本科畢業(yè)設計論文開題報告

論文題目

AMOLED像素驅動電路設計

班

級

姓

名

學

號

指導教師

填表日期

二〇一九

年

月

說

明

1、畢業(yè)設計的開題報告是保證畢業(yè)設計質量的一個重要環(huán)節(jié)，為規(guī)范畢業(yè)設計的開題報告，特印發(fā)此表。

2、學生應在開題報告前，通過調研和資料搜集，主動與指導教師討論，在指導教師的指導下，完成開題報告。

3、此表一式三份，一份交學院裝入畢業(yè)設計（論文）檔案袋，一份交指導教師，一份學生自存。

4、開題報告需經各系或論文指導小組討論、學院教學指導委員會審查合格后，方可正式進入下一步畢業(yè)設計（論文）階段。

姓

名

開題時間

學

制

四年

專

業(yè)

指導教師

論文題目：

AMOLED像素驅動電路設計

開題報告內容

①

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域的熱點之一。與液晶顯示器(LCD)相比,OLEDs具有低能耗、生產成本低(比液晶低20%～30%)、自發(fā)光、寬視角、工藝簡單、成本低、溫度適應性好、響應速度快等優(yōu)點。目前,在手機、PDA、數碼相機等小屏顯示應用領域OLEDs已經開始取代傳統(tǒng)的LCD

顯示屏。

OLED顯示器驅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動相應的像素發(fā)光,具有結構簡單,生產成本低的優(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應用，PMOLED驅動方式已無法滿足要求。因此，發(fā)展AMOLED驅動技術，解決有機發(fā)光顯示器的“瓶頸”問題顯得日益迫切。

像素驅動電路的設計是AMOLED顯示器的核心技術內容，具有重要研究意義。本項目致力于基于薄膜晶體管（TFT）的AMOLED顯示器像素驅動電路的研究與實現(xiàn)。

②

工作任務分析

目前，應用于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)將顯示器的外圍驅動電路集成于顯示器的周邊。

OLED有源矩陣驅動方式可分為電流編程模式和電壓編程模式。電流編程是在數據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動一小段時間使OLED本身的寄生電容預充電(precharge)使OLED的兩端電壓達到導通電壓,導致建立時間長，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據線上使用電壓信號控制流經OLED的電流而決定像素的明暗程度。電壓編程模式結構簡單，開口率高，像素充電迅速，功耗小，控制方便，外圍驅動芯片設計容易、成本低。通過像素驅動電路的設計可補償LTPS

TFT閾值電壓的差異及OLED導通電壓隨時間退化，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

(switching)

TFT，一個驅動

（driving）TFT。當掃描線(scan

line)開啟時，外

部電路送入電壓數據信號經由開關TFT存儲在存儲電

容(Cs)中，此電壓信號控制驅動TFT導通電流大小，也就決定了OLED的灰階；當掃描線關閉時，存儲于Cs中的電壓仍能保持驅動TFT在導通狀態(tài)，故能在一個畫面時間內維持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，各個像素點驅動管TFT的閾值電壓存在不均勻性，這樣導致流過各個像素點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。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，對設計的AMOLED像素驅動電路進行模擬仿真，并提取出合理的參數，實現(xiàn)對驅動管TFT閾值漂移的補償。

③

國內外研究現(xiàn)狀

2T1C像素驅動電路結構簡單，像素開口率高，適合大批量生產，因此2T1C電路的研究吸引了不少研究單位。吉林大學司玉娟等曾經做過傳統(tǒng)AMOLED像素驅動電路的仿真研究，在合理選擇Poly-Si

TFT模型參數的基礎上,對2T1C像素驅動電路進行詳細分析,總結出驅動電路的合理工作參量,并詳細分析它們的變化對驅動電路的影響,為像素驅動電路設計分析提供依據。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致的電壓降，與傳統(tǒng)2T1C驅動電路相比，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像素驅動電路，實驗表明文獻[12]中所設計的像素驅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電路能夠維持相當的電流穩(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

像素電路采用光學反饋的方式，不僅消除了Poly-Si

TFT的驅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動電路，對LTPS

TFT的驅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，導致控制線路復雜，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，這個電路不需要驅動管TFT的閾值產生階段，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低溫多晶硅薄膜晶體管（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%。

④

畢業(yè)設計項目實施計劃及進度

第1-2周：閱讀相關文獻資料及撰寫畢業(yè)設計開題報告。

第3-4周：優(yōu)化傳統(tǒng)2T1C像素電路設計參數，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。

第7-8周：進一步閱讀文獻，找像素電路設計的靈感，并構思新的閾值補償電路拓撲結構。

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。

第13-14周：撰寫畢業(yè)設計報告，準備畢業(yè)答辯。

第15周：畢業(yè)答辯。

⑤

參考文獻

略

指導教師意見：

簽

名：

****年**月**日

備注：

1、要有10篇以上相關文章的閱讀量。

2、理、工科開題報告撰寫不少于2500字，人文社科開題報告不少于3500字，包括論文選題的背景和意義、工作任務分析、調研報告、方案擬定與分析、畢業(yè)論文撰寫提綱及實施計劃、文獻綜述（理、工科可不提交文獻綜述）等。

3、電腦打印，用A4紙，頁邊距左邊3.2cm，右邊2.54cm,上下邊距2.54cm，在左邊裝訂；內容為小四號宋體，行距為固定值20磅。

4、文獻綜述（按文獻綜述格式打?。└皆陂_題報告后面一起裝訂。