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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。 雙色OLED和冷光屏的關系 液晶是一種幾乎完全透明的物質。它的分子排列決定了光線穿透液晶的路徑。到20世紀60年代，人們發現給液晶充電會改變它的分子排列，繼而造成光線的扭曲或折射，由此引發了人們發明液晶顯示設備的念頭。 液晶顯示器，簡稱LCD(Liquid Crystal Display)。世界上第一臺液晶顯示設備出現在20世紀70年代初，被稱之為TN-LCD(扭曲向列)液晶顯示器。盡管是單色顯示，它仍被推廣到了電子表、計算器等領域。80年代，STN-LCD(超扭曲向列)液晶顯示器出現，同時TFT-LCD(薄膜晶體管)液晶顯示器技術被研發出來，但液晶技術仍未成熟，難以普及。80年代末90年代初，日本掌握了STN-LCD及TFT-LCD生產技術，LCD工業開始高速發展。 TFT(Thin Film Transistor)LCD即薄膜場效應晶體管LCD，是有源矩陣類型液晶顯示器(AM-LCD)中的一種。 和TN技術不同的是，TFT的顯示采用“背透式”照射方式——假想的光源路徑不是像TN液晶那樣從上至下，而是從下向上。這樣的作法是在液晶的背部設置特殊光管，光源照射時通過下偏光板向上透出。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極，在FET電極導通時，液晶分子的表現也會發生改變，可以通過遮光和透光來達到顯示的目的，響應時間大大提高到80ms左右。因其具有比TN-LCD更高的對比度和更豐富的色彩，熒屏更新頻率也更快，故TFT俗稱“真彩”。 相對于DSTN而言，TFT-LCD的主要特點是為每個像素配置一個半導體開關器件。由于每個像素都可以通過點脈沖直接控制。因而每個節點都相對獨立，并可以進行連續控制。這樣的設計方法不僅提高了顯示屏的反應速度，同時也可以精確控制顯示灰度，這就是TFT色彩較DSTN更為逼真的原因。 目前，絕大部分筆記本電腦廠商的產品都采用TFT-LCD。早期的TFT-LCD主要用于筆記本電腦的制造。盡管在當時TFT相對于DSTN具有極大的優勢，但是由于技術上的原因，TFT-LCD在響應時間、亮度及可視角度上與傳統的CRT顯示器還有很大的差距。加上極低的成品率導致其高昂的價格，使得桌面型的TFT-LCD成為遙不可及的尤物。 不過，隨著技術的不斷發展，良品率不斷提高，加上一些新技術的出現，使得TFT-LCD在響應時間、對比度、亮度、可視角度方面有了很大的進步，拉近了與傳統CRT顯示器的差距。如今，大多數主流LCD顯示器的響應時間都提高到50ms以下，這些都為LCD走向主流鋪平了道路。 LCD的應用市場應該說是潛力巨大。但就液晶面板生產能力而言，全世界的LCD主要集中在中國臺灣、韓國和日本三個主要生產基地。亞洲是LCD面板研發及生產制造的中心，而臺、日、韓三大產地的發展情況各有不同。 目前主流的TFT面板有a-Si(非晶硅薄膜晶體管) TFT技術和LTPS TFT(低溫復晶硅)TFT技術。 在a-Si方面，三個生產基地的技術各有千秋。日本廠商曾經研制出分辨率高達2560×2048的LCD產品。因此，有些人認為，a-Si TFT技術完全可滿足高分辨率的產品需要，但是，由于技術的不成熟，它還不能滿足高速視頻影像或動畫等的需要。LTPS TFT相對可以節約成本，這對于TFT LCD的推廣有著重要意義。目前，日本廠商已經有量產12.1英寸LTPS TFT LCD的能力。而中國臺灣已開發完成LTPS組件制造技術與LTPS SXGA面板技術。韓國在這方面缺少專門的設計人員和研發專家，但像三星等主要企業已經推出了LTPS產品，顯示出韓國廠商的實力。不過，目前LTPS技術尚不成熟，產品集中在小屏幕，而且良品率低，成本優勢尚無從談起。 與LTPS相比，a-Si無疑是目前TFT LCD的主流。日本公司的a-Si TFT投資策略上幾乎都以第三代LCD產品為主，通過制造技術及良品率的改善來提高產量，降低成本。日本一直走高端路線，其技術無疑是最先進的。由于研發力量有限，臺灣的a-Si TFT技術主要來自日本廠商的轉讓，但由于臺灣企業一般屬于勞動密集型，技術含量價低，以生產低端產品為主。韓國在a-Si方面有著強大的研發實力，比如三星公司就量產了全球第一臺24寸a-Si TFT LCD—240T，它的響應時間小于25ms，可以滿足一般應用需要;而可視角度達到了160度，使得LCD在傳統弱項上不輸給CRT。三星240T標志著大屏幕TFT LCD技術走向成熟，也向世人展示了韓國廠商的實力不容置疑。 除了以上兩種TFT技術之間的競爭，SED將會成為TFT LCD的強大敵人。然而，SED目前仍屬于概念型產品，短時間內難以進入主流市場。 雖然目前LCD已經大幅降價，但是相對于CRT仍然價格較高。因此成本問題是大家關注的焦點。實際上，TFT的生產成本與CRT不相上下，但良品率極低造成了TFT面板成本居高不下的情況。TFT面板是由一塊較大的基板切割而成。而LCD產品還要有大量的晶體管陣列來控制三原色，現在的制造技術很難保證在一大塊基板上數千萬甚至上億的晶體管不出一個問題。如果有一個晶體管出現問題，那么那個晶體管對應的點的對應色彩就會出問題(只能顯示某種固定色彩)，那么這個點就是通常稱的“壞點”。壞點出現的幾率于位置是不固定的，所以一塊基板很有可能會被浪費很多。目前一般LCD要求壞點在5個以下，而一些大廠把這個標準縮小到了3個，甚至為0，這就會使良品率降低。而一些小廠則將壞點數擴大，這樣一來，成本自然大幅下降，而產品品質隨之下降，這也是某些廠商為何可以大幅降低LCD售價的原因之一。 雖然目前有能力生產液晶顯示器的廠家不少，但真正有制造TFT面板能力的廠家屈指可數。ACER作為IT業內知名企業，實力相當雄厚，雖沒有自己生產TFT面板的能力，但與臺灣達基關系密切，在技術配合上有一定優勢。不過，限于臺灣企業的技術實力，ACER LCD產品主要集中在中低端。PHILIPS作為世界知名的顯示設備制造廠，其顯示器銷量在國內一直名列前茅，而且于韓國LG達成同盟，共同研發、制造TFT面板。同樣由于技術原因，以及市場定位問題，PHILIPS目前的產品主要集中在中端，而且在零售市場PHILIPS動作一直不很明顯。三星作為另一實力強勁的顯示設備研發、制造廠商，在LCD方面投入了較大精力，致力于不斷豐富產品線，目前三星產品涵蓋了高中低端市場。 LCD技術仍處在不斷發展、完善的階段，三大產地的發展方向各有不同，它們之間既存在競爭，又有著合作。正是這些因素促使了LCD向前發展。 |
