薄膜晶体管原理及应用显示与图像传感器件底层单元( 四 ) _经验知识

另外。由于晶体管数量减少和每个像素的透光率提升。在平板显示应用中采用IGZO技术的屏幕相较于非晶硅面板具有更高的能效水平。并且由于不用重新建立新的生产线（它可以利用现有的非晶硅生产线制造面板）。在成本上比LTPS技术更有竞争力。

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TFT图像传感器应用
集成电路的种类很多。按照制作工艺可以分为半导体集成电路和薄膜集成电路；按导电类型可以分为双极型集成电路（如：TTL）和单极型集成电路（如：CMOS、NMOS、PMOS）。CCD和CMOS图像传感器都属于半导体集成电路。成像面的大小受到了晶圆直径的限制。要制成大面积的感应区域只能使用拼接技术来解决。
薄膜集成电路是整个电路的晶体管、二极管、电阻、电容等元件以及它们之间的连接引线。全部用厚度在1微米以下的金属、半导体、金属氧化物、多种金属混合相、合金或绝缘介质薄膜。并通过真空蒸发、溅射和电镀等工艺制成的集成电路。
薄膜集成电路中的有源器件。即晶体管。有两种材料结构形式：一种是薄膜场效应硫化镉或硒化镉晶体管。另一种是薄膜热电子放大器。更多的实用化的薄膜集成电路采用混合工艺。即用薄膜技术在玻璃、微晶玻璃、镀釉和抛光氧化铝陶瓷基片上制备无源元件和电路元件间的连线。再将集成电路、晶体管、二极管等有源器件的芯片和不使用薄膜工艺制作的功率电阻、大容量的电容器、电感等元件用热压焊接、超声焊接、梁式引线或凸点倒装焊接等方式。就可以组装成一块完整的集成电路。
TFT图像传感器设计十分规范。主要由TFT原材料材质特性和加工工艺参数。就能生成完成的TFT图像传感器生产工艺包。制作成大批量量产的标准品。
TFT显示驱动背板应用技术
在数字驱动方案中。每一信号单元像素与一开关相连。TFT仅作模拟开关使用。灰度级产生方法包括时间比率灰度和面积比率灰度。或者两者的结合。目前。模拟像素电路仍占主流。但在灰度级实现上。模拟技术与时间比率灰度和面积比率灰度理论相结合将会是将来的一个发展趋势。在模拟方案中。根据输入数据信号的类型不同。单元像素电路可分为电压控制型和电流控制型。
电压控制型像素电路
1.两管TFT结构
电压控制型单元像素电路以数据电压作为视频信号。最简单的电压控制型两管TFT单元像素电路如图1所示。

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图1 两管TFT驱动电路
其工作原理如下：当扫描线被选中时。开关管T1开启。数据电压通过T1管对存储电容CS充电。CS的电压控制驱动管T2的漏极电流;当扫描线未被选中时。T1截止。储存在CS上的电荷继续维持T2的栅极电压。T2保持导通状态。故在整个帧周期中。OLED处于恒流控制。
其中（a）。（b）被分别称为恒流源结构与源极跟随结构。前者OLED处于驱动管T2的漏端。克服了OLED开启电压的变化对T2管电流的影响;后者在工艺上更容易实现。两管电路结构的不足之处在于驱动管T2阈值电压的不一致将导致整个显示屏的亮度的不均匀。OLED的电流和数据电压呈非线性关系。不利于灰度的调节。
2.三管TFT结构
基于第二代电流传输器原理的电压控制型像素单元电路如图2所示。虚线左边可视为外部驱动电路。右边为单元像素电路。

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图2 基于第二代电流传输器原理的像素电路
在控制模式下。T2和T3开启。T1和运算放大器构成第二代电流传输器。由于运算放大器的放大倍数可以取得很大。T1管的阈值电压对电流的影响变得不敏感。此时。流经T1的电流：
IT1=Vin/Rin
并且T1管源极电压应低于OLED的开启电压。防止OLED开启。在保持模式下。T2和T3关断。存储电容Cs维持T1管的栅极电压。电流经T1进入OLED 。其中放大器由COMS电路实现。所有同行像素可共用一个运算放大器。
仿真结果表明。尽管T3管存在电荷注入与时钟馈漏效应。使得OLED电流略小于控制电流;在OLED标称电流为1μA 。阈值电压漂移超过5V时。控制电流、OLED电流相对误差分别为-0.18%、5.2% 。成功补偿了TFT的空间不均性和不稳定性。
虽然电压控制型电路具有响应速度快的特点。但由于不能准确地调节显示的灰度。难以满足显示的需求。于是人们提出电流驱动方案。电流控制型单元像素电路是以数据电流作为视频信号的。