若要了解 OLED 電源供應(yīng)如何及為何會(huì)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。本文將說明最新的 OLED 顯示器技術(shù)，并探討主要的電源供應(yīng)需求及解決方案，另外也介紹專為 OLED 電源供應(yīng)需求而提出的創(chuàng)新性電源供應(yīng)架構(gòu)。
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，其它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(shí)間等特性，這使得這類顯示器相當(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，因此愈來愈多 OLED 面板的顯示器尺寸都大于 3 ,而未來的應(yīng)用層面仍將以電視面板為大宗。另一個(gè) 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(dòng)式矩陣有機(jī)發(fā)光二極管 (AMOLED) 顯示器需要采用主動(dòng)式矩陣背板，此背板使用主動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)，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(dòng)方法
圖 1 是僅顯示一個(gè)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。
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圖 1.簡易的主動(dòng)式矩陣 OLED 單一像素控制范例 (ITO 透明導(dǎo)電膜)
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，這類似于其它任何主動(dòng)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(dòng)。儲(chǔ)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€(gè)晶體管。這類簡易電路的缺點(diǎn)是電流會(huì)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(huì)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(dòng)效應(yīng)。
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圖 2.電源軌的電壓波動(dòng)造成水平條紋
當(dāng)電壓供應(yīng)的 Vdd 變動(dòng)時(shí)，OLED 亮度也會(huì)隨之變動(dòng)。Vdd 上的迭加電壓鏈波(superimposed voltage ripple)會(huì)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(huì)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(huì)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(shí)，這個(gè)問題就會(huì)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(dòng)電流(pulsating current)，就會(huì)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(dòng)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(dòng)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(huì)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(huì)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(shí)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。