論文題目： AMOLED像素驅(qū)動電路設(shè)計
開題報告內(nèi)容
�、� 項目研究的背景和意義
有機發(fā)光顯示器(OLEDs)是當今平板顯示器研究領(lǐng)域的熱點之一。與液晶顯示器(LCD)相比,OLEDs具有低能耗、生產(chǎn)成本低(比液晶低 20%～30%) 、自發(fā)光、寬視角、工藝簡單、成本低、溫度適應(yīng)性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點 。目前,在手機、PDA、數(shù)碼相機等小屏顯示應(yīng)用領(lǐng)域OLEDs已經(jīng)開始取代傳統(tǒng)的LCD 顯示屏 。
OLED顯示器驅(qū)動方式可分為兩種類型：無源矩陣OLED(Passive Matrix OLED,簡稱PMOLED)和有源矩陣OLED(Active Matrix OLED，簡稱AMOLED)。PMOLED采用行列掃描的方式驅(qū)動相應(yīng)的像素發(fā)光,具有結(jié)構(gòu)簡單,生產(chǎn)成本低的優(yōu)點,但器件能耗高,分辨率有限,器件壽命和顯示品質(zhì)也無法同TFT-LCD 相抗衡。在AMOLED 中,每個發(fā)光像素都有獨立的TFT電路驅(qū)動,不存在交叉串擾問題,亮度、壽命以及分辨率等都較PMOLED 有大幅提高 。由于顯示器未來發(fā)展趨勢是向著高精細畫質(zhì)應(yīng)用，PMOLED驅(qū)動方式已無法滿足要求。因此，發(fā)展AMOLED驅(qū)動技術(shù)，解決有機發(fā)光顯示器的“瓶頸”問題顯得日益迫切。
像素驅(qū)動電路的設(shè)計是AMOLED顯示器的核心技術(shù)內(nèi)容，具有重要研究意義。本項目致力于基于薄膜晶體管(TFT)的AMOLED顯示器像素驅(qū)動電路的研究與實現(xiàn)。
�、� 工作任務(wù)分析
目前，應(yīng)用于AMOLED的薄膜晶體管主要有非晶硅薄膜晶體管(a-Si TFT)和低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPS TFT)，二者實現(xiàn)量產(chǎn)的優(yōu)勢最大 。a-Si TFT與LTPS TFT相比具有工藝簡單、價格低、制備成品率高、關(guān)態(tài)漏電流小等優(yōu)點。但a-Si TFT載流子遷移率低，器件的尺寸要比LTPS TFT大得多，而且驅(qū)動電壓和信號電壓都比較大，這些不利因素會造成顯示屏像素開口率下降、OLED的壽命縮短 ，同時a-Si TFT技術(shù)存在著過高的光敏感性問題 。LTPS TFT具有較高的載流子遷移率，相比于非晶硅工藝，其特征尺寸可以做到更小，增加OLED像素的開口率，還可以實現(xiàn)將顯示器的外圍驅(qū)動電路集成于顯示器的周邊。
OLED有源矩陣驅(qū)動方式可分為電流編程模式和電壓編程模式。電流編程是在數(shù)據(jù)線上提供一恒定電流通過電流鏡的作用控制OLED上流過的電流，即根據(jù)通入電流的大小控制像素的明暗程度(灰階)。文獻[4]和[9]是采用電流編程模式。采用電流編程技術(shù)的AMOLED畫面具有自動補償LTPS TFT器件差異的功能，由此能提供高均勻度及高精細的畫質(zhì)表現(xiàn)，但在低色階區(qū)電流寫入不足 。在電流編程之前還需要以電壓驅(qū)動一小段時間使OLED本身的寄生電容預(yù)充電(precharge)使OLED的兩端電壓達到導(dǎo)通電壓,導(dǎo)致建立時間長，掃描頻率不能太高，限制了電流編程模式只適用于中小尺寸顯示 。另外,電流鏡設(shè)計中一般要求至少兩個LTPS TFT的物理特性是一致的(閾值電壓、遷移率等相同)，對于目前的多晶硅工藝這是很難實現(xiàn)的。 電壓編程模式是在數(shù)據(jù)線上使用電壓信號控制流經(jīng)OLED的電流而決定像素的明暗程度。電壓編程模式結(jié)構(gòu)簡單，開口率高，像素充電迅速，功耗小，控制方便，外圍驅(qū)動芯片設(shè)計容易、成本低。通過像素驅(qū)動電路的設(shè)計可補償LTPS TFT閾值電壓的差異及OLED導(dǎo)通電壓隨時間退化，還可以補償大面積顯示中電源線寄生電阻引起的電壓降，但無法補償TFT中載流子遷移率的差異。盡管如此，可以通過優(yōu)化LTPS TFT制備工藝提高遷移率的均勻性。
最簡單的AMOLED像素驅(qū)動電路如右圖所示，包
含兩個薄膜晶體管(TFT)和一個存儲電容(簡稱2T1C
電路)，其中一個開關(guān) (switching) TFT，一個驅(qū)動
(driving)TFT。當掃描線(scan line)開啟時，外
部電路送入電壓數(shù)據(jù)信號經(jīng)由開關(guān)TFT存儲在存儲電
容(Cs)中，此電壓信號控制驅(qū)動TFT導(dǎo)通電流大小，
也就決定了OLED的灰階;當掃描線關(guān)閉時，存儲于Cs中的電壓仍能保持驅(qū)動TFT在導(dǎo)通狀態(tài)，故能在一個畫面時間內(nèi)維持OLED的固定電流。
與TFT-LCD利用穩(wěn)定的電壓控制亮度不同，OLED器件屬于電流驅(qū)動，需要穩(wěn)定的電流來控制發(fā)光。由于制程和器件老化等原因，各個像素點驅(qū)動管 TFT的閾值電壓存在不均勻性，這樣導(dǎo)致流過各個像素點OLED的電流會發(fā)生變化，影響圖像顯示的均勻性。因此有必要對像素電路提出補償，使流過各個像素點的電流非均勻些控制在一定的范圍之內(nèi)。很多文獻 在仿真的過程中，將OLED器件作為一個二極管和電容的并聯(lián)，本項目中采用的OLED模型也是將一個二極管和電容并聯(lián)。本項目采用EDA仿真軟件 Hspice，對設(shè)計的AMOLED像素驅(qū)動電路進行模擬仿真，并提取出合理的參數(shù)，實現(xiàn)對驅(qū)動管TFT閾值漂移的補償。
�、� 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2T1C像素驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，像素開口率高，適合大批量生產(chǎn)，因此2T1C電路的研究吸引了不少研究單位 。吉林大學(xué)司玉娟等 曾經(jīng)做過傳統(tǒng)AMOLED像素驅(qū)動電路的仿真研究，在合理選擇Poly-Si TFT模型參數(shù)的基礎(chǔ)上, 對2T1C像素驅(qū)動電路進行詳細分析, 總結(jié)出驅(qū)動電路的合理工作參量, 并詳細分析它們的變化對驅(qū)動電路的影響, 為像素驅(qū)動電路設(shè)計分析提供依據(jù)。Sanford等 把OLED器件不僅作為發(fā)光器件，而且把它作為一個電容使用，提出了一種可以補償閾值漂移的2T1C電路，但是它并不能完全消除閾值漂移的影響。
此外多個研究單位提出了多于2個TFT的TFT補償電路。1998年R.Dawson等 首先提出了四個TFT和二個電容的補償電路，它不但可以補償值電壓的改變，還可以減少電源線寄生電阻導(dǎo)致的電壓降，與傳統(tǒng)2T1C驅(qū)動電路相比，可以使得面板的亮度更加均勻。J.H.Lee等 提出了一種基于氫化非晶硅薄膜晶體管(a-Si:H TFT)可補償閾值漂移的6T1C像素驅(qū)動電路，實驗表明文獻[12]中所設(shè)計的像素驅(qū)動電路隨著工作時間的變化，流過OLED的電流只有7%的衰減，遠遠小于傳統(tǒng)2T1C電路的28%，仿真和實驗都表明這種6T1C電路能夠維持相當?shù)碾娏鞣�(wěn)定性，從而保持面板發(fā)光亮度的基本不變。C.L.Lin等 提出了一種改進型的電路，這款基于Poly-Si TFT 的5T1C 像素電路采用光學(xué)反饋的方式，不僅消除了Poly-Si TFT的驅(qū)動管閾值電壓不均造成的像素點發(fā)光亮度不均，而且彌補了由于OLED本身的退化導(dǎo)致的發(fā)光亮度下降。同時，相比于文獻[12],文獻[13]少了一個晶體管從而提高了像素的開口率。文獻[14][15]均是五個TFT和一個電容的像素驅(qū)動電路，對LTPS TFT的驅(qū)動管由于制程工藝造成閾值電壓不均提出了補償，提高了像素點的發(fā)光均勻程度。文獻[11]-[15]的像素電路使用了多個TFT，導(dǎo)致控制線路復(fù)雜，降低了像素點的開口率，基于此文獻[16]提出了三個TFT和一個電容的補償電路，這個電路不需要驅(qū)動管TFT的閾值產(chǎn)生階段，從而控制信號波形與傳統(tǒng)2T1C電路一樣簡單。以上像素補償電路[11]-[16]皆是基于電壓編程模式。文獻[9]提出了一種基于電流編程的4T1C電路，仿真和實驗同時證明該電路能夠補償?shù)蜏囟嗑Ч璞∧ぞw管(LTPS-TFT)的閾值電壓和遷移率的不均。當像素點溫度從27 升至60 時，該4T1C電路流過OLED的電路僅增加了1.5%，而傳統(tǒng)2T1C電路流過OLED的電流將增加37% 。
�、� 畢業(yè)設(shè)計項目實施計劃及進度
第1-2周：閱讀相關(guān)文獻資料及撰寫畢業(yè)設(shè)計開題報告。
第3-4周：優(yōu)化傳統(tǒng)2T1C像素電路設(shè)計參數(shù)，2T1C電路動態(tài)分析和仿真，進一步熟悉Hspice和AIM-spice仿真軟件的使用。
第5-6周：研究文獻[13]中的像素電路，提取OLED器件、存儲電容和TFT器件的模型參數(shù)。
第7-8周：進一步閱讀文獻，找像素電路設(shè)計的靈感，并構(gòu)思新的閾值補償電路拓撲結(jié)構(gòu)。
第9-12周：仿真分析新的電路拓撲，并提取出合理的模型和工藝參數(shù)。
第13-14周：撰寫畢業(yè)設(shè)計報告，準備畢業(yè)答辯。
第15周：畢業(yè)答辯。
�、� 參考文獻
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