基于低溫多晶硅-氧化物半導體混合集成的薄膜晶體管顯示背板技術

鄧立昂, 陳世林, 黃博天, 郭小軍*

(1. 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院, 上海200240；2.江蘇省知識產權局, 江蘇 南京210036)

1 引 言

基于有源矩陣驅動的液晶顯示(Active matrix liquid crystal display, LCD)和有機發光二極管(Active matrix organic light emitting diode, AMOLED)顯示是目前信息終端采用的主要顯示技術。AMLCD結合液晶層的光學調控和發光二極管(Light emitting diode, LED)背光系統，可以分別優化兩者的性能，已經形成了成熟的規模化制造工藝與產業鏈體系，在移動終端產品的應用中占有一定的優勢地位。近年來，AMOLED顯示將發光源與像素控制單元融合，具有全固態、輕薄、柔性的特點，為移動終端產品形態和功能集成的創新提供了更廣闊的空間。因此，隨著其量產技術水平的提高，AMOLED顯示在智能手機和可穿戴電子等移動終端產品中得到越來越多的應用。

隨著移動終端顯示屏分辨率的不斷提升，以及顯示面積的增大，顯示屏的功耗已成為整個系統功耗的重要組成部分。兩種顯示技術中的功耗都可以分為靜態和動態兩部分。靜態功耗主要取決于顯示的面積、發光亮度和發光器件(LED背光或OLED)的效率。在AMLCD中，通過采用局部調光，能夠顯著降低LED背光系統的靜態功耗[1]。而在AMOLED顯示中，隨著OLED材料和器件性能的提升，直流功耗也可以得到降低或控制[2]。顯示屏分辨率和幀率的提升，不會影響直流功耗，但會顯著增加對各像素充放電所消耗的動態功耗。因此，降低動態功耗成為移動終端顯示發展需要解決的一個重要問題。考慮到在大多數應用場景下，顯示的內容會保持一段時間，因而，根據顯示內容自適應地調整幀頻率，能夠有效降低動態功耗[3]。為此，用于顯示驅動和控制的薄膜晶體管(Thin-film transistor, TFT)像素電路需要具有足夠低的漏電，以能夠在低幀率下保持住存儲的信息。

目前，低溫多晶硅(Low temperature polycrystalline silicon, LTPS) TFT技術，由于其高遷移率和良好的穩定性，已經取代非晶硅(a-Si) TFT，成為小尺寸高分辨率顯示的主流背板技術。然而，在關態偏壓下，漏極區會形成較高的電場，LTPS薄膜晶界缺陷態的存在會輔助隧穿效應的增強，導致較大的反偏漏電流[4]。因此，雖然LTPS TFT具有較高的遷移率，有助于實現高分辨率、高幀率顯示，但其較高的漏電流給實現低幀率顯示驅動帶來了挑戰。

自2004年日本東京工業大學Hosono課題組發表基于非晶銦鎵鋅氧(In-Ga-Zn-O, IGZO)溝道層的TFT器件以來，非晶氧化物半導體(Metal oxide semiconductor, MO) TFT因其較高的遷移率 (～10 cm2·V-1·s-1)，以及適合大尺寸、低成本制造的優勢獲得了學術界和產業界的廣泛關注[5-7]。在大量工藝技術研究的基礎上，IGZO TFT已經實現了大尺寸的量產(G8線)，在大/中尺寸高分辨AMLCD和大尺寸剛性/柔性AMOLED顯示中得到商業化應用[8]。相比LTPS TFT，MO TFT的遷移率和穩定性還有不少的差距，面向小尺寸高分辨顯示尤其是AMOLED顯示，雖然已表現出一定潛力，但還難以達到LTPS TFT的性能水平。然而，另一方面，由于MO較大的禁帶寬度、帶隙間較低的缺陷態密度和對空穴輸運的抑制，MO TFT具有亞閾值擺幅陡峭、漏電流低(<10-20A/μm)的優勢[9]。利用MO TFT的這一特點，蘋果公司提出了MO和LTPS兩者集成的像素電路結構(Low temperature polysilicon and oxide，LTPO)，實現了低至1 Hz幀率的低功耗AMOLED顯示屏[10]。近期，韓國三星公司宣布已實現了可支持1～120 Hz幀率的LTPO AMOLED并將其應用于量產的手機屏幕。

LTPO的集成概念融合了LTPS和MO兩者的優勢，其他多個企業和研究機構也圍繞LTPO的集成工藝和不同的顯示應用開展了相關研究。本文將系統地總結和分析相關LTPO技術的研究進展和挑戰。首先，將介紹分別應用于AMLCD和AMOLED顯示的LTPO集成方式；進一步討論實現LTPO集成的器件結構和工藝挑戰；最后，針對LTPO AMOLED像素電路，分析和討論MO TFT穩定性對其性能的影響，以及相應的補償電路和驅動方案的設計。

2 LTPO顯示背板的結構

表1為a-Si、LTPS、MO三種TFT的性能對比。隨著顯示分辨率的提升，柵極驅動電路也和像素陣列一起通過TFT集成到同一襯底上，稱為GOA(Gate driver on array)[11]。GOA可以解決高分辨率顯示外圍引腳數目多、密度高、難以進行外圍可靠貼合的問題，同時也有利于降低驅動芯片的成本、縮小顯示的邊框尺寸。以下將分別討論基于LTPO的AMLCD和AMOLED顯示背板的像素電路、陣列和GOA電路的結構設計。

表1 3種薄膜晶體管各類特性的對比Tab.1 Comparison of various characteristics of three thin film transistors

2.1 AMLCD顯示面板

圖1為采用LTPO技術的AMLCD顯示面板整體結構示意圖。顯示陣列中每個像素電路采用MO TFT作為開關，而外圍GOA電路采用LTPS TFT。低漏電流的MO TFT可以使顯示屏在低幀率下保持良好的顯示效果；而LTPS TFT高遷移率、良好穩定性以及可實現n/p型互補集成的優勢，有利于實現小面積、高性能的GOA電路，應用于高分辨率、窄邊框顯示。2017年，友達光電公司基于LTPO背板技術設計實現了應用于手表的圓形AMLCD顯示屏，其像素電路采用底柵結構的IGZO TFT，而GOA采用了全n型LTPS TFT的電路設計[12]。2018年，JDI公司也報導了基于LTPO背板技術的AMLCD顯示，但在GOA中采用了n/p型LTPS TFT互補集成的電路設計，可以實現更小的面積和更好的魯棒性。基于該方案，實現了分辨率為1 440×2 560的13.9 cm(5.46 in)AMLCD顯示，能夠支持15～60 Hz的幀率驅動[13]。2019年JDI公司又實現了分辨率為1 080×2 244的16.67 cm(6.53 in)AMLCD顯示，其可以在更低的5 Hz的幀頻下工作；測試結果表明，在顯示同樣畫面的情況下，相比標準60 Hz模式，低幀率模式下的功耗可下降62%～65%。

圖1 采用LTPO技術的AMLCD顯示面板整體結構示意圖 (陣列像素中采用MO TFT，集成的GOA電路采用LTPS TFT)Fig.1 Overall structure of AMLCD display panel using LTPO technology (MO TFT is used in the array pixels, and LTPS TFT is used in the integrated GOA)

然而，液晶一般需要采用極性反轉的驅動方式，以避免在長時間同一電場的電壓驅動下引起的殘影問題[14]。采取低漏電的MO TFT作為開關管，可以在低幀率驅動的情況下保持住數據電壓，但液晶單元會經受較長時間的同一電場方向下的電壓驅動。因此，如何避免這一問題是實現低幀率AMLCD的一大挑戰。對此，韓國Kyung Hee大學Lee研究組提出了一種基于LTPO結構的用于低幀率驅動的LCD像素電路，如圖2(a)所示[15]。該像素電路由4個TFT和2個電容構成，T1和T2采用LTPS TFT，而T3和T4采用MO TFT 。通過采用VSCAN信號控制T3和T4的開關，將數據電壓VDATA1和VDATA2分別存入T1和T2的柵極節點，結合VW和VB信號，決定像素電壓(VPXL)和顯示灰度的VDATA信號電壓可被長時間保存，而通過對VW和VB的控制，可實現在較長的幀周期內對液晶實現極性反轉的驅動模式。基于該像素電路的設計，可以實現1/60 Hz的極低幀率的驅動，顯示靜態畫面時的動態功耗僅為1.22 mW，而以60 Hz幀率驅動的動態功耗則達到0.38 W。然而，該像素電路需要多個TFT與電容以及復雜的控制信號，因此會大幅降低像素的開口率，增加驅動控制的難度，對于實現高分辨率、高幀率的顯示存在一定挑戰。

圖2 面向低幀率驅動AMLCD的LTPO像素電路設計[12]。(a)電路原理圖； (b)工作時序圖。Fig.2 LTPO pixel circuit design for low refresh rate AMLCD [12]. (a) Circuit schematic diagram； (b) Working timing diagram.

2.2 基于LTPO的AMOLED顯示面板

因為OLED是電流驅動型發光器件，所以AMOLED像素電路除了需要作為開關的TFT器件以外，還需要驅動TFT為OLED發光提供穩定的電流[16]。針對用于移動終端的小尺寸AMOLED顯示，為實現高分辨率和窄邊框，具有高遷移率和良好偏置穩定性的LTPS TFT成為主流的背板技術。而為了補償由于激光晶化工藝所引起的器件性能擾動以及面板上壓降(IR-drop)帶來的影響，需要更為復雜的內部補償像素電路[17]。與此同時，由于LTPS TFT較高的漏電流[18]，導致其難以實現低幀率驅動的AMOLED顯示。針對此問題，蘋果公司提出了針對AMOLED顯示的LTPO設計，如圖3(a)所示，在由7個TFT與1個電容(7T-1C)組成的內部補償像素電路中，用來控制信號電壓輸入的開關TFT采用MO TFT，而像素電路的其他TFT以及GOA電路中的TFT都采用n型LTPS TFT；利用MO TFT的低漏電特性，可實現1 Hz低幀率驅動[10]。該技術最早被應用于Apple Watch Series 4，可在屏幕常亮的情況下持續續航長達18 h。夏普公司也提出了一種應用于AMOLED顯示、能夠支持1～120 Hz幀率驅動的LTPO背板設計[19]。如圖3(b)所示，所設計的7T-1C內部補償像素電路中的3個開關TFT均采用MO TFT，其他TFT采用p型的LTPS TFT器件。GOA電路采用了由n型LTPS TFT和p型LTPS TFT組成的互補式電路設計，與單極性的GOA電路設計相比，該設計可以降低靜態功耗、提高噪聲容限以及減小電路的尺寸，同時因為時鐘信號的負載更小，能夠在保持同樣工作頻率下降低動態功耗，或在相同功耗水平下支持更高的工作頻率。

圖3 采用LTPO技術的AMOLED顯示面板整體結構示意圖及其典型像素電路設計。(a)基于n型 MO TFT和n型 LTPS TFT的像素電路和n型 LTPS GOA[10]； (b)基于n型 MO TFT和p型 LTPS TFT的像素電路和互補型 LTPS GOA[18]。Fig.3 Diagram of the overall structure of an AMOLED display panel using LTPO technology and its typical pixel circuit design. (a) Pixel circuit based on n-type MO TFT and n-type LTPS TFT and n-type LTPS GOA[10]; (b) Pixel circuit based on n-type MO TFT and p-type LTPS TFT and complementary LTPS GOA[18].

3 LTPO的集成結構與工藝

3.1 LTPO的集成結構

因為LTPS TFT通常采用共平面結構(頂柵頂接觸)，而MO TFT則可以采用反向堆疊型結構或共平面結構，所以LTPO的集成可采用如圖4所示的兩種方式。由于LTPS的工藝溫度高于MO，因此在兩種集成方式中，MO的工藝都是在LTPS之后進行。圖4(a)采用了反向堆疊型結構的MO TFT，可以與LTPS TFT共用柵電極層，從而減少工藝步驟和掩模版的數目，但需要考慮對兩個器件性能優化的互相影響。圖4(b)的方式采用共平面結構的MO TFT器件，兩個器件無共用的膜層，相對獨立，便于各自性能的優化，但需要更多的工藝步驟，并且會增加制造的復雜性和成本。在所報道的LTPO顯示面板技術中，JDI公司的AMLCD面板和夏普公司的AMOLED面板采用的是共平面結構MO TFT[13,19]，而友達公司光電的AMLCD面板采用的是反向堆疊型結構MO TFT[12]。

圖4 基于不同結構MO TFT的LTPO集成方式。(a) 反向堆疊型結構MO TFT；(b)共平面結構MO TFT。Fig.4 LTPO integration methods based on MO TFTs of different structures. (a) MO TFT with inverted staggered structure; (b) MO TFT with coplanar structure.

目前，蘋果公司針對有源驅動顯示中的LTPO技術布局了許多專利，包括LTPO工藝的實現方式以及針對器件性能漂移設計的補償方案[20-21]。華星光電公司針對TFT陣列基板與屏下指紋傳感這兩個應用布局了LTPO技術的專利，主要解決了屏下指紋傳感時光照對MO TFT器件特性產生影響的問題，有望同時實現降低顯示器件功耗以及屏下指紋識別[22-23]。京東方公司針對LTPO有源驅動顯示基板的結構與制備工藝布局了一些專利，主要解決了LTPS TFT工藝過程中引入的大量氫對MO TFT產生的影響以及多晶硅浮體效應造成的漏電流較大的問題，有望實現高良率的LTPO基板以及均勻灰階的顯示面板[24-26]。天馬公司針對LTPO集成結構中膜層較復雜而帶來的應力問題，開發了將MO TFT制作在凹槽結構緩沖層上的技術，該技術可以實現可彎折的顯示面板[27]。維信諾公司針對現有LTPO技術中復雜的堆疊結構和工藝流程，開發了可以在同層利用一次掩膜工藝制作兩種有源層的技術[28]，有望實現節省掩膜、降低工藝難度以及降低成本。

不少研究工作也探索了基于LTPO結構實現n/p型互補集成的邏輯電路[15,29-33]。由于MO能帶結構中價帶附近的高缺陷態密度分布，難以獲得性能較好的p型材料。所以，MO TFT的電路設計與實現主要采用全n型器件的單極型電路的形式[34]。對比單極型電路，采用n型MO TFT和p型LTPS TFT所實現的LTPO互補型電路，可具有噪聲容限高、增益高、靜態功耗低等優點。如表2所示，各研究機構采用不同結構MO TFT所制備的LTPO反相器電路的噪聲容限能夠接近VDD/2(VDD為供電電壓)，并具有較高的電壓增益(最高可達到264 V/V[31])。

表2 所報道的基于LTPO的反相器總結與對比Tab.2 Summary and comparison of reported LTPO inverters

韓國Kyung Hee大學Rahaman等基于LTPO集成設計實現了互補型的電平轉換電路，可以將2～10 V的輸入電壓提升到10～30 V的輸出[35],與現有的單極性MO TFT電路相比，該LTPO電平轉換電路可以實現更高的工作頻率和接受更小的輸入電壓；與現有的互補型LTPS TFT電平轉換電路相比，LTPO電平轉換電路可以實現更大的輸出電壓擺幅。這些邏輯電路和電平轉換電路的研究初步驗證了LTPO應用于實現高性能、低功耗GOA電路的可能性。此外，利用LTPS TFT和MO TFT的關態漏電流對溫度變化不同的敏感特性，可以設計實現基于LTPO的集成式溫度傳感陣列，以應用于高電流密度的顯示面板(如Micro-LED)中溫度的監控[36]。

3.2 LTPO面臨的工藝問題

LTPO集成需要考慮兩種器件工藝的互相影響。對于LTPS，為了實現高性能和良好偏置穩定性的器件，需用通過摻氫(H)來鈍化多晶硅晶粒內部、晶界之間以及多晶硅與柵極絕緣層界面處的缺陷。然而，MO TFT的性能對H非常敏感。如圖5(a)所示，通過對MO的態密度的第一性原理計算表明，當H位于各成鍵的位置或間歇位置，都會導致費米能級(EF)超過導帶底(Conduction band minimum, CBM)，從而引入自由電子；而額外的氧(O)可以和H結合形成O—H或H—O—H鍵，EF能夠保持在深能級[37]。在LTPO工藝過程中，LTPS層中的H擴散到MO層，會與其中的氧懸掛鍵結合，或打破氧-金屬共價鍵而形成氫氧化物。當H的量很少時，由于缺陷態密度的降低，一定程度上會提高器件的遷移率、減弱回滯現象；然而，當有更多的H時，氧空位和金屬-氧鍵的平衡會被打破，導致器件閾值電壓的漂移和穩定性的惡化[38]。在低幀率的顯示驅動下，MO TFT開關管受較長時間的反向偏壓應力，會引起一定的閾值電壓負向漂移。如果負向漂移過大，會導致該TFT處于常開狀態，造成顯示屏對應位置的亮點缺陷。即使TFT還能夠關斷，一定的負向漂移也會引起TFT關斷帶來的反沖(Kickback)電壓的變化，對于AMOLED顯示，會進一步影響驅動TFT的電流和該像素的發光亮度，尤其在低亮度情況下，導致顯示發光的非均一性[10]。

圖5 (a)基于第一性原理計算的所摻雜H在不同位置下的態密度情況[37];(b)不同H濃度工藝條件下制備的MO TFT在反向偏壓溫度應力測試下的閾值電壓漂移情況[10]。Fig.5 (a) Total state density under different H doping conditions calculated based on the first principles[37]; (b) Threshold voltage drift of MO TFT after NBTS under different process conditions[10].

因此， LTPO的最大工藝挑戰是在對H濃度的調控，平衡兩種器件的性能。如圖5(b)所示，通過采用優化的低H工藝，所制備的MO TFT在反向偏壓溫度應力測試(Negative bias-temperature stress, NBTS)下閾值電壓的漂移顯著低于采用高H濃度的工藝[10]。雖然現階段基于IGZO的MO TFT已經量產，但其遷移率和穩定性還有很大的提升空間。對比LTPS，MO的一個重要優勢是可以通過調整材料中不同的組分及其比例來提高或優化器件性能[39]。所以，結合MO材料組分的設計與后退火處理工藝，有望降低MO TFT性能對H的敏感性，為高性能的LTPO集成提供更寬的工藝窗口。

4 基于LTPO的 AMOLED像素電路設計

最早的LTPO概念被應用于AMOLED像素電路，利用MO TFT低漏電的特性，取代像素電路中作為開關的LTPS TFT，以實現低幀率的顯示驅動。在小尺寸AMOLED顯示面板中，為了減小LTPS TFT器件非均一性以及驅動電壓壓降(IR-drop)的存在對顯示效果的影響，一般需要采用復雜的內部補償像素電路設計[40]。

4.1 兼容低幀率和高幀率驅動的LTPO像素電路

在AMOLED像素電路中，驅動TFT的柵極節點對電壓信號的保持能力是實現低幀率驅動的關鍵。如圖6(a)所示，傳統的基于LTPS TFT的像素電路設計中，為了增強對數據電壓信號的保持能力，需要通過雙TFT串聯的結構降低漏電流，并設計較大的存儲電容CS。然而，較大的存儲電容CS會影響所能實現的驅動幀率。另外，每一幀開始階段，需要對OLED陽極電壓進行初始化，以清除上一幀周期的亮度信息，而初始化的速度也是影響實現高幀率驅動的關鍵。如圖6(a)所示，由全p型LTPS TFT組成的像素電路中，用于初始化控制的復位TFT(T7)的柵源電壓是控制線VEM[n]與OLED陽極之間的電壓差，在初始化的過程中會逐漸減小，導致TFT放電能力的減弱，從而在有限的時間內，難以完成對OLED陽極電位的初始化，造成顯示的不良現象。

夏普公司提出的LTPO像素電路設計將圖6(a)中的3個開關(T1、T2、T7)用MO TFT代替，如圖6(b)所示[18]。利用MO TFT超低漏電的特性，可以不依賴于提高存儲電容CS的設計就獲得足夠強的數據電壓信號保持能力，在滿足低幀率驅動需求的同時，也有利于實現高幀率。通過將圖6(a)中的T7由p型LTPS TFT換為n型MO TFT，并將其柵極和控制線VEM[n]連接，T7的源漏電壓恒定為VINI與VEM[n]之間的電勢差，也可以提高OLED陽極初始化的速度，有助于高幀率驅動的實現。該像素電路的工作時序，如圖6(b)所示，可分為如下3個階段：

圖6 (a)傳統的有內部補償功能的LTPS TFT像素電路原理圖； (b)夏普公司提出的有內部補償功能、寬幀率范圍的LTPO像素電路原理圖； (c)工作時序。Fig.6 (a)Schematic of traditional LTPS TFT pixel circuit with internal compensation function; (b)Schematic of LTPO pixel circuit diagram with internal compensation function and wide frame rate range proposed by Sharp; (c)Timing of proposed circuit.

(1)初始化階段(Initialization):VpSCAN[n]和VEM[n]被置為高電平，VpSCAN[n]被先置為低電平，然后變換為高電平，而VpSCAN[n-2]被先置為高電平，然后變換為低電平，T7和T1逐次導通，OLED陽極被充電至VINI實現初始化。

(2)數據寫入階段(Programing)：T2和T3導通，T4的工作在臨界飽和區，其柵極N1電壓被置為VDATA+VTH。

(3) 發光階段(Emission)：T5和T6導通，T4的源極N4被置為VDD，此時驅動TFT(T4)產生的OLED驅動電流為：

(1)

因此，理論上OLED的驅動電流不受驅動TFT (T4)閾值電壓(VTH)的影響，可以實現有效的補償。

在實際使用時，不同的顯示模式可以采用不同的控制信號時序，比如在追求低功耗的低幀率驅動模式下，因為每一幀的時間較長，對快速初始化的需求并不強烈，可以每隔幾幀進行一次初始化以降低不必要的功耗。而在高幀率模式下，為了保證顯示質量，初始化需要在每一幀進行。

4.2 TFT不穩定性對低幀率驅動的影響及補償方法

在低幀率驅動下，雖然采用MO TFT有助于提高信號電壓的保存能力，但由于MO TFT的穩定性問題，在長時間負柵壓偏置下，會導致其閾值電壓的負向漂移，引起關斷時反沖電壓的變化，進一步影響驅動TFT的電流，最終導致像素發光亮度的差異，尤其在低亮度的情況下，會造成顯示的非均一性。另外，雖然LTPS TFT具有較好的穩定性，但由于OLED電流對驅動TFT的特性變化非常敏感，在長時間偏置的情況下，LTPS TFT產生一定的閾值電壓漂移，也會影響像素電路的補償效果。

因此，基于LTPO TFT的AMOLED像素電路設計除了需要補償驅動TFT性能的非均一性問題，還要考慮低幀率驅動下MO TFT負柵壓偏置不穩定性所造成的影響。圖7(a)是蘋果公司設計的支持常亮低功耗顯示應用的LTPO內部補償AMOLED像素電路，其中開關TFT(T3)采用的是MO TFT，而其他TFT均為LTPS TFT[10]。該電路的控制信號(VEM1、VEM2、VSCAN1和VSCAN2)的時序如圖7(b)所示，整個工作過程可分為3個階段：

圖7 蘋果公司的6T1C像素電路。(a)電路原理圖； (b)電路的工作時序； (c)加入了電偏置階段的用于低幀率顯示的像素電路工作時序[27]。Fig.7 6T1C pixel circuit proposed by Apple Co., Ltd.. (a) Circuit schematic diagram; (b) Circuit working timing diagram; (c)Timing of pixel circuit for low frame rate display with added voltage bias phase[27].

(1) 初始化階段(Initialization)：VSCAN1和VEM2被置為高電平，T3、T6和T4導通，N1和N2節點的電位分別被充電至VINI和VDD。

(2) 數據寫入和閾值電壓采樣(Programing and Threshold Voltage Sampling)：VEM2被置為低電平，VSCAN1和VSCAN2被置為高電位， T4關斷，T1和T3導通，數據信號VDATA通過T2將N2節點的電位充至VDATA+VTH(VTH為T2的閾值電壓)，而N1節點的電位仍然是VTH，所以電容CST上的電壓為VDATA+VTH-VINI。

(3) 發光階段(Emission)：VSCAN1和VSCAN2被置為低電平，VEM1和VEM2被置為高電平， T2、T4與T5導通，其余TFT均關斷，形成VDD到VSS的電流通路，OLED受電流驅動發光。此時N1和N2節點的電位分別為VDATA+VTH和VINI，故T2提供給OLED的驅動電流可近似為:

(2)

因此，基于該電路，驅動TFT(T2)的閾值電壓(VTH)理論上對OLED電流沒有影響，從而其擾動對顯示一致性的影響可以得到有效補償。但在低幀率驅動的情況下，由于T3管存在一定的漏電，N2節點電壓會發生變化，影響OLED電流和發光亮度。基于LTPO技術，T3采用低漏電流的MO TFT，可以較長時間地維持N2節點的電壓，滿足低幀率驅動的要求。然而，由于MO TFT較長時間處于關態，反向偏置所引起的閾值電壓會產生漂移，造成其關態特性的變化，這也會導致顯示亮度的偏移。針對此問題，蘋果公司提出了通過設計外圍監測電路，對像素OLED電流進行檢測，如其偏離預期值，則可通過改變開關MO TFT的掃描控制信號 (VSCAN1)的高電壓電平，以補償其閾值電壓漂移帶來的影響[26]。

在低幀率驅動下，由于每一幀的時間變長，相鄰兩幀的閾值電壓漂移情況可能會有不同，數據寫入和閾值電壓采樣階段是基于前一幀驅動完成后的T2的閾值電壓，而轉入發光階段后，由于在新一幀數據電壓的長時間偏置下，LTPS TFT的閾值電壓也會產生一定的漂移(尤其當相鄰兩幀的灰度級相差很大時)，從而導致閾值電壓補償的失效，影響顯示效果。針對此問題，一個可行的方法是在數據寫入和閾值電壓采樣階段之前增加一個電偏置過程，將驅動T2提前偏置在新一幀的數據電壓下，獲得相應的閾值電壓，如圖7(c)所示[27]。然而，這樣會對實現高幀率驅動造成影響。

5 總 結

LTPO利用MO TFT超低漏電的特性，能夠彌補LTPS TFT的不足，有利于實現低幀率驅動，降低顯示的動態功耗。對于AMLCD，為了實現低幀率，需要通過像素電路的設計，避免在長時間同一方向電場驅動下引起的殘影問題。而針對AMOLED顯示，采用n型低漏電的MO TFT，不但有助于實現低幀率，還可以減小對存儲電容的要求以及加快像素電路的初始化速度，從而有利于實現高幀率驅動。然而面向超低幀率、常亮顯示的應用，需要解決長期偏置下MO TFT開關和LTPS TFT驅動管閾值電壓漂移帶來的影響。此外，基于LTPO技術，充分發揮兩者的特性，還可以設計實現一些新型的功能性的電路系統。雖然LTPO技術有以上優勢，但增加了集成結構的復雜度，而且在工藝上，由于MO TFT和LTPS TFT對工藝過程中H濃度的不同要求，需要很嚴格的H濃度調控，平衡兩種器件的性能。這些工藝上的挑戰導致LTPO背板技術存在成本高、良率低的問題。因此，發展對H不敏感的MO TFT技術對提高LTPO集成的性能可靠性非常重要[41]。進一步，MO TFT如能獲得和LTPS TFT類似的開態電流和穩定性，而同時保持低漏電流、無kink效應以及低溫度系數等優勢，將有望實現全MO TFT的顯示背板，支持低幀率到高幀率的顯示驅動[42]。

致謝：感謝杭州領摯(LinkZill)公司對本工作的支持！