《LED應(yīng)用技術(shù)》學(xué)習(xí)單元9 OLED技術(shù)及其應(yīng)用

1學(xué)習(xí)單元9OLED技術(shù)及其應(yīng)用9.1OLED的概述

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

9.1OLED的概述

20LED的基本結(jié)構(gòu)發(fā)光原理1

0LED技術(shù)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(dá)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(xué)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(shù)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(dāng)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(shù)研發(fā)簡歷20LED的基本結(jié)構(gòu)與發(fā)光原理

0LED結(jié)構(gòu)

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(fù)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(jié)構(gòu)

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(shè)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(jié)構(gòu)由于磷光有機發(fā)光材料的發(fā)光效率遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)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(shù)，首先制備紅、綠、藍(lán)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(gòu)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(zhuǎn)換是以藍(lán)光OLED結(jié)合光色轉(zhuǎn)換膜陣列，首先制備發(fā)藍(lán)光OLED的器件，然后利用其藍(lán)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。該項技術(shù)的關(guān)鍵在于提高光色轉(zhuǎn)換材料的色純度及效率。這種技術(shù)不需要金屬蔭罩對位技術(shù)，只需蒸鍍藍(lán)光OLED元件。它的缺點是光色轉(zhuǎn)換材料容易吸收環(huán)境中的藍(lán)光，造成圖像對比度下降，同時光導(dǎo)也會造成畫面質(zhì)量降低的問題。

2）光色轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xì)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(qū)動技術(shù)

20LED供電電源解決方案10LED的驅(qū)動方式提綱10LED的驅(qū)動方式1）無源矩陣OLED(PM-OLED)驅(qū)動無源矩陣OLED驅(qū)動原理圖AM-OLED配置了具有開關(guān)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TFT

2）有源矩陣OLED(AM-OLED)驅(qū)動有源矩陣OLED驅(qū)動電路AM-OLED顯示結(jié)構(gòu)及工作原理圖

3）PM-OLED與AM-OLED驅(qū)動方式比較驅(qū)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(qū)動電器，信息循序?qū)懭霋呙?，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(gòu)造簡單，成本低，容易設(shè)計，單色控制簡單低電壓驅(qū)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(yīng)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(shù)門檻高，需要低溫多晶硅(LTP-SiTFT)技術(shù)或者非晶硅(a_Si)技術(shù)，生產(chǎn)成本高應(yīng)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?jǐn)z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(guān)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(fù)的偏置電源供電基于LTC3459的升壓變換器電路基于TPS65130的正／負(fù)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(yīng)特性AAT1230與普通升壓變換器瞬態(tài)響應(yīng)曲線比較

9.3OLED電源偏置及驅(qū)動電路設(shè)計

2OLED驅(qū)動電路設(shè)計

1OLED電源偏置電路設(shè)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(shè)計；工作頻率高達(dá)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(fù)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(shè)計1）MAX8570變換器的特點及工作原理MAX8570的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及由其組成的升壓變換器電路。當(dāng)MAX8570上電時，其芯片內(nèi)部的P溝道MOSFET導(dǎo)通，電源電壓VCc經(jīng)電感Li分成兩路

MAX8570內(nèi)部結(jié)構(gòu)單獨給電感供電的電路輸出電壓的設(shè)置2）OLED電源偏置電路的設(shè)計極限電流值的設(shè)置

電感的選擇

電感是升壓變換器的關(guān)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(guān)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?qū)〒p耗和反向恢復(fù)損耗。使用具有快速恢復(fù)時間及正向壓降較小的肖特基二極管，其額定電流值應(yīng)大于峰值開關(guān)電流，反向擊穿電壓應(yīng)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(guān)產(chǎn)生的紋波電壓；在保證足夠帶寬的前提下，應(yīng)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(shè)計基于MAX8570的正／負(fù)雙電壓輸出電路2OLED驅(qū)動電路設(shè)計1）SSD1303驅(qū)動及接口電路SSD1303結(jié)構(gòu)圖DC/DC升壓變換器電路2）軟件設(shè)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(lán)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(fù)位OLED。DC：命令/數(shù)據(jù)標(biāo)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(yīng)關(guān)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(qū)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(cè)視畫面色彩不失真響應(yīng)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(yán)寒等特殊環(huán)境工藝過程復(fù)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