学习单元9OLED技术及其应用

1、1学习单元学习单元9 OLED9 OLED技术及其应用技术及其应用9.1 OLED的概述的概述 9.2 OLED的驱动技术的驱动技术 9.3 OLED电源偏置及驱动电路设计电源偏置及驱动电路设计 9.4 ALINETEK 的的 OLED 显示模块显示模块 9.5 OLED的特点及其问题的特点及其问题 9.6 OLED技术与产业的现状及发展趋技术与产业的现状及发展趋 9.1 OLED的概述的概述 2 0LED的基本结构发光原理 1 0LED技术研发简历 提纲提纲4 0LED彩色化的实现 3 有机电致发光(OEL)材料 1987年，柯达公司的邓青云等人以年，柯达公司的邓青云等人以8-羟基喹啉铝为发

2、光材料；羟基喹啉铝为发光材料；1990年，英国剑桥大学的年，英国剑桥大学的J.H.Burroughes等人用共轭高分子材料制成了有机等人用共轭高分子材料制成了有机聚合物聚合物OLED器件；器件；1997年，日本的年，日本的Pioneer公司将公司将256x64单色单色OLED用在汽车音响面板上，正用在汽车音响面板上，正式打开了式打开了OLED产业化的突破口。产业化的突破口。1998年，日本出光兴产公司和日本真空技术公司合作，开发出年，日本出光兴产公司和日本真空技术公司合作，开发出20英寸的单色英寸的单色OLED显示屏，使得显示屏，使得OLED大尺寸化成为可能。大尺寸化成为可能。2001年，年，

3、Pioneer公司正式批量生产车载电视机用公司正式批量生产车载电视机用5.2英寸全彩英寸全彩OLED显示器。显示器。2004年年5月，月，Epson公司发布了全球当时最大的公司发布了全球当时最大的40英寸英寸OLED显示器样机，令显示器样机，令业界震惊。业界震惊。2005年，韩国三星公司宣布完成年，韩国三星公司宣布完成40英寸英寸AM-OLED面板原型开发面板原型开发。1 0LED技术研发简历技术研发简历2 0LED的基本结构与发光原理的基本结构与发光原理 0LED结构结构 OLED的发光过程可概括为以下的发光过程可概括为以下4个步骤个步骤 载流子的注入；载流子的注入； 载流子的传输；载流子的

4、传输； 载流子复合与激子的形成；载流子复合与激子的形成； 激子衰减而发出光子。激子衰减而发出光子。 OEL材料主要分小分子和高分子两大类。小分子发光材料的材料主要分小分子和高分子两大类。小分子发光材料的荧光量子效率高，容易提纯，在亮度、色纯及颜色表现等方面优荧光量子效率高，容易提纯，在亮度、色纯及颜色表现等方面优于高分子材料。于高分子材料。 3 有机电致发光有机电致发光(OEL)材料材料小分子发光材料的分子结构小分子发光材料的分子结构 高分子发光材料则在加工性、机械性能、稳定性及成高分子发光材料则在加工性、机械性能、稳定性及成本上占优势，通过分子设计还可以实现能带调控，得到全本上占优势，通过分

5、子设计还可以实现能带调控，得到全色发光器件。色发光器件。 高分子发光材料的分子结构高分子发光材料的分子结构 由于磷光有机发光材料的发光效率远大于荧光材料，从降由于磷光有机发光材料的发光效率远大于荧光材料，从降低显示面板功耗方面考虑将是一良好选择。低显示面板功耗方面考虑将是一良好选择。 磷光有机发光材料分子结构图磷光有机发光材料分子结构图 利用发光材料独立发光是目前采用最多的彩色模式。利用发光材料独立发光是目前采用最多的彩色模式。 它是利用精密的金属荫罩与它是利用精密的金属荫罩与CCD像素对位技术，首先制备红、像素对位技术，首先制备红、绿、蓝三基色发光中心，然后调节绿、蓝三基色发光中心，然后调节

6、3种颜色组合的混色比，产生真种颜色组合的混色比，产生真彩色，使三色彩色，使三色OLED元件独立发光构成一个像素元件独立发光构成一个像素。4 0LED彩色化的实现彩色化的实现 1）RGB像素独立发光（像素独立发光（RGB三基色发光法）三基色发光法） 光色转换是以蓝光光色转换是以蓝光OLED结合光色转换膜阵列，首先结合光色转换膜阵列，首先制备发蓝光制备发蓝光OLED的器件，然后利用其蓝光激发光色转换的器件，然后利用其蓝光激发光色转换材料得到红光和绿光，从而获得全彩色。材料得到红光和绿光，从而获得全彩色。 该项技术的关键在于提高光色转换材料的色纯度及效该项技术的关键在于提高光色转换材料的色纯度及效率

7、。这种技术不需要金属荫罩对位技术，只需蒸镀蓝光率。这种技术不需要金属荫罩对位技术，只需蒸镀蓝光OLED元件。元件。 它的缺点是光色转换材料容易吸收环境中的蓝光，造它的缺点是光色转换材料容易吸收环境中的蓝光，造成图像对比度下降，同时光导也会造成画面质量降低的问成图像对比度下降，同时光导也会造成画面质量降低的问题。题。 2）光色转换法）光色转换法3）彩色滤光膜法）彩色滤光膜法 0LED彩色化实现方法彩色化实现方法 9.2 OLED的驱动技术的驱动技术 2 0LED供电电源解决方案1 0LED的驱动方式提纲提纲1 0LED的驱动方式的驱动方式1）无源矩阵）无源矩阵OLED (PM- OLED)驱动驱

8、动无源矩阵无源矩阵OLED驱动原理图驱动原理图 AM-OLED配置了具有开关功能的低温多晶硅薄膜晶体管，配置了具有开关功能的低温多晶硅薄膜晶体管，并且配备了储存电容器及驱动并且配备了储存电容器及驱动TFT 2）有源矩阵）有源矩阵OLED (AM-OLED)驱动驱动有源矩阵有源矩阵OLED驱动电路驱动电路AM-OLED显示结构及工作原理图显示结构及工作原理图 3）PM-OLED与与AM-OLED驱动方式比较驱动方式比较2 0LED供电电源解决方案供电电源解决方案 1）PM-OLED显示器需要显示器需要1020V的正偏置电源供电的正偏置电源供电基于基于ZXLB1600的电感升压的电感升压OLED偏

9、置电源电路偏置电源电路开关波形和输出电压纹波开关波形和输出电压纹波基于基于TPS61045的升压变换器电路的升压变换器电路 2）AM-OLED显示器通常需要正和负的偏置电源供电显示器通常需要正和负的偏置电源供电基于基于LTC3459的升压变换器电路的升压变换器电路基于基于TPS65130的正负双输出变换器电路的正负双输出变换器电路3）OLED电源变换器必须具备快速瞬态响应特性电源变换器必须具备快速瞬态响应特性AAT1230与普通升压变换器瞬态响应曲线比较与普通升压变换器瞬态响应曲线比较 9.3 OLED电源偏置及驱动电路设计电源偏置及驱动电路设计 2 OLED驱动电路设计 1 OLED电源偏置

10、电路设计提纲提纲 该芯片将功率该芯片将功率MOSFET、节能电路、控制逻辑电路、节能电路、控制逻辑电路以及保护电路集成在一起，从而简化了外围电路的设计；以及保护电路集成在一起，从而简化了外围电路的设计； 工作频率高达工作频率高达800kHz，允许使用微型表面贴装元件。，允许使用微型表面贴装元件。 超低功耗超低功耗 开路保护，能防止输出电容和负载损坏。开路保护，能防止输出电容和负载损坏。 允许采用锂离子电池供电；允许采用锂离子电池供电； 采用采用SOT23-6封装。封装。1 OLED电源偏置电路设计电源偏置电路设计1）MAX8570变换器的特点及工作原理变换器的特点及工作原理 MAX8570的内

11、的内部结构及由其组成部结构及由其组成的升压变换器电路。的升压变换器电路。 当当MAX8570上上电时，其芯片内部电时，其芯片内部的的P沟道沟道MOSFET导通，电源电压导通，电源电压VCc经电感经电感Li分成分成两路两路 MAX8570内部结构内部结构单独给电感供电的电路单独给电感供电的电路输出电压的设置输出电压的设置2）OLED电源偏置电路的设计电源偏置电路的设计极限电流值的设置极限电流值的设置 电感的选择电感的选择 电感是升压变换器的关键元件，其取值大小直接影响着整电感是升压变换器的关键元件，其取值大小直接影响着整个电路的正常工作。个电路的正常工作。 如果需要追求高效率，最好选择电感量较小

12、的电感。如果需要追求高效率，最好选择电感量较小的电感。 在选择电感时，需要根据输出电流、在选择电感时，需要根据输出电流、MAX8570的工作频率、电的工作频率、电感的直流电阻、电感的额定电流和纹波电压等条件来综合决定。感的直流电阻、电感的额定电流和纹波电压等条件来综合决定。 推荐电感值的范围为推荐电感值的范围为l0l00H。 二极管的选择二极管的选择 二极管的开关损耗占系统损耗的二极管的开关损耗占系统损耗的1/61/5，是影响升压变换，是影响升压变换器效率的主要因素，包括正向导通损耗和反向恢复损耗。器效率的主要因素，包括正向导通损耗和反向恢复损耗。 使用具有快速恢复时间及正向压降较小的肖特基二

13、极管，其使用具有快速恢复时间及正向压降较小的肖特基二极管，其额定电流值应大于峰值开关电流，反向击穿电压应大于输出电压。额定电流值应大于峰值开关电流，反向击穿电压应大于输出电压。 常用的肖特基二极管有常用的肖特基二极管有MBR0520、MBR0530、ZHCS400等。等。 电容的选择电容的选择 输出电容既能维持输出电压，也能平滑因输出电容既能维持输出电压，也能平滑因MOSFET开关产开关产生的纹波电压；生的纹波电压； 在保证足够带宽的前提下，应选择在保证足够带宽的前提下，应选择ESR（串联等效电阻）（串联等效电阻）和和ESL（串联等效电感）较小、耐压值较高的输出电容。（串联等效电感）较小、耐压

14、值较高的输出电容。 输入电容主要用于滤除电源中的纹波电压，建议采用输入电容主要用于滤除电源中的纹波电压，建议采用X5R或或X7R介质材料的陶瓷电容，其电容容量可取介质材料的陶瓷电容，其电容容量可取16.8F。 在在MAX8570的输出端与的输出端与FB端之间增加一只反馈电容，端之间增加一只反馈电容，可改善输出电压的稳定性，推荐使用一只可改善输出电压的稳定性，推荐使用一只47pF的陶瓷电容。的陶瓷电容。3）AM-OLED电源偏置电路的设计电源偏置电路的设计基于基于MAX8570的正负双电压输出电路的正负双电压输出电路2 OLED驱动电路设计驱动电路设计1）SSD1303驱动及接口电路驱动及接口电

15、路SSD1303结构图结构图DC/DC升压变换器电路升压变换器电路2）软件设计）软件设计内部寄存器初始化程序内部寄存器初始化程序9.4 ALINETEK 的的 OLED 显示模块显示模块 2 模块原理1 模块特点提纲提纲4 初始化过程3 SSD1306常用的命令 模块有单色和双色两种可选，单色为纯白色，而双色则为模块有单色和双色两种可选，单色为纯白色，而双色则为黄蓝双色。黄蓝双色。 尺寸小，显示尺寸为尺寸小，显示尺寸为 0.96 寸，而模块的尺寸仅为寸，而模块的尺寸仅为 27mm*26mm 大小。大小。 高分辨率，该模块的分辨率为高分辨率，该模块的分辨率为 128*64。 多种接口方式，该模块

16、提供了总共多种接口方式，该模块提供了总共 5 种接种接 不需要高压，直接接不需要高压，直接接 3.3V 就可以工作了。就可以工作了。1 模块特点模块特点ALIENTEK OLED 模块外观图模块外观图2 模块原理模块原理 有有2种方式与种方式与 OLED 模块连接，一种是模块连接，一种是 8080的并口方式，的并口方式，另外一种是另外一种是 4线线SPI方式方式。1）模块连接方式8080 并口写时序图并口写时序图SSD1306的的 8080并口读时序图并口读时序图 控制脚信号状态功能表控制脚信号状态功能表线串行（线串行（SPI）方式）方式4线串口模式使用的信号线有如下几条：线串口模式使用的信号

17、线有如下几条：CS：OLED片选信号。片选信号。RST(RES)：硬复位：硬复位 OLED。DC：命令：命令/数据标志（数据标志（0，读写命令；，读写命令；1，读写数据）。，读写数据）。SCLK：串行时钟线。在：串行时钟线。在 4线串行模式下，线串行模式下，D0信号线作为串行时钟线信号线作为串行时钟线 SCLK。SDIN：串行数据线。在：串行数据线。在 4线串行模式下，线串行模式下，D1信号线作为串行数据线信号线作为串行数据线 SDIN。模块的模块的 D2 需要悬空，其他引脚可以接到需要悬空，其他引脚可以接到 GND。在。在 4 线串行模式下，线串行模式下，只能往模块写数据而不能读数据。只能往

18、模块写数据而不能读数据。 4线线 SPI写操作时序图写操作时序图 SSD1306 的显存总共为的显存总共为128*64bit大小，大小，SSD1306将这些将这些显存分为了显存分为了8页页 2）模块的显存）模块的显存 SSD1306 显存与屏幕对应关系表显存与屏幕对应关系表3 SSD1306常用的命令常用的命令 SSD1306 常用命令表常用命令表 4 初始化过程初始化过程9.5 OLED的特点及其问题的特点及其问题2 0LED存在的问题1 0LED的特点和优点提纲提纲 结构和制造工艺简单，成本低。结构和制造工艺简单，成本低。 OLED视角宽，轻薄、便携。视角宽，轻薄、便携。 OLED的亮度、对比度高，色彩丰富，响应速度快。的亮度、对比度高，色彩丰富，响应速度快。 尤其独特的是，尤其独特