工程師解析:OLED的無源驅動技術
發布時間:2014-11-18 責任編輯:echolady
【導讀】本文詳細分析了OLED的結構特性和無源驅動的特點,重點解析了OLED無緣驅動技術。本文為了達到OLED的均勻顯示效果,采用了預充電技術和電流源驅動。
為了達到OLED 的均勻顯示效果和解決交叉效應,首先分析了OLED 結構特性以及無源OLED 器件的驅動特點,介紹了OLED 的(de)無(wu)源(yuan)驅(qu)動(dong)技(ji)術(shu)。其(qi)次(ci),為(wei)了(le)達(da)到(dao)均(jun)勻(yun)的(de)現(xian)示(shi),采(cai)用(yong)電(dian)流(liu)源(yuan)驅(qu)動(dong)和(he)預(yu)充(chong)電(dian)技(ji)術(shu)來(lai)提(ti)高(gao)現(xian)示(shi)亮(liang)度(du)的(de)均(jun)勻(yun)性(xing)。最(zui)後(hou),在(zai)分(fen)析(xi)了(le)交(jiao)叉(cha)效(xiao)應(ying)形(xing)成(cheng)原(yuan)因(yin)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)采(cai)取(qu)反(fan)向(xiang)電(dian)壓(ya)抑(yi)製(zhi)法(fa),使(shi)非(fei)選(xuan)中(zhong)像(xiang)素(su)在(zai)反(fan)向(xiang)電(dian)壓(ya)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)處(chu)於(yu)截(jie)止(zhi)狀(zhuang)態(tai),從(cong)而(er)有(you)效(xiao)的(de)解(jie)決(jue)了(le)交(jiao)叉(cha)效(xiao)應(ying)現(xian)象(xiang)對(dui)顯(xian)示(shi)的(de)影(ying)響(xiang)。
目前,在平板顯示技術中,有機發光二極管(OLED, Organic Light Emitting Diode)具有自發光性、高對比度、高的反應速度、廣視角等優點,在近幾年引起了世界範圍內的關注,在平板顯示技術中發揮著越來越重要的作用。作為新一代顯示器件,OLED在頭戴顯示器、MP3、電視、手機等數碼產品及軍事領域都有廣闊的發展空間和應用前景。
qudongkongzhidianlushiyouyuanfaguangerjiguanzhongbibukeshaodezhongyaozuchengbufen,qixingnengdeyouliezhijieguanxidaozhenggexitongxingnengdeyoulie。yinci,gaoxingnengdequdongkongzhidianludeshejizaiOLED顯示設計中起著舉足輕重的作用。OLED的驅動方式主要有無源驅動(Passive Matrix Driving)和有源驅動(Active Matrix Driving)兩種方式。
采用無源驅動的OLED稱為PM-OLED,采用有源驅動的OLED稱為AM-OLED.AM-OLED具有製作複雜、多像素、大尺寸、高成本等特點而PM-OLED則具有製作簡單、少像素、小尺寸、低成本等特性,因此主要介紹OLED的無源驅動方式。
OLED 的構成和發光原理
OLED的基本結構是由一薄而透明具半導體特性之銦錫氧化物(ITO, Indium Tin Oxide),與正極相連,再加上另一個金屬陰極,包成如三明治的結構。接著是空穴注入層、複合發光層、電子傳輸層和金屬陰極。如圖1所示。

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OLED 的電光特性
OLED的電流密度和電壓的關係曲線及亮度和電壓的關係曲線如圖2所示。

如圖2(b)所示,OLED dianyaheliangduchengfeixianxingguanxi,ruocaiyongdianyaqudongdefangshilaishixianliangdujibiedequfen,namequdongdianyabixuyaoyouhengaodejingdu,duiqudongdianyuanbufendeshejiyouhengaodeyaoqiu,buyishixian。
如圖2(c)所示,電流與發光亮度有著較好的線性關係,所以隻要控製好流過各個OLED 像素的電流,就可簡單有效的實現亮度級別的區分。
綜上所述,OLED 每一像素的亮度正比於與流過像素的電流, 需要電流源驅動。由於OLED的流入電流與外加電壓為冪級數的關係,得知很小的電壓變化必會導致電流的大範圍變化。因此電流的大小必須得到精確的控製。
預充電技術
OLED是電流控製的器件,它的亮度和電流通過的平均時間成比例,當電流未到OLED的發光閾值前,器件的發光亮度很小,當電流達到其發光閾值後,OLED會隨著電流增加發光強度增大。一個OLED單元可以簡化成一個LED和一個20~30 PF的寄生電容並聯,如圖3所示,要使OLED發光,電流源首先要將電容充電到OLED的de發fa光guang電dian壓ya,則ze充chong電dian時shi間jian會hui比bi較jiao長chang,響xiang應ying時shi間jian會hui比bi較jiao慢man。因yin此ci,可ke以yi在zai電dian流liu源yuan驅qu動dong電dian路lu中zhong加jia入ru預yu充chong電dian電dian路lu,先xian對dui其qi電dian容rong預yu充chong電dian到dao預yu先xian計ji算suan的de電dian壓ya,該gai電dian壓ya略lve小xiao於yu其qi閾yu值zhi電dian壓yaVTH,後再用準確的恒流源來驅動,從而提高其電光響應速度。


discharge、precharge、display,這3個階段原理圖如圖5所示。

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但是從圖4所示的Segment和Commmon顯示波形中可以看出,在實際應用的一個掃描周期內,首先是discharge動作,然後是precharge動作,其次是displaydongzuo,yuanyinshiyouyupingdezhizuogongyihexianglindexingliedianjizhijiandeloudianshixianglinxiangsudianrongshangcunyoubufendianhe,dangxiayigesaomiaozhouqikaishishi,zhijiechongdian,huishiCD 兩端電壓超過PMOLED的閾值電壓,導致電流源不能準確控製其發光亮度。所以在一個掃描周期內,首先將CD 兩端電壓放掉,再充電置閾值電壓以下,後用準確的電流源控製其發光亮度,提高其顯示對比度。
當行掃描開始後,先采用圖5(a)所示電路對 CD放電,行列驅動電路均接地,使電容兩端電壓為零。
放電結束後,利用圖5(b)所示電路對CD 充電,充電過程中,行驅動電路接地,列驅動電路接充電電壓PRE V .
預充電結束後,利用圖5(c)所示電路進入發光階段,此時掃描行的CD兩端電壓為PRE V (接近OLED閾值電壓),行驅動電路接地,列驅動電路接恒流源,這樣在很大程度上減少了電流源對電容的充電時間;非掃描行驅動電路接高電平VOH,流過PMOLED的電流為I,CD 兩端電壓為VCS,VCS-VOH小於OLED的閾值電壓,使半選像素點處於截止狀態。
交叉效應的形成和抑製
OLED是電流型發光器件,從無源驅動內部等效電路結構中,如圖6所示。可以看出在OLEDqudongdianludengxiaojiegouzhongsuoyouxingxiangsudoushiyongtongyixingdianji,bingqiesuoyouliexiangsuyedoushiyongtongyiliedianji。zheyanghuishibeixuanzhongxiangsudexianglinxiangsuyouyudianliudezhuruerfachuweiruodeguang;除此之外,由於屏的功能膜是直接連接在一起的,相鄰的行列電極之間的漏電都會使相鄰像素電容存儲一定電荷,當電荷積累到OLED發光閾值時就會使相鄰的非選通像素發光,造成顯示時交叉效應現象的產生。

總結
本文著重分析了無緣OLED器件的驅動特點。OLED屬於電流型器件,如果使用恒壓源驅動,則會因為OLED顯示屏製造工藝問題使行列電極上的電阻不一致,從而導致屏上各個位置的OLED單元流經的電流不一致。結果導致顯示亮度的不均勻。從OLED伏(fu)安(an)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)得(de)出(chu)即(ji)使(shi)電(dian)壓(ya)的(de)變(bian)換(huan)很(hen)小(xiao)也(ye)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)流(liu)的(de)較(jiao)大(da)波(bo)動(dong),而(er)電(dian)流(liu)源(yuan)與(yu)發(fa)光(guang)亮(liang)度(du)呈(cheng)現(xian)良(liang)好(hao)的(de)線(xian)性(xing)關(guan)係(xi),采(cai)用(yong)電(dian)流(liu)源(yuan)驅(qu)動(dong)最(zui)適(shi)合(he)。能(neng)夠(gou)達(da)到(dao)預(yu)期(qi)的(de)顯(xian)示(shi)效(xiao)果(guo)和(he)電(dian)光(guang)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)。進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)出(chu)預(yu)充(chong)電(dian)技(ji)術(shu)。本(ben)文(wen)還(hai)分(fen)析(xi)了(le)交(jiao)叉(cha)效(xiao)應(ying)產(chan)生(sheng)的(de)原(yuan)因(yin),根(gen)據(ju)OLED等效電路結構和製作工藝上的限製以及其單向導電性的特性,故而采用反向電壓抑製法。
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