《LED应用技术》学习单元9 OLED技术及其应用

1学习单元9OLED技术及其应用9.1OLED的概述

9.2OLED的驱动技术9.3OLED电源偏置及驱动电路设计9.4ALINETEK的OLED显示模块9.5OLED的特点及其问题9.6OLED技术与产业的现状及发展趋

9.1OLED的概述

20LED的基本结构发光原理1

0LED技术研发简历提纲40LED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8-羟基喹啉铝为发光材料；1990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聚合物OLED器件；1997年，日本的Pioneer公司将256x64单色OLED用在汽车音响面板上，正式打开了OLED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20英寸的单色OLED显示屏，使得OLED大尺寸化成为可能。2001年，Pioneer公司正式批量生产车载电视机用5.2英寸全彩OLED显示器。2004年5月，Epson公司发布了全球当时最大的40英寸OLED显示器样机，令业界震惊。2005年，韩国三星公司宣布完成40英寸AM-OLED面板原型开发。1

0LED技术研发简历20LED的基本结构与发光原理

0LED结构

OLED的发光过程可概括为以下4个步骤载流子的注入；载流子的传输；载流子复合与激子的形成；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。3有机电致发光(OEL)材料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、稳定性及成本上占优势，通过分子设计还可以实现能带调控，得到全色发光器件。

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

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CCD像素对位技术，首先制备红、绿、蓝三基色发光中心，然后调节3种颜色组合的混色比，产生真彩色，使三色OLED元件独立发光构成一个像素。40LED彩色化的实现

1）RGB像素独立发光（RGB三基色发光法）光色转换是以蓝光OLED结合光色转换膜阵列，首先制备发蓝光OLED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。该项技术的关键在于提高光色转换材料的色纯度及效率。这种技术不需要金属荫罩对位技术，只需蒸镀蓝光OLED元件。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题。

2）光色转换法3）彩色滤光膜法方法三基色发光法彩色滤光膜法光色转换法色纯度优佳佳发光效率高低一般尺寸一般可大尺寸可大尺寸精细度一般佳佳成本高低中等厂商NEC.Pioneer.SONY.Stamley.Samsung等TDK、Sanyo出光兴产、富士电机

0LED彩色化实现方法

9.2OLED的驱动技术

20LED供电电源解决方案10LED的驱动方式提纲10LED的驱动方式1）无源矩阵OLED(PM-OLED)驱动无源矩阵OLED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，并且配备了储存电容器及驱动TFT

2）有源矩阵OLED(AM-OLED)驱动有源矩阵OLED驱动电路AM-OLED显示结构及工作原理图

3）PM-OLED与AM-OLED驱动方式比较驱动方式比较项目PM-OLEDAM-OLED特点瞬间高亮度发光，面板IC外附，扫描线循序扫描连续发光，TFT驱动电器，信息循序写入扫描，需在TFT面板上形成OEL像素显示能力单色或者多色全彩优势构造简单，成本低，容易设计，单色控制简单低电压驱动，低电耗，适合高清晰大尺寸画面，亮度高，发光寿命长，响应时间快劣势耗电量大，寿命短，组件易老化，不适合向高清、大尺寸方向发展技术门槛高，需要低温多晶硅(LTP-SiTFT)技术或者非晶硅(a_Si)技术，生产成本高应用产品汽车音响显示、手机副屏、游戏机手机主屏、数码相机、PDA、数字摄像机等主要厂商日本东北先锋、三星SDI、铼宝科技、TDK等SKDisplay（已退出）、ELDis（已退出）、TMD、Hitachi.Toshiba.Sony等目前市场比重97%3%20LED供电电源解决方案

1）PM-OLED显示器需要10～20V的正偏置电源供电基于ZXLB1600的电感升压OLED偏置电源电路开关波形和输出电压纹波基于TPS61045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基于LTC3459的升压变换器电路基于TPS65130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AAT1230与普通升压变换器瞬态响应曲线比较

9.3OLED电源偏置及驱动电路设计

2OLED驱动电路设计

1OLED电源偏置电路设计提纲该芯片将功率MOSFET、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；工作频率高达800kHz，允许使用微型表面贴装元件。超低功耗开路保护，能防止输出电容和负载损坏。允许采用锂离子电池供电；采用SOT23-6封装。1OLED电源偏置电路设计1）MAX8570变换器的特点及工作原理MAX8570的内部结构及由其组成的升压变换器电路。当MAX8570上电时，其芯片内部的P沟道MOSFET导通，电源电压VCc经电感Li分成两路

MAX8570内部结构单独给电感供电的电路输出电压的设置2）OLED电源偏置电路的设计极限电流值的设置

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的电感。在选择电感时，需要根据输出电流、MAX8570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。推荐电感值的范围为l0～l00μH。二极管的选择二极管的开关损耗占系统损耗的1/6～1/5，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。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。常用的肖特基二极管有MBR0520、MBR0530、ZHCS400等。电容的选择输出电容既能维持输出电压，也能平滑因MOSFET开关产生的纹波电压；在保证足够带宽的前提下，应选择ESR（串联等效电阻）和ESL（串联等效电感）较小、耐压值较高的输出电容。输入电容主要用于滤除电源中的纹波电压，建议采用X5R或X7R介质材料的陶瓷电容，其电容容量可取1～6.8μF。在MAX8570的输出端与FB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47pF的陶瓷电容。3）AM-OLED电源偏置电路的设计基于MAX8570的正／负双电压输出电路2OLED驱动电路设计1）SSD1303驱动及接口电路SSD1303结构图DC/DC升压变换器电路2）软件设计内部寄存器初始化程序9.4ALINETEK的OLED显示模块

2模块原理1模块特点提纲4初始化过程3SSD1306常用的命令模块有单色和双色两种可选，单色为纯白色，而双色则为黄蓝双色。尺寸小，显示尺寸为0.96寸，而模块的尺寸仅为27mm*26mm大小。高分辨率，该模块的分辨率为128*64。多种接口方式，该模块提供了总共5种接不需要高压，直接接3.3V就可以工作了。1模块特点ALIENTEKOLED模块外观图2模块原理有2种方式与OLED模块连接，一种是8080的并口方式，另外一种是4线SPI方式。1）模块连接方式8080并口写时序图SSD1306的8080并口读时序图

功能RDWRCSDC写命令H↑LL读状态↑HLL写数据H↑LH读数据↑HLH控制脚信号状态功能表线串行（SPI）方式4线串口模式使用的信号线有如下几条：CS：OLED片选信号。RST(RES)：硬复位OLED。DC：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）。SCLK：串行时钟线。在4线串行模式下，D0信号线作为串行时钟线SCLK。SDIN：串行数据线。在4线串行模式下，D1信号线作为串行数据线SDIN。模块的D2需要悬空，其他引脚可以接到GND。在4线串行模式下，只能往模块写数据而不能读数据。

4线SPI写操作时序图SSD1306的显存总共为128*64bit大小，SSD1306将这些显存分为了8页

2）模块的显存

SSD1306显存与屏幕对应关系表3SSD1306常用的命令

SSD1306常用命令表

4初始化过程9.5OLED的特点及其问题20LED存在的问题10LED的特点和优点提纲结构和制造工艺简单，成本低。OLED视角宽，轻薄、便携。OLED的亮度、对比度高，色彩丰富，响应速度快。尤其独特的是，OLED产品可实现软屏。OLED的工作温度范围宽，采用低压驱动，功耗低。白光OLED可做成平板或其他任意形状的光源。10LED的特点和优点OLED与LCD结构对比显示器类型比较项目CRTLCDOLEDLEDPDPVFD电压特性×◎◎◎×△亮度OO◎△△O发光效率OO◎△△O寿命◎OO◎△△重量×◎◎△O△厚度×◎◎△O△响应速度◎△◎◎OO视角◎△◎×△O色彩◎O◎△△O产量OOOO△△成本价格◎OOO×△

0LED与其他几种显示器的比较显示类型比较项目LCDOLEDOLED产品的优势视角受限制接近1800宽视角，侧视画面色彩不失真响应时间10-3S10-6S更适合动态图像显示，无拖尾现象发光方式被动发光自主发光色彩更鲜艳，对比度更高，无须背光源温度范围-20-60℃-40-80℃高、低温性能优越，适合严寒等特殊环境工艺过程复杂简单成本更低制造成本中等较低更高的性价比

OLED与LCD的对比寿命还不是足够长