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OLED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)高手進(jìn)階必看

發(fā)布時(shí)間:2019-06-25 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】隨著科學(xué)技術(shù)與電子業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展更迭,有機(jī)發(fā)光二極管如何簡(jiǎn)易并且有效的實(shí)現(xiàn)顯示均勻、大面積發(fā)光、高亮度高分辨率發(fā)光、以及延長(zhǎng)有機(jī)發(fā)光二極管壽命等當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題,是我們未來(lái)要面對(duì)的技術(shù)挑戰(zhàn)。今天小編給大家?guī)?lái)幾個(gè)平日里做有源、無(wú)源oled顯示驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的例子,以供大家作為電子設(shè)計(jì)參考。
 
一、驅(qū)動(dòng)控制SSD1303實(shí)現(xiàn)96x64點(diǎn)陣PM-OLED
 
本例子使用Solomon公司的OLED顯示驅(qū)動(dòng)電路SSD1303,結(jié)合AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)OLED顯示屏的方法。SSD1303是一款集控制器、行驅(qū)動(dòng)器和列驅(qū)動(dòng)器于一體的專(zhuān)用于OLED顯示控制驅(qū)動(dòng)電路。
 
實(shí)驗(yàn)中OLED結(jié)構(gòu)陽(yáng)極材料,采用ITO(銦錫氧化物),陰極則使用Mg與其他穩(wěn)定金屬合金的辦法Mg:Ag做陰極,以提高器件量子效率和穩(wěn)定性,并可以在有機(jī)膜上形成穩(wěn)定堅(jiān)固的金屬薄膜。
 
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。
 
SSD1303芯片內(nèi)部電路框圖如下圖1所示:
 
OLED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)高手進(jìn)階必看
 
SSD1303芯片主要由MCU接口、命令譯碼器、振蕩器、顯示時(shí)序發(fā)生器、電壓控制與電流控制、區(qū)顏色譯碼器、和圖形顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(GDDRAM)、行驅(qū)動(dòng)和列驅(qū)動(dòng)組成。這種IC的專(zhuān)用OLED驅(qū)動(dòng)方案使OLED顯示性能最佳,降低了功耗。該器件采用TCP/TAB封裝。具有驅(qū)動(dòng)最大132×64點(diǎn)陣的圖形顯示、提供的邏輯電源為2.4~3.5V、供給OLED屏的電源為7.0~16V、列輸出的最大電流為 320μA、行輸入的最大電流為45mA、低電流睡眠模式小于5μA、256級(jí)對(duì)比度控制,可編程幀頻、具有幾個(gè)MCU接口,如68/80并行總線和串行的周邊接口、132×65bit顯示緩沖器、可以垂直滾動(dòng)、支持部分顯示、工作溫度:-40 oC~ 85 oC。
 
整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)、控制驅(qū)動(dòng)電路SSD1303和OLED顯示屏三部分組成.SSD1303與單片機(jī)接口的引腳有:DO~D7為與單片機(jī)接口的數(shù)據(jù)總線,R/W(RW#)為讀寫(xiě)選擇信號(hào),D/C為數(shù)據(jù)/命令選擇信號(hào),CS#為片選信號(hào),低電平有效,E(RD#)為使能信號(hào),RES#為復(fù)位信號(hào)。單片機(jī)采用ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗、高性能的AT89C51, AT89C51與SSD1303和顯示屏的硬件接線如圖2所示,P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4分別與SSD1303的 R/W(RW#)、D/C、CS#、E(RD#)、RES#相連,P0口與SSD1303的數(shù)據(jù)總線相連。其它引腳的連線VCC接12V,VDD接 2.7V,VSS接地等。下面通過(guò)程序來(lái)控制這些引腳,從而使OLED顯示需要的漢字或圖形。主程序軟件流程圖如圖3所示。
 
OLED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)高手進(jìn)階必看
圖2 單片機(jī)AT89C51與SSD1303和顯示屏的硬件接線
 
OLED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)高手進(jìn)階必看
圖3 主程序軟件流程圖
 
二、臺(tái)灣普誠(chéng)PT6807/PT6808無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)方式
 
本案例采用ISL97702便攜式產(chǎn)品的DC/DC直流升壓電源電路,輸入電壓2.3~5.5V,輸出電壓根據(jù)負(fù)載輕重在2~30V范圍內(nèi)可調(diào);OLED顯示驅(qū)動(dòng)采用PT6807和PT6808構(gòu)建的無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)方式,適用于單色小尺寸OLED的顯示驅(qū)動(dòng)。
 
只所以選擇ISL97702作為電源IC,需要考慮器件運(yùn)行在最高效率的同時(shí),盡可能的降低功耗并延長(zhǎng)電池工作時(shí)間。ISL97702具有一種突發(fā)模式以及雙輸出電壓選擇功能,用以在輕載電流下保持轉(zhuǎn)換器的效率和電源的節(jié)約。并且ISL97702還具有浪涌電流限制、短路保護(hù)和關(guān)機(jī)期間負(fù)載隔離等功能。ISL97702的DC/DC直流升壓電源電路圖,如下圖所示:
 
OLED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)高手進(jìn)階必看
基于ISL97702的DC/DC直流升壓電源電路圖
 
OLED顯示屏像素點(diǎn),按行、列排成矩陣,顯示圖像時(shí),按行掃描或按列掃描,無(wú)源矩陣的基本結(jié)構(gòu)框圖,如下所示:
 
OLED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)高手進(jìn)階必看
無(wú)源矩陣基本結(jié)構(gòu)框圖
 
其中“行”是由公共驅(qū)動(dòng)器PT6807依次選通,“列”則是由列選擇器PT6808根據(jù)圖形要求來(lái)開(kāi)通。例如,圖中假如第一行只有第一個(gè)OLED導(dǎo)通就只有大約0.3mA,而假如第二行是所有OLLED都選通,而每一行一共有100個(gè)OLED,則其總電流大約為33mA。也就是說(shuō),其總電流是由每一行中的OLED數(shù),就是其象素?cái)?shù)決定。因?yàn)镺LED的亮度是由其電流決定的,所以保持電流的穩(wěn)定是很重要的。列驅(qū)動(dòng)通常采用P溝道器件作為電流源。為保證其工作于飽和區(qū),至少需要有2伏電壓,這樣其輸出電流隨VDS的變化將會(huì)小于1%每伏。當(dāng)某一行有很多OLED導(dǎo)通時(shí),它的總電流就比較大。這時(shí)在連接電極上就會(huì)有較大壓降,從而使VDS降低。而這種壓降又取決于顯示的圖形,而且是不可避免的。所以必須將電流受VDS的變化而變化的靈敏度降至最低。同時(shí)輸出電流的不均勻性也受到驅(qū)動(dòng)器件的不一致性的影響,這種不均勻性可以靠提高VGS工作電壓和版圖匹配技術(shù)來(lái)減小。
 
128×128點(diǎn)陣模塊驅(qū)動(dòng)接口,如下圖所示:
 
OLED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)高手進(jìn)階必看
128×128點(diǎn)陣模塊驅(qū)動(dòng)接口圖
 
1. 行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
 
PT6807是點(diǎn)陣OLED圖形顯示系統(tǒng)64路行驅(qū)動(dòng)器,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。
 
PT6807可以設(shè)計(jì)為主,從兩種模式,為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。
 
2. 列驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
 
PT6808是點(diǎn)陣OLED圖形顯示系統(tǒng)64路列驅(qū)動(dòng)器,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。
 
為了克服在工作過(guò)程中當(dāng)OLED亮度較高時(shí)的自動(dòng)關(guān)屏問(wèn)題,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
 
三、TFT-OLED模擬像素單元驅(qū)動(dòng)/控制電路
 
AM-OLED驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方案包括模擬和數(shù)字兩種。在數(shù)字驅(qū)動(dòng)方案中,每一像素與一開(kāi)關(guān)相連,TFT僅作模擬開(kāi)關(guān)使用,灰度級(jí)產(chǎn)生方法包括時(shí)間比率灰度和面積比率灰度,或者兩者的結(jié)合。目前,模擬像素電路仍占主流,但在灰度級(jí)實(shí)現(xiàn)上,模擬技術(shù)與時(shí)間比率灰度和面積比率灰度理論相結(jié)合將會(huì)是將來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。在模擬方案中,根據(jù)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的類(lèi)型不同,單元像素電路可分為電壓控制型和電流控制型。
 
電壓控制型像素電路
 
1.兩管TFT結(jié)構(gòu)
 
電壓控制型單元像素電路以數(shù)據(jù)電壓作為視頻信號(hào)。最簡(jiǎn)單的電壓控制型兩管TFT單元像素電路如圖1所示。
 
OLED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)高手進(jìn)階必看
圖1 兩管TFT驅(qū)動(dòng)電路
 
其工作原理如下:當(dāng)掃描線被選中時(shí),開(kāi)關(guān)管T1開(kāi)啟,數(shù)據(jù)電壓通過(guò)T1管對(duì)存儲(chǔ)電容CS充電,CS的電壓控制驅(qū)動(dòng)管T2的漏極電流;當(dāng)掃描線未被選中時(shí),T1截止,儲(chǔ)存在CS上的電荷繼續(xù)維持T2的柵極電壓,T2保持導(dǎo)通狀態(tài),故在整個(gè)幀周期中,OLED處于恒流控制。
 
其中(a),(b)被分別稱(chēng)為恒流源結(jié)構(gòu)與源極跟隨結(jié)構(gòu),前者OLED處于驅(qū)動(dòng)管T2的漏端,克服了OLED開(kāi)啟電壓的變化對(duì)T2管電流的影響;后者在工藝上更容易實(shí)現(xiàn)。兩管電路結(jié)構(gòu)的不足之處在于驅(qū)動(dòng)管T2閾值電壓的不一致將導(dǎo)致逐個(gè)顯示屏的亮度的不均勻,OLED的電流和數(shù)據(jù)電壓呈非線性關(guān)系,不利于灰度的調(diào)節(jié)。
 
2.三管TFT結(jié)構(gòu)
 
基于第二代電流傳輸器原理的電壓控制型像素單元電路如圖2所示,虛線左邊可視為外部驅(qū)動(dòng)電路,右邊為單元像素電路。
 
OLED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)高手進(jìn)階必看
圖2 基于第二代電流傳輸器原理的像素電路
 
在控制模式下,T2和T3開(kāi)啟,T1和運(yùn)算放大器構(gòu)成第二代電流傳輸器,由于運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)可以取得很大,T1管的閾值電壓對(duì)電流的影響變得不敏感,此時(shí),流經(jīng)T1的電流:
 
IT1=Vin/Rin
 
并且T1管源極電壓應(yīng)低于OLED的開(kāi)啟電壓,防止OLED開(kāi)啟。在保持模式下,T2和T3關(guān)斷,存儲(chǔ)電容Cs維持T1管的柵極電壓,電流經(jīng)T1進(jìn)入OLED。其中放大器由COMS電路實(shí)現(xiàn),所有同行像素可共用一個(gè)運(yùn)算放大器。
 
仿真結(jié)果表明,盡管T3管存在電荷注入與時(shí)鐘饋漏效應(yīng),使得OLED電流略小于控制電流;在OLED標(biāo)稱(chēng)電流為1μA,閾值電壓漂移超過(guò)5V時(shí),控制電流、OLED電流相對(duì)誤差分別為-0.18%、5.2%,成功補(bǔ)償了TFT的空間不均性和不穩(wěn)定性。
 
雖然電壓控制型電路具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn),但由于不能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)顯示的灰度,難以滿(mǎn)足顯示的需求,于是人們提出電流驅(qū)動(dòng)方案。電流控制型單元像素電路是以數(shù)據(jù)電流作為視頻信號(hào)的。
 
OLED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)高手進(jìn)階必看
3管電流控制型TFT像素電路
 
OLED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)高手進(jìn)階必看
4-TFT電流控制電流鏡像素電路
 
目前,全球已經(jīng)有多家公司在從事OLED驅(qū)動(dòng)IC的研究,到目前為止,還沒(méi)有完全商業(yè)化的AM-OLED的驅(qū)動(dòng)IC。但NextSierra公司已推出了分別集成的TFT-OLED行列驅(qū)動(dòng)NXS1008、NXS1009和控制芯片NXS1010,張志偉等人采用該系列芯片,通過(guò)MCS-51單片機(jī)的控制來(lái)驅(qū)動(dòng)240×320×3點(diǎn)陣的TFT-OLED屏,實(shí)現(xiàn)了大信息量的動(dòng)態(tài)圖形顯示。
 
由于液晶顯示器件的配套驅(qū)動(dòng)芯片功能比較完善,且價(jià)格低廉,所以將此類(lèi)芯片移用于有源矩陣顯示屏(AM-OLED)成為了國(guó)內(nèi)外當(dāng)前的研究焦點(diǎn)。顯示驅(qū)動(dòng)IC是目前TFT-OLED的薄弱環(huán)節(jié),開(kāi)發(fā)通用或者專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)IC,并集成控制電路,是提高OLED在平板及顯示領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)力的重要?jiǎng)恿Α?/div>
 
 
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