CN103000133B - 主动式有机发光二极管显示屏像素驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及主动式有机发光二极管（AMOLED）显示屏像素驱动技术。本发明针对现有技术像素驱动电路响应速度慢、分辨率低的缺点，公开了一种主动式有机发光二极管显示屏像素驱动电路，不仅消除阈值电压以及电源电压变化对AMOLED显示屏亮度一致性及保持性的影响，而且具有更快的响应速度以支持高分辨率。本发明的技术方案是，主动式有机发光二极管显示屏像素驱动电路，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第一电容、第二电容和OLED。本发明大幅度提高了电路的响应速度，可支持的行分辨率大幅度提高，从不到100行提高到超过2000行，极大地提高了AMOLED显示屏应用范围。

Description

主动式有机发光二极管显示屏像素驱动电路

技术领域

本发明属于显示技术领域，涉及主动式有机发光二极管（AMOLED）显示屏像素驱动技术。

背景技术

像素驱动电路的驱动电流大小决定了像素发光亮度高低。传统的2T1C（双管单电容）像素驱动电路如图1所示以PMOS型TFT（P型场效应薄膜晶体管，简称晶体管）为例，其流过晶体管M2的驱动电流大小为与电源电压V_dd和晶体管M2的阈值电压V_th有关。其中，μ为晶体管M2的载流子迁移率、C_OX为晶体管M2的栅绝缘层单位面积电容、W/L为晶体管M2的沟道宽长比。而在工程应用中，不同像素驱动管（即晶体管M2）的阈值电压存在不一致的情况，并且同一像素驱动管的阈值电压随着使用时间的推移会发生漂移现象，同时导线阻抗会导致面板不同位置的电源电压有差异。电源电压和阈值电压的空间非一致性以及随时间的漂移会影响像素驱动电路驱动电流的大小，最终导致面板亮度不均匀及变化。

对于上述问题，现有的解决方案如图2所示，这是一种4T2C（四管双电容）结构的像素驱动电路，相关信号时序如图3所示，该时序图将单帧周期被分为七个时段，定义了像素信号Data、第一控制信号AZ、第二控制信号AZB、选通信号Select之间的时序关系。其工作原理如下：

P1时段，提供一个固定高电平做参考电平。此时，晶体管M3截止，晶体管M1、M4导通。电容C1左端电压为高电平数据信号Data（设为V1），Data的变化导致A点电压随之变化（升高），晶体管M2漏源电流减小，B点电压降低。

P2时段，泄放A点电荷确保晶体管M2工作在导通状态。此时，晶体管M3导通，其他状态不变。A点电压通过晶体管M3、M4泄放直到与B点电压相等。稳定时流过晶体管M2的电流与流过晶体管M4以及OLED的电流相等，晶体管M3虽导通但无电流流过。

P3时段，对A点充电提取晶体管M2的阈值电压。此时，晶体管M4截止，晶体管M1、M2、M3导通。Vdd通过晶体管M2对A点充电，充电电流逐渐减小至零，达到稳定状态时电容C2两端的电压即为M2管导通与截止之间临界电压——阈值电压V_th2。

P4时段，将晶体管M2的阈值电压存储在电容C2上使其保持不变。此时，晶体管M3、M4截止，晶体管M1导通，晶体管M2处于临界状态，电路中没有电流流过，M2的阈值电压存储到电容C2上。此时电容C2上存储的电荷为Q_C21=-C₂V_th2，电容C1上存储的电荷为Q_C11=C₁(V₁-V_dd-V_th2)。

P5时段，写入数据电压。与前一时段相比仅Data变为一较低的电平（有效数据电平）设为V2，晶体管M3、M4截止，晶体管M1、M2导通。此时电容C1左端电压由V1变成V2，设稳定时A点电压为V_A1，则此时电容C2上存储的电荷为Q_C22=C₂(V_dd-V_A1)，电容C1上存储的电荷为Q_C12=C₁(V₂-V_A1)。由于晶体管M3在P4、P5时段处于截止状态，故A点上的电荷没有泄放通道，保持不变即Q_C11+Q_C21=Q_C12+Q_C22。联立上述方程式解出 $V_{A1}=V_{\mathrm{dd}}+V_{\mathrm{th}2}+\frac{C_1(V_2-V_1)}{C_1+C_2}.$

P6时段，断开晶体管M1将数据电压存储在电容C2上。此时晶体管M1、M3、M4截止，晶体管M2导通。写入的数据电压被存储到电容C2上，其值为保持不变。

P7时段，晶体管M4导通驱动OLED发光。此时，晶体管M1、M3截止保持存储在电容C2上的数据电压不变，晶体管M2、M4饱和导通，通过的电流大小为：

$I_{\mathrm{ds}2}=\frac{1}{2}\mathrm{\μ}{C}_{\mathrm{OX}}\left(\frac{W}{L}\right){(V_{\mathrm{gs}2}-V_{\mathrm{th}2})}^2=\frac{1}{2}\mathrm{\μ}{C}_{\mathrm{OX}}\left(\frac{W}{L}\right){(V_{A1}-V_{\mathrm{dd}}-V_{\mathrm{th}2})}^2$

$=\frac{1}{2}\mathrm{\μ}{C}_{\mathrm{OX}}\left(\frac{W}{L}\right){[V_{\mathrm{dd}}+V_{\mathrm{th}2}+\frac{C_1(V_2-V_1)}{C_1+C_2}-V_{\mathrm{dd}}-V_{\mathrm{th}2}]}^2$

$=\frac{1}{2}\mathrm{\μ}{C}_{\mathrm{OX}}\left(\frac{W}{L}\right){\left[\frac{C_1}{C_1+C_2}(V_2-V_1)\right]}^2.$

从上式可以看出，I_ds2与电源电压V_dd以及驱动管M2的阈值电压V_th2无关，消除了阈值电压变化（含漂移及非一致性）以及电源阻抗压降对驱动电流的影响。

但在实际的工程应用中，P2时段随着A点电荷(与B点相同)的泄放，A点电压不断降低，加在OLED两端的电压也不断降低。根据OLED的伏安特性，其通过的电流也就是A点泄放电流也会越来越小，泄放速度越来越慢，达到稳定状态需要的时间非常长，如图4所示甚至超过300μs。最终导致使用该电路无法支持较高分辨率，按图4的响应速度甚至不能支持100行以上的行分辨率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种主动式有机发光二极管显示屏像素驱动电路，不仅消除阈值电压以及电源电压变化对AMOLED显示屏亮度一致性及保持性的影响，而且具有更快的响应速度以支持高分辨率。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，主动式有机发光二极管显示屏像素驱动电路，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第一电容、第二电容和OLED；所述第一晶体管栅极连接选通信号，源极连接像素信号，漏极通过第一电容与第二晶体管栅极连接；所述第二晶体管源极连接电源并通过第二电容与栅极连接，其漏极连接第四晶体管源极和第三晶体管漏极；所述第三晶体管源极连接第二晶体管栅极，栅极连接第一控制信号；所述第四晶体管栅极连接第二控制信号，漏极通过OLED接地；所述第五晶体管栅极连接第三控制信号，源极与第四晶体管源极连接，漏极接参考电平。

进一步的，所述驱动电路由薄膜电路构成，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管均为薄膜晶体管。

具体的，所述薄膜晶体管为P型场效应晶体管。

本发明的有益效果是，大幅度提高了电路的响应速度，可支持的行分辨率大幅度提高，从不到100行提高到超过2000行，极大地提高了AMOLED显示屏应用范围。

附图说明

图1为传统的2T1C像素驱动电路图；

图2为现有的4T2C像素驱动电路图；

图3为现有的4T2C像素驱动电路信号时序图；

图4为现有的4T2C像素驱动电路P2时段响应曲线；

图5为本发明的像素驱动电路图；

图6为本发明的像素驱动电路信号时序图；

图7为本发明的像素驱动补偿电路P2时段响应曲线。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的技术方案。

本发明的主动式有机发光二极管显示屏像素驱动电路，包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第一电容C1、第二电容C2和OLED。如图5所示。本发明的驱动电路所有零件，采用薄膜电路工艺制作在衬底上，构成薄膜电路。其中，第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4和第五晶体管M5均为PMOS薄膜晶体管。第一晶体管M1栅极连接选通信号Select，源极连接像素信号Data，漏极通过第一电容C1与第二晶体管M2栅极连接。第二晶体管M2源极连接电源Vdd并通过第二电容C2与栅极连接，其漏极连接第四晶体管M4源极和第三晶体管M3漏极。第三晶体管M3源极连接第二晶体管M2栅极，其栅极连接第一控制信号AZ。第四晶体管M4栅极连接第二控制信号AZB，漏极通过D1（OLED）接地。第五晶体管M5栅极连接第三控制信号AZ1，源极与第四晶体管M4源极连接，其漏极接参考电平Vdd1。相对现有4T2C的电路结构，本发明的电路结构中增加了第五晶体管M5。

比较图3和图5,可以看出，本发明的像素驱动电路在现有4T2C像素驱动电路的基础上，在B点增加晶体管M5，相应的信号时序关系如图6所示，与图4所示现有技术时序相比，有两点不同。一是第二控制信号AZB在P1、P2时段均为高电平，二是增加了第三控制信号AZ1，AZ1在P1、P2时段为低电平，其余时段为高电平。

图5所示电路在P2时段A点电荷的泄放通道就由第四晶体管M4和OLED这条通道变成了第五晶体管M5这条通道。A点电荷通过第五晶体管M5直接泄放到设定电压Vdd1，泄放电流大且速度快。因此，采用这种电路结构形式，P2时段A点电荷的泄放速度会大大提高，所用时间大幅度缩短。如图7的仿真结果所示，在相同的TFT和OLED特性条件下，P2时段所消耗的时间由超过300uS减少到不足2uS，该电路完成一行寻址的时间（也就是该电路的响应时间）合计约6μs，可以支持2000行以上的行分辨率，比现有电路大幅度提高。

其中，第二控制信号AZB在P2时段必须为高电平以截止第四晶体管M4，这是因为如M4管导通将会影响不同初始状态的A点电压收敛速度，导致P2时段延长。另外第五晶体管M5的漏极需要接在固定参考电平Vdd1上，而不是地GND。这是因为，如果接GND，则A点电压会在P2时段被泄放到一个过低的电平，将会大大延长P3时段充电的时间。参考电平Vdd1的取值以泄放A点电压到第二晶体管M2刚进入饱和区为最佳。

Claims (3)

1.主动式有机发光二极管显示屏像素驱动电路，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第一电容、第二电容和OLED；所述第一晶体管栅极连接选通信号，源极连接像素信号，漏极通过第一电容与第二晶体管栅极连接；所述第二晶体管源极连接电源并通过第二电容与栅极连接，其漏极连接第四晶体管源极和第三晶体管漏极；所述第三晶体管源极连接第二晶体管栅极，栅极连接第一控制信号；所述第四晶体管栅极连接第二控制信号，漏极通过OLED接地；所述第五晶体管栅极连接第三控制信号，源极与第四晶体管源极连接，漏极接参考电平。

2.根据权利要求1所述的主动式有机发光二极管显示屏像素驱动电路，其特征在于，所述驱动电路由薄膜电路构成，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管均为薄膜晶体管。

3.根据权利要求2所述的主动式有机发光二极管显示屏像素驱动电路，其特征在于，所述薄膜晶体管为P型场效应晶体管。