學習單元9OLED技術及其應用精講

1、學習單元學習單元9 OLED9 OLED技術及其應用技術及其應用 9.1 OLED的概述的概述 9.2 OLED的驅(qū)動技術的驅(qū)動技術 9.3 OLED電源偏置及驅(qū)動電路設計電源偏置及驅(qū)動電路設計 9.4 ALINETEK 的的 OLED 顯示模塊顯示模塊 9.5 OLED的特點及其問題的特點及其問題 9.6 OLED技術與產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨技術與產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨 1 9.1 OLED的概述的概述 1 0LED技術研發(fā)簡歷 提綱提綱 2 0LED的基本結構發(fā)光原理 3 有機電致發(fā)光(OEL)材料 4 0LED彩色化的實現(xiàn) 1 0LED技術研發(fā)簡歷技術研發(fā)簡歷 ?1987年，柯達公司的鄧青云等人

2、以年，柯達公司的鄧青云等人以8-羥基喹啉鋁為發(fā)光材料；羥基喹啉鋁為發(fā)光材料； ?1990年，英國劍橋大學的年，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等人用共軛高分子材料制成了有機聚合物聚合物OLED器件；器件； ?1997年，日本的年，日本的Pioneer公司將公司將256x64單色單色OLED用在汽車音響面板上，正用在汽車音響面板上，正式打開了式打開了OLED產(chǎn)業(yè)化的突破口。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英寸的單色英寸的單色OLED顯示屏，使得顯示屏，使得O

3、LED大尺寸化成為可能。大尺寸化成為可能。 ?2001年，年，Pioneer公司正式批量生產(chǎn)車載電視機用公司正式批量生產(chǎn)車載電視機用5.2英寸全彩英寸全彩OLED顯示器。顯示器。 ?2004年年5月，月，Epson公司發(fā)布了全球當時最大的公司發(fā)布了全球當時最大的40英寸英寸OLED顯示器樣機，令顯示器樣機，令業(yè)界震驚。業(yè)界震驚。 ?2005年，韓國三星公司宣布完成年，韓國三星公司宣布完成40英寸英寸AM-OLED面板原型開發(fā)面板原型開發(fā)。 2 0LED的基本結構與發(fā)光原理的基本結構與發(fā)光原理 0LED結構結構 OLED的發(fā)光過程可概括為以下的發(fā)光過程可概括為以下4個步驟個步驟 ?載流子的注入；

4、載流子的注入； 載流子的傳輸；載流子的傳輸； 載流子復合與激子的形成；載流子復合與激子的形成； 激子衰減而發(fā)出光子。激子衰減而發(fā)出光子。 3 有機電致發(fā)光有機電致發(fā)光(OEL)材料材料 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)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。于高分子材料。 小分子發(fā)光材料的分子結構小分子發(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

5、以實現(xiàn)能帶調(diào)控，得到全本上占優(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。色發(fā)光器件。 高分子發(fā)光材料的分子結構高分子發(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。低顯示面板功耗方面考慮將是一良好選擇。 磷光有機發(fā)光材料分子結構圖磷光有機發(fā)光材料分子結構圖 4 0LED彩色化的實現(xiàn)彩色化的實現(xiàn) 1）RGB像素獨立發(fā)光（像素獨立發(fā)光（RGB三基色發(fā)光法）三基色發(fā)光法） 利用發(fā)光材料獨立發(fā)光是目前采用最多的彩色模式。利用發(fā)光材料獨立發(fā)光是目前采用最多的彩色模式。 彩色，使三色彩

6、色，使三色OLED元件獨立發(fā)光構成一個像素元件獨立發(fā)光構成一個像素。 它是利用精密的金屬蔭罩與它是利用精密的金屬蔭罩與CCD像素對位技術，首先制備紅、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)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)生真種顏色組合的混色比，產(chǎn)生真2）光色轉(zhuǎn)換法）光色轉(zhuǎn)換法 光色轉(zhuǎn)換是以藍光光色轉(zhuǎn)換是以藍光OLED結合光色轉(zhuǎn)換膜陣列，首先結合光色轉(zhuǎn)換膜陣列，首先制備發(fā)藍光制備發(fā)藍光OLED的器件，然后利用其藍光激發(fā)光色轉(zhuǎn)換的器件，然后利用其藍光激發(fā)光色轉(zhuǎn)換材料得到紅光和綠光，從而獲得全彩色。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

7、色轉(zhuǎn)換材料的色純度及效該項技術的關鍵在于提高光色轉(zhuǎn)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。元件。 它的缺點是光色轉(zhuǎn)換材料容易吸收環(huán)境中的藍光，造它的缺點是光色轉(zhuǎn)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。題。 3）彩色濾光膜法）彩色濾光膜法 方法方法 色純度色純度 發(fā)光效率發(fā)光效率 尺寸尺寸 精細度精細度 成本成本 廠商廠商 三基色發(fā)光法三基色發(fā)光法 彩色濾光膜法彩色濾光膜法 光色轉(zhuǎn)換法光色轉(zhuǎn)換法 優(yōu)優(yōu) 高高 一般一般

8、 一般一般 高高 佳佳 低低 可大尺寸可大尺寸 佳佳 低低 佳佳 一般一般 可大尺寸可大尺寸 佳佳 中等中等 NEC. Pioneer. TDK、Sanyo 出光興產(chǎn)、富出光興產(chǎn)、富SONY. 士電機士電機 Stamley. Samsung等等 0LED彩色化實現(xiàn)方法彩色化實現(xiàn)方法 9.2 OLED的驅(qū)動技術的驅(qū)動技術 提綱提綱 1 0LED的驅(qū)動方式 2 0LED供電電源解決方案 1 0LED的驅(qū)動方式的驅(qū)動方式 1）無源矩陣）無源矩陣OLED (PM- OLED)驅(qū)動驅(qū)動 無源矩陣無源矩陣OLED驅(qū)動原理圖驅(qū)動原理圖 2）有源矩陣）有源矩陣OLED (AM-OLED)驅(qū)動驅(qū)動 AM-OLE

9、D配置了具有開關功能的低溫多晶硅薄膜晶體管，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(qū)動并且配備了儲存電容器及驅(qū)動TFT 有源矩陣有源矩陣OLED驅(qū)動電路驅(qū)動電路 AM-OLED顯示結構及工作原理圖顯示結構及工作原理圖 3）PM-OLED與與AM-OLED驅(qū)動方式比較驅(qū)動方式比較 驅(qū)動方式驅(qū)動方式 比較項目比較項目 特點特點 PM-OLED AM-OLED 瞬間高亮度發(fā)光，面板瞬間高亮度發(fā)光，面板IC外外 連續(xù)發(fā)光，連續(xù)發(fā)光，TFT驅(qū)動電器，信息循序驅(qū)動電器，信息循序附，掃描線循序掃描附，掃描線循序掃描 寫入掃描，需在寫入掃描，需在TFT面板上形成面板上形成OEL像素像

10、素 單色或者多色單色或者多色 全彩全彩 構造簡單，成本低，容易設構造簡單，成本低，容易設 低電壓驅(qū)動，低電耗，適合高清晰大低電壓驅(qū)動，低電耗，適合高清晰大計，單色控制簡單計，單色控制簡單 尺寸畫面，亮度高，發(fā)光壽命長，響尺寸畫面，亮度高，發(fā)光壽命長，響應時間快應時間快 耗電量大，壽命短，組件易耗電量大，壽命短，組件易 技術門檻高，需要低溫多晶硅技術門檻高，需要低溫多晶硅(LTP-老化，不適合向高清、大尺老化，不適合向高清、大尺 Si TFT) 技術或者非晶硅技術或者非晶硅(a_ Si)技術技術寸方向發(fā)展寸方向發(fā)展 ，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)成本高 汽車音響顯示、手機副屏、汽車音響顯示、手機副屏、 手機

11、主屏、數(shù)碼相機、手機主屏、數(shù)碼相機、PDA、數(shù)字攝、數(shù)字攝游戲機游戲機 像機等像機等 日本東北先鋒、三星日本東北先鋒、三星SDI、 SK Display（已退出）、（已退出）、ELDis（已（已錸寶科技、錸寶科技、TDK等等 退出）、退出）、TMD、Hitachi. Toshiba. Sony等等 97% 3% 顯示能力顯示能力 優(yōu)勢優(yōu)勢 劣勢劣勢 應用產(chǎn)品應用產(chǎn)品 主要廠商主要廠商 目前市場比重目前市場比重 2 0LED供電電源解決方案供電電源解決方案 1）PM-OLED顯示器需要顯示器需要1020V的正偏置電源供電的正偏置電源供電 基于基于ZXLB1600的電感升壓的電感升壓OLED偏置電

12、源電路偏置電源電路 開關波形和輸出電壓紋波開關波形和輸出電壓紋波 基于基于TPS61045的升壓變換器電路的升壓變換器電路 2）AM-OLED顯示器通常需要正和負的偏置電源供電顯示器通常需要正和負的偏置電源供電 基于基于LTC3459的升壓變換器電路的升壓變換器電路 基于基于TPS65130的正負雙輸出變換器電路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)響應曲線比較與普通升壓變換器瞬態(tài)響應曲線比較 9.3 OLED電源偏置及驅(qū)動電路設計電源偏置及驅(qū)動電路設計 提綱提綱 1 OLED電源偏置電路設計

13、 2 OLED驅(qū)動電路設計 1 OLED電源偏置電路設計電源偏置電路設計 1）MAX8570變換器的特點及工作原理變換器的特點及工作原理 該芯片將功率該芯片將功率MOSFET、節(jié)能電路、控制邏輯電路、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；以及保護電路集成在一起，從而簡化了外圍電路的設計； 工作頻率高達工作頻率高達800kHz，允許使用微型表面貼裝元件。，允許使用微型表面貼裝元件。 超低功耗超低功耗 開路保護，能防止輸出電容和負載損壞。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；允許采用鋰離子電池供電； 采用采用SOT23-6封裝。封裝。 MA

14、X8570的內(nèi)的內(nèi)部結構及由其組成部結構及由其組成的升壓變換器電路。的升壓變換器電路。 當當MAX8570上上電時，其芯片內(nèi)部電時，其芯片內(nèi)部的的P溝道溝道MOSFET導通，電源電壓導通，電源電壓VCc經(jīng)電感經(jīng)電感Li分成分成兩路兩路 MAX8570內(nèi)部結構內(nèi)部結構 單獨給電感供電的電路單獨給電感供電的電路 2）OLED電源偏置電路的設計電源偏置電路的設計 極限電流值的設置極限電流值的設置 輸出電壓的設置輸出電壓的設置 電感的選擇電感的選擇 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。個電路的正常工作。 如果需要追求高效

15、率，最好選擇電感量較小的電感。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、在選擇電感時，需要根據(jù)輸出電流、MAX8570的工作頻率、電的工作頻率、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。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推薦電感值的范圍為l0l00H。 二極管的選擇二極管的選擇 二極管的開關損耗占系統(tǒng)損耗的二極管的開關損耗占系統(tǒng)損耗的1/61/5，是影響升壓變換，是影響升壓變換器效率的主要因素，包括正向?qū)〒p耗和反向恢復損耗。器效率的主要因素，包括正向?qū)〒p耗和反向恢復損耗。 使用具有快速恢復時間及

16、正向壓降較小的肖特基二極管，其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。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常用的肖特基二極管有MBR0520、MBR0530、ZHCS400等。等。 電容的選擇電容的選擇 輸出電容既能維持輸出電壓，也能平滑因輸出電容既能維持輸出電壓，也能平滑因MOSFET開關產(chǎn)開關產(chǎn)生的紋波電壓；生的紋波電壓； 在保證足夠帶寬的前提下，應選擇在保證足夠帶寬的前提下，應選擇ESR（串聯(lián)等效電阻）（串聯(lián)等效電阻）和和ESL（串聯(lián)等效電感）較小、耐壓值較高的輸出電容。（串

17、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，建議采用輸入電容主要用于濾除電源中的紋波電壓，建議采用X5R或或X7R介質(zhì)材料的陶瓷電容，其電容容量可取介質(zhì)材料的陶瓷電容，其電容容量可取16.8F。 在在MAX8570的輸出端與的輸出端與FB端之間增加一只反饋電容，端之間增加一只反饋電容，可改善輸出電壓的穩(wěn)定性，推薦使用一只可改善輸出電壓的穩(wěn)定性，推薦使用一只47pF的陶瓷電容。的陶瓷電容。 3）AM-OLED電源偏置電路的設計電源偏置電路的設計 基于基于MAX8570的正負雙電壓輸出電路的正負雙電壓輸出電路 2 OLED驅(qū)動電路設計驅(qū)動電路設計 1）SSD13

18、03驅(qū)動及接口電路驅(qū)動及接口電路 SSD1303結構圖結構圖 DC/DC升壓變換器電路升壓變換器電路 2）軟件設計）軟件設計 內(nèi)部寄存器初始化程序內(nèi)部寄存器初始化程序 9.4 ALINETEK 的的 OLED 顯示模塊顯示模塊 1 模塊特點 提綱提綱 2 模塊原理 3 SSD1306常用的命令 4 初始化過程 1 模塊特點模塊特點 ? 模塊有單色和雙色兩種可選，單色為純白色，而雙色則為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。黃藍雙色。 ? 尺寸小，顯示尺寸為尺寸小，顯示尺寸為 0.96 寸，而模塊的尺寸僅為寸，而模塊的尺寸僅為 27mm*26mm 大小。大小。 ? 高分辨率

19、，該模塊的分辨率為高分辨率，該模塊的分辨率為 128*64。 ? 多種接口方式，該模塊提供了總共多種接口方式，該模塊提供了總共 5 種接種接 ? 不需要高壓，直接接不需要高壓，直接接 3.3V 就可以工作了。就可以工作了。 ALIENTEK OLED 模塊外觀圖模塊外觀圖 2 模塊原理模塊原理 1）模塊連接方式 有有2種方式與種方式與 OLED 模塊連接，一種是模塊連接，一種是 8080的并口方式，的并口方式，另外一種是另外一種是 4線線SPI方式方式。 8080 并口寫時序圖并口寫時序圖 SSD1306的的 8080并口讀時序圖并口讀時序圖 功能功能 寫命令寫命令 讀狀態(tài)讀狀態(tài) 寫數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)

20、 RD H H WR H CS L L L DC L L H 讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù) H L H 控制腳信號狀態(tài)功能表控制腳信號狀態(tài)功能表 線串行（線串行（SPI）方式）方式 ?4線串口模式使用的信號線有如下幾條：線串口模式使用的信號線有如下幾條： ?CS：OLED片選信號。片選信號。 ?RST(RES)：硬復位：硬復位 OLED。 ?DC：命令：命令/數(shù)據(jù)標志（數(shù)據(jù)標志（0，讀寫命令；，讀寫命令；1，讀寫數(shù)據(jù)）。，讀寫數(shù)據(jù)）。 ?SCLK：串行時鐘線。在：串行時鐘線。在 4線串行模式下，線串行模式下，D0信號線作為串行時鐘線信號線作為串行時鐘線 SCLK。 ?SDIN：串行數(shù)據(jù)線。在：串行數(shù)據(jù)線。在

21、4線串行模式下，線串行模式下，D1信號線作為串行數(shù)據(jù)線信號線作為串行數(shù)據(jù)線 SDIN。 ?模塊的模塊的 D2 需要懸空，其他引腳可以接到需要懸空，其他引腳可以接到 GND。在。在 4 線串行模式下，線串行模式下，只能往模塊寫數(shù)據(jù)而不能讀數(shù)據(jù)。只能往模塊寫數(shù)據(jù)而不能讀數(shù)據(jù)。 4線線 SPI寫操作時序圖寫操作時序圖 2）模塊的顯存）模塊的顯存 SSD1306 的顯存總共為的顯存總共為128*64bit大小，大小，SSD1306將這些將這些顯存分為了顯存分為了8頁頁 SSD1306 顯存與屏幕對應關系表顯存與屏幕對應關系表 3 SSD1306常用的命令常用的命令 SSD1306 常用命令表常用命令表

22、 4 初始化過程初始化過程 9.5 OLED的特點及其問題的特點及其問題 提綱提綱 1 0LED的特點和優(yōu)點 2 0LED存在的問題 1 0LED的特點和優(yōu)點的特點和優(yōu)點 ? 結構和制造工藝簡單，成本低。結構和制造工藝簡單，成本低。 ? OLED視角寬，輕薄、便攜。視角寬，輕薄、便攜。 ? OLED的亮度、對比度高，色彩豐富，響應速度快。的亮度、對比度高，色彩豐富，響應速度快。 ? 尤其獨特的是，尤其獨特的是，OLED產(chǎn)品可實現(xiàn)軟屏。產(chǎn)品可實現(xiàn)軟屏。 ? OLED的工作溫度范圍寬，采用低壓驅(qū)動，功耗低。的工作溫度范圍寬，采用低壓驅(qū)動，功耗低。 ? 白光白光OLED可做成平板或其他任意形狀的光源?？勺龀善桨寤蚱渌我庑螤畹墓庠?。 OLED與與LCD結構對比結構對比 顯示器類型顯示器類型 CRT LCD 比較項目比較項目 OLED LED PDP VFD 電壓特性電壓特性 亮度亮度 發(fā)光效率發(fā)光效率 壽命壽命 重量重量 厚度厚度 響應速度響應速度 視角視角 色彩色彩 產(chǎn)量產(chǎn)量 成本價格成本價格 O O O O O O O O O O O O O O O O O 0LED與其他幾種顯示器的比較與其他幾種顯示器的比較 O O O O O 顯示類型顯示類型 比