一种用于硅基OLED微显示的数字像素驱动电路研究

发布时间：2017-08-29 06:06

  本文关键词：一种用于硅基OLED微显示的数字像素驱动电路研究

  更多相关文章： 微显示 OLEDoS 小电流 数字驱动电路 像素共用技术

【摘要】：硅基有机微显示(Organic Light-emitting Device on Silicon,OLEDo S)是一种将OLED发光单元制作在以单晶硅为衬底的驱动电路芯片上的微型显示系统。OLED微显示不仅具有小尺寸大视野、信息含量高、重量轻、便携等优点,而且还兼具OLED的各种优点:如自发光、功耗低、视觉宽等。此外,其驱动电路还与标准的CMOS工艺兼容,制作工艺容易实现且成本较低。因为像素面积小且驱动电流也特别小,所以如何在较小的像素面积上实现硅片占用面积较大的小电流驱动电路是OLED微显示像素驱动电路设计中的一个特别重要的问题。OLED像素驱动电路可分为模拟驱动电路和数字驱动电路。模拟驱动方式中输入和驱动OLED器件的信号是模拟电压或电流信号,OLED的亮度与驱动电流或电压成正比。但是,模拟驱动方式存在一些困难:OLED发光单元所需驱动电流较小,要想实现较高的灰阶,那么相邻灰阶之间所需电压或电流的分隔很小,进而对输入的模拟信号的精确度要求非常高,另外,显示阵列中连线的阻抗、电源波动、寄生电容等参数对模拟信号也有一些不良的影响。而数字驱动方式可以避免模拟驱动方式的问题,其输入信号为数字信号,数字驱动方式中OLED发光单元只有点亮和不亮两种状态,像素发光时流过OLED发光单元的电流是恒定的,其灰度靠点亮时间的不同来实现。数字驱动方式可以缓解小电流实现困难的问题,因为每一个像素采用恒定的电流驱动,可以取使OLED实现最高亮度时的驱动电流,另外,数字驱动方式中灰度控制方便,器件及工艺参数对显示效果影响较小。当然,数字驱动方式也存在一定的问题,如由于像素面积较小(如为15μm×15μm),而数字驱动电路器件较多,电路结构复杂(仅用于实现恒流源的电路就占用较大面积),导致其无法放置在小像素面积上,这也是数字驱动电路设计中需要解决的问题。本文以实现分辨率为800×600、单像素面积为15μm×15μm的16灰阶OLED微显示屏为例,提出了一种用于硅基OLED微显示的数字像素驱动电路单元,并进行了器件参数和电路的时序设计与仿真。电路中OLED发光单元的最大亮度为288.04cd/m2,此亮度能够满足微显示的亮度要求。但是,此时充当恒流源的晶体管的过饱和电压极小,几乎工作在饱和区的临界位置,容易受电源电压的波动的影响。如果电源电压存在5%波动时,OLED发光单元对应的最高亮度变为1740.34cd/m2,对显示效果的影响极大。为了解决此问题,本文提出了一种像素共用驱动技术,即N个像素共用一个驱动电路,然后一帧内分时发光。此时,实现相同的亮度时,驱动电流变大为N倍,另外,多像素共用一套驱动电路,给驱动电路提供有效面积也相应增大N倍,恒流源晶体管的面积也可以加大,其恒流效果大为改善。当三个像素共用驱动电路时,OLED发光单元对应的亮度为184.58cd/m2,此亮满足微显示的亮度要求。此外,该像素驱动电路的像素面积(约为100.7μm2),也能够满足像素尺寸为15μm×15μm时实现彩色显示的需要(此时,一个亚像素面积为15μm×5μm,三个共用驱动电路时为15μm×15μm)。再者,以六个像素共用驱动电路为例,进行仿真,进一步说明了多像素共用驱动电路能够有效的解决小电流实现困难的问题,为更高分辨率彩色显示提供了一种可行的方法。
【关键词】：微显示 OLEDoS 小电流 数字驱动电路 像素共用技术
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN873
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-28
• 1.1 微显示技术简介10-11
• 1.2 OLED微显示技术11-14
• 1.2.1 OLED微显示的发展概况11-13
• 1.2.2 OLED微显示的应用及前景13-14
• 1.3 OLED驱动技术的简介14-17
• 1.3.1 OLED器件结构和发光原理简介14-15
• 1.3.2 OLED驱动方式简介15-17
• 1.3.3 OLED像素驱动电路的简介17
• 1.4 OLED像素驱动电路的发展现状17-26
• 1.4.1 OLED模拟像素驱动电路18-21
• 1.4.2 OLED数字像素驱动电路21-26
• 1.5 本文的主要研究内容26-28
• 第2章 数字像素驱动电路的设计28-42
• 2.1 OLED等效仿真模型28-29
• 2.2 一种数字型像素驱动电路及其原理29-33
• 2.3 不考虑电源电压波动时像素驱动电路的仿真分析33-38
• 2.4 考虑电源电压波动时像素驱动电路的仿真分析38-40
• 2.5 本章小结40-42
• 第3章 采用像素共用技术的数字像素驱动电路的研究42-60
• 3.1 采用像素共用技术的驱动电路原理42-44
• 3.2 三像素共用像素驱动电路的设计和仿真分析44-52
• 3.3 六像素共用像素驱动电路的设计和仿真分析52-58
• 3.4 本章小结58-60
• 第4章 总结与展望60-61
• 参考文献61-64
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果64-65
• 致谢65-66

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本文编号：751696