有機發光二極體(OLED)顯示器愈來愈普遍，在手機、媒體播放器及小型入門級電視等產品中最為顯著。不同於標準的液晶顯示器(LCD)，OLED畫素是由電流源所驅動。若要了解OLED電源供應如何及為何會影響顯示器畫質，必須先了解OLED顯示器技術及電源供應的需求。
目前各大手機公司都已推出一款或多款採用OLED顯示器的機型，索尼(Sony)則率先量產OLED電視，其他多家公司也推出首款樣品機種。OLED顯示器具有廣色域、高對比度、寬視角及快速反應時間等特性，使得這類顯示器相當適用於多媒體應用。
自體發光的OLED技術不須採用背光，而且耗電量視顯示內容而定，其耗電量遠低於使用背光的LCD。面板尺寸加大後，OLED的高畫質特性更為明顯，因此愈來愈多OLED面板的顯示器尺寸都大於3吋，而未來的應用層面仍將以電視面板為大宗。
另一個OLED顯示器市場是軟性顯示器。目前OLED及電泳顯示器技術的前景相當看好，應用於電子書閱讀器的電泳或雙穩態顯示器須要提升色彩品質。然而，在使用完全軟性材質的情況下，OLED顯示器目前仍不適合量產，其主要取決於背板技術的發展。
背板技術造就軟性顯示器
高解析度彩色主動式矩陣有機發光二極體(AMOLED)顯示器須要採用主動式矩陣背板，此背板使用主動式開關進行各畫素的開關。目前液晶顯示器非晶矽製程已臻成熟，可供應低成本的主動式矩陣背板，並且可用於OLED。
許多公司目前正針對軟性顯示器開發有機薄膜電晶體(OTFT)背板製程，此一製程也可用於OLED顯示器，以實現全彩軟性顯示器的推出。不論是標準或軟性OLED，都須要運用相同的電源供應及驅動技術。
若要了解OLED技術、功能及其與電源供應之間的互動，必須深入剖析這項技術本身。OLED顯示器是一種自體發光顯示器技術，完全不需要任何背光。OLED採用的材質屬於化學結構適用的有機材質。
OLED仰賴電流控制驅動
圖1是僅顯示一個畫素的簡易電路示意圖。OLED具有與標準有機發光二極體(LED)相當類似的電氣特性，亮度均取決於LED電流。若要開啟和關閉OLED並控制OLED電流，須要使用薄膜電晶體(TFT)的控制電路。
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| 圖1 簡易主動式矩陣OLED單一畫素控制範例(ITO-透明導電膜) |
在圖1中，電晶體T2是開啟和關閉畫素的畫素控制電晶體，這類似於其他任何主動式矩陣液晶顯示器技術。T1被當作電流來源，電流就是由此閘極電壓源所驅動。儲存電容為Cs，用來維持穩定的T1閘極電壓，並鎖定供應電流的大小，一直到畫素被重新配置。
在圖1中，簡易的單一電晶體電流源具有重大的成本優點，因為只需要兩個電晶體。這類簡易電路的缺點是電流會產生變化，變化的因素包括過程變化及Vdd電壓變化。OLED電源供應電路通常提供Vdd和Vss兩種電壓電源軌。電壓軌Vdd必須達到極嚴格的調節效用，才能發揮最佳畫質並避免影像閃爍。Vss通常是負電壓，其電壓調節準確度可降低，因為此電壓較不會影響LED電流。圖2顯示Vdd對於OLED顯示器所產生的電壓波動效應。
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| 圖2 電源軌的電壓波動造成水平條紋 |
當電壓供應的Vdd變動時，OLED亮度也會隨之變動。Vdd上的疊加電壓漣波(Superimposed Voltage Ripple)會讓影像出現水平條紋，這是因為亮度不同所致。視顯示器而定，大於20毫伏特的電壓漣波就可能會造成這種現象。水平條紋的顯現程度與疊加電壓漣波的振幅及頻率有關。一旦頻率干擾訊框頻率，就會出現條紋。
在一般的實驗環境下，Vdd上的疊加電壓漣波通常小於20毫伏特。將顯示器與電源供應整合成為系統時，這個問題就會出現。
一旦系統中任何的子電路從系統電源供應器汲取脈動電流(Pulsating Current)，就會出現電壓漣波，所有連接系統電源供應器的電路都是如此。一般汲取脈動電流的子電路包括手機中的全球行動通訊系統(GSM)功率放大器、馬達驅動器、音訊功率放大器等等。
在這些系統中，系統供應電源軌都會出現疊加電壓漣波。如果AMOLED電源供應不抑制這種漣波，漣波便會出現在輸出端，並造成前述的影像失真。為避免這類問題的發生，AMOLED的電源供應需要有極高的電源抑制比及線路暫態響應。
對於AMOLED的電源供應而言，正電壓電源軌Vdd需要升壓轉換器，負電壓電源軌Vss需要升降壓轉換器或反相器。對於提供適用電源供應的IC製造商而言，是一大挑戰，因為製造商須要提供相當準確的正電壓電源軌Vdd與負電壓電源軌Vss，以達到最低的元件高度與最小的解決方案尺寸。
為符合這些要求，須要選擇全新的電源供應拓撲架構，以便在僅使用單一電感的情況下，從鋰離子電池提供正輸出及負輸出的電壓電源軌。
穩壓器角色吃重
圖3為採用單一電感多重輸出(SIMO)穩壓器技術的應用電路，並且以四開關的降壓升壓轉換器拓撲進行運作。SIMO技術可達到最佳的線路暫態調節、兩個輸出的降壓升壓模式，以及整體負載電流範圍的最高效率。
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| 圖3 支援雙重輸入的降壓升壓轉換器拓撲 |
和任何電池供電的設備一樣，只有在轉換器以整體負載電流範圍的最高效率進行運作時，才能達到較長的電池待機時間，這對於OLED顯示器尤其重要。OLED顯示器呈現全白時會耗用最大的電源，對於其他任何顯示色彩則電流相對較小，這是因為只有白色需要所有紅、綠、藍子畫素都全亮。
舉例來說，2.7吋顯示器需要80毫安培電流來呈現全白影像，但只需要5毫安培電流即可顯示其他圖示或圖形。因此，OLED電源供應須要針對所有負載電流達到高轉換器效率。
為達到此一效率，須要運用進階的節能模式技術來減少負載電流，以降低轉換器切換頻率。由於透過電壓控制振盪器(VCO)完成，因此能夠將可能的電磁干擾(EMI)問題降至最低，並且將最低切換頻率控制在一般40kHz的音訊範圍以外，避免陶瓷輸入或輸出電容產生噪音。這點在手機應用時，特別重要，且可簡化設計流程。
由於OLED顯示器技術尚在起步階段，對於節能、提升OLED效率以及將整體解決方案尺寸降至最低等方面仍有許多改善空間。
然而，隨著OLED技術日益成熟，將可應用於建築照明或液晶顯示器背光等用途。相較於傳統的照明解決方案，OLED為這兩種用途提供更低的耗電量及較高的設計彈性，因此很有商機。對於OLED技術而言，未來必然是一片光明。
(本文作者為德州儀器顯示電源系統工程經理)