馬雪雪，王春阜，吳為敬，彭俊彪

（1.華南理工大學(xué) 電子與信息學(xué)院，廣東 廣州 510640；2.華南理工大學(xué) 發(fā)光材料與器件國家重點實驗室，廣東 廣州 510641）

1 引 言

有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管顯示器（AMOLED）被譽為替代液晶的下一代顯示技術(shù)，具有自主發(fā)光、響應(yīng)速度快、寬視角、可制作透明和柔性面板等諸多優(yōu)點，是世界各國顯示技術(shù)研究的熱點。

基于氧化物薄膜晶體管（MOTFT）的有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管（AM－OLED）顯示技術(shù)近年來得到了迅速的發(fā)展，但整體尚未成熟，尤其是國內(nèi)的AM－OLED技術(shù)，還處在起步階段。AMOLED顯示屏還處于自主研發(fā)階段，因此我們需要對其各項性能進(jìn)行測試表征［1－4］。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench實驗室虛擬儀器工程平臺）是采用高性能模塊化硬件技術(shù)，通過高效靈活的軟件編程對模塊化硬件進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)AM－OLED顯示屏各項參數(shù)自動化測試。因此，虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)了軟件和硬件的有機(jī)結(jié)合［5］。

本文首先構(gòu)建了基于FPGA的AM－OLED顯示屏驅(qū)動電路，然后基于虛擬儀器技術(shù)lab－VIEW開發(fā)環(huán)境搭建了AM－OLED顯示屏性能測試平臺，實現(xiàn)了快速、高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)自動采集功能。

2 AM－OLED顯示屏的驅(qū)動電路

依據(jù)氧化物 MOTFT AM－OLED顯示屏特性，設(shè)計了一套外圍驅(qū)動電路系統(tǒng)［6］，系統(tǒng)的整體圖如圖1所示。

整個系統(tǒng)包括信號源、DVI解碼、時序控制、行列芯片應(yīng)用電路、電源電壓電路5個模塊。其中信號源模塊為AM－OLED顯示屏提供顯示影像，本文中可以通過FPGA生成簡單測試圖像，但較復(fù)雜、信息豐富的圖像需PC機(jī)或播放器提供；DVI解碼模塊將PC機(jī)傳輸過來的TMDS信號進(jìn)行解碼，得到4個控制信號——數(shù)據(jù)時鐘、數(shù)據(jù)使能、行同步、場同步及18位RBG數(shù)據(jù)信號，將其輸入到時序控制器；利用FPGA產(chǎn)生適宜芯片工作的時序控制信號，以供行列驅(qū)動芯片工作，從而驅(qū)動AM－OLED顯示屏正常顯示。本文中所選用的行列驅(qū)動芯片分別為聯(lián)詠的NT39211、NT39411D兩款芯片。

圖1 外圍驅(qū)動電路系統(tǒng)整體框圖Fig.1 Whole block diagram of peripheral driving circuit

此驅(qū)動電路為后續(xù)的AM－OLED顯示屏V－I－L曲線測試提供了電路基礎(chǔ)。

3 AM-OLED顯示屏的V-I-L曲線測試原理

AM－OLED顯示屏V－I－L曲線測試系統(tǒng)主要用于測試顯示屏的數(shù)據(jù)電壓（Vdata）－電流（I）－亮度（L）曲線，在固定Vdd的情況下，數(shù)據(jù)電壓Vdata與流過顯示屏OLED的電流以及顯示屏亮度之間的關(guān)系［7］。

如圖2所示，我們使用程控電源Keithley2400為顯示屏提供電源電壓VDD以及Gamma校正［8］基準(zhǔn)電壓V1。由源驅(qū)動芯片輸出數(shù)據(jù)電壓與Gamma校正基準(zhǔn)電壓的關(guān)系可知，在最高灰階下數(shù)據(jù)驅(qū)動芯片輸出數(shù)據(jù)電壓Vdata等于V1。在測試過程中，信號源（PC機(jī)）分別為AM－OLED顯示屏提供R、G、B最高灰階圖片，V1從0V以等步長遞增，輸出電壓Vdata始終跟隨V1變化。理論上Vdata的值等于V1，但Gamma校正板到顯示屏存在一定的壓降，為更準(zhǔn)確測得Vdata的大小，我們直接在AM－OLED顯示屏的數(shù)據(jù)輸出pad處連接keithley2000測試Vdata的大小。keithley2400作為Vdd輸入電壓源，可以測試出流過節(jié)點Vdd的電流，即OLED的發(fā)光電流，分光輻射亮度計CS2000監(jiān)測AM－OLED顯示屏的亮度L。由此，得到Vdata與流過OLED的電流IOLED及AM－OLED顯示亮度L的關(guān)系。

圖2 AMOLED顯示屏V－I－L測試系統(tǒng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of V－I－Ltest system for AMOLED display

labVIEW通過GPIB卡控制keithley2000測量Vdata電壓，同時控制Keithley2400輸出等步長遞增電壓Vdd，并采集對應(yīng)的電流IOLED。通串行協(xié)議（RS－232）控制分光輻射亮度計CS2000實時采集顯示屏亮度、色坐標(biāo)以及光譜數(shù)據(jù)。

4 AM-OLED顯示屏V-I-L曲線測試系統(tǒng)構(gòu)建

AM－OLED顯示屏V－I－L曲線測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)［9］是基于NI公司的LabVIEW平臺開發(fā)的，程序的框架如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)框圖Fig.3 Software architecture diagram of the system

由圖3可知，整個軟件主要由系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)配置、控制輸出、采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)果圖形顯示、數(shù)據(jù)保存以及系統(tǒng)關(guān)閉等幾個模塊組成。整個軟件首先完成系統(tǒng)初始化，然后再對系統(tǒng)進(jìn)行配置，采集數(shù)據(jù)，同時將采集的數(shù)據(jù)保存并將結(jié)果用圖形顯示，最后關(guān)閉系統(tǒng)完成整個系統(tǒng)測試。

圖4是AM－OLED顯示屏V－I－L曲線測試系統(tǒng)的軟件界面，整個操作界面簡單明了，由LabVIEW自帶的控制組成，在此界面可實現(xiàn)輸入電壓的調(diào)節(jié)，能實時顯示電流、電壓以及亮度，波形圖控件顯示整個電流、亮度的變化趨勢。

圖4 V－I－L曲線測試系統(tǒng)界面Fig.4 Interface of the V－I－Lcurve test system

軟件程序框圖界面，主要分為3個功能模塊：系統(tǒng)初始化以及配置模塊、系統(tǒng)控制輸出與數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)保存模塊。由圖3可知，每個模塊并非完全獨立，而是相互之間有聯(lián)系的，上一個模塊是下一個模塊的基礎(chǔ)，模塊和模塊之間存在交叉關(guān)系。

5 AM-OLED顯示屏V-I-L曲線實際測試結(jié)果分析

5.1 AM-OLED顯示屏V-I-L曲線測試系統(tǒng)驗證

將華南理工大學(xué)與廣州新視界光電科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的基于 MOTFT技術(shù)的12.2cm（4.8in）AM－OLED 顯示 屏連接 到該測 試系統(tǒng)中。驗證了該系統(tǒng)能夠滿足12.2cm AM－OLED顯示屏的測試需求，很好地完成了AM－OLED顯示屏的V－I－L曲線測試。AM－OLED顯示屏的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表112.2cm AMOLED顯示屏技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of 12.2cm AMOLED display screen

圖5為AM－OLED顯示屏在Vdd＝10V時，紅綠藍(lán)子像素亮度隨Vdata變化的曲線，從圖中可以看出AM－OLED顯示屏的紅綠藍(lán)三色的OLED啟亮電壓不同，紅色OLED在Vdata＝2.5 V時最先啟亮，而綠色和藍(lán)色OLED分別在Vdata＝3.2V和2.7V時啟亮。由此可知，綠色OLED最大亮度為250cd／m2，紅色OLED最大亮度為200cd／m2，藍(lán)色OLED最大亮度為120 cd／m2。

圖5 AM－OLED顯示屏的Vdata－L曲線Fig.5 Vdata－Lcurve of AM－OLED display screen

在數(shù)據(jù)電壓Vdata變化時，紅綠藍(lán)3種OLED器件的亮度變化不完全一致，這就導(dǎo)致Vdata變化過程中，顯示屏的色坐標(biāo)發(fā)生漂移，如圖6所示，AM－OLED顯示屏的色坐標(biāo)啟亮?xí)r為（0.344，0.357），最大亮度時為（0.328，0.402），在中間某一數(shù)據(jù)電壓Vdata時色坐標(biāo)為（0.506，0.356）。明顯可以看到AM－OLED顯示屏的顯示顏色有變化。

圖7為AM－OLED顯示屏Vdd＝10時，流過顯示屏的總電流隨Vdata變化的曲線，當(dāng)Vdata＝2V時，AM－OLED顯示屏的亮度很低，一般我們認(rèn)為OLED還沒有開始啟亮，但是金屬氧化物TFT的溝道中n型載流子（即電子）非常豐富，不加偏壓條件下TFT器件就是導(dǎo)通的，所以當(dāng)Vdata＝2V時，依然有從Vdd流過T2管和OLED的電流；另一方面，TFT背板制作過程中，因為工藝缺陷會導(dǎo)致TFT驅(qū)動陣列中存在短路，經(jīng)過測試整屏（320RGB×480）的電流大小為10mA。

圖6 AM－OLED顯示屏的色坐標(biāo)漂移曲線Fig.6 Color coordinates of the drift curve of AMOLED display screen

顯示屏在Vdata＝9.2V時達(dá)到亮度最大值450cd／m2，對應(yīng)AMOLED顯示屏的電流為95 mA，此時顯示屏的 Wpanel＝IOLED×Vdd＝0.95W。

綜上所述，運用上述測試系統(tǒng)可以很方便的測試出AMOLED顯示屏的V－I－L曲線，本文對AMOLED顯示屏（320RGB×480）進(jìn)行測試，分別測得顯示屏Vdata－L曲線、色坐標(biāo)漂移曲線［10］以及Vdata－I曲線。從而可以算出顯示屏的功耗等參數(shù)，驗證該系統(tǒng)的可靠性。

5.2 AM-OLED顯示屏V-I-L曲線測試系統(tǒng)結(jié)果應(yīng)用

利用上述結(jié)果，可以分析白平衡［11］時，顯示屏所需要的Vdata，為專用數(shù)據(jù)驅(qū)動芯片的設(shè)計提供參考。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 936－2008－T 彩色顯示器白平衡點色坐標(biāo)及其寬容度）規(guī)定，在顯示器中，白平衡點的標(biāo)準(zhǔn)色溫為6500K，其色坐標(biāo)為WCIE（0.313，0.329）。AM －OLED顯示屏中RGB發(fā)光材料的色坐標(biāo)分別為RCIE（xr，yr）、GCIE（xg，yg）和 BCIE（xb，yb），由色度學(xué)坐標(biāo)系統(tǒng)和顏色的加成性［12］，可以得到式（1）和（2）。

白平衡時色坐標(biāo)的x分量：

另外，根據(jù)RGB像素排布，可以得到白平衡時顯示屏的亮度與3個子像素的亮度關(guān)系為：

由公式（1）、（2）和（3）可以得到以下矩陣關(guān)系：

解矩陣方程（4）得到紅綠藍(lán)OLED器件的亮度要求，即式（5）：

設(shè)AM－OLED顯示屏的設(shè)計最大亮度為Yw，色坐標(biāo)為 WCIE（x，y）。紅綠藍(lán)OLED器件的色坐標(biāo)分別為 RCIE（xr，yr）、GCIE（xg，yg）和BCIE（xb，yb），將以上數(shù)據(jù)帶入式（5）可以得出紅綠藍(lán)子像素所需的最大發(fā)光亮度分別為Yr，Yg，Yb，結(jié)合AM－OLED顯示屏的開口率AP，可以得出紅綠藍(lán)OLED器件所需的最大發(fā)光亮度YOLED＿r，Y OLED＿g，Y OLED＿b。結(jié)合 RGB OLED器件的L－V 曲線如圖5所示，可以得到AM－OLED顯示屏達(dá)到設(shè)計亮度時的OLED陽極電壓理論值分別為，VOLED＿r、VOLED＿g和VOLED＿b。

由2T1C像素電路的工作原理可得［11］：

其中：IOLED＿i為流過 OLED 的電流；μ 為遷移率；W為溝道寬度；L為溝道長度；Vgs為柵極－源級電壓；Vdata為 OLED 的數(shù)據(jù)電壓，VOLED＿i為 OLED 陽極電壓理論值

由式（6）可得：

利用式（7）可以方便地求出AM－OLED顯示屏達(dá)到設(shè)計亮度時各像素所需的數(shù)據(jù)電壓，為MOTFT－AMOLED顯示屏專用數(shù)據(jù)驅(qū)動芯片的設(shè)計提供了可靠數(shù)據(jù)。

同時由上述實際測試結(jié)果分析可知：紅綠藍(lán)OLED器件的Vdata－L特性曲線不一致給白平衡調(diào)試造成一定困難，要使AM－OLED顯示器在全白畫面下亮度由最小變到最大時，顯示不偏色，色坐標(biāo)不漂移，在相同灰階下RGB子像素對應(yīng)的數(shù)據(jù)電壓應(yīng)該不同。所以AM－OLED顯示屏數(shù)據(jù)驅(qū)動芯片需要RGB三色Gamma電壓單獨可調(diào)。

6 結(jié) 論

依托AM－OLED顯示屏外圍驅(qū)動顯示系統(tǒng)，搭建了基于LabVIEW平臺的AM－OLED顯示屏V－I－L曲線測試系統(tǒng)，并通過測試12.2cm AM－OLED顯示屏的相關(guān)參數(shù)驗證了該測試系統(tǒng)的可靠性，從而實現(xiàn)了對顯示屏性能參數(shù)的自動化測試，對顯示屏性能做出了評估。同時通過對實際測試結(jié)果的運用求解，為氧化物TFTAM－OLED顯示屏專用IC gamma曲線設(shè)計提供了可靠數(shù)據(jù)，對顯示屏的優(yōu)化設(shè)計以及AMOLED專用驅(qū)動芯片的開發(fā)具有重要意義。

［1］Tang C W，VanSlyke S A.Organic electroluminescent diodes［J］.Appl.Phys.Lett.，1987，51：913－915.

［2］Baldo M A，O’Brien D F，You Y，et al.Highly efficient phosphorescent emission from organic electroluminescent devices［J］.Nature，1998，395（10）：151－154.

［3］王振，陳雙文，周翔.高效率有機(jī)藍(lán)光和白光電致發(fā)光器件［J］.發(fā)光學(xué)報，2011，32（7）：715－719.Wang Z，Chen S W，Zhou X.Study on efficient blue and white organic light－emitting devices［J］.Chinese Journal of Luminescence，2011，32（7）：715－719.（in Chinese）

［4］楊少鵬，居秀琴，王利順，等.以CBP為主體的高色純度紅色磷光有機(jī)電致發(fā)光器件［J］.發(fā)光學(xué)報，2010，31（1）：25－30.Yang S P，Ju X Q，Wang L S，et al.Highly color－purifield－red phosphorescent organic light－emitting diode using CBP as host material［J］.Chinese Journal of Luminescence，2010，31（1）：25－30.（in Chinese）

［5］Jeffrey T，Jim K.LabVIEW 大學(xué)實用教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008：339－346.Jeffrey T，Jim K.LabVIEW Practical Course in University ［M］.Beijing：Publishing House of electronics industry，2008：339－346.（in Chinese）

［6］伊盛，陳杰，夏淑淳.基于FPGA的 AMOLED驅(qū)動方案［J］.液晶與顯示，2011，26（2）：188－193.Yi S，Chen J，Xia S C.Driving scheme for AMOLED based on FPGA ［J］.Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays，2011，26（2）：188－193.（in Chinese）

［7］王宇，田朝勇，周剛.AMOLED像素驅(qū)動電路參數(shù)設(shè)計［J］.液晶與顯示，2013，28（4）：587－592.Wang Y，Tian C Y，Zhou G.AMOLED pixel driving circuit parameter design ［J］.Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays，2013，28（4）：587－592.（in Chinese）

［8］趙梓權(quán)，王瑞光，鄭喜鳳，等.LED顯示屏的色域校正 ［J］.液晶與顯示，2013，28（1）：92－98.Zhao Z Q，Wang R G，Zheng X F，et al.Color gamut correction of LED displays［J］.Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays，2013，28（1）：92－98.（in Chinese）

［9］劉健，謝文法.OLED器件光電性能集成測試系統(tǒng)研制 ［J］.液晶與顯示，2013，28（1）：132－137.Liu J，Xie W G.Integrated optoelectronic performance test system for OLEDs［J］.Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays，2013，28（1）：132－137.（in Chinese）

［10］李熹霖.LED顯示屏的色度均勻性和色保真度 ［J］.現(xiàn)代顯示，2006（6）：9－15.Li X L.The chroma uniformity and fidelity of the LED Display［J］.Advanced Display，2006（6）：9－15（in Chinese）

［11］尹盛，蔡東京.用數(shù)模結(jié)合的方法實現(xiàn) AM－OLED的白平衡［J］.液晶與顯示，2013，28（3）：382－385.Yin S，Cai D J.Achievement on white balance for AM－OLED ［J］.Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays，2013，28（3）：382－385.（in Chinese）

［12］戴亞翔，田民波.TFT LCD面板的驅(qū)動與設(shè)計［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2008：6－7.Dai Y X，Tian M B.Design and Operation of TFT LCD Panels ［M］.Beijing：Tsinghua University Press，2008：6－7.（in Chinese）