CN101937647B

CN101937647B - 互补驱动式像素电路

Info

Publication number: CN101937647B
Application number: CN2010102705278A
Authority: CN
Inventors: 徐小丽; 郭小军
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-09-02
Also published as: CN101937647A

Abstract

一种有机发光二极管技术领域的互补驱动式像素电路，包括：一个有机发光二极管和一个驱动电路，其中：有机发光二极管的阳极与电源相连，阴极与驱动电路的输出端相连并获得驱动电流。本发明不仅能解决三维AMOLED中电压式驱动像素电路的驱动TFT的阈值电压漂移的问题，还能使OLED由并联的两个驱动TFT周期性轮流供电，使驱动TFT的工作时间减半，从而延长了TFT的使用寿命，最终可达到延长AMOLED寿命的效果。

Description

互补驱动式像素电路

技术领域

本发明涉及的是一种有机发光二极管技术领域的装置，具体是一种互补驱动式像素电路。

背景技术

有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)由于其主动发光、构造简单、功耗低、可实现柔性显示等特点，将成为下一代显示的主力军。AMOLED的原理是每个像素都有一个薄膜晶体管(TFT)和存储电容组成的驱动电路，信号在充电阶段被充到、保存在存储电容中，从而保证OLED发光阶段内持续发光。AMOLED像素电路按照数据信号的不同，可分为电压式驱动电路和电流驱动式电路。然而，由于电流式驱动像素电路的信号延迟现象显著，且至今仍没有有效的解决方案，所以，目前对于AMOLED像素电路的研究仍侧重于电压驱动方式。

由于TFT的沟道层和绝缘层中存在一些被离子化的杂质，所以TFT在持续正偏置条件下工作一定时间后，会有部分载流子被俘获在沟道层和绝缘层的表面，同时也可能会有载流子被俘获在绝缘层，虽然适当的淬火工艺能改善载流子被俘获在绝缘层的现象，但是载流子被俘获在沟道层和绝缘层的表面是不可避免的，从而导致TFT在工作一定时间后阈值电压的改变。而电压式驱动AMOLED像素电路的基本原理决定了驱动TFT的阈值电压直接影响整个电路驱动的准确性。通常解决该问题的方案是设计具备补偿功能的像素电路来补偿或抵消驱动TFT阈值电压的漂移。

根据TFT的稳定性，当TFT的栅极被施加正偏置一段时间后，其阈值电压会正向漂移，且与偏置的时间和大小呈一定关系。然而，当TFT的阈值电压在正向漂移一定程度后，重新给其栅极施加负偏置，则TFT的阈值电压会出现反向漂移的现象，可恢复到初始阈值电压，且根据不用TFT的特性，一些TFT即使在栅极悬空的情况下，其阈值电压也可以快速的恢复。

相对于二维AMOLED，三维AMOLED像素电路的基本工作原理虽与之相同，但为了呈现三维效果，其像素电路需要传输左右眼信号，同时增加的掩模反应时间，对帧周期提出了更高要求，从而每个像素的扫描周期会成倍缩短。一般补偿像素电路中的补偿与驱动是两个先后进行的过程，然而由于TFT的跨导较小，补偿电容放电慢，导致补偿电路不能在有限的时间内完全补偿阈值电压的漂移，且扫描周期越短补偿效果越差。所以对于扫描周期骤减的三维AMOLED像素电路的稳定性面临更大的挑战，传统的二维AMOLED的像素电路并不适用。

经过对现有技术的检索发现，三星公司针对扫描周期很短的三维AMOLED设计了一种能快速补偿阈值电压漂移问题的像素电路，该电路由5个晶体管和2个电容组成。晶体管数目越多，成本越高，而且鉴于像素面积有限，该像素电路的实际应用有一定难度。电子器件快报2007年6月刊第28卷第6卷一篇题为“A Novel Voltage Driving Method Using 3-TFT Pixel Circuitfor AMOLED”(一种新型3-TFT的电压驱动式AMOLED像素电路)的文章中提出的一种仅由3个晶体管和1个电容组成的像素电路具有补偿阈值电压漂移的功能，但该电路与目前众多电压驱动电路一样存在如下普遍缺点：补偿效果取决于扫描周期的时间，应用于扫描周期短的显示系统补偿效果不理想；补偿效果仅对单个灰度级信号可控制，当改变输入信号时补偿效果不可预知，对补偿效果有一定影响。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种互补驱动式像素电路，不仅能解决电压式驱动像素电路中驱动TFT的阈值电压漂移的问题，还能使OLED由并联的两个驱动TFT周期性轮流供电，使驱动TFT的工作时间减半，从而延长了TFT的使用寿命，最终可达到延长AMOLED寿命的效果；另外，本发明的补偿效果与扫描时间无关，可解决三维AMOLED显示的像素电路由于扫描时间较短导致阈值电压漂移的补偿效果不佳的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：一个有机发光二极管和一个驱动电路，其中：有机发光二极管的阳极与电源相连，阴极与驱动电路的输出端相连并获得驱动电流；

所述的像素驱动电路包括两个对称并联的驱动模块，该驱动模块包括：一个开关晶体管、一个驱动晶体管和一个存储电容，其中：第一驱动模块的驱动晶体管的输入端接收数据电压，第二驱动模块的驱动晶体管的输入端接收复位电压，两个驱动晶体管的输出端分别与各自对应的存储电容的一端和开关晶体管的栅极相连以实现充电和导通，驱动晶体管的栅极均接收扫描电压，两个开关晶体管的源极与有机发光二极管相连，开关晶体管的漏极与各自对应的存储电容的另一端相连并接地。

所述的数据电压的波形互补；

所述的开关晶体管和驱动晶体管均为n型薄膜晶体管或均采用p型薄膜晶体管。

所述的两个对称并联的驱动模块同时工作且两个开关晶体管由同一扫描电压控制，两个驱动模块的工作模式由与其相连接的数据电压决定；其中任一一个处于驱动OLED发光工作模式且另一个处于恢复驱动晶体管阈值电压的工作模式。

所述的恢复驱动晶体管阈值电压具体通过控制该驱动模块的驱动晶体管栅极的偏置实现，具体是指：将驱动晶体管的输入端设置为负偏置或接地。

本发明通过数据电压的写入后两个驱动模块根据写入数据电压各自完成驱动OLED发光和驱动TFT的阈值电压恢复的功能使得OLED发光。其驱动和阈值电压恢复是两个相互独立且同时进行的过程，两个模块所实现的功能的周期由灰度级误差的冗余度和驱动晶体管的稳定性决定。

与传统的电压驱动式像素电路不同，由于本发明中有两个并联的驱动模块交替工作，所以本发明不仅能补偿阈值电压的漂移，还能解决一般电压驱动式像素电路中短扫描周期内阈值电压补偿效果不佳的问题，但比具有同类功能的发明拥有更少的器件和输入信号，以及更简单的工作原理。

附图说明

图1是本发明的像素电路的结构示意图。

图2a是本发明的像素电路的信号时序图。

图2b是信号时序为图2时，像素电路的等效示意图。

图3a是本发明的像素电路的另一信号时序图。

图3b是信号时序为图4时，像素电路的等效示意图。

图4是本发明补偿效果示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下实施例中，V_dd为电源输入、V_scan为扫描电压、V_data为数据电压、V_recover为复位电压、V_in1为数据电压输入、V_in2为复位电压输入。

如图1所示，本实施例像素电路包括：一个有机发光二极管OLED和一个驱动电路，其中：有机发光二极管OLED的阳极与电源V_dd相连，阴极与驱动电路的输出端相连并获得驱动电流；所述的驱动电路包括两个对称并联的驱动模块，该驱动模块包括：开关晶体管M_sw1和M_sw2、驱动晶体管M_s1和M_s2和一个存储电容C_s1和C_s2，其中：第一驱动模块的驱动晶体管M_s1的输入端接收数据电压V_in1，第二驱动模块的驱动晶体管M_s2的输入端接收复位电压V_in2，两个驱动晶体管M_s1和M_s2的输出端分别与各自对应的存储电容C_s1和C_s2的一端和开关晶体管M_sw1和M_sw2的栅极相连以实现充电和导通，驱动晶体管M_s1和M_s2的栅极均接收扫描电压V_scan，两个开关晶体管M_sw1和M_sw2的源极与有机发光二极管OLED相连，开关晶体管M_sw1和M_sw2的漏极与各自对应的存储电容C_s1和C_s2的另一端相连并接地。

所述的开关晶体管M_sw1和M_sw2、驱动晶体管M_s1和M_s2均为n型薄膜晶体管。

本装置通过以下方式进行工作：当像素被选通时，左右两个驱动模块同时工作，其工作模式由其输入的数据电压决定。假设，左边模块的工作模式是驱动OLED发光，数据信号V_in1为反应OLED发光亮度的电压信号，该扫描周期内，V_in1流经由扫描电压V_scan控制的开关晶体管M_sw1传输到驱动晶体管M_s1的栅极，并存储在存储电容C_s1中驱动OLED在整个帧周期内持续发光；此时，右边模块的工作模式是恢复驱动晶体管的阈值电压，数据信号V_in2为控制驱动晶体管阈值电压恢复的电压信号，该扫描周期内，V_in2流经由扫描电压V_scan控制的开关晶体管M_sw2传输到驱动晶体管M_s2的栅极，并存储在存储电容C_s2中，使驱动晶体管的阈值电压在持续偏置条件下改变后得以恢复。

如图2a所示，当一侧的驱动模块处于驱动OLED发光，同时另一侧的驱动模块处于恢复驱动晶体管的阈值电压的工作模式时，所示实施例的信号波形图。

如图2b所示，当一侧的驱动模块处于恢复驱动晶体管的阈值电压，同时另一侧的驱动模块处于驱动OLED发光的工作模式时，所示实施例的信号波形图。

驱动模块的工作状态由各自模块的输入数据信号决定，即输入信号为V_data时模块处于驱动OLED的工作模式；输入信号为V_recover时，模块处于阈值电压恢复的状态。且左右两个驱动模块的驱动OLED放光与阈值电压恢复工作模式相互交替，所以信号输入端V_in1和V_in2的输入信号呈互补的关系。

如图3b所示，对应图2a所示波形信号时，此时一侧的驱动模块处于驱动工作模式，而M_s2处于阈值电压恢复状态，即M_s2的栅极接地或为负偏置，在M_s2的漏电流很小的情况下，M_s2上可视为没有电流流过，所以驱动OLED发光的仅为左边驱动模块，等效电路图如图3a所示。

如图3b所示，对应图2b所示波形信号时，此时另一侧的驱动模块处于驱动工作模式，而M_s1处于阈值电压恢复状态，即M_s1的栅极接地或为负偏置，在M_s1的漏电流很小的情况下，M_s1上可视为没有电流流过，所以驱动OLED发光的仅为右边驱动模块，等效电路图如图3b所示。

如图4所示，由于该像素电路由两个并联且交替工作的两个模块构成，电路对阈值电压漂移补偿的原理基于对驱动晶体管阈值电压的恢复，电流的衰减程度总能控制在一定范围，而且当两个模块交替的周期缩短时，电流的衰减程度更低，电路的工作时间越长，补偿效果越明显；与传统的补偿电路中的补偿效果受扫描周期影响的原理不同，本发明的补偿效果与扫描周期无关，而取决于两模块交替工作的周期，所以用于驱动三维AMOLED更具优势。

从上所述，本实施例具有以下优点：(1)对TFT阈值电压的漂移有补偿作用，可以改善AMOLED显示中误差；(2)由于两个并联的驱动TFT给OLED轮流供电，其工作时间减半，从而TFT的寿命明显延长；(3)在扫描周期很短的三维AMOLED中，该像素电路依然能起到良好的补偿效果。

Claims

1.一种互补驱动式像素电路，包括：一个有机发光二极管和一个驱动电路，其中：有机发光二极管的阳极与电源相连，阴极与驱动电路的输出端相连并获得驱动电流，其特征在于：

所述的驱动电路包括两个对称并联的驱动模块，所述驱动模块的每一个包括：一个开关晶体管、一个驱动晶体管和一个存储电容，其中：第一驱动模块的驱动晶体管的输入端接收数据电压，第二驱动模块的驱动晶体管的输入端接收复位电压，两个驱动晶体管的输出端分别与各自对应的存储电容的一端和开关晶体管的栅极相连以实现充电和导通，驱动晶体管的栅极均接收扫描电压，两个开关晶体管的源极与有机发光二极管相连，开关晶体管的漏极与各自对应的存储电容的另一端相连并接地。

2.根据权利要求1所述的互补驱动式像素电路，其特征是，所述的开关晶体管和驱动晶体管均为n型薄膜晶体管或均采用p型薄膜晶体管。

3.根据权利要求1或2所述的互补驱动式像素电路，其特征是，所述的两个对称并联的驱动模块同时工作且两个开关晶体管由同一扫描电压控制，两个驱动模块的工作模式由与其相连接的数据电压决定。

4.根据权利要求3所述的互补驱动式像素电路，其特征是，所述的两个对称并联的驱动模块中任一一个处于驱动OLED发光工作模式且另一个处于恢复驱动晶体管阈值电压的工作模式。

5.根据权利要求3所述的互补驱动式像素电路，其特征是，所述的数据电压的波形互补。

6.根据权利要求4所述的互补驱动式像素电路，其特征是，所述的恢复驱动晶体管阈值电压具体通过控制该驱动模块的驱动晶体管栅极的偏置实现。

7.根据权利要求6所述的互补驱动式像素电路，其特征是，所述的通过控制该驱动模块的驱动晶体管栅极的偏置实现是指：将驱动晶体管的输入端设置为负偏置或接地。