以传统的6T SRAM(5T+1MOS驱动管)结构硅基OLED像素电路为例，分析了开关管尺寸对数据写入的影响。提出了一种新型数字型硅基OLED像素电路，用5T(4T+1MOS驱动管)实现与6T SRAM(5T+1MOS驱动管)结构相同的功能。另外新型的像素电路与传统的SRAM结构相比，其数据写入不受开关管尺寸的影响，可以采用最小尺寸的开关管。基于SMIC 0.18 μm 1.8 V/5 V混合信号工艺设计，通过仿真得出6T SRAM结构像素电路能正常写入的开关管最小尺寸为540 nm/600 nm，像素单元版图面积为4.3 μm×4.3 μm；新型5T结构像素电路中的开关管尺寸可以为工艺最小尺寸，即300 nm/600 nm，版图面积为3.91 μm×3.91 μm，相比之下单个像素单元版图面积缩小了17.3%。

设计了一款高帧频高灵敏度双通道16元线列PINCMOS图像传感器。相对于传统的pn结光电二极管，PIN光电二极管具有结电容小和量子效率高的优点，可以降低CTIA像素电路的噪声,提高信噪比；同时采用一种新型的相关双采样电路结构，可以在边积分边读出的模式下实现相关双采样，抑制像素复位带来的KTC噪声。基于0.35μm PINCMOS工艺进行了线列CMOS图像传感器流片，并对器件的光电性能进行了测试。测试结果表明：在像元尺寸为90μm×90μm，700nm波长下，器件灵敏度达3000V/(lx·s)，量子效率为96%；在40kHz高帧频、0.05lx光照条件下器件信噪比为7，适于弱信号下的高速探测。

本文提出了一种采用铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器的新型补偿结构。它利用数据线关闭电源和驱动晶体管之间的控制晶体管, 以抑制编程期间的泄漏电流。在所提出的电路和传统电路之间进行电路性能的比较, 表明所提出的像素电路可以有效地补偿驱动晶体管的阈值电压偏移和迁移率变化。当VTH飘移2 V和μ增加30％时, IOLED误差率可以分别降低至小于5％和9％。此外, 由于使用同时驱动方法, 因此所需的最小编程时间可以被详细推导出来。所提出的像素电路的编程能力和机制已经通过FPGA平台和离散的场效应器件所证实。尽管所提出的像素电路具有非常简单的驱动结构, 但它能够提高补偿精度。

本文对一种LTPS-TFT AMOLED电压型阈值电压(Vth)补偿像素电路进行了理论研究, 分析了影响Vth补偿效果的主要因素。电路的补偿效果主要由驱动TFT Vth的获取精度和随后的保持精度决定。在Vth获取过程中, 相关误差主要由驱动TFT转移特性电流对存储电容充电的充电率不足产生; 在显示信号与Vth叠加过程中, 与Vth保持节点连接的电容增量等因素会造成Vth保持精度的损失。根据分析的结果, 本文解释了高分辨率像素电路补偿效果下降的原因。

为了改善由于像素间TFT特性不同导致的有源矩阵有机发光显示(AM OLED) 亮度不均匀现象，研究了基于2T1C像素电路的边寻址边显示(Address While Display, AWD) 数字驱动方法，该方法采用等权重的11子场累积式发光方式，并用有序抖动方法实现256灰度级。通过在14 cm(5.5 in)的AM OLED模组上对该方法的实现和验证，结果表明，数字驱动方法在0~255灰度区间的不均匀性最大为28%，对灰度变化不敏感，而模拟驱动的不均匀性随灰度级的降低显著增大，最大为133%。数字驱动显示图像的均匀性显著优于模拟驱动，且采用基本的2T1C像素电路即可实现，降低了对像素电路和制备成本的要求。

为解决非晶InGaZnO薄膜晶体管(a-IGZO TFT)因其阈值电压漂移而导致的OLED电流衰减的问题, 本文研究了基于a-IGZO TFT的有源矩阵有机发光显示(AMOLED)像素电路的阈值电压补偿问题。利用实验室制备的a-IGZO TFT器件进行参数提取后建立的SPICE仿真模型并进行仿真计算, 对电压驱动型2T1C和4T1C的像素电路进行稳定性的比较研究, 证明了4T1C电路对阈值漂移有非常好的补偿效果, 并指出增加存储电容值和驱动TFT的宽长比可有效提高OLED电流的保持能力。

在硅基OLED微显示器中，为了解决很小的像素驱动电流的难题，论文提出了一种像素电路。此像素电路由2个PMOS、2个NMOS、1个存储电容、1个OLED和4根信号线组成。并且利用HSPICE基于TSMC 035 μm CMOS 5 V工艺的参数进行了仿真验证。在此像素电路中，当OLED发光时流过OLED的电流是恒定的，并且通过控制OLED的发光时间来实现不同的灰度。此像素电路完全由数字信号控制，能实现精确的灰度调节。通过6个子场，实现了21级灰度，进而论证了实现64级灰度(0~63)的可能性。当OLED发光时，流过的恒定电流是353 nA。

非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管(a-IGZO TFT)有望在有源矩阵有机发光显示(AMOLED)像素电路中得到实际应用, 但其电压偏置效应仍会引起电路特性的不稳定。本文利用实验室制备的a-IGZO TFT器件进行参数提取并建立了SPICE仿真模型, 通过拟合得到了它的阈值电压随时间变化的方程。在此基础上, 采用SPICE软件对基于a-IGZO TFT的2T1C和3T1C两种AMOLED 像素电路的稳定性进行了比较研究, 证明3T1C电路对阈值电压偏移确实存在一定的补偿效果。最后讨论了进一步改善AMOLED像素电路稳定特性的方法和实际效果。

提出了一种新型有源矩阵有机发光显示用电流编程型像素驱动电路。该像素电路由3个开关薄膜晶体管、一个驱动薄膜晶体管、一个存储电容和两条控制线构成。仿真结果表明, 该4T1C像素电路可以补偿薄膜晶体管阈值电压的非均匀性以及有机发光二极管阈值电压的漂移, 发光电流的平均非均匀性为4.63% 。值得指出的是, 同传统的电流编程型像素电路相比, 本像素电路存储电容的接法可有效提高电路响应速度。此外, 还分析了寄生电容对像素电路工作的影响。