有機發(fā)光二極管 (OLED) 顯示器越來越普遍，在手機、媒體播放器及小型入門級電視等產(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。若要了解 OLED 電源供應(yīng)如何及為何會影響顯示器畫質(zhì)，必須先了解 OLED 顯示器技術(shù)及電源供應(yīng)需求。
市場環(huán)境
各大手機公司現(xiàn)在都推出一款或多款采用 OLED 顯示器的機型，Sony 則率先量產(chǎn) OLED 電視，其他多家公司也推出首款樣品機種。OLED 顯示器具有廣色域、高對比度、寬視角及快速反應(yīng)時間等特性，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，而未來的應(yīng)用層面仍將以電視面板為大宗。另一個 OLED 顯示器市場是軟性顯示器。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
高分辨率彩色主動式矩陣有機發(fā)光二極管 (AMOLED) 顯示器需要采用主動式矩陣背板，此背板使用主動式開關(guān)進行各像素的開關(guān)。目前液晶 (LC) 顯示器非晶硅制程已臻成熟，可供應(yīng)低成本的主動式矩陣背板，并且可用于 OLED。許多公司目前正針對軟性顯示器開發(fā)有機薄膜晶體管 (OTFT) 背板制程，此一制程也可用于 OLED 顯示器，以實現(xiàn)全彩軟性顯示器的推出。不論是標(biāo)準(zhǔn)或軟性 OLED，都需要運用相同的電源供應(yīng)及驅(qū)動技術(shù)。若要了解 OLED 技術(shù)、功能及其與電源供應(yīng)之間的互動，必須深入剖析這項技術(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)適用的有機材質(zhì)。
OLED 技術(shù)需要電流控制驅(qū)動方法
圖1是僅顯示一個像素的簡易電路示意圖。OLED 具有與標(biāo)準(zhǔn)有機發(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。
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，這類似于其他任何主動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。儲存電容為 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，簡易的單一晶體管電流源具有重大的成本優(yōu)點，因為只需要兩個晶體管。這類簡易電路的缺點是電流會產(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，因為此電壓較不會影響 LED 電流。圖 2 顯示 Vdd 對于 OLED 顯示器所產(chǎn)生的電壓波動效應(yīng)。
當(dāng)電壓供應(yīng)的 Vdd 變動時，OLED 亮度也會隨之變動。Vdd 上的迭加電壓鏈波(superimposed voltage ripple)會讓影像出現(xiàn)水平條紋，這是因為亮度不同所致。視顯示器而定，大于 20mV 的電壓鏈波就可能會造成這種現(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，就會出現(xiàn)條紋。在一般的實驗環(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，這個問題就會出現(xiàn)。一旦系統(tǒng)中任何的子電路從系統(tǒng)電源供應(yīng)器汲取脈動電流(pulsating current)，就會出現(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。一般汲取脈動電流的子電路包括手機中的GSM 功率放大器、馬達驅(qū)動器、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響應(yīng)。
對于 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。這對于提供適用電源供應(yīng)的 IC 制造商而言是一大挑戰(zhàn)，因為制造商需要提供相當(dāng)準(zhǔn)確的正電壓電源軌 Vdd 與負(fù)電壓電源軌 Vss，以達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)可達到同級產(chǎn)品中最佳的畫質(zhì)
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)換器拓樸進行運作。SIMO 技術(shù)可達到同級產(chǎn)品中最佳的線路瞬時調(diào)節(jié)、兩個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。
進階節(jié)能模式可達到最高效率
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行運作時，才能達到較長的電池待機時間，這對于 OLED 顯示器尤其重要。OLED 顯示器呈現(xiàn)全白時會耗用最大的電源，對于其它任何顯示色彩則電流相對較小，這是因為只有白色需要所有紅、綠、藍子像素都全亮。舉例來說，2.7 英寸顯示器需要 80mA 電流來呈現(xiàn)全白影像，但只需要 5mA 電流顯示其他圖標(biāo)或圖形。因此，OLED 電源供應(yīng)需要針對所有負(fù)載電流達到高轉(zhuǎn)換器效率。為了達到如此的效率，需要運用進階的節(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。在手機應(yīng)用中使用這類裝置時，這特別重要，而且可簡化設(shè)計流程。
結(jié)論
由于 OLED 顯示器技術(shù)尚在起步階段，對于節(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)計彈性，因此很有商機。對于 OLED 技術(shù)而言，未來必然是一片光明。
作者：Oliver Nachbaur 德州儀器顯示電源系統(tǒng)工程經(jīng)理
參考文獻：
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