具有栅偏置自补偿功能的高可靠TFT集成的栅极驱动电路研究

Nowadays, narrow bezel flat-panel display has become the mainstream display. The integration of gate driver on array (GOA) is the key technology to realize narrow bezel display. Up to date, almost all the previous GOA circuits are based on constant gate bias, which leads to fast VTH shift and much reduced lifespan. The goal of this project is to promote reliability of GOA, and it is pointed out that the self-compensated gate bias is essential of reliability promotion. A new voltage reference circuit is proposed to adjust VDD according to VTH shift by using mirror structure for VTH sensing and switch-capacitor structure to construct a reference resistor. As the exact value of the reference resistor is determined by the clock frequency and capacitance, the voltage reference circuit can generate VDD according to VTH shift linearly. Analysis and simulations show that the proposed GOA can operate stably and not only the VTH shift can be compensated, but also the integration scale can be increased with low power consumptions. And experiments are needed to further verify the feasibility of the proposed GOA schematic.

窄（无）边框显示屏已成为显示器的主流。其核心技术是薄膜晶体管(TFT)集成的栅扫描驱动电路 (Gate-driver on Array，简称GOA)技术。迄今的GOA电路均采用了恒栅压偏置，这导致器件的阈值电压VTH漂移过快，限制了电路的使用寿命。对此本项目首次提出了一种栅偏置自补偿原理, 由此产生自适应的电压幅值，从而大大降低TFT的栅偏压，显著延长GOA电路的寿命。其特征是，通过镜像结构感应TFT的VTH漂移,利用开关电容结构实现参考电阻，通过电压反馈环路补偿TFT的VTH漂移以形成自适应基准电压源。参考电阻的精度由时钟周期和电容值决定，和TFT的VTH无关，基准电压源能够大范围地跟随VTH漂移，于是可以精确补偿低电平维持TFT的VTH漂移。分析和模拟表明，采用该栅偏置自补偿原理的GOA电路能够稳定可靠地工作。这些分析结果有待实验进行验证。

薄膜晶体管（TFT）技术的信息显示产业被列为我国新世纪重点发展的高科技产业，成为拉动国民经济发展的新的增长点。本项目在基于薄膜晶体管的栅极驱动电路这一新型显示技术研发方面取得一系列创新性成果。主要技术内容有：.1）开发出了具有自主知识产权的适合于中、小尺寸显示屏制造的系列TFT集成驱动电路技术。所发明电路技术能在极为精简的电路模式下实现了稳健的双向扫描功能，解决了传统此类技术方案存在的电路功耗大、结构复杂、速度慢、驱动能力弱等问题。本研究证明，所提出的双向扫描栅极驱动电路，具有较宽的工作温度范围、较低的功耗、较长的使用寿命。.2）开发出了具有自主知识产权的适合于大尺寸显示屏制造的系列TFT集成驱动电路技术。所发明的电路技术采用了独创的恒定过驱动电压和双极性脉冲偏置方法，有效抑制了器件的特性退化，使电路寿命有了3倍以上的延长。.3) 对TFT的不稳定性和退化特性进行了系统研究，并基于此建立了TFT器件的稳定和可靠性模型，为TFT电路设计和验证提供了可靠工具。.本项目的研究共申请发明专利20件，在本专业领域的顶级期刊和显示领域顶级会议上共发表论文15篇。在显示领域顶尖国际会议SID上就TFT集成栅极驱动电路设计做主题报告，在中国国际平板显示会议ICDT上就如何提高集成栅极驱动电路可靠性做邀请报告。本项目的主要特色在于，通过密切的产学研合作在合作公司实现了集成栅极驱动电路在中小手机屏幕及大尺寸电视面板屏上的量产。具体情况如下：.1）昆山龙腾光电公司采用本项目发明的具有双向扫描功能的TFT集成电路专利技术，开发出了系列高端中小尺寸窄（无）边框显示屏，企业的核心竞争力显著提高。.2）深圳华星光电公司采用本项目开发的高可靠TFT集成电路专利技术，成功实现了32寸到55寸的窄边框电视面板的国产化。