基于FPGA的OLED真彩色顯示的設(shè)計方案簡述

利用FPGA 控制模塊，設(shè)計了OLED 真彩色動態(tài)圖像驅(qū)動控制電路。介紹采用FPGA 實現(xiàn)OLED 外圍控制電路和256 級灰度的方法，并分析電路中模塊的作用及整個電路的工作過程。電路系統(tǒng)采用基于Altera 公司的FPGA技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，以Verilog HDL 為描述語言，Modelsim 仿真結(jié)果表明，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定目標(biāo)，實現(xiàn)480 × RGB ×640 彩色OLED 屏256 級灰度顯示。

作為第3 代顯示器，有機(jī)電致發(fā)光器件( OrganicLight Emitting Diode,OLED) 由于其主動發(fā)光、響應(yīng)快、高亮度、全視角、直流低壓驅(qū)動、全固態(tài)以及不易受環(huán)境影響等優(yōu)異特性，具有LCD 無法比擬的優(yōu)點，在手機(jī)、個人電子助理( PDA) 、數(shù)碼相機(jī)、車載顯示、筆記本電腦、壁掛電視以及軍事領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景，因而得到了業(yè)界廣泛的關(guān)注。OLED 發(fā)展至今，已經(jīng)由最初的單色發(fā)展到現(xiàn)在的全彩，與此同時對驅(qū)動電路也提出了更高的要求，由最初的無灰階單色靜態(tài)驅(qū)動，到彩色動態(tài)驅(qū)動。

目前，OLED 的研究重點是研制高穩(wěn)定性的器件以達(dá)到實用化的要求，但同時研究實現(xiàn)高質(zhì)量動態(tài)顯示的驅(qū)動技術(shù)也很重要，因為只有結(jié)合良好的驅(qū)動技術(shù)，提高反應(yīng)速度和分辨率，才能表現(xiàn)出OLED 的優(yōu)異特點。然而，單色OLED 顯示就要求驅(qū)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(xiàn)起來難度更大。為實現(xiàn)真彩色，R、G、B 三基色要各自實現(xiàn)256 級灰階。文中所述電路屬于全彩色動態(tài)驅(qū)動電路，將對其256 級灰度顯示以及外圍驅(qū)動進(jìn)行研究與設(shè)計，為今后大尺寸OLED 顯示器提供一個可行的技術(shù)方案。

1 驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)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(qū)動電路系統(tǒng)。驅(qū)動電路系統(tǒng)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(qū)動電路系統(tǒng)的不同會導(dǎo)致顯示器顯示色彩、亮度以及顯示的灰度、響應(yīng)時間、功耗等顯示器參數(shù)。而OLED 顯示屏需要專用的控制驅(qū)動芯片，只有OLED 屏與驅(qū)動控制芯片的成功結(jié)合，才能推動OLED 的發(fā)展從而取代LCD.然而，目前國內(nèi)外對OLED 研究的熱點主要在器件與材料上，關(guān)于驅(qū)動電路和灰度控制方面的研究相對較少，現(xiàn)有的OLED 驅(qū)動電路集成度低，針對OLED 特性的掃描效率優(yōu)化度也不高。因此，設(shè)計高性能的OLED 驅(qū)動電路，成為顯示領(lǐng)域一個亟待解決的問題。文中在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，自行設(shè)計了分辨率為480 × 640 彩色OLED 屏外圍驅(qū)動電路，并對256 級灰度實現(xiàn)方法進(jìn)行了優(yōu)化，使其與OLED 完美結(jié)合，從而進(jìn)一步推動OLED 向前發(fā)展。

1. 1 OLED 像素單元電路

對于OLED 驅(qū)動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，關(guān)鍵技術(shù)在于數(shù)據(jù)的寫入和掃描控制，圖1 是單個像素的雙管驅(qū)動電路。一個TFT 用來尋址，另一個是電流調(diào)制晶體管，用來為OLED 提供電流。為防止OLED 開啟電壓的變化導(dǎo)致電流變化，使用的是P 溝器件，這樣，OLED處于驅(qū)動TFT 的漏端，源電壓與有機(jī)層上的電壓無關(guān)。

圖1 OLED 雙管驅(qū)動電路

Data Line 與尋址TFT 的源級相連，Scan Line 使地址TFT 選通，數(shù)據(jù)線上的內(nèi)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(dāng)Power Line 為高電平時，驅(qū)動TFT 的源級為高電平，同時CS上的電荷，將選通驅(qū)動TFT,其漏電流流過OLED 顯示器件，驅(qū)動其發(fā)光。數(shù)據(jù)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(fā)光亮度按強(qiáng)度大小劃分，就是灰度級。

顯示屏能產(chǎn)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(tǒng)對亮度強(qiáng)弱的感受不僅與亮度本身的強(qiáng)弱相關(guān)，還與發(fā)光時間和點亮面積有關(guān)，在一定時間范圍內(nèi)，點亮?xí)r問越長、面積越大，人眼感覺的發(fā)光強(qiáng)度就越強(qiáng)。因而利用人眼對快速的亮暗閃爍并不敏感的暫留效應(yīng)，變換發(fā)光體的點亮?xí)r間和面積來區(qū)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(diào)制方式對高清晰度顯示的發(fā)展極其重要，目前OLED 顯示驅(qū)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(tǒng)的模擬電壓控制法來實現(xiàn)灰度，問題在于： 亮度和數(shù)據(jù)電壓之間呈非線性關(guān)系，缺少一個漸變的易于控制的線性區(qū)間，因此，采用模擬電壓法調(diào)節(jié)發(fā)光強(qiáng)度，難以精確、有效地實現(xiàn)OLED 的灰度級顯示，現(xiàn)在總的趨勢是使用數(shù)字驅(qū)動電路。

圖2 分時顯示示意圖。