一
、驅動控製SSD1303實現96x64點陣PM-OLED

 

本例子使用Solomon公司的OLED顯示驅動電路SSD1303，結合AT89C51單片機實現驅動OLED顯示屏的方法。SSD1303是一款集控製器、行驅動器和列驅動器於一體的專用於OLED顯示控製驅動電路。

 

實驗中OLED結構陽極材料，采用ITO（銦錫氧化物），陰極則使用Mg與其他穩定金屬合金的辦法Mg:Ag做陰極，以提高器件量子效率和穩定性，並可以在有機膜上形成穩定堅固的金屬薄膜。

 

PM-OLED使用普通的矩陣交叉屏， OLED位於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，可以控製每一個OLED的點亮。

 

SSD1303芯片內部電路框圖如下圖1所示：

 

 

SSD1303芯片主要由MCU接口
、命令譯碼器、振蕩器、顯示時序發生器、電壓控製與電流控製
、區顏色譯碼器
、和圖形顯示數據存儲器（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、低電流睡眠模式小於5μA
、256級對比度控製
，可編程幀頻
、具有幾個MCU接口，如68/80並行總線和串行的周邊接口、132×65bit顯示緩衝器
、可以垂直滾動
、支持部分顯示
、工作溫度：-40 oC～ 85 oC。

 

整個係統由單片機、控製驅動電路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據總線，R/W（RW#）為讀寫選擇信號，D/C為數據/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#為複位信號。單片機采用ATMEL 公司生產的低功耗、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的數據總線相連。其它引腳的連線VCC接12V，VDD接 2.7V
，VSS接地等。下麵通過程序來控製這些引腳，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

 

二、台灣普誠PT6807/PT6808無源矩陣驅動方式

 

本案例采用ISL97702便攜式產品的DC/DC直流升壓電源電路，輸入電壓2.3～5.5V
，輸出電壓根據負載輕重在2～30V範圍內可調;OLED顯示驅動采用PT6807和PT6808構建的無源矩陣驅動方式，適用於單色小尺寸OLED的顯示驅動。

 

隻所以選擇ISL97702作為電源IC，需要考慮器件運行在最高效率的同時，盡可能的降低功耗並延長電池工作時間。ISL97702具有一種突發模式以及雙輸出電壓選擇功能
，用以在輕載電流下保持轉換器的效率和電源的節約。並且ISL97702還具有浪湧電流限製、短路保護和關機期間負載隔離等功能。ISL97702的DC/DC直流升壓電源電路圖，如下圖所示：

 

基於ISL97702的DC/DC直流升壓電源電路圖

 

OLED顯示屏像素點，按行
、列排成矩陣
，顯示圖像時
，按行掃描或按列掃描，無源矩陣的基本結構框圖，如下所示：

 

無源矩陣基本結構框圖

 

其中“行”是由公共驅動器PT6807依次選通，“列”則是由列選擇器PT6808根據圖形要求來開通。例如，圖中假如第一行隻有第一個OLED導通就隻有大約0.3mA，而假如第二行是所有OLLED都選通，而每一行一共有100個OLED
，則其總電流大約為33mA。也就是說
，其總電流是由每一行中的OLED數，就是其象素數決定。因為OLED的亮度是由其電流決定的，所以保持電流的穩定是很重要的。列驅動通常采用P溝道器件作為電流源。為保證其工作於飽和區
，至少需要有2伏電壓，這樣其輸出電流隨VDS的變化將會小於1%每伏。當某一行有很多OLED導通時


，它的總電流就比較大。這時在連接電極上就會有較大壓降
，從而使VDS降低。而這種壓降又取決於顯示的圖形，而且是不可避免的。所以必須將電流受VDS的變化而變化的靈敏度降至最低。同時輸出電流的不均勻性也受到驅動器件的不一致性的影響，這種不均勻性可以靠提高VGS工作電壓和版圖匹配技術來減小。

 

128×128點陣模塊驅動接口
，如下圖所示：

 

128×128點陣模塊驅動接口圖

 

1. 行驅動電路設計

 

PT6807是點陣OLED圖形顯示係統64路行驅動器，它利用CMOS技術，提供64個移位寄存器和64路輸出驅動，PT6807自己產生時鍾信號用來控製PT6808列驅動器。

 

PT6807可以設計為主，從兩種模式，為OLED驅動顯示提供方便;主/從模式選擇由控製腳MS來控製

，在主模式下

，選擇MS腳為高電平

，輸入/輸出腳DIO1，DIO2，CL2隻作為輸出腳來用;在從模式下，MS腳被置為低電平，輸入/輸出腳CL2作為輸入來用，而DIO1，DIO2的狀態由SHL腳來決定。

 

晶振電路：主模式下

，可由R、C
、CR端來決定時鍾頻率;在從模式下，晶振電路的R，C端為懸空狀態
，CR端接高電平。

 

顯示占空比選擇：顯示占空比靠輸入腳DS1，DS2的狀態來決定;在主模式下根據DS1，DS2腳的設置來選擇占空比，有四種占空比1/48，1/64，1/96，1/128可供選擇;在從模式下，DS1
，DS2腳與電源VDD相連。

 

移位時鍾和相位選擇：PCLK2用來選擇移位數據是在CL2時鍾信號的上升沿
，還是下降沿移出;數據移位方向的選擇由MS
，SHL腳來控製。

 

2. 列驅動電路設計

 

PT6808是點陣OLED圖形顯示係統64路列驅動器，它也利用CMOS技術，並提供顯示RAM、64位數據鎖存、64位驅動和解碼邏輯
，內部顯示RAM用來存儲由八位微處理器傳來的顯示數據，它根據存儲數據產生點陣OLED驅動信號，與PT6807（行驅動器）配合使用。

 

輸入緩存用來允許和禁止PT6808，當輸入輸出數據和指令被執行時，CS1B和CS3必須處於工作狀態
，不論CS1B和CS3處於任何狀態，RSTB和ADC都可以正常操作，並且內部狀態不會改變。

 

輸入寄存器用來與MPU接口
，並臨時存儲要寫入顯示RAM的數據，當CS1B和CS3處於工作狀態時，輸入寄存器通過R/W和RS來選定，數據通過MPU被寫入輸入寄存器，然後寫入顯示RAM中，數據在E信號的下降沿被鎖入，通過內部操作自動寫入顯示RAM中。

 

輸出寄存器：當CS1B和CS3處於工作狀態
，並且R/W和RS為高電平時
，輸出寄存器用來臨時存儲顯示數據RAM
，也即顯示數據RAM中的存儲數據被鎖存到輸出寄存器。當CS1B和CS3處於工作狀態，R/W為高

，RS為低時
，狀態數據（忙檢測）可以被讀出。

 

為了讀出顯示數據RAM中的內容
，需要訪問讀指令兩次，在第一次訪問中，顯示數據RAM中的數據被鎖存到輸出寄存器中，在第二次訪問中，MPU讀鎖存數據。這就是說
，在讀顯示數據RAM時需要一次假讀，但是，在讀狀態數據時不需要假讀。

 

為了克服在工作過程中當OLED亮度較高時的自動關屏問題，在寫入數據之前應該查看該項，若關屏，則將其打開，以保證OLED屏的正常工作。其中判斷是否關屏，若關閉則將其自動打開子程序如下：

 

Rs=0; // rs為數據/指令選擇腳

 

r_w=1; // r_w為讀/寫輸入腳

 

e =1; // e為允許信號輸入腳

 

busy = P3; // P3接數據線端口

 

e = 0;

 

if（busy&0x20==0x00） // 若為真，表示已關屏

 

{com=0x3f; // com為形參

 

wr_command（com）;} // wr_command（）是寫命令子程序

 

三、TFT-OLED模擬像素單元驅動/控製電路

 

AM-OLED驅動實現方案包括模擬和數字兩種。在數字驅動方案中，每一像素與一開關相連，TFTjinzuomonikaiguanshiyong，huidujichanshengfangfabaokuoshijianbilvhuiduhemianjibilvhuidu
，huozheliangzhedejiehe。muqian
，monixiangsudianlurengzhanzhuliu，danzaihuidujishixianshang，monijishuyushijianbilvhuiduhemianjibilvhuidulilunxiangjiehejianghuishijianglaideyigefazhanqushi。zaimonifanganzhong
，genjushurushujuxinhaodeleixingbutong，danyuanxiangsudianlukefenweidianyakongzhixinghedianliukongzhixing。

 

電壓控製型像素電路

 

1.兩管TFT結構

 

電壓控製型單元像素電路以數據電壓作為視頻信號。最簡單的電壓控製型兩管TFT單元像素電路如圖1所示。

 

圖1 兩管TFT驅動電路

 

其工作原理如下：當掃描線被選中時，開關管T1開啟，數據電壓通過T1管對存儲電容CS充電
，CS的電壓控製驅動管T2的漏極電流;當掃描線未被選中時
，T1截止，儲存在CS上的電荷繼續維持T2的柵極電壓
，T2保持導通狀態，故在整個幀周期中，OLED處於恒流控製。

 

其中（a）
，（b）被分別稱為恒流源結構與源極跟隨結構，前者OLED處於驅動管T2的漏端
，克服了OLED開啟電壓的變化對T2管電流的影響;後者在工藝上更容易實現。兩管電路結構的不足之處在於驅動管T2閾值電壓的不一致將導致逐個顯示屏的亮度的不均勻，OLED的電流和數據電壓呈非線性關係，不利於灰度的調節。

 

2.三管TFT結構

 

基於第二代電流傳輸器原理的電壓控製型像素單元電路如圖2所示，虛線左邊可視為外部驅動電路，右邊為單元像素電路。

 

圖2 基於第二代電流傳輸器原理的像素電路

 

在控製模式下
，T2和T3開啟，T1和運算放大器構成第二代電流傳輸器，由於運算放大器的放大倍數可以取得很大，T1管的閾值電壓對電流的影響變得不敏感，此時
，流經T1的電流：

 

IT1=Vin/Rin

 

並且T1管源極電壓應低於OLED的開啟電壓，防止OLED開啟。在保持模式下
，T2和T3關斷，存儲電容Cs維持T1管的柵極電壓
，電流經T1進入OLED。其中放大器由COMS電路實現

，所有同行像素可共用一個運算放大器。

 

仿真結果表明，盡管T3管存在電荷注入與時鍾饋漏效應
，使得OLED電流略小於控製電流;在OLED標稱電流為1μA
，閾值電壓漂移超過5V時
，控製電流、OLED電流相對誤差分別為-0.18%
、5.2%
，成功補償了TFT的空間不均性和不穩定性。

 

雖sui然ran電dian壓ya控kong製zhi型xing電dian路lu具ju有you響xiang應ying速su度du快kuai的de特te點dian，但dan由you於yu不bu能neng準zhun確que地di調tiao節jie顯xian示shi的de灰hui度du
，難nan以yi滿man足zu顯xian示shi的de需xu求qiu

，於yu是shi人ren們men提ti出chu電dian流liu驅qu動dong方fang案an。電dian流liu控kong製zhi型xing單dan元yuan像xiang素su電dian路lu是shi以yi數shu據ju電dian流liu作zuo為wei視shi頻pin信xin號hao的de。

 

3管電流控製型TFT像素電路

 

4-TFT電流控製電流鏡像素電路

 

目前，全球已經有多家公司在從事OLED驅動IC的研究
，到目前為止，還沒有完全商業化的AM-OLED的驅動IC。但NextSierra公司已推出了分別集成的TFT-OLED行列驅動NXS1008、NXS1009和控製芯片NXS1010，張誌偉等人采用該係列芯片
，通過MCS-51單片機的控製來驅動240×320×3點陣的TFT-OLED屏，實現了大信息量的動態圖形顯示。

 

由於液晶顯示器件的配套驅動芯片功能比較完善，且價格低廉
，所以將此類芯片移用於有源矩陣顯示屏（AM-OLED）成為了國內外當前的研究焦點。顯示驅動IC是目前TFT-OLED的薄弱環節，開發通用或者專用的驅動IC，並集成控製電路
，是提高OLED在平板及顯示領域競爭力的重要動力。

 

 

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