顯示系統(tǒng)64路列驅(qū)動(dòng)器[3]，它也利用CMOS技術(shù)，并提供顯示RAM、64位數(shù)據(jù)鎖存、64位驅(qū)動(dòng)和解碼邏輯，內(nèi)部顯示RAM用來(lái)存儲(chǔ)由八位微處理器傳來(lái)的顯示數(shù)據(jù)，它根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)生點(diǎn)陣OLED驅(qū)動(dòng)信號(hào)，與PT6807（行驅(qū)動(dòng)器）配合使用。
輸入緩存用來(lái)允許和禁止PT6808，當(dāng)輸入輸出數(shù)據(jù)和指令被執(zhí)行時(shí)，CS1B和CS3必須處于工作狀態(tài)，不論CS1B和CS3處于任何狀態(tài)，RSTB和ADC都可以正常操作，并且內(nèi)部狀態(tài)不會(huì)改變。
輸入寄存器用來(lái)與MPU接口，并臨時(shí)存儲(chǔ)要寫(xiě)入顯示RAM的數(shù)據(jù)，當(dāng)CS1B和CS3處于工作狀態(tài)時(shí)，輸入寄存器通過(guò)R/W和RS來(lái)選定，數(shù)據(jù)通過(guò)MPU被寫(xiě)入輸入寄存器，然后寫(xiě)入顯示RAM中，數(shù)據(jù)在E信號(hào)的下降沿被鎖入，通過(guò)內(nèi)部操作自動(dòng)寫(xiě)入顯示RAM中。
輸出寄存器：當(dāng)CS1B和CS3處于工作狀態(tài)，并且R/W和RS為高電平時(shí)，輸出寄存器用來(lái)臨時(shí)存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)RAM，也即顯示數(shù)據(jù)RAM中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)被鎖存到輸出寄存器。當(dāng)CS1B和CS3處于工作狀態(tài)，R/W為高，RS為低時(shí)，狀態(tài)數(shù)據(jù)（忙檢測(cè)）可以被讀出。
為了讀出顯示數(shù)據(jù)RAM中的內(nèi)容，需要訪問(wèn)讀指令兩次，在第一次訪問(wèn)中，顯示數(shù)據(jù)RAM中的數(shù)據(jù)被鎖存到輸出寄存器中，在第二次訪問(wèn)中，MPU讀鎖存數(shù)據(jù)。這就是說(shuō)，在讀顯示數(shù)據(jù)RAM時(shí)需要一次假讀，但是，在讀狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)不需要假讀。
在本設(shè)計(jì)中有一點(diǎn)很容易被忽視，就是在工作過(guò)程中當(dāng)OLED亮度較高時(shí)，很容易自動(dòng)關(guān)屏，所以在寫(xiě)入數(shù)據(jù)之前應(yīng)該查看該項(xiàng)，若關(guān)屏，則將其打開(kāi)，以保證OLED屏的正常工作。其中判斷是否關(guān)屏，若關(guān)閉則將其自動(dòng)打開(kāi)子程序如下：
  rs     =   0;         // rs為數(shù)據(jù)/指令選擇腳
  r_w    =   1;         // r_w為讀/寫(xiě)輸入腳
  e      =   1;         // e為允許信號(hào)輸入腳
  busy   =   P3;        // P3接數(shù)據(jù)線端口
  e      =   0;
  if(busy&0x20==0x00)   // 若為真，表示已關(guān)屏
  {com=0x3f;            // com為形參
   wr_command(com);}    // wr_command()是寫(xiě)命令子程序
用于無(wú)源驅(qū)動(dòng)OLED的芯片還有臺(tái)灣普誠(chéng)的PT6885，PT6886；以及由晶門(mén)科技有限公司開(kāi)發(fā)出的用于手機(jī)的單色，區(qū)域色，灰階OLED驅(qū)動(dòng)控制器SSD1300，SSD1301，SSD1303等系列驅(qū)動(dòng)器；另外還有上海航天上大歐德科技有限公司研制的國(guó)內(nèi)第一款自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)OLED驅(qū)動(dòng)IC：SC16805，SC16806等。

4．結(jié)束語(yǔ)
目前在OLED的兩大技術(shù)體系中，低分子OLED技術(shù)為日本掌握，而高分子的PLED技術(shù)及專利則由英國(guó)的科技公司CDT掌握；兩者相比PLED產(chǎn)品的彩色化上仍有困難，而低分子OLED則較易彩色化，雖然將來(lái)技術(shù)更優(yōu)秀的OLED會(huì)取代TFT等LCD，但有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù)還存在使用壽命短、屏幕大型化難等缺陷。