OLED發光材料測試電源控制部分的結構設計

    1 引 言

    有機電致發光(EL)器件，或稱有機發光二極管(OLED)的一般結構是在一金屬陰極和一透明陽極之間夾一層有機電致發光介質。在電極間施加一定的電壓后，這層發光介質就會發光。將OLED應用于平板顯示而制成顯示器被稱為有機發光顯示器，也叫OLED顯示器。與LCD相比，OLED具有主動發光，無視角問題；重量輕，厚度小；高亮度，高發光效率；發光材料豐富，易實現彩色顯示；響應速度快，動態畫面質量高；使用溫度范圍廣；可實現柔軟顯示；工藝簡單，成本低；抗震能力強等一系列的優點，因此他被專家稱為未來的理想顯示器。

    OLED雖然已有了長足進展并已給平板顯示領域帶來新的曙光，但是OLED技術仍然處在發展期，其中有機發光材料仍是OLED最主要的制約因素。由于有機電致發光的微觀世界難以直接觀測，故只能通過測量驅動電壓、電流、亮度、發光效率等參數指標，為分析發光機理提供一定的依據。本文研究的重點內容是利用單片機控制和功率變換技術，采用一臺自行設計的電壓、頻率、占空比均可調的驅動電源，作為分析有機電致發光材料的測試平臺，同時設計出電壓、頻率實時調整等不同的軟件模塊，使電源能在不同驅動方式下工作，實現了對不同狀態冷光片(有機電致發光介質)的性能測試。

    2 測試電源硬件結構

    本文采用的測試電源為交流脈沖電源，從電路功能上分為兩大部分：主電路和輔助電路。

    主電路包括：斬波調壓和全橋變換電路，產生峰值電壓、頻率和占空比均可調的交流脈沖電壓。

    輔助電路包括以下幾部分：

    1)控制電路，實現對斬波管、調頻管控制信號的產生，同時具有過流保護中斷、對電位器設定值進行A／D采樣和手動復位等功能。

    2)驅動電路，將控制電路產生的脈沖信號進行功率放大提供給各開關管，同時將主電路與控制電路進行強弱電間的隔離。

    3)緩沖電路，減少各開關管的開關瞬間的功耗，提高開關管在開關瞬間的安全性。

    4)過流保護電路，防止負載短路時瞬態電流過大，損壞元器件。

    5)峰值電壓采樣電路，為顯示電路提供0～5 V范圍的峰值電壓采樣值。

    6)輔助電源，為控制電路、驅動電路和顯示電路提供電源。電源整機電路方框圖如圖1所示。

    3 冷光片測試電源控制部分硬件結構設計

    3．1 控制芯片簡介

    驅動電源的控制芯片采用美國Microchip公司生產的PIC單片機。此系列單片機的硬件系統設計簡潔，指令系統設計精練。目前，已有多家著名半導體公司仿照PIC系列單片機，開發出與之引腳兼容的系列單片機。

    例如，美國SCENIX公司的SX系列、中國臺灣EMC公司的EM78P系列、中國臺灣MDT公司的MDT系列等。

    3．2控制電路設計簡介

    采用PIC819作為控制芯片，晶振選用20 MHz。一條指令執行時間為0.25 μs。如圖2為斬波調壓控制電路，圖3為調頻控制電路。

    4 冷光片測試電源控制部分軟件結構設計
　　
    為了實現對冷光片的亮度－電壓、亮度－頻率的測試，本文設計了電壓和頻率實時調整等不同的軟件模塊，實現了對不同狀態冷光片的性能測試。

    4．1 實時電壓調節

    電壓的調節是通過PIC819自帶的PWM輸出口控制的。他所完成的任務有：

    1)PIC內部自帶A／D轉換口，通過電位器調節設定PWM的占空比。

    2)為了使電源上電瞬間電壓不會突然增加到設定值，引起瞬間沖擊電流過大損壞冷光片，程序在初始狀態設定緩啟動程序能夠使電源開機后，電壓從0緩慢上升到設定電壓值。

    3)當主電路輸出電流過大時，過流保護電路觸發PIC的中斷控制端，中斷保護程序將PWM口清0，使斬波輸出電壓為0。

    PWM斬波頻率為20 kHz，通過電位器調節輸出占空比。由于主電路變壓器降壓后168 V交流輸人，整流濾波后電壓為200 V(帶負載情況下)，所以占空比控制在0～100％，則可斬波輸出0～200 V電壓。即PWM脈寬從0～50弘s。根據PIC芯片PWM脈寬寄存器賦值計算公式，得PWM脈寬寄存器賦值范圍為00H～OFAH。

    其程序設計流程如圖4所示。

    程序設計思路為：初始化，將PWM脈寬寄存器賦值為0。通過A／D轉換，將PWM的設定值采入單片機，并換算為PWM脈寬寄存器將要設定的值存入暫存器。然后比較暫存器與PWM脈寬寄存器的值，逐漸增加PWM脈寬寄存器的值到等于暫存器的值。每加"1"PWM脈寬寄存器的值時調20 ms定時時間。這樣就完成緩啟動程序。接著循環進行A／D采樣，將換算得到的設定值存入暫存器并比較他與PWM脈寬寄存器的值，不斷調整PWM脈寬寄存器的值，使之與暫存器的值相同。這樣可以實時調節PWM的脈寬，即實時調節斬波輸出的電壓。

    4．2 實時頻率調節

    頻率的調節是通過另外一片PICl6F819芯片實現的，控制電路如圖3。為了使波形穩定，程序采用非結構化設計。

    設計思想是：將兩組對管的開關控制狀態組合為4種循環狀態，引腳RA2，RA4在每一個狀態中，只有惟一確定的值：01，00，10，00，循環進行設置其狀態時間。在每一個周期內，執行A／D采樣程序。根據采樣頻率設定值和占空比設定值來計算各狀態時間。然后將以上工作插入各狀態時間內完成。這樣可以實時調節，實時采樣，并且不會影響輸出引腳狀態發生混亂。導通時間ton=周期T×占空比D，關斷時間toff=周期T一導通時間ton程序流程如圖5所示。

    結 語

    OLED特有的優勢符合未來理想顯示器的發展方向。本文根據OLED有機電致發光介質的特點，以自行設計的電源為測試平臺，通過不同模式的軟硬件組合控制，實現了有機電致發光介質的研究型測試和應用型測量，為進一步研究和應用無機電致發光材料提供了一個良好的測試平臺。