بخشی از مقاله
چکیده -
در این مقاله مدار راهانداز دیود گسیل نوری ارگانیک ارائه شده است. در این مدار از ترانزیستورهای فیلم باریک ارگانیک استفاده شده است. این مدار شامل پنج ترانزیستور کلیدزنی و یک ترانزیستور راهانداز است. مدار پیشنهادی دارای سطح روشنایی بالا و توان مصرفی پایین است. با این حال سطح اشغال شده توسط مدار تنها 2380 μm2 است که نسبت به ویژگیهای مطلوب این مدار بسیار مناسب میباشد. پس از انجام محاسبات مشاهده میشود که مدار ارائه شده، ولتاژ آستانه را جبرانسازی میکند و جریان خروجی دیود گسیل نوری ارگانیک مستقل از تغییرات ولتاژ آستانه است. شبیهسازی با استفاده از نرمافزار H-spice صورت گرفته و نتایج با مدار رایج راهاندازی مقایسه میشود.
-1 مقدمه
ترانزیستورهای فیلم باریک ارگانیک به طور گسترده مورد توجه قرار گرفتهاند. این ترانزیستورها به دلیل پتانسیل بالایی که در ابزرای مانند پنلهای نمایشگر کریستال مایع، سنسورها و سایر وسایل الکتریکی دارند، مورد توجه قرار گرفتهاند.[1- 3] بیشتر تمرکز روی کار با این ترانزیستورها بر روی کاهش اثر قابلیت حرکت اثر میدان و ولتاژ آستانه صورت میگیرد.[4-7] از میان تمام مواد نیمههادی، این نوع ترانزیستورها بیشتر در دیود گسیل نوری ارگانیک استفاده میشود
تغییرات ولتاژ آستانه ترانزیستورهای فیلم باریک ارگانیک در مرحله ساخت در کارخانه و مرحله راهاندازی بسیار اهمیت دارد. در طراحی مدار راهانداز دیود گسیل نوری ارگانیک نیاز است تا مدار جبرانسازی برای خنثی کردن تغییرات ولتاژ آستانه و قابلیت حرکت وجود داشته باشد. همچنین مدار باید توانایی ایجاد یک جریان ثابت برای OLED را داشته باشد. در سالهای اخیر مدارهایی برای راهاندازی دیود گسیل نوری ارگانیک ارائه شده است. مدار پیشنهادی برای خنثی کردن تغییرات ولتاژ آستانه و قابلیت حرکت بسیار مناسب است.
-2 پارامترهای الکتریکی ترانزیستور فیلم باریک
1-2 قابلیت حرکت
قابلیت حرکت اثر میدان را میتوان از هدایت انتقالی در ناحیه خطی به دست آورد.
که در این رابطه COX خازن اکسید در واحد ناحیه و قابلیت حرکت اثر میدان است.
2-2 ولتاژ آستانه ولتاژ آستانه به ولتاژ راهاندازی و توان مصرفی مدار راهانداز
دیود گسیل نوری ارگانیک بستگی دارد. این ولتاژ از رابطه - 2 - به دست میآید. نقطه مشترک ریشه مجذور جریان درین برحسب ولتاژ گیت در حالت اشباع ولتاژ آستانه است.
3-2 شیب ناحیه قبل از اشباع شیب ناحیه ثبل از اشباع نیز یکی از پارامترهای الکتریکی مهم برای وسایل است. این شیب مقداری است که سرعت تغییر وضعیت از حالت خاموش به روشن وسیله را نشان میدهد. این شیب از رابطه زیر به دست میآید.
4-2 نسبت جریان روشن به خاموش وسایل ترانزیستور فیلم باریک ارگانیک که دارای نسبت جریان روشن به خاموش بالایی هستند دارای جریان حالت روشن بالا و جریان حالت خاموش پایین میباشند. این بدان معناست که این ترانزیستور میتواند جریان لازم برای حالت روشن وسیله را مهیا کرده و جریان حالت خاموش آنقدر کم باشد تا توان مصرفی کم شود.
-3 مدار راهانداز دیود گسیل نوری ارگانیک
شکل 1 مدار راهانداز دیود گسیل نوری ارگانیک و دیاگرام زمانی راهاندازی آن را نشان میدهد. در این مدار از 6 ترانزیستور و یک خازن استفاده شده است. ترانزیستورهای 1 تا 5 نقش کلید را به عهده دارند و TD ترانزیستور راهانداز است. این ترانزیستورها از نوع P هستند. دیاگرام زمانی راهاندازی را میتوان به سه بخش تقسیم کرد. این بخشها عبارتند از دوره آغاز راهاندازی، دوره جبرانسازی ولتاژ آستانه و دوره گسیل.
شکل- 1 مدار راه انداز و دیاگرام زمانی دیود گسیل نوری ارگانیک
در دوره آغازین scan3 در سطح بالا قرار دارد و سایر اسکنها در سطح پایین هستند . با توجه به این که ترانزیستورها از نوع P هستند میتوان گفت T4 خاموش و سایر ترانزیستورها روشن هستند. در این حالت ولتاژ دیتا به گره B تزریق میشود و گره A شامل VOLED - VEE است.
در دوره ی جبرانسازی ولتاژ آستانه، که دورهی دوم زمانی است scan1 در همان سطح پایین میماند اما سایر اسکنها تغییر وضعیت میدهند. در این حالت T1، T3 و T4 روشن و T2 و T5 خاموش هستند. به دلیل روشن ترانزیستور 4 ولتاژد گره A به صورت زیر تغییر میکند.
که در آن COTFT ظرفیت خازنی پارازیتی ترانزیستور راهانداز است و C بسیار بزرگتر از COTFT است. در پایان دورهی دوم ولتاژ گره A به صورت VDD - Vdata - VTH درمیآید.
در دورهی پایانی یا گسیل scan1 به سطح بالا میرود. بنابراین T1 و T3 خاموش میشوند. همچنین scan2 و scan4 به سطح پایین میروند لذا T2 و T5 روشن میشوند. به علاوه scan3 در همان سطح پایین میماند که منجر به روشن ماندن T4 میشود. در این شرایط ولتاژ سورس ترانزیستور راهانداز برابر VDD خواهد شد و برای ولتاژ ذخیره شده در خازن خواهیم داشت:
در نتیجه برای جریان دیود گسیل نوری ارگانیک رابطه زیر صدق میکند:
IOLED = K - VGS - V TH - 2 = K - VDD + Vdata + VTH - VTH - 2 = K - VDD + Vdata - 2 - 6 -
رابطه اخیر به وضوح نشان میدهد ولتاژ آستانه در رابطه جریان دیود جبرانسازی شده است.
-4 نتایج شبیه سازی
در شبیهسازی مدار پیشنهادی از نرمافزار H-spice استفاده شده است. ناحیه اشغال شده توسط مدار 2380 P2 است که به نسبت مدارهای راهانداز OLED یک مدار کوچک محسوب میشود. همچنین توان مصرفی در ناحیه گسیل نور در حدود 4/5 mW است که از این نظر میتوان گفت این مدار نسبت به اغلب مدارهای راهاندازی دیود گسیل نوری ارگانیک از توان مصرفی پایینی برخوردار است. پارامترهای مدار در جدول 1 آورده شده است.
شکل 2 ولتاژهای اسکن 1 تا 4 و جریان دیود گسیل نوری ارگانیک را نشان میدهد. در نمودار جریان دیود ابتدا یک ناحیه گذرا وجود دارد و مقدار جریان به مقدار اوج خود میرسد. سپس با توجه به تغییرات حاصل در ترانزیستورها در مرحلهی دوم راه-اندازی، این مقدار تقریبا به صفر میرسد و در نهایت در مرحله سوم یا همان مرحله گسیل نور، جریان در حدود مقدار 772 A ثابت میماند. از آنجا که سطح روشنایی با جریان خروجی دیود گسیل نوری ارگانیک رابطه مستقیم دارد میتوان گفت این سطح بالای جریان بیانگر سطح بسیار بالای روشنایی در مدار پیشنهادی است.
جدول- 1 مقادیر پارامترهای مدار راه انداز
شکل- 2 نمودارهای ولتاژهای اسکن و جریان خروجی دیود
در شکل 3 تاثیر ولتاژهای آستانه بر مقدار جریان دیود گسیل نوری ارگانیک در دیتاهای مختلف بررسی شده است. ولتاژهای آستانه با مقادیر صفر، یک و دو اتخاذ شده و در شبیه-سازی در مشخصات ترانزیستورها لحاظ شده است. در این شکل مابین مدار 2T1C و مدار پیشنهادی مقایسه صورت گرفته است.
همانطور که در شکل مشاهده میشود در مدار 2T1C تاثیر تغییرات ولتاژ آستانه بر مقدار جریان دیود بسیار زیاد است در حالی که اختلاف جریان دیود در مقادیر مختلف ولتاژهای آستانه در مدار پیشنهادی بسیار ناچیز است. نتایج شبیهسازی نشان میدهد مدار پیشنهادی از مقادیر ولتاژ آستانه مستقل است. در این مدار با افزایش Vdata مقدار IOLED افزایش مییابد که طبق معادله - 6 - این اتفاق قابل توجیه است
شکل- 3 جریان دیود براساس ولتاژ دیتاهای مختلف و ولتاژ آستانه های مختلف. الف - در مدار 6T1C ب - در مدار .2T1C
-5 نتیجه گیری
در این مقاله مدار راهانداز برای دیود گسیل نوری ارگانیک ارائه شد که در آن از ترانزیستورهای فیلم باریک استفاده گردید. با توجه به روابط بخش 3 می توان نتیجه گرفت که این مدار به صورت تئوری قابلیت جبرانسازی ولتاژ آستانه را داراست
