TFT-OLED電壓/電流控制型像素電路解析—電路精選（56）

有機電致發(fā)光器件（OLED）是將電能直接轉換成光能的全固體器件，因其具有薄而輕、高對比度、快速響應、寬視角、寬工作溫度范圍等優(yōu)點而引起人們的極大關注，被認為是新一代顯示器件。要真正實現其大規(guī)模產業(yè)化，必須提高器件的發(fā)光效率和穩(wěn)定性，設計有效的圖像顯示驅動電路。近來，隨著研究的深入，OLED的發(fā)光效率和穩(wěn)定性已達到某些應用的要求，而其專用的驅動電路技術還不是很成熟。目前，所有平板顯示的驅動均采用矩陣驅動方式，由X和Y電極構成的矩陣顯示屏。根據每個像素中引入和未引入開關元器件將矩陣顯示分為有源矩陣（AM）顯示和無源矩陣（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，簡要討論了控制/驅動IC對TFT-OLED有源驅動電路的影響。

電壓控制型像素電路

兩管TFT結構

電壓控制型單元像素電路以數據電壓作為視頻信號。最簡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驅動電路

其工作原理如下：當掃描線被選中時，開關管T1開啟，數據電壓通過T1管對存儲電容CS充電，CS的電壓控制驅動管T2的漏極電流;當掃描線未被選中時，T1截止，儲存在CS上的電荷繼續(xù)維持T2的柵極電壓，T2保持導通狀態(tài)，故在整個幀周期中，OLED處于恒流控制。

其中（a），（b）被分別稱為恒流源結構與源極跟隨結構，前者OLED處于驅動管T2的漏端，克服了OLED開啟電壓的變化對T2管電流的影響;后者在工藝上更容易實現。兩管電路結構的不足之處在于驅動管T2閾值電壓的不一致將導致逐個顯示屏的亮度的不均勻，OLED的電流和數據電壓呈非線性關系，不利于灰度的調節(jié)。

三管TFT結構

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動電路，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開啟，T1和運算放大器構成第二代電流傳輸器，由于運算放大器的放大倍數可以取得很大，T1管的閾值電壓對電流的影響變得不敏感，此時，流經T1的電流：

IT1=Vin/Rin

并且T1管源極電壓應低于OLED的開啟電壓，防止OLED開啟。在保持模式下，T2和T3關斷，存儲電容Cs維持T1管的柵極電壓，電流經T1進入OLED。其中放大器由COMS電路實現，所有同行像素可共用一個運算放大器。

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

四管TFT結構

Dawson等人首次提出了四管TFT結構的單元像素電路，該電路通過自動置零將數據信號與驅動管進行比較，以消除TFT柵壓的偏移，并在數據信號之前施加優(yōu)先置零信號（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題，并且不依賴OLED的開啟與充電時間。這種電路的缺陷在于：當溝道長度變短時，又將出現發(fā)光不均勻現象。

GohJC等人提出了利用亞閾值電流補償閾值電壓變化電壓控制型電路，在驅動時序上增加一個補償階段，使驅動管工作于亞閾值區(qū)，此時驅動管的柵源電壓即閾值電壓Vth儲存于存儲電容，該電壓在數據輸入階段可補償了TFT閾值電壓的漂移。他們還提出了利用放電式補償閾值電壓變化的電壓控制型驅動電路，與前者不同的是，該電路利用放電的方式使驅動管進入亞閾值區(qū)，獲得數據電壓與閾值電壓疊加值，從而有效補償閾值電壓變化。

電壓控制型驅動電路除了能有效補償閾值電壓變化外，其優(yōu)勢還在于具有快速響應特性，因為電壓直接加到存儲電容CS的兩端，充電電流一開始會有一個瞬間的大電流對電容充電，極大地降低了充電時間。