原创 OLED 技术简介（三）

五．OLED的馈电

OLED还可以分成有源和无源两种，所谓无源阵列或者被动阵列（PMOLED）就是直接把各个像素的驱动电压加到各个像素点上。而有源阵列或者主动 阵列（AMOLED）就是和TFT－LCD一样，在每个像素后面还有一个薄膜晶体管（TFT）来驱动。在小屏幕的应用中，无源阵列就已经可以满足要求。主 动式的OLED比较省电，但在显示性能上，被动式的OLED的显示效果会更佳。

图六、被动式矩阵与主动式矩阵的电路原理

通常先选定某一列，然后在行的方向进行扫描。行和列都被选定的OLED就会发光。而主动式矩阵则多加了两个薄膜晶体管。第一个晶体管的栅极由列信号 选择，而其源极则由行信号选择。两个都被选中时晶体管导通，使得第二个晶体管也导通，电流就流经OLED，而使其发光。在有源矩阵中，所有的OLED的阴 极可以是连在一起的。称为连续式阴极。

OLED可以等效为一个二极管和一个电容并联。

图七. OLED的等效电路

在点亮OLED时，先要对电容充电，而电容上的电压直线上升，一直要充到二极管的开启电压时，二极管才会导通。这样OLED的点亮就会有延时。为了解决这个问题，需要对电容进行预充电。将其充到二极管开启之前一点。这样，其开启的速度就会很快（见图八）。

图八. 有预充电和没有预充电的比较

无源矩阵的整体结构如图九所示。

图九. 单色无源矩阵结构图

其中“行”是由公共驱动器依次选通，“列”则是由列选择器根据图形要求来开通。例如，图中假如第一行只有第一个OLED导通就只有大约0.3mA， 而假如第二行是所有OLLED都选通，而每一行一共有100个OLED，则其总电流大约为33mA。也就是说，其总电流是由每一行中的OLED数，就是其 象素数决定。因为OLED的亮度是由其电流决定的，所以保持电流的稳定是很重要的。列驱动通常采用P沟道器件作为电流源。为保证其工作于饱和区，至少需要 有2伏电压，这样其输出电流随VDS的变化将会小于1％每伏。当某一行有很多OLED导通时，它的总电流就比较大。这时在连接电极上就会有较大压降，从而 使VDS降低。而这种压降又取决于显示的图形，而且是不可避免的。所以必须将电流受VDS的变化而变化的灵敏度降至最低。同时输出电流的不均匀性也受到驱 动器件的不一致性的影响，这种不均匀性可以靠提高VGS工作电压和版图匹配技术来减小。

驱动IC通常和其它更多的器件集成在一起而进一步降低成本。包括显示存储器、定时控制器、CPU接口界面、振荡器、亮度控制电路、行和列驱动器、甚 至直流变换器（见图十）。因为通常便携式设备是由锂电池供电，其电压为3－4.2伏，而点亮OLED需要10伏以上的电压，所以直流升压变换器是必需的。

图十. 集成的单色无源矩阵OLED控制驱动芯片

无源矩阵PMOLED需要更大的电流来驱动，因而具有更高的压降。因此PMOLED要求高达20V的电压，其电流则是由像素数决定。而有源矩阵 AMOLED则由于电流低得多只需要低于10V的电压。PMOLED显示器的驱动电流范围为每列几十到几百微安，而AMOLED显示器则为每列几微安到几 十微安。超过10英寸的OLED，无源矩阵OLED的耗电就将会和LCD相当。所以大于10英寸的OLED通常都采用有源矩阵。

有源OLED矩阵通常采用和LCD类似的薄膜晶体管（TFT）作为驱动。而薄膜晶体管有两种制程，一种是非结晶硅，另一种是低温多晶硅。其性能比较如下表：

彩色OLED为了能够控制每一个像素的色彩，也必需采用有源矩阵。这时为了控制面板的亮度和色彩，通常TFT用作模拟元件而不是开关元件，以将这一 像素点的相应的R、G、B值传送到每一个像素的R、G、B发光点上去。但此时TFT的特性不稳定会引起画面亮度的变化。例如阈值电压的变化以及电子迁移率 的不稳定都会对显示造成影响。因此现在有一种新方法就是用控制导通的时间来改变其亮度。这样TFT就工作于开关状态，而其不稳定的影响就可以降低。过去采 用每个像素4个TFT晶体管的电路，现在新的方法是采用3个晶体管，T1、T2和PMOS管。其改进如下图所示：

图十一. 有源OLED的控制电路

在彩色OLED矩阵中，这个控制电路只代表了对R或G或B一个颜色的控制。所以一个像素就需要三个这样的电路。行和列的控制就和LCD屏非常类似。

结束语

早期的OLED显示屏主要为绿色单色显示屏。它主要应用于手机的副屏，低端MP3显示屏和汽车音响显示屏。现在彩色OLED显示屏已经日益成熟，开 始用于高端的MP3、MP4和手机的主屏中。估计明年开始，手机主屏、数码相机和摄录机的显示屏也将大量采用OLED屏，因为它在阳光下的显示性能远远比 LCD屏为好。日本Canon公司就准备明年自己生产OLED显示屏用于它的数码相机和摄录机中。

到目前为止，OLED仍在高速发展之中。一方面要不断提高其性能，另一方面还要使其批量生产设备能够标准化，以进一步降低成本。在性能方面，主要要 提高其寿命和提高亮度。而这两个方面也已经取得了可喜的成果。例如CDT的兰光材料寿命已经达到10万小时。Philips 公司联手德国Novaled公司研制出亮度为1000cd/m2、功效达25 lm/W的白光材料，而美国的UDC公司所开发的电致磷光OLED，其发光效率更高达30 lm/W，另一家是成立于1999年的ELAM-T公司，主要开发镧系金属有机化合物材料，功率效率已经超过70lm/W。这加快了OLED应用于照明的 步伐。大屏幕OLED显示屏的很多生产难点也都逐步解决。三星公司在2005年一月和五月相继推出了21寸和40寸的彩电就是一个例子（见下图）。日本的 EPSON公司也将推出大屏幕OLED彩电。

三星公司的40英寸OLED彩电，分辨率1280x800，最大屏幕亮度为600流明，最大黑白对比度为5000:1。耗电量只有100瓦。而面板厚度只有2.2厘米，可嵌入到3厘米厚的电视机中。这种电视机真的可以做到像油画一样地挂在墙上。

OLED的另一个最吸引人的特点就是可以做成可弯曲甚至折叠的显示屏(见下图)。

虽然这种卷在笔里的电脑显示器到目前为止还只是一种设想，但是估计过不了几年就会实现。所以OLED显示屏取代LCD已经是指日可待的事了。而中国 在这方面还非常落后，必需要加大投入，集中科研人员，迎头赶上才行。相信在各有关方面认识到这个问题以后，中国一定能够做到后来居上，站到这一行业的最前 列！