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有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)可实现高分辨率和大尺寸面板显示，具有响应速度快、工作电压低、宽视角、可柔性弯曲等优点，是继液晶平板显示之后的又一新型平板显示技术。与液晶不同，OLED需要稳定的电流来控制发光亮度，而传统的2个薄膜晶体管（TFT）和1个电容构成的像素驱动电路（简称2T1C电路）无法保证均匀性显示的要求，因而开展具有阈值电压补偿功能的像素电路研究以满足AMOLED显示面板的均匀性要求具有重要的研究意义。本文首先对AMOLED像素设计的共性问题做了研究。显示屏在实现白平衡时，其红绿蓝子像素发光亮度将遵循一定的亮度配比，本文分析并计算了如何实现一定发光亮度要求的显示面板的白平衡。同时，结合MOTFT和OLED器件的参数，基于2T1C电路，给出了设计参数选取的方法，为补偿像素电路的参数选取提供了参考依据。结合2T1C电路工作原理，从理论上分析了其非均匀性产生的因素，并从实验加以验证。理论和实验都表明，传统2T1C结构的AMOLED显示屏不适合高质量的商业化显示应用，必须开发具有补偿功能的像素电路。为了补偿TFT阈值电压漂移以及OLED的退化，本文设计了电压编程型5T2C像素电路，与先前同类电路相比，该像素电路在编程阶段OLED不发光，可以实现高的显示对比度。为了使补偿电路能够延缓OLED器件的退化，本文设计了一种交流驱动4T1C像素电路，在每一帧画面OLED会有一段时间处于反偏状态，从而恢复OLED的特性，与本文5T2C像素电路相比，该交流驱动4T1C像素电路减少了一个TFT和一个电容，从而可以实现更高的开口率（44%）。为了使设计的补偿电路还能够补偿TFT迁移率的漂移，本文又设计了电流编程型4T1C像素电路，与先前同类电路对比，该电流编程型4T1C电路通过巧妙的电容接法可以加快电荷充放电速度，从而缩短编程时间。本文针对各像素电路，还分析了速度、功耗、寄生参数对像素电路工作的影响以及影响发光电流非均匀性的关键因素，对AMOLED面板设计和分析有一定参考意义。