1006-6268(2009)04-004-05
摘要：a-Si:H TFT晶体管阈值电压漂移压会导致晶体管阈值电压漂移OLED发光亮度下降，影响其使用寿命。多管像素电路的设计可以补偿或消除阈值电压的漂移。本文分析了电流控制电流镜像素电路的工作原理a-Si:H TFT阈值漂移模型模拟了阈值漂移对驱动电流稳定性的影响，并提出了相应的解决方案。结果表明，合理的像素电路设计可以有效地提高驱动电流的稳定性。
关键词：氢化非晶硅膜晶体管；有机发光二极管；电流镜像素电路；电流稳定性
中图分类号：TN27文献标识码：B
Stability Analysis of Current-mirrored Pixel
Circuit for Active-Matrix OLED
CAO Wei, LIN Zu-lun, HE Shi-ong
(School of Optoelectronic Information, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China)
Abstract: a-Si:H TFT threshold voltage shifts under gate bias for a long time, which reduces the luminance and life of the OLED. The pixel circuit with multi-transistors can compensate for the threshold voltage shift. In this paper, self-compensating current mirror-based pixel circuit was presented. This work analyzed the long-term stability of the current mirror-based current programmed four-TFT circuit cooperated with the model of a-Si:H TFT Vth shift, and the corresponding solutions were proposed This paper demonstrates that it is possible by circuit design to control the OLED drive current instability in the circuit.
Keywords: a-Si:H TFT；OLED；mirror-based pixel circuit；current stability
引言
薄膜晶体管(TFT)有源矩阵有机发光显示(AMOLED)无源矩阵有机发光显示(PMOLED)无与伦比的优势。与PMOLED相比，AMOLED发光亮度高，使用寿命长，显示容量大。AMOLED至少有两个像素驱动电路TFT根据不同的控制方法，组成[1]是一种可控的恒流驱动电路，AMOLED可分为电压控制恒流源[2][3]和电流控制恒流源[4]，氢化非晶硅膜晶体管可根据不同的沟通材料分为氢化非晶硅膜晶体管(a-Si:H TFT)电路[5]和多晶硅薄膜晶体管(Poly-Si TFT)两种类型的电路[2]。
Poly-Si材料载流子迁移率高，电子迁移率比高a-Si:H材料的电子迁移率高于两个数量级，但在实践中LTPS很难获得良好的产量，主要是因为再结晶技术不完善，导致整个显示屏不均匀。此外，多晶硅需要更多的光刻次数，这增加了工艺的复杂性和成本。而a-Si:H TFT电路由于a-Si:H TFT广泛研究了技术成熟、产业规模大等优点。a-Si:H TFT最重要的不稳定性之一是阈值电压会在长时间栅偏压下漂移。由于a-Si:H TFT晶体管阈值电压漂移是由于长时间施加直流栅偏压造成的OLED因此，必须采用特殊设计来补偿或消除阈值电压的漂移。参考文献6中列举分析了多种类型OLED通过将多个像素应用于有源驱动电路的像素结构TFT(3个以上)，来达到补偿阈值电压的漂移或不一致。
1AMOLED像素电路工作原理及参数选择
1.1电流控制电流镜像素电路的工作原理
电流控制电流镜像素电路的工作原理如下图1所示。
选择状态：扫描线上电压时Vselect处于高电平时，此像素被选通，晶体管T1、T2导通， 首先通过T管对像素电容器Cs充电，随着Cs两端电压升高，T3.电流通过。Cs当两端电压达到稳定值时，整个电流通过T2管流到T3管，而T1管无电流通过。整个充电过程和T3和T4管的阈值电压无关。
同时，由于T3管和T4管栅极相连，电压相等，数据电流IDATA镜像流经OLED的驱动电流IOLED。当T3和T当4管完全匹配时，允许改变电路结构T3和T像素电流的大小线性变化。驱动电流 与数据电流 关系如下：
1.2 选择像素电路电容
影响电容稳定性的主要因素有两个：开关管漏电流和像素电路寄生电容。可以忽略漏电流的影响。当像素显示为低灰度时，数据电流较小，电容器充电时间较长，大电容器需要较长的充电时间，当电容器大于一定值时，电容器不能在像素选择时间内完成充电；由于像素寄生电容器的影响，电容器电压在像素关闭时会大大衰减，然后稳定在一定值，导致像素电流下降。
采用表1的参数仿真了像素电容――驱动电流的特性曲线，模拟结果(图3)表明，当电容器越大(充电完成)时，不选择驱动电流I 驱动电流越接近选通I ，当寄生电容器的影响较小时Cs=2pF当电容器不能充满时。综合考虑电容充电时间和电容电压衰减，选择像素电容器Cs=1pF。
2像素电流稳定性分析
根据像素电路结构和TFT可获得工作状态：
从以上等式可以看出，T2、T3、T阈值漂移会影响驱动电流的稳定性。电流镜准确实现电流跟踪功能的基本要求是T2选通时开态电阻低，非选通时漏电流小；驱动管T3和T在任何时候都是匹配的。这意味着四个TFT像素电路中，T3和T在选择状态最终稳定时，必须匹配4的初始值，并且阈值漂移相同，T3和T必须在饱和区工作。如果这些条件发生变化，像素驱动电流会发生变化，导致显示质量下降。a-Si TFT像素驱动电流的变化主要有两种不同的机制：开关管T退化，驱动管T3和T4管阈值漂移不匹配。
2.1 开关管T2的阈值漂移
当像素非选通时，T1和T2作为开关管的功能，应隔离。因此，开关管在非选通时需要较低的漏电流和较低的开态电阻。随着工作时间的增加，开关管间的增加而漂移。通过T2，T3的电流逐渐增加到 ，直到T此时1的电流为0T3.栅极电压和输入数据电流 对应。现在当T如果2的开关电阻增加，T2漏电电压增加，T3.格栅压力相应增加(考虑沟通效应)。T3和T4.如果栅极连接，输出驱动电流也会增加。即使T3和T4完全匹配，T2的下降也会导致驱动电流的变化。
图4为开关管T2阈值漂移对像素驱动电流的影响曲线(IDATA=1uA)，模拟结果显示T选通电压越低，2的阈值漂移影响越大T阈值漂移对像素驱动电流几乎没有影响。合理选择电压可有效降低开关管阈值漂移对驱动电流的影响。
2.2 T3和T4管阈值漂移
公式(1)表明像素电路的驱动电流也依赖于和T3与T4的匹配度，T3与T4的阈值漂移不匹配将导致驱动电流的变化。研究发现，[9][10]除了栅极的电压外，漏极][10]引起的a-Si:H TFT由于阈值漂移，漏电压越高，漂移越小。在电流镜像素电路中，T3管和T4管道总是有相同的栅极电压，但在不同的状态区域工作。T4泄漏极处于高电位，始终在饱和区工作；T3主要在放大区域一帧工作，结果是因为T3和T不同的阈值漂移速度导致像素驱动电流的增加。
在像素电路中添加开关管T1控制T在非选择时，三个栅极和电容器的通断(图5)T1因为 关闭低电平，使其关闭T3.关闭。模拟结果(图6)显示T加入1管可以有效抑制T3与T4由于漏极电压不同，阈值漂移不匹配。
3结论
基于a-Si TFT影响电流镜像素电路驱动电流稳定性的阈值漂移模型主要有两种机制，开关管退化，驱动管阈值漂移不匹配。本文对阈值进行了模拟和分析a-Si TFT同时镜像素电路驱动电流稳定性的影响，并提出了相应的解决方案。模拟研究表明，基于电流镜像的像素电路可以通过电路设计提高像素电路驱动电流的稳定性。
参考文献
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[10] K. S. Karim, A. Nathan, M. Hack, and W. I. Milne, "Drain-bias dependence of threshold voltage stability of amorphous silicon TFTs," IEEE Electron Device Lett., vol. 25, no. 4, pp. 188-190, Apr. 2004.
作者简介：曹伟(1984－)，男，重庆人，硕士研究生，主要研究方向为AMOLED用a-Si：H TFT的研究，E-mail：。
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