CN103021336A - 有源有机电致发光显示器的交流像素驱动电路及驱动方法 - Google Patents

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宋小锋
吴为敬
彭俊彪
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Abstract

本发明公开了一种有源有机电致发光显示器的交流像素驱动电路及驱动方法，所述电路包括驱动晶体管T1、开关晶体管T2~T4、存储电容Cs、扫描控制线Vcontrol1与Vcontrol2、发光扫描控制线Vems、数据线Vdata、电源线Vdd、地线Vss、参考电压线Vref以及有机发光二级管OLED，所述方法分为四个阶段：1）有机发光二极管OLED的极性反转阶段；2）驱动晶体管T1的阈值电压锁存阶段；3）灰阶数据电压写入阶段；4）OLED发光阶段。本发明的像素驱动电路能有效地提高OLED的显示质量，提高显示器件的对比度，延长OLED器件的寿命，为OLED实现大尺寸，高分辨率显示提供有效的解决办法。

Description

有源有机电致发光显示器的交流像素驱动电路及驱动方法
技术领域
本发明涉及一种发光显示器的像素驱动电路及驱动方法，尤其是一种有源有机电致发光显示器的交流像素驱动电路及驱动方法。属于平面显示技术领域。
背景技术
OLED（Organic Light-Emitting Diode），即有机发光二极管，因其具有众多的优点，如主动发光无需背光源，视角宽，响应速度快，可以做成柔性显示等，所以OLED被誉为新一代显示器。
OLED显示的驱动方式分为有源驱动（AMOLED）和无源驱动（PMOLED）。采用无源驱动，随着屏幕尺寸的增大和分辨率的提高，会引发很多的问题，如寿命缩短，可靠性变差等。
有源驱动的每个像素配备具有开关功能的薄膜晶体管（Thin-film-transistor，TFT）以及相应的存储电容来单独驱动每一个像素单元，使每一个像素单元独立地进行开和关。有源驱动无占空比，驱动不受扫描电极数的限制等问题，并且易于实现高亮度和高分辨率，使OLED的可靠性更好，显示质量更加优异，
目前，主流的TFT种类大概有a-Si:H（氢化非晶硅）TFT和LTPS（低温多晶硅）TFT。另外近年来发展比较迅速的还有金属氧化物TFT和有机TFT。另外，根据器件有源层材料的不同以及掺杂的不同，TFT又可以分为N型和P型，增强型和耗尽型TFT器件。
a-Si:H TFT具有工艺简单、价格低、制备成品率高、关态漏电流小等特点，但由于其载流子的迁移率低，器件的尺寸比较大，容易使器件的阈值电压漂移，并且用于驱动a-Si:H TFT的驱动电压和信号电压都比较大，这些不利的因素都会使OLED像素的开口率下降，OLED的寿命缩减。
LTPS TFT相对于a-Si:H TFT，具有载流子迁移率高，易于显示屏周边电路的集成，但是其成本较高，并且工艺不成熟，多晶硅TFT器件的阈值电压和迁移率等器件参数均匀性不好，这都会使OLED显示的均匀性和可靠性受到严重影响。
目前的AMOLED像素电路，主要采用传统的两个薄膜晶体管和一个存储电容的方式驱动的方式，该驱动方式具有原理易懂、结构简单、易于制备等优点。但该驱动方式为两管驱动形式，由于无法对非晶硅薄膜晶体管的阈值电压漂移和多晶硅阈值电压不均匀进行补偿，从而导致OLED显示器的亮度不均，可靠性差。另外，OLED器件在长时间工作后，会出现器件退化问题，导致其开启电压变大，从而会影响流过OLED器件的电流，进而影响整个OLED显示屏的亮度。因此为了解决传统两管驱动的缺点以及OLED器件退化对OLED显示器所造成的影响，使OLED显示实现大尺寸，高分辨率，高质量显示的要求，需要新的像素电路，对驱动晶体管的阈值电压漂移及OLED器件退化等问题进行补偿。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种能有效地提高OLED的显示质量，延长OLED器件的寿命的有源有机电致发光显示器的交流像素驱动电路。
本发明的另一目的在于提供一种有源有机电致发光显示器的交流像素驱动电路的驱动方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
有源有机电致发光显示器的交流像素驱动电路，其特征在于：包括驱动晶体管T1、开关晶体管T2~T4、存储电容Cs、扫描控制线Vcontrol1与Vcontrol2、发光扫描控制线Vems、数据线Vdata、电源线Vdd、地线Vss、参考电压线Vref以及有机发光二级管OLED；其中，
所述驱动晶体管T1的栅极与开关晶体管T2的漏极和存储电容Cs的A端相连，源极与存储电容Cs的B端、有机发光二级管OLED的阴极和开关晶体管T4的漏极相连，漏极与开关晶体管T3的源极相连；
所述开关晶体管T2的栅极与扫描控制线Vcontrol1相连，源极与数据线Vdata相连；
所述开关晶体管T3的栅极与发光扫描控制线Vems相连，漏极与地线Vss相连；
所述开关晶体管T4的栅极与扫描控制线Vcontrol2相连，源极与参考电压线Vref相连；
所述有机发光二级管OLED的阳极与电源线Vdd相连。
作为一种优选方案，所述驱动晶体管T1和开关晶体管T2~T4都为p型晶体管。
作为一种优选方案，所述p型晶体管为多晶硅薄膜晶体管或有机薄膜晶体管。
本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
有源有机电致发光显示器的交流像素驱动电路的驱动方法，其特征在于：所述方法包括以下四个阶段：
1）有机发光二极管OLED的极性反转阶段
将扫描控制线Vcontrol1和Vcontrol2设置为低电平，分别把开关晶体管T2和T4打开，将发光扫描控制线Vems设置为高电平，把开关晶体管T3关闭；此时数据线Vdata通过开关晶体管T2向存储电容Cs的A端，即驱动晶体管T1的栅极写入Vdd电平，同时参考电压线Vref通过开关晶体管T4向有机发光二极管的阴极，即存储电容Cs的B端写入电压Vref，这样OLED处于不发光的极性反转阶段；
2）驱动晶体管T1的阈值电压锁存阶段
扫描控制线Vcontrol1继续保持低电平，使开关晶体管T2继续导通，扫描控制线Vcontrol2变为高电平，把开关晶体管T4关闭，发光扫描控制线Vems变为低电平，把开关晶体管T3打开；此时数据线Vdata继续向存储电容Cs的A端写入Vdd电平，存储电容Cs的B端通过驱动晶体管T1和开关晶体管T3向地线Vss放电，直到驱动晶体管T1的栅源电压Vgs等于其阈值电压Vth，此时驱动晶体管T1的阈值电压Vth被储存在存储电容Cs上；
3）灰阶数据电压写入阶段
扫描控制线Vcontrol1保持低电平，使开关晶体管T2继续导通，扫描控制线Vcontrol2保持高电平，使开关晶体管T4继续关闭，发光控制线Vems变为高电平，把开关晶体管T3关闭；此时数据线Vdata通过开关晶体管T2向驱动晶体管T1的栅极，即存储电容的A端写入数据电压信号Vdata，该数据电压信号通过由存储电容Cs和OLED器件的等效电容COLED级联所形成的电容耦合效应写入，此时驱动晶体管T1的栅源电压变成Vth+(COLED)/(Cs+COLED)*Vdata，并储存在存储电容Cs上；
4）OLED发光阶段
扫描控制线Vcontrol1变为高电平，把开关晶体管T2关闭，扫描控制线Vcontrol2保持高电平，使开关晶体管T4继续关闭，发光控制线Vems变为低电平，把开关晶体管T3打开，数据线Vdata的电压信号变回Vdd；此时存储电容Cs维持着驱动晶体管T1的栅源电压，使驱动晶体管T1工作在饱和区，使OLED流过恒定的电流从而发出相应的灰阶亮度。
作为一种优选方案，所述驱动晶体管T1工作在饱和区，开关晶体管T2~T4工作在线性区。
作为一种优选方案，在步骤1）有机发光二极管OLED的极性反转阶段中，所述电压Vref满足|Vref|>|Vdd|+|Vth|，其中Vth为驱动晶体管T1的阈值电压。
作为一种优选方案，在步骤2）驱动晶体管T1的阈值电压锁存阶段中，存储电容Cs锁存着驱动晶体管T1的阈值电压Vth。
作为一种优选方案，在步骤4）OLED发光阶段中，流过OLED的电流表达式如下：
IOLED=K*(Vgs-Vth)2
=K*(Vth+(COLED)/(Cs+COLED)*Vdata-Vth)2
=K*((COLED)/(Cs+COLED)*Vdata)2
其中，K=1/2*Cox*up*W/L，为驱动晶体管T1工作在饱和区的增益，Cox为单位面积的绝缘层电容，W和L分别为p型晶体管的沟道宽度和长度，up为p型晶体管的载流子迁移率。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
本发明的像素驱动电路能够对驱动晶体管T1的非晶硅阈值电压漂移或者多晶硅阈值电压不均匀，以及因OLED器件长时间工作而退化造成的开启电压变大而引起的OLED显示不均进行补偿，且采用交流驱动的形式，使OLED仅在发光阶段发光，非发光阶段不发光，能有效地提高OLED的显示质量，延长OLED器件的寿命，为OLED实现大尺寸，高分辨率显示提供有效的解决办法。
附图说明
图1为本发明的像素驱动电路原理图。
图2为本发明的像素驱动电路工作时序图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，本实施例的像素驱动电路包括包括驱动晶体管T1、开关晶体管T2~T4、存储电容Cs、扫描控制线Vcontrol1与Vcontrol2、发光扫描控制线Vems、数据线Vdata、电源线Vdd、地线Vss、参考电压线Vref以及有机发光二级管OLED；
所述驱动晶体管T1的栅极与开关晶体管T2的漏极和存储电容Cs的A端相连，源极与存储电容Cs的B端、有机发光二级管OLED的阴极和开关晶体管T4的漏极相连，漏极与开关晶体管T3的源极相连；
所述开关晶体管T2的栅极与扫描控制线Vcontrol1相连，源极与数据线Vdata相连；
所述开关晶体管T3的栅极与发光扫描控制线Vems相连，漏极与地线Vss相连；
所述开关晶体管T4的栅极与扫描控制线Vcontrol2相连，源极与参考电压线Vref相连；
所述有机发光二级管OLED的阳极与电源线Vdd相连。
现结合图2的工作时序来说明本实施例的像素驱动电路在一帧时间内的工作过程：
有机发光二极管OLED的极性反转阶段：将扫描控制线Vcontrol1和Vcontrol2设置为低电平，分别把开关晶体管T2和T4打开，将发光扫描控制线Vems设置为高电平，把开关晶体管T3关闭；此时数据线Vdata通过开关晶体管T2向存储电容Cs的A端，即驱动晶体管T1的栅极写入Vdd电平，同时参考电压线Vref通过开关晶体管T4向有机发光二极管的阴极，即存储电容Cs的B端写入电压Vref，该电压Vref满足|Vref|>|Vdd|+|Vth|，其中Vth为驱动晶体管T1的阈值电压，这样OLED处于不发光的极性反转阶段；
驱动晶体管T1的阈值电压锁存阶段：扫描控制线Vcontrol1继续保持低电平，使开关晶体管T2继续导通，扫描控制线Vcontrol2变为高电平，把开关晶体管T4关闭，发光扫描控制线Vems变为低电平，把开关晶体管T3打开；此时数据线Vdata继续向存储电容Cs的A端写入Vdd电平，存储电容Cs的B端通过驱动晶体管T1和开关晶体管T3向地线Vss放电，直到驱动晶体管T1的栅源电压Vgs等于其阈值电压Vth，此时驱动晶体管T1的阈值电压Vth被储存在存储电容Cs上；
灰阶数据电压写入阶段：扫描控制线Vcontrol1保持低电平，使开关晶体管T2继续导通，扫描控制线Vcontrol2保持高电平，使开关晶体管T4继续关闭，发光控制线Vems变为高电平，把开关晶体管T3关闭；此时数据线Vdata通过开关晶体管T2向驱动晶体管T1的栅极，即存储电容的A端写入数据电压信号Vdata，该数据电压信号通过由存储电容Cs和OLED器件的等效电容COLED级联所形成的电容耦合效应写入，此时驱动晶体管T1的栅源电压变成Vth+(COLED)/(Cs+COLED)*Vdata，并储存在存储电容Cs上，存储电容Cs锁存着驱动晶体管T1的阈值电压Vth；
OLED发光阶段：扫描控制线Vcontrol1变为高电平，把开关晶体管T2关闭，扫描控制线Vcontrol2保持高电平，使开关晶体管T4继续关闭，发光控制线Vems变为低电平，把开关晶体管T3打开，数据线Vdata的电压信号变回Vdd；此时存储电容Cs维持着驱动晶体管T1的栅源电压，使驱动晶体管T1工作在饱和区，使OLED流过恒定的电流从而发出相应的灰阶亮度，其中流过OLED的电流表达式如下：
IOLED=K*(Vgs-Vth)2
=K*(Vth+(COLED)/(Cs+COLED)*Vdata-Vth)2
=K*((COLED)/(Cs+COLED)*Vdata)2
其中，K=1/2*Cox*up*W/L，为驱动晶体管T1工作在饱和区的增益，Cox为单位面积的绝缘层电容，W和L分别为驱动晶体管T1的沟道宽度和长度，up为驱动晶体管T1的载流子迁移率；由此可见，在参数K不变的情况下，流过OLED器件的电流IOLED只与输入的数据电压Vdata，存储电容Cs以及OLED的等效电容COLED相关，与驱动晶体管T1的阈值电压Vth和OLED器件的开启电压无关。
上述工作过程中，所述驱动晶体管T1工作在饱和区，开关晶体管T2~T4工作在线性区。
以上所述，仅为本发明优选的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.有源有机电致发光显示器的交流像素驱动电路，其特征在于：包括驱动晶体管T1、开关晶体管T2~T4、存储电容Cs、扫描控制线Vcontrol1与Vcontrol2、发光扫描控制线Vems、数据线Vdata、电源线Vdd、地线Vss、参考电压线Vref以及有机发光二级管OLED；其中，
所述驱动晶体管T1的栅极与开关晶体管T2的漏极和存储电容Cs的A端相连，源极与存储电容Cs的B端、有机发光二级管OLED的阴极和开关晶体管T4的漏极相连，漏极与开关晶体管T3的源极相连；
所述开关晶体管T2的栅极与扫描控制线Vcontrol1相连，源极与数据线Vdata相连；
所述开关晶体管T3的栅极与发光扫描控制线Vems相连，漏极与地线Vss相连；
所述开关晶体管T4的栅极与扫描控制线Vcontrol2相连，源极与参考电压线Vref相连；
所述有机发光二级管OLED的阳极与电源线Vdd相连。
2.根据权利要求1所述的有源有机电致发光显示器的交流像素驱动电路，其特征在于：所述驱动晶体管T1和开关晶体管T2~T4都为p型晶体管。
3.根据权利要求1所述的有源有机电致发光显示器的交流像素驱动电路，其特征在于：所述p型晶体管为多晶硅薄膜晶体管或有机薄膜晶体管。
4.基于权利要求1所述像素驱动电路的驱动方法，其特征在于：所述方法包括以下四个阶段：
1）有机发光二极管OLED的极性反转阶段
将扫描控制线Vcontrol1和Vcontrol2设置为低电平，分别把开关晶体管T2和T4打开，将发光扫描控制线Vems设置为高电平，把开关晶体管T3关闭；此时数据线Vdata通过开关晶体管T2向存储电容Cs的A端，即驱动晶体管T1的栅极写入Vdd电平，同时参考电压线Vref通过开关晶体管T4向有机发光二极管的阴极，即存储电容Cs的B端写入电压Vref，这样OLED处于不发光的极性反转阶段；
2）驱动晶体管T1的阈值电压锁存阶段
扫描控制线Vcontrol1继续保持低电平，使开关晶体管T2继续导通，扫描控制线Vcontrol2变为高电平，把开关晶体管T4关闭，发光扫描控制线Vems变为低电平，把开关晶体管T3打开；此时数据线Vdata继续向存储电容Cs的A端写入Vdd电平，存储电容Cs的B端通过驱动晶体管T1和开关晶体管T3向地线Vss放电，直到驱动晶体管T1的栅源电压Vgs等于其阈值电压Vth，此时驱动晶体管T1的阈值电压Vth被储存在存储电容Cs上；
3）灰阶数据电压写入阶段
扫描控制线Vcontrol1保持低电平，使开关晶体管T2继续导通，扫描控制线Vcontrol2保持高电平，使开关晶体管T4继续关闭，发光控制线Vems变为高电平，把开关晶体管T3关闭；此时数据线Vdata通过开关晶体管T2向驱动晶体管T1的栅极，即存储电容的A端写入数据电压信号Vdata，该数据电压信号通过由存储电容Cs和OLED器件的等效电容COLED级联所形成的电容耦合效应写入，此时驱动晶体管T1的栅源电压变成Vth+(COLED)/(Cs+COLED)*Vdata，并储存在存储电容Cs上；
4）OLED发光阶段
扫描控制线Vcontrol1变为高电平，把开关晶体管T2关闭，扫描控制线Vcontrol2保持高电平，使开关晶体管T4继续关闭，发光控制线Vems变为低电平，把开关晶体管T3打开，数据线Vdata的电压信号变回Vdd；此时存储电容Cs维持着驱动晶体管T1的栅源电压，使驱动晶体管T1工作在饱和区，使OLED流过恒定的电流从而发出相应的灰阶亮度。
5.根据权利要求4所述像素驱动电路的驱动方法，其特征在于：所述驱动晶体管T1工作在饱和区，开关晶体管T2~T4工作在线性区。
6.根据权利要求4或5所述像素驱动电路的驱动方法，其特征在于：在步骤1）有机发光二极管OLED的极性反转阶段中，所述电压Vref满足|Vref|>|Vdd|+|Vth|，其中Vth为驱动晶体管T1的阈值电压。
7.根据权利要求4或5所述像素驱动电路的驱动方法，其特征在于：在步骤2）驱动晶体管T1的阈值电压锁存阶段中，存储电容Cs锁存着驱动晶体管T1的阈值电压Vth。
8.根据权利要求4或5所述像素驱动电路的驱动方法，其特征在于：在步骤4）OLED发光阶段中，流过OLED的电流表达式如下：
IOLED=K*(Vgs-Vth)2
=K*(Vth+(COLED)/(Cs+COLED)*Vdata-Vth)2
=K*((COLED)/(Cs+COLED)*Vdata)2
其中，K=1/2*Cox*up*W/L，为驱动晶体管T1工作在饱和区的增益，Cox为单位面积的绝缘层电容，W和L分别为驱动晶体管T1的沟道宽度和长度，up为驱动晶体管T1的载流子迁移率。
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