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(chēng)有機發(fā)光二極管()的一般結構在一金屬陰極和一透明陽(yáng)極之間夾一層有機電致發(fā)光介質(zhì)。在電極間施加一定的電壓后，層發(fā)光介質(zhì)就會(huì )發(fā)光。將OLED應用于平板顯示而制成顯示器被稱(chēng)為有機發(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(wú)視角問(wèn)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)現彩色顯示；響應速度快，動(dòng)態(tài)畫(huà)面質(zhì)量高；使用溫度范圍廣；可實(shí)現柔軟顯示；工藝簡(jiǎn)單，成本低；抗震能力強等一系列的優(yōu)點(diǎn)，因此他被專(zhuān)家稱(chēng)為未來(lái)的理想顯示器。

　　OLED雖然已有了足進(jìn)展并已給平板顯示領(lǐng)域帶來(lái)新的曙光，但是OLED技術(shù)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(guān)世界難以直接觀(guān)測，故只能通過(guò)測量驅動(dòng)電壓、電流、亮度、發(fā)光效率等數指標，為分析發(fā)光機理提供一定的依據。本文研究的重點(diǎn)內容是利用單片機控制和功率變換技術(shù)，采用一臺自行設計的電壓、頻率、占空比均可調的驅動(dòng)電源，作為分析有機電致發(fā)光材料的測試平臺，同時(shí)設計出電壓、頻率實(shí)時(shí)調整等不同的軟件模塊，使電源能在不同驅動(dòng)方式下工作，實(shí)現了對不同狀態(tài)冷光片(有機電致發(fā)光介質(zhì))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(shí)現對斬波管、調頻管控制信號的產(chǎn)生，同時(shí)具有過(guò)流保護中斷、對電位器設定值進(jìn)行A／D采樣和手動(dòng)復位等功能。

　　(2)驅動(dòng)電路，將控制電路產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行功率放大提供給各開(kāi)關(guān)管，同時(shí)將主電路與控制電路進(jìn)行強弱電間的隔離。

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

　　(4)過(guò)流保護電路，防止負載短路時(shí)瞬態(tài)電流過(guò)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(dòng)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(jiǎn)介

　　驅動(dòng)電源的控制芯片采用美Microchip公司生產(chǎn)的PIC單片機。此系列單片機的硬件系統設計簡(jiǎn)潔，指令系統設計精練。目前，已有多家著(zhù)名半導體公司仿照PIC系列單片機，開(kāi)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(jiǎn)介

　　采用PIC819作為控制芯片，晶振選用20 MHz。一條指令執行時(shí)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(shí)現對冷光片的亮度－電壓、亮度－頻率的測試，本文設計了電壓和頻率實(shí)時(shí)調整等不同的軟件模塊，實(shí)現了對不同狀態(tài)冷光片的性能測試。

　　4．1 實(shí)時(shí)電壓調節

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

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

　　(2)為了使電源上電瞬間電壓不會(huì )突然增加到設定值，引起瞬間沖擊電流過(guò)大損壞冷光片，程序在初始狀態(tài)設定緩啟動(dòng)程序能夠使電源開(kāi)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(guò)大時(shí)，過(guò)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(guò)電位器調節輸出占空比。由于主電路變壓器降壓后168 V交流輸，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(guò)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(shí)調20 ms定時(shí)時(shí)間。這樣就完成緩啟動(dòng)程序。接著(zhù)循環(huán)進(jìn)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(shí)時(shí)調節PWM的脈寬，即實(shí)時(shí)調節斬波輸出的電壓。

　　4．2 實(shí)時(shí)頻率調節

　　頻率的調節是通過(guò)另外一片PICl6F819芯片實(shí)現的，控制電路如圖3。為了使波形穩定，程序采用非結構化設計。

　　設計思想是：將兩組對管的開(kāi)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)行設置其狀態(tài)時(shí)間。在每一個(gè)周期內，執行A／D采樣程序。根據采樣頻率設定值和占空比設定值來(lái)計算各狀態(tài)時(shí)間。然后將以上工作插入各狀態(tài)時(shí)間內完成。這樣可以實(shí)時(shí)調節，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。導通時(shí)間ton=周期T×占空比D，關(guān)斷時(shí)間toff=周期T一導通時(shí)間ton程序流程如圖5所示。

　　結 語(yǔ)

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