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					                         OLED 无源驱动技术应用
          The   Application      of   OLED    Passive     Matrix      Technology
                           1,2          1,2        1              1
                     付新虎 ,刘高霞 ,郑喜凤 ,丁铁夫
                FU Xin-hu, LIU Gao-xia, ZHENG Xi-feng, DING Tie-fu
(1.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春                         130033,E-mail:fuxinhu@sohu.com;
                       2.中国科学院        研究生院,北京          100039 )


摘要:  就现有 OLED 的技术状况进行了阐述,并结合对实验用 OLED 显示屏驱动电路的设计讲
述 OLED 的无源驱动方式。
关键词:有机电致发光二极管;无源驱动;有源驱动

Abstract: Expatiated on the OLED technology status. Narrated the method of OLED
Passive Matrix, according to the design of OLED driver circuit.
Key Word:OLED(Organic Light Emitting Diode)   ;Passive Matrix;Active Matrix
中图分类号:TN27;TN873+.3                    文献标识码:A

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,                          与
                     OLED 将来可以对 LCD 发起挑战。产业上: 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
         [1]
生发光现象 。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

                   1
间 , TFRM              ; 每 一 行 的 扫 描 时 间 TLINE 在 帧 频 确 定 的 情 况 下 是 确 定 的 , 即
               f FRM

          TFRM
TLINE         。
           N




               图 3.1 单色 n 行 m 列 OLED 屏扫描原理时序图
   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:
                      图 3.2 128X128 点阵驱动模块接口图
                                        [2]
     PT6807 是点阵 OLED 图形显示系统 64 路行驱动器 ,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;                MS
              在从模式下, 脚被置为低电平,                           而
                                      输入/输出脚 CL2 作为输入来用, 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。
                                        [3]
     PT6808 是点阵 OLED 图形显示系统 64 路列驱动器 ,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。 CS1B  当
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。
参考文献:
[1]OLED 的现状与发展 国际光电与显示网
[2]Princeton Technology Corp. OLED Driver IC Preliminary PT6807 P.1-14 Sep.2002
[3] Princeton Technology Corp. OLED Driver IC Preliminary PT6808 P.1-22 Sep.2002

通信地址:吉林省长春市经济开发区营口路 19 号孵化基地 B 区希达电子技术有限公司研究
生部, 邮编:130033 , E-mail:fuxinhu@sohu.com
基金项目:中科院长春光机所创新基金项目(CO2N021)
作者简介:付新虎(1980.10-),男,汉,山西大同人,现于中国科学院长春光学精密机械
与物理研究所攻读电路与系统专业硕士。目前从事 OLED 驱动及数字通信网络的工作。
Fu Xin-hu(1980.10-),male ,Han, ShanXi Datong, master of Electronic and System ,
Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of
Sciences. Now research in OLED Drive Circuit and Data Communication Networks.
导师简介:丁铁夫(1946.8-),男,汉,河北人,现任中国科学院长春光学精密机械与物
理研究所研究员,博士生导师。现在从事图象处理和计算机接口技术方面研究。
Ding Tie-fu,(1946.8-) ,male,Han, HeBei, boffin,The tutor of doctor of Changchun
Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences. Now
engaging in the domain of image processing and computer interface technology.

				
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