基于labVIEW的AM－OLED显示屏测试系统

1 引 言

有源矩阵有机发光二极管显示器（AMOLED）被誉为替代液晶的下一代显示技术，具有自主发光、响应速度快、宽视角、可制作透明和柔性面板等诸多优点，是世界各国显示技术研究的热点。

基于氧化物薄膜晶体管（MOTFT）的有源矩阵有机发光二极管（AM－OLED）显示技术近年来得到了迅速的发展，但整体尚未成熟，尤其是国内的AM－OLED技术，还处在起步阶段。AMOLED显示屏还处于自主研发阶段，因此我们需要对其各项性能进行测试表征［1－4］。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench实验室虚拟仪器工程平台）是采用高性能模块化硬件技术，通过高效灵活的软件编程对模块化硬件进行控制，从而实现AM－OLED显示屏各项参数自动化测试。因此，虚拟仪器技术实现了软件和硬件的有机结合［5］。

本文首先构建了基于FPGA的AM－OLED显示屏驱动电路，然后基于虚拟仪器技术lab－VIEW开发环境搭建了AM－OLED显示屏性能测试平台，实现了快速、高效、准确的数据自动采集功能。

2 AM－OLED显示屏的驱动电路

依据氧化物 MOTFT AM－OLED显示屏特性，设计了一套外围驱动电路系统［6］，系统的整体图如图1所示。

整个系统包括信号源、DVI解码、时序控制、行列芯片应用电路、电源电压电路5个模块。其中信号源模块为AM－OLED显示屏提供显示影像，本文中可以通过FPGA生成简单测试图像，但较复杂、信息丰富的图像需PC机或播放器提供；DVI解码模块将PC机传输过来的TMDS信号进行解码，得到4个控制信号——数据时钟、数据使能、行同步、场同步及18位RBG数据信号，将其输入到时序控制器；利用FPGA产生适宜芯片工作的时序控制信号，以供行列驱动芯片工作，从而驱动AM－OLED显示屏正常显示。本文中所选用的行列驱动芯片分别为联咏的NT39211、NT39411D两款芯片。

图1 外围驱动电路系统整体框图
Fig.1 Whole block diagram of peripheral driving circuit

此驱动电路为后续的AM－OLED显示屏V－I－L曲线测试提供了电路基础。

3 AM-OLED显示屏的V-I-L曲线测试原理

AM－OLED显示屏V－I－L曲线测试系统主要用于测试显示屏的数据电压（Vdata）－电流（I）－亮度（L）曲线，在固定Vdd的情况下，数据电压Vdata与流过显示屏OLED的电流以及显示屏亮度之间的关系［7］。

如图2所示，我们使用程控电源Keithley2400为显示屏提供电源电压VDD以及Gamma校正［8］基准电压V1。由源驱动芯片输出数据电压与Gamma校正基准电压的关系可知，在最高灰阶下数据驱动芯片输出数据电压Vdata等于V1。在测试过程中，信号源（PC机）分别为AM－OLED显示屏提供R、G、B最高灰阶图片，V1从0V以等步长递增，输出电压Vdata始终跟随V1变化。理论上Vdata的值等于V1，但Gamma校正板到显示屏存在一定的压降，为更准确测得Vdata的大小，我们直接在AM－OLED显示屏的数据输出pad处连接keithley2000测试Vdata的大小。keithley2400作为Vdd输入电压源，可以测试出流过节点Vdd的电流，即OLED的发光电流，分光辐射亮度计CS2000监测AM－OLED显示屏的亮度L。由此，得到Vdata与流过OLED的电流IOLED及AM－OLED显示亮度L的关系。

图2 AMOLED显示屏V－I－L测试系统示意图
Fig.2 Schematic diagram of V－I－Ltest system for AMOLED display

labVIEW通过GPIB卡控制keithley2000测量Vdata电压，同时控制Keithley2400输出等步长递增电压Vdd，并采集对应的电流IOLED。通串行协议（RS－232）控制分光辐射亮度计CS2000实时采集显示屏亮度、色坐标以及光谱数据。

4 AM-OLED显示屏V-I-L曲线测试系统构建

AM－OLED显示屏V－I－L曲线测试系统软件架构［9］是基于NI公司的LabVIEW平台开发的，程序的框架如图3所示。

图3 系统软件架构框图
Fig.3 Software architecture diagram of the system

由图3可知，整个软件主要由系统初始化、系统配置、控制输出、采集数据、数据结果图形显示、数据保存以及系统关闭等几个模块组成。整个软件首先完成系统初始化，然后再对系统进行配置，采集数据，同时将采集的数据保存并将结果用图形显示，最后关闭系统完成整个系统测试。

图4是AM－OLED显示屏V－I－L曲线测试系统的软件界面，整个操作界面简单明了，由LabVIEW自带的控制组成，在此界面可实现输入电压的调节，能实时显示电流、电压以及亮度，波形图控件显示整个电流、亮度的变化趋势。

图4 V－I－L曲线测试系统界面
Fig.4 Interface of the V－I－Lcurve test system

软件程序框图界面，主要分为3个功能模块：系统初始化以及配置模块、系统控制输出与数据采集模块、数据保存模块。由图3可知，每个模块并非完全独立，而是相互之间有联系的，上一个模块是下一个模块的基础，模块和模块之间存在交叉关系。

5 AM-OLED显示屏V-I-L曲线实际测试结果分析

5.1 AM-OLED显示屏V-I-L曲线测试系统验证

将华南理工大学与广州新视界光电科技有限公司联合研发的基于 MOTFT技术的12.2cm（4.8in）AM－OLED 显示 屏连接 到该测 试系统中。验证了该系统能够满足12.2cm AM－OLED显示屏的测试需求，很好地完成了AM－OLED显示屏的V－I－L曲线测试。AM－OLED显示屏的技术参数如表1所示。

表112.2cm AMOLED显示屏技术参数
Tab.1 Technical parameters of 12.2cm AMOLED display screen

图5为AM－OLED显示屏在Vdd＝10V时，红绿蓝子像素亮度随Vdata变化的曲线，从图中可以看出AM－OLED显示屏的红绿蓝三色的OLED启亮电压不同，红色OLED在Vdata＝2.5 V时最先启亮，而绿色和蓝色OLED分别在Vdata＝3.2V和2.7V时启亮。由此可知，绿色OLED最大亮度为250cd／m2，红色OLED最大亮度为200cd／m2，蓝色OLED最大亮度为120 cd／m2。

图5 AM－OLED显示屏的Vdata－L曲线
Fig.5 Vdata－Lcurve of AM－OLED display screen

在数据电压Vdata变化时，红绿蓝3种OLED器件的亮度变化不完全一致，这就导致Vdata变化过程中，显示屏的色坐标发生漂移，如图6所示，AM－OLED显示屏的色坐标启亮时为（0.344，0.357），最大亮度时为（0.328，0.402），在中间某一数据电压Vdata时色坐标为（0.506，0.356）。明显可以看到AM－OLED显示屏的显示颜色有变化。

图7为AM－OLED显示屏Vdd＝10时，流过显示屏的总电流随Vdata变化的曲线，当Vdata＝2V时，AM－OLED显示屏的亮度很低，一般我们认为OLED还没有开始启亮，但是金属氧化物TFT的沟道中n型载流子（即电子）非常丰富，不加偏压条件下TFT器件就是导通的，所以当Vdata＝2V时，依然有从Vdd流过T2管和OLED的电流；另一方面，TFT背板制作过程中，因为工艺缺陷会导致TFT驱动阵列中存在短路，经过测试整屏（320RGB×480）的电流大小为10mA。

图6 AM－OLED显示屏的色坐标漂移曲线
Fig.6 Color coordinates of the drift curve of AMOLED display screen

图7 AMOLED显示屏的Vdata－I曲线
Fig.7 Vdata－Icurve of AMOLED display screen

显示屏在Vdata＝9.2V时达到亮度最大值450cd／m2，对应AMOLED显示屏的电流为95 mA，此时显示屏的 Wpanel＝IOLED×Vdd＝0.95W。

综上所述，运用上述测试系统可以很方便的测试出AMOLED显示屏的V－I－L曲线，本文对AMOLED显示屏（320RGB×480）进行测试，分别测得显示屏Vdata－L曲线、色坐标漂移曲线［10］以及Vdata－I曲线。从而可以算出显示屏的功耗等参数，验证该系统的可靠性。

5.2 AM-OLED显示屏V-I-L曲线测试系统结果应用

利用上述结果，可以分析白平衡［11］时，显示屏所需要的Vdata，为专用数据驱动芯片的设计提供参考。

根据国家标准（GB 936－2008－T 彩色显示器白平衡点色坐标及其宽容度）规定，在显示器中，白平衡点的标准色温为6500K，其色坐标为WCIE（0.313，0.329）。AM －OLED显示屏中RGB发光材料的色坐标分别为RCIE（xr，yr）、GCIE（xg，yg）和 BCIE（xb，yb），由色度学坐标系统和颜色的加成性［12］，可以得到式（1）和（2）。

白平衡时色坐标的x分量：

另外，根据RGB像素排布，可以得到白平衡时显示屏的亮度与3个子像素的亮度关系为：

由公式（1）、（2）和（3）可以得到以下矩阵关系：

解矩阵方程（4）得到红绿蓝OLED器件的亮度要求，即式（5）：

设AM－OLED显示屏的设计最大亮度为Yw，色坐标为 WCIE（x，y）。红绿蓝OLED器件的色坐标分别为 RCIE（xr，yr）、GCIE（xg，yg）和BCIE（xb，yb），将以上数据带入式（5）可以得出红绿蓝子像素所需的最大发光亮度分别为Yr，Yg，Yb，结合AM－OLED显示屏的开口率AP，可以得出红绿蓝OLED器件所需的最大发光亮度YOLED＿r，Y OLED＿g，Y OLED＿b。结合 RGB OLED器件的L－V 曲线如图5所示，可以得到AM－OLED显示屏达到设计亮度时的OLED阳极电压理论值分别为，VOLED＿r、VOLED＿g和VOLED＿b。

由2T1C像素电路的工作原理可得［11］：

其中：IOLED＿i为流过 OLED 的电流；μ 为迁移率；W为沟道宽度；L为沟道长度；Vgs为栅极－源级电压；Vdata为 OLED 的数据电压，VOLED＿i为 OLED 阳极电压理论值

由式（6）可得：

利用式（7）可以方便地求出AM－OLED显示屏达到设计亮度时各像素所需的数据电压，为MOTFT－AMOLED显示屏专用数据驱动芯片的设计提供了可靠数据。

同时由上述实际测试结果分析可知：红绿蓝OLED器件的Vdata－L特性曲线不一致给白平衡调试造成一定困难，要使AM－OLED显示器在全白画面下亮度由最小变到最大时，显示不偏色，色坐标不漂移，在相同灰阶下RGB子像素对应的数据电压应该不同。所以AM－OLED显示屏数据驱动芯片需要RGB三色Gamma电压单独可调。

6 结 论

依托AM－OLED显示屏外围驱动显示系统，搭建了基于LabVIEW平台的AM－OLED显示屏V－I－L曲线测试系统，并通过测试12.2cm AM－OLED显示屏的相关参数验证了该测试系统的可靠性，从而实现了对显示屏性能参数的自动化测试，对显示屏性能做出了评估。同时通过对实际测试结果的运用求解，为氧化物TFTAM－OLED显示屏专用IC gamma曲线设计提供了可靠数据，对显示屏的优化设计以及AMOLED专用驱动芯片的开发具有重要意义。