基于FPGA的OLED真彩色显示的实现

摘要 利用FPGA控制模块，设计了OLED真彩色动态图像驱动控制电路。介绍采用FPGA实现OLED外围控制电路和256级灰度的方法，并分析电路中模块的作用及整个电路的工作过程。电路系统采用基于Altera公司的FPCA技术进行设计，以Verlog HDL为描述语言，Modelsim仿真结果表明，该方案能够实现预定目标，实现480×RGB×640彩色OLED屏256级灰度显示。
关键词 OLED；FPGA；256级灰度；外围控制电路

作为第3代显示器，有机电致发光器件(Organic Light Emitting Diode，OLED)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。OLED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。
目前，OLED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。