OLED驱动控制（共5篇）
OLED驱动控制 篇1
引 言
近眼显示装置( Near Eye Display,NED) 通过微型图像源( Image Soure) 将视频电信号转换成光信号,经过光学系统后得到一个放大的虚像,供人们观看。NED在可穿戴计算,虚拟现实,航空飞行,医疗助残等领域有着深入而广泛的应用。由于近眼显示装置要求图像源具有重量轻,体积小,功耗低,大视角,高分辨率等特点,因此主要采用硅基微显示器来实现。现阶段硅基微显示器件主要包括透射式硅基液晶、反射式硅基液晶( LCo S) 、高温多晶硅液晶( HTPS-LCD) ,硅基OLED( OLEDo S) 三种。它们都是成熟的硅工艺与LCD技术或OLED技术相结合,集成度高,但又各有优缺点。透射式LCo S硅基液晶采用透射式底背光,亮度可调,光路结构紧凑,可靠性高,但对比度低,视角窄; 高温多晶硅液晶具有透射式LCo S硅基液晶的优点,且对此度更高; 反射式LCo S硅基液晶集成度高,TFT不在显示面,开口率高,但需要特殊的光学元件来提供外界光源,体积不易做小,会增加近眼显示装置的体积、重量; 硅基OLED采用主动发光器件,光源利用率高、视角大、响应快、低温可正常发光显示、功耗低,但亮度提高困难。
本文介绍一种基于MICROOLED公司OLED微显示器的近眼显示器图像源,重点研究其驱动控制和亮度调节方式。
1 图像源系统框图
近眼显示器图像源电路主要包含OLEDo S微显示器和显示接口控制电路两个部分。微显示器是图像源系统的核心部分,在显示器上集成了OLED像素矩阵和相应的驱动电路和控制电路。
接口控制电路的主要功能是完成控制处理电路和微显示器之间的有效衔接,提供微显示器显示时所需要的视频数据信号,时钟和行场同步控制等驱动信号。显示接口主要模块包括: DVI视频解码电路、FPGA控制电路和电源模块。其系统结构方框图如图1所示。
2 OLEDoS 微显示器
OLEDo S微显示器是属于有源有机发光二极管( AM-OLED) 中的一种。它将OLED和显示驱动电路整合在一起,在同一个芯片上集成了像素有源矩阵、控制电路、相关的显示驱动电路、接口电路和其他的功能部件,能够完成多种功能,实现了器件的多功能化和小型化,有效的降低了系统的功耗、面积。
本图像源采用的OLEDo S型号为MDP02BP[1],是法国MICROOLED公司研制的一款具有高亮度和高对比度的微显示器。分辨率1280×1024,对角线0. 61吋。采用10 bit、四路视频信号输入,单色绿显示,像素量达5. 4 M,内嵌EEPROM,可对视频信号进行调节以达到优质的图像效果。可用于医疗、军事显示应用。
OLEDoS微显示器内部包含一个10位DAC以及一个同步的10位计数器,视频数据以数字形式输入到水平移位寄存器内,与10位计数器进行比较,产生列控制信号,选择与之对应的电压信号进行采样,然后通过采样保持电路输入到像素阵列,以调节驱动OLED的电流范围。同时内置了EEPROM,通过I2C接口,可以实现对视频信号进行补偿调整、对显示器进行温度检测等功能。
3 DVI 视频解码电路
DVI视频解码电路用于解码外部输入的DVI信号。图像源接收符合VESA标准的1280×1024@60Hz DVI单路视频信号,通过专用解码芯片将DVI信号转换成TTL电平的数字信号,传输给FPGA进行后续处理。本系统选用Silicon Image公司的具有集成均衡器的DVI解码器Si I1161,均衡系数可通过片上I2C接口编程,能够满足DVI信号因长距离传输或恶劣电磁环境下造成信号畸变时仍能保持稳定显示的要求。
4 FPGA 控制器
采用Altera公司的Cyclone Ⅲ FPGA作为主控芯片,型号为EP3C25U256I7N[2],它拥有丰富的逻辑单元和内部存储器。由它构成的SOPC( System On Programmable Chip) 作为逻辑控制电路具有高度的设计灵活性和弹性。
在图像源中,FPGA完成显示控制,通过多种接口对整个电路系统的电源、工作环境温度等进行控制管理,完成对DVI解码器内的均衡器设置,对OLEDoS的相关寄存器进行配置等功能。显示控制实现包括生成内部测试信号,外部视频信号检测与视频切换,视频信号处理及Gamma校正,时序控制等; 系统管理用来设置四路输入视频信号的通断,从而调节显示亮度。
4. 1 内部测试信号发生器
利用FPGA的逻辑单元产生符合VESA标准的60 Hz,UXGA测试视频信号,视频图像为从左到右的灰阶条。
4. 2 外部视频信号检测与视频切换
检测从Si I1161来的数字视频的时序信号,根据计数点时钟频率和行时钟频率来判断外部视频是否为60Hz UXGA格式的标准视频信号,检测的结果与SiI1161的同步侦测信号SCDT相“与”,作为外部视频有效标记。根据外部视频有效标记,切换外部数字视频和内部测试视频。使系统在无有效的外部视频信号时能够显示内部产生的灰阶条。
4. 3 视频信号处理及 Gamma 校正
外部视频信号为一路8bit数据,OLEDo S的输入视频信号为四路10bit数据。两者之间需要作适当的变换。通过可编程的查找表( LUT) 来作视频数据变换,LUT的地址是输入8bit视频数据,输出数据是10bit的经过校正的视频数据。LUT是一个双端口存储器,FPGA内的Nios Ⅱ软核可以对其进行实时更新。这样通过对LUT的各个地址x及地址中的数据f( x) 进行设置,来完成Gamma校正。
Gamma校正公式: f( x) = 1023X( x /255)r
x为输入8 bit视频,f( x) 为输出10 bit视频,r为Gamma值。
4. 4 时序控制电路( TCON)
TCON电路的基 本功能是 提供微显 示器MDP02BP所需的控制时序信号。由于符合VESA标准的视频信号无法直接驱动MDP02BP,因此要利用FPGA将符合VESA标准的1280×1024分辨率的视频时序信号进行处理和变换。电路图如图3所示。以满足MDP02BP的如图4所示的时序要求。
5 电源模块
电源模块将输入的12 V电源,转换成系统所需要的各种电压。主要分为两个部分的电压转换电路: 屏驱动电压( 驱动芯片控制电路工作电压VDD,芯片像素阵列供电电压VDDA、OLED共阴极电压VCOM) 和FPGA供电电压电路。其中VCOM电压是设定OLED面板的共阴极电压,一般而言是个直流负电压,可设计成可调整的VCOM以满足面板亮度特性。
6 OLED 的亮度调整
OLED调亮技术主要可以分为四种: 电压编程调亮,灰阶变换调亮,面积比例调亮与时间比例调亮。其中,电压编程调亮是通过调节VCOM阴极驱动电压来实现,调节幅度较大,是调亮的主要手段。灰阶变换是将输入的8 bit灰阶信号加上4级亮度值变换成10 bit的OLEDoS输入信号,从而达到灰阶调亮的目的。面积比例调亮是用亚像素的亮灭进行空间亮度调节。时间比例调亮是以像素亮灭配合帧频变换的方式对显示亮度进行变换调节。将多种调亮方式综合,可以更好的实现OLED的调亮。调亮比可达30000∶1。
6. 1 电压编程调亮
如图5所示,VCOM共阴极电压越大,OLEDo S亮度值越大。在电路中可以通过调整VCOM电压值,达到改变显示屏亮度值的效果。在实际电路设计中选用TPS63700[3]+ DAC8311[4]+ ADG884[5]芯片组合产生可调VCOM电压。其中TPS63700是反相的DC-DC转换器,2. 7 V至5. 5 V的电压输入,输出负压最大到 - 15 V电压,总效率高达84% ,封装仅为3 mm×3 mm。DAC8311是14 bit单通道、低功耗、高线性度的DAC转换芯片,通过工作频率高达50 MHz的三线式SPI串行总线接口编程,可输出0 ~ 5 V的模拟电压。FPGA内的NIOS Ⅱ软核通过SPI接口设定DAC8311的输出电压,从而改变阴极电压VCATH。为了减轻阴极电压大幅度变化而引起的OLED颜色的变化,通过PWM-EN控制二选一IC芯片ADG884,将VCATH电压转换成脉冲电压VCATH-OUT。具体电路参见图6。值得注意的是VCOM电压不能无限加大,否则会对OLEDo S寿命造成损耗。
6. 2 灰阶变换调亮
DVI解码芯片Si I161输出8 bit视频信号,而OLEDo S输入为10 bit视频信号。FPGA的视频信号处理模块需对视频信号进行算法处理,增加2 bit调整位。从而实现视频信号的灰阶变换调亮。
图7为OLEDo S数据处理示意图,输入8 Bit视频数据,经过查找表调整,输出10 Bit图像数据。两种图像数据的灰阶数差距为22倍,即4倍的灰阶数差异。将2 bit亮度数据融合到8 bit视频数据中,在不牺牲可显示的灰阶数的情况下,使调亮等级增加4倍。
6. 3 面积比例调亮
MDP02BP微显示屏每个像素单元中包含了上下左右2×2个亚像素点。4个亚像素点均可独立驱动。在屏显示驱动电路中,每个像素时钟内,图像数据以像素单元为单位,4个亚像素点同步传输。对于单色MDP02BP,四个亚像素点亮度等级一致,独立驱动每个亚像素点的显示或者关闭,即可实现4个不同的亮度等级。如图8所示。
7 图像源的主要性能指标
我们对OLEDoS图像源的显示性能指标进行了测试分析,测试结果如表1所示。目前像源的最高亮度可以达到8 200 cd /m2,在此亮度下的对比度为310: 1,功耗为1. 2 W。同时作为对比,给出了目前常用的LCD像源的性能指标。与LCD相比,OLEDoS像源的亮度还有一些差距,但是具有极低的功耗,符合近眼显示对低功耗的要求。
作为近眼显示应用,像源的视角特性是一个重要的考察指标,我们进一步测试了OLED像源在不同视角下的对比度情况,性能如图9所示,像源在上下和左右各60°的范围变化时,对比度从320∶1降低到300∶1,基本没有变化,展示了较好的一致性。相同测试条件下LCD像源对比度从330∶1降低到10∶1左右,视角展示了较大的变化,如图9所示。同时在±15度时,对比度只有150∶1左右,此时的对比度已经严重影响显示效果。
8 结 论
利用MICROOLED公司OLED微显示器件,采用本文介绍驱动控制电路开发了一款适用于近眼显示的图像源。产品图片如图10。通过对OLED图像源性能测试分析,与LCD像源相比,其具有更好的视角特性,在±60°的视角范围内,其对比度保持在300∶1以上,且具有功耗更低,自发光,快速响应,低温下无需加热的优点。表明其主要性能满足近眼显示系统对像源要求。
OLED驱动控制 篇2
有机发光显示器（Organic Lighting Emitting Display，OLED）是指有机半导体材料在电场作用下发光的技术，OLED为全固态结构，主动发光，无需背光源，被业内人士称为“梦幻般的显示技术”，是最有发展前景的新型显示技术之一，也是国际上高技术领域的一个竞争热点。与液晶显示器（LCD）相比，OLED具有许多优点，如高亮度、高对比度、超轻期薄、响应时间短、无视角限制、低功耗、抗震性能好、工作温度范围宽、能实现柔软显示等。根据驱动方式不同，OLED可分为2种，一种是无源驱动型OLED（PMOLED），一种是有源驱动型OLED（AMOLED）。目前，全球中、小尺寸PMOLED技术现已成熟，产品主要应用于手机副屏、MP3、仪器仪表等，预计未来全球PMOLED的年出货量将维持在5000万支左右。AMOLED显示市场也呈现出强劲的发展势头，中小尺寸的AMOLED技术日益成熟，诺基亚、LG、三星已推出了多款AMOLED屏手机，索尼、LG也都相继推出了其AMOLED电视。三星移动显示(Samsung Mobile Display)部门科技长Sang-Soo Kim
在2010年5月25日由信息显示学会(Society for Information Display，SID)所举办的年会上发表主题演讲时指出，AMOLED可望在2015年成为大尺寸电视机的主流技术。Kim表示，AMOLED可望继LED、3D技术之后成为电视机市场的成长动能来源，届时采用的生产线将由目前的4.5代跃升至8代。在移动显示应用方面，Kim预估OLED的渗透率将由2010年的8.2%跳升至2015年的53%。由于具有可大面积成膜、功耗低等特性，OLED还是一种理想的平面光源，在节能环保型照明领域具有广泛的应用前景。随着技术的不断成熟，OLED照明市场现在已经开始启动，国外3大照明公司欧司朗（OSRAM）、飞利浦（Philips）、通用电气(GE)都有OLED照明的量产计划。根据权威市场调研机构Display Search2009年 发布的数据预测，预计2016年OLED在显示领域的产值将达到87亿美元，在照明领域的产值将达到60亿美元。实现大尺寸OLED技术的突破和产业化是未来OLED产业的发展趋势 目前全球OLED技术较为发达的国家和企业都给予OLED产业充分的重视比如日本、韩国等国政府都给予了本国OLED产业巨大的支持；全球显示领域的主要企业，如三星、LG、索尼等均对OLED技术及其未来应用十分重视，投入巨资进行技术和产品开发并取得了 初步成果，并试图通过掌握核心技术来推动本国OLED产业的迅猛发展。
二、我国OLED产业发展现状
我国从20世纪90年代开始进行OLED材料、器件以及量产工艺的研发。在过去几年里，我国OLED技术研究水平上升很快，介入的科研机构和企业也越来越多，主要包括清华大学、华南理工大学、吉林大学、上海大学、南京邮电大学、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、中科院化学所、昆山维信诺显示技术有限公司（以下简称“维信诺公司”)、四川虹视显示技术有限公司、彩虹集团、上海天马微电子有限公司、京东方科技集团股份有限公司、广东中显科技有限公司等。其中，以清华大学和维信诺公司为代
表的一批科研院校和企业通过不断创新实现了多项OLED技术的突破，使我国OLED整体技术达到国际先进水平，并且在多项关键技术方面达到了国际领先水平，例如清华大学成功解决了高亮度、抗电磁干扰、抗震动和抗力学冲击等关键技术问题，将OLED经过多年的不懈努力，我国OLED产业实现了全套量产工艺的开发，大规模产业化由理想变为现实。清华大学和维信诺公司、四川虹视显示技术有限公司、彩虹集团也相继投建了PMOLED生产线，并且已经取得了阶段性的成果。例如，2008年，清华大学和维信诺公司依靠自主技术建设的国内第一条PMOLED大规模生产线在江苏昆山建成投产，标志着中国新型平板显示技术领域通过多年的自主创新，已取得重大突破，显示产业由“中国制造”开始走向“中国创造”。发展大尺寸AMOLED、OLED照明、OLED柔性显示是未来全球OLED产业发展的重点和热
点。在OLED柔性显示方面，清华大学和维信诺公司对柔性OLED材料、器件结构及基板技术进行了系统研究，制备了基于塑料基板的柔性OLED显示器件及照明器件，并采用特殊的表面平整化技术和透明电极结构设计，制备了基于不锈钢基板的红、绿、蓝柔性OLED器件；苏州大学和华南理工大学也推出了柔性OLED显示器件。在照明领域，清华大学、维信诺公司、苏州大学、吉林大学、华南理工大学、中国科学院理化技术研究所、中科院长春应用化学所等都在开展OLED白光技术的研究。由清华大学和维信诺公司开发出的OLED白光照明器件在1000cd/m2初始亮度下，寿命超过10万h，为国际最高水平之一。2009年，维信诺公司率先在国内推出了OLED照明灯具，也是国际上继欧司朗光电半导体公司后推出OLED照明灯具的单位之一。维信诺公司计划在2～3年内实现OLED照明产品的大规模生产。在中大尺寸AMOLED方面，维信诺公司、上海天马微电子有限公司、彩虹集团、京东方科技集团股份有限公司、四川虹视显示技术有限公司等国内多家企业都在开展AMOLED技术和产业的布局。维信诺公司与昆山工研院共同合作于2010年5月建成了大陆第一条AMOLED中试生产线，并计划在未来的两三年内实现大尺寸AMOLED的规模化生产。未来中国本土生产的OLED显示屏将不仅能用在手机、MP3等中小尺寸产品上，还可将触角延伸至笔记本电脑甚至是高清彩电等更广阔的领域。
在全球OLED技术竞争加剧和加速产业化的背景下，我国OLED产业的发展正处于前所未有的战略机遇期。未来中国OLED产业要与全球OLED产业齐头并进，必须要充分发挥企业、科研院所和政府的作用。企业应把自主创新、增强企业的核心竞争力放在首位；科研院所 在重点进行创新成果研发的同时，要更关注创新成果的转化；政府则应从战略的高度重视OLED技术及产业，大力支持重点企业。最终，通过产学研政合力抢占全球OLED产业发展的制高点。及早介入占领高端历史上我国显示产业两次错失发展良机，而OLED技术带来了新的机遇。我国在OLED技术研发和产业化方面与国际基本同步，这为我国OLED产业的进一步发展创造了机会。技术和产业化成绩的取得并不意味着中国OLED产业的发展可以高枕无忧。相反，作为一项新兴产业，OLED还面临很多风险和挑战。成熟期的TFT-LCD产业对新兴的OLED产业的打压、国际产业发展制高点的白热化竞争使我国OLED产业发展面临行业挑战和国际竞争的双重挑战。因此，我国OLED产业发展的时机就显得尤为重要。
TFT-LCD产业的发展经验表明，一旦技术的产业化可行性得以证明，越早介入产业，越容易形成技术路线、标准锁定和拥有排他性的知识产权，从而占领价值链的高端位置。现在我国已经实现了小尺寸OLED技术的大规模产业化，未来OLED产业需要加速推进在大尺寸等前沿领域的产业化进程，在整体市场供不应求的情况下获得良好的利润收益，步入良性发展的轨道。以 4.5代AMOLED生产线为例，若2013年以前能够建成，预计投资人民币50亿元，产值将达到约60亿元，投资者可利用回笼资金推动产业滚动持续发展。如果相反的话，投资和生产线建设延迟，将有可能陷入到成本竞争、价格下降、利润下滑、投 资回报慢的境地，进而严重影响投资者信心和企业的后期发展。
自主创新为核心动力今后，我国的OLED产业要想赢在全球产业发展的起跑线上，必须抓住全球OLED产业起步这一重要的机遇期，把自主创新作为产业发展的核心动力，充分 调动产学研政各方面的作用，合力推动产业的发展。为此建议如下：
第一，要增强依靠创新发展产业的信心，从源头重视创新。在发展OLED这一新兴产业的进程中，需要树立依靠自主创新发展产业的信心，结合OLED产业发展的具体实际情况，从技术和产业发展的源头上进行创新，建立完善的创新
第二，发挥科研院所的作用，注重创新成果的转化。科研院校在基础性原始创新、高新技术与应用技术研发和科技人才培养中扮演着重要的角色。目前，国内有很多高校和科研院所都在进行OLED相关技术的研究，并取得了一系列成果。今后应进一步发挥科研院所在OLED产业发展中的作用，正确处理好基础研究和应用研究的关系，建立良好的创新成果转化机制，充分发挥科研院所和企业在技术创新和产业发展中的作用。
第三，将OLED产业发展上升到国家战略层面。OLED产业在国际范围内的竞争已不单是企业间的竞争，更体现为国家间的竞争。未来应将OLED产业的发展纳入国家战略，从最高层面设计我国OLED产业化的道路，制定OLED产业发展国家战略和计划，多部门政策联动，出台明确、更具操作性的支持计划，引导产业整体发展方向和发展模式，成立国家层面的专家委员会。
第四，建立国家级的创新平台，加大OLED在大尺寸、照明、柔性等核心前沿技术的布局。第五，政府以适当的方式解决企业产业化的投资需求，培育出具有国际竞争力的领军企业，打造完善产业链。要实现我国OLED产业的跨越式发展，单纯依靠个别企业的努力很难带动 整个产业的快速发展。因此从宏观层面上对整个OLED上下游的布局异常重要。建议制定引导性关键技术计划，在科学论证、统筹规划的基础上，加强对OLED产业的宏观调控措施，培育OLED上游原材料和设备产业的发展，催生国内OLED产业链的成熟。
中国OLED联盟在惠州成立为有效整合产业资源加快突破核心技术加强行业交流与协作提升产业整体实力共同促进我国产业持续健康发展在工业和信息化部国家发展改革委的指导下经过年多时间的酝酿筹备由国内家企事业单位共同发起的中国产业联盟于今年月日在广东惠州正式宣布成立工业和信息化部杨学山副部长广东省佟星副省长国家发改委高技术产业司李新副处长惠州市有关究成的有机领导以及联盟成员单位代表参加了中国产业联盟成立大会相关兄弟协会及企业媒体等各界嘉宾共百余人共同见证了这一重要时刻中国产业联盟是由积极投身于产业从事产品及应用的研究开发制造服务的企事业单位及有关机构自愿组成的非营利性的全国性社会组织家发起单位涵盖了有机材料专用装备显示器件整机应用等在内的全产
成立大会上四川长虹电器股份有限公司董事长赵勇作为联盟联合主席之一代表联盟宣读了成立宣言向社会承诺联盟将以推动中国OLED产业进入世界先进水平为己任整合国内产学研各方面资源聚集材料装备器件整机全产业链优势合理布局统筹开展核心技术
研发做好上下游配套构建完善的标准和知识产权体系引领未来显示技术进入千家万户。彩虹筹建4.5代QLED试验线在三星电子投资21亿美元建设的5.5代AM-OLED面板生产线提前量产后国内OLED行业的追赶步伐也在加快6月9日彩虹股份发布公告称其控股子公司彩虹(佛山)平板显示有限公司拟自筹3.15亿元资金建设AM-OLED面板中试线项目并拟发行16亿元短期融资券据悉作为全国最大的显像管厂商彩虹集团早在2004年香港上市后就筹备战略转型彩虹股份此前多次融资投资了合肥和张家港的第6代液晶玻璃基板项目加上之前在咸阳投资的第5代液晶玻璃基板项目彩虹集团在液晶玻璃基板领域的投资显然已经有了不错的效果而今年彩虹股份还与佛山市顺德区诚顺资产管理有限公司签署合资协议共同出资设立彩虹(佛山)平板玻璃显示有限公司(以下简称佛山玻璃公司)投资建设8.5 代液晶玻璃基板生产线项目期待为广州LGD或深圳的华星光电进行玻璃基板项目的配套市场调查机构Displaysearch大中华区副总裁谢勤益透露液晶玻璃基板特别是高世代液晶玻璃基板的技术门槛很高彩虹此前的5代液晶玻璃基板的良品率都偏低
彩虹股份公司董事会认为建设中试线项目符合公司发展战略可提升公司在业内的龙头地位同时该项目的建设可减少代生产线投资的技术产品和市场风险彩虹集团在佛山的三期项目
计划总投资将超过亿元可见其在上的决心不过谢勤益表示在大尺寸面板的核心技术领域三星电子有着明显的优势而且绝对不会出让技术所以彩虹等国内企业要
想有所突破很难而且中国企业很容易陷入液晶面板领域被动追赶的局面而为了缩小与三星的差距包括长虹彩虹在内的家国内厂商月初在惠州成立了中国产业联盟试图通过联合 研发来追赶三星等韩国厂商不过三星电子的第代线面板试验线已经在建设中中国企业 这次能追上吗
三星抢占高地
在三星电子苏州代液晶面板生产线举行开工仪式后一天月日三星移动显示公司三星电子与三星的合资公司宣布其在韩国投资21亿美元建设的5.5代有机电子发光面板生产线已提前两个月进入量产更令液晶面板界恐慌的是6月2日三星移动显示宣布其第8代AM-OLED面板试验线将于明年月投入使用可以切割英寸英寸等大尺寸面板三星计划将面板的使用领域从智能手机平板电脑延伸到电视等领域OLED面板其未来3-4 年在大尺寸OLED领域的投资总额有望超过千亿元。三星电子的5.5代OLED面板生产线投产是确实的但其8代OLED线能否产业化还是个未知数国内液晶面板企业京东方副总裁张宇在接受电话采访则表示但是我们比较清楚的就是其原来提出的10代 11代液晶面板生
产线计划纯粹是忽悠人的据悉三星电据悉三星电子之所以之前宣布跟进夏普的10代线计划其实是为了在其拥有绝对技术优势的OLED大尺寸研发上赢得时间。也是为了让中国大陆和台湾地区的液晶面板生产商愿意继续投资高世代液晶面板从目前来看这一声东击西的战略已经起到了效果谢勤益指出目前在大尺寸AM-OLED面板领域即便是LG电子也无法取得突破而三星电子已成功将高世代液晶面板的投资转移到中国苏州等地今年5月还大幅削减与索尼的液晶面板合资公司S-LCD的资本金显然三星电子在下一代显示技术领域已经占据了高地
2.液晶面板业危机
目前大尺寸OLED面板技术还有很多技术瓶颈良品率的提升基板工艺过于昂贵使用寿命还有待提高等谢勤益介绍第八代OLED面板工厂只要能达到七成左右的良品率 OLED价格就可降到与液晶面板相抗衡目前OLED良品率还不到50% 三星预测最早2013-2014年
可以实现良品率70%的目标随着良品率提高三星电子还计划在试验线中将昂贵的低温多晶硅基板工艺换成下一代工艺甚至计划将已折旧完毕的八代液晶面板厂改装生产OLED 将成本进一步降低至液晶面板的45%三星电子有关人士向记者透露与高世代液动辄40亿美元的投资规模相比在现有8代线基础改造每条8代OLED面板生产线的成本要减少到1
亿美元台湾工研院的一份研究报告指出一旦三星(基板尺寸为2.2m 2.4m)OLED生产线投产台湾的板行业将面临灭顶之灾总产值上兆元雇用数十工的产业将灰飞烟灭耗资千亿元的精密设备顿时铁加上数千亿元的银行贷款变为呆账同样的危机也在影响着大陆的面板行业因的高世代液晶面板生产线完全投产都需等到2012年其资产折旧还需要6-7年时间一旦大尺寸OL技术取得突破国内面板行业的压力可想而知不过张宇表示三星刚刚在苏州投资了7.5代线大陆的液晶面板行业至少还有一个资产折旧周期的好日子所以不要过度担心OLED技术的冲击但是5代以下的液晶面板生产线可能在短期内就会受到冲击三星在大尺寸OLED领域的技术优势非常明显台湾及其他面板商要想通过购买技术专利来进
入这一高门槛领域非常艰难虽然台湾和大陆很多企业都杀入了小尺寸OLED面板领域但 是在大尺寸领域要想突破依然很难友达全球执行副总彭双浪说不过下游的苹果等平板电脑巨头也不希望三星在OLED领域一家独大所以台湾企业还是有机会的中国大陆的彩虹集团长虹集团上海天马等已经开始在OLED领域布局而京东方也计划投资建设小尺寸的OLED面板生产线但均为4代以下
OLED驱动控制 篇3
有机发光显示器(OLED)具有对比度高、亮度高、能耗低、视角宽、响应快、工艺简单、小薄轻、全彩坚固等优点,是当今平板显示领域研究的热点。OLED在手机、掌上PDA、数码产品、车载设备、电视以及军事仪器仪表等方面的高质量显示中应用前景广泛。
OLED通过包含R,G,B三基色的OLED亚像素组成基本彩色像素单元。OLED显示器的驱动方式分为无源驱动(Passive Matrix, PM)和有源驱动(Active Matrix, AM)。PM-OLED结构简、成本小、价格低主要用于低质要求的简单信息显示。AM-OLED适用于信息含量大、分辨率高的全彩色高品质画面显示设备。AM-OLED显示屏应用多晶硅薄膜晶体管(p-Si TFT)将外围驱动电路集成在其周边,使每一个像素都保持选通并由TFT驱动点亮,又称TFT-OLED[1]。
虽然TFT-OLED显示技术在相关器件的稳定性和可靠性方面取得了一些成绩,但其配套驱动电路的开发还相对较少,市场的专用驱动芯片品牌稀少,品种单一,价格昂贵。因此如何基于现有较为成熟完善的TFT-LCD驱动芯片进行改进设计,并将其运用于TFT-OLED的驱动现实中具有重要的现实意义。
本文设计了基于FPGA和TFT-LCD芯片的外围驱动电路,实现了AM-OLED的64×3×80显示屏的彩色图像显示。
1 AM-LCD驱动原理
LCD的工作机理是: LCD加载外电场时,液晶分子方向布局的改变引起通透光透过率的变化,其外部表现为显示屏的亮度变化。图1是AM-LCD像素驱动电路原理。扫描线端口输入高电平启动开关管T,与此同时,数据线端口同步输入相应的数据电压信号,驱动点亮像素并向电容C充电。当扫描线端口换接低电压时T截止,像素靠电容C放电维持透光[2]。TFT-LCD矩阵采用逐行扫描方式工作。
2 AM-OLED驱动原理
图2所示为AM-OLED像素驱动原理图。与图1相比,图2中多了一个晶体管T2,扫描线端口输入高电平启动开关管T1,与此同时,数据线端口同步输入相应的数据电压信号,一方面向电容C充电,另一方面控制流过T2的电流的大小。当扫描线端口换接低电压、T1截止时,由电容C为T2管提供栅极电压,通过控制T2的漏极电流,可以维持像素发光并调节亮度[1]。
R,G,B三基色OLED像素需要进行白平衡亮度调节来实现彩色显示[3]。表1中是白平衡时实测的3种颜色OLED的工作范围和驱动电路数据线的输入电压范围。
OLED被施加外电压负荷时,从“+”“-”极进入的电子与空穴相遇并激发发光分子,经辐射弛豫发出可见光。图3为OLED的R像素的V-L(电压-亮度)和V-J(电压-电流密度)关系曲线,从中可以看出,OLED中L-V不呈线性比例,因此在图像数据编码时不能通过调节电压来改变其发光亮度。但是OLED作为一种电流型半导体发光器件,它随电流变化较为稳定,L-J大致成正比例关系。通过控制流过OLED的电流可以改变OLED像素的亮度,从而实现彩色AM-OLED显示[4]。
3 OLED驱动电路设计
3.1 显示屏驱动原理
AM-OLED显示屏显示方式为逐行扫描,通过把行、列扫描驱动电路集成到AM-OLED显示屏周边,达到精简结构、减少引线的目的。AM-OLED显示屏原理如图4所示。驱动电路在行、列扫描有效时为各个像素提供相应的驱动电压,即产生行、列驱动移位脉冲和移位起始脉冲[5]。
3.2 驱动芯片选择[2]
用LCD驱动芯片实现OLED的驱动,必须满足以下要求:LCD显示屏和OLED显示屏的驱动原理相似;LCD驱动芯片的驱动能力符合OLED显示屏对驱动电路的要求。图1和图2表明LCD和OLED显示屏都是有源矩阵结构,采用逐行扫描的动态驱动,驱动原理类似。LCD的驱动芯片常用的是SUMSUNG公司开发的行驱动芯片S6C0655和列驱动芯片S6C0671,这两种芯片的相关参数均能满足OLED显示屏对驱动电路的要求。
3.2.1 列驱动芯片S6C0671
图5是列驱动芯片S6C0671的内部逻辑结构。该芯片主要由64 bit移位寄存器、数据控制器、数据寄存器、数据锁存器、D/A转换器、数据输出缓冲器组成。
Y001-Y384为输出驱动端口,每个管脚输出64级灰度。每个彩色像素由3个R、G、B子像素组成,每个子像素由一个管脚单独控制,每个像素有256级灰度,这样,可显示16 777 216种颜色;SHL控制数据位移方向,当其为高电平时,DIO1为初始脉冲输入端,DIO2为初始脉冲输出端,输入数据方向由Y001 向Y384。当其为低电平时则相反;POL是极性输入端口,当其为低电平时,所有奇数列输出电压范围是VGMA1～VGMA9,所有偶数列输出电压范围是VGMA10～VGMA18 ,当其为高电平时,奇偶数列情况颠倒;CLK1脉冲用于锁存数据;CLK2脉冲用于将数据输入到数据存储器中;VDD1用于逻辑电压的输入;VDD2用于驱动电压的输入。
3.2.2 行驱动芯片S6C0655
S6C0655是SUMSUNG公司开发的TFT液晶显示器行驱动芯片,内部逻辑结构如图6所示。该芯片由128 bit移位寄存器、输出端状态控制器、输出缓冲器组成。
S6C0655有2种输出模式,当120/128端为低电平时,芯片为128路输出模式;当120/128口为高电平时,芯片为120路输出模式(其中G061～G68空置)。U/D是移位方向控制端,当端口为高电平时,移位方向是:初始脉冲→DI/O→G001→G002→…→G127→G128→DO/I;当端口为低电平时则相反。CPV是移位时钟输入端,移位寄存器由CPV上升沿触发。
3.3 驱动电路设计
OLED驱动电路的基本原理是:当行选通信号处于使能状态期间,列驱动芯片S6C0671中的数据线块依次呈选通状态,在此期间外部不同的电压水平数据轮番施加在各个OLED像素电路上,从而导致流过OLED的电流也呈现波动状态,最终实现显示屏亮度显示差异。
基于以上论述,选用FPGA控制器、驱动芯片S6C0671和S6C0655、外围电路(由译码器、锁存器等组成)构成AM-OLED驱动电路,其原理图如图7所示[6]。
在图7驱动电路原理图中,FPGA控制器是电路的核心,提供E2PROM,外围电路,S6C0655和S6C0671所需的控制信号,并完成数据的传输,工作流程如图8所示。
电路工作时,FPGA从E2PROM中读取X字节数据经外围电路传给S6C0671,S6C0671芯片将数据存储在数据寄存器中,FPGA控制S6C0655发出行扫描信号和Block信号,并给S6C0671输人CLK1, CLK1上升前沿到来,数据寄存器中数据被锁存并经D/A转换后经输出缓冲器传输给显示屏,即完成了一帧的显示,这个过程周而复始即形成了连续的显示画面[7]。
4 结语
本文基于OLED的应用情况,对AM-LCD和AM-OLED的驱动原理进行了深入的阐述,并结合理论进行了基于TFT-LCD芯片的AM-OLED驱动电路设计。本文对基于现有成熟完善的TFT-LCD驱动芯片进行改进应用于TFT-OLED的电路驱动设计方面具有一定的参考价值。
通过本文的分析研究,TFT-LCD驱动芯片经以少许改动后可以方便的应用于AM-OLED显示屏的驱动电路中。实际应用中还有许多方法可以实现此类设计目的,本文中的阐述仅是这方面应用的一个简单举例,希望能够起到抛砖引玉的作用。
摘要：基于OLED的应用对AM-LCD和AM-OLED的驱动原理进行了深入的阐述,并结合理论进行TFT-LCD芯片的改进设计,将其应用到AM-OLED的驱动电路当中。对基于现有TFT-LCD驱动芯片在OLED驱动电路中的改进应用具有一定的参考价值。
关键词：LCD,OLED,驱动电路
参考文献
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OLED驱动控制 篇4
OLED, 即有机发光二极管 (Organic Light-Emitting Diode) , 因为具备轻薄、抗震性好、视角大, 耗能低, 可将电路印刷在弹性材料上做成柔软显示器, 等特性, 被很多人称之为“LCD的杀手”, 并在MP3播放器上得到了广泛应用。
OLED器件按照其驱动方式不同, 可以分为PM-OLED (Passive Matrix OLED, 无源驱动) 和AM-OLED (Active Matrix OLED, 有源驱动) ;按照驱动模式不同, 可以分为电压驱动和电流驱动。
PM-OLED由于发光器件的工作信号是占空比很小的脉冲信号, 因此, 要求发光器件的效率和亮度很高, 使得PM-OLED无法满足高分辨率和大信息量显示的要求[1]。
AM-OLED在衬底上集成了多个TFT (thin film transistor, 薄膜晶体管) , 用来驱动发光点阵, 克服了使用占空比小的脉冲信号带来的问题, 有利于实现大面积、高分辨率的显示[2]。
电压驱动是指像素电路的输入信号是电压信号[3]。在电压型像素驱动电路中, 一个很小的电压变化将引起输出电流很大的变化, 因此对灰度的准确性调节比较困难。
电流驱动是指像素电路以电流作为输入信号的驱动方式, 输出和输入是线性关系, 对电流的调节比较方便, 容易实现亮度的均匀性和显示灰度的准确性调节。
1 有源四管电流型像素驱动电路
1.1 有源四管电流型像素驱动电路的结构和工作原理。
相关文献中提到了一种有源四管电流型像素驱动电路[4], 如图1所示。它是由两个P沟道TFT、两个N沟道TFT和一个存储电容Cs组成。其中T1、T2、T3为开关管, T4为OLED器件的驱动管。Vsel是栅极选通信号, 当Vsel为低电平时像素被选通。
电路的工作原理简述如下:
选通状态 (Vsel为低电平) :T1和T2打开, 处于线性状态, T3关闭, 处于截止状态, T4处于饱和状态。同时, Cs开始充放电, 由于数据信号Idata为恒流源信号, 所以使得OLED驱动电流也为Idata, OLED开始发光。
未选通状态 (Vsel为高电平) :T1和T2关闭, 处于截止状态, Idata无法进入像素电路。T3打开, 处于线性状态。Vdd能够继续维持T4饱和状态。由于T1的截止, Cs没有泄放回路, 使T4的栅源电压保持不变, 因此T4的漏电流不变, 即OLED发光亮度不改变。
1.2 有源四管电流型像素驱动电路的改进。
在源极驱动电路中, 要使数据电流同时进入每个像素电路, 所需要的数据引线相当多, 这会增加制作工艺上的难度, 影响电路的稳定性。为了有效的减少数据输入线, 可对源电极进行分块处理, 采用各块共用一套DA转换器和数据锁存器的方法。
那么当某一行被选通时, 输入数据并不是同时进入该行的所有像素, 而是分块进入的。也就是说, 该行所有的像素电路会处于栅极选通信号有效状态, 但是只有部分像素电路的源极选通信号有效。源极选通信号无效的像素电路中的Cs会通过T1和T4管的漏源放电, 这会导致OLED输出电流的下降, 对显示效果产生不良的影响。因此, 像素驱动电路配合源极驱动电路的分块改进是非常有必要的。
这里提出了一种对像素驱动电路分块改进的方法:在像素电路上增加一个TFT管作为开关管, 当源极选通信号有效时开启, 源极选通信号无效时关闭。改进的像素电路如图2所示, 其中V栅为栅极选通信号, V源为源极选通信号, Vc为栅源共同作用产生的选通信号。
电路的工作原理:
像素被选通 (V栅为低电平、V源为低电平、Vc为低电平) :T1、T2、T5打开, 处于线性状态。T3关闭, 处于截止状态。它的工作情况与未进行分块改进前像素被选通时相同。
该行选通, 该列未被选通 (V栅为低电平、V源为高电平、Vc为高电平) :T5关闭, 截断Cs的泄放回路, 则T4栅极电压保持不变, OLED保持发光亮度不变。
该行未被选通 (V栅为高电平) , T1、T2关闭, T3打开。此时, 它的工作情况与未进行分块改进前像素未被选通时相同。
对改进后的T3管栅极电压Vc进行分析。Vc是当栅极选通信号和源极选通信号有一个为高电平时为高电平, 其他情况保持低电平。也就是说, 当像素不被选通 (没有选通该行或没有选通该块) 时, Vc就为高电平, 使T3管打开。因此它与栅极、源极选通信号的关系是:V栅+V源=Vc, 这可以通过增加或门来实现。
1.3 改进电路的仿真验证。
图3为不同情况下的OLED瞬态响应曲线。四个分图依次表示的是OLED的输出电流曲线、像素电路的输入电流、栅极选通信号和源极选通信号。
从图中可以看出, 当栅源选通信号都为低电平时输出信号跟随输入信号变化。当栅极选通信号有效, 源极选通信号无效时, OLED的电流大体上保持不变。
通过仿真, 可以验证这种改进方法是可行的。
2 结论
以上主要对有源四管电流型像素电路的工作原理进行了介绍, 并配合源极驱动电路分块技术进行像素电路的改进, 最后过Hspice仿真验证了改进后的电路符合要求。
摘要：由于电流型像素驱动电路容易实现亮度的均匀性和显示灰度的准确性调节, 因此, 采用了一种四管电流型像素电路作为显示屏的驱动电路, 并针对其缺点进行了适当改进, 最后通过Hspice仿真验证可行性。
关键词：AM-OLED,像素驱动,TFT
参考文献
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[3]郭斌, 吴春亚.电流模式Poly-Si TFT AM-OLED像素单元的模拟设计[J].光电子.激光, 2004, 15 (2) .
OLED驱动控制 篇5
AMOLED技术越来越广泛得应用于PDA、手机、I-watch等便携式平板显示设备,使其显示驱动芯片对集成度与功耗的要求越来越高。电荷泵凭借着结构简单,易于集成,高效率,低电磁干扰等优势成为显示驱动芯片中升压、反压电路的首选[1]。
一般地,便携式平板显示设备采用锂电池供电,随着电池的使用,供电电压会逐渐减小,若采用单一倍数的电荷泵,必然导致输出电压的大幅下降,满足不了系统要求[2]。为此,本文设计了一款自动检测锂电池电压,并调整相应倍压系数的升压电荷泵电路,可应用在显示驱动芯片电源管理模块第一级倍压电路中;且本文设计的泵电路采用双边对称结构,有效降低了电荷泵纹波[3]。
2 系统架构
本文设计的电荷泵架构如图1所示,主要由电源检测电路、模式选择电路、逻辑控制单元与泵电路等构成。
主要工作原理如下:电源检测电路对锂电池电压进行检测,输出与电源电压大小对应的温度计码,然后经过模式选择电路,得到倍压系数的控制字。倍压系数控制信号和非交叠时钟等信号被逻辑控制电路接收,逻辑控制电路根据接收到的信号,输出泵电路每个开关管的栅极控制信号与衬底选择信号,控制电荷泵的工作模式和工作过程;泵电路中飞线电容不断地充电与倍压,输出电容不断地放电与充电,当输出电容放电与充电平衡时,电荷泵就会输出一定倍数的稳定电压[4]。
3 电路设计
3.1 电源检测电路
本文设计的锂电池电压检测电路如图2所示。
图中,R0:R1:R2=5:1:4。Vddb0与Vddb1是锂电池VDDB通过电阻R0~R2分得的两个电压,分别与参考电压Vr0、Vr1~Vr3比较,输出反映锂电池电压大小的温度计码,然后存储在D触发器中,其中锂电池电压大小与输出温度计码的对应关系如表1所示。
3.2 模式选择电路
该模块是温度计码到二进制码转换电路,如图3所示。主要功能是将电源检测电路的结果Q3~Q0转换成二进制的倍压系数控制字D<2:0>,进而选择相应的倍压系数;具体对应关系如表2所示。
*:倍压系数的具体数值由不同模式下泵电路的工作原理而得。
倍压系数控制字与非交叠时钟信号输出到逻辑控制单元。在本设计中,逻辑控制电路根据倍压模式控制字D<2:0>的状态和非交叠时钟产生泵电路各个开关管栅极控制信号,进而实现1.5倍/1.67倍/2倍/2.5倍/3倍五种倍压模式的转换以及每种模式下各开关管的控制时序。
3.3 泵电路
本文设计的倍压电荷泵电路采用双边对称结构,具体电路如图4所示,图中C11、C12、C21与C22为片外飞线电容,取1u F,Cout为AVDD输出电容,取4.7u F,其余MOS管均为开关管,各开关管的工作状态与倍压模式有关。
图4中泵电路根据锂电池电源电压的大小,可以工作于5种倍压模式,即1.5倍、1.67倍、2倍、2.5倍与3倍。不同的倍压模式下的泵电路的工作过程如下。
当倍压系数控制字为001时,泵电路工作于1.5倍压模式。
左半边电路开关管工作状态:阶段一,P12、C12、P16、C11与N11形成通路,其余开关管断开,VDDB对飞线电容C11与C12充电,C12P=VDDB,C12N=C11P=VDDB/2,C11N=0;阶段二,P11、P13、P14、P17开关导通,其余开关管断开,由于电容两端电压保持不变,所以AVDD倍压到1.5VDDB电压。右半边电路开关管时序与左半边相反,交替对输出电容Cout充电,以减小输出电压纹波。
当倍压系数控制字为010时,泵电路工作于1.67倍压模式。
在该倍压模式下,第一阶段:P12、C12、N20与C22、N22、P24、C21、N21形成通路,其余开关管均断开;VDDB对飞线电容C12、C22与C21充电,使得,C12P=VDDB,
C21P=C22P=C12N=VDDB/3,C21N=C22N=0;第二阶段:P17、P11开关导通,C12N=VDDB,AVDD倍压到5VDDB/3,同时P23、P26与P21导通,C21N=VDDB,C21P=C22N=4VDDB/3,C22P=AVDD=5VDDB/3,AVDD实现了VDDB 5/3倍压。
当倍压系数控制字为011时,泵电路工作于2倍压模式。
左半边电路开关管工作状态:在阶段一,P12、C12与N12形成通路,P15,C11与N11形成通路,其余开关管断开,VDDB分别对C12与C11充电,使得,C11N=C12N=0,C11P=C12P=VDDB,第二阶段,P17导通,P13、P14导通,P11导通,其余开关管断开,C11N=C12N=VDDB,C11P=C12P=AVDD=2VDDB,AVDD被倍压到2VDDB电压。右半边电路开关时序与左半边相反,交替着对输出电容充电。
当倍压系数控制字为100时,泵电路工作于2.5倍压模式。
在2.5倍压模式下,第一阶段:P12、C12、N20、C22与N22形成通路,P15、C11与N11形成通路,P25、C21与N21形成通路,其余开关管均断开,电源VDDB分别对C12与C22,C11,C22充电,使得,C11P=C12P=C21P=VDDB,C12N=C22P=VDDB/2,C11N=C21N=C22N=0;第二阶段:P13、P16与P11导通,C11N=VDDB,C11P=C12N=2VDDB,C12P=2.5VDDB;同时,P23、P26与P21导通,C21N=VDDB,C21P=C22N=2VDDB,C22P=2.5VD-DB;AVDD实现了VDDB的2.5倍压。
当倍压系数控制字为101时,泵电路工作于3倍压模式。
该模式下,左半边电路开关管工作状态:阶段一,即C11的倍压与C12的充电阶段,N12、P13与P14导通,C12N=0;由于在C11充电阶段C11N=0,C11P=VDDB,所以在阶段一,C11N=VDDB,C11P倍压到2VDDB,并对C12充电,使得C12P=2VDDB。阶段二,即C12的倍压与C11的充电阶段,P17与P11导通,C12N=VDDB,C12P倍压到3VD-DB,P15与N11导通,VDDB对C11充电,C11P=VDDB;其余开关管均关断。泵电路右半部分电路开关管的控制时序与左半部分相反,交替着对AVDD输出电容充电。
4 电路仿真
本文基于0.162um CMOS工艺,对设计电路进行了仿真验证,仿真结果如下:
当电源电压从2.5V线性增加到5V,电源检测电路输出结果如图5所示。
从图5仿真结果可以看出,当电源VDDB<3.154V时,Q3Q2Q1Q0=1111,泵电路工作于3倍压模式;3.154V<VDDB<3.619V,Q3Q2Q1Q0=1110,泵电路工作于2.5倍压模式;3.619V<VDDB<4.089V,Q3Q2Q1Q0=1100,泵电路工作于2倍压模式;4.089V<VDDB<4.36V,Q3Q2Q1Q0=1000,泵电路工作于1.67倍压模式;当电源电压VDDB>4.36V时,Q3Q2Q1Q0=0000,泵电路工作于1.5倍压模式。
在时钟频率为25KHz,空载的条件下,分别取电源电压为4.5V、4V、3.7V、3.3V与2.5V,对电荷泵AVDD进行瞬态仿真,结果如图6所示。
仿真结果看出,电源电压分别取4.5V、4V、3.7V、3.3V与2.5V,电荷泵输出电压分别为6.74V、6.65V、7.38V,8.23V与7.48V;表明倍压系数分别为1.5、1.6、2、2.5与3,验证了倍压模式选择的正确性。
在时钟频率为25KHz,20m A负载的条件下,电源电压分别为4.5V、4V、3.7V、3.3V与2.5V时,对电荷泵纹波进行仿真,仿真如表3示。
在1.5倍、2倍与3倍压模式下,泵电路两边对称部分交替着对输出电容充电,有效降低了纹波大小。从仿真结果看出,输出纹波均小于13m V。
5 结束语
本文设计了一款通过检测电源电压,自动选择倍压系数的电荷泵电路,从而避免了因电池放电而导致单一倍数电荷泵输出电压大幅下降的问题;另外泵电路采用双边对称结构,有效降低了输出电压的纹波。基于0.162um CMOS工艺,仿真验证了在电源不同的电压域,倍压模式与输出电压的正确性;在工作频率25KHz,负载电流20m A时,电源4V/1.67倍与3.3V/2.5倍压模式下,输出电压的纹波分别为87.61m V与90.95m V,电源4.5V/1.5倍,3.7V/2倍与2.5V/3倍压模式下,输出电压纹波均小于13 m V。本文设计的电源自适应电荷泵可用于便携式AMOLED显示驱动芯片中。
参考文献
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