OLED显示原理7T1C-编程知识

文章目录

- 背景概念
- - - 典型显示屏幕OLED与LCD对比----OLED更薄 PPI更高但寿命低
    - TFT---Thin Film Transistor薄膜场效应晶体管
    - 典型TFT材料----a-Si非晶硅、LTPS低温多晶硅、IGZO铟镓锌氧化物
    - LTPO低温多晶氧化物----LTPS和IGZO组合使用的混合产物
- OLED屏幕发光关键结构分析
- - 单个像素如何发光----OLED发光单元驱动7T1C架构
  - 如何控制像素逐行扫描----OLED扫描控制GOA驱动
- 参考

背景概念

典型显示屏幕OLED与LCD对比----OLED更薄 PPI更高但寿命低

LCD屏幕 是一种使用背光照明液晶层的屏幕，晶体排列成矩阵，对其施加电荷时发生角度偏转，控制背光通过产生亮度。OLED屏幕 是有机发光二极管组成的屏幕，每个像素能自发光。
OLED相比LCD 优点：是能做得更薄（无背光板），PPI更大（单个像素尺寸更小），对比度更高（自发光优势），帧率更高（响应更快），功耗更低（黑色画面不发光）；缺点是制造更复杂，寿命更低（有机材料衰减），技术成熟度相对较低。
OLED生产厂商，国外有三星（全球第一）、LG, 国内有京东方（全球第二）、维信诺、天马微电子、华星光电（合资）。

TFT—Thin Film Transistor薄膜场效应晶体管

Thin Film Transistor薄膜晶体管，在玻璃或塑料基板等非单晶片上（当然也可以在晶片上）通过溅射、化学沉积工艺形成制造电路必需的各种膜，通过对膜的加工制作大规模半导体集成电路（LSIC）。TFT-LCD指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，属于有源矩阵液晶显示器。

典型TFT材料----a-Si非晶硅、LTPS低温多晶硅、IGZO铟镓锌氧化物

根据TFT的制造技术和材料分类，主要有a-Si（非晶硅）、HTPS（高温多晶硅）、LTPS（低温多晶硅）、IGZO（铟镓锌氧化物）、LTPO（低温多晶氧化物）。a-Si（非晶硅）：应用最广泛的技术，优点简单成本低，电子迁移率很低，适合制造电视、显示器、笔记本等大尺寸屏幕。LTPS（低温多晶硅）：成本较高，尺寸小，电子迁移率最高（相同电压下电流高，反应快），适合做小尺寸面板图手机屏幕。IGZO（铟镓锌氧化物）：均一性高，电子迁移率比a-Si高几十倍但还是不如LTPS，优点是漏电比LTPS低很多。

LTPO低温多晶氧化物----LTPS和IGZO组合使用的混合产物

由苹果最先提出的技术，三星和国内厂商跟进推出。LTPS晶体管有更好的开关速度，响应快，更强的电流驱动能力。IGZO氧化物晶体管漏电低，均一性高。考虑二者的特点，IGZO更适用于补偿电压Data保持部分TFT，其他TFT晶体管仍然更适合采用LTPS。

OLED屏幕发光关键结构分析

单个像素如何发光----OLED发光单元驱动7T1C架构

如下图，7T1C就是7个TFT晶体管和1和电容C，展示的一个像素OLED发光的单元驱动。
开关控制信号有三个：Gn-1（使能复位）、Gn（使能补偿）、EM（使能发光）。其中Gn-1和Gn是相邻两行GOA信号，可以理解为用上一行GOA信号来复位，当前GOA行用于补偿，同时当前行GOA也作为下一行的复位信号，因此用n-1和n表示；
供电电压有4路：Vint用于复位（OLED阳极复位、N1电压复位），ELVDD/ELVSS是OLED发光的阳极电压/阴级电压，Data是补偿电压（决定了像素发光过程亮度-也就是电流大小）；

在这里插入图片描述
整个发光过程可以分文三个阶段：复位、补偿、发光。如下图

复位阶段：Gn-1打开（Gn\EM关闭），Vint复位电压给N1点和 OLED阳级电压进行充电复位，目的是让OLED关闭，让Vn1点电压初始化。
补偿阶段：Gn打开（Gn-1和EM关闭），此时Data电压充电到N1点，如圈选处 TFT关闭的临界条件Vgs=Vn1- Vdata = Vth，Vn1 = Vdata + Vth；
发光阶段：EM打开（Gn-1和Gn关闭），此时ELVDD流向ELVSS导通OLED发光。发光时电流大小ID=1/2μnCoxW/L(Vgs-Vth)^2 =1/2μnCoxW/L(Vdata+Vth-Elvdd-Vth)^2 = 1/2μnCoxW/L(Vdata-Elvdd)^2

如何控制像素逐行扫描----OLED扫描控制GOA驱动

GOA是Gate Driven on Array阵列基板上栅驱动集成，实现面板的逐行扫描驱动功能。采用 GOA 驱动，就是在外接电路仅提供几路控制信号的基础上，采用与薄膜晶体管（TFT）同样制程的工艺制作出行扫描驱动电路，实现逐行扫描驱动功能。
7T1C中的控制信号Gn-1\Gn\EM都是GOA，其中EM比较特殊（由于控制发光，其占空比、pluse数量控制更为复杂）由更复杂的电路实现也会称为EOA，Emission GOA。
在这里插入图片描述

GOA单元及其级联上图，从图a中可以看出，一个GOA单元通常包含电压相位相关的 CLK 和 CLKB 信号对、输入信号Input、栅关闭信号VSS、复位信号Reset和当前行的输出信号Output；从图b中可以看出每个GOA电压之间这些信号的连接关系，特别要注意的是当前行输出信如Output N除了输出驱动本行像素外，还起着既作为上一行的复位信号，又作为下一行的输入信号的作用。在整个GOA驱动电路里，第一行GOA单元的输入信号是帧起始信号STV，而且第一行不输出复位信号。最后一行 GOA 单元连接一行冗余 GOA 单元实现当前行的复位。这样，在外接控制信号作用下，行与行的GOA单元之间也互相影响，产生移位脉冲信号，依次进行逐行扫描。

参考

LTPO科普：https://zhuanlan.zhihu.com/p/355187317
AMOLED结构详解，BOE专家给你分析驱动补偿：http://t.zoukankan.com/hwBeta-p-6935415.html
GOA驱动原理：https://zhuanlan.zhihu.com/p/466370245