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OLED无源驱动方式、系统设计及其预充电技术剖析

采用无源驱动的OLED称为PM-OLED

采用有源驱动的OLED称为AM-OLED

AM-OLED具有制作复杂、多像素、大尺寸、高成本等特点

PM-OLED则具有制作简单、少像素、小尺寸、低成本等特性

今天先来看看OLED的无源驱动方式

 

无源驱动(PMOLED)­­­­­

无源驱动分为静态驱动电路和动态驱动电路

u  静态驱动方式

  在静态驱动的有机发光显示器件上,一般各有机电致发光像素的阴极是连在一起引出的,各像素极是分立引出的,这就是共阴的连接方式。

  若要一个像素发光只要让恒流源的电压与阴极的电压之差大于像素发光值的前提下,像素将在恒流源的驱动下发光;

  若要一个像素不发光就将它的阳极接在一个负电压上,就可将它反射截止。

但是在图像变化比较多时可能出现交叉效应,为了避免我们必须采用交流的形式。

静态驱动电路一般用于段式显示屏的驱动上。

u  动态驱动方式

  在动态驱动的有机发光显示器件上人们把像素的两个电极做成了矩阵型结构,即水平一组显示像素的同一性质的电极是共用的,纵向一组显示像素的相同性质的另一电极是共用的。

  如果像素可分为N行和M列,就可有N个行电极和M个列电极。

  行和列分别对应发光像素的两个电极,即阴极和阳极。

  在实际电路驱动的过程中,要逐行点亮或者要逐列点亮像素,通常采用逐行扫描的方式,行扫描,列电极为数据电极。

实现方式

  循环给每行的电极施加脉冲,同时所有列电极给出该行像素的驱动电流脉冲,从而实现一行所有像素的显示,该行不在同一行或者同一列的像素就加反向电压使其不显示。由于点亮屏幕的时间较短,人眼的视觉暂留,看到的就是流畅的画面。

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电压驱动与电流驱动

u  电压驱动

  电压驱动即是在OLED的像素点阴阳极上直接加上驱动电压。

这种电路的结构简单,易于实现,但是存在很大的缺点,由于分布电阻存在等因素,这种简单的电压驱动电路图像的显示效果较差,屏幕尺寸越大越明显。

u  电流驱动

  通过对OLED的光电特性分析可知,OLED的发光亮度与加载的电流近似成线性比例关系,而由于制作工艺的原因,不可能所有的二极管有相同的发光阈值电压,当屏幕分辨率较高的情况下,会在电极上分布较高的压降,从而会出现屏幕亮度不均匀的情况,电流驱动的话则不会产出这样的现象,只要每个像素点的电流值相同,具不超过最大值,就能保证屏幕亮度的一致。

直流驱动与交流驱动

u  直流驱动

  OLED的驱动就电压极性来可分为直流驱动和交流驱动,OLED的发光原理可知,在适当的电压作用下,空穴和电子分别由阳极和阴极注入空穴传输层和电子传输层,最后在发光层复合发光。

直流驱动时,空穴和电子的传输方向不会改变,没有参与复合的多余的空穴和电子将会累积在传输层,复合效率不高。

u  交流驱动

  交流驱动相对于直流驱动来说,有着很大的优势。交流驱动的正半周期和直流驱动有着相同的效果,也有一些没有参与复合的多余的空穴和电子积累在传输层。

  但是负半周期的反向电压使多余的空穴和电子的传输方向发生变化,空穴和电子朝着反方向运动,消耗掉其在传输层的累积,从而增强了其在下一个正半周期的复合效率。

  交流驱动还可以消除器件中的电场累积,减少因电场累积而造成的电极间的短路,延长器件的使用寿命。

驱动电路硬件系统设计

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工作原理

  单片机作用在控制器,使之发出行扫描起始信号、移位信号。

  行驱动电路接收这些信号,当移位寄存器输出的为高电平时,该行的MOSFET管导通,选择适当的电阻值R,使得三极管输出到行电极的为低电平,该行就被导通。

  其他没得到选通信号的行电极,由于三极管的截止,加在其上的电压为高电平VCC,使其在反向电压的作用下被抑制截止。

  扫描行所需要约10-20mA电流,非扫描行需要约10-15V的高电平截止电压。

列驱动电路设计

  列电极上所需的驱动电流比行电极要小,因为行电极是逐行选通,像素被点亮时选通的列电极对应唯一一条行电极。

  当某一行被选通时,其上的显示数据随即就被传送到列寻址模块,然后在OLED屏相应的列上显示。

  其数据将保存在存储器里面,数据的排列方式是八位一个字节。

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垣流源设计

  OLED为电流型驱动器件,经实验证明,在一定范围内其亮度和电流近似成线性关系,对OLED屏的每一个列电极上都接上一个垣流源,只需保证流过每一个OLED像素点的电流为一个常数,就可以保证它们的亮度一致。

  同时,采用恒流源驱动还可以有效的避免因为阳极压降引起的亮度不均匀的问题,使得显示质量得到显著的提高。

u  预充电技术

  OLED是电流控制的器件,它的亮度和电流通过的平均成比例,当电流未到OLED的发光阈值前,器件的发光亮度很小,当电流达到其发光阈值后,OLED会随着电流增加发光强度增大。一个OLED单元可以简化成一个LED和一个20-30PF的寄生电容并联。

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u  OLED像素的等效电路

  要使OLED发光,电流源首先要将电容充电到OLED的发光电压,则充电时间会比较长,响应时间会比较慢。

  因此,可以在电流源驱动电路中加入预充电电路,先对其电容预充电到预先计算的电压,该电压略小于其阈值电压VTH,后再用准确的恒流源来驱动,从而提高其电光响应速度。

在一个扫描周期内,Common为低电平,Segment经历3个阶段分别为:dischargeprechargedisplay

u  预充电技术原理

1、当行扫描开始后,先采用(a)所示电路对CD放电,行列驱动电路均接地,使电容两端电压为零。

2、放电结束后,利用(b)所示电路对CD充电,充电过程中,行驱动电路接地,列驱动电路接充电电压PREV

3、预充电结束后,利用图5(c)所示电路进入发光阶段,此时扫描行的CD两端电压为PREV(接近OLED阈值电压),行驱动电路接地,列驱动电路接恒流源。

这样在很大程度上减少了电流源对电容的充电时间。

 


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