SIMO穩壓器助攻　AMOLED進駐行動顯示器

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。相較於需要背光的薄膜電晶體液晶顯示器(TFT LCD)，此一技術在顯示內容時所消耗的電量較低，對於較暗或甚至全黑的影像畫面更是如此。不過，由於現今大多數使用者介面通常呈現白色影像畫面，因此這項優點並未特別受到業界青睞。  

然而，AMOLED顯示器的真正誘人之處在於出色的畫質、寬視角、快速反應時間、高對比度與絕佳色彩飽和度。由於這類顯示器的厚度不到1毫米，因此相當適合快速成長的行動裝置市場。  

最初OLED顯示器進入市場時，採用的是被動矩陣有機發光二極體(PMOLED)技術，主要用於手機的副顯示器及MP3播放器等簡易顯示器。若要用於手機及多媒體應用的主顯示幕，則需要較高的解析度、較快的反應時間及較高的對比度。  

目前市面上許多新一代的AMOLED顯示器均已能提供上述特性。事實上，AMOLED目前已開始用於手機的主顯示幕，可達到絕佳的畫質，並且支援所有類型的多媒體應用。  

電流控制技巧決定OLED顯示效果良窳  

若要了解AMOLED顯示器的驅動方法，以及OLED電源供應的相關效能需求，必須更深入探討OLED架構。  

圖1是單一畫素的簡易電路示意圖。原則上，OLED相似於所有的標準發光二極體(LED)，都具備亮度取決於LED電流的電氣特性。因此，伴隨著T1與Cs而形成的電流源在執行時會加入一個主動畫素控制開關T2。在圖1中，電晶體T2用於開啟和關閉畫素，這和其他主動矩陣顯示器相當類似。T1則作為閘極源電壓所提供的電流源。  

為了擁有良好的電流源，T1必須在截止電壓(Cut Off Voltage)以外的飽和區域內以充足的汲源(Drain Source)電壓進行運作。Cs是保有T1閘極電壓的儲存電容，因此，畫素會再次得到供應電流，直到下一個訊框寫入為止。  

圖1中，簡易的單一電晶體電流源具有極大的成本優點，因為只需要一個電晶體就可透過OLED設定電流。簡易電路的缺點是電流會產生變化，變化的因素包括會造成通道寬度與長度變更的製程變化，以及T1各畫素的臨界電壓(Threshold Voltage)V_th。

圖1　含電流來源電晶體T1及控制開關T2的簡易AMOLED驅動電路

為了將這些影響降至最低，OLED背板製程須要經過準確控制，使各畫素達到相同的電晶體特性。第二項對OLED電流造成的影響是，環境溫度會直接影響T1的臨界電壓。V_DD與T1閘極之間的電壓會設定流經OLED的電流，因此，V_DD的任何電壓變化都會影響流經OLED的電流，而且也會影響亮度。所以，提供V_DD的電源供應必須相當準確，才能達到最佳的畫質，以避免任何影像閃爍或模糊不清的情況發生。  

V_ss通常是負電壓，因為此電壓幾乎不會影響LED電流，所以其準確度須要降低。對於提供適用電源供應的IC製造商而言，這是一大挑戰，因為製造商須要提供相當準確的正電壓軌VDD與負電壓軌V_ss，以達到最低的元件高度與最小的解決方案尺寸。  

尤其當電源供應晶片用於手機時，對於全球行動通訊系統(GSM)傳輸期間常發生的壓降，正電壓軌應該抑制此電池壓降所造成的任何輸入電壓變化。除此之外，IC應該選擇寬輸入電壓的鋰電池(2.3～4.5伏特)以其最高效能進行運作，進而維持電池使用壽命。  

為符合這些要求，設計人員須選擇全新的電源供應拓撲，以便在只使用單一電感的情況下，從鋰電池提供正輸出電壓軌與負輸出電壓軌。  

SIMO穩壓器技術可實現出色畫質  

圖2為採用最新單一電感多重輸出(SIMO)穩壓器技術所設計的電源IC應用電路，並且以具備四個開關的升降壓轉換器拓撲進行運作。

圖2　支援雙重輸出的電源晶片升降壓專換器拓撲

圖3顯示對應的電感電流。在第一次切換週期中，電感的充電電流是從輸入流向接地。在第二次切換週期中，電感會同時放電至正負輸出終端。由於電感是同時放電至正負輸出終端，因此IC的固定峰值電流控制會將相同的電量A傳送到輸出，完全與輸入電壓無關。

圖3　SIMO穩壓器的電感電流及絕佳線路暫態回應示意

圖3還顯示不同輸入電壓位準的兩個不同切換週期，其中傳送到輸出的電量A對兩個不同的輸入電壓均保持一致。  

SIMO技術可達到同級產品中最佳的線路暫態調節、兩個輸出的升降壓模式，以及整體負載電流範圍的最高效率。  

進階節能模式有助提升效率  

所有電池供電的設備皆只有在使用的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。  

當OLED顯示器以低功耗模式運作時，這一點特別重要。對於手機的主顯示幕，情況便是如此。只有在以額定與最高操作電流進行運作的一段短時間內，主顯示幕才會完全通電，而在大多數的時間內，顯示幕是以低功耗模式進行運作。這也是AMOLED顯示技術能比TFT-LCD技術更省電的主要原因之一。  

為讓AMOLED的省電特性發揮到淋漓盡致，手機在進行系統設計時，可運用更進階的節能模式，以在顯示器負載電流下降時減低轉換器的切換頻率。  

值得一提的是，由於頻率轉換是透過壓控振盪器(VCO)所完成，因此能夠將可能的電磁干擾(EMI)問題降至最低，並且能夠將切換頻率的最小值控制在一般為40kHz的音訊範圍以外，這可避陶瓷輸入或輸出電容所產生的雜音。  

在手機應用中，設計人員如欲導入AMOLED顯示器，務必要特別注意雜音與EMI問題，如果能在設計初期便將這些項目納入考量，將有助於簡化整個系統設計流程。  

顯示/驅動分進合擊　OLED前景一片光明  

由於OLED顯示器技術尚在起步階段，特別是AMOLED，在節能、提升OLED效率以及將整體解決方案尺寸降至最低等方面，未來還有很多可以進一步改善的空間。  

除了面板本身的進步外，由於OLED所使用的驅動技巧有別於其他顯示技術，因此驅動晶片至今仍未徹底最佳化，待未來更優化的晶片解決方案 問世後，亦可帶動AMOLED顯示器支援更多功能與應用。在顯示面板與驅動晶片技術持續進化之際，可預期的是，OLED顯示的未來將會是一片光明。  

(本文作者為德州儀器顯示器電源轉換器部門系統工程經理)