三管TFT結(jié)構(gòu) - TFT-OLED電壓/電流控制型像素電路解析—電路精選（56）

三管TFT結(jié)構(gòu)

圖3所示是三管TFT電流控制型電路，它工作于控制和保持兩個階段?？刂齐A段，掃描線處于高電平，T2和T3開啟，T1漏極施加低電平，OLED反向偏置，輸入數(shù)據(jù)電流流經(jīng)T2，T1，T1的柵源電壓存儲于Cs中。保持階段，掃描線處于低電平，T2和T3關(guān)斷，同時T1漏極施加高電平，電流流經(jīng)T1與OLED，T1的柵源電壓維持T1電流不變。電路能有效補償閾值電壓的變化，工作700小時，電流衰減11%，這可以通過減小TFT的交疊電容加以改善。

圖3 電流控制型3-TFT像素電路

四管TFT結(jié)構(gòu)

國外較早見報道的4-TFT電流控制帶閾值電壓補償?shù)尿?qū)動電路如圖4。在尋址階段，掃描電壓開啟T1、T3，數(shù)據(jù)電流Idata流過T4進(jìn)入發(fā)光單元，T4的柵源電壓保存在Cs中;尋址結(jié)束，T1和T3關(guān)閉，VG的引入能使T2打開，這時T4連到VDD上作為電流源，它只受保存在Cs中的電壓控制，這就消除了閾值電壓變化的影響，然而VG線的引入影響了顯示器的開口率。

圖4 電流控制帶閾值電壓補償?shù)?a href="http://srfitnesspt.com/analog/" target="_blank">模擬驅(qū)動電路

圖5 電流控制電流鏡像素電路

獲得廣泛應(yīng)用的是以電流鏡像為基礎(chǔ)的電流控制型像素單元電路，下面以圖5所示結(jié)構(gòu)闡述這類電路的工作原理。當(dāng)掃描線上電壓處于高電平時，此像素被選中，晶體管T1、T2導(dǎo)通，Idata首先從數(shù)據(jù)線通過T1管對電容Cs充電。當(dāng)電容Cs兩端電壓達(dá)到一定值時，整個Idata通過T2管流到T3管。同時，由于T3管和T4管的柵極電壓相等，數(shù)據(jù)電流Idata被鏡像為流經(jīng)OLED的電流。當(dāng)此像素未被選中時，T4管的柵極電壓由電容Cs兩端所存儲的電壓所決定，維持著電流驅(qū)動OLED。

研究發(fā)現(xiàn)開關(guān)管T2的老化，T3、T4閾值電壓VT的漂移差別，T3、T4的閾值電壓VT初始值不同是影響以電流鏡為基礎(chǔ)a-Si:H電路的驅(qū)動電流穩(wěn)定性的主要機(jī)制。因此，電流鏡準(zhǔn)確實現(xiàn)電流跟隨功能的基本要求是T2盡可能開態(tài)低阻，關(guān)態(tài)低漏電流;T3、T4的初始閾值電壓相等，且變化一致;T3、T4工作于飽和區(qū)。而郭斌等人模擬和分析了作為電流控制型多晶硅薄膜晶體管（poly-SiTFT）有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管（AM-LOED）像素單元的poly-SiTFT/OLED耦合對的J-V特性和poly-SiTFT電流鏡的I-V特性。結(jié)果表明，poly-SiTFT/OLED耦合對的驅(qū)動電壓低，在200A/m2下不超過8V;而TFT電流鏡的跟隨能力很好，在0.0～2.5μA時飽和電壓只有1.5～2.5V。一般說來，以電流鏡像為基礎(chǔ)的電路具有良好的補償特性，類似于此類型的電流控制型驅(qū)動電路也能很好地證明這一點，并從實驗得出，這種電路具有很好的線性輸出，能對顯示的灰度作精確性地調(diào)節(jié)。

四管電流驅(qū)動型電路缺陷在于低亮度顯示時，充電時間長，信號延時嚴(yán)重。目前，主要通過調(diào)節(jié)OLED的電流與輸入數(shù)據(jù)電流的縮減比例，來減小數(shù)據(jù)線與像素間的充電時間。已見報道的有兩類方法，一是基于TFT幾何尺寸，一是基于存儲電容尺寸。分壓式電流控制型驅(qū)動電路屬于前者，電路中流經(jīng)OLED的電流與數(shù)據(jù)電流的關(guān)系為：

這里μ為場效應(yīng)遷移率，Cox為單位面積的絕緣層電容;W和L分別為MOS管溝道寬度和長度。由以上關(guān)系可知，采用大數(shù)據(jù)電流充電，能得到小的IOLED，同時減少了充電時間，但這是以增加功耗為代價的。而串聯(lián)存儲電容結(jié)構(gòu)的電流控制型電路屬于后者，選通階段，Idata=IOLED，非選通階段，電路中流經(jīng)OLED的電流與數(shù)據(jù)電流的關(guān)系為Idata=RSCALEIOLED，其中RSCALE為電流縮減比率，它與存儲電容CST2、開關(guān)管柵源/柵漏等效交迭電容COV-T2、掃描信號在選通與非選通時幅度的變化△VSCAN相關(guān)，且隨著以上參數(shù)的增大，RSCALE隨之增大。與前者相比，該電路優(yōu)勢在于通過RSCALE與IOLED適當(dāng)組合，不僅可以更大程度地減小響應(yīng)時間，而且在不增加功耗的前提下，能滿足高、低不同灰度級的顯示需要。

五管TFT結(jié)構(gòu)

B.Mazhari等人提出了五管單元像素電路，該電路采用一個柵源短接的TFT作為負(fù)反饋電阻，有效抑制多晶硅TFT扭結(jié)效應(yīng)（kinkeffect），實現(xiàn)了數(shù)據(jù)電流高達(dá)20A，輸出特性曲線仍具有良好的線性，克服了以前各種電路在保證線性的前提下電流范圍小的缺陷。愛普生-劍橋?qū)嶒炇姨岢隽讼冗M(jìn)的自調(diào)整電壓源技術(shù)，這也是一種五管驅(qū)動方案，電路通過單位增益放大器存儲驅(qū)動管TFT的源電壓，保證選通與非選通階段驅(qū)動管偏置條件一致。

盡管電流范圍限制在0.2A～1A，還是有效改善了數(shù)據(jù)電流較小時閾值電壓的變化對OLED電流影響較大的缺點，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，限制了像素的占空因數(shù)。

編者結(jié)語

對于大屏幕、高分辨率OLED平板顯示器件而言，有源驅(qū)動電路已經(jīng)成為其必不可少的部分。本文著重分析了不同數(shù)目TFT管構(gòu)成的電壓控制型與電流控制型像素單元電路的工作原理和優(yōu)缺點，并討論了控制/驅(qū)動IC對TFT-OLED有源驅(qū)動電路的影響，能為OLED平板顯示器的設(shè)計提供一些依據(jù)。