OLED 進入手機主顯示應用

引言
在發(fā)現(xiàn)電子發(fā)光機理的十年后,有機發(fā)光二極管(OLED)技術最終商用在手機,MP3和數(shù)碼相機中。按Display Search的數(shù)據(jù)報告, 從2001年第一顆單芯片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也開始應用在手機的主顯示屏上。OLED在手機顯示上的應用正取得騰飛性的增長, 預計今年OLED模塊的使用數(shù)量將超過3三千萬片。

與OLED技術和發(fā)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, 而且應用了諸如每個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。Solomon Systech的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。

手機常見的顯示分辨率
副屏
在手機副屏上一般有三種顯示分辨率:80x48,96x64,和96x96。2003年應用在手機副屏上的主要是區(qū)域色類型的OLED,這是一種帶兩至三種顏色的單顯示類型。已被證明是一個用在手機副屏上的不錯的選擇。將來,區(qū)域色的OLED將用在低成本的手機上,而全彩色的OLED副屏將會在帶拍照的手機、3G手機和智能PDA電話等高端產(chǎn)品上使用。
主屏
用于手機主屏的顯示分辨率有很多,從96x64到640x320。在一些直板機上, 多見的有96x65, 101x80顯示分辨率;而在折疊機上, 多是128x128顯示; 而132x176, 176x220應用在許多折疊機和帶拍照手機上; 320x240則用于3G手機等。
今年,第一個用OLED主屏的手機出現(xiàn)在中國,這一技術,包括驅動IC,都已可完全投入商用.越來越多的手機廠家開始考慮采用OLED主顯示屏, 其中的一些已將這技術加入到新產(chǎn)品中。不遠的將來,OLED將是手機主顯示中的重要一員。

OLED驅動器和模塊設計
與LCD模塊相比,自發(fā)光的OLED顯示不需要背光和LED驅動電路。典型的OLED模塊厚度只有1至1.5毫米, 而LCD模塊的厚度一般是3毫米。所以,OLED模塊適合應用在折疊機上的超薄的翻蓋。
一個高度集成的OLED驅動/控制器IC包含行、列驅動、DC-DC轉換、時序控制、顯示內存和MCU接口電路,對OLED模塊廠商來說,提供了一個用在移動設備上的簡明方案。不僅如此,軟件工程師也可以通過使用內建的圖形控制器功能來節(jié)省手機開發(fā)的時間(如圖1所示) 。
隨著顯示分辨率的占空比增加,用被動矩陣OLED的困難和對技術的要求也越高。因而一些OLED模塊廠商有意采用主動矩陣的OLED在占空比大于132的顯示上。這有些象LCD技術中碰到的STN和TFT的情形。一種推測認為將來大尺寸的顯示考慮顯示的質量和屏的尺寸,將被主動矩陣的OLED(AMOLED)統(tǒng)治,而低占空比的顯示因為成本和靈活性的原因將被被動矩陣的OLED(PMOLED)所占據(jù)。不過,目前大部分的AMOLED產(chǎn)品依然處于實驗室階段,尚未完全商業(yè)化.而PMOLED的制造商也努力生產(chǎn)更大尺寸和更高占空比的產(chǎn)品,盡量與STN LCD和TFT LCD分享手機的龐大市場。
雖然PMOLED在高占空比的應用上面對一些技術問題,但這是可以通過合適的驅動IC來達到高占空比顯示來解決。舉例來說, 將兩個分列的屏用一個支持級聯(lián)的驅動IC驅動, 可以將一個88x176的顯示加倍到132RGBx176 (如圖2所示). 為實現(xiàn)這方案,驅動IC需要有以下一些功能(a)與LCD驅動不同,需采用電流驅動技術(b)因為全彩色應用的高數(shù)據(jù)傳輸率和高耗電,數(shù)據(jù)內存和控制功能、灰度表、省電模式需集成在IC中,這些同時也對OLED的壽命和可靠性有幫助(c)為減少外部組件和節(jié)省成本,需內置內部的電源控制系統(tǒng)。擁有以上這些技術和特性,PMOLED將更容易進入手機全彩主屏的競技場。

圖2  132RGBx176分辨率
下面以用Solomon Systech 的SSD1338為例,詳細介紹一些關鍵的特性和技術。

圖1  集成OLED驅動器功能框圖

先進的驅動技術
驅動技術
PMOLED彩色顯示要求的驅動機理和信號互換系統(tǒng)非常復雜。SSD1338的驅動器采用復用的尋址算法,每個驅動周期由放電(復位),電壓預充電,和電流驅動三個階段組成(如圖3所示) 。

圖3  可控于像素開/關電壓的驅動周期(復位，預充電，電流驅動)
圖形控制功能
SSD1338內建132x132x18 bit的SRAM(GDDRAM)顯示存儲空間,可以支持最大132x132,262K色的顯示,并且也可以編程設置在256色,65K色,262K色等不同模式下。SSD1338具有8-bit和16-bit的6800系列和8080系列的并行接口及串行接口,可以和MCU進行高速的數(shù)據(jù)通信,顯示流暢的彩色圖畫和如3G手機中用到的視頻數(shù)據(jù)。
SSD1338的GDDRAM是一個132x132x18bits比特映射的靜態(tài)RAM,和顯示的位圖形數(shù)據(jù)一一對應。為使機械結構靈活可變,可以通過軟件設置行列輸出的重映射。在顯示的垂直滾動效果上,內部的寄存器存有顯示起始行的位置,從而將不同位置的RAM數(shù)據(jù)對應到顯示屏上顯示。
每個象素對應18-bit的數(shù)據(jù),其中對每個三色子象素為6-bit。GDDRAM對圖形顯示的象素數(shù)據(jù)的具體對應安排見表1 。
表1  2G2k色圖形顯示數(shù)據(jù)RAM結構
灰階和灰階表
全彩顯示對每一個RGB原色分量提供6-bit，即64級灰度，通過電流驅動階段列驅動的脈寬調制(PWM)設置不同的灰度級.灰度表即為存儲了對應64級灰度(GS0~GS63)的PWM(PW0~PW63)的值.脈寬越寬,象素顯示越亮.因此,每個象素的顯示亮度由灰度表中的脈寬值決定
這一單一的灰度表適用于三子色,脈寬的數(shù)值由軟件指令輸入
在262k模式,每一顏色包含6-bit,因此每一顏色都有64階灰度(如表2所示) 。
表2  262k色模式中3色的圖形數(shù)據(jù)RAM值和灰度表的關系
Color A, B, C
RAM data (6 bits)
Gray Scale

0
GS 0
1
GS 1
2
GS 2
3
GS 3
4
GS 4
:
:
:
:
:
:
60
GS 60
61
GS 61
62
GS 62
63
GS 63
在65K色模式,情形有些不同。如表3所示, 從GS0到GS63的64階灰度,有一顏色(顏色B)由6bit組成,；而從GS0,GS2,.....到GS62,另外兩個顏色(顏色A和C)只有5-bit,只能呈現(xiàn)32階灰度。
表3  65k色模式中圖形顯示RAM值與灰度控制的關系
Color A, C
RAM data (5 bits)
Color B
RAM data (6 bits)
Gray Scale

0
0
GS 0
-
1
GS 1
1
2
GS 2
-
3
GS 3
2
4
GS 4
:
:
:
:
:
:
:
:
:
30
60
GS 60
-
61
GS 61
31
62
GS 62
-
63
GS 63
下面的舉例示范在65K色模式下,對應灰度級的GDDRAM數(shù)據(jù) (DCLK: 顯示時鐘)。
表4 灰度表
Gray Scale
(Pulse Width)
Value/DCLKs
PW0
0
PW1
2
PW2
5
:
:
PW62
120
PW63
125

圖4  65k色模式中圖形顯示RAM值與灰度控制的關系圖示
電源管理系統(tǒng)
這是一個開關電壓產(chǎn)生電路,專為手持設備設計。在SSD1338中,內置的DC-DC電壓轉換器,配合外部應用電路 (如圖5),可以經(jīng)由低壓供電VDD產(chǎn)生高壓驅動Vcc,能供給OLED驅動電路。以下的示例是一個3V的 VDD輸入產(chǎn)生一個12V,20到30毫安Vcc輸出的應用。
Vcc輸出的電壓可由R1和R2調節(jié):
VCC = 1.2 x (R1+R2) / R2

圖5  帶外部應用電路的1個內部DC-DC電壓變換器
IC封裝設計
除了COG方案,COF封裝也是針對手機應用的很好的OLED模塊方案,一個合適的COF設計可以提升OLED模塊的良品類,節(jié)省模塊空間及增加手機設計的靈活性。

結語
無論是PMOLED或是AMOLED技術占據(jù)統(tǒng)治地位,并且分享STN和TFT LCD的市場,OLED技術將會在顯示市場扮演重要的角色。當然,除了占取市場份額,OLED還將引發(fā)很多新的顯示應用,因為它具有STN和TFT LCD所沒有的特殊性能。對OLED的IC而言,很多先進的特性也在開發(fā)中,如對高分辨率色彩平衡的控制、電流一致性的控制、增強的圖形控制功能使OLED更易使用、以及為便攜設備應用的省電方案等。所有這些,配合OLED屏,將使OLED顯示越來越亮,更省電和提供更有效的成本。未來將是OLED的光輝世界。