OLED矩陣顯示屏控制電路的設計

　　摘要：本文論述了OLED矩陣顯示屏的制作方法，并利用OLED控制驅動電路SSD1303和單片機AT89C51成功驅動了該顯示屏,為OLED的實際應用提供了一種可行的方法?！?br />
       關鍵詞：OLED; 顯示; 驅動;像素

　　1. 引言

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

　　2.矩陣顯示屏的制備

　　2.1 OLED采用的結構及材料

　　OLED的結構采用目前較為成熟的多層結構,即在陽極和陰極之間夾多層有機薄膜組成的穩(wěn)定的綠色有機薄膜電致發(fā)光器件。結構為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,但由于它們在空氣中易氧化而不穩(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,還可以在有機膜上形成穩(wěn)定堅固的金屬薄膜。

　　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。.

　　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,通過對陽極和陰極組合的選通,可以控制每一個OLED的點亮。

　　矩陣顯示屏的制備是在ITO導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Mg:Ag合金電極(陰極),其線寬也為0.4mm,線間距0.1mm,制作了每個像素尺寸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表面的清潔程度對器件的性能影響極大,在蒸發(fā)之前,要對ITO基片進行清潔處理,包括超聲清洗、經(jīng)有機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等測試儀對像素特性進了測量，當外加電壓>15V時，器件所能達到的亮度>10000cd/m2 。當電流密度為20mA/cm2時,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)與工作時間(小時)的關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, 當初始亮度為100 cd/m2,半亮度壽命為13860小時,因此顯示屏完全達到了實用化要求。

　　3. OLED矩陣顯示屏驅動IC的選擇

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

　　Clare公司生產(chǎn)的用于OLED顯示的驅動IC,有MXED102行驅動器和MXED202列驅動器I C等,被認為是綜合的、成品OLED顯示驅動器.

　　Solomon公司投入市場的SSD1301被公認為是第一枚把控制器、行驅動器、列驅動器集成于一體的專用于OLED顯示控制驅動的集成電路.而SSD1303是目前Solomon公司新推出的產(chǎn)品, 通過實驗,我們用SSD1303成功驅動了96×64點陣的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)存儲器(GDDRAM)、行驅動和列驅動組成。這種IC的專用OLED驅動方案使OLED顯示性能最佳,降低了功耗。該器件采用TCP/TAB封裝。具有驅動最大132×64點陣的圖形顯示、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級對比度控制,可編程幀頻、具有幾個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、支持部分顯示、工作溫度：-40 oC～ 85 oC.采用此類芯片可進一步提高產(chǎn)品的可靠性和競爭力,是今后的主流產(chǎn)品。

　　4.系統(tǒng)硬件及軟件設計:

　　整個系統(tǒng)由單片機、控制驅動電路SSD1303和OLED顯示屏三部分組成.SSD1303與單片機接口的引腳有：DO～D7為與單片機接口的數(shù)據(jù)總線，R/W(RW#)為讀寫選擇信號，D/C為數(shù)據(jù)/命令選擇信號，CS#為片選信號,低電平有效，E(RD#)為使能信號，RES#為復位信號。單片機采用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AT89C51與SSD1303和顯示屏的硬件接線

　　圖3 主程序軟件流程圖

　　5.結論

　　根據(jù)以上方案,我們在研究了穩(wěn)定的綠色有機薄膜電致發(fā)光器件的基礎上，制作出了96×64點陣的OLED顯示屏，并用SSD1303和AT89C51成功驅動了該顯示屏,顯示效果較好，但在試驗過程中我們發(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一步解決。我們相信隨著平板顯示器市場需求的日趨增長，OLED顯示技術將會得到進一步的開發(fā)，作為最有發(fā)展前景的顯示器件之一，OLED將會成為平板顯示應用領域中的一種主流技術。

　　本文的創(chuàng)新點在于提高了綠色有機薄膜電致發(fā)光器件的穩(wěn)定性并達到了實用化要求，并設計了OLED矩陣顯示屏的控制電路，為OLED從實驗室的研究到實際應用提供了一種有效的途徑，對推動OLED顯示器的產(chǎn)業(yè)化進程有著積極的意義。

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