在发现电子发光机理的十年后,有机发光二极体(OLED)技术最终商用在手机,MP3和数位相机中。按Display Search的数据报告, 从2001年第一颗单晶片OLED驱动器起, 2003年有超过一千七百万颗IC用在手机显示上.今年,OLED也开始套用在手机的主显示屏上。OLED在手机显示上的套用正取得腾飞性的增长, 预计今年OLED模组的使用数量将超过3三千万片。
与OLED技术和发展相呼应,OLED的驱动器也日益扮演着重要的角色。不只是从低占空比上升到支持高占空比, 而且套用了诸如每个RGB电流的控制、更宽的IC工作温度 (-45到80℃) 、内部DC-DC升压、以及图形加速指令等一些特性。现在OLED驱动器都具备所有这些特性, 提升了OLED的使用寿命和可靠性, 增强了OLED的显示效果。
基本介绍
- 中文名OLED驱动器
- 外文名OLED driver
引言
有机电致发光二极体是基于有机材料的一种电流型半导体发光器件。根据驱动方式的不同,分为无源驱动(Passive Matrix,PMOLED) 和有源驱动(Active Matrix,AMOLED)。两种形式。PMOLED工艺简单,但受限于驱动方式,尺寸通常无法突破5in;相比之下AMOLED则突破了大尺寸与解析度的限制,而且更省电,能开发更大型的彩色显示面板。 目前,市场上以无源驱动OLED为主,主要套用于小型便携设备中,如PDA 以及游戏机等,发挥轻、薄、低功耗的优势。后期,将以有源驱动OLED和无源驱动OLED为主。主要套用于各种显示终端设备中。
OLED 工作原理
OLED由以下各部分组成 基层(透明塑胶,玻璃,金属箔)--基层用来支撑整个OLED. 阳极(透明)--阳极在电流流过设备时消除电子(增加电子“空穴”)。 有机层--有机层由有机物分子或有机聚合物构成。 导电层--该层由有机塑胶分子构成,这些分子传输由阳极而来的“空穴”.可採用聚苯胺作为OLED的导电聚合物。 发射层--该层由有机塑胶分子(不同于导电层)构成,这些分子传输从阴极而来的电子;发光过程在这一层进行。可採用聚芴作为发射层聚合物。 阴极(可以是透明的,也可以不透明,视OLED类型而定)--当设备内有电流流通时,阴极会将电子注入电路。
OLED属载流子双注入型发光器件,它利用了电子发光的特性当电流通过时,某些材料会发光,而且从每个角度看,都比液晶显示器清晰;其发光机理为在外界电压的驱动下,由电极注入的电子和空穴在有机材料中複合而释放出能量,并将能量传递给有机发光物质的分子,使其受到激发,从基态跃迁到激发态,当受激分子从激发态回到基态时辐射跃迁而产生髮光现象。发光过程通常由以下五个阶段完成
1)载流子的注入在外加电场的作用下,电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜注入;
2)载流子的迁移注入的电子和空穴分别从电子输送层和空穴输送层向发光层迁移;
3)载流子的複合电子和空穴複合产生激子;
4)激子的迁移激子在电场作用下迁移,能量传递给发光分子,并激发电子从基态跃迁到激发态;
5)电致发光激发态能量通过辐射失活,产生光子,释放出能量。
光的颜色与材料有关一种方法是用小分子层工作,例如铝氧化物;另一种方法是将激活的色素嵌入聚合物长链,这种聚合物非常容易溶化,可以製成涂层。电子流和载流子通常是不等量的,这意味着,占主导地位的载流子穿过整个结构层时,不会遇到从相反方向来的电子,能耗投入大,效率低。
OLED驱动原理
从电子学的角度出发有机电致发光显示器件的显示原理。可简述为!在大于某一阈值的外加电场作用下,空穴和电子以电流的形式分别从阳极和阴极注入到夹在阳极和阴极间的有机薄膜发光层,两者结合併生成激子,发生辐射複合而导致发光。发光强度与注入的电流成正比,注入到显示器件中。每个显示像素的电流可以单独控制,不同的显示像素,在驱动信号的作用下,在显示屏上合成出各种字元、数字、图形以及图像。 有机电致发光显示驱动器的功能就是提供这种电流信号。随着高性能集成化的有机发光二极体驱动电路的问世,有机发光二极体对于系统开发工程师来说已经不再是一项缺乏可行性,难于接受的显示技术。而要有效地使用有机发光二极体显示器则需要解决显示均匀性、大寄生电容和有机发光二极体的寿命等问题。
OLED的驱动方式分为主动式驱动(有源驱动)和被动式驱动(无源驱动)。
一、无源驱动(PM OLED)
对于无源驱动,有机电致发光显示器件具有二极体特性,原则上其为单向电流驱动。 ,由于有机发光薄膜的厚度在纳米量级,发光面积尺寸一般大于100um,,器件具有很明显的电容特性。为提高显示器件的刷新频率,对不发光的像素对应的电容进行快速放电,目前很多驱动电路採用正向恆流反向恆压的驱动模式。当有机电致发光显示像素上所加的正向电压,大于发光的阈值电压时,像素将发光显示(当所加的正向电压小于阈值电压时,像素不产生电光效应而不显示。对于发光的像素,发光强度与注入的电流成正比,&为了实现对显示对比度和亮度的控制,有机发光显示驱动器要能够控制驱动输出的电流幅值。 ,为了实现灰度显示、改善刷新频率等功能,还要求电致发光显示驱动器能够对正向电流的脉宽、反向电压的幅值脉宽和频率等参数进行控制。
其分为静态驱动电路和动态驱动电路。
⑴ 静态驱动方式在静态驱动的有机发光显示器件上,一般各有机电致发光像素的阴极是连在一起引出的,各像素的阳极是分立引出的,这就是共阴的连线方式。若要一个像素髮光只要让恆流源的电压与阴极的电压之差大于像素髮光值的前提下,像素将在恆流源的驱动下发光,若要一个像素不发光就将它的阳极接在一个负电压上,就可将它反向截止。在图像变化比较多时可能出现交叉效应,为了避免我们必须採用交流的形式。静态驱动电路一般用于段式显示屏的驱动上。
⑵ 动态驱动方式在动态驱动的有机发光显示器件上人们把像素的两个电极做成了矩阵型结构,即水平一组显示像素的同一性质的电极是共用的,纵向一组显示像素的相同性质的另一电极是共用的。如果像素可分为N行和M列,就可有N个行电极和M个列电极。行和列分别对应发光像素的两个电极。即阴极和阳极。在实际电路驱动的过程中,要逐行点亮或者要逐列点亮像素,通常採用逐行扫描的方式,行扫描,列电极为数据电极。实现方式是循环地给每行电极施加脉冲,所有列电极给出该行像素的驱动电流脉冲,从而实现一行所有像素的显示。该行不再同一行或同一列的像素就加上反向电压使其不显示,以避免“交叉效应”,这种扫描是逐行顺序进行的,扫描所有行所需时间叫做帧周期。 在一帧中每一行的选择时间是均等的。假设一帧的扫描行数为N,扫描一帧的时间为1,那幺一行所占有的选择时间为一帧时间的1/N该值被称为占空比係数。在同等电流下,扫描行数增多将使占空比下降,从而引起有机电致发光像素上的电流注入在一帧中的有效下降,降低了显示质量。随着显示像素的增多,为了保证显示质量,就需要适度地提高驱动电流或採用双屏电极机构以提高占空比係数。 除了由于电极的公用形成交叉效应外,有机电致发光显示屏中正负电荷载流子複合形成发光的机理使任何两个发光像素,只要组成它们结构的任何一种功能膜是直接连线在一起的,那两个发光像素之间就可能有相互串扰的现象,即一个像素髮光,另一个像素也可能发出微弱的光。这种现象主要是因为有机功能薄膜厚度均匀性差,薄膜的横向绝缘性差造成的。从驱动的角度,为了减缓这种不利的串扰,採取反向截至法也是一行之有效的方法。 带灰度控制的显示显示器的灰度等级是指黑白图像由黑色到白色之间的亮度层次。灰度等级越多,图像从黑到白的层次就越丰富,细节也就越清晰。灰度对于图像显示和彩色化都是一个非常重要的指标。一般用于有灰度显示的屏多为点阵显示屏,其驱动也多为动态驱动,实现灰度控制的几种方法有控制法、空间灰度调製、时间灰度调製。
二、有源驱动(AM OLED) 有源驱动的每个像素配备具有开关功能的低温多晶硅薄膜电晶体(LowTemperature Poly-Si Thin Film Transistor, LTP-Si TFT),而且每个像素配备一个电荷存储电容,外围驱动电路和显示阵列整个系统集成在同一玻璃基板上。与LCD相同的TFT结构,无法用于OLED。这是因为LCD採用电压驱动,而OLED却依赖电流驱动,其亮度与电流量成正比,除了进行ON/OFF切换动作的选址TFT之外,还需要能让足够电流通过的导通阻抗较低的小型驱动TFT。 有源驱动属于静态驱动方式,具有存储效应,可进行100%负载驱动,这种驱动不受扫描电极数的限制,可以对各像素独立进行选择性调节。 有源驱动无占空比问题,驱动不受扫描电极数的限制,易于实现高亮度和高解析度。 有源驱动由于可以对亮度的红色和蓝色像素独立进行灰度调节驱动,这更有利于OLED彩色化实现。 有源矩阵的驱动电路藏于显示屏内,更易于实现集成度和小型化。由于解决了外围驱动电路与屏的连线问题,这在一定程度上提高了成品率和可靠性。
不同驱动方式比较
,在结构上,无源驱动矩阵的像素由阳极和阴极单纯基板构成。阳极和阴极的交叉部分可以发光;有源驱动的每个像素配备有开关功能的薄膜电晶体,而且每个像素配备一个电荷存储电容,外围驱动电路和显示阵列整个(系统)集成在同一玻璃基板上,这种结构虽然与LCD有相同之处,但LCD採用电压驱动",而OLED却採用电流驱动,其亮度与电流大小成正比。 ,除了需要切换动作的选址TFT外,还需要能让足够电流通过的导通阻抗较低的小型驱动TFT。,在驱动方式上无源矩阵是多路动态驱动,受到扫描电极数的限制,并存在占空比问题,这就使得无源矩阵很难实现高亮度和高解析度,而且随着列数增加,占空比係数也变小,从而使得要想得到一定的亮度,必须提高电流密度,这样做,必然使发光效率降低而功耗增加;而有源矩阵属静态驱动"它具有存储效应,可进行100%负载驱动,不受电极数限制,也没有占空比这一说,易于实现高亮度、高解析度以及高效率和低功耗。,无源驱动方式必须外接驱动电路,而且
难以对低亮度的红色和蓝色进行独立调节;而有源方式的驱动电路集成在显示屏内,并可以对亮度的红色和蓝色像素进行灰度调节驱动,所以有源方式更易于提高集成度,实现小型化和彩色化,并且更易于实现大面积显示,为未来低功耗大萤幕显示注入了活力。