TFT-OLED电压/电流控制型像素电路解析—电路精选（56）

有机电致发光器件（OLED）是将电能直接转换成光能的全固体器件，因其具有薄而轻、高对比度、快速响应、宽视角、宽工作温度范围等优点而引起人们的极大关注，被认为是新一代显示器件。要真正实现其大规模产业化，必须提高器件的发光效率和稳定性，设计有效的图像显示驱动电路。近来，随着研究的深入，OLED的发光效率和稳定性已达到某些应用的要求，而其专用的驱动电路技术还不是很成熟。目前，所有平板显示的驱动均采用矩阵驱动方式，由X和Y电极构成的矩阵显示屏。根据每个像素中引入和未引入开关元器件将矩阵显示分为有源矩阵（AM）显示和无源矩阵（PM）显示。

本文从TFT-OLED有源矩阵像素单元电路出发，着重分析了电压控制型与电流控制型像素单元电路，简要讨论了控制/驱动IC对TFT-OLED有源驱动电路的影响。

电压控制型像素电路

两管TFT结构

电压控制型单元像素电路以数据电压作为视频信号。最简单的电压控制型两管TFT单元像素电路如图1所示。

图1 两管TFT驱动电路

其工作原理如下：当扫描线被选中时，开关管T1开启，数据电压通过T1管对存储电容CS充电，CS的电压控制驱动管T2的漏极电流;当扫描线未被选中时，T1截止，储存在CS上的电荷继续维持T2的栅极电压，T2保持导通状态，故在整个帧周期中，OLED处于恒流控制。

其中（a），（b）被分别称为恒流源结构与源极跟随结构，前者OLED处于驱动管T2的漏端，克服了OLED开启电压的变化对T2管电流的影响;后者在工艺上更容易实现。两管电路结构的不足之处在于驱动管T2阈值电压的不一致将导致逐个显示屏的亮度的不均匀，OLED的电流和数据电压呈非线性关系，不利于灰度的调节。

三管TFT结构

基于第二代电流传输器原理的电压控制型像素单元电路如图2所示，虚线左边可视为外部驱动电路，右边为单元像素电路。

图2 基于第二代电流传输器原理的像素电路

在控制模式下，T2和T3开启，T1和运算放大器构成第二代电流传输器，由于运算放大器的放大倍数可以取得很大，T1管的阈值电压对电流的影响变得不敏感，此时，流经T1的电流：

IT1=Vin/Rin

并且T1管源极电压应低于OLED的开启电压，防止OLED开启。在保持模式下，T2和T3关断，存储电容Cs维持T1管的栅极电压，电流经T1进入OLED。其中放大器由COMS电路实现，所有同行像素可共用一个运算放大器。

仿真结果表明，尽管T3管存在电荷注入与时钟馈漏效应，使得OLED电流略小于控制电流;在OLED标称电流为1μA，阈值电压漂移超过5V时，控制电流、OLED电流相对误差分别为-0.18%、5.2%，成功补偿了TFT的空间不均性和不稳定性。

四管TFT结构

Dawson等人首次提出了四管TFT结构的单元像素电路，该电路通过自动置零将数据信号与驱动管进行比较，以消除TFT栅压的偏移，并在数据信号之前施加优先置零信号（VAZB），使寄生电容所积累的电荷得以释放，解决了阈值电压变化的问题，并且不依赖OLED的开启与充电时间。这种电路的缺陷在于：当沟道长度变短时，又将出现发光不均匀现象。

GohJC等人提出了利用亚阈值电流补偿阈值电压变化电压控制型电路，在驱动时序上增加一个补偿阶段，使驱动管工作于亚阈值区，此时驱动管的栅源电压即阈值电压Vth储存于存储电容，该电压在数据输入阶段可补偿了TFT阈值电压的漂移。他们还提出了利用放电式补偿阈值电压变化的电压控制型驱动电路，与前者不同的是，该电路利用放电的方式使驱动管进入亚阈值区，获得数据电压与阈值电压叠加值，从而有效补偿阈值电压变化。

电压控制型驱动电路除了能有效补偿阈值电压变化外，其优势还在于具有快速响应特性，因为电压直接加到存储电容CS的两端，充电电流一开始会有一个瞬间的大电流对电容充电，极大地降低了充电时间。

三管TFT结构

图3所示是三管TFT电流控制型电路，它工作于控制和保持两个阶段。控制阶段，扫描线处于高电平，T2和T3开启，T1漏极施加低电平，OLED反向偏置，输入数据电流流经T2，T1，T1的栅源电压存储于Cs中。保持阶段，扫描线处于低电平，T2和T3关断，同时T1漏极施加高电平，电流流经T1与OLED，T1的栅源电压维持T1电流不变。电路能有效补偿阈值电压的变化，工作700小时，电流衰减11%，这可以通过减小TFT的交叠电容加以改善。

图3 电流控制型3-TFT像素电路

四管TFT结构

国外较早见报道的4-TFT电流控制带阈值电压补偿的驱动电路如图4。在寻址阶段，扫描电压开启T1、T3，数据电流Idata流过T4进入发光单元，T4的栅源电压保存在Cs中;寻址结束，T1和T3关