CN205080864U - 薄膜晶体管驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种薄膜晶体管驱动电路，包括串联的薄膜晶体管和发光元件；连接在所述薄膜晶体管的栅极和漏极之间的电荷存储元件；以及开启电压可调薄膜晶体管，其源极、漏极、栅极和调节电极分别连接至所述薄膜晶体管的栅极、列扫描信号源、行扫描信号源和调节信号源。本实用新型的薄膜晶体管驱动电路能长时间稳定工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子线路领域，具体涉及一种晶体管驱动电路。
背景技术
薄膜晶体管(TFT)是一种场效应晶体管，其作为平板显示器(例如液晶显示器)的关键器件，对显示器的性能具有十分重要的作用。
图1是现有技术中的一种薄膜晶体管驱动电路10，其包括在电源V和参考地G之间依次串联的电阻11、薄膜晶体管12和发光二极管13，以及连接在薄膜晶体管12的栅极和漏极之间的电容14。列扫描信号源17通过薄膜晶体管15连接至薄膜晶体管12的栅极，且行扫描信号源16连接至薄膜晶体管15的栅极，行扫描信号源16上的电压信号用于控制薄膜晶体管15导通或截止。
当需要控制发光二极管13导通发光时，行扫描信号源16的电压信号使得薄膜晶体管15导通，列扫描信号源17通过导通的薄膜晶体管15对电容14进行充电，使得薄膜晶体管12的栅源电压大于其开启电压从而使得发光二极管13导通发光，之后行扫描信号源16给薄膜晶体管15的栅极施加负偏压使其截止。
目前氧化物薄膜晶体管广泛应用在全透明和柔性显示屏中，其具有性能好、原料成本和工艺成本低等优点。但是氧化物半导体材料存在大量的电子陷阱态，电子陷阱态在外界能量的扰动下会捕获和发射电子从而带有不同的电荷，最终使得氧化物薄膜晶体管的开启电压随时间的延长而发生严重偏移。图2是图1中的薄膜晶体管15的转移特性曲线。其中图2中的7条转移特性曲线分别是薄膜晶体管15处于负偏压状态下，在偏压时间0秒、100秒、300秒、500秒、1000秒、3000秒和5000秒测得的。从图2可以看出，薄膜晶体管15的开启电压随着时间的延长而逐渐减小。
结合图1和图2可以得知，在行扫描信号源16提供的电压信号不变情况下，当薄膜晶体管15的开启电压减小时，薄膜晶体管15的漏源电流会增加，随着工作时间的增加，薄膜晶体管15无法完全被关断，从而造成薄膜晶体管12的栅极电压的改变，最终导致发光二极管13的亮度发生变化。这种情况一方面会导致显示器性能恶化，另一方面对观测者的视力造成不良后果。
另外，由于薄膜晶体管15在99.8％以上时间都是处于负偏压状态，因此薄膜晶体管的负偏压光照稳定性(NBIS,NegativeBiasIlluminationStability)也会影响其开启电压，从而对显示器性能造成影响。
为了使得薄膜晶体管15的性能稳定，目前都是基于材料的本征特性对其掺杂工艺和后处理工艺进行优化，从而改善薄膜性质以及表面或界面质量。尽管如此，氧化物薄膜晶体管还是存在上述问题。另外，在集成电路工艺下，难以保证每一个薄膜晶体管的性能相同，从而限制了其在商业上的应用。因此目前需要一种能使得发光二极管13稳定工作的驱动电路，从而使得平板显示器稳定工作。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种能稳定工作的薄膜晶体管驱动电路。
本实用新型的一个实施例提供了一种薄膜晶体管驱动电路，包括：
串联的薄膜晶体管和发光元件；
连接在所述薄膜晶体管的栅极和漏极之间的电荷存储元件；以及
开启电压可调薄膜晶体管，其源极、漏极、栅极和调节电极分别连接至所述薄膜晶体管的栅极、列扫描信号源、行扫描信号源和调节信号源。
优选的，所述薄膜晶体管和发光元件依次串联连接在电源和参考地之间。
优选的，所述薄膜晶体管驱动电路还包括与所述薄膜晶体管和发光元件串联的电阻。
优选的，所述电阻连接在所述电源和所述薄膜晶体管的漏极之间。
优选的，所述开启电压可调薄膜晶体管为双源极薄膜晶体管。
优选的，所述开启电压可调薄膜晶体管为双栅极薄膜晶体管，所述双栅极薄膜晶体管的位于其源极和漏极之间的顶栅作为所述调节电极。
优选的，所述发光元件为发光二极管。
优选的，所述电荷存储元件为电容。
本实用新型的薄膜晶体管驱动电路中的开启电压可调薄膜晶体管的开启电压不变或基本不变，从而薄膜晶体管驱动电路能长时间稳定工作。
附图说明
以下参照附图对本实用新型实施例作进一步说明，其中：
图1是现有技术中的薄膜晶体管驱动电路的电路图。
图2是图1中的薄膜晶体管的转移特性曲线。
图3是根据本实用新型第一个实施例的薄膜晶体管驱动电路的电路图。
图4是图3中的双源极薄膜晶体管的转移特性曲线。
图5是图1中的薄膜晶体管和图3中的双源极薄膜晶体管的开启电压偏移曲线。
图6是根据本实用新型第二个实施例的薄膜晶体管驱动电路的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本实用新型进一步详细说明。
图3是根据本实用新型第一个实施例的薄膜晶体管驱动电路20的电路图。薄膜晶体管驱动电路20包括在电源V和参考地G之间依次串联的薄膜晶体管12和发光二极管13，连接在薄膜晶体管12的栅极和漏极之间的电容14，连接在列扫描信号源17和薄膜晶体管12的栅极之间的双源极薄膜晶体管25，其中双源极薄膜晶体管25的栅极连接至行扫描信号源16，且调节电极251连接至调节信号源18。
本领域的技术人员可知双源极薄膜晶体管的具体结构和工作原理，其中一种典型结构为：从下至上依次包括栅极、衬底、绝缘层和导电沟道层，以及位于导电沟道层上的源极、漏极和调节电极，调节电极位于源极和漏极之间。根据双源极薄膜晶体管的转移特性曲线可知：通过改变调节电极的电压值即可实现改变双源极薄膜晶体管的开启电压。
下面将结合调节信号源18的电压调节过程来描述本实用新型的工作原理。
从双源极薄膜晶体管25的栅极被施加负偏压的初始时刻起，当漏源电流为开启电流ION时，其栅源电压即为开启电压VSET。在双源极薄膜晶体管25处于负偏压状态中，重复执行如下过程：
将双源极薄膜晶体管25的栅源电压从负10伏线性增加，当其漏源电流等于开启电流ION时，记录此时的栅源电压VON，调节信号源18立刻给调节电极251提供调节电压VM(其等于VSET-VON)。使得双源极薄膜晶体管25的开启电压重新回到VSET，从而抵消了开启电压随着时间减小所带来的影响，确保驱动电路长时间的稳定运行。
由于薄膜晶体管的开启电压随着施加负偏压时间增加而逐渐减小，漏源电流等于开启电流ION时所对应的栅源电压VON也逐渐减小，因此调节电压VM逐渐增加。
作为与图2进行对比，我们分别选取双源极薄膜晶体管25在偏压时间为0秒、100秒、300秒、500秒、1000秒、3000秒和5000秒时，调节电极251被提供调节电压VM后所测试的转移特性曲线。如图4所示，七条转移特性曲线基本上重合，双源极薄膜晶体管25的开启电压不变或基本不变。根据调节信号源18提供的电压信号，使得双源极薄膜晶体管25的开启电压稳定保持为VSET，确保驱动电路长时间稳定工作，最终使得发光二极管13发出的光线的亮度稳定。在集成电路工艺中，对材料的本征特性、掺杂工艺以及表面和界面质量，以及工艺的可重复性和稳定性并无苛刻的要求，有利于商业化生产。
图5是根据图2和图4的转移特性曲线获得的开启电压偏移曲线，开启电压偏移量等于偏压时间为0秒时的开启电压与其他时刻的开启电压的差值。其中小方形点示出了薄膜晶体管15的开启电压偏移曲线，随着偏压时间从0秒增加到5000秒，薄膜晶体管15的开启电压偏移量从0伏逐渐增加到约2.2伏，即薄膜晶体管15的开启电压逐渐减小。小圆点示出了双源极薄膜晶体管25的开启电压偏移曲线，与薄膜晶体管15的开启电压偏移量相比，双源极薄膜晶体管25的开启电压偏移量大大减小，且基本等于零。
图6是根据本实用新型第二个实施例的薄膜晶体管驱动电路30的电路图。其与图3基本相同，区别在于，薄膜晶体管驱动电路30还包括连接在电源V和薄膜晶体管12的漏极之间的电阻11。电阻11可有效保护与其串联的发光二极管13因过电流而毁损。
在本实用新型的其他实施例中，还可以采用双栅极薄膜晶体管替换图3、6中的双源极薄膜晶体管25。其中双源极薄膜晶体管25的位于源极和漏极之间的顶栅作为调节电极并连接至调节信号源18。双栅极薄膜晶体管的开启电压的调节原理是基于金属-绝缘体-半导体(MIS)电容器原理。在负偏压状态下，调节信号源18提供的电压信号VM＝(VON-VSET)C1/C2，其中C1是底栅-第一绝缘层-沟道形成的电容器的电容值，C2是顶栅-第二绝缘层-沟道形成的电容器的电容值，C1和C2可以通过电容-电压测试(C-V测试)得到，也可以根据平板电容器公式计算得到。
在本实用新型的其他实施例中，电阻11、薄膜晶体管12和发光二极管13可以以任意顺序串联连接在电源V和参考地G之间。
虽然本实用新型已经通过优选实施例进行了描述，然而本实用新型并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本实用新型范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
Claims (8)
1.一种薄膜晶体管驱动电路，其特征在于，包括：
串联的薄膜晶体管和发光元件；
连接在所述薄膜晶体管的栅极和漏极之间的电荷存储元件；以及
开启电压可调薄膜晶体管，其源极、漏极、栅极和调节电极分别连接至所述薄膜晶体管的栅极、列扫描信号源、行扫描信号源和调节信号源。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管驱动电路，其特征在于，所述薄膜晶体管和发光元件依次串联连接在电源和参考地之间。
3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管驱动电路，其特征在于，所述薄膜晶体管驱动电路还包括与所述薄膜晶体管和发光元件串联的电阻。
4.根据权利要求3所述的薄膜晶体管驱动电路，其特征在于，所述电阻连接在所述电源和所述薄膜晶体管的漏极之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的薄膜晶体管驱动电路，其特征在于，所述开启电压可调薄膜晶体管为双源极薄膜晶体管。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的薄膜晶体管驱动电路，其特征在于，所述开启电压可调薄膜晶体管为双栅极薄膜晶体管，所述双栅极薄膜晶体管的位于其源极和漏极之间的顶栅作为所述调节电极。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的薄膜晶体管驱动电路，其特征在于，所述发光元件为发光二极管。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的薄膜晶体管驱动电路，其特征在于，所述电荷存储元件为电容。
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|---|---|---|---|---|
| CN106558280A (zh) * | 2015-09-16 | 2017-04-05 | 中国科学院物理研究所 | 薄膜晶体管驱动电路 |
| CN107316614A (zh) * | 2017-08-22 | 2017-11-03 | 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 | Amoled像素驱动电路 |
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