有机发光二极体(OLED)即将在未来几年内引爆大幅成长,此成长将超越其以手机萤幕为主要应用的范畴,不断翻陈出新的OLED技术,今年预计将达到64%的成长,而此数字代表其单位量亦将从2005年的6100万台增加至2006年的1亿台。成长的主要原因在于数位相机、MP3播放器、手持游戏装置,及其它可携式系统制造商对于此技术的青睐。
OLED成长的驱动力,是其拥有许多超越传统LCD技术的优点。 OLED藉由放置有机薄膜于两块导体之间实现功能,此发光技术不需要背光,因此能造就比TFT或主动矩阵LCD更小的架构,而其也同样能达成更薄的高度要求,这对于具备空间限制的可携式系统而言是一项相当重要的考量因素。 OLED 带来了这些优点,不仅提供更丰富的颜色,其于延伸视角的同时还降低了电流的消耗!
然而,这项令人兴奋的新显示技术,目前尚无法高度发展,因为仍具备着各项挑战。制造良率是问题点之一,特别是当显示幕尺寸增加时。目前绝大多数OLED 仍然局限在较小的尺寸。要使OLED技术应用于笔记型电脑萤幕,大概还需几年的时间。
成本则是另一个问题,OLED依然比同等的LCD价格稍高。此外,显示幕的工作寿命也是个挑战。直到最近,制造商才得以生产比手机平均寿命更长的OLED,很明显的,当生产制程逐渐成熟且制造商吸取经验后,介于OLED与现今LCD技术的优劣条件,以及工作寿命的差异将逐渐缩小。
OLED 驱动之挑战
当OLED技术成熟,显示器制造商逐渐增加良率而降低成本后,可携式系统设计者于采用OLED时,将面临如何驱动新显示技术的挑战。虽然OLED提供许多比传统LCD更吸引人的优点,但其呈现完全不同的输出电压以及负载特性。电流生成型OLED需要10V至18V的输出电压范围,不只具体高于典型单颗锂离子/高分子电池所能获得的电压,并且也高于目前无感式DC/DC电源供应器所能提供的输出。此外,OLED脉动负载特性要求其电源供应必须能依据快速负载之变动进行调整,同时,还要维持准确的输出电压,因此OLED需要具有快速负载暂态,以回应开关模式DC/DC,并升压转换器(boost)来驱动。
此外,OLED所需的升压转换器还需能简单地控制其调光或亮度大小,这需要一种称为动态电压控制的功能。目前一个1.5英吋OLED萤幕需要两个介于10V至18V的输出电压位准,而未来的设计则将需要更多位准的提供。动态电压控制要求输出电压间需快速转换,这取决于OLED亮度所需,此对升压控制与回馈补偿的设计,产生了额外的要求。
稳定对升压转换器而言是一个主要的考量,典型电感式升压转换器IC需要回馈补偿以确保稳定的表现。电感式升压转换器中的回馈回路,右半平面的零点特性使得设计者要设计出稳定的系统是很困难的。电源供应必须能够于不同的输出电压与负载状态间快速且俐落的转换,同时须避免会有震荡危害萤幕品质。
从可携式系统设计者的观点而言,漏电流是另一项使用电感式升压转换器时的障碍。可携式系统设计者必须将漏电流达到最小,才能最大化电池寿命与延长电池续航力。然而,由于开关式升压转换器固有结构的缘故,即使显示萤幕暂停工作,位于电源与输出负载间依然会产生漏电流情形。即使是一个很小的漏电流,对电池供电装置的待机时间也将引起极大的影响。
选择升压转换器的考量
电源管理半导体制造商已开始关注这些议题,但今日市场上仅有少数的升压转换器针对OLED的挑战提供完整的解决方案。因此,设计者对于驱动OLED的升压转换器,应如何选择?
快速暂态响应
首要考量,应是快速暂态响应。最近许多新上市的升压转换器,采用高达2MHz的开关频率以提供对负载暂态的快速响应,例如AAT1230升压转换器,其结合了2MHz的开关频率以及迟滞控制机构,提供超快速的暂态响应,确保在一个宽广的输入范围下的工作稳定性,且无须额外的补偿元件。
(图一) 展示相较于典型电感式升压转换器,AAT1230的响应速度。此外,这款元件的高开关频率使极小的2.2μH 电感与 2.2μF 电容搭配工作。
传统上,可携式系统设计者藉由增加一个外部的MOSFET与控制器,在显示幕不工作时隔开输出负载与电源,以解决漏电流的问题。这个方法可以有效地让漏电流功耗达到最小,但因需要额外的外部元件,因此使得设计变得复杂,并且造成成本增加。最近电源管理半导体制造商开始将一个串联的断开开关整合至升压转换器模组内,这个新方法在萤幕待机时,可有效地将负载从电源路径隔离开来,其可将漏电流降至低于1?A,同时亦降低了解决方案的尺寸与成本。
控制机制
控制机制正快速地改变。今日市场上的一些升压转换器,允许设计者藉由逻辑接脚的驱动,动态地将OLED的调光设定于两个位准上,未来OLED应用则将需要更多精巧的控制机制,以让输出亮度可程式化于不同位准。为满足以上需求,设计者必须寻找可使其透过串列介面动态编程,输出电压于任何位准的升压转换器。系统设计者将面临在所有输入、输出电压与负载条件下,提供快速、稳定输出转换的挑战。
最后,对每一项可携式装置设计而言,板面空间是相当珍贵的。降低产品接脚占位是降低成本与确保上市成功的关键, 设计者必须寻找具有最小封装的升压转换器。当使用工作在高开关频率的DC/DC升压转换器时,搭配的外部电感与电容尺寸,当然也必须是最小的。 (作者为AnalogicTech应用工程部经理)