OLED点阵驱动电路设计及OLED驱动特性研究

资源类型:pdf 资源大小:830.00KB 文档分类:工业技术 上传者:郭拴宝
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文档信息

【作者】 刘小灵  刘汉华  郑学仁  李斌  冯秉刚  彭俊彪 

【关键词】有机发光二极管 驱动电路 形成过程 恢复过程 

【出版日期】2005-04-26

【摘要】设计了一种方便测试OLED显示屏特性的驱动电路。用此驱动电路研究了与驱动方式相关的OLED显示屏特性即“串扰”、老化、击穿等,观测到与OLED“形成过程”相对应的“恢复过程”。实验结果表明,通过对驱动电路采取适当的措施,能够减轻“串扰”和击穿对显示屏造成的影响,并延长显示屏的使用寿命。

【刊名】液晶与显示

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1引言有机发光二极管(OLED)点阵式显示屏,以其超轻、超薄、高亮度、广视角、响应速度快、可实现柔性显示等特点而成为新一代具有广阔应用前景的显示器,目前,在手机、PDA、数码相机等小屏显示应用领域已经开始取代传统的LCD显示屏。根据所用发光材料的不同,OLED显示技术可分为以染料或颜料为主的小分子OLED及以共轭高分子为主的大分子OLED(也称PLED)两大类[1],本文研究所用的显示屏为大分子OLED,器件结构是ITO/PEDOT/PPV衍生物[2]/Ba/Al,其中PEDOT为空穴传输层,PPV为发光层,器件能级特性参见文献[3]。OLED显示屏的特性需要在特别设计的驱动电路下,通过改变某些驱动参数来检测。本文设计了带灰度级的由通用IC构成的OLED点阵驱动电路。利用该电路重点研究了OLED显示屏的击穿、老化以及由个别点击穿引起的“串扰”问题。2无源OLED驱动电路设计及实现我们设计了一个由单片机和通用IC构成的OLED驱动电路,该电路能够实现对显示屏上任意一个像素点的多种驱动方式,对于了解OLED显示矩阵在直流、交流以及不同频率、不同脉宽驱动条件下的特性非常有意义,能够为设计高性能的适合OLED驱动特点的驱动IC提供必要的依据,以期在一定程度上通过驱动IC来优化显示屏的显示效果并尽可能地延长显示屏寿命,同时为改进显示屏的物理和电学特性提供参考。采用无源方式驱动的OLED显示屏,实际上是由单个OLED按行列顺序组成的矩阵,每个OLED的阳极都是和同一列的其他OLED阳极并联在一起的,阴极则和同一行的其他OLED的阴极并联。如果某一OLED所在的行被施以低电平,对应的列被施以高电平,而且电势差高于阈第2期刘小灵,等:OLED点阵驱动电路设计及OLED驱动特性研究141值电压则该OLED将被点亮。如果按照图像的灰度信息来控制各OLED的点亮时间之比,就可以实现灰度图像显示。根据上述显示原理设计的驱动电路如图1,该电路输出大小可调的驱动电压,形成电压源驱动,采用行扫描驱动方式,即送128位图像数据到列线后,选通相应的行,则完成一行的扫描,扫描64行则完成一帧图像的扫描。列驱动由1片89c55、16片4034、1片4514和三极管构成;行驱动由1片89c2051、4片4514和三极管构成。89c55的P0口输出图像数据控制OLED屏的列线,每次输出8位,OLED屏有128列,因此需要使用16片4034锁存128位的数据。由于89c55的输出电压并不足以驱动OLED(需要12~16V),所以在89c55与4034之间用三极管作电平转换。89c2051的P1口和P3.7控制4片4514(4~16译码器),以同步地选通OLED的行,电路的逻辑仿真波形见图2。图2驱动电路的仿真波形Fig.2Simulationwaveformofthecircuit我们根据图1所示原理制作了一个实际的驱动电路,OLED显示屏由华南理工大学高分子光电材料及器件研究所提供,拍摄到的实际显示效果如图3。图3实际的显示效果(拍摄)Fig.3Effectoftheactualcircuit3OLED屏“串扰”问题的研究与解决当OLED屏上的某个点被击穿后,该点成为一个小电阻,其旁路电流对其所在的行和列的其他像素点产生非常严重的影响,我们称之为“串扰”。如图4(a)所示,假如B2为击穿点,C行为选中的行,接低电平。假定C1、C3为要点亮的点,则1、3列为高电平,2、4列为低电平,B1管和B2管在1、2两根列线之间形成一个回路,当B1、B2两个点都未击穿时,由于B2管反偏,无法形成通路,不会形成串扰。但是,一旦B2击穿,就可以在列线1、B1、B2、列线2之间形成一个通路,令B1点亮。同理,B2点的击穿也会令B3点亮,对于一幅128×64的灰度图像而言,这种效果的叠加会导致B行整行形成一条亮线,我们称之为行串扰。最糟的情况是比其他行的亮度高63倍(当第二列为暗,而其他像素全部亮时),这种视觉干扰是绝对不可以接受的,另一方面,也会令这一行的其他点快速老化。值得注意的是,如果用一幅纯白色的图,是检测不出这条亮线的,因为这种情况下,第二列持续保持高电平,漏电通路被截断。解决行“串扰”的一种方法是,在非选中的行上加反向电压,也就是交流驱动的一种方式。这种驱动方式在解决行“串扰”的同时,可以延缓142液晶与显示第20卷图4“串扰”形成机理Fig.4Mechanismofcross talk OLED器件的衰老。如图4(b)所示,在B行加上反向电压时,该行的高电平阻断了上述“列线1-B1-B2-列线2”之间的通路,行串扰得于解决。但是,如果所加电压过高,容易造成列“串扰”。如图4(b),由于第二列接了低电平,该列的所有点本来都不可能亮,但是,由“行B-B2(击穿)-列线2”形成的回路中,由于ITO阳极的电阻率比较大,而行金属电极的电阻率比较小,击穿后B2点的反向电阻也很小,三者分压的结果导致列线2上的电平足于使得该列上行电平为低的点发光,如图4(b)的C2点,我们称之为列“串扰”。当然,由于这些点只在其所在行被选中时才亮,而上述行“串扰”的亮点在任意一行被选中时都有可能亮,所以列“串扰”远远没有行“串扰”那么严重。我们在实验中发现,适当调整行方向上的反向电压的大小,当比列线高电平低2V左右时,可以把这种干扰控制在可以接受的范围(图5),此时,原先出现亮线的行反而比其他行稍微暗,这是因为反向偏压加快了OLED的关断过程(未加反向偏压时,OLED本身的寄生电容会使熄灭的过程稍微滞后于电压跳变的过程)。对于本电路,加反偏电压的方法是,在4034的输出和电源高电平之间接一个0.4~1kΩ的电阻,具体应该根据OLED所用的材料而定。解决“串扰”的另一种方法,是在检测到屏上的某点被击穿之后,加强电压“烧断”那一点,但实验表明,“烧断”一个点所需加的电压在40~60V的范围,对于使用过程中产生的“串扰”情况,显示终端电路,特别是手持设备要产生一个这么大的电压并维持一定的电流去“烧断”屏上的点,其可行性有待论证。图5通过施加反向偏压的方法消除串扰影响Fig.5Eliminatingcross talkbyapplyingreversedvoltage4老化与击穿问题研究目前OLED的寿命仍是其实用化的主要障碍。人们对于OLED失效的机理还不是十分清楚,其失效模式主要表现在电极受到损坏及有机物层出现黑斑[4]。我们对屏上的单个像素点做了老化研究,研究方法为:用直流5V恒压驱动单个像素点,以通过该像素点的电流大小作为老化程度的表征。实验结果除了与文献[2]相吻合的部分之外,还发现了几个新的现象:(1)一个已经过一次老化实验的像素点,在停止通电后,再次通电时会与第一次通电时一样,需要经过一个“形成过程”[5](所谓“形成过程”,是指OLED在刚刚开始通电的一段时间内,电流由小增大至趋于稳定的一个过程,在这个过程中,亮度随电流的增大而增高)。这种二次“形成过程”的长短,与停止通电的时间有关系,实验条件为:一个未曾使用的像素点,先经过第一次老化,然后停止通电2min,再进行第二次老化。第二次老化测试完成后停电30min,进行第三次老化。第三次老化测试完后,通以反向直流5V电压2min,进行第四次老化测试。为了使结果具有可比性,所有实验都在“形成过程”刚好完成时停止,目的是避免由于器件的过分老化而对下次测试的结果造成影响,实验结果表明:与“形成过程”相对应,OLED器件有一个“恢复过程”。对于本文所用的双载流子PLED器件[6],“形成”与“恢复”主要是接触势垒以及复合中心在电场作用下的建立与稳定的过程及其相图6单个像素点的“形成过程”及“恢复过程”Fig.6Formingandrecoveringprocessofsinglepixel反过程。实验数据说明,“恢复”的程度主要与断电的时间长短有关,而与是否施加反向电压无关。(2)交流驱动方式会延长“形成过程”,将驱动方式由恒压改为每64μs插入1μs反向偏压,结果,单个像素的形成过程由原来的2.5min,延长至6min20s。(3)给显示屏施加20V脉冲驱动电压,并撤除用于施加反向偏压的上拉电阻,做应力测试,发现点击穿多发生在上电的时候,这些击穿点会引发行串扰,形成一条明显的亮线。串扰形成后,通过上拉电阻施加反向偏压,可以使得这些亮线消失,撤除反向电压后,有些亮线再次出现,有些亮线则不再出现而且击穿点照常发光,即某些点的击穿具有可恢复性。这种可恢复性表明,OLED的击穿,不一定破坏器件的整体结构,反向偏压的作用能够使得接触势垒和激子复合中心得于重新建立。5结论(1)设计并搭建了方便对OLED显示屏的特性进行测试分析的驱动电路,重点研究了OLED显示屏的“串扰”、击穿以及老化等问题。(2)在驱动电路上采取措施,可以在一定程度上消除或减轻“串扰”问题,但根本的解决办法是提高显示屏的质量,包括可靠性和均匀性等。(3)实验结果表明,OLED器件的老化和击穿在某种程度上具有可恢复的特点,这与OLED内部势垒的雪崩击穿和重新建立,以及接触面的氧化程度有关。OLED点阵驱动电路设计及OLED驱动特性研究@刘小灵$华南理工大学微电子研究所!广东广州510640 @刘汉华$华南理工大学微电子研究所!广东广州510640 @郑学仁$华南理工大学微电子研究所!广东广州510640 @李斌$华南理工大学微电子研究所!广东广州510640 @冯秉刚$华南理工大学微电子研究所!广东广州510640 @彭俊彪$华南理工大学高分子光电材料及器件研究所!广东广州510640有机发光二极管;;驱动电路;;形成过程;;恢复过程设计了一种方便测试OLED显示屏特性的驱动电路。用此驱动电路研究了与驱动方式相关的OLED显示屏特性即“串扰”、老化、击穿等,观测到与OLED“形成过程”相对应的“恢复过程”。实验结果表明,通过对驱动电路采取适当的措施,能够减轻“串扰”和击穿对显示屏造成的影响,并延长显示屏的使用寿命。[1]FickeLindsay,CahayMarc.ThebrightfutureoforganicLEDs[J].IEEEPotentials,2004,22(5):3134. [2]邹应萍,谭松庭,赵斌.有机电致发光材料的研究进展[J].液晶与显示,2004,19(3):191198. [3]BrownTM,CacialliF.Energylevelline upinpolymerlight emittingdiodesviaelectroabsorptionspectroscopy[J].IEEProcOp toelectron,2001,148(1):7480. [4]官志敏,陈文彬,林祖伦.有机电致发光器件Al电极表面形态变化的分析[J].液晶与显示,2004,19(2):134137. [5]刘星元,李文连,虞家琪,等.驱动条件对有机薄膜电致发光形成过程的影响[J].吉林大学自然科学学报,1997,(2):6366. [6]BlomPaulWM,deJongMarcJM.Electricalcharacterizationofpolymerlight emittingdiodes[J].IEEEQuantumElectronics,1998,4(1):105112.国家高技术研究发展计划(“863”计划)资助项目(No.2002AA303240);; 教育部重点基金资助项目(No.02154;No.104208)

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