基于FPGA的OLED真彩色顯示的設計方案簡(jiǎn)述

利用FPGA 控制模塊，設計了OLED 真彩色動(dòng)態(tài)圖像驅動(dòng)控制電路。介紹采用FPGA 實(shí)現OLED 外圍控制電路和256 級灰度的方法，并分析電路中模塊的作用及整個(gè)電路的工作過(guò)程。電路系統采用基于A(yíng)ltera 公司的FPGA技術(shù)進(jìn)行設計，以Verilog HDL 為描述語(yǔ)言，Modelsim 仿真結果表明，該方案能夠實(shí)現預定目標，實(shí)現480 × RGB ×640 彩色OLED 屏256 級灰度顯示。

作為第3 代顯示器，有機電致發(fā)光器件( OrganicLight Emitting Diode,OLED) 由于其主動(dòng)發(fā)光、響應快、高亮度、全視角、直流低壓驅動(dòng)、全固態(tài)以及不易受環(huán)境影響等優(yōu)異特性，具有LCD 無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在手機、個(gè)人電子助理( PDA) 、數碼相機、車(chē)載顯示、筆記本電腦、壁掛電視以及軍事領(lǐng)域都具有廣闊的應用前景，因而得到了業(yè)界廣泛的關(guān)注。OLED 發(fā)展至今，已經(jīng)由最初的單色發(fā)展到現在的全彩，與此同時(shí)對驅動(dòng)電路也提出了更高的要求，由最初的無(wú)灰階單色靜態(tài)驅動(dòng)，到彩色動(dòng)態(tài)驅動(dòng)。

目前，OLED 的研究重點(diǎn)是研制高穩定性的器件以達到實(shí)用化的要求，但同時(shí)研究實(shí)現高質(zhì)量動(dòng)態(tài)顯示的驅動(dòng)技術(shù)也很重要，因為只有結合良好的驅動(dòng)技術(shù)，提高反應速度和分辨率，才能表現出OLED 的優(yōu)異特點(diǎn)。然而，單色OLED 顯示就要求驅動(dòng)電壓具有較高的控制精度，彩色OLED 顯示如要同時(shí)精確地控制RGB 三基色的灰度，實(shí)現起來(lái)難度更大。為實(shí)現真彩色，R、G、B 三基色要各自實(shí)現256 級灰階。文中所述電路屬于全彩色動(dòng)態(tài)驅動(dòng)電路，將對其256 級灰度顯示以及外圍驅動(dòng)進(jìn)行研究與設計，為今后大尺寸OLED 顯示器提供一個(gè)可行的技術(shù)方案。

1 驅動(dòng)控制系統設計

顯示器性能的好壞，一方面取決于顯示器的制作材料，另一方面取決于顯示器的驅動(dòng)電路系統。驅動(dòng)電路系統是保證顯示器正常工作必不可少的部分，對顯示性能起著(zhù)舉足輕重的作用，驅動(dòng)電路系統的不同會(huì )導致顯示器顯示色彩、亮度以及顯示的灰度、響應時(shí)間、功耗等顯示器參數。而OLED 顯示屏需要專(zhuān)用的控制驅動(dòng)芯片，只有OLED 屏與驅動(dòng)控制芯片的成功結合，才能推動(dòng)OLED 的發(fā)展從而取代LCD.然而，目前國內外對OLED 研究的熱點(diǎn)主要在器件與材料上，關(guān)于驅動(dòng)電路和灰度控制方面的研究相對較少，現有的OLED 驅動(dòng)電路集成度低，針對OLED 特性的掃描效率優(yōu)化度也不高。因此，設計高性能的OLED 驅動(dòng)電路，成為顯示領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。文中在現有的研究基礎上，自行設計了分辨率為480 × 640 彩色OLED 屏外圍驅動(dòng)電路，并對256 級灰度實(shí)現方法進(jìn)行了優(yōu)化，使其與OLED 完美結合，從而進(jìn)一步推動(dòng)OLED 向前發(fā)展。

1. 1 OLED 像素單元電路

對于OLED 驅動(dòng)控制系統的實(shí)現，關(guān)鍵技術(shù)在于數據的寫(xiě)入和掃描控制，圖1 是單個(gè)像素的雙管驅動(dòng)電路。一個(gè)TFT 用來(lái)尋址，另一個(gè)是電流調制晶體管，用來(lái)為OLED 提供電流。為防止OLED 開(kāi)啟電壓的變化導致電流變化，使用的是P 溝器件，這樣，OLED處于驅動(dòng)TFT 的漏端，源電壓與有機層上的電壓無(wú)關(guān)。

圖1 OLED 雙管驅動(dòng)電路

Data Line 與尋址TFT 的源級相連，Scan Line 使地址TFT 選通，數據線(xiàn)上的內容通過(guò)漏電流寫(xiě)入到存儲電容CS上，并以電荷的形式暫存。

當Power Line 為高電平時(shí)，驅動(dòng)TFT 的源級為高電平，同時(shí)CS上的電荷，將選通驅動(dòng)TFT,其漏電流流過(guò)OLED 顯示器件，驅動(dòng)其發(fā)光。數據線(xiàn)電平的高低決定了像素的亮暗。

1. 2 256 級灰度顯示

所謂圖像的灰度等級就是指圖像亮度深淺的層次，將基色的發(fā)光亮度按強度大小劃分，就是灰度級。

顯示屏能產(chǎn)生的灰度級越高，顯示的顏色和圖像層次就越多。而且人的視覺(jué)系統對亮度強弱的感受不僅與亮度本身的強弱相關(guān)，還與發(fā)光時(shí)間和點(diǎn)亮面積有關(guān)，在一定時(shí)間范圍內，點(diǎn)亮時(shí)問(wèn)越長(cháng)、面積越大，人眼感覺(jué)的發(fā)光強度就越強。因而利用人眼對快速的亮暗閃爍并不敏感的暫留效應，變換發(fā)光體的點(diǎn)亮時(shí)間和面積來(lái)區分亮度，就會(huì )形成一種不同灰度級畫(huà)面的視覺(jué)，一般灰度級越高，所顯示的顏色和圖像層次就越多，圖像越柔和，圖像層次越逼真。高灰度級以及有效的灰度調制方式對高清晰度顯示的發(fā)展極其重要，目前OLED 顯示驅動(dòng)一個(gè)亟需解決的是灰度的精確性問(wèn)題。

OLED 顯示屏是可以用傳統的模擬電壓控制法來(lái)實(shí)現灰度，問(wèn)題在于： 亮度和數據電壓之間呈非線(xiàn)性關(guān)系，缺少一個(gè)漸變的易于控制的線(xiàn)性區間，因此，采用模擬電壓法調節發(fā)光強度，難以精確、有效地實(shí)現OLED 的灰度級顯示，現在總的趨勢是使用數字驅動(dòng)電路。

圖2 分時(shí)顯示示意圖。