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基于FPGA芯片EP3C10E144C8的OLED真彩色显示方案

作者:时间:2012-11-03来源:网络收藏

作为第3 代显示器,有机电致发光器件( OrganicLight Emitting Diode,) 由于其主动发光、响应快、高亮度、全视角、直流低压驱动、全固态以及不易受环境影响等优异特性,具有LCD 无法比拟的优点,在手机、个人电子助理( PDA) 、数码相机、车载显示、笔记本电脑、壁挂电视以及军事领域都具有广阔的应用前景,因而得到了业界广泛的关注。 发展至今,已经由最初的单色发展到现在的全彩,与此同时对驱动电路也提出了更高的要求,由最初的无灰阶单色静态驱动,到彩色动态驱动。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/189788.htm

  目前, 的研究重点是研制高稳定性的器件以达到实用化的要求,但同时研究实现高质量动态显示的驱动技术也很重要,因为只有结合良好的驱动技术,提高反应速度和分辨率,才能表现出OLED 的优异特点。然而,单色OLED 显示就要求驱动电压具有较高的控制精度,彩色OLED 显示如要同时精确地控制RGB 三基色的灰度,实现起来难度更大。为实现真彩色,R、G、B 三基色要各自实现256 级灰阶。文中所述电路属于全彩色动态驱动电路,将对其256 级灰度显示以及外围驱动进行研究与设计,为今后大尺寸OLED 显示器提供一个可行的技术方案。

  1 驱动控制系统设计

  显示器性能的好坏,一方面取决于显示器的制作材料,另一方面取决于显示器的驱动电路系统。驱动电路系统是保证显示器正常工作必不可少的部分,对显示性能起着举足轻重的作用,驱动电路系统的不同会导致显示器显示色彩、亮度以及显示的灰度、响应时间、功耗等显示器参数。而OLED 显示屏需要专用的控制驱动芯片,只有OLED 屏与驱动控制芯片的成功结合,才能推动OLED 的发展从而取代LCD.然而,目前国内外对OLED 研究的热点主要在器件与材料上,关于驱动电路和灰度控制方面的研究相对较少,现有的OLED 驱动电路集成度低,针对OLED 特性的扫描效率优化度也不高。因此,设计高性能的OLED 驱动电路,成为显示领域一个亟待解决的问题。文中在现有的研究基础上,自行设计了分辨率为480 × 640 彩色OLED 屏外围驱动电路,并对256 级灰度实现方法进行了优化,使其与OLED 完美结合,从而进一步推动OLED 向前发展。

  1. 1 OLED 像素单元电路

  对于OLED 驱动控制系统的实现,关键技术在于数据的写入和扫描控制,图1 是单个像素的双管驱动电路。一个TFT 用来寻址,另一个是电流调制晶体管,用来为OLED 提供电流。为防止OLED 开启电压的变化导致电流变化,使用的是P 沟器件,这样,OLED处于驱动TFT 的漏端,源电压与有机层上的电压无关。

基于FPGA芯片EP3C10E144C8的OLED真彩色显示方案

  Data Line 与寻址TFT 的源级相连,Scan Line 使地址TFT 选通,数据线上的内容通过漏电流写入到存储电容CS上,并以电荷的形式暂存。

  当Power Line 为高电平时,驱动TFT 的源级为高电平,同时CS上的电荷,将选通驱动TFT,其漏电流流过OLED 显示器件,驱动其发光。数据线电平的高低决定了像素的亮暗。

  1. 2 256 级灰度显示

  所谓图像的灰度等级就是指图像亮度深浅的层次,将基色的发光亮度按强度大小划分,就是灰度级。

  显示屏能产生的灰度级越高,显示的颜色和图像层次就越多。而且人的视觉系统对亮度强弱的感受不仅与亮度本身的强弱相关,还与发光时间和点亮面积有关,在一定时间范围内,点亮时问越长、面积越大,人眼感觉的发光强度就越强。因而利用人眼对快速的亮暗闪烁并不敏感的“暂留”效应,变换发光体的点亮时间和面积来区分亮度,就会形成一种不同灰度级画面的视觉,一般灰度级越高,所显示的颜色和图像层次就越多,图像越柔和,图像层次越逼真。高灰度级以及有效的灰度调制方式对高清晰度显示的发展极其重要,目前OLED 显示驱动一个亟需解决的是灰度的精确性问题。

  OLED 显示屏是可以用传统的模拟电压控制法来实现灰度,问题在于: 亮度和数据电压之间呈非线性关系,缺少一个渐变的易于控制的线性区间,因此,采用模拟电压法调节发光强度,难以精确、有效地实现OLED 的灰度级显示,现在总的趋势是使用数字驱动电路。

基于FPGA芯片EP3C10E144C8的OLED真彩色显示方案

 数字驱动电路的困难在于工作频率比模拟驱动电路高得多,现阶段较为实用的灰度调制方法主要有两种。一种是脉宽调制法,即对驱动脉冲实现占空比的控制; 另一种方法是子场控制法,这种方法将发光时间按1∶ 2∶ 4∶ 8∶ …划分为若干个子场,不同的子场导通组合,就能实现不同的灰度等级。但采用脉宽调制法,其时序复杂,要求显示屏有较高响应速度; 而采用子场法要求驱动频率较高,对高灰度级的实现难度大。

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关键词: FPGA 144C E144 OLED

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