CN102820006B - 一种补偿阈值电压漂移的像素电路和薄膜晶体管背板 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种补偿阈值电压漂移的像素电路和薄膜晶体管背板，用以解决现有技术中阈值电压漂移造成的图像显示不均匀的问题。它包括驱动模块和信号加载模块，驱动模块包括VDD信号源、驱动晶体管T1、存储电容C1和OLED D1，驱动晶体管T1的栅极连接信号加载模块的输出端，驱动OLED D1发光；存储电容C1一端与VDD信号源输出端连接，另一端与驱动晶体管T1的栅极相连；驱动模块还包括p型衰减晶体管T2，其栅极和源极相连且与VDD信号源输出端相连，漏极与驱动晶体管T1的源极连接；或者，驱动模块还包括n型衰减晶体管T2，其栅极和漏极相连且与VDD信号源输出端相连，源极与驱动晶体管T1的源极连接。

Description

一种补偿阈值电压漂移的像素电路和薄膜晶体管背板

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种补偿阈值电压漂移的像素电路以及薄膜晶体管背板。

背景技术

有源矩阵有机发光二极管(Active Matrix Organic Light Emitting Diode,AMOLED)显示器因具有视角广、色彩对比效果好、响应速度快以及成本低等优点，因此获得了广泛应用。但是由于薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)背板在工艺过程中的不均匀性以及稳定性的问题，会导致阈值电压漂移。

传统的2T1C像素电路如图1所示，包括：门信号源VGATE、图像帧数据信号源VDATA，VDD信号源、开关晶体管T1、驱动晶体管T2、存储电容C1和有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode,OLED)D1等，其中开关晶体管T1的栅极连接门信号源VGATE的输出端，开关晶体管T1的漏极连接图像帧数据信号源VDATA的输出端，开关晶体管T1的源极连接存储电容C1的一端，存储电容C1的另一端接地，驱动晶体管T2的源极连接VDD信号源的输出端，驱动晶体管T2的栅极连接开关晶体管T1的源极，驱动晶体管T2的漏极连接OLED D1的一端，OLED D1的另一端接地。当开关晶体管T1的栅极接收到门信号源VGATE输出的开启信号时，开关晶体管T1导通，其漏极接收到的当前帧数据信号传送到开关晶体管T1的源极并存储在存储电容C1中，当前帧数据信号与VDD信号源的输出信号控制驱动晶体管T2工作，从而利用驱动晶体管T2的漏极电流来点亮OLED D1。在这种2T1C像素电路中，由于点亮OLED D1的漏极电流与驱动TFT T2的阈值电压有关，当驱动晶体管T2的阈值电压漂移时，不同的OLED在接收到相同的图像帧数据信号时，驱动其发光的电流也是不同的，从而导致整个图像显示的不均匀。

发明内容

本发明实施例提供了一种补偿阈值电压漂移的像素电路以及薄膜晶体管背板，用以解决现有背板薄膜晶体管的阈值电压漂移导致在接收到相同的图像帧数据信号时流经不同OLED的电流不均匀从而造成整个图像显示不均匀的问题。

基于上述问题，本发明实施例提供的一种补偿阈值电压漂移的像素电路，包括：

驱动模块和用于输出当前帧数据信号的信号加载模块，所述驱动模块包括VDD信号源、驱动晶体管T1、存储电容C1和有机发光二极管OLED D1，所述驱动晶体管T1的栅极连接所述信号加载模块的输出端，用于在所述当前帧数据信号的作用下，驱动所述OLED D1发光；所述存储电容C1一端与所述VDD信号源输出端连接，另一端与所述驱动晶体管T1的栅极和所述信号加载模块的输出端的连接点相连；

所述驱动模块，还包括：与所述驱动晶体管T1连接的p型衰减晶体管T2，所述p型衰减晶体管T2的栅极和源极相连且与VDD信号源输出端相连，所述衰减晶体管T2的源极与所述驱动晶体管T1的源极连接。

进一步地，本发明实施例还提供了一种包括本发明实施例提供的上述补偿阈值电压漂移的像素电路的薄膜晶体管背板。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种补偿阈值电压漂移的像素电路以及包含该像素电路的薄膜晶体管背板。在该像素电路中，由于p型衰减晶体管T2的栅极和源极相连，因此p型衰减晶体管T2相当于一个二极管，使得经该p型衰减晶体管T2的栅极和源极输入的VDD信号电压V_DD衰减一个阈值电压V_th2，V_th2为衰减晶体管T2的阈值电压，因此衰减晶体管T2的漏极以及驱动晶体管T1的源极的电压为V_DD-V_th2；

或者，在该像素电路中，由于n型衰减晶体管T2的栅极和漏极相连，因此n型衰减晶体管T2相当于一个二极管，使得经该n型衰减晶体管T2的栅极和漏极输入的VDD信号电压V_DD衰减一个阈值电压V_th2，V_th2为衰减晶体管T2的阈值电压，因此衰减晶体管T2的源极以及驱动晶体管T1的源极的电压为V_DD-V_th2。

当当前帧数据信号到达驱动晶体管T1的栅极时，驱动晶体管T1工作在饱和区，此时根据晶体管工作在饱和区时的电流特性，以及驱动晶体管T1和衰减晶体管T2的阈值电压相近的特点可知，驱动晶体管T1阈值电压对于驱动晶体管T1的漏极电流的影响会因为衰减晶体管T2的存在而几乎被抵消，这减小了在接收到相同的图像帧数据信号时流经不同OLED的电流差异，降低了整个图像显示的不均匀性。

附图说明

图1为现有技术中的2T1C像素电路的电路图；

图2a为本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路的电路图之一；

图2b为本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路的电路图之二；

图3为本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路的电路图之三；

图4为本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路的电路图之四；

图5为本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路的电路图之五；

图6为本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路工作的时序图；

图7为本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路与传统2T1C像素电路中OLED电流变化率的对比图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种补偿阈值电压漂移的像素电路和薄膜晶体管背板的具体实施方式进行说明。

本发明实施例提供的一种补偿阈值电压漂移的像素电路，有两种实现方式，第一种如图2a所示，该像素电路的结构具体包括：

信号加载模块21和驱动模块22，其中信号加载模块21用于输出当前帧数据信号，驱动模块22包括VDD信号源、驱动晶体管T1、存储电容C1、p型衰减晶体管T2和OLED D1，其中，p型衰减晶体管T2的漏极与驱动晶体管T1的源极连接，p型衰减晶体管T2的栅极和源极相连并与VDD信号源输出端相连，驱动晶体管T1的栅极连接信号加载模块21的输出端，用于在信号加载模块21输出的当前帧数据信号DATA的电压V_DATA的作用下驱动OLED D1发光；存储电容C1一端与VDD信号源输出端连接，另一端与驱动晶体管T1的栅极和信号加载模块21的输出端的连接点相连。

在第一种实现方式的像素电路中，p型衰减晶体管T2的源极和栅极连接在一起，这种连接方式下的衰减晶体管T2相当于一个二极管，该衰减晶体管T2可以将经其源极和栅极输入的VDD信号的电压V_DD衰减一个阈值电压V_th2，该阈值电压V_th2为p型衰减晶体管T2的阈值电压，因此衰减晶体管T2的漏极以及驱动晶体管T1的源极的电压为V_DD-V_th2。

第二种实现方式如图2b所示，该像素电路的结构具体包括：

信号加载模块21和驱动模块22，其中信号加载模块21用于输出当前帧数据信号，驱动模块22包括VDD信号源、驱动晶体管T1、存储电容C1、n型衰减晶体管T2和OLED D1，其中，n型衰减晶体管T2的源极与驱动晶体管T1的源极连接，n型衰减晶体管T2的栅极和漏极相连并与VDD信号源输出端相连，驱动晶体管T1的栅极连接信号加载模块21的输出端，用于在信号加载模块21输出的当前帧数据信号DATA的电压V_DATA的作用下驱动OLED D1发光；存储电容C1一端与VDD信号源输出端连接，另一端与驱动晶体管T1的栅极和信号加载模块21的输出端的连接点相连。

在第二种实现方式的像素电路中，n型衰减晶体管T2的漏极和栅极连接在一起，这种连接方式下的衰减晶体管T2相当于一个二极管，该n型衰减晶体管T2可以将经其漏极和栅极输入的VDD信号的电压V_DD衰减一个阈值电压V_th2，该阈值电压V_th2为衰减晶体管T2的阈值电压，因此衰减晶体管T2的源极以及驱动晶体管T1的源极的电压为V_DD-V_th2。

在上述两种实现方式中，除了第一种实现方式中的p型衰减晶体管T2和第二种实现方式中的n型衰减晶体管T2的连接方式不同以外，信号加载模块21、VDD信号源、驱动晶体管T1、存储电容C1以及OLED D1之间的连接方式完全相同。

下面说明VDD信号经过p型衰减晶体管T2或者n型衰减晶体管T2之后到达驱动晶体管T1的源极时，此时驱动晶体管T1的源极的电压为V_DD-V_th2，驱动晶体管T1的工作情况。

当信号加载模块21将当前帧数据信号DATA存储到存储电容C1上时，驱动晶体管T1的栅极电压为V_DATA，驱动晶体管T1会工作在饱和区，此时，工作在饱和区的驱动晶体管T1的栅极与源极的电压差V_GS＝V_DATA-V_DD+V_th2，驱动晶体管T1的阈值电压为V_th1，则按照下述现有技术中晶体管工作在饱和区的电流特性的公式可计算得到计算出驱动晶体管T1的漏极电流： $i_D=\frac{K}{2}{(V_{\mathrm{DATA}}-V_{\mathrm{DD}}+V_{\mathrm{th}2}-V_{\mathrm{th}1})}^2.$

上式中K为结构参数，相同结构中此数值相对稳定；

i_D为晶体管的漏极电流；

V_GS为晶体管的栅极与源极的电压差；

V_th为晶体管的阈值电压。

由于采用上述两种连接方式时驱动晶体管T1和p型或n型衰减晶体管T2的阈值电压相近，因此驱动晶体管T1的漏极电流i_D大小几乎不受其阈值电压的影响，这减小了在接收到相同的图像帧数据信号时流经不同OLED的电流的差异，从而降低了整个图像显示的不均匀性和不稳定性。

下面，以第一种实现方式为例，进一步说明本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路的其他较佳的实施方式。

进一步地，如图3所示，本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路还可以包括：复位模块23，该复位模块23具体包括：复位晶体管T4和复位信号源VRESET；其中：

复位晶体管T4的栅极连接复位信号源VRESET的输出端，复位晶体管T4的源极连接所述连接点，复位晶体管T4的漏极接地；

复位信号源VRESET，用于在信号加载模块21加载当前帧数据信号之前，输出开启信号以开启复位晶体管T4；以及在所述连接点的信号复位完成后，输出关闭信号以关断复位晶体管T4；

复位晶体管T4，用于在接收到复位信号源VRESET输出的复位信号后，将所述连接点的上一帧数据信号，即存储电容C1上存储的上一帧数据信号，复位为GND信号以保证当前帧数据信号不受上一帧数据信号的影响；并在接收到复位信号源VRESET输出的关闭信号后关断。

进一步地，如图4所示，本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路的驱动模块22，还可以包括：发射信号源VEMISSION和开关晶体管T3；其中：

开关晶体管T3的源极连接驱动晶体管T1的漏极，开关晶体管T3的漏极连接OLED D1，开关晶体管T3的栅极连接发射信号源VEMISSION的输出端，开关晶体管T3用于在发射信号源VEMISSION输出开启信号时开启，以及在发射信号源VEMISSION输出关闭信号时关断；

存储电容C1用于在开关晶体管T3关断时，存储信号加载模块21输出到所述连接点的当前帧数据信号，并在开关晶体管T3开启时，释放当前帧数据信号以驱动OLED D1发光。

较佳地，如图5所示，本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路还可以包括：复位模块23，该复位模块23具体包括：复位晶体管T4和复位信号源VRESET；其中：

复位晶体管T4的栅极连接复位信号源VRESET的输出端，复位晶体管T4的源极连接所述连接点，复位晶体管T4的漏极接地；

复位信号源VRESET，用于在信号加载模块21加载当前帧数据信号之前，输出开启信号以开启复位晶体管T4；以及在所述连接点的信号复位完成后，输出关闭信号以关断复位晶体管T4；

复位晶体管T4，用于在接收到复位信号源VRESET输出的复位信号后，将所述连接点的上一帧数据信号，即存储电容C1上存储的上一帧数据信号，复位为GND信号以保证当前帧数据信号不受上一帧数据信号的影响；并在接收到复位信号源VRESET输出的关闭信号后关断；

进一步地，发射信号源VEMISSION还用于在复位信号源VRESET输出开启信号时，输出关闭信号以关断开关晶体管T3，从而避免驱动晶体管T1的栅极电压变化对OLED D1的影响，延长OLED D1的使用寿命。

进一步地，如图5所示，本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路的信号加载模块21，具体包括：图像帧数据信号源VDATA、开关晶体管T5以及门信号源VGATE；

开关晶体管T5的漏极连接图像帧数据信号源VDATA的输出端；开关晶体管T5的栅极连接门信号源VGATE的输出端，开关晶体管T5的源极为信号加载模块21的输出端并连接驱动晶体管T1的栅极；

图像帧数据信号源VDATA，用于在复位晶体管T4由开启状态变为关断状态时，由输出上一帧数据信号改为输出当前帧数据信号；

门信号源VGATE，用于在图像帧数据信号源VDATA输出当前帧数据信号时，输出开启信号以控制开关晶体管T5开启使当前帧数据信号传输到所述连接点；以及在当前帧数据信号传输到所述连接点并存储在存储电容C1之后，输出关闭信号关断开关晶体管T5；

发射信号源VEMISSION，还用于在门信号源VGATE关断开关晶体管T5时，输出开启信号以开启开关晶体管T3。

进一步地，发射信号源VEMISSION还用于在复位信号源VRESET输出开启信号时，输出关闭信号以关断开关晶体管T3。

进一步地，上述驱动晶体管T1以及p型衰减晶体管T2(或者n型衰减晶体管T2)可以均为非晶硅晶体管或氧化物晶体管。

较佳地，上述驱动晶体管T1以及p型衰减晶体管T2(或者n型衰减晶体管T2)可以均为多晶硅晶体管；由于多晶硅具有短程有序的特点，因此可近似认为p型衰减晶体管T2(或者n型衰减晶体管T2)和驱动晶体管T1的阈值电压相等；根据前述驱动晶体管T1的漏极电流的计算公式可知，此时，用于驱动OLED D1发光的驱动晶体管T1的漏极电流i_D与驱动晶体管T1的阈值电压无关，这可以更好地克服由于阈值电压漂移所引起的整个图像显示的不均匀的问题。

上述驱动晶体管T1、开关晶体管T3、开关晶体管T5、复位晶体管T4既可以为p型晶体管，也可以为n型晶体管，为p型晶体管时的它们之间连接方式与为n性晶体管时的它们之间连接方式完全相同。

上述的开启信号和关闭信号通过发射信号源VEMISSION、门信号源VGATE和复位信号源VRESET输出电压高低不同的信号来区分。在具体实施时，例如可以按照下述方式来区分：

当开关晶体管T3、开关晶体管T5和复位晶体管T4为p型晶体管时，开启信号为低电压信号，关闭信号为高电压信号；

反之，当开关晶体管T3、开关晶体管T5和复位晶体管T4为n型晶体管时，开启信号为高电压信号，关闭信号为低电压信号。

为了进一步说明本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路，下面以开关晶体管T3、开关晶体管T5、复位晶体管T4为p型晶体管为例，结合图6所示的时序图说明其工作原理。

如图6所示，该电路的工作过程包括：复位阶段1、信号加载阶段2和发光阶段3。

复位阶段1，发射信号源VEMISSION发出的EMISSION信号由低压开启信号变为高压关闭信号，控制开关晶体管T3从开启状态变为关断状态时，复位信号源VRESET输出的RESET信号由高压关闭信号变为低压开启信号控制复位晶体管T4从关断状态变为开启状态以便将所述连接点的信号复位至GND信号以保证当前帧数据信号不受上一帧数据信号的影响。

信号加载阶段2，RESET信号由低压开启信号变为高压关闭信号控制复位晶体管T4由开启状态变为关断状态时，门信号源VGATE输出的GATE信号由高压关闭信号变为低压开启信号控制开关晶体管T5从关断状态变为开启状态以便图像帧数据信号源VDATA输出的当前帧数据信号DATA能够传输到所述连接点；在当前帧数据存储到存储电容C1后，GATE信号由低压开启信号变为高压关闭信号控制开关晶体管T5从开启状态变为关断状态。

发光阶段3，当开关晶体管T5从开启状态变为关断状态时，发射信号源VEMISSION输出的EMISSION信号从高压关闭信号变为低压开启信号控制开关晶体管T3打开，从而使驱动晶体管T1能够在VDD信号和所述DATA信号的控制下驱动OLED D1发光。

图7为本发明实施例提供的补偿阈值电压漂移的像素电路在采用多晶硅晶体管时，它与传统2T1C像素电路中OLED电流变化率的对比图，从图7中可以看出，本发明实施例提供的像素电路中OLED的电流变化率(虚线表示)几乎维持0％不变，即流经不同OLED的电流不随驱动晶体管的阈值电压的变化而变化，这可以较好地克服现有技术中由于驱动OLED的晶体管阈值电压漂移引起的在接收到相同的图像帧数据信号时流经不同OLED电流不同的问题。

本发明实施例还提供了一种TFT背板，该TFT背板包括上述补偿阈值电压漂移的像素电路。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种补偿阈值电压漂移的像素电路，包括：驱动模块和用于输出当前帧数据信号的信号加载模块，所述驱动模块包括VDD信号源、驱动晶体管T1、存储电容C1和有机发光二极管OLED D1；所述驱动晶体管T1的栅极连接所述信号加载模块的输出端，用于在所述当前帧数据信号的作用下，驱动所述OLED D1发光；其特征在于，所述存储电容C1一端与所述VDD信号源输出端连接，另一端与所述驱动晶体管T1的栅极和所述信号加载模块的输出端的连接点相连；

所述驱动模块，还包括：与所述驱动晶体管T1连接的p型衰减晶体管T2，所述p型衰减晶体管T2的栅极和源极相连且与VDD信号源输出端相连，所述p型衰减晶体管T2的漏极与所述驱动晶体管T1的源极连接。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述驱动模块还包括：发射信号源和开关晶体管T3；

所述开关晶体管T3的源极连接驱动晶体管T1的漏极，所述开关晶体管T3的漏极连接所述OLED D1，所述开关晶体管T3的栅极连接所述发射信号源的输出端；所述开关晶体管T3用于在所述发射信号源输出开启信号时开启，以及在所述发射信号源输出关闭信号时关断；

所述存储电容C1用于在所述开关晶体管T3关断时，存储所述信号加载模块输出的当前帧数据信号，并在所述开关晶体管T3开启时，释放所述当前帧数据信号以驱动所述OLED D1发光。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括复位模块，所述复位模块包括复位晶体管T4和复位信号源；

所述复位晶体管T4的栅极连接所述复位信号源的输出端，所述复位晶体管T4的源极连接所述连接点，所述复位晶体管T4的漏极接地；

所述复位信号源，用于在信号加载模块加载当前帧数据信号之前，输出开启信号以开启所述复位晶体管T4；以及在所述连接点的信号复位完成后，输出关闭信号以关断所述复位晶体管T4；

所述复位晶体管T4，用于在接收到复位信号源输出的复位信号后，将所述连接点的上一帧数据信号复位为GND信号；并在接收到复位信号源输出的关闭信号后关断。

4.如权利要求2所述的电路，其特征在于，还包括复位模块，所述复位模块包括复位晶体管T4和复位信号源；

所述复位晶体管T4的栅极连接所述复位信号源的输出端，所述复位晶体管T4的源极连接所述连接点，所述复位晶体管T4的漏极接地；

所述复位信号源，用于在信号加载模块加载当前帧数据信号之前，输出开启信号以开启所述复位晶体管T4；以及在所述连接点的信号复位完成后，输出关闭信号以关断所述复位晶体管T4；

所述复位晶体管T4，用于在接收到复位信号源输出的复位信号后，将所述连接点的上一帧数据信号复位为GND信号；并在接收到复位信号源输出的关闭信号后关断；

所述发射信号源，进一步用于在所述复位信号源输出开启信号时，输出关闭信号以关断所述开关晶体管T3。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述信号加载模块，具体包括：图像帧数据信号源、开关晶体管T5以及门信号源；

所述开关晶体管T5的漏极连接所述图像帧数据信号源的输出端；所述开关晶体管T5的栅极连接所述门信号源的输出端，所述开关晶体管T5的源极为所述信号加载模块的输出端并连接所述驱动晶体管T1的栅极；

所述图像帧数据信号源，用于在所述复位晶体管T4由开启状态变为关断状态时，由输出上一帧数据信号改为输出所述当前帧数据信号；

所述门信号源，用于在图像帧数据信号源输出所述当前帧数据信号时，输出开启信号以控制所述开关晶体管T5开启使所述当前帧数据信号传输到所述连接点；以及在当前帧数据信号传输到所述连接点并存储在存储电容C1之后，输出关闭信号关断所述开关晶体管T5；

所述发射信号源，还用于在所述门信号源关断所述开关晶体管T5时，输出开启信号以开启所述开关晶体管T3。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述开启信号和所述关闭信号通过发射信号源、门信号源和复位信号源输出电压高低不同的信号来区分。

7.如权利要求1-6任一项所述电路，其特征在于，所述驱动晶体管T1、所述p型衰减晶体管T2或n型衰减晶体管T2为多晶硅晶体管。

8.如权利要求1-6任一项所述电路，其特征在于，所述驱动晶体管T1、所述p型衰减晶体管T2或n型衰减晶体管T2为非晶硅晶体管。

9.如权利要求1-6任一项所述电路，其特征在于，所述驱动晶体管T1、所述p型衰减晶体管T2或n型衰减晶体管T2为氧化物晶体管。

10.一种薄膜晶体管TFT背板，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的补偿阈值电压漂移的像素电路。