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摘要：介绍了场发射显示(FED)、等离子体显示(PDP)、液晶显示(LCD)、有机电致发光显示(OLED)等平板显示器件的驱动电路。
关键词：平板显示；驱动电路 Driving Circuit Technology of Flat Panel Display
Abstract: Introducing the Driving Circuit Technology of Flat Panel Display that include field emission display, plasma display panel, liquid crystal display, organic emitting diode display.
Key words: Flat Panel Display; Driving Circuit
1引言
平板显示器件(FPD)由于其体积小、重量轻、工作电压低、功耗小、无辐射、对人体健康无害、抗干扰能力强等优点，近年来受到了广泛的关注，发展异常迅猛[1-3]。驱动电路作为平板显示器件的重要组成部分，对于提高器件的显示效果、减小功耗、降低成本等方面有着显著的作用。驱动电路的发展已经成为制约平板显示器件发展的一个重要因素，因此研究并改善驱动电路对于平板显示器件的发展有着重要的意义。本文介绍了场发射显示(FED)、等离子体显示(PDP)、液晶显示(LCD)、有机电致发光显示(OLED)等平板显示器件的驱动电路，并且展望了平板显示器件驱动电路的发展趋势。
2场发射显示(FED)器件的驱动电路
FED基本显示原理[4]同CRT相同，都是由电子撞击荧光材料而发光，但电子撞击的方式却不一样。CRT显像管是将一个电子枪射出的电子束在偏转线圈的强大磁场作用下偏离原来方向，依次去轰击荧光材料。而FED则是将涂有荧光材料的玻璃板与铺有大量微型电子发射器即电子枪的玻璃底板平行摆放，大量的微型电子发射器就像液晶或等离子显示器的像素一样，因此它不仅具有CRT的大多数优点，而且大大降低了器件的功耗。FED器件按照结构可以分为二极管型和三极管型FED。两者的结构如下图1和图2[5-7]。
2.1二极管型FED驱动电路[8]
对于二极管型FED，如图1所示它没有栅极，所以其阳极电压即用于产生电场又用于加速电子。而阴-阳极之间由于相距距离较大，因此所需的驱动电压也较大，因此其驱动电路难以集成。图3是二极管型FED驱动原理图，其中行扫描矩阵(X)接阳极，列扫描矩阵(Y)接阴极，X方向和Y方向分别有一个脉冲发生器，依次向阳极和阴极发出脉冲触发开关电路。X方向的开关电路只要有脉冲就可以导通。而Y方向的开关电路必须有脉冲和图像信号的共同作用才可以导通。X方向和Y方向的开关电路使得阳极和阴极同时导通，图像信号可以通过开关电路加到每个电极上，使其交汇发光。
2.2三极管型FED驱动电路
对于三极管型FED，如图2所示其阴极所需强电场是靠在栅极-阴极两端施加电压产生的，阳极上所施加的固定高压仅用来加速电子，通常为几百到几千伏。当要禁止阴极场致发射时，应使栅极点位低于阴极电位，对栅极进行逐行选址，选中其对应的栅极施加高电位，
其余行施加低电位，阴极上施加与所需显示图像相对应的脉冲，当所对应列上需显示时，对
应的阴极为低电平，当对应列上无显示时，对应的阴极为高电平。通过控制阴极上脉冲的宽度或数目来实现灰度显示，如此逐行，逐帧循环就可以实现显示。由于栅-阴两极之间间距很小，因此其驱动电压相对较低，驱动电路可以选用专用的驱动集成芯片。 
3等离子体显示（PDP）器件的驱动电路
等离子体显示（PDP）属于冷阴极放电管，其利用夹在阴极和阳极之间一定的电压，使气体产生辉光放电来实现显示[9]。PDP根据工作方式的不同可以分为电极与气体直接接触的直流型（DC-PDP）和电极用覆盖介质层与气体相隔离的交流型（AC-PDP）。而AC-PDP又根据电极结构的不同，可以分为对象放电型和表面放电型两种。其中表面放电型AC-PDP又是目前研究的重点。典型的三电极表面放电型AC-PDP驱动电路主要包括扫描电极驱动器、寻址电极驱动器、维持电极和扫描电极驱动脉冲、数据缓冲器、数据存储与控制电路以及电源等几部分。数据存储与控制电路是AC-PDP电路中对图像数据进行数字处理，实现分子场显示的主要控制部分。
4液晶显示(LCD)器件的驱动电路
液晶显示器是依靠外电场作用于初始排列的液晶分子上，依靠液晶分子的各向异性和偶极矩的特点，使液晶分子的初始排列发生改变，通过调制液晶器件的外界光，达到显示的目的。目前液晶显示器驱动普遍采用数字化集成电路。液晶显示器的驱动方式包括：静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）。
4.1LCD的静态驱动技术[10]
静态驱动是指在像素前后电极上施加电压信号时呈显示状态，不施加电压时呈非显示状态，适合于静态驱动的多是总引线数比较少的情况。静态驱动的液晶显示器件上，各个液晶像素的背电极是连在一起引出的，而各个像素的段电极是分立引出的，在实际显示中是在背电极上加入一个正脉冲序列，在显示段上加入与背电极脉冲相位差为 的等幅正脉冲，则在该像素上产生显示脉冲序列，在不显示段上加入一个与背电极脉冲同相为的等幅正脉冲序列，则在该像素电极之间不产生电压差，从而形成液晶显示的脉冲。
4.2LCD的单纯驱动
单纯矩阵型又是俗称的被动式（Passive），可分为扭转向列型（Twisted Nematic，简称 TN）和超扭转式向列型（Super Twisted Nematic，简称STN）两种[11]。在TN与STN型的液晶显示器件中，所使用的单纯驱动电极的方式都是采用X、Y轴的交叉方式驱动。其中X电极为扫描电极，加扫描电压，Y电极为信号电极，加信号电压。X、Y电极的交叉点就是像素。选择要驱动的电压由水平方向电压来控制，垂直方向的电极则负责驱动液晶分子。
4.3LCD的主动矩阵驱动
主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型(Thin Film Transistor；TFT)及二端子二极管型Metal/Insulator/Metal；MIM)。其中以TFT液晶显示器的色彩及分辨率较好，成为目前主动型矩阵驱动的主流方向。
4.3.1 TFT驱动
TFT是在原来配置像素的电极交叉处，加上了一个对向电极，并在此处三个电极的交叉处，放置薄膜状的Active晶体。故TFT被成为薄膜晶体管，液晶显示器通过它来主动控制每一个像素中的光通量。图4为薄膜场效应管驱动的主动矩阵型液晶显示单元的示意图[12]。图中 为第 扫描电极 为第 信号电极，BK为背电极，T为 和 交叉处的开关晶体管。C为液晶像素电容，R为液晶像素的绝缘电阻。其阻值很大可以视为开路。每一个像素配置一个开关晶体管，晶体管导通截止状态接近理想开关，大大的提高了液晶显示器的显示效果。 
4.3.2 MIM驱动[13]
对背二极管等非线性元件与液晶像素串联是的液晶像素的阀值特性变陡，在强电场下电导率呈现很强的非线性，可以很好的克服单像素之间的交叉串扰提高了显示器的显示效果。图5给出了MIM液晶显示器的电极排布。在图中可以看到MIM二极管－像素排列成阵列，整齐的分布在下玻璃基片上，并与扫描母线相连，在上玻璃基平内制备条型薄膜透明电极，形成信号电极。扫描电极与信号电极互相正交。
5有机电致发光显示（OLED）器件的驱动电路
有机电致发光显示（OLED）器件是由电流驱动的平板显示器件，由阴极注入的电子和由阳极注入的空穴受电场的作用在有机发光层中相遇生成空穴与电子对，发生复合辐射而发光[14]。根据驱动电路和基板的关系有机电致发光器件的驱动方式可以分为两大类：有源驱动和无源驱动。
5.1OLED的无源驱动技术
图6给出了无源驱动OLED的结构图[15]。在图中可以看到阳极和阴极垂直交叉排列，中间是有机发光层。阴极条和阳极条的每一个交叉点就是一个小的OLED，构成了显示屏上的一个像素。当某个像素被选中以后，相应的电压被施加在该像素所在的行和列，电流通过OLED使其发光。
5.2OLED的有源驱动技术
OLED的有源驱动技术的解决方案主要分为两类：非晶硅TFT技术和低温多晶硅LTPS TFT技术。非晶硅TFT技术经过20多年的发展，工业生产已经相当成熟驱动LCD的技术稍加改进即可驱动OLED，工艺流程不需作较大的改动，节约了大量的成本。与非晶硅TFT技术相比低温多晶硅（LTPS）TFT技术具有很大的优势：它的速度快、产品轻薄、分辨率高、可靠性好，因此LTPS TFT技术必将会成为OLED有源驱动技术的发展方向。
由于OLED的亮度和流过它的电流成正比，为了得到均匀的亮度，分配到每一个像素上的电流应该是一样的，由于多晶硅的生长特点，每个TFT上的阈值电压、载流子迁移率和串联电阻并不一致，这就导致LTPS TFT的输出特性具有很大的分散性。因此LTPS TFT驱动的OLED显示屏就需要在单元电路设计上采取一些措施来提高亮度的均匀性和灰度的精确性。图7和图8分别给出了两管和四管TFT有源OLED像素电路[16]。在图7中TFT-1和TFT-2分别为开关管和驱动管，通过扫描线的扫描电压开启TFT-1，同时由信号线写入的图像信息通过TFT-1存储到 上。，然后由电容器电压开启TFT-2,由 驱动电源来驱动OLED发光。由于两管驱动会导致亮度和数据电压呈非线性关系给实现精确的灰度带来了困难。因此为了改善这些不足人们又提出了一种带阈值补偿的四管驱动电路如图8。如图8所示电路通过自动置零（ ）将数据信号与驱动管 进行比较，以消除TFT栅压的偏移，并在数据信号之前施加 ，使寄生电容所积累的电荷得以释放，较好的解决了OLED发光不均匀的问题。 
6 结束语
本文在简要介绍了平板显示器件的结构及原理的基础上，重点介绍了平板显示器件的驱动技术。近年来平板显示器件发展迅速，相应的显示驱动技术也取得了长足的发展。目前LCD、PDP的驱动电路已经实现了完全的集成化，成为目前平板显示器件中的明星。随着FED、OLED制作工艺的不断发展以及相应驱动技术的发展，有可能成为未来最具竞争力的平板显示器。平板显示器件及其驱动技术的不断发展，使得21世纪成为平板显示的时代。极大的满足了人们对显示器件小型化，轻量化的要求。
本文作者创新点：详尽的介绍了平板显示器件驱动电路，分析了平板显示器驱动电路的发展趋势，为平板显示器件驱动电路的研究提供理论依据。
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作者简介:狄亮（1982-）,男，汉，陕西宝鸡人，硕士研究生，目前从事OLED驱动技术的研究工作。
宁铎（1955-）男，汉，陕西人，硕士生导师，现从事OLED器件方面的研究工作。
通信地址：陕西科技大学 电气与信息工程学院 陕西 西安 710021 |
