OLED显示屏驱动电路的设计

1. 引言 
目前，在光电显示领域，CRT已经走向末路，LCD正处于发展的顶峰时期，与技术成熟、产业链完善、规模庞大的LCD产业相比，OLED还处于发展的初级阶段，它的优势可以从技术与产业两方面来看，在技术上：OLED很薄、很轻，厚度可以做到比LCD薄；由于是不需要背光源的主动发光，所以OLED视角很广，一般认为接近180度；并且具有省电、耐低温特性，在低温下的性能远远优于LCD；响应速度快，图像刷新率几乎是LCD的100至1000倍；除了图像质量的根本性改进外，还具有抗震性好这一特性，这对于便携式设备而言十分有利；不仅如此，由于可弯曲的塑料也可以用作基质材料，所以OLED显示屏的外形不受限制，可以是任何形状，可以放到任意物体的表面。由于使用了新的基质材料，OLED显示屏比目前最薄的薄膜电晶体管（TFT）屏幕还要平整得多。但上述优点在目前上市的采用OLED的电子产品中并没有完全表现出来，许多产品选用OLED，并不是因为上述优点，而仅仅是觉得它清晰度高、色彩艳丽；OLED与LCD将有一个长期共存的阶段，但随着OLED这些优势的逐步实现，OLED将来可以对LCD发起挑战。 产业上：与TFT-LCD动辄数亿美元的投资相比，OLED的投资相对来说则少得多，成本上更具优势。由于自身突出的性能优势，OLED在市场上大受欢迎，从目前的情况来看，一直处于上升趋势。

2. OLED的发光机理
OLED属载流子双注入型发光器件，它利用了电子发光的特性：当电流通过时，某些材料会发光，而且从每个角度看，都比液晶显示器清晰；其发光机理为：在外界电压的驱动下，由电极注入的电子和空穴在有机材料中复合而释放出能量，并将能量传递给有机发光物质的分子，使其受到激发，从基态跃迁到激发态，当受激分子从激发态回到基态时辐射跃迁而产生发光现象[1]。发光过程通常由以下五个阶段完成：
1）载流子的注入：在外加电场的作用下，电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜注入；
2）载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电子输送层和空穴输送层向发光层迁移；
3）载流子的复合：电子和空穴复合产生激子；
4）激子的迁移：激子在电场作用下迁移，能量传递给发光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态；
5）电致发光：激发态能量通过辐射失活，产生光子，释放出能量。
光的颜色与材料有关：一种方法是用小分子层工作，例如铝氧化物；另一种方法是将激活的色素嵌入聚合物长链，这种聚合物非常容易溶化，可以制成涂层。电子流和载流子通常是不等量的，这意味着，占主导地位的载流子穿过整个结构层时，不会遇到从相反方向来的电子，能耗投入大，效率低。

3. OLED无源驱动技术
OLED以驱动方式可分为无源驱动(Passive Matrix，PMOLED)与有源驱动(Active Matrix，AMOLED)两种，OLED的驱动方式是属于电流驱动。无源方式的构造较简单，驱动视电流决定灰阶，主要应用在小尺寸产品上，它的分辨率及画质表现不错，但若要往大尺寸应用产品发展，存在消耗电量大、寿命短的问题，最好采用有源驱动方式，因为有源的电流整流性比无源方式要好，不易产生漏电现象，同时使用低温多晶硅(Poly-Si)TFT技术时，电流可以产生阻抗较低的小型TFT，符合大尺寸、大画面OLED显示器的需求。下面就无源驱动电路进行详细的描述。
OLED显示器是由众多的像素点组成，这些像素点按行、列排成矩阵；显示图像时，按行扫描或按列扫描。本文以行扫描为例，说明无源单色n行m列OLED屏驱动时序关系。若使第x行与第y列交叉的发光元件发光（导通），仅需使列驱动电路的第y列选通开关闭合，输出高电平，并使行扫描电路的第x行输出低电平，屏上的其它发光元件发光原理类同，图3.1是单色n行m列OLED屏扫描原理时序图。
其中TFRM为帧周期，TLINE为行扫描周期，确定了帧频率fFRM后也就确定了一帧的时间500)this.style.width=500;" border="0" />每一行的扫描时间TLINE在帧频确定的情况下是确定的，即500)this.style.width=500;" border="0" />。

500)this.style.width=500;" border="0" />

对于以上所讲的无源OLED显示屏的驱动，主要是采用现有的IC来进行驱动的。本设计的驱动电路是采用台湾普诚的PT6807、PT6808，其中PT6807为行驱动IC，PT6808为列驱动IC。以128X128点阵为例来说明具体的操作，模块接口如图3.2所示：
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PT6807是点阵OLED图形显示系统64路行驱动器[2]，它利用CMOS技术，提供64个移位寄存器和64路输出驱动，PT6807自己产生时钟信号用来控制PT6808列驱动器。
功能描述：
PT6807可以设计为主，从两种模式，为大块OLED驱动显示提供方便；主/从模式选择由控制脚MS来控制，在主模式下，选择MS脚为高电平，输入/输出脚DIO1，DIO2，CL2只作为输出脚来用；在从模式下，MS脚被置为低电平，输入/输出脚CL2作为输入来用，而DIO1，DIO2的状态由SHL脚来决定。
晶振电路：主模式下，可由R、C、CR端来决定时钟频率； 在从模式下，晶振电路的R，C端为悬空状态，CR端接高电平。
显示占空比选择：显示占空比靠输入脚DS1，DS2的状态来决定；在主模式下根据DS1，DS2脚的设置来选择占空比，有四种占空比1/48，1/64，1/96，1/128可供选择；在从模式下，DS1，DS2脚与电源VDD相连。
移位时钟和相位选择：PCLK2用来选择移位数据是在CL2时钟信号的上升沿，还是下降沿移出；数据移位方向的选择由MS，SHL脚来控制。
PT6808是点阵OLED图形显示系统64路列驱动器[3]，它也利用CMOS技术，并提供显示RAM、64位数据锁存、64位驱动和解码逻辑，内部显示RAM用来存储由八位微处理器传来的显示数据，它根据存储数据产生点阵OLED驱动信号，与PT6807（行驱动器）配合使用。
输入缓存用来允许和禁止PT6808，当输入输出数据和指令被执行时，CS1B和CS3必须处于工作状态，不论CS1B和CS3处于任何状态，RSTB和ADC都可以正常操作，并且内部状态不会改变。
输入寄存器用来与MPU接口，并临时存储要写入显示RAM的数据，当CS1B和CS3处于工作状态时，输入寄存器通过R/W和RS来选定，数据通过MPU被写入输入寄存器，然后写入显示RAM中，数据在E信号的下降沿被锁入，通过内部操作自动写入显示RAM中。
输出寄存器：当CS1B和CS3处于工作状态，并且R/W和RS为高电平时，输出寄存器用来临时存储显示数据RAM，也即显示数据RAM中的存储数据被锁存到输出寄存器。当CS1B和CS3处于工作状态，R/W为高，RS为低时，状态数据（忙检测）可以被读出。
为了读出显示数据RAM中的内容，需要访问读指令两次，在第一次访问中，显示数据RAM中的数据被锁存到输出寄存器中，在第二次访问中，MPU读锁存数据。这就是说，在读显示数据RAM时需要一次假读，但是，在读状态数据时不需要假读。
在本设计中有一点很容易被忽视，就是在工作过程中当OLED亮度较高时，很容易自动关屏，所以在写入数据之前应该查看该项，若关屏，则将其打开，以保证OLED屏的正常工作。其中判断是否关屏，若关闭则将其自动打开子程序如下：
  rs     =   0;         // rs为数据/指令选择脚
  r_w    =   1;         // r_w为读/写输入脚
  e      =   1;         // e为允许信号输入脚
  busy   =   P3;        // P3接数据线端口
  e      =   0;
  if(busy&0x20==0x00)   // 若为真，表示已关屏
  {com=0x3f;            // com为形参
   wr_command(com);}    // wr_command()是写命令子程序
用于无源驱动OLED的芯片还有台湾普诚的PT6885，PT6886；以及由晶门科技有限公司开发出的用于手机的单色，区域色，灰阶OLED驱动控制器SSD1300，SSD1301，SSD1303等系列驱动器；另外还有上海航天上大欧德科技有限公司研制的国内第一款自主知识产权OLED驱动IC：SC16805，SC16806等。

4．结束语
目前在OLED的两大技术体系中，低分子OLED技术为日本掌握，而高分子的PLED技术及专利则由英国的科技公司CDT掌握；两者相比PLED产品的彩色化上仍有困难，而低分子OLED则较易彩色化，虽然将来技术更优秀的OLED会取代TFT等LCD，但有机发光显示技术还存在使用寿命短、屏幕大型化难等缺陷。