1、32儀表技術(shù)2007年第8期OLED顯示器件的原理及應(yīng)用王云景,方勇軍(海軍醫(yī)學(xué)研究所,上海200433)摘要:介紹有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、發(fā)光原理以及微處理器AT89L51與VGG12864G-S002OLED顯示模塊的接口應(yīng)用。關(guān)鍵詞:OLED;器件;單片機(jī);接口中圖分類號(hào):TP334文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1006-2394(2007)08-0032-03PrincipleandApplicationofDisplayElementsOLEDWANGYun2jing,FANGYong2jun(ShanghaiNavalMedicalResearchInstitute,Sh

2、anghai200433,China)Abstract:Features、structureandlightprincipleofOrganicLight2EmittingDiode(OLED)wereintroducedinthepaper,andtheinterfaceapplicationofVGG12864G-S002OLEDdisplaymodulewereintroducedwithAT89L51micro2processor.Keywords:OLED;element;microprocessor;interface1結(jié)構(gòu)與原理1.1結(jié)構(gòu),一(ITO)制成導(dǎo)電薄膜,而陰極一般使用

3、低功函數(shù)的有機(jī)金屬,制成有機(jī)金屬薄膜電極,可以使用蒸鍍法制備。這主要是要求各層薄膜之間的能帶匹配要好,以求達(dá)到最好的發(fā)光效率。玻璃基板要求平整光滑,表面粗糙度小,在封裝前需要預(yù)處理。在雙層結(jié)構(gòu)中,其發(fā)光材料也作為電子傳輸層或者是作為空穴傳輸層,這是一種模糊界面層結(jié)構(gòu),于是形成:玻璃極板陽(yáng)極ITO空穴傳輸層HTL(或發(fā)光體)電子傳輸層ETL(或發(fā)光體)陰極(有機(jī)金屬)的結(jié)構(gòu);在三層結(jié)構(gòu)中,采用異質(zhì)界面的迭層結(jié)構(gòu),發(fā)光層是獨(dú)立的,也就是在空穴傳輸層HTL和電子傳輸層ETL之間加入發(fā)光層EML,于是形成:玻璃極板陽(yáng)極ITO空穴傳輸層HTL發(fā)光層EL電子傳輸層ETL陰極(有機(jī)金屬)的結(jié)構(gòu)。以上都是基本

4、的結(jié)構(gòu),還有其他一些特殊結(jié)構(gòu)和含有染料劑的有機(jī)發(fā)光二極管)件,大致可分為三類:(1)低分子聚合物;(2)高分子聚合物;(3)鑭系有機(jī)金屬。但不管采用何種材料,其基本原則就是提高發(fā)光效率和穩(wěn)定性。OLED所發(fā)出的可見光可以是單色的,白、紅、綠、藍(lán)、黃、橙等,也可以是全色的。全色OLED比單色OLED的實(shí)現(xiàn)略為復(fù)雜,一般采用三種方法來(lái)實(shí)現(xiàn):(1)在單色發(fā)光層加濾色片實(shí)現(xiàn)彩色化,這種技術(shù)也是LCD和CCD使用的一種成熟技術(shù);(2)使用多層發(fā)光材料,形成紅、綠、藍(lán)三原色實(shí)現(xiàn)全色顯示;(3)使用藍(lán)色發(fā)光材料,再通過激發(fā)顏色轉(zhuǎn)換材料而獲得綠光和紅光,從而形成三原色實(shí)現(xiàn)全色顯示。根據(jù)OLED發(fā)光顏色,其制備

5、結(jié)構(gòu)大致有:雙層結(jié)構(gòu)、三層結(jié)構(gòu)、摻雜結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)。不論是何種結(jié)構(gòu),實(shí)際上都由這幾部分組成:基板、陽(yáng)極、陰極、電子傳輸層、空穴傳輸層、有機(jī)材料發(fā)光層。結(jié)構(gòu)見示意圖1。基板若是使用透明導(dǎo)電玻璃,所制成的OLED就是硬質(zhì)的,不能彎曲,若使用塑料或聚酯薄膜作為基板制成的OLED就是軟質(zhì)的,可以彎曲或折圖1OLED結(jié)構(gòu)示意圖收稿日期:2007-04作者簡(jiǎn)介:王云景(1956),男,副研究員,主要從事電子技術(shù)、儀器儀表的設(shè)計(jì)研究。2007年第8期儀表技術(shù)2與單片機(jī)的接口應(yīng)用2.1OLED模塊結(jié)構(gòu)33摻雜型結(jié)構(gòu)。而對(duì)于全色OLED,結(jié)構(gòu)一般都超過三層,因?yàn)槿羰褂眉t、綠、藍(lán)三原色實(shí)現(xiàn)全色顯示,發(fā)光層至少有三

6、層。1.2原理OLED屬于一種電流型的有機(jī)發(fā)光器件,是通過OLED顯示模塊有多種型號(hào)可供選擇,但目前國(guó)內(nèi)仍以單色顯示為主。為了說(shuō)明OLED顯示模塊與單片機(jī)的接口應(yīng)用,以VGG12864G-S002型號(hào)為例加以介紹。該模塊為128列×64行像素的單色、字符、圖形顯示模塊,采用SSD1303驅(qū)動(dòng)OLED矩陣,內(nèi)部集成有128×64=8192個(gè)單元的RAM,對(duì)應(yīng)于OLED128×64個(gè)像素,被分成8頁(yè)(Page0Page7),每頁(yè)又分成8行。每個(gè)RAM單元的數(shù)據(jù)直接作為圖形顯示的驅(qū)動(dòng)信號(hào),顯示數(shù)據(jù)為“1”,OLED點(diǎn)“亮”,數(shù)據(jù)為“0”,OLED“滅”。其模塊結(jié)構(gòu)見圖3

7、。載流子的注入和復(fù)合而致發(fā)光的現(xiàn)象,發(fā)光強(qiáng)度與注入的電流成正比。其單個(gè)像素的發(fā)光機(jī)理為:在陽(yáng)極上加上210V的直流正電壓,陰極為0V。OLED在電場(chǎng)的作用下,陽(yáng)極產(chǎn)生的空穴和陰極產(chǎn)生的電子就會(huì)發(fā)生移動(dòng),分別向空穴傳輸層和電子傳輸層注入,遷移到發(fā)光層。當(dāng)二者在發(fā)光層相遇時(shí),產(chǎn)生能量激子,從而激發(fā)發(fā)光分子最終產(chǎn)生可見光。OLED不像LED那樣使用,以單個(gè)像素為主,而是要實(shí)現(xiàn)平面顯示技術(shù)。因此需要大量像素的組合,形成OLED陣列。要點(diǎn)亮這些像素就需要相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路,一般通過兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種是以動(dòng)態(tài)掃描的方式,也叫無(wú)源驅(qū)動(dòng)方式或被動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式(PM-OLED)。這種方式都采用共陰極結(jié)構(gòu),即把各像素的

8、陰極與行電極相連,而陽(yáng)極與列電極相接,行列交叉點(diǎn)組成像素矩陣。當(dāng)需要某一行發(fā)光時(shí),與之交叉的相應(yīng)列都加上正電壓,無(wú)關(guān)列上不加電壓時(shí)該行若接地就可以點(diǎn)亮該行,掃描,。,勢(shì)必引起功耗的大大增加。因此無(wú)源驅(qū)動(dòng)方式僅適合于中小尺寸的OLED。另一種是靜態(tài)的驅(qū)動(dòng)方式,也叫有源驅(qū)動(dòng)方式或主動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式(AM-OLED)。這種方式是制作薄膜晶體管(TFT)陣列,每一個(gè)晶體管對(duì)應(yīng)一個(gè)OLED像素,需要像素點(diǎn)亮?xí)r,打開相應(yīng)的晶體管驅(qū)動(dòng)OLED,并使之連續(xù)發(fā)光。每個(gè)廠家所采用的TFT陣列有所不同,圖2是AUO公司的像素驅(qū)動(dòng)電路示意圖。打開多個(gè)晶體管就會(huì)使多個(gè)OLED同時(shí)點(diǎn)亮,無(wú)須掃描,供電電流是恒定的,不需要很高的

9、峰值電流,因此功耗比無(wú)源驅(qū)動(dòng)方式低得多,很適合大尺寸的OLED。圖3模塊結(jié)構(gòu)圖2.2模塊的引腳說(shuō)明VGG12864G-S002模塊經(jīng)封裝后,留有20個(gè)與系統(tǒng)相連的引腳,每個(gè)引腳都有固定的含義。其中有3個(gè)空腳,還有電源、控制信號(hào)、8位數(shù)據(jù)線。各引腳的定義如下:1,2,20PIN:NC空腳,使用時(shí)短路相接;3PIN:CS選片端,低電平有效;4,9PIN:VDD邏輯驅(qū)動(dòng)電壓輸入端,DC2.43.5V,典型值為3V;5PIN:RES復(fù)位端,低電平有效;6PIN:D/C數(shù)據(jù)/指令選擇控制端,D/C=0時(shí)數(shù)據(jù)線輸入指令;D/C=1時(shí)輸入數(shù)據(jù);7PIN:WR寫入控制端,在CS=0時(shí),WR的下降沿寫入RAM;

10、8PIN:RD讀出控制端,在CS=0時(shí),RD的下降沿讀出RAM;1017PIN:D0D78位數(shù)據(jù)總線;18,19PIN:VSS地。2.3模塊的控制指令VGG12864G-S002OLED顯示模塊除了在單片圖2像素驅(qū)動(dòng)示意圖機(jī)的指令控制下進(jìn)行操作,它自身還帶有指令組。在這些指令的控制下,可以完成一些特定的顯示功能。34指令組的代碼及說(shuō)明如下:指令定位低位列地址代碼說(shuō)明儀表技術(shù)3結(jié)束語(yǔ)2007年第8期使用半個(gè)字節(jié)設(shè)置低位列地址,另半個(gè)0000X3X2X1X0字節(jié)作為數(shù)據(jù)Bits0001X3X2X1X00010111100101110OLED作為一種全新的平面顯示器件,具有強(qiáng)大定位高位列地址激活水平

11、軸向翻卷取消水平軸向翻卷使用半個(gè)字節(jié)設(shè)置高位列地址,另半個(gè)字節(jié)作為數(shù)據(jù)Bits使水平軸向翻幀停止水平軸向翻幀A2:0設(shè)定每步翻卷列數(shù)的有效值B2:0定義起始頁(yè)地址C1:0根據(jù)畫面翻卷的頻率來(lái)設(shè)定時(shí)的生命力,被業(yè)界公認(rèn)為是最理想和最具發(fā)展前景的下一代顯示技術(shù),但目前還存在一些需要解決的問題,如?壽命問題(有機(jī)物的化學(xué)老化)、色度問題(彩色純度不夠)、大尺寸問題(驅(qū)動(dòng)形式)以及工藝問題等。隨著技術(shù)的不斷完善,這些問題會(huì)迎刃而解,OLED的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣。參考文獻(xiàn):1費(fèi)民權(quán).OLED:顯示器件的未來(lái)J.顯示器件技術(shù),2004,(1):1-8.2章百寶,姚毅.OLED顯示屏接口電路的設(shè)計(jì)J.兵工自動(dòng)水

12、平軸向翻卷設(shè)置001001100間間隔D1:0定義結(jié)束頁(yè)地址,可以大于或等于起始頁(yè)地址設(shè)定對(duì)比度控制寄存器設(shè)定頁(yè)地址設(shè)置顯示平面的開/關(guān)10000001可選擇1256步進(jìn)對(duì)比度,步值越大對(duì)比度也越大化,2006,(9):86-92.3程曉紅,等.有機(jī)電致發(fā)光材料研究新進(jìn)展J.云南化工,2005,(4):1-5.4VGG12864G-S002顯示模塊技術(shù)說(shuō)明書Z.重慶瑞控科用X3X2X1X0來(lái)設(shè)置07頁(yè)的讀/寫1011X3X2X1X0頁(yè)地址1010111X0X0=0,OLED關(guān);X=1,OLED開技有限公司,2005.(許雪軍編發(fā))2.4接口電路一般OLED顯示模塊都需要提供驅(qū)動(dòng)電壓,的范圍在D

13、C711V之間,典型值為5V-S002OLED不需要另加外圍31頁(yè))升壓,只需提供邏輯電壓即可。如果使用AT89L51型號(hào)的低電壓(2.76V)單片機(jī),采用3V供電則單片機(jī)與顯示模塊之間無(wú)須進(jìn)行電平變換,可直接相連。由于該模塊采用8位并行數(shù)據(jù)接口,讀、寫操作時(shí)序,所以很容易實(shí)現(xiàn)與8位微處理器的接口。AT89L51與VGG12864G-S002OLED顯示模塊的接本檢測(cè)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)在線采集檢測(cè)信號(hào)并且同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)的分析,判斷所檢測(cè)的鋼絲繩是否發(fā)生故障,故障發(fā)生的位置以及故障的大小,檢測(cè)完畢后,能夠以文本文件格式生成檢測(cè)結(jié)果的報(bào)告,報(bào)告中除了顯示故障的所有信息外,還參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給鋼絲繩的使用狀態(tài)下了結(jié)論,即此被測(cè)鋼絲繩能否繼續(xù)使用以及使用期限。從圖6可以看到,檢測(cè)軟件采集的波形與Matlab軟件所顯示的曲線波形基本一致。3結(jié)論口應(yīng)用見圖4。本文詳細(xì)描述了鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的搭建以及對(duì)檢測(cè)信號(hào)的處理過程,經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)表明,此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)信號(hào)的采集,存儲(chǔ)功能,并