理工科专业AMOLED像素驱动电路设计开题报告.doc

本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。附件4华南理工大学本科毕业设计（论文）开题报告论文题目 AMOLED像素驱动电路设计 班 级 姓 名 学 号 指导教师 填表日期 二一 年 3 月说 明1、 毕业设计的开题报告是保证毕业设计质量的一个重要环节，为规范毕业设计的开题报告，特印发此表。2、 学生应在开题报告前，通过调研和资料搜集，主动与指导教师讨论，在指导教师的指导下，完成开题报告。3、 此表一式三份，一份交学院装入毕业设计（论文）档案袋，一份交指导教师，一份学生自存。4、 开题报告需经各系或论文指导小组讨论、学院教学指导委员会审查合格后，方可正式进入下一步毕业设计（论文）阶段。姓 名开题时间学 制四年专 业指导教师*教授论文题目：AMOLED像素驱动电路设计开题报告内容 项目研究的背景和意义 有机发光显示器(OLEDs)是当今平板显示器研究领域的热点之一。与液晶显示器(LCD)相比,OLEDs具有低能耗、生产成本低(比液晶低20%30%) 、自发光、宽视角、工艺简单、成本低、温度适应性好、响应速度快等优点。目前,在手机、PDA、数码相机等小屏显示应用领域OLEDs已经开始取代传统的LCD 显示屏。OLED显示器驱动方式可分为两种类型：无源矩阵OLED（Passive Matrix OLED,简称PMOLED）和有源矩阵OLED(Active Matrix OLED，简称AMOLED)。PMOLED采用行列扫描的方式驱动相应的像素发光,具有结构简单,生产成本低的优点,但器件能耗高,分辨率有限,器件寿命和显示品质也无法同TFT-LCD 相抗衡。在AMOLED 中,每个发光像素都有独立的TFT电路驱动,不存在交叉串扰问题,亮度、寿命以及分辨率等都较PMOLED 有大幅提高。由于显示器未来发展趋势是向着高精细画质应用，PMOLED驱动方式已无法满足要求。因此，发展AMOLED驱动技术，解决有机发光显示器的“瓶颈”问题显得日益迫切。像素驱动电路的设计是AMOLED显示器的核心技术内容，具有重要研究意义。本项目致力于基于薄膜晶体管（TFT）的AMOLED显示器像素驱动电路的研究与实现。 工作任务分析目前，应用于AMOLED的薄膜晶体管主要有非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)和低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)，二者实现量产的优势最大。a-Si TFT与LTPS TFT相比具有工艺简单、价格低、制备成品率高、关态漏电流小等优点。但a-Si TFT载流子迁移率低，器件的尺寸要比LTPS TFT大得多，而且驱动电压和信号电压都比较大，这些不利因素会造成显示屏像素开口率下降、OLED的寿命缩短，同时a-Si TFT技术存在着过高的光敏感性问题。LTPS TFT具有较高的载流子迁移率，相比于非晶硅工艺，其特征尺寸可以做到更小，增加OLED像素的开口率，还可以实现将显示器的外围驱动电路集成于显示器的周边。OLED有源矩阵驱动方式可分为电流编程模式和电压编程模式。电流编程是在数据线上提供一恒定电流通过电流镜的作用控制OLED上流过的电流，即根据通入电流的大小控制像素的明暗程度(灰阶)。文献4和9是采用电流编程模式。采用电流编程技术的AMOLED画面具有自动补偿LTPS TFT器件差异的功能，由此能提供高均匀度及高精细的画质表现，但在低色阶区电流写入不足。在电流编程之前还需要以电压驱动一小段时间使OLED本身的寄生电容预充电(precharge)使OLED的两端电压达到导通电压,导致建立时间长，扫描频率不能太高，限制了电流编程模式只适用于中小尺寸显示。另外,电流镜设计中一般要求至少两个LTPS TFT的物理特性是一致的（阈值电压、迁移率等相同），对于目前的多晶硅工艺这是很难实现的。 电压编程模式是在数据线上使用电压信号控制流经OLED的电流而决定像素的明暗程度。电压编程模式结构简单，开口率高，像素充电迅速，功耗小，控制方便，外围驱动芯片设计容易、成本低。通过像素驱动电路的设计可补偿LTPS TFT阈值电压的差异及OLED导通电压随时间退化，还可以补偿大面积显示中电源线寄生电阻引起的电压降，但无法补偿TFT中载流子迁移率的差异。尽管如此，可以通过优化LTPS TFT制备工艺提高迁移率的均匀性。 最简单的AMOLED像素驱动电路如右图所示，包含两个薄膜晶体管(TFT)和一个存储电容（简称2T1C电路），其中一个开关 (switching) TFT，一个驱动（driving）TFT。当扫描线(scan line)开启时，外部电路送入电压数据信号经由开关TFT存储在存储电容(Cs)中，此电压信号控制驱动TFT导通电流大小，也就决定了OLED的灰阶；当扫描线关闭时，存储于Cs中的电压仍能保持驱动TFT在导通状态，故能在一个画面时间内维持OLED的固定电流。 与TFT-LCD利用稳定的电压控制亮度不同，OLED器件属于电流驱动，需要稳定的电流来控制发光。由于制程和器件老化等原因，各个像素点驱动管TFT的阈值电压存在不均匀性，这样导致流过各个像素点OLED的电流会发生变化，影响图像显示的均匀性。因此有必要对像素电路提出补偿，使流过各个像素点的电流非均匀些控制在一定的范围之内。很多文献在仿真的过程中，将OLED器件作为一个二极管和电容的并联，本项目中采用的OLED模型也是将一个二极管和电容并联。本项目采用EDA仿真软件Hspice，对设计的AMOLED像素驱动电路进行模拟仿真，并提取出合理的参数，实现对驱动管TFT阈值漂移的补偿。 国内外研究现状2T1C像素驱动电路结构简单，像素开口率高，适合大批量生产，因此2T1C电路的研究吸引了不少研究单位。吉林大学司玉娟等曾经做过传统AMOLED像素驱动电路的仿真研究，在合理选择Poly-Si TFT模型参数的基础上, 对2T1C像素驱动电路进行详细分析, 总结出驱动电路的合理工作参量, 并详细分析它们的变化对驱动电路的影响, 为像素驱动电路设计分析提供依据。Sanford等把OLED器件不仅作为发光器件，而且把它作为一个电容使用，提出了一种可以补偿阈值漂移的2T1C电路，但是它并不能完全消除阈值漂移的影响。此外多个研究单位提出了多于2个TFT的TFT补偿电路。1998年R.Dawson等首先提出了四个TFT和二个电容的补偿电路，它不但可以补偿值电压的改变，还可以减少电源线寄生电阻导致的电压降，与传统2T1C驱动电路相比，可以使得面板的亮度更加均匀。J.H.Lee等提出了一种基于氢化非晶硅薄膜晶体管（a-Si:H TFT）可补偿阈值漂移的6T1C像素驱动电路，实验表明文献12中所设计的像素驱动电路随着工作时间的变化，流过OLED的电流只有7%的衰减，远远小于传统2T1C电路的28%，仿真和实验都表明这种6T1C电路能够维持相当的电流稳定性，从而保持面板发光亮度的基本不变。C.L.Lin等提出了一种改进型的电路，这款基于Poly-Si TFT 的5T1C 像素电路采用光学反馈的方式，不仅消除了Poly-Si TFT的驱动管阈值电压不均造成的像素点发光亮度不均，而且弥补了由于OLED本身的退化导致的发光亮度下降。同时，相比于文献12,文献13少了一个晶体管从而提高了像素的开口率。文献1415均是五个TFT和一个电容的像素驱动电路，对LTPS TFT的驱动管由于制程工艺造成阈值电压不均提出了补偿，提高了像素点的发光均匀程度。文献11-15的像素电路使用了多个TFT，导致控制线路复杂，降低了像素点的开口率，基于此文献16提出了三个TFT和一个电容的补偿电路，这个电路不需要驱动管TFT的阈值产生阶段，从而控制信号波形与传统2T1C电路一样简单。以上像素补偿电路11-16皆是基于电压编程模式。文献9提出了一种基于电流编程的4T1C电路，仿真和实验同时证明该电路能够补偿低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS-TFT）的阈值电压和迁移率的不均。当像素点温度从27升至60时，该4T1C电路流过OLED的电路仅增加了1.5%，而传统2T1C电路流过OLED的电流将增加37% 。 毕业设计项目实施计划及进度第1-2周：阅读相关文献资料及撰写毕业设计开题报告。第3-4周：优化传统2T1C像素电路设计参数，2T1C电路动态分析和仿真，进一步熟悉Hspice和AIM-spice仿真软件的使用。第5-6周：研究文献13中的像素电路，提取OLED器件、存储电容和TFT器件的模型参数。第7-8周：进一步阅读文献，找像素电路设计的灵感，并构思新的阈值补偿电路拓扑结构。第9-12周：仿真分析新的电路拓扑，并提取出合理的模型和工艺参数。第13-14周：撰写毕业设计报告，准备毕业答辩。第15周：毕业答辩。 参考文献1黄春辉，李富友，黄维.有机电致发光材料与器件导论M.上海：复旦大学出版社.2005.第一章.2 司玉娟, 冯凯, 郎六琪, 刘式墉. 一种有源有机发光显示屏(AM-OLED)驱动电路的设计J. 发光学报, 2005, (02)：257-2613 刘小灵, 刘汉华, 郑学仁, 李斌, 冯秉刚, 彭俊彪. OLED点阵驱动电路设计及OLED驱动特性研究J. 液晶与显示, 2005, (02)：140-1444 郭英英, 李荣玉, 梁宝闻, 王帅, 陈秀锦. AM-OLED四管像素驱动电路特性研究J. 液晶与显示, 2008, (06)：667-6705陈金鑫，黄孝文.OLED有机电致发光材料与器件M.北京：清华大学出版社，2007.第九章.6 司玉娟,李春星,刘式墉. 有源OLED两管TFT像素驱动电路的仿真研究J. 发光学报, 2002, 23(05)：518-522 .7李震梅, 董传岱. AM-OLED像素驱动电路的研究J. 电视技术, 2004, (12)：49-518 A. Nathan, G. R. Chaji, and S. J. Ashtiani, “Driving schemes for a-Si andLTPS AMOLED displays,” J. Display Technol., vol. 1, no. 2, pp. 267277,Dec. 2005.9 J. H. Lee , W. J. Nam , B. K. Kim , H. S. Choi , Y. M. Ha and M. K. Han A new poly-Si TFT current-mirror pixel for active matrix organic light emitting diode, IEEE Electron Device Lett., vol. 27, pp. 830 2006. 10 J. L. Sanford and F. R. Libsch, “Vt compensation performance of voltagedata AMOLED pixel circuits,” in Proc. IDRC, 2003, pp. 3840.11R.Dawson, Z. Shen, D.A. Furst, S. Connor, J. Hsu,M.G. Kane, R.G. Stewart, A. Ipri, C.N. King, P.J.Green, R.T. Flegal, S. Pearson, W.A. Barrow, E.Dickey, K. Ping, S. Robinson, C.W. Tang, S. VanSlyke, F. Chen, J. Shi, J.C. Sturm and M.H. Lu,“Design of an Improved Pixel for a Polysilicon Active-Matrix Organic LED Display,” SID, International Symposium Proceedings, 1998, pg. 11.12 J. H. Lee, J. H. Kim, and M. K. Han, “A new a-Si:H TFT pixel circuitcompensating the threshold voltage shift of a-Si:H TFT and OLED for active matrix OLED,” IEEE Electron Device Lett., vol. 26, no. 12, pp.897899, Dec. 2005.13 C. L. Lin and Y. C. Chen, “A novel LTPS-TFT pixel circuit compensatingfor TFT threshold-voltage shift and OLED degradation for AMOLED，” IEEE Electron Device Lett., vol. 28, no. 2, pp. 129131,Feb. 2007.14 H.Y.Lu, P.T.Liu,T.C.Chang, S.Chi. “Enhancement of brightness uniformity by a new voltage-modulated pixel design for AMOLED displays.” IEEE Electron Device Letters. 2006, 27(9):743-745.15 B.T. Chen, Y.