应用LCD驱动芯片实现OLED驱动电路设计

金 薇，吴振英

(苏州工业职业技术学院，江苏 苏州 215104)

有机发光显示器(OLED)具有对比度高、亮度高、能耗低、视角宽、响应快、工艺简单、小薄轻、全彩坚固等优点，是当今平板显示领域研究的热点。OLED在手机、掌上PDA、数码产品、车载设备、电视以及军事仪器仪表等方面的高质量显示中应用前景广泛。

OLED通过包含R，G，B三基色的OLED亚像素组成基本彩色像素单元。OLED显示器的驱动方式分为无源驱动(Passive Matrix，PM)和有源驱动(Active Matrix，AM)。PM－OLED结构简、成本小、价格低主要用于低质要求的简单信息显示。AM－OLED适用于信息含量大、分辨率高的全彩色高品质画面显示设备。AM－OLED显示屏应用多晶硅薄膜晶体管(p－Si TFT)将外围驱动电路集成在其周边，使每一个像素都保持选通并由TFT驱动点亮，又称 TFT－OLED［1］。

虽然TFT－OLED显示技术在相关器件的稳定性和可靠性方面取得了一些成绩，但其配套驱动电路的开发还相对较少，市场的专用驱动芯片品牌稀少，品种单一，价格昂贵。因此如何基于现有较为成熟完善的TFT－LCD驱动芯片进行改进设计，并将其运用于TFT－OLED的驱动现实中具有重要的现实意义。

本文设计了基于FPGA和TFT－LCD芯片的外围驱动电路，实现了AM－OLED的64×3×80显示屏的彩色图像显示。

1 AM－LCD驱动原理

LCD的工作机理是:LCD加载外电场时，液晶分子方向布局的改变引起通透光透过率的变化，其外部表现为显示屏的亮度变化。图1是AM－LCD像素驱动电路原理。扫描线端口输入高电平启动开关管T，与此同时，数据线端口同步输入相应的数据电压信号，驱动点亮像素并向电容C充电。当扫描线端口换接低电压时T截止，像素靠电容C放电维持透光［2］。TFT－LCD矩阵采用逐行扫描方式工作。

图1 AM－LCD像素驱动原理图

2 AM－OLED驱动原理

图2所示为AM－OLED像素驱动原理图。与图1相比，图2中多了一个晶体管T2，扫描线端口输入高电平启动开关管T1，与此同时，数据线端口同步输入相应的数据电压信号，一方面向电容C充电，另一方面控制流过T2的电流的大小。当扫描线端口换接低电压、T1截止时，由电容C为T2管提供栅极电压，通过控制T2的漏极电流，可以维持像素发光并调节亮度［1］。

图2 AM－OLED像素驱动原理

R，G，B三基色OLED像素需要进行白平衡亮度调节来实现彩色显示［3］。表1中是白平衡时实测的3种颜色OLED的工作范围和驱动电路数据线的输入电压范围。

表1 白平衡时OLED工作范围与驱动电压范围

OLED被施加外电压负荷时，从“+”“－”极进入的电子与空穴相遇并激发发光分子，经辐射弛豫发出可见光。图3为OLED的R像素的V－L(电压－亮度)和V－J(电压－电流密度)关系曲线，从中可以看出，OLED中LV不呈线性比例，因此在图像数据编码时不能通过调节电压来改变其发光亮度。但是OLED作为一种电流型半导体发光器件，它随电流变化较为稳定，L－J大致成正比例关系。通过控制流过OLED的电流可以改变OLED像素的亮度，从而实现彩色AM－OLED显示［4］。

图3 OLED的R像素的V－L和V－J关系曲线

3 OLED驱动电路设计

3.1 显示屏驱动原理

AM－OLED显示屏显示方式为逐行扫描，通过把行、列扫描驱动电路集成到AM－OLED显示屏周边，达到精简结构、减少引线的目的。AM－OLED显示屏原理如图4所示。驱动电路在行、列扫描有效时为各个像素提供相应的驱动电压，即产生行、列驱动移位脉冲和移位起始脉冲［5］。

图4 AM－OLED显示屏原理图

3.2 驱动芯片选择［2］

用LCD驱动芯片实现OLED的驱动，必须满足以下要求:LCD显示屏和OLED显示屏的驱动原理相似;LCD驱动芯片的驱动能力符合OLED显示屏对驱动电路的要求。图1和图2表明LCD和OLED显示屏都是有源矩阵结构，采用逐行扫描的动态驱动，驱动原理类似。LCD的驱动芯片常用的是SUMSUNG公司开发的行驱动芯片S6C0655和列驱动芯片S6C0671，这两种芯片的相关参数均能满足OLED显示屏对驱动电路的要求。

3.2.1 列驱动芯片S6C0671

图5是列驱动芯片S6C0671的内部逻辑结构。该芯片主要由64 bit移位寄存器、数据控制器、数据寄存器、数据锁存器、D/A转换器、数据输出缓冲器组成。

Y001－Y384为输出驱动端口，每个管脚输出64级灰度。每个彩色像素由3个R、G、B子像素组成，每个子像素由一个管脚单独控制，每个像素有256级灰度，这样，可显示16777 216种颜色;SHL控制数据位移方向，当其为高电平时，DIO1为初始脉冲输入端，DIO2为初始脉冲输出端，输入数据方向由Y001向Y384。当其为低电平时则相反;POL是极性输入端口，当其为低电平时，所有奇数列输出电压范围是VGMA1～VGMA9，所有偶数列输出电压范围是VGMA10～VGMA18，当其为高电平时，奇偶数列情况颠倒;CLK1脉冲用于锁存数据;CLK2脉冲用于将数据输入到数据存储器中;VDD1用于逻辑电压的输入;VDD2用于驱动电压的输入。

图5 S6C0671芯片内部逻辑结构

3.2.2 行驱动芯片S6C0655

S6C0655是SUMSUNG公司开发的TFT液晶显示器行驱动芯片，内部逻辑结构如图6所示。该芯片由128 bit移位寄存器、输出端状态控制器、输出缓冲器组成。

图6 S6C0655芯片内部逻辑结构

S6C0655有2种输出模式，当120/128端为低电平时，芯片为128路输出模式;当120/128口为高电平时，芯片为120路输出模式(其中G061～G68空置)。U/D是移位方向控制端，当端口为高电平时，移位方向是:初始脉冲→DI/O→G001→G002→…→G127→G128→DO/I;当端口为低电平时则相反。CPV是移位时钟输入端，移位寄存器由CPV上升沿触发。

3.3 驱动电路设计

OLED驱动电路的基本原理是:当行选通信号处于使能状态期间，列驱动芯片S6C0671中的数据线块依次呈选通状态，在此期间外部不同的电压水平数据轮番施加在各个OLED像素电路上，从而导致流过OLED的电流也呈现波动状态，最终实现显示屏亮度显示差异。

基于以上论述，选用 FPGA控制器、驱动芯片S6C0671和S6C0655、外围电路(由译码器、锁存器等组成)构成AM－OLED驱动电路，其原理图如图7所示［6］。

图7 AM－OLED驱动电路原理图

图8 FPGA工作流程图

在图7驱动电路原理图中，FPGA控制器是电路的核心，提供E2PROM，外围电路，S6C0655和S6C0671所需的控制信号，并完成数据的传输，工作流程如图8所示。电路工作时，FPGA从E2PROM中读取X字节数据经外围电路传给S6C0671，S6C0671芯片将数据存储在数据寄存器中，FPGA控制S6C0655发出行扫描信号和Block信号，并给S6C0671输人CLK1，CLK1上升前沿到来，数据寄存器中数据被锁存并经D/A转换后经输出缓冲器传输给显示屏，即完成了一帧的显示，这个过程周而复始即形成了连续的显示画面［7］。

4 结语

本文基于OLED的应用情况，对AM－LCD和AMOLED的驱动原理进行了深入的阐述，并结合理论进行了基于TFT－LCD芯片的AM－OLED驱动电路设计。本文对基于现有成熟完善的TFT－LCD驱动芯片进行改进应用于TFT－OLED的电路驱动设计方面具有一定的参考价值。

通过本文的分析研究，TFT－LCD驱动芯片经以少许改动后可以方便的应用于AM－OLED显示屏的驱动电路中。实际应用中还有许多方法可以实现此类设计目的，本文中的阐述仅是这方面应用的一个简单举例，希望能够起到抛砖引玉的作用。

［1］李震梅，董传岱.AM－OLED像素驱动电路的研究［J］.电视技术，2004，28(12):49－54.

［2］程加力，司玉娟，李春星，等.用液晶驱动芯片驱动有机发光显示屏的设计［J］.发光学报，2004，25(5):597－601.

［3］才华，司玉娟，郎六琪，等.彩色有源OLED显示屏上像素仿真及外围驱动电路设计［J］.发光学报，2006，27(4):618－623.

［4］郑方，陈章进.高灰度级彩色OLED驱动电路的研究［J］.电视技术，2006，30(8):47－50.

［5］朱艳菊，唐宁，骆扬.AMOLED屏上驱动电路的设计［J］.电视技术，2011，35(7):66－67.

［6］程加力.有机发光显示屏驱动电路的设计［D］.吉林:吉林大学，2004.

［7］张辉，李黎国，赵志超.基于FPGA的OLED真彩色显示的实现［J］.电子科技，2012，25(5):4－7.