多年来,我一直在我的显示器、笔记本电脑、平板电脑、电子阅读器和智能手机上使用有机发光二极管(OLED)显示屏;我知道 AMOLED(有源矩阵 OLED)显示器使用薄膜晶体管技术,每个像素都可以控制,但直到 Empyrean 的陈昭(Chen Zhao)提出这个话题,我才开始考虑实际的设计过程。下面是问答讨论的第一部分,在这里我了解了平面设计(FPD)的设计挑战和自动化是如何被应用的。


问:你能给我一个简短的历史的 FPD 技术?


经过多年的不懈努力,传统的平板显示(FPD)技术如液晶显示(LCD)已经取得了长足的进步 1。有机发光二极管(OLED)2 和柔性面板 3 等先进技术也取得了突破,行业份额也大幅提高。问:FPD 的设计流程是怎样的?


与集成电路设计一样,电子设计自动化(EDA)也是 FPD 电路设计的基石。FPD 设计流程包括面板电路原理图设计、布图设计、电路仿真、电路布图寄生参数提取、电路设计验证等。它类似于模拟集成电路的设计流程,但也有其独特的设计流程和设计方法。

 


问:FPD 在早期是如何设计的?


国内早期显示面板的设计流程是通过多 EDA 工具的点工具来实现的。由于用户需要在这些厂商的 EDA 工具之间频繁切换,设计流程繁琐,数据兼容性和保密性不够好,问题不易追踪。这将导致相互争吵,效率低下,施工延误,并将恶化产品质量。此外,这些工具基本上都是集成电路设计的工具,显然缺乏解决显示面板独特的专业需求和定制化开发。


问:除了使用点工具,什么是更高效和优雅的方法?


为了解决用户的各种 FPD 问题,迫切需要开发一套完整的 EDA FPD 设计方案。所有工具无缝集成在一个统一的 EDA 平台上,使 FPD 设计流程高效顺畅,保证设计质量,提高设计效率。同时,为了满足 FPD 高端新产品不断变化的设计要求和国内客户的定制需求,需要不断开发新功能、新产品,提高 FPD EDA 工具的领导力。


问:Empyrean 为 FPD 的设计提供了哪些特定的工具?


EMPYREAN 推出了全球唯一的 FPD 全流程设计系统。所示系统的主要工具,包括 TCAD、香料建模、电路原理图设计、布局设计、电路仿真、电路模拟波形分析,寄生 RC 提取、物理和电气布局验证,设计布局分析,和面具分析,等等,实现全流程覆盖,平滑的数据传输,大大提高设计效率。
 

Empyrean FPD 完整设计流程

 

问:这个 Empyrean 设计流程只适用于 LCD 设计吗?


除了实现全球唯一的 FPD 设计全流程解决方案,在满足 LCD 传统设计的基础上,EMPYREAN 紧跟 FPD 设计需求的前沿,尤其在目前流行的曲线型设计、OLED 高端显示、touch panel 4 等先进领域。EMPYREAN 率先推出了一系列配套设计技术,使 FPD 设计达到了一个新的水平,使显示公司进入高端显示领域。


问:TFT 设备是如何模拟的,使用的是什么型号?


EsimFPD 模型是 EMPYREAN 专门为 FPD 设计的 SPICE 模型参数提取和优化软件。传统的薄膜晶体管 RPI 模型在非晶硅(A-Si)5 和低温多晶硅(LTPS)6 的模型精度方面存在很多问题。经过多年的不断发展和完善,EMPYREAN 的研发团队在温度效应、亚阈值面积、泄漏电流等重要器件特性方面大大提高了模型的准确性。


考虑到工艺波动对器件特性的影响,我们改进了传统的建模方法。在大量采样数据的基础上,我们对器件特性进行了统计分析,提取了工艺角模型和统计模型,这将有助于为后续 FPD 电路设计保留尽可能小的合理裕度,提高产品性能和良率。


问:定义一个准确的模型的挑战是什么?


为了进一步提高模型的精度,在器件物理的几何依赖性的基础上,考虑器件特性与 TFT 器件的栅长和宽度的几何依赖性,开发了可覆盖大几何区域的所谓 bin 模型 8。


我们的工作已经扩展到支持新设备,如 OLED、氧化物半导体 TFT (IGZO)9 和 Micro-LED10。


此外,我们还支持 TFT 设备 5、6、9 的可靠性建模,包括直流 / 交流应力模型、滞后模型和粘像模型等。该器件可靠性模型可用于电路仿真工具,分析 FPD 电路的长期可靠性。下一个图显示了我们的应力模型的拟合。
 


应力模型拟合


总结


FPD 技术使许多消费和工业产品能够使我们每天在智能手机和显示器上可视化信息,而显示器的设计挑战随着新一代产品的出现而增加。Empyrean 有九种工具协同工作,以形成 FPD 产品的完整设计流程,在第二部分,我将涵盖以下主题:
*曲线型 fpga 设计技术
*FPD 布局设计
*FPD 布局验证
*分层 FPD 电路仿真
*RC 的提取与分析
*热电分析
*面具分析
*工作文件的自动化


参考文献(注:文章中红色字体数字对应下方的参考文献)


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4. 周伟峰,陈立强,王大卫,“带指纹的新型全屏柔性 AMOLED 解决方案”,特约论文,SID 科技论文文摘,2018 年
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