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6.5萬彩色顯示PM-OLED控制與驅動芯片

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-10-21     來源:[標簽:出處]     作者:[標簽:作者]     瀏覽次數:119
核心提示:
摘  要:為了支持并利用有機發光二極管(OLED)顯示技術,設計一種適用于96×64無源OLED(PM-OLED)的顯示控制與驅動芯片。該芯片可以實現6.5萬彩色顯示和256級對比度調節,驅動方法采用了脈沖幅度調制(PAM)。芯片不但集成了數字和模擬電路。而且兼容高電壓和低電壓同時工作。測試結果表明:在低壓電源為3V、高壓電源為12V的情況下,當列驅動單元輸出電流為100μA時,驅動電路和顯示屏的整體模塊功耗約為770mW,所設計的控制與驅動芯片能夠正確顯示彩色圖像。
關鍵詞:MOS集成電路;有機發光二極管;脈沖幅度調制;彩色顯示;數模混合;高低壓結合

    隨著顯示技術的不斷推進和發展,平板顯示已經成為業界顯示的主要方向,而平板顯示則主要包括液晶(LCD)顯示、等離子體(PDP)顯示以及新生力量有機發光二極管(OLED)顯示。雖然目前LCD占據著平板顯示市場的巨大份額,但其存在諸多缺點且不易解決;相比LCD,OLED則具有許多優點,包括:視角寬,響應速度快,功耗低,重量輕,可折疊,色彩鮮艷等。于是OLED顯示技術已經廣泛引起業界的重視,有可能代替LCD成為下一代顯示技術的主流。
    類似于LCD顯示器件,OLED也可以分為2種類型,即無源OLED(PM-OLED)和有源OLED(AM-OLED)。兩者之間的主要區別是每個像素點是否存在薄膜晶體管(TFT)和用來存儲信息的電容,因而無源OLED只能用于小屏幕的顯示,例如手機和mp3的顯示屏。為了能夠充分支持和利用這一新生的顯示技術,本文設計了能夠實現6.5萬彩色顯示,具有256級對比度調節,采用PAM調制的適用于96×64 PM-OLED的顯示控制與驅動芯片。芯片中既包括數字控制模塊,也包括模擬調節電路;既包括低壓邏輯,也包括高壓驅動:所以整個芯片類似于一個SOC。同種類的OLED顯示控制與驅動芯片在國內大陸地區尚未報道過。

1 PM-OLED的器件模型及相關特性
   
對于PM-OLED顯示器件,每個像素點的結構和等效模型如圖1所示。顯示面板即是由這些像素排列而成,將面板上每列像素的ITO電極連接在一起形成數據線;同時,每行像素的金屬電極也連接在一起形成掃描線。當對面板進行逐行掃描時,某列數據線上的信息將決定處在該行該列上的像素點是否發光。
    由于OLED屬于電流型器件,其發光強度是由流過器件的電流控制的。目前,主要有2種方式進行調制:一是脈沖寬度調制(PWM),即通過控制流過器件電流的時間長短來調節;二是脈沖幅度調制(PAM),即通過控制流過器件電流的幅度大小來調節。本文設計的芯片采用的是PAM調制方式。
    由圖1可看出,當某行顯示剛開始,掃描線為低電平時,二極管中并沒有電流經過,而是由列驅動電路經由數據線給寄生電容充電,當電容上的電壓達到二極管的開啟電壓(約4v)時,二極管才會發光;因而考慮顯示效果,必須注意寄生電容的快速充電問題。

2 芯片各部分模塊的工作原理
    圖2是整個芯片的結構框圖,主要包括數字控制部分,容量為96×16×64的靜態隨機存儲器(SRAM),振蕩器,DC-DC,基準電流產生調節模塊,64個行驅動和96×3(R/G/B)個列驅動。

2.1 數字控制部分與SRAM
    數字控制部分是整個芯片電路的核心,主要負責接收片外單片機(MCU)的指令和數據,來協調芯片內部各模塊之間的相互運作,確保電路能夠正確實現預期功能。為了增強設計芯片的通用性,數字的MCU接口電路能夠兼容8 080、6 800并行MCU以及串行MCU讀寫方式,而且還兼容8 bit和16bit讀寫操作。當接收到MCU的指令時,數字控制電路開始鎖存指令,進行譯碼,然后轉換成控制信號輸送給各相關模塊進行工作;當接收到MCU的圖像數據時,數字控制電路就會把數據寫入SRAM以備后續顯示之用。為了能夠判斷寫入SRAM數據的正確與否,數字控制電路還會從SRAM中讀出數據進行對比糾正,確保顯示圖像的正確性。
    SRAM負責存儲緩沖圖像數據,為了滿足96×64矩陣、6.5萬彩色顯示,SRAM的容量至少為98 304 bit。每個像素的顏色顯示是由16 bit數據決定的,其中紅色5 bit、綠色6 bit、藍色5 bit。SRAM是數字控制模塊與列驅動模塊之間的橋梁,當SRAM接收數字控制部分一幀完整的圖像數據后,數字控制部分就可以發出控制信號進入顯示模式,此時,SRAM中的數據就會在顯示時鐘的作用下,經過地址譯碼逐行將顯示數據串行輸出給列驅動模塊。

2.2 基準電流產生調節模塊
   
為了能夠統一調節顯示對比度和保證顯示效果的一致性,芯片就需要有一個對電源電壓和溫度不敏感的電流基準,其基本電路結構如圖3所示。

    圖中Ubg是來自于片上電壓基準源的輸出電壓,因而具有很好的穩定性,通過運算放大器OPA的負反饋作用,可知節點P處的電壓等于Ubg,從而得到的基準電流為


調節外接電阻R的大小,使Ibg為1 μA,則通過指令調節來控制圖中的開關,就可以得到0~255 μA連續可調的基準電流Iref輸出給列驅動R/G/B模塊。

2.3 列驅動電路
   
由于所需要的列驅動單元為96×3個,為了減少SRAM和

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