一種補償閾值電壓和遷移率變化的像素電路設計

黃勇 關肖飛 張立文 李月華 王新林 何紅宇

摘 要：本文通過對數據輸入階段的時序進行調整，改進了一種適用于低溫多晶硅薄膜晶體管的電壓編程型像素電路，用來得到穩定的驅動電流。該像素電路由4個開關薄膜晶體管，1個驅動薄膜晶體管，2個電容和2條控制線組成。理論分析表明，該電路不僅能補償驅動管閾值電壓的變化，而且能補償驅動管遷移率的變化。仿真結果表明，驅動管的閾值電壓變化±0.5 V時，驅動電流變化約為9%，驅動管的遷移率變化±30%時，驅動電流變化約為6%，因此，本電路達到了穩定驅動電流的效果。

關鍵詞： 像素電路;多晶硅薄膜晶體管;閾值電壓;遷移率

【Abstract】 A voltage-programming pixel circuit suitable for low-temperature polysilicon thin film transistors is improved to obtain the stable driving current by adjusting the timing in the data input stage. The pixel circuit consists of four switching thin film transistors， one driving thin film transistor， two capacitors， and two control lines. Theoretical analysis shows that the circuit not only can compensate the threshold voltage variation of the driving transistor， but also can compensate the mobility variation of the driving transistor. The simulation results show that， the driving current variation is about 9% when the threshold voltage variation of the driving transistor is ±0.5 V， and the variation of the driving current is about 6% when the mobility variation of the driving transistor is ±30%. Thus， the present circuit can achieve the stable driving current.

【Key words】 ?pixel circuit; polysilicon thin film transistor; threshold voltage; mobility

0 引 言

在高分辨率、中小尺寸顯示技術中，低溫多晶硅薄膜晶體管得到了廣泛的應用。這種晶體管具有遷移率高、驅動能力強等優點[1]。但是，在像素電路矩陣中，由于受制造工藝的局限和長時間工作時應力的影響，晶體管的電學特性會表現出不均勻性[2]。這種不均勻性一般表現為驅動管閾值電壓和遷移率的變化，因此，需要設計合適的像素電路進行補償。

補償驅動管閾值電壓和遷移率變化的像素電路分為電流編程型和電壓編程型[3]。

Lee等人[4]提出了一種電流編程型像素電路，該電路時序簡單，但電流編程型像素電路充放電時間較長，可能會導致數據寫入不充分，影響正常顯示。

電壓編程型像素電路具有充放電時間短的特點，因此，得到了業界的高度重視。文獻[5-7]提出了補償閾值電壓和遷移率變化的像素電路，這些電路具有結構簡單的優點，但需要增加遷移率補償階段，導致時序比較復雜。因而，人們提出了多種不必增加遷移率補償階段的方法：文獻[8-12]把遷移率的變化轉化為柵極電位或源級電位的變化;Yamamoto等人[13]調整閾值電壓提取階段的時序;Liao等人[14]構造驅動管的鏡像;Yi等人[15]引入OLED陽極電壓;Lin等人[16]調整數據輸入階段的時序。上述方法在補償閾值電壓和遷移率的變化方面都有自己的特色。

研究注意到，Yao等人[17]提出了一種補償閾值電壓變化的像素電路，但沒有涉及遷移率變化的問題，有待進一步完善。

本文對數據輸入階段的時序進行調整，在Yao電路的基礎上[17]，實現了對閾值電壓和遷移率變化的補償。理論分析和仿真驗證結果表明，本電路能夠穩定驅動電流，達到了補償效果。

1 像素電路結構和工作原理

1.1 像素電路結構

如圖1（a）所示，本像素電路由1個驅動薄膜晶體管（TD），4個開關薄膜晶體管（T1～T4），其中T1～T3為P管，T4為N管，2個電容器（C1，C2）和2條控制線（SCAN1，SCAN2）組成。工作時序如圖1（b）所示，可分為3個階段，分別是：（1）補償階段;（2）數據輸入階段;（3）發光階段。

3 結束語

本文在數據輸入階段，通過對電路時序進行調整，改進了一種電壓編程型像素電路，理論分析了補償閾值電壓和遷移率變化的原理，仿真驗證結果表明，本電路能有效補償閾值電壓和遷移率的變化，達到了穩定驅動電流的效果。

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