TFT-OLED電壓/電流控制型像素電路解析—電路精選（56）

有機(jī)電致發(fā)光器件（OLED）是將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的全固體器件，因其具有薄而輕、高對(duì)比度、快速響應(yīng)、寬視角、寬工作溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)而引起人們的極大關(guān)注，被認(rèn)為是新一代顯示器件。要真正實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，必須提高器件的發(fā)光效率和穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)有效的圖像顯示驅(qū)動(dòng)電路。近來(lái)，隨著研究的深入，OLED的發(fā)光效率和穩(wěn)定性已達(dá)到某些應(yīng)用的要求，而其專用的驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)還不是很成熟。目前，所有平板顯示的驅(qū)動(dòng)均采用矩陣驅(qū)動(dòng)方式，由X和Y電極構(gòu)成的矩陣顯示屏。根據(jù)每個(gè)像素中引入和未引入開(kāi)關(guān)元器件將矩陣顯示分為有源矩陣（AM）顯示和無(wú)源矩陣（PM）顯示。

本文從TFT-OLED有源矩陣像素單元電路出發(fā)，著重分析了電壓控制型與電流控制型像素單元電路，簡(jiǎn)要討論了控制/驅(qū)動(dòng)IC對(duì)TFT-OLED有源驅(qū)動(dòng)電路的影響。

電壓控制型像素電路

兩管TFT結(jié)構(gòu)

電壓控制型單元像素電路以數(shù)據(jù)電壓作為視頻信號(hào)。最簡(jiǎn)單的電壓控制型兩管TFT單元像素電路如圖1所示。

圖1 兩管TFT驅(qū)動(dòng)電路

其工作原理如下：當(dāng)掃描線被選中時(shí)，開(kāi)關(guān)管T1開(kāi)啟，數(shù)據(jù)電壓通過(guò)T1管對(duì)存儲(chǔ)電容CS充電，CS的電壓控制驅(qū)動(dòng)管T2的漏極電流;當(dāng)掃描線未被選中時(shí)，T1截止，儲(chǔ)存在CS上的電荷繼續(xù)維持T2的柵極電壓，T2保持導(dǎo)通狀態(tài)，故在整個(gè)幀周期中，OLED處于恒流控制。

其中（a），（b）被分別稱為恒流源結(jié)構(gòu)與源極跟隨結(jié)構(gòu)，前者OLED處于驅(qū)動(dòng)管T2的漏端，克服了OLED開(kāi)啟電壓的變化對(duì)T2管電流的影響;后者在工藝上更容易實(shí)現(xiàn)。兩管電路結(jié)構(gòu)的不足之處在于驅(qū)動(dòng)管T2閾值電壓的不一致將導(dǎo)致逐個(gè)顯示屏的亮度的不均勻，OLED的電流和數(shù)據(jù)電壓呈非線性關(guān)系，不利于灰度的調(diào)節(jié)。

三管TFT結(jié)構(gòu)

基于第二代電流傳輸器原理的電壓控制型像素單元電路如圖2所示，虛線左邊可視為外部驅(qū)動(dòng)電路，右邊為單元像素電路。

圖2 基于第二代電流傳輸器原理的像素電路

在控制模式下，T2和T3開(kāi)啟，T1和運(yùn)算放大器構(gòu)成第二代電流傳輸器，由于運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)可以取得很大，T1管的閾值電壓對(duì)電流的影響變得不敏感，此時(shí)，流經(jīng)T1的電流：

IT1=Vin/Rin

并且T1管源極電壓應(yīng)低于OLED的開(kāi)啟電壓，防止OLED開(kāi)啟。在保持模式下，T2和T3關(guān)斷，存儲(chǔ)電容Cs維持T1管的柵極電壓，電流經(jīng)T1進(jìn)入OLED。其中放大器由COMS電路實(shí)現(xiàn)，所有同行像素可共用一個(gè)運(yùn)算放大器。

仿真結(jié)果表明，盡管T3管存在電荷注入與時(shí)鐘饋漏效應(yīng)，使得OLED電流略小于控制電流;在OLED標(biāo)稱電流為1μA，閾值電壓漂移超過(guò)5V時(shí)，控制電流、OLED電流相對(duì)誤差分別為-0.18%、5.2%，成功補(bǔ)償了TFT的空間不均性和不穩(wěn)定性。

四管TFT結(jié)構(gòu)

Dawson等人首次提出了四管TFT結(jié)構(gòu)的單元像素電路，該電路通過(guò)自動(dòng)置零將數(shù)據(jù)信號(hào)與驅(qū)動(dòng)管進(jìn)行比較，以消除TFT柵壓的偏移，并在數(shù)據(jù)信號(hào)之前施加優(yōu)先置零信號(hào)（VAZB），使寄生電容所積累的電荷得以釋放，解決了閾值電壓變化的問(wèn)題，并且不依賴OLED的開(kāi)啟與充電時(shí)間。這種電路的缺陷在于：當(dāng)溝道長(zhǎng)度變短時(shí)，又將出現(xiàn)發(fā)光不均勻現(xiàn)象。

GohJC等人提出了利用亞閾值電流補(bǔ)償閾值電壓變化電壓控制型電路，在驅(qū)動(dòng)時(shí)序上增加一個(gè)補(bǔ)償階段，使驅(qū)動(dòng)管工作于亞閾值區(qū)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)管的柵源電壓即閾值電壓Vth儲(chǔ)存于存儲(chǔ)電容，該電壓在數(shù)據(jù)輸入階段可補(bǔ)償了TFT閾值電壓的漂移。他們還提出了利用放電式補(bǔ)償閾值電壓變化的電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路，與前者不同的是，該電路利用放電的方式使驅(qū)動(dòng)管進(jìn)入亞閾值區(qū)，獲得數(shù)據(jù)電壓與閾值電壓疊加值，從而有效補(bǔ)償閾值電壓變化。

電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路除了能有效補(bǔ)償閾值電壓變化外，其優(yōu)勢(shì)還在于具有快速響應(yīng)特性，因?yàn)殡妷褐苯蛹拥酱鎯?chǔ)電容CS的兩端，充電電流一開(kāi)始會(huì)有一個(gè)瞬間的大電流對(duì)電容充電，極大地降低了充電時(shí)間。