一种有源有机发光显示屏(AM-OLED)驱动电路的设计

介绍一种有源有机发光显示屏(AM-OLED)的驱动电路的设计方法。像素驱动电路采用常用的两管电路结构,依据此像素驱动电路,提出一种利用多晶硅TFT将部分外围驱动电路集成于衬底的设计方法和电路结构。采用互补的多晶硅TFT管设计屏上移位寄存器,传输门等模块,将部分外围驱动电路集成于OLED显示屏的衬底上,极大地减小了数据信号线的数目,降低了屏内信号线布线和屏外驱动电路的复杂程度。进一步讨论了利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计驱动AM-OLED显示屏专用集成芯片的设计方案。     

金属氧化物TFT阈值对LCD显示屏可靠性的影响

TFT的器件特性是影响氧化物TFT驱动的LCD显示屏良率的关键因素。本文研究了氧化物TFT的关键特性参数(阈值,稳定性)对窄边框LCD显示屏的良率和可靠性的影响。氧化物TFT阈值过负,将会导致TFT无法正常关断,而使显示屏的外围移位寄存器(VSR)电路失效。另外,在显示区域用于像素驱动的氧化物TFT的高温和背光照射下阈值持续负向漂移,最终会导致显示区域的驱动TFT漏电流过大,从而使显示屏出现串扰和残影不良。     

基于a-IGZO TFT的AMOLED像素电路稳定性的仿真研究

非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管(a-IGZO TFT)有望在有源矩阵有机发光显示(AMOLED)像素电路中得到实际应用,但其电压偏置效应仍会引起电路特性的不稳定。本文利用实验室制备的a-IGZO TFT器件进行参数提取并建立了SPICE仿真模型,通过拟合得到了它的阈值电压随时间变化的方程。在此基础上,采用SPICE软件对基于a-IGZO TFT的2T1C和3T1C两种AMOLED像素电路的稳定性进行了比较研究,证明3T1C电路对阈值电压偏移确实存在一定的补偿效果。最后讨论了进一步改善AMOLED像素电路稳定特性的方法和实际效果。     

大尺寸金属氧化物TFT面板设计分析

根据最基本的2T1C像素电路,建立了TFT各参数与AMOLED面板限制因素的计算模型。详细分析了AMOLED显示尺寸与TFT迁移率、金属方块电阻、刷新频率以及器件结构的关系。在大尺寸高分辨率AMOLED面板设计中,信号线RC延迟是主要限制因素。TFT迁移率的提高在一定范围内对大尺寸显示面板设计有利,降低RC延迟是实现大尺寸、高分辨率、高刷新频率显示的关键技术。开发铜布线技术和低寄生电容TFT器件结构是未来大尺寸AMOLED显示的关键技术。     

彩色有源OLED显示屏上像素仿真及外围驱动电路设计

有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode,OLED)由于高对比度、高亮度、超薄、低功耗、宽视野、快响应速度等特性,日益引起人们的兴趣。通过对部分周边驱动电路集成于衬底的2英寸(5.08cm,64×3×80)有源矩阵显示屏(Active Matrix OLED,AMOLED)上像素驱动电路的仿真,确定彩色OLED显示屏维持白平衡时R、G、B三种OLED所需的驱动电压、电流等工作参数。OLED的发光亮度和电压并不是线性关系,为了维持显示屏的色彩均衡性,对图像数据编码进行校正,保证了灰阶电压与发光亮度呈线性变化。从BMP格式的文件中提取出图像数据部分,进行数据变换,生成符合INTELHEX文件格式并且满足D/A输出要求的数据文件,刻录到E²PROM中,完成外围驱动电路所需要的图像数据准备。AMOLED显示屏采用逐行扫描的显示方式,因此外围驱动电路的目的是要在行、列扫描有效的同时,为每个像素送入相应的灰阶数据。现在,OLED专用驱动芯片比较少见,而液晶驱动芯片具有集成度高,电压输出范围大等优点,尤其是其内部集成了数据移位寄存器、数据锁存器、D/A转换器等电路,所以设计了基于FPGA和TFT-LCD液晶驱动芯片的外围驱动电路,实现了AMOLED显示屏的彩色图像显示。     

用液晶驱动芯片驱动有机发光显示屏的设计

应用TFT液晶驱动芯片设计了一个TFT有机发光显示屏用的驱动电路。目前有机发光显示屏(OLED)是平板显示领域的研究热点,在研制长寿命、高稳定的器件方面取得了一定的进展,但与之配套的驱动电路还不是很成熟,而且专用芯片又价格昂贵。液晶显示器件的配套驱动芯片功能比较完善,且价格低廉,所以应用TFT液晶驱动芯片设计了TFT有机发光显示屏用的驱动电路很有实际意义。比较了TFT LCD与TFT OLED驱动原理的异同点,从原理上探讨了将TFT LCD用的驱动芯片加以改造,使其可用于驱动TFT OLED,并采用三星公司的TFT液晶驱动芯片S6C0655和S6C0671设计了一个驱动64×3×80的全彩色OLED显示屏的驱动电路。     

非晶InGaZnO薄膜晶体管驱动OLED像素电路的仿真研究

为解决非晶InGaZnO薄膜晶体管(a-IGZO TFT)因其阈值电压漂移而导致的OLED电流衰减的问题,本文研究了基于a-IGZO TFT的有源矩阵有机发光显示(AMOLED)像素电路的阈值电压补偿问题。利用实验室制备的a-IGZO TFT器件进行参数提取后建立的SPICE仿真模型并进行仿真计算,对电压驱动型2T1C和4T1C的像素电路进行稳定性的比较研究,证明了4T1C电路对阈值漂移有非常好的补偿效果,并指出增加存储电容值和驱动TFT的宽长比可有效提高OLED电流的保持能力。     

面向IGZO-TFT-AMOLED像素电路设计的V_(TH)检测方法研究

由于迁移率高、均匀性好、制备成本低等优势,铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO TFT)有望促成有源矩阵有机发光显示器件(AMOLED)的大规模量产。但是IGZO TFT存在阈值电压(VTH)漂移的问题,实用的AMOLED像素电路必须对VTH漂移进行补偿以实现较好的显示效果,而VTH的检测是AMOLED像素电路设计中的关键环节。本文系统研究了VTH检测方法,比较了放电法、充电法、偏置电流法补偿VTH的效果,研究了VTH检测时间和TFT寄生电容等参数的影响。研究结果表明:放电法不能精确地补偿负VTH漂移,充电法需要的VTH检测时间最长,偏置电流法能够达到的补偿精度最高。     

基于金属氧化物薄膜晶体管的高速行集成驱动电路

本文提出了一种基于非晶铟锌氧化物薄膜晶体管的高速行集成驱动电路,该电路采用输入级复用的驱动结构,一级输入级驱动三级输出级,不仅减少电路输入级2/3晶体管的数量,实现AMOLED或AMLCD显示屏的窄边框显示,而且输入级的工作频率是输出级的1/3,该结构适用于高速驱动电路.电路内部产生了三次电容耦合效应,每一次电容耦合效应都可以提高相应节点的电压,保证了信号完整传输.输出级采用了一个二极管接法的薄膜晶体管,该薄膜晶体管连接了输出级的控制信号和上拉薄膜晶体管的栅极,利用的每一级输出级输出时所产生的电容耦合效应,增加上拉薄膜晶体管的栅极电压,有效地提高电路输出能力和工作速度.仿真表明电路能够输出脉宽达到4μs速度.最后成功地制作了10级行集成驱动电路,包括10级输入级电路和30级输出级电路,负载为R=10k?和C=100pF,实验结果验证,该电路满足4k×8k显示屏在120 Hz刷新频率下的驱动需求.     

测距机与数字单冲电路

本文介绍一种装有数字单冲电路的改进型测距系统,该系统采用最新应答测距系统(美国专利№3545861)记数技术。本发明的改进型数字单冲电路装有一个N比特移位寄存器和一个D型触发器。移位寄存器有一个时钟接头和一个数据接头,它们分别由钟脉冲信号和表示逻辑1的固定电压触发,     

铟镓锌氧薄膜晶体管的悬浮栅效应研究

为了避免光照对铟镓锌氧薄膜晶体管(InGaZnO thin film transistors,IGZO TFTs)电学特性的影响,IGZO TFT要增加遮光金属层.本文研究了遮光金属栅极悬浮时,IGZO TFT的输出特性.采用器件数值计算工具TCAD(technology computer-aided design)分析了IGZO层与栅介质层界面处电势分布,证实了悬浮栅(floating gate,FG)IGZO TFT输出曲线的不饱和现象是由悬浮栅与TFT漏端的电容耦合造成.基于等效电容的电压分配方法,提出了悬浮栅IGZO TFT电流的一阶模型.TCAD数值分析及一阶物理模型结果与测试具有较高程度的符合,较完整地解释了悬浮栅IGZO TFT的电学特性.     

新型低功耗金属氧化物TFT集成行驱动电路

金属氧化物薄膜晶体管(TFT)属于耗尽型器件,其集成的TFT的行驱动电路一般采用双负电源方案,存在与外围驱动芯片的匹配困难和功耗较大的不足。本文设计了一种新型耦合电路结构,可以产生比负电源更低的电压从而完全关闭输出模块的下拉晶体管,防止氧化物TFT耗尽模式引起的电流泄露问题,并由此设计了新型氧化物TFT行驱动电路拓扑。由于只采用一个负电源,其电源电压范围比采用双负电源方案的小,从而节省了功耗且有利于与外围驱动芯片的匹配连接。实验结果表明,基于刻蚀阻挡层(ESL)结构的氧化物TFT工艺,在玻璃衬底上成功制备了该行驱动电路,在电阻负载R L=3 kΩ和容性负载C L=30 pF下,所设计的行驱动电路在33.3 kHz时钟频率下实现脉宽10μs的全摆幅输出,每级功耗仅为160μW。基于新型耦合电路结构的行驱动电路能够满足60 Hz的刷新频率的1980×1080分辨率的显示需求。     

基于超薄Al2O3栅绝缘层的低工作电压IGZO薄膜晶体管及其在共源极放大器中的应用

随着薄膜晶体管(Thin-film transistor,TFT)在各类新兴电子产品中得到广泛应用,作为各类电子设备的关键组件,其工作电压和稳定性面临着巨大挑战。为了满足未来高度集成化、功能复杂的应用场合,实现其低工作电压和高稳定性就变得异常重要。我们在150 mm×150 mm大面积玻璃基底上,采用磁控溅射非晶铟镓锌氧化物(amorphous indium-gallium-zinc-oxide,a-IGZO)作为有源层,以原子层沉积(ALD)Al2O3为栅绝缘层,制备了底栅顶接触型a-IGZO TFT,并研究了50,40,30,20 nm超薄Al2O3栅绝缘层对TFT器件的影响。其中,20 nm超薄Al2O3栅绝缘层TFT具有最优综合性能:1 V的低工作电压、接近0 V的阈值电压和仅为65.21 mV/dec的亚阈值摆幅,还具有15.52 cm^2/(V·s)的高载流子迁移率以及5.85×10^7的高开关比。同时,器件还表现出优异的稳定性:栅极±5 V偏压1 h阈值电压波动最小仅为0.09 V以及优良的150 mm×150 mm大面积分布均一性。实现了TFT器件的低工作电压和高稳定性。最后,以该TFT器件为基础设计了共源极放大器,得到14 dB的放大增益。     

基于数据线控制发光的A-IGZO薄膜晶体管集成AMOLED像素电路

本文提出了一种采用铟镓锌氧化物（IGZO）薄膜晶体管（TFT）的有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）显示器的新型补偿结构。它利用数据线关闭电源和驱动晶体管之间的控制晶体管,以抑制编程期间的泄漏电流。在所提出的电路和传统电路之间进行电路性能的比较,表明所提出的像素电路可以有效地补偿驱动晶体管的阈值电压偏移和迁移率变化。当V_TH飘移2 V和μ增加30%时,I_OLED误差率可以分别降低至小于5%和9%。此外,由于使用同时驱动方法,因此所需的最小编程时间可以被详细推导出来。所提出的像素电路的编程能力和机制已经通过FPGA平台和离散的场效应器件所证实。尽管所提出的像素电路具有非常简单的驱动结构,但它能够提高补偿精度。     

InGaZnO薄膜晶体管泄漏电流模型

研究了非晶氧化锌镓铟薄膜晶体管(amorphous InGaZnO thin-film transistor,InGaZnO TFT)的泄漏电流模型.基于Poole-Frenkel热发射效应和热离子场致发射效应的泄漏电流产生机制,分别得到了高电场和低电场条件下的载流子产生-复合率.在此基础上推导得到了InGaZnO TFT的分段式泄漏电流-电压数学模型,并利用平滑函数得到了关断区和亚阈区连续统一的泄漏电流模型.所提出的泄漏电流模型的计算值和TCAD模拟值与实验结果较为吻合.利用所提出的InGaZnO TFT泄漏电流模型和TCAD模拟,讨论了InGaZnO TFT不同的沟道宽度、沟道长度和栅介质层厚度对泄漏电流值的影响.研究结果对InGaZnO TFT集成传感电路的设计具有一定参考价值.     

发光薄膜沉积技术中薄膜晶体管的优化设计

为了能制备高均匀性、大尺寸高清RGB-OLED显示终端,发展了一种全新的、无掩膜低成本的彩色薄膜沉积技术——薄膜晶体管导向的薄膜沉积技术,并研究了薄膜晶体管的宽长比及栅压对电聚合发光薄膜性能的影响,寻找最佳的制备条件。实验中采用像素尺寸大小为200μm×200μm的AMOLED基板,通过TFT来控制发光薄膜在ITO像素上的电化学聚合过程。首先对不同宽长比的TFT性能进行表征,再对不同宽长比的TFT在不同栅压条件下制备的电化学聚合薄膜进行表征和分析。实验结果表明,在同一宽长比的TFT控制下,施加栅压越大,制备的薄膜越厚,发光效果越好;在不同宽长比的TFT控制下,宽长比越大,聚合薄膜越厚,发光效果越好。在较大栅压下,选择宽长比为50μm/10μm的TFT最为适宜。研究结果为电化学聚合技术在AMOLED显示中的应用奠定了良好基础。     

Dynamic Ni gettered by PSG from S-MIC poly-Si and its TFTs

A dynamic phosphor-silicate glass （PSG） gettering method is proposed in which the processes of the gettering of Ni by PSC and the crystallizing of α-Si into poly-Si by Ni take place simultaneously. The effects of PSC gettering process on the performances of solution-based metal induced crystallized （S-MIC） poly-Si materials and their thin film transistors （TFTs） are discussed. The crystallization rate is much reduced due to the fact that the Ni as a medium source of crystallization is extracted by the PSC during crystallization at the same time. The boundary between two neighbouring grains in S-MIC poly-Si with PSG looks blurrier than without PSG. Compared with the TFTs made from S-MIC poly-Si without PSC gettering, the TFTs made with PSC gettering has a reduced gate induced leakage current.     

Electrode metal penetration of amorphous indium gallium zinc oxide semiconductor thin film transistors

Penetration effects of various electrode materials, namely Al, Au, and Cu, on the physical and electrical characteristics of amorphous oxide semiconductor thin film transistors (TFTs) were investigated. Amorphous indium gallium zinc oxide (a-IGZO) TFTs were fabricated with conventional staggered bottom gate structures on a p-type Si substrate. X-ray photoemission spectroscopy (XPS) analysis under the electrode deposition area revealed variations in the oxygen bonding states and material compositions of the a-IGZO layer. Field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) with the line scan of energy dispersive spectroscopy (EDS) showed lateral penetration by the electrode metal. To compare the electrical characteristics of the tested TFTs, the initial current–voltage (I–V) transfer characteristics were examined. In addition, the tested TFTs fabricated using various electrode materials were tested under bias stress to verify the correlations between variations in TFT characteristics and both the metal work function and penetration-induced oxygen vacancies in the channel around the contact area.