CN100541586C - 有机发光显示器的像素电路及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机发光显示器的像素电路及其驱动方法，该像素电路包括第一驱动晶体管，第二驱动晶体管，一存储电容，一耦合电容和一有机发光二极管，所述有机发光二极管由所述第一驱动晶体管驱动，该驱动方法包括如下步骤：a.预充电，为第一驱动晶体管的栅极充入预充电压，并由存储电容保持；b.阈值电压存储，所述存储电容通过第二驱动晶体管将所述预充电压放电至阈值电压；c.灰阶数据电压写入，通过耦合电容为第一驱动晶体管的栅极充入灰阶数据电压，所述灰阶数据电压和所述阈值电压叠加并由存储电容保持。本发明的像素电路及其驱动方法可以有效抑制有机发光显示器中驱动OLED器件的TFT的特性漂移，使器件寿命得以延长。

Description

有机发光显示器的像素电路及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种有机发光显示器的像素电路及其驱动方法，尤其涉及一种主动式有机发光显示器的像素电路及其驱动方法。

背景技术

有机发光二极管(OLED，Organic Light Emitting Diode)可以用被动矩阵(PM)驱动，也可以用主动矩阵驱动(AM)。相比PM驱动，AM驱动具有显示的信息容量较大，功耗较低，器件寿命长，画面对比度高等优点。而PM驱动适用于低成本的、简单的显示器件。

在玻璃基板上制作的用于AM驱动OLED的器件，目前基本上有两种，即非晶硅(a-Si)薄膜晶体管(TFT)与低温多晶硅(LTPS)TFT。TFT器件长期工作在直流电压偏置状态下会发生器件特性的漂移。如果不采取某种措施处理这种漂移，发生特性漂移的器件驱动OLED的电流下降，显示器件亮度降低，会导致器件过早失效。在AMOLED中驱动OLED的TFT在工作过程中长期处于电压或电流偏置状态，会发生特性漂移。通常对于阈值电压VTH而言其数值是升高的。因此，在AMOLED中必须进行特殊的处理，以应对TFT器件衰减问题。抑制器件特性漂移问题的重要的方法之一是设计像素补偿电路。

图1是一种现有技术的像素电路结构示意图及其驱动信号时序图。该方案使用了四个TFT和一个电容控制与驱动OLED，并带有像素补偿功能。该驱动电路的实现分为两个阶段。在第一阶段，第n行的扫描信号VGn打开TFT M2，数据信号Vdata通过M2向储存电容Cst充电，同时在驱动TFT M1产生漏源电流Ids，使OLED开始发光。在第二阶段，VGn扫描信号关断M2，下一行的扫描信号VGn+1打开TFTM3，此时储存电容Cst的两端电荷通过M3与M4放电，把驱动TFT M1的栅极电压(电路节点N1)降低到一个合适的水平，而该过程下降的电压与TFT M4的阈值电压VTH相关。当阈值电压增大时，M1的栅极(电路节点N1)电压下降的幅度减少，从而使M1的栅极电压保持一个较高的水平，起到补偿阈值电压漂移的作用。

上述图1中的像素电路存在如下问题：(1)需要较大的Vdata电压写入。因为数据电压Vdata是在第一阶段写入，目的是向N1节点写入相对高的数据电压，再根据阈值电压水平把N1节点的电压下降到合适的水平，所以Vdata的电压必然含有TFT器件在使用寿命内阈值电压VTH漂移的最大值。这样必然使Vdata的写入电压较高，增大驱动芯片(Driver IC)的功耗。(2)电路节点N1的电压下降的幅度除了与阈值电压有关外，还与TFT M3的开启时间有关，而由于开启时间由扫描线VGn+1决定，因此Vdata的写入还需要考虑扫描线的开启时间，增加了灰阶调整的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有机发光显示器件的像素电路的驱动方法，可以有效抑制有源驱动OLED显示器中驱动OLED器件的TFT的特性漂移，使TFT器件寿命得以延长。

本发明的另一目的在于提供了一种有机发光显示器的像素电路，可以有效抑制有源驱动OLED显示器中驱动OLED器件的TFT的特性漂移，使TFT器件寿命得以延长。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种有机发光显示器的像素电路的驱动方法，所述像素电路包括第一驱动晶体管，第二驱动晶体管，一存储电容，一耦合电容和一有机发光二极管，所述有机发光二极管由所述第一驱动晶体管驱动，所述第一驱动晶体管与所述第二驱动晶体管的阈值电压相等，其中所述驱动方法包括如下步骤：

a.预充电，为第一驱动晶体管的栅极充入预充电压，并由存储电容保持；

b.阈值电压存储，所述存储电容通过第二驱动晶体管将所述预充电压放电至阈值电压；

c.灰阶数据电压写入，通过耦合电容为第一驱动晶体管的栅极充入灰阶数据电压，所述灰阶数据电压和所述阈值电压叠加并由存储电容保持。

上述的像素电路的驱动方法中，所述预充电压大于所述阈值电压。

上述的像素电路的驱动方法中，所述像素电路还包括第n-2行扫描线，第n-1行扫描线，第n行扫描线，其中n为自然数；所述预充电由所述第n-2行扫描线驱动；所述阈值电压存储由所述第n-1行扫描线驱动；所述灰阶数据电压写入由所述第n行扫描线驱动。

基于上述的驱动方法，本发明还提供了一种有机发光显示器的像素电路，包括：

一电源线；一数据线；多条行扫描线；

一有机发光二极管；

一存储电容；一耦合电容；

第一驱动晶体管，驱动所述有机发光二极管发光，包括栅极，第二电极和第三电极，所述栅极和所述存储电容之第一端相连；所述第二电极和所述电源线相连；所述第三电极，所述存储电容之第二端和所述有机发光二极管的阳极相连；

第二驱动晶体管，为第一驱动晶体管提供阀值电压，所述第一驱动晶体管与所述第二驱动晶体管的阈值电压相等，所述第二驱动晶体管包括栅极，第二电极和第三电极，所述第二驱动晶体管的第二电极和第二驱动晶体管的栅极相连，所述第二驱动晶体管的第三电极和所述存储电容的第二端相连；

第一开关晶体管，控制第一驱动晶体管的栅极充入预充电压；

第二开关晶体管，控制预充电压通过第二驱动晶体管放电至阈值电压；

第三开关晶体管，控制耦合电容为第一驱动晶体管的栅极充入灰阶数据电压；

其中，所述电源线和所述第一驱动晶体管的栅极通过所述第一开关晶体管相连；所述第二驱动晶体管之第二电极和所述第一驱动晶体管的栅极通过所述第二开关晶体管相连；所述数据线和所述耦合电容之第一端通过所述第三开关晶体管相连。

上述的像素电路中，所述多条行扫描线为第n-2行扫描线，第n-1行扫描线，第n行扫描线，其中n为自然数，分别控制第一、第二、第三开关晶体管。

上述的像素电路中，所述像素电路还包括第四开关晶体管，所述第四开关晶体管的栅极连接于第n-2行扫描线，第二电极连接于第三开关晶体管的栅极，第三电极连接于耦合电容之第一端。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明利用不同的TFT器件分别进行阈值电压VTH的设定与OLED驱动，降低Vdata的写入电压，改善器件功耗水平；由于Vdata的调整与VTH的设定都与扫描时间无关，简化Vdata的设定，降低了灰阶调整难度。此外，本发明利用相邻行的扫描信号，避免为当前数据电压写入行的像素引入额外的扫描信号连线，不增加系统驱动电路，不影响开口率。

附图说明

图1是现有技术像素电路结构示意图。

图2是图1的信号时序图。

图3是本发明实施例的像素电路结构示意图。

图4是本发明实施例的另一像素电路结构示意图。

图5是图3和图4的信号时序图。

图中：

M1：第一驱动晶体管      M2：第一开关晶体管   M3：第二驱动晶体管

M4：第二开关晶体管      M5：第三开关晶体管   M6：第四开关晶体管

D1：OLED器件            Cst：储存电容        C1：耦合电容

Vdd：电源线             Data：数据线         Gn：第n行扫描线

Gn-1：第n-1行扫描线     Gn-2：第n-2行扫描线

N1：电路节点1           N2：电路节点2

VGn：第n行扫描信号      VGn-1：第n-1行扫描信号

VGn-2：第n-2行扫描信号  Vdata：数据电压

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

本发明电路中使用的器件TFT有三个电极，栅极，第二电极，与第三电极。可以把第二、第三电极分别称为源电极、漏电极，也可以把第二、第三电极分别称为漏电极与源电极，并不改变电路的功能或实质连接关系。由于电路图中电气上的对称性，本发明实施例中把TFT的第二与第三电极分别称为漏电极与源电极。

图3是本发明实施例的像素电路结构示意图。

请参见图3，本发明实施例的像素电路包括5个TFT，分别是第一驱动晶体管M1，第一开关晶体管M2，第二驱动晶体管M3，第二开关晶体管M4，第三开关晶体管M5；包括用于传输数据电压Vdata的数据线Data，用于传输栅极扫描信号VGn、VGn-1与VGn-2的行扫描线Gn、Gn-1与Gn-2，用于提供电源信号的电源线Vdd；包括1个OLED D1，一个存储电容Cst用于存储设定于其电极上的电压，一个耦合电容C1用于隔离节点N1与N2的电压，并把写入的数据电压Vdata耦合到节点N2上。第一驱动晶体管M1的栅极连接到节点N1上，M1的漏电极连接于电源线Vdd，M1的源电极与第二驱动晶体管M3的源电极连接于OLED D1的阳极；第一开关晶体管M2的源电极与M4的漏电极相连接于节点N1，M2的栅极连接于行扫描线Gn-2，漏电极连接于电源线Vdd；第二驱动晶体管M3的漏电极与栅极相连接于第二开关晶体管M4的源电极M4的栅极连接于行扫描线Gn-1；第三开关晶体管M5的栅极连接于行扫描线Gn，漏电极连接于数据线Data，源电极连接于电路节点N2；耦合电容C1的两端分别连接到节点N1和N2；存储电容Cst的两端分别连接于节点N1与OLED D1的阳极端。

图4是本发明实施例的另一像素电路结构示意图。

请参见图4，图4中的像素电路在图3电路的基础上，增加了第四开关晶体管M6。M6的栅极连接于行扫描线Gn-2，漏电极连接于M5的栅极，源电极连接于节点N2。该第四开关晶体管M6的作用是在下一次数据电压写入节点N2前，清除残留在节点N2上的上一次数据电压，使灰阶变换时能更精确显示所需灰阶。

图5是图3和图4的信号时序图。

请参见图5，本发明实施例中像素电路的工作过程可以分为三个阶段，分别是如图5中所示的预充电阶段T1，阈值电压存储阶段T2，以及灰阶数据电压写入阶段T3，除上述时间外的其余时间为灰阶显示保持时间。在预充电阶段，第n-2行的栅极扫描信号VGn-2是高电压，控制第一开关晶体管M2打开。像素所属行即第n行，以及第n-1行的栅极扫描信号VGn和VGn-1是低电压，控制第三开关晶体管M5和第二开关晶体管M4关闭。因此在此阶段时间内，Vdd通过第一开关晶体管M2向第一驱动晶体管M1栅极节点N1充电，同时也为电容Cst充电到足够高电压。在阈值电压存储阶段，Gn-1变为高电压，Gn-2变为低电压，Gn仍然为低电压，从而第二开关晶体管M4打开，第一开关晶体管M2与第三开关晶体管M5关闭，存储于电路节点N1上面的电荷通过第二开关晶体管M4向第二驱动晶体管M3的栅源电极放电。电路节点N1放电至其电压下降到VTH时，第二驱动晶体管M3关闭，放电停止，此时N1节点存储的是第二驱动晶体管M3的阈值电压VTH。在数据电压写入阶段，第n行扫描线Gn变为高电平，第n-1行扫描线Gn-1与第n-2行扫描线Gn-2为低电平，即第三开关晶体管M5打开，第一开关晶体M2与第二开关晶体管M4关闭，此时数据电压Vdata通过第三开关晶体管M5与耦合电容C1写入电路节点N1，并存储于储存电容Cst上，节点N1上的电压变为VTH+Vdata，Vdata为OLED显示灰阶所需的数据电压。当VGn由高电平变为低电平，第三开关晶体管M5关闭，第一驱动晶体管M1向OLED提供的显示灰阶所需的电流，电流可以表示为：

Ioled＝k*(VN1-VTH_M1)^2＝k*(Vdata+VTH_M3-VTH_M1)^2

其中，k＝(1/2)*(W/L)*Cox*uFE，W，L，Cox，uFE分别为第一驱动晶体管M1的沟道宽度，沟道长度，沟道区与栅极之间单位面积电容值，载流子迁移率；VTH_M3与VTH_M1分别为第二驱动晶体管M3与第一驱动晶体管M1的阈值电压。由上述公式可以看出，当M3与M1的阈值电压相等或相近时，OLED的电流Ioled与VTH值无关，此时

Ioled＝k*Vdata^2

因此，该电路可以有效抑制驱动TFT M1的阈值电压漂移。事实上，M3与M1栅极的阈值电压漂移也是接近的。

为了使OLED在灰阶变换时能更精确显示所需灰阶，可以如图4所示加上一个TFT，即第四开关晶体管M6，第四开关晶体管M6的漏源极分别连接在节点N2与第三开关晶体管M5的栅极上，M6的栅极连接在Gn-2扫描线上。在预充电阶段，VGn-2为高电平，第四开关晶体管M6打开，此时电路节点N2上的上一帧灰阶数据电压，通过第四开关晶体管M6向第三开关晶体管M5的栅极释放到一个较低的电压水平。这样下一帧的数据电压写入，不会受到上一帧数据电压的影响，从而能更好精确地显示所需灰阶。

本发明相对于现有的像素电路，具有以下优点：(1)每行像素只需要一条行扫描线，最大限度减少外部供给信号，简化系统驱动电路；(2)由于数据电压Vdata通过耦合电容C1耦合到已储存有VTH电压的节点N1上，因此需要写入的Vdata数据电压较低，能降低系统驱动电路的功耗；(3)Vdata的调整与VTH的设定都与扫描时间无关，不需考虑扫描时间的影响，灰度调整方便；(4)VTH设定与OLED驱动不是同一个TFT，分别由第二驱动晶体管M3与第一驱动晶体管M1确定，而二者可以有接近的VTH漂移程度，从而可以有效地实现补偿。此外二者可以设计成不同的W/L值，灵活调整驱动电流值，增加了设计的灵活性。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1、一种有机发光显示器的像素电路的驱动方法，所述像素电路包括第一驱动晶体管，第二驱动晶体管，一存储电容，一耦合电容和一有机发光二极管，所述有机发光二极管由所述第一驱动晶体管驱动，所述第一驱动晶体管与所述第二驱动晶体管的阈值电压相等，其特征在于，所述驱动方法包括如下步骤：

a.预充电，为第一驱动晶体管的栅极充入预充电压，并由存储电容保持；

b.阈值电压存储，所述存储电容通过第二驱动晶体管将所述预充电压放电至阈值电压；

c.灰阶数据电压写入，通过耦合电容为第一驱动晶体管的栅极充入灰阶数据电压，所述灰阶数据电压和所述阈值电压叠加并由存储电容保持。

2、根据权利要求1所述的像素电路的驱动方法，其特征在于，所述预充电压大于所述阈值电压。

3、根据权利要求1所述的像素电路的驱动方法，其特征在于，所述像素电路还包括第n-2行扫描线，第n-1行扫描线，第n行扫描线，其中n为自然数；所述预充电由所述第n-2行扫描线驱动；所述阈值电压存储由所述第n-1行扫描线驱动；所述灰阶数据电压写入由所述第n行扫描线驱动。

4、一种有机发光显示器的像素电路，包括：

一电源线；

一数据线；

多条行扫描线；

一有机发光二极管；

一存储电容；

一耦合电容；

第一驱动晶体管，驱动所述有机发光二极管发光，包括栅极，第二电极和第三电极，所述栅极和所述存储电容之第一端相连；所述第二电极和所述电源线相连；所述第三电极，所述存储电容之第二端和所述有机发光二极管的阳极相连；

第二驱动晶体管，为第一驱动晶体管提供阀值电压，所述第一驱动晶体管与所述第二驱动晶体管的阈值电压相等，所述第二驱动晶体管包括栅极，第二电极和第三电极，所述第二驱动晶体管的第二电极和第二驱动晶体管的栅极相连，所述第二驱动晶体管的第三电极和所述存储电容的第二端相连；

第一开关晶体管，控制第一驱动晶体管的栅极充入预充电压；

第二开关晶体管，控制预充电压通过第二驱动晶体管放电至阈值电压；

第三开关晶体管，控制耦合电容为第一驱动晶体管的栅极充入灰阶数据电压；

其中，所述电源线和所述第一驱动晶体管的栅极通过所述第一开关晶体管相连；所述第二驱动晶体管之第二电极和所述第一驱动晶体管的栅极通过所述第二开关晶体管相连；所述数据线和所述耦合电容之第一端通过所述第三开关晶体管相连。

5、根据权利要求4所述的像素电路，其特征在于，所述多条行扫描线为第n-2行扫描线，第n-1行扫描线，第n行扫描线，其中n为自然数，分别控制第一、第二、第三开关晶体管。

6、根据权利要求5所述的像素电路，其特征在于，所述像素电路还包括第四开关晶体管，所述第四开关晶体管的栅极连接于第n-2行扫描线，第二电极连接于第三开关晶体管的栅极，第三电极连接于耦合电容之第一端。

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