CN104505020A - 一种am-oled显示器的像素补偿结构及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种AM-OLED显示器的像素补偿结构，包括：开关TFT、控制TFT、驱动TFT、存储电容以及OLED单元构成；其中，驱动TFT的漏极通过OLED单元连接至背板的负电平，驱动TFT的源极连接控制TFT的漏极，驱动TFT的源极和控制TFT的漏极连接至背板的正电平，存储电容的一端连接在驱动TFT的源极和控制TFT漏极之间，电容的另一端连接在驱动TFT的栅极和开关TFT漏极之间，开关TFT的漏极与控制TFT的源极连接，开关TFT的源极连接至数据线，开关TFT的栅极连接至扫描信号线，控制信号提供至控制TFT的栅极。通过本发明的像素结构，有效地解决了因多个像素电路中TFT的阈值电压特性存在差异，而导致各OLED像素电路发光亮度不同，影像OLED亮度均一性与亮度恒定性的问题。

Description

一种AM-OLED显示器的像素补偿结构及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种有机发光显示器像素结构，特别涉及AM-OLED显示器的像素补偿结构的驱动电路及其驱动方法。

背景技术

有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。

如图1为传统的一种2T1C的阵列OLED驱动电路，其中2T1C是指电路中包括2个薄膜晶体管(TFT)以及1个电容C；其中，一个开关薄膜晶体管T_SELCET作为地址选择之用，另外需要一个控制亮度与灰阶的驱动薄膜晶体管T_DRIVE。开关薄膜晶体管主要起开关作用，控制电容Cs的充电开关，它要求有较大的电流开关比(Ion/Ioff)，才能实现“打开”和“关断”的功能；驱动薄膜晶体管T_DRIVE用于驱动OLED发光，它需要有较大的电流才能使OLED达到所需的亮度，因此需要有较大的载流子迁移率，一般要求载流子迁移率大于1cm²V^-1s^-1。电容Cs主要用来存储数据信号V_DATA灰阶电压，进而控制驱动薄膜晶体管T_DRIVE对OLED的驱动电流，Vg为扫描信号，V_DATA为数据信号，V_DD为共通电极信号，V_CA为阴极。

其中，开关薄膜晶体管T_SELCET将数据信号V_DATA上的电压传输到驱动薄膜晶体管T_DRIVE的栅极，该驱动管将这个数据电压转化为相应的电流提供给OLED。为保证通过OLED的电流稳定，驱动薄膜晶体管T_DRIVE一般工作在饱和区，在一行的扫描时间内提供恒定电流，其驱动电流可表示为：

$I_{\mathrm{OLED}}=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_p\·C_{\mathrm{OX}}\·\frac{W}{L}\·{(V_{\mathrm{data}}-V_{\mathrm{dd}}-V_{\mathrm{th}})}^2$

式中I_OLED是通过OLED的电流，直接控制着OLED的发光亮度，μ_p是TFT管IGZO半导体的迁移率，C_ox是栅极氧化层的单位面积电容，W是沟道宽度，L为沟道长度，V_data是数据信号电压，V_dd是共通电极的电压，为所用像素单元共享V_th是TFT管的阈值电压。

由上式可知，通过OLED的电流都不仅受数据信号电压V_data的控制，同时也受TFT阈值电压V_th的影响。由于多个像素电路中TFT T1的阈值电压(V_th)特性存在差异，且随着时间的推移，TFT的V_th也会发生漂移，各OLED像素电路的TFT不可能具备完全一致的性能参数；由此造成流过各OLED像素电路中OLED的电流不一致，导致各OLED像素电路发光亮度不同，进而导致OLED亮度均一性与亮度恒定性受影响，影响有机发光二极管显示器的显示效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种AM-OLED显示器的像素补偿结构，包括：开关TFT、控制TFT、驱动TFT、存储电容以及OLED单元构成；其中，驱动TFT的漏极通过OLED单元连接至背板的负电平，驱动TFT的源极连接控制TFT的漏极，驱动TFT的源极和控制TFT的漏极连接至背板的正电平，存储电容的一端连接在驱动TFT的源极和控制TFT漏极之间，电容的另一端连接在驱动TFT的栅极和开关TFT漏极之间，开关TFT的漏极与控制TFT的源极连接，开关TFT的源极连接至数据线，开关TFT的栅极连接至扫描信号线，控制信号提供至控制TFT的栅极。

进一步，在初始画面和发光阶段，控制信号为低电平，扫描信号、背板的正电平为高电平；控制TFT关闭，开关TFT导通；数据电压通过开关TFT传输到驱动TFT T1的栅极；

进一步，在驱动TFT放电阶段，扫描信号和背板电平悬置；控制信号为高电平；开关TFT关闭，控制TFT导通；

进一步，在驱动TFT的阀值读取及数据信号的补偿阶段，扫描信号为高电平，控制信号为低电平；控制TFT关闭，开关TFT导通；

进一步，所述的控制信号可由下一行的扫描信号所替代；

进一步，所述的开关TFT、控制TFT以及驱动TFT为低温多晶体硅、非晶硅、氧化物薄膜晶体管。

本发明还提供了用于AM-OLED显示器的像素补偿结构的驱动方法，其中，同一行的像素单元公用扫描电压信号线和控制信号线，同一列的像素单元共用数据信号线；所述的驱动方法在每一帧刷新过程执行如下阶段：

在初始画面阶段，控制信号为低电平，扫描信号、背板的正电平为高电平；控制TFT关闭，开关TFT、驱动TFT导通；

在驱动TFT放电阶段，扫描信号和背板电平悬置；控制信号为高电平；开关TFT关闭，控制TFT导通；

在驱动TFT的阀值读取及数据信号的补偿阶段，扫描信号为高电平，控制信号为低电平；控制TFT关闭，开关TFT导通；

在发光阶段，控制信号为低电平，扫描信号、背板的正电平为高电平；控制TFT关闭，开关TFT、驱动TFT导通。

有益效果：通过本发明的改进的像素结构，将驱动TFT的阀值补偿到数据信号，有效地解决了因多个像素电路中TFT的阈值电压(Vth)特性存在差异，并随着时间的推移，TFT的Vth也会发生漂移，而导致各OLED像素电路发光亮度不同，影像OLED亮度均一性与亮度恒定性的问题。

附图说明

图1为现有的2T1C的阵列OLED驱动电路结构图；

图2为本发明的像素结构示意图；

图3为本图2的电路驱动时序图；

图4(a)为本发明第一阶段的等效驱动电路示意图；

图4(b)为本发明第二阶段的等效驱动电路示意图；

图4(c)为本发明第二阶段的数据电压放电示意图；

图4(d)为本发明第三阶段的等效驱动电路示意图；

图4(e)为本发明第四阶段的等效驱动电路示意图；

图5为本发明的第二实施例的像素结构示意图

图6为图5的电路驱动时序图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明提供一改进的像素结构，该像素结构使得流过OLED的驱动电流与薄膜晶体管的阈值电压无关，消除了由TFT驱动管的阈值电压的非均匀性所导致的发光不均匀的问题。

如图2所示，本发明的像素电路包括开关TFT S1、控制TFT S2、驱动TFT T1、存储电容C1以及OLED单元构成，V_g为扫描信号，V_data为数据信号，V_dd、V_ss分别为背板直流正、负电平，V_e为控制信号电压，同一行的像素单元公用扫描电压信号线和控制信号线，同一列的像素单元共用数据信号线。

在本发明的像素电路结构中，驱动TFT T1的漏极通过OLED单元连接至背板的负电平V_ss，驱动TFT T1的源极连接控制TFT S2的漏极，驱动TFT T1的源极和控制TFT S2的漏极连接至背板的正电平V_dd，存储电容C1的一端连接在驱动TFT T1的源极和控制TFT S2漏极之间，电容C1的另一端连接在驱动TFT T1的栅极和开关TFT S1漏极之间，开关TFT S1的漏极与控制TFT S2的源极连接，开关TFT S1的源极连接至数据线，开关TFT S1的栅极连接至扫描信号线，控制信号提供至控制TFT S2的栅极。所述的开关TFT S1、控制TFT S2以及驱动TFTT1为低温多晶体硅薄膜晶体管。

本发明的像素电路工作过程分4个阶段：初始画面、驱动管TFT放电、驱动TFT阈值电压读取及数据线信号补偿、以及发光。其控制时序如图3所示。详细的工作过程如下：

如图4(a)所示，为第一阶段是初始画面。在这个阶段，控制信号V_e为低电平，扫描信号V_g、背板的正电平V_dd(共通阳极)为高电平；控制TFT S2关闭，开关TFT S1打开，S1源漏极导通，数据信号V_data写入，由于T1及C1电阻较大，所以S1开态分压可以忽略，故V1＝V_data，C1电容的电压V1-V_dd＝V_data-V_dd，即驱动TFT T1的栅源极电压，因为V_data-V_dd满足TFT T1的阈值电压打开条件，所以TFTT1打开，V_dd给OLED供电，OLED开始发光。

如图4(b)所示，为第二阶段是驱动管TFT T1放电。在这个阶段，扫描信号V_g和背板电平V_dd悬置；控制信号V_e为高电平；开关TFT S1关闭，控制TFT S2导通，由于S2导通，其S2的源漏极电压开始中和至V1’。从图4(c)所示的V1’的放电示意图，可以看出TFT T1的源漏相连，已经变成一个二极管，其正向电压V1’会通过沟道层持续放电，直到V1’＝V_th。

如图4(d)所示，为第三阶段是TFT T1的V_th读取及数据信号的补偿阶段。在这个阶段，扫描信号V_g为高电平，控制信号V_e为低电平；控制TFT S2关闭，开关TFT S1打开，信号线通过S1读取V_th值，并记录在内存中，并通过计算中心将该帧的信号值分别补偿上该帧所对应TFT T1的V_th值。

如图4(e)所示,为第四阶段是发光。重复第一阶段的电压波形，因经过第三阶段的TFT T1的V_th读取及数据信号的补偿，该帧补偿后的信号电压V_data为该帧的信号电压V_data1加上该帧的V_th，即V_data＝V_data1+V_th，驱动TFT T1驱动OLED发光，OLED的驱动电流可表示为：

$\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{OLED}}=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_p\·C_{\mathrm{OX}}\·\frac{W}{L}\·{(V_{\mathrm{data}}-V_{\mathrm{dd}}-V_{\mathrm{th}})}^2\\ =\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_p\·C_{\mathrm{OX}}\·\frac{W}{L}\·{(V_{\mathrm{data}1}+V_{\mathrm{th}}-V_{\mathrm{dd}}-V_{\mathrm{th}})}^2\\ =\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_p\·C_{\mathrm{OX}}\·\frac{W}{L}\·{(V_{\mathrm{data}1}-V_{\mathrm{dd}})}^2\end{array}$

由上式可知，其OLED的驱动电流与TFT T1阀值电压无关，由此消除由TFT驱动管的阀值电压的非均匀性所导致的发光不均匀的问题，进一步确保OLED亮度均一性和恒定性。

本发明还给出了第二实施例，与第一实施例的区别是，控制线由下一条栅线替代，不需要增加新的金属线，可增加OLED开口率。如图5所示，Vg(n)为第n行扫描线信号、Vg(n+1)为第n+1行扫描线信号。由第n+1行扫描线信号代替了第n行的控制信号。其他元件特性与第一实施例完全相同，故不骜述。其控制时序如图6所示。像素的工作过程如下：

在第一阶段的初始画面过程,控制信号为下一行的扫描信号，并将该扫描信号V_g(n+1)设置为低电平，扫描信号V_g(n)高电平、背板的正电平V_dd(共通阳极)为悬置；控制TFT S2关闭，开关TFT S1打开，S1源漏极导通，数据信号写入，驱动TFT T1打开。

在第二阶段的T1管放电过程，背板电平V_dd悬置；控制信号V_g(n+1)设置为高电平；开关TFT S1关闭，控制TFT S2导通，驱动TFT T1的源漏相连，变成一个二极管，V1点的电位通过OLED放电至T1管阈值电压V_th截止。

在第三阶段的TFT T1的V_th读取及数据信号补偿过程，扫描信号V_g(n)为高电平，背板电平Vdd悬置，控制信号V_g(n+1)为低电平；控制TFT S2关闭，开关TFT S1打开，数据信号依次读取每行T1管的阈值电压V_th，记录至内存并将阈值电压补偿至下一阶段数据信号电压中。

在第四阶段的发光过程，V_dd给恒定电源电压，扫描线依次打开，数据线给经过补偿的数据信号，OLED正常发光。

将下一行的扫描信号设置为控制信号，可在同一帧初始画面时过程的同时完成该帧的TFT放电过程。

本发明的改进的像素结构，有效解决了因多个像素电路中TFT的阈值电压(V_th)特性存在差异，并随着时间的推移，TFT的V_th也会发生漂移，而导致各OLED像素电路发光亮度不同，影像OLED亮度均一性与亮度恒定性的问题。

Claims (7)

1.一种AM-OLED显示器的像素补偿结构，包括：开关TFT、控制TFT、驱动TFT、存储电容以及OLED单元构成；其中，驱动TFT的漏极通过OLED单元连接至背板的负电平，驱动TFT的源极连接控制TFT的漏极，驱动TFT的源极和控制TFT的漏极连接至背板的正电平，存储电容的一端连接在驱动TFT的源极和控制TFT漏极之间，电容的另一端连接在驱动TFT的栅极和开关TFT漏极之间，开关TFT的漏极与控制TFT的源极连接，开关TFT的源极连接至数据线，开关TFT的栅极连接至扫描信号线，控制信号提供至控制TFT的栅极。

2.根据权利要求1所述的AM-OLED显示器的像素补偿结构，其特征在于：在初始画面和发光阶段，控制信号为低电平，扫描信号、背板的正电平为高电平；控制TFT关闭，开关TFT导通；数据电压通过开关TFT传输到驱动TFT T1的栅极。

3.根据权利要求1所述的AM-OLED显示器的像素补偿结构，其特征在于：在驱动TFT放电阶段，扫描信号和背板电平悬置；控制信号为高电平；开关TFT关闭，控制TFT导通。

4.根据权利要求1所述的AM-OLED显示器的像素补偿结构，其特征在于：在驱动TFT的阀值读取及数据信号的补偿阶段，扫描信号为高电平，控制信号为低电平；控制TFT关闭，开关TFT导通。

5.根据权利要求1所述的AM-OLED显示器的像素补偿结构，其特征在于：所述的控制信号可由下一行的扫描信号所替代。

6.根据权利要求1至5任一项所述的AM-OLED显示器的像素补偿结构，其特征在于：所述的开关TFT、控制TFT以及驱动TFT为低温多晶体硅、非晶硅、氧化物薄膜晶体管。

7.用于AM-OLED显示器的像素补偿结构的驱动方法，其中，同一行的像素单元公用扫描电压信号线和控制信号线，同一列的像素单元共用数据信号线；所述的驱动方法在每一帧刷新过程执行如下阶段：

在初始画面阶段，控制信号为低电平，扫描信号、背板的正电平为高电平；控制TFT关闭，开关TFT、驱动TFT导通；

在驱动TFT放电阶段，扫描信号和背板电平悬置；控制信号为高电平；开关TFT关闭，控制TFT导通；

在驱动TFT的阀值读取及数据信号的补偿阶段，扫描信号为高电平，控制信号为低电平；控制TFT关闭，开关TFT导通；

在发光阶段，控制信号为低电平，扫描信号、背板的正电平为高电平；控制TFT关闭，开关TFT、驱动TFT导通。