《LED應用技術》學習單元9 OLED技術及其應用

1學習單元9OLED技術及其應用9.1OLED的概述

9.2OLED的驅動技術9.3OLED電源偏置及驅動電路設計9.4ALINETEK的OLED顯示模塊9.5OLED的特點及其問題9.6OLED技術與產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨

9.1OLED的概述

20LED的基本結構發(fā)光原理1

0LED技術研發(fā)簡歷提綱40LED彩色化的實現(xiàn)

3有機電致發(fā)光(OEL)材料1987年，柯達公司的鄧青云等人以8-羥基喹啉鋁為發(fā)光材料；1990年，英國劍橋大學的J.H.Burroughes等人用共軛高分子材料制成了有機聚合物OLED器件；1997年，日本的Pioneer公司將256x64單色OLED用在汽車音響面板上，正式打開了OLED產(chǎn)業(yè)化的突破口。1998年，日本出光興產(chǎn)公司和日本真空技術公司合作，開發(fā)出20英寸的單色OLED顯示屏，使得OLED大尺寸化成為可能。2001年，Pioneer公司正式批量生產(chǎn)車載電視機用5.2英寸全彩OLED顯示器。2004年5月，Epson公司發(fā)布了全球當時最大的40英寸OLED顯示器樣機，令業(yè)界震驚。2005年，韓國三星公司宣布完成40英寸AM-OLED面板原型開發(fā)。1

0LED技術研發(fā)簡歷20LED的基本結構與發(fā)光原理

0LED結構

OLED的發(fā)光過程可概括為以下4個步驟載流子的注入；載流子的傳輸；載流子復合與激子的形成；激子衰減而發(fā)出光子。OEL材料主要分小分子和高分子兩大類。小分子發(fā)光材料的熒光量子效率高，容易提純，在亮度、色純及顏色表現(xiàn)等方面優(yōu)于高分子材料。3有機電致發(fā)光(OEL)材料小分子發(fā)光材料的分子結構

高分子發(fā)光材料則在加工性、機械性能、穩(wěn)定性及成本上占優(yōu)勢，通過分子設計還可以實現(xiàn)能帶調(diào)控，得到全色發(fā)光器件。

高分子發(fā)光材料的分子結構由于磷光有機發(fā)光材料的發(fā)光效率遠大于熒光材料，從降低顯示面板功耗方面考慮將是一良好選擇。

磷光有機發(fā)光材料分子結構圖

利用發(fā)光材料獨立發(fā)光是目前采用最多的彩色模式。它是利用精密的金屬蔭罩與CCD像素對位技術，首先制備紅、綠、藍三基色發(fā)光中心，然后調(diào)節(jié)3種顏色組合的混色比，產(chǎn)生真彩色，使三色OLED元件獨立發(fā)光構成一個像素。40LED彩色化的實現(xiàn)

1）RGB像素獨立發(fā)光（RGB三基色發(fā)光法）光色轉換是以藍光OLED結合光色轉換膜陣列，首先制備發(fā)藍光OLED的器件，然后利用其藍光激發(fā)光色轉換材料得到紅光和綠光，從而獲得全彩色。該項技術的關鍵在于提高光色轉換材料的色純度及效率。這種技術不需要金屬蔭罩對位技術，只需蒸鍍藍光OLED元件。它的缺點是光色轉換材料容易吸收環(huán)境中的藍光，造成圖像對比度下降，同時光導也會造成畫面質(zhì)量降低的問題。

2）光色轉換法3）彩色濾光膜法方法三基色發(fā)光法彩色濾光膜法光色轉換法色純度優(yōu)佳佳發(fā)光效率高低一般尺寸一般可大尺寸可大尺寸精細度一般佳佳成本高低中等廠商NEC.Pioneer.SONY.Stamley.Samsung等TDK、Sanyo出光興產(chǎn)、富士電機

0LED彩色化實現(xiàn)方法

9.2OLED的驅動技術

20LED供電電源解決方案10LED的驅動方式提綱10LED的驅動方式1）無源矩陣OLED(PM-OLED)驅動無源矩陣OLED驅動原理圖AM-OLED配置了具有開關功能的低溫多晶硅薄膜晶體管，并且配備了儲存電容器及驅動TFT

2）有源矩陣OLED(AM-OLED)驅動有源矩陣OLED驅動電路AM-OLED顯示結構及工作原理圖

3）PM-OLED與AM-OLED驅動方式比較驅動方式比較項目PM-OLEDAM-OLED特點瞬間高亮度發(fā)光，面板IC外附，掃描線循序掃描連續(xù)發(fā)光，TFT驅動電器，信息循序寫入掃描，需在TFT面板上形成OEL像素顯示能力單色或者多色全彩優(yōu)勢構造簡單，成本低，容易設計，單色控制簡單低電壓驅動，低電耗，適合高清晰大尺寸畫面，亮度高，發(fā)光壽命長，響應時間快劣勢耗電量大，壽命短，組件易老化，不適合向高清、大尺寸方向發(fā)展技術門檻高，需要低溫多晶硅(LTP-SiTFT)技術或者非晶硅(a_Si)技術，生產(chǎn)成本高應用產(chǎn)品汽車音響顯示、手機副屏、游戲機手機主屏、數(shù)碼相機、PDA、數(shù)字攝像機等主要廠商日本東北先鋒、三星SDI、錸寶科技、TDK等SKDisplay（已退出）、ELDis（已退出）、TMD、Hitachi.Toshiba.Sony等目前市場比重97%3%20LED供電電源解決方案

1）PM-OLED顯示器需要10～20V的正偏置電源供電基于ZXLB1600的電感升壓OLED偏置電源電路開關波形和輸出電壓紋波基于TPS61045的升壓變換器電路

2）AM-OLED顯示器通常需要正和負的偏置電源供電基于LTC3459的升壓變換器電路基于TPS65130的正／負雙輸出變換器電路3）OLED電源變換器必須具備快速瞬態(tài)響應特性AAT1230與普通升壓變換器瞬態(tài)響應曲線比較

9.3OLED電源偏置及驅動電路設計

2OLED驅動電路設計

1OLED電源偏置電路設計提綱該芯片將功率MOSFET、節(jié)能電路、控制邏輯電路以及保護電路集成在一起，從而簡化了外圍電路的設計；工作頻率高達800kHz，允許使用微型表面貼裝元件。超低功耗開路保護，能防止輸出電容和負載損壞。允許采用鋰離子電池供電；采用SOT23-6封裝。1OLED電源偏置電路設計1）MAX8570變換器的特點及工作原理MAX8570的內(nèi)部結構及由其組成的升壓變換器電路。當MAX8570上電時，其芯片內(nèi)部的P溝道MOSFET導通，電源電壓VCc經(jīng)電感Li分成兩路

MAX8570內(nèi)部結構單獨給電感供電的電路輸出電壓的設置2）OLED電源偏置電路的設計極限電流值的設置

電感的選擇

電感是升壓變換器的關鍵元件，其取值大小直接影響著整個電路的正常工作。如果需要追求高效率，最好選擇電感量較小的電感。在選擇電感時，需要根據(jù)輸出電流、MAX8570的工作頻率、電感的直流電阻、電感的額定電流和紋波電壓等條件來綜合決定。推薦電感值的范圍為l0～l00μH。二極管的選擇二極管的開關損耗占系統(tǒng)損耗的1/6～1/5，是影響升壓變換器效率的主要因素，包括正向導通損耗和反向恢復損耗。使用具有快速恢復時間及正向壓降較小的肖特基二極管，其額定電流值應大于峰值開關電流，反向擊穿電壓應大于輸出電壓。常用的肖特基二極管有MBR0520、MBR0530、ZHCS400等。電容的選擇輸出電容既能維持輸出電壓，也能平滑因MOSFET開關產(chǎn)生的紋波電壓；在保證足夠帶寬的前提下，應選擇ESR（串聯(lián)等效電阻）和ESL（串聯(lián)等效電感）較小、耐壓值較高的輸出電容。輸入電容主要用于濾除電源中的紋波電壓，建議采用X5R或X7R介質(zhì)材料的陶瓷電容，其電容容量可取1～6.8μF。在MAX8570的輸出端與FB端之間增加一只反饋電容，可改善輸出電壓的穩(wěn)定性，推薦使用一只47pF的陶瓷電容。3）AM-OLED電源偏置電路的設計基于MAX8570的正／負雙電壓輸出電路2OLED驅動電路設計1）SSD1303驅動及接口電路SSD1303結構圖DC/DC升壓變換器電路2）軟件設計內(nèi)部寄存器初始化程序9.4ALINETEK的OLED顯示模塊

2模塊原理1模塊特點提綱4初始化過程3SSD1306常用的命令模塊有單色和雙色兩種可選，單色為純白色，而雙色則為黃藍雙色。尺寸小，顯示尺寸為0.96寸，而模塊的尺寸僅為27mm*26mm大小。高分辨率，該模塊的分辨率為128*64。多種接口方式，該模塊提供了總共5種接不需要高壓，直接接3.3V就可以工作了。1模塊特點ALIENTEKOLED模塊外觀圖2模塊原理有2種方式與OLED模塊連接，一種是8080的并口方式，另外一種是4線SPI方式。1）模塊連接方式8080并口寫時序圖SSD1306的8080并口讀時序圖

功能RDWRCSDC寫命令H↑LL讀狀態(tài)↑HLL寫數(shù)據(jù)H↑LH讀數(shù)據(jù)↑HLH控制腳信號狀態(tài)功能表線串行（SPI）方式4線串口模式使用的信號線有如下幾條：CS：OLED片選信號。RST(RES)：硬復位OLED。DC：命令/數(shù)據(jù)標志（0，讀寫命令；1，讀寫數(shù)據(jù)）。SCLK：串行時鐘線。在4線串行模式下，D0信號線作為串行時鐘線SCLK。SDIN：串行數(shù)據(jù)線。在4線串行模式下，D1信號線作為串行數(shù)據(jù)線SDIN。模塊的D2需要懸空，其他引腳可以接到GND。在4線串行模式下，只能往模塊寫數(shù)據(jù)而不能讀數(shù)據(jù)。

4線SPI寫操作時序圖SSD1306的顯存總共為128*64bit大小，SSD1306將這些顯存分為了8頁

2）模塊的顯存

SSD1306顯存與屏幕對應關系表3SSD1306常用的命令

SSD1306常用命令表

4初始化過程9.5OLED的特點及其問題20LED存在的問題10LED的特點和優(yōu)點提綱結構和制造工藝簡單，成本低。OLED視角寬，輕薄、便攜。OLED的亮度、對比度高，色彩豐富，響應速度快。尤其獨特的是，OLED產(chǎn)品可實現(xiàn)軟屏。OLED的工作溫度范圍寬，采用低壓驅動，功耗低。白光OLED可做成平板或其他任意形狀的光源。10LED的特點和優(yōu)點OLED與LCD結構對比顯示器類型比較項目CRTLCDOLEDLEDPDPVFD電壓特性×◎◎◎×△亮度OO◎△△O發(fā)光效率OO◎△△O壽命◎OO◎△△重量×◎◎△O△厚度×◎◎△O△響應速度◎△◎◎OO視角◎△◎×△O色彩◎O◎△△O產(chǎn)量OOOO△△成本價格◎OOO×△

0LED與其他幾種顯示器的比較顯示類型比較項目LCDOLEDOLED產(chǎn)品的優(yōu)勢視角受限制接近1800寬視角，側視畫面色彩不失真響應時間10-3S10-6S更適合動態(tài)圖像顯示，無拖尾現(xiàn)象發(fā)光方式被動發(fā)光自主發(fā)光色彩更鮮艷，對比度更高，無須背光源溫度范圍-20-60℃-40-80℃高、低溫性能優(yōu)越，適合嚴寒等特殊環(huán)境工藝過程復雜簡單成本更低制造成本中等較低更高的性價比

OLED與LCD的對比壽命還不是足夠長