AMOLED系統電路及畫素電路設計

一、研究目標:
AMOLED具有厚度薄、低驅動電壓、高對比、高色彩飽和度、反應速度快、廣視角、可撓曲等特色(圖一、圖二)，且不需要背光板即可自發光(圖三)，因此被視為繼液晶顯示器(LCD)之後，最被看好的顯示技術。然而其傳統2T1C畫素電路架構(圖四)會受到薄膜電晶體(TFT)臨界電壓變異以及OLED材料老化影響，使得面板亮度不均勻以及亮度衰減造成畫面品質下降，近年來已有許多補償TFT臨界電壓的方法被提出，然而一般的電壓補償法由於資料寫入和補償兩個步驟皆在1H( one horizontal line time)時間內完成，應用於高解析度的情況下會出現補償時間不足，無法正確補償TFT臨界電壓的問題。

圖一可撓曲

圖二高彩度、廣視角
圖三 OLED發光原理
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圖四傳統2T1C畫素電路架構

二、研究內容:
AMOLED畫素內電路
本實驗室目前致力於發展高開口率以及適用於高解析度的AMOLED畫素電路：在傳統的畫素電路中以補償驅動電晶體的特性變異和減少元件數使開口率提高為目標；高解析電路則著重於使TFT臨界電壓補償時間可自由調變，不受1H時間影響，因此在高解析度下也可正確補償，以及改善OLED材料老化所造成的亮度衰減。未來本實驗室則會進一步將AMOLED製作於可撓曲和透明的基板上，使顯示器的發展更加多元化。

圖六實際點亮OLED　　　　　　　　圖七 4T1C電路光罩圖
AMOLED外部補償電路-

由於目前許多的畫素內補償電路，大多只補償TFT臨界電壓的變異，或者只是與AMOLED導通電壓無關，但是卻都會面臨到mobility漂移的問題，因為mobility會隨著使用溫度不同而有不同的值，此外還需考慮到在電路操作時因為各面板的區塊不同導致畫素內各元件mobility不同的問題。因此本實驗室致力於研究外部驅動方式不僅能夠避免VTH變異與改善OLED材料老化等問題，同時也可以補償mobility之變異性及有效提升面板之開口率。未來本實驗室致力於將外部補償電路驅動速度，使得影像顯示品質更為的細緻。另外更進一步的實現於玻璃基板上，使得顯示器更輕、更薄且減少成本。

圖八、外部補償電路之光罩圖
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圖九、外部補償電路之操作流程圖

三、國科會與產學研究計畫：

1	主動式OLED材料衰減與Vth變異之畫素補償電路設計 (國科會計畫:NSC95-2221-E-006-298) 95/8–96/7
	計畫內容：本計畫研究有機發光二極體(OLED)與非晶矽薄膜電晶體(a-Si TFTs)在長時間受壓下所造成的材料老化與變異。由於此現象會使顯示器使用壽命受限，故提出一採用a-Si TFTs之畫素電路，並具同時補償TFT臨界電壓及OLED老化之能力，延長使用壽命，以提高AMOLED顯示器量產之可能。
2	補償Vth電壓變異之主動式OLED新穎畫素電路設計 (三年計畫) (國科會計畫:NSC96-2221-E-006-131- MY3) 96/8~97/7
	計畫內容：本三年計畫主要先建立低溫多晶矽電晶體(LTPS TFT)的模組化參數，並且提出兩個電路利用所建立的模組化參數來模擬電晶體和OLED元件特性的變異性，且實際下線分析所提出的電路是否能夠成功補償元件材料老化的問題，最後並實際評估製作出面板。
3	適用於可撓式AMOLED面板之元件等效模組建立與畫素補償電路設計 (國科會計畫:NSC 99-2221-E-006-194-) 99/8~100/7
	計畫內容：本計畫利用amorphous TFT可撓曲的特性去建立出元件的等效模組，並且提出一新式畫素電路利用簡單的內部架構來補償TFT特性的變異和外部架構來補償OLED材料的老化，最後將所提出的新式電路套用所建立的元件模組來驗證本電路可以在可撓式基板上成功補償材料老化的現象。
4	適用於IGZO之3D AMOLED畫素補償電路設計 (群創光電產學計畫) 100/6~101/5
	計畫內容：本計畫目的是將新興的透明薄膜電晶體(IGZO TFT)、3D顯示器和AMOLED技術結合在一起，先量測IGZO TFT的特性來建立出元件的等效模組，在將模組套用在所設計的3D AMOLED畫素電路進行分析，並實際下線量測所提出的電路補償效果。
5	高解析度AMOLED面板之研製 (群創光電產學計畫) 101/6~102/5
	計畫內容：
6	Vth補償能力不受面板解析度影響之新式AMOLED畫素電路與閘極驅動電路設計 (友達產學計畫) 102/12~103/11
	計畫內容：本計畫目的為設計無flicker現象且Vth補償能力不受面板解析度影響之之新式PMOS AMOLED畫素電路，並將元件數保持在4T至5T以內。在計畫中為求整合畫素電路與其驅動，以提升整體實用性，亦針對已設計的畫素電路的驅動訊號設計PMOS閘極驅動電路。

四、研究成果
Paper revised

Chih-Lung Lin, Chia-Che Hung, Pin-Yen Kuo, and Yu-Cheng Chen, “A New Voltage Driving Scheme using 3-TFTs for AMOLED Pixel Circuits,” IEEE/OSA Journal of Display Technology, Jan. 2012. (Manuscript ID:JDT-00767-2011) (Impact Factor : 1.695)
Paper published
Chih-Lung Lin, Fu-Chieh Chang, Po-Chun Lai, and Wen-Yen Chang, “A Charge-Pump based Current Feedback Method for AMOLED Displays,” IEEE/OSA Journal of Display Technology, vol. 9, no.10, pp. 783-785, Oct. 2013 (Impact Factor : 2.280)
Chih-Lung Lin, Wen-Yen Chang, and Chia-Che Hung, “Compensating Pixel Circuit Driving AMOLED Display with a- IGZO TFTs,” IEEE Electron Device Letters, vol. 34, no. 9, pp.1166-1168, Sep. 2013. (Impact Factor : 2.849)
Chih-Lung Lin, Chia-Che Hung, Pin-Yen Kuo, and Mao-Hsun Cheng, “New LTPS Pixel Circuit with AC Driving Method to Reduce OLED Degradation for 3D AMOLED Displays,” IEEE/OSA Journal of Display Technology, vol. 8, no.12,pp. 681-683, Dec. 2012. (Impact Factor : 2.280)
Chih-Lung Lin, Chia-Che Hung, Wen-Yen Chang, Mao-Hsun Cheng, Pin-Yen Kuo, and Yu-Cheng Chen, “Voltage Driving Scheme Using Three TFTs and One Capacitor for Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode Pixel Circuits,” IEEE/OSA Journal of Display Technology, vol. 8, no.10, pp. 602-608, Oct. 2012. (Impact Factor : 2.280)
Chih-Lung Lin, Wen-Yen Chang, and Chia-Che Hung, “LTPS-TFT Pixel Circuit to Compensate for OLED Luminance Degradation in 3D AMOLED Display,” IEEE Electron Device Letters, accepted for publication, Feb. 2012. (Impact Factor : 2.719)
Chih-Lung Lin, Chia-Che Hung, Wen-Yen Chang, Kuan-Wen Chou, and Cheng-Yan Chuang, “Novel a-Si:H AMOLED Pixel Circuit to Ameliorate OLED Luminance Degradation by External Detection,” IEEE Electron Device Letters, vol. 32, no.12, pp. 1716-1718, Dec. 2011. (Impact Factor : 2.719)
Chih-Lung Lin, Kuan-Wen Chou, Chia-Che Hung, and Kuo-Chao Liao, “Reducing OLED Degradation Using Self-Compensated Circuit for AMOLED Displays,” IEEE Electron Device Letters, vol. 32, no.10, pp. 1043-1045, Oct. 2011. (Impact Factor : 2.719)
Chih-Lung Lin, Kuan-Wen Chou, Chia-Che Hung and Chun-Da Tu, “Lifetime Amelioration for an AMOLED Pixel Circuit by Using a Novel AC Driving Scheme,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 58, no. 8, pp.2652-2659, August 2011. (Impact Factor : 2.267)
Chih-Lung Lin, Kuan-Wen Chou, Fu-Chieh Chang, and Chia-Che Hung, “A Novel 3-TFT Voltage Driving Method of Compensating VTH Shift for a-Si:H TFT and OLED Degradation for AMOLED,” Solid State Electronics, vol. 64, no. 1, pp. 6-9, October 2011.
Chih-Lung Lin, Tsung-Ting Tsai, Yung-Chih Chen, “A Novel Voltage-Feedback Pixel Circuit for AMOLED Displays,” IEEE/OSA Journal of Display Technology, vol. 4, no.1, pp. 54-60, March 2008. (Impact Factor : 1.695)
Chih-Lung Lin, Tsung-Ting Tsai, “A Novel Voltage Driving Method Using 3-TFT Pixel Circuit for AMOLED,” IEEE Electron Device Letters, vol. 28, no.6, pp. 489-491, June 2007. (Impact Factor : 2.719)
Chih-Lung Lin, Yung-Chih Chen, “A Novel LTPS-TFT Pixel Circuit Compensating for TFT Threshold-Voltage Shift and OLED Degradation for AMOLED,” IEEE Electron Device Letters, vol. 28, no. 2, pp. 129-131, February 2007. (Impact Factor : 2.719)

五、專利

已獲得專利證書
發明人	專利名稱	國別	申請類型	申請號
林志隆，徐聖凱，郭品彥，張文彥	電流式畫素驅動電路	TW	發明	I419119
林志隆，廖國超，謝承祖	驅動電路及具有該驅動電路之畫素電路	TW	發明	I413061
林志隆，周冠汶	畫素補償電路	TW	發明	I412000
林志隆，周冠汶，塗俊達	補償電路及包含此補償電路的顯示器	TW	發明	I410653
林志隆，廖國超	像素驅動器及顯示裝置	TW	發明	I389083
林志隆，蔡育展	驅動電路及具有該驅動電路的像素電路	TW	發明	I383355
林志隆，蔡宗廷，廖國超	驅動電路及具有該驅動電路的像素電路	TW	發明	I378429
林志隆，蔡宗廷，廖國超	Driving circuit, and a pixel circuit incorporating the same	US	發明	8,279,243B2
林志隆，周冠汶	像素電路	TW	發明	I371736
林志隆，周冠汶	Pixel Circuit	US	發明	8,199,076B2
林志隆，周冠汶，塗俊達	Display and compensation circuit thereof	US	發明	0205221A1
林志隆，蔡宗廷	Driving circuit, and a pixel circuit incorporating the same (成大國科會)	US	發明	0109718A1
林志隆，周冠汶	Pixel Circuit (成大國科會)	US	發明	0109717A1
林志隆，蔡宗廷，廖國超	Driving circuit and a pixel circuit incorporating the same (成大國科會)	US	發明	0146698A1
陳勇志，林志隆，吳元均	Organic Light-Emitting Diode (OLED) Panel and Driving Method Thereof (友達產學合作)	US	發明	0018568A1
陳勇志，林志隆，吳元均	發光二極管面板及其驅動方法	TW	發明	I343042
陳勇志，李國勝，吳鼎文，施立偉，林志隆	發光二極體顯示器及其畫素之驅動方法 (友達產學合作)	TW	發明	I338874
蔡宗廷，施立偉，林志隆	降低平面顯示器功率消耗之驅動方法 (友達產學合作)	TW	發明	I338880
陳勇志，李國勝，吳鼎文, 施立偉，林志隆	發光二極管顯示器及其像素的驅動方法	CN	發明	ZL200610080370.6
陳勇志，林志隆，吳元均	發光二極管面板及其驅動方法	CN	發明	ZL200610153624.2
蔡宗廷，施立偉，林志隆	降低平面顯示器功率消耗的驅動方法	CN	發明	ZL200710166956.9

已公告專利
發明人	專利名稱	國別	申請類型	申請號
林志隆，郭品彥，洪嘉澤，張富傑	PIXEL DRIVING CIRCUITS, PIXEL DRIVING METHODS, DISPLAY PANELS AND ELECTRONIC DEVICES (群創產學合作)	US	發明	0207957A1
林志隆，蔡宗廷	Driving circuit, and a pixel circuit incorporating the same (成大國科會)	US	發明	0109718A1
林志隆，周冠汶	Pixel Circuit (成大國科會)	US	發明	0109717A1
林志隆，蔡宗廷	驅動電路及具有該驅動電路的像素電路 (成大國科會)	TW	發明	200901811

申請中專利
發明人	專利名稱	國別	申請類型	申請號
林志隆，張文彥，洪嘉澤，徐聖凱	適用於三維顯示器之主動式有機發光二極體畫素電路設計(群創產學合作專利申請中)	TW	發明
林志隆，郭品彥，洪嘉澤，張富傑	3D顯示器之畫素電路架構改良(群創產學合作專利申請中)	TW	發明
林志隆，洪嘉澤，盧俊名	應用於高解析度主動式有機發光二極體顯示器並可部分補償載子遷移率變異之新式LTPS畫素電路(群創產學合作專利申請中)	TW	發明
林志隆，陳柏勳，賴柏君	應用於高解析度主動式有機發光二極體顯示器之新式LTPS畫素電路(群創產學合作專利申請中)	TW	發明
林志隆，徐聖凱，周冠汶，張文彥	畫素驅動電路	TW	發明	100134030

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