OLED發(fā)光材料測(cè)試電源控制部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 引 言

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

OLED雖然已有了長(zhǎng)足進(jìn)展并已給平板顯示領(lǐng)域帶來新的曙光，但是OLED技術(shù)仍然處在發(fā)展期，其中有機(jī)發(fā)光材料仍是OLED最主要的制約因素。由于有機(jī)電致發(fā)光的微觀世界難以直接觀測(cè)，故只能通過測(cè)量驅(qū)動(dòng)電壓、電流、亮度、發(fā)光效率等參數(shù)指標(biāo)，為分析發(fā)光機(jī)理提供一定的依據(jù)。本文研究的重點(diǎn)內(nèi)容是利用單片機(jī)控制和功率變換技術(shù)，采用一臺(tái)自行設(shè)計(jì)的電壓、頻率、占空比均可調(diào)的驅(qū)動(dòng)電源，作為分析有機(jī)電致發(fā)光材料的測(cè)試平臺(tái)，同時(shí)設(shè)計(jì)出電壓、頻率實(shí)時(shí)調(diào)整等不同的軟件模塊，使電源能在不同驅(qū)動(dòng)方式下工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同狀態(tài)冷光片(有機(jī)電致發(fā)光介質(zhì))的性能測(cè)試。

2測(cè)試電源硬件結(jié)構(gòu)

本文采用的測(cè)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(diào)壓和全橋變換電路，產(chǎn)生峰值電壓、頻率和占空比均可調(diào)的交流脈沖電壓。

輔助電路包括以下幾部分：

(1)控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)斬波管、調(diào)頻管控制信號(hào)的產(chǎn)生，同時(shí)具有過流保護(hù)中斷、對(duì)電位器設(shè)定值進(jìn)行A／D采樣和手動(dòng)復(fù)位等功能。

(2)驅(qū)動(dòng)電路，將控制電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大提供給各開關(guān)管，同時(shí)將主電路與控制電路進(jìn)行強(qiáng)弱電間的隔離。

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

(4)過流保護(hù)電路，防止負(fù)載短路時(shí)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(qū)動(dòng)電路和顯示電路提供電源。電源整機(jī)電路方框圖如圖1所示。

3冷光片測(cè)試電源控制部分硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3．1 控制芯片簡(jiǎn)介

驅(qū)動(dòng)電源的控制芯片采用美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的PIC單片機(jī)。此系列單片機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)精練。目前，已有多家著名半導(dǎo)體公司仿照PIC系列單片機(jī)，開發(fā)出與之引腳兼容的系列單片機(jī)。

例如，美國(guó)SCENIX公司的SX系列、中國(guó)臺(tái)灣EMC公司的EM78P系列、中國(guó)臺(tái)灣MDT公司的MDT系列等。

3．2控制電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

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

4冷光片測(cè)試電源控制部分軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)冷光片的亮度－電壓、亮度－頻率的測(cè)試，本文設(shè)計(jì)了電壓和頻率實(shí)時(shí)調(diào)整等不同的軟件模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同狀態(tài)冷光片的性能測(cè)試。

4．1 實(shí)時(shí)電壓調(diào)節(jié)

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

(1)PIC內(nèi)部自帶A／D轉(zhuǎn)換口，通過電位器調(diào)節(jié)設(shè)定PWM的占空比。

(2)為了使電源上電瞬間電壓不會(huì)突然增加到設(shè)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(shè)定緩啟動(dòng)程序能夠使電源開機(jī)后，電壓從0緩慢上升到設(shè)定電壓值。

(3)當(dāng)主電路輸出電流過大時(shí)，過流保護(hù)電路觸發(fā)PIC的中斷控制端，中斷保護(hù)程序?qū)WM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(diào)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(fù)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(jì)算公式，得PWM脈寬寄存器賦值范圍為00H～OFAH。

其程序設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

程序設(shè)計(jì)思路為：初始化，將PWM脈寬寄存器賦值為0。通過A／D轉(zhuǎn)換，將PWM的設(shè)定值采入單片機(jī)，并換算為PWM脈寬寄存器將要設(shè)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(shí)調(diào)20 ms定時(shí)時(shí)間。這樣就完成緩啟動(dòng)程序。接著循環(huán)進(jìn)行A／D采樣，將換算得到的設(shè)定值存入暫存器并比較他與PWM脈寬寄存器的值，不斷調(diào)整PWM脈寬寄存器的值，使之與暫存器的值相同。這樣可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)PWM的脈寬，即實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)斬波輸出的電壓。

4．2 實(shí)時(shí)頻率調(diào)節(jié)

頻率的調(diào)節(jié)是通過另外一片PICl6F819芯片實(shí)現(xiàn)的，控制電路如圖3。為了使波形穩(wěn)定，程序采用非結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)思想是：將兩組對(duì)管的開關(guān)控制狀態(tài)組合為4種循環(huán)狀態(tài)，引腳RA2，RA4在每一個(gè)狀態(tài)中，只有惟一確定的值：01，00，10，00，循環(huán)進(jìn)行設(shè)置其狀態(tài)時(shí)間。在每一個(gè)周期內(nèi)，執(zhí)行A／D采樣程序。根據(jù)采樣頻率設(shè)定值和占空比設(shè)定值來計(jì)算各狀態(tài)時(shí)間。然后將以上工作插入各狀態(tài)時(shí)間內(nèi)完成。這樣可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)采樣，并且不會(huì)影響輸出引腳狀態(tài)發(fā)生混亂。導(dǎo)通時(shí)間ton=周期T×占空比D，關(guān)斷時(shí)間toff=周期T一導(dǎo)通時(shí)間ton程序流程如圖5所示。

結(jié) 語

OLED特有的優(yōu)勢(shì)符合未來理想顯示器的發(fā)展方向。本文根據(jù)OLED有機(jī)電致發(fā)光介質(zhì)的特點(diǎn)，以自行設(shè)計(jì)的電源為測(cè)試平臺(tái)，通過不同模式的軟硬件組合控制，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)電致發(fā)光介質(zhì)的研究型測(cè)試和應(yīng)用型測(cè)量，為進(jìn)一步研究和應(yīng)用無機(jī)電致發(fā)光材料提供了一個(gè)良好的測(cè)試平臺(tái)。