256 級灰度顯示 - 基于FPGA的OLED真彩色顯示設計

摘要利用FPGA 控制模塊，設計了OLED 真彩色動態(tài)圖像驅動控制電路。介紹采用FPGA 實現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電路的工作過程。電路系統采用基于Altera 公司的FPGA技術進行設計，以Verilog HDL 為描述語言，Modelsim 仿真結果表明，該方案能夠實現預定目標，實現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） 由于其主動發(fā)光、響應快、高亮度、全視角、直流低壓驅動、全固態(tài)以及不易受環(huán)境影響等優(yōu)異特性，具有LCD 無法比擬的優(yōu)點，在手機、個人電子助理（ PDA） 、數碼相機、車載顯示、筆記本電腦、壁掛電視以及軍事領域都具有廣闊的應用前景，因而得到了業(yè)界廣泛的關注。OLED 發(fā)展至今，已經由最初的單色發(fā)展到現在的全彩，與此同時對驅動電路也提出了更高的要求，由最初的無灰階單色靜態(tài)驅動，到彩色動態(tài)驅動。

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

　　1 驅動控制系統設計

　　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電路系統。驅動電路系統是保證顯示器正常工作必不可少的部分，對顯示性能起著舉足輕重的作用，驅動電路系統的不同會導致顯示器顯示色彩、亮度以及顯示的灰度、響應時間、功耗等顯示器參數。而OLED 顯示屏需要專用的控制驅動芯片，只有OLED 屏與驅動控制芯片的成功結合，才能推動OLED 的發(fā)展從而取代LCD.然而，目前國內外對OLED 研究的熱點主要在器件與材料上，關于驅動電路和灰度控制方面的研究相對較少，現有的OLED 驅動電路集成度低，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 驅動電路，成為顯示領域一個亟待解決的問題。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 屏外圍驅動電路，并對256 級灰度實現方法進行了優(yōu)化，使其與OLED 完美結合，從而進一步推動OLED 向前發(fā)展。

　　1. 1 OLED 像素單元電路

　　對于OLED 驅動控制系統的實現，關鍵技術在于數據的寫入和掃描控制，圖1 是單個像素的雙管驅動電路。一個TFT 用來尋址，另一個是電流調制晶體管，用來為OLED 提供電流。為防止OLED 開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TFT 的漏端，源電壓與有機層上的電壓無關。

　　圖1 OLED 雙管驅動電路

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

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