基于FPGA芯片EP3C10E144C8的OLED真彩色顯示方案

作為第3 代顯示器，有機電致發光器件（ OrganicLight Emitting Diode，OLED） 由于其主動發光、響應快、高亮度、全視角、直流低壓驅動、全固態以及不易受環境影響等優異特性，具有LCD 無法比擬的優點，在手機、個人電子助理（ PDA） 、數碼相機、車載顯示、筆記本電腦、壁掛電視以及軍事領域都具有廣闊的應用前景，因而得到了業界廣泛的關注。OLED 發展至今，已經由最初的單色發展到現在的全彩，與此同時對驅動電路也提出了更高的要求，由最初的無灰階單色靜態驅動，到彩色動態驅動。

　　目前，OLED 的研究重點是研制高穩定性的器件以達到實用化的要求，但同時研究實現高質量動態顯示的驅動技術也很重要，因為只有結合良好的驅動技術，提高反應速度和分辨率，才能表現出OLED 的優異特點。然而，單色OLED 顯示就要求驅動電壓具有較高的控制精度，彩色OLED 顯示如要同時精確地控制RGB 三基色的灰度，實現起來難度更大。為實現真彩色，R、G、B 三基色要各自實現256 級灰階。文中所述電路屬于全彩色動態驅動電路，將對其256 級灰度顯示以及外圍驅動進行研究與設計，為今后大尺寸OLED 顯示器提供一個可行的技術方案。

　　1 驅動控制系統設計

　　顯示器性能的好壞，一方面取決于顯示器的制作材料，另一方面取決于顯示器的驅動電路系統。驅動電路系統是保證顯示器正常工作必不可少的部分，對顯示性能起著舉足輕重的作用，驅動電路系統的不同會導致顯示器顯示色彩、亮度以及顯示的灰度、響應時間、功耗等顯示器參數。而OLED 顯示屏需要專用的控制驅動芯片，只有OLED 屏與驅動控制芯片的成功結合，才能推動OLED 的發展從而取代LCD.然而，目前國內外對OLED 研究的熱點主要在器件與材料上，關于驅動電路和灰度控制方面的研究相對較少，現有的OLED 驅動電路集成度低，針對OLED 特性的掃描效率優化度也不高。因此，設計高性能的OLED 驅動電路，成為顯示領域一個亟待解決的問題。文中在現有的研究基礎上，自行設計了分辨率為480 × 640 彩色OLED 屏外圍驅動電路，并對256 級灰度實現方法進行了優化，使其與OLED 完美結合，從而進一步推動OLED 向前發展。

　　1. 1 OLED 像素單元電路

　　對于OLED 驅動控制系統的實現，關鍵技術在于數據的寫入和掃描控制，圖1 是單個像素的雙管驅動電路。一個TFT 用來尋址，另一個是電流調制晶體管，用來為OLED 提供電流。為防止OLED 開啟電壓的變化導致電流變化，使用的是P 溝器件，這樣，OLED處于驅動TFT 的漏端，源電壓與有機層上的電壓無關。

　　Data Line 與尋址TFT 的源級相連，Scan Line 使地址TFT 選通，數據線上的內容通過漏電流寫入到存儲電容CS上，并以電荷的形式暫存。

　　當Power Line 為高電平時，驅動TFT 的源級為高電平，同時CS上的電荷，將選通驅動TFT，其漏電流流過OLED 顯示器件，驅動其發光。數據線電平的高低決定了像素的亮暗。

　　1. 2 256 級灰度顯示

　　所謂圖像的灰度等級就是指圖像亮度深淺的層次，將基色的發光亮度按強度大小劃分，就是灰度級。

　　顯示屏能產生的灰度級越高，顯示的顏色和圖像層次就越多。而且人的視覺系統對亮度強弱的感受不僅與亮度本身的強弱相關，還與發光時間和點亮面積有關，在一定時間范圍內，點亮時問越長、面積越大，人眼感覺的發光強度就越強。因而利用人眼對快速的亮暗閃爍并不敏感的“暫留”效應，變換發光體的點亮時間和面積來區分亮度，就會形成一種不同灰度級畫面的視覺，一般灰度級越高，所顯示的顏色和圖像層次就越多，圖像越柔和，圖像層次越逼真。高灰度級以及有效的灰度調制方式對高清晰度顯示的發展極其重要，目前OLED 顯示驅動一個亟需解決的是灰度的精確性問題。

　　OLED 顯示屏是可以用傳統的模擬電壓控制法來實現灰度，問題在于： 亮度和數據電壓之間呈非線性關系，缺少一個漸變的易于控制的線性區間，因此，采用模擬電壓法調節發光強度，難以精確、有效地實現OLED 的灰度級顯示，現在總的趨勢是使用數字驅動電路。

　數字驅動電路的困難在于工作頻率比模擬驅動電路高得多，現階段較為實用的灰度調制方法主要有兩種。一種是脈寬調制法，即對驅動脈沖實現占空比的控制； 另一種方法是子場控制法，這種方法將發光時間按1∶ 2∶ 4∶ 8∶ …劃分為若干個子場，不同的子場導通組合，就能實現不同的灰度等級。但采用脈寬調制法，其時序復雜，要求顯示屏有較高響應速度； 而采用子場法要求驅動頻率較高，對高灰度級的實現難度大。