OLED 驅動器

在發現電子發光機理的十年後,有機發光二極體(OLED)技術最終商用在手機,MP3和數位相機中。按Display Search的數據報告, 從2001年第一顆單晶片OLED驅動器起, 2003年有超過一千七百萬顆IC用在手機顯示上.今年,OLED也開始套用在手機的主顯示屏上。OLED在手機顯示上的套用正取得騰飛性的增長, 預計今年OLED模組的使用數量將超過3三千萬片。

與OLED技術和發展相呼應,OLED的驅動器也日益扮演著重要的角色。不只是從低占空比上升到支持高占空比, 而且套用了諸如每個RGB電流的控制、更寬的IC工作溫度 (-45到80℃) 、內部DC-DC升壓、以及圖形加速指令等一些特性。現在OLED驅動器都具備所有這些特性, 提升了OLED的使用壽命和可靠性, 增強了OLED的顯示效果。

基本介紹

• 中文名：OLED驅動器
• 外文名：OLED driver

引言

有機電致發光二極體是基於有機材料的一種電流型半導體發光器件。根據驅動方式的不同，分為無源驅動（Passive Matrix，PMOLED) 和有源驅動（Active Matrix，AMOLED）。兩種形式。PMOLED工藝簡單，但受限於驅動方式，尺寸通常無法突破5in；相比之下AMOLED則突破了大尺寸與解析度的限制，而且更省電，因此能開發更大型的彩色顯示面板。 目前，市場上以無源驅動OLED為主，主要套用於小型便攜設備中，如PDA 以及遊戲機等，發揮輕、薄、低功耗的優勢。後期，將以有源驅動OLED和無源驅動OLED為主。主要套用於各種顯示終端設備中。

OLED 工作原理

OLED由以下各部分組成： 基層（透明塑膠，玻璃，金屬箔）--基層用來支撐整個OLED. 陽極（透明）--陽極在電流流過設備時消除電子（增加電子“空穴”）。 有機層--有機層由有機物分子或有機聚合物構成。 導電層--該層由有機塑膠分子構成，這些分子傳輸由陽極而來的“空穴”.可採用聚苯胺作為OLED的導電聚合物。 發射層--該層由有機塑膠分子（不同於導電層）構成，這些分子傳輸從陰極而來的電子；發光過程在這一層進行。可採用聚芴作為發射層聚合物。 陰極（可以是透明的，也可以不透明，視OLED類型而定）--當設備內有電流流通時，陰極會將電子注入電路。

OLED屬載流子雙注入型發光器件，它利用了電子發光的特性：當電流通過時，某些材料會發光，而且從每個角度看，都比液晶顯示器清晰；其發光機理為：在外界電壓的驅動下，由電極注入的電子和空穴在有機材料中複合而釋放出能量，並將能量傳遞給有機發光物質的分子，使其受到激發，從基態躍遷到激發態，當受激分子從激發態回到基態時輻射躍遷而產生髮光現象。發光過程通常由以下五個階段完成：

1）載流子的注入：在外加電場的作用下，電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極之間的有機功能薄膜注入；

2）載流子的遷移：注入的電子和空穴分別從電子輸送層和空穴輸送層向發光層遷移；

3）載流子的複合：電子和空穴複合產生激子；

4）激子的遷移：激子在電場作用下遷移，能量傳遞給發光分子，並激發電子從基態躍遷到激發態；

5）電致發光：激發態能量通過輻射失活，產生光子，釋放出能量。

光的顏色與材料有關：一種方法是用小分子層工作，例如鋁氧化物；另一種方法是將激活的色素嵌入聚合物長鏈，這種聚合物非常容易溶化，可以製成塗層。電子流和載流子通常是不等量的，這意味著，占主導地位的載流子穿過整個結構層時，不會遇到從相反方向來的電子，能耗投入大，效率低。

OLED驅動原理

從電子學的角度出發有機電致發光顯示器件的顯示原理。可簡述為!在大於某一閾值的外加電場作用下，空穴和電子以電流的形式分別從陽極和陰極注入到夾在陽極和陰極間的有機薄膜發光層，兩者結合併生成激子，發生輻射複合而導致發光。發光強度與注入的電流成正比，注入到顯示器件中。每個顯示像素的電流可以單獨控制，不同的顯示像素，在驅動信號的作用下，在顯示屏上合成出各種字元、數字、圖形以及圖像。 有機電致發光顯示驅動器的功能就是提供這種電流信號。隨著高性能集成化的有機發光二極體驅動電路的問世，有機發光二極體對於系統開發工程師來說已經不再是一項缺乏可行性，難於接受的顯示技術。而要有效地使用有機發光二極體顯示器則需要解決顯示均勻性、大寄生電容和有機發光二極體的壽命等問題。

OLED的驅動方式分為主動式驅動(有源驅動)和被動式驅動(無源驅動)。

一、無源驅動（PM OLED）

對於無源驅動，有機電致發光顯示器件具有二極體特性，因此原則上其為單向電流驅動。 但是，由於有機發光薄膜的厚度在納米量級，發光面積尺寸一般大於100um，因此，器件具有很明顯的電容特性。為提高顯示器件的刷新頻率，對不發光的像素對應的電容進行快速放電，目前很多驅動電路採用正向恆流反向恆壓的驅動模式。當有機電致發光顯示像素上所加的正向電壓，大於發光的閾值電壓時，像素將發光顯示(當所加的正向電壓小於閾值電壓時，像素不產生電光效應而不顯示。對於發光的像素，發光強度與注入的電流成正比，因此&為了實現對顯示對比度和亮度的控制，有機發光顯示驅動器要能夠控制驅動輸出的電流幅值。 另外，為了實現灰度顯示、改善刷新頻率等功能，還要求電致發光顯示驅動器能夠對正向電流的脈寬、反向電壓的幅值脈寬和頻率等參數進行控制。

其分為靜態驅動電路和動態驅動電路。

⑴ 靜態驅動方式：在靜態驅動的有機發光顯示器件上，一般各有機電致發光像素的陰極是連在一起引出的，各像素的陽極是分立引出的，這就是共陰的連線方式。若要一個像素髮光只要讓恆流源的電壓與陰極的電壓之差大於像素髮光值的前提下，像素將在恆流源的驅動下發光，若要一個像素不發光就將它的陽極接在一個負電壓上，就可將它反向截止。但是在圖像變化比較多時可能出現交叉效應，為了避免我們必須採用交流的形式。靜態驅動電路一般用於段式顯示屏的驅動上。

⑵ 動態驅動方式：在動態驅動的有機發光顯示器件上人們把像素的兩個電極做成了矩陣型結構，即水平一組顯示像素的同一性質的電極是共用的，縱向一組顯示像素的相同性質的另一電極是共用的。如果像素可分為N行和M列，就可有N個行電極和M個列電極。行和列分別對應發光像素的兩個電極。即陰極和陽極。在實際電路驅動的過程中，要逐行點亮或者要逐列點亮像素，通常採用逐行掃描的方式，行掃描，列電極為數據電極。實現方式是：循環地給每行電極施加脈衝，同時所有列電極給出該行像素的驅動電流脈衝，從而實現一行所有像素的顯示。該行不再同一行或同一列的像素就加上反向電壓使其不顯示，以避免“交叉效應”，這種掃描是逐行順序進行的，掃描所有行所需時間叫做幀周期。 在一幀中每一行的選擇時間是均等的。假設一幀的掃描行數為N，掃描一幀的時間為1，那么一行所占有的選擇時間為一幀時間的1/N該值被稱為占空比係數。在同等電流下，掃描行數增多將使占空比下降，從而引起有機電致發光像素上的電流注入在一幀中的有效下降，降低了顯示質量。因此隨著顯示像素的增多，為了保證顯示質量，就需要適度地提高驅動電流或採用雙屏電極機構以提高占空比係數。 除了由於電極的公用形成交叉效應外，有機電致發光顯示屏中正負電荷載流子複合形成發光的機理使任何兩個發光像素，只要組成它們結構的任何一種功能膜是直接連線在一起的，那兩個發光像素之間就可能有相互串擾的現象，即一個像素髮光，另一個像素也可能發出微弱的光。這種現象主要是因為有機功能薄膜厚度均勻性差，薄膜的橫向絕緣性差造成的。從驅動的角度，為了減緩這種不利的串擾，採取反向截至法也是一行之有效的方法。 帶灰度控制的顯示：顯示器的灰度等級是指黑白圖像由黑色到白色之間的亮度層次。灰度等級越多，圖像從黑到白的層次就越豐富，細節也就越清晰。灰度對於圖像顯示和彩色化都是一個非常重要的指標。一般用於有灰度顯示的屏多為點陣顯示屏，其驅動也多為動態驅動，實現灰度控制的幾種方法有：控制法、空間灰度調製、時間灰度調製。

二、有源驅動（AM OLED） 有源驅動的每個像素配備具有開關功能的低溫多晶矽薄膜電晶體（LowTemperature Poly-Si Thin Film Transistor, LTP-Si TFT），而且每個像素配備一個電荷存儲電容，外圍驅動電路和顯示陣列整個系統集成在同一玻璃基板上。與LCD相同的TFT結構，無法用於OLED。這是因為LCD採用電壓驅動，而OLED卻依賴電流驅動，其亮度與電流量成正比，因此除了進行ON/OFF切換動作的選址TFT之外，還需要能讓足夠電流通過的導通阻抗較低的小型驅動TFT。 有源驅動屬於靜態驅動方式，具有存儲效應，可進行100%負載驅動，這種驅動不受掃描電極數的限制，可以對各像素獨立進行選擇性調節。 有源驅動無占空比問題，驅動不受掃描電極數的限制，易於實現高亮度和高解析度。 有源驅動由於可以對亮度的紅色和藍色像素獨立進行灰度調節驅動，這更有利於OLED彩色化實現。 有源矩陣的驅動電路藏於顯示屏內，更易於實現集成度和小型化。另外由於解決了外圍驅動電路與屏的連線問題，這在一定程度上提高了成品率和可靠性。

不同驅動方式比較

首先，在結構上，無源驅動矩陣的像素由陽極和陰極單純基板構成。陽極和陰極的交叉部分可以發光；有源驅動的每個像素配備有開關功能的薄膜電晶體，而且每個像素配備一個電荷存儲電容，外圍驅動電路和顯示陣列整個（系統）集成在同一玻璃基板上，這種結構雖然與LCD有相同之處,但LCD採用電壓驅動",而OLED卻採用電流驅動,其亮度與電流大小成正比。 因此，除了需要切換動作的選址TFT外,還需要能讓足夠電流通過的導通阻抗較低的小型驅動TFT。其次，在驅動方式上：無源矩陣是多路動態驅動，受到掃描電極數的限制，並存在占空比問題，這就使得無源矩陣很難實現高亮度和高解析度，而且隨著列數增加，占空比係數也變小，從而使得要想得到一定的亮度，必須提高電流密度，這樣做，必然使發光效率降低而功耗增加；而有源矩陣屬靜態驅動"它具有存儲效應，可進行100%負載驅動，不受電極數限制，也沒有占空比這一說，易於實現高亮度、高解析度以及高效率和低功耗。最後，無源驅動方式必須外接驅動電路，而且

難以對低亮度的紅色和藍色進行獨立調節；而有源方式的驅動電路集成在顯示屏內，並可以對亮度的紅色和藍色像素進行灰度調節驅動，所以有源方式更易於提高集成度，實現小型化和彩色化，並且更易於實現大面積顯示，為未來低功耗大螢幕顯示注入了活力。