OLED顯示器市場(chǎng)環(huán)境及電源供應(yīng)方案

有機(jī)發(fā)光二極管 （OLED）顯示器越來越普遍，在手機(jī)、媒體播放器及小型入門級(jí)電視等產(chǎn)品中最為顯著。不同于標(biāo)準(zhǔn)的液晶顯示器，OLED 像素是由電流源所驅(qū)動(dòng)。若要了解 OLED 電源供應(yīng)如何及為何會(huì)影響顯示器畫質(zhì)，必須先了解 OLED 顯示器技術(shù)及電源供應(yīng)需求。本文將說明最新的 OLED 顯示器技術(shù)，并探討主要的電源供應(yīng)需求及解決方案，另外也介紹專為 OLED 電源供應(yīng)需求而提出的創(chuàng)新性電源供應(yīng)架構(gòu)。

市場(chǎng)環(huán)境

各大手機(jī)公司現(xiàn)在都推出一款或多款采用 OLED顯示器的機(jī)型，Sony 則率先量產(chǎn) OLED 電視，其它多家公司也推出首款樣品機(jī)種。OLED 顯示器具有廣色域、高對(duì)比度、寬視角及快速反應(yīng)時(shí)間等特性，這使得這類顯示器相當(dāng)適用于多媒體應(yīng)用。自體發(fā)光的 OLED 技術(shù)不需要采用背光，而且耗電量視顯示內(nèi)容而定，其耗電量遠(yuǎn)低于使用背光的 LCD。面板尺 寸加大之后，OLED 的高畫質(zhì)特性更為明顯，因此愈來愈多 OLED面板的顯示器尺寸都大于 3 ，而未來的應(yīng)用層面仍將以電視面板為大宗。另一個(gè)OLED 顯示器市場(chǎng)是軟性顯示器。目前 OLED及電泳顯示器技術(shù)的前景相當(dāng)看好，應(yīng)用于電子閱讀器的電泳或雙穩(wěn)態(tài)顯示器需要提升色彩質(zhì)量。另一方面，在使用完全軟性材質(zhì)的情況下，OLED顯示器目前仍不適合量產(chǎn)，這主要取決于背板技術(shù)的發(fā)展。

背板技術(shù)造就軟性顯示器

高分辨率彩色主動(dòng)式矩陣有機(jī)發(fā)光二極管 （AMOLED） 顯示器需要采用主動(dòng)式矩陣背板，此背板使用主動(dòng)式開關(guān)進(jìn)行各像素的開關(guān)。目前液晶 （LC） 顯示器非晶硅制程已臻成熟，可供應(yīng)低成本的主動(dòng)式矩陣背板，并且可用于 OLED。許多公司目前正針對(duì)軟性顯示器開發(fā)有機(jī)薄膜晶體管 （OTFT） 背板制程，此一制程也可用于 OLED 顯示器，以實(shí)現(xiàn)全彩軟性顯示器的推出。不論是標(biāo)準(zhǔn)或軟性O(shè)LED，都需要運(yùn)用相同的電源供應(yīng)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)。若要了解 OLED 技術(shù)、功能及其與電源供應(yīng)之間的互動(dòng)，必須深入剖析這項(xiàng)技術(shù)本身。OLED顯示器是一種自體發(fā)光顯示器技術(shù)，完全不需要任何背光。OLED 采用的材質(zhì)屬于化學(xué)結(jié)構(gòu)適用的有機(jī)材質(zhì)。

OLED 技術(shù)需要電流控制驅(qū)動(dòng)方法

圖 1 是僅顯示一個(gè)像素的簡(jiǎn)易電路示意圖。OLED 具有與標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)發(fā)光二極管 （LED） 相當(dāng)類似的電氣特性，亮度均取決于 LED 電流。若要開啟和關(guān)閉 OLED 并控制 OLED 電流，需要使用薄膜晶體管 （TFT）的控制電路。

圖 1.簡(jiǎn)易的主動(dòng)式矩陣 OLED 單一像素控制范例 （ITO 透明導(dǎo)電膜）

在圖 1 中，晶體管 T2 是開啟和關(guān)閉像素的像素控制晶體管，這類似于其它任何主動(dòng)式矩陣液晶顯示器技術(shù)。T1被當(dāng)作電流來源，電流就是由此閘極電壓源所驅(qū)動(dòng)。儲(chǔ)存電容為 Cs，它用來維持穩(wěn)定的 T1閘極電壓，并鎖定供應(yīng)電流的大小，一直到像素被重新配置。在圖 1中，簡(jiǎn)易的單一晶體管電流源具有重大的成本優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橹恍枰獌蓚€(gè)晶體管。這類簡(jiǎn)易電路的缺點(diǎn)是電流會(huì)產(chǎn)生變化，變化的因素包括過程變化及 Vdd電壓變化。OLED電源供應(yīng)電路通常提供 Vdd 和 Vss 兩種電壓電源軌。電壓軌 Vdd必須達(dá)到極嚴(yán)格的調(diào)節(jié)效用，才能發(fā)揮最佳畫質(zhì)并避免影像閃爍。Vss 通常是負(fù)電壓，其電壓調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度可降低，因?yàn)榇穗妷狠^不會(huì)影響 LED 電流。圖 2顯示 Vdd 對(duì)于 OLED 顯示器所產(chǎn)生的電壓波動(dòng)效應(yīng)。

圖 2.電源軌的電壓波動(dòng)造成水平條紋

當(dāng)電壓供應(yīng)的 Vdd 變動(dòng)時(shí)，OLED 亮度也會(huì)隨之變動(dòng)。Vdd 上的迭加電壓鏈波（superimposed voltageripple）會(huì)讓影像出現(xiàn)水平條紋，這是因?yàn)榱炼炔煌隆Ｒ曪@示器而定，大于 20mV的電壓鏈波就可能會(huì)造成這種現(xiàn)象。水平條紋的顯現(xiàn)程度與迭加電壓鏈波的振幅及頻率有關(guān)。一旦頻率干擾訊框頻率，就會(huì)出現(xiàn)條紋。在一般的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，Vdd上的迭加電壓鏈波通常小于20mV。將顯示器與電源供應(yīng)整合成為系統(tǒng)時(shí)，這個(gè)問題就會(huì)出現(xiàn)。一旦系統(tǒng)中任何的子電路從系統(tǒng)電源供應(yīng)器汲取脈動(dòng)電流（pulsatingcurrent），就會(huì)出現(xiàn)電壓鏈波，所有連接系統(tǒng)電源供應(yīng)器的電路都是如此。一般汲取脈動(dòng)電流的子電路包括手機(jī)中的GSM 功率放大器、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、音訊功率放大器等等。在這些系統(tǒng)中，系統(tǒng)供應(yīng)電源軌都會(huì)出現(xiàn)迭加電壓鏈波。如果 AMOLED電源供應(yīng)不抑制這種鏈波，鏈波便會(huì)出現(xiàn)在輸出端，并造成前述的影像失真。為避免這類問題的發(fā)生，AMOLED的電源供應(yīng)需要有極高的電源抑制比及線路瞬時(shí)響應(yīng)。

對(duì)于 AMOLED 的電源供應(yīng)而言，正電壓電源軌Vdd 需要升壓轉(zhuǎn)換器，負(fù)電壓電源軌 Vss 需要升降壓轉(zhuǎn)換器或反相器。這對(duì)于提供適用電源供應(yīng)的 IC 制造商而言是一大挑戰(zhàn)，因?yàn)橹圃焐绦枰峁┫喈?dāng)準(zhǔn)確的正電壓電源軌 Vdd 與負(fù)電壓電源軌 Vss，以達(dá)到最低的組件高度與最小的解決方案尺寸。

為了符合所有這些要求，需要選擇全新的電源供應(yīng)拓樸架構(gòu)，以便在僅使用單一電感的情況下從鋰離子電池提供正輸出及負(fù)輸出的電壓電源軌。

SIMO 穩(wěn)壓器技術(shù)可達(dá)到同級(jí)產(chǎn)品中最佳的畫質(zhì)

圖 3. 支持雙重輸入的 TPS65136 降壓升壓轉(zhuǎn)換器拓樸

圖 3 顯示使用 TPS65136 的一般應(yīng)用電路，此裝置采用單一電感多重輸出 （SIMO）穩(wěn)壓器技術(shù)，并且以四開關(guān)的降壓升壓轉(zhuǎn)換器拓樸進(jìn)行運(yùn)作。SIMO技術(shù)可達(dá)到同級(jí)產(chǎn)品中最佳的線路瞬時(shí)調(diào)節(jié)、兩個(gè)輸出的降壓升壓模式，以及整體負(fù)載電流范圍的最高效率。

進(jìn)階節(jié)能模式可達(dá)到最高效率

和任何電池供電的設(shè)備一樣，只有在轉(zhuǎn)換器以整體負(fù)載電流范圍 的最高效率進(jìn)行運(yùn)作時(shí)，才能達(dá)到較長(zhǎng)的電池待機(jī)時(shí)間，這對(duì)于 OLED 顯示器尤其重要。OLED顯示器呈現(xiàn)全白時(shí)會(huì)耗用最大的電源，對(duì)于其它任何顯示色彩則電流相對(duì)較小，這是因?yàn)橹挥邪咨枰屑t、綠、藍(lán)子像素都全亮。舉例來說，2.7顯示器需要 80mA 電流來呈現(xiàn)全白影像，但只需要 5mA 電流顯示其它圖標(biāo)或圖形。因此，OLED電源供應(yīng)需要針對(duì)所有負(fù)載電流達(dá)到高轉(zhuǎn)換器效率。為了達(dá)到如此的效率，需要運(yùn)用進(jìn)階的節(jié)能模式技術(shù)來減少負(fù)載電流，以降低轉(zhuǎn)換器切換頻率。由于這是透過電 壓控制震蕩器 （VCO） 完成，因此能夠?qū)⒖赡艿?EMI 問題降至最低，并且能夠?qū)⒆畹颓袚Q頻率控制在一般 40kHz 的音訊范圍以外，這可避免陶瓷輸入或輸出電容產(chǎn)生噪音。在手機(jī)應(yīng)用中使用這類裝置時(shí)，這特別重要，而且可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程。

結(jié)論

由于 OLED 顯示器技術(shù)尚在起步階段，對(duì)于節(jié)能、提升 OLED 效率以及將整體解決方案尺寸降至最低等方面仍有許多改善空間，由于 OLED日益成熟，因此可將 OLED 應(yīng)用于建筑照明或 液晶顯示器背光的用途。相較于傳統(tǒng)的照明解決方案，OLED為這兩種用途提供更低的耗電量及較高的設(shè)計(jì)彈性。對(duì)于 OLED 技術(shù)而言，未來必然是一片光明。