本文關(guān)鍵詞：一種用于硅基OLED微顯示的數(shù)字像素驅(qū)動電路研究

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【摘要】：硅基有機微顯示(Organic Light-emitting Device on Silicon,OLEDo S)是一種將OLED發(fā)光單元制作在以單晶硅為襯底的驅(qū)動電路芯片上的微型顯示系統(tǒng)。OLED微顯示不僅具有小尺寸大視野、信息含量高、重量輕、便攜等優(yōu)點,而且還兼具OLED的各種優(yōu)點:如自發(fā)光、功耗低、視覺寬等。此外,其驅(qū)動電路還與標準的CMOS工藝兼容,制作工藝容易實現(xiàn)且成本較低。因為像素面積小且驅(qū)動電流也特別小,所以如何在較小的像素面積上實現(xiàn)硅片占用面積較大的小電流驅(qū)動電路是OLED微顯示像素驅(qū)動電路設(shè)計中的一個特別重要的問題。OLED像素驅(qū)動電路可分為模擬驅(qū)動電路和數(shù)字驅(qū)動電路。模擬驅(qū)動方式中輸入和驅(qū)動OLED器件的信號是模擬電壓或電流信號,OLED的亮度與驅(qū)動電流或電壓成正比。但是,模擬驅(qū)動方式存在一些困難:OLED發(fā)光單元所需驅(qū)動電流較小,要想實現(xiàn)較高的灰階,那么相鄰灰階之間所需電壓或電流的分隔很小,進而對輸入的模擬信號的精確度要求非常高,另外,顯示陣列中連線的阻抗、電源波動、寄生電容等參數(shù)對模擬信號也有一些不良的影響。而數(shù)字驅(qū)動方式可以避免模擬驅(qū)動方式的問題,其輸入信號為數(shù)字信號,數(shù)字驅(qū)動方式中OLED發(fā)光單元只有點亮和不亮兩種狀態(tài),像素發(fā)光時流過OLED發(fā)光單元的電流是恒定的,其灰度靠點亮時間的不同來實現(xiàn)。數(shù)字驅(qū)動方式可以緩解小電流實現(xiàn)困難的問題,因為每一個像素采用恒定的電流驅(qū)動,可以取使OLED實現(xiàn)最高亮度時的驅(qū)動電流,另外,數(shù)字驅(qū)動方式中灰度控制方便,器件及工藝參數(shù)對顯示效果影響較小。當然,數(shù)字驅(qū)動方式也存在一定的問題,如由于像素面積較小(如為15μm×15μm),而數(shù)字驅(qū)動電路器件較多,電路結(jié)構(gòu)復雜(僅用于實現(xiàn)恒流源的電路就占用較大面積),導致其無法放置在小像素面積上,這也是數(shù)字驅(qū)動電路設(shè)計中需要解決的問題。本文以實現(xiàn)分辨率為800×600、單像素面積為15μm×15μm的16灰階OLED微顯示屏為例,提出了一種用于硅基OLED微顯示的數(shù)字像素驅(qū)動電路單元,并進行了器件參數(shù)和電路的時序設(shè)計與仿真。電路中OLED發(fā)光單元的最大亮度為288.04cd/m2,此亮度能夠滿足微顯示的亮度要求。但是,此時充當恒流源的晶體管的過飽和電壓極小,幾乎工作在飽和區(qū)的臨界位置,容易受電源電壓的波動的影響。如果電源電壓存在5%波動時,OLED發(fā)光單元對應的最高亮度變?yōu)?740.34cd/m2,對顯示效果的影響極大。為了解決此問題,本文提出了一種像素共用驅(qū)動技術(shù),即N個像素共用一個驅(qū)動電路,然后一幀內(nèi)分時發(fā)光。此時,實現(xiàn)相同的亮度時,驅(qū)動電流變大為N倍,另外,多像素共用一套驅(qū)動電路,給驅(qū)動電路提供有效面積也相應增大N倍,恒流源晶體管的面積也可以加大,其恒流效果大為改善。當三個像素共用驅(qū)動電路時,OLED發(fā)光單元對應的亮度為184.58cd/m2,此亮滿足微顯示的亮度要求。此外,該像素驅(qū)動電路的像素面積(約為100.7μm2),也能夠滿足像素尺寸為15μm×15μm時實現(xiàn)彩色顯示的需要(此時,一個亞像素面積為15μm×5μm,三個共用驅(qū)動電路時為15μm×15μm)。再者,以六個像素共用驅(qū)動電路為例,進行仿真,進一步說明了多像素共用驅(qū)動電路能夠有效的解決小電流實現(xiàn)困難的問題,為更高分辨率彩色顯示提供了一種可行的方法。
【關(guān)鍵詞】：微顯示 OLEDoS 小電流 數(shù)字驅(qū)動電路 像素共用技術(shù)
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN873
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-28
• 1.1 微顯示技術(shù)簡介10-11
• 1.2 OLED微顯示技術(shù)11-14
• 1.2.1 OLED微顯示的發(fā)展概況11-13
• 1.2.2 OLED微顯示的應用及前景13-14
• 1.3 OLED驅(qū)動技術(shù)的簡介14-17
• 1.3.1 OLED器件結(jié)構(gòu)和發(fā)光原理簡介14-15
• 1.3.2 OLED驅(qū)動方式簡介15-17
• 1.3.3 OLED像素驅(qū)動電路的簡介17
• 1.4 OLED像素驅(qū)動電路的發(fā)展現(xiàn)狀17-26
• 1.4.1 OLED模擬像素驅(qū)動電路18-21
• 1.4.2 OLED數(shù)字像素驅(qū)動電路21-26
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容26-28
• 第2章 數(shù)字像素驅(qū)動電路的設(shè)計28-42
• 2.1 OLED等效仿真模型28-29
• 2.2 一種數(shù)字型像素驅(qū)動電路及其原理29-33
• 2.3 不考慮電源電壓波動時像素驅(qū)動電路的仿真分析33-38
• 2.4 考慮電源電壓波動時像素驅(qū)動電路的仿真分析38-40
• 2.5 本章小結(jié)40-42
• 第3章 采用像素共用技術(shù)的數(shù)字像素驅(qū)動電路的研究42-60
• 3.1 采用像素共用技術(shù)的驅(qū)動電路原理42-44
• 3.2 三像素共用像素驅(qū)動電路的設(shè)計和仿真分析44-52
• 3.3 六像素共用像素驅(qū)動電路的設(shè)計和仿真分析52-58
• 3.4 本章小結(jié)58-60
• 第4章 總結(jié)與展望60-61
• 參考文獻61-64
• 作者簡介及在學期間所取得的科研成果64-65
• 致謝65-66

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