基于FPGA的OLED真彩色顯示的設計方案簡述

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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)。驅動電路系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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。

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。而且人的視覺系統(tǒng)對亮度強弱的感受不僅與亮度本身的強弱相關，還與發(fā)光時間和點亮面積有關，在一定時間范圍內，點亮時問越長、面積越大，人眼感覺的發(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)光體的點亮時間和面積來區(qū)分亮度，就會形成一種不同灰度級畫面的視覺，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 顯示驅動一個亟需解決的是灰度的精確性問題。

OLED 顯示屏是可以用傳統(tǒng)的模擬電壓控制法來實現灰度，問題在于： 亮度和數據電壓之間呈非線性關系，缺少一個漸變的易于控制的線性區(qū)間，因此，采用模擬電壓法調節(jié)發(fā)光強度，難以精確、有效地實現OLED 的灰度級顯示，現在總的趨勢是使用數字驅動電路。

圖2 分時顯示示意圖。