TFT-OLED像素单元及驱动电路分析

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

　　2.2.2 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关闭，VG的引入能使T2打开，这时T4连到VDD上作为电流源，它只受保存在Cs中的电压控制，这就消除了阈值电压变化的影响，然而VG线的引入影响了显示器的开口率。

图4 电流控制带阈值电压补偿的模拟驱动电路

图5 电流控制电流镜像素电路

　　获得广泛应用的是以电流镜像为基础的电流控制型像素单元电路，下面以图5所示结构阐述这类电路的工作原理。当扫描线上电压处于高电平时，此像素被选中，晶体管T1、T2导通，Idata首先从数据线通过T1管对电容Cs充电。当电容Cs两端电压达到一定值时，整个Idata通过T2管流到T3管。同时，由于T3管和T4管的栅极电压相等，数据电流Idata被镜像为流经OLED的电流。当此像素未被选中时，T4管的栅极电压由电容Cs两端所存储的电压所决定，维持着电流驱动OLED。
　　研究发现开关管T2的老化，T3、T4阈值电压VT的漂移差别，T3、T4的阈值电压VT初始值不同是影响以电流镜为基础a-Si:H电路的驱动电流稳定性的主要机制。因此，电流镜准确实现电流跟随功能的基本要求是T2尽可能开态低阻，关态低漏电流;T3、T4的初始阈值电压相等，且变化一致;T3、T4工作于饱和区。而郭斌等人模拟和分析了作为电流控制型多晶硅薄膜晶体管(poly-SiTFT)有源矩阵有机发光二极管(AM-LOED)像素单元的poly-SiTFT/OLED耦合对的J-V特性和poly-SiTFT电流镜的I-V特性。结果表明，poly-SiTFT/OLED耦合对的驱动电压低，在200A/m2下不超过8V;而TFT电流镜的跟随能力很好，在0.0～2.5μA时饱和电压只有1.5～2.5V。一般说来，以电流镜像为基础的电路具有良好的补偿特性，类似于此类型的电流控制型驱动电路也能很好地证明这一点，并从实验得出，这种电路具有很好的线性输出，能对显示的灰度作精确性地调节。
　　四管电流驱动型电路缺陷在于低亮度显示时，充电时间长，信号延时严重。目前，主要通过调节OLED的电流与输入数据电流的缩减比例，来减小数据线与像素间的充电时间。已见报道的有两类方法，一是基于TFT几何尺寸，一是基于存储电容尺寸。分压式电流控制型驱动电路属于前者，电路中流经OLED的电流与数据电流的关系为：

　　这里μ为场效应迁移率，Cox为单位面积的绝缘层电容;W和L分别为MOS管沟道宽度和长度。由以上关系可知，采用大数据电流充电，能得到小的IOLED,同时减少了充电时间，但这是以增加功耗为代价的。而串联存储电容结构的电流控制型电路属于后者，选通阶段，Idata=IOLED,非选通阶段，电路中流经OLED的电流与数据电流的关系为Idata=RSCALEIOLED,其中RSCALE为电流缩减比率，它与存储电容CST2、开关管栅源/栅漏等效交迭电容COV-T2、扫描信号在选通与非选通时幅度的变化△VSCAN相关，且随着以上参数的增大，RSCALE随之增大。与前者相比，该电路优势在于通过RSCALE与IOLED适当组合，不仅可以更大程度地减小响应时间，而且在不增加功耗的前提下，能满足高、低不同灰度级的显示需要。
　　2.2.3 五管TFT结构
　　B.Mazhari等人提出了五管单元像素电路，该电路采用一个栅源短接的TFT作为负反馈电阻，有效抑制多晶硅TFT扭结效应(kinkeffect)，实现了数据电流高达20A,输出特性曲线仍具有良好的线性，克服了以前各种电路在保证线性的前提下电流范围小的缺陷。爱普生-剑桥实验室提出了先进的自调整电压源技术，这也是一种五管驱动方案，电路通过单位增益放大器存储驱动管TFT的源电压，保证选通与非选通阶段驱动管偏置条件一致。
　　尽管电流范围限制在0.2A～1A,还是有效改善了数据电流较小时阈值电压的变化对OLED电流影响较大的缺点，但电路结构复杂，限制了像素的占空因数。
　　3 驱动系统
　　一个完整的有源矩阵OLED驱动显示系统，除了由像素单元电路构成的矩阵显示屏外，还包括驱动IC(行、列控制/驱动电路)、单片机控制电路等，OLED有源驱动系统典型框图如图6。