OLED顯示器市場環(huán)境及電源供應(yīng)方案

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。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，其它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，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O(shè)LED，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。

圖 1.簡易的主動式矩陣 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)。

圖 2.電源軌的電壓波動造成水平條紋

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 voltageripple）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（pulsatingcurrent），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. 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)需要針對所有負載電流達到高轉(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。對于 OLED 技術(shù)而言，未來必然是一片光明。