开题报告 - -AMOLED像素驱动电路设计 - 图文

附件4

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

二〇一〇 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。

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姓 名 专 业 开题时间 学 制 四年 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 ① 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[1]?[2]。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[3]。 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[4]?[5]。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。 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。 ② 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[5]。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[6]，同时a-Si TFT技术存在着过高的光敏感性问题[7]。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

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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[5]。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[8]。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[6]?[16]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。 ③ 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[6][10]。吉林大学司玉娟等[6]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

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像素驱动电路设计分析提供依据。Sanford等[10]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[11]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[12]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[13]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[14][15]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?C升至60?C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% 。 ④ 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。

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⑤ 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)：257-261 [3] 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)：140-144 [4] 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)：667-670 [5]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)：49-51 [8] A. Nathan, G. R. Chaji, and S. J. Ashtiani, “Driving schemes for a-Si and LTPS AMOLED displays,” J. Display Technol., vol. 1, no. 2, pp. 267–277, Dec. 2005. [9] J. H. Lee , W. J. Nam , B. K. Kim , H. S. Choi , Y. M. Ha and M. K. Han \new poly-Si TFT current-mirror pixel for active matrix organic light emitting diode\[10] J. L. Sanford and F. R. Libsch, “Vt compensation performance of voltage data AMOLED pixel circuits,” in Proc. IDRC, 2003, pp. 38–40. [11]R.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 circuit compensating the threshold voltage shift of a-Si:H TFT and OLED for active matrix OLED,” IEEE Electron Device Lett., vol. 26, no. 12, pp.897–899, Dec. 2005. [13] C. L. Lin and Y. C. Chen, “A novel LTPS-TFT pixel circuit compensating for TFT threshold-voltage shift and OLED degradation for AMOLED，” IEEE Electron Device Lett., vol. 28, no. 2, pp. 129–131,Feb. 2007.

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[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.H. Tai, Y.J. Kuo, C.C. Tsai and H.C. Cheng, “New pixel circuits for driving active matrix organic light emitting diodes,” Solid-State Electron 50 (2) (2006), pp. 272–275 [16] Chih-Lung Lin, Tsung-Ting Tsai, “A Novel Voltage Driving Method Using 3-TFT Pixel Circuit for AMOLED,” IEEE Electron Device Letters, vol. 28, no.6, pp. 489-491, June 2007. 指导教师意见： 签 名： 年 月 日 备注： 1、要有10篇以上相关文章的阅读量。 2、理、工科开题报告撰写不少于2500字，人文社科开题报告不少于3500字，包括论文选题的背景和意义、工作任务分析、调研报告、方案拟定与分析、毕业论文撰写提纲及实施计划、文献综述（理、工科可不提交文献综述）等。 3、电脑打印，用A4纸，页边距左边3.2cm，右边2.54cm,上下边距2.54cm，在左边装订；内容为小四号宋体，行距为固定值20磅。 4、文献综述（按文献综述格式打印）附在开题报告后面一起装订。

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