功能先進(jìn)的顯示器漸成為現(xiàn)今消費(fèi)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(huì)強(qiáng)化使用者對于整體產(chǎn)品的印象,而這樣的印象最終會(huì)決定該產(chǎn)品在 市場上會(huì)多成功。使用者在面對行動(dòng)電話和口袋型計(jì)算機(jī)時(shí),對新型顯示器的印象尤為重要,因?yàn)楦叻直媛什噬聊灰殉蔀檫@些產(chǎn)品的必備功能。
多種新型顯示技術(shù)正擴(kuò)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(shí)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(dòng)或被動(dòng)矩陣控制、電流和電壓驅(qū)動(dòng)技術(shù),以及不同的偏壓供應(yīng)電路來評(píng)估和制造不同的解決方案。
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(dòng)方法的選擇,也會(huì)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(diǎn)
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(diǎn),它在這方面遠(yuǎn)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(shí)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(qiáng)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(xiàng)優(yōu)點(diǎn)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(dòng)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(shí)間,這項(xiàng)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(shí),它需要這三種原色同時(shí)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(shí)間內(nèi)會(huì)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(jī),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(yuǎn)低于OLED顯示器。如果啟動(dòng)液晶顯示器的背光照明,則會(huì)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(huì)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(xiàng)挑戰(zhàn)。由于這種屏幕受到光子撞擊時(shí)會(huì)開始發(fā)光,所以在戶外使用OLED顯示器時(shí),畫面對比會(huì)降低,可讀性也跟著變差。
OLED技術(shù)層面的缺點(diǎn)使它們目前較適合可攜式裝置的小型屏幕,但隨著這項(xiàng)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(jì)算機(jī)或桌上顯示器對于 OLED是過于困難的挑戰(zhàn),因?yàn)樵陲@示大量「白色」圖片內(nèi)容時(shí),RGB色彩會(huì)出現(xiàn)不同的老化速度。但在電視機(jī)面板應(yīng)用上,OLED的未來技術(shù)卻極有展望, 因?yàn)檫@類應(yīng)用不需要顯示大量的「白色」圖片內(nèi)容。
被動(dòng)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(dòng)電話,大多數(shù)做為貝殼型手機(jī)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(dòng)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(dòng)矩陣液晶顯示器。主要區(qū)別在于OLED是一種電流驅(qū)動(dòng)型裝置,因此 OLED顯示器的驅(qū)動(dòng)電路就和液晶顯示器有所不同。
圖1：被動(dòng)矩陣OLED顯示器的簡單示意圖
動(dòng)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(dòng)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(xiàng)重要要求,這在選擇電源供應(yīng)時(shí)非常重要。標(biāo)準(zhǔn)升壓轉(zhuǎn)換器所用的蕭特基二極管,會(huì)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(jī)或關(guān)機(jī)的電源順序功能,或是將關(guān)機(jī)模式的泄漏電流減至最小,這個(gè)路徑就會(huì)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(jī)。
圖2：升壓轉(zhuǎn)換器將OLED顯示器的輸入與輸出隔離
主動(dòng)矩陣顯示器需要正負(fù)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(shí)間,它們可以使用圖3所示的主動(dòng)矩陣OLED顯示器。
圖3：主動(dòng)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(dòng)開關(guān)控制,這個(gè)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(gè) MOSFET與OLED串聯(lián)。有些設(shè)計(jì)會(huì)使用電壓驅(qū)動(dòng)架構(gòu),有些則采用電流驅(qū)動(dòng)架構(gòu),所有設(shè)計(jì)都需要二至四顆,甚至更多的整合式薄膜晶體管。
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(huì)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(shí)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(dòng)組件,這將是一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。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(fù)電壓做為視頻訊號(hào)驅(qū)動(dòng)器的電源之外,主動(dòng)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(huì)提供 正電壓之外,還利用反相器來提供負(fù)電壓。
圖4：單顆組件同時(shí)提供正電壓和負(fù)電壓
為 了將關(guān)機(jī)模式的泄漏電流減至最少,同時(shí)替正電壓提供電源順序功能,圖4中的組件會(huì)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(dá)+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(dá)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(jī)制的TPS6513x,正是提供電源給OLED顯示器的理想選擇。雖然在負(fù)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(dòng)的液晶顯示器特別重要,但它對于電流驅(qū)動(dòng)的OLED顯示器并不會(huì)構(gòu)成太大問題。
有些顯示器在戶外使用時(shí)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(fù)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(fù) 載電流下實(shí)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(gè)負(fù)載電流范圍內(nèi) 都能維持很高的工作效率。
著OLED技術(shù)逐漸成熟,它的市場占有率也會(huì)不斷上升,這種技術(shù)在手機(jī)、數(shù)字相機(jī)和口袋型計(jì)算機(jī)屏幕的應(yīng)用潛力都很驚人。主動(dòng)矩陣顯示器將來可能取代被 動(dòng)矩陣顯示器成為市場主流,OLED顯示器驅(qū)動(dòng)組件也會(huì)變得更先進(jìn),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(shí)提供高效率和最小體積的解決方案。