CN103219047A - Tft阈值电压补偿电路及方法、移位寄存器和显示装置 - Google Patents

Tft阈值电压补偿电路及方法、移位寄存器和显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TFT阈值电压补偿电路及方法、移位寄存器和显示装置，主要内容为：所述补偿电路包括输入端、与薄膜晶体管的源极相连的输出端、依次串联的第一至第K电阻及第K可连接链接和至少一个第一可连接链接，第一至第K电阻，在可连接链接的导通或断开的作用下，共同对输入所述输入端的电源电压进行分压，控制所述薄膜晶体管的栅极和源极之间的电压差等于其当前阈值电压。在本发明实施例的方案中，由于使用具有可连接链接的分压电路对输入薄膜晶体管的源极的电压进行分压，使得在薄膜晶体管的栅极电压不变时，可以通过改变源极的电压来改变薄膜晶体管的栅源电压，从而控制其在关断状态下的泄漏电流，使得该薄膜晶体管能够正常关断。

Description

TFT阈值电压补偿电路及方法、移位寄存器和显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）阈值电压补偿电路及方法、移位寄存器和显示装置。
背景技术
栅极阵列集成电路（Gate-driver on Array，GOA）技术能够利用TFT来实现移位寄存器的电路功能，将移位寄存器集成到像素阵列基板之上。GOA可以与像素基板在同一制程工艺下完成，从而简化了整个显示装置的生产流程。
尽管GOA技术存在上述优点，但其目前存在的问题在于，集成在阵列基板上的移位寄存器对TFT特性的依赖性很高，尤其是TFT的当前阈值电压对移位寄存器的稳定性影响尤其巨大。这是因为构成移位寄存器的TFT的当前阈值电压的不均匀性或当前阈值电压的偏移均会造成移位寄存器误动作或者失效。
然而，目前针对于低温多晶硅薄膜晶体管（Low Temperature Poly-siliconThin Film Transistor，LTPS-TFT）的工艺制程尚处于不成熟阶段，制作出的LTPS-TFT的当前阈值电压无法得到有效的保证，各LTPS-TFT的当前阈值电压存在不一致性，与此同时，LTPS需要对非晶硅薄膜进行晶化，该过程造成LTPS-TFT在玻璃基板内部，当前阈值电压也会有差异，表现在源漏电流与栅源电压（Ids-Vgs）特性曲线上，即为其（Ids-Vgs）也随着当前阈值电压产生偏移；针对非晶硅TFT，在长期工作后，其当前阈值电压会随着正应力的影响产生漂移，表现在源漏电流与栅源电压（Ids-Vgs）特性曲线上，即为其（Ids-Vgs）也随着当前阈值电压的偏移而产生偏移。
下面通过图1和图2中所示的利用LTPS技术制备的处于正常状态下的和非正常状态下的N型TFT的Ids-Vgs转移特性曲线为例对移位寄存器失效的原因进行说明。其中标号为a的曲线是在源漏电压为10.1V时得到，反映了薄膜晶体管处于饱和状态下的转移特性。标号为b的曲线为源漏电压在0.1V时得到，反映了薄膜晶体管处在非饱和状态下的转移特性。从图1中可以看到，在非饱和状态下，当栅源电压为0V时，其关态电流（也即源漏电流）小于10-11A，图2中0V栅源电压下的关态电流将大于10-9A。在图2中的TFT的工作于亚阈工作区，其源漏电流与栅源电压为指数关系，当栅极的电压出现一定的扰动后，其关态电流将会有非常大的变化。具有图2中的特性曲线的TFT组成移位寄存器存在以下两种问题：首先大的关态电流造成移位寄存器的功耗增大，其次过大的关态电流将可能造成移位寄存器中的存储电容上的电荷无法得到保持，相关的薄膜晶体管将无法正常关闭，进而造成移位寄存器无法正常工作。
综上所述，薄膜晶体管的当前阈值电压偏移现象将严重影响薄膜晶体管的正常关闭，进而影响到包含该薄膜晶体管的电路结构的正常工作；在移位寄存器中，若控制信号输出的薄膜晶体管发生当前阈值电压不一致或偏移，将直接影响整个移位寄存器的正常输出。
发明内容
本发明实施例提供了一种TFT阈值电压偏移补偿电路及方法、移位寄存器和显示装置，用以解决现有的移位寄存器中由于输出端的薄膜晶体管当前阈值电压不一致或偏移而导致无法工作的问题。
本发明实施例提供的具体技术方案如下：
一种薄膜晶体管阈值电压补偿电路，包括：输入端、与所述薄膜晶体管的源极相连的输出端、依次串联的第一至第K电阻、第K可连接链接和至少一个第一可连接链接，所述K为大于1的正整数；其中，
所述第K可连接链接，其与第K电阻对应，设置在所述输入端与所述输出端之间，用于在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压一致时，导通输入端和输出端的连接，在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开输入端和输出端的连接；
所述第一可连接链接，设置在位于第k电阻和第k+1电阻之间的串联节点和所述输出端之间，用于在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开或导通输出端与所述第k电阻的连接，其中，k为大于等于1小于等于K-1的正整数；
第一电阻，其一端和第二电阻的另一端连接，其另一端接地；
第K电阻，其一端连接输入端，其另一端与第K-1电阻的一端连接；
第一至第K电阻，用于在所述第K可连接链接和至少一个第一可连接链接的作用下，共同对输入所述输入端的电源电压进行分压，控制所述薄膜晶体管的栅极和源极之间的电压差等于所述当前阈值电压。
一种移位寄存器，所述移位寄存器包括：输出端薄膜晶体管，用于控制所述移位寄存器的输出端输出信号；
其中，所述输出端薄膜晶体管的源极与上述薄膜晶体管阈值电压补偿电路相连接，在所述补偿电路的作用下，所述输出端薄膜晶体管的栅极和源极电压差等于其当前阈值电压。
一种显示装置，所述显示装置包括上述移位寄存器。
一种对上述补偿电路进行阈值电压补偿的方法，所述方法包括：
在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压一致时，导通输入端和输出端的连接，在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开输入端和输出端的连接；
以及在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开或导通输出端与所述第k电阻的连接，其中，k为大于等于1小于等于K-1的正整数。
在本发明的实施例中，由于使用具有可连接链接的分压电路对输入薄膜晶体管的源极的电压进行了分压，使得在薄膜晶体管的栅极电压不变时，可以通过改变源极的电压来改变薄膜晶体管的栅源电压，进而使该栅源电压等于该薄膜晶体管的当前阈值电压，在此基础上，该薄膜晶体管接收其所在电路提供的正常电压作用即可关闭，也就是说，该薄膜晶体管在发生阈值电压偏移之后，也能够正常关闭，将上述补偿电路应用在移位寄存器中时，补偿了由于当前阈值电压不一致或发生偏移而导致的移位寄存器失效的问题。
附图说明
图1为背景技术中TFT在正常状态下的Ids-Vgs转移特性曲线；
图2为背景技术中TFT在非正常状态下的Ids-Vgs转移特性曲线；
图3为本发明实施例一中的TFT阈值电压补偿电路示意图；
图4为本发明实施例一中的TFT阈值电压补偿电路示意图；
图5为本发明实施例二中的N型TFT构成的移位寄存器的电路图；
图6为本发明实施例二中的P型TFT构成的移位寄存器的电路图。
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TFT阈值电压补偿电路及方法、移位寄存器和显示装置的具体实施方式进行说明。
实施例一
如图3所示，为本发明实施例一中的一种TFT阈值电压补偿电路，包括：输入端、与所述薄膜晶体管的源极相连的输出端、依次串联的第一电阻R1至第K电阻RK、第K可连接链接和至少一个第一可连接链接，所述K为大于1的正整数，图3中以空心圈内加实心圈标示第K可连接链接和第一可连接链接；其中，
所述第K可连接链接，其与第K电阻对应，设置在所述输入端与所述输出端之间，用于在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压一致时，导通输入端和输出端的连接，在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开输入端和输出端的连接；
所述第一可连接链接，设置在位于第k电阻和第k+1电阻之间的串联节点和所述输出端之间，用于在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开或导通输出端与所述第k电阻的连接，其中，k为大于等于1小于等于K-1的正整数；
第一电阻R1，其一端和第二电阻R2的另一端连接，其另一端接地；
第K电阻RK，其一端连接输入端，其另一端与第K-1电阻R（K-1）的另一端连接；
第一电阻R1至第K电阻RK，用于在所述第K可连接链接和至少一个第一可连接链接的作用下，共同对输入所述输入端的电源电压进行分压，控制所述薄膜晶体管的栅极和源极之间的电压差等于所述当前阈值电压。
上述第一电阻R1至第K电阻RK也即为对输入薄膜晶体管的源极电压进行调整，以使所述薄膜晶体管的栅极和源极之间的电压差等于所述当前阈值电压，较优的，为了准确地对输入薄膜晶体管的源极电压进行调整，所述第一可连接链接的个数为K-1，分别为可连接链接1至可连接链接K-1，并且分别与第1至第K-1电阻一一对应，其中，可连接链接k，设置在位于第k电阻和第k+1电阻之间的串联节点和所述输出端之间（（图3中以空心圈内加实心圈标示可连接链接，从右向左看，每个电阻后面的可连接链接即为与该电阻对应的可连接链接）。
需要说明的是，可连接链接k的断开或导通是根据当前阈值电压与设定的标准阈值电压的差值的大小、输入输入端的电源电压的电压值、各电阻的电阻值确定的，所述k为大于0小于等于K的整整数；
较优的，为了方便改变实际输入薄膜晶体管的源极的电压，依次串联的第一至第K电阻的阻值相同。
例如：假设K=7，输入端输入的电源电压为-7V（这里将接地点的电压为0V，并将该接地点的电压作为参考电压），需要改变与薄膜晶体管的源极的输出端输出的电压值为-5V，由于在串联的各电阻的阻值相同时，各电阻上的压降是相同的，因此，则可断开第7可连接链接和可连接链接6，导通可连接链接1至可连接链接5（也可仅导通可连接链接5），此时输出端输出的电源电压的值即为-5V。
实际中，可将上述薄膜晶体管的栅极和源极均施加一个能够保证其开启的恒定电压信号，通过检测其漏极在不同时刻（其中一个时刻为当前时刻，另一个时刻为设定时刻，在该设定时刻测得的薄膜晶体管的阈值电压为其设定的标准阈值电压）输出的电压信号的电压值，进而得到电压变化量，也即是是当前阈值电压的变化量。
实际应用中，若TFT是制作在阵列基板上，则在制作此用于对TFT进行阈值电压补偿的电路后，可在TFT的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不同时，利用激光切割方式，切断确定的可连接链接即可。
此外，实际应用中，实现上述可连接链接功能的器件可以是TFT，此时，图3中所示的TFT阈值电压补偿电路即变为图4所示的TFT阈值电压补偿电路，在图4中，可通过控制输入薄膜晶体管S1至薄膜晶体管Sk的栅极电压来控制薄膜晶体管S1至薄膜晶体管Sk的导通和断开，实现电阻的分压，进而实现输出端可输出不同的电压，可使其源极与输出端相连的薄膜晶体管的栅源电压等于其当前阈值电压，在此基础上，该薄膜晶体管接收其所在电路提供的正常电压作用即可正常关闭。
较优的，所述源极与输出端相连的薄膜晶体为N型薄膜晶体管，输入所述输入端的电源电压小于0，由于N型薄膜晶体管的阈值电压向负方向偏移，因此，在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，可断开可连接链接1至可连接链接K-2-m，导通可连接链接K-1-m，所述m由公式
Figure BDA00003011434400071
确定，其中ΔV为当前阈值电压与设定阈值电压的差值，V为输入所述输入端的电压，Ri为第i电阻的电阻值，i为大于等于1小于等于K的正整数，m为大于1小于等于K的正整数。
较优的，所述源极与输出端相连的薄膜晶体为P型薄膜晶体管，输入所述输入端的电源电压大于0，由于P型薄膜晶体管的当前阈值电压向正方向偏移，因此，在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开可连接链接m+1至可连接链接K-1，导通可连接链接m，所述m由公式
Figure BDA00003011434400072
确定，其中ΔV为当前阈值电压与设定阈值电压的差值，V为输入所述输入端的电压。
针对P型薄膜晶体管，断开可连接链接m+1至可连接链接K-1，导通可连接链接m后，进入输入端的电源电压信号流经第一电阻至第Rm电阻，使得为所述薄膜晶体管的源极提供的电压为V-ΔV，因此，在为薄膜晶体管提供的栅极电压不变的情况的，其栅极电压和源极电压的电压差的变化量为ΔV，相当于补偿了当前阈值电压的变化量（也即当前阈值电压与设定阈值电压的差值）。
在本发明实施例一的方案中，由于使用具有可连接链接的分压电路对输入薄膜晶体管的源极电压进行了分压，使得在薄膜晶体管的栅极电压不变时，可以通过改变源极的电压来改变薄膜晶体管的栅源电压，进而使该栅源电压等于该薄膜晶体管的当前阈值电压，在此基础上，该薄膜晶体管接收其所在电路提供的正常电压作用即可关闭，将上述补偿电路应用在移位寄存器中时，补偿了由于当前阈值电压不一致或偏移而导致的移位寄存器失效的问题。
需要说明的是，本发明实施例的薄膜晶体管可以是氧化物薄膜晶体管、非晶硅薄膜晶体管、低温多晶硅薄膜晶体管，在此不做限定。
下面通过本发明实施例二的方案，来对本发明实施例一中TFT阈值电压补偿电路应用在移位寄存器中进行说明。
实施例二
本发明实施例二提供一种移位寄存器，所述移位寄存器包括：输出端薄膜晶体管，用于控制所述移位寄存器的输出端输出信号；
其中，所述输出端薄膜晶体管的源极与实施例一中所述的薄膜晶体管阈值电压补偿电路相连接，在所述补偿电路的作用下，所述输出端薄膜晶体管的栅极和源极的电压差等于其当前阈值电压。
图5所示的由N型TFT构成的移位寄存器为本发明实施例二的一种移位寄存器，该移位寄存器的输出端薄膜晶体管为M4，其源极连接了实施例一中所述的薄膜晶体管阈值电压补偿电路，故，若M4为非晶硅N型TFT，则其在使用过程中若发生阈值电压漂移，即其当前的阈值电压与设定的标准阈值电压不一致，则可通过对M4连接的所述补偿电路中的可连接链接的导通或断开，实现其栅源电压值等于其当前阈值电压，此时，M4不是工作在背景技术所说的亚阈工作区，而是工作在工作区，源漏电流不随栅源电压的变化呈现指数变化，确保了M4的正常关闭，保证了移位寄存器的正常工作。
以上述M4为例，假设在正常工作条件下，VSS信号幅值为-7V，CLKB信号幅值为14V～-7V。当M4管工作在关断条件下时，VSS与CLKB电位均为-7V。此时VGS-M4=0V。当TFT工作在如图2所示状态时，漏源电流值Ids=10-7A，当前阈值电压为-5V，与设定的标注阈值电压0V不一致，关态电流过大，电路将无法正常工作。此时，通过连接在M4的薄膜晶体管阈值电压补偿电路来调节输入M4的源极的电压信号，使其由-7V，上升到-2V，此时输入源极的电压信号的变化量为-5V。此时M4管的栅源电压变为VGS=-7V-(-2V)=-5V也即等于其当前阈值电压-5V。如图2所示，此时在VGS为-5V时，其漏源电流值低于10-9A，确保了移位寄存器的正常工作。
图6所示的由P型TFT构成的移位寄存器即为本发明实施例二的一种移位寄存器，该移位寄存器的输出端薄膜晶体管为M4，对图6中的M4的阈值电压补偿方式与图5中的类似，不同点在于，在P型TFT构成的移位寄存器中不再是调整VSS值实现补偿，而是通过与该M4连接的补偿电路来调整VDD的值实现补偿。
需要说明的是，在中小尺寸的显示面板上，其TFT的阈值电压的漂移在同一个面板内部的差异性是可控的（整体漂移具有一致性），故应用本发明实施例二的方案，可确保移位寄存器的正常工作。
实施例三
本发明实施例三提供一种对实施例一中所述补偿电路进行阈值电压补偿的方法，所述方法包括：
在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压一致时，导通输入端和输出端的连接，在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开输入端和输出端的连接；
以及在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开或导通输出端与所述第k电阻的连接，其中，k为大于等于1小于等于K-1的正整数。
实施例四
本发明实施例四提供一种显示装置，所述显示装置包括实施例二中的移位寄存器。
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 (8)

1.一种薄膜晶体管阈值电压补偿电路，其特征在于，包括：输入端、与所述薄膜晶体管的源极相连的输出端、依次串联的第一至第K电阻、第K可连接链接和至少一个第一可连接链接，所述K为大于1的正整数；其中，
所述第K可连接链接，其与第K电阻对应，设置在所述输入端与所述输出端之间，用于在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压一致时，导通输入端和输出端的连接，在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开输入端和输出端的连接；
所述第一可连接链接，设置在位于第k电阻和第k+1电阻之间的串联节点和所述输出端之间，用于在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开或导通输出端与所述第k电阻的连接，其中，k为大于等于1小于等于K-1的正整数；
第一电阻，其一端和第二电阻的另一端连接，其另一端接地；
第K电阻，其一端连接输入端，其另一端与第K-1电阻的一端连接；
第一至第K电阻，用于在所述第K可连接链接和至少一个第一可连接链接的作用下，共同对输入所述输入端的电源电压进行分压，控制所述薄膜晶体管的栅极和源极之间的电压差等于所述当前阈值电压。
2.如权利要求1所述的补偿电路，其特征在于，第一可连接链接的个数为K-1，分别为可连接链接1至可连接链接K-1，并且与第1至第K-1电阻一一对应，其中，可连接链接k，设置在位于第k电阻和第k+1电阻之间的串联节点和所述输出端之间。
3.如权利要求2所述的补偿电路，其特征在于，依次串联的第一至第K电阻的电阻值相同。
4.如权利要求2或3所述的补偿电路，其特征在于，所述薄膜晶体管为N型薄膜晶体管，输入所述输入端的电源电压小于0，并且在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开可连接链接1至可连接链接K-2-m，导通可连接链接K-1-m，所述m由公式
Figure FDA00003011434300021
确定，其中ΔV为当前阈值电压与设定阈值电压的差值，V为输入所述输入端的电压，Ri为第i电阻的电阻值，i为大于等于1小于等于K的整整数，m为大于1小于等于K的正整数。
5.如权利要求2或3所述的补偿电路，其特征在于，所述薄膜晶体管为P型薄膜晶体管，输入所述输入端的电源电压大于0，并且在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开可连接链接m+1至可连接链接K-1，导通可连接链接m，所述m由公式
Figure FDA00003011434300022
确定，其中ΔV为当前阈值电压与设定阈值电压的差值，V为输入所述输入端的电压，Ri为第i电阻的电阻值，i为大于等于1小于等于K的整整数，m为大于1小于等于K的正整数。
6.一种移位寄存器，其特征在于，所述移位寄存器包括：输出端薄膜晶体管，用于控制所述移位寄存器的输出端输出信号；
其中，所述输出端薄膜晶体管的源极与权利要求1～5任一所述的薄膜晶体管阈值电压补偿电路相连接，在所述补偿电路的作用下，所述输出端薄膜晶体管的栅极和源极的电压差等于其当前阈值电压。
7.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括权利要求6所述的移位寄存器。
8.一种对权利要求1所述的补偿电路进行阈值电压补偿的方法，其特征在于，所述方法包括：
在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压一致时，导通输入端和输出端的连接，在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开输入端和输出端的连接；
以及在所述薄膜晶体管的当前阈值电压与设定的标准阈值电压不一致时，断开或导通输出端与所述第k电阻的连接，其中，k为大于等于1小于等于K-1的正整数。
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