基于FPGA的OLED真彩色显示的设计方案简述

2012-06-28 18:46:54来源: 21ic 关键字:FPGA  OLED
   

利用FPGA 控制模块,设计了OLED 真彩色动态图像驱动控制电路。介绍采用FPGA 实现OLED 外围控制电路和256 级灰度的方法,并分析电路中模块的作用及整个电路的工作过程。电路系统采用基于Altera 公司的FPGA技术进行设计,以Verilog HDL 为描述语言,Modelsim 仿真结果表明,该方案能够实现预定目标,实现480 × RGB ×640 彩色OLED 屏256 级灰度显示。

作为第3 代显示器,有机电致发光器件( OrganicLight Emitting Diode,OLED) 由于其主动发光、响应快、高亮度、全视角、直流低压驱动、全固态以及不易受环境影响等优异特性,具有LCD 无法比拟的优点,在手机、个人电子助理( PDA) 、数码相机、车载显示、笔记本电脑、壁挂电视以及军事领域都具有广阔的应用前景,因而得到了业界广泛的关注。OLED 发展至今,已经由最初的单色发展到现在的全彩,与此同时对驱动电路也提出了更高的要求,由最初的无灰阶单色静态驱动,到彩色动态驱动。

目前,OLED 的研究重点是研制高稳定性的器件以达到实用化的要求,但同时研究实现高质量动态显示的驱动技术也很重要,因为只有结合良好的驱动技术,提高反应速度和分辨率,才能表现出OLED 的优异特点。然而,单色OLED 显示就要求驱动电压具有较高的控制精度,彩色OLED 显示如要同时精确地控制RGB 三基色的灰度,实现起来难度更大。为实现真彩色,R、G、B 三基色要各自实现256 级灰阶。文中所述电路属于全彩色动态驱动电路,将对其256 级灰度显示以及外围驱动进行研究与设计,为今后大尺寸OLED 显示器提供一个可行的技术方案。

1 驱动控制系统设计

显示器性能的好坏,一方面取决于显示器的制作材料,另一方面取决于显示器的驱动电路系统。驱动电路系统是保证显示器正常工作必不可少的部分,对显示性能起着举足轻重的作用,驱动电路系统的不同会导致显示器显示色彩、亮度以及显示的灰度、响应时间、功耗等显示器参数。而OLED 显示屏需要专用的控制驱动芯片,只有OLED 屏与驱动控制芯片的成功结合,才能推动OLED 的发展从而取代LCD.然而,目前国内外对OLED 研究的热点主要在器件与材料上,关于驱动电路和灰度控制方面的研究相对较少,现有的OLED 驱动电路集成度低,针对OLED 特性的扫描效率优化度也不高。因此,设计高性能的OLED 驱动电路,成为显示领域一个亟待解决的问题。文中在现有的研究基础上,自行设计了分辨率为480 × 640 彩色OLED 屏外围驱动电路,并对256 级灰度实现方法进行了优化,使其与OLED 完美结合,从而进一步推动OLED 向前发展。

1. 1 OLED 像素单元电路

对于OLED 驱动控制系统的实现,关键技术在于数据的写入和扫描控制,图1 是单个像素的双管驱动电路。一个TFT 用来寻址,另一个是电流调制晶体管,用来为OLED 提供电流。为防止OLED 开启电压的变化导致电流变化,使用的是P 沟器件,这样,OLED处于驱动TFT 的漏端,源电压与有机层上的电压无关。


图1 OLED 双管驱动电路

Data Line 与寻址TFT 的源级相连,Scan Line 使地址TFT 选通,数据线上的内容通过漏电流写入到存储电容CS上,并以电荷的形式暂存。

当Power Line 为高电平时,驱动TFT 的源级为高电平,同时CS上的电荷,将选通驱动TFT,其漏电流流过OLED 显示器件,驱动其发光。数据线电平的高低决定了像素的亮暗。

1. 2 256 级灰度显示

所谓图像的灰度等级就是指图像亮度深浅的层次,将基色的发光亮度按强度大小划分,就是灰度级。

显示屏能产生的灰度级越高,显示的颜色和图像层次就越多。而且人的视觉系统对亮度强弱的感受不仅与亮度本身的强弱相关,还与发光时间和点亮面积有关,在一定时间范围内,点亮时问越长、面积越大,人眼感觉的发光强度就越强。因而利用人眼对快速的亮暗闪烁并不敏感的"暂留"效应,变换发光体的点亮时间和面积来区分亮度,就会形成一种不同灰度级画面的视觉,一般灰度级越高,所显示的颜色和图像层次就越多,图像越柔和,图像层次越逼真。高灰度级以及有效的灰度调制方式对高清晰度显示的发展极其重要,目前OLED 显示驱动一个亟需解决的是灰度的精确性问题。

OLED 显示屏是可以用传统的模拟电压控制法来实现灰度,问题在于: 亮度和数据电压之间呈非线性关系,缺少一个渐变的易于控制的线性区间,因此,采用模拟电压法调节发光强度,难以精确、有效地实现OLED 的灰度级显示,现在总的趋势是使用数字驱动电路。


图2 分时显示示意图。

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关键字:FPGA  OLED

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0628/article_3001.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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