理工科畢業(yè)論文開(kāi)題報告范文

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　　論文題目：AMOLED像素驅動(dòng)電路設計

　�、� 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(diǎn)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(jiǎn)單、成本低、溫度適應性好、響應速度快等優(yōu)點(diǎn) 。目前,在手機、PDA、數碼相機等小屏顯示應用領(lǐng)域OLEDs已經(jīng)開(kāi)始取代傳統的LCD 顯示屏 。

　　OLED顯示器驅動(dòng)方式可分為兩種類(lèi)型：無(wú)源矩陣OLED(Passive Matrix OLED,簡(jiǎn)稱(chēng)PMOLED)和有源矩陣OLED(Active Matrix OLED，簡(jiǎn)稱(chēng)AMOLED)。PMOLED采用行列掃描的方式驅動(dòng)相應的像素發(fā)光,具有結構簡(jiǎn)單,生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn),但器件能耗高,分辨率有限,器件壽命和顯示品質(zhì)也無(wú)法同TFT-LCD 相抗衡。在A(yíng)MOLED 中,每個(gè)發(fā)光像素都有獨立的TFT電路驅動(dòng),不存在交叉串擾問(wèn)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(lái)發(fā)展趨勢是向著(zhù)高精細畫(huà)質(zhì)應用，PMOLED驅動(dòng)方式已無(wú)法滿(mǎn)足要求。因此，發(fā)展AMOLED驅動(dòng)技術(shù)，解決有機發(fā)光顯示器的“瓶頸”問(wèn)題顯得日益迫切。

　　像素驅動(dòng)電路的設計是AMOLED顯示器的核心技術(shù)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(dòng)電路的研究與實(shí)現。

　�、� 工作任務(wù)分析

　　目前，應用于A(yíng)MOLED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(shí)現量產(chǎn)的優(yōu)勢最大 。a-Si TFT與LTPS TFT相比具有工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低、制備成品率高、關(guān)態(tài)漏電流小等優(yōu)點(diǎn)。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(dòng)電壓和信號電壓都比較大，這些不利因素會(huì )造成顯示屏像素開(kāi)口率下降、OLED的壽命縮短 ，同時(shí)a-Si TFT技術(shù)存在著(zhù)過(guò)高的光敏感性問(wèn)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(kāi)口率，還可以實(shí)現將顯示器的外圍驅動(dòng)電路集成于顯示器的周邊。

　　OLED有源矩陣驅動(dòng)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(xiàn)上提供一恒定電流通過(guò)電流鏡的作用控制OLED上流過(guò)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(shù)的AMOLED畫(huà)面具有自動(dòng)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(huà)質(zhì)表現，但在低色階區電流寫(xiě)入不足 。在電流編程之前還需要以電壓驅動(dòng)一小段時(shí)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(shí)間長(cháng)，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(gè)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(shí)現的。 電壓編程模式是在數據線(xiàn)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。電壓編程模式結構簡(jiǎn)單，開(kāi)口率高，像素充電迅速，功耗小，控制方便，外圍驅動(dòng)芯片設計容易、成本低。通過(guò)像素驅動(dòng)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(shí)間退化，還可以補償大面積顯示中電源線(xiàn)寄生電阻引起的電壓降，但無(wú)法補償TFT中載流子遷移率的差異。盡管如此，可以通過(guò)優(yōu)化LTPS TFT制備工藝提高遷移率的均勻性。

　　最簡(jiǎn)單的AMOLED像素驅動(dòng)電路如右圖所示，包含兩個(gè)薄膜晶體管(TFT)和一個(gè)存儲電容(簡(jiǎn)稱(chēng)2T1C電路)，其中一個(gè)開(kāi)關(guān) (switching) TFT，一個(gè)驅動(dòng)(driving)TFT。當掃描線(xiàn)(scan line)開(kāi)啟時(shí)，外部電路送入電壓數據信號經(jīng)由開(kāi)關(guān)TFT存儲在存儲電容(Cs)中，此電壓信號控制驅動(dòng)TFT導通電流大小，也就決定了OLED的灰階;當掃描線(xiàn)關(guān)閉時(shí)，存儲于Cs中的電壓仍能保持驅動(dòng)TFT在導通狀態(tài)，故能在一個(gè)畫(huà)面時(shí)間內維持OLED的固定電流。

　　與TFT-LCD利用穩定的電壓控制亮度不同，OLED器件屬于電流驅動(dòng)，需要穩定的電流來(lái)控制發(fā)光。由于制程和器件老化等原因，各個(gè)像素點(diǎn)驅動(dòng)管TFT的閾值電壓存在不均勻性，這樣導致流過(guò)各個(gè)像素點(diǎn)OLED的電流會(huì )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(guò)各個(gè)像素點(diǎn)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(guò)程中，將OLED器件作為一個(gè)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(gè)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(dòng)電路進(jìn)行模擬仿真，并提取出合理的參數，實(shí)現對驅動(dòng)管TFT閾值漂移的補償。

　�、� 國內外研究現狀

　　2T1C像素驅動(dòng)電路結構簡(jiǎn)單，像素開(kāi)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(guò)傳統AMOLED像素驅動(dòng)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(dòng)電路進(jìn)行詳細分析, 總結出驅動(dòng)電路的合理工作參量, 并詳細分析它們的變化對驅動(dòng)電路的影響, 為像素驅動(dòng)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(gè)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(gè)研究單位提出了多于2個(gè)TFT的TFT補償電路。1998年R.Dawson等 首先提出了四個(gè)TFT和二個(gè)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(xiàn)寄生電阻導致的電壓降，與傳統2T1C驅動(dòng)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(dòng)電路，實(shí)驗表明文獻[12]中所設計的像素驅動(dòng)電路隨著(zhù)工作時(shí)間的變化，流過(guò)OLED的電流只有7%的衰減，遠遠小于傳統2T1C電路的28%，仿真和實(shí)驗都表明這種6T1C電路能夠維持相當的電流穩定性，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(jìn)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的驅動(dòng)管閾值電壓不均造成的像素點(diǎn)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(shí)，相比于文獻[12],文獻[13]少了一個(gè)晶體管從而提高了像素的開(kāi)口率。文獻[14][15]均是五個(gè)TFT和一個(gè)電容的像素驅動(dòng)電路，對LTPS TFT的驅動(dòng)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(diǎn)的發(fā)光均勻程度。文獻[11]-[15]的像素電路使用了多個(gè)TFT，導致控制線(xiàn)路復雜，降低了像素點(diǎn)的開(kāi)口率，基于此文獻[16]提出了三個(gè)TFT和一個(gè)電容的補償電路，這個(gè)電路不需要驅動(dòng)管TFT的閾值產(chǎn)生階段，從而控制信號波形與傳統2T1C電路一樣簡(jiǎn)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(shí)驗同時(shí)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(diǎn)溫度從27 升至60 時(shí)，該4T1C電路流過(guò)OLED的電路僅增加了1.5%，而傳統2T1C電路流過(guò)OLED的電流將增加37% 。

　�、� 畢業(yè)設計項目實(shí)施計劃及進(jìn)度

　　第1-2周：閱讀相關(guān)文獻資料及撰寫(xiě)畢業(yè)設計開(kāi)題報告。

　　第3-4周：優(yōu)化傳統2T1C像素電路設計參數，2T1C電路動(dòng)態(tài)分析和仿真，進(jìn)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(jìn)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(xiě)畢業(yè)設計報告，準備畢業(yè)答辯。

　　第15周：畢業(yè)答辯。

　�、� 參考文獻

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