CN101897025A - 像素电路 - Google Patents

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Abstract

为了有效执行用于电致发光元件的驱动晶体管的阈值补偿。第一存储电容器具有连接到数据线的第一端子。开关晶体管的第一端子和复位晶体管的第一端子连接到第一存储电容器的第二端子。该第一存储电容器与数据线交迭地形成。

Description

像素电路
技术领域
本发明涉及一种有机电致发光(EL)显示器等的像素电路。
背景技术
由于有机EL显示器属于自发光类型，所以，其具有对比度高和响应快的特点，适于移动图像应用，例如显示自然图像的电视机。一般来说，使用例如晶体管的控制元件用恒定电流来驱动有机EL元件，但是，由于在这种情况下晶体管处于饱和区，所以即使相同的灰度电压(电压阶跃)施加至这些像素，由于晶体管的Vth(阈值电压)和迁移率特性的变化，在各像素中产生不同的电流，并且不可能保持均匀的发光亮度，这是一个问题。为了解决这个问题，WO1998048403公开了一种具有设置在像素内部的用于补偿Vth的电路的结构。
发明内容
图7示出了WO1998048403公开的像素电路。在图7中，具有连接到数据线的源极的P沟道开关晶体管P4的栅极连接到选通线，该晶体管P4的漏极通过电容Cc连接到P沟道驱动晶体管P1的栅极。该驱动晶体管P1的源极连接到电源VDD，而漏极通过P沟道发光控制晶体管P2和有机EL元件OLED连接到负电源。同样，电容Cs设置于驱动晶体管P1的栅极和电源VDD之间，同时复位晶体管P3设置于驱动晶体管P1的栅极和源极之间。
以此结构，在通过发光控制线，发光控制晶体管P2已经截止的状态下，电源电势VDD施加于数据线，通过选通线和复位线，开关晶体管P4和复位晶体管P3导通，Vth被写入电容Cc和Cs。接下来，复位晶体管P3截止，以通过电容Cc将数据线灰度信号电压Vsig施加至驱动晶体管P1的栅极，从而栅电压Vg＝Cc/(Cc+Cs)×Vsig+Vth被施加至驱动晶体管P1的栅极端子。
由此，由于在驱动晶体管栅极端子该Vth总是作为偏移量与灰度信号电压相加，所以Vth被自动校正。然而，由于灰度信号电压的动态范围被减小到Cc/(Cc+Cs)，所以为了避免这种情况，优选的是使Cc相对于Cs足够大。然而，如果Cc制作的较大，则像素部分中被Cc占据的表面区域增大，使得开口部分的表面面积不利地增大。结果，在高电流强度下驱动该有机EL元件，难以保证可靠性，例如寿命。
也难以用专利文献1公开的相关技术中的Vth校正电路来校正迁移率，并且，在像素问存在迁移率变化时，难以在宽的灰度范围内保证高的亮度均匀性。同样，有机EL元件伴随着发光，通常发光亮度降低，而根据现有技术的像素电路，也不可能校正发光亮度的降低。
本发明涉及(一种像素电路)包括：第一存储电容器，其具有连接到数据线的第一端子；开关晶体管，其具有连接到该第一存储电容器的第一端子，并且所述开关晶体管通过选择线来导通和截止；驱动晶体管，其具有连接到所述开关晶体管的第二端子的控制端子，以及具有连接到电源的第一端子；有机电致发光元件，其通过发光控制晶体管连接到所述驱动晶体管的第二端子；第二存储电容器，其将所述驱动晶体管的所述控制端子与第一电源侧端子相连接；以及复位晶体管，其将所述驱动晶体管的在所述发光控制晶体管附近侧的第二端子与所述驱动晶体管的所述控制端子或所述第一存储电容器的靠近所述驱动晶体管的一侧相连接，其中，所述第一存储电容器与所述数据线交迭地形成。
另外，所述第一存储电容器还可以包括：这样的一部分，构成了所述开关晶体管或所述复位晶体管的半导体薄膜在该部分延伸；绝缘膜，其由与所述开关晶体管或所述复位晶体管的栅绝缘膜的处理相同的处理形成；金属层，其由与所述开关晶体管或所述复位晶体管的栅极的处理相同的处理形成，其中，所述金属层和所述数据线通过接触部相连接。
还可以在与所述驱动晶体管的阈值电压相对应的电压已经写入所述驱动晶体管的栅极之后，使所述开关晶体管截止，同时使所述复位晶体管和所述发光控制晶体管导通，也可以通过流入所述驱动晶体管的电流，将通过有机电致发光元件和所述驱动晶体管对电源电压的分压所获得的电压写入所述驱动晶体管的所述栅极。
由此，根据本发明，可以形成与数据线交迭的存储电容器。因此，容易获得大容量存储电容器。由此，可以容易地对驱动晶体管执行阈值补偿。
附图说明
图1是示出了实施方式的像素电路的一个示例的结构的图；
图2A是示出了第一存储电容器的结构的平面图；
图2B是示出了第一存储电容器的结构的截面图；
图2C是示出了第一存储电容器的另一结构示例的截面图；
图3是示出了实施方式的像素电路的另一示例的结构的图；
图4是示出了各线的状态的示例的时间图；
图5是示出各线的状态的另一示例的时间图；
图6是示出各线的状态的又一示例的时间图；以及
图7是示出了相关技术的像素电路的结构的图。
具体实施方式
下文将基于附图描述本发明的实施方式。图1示出了本实施方式的像素14的像素电路。有机EL元件1的阴极连接到所有像素所共有的阴极电极13(用于供给VSS)；有机EL元件1的阳极连接到发光控制晶体管5的漏极端子，该发光控制晶体管5的栅极端子连接到发光控制线12。发光控制晶体管5的源极端子连接到驱动晶体管2的漏极端子，该驱动晶体管2的源极连接到所有像素所共有的电源线9(用于供给VDD)。
具有连接到复位线11的栅极端子的复位晶体管4的源极端子连接到发光控制晶体管5和驱动晶体管2二者的连接点，同时，复位晶体管4的漏极端子连接到第一存储电容器6的一端，该第一存储电容器6的另一端连接到数据线8以及开关晶体管3的漏极端子，开关晶体管3的栅极端子连接到选通线10。开关晶体管3的源极端子连接到驱动晶体管2的栅极端子以及第二存储电容器7的一端，第二存储电容器7的另一端连接到电源线9，由此构成像素14。
第一存储电容器6具有电容值Cc，第二存储电容器7具有电容值Cs。前文已经描述了这样的事实：在防止施加于数据线8的灰度信号电压Vsig的动态范围降低时，优选地使得与第二存储电容器的电容值Cs相比第一存储电容器的电容值Cc更大。在本实施方式中，像素14被构造为能够保证电容Cc足够大，因为可以通过与数据线8耦合来形成第一存储电容器6。
图2A和2B示出了沿数据线8形成的第一存储电容器6的示例。第一存储电容器6的一端连接到数据线8，而另一端连接到开关晶体管3和复位晶体管4二者的漏极端子。因此，便于用掺杂有杂质的多晶硅薄膜形成电容器，其中，可以使用第一存储电容器6的一端作为数据线，使用另一端作为开关晶体管3和复位晶体管4二者的漏极端子。
此处，图2A和图2B所示的第一存储电容器6是通过用栅元件和已掺杂有杂质的多晶硅薄膜夹着栅绝缘膜而形成的，栅绝缘膜形成在已掺杂有杂质的多晶硅薄膜上，数据线8的金属通过栅金属和另一个层间绝缘膜形成在上述栅绝缘膜上。由此，基于普通的多晶硅工艺形成第一存储电容器6。然后，如截面A-A’所示，数据线8和栅金属通过接触部来相连接，第一存储电容器的一端构成数据线8，另一端构成已掺杂有杂质的多晶硅薄膜，如图2A和图2B所示的第一存储电容器6起到如图1中的存储电容器6的作用。
通过延伸开关晶体管3和复位晶体管4二者的漏极端子来形成已掺杂有杂质的多晶硅薄膜，第一存储电容器6的栅金属是通过与晶体管的栅极相同的处理而形成的，但是，它们电绝缘。多晶硅薄膜的中央部分是基本上没有掺杂杂质的沟道区域，在任意一侧具有掺杂有杂质的漏区和源区，以及通过将栅极经由栅绝缘膜置于沟道区上，形成晶体管。
通过如此构造像素电路，可以使用与数据线8的耦合来形成第一存储电容器6，这表明通过沿数据线8形成第一存储电容器6，可以使存储电容器6的电容值Cc足够大。
除了借助于栅绝缘膜，也可以借助于层间绝缘膜来形成存储电容器6，同时，除了掺杂有杂质的多晶硅，起到存储电容器的端子作用的金属可以使用栅金属等。更具体地而言，通过不形成如图2B所示的在数据线和栅金属之间的接触部，而将栅金属连接到掺杂有杂质的并用作开关晶体管3和复位晶体管4二者的漏极的多晶硅薄膜，栅金属和数据线8通过层间绝缘膜彼此对置的区域起到存储电容器6的作用。
例如，在如图2C的结构中，已掺杂有杂质的多晶硅薄膜连接到数据线8。开关晶体管3和复位晶体管4二者的漏极端子与该已掺杂有杂质的多晶硅薄膜彼此绝缘。另一方面，栅金属通过接触部而连接到开关晶体管3和复位晶体管4二者的漏极端子。由此，栅金属和数据线之间、以及栅金属和掺杂有杂质的多晶硅薄膜之间，都起到第一存储电容器6的作用。
图3示出了本发明另一像素14的示例。与图1的不同点在于复位晶体管4的漏极端子连接到驱动晶体管2的栅极端子、第二存储电容器7的未连接到电源线9的一端、以及开关晶体管3的源极端子。在该像素14中，通过下文将要说明的控制方法，也可以校正驱动晶体管2的Vth。
图4示出了利用图1和图3所示的像素14来校正驱动晶体管2的Vth的控制方法。如图4所示，水平周期被划分为复位周期和数据写入周期，像素14的操作在各周期不同。
在选择了像素14的线的水平周期内，选通线10被选中，但是在初始的复位周期内，首先将复位线11设置为低。由此，开关晶体管3和复位晶体管4导通，驱动晶体管2做二极管连接，使得电流流入有机EL元件1。此后，通过将发光控制线12设置为高，使得流入有机EL元件1中的电流通过复位晶体管4流到第一存储电容器6和第二存储电容器7。就在这发生的同时，与电源线9上同样的电源电压VDD施加至数据线8，所以，当经过某一时间并电流不再流动时，Vth保持在第一存储电容器6和第二存储电容器7中。由于通过当时将复位晶体管11设置为高而使复位晶体管4截止，所以保持在第一存储电容器6和第二存储电容器7中的电势被固定下来，复位周期完成。
此后，如果灰度控制电压Vsig施加至数据线8，则通过利用与第一耦合电容6耦合，将与灰度信号电压Vsig成比例的电势与Vth相加，将驱动晶体管2的栅电压Vg控制为Vg＝Cc/(Cc+Cs)×Vsig+Vth，从而校正驱动晶体管2的Vth。然而，前文描述的复位周期不是必需维持到基本上没有电流流入驱动晶体管2内，复位周期可以为诸如几μs到几十μs的合适时间。
第一存储电容器6的电容Cc比第二存储电容器7的电容Cs充分大，这表明Cc/(Cc+Cs)基本上等于1，从而保持灰度信号电压Vsig的动态范围。
一旦水平周期完成，则发光控制线被设置为低，与写入的灰度信号电压Vsig相对应的电流通过发光控制晶体管5流入有机EL元件1中，并且保持发光直到选择了下一个像素14的线。
通过如上所述地控制像素14来校正Vth，但是如果驱动晶体管2的迁移率对于各像素是不同的，则即使可以只校正Vth，但是流入有机EL元件1中的电流也将变化。由此，像素间产生电压差、亮度均匀性恶化。因而，如以下所描述的，通过控制图1的像素14来校正由于迁移率不同造成的亮度变化。
图5示出了用于除了Vth校正之外还执行迁移率校正的控制方法。不同于图4，水平周期分为4部分，即，复位周期、第一数据写入周期、电流差提取周期、和第二数据写入周期。在复位周期中，与图4相似，当像素14的选通线10被选中时，通过将复位线11设置为低，将驱动晶体管2做二极管连接，电流临时流入有机EL元件。接下来，通过将发光控制线12设置为高，通往有机EL元件1的电流通路被切断，电流继续流入第一存储电容器6和第二存储电容器7，写入Vth(复位周期)。
此后，如果复位线11被设置为高，写入第一存储电容器6和第二存储电容器7的Vth被固定下来，并且通过将灰度信号电压Vsig施加至数据线8，在驱动晶体管2的栅电压下校正Vth，并产生了为倒置的灰度信号电压Vsig的电势Vg＝Cc/(Cc+Cs)+Vth。所以，通过将发光控制线12设置为低，使得Vth校正后的电流流入有机EL元件1中(第一数据写入周期)。
此处，一旦选通线10被设置为高，即使取消选中，Vth校正后的电流仍继续流动。此时，如果复位线11被设置为低，则存储在第一存储电容器6处的电势随着流入有机EL元件1中的电流而变化。即，如果复位线11被设置为低，则电流通过复位晶体管4从第一存储电容器6流到有机EL元件1，但是，如果大电流流入有机EL元件1(驱动晶体管2的迁移率高)，则复位晶体管4的源极和漏极之间的电压变小，这表明从第一存储电容器6流出的电流变小，而如果流入有机EL元件1的电流较小(驱动晶体管2的迁移率低)，则复位晶体管4的源极和漏极之间的电压变高，使得从第一存储电容器6流出的电流变大。
一旦经过了复位线11被设置成低的电流差提取周期并且复位线11被设置成高，在驱动晶体管2的迁移率较高的情况下，第一存储晶体管6的在复位晶体管侧的一端上的电势成为较高的电势，或在驱动晶体管2的迁移率较低的情况下，成为较低的电势，并且与驱动晶体管2的迁移率相对应的电势反映在第一存储电容器6处(电流差提取周期)。
如果进行了这种迁移率校正，选通线10被再一次选中，反映在第一存储电容器6处的电势被写入第二存储电容器7(第二数据写入周期)。由此，在驱动晶体管2的迁移率高的情况下，较高的电势被写入第二存储电容器7，以抑制驱动晶体管2的电流，而如果迁移率低，则较低的电势被写入第二存储电容器7，以增强驱动晶体管2的电流。
因为除了在复位周期之外灰度信号电压Vsig持续施加至数据线8，所以对于所有的灰度都进行同样的迁移率校正，但是，因为在电流差提取周期中，复位晶体管4的源漏电压变大，且在低灰度的情况下，所需的或更大的电流从第一存储电容器6流出，所以优选地是电流差提取周期不要太长。另选地，可以使复位线11的低电平相对较高，使复位晶体管4的导通电阻变大，或延长复位晶体管4的沟道长度，增加导通电阻以避免过电流流动。
如果像上述那样控制图1的像素14，则可以不仅校正Vth，而且校正迁移率，但是如果有机EL元件1恶化且电阻变高，则在电流差提取的时，复位晶体管4的源漏电压更多地受到有机EL元件1的电压升高的影响，这表明上述迁移率校正不再恰当地起作用。所以，优选地进行下述有机EL元件1的均一化处理。
图6示出了利用图1的像素14对有机EL元件1实施均一化处理的控制方法。均一化处理的过程与图5相同之处在于水平周期分为4个周期，即，复位周期、第一数据写入周期、电流差提取周期和第二数据写入周期。如果与图4和图5相同的复位周期完成，并且Vth被写入第一存储电容器6和第二存储电容器7，阴极电势VSS施加至数据线8(也可以为与VSS相对应的低电压)，通过写入第二存储电容器7，第一数据写入周期完成。由此，驱动晶体管2的栅电压变得足够低，驱动晶体管2工作在线性区。如果在电流差提取周期，选通线10变为高且未被选中，则第二存储电容器7与第一存储电容器6隔离，通过将复位线11和发光控制线12设置为低，由有机EL元件1和驱动晶体管2的导通电阻分压的电势被写入第一存储电容器6的复位晶体管侧端子。
如果有机EL元件1恶化且其电阻变高，则从电源线9流向有机EL元件1的电流变小，且驱动晶体管2在导通工作期间的漏电势由于压降变小而升高。在存在低恶化的情况下，从电源线9流向有机EL元件1的电流增大，所以，驱动晶体管2在导通工作期间的漏电势由于压降大而降低。驱动晶体管2的漏电势通过复位晶体管4被写入第一存储电容器6，这表明有机EL元件1的恶化被反映到第一存储电容器6。另选地，也可以通过在复位周期完成后的第一数据写入周期内，将VDD电势(或高于VDD的电势)施加至数据线8，并且写入第二存储电容器7以可靠地关断驱动晶体管2，来将有机EL元件1的恶化反映在第一存储电容器6处。即，如果在驱动晶体管2处于截止的状态下，复位晶体管4和发光控制晶体管5导通，则电流从保持在VDD的数据线8流出，通过第一存储电容器6、复位晶体管4和发光控制晶体管5，流入有机EL元件1，这表明有机EL元件1的阳极电势被反映在第一存储电容器6的一端，以及通过在合适的时间使复位晶体管4截止，与恶化程度相对应的电势保持在第一存储电容器6。在这种情况下，如果恶化显著，则也难以使电流流动，这表明有机EL元件1的阳极电势变高，而如果恶化较轻，则电流容易流动，这表明阳极电势变低，这些不同反映在第一存储电容器6处。
在第二数据写入周期中，选通线10再次被置为低，有机EL元件1的已经被写入第一存储电容器6的驱动电势和施加至数据线8的灰度控制信号Vsig借助于第一存储电容器6的耦合，被写入第二存储电容器7，反映了第一有机EL元件1的恶化的电势保持在驱动晶体管2的栅极端子处。即，在显著恶化的像素中，具有较高的栅电压；而在轻微恶化的像素中，具有较低的栅电压。通过将发光控制线12设置为低，已经经过了根据恶化程度对于各有机EL元件1不同的均一化后的电流，以较小的电流流入显著恶化的像素中，而以较大的电流流入轻微恶化的像素中，从而进行恶化的均匀性。在第二数据写入周期中施加至数据线8的灰度信号电压Vsig在均一化处理时决定流入所有像素的电流，这一事实是武断的，优选地是设置为使得流入特定电流，因为如果流入太大电流，则恶化会加速。
该均一化处理以例如约60Hz进行，以实现正常显示。在电流差提取周期内读取有机EL元件1在每个帧周期的的恶化状态，并且该恶化状态被反映在均一化后的电流中，这表明均一化后的电流是自动调整的。具体而言，作为均一化处理的结果，加速恶化的像素具有适度的均一化电流，最终相同的电流流入所有像素中。
均一化处理优选地在与正常图像显示周期分开的周期中进行，但是也可以将一个帧划分为多个子帧，在开始的子帧中进行正常显示，之后在下一个子帧中执行均一化处理。在这种情况下，均一化处理优选地将设置均一化电流至不影响显示的程度。
通常，有机EL元件的发光强度的恶化与上述的电阻增加密切相关，这表明利用均一化处理不仅能够均衡驱动电压，还能够预期使发光强度的恶化均一化，从而可以防止烧机(burn-in)。
部件列表
1有机电致发光元件
2驱动晶体管
3开关晶体管
4复位晶体管
5发光控制晶体管
6第一存储电容器
7第二存储电容器
8数据线
9电源线
10选通线
11复位线
12发光控制线
13阴极
14像素
P1驱动晶体管
P2p沟道发光控制晶体管
P3复位晶体管
P4p沟道开关晶体管

Claims (3)

1.一种用于电致发光元件的像素电路，其包括：
数据线和电源；
第一存储电容器，其具有连接到所述数据线的第一端子；
开关晶体管，其具有连接到所述第一存储电容器的第一端子，并且所述开关晶体管通过连接到控制端子的选择线来导通和截止；
驱动晶体管，其具有连接到所述开关晶体管的第二端子的控制端子并且具有连接到所述电源的第一端子；
在有机电致发光元件中的发光晶体管，该有机电致发光元件通过所述发光控制晶体管连接到所述驱动晶体管的第二端子；
第二存储电容器，其将所述驱动晶体管的所述控制端子与第一电源侧端子相连接；以及
复位晶体管，其将所述驱动晶体管的在靠近所述发光控制晶体管一侧的第二端子与所述驱动晶体管的所述控制端子或所述第一存储电容器的靠近所述驱动晶体管的一侧相连接，其中，所述第一存储电容器与所述数据线交迭地形成。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其中，所述第一存储电容器包括：
这样的一部分，构成了所述开关晶体管或所述复位晶体管的半导体薄膜在该部分延伸；
绝缘膜，其用与所述开关晶体管或所述复位晶体管的栅绝缘膜的处理相同的处理形成；以及
金属层，其用与所述开关晶体管或所述复位晶体管的栅极的处理相同的处理形成；其中，所述金属层和所述数据线通过接触部相连接。
3.根据权利要求1所述的像素电路，其中，
在与所述驱动晶体管的阈值电压相对应的电压已经写入所述驱动晶体管的栅极之后，所述开关晶体管截止，同时所述复位晶体管和所述发光控制晶体管导通，并且与所述驱动晶体管的有机电致发光元件侧端子的电压相对应的电压，通过流入所述驱动晶体管的电流，而被设置在所述驱动晶体管的所述栅极处。
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