通过联合失真感知与视觉感知学习实现盲式全向图像质量评估

《Displays》：Blind tone-mapped omnidirectional image quality assessment via joint distortion perception and visual perception learning

提出基于PWM驱动的LTPO像素电路，通过模拟驱动技术优化电流稳定性（>99%）和响应速度（<0.1μs/0.3μs），实现高刷新率与低刷新率应用的同步控制，抑制频闪 artifacts，并在0.45mm间距的320×RGB×240 Mini LED屏上验证，光谱分析显示蓝光波长偏移<1nm，确保色彩稳定。

　　

包振马|魏彩|阮海国|何浩明|郭远军|杨振淮|杨一卢|曾磊|胡强|宁洪龙

中国佛山市528000，嘉华实验室

摘要

随着汽车显示屏、游戏显示器、直视型LED电视和3D显示屏技术的发展，对具有更高分辨率和刷新率的Mini LED技术提出了更高要求。本文提出了一种基于脉冲宽度调制（PWM）驱动的低温多晶氧化物（LTPO）像素电路，并进行了功能仿真，将所提出的电路与现有的基于LTPO TFT和金属氧化物（MO）TFT的设计进行了比较。仿真结果表明，在照明阶段，电流稳定性超过99%，电流上升和下降时间分别小于0.1 μs和0.3 μs，适用于高刷新率（快速转换）和低刷新率（高稳定性）的应用。为此，制造了一个分辨率为320 × RGB × 240、像素间距为0.45 mm的Mini LED显示屏进行验证。?对255灰度级别的蓝色LED进行光谱分析后发现，峰值波长偏移小于1 nm，表明颜色偏差可以忽略不计。结果表明，所提出的像素电路能够实现逐帧驱动，具有高输出电流稳定性、低功耗和高刷新率性能，有效抑制了闪烁现象，同时保持了精确的同步。

引言

Mini LED技术因其高亮度、高效率和长寿命而在照明和显示领域受到关注[1]。然而，在制造和集成方面仍存在挑战，特别是在实现全彩显示、提高外部量子效率（EQE）、改善传输效率以及提高生产产量以及设计高分辨率、高均匀性和高刷新率的驱动系统方面[2]、[3]、[4]。主动矩阵LED驱动电路还面临亮度均匀性、驱动速度、灰度精度、波长漂移和帧率限制等未解决的问题[5]、[6]。为了解决这些问题，PWM（脉冲宽度调制）驱动技术应运而生，可分为模拟和数字两种方法。虽然数字驱动电路实现简单，但其固有的时序限制需要额外的补偿电路才能实现高灰度显示[7]、[8]、[9]、[10]。相比之下，经过广泛研究的模拟驱动技术能够满足高刷新率和高稳定性应用的需求，从而实现低功耗、高稳定性的AM-Mini LED显示屏。这一进展加速了下一代显示技术（包括汽车显示屏、游戏显示器、直视型LED电视、3D显示屏等）的应用[11]。

许多研究人员致力于开发LED显示屏的像素电路。以往的研究主要集中在两个关键组件上：栅极扫描电路[12]、[13]和像素电路[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]。基于PWM的电路能够在发光过程中保证电流稳定性，实现高精度和高频率控制[22]、[23]。最近的优化策略包括子场非均匀分割[24]、数据循环功能[25]、混合PWM/脉冲幅度调制（HPP）[26]和交流（AC）调制[27]，以提高均匀性并降低功耗。此外，将PWM电路与恒流生成器（CCG）电路集成可以增强电路稳定性并减少阈值电压漂移[28]、[29]。当前的AM-LED像素驱动电路主要使用PWM、PAM和CCG电路进行补偿驱动，强调阈值电压补偿和IR降额补偿。逆变器具有明显优势，包括在低刷新率低温多晶氧化物（LTPO）应用中的低功耗和高速电平转换。通过利用逆变器的固有开关特性，可以替代复杂的栅极电压保持电路，从而提高空间效率并增强电路稳定性[30]、[31]、[32]、[34]。快速的开关速度和极低的关断状态功耗使其适用于低功耗、高频率电平转换应用[35]、[36]。

在玻璃基板上制造的主动矩阵（AM）Mini LED显示屏采用低温多晶硅（LTPS）和金属氧化物（MO）薄膜晶体管（TFT）技术作为像素电路。虽然LTPS TFT的迁移率约为80 cm²/V·s，但其制造过程复杂，导致成本较高。此外，LTPS器件的漏电流较大。相比之下，通过过渡金属掺杂，MOTFT的迁移率约为30 cm²/V·s，并且漏电流极低（低于pA级别）。MOTFT还具有更简单的制造工艺和更低的成本。P型LTPS TFT和N型MOTFT具有互补的性能特点，由于成熟的制造工艺而在行业中得到广泛应用。因此，结合P型LTPS TFT和N型MOTFT的LTPO像素电路成为主流架构，具有较低的漏电流、更快的电平切换速度、更高的输出稳定性和更低的功耗[37]、[38]、[39]、[40]。

本文提出了一种基于逆变器的新型低功耗模拟PWM像素电路，使用高迁移率氧化物TFT作为驱动/开关晶体管。引入LTPO逆变器可以减少发光电平转换时间，并稳定驱动电流。仿真证实，在照明期间电流稳定性超过99%，电流上升和下降时间分别小于0.1 μs和0.3 μs。此外，对255灰度级别的蓝色LED进行光谱分析后发现，峰值波长偏移小于1 nm，表明颜色稳定性优异。所提出的设计为提升显示技术性能提供了一种可靠且具有前景的方法。

实验部分

在本文中，我们使用底部栅极掺杂镧系元素的MOTFT（Ln-MOTFT）作为开关/驱动晶体管，以保持高开关速度和精确的电荷控制，同时使用顶部栅极的LTPS TFT作为开关晶体管。这种配置有效平衡了低功耗和高频率转换的需求。图1展示了实验和仿真得到的Ln-MOTFT和LTPS TFT的传输特性。Ln-MOTFT表现出稳定的关断状态电流

提出的像素电路

基于前几节的分析，本文提出了一种使用逆变器的创新像素电路，如图2所示。同时提供了相应的时序图。所提出的像素电路包含两个主要功能组件：（1）信号存储和PWM转换单元；（2）输出控制单元，以实现稳定的电流输出和精确的开关控制，从而获得一致的灰度显示性能。

如图2所示，输入

结果与讨论

进行了仿真，以评估电路在灰度扩展、亮度调节、阈值电压、电容变化以及逆变器集成对电路下降时间的影响方面的性能。为了验证该设计，实现了两个对比电路：一个简化的7T2C MOTFT基础电路（无逆变器）和一个具有逆变器功能的9T3C电路。它们的结构分别如图3和图4所示。这两个电路采用相同的

结论

本文提出了一种改进的基于逆变器的PWM驱动Mini LED像素电路，包含11个TFT和2个电容器。该设计使用高迁移率的MOTFT作为驱动/开关晶体管，并集成了LTPO逆变器，以提高电流稳定性（发射期间超过99%）并减少LED的开关时间（上升/下降时间：小于0.1 μs/0.3 μs）。MOTFT的低漏电流降低了功耗，而逆变器的快速电平切换能力实现了高刷新率操作。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号：2022YFB3603600）和广东省CUI CAN计划（项目编号：CC/XM-202401ZJ0201、CC/XM-202402ZJ0601）的资助。