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、快速的響應時間和寬廣的視角。就像其它新技術一樣，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，以及不同的偏壓供應電路來評估和制造不同的解決方案。本文將討論各種OLED技術和適當?shù)钠珘?strong>電源供應電路，而關于OLED技術和驅(qū)動方法的選擇，也會影響電源供應電路的需求。工程師所面臨的挑戰(zhàn)為如何選擇最適當?shù)碾娫垂娐罚员阒С蛛姵毓╇娦涂蓴y式裝置，以及特定OLED顯示器的需求。
OLED技術的優(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；除此之外，OLED顯示器也是一種自發(fā)光技術，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時間以支持多媒體應用。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；相較于標準LED，這兩種技術的電路參數(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，這和薄膜晶體管 (TFT) 液晶顯示器的基板技術完全相同，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)會將顯示器關掉的應用。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，但隨著這項技術逐漸成熟，也能應用于大型顯示器。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。但在電視機面板應用上，OLED的未來技術卻極有展望，因為這類應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
1至2吋的被動矩陣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技術來說，這些單色或雙色被動矩陣顯示器是最理想的應用對象。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準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。
被動矩陣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15 V到20 V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偏壓電源供應的另一項重要要求，這在選擇電源供應時非常重要。標準升壓轉(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；但若應用系統(tǒng)需要開機或關機的電源順序功能，或是將關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開關切斷輸入和輸出之間的聯(lián)機。
主動矩陣顯示器需要正負偏壓電源供應
若應用需要較高分辨率、較大顯示面積、更高對比和快速反應時間，它們可以使用圖3所示的主動矩陣OLED顯示器。
OLED像素的導通和尋址是由主動開關控制，這個開關則由薄膜晶體管擔任，它的制造技術和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)。有些設計會使用電壓驅(qū)動架構，有些則采用電流驅(qū)動架構，所有設計都需要二至四顆，甚至更多的整合式薄膜晶體管。為了克服不同顏色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) 基板的組件結構較小，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電路還必須提供偏壓，讓列選擇 (row select) 薄膜晶體管能夠?qū)ê徒刂?。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。
為了將關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 (2.7 V至5.5 V)，并提供高達+15 V和-15 V的輸出電壓，以及整合式800 mA/2 A的開關限流功能，使得輸出電流最高可達200 mA。欲提供電源給OLED顯示器，輸出電壓漣波必須很小，開關頻率也必須固定，才能將OLED顯示器的畫面失真和交互耦合效應減至最少。就此而言，采用 1.38 MHz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。由于標準升壓轉(zhuǎn)換器只能在目標負載電流下實現(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。
結論
隨著OLED技術逐漸成熟，它的市場占有率也會不斷上升，這種技術在手機、數(shù)字相機和口袋型計算機屏幕的應用潛力都很驚人。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。對于電源供應組件技術，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。
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