【導(dǎo)讀】本文詳細(xì)分析了OLED的結(jié)構(gòu)特性和無源驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，重點(diǎn)解析了OLED無緣驅(qū)動(dòng)技術(shù)。本文為了達(dá)到OLED的均勻顯示效果，采用了預(yù)充電技術(shù)和電流源驅(qū)動(dòng)。
為了達(dá)到OLED 的均勻顯示效果和解決交叉效應(yīng)，首先分析了OLED 結(jié)構(gòu)特性以及無源OLED 器件的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)，介紹了OLED 的無源驅(qū)動(dòng)技術(shù)。其次，為了達(dá)到均勻的現(xiàn)示，采用電流源驅(qū)動(dòng)和預(yù)充電技術(shù)來提高現(xiàn)示亮度的均勻性。最后，在分析了交叉效應(yīng)形成原因的基礎(chǔ)上采取反向電壓抑制法，使非選中像素在反向電壓的作用下處于截止?fàn)顟B(tài)，從而有效的解決了交叉效應(yīng)現(xiàn)象對(duì)顯示的影響。
目前，在平板顯示技術(shù)中，有機(jī)發(fā)光二極管(OLED， Organic Light Emitting Diode)具有自發(fā)光性、高對(duì)比度、高的反應(yīng)速度、廣視角等優(yōu)點(diǎn)，在近幾年引起了世界范圍內(nèi)的關(guān)注，在平板顯示技術(shù)中發(fā)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(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品及軍事領(lǐng)域都有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。
驅(qū)動(dòng)控制電路是有源發(fā)光二極管中必不可少的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。因此，高性能的驅(qū)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)在OLED顯示設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用。OLED的驅(qū)動(dòng)方式主要有無源驅(qū)動(dòng)(Passive Matrix Driving)和有源驅(qū)動(dòng)(Active Matrix Driving)兩種方式。
采用無源驅(qū)動(dòng)的OLED稱為PM-OLED，采用有源驅(qū)動(dòng)的OLED稱為AM-OLED.AM-OLED具有制作復(fù)雜、多像素、大尺寸、高成本等特點(diǎn)而PM-OLED則具有制作簡單、少像素、小尺寸、低成本等特性，因此主要介紹OLED的無源驅(qū)動(dòng)方式。
OLED 的構(gòu)成和發(fā)光原理
OLED的基本結(jié)構(gòu)是由一薄而透明具半導(dǎo)體特性之銦錫氧化物(ITO， Indium Tin Oxide)，與正極相連，再加上另一個(gè)金屬陰極，包成如三明治的結(jié)構(gòu)。接著是空穴注入層、復(fù)合發(fā)光層、電子傳輸層和金屬陰極。如圖1所示。
[page]
OLED 的電光特性
OLED的電流密度和電壓的關(guān)系曲線及亮度和電壓的關(guān)系曲線如圖2所示。
如圖2(b)所示，OLED 電壓和亮度呈非線性關(guān)系，若采用電壓驅(qū)動(dòng)的方式來實(shí)現(xiàn)亮度級(jí)別的區(qū)分，那么驅(qū)動(dòng)電壓必須要有很高的精度，對(duì)驅(qū)動(dòng)電源部分的設(shè)計(jì)有很高的要求，不易實(shí)現(xiàn)。
如圖2(c)所示，電流與發(fā)光亮度有著較好的線性關(guān)系，所以只要控制好流過各個(gè)OLED 像素的電流，就可簡單有效的實(shí)現(xiàn)亮度級(jí)別的區(qū)分。
綜上所述，OLED 每一像素的亮度正比于與流過像素的電流， 需要電流源驅(qū)動(dòng)。由于OLED的流入電流與外加電壓為冪級(jí)數(shù)的關(guān)系，得知很小的電壓變化必會(huì)導(dǎo)致電流的大范圍變化。因此電流的大小必須得到精確的控制。
預(yù)充電技術(shù)
OLED是電流控制的器件，它的亮度和電流通過的平均時(shí)間成比例，當(dāng)電流未到OLED的發(fā)光閾值前，器件的發(fā)光亮度很小，當(dāng)電流達(dá)到其發(fā)光閾值后，OLED會(huì)隨著電流增加發(fā)光強(qiáng)度增大。一個(gè)OLED單元可以簡化成一個(gè)LED和一個(gè)20~30 PF的寄生電容并聯(lián)，如圖3所示，要使OLED發(fā)光，電流源首先要將電容充電到OLED的發(fā)光電壓，則充電時(shí)間會(huì)比較長，響應(yīng)時(shí)間會(huì)比較慢。因此，可以在電流源驅(qū)動(dòng)電路中加入預(yù)充電電路，先對(duì)其電容預(yù)充電到預(yù)先計(jì)算的電壓，該電壓略小于其閾值電壓VTH，后再用準(zhǔn)確的恒流源來驅(qū)動(dòng)，從而提高其電光響應(yīng)速度。
discharge、precharge、display，這3個(gè)階段原理圖如圖5所示。
[page]
但是從圖4所示的Segment和Commmon顯示波形中可以看出，在實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)掃描周期內(nèi)，首先是discharge動(dòng)作，然后是precharge動(dòng)作，其次是display動(dòng)作，原因是由于屏的制作工藝和相鄰的行列電極之間的漏電使相鄰像素電容上存有部分電荷，當(dāng)下一個(gè)掃描周期開始時(shí)，直接充電，會(huì)使CD 兩端電壓超過PMOLED的閾值電壓，導(dǎo)致電流源不能準(zhǔn)確控制其發(fā)光亮度。所以在一個(gè)掃描周期內(nèi)，首先將CD 兩端電壓放掉，再充電置閾值電壓以下，后用準(zhǔn)確的電流源控制其發(fā)光亮度，提高其顯示對(duì)比度。
當(dāng)行掃描開始后，先采用圖5(a)所示電路對(duì) CD放電，行列驅(qū)動(dòng)電路均接地，使電容兩端電壓為零。
放電結(jié)束后，利用圖5(b)所示電路對(duì)CD 充電，充電過程中，行驅(qū)動(dòng)電路接地，列驅(qū)動(dòng)電路接充電電壓PRE V .
預(yù)充電結(jié)束后，利用圖5(c)所示電路進(jìn)入發(fā)光階段，此時(shí)掃描行的CD兩端電壓為PRE V (接近OLED閾值電壓)，行驅(qū)動(dòng)電路接地，列驅(qū)動(dòng)電路接恒流源，這樣在很大程度上減少了電流源對(duì)電容的充電時(shí)間；非掃描行驅(qū)動(dòng)電路接高電平VOH，流過PMOLED的電流為I，CD 兩端電壓為VCS，VCS-VOH小于OLED的閾值電壓，使半選像素點(diǎn)處于截止?fàn)顟B(tài)。
交叉效應(yīng)的形成和抑制
OLED是電流型發(fā)光器件，從無源驅(qū)動(dòng)內(nèi)部等效電路結(jié)構(gòu)中，如圖6所示?？梢钥闯鲈贠LED驅(qū)動(dòng)電路等效結(jié)構(gòu)中所有行像素都使用同一行電極，并且所有列像素也都使用同一列電極。這樣會(huì)使被選中像素的相鄰像素由于電流的注入而發(fā)出微弱的光；除此之外，由于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(huì)使相鄰像素電容存儲(chǔ)一定電荷，當(dāng)電荷積累到OLED發(fā)光閾值時(shí)就會(huì)使相鄰的非選通像素發(fā)光，造成顯示時(shí)交叉效應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生。
總結(jié)
本文著重分析了無緣OLED器件的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)。OLED屬于電流型器件，如果使用恒壓源驅(qū)動(dòng)，則會(huì)因?yàn)镺LED顯示屏制造工藝問題使行列電極上的電阻不一致，從而導(dǎo)致屏上各個(gè)位置的OLED單元流經(jīng)的電流不一致。結(jié)果導(dǎo)致顯示亮度的不均勻。從OLED伏安特性曲線得出即使電壓的變換很小也會(huì)導(dǎo)致電流的較大波動(dòng)，而電流源與發(fā)光亮度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，采用電流源驅(qū)動(dòng)最適合。能夠達(dá)到預(yù)期的顯示效果和電光響應(yīng)速度。進(jìn)一步提出預(yù)充電技術(shù)。本文還分析了交叉效應(yīng)產(chǎn)生的原因，根據(jù)OLED等效電路結(jié)構(gòu)和制作工藝上的限制以及其單向?qū)щ娦缘奶匦裕识捎梅聪螂妷阂种品ā?br />
相關(guān)閱讀：
OLED的五大材料組成大揭秘
如何降低手機(jī)OLED顯示屏的功耗？
探討LED背光、LED與OLED成像技術(shù)的差別
