有機(jī)發(fā)光二極管 (OLED) 顯示器越來越普遍,，在手機(jī)、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(jī)公司現(xiàn)在都推出一款或多款采用 OLED 顯示器的機(jī)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(jī)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(yuǎn)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(jī)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(jìn)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(jī)薄膜晶體管 (OTFT) 背板制程,，此一制程也可用于 OLED 顯示器,，以實(shí)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(yùn)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(xiàng)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(jī)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(jī)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(diǎn),，因?yàn)橹恍枰獌蓚€晶體管。這類簡易電路的缺點(diǎn)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(dá)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?yàn)榇穗妷狠^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?yàn)榱炼炔煌?。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(shí)驗(yàn)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(jī)中的GSM 功率放大器,、馬達(dá)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?yàn)橹圃焐绦枰峁┫喈?dāng)準(zhǔn)確的正電壓電源軌 Vdd 與負(fù)電壓電源軌 Vss，以達(dá)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(dá)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(jìn)行運(yùn)作,。SIMO 技術(shù)可達(dá)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(jìn)階節(jié)能模式可達(dá)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(jìn)行運(yùn)作時,，才能達(dá)到較長的電池待機(jī)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?yàn)橹挥邪咨枰屑t,、綠、藍(lán)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(dá)到高轉(zhuǎn)換器效率。為了達(dá)到如此的效率,，需要運(yùn)用進(jìn)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(jī)應(yīng)用中使用這類裝置時,，這特別重要，而且可簡化設(shè)計(jì)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(jì)彈性,，因此很有商機(jī)。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

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