如何為OLED顯示屏選擇制定電源供應(yīng)解決方案

　?。矍把裕荼疚膶⒂懻摳鞣NOLED技術(shù)和適當(dāng)?shù)钠珘弘娫垂?yīng)電路，而關(guān)于OLED技術(shù)和驅(qū)動方法的選擇，也會影響電源供應(yīng)電路的需求。工程師所面臨的挑戰(zhàn)為如何選擇最適當(dāng)?shù)碾娫垂?yīng)電路，以便支持電池供電型可攜式裝置，以及特定OLED顯示器的需求。功能先進的顯示器漸成為現(xiàn)今消費電子產(chǎn)品的重要特色，這些新型顯示器所發(fā)揮的作用，通常會強化使用者對于整體產(chǎn)品的印象，而這樣的印象最終會決定該產(chǎn)品在 市場上會多成功。使用者在面對行動電話和口袋型計算機時，對新型顯示器的印象尤為重要，因為高分辨率彩色屏幕已成為這些產(chǎn)品的必備功能。

　　多種新型顯示技術(shù)正擴大其市場占有率，包括新出現(xiàn)的OLED顯示器在內(nèi)，它們擁有超高的對比值、快速的響應(yīng)時間和寬廣的視角。就像其它新技術(shù)一樣，廠商正利 用不同的LED材料（聚合物或小分子）、主動或被動矩陣控制、電流和電壓驅(qū)動技術(shù)，以及不同的偏壓供應(yīng)電路來評估和制造不同的解決方案。

　　本文將討論各種OLED技術(shù)和適當(dāng)?shù)钠珘弘娫垂?yīng)電路，而關(guān)于OLED技術(shù)和驅(qū)動方法的選擇，也會影響電源供應(yīng)電路的需求。工程師所面臨的挑戰(zhàn)為如何選擇最適當(dāng)?shù)碾娫垂?yīng)電路，以便支持電池供電型可攜式裝置，以及特定OLED顯示器的需求。

　　OLED技術(shù)的優(yōu)缺點

　　內(nèi)廣視角及良好的色彩飽和度是OLED顯示器的主要優(yōu)點，它在這方面遠勝過液晶顯示器等其它技術(shù);除此之外，OLED顯示器也是一種自發(fā)光技術(shù)，因此不但不 需要背光照明，還能提供比液晶顯示器更快的響應(yīng)時間以支持多媒體應(yīng)用。目前市場上的OLED材料有兩種，分別是小分子和發(fā)光聚合物;相較于標(biāo)準(zhǔn)LED，這 兩種技術(shù)的電路參數(shù)都很類似，它們的發(fā)光強度是由LED順向偏壓電流決定，液晶顯示器的像素亮度則是由加在液晶像素的電壓決定。

　　OLED顯示器的另一項優(yōu)點是它能使用現(xiàn)有的基板技術(shù)，這和薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器的基板技術(shù)完全相同，主動矩陣OLED顯示器可以使用非晶硅（a-Si）或低溫多晶硅（LTPS）的TFT基板。

　　現(xiàn)有OLED技術(shù)的主要挑戰(zhàn)之一是它的壽命時間，這項限制源自于RGB色彩的衰減速度并不相同，特別是當(dāng)大部份顯示內(nèi)容為白色時，它需要這三種原色同時發(fā)出 相同的亮度。受到這些色彩限制的影響，單色顯示器就成為市場上最早出現(xiàn)的顯示器，全彩顯示器只用于在產(chǎn)品壽命期限的多數(shù)時間內(nèi)會將顯示器關(guān)掉的應(yīng)用。

　　第一種全彩顯示器用于數(shù)字相機，但對于使用電池的可攜式產(chǎn)品來說，全彩顯示器仍有其問題。OLED顯示器在功耗上必須與液晶顯示器競爭，對于不需要為液晶 顯示器提供背光照明的應(yīng)用，它的功耗遠低于OLED顯示器。如果啟動液晶顯示器的背光照明，則會根據(jù)顯示內(nèi)容來決定OLED是否需要較多的功耗;如果顯示 內(nèi)容大部份是白色，OLED的功耗仍會超過液晶顯示器，但隨著「白色」畫面內(nèi)容逐漸減少，功耗差別將不再是問題。

　　在戶外使用OLED顯示器是OLED技術(shù)的另一項挑戰(zhàn)。由于這種屏幕受到光子撞擊時會開始發(fā)光，所以在戶外使用OLED顯示器時，畫面對比會降低，可讀性也跟著變差。

　　OLED技術(shù)層面的缺點使它們目前較適合可攜式裝置的小型屏幕，但隨著這項技術(shù)逐漸成熟，也能應(yīng)用于大型顯示器。短期而言，筆記型計算機或桌上顯示器對于 OLED是過于困難的挑戰(zhàn)，因為在顯示大量「白色」圖片內(nèi)容時，RGB色彩會出現(xiàn)不同的老化速度。但在電視機面板應(yīng)用上，OLED的未來技術(shù)卻極有展望， 因為這類應(yīng)用不需要顯示大量的「白色」圖片內(nèi)容。

　　被動矩陣顯示器需要一組電源升壓轉(zhuǎn)換器

　　矩陣OLED屏幕是目前的市場主流，主要用于行動電話，大多數(shù)做為貝殼型手機的外屏幕。對于仍在初期階段的OLED技術(shù)來說，這些單色或雙色被動矩陣顯示 器是最理想的應(yīng)用對象。圖1是這類顯示器的簡單示意圖，它的尋址方式非常類似標(biāo)準(zhǔn)的被動矩陣液晶顯示器。主要區(qū)別在于OLED是一種電流驅(qū)動型裝置，因此 OLED顯示器的驅(qū)動電路就和液晶顯示器有所不同。

　　圖1：被動矩陣OLED顯示器的簡單示意圖

　　動矩陣OLED顯示器需要一組正電壓來做為它的電源或偏壓，這組正電壓和液晶顯示器所使用的電壓非常類似，它必須提供低功耗和高效率，解決方案的體積也 要很小。隨著顯示器尺寸和分辨率不同，OLED驅(qū)動組件需要15V到20V之間的電壓，因此電感式升壓轉(zhuǎn)換器是最理想的解決方案。

　　輸入端與輸出端的電氣隔離是OLED偏壓電源供應(yīng)的另一項重要要求，這在選擇電源供應(yīng)時非常重要。標(biāo)準(zhǔn)升壓轉(zhuǎn)換器所用的蕭特基二極管，會提供一條從輸入 到輸出的直接路徑，使輸出電壓大約等于輸入電壓;但若應(yīng)用系統(tǒng)需要開機或關(guān)機的電源順序功能，或是將關(guān)機模式的泄漏電流減至最小，這個路徑就會成為問題來 源。圖2所示組件利用內(nèi)建MOSFET開關(guān)切斷輸入和輸出之間的聯(lián)機。

　　圖2：升壓轉(zhuǎn)換器將OLED顯示器的輸入與輸出隔離

　　主動矩陣顯示器需要正負偏壓電源供應(yīng)

　　若應(yīng)用需要較高分辨率、較大顯示面積、更高對比和快速反應(yīng)時間，它們可以使用圖3所示的主動矩陣OLED顯示器。

　　圖3：主動矩陣顯示器的簡單示意圖

　　OLED像素的導(dǎo)通和尋址是由主動開關(guān)控制，這個開關(guān)則由薄膜晶體管擔(dān)任，它的制造技術(shù)和TFT液晶顯示器完全相同：電流源已經(jīng)簡化到只需要一個 MOSFET與OLED串聯(lián)。有些設(shè)計會使用電壓驅(qū)動架構(gòu)，有些則采用電流驅(qū)動架構(gòu)，所有設(shè)計都需要二至四顆，甚至更多的整合式薄膜晶體管。

　　克服不同顏色OLED像素的不同老化速度問題，某些解決方案會在電路中整合一顆光敏晶體管，由它來設(shè)定較大的OLED電流，避免像素亮度隨著時間減 弱。低溫多晶硅（LTPS）基板的組件結(jié)構(gòu)較小，因此若工程師想在基板上做出更多的主動組件，這將是一項優(yōu)點。目前這種基板所用的技術(shù)有兩種，分別是低溫 多晶硅和非晶硅。

　　除了提供正負電壓做為視頻訊號驅(qū)動器的電源之外，主動OLED顯示器的偏壓電源供應(yīng)電路還必須提供偏壓，讓列選擇（rowselect）薄膜晶體管能夠?qū)?通和截止。由于偏壓的電壓值很高，所以電感性升壓轉(zhuǎn)換器是最合適的解決方案。為了將解決方案的體積減至最小，圖4所示的完全整合式升壓轉(zhuǎn)換器，除了會提供 正電壓之外，還利用反相器來提供負電壓。

　　圖4：單顆組件同時提供正電壓和負電壓

　　為了將關(guān)機模式的泄漏電流減至最少，同時替正電壓提供電源順序功能，圖4中的組件會控制另一顆采用SOT-23或更小封裝的外接MOSFET晶體管 （Q1）。這顆組件使用鋰離子電池做為輸入電源（2.7V至5.5V），并提供高達+15V和-15V的輸出電壓，以及整合式800mA/2A的開關(guān)限流 功能，使得輸出電流最高可達200mA。

　　欲提供電源給OLED顯示器，輸出電壓漣波必須很小，開關(guān)頻率也必須固定，才能將OLED顯示器的畫面失真和交互耦合效應(yīng)減至最少。就此而言，采用 1.38MHz固定頻率PWM機制的TPS6513x，正是提供電源給OLED顯示器的理想選擇。雖然在負載電流范圍內(nèi)，提供高精確度的穩(wěn)壓輸出對于電壓 驅(qū)動的液晶顯示器特別重要，但它對于電流驅(qū)動的OLED顯示器并不會構(gòu)成太大問題。

　　有些顯示器在戶外使用時需要較大的電流，在室內(nèi)則可將電流減少，它們還必須在很寬廣的負載電流范圍內(nèi)提供很高的電源效率。由于標(biāo)準(zhǔn)升壓轉(zhuǎn)換器只能在目標(biāo)負 載電流下實現(xiàn)最佳效率，因此TPS65130還另外提供一種可由使用者選擇的「省電模式」，它能將開關(guān)頻率和靜態(tài)電流降低，使得組件在整個負載電流范圍內(nèi) 都能維持很高的工作效率。

　　隨著OLED技術(shù)逐漸成熟，它的市場占有率也會不斷上升，這種技術(shù)在手機、數(shù)字相機和口袋型計算機屏幕的應(yīng)用潛力都很驚人。主動矩陣顯示器將來可能取代被 動矩陣顯示器成為市場主流，OLED顯示器驅(qū)動組件也會變得更先進，OLED偏壓電源供應(yīng)電路則將開始微小化和特殊化，這在本文所介紹的部份解決方案中都 曾加以討論。對于電源供應(yīng)組件技術(shù)，主要挑戰(zhàn)則在于如何同時提供高效率和最小體積的解決方案。