OLED發(fā)光材料測試電源控制部分的結構設計

1 引 言

有機電致發(fā)光(EL)器件，或稱有機發(fā)光二極管(OLED)的一般結構是在一金屬陰極和一透明陽極之間夾一層有機電致發(fā)光介質。在電極間施加一定的電壓后，這層發(fā)光介質就會發(fā)光。將OLED應用于平板顯示而制成顯示器被稱為有機發(fā)光顯示器，也叫OLED顯示器。與LCD相比，OLED具有主動發(fā)光，無視角問題；重量輕，厚度小；高亮度，高發(fā)光效率；發(fā)光材料豐富，易實現(xiàn)彩色顯示；響應速度快，動態(tài)畫面質量高；使用溫度范圍廣；可實現(xiàn)柔軟顯示；工藝簡單，成本低；抗震能力強等一系列的優(yōu)點，因此他被專家稱為未來的理想顯示器。

OLED雖然已有了長足進展并已給平板顯示領域帶來新的曙光，但是OLED技術仍然處在發(fā)展期，其中有機發(fā)光材料仍是OLED最主要的制約因素。由于有機電致發(fā)光的微觀世界難以直接觀測，故只能通過測量驅動電壓、電流、亮度、發(fā)光效率等參數(shù)指標，為分析發(fā)光機理提供一定的依據(jù)。本文研究的重點內容是利用單片機控制和功率變換技術，采用一臺自行設計的電壓、頻率、占空比均可調的驅動電源，作為分析有機電致發(fā)光材料的測試平臺，同時設計出電壓、頻率實時調整等不同的軟件模塊，使電源能在不同驅動方式下工作，實現(xiàn)了對不同狀態(tài)冷光片(有機電致發(fā)光介質)的性能測試。

2測試電源硬件結構

本文采用的測試電源為交流脈沖電源，從電路功能上分為兩大部分：主電路和輔助電路。

主電路包括：斬波調壓和全橋變換電路，產(chǎn)生峰值電壓、頻率和占空比均可調的交流脈沖電壓。

輔助電路包括以下幾部分：

(1)控制電路，實現(xiàn)對斬波管、調頻管控制信號的產(chǎn)生，同時具有過流保護中斷、對電位器設定值進行A／D采樣和手動復位等功能。

(2)驅動電路，將控制電路產(chǎn)生的脈沖信號進行功率放大提供給各開關管，同時將主電路與控制電路進行強弱電間的隔離。

(3)緩沖電路，減少各開關管的開關瞬間的功耗，提高開關管在開關瞬間的安全性。

(4)過流保護電路，防止負載短路時瞬態(tài)電流過大，損壞元器件。

(5)峰值電壓采樣電路，為顯示電路提供0～5 V范圍的峰值電壓采樣值。

(6)輔助電源，為控制電路、驅動電路和顯示電路提供電源。電源整機電路方框圖如圖1所示。

3冷光片測試電源控制部分硬件結構設計

3．1 控制芯片簡介

驅動電源的控制芯片采用美國Microchip公司生產(chǎn)的PIC單片機。此系列單片機的硬件系統(tǒng)設計簡潔，指令系統(tǒng)設計精練。目前，已有多家著名半導體公司仿照PIC系列單片機，開發(fā)出與之引腳兼容的系列單片機。

例如，美國SCENIX公司的SX系列、中國臺灣EMC公司的EM78P系列、中國臺灣MDT公司的MDT系列等。

3．2控制電路設計簡介

采用PIC819作為控制芯片，晶振選用20 MHz。一條指令執(zhí)行時間為0.25 μs。如圖2為斬波調壓控制電路，圖3為調頻控制電路。

4冷光片測試電源控制部分軟件結構設計

為了實現(xiàn)對冷光片的亮度－電壓、亮度－頻率的測試，本文設計了電壓和頻率實時調整等不同的軟件模塊，實現(xiàn)了對不同狀態(tài)冷光片的性能測試。

4．1 實時電壓調節(jié)

電壓的調節(jié)是通過PIC819自帶的PWM輸出口控制的。他所完成的任務有：

(1)PIC內部自帶A／D轉換口，通過電位器調節(jié)設定PWM的占空比。

(2)為了使電源上電瞬間電壓不會突然增加到設定值，引起瞬間沖擊電流過大損壞冷光片，程序在初始狀態(tài)設定緩啟動程序能夠使電源開機后，電壓從0緩慢上升到設定電壓值。

(3)當主電路輸出電流過大時，過流保護電路觸發(fā)PIC的中斷控制端，中斷保護程序將PWM口清0，使斬波輸出電壓為0。

PWM斬波頻率為20 kHz，通過電位器調節(jié)輸出占空比。由于主電路變壓器降壓后168 V交流輸人，整流濾波后電壓為200 V(帶負載情況下)，所以占空比控制在0～100％，則可斬波輸出0～200 V電壓。即PWM脈寬從0～50弘s。根據(jù)PIC芯片PWM脈寬寄存器賦值計算公式，得PWM脈寬寄存器賦值范圍為00H～OFAH。

其程序設計流程如圖4所示。

程序設計思路為：初始化，將PWM脈寬寄存器賦值為0。通過A／D轉換，將PWM的設定值采入單片機，并換算為PWM脈寬寄存器將要設定的值存入暫存器。然后比較暫存器與PWM脈寬寄存器的值，逐漸增加PWM脈寬寄存器的值到等于暫存器的值。每加"1"PWM脈寬寄存器的值時調20 ms定時時間。這樣就完成緩啟動程序。接著循環(huán)進行A／D采樣，將換算得到的設定值存入暫存器并比較他與PWM脈寬寄存器的值，不斷調整PWM脈寬寄存器的值，使之與暫存器的值相同。這樣可以實時調節(jié)PWM的脈寬，即實時調節(jié)斬波輸出的電壓。

4．2 實時頻率調節(jié)

頻率的調節(jié)是通過另外一片PICl6F819芯片實現(xiàn)的，控制電路如圖3。為了使波形穩(wěn)定，程序采用非結構化設計。

設計思想是：將兩組對管的開關控制狀態(tài)組合為4種循環(huán)狀態(tài)，引腳RA2，RA4在每一個狀態(tài)中，只有惟一確定的值：01，00，10，00，循環(huán)進行設置其狀態(tài)時間。在每一個周期內，執(zhí)行A／D采樣程序。根據(jù)采樣頻率設定值和占空比設定值來計算各狀態(tài)時間。然后將以上工作插入各狀態(tài)時間內完成。這樣可以實時調節(jié)，實時采樣，并且不會影響輸出引腳狀態(tài)發(fā)生混亂。導通時間ton=周期T×占空比D，關斷時間toff=周期T一導通時間ton程序流程如圖5所示。

結 語

OLED特有的優(yōu)勢符合未來理想顯示器的發(fā)展方向。本文根據(jù)OLED有機電致發(fā)光介質的特點，以自行設計的電源為測試平臺，通過不同模式的軟硬件組合控制，實現(xiàn)了有機電致發(fā)光介質的研究型測試和應用型測量，為進一步研究和應用無機電致發(fā)光材料提供了一個良好的測試平臺。