OLED显示原理7T1C基础分析(PWM与DC调光)

文章目录

    • 一、7T1C设计要点分析
      • 1、先回顾一下上篇 发光过程三个阶段---复位、补偿、发光
      • 2、设计关键点一:复位、补偿、发光三阶段 控制信号严格分离
      • 3、基本亮度控制策略---DC调光 && PWM调光
      • 4、PWM调光频率 之 低频PWM/高频PWM---EM信号的控制细节
      • 5、功耗优化之ELVSS动态调压
    • 二、7T1C像素电路典型问题
      • 1、上电过程典型闪屏问题----在ELVDD/ELVSS上电过程 EM没有保持关闭
      • 2、屏幕异常偏色典型问题---OLED初始化、补偿、发光 打开开关有重合
    • 参考

上一篇 【OLED显示原理7T1C:https://blog.csdn.net/runafterhit/article/details/128793552】介绍了7T1C基础概念,本文做一个初步分析;
整体分析还是基于下面这个典型7T1C电路: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)。
在这里插入图片描述

一、7T1C设计要点分析

1、先回顾一下上篇 发光过程三个阶段—复位、补偿、发光

整个发光过程可以分文三个阶段:复位、补偿、发光。如下图
在这里插入图片描述
1)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。
2)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
3)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

2、设计关键点一:复位、补偿、发光三阶段 控制信号严格分离

图中三个阶段的使能信号:Gn-1信号(使能复位)、Gn信号(使能补偿)、EM信号(使能发光),都是为低时使能。
7T1C像素电路中,三个阶段一定是严格分离的,否则会出现非预期的内部串流,从而影响 复位&补偿&发光的效果。
这里非常容易引入问题,需要通过上屏的信号排查清楚。
OLED显示原理7T1C基础分析(PWM与DC调光)_第1张图片

3、基本亮度控制策略—DC调光 && PWM调光

OLED的亮度 总体说来 有两个因素决定,电流大小和发光时长:
1)发光时电流大小—VData大小决定:通过上面的电路分析可知,OLED发光时电流 ID=1/2μnCoxW/L(Vdata-Elvdd)^2,在ELVDD固定的情况下,就是由Data电压决定,这里Data电压 很多时候也叫source电压,由显示内容决定。
2)发光时间—EM低电平时间决定 :EM拉低时OLED开始发光,拉低的时间决定了发光时间长度,举例60Hz的屏幕刷新率下一帧的显示时间为16.6ms,如果一个像素电流固定情况下,一帧里面EM拉低发光8ms 或者 1ms,二者亮度就会出现明显差异。

我们经常听到两个概念:DC调光 和 PWM调光,亦或者 两者结合的混合调光 如何理解呢?
1)DC是Direct Current直流电,DC调光是指通过VData电压大小变化进行调光。 在显示一个固定画面时,亮度的变化通过VData 也就是source电压 的控制来达到。
2)PWM是Pulse Width Modulation脉冲宽度调制,PWM调光是通过对EM开关占空比duty进行调光。 在显示一个固定画面,亮度变化提通过EM的占空比大小来调整。
OLED显示原理7T1C基础分析(PWM与DC调光)_第2张图片
如下图,显示内容送到TCONIC后,TCONIC&&Driver根据AP设置的亮度信息把显示内容通过GAMMA映射得到Source数据(也就是7T1C电路中Data电压),同时会生成GOA信号包含EM波形Duty控制。
OLED显示原理7T1C基础分析(PWM与DC调光)_第3张图片
最后可以简单总结下,如果亮度信息控制 主要是调整Source电压大小,这类设备就是DC调光策略。如果亮度信息是控制EM的Duty来影响亮度,这类设备就是PWM调光策略。实际上 很多设备是结合了DC+PWM调光,在不同的帧率不同亮度范围 选择最合适的策略,可称为混合调光。

4、PWM调光频率 之 低频PWM/高频PWM—EM信号的控制细节

市场上有低频PWM和高频PWM说法,这里频率高低是指EM控制频率,和一帧EM的pluse数相关。
当频率较低时,人眼会有亮暗闪烁感,导致眼部疲劳,原理类似24Hz电影。
比如60Hz帧率,如果EM的pluse数是1个 PWM频率为60 * 1=60Hz,EM的pluse数为12个时 PWM频率为60 * 12=720Hz。
OLED显示原理7T1C基础分析(PWM与DC调光)_第4张图片

5、功耗优化之ELVSS动态调压

前面我们梳理了,发光时电流大小ID = 1/2μnCoxW/L(Vdata-Elvdd)^2,实际发光亮度不和ELVSS电压大小设置强相关,但是在不同的玻璃负载(可以理解为不同亮度)下,ELVSS要保证足够大的负压 才能保持 OLED稳定发光。
因此也诞生了ELVSS动态调压策略,目的就是根据不同的亮度 也就是 不同负载,调整ELVSS的负压大小,这样能针对功耗进行优化。

二、7T1C像素电路典型问题

1、上电过程典型闪屏问题----在ELVDD/ELVSS上电过程 EM没有保持关闭

ELVSS和ELVDD通常由特定的电源控制芯片PMIC提供,开机时电源芯片启动输出,ELVSS和ELVDD有一个逐步爬坡的过程,在这个过程的时候,如果EM信号不能一直拉低关闭,就会导致玻璃上非预期的发光。通常上电时整个屏幕要保持遮黑,如果EL电压不稳定就正常显示方式打开EM,会出现屏幕部分区域不能保持黑状态。

2、屏幕异常偏色典型问题—OLED初始化、补偿、发光 打开开关有重合

通过 设计关键点一:复位、补偿、发光三阶段 控制信号严格分离 讲解可知,如果三个阶段开关相互之间 存在同时打开的时候,OLED会发生内部串流,从而导致画面异常显示,比如整个屏幕泛黄等,亮度无法按预期控制。
这里要注意一个细节,EM的开关GOA控制细节是最复杂的,特别是PWM调光策略下,不同亮度或者帧率下,EM打开的占空比Duty是不一样的,往往实际会在某些特定亮度选择时 出现此类异常,不是全部亮度都能观察到,需要全部亮度遍历测试。

参考

OLED显示屏的类DC调光是什么?它和高频PWM比各有什么优劣?:
https://www.zhihu.com/question/612899355/answer/3129070329

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