OLED顯示器及其饋電技術
摘要: 提高成品率和降低制造成本這兩個因素正在促進OLED(有機發光二極管)顯示器的使用量穩定攀升。作為響應,一些半導體制造商已經開始提供用于OLED和 LCD偏置電源的功率轉換IC,為OEM設計師在如何實現顯示器電源子系統方面帶來靈活性。盡管IC制造商沒有嚴格地優化這些供OLED用的功率控制器,但這些器件確實有助于保持OLED優異的能量效率,并發揮顯示器市場中像LCD所能提供的規模經濟優勢。
這些升壓控制器都采用2.7V~5.5V輸入電源;輸出電壓可調的轉換器具有 3V~28V的輸出電壓范圍并具有19mV的基準容差。857x系列轉換器具有軟啟動、欠壓切斷和電流限制等功能。一根低電平有效關機引腳可使該轉換器的靜態電流從50mA降低到1mA。Maxim公司提供的857x系列均采用 SOT23-6封裝,其售價為1.25美元 (1000件批量)。
對Maxim公司、Linear Technology公司和Fairchild公司提供的三種升壓轉換器進行的比較表明,對提高和降低集成度都有微妙的好處,這要視你的應用系統而定;這一比較再次表明,即使是概念上與升壓轉換器一樣簡單的產品,也不存在一種處理這種布局的最佳方法。LTC3459利用一個典型溝道電阻約為4Ω的片上 PMOS器件,將其輸出與升壓電感器隔離開來。結果,應用電路就不需要許多升壓轉換器電路常用的肖特基二極管,從而相應地減小布局面積以及材料與裝配費用。
Fairchild公司的FAN5331和Maxim公司的MAX8570及其同一系列產品都使用一個外部肖特基二極管,從而引入大約400 mV的結電壓以及幾歐姆的增量正向電阻。然而,正如Maxim公司在其應用電路中所指出的使用外部肖特基二極管的優點在于,它能將開關波形從芯片中引出到你能使用它的地方。
Texas Instruments 公司提供的TPS65130升壓控制器/轉換器可利用2.7V~5.5V輸入產生±15V的輸出。這種控制電路結構采用一個1.25MHz固定頻率 PWM開關信號。其低功耗模式采用脈沖跳越方式來供應輕載電流。TPS65130可提供高達200 mA的負載電流,而且,這種轉換器的500mA靜態電流在關機模式下可降低到1.5mA。
這種售價為2.95美元 (1000件批量) 的IC與大多數其它器件相比有更多的引腳,因而采用QFN -24封裝。不過,額外的連線也提供額外的功能,例如單獨的正電源使能輸入端和負電源使能輸入端可以控制電源順序。一個控制外部PMOS器件的輸出端可將電池與升壓電路隔離開來。然而,除了外部PMOS器件之外,應用電路還包括2個電感器、2個肖特基二極管、5只電阻器和8只電容器。這些外部元件看起來好像很多,尤其是在與較低電流單輸出升壓轉換器相比時更是如此,但其元件數與雙電荷泵處于同一數量級。
隨著OLED在整個顯示器技術市場上建立更強的市場地位,OLED用的電源轉換器的多樣性肯定會繼續擴展,特別是在電流能力和功能方面。iSuppli公司的Allen預言:OLED顯示器市場“在從黑白向彩色轉變的推動下將快速增長,預計到2006年將超過10億美元。”除了向彩色顯示器轉變之外,還有一個明顯的發展趨勢就是向有源矩陣OLED的發展,因為有源矩陣OLED支持的屏幕要比無源矩陣顯示器大得多。
附文:矩陣:顯示器用OLED
構成OLED(有機發光二極管)像素陣列的方法基本上有兩種,即:無源矩陣(PMOLED)和有源矩陣(AMOLED)。這兩種方法所用LED結構相同(圖A),但對每個單元的尋址方法則各異。電子從陰極流到陽極,而空穴則從陽極流到陰極。有機發光材料層內的電子與空穴的復合會放出光子。因此,除去光損耗之后,光輸出正比于電流。
這樣的像素結構與其它諸如LCD等的薄型顯示器技術相比,其優點是很明顯的。LCD需要背光照明,并且采用光閘似的像素來局部控制顯示器的光傳播。從能量的角度來看,這種方法類似于汽車駕駛,當需要使用剎車來調節速度時將氣動踏板踩向地板。而OLED顯示器則產生構成圖像所需的光,這類似于僅僅將汽車引擎節流閥開啟到你希望的行駛速度所需的位置。OLED與LCD背光照明并不以同樣的效率產生光子。然而,LCD背光照明發出的光子大多數都從不出現,所以 OLED顯示器的總能量效率更高。
兩種OLED顯示器的像素尋址方法各不相同。在無源顯示器中,導電的行和列構成一個矩陣。制造工藝在各個交叉點上的矩陣導體之間的空間內形成OLED結構。當顯示器控制器掃描各行時,電流流到包含被照亮像素的各列。然而,像素只是在控制器尋址到其所在的行時才被照亮,所以電流占空因素反比于行數,而峰值電流則正比于行數。察覺到的亮度正比于幀間隔內電流的時間積分。在下一幀期間內,控制器可以刷新該像素,給觀察者一種持久圖像的印象。
AMOLED 顯示器利用每個像素的TFT(薄膜晶體管)在幀間隔持續時間內獲得驅動信號。如同 PMOLED一樣,控制器掃描各行,但卻利用一個在各次刷新之間保持的柵極驅動電壓為像素編程。TFT像素控制器設定并維持OLED電流。在一幀之內,峰值電流和平均電流是一樣的。因為對于一個有n行的顯示器來說, AMOLED電流是PMOLED電流的n分之一,所以陰極、陽極和矩陣內的電阻性損耗也同樣降低到n分之一。
能量效率提高并非是AMOLED結構的唯一優點。由于占空因數隨顯示器變大而縮小,所以PMOLED局限在大約200行以內。200行這一數字既不精確,又非固定不變;隨著加工工藝和發光聚合物化學特性的改進,這一數字還會增大。無論如何,對于任意給定的工藝和化學特性來說,最大實用的行數都是有限的。有源矩陣顯示器在這方面不受限制,許多制造商聲稱制作任意大的顯示器的前景僅受制造缺陷密度和控制器能力的限制。
AMOLED顯示器的另一優點是,其像素的峰值電流與平均電流之比為1,而不是PMOLED像素的n:1。這種差別使兩種顯示器的老化效應大不相同,因為老化效應正比于電流密度。(編輯:ZQY)
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