硅基OLED微显示器关键电路研究.pdf

摘要 摘要 硅基有机发光二极管微显示器 （Organic Light-Emitting Diodes-on-Silicon Microdisplay，OLED-on-Silicon）是一种将有机发光二极管制作在单晶硅片上的新型显 示技术，它具有自发光、全固态、响应速度快、视角宽和易于集成化等优点，吸引了广 大研究者的兴趣。本文将硅基OLED 微显示器的像素电路作为主要研究对象，并提出一 种800×600像素分辨率的驱动方案。本文的主要工作内容如下： （1）提出一个基于陷阱电荷限制电流理论（Trapped-Charge-LimitedCurrent，TCLC） 的硅基OLED 等效电路模型。该模型由3 个电阻、2 个电容和 1个二极管构成，通过 HSPICE 软件仿真，仿真电流与实验测量电流的最大误差为6.7％，相比于传统的OLED 等效电路模型减少了17.8％，仿真结果表明本文所提出的硅基OLED 等效电路模型跟实 验测量数据有很好的一致性，可以精确的反映OLED 的V-I 特性，提高了像素驱动电路 仿真结果的精确性。 （2）为了同时补偿驱动管阈值电压漂移和解决OLED 老化衰减所引起的像素电流 稳定性下降的问题，本文提出了一种6T1C 型像素驱动电路，该电路由6个NMOS管和 1个电容构成。在驱动管阈值电压漂移量为-7.25mV~7.12mV 和OLED 内部电阻偏移量 为 0~8MΩ 时，6T1C 型像素驱动 电路 的电流偏差为-0.144LSB~0.416LSB 和 -0.48LSB~0.6LSB，像素尺寸为5.5μm×16.5μm。为了在提高像素电流稳定性的同时进一 步缩小像素面积和减少驱动的复杂性，本文又提出了一种4T1C 型像素驱动电路，该电 路由4 个NMOS 管和 1个电容构成，在驱动管阈值电压漂移量为-7.25mV~7.12mV 和 OLED 内部 电阻偏移量为 0~8MΩ 时，4T1C 型像素驱动 电路的电流偏差为 -0.16LSB~0.24LSB 和-0.72LSB~0.024LSB，像素尺寸为5μm×15μm，相比于6T1C 型像 素驱动电路面积缩小了17.36％。 （3）设计了一个硅基OLED 微显示器的驱动系统，包括行驱动电路、像素矩阵和 列驱动电路。所设计的微显示器的分辨率为800×600，帧频为60Hz，实现256 级灰度显 示，采用3.3V/5V双电源电压驱动。Cadence软件仿真结果表明，本文所设计的硅基OLED 微显示器驱动系统方案符合器件设计指标要求。 关键词：硅基OLED 微显示器 OLED 等效电路模型 像素驱动电路 显示驱动系统 I Abstract Abstract Organic Light-Emitting Diodes-on-Silicon Microdisplay is an emerging display technology which integrates organic light emitting diodes on single crystal silicon wafers. It has many advantages, such as self-luminescence, all-solid state, fast response, wide viewing angle and easy integration. It attracts many researchers’ interests. In this paper, the pixel circuits of OLED-on-Silicon microdisplay are studied and a corresponding driving circuit is proposed.Thehighlight worksofthispaper are shown asfollowing: （1）An OLED equivalent circuit model consists of three resistors, two capacitors and one