OLED顯示屏電源供應解決方案

功能先進(jìn)的顯示器漸成為現今消費電子產(chǎn)品的重要特色,這些新型顯示器所發(fā)揮的作用,通常會(huì )強化使用者對于整體產(chǎn)品的印象,而這樣的印象最終會(huì )決定該產(chǎn)品在 市場(chǎng)上會(huì )多成功。使用者在面對行動(dòng)電話(huà)和口袋型計算機時(shí),對新型顯示器的印象尤為重要,因為高分辨率彩色屏幕已成為這些產(chǎn)品的必備功能。

多種新型顯示技術(shù)正擴大其市場(chǎng)占有率,包括新出現的OLED顯示器在內,它們擁有超高的對比值、快速的響應時(shí)間和寬廣的視角。就像其它新技術(shù)一樣,廠(chǎng)商正利 用不同的LED材料(聚合物或小分子)、主動(dòng)或被動(dòng)矩陣控制、電流和電壓驅動(dòng)技術(shù),以及不同的偏壓供應電路來(lái)評估和制造不同的解決方案。

本文將討論各種OLED技術(shù)和適當的偏壓電源供應電路,而關(guān)于OLED技術(shù)和驅動(dòng)方法的選擇,也會(huì )影響電源供應電路的需求。工程師所面臨的挑戰為如何選擇最適當的電源供應電路,以便支持電池供電型可攜式裝置,以及特定OLED顯示器的需求。

OLED技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

內廣視角及良好的色彩飽和度是OLED顯示器的主要優(yōu)點(diǎn),它在這方面遠勝過(guò)液晶顯示器等其它技術(shù);除此之外,OLED顯示器也是一種自發(fā)光技術(shù),因此不但不 需要背光照明,還能提供比液晶顯示器更快的響應時(shí)間以支持多媒體應用。目前市場(chǎng)上的OLED材料有兩種,分別是小分子和發(fā)光聚合物;相較于標準LED,這 兩種技術(shù)的電路參數都很類(lèi)似,它們的發(fā)光強度是由LED順向偏壓電流決定,液晶顯示器的像素亮度則是由加在液晶像素的電壓決定。

OLED顯示器的另一項優(yōu)點(diǎn)是它能使用現有的基板技術(shù),這和薄膜晶體管(TFT)液晶顯示器的基板技術(shù)完全相同,主動(dòng)矩陣OLED顯示器可以使用非晶硅(a-Si)或低溫多晶硅(LTPS)的TFT基板。

現有OLED技術(shù)的主要挑戰之一是它的壽命時(shí)間,這項限制源自于RGB色彩的衰減速度并不相同,特別是當大部份顯示內容為白色時(shí),它需要這三種原色同時(shí)發(fā)出 相同的亮度。受到這些色彩限制的影響,單色顯示器就成為市場(chǎng)上最早出現的顯示器,全彩顯示器只用于在產(chǎn)品壽命期限的多數時(shí)間內會(huì )將顯示器關(guān)掉的應用。

第一種全彩顯示器用于數字相機,但對于使用電池的可攜式產(chǎn)品來(lái)說(shuō),全彩顯示器仍有其問(wèn)題。OLED顯示器在功耗上必須與液晶顯示器競爭,對于不需要為液晶 顯示器提供背光照明的應用,它的功耗遠低于OLED顯示器。如果啟動(dòng)液晶顯示器的背光照明,則會(huì )根據顯示內容來(lái)決定OLED是否需要較多的功耗;如果顯示 內容大部份是白色,OLED的功耗仍會(huì )超過(guò)液晶顯示器,但隨著(zhù)「白色」畫(huà)面內容逐漸減少,功耗差別將不再是問(wèn)題。

在戶(hù)外使用OLED顯示器是OLED技術(shù)的另一項挑戰。由于這種屏幕受到光子撞擊時(shí)會(huì )開(kāi)始發(fā)光,所以在戶(hù)外使用OLED顯示器時(shí),畫(huà)面對比會(huì )降低,可讀性也跟著(zhù)變差。

OLED技術(shù)層面的缺點(diǎn)使它們目前較適合可攜式裝置的小型屏幕,但隨著(zhù)這項技術(shù)逐漸成熟,也能應用于大型顯示器。短期而言,筆記型計算機或桌上顯示器對于 OLED是過(guò)于困難的挑戰,因為在顯示大量「白色」圖片內容時(shí),RGB色彩會(huì )出現不同的老化速度。但在電視機面板應用上,OLED的未來(lái)技術(shù)卻極有展望, 因為這類(lèi)應用不需要顯示大量的「白色」圖片內容。

被動(dòng)矩陣顯示器需要一組電源升壓轉換器

矩陣OLED屏幕是目前的市場(chǎng)主流,主要用于行動(dòng)電話(huà),大多數做為貝殼型手機的外屏幕。對于仍在初期階段的OLED技術(shù)來(lái)說(shuō),這些單色或雙色被動(dòng)矩陣顯示 器是最理想的應用對象。圖1是這類(lèi)顯示器的簡(jiǎn)單示意圖,它的尋址方式非常類(lèi)似標準的被動(dòng)矩陣液晶顯示器。主要區別在于OLED是一種電流驅動(dòng)型裝置,因此 OLED顯示器的驅動(dòng)電路就和液晶顯示器有所不同。

圖1：被動(dòng)矩陣OLED顯示器的簡(jiǎn)單示意圖

動(dòng)矩陣OLED顯示器需要一組正電壓來(lái)做為它的電源或偏壓,這組正電壓和液晶顯示器所使用的電壓非常類(lèi)似,它必須提供低功耗和高效率,解決方案的體積也 要很小。隨著(zhù)顯示器尺寸和分辨率不同,OLED驅動(dòng)組件需要15V到20V之間的電壓,因此電感式升壓轉換器是最理想的解決方案。

輸入端與輸出端的電氣隔離是OLED偏壓電源供應的另一項重要要求,這在選擇電源供應時(shí)非常重要。標準升壓轉換器所用的蕭特基二極管,會(huì )提供一條從輸入 到輸出的直接路徑,使輸出電壓大約等于輸入電壓;但若應用系統需要開(kāi)機或關(guān)機的電源順序功能,或是將關(guān)機模式的泄漏電流減至最小,這個(gè)路徑就會(huì )成為問(wèn)題來(lái) 源。圖2所示組件利用內建MOSFET開(kāi)關(guān)切斷輸入和輸出之間的聯(lián)機。

圖2：升壓轉換器將OLED顯示器的輸入與輸出隔離

主動(dòng)矩陣顯示器需要正負偏壓電源供應

若應用需要較高分辨率、較大顯示面積、更高對比和快速反應時(shí)間,它們可以使用圖3所示的主動(dòng)矩陣OLED顯示器。

圖3：主動(dòng)矩陣顯示器的簡(jiǎn)單示意圖

OLED像素的導通和尋址是由主動(dòng)開(kāi)關(guān)控制,這個(gè)開(kāi)關(guān)則由薄膜晶體管擔任,它的制造技術(shù)和TFT液晶顯示器完全相同：電流源已經(jīng)簡(jiǎn)化到只需要一個(gè) MOSFET與OLED串聯(lián)。有些設計會(huì )使用電壓驅動(dòng)架構,有些則采用電流驅動(dòng)架構,所有設計都需要二至四顆,甚至更多的整合式薄膜晶體管。

克服不同顏色OLED像素的不同老化速度問(wèn)題,某些解決方案會(huì )在電路中整合一顆光敏晶體管,由它來(lái)設定較大的OLED電流,避免像素亮度隨著(zhù)時(shí)間減 弱。低溫多晶硅(LTPS)基板的組件結構較小,因此若工程師想在基板上做出更多的主動(dòng)組件,這將是一項優(yōu)點(diǎn)。目前這種基板所用的技術(shù)有兩種,分別是低溫 多晶硅和非晶硅。

除了提供正負電壓做為視頻訊號驅動(dòng)器的電源之外,主動(dòng)OLED顯示器的偏壓電源供應電路還必須提供偏壓,讓列選擇(rowselect)薄膜晶體管能夠導 通和截止。由于偏壓的電壓值很高,所以電感性升壓轉換器是最合適的解決方案。為了將解決方案的體積減至最小,圖4所示的完全整合式升壓轉換器,除了會(huì )提供 正電壓之外,還利用反相器來(lái)提供負電壓。

圖4：?jiǎn)晤w組件同時(shí)提供正電壓和負電壓

為了將關(guān)機模式的泄漏電流減至最少,同時(shí)替正電壓提供電源順序功能,圖4中的組件會(huì )控制另一顆采用SOT-23或更小封裝的外接MOSFET晶體管 (Q1)。這顆組件使用鋰離子電池做為輸入電源(2.7V至5.5V),并提供高達+15V和-15V的輸出電壓,以及整合式800mA/2A的開(kāi)關(guān)限流 功能,使得輸出電流最高可達200mA。

欲提供電源給OLED顯示器,輸出電壓漣波必須很小,開(kāi)關(guān)頻率也必須固定,才能將OLED顯示器的畫(huà)面失真和交互耦合效應減至最少。就此而言,采用 1.38MHz固定頻率PWM機制的TPS6513x,正是提供電源給OLED顯示器的理想選擇。雖然在負載電流范圍內,提供高精確度的穩壓輸出對于電壓 驅動(dòng)的液晶顯示器特別重要,但它對于電流驅動(dòng)的OLED顯示器并不會(huì )構成太大問(wèn)題。

有些顯示器在戶(hù)外使用時(shí)需要較大的電流,在室內則可將電流減少,它們還必須在很寬廣的負載電流范圍內提供很高的電源效率。由于標準升壓轉換器只能在目標負 載電流下實(shí)現最佳效率,因此TPS65130還另外提供一種可由使用者選擇的「省電模式」,它能將開(kāi)關(guān)頻率和靜態(tài)電流降低,使得組件在整個(gè)負載電流范圍內 都能維持很高的工作效率。

隨著(zhù)OLED技術(shù)逐漸成熟,它的市場(chǎng)占有率也會(huì )不斷上升,這種技術(shù)在手機、數字相機和口袋型計算機屏幕的應用潛力都很驚人。主動(dòng)矩陣顯示器將來(lái)可能取代被 動(dòng)矩陣顯示器成為市場(chǎng)主流,OLED顯示器驅動(dòng)組件也會(huì )變得更先進(jìn),OLED偏壓電源供應電路則將開(kāi)始微小化和特殊化,這在本文所介紹的部份解決方案中都 曾加以討論。對于電源供應組件技術(shù),主要挑戰則在于如何同時(shí)提供高效率和最小體積的解決方案。