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）。
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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
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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。
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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。
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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。

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。
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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。