电源供应对OLED显示器画质的影响

　　先进的显示器渐成为现今消费电子产品的重要特色，这些新型显示器所发挥的作用，通常会强化使用者对于整体产品的印象，而这样的印象终会决定该产品在市场上会多成功。使用者在面对行动电话和口袋型计算机时，对新型显示器的印象尤为重要，因为高分辨率彩色屏幕已成为这些产品的必备功能。多种新型显示技术正扩大其市场占有率，包括新出现的OLED显示器在内，它们拥有超高的对比值、快速的响应时间和宽广的视角。就像其它新技术一样，厂商正利用不同的LED材料(聚合物或小分子)、主动或被动矩阵控制、电流和电压驱动技术，以及不同的偏压供应电路来评估和制造不同的解决方案。本文将讨论各种OLED技术和适当的偏压电源供应电路，而关于OLED技术和驱动方法的选择，也会影响电源供应电路的需求。工程师所面临的挑战为如何选择适当的电源供应电路，以便支持电池供电型可携式装置，以及特定OLED显示器的需求

　　市场环境分析

　　各大手机公司现在都推出一款或多款采用 OLED 显示器的机型，Sony 则率先量产 OLED 电视，其他多家公司也推出首款样品机种。OLED 显示器具有广色域、高对比度、宽视角及快速反应时间等特性，相当适用于多媒体应用。自体发光的 OLED 技术不需要采用背光，而且耗电量视显示内容而定，其耗电量远低于使用背光的 LCD。面板尺寸加大之后，OLED 的高画质特性更为明显，而未来的应用层面仍将以电视面板为大宗。另一个 OLED 显示器市场是软性显示器。目前 OLED 及电泳显示器技术的前景相当看好，应用于电子阅读器的电泳或双稳态显示器需要提升色彩质量。另一方面，在使用完全软性材质的情况下，OLED 显示器目前仍不适合量产，这主要取决于背板技术的发展。

　　先进的背板技术

　　1至2寸的被动矩阵OLED屏幕是目前的市场主流，主要用于行动电话，大多数做为贝壳型手机的外屏幕。对于仍在初期阶段的OLED技术来说，这些单色或双色被动矩阵显示器是理想的应用对象。图1是这类显示器的简单示意图，它的寻址方式非常类似标准的被动矩阵液晶显示器。主要区别在于OLED是一种电流驱动型装置，因此OLED显示器的驱动电路就和液晶显示器有所不同。

　　被动矩阵OLED显示器需要一组正电压来做为它的电源或偏压，这组正电压和液晶显示器所使用的电压非常类似，它必须提供低功耗和高效率，解决方案的体积也要很小。随着显示器尺寸和分辨率不同，OLED驱动组件需要15V到20V之间的电压，因此电感式升压转换器是理想的解决方案。

　　输入端与输出端的电气隔离是OLED偏压电源供应的另一项重要要求，这在选择电源供应时非常重要。标准升压转换器所用的萧特基二极管，会提供一条从输入到输出的直接路径，使输出电压大约等于输入电压；但若应用系统需要开机或关机的电源顺序功能，或是将关机模式的泄漏电流减至，这个路径就会成为问题来源。图2所示组件利用内建MOSFET 开关切断输入和输出之间的联机。

　　OLED 技术需要电流控制驱动方法

　　图1是仅显示一个像素的简易电路示意图。OLED 具有与标准有机发光二极管 (LED) 相当类似的电气特性，亮度均取决于 LED 电流。若要开启和关闭 OLED 并控制 OLED 电流，需要使用薄膜晶体管 (TFT)的控制电路。

　　在图1中，晶体管T2是开启和关闭像素的像素控制晶体管，这类似于其他任何主动式矩阵液晶显示器技术。T1 被当作电流来源，电流就是由此闸极电压源所驱动。储存电容为 Cs，它用来维持稳定的 T1 闸极电压，并锁定供应电流的大小，一直到像素被重新配置。在图 1 中，简易的单一晶体管电流源具有重大的成本优点，因为只需要两个晶体管。这类简易电路的缺点是电流会产生变化，变化的因素包括过程变化及 Vdd 电压变化。OLED 电源供应电路通常提供 Vdd 和 Vss 两种电压电源轨。电压轨 Vdd 必须达到极严格的调节效用，才能发挥画质并避免影像闪烁。Vss 通常是负电压，其电压调节准确度可降低，因为此电压较不会影响 LED 电流。图 2 显示 Vdd 对于 OLED 显示器所产生的电压波动效应。

　　当电压供应的Vdd变动时，OLED 亮度也会随之变动。Vdd上的迭加电压链波(superimposed voltage ripple)会让影像出现水平条纹，这是因为亮度不同所致。视显示器而定，大于20mV的电压链波就可能会造成这种现象。水平条纹的显现程度与迭加电压链波的振幅及频率有关。一旦频率干扰讯框频率，就会出现条纹。在一般的实验环境下，Vdd 上的迭加电压链波通常小于 20mV。将显示器与电源供应整合成为系统时，这个问题就会出现。一旦系统中任何的子电路从系统电源供应器汲取脉动电流(pulsating current)，就会出现电压链波，所有连接系统电源供应器的电路都是如此。一般汲取脉动电流的子电路包括手机中的GSM 功率放大器、马达驱动器、音讯功率放大器等等。在这些系统中，系统供应电源轨都会出现迭加电压链波。如果 AMOLED 电源供应不抑制这种链波，链波便会出现在输出端，并造成前述的影像失真。为避免这类问题的发生，AMOLED 的电源供应需要有极高的电源抑制比及线路瞬时响应。

　　对于AMOLED 的电源供应而言，正电压电源轨Vdd 需要升压转换器，负电压电源轨Vss需要升降压转换器或反相器。这对于提供适用电源供应的 IC 制造商而言是一大挑战，因为制造商需要提供相当准确的正电压电源轨 Vdd 与负电压电源轨 Vss，以达到的组件高度与的解决方案尺寸。

　　为了符合所有这些要求，需要选择全新的电源供应拓朴架构，以便在仅使用单一电感的情况下从锂离子电池提供正输出及负输出的电压电源轨。

　　SIMO 稳压器技术可达到同级产品中的画质

　　图3显示使用 TPS65136 的一般应用电路，此装置采用单一电感多重输出 (SIMO) 稳压器技术，并且以四开关的降压升压转换器拓朴进行运作。SIMO 技术可达到同级产品中的线路瞬时调节、两个输出的降压升压模式，以及整体负载电流范围的效率。

　　进阶节能模式可达到效率

　　和任何电池供电的设备一样，只有在转换器以整体负载电流范围的效率进行运作时，才能达到较长的电池待机时间，这对于 OLED 显示器尤其重要。OLED 显示器呈现全白时会耗用的电源，对于其它任何显示色彩则电流相对较小，这是因为只有白色需要所有红、绿、蓝子像素都全亮。举例来说，2.7 英寸显示器需要 80mA 电流来呈现全白影像，但只需要 5mA 电流显示其他图标或图形。因此，OLED 电源供应需要针对所有负载电流达到高转换器效率。为了达到如此的效率，需要运用进阶的节能模式技术来减少负载电流，以降低转换器切换频率。由于这是透过电压控制震荡器 (VCO) 完成，因此能够将可能的 EMI 问题降至，并且能够将切换频率控制在一般 40kHz 的音讯范围以外，这可避免陶瓷输入或输出电容产生噪音。在手机应用中使用这类装置时，这特别重要，而且可简化设计流程。

　　结论

　　由于 OLED 显示器技术尚在起步阶段，对于节能、提升 OLED 效率以及将整体解决方案尺寸降至等方面仍有许多改善空间，由于 OLED 日益成熟，因此可将 OLED 应用于建筑照明或 液晶 显示器背光的用途。相较于传统的照明解决方案，OLED为这两种用途提供更低的耗电量及较高的设计弹性，因此很有商机。对于 OLED 技术而言，未来必然是一片光明。