OLED 显示器技术及功能:电源供应是否会影响显示器画质?

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       有机发光二极管 (OLED) 显示器越来越普遍,在手机、媒体播放器及小型入门级电视等产品中最为显著。不同于标准的液晶显示器,OLED 像素是由电流源所驱动。若要了解 OLED 电源供应如何及为何会影响显示器画质,必须先了解 OLED 显示器技术及电源供应需求。本文将说明最新的 OLED 显示器技术,并探讨主要的电源供应需求及解决方案,另外也介绍专为 OLED 电源供应需求而提出的创新性电源供应架构。

  市场环境

  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,其它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,这使得这类显示器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,因此愈来愈多 OLED 面板的显示器尺寸都大于 3 吋,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。

  背板技术造就软性显示器

  高分辨率彩色主动式矩阵有机发光二极管 (AMOLED) 显示器需要采用主动式矩阵背板,此背板使用主动式开关进行各像素的开关。目前液晶 (LC) 显示器非晶硅制程已臻成熟,可供应低成本的主动式矩阵背板,并且可用于 OLED。许多公司目前正针对软性显示器开发有机薄膜晶体管 (OTFT) 背板制程,此一制程也可用于 OLED 显示器,以实现全彩软性显示器的推出。不论是标准或软性 OLED,都需要运用相同的电源供应及驱动技术。若要了解 OLED 技术、功能及其与电源供应之间的互动,必须深入剖析这项技术本身。OLED 显示器是一种自体发光显示器技术,完全不需要任何背光。OLED 采用的材质属于化学结构适用的有机材质。

  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。

 

图 1.简易的主动式矩阵 OLED 单一像素控制范例 (ITO – 透明导电膜)

  在图 1 中,晶体管 T2 是开启和关闭像素的像素控制晶体管,这类似于其它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,才能发挥最佳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。

 

图 2.电源轨的电压波动造成水平条纹

  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。

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