硅基微显示驱动电路的研究

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近些年,由于微显示技术非常适合于应用到手持投影电子产品、数字电影投影机和头盔式显示器等电子产品中,因而得到了广泛地关注。微显示技术主要分为硅基液晶(LCoS)和硅基有机发光(OLEDoS),它们都与成熟的CMOS技术相结合。因此,它们不仅拥有高分辨率、高对比度、体积小和重量轻的优点,同时功耗小、制造成本低。本文的LCoS和OLEDoS驱动电路技术的研究都是基于0.35μm,两层多晶硅四层金属3.3/5.0V混合信号工艺。   分辨率800×600的硅基液晶微显示驱动电路采用了奇偶列分开驱动并且每列集成一个DAC的结构。像素单元电路的面积为15μm×15μm,整个芯片的面积为14.7mm×11.4mm。测试数据显示,芯片能正常工作在60Hz帧频,并且实现256阶彩色灰度显示。整个芯片工作在3.3V/5.0V双电源电压工作下的功耗大约为101mW。   本文提出了一种新型的场缓存像素电路,与传统场缓存像素电路相比,它通过在写操作之前增加一步预充电的操作消除了数据电压从存储电容读到像素电容上存在阈值损失的问题。仿真和测试数据均显示新型像素电路的阈值损失很小,同时拥有一个更宽的电压输出范围,因此它可以获得更好的显示效果。   分辨率800×600的硅基有机发光微显示驱动电路通过“两步电流缩小法”实现了将像素单元的工作电流最低调制到几百pA。顶部和底部的采样保持电路的Ping-Pong操作能使列总线保持在一个较高的电压水平上,因此它能减小像素单元电路中存储电容到列总线上的漏电流。像素单元电路的面积为15μm×15μm,整个芯片的面积为15.5mm×12.3mm。测试结果显示,硅基有机发光微显示芯片能正常工作在60Hz帧频,实现256阶灰度。整个芯片在3.3V电源电压工作下的功耗为85mW。   本文还提出了一种新OLED的SPICE模型建立方法,它基于单二极管模型并将其中的常数电阻替换成指数电阻。与双二极管并联的OLED模型和基于物理模型的OLED模型相比,新的OLED模型能更精确的仿真出OLED的实际工作电流大小。   在6+2分段式DAC的设计中,提出了一种组合法的温度计码译码方法。它与传统的迭代法相比,有统一的译码单元、逻辑深度更小以及有利于版图布局布线。   在OLEDoS微显示驱动电路的设计中,本文提出了一种基于摆率增强电路的新型驱动方案。在不增加太多静态功耗和芯片面积的情况下,它能保证“第一步电流缩放”中最小工作电流也能完全充放电。从而,能帮助OLEDoS微显示在低亮度时实现更好的显示效果。   本文完成了硅基有机发光微显示视频驱动系统搭建与测试。视频驱动程序采用FIFO实现法处理SVGA时序信号以解决异步时钟域数据传输问题。通过分析SVGA信号时序特点,采用状态机的方式产生了OLEDoS时序控制信号。最终OLEDoS微显示芯片的视频测试结果表明视频播放流畅,亮度和对比度也满足设计要求。
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