1. 引言
有機電致發光顯示(OLED)技術是下一代最有競爭力的平板顯示技術。目前, OLED的研究重點是提高器件的穩定性、發光效率和高質量動態顯示的驅動技術以達到實用化的要求.本文從實用的角度出發,首先論述了穩定的綠色有機薄膜電致發光器件的研制，闡述了96×64點陣的PM-OLED顯示屏的制作，重點論述了利用Solomon公司的新產品,集控制器、行驅動器和列驅動器于一體的專用于OLED顯示控制驅動電路SSD1303和單片機AT89C51驅動OLED顯示屏的方法。本文工作結果是從實驗室到應用的嘗試,為OLED的實際應用提供了一種可行的方法。
2.矩陣顯示屏的制備
2.1 OLED采用的結構及材料
OLED的結構采用目前較為成熟的多層結構,即在陽極和陰極之間夾多層有機薄膜組成的穩定的綠色有機薄膜電致發光器件。結構為ITO/CuPc/NPB/Alq3:QA/Mg:Ag。
為了有效地從陽極注入空穴,要求陽極的功函數盡可能高,采用ITO(銦錫氧化物)作陽極.
為了有效地向有機材料注入電子,陰極材料的功函數要低。如Mg、Li等,但由于它們在空氣中易氧化而不穩定,因此可采用與其它穩定金屬合金的辦法,我們采用Mg:Ag做陰極,既可以提高器件量子效率和穩定性,還可以在有機膜上形成穩定堅固的金屬薄膜。
加入CuPc(酞菁銅) 緩沖層,是為了提高器件穩定性和壽命.NPB(二胺衍生物: N,N’-二(1-萘基)-N,N’-二苯基-1,1’-聯苯-4,4’-二胺)為空穴傳輸層。 電子傳輸層兼發光層為Alq3(8-羥基喹啉鋁)，它既是一種電致發光材料,也是一種電子傳輸材料。傳輸層的引入是為了改善電子和空穴的注入平衡,以提高器件的發光效率.QA(喹吖啶酮)為器件產生綠光的摻雜劑，而摻QA的器件在穩定性上具有優勢。
2.2 顯示屏的制備
PM-OLED使用普通的矩陣交叉屏, OLED位于交叉排列的陽極和陰極中間,通過對陽極和陰極組合的選通,可以控制每一個OLED的點亮。
矩陣顯示屏的制備是在ITO導電玻璃上采用光刻工藝形成X方向的條狀電極(陽極),其線寬為0.4mm,線間距0.1mm,然后在上面相繼蒸發上CuPc、NPB、Alq3及摻雜劑QA,最后制作Y方向的金屬Mg:Ag合金電極(陰極),其線寬也為0.4mm,線間距0.1mm,制作了每個像素尺寸0.4×O.4(mm2), 矩陣顯示屏分辯率96×64,有效面積48×32 mm2. 由于ITO表面的清潔程度對器件的性能影響極大,在蒸發之前,要對ITO基片進行清潔處理,包括超聲清洗、經有機溶劑蒸汽脫脂處理后,再用去離子水多次沖洗和氧等離子體處理等。
我們采用PR650、Keithley 2400 Source Meter等測試儀對像素特性進了測量，當外加電壓>15V時，器件所能達到的亮度>10000cd/m2 。當電流密度為20mA/cm2時,器件的亮度是1900 cd/m2 ，由于OLED屬于電流型器件，顯示器的亮度可用電流來控制。我們用歸一化亮度(亮度/初始亮度)與工作時間(小時)的關系曲線來表示器件衰退曲線,初始亮度為420 cd/m2,半亮度壽命為3300小時, 當初始亮度為100 cd/m2,半亮度壽命為13860小時,因此顯示屏完全達到了實用化要求。
3. OLED矩陣顯示屏驅動IC的選擇
目前,世界上有多家公司正在從事OLED專用IC的設計工作, 我國內地還沒有能生產OLED專用IC的公司，在國際上實力比較強的有我國香港的Solomon公司和美國的Clare公司等。
Clare公司生產的用于OLED顯示的驅動IC,有MXED102行驅動器和MXED202列驅動器I C等,被認為是綜合的、成品OLED顯示驅動器.
Solomon公司投入市場的SSD1301被公認為是第一枚把控制器、行驅動器、列驅動器集成于一體的專用于OLED顯示控制驅動的集成電路.而SSD1303是目前Solomon公司新推出的產品, 通過實驗,我們用SSD1303成功驅動了96×64點陣的OLED顯示屏.
SSD1303芯片內部電路框圖如圖1所示：主要由MCU接口、命令譯碼器、振蕩器、顯示時序發生器、電壓控制與電流控制、區顏色譯碼器、和圖形顯示數據存儲器(GDDRAM)、行驅動和列驅動組成。這種IC的專用OLED驅動方案使OLED顯示性能最佳,降低了功耗。該器件采用TCP/TAB封裝。具有驅動最大132×64點陣的圖形顯示、提供的邏輯電源為2.4～3.5V、供給OLED屏的電源為7.0～16V、列輸出的最大電流為320μA、行輸入的最大電流為45mA、低電流睡眠模式小于5μA、256級對比度控制,可編程幀頻、具有幾個MCU接口,如68/80并行總線和串行的周邊接口、132×65bit顯示緩沖器、可以垂直滾動、支持部分顯示、工作溫度：-40 oC～ 85 oC.采用此類芯片可進一步提高產品的可靠性和競爭力,是今后的主流產品。
4.系統硬件及軟件設計:
整個系統由單片機、控制驅動電路SSD1303和OLED顯示屏三部分組成.SSD1303與單片機接口的引腳有：DO～D7為與單片機接口的數據總線，R/W(RW#)為讀寫選擇信號，D/C為數據/命令選擇信號，CS#為片選信號,低電平有效，E(RD#)為使能信號，RES#為復位信號。單片機采用ATMEL 公司生產的低功耗、高性能的AT89C51, AT89C51與SSD1303和顯示屏的硬件接線如圖2所示,P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4分別與SSD1303的R/W(RW#)、D/C、CS#、E(RD#)、RES#相連,P0口與SSD1303的數據總線相連。其它引腳的連線VCC接12V，VDD接2.7V，VSS接地等。下面通過程序來控制這些引腳,從而使OLED顯示需要的漢字或圖形.主程序軟件流程圖如圖3所示。
圖2 單片機AT89C51與SSD1303和顯示屏的硬件接線
圖3 主程序軟件流程圖
5.結論
根據以上方案,我們在研究了穩定的綠色有機薄膜電致發光器件的基礎上，制作出了96×64點陣的OLED顯示屏，并用SSD1303和AT89C51成功驅動了該顯示屏,顯示效果較好，但在試驗過程中我們發現,在顯示中還有某些缺陷,產生的原因主要是目前現有的OLED制作工藝上的某些不足,這些都有待于在以后的工作中進一步解決。我們相信隨著平板顯示器市場需求的日趨增長，OLED顯示技術將會得到進一步的開發，作為最有發展前景的顯示器件之一，OLED將會成為平板顯示應用領域中的一種主流技術。
本文的創新點在于提高了綠色有機薄膜電致發光器件的穩定性并達到了實用化要求，并設計了OLED矩陣顯示屏的控制電路，為OLED從實驗室的研究到實際應用提供了一種有效的途徑，對推動OLED顯示器的產業化進程有著積極的意義。