CN103077680A

CN103077680A - 一种oled像素驱动电路

Info

Publication number: CN103077680A
Application number: CN2013100091754A
Authority: CN
Inventors: 秦永亮; 陈志宏; 黄初旺
Original assignee: EverDisplay Optronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: EverDisplay Optronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: US20140192038A1; TW201331916A; CN103077680B

Abstract

本发明公开了一种OLED像素驱动电路，其包括电路部分和驱动时序部分；所述电路部分包括第一开关晶体管，第二开关晶体管，第三开关晶体管，第四开关晶体管，驱动晶体管，第一电容，第二电容和有机发光二极管；所述驱动时序部分包括第一扫描线，第二扫描线，发光控制线和数据线；所述驱动电路的时序可分为补偿阶段、数据输入阶段和显示阶段。本发明OLED像素驱动电路不仅可以补偿驱动晶体管阈值电压（Vth）不均匀而且可以消除电源IR压降对AM-OLED显示均匀性影响，从而最大限度改善了AM-OLED的显示效果，提高了AM-OLED的显示效果和显示寿命，同时简化了像素电路驱动时序，改善了像素内部平面layout和抗干扰性能。

Description

一种OLED像素驱动电路

技术领域

本发明涉及一种像素驱动电路，尤其涉及一种应用于LTPS的OLED像素驱动电路及其类似电路。

背景技术

低温多晶硅技术LTPS（Low Temperature Poly-silicon）最初是日本北美的技术企业为了降低Note-PC显示屏的能耗，令Note-PC显得更薄更轻而研发的技术，大约在九十年代中期这项技术开始走向试用阶段。由LTPS衍生的新一代有机发光液晶面板OLED也于1998年正式走上实用阶段，它的最大优势在于超薄、重量轻、低耗电，同时其自身发光的特点，因而可以提供更艳丽的色彩和更清晰的影像，而更为重要的是，生产成本只有普通液晶面板的1/3。AM-OLED（Active Matrix/Organic Light Emitting Diode）是有源矩阵有机发光二极体面板，相比传统的液晶面板，AM-OLED具有反应速度较快、对比度更高、视角较广等特点。

传统AM-OLED采用2T1C驱动方式，其中一个开关晶体管，一个驱动晶体管和一个存储电容，到扫描线有效时，开关晶体管打开，将数据信号存储到存储电容；存储电容存储的电压信号控制驱动晶体管的导通，将输入的数据电压信号转换成OLED发光需要的电流信号来显示不同的灰阶。因目前LTPS制程采用的镭射退火技术，制作的晶体管的阈值电压（Vth）在空间上存在不均匀的特性，致使各个驱动晶体管阈值电压（Vth）存在较大的差异。在低灰阶画面下，使用2T1C结构的LTPS AM-OLED在同一方向上小范围的不均匀性会达到30%～40%，即使相邻晶体管之间的差异可以达到20%。同时，在LTPS晶体管的像素电源线较长时，像素电路的电源会产生较大的IR压降，造成AM-OLED显示上严重的灰度不均。在低灰阶画面下，同样2T1C结构的电路1.0V的IR压降，亮度不均就会达到70%以上。因此，实际应用的AM-OLED像素电路多采用增加电路来补偿阈值电压（Vth）和IR压降的方式，消除因为晶体管的阈值电压（Vth）和IR压降造成的AM-OLED显示短程和长程不均的问题。

图1是LTPS AM-OLED常用的2T1C像素电路，T1是开关晶体管，T2是驱动晶体管，C1是存储电容。电路通过存储电容C1控制流过驱动晶体管T2的电流，来实现OLED的灰阶显示。但此电路不能补偿晶体管阈值电压（Vth）不均匀和电源IR压降（IR drop）对AM-OLED显示不均的影响。

针对LTPS晶体管阈值电压（Vth）不均匀的问题，先前技术中提出了一种4T2C的补偿电路，有效地补偿了LTPS晶体管阈值电压（Vth）对AM-OLED造成显示不均匀问题，附图2是该先前技术像素电路结构，附图3是该先前技术的驱动该电路的时序。从附图3看出，需要拉出3条控制线和1条数据线，该像素电路在显示时需要消耗额外的时间来做Vth补偿的动作，相邻像素行的控制线也无法实现共享,每一行独立引出的引线较多，从而影响到面板内的layout。该电路不能补偿IR压降，并且使用了比较复杂的时序。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种OLED像素驱动电路，对阈值电压（Vth）和IR压降都进行了补偿，可以有效改善因为Vth漂移和电源IR压降对AM-OLED显示不均的影响，同时采用简单的驱动时序，增加每帧内的AM-OLED发光时间，有利于改善AM-OLED的亮度和提高OLED的寿命。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种OLED像素驱动电路，其中，包括电路部分和驱动时序部分；

所述电路部分包括第一开关晶体管，第二开关晶体管，第三开关晶体管，第四开关晶体管，驱动晶体管，第一电容，第二电容和有机发光二极管；

所述第一开关晶体管的栅极接当前的第二扫描线，所述第一开关晶体管的第一电极接数据线，所述第一开关晶体管的第二电极与所述第二电容连接，所述第二电容的另一端连接所述驱动晶体管的栅极，所述驱动晶体管的第一电极接第一电源，所述驱动晶体管的第二电极接所述第四开关晶体管的第一电极，所述第四开关晶体管的第二电极接所述有机发光二极管的阳极，栅极接发光控制线，所述有机发光二极管的阴极接地；

在所述驱动晶体管的第一电极与栅极之间接第一电容，所述第三开关晶体管的第二电极接所述驱动晶体管的栅极，所述第三开关晶体管的第一电极接所述驱动晶体管的第二电极，所述第三开关晶体管的栅极接第一扫描线，所述第二开关晶体管的第一电极接参考电源，栅极接第一扫描线，所述第二开关晶体管的第二电极接所述第一开关晶体管的第二电极；

所述驱动时序部分包括第二扫描线，第一扫描线，发光控制线和数据线；所述驱动的时序包括补偿阶段、数据输入阶段和显示阶段；

在所述补偿阶段，所述第一扫描线上为低电平，所述发光控制线上为高电平，所述第二扫描线上为高点平，所述数据线为低电平；

在所述数据输入阶段，所述第一扫描线上为高电平，所述发光控制线上为高电平，所述第二扫描线上为低电平，所述数据线为高电平；

在所述显示阶段，所述第一扫描线上为高电平，所述发光控制线上为低电平，所述第二扫描线上为高电平，所述数据线为低电平。

上述OLED像素驱动电路，其中，要求一对依次施加到所述第一扫描线和所述第二扫描线的扫描信号，在时序上彼此的有效信号区域不能有交叠。

上述OLED像素驱动电路，其中，令所述第二开关晶体管的第二电极、所述第一开关晶体管的第二电极与所述第二电容的连接处为A点；

在所述数据输入阶段，A点电压变为所述数据线上电平，所述数据线上电平通过所述第二电容耦合到N点。

上述OLED像素驱动电路，其中，在所述显示阶段，N点的电压由所述第一电容保持，并保持所述数据输入阶段的电压不变。

上述OLED像素驱动电路，其中，所述第三开关晶体管为双栅MOSFET。

上述OLED像素驱动电路，其中，施加到所述第一扫描线和所述第二扫描线的扫描信号维持时间不少于一个水平扫描周期。

上述OLED像素驱动电路，其中，所述参考电源所产生的参考电平为具有固定准位的电压信号，不会随时间和显示的内容改变。

上述OLED像素驱动电路，其中，所述第一电源的电压准位高于所述第二电源的电压准位。

上述OLED像素驱动电路，其中，所有像素电路的参考电源（Vref）所产生的参考电平具有相同的电压准位。

相比于现有的像素电路，本发明的有益效果在于：

（1）对Vth和IR Drop都进行了补偿，使Vth和电源线IR Drop对IOLED的影响可以减少到1.6%和3%左右；

（2）有效地改善了因为阈值电压（Vth）漂移和电源IR压降对AM-OLED显示不均的影响；

（3）消除电源IR drop对AM-OLED显示均匀性影响，从而最大限度的改善了AM-OLED的显示效果，提高了AM-OLED的显示效果和显示寿命。同时本发明简化了像素电路的驱动时序，改善了平面layout和抗干扰性能，增加了每帧内的AM-OLED发光时间，有利于改善AM-OLED的亮度和提高OLED的寿命。

附图说明

图1示出了传统LTPS AM-OLED常用的2T1C像素电路结构；

图2示出了先前技术中的一种4T2C的补偿像素电路结构示意图；

图3示出了图2中4T2C补偿像素电路的驱动时序图；

图4示出了本发明OLED像素驱动电路的结构示意图；

图5示出了图4中OLED像素驱动电路的驱动时序图。

具体实施方式

下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。

如图3所示，本发明OLED像素驱动电路，其包括电路部分和驱动电平部分。

在本具体实施例中，电路部分包括第一开关晶体管T1，第二开关晶体管T2，第三开关晶体管T3，第四开关晶体管T4，驱动晶体管T5，第一电容C1，第二电容C2和有机发光二极管OLED。

第一开关晶体管T1的栅极接当前的扫描线Gn，第一电极接数据线Dn，第二电极与第二电容C2连接，第二电容C2的另一端连接驱动晶体管T5的栅极，驱动晶体管T5的第一电极接第一电源ELVDD，第二电极接第四开关晶体管T4的第一电极，第四开关晶体管T4的第二电极接有机发光二极管OLED的阳极，栅极接发光控制线EMn，有机发光二极管OLED的阴极接第二电源ELVSS。

在驱动晶体管T3的第一电极与栅极之间接第一电容C1，第三开关晶体管T3的第二电极接驱动晶体管T5的栅极，第三开关晶体管T3的第一电极接驱动晶体管T5的第二电极，第三开关晶体管T3的栅极接第一扫描线Gn-1，第二开关晶体管T2的第一电极接参考电源Vref，栅极接第一扫描线Gn-1，第二电极接第一开关晶体管T1的第二电极。

驱动时序部分包括第二扫描线Gn，第一扫描线Gn-1，发光控制线EMn和数据线Dn，驱动的时序包括补偿阶段、数据输入阶段和显示阶段。

令第一电容C1、第二电容C2与驱动晶体管T5的栅极的连接处为N点。

令第二开关晶体管T2的第二电极、第一开关晶体管T1的第二电极与第二电容C2的连接处为A点。

再令驱动晶体管T5的第二电极、第三开关晶体管T3的第一电极和第四开关晶体管T4的第一电极的连接处为B点。

在补偿阶段，EMn变为高电平，第四开关晶体管T4关闭，当前OLED关闭显示；第一电源ELVDD通过驱动晶体管T5使得N点的电压值达到第一电源ELVDD减去阈值电压Vth后的电压值，并将该电压存储到第一电容C1上。第一扫描线Gn-1为低电平，第二开关晶体管T2和第三开关晶体管T3打开，致使A点变化为Vref。第一扫描线Gn-1上为低电平，发光控制线EMn上为高电平，扫描线Gn上为高点平，参考电源Vref使用合适的电压，利用C2的耦合有利于驱动晶体管T5在补偿阶段的导通。

在数据输入阶段，A点电压变为数据线Dn上电平，数据线Dn上电平通过第二电容C2耦合到N点。Gn-1变为高电平，关闭第二开关晶体管T2和第三开关晶体管T3；Gn变为低电平，打开T1，数据线Dn通过第一开关晶体管T1加到A点。第一扫描线Gn-1上为高电平，发光控制线EMn上为高电平，第二扫描线Gn上为低电平，数据线Dn为高电平。A点电平由Vref变为VDn，电压变化量ΔVA=Vref-VDn。数据通过C2耦合到N点，Dn对N点的影响为：

ΔVN = (Vref - VDn) \frac{C 2}{C 1 + C 2}

。

所以此时N点电压为：

VN = ELVDD - Vth + (Vref - VDn) \frac{C 2}{C 1 + C 2}

。

在显示阶段，N点的电压由第一电容C1保持，并保持数据输入阶段的电压不变。第一扫描线Gn-1上为高电平，发光控制线EMn上为低电平，第二扫描线Gn上为高电平。Gn变为高电平，关闭了数据输入通道；第四开关晶体管T4打开，N点的电压由第一电容C1保持，并保持数据输入阶段的电平不变，因此驱动晶体管T5的栅极和第二电极间的电压Vgs为：

Vgs = - (Vref - VDn) \frac{C 2}{C 1 + C 2} + Vth

流过T5的电流由公式

决定，所以IOLED为：

I_{OLED} = \frac{1}{2} Cox \frac{μW}{L} {(Vref - VDn) \frac{C 2}{C 1 + C 2}]}^{2}

其中Cox是驱动晶体管T5单位面积的沟道电容；μ是沟道迁移率；W是沟道宽度；L是沟道长度。

在显示阶段，由于第一开关晶体管T1上的寄生电容CDS相对于C2小很多，通过C1和C2的串联作用可以有效消除大部分从第一开关晶体管T1的CDS过来的干扰。

Vref电平的引入可以基于如下两点可以最大限度的消除线路阻抗带来的影响：

1、Vref在面板的输入端是Dn的参考电源平面，像素电路内Vref还是作为Dn的参考电源平面。

2、Vref只是参考电源平面，不需要产生OLED发光电流，因此通过Vref线的电流基本为零，Vref线的IR压降会很小，几乎无影响。

在另一个具体实施例中，第三开关晶体管T3还可以为双栅MOSFET。双栅极结构MOS场效应晶体管是MOSFET减小寄生参量、以提高截止频率的一种结构，此处使用双栅结构可以有效减小漏电流，降低N点在显示阶段的电压变化量。

综上所述，本发明OLED像素驱动电路不仅可以补偿阈值电压（Vth）不均匀而且可以消除电源IR压降对AM-OLED显示均匀性影响，从而最大限度的改善了AM-OLED的显示效果，提高了AM-OLED的显示效果和显示寿命，同时简化了像素电路驱动时序，改善了平面layout和抗干扰性能。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所做出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种OLED像素驱动电路，其特征在于：包括电路部分和驱动时序部分；

所述电路部分包括第一开关晶体管（T1），第二开关晶体管（T2），第三开关晶体管（T3），第四开关晶体管（T4），驱动晶体管（T5），第一电容（C1），第二电容（C2）和有机发光二极管（OLED）；

所述第一开关晶体管（T1）的栅极接当前的第二扫描线（Gn），所述第一开关晶体管（T1）的第一电极接数据线（Dn），所述第一开关晶体管（T1）的第二电极与所述第二电容（C2）连接，所述第二电容（C2）的另一端连接所述驱动晶体管（T5）的栅极，所述驱动晶体管（T5）的第一电极接第一电源（ELVDD），所述驱动晶体管（T5）的第二电极接所述第四开关晶体管（T4）的第一电极，所述第四开关晶体管（T4）的第二电极接所述有机发光二极管（OLED）的阳极，栅极接发光控制线（EMn），所述有机发光二极管（OLED）的阴极接第二电源（ELVSS）；

在所述驱动晶体管（T5）的第一电极与栅极之间接第一电容（C1），所述第三开关晶体管（T3）的第二电极接所述驱动晶体管（T5）的栅极，所述第三开关晶体管（T3）的第一电极接所述驱动晶体管（T5）的第二电极，所述第三开关晶体管（T3）的栅极接第一扫描线（Gn-1），所述第二开关晶体管（T2）的第一电极接参考电源（Vref），栅极接第一扫描线（Gn-1），所述第二开关晶体管（T2）的第二电极接所述第一开关晶体管（T1）的第二电极；

所述驱动时序部分包括第二扫描线（Gn），第一扫描线（Gn-1），发光控制线（EMn）和数据线（Dn）；所述驱动的时序包括补偿阶段、数据输入阶段和显示阶段；

在所述补偿阶段，所述第一扫描线（Gn-1）上为低电平，所述发光控制线（EMn）上为高电平，所述第二扫描线（Gn）上为高点平，所述数据线（Dn）为低电平；

在所述数据输入阶段，所述第一扫描线（Gn-1）上为高电平，所述发光控制线（EMn）上为高电平，所述第二扫描线（Gn）上为低电平，所述数据线（Dn）为高电平；

在所述显示阶段，所述第一扫描线（Gn-1）上为高电平，所述发光控制线（EMn）上为低电平，所述第二扫描线（Gn）上为高电平，所述数据线（Dn）为低电平。

2.根据权利要求1所述OLED像素驱动电路，其特征在于，要求一对依次施加到所述第一扫描线（Gn-1）和所述第二扫描线（Gn）的扫描信号，在时序上彼此的有效信号区域不能有交叠。

3.如权利要求2所述OLED像素驱动电路，其特征在于：

令所述第二开关晶体管（T2）的第二电极、所述第一开关晶体管（T1）的第二电极与所述第二电容（C2）的连接处为A点；

在所述数据输入阶段，A点电压变为所述数据线（Dn）上电平，所述数据线（Dn）上电平通过所述第二电容（C2）耦合到N点。

4.如权利要求3所述OLED像素驱动电路，其特征在于：在所述显示阶段，N点的电压由所述第一电容（C1）保持，并保持所述数据输入阶段的电压不变。

5.如权利要求1至4中任意一项所述OLED像素驱动电路，其特征在于，所述第三开关晶体管（T3）为双栅MOSFET。

6.根据权利要求1所述OLED像素驱动电路，其特征在于，要求一对依次施加到所述第一扫描线（Gn-1）和所述第二扫描线（Gn）的扫描信号，在时序上彼此的有效信号区域不能有交叠。

7.根据权利要求2所述OLED像素驱动电路，其特征在于，施加到所述第一扫描线（Gn-1）和所述第二扫描线（Gn）的扫描信号维持时间不少于一个水平扫描周期。

8.根据权利要求1所述OLED像素驱动电路，其特征在于，所述参考电源（Vref）所产生的参考电平为具有固定准位的电压信号，不会随时间和显示的内容改变。

9.根据权利要求1所述OLED像素驱动电路，其特征在于，所述第一电源（ELVDD）的电压准位高于所述第二电源（ELVSS）的电压准位。

10.根据权利要求1所述OLED像素驱动电路，其特征在于，所有像素电路的参考电源（Vref）所产生的参考电平具有相同的电压准位。