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OLED显示屏驱动电路的设计

发布时间:2020-07-20 发布时间:
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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每一行的扫描时间TLINE在帧频确定的情况下是确定的,即。





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