随着科学技术与电子业技术的不断发展更迭,有机发光二极管如何简易并且有效的实现显示均匀、大面积发光、高亮度高分辨率发光、以及延长有机发光二极管寿命等当前亟需解决的问题,是我们未来要面对的技术挑战。今天小编给大家带来几个平日里做有源、无源 oled 显示驱动设计的例子,以供大家作为电子设计参考。

 
一、驱动控制 SSD1303 实现 96x64 点阵 PM-OLED
本例子使用 Solomon 公司的 OLED 显示驱动电路 SSD1303,结合 AT89C51 单片机实现驱动 OLED 显示屏的方法。SSD1303 是一款集控制器、行驱动器和列驱动器于一体的专用于 OLED 显示控制驱动电路。
 
实验中 OLED 结构阳极材料,采用 ITO(铟锡氧化物),阴极则使用 Mg 与其他稳定金属合金的办法 Mg:Ag 做阴极,以提高器件量子效率和稳定性,并可以在有机膜上形成稳定坚固的金属薄膜。
 
PM-OLED 使用普通的矩阵交叉屏, OLED 位于交叉排列的阳极和阴极中间,通过对阳极和阴极组合的选通,可以控制每一个 OLED 的点亮。
 
SSD1303 芯片内部电路框图如下图 1 所示:
 
 
SSD1303 芯片主要由 MCU 接口、命令译码器、振荡器、显示时序发生器、电压控制与电流控制、区颜色译码器、和图形显示数据存储器(GDDRAM)、行驱动和列驱动组成。这种 IC 的专用 OLED 驱动方案使 OLED 显示性能最佳,降低了功耗。该器件采用 TCP/TAB 封装。具有驱动最大 132×64 点阵的图形显示、提供的逻辑电源为 2.4~3.5V、供给 OLED 屏的电源为 7.0~16V、列输出的最大电流为 320μA、行输入的最大电流为 45mA、低电流睡眠模式小于 5μA、256 级对比度控制,可编程帧频、具有几个 MCU 接口,如 68/80 并行总线和串行的周边接口、132×65bit 显示缓冲器、可以垂直滚动、支持部分显示、工作温度:-40 oC~ 85 oC。
 
整个系统由单片机、控制驱动电路 SSD1303 和 OLED 显示屏三部分组成 .SSD1303 与单片机接口的引脚有:DO~D7 为与单片机接口的数据总线,R/W(RW#)为读写选择信号,D/C 为数据 / 命令选择信号,CS#为片选信号,低电平有效,E(RD#)为使能信号,RES#为复位信号。单片机采用 ATMEL 公司生产的低功耗、高性能的 AT89C51, AT89C51 与 SSD1303 和显示屏的硬件接线如图 2 所示,P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4 分别与 SSD1303 的 R/W(RW#)、D/C、CS#、E(RD#)、RES#相连,P0 口与 SSD1303 的数据总线相连。其它引脚的连线 VCC 接 12V,VDD 接 2.7V,VSS 接地等。下面通过程序来控制这些引脚,从而使 OLED 显示需要的汉字或图形。主程序软件流程图如图 3 所示。
 
图 2 单片机 AT89C51 与 SSD1303 和显示屏的硬件接线
 
图 3 主程序软件流程图
 
二、台湾普诚 PT6807/PT6808 无源矩阵驱动方式
本案例采用 ISL97702 便携式产品的 DC/DC 直流升压电源电路,输入电压 2.3~5.5V,输出电压根据负载轻重在 2~30V 范围内可调;OLED 显示驱动采用 PT6807 和 PT6808 构建的无源矩阵驱动方式,适用于单色小尺寸 OLED 的显示驱动。
 
只所以选择 ISL97702 作为电源 IC,需要考虑器件运行在最高效率的同时,尽可能的降低功耗并延长电池工作时间。ISL97702 具有一种突发模式以及双输出电压选择功能,用以在轻载电流下保持转换器的效率和电源的节约。并且 ISL97702 还具有浪涌电流限制、短路保护和关机期间负载隔离等功能。ISL97702 的 DC/DC 直流升压电源电路图,如下图所示:
 
基于 ISL97702 的 DC/DC 直流升压电源电路图
 
OLED 显示屏像素点,按行、列排成矩阵,显示图像时,按行扫描或按列扫描,无源矩阵的基本结构框图,如下所示:
 
无源矩阵基本结构框图

 

 
其中“行”是由公共驱动器 PT6807 依次选通,“列”则是由列选择器 PT6808 根据图形要求来开通。例如,图中假如第一行只有第一个 OLED 导通就只有大约 0.3mA,而假如第二行是所有 OLLED 都选通,而每一行一共有 100 个 OLED,则其总电流大约为 33mA。也就是说,其总电流是由每一行中的 OLED 数,就是其象素数决定。因为 OLED 的亮度是由其电流决定的,所以保持电流的稳定是很重要的。列驱动通常采用 P 沟道器件作为电流源。为保证其工作于饱和区,至少需要有 2 伏电压,这样其输出电流随 VDS 的变化将会小于 1%每伏。当某一行有很多 OLED 导通时,它的总电流就比较大。这时在连接电极上就会有较大压降,从而使 VDS 降低。而这种压降又取决于显示的图形,而且是不可避免的。所以必须将电流受 VDS 的变化而变化的灵敏度降至最低。同时输出电流的不均匀性也受到驱动器件的不一致性的影响,这种不均匀性可以靠提高 VGS 工作电压和版图匹配技术来减小。
 
128×128 点阵模块驱动接口,如下图所示:
 
128×128 点阵模块驱动接口图
 
1. 行驱动电路设计
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。
 
PT6807 可以设计为主,从两种模式,为 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。
 
2. 列驱动电路设计
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。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。
 
为了克服在工作过程中当 OLED 亮度较高时的自动关屏问题,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
 
三、TFT-OLED 模拟像素单元驱动 / 控制电路
AM-OLED 驱动实现方案包括模拟和数字两种。在数字驱动方案中,每一像素与一开关相连,TFT 仅作模拟开关使用,灰度级产生方法包括时间比率灰度和面积比率灰度,或者两者的结合。目前,模拟像素电路仍占主流,但在灰度级实现上,模拟技术与时间比率灰度和面积比率灰度理论相结合将会是将来的一个发展趋势。在模拟方案中,根据输入数据信号的类型不同,单元像素电路可分为电压控制型和电流控制型。
 
电压控制型像素电路
1. 两管 TFT 结构
电压控制型单元像素电路以数据电压作为视频信号。最简单的电压控制型两管 TFT 单元像素电路如图 1 所示。
 
图 1 两管 TFT 驱动电路
 
其工作原理如下:当扫描线被选中时,开关管 T1 开启,数据电压通过 T1 管对存储电容 CS 充电,CS 的电压控制驱动管 T2 的漏极电流;当扫描线未被选中时,T1 截止,储存在 CS 上的电荷继续维持 T2 的栅极电压,T2 保持导通状态,故在整个帧周期中,OLED 处于恒流控制。
 
其中(a),(b)被分别称为恒流源结构与源极跟随结构,前者 OLED 处于驱动管 T2 的漏端,克服了 OLED 开启电压的变化对 T2 管电流的影响;后者在工艺上更容易实现。两管电路结构的不足之处在于驱动管 T2 阈值电压的不一致将导致逐个显示屏的亮度的不均匀,OLED 的电流和数据电压呈非线性关系,不利于灰度的调节。

 

 
2. 三管 TFT 结构
基于第二代电流传输器原理的电压控制型像素单元电路如图 2 所示,虚线左边可视为外部驱动电路,右边为单元像素电路。
 
图 2 基于第二代电流传输器原理的像素电路
 
在控制模式下,T2 和 T3 开启,T1 和运算放大器构成第二代电流传输器,由于运算放大器的放大倍数可以取得很大,T1 管的阈值电压对电流的影响变得不敏感,此时,流经 T1 的电流:
 
IT1=Vin/Rin
 
并且 T1 管源极电压应低于 OLED 的开启电压,防止 OLED 开启。在保持模式下,T2 和 T3 关断,存储电容 Cs 维持 T1 管的栅极电压,电流经 T1 进入 OLED。其中放大器由 COMS 电路实现,所有同行像素可共用一个运算放大器。
 
仿真结果表明,尽管 T3 管存在电荷注入与时钟馈漏效应,使得 OLED 电流略小于控制电流;在 OLED 标称电流为 1μA,阈值电压漂移超过 5V 时,控制电流、OLED 电流相对误差分别为 -0.18%、5.2%,成功补偿了 TFT 的空间不均性和不稳定性。
 
虽然电压控制型电路具有响应速度快的特点,但由于不能准确地调节显示的灰度,难以满足显示的需求,于是人们提出电流驱动方案。电流控制型单元像素电路是以数据电流作为视频信号的。
 
3 管电流控制型 TFT 像素电路
 
4-TFT 电流控制电流镜像素电路
 
目前,全球已经有多家公司在从事 OLED 驱动 IC 的研究,到目前为止,还没有完全商业化的 AM-OLED 的驱动 IC。但 NextSierra 公司已推出了分别集成的 TFT-OLED 行列驱动 NXS1008、NXS1009 和控制芯片 NXS1010,张志伟等人采用该系列芯片,通过 MCS-51 单片机的控制来驱动 240×320×3 点阵的 TFT-OLED 屏,实现了大信息量的动态图形显示。
 
由于液晶显示器件的配套驱动芯片功能比较完善,且价格低廉,所以将此类芯片移用于有源矩阵显示屏(AM-OLED)成为了国内外当前的研究焦点。显示驱动 IC 是目前 TFT-OLED 的薄弱环节,开发通用或者专用的驱动 IC,并集成控制电路,是提高 OLED 在平板及显示领域竞争力的重要动力。