一种快速满幅度的集成源极驱动器

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1、一种快速满幅度的集成源极驱动器陈韬，廖聪维，郑灿，张盛东北京大学，深圳研究生院，深圳，518055摘要：设计了一种适用于驱动电子纸的非晶硅(hydrogenatedamorphoussilicon,a-Si:H)薄膜晶体管(thinfilmtransistor,TFT)的集成源极驱动电路。集成源极驱动电路的使用使得电子纸的外围引脚数量极大地减少。SPICE模拟的结果表明，相比于传统的基于反相器设计的集成源极驱动电路，这种新的源极驱动电路输出电压满幅度、速度快、寿命长。并且这种新的源极驱动电路结构简单，占用

2、版图面积仅为传统源极驱动电路版图面积的1/3。关键词：电子纸(e-paper)，非晶硅(a-Si)，薄膜晶体管(TFT)，源极驱动器1引言电子纸(e-paper)因具有柔性、低功耗、节能环保的特点，近年来其发展引起了学术界和产业界的广泛关注[1]。在各种电子纸显示中，微胶囊电子墨水技术较为成熟。微胶囊电子墨水的驱动是通过外加电场，对带电的黑白粒子在正负电极间的位置进行控制而形成图像。基金项目：深圳市重点实验室提升项目(CXB201005260065A,CXB200903090042A)Email:zhan

3、gsd@pku.edu.cn为了让电子纸真正具有像纸一样的柔性，集成驱动器引起了研究者的兴趣[2]-[5]。所谓的集成驱动器是将驱动电路在显示基底上完成，从而减少模组中外围IC的使用。集成驱动器能够减少外部连线数量、极大地简化显示模组、降低模组成本。得益于薄膜晶体管液晶显示(thinfilmtransistorliquidcrystallinedisplayTFTLCD)技术的发展，集成栅极驱动器技术已经较为成熟。虽然非晶硅(hydrogenatedamorphoussilicona-Si:H)TFT只有

4、N型载流子且迁移率低、稳定性差、容易发生阈值电压(thresholdvoltageVT)漂移，但是通用自举、脉冲驱动、多相时钟等技术，满幅度、快速度、长寿命、低功耗的集成栅极驱动器已成功在众多的TFTLCD应用中实现。近年来也出现了不少适用于电子纸的集成源极驱动器设计。DavidR.Allee等[3],[4]通过采用自举反相器、dummyTFT等技术，成功实现了一种集成源极驱动器的4’’QVGA电子纸。ByungSeongBae等[5]，针对高电平驱动管存在VT损失的问题，采用电压自举技术完成了一种满幅度

5、的集成源极驱动器。这些研究结果都表明a-Si:HTFT能够胜任设计电子纸的集成源极驱动器的驱动要求。但是，这些被报道的集成源极驱动器基本上是基于静态逻辑的，利用有源负载的反相器组成数字逻辑。由于a-Si:HTFT在长时间直流偏置下容易发生VT漂移，故反相器的输出电平容易发生退化。研究表明这些集成源极驱动器的寿命较短[4]。虽然采用静置等办法，a-Si:HTFT的VT漂移有恢复的趋势，但是实验结果表明集成源极驱动器的寿命并不能因此而显著地延长[3]。本文报道了一种新的a-Si:HTFT源极驱动器，它不仅能快

6、速满幅度地实现源极驱动，而且具有长寿命、占用版图面积小的特点。这种新源极驱动器在大屏幕、高灰阶的电子纸显示中有望获得应用。2原理介绍2.1传统a-Si:HTFT源极驱动电路如图1所示，传统的a-Si:HTFT源极驱动器包括如下部分：移位寄存器、第一级锁存器、第二级锁存器以及电压选择电路[3]-[5]。在移位寄存信号SR的控制下，第一级锁存器采样数据信号VI及其反相信号，存储在电容CS1以及CS2上。在锁存同步信号LE的控制下，第二级锁存器输出选择信号，高/低电平分别被选择产生像素电压。普通的有源负载反相器

7、存在阈值电压损失的问题，输出高电平无法满幅度。采用如图1(c)所示意的自举反相器能够使得输出高电平满幅度。图1所示电路仍然存在如下两个主要问题：(1)存在较多的晶体管处于直流偏置状态，电路寿命较短；(2)电路较为复杂，器件数量多，需要较高的工作电压才能够实现满幅度的输出电压。(a)(b)(c)图1(a)传统a-Si:HTFT源极驱动单元电路；(b)时序示意图；(c)自举反相器单元图Fig.1(a)schematicofconventionala-Si:HTFTsourcedriverunit;(b)tim

8、ingwaveforms;(c)schematicofbootstrappedinverter2.2新的a-Si：HTFT源极驱动电路图2示出了新的源极驱动单元电路及其时序图。其单元电路包括：控制管TSR,TLE,和TS，高电平驱动管TDH，低电平驱动管TDL和存储电容CS。如图2(b)所示，源极驱动单元电路的工作分为以下几个阶段：(1)采样阶段在采样阶段，采样信号SR为高电平，控制管TSR被开启。因此输入信号VI被采样并存储