基于AT89C51控制的OLED顯示屏設(shè)計(jì)方案

　　1. 引言

　　有機(jī)電致發(fā)光顯示（OLED）技術(shù)是下一代最有競爭力的平板顯示技術(shù)。目前， OLED的研究重點(diǎn)是提高器件的穩(wěn)定性、發(fā)光效率和高質(zhì)量動(dòng)態(tài)顯示的驅(qū)動(dòng)技術(shù)以達(dá)到實(shí)用化的要求。本文從實(shí)用的角度出發(fā)，首先論述了穩(wěn)定的綠色有機(jī)薄膜電致發(fā)光器件的研制，闡述了96×64點(diǎn)陣的PM-OLED顯示屏的制作，重點(diǎn)論述了利用Solomon公司的新產(chǎn)品，集控制器、行驅(qū)動(dòng)器和列驅(qū)動(dòng)器于一體的專用于OLED顯示控制驅(qū)動(dòng)電路SSD1303和單片機(jī)AT89C51驅(qū)動(dòng)OLED顯示屏的方法。本文工作結(jié)果是從實(shí)驗(yàn)室到應(yīng)用的嘗試，為OLED的實(shí)際應(yīng)用提供了一種可行的方法。

　　2.矩陣顯示屏的制備

　　2.1 OLED采用的結(jié)構(gòu)及材料

　　OLED的結(jié)構(gòu)采用目前較為成熟的多層結(jié)構(gòu)，即在陽極和陰極之間夾多層有機(jī)薄膜組成的穩(wěn)定的綠色有機(jī)薄膜電致發(fā)光器件。結(jié)構(gòu)為ITO/CuPc/NPB/Alq3:QA/Mg:Ag。

　　為了有效地從陽極注入空穴，要求陽極的功函數(shù)盡可能高，采用ITO（銦錫氧化物）作陽極。

　　為了有效地向有機(jī)材料注入電子，陰極材料的功函數(shù)要低。如Mg、Li等，但由于它們?cè)诳諝庵幸籽趸环€(wěn)定，因此可采用與其它穩(wěn)定金屬合金的辦法，我們采用Mg:Ag做陰極，既可以提高器件量子效率和穩(wěn)定性，還可以在有機(jī)膜上形成穩(wěn)定堅(jiān)固的金屬薄膜。

　　加入CuPc（酞菁銅） 緩沖層，是為了提高器件穩(wěn)定性和壽命.NPB（二胺衍生物： N，N’-二（1-萘基）-N，N’-二苯基-1，1’-聯(lián)苯-4，4’-二胺）為空穴傳輸層。 電子傳輸層兼發(fā)光層為Alq3（8-羥基喹啉鋁），它既是一種電致發(fā)光材料，也是一種電子傳輸材料。傳輸層的引入是為了改善電子和空穴的注入平衡，以提高器件的發(fā)光效率.QA（喹吖啶酮）為器件產(chǎn)生綠光的摻雜劑，而摻QA的器件在穩(wěn)定性上具有優(yōu)勢(shì)。

　　2.2 顯示屏的制備

　　PM-OLED使用普通的矩陣交叉屏， OLED位于交叉排列的陽極和陰極中間，通過對(duì)陽極和陰極組合的選通，可以控制每一個(gè)OLED的點(diǎn)亮。

　　矩陣顯示屏的制備是在ITO導(dǎo)電玻璃上采用光刻工藝形成X方向的條狀電極（陽極），其線寬為0.4mm，線間距0.1mm，然后在上面相繼蒸發(fā)上 CuPc、NPB、Alq3及摻雜劑QA，最后制作Y方向的金屬M(fèi)g:Ag合金電極（陰極），其線寬也為0.4mm，線間距0.1mm，制作了每個(gè)像素尺寸0.4×O.4（mm2）， 矩陣顯示屏分辯率96×64，有效面積48×32 mm2. 由于ITO表面的清潔程度對(duì)器件的性能影響極大，在蒸發(fā)之前，要對(duì)ITO基片進(jìn)行清潔處理，包括超聲清洗、經(jīng)有機(jī)溶劑蒸汽脫脂處理后，再用去離子水多次沖洗和氧等離子體處理等。

　　我們采用PR650、Keithley 2400 Source Meter等測(cè)試儀對(duì)像素特性進(jìn)了測(cè)量，當(dāng)外加電壓》15V時(shí)，器件所能達(dá)到的亮度》10000cd/m2 。當(dāng)電流密度為20mA/cm2時(shí)，器件的亮度是1900 cd/m2 ，由于OLED屬于電流型器件，顯示器的亮度可用電流來控制。我們用歸一化亮度（亮度/初始亮度）與工作時(shí)間（小時(shí)）的關(guān)系曲線來表示器件衰退曲線，初始亮度為420 cd/m2，半亮度壽命為3300小時(shí)， 當(dāng)初始亮度為100 cd/m2，半亮度壽命為13860小時(shí)，因此顯示屏完全達(dá)到了實(shí)用化要求。

　　3. OLED矩陣顯示屏驅(qū)動(dòng)IC的選擇

　　目前，世界上有多家公司正在從事OLED專用IC的設(shè)計(jì)工作， 我國內(nèi)地還沒有能生產(chǎn)OLED專用IC的公司，在國際上實(shí)力比較強(qiáng)的有我國香港的Solomon公司和美國的Clare公司等。

　　Clare公司生產(chǎn)的用于OLED顯示的驅(qū)動(dòng)IC，有MXED102行驅(qū)動(dòng)器和MXED202列驅(qū)動(dòng)器I C等，被認(rèn)為是綜合的、成品OLED顯示驅(qū)動(dòng)器。

　　Solomon公司投入市場(chǎng)的SSD1301被公認(rèn)為是第一枚把控制器、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器集成于一體的專用于OLED顯示控制驅(qū)動(dòng)的集成電路。而 SSD1303是目前Solomon公司新推出的產(chǎn)品， 通過實(shí)驗(yàn)，我們用SSD1303成功驅(qū)動(dòng)了96×64點(diǎn)陣的OLED顯示屏。

　　SSD1303芯片內(nèi)部電路框圖如圖1所示：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.采用此類芯片可進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠性和競爭力，是今后的主流產(chǎn)品。

　　4.系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì)：

　　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。下面通過程序來控制這些引腳，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。

　　圖2 單片機(jī)AT89C51與SSD1303和顯示屏的硬件接線

　　圖3 主程序軟件流程圖

　　5.結(jié)論

　　根據(jù)以上方案，我們?cè)谘芯苛朔€(wěn)定的綠色有機(jī)薄膜電致發(fā)光器件的基礎(chǔ)上，制作出了96×64點(diǎn)陣的OLED顯示屏，并用SSD1303和 AT89C51成功驅(qū)動(dòng)了該顯示屏，顯示效果較好，但在試驗(yàn)過程中我們發(fā)現(xiàn)，在顯示中還有某些缺陷，產(chǎn)生的原因主要是目前現(xiàn)有的OLED制作工藝上的某些不足，這些都有待于在以后的工作中進(jìn)一步解決。我們相信隨著平板顯示器市場(chǎng)需求的日趨增長，OLED顯示技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步的開發(fā)，作為最有發(fā)展前景的顯示器件之一，OLED將會(huì)成為平板顯示應(yīng)用領(lǐng)域中的一種主流技術(shù)。

　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于提高了綠色有機(jī)薄膜電致發(fā)光器件的穩(wěn)定性并達(dá)到了實(shí)用化要求，并設(shè)計(jì)了OLED矩陣顯示屏的控制電路，為OLED從實(shí)驗(yàn)室的研究到實(shí)際應(yīng)用提供了一種有效的途徑，對(duì)推動(dòng)OLED顯示器的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有著積極的意義。