IEEE TED 十一月刊发表我实验室硅基OLED微显示像素电路研究成果

国际微电子领域权威期刊IEEE Transactions on Electron Devices今年第十一期刊登了我实验室在硅基OLED微显示像素电路方面的研究成果“A Pixel Circuit With Wide Data Voltage Range for OLEDoS Microdisplays With High Uniformity”。

（文章链接：https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8845610）

近年来微型显示器在近眼显示器领域应用中颇受青睐。基于有机发光二极管（Organic Light Emitted Diode）的显示器具有响应速度快，功耗低和对比度高的优点，能够满足VR/AR应用需求。与多晶硅和其他基板技术相比，硅基OLED(OLEDoS)微显示像素电路采用CMOS工艺在单晶硅基板上制作，有更高的分辨率且外围驱动电路和时序控制电路也可以与像素阵列集成在同一芯片上，改变了传统显示技术中驱动电路与显示矩阵分离的情况。OLEDoS微显示面板小于1英寸，每个像素面积在数十平方微米以内。OLED亮度与电流密度成正比，而像素电路面积小，在不降低亮度情况下OLED发射电流通常在数十皮安（pA）到几纳安（nA）。较小的发光电流范围对应于较窄的数据电压范围。因此精确地控制发光电流是一个技术难点。此外驱动晶体管工作在亚阈值区，对阈值电压（Vth）变化非常敏感。为保证均匀性像素电路不仅要扩展数据电压范围，还要补偿驱动晶体管的阈值电压。此外，长时间工作后OLED的发光效率会逐渐下降。因此像素电路还要解决OLED老化造成亮度不均匀的问题。

针对OLEDoS微型显示器中存在的问题，我们采用补偿方案来减小驱动晶体管阈值电压变化的影响。为了扩展数据电压范围，使用两个耦合电容来减小驱动晶体管的栅极电压。所提像素电路基于0.18 μm CMOS工艺，仿真结果表明数据电压范围为0.5~3.12 V，比先前提出的电路大4.37倍。当驱动晶体管阈值电压变化为±5 mV时，发光电流误差在-2.1％~2.08％之间。当OLED导通电压增加5至20 mV时，最大发光电流误差从-10.36％变为-2.62％。本文所提像素电路版图面积仅8.1μm×4μm，满足高分辨率的需求。

该论文的第一作者为硕士生霍新新同学，论文共同作者还有廖聪维博士、张敏副教授、焦海龙副教授和张盛东教授。此项研究是在深圳TFT与先进显示重点实验室完成，受深圳市政府研究基金JCYJ20170306164939111和Grant JCYJ20160330100025255的支持，部分得到了中国国家自然科学基金项目61574003的支持。

（撰稿：彭志超）