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[摘 要]有机薄膜晶体管（OTFT）作为一种新型的柔性半导体器件在柔性平板显示领域有着广阔的应用前景。近年来受益于材料和器件工艺的不断改进，OTFT的开关性能已经基本上能够满足有源矩阵显示器的需求，被作为像素开关阵列应用在柔性电子纸显示器和AMOLED显示上。本文基于一种可操作在低逻辑电压下的OTFT器件设计了一种OTFT集成栅极驱电路，此电路包含一个低电压移位寄存器单元和一个升压输出单元，其移位寄存器单元工作在较低的逻辑电压下，电压摆幅为2V至-5V。升压输出单元可以输出高电压低噪声的栅极脉冲信号，其输出栅极脉冲信号电压摆幅为5V至-30V，这一电路可以为电子墨水电子纸显示器提供栅极驱动信号。
[关键词]有机薄膜晶体管 集成栅极驱动电路 柔性显示 电子纸显示
中图分类号：TN587 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）37-0305-04
1.引言
电子墨水（E—INK）显示因具有超低功耗、携带方便、阳光下可读，和接近于纸质显示品质等优点，在电子阅读器，智能手表等方面有着广阔的应用空间[1，2]。然而人们对显示器的期望不止于此，人们希望将显示器产品真正做到像纸张一样轻薄，可以折叠并方便携带[3]。在这一需求的驱动下，柔性电子纸显示技术受到越来越多的青睐。Plastic logic公司曾在2010年的国际显示协会大会上报告了一款10.7“的柔性电子纸显示样机受到广泛瞩目[4].此样机采用柔性有机薄膜晶体管（Organic Thin Film Transistor，OTFT）背板，其扫描电路采用6颗COF封装的栅极驱动器（Gate drivers），电子系统采用柔性线路板设计，具备一定的可挠曲性。然而受限于柔性线路板和显示面板之间的相互约束，显示屏的弯曲自由度大大受限，难以进行折叠和卷曲。本论文将探讨一种将栅极驱动器电路集成在OTFT柔性基板上的电路设计，使电子纸显示器可以实现更大自由度弯曲。
2.集成栅极驱动器的柔性显示器
基于有机材料的OTFT技术被认为是未来柔性可穿戴设备的最理想器件技术。目前OTFT技术在电子标记、柔性显示和穿戴式电子等领域的开发和应用已取得了突破性的进展[5，6]。在工艺方面，有机半导体材料相对于传统无机半导体材料更容易采用溶液法等更经济环保的低温工艺进行生产，也是其备受青睐的原因之一。目前基于溶液法制备的三异丙基硅烷基乙炔基五联苯（TIPS-penances）OTFT，其器件迁移率可以达到0.2cm2/vs等级，开关电流比可以达到105以上[7]，基本上可以满足电子纸显示器驱动背板的需求。甚至近年来随着OTFT器件迁移率的进一步提高，及器件稳定性的进一步增强，将小规模集成电路如栅极驱动器集成在面板上已经成为可能[8]。图1是本文提出的集成栅极驱动器的柔性电子纸显示器系统架构与传统架构的对比。图1-（a）是传统电子纸显示器的架构图，包括一个控制板，一组源极驱动器和一组栅极驱动器，控制板和源极驱动器限制了显示屏在水平方向的可挠性，而栅极驱动器限制了显示屏在垂直方向的可绕性。图1-（b）是含有集成栅极驱动器（Gate Driver Integrated in Array， GIA）的柔性电子纸显示器架构图，由于栅极驱动器被集成在柔性背板上，显示面板可以沿着垂直轴向任意弯曲，甚至可以卷起来，同时在相同的外观尺寸下，集成栅极驱动器的显示屏有效显示区域可以更大。
将栅极驱动电路集成到柔性显示背板上的另一个优势是减少了柔性基板与柔性线路板的焊接工艺流程，从而减少了焊接不良。
3.低电压OTFT器件
3.1 OTFT器件制备
TIPS- pentacene是一种被广泛应用在溶液法OTFT制备工艺的有机半导体材料，具有较高的电子迁移率和良好的开关特性。我们用溶液法制备了基于TIPS- pentacene的OTFT器件试样，其器件结构如图2所示。
传统OTFT器件的逻辑工作电压摆幅（逻辑高低電压的差值）通常在20V以上[9]，而近期一种通过降低沟道层缺陷态密度实现低电压OTFT的方法被提出来，这种方法利用可溶性小分子半导体和聚合物共混成膜后相分离所形成的高结晶质量半导体层作为沟道，有效地降低了器件沟道中的缺陷态密度，从而可以基于较厚的低介电常数栅绝缘层实现低电压工作。采用这一方法制作的新型OTFT器件具备良好的器件特性，可以实现低电压操作。图3是我们采用这一新方法制备的OTFT器件的转移特性曲线，它具有较低的阈值电压，和陡峭的亚阈值摆幅.因此具备良好的低电压开关特性，可以用来构建低电压逻辑电路。
3.2 OTFT模型提取
我们首先提取OTFT的SPICE模型，并用Silvaco公司的Smart SPICE软件进行了OTFT转移特性模拟，图4是模拟的OTFT转移特性曲线，模拟结果与测量结果相拟合。新制备的OTFT器件迁移率约为0.2cm/VS，阈值电压0.5V，亚阈值摆幅达到0.3V/dec。
4.OTFT GIA电路设计
4.1 电路框架
本文结合了新型OTFT器件的优良低电压开关特性，设计了高低压分离的GIA电路用来实现高分辨率电子纸显示器的显示驱动。
图5是本文提出的OTFT GIA电路的原理框图，此原理图包含了四个级联的GIA单元电路，每个GIA单元电路包含一个低电压移位寄存器单元（Shift Register）和一个升压单元（Level Shift）。移位寄存器单元工作在较低的逻辑电压下，其输入时钟脉冲信号CLK和CLKB电压摆幅为2V至-5V。移位寄存器单元负责依序在Z1至Z4节点产生一组低电压栅极脉冲信号。升压单元负责将Z1至Z4节点的低电压栅极脉冲信号转换为高电压低噪声的栅极脉冲信号，并提供给显示屏的扫描线G1至G4。经过升压后的栅极脉冲信号电压摆幅为5V至-35V，可以满足E-ink电子纸的驱动需要。 4.2 低电压移位寄存器单元电路
基于上文提取的OTFT模型参数我们设计了如图6所示的低电压OTFT 移位寄存器单元电路。节点Zn-1，Zn，Zn+1分别对应前一级（第N-1级），本级（第N级）以及后一级（第N+1级）移位寄存器单元电路输出的低电压脉冲信号。当移位寄存器单元电路位于栅极驱动器第一级时，Zn-1节点将与扫描起始脉冲信号（STVU）相连；当单元电路处于栅极驱动器最后一级时，Zn+1节点将与扫描结束脉冲信号（STVD）相连；CLK和CLKB为一对相位相反的时钟脉冲信号对，其电压摆幅为2v至-5v，占空比为50%；Vss为直流电源，电压为2v.各输入、输出信号的相关时序如图7所示。
此移位寄存器电路的工作过程可大致分成四个阶段：第一阶段，STVU脉冲信号从Zn-1端口进入，将Qn节点电位充电至-5V，此时输出管T2打开，CLK信号此时为2V，被灌入Zn节点；第二阶段，CLK信号从2V切换至-5V，并通过T2将Zn节点充电至-5V，Zn节点在被充电的同时经由自举电容C1将Qn节点电位耦合至-15V，以保证在接下来的半个CLK周期内T2持续打开使得Zn节点可以持续稳定输出-5V的开态电压；第三阶段，STVD脉冲信号从Zn+1节点进入，经过下拉单元（Pull down）电路将Qn节点及Zn节点电位一同放点至2V（VSS）完成本级（第N级）移位寄存器单元电路的输出；第四阶段，CLKB信号通过下拉单元电路对Qn节点及Zn节点提供持续的下拉作用，使Zn节点被钳制在2V，直到下一次STVU信号进入。
4.3 高电压输出单元电路
一种由两个级联的自举反相器（bootstrapped inverter）构成的升压电路曾被用于非晶硅薄膜晶体管（a-Si：H TFT）的升压电路[10]，如图8所示。
这一电路可以被用来作为上述GIA电路的升压单元，然而直接采用此升压电路给栅极脉冲信号进行升压会产生很高的功耗，主要是因为栅极脉冲信号Zn长期处于逻辑低电位（VSS），经过第一级升压反向电路之后，在Gbn节点产生逻辑高电位（接近VSSH），使T23成为常开状态。又因为T21为二极管连接，使得T22也处于常开状态，因此T22和T23会在VDDH与VSSL之间形成如图所示的常开导电路径，使得电路的消耗电流非常大，无法应用在移动显示器上。本文将这一升压电路进行改良，从而消除了T22和T23产生的电流导通路径。
图9是本文采用的升压单元电路原理图，如所示，Zn节点为低电压栅极脉冲信号输入节点，Gn点为高电压栅极脉冲信号输出节点，VDDH和VSSL节点为升压电路的参考电压源，其中逻辑高电平VDDH采用-30V，逻辑低电平VSSL采用为5V.
图10是对图9所示的升压电路的升压效果仿真结果。Zn为低电压移位寄存器单元电路输出的低电压栅极脉冲信号。Gn为经过升压电路升压之后的高压栅极脉冲信号，其电压摆幅为5V至-30V，模拟单级升压电路携带负载的功耗仅为0.6mW，相比之下，若采用图8所示的传统升压电路，其单级电路产生的功耗高达30mW，因此本文提出的如图9所示的新的升压电路更适合应用在移动设备上。
5.多级OTFT GIA电路仿真
为了验证这一全新的电路，我们建立了一个分辨率为WVGA（640X960）的仿真模型，屏幕刷新频率为50Hz，由于采用了如图1（b）所示的竖屏设计，因此其总的栅极扫描线数为960行。GIA电路被设计在屏幕的左右两侧，分别负责奇、偶行扫描线的驱动，因此单侧GIA电路实际上只包含480级。由此可以计算出栅极脉冲信号的理论脉宽约为41.7us，实际仿真中采用了40us的CLK脉宽。通过计算，一个8“WVGA 的OTFT电子纸显示器，其栅极扫描线的寄生电容大约为180pF，而电阻约为1.2K Ohm，我们将这个负载参数设定为默认仿真条件进行仿真。
5.1 输入、输出信号
在开始进行仿真之前，首先对电路的输入输出信号进行如下设定。 DC 信号VDDH为-30V，VDDL为-5V，VSS为2V。AC信号如图11所示，其中CLK、CLKB为脉宽40us，占空50%的低電压摆幅时钟脉冲信号；STVU、STVD为低电压单脉冲信号，脉宽40us；所有AC输入信号电压摆幅均为7V（-5V至2V）。
5.2 多级OTFT GIA电路仿真
在本节一开始讨论过，GIA电路被设计成左右两部分，左侧电路负责驱动奇数行480条扫描线。右边一侧负责驱动偶数行480条扫描线，栅线上的负载RC为1.2KOhm，180pF，升压单元电路中输出管T22，T23 宽长比分别为：2000um/5um 和4000um/5um。图12是仿真出来的前8级GIA电路的带载输出结果，分为奇偶两部分呈现，每个栅极脉冲信号脉宽40us，相邻两行脉冲信号相位相差20us，交叠20us，为预充电驱动方式。由于扫描线上的电阻电容负载（RC loading）会对GIA电路的输出信号产生影响，当GIA电路的推力无法满足负载要求时，会产生严重的信号延迟效应，导致像素充电不足使画面无法正常显示。我们给GIA电路挂载了不同的RC负载来检验GIA电路的驱动能力。
表2是GIA电路挂载不同RC负载后的信号延迟仿真结果，通过对比发现电容负载对栅极脉冲信号的RC延迟影响较大。因此在进行像素设计的时候要特别考虑尽可能降低栅线上的电容负载。从模拟结果可以看出当前的输出管参数设定可以满足8英寸WVGA电子纸显示屏的驱动要求，但当负载电容增大一倍（360pF）后，输出信号的上升延迟会增加到27us，导致电子纸显示面板像素充电无法满足要求。在这种情况下，就需要对输出管T22，T23进行调整以增大其驱动能力。通过模拟可以驱动上述8英寸显示屏的OTFT GIA驱动电路总体动态功耗约为0.6w，而在不更新显示数据的时候，可以通过将所有输入信号接地使其功耗几乎为0。传统的非GIA电子纸显示器动态功耗约0.7w，因此采用此GIA电路，电子纸显示器在更新数据时的动态功耗将增加1倍，而数据维持时的静态功耗不会有明显变化，因此采用OTFT GIA电路之后的电子纸显示器仍可以维持较长的待机和续航时间。 6.結论
本文基于一种性能优良的新型OTFT器件特性，探讨了一种将OTFT栅极驱动器集成到柔性电子纸显示屏上的方案。由于采用了高低电压分离的设计方案，电路的高频部分（移位寄存器单元）工作在电压下，而高压部分（升压单元）采用直流工作模式，因此在满足了高电压输出的同时，电路整体功耗较低。通过仿真发现新的GIA电路的驱动能力可以满足一个8英寸大小的WVGA分辨率的电子纸显示器的驱动需求。虽然采用GIA电路后显示屏的动态功耗增加一倍，但由于静态功耗不会增加，因此不会动摇电子书的超常续航时间的特性。
参考文献
[1]朱强，曹方兴.电子阅读的新领域——E-INK电子书探析[J]. 图书馆界，2009，（3）：89-91.
[2]Yokoo A， Kubota T， Saida Y， et al. 5.4： Wireless Smart Card with Electronic Paper Dot Matrix Display Using QR‐LPD Technology[J].Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2011， 42（1）：46-49.
[3]Martins R， Pereira L， Fortunato E. 29.4： Invited Paper： Paper Electronics： A Challenge for the Future[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2013， 44（1）：365-367.
[4]Burns S. 33.1： QUE： An e‐Reader Built Using Flexible Display Technology[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2010， 41（1）：477-479.
[5]Tseng H. Scaling of Inkjet-Printed Transistors using Novel Printing Techniques[D]. University of California at Berkeley，2011.
[6] Tsuyoshi Sekitani. Imperceptible Electronic Skin [J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers，2014：122-125
[7] Jang J，Choi M H， Cheon J H.77.1：Invited Paper：TFT Technologies for Flexible Displays[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2010， 41（1）：1143-1146.
[8] Liu J， Lee TM，Wen C，et al. 61.2： Invited Paper： High Performance Organic‐Inorganic Hybrid Plastic Substrate for Flexible Display and Electronics[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2010， 41（1）：913–916.
[9] Street R A. 23.1：Invited Paper： Jet Printed TFTs and Circuits for Flexible Electronics[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2013， 44（1）：267–270.
[10] Lee W， Lee J， Park H， et al. P‐13： Low‐Power a‐Si Level shifter for Mobile Displays with Bootstrapped Capacitor and Pulsed Signal Source[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2007， 38（1）：218–221.
[关键词]有机薄膜晶体管 集成栅极驱动电路 柔性显示 电子纸显示
中图分类号：TN587 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）37-0305-04
1.引言
电子墨水（E—INK）显示因具有超低功耗、携带方便、阳光下可读，和接近于纸质显示品质等优点，在电子阅读器，智能手表等方面有着广阔的应用空间[1，2]。然而人们对显示器的期望不止于此，人们希望将显示器产品真正做到像纸张一样轻薄，可以折叠并方便携带[3]。在这一需求的驱动下，柔性电子纸显示技术受到越来越多的青睐。Plastic logic公司曾在2010年的国际显示协会大会上报告了一款10.7“的柔性电子纸显示样机受到广泛瞩目[4].此样机采用柔性有机薄膜晶体管（Organic Thin Film Transistor，OTFT）背板，其扫描电路采用6颗COF封装的栅极驱动器（Gate drivers），电子系统采用柔性线路板设计，具备一定的可挠曲性。然而受限于柔性线路板和显示面板之间的相互约束，显示屏的弯曲自由度大大受限，难以进行折叠和卷曲。本论文将探讨一种将栅极驱动器电路集成在OTFT柔性基板上的电路设计，使电子纸显示器可以实现更大自由度弯曲。
2.集成栅极驱动器的柔性显示器
基于有机材料的OTFT技术被认为是未来柔性可穿戴设备的最理想器件技术。目前OTFT技术在电子标记、柔性显示和穿戴式电子等领域的开发和应用已取得了突破性的进展[5，6]。在工艺方面，有机半导体材料相对于传统无机半导体材料更容易采用溶液法等更经济环保的低温工艺进行生产，也是其备受青睐的原因之一。目前基于溶液法制备的三异丙基硅烷基乙炔基五联苯（TIPS-penances）OTFT，其器件迁移率可以达到0.2cm2/vs等级，开关电流比可以达到105以上[7]，基本上可以满足电子纸显示器驱动背板的需求。甚至近年来随着OTFT器件迁移率的进一步提高，及器件稳定性的进一步增强，将小规模集成电路如栅极驱动器集成在面板上已经成为可能[8]。图1是本文提出的集成栅极驱动器的柔性电子纸显示器系统架构与传统架构的对比。图1-（a）是传统电子纸显示器的架构图，包括一个控制板，一组源极驱动器和一组栅极驱动器，控制板和源极驱动器限制了显示屏在水平方向的可挠性，而栅极驱动器限制了显示屏在垂直方向的可绕性。图1-（b）是含有集成栅极驱动器（Gate Driver Integrated in Array， GIA）的柔性电子纸显示器架构图，由于栅极驱动器被集成在柔性背板上，显示面板可以沿着垂直轴向任意弯曲，甚至可以卷起来，同时在相同的外观尺寸下，集成栅极驱动器的显示屏有效显示区域可以更大。
将栅极驱动电路集成到柔性显示背板上的另一个优势是减少了柔性基板与柔性线路板的焊接工艺流程，从而减少了焊接不良。
3.低电压OTFT器件
3.1 OTFT器件制备
TIPS- pentacene是一种被广泛应用在溶液法OTFT制备工艺的有机半导体材料，具有较高的电子迁移率和良好的开关特性。我们用溶液法制备了基于TIPS- pentacene的OTFT器件试样，其器件结构如图2所示。
传统OTFT器件的逻辑工作电压摆幅（逻辑高低電压的差值）通常在20V以上[9]，而近期一种通过降低沟道层缺陷态密度实现低电压OTFT的方法被提出来，这种方法利用可溶性小分子半导体和聚合物共混成膜后相分离所形成的高结晶质量半导体层作为沟道，有效地降低了器件沟道中的缺陷态密度，从而可以基于较厚的低介电常数栅绝缘层实现低电压工作。采用这一方法制作的新型OTFT器件具备良好的器件特性，可以实现低电压操作。图3是我们采用这一新方法制备的OTFT器件的转移特性曲线，它具有较低的阈值电压，和陡峭的亚阈值摆幅.因此具备良好的低电压开关特性，可以用来构建低电压逻辑电路。
3.2 OTFT模型提取
我们首先提取OTFT的SPICE模型，并用Silvaco公司的Smart SPICE软件进行了OTFT转移特性模拟，图4是模拟的OTFT转移特性曲线，模拟结果与测量结果相拟合。新制备的OTFT器件迁移率约为0.2cm/VS，阈值电压0.5V，亚阈值摆幅达到0.3V/dec。
4.OTFT GIA电路设计
4.1 电路框架
本文结合了新型OTFT器件的优良低电压开关特性，设计了高低压分离的GIA电路用来实现高分辨率电子纸显示器的显示驱动。
图5是本文提出的OTFT GIA电路的原理框图，此原理图包含了四个级联的GIA单元电路，每个GIA单元电路包含一个低电压移位寄存器单元（Shift Register）和一个升压单元（Level Shift）。移位寄存器单元工作在较低的逻辑电压下，其输入时钟脉冲信号CLK和CLKB电压摆幅为2V至-5V。移位寄存器单元负责依序在Z1至Z4节点产生一组低电压栅极脉冲信号。升压单元负责将Z1至Z4节点的低电压栅极脉冲信号转换为高电压低噪声的栅极脉冲信号，并提供给显示屏的扫描线G1至G4。经过升压后的栅极脉冲信号电压摆幅为5V至-35V，可以满足E-ink电子纸的驱动需要。 4.2 低电压移位寄存器单元电路
基于上文提取的OTFT模型参数我们设计了如图6所示的低电压OTFT 移位寄存器单元电路。节点Zn-1，Zn，Zn+1分别对应前一级（第N-1级），本级（第N级）以及后一级（第N+1级）移位寄存器单元电路输出的低电压脉冲信号。当移位寄存器单元电路位于栅极驱动器第一级时，Zn-1节点将与扫描起始脉冲信号（STVU）相连；当单元电路处于栅极驱动器最后一级时，Zn+1节点将与扫描结束脉冲信号（STVD）相连；CLK和CLKB为一对相位相反的时钟脉冲信号对，其电压摆幅为2v至-5v，占空比为50%；Vss为直流电源，电压为2v.各输入、输出信号的相关时序如图7所示。
此移位寄存器电路的工作过程可大致分成四个阶段：第一阶段，STVU脉冲信号从Zn-1端口进入，将Qn节点电位充电至-5V，此时输出管T2打开，CLK信号此时为2V，被灌入Zn节点；第二阶段，CLK信号从2V切换至-5V，并通过T2将Zn节点充电至-5V，Zn节点在被充电的同时经由自举电容C1将Qn节点电位耦合至-15V，以保证在接下来的半个CLK周期内T2持续打开使得Zn节点可以持续稳定输出-5V的开态电压；第三阶段，STVD脉冲信号从Zn+1节点进入，经过下拉单元（Pull down）电路将Qn节点及Zn节点电位一同放点至2V（VSS）完成本级（第N级）移位寄存器单元电路的输出；第四阶段，CLKB信号通过下拉单元电路对Qn节点及Zn节点提供持续的下拉作用，使Zn节点被钳制在2V，直到下一次STVU信号进入。
4.3 高电压输出单元电路
一种由两个级联的自举反相器（bootstrapped inverter）构成的升压电路曾被用于非晶硅薄膜晶体管（a-Si：H TFT）的升压电路[10]，如图8所示。
这一电路可以被用来作为上述GIA电路的升压单元，然而直接采用此升压电路给栅极脉冲信号进行升压会产生很高的功耗，主要是因为栅极脉冲信号Zn长期处于逻辑低电位（VSS），经过第一级升压反向电路之后，在Gbn节点产生逻辑高电位（接近VSSH），使T23成为常开状态。又因为T21为二极管连接，使得T22也处于常开状态，因此T22和T23会在VDDH与VSSL之间形成如图所示的常开导电路径，使得电路的消耗电流非常大，无法应用在移动显示器上。本文将这一升压电路进行改良，从而消除了T22和T23产生的电流导通路径。
图9是本文采用的升压单元电路原理图，如所示，Zn节点为低电压栅极脉冲信号输入节点，Gn点为高电压栅极脉冲信号输出节点，VDDH和VSSL节点为升压电路的参考电压源，其中逻辑高电平VDDH采用-30V，逻辑低电平VSSL采用为5V.
图10是对图9所示的升压电路的升压效果仿真结果。Zn为低电压移位寄存器单元电路输出的低电压栅极脉冲信号。Gn为经过升压电路升压之后的高压栅极脉冲信号，其电压摆幅为5V至-30V，模拟单级升压电路携带负载的功耗仅为0.6mW，相比之下，若采用图8所示的传统升压电路，其单级电路产生的功耗高达30mW，因此本文提出的如图9所示的新的升压电路更适合应用在移动设备上。
5.多级OTFT GIA电路仿真
为了验证这一全新的电路，我们建立了一个分辨率为WVGA（640X960）的仿真模型，屏幕刷新频率为50Hz，由于采用了如图1（b）所示的竖屏设计，因此其总的栅极扫描线数为960行。GIA电路被设计在屏幕的左右两侧，分别负责奇、偶行扫描线的驱动，因此单侧GIA电路实际上只包含480级。由此可以计算出栅极脉冲信号的理论脉宽约为41.7us，实际仿真中采用了40us的CLK脉宽。通过计算，一个8“WVGA 的OTFT电子纸显示器，其栅极扫描线的寄生电容大约为180pF，而电阻约为1.2K Ohm，我们将这个负载参数设定为默认仿真条件进行仿真。
5.1 输入、输出信号
在开始进行仿真之前，首先对电路的输入输出信号进行如下设定。 DC 信号VDDH为-30V，VDDL为-5V，VSS为2V。AC信号如图11所示，其中CLK、CLKB为脉宽40us，占空50%的低電压摆幅时钟脉冲信号；STVU、STVD为低电压单脉冲信号，脉宽40us；所有AC输入信号电压摆幅均为7V（-5V至2V）。
5.2 多级OTFT GIA电路仿真
在本节一开始讨论过，GIA电路被设计成左右两部分，左侧电路负责驱动奇数行480条扫描线。右边一侧负责驱动偶数行480条扫描线，栅线上的负载RC为1.2KOhm，180pF，升压单元电路中输出管T22，T23 宽长比分别为：2000um/5um 和4000um/5um。图12是仿真出来的前8级GIA电路的带载输出结果，分为奇偶两部分呈现，每个栅极脉冲信号脉宽40us，相邻两行脉冲信号相位相差20us，交叠20us，为预充电驱动方式。由于扫描线上的电阻电容负载（RC loading）会对GIA电路的输出信号产生影响，当GIA电路的推力无法满足负载要求时，会产生严重的信号延迟效应，导致像素充电不足使画面无法正常显示。我们给GIA电路挂载了不同的RC负载来检验GIA电路的驱动能力。
表2是GIA电路挂载不同RC负载后的信号延迟仿真结果，通过对比发现电容负载对栅极脉冲信号的RC延迟影响较大。因此在进行像素设计的时候要特别考虑尽可能降低栅线上的电容负载。从模拟结果可以看出当前的输出管参数设定可以满足8英寸WVGA电子纸显示屏的驱动要求，但当负载电容增大一倍（360pF）后，输出信号的上升延迟会增加到27us，导致电子纸显示面板像素充电无法满足要求。在这种情况下，就需要对输出管T22，T23进行调整以增大其驱动能力。通过模拟可以驱动上述8英寸显示屏的OTFT GIA驱动电路总体动态功耗约为0.6w，而在不更新显示数据的时候，可以通过将所有输入信号接地使其功耗几乎为0。传统的非GIA电子纸显示器动态功耗约0.7w，因此采用此GIA电路，电子纸显示器在更新数据时的动态功耗将增加1倍，而数据维持时的静态功耗不会有明显变化，因此采用OTFT GIA电路之后的电子纸显示器仍可以维持较长的待机和续航时间。 6.結论
本文基于一种性能优良的新型OTFT器件特性，探讨了一种将OTFT栅极驱动器集成到柔性电子纸显示屏上的方案。由于采用了高低电压分离的设计方案，电路的高频部分（移位寄存器单元）工作在电压下，而高压部分（升压单元）采用直流工作模式，因此在满足了高电压输出的同时，电路整体功耗较低。通过仿真发现新的GIA电路的驱动能力可以满足一个8英寸大小的WVGA分辨率的电子纸显示器的驱动需求。虽然采用GIA电路后显示屏的动态功耗增加一倍，但由于静态功耗不会增加，因此不会动摇电子书的超常续航时间的特性。
参考文献
[1]朱强，曹方兴.电子阅读的新领域——E-INK电子书探析[J]. 图书馆界，2009，（3）：89-91.
[2]Yokoo A， Kubota T， Saida Y， et al. 5.4： Wireless Smart Card with Electronic Paper Dot Matrix Display Using QR‐LPD Technology[J].Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2011， 42（1）：46-49.
[3]Martins R， Pereira L， Fortunato E. 29.4： Invited Paper： Paper Electronics： A Challenge for the Future[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2013， 44（1）：365-367.
[4]Burns S. 33.1： QUE： An e‐Reader Built Using Flexible Display Technology[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2010， 41（1）：477-479.
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[7] Jang J，Choi M H， Cheon J H.77.1：Invited Paper：TFT Technologies for Flexible Displays[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2010， 41（1）：1143-1146.
[8] Liu J， Lee TM，Wen C，et al. 61.2： Invited Paper： High Performance Organic‐Inorganic Hybrid Plastic Substrate for Flexible Display and Electronics[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2010， 41（1）：913–916.
[9] Street R A. 23.1：Invited Paper： Jet Printed TFTs and Circuits for Flexible Electronics[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2013， 44（1）：267–270.
[10] Lee W， Lee J， Park H， et al. P‐13： Low‐Power a‐Si Level shifter for Mobile Displays with Bootstrapped Capacitor and Pulsed Signal Source[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers， 2007， 38（1）：218–221.