有源OLED全p-TFT屏上驱动电路设计

集成电路设计与开发 r~ ignandDev~lopmentofIC doi：10．3969／j．issn．1003-353x．2009．09．022 有源 OLED全 p-TFT屏上驱动电路设计 徐艳蕾 ，焦玉斌2 (1．吉林农业大学 信息技术学院，长春 130118；2．装 甲兵技术学院 控制系，长春 130117) 摘要：为了提高显示屏的成品率，降低成本，提 出了一种由全 P沟道 TfTr构成的屏上驱动 电 路 。基础电路部分包括反相器和移位寄存器，屏上驱动电路主要是行驱动电路和列驱动 电路。行 驱动电路和列驱动电路基本上都是由反相器和移位寄存器构成，全部采用 p—TFT来构成驱动电 路 。该驱动电路工作正常，能够实现 CMOS驱动电路的功能，驱动 OLED器件正常发光。通过仿 真验证和理论分析表明该驱动 电路不仅性能稳定而且成本低 、成品率高、外接 引线少及外围驱动 电路复杂性低。 关键词 ：有源 OLED；p-TFT；驱动电路；反相器；移位寄存器 中图分类号 ：TN91 1 文献标识码 ：A 文章编号 ：1003．353X (2009)09—0912—03 Design of on—Screen Driving Circuit of AM -oLED Using P-TFT Xu Yanlei ，Jiao Yubin (1．College ofInformation and Technology，Jilin Agriculture University，ChangChun 130118，China； 2．Department ofAutomatization，ArmoredForces TechnologyInstitute，ChangChun 130117，China) Abstract：In order to increase the yields and to decrease the cost，a kind Ol on-screen driving circuit with p-TFT was proposed．The basic circuits include inverter and shift register．on—screen driving circuits include roW and line driving circuit．Th e whole driving circuit Was composed of p-TFTs，it operats well with the functions of CMOS driving circuit，it can drive the OLED device lighting normally．Th e simulation and analysis reveals that the proposed circuit has the advantages of high stability，low cost，high yields，few exeternal pins，which can decrease the complex of periphery driving circuits． Key words：AM—OLED；p-TFT；driving circuit；inverter；shift register EEACC：1265 0 引言 目前，OLED显示器 的驱 动方式主要有两种 ： 无源驱动 (PM0I D)和有源驱动 (AMOLED)。有 源显示技术类似于 目前的 TFTr液 晶显示器，OLED 显示器的每一个像素都有晶体管驱动，因而刷新速 度明显提高_1之J。有源驱动电路多采用低温多晶硅 (LTPs)技术，目前 LTPS技术主要的应用还是仅限 于小尺寸的显示器，为了使 LTPS技术能够应用于 大尺寸的显示器 ，继而可以应用在笔记本电脑和台 式监视器上，LTPS技术不仅要在制备工艺上进行 完善与提高，在价格方面也要降低成本_3 。传统 制作 LTPS．TFT的步骤比制作 a．si TfTr的步骤要多， 基金项目：吉林省科委发展项目 (20050515) 912 半导体技术 第 34卷第 9期 这使得制作成本提高。而且随着步骤的增多，成品 率下降。因此 ，为 了在大屏幕 (大于 25．4 cm)显 示器上提高竞争力，最主要的就是减少制作 LTPs． TFTr的步骤_5j。目前 PMOS技术已经引起了人们很 大的关注 ，因为制作 CMOS的 LTPS．TFr(简写 C． T兀’)的工艺 比较复杂，比制作 PMOS的 LTPS．TFT (简写 p．T )工艺要复杂的多。传统制作 C．TFr的 步骤是制作 p．TFI1的 1．3倍，且 p．TFT的耐热性能 及稳定性都要 比 n—TFT(NMOS LTPS—TfTr)好 得 多E6—7l 1 p—TFT反相器 众所周知，p．T丌’的导通电压是负值，当栅极 加低电压时导通。一般设计都能保证在输入低电压 时输出高电压 ，但是在输入高电压时输出的低电压 2009年 9月 徐艳蕾 等：有源 OLED全 p-TlC'r屏上驱动电路设计 的幅度往往不够，达不到反相器的要求。 本文运用 自举 的原理[ ]设计了一种反相器 ，叫 做自举 PMOS反相器，这种电路可以保证在输入高 电平时输出低电压的幅度能够达到 s，与互补型 CMOS反相器效果几乎相同。电路图如图 1所示。 图 1 反相器基本 电路 图 Fig．1 Basic circuit of the inverter 电路工作原理为：当输入为低电平时，Tl管 导通，T2管截止。因为 T4管的漏源是接在一起的 ， 可以看作是一个 电容。T4管在 rrl管导通时充电， 电压为此时的输出电压 。这时通过 Tl管 的电流仅 仅是 T2管的漏 电电流，十分小 的漏 电电流通过高 导通的 Tl，使反相器的输出电压 。UT十分接近 DD。 当输入为高 电平时，Tl管截止，由于 T4管的 电容效应 ，此时 T2管栅极 电压将低于 ss，这将使 T2管完全导通，使输出十分接近 s。 2 p-TFT构成的移位寄存器 P．Tn1构成的移位寄存器输入的信号是负的激 励信号，移位寄存器就是要传递这个负的激励信 号。本文设计的移位寄存器如图 2所示 ，每个移位 寄存器单元都由六个 TFT管组成，Start是输入激励 信号。电路 的工作原理如下： ， 当 Start信号是 低 电平 时，TL、T4管 导通；T】 管的导通导致 T5管的导通，rr4管的导通导致 T6管 的截止。这时，CLK。(比 Start信号晚 1／4个周期 ) 信号还没有到来，即 CLK，信号是高电平，所以此 时输出信号还是高电平。当激励信号即 Start信号 变为高电平后，Tl管截止，因为 自举的作用， 管此时还能维持 导通。这 时，CLK，信号变为低 电 平，所以输出信号就是低电平。 管可以一直保 持导通到 CL 信号为低电平时，此时 管导通， 和 T6管随之导通 ，T2管导通导致 T5管的截止。 September 2009 此时的输出就一直保持高电平，直到新的激励信号 到来。同理，第二个单元就是以第一个单元的输出作 为输入信号，工作原理与第一个单元相同。CLK2比 CLK1晚 1／4个周期，以此类推。 图 2 移位寄存器基本电路图 Fig．2 Basic circuit of shift register 3 行驱动电路 由于行驱动电路主要完成逐行选通的功能，因 此电路主要 由移位寄存器和反相器组成。行扫描帧 周期 T：1／60—16．67 ms，行选 通时 间为 T=1／ (60×80) 208．34 s。行扫描时钟信号输入频率．厂 = 1．2 kHz，周期约 833．34 s，占空比取为 25％。 电路结构如图 3所示。 图 3 行驱 动电路 图 Fig．3 Row driving circuit 图3中，D表示移位寄存器的一个单元，用 H SPICE软件对 以上 电路进行仿真，结屎 如图 4所 示。图 4中，v(1411)表示移位寄存器一级输 出 图4 行驱动电路仿真图 (8级) Fig．4 Simulation result of lOW driving circuit(8 stage) 信号经过4级反相器以后的输出信号，这个信号接 在第一行像素电路的TFTr管的栅极；以此类推，本 Semiconductor Technology Vo1．34 No．9 913 徐艳蕾 等：有源 OLED全p—TFTr屏上驱动电路设计 文列出了8级仿真结果，从图4可以看出，每级输 出信号持续时间长度一致 ，而且没有重叠现象 ，结 果证明本设计是完全符合要求。 4 列驱动电路 列驱动电路主要完成向OLED屏传送数据的功 能，DA在外围驱动电路部分已经完成。这样送到 屏上驱动系统的数据信号就是模拟形式的，无需再 变化 。如果每个像素都要有一根数据线，那么将要 有 192根 ，这样输出引线太多 ，给外围设计带来不 便 ，达不到简化设计的 目的。引入 Block电路 ，可 以大大简化周边驱动电路的复杂程度，使显示屏电 路与周边电路的引出接线大大减少。依次选通不同 的Block电路，将不同的列数据信号分别送至相应 的列电极，从而达到完整显示图像的目的。 当前 Block电路选通时 ，其他 的 Block电路均 处于非选通状态，且 Block选通次序是依次进行 的，因此总体电路可以采用移位寄存器与开关电路 来实现。由于需要将 DAC输出的模拟信号送到像 素电路 ，开关电路必须选择传输门电路。 列驱动电路主要 由移位寄存器 、反相器、传输 门来构成。列选通时间为 =1／(60×80) ×8 26( s)，列扫描时钟信号输入频率f=9．6 kHz，周 期约为 104．2肚S，占空比取为25％。电路结构图与 图 3相似 (由于篇幅所限不予列出)：Block电路 中 的移位寄存器与行电极驱动电路中移位寄存器电路 的结构和工作原理相同。 用 H．SPICE软件对以上电路进行仿真 ，结果如 图 5所示 。图中 v(1411)表示移位寄存器一 级输 出信号经过 4级反相器后的输出信号，这个信号接 图 5 列驱动 电路仿真图 (8级 ) Fig．5 Simulation result of line driving circuit(8 stage) 在第一个 Block像素电路的传输门的栅极；依此类 推，v(8411)表示移位寄存器第 8级输出信号经 过4级反相器以后的输出信号，这个信号接在第 8 个 Block像素电路的传输门的栅极。仿真结果证明 914 半导体技术第 34卷第 9期 本文的设计是完全符合要求的。 5 结语 本文针对 AM．OLED显示屏 的特点 ，设计了一 种全 p．TfTr构成的屏上驱动电路 。此驱动 电路能够 驱动 OLED器件 正常发光 ，而且成 本低、成 品率 高，外接引线少以及外围驱动电路复杂性低。通过 用 HSPICE仿真软件进行验证，证明本文设计的全 p．TFTr屏上驱动电路性能稳定 ，工作正常。 参考文献： l1 J MIYAGUCHI S，ISHIZUKA S，WAKIMOTO T．Organic LED full—color passive matrix display[J]．SID，1999，7(3)：221—225． 12 J GUO B，wU C Y，XIONG S Z．Driving method of SUb-frame and CUlTent—ratio for PM—OLED [J]．Liquid and Displays， 2002，17(3)：181—188． 13 J YI H，HATrORI R，KANICKI J．Improved a—Si：H TFT pixel electrode circuits for active—matrix organic light emitting displays[J]．IEEE Trans Oil ED，2001，48(7)：1322—1325． 【4 J DAWSON R M A，SHEN Z，FURST D A，et a1．A poly—Si active—matrix OLED display with integrated drivers[c]∥SID’ 99 Digest．San Jose，California，USA，2000：438—441． 【5 J YONG K L，KYU M K．A comparison between a—Si：H and poly—Si TFTr for a pixel in AM—OLED[J]．J of the Korean Physical Society，2001，30(12)：$291一S295． 16 J YI H，HATFORI R，KANICKI J．Four-thin film transistor pixel electrode circuits for active·-matrix organic light--emitting displays[J]．JJAP，2001，40(3)：1199—1208． [7]HA Y M．p-type technology for large size low temperature poly— Si rfTr—LCDs[C]∥ SID．Long Beach，California，USA， 2000：1116—1l19． [8]JAN M R，ANANTHA C，BORIVOJE N．Di矛tal integrated circuits数字集成电路[M]．周润德 ，译 ．北京 ：电子工业 出版社 ，2004：l10—129． (收稿 日期 ：2009．03—02) 作者简介 ： 徐艳蕾(1979一)，女，河北正定人，硕士，讲 师，研究方向为大规模集成电路设计； 焦玉斌(198o__)，男，吉林长春人，助教，现从事集成电路设计方 面的研究。 2009年 9月