TFT是英文Thin Film Transistor(薄膜場效應(yīng)晶體管)的縮寫。TFT液晶顯示器件是指在液晶顯示器件的每個(gè)像素上都連接一個(gè)薄膜場效應(yīng)晶體管。這個(gè)場效應(yīng)管制作在液晶顯示器件的玻璃上。每個(gè)場效應(yīng)管獨(dú)立驅(qū)動(dòng)一個(gè)像素，從而可以實(shí)現(xiàn)高速度、高亮度、高對(duì)比度的顯示效果。

我們知道，三極管是電流放大型的工作原理，即通過調(diào)制基極的輸入電流來控制三極管的集電極和發(fā)射極之間的輸出電流。對(duì)比三極管，場效應(yīng)管屬于電壓放大型，是通過調(diào)制柵極G上的輸入電壓(或稱電場)來控制漏極D和源極S之間的輸出電流。在電壓施加在場效應(yīng)管柵極G上時(shí)，柵極G的漏電流極小或沒有，表現(xiàn)出該器件具有非常高的輸入阻抗，由此我們稱之為場效應(yīng)管。

TFT液晶顯示的驅(qū)動(dòng)原理可以總結(jié)以下幾個(gè)概念。

1.像素選通的獨(dú)立性：在TFT液晶顯示的驅(qū)動(dòng)電路下，由于每個(gè)像素都連接一個(gè)場效應(yīng)管，當(dāng)某一個(gè)像素上的場效應(yīng)管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)其他像素的操作不構(gòu)成對(duì)該像素的影響，所以TFT液晶顯示的驅(qū)動(dòng)沒有交叉效應(yīng)，也沒有因占空比的下降(掃描行數(shù)的增多)給對(duì)比度帶來的降低。

2.像素電壓的保持性：TFT液晶顯示的驅(qū)動(dòng)電路在像素不選通的狀態(tài)下，原施加在像素上的電壓可以保持一段時(shí)間。因此在同樣的幀掃描時(shí)間內(nèi)，TFT液晶顯示驅(qū)動(dòng)的行數(shù)比STN液晶顯示驅(qū)動(dòng)要多得多。如果認(rèn)為液晶負(fù)載的容性值不夠大，還可以在漏極D上并人一個(gè)補(bǔ)償電容C,以增加像素上驅(qū)動(dòng)電壓的保持時(shí)間。

3.幅值驅(qū)動(dòng)法：TFT液晶顯示的驅(qū)動(dòng)電路在源極S上施加的電壓值不同，建立在像素上的電場強(qiáng)度就不同，液晶的電光效應(yīng)也就不同，從而在液晶顯示器件上產(chǎn)生灰階的顯示效果，所以稱TFT液晶顯示的驅(qū)動(dòng)方法為幅值驅(qū)動(dòng)法

二.屏幕的像素驅(qū)動(dòng)電路

TFT通過控制液晶兩極之間的電壓，使得液晶分子發(fā)生偏轉(zhuǎn)從而控制背光通過的多少。因此對(duì)于TFT的柵極，一般只需要“開啟”和“關(guān)閉”兩個(gè)狀態(tài)，而像素電極間的電壓是通過數(shù)據(jù)線寫入，在柵極關(guān)閉之后，像素電極上的電壓通過存儲(chǔ)電容進(jìn)行保持。因此，一個(gè)TFT加上存儲(chǔ)電容就可以實(shí)現(xiàn)像素的開關(guān)和數(shù)據(jù)的寫入及保持。而實(shí)現(xiàn)TFT的開啟只需要給定足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，所以閾值電壓的大小與數(shù)據(jù)的輸入沒有關(guān)系。下圖為液晶顯示的像素電路。

圖1就是這兩種儲(chǔ)存電容架構(gòu)，圖中可以很明顯地知道，Cs on gate由于不必像Cs on common需要增加一條額外的common走線，所以其開口率(Aperture ratio)比較大。而開口率的大小是影響面板的亮度與設(shè)計(jì)的重要因素，所以現(xiàn)今面板的設(shè)計(jì)大多使用Cs on gate的方式。

但是AMOLED是主動(dòng)發(fā)光器件，OLED要發(fā)光需要持續(xù)地提供給OLED器件電流，如果采用液晶這樣的電路，存儲(chǔ)電容上電壓將瞬間被OLED消耗，OLED將不能持續(xù)發(fā)光。因此，必須對(duì)AMOLED的像素驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。下圖為最簡單的一個(gè)AMOLED像素驅(qū)動(dòng)電路，恒流源VDD給OLED持續(xù)提供電流，電流的大小受到晶體管M1的柵極電壓控制，而M1的柵極電壓由數(shù)據(jù)信號(hào)寫入，存儲(chǔ)在電容C1中，保證在一個(gè)掃描周期能持續(xù)發(fā)光。

我們來分析一下驅(qū)動(dòng)的實(shí)際過程：

行掃描電路開啟，M2導(dǎo)通

同時(shí)輸入像素驅(qū)動(dòng)信號(hào)，M1導(dǎo)通，并將像素信號(hào)寫入C1

掃描信號(hào)關(guān)閉，C1電壓保持M1導(dǎo)通，VDD持續(xù)提供電流給OLED

流經(jīng)OLED的電流由M1晶體管控制，其滿足如下的公式：

其中，VDD為恒流源的電壓，W和L分別為晶體管溝道的寬和長度，μ為有效載流子遷移率，Cox為柵氧層單位面積電容，Vdata為輸入的數(shù)據(jù)信號(hào)，Vth為M1的閾值電壓。

那么問題來了，目前采用的工藝條件，無論是低溫多晶硅TFT還是IGZO TFT都存在著閾值電壓不穩(wěn)定的情況，那么在相同信號(hào)電壓的情況下，因?yàn)殚撝惦妷浩?，?dǎo)致OLED的發(fā)光亮度變化，發(fā)光會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重不均一，具體看起來像沙子一樣，叫Sandy Mura。

要避免這種情況，一個(gè)辦法是通過內(nèi)部電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行補(bǔ)償。

下圖一個(gè)典型的7T1C架構(gòu)OLED發(fā)光單元驅(qū)動(dòng)。7T1C就是7個(gè)TFT晶體管和1和電容C。7個(gè)晶體管重要的兩個(gè)我標(biāo)紅了。T2叫drving tft，主要作用是驅(qū)動(dòng)OLED發(fā)光。T1叫switching tft，作用是控制電容的充電和T2的導(dǎo)通。橙色的 T1就是LTPO中的氧化物晶體管。

簡單講解這個(gè)電路是如何工作的。首先是復(fù)位信號(hào)Gn-1打開兩個(gè)TFT，作用是給電容C和OLED復(fù)位，清除上一階段可能存在信號(hào)殘留。

第二步，Gn信號(hào)打開T1將顯示信號(hào)DATA送到電容C，給電容充電，相當(dāng)于把DATA信號(hào)暫時(shí)存儲(chǔ)在C里面。(DATA信號(hào)信號(hào)就是決定OLED亮度的)。補(bǔ)償?shù)淖饔檬窍齌FT制造不一致性導(dǎo)致的閾值電壓差異影響，

第三步：T1關(guān)閉，EM信號(hào)過來打開兩個(gè)開關(guān)，OLED開始發(fā)光。亮度由T2控制，而T2由電容C的電壓控制，電容C的電壓來自上一步通過T1的DATA信號(hào)。

上面的第一步、第二步是屏幕顯示要刷新時(shí)才會(huì)進(jìn)行，第三步還肩負(fù)著PWM調(diào)光的任務(wù)。其中的EM信號(hào)就是我們常說的PWM調(diào)光的信號(hào)。因?yàn)殡娙輹簳r(shí)存貯著DATA信號(hào)，屏幕顯示不刷新的時(shí)候電容仍然控制著T2。

類似還有6T1C，5T2C等很多類似電路結(jié)構(gòu)，經(jīng)過近幾年的不斷研究和發(fā)展，內(nèi)部補(bǔ)償電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)幾乎已被窮盡，很難再有實(shí)用性的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。

這種像素電路工作時(shí)一般都會(huì)有三個(gè)工作階段，會(huì)經(jīng)歷復(fù)位、補(bǔ)償、發(fā)光，即一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期至少要干2到3件事，因此對(duì)電路驅(qū)動(dòng)能力和面板上的負(fù)載都有一定要求。

它的一般工作思路是在補(bǔ)償階段把TFT的閾值電壓Vth先儲(chǔ)存在它的柵源電壓Vgs內(nèi)，在最后發(fā)光時(shí)，是把Vgs-Vth轉(zhuǎn)化為電流，因?yàn)閂gs已經(jīng)含有了Vth，在轉(zhuǎn)化成電流時(shí)就把Vth的影響抵消了，從而實(shí)現(xiàn)了電流的一致性。

但是實(shí)際因?yàn)榧纳鷧?shù)和驅(qū)動(dòng)速度等影響，Vth并不能完全抵消，也即當(dāng)Vth偏差超過一定范圍時(shí)(通常?Vth≥0.5V)，電流的一致性就不能確保了，因此說它的補(bǔ)償范圍是有限的。

審核編輯：湯梓紅